安全文件的颜色个性化 【技术领域】
本发明涉及一种用于对安全文件进行颜色个性化的方法和装置，所述安全文件包括一个文件主体，本发明还涉及具有文件主体的用于颜色个性化的安全文件以及用于制造所述安全文件的方法。
背景技术
安全文件是借助于安全元件得到保护以免仿造、伪造和/或复制的文件。安全文件由此例如包括身份证件、旅行护照、ID卡、入口控制证件、纳税印花、票、驾驶执照、机动车持有执照和行车证、纸币、支票、邮票、信用卡、任意芯片卡以及粘胶标签(例如用于产品安全)。这种有时也被称为有价凭证的安全文件典型地具有衬底、印刷层并且可选择地具有透明的覆盖层。衬底是载体结构，具有信息、图像、图案和类似物的印刷层施加在该载体结构上。作为用于衬底的物质，考虑专业上通常的所有纸基和/或塑料基材料。
很多现代安全文件包括一个文件主体，该文件主体包括至少一个、优选多个、最好仅仅多个由塑料构成的彼此相连接的层。该文件主体具有一个或多个安全元件。一种安全元件是引入到这种卡主体中的个性化信息，这些个性化信息例如可包括序列号、证件号、个人相关数据例如姓名和/或出生日期、生物特征数据例如照片(护照照片)、身高和/或眼睛颜色等等。
由现有技术已经公知，将这种个性化资料引入到由塑料物质构成的文件主体的内部。为此，通过激光器将能量引入到塑料物质中并且由此引起热解，该热解在能量引入到塑料中的位置上引起碳化，由此引起黑化。这种方法例如已在EP 0 975 148 A1中予以描述。在文件主体内部安置个性化信息具有优点：这些个性化信息得到特别好的保护以免磨损和伪造。
另外，由现有技术已经公知，将颜色个性化装置引入到卡主体中。由DE 100 53 264 A1例如公知了用于借助于电磁辐射将数据、尤其是个别化数据写入到数据载体上和/或数据载体中的方法，其中，在该方法中提供任意的数据载体，至少一种色剂至少局部地设置在该数据载体上和/或该数据载体中，并且该色剂被至少一个波长范围的电磁辐射辐照，由此在辐照的区域中色剂的颜色通过漂白而变化，其中，这种变色可用机器和/或通过肉眼确定。
DE 199 55 383 A1中描述了一种用于将颜色信息施加到物体上的方法，其中，物体至少在表面附近的层中具有至少两个不同类型的显色颗粒，这些显色颗粒在激光辐射的影响下改变该层的颜色，其中，使用具有至少两个不同的波长的激光辐射，以便改变该层的颜色，并且用激光辐射加载物体以矢量方法和/或扫描方法通过一个双坐标射束偏转装置和一个用于将激光辐射聚焦到物体的层上的聚焦装置进行。在该方法中，通过不同波长使在不同波长范围内进行吸收的颜料退色，以便改变颜色印象。
由DE 103 16 034 A1公知了一种用于在载体主体中产生信息的方法，在该方法中要通过简单手段在载体主体中产生针对光和湿分特别长时间稳定的信息。为此，对于多个在载体主体中存在的原料在载体主体的局部化的部分区域中通过激光辐照调节促使这些原料发生合成反应的反应条件。在此选择这样的复杂反应过程：这些反应过程仅可有目的地通过激光射入而不通过太阳光触发，以便合成颜色物质。颜色物质在此是这样的物质：该物质与其大小和形状无关地呈现色彩。以此方式可合成不同的颜色物质。但问题在于各个颜色的有目的的可控制性。另一个问题在于，形成颜色的反应被空间分辨地并且在无猝灭反应的情况下执行，以便实现单义的显色。
【发明内容】
由此，本发明的技术问题在于，提供一种方法和一种装置以及一种安全文件的文件主体和一种用于制造该文件主体的方法，通过该方法和装置可用简单的方式优选在制造文件主体本身之后实施颜色个性化。
根据本发明，所述问题通过具有权利要求1的特征的方法、具有权利要求11的特征的安全文件以及具有权利要求22的特征的装置来解决。本发明的有利构型由从属权利要求中得到。
为此提出，使用纳米粒子，这些纳米粒子与电磁辐射即与可见波长范围内的光的相互作用与量子力学效应相关，所述量子力学效应受所述粒子的形态和/或纳米粒子的局部浓度影响。为此提出了一种用于对安全文件进行颜色个性化的方法，所述安全文件包括一个文件主体，在该文件主体中存在原料，这些原料通过局部化的有目的的能量输入而被局部地激励来提供或改变纳米粒子，这些纳米粒子产生颜色印象，其中，纳米粒子的形态和/或浓度局部地在文件主体中与能量输入相关，其中，纳米粒子的颜色印象与其形态和/或局部的浓度相关，在该方法中，将能量局部地有目的地在这样的部位上引入：在该部位上，在文件主体中应引起彩色的颜色印象，以便通过所引起的颜色印象储存个性化信息。由此提供一种安全文件，该安全文件包括一个能够颜色个别化的文件主体，在该安全文件中，在文件主体的内部存在原料，这些原料能够借助于局部化的能量输入而被有目的地激励来形成不同形态和/或不同浓度的纳米粒子，其中，所述形态和/或浓度与能量输入相关，其中，纳米粒子的颜色印象与其形态和/或其浓度相关。一种用于对所述的具有安全文件主体的安全文件进行个性化的装置包括一个用于接收文件主体的文件主体接收部、一个用于将能量输入局部化地引入到文件主体中的能量源，以便有目的地这样改变颜色印象，使得个性化信息通过所产生的颜色印象存储在文件主体中。通过将原料在制造文件主体时一起加工到该文件主体中而提供一种具有能够颜色个别化的文件主体的安全文件。
在由多个层借助于层合制造的文件主体中，原料例如可在印刷技术上在层合之前引入到两个层之间。
对于纳米粒子的形态一方面理解为纳米粒子的大小，另一方面理解为纳米粒子的几何形状。用在固体物质(Bulk)中具有优选小于2电子伏特的带隙的半导体物质制成的纳米粒子通常表现为所谓的大小量子化效应——如果一个粒子大小变化成几个纳米或以下范围内的越来越小的纳米粒子。这种半导体的纳米粒子越小，则带隙越大。由此，带隙能与纳米粒子的大小即形态相关。电磁辐射的吸收特性又与带隙能相关联。由此，随着带隙能的变化，纳米粒子的颜色、即在观察纳米粒子时所获得的颜色印象也变化。对于确定类型的纳米粒子，颜色印象即纳米粒子的吸收特性主要受纳米粒子的表面形态影响。在粒子中激励出所谓的表面等离子体。这些表面等离子体决定性地与纳米粒子的形状相关。在体积不变化的情况下——仅仅通过纳米粒子的形状的变化、例如对于小条状纳米粒子由纵向延展量与横向伸展量的比形成的纵横比的变化而进行，所述纳米粒子的吸收特性可与波长相关地变化。颜色印象由此首先是指纳米粒子的吸收特性。此外，对于专业人员而言，不言而喻，颜色印象也与体积中或面上存在的纳米粒子的数量相关，因为粒子的数量影响体积中或面上的整体吸收。但由此吸收光谱的变化曲线不变化，而是仅仅吸收效率变化。如果结合本发明提及颜色印象的变化，则不是指基于升高/降低的绝对吸收的变化。
纳米粒子的基于其局部浓度的颜色印象变化应与此予以区别。在吸收特性在可见光谱范围内主要通过激励表面等离子体来确定的纳米粒子中，还附加有另一个与浓度相关的效应，该效应改变吸收的波长相关性，由此改变纳米粒子的颜色。在此，量子力学效应起作用，所述量子力学效应基于：纳米粒子相互影响并且在不形成化学键的情况下各个纳米粒子的电子系统的量子力学状态函数这样变化，使得这些纳米粒子的吸收光谱、由此其颜色变化。由此，在这些纳米粒子中，浓度不导致更强烈的颜色印象，而是导致转移到另一个颜色的颜色印象。该效应在此被称为纳米粒子浓度量子化效应。
由此，通过将能量有目的地局部地输入到文件主体中可有目的地引起纳米粒子的形成，即有目的地引起纳米粒子的提供或变化并且由此有目的地几乎可局部化地调节光学光谱范围的每个颜色。由此可简单地对安全文件进行颜色个性化。
需要重点强调的是，所提出的大部分系统不需要所引入的能量来开始或实施引起颜色印象变化的纳米粒子的形成，所述所引入的能量通常也不作为活化能量。而是将原料这样引入到文件主体中，使得该文件主体在正常的环境温度下阻止系统形成这种产生颜色印象的纳米粒子。不是通过嵌入到基体、化学溶液或类似物中稳定的最小纳米粒子例如易于合生成较大的纳米粒子。由此，参与的纳米粒子的表面能总体上减小。这种过程通过在环境温度下嵌入到文件主体中而被禁止并且仅在文件主体通过能量输入局部加热的位置才进行。
在一个优选实施形式中，借助于一个或多个激光器引入能量。激光器提供优点：激光器的光可良好地聚焦并且能量因此在焦点上可有目的地局部化地供给。在合适地选择激光波长的情况下可与制成文件主体的材料相关地在文件主体内部进行颜色个性化并且不仅仅是在表面上进行。另外，借助于一个或多个激光器进行的能量输入提供优点：激光强度和/或激光频率可调制，以便控制能量输入并且由此控制引起期望颜色印象的纳米粒子的形成过程。
在一个优选实施形式中，原料包含纳米粒子，这些纳米粒子的带隙能由于大小量子化效应而高于可见光的光子能。原料的这些纳米粒子可通过将能量有目的地输入到文件主体中而被促使使这些纳米粒子合生成较大的纳米粒子，因此由于大小量子化效应而改变其吸收光谱并且由此改变其颜色和颜色印象。
由此，在一个实施形式中，优选原料结合到基体中。该基体优选这样构造，使得原料的成分在基体中仅当能量输入到基体中并且该基体由此被加热时才可运动。
在一个特别优选的实施形式中提出，基体由聚碳酸酯、尤其是双酚‑A‑聚碳酸酯构成。聚碳酸酯之所以尤其适合，是因为所述聚碳酸酯在可见波长范围中对于电磁辐射是可透过的。然而借助于一个激光器可产生这样高的辐射能量密度，使得聚碳酸酯物质可局部地有目的地被加热。
但为了改善激光的吸收，在本发明的一个实施形式中提出，原料包含活化剂物质，该活化剂物质具有良好的激光吸收能力。活化剂物质可达到这样的浓度：所述浓度不会不利地影响文件主体的透过印象，但使激光的局部的有目的的吸收明显提高。可匹配激光波长，以便在活化剂物质中实现良好吸收。
在本发明的一个优选的进一步构型中提出，活化剂物质包含氧化锌ZnO。但也可使用其它物质作为活化剂物质，例如炭黑或
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在本发明的另一个实施形式中提出，原料附加地或作为替换方案包含用于形成纳米粒子的前体，这些纳米粒子的吸收特性与其形态和/或其局部的浓度相关。这意味着，这些纳米粒子的颜色印象与其形态和/或其局部的浓度相关。由此，作为前体在原料中存在这样的物质：这些物质通过在能量输入到文件主体中时发生化学反应而形成纳米粒子和/或引起已经存在的最小的纳米粒子的生长。在这样一个实施形式中，通过有目的地控制所供给的能量，不仅所提供的纳米粒子的数量而且所述纳米粒子的大小可有目的地受到影响。如果高的能量输入在短时间内进行，以致局部地在材料中导致被加热到高的温度、例如180℃，则激励形成大数量的晶核。而如果这样选择能量供应，使得局部地得到较低的温度、例如120℃的温度，则仅发生新晶核的少量形成，但已经存在的纳米粒子在该很小的温度下的大小生长继续。
由此，通过有目的地供应能量，可在时间上改变局部的温度并且由此实现过程控制，由此可调节最佳的期望的颜色印象、即期望的颜色。II‑VI半导体纳米粒子被证实是特别合适的物质。但也已经公知了其它合适的系统或物质、例如磷化镉Cd
3P
2等等。原则上可使用在可见波长范围内显示与形态相关的吸收特性、尤其是与大小、形状和/或浓度相关的吸收特性(其中，在此也指吸收光谱根据浓度的变化(吸收光谱与波长相关的变化曲线))的全部物质。
被确定特别合适的II‑VI半导体纳米粒子通常具有大的大小量子化效应。例如硫化镉或硫化汞、硒化镉或硒化汞、碲化镉或碲化汞以及上述元素的三元化合物或四元化合物属于优选物质。为了引起这些纳米粒子的形成或者为了支持或激励已经存在的纳米粒子的大小生长，原料例如可包含醋酸镉和/或醋酸汞和硫代乙酰胺，由其在输入能量时形成硫化镉或硫化汞。
在另一个实施形式中，原料包含可形状量子化的纳米粒子，这些纳米粒子根据能量输入改变其形状，其中，这些纳米粒子的颜色印象与形状相关。可形状量子化的纳米粒子例如可由金和/或银和/或其合金构成。原料例如可包含由金构成的小条状的纳米粒子。这些纳米粒子可通过能量输入而被激励朝球形状的方向转变。在此，主要通过表面等离子体激励而占优势的吸收特性发生变化。
尤其是由金和银合金构成的纳米粒子具有与浓度相关的颜色印象。这些纳米粒子的吸收特性与到相邻纳米粒子的平均距离相关。在本发明的一个优选实施形式中，原料包含形成胶体纳米粒子的物质的前体，这些胶体纳米粒子的颜色印象与所述胶体纳米粒子的局部浓度相关。例如原料可包含氧化锌(ZnO)和金或银盐。在激光射入的情况下，ZnO作为电子供应者起作用，以便还原金或银。由此，可激励由金和/或银构成的纳米胶体的生长。
这样进行能量的引入，使得文件主体的物质的化学变性尤其是解聚、热解或碳化不发生。
在一个优选实施形式中，存在光学传感器，这些光学传感器监控颜色印象。于是根据所监控的颜色印象控制能量供给。
特别优选将能量在多个部位上局部化地有目的地引入到文件主体中，以便在所述多个部位上基于纳米粒子的形态和/或浓度引起颜色印象，其中，所述多个部位产生一个图案，该图案包含所述个性化信息。优选在不同部位上通过能量输入引起不同的颜色印象。这意味着，能量输入在不同部位上不同地进行。
【附图说明】
下面借助于优选实施例对本发明进行详细描述。附图表示：
图1用于不同大小的粒子的示意性的势，分别针对价带和导带；
图2用于不同大小的粒子的吸收曲线；
图3针对可大小量子化的粒子与粒子大小相关的带隙变化曲线，
图4不同形状的纳米粒子；以及
图5用于对安全文件进行个性化的装置，该安全文件具有一个可颜色个别化的文件主体。
【具体实施方式】
图1中对于三个不同的粒子大小a、b、c示出了用于导带的箱势1a、1b、1c和用于价带的相应箱势2a、2b、2c。各个箱势1a、2a、1b、2b、1c、2c之间的宽度3a、3b、3c在箱模型中分别与粒子大小相关。粒子越大，则相应的箱势越宽。在此，粒子a是最小的粒子，粒子c是最大的粒子。
如果在这些箱势1a～1c、2a～2c中分别确定导带的在考虑量子力学的情况下得到的能量最低的能级4a～4c或者价带的最高的能态5a～5c，则对于不同大小的粒子a～c得到不同的能差6a～6c，这些能差可分别与带隙能联合。能差6a～6c随着粒子大小的增大而减小。一个粒子的带隙越大，则被该粒子吸收的辐射的能量必然越高。
而能量低于带隙能的光子不被吸收。这意味着，随着粒子大小的增大而发生吸收边的红移。这在图2中示意性地予以示出。在那里，对于波长绘制了不同大小的粒子的吸收。吸收曲线12a～12c的吸收边11a～11c表明随着粒子大小的增大而朝较大波长移动，即红移，所述粒子大小的增大借助于箭头13予以表示。当粒子大小变化时显示出相应的特性。
对于磷化镉Cd
3P
2，在固体中带隙取值为0.55eV。在3nm的中等的粒子直径的情况下，物质不再表现为黑色，而是表现为棕色。随着直径的进一步减小，颜色经由红色、橙色和黄色变化，直到物质在大约1.5nm时表现为白色并且具有大约4eV的带隙。
图3中对于粒子大小分别示意性地绘制了导带15和价带16的能量变化曲线。在粒子大小小的情况下，带隙能17大，例如处于4eV的范围内。该大小的粒子表现为白色。随着粒子大小的增大，带隙能17减小并且颜色从黄色经由橙色、红色变化到棕色，最后变为黑色。
类似的能量效应例如在小条状的金粒子中出现。图4中示意性地示出了纳米粒子21，该纳米粒子的纵横比、即长度22与宽度23的比例减小。这种条状的纳米粒子、即具有大纵横比的纳米粒子作为原料例如嵌入到由聚碳酸酯构成的基体中。如果该基体被加热，则纳米粒子被赋予改变其形状的机会。纵横比的减小导致表面积减小，由此导致表面能减小，由此，原来条状的纳米粒子21的这种转变仅被基体阻止。仅当基体和纳米粒子被加热时，纳米粒子才被赋予使其形状朝球形形状改变的可能性。在此，纳米粒子的体积保持不变。随着纵横比的变化，纳米粒子的吸收特征也从红外变化到可见区域。
图5中示意性地示出了用于对安全文件42进行激光个别化的装置41，该安全文件包括一个可颜色个性化的文件主体43。文件主体43优选是由多个层44通过层合构成的复合体。这些层44优选由一种或多种热塑性的塑料物质构成。单个层或全部层可在层合之前被印刷好。另外，可将微芯片或其它安全元件加工到单个层或多个层中。至少一个层、优选多个层这样构造，使得用于形成大小可缩放的纳米粒子的原料加工到所述层中。纳米粒子也可例如在印刷技术上置入到两个层之间。一个层例如由双酚‑A‑聚碳酸酯构成。该物质为原料提供基体。在该基体中例如嵌入带隙能处于可见光光子能量之上的物质的最小纳米粒子。附加地或作为替换方案，在基体中可嵌入前体、例如醋酸镉和硫代乙酰胺。作为活化剂物质例如将氧化锌ZnO加工到基体中。
文件主体保持在文件主体接收部55中。
装置41包括一个激光器45作为能量源。该激光器45产生红外光谱范围、可见光谱范围和/或紫外光谱范围内的电磁辐射。激光器45例如可从下述清单中选出：YAG:Nd(基本波长或多倍频率：1064nm，532nm，355nm，266nm)，Excimer‑Lasers(F
2 157nm，Xe 172nm)，Exciplex‑Laser(ArF 193nm，KrF 248nm，XeBr 282nm，XeCl 308nm，XeF 351nm)，Titan‑Saphir‑Laser，CO
2‑Lasers(10.6μm)或Diodenlaser。这种激光辐射46通过一个成像光学装置47局部化地在加工有原料的层44的一个区域中聚焦。在焦点48中，激光辐射46优选被活化剂物质、例如氧化锌(ZnO)吸收。这导致局部的热部位(热点)，由此激励形成硫化镉，该硫化镉积聚在活化剂物质氧化锌(ZnO)上。根据激光强度而形成不同量的纳米粒子。激光强度越高，即基体的温度局部上升越高，则提供的纳米粒子越多。如果选择较低的温度，则提供很少的纳米粒子或不提供纳米粒子。但已经存在的纳米粒子的生长继续。在此，纳米粒子49的大小变化。颜色印象根据大小而变化。
在另一个实施形式中，对活化剂物质、例如氧化锌(ZnO)的辐射导致产生电子‑空穴对，由此例如金属盐离子、尤其是银(Ag
+)和金(Au
3+)被还原到相应的金属并且形成纳米粒子。
借助于例如构造成彩色CCD摄像机的光学传感器50来监控视觉印象。为此可能需要用光源51照射文件主体43。借助于光学传感器50检测的信号由控制装置52分析处理，该控制装置控制通过构造成激光器45的能量源41进行的能量输入。另外，能量源41可包括一个调制器54，通过该调制器调制激光的频率和/或振幅，以便可控制能量到文件主体43中的输入。调制器在其它实施形式中可集成在激光器45中。
对于专业人员而言，能量源也可包括多个激光器，这些激光器发射不同波长的光。由此可最佳地激励不同的活化剂物质。
在其它实施形式中可提出，在文件主体的多个不同的层中提供用于改变颜色印象的纳米粒子。如果激光辐射同时地或时间错开地在文件主体中的不同部位上聚焦，以便分别局部地有目的地输入能量以及提供在可见光谱范围内产生视觉颜色印象的纳米粒子，则在文件主体中可产生彩色图案，该彩色图案显示个性化信息例如姓名、护照照片等等。
在某些实施形式中，文件主体本身是完全的安全文件或有价凭证。在其它实施形式中，文件主体例如结合到护照中。
在某些实施形式中，文件主体是由多个层经层合而成的复合体，在这种复合体中，不同的层包含不同的原料和/或原料浓度。由此可用简单的方式通过局部化的能量输入在不同的层中引起不同的颜色印象。所述颜色印象可共同产生一个彩色图案。但这些层也可包含相同的原料和/或原料浓度。
对于专业人员而言，本发明主要在可见光谱范围内使用。但也可考虑产生仅对于机器检验而设置的颜色印象的实施形式。一方面因为所引起的颜色印象处于UV光谱范围或IR光谱范围内或者因为产生的纳米粒子浓度的吸收强度对于人检验不够高。在此是指吸收的强度情况而不是其与波长相关的变化曲线。在此，信息也通过与波长相关地变化的颜色印象的变化而被储存。仅仅所产生的颜色改变的纳米粒子的数量有目的地保持很小。
所描述的实施形式仅仅是示例性实施形式。对于专业人员而言，存在多种变型可能性。
参考标号清单
1a～1c导带的箱势
2a～2c价带的箱势
3a～3c箱势的宽度
4a～4c导带的能级
5a～5c价带的能级
6a～6c能差
11a～11c吸收边
12a～12c吸收光谱
13箭头(在粒子大小变大的方向上)
15导带
16价带
17键能
21纳米粒子
22长度
23宽度
41用于对安全文件进行颜色个性化的装置
42安全文件
43文件主体
44层
45激光器
46激光辐射
47成像光学装置
48焦点
49纳米粒子
50光学传感器
51光源
52控制装置
54调制器
55文件主体接收部