S i c h e r h e i t s e l e m e n t u n d V e r f a h r e n z u r H e r s t e l l u n g e i n e s S i c h e r h e i t s e l e m e n t s Die Erfindung betrifft ein Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen, das eine Vorder- und eine Rückseite hat. Das Sicherheitselement weist einen Substratkörper auf, welcher eine sich über einen Bereich erstreckende Gitterstruktur mit darauf befindlicher Reflektorschicht aufweist, und die Gitterstruktur zeigt im sichtbaren Spektralbereich in Draufsicht und/oder Transmission mindestens eine Farbe. Sicherheitselemente zur Herstellung von Wertdokumenten mit periodischen Liniengittern sind bekannt, beispielsweise aus der WO 2013/053435 A1. Auch zweidimensional periodische, farbfilternde Gitter sind beispielsweise aus der DE 102011101635 A1 bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, Wertdokumente wie Banknoten durch Bedruckung mit einer speziellen Druckfarbe abzusichern, welche bei einer Beleuchtung mit Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich (NIR-Bereich) – also gemäß DIN 5031 in der am 1. Mai 2023 geltenden Fassung im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm – eine deutlich unterschiedliche Erscheinung gegenüber der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich zeigt. Diese bekannten Wertdokumente haben bestimmte Teilbereiche im Druckbild, die Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem NIR-Bereich absorbieren, andere Teilbereiche dagegen absorbieren Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem NIR-Bereich nicht und erscheinen bei Beleuchtung mit Strahlung dieser Wellenlänge in Reflexion hell. Derartige Farben weisen sogenannte Remissionseigenschaften auf; sie absorbieren einen Teil des Beleuchtunsspektrums und erscheinen damit für diese Wellenlängen opak, und transmittieren bzw. reflektieren einen anderen
Teil des Beleuchtungsspektrums – man spricht bei Remission deshalb auch von diffuser Reflexion. Bei den bekannten Farben liegen unterschiedliche Remissionseigenschaften von Teilbereichen im NIR-Bereich vor, sie sind damit im sichtbaren Spektralbereich nicht offensichtlich. Daher wird diese Eigenschaft vielfach zur maschinellen Echtheitsprüfung bei der Banknotenbearbeitung verwendet, denn ein Fälscher ist sich dieser unterschiedlichen Erscheinung im NIR-Bereich und im Sichtbaren meist nicht bewusst – es wird ein überraschender fälschungssichernder Effekt erzeugt. Gängige Farben mit infrarot absorbierenden Eigenschaften zeigen im Allge- meinen eine Absorption im NIR-Bereich von 780 nm bis 3000 nm, unabhän- gig von der Wellenlänge der einfallenden infraroten Strahlung. Es sind je- doch Farben einiger Hersteller bekannt, wie z.B. Farben der Firma SicPa oder Gleitsmann, welche ein spektralabhängiges Absorptionsverhalten im NIR- Bereich haben, d.h. sie absorbieren Strahlung unterschiedlicher NIR- Wellenlängen unterschiedlich stark. Bei diesen Farben ist beispielsweise die Absorption im kurzwelligen NIR-Bereich geringer als im längerwelligen NIR-Bereich. Diese Eigenschaft ist schwer fälschbar und kann mit Hilfe ge- eigneter Sensoren, welche die Remission beispielsweise in zwei unterschied- lichen IR Spektralbereichen auswerten, zur erweiterten Echtheitsprüfung herangezogen werden. Es ist bekannt, dass diese Eigenschaften der speziellen Druckfarben bei Wertdokumenten auch in Transmission zur maschinellen Echtheitsprüfung herangezogen werden können. Die Druckfarben mit spektral unterschiedli- chem Absorptionsverhalten sind sowohl für Papier als auch für Polymersub- strate bekannt.
Außerdem ist es bekannt, metallisch geprägte Mikro- bzw. Nanostrukturen mit den oben genannten infrarot absorbierenden Farben zu überdrucken. Die so hergestellten Sicherheitselemente können dann ebenfalls mit geeigneten Sensoren auf Echtheit im NIR-Bereich geprüft werden. Um ein Sicherheitselement mit Remissionseigenschaften im NIR-Bereich auszustatten, ist bisher eine Bedruckung mit den beschriebenen Druckfarben erforderlich. Ein Druckprozess bedeutet aber immer auch einen zusätzlichen weiteren Prozess in der Herstellung des Sicherheitselements bzw. des Wert- dokuments, so dass sich der Herstellaufwand erhöht. Außerdem ist es schwierig mit bekannten Druckprozessen eine hohe laterale Positionsgenau- igkeit des Drucks (sog. Passer), wie sie aber bei der Herstellung von Sicher- heitselementen für Wertdokumente notwendig ist, zu gewährleisten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitselement zu schaf- fen, welches mit hoher lateraler Positionsgenauigkeit auf ein Wertdokument aufgebracht werden kann und ein fälschungssicherndes Merkmal mit NIR- Eigenschaften aufweist, dessen Herstellungsaufwand gering ist. Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 11 und 12 definiert. Die Unteran- sprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen. Es ist ein Sicherheitselement zur Herstellung von Wertdokumenten, wie Banknoten, Schecks oder dergleichen vorgesehen. Das Sicherheitselement hat eine Vorder- und eine Rückseite und weist einen Substratkörper auf, welcher eine sich über einen Bereich erstreckende Gitterstruktur mit darauf befindli- cher Reflektorschicht aufweist. Die Reflektorschicht sorgt dafür, dass die Git- terstruktur im sichtbaren Spektralbereich – üblicherweise der Wellenlängen-
bereich von 380 nm bis 780 nm – in Draufsicht und/oder in Transmission mindestens eine Farbe zeigt. Der Substratkörper ist ein Dielektrikum; in der Regel eine Kunststofffolie, insbesondere eine PET Folie, oder der Substratkörper selbst ist aus einem UV-Prägelack geformt. Der Brechungsindex der Materialien des Substrat- körpers ist bevorzugt ungefähr n = 1,5. In den Substratkörper ist eine Git- terstruktur eingebracht, also z. B. in den UV-Prägelack durch Prägen, Lasern oder Ätzen. Die Gitterstruktur ist metallisiert, bevorzugt mit Aluminium, welches durch Bedampfen im Vakuum auf die Gitterstruktur aufgebracht wird. Durch diese Metallisierung werden plasmonische Effekte erzeugt, welche zu einer reso- nanten Lichtabsorption im Metall führen. Diese frequenzselektive Absorpti- on hat zufolge, dass die Transmission bzw. Reflexion für die jeweilige Wel- lenlänge vermindert ist. Bestimmend für die Lage von plasmonischen Reso- nanzen im NIR-Bereich ist die Wahl der Gitterperiode. Plasmonische Reso- nanzen sind besonders ausgeprägt bei Gitterstrukturen für Wellenlängen, welche etwa den Wert d/n haben, wobei d der Periode und n dem Bre- chungsindex entspricht. Die genaue Lage der Resonanz im Wellenlängen- spektrum hängt jedoch von der exakten Geometrie der Gitterstruktur im Pro- fil sowie den optischen Konstanten des Substratkörpers ab. Auch die Struk- turtiefe hat einen Einfluss auf das Transmissions- bzw. Reflexionsspektrum der Gitterstruktur, dadurch dass Hohlraumresonanzen angeregt werden können und sich diese mit zunehmender Strukturtiefe in den langwelligen Bereich des Spektrums verschieben. Daher eignen sich 1-dim oder 2-dim pe- riodische Gitter mit Perioden von 100 nm bis 1000 nm, bevorzugt von 200 nm bis 600 nm, für die Ausbildung von plasmonischen Resonanzen bzw. Hohl- raumresonanzen im NIR-Bereich. Weiter ist die Tiefe der Gitterstruktur, also
die Modulationstiefe zweier metallischer Gitter, welche beabstandet zuei- nander angeordnet sind, relevant für die Ausbildung von Hohlraumreso- nanzen. Die Modulationstiefe kann im Bereich von sehr flachen Strukturen mit ca.20 nm bis zu mehreren Mikrometern gewählt werden. Jedoch schränkt die Herstellung von solchen Strukturen in einem Prägeprozess die Wahl auf den Bereich von etwa 40 nm bis 500 nm ein. Die beschriebenen plasmonischen Effekte entstehen auch bei anderen Metallen wie Ag, Cu, Au, Cr, etc. und Legierungen davon, so dass auch diese Metalle gleichermaßen für die Metallisierung Verwendung finden. Im Gegensatz dazu hängen die Hohlraumresonanzen in erster Linie von der Geometrie der Gitterstruktur ab und führen zu einer Umverteilung der Lichtintensität zwischen dem Reflexi- ons- und dem Transmissionsanteil. In der Praxis gibt es jedoch eine Kopp- lung zwischen beiden Effekten, welche Lichtresonanzen im nahen Infrarot bewirken können. In dem Bereich, in dem sich die Gitterstruktur erstreckt, sind in der Git- terstruktur mindestens zwei im sichtbaren Spektralbereich nicht erkennbare Teilbereiche vorgesehen, in denen jeweils die Gitterstruktur einheitlich aus- gebildet ist. Zwischen den Teilbereichen unterscheiden sich die Gitterstruk- turen allerdings jeweils in mindestens einem Gitterstrukturparameter, bei- spielsweise einer Modulationshöhe, einem Flächenfüllfaktor oder einer Peri- ode der Gitterstruktur. Es kann auch der Azimuthwinkel Von verschiedenen Teilbereichen verändert werden, dadurch, dass ein Teilbereich verkippt an- geordnet wird. Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, dass die Gitterstruktur auf einer Mikrospiegelanordnung angeordnet ist. Die Teilbe- reiche sind jeweils NIR-absorbierend, jedoch in ihrem Absorptionsverhalten im NIR-Bereich unterschiedlich, insbesondere spektral unterschiedlich ab- sorbierend.
Hierdurch wird ein überraschender fälschungssichernder Effekt erreicht, welcher nur bei der Beleuchtung mit Strahlung aus dem NIR-Bereich sicht- bar wird, bei der Beleuchtung mit Licht, d.h. aus dem sichtbaren Wellenlän- genspektrum aber getarnt ist. Ein visueller Eindruck ändert sich zwischen den Teilbereichen durch die IR-wirksamen Struktur nicht. Bevorzugt realisieren die Teilbereiche versteckte Codes im NIR-Spektrum. Diese Codes entstehen dadurch, dass einige Teilbereiche bei Bestrahlung mit Wellenlängen aus diesem Teilspektrum des NIR-Bereichs absorbierend sind und damit in Transmission erscheinen, andere hingegen nicht. Die Teilberei- che können sich auch bei unterschiedlicher Wellenlänge im NIR-Bereich ver- ändern, denn jeder Teilbereich absorbiert bevorzugt die Strahlung einer an- deren Wellenlänge oder eines anderen Wellenlängenbereichs. Ein Teilbe- reich, der bei einer Wellenlänge von beispielsweise 800 nm erscheint, kann beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1000 nm wieder verschwinden. Ein weiterer Teilbereich, welcher bei Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 800 nm nicht sichtbar ist, kann aber beispielsweise bei 1000 nm sichtbar werden. Außerdem können sich die Effekte in Reflexion bei der Beleuchtung mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge aus dem NIR-Bereich in den Teilbe- reichen unterscheiden, in Transmission aber gleichen, oder umgekehrt. Bevorzugt zeigt das Sicherheitselement in Draufsicht eine mit dem unbe- waffneten Auge erkennbare Darstellung in den Teilbereichen, z.B. ein Mus- ter, Bild, Text o.ä., überlagert. Sie ist bei der Beleuchtung im sichtbaren Wel- lenlängenbereich erkennbar ist und wird unter diesen Bedingungen durch die Gitterstruktur, die grundsätzlich nur NIR-wirksam ist, nicht verändert. Bevorzugt ist die Gitterstruktur in mindestens einem Teilbereich für Strah- lung im NIR-Teilspektrum von 780 nm bis 1.100 nm absorbierend. Bevorzugt
absorbieren mehrere Teilbereiche jeweils im NIR-Teilspektrum von 780 nm bis 1.100 nm, die Teilbereiche unterscheiden sich aber hinsichtlich ihrer spektralen Absorptionscharakteristik in diesem Spektralbereich. Die Variati- on des mindestens einen Gitterstrukturparameters in den Teilbereichen sorgt dafür, dass die mit dem bloßen Auge erkennbare Darstellung bei Beleuch- tung mit Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich über alle Teilberei- che hinweg keinen Effekt erzeugt. Soweit kein weiterer Druck etc. vorgese- hen ist, erscheinen die Teilbereiche z.B. als eine Einheit. Bei Beleuchtung mit Strahlung aus dem NIR-Bereich absorbieren die Teilbereiche in NIR- Spektralbereich unterschiedlich. Die Teilbereiche können im NIR eine binäre Transparenzcodierung realisieren, z.B. im Sinne eines s/w-Durchsichtbildes o.ä., ohne den Eindruck im Sichtbaren zu beeinträchtigen. Insbesondere können die Teilbereiche spektral unterschiedlich NIR- Strah- lung absorbieren. Dann können die Teilbereiche bei unterschiedlichen Wel- lenlängen im NIR-Bereich unterschiedliche Codierungen realisieren, z.B. im Sinne eines mehrfarbigen Durchsichtsbildes. Die Gitterstruktur kann sowohl eine eindimensionale periodische Subwellen- längenstruktur mit Gitterstegen und Gitterspalten, wie beispielsweise ein Doppel-Liniengitter, als auch eine zweidimensionale Subwellenlängenstruk- tur, insbesondere eine zweidimensionale periodische Subwellenlängenstruk- tur mit periodisch angeordneten Erhebungen oder Vertiefungen sein. Beide Varianten für die Gitterstruktur zeigen einen Kontrastunterschied bei einer Variation der Gitterparameter, insbesondere der Modulationshöhe. Auch die Periode bei eindimensional periodischen Subwellenlängenstrukturen hat einen Einfluss auf das Reflexionsverhalten im NIR-Bereich. Sie kann daher ebenfalls als Gitterstrukturparameter gewählt werden, wie dies in den Aus- führungsbeispielen anhand von Graphen näher dargelegt wird.
Sowohl eindimensionale periodische Subwellenlängenstruktur mit Gitterste- gen und Gitterspalten, als auch eine zweidimensionale periodische Subwel- lenlängenstruktur mit periodisch angeordneten Erhebungen oder Vertiefun- gen eignen sich dazu, einen guten Kontrast zwischen den Teilbereichen im NIR-Bereich zu erzeugen, wobei gleichzeitig die Farberscheinungen im Sichtbaren von Bereich zu Bereich unverändert ist. Jeder Teilbereich kann so eingestellt sein, dass er die Strahlung einer anderen Wellenlänge im NIR- Bereich absorbiert. Besonders bevorzugt umfasst der Gitterstrukturparameter, in dem sich die Gitterstrukturen in den Teilbereichen unterscheiden, die Modulationshöhe h der Gitterstruktur. Es wurde festgestellt, und wird in den Ausführungsbei- spielen anhand von Graphen auch belegt, dass die Reflexion der Teilbereiche im NIR-Bereich mit zunehmender Modulationshöhe h deutlich abfällt. So zeigt bei einer zweidimensionalen periodischen Subwellenlängenstruktur die Modulationshöhe h = 300 nm z. B. einen großen Kontrast im NIR-Bereich, während eine Modulationstiefe von z. B. h = 250 nm kaum einen Unterschied im Kontrast zeigt. Die Gitterstrukturparameter können in den Teilbereichen auch so eingestellt sein, dass sie spektral selektiv im NIR-Bereich Strahlung absorbieren. Die beschriebenen Gitterstrukturen stellen damit eine Weiterentwicklung zu be- kannten IR-absorbierenden Druckfarben dar, welche unterschiedliche Re- missionseigenschaften in Teilbereichen bei Bestrahlung mit unterschiedli- chen Wellenlängen nicht zulassen. Die Gitterstrukturen haben gegenüber spektral selektiv wirkenden Druckfarben außerdem den Vorteil, dass sie mit einer deutlich höheren lateralen Positionsgenauigkeit auf das Sicherheit- selement aufgebracht werden können, als dies ein Druckprozess ermöglicht.
Ein Druckprozess zur Aufbringung der IR-absorbierenden Eigenschaften auf das Sicherheitselement kann außerdem vollständig weggelassen werden, sodass auch der Herstellaufwand, aufgrund der Einsparung eines ganzen Prozessschrittes, deutlich reduziert wird. Die beschriebenen Gitterstrukturen können mit bekannten optischen Prä- gestrukturen wie Hologrammen, Mikrospiegeln bzw. bekannten Gitterstruk- turen, die einen Farbeffekt bei Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenspektrum erzeugen, kombiniert werden. Sie können sowohl als Transferelement auf ein Wertdokument aufgebracht, als auch in das Druck- bild von Wertdokumenten direkt integriert werden. Als Gitterstrukturen können auch metallische Draht- bzw. Schlitzgitter und metallische Nanohole Arrays bzw. Nanodot Arrays verwendet werden. Sol- che Gitterstrukturen sind aus den Literatur bekannt und zeigen ebenfalls optische Resonanzeffekte im NIR-Bereich. Siehe Literatur: o H. Lochbihler "Surface polaritons on metallic wire gratings studied via power losses." Physical Review B 53.15 (1996): 10289. o J. A. Porto et al. "Transmission resonances on metallic gratings with very narrow slits." Physical review letters 83.14 (1999): 2845. o T.W. Ebbesen et al. "Extraordinary optical transmission through sub- wavelength hole arrays." nature 391.6668 (1998): 667-669. o H. Lochbihler "Sicherheitselement mit farbfilterendem Gitter", AZ 10 2015008655.3. Es ist außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Sicherheitselements für Wertdokumente wie Banknoten, Schecks oder dergleichen offenbart. Das Sicherheitselement weist eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Im Verfah- ren wird ein Substratkörper bereitgestellt. In den Substratkörper wird eine
sich über einen Bereich erstreckende Gitterstruktur eingebracht wird, und auf die Gitterstruktur wird eine Reflektorschicht aufgebracht. Die Git- terstruktur zeigt im sichtbaren Spektralbereich in Draufsicht und/oder Transmission mindestens eine Farbe und in die Gitterstruktur werden Teil- bereiche eingebracht, in denen jeweils die Gitterstruktur einheitlich ausge- bildet ist. Die Gitterstrukturen unterscheiden sich zwischen den Teilberei- chen in mindestens einem Gitterstrukturparameter derart, dass die Teilberei- che sich im sichtbaren Spektralbereich hinsichtlich der mindestens einen Farbe nicht unterscheiden, im nahen Infrarotbereich hinsichtlich ihrer Ab- sorption und/oder Reflexion aber unterschiedlich sind. Das Sicherheitselement wird bevorzugt unter Verwendung photolitographi- scher Verfahren, insbesondere in einer e-Beam-Anlage hergestellt. Alternativ kommen auch Anlagen basierend auf 2-Photonenabsorption infrage Weitere bekannte Verfahren zur Herstellung sind Interferenzlithographie oder me- chanisches Ritzen. Ein bekannter Hersteller derartiger Anlagen ist beispiels- weise die Nanoscribe GmbH & Co. KG, Hermann-von-Helmholtz-Platz 6, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Deutschland. Im Herstellungsverfahren werden zunächst belichtete Originale erstellt. Die- se belichteten Originale werden nach Entwicklung eines Photolacks an- schließend galvanisch oder unter Verwendung von Photopolymeren (z. B. Ormocere) umkopiert. Ein solches Original kann auch mit weiteren Original- strukturen durch z. B. Nanoimprint-Verfahren passergenau zusammenge- setzt werden. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für die Kombination mit weiteren bekannten Strukturen wie Reliefhologrammen, Mikrospiegela- nordnungen, Mottenaugenstrukturen bzw. bekannten geprägten Nanostruk- turen zur Erzeugung von Strukturfarben. Ein so hergestelltes Original wird nun galvanisch oder durch ein Nanoimprint-Verfahren umkopiert. Weiter-
hin ist eine Vielfachanordnung des Originalmusters durch Heißprägen oder durch Nanoimprint auf einer Matrize erforderlich, um einen Prägezylinder für die spätere Vervielfältigung herzustellen. Solche Prägezylinder erlauben schließlich die kontinuierliche Vervielfältigung der Originalstruktur in UV- Lack auf Folien in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess. Hierbei kommen Heißprä- gen oder Nano-Casting in UV-Lack in Frage. Schließlich wird die strukturier- te Folie metallisch bedampft. Die gängigen Bedampfungsverfahren sind Elektronenstrahl-Bedampfen, thermisches Verdampfen bzw. Sputtern. Als Metallisierungen eignen sich besonders Al, Ag, Au, Ni oder Cr und Legie- rungen von diesen Metallen. Die Dicken der Metallisierung liegen im Bereich von ca.10 nm bis etwa 150 nm. Alternativ können die Gitterstrukturen auch metallisch bedruckt, z. B. mit Supersilber überzogen sein. Die metallisierte Oberfläche der Gitterstruktur wird anschließend bevorzugt mit einer trans- parenten Schutzschicht überzogen bzw. mit einer Deckfolie kaschiert, um sie später vor Umwelteinflüssen zu schützen. Das so hergestellte Sicherheit- selement kann auf unterschiedliche Weisen auf ein Wertdokument aufge- bracht werden. Das Sicherheitselement kann als Transferelement ausgebildet sein, also als Folienelement, welches auf der Rückseite zusätzlich eine Klebeschicht auf- weist und damit auf ein Wertdokument aufgebracht wird. Solche Trans- ferelemente sind beispielsweise Sicherheitsfäden, LEAD-Streifen bzw. Pat- ches und dienen in erster Linie als Merkmal, welches mit dem menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Bekannte optische variable Effekte die- ser Merkmale werden durch Prägehologramme, Mikrospiegelanordnungen, Mikrolinsenanordnungen bzw. Color-Shift-Beschichtungen gebildet. Die Transferelemente können bei der Beleuchtung mit Licht im sichtbaren Wel- lenlängenspektrum nur schwer maschinell auf Echtheit überprüft werden. Dieser Mangel wird in der Praxis von Fälschern ausgenutzt, daher werden in
dieser Erfindung die bekannten optischen Transferelemente um die oben erläuterten Gitterstrukturen als im NIR-Bereich erkennbares Sicherheits- merkmal ergänzt, um eine maschinelle Echtheitsprüfung zu ermöglichen und die optische Erscheinungsform des Transferelements bei der Beleuch- tung mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen aus dem NIR-Bereich zu verändern. Auch kann das Sicherheitselement einen Substratkörper aufweisen, der Teil des Wertdokuments ist, sodass das Sicherheitselement direkt in das Substrat des Wertdokuments eingebracht wird. Dies wird beispielsweise in einem Transferverfahren innerhalb des Druckbereichs einer Banknote realisiert. In diesem Fall kann das Sicherheitselement auch mit Druckfarbe überdruckt werden. Es sind auch vollflächig nanostrukturierte Wertdokumente, beispielsweise aus der bereits genannten DE 102014018551 A1 bekannt, bei denen ihre op- tische Erscheinung, also das Druckbild, ausschließlich durch Nanostrukturen gebildet ist. Diese Wertdokumente können vorteilhaft mit den oben erläuter- ten Gitterstrukturen als Sicherheitsmerkmale im NIR-Bereich ausgestattet sein, um eine maschinelle Echtheitsüberprüfung der Folienelemente zu ge- währleisten und damit die Fälschungssicherheit zu erhöhen. Im Folienver- bund weist die Vorderseite des Sicherheitselements nach innen, und die Rückseite des Sicherheitselements nach außen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswe- sentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbei- spiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschrän- kend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungs-
beispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahin- gehend auszulegen, dass all diese Elemente oder Komponenten zur Imple- mentierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Kom- ponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinan- der kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entspre- chende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen be- zeichnet und nicht mehrmals erläutert. In den Figuren zeigen: Fig.1 ein Wertdokument bei der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtba- ren Spektralbereich; Fig.2 das Wertdokument gemäß Figur 1 bei der Beleuchtung mit Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich; Fig.3 ein Wertdokument in einer weiteren Ausführungsform bei der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich; Fig.4 das Wertdokument gemäß Figur 3 bei der Beleuchtung mit Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich; Fig.5 ein Wertdokument in einer weiteren Ausführungsform bei der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich; Fig.6 das Wertdokument gemäß Figur 3 bei der Beleuchtung mit
Strahlung aus dem nahen Infrarotbereich; Fig.7 eine eindimensionale periodische Gitterstruktur in Schnittdarstel- lung; Fig.8A eine zweidimensionale periodische Gitterstruktur mit drei ver- schiedenen Teilbereichen in Draufsicht; Fig.8B eine zweidimensionale periodische Gitterstruktur mit drei ver- schiedenen Teilbereichen in Schrägansicht; Fig.9A eine Messgeometrie eines optischen Sensors in Remission; Fig.9B eine Messgeometrie eines optischen Sensors in Transmission; Fig.10A ein Emissionsspektrum einer IR-LED, eine Transmissionskurve eines IR-Filters und eine Quanteneffizienz eines Siliziumdetektors; Fig.10B ein Emissionsspektrum zweier unterschiedlicher IR-LEDs und eine Transmissionskurve zweier IR-Filter; Fig.11A eine Reflexion einer zweidimensionalen periodischen Gitterstruk- tur als Funktion der Wellenlänge bei unterschiedlichen Modulati- onshöhen; Fig.11B eine Reflexion von zwei unterschiedlichen zweidimensionalen periodischen Gitterstrukturen als Funktion der Modulationshöhe;
Fig.12 eine Farbwahrnehmung in Reflexion einer zweidimensionalen periodischen Gitterstruktur im CIE-Farbraum; Fig.13A bis 13C eine Farbwahrnehmung in Reflexion einer zweidimensio- nalen periodischen Gitterstruktur im LCH-Farbraum; Fig.14 eine Reflexion als Funktion der Wellenlänge einer eindimensiona- len periodischen Gitterstruktur bei unterschiedlichen Perioden; Fig.15 ein Emissionsspektrum zweier unterschiedlicher IR-LEDs und eine Transmissionskurve zweier IR-Filter; Fig.16 eine Reflexion von zwei unterschiedlichen eindimensionalen peri- odischen Gitterstrukturen als Funktion der Periode; Fig.17 eine Farbwahrnehmung in Reflexion einer eindimensionalen peri- odischen Gitterstruktur im CIE-Farbraum; Fig.18A bis 18C eine Farbwahrnehmung in Reflexion einer eindimensiona- len periodischen Gitterstruktur im LCH-Farbraum; Fig.19 eine Reflexion einer eindimensionalen periodischen Gitterstruktur in Abhängigkeit von der Modulationstiefe; Fig.20 eine Transmission einer eindimensionalen periodischen Git- terstruktur in Abhängigkeit von der Modulationstiefe; Fig.21A bis 21C eine Farbwahrnehmung einer eindimensionalen periodi- schen Gitterstruktur im LCH-Farbraum in Reflexion;
Fig.22A bis 22C eine Farbwahrnehmung einer eindimensionalen periodi- schen Gitterstruktur im LCH-Farbraum in Transmission; Fig.23 ein Wertdokument mit einem Sicherheitselement, ausgebildet als Transferelement; Fig. 24 Wertdokument mit einem eingebetteten Sicherheitselement; Fig.1 zeigt ein Wertdokument 1 auf dessen Vorderseite 2 ein Sicherheitsele- ment 4 aufgebracht ist. Auf die Vorderseite 2 sind außerdem ein erstes Dru- ckelement 6 und ein zweites Druckelement 8 aufgebracht. Fig. 1 zeigt das Wertdokument 1 bei der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wellen- längenspektrum bei einer Betrachtung in Reflexion und/oder in Transmissi- on. Der Bereich, in dem das Sicherheitselement 4 aufgebracht ist, erscheint einem äußeren Betrachter in einer einheitlichen Farbe. Fig.2 zeigt dasselbe Wertdokument 1 bei der Beleuchtung mit Strahlung ei- ner Wellenlänge aus dem nahen Infrarotbereich (NIR-Bereich) Das Sicher- heitselement 4 in einem Bereich auf die Vorderseite 2 des Wertdokuments 1 aufgebracht ist. Dieser Bereich weist einen ersten Teilbereich 10, einen zwei- ten Teilbereich 12 und einen dritten Teilbereich 14 auf. Die Teilbereiche 10 bis 14 sind erst bei der Beleuchtung mit Strahlung einer Wellenlänge aus dem NIR-Bereich Reflexion erkennbar. Gleichermaßen können die Teilberei- che 10 bis 14 auch bei der Beleuchtung mit Strahlung einer Wellenlänge aus dem NIR-Bereich in Transmission erscheinen. Bei der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wellenlängenspektrum sieht ein externer Beobachter die Teilbereiche 10 bis 14 wie es eben in Fig. 1 dargestellt ist – sie erzeugen einen
einheitlichen Farbeindruck und sind daher nicht zu erkennen – weder in Transmission, noch in Reflexion. Jeder der Teilbereiche 10 bis 14 unterscheidet sich von den anderen Teilberei- chen 10 bis 14 in seinem Absorptionsverhalten im NIR-Bereich. Der erste Teilbereich 10 absorbiert beispielsweise Strahlung einer ersten Wellenlänge im NIR-Bereich, der Teilbereich 12 absorbiert die Strahlung einer zweiten Wellenlänge im NIR-Bereich und der Teilbereich 14 absorbiert Strahlung ei- ner weiteren unterschiedlichen Wellenlänge im NIR-Bereich. Das Sicherheit- selement zeigt dadurch bei der Beleuchtung mit unterschiedlichen Wellen- längen im NIR-Bereich unterschiedliche Muster in Reflexion oder in Trans- mission und versteckt diese wieder bei der Beleuchtung mit anderen Wellen- längen im NIR-Bereich wieder. Bei der Beleuchtung mit Licht einer Wellen- länge aus dem sichtbaren Wellenlängenspektrum sind die Teilbereiche 10 bis 14 nicht sichtbar, sondern das Sicherheitselement 4 erscheint in einer einheit- lichen Farbe. Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Wertdokuments 1, in der das Sicherheitselement 4 in einen ersten Bereich 16, einen zweiten Bereich 18 und einen dritten Bereich 20 unterteilt ist. Das Erscheinungsbild gemäß Fig.3 zeigt sich dem Betrachter bei Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wel- lenlängenspektrum in Draufsicht auf die Vorderseite 2 und/oder in Durch- sicht. Der erste Bereich 16 erscheint dem äußeren Betrachter in einer ersten Farbe, der zweite Bereich 18 in einer zweiten Farbe und der dritte Bereich 20 in einer dritten Farbe, so dass das Sicherheitselement 4 bei Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Spektrum einen Farbverlauf, ein Muster oder Ähn- liches darstellt.
Fig.4 zeigt das Wertdokument 1 in der Ausführungsform von Fig.3 bei der Beleuchtung mit Strahlung einer Wellenlänge im NIR-Bereich. Der erste Be- reich 16 in den ersten Teilbereich 10, den zweiten Teilbereich 12 und den dritten Teilbereich 14 unterteilt ist, wie es schon bei Fig.2 der Fall war. Zu- sätzlich ist aber auch der zweite Bereich 18 in einen vierten Teilbereich 22, einen fünften Teilbereich 24 und einen sechsten Teilbereich 26 unterteilt, und analog der dritte Bereich 20 in einen siebten Teilbereich 28, einen achten Teilbereich 30 und einen neunten Teilbereich 32. Jeder der Teilbereiche 10 bis 14 und 22 bis 32 kann sich von den anderen Teilbereichen 10 bis 14 und 22 bis 32 in seinem Absorptionsverhalten im NIR-Bereich unterscheiden, einer oder mehrere der Teilbereiche 10 bis 14 und 22 bis 32 können sich aber auch gleichen. Alle Teilbereiche 10 bis 14 und 22 bis 32 können Strahlung einer anderen Wellenlänge im NIR-Bereich ab- sorbieren; einige Teilbereiche 10 bis 14 und 22 bis 32 können auch Licht der- selben Wellenlänge absorbieren. Bei der Beleuchtung mit unterschiedlichen Wellenlängen im NIR-Bereich zeigen sich daher unterschiedliche Muster und bei der Beleuchtung mit anderen Wellenlängen im NIR-Bereich verschwin- den sie wieder. Bevorzugt können mehrere Teilbereiche 10 bis 14 und 22 bis 32 bei der Beleuchtung mit Licht derselben Wellenlänge aus dem NIR- Bereich dieselbe Remission zeigen. Bei der Beleuchtung mit einer Wellenlän- ge aus dem Wellenlängenspektrum des sichtbaren Lichts sind die Teilberei- che 10 bis 14 und 22 bis 32 nicht sichtbar, sondern das Sicherheitselement 4 stellt den Farbverlauf bzw. das Muster gemäß Fig.3 dar. In den Fig.5 und 6 ist analog zu den Fig. 1 und 2 bzw.3 und 4 eine weitere Ausführungsform des Wertdokuments 1 gezeigt, in der als Sicherheitsele- ment 4 ein Bildelement 34 auf die Vorderseite 2 des Wertdokuments 1 aufge- bracht ist (Fig.5). Dieses Bildelement 34 verschwindet bei der Beleuchtung
mit Strahlung aus dem NIR-Bereich und es erscheint ein QR-Code 36, wie dies in Fig.6 dargestellt ist. Es ist ebenfalls möglich, dass der QR-Code 36 nur bei einer bestimmten Wellenlänge im NIR-Bereich erscheint, bei einer anderen Wellenlänge erscheint aber ein anderes Muster in Reflexion und/oder Transmission. Auch können sich Muster/Codes/Bilder in Trans- mission und Reflexion bei der Beleuchtung mit Strahlung bestimmter Wel- lenlängen im NIR-Bereich unterscheiden und bei der Beleuchtung mit Strah- lung einer anderen Wellenlänge im NIR-Bereich wieder gleichen. Die beschriebenen unterschiedlichen Eigenschaften des Sicherheitselements 4 bei der Beleuchtung mit Licht aus dem Wellenlängenbereich des sichtbaren Spektrums und aus dem NIR-Bereich, ermöglichen die maschinelle Echtheitsprüfung des Wertdokuments 1. Es entsteht ein überraschender fäl- schungssichernder Effekt erzeugt, der die Reproduzierbarkeit des Wertdo- kuments 1 erschwert. Die optische Erscheinung bei der Beleuchtung mit sichtbarem Licht sowie die Eigenschaften im NIR-Bereich erzeugt eine metallisierte Gitterstruktur, wie sie beispielhaft in den Figuren 7, 8a und 8b gezeigt ist, erzeugt. Es kann sich um lineare periodische Subwellenlängenstrukturen als Gitterstrukturen han- deln, wie sie in Fig.7 dargestellt sind, aber auch um zweidimensionale peri- odische Gitter, wie sie die Fig.8a und 8b zeigen. Die Fig.7 zeigt ein Sicherheitselement 4 in der Schnittdarstellung. Das Si- cherheitselement 4 weist ein in einen Substratkörper 37 eingebettetes Dop- pel-Liniengitter 38 als Beispiel einer eindimensionalen periodischen Git- terstruktur auf. Die erste Liniengitterstruktur des Doppel-Liniengitters 38 besteht aus ersten Gitterstegen 40 mit der Breite a, die sich längs einer senk- recht zur Zeichenebene liegenden Längsrichtung erstrecken. Zwischen den
ersten Gitterstegen 40 befinden sich erste Gitterspalten 42, die eine Breite b haben. Die Dicke der ersten Gitterstege 40 ist mit t angegeben. In einer Mo- dulationshöhe h über den ersten Gitterstegen 40 befindet sich eine zweite Liniengitterstruktur mit zweiten Gitterstegen 44; sie haben die Breite b. Die zweite Liniengitterstruktur ist so gegenüber der ersten Liniengitterstruktur phasenverschoben, dass die zweiten Gitterstege 44 über den ersten Gitterste- gen 40 zu liegen kommen. Gleichzeitig liegen zweite Gitterspalte 46, die zwi- schen den zweiten Gitterstegen 44 bestehen, über den ersten Gitterstegen 40. Die Dicke t ist kleiner als die Modulationshöhe h, so dass kein zusammen- hängender Film aus den Gitterstegen 40 und 44 gebildet wird. Es ist wesent- lich, dass die Modulationshöhe h, d.h. der Höhenunterschied zwischen der ersten Liniengitterstruktur und der zweiten Liniengitterstruktur größer als die Summe der Dicken der Gitterstege 40 und 44, da ansonsten keine Tren- nung zwischen den beiden Liniengitterstrukturen gegeben wäre. Das Sicher- heitselement 4 der Fig.7 reflektiert einfallende Strahlung als reflektierte Strahlung R. Weiter wird ein Strahlungsanteil als transmittierte Strahlung T durchgelassen. Die Reflexions- und Transmissionseigenschaften hängen vom Einfallswinkel Θ ab, zu näheren Erläuterungen wird auf WO 2013/053435 A1 verwiesen. Die Fig.8A und 8B zeigen ein Sicherheitselement 4 mit einer zweidimensio- nalen periodischen Gitterstruktur mit gegenüber einem flachen Bereich 48 angehobenen Erhebungen 50. Sowohl der flache Bereich 48, als auch die Er- hebungen 50 sind mit einer Metallisierung 52 versehen. Die Fig.8A zeigt das Sicherheitselement 4 in Draufsicht. Es ist eine Git- terstruktur 49 erkennbar, welche in die Teilbereiche 10 bis 14 unterteilt ist. Von Teilbereich zu Teilbereich variieren Gitterstrukturparameter, wie Modu- lationshöhe, Periode, Flächenfüllfaktor, etc.
Die Fig.8B stellt exemplarisch eine Variation der Modulationshöhe h in iso- metrischer Darstellung dar. Im Teilbereich 10 des Sicherheitselements 4 ha- ben die Erhebungen 50 eine erste Modulationshöhe h1, im zweiten Teilbe- reich 12 eine zweite Modulationshöhe h2 und im dritten Teilbereich 14 eine dritte Modulationshöhe h3. Vom ersten Teilbereich 10 zum dritten Teilbe- reich 14 nimmt die Modulationshöhe ab, d.h. h3 > h2 > h1. Bevorzugt wird durch eine derartige Variation ein einheitlicher Farbeindruck der Teilberei- che 10 bis 14 bei der Beleuchtung mit Licht aus dem sichtbaren Wellenlän- genspektrum in Reflexion und/oder in Transmission erzeugt, der optische Eindruck bei der Beleuchtung mit Strahlung im NIR-Bereich ist aber in den Teilbereichen 10 bis 14 unterschiedlich. Die Fig.9A und 9B zeigen eine Messgeometrie eines optischen Sensors. Fig. 9A zeigt einen optischen Sensor zur Messung der Remission und die Fig.9B zur Messung der Transmission. Der optische Sensor besteht aus einer Strahl- quelle 54, einem optischen Filter 56 und einem Detektor 58. Zusätzlich ist in den Fig.9A und 9B ein zu untersuchendes Wertdokument 1 dargestellt. In einer derartigen Messgeometrie werden die absorbierenden Eigenschaften von Gitterstrukturen im NIR-Bereich untersucht. In der Ausführungsform der Fig.9A und 9B handelt es sich daher um IR-LEDs als Strahlquelle 54, IR- Filter als optische Filter 56 und einen Silizium-Zeilendetektor als Detektor 58. Um ein gemessenes Signal eines solchen IR-Sensors abschätzen zu können, ist die Kenntnis des Emissionsspektrums der Strahlquelle 54, der spektralen Emission des Filters 56 und der spektralen Empfindlichkeit des Detektors 58 erforderlich. Die Graphen in den Fig.10A und 10B stellen auf der y-Achse eine Intensität der Strahlung der Wellenlänge in μm auf der x-Achse gegen- über. Die Fig. 10A zeigt die Kurven eines optischen Sensors mit einem Filter,
welcher eine homogene spektrale Emission aufweist. Es ist ein Emissions- spektrum einer ersten Strahlquelle 60 (hier einer IR-LED), eine Transmissi- onskurve eines ersten Filters 62 (hier eines IR-Filters) und eine Quanteneffi- zienz eines Detektors 64 (hier eines Siliziumdetektors) dargestellt. Als Strahl- quelle kommen IR-LEDs infrage, welche eine Schwerpunktswellenlänge im NIR-Bereich besitzen. Die Fig.10B zeigt Kurven für zwei spektral unter- schiedliche Strahlquellen 54 mit zugehörigen optischen Filtern 56 (Kantenfil- ter). Es ist zusätzlich zum Emissionsspektrum einer ersten Strahlquelle 60 und zur Transmissionskurve eines ersten Filters 62, ein Emissionsspektrum einer zweiten Strahlquelle 66 (hier einer zweiten IR-LED) und eine Transmis- sionskurve eines zweiten Filters 68 (hier eines zweiten IR-Filters) dargestellt. Das letztere Ausführungsbeispiel bietet die Möglichkeit, den IR-Kontrast des Merkmals gegenüber der ersten Variante auszuwerten. Das Messsignal I des Sensors in der Remissionsanordnung kann folgendermaßen abgeschätzt werden:
bzw. für die Transmissionsgeometrie:
wobei E(λ) die spektrale Emission der IR-LED, Q(λ) die Quanteneffizienz des Detektors, T F(λ) die Transmission des Kantenfilters und RG(λ) bzw. TG(λ) die Reflexion bzw. Transmission der Gitterstruktur ist. Im Falle von Fig. 10B be- steht die Sensoranordnung aus zwei Strahlquellen mit unterschiedlichen Emissionsspektren E1(λ) und E2(λ). Der Detektor besteht aus zwei Detektor- zeilen, wobei die erste Zeile mit dem Kantenfilter der Transmissionscharak- teristik TF1(λ) und die zweite Zeile mit dem Kantenfilter der Transmissions-
charakteristik TF2(λ) ausgestattet ist. Diese Sensoranordnung liefert in den jeweiligen Detektorzeilen zwei verschiedene Signale, welche beispielsweise durch
I2 = ∫ E2(λ) * Q(λ) * TF2(λ) * RG(λ) dλ für die Remissionsanordnung gegeben sind. Eine Verbesserung der Mess- genauigkeit der Sensoranordnung wird erreicht, indem das Verhältnis I1 / I2 ausgewertet wird. Diese daraus ermittelten Werte werden für die weitere Abschätzung eines IR-Signals verwendet. Es wird zunächst die spektrale Reflexion eines zweidimensionalen periodi- schen Gitters, wie es in den Figuren 8A und 8B dargestellt ist, untersucht. Fig.11A zeigt eine spektrale Reflexion des zweidimensionalen periodischen Gitters mit konstanter Periode d = 240 nm für verschiedene Modulationshö- hen h von 240 nm bis 300 nm bei Lichteinfall von 8° im NIR-Bereich in Ab- hängigkeit von der Wellenlänge (die Reflexion in % ist auf der y-Achse und die Wellenlänge in μm ist auf der x-Achse abgebildet). Die einfallende Strah- lung ist unpolarisiert. Das zweidimensionale periodische Gitter hat die Pa- rameter b = 120 nm, n = 1,52 und ist mit Aluminium beschichtet mit einer Dicke t = 40 nm. Es sind die Modulationshöhen h1 bis h7 eingezeichnet, wo- bei die Modulationshöhe h von der ersten Modulationshöhe h1 zur siebten Modulationshöhe h7 in 10 nm Schritten abnimmt, wobei h1=300 nm und h7=240 nm beträgt.
Es ist in Fig. 11A zu erkennen, dass die Reflexion im NIR-Bereich mit zu- nehmender Modulationstiefe h deutlich abfällt. Ein Peak der resonanten Lichtabsorption von Rot verschiebt sich in den Infrarotbereich. Diese Ab- sorption ist gleichbedeutend mit der Anregung von Oberflächenplasmonen (s.o.).Das Signal eines optischen Sensors gemäß Fig.9A und 9B kann unter Zuhilfenahme der Spektralkurven von Fig.10A bzw.10B berechnet werden, indem sie mit der Reflexion von Fig.11A gemäß der oben genannten Formel gefaltet werden. Das Ergebnis der oben erläuterten Berechnung ist in Fig. 11B für die zwei verschiedene LED und Filterkurven von Fig.10B dargestellt. Die Fig. 11B stellt die Modulationshöhe in μm auf der x-Achse dem von der Sensoran- ordnung gemessenem Reflexionssignal auf der y-Achse gegenüber. Die erste Kurve k1 entsteht für das Emissionsspektrum einer ersten Strahlquelle 66 und die Transmissionskurve eines ersten Filters 68, die zweite Kurve k2 ent- steht für das Emissionsspektrum einer zweiten Strahlquelle 60 und die Transmissionskurve eines zweiten Filters 62, wobei sich die Kurve k1 auf die spektrale Charakteristik der Kurven 66, 68 von Fig.10B und die Kurve k2 auf die spektrale Charakteristik der Kurven 60, 62 von Fig. 10B bezieht.. Es zeigt sich, dass die Modulationstiefe h = 300 nm bezogen auf die verwendete Strahlquelle einen großen Kontrast im NIR-Bereich zeigt, während die Mo- dulationshöhe h = 250 nm kaum einen Unterschied zeigt. Es wurde bereits erläutert, dass als weitere Anforderung des Sicherheitsele- ments 4 die Eigenschaft erforderlich ist, dass es bei Betrachtung im sichtba- ren Spektralbereich nicht – aber allenfalls nur kaum – wahrnehmbar ist. Die Fig.12 und 13A bis 13C zeigen daher die Farbwahrnehmung einer zweidi- mensionalen periodischen Gitterstruktur bei einer Variation der Modulati- onshöhe zwischen 250 nm und 300 nm im CIE bzw. im LCh Farbraum. Zu
dieser Variation der Modulationshöhe wurde zuvor auch der Kontrast im NIR-Bereich bei der Verwendung unterschiedlicher Strahlquellen und Filter untersucht. Fig.12 zeigt die Farbkoordinaten x und y im CIE-Farbraum und die Fig.13A bis 13C zeigen einzelne Farbwerte im LCH-Farbraum in Abhängigkeit von der Modulationshöhe h (x-Achse). Fig.13A stellt der Modulationshöhe h auf der x-Achse die Helligkeit in % auf der y-Achse gegenüber, Fig. 13B die Buntheit in % auf der y-Achse und Fig. 13C den Farbton als Farbtonwinkel auf der y-Achse. Es zeigt sich, dass die analysierte zweidimensionale perio- dische Struktur in Reflexion grün erscheint. Die Variation der Modulations- höhe ändert die Farberscheinung kaum. So wird trotz Strukturierung im NIR-Bereich, dieselbe Farbe im sichtbaren Spektrum beibehalten, nämlich grün. Dies ist nur ein Beispiel einer Gitterstruktur, welche unterschiedliche IR- Eigenschaften bei gleichbleibendem Erscheinungsbild im Sichtbaren auf- weist, wenn ein Gitterstrukturparameter verändert wird. Hier ist eine Viel- zahl von weiteren Varianten zweidimensional periodischer Gitterstrukturen denkbar, um zu ähnlichen Ergebnissen zu kommen. Es können auch andere Gitterstrukturparameter als die Modulationshöhe h, z.B. die Periode d oder ein Flächenfüllfaktor verändert werden. Die Fig.14 zeigt nun die Reflexion in % (y-Achse) als Funktion der Wellen- länge in μm (x-Achse) einer eindimensionalen periodischen mit Aluminium beschichteten Gitterstruktur im NIR-Bereich mit konstanter Modulationshö- he h = 300 nm für die Perioden d = 270 – 370 nm, wobei die Breite b = d/2, t = 30 nm, n = 1,52 und der Einfallswinkel gleich 8° ist. Es sind Kurven für eine erste Periode d1 = 270 nm, eine zweite Periode d2 = 290 nm, eine dritte Perio-
de d3 = 310 nm, eine vierte Periode d4 = 330 nm, eine fünfte Periode d5 = 350 nm und eine sechste Periode d6 = 370 nm abgebildet. Die entsprechende ein- dimensionale periodische Gitterstruktur ist in Fig. 7 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich ein Intensitätsminimum mit zunehmender Peri- ode d zum langwelligen Wellenlängenbereich hin verschiebt. Das Intensi- tätsminimum fällt mit einem Maximum in der Lichtabsorption zusammen, welches auf die Anregung von Oberflächenplasmonen zurückzuführen ist. Die Fig.15 zeigt die optische Charakteristik einer Sensoranordnung mit zwei Detektorzeilen und zwei Strahlungsquellen unterschiedlicher Spektralcha- rakteristik. Diese Darstellung ist analog zu Fig.10B, nur mit geänderter spektraler Charakteristik der IR-LEDs bzw. der Kantenfilter und wird für die folgende Signalberechnung verwendet. Fig.16 stellt analog zu Fig. 11B das Ergebnis der bereits erläuterten Berech- nung für die zwei verschiedene LED und Filterkurven von Fig. 15 dar. Die Fig.16 stellt die Periode in μm auf der x-Achse der Reflexion in % auf der y- Achse gegenüber. Die Fig.16 zeigt eine gemessene IR-Intensität eines Sensors in Reflexion von einem eindimensionalen periodischen Gitter im NIR- Bereich mit den Parametern von Fig.14 als Funktion der Periode d = 270 – 370 nm. Die dritte Kurve k3 entsteht für das Emissionsspektrum einer dritten Strahlquelle 70 und die Transmissionskurve eines dritten Filters 72, die vierte Kurve k4 entsteht für das Emissionsspektrum einer vierten Strahlquelle 74 und die Transmissionskurve eines vierten Filters 76.Es zeigt sich ein guter Kontrast im NIR-Bereich in den beiden Detektorzeilen für die Periode d = 280 nm. Dagegen liefern beide Detektorzeilen für die Periode d = 330 nm et- was dasselbe Signal.
Die Fig.17 zeigt eine Farbwahrnehmung in Reflexion eines eindimensionalen periodischen Gitters im sichtbaren Wellenlängenbereich für die Parameter von Fig.14 bei variabler Periode d = 270 – 370 nm im CIE-Farbraum. Die Fig. 18A bis 18C zeigen analog zu den Fig.13A bis 13C die Farbwahrnehmung im LCH-Farbraum, mit der Ausnahme, dass anstatt der Modulationshöhe h auf der x-Achse die Periode d verwendet wird. Die wahrgenommenen Farben erstrecken sich von einem neutralen Farbton über Grün, Gelb bis hin zu einer rötlichen Farbe. Dagegen bleibt die Farbhelligkeit etwa konstant (Fig. 18A). Weiter wird in Fig. 19 das IR-Signal einer eindimensional periodischen Git- terstruktur in Reflexion in % (y-Achse) als Funktion der Modulationshöhe h von 100 nm bis 450 nm (x-Achse) bei konstanter Periode d = 250 nm in Refle- xion untersucht. Die übrigen Parameter entsprechen den Parametern des Git- ters von Fig. 14. Die Fig.20 zeigt dasselbe, gemessen in Transmission in % (y- Achse). Es ist ersichtlich, dass sich das IR-Signal durch die entsprechende Wahl der Modulationshöhe h deutlich verändern kann. Bei h ≈ 250 nm zeigt die Detek- torzeile ein Maximum in Reflexion, wobei die Reflexion der zweiten Detek- torzeile ein Minimum aufweist. Dagegen liegt ein guter Kontrast zwischen den beiden Detektorzeilen in Transmission bei h ≈ 400 nm vor. Dies kann genutzt werden, um Kontrasteffekte im NIR-Bereich zu erzeugen. Die Fig.21A bis 21C zeigen eine Farbwahrnehmung eines eindimensionalen periodischen Gitters mit konstanter Periode d = 250 nm und variabler Modu- lationshöhe h = 100 bis 450 nm im LCH-Farbraum in Reflexion. Die Fig.22A bis 22C zeigen dasselbe in Transmission. Die Skalierungen auf der y-Achse entsprechen denen der Fig.13A bis 13C.
Es zeigt sich eine relativ geringe Veränderung der Helligkeit im Sichtbaren sowohl in Reflexion als auch in Transmission. Der Farbton liegt im grün, gel- ben Bereich für die Reflexion und im blauen Bereich für die Transmission. Dies zeigt, dass beispielsweise zwei Gitterparameter, insbesondere die Mo- dulationshöhe so gewählt werden können, dass ein guter Kontrast im NIR- Bereich vorliegt und die Farberscheinung im Sichtbaren annähernd unver- ändert ist. Zuletzt zeigen die Fig.23 und 24 Schnittdarstellungen eines Wertdokuments 1 mit einem Sicherheitselement 4. In Fig.23 wurde das Sicherheitselement 4 als Transferelement auf die Vorderseite 2 eines Substratkörpers 77 des Wert- dokuments 1 aufgebracht. Auf eine Rückseite 78 des Substartkörpers 77 ist eine erste Druckschicht 80 aufgebracht. Auf die Vorderseite 2 ist eine zweite Druckschickt 82 aufgebracht. Auch das Sicherheitselement 4 ist mit der zwei- ten Druckschicht 82 überdruckt. Fig.24 zeigt das Sicherheitselement 4, welches direkt in den Substratkörper 77 des Wertdokuments 1 eingearbeitet ist. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist ein vollflächig strukturiertes Wertdokumente, dessen visuelle Erscheinung ohne eine Verwendung von Druckfarben erzeugt ist. Weitere Ausführungs- beispiele sind Wertdokumente, auf denen die hier beschriebene Struktur di- rekt auf das Substrat z.B. im Transferverfahren aufgebracht wurde und an- schließend mit Pigmentfarben überdruckt wurde.
B e z u g s z e i c h e n l i s t e 1 Wertdokument 2 Vorderseite 4 Sicherheitselement 6 erstes Druckelement 8 zweites Druckelement 10 erster Teilbereich 12 zweiter Teilbereich 14 dritter Teilbereich 16 erster Bereich 18 zweiter Bereich 20 dritter Bereich 22 vierter Teilbereich 24 fünfter Teilbereich 26 sechster Teilbereich 28 siebter Teilbereich 30 achter Teilbereich 32 neunter Teilbereich 34 Bildelement 36 QR-Code 37 Substratkörper 38 Doppel-Liniengitter 40 erste Gitterstege 42 erste Gitterspalte 44 zweite Gitterstege 46 zweite Gitterspalte 48 flacher Bereich
50 Erhebungen 52 Metallisierung 54 Strahlquelle 56 optischer Filter 58 Detektor 60 Emissionsspektrum einer ersten Strahlquelle 62 Transmissionskurve eines ersten Filters 64 Quanteneffizienz eines Detektors 66 Emissionsspektrum einer zweiten Strahlquelle 68 Transmissionskurve eines zweiten Filters 70 Emissionsspektrum einer dritten Strahlquelle 72 Transmissionskurve eines dritten Filters 74 Emissionsspektrum einer vierten Strahlquelle 76 Transmissionskurve eines vierten Filters 77 Substratkörper 78 Rückseite 80 erste Druckschicht 82 zweite Druckschicht d Periode d1 erste Periode d2 zweite Periode d3 dritte Periode d4 vierte Periode d5 fünfte Periode d6 sechste Periode h Modulationshöhe h1 erste Modulationshöhe h2 zweite Modulationshöhe h3 dritte Modulationshöhe
h4 vierte Modulationshöhe h5 fünfte Modulationshöhe h6 sechste Modulationshöhe h7 siebte Modulationshöhe k1 erste Kurve k2 zweite Kurve k3 dritte Kurve k4 vierte Kurve L Längsrichtung R reflektierte Strahlung T transmittierte Strahlung Θ Einfallswinkel
Security element and method for producing a security element The invention relates to a security element for producing value documents, such as banknotes, checks or the like, which has a front and a back. The security element has a substrate body which has a grid structure extending over an area with a reflector layer located thereon, and the grid structure shows at least one color in the visible spectral range in plan view and/or transmission. Security elements for producing value documents with periodic line grids are known, for example from WO 2013/053435 A1. Two-dimensional periodic, color-filtering grids are also known, for example from DE 102011101635 A1. It is also known to protect valuable documents such as banknotes by printing them with a special printing ink which, when illuminated with radiation from the near infrared range (NIR range) - i.e. in accordance with DIN 5031 in the version valid on May 1, 2023 in the wavelength range from 780 nm to 3000 nm - has a significantly different appearance than when illuminated with light from the visible wavelength range. These known valuable documents have certain sub-areas in the printed image that absorb radiation with a wavelength from the NIR range, while other sub-areas do not absorb radiation with a wavelength from the NIR range and appear bright in reflection when illuminated with radiation of this wavelength. Such colors have so-called remission properties; they absorb part of the illumination spectrum and thus appear opaque for these wavelengths, and transmit or reflect another Part of the illumination spectrum - this is why remission is also referred to as diffuse reflection. The known colors have different remission properties of sub-areas in the NIR range, which means they are not obvious in the visible spectral range. This property is therefore often used for machine authenticity testing when processing banknotes, because a counterfeiter is usually not aware of this different appearance in the NIR range and in the visible - a surprising anti-counterfeiting effect is created. Common colors with infrared-absorbing properties generally show absorption in the NIR range from 780 nm to 3000 nm, regardless of the wavelength of the incident infrared radiation. However, there are colors from some manufacturers, such as colors from SicPa or Gleitsmann, which have a spectrally dependent absorption behavior in the NIR range, i.e. they absorb radiation of different NIR wavelengths to different degrees. For example, with these inks, the absorption in the short-wave NIR range is lower than in the longer-wave NIR range. This property is difficult to counterfeit and can be used for extended authenticity testing with the help of suitable sensors that evaluate the remission in two different IR spectral ranges, for example. It is known that these properties of the special printing inks can also be used in transmission for machine authenticity testing of valuable documents. Printing inks with spectrally different absorption behavior are known for both paper and polymer substrates. It is also known to overprint metallically embossed micro- or nanostructures with the infrared-absorbing inks mentioned above. The security elements produced in this way can then also be tested for authenticity in the NIR range using suitable sensors. In order to equip a security element with remission properties in the NIR range, printing with the printing inks described has so far been necessary. However, a printing process always means an additional further process in the production of the security element or the value document, so that the manufacturing effort increases. In addition, it is difficult to guarantee a high lateral position accuracy of the print (so-called register) with known printing processes, as is necessary when producing security elements for value documents. The invention is based on the object of creating a security element which can be applied to a value document with high lateral position accuracy and has an anti-counterfeiting feature with NIR properties, the manufacturing effort of which is low. The invention is defined in claims 1, 11 and 12. The subclaims relate to preferred embodiments. A security element is provided for the production of value documents such as banknotes, checks or the like. The security element has a front and a back and has a substrate body which has a grating structure extending over an area with a reflector layer located thereon. The reflector layer ensures that the grating structure in the visible spectral range - usually the wavelength range from 380 nm to 780 nm - shows at least one color in plan view and/or in transmission. The substrate body is a dielectric; usually a plastic film, in particular a PET film, or the substrate body itself is formed from a UV embossing varnish. The refractive index of the materials of the substrate body is preferably approximately n = 1.5. A grating structure is introduced into the substrate body, e.g. into the UV embossing varnish by embossing, lasering or etching. The grating structure is metallized, preferably with aluminum, which is applied to the grating structure by vapor deposition in a vacuum. This metallization creates plasmonic effects which lead to resonant light absorption in the metal. This frequency-selective absorption means that the transmission or reflection for the respective wavelength is reduced. The choice of the grating period determines the position of plasmonic resonances in the NIR range. Plasmonic resonances are particularly pronounced in grating structures for wavelengths that have approximately the value d/n, where d is the period and n is the refractive index. The exact position of the resonance in the wavelength spectrum depends, however, on the exact geometry of the grating structure in the profile as well as the optical constants of the substrate body. The structure depth also has an influence on the transmission or reflection spectrum of the grating structure, in that cavity resonances can be excited and these shift into the long-wave range of the spectrum with increasing structure depth. Therefore, 1-dim or 2-dim periodic gratings with periods of 100 nm to 1000 nm, preferably from 200 nm to 600 nm, are suitable for the formation of plasmonic resonances or cavity resonances in the NIR range. The depth of the grating structure, i.e. The modulation depth of two metallic gratings, which are arranged at a distance from each other, is relevant for the formation of cavity resonances. The modulation depth can be selected in the range of very flat structures with approx. 20 nm up to several micrometers. However, the production of such structures in an embossing process limits the choice to the range of about 40 nm to 500 nm. The plasmonic effects described also occur in other metals such as Ag, Cu, Au, Cr, etc. and alloys thereof, so that these metals are also used equally for metallization. In contrast, the cavity resonances depend primarily on the geometry of the grating structure and lead to a redistribution of the light intensity between the reflection and transmission components. In practice, however, there is a coupling between the two effects, which can cause light resonances in the near infrared. In the area in which the grating structure extends, at least two sub-areas are provided in the grating structure that are not visible in the visible spectral range, in each of which the grating structure is uniformly formed. However, the grating structures differ between the sub-areas in at least one grating structure parameter, for example a modulation height, an area fill factor or a period of the grating structure. The azimuth angle of different sub-areas can also be changed by arranging a sub-area at an angle. This can be achieved, for example, by arranging the grating structure on a micromirror arrangement. The sub-areas are each NIR-absorbing, but differ in their absorption behavior in the NIR range, in particular they absorb differently spectrally. This creates a surprising anti-counterfeiting effect that is only visible when illuminated with radiation from the NIR range, but is camouflaged when illuminated with light, i.e. from the visible wavelength spectrum. The visual impression does not change between the sub-areas due to the IR-effective structure. The sub-areas preferably implement hidden codes in the NIR spectrum. These codes arise because some sub-areas are absorbent when irradiated with wavelengths from this sub-spectrum of the NIR range and thus appear in transmission, while others do not. The sub-areas can also change at different wavelengths in the NIR range, because each sub-area preferentially absorbs radiation from a different wavelength or wavelength range. A sub-area that appears at a wavelength of 800 nm, for example, can disappear again at a wavelength of 1000 nm, for example. Another sub-area, which is not visible when irradiated with a wavelength of 800 nm, can become visible at 1000 nm, for example. In addition, the effects in reflection when illuminated with radiation of a certain wavelength from the NIR range can differ in the sub-areas, but be the same in transmission, or vice versa. Preferably, the security element shows a representation in the sub-areas that can be seen with the naked eye, e.g. a pattern, image, text or similar, superimposed in a top view. It is visible when illuminated in the visible wavelength range and is not changed under these conditions by the grid structure, which is basically only effective in the NIR. Preferably, the grid structure is absorbent in at least one sub-area for radiation in the NIR sub-spectrum from 780 nm to 1,100 nm. Preferably absorb several sub-areas in the NIR sub-spectrum from 780 nm to 1,100 nm, but the sub-areas differ in terms of their spectral absorption characteristics in this spectral range. The variation of at least one lattice structure parameter in the sub-areas ensures that the image visible to the naked eye does not produce any effect across all sub-areas when illuminated with light from the visible wavelength range. As long as no further pressure etc. is provided, the sub-areas appear as a single unit, for example. When illuminated with radiation from the NIR range, the sub-areas absorb differently in the NIR spectral range. The sub-areas can implement binary transparency coding in the NIR, e.g. in the sense of a black and white transparent image or similar, without affecting the impression in the visible range. In particular, the sub-areas can absorb NIR radiation spectrally differently. The sub-areas can then implement different codings at different wavelengths in the NIR range, e.g. in the sense of a multi-colored transparent image. The grating structure can be either a one-dimensional periodic sub-wavelength structure with grating bars and grating gaps, such as a double line grating, or a two-dimensional sub-wavelength structure, in particular a two-dimensional periodic sub-wavelength structure with periodically arranged elevations or depressions. Both variants of the grating structure show a contrast difference when the grating parameters, in particular the modulation level, are varied. The period in one-dimensional periodic sub-wavelength structures also has an influence on the reflection behavior in the NIR range. It can therefore also be selected as a grating structure parameter, as is explained in more detail in the exemplary embodiments using graphs. Both a one-dimensional periodic sub-wavelength structure with grating bars and grating gaps, and a two-dimensional periodic sub-wavelength structure with periodically arranged elevations or depressions are suitable for generating a good contrast between the sub-areas in the NIR range, while at the same time the color appearance in the visible range remains unchanged from area to area. Each sub-area can be set so that it absorbs radiation of a different wavelength in the NIR range. Particularly preferably, the grating structure parameter in which the grating structures differ in the sub-areas comprises the modulation height h of the grating structure. It has been found, and is also demonstrated in the exemplary embodiments using graphs, that the reflection of the sub-areas in the NIR range drops significantly with increasing modulation height h. For example, in a two-dimensional periodic sub-wavelength structure, a modulation height h = 300 nm shows a high contrast in the NIR range, while a modulation depth of e.g. B. h = 250 nm shows hardly any difference in contrast. The lattice structure parameters can also be set in the sub-areas so that they absorb radiation spectrally selectively in the NIR range. The lattice structures described thus represent a further development of known IR-absorbing printing inks, which do not allow different remission properties in sub-areas when irradiated with different wavelengths. The lattice structures also have the advantage over spectrally selective printing inks that they can be applied to the security element with a significantly higher lateral positioning accuracy than is possible with a printing process. A printing process for applying the IR-absorbing properties to the security element can also be completely omitted, so that the manufacturing effort is also significantly reduced due to the saving of an entire process step. The grating structures described can be combined with known optical embossed structures such as holograms, micromirrors or known grating structures that produce a color effect when illuminated with light from the visible wavelength spectrum. They can be applied to a security document as a transfer element or integrated directly into the printed image of security documents. Metallic wire or slot gratings and metallic nanohole arrays or nanodot arrays can also be used as grating structures. Such grating structures are known from the literature and also show optical resonance effects in the NIR range. See literature: o H. Lochbihler "Surface polaritons on metallic wire gratings studied via power losses." Physical Review B 53.15 (1996): 10289. o JA Porto et al. "Transmission resonances on metallic gratings with very narrow slits." Physical review letters 83.14 (1999): 2845. o TW Ebbesen et al. "Extraordinary optical transmission through sub- wavelength hole arrays." nature 391.6668 (1998): 667-669. o H. Lochbihler "Security element with color-filtering grating", AZ 10 2015008655.3. A method for producing a security element for value documents such as banknotes, checks or the like is also disclosed. The security element has a front side and a back side. In the method, a substrate body is provided. A A grating structure extending over an area is introduced, and a reflector layer is applied to the grating structure. The grating structure shows at least one color in the visible spectral range in plan view and/or transmission, and sub-areas are introduced into the grating structure, in each of which the grating structure is uniformly formed. The grating structures differ between the sub-areas in at least one grating structure parameter such that the sub-areas do not differ in the visible spectral range with regard to the at least one color, but are different in the near infrared range with regard to their absorption and/or reflection. The security element is preferably produced using photolithographic processes, in particular in an e-beam system. Alternatively, systems based on 2-photon absorption are also possible. Other known production processes are interference lithography or mechanical scribing. One well-known manufacturer of such systems is Nanoscribe GmbH & Co. KG, Hermann-von-Helmholtz-Platz 6, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Germany. In the manufacturing process, exposed originals are first created. After developing a photoresist, these exposed originals are then copied galvanically or using photopolymers (e.g. Ormocere). Such an original can also be assembled with other original structures in precise registration using, for example, a nanoimprint process. This process is particularly suitable for combination with other known structures such as relief holograms, micromirror arrangements, moth-eye structures or known embossed nanostructures to produce structural colors. An original produced in this way is then copied galvanically or using a nanoimprint process. Further A multiple arrangement of the original pattern by hot embossing or nano-imprinting on a matrix is required to produce an embossing cylinder for later duplication. Such embossing cylinders ultimately allow the continuous duplication of the original structure in UV varnish on foils in a roll-to-roll process. Hot embossing or nano-casting in UV varnish are possible here. Finally, the structured foil is metal-vaporized. The common vapor deposition processes are electron beam vapor deposition, thermal vaporization or sputtering. Al, Ag, Au, Ni or Cr and alloys of these metals are particularly suitable as metallizations. The thickness of the metallization is in the range of approx. 10 nm to around 150 nm. Alternatively, the grid structures can also be metallically printed, e.g. coated with super silver. The metallized surface of the grid structure is then preferably covered with a transparent protective layer or laminated with a cover film in order to protect it later from environmental influences. The security element produced in this way can be applied to a valuable document in different ways. The security element can be designed as a transfer element, i.e. as a film element which additionally has an adhesive layer on the back and is thus applied to a valuable document. Such transfer elements are, for example, security threads, LEAD strips or patches and serve primarily as a feature that can be perceived by the human eye. Known optically variable effects of these features are formed by embossed holograms, micro-mirror arrangements, micro-lens arrangements or color-shift coatings. The transfer elements can only be checked for authenticity by machine with difficulty when illuminated with light in the visible wavelength spectrum. This deficiency is exploited in practice by counterfeiters, which is why This invention supplements the known optical transfer elements with the above-mentioned grating structures as a security feature that can be recognized in the NIR range in order to enable machine authenticity testing and to change the optical appearance of the transfer element when illuminated with radiation of different wavelengths from the NIR range. The security element can also have a substrate body that is part of the value document, so that the security element is introduced directly into the substrate of the value document. This is achieved, for example, in a transfer process within the printing area of a banknote. In this case, the security element can also be overprinted with printing ink. Full-surface nanostructured value documents are also known, for example from the aforementioned DE 102014018551 A1, in which their optical appearance, i.e. the printed image, is formed exclusively by nanostructures. These value documents can advantageously be equipped with the grid structures explained above as security features in the NIR range in order to ensure a machine-based authenticity check of the film elements and thus increase the security against forgery. In the film composite, the front of the security element faces inwards and the back of the security element faces outwards. The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the attached drawings, which also disclose features essential to the invention. These exemplary embodiments are merely illustrative and are not to be interpreted as restrictive. For example, a description of an exemplary embodiment is for example with a large number of elements or components should not be interpreted in such a way that all of these elements or components are necessary for implementation. Rather, other embodiments can also contain alternative elements and components, fewer elements or components, or additional elements or components. Elements or components of different embodiments can be combined with one another, unless otherwise stated. Modifications and variations described for one of the embodiments can also be applicable to other embodiments. To avoid repetition, identical or corresponding elements in different figures are designated with the same reference numerals and are not explained more than once. The figures show: Fig. 1 a valuable document when illuminated with light from the visible spectral range; Fig. 2 the valuable document according to Figure 1 when illuminated with radiation from the near infrared range; Fig. 3 a valuable document in a further embodiment when illuminated with light from the visible spectral range; Fig. 4 the valuable document according to Figure 3 when illuminated with radiation from the near infrared range; Fig.5 a value document in a further embodiment when illuminated with light from the visible spectral range; Fig.6 the value document according to Figure 3 when illuminated with Radiation from the near infrared range; Fig.7 a one-dimensional periodic grating structure in a sectional view; Fig.8A a two-dimensional periodic grating structure with three different sub-areas in a top view; Fig.8B a two-dimensional periodic grating structure with three different sub-areas in an oblique view; Fig.9A a measurement geometry of an optical sensor in remission; Fig.9B a measurement geometry of an optical sensor in transmission; Fig.10A an emission spectrum of an IR LED, a transmission curve of an IR filter and a quantum efficiency of a silicon detector; Fig.10B an emission spectrum of two different IR LEDs and a transmission curve of two IR filters; Fig.11A a reflection of a two-dimensional periodic grating structure as a function of the wavelength at different modulation levels; Fig.11B a reflection of two different two-dimensional periodic grating structures as a function of the modulation level; Fig.12 a color perception in reflection of a two-dimensional periodic grating structure in the CIE color space; Fig.13A to 13C a color perception in reflection of a two-dimensional periodic grating structure in the LCH color space; Fig.14 a reflection as a function of the wavelength of a one-dimensional periodic grating structure at different periods; Fig.15 an emission spectrum of two different IR LEDs and a transmission curve of two IR filters; Fig.16 a reflection of two different one-dimensional periodic grating structures as a function of the period; Fig.17 a color perception in reflection of a one-dimensional periodic grating structure in the CIE color space; Fig.18A to 18C a color perception in reflection of a one-dimensional periodic grating structure in the LCH color space; Fig.19 a reflection of a one-dimensional periodic grating structure depending on the modulation depth; Fig.20 a transmission of a one-dimensional periodic grating structure as a function of the modulation depth; Fig.21A to 21C a color perception of a one-dimensional periodic grating structure in the LCH color space in reflection; Fig. 22A to 22C a color perception of a one-dimensional periodic lattice structure in the LCH color space in transmission; Fig. 23 a value document with a security element, designed as a transfer element; Fig. 24 value document with an embedded security element; Fig. 1 shows a value document 1 on the front side 2 of which a security element 4 is applied. A first printing element 6 and a second printing element 8 are also applied to the front side 2. Fig. 1 shows the value document 1 when illuminated with light from the visible wavelength spectrum when viewed in reflection and/or in transmission. The area in which the security element 4 is applied appears to an external observer in a uniform color. Fig.2 shows the same value document 1 when illuminated with radiation of a wavelength from the near infrared range (NIR range). The security element 4 is applied in one area to the front 2 of the value document 1. This area has a first partial area 10, a second partial area 12 and a third partial area 14. The partial areas 10 to 14 are only visible when illuminated with radiation of a wavelength from the NIR range (reflection). Likewise, the partial areas 10 to 14 can also appear in transmission when illuminated with radiation of a wavelength from the NIR range. When illuminated with light from the visible wavelength spectrum, an external observer sees the partial areas 10 to 14 as shown in Fig. 1 - they produce a uniform color impression and are therefore not recognizable - neither in transmission nor in reflection. Each of the sub-areas 10 to 14 differs from the other sub-areas 10 to 14 in its absorption behavior in the NIR range. The first sub-area 10, for example, absorbs radiation of a first wavelength in the NIR range, sub-area 12 absorbs radiation of a second wavelength in the NIR range, and sub-area 14 absorbs radiation of a further different wavelength in the NIR range. The security element therefore shows different patterns in reflection or transmission when illuminated with different wavelengths in the NIR range and hides these again when illuminated with other wavelengths in the NIR range. When illuminated with light of a wavelength from the visible wavelength spectrum, sub-areas 10 to 14 are not visible, but the security element 4 appears in a uniform color. Fig.3 shows a further embodiment of the value document 1, in which the security element 4 is divided into a first area 16, a second area 18 and a third area 20. The appearance according to Fig.3 is shown to the observer when illuminated with light from the visible wavelength spectrum in a top view of the front side 2 and/or in transparency. The first area 16 appears to the external observer in a first color, the second area 18 in a second color and the third area 20 in a third color, so that the security element 4 represents a color gradient, a pattern or similar when illuminated with light from the visible spectrum. Fig.4 shows the valuable document 1 in the embodiment of Fig.3 when illuminated with radiation of a wavelength in the NIR range. The first region 16 is divided into the first sub-region 10, the second sub-region 12 and the third sub-region 14, as was already the case in Fig.2. In addition, the second region 18 is also divided into a fourth sub-region 22, a fifth sub-region 24 and a sixth sub-region 26, and analogously the third region 20 is divided into a seventh sub-region 28, an eighth sub-region 30 and a ninth sub-region 32. Each of the sub-regions 10 to 14 and 22 to 32 can differ from the other sub-regions 10 to 14 and 22 to 32 in its absorption behavior in the NIR range, but one or more of the sub-regions 10 to 14 and 22 to 32 can also be the same. All sub-areas 10 to 14 and 22 to 32 can absorb radiation of a different wavelength in the NIR range; some sub-areas 10 to 14 and 22 to 32 can also absorb light of the same wavelength. When illuminated with different wavelengths in the NIR range, different patterns therefore appear and when illuminated with other wavelengths in the NIR range, they disappear again. Preferably, several sub-areas 10 to 14 and 22 to 32 can show the same remission when illuminated with light of the same wavelength from the NIR range. When illuminated with a wavelength from the wavelength spectrum of visible light, the sub-areas 10 to 14 and 22 to 32 are not visible, but the security element 4 represents the color gradient or the pattern according to Fig. 3. In Figs. 5 and 6, analogous to Figs. 1 and 2 or 3 and 4, a further embodiment of the value document 1 is shown, in which an image element 34 is applied to the front side 2 of the value document 1 as the security element 4 (Fig. 5). This image element 34 disappears when illuminated with radiation from the NIR range and a QR code 36 appears, as shown in Fig.6. It is also possible that the QR code 36 only appears at a certain wavelength in the NIR range, but at a different wavelength a different pattern appears in reflection and/or transmission. Patterns/codes/images can also differ in transmission and reflection when illuminated with radiation of certain wavelengths in the NIR range and be the same again when illuminated with radiation of a different wavelength in the NIR range. The described different properties of the security element 4 when illuminated with light from the wavelength range of the visible spectrum and from the NIR range enable the machine to authenticate the valuable document 1. A surprising anti-counterfeiting effect is created which makes the reproducibility of the valuable document 1 more difficult. The optical appearance when illuminated with visible light and the properties in the NIR range produce a metallized grating structure, as shown by way of example in Figures 7, 8a and 8b. The grating structures can be linear periodic subwavelength structures, as shown in Figure 7, but also two-dimensional periodic gratings, as shown in Figures 8a and 8b. Figure 7 shows a security element 4 in a sectional view. The security element 4 has a double line grating 38 embedded in a substrate body 37 as an example of a one-dimensional periodic grating structure. The first line grating structure of the double line grating 38 consists of first grating webs 40 with the width a, which extend along a longitudinal direction perpendicular to the plane of the drawing. Between the First grating slits 42 are located between the first grating ridges 40 and have a width b. The thickness of the first grating ridges 40 is indicated by t. At a modulation height h above the first grating ridges 40 there is a second line grating structure with second grating ridges 44; they have the width b. The second line grating structure is phase-shifted relative to the first line grating structure such that the second grating ridges 44 come to lie above the first grating ridges 40. At the same time, second grating slits 46, which exist between the second grating ridges 44, lie above the first grating ridges 40. The thickness t is smaller than the modulation height h, so that no continuous film is formed from the grating ridges 40 and 44. It is essential that the modulation height h, ie the height difference between the first line grating structure and the second line grating structure, is greater than the sum of the thicknesses of the grating webs 40 and 44, since otherwise there would be no separation between the two line grating structures. The security element 4 of Fig. 7 reflects incident radiation as reflected radiation R. Furthermore, a portion of the radiation is allowed through as transmitted radiation T. The reflection and transmission properties depend on the angle of incidence Θ; for further explanations, reference is made to WO 2013/053435 A1. Figs. 8A and 8B show a security element 4 with a two-dimensional periodic grating structure with raised elevations 50 relative to a flat area 48. Both the flat area 48 and the raised elevations 50 are provided with a metallization 52. Fig. 8A shows the security element 4 in plan view. A grid structure 49 can be seen, which is divided into the sub-areas 10 to 14. Grid structure parameters such as modulation height, period, area fill factor, etc. vary from sub-area to sub-area. Fig. 8B shows an example of a variation of the modulation height h in an isometric representation. In the partial area 10 of the security element 4, the elevations 50 have a first modulation height h 1 , in the second partial area 12 a second modulation height h 2 and in the third partial area 14 a third modulation height h 3 . The modulation height decreases from the first partial area 10 to the third partial area 14, i.e. h 3 > h 2 > h 1 . Such a variation preferably produces a uniform color impression of the partial areas 10 to 14 when illuminated with light from the visible wavelength spectrum in reflection and/or in transmission, but the optical impression when illuminated with radiation in the NIR range is different in the partial areas 10 to 14. Figs. 9A and 9B show a measurement geometry of an optical sensor. Fig. 9A shows an optical sensor for measuring remission and Fig. 9B for measuring transmission. The optical sensor consists of a beam source 54, an optical filter 56 and a detector 58. In addition, Figs. 9A and 9B show a valuable document 1 to be examined. In such a measuring geometry, the absorbing properties of grating structures in the NIR range are examined. In the embodiment of Figs. 9A and 9B, therefore, IR LEDs are used as beam source 54, IR filters as optical filters 56 and a silicon line detector as detector 58. In order to be able to estimate a measured signal from such an IR sensor, knowledge of the emission spectrum of the beam source 54, the spectral emission of the filter 56 and the spectral sensitivity of the detector 58 is required. The graphs in Fig.10A and 10B represent the intensity of the radiation on the y-axis versus the wavelength in μm on the x-axis. Fig. 10A shows the curves of an optical sensor with a filter, which has a homogeneous spectral emission. An emission spectrum of a first beam source 60 (here an IR LED), a transmission curve of a first filter 62 (here an IR filter) and a quantum efficiency of a detector 64 (here a silicon detector) are shown. IR LEDs can be used as the beam source, which have a center wavelength in the NIR range. Fig. 10B shows curves for two spectrally different beam sources 54 with associated optical filters 56 (edge filters). In addition to the emission spectrum of a first beam source 60 and the transmission curve of a first filter 62, an emission spectrum of a second beam source 66 (here a second IR LED) and a transmission curve of a second filter 68 (here a second IR filter) are shown. The latter embodiment offers the possibility of evaluating the IR contrast of the feature compared to the first variant. The measurement signal I of the sensor in the remission arrangement can be estimated as follows: or for the transmission geometry: where E(λ) is the spectral emission of the IR LED, Q(λ) is the quantum efficiency of the detector, T F(λ) is the transmission of the edge filter and RG(λ) or TG(λ) is the reflection or transmission of the grating structure. In the case of Fig. 10B, the sensor arrangement consists of two beam sources with different emission spectra E 1 (λ) and E 2 (λ). The detector consists of two detector rows, the first row with the edge filter of the transmission characteristic T F1 (λ) and the second row with the edge filter of the transmission characteristic characteristic T F2 (λ). This sensor arrangement delivers two different signals in the respective detector rows, which can be I 2 = ∫ E 2 (λ) * Q(λ) * T F2 (λ) * R G (λ) dλ are given for the remission arrangement. An improvement in the measurement accuracy of the sensor arrangement is achieved by evaluating the ratio I 1 / I 2. The values determined from this are used for the further estimation of an IR signal. First, the spectral reflection of a two-dimensional periodic grating as shown in Figures 8A and 8B is examined. Fig. 11A shows a spectral reflection of the two-dimensional periodic grating with a constant period d = 240 nm for various modulation heights h from 240 nm to 300 nm with light incidence of 8° in the NIR range as a function of the wavelength (the reflection in % is on the y-axis and the wavelength in μm is on the x-axis). The incident radiation is unpolarized. The two-dimensional periodic grating has the parameters b = 120 nm, n = 1.52 and is coated with aluminum with a thickness of t = 40 nm. The modulation heights h 1 to h 7 are shown, with the modulation height h decreasing from the first modulation height h 1 to the seventh modulation height h 7 in 10 nm steps, where h 1 = 300 nm and h 7 = 240 nm. It can be seen in Fig. 11A that the reflection in the NIR range drops significantly with increasing modulation depth h. A peak of the resonant light absorption of red shifts into the infrared range. This absorption is equivalent to the excitation of surface plasmons (see above). The signal of an optical sensor according to Fig. 9A and 9B can be calculated using the spectral curves of Fig. 10A and 10B, respectively, by convolving them with the reflection of Fig. 11A according to the above formula. The result of the calculation explained above is shown in Fig. 11B for the two different LED and filter curves of Fig. 10B. Fig. 11B compares the modulation height in μm on the x-axis with the reflection signal measured by the sensor arrangement on the y-axis. The first curve k1 is created for the emission spectrum of a first beam source 66 and the transmission curve of a first filter 68, the second curve k2 is created for the emission spectrum of a second beam source 60 and the transmission curve of a second filter 62, whereby the curve k1 relates to the spectral characteristics of the curves 66, 68 of Fig. 10B and the curve k2 relates to the spectral characteristics of the curves 60, 62 of Fig. 10B. It can be seen that the modulation depth h = 300 nm shows a large contrast in the NIR range in relation to the beam source used, while the modulation height h = 250 nm shows hardly any difference. It has already been explained that a further requirement of the security element 4 is the property that it is not - or at most only barely - perceptible when viewed in the visible spectral range. Fig. 12 and 13A to 13C therefore show the color perception of a two-dimensional periodic grating structure with a variation of the modulation height between 250 nm and 300 nm in the CIE or LCh color space. This variation in the modulation height was also used to examine the contrast in the NIR range when using different beam sources and filters. Fig. 12 shows the color coordinates x and y in the CIE color space and Figs. 13A to 13C show individual color values in the LCH color space depending on the modulation height h (x-axis). Fig. 13A compares the modulation height h on the x-axis with the brightness in % on the y-axis, Fig. 13B with the chroma in % on the y-axis and Fig. 13C with the hue as a hue angle on the y-axis. It can be seen that the analyzed two-dimensional periodic structure appears green in reflection. The variation in the modulation height hardly changes the color appearance. Thus, despite structuring in the NIR range, the same color is retained in the visible spectrum, namely green. This is just one example of a grating structure which has different IR properties while maintaining the same visible appearance when a grating structure parameter is changed. A variety of other variants of two-dimensional periodic grating structures are conceivable here in order to achieve similar results. Other grating structure parameters than the modulation height h, e.g. the period d or an area fill factor, can also be changed. Fig. 14 shows the reflection in % (y-axis) as a function of the wavelength in μm (x-axis) of a one-dimensional periodic grating structure coated with aluminum in the NIR range with a constant modulation height h = 300 nm for the periods d = 270 - 370 nm, where the width b = d/2, t = 30 nm, n = 1.52 and the angle of incidence is 8°. There are curves for a first period d 1 = 270 nm, a second period d 2 = 290 nm, a third period de d 3 = 310 nm, a fourth period d 4 = 330 nm, a fifth period d 5 = 350 nm and a sixth period d 6 = 370 nm. The corresponding one-dimensional periodic grating structure is shown in Fig. 7. It can be seen that an intensity minimum shifts towards the long-wave wavelength range with increasing period d. The intensity minimum coincides with a maximum in the light absorption, which is due to the excitation of surface plasmons. Fig. 15 shows the optical characteristics of a sensor arrangement with two detector rows and two radiation sources with different spectral characteristics. This representation is analogous to Fig. 10B, only with changed spectral characteristics of the IR LEDs or the edge filters and is used for the following signal calculation. Fig. 16 shows, analogously to Fig. 11B, the result of the calculation already explained for the two different LED and filter curves of Fig. 15. Fig. 16 compares the period in μm on the x-axis with the reflection in % on the y-axis. Fig. 16 shows a measured IR intensity of a sensor in reflection from a one-dimensional periodic grating in the NIR range with the parameters of Fig. 14 as a function of the period d = 270 - 370 nm. The third curve k 3 is created for the emission spectrum of a third beam source 70 and the transmission curve of a third filter 72, the fourth curve k 4 is created for the emission spectrum of a fourth beam source 74 and the transmission curve of a fourth filter 76. There is a good contrast in the NIR range in the two detector rows for the period d = 280 nm. In contrast, both detector rows deliver approximately the same signal for the period d = 330 nm. Fig. 17 shows a color perception in reflection of a one-dimensional periodic grating in the visible wavelength range for the parameters of Fig. 14 with a variable period d = 270 - 370 nm in the CIE color space. Figs. 18A to 18C show the color perception in the LCH color space analogously to Figs. 13A to 13C, with the exception that the period d is used instead of the modulation height h on the x-axis. The perceived colors range from a neutral color tone through green, yellow to a reddish color. In contrast, the color brightness remains approximately constant (Fig. 18A). Furthermore, in Fig. 19 the IR signal of a one-dimensional periodic grating structure in reflection in % (y-axis) is examined as a function of the modulation height h from 100 nm to 450 nm (x-axis) with a constant period d = 250 nm in reflection. The remaining parameters correspond to the parameters of the grating in Fig. 14. Fig. 20 shows the same, measured in transmission in % (y-axis). It is clear that the IR signal can change significantly by choosing the appropriate modulation height h. At h ≈ 250 nm, the detector row shows a maximum in reflection, with the reflection of the second detector row showing a minimum. In contrast, there is a good contrast between the two detector rows in transmission at h ≈ 400 nm. This can be used to create contrast effects in the NIR range. Figs. 21A to 21C show a color perception of a one-dimensional periodic grating with a constant period d = 250 nm and variable modulation height h = 100 to 450 nm in the LCH color space in reflection. Figs. 22A to 22C show the same in transmission. The scales on the y-axis correspond to those in Fig. 13A to 13C. There is a relatively small change in brightness in the visible range, both in reflection and in transmission. The color tone is in the green, yellow range for reflection and in the blue range for transmission. This shows that, for example, two grating parameters, in particular the modulation height, can be selected so that there is good contrast in the NIR range and the color appearance in the visible range is almost unchanged. Finally, Figs. 23 and 24 show sectional views of a value document 1 with a security element 4. In Fig. 23, the security element 4 was applied as a transfer element to the front side 2 of a substrate body 77 of the value document 1. A first print layer 80 is applied to a back side 78 of the substrate body 77. A second print layer 82 is applied to the front side 2. The security element 4 is also overprinted with the second print layer 82. Fig. 24 shows the security element 4, which is incorporated directly into the substrate body 77 of the value document 1. One embodiment of this is a fully structured value document, the visual appearance of which is created without the use of printing inks. Further embodiments are value documents on which the structure described here was applied directly to the substrate, e.g. using a transfer process, and then overprinted with pigment inks. List of reference symbols 1 Value document 2 Front side 4 Security element 6 First printing element 8 Second printing element 10 First partial area 12 Second partial area 14 Third partial area 16 First area 18 Second area 20 Third area 22 Fourth partial area 24 Fifth partial area 26 Sixth partial area 28 Seventh partial area 30 Eighth partial area 32 Ninth partial area 34 Image element 36 QR code 37 Substrate body 38 Double line grid 40 First grid bars 42 First grid gap 44 Second grid bars 46 Second grid gap 48 Flat area 50 elevations 52 metallization 54 beam source 56 optical filter 58 detector 60 emission spectrum of a first beam source 62 transmission curve of a first filter 64 quantum efficiency of a detector 66 emission spectrum of a second beam source 68 transmission curve of a second filter 70 emission spectrum of a third beam source 72 transmission curve of a third filter 74 emission spectrum of a fourth beam source 76 transmission curve of a fourth filter 77 substrate body 78 back 80 first printing layer 82 second printing layer d period d 1 first period d 2 second period d 3 third period d 4 fourth period d 5 fifth period d 6 sixth period h modulation height h 1 first modulation height h 2 second modulation height h 3 third modulation height h 4 fourth modulation level h 5 fifth modulation level h 6 sixth modulation level h 7 seventh modulation level k 1 first curve k 2 second curve k 3 third curve k 4 fourth curve L longitudinal direction R reflected radiation T transmitted radiation Θ angle of incidence