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Dokumentenidentifikation DE102006027236A1 13.12.2007
Titel Sicherheitselement
Anmelder Giesecke & Devrient GmbH, 81677 München, DE
Erfinder Hoffmüller, Winfried, Dr., 83646 Bad Tölz, DE
DE-Anmeldedatum 09.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027236
Offenlegungstag 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse B44F 1/12(2006.01)A, F, I, 20060609, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G07D 7/06(2006.01)A, L, I, 20060609, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement (20) für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer Trägerfolie (22), die zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht (24) mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen ist, und mit einer auf der Ausrichtungsschicht (24) angeordneten, ausgerichteten Motivschicht (30) auf Basis eines flüssigkristallinen Materials, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche (32, 34) mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist. Erfindungsgemäß ist die Ausrichtungsschicht (24) aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material gebildet und die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht (24) ist so gewählt, dass ihre optische Wirkung im Wesentlichen vernachlässigbar ist. Darüber hinaus ist die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche (32, 34) durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht (24) bewirkt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit einer Trägerfolie, die zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen ist, und mit einer auf der Ausrichtungsschicht angeordneten, ausgerichteten Motivschicht auf Basis eines flüssigkristallinen Materials, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist.

Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel oder Wertdokumente, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Wertgegenstands gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Vielfach werden dabei die besonderen Eigenschaften von flüssigkristallinen Materialien ausgenutzt, und dabei vor allem der betrachtungswinkelabhängige Farbeindruck und die lichtpolarisierende Wirkung der Flüssigkristalle.

Zur Ausrichtung wird das flüssigkristalline Material meist auf einer für die Ausrichtung von Flüssigkristallen geeigneten Trägerfolie aus Kunststoff aufgebracht. Die Trägerfolie kann auch mit einer speziellen Ausrichtungs- bzw. Alignmentschicht für die Ausrichtung von Flüssigkristallen versehen sein. Als Alignmentschichten kommen beispielsweise eine Schicht aus einem linearen Photopolymer, eine fein strukturierte Schicht oder eine durch Ausübung von Scherkräften ausgerichtete Schicht infrage. Geeignete fein strukturierte Schichten können durch Prägen, Ätzen, Einritzen oder direkten Druck der Strukturen hergestellt werden.

Die Druckschrift EP 1336 874 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung anisotroper Polymerfolien mit einer verbesserten Ausrichtung von polymerisierbarem, beispielsweise nematischem oder cholesterischem flüssigkristallinem Material auf einem Substrat mit einer strukturierten Oberfläche, die in Form von Gittern vorliegt. Die Richtung der Gitter kann frei gewählt werden, so dass auch gemusterte Strukturen erzeugt werden können.

Auch das Photoaligment von Flüssigkristallschichten ist bekannt. Im Allgemeinen werden dabei Alignmentschichten aus linearen Photopolymeren eingesetzt, die durch Belichtung mit polarisiertem Licht strukturiert werden können. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift EP 0 611981 A1 ein optisches Bauelement mit einem anisotropen Film vernetzter flüssigkristalliner Monomere mit lokal unterschiedlicher Orientierung der Flüssigkristallmoleküle, der eine mit der Flüssigkristallschicht in Kontakt befindliche Alignmentschicht aus einem photoorientierbaren Polymernetzwerk aufweist. Die Alignmentschicht wird durch selektive Bestrahlung mit polarisiertem UV-Licht erzeugt und die dabei induzierte Struktur durch Vernetzen fixiert.

Der technische Aufwand für das Photoaligment von Flüssigkristallschichten ist allerdings beträchtlich. Auch ist meist polarisierte UV-Strahlung erforderlich, um die Ausrichtung der Photopolymere zu gewährleisten. Erfolgt die Ausrichtung durch Prägestrukturen, ist in der Regel ein getrennter Arbeitsgang erforderlich, der oft in einer separaten Maschine durchgeführt werden muss.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement der eingangs genannten Art anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Sicherheitselement eine verbesserte Ausrichtung von flüssigkristallinem Material bereitstellen und einen hohen Fälschungsschutz bieten.

Diese Aufgabe wird durch das Sicherheitselement mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein Sicherheitspapier, ein Datenträger sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren sind in den nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach der Erfindung ist bei einem gattungsgemäßen Sicherheitselement vorgesehen, dass

  • – die Ausrichtungsschicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material gebildet ist, und die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht so gewählt ist, dass ihre optische Wirkung im Wesentlichen vernachlässigbar ist, und dass
  • – die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht bewirkt ist.

Die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur bestimmt dabei die Vorzugsrichtung des cholesterischen flüssigkristallinen Materials (angegeben durch den so genannten „Direktor") an dem der Trägerfolie abgewandten Ende der helikalen Struktur, d. h. an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht.

Die Ausrichtungsschicht und/oder die Motivschicht werden bei der Herstellung des Sicherheitselements vorzugsweise aufgedruckt. Nach dem Aufbringen und einem eventuellen Lösungsmittel-Trocknungsschritt werden Ausrichtungsschicht und/oder Motivschicht durch UV-Strahlung oder mittels Elektronenstrahl vernetzt. Vor der Vernetzung kann die Ausrichtungsschicht noch einem Photoisomerisierungsschritt unterworfen werden, wie weiter unten erläutert.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht durch Bereiche mit verschieden großer Schichtdicke erzeugt. Wie weiter unten genauer erläutert, ändert sich die Vorzugsrichtung des cholesterischen Flüssigkristallmaterials innerhalb einer Ganghöhe um 360°. An der Oberfläche verschieden dicker Teilbereiche der cholesterischen Ausrichtungsschicht weist der Direktor daher im Allgemeinen in verschiedene, durch die Schichtdicke einstellbare Richtungen. Eine nachfolgend aufgebrachte nematische Motivschicht ordnet sich mit ihrer Vorzugsrichtung entsprechend der jeweiligen Vorgaben durch die Ausrichtungsschicht an. Die Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle liegt in den meisten Fällen in der Schichtebene. Die Erfindung umfasst jedoch auch Gestaltungen, bei denen die Vorzugsrichtung leicht gegen die Horizontale geneigt ist.

Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Erfindungsvariante wird als Ausrichtungsschicht eine Schicht mit einer photoisomerisierbaren Substanz auf die Trägerfolie aufgebracht. Als photoisomerisierbare Substanz kann mit Vorteil ein photoisomerisierbarer Verdriller verwendet werden. Der photoisomerisierbare Verdriller kann dabei zusammen mit einem nematischen Flüssigkristallsystem die Ausrichtungsschicht bilden. Alternativ kann der photoisomerisierbare Verdriller zusätzlich zu einem nicht photoisomerisierbaren Verdriller vorliegen. Die eingesetzten photoisomerisierbaren und nicht photoisomerisierbaren Verdriller können sich dabei im Hinblick auf ihre Wirksamkeit (angegeben durch den so genannten HTP-(helical twisting power)Wert) und/oder ihre Konzentration unterscheiden. Die Isomerisierung des zusätzlichen Verdrillers kann beispielsweise zu einer Änderung des HTP-Wertes dieses Verdrillers führen und damit eine andere Ganghöhe zur Folge haben. Daneben kann der zusätzliche Verdriller im nicht isomerisierten Zustand eine andere Drehrichtung erzeugen als der nicht photoisomerisierbare Verdriller.

In diesem Fall wird die Trägerfolie mit der aufgebrachten Ausrichtungsschicht vor der Vernetzung der Ausrichtungsschicht in Teilbereichen mit UV-Strahlung beaufschlagt, um die photoisomerisierbare Substanz in diesen Teilbereichen zu isomerisieren. Die Photoisomerisierung des Flüssigkristallmaterials bewirkt in der Regel eine Vergrößerung der Ganghöhe der resultierenden cholesterischen Helixstruktur.

Die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht wird daher mit Vorteil so gewählt, dass sie vor der Photoisomerisierung der maximalen gewünschten Verdrehung des Direktors der cholesterischen Flüssigkristalle entspricht. Durch bereichsweise Belichtung und Photoisomerisierung kann die Ganghöhe der Helixstruktur in den belichteten Teilbereichen vergrößert und die lokale Verdrehung des Direktors an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht entsprechend reduziert werden.

Die UV-Beaufschlagung zur Isomerisierung erfolgt mit Vorteil in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, insbesondere an Luft, so dass die Polymerisation durch die Sauerstoffinhibierung zunächst verhindert wird. Die UV-Beaufschlagung zur Vernetzung erfolgt anschließend in einer Inertgas-Atmosphäre, insbesondere in einer Argon-, Stickstoff- oder Kohlendioxid-Atmosphäre.

Alternativ kann die UV-Beaufschlagung zur Isomerisierung auch in einem Wellenlängenbereich erfolgen, der keine Vernetzung der Ausrichtungs- schicht bewirkt. Dies kann beispielsweise durch eine geeignete Abstimmung des Photoinitiators für die Polymerisation und der photoisomerisierbaren Substanz erreicht werden. Schmalbandige Belichtung, beispielsweise mit einem UV-Laser, einer W-LED oder durch schmalbandige Filter außerhalb der Absorptionsbande des Photoinitiators, löst dann zunächst nur die Photoisomerisierung, nicht jedoch die Polymerisation aus. Nachfolgend kann die erhaltene Struktur durch den Polymerisationsschritt fixiert werden.

Die UV-Beaufschlagung zur Isomerisierung erfolgt vorzugsweise durch eine Maske hindurch, die in den undurchlässigen Bereichen die die Isomerisierung bewirkende Strahlung abschirmt. Hier kommt insbesondere eine rotierende Maske, eine auf die Rückseite der Trägerfolie aufgedruckte Maske oder ein parallel zur Trägerfolie geführtes Maskenband, wie es beispielsweise in der Druckschrift DE 103 30 421 A1 beschrieben ist, in Betracht.

Gemäß einer anderen bevorzugten Erfindungsvariante wird die Ausrichtungsschicht vor oder bei der Vernetzung einer bereichsweisen selektiven Erwärmung unterworfen, beispielsweise durch eine mit Motiven versehene Wärmeübertragungswalze oder mittels Laserschreiber, wodurch sich ebenfall eine bereichsweise Änderung der Ganghöhe der helikalen Struktur erzielen lässt.

Die Motivschicht des Sicherheitselements ist mit Vorteil auf Basis eines nematischen flüssigkristallinen Materials gebildet. Die Schichtdicke der Motivschicht kann einheitlich sein und liegt insbesondere zwischen etwa 0,5 und etwa 4 &mgr;m.

Die Motivschicht kann vollflächig auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht werden, da das Motiv bereits durch die unterschiedliche Orientierung der Ausrichtungsschicht vorgegeben und von der Motivschicht übernommen wird. Selbstverständlich kann die Motivschicht zusätzlich in Form eines zweiten Motivs auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht werden. Das zweite Motiv kann sich dann mit dem durch die unterschiedlich orientierten Bereiche der Motivschicht gebildeten ersten Motiv zu einer Gesamtinformation ergänzen.

Die Ausrichtungsschicht ist vorzugsweise durch Kombination eines nematischen Flüssigkristallsystems mit einem Verdriller gebildet. Sie wird erfindungsgemäß stets in einer solchen Schichtdicke aufgebracht, dass ihre optische Wirkung innerhalb des Sicherheitselements vernachlässigbar ist, und die optische Wirkung im Wesentlichen nur von den optischen Eigenschaften der Motivschicht bestimmt wird. Dazu ist die Schichtdicke des Sicherheitselements vorzugsweise stets kleiner als die 5-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials gewählt, da oberhalb dieser Dicke bereits deutlich erkennbare Farbeffekte auftreten können.

Besonders bevorzugt ist die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht sogar kleiner als die 2-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials. Neben ihrer vernachlässigbaren optischen Wirkung haben derartige dünne cholesterische Flüssigkristallschichten auch den Vorteil, dass sie sich reproduzierbar und mit guter Genauigkeit herstellen lassen, so dass auch die für die Ausrichtung maßgebliche Orientierung der Flüssigkristalle an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht reproduzierbar und genau vorgegeben werden kann.

In Weiterbildungen der Erfindung können eine oder mehrere weitere Schichten vorgesehen sein, die dem Schutz des Sicherheitselements oder einer seiner Teilschichten, einer verbesserten Haftung einzelner Schichten oder einer weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit dienen. Die zumindest eine weitere Schicht kann insbesondere eine reflektierende Schicht, eine beugungsoptisch wirksame Schicht, wie etwa ein Hologramm, eine Farbkippeffekte zeigende Schicht, wie etwa eine weitere Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinem Material, eine Interferenzschicht, oder eine durch irisierende Interferenzschichtpigmente oder Flüssigkristallpigmente gebildete Schicht, oder eine maschinenlesbare Schicht sein. Eine solche maschinenlesbare Schicht enthält mit Vorteil maschinenlesbare Merkmalsstoffe, insbesondere reflektierende, magnetische, elektrisch leitfähige, phosphoreszierende, fluoreszierende oder sonstige lumineszierende Stoffe.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, bei dem

  • – eine Trägerfolie bereitgestellt und zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen wird,
  • – auf die Ausrichtungsschicht eine ausgerichtete Motivschicht auf Basis eines flüssigkristallinen Materials aufgebracht wird, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist, wobei
  • – als Ausrichtungsschicht eine Schicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material in einer solchen Schichtdicke aufgebracht wird, dass die optische Wirkung der Ausrichtungsschicht im Wesentlichen vernachlässigbar ist, und wobei
  • – die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials der Ausrichtungsschicht bewirkt wird.

Die Erfindung enthält ferner ein Sicherheitspapier für die Herstellung von Wertdokumenten oder dergleichen und einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument, wie eine Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, wobei das Sicherheitspapier bzw. der Datenträger erfindungsgemäß mit einem Sicherheitselement der oben beschriebenen Art ausgestattet sind.

Das beschriebene Herstellungsverfahren kann vorteilhaft auf einer herkömmlichen Druckmaschine durchgeführt werden, so dass keine separate Maschine für die Ausrichtung der Flüssigkristalle erforderlich ist. Auch wird für die Ausrichtung keine polarisierte UV-Strahlung benötigt. Insgesamt ist eine gezielte Ausrichtung von nematischem flüssigkristallinem Material möglich, wobei durch den Aufdruck dünner Ausrichtungsschichten sehr feine Strukturen erzeugt werden können.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.

Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement,

2 ein Sicherheitselement nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt und einen Linearpolarisator zur Betrachtung der Motivschicht,

3 Aufsichten auf das Sicherheitselement von 2, wobei (a) den visuellen Eindruck ohne Hilfsmittel und (b) und (c) den Eindruck bei Betrachtung mit einem in verschiedenen Orientierungen aufgelegten Linearpolarisator zeigen,

4 in (a) ein Sicherheitselement nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt, und in (b) eine Aufsicht auf das Sicherheitselement von (a) bei Betrachtung mit aufgelegtem Linearpolarisator, und

5 in (c) ein Sicherheitselement nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in (a) und (b) Zwischenschritte bei der Herstellung des Sicherheitselements von (c).

Die Erfindung wird nun am Beispiel einer Banknote erläutert. 1 zeigt dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitselement 12 versehen ist. Wie nachfolgend erläutert, erscheint das Sicherheitselement 12 bei Betrachtung ohne Hilfsmittel strukturlos. Erst wenn ein Polarisationsfilter auf die Banknote aufgelegt wird, erscheint für den Betrachter ein vorgewähltes Motiv, das ihm eine Bewertung der Echtheit der Banknote erlaubt.

Mit Bezug zunächst auf 2 weist ein erfindungsgemäßes Sicherheitselement 20 nach einer ersten Erfindungsvariante eine Trägerfolie 22, beispielsweise eine glatte PET-Folie guter Oberflächenqualität auf, auf die eine dünne Ausrichtungsschicht 24 aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt, ist. Der Aufdruck kann dabei beispielsweise im Tiefdruck-, Inkjet- oder Flexodruckverfahren erfolgen.

Die Ausrichtungsschicht 24 ist in Form des gewünschten Motivs in verschiedenen Teilbereichen 26, 28 mit unterschiedlich großer Schichtdicke d1 bzw. d2 aufgedruckt. Beide Schichtdicken d1 und d2 liegen im Ausführungsbeispiel unterhalb der 2-fachen Ganghöhe h der helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials. Die Ganghöhe h des cholesterischen Flüssigkristallmaterials beträgt typischerweise einige 100 nm. Beispielsweise kann die Schichtdicke d1 etwa 5/4·h und die Schichtdicke d2 etwa 3/2·h betragen, so dass sich die Schichtdicken um &Dgr;d = h/4 unterscheiden. Da sich die Vorzugsrichtung des cholesterischen Flüssigkristallmaterials, die durch den so genannten Direktor angegeben wird, über die Ganghöhe h gerade um 360° dreht, unterscheiden sich die Orientierungen des Direktors an der Oberfläche des Teilbereichs 26 und an der Oberfläche des Teilbereichs 28 um &Dgr;&phgr; = &Dgr;d·360°/h, vorliegend also um &Dgr;&phgr; = 90°.

Cholesterische Flüssigkristallschichten mit einer Schichtdicke im Bereich oder unterhalb der 2-fachen Ganghöhe h lassen sich reproduzierbar und mit guter Genauigkeit herstellen. Die unterschiedliche Orientierung &Dgr;&phgr; des Direktors an den Oberflächen der Bereiche 26 und 28 kann daher nach Wunsch vorgegeben werden.

Auf die so strukturierte Ausrichtungsschicht 24 ist eine vergleichsweise dicke Motivschicht 30 aus nematischem flüssigkristallinem Material aufgedruckt. Die Schichtdicke der Motivschicht 30 ist typischerweise wesentlich größer als die Schichtdicken der Ausrichtungsschicht 24 und beträgt beispielsweise 0,5 bis 4 &mgr;m. Auch kann die Motivschicht 30 mit einer einheitlichen Schichtdicke vollflächig aufgedruckt werden.

Die cholesterischen Flüssigkristalle der Ausrichtungsschicht 24 dienen erfindungsgemäß der Ausrichtung der nematischen Flüssigkristalle der Motivschicht 30. Die Flüssigkristalle der Nematenschicht 30 ordnen sich mit ihrer Vorzugsrichtung dabei stets so an, dass ihr Direktor in Richtung des Direktors der Oberfläche der darunter liegenden Ausrichtungsschicht 24 zeigt. Die unterschiedlichen Orientierungen des Direktors an der Oberfläche der Teilbereiche 26, 28 der Ausrichtungsschicht 24 erzeugen so eine unterschiedliche Orientierung der nematischen Flüssigkristalle in den Teilbereichen 32 und 34 der Motivschicht 30, wie durch die unterschiedlichen Schraffuren in 2 angedeutet.

Das von den Teilbereichen 26, 28 gebildet Motiv der Ausrichtungsschicht setzt sich somit in die Motivschicht 30 fort, es entsteht ein strukturierter Retarder mit einer entsprechend den Vorgaben des Motivs der Ausrichtungsschicht bereichsweise unterschiedlichen Orientierung.

Die optische Wirkung der cholesterischen Ausrichtungsschicht 24 kann aufgrund ihrer geringen Schichtdicken d1, d2 < h vernachlässigt werden. Typischerweise ist bei cholesterischen Flüssigkristallschichten nämlich eine Schichtdicke in der Größenordnung von 10·h, also der zehnfachen Ganghöhe erforderlich, um einen deutlichen Farbkippeffekt zu erreichen. Die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht 24 wird daher im Rahmen der Erfindung kleiner als diese Schichtdicke gewählt, vorzugsweise sogar deutlich kleiner, und besonders bevorzugt unterhalb der 2-fachen Ganghöhe h, wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die optische Wirkung des Sicherheitselements 20 wird dann nur von den verschieden orientierten Bereichen der Motivschicht 30 bestimmt, während die Ausrichtungsschicht 24 zur optischen Wirkung nicht beiträgt, sondern lediglich der korrekten Ausrichtung der Nematenschicht 30 dient.

Bei Betrachtung des Sicherheitselements 20 ohne Hilfsmittel ist die unterschiedliche Orientierung der Teilbereiche 32, 34 der Motivschicht nicht zu erkennen, da die unterschiedlich polarisierende Wirkung der beiden Teilbereiche mit bloßem Auge nicht wahrnehmbar ist. Dies wird in der Aufsicht der 3(a) durch den nur angedeuteten Umriss des gedruckten Motivs dargestellt. Dagegen erscheint unter Zuhilfenahme eines auf das Sicherheitselement 20 aufgelegten tinearpolarisators 36 je nach Orientierung des Polarisators 36 einer der Teilbereiche 32, 34 dunkel, der andere dagegen hell, wie in den Aufsichten der 3(b) und 3(c) gezeigt. Durch den Orientierungsunterschied &Dgr;&phgr; der Teilbereiche 32, 34 kann der dabei erzielbare Kontrastunterschied gezielt eingestellt werden.

Ist der in 2 dargestellte Schichtaufbau beispielsweise auf einem hier nicht gezeigten Reflektor angeordnet, der durch eine weitere Schicht aus cholesterischem flüssigkristallinen Material gebildet ist, bietet der Orientierungsunterschied &Dgr;&phgr; der Teilbereiche 32, 34 von 90° im Ausführungsbeispiel maximalen Kontrast zwischen Hell und Dunkel, da der Linearpolarisator 36so orientiert werden kann, dass er für Licht aus den Teilbereichen 32 maximal durchlässig ist, während er Licht aus den Teilbereichen 34 sperrt (3(b)). Bei Drehung des Linearpolarisators 36 um 90° kehrt sich die Situation um und der Polarisator sperrt Licht aus den Teilbereichen 32, während er Licht aus den Teilbereichen 34 durchlässt, wie in 3(c) gezeigt.

Wird der Reflektor hingegen durch eine metallische Schicht bereitgestellt, erweist sich ein Orientierungsunterschied &Dgr;&phgr; von 45° als vorteilhaft, um einen maximalen Kontrastunterschied zu erzielen.

Durch die Wahl anderer Werte für &Dgr;&phgr; oder die Hinzunahme weiterer Teilbereiche mit anderen Orientierungsunterschieden können auch Motive mit mehrere Grauabstufungen dargestellt werden.

Die Ausrichtungsschicht 24 muss in der Erfindung nicht vollflächig aufgebracht sein. In den Bereichen, in denen die Ausrichtungsschicht 24 Aussparungen oder auch größere Lücken aufweist, wird die Orientierung der Motivschicht 30 dann durch eine von der Trägerfolie 22 vorgegebene Orientierung oder durch eine separate Alignmentschicht auf der Trägerfolie 22 bestimmt. Dieselbe Wirkung kann durch einen sehr dünn aufgebrachten Bereich der Ausrichtungsschicht 24 erzielt werden, da die Vorzugsrichtung einer sehr dünnen cholesterischen Flüssigkristallschicht praktisch der von der darunter liegenden Trägerfolie bzw. einer Alignmentschicht, beispielsweise aus einem photoorientierbaren Polymernetzwerk, vorgegebenen Vorzugsrichtung entspricht.

Die Motivschicht 30 kann vollflächig auf die Ausrichtungsschicht 24 aufgebracht werden, da ein erstes Motiv bereits durch die Struktur der Ausrichtungsschicht 24 vorgegeben ist. Selbstverständlich kann die Motivschicht 30aber auch in Form eines zweiten Motivs aufgebracht werden, das sich dann mit dem ersten Motiv der Ausrichtungsschicht 24 überlagert und/oder ergänzt.

Beispielsweise kann, wie beim Sicherheitselement 40 der 4(a) gezeigt, die Ausrichtungsschicht 44 in Form schmaler paralleler Streifen 46, 48 verschiedener Schichtdicke aufgebracht werden und die Motivschicht 50 in Form eines Wappens oder eines beliebigen anderen graphischen Motivs auf die Ausrichtungsschicht 44 aufgedruckt werden. Bei Betrachtung durch einen Polarisator sind dann innerhalb des Wappens (zweites Motiv) alternierende Streifen verschiedener Helligkeit (erstes Motiv) zu erkennen, wie in der Aufsicht der 4(b) gezeigt.

Die Ausrichtungsschicht 24 bzw. 44 wird mit Vorteil auf die Trägerfolie 22 aufgedruckt. Die cholesterischen Flüssigkristalle der Ausrichtungsschicht können dabei in an sich bekannter Weise aus nematischen Flüssigkristallen durch Zugabe kleiner Mengen eines Verdrillers erhalten werden. Nach dem Trocknen des Lösungsmittels wird die Ausrichtungsschicht mittels UV-Strahlung oder Elektronenstrahl vernetzt. Anschließend oder nach einer Zwischenlagerung der beschichteten Trägerfolien wird eine Schicht nematischer Flüssigkristalle aufgedruckt. Diese orientieren sich, wie beschrieben, an der Orientierung der obersten Molekülschicht der Ausrichtungsschicht, so dass sich die Nematenschicht auch bei vollflächigem Druck lokal unterschiedlich orientiert und daher ein gewünschtes Motiv wiedergeben kann.

Nach dem Trocknen des Lösungsmittels und UV-Vernetzung können weitere, bei der Herstellung von Sicherheitselementen übliche Schritte erfolgen, die nicht Kern der vorliegenden Erfindung sind und daher nur kurz erwähnt werden. Beispielsweise kann Hologrammprägelack aufgebracht werden und eine Hologrammprägung (UV oder thermisch) erfolgen. Auch eine direkte Metallisierung, das Aufbringen von Heißsiegellack und nachfolgende Applikation auf ein Wertdokument kommen infrage, ebenso wie die Kombination mit weiteren cholesterischen Flüssigkristallstrukturen sowie der Transfer auf einen Fadenaufbau, beispielsweise für einen in ein Sicherheitspapier gebetteten Sicherheitsfaden.

In einer zweiten Erfindungsvariante wird die unterschiedliche Ausrichtung der Motivschicht durch eine selektive Photoisomerisierung einer photoisomerisierbaren Substanz in der Ausrichtungsschicht erzeugt.

Zur Herstellung eines Sicherheitselements 60 nach der zweiten Erfindungsvariante wird zunächst auf einer glatten PET-Folie 62 guter Oberflächenqualität eine dünne Ausrichtungsschicht 64 aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material mit einer einheitlichen Schichtdicke d aufgebracht, wie in 5(a) gezeigt. Die Ausrichtungsschicht wird vorzugsweise aufgedruckt. Gegebenfalls wird nach dem Druck physikalisch oder durch einen thermischen Trockner getrocknet.

Die Ausrichtungsschicht 64 enthält bei dieser Erfindungsvariante eine photoisomerisierbare Substanz, die bei Belichtung isomerisiert und dadurch die Ganghöhe der resultierenden helikalen Struktur des cholesterischen Flüssigkristallmaterials verändert. Die photoisomerisierbare Substanz kann ein photoisomerisierbarer Verdriller sein, dessen Verdrillungsstärke sich bei Belichtung ändert.

Nach dem Aufbringen wird die Ausrichtungsschicht 64 in einem weiteren Schritt an Luft mit einem gewünschten Motiv mit UV-Strahlung 66 belichtet, wie in 5(b) gezeigt. Die Belichtung bewirkt im bestrahlten Teilbereich 68eine Photoisomerisierung des cholesterischen Flüssigkristallmaterials und damit in der Regel eine Vergrößerung der Ganghöhe der Helixstruktur. Die Schichtdicke d der Ausrichtungsschicht 64 ist im Ausführungsbeispiel daher so gewählt, dass sie der maximalen gewünschten Verdrehung des Direktors der cholesterischen Flüssigkristalle entspricht. Wird die Ganghöhe der Helixstruktur in den belichteten Teilbereichen 68 durch lokale Belichtung und Photoisomerisierung vergrößert, verringert sich dadurch die Verdrehung des Direktors an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht 64.

Die Belichtung kann durch eine Maske 70 erfolgen, beispielsweise mit einer Blitzlampe als Strahlungsquelle. Auch eine rotierende Maske, beispielsweise ein rotierender, mit Motiven ausgestatteter transparenter Zylinder, etwa aus Quarz oder Kunststoff, kommt infrage. Der Zylinder kann dabei sowohl über der laufenden Bahn als auch unter der laufenden Bahn angeordnet sein. Im letzteren Fall ist eine Umschlingung der Bahn mit Vollkontakt möglich, allerdings muss die Trägerfolie 62 in dem für die Isomerisierung eingesetzten UV-Bereich transparent sein. Bei einem über der Bahn angeordneten Maskenzylinder entfällt diese Anforderung an die Trägerfolie 62, dafür besteht die Gefahr, dass der Kontakt des Zylinders mit der Bahn die Schicht stört.

Die Belichtung kann auch durch eine auf der Rückseite der Folie bereits aufgedruckte Maske erfolgen. Auch in diesem Fall muss die Folie für die verwendete UV-Strahlung transparent sein. Das letztere Verfahren kann den Transfer der Schicht spätestens am Ende des Produktionsprozesses erforderlich machen, soll das Maskenmotiv nicht im Endprodukt auftauchen. Alternativ kann das Motiv auch mit einer entfernbaren Druckfarbe aufgebracht sein, die nach der Belichtung von der Trägerfolie 62 wieder entfernt, z. B. abgewaschen, wird. Es ist auch denkbar, das Motiv der Maske durch eine UV-Strahlung absorbierende und visuell nicht erkennbare Druckfarbe zu erzeugen. Eine mit einem solchen Aufdruck versehene Maske kann daher auf der Trägerfolie verbleiben.

Ferner kann die Belichtung durch ein parallel zur Trägerfolie 62 geführtes Maskenband, wie es in der Druckschrift DE 103 30 421 A1 beschrieben ist, erfolgen.

Die Belichtung kann sowohl mit dem Positivbild als auch mit dem Negativbild des gewünschten Motivs erfolgen. Die verwendete Maske 70 kann absorbierend oder reflektierend ausgeführt sein, wobei in letzterem Fall die Erwärmung der Maske oder Folie auf ein Minimum reduziert werden kann. Es versteht sich, dass nur die zur Isomerisierung führende Strahlung von der Maske abgeschirmt werden muss.

Nach dem Belichtungsschritt ist eine gewisse Ruhezeit nötig, in der sich die Neuordnung der Flüssigkristallmoleküle in den bestrahlten Bereichen stabilisiert. Die bedruckte und belichtete Trägerfolie durchläuft zu diesem Zweck mit Vorteil eine erwärmte Zone mit geringen Turbulenzen, so dass die Ausrichtungsschicht nicht verblasen wird.

Da die Belichtung für die Photoisomerisierung an Luft erfolgt, wird durch die Sauerstoffinhibierung die Polymerisation der Ausrichtungsschicht 64 im Teilbereich 68 verhindert. Die Polymerisation der Ausrichtungsschicht 64 wird vielmehr erst in einem weiteren Schritt durch UV-Bestrahlung der gesamten Ausrichtungsschicht in einer Schutzgasatmosphäre (beispielsweise Ar, N2 oder CO2) ausgelöst. Die unterschiedlichen Helixstrukturen in den bestrahlten und nicht bestrahlen Bereichen werden durch die Vernetzung der Ausrichtungsschicht dauerhaft fixiert.

Nun kann, wie beim oben beschriebenen ersten Erfindungsaspekt, eine Motivschicht 72 aus nematischen Flüssigkristallen vollflächig oder in Form eines weiteren Motivs auf die Ausrichtungsschicht 64 aufgedruckt werden. Auch bei dieser Erfindungsvariante ordnen sich die nematischen Flüssigkristalle mit ihrer Vorzugsrichtung entsprechend den Vorgaben der Ausrichtungsschicht 64 an, so dass Motivbereiche 74 und 76 mit unterschiedlicher Orientierung der nematischen Flüssigkristalle entstehen, wie in 5(c) dargestellt. Der Nachweis des Motivs kann, wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, mithilfe eines Linearpolarisators erfolgen.

Anstatt die Photoisomerisierung und die Polymerisation in unterschiedlichen Atmosphären durchzuführen, ist es in einem alternativen Herstellungsverfahren auch möglich, den für die Polymerisation verantwortlichen Photoinitiator und die photoisomerisierbare Substanz so aufeinander abzustimmen, dass Photoisomerisierung und Polymerisation bei unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt werden können. Dann kann etwa die Photoisomerisierung des ersten Schritts durch Einsatz einer schmalbandigen Strahlungsquelle, wie etwa einer Laserquelle, UV-LEDs, oder herkömmliche Strahler in Verbindung mit schmalbandigen Filtern bewirkt werden, ohne dass durch die außerhalb der Absorptionsbande des Photoinitiators liegende Bestrahlung eine Polymerisation ausgelöst wird. Diese kann anschließend in einem zweiten Schritt konventionell mit einem gewöhnlichen UV-Strahler erfolgen.

In einer weiteren Verfahrensvariante kann die Photoisomerisierung auch vor dem Lösungsmitteltrocknen erfolgen, so dass nur eine beheizte Trocknerstrecke erforderlich ist. Bei dieser Variante erfolgt die Vernetzung der Ausrichtungsschicht 64 dann nach dem Durchlaufen des Lösungsmitteltrockners.


Anspruch[de]
Sicherheitselement für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen mit

– einer Trägerfolie, die zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen ist, und

– einer auf der Ausrichtungsschicht angeordneten, ausgerichteten Motivschicht auf Basis eines flüssigkristallinen Materials, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

– die Ausrichtungsschicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material gebildet ist, und die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht so gewählt ist, dass ihre optische Wirkung im Wesentlichen vernachlässigbar ist, und dass

– die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials der Ausrichtungsschicht bewirkt ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials der Ausrichtungsschicht durch Bereiche mit verschieden großer Schichtdicke erzeugt ist. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials der Ausrichtungsschicht durch eine unterschiedliche Ganghöhe der helikalen Struktur erzeugt ist. Sicherheitselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht eine photoisomerisierte Substanz enthält, wobei die unterschiedliche Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials der Ausrichtungsschicht durch eine bereichsweise selektive Photoisomerisierung der photoisomerisierbaren Substanz erzeugt ist. Sicherheitselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die photoisomerisierte Substanz durch einen photoisomerisierten Verdriller gebildet ist. Sicherheitselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials der Ausrichtungsschicht durch eine bereichsweise selektive Erwärmung des cholesterischen flüssigkristallinen Materials vor oder bei Vernetzung der Ausrichtungsschicht erzeugt ist. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Motivschicht auf Basis eines nematischen flüssigkristallinen Materials gebildet ist. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht stets kleiner als die 5-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials ist. Sicherheitselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Ausrichtungsschicht stets kleiner als die 2-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials ist. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht durch Kombination eines nematischen Flüssigkristallsystems mit einem Verdriller gebildet ist. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Motivschicht vollflächig auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht ist. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Motivschicht in Form eines zweiten Motivs auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht ist. Sicherheitselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Motiv mit dem durch die unterschiedlich orientierten Bereiche der Motivschicht gebildeten ersten Motiv zu einer Gesamtinformation ergänzt. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere weitere Schichten vorgesehen sind, die dem Schutz des Sicherheitselements oder einer seiner Teilschichten, einer verbesserten Haftung einzelnen Schichten oder einer weiteren Erhöhung der Fälschungssicherheit dienen. Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine weitere Schicht eine reflektierende Schicht, eine beugungsoptisch wirksame Schicht, eine einen Farbkippeffekt zeigende Schicht oder eine maschinenlesbare Schicht ist. Sicherheitselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die maschinenlesbare Schicht maschinenlesbare Merkmalsstoffe enthält, insbesondere reflektierende, magnetische, elektrisch leitfähige, phosphoreszierende, fluoreszierende oder sonstige lumineszierende Stoffe. Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen, bei dem

– eine Trägerfolie bereitgestellt und zumindest in einem Teilbereich mit einer Ausrichtungsschicht mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren optischen Wirkung versehen wird,

– auf die Ausrichtungsschicht eine ausgerichtete Motivschicht auf Basis eines flüssigkristallinen Materials aufgebracht wird, die zumindest zwei ein Motiv bildende Bereiche mit unterschiedlicher Orientierung des flüssigkristallinen Materials aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

– als Ausrichtungsschicht eine Schicht aus einem cholesterischen flüssigkristallinen Material in einer Schichtdicke aufgebracht wird, dass die optische Wirkung der Ausrichtungsschicht im Wesentlichen vernachlässigbar ist, und dass

– die unterschiedliche Orientierung der Motivschichtbereiche durch eine unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials der Ausrichtungsschicht bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht und/oder die Motivschicht aufgedruckt wird. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht und/oder die Motivschicht nach dem Aufbringen durch UV-Strahlung oder Elektronenstrahl vernetzt wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht bereichsweise in verschieden großer Schichtdicke aufgebracht wird, um die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials zu erzeugen. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausrichtungsschicht eine Schicht mit einer photoisomerisierbaren Substanz aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht als photoisomerisierbare Substanz einen photoisomerisierbaren Verdriller enthält. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie mit der aufgebrachten Ausrichtungsschicht vor der Vernetzung der Ausrichtungsschicht in Teilbereichen mit UV-Strahlung beaufschlagt wird, um die photoisomerisierbare Substanz in diesen Teilbereichen zu isomerisieren. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit UV-Strahlung zur Isomerisierung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, insbesondere an Luft, erfolgt. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit UV-Strahlung zur Isomerisierung durch eine Maske erfolgt, die die Isomerisierung bewirkende Strahlung abschirmt, insbesondere durch eine rotierende Maske, eine auf die Rückseite der Trägerfolie aufgedruckte Maske oder ein parallel zur Trägerfolie geführtes Maskenband. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit UV-Strahlung zur Vernetzung in einer Inertgas-Atmosphäre, insbesondere in einer Argon-, Stickstoff- oder Kohlendioxid-Atmosphäre, erfolgt. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit UV-Strahlung zur Isomerisierung in einem Wellenlängenbereich erfolgt, der keine Vernetzung der Ausrichtungsschicht bewirkt. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht vor oder bei einer Vernetzung bereichsweise selektiv erwärmt wird, um die unterschiedliche effektive Höhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials zu erzeugen. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass als Motivschicht eine Schicht auf Basis eines nematischen flüssigkristallinen Materials aufgebracht wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht in einer Schichtdicke kleiner als die 5-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials aufgebracht wird. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsschicht in einer Schichtdicke kleiner als die 2-fache Ganghöhe der helikalen Struktur des cholesterischen flüssigkristallinen Materials aufgebracht wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Motivschicht vollflächig auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht wird. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Motivschicht in Form eines zweiten Motivs auf die Ausrichtungsschicht aufgebracht wird. Sicherheitspapier für die Herstellung von Wertdokumenten oder dergleichen, das mit einem Sicherheitselement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 33 ausgestattet ist. Datenträger, insbesondere Wertdokument wie Banknote, Ausweiskarte oder dergleichen, der mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 1 bis 33 ausgestattet ist. Verwendung eines Sicherheitselements nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 33, eines Sicherheitspapiers nach Anspruch 34 oder eines Datenträgers nach Anspruch 35 zur Fälschungssicherung von Waren beliebiger Art.






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