(57)【要約】  本発明は、紙幣、小切手等をはじめとする価値のある書類を製造するためのセキュリティエレメントに関する。これは、誘電体基板（１）と、縦方向に延びると共に第１の平面（Ｌ１）内に配置され、相互間に位置付けられた第１の格子ギャップ（４）を有する複数の第１の格子ウェブ（３）からなる、基板（１）内に埋め込まれる第１の周期的線状格子構造（２）と、縦方向に延び、相互間に位置付けられた第２の格子ギャップ（８）を有する第２の格子ウェブ（７）からなる、基板（１）内に埋め込まれる同じ周期（ｄ）の第２の線状格子構造（６）と、を含む。第２の線状格子構造（６）は、第１の平面（Ｌ１）に対して平行な第２の平面（Ｌ２）内において第１の線状格子構造（２）の上方に位置付けられ、第２の線状格子構造（６）は、第１の線状格子構造（２）に対して反転した状態に形成される。それにより、第１の平面（Ｌ１）の平面図において、第２の格子ウェブ（７）は第１の格子ギャップ（４）の上にあり、第２の格子ギャップ（８）は、第１の格子ウェブ（３）の上にある。セキュリティエレメント（Ｓ）は、透過（Ｔ）を見たときに色効果を発生させ、第１の線状格子構造（２）の格子ウェブ（３）と第２の線状格子構造（６）の格子ウェブ（７）とはそれぞれ、高屈折率材料（３ａ、７ａ）の層と金属材料（３ｂ、７ｂ）の層とからなる二重層から形成される。
2018528486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙幣、小切手等をはじめとする価値のある書類を製造するためのセキュリティエレメントであって、
−  誘電体基板（１）と、
−  縦方向に延びると共に第一の平面（Ｌ１）内に配置され、相互間に第１の格子ギャップ（４）を有する複数の第１の格子ウェブ（３）からなる、前記基板（１）内に埋め込まれる第１の周期的線状格子構造（２）と、
−  縦方向に延び、相互間に第２の格子ギャップ（８）を有する第２の格子ウェブ（７）からなる、前記基板（１）内に埋め込まれる同じ周期（ｄ）の第２の線状格子構造（６）と
を含み、
−  前記第２の線状格子構造（６）は、前記第１の平面（Ｌ１）に対して平行な第２の平面（Ｌ２）内において前記第１の線状格子構造（２）の上方に位置付けられ、
−  前記第２の線状格子構造（６）は、前記第１の線状格子構造（２）に対して反転した状態に形成され、それにより、前記第１の平面（Ｌ１）の平面図において、前記第２の格子ウェブ（７）は、前記第１の格子ギャップ（４）の上に位置付けられ、前記第２の格子ギャップ（８）は、前記第１の格子ウェブ（３）の上に位置付けられる、セキュリティエレメントにおいて、
−  前記セキュリティエレメント（Ｓ）は、透視観察（Ｔ）において色効果を発生させ、
−  前記第１の線状格子構造（２）の前記格子ウェブ（３）、及び、前記第２の線状格子構造（６）の前記格子ウェブ（７）のそれぞれは、高屈折率材料の層（３ａ、７ａ）と金属材料（３ｂ、７ｂ）の層とからなる二重層から形成されることを特徴とする、セキュリティエレメント。
【請求項２】
前記高屈折率材料（３ａ、７ａ）は、周囲の前記基板（１）のそれよりも、少なくとも０．３高い屈折率を有する、請求項１に記載のセキュリティエレメント。
【請求項３】
前記周期（ｄ）は２００〜７００ｎｍである、請求項１〜２のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント。
【請求項４】
前記高屈折率材料（３ａ、７ａ）は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉｘＯｘ、及びＺｒＯ２から選択され、
前記金属材料（３ｂ、８ｂ）は、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、及びその合金から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント。
【請求項５】
前記平面（Ｌ１、Ｌ２）間の間隔（ｈ）は、１００ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント。
【請求項６】
前記セキュリティエレメント（Ｓ）は、前記平面（Ｌ１）を上から見たときに、前記周期（ｄ）が異なる少なくとも２つの領域（１４、１５）を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント。
【請求項７】
前記セキュリティエレメントは、前記平面（Ｌ１）を上から見たときに、前記格子ウェブ（３、７）の方向が好ましくは９０度異なる少なくとも２つの領域（１４、１５）を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント。
【請求項８】
透過型要素、特に価値のある書類のための窓要素としての形態である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のセキュリティエレメント（Ｓ）を有する価値のある書類において、
前記価値のある書類は、透視観察用とされる窓又は領域を有し、その窓又は領域は、前記セキュリティエレメント（Ｓ）によって被覆される、価値のある書類。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙幣、小切手等をはじめとする価値のある書類を製造するためのセキュリティエレメントに関する。セキュリティエレメントは、誘電体基板と、縦方向に延びると共に第１の平面内に配置され、相互間に第１の格子ギャップを有する複数の第１の格子ウェブからなる、基板内に埋め込まれる第１の周期的線状格子構造と、縦方向に延び、相互間に第２の格子ギャップを有する第２の格子ウェブからなる、基板内に埋め込まれる同じ周期の第２の線状格子構造と、を含む。第２の線状格子構造は、第１の平面に対して平行な第２の平面内において第１の線状格子構造の上方に位置付けられ、第２の線状格子構造は、第１の線状格子構造に対して反転した状態に形成され、それにより、第１の平面を上から見たときに、第２の格子ウェブは、第１の格子ギャップの上に位置付けられ、第２の格子ギャップは、第１の格子ウェブの上に位置付けられる。
【背景技術】
【０００２】
周期的線状回折格子を有するセキュリティエレメントは、例えば（特許文献１）、（特許文献２）、又は（特許文献３）から知られている。これらは、格子プロファイルが可視スペクトルレンジで共鳴効果が起こるものであれば、サブ波長レンジのカラーフィルタ特性を有することができる。このようなカラーフィルタ特性は、反射型及び透過型のいずれのサブ波長構造についても知られている。その構造は、入射光ビームの反射又は透過に対して強く偏向させる影響を有する。色は、このようなサブ波長回折格子の反射又は透過において、比較的強く角度依存する。しかしながら、これらの回折格子に関する色飽和度は、入射光が偏向されなければ大幅に低下する。
【０００３】
１次元周期回折格子は、格子プロファイルが可視波長レンジで共鳴効果が起こるものであれば、サブ波長レンジのカラーフィルタ特性を有することができる。このカラーフィルタ特性は、入射光の角度に依存する。
【０００４】
（特許文献４）には、角度依存カラーフィルタリング特性を有するサブ波長構造が記載されている。この回折格子は矩形の断面を有し、高屈折率（ＨＲＩ）層の上に堆積させられ、屈折率については、ｎＨＲＩ＞ｎ２で、ｎ≒ｎ２≒ｎ３である。角度Θが変わると色変化が起こる。回折格子が入射面に対して垂直に傾けられたとき（Θ＞０°；Φ＝９０°）、色はほぼ一定のままである。角度Φは方位角を示す。ＤＩＤ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）の名称で販売されているセキュリティエレメントは上記構造に基づくもので、反射におけるカラーフィルタ特性を利用している。色効果を認識できるようにするためには、光吸収基板が必要となる。
【０００５】
（特許文献５）には、同様に矩形の形状を有するエンボス付きサブ波長回折格子が記載されており、その台状部の上には金属粒子又は金属ナノ粒子が印刷されている。この回折格子は、透過における色効果又は偏光効果を呈する。
【０００６】
また、例えば（特許文献６）又は（非特許文献１）から、金属又は半金属の二重層配置を有する角度依存カラーフィルタとしてのサブ波長回折格子も知られている。それらにおいては、金属被覆が蒸着により実現され、誘電体の中に埋め込まれる。前述の特徴を有するセキュリティエレメントを開示している（特許文献６）に記載された手法は、同じ周期の２つのワイヤ格子の配置に基づいている。これらは相互に半周期ずれ、金属又は半金属（例えば、厚さ７０ｎｍのＺｎＳ）ワイヤからなる。
【０００７】
この厚さ約７０ｎｍのＺｎＳコーティングを有する既知のサブ波長構造は、反射におけるカラーフィルタとして適している。したがって、この構造は光吸収基板の上にさらに積層させなければならず、そうすると、反射の中に十分な色コントラストが見えるようになる。金属コーティングを有するサブウェイブ格子(subwave gratings)は、透過において比較的高い色飽和を呈する。金属への光吸収により、これらはしたがって、比較的暗く見える。
【０００８】
金属薄膜で被覆された正弦波回折格子は、プラズモン共鳴効果を生じさせることができる。この共鳴の結果、ＴＭ偏光の透過が増大するが、これについては（非特許文献２）を参照されたい。この効果は、（非特許文献３）により開示されているような追加の薄い誘電体層によりさらに最適化できる。（特許文献７）に記載されているセキュリティエレメントは、この光学効果に基づいている。
【０００９】
（特許文献８）にも同様に、サブ波長回折格子に基づき、角度依存の色を呈する透過型セキュリティエレメントが記載されている。屈折率が高くなるように被覆された正弦波回折格子の光学特性は、上記の文献の中でより詳しく論じられている。
【００１０】
不連続的な表面を有する既知の２次元周期サブ波長回折格子は、カラーフィルタ特性を呈するものの、角度許容度が大きい。そのため、その色相は傾けたときにほとんど変化しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０１２２９９  Ａ１号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００９０１２３００  Ａ１号
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００９０５６９３３  Ａ１号
【特許文献４】独国特許第３２４８８９９  Ｃ２号
【特許文献５】国際公開第２０１２／０１９２２６  Ａ１号
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２０１１１１５５８９  Ａ１号
【特許文献７】国際公開第２０１２／１３６７７７  Ａ１号
【特許文献８】国際公開第２０１４／０３３３２４  Ａ２号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｚ．Ｙｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｃｏｌｏｒ  Ｆｉｌｔｅｒ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ  ｏｆ  Ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ，”Ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ，８，５５５−５５９（２０１２）
【非特許文献２】Ｙ．Ｊｏｕｒｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ａｎｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｐｌａｓｍｏｎ  ｍｅｄｉａｔｅｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｍｅｔａｌ  ｆｉｌｍｓ”；Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  １７，１２１５５−１２１６６（２００９）
【非特許文献３】Ｔ．Ｔｅｎｅｖ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ  Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ａｔ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｍｅｔａｌ  Ｆｉｌｍｓ  ｏｎ  Ｕｎｄｕｌａｔｅｄ  Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ，”Ｐｌａｓｍｏｎｉｃｓ（２０１３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明は、検査にあたって、傾けると変化する良好な色効果を呈するセキュリティエレメントを特定するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的は、本発明によれば、紙幣、小切手等をはじめとする価値のある書類を製造するためのセキュリティエレメントによって達成される。このセキュリティエレメントは、
−  誘電体基板と、
−  縦方向に延びると共に第１の平面内に配置され、相互間に第１の格子ギャップを有する複数の第１の格子ウェブからなる、基板内に埋め込まれる第１の周期的線状格子構造と、
−  縦方向に延び、相互間に第２の格子ギャップを有する第２の格子ウェブからなる、
基板内に埋め込まれる同じ周期の第２の線状格子構造と
を含み、
−  第２の線状格子構造は、第１の平面に対して平行な第２の平面内において第１の線状格子構造の上方に位置付けられ、
−  第２の線状格子構造は、第１の線状格子構造に対して反転した状態に形成され、それにより、第１の平面の平面図において、第２の格子ウェブは、第１の格子ギャップの上に位置付けられ、第２の格子ギャップは、第１の格子ウェブの上に位置付けられ、
−  セキュリティエレメントは、透視観察において色効果を発生させ、
−  第１の線状格子構造の格子ウェブ、及び第２の線状格子構造の格子ウェブのそれぞれは、高屈折率材料の層と金属材料の層とからなる二重層から形成される。
【００１５】
高屈折率材料は、好ましくは、誘電材料又は半導体、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｃである。
【００１６】
本発明によれば、２つの平面で上下に重なり、相補的に、すなわち相互に関してずれるように位置付けられる線状格子構造からなる二重線状格子が使用される。９０°の位相シフトが理想的な値であり、これはもちろん、製造精度に関して考慮されなければならない。製造公差により、相補性、すなわち９０°の位相シフトからの逸脱がここで起こりうる。それに加えて、矩形のプロファイルは、完璧に形成されるのではなく、その平行の上辺が下辺より短い台形のプロファイルで近似されてもよい。断面が矩形の線状格子構造の場合、位相シフトは半周期に対応する。
【００１７】
線状格子構造は、高屈折率の誘電又は半金属材料の層と金属層との組合せで構成される。格子ウェブの厚さは、変調度より、すなわち線状格子構造の平面間の間隔より小さく、その結果、間に挟まれる薄膜は生成されない。この理由から、第１及び第２の平面の間の間隔は、（０．５＊第１の層の厚さ）と（０．５＊第２の層の厚さ）の合計よりも大きい。
【００１８】
このような構造の格子は、驚くべきことに、透視観察において、傾けた際に再現可能で容易に認識できる色効果を提供することがわかった。
【００１９】
セキュリティエレメントは、層構造として簡単に製造することができ、まず基底層が提供され、その上に第１の線状格子構造の二重層が形成される。その上に、第１の線状格子構造を覆う、第１の線状格子構造の格子ウェブよりも厚い誘電体中間層が積層される。その上に、ずれた第２の線状格子構造を形成することができ、誘電体被覆層であって、その中に線状格子構造が埋め込まれた基板が完成する。代替的には、まず、誘電体基板内にサブウェイブ格子が、例えばエンボス加工等によって形成されることも可能であり、このサブウェイブ格子は、断面において矩形のプロファイルを有する。それが例えば、蒸着によって二重層の材料で垂直に被覆されると、二重層が台状部の上及び溝の中に生成され、これが第１及び第２の格子ウェブを形成する。その結果、異なる平面内に所望の第１及び第２の格子ウェブが得られる。
【００２０】
特に良好な色効果は、第１及び第２の格子ウェブの間の垂直間隔、すなわち構造の変調度が、１００ｎｍ〜５００ｎｍであるときに実現される。間隔の測定は、例えば第１及び第２の線状格子構造の同じ方向、すなわち、例えば格子ウェブの下側又は格子ウェブの上側の表面によって画定できる２つの平面に基づく。垂直間隔はここではもちろん、平面に垂直に測定されるべきであり、すなわち、それは格子ウェブの同じ方向の表面の間の高さの差を示す。
【００２１】
格子ウェブの二重層に好適な高屈折率材料は、周囲の基板、すなわち材料よりも、特に少なくとも０．３高い屈折率を有するすべての材料である。二重層における層の順番は重要ではなく、第１及び第２の線状格子構造について異なっていてもよい。
【００２２】
セキュリティエレメントは、透視観察時に角度依存のカラーフィルタリングを呈する。この角度依存性は、格子の線が光の入射平面に対して垂直である場合に特に顕著である。カラーフィルタリングは、複数の色のモチーフを生成するのに使用することができ、それによって、これらは回転位置に応じて色を変化させるか、又は平面を傾けると異なる効果を呈する。したがって、その平面の平面図において、少なくとも２つの領域を、その線状格子構造の縦方向が相互に関して斜め、特に直角となるように提供することが好ましい。直角観察時に、モチーフを、それが均一な色を有するように生成することができ、直角観察時にそれ以外の構造を持たない。このセキュリティエレメントを傾けると、１つの領域の、例えば背景の色は、他の領域の、例えばモチーフの色と異なるように変化する。
【００２３】
異なる配置の複数の領域を有する実施形態ももちろん想定可能である。例えば、セキュリティエレメントの中に複数の領域を有する１つの発展型が提供され、これらの領域は、線状格子構造の格子の線の向き及び／又は格子周期に関して相互に異なる。その結果、透視観察時に異なる色効果のモチーフを提供できる。
【００２４】
上述の特徴及びこれから説明する特徴は、特定の実施形態の中だけでなく、異なる組合せでも、又は単独でも使用でき、これも本発明の範囲から逸脱しないと理解すべきである。
【００２５】
以下に、例えば本発明にとって本質的な特徴も開示している添付の図面に基づいて、本発明をより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】二重線状回折格子を有し、各線状回折格子が二重層を形成する格子ウェブを有するセキュリティエレメントの断面図を示す。
【図２ａ−ｂ】観察角度を変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射率及び透過率の波長依存性を示す。
【図３ａ−ｂ】変調度ｈを変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射率及び透過率の波長依存性を示す。
【図４ａ−ｂ】図３ａ〜ｂとは異なる材料の組合せに関する、変調度を変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射率及び透過率の波長依存性を示す。
【図５】異なる観察角度に関する、二重層の層厚を変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射及び透過のＬＣｈ色空間での色値を示す。
【図６ａ−ｂ】層厚を変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射及び透過のＣＩＥ  １９３１色度図を示す。
【図７ａ−ｂ】図６ａ〜ｂとは異なる層厚に関する、観察角度を変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射及び透過のＣＩＥ  １９３１色度図を示す。
【図８ａ−ｂ】図７ａ〜ｂとは異なる層厚に関する、観察角度を変化させたときの図１のセキュリティエレメントの反射及び透過のＣＩＥ  １９３１色度図を示す。
【図９ａ−ｂ】図１の回折格子でモチーフとして構成されたセキュリティエレメントの、回折格子の向きを変えた２つの平面図を示す。
【図１０ａ−ｂ】セキュリティエレメントの別の実施形態に関する図９ａ〜ｂと同様の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、断面図において、基板内に埋め込まれ、２つの線状格子構造２、６からなる二重線状回折格子を有する、セキュリティエレメントＳを示している。基板は誘電体キャリア１を含み、その上には、平面Ｌ１内に配置される第１の線状格子構造２が、誘電体層、例えばエンボスラッカ層に組み込まれている。第１の線状格子構造２は、図の平面に垂直な縦方向に延びる、幅ｂの第１の格子ウェブ３からなる。第１の格子ウェブ３の間には、幅ａの第１の格子ギャップ４が位置付けられている。
【００２８】
各格子ウェブ３は、厚さｔ４の高屈折率材料３ａと、厚さｔ２の金属材料３ｂの二重層とからなる。それゆえ、第１の格子ウェブ３の厚さ（平面Ｌ１に垂直に測定）は、ｔ２＋ｔ４である。第１の格子ウェブ３から高さｈには、平面Ｌ２内に、同じく厚さｔ３の高屈折率材料７ａと厚さｔ１の金属材料７ｂとの二重層からなる第２の格子ウェブ７を有する、第２の線状格子構造６が位置付けられている。第２の格子ウェブ７は、幅ａを有する。第２の線状格子構造６は、平面Ｌ２内で、第１の線状格子構造２に対して、第２の格子ウェブ７が第１の格子ギャップ４の上方に（製造精度に関して）できるだけ正確に位置するように位相シフトされている。同時に、第２の格子ウェブ７の間に位置付けられる第２の格子ギャップ８は、第１の格子ウェブ３の上方にある。
【００２９】
第１の格子ウェブ３の厚さｔ２＋ｔ４は、高さｈよりも小さい。その結果、格子ウェブ３及び７によっては、連続的な薄膜は形成されない。高さｈは、格子構造の変調度を表している。
【００３０】
図１の断面略図において、第１の格子ウェブ３の幅ｂは、第２の格子ウェブ７の幅ａと同じである。それゆえ、周期ｄに関して、各線状格子構造の占有率は５０％である。しかしながら、これは必須ではない。式ｂ＋ａ＝ｄに従って、何れの所望の変更も行うことができる。
【００３１】
さらに、図１の断面略図において、厚さはｔ２＝ｔ４かつｔ１＝ｔ３であり、また（ｔ２＋ｔ４）＝（ｔ１＋ｔ３）である。これはより製造を容易にするために有利であるが、絶対的に必須ではない。
【００３２】
変調度ｈ、すなわち第１の線状格子構造２と第２の線状格子構造６との高さの差（平面Ｌ１とＬ２との間の間隔に対応する）は、第１の格子ウェブ３と第２の格子ウェブ７との厚さの合計より大きい。その結果、寸法ｈ−（ｔ２＋ｔ４）の縦方向の空間が、２つの線状格子構造２と６との間に存在する。格子構造は、互いに間隔ｈ−（ｔ２＋ｔ４）を開けて配置される、同一のプロファイルを有する２つのワイヤ格子の配置であると考えることができる。
【００３３】
すべての実施形態における格子ウェブ３、７は、高屈折率の誘電体又は半金属材料３ａ、７ａと、金属材料３ｂ、７ｂとの二重層から形成される。高屈折率材料は屈折率ｎＨＲＩを有しており、誘電体、特に誘電体中間層５及び誘電体被覆層１０によって取り囲まれている。実際には、これらの周囲材料の屈折率は、一般にはほとんど変わらず、約ｎ１である。高屈折率材料の屈折率ｎＨＲＩは、周囲材料のそれ／それらよりも、例えば絶対項で少なくとも０．３高い。
【００３４】
図１のセキュリティエレメントＳは、入射放射Ｅを反射放射Ｒとして反射する。さらに、放射成分は、透過放射Ｔの形態で透過させられる。反射及び透過の特性は入射角Θに依存し、これについては後に詳述する。
【００３５】
セキュリティエレメントＳは、例えば、はじめに、第１の線状格子構造２をキャリア１の上に積層し、次に、中間層５をその上に積層する。次に、第２の格子ウェブ７を有する第２の線状格子構造を格子ギャップ４の中に導入することができ、これらは図では上方に示されている。被覆層１０は、セキュリティエレメントを被覆する。層５及び１０とキャリア１との屈折率は、いくつかの実施形態においては実質的に同じであり、例えばｎ１＝１．５、特に１．５６とすることができる。
【００３６】
寸法ｂ、ａ、及びｔ１〜ｔ４はサブ波長範囲内にあり、すなわち３００ｎｍ未満である。変調度ｈは、好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００３７】
また、はじめに矩形格子がキャリア１の上面に生成される製造方法も可能である。換言すれば、キャリア１は、幅ａの溝と幅ｂのウェブとが交互になるように構築される。その後、構築された基板には、蒸着によって所望のコーティングが提供され、第１、第２の線状格子及び第１、第２の線状格子構造が形成される。蒸着後、構造は最終的に被覆層によって被覆される。これにより、上面及び下面が実質的に同じ屈折率を有する層構造が得られる。
【００３８】
構築された基板は、別の方法によっても得ることができる。１つの選択肢は、マスタを用いた再現である。マスタモールドは、例えば薄膜、例えばＰＥＴ薄膜上のＵＶラッカ内で複製することができる。これによって、例えば、屈折率が１．５６の誘電材料としての基板１が得られる。代替的には、あるいは、ホットエンボス方式も使用することができる。
【００３９】
マスタ又は基板そのものは、電子ビームインストレーション、集束イオンビーム、、又は干渉リソグラフィを使って製造することができ、構造がフォトレジストに書き込まれ、その後現像される。
【００４０】
フォトリソグラフィによって製造されるマスタの構造は、その後のステップにおいて、、石英基板の中にエッチングすることにより、可能なかぎり垂直なプロファイルのフランクが形成されるようにすることができる。そうすると、石英ウェハはプリフォームとして使用され、例えばＯｒｍｏｃｅｒに複写するか、又はガルバニック形成によって複製することができる。フォトリソグラフィによって製作された原型を、Ｏｒｍｏｃｅｒ又はニッケル内に、ガルバニック法で直接形成することも可能である。また、一様な格子マスタから、ナノインプリント法によって種々の格子構造のモチーフを構成することも可能である。
【００４１】
サブ波長回折格子構造及び種々のサブ波長構造からなるモチーフのこのような製造方法は、当業者にとっては、例えば独国特許出願公開第１０２０１１１１５５８９  Ａ１号から知られており、その全文をこの点に関して本願に援用する。
【００４２】
以下に、セキュリティエレメントの光学特性を、例えば可視波長範囲において、アルミニウム、並びに、高屈折率材料である硫化亜鉛（ＺｎＳ）及び二酸化チタン（ＴｉＯ２）について説明する。周辺材料は、屈折率がｎ＝１．５２のポリマーである。さらに、格子ウェブのプロファイル形状は矩形であると仮定する。現実において発生するこの理想的な矩形からのわずかな逸脱、例えば台形は、光学的外観には大きな影響を与えず、矩形格子の場合と同様の結果が得られる。図２ａ，２ｂは、ｄ＝３６０ｎｍ、ｈ＝２２０ｎｍ、ｂ＝１８０ｎｍのパラメータ、並びに、ｔＡｌ＝３０ｎｍ及びｔＺｎＳ＝１６０ｎｍのコーティングを有する格子の分光反射率（図２ａ）と、透過率（図２ｂ）とを示している。入射光は偏向されていない。
【００４３】
図２ａには、種々の入射角、具体的には０°、１５°、３０°について、ｘ軸にプロットされた波長の関数としての反射率がｙ軸に示されている。図２ｂには、それと同様に透過率が示されている。入射角Θは、図１で定義されている。
【００４４】
分光反射率は、直角入射光の場合、４０４ｎｍ及び６７２ｎｍにおいて２つの大きなディップを示し、長波のディップは透過率スペクトルにおけるピークであることがわかる。入射角が大きくなると、このピークは長波のレンジへとシフトし、透過率スペクトルにおいては、角度依存のばらつきを有する別のピークが生じる。
【００４５】
図３ａ、３ｂには、透過率スペクトルに対する変調度ｈの影響が示されている。図は、直角入射光（図３ａ）及び入射角Θ＝３０°（図３ｂ）について、ｔＡｌ＝３０ｎｍ及びｔＺｎＳ＝１４０ｎｍのコーティングを有する回折格子の可視レンジにおける波長の関数としての透過率を示している。変調度は、１８０ｎｍ〜２４０ｎｍの間で変化される。直角入射では３つのピークが見られ、２つの短波ピークは変調度の変化によってその顕著さが大きく影響される。青ピークの強度は急激に増大し、緑へとシフトする。その一方で、波長５６０ｎｍにおけるピークの強度は急激に低下する。入射角Θ＝３０°の場合、可視レンジのピークの位置は変調度ｈが変化してもほとんど変わらない。回折格子は、ｄ＝３６０ｎｍ、ｂ＝１８０ｎｍ、及びｎ＝１．５２の誘電体内に埋め込まれたコーティングｔＡｌ＝３０ｎｍ及びｔＺｎＳ＝１４０ｎｍ、並びに、変調度ｈ＝１８０ｎｍ〜２４０ｎｍのパラメータを有する。
【００４６】
図４ａ、４ｂは、高屈折率材料による回折格子の回折挙動に対する影響に関する。図には、図３のパラメータを有するが、厚さ１４０ｎｍのコーティングがＺｎＳではなくＴｉＯ２である、回折格子の透過率スペクトルが示されている。スペクトルの青成分は、ここでは有意により高い。これは、ＴｉＯ２が青レンジにおいて、有意により低い吸収率を有するからである。それに加えて、全体として赤レンジの透過率はより高い。Θ＝３０°についてのこの波長レンジの共鳴は顕著さがより弱く、これは光吸収率がより低くなる原因にもなる。
【００４７】
ＬＣｈ色空間における上記のセキュリティエレメントの色特性を調べるために、Ｄ６５標準ランプの発光曲線及び人間の目の感度について、透過率スペクトルと反射率スペクトルとの畳み込みを行い、色度座標Ｘ、Ｙ、Ｚを計算した。Ｄ６５光源は、昼光にほぼ対応する。その後、ＸＹＺ座標を色値ＬＣｈに変換した。これらの値は、観察者の色認識における人間の感覚に直接関連付けることができる。
Ｌ＊：明度
Ｃ＊：彩度（＝色飽和）
ｈ°：色相
【００４８】
図５は、入射角Θ＝０°及び３０°における、ｄ＝３６０ｎｍ、ｈ＝２１０ｎｍ、ｂ＝１８０ｎｍのパラメータを有する、セキュリティエレメントのＺｎＳコーティング３ａ、７ａの厚さｔ３＝ｔ４の関数としてのＬＣｈ色度図（左が反射、右が透過）が示されている。ここでわかるのは、約１６０ｎｍのＺｎＳ層の厚みにより、傾けられている間、すなわち角度Θが変化している間における、透過光の彩度が特に強く変化することである。その一方で、色相の変化は、厚みの増大に伴って大きくなる。
【００４９】
図５の値は、ｘ、ｙ色度座標に変換され、それが図６ａ，６ｂにおいて、ＣＩＥ  １９３１色空間で示されている。白色点は、「ＷＰ」で示されている。三角形は、典型的にはスクリーンを使って表現できる色領域を画定する。図中において、色度座標は、軌跡の形態で示されている。厚みの終点ｔＺｎＳ＝２００ｎｍは、点の形状の記号で示されている。反射では、色相はＺｎＳの層みの変化によって変化する。０°から３０°まで傾ける間に、色は黄と赤の間で変化する。その一方で、透過では、色空間のうちの比較的広い領域が、ＺｎＳの厚みの変化によってカバーされる。独国特許出願公開第１０２０１１１１５５８９  Ａ１号によるアルミニウム格子にＺｎＳコーティングを追加しなければ、黄からマゼンタへの色ずれ効果を示すであろうが、１８０ｎｍのＺｎＳコーティングを有する格子におけるこれらの色は、事実上、反対の順番で現れる。
【００５０】
ｄ＝３６０ｎｍ、ｈ＝２２０ｎｍ、ｂ＝１８０ｎｍ、ｎ＝１．５２の誘電体に埋め込まれた層の厚さｔＡｌ＝３０ｎｍ及びｔＺｎＳ＝１６０ｎｍのパラメータを有するセキュリティエレメントについて、反射の色特性が図７ａに示されており、透過の色度図が図７ｂに示されている。図７ａ，ｂは、反射（図７ａ）及び透過（図７ｂ）におけるＣＩＥ  １９３１色度図を示しており、色度座標が０°〜３０°までの入射角Θの関数としてプロットされている。ここで、図１の層シーケンスを有するセキュリティエレメントの照明と、裏側からの照明と等価である逆の順番の層シーケンスのセキュリティエレメントの照明とを調べた。正面の照明の軌跡は「Ｖ」で示されており、それに関連する裏側の照明の軌跡は「Ｒ」で示されている。指摘すべきは、これら２つのケースの透過が、光路の相反性により、同一であるという点である。透過においては、青から緑への顕著な色ずれ効果が生じる。反射においては、色変化は有意により弱い。しかしながら、正面の反射色は、裏側のそれと明確に区別できる。この効果により、このような格子構造をセキュリティ機能として使用した場合に、偽造防止性がさらに高まる。
【００５１】
図８ａ，８ｂは、図７ａ，７ｂのそれと同様であるが、異なる格子パラメータにおける、セキュリティエレメントのｘ、ｙ色度座標を示している。データは同様に、入射角Θ＝０°〜３０°の関数としての反射及び透過の色度図で示されている。図７ａ，７ｂとは対照的に、この場合の格子周期はｄ＝３２０ｎｍである。比ｂ／ｄは、同じく０．５である。層厚は、ｔＡｌ＝３０ｎｍ及びｔＺｎＳ＝１２０ｎｍである。反射においては、緑の色相は傾けてもほとんど変化しない。それによって基本的に、色飽和が変化する。しかしながら、透過では、色相は赤から彩度の高い青に変化する。図７のセキュリティエレメントとは対照的に、ここでは、格子パラメータ、特に高屈折率層の厚さ及び格子周期を変えることにより、透過のチルト色を選択できることが示されている。
【００５２】
入射角に対して垂直に傾けたときに色変化が起こらないことから、セキュリティ機能は、モチーフ１５が直角観察では見えず、傾けたときだけ見えるように、図形的に設計することができる。これは、同じ格子プロファイルを有する２つの格子領域１４、１５を、これらが相互に９０°回転されているように配置することによって実行できる。この配置は、図９ａ，９ｂに示されている。
【００５３】
領域１４の格子線は背景を形成して垂直に延びているのに対して、領域１５の格子線はモチーフを形成して水平に延びている。セキュリティエレメントを水平軸の周囲で傾けると、モチーフが現れる。また、領域を別の向きにすることも想定可能である。微細な増分で向き付けられる領域により、例えば、透過におけるモーション効果を形成することも可能である。このために、例えば独国特許出願公開第１０２０１１１１５５８９  Ａ１号を参照されたい。さらに、格子構造の異なるプロファイル、例えば周期を有する領域を使って、モチーフを形成することも可能である。
【００５４】
さらに、金属層又は高屈折率層は、全面積ではなく、特定の格子領域にのみ形成することもできる。図１０ａ，１０ｂは、蝶と数「１２」のモチーフを示している。この場合、数「１２」の周囲の正方形の領域は、追加の高屈折率コーティング（図１０ｂの領域１６）を含まない。直角観察時には、蝶と数「２５」のモチーフは見えず、領域１６及び１７が異なる色に見える。傾けると、モチーフが現れる。
【００５５】
セキュリティエレメントは、紙幣のシースルー窓として使用することができる。これはまた、部分的に色を刷り重ねることもできる。二重層の一方又は両方の材料を、例えば超短光パルスを用いたレーザ照射によって部分的に除去することもできる。高屈折率透明ホログラムとの組み合わせもまた可能である。このようなホログラムは、反射機能としても機能することができる。セキュリティエレメントＳの一部は、吸収基板上に位置付けることができ、その結果、上記の部分は反射機能の役割のみを果たし、セキュリティエレメントＳにおけるシースルー窓の領域内にある他の部分とのコントラストを形成する。
【００５６】
セキュリティエレメントは、特に紙幣やその他の書類のシースルー窓としての役割を果たすことができる。それはまた、部分的に色を刷り重ねることもでき、又は格子領域を部分的に脱金属処理するか、若しくは線状格子を持たないように設計することができ、それによってこのような領域は完全に金属被覆される。ホログラム等の回折格子構造との組み合わせも想定可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  キャリア又は基板
２  第１の線状格子構造
３  第１の格子ウェブ
３ａ  高屈折率材料
３ｂ  金属
４  第１の格子ギャップ
５  中間層
６  第２の線状格子構造
７  第２の格子ウェブ
７ａ  高屈折率材料
７ｂ  金属
８  第２の格子ギャップ
１０  被覆層
１４−１７  領域
ｈ  変調度又は高さ
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４  コーティングの厚さ
ａ、ｂ  ウェブ及びギャップの幅
ｄ  周期
Ｓ  セキュリティエレメント
Ｌ１、Ｌ２  平面
Ｅ  入射放射
Ｒ  反射放射
Ｔ  透過放射
Θ  入射角
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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