防偽元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于制造有價文件如鈔票、支票等的防偽元件，其具有：介電基體(1)、嵌入基體(1)內(nèi)的第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)和嵌入基體(1)內(nèi)的第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)，所述第一線條格柵結(jié)構(gòu)由多個沿縱向延伸并且布置在平面(L)內(nèi)的由金屬或半導體制成的第一格柵條(3)組成，所述第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)由沿縱向延伸的由金屬或半導體制成的第二格柵條(7)組成，所述第二線條格柵結(jié)構(gòu)相對于平面(L)處于第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)上方，其中，第一格柵條(3)分別具有寬度(b)并且以間距(a)并列設(shè)置，從而在第一格柵條(3)之間形成沿縱向延伸的間距(a)相應(yīng)于寬度的第一格柵間隙(4)，第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)相對于第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)反型并且相對第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)錯移半個周期，從而在對平面的俯視圖中，第二格柵條(7)處于第一格柵間隙(4)上方，并且形成于第二格柵條(7)之間的第二格柵間隙(8)處于第一格柵條(3)上方，并且第一格柵條(3)和第二格柵間隙(8)的寬度、第二格柵條(7)和第一格柵間隙(4)的寬度以及第一格柵條(3)和第二格柵條(7)的厚度(t)分別小于300nm。
【專利說明】防偽元件
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造有價文件如鈔票、支票等的防偽元件，其具有線條格柵結(jié)構(gòu)。
[0002]具有周期性線條格柵的有價文件防偽元件例如由DE102009012299A1、DE102009012300A1或者DE102009056933A1已知。如果將格柵型材設(shè)計為使得在可見光波長范圍內(nèi)出現(xiàn)共振效果，則防偽元件可以在亞波長范圍內(nèi)具有顏色過濾性能。這種顏色過濾性能對于反射的和透射的亞波長結(jié)構(gòu)均是已知的。所述結(jié)構(gòu)對入射光線的反射或透射產(chǎn)生強烈極化的影響。在這種亞波長格柵的反射或透射中，顏色相對較強地與角度有關(guān)。然而當入射光未極化時，該格柵的顏色飽和度明顯減弱。
[0003]已知具有亞波長結(jié)構(gòu)的線條格柵，其具有與角度有關(guān)的過濾顏色的性能。線條格柵具有由介電材料制成的矩形型材。水平表面由高度折射的介電體材料包覆。在該結(jié)構(gòu)上方同樣具有介電材料，其中格柵基體和覆蓋材料的折射率優(yōu)選相等。由此形成了具有視覺效果的結(jié)構(gòu)，其由兩個由高度折射的材料制成的格柵組成，所述格柵間隔原始矩形型材的高度。形成線條格柵的格柵條例如由ZnS制成。由此盡管能產(chǎn)生反射中的顏色對比，但是在透射中幾乎不能看到針對不同角度的色調(diào)變化。因此，該結(jié)構(gòu)只提供了反射中的防偽特征并且為此需要設(shè)置在吸收的底層上。
[0004]盡管已知的具有非連貫的表面的二維周期性亞波長格柵顯示了突出的顏色過濾性能，但其是在較大的角度公差基礎(chǔ)上進行優(yōu)化的，因此在傾斜時其色調(diào)幾乎不改變。
[0005]因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種防偽元件，其在透視時也能顯示出良好的顏色效果，這種顏色效果優(yōu)選在傾斜時改變。
[0006]該技術(shù)問題按本發(fā)明通過一種用于制造有價文件如鈔票、支票等的防偽元件解決，其具有:介電基體、嵌入基體內(nèi)的第一線條格柵結(jié)構(gòu)和嵌入基體內(nèi)的第二線條格柵結(jié)構(gòu)，所述第一線條格柵結(jié)構(gòu)由多個沿縱向延伸并且布置在平面內(nèi)的由金屬或半導體制成的第一格柵條組成，所述第二線條格柵結(jié)構(gòu)由沿縱向延伸的由金屬或半導體制成的第二格柵條組成，所述第二線條格柵結(jié)構(gòu)相對于平面處于第一線條格柵結(jié)構(gòu)上方，其中，第一格柵條分別具有寬度并且以間距并列設(shè)置，從而在第一格柵條之間形成沿縱向延伸的寬度相應(yīng)于間距的第一格柵間隙，第二線條格柵結(jié)構(gòu)相對于第一線條格柵結(jié)構(gòu)反型，其中，在對平面的俯視圖中，第二格柵條處于第一格柵間隙上方，并且形成于第二格柵條之間的第二格柵間隙處于第一格柵條上方，并且第一格柵條和第二格柵間隙的寬度以及第二格柵條和第一格柵間隙的寬度小于300nm。格柵彼此間的間距這樣設(shè)置，使得不存在閉合的半膜或者半金屬膜。在此，格柵條的厚度可以可選地小于300nm。
[0007]在周期性線條格柵結(jié)構(gòu)中，相位錯移相當于半個周期。
[0008]按照本發(fā)明使用雙線條格柵，其由兩個疊置的彼此互補構(gòu)造的(也就是相對錯移的)線條格柵結(jié)構(gòu)組成。相位錯移的理想值是90°，這當然需要考慮制造準確性。通過制造公差，在此可能產(chǎn)生互補性(即90°的相位錯移)偏差，因為通常不能完美地設(shè)計出矩形型材，而只能通過梯形型材近似，所述梯形型材的上部平行棱邊比下部平行棱邊短。線條格柵結(jié)構(gòu)由金屬或半導體材料制成。格柵條的層厚小于調(diào)制深度，即小于線條格柵結(jié)構(gòu)的格柵平面間距。
[0009]業(yè)已證明，這種構(gòu)造的格柵以驚人的方式既在反射中也在透射中提供可再現(xiàn)的并且易看到的顏色效果。
[0010]按照本發(fā)明的防偽元件可以簡單地通過層構(gòu)造按照以下方式制成，S卩，首先制備底層，其上設(shè)計有第一線條格柵結(jié)構(gòu)。接著施加介電的中間層，所述中間層覆蓋第一線條格柵結(jié)構(gòu)并且優(yōu)選比第一線條格柵結(jié)構(gòu)的格柵條更厚。接著可以設(shè)計錯移的第二線條格柵結(jié)構(gòu)，并且介電的覆蓋層構(gòu)成嵌套線條格柵結(jié)構(gòu)的基體的終端。作為備選，也可以在介電基體內(nèi)首先設(shè)計橫截面為矩形型材的亞波長格柵。如果用金屬垂直地蒸鍍該矩形型材，則在平臺上和構(gòu)成第一和第二格柵條的穴中產(chǎn)生金屬層。由此，當格柵條的層厚小于之前結(jié)構(gòu)化的介電基體的矩形型材的調(diào)制深度時，得到了不同平面內(nèi)的第一和第二格柵條的非連貫的期望金屬膜。
[0011]如果第一和第二格柵條之間的間距，即結(jié)構(gòu)的調(diào)制深度在50nm至500nm之間，優(yōu)選在IOOnm至300nm之間，則得到特別好的顏色效果。在此，所述間距分布從第一和第二線條格柵結(jié)構(gòu)的相同指向的面進行測量，即例如從第一格柵條的下側(cè)到第二格柵條的下側(cè)，或者從第一格柵條的上側(cè)到第二格柵條的上側(cè)。在此，所述間距當然需要垂直于所述平面進行測量，也就是表示相同定向的格柵條表面之間的高度差。
[0012]作為用于格柵條的材料可以考慮金屬，例如鋁、銀、銅、金、鉻、鉬和這些材料的合金。使用半導體，如硅或者鍺時，也顯示出期望的顏色效果。
[0013]如果想要提升反射中的色度，第一線條格柵結(jié)構(gòu)的第一格柵條和/或第二線條格柵結(jié)構(gòu)的第二格柵條可以具有多層式涂層，例如構(gòu)造為由兩個疊置的金屬或半導體涂層以及位于其間的介電層組成的三層。防偽元件也可以在大約垂直的入射角時接近于顏色中性地在反射中射出。這具有的優(yōu)點是，透射的色調(diào)不會由于反射而改變。對于防偽元件的格柵結(jié)構(gòu)，填充因數(shù)優(yōu)選為0.5，也就是格柵條的寬度等于格柵間隙的寬度。但是不是必須具有這種填充因數(shù)。與之不同地，可以將用于從正面反射的反射色調(diào)設(shè)計為與在防偽元件背面的反射中的反射色調(diào)不同。
[0014]具有雙線條格柵的防偽元件在反射和透射中顯示出與角度有關(guān)的顏色過濾性能。如果格柵線條垂直于光入射平面，則這種角度相關(guān)性是特別顯著的。顏色過濾性能可以用于將視覺對象變?yōu)椴噬沟闷湓趦A斜或者旋轉(zhuǎn)時改變其顏色。因此優(yōu)選的是，在對所述平面的俯視圖中設(shè)置至少兩個區(qū)域，線條格柵結(jié)構(gòu)的所述區(qū)域的縱向彼此傾斜，尤其是垂直。在垂直觀察時，可以這樣設(shè)計這種視覺對象，使得其在透射時具有統(tǒng)一的顏色并且不具有其它結(jié)構(gòu)。如果將該視覺對象圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)，則某一區(qū)域(例如背景)的顏色與另一區(qū)域(例如視覺對象)的顏色不同地改變。垂直于觀察方向的旋轉(zhuǎn)改變視覺對象以及背景的顏色，直至顏色完全轉(zhuǎn)換。格柵線條平行于入射平面延伸的格柵區(qū)域在傾斜時幾乎不改變其顏色。
[0015]格柵結(jié)構(gòu)在透射中具有極化性能。因此可以通過機器檢驗防偽元件，在其它情況下對于光學防偽元件是不能通過現(xiàn)有的標準傳感器進行檢驗的。全息圖或者Moire-Magnifier構(gòu)造等均不能通過機器簡單地檢驗。檢驗只需要明場攝像機和極化過濾器。防偽元件根據(jù)格柵結(jié)構(gòu)的定向顯示出其它極化性能。因此優(yōu)選的是，設(shè)置這種防偽元件，其具有至少兩個區(qū)域，所述區(qū)域的線條格柵結(jié)構(gòu)沿不同延伸的縱向延伸。在用極化光觀察時，這些區(qū)域顯示出強烈的對比不同，這減輕了機器讀取的難度。例如通過明場攝像機和極化過濾器的機器讀取提供了這兩個區(qū)域之間的對比，這種對比用于檢驗防偽元件的真?zhèn)巍?br> [0016]當然也可以考慮具有多個不同地布置的區(qū)域的結(jié)構(gòu)。因此，例如一種在防偽元件內(nèi)具有多個區(qū)域的擴展設(shè)計規(guī)定，所述區(qū)域在縱向上彼此不同，線條格柵結(jié)構(gòu)沿所述縱向延伸。由此可以在透射中形成具有多個顏色的視覺對象。在此特別優(yōu)選的是，在多個這種并列的區(qū)域之間，縱向以確定的角度步進值(例如5°、10°或者15°的步進值)逐漸地從某一區(qū)域向下一區(qū)域變化。
[0017]如果將這種具有并列區(qū)域的結(jié)構(gòu)在極化光源前旋轉(zhuǎn)，則顏色接近連續(xù)地隨著不斷增大的結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)角度變化。對于觀察者來說，例如在相應(yīng)的視覺對象(Motive)下形成一種運動效果。如果將格柵圍繞水平軸線傾斜，則在將圖案在未極化的光源之前傾斜時也能看到某種效果。顏色變化在具有不斷傾斜延伸的格柵線條的區(qū)域內(nèi)相對于在具有水平延伸的格柵線條的區(qū)域內(nèi)延遲地出現(xiàn)。
[0018]當然，線條格柵在單個區(qū)域內(nèi)也可以在寬度和間距方面具有不同的幾何參數(shù)。然而在這種情況下，視覺對象在垂直觀察時不消失。
[0019]不言而喻的是，之前提到的和之后還將闡述的特征不僅能夠以所說明的組合，而且也能夠以其它組合或者單獨地使用，只要不超出本發(fā)明的框架即可。
[0020]以下根據(jù)也公開了本發(fā)明重要特征的附圖示例性地進一步闡述本發(fā)明。在附圖中:
[0021]圖1示出具有雙線條格柵的防偽元件的剖視圖；
[0022]圖2a至圖2c示出圖1的第一實施形式的防偽元件的透射、反射和吸收的光譜相關(guān)性；
[0023]圖3示出圖2的防偽元件在調(diào)制深度變化時的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值；
[0024]圖4示出圖2的防偽元件在層厚時的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值；
[0025]圖5示出圖1的第二實施形式的防偽元件在層厚變化時的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值；
[0026]圖6示出雙線條格柵的類似于圖1的剖視圖，所述雙線條格柵的格柵條配設(shè)有三層式涂層；
[0027]圖7示出圖6的防偽元件在層厚時的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值；
[0028]圖8a至圖8b示出由圖1的防偽元件構(gòu)成的視覺對象的兩個俯視圖；
[0029]圖9a至圖9b示出對觀察圖8的視覺對象時的視覺印象變化的闡述；
[0030]圖10示出圖2的防偽元件的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值，其中畫出了極性相關(guān)性并且調(diào)制深度變化；
[0031]圖11示出了圖2的防偽元件的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值，其中施加過程與圖10 —致，但層厚變化；
[0032]圖12至圖13示出了類似于圖11但針對雙線條格柵的格柵條的不同材料的視圖；
[0033]圖14示出按照現(xiàn)有技術(shù)的防偽元件的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值；[0034]圖15示出防偽元件對于照明光線的不同極化的用于反射和透射的LCh顏色空間中的色值；
[0035]圖16示出類似于圖15的用于防偽元件的另一實施形式的視圖；
[0036]圖17a至圖17b示出防偽元件對于照明的不同極化方向的透射和反射關(guān)于接近紅外范圍內(nèi)的照明波長的函數(shù)；
[0037]圖18示出圖17的格柵對于可見光譜范圍內(nèi)的不同極化的透射；
[0038]圖19a至圖19b示出另一實施形式的防偽元件針對兩個極化方向的透射和反射關(guān)于針對防偽元件的兩個實施形式的可見光譜范圍內(nèi)的波長的函數(shù)；并且
[0039]圖20示出防偽元件的簡圖，其中，線條格柵結(jié)構(gòu)的縱向延伸在并列的區(qū)域內(nèi)逐漸地改變，以便在傾斜防偽元件時產(chǎn)生運動效果。
[0040]圖1以剖視圖示出防偽元件S，其具有嵌入基體I內(nèi)的雙線條格柵。在基體I內(nèi)加工有第一線條格柵結(jié)構(gòu)2，其布置在平面L中。第一線條格柵結(jié)構(gòu)由寬度為a的第一格柵條9組成，它們沿著垂直于附圖平面的縱向延伸。在第一格柵條3之間具有寬度為b的第一格柵間隙4。第一格柵條3的厚度(垂直于平面L測量)用t表示。具有第二格柵條7的第二線條格柵結(jié)構(gòu)6處于第一格柵條3上方高度h處。第二格柵條7具有寬度b。第二線條格柵結(jié)構(gòu)6這樣相對于第一線條格柵結(jié)構(gòu)2相位錯移，使得第二格柵條7盡可能準確地(在制造精度范圍內(nèi))處于第一格柵間隙4的上方。同時，形成于第二格柵條7之間的第二格柵間隙8處于第一格柵條3上方。
[0041]厚度t小于高度h，因此格柵條3和7不會形成連貫的膜。
[0042]在圖1的示意剖視圖中，第一格柵條3的寬度a等于第二格柵條7的寬度b。因此，相對于一個周期d，每個線條格柵結(jié)構(gòu)中的填充因數(shù)為50%。然而不是必須如此。按照公式b+a=d可以進行任意的變化。
[0043]在圖1的示意剖視圖中，第一格柵條2的厚度t也等于第二格柵條7的厚度t。這有利于更簡單地進行制造，但并不是必需的。然而重要的是，調(diào)制深度h，即第一線條格柵結(jié)構(gòu)2與第二線條格柵結(jié)構(gòu)6之間的高度差大于第一格柵條3與第二格柵條7的厚度之和，因為否則就不能分隔開兩個線條格柵結(jié)構(gòu)2和6。
[0044]圖1的防偽元件S將入射光線E反射為反射光線R。此外，一部分光線作為透射光線T透射出來。反射和透射特性取決于入射角O，以下還將進行闡述。
[0045]防偽元件S的制造例如可以通過以下方式進行，即首先在底層9上施加第一線條格柵結(jié)構(gòu)2，接著在其上施加中間層5。隨后可以將具有第二格柵條7的第二線條格柵結(jié)構(gòu)置入在此向上形成的格柵間隙4中。覆蓋層10覆蓋防偽元件。所述層9、5和10的折射率基本上相等并且例如可以是約1.5，尤其是1.56。
[0046]尺寸b、a和t在亞波長范圍內(nèi)，即小于300nm。調(diào)制深度優(yōu)選在50nm至500nm之間。
[0047]但是也可以使用這樣的制造方法，其中首先在基體I的上側(cè)制造矩形格柵。也就是基體I這樣結(jié)構(gòu)化，使得寬度為a的穴與寬度為b的條相互交替。接著，為結(jié)構(gòu)化的基體蒸鍍期望的涂層，從而形成第一和第二線條格柵以及第一和第二線條格柵結(jié)構(gòu)。在蒸鍍之后，用覆蓋層遮蓋所述結(jié)構(gòu)。由此得到層狀結(jié)構(gòu)，其中上側(cè)和下側(cè)具有基本上相同的折射率。[0048]結(jié)構(gòu)化的基體可以通過不同方式得到。一種選擇是用母版進行復(fù)制。母版形狀例如可以在UV漆中復(fù)制在薄膜(例如PET薄膜)上。這樣就得到了作為介電材料的基體1，其折射率例如為1.56。作為備選可以考慮熱沖壓方法。
[0049]母版或者基體本身可以借助蒸鍍設(shè)備、聚焦式粒子束或者通過干涉光刻制造，其中，將所述結(jié)構(gòu)寫入感光漆中并且接著展開。
[0050]通過光刻方法制造的母版的結(jié)構(gòu)可以在下一步中在石英基體中腐蝕，以便形成盡可能垂直的型材側(cè)邊。石英晶片用作坯件并且例如可以在有機無機混合聚合物(Ormocer)中復(fù)制或者通過電鍍成型而多樣化。光刻制造的原件在有機無機混合聚合物或者鎳中同樣可以通過電鍍方法直接成型。也可以在納米銘刻方法中從均勻的格柵母版出發(fā)組成具有不同格柵結(jié)構(gòu)的視覺對象。
[0051 ] 這些用于亞波長格柵結(jié)構(gòu)的制造方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。
[0052]圖2a至圖2c示例性地示出防偽元件S的光譜特性,其雙線條格柵的型材參數(shù)為d=360nm, b=180nm, h=200nm,格柵條的材料是招，t=30nm,介電材料的折射率為1.56。圖2a在y軸示出作為針對不同入射角(即0°、15°、30°和45° )的波長(標記在x軸上)的函數(shù)的透射。圖2b類似地示出防偽元件的反射，圖2c示出防偽元件的吸收情況。在圖1中定義了入射角?。
[0053]可以看出，出現(xiàn)光譜選擇的吸收，也就是防偽元件發(fā)揮了透射中的顏色特性。通過用于0°入射角的約為550nm波長時的峰值方向交換為用于非垂直觀察角度(O >0° )的沉降，造成對于透射中顏色特性(即對于透射光線T)的明顯影響。在反射時出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。
[0054]這最終使得在從垂直觀察角度傾斜30°角度時透射的顏色從黃色變?yōu)樗{色。
[0055]為了說明防偽元件S的有利顏色效果，作為對比可以參考以類似于圖3的視圖顯示了已知防偽元件的圖14。基于該圖的防偽元件的結(jié)構(gòu)基本上與圖1的結(jié)構(gòu)一致，但第一和第二線條格柵結(jié)構(gòu)不是由金屬制成，而是由層厚為70nm的ZnS制成?？梢钥闯觯瑳]有出現(xiàn)光譜選擇性的吸收。透射中的顏色特性明顯變差。色度大約只有四分之一并且亮度還在入射角方面進行了調(diào)制。因此，在入射角變化時透射中的顏色對比急劇變差。這種格柵充其量可在反射工作模式中(例如在黑色底層上)使用。
[0056]接下來的圖3和圖4示出調(diào)制深度(參見圖3)和層厚(圖4)如何對圖1和圖2的防偽元件的顏色特性。在此，分別在附圖的左欄示出了反射，在右欄示出了透射。所述顯示在LCh色彩空間中實現(xiàn)。最上邊一行示出亮度L*，中間一行示出色度C*，并且最下邊一行示出色調(diào)h°。雙線條格柵的幾何參數(shù)為d=360nm，b=180nm。用于線條格柵結(jié)構(gòu)的材料是鋁，圖1的基體和區(qū)域4和5的折射率為1.56。這個值大致與PET薄膜和UV漆的折射率—致。
[0057]可以看出，透射中的亮度和色度隨著調(diào)制深度h的增加而升高。當透射的亮度和色度高于反射的亮度和色度時，在透射中形成了可良好感知的顏色對比。這種情況發(fā)生在調(diào)制深度在150nm至280nm之間時。在透射中顯示出相對于具有ZnS格柵條的防偽元件明顯更好的顏色特性。此外，亮度在入射角方面進行了調(diào)制。因此在入射角變化時，透射中的顏色對比急劇升高。對于具有調(diào)制高度為h=200nm的線條格柵結(jié)構(gòu)，傾斜15°就已經(jīng)使得透射中的色調(diào)和亮度明顯改變。[0058]圖4示出層厚的影響。所述材料還是鋁，并且?guī)缀螀?shù)d、b、h與圖2的幾何參數(shù)一致?？梢钥闯?，在20nm至30nm范圍內(nèi)的層厚在透射中產(chǎn)生了有利的顏色特性。透射的亮度與反射中的亮度處于相同數(shù)量級。而透射中的色度明顯更高。
[0059]與圖4相應(yīng)的格柵結(jié)構(gòu)顯示出了類似的顏色特性，然而作為用于格柵條的材料使用硅。如圖5所示，該格柵在透射中具有比反射中更大的亮度。透射中的色度隨著層厚t的增加而升高，并且對于30°的入射角和大于70nm的層厚，透射色度也大于反射中的色度。具有IOOnm厚的硅層的格柵在反射中呈紅色，其色度隨著入射角的增大而減小。而在透射中，色調(diào)從淺綠過渡為較強的黃色調(diào)。
[0060]然而，透射中與角度相關(guān)的顏色效果不只局限于一個在格柵條內(nèi)具有唯一金屬層或者半導體層的線條格柵結(jié)構(gòu)。也可以針對雙線條格柵得到所述效果，所述雙線條格柵的格柵條由多層組成。然而在此，所述層的總厚度總是小于調(diào)制深度h。至少一層由金屬或者半導體組成。三層特別優(yōu)選地適用于所述層結(jié)構(gòu)。更大的層數(shù)量幾乎不能改善角度相關(guān)的顏色效果，但提高了制造成本。
[0061]圖6示例性地示出防偽元件，其中第一和第二格柵條3和7分別由三層式涂層實現(xiàn)。它具有金屬層11、介電的中間層12和另一金屬層13。兩個金屬層的層厚優(yōu)選但不是必須地相等。
[0062]圖7示出用于具有按照圖6的層結(jié)構(gòu)的防偽元件S的LCh顏色空間中的色值，其中，金屬層11和13分別是IOnm厚的鋁層，并且介電層12是二氧化硅層。圖7示出了作為二氧化娃層厚的函數(shù)的顏色效果。其它參數(shù)是d=360nm、b=180nm和h=200nm。如所有其它實施形式那樣，基體I以及區(qū)域4和5的折射率為1.56。
[0063]防偽元件在透射中的亮度略微小于反射中，但在透射中的色度高于反射中。超過60nm的二氧化硅層厚使得傾斜時在透射中出現(xiàn)較強的色調(diào)。而在反射中防偽元件呈綠色。在二氧化硅的層厚為70nm時，防偽元件在大約為垂直的入射角時在反射中接近于顏色中性。這具有的優(yōu)點是，透射的色調(diào)不會由于反射而改變。
[0064]上述實施形式涉及的是占空比為b:a=l:l(填充因數(shù)為0.5)的格柵型材。該值為優(yōu)選值，但不是必須的。通過與該值不同的值，可以實現(xiàn)針對正面和背面結(jié)構(gòu)的不同反射色調(diào)。
[0065]所述防偽元件與角度相關(guān)的顏色過濾可以用于使視覺對象具有多種顏色，其在傾斜或者旋轉(zhuǎn)時改變其顏色。
[0066]具有雙線條格柵的多彩視覺對象的一種簡單設(shè)計方案是一種形成有不同區(qū)域的布局，所述區(qū)域的縱向相對于線條格柵結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)優(yōu)選90°。因此，在格柵傾斜時(格柵線條平行于入射平面延伸)，光譜學上的透射或反射特征基本不變。
[0067]圖8a和圖Sb示出了一種防偽元件，其中，視覺對象15的背景14的區(qū)域設(shè)計具有垂直延伸的縱向，并且視覺對象15設(shè)計具有水平延伸的縱向。在圖Sb的視圖中，示意性地示出了線條方向。視覺對象15顯示為一個蝴蝶和兩個數(shù)值。圖8a示意性示出了黑底白色的視覺對象15。視覺對象15以及背景14示例性地具有按照圖1的實施形式所述的參數(shù)。
[0068]圖9a和圖9b示出了當在透射光中的背景照明16之前觀察圖8的防偽元件S時的不同照明狀態(tài)。在垂直觀察時(圖9a的上部視圖)，防偽元件在透射中統(tǒng)一呈現(xiàn)黃色。當圍繞垂直軸線旋轉(zhuǎn)防偽元件時，背景14的顏色從黃色變?yōu)樗{色。而當取而代之地圍繞水平軸線傾斜時，視覺對象15呈藍色(圖9a的下部視圖)。圖9b示出針對不同方位角的情況。在此，視覺對象15和背景14的顏色不斷改變，直至完全反轉(zhuǎn)。
[0069]當然也可以考慮具有在多個視覺對象區(qū)域內(nèi)不同定向的格柵的布局，如已經(jīng)在說明書的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分闡述的那樣。這在之后還將根據(jù)圖20進行闡述。
[0070]防偽元件S還在透射中具有極化過濾的性能。作為在垂直入射角時用于TE和TM極化的反射(左欄)以及透射(右欄)中的調(diào)制深度h的函數(shù)，圖10示出具有線條格柵結(jié)構(gòu)的防偽元件S的顏色特性，所述線條格柵結(jié)構(gòu)的格柵條由鋁制成。其它的描繪方式與圖3 一致。防偽元件的參數(shù)為d=360nm, b=180nm, t=30nm?；wI的折射率為η=1.56。
[0071]可以看出，在調(diào)制深度大于150nm時，防偽元件具有用于透射中的兩個極化方向的良好亮度對比。此外，調(diào)制深度在200nm至260nm之間時，色度的變化特別大。在調(diào)制深度為270nm時顏色改變最大。
[0072]圖11示出在調(diào)制深度為250nm時層厚對圖10的格柵的影響。在層厚大于20nm時，防偽元件在透射中具有良好的極化過濾性能。當層厚在20nm至30nm之間時,色度和顏色對比度特別高。在此，當照明的極化從TM極化過渡為TE極化時，可以觀察到顏色從藍色變?yōu)辄S色。
[0073]線條格柵結(jié)構(gòu)在格柵條中具有硅的防偽元件同樣在透射中具有極化過濾效果。圖12示出防偽元件的LCh色值，格柵參數(shù)為d=360nm、b=180nm并且h=300nm，其格柵條通過用非結(jié)晶形硅的蒸鍍制造。也就是格柵條由非結(jié)晶形硅構(gòu)成。在硅層厚度大于IOOnm時，可以觀察到透射中明顯的亮度差。對于約140nm的硅層厚度，色度的變化特別大。透射對于TM極化呈橙色，對于TE極化呈紫色。
[0074]圖13示出當取代非結(jié)晶形硅而使用晶體硅時的顏色特性。除此之外，參數(shù)相當于圖12中的參數(shù)。該防偽元件在大于40nm的厚度時就已經(jīng)顯示出明顯的亮度差。IOOnm的層厚特別好地適合作為極化過濾器。橙色/藍色的顏色對比在硅層厚度為120nm時最為強烈。
[0075]防偽元件的線條格柵結(jié)構(gòu)在透射中具有極化過濾的(所謂極化的)性能。圖15示出具有鋁蒸鍍的格柵的LCh顏色空間中的色值，作為在垂直入射角時用于TM和TE極化的反射中以及透射中的調(diào)制深度h的函數(shù)。在圖15的左欄中示出了反射中的色值，在右欄中示出了透射中的色值。防偽元件的參數(shù)為d=360nm, b=180nm, t=30nm?；wI的折射率為n=1.52并且格柵條3、7由鋁制成。格柵的結(jié)構(gòu)與圖1中的結(jié)構(gòu)一致。防偽元件在TM極化中的作用通過實線表示，在TE極化中的作用通過虛線表示?？梢钥闯觯谡{(diào)制深度h=260時，針對兩個極化方向確定最大差值，由此確定對比度。在TE極化中形成深藍色的高飽和色調(diào)，其與在TM極化中觀察到的亮黃色的、淺棕色的顏色有明顯區(qū)別。
[0076]圖16示出類似于圖3的格柵視圖，其中，格柵條3、7由40nm的銅層制成。除此之外的參數(shù)與圖15的防偽元件的參數(shù)一致。在此也在調(diào)制深度為260nm時產(chǎn)生明顯的色差，其大致與根據(jù)圖15所述的色差一致。如果改變格柵條3、7的層厚，則能夠?qū)⒖梢姷念伾{(diào)節(jié)得略微不同。
[0077]圖17a和圖17b示出了調(diào)制深度h=200nm的格柵的透射和反射，所述格柵的其它方面與圖15的參數(shù)一致。在此，作為近紅外范圍內(nèi)的照明波長的函數(shù)進行描繪。實線表示照明光線的TM極化，虛線表示照明光線的TE極化?？梢郧宄乜闯觯瑢τ谀承┎ㄩL，在兩個極化方向之間存在明顯的透射和反射差。
[0078]作為可見光譜范圍內(nèi)的波長的函數(shù)，圖18示出圖17a、圖17b的格柵的透射。在此也在兩個極化方向之間存在明顯差別。
[0079]圖19a示出具有圖15的防偽元件參數(shù)的格柵的透射，圖19b示出其反射，但格柵條3、7在此通過IOOnm厚的硅層構(gòu)成。實線以及短虛線表示調(diào)制高度為h=200nm的格柵結(jié)構(gòu)，點劃線和長虛線表示調(diào)制深度為h=250nm的格柵。實線和長虛線表示入射光線的TM極化，短虛線以及點劃線表示TE極化。可以清楚地看出針對不同極化的不同透射和反射特性。
[0080]因此，可以簡單地為防偽元件選擇能夠在照明光線的極化方向上產(chǎn)生明顯差別的調(diào)制深度。
[0081]防偽元件的極化過濾性能允許了通過觀察線性極化照明時的透射來進行真實性檢驗。這種照明例如由LCD屏幕提供。甚至藍天也是部分線性極化的(與多云的天空相對)并且適合作為用于檢驗防偽元件的照射源。
[0082]防偽元件的極化過濾性能也通過以下方式允許通過機器進行真實性檢驗，S卩，例如檢驗?zāi)骋还庾V范圍內(nèi)的對比度。對比度在此理解為在極化方向彼此垂直時的不同透射和/或反射。因此，檢驗設(shè)備在具有兩個不同極化方向時依次地照射防偽元件并且檢測在此得到的兩個圖像之間的對比度。這種方式實現(xiàn)了簡單地通過機器檢驗防偽元件，而這種檢驗對于其它防偽元件會明顯更麻煩或者甚至不能實現(xiàn)。
[0083]防偽元件的縱向布局不局限于在不同區(qū)域內(nèi)彼此成直角的位置，如圖8a、圖Sb所示。也可以采用這種設(shè)計方案，其中這些區(qū)域之間的縱向逐漸地改變。圖20示例性地示出直角表面16，其具有十個部分區(qū)域16.1至16.10，它們在其線條格柵結(jié)構(gòu)的縱向方面這樣區(qū)分，使得縱向以10°的步進值從垂直定向(部分區(qū)域16.1)過渡為水平定向(部分區(qū)域
16.10)。如果將該結(jié)構(gòu)在極化光源之前旋轉(zhuǎn)，則在TE或TM極化中可見的顏色由于線條格柵結(jié)構(gòu)的極化過濾性能幾乎連續(xù)地以逐漸增大的旋轉(zhuǎn)角沿部分區(qū)域16.1至16.10而交替。因此，觀察者感覺到一種運動效果。這當然可以用于視覺對象的設(shè)計方案。如果將防偽元件圍繞水平軸線相對于圖20傾斜，則這種效果也出現(xiàn)于未極化照明中。隨即在具有不斷傾斜延伸的格柵線條的區(qū)域內(nèi)相對于具有水平延伸的格柵線條的區(qū)域延遲地出現(xiàn)顏色變化。
[0084]所述防偽元件尤其可用作鈔票或者其它文件的檢驗窗。它也可以部分被顏色遮蓋或者格柵區(qū)域可以局部去金屬或者不設(shè)計線條格柵，因此這種區(qū)域完全被金屬化。也可以考慮具有衍射格柵結(jié)構(gòu)(如全息圖)的組合方案。
[0085]防偽元件的真實性檢驗當然也可以在沒有輔助器件的情況下進行。借助極化器可以在不使用其它設(shè)備的情況下進行附加地認證。
[0086]附圖標記清單
[0087]I 基體
[0088]2第一線條格柵結(jié)構(gòu)
[0089]3第一格柵條
[0090]4第一格柵間隙
[0091]5中間層
[0092]6第二線條格柵結(jié)構(gòu)[0093]7第二格柵條
[0094]8第二格柵間隙
[0095]9 底層
[0096]10覆蓋層
[0097]11、13 金屬層
[0098]12介電中間層
[0099]14 背景
[0100]15視覺對象
[0101]16 表面
[0102]16.1-16.10 區(qū)域
[0103]17背景照明
[0104]h調(diào)制深度
[0105]t、tl、t2 涂層厚度
[0106]b線條寬度
[0107]a間隙寬度
[0108]d 周期
[0109]S防偽元件
[0110]L 平面
[0111]E入射光線
[0112]R反射光線
[0113]T透射光線
[0114]Θ入射角
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造有價文件如鈔票、支票等的防偽元件，具有: -介電的基體(1)， -嵌入基體(I)內(nèi)的第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)和嵌入基體(I)內(nèi)的第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)，所述第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)由多個沿縱向延伸并且布置在平面(L)內(nèi)的由金屬或半導體制成的第一格柵條(3)組成，所述第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)由沿縱向延伸的由金屬或半導體制成的第二格柵條(7)組成，所述第二線條格柵結(jié)構(gòu)相對于平面(L)處于第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)上方，其中， -第一格柵條(3)分別具有寬度(b)并且以間距(a)并列設(shè)置，從而在第一格柵條(3)之間形成沿縱向延伸的寬度相應(yīng)于間距(a)的第一格柵間隙(4)， -第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)相對于第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)反型，其中，在對平面的俯視圖中，第二格柵條(7)處于第一格柵間隙(4)上方，并且形成于第二格柵條(7)之間的第二格柵間隙(8)處于第一格柵條(3)上方，并且 -第一格柵條(3)和第二格柵間隙(8)的寬度、第二格柵條(7)和第一格柵間隙(4)的寬度以及第一格柵條(3)和第二格柵條(7)的厚度(t)分別小于300nm。
2.按權(quán)利要求1所述的防偽元件，其中，所述介電基體(I)包括其上構(gòu)造有第一線條格柵結(jié)構(gòu)(2)的底層(9)、施加在底層上的介電的中間層(5)和布置在第二線條格柵結(jié)構(gòu)(6)之上的介電的覆蓋層(10)，所述中間層遮蓋第一格柵條(3)和第一格柵間隙(4)并且比第一格柵條(3)更厚，其中，所述中間層(5)、覆蓋層(10)和底層(9)優(yōu)選具有相同的折射率。
3.按前述權(quán)利要求之一所述的防偽元件，其中，在所述第一格柵條(3)與第二格柵條(7)之間垂直于所述平面測量存在間距(h)，所述間距(h)在50nm至500nm之間，優(yōu)選在IOOnm 至 300nm 之間。
4.按前述權(quán)利要求之一所述的防偽元件，其中，所述第一格柵條(3)和第二格柵條(J)具有由一種或多種以下材料制成的涂層:A1、Ag、Cu、Au、Cr、Pt、S1、Ge和這些材料的合金。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的防偽元件，其中，所述第一和/或第二格柵條(3、7)具有三層式涂層，所述三層式涂層由兩個疊置的金屬或半導體涂層(11、13)以及位于其間的介電的層(12)組成。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的防偽元件，其中，所述寬度(b)等于所述間距(a)。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的防偽元件，所述防偽元件在對所述平面(L)的俯視圖中具有至少兩個區(qū)域(14、15 ；16.1-16.10)，所述區(qū)域的縱向彼此傾斜，尤其是垂直。
8.按權(quán)利要求7所述的防偽元件，其中，所述兩個區(qū)域(16.1,16.10)的縱向相互圍成一個角度，并且所述防偽元件具有至少一個第三區(qū)域(16.2-16.9)，所述至少一個第三區(qū)域的縱向處于所述角度之內(nèi)。
9.按權(quán)利要求8所述的防偽元件，其中，存在多個第三區(qū)域(16.2-16.9)，它們布置為圖案(16)并且其縱向彼此不同。
【文檔編號】B42D15/00GK103874585SQ201280049587
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月11日
【發(fā)明者】H.洛克比勒 申請人:德國捷德有限公司