DE102010034085A1 - Embossing tools for microstructure elements - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prägewerkzeugen, die aus einem Substrat bestehen, in dessen Oberfläche Prägestrukturen für Mikrostrukturelemente, wie Hologramme, Nanostrukturen oder dergleichen, eingebracht werden. Erfindungsgemäß werden die Prägestrukturen für die Mikrostrukturelemente in die Oberfläche des Substrats mittels ultrakurzer Laserpulse aus polarisierten elektromagnetischen Wellen bzw. polarisierter elektromagnetischer Strahlung eingebracht. Es wird somit ein Verfahren der Oberflächenstrukturierung benutzt, um Prägewerkzeuge für Mikrostrukturelemente herzustellen. Damit kann die Originalstruktur direkt auf die Oberfläche eines Prägewerkzeugs übertragen und davon Folienabzüge angefertigt werden.The invention relates to a method for producing embossing tools which consist of a substrate, in whose surface embossed structures for microstructure elements, such as holograms, nanostructures or the like, are introduced. According to the invention, the embossed structures for the microstructure elements are introduced into the surface of the substrate by means of ultra-short laser pulses composed of polarized electromagnetic waves or polarized electromagnetic radiation. A surface structuring method is thus used to manufacture embossing tools for microstructure elements. This means that the original structure can be transferred directly to the surface of an embossing tool and foil prints can be made from it.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prägewerkzeugen, die aus einem Substrat bestehen, in dessen Oberfläche Prägestrukturen für Mikrostrukturelemente, wie Hologramme, Nanostrukturen oder dergleichen, eingebracht werden.The invention relates to a method for producing embossing tools, which consist of a substrate, in the surface of which embossed structures for microstructure elements, such as holograms, nanostructures or the like, are introduced.

Das Herstellungsverfahren des Standes der Technik, mit dem Prägewerkzeuge für Mikrostrukturelemente erzeugt werden, beinhaltet eine relativ lange Prozesskette. Zunächst wird ein sogenanntes Original in einem photolithographischen Verfahren hergestellt, wobei ein Elektronenstrahl aus einem Elektronenbeschleuniger, einer sogenannten e-Beam-Anlage, Material von der Oberfläche eines gehärteten metallischen Blechs aus Nickel abträgt. Hierbei wird mit der e-Beam-Anlage bevorzugt ein homogenes Gitter geschrieben und in Quarz geätzt. Davon werden Kopien in ein Substrat aus einem anorganisch-organischen Hybridpolymer abgeformt. Diese Kopien werden dann in einem photolithographischen Prozess mit dem Laserwriter bearbeitet, um eine laterale Strukturierung vorzunehmen.The manufacturing method of the prior art, are produced with the embossing tools for microstructure elements, involves a relatively long process chain. First, a so-called original is produced in a photolithographic process, wherein an electron beam from an electron accelerator, a so-called e-beam system, removes material from the surface of a hardened metallic sheet of nickel. Here, a homogeneous grid is preferably written with the e-beam system and etched in quartz. Of these, copies are molded into a substrate of an inorganic-organic hybrid polymer. These copies are then processed in a photolithographic process with the laserwriter to make a lateral structuring.

Das Original wird anschließend mehrfach galvanisch umkopiert, um einen Stempel für die Herstellung des Prägewerkzeugs anzufertigen. Schließlich wird mit diesem Stempel das Motiv des Originals in einer Rekombinationsanlage vervielfacht, um die gesamte Fläche eines Prägewerkzeugs auszufüllen. Letztendlich entsteht das Prägewerkzeug als galvanische Abformung dieses vervielfältigen Abdrucks.The original is then copied several times galvanically to make a stamp for the production of the embossing tool. Finally, with this stamp, the motif of the original is multiplied in a recombination plant to fill the entire surface of a stamping tool. Ultimately, the embossing tool is produced as a galvanic impression of this duplicated impression.

Dieser Herstellungsprozess ist jedoch sehr personal-, zeit- und kostenintensiv. Des Weiteren sind für die Errichtung von Fertigungsanlagen für diesen Herstellungsprozess hohe Investitionen erforderlich.However, this manufacturing process is very labor-intensive, time-consuming and cost-intensive. Furthermore, high investments are required for the construction of manufacturing facilities for this manufacturing process.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sicherheitselement derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben werden.The invention is therefore the object of developing a generic security element such that the disadvantages of the prior art are eliminated.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß werden die Prägestrukturen für die Mikrostrukturelemente in die Oberfläche des Substrats mittels ultrakurzer Laserpulse aus polarisierten elektromagnetischen Wellen bzw. polarisierter elektromagnetischer Strahlung eingebracht. Es wird somit ein Verfahren der Oberflächenstrukturierung benutzt, um Prägewerkzeuge für Mikrostrukturelemente herzustellen. Damit kann die Originalstruktur direkt auf die Oberfläche eines Prägewerkzeugs übertragen und davon Folienabzüge angefertigt werden.According to the invention, the embossed structures for the microstructure elements are introduced into the surface of the substrate by means of ultrashort laser pulses of polarized electromagnetic waves or polarized electromagnetic radiation. Thus, a method of surface structuring is used to produce embossing tools for microstructure elements. Thus, the original structure can be transferred directly to the surface of an embossing tool and made of it slide prints.

Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann die Originalstruktur direkt in die Oberfläche eines gehärteten metallischen Blechs eingebracht werden, so dass besonders vorteilhaft die Nanostrukturen direkt in die Oberfläche eines Prägezylinders eingebracht werden können. Die photolithographischen Prozessschritte der Originalherstellung und die anschließende galvanische Replizierung entfallen somit bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.In the production method according to the invention, the original structure can be introduced directly into the surface of a hardened metallic sheet, so that particularly advantageously the nanostructures can be introduced directly into the surface of a stamping cylinder. The photolithographic process steps of the original production and the subsequent galvanic replication are thus eliminated in the production process according to the invention.

Die Periode der entstehenden Mikrostrukturelemente hängt von der Wellenlänge der gepulsten Laserstrahlung ab, aber auch von der Pulsdauer und der Pulsanzahl der Laserstrahlung. Die Homogenität der Quasigitterstruktur, der sogenannten Ripples, ist limitiert durch die Homogenität des fokussierten Laserstrahls an der Oberfläche. Ein typischer Laserstrahl weist beispielsweise einen Durchmesser von etwa 20 μm auf, wobei ein größerer Durchmesser die Intensität an der Oberfläche des Substrats verringert.The period of the resulting microstructure elements depends on the wavelength of the pulsed laser radiation, but also on the pulse duration and the number of pulses of the laser radiation. The homogeneity of the quasigitter structure, the so-called ripples, is limited by the homogeneity of the focused laser beam at the surface. For example, a typical laser beam has a diameter of about 20 μm, with a larger diameter reducing the intensity at the surface of the substrate.

Die entstehenden Mikrostrukturelemente haben bevorzugt eine Periode von etwa 500 nm und eine Tiefe von einigen Hundert nm. Es sind jedoch auch feinere Strukturen mit einer Periode von weniger als 300 nm möglich.The resulting microstructure elements preferably have a period of about 500 nm and a depth of a few hundred nm. However, finer structures with a period of less than 300 nm are also possible.

Der genaue Entstehungsprozess der Mikrostrukturelemente bzw. Quasigitterstruktur ist derzeit noch nicht abschließend verstanden. Gemäß der derzeit vorherrschenden wissenschaftlichen Meinung handelt es sich um eine Mischung aus einem Selbstorganisationsprozess, der an der Oberfläche des Substrats durch den hohen Energieeintrag ausgelöst wird, und die wechselwirkende Ordnung durch die elektromagnetische Strahlung des Laserlichts. Das Ergebnis ist dann eine Gitterstruktur, die gewisse Unregelmäßigkeiten zeigt.The exact formation process of the microstructure elements or quasigitter structure is currently not fully understood. According to the current scientific opinion, it is a mixture of a self-assembly process that is triggered on the surface of the substrate by the high energy input, and the interacting order by the electromagnetic radiation of the laser light. The result is a lattice structure that shows some irregularities.

Das Substrat wird mit ultrakurzen Laserpulsen beaufschlagt, so dass Nanostrukturen auf dem Substrat entstehen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird anschließend eine Trennschicht, beispielsweise eine Trichlorsilanverbindung, auf die Oberfläche des Prägewerkzeugs aufbracht und schließlich die Reliefstruktur in einen UV-Lack auf einer Kunststofffolie abgeformt.The substrate is subjected to ultrashort laser pulses so that nanostructures are formed on the substrate. In a preferred embodiment, a separating layer, for example a Trichlorosilane compound, applied to the surface of the embossing tool and finally molded the relief structure in a UV varnish on a plastic film.

Bevorzugt haben die Laserpulse eine Pulsdauer von weniger als 50 Pikosekunden, d. h. weniger als 50·10–12 Sekunden, bevorzugt weniger als 1 Pikosekunde, d. h. weniger als 1·10–12 Sekunden, und besonders bevorzugt von etwa 150 Femtosekunden, d. h. etwa 150·10–15 Sekunden.The laser pulses preferably have a pulse duration of less than 50 picoseconds, ie less than 50 × 10 -12 seconds, preferably less than 1 picosecond, ie less than 1 × 10 -12 seconds, and particularly preferably about 150 femtoseconds, ie approximately 150 × 10 -15 seconds.

Bevorzugt sind die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse linear polarisiert, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zum Richtungsvektor der elektromagnetischen Welle, dem sogenannten E-Vektor, der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind. Bekanntlich steht der Richtungsvektor des elektromagnetischen Felds einer Welle immer senkrecht auf deren Ausbreitungsrichtung und definiert die Polarisationsrichtung der Welle. Wenn zwei Bereiche mit jeweils unterschiedlicher linearer Polarisationsrichtung strukturiert werden und die beiden Polarisationsrichtungen bevorzugt senkrecht zueinander stehen, zeigen diese beiden Bereiche einen maximalen Farbkontrast.Preferably, the electromagnetic waves of the laser pulses are linearly polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are aligned perpendicular to the direction vector of the electromagnetic wave, the so-called E-vector, the incident laser radiation. As is known, the directional vector of the electromagnetic field of a wave is always perpendicular to its propagation direction and defines the direction of polarization of the wave. If two regions each having a different linear polarization direction are patterned and the two polarization directions are preferably perpendicular to one another, these two regions show maximum color contrast.

Alternativ sind die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse elliptisch polarisiert, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zur großen Hauptachse des E-Vektors der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind. Hierbei variiert die Vorzugsrichtung der Rippelstrukturen gegenüber dem Fall der linearen Polarisationsrichtung stärker und erscheint die Struktur matter.Alternatively, the electromagnetic waves of the laser pulses are elliptically polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are aligned perpendicular to the major axis of the E vector of the incident laser radiation. Here, the preferred direction of the ripple structures compared to the case of the linear polarization direction varies more and the structure appears dull.

Ein Spezialfall der elliptischen Polarisation stellt die zirkulare Polarisation der elektromagnetischen Wellen dar, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien etwa 45° für linkszirkular polarisierte und etwa –45° für rechtszirkular polarisierte Laserstrahlung ausgerichtet sind, bezogen auf die Einfallsebene des Laserstrahls.A special case of elliptical polarization represents the circular polarization of the electromagnetic waves, resulting in a grid structure whose grid lines are aligned about 45 ° for left circular polarized and about -45 ° for right circularly polarized laser radiation, based on the plane of incidence of the laser beam.

Wenn derartige Strukturen in UV-Lack auf eine Folie abgeformt und wie in DE 10 2009 058 243 bzw. DE 10 2009 056 933 beschrieben mit einem Mehrfachschichtaufbau bedampft werden, erscheinen die strukturierten Bereiche in unterschiedlichen Farben. Die Mattierung der Farben kann dabei durch die erfindungsgemäße Rippelanordnung eingestellt werden.When such structures are molded in UV varnish on a foil and as in DE 10 2009 058 243 respectively. DE 10 2009 056 933 described are coated with a multi-layer structure, the structured areas appear in different colors. The matting of the colors can be adjusted by the ripple assembly according to the invention.

Besonders bevorzugt besteht das Substrat mindestens auf seiner Oberfläche aus einem gehärteten Metall, insbesondere gehärtetem Nickel oder einer gehärteten Nickellegierung, einem Dielektrikum oder einer Keramik.Particularly preferably, the substrate consists at least on its surface of a hardened metal, in particular hardened nickel or a hardened nickel alloy, a dielectric or a ceramic.

Bevorzugt bestehen die Prägewerkzeuge aus einem Substrat, das zumindest an seiner Oberfläche eine Vickershärte von mindestens 100 HV-5 und bevorzugt von mindestens 150 HV-5 aufweist. In der nachfolgenden Tabelle sind einige Materialien und die dazugehörigen Vickershärten in HV-10 aufgelistet: Galvanisches Glanz-Nickel 450–600 HV-10 Galvanisches Matt-Nickel 300–400 HV-10 Titan 300–400 HV-10 Martensit (Edelstahl) 700–1200 HV-10 Chromierter Edelstahl 1100–2000 HV-10 Titan-Nitrid Schicht 1800–2000 HV-10 Keramik 1400–1900 HV-10 Saphir 1800–2200 HV-10 Preferably, the embossing tools consist of a substrate which, at least on its surface, has a Vickers hardness of at least 100 HV-5 and preferably of at least 150 HV-5. The following table lists some materials and the associated Vickers hardness in HV-10: Galvanic gloss nickel 450-600 HV-10 Galvanic Matt Nickel 300-400 HV-10 titanium 300-400 HV-10 Martensite (stainless steel) 700-1200 HV-10 Chromed stainless steel 1100-2000 HV-10 Titanium nitride layer 1800-2000 HV-10 ceramics 1400-1900 HV-10 sapphire 1800-2200 HV-10

Diese Werte wurden mit einem stationären Prüfgerät gemäß DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4:2005 bei einer Prüfkraft von 5 Kilopond (HV-5) bzw. 10 Kilopond (HV-10) ermittelt.These values were determined using a stationary tester according to DIN EN ISO 6507-1: 2005 to -4: 2005 at a test load of 5 kiloponds (HV-5) and 10 kiloponds (HV-10) determined.

Mikrostrukturelemente, die mit einem erfindungsgemäßen Prägewerkzeug erzeugt werden, werden besonders bevorzugt für Sicherheitselemente zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, verwendet. D. h., mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Prägewerkzeuge hergestellt, mit denen wiederum Sicherheitselemente zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, oder des Markenschutzes hergestellt werden. Der Fälschungsschutz beruht dabei im Wesentlichen darauf, dass ein visuell einfach und deutlich erkennbarer optisch variabler Effekt der Mikrostrukturen von Reproduktionsgeräten, wie beispielsweise Farbkopierern, nicht oder nur ungenügend wiedergegeben wird.Microstructure elements that are produced with an embossing tool according to the invention are particularly preferably used for security elements to increase the protection against forgery of security documents, such as banknotes, securities, identity cards, credit cards, debit cards or the like. That is, with the inventive method embossing tools are produced, which in turn security elements to increase the protection against counterfeiting of security documents, such as banknotes, securities, ID cards, credit cards, debit cards or the like, or the trademark protection are produced. The protection against counterfeiting is essentially based on the fact that it is visually simple and clearly recognizable optically variable effect of the microstructures of reproduction equipment, such as color copiers, is not or insufficiently reproduced.

Anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und den ergänzenden Figuren werden die Vorteile der Erfindung erläutert. Die Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Des Weiteren sind die Darstellungen in den Figuren des besseren Verständnisses wegen stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wider. Insbesondere entsprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Des Weiteren sind die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausführungsformen der besseren Verständlichkeit wegen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert. Bei der praktischen Umsetzung können wesentlich komplexere Muster oder Bilder zur Anwendung kommen.Reference to the following embodiments and the additional figures, the advantages of the invention will be explained. The embodiments represent preferred embodiments, to which, however, the invention should not be limited in any way. Furthermore, the representations in the figures of better understanding are highly schematized and do not reflect the realities. In particular, the proportions shown in the figures do not correspond to the conditions present in reality and serve exclusively to improve the clarity. Furthermore, the embodiments described in the following exemplary embodiments are reduced to the essential core information for the sake of clarity. In the practical implementation much more complex patterns or images can be used.

Im Einzelnen zeigen schematisch:In detail, show schematically:

1 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer durch Femtosekunden Laserpulsen erzeugten Gitterstruktur, 1 a scanning electron micrograph of a lattice structure generated by femtosecond laser pulses,

2 eine Vorrichtung, mit der mit einem Laser Mikrostrukturen in ein Substrat eingebracht werden, 2 a device for introducing microstructures into a substrate with a laser,

3 eine erfindungsgemäße Mikrostruktur in Stahlblech und hierbei in 3a bei senkrechtem Einfallswinkel die gesamte Mikrostruktur und in 3b eine Detailansicht daraus sowie in 3c bei schrägem Einfallswinkel die gesamte Mikrostruktur und in 3d eine Detailansicht daraus, 3 a microstructure according to the invention in sheet steel and in this case in 3a at vertical angle of incidence the entire microstructure and in 3b a detailed view of it as well as in 3c at oblique angle of incidence the entire microstructure and in 3d a detailed view of it,

4 einen Querschnitt durch einen bedampften Folienabzug der Mikrostruktur aus 3. 4 a cross section through a vaporized film deduction of the microstructure 3 ,

1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer durch Femtosekunden Laserpulse erzeugten Gitterstruktur. Es ist zu erkennen, dass die durch Femtosekunden Laserpulse erzeugte Struktur nicht dieselbe Regelmäßigkeit besitzt wie ein photolithographisch bzw. interferometrisch hergestelltes Gitter. Aufgrund der relativ kleinen Spotgröße des Laserpulses spielen Randeffekte eine große Rolle. Daher schwankt die Periode und die Profilform des erzeugten Gitters etwas. Profile mit einer scharfen Rechteckform können nicht erzeugt werden. Dies wirkt sich auf das optische Erscheinungsbild aus. Die Farben sind daher matter als die Farberscheinung von herkömmlichen Gittern. Die erste Beugungsordnung wird durch die Schwankung des Azimuts und der Periode in einem Lichtkegel aufgestreut. 1 shows a scanning electron micrograph of a lattice structure generated by femtosecond laser pulses. It can be seen that the structure produced by femtosecond laser pulses does not have the same regularity as a photolithographically or interferometrically produced grid. Due to the relatively small spot size of the laser pulse edge effects play a major role. Therefore, the period and profile shape of the generated grating varies slightly. Profiles with a sharp rectangular shape can not be created. This affects the visual appearance. The colors are therefore duller than the color appearance of conventional grids. The first diffraction order is scattered by the fluctuation of the azimuth and period in a cone of light.

Trotzdem lassen sich kontrastreiche feine Strukturen mit Abmessungen von bis zu 10 μm erzeugen. Dadurch kann ein hologrammartiger Charakter nachgebildet werden. Solche Muster können in UV-Lack auf Plastikfolien abgeformt und anschließend bedampft werden.Nevertheless, high-contrast fine structures with dimensions of up to 10 μm can be produced. As a result, a hologram-like character can be reproduced. Such patterns can be molded in UV varnish on plastic films and then steamed.

Die Gitterstruktur aus 1 wurde mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers erzeugt, beispielsweise einem Ti:Saphir-Laser mit den folgenden Parametern:

  • • Pulsdauer: 150 fs,
  • • Wellenlänge: 800 nm,
  • • Wiederholrate: 5 kHz,
  • • Strahldurchmesser ca. 20 μm,
  • • Energie 0,2 J/cm2–2 J/cm2 (12,5 mW–140 mW),
  • • linear polarisierte Strahlung,
wobei der Effekt der Oberflächenstrukturierung bereits ab Pulslängen im Bereich von Pikosekunden erfolgen kann. Eine Mehrzahl von einzelnen Laserpulsen wirkt dabei solange auf einen Bereich des Substrats ein, bis sich die gewünschte Oberflächenstrukturierung eingestellt hat.The lattice structure off 1 was generated by means of an ultrashort pulse laser, for example a Ti: sapphire laser with the following parameters:
  • • pulse duration: 150 fs,
  • Wavelength: 800 nm,
  • • repetition rate: 5 kHz,
  • • beam diameter approx. 20 μm,
  • Energy 0.2 J / cm 2 -2 J / cm 2 (12.5 mW-140 mW),
  • • linearly polarized radiation,
wherein the effect of the surface structuring can already take place from pulse lengths in the range of picoseconds. A plurality of individual laser pulses acts on a region of the substrate until the desired surface structuring has been established.

Um die Oberflächenstrukturierung auszuprägen, ist materialabhängig ein gewisser Energieübertrag auf das Substrat notwendig. Dieser Energieeintrag ist jedoch niedriger als bei der Laserablation. Denn das Material wird kurzzeitig in den flüssigen Aggregatszustand überführt. Durch die elektromagnetische Wechselwirkung des Elektronengases mit der einfallenden Laserstrahlung prägt sich die quasiperiodische Oberflächenstruktur aus. Beim Prozess der Laserablation dagegen wird Material von der Substratoberfläche durch Verdampfen abgetragen.Depending on the material, a certain transfer of energy to the substrate is necessary in order to shape out the surface structuring. However, this energy input is lower than with laser ablation. Because the material is temporarily transferred to the liquid state of aggregation. Due to the electromagnetic interaction of the electron gas with the incident laser radiation, the quasiperiodic surface structure is characterized. In the laser ablation process, on the other hand, material is removed from the substrate surface by evaporation.

Zur Bearbeitung verschiedener Bereiche eines Substrats kann gemäß 2 das Substrat 3 bzw. 3' relativ zum Laserstrahl eines Lasers 1 bewegt werden, wobei der Laserstrahl durch jeweils einen Umlenkspiegel 2 bzw. 2' auf das Substrat 3 bzw. 3' gelenkt wird. Bei einem zylinderförmigen Substrat 3 kann die relative Bewegung beispielsweise durch eine Drehung des Substrats in Umfangrichtung erfolgen. Alternativ kann die relative Bewegung bei einem planaren Substrat 3' beispielsweise mittels eines Verschiebetisches in x- und y-Richtung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Laserstrahl durch bewegliche Ablenkspiegel 2 bzw. 2' abgelenkt werden, beispielsweise mit einer Scan-Vorrichtung, wie in 2 durch die Doppelpfeile an den Drehachsen der Ablenkspiegel 2 bzw. 2' angedeutet. For processing various areas of a substrate can according to 2 the substrate 3 respectively. 3 ' relative to the laser beam of a laser 1 be moved, the laser beam by a respective deflection mirror 2 respectively. 2 ' on the substrate 3 respectively. 3 ' is steered. For a cylindrical substrate 3 For example, the relative movement can take place by rotation of the substrate in the circumferential direction. Alternatively, the relative motion may be on a planar substrate 3 ' for example, by means of a displacement table in the x and y directions. Alternatively or additionally, the laser beam may be provided by movable deflection mirrors 2 respectively. 2 ' be deflected, for example, with a scanning device, as in 2 through the double arrows on the axes of rotation of the deflecting mirror 2 respectively. 2 ' indicated.

3 zeigt ein erfindungsgemäßes Muster in Form des Schriftzuges „PL” und eines Sterns in einem Substrat aus einer Edelstahlfolie, wobei der Schriftzug oder der Stern eine Gesamtlänge von etwa 30 mm aufweisen. Die Strukturierung der gesamten Oberfläche erforderte einen Zeitaufwand im Bereich von wenigen Minuten, wobei die Laserpulse eine Pulslänge im Bereich von Femtosekunden aufwiesen. 3 shows a pattern according to the invention in the form of the lettering "PL" and a star in a substrate made of a stainless steel foil, wherein the lettering or the star have a total length of about 30 mm. The structuring of the entire surface required a time in the range of a few minutes, the laser pulses had a pulse length in the range of femtoseconds.

3a zeigt hierbei die gesamte Mikrostruktur bei senkrechter Betrachtung, 3c bei einem Betrachtungswinkel von etwa 20° gegenüber der Senkrechten zur Substratoberfläche. Die zugehörigen Detailaufnahmen in 3b bzw. 3d zeigen einen Ausschnitt des punktförmigen Musters. Die visuelle Erscheinung variiert bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln. So erscheint bei senkrechter Betrachtung der Schriftzug oder der Stern dunkel vor einem hellen Hintergrund und bei dem Betrachtungswinkel von 20° gegenüber der Senkrechten zur Substratoberfläche hell vor dunklem Hintergrund. 3a shows the entire microstructure when viewed vertically, 3c at a viewing angle of about 20 ° with respect to the normal to the substrate surface. The associated detail shots in 3b respectively. 3d show a section of the dot-shaped pattern. The visual appearance varies at different viewing angles. Thus, when viewed vertically, the lettering or the star appears dark against a light background and at the viewing angle of 20 ° with respect to the perpendicular to the substrate surface bright against a dark background.

4 zeigt einen Querschnitt durch einen Folienabzug der Mikrostruktur bzw. des Originals aus 3. Hierbei wird ein Prägestempel 4 mit einem Trennmittel 5 beschichtet, beispielsweise einer Trichlorsilan-Verbindung. Anschließend wird davon eine Abformung in einen UV-Lack 5 auf einer PET-Folie 7 erzeugt. Diese UV-Lack-Abzüge werden metallisch bedampft und schließlich mit einer Deckfolie zukaschiert. 4 shows a cross section through a film deduction of the microstructure or of the original 3 , This is an embossing stamp 4 with a release agent 5 coated, for example, a trichlorosilane compound. Subsequently, it is an impression in a UV varnish 5 on a PET film 7 generated. These UV varnish prints are metallized and finally laminated with a cover foil.

Beispielsweise wurde der Folienabzug mit einer 10 nm dicken Aluminiumschicht, einer 200 nm dicken Schicht aus Siliziumdioxid und einer 10 nm dicken Aluminiumschicht bedampft. In Reflexion erscheint der Schriftzug oder Stern annähernd schwarz auf goldenem Untergrund, in Transmission ist der Untergrund dagegen blau. Bei schräger Betrachtung erscheint der Schriftzug oder Stern in grüner Farbe.For example, the film print was vapor-deposited with a 10 nm thick aluminum layer, a 200 nm thick layer of silicon dioxide and a 10 nm thick aluminum layer. In reflection, the lettering or star appears almost black on a golden background, while in transmission the background is blue. When viewed obliquely, the lettering or star appears in green.

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Claims (8)

Verfahren zur Herstellung von Prägewerkzeugen, die aus einem Substrat bestehen, in dessen Oberfläche Prägestrukturen für Mikrostrukturelemente, wie Hologramme, Nanostrukturen oder dergleichen, eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestrukturen für die Mikrostrukturelemente in die Oberfläche des Substrats mittels ultrakurzer Laserpulse aus polarisierten elektromagnetischen Wellen eingebracht werden.A method for producing embossing tools, which consist of a substrate, in the surface of which embossed structures for microstructure elements, such as holograms, nanostructures or the like are introduced, characterized in that the embossed structures for the microstructure elements in the surface of the substrate by means of ultrashort laser pulses of polarized electromagnetic waves be introduced. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewerkzeuge aus einem Substrat bestehen, das zumindest an seiner Oberfläche eine Vickershärte von mindestens 100 HV-5 und bevorzugt von mindestens 150 HV-5 aufweist.A method according to claim 1, characterized in that the embossing tools consist of a substrate which has a Vickers hardness of at least 100 HV-5 and preferably of at least 150 HV-5 at least on its surface. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem gehärteten Metall, insbesondere gehärtetem Nickel oder einer gehärteten Nickellegierung, einem Dielektrikum oder einer Keramik besteht.A method according to claim 2, characterized in that the substrate consists of a hardened metal, in particular hardened nickel or a hardened nickel alloy, a dielectric or a ceramic. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse eine Pulsdauer von weniger als 50 Pikosekunden, bevorzugt weniger als 1 Pikosekunde und besonders bevorzugt von etwa 150 Femtosekunden haben.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the laser pulses have a pulse duration of less than 50 picoseconds, preferably less than 1 picosecond, and more preferably of about 150 femtoseconds. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse linear polarisiert sind, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zum E-Vektor der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electromagnetic waves of the laser pulses are linearly polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are aligned perpendicular to the E-vector of the incident laser radiation. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse elliptisch polarisiert sind, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zur großen Hauptachse des E-Vektors der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the electromagnetic waves of the laser pulses are elliptically polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are aligned perpendicular to the major axis of the E vector of the incident laser radiation. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse zirkular polarisiert sind, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien etwa 45° für linkszirkular polarisierte und etwa –45° für rechtszirkular polarisierte Laserstrahlung ausgerichtet sind, bezogen auf die Einfallsebene des Laserstrahls.Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the electromagnetic waves of the laser pulses are circularly polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are aligned about 45 ° for left circularly polarized and about -45 ° for right circularly polarized laser radiation related on the plane of incidence of the laser beam. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente, die mit dem Prägewerkzeug erzeugt werden, für Sicherheitselemente zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the microstructure elements which are produced with the embossing tool for security elements to increase the protection against counterfeiting of security documents, such as banknotes, securities, ID cards, credit cards, debit cards or the like can be used.
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