Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer hohen Randkantenschärfe bei im Tiefdruck erzeugten Druckelementen, insbesondere filigranen Elementen, wie Buchstaben, Zeichen, Motiven, Symbolen und dergleichen, die gleichzeitig einen Fälschungsschutz aufweisen. Das Verfahren soll insbesondere für die Herstellung von Verpackungen, beispielsweise flexiblen Verpackungsfolien, Kunststoffbehältern und Behälterabdeckungen und dergleichen eingesetzt werden können.

Druckelemente, die im Tiefdruck, insbesondere im Premium-Tiefdruck hergestellt werden, müssen schon aus optischen Gründen eine scharfe Randkante (Outline) aufweisen. Dies gilt insbesondere bei fragilen Druckelementen, wie Buchstaben, Zeichen, Symbolen, Zahlen, aber auch bei Motiven. Bei der mechanischen Gravur der Druckzylinder unter Verwendung von Diamantsticheln entstehen jedoch bei der Wiedergabe der Rasterauflösung sägezahnähnliche Randlinien. Diese entstehen dadurch, dass die Zeichen bzw. die Linien und Elemente eines Druckbildes in einzelne Punkte zerlegt werden. Somit setzt sich eine Linie aus vielen Punkten zusammen, die am Rand einen Sägezahneffekt aufweisen.

Die Outline wird in ihrer Definierung üblicherweise bereits in der elektronischen Bildverarbeitung eingebracht. Dabei werden Elemente, die mit einem Raster versehen werden sollen, mit s 95% definiert und der Outlinebereich, also der Bereich mit einer scharfen Randkante mit 100%.

Die scharfe Randkante hat je nach Anforderung üblicherweise eine Breite von 1 bis 20 pm, in den meisten Fällen werden Outlines einer Breite von 5- 10 pm erzeugt. Bei der elektronischen Bildverarbeitung wird beispielsweise ein im üblichen Illustrator, ArtPro oder PACKZ oder ähnlichem Programm erzeugtes native File in eine EPS File umgewandelt und in ein Opo File konvertiert. Diese Konvertierung ist notwendig um die Funktion der Splittung zwischen Rasterbereich 95%) und Outline (100%) automatisch durchzuführen.

Allerdings ist diese Funktion nur auf Linework - Elemente (Strichelemente) und nicht auf Halbtonelemente anwendbar.

Außerdem wurde mit der Einführung einer neuen Funktion in die elektronische Bildverarbeitung, nämlich der Opazitätsmaske, die automatische Erstellung einer Outline unmöglich, da diese Funktion nicht mit den bisher verwendeten Dateiformaten kompatibel ist. Allerdings stellt die Opazitätsmaske ein vereinfachendes Werkzeug zur Bildgestaltung dar, dass die Erstellung von Datenfiles wesentlich vereinfacht, sodass auch diese Funktion in der Bildverarbeitung beibehalten werden soll.

Aus EP 0477442 A ist eine Verfahren zur Herstellung einer solchen scharfen Randkante oder Outline bei Buchstaben bekannt, wobei die Outline der Buchstaben durch kontinuierliche rillenförmige Zellen gebildet wird und der innere Bereich der Buchstaben durch punktförmige Zellen. Das entsprechende Druckwerkzeug wird durch Lasergravur herstellt. Hier wird die Outline (die scharfe Randkante) in die Vektordaten eingebracht.

Aus JP 3829216 B ist ein Verfahren zur Herstellung einer Outline bekannt, bei dem bei einem Bitmap Bild mittels eines hochauflösenden Flachbettscanners eine Strichzeichnungsvorlage integriert wird.

Die Outlinie eines Strichzeichnungsbildes wird anschließend als Vektordaten bereitgestellt und entsprechend das Druckwerkzeug hergestellt.

Insbesondere bei Verpackungen wird - zusätzlich zur Ausbildung von fragilen Druckelementen, wie Buchstaben, Zeichen, Symbolen, Zahlen, aber auch bei Motiven mit einer scharfen Randkante - großer Wert auf das Vorhandensein von fälschungssicheren Merkmalen gelegt, die eine eindeutige Identifikation von Markenprodukten erlauben und gefälschte Produkte erkennbar machen.

Aufgabe der Erfindung war es, ein Sicherheitselement und ein Verfahren dessen Herstellung bereitzustellen, das scharfe Randkanten (Outlines) von Druckelementen, insbesondere Halbtonlementen, die im Tiefdruckverfahren erzeugt werden, aufweist, und ggf. zusätzlich ein fälschungssicheres Merkmal erzeugt wird. Das Verfahren soll insbesondere für die Herstellung von Verpackungen, insbesondere flexiblen Verpackungsfolien aus Kunststoffen oder metallischen Folien, Kunststoffbehältern und Behälterabdeckungen aus Kunststofffolien oder metallischen oder metallisierten Trägersubstraten geeignet sein.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Sicherheitselement für Verpackungen, wobei das Sicherheitselement ein Trägersubstrat aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitselement ein gedrucktes Sicherheitmerkmal in Form von Buchstaben, Logos, Zeichen, Zahlen, Symbolen, Motiven und dergleichen, wobei das Sicherheitsmerkmal als Halbtonelement vorliegt und zumindest bereichsweise eine scharfe Randkante (Outline) ausgebildet hat und das Sicherheitselement ggf. ein fraktales Halbtonbild als weiteres Sicherheitsmerkmal aufweist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung einer hohen Randkantenschärfe bei im Tiefdruck erzeugten Druckelementen, die als Halbtonelemente vorliegen, insbesondere von Sicherheitsmerkmalen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Definition eines Schwellenwertes für die Erzeugung einer scharfen Randkante

- Überführung der Halbtonelemente in Strichelemente

- Erzeugung einer scharfen Randkante bei Überschreitung des Schwellenwertes - ggf. Erzeugung eines Merkmals als fraktale Halbtondarsteliung für den Fälschungsschutz.

Das erfindungsgemäße Sicherheitselement weist auf einem Trägersusbtrat zumindest ein gedrucktes Sicherheitsmerkmal auf, das im Tiefdruck oder einen anderen Bekannten Druckverfahren, beispielsweise Flexo-, Offset-, Sieb-, Digitaldruck oder dergleichen erzeugt ist.

Als Trägersubstrate kommen beispielsweise flexible Trägerfolien vorzugsweise Kunststofffolien, beispielsweise aus PI, PP, MOPP, PE, PPS, PEEK, PEK, PEI, PSU, PAEK, LCP, PEN, PBT, PET, PA, PC, COC, POM, ABS, PVC, PTFE, ETFE (Ethylentetrafluorethylen), PTFE (Polytetra-fluorethylen), PVF (Polyvinylfluorid), PVDF (Polyvinylidenfluorid), und EFEP (Ethylen-Tetrafluorethylen- Hexafluorpropylen-Fluorterpolymer) in Frage.

Die Trägerfolien weisen vorzugsweise eine Dicke von 5 - 700 μητι, bevorzugt 5 - 200 μηη, besonders bevorzugt 5 - 50 μηι auf.

Ferner können als Trägersubstrate auch zellstofffreies oder zellstoffhaltiges Papier, thermoaktivierbares Papier oder Verbünde mit Papier, beispielsweise Verbünde mit Kunststoffen mit einem Flächengewicht von 20 - 500 g/m ² , vorzugsweise 40 - 200 g/m ² . verwendet werden.

Ferner können als Trägersubstrate Gewebe oder Vliese, wie Endlosfaservliese, Stapelfaservliese und dergleichen, die gegebenenfalls vernadelt oder kalandriert sein können, verwendet werden. Vorzugsweise bestehen solche Gewebe oder Vliese aus Kunststoffen, wie PP, PET, PA, PPS und dergleichen, es können aber auch Gewebe oder Vliese aus natürlichen, gegebenenfalls behandelten Fasern, wie Viskosefasern eingesetzt werden. Die eingesetzten Vliese oder Gewebe weisen ein Flächengewicht von etwa 20 g/m ² bis 500 g/m ² auf. Gegebenenfalls müssen die Vliese oder Gewebe oberflächenbehandelt werden. Das Trägersubstrat wird beispielsweise im Tiefdruckverfahren mit mindestens einem Sicherheitsmerkmal bedruckt.

Vorzugsweise kommen als Sicherheitsmerkmal fragile Elemente in Form von Buchstaben, Logos, Zeichen, Zahlen, Symbolen, Motiven und dergleichen in Frage.

Dabei wird für das zu druckende Element, das als Halbtonelement vorliegt, bei der elektronischen Bildverarbeitung ein TIFF- File erstellt. Vorzugsweise weist dieses eine Auflösung von 320 bis 25600 dpi, besonders bevorzugt 3200 bis 12800 dpi auf.

Für die Erzeugung der scharfen Randkante des Sicherheitsmerkmais werden anschließend ein Schwellenwert definiert, ab dem an das Halbtonelement eine scharfe Randkante (Outline) angefügt wird. Dabei beträgt der Schwellenwert vorzugsweise 90 - 95%.

Ein Halbtonelement weist eine Information zwischen 0 und 100 % auf. Im Bereich zwischen 96 und 100 % ist im allgemeinen kein visueller Unterschied erkennbar. Dieser Bereich wird beispielsweise rechnerisch auf 95% gebracht. Dadurch ist kein optischer Unterschied erkennbar, die im Bereich von 96 - 100% enthaltene Bildinformation wird sozusagen gestaucht, wodurch eine scharfe Randkante entsteht.

Das Halbtonelement kann ein Halbtonbild und/oder auch ein Text, der aus Buchstaben, Zahlen oder dergleichen besteht, sein.

Zur Herstellung eines fraktalen Halbtonbildes werden zwei Schwellenwerte definiert, einerseits die Obergrenze zur Volltondarstellung, andererseits die Untergrenze zu weiß.

Die Schwellenwerte sind abhängig von der Sättigung des Bildinhalts, insbesondere von der Ausprägung des Schwarzkanals. Ferner wird die Linienstärke für das fraktale Halbtonbild, das endgültig dann in Form eines Strichbildes vorliegt, definiert.

Aus diesen Parametern wird in der elektronischen Bildverarbeitung ein entsprechendes Datenfile mit den zu druckenden Elementen erstellt, wobei für die scharfe Randkante bzw. auch für die Darstellung eines fraktalen Halbtonbildes, die Halbtondarstellung in eine Strichdarstellung überführt wird.

Das fraktale Halbtonbild wird vorzugsweise aus einem Motiv bzw. aus einem Bild erstellt. Dadurch können individuelle Motive je nach Kundenwunsch verarbeitet werden. Durch die gewählten Parameter, insbesondere durch die indivduelle Festlegung der Schwellenwerte, können individuelle fraktale Halbtonbilder erstellt werden, die dann beispielsweise für eine bestimmte Verpackung einzigartig sind. Dadurch wird eine erhöhte Fälschungssicherheit erzielt, das fraktale Halbtonbild ist dann eindeutig, beispielsweise einer definierten Verpackung für ein definiertes Produkt zuordenbar.

Die Wahl des Schwellenwertes ist auch wesentlich vom gewählten Motiv abhängig. Im Allgemeinen wird er vorteilhafterweise in jenen Bereich gelegt, in dem die Hauptmodulation zu finden ist.

Der Nachweis einer Fälschung des fraktalen Halbtobildes kann auf einfache Weise erfolgen. Das fraktale Bild wird mit einem hochauflösenden Scanner eingescannt und die Pixel dieses Bild mit den Pixel des Originalbilds mittels einer üblichen Vergleichssoftware, wie beispielsweise Esko Graphics Viewer, Global Vision, EyeC, Gradient Pixelproof oder dergleichen verglichen.

Bei einer Übereinstimmung von üblicherweise > 80 % kann von der Authentizität des Bildes ausgegangen werden, bei einer Übereinstimmung von < 80% liegt mit einiger Wahrscheinlichkeit eine Fälschung vor.

Zur Herstellung eines Druckwerkzeuges wird vorzugsweise ein Verfahren verwendet, bei dem ein entsprechender Druckzylinder mit Hilfe der Laser- oder Elektronenstrahltechnologie entsprechend den gewünschten Mustern, Bildern, Linien, Buchstaben, Formen und dergleichen bebildert wird.

Das wie oben beschrieben hergestellte Datenfile wird nun in einem entsprechenden Belichtungssystem auf einen vorbereiteten Druckzylinder belichtet. Beispielsweise wird mit Hilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls eine auf dem Zylinder, beispielsweise einem Tiefdruckzylinder mit einem Kern aus Eisenrohr mit Wandstärke etwa 20 mm, und folgenden Schichten: 5-7 pm Nickelschicht, etwa 300 pm Kupferschicht; vorhandene fotoempfindliche Schicht mit den entsprechenden Mustern; Formen, Linien, Buchstaben in Form des vorher definierten Rasters bebildert, entwickelt und geätzt.

Die Beschichtung des Zylinders erfolgt auf übliche Weise mit einem Kunststoffübertragungsrad, oder durch Sprühen, Walzen, Streichen, Tauchen, oder mittels eines Vorhangauftragsverfahrens, vorzugsweise in einer Schichtdicke von 2 - 10 pm mit einer handelsüblichen fotoempfindlichen Zusammensetzung -beispielsweise LD 100, Fa. OHKA Kogyo Ltd oder TSER- 2104 E4 Fa. Think Laboratory.

Es sind aber auch alle anderen bekannten und handelsüblichen Zusammensetzungen geeignet. Es wird dann direkt belichtet und/oder anschließend wird der Zylinder mit einem Overcoat mit einer Schichtdicke von 1 - 5 pm versehen, beispielsweise mit OC-40 (Fa. OHKA Kogyo Ltd) oder mit einer analogen ähnlichen handelsüblichen Zusammensetzung.

Die Entwicklung erfolgt nach der Belichtung auf übliche Weise, beispielsweise kontaktlos mit Natriumcarbonat (0,5% Lösung), daran schließt üblicherweise ein Reinigungsvorgang mit Wasser an, worauf der Zylinder getrocknet wird.

Durch ein anschließendes auf die Laser- bzw. Elektronenstrahlbebilderung folgendes konventionelles Ätzverfahren wird das durch die Laser- bzw. Elektronenstrahlbebilderung definierte Bild, Muster, Formen und dergleichen auf der Oberfläche des Zylinders wiedergespiegelt. Die Ätzung kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise mittels einer Fe(lll)chlorid-Lösung oder einer Cu(H)chlorid-Lösung gegebenenfalls unter Zusatz von HCl oder H2SO4. Der Ätzlösung können gegebenenfalls auch handelsübliche und bekannte Additive für den Flankenschutz beigegeben werden.

Die Dauer der Einwirkung des Ätzmittels ist abhängig vom verwendeten Ätzmittel und beträgt beispielsweise bei Verwendung einer Cu-Chloridlösung unter Zusatz einer Säure etwa 90- 2400 sec.

Es kann aber auch ein elektrochemisches Ätzverfahren verwendet werden.

Der Zylinder wirkt nach dem Ätzvorgang stumpf und optisch dunkel. Durch eine Oberflächenbehandlung mit elektrolytischen bzw. chemischen Glänzen kann die Abformstruktur veredelt und eine brillante Oberfläche erzeugt werden.

Es sind aber auch alle bekannten Gravurverfahren anwendbar.

Der Gravurstichel ist vorzugsweise ein Diamantstichel. Üblicherweise werden symmetrisch geschliffene Diamantstichel zur Herstellung der Oberflächenstrukturen eines Prägewerkzeugs eingesetzt, wobei die Stichel jeweils symmetrisch üblicherweise in einem Winkel von 90 deg. , 105 deg. , 110 deg. , 120 deg. , 130 deg. oder 140 deg. geschliffen ist. Üblicherweise werden mit diesem Gravurstichel kleine Näpfchen in den Zylinder (beispielsweise einen Kupferzylinder) graviert. Der Gravurstichel ist bei allen Herstellern von Gravurmaschinen, (z.B. Ohio Engravers, Hell, Dätwyler) in einen Gravurkopf eingebaut, an dem 2 verschiedenen Steuerungseinheiten angebracht sind. Das Stellglied für die Gravurtiefe wird über eine angelegte Gleichspannung angesteuert. Die Frequenz der Näpfchenerzeugung wird über eine angelegte Wechselspannung gesteuert.

Je nach Funktion der Gravurmaschine arbeiten die Gravurköpfe zwischen 2800 und 15000 Hz. Das heißt, die Gravurmaschine ist in der Lage bei 8000 Hz, 8000 Näpfchen in den Kupferzylinder zu schlagen. Die Tiefe der Näpfchen wird durch die Intensität der Gleichspannung geregelt. Für die Steuerung der Gleichspannung wird vorzugsweise ein 256 Streifenmodus (8 bit) verwendet. Damit wird die Erzeugung von verschiedenen Farbstärken in 256 Abstufungen möglich.

Es können jedoch auch, insbesondere abhängig von der gewünschten Struktur, Tiefe, Abstand und Form der einzelnen Bestandteile der Druck oder auch möglich Präge wirksamen Struktur, asymmetrisch geschliffene Diamantstichel verwendet werden.

Dabei werden die entsprechenden Winkel des Stichels abhängig von den oben genannten gewünschten Eigenschaften der gewünschten Struktur gewählt.

Femer kann die Wechselspannung deaktiviert oder moduliert werden. Die Modulation der Wechselspannung kann dabei Amplituden- oder Hüllkurven moduliert erfolgen. Dadurch ist es möglich durch Modulation der Gleichspannung unterschiedlich tiefe Linien, in beispielsweise 256 verschiedenen Tiefen, in den Zylinder einzubringen: Durch diese Modifikation werden nicht mehr im Raster angeordnete Näpfchen erzeugt, sondern der Zylinder wird strukturiert. Dadurch können die entsprechenden Stege in Punktform eingebracht werden.

Das Tiefdruckwerkzeug kann auf einem bekannten Gravursystem, beispielsweise auf einem Ohio oder Hell Gravursystem hergestellt werden.

Dabei wird z.B. ein TransScribe-Intagliokopf oder xtreme Gravurkopf mit Gleichspannungsansteuerung verwendet. Die üblicherweise vorhandene Wechselspannungszuführung zum Gravurkopf kann deaktiviert bzw. moduliert werden.

Anschließend wird der Vorschub des Gravurkopfs berechnet. Durch das Anlegen der Gleichspannung kann nun die gewünschte Struktur, in Abhängigkeit von der Höhe der Gleichspannung des Gravurkopfes in die Beschichtung des Zylinders, in bzw. Nickel, Zink, Kunststoffe, Elastomere, vorzugsweise in eine Kupferbeschichtung eingebracht werden.

Gegebenenfalls kann der Zylinder anschließend auf übliche Weise vernickelt oder verchromt werden.

Eine Oberflächenbehandlung mit dem elektrolytischen bzw. chemischen Glänzen veredelt die Abformstruktur und erzeugt eine brillante Oberfläche.

Weiterhin kann ein solcher Druckzylinder auch in einem direkten Laser- oder Elektronenstrahlverfahren hergestellt werden. Dazu wird eine geeignete Druckoberfläche z.B. Chrom, Kupfer, Nickel, Zink, sowohl auch Kunststoff-, Elastomere bzw. Polymeroberflächen usw. mit Hilfe eines energiereichen Strahles bestrahlt und das Material direkt entfernt. Üblicherweise sind die Laserstrahlen mit einer Strahlbreite von 10 pm ausgestattet. Es können aber auch andere Strahlformen bzw. Strahlgrößen zum Einsatz kommen, beispielsweise 5 pm oder auch 1 pm oder 800 nm (Femtotechnik).

Bekannte Verfahren sind z.B. das Scheepers, Hell Celaxy und Dätwyler DLS System. Es können aber auch jederzeit sämtliche andere materialabtragende Strahlungen verwendet werden.

Diese vorgenannten Verfahren, Bebilderung, Gravur und Direktbearbeitung, können auch miteinander auf einem Druckwerkzeug kombiniert werden.

Bevorzugt werden die Halbtonelemente mittels Gravur und die Strichelemente mittels Laser auf das Druckwerkzeug eingebracht, jedoch ist auch eine andere Kombination oder Mischung technisch und verfahrenstechnisch möglich.

In Figur 1 ist die Ausbildung einer scharfen Randkante dargestellt. Dabei ist im Bereich A die Ausbildung der scharfen Randkante, im Bereich B sind die anschließenden Rasternäpfchen des zu druckenden Halbtonelements dargestellt.

In Figur 2 ist ein fraktales Halbtonbild, das als zusätzliches Sicherheitselement dient, dargestellt.

Dabei zeigt Fig. 2a das Originalbild, das in diesem Fall aus eine Ansammlung von Kartoffelchips darstellt. Die Figuren 2b, 2c und 2d zeigen fraktale Halbtonbilder, die aus dem Originalbild hergestellt wurden.

Dabei wurden unterschiedliche Linienstärken definiert.

Für das Bild in Figur 2b wurde eine Linienstärke von 0.006 mm, für das Bild in Fig. 2c eine Linienstärke von 0,03 mm und für das Bild in Figur 2d eine Linienstärke von 0,04 mm definiert.

Es können auch andere Linienstärken definiert werden, beispielsweise eine Linienstärke von 0,060 mm.

Durch individuelle Wahl des Motivs aus dem das fraktale Halbtonbild hergestellt wird und durch individuelle Festlegung der Schwellenwerte zu weiß und zu Vollton als Unter- bzw. Obergrenze entstehen so individualisierte Sicherheitsmerkmale.