DE102015100513A1

DE102015100513A1 - Verfahren und Master zum Herstellen eines Volumenhologramms

Info

Publication number: DE102015100513A1
Application number: DE102015100513.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schilling; Wayne Robert Tompkin; Norbert Lutz; Achim Hansen
Original assignee: OVD Kinegram AG; Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: OVD Kinegram AG; Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2015-01-14
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-07-14
Also published as: CN107111275A; EP3245562A1; WO2016113226A1; US10642221B2; US20180004156A1; CN107111275B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Volumenhologramms mit zumindest einem ersten Bereich in einer ersten Farbe und zumindest einem zweiten Bereich in einer zweiten Farbe, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Volumenhologrammschicht aus einem Photopolymer; b) Anordnen eines Masters mit einer Oberflächenstruktur an der Volumenhologrammschicht; c) Belichten des Masters mittels kohärentem Licht, wobei Licht welches auf zumindest einen ersten Teilbereich der Oberfläche des Masters einfällt, in Richtung des zumindest einen ersten Bereichs der Volumenhologrammschicht gebeugt oder reflektiert wird und Licht, welches auf zumindest einen zweiten Teilbereich der Oberfläche des Masters einfällt, in Richtung des zumindest einen zweiten Bereichs des Volumenhologramms gebeugt oder reflektiert wird, und wobei sich das vom ersten und zweiten Teilbereich gebeugte oder reflektierte Licht in zumindest einer optischen Eigenschaft unterscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Master zum Herstellen eines Volumenhologramms, ein Sicherheitselement mit einem solchen Volumenhologramm, sowie ein Sicherheitsdokument mit einem solchen Sicherheitselement.
Hologramme werden als Sicherheitselemente zum Schutz von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Pässen, Sicherheitskarten oder dergleichen, eingesetzt, um eine hohe Fälschungssicherheit zu erreichen. Für Massenprodukte werden häufig Oberflächenreliefhologramme eingesetzt, die zum einen keinen optimalen Bildeindruck hervorrufen und zum anderen durch Abformen des Oberflächenreliefs kopierbar sind.
Volumenhologramme, auch als Weißlichthologramme oder Reflexionshologramme bezeichnet, werden meist mit Hilfe eines zu belichtenden Master-Hologramms hergestellt, beruhen auf der Lichtbeugung an den sogenannten Bragg-Ebenen einer transparenten Schicht, wodurch die transparente Schicht lokale Brechzahlunterschiede aufweist und erzeugen einen brillanten, jedoch monochromatischen Bildeindruck. Sie sind nicht durch Abformen eines Oberflächenreliefs kopierbar.
Sollen Volumenhologramme mit mehreren verschiedenfarbigen Bereichen hergestellt werden, so müssen in der Regel mehrere Master für die Belichtung des Volumenhologramms mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt werden. Beim Austausch der Master kommt es notwendigerweise zu Positionierungsungenauigkeiten, die die Qualität des Volumenhologramms vermindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und einen Master zur Herstellung verbesserter Volumenhologramme bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Sicherheitselement mit einem verbesserten Volumenhologramm, sowie ein Sicherheitsdokument mit einem solchen Volumenhologramm bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche 1, 30, 36 und 39 gelöst.
Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Volumenhologramms mit zumindest einem ersten Bereich in einer ersten Farbe und zumindest einem zweiten Bereich in einer zweiten Farbe, umfasst die Schritte:

a) Bereitstellen einer Volumenhologrammschicht aus einem Photopolymer;
b) Anordnen eines Masters mit einer Oberflächenstruktur an der Volumenhologrammschicht;
c) Belichten des Masters mittels kohärentem Licht, wobei Licht, welches auf zumindest einen ersten Teilbereich der Oberfläche des Masters einfällt, in Richtung des zumindest einen ersten Bereichs der Volumenhologrammschicht gebeugt oder reflektiert wird und Licht, welches auf zumindest einen zweiten Teilbereich der Oberfläche des Masters einfällt, in Richtung des zumindest einen zweiten Bereichs des Volumenhologramms gebeugt oder reflektiert wird, und wobei sich das vom ersten und zweiten Teilbereich gebeugte oder reflektierte Licht in zumindest einer optischen Eigenschaft unterscheidet.

Die Erfindung betrifft ferner einen Master zur Verwendung mit einem solchen Verfahren, umfassend eine Oberflächenstruktur mit einem ersten und einem zweiten Teilbereich, welche sich in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden.
Durch das beschriebene Verfahren kann ein Sicherheitselement mit einer Volumenhologrammschicht erhalten werden, in welcher ein Volumenhologramm mit zumindest zwei Bereichen mit jeweils unterschiedlicher Farbe ausgebildet ist.
Unter einem Sicherheitselement kann dabei beispielsweise eine Transferfolie, eine Laminierfolie oder ein Sicherheitsfaden für ein Dokument, eine Banknote oder dergleichen verstanden werden.
Unter Verwendung eines derartigen Sicherheitselements kann ein Sicherheitsdokument geschaffen werden, welches insbesondere als Ausweisdokument, Passdokument, Visadokument, Kreditkarte, Banknote, Wertpapier oder dergleichen ausgebildet ist. Das Sicherheitselement kann dabei insbesondere in einem Fenster des Sicherheitsdokuments, d.h. in einem transparenten Bereich, insbesondere eine Durchbrechung des Sicherheitsdokuments angeordnet sein.
Mit einem derartigen Verfahren ist es also möglich, mehrfarbige Volumenhologramme unter Verwendung eines einzigen Masters zu erzeugen, wobei die Belichtung jedoch nicht gepassert zum Master erfolgen muss. Die unterschiedlich gefärbten Bereiche sind dennoch immer im perfekten Register, also in der gewünschten festen Lagebeziehung, relativ zueinander angeordnet und im perfekten Register zu den diffraktiven motivbildenden Strukturen des Masters. Im Gegensatz zur Verwendung mehrerer Master für sukzessive Belichtungsschritte müssen keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden, um die registerhaltige, d.h. lagegenaue Anordnung der jeweiligen Farbbereiche sicherzustellen. Das Verfahren ist daher sowohl besonders einfach als auch besonders prozesssicher. Es ermöglicht ferner sehr hohe Auflösungen der unterschiedlich gefärbten Bereiche insbesondere im Mikrometerbereich.
Als passgenau oder registergenau wird die relative lagegenaue Position zweier Elemente oder Bereiche zueinander verstanden. Die lagegenaue Positionierung kann dabei insbesondere mittels optisch detektierbarer Passermarken oder Registermarken erfolgen. Diese Passermarken oder Registermarken können dabei entweder spezielle separate Elemente oder Bereiche darstellen oder selbst Teil der zu positionierenden Elemente oder Bereiche sein.
Ein Bereich kann dabei zusammenhängend sein oder auch aus räumlich getrennten Unterbereichen bestehen.
Es ist dabei bevorzugt, wenn sich das vom ersten und zweiten Teilbereich gebeugte oder reflektierte Licht für eine vorgegebene Beugungsordnung und/oder Polarisation und/oder Reflektionsrichtung und/oder Wellenlänge um zumindest 10%, bevorzugt um zumindest 50% in der Intensität unterscheidet.
Auf diese Weise ist es möglich, die Bereiche des Volumenhologramms auch bei einer vollflächigen Belichtung des Masters zu erzeugen, d.h. es ist nicht notwendig, den ersten und zweiten Teilbereich des Masters separat zu belichten um die unterschiedlich gefärbten Bereiche zu erzeugen. Dies erleichtert die exakte Steuerung des Belichtungsvorgangs und ermöglicht insbesondere so die vorgenannten hohen Auflösungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Master mit verschieden tiefen Binärgittern verwendet.
Binärgitter sind Gitter mit einem im Wesentlichen rechteckigen Gitterprofil. Es wechseln sich also Erhebungen und Täler mit im Wesentlichen senkrechten Flanken ab. Tiefe Binärgitter können dabei so ausgelegt werden, dass sie für eine erste Wellenlänge wie ein Spiegel wirken, also stark in der Nullten Ordnung reflektieren, für eine zweite Wellenlänge aber eine schwache Nullte Ordnung besitzen und diese vielmehr stark in der ersten Ordnung beugen. Dies wird dadurch erreicht, dass man die beiden Binärgitter nicht mit einer Phasentiefe von π/2 realisiert, sondern mit einer Phasentiefe von π/2 + n·2π, wobei n eine kleine ganze Zahl ist und den „overphasing“-Faktor darstellt. Mit diesem sogenannten „overphasing“ von Binär- oder Multilevelgittern (z.B. beschrieben in Handbook of Laser Technology and Applications: Volume III: Applications by Colin E. Webb, Julian D. C. Jones, Institute of Physics Publishing Ltd., p. 2639) wird der gewünschte Effekt erreicht und die gewünschten wellenlängenspezifischen Teilbereiche des Masters können besonders einfach erzeugt werden.
Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein Master verwendet wird, der im ersten und zweiten Bereich ein Binärgitter mit unterschiedlicher Strukturtiefe aufweist.
Für eine gegebene Wellenlänge und Gitterperiode wird die Intensität der in der Nullten bzw. ersten Ordnung gebeugten Strahlen im Wesentlichen durch die Strukturtiefe bestimmt, so dass auf diese Art besonders einfach die gewünschte Wellenlängenselektivität verwirklicht werden kann. Die optimale Strukturtiefe hängt hierbei vom Brechungsindex des überdeckenden Photopolymers ab.
Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn ein Master verwendet wird, der im ersten Teilbereich eine Strukturtiefe von 350 nm bis 510 nm, bevorzugt 400 nm bis 460nm, und im zweiten Teilbereich eine Strukturtiefe von 450nm bis 630 nm, bevorzugt von 510 nm bis 570 nm aufweist. Die genauen Werte hängen hierbei vom Brechungsindex des überdeckenden Photopolymers sowie den Belichtungswellenlängen ab. Der Brechungsindex wurde im vorliegenden Fall zu n = 1,51 angenommen. Für die Beleuchtungswellenlängen wurde 640 nm (rot) und 532 nm (grün) angenommen. Für andere Wellenlängenpaare gelten entsprechend andere Strukturtiefen.
Im ersten Teilbereich besitzt ein solcher Master eine starke Nullte Ordnung und eine schwache erste Ordnung für rotes Licht und im zweiten Teilbereich eine starke Nullte Ordnung und eine schwache erste Ordnung für grünes Licht. Auf diese Weise können also optisch ansprechende zweifarbige, rot-grüne Volumenhologramme erzeugt werden.
Entsprechend ist es möglich, mit anders ausgestalteten Mastern andersfarbige Volumenhologramme zu erzeugen. Insbesondere sind z.B. die folgenden Farbkombinationen interessant: rot-türkis, rot-blau, orange-türkis, orange-blau, gelb-türkis, gelb-blau. Die Strukturtiefe für die beiden Binärgitter einer bestimmten Farbkombination werden gewonnen, indem man das oben beschriebene „overphasing“ anwendet und den „overphasing“-Faktor „n“ so bestimmt, dass für eine erste Wellenlänge das eine Binärgitter wie ein Spiegel wirkt, also stark in der Nullten Ordnung reflektiert, für eine zweite Wellenlänge aber eine schwache Nullte Ordnung besitzt und vielmehr stark in die erste Ordnung beugt. Hierzu werden in der Regel Berechnungen mittels exakter elektromagnetischer Beugungstheorie durchgeführt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn ein Master verwendet wird, der eine Gitterperiode von 500 nm bis 10000 nm, bevorzugt von 1000 nm bis 3000 nm aufweist.
Alternativ ist es auch möglich, einen Master zu verwenden, der ein mehrstufiges, insbesondere vierstufiges Gitter aufweist. Wie ein Binärgitter weist ein solches Gitter im Wesentlichen senkrechte Flanken auf, besteht jedoch nicht aus einer regelmäßigen Abfolge von gleich tiefen Tälern und gleich hohen Erhebungen, sondern vielmehr aus einer sich wiederholenden Abfolge von mehreren Stufen mit zu- bzw. abnehmender Strukturtiefe. Solche, auch als Phasengitter bekannte Strukturen weisen eine besonders hohe Wellenlängensensitivität auf und können insbesondere benutzt werden, um mehr als zwei Farben im Volumenhologramm zu erzeugen. Bei der Verwendung von drei Grundfarben, z.B. RGB (Rot Grün Blau) und einem entsprechenden Farbraster ist somit die Erzeugung von Echtfarbhologrammen mit hoher Registergenauigkeit möglich.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn ein Master verwendet wird, dessen Strukturtiefe sich zwischen angrenzenden Stufen um von 80 nm bis 600 nm, bevorzugt von 120 nm bis 400 nm unterscheidet.
Es ist ferner möglich, dass ein Master mit einem Blaze-Gitter verwendet wird. Im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Binärgittern weisen Blaze-Gitter ein sägezahnförmiges Querschnittsprofil auf. In Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel bei der Belichtung ändert sich auch der Beugungswinkel des gebeugten Lichtes und damit auch der Bragg-Ebenen-Abstand im belichteten Volumenhologramm. Auf diese Weise können ebenfalls mehrfarbige Hologramme unter Verwendung eines einzigen Masters erzeugt werden.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Master verwendet wird, bei dem das Blazegitter im ersten und im zweiten Teilbereich auf relativ zueinander geneigten Ebenen angeordnet ist, wobei bevorzugt der absolute Neigungswinkel der im ersten und zweiten Teilbereich angeordneten Blazegitter gegen die von der Volumenhologrammschicht aufgespannte Ebene unterschiedlich ist. Wird bei einem solchen Master der Einfallswinkel des zur Belichtung verwendeten Lichts relativ zur Flächennormalen des Masters konstant gehalten, resultieren für die Teilbereiche dennoch unterschiedliche Einfallswinkel relativ zu den dort angeordneten Blazegittern, so dass sich für das in Richtung auf die Bereiche des Volumenhologramms gebeugte Licht unterschiedliche Beugungswinkel und damit unterschiedliche Farben in den Bereichen ergeben. Dies ermöglicht eine besonders einfache Belichtung.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ebenen um von 5° bis 90°, bevorzugt von 20° bis 60° gegeneinander geneigt sind.
Es ist ebenfalls möglich, dass ein Master verwendet wird, der ein Fabry-Perot-Schichtsystem aufweist. Ein solches Schichtsystem kann ebenfalls zur Verwirklichung eines wellenlängenselektiven Masters verwendet werden. Derartige Systeme umfassen eine teilreflektive, insbesondere semitransparente Schicht und eine reflektive, insbesondere opake Schicht, zwischen denen eine insbesondere transparente Abstandsschicht angeordnet ist. Ein Teil des einfallenden Lichts wird an der teilreflektiven Schicht reflektiert, ein weiterer Teil durchdringt diese und wird an der reflektiven Schicht reflektiert. Die Wellenlängenselektivität resultiert aus der Interferenz der beiden resultierenden ausfallenden Teilstrahlen und kann durch die Schichtdicke der Abstandsschicht eingestellt werden.
Die Schichtdicke der Abstandsschicht beträgt typischerweise zwischen 100 nm und 500 nm, aber auch Schichtdicken bis hinunter zu 50 nm oder bis zu mehreren Mikrometern sind denkbar.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn sich ein Ebenenabstand des Fabry-Perot-Schichtsystems zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich um von 10 nm bis 200 nm, bevorzugt von 20 nm bis 100 nm unterscheidet. Unter dem Ebenenabstand ist dabei die oben beschriebene Schichtdicke der Abstandsschicht zu verstehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Master verwendet, bei dem im ersten und/oder zweiten Teilbereich eine polarisierende Oberflächenstruktur vorgesehen ist. Hierdurch wird eine selektive Belichtung der Teilbereiche ermöglicht. Ist beispielsweise im ersten Teilbereich eine polarisierende Oberflächenstruktur vorgesehen und wird der Master mit Licht bestrahlt, dessen Polarisationsebene senkrecht zur Polarisationsebene dieser Struktur steht, so wird der erste Teilbereich selektiv von der Belichtung ausgeschlossen. Anschließend kann beispielsweise mit Licht einer anderen Wellenlänge belichtet werden, welches parallel zu der polarisierenden Oberflächenstruktur polarisiert ist, so dass nun der erste Teilbereich selektiv belichtet wird. Unter Polarisation kann hier sowohl lineare als auch zirkuläre Polarisation verstanden werden.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn ein Master verwendet wird, bei dem sich die Polarisationsrichtung der polarisierenden Oberflächenstruktur zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich unterscheidet.
Hierfür kann beispielsweise ein Master verwendet werden, der im ersten und zweiten Teilbereich jeweils eine Beugungsstruktur Nullter Ordnung mit einer Gitterperiode aufweist, die kleiner ist als die Wellenlänge des für die Belichtung des Masters verwendeten Lichts, wobei die Beugungsstrukturen die Polarisation des einfallenden Lichts unterschiedlich beeinflussen.
Hierdurch können beide Teilbereiche auf die beschriebene Art selektiv belichtet werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Polarisationsebenen im ersten und zweiten Teilbereich senkrecht zueinander stehen.
Es ist weiter zweckmäßig, wenn die Belichtung in zumindest zwei sukzessiven Belichtungsschritten erfolgt.
Hierdurch können die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der beiden Teilbereiche des Masters ausgenutzt werden, um die unterschiedlich gefärbten Bereiche des Volumenhologramms zu erzeugen. Eine Repositionierung des Masters ist dabei nicht notwendig, so dass eine sehr gute Registergenauigkeit erzielt werden kann.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Belichtungsschritte bei unterschiedlicher Wellenlänge und/oder unterschiedlichem Belichtungswinkel und/oder unterschiedlicher Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts durchgeführt werden.
Die gewählten optischen Eigenschaften des zur Belichtung verwendeten Lichts richten sich dabei nach den optischen Eigenschaften der Teilbereiche des Masters, wie oben bereits erläutert.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn einer der Belichtungsschritte bei einer Wellenlänge von 600 nm bis 660 nm, bevorzugt von 620 nm bis 640 nm und ein weiterer der Belichtungsschritte bei einer Wellenlänge von 500 nm bis 560 nm, bevorzugt von 520 nm bis 550 nm durchgeführt wird. Hierdurch können rot-grüne Hologramme erzeugt werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Verwendung eines Masters mit einem Binär- oder Phasengitter. Bei Verwendung anderer Wellenlängen für die Belichtung können auch andere Farben erzeugt werden. Beispielsweise können durch eine Belichtung mit Lasern im Bereich von 560 nm bis 590 nm gelbe bzw. orange Hologramme und durch Belichtung mit Lasern im Bereich 400 nm bis 480 nm blaue Hologramme erzeugt werden können.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn sich die Polarisationsebenen des für zwei der Belichtungsschritte verwendeten Lichts um 90° unterscheiden. Die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen können dabei mit unterschiedlichen Wellenlängen kombiniert werden, um den gewünschten Farbeffekt zu erzielen.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn zumindest einer der Belichtungsschritte vollflächig durchgeführt wird. Hierdurch können solide Farbflächen im Hologramm erzeugt werden.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, zumindest einer den Belichtungsschritte in einem Raster durchzuführen. Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn kleine, d.h. hoch aufgelöste, das Raster bildende Farbbereiche kombiniert werden sollen, um einen Mischfarbeindruck zu erzeugen. Auch zur Erzeugung eines leicht gefärbten Hintergrunds für ein Motiv kann eine Rasterung zweckmäßig sein.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Raster ein Punkt- oder Linienraster ist.
Unter Punktrastern sollen dabei im Allgemeinen Raster verstanden werden, die aus distinkten, kleinen Elementen aufgebaut sind. Diese können kreisförmig sein, aber auch andere Strukturen annehmen, wie beispielsweise Sterne, Quadrate, alphanumerische Zeichen und dergleichen.
Bevorzugt weist dabei das Raster eine Rasterweite von 30 µm bis 500 µm auf, besonders bevorzugt von 50 µm bis 300 µm.
Es ist ferner zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Belichtungsschritten durchgeführt wird, in welchen jeweils in zueinander versetzten Punktrastern belichtet wird. Dabei kann z.B. die Drehung der Raster zueinander verändert werden.
Ebenso kann es sinnvoll sein, in einem ersten Belichtungsschritt ein Punkt- oder Linienraster zu verwenden und in einem zweiten Schritt vollflächig zu belichten.
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, die einzelnen Belichtungsschritte bei unterschiedlichen Wellenlängen, insbesondere bei den Grundfarben, z.B. RGB (Rot Grün Blau), durchzuführen. Auf diese Weise können gerasterte Echtfarbhologramme erzeugt werden.
Bevorzugt erfolgt die Belichtung mit einer Lichtintensität von 2 mJ/cm² bis 200 mJ/cm² bevorzugt von 5 mJ/cm² bis 50 mJ/cm².
Es ist weiter vorteilhaft, wenn der erste und/oder zweite Bereich ein Designelement, insbesondere ein Symbol, Logo, Bild, insbesondere ein Portrait oder ein alphanumerisches Zeichen, ausbildet.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der eine Bereich eine Information bereitstellt und der andere Bereich das Umfeld bzw. den Hintergrund bildet, von dem sich die Information abhebt. Bei der Information kann es sich beispielsweise um ein Logo handeln, das in der einen Betrachtungslage hell vor einem dunklen Hintergrund erscheint und in der anderen Betrachtungslage dunkel vor einem hellen Hintergrund. Es kann also vorgesehen sein, dass beim Kippen oder Bewegen des Volumenhologramms ein Wechsel von einer Positiv-Darstellung zu einer Negativ-Darstellung eintritt und umgekehrt. Weiter können die Bereiche so ausgebildet sein, dass der eine Bereich den Rand des anderen Bereiches bildet. So kann der eine Bereich beispielsweise die Umrandung eines alphanumerischen Zeichens wiedergeben und der andere Bereich das alphanumerische Zeichen selbst.
Um ein langzeitstabiles Hologramm zu erhalten, wird ferner nach dem Belichten die Volumenhologrammschicht, welche insbesondere aus UV-härtenden Polymeren gebildet ist, durch Aushärten insbesondere mittels UV-Strahlung fixiert.
Das Volumenhologramm kann mit anderen Sicherheitsmerkmalen in einem Sicherheitselement und/oder auf einem Sicherheitsdokument kombiniert werden. Insbesondere können benachbart und/oder überlappend zu dem Volumenhologramm noch diffraktiv und/oder refraktiv wirkende Oberflächenreliefstrukturen angeordnet sein, die mit einer den optischen Effekt verstärkenden Reflexionsschicht, z.B. aus aufgedampften oder aufgedruckten semitransparentem oder opakem Metall und/oder aus transparenten HRI-Schichten (HRI = High Refraktiv Index), z.B. aus Metalloxiden oder Nanopartikeln wie z.B. aus einer Mischung aus Poly(Dibutyl Titanat)-Polymer und Poly(Styrol-Allylalkohol)-Copolymer bestehen oder aus Zinksulfid und Titandioxid. Bevorzugt gilt hierbei, dass die HRI-Schicht einen Brechungsindex von mehr als 1,8, weiter bevorzugt von mehr als 2,0 aufweist.
Ebenso ist es möglich, benachbart und/oder überlappend zu dem Volumenhologramm durch bekannte Druckverfahren aufgebrachte Sicherheitsdrucke anzuordnen, beispielsweise eine oder mehrere Guillochen aus sehr feinen, insbesondere mehrfarbigen Linien. Durch derartige Kombinationen, wobei die jeweils unterschiedlichen Sicherheitsmerkmale relativ zueinander eine sehr hohe Registergenauigkeit aufweisen, lässt sich der optische Effekt, aber auch die Fälschungssicherheit eines solchen Sicherheitselements oder Sicherheitsdokuments weiter erhöhen. Insbesondere können die miteinander kombinierten Sicherheitsmerkmale ein gemeinsames Gesamtmotiv ausbilden, wobei jeweils unterschiedliche Motivelemente aus unterschiedlichen Sicherheitsmerkmalen gebildet sind.
Bevorzugt umfasst ein für das beschriebene Verfahren verwendeter Master einen metallischen Grundkörper, insbesondere aus Nickel.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines mehrfarbigen Volumenhologramms;
2 Eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels eines mehrfarbigen Volumenhologramms;
3 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Masters zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms;
4 Eine schematische Darstellung der Beugung von Licht einer ersten Wellenlänge an dem Master nach 3;
5 Eine schematische Darstellung der Beugung von Licht einer zweiten Wellenlänge an dem Master nach 3;
6 Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Beugungsintensität von rotem Licht an einem Binärgitter mit einer Gitterperiode vom 2 µm von der Strukturtiefe des Gitters;
7 Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Beugungsintensität von grünem Licht an einem Binärgitter mit einer Gitterperiode vom 2 µm von der Strukturtiefe des Gitters;
8 Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Beugungsintensität von rotem Licht an einem Binärgitter mit einer Gitterperiode vom 3 µm von der Strukturtiefe des Gitters;
9 Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Beugungsintensität von grünem Licht an einem Binärgitter mit einer Gitterperiode vom 3 µm von der Strukturtiefe des Gitters;
10 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Stufengitter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms;
11 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Blazegitter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms bei einem Belichtungswinkel von 15°;
12 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Blazegitter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms bei einem Belichtungswinkel von 0°;
13 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Blazegitter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms bei einem Belichtungswinkel von 30°;
14 Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen Einstrahlwinkel und resultierender Wellenlänge für ein Blazegitter;
15 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Blazegitter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms mit gegeneinander geneigten Gitterebenen;
16 Eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Blazegitter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms mit gegeneinander geneigten Gitterebenen, sowie das resultierende Hologramm;
17 Eine schematische Schnittdarstellung durch den Master nach 16;
18 Eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Masters mit einem Polarisationsfilter zur Herstellung eines mehrfarbigen Volumenhologramms;
19 Eine schematische Darstellung einer Rastermaske zur Belichtung eines Volumenhologramms;
20A–E Eine schematische Darstellung der Herstellungsschritte für ein gerastertes Volumenhologramm;
21 Eine schematische Veranschaulichung der Belichtung eines Volumenhologramms;
22 Eine schematische Veranschaulichung der Belichtung eines Volumenhologramms mittels eines Masters mit einer Siegellackschicht;
23 Eine schematische Veranschaulichung der Belichtung eines Volumenhologramms mittels eines Masters mit einer die Oberflächenstrukturen einebnenden Siegellackschicht;
24 Eine schematische Veranschaulichung der Belichtung eines Volumenhologramms mittels eines Volumenhologramm-Masters;
25 Eine schematische Veranschaulichung der gerasterten Belichtung eines Volumenhologramms mittels eines Masters und einer Rastermaske;
26 Eine schematische Veranschaulichung der gerasterten Belichtung eines Volumenhologramms mittels eines Masters und periodischer Modulation eines Belichtungslasers.
In den 1 und 2 sind zwei Ausführungsbeispiele von Volumenhologrammen 1 gezeigt, die jeweils Bereiche 11 mit roter Farbe und Bereiche 12 mit grüner Farbe aufweisen. Im Ausführungsbeispiel nach 1 bilden die Bereiche 11, 12 ein graphisches Motiv in Form von Blumen aus, in 2 einen Schriftzug
Generell können die Bereiche 11, 12 graphische Motive in Form eines Symbols, eines Logos, eines Bildes oder eines alphanumerischen Zeichens, ausbilden.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der eine Bereich 11, 12 eine Information bereitstellt und der andere Bereich 12, 11 das Umfeld bildet, von dem sich die Information abhebt. Bei der Information kann es sich beispielsweise um ein Logo handeln, das in der einen Betrachtungslage hell vor einem dunklen Hintergrund erscheint und in der anderen Betrachtungslage dunkel vor einem hellen Hintergrund. Es kann also vorgesehen sein, dass beim Kippen oder Bewegen des Volumenhologramms ein Wechsel von einer Positiv-Darstellung zu einer Negativ-Darstellung eintritt und umgekehrt. Weiter können die Bereiche 11, 12 so ausgebildet sein, dass der eine Bereich 11, 12 den Rand des anderen Bereiches 12, 11 bildet. So kann der eine Bereich beispielsweise die Umrandung eines alphanumerischen Zeichens wiedergeben und der andere Bereich das alphanumerische Zeichen selbst.
Zur Herstellung eines solchen Volumenhologramms wird eine Volumenhologrammschicht aus einem Photopolymer durch Bestrahlung eines Masters 2 mit kohärentem Licht belichtet. Bei dem Photopolymer handelt es sich bevorzugt um einen Photopolymer, bei dem die gewünschten Brechzahländerungen durch Belichtung bzw. Bestrahlung ausgelöst werden können. Es handelt sich bei dem Photopolymer beispielsweise um das Photopolymer Omni DX 706 der Firma DuPont. Weitere Beispiele sind Silber-Halogenid-Emulsionen, flüssiges Photopolymer oder dichromatische Gelatine. mit einer Schichtdicke von 3 µm bis 100 µm.
Bei der Belichtung des Masters 2 wird Licht, welches auf zumindest einen ersten Teilbereich 21 der Oberfläche des Masters 2 einfällt, in Richtung des zumindest einen ersten Bereichs 11 der Volumenhologrammschicht gebeugt oder reflektiert und Licht, welches auf zumindest einen zweiten Teilbereich 22 der Oberfläche des Masters 2 einfällt, in Richtung des zumindest einen zweiten Bereichs 12 des Volumenhologramms gebeugt oder reflektiert. Dabei unterscheidet sich das vom ersten und zweiten Teilbereich gebeugte oder reflektierte Licht in zumindest einer optischen Eigenschaft.
Dies ist im Detail in 21 veranschaulicht. Das Volumenhologramm 1 wird bei der Belichtung in direktem Kontakt mit dem Master 2 gebracht, so dass ein einfallender Laserstrahl 4 vom dem Master 2 in eine Photopolymerschicht 18 des Volumenhologramms 1 gebeugt wird und dort mit dem einfallenden Strahl interferieren kann. An die Photopolymerschicht 18 schließt sich ein weiterer Schichtaufbau 5 an, der hier eine Lackschicht 51 und eine Trägerfolie 52 umfasst.
Mit einem derartigen Verfahren ist es also möglich, mehrfarbige Volumenhologramme 1 unter Verwendung eines einzigen Masters 2 zu erzeugen. Die unterschiedlich gefärbten Bereiche 11, 12 sind daher immer im perfekten Register, also in der gewünschten festen Lagebeziehung, zueinander angeordnet.
Es ist dabei bevorzugt, wenn sich das vom ersten Teilbereich 21 und zweiten Teilbereich 22 gebeugte oder reflektierte Licht für eine vorgegebene Beugungsordnung und/oder Polarisation und/oder Reflektionsrichtung und/oder Wellenlänge um zumindest 10%, bevorzugt um 50% in der Intensität unterscheidet.
Der Master 2 umfasst dabei bevorzugt einen metallischen Grundkörper, insbesondere aus Nickel, auf dessen Oberfläche die Oberflächenstrukturen ausgebildet sind.
Die Oberflächenstrukturen des Masters 2 können dabei auch mit einer dünnen und transparenten Versiegelungsschicht 27 versiegelt sein (siehe 22). Alternativ kann die Versiegelungsschicht 27 auch dicker sein und die Strukturen vollständig bedecken bzw. einebnen (siehe 23). Weiterhin können auch Master 2 eingesetzt werden, die anstatt eines Oberflächenreliefs ein Volumenhologramm 28 aufweisen (siehe 24). Dieser Volumenhologramm-Master 2 kann ebenfalls optional mit einer Versiegelungsschicht 27 versehen sein. Es ist ebenso denkbar, den Master aus einer Kombination einer Oberflächenstruktur und einem Volumenhologramm auszubilden, wobei die Oberflächenstruktur und das Volumenhologramm benachbart zueinander und/oder einander überdeckend angeordnet sein können.
Ein erstes Beispiel für die Oberflächenstruktur eines Masters 2 ist in 3 gezeigt. Es handelt sich dabei um ein Binärgitter.
Binärgitter sind Gitter mit einem im Wesentlichen rechteckigen Gitterprofil. Es wechseln sich also Erhebungen und Täler mit im Wesentlichen senkrechten Flanken ab. Tiefe Binärgitter können dabei so ausgelegt werden, dass sie für eine erste Wellenlänge wie ein Spiegel wirken, also stark in der Nullten Ordnung reflektieren, für eine zweite Wellenlänge aber eine schwache Nullte Ordnung besitzen und diese vielmehr stark in der ersten Ordnung beugen. Damit können die gewünschten wellenlängenspezifischen Teilbereiche 21, 22 des Masters 2 besonders einfach erzeugt werden. Dies ist in den 4 und 5 veranschaulicht.
Im ersten Teilbereich besitzt ein solcher Master eine starke Nullte Ordnung und schwache erste Ordnung für rotes Licht und im zweiten Teilbereich eine starke Nullte Ordnung und schwache erste Ordnung für grünes Licht. Auf diese Weise können also optisch ansprechende zweifarbige, rot-grüne Volumenhologramme erzeugt werden.
Entsprechend ist es möglich, mit anders ausgestalteten Mastern andersfarbige Volumenhologramme zu erzeugen. Insbesondere sind z.B. die folgenden Farbkombinationen interessant: rot-türkis, rot-blau, orange-türkis, orange-blau, gelb-türkis, gelb-blau. Die Strukturtiefe für die beiden Binärgitter einer bestimmten Farbkombination werden gewonnen, indem man das oben beschriebene „overphasing“ anwendet und den „overphasing“-Faktor „n“ so bestimmt, dass für eine erste Wellenlänge das eine Binärgitter wie ein Spiegel wirkt, also stark in der Nullten Ordnung reflektiert, für eine zweite Wellenlänge aber eine schwache Nullte Ordnung besitzt und vielmehr stark in die erste Ordnung beugt. Hierzu werden in der Regel Berechnungen mittels exakter elektromagnetischer Beugungstheorie durchgeführt.
Der wesentliche Strukturparameter für diese Wellenlängenspezifität ist die Strukturtiefe des Binärgitters. Wie in 3 zu erkennen, unterscheidet sich die Oberflächenstruktur des Masters 2 in den Teilbereichen 21 und 22 lediglich durch die Strukturtiefe.
Die genaue Abhängigkeit der Beugungsintensität von der Strukturtiefe ist in den 6 bis 9 für verschiedene Belichtungswellenlängen und Einstrahlwinkel veranschaulicht. Es ist dabei deutlich zu erkennen, dass beispielsweise bei einem Einstrahlwinkel von 0° und einer Gitterperiode von 2 µm eine hohe Beugungseffizienz für rotes Licht bei 640 nm bei einer Strukturtiefe von 440 nm in der Nullten Ordnung und bei einer Strukturtiefe von 540 nm in der ersten Ordnung erzielt wird (6). Bei Bestrahlung mit grünem Licht von 532 nm wird dagegen eine hohe Effizienz in der Nullten Ordnung bei einer Strukturtiefe von 550 nm und in der ersten Ordnung bei einer Strukturtiefe von 470 nm erzielt (7). Für eine gegebene Strukturtiefe besitzen solche Binärgitter also eine hohe Wellenlängenselektivität. Dies gilt auch für Gitter mit einer Periode von 3 µm (8 und 9). Die in 3 dargestellte Kombination von Binärgittern mit Teilbereichen 21, 22 unterschiedlicher Strukturtiefe ist also sehr gut geeignet, um die gewünschten unterschiedlich gefärbten Bereiche 11, 12 des Volumenhologramms zu erzeugen.
Neben den beschriebenen Binärgittern können auch mehrstufige Gitter Anwendung finden, wie in 10 dargestellt. Anstelle von abwechselnden Tälern und Gipfeln weisen diese im Profil eine sich wiederholende Abfolge von Stufen mit zu- bzw. abnehmender Strukturtiefe auf.
Solche, auch als Phasengitter bekannte Strukturen weisen eine besonders hohe Wellenlängensensitivität auf und können insbesondere benutzt werden, um mehr als zwei Farben im Volumenhologramm zu erzeugen. Bei der Verwendung von drei Grundfarben, z.B. RGB (Rot Grün Blau), ist somit die Erzeugung von Echtfarbhologrammen mit hoher Registergenauigkeit möglich.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn ein Master verwendet wird, dessen Strukturtiefe sich zwischen angrenzenden Stufen um von 80 nm bis 600 nm, bevorzugt von 120 nm bis 400 nm unterscheidet.
Es ist ferner möglich, dass ein Master mit einem Blaze-Gitter verwendet wird. Dies ist in den 11 bis 13 veranschaulicht.
Im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Binärgittern weisen Blaze-Gitter ein sägezahnförmiges Querschnittsprofil auf. In Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel bei der Belichtung ändert sich auch der Beugungswinkel des gebeugten Lichtes und damit auch der Bragg-Ebenen-Abstand im belichteten Volumenhologramm. Auf diese Weise können ebenfalls mehrfarbiger Hologramme unter Verwendung eines einzigen Masters erzeugt werden.
Wie in 11 gezeigt, ergibt sich bei Belichtung mit einem grünen Laser mit einer Wellenlänge von 532 nm und einem Einstrahlwinkel von 15° zur Flächennormalen eines beispielhaften Blaze-Gitters ein grüner Bereich im resultierenden Volumenhologramm. Bei einem Einstrahlwinkel von 0° wird unter ansonsten identischen Bedingungen ein blau-grüner Bereich erhalten (12), bei einem Einstrahlwinkel von 30° ein gelb-grüner Bereich (13).
Insgesamt besteht für eine gegebene Belichtungswellenlänge und ein gegebenes Blaze-Gitter ein linearer Zusammenhang zwischen Einstrahlwinkel und der resultierenden Farbe des belichteten Volumenhologramms, wie in 14 veranschaulicht.
Der gewünschte Effekt kann durch Variation des Einstrahlwinkels bei der Belichtung erzeugt werden. Dies macht jedoch eine relativ aufwändige Steuerung des Belichtungslasers notwendig, weil der Einstrahlwinkel in Abhängigkeit von der Position des Laserstrahls auf dem Master verändert werden muss. Die erreichbare Auflösung wäre ferner durch die vergleichsweise großen Abmessungen der jeweiligen lokalen Einstrahlfläche des belichtenden Laserstrahls beschränkt.
Daher ist es zweckmäßig, wenn ein Master 2 verwendet wird, bei dem das Blazegitter in mehreren Teilbereichen 21, 22, 23 auf relativ zueinander geneigten Ebenen 24, 25, 26 angeordnet ist. Ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Master 2 ist schematisch in 15 und 17 gezeigt.
Wird bei einem solchen Master 2 der Einfallswinkel des zur Belichtung verwendeten Lichts relativ zur Flächennormalen des Masters 2 konstant gehalten, resultieren für die Teilbereiche 21, 22, 23 dennoch unterschiedliche Einfallswinkel relativ zu den dort angeordneten Blazegittern, so dass sich für das in Richtung auf korrespondierende Bereiche 11, 12, 13 des Volumenhologramms gebeugte Licht unterschiedliche Beugungswinkel und damit unterschiedliche Farben in den Bereichen ergeben. Dies ermöglicht eine besonders einfache Belichtung.
Anstelle von Blazegittern können auch andere diffraktive Strukturen, wie lineare oder gekreuzte Sinusgitter, lineare oder gekreuzte Binärgitter, fresnellinsenartige Strukturen oder obige Strukturen kombiniert mit isotropen oder anisotropen Mattstrukturen verwendet werden. Insbesondere lineare Sinusgitterstrukturen mit einer Strukturtiefe, die eine maximale Beugungseffizienz in einer höheren als der ersten Beugungsordnung ergibt, können hier mit Vorteil verwendet werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ebenen um von 5°bis 90°, bevorzugt von 20°bis 60°gegeneinander geneigt sind.
Die Teilbereiche 21, 22, 23 können dabei auch in komplexen Mustern angeordnet werden, um beliebige graphische Designs zu verwirklichen. Eine schematische Draufsicht auf einen solchen Master 2 und das resultierende Volumenhologramm 1 ist in 16 gezeigt.
Eine weitere alternative Ausführungsform für einen Master 2 ist in 18 dargestellt. Die Wellenlängenselektivität der Teilbereiche 21, 22 wird hier durch jeweilige polarisierende Strukturen verwirklicht.
Ist beispielsweise im ersten Teilbereich eine polarisierende Struktur vorgesehen und wird der Master 2 mit Licht bestrahlt, dessen Polarisationsebene senkrecht zur Polarisationsebene dieser polarisierenden Struktur steht, so wird der erste Teilbereich selektiv von der Belichtung ausgeschlossen. Anschließend kann beispielsweise mit Licht einer anderen Wellenlänge belichtet werden, welches parallel zu der Polarisationsebene der polarisierenden Struktur polarisiert ist, so dass nun der erste Teilbereich selektiv belichtet wird.
Die Polarisationsebene der polarisierenden Struktur im zweiten Teilbereich ist dagegen bevorzugt senkrecht zu derjenigen der polarisierenden Struktur im ersten Teilbereich angeordnet. Bei der ersten Belichtung wird daher der zweite Teilbereich selektiv belichtet und bei der zweiten Belichtung von der Belichtung ausgeschlossen.
Erfolgen die Belichtungen bei verschiedenen Wellenlängen, kann auf diese Weise ebenfalls ein mehrfarbiges Volumenhologramm unter Verwendung eines einzelnen Masters erzeugt werden.
Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die Belichtung vollflächig erfolgen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse durch eine Rasterbelichtung erhalten werden können. Dies ist bespielhaft in 25 dargestellt. Hierzu wird eine Rastermaske 3 zwischen dem belichtenden Laserstrahl und dem Master 2 angeordnet. Wenn mehrere Belichtungen durchgeführt werden, kann eine Rasterbelichtung auch mit einer vollflächigen Belichtung kombiniert werden.
Anstelle einer Maske kann auch eine gerasterte Belichtung verwendet werden, bei der ein scannender und gegebenenfalls fokussierter erster Laserstrahl intensitätsmoduliert wird (siehe 26). Der Laserstrahl wird dabei bevorzugt ein- und ausgeschaltet (durch interne oder externe Modulation). Alternativ kann der Laserstrahl aufgeweitet und ein sogenannter Spatial Light Modulator eingesetzt werden, der die Intensitätsverteilung moduliert. Wenn mehrere Belichtungen durchgeführt werden, kann die gerasterte Belichtung auch mit einer vollflächigen Belichtung kombiniert werden.
Dies ist insbesondere zweckmäßig, wenn kleine, d.h. hoch aufgelöste, das Raster bildende Farbbereiche kombiniert werden sollen, um einen Mischfarbeindruck zu erzeugen. Auch zur Erzeugung eines leicht gefärbten Hintergrunds für ein Motiv kann eine Rasterung, insbesondere zur Erzeugung eines Halbtons der Hintergrund-Farbe zweckmäßig sein.
Beispiele für als Punkt- oder Linienraster ausgebildete Rastermasken 3 sind in 19 dargestellt.
Unter Punktrastern sollen dabei im Allgemeinen Raster verstanden werden, die aus distinkten, kleinen Elementen aufgebaut sind. Diese können kreisförmig sein aber auch andere Strukturen annehmen, wie beispielsweise Sterne, Quadrate, alphanumerische Zeichen und dergleichen.
Bevorzugt weist dabei das Raster eine Rasterweite von 50 µm bis 300 µm auf.
In 20 ist die Herstellung eines mehrfarbig gerasterten Volumenhologramms im Detail dargestellt. Hierzu wird zunächst der in 20A gezeigte Master bereitgestellt, dessen Teilbereiche 21, 22 hier ein Logo ausbilden. Für die Teilbereiche 21, 22 des Masters können dabei alle vorstehend beschriebenen Oberflächenstrukturen zur Erzeugung der gewünschten Wellenlängenselektivität angewendet werden.
Für die erste Belichtung wird die in 20B gezeigte Rastermaske 3 mit intransparenten Bereichen 31 und transparenten Bereichen 32 im Strahlengang angeordnet, so dass sie sich wie in 20C ausschnittsweise dargestellt, mit dem Master 2 überlagert. Die Belichtung erfolgt dann mit rotem Licht, welches vom ersten Teilbereich 21 stark und vom zweiten Teilbereich 22 schwach gebeugt wird.
Man erhält damit das in 20D gezeigte Zwischenprodukt. Im ersten Bereich 11 des Volumenhologramms, in den das rote Licht vom ersten Teilbereich 21 des Masters 2 gebeugt wurde, bildet sich ein Muster aus intensiv roten Pixeln 14 aus, während im zweiten Bereich 12 nur eine schwache Belichtung erfolgt und somit nur schwach rote Pixel 15 ausgebildet werden.
Anschließend wird die Rastermaske entfernt und eine weitere Belichtung mit grünem Licht durchgeführt. Diese erfolgt vollflächig. Das grüne Licht wird nun vom zweiten Teilbereich 22 des Masters stark gebeugt, so dass sich, wie in 20E gezeigt, in den bislang nicht belichteten Teilen des zweiten Bereichs 12 des Volumenhologramms 1 nun intensiv grüne Pixel 16 ausbilden, während im ersten Bereich 11 nur schwach grüne Pixel 17 gebildet werden. Durch die Steuerung des Verhältnisses der Lichtintensitäten der ersten und zweiten Belichtung lässt sich der Farbeindruck leicht variieren.
Insgesamt entsteht so das in 20F dargestellte Volumenhologramm 1 mit einem roten Logo auf grünem Hintergrund mit roter Umrandung. Die Rasterweite der verwendeten Maske liegt dabei bevorzugt unter dem Auflösungsvermögen des menschlichen Auges, so dass sich ein kontinuierlicher Farbeindruck ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Volumenhologramm
11: Bereich
12: Bereich
13: Bereich
14: Pixel
15: Pixel
16: Pixel
17: Pixel
18: Volumenhologrammschicht
2: Master
21: Teilbereich
22: Teilbereich
23: Teilbereich
24: Ebene
25: Ebene
26: Ebene
27: Lackschicht
3: Rastermaske
31: Bereich
32: Bereich
4: Laserstrahl
5: Schichtaufbau
51: Lackschicht
52: Trägerschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Handbook of Laser Technology and Applications: Volume III: Applications by Colin E. Webb, Julian D. C. Jones, Institute of Physics Publishing Ltd., p. 2639 [0018]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Volumenhologramms mit zumindest einem ersten Bereich in einer ersten Farbe und zumindest einem zweiten Bereich in einer zweiten Farbe, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Volumenhologrammschicht aus einem Photopolymer; b) Anordnen eines Masters mit einer Oberflächenstruktur an der Volumenhologrammschicht; c) Belichten des Masters mittels kohärentem Licht, wobei Licht, welches auf zumindest einen ersten Teilbereich der Oberfläche des Masters einfällt, in Richtung des zumindest einen ersten Bereichs der Volumenhologrammschicht gebeugt oder reflektiert wird und Licht, welches auf zumindest einen zweiten Teilbereich der Oberfläche des Masters einfällt, in Richtung des zumindest einen zweiten Bereichs des Volumenhologramms gebeugt oder reflektiert wird, und wobei sich das vom ersten und zweiten Teilbereich gebeugte oder reflektierte Licht in zumindest einer optischen Eigenschaft unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das vom ersten und zweiten Teilbereich gebeugte oder reflektierte Licht für eine vorgegebene Beugungsordnung und/oder Polarisation und/oder Reflektionsrichtung und/oder Wellenlänge um zumindest 10 %, bevorzugt um zumindest 50 % in der Intensität unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master mit einem Binärgitter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, der im ersten und zweiten Teilbereich ein Binärgitter mit unterschiedlicher Strukturtiefe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, der im ersten Teilbereich eine Strukturtiefe von 350 nm bis 510 nm, bevorzugt von 400 nm bis 460 nm, und im zweiten Teilbereich eine Strukturtiefe von 450 nm bis 630 nm, bevorzugt von 510 nm bis 570 nm, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, der eine Gitterperiode von 500 bis 10000 nm, bevorzugt von 1000 nm bis 3000 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, der ein mehrstufiges, insbesondere vierstufiges Gitter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, dessen Strukturtiefe sich zwischen angrenzenden Stufen um von 80 nm bis 600 nm, bevorzugt von 120 nm bis 400 nm unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master mit einem Blaze-Gitter verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, bei dem das Blazegitter im ersten und im zweiten Teilbereich auf relativ zueinander geneigten Ebenen angeordnet ist, wobei bevorzugt der absolute Neigungswinkel der im ersten und zweiten Teilbereich angeordneten Blazegitter gegen die von der Volumenhologrammschicht aufgespannte Ebene unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenen um von 5° bis 90°, bevorzugt von 20° bis 60° gegeneinander geneigt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, der ein Fabry-Perot-Schichtsystem aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Ebenenabstand des Fabry-Perot-Schichtsystems zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich um von 10 nm bis 200 nm, bevorzugt von 20 nm bis 100 nm unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, bei dem im ersten und/oder zweiten Teilbereich eine polarisierende Struktur vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, bei dem sich die Polarisationsrichtung der polarisierenden Struktur zwischen dem ersten und dem zweiten Teilbereich unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Master verwendet wird, der im ersten und zweiten Teilbereich jeweils eine Beugungsstruktur Nullter Ordnung mit einer Gitterperiode, die kleiner ist als die Wellenlänge des für die Belichtung des Masters verwendeten Lichts, oder ein Blazegitter mit einer polarisierenden Überstruktur aufweist, wobei die jeweiligen Beugungsstrukturen die Polarisation des einfallenden Lichts unterschiedlich beeinflussen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung in zumindest zwei sukzessiven Belichtungsschritten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungsschritte bei unterschiedlicher Wellenlänge und/oder unterschiedlichem Belichtungswinkel und/oder unterschiedlicher Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Belichtungsschritte bei einer Wellenlänge von 600 nm bis 660 nm, bevorzugt von 620 nm bis 640 nm, und ein weiterer der Belichtungsschritte bei einer Wellenlänge von 500 nm bis 560 nm, bevorzugt von 520 nm bis 550 nm durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Polarisationsebenen des für zwei der Belichtungsschritte verwendeten Lichts um 45° bis 135°, bevorzugt um 90° unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Belichtungsschritte vollflächig über die beiden Teilbereiche durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Belichtungsschritte in einem Raster durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster ein Punkt- oder Linienraster ist.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster eine Rasterweite von 50 µm bis 300 µm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Belichtungsschritten durchgeführt wird, in welchen jeweils in zueinander versetzten Punktrastern belichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung mit einer Lichtintensität von ... bis ..., bevorzugt von ... bis ... erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensität während der Belichtung zur Erzeugung eines Rasters periodisch moduliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Bereich ein Designelement, insbesondere ein Symbol, Logo, Bild, alphanumerisches Zeichen, ausbildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Belichten die Volumenhologrammschicht durch Aushärten fixiert wird.
Master zur Verwendung mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, umfassend eine Oberflächenstruktur mit einem ersten und einen zweiten Teilbereich, welche sich in ihren optischen Eigenschaften unterscheiden.
Master nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sich von den Teilbereichen gebeugtes oder reflektiertes Licht für eine vorgegebene Beugungsordnung und/oder Polarisation und/oder Reflektionsrichtung und/oder Wellenlänge um zumindest 10 %, bevorzugt um zumindest 50 % in der Intensität unterscheidet.
Master nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur ein Binärgitter, ein mehrstufiges Phasengitter, ein Blazegitter, ein Fabry-Perot-Schichtsystem, eine Polarisationsfilterschicht oder Kombinationen daraus umfasst.
Master nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Master einen metallischen Grundkörper, insbesondere aus Nickel, umfasst.
Master nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Master zumindest eine weitere Oberflächenstruktur umfasst, die benachbart oder überdeckenden zu der Oberflächenstruktur angeordnet ist.
Master nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Master eine Lackschicht umfasst, welche die Oberflächenstruktur bedeckt.
Sicherheitselement mit einer Volumenhologrammschicht, in welcher ein Volumenhologramm mit zumindest zwei Bereichen unterschiedlicher Farbe ausgebildet ist, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29.
Sicherheitselement nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenhologrammschicht aus einem Photopolymer, insbesondere aus Omni DX 796 (DuPont), Silberhalogenid-Emulsionen oder dichromatischer Gelatine, ausgebildet ist.
Sicherheitselement nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenhologrammschicht eine Schichtdicke von 3 µm bis 100 µm aufweist.
Sicherheitsdokument mit einem Sicherheitselement nach einem der Ansprüche 36 bis 38.
Sicherheitsdokument nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsdokument als Ausweisdokument, Passdokument, Visadokument, Kreditkarte, Banknote, Wertpapier oder dergleichen ausgebildet ist.