DE102011114750A1

DE102011114750A1 - Verfahren zur Herstellung eines Mikrostrukturträgers

Info

Publication number: DE102011114750A1
Application number: DE102011114750A
Authority: DE
Inventors: Winfried Hoffmüller
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2013045073A1; EP2760676A1; EP2760676B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur (1) auf einem Träger (2), aufweisend das Ausbilden einer Prägestruktur mit Erhebungen (25) und Vertiefungen (26) in einer ersten Hauptfläche (23) einer Trägerfolie (21), wobei die Vertiefungen in Form der Mikrostruktur angeordnet sind; das Beschichten der ersten Hauptfläche (23) mit einer farbigen strahlenhärtbaren Zusammensetzung (12), so dass eine farbige Beschichtung entsteht, die in den Vertiefungen (26) eine größere Schichtdicke aufweist als in den nicht vertieften Bereichen (23, 25); optional ein Abrakeln oder Abwischen der strahlenhärtbaren Zusammensetzung (12) von den nicht vertieften Bereichen (23, 25), so dass auf den nicht vertieften Bereichen (23, 25) lediglich ein Tonungsfilm (40) verbleibt; ein Bestrahlen der strahlenhärtbaren Zusammensetzung mit Strahlung einer geeigneten Wellenlänge in Gegenwart von Sauerstoff oder Feuchtigkeit, wobei der Tonungsfilm (40) im Wesentlichen ungehärtet bleibt; und das Entfernen des Tonungsfilms (40) durch Beschichten mit einer Ablösesubstanz (42), in der die strahlenhärtbare Zusammensetzung vor der Härtung löslich ist, und Ablösen des Tonungsfilms (40) gemeinsam mit der Ablösesubstanz (42). Die Erfindung betrifft auch einen nach dem Verfahren erhältlichen Mikrostrukturträger (3), eine mikrooptische Darstellungsanordnung (6) mit dem erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger, und einen Gegenstand, der einen erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger (3) oder eine mikrooptische Darstellungsanordnung (6) mit dem Mikrostrukturträger (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur auf einem Träger, einen nach dem Verfahren erhältlichen Mikrostrukturträger, mikrooptische Darstellungsanordnungen, die den erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger aufweisen, sowie Gegenstände, die einen erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger oder eine erfindungsgemäße mikrooptische Darstellungsanordnung aufweisen.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, und andere Gegenstände wie beispielsweise Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens, einer Abdeckfolie für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten Sicherheitsstreifens oder eines selbsttragenden Transferelements ausgebildet sein, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht wird.
Eine besondere Rolle spielen dabei Sicherheitselemente mit optisch variablen Elementen, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln, da derartige optisch variable Elemente selbst mit sehr hochwertigen Farbkopiergeräten nicht reproduziert werden können. Die Sicherheitselemente können dazu mit Sicherheitsmerkmalen in Form beugungsoptisch wirksamer Mikrostrukturen oder Nanostrukturen ausgestattet werden, beispielsweise mit konventionellen Prägehologrammen oder anderen hologrammähnlichen Beugungsstrukturen.
In jüngerer Zeit werden auch sogenannte mikrooptische Darstellungsanordnungen als Sicherheitsmerkmale eingesetzt. Eine typische und seit längerem bekannte mikrooptische Darstellungsanordnung ist beispielsweise eine Moiré-Vergrößerungsanordnung. Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Moiré-Vergrößerungsanordnungen ist in dem Artikel "The moiré magnifier", M. C. Hutley, R. Hunt, R. F. Stevens und P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133–142, beschrieben. Die sogenannte Moiré-Vergrößerung ist ein Phänomen, das bei der Betrachtung eines Rasters aus identischen Bildobjekten durch ein Linsenraster mit annähernd demselben Rastermaß auftritt. Wie bei jedem Paar ähnlicher Raster ergibt sich dabei ein Moiré-Muster, das aus einer periodischen Anordnung vergrößerter und gegebenenfalls gedrehter Bilder der Elemente des Bildrasters besteht.
Die Gitterperiode und der Durchmesser der Bildobjekte liegen dabei in derselben Größenordnung wie die der Mikrolinsen des Linsenrasters. Mit bloßem Auge sollten die Bildobjekte nicht erkennbar sein. Je kleiner die Strukturen ausgebildet werden, desto größer ist die Fälschungssicherheit.
Bedingt durch die geringe Größe der Strukturen sind alle Verfahren zur Erzeugung der Bildobjekte (Mikromotivelemente), bei denen Auftragungsverfahren wie Druckverfahren eine maßgebliche Rolle für die erzielbaren Abmessungen spielen, wenig geeignet, da die erzielbare Minimalgröße der Mikromotivelemente durch das Auflösungsvermögen des Auftragungsverfahrens begrenzt ist. Mikrostrukturen bzw. Mikromotivelemente werden daher, bevorzugt unter Verwendung von Prägestrukturen hergestellt. Prägungen können in sehr hoher Auflösung erzeugt werden.
Besonders auffällig, einprägsam und fälschungssicher sind mikrooptische Darstellungsanordnungen mit kontrastreichen farbigen Mikrostrukturen.
Die Mikrostrukturelemente von Mikrostrukturträgern werden daher bevorzugt eingefärbt. Zur Einfärbung geprägter Mikrostrukturen sind mehrere Verfahren bekannt.
Die WO 2009/083146 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur, bei dem eine Prägestruktur erzeugt wird und entweder nur die Erhebungen oder nur die Vertiefungen der Prägestruktur mit einem Aufdruckstoff bedeckt bzw. mit einem Aufdruckstoff gefüllt werden. Der Aufdruckstoff muss entsprechend hochviskos gewählt werden, um nur auf den Erhebungen der Prägestruktur zu haften, oder entsprechend niedrigviskos gewählt werden, um nur die Vertiefungen der Prägestruktur zu füllen. Um die gewünschte selektive Auftragung zu erzielen, müssen die Viskosität des Aufdruckstoffs und die Übertragungsbedingungen genau aufeinander abgestimmt werden, was kompliziert ist. Häufig gelingt die Auftragung nicht so selektiv wie erwünscht, was den erzielbaren Kontrast unter Umständen begrenzt.
Aus der WO 2009/121578 ist ein Verfahren zum Erzeugen einer mikrooptischen Darstellungsanordnung bekannt, bei dem in einem Träger eine Prägestruktur erzeugt und die Prägevertiefungen mit Farbe gefüllt werden. Die Farbe in den Vertiefungen bildet die Mikromotivelemente, während der Überschuss an Farbe abgerakelt wird. Das Abrakeln als rein mechanisches Verfahren ermöglicht es jedoch nicht, die Farbe außerhalb der Vertiefungen absolut vollständig zu entfernen. Es bleibt ein Tonungsfilm, das heißt ein sehr geringer, aber in der Regel wahrnehmbarer Rest an Farbe, zurück, der den maximal erreichbaren Kontrast begrenzt.
In der WO 2011/057739 wird ein Verfahren offenbart, das ein Zurückbleiben eines derartigen Tonungsfilms vermeiden soll. Bei dem Verfahren wird auf die Oberfläche des Mikrostrukturträgers eine Schutzschicht aufgetragen, die den mit Mikrovertiefungen ausgestatteten Oberflächenbereich nicht abdeckt, dann eine Farbe aufgetragen, die sowohl die Mikrovertiefungen füllt als auch eine Schicht auf der Schutzschicht bildet, und schließlich die Schutzschicht zusammen mit der unerwünschten Farbschicht entfernt. Diese Variante des Verfahrens entfernt jedoch nicht die unerwünschte Farbe auf den Erhebungen zwischen den einzelnen Mikrovertiefungen.
Für den Fall, dass zur Erzielung eines möglichst optimalen Kontrasts auch der Tonungsfilm auf den Erhebungen zwischen den einzelnen Mikrovertiefungen entfernt werden soll, schlägt die WO 2011/057739 eine vielschrittige Vorgehensweise vor. Zunächst müssen die Mikrovertiefungen mit einer Trennschicht gefüllt werden, dann wird vollflächig eine Schutzschicht aufgetragen, die Schutzschicht zusammen mit der Trennschicht in den Mikrovertiefungen entfernt, schließlich eine Farbschicht aufgetragen, die Farbschicht in den unerwünschten Bereichen soweit wie möglich abgerakelt, und abschließend die Schutzschicht zusammen mit den unerwünschten Bereichen der Farbschicht entfernt.
Ein einfaches Verfahren zur Erzeugung farbiger Mikrostrukturen, bei denen sich Farbe ausschließlich in den Vertiefungen der Prägestruktur befindet, während alle Bereiche außerhalb der Vertiefungen frei von Farbe sind, ist bisher nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und ein einfaches zuverlässiges Verfahren zur Erzeugung kontrastreicher farbiger Mikrostrukturen, die für mikrooptische Darstellungsanordnungen geeignet sind, bereitzustellen. Zur Erzielung des hohen Kontrasts soll Farbe ausschließlich im Bereich der Mikrostrukturelemente, d. h. im Bereich der Prägevertiefungen, vorhanden sein, während ein Tonungsfilm in allen anderen Bereichen vermieden wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur auf einem Träger mit den Merkmalen, wie sie im Anspruch 1 angegeben sind. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Mikrostrukturträger, eine mikrooptische Darstellungsanordnung, sowie Gegenstände mit dem Mikrostrukturträger bzw. der mikrooptischen Darstellungsanordnung, jeweils mit den Merkmalen, wie sie in den übrigen unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur auf einem Träger wird zunächst in an sich bekannter Weise eine Prägestruktur mit Erhebungen und Vertiefungen mindestens in einem Teilbereich einer Trägerfolie ausgebildet, wobei die Vertiefungen in Form der Mikrostruktur angeordnet sind, und dann werden die Vertiefungen mit einer Zusammensetzung in der gewünschten Farbe gefüllt. Dabei kann vorgegangen werden wie beispielsweise in den Druckschriften WO 2009/121578 und WO 2009/083146 offenbart. Bei dem in letzterer Druckschrift offenbarten Verfahren werden die Vertiefungen typischerweise nicht vollständig gefüllt, und auf den Erhebungen der Mikrostruktur liegt nur ein dünner Tonungsfilm vor, während bei dem Verfahren gemäß WO 2009/121578 die Vertiefungen vollständig gefüllt werden und auf den Erhebungen eine relativ dicke Farbschicht vorliegt, die noch entfernt werden muss. Typischerweise wird der Farbüberschuss abgerakelt, wobei nach dem Abrakeln noch ein Tonungsfilm zurückbleibt. Tonungsfilme sind durch mechanische Mittel wie Abrakeln nicht oder zumindest nicht vollständig entfernbar.
Der Begriff ”Farbe” ist im weitesten Sinne zu verstehen. Auch Weiß, Schwarz und Grau sind Farben im Sinne der vorliegenden Erfindung. Farbige Zusammensetzungen können auch transparent bzw. transluzent sein. Wesentlich ist, dass die Materialien für einen Betrachter visuell unterscheidbar sind.
Als Träger wird vorzugsweise eine transparente Kunststofffolie verwendet, insbesondere eine PET-Folie, wobei Schichtdicken zwischen etwa 6 μm und 60 μm bevorzugt sind. Die Mikrostrukturen werden bevorzugt mit einer Strukturtiefe zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm, besonders bevorzugt zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm, ausgebildet. Die Mikromotivelemente werden vorzugsweise mit einer lateralen Abmessung zwischen etwa 5 μm und etwa 50 μm, besonders bevorzugt zwischen etwa 10 μm und etwa 35 μm, erzeugt.
Zum Füllen der Mikrostrukturen, d. h. der Vertiefungen der Mikrostruktur, um die farbigen Mikromotivelemente auszubilden, werden radikalisch oder kationisch strahlenhärtbare Zusammensetzungen in der gewünschten Farbe verwendet. Die Erfindung macht sich die Tatsache zu Nutze, dass die radikalische Polymerisation durch Sauerstoff gehemmt wird, und die kationische Polymerisation durch Feuchtigkeit, das heißt durch dampfförmiges bzw. gasförmiges Wasser, gehemmt wird. Es ist seit langem bekannt, dass radikalisch strahlenhärtbare Zusammensetzungen wie UV-Lacke und UV-härtbare Druckfarben unter Inertgas gehärtet werden sollten, um vorzeitige Kettenabbrüche durch Bildung von Peroxidradikalen zu vermeiden. Analog sollte bei der kationischen Polymerisation die Bestrahlungszone sehr trocken gehalten werden, beispielsweise durch Spülung mit einem getrockneten Gas.
Das Problem bei Verfahren des Stands der Technik besteht in der Erzeugung eines unvermeidbaren Tonungsfilms, der den maximal erzielbaren Kontrast bei farbigen Mikrostrukturen in unerwünschter Weise verringert. Die Erfindung löst das Problem durch Ausbilden der farbigen Mikrostrukturen mittels radikalisch strahlenhärtbarer farbiger Zusammensetzungen oder kationische strahlenhärtbarer farbiger Zusammensetzungen und gezielter Ausnutzung der Hemmung der Polymerisationsreaktionen durch Sauerstoff bzw. Feuchtigkeit.
Wie vorstehend mehrfach erwähnt, liegt nach dem Füllen der geprägten Mikrostrukturvertiefungen mit einer farbigen Zusammensetzung, gegebenenfalls nach Abrakeln von Überschüssen der Zusammensetzung, ein Trägermaterial vor, das auf den gegenüber den Vertiefungen erhabenen Oberflächenbereichen einen unerwünschten Tonungsfilm aufweist. Dieser Tonungsfilm hat eine sehr geringe Schichtdicke im Vergleich zur Schichtdicke der farbigen Zusammensetzungen in den Mikrovertiefungen. Zum Vergleich: typische Schichtdicken der farbigen Zusammensetzungen in den Mikrovertiefungen sind etwa 1 μm bis etwa 20 μm (etwa entsprechend der maximalen Strukturtiefe der Vertiefungen), während der Tonungsfilm eine Dicke von etwa 0,1 μm aufweist. Sauerstoff diffundiert über die Oberfläche in die Beschichtung hinein, wobei die Diffusionsgeschwindigkeit natürlich im Bereich der Mikrovertiefungen und im Bereich außerhalb der Mikrovertiefungen dieselbe ist. Zu einem Zeitpunkt, zu dem sich bereits Sauerstoff in der gesamten Schichtdicke des Tonungsfilms befindet, befindet sich in den Mikrovertiefungen der Sauerstoff nur in einer entsprechenden Schichtdicke der Zusammensetzung, d. h. nur in einem dünnen Oberflächenbereich.
Wird die Zusammensetzung nun mit Strahlung einer geeigneten Wellenlänge bestrahlt, so ist die Härtung in den Bereichen mit hohem Sauerstoffgehalt gehemmt, d. h. die Härtung erfolgt langsam. Bei geeigneter Abstimmung von Strahlungsintensität und Zeitdauer gibt es für jedes strahlenhärtbare System einen Zeitraum, in dem zwar bereits der oberflächenferne Teil der strahlenhärtbaren Zusammensetzung in den Mikrovertiefungen gehärtet ist, der oberflächennahe Teil von der Schichtdicke des Tonungsfilms, und natürlich der gesamte Tonungsfilm, kaum gehärtet ist. In diesem Zeitraum kann die ungehärtete Zusammensetzung noch von dem Trägermaterial bzw. in den Bereichen der Mikrovertiefungen von dem gehärteten Teil der Zusammensetzung abgelöst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt inline durchgeführt, d. h. die Härtung erfolgt unmittelbar nach dem Füllen der Mikrovertiefungen, und gegebenenfalls Abrakeln der Überschüsse der strahlenhärtbaren Zusammensetzung. Bei einer sehr langen Zeitdauer zwischen dem Auftragen der strahlenhärtbaren Zusammensetzung und ihrer Härtung kann Sauerstoff (bzw. Feuchtigkeit bei kationisch härtenden Systemen) zu weit in die Tiefe der Zusammensetzung in den Mikrovertiefungen eindringen. Sollte eine Zwischenlagerung vor der Härtung gewünscht oder erforderlich sein, ist es daher empfehlenswert, unter Sauerstoffausschluss bzw. Feuchtigkeitsausschluss zwischenzulagern. Ansonsten ist jedoch der Zeitfaktor zwischen Auftragen der strahlenhärtbaren Zusammensetzung und ihrer Härtung wegen des beträchtlichen Dickenunterschieds zwischen Tonungsfilm und Dicke der Zusammensetzung in den Mikrovertiefungen unkritisch.
Das vorstehend für Sauerstoff und radikalisch härtende Zusammensetzungen Ausgeführte gilt natürlich völlig analog für Feuchtigkeit und kationisch härtende Zusammensetzungen.
In der Regel ist es für die erfindungsgemäß gewünschte Hemmung der Härtung ausreichend, die Härtung in normaler Umgebungsluft durchzuführen. Zur Verstärkung des Effekts kann natürlich auch der Sauerstoffgehalt der Luft bzw. der Feuchtigkeitsgehalt der Luft gezielt erhöht werden, um ein schnelleres und stärkeres Durchdringen des Tonungsfilms mit Sauerstoff bzw. Wasser zu erreichen. Dies kann insbesondere bei sehr hochviskosen Systemen, in denen die Diffusionsgeschwindigkeit langsam ist, vorteilhaft sein. Die für eine erfindungsgemäß gehemmte Härtung vorteilhaften Verfahrensbedingungen, wie Dauer und Intensität der Bestrahlung, und gegebenenfalls Verstärkung der Inhibierung durch Erhöhung des Sauerstoff- bzw. Feuchtegehalts, sind von der gewählten strahlungshärtbaren Zusammensetzung abhängig. Vorteilhafte Bedingungen können von einem Fachmann für jedes System mit Hilfe weniger orientierender Versuche ermittelt werden.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten strahlenhärtbaren Zusammensetzungen sind nicht in bestimmter Weise eingeschränkt. Geeignet sind grundsätzlich alle pigmentierbaren Zusammensetzungen, die radikalisch oder kationisch durch Strahlung wie beispielsweise UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, Elektronenstrahlung oder auch IR-Strahlung gehärtet werden können. Die Zusammensetzungen sollten im ungehärteten Zustand oder nur schwach vernetztem Zustand in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel zumindest in gewissem Umfang löslich sein, im weitgehend vernetzten Zustand aber in diesem Lösungsmittel nicht mehr löslich sein. Entsprechende Lacke und Druckfarben sind einem Fachmann bekannt. Besonders bevorzugt für die vorliegende Erfindung sind radikalisch härtende UV-Lacke, d. h. UV-Lacke mit Sauerstoffinhibierung.
Geeignet sind beispielsweise UV-Flexodruckfarben aus der Reihe UVAFLEX Y (Zeller + Gmelin) sowie Zusammensetzungen aus 40 Gew.-% Ebecryl 294/25 HD (Cytec), 38 Gew.-% HDDA (= Hexandioldiacrylat), 15 Gew.-% Rad-Color L3 Process Cyan (Kromachem), 7-Gew.-% Lucirin TPO-L (BASF). Zweckmäßig enthalten derartige Zusammensetzungen keine Aminsynergisten, die typischerweise gegen Sauerstoffinhibierung eingesetzt werden.
Bei der Bestrahlung mit UV-Strahlung ist die Wahl des Strahlers mit Vorteil auf den Lack bzw. die Druckfarbe und den eingesetzten Photoinitiator abgestimmt. Während sich undatierte Hg-Strahler gut für die Oberflächenhärtung eignen, sind dotierte Strahler (z. B. Fe-Dotierung oder Ga-Dotierung) besser für die Durchhärtung bzw. die Härtung im oberflächenfernen Teil in den Mikrovertiefungen und damit besser für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet.
Zur Entfernung des unerwünschten Tonungsfilms, d. h. der nicht oder nur geringfügig gehärteten strahlenhärtbaren Zusammensetzung, stehen erfindungsgemäß mehrere Möglichkeiten zur Verfügung:
Eine Möglichkeit besteht darin, eine Substanz aufzubringen, die den Tonungsfilm löst oder zumindest anlöst, und den gelösten Tonungsfilm bzw. den gelösten Teil des Tonungsfilms dann gemeinsam mit der Ablösesubstanz mittels mechanischer Mittel wie Abrakeln oder Abwischen zu entfernen. Je nach Art der strahlenhärtbaren Zusammensetzung kann eine derartige Ablösesubstanz beispielsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel oder ein Gemisch organischer Lösungsmittel oder auch ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem organischen Lösungsmittel sein. Die Ablösesubstanz kann übliche Hilfsstoffe, beispielsweise Tenside, Entschäumer, Entlüfter oder Verdicker enthalten. Geeignet sind auch kommerzielle Reinigungsmittel.
Die Ablösesubstanz kann beispielsweise aufgedruckt oder aufgesprüht oder in einer sonstigen geeigneten Weise aufgetragen werden. Vorteilhafterweise lässt man sie kurze Zeit einwirken, beispielsweise etwa 0,2 Sekunden bis etwa 10 Sekunden. Wenn durch einmaliges Auftragen und wieder Entfernen der Ablösesubstanz nicht der gesamte Tonungsfilm entfernt werden konnte, wird der Schritt des Auftragens und Entfernen der Ablösesubstanz einmal oder erforderlichenfalls auch mehrmals wiederholt. Wenn eine Ablösesubstanz mit Hilfsstoffen, beispielsweise ein kommerzielles Reinigungsmittel, verwendet wurde, ist es empfehlenswert, vor der Weiterverarbeitung mit einem Lösungsmittel und/oder Wasser nachzuwaschen.
Weitere geeignete Ablösesubstanzen sind Lacke auf Lösungsmittelbasis, die physikalisch trocknen (das heißt durch Verdunsten des Lösungsmittels trocknen), oder unter den Verfahrensbedingungen nur sehr langsam vernetzen. Derartige Lacke können wie die oben genannten Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische aufgetragen und nach einer geeigneten Einwirkzeit mit dem gelösten Tonungsfilm oder dem gelösten Teil des Tonungsfilms wieder abgerakelt oder abgewischt werden. Die Behandlung kann wiederholt werden.
Eine besonders geeignete Lackformulierung ist eine Zweikomponenten-Polyurethan-Lackformulierung, die bevorzugt mit Nitrocellulose verdickt ist. Um bei einem niedrigen Festkörperanteil eine relativ hohe Viskosität zu erzielen, sind hochmolekulare Typen bevorzugt. Außerdem sind für eine gute Reinigungswirkung und einen starken Angriff auf den wenig gehärteten Tonungsfilm und zur Vermeidung von Nebenreaktionen der Isocyanate esterlösliche Typen bevorzugt.
Das Lösungsmittel der Ablöse-Lackformulierung sollte bevorzugt vor allem aus Mittelsiedern und gegebenenfalls Hochsiedern bestehen (beispielsweise Methylethylketon (MEK), Methylisobutylketon (MIBK), Propylacetat, Butylacetat, Methoxypropylacetat), damit zum Zeitpunkt des Abrakelns oder Abwischen der Ablöse-Lackformulierung noch ausreichend Lösungsmittel vorhanden ist, um ein gutes Entfernen der Lackformulierung zu garantieren. Sehr tief siedende Lösungsmittel verdunsten rasch, so dass die Ablösesubstanz schon nach kurzer Zeit nicht mehr ausreichend fluid ist, um noch mittels mechanischer Mittel entfernt werden zu können. Lösungsmittelfreie Lacke sind bevorzugt.
Bevorzugte Materialien sowohl für das Prägestrukturmaterial als auch für die farbige Zusammensetzung zum Füllen der Mikrovertiefungen sind UV-Lacke. Deshalb sind aus Gründen der guten Kompatibilität mit dem Lack der Prägestruktur und dem farbigen Lack zur Auffüllung der Mikrovertiefungen auch als Ablösesubstanz UV-Lacke bevorzugt. Die Lacke können lösungsmittelhaltig oder lösungsmittelfrei sein. Lösungsmittelfreie Lacke sind insofern bevorzugt, als sich ihre Zusammensetzung auch bei einer längeren Einwirkzeit nicht ändert. In Ermangelung eines Lösungsmittels kann auch kein Lösungsmittel verdunsten. UV-Lacke werden insbesondere dann als Ablösesubstanz verwendet, wenn der gesamte Tonungsfilm in einem Schritt entfernt werden soll, oder, bei einem mehrschrittigen Entfernungsprozess, im letzten Schritt.
Die Ablösesubstanzen sind bevorzugt farblos, um die Gefahr einer eventuellen unerwünschten Einschleppung zusätzlicher Farbe auszuschließen.
Nach dem einstufigen oder mehrstufigen ”Abwaschen” des Tonungsfilms wird der nun tonungsfilmfreie Mikrostrukturträger, je nach verwendetem System, durch Entfernen der Lösungsmittel oder durch Strahlenhärtung getrocknet.
Zusätzlich oder alternativ zum ”Abwaschen” des Tonungsfilms kann auch ein Verfahren zum ”Abziehen” des Tonungsfilms eingesetzt werden. Für ein Abzieh-Verfahren geeignet sind beispielsweise Klarlacke und Kaschierklebstoffe. Die Klarlacke oder Kaschierklebstoffe müssen ein Lösungsmittel oder mehrere Lösungsmittel enthalten, die in der Lage sind, den Tonungsfilm anzulösen. Nach einer geeigneten Einwirkzeit wird eine Folie aufkaschiert und der Verbund aus Klarlack und Folie bzw. aus Kaschierkleber und Folie zusammen mit dem gelösten Teil des Tonungsfilms abgezogen. Der Vorgang kann so oft wie nötig wiederholt werden. Natürlich muss darauf geachtet werden, einen Klarlack bzw. Kaschierkleber zu verwenden, der nicht zu gut auf dem Mikrostrukturträger und auf dem bereits ausgehärteten Teil der farbigen Zusammensetzungen in den Mikrovertiefungen haftet, um ein einwandfreies Abziehen zu gewährleisten.
Wenn der verwendete Klarlack bei der Trocknung einen ausreichend stabilen Film bildet, kann er gegebenenfalls auch ohne aufkaschierte Folie abgezogen werden. Ist das Aufkaschieren einer stützenden Folie erforderlich, kann ein zusätzlicher Kaschierklebstoff zur besseren Verbindung zwischen Klarlack und Folie verwendet werden. Die Ablösung von dem Mikrostrukturträger kann beispielsweise durch Trennwicklung erfolgen.
Natürlich ist es auch möglich, unterschiedliche Verfahren zur Entfernung des Tonungsfilms zu kombinieren, beispielsweise zuerst einen Teil des Tonungsfilms mit einem kommerziellen Reinigungsmittel abzuwaschen und anschließend den verbleibenden Rest des Tonungsfilms mit Hilfe eines Klarlacks abzuziehen.
Bei den oben genannten Ablöseverfahren wird natürlich nicht nur der Tonungsfilm entfernt, sondern auch ein Teil der farbigen Zusammensetzung in den Mikrovertiefungen, nämlich ein Oberflächenbereich, der in etwa der Schichtdicke des Tonungsfilms entspricht. Aufgrund des beträchtlichen Dickenunterschieds zwischen Tonungsfilm und Mikrostrukturelementen ist dies jedoch ohne wesentliche Auswirkung auf das Erscheinungsbild der Mikrostrukturelemente. Nach dem Entfernen des Tonungsfilms ist es bevorzugt, eine Nachhärtung der Mikrostrukturelemente, d. h. der farbigen Zusammensetzung in den Mikrovertiefungen, vorzunehmen.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Mikrostrukturträger ist von Mikrostrukturträgern des Stands der Technik ohne weiteres durch das Fehlen eines Tonungsfilms unterscheidbar. Er kann nur eine Mikrostruktur oder auch mehrere verschiedene Mikrostrukturen aufweisen, und in mikrostrukturfreien Oberflächenbereichen gegebenenfalls weitere Prägestrukturen, beispielsweise Hologrammstrukturen, enthalten.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Mikrostrukturträger können mit einer mikrooptischen Betrachtungseinrichtung zu einer mikrooptischen Darstellungsanordnung kombiniert werden. Der Mikrostrukturträger bildet dann die Mikromotivschicht der mikrooptischen Darstellungsanordnung. Mikrooptische Darstellungsanordnungen sind insbesondere mikrooptische Vergrößerungsanordnungen wie Moiré-Vergrößerungsanordnungen, Vergrößerungsanordnungen vom Moiré-Typ und Modulo-Vergrößerungsanordnungen, wie sie in den Druckschriften DE 10 2005 062 132 , WO 2007/076952 , DE 10 2007 029 203 , WO 2009/000529 , WO 2005/000527 und WO 2009/000528 beschrieben sind, deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Alle diese mikrooptischen Vergrößerungsanordnungen enthalten ein Motivbild mit Mikrostrukturen, das bei Betrachtung mit einem geeignet abgestimmten Betrachtungsraster ein vorgegebenes Sollbild rekonstruiert. Wie in den oben genannten Druckschriften genauer erläutert, lassen sich dabei eine Vielzahl visuell attraktiver Vergrößerungs- und Bewegungseffekte erzeugen, die zu einem hohen Wiedererkennungswert und einer hohen Fälschungssicherheit von damit ausgestatteten Sicherheitselementen und Wertdokumenten führen. Als Betrachtungseinrichtungen dienen beispielsweise Anordnungen von sphärischen oder asphärischen Mikrolinsen, von Mikrohohlspiegeln, oder Loch- oder Schlitzmasken. Die erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger können allgemein die zu betrachtenden Mikromotive in beliebigen mikrooptischen Darstellungsanordnungen bereitstellen.
Die Herstellung einer mikrooptischen Darstellungsanordnung ist beispielsweise beschrieben in der Druckschrift WO 2009/121578 , deren diesbezüglicher Offengehalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird. Natürlich sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere, einem Fachmann grundsätzlich bekannte Herstellungsweisen möglich. Beispielsweise müssen nicht notwendigerweise Mikrostrukturträger und mikrooptische Betrachtungseinrichtung separat hergestellt werden, sondern der Mikrostrukturträger kann auch in die mikrooptische Betrachtungseinrichtung integriert sein. Beispielsweise kann ein Trägermaterial an einer Oberfläche eingeprägte Mikrolinsen aufweisen, während an der entgegengesetzten Oberfläche der erfindungsgemäße Mikrostrukturträger ausgebildet wird.
Ferner kann der erfindungsgemäße Mikrostrukturträger auch beidseitig mit mikrooptischen Betrachtungseinrichtungen kombiniert werden, oder es können in einer mikrooptischen Darstellungsanordnung mehrere Mikrostrukturträger in mehreren Ebenen angeordnet werden.
Die erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger bzw. mikrooptischen Darstellungsanordnungen sind insbesondere vorteilhaft zur Herstellung von Sicherheitselementen wie Sicherheitsfäden, Sicherheitsstreifen, oder Transferelementen. Derartige Sicherheitselemente können weitere Funktionsschichten aufweisen, also Schichten, die irgendwelche Eigenschaften aufweisen, die visuell oder maschinell nachgewiesen werden können.
Die erfindungsgemäßen Sicherheitselemente können zur Echtheitssicherung von Waren beliebiger Art verwendet werden. Bevorzugt werden sie zur Echtheitssicherung von Wertdokumenten eingesetzt, beispielsweise bei Banknoten, Schecks oder Ausweiskarten. Dabei können sie auf einer Oberfläche des Wertdokuments angeordnet werden oder teilweise in das Wertdokument eingebettet werden. Mit besonderem Vorteil werden sie bei Wertdokumenten mit Loch zur Lochabdeckung benutzt. In einem solchen Fall kann das Sicherheitselement von beiden Seiten betrachtet werden, wobei gegebenenfalls unterschiedliche Motive zu erkennen sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren noch weiter veranschaulicht. Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu und nicht proportionsgetreu sind. Außerdem sind jeweils nur die zum Verständnis des geschilderten Verfahrens wesentlichen Merkmale bzw. Schichten dargestellt. Es versteht sich, dass zusätzliche Merkmale bzw. Schichten vorhanden sein können. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche oder entsprechende Elemente. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Banknote mit Sicherheitselementen in Form eines Fenstersicherheitsfadens und eines aufgeklebten Transferelements,
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mikrooptischen Darstellungsanordnung,
3 ein beispielhaftes Herstellungsverfahren einer mikrooptischen Darstellungsanordnung, schematisch dargestellt anhand von Schnitten durch eine mikrooptische Betrachtungseinrichtung und einen Mikrostrukturträger, wobei
3c einen erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger zeigt, und
3d einen Mikrostrukturträger gemäß 3c vor Entfernung des Tonungsfilms zeigt,
4a eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Entfernung des Tonungsfilms bei einem erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger,
4b eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrens zur Entfernung des Tonungsfilms bei einem erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger,
5a, b eine schematische Darstellung eines weiteren alternativen Verfahrens zur Entfernung des Tonungsfilms bei einem erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger,
6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikrostrukturträgers im Schnitt, und
7 eine schematische Darstellung eines Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Mikrostrukturträgers unter Verwendung eines zu dem Verfahren in 3 alternativen Mikrostrukturfüllungsverfahrens.
Es wird betont, dass die folgenden Ausführungen lediglich beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen sind.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Banknote 7, die mit zwei Sicherheitselementen 8 und 9 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Das Sicherheitselement 8 ist ein Sicherheitsfaden, der in bestimmten Fensterbereichen 8' an der Oberfläche der Banknote 7 hervortritt, während er in den dazwischen liegenden Bereichen im Inneren der Banknote eingebettet ist. Das Sicherheitselement 9 ist ein aufgeklebtes Transferelement beliebiger Form. Es kann sich alternativ auch um ein Sicherheitselement in Form einer Abdeckfolie handeln, die in oder über einem Fensterbereich oder einer durchgehenden Öffnung der Banknote angeordnet ist. Die Sicherheitselemente 8 und 9 können jeweils mikrooptische Darstellungsanordnungen mit einem erfindungsgemäß hergestellten Mikrostrukturträger enthalten. Derartige mikrooptische Darstellungsanordnungen können insbesondere als Moiré-Vergrößerungsanordnung, als mikrooptische Vergrößerungsanordnung vom Moiré-Typ oder als Modulo-Vergrößerungsanordnung ausgebildet sein.
2 zeigt schematisch den Aufbau einer mikrooptischen Darstellungsanordnung 6, beispielsweise für die Sicherheitselemente 8 oder 9 in 1. Dargestellt sind hier wie auch in allen übrigen Figuren nur die für die Erläuterung des Funktionsprinzips erforderlichen Teile des Aufbaus. Die mikrooptische Darstellungsanordnung 6 besitzt einen Mikrolinsenträger 5 in Form einer transparenten Kunststofffolie, beispielsweise einer etwa 20 μm dicken Polyethylenterephthalat(PET)-Folie. Eine Hauptfläche des Mikrolinsenträgers 5 ist mit einer rasterförmigen Anordnung von Mikrolinsen 51 versehen, die ein zweidimensionales Bravais-Gitter mit einer vorgewählten Symmetrie bilden. Das Bravais-Gitter kann beispielsweise eine hexagonale Gittersymmetrie aufweisen, bevorzugt ist wegen der höheren Fälschungssicherheit jedoch eine niedrigere Symmetrie und damit eine allgemeinere Form, insbesondere die Symmetrie eines Parallelogramm-Gitters.
Der Abstand benachbarter Mikrolinsen 51 ist vorzugsweise so gering wie möglich, um eine möglichst hohe Flächendeckung und damit eine kontrastreiche Darstellung zu gewährleisten. Die sphärisch oder asphärisch ausgestalteten Mikrolinsen 51 weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 5 μm und 50 μm, und insbesondere einen Durchmesser zwischen nur 10 μm und 35 μm auf, und sind daher mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Natürlich kann die mikrooptische Darstellungsanordnung 6 auch andere mikrooptische Betrachtungselemente als Mikrolinsen aufweisen.
Auf der Unterseite des transparenten Mikrolinsenträgers 5 befindet sich eine Motivschicht, die eine ebenfalls rasterförmige Anordnung von identischen Mikromotivelementen 11 enthält. Auch die Anordnung der Mikromotivelemente bzw. Mikrostrukturelemente 11 bildet ein zweidimensionales Bravais-Gitter mit einer vorgewählten Symmetrie, beispielsweise mit hexagonaler Gittersymmetrie oder der Symmetrie eines Parallelogramm-Gitters. Die Mikromotivschicht 3 wird von einem erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger gebildet, wobei der Mikrostrukturträger und der Mikrolinsenträger identisch sein können, d. h. die Trägerfolie 5 kann an einer Oberfläche mit Mikrolinsen 51 und an der anderen Oberfläche mit Mikrostrukturelementen 11 ausgestattet sein. Die Mikrostrukturelemente 11 bilden gemeinsam die Mikrostruktur 1.
Wie in 2 durch den leichten Versatz der Mikromotivelemente bzw. Mikrostrukturelemente 11 gegenüber den Mikrolinsen 51 angedeutet ist, unterscheidet sich das Bravais-Gitter der Mikrostrukturelemente 11 in seiner Ausrichtung und/oder in der Größe seiner Gitterparameter geringfügig von dem Bravais-Gitter der Mikrolinsen 51, um den gewünschten Moiré-Vergrößerungseffekt zu erzeugen. Die Gitterperiode und der Durchmesser der Mikrostrukturelemente 11 liegen dabei in derselben Größenordnung wie die der Mikrolinsen 51, also im Bereich von 1 μm bis 50 μm, insbesondere im Bereich von 10 μm bis 35 μm, so dass auch die Mikrostrukturelemente 11 mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind.
Die optische Dicke des Trägermaterials 5 und die Brennweite der Mikrolinsen 51 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich die Mikrostrukturelemente 11 etwa im Abstand der Linsenbrennweite befinden, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Bei Betrachtung von oben durch die Mikrolinsen 51 hindurch sieht ein Betrachter jeweils einen etwas anderen Teilbereich der Mikrostrukturelemente 11, so dass die Vielzahl der Mikrolinsen 51 insgesamt ein vergrößertes Bild der Mikrostrukturelemente 11 erzeugt. Die sich ergebende Moiré-Vergrößerung hängt dabei von dem relativen Unterschied der Gitterparameter der verwendeten Bravais-Gitter ab. Für eine ausführlichere Darstellung der Funktionsweise und für vorteilhafte Anordnungen der Motivraster und der Mikrolinsenraster (oder anderer Mikrobetrachtungselemente) wird auf die Druckschriften DE 10 2005 062 132 und WO 2007/076952 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung aufgenommen wird.
Die vorstehenden Ausführungen sollen jedoch nicht so verstanden werden, dass die erfindungsgemäß hergestellten Mikrostrukturträger in irgendeiner Weise auf die Anwendung in Moiré-Vergrößerungsanordnungen beschränkt sind. Die erfindungsgemäß hergestellten Mikrostrukturträger sind vielmehr generell für mikrooptische Darstellungsanordnungen anwendbar, und mit besonderem Vorteil insbesondere auch auf Modulo-Mapping-Vergrößerungsanordnungen, wie sie in den Anmeldungen WO 2009/000528 und WO 2009/000527 beschrieben sind.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Herstellungsverfahren für eine mikrooptische Darstellungsanordnung, schematisch dargestellt anhand von Schnitten durch eine mikrooptische Betrachtungseinrichtung und einen Mikrostrukturträger, wobei 3c einen erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger zeigt, und 3d einen Mikrostrukturträger im Zustand vor der Entfernung des Tonungsfilms zeigt.
Wie aus 3a ersichtlich, wird zunächst ein Mikrolinsenträger 5 hergestellt, indem eine Mikrolinsenträgerfolie 52 an einer ersten Hauptfläche 53 in einem Teilbereich 55 mit einem Prägelack beschichtet wird, in den Mikrolinsen 51 eingeprägt werden. Alternativ können die Mikrolinsen 51 auch unmittelbar in die Hauptfläche 53 der Mikrolinsenträgerfolie 52 eingeprägt werden. In den Teilbereichen 56, 57 der ersten Hauptfläche 53 befinden sich keine Mikrolinsen. Hier können jedoch andere Prägestrukturen vorgesehen werden, beispielsweise eine Hologrammprägung.
3b zeigt einen Vorläufer 2 eines erfindungsgemäßen Mikrostrukturträgers 3. Der Träger 2 besteht aus einer Mikrostruktur-Trägerfolie 21, auf die ein Mikrostruktur-Prägelack 22 aufgetragen ist, und weist eine erste Hauptfläche 23 und eine zweite Hauptfläche 24 auf. In die erste Hauptfläche 23 ist in einem Teilbereich 27 eine Mikrostruktur eingeprägt, die aus Vertiefungen 26 und Erhebungen 25 besteht. Die Teilbereiche 28, 29 weisen in dem Ausführungsbeispiel keine Mikrostruktur auf, können jedoch eine andere Prägung aufweisen, beispielsweise eine Hologrammprägung.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Mikrostrukturträgers 3 wird auf die erste Hauptfläche 23 des Trägers 2 eine farbige strahlenhärtbare Zusammensetzung 12 aufgetragen, beispielsweise ein radikalisch härtender UV-Lack. Die Zusammensetzung 12 füllt die Vertiefungen 26 der Mikrostruktur, und ein etwa vorhandener Überschuss an strahlenhärtbarer Zusammensetzung 12 bedeckt die Hauptfläche 23 des Trägers 2 und wird vor der Weiterverarbeitung entfernt, beispielsweise mit Hilfe einer Tiefdruckrakel. Anschließend wird die strahlenhärtbare Zusammensetzung in den Mikrovertiefungen 26 durch Bestrahlung mit einer geeigneten Wellenlänge gehärtet, wobei ein Mikrostrukturträger 3 erhalten werden sollte, wie er in 3c gezeigt ist. Der Mikrostrukturträger 3 weist in einem Teilbereich 37 eine Mikrostruktur mit Mikrostrukturelementen 11 aus strahlengehärteter farbiger Zusammensetzung 12 auf, während die Teilbereiche 38, 39 keine Mikrostruktur enthalten. In den Teilbereichen 38, 39 sowie auf den Erhebungen 25 befindet sich, wie aus 3c ersichtlich ist, auch keine strahlenhärtbare Zusammensetzung 12, d. h. die erste Hauptfläche 23 des Mikrostrukturträgers 3 ist völlig frei von strahlenhärtbarer Zusammensetzung 12.
Dieser angestrebte und in 3c dargestellte Zustand ist jedoch durch die oben angegebene Verfahrensweise nicht erreichbar. Die oben angegebene Verfahrensweise, d. h. Füllen der Mikrovertiefungen 26 durch Auftragen einer Zusammensetzung 12 und Abrakeln des Überschusses, führt vielmehr zu einem Mikrostrukturträger 4, wie er in 3d dargestellt ist. Es ist nämlich nicht möglich, den Überschuss an farbiger strahlenhärtbarer Zusammensetzung 12, der sich auf der Hauptfläche 23 befindet, mittels mechanischer Mittel wie Abrakeln oder Abwischen vollständig zu entfernen. Vielmehr verbleibt in der Praxis auf der gesamten Oberfläche ein sehr dünner Film 40, ein sogenannter Tonungsfilm, der den erzielbaren Kontrast einer mikrooptischen Darstellung verringert. Der Tonungsfilm 40 ist in 3d stark überhöht dargestellt. Die Dicke d1 des Tonungsfilms 40 macht nur etwa 1/20 bis etwa 1/10 der Dicke d3 der Farbfüllung 12 in den Mikrovertiefungen 26 aus, d. h. die Gesamtschichtdicke d2 unterscheidet sich kaum von der Dicke d3. Dennoch ist der Tonungsfilm 40 sowohl in dem Teilbereich 47 mit Mikrostruktur als auch in den Teilbereichen 48, 49 ohne Mikrostruktur von einem Betrachter als störend wahrnehmbar.
Derartige Tonungsfilme konnten mit bisher verwendeten Verfahren nicht entfernt werden und mussten hingenommen werden. Erfindungsgemäß wurde jedoch herausgefunden, dass derartige Tonungsfilme durchaus entfernbar sind, und zwar unter Ausnutzung zweier Gegebenheiten: einerseits dem großen Dickenunterschied zwischen Tonungsschicht und Farbfüllung der Mikrostrukturen, und andererseits der Sauerstoffinhibierung radikalischer Polymerisationen bzw. der Feuchtigkeitsinhibierung kationischer Polymerisationen. Erfindungsgemäß wird daher als Farbfüllung der Mikrostrukturen entweder eine farbige, radikalisch strahlenhärtbare Zusammensetzung oder eine farbige, kationisch strahlenhärtbare Zusammensetzung verwendet, und die Strahlenhärtung in Gegenwart von Sauerstoff bzw. in Gegenwart von Feuchtigkeit (Wasser) durchgeführt. Der Sauerstoffgehalt der Luft bzw. die Luftfeuchtigkeit sind üblicherweise ausreichend für eine zufriedenstellende Inhibierung. Erforderlichenfalls kann zusätzlicher Sauerstoff bzw. zusätzliches gasförmiges Wasser während der Strahlenhärtung zugeführt werden.
Sauerstoffmoleküle und Wassermoleküle dringen durch die Oberfläche 41 in die strahlenhärtbare Zusammensetzung 12 ein, wobei in der Zusammensetzung 12 ein Konzentrationsgradient an Sauerstoffmolekülen bzw. Wassermolekülen entsteht. Die Bereiche der Zusammensetzung 12, die sich nahe an der Oberfläche 41 befinden, weisen sehr schnell einen hohen Gehalt an Sauerstoffmolekülen bzw Wassermolekülen auf, während der Gehalt an Sauerstoffmolekülen bzw. Wassermolekülen in den oberflächenferneren Bereichen nur langsam ansteigt. Aufgrund der extrem geringe Schichtdicke d1 des Tonungsfilms 40 kann praktisch der gesamte Tonungsfilm 40 als ”oberflächennah” bezeichnet werden, während die übrigen Bereiche der Zusammensetzung 12, d. h. die Bereiche der Dicke d3 in den Vertiefungen 26 oberflächenferner sind.
Wenn Sauerstoff (oder Feuchtigkeit) von der Oberfläche 41 her in die Zusammensetzung 12 hineindiffundiert, wie in 3d durch die Pfeile angedeutet, gibt es einen Zeitpunkt, an dem die diffundierenden Moleküle die Schichtdicke d1 durchdrungen haben, aber noch kaum in den Bereich d3 eindiffundiert sind. Zu diesem Zeitpunkt wird erfindungsgemäß die Strahlenhärtung durchgeführt (in 3d angedeutet durch die Bestrahlungspfeile h × ν). Wenn ein strahlungsdurchlässiges Trägermaterial verwendet wird, ist es dabei unerheblich, ob von der Hauptfläche 23 her oder von der Hauptfläche 24 her bestrahlt wird. In dem Bereich der Schichtdicke d1 ist die Strahlenhärtung gehemmt und verläuft langsam, während sie im Bereich der Schichtdicke d3 wesentlich schneller verläuft. Daher ist, wenn die Strahlenhärtung im Bereich d3 bereits im Wesentlichen abgeschlossen ist, der Bereich d1 noch kaum gehärtet, weshalb die Zusammensetzung 12 im Bereich d1 noch abgelöst werden kann. Erfindungsgemäß wird dieser Bereich der Zusammensetzung 12 entfernt, wie im Zusammenhang mit den 4, 5 und 6 beschrieben werden wird.
Nach der Entfernung des Tonungsfilms 40 wird der erhaltene erfindungsgemäße Mikrostrukturträger 3 mit einem Mikrolinsenträger 5 zu einem Sicherheitselement 8 kombiniert, wie es in den 3e bis 3g dargestellt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Mikrostrukturträger 3 und der Mikrolinsenträger 5 mit Hilfe eines Kaschierklebstoffs 15 an ihren Hauptflächen 23 bzw. 54 dergestalt miteinander verklebt, dass die Linsen 51 eine mikrooptische Betrachtungseinrichtung für die Mikrostrukturelemente 11 bilden, wie in 3f dargestellt. Die Mikrostruktur-Trägerfolie 21 kann abschließend von dem Mikrostruktur-Prägelack 22 abgezogen werden oder alternativ auch auf dem Folienverbund verbleiben.
Bei dem in 3g dargestellten Sicherheitselement 8 ist die Mikrostrukturträgerfolie 21 abgezogen. Das Sicherheitselement 8 weist in dem Teilbereich 61 eine mikrooptische Darstellungsanordnung 6 mit dem erfindungsgemäß hergestellten Mikrostrukturträger auf. Die Teilbereiche 62, 63 ohne mikrooptische Darstellungsanordnung 6 können mit weiteren Sicherheitsmerkmalen ausgestattet werden.
Die 4 und 5 zeigen beispielhafte Varianten zur erfindungsgemäßen Entfernung des Tonungsfilms 40 von einem Mikrostrukturträger 4, um einen erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger 3 zu erhalten, wie er in 6 dargestellt ist. In den 4 und 5 ist jeweils der Zustand nach Bestrahlung der farbigen strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12 dargestellt, also der Zustand, in dem die strahlenhärtbare Zusammensetzung 12 im Dickenbereich d3 bereits im Wesentlichen gehärtet ist, im Dickenbereich d1 aber noch im Wesentlichen ungehärtet ist.
Auf die Oberfläche 41 wird nun, wie in 4a dargestellt, eine Ablösesubstanz 42 aufgetragen und auf die darunter liegende Zusammensetzung 12 einwirken gelassen, um den Bereich der Schichtdicke d1 in der Ablösesubstanz 42 zu lösen oder zumindest den obersten Bereich anzulösen. Bei der Ablösesubstanz 42 handelt es sich um eine Substanz, in der die Zusammensetzung 12 im noch im Wesentlichen ungehärteten Zustand zumindest in einem gewissen Umfang löslich ist, und bevorzugt gut löslich ist. Die Art der Ablösesubstanz 42 hängt daher, in diesem Ausführungsbeispiel sowie selbstverständlich auch generell, von der gewählten strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12 ab, ebenso wie die Einwirkungszeit auf den Tonungsfilm 40.
Geeignete Ablösesubstanzen 42 sind beispielsweise Wasser, organische Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, kommerzielle Reinigungsmittel, Lacke auf Lösungsmittelbasis sowie lösungsmittelfreie Lacke. Nach der Einwirkzeit wird die aufgetragene Ablösesubstanz 42 zusammen mit der gelösten Substanz 12 mittels mechanischer Mittel entfernt, beispielsweise durch Abrakeln mit einer Tiefdruckrakel oder durch Abwischen. Wenn der Tonungsfilm 40 dabei nicht vollständig entfernt werden konnte, also die Zusammensetzung 12 nicht im Bereich der gesamten Schichtdicke d1 gelöst werden konnte, wird der Vorgang wiederholt, und erforderlichenfalls mehrmals wiederholt, bis der gesamte Tonungsfilm 40 entfernt ist. Natürlich ist es bevorzugt, den Tonungsfilm 40 in einem Ablöseschritt zu entfernen.
Auch beim mechanischen Entfernen der Ablösesubstanz 42 bleibt ein gewisser minimaler Rest auf dem Mikrostrukturträger 4 zurück, der mechanisch nicht entfernt werden kann. Da jedoch ein großer Überschuss an Ablösesubstanz 42 verwendet wird und der größte Teil davon mechanisch entfernt werden kann, ist der Anteil an strahlenhärtbarer Zusammensetzung 12, die möglicherweise zusammen mit Resten der Ablösesubstanz 42 auf dem Mikrostrukturträger 3 verbleibt, äußerst gering und nicht mehr störend. Beispielsweise kann das (Nass-)Auftragsgewicht der mit einem Tiefdruckwerk aufgetragenen Ablösesubstanz 42 bei etwa 4 g/m² bis etwa 20 g/m² liegen, während der (ungehärtete oder kaum gehärtete) Tonungsfilm 40 ein Flächengewicht in der Größenordnung von etwa 0,1 g/m² aufweist. Natürlich sollte die Ablösesubstanz 42 selbst farblos sein, um nicht durch die Ablösesubstanz selbst eine störende Kontrastverringerung herbeizuführen.
4b zeigt eine alternative Verfahrensvariante, bei der ein Klarlack, beispielsweise ein UV-Lack, der lösungsmittelhaltig oder lösungsmittelfrei sein kann, als Ablösesubstanz 42 verwendet wird. Der Klarlack löst den noch nicht oder kaum vernetzten Oberflächenbereich der Zusammensetzung 12 an, bevorzugt einen Bereich der Schichtdicke d1. Nach dem Trocknen des Klarlacks kann der gelöste Anteil der strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12 zusammen mit dem Klarlackfilm 42 abgezogen werden, sofern der Klarlack einen ausreichend stabilen Film bildet. In dem Ausführungsbeispiel wird die strahlenhärtbare Zusammensetzung im gesamten ungehärteten Bereich der Dicke d1 abgezogen, so dass die Schritte des Auftragen der Ablösesubstanz, des Anlösen der farbigen Zusammensetzung und des Abziehens nicht wiederholt werden müssen.
Man erhält den erfindungsgemäßen Mikrostrukturträger 3, wie er in 6 dargestellt ist. In dem Ausführungsbeispiel besteht der Mikrostrukturträger 3 aus der Mikrostrukturträgerfolie 21, dem Mikrostrukturprägelack 22 und mit strahlengehärteter farbiger Zusammensetzung 12 gefüllten Vertiefungen in dem Mikrostrukturprägelack 22. Die gefüllten Mikrovertiefungen bilden nun Mikrostrukturelemente 11 in der Farbe der strahlengehärteten Zusammensetzung, wobei die Mikrostrukturelemente 11 zusammengenommen die Mikrostruktur 1 darstellen. Wie aus 6 ersichtlich ist, weist der erfindungsgemäße Mikrostrukturträger 3 keinen Tonungsfilm 40 auf.
Eine weitere erfindungsgemäße Verfahrensvariante zur Entfernung des Tonungsfilms 40 ist in 5 dargestellt. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Ablösesubstanz 42 ein Kaschierklebstoff verwendet, der die strahlenhärtbare Zusammensetzung 12 im ungehärteten oder kaum gehärteten Zustand anlösen kann. Nach dem Lösen des Tonungsfilms 40 oder zumindest eines Teils des Tonungsfilms 40 in dem Kaschierklebstoff 42 wird auf den Kaschierklebstoff eine Trägerfolie 43 aufkaschiert, und dann wie in 5b dargestellt der Tonungsfilm 40 zusammen mit dem Kaschierklebstoff 42 und der Trägerfolie 43 abgezogen, beispielsweise durch Trennwicklung. In dem Ausführungsbeispiel kann der gesamte Tonungsfilm auf einmal abgezogen werden. Wie aus 5b ersichtlich ist, ist die Oberfläche 23 des Mikrostrukturträgers 3 frei von einem Tonungsfilm, auch im Bereich der Erhebungen 25 der Mikrostruktur. Auch hier gilt jedoch, dass, falls beim ersten Auftragen der Ablösesubstanz 42 nur ein Teil des Tonungsfilms 40 gelöst und abgezogen werden kann, der Vorgang des Entfernen bevorzugt so lange wiederholt wird, bis der gesamte Tonungsfilm entfernt ist.
Bei der Ablösesubstanz 42 in 5 kann es sich auch um einen Klarlack wie in 4b handeln, der jedoch keinen ausreichend stabilen Film bildet, um unversehrt abgezogen werden zu können. Dann ist ein Aufkaschieren einer stutzenden Folie 43 erforderlich, wobei zwischen Ablösesubstanz 42 und Folie 43 ein zusätzlicher Kaschierkleber vorgesehen werden kann.
Bei einem Entfernen des Tonungsfilms 40 in mehreren Schritten können in den einzelnen Schritten auch verschiedene Ablösesubstanzen 42 verwendet werden. Dies kann insbesondere dann angezeigt sein, wenn auch verschiedene strahlenhärtbare Zusammensetzungen 12 verwendet werden. Ein solcher Fall tritt insbesondere dann auf, wenn die Mikrovertiefungen 26 unterschiedlich gefärbt werden sollen. In jedem Fall wird jedoch ein erfindungsgemäßer Mikrostrukturträger 3 erhalten, wie er schematisch in 6 dargestellt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entfernen eines Tonungsfilms ist auch dann anwendbar, wenn die Mikrovertiefungen der Mikrostruktur nur teilweise mit einer farbigen strahlenhärtbaren Zusammensetzung gefüllt sind, beispielsweise, wenn zur Herstellung der Mikrostruktur eine niedrigviskose farbige Zusammensetzung verwendet wird, wie es prinzipiell in der WO 2009/083146 offenbart ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird natürlich eine niedrigviskose radikalisch strahlenhärtbare oder kationisch strahlenhärtbare Zusammensetzung verwendet. Dieser Fall ist schematisch in 7 dargestellt. Dabei entspricht der Träger 2' von 7a dem Träger 2 von 3b, der Mikrostrukturträger 4' von 7c dem Mikrostrukturträger 4 von 3d, der Mikrostrukturträger 4' von 7d dem Mikrostrukturträger 4 von 4a, und 7b zeigt den angestrebten Mikrostrukturträger 3', der dem Mikrostrukturträger 3 von 3c bzw. 6 entspricht. In 7 werden die bisher verwendeten Bezugsziffern als ”gestrichene” Bezugsziffern weiter verwendet, wobei einander entsprechende Elemente mit den entsprechenden ”gestrichenen” Bezugsziffern bezeichnet werden (beispielsweise Mikrostrukturträger 3' anstelle von Mikrostrukturträger 3).
Bei dem analogen Verfahren wird die eingeprägte Mikrostruktur eines Trägers 2' (7a) mit einer farbigen strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12' gefüllt, wobei ein Mikrostrukturträger 4' erhalten wird, dessen Mikrovertiefungen 26' zu einem wesentlichen Teil mit der strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12' gefüllt sind (7c). Die farbige strahlenhärtbare Zusammensetzung 12' befindet sich im Ausführungsbeispiel jedoch nicht nur in den Mikrovertiefungen 26', sondern auch auf den Erhebungen 25' und den übrigen erhabenen Oberflächenbereichen der Prägelackschicht 22'. Dieser Tonungsfilm 40' weist wiederum eine sehr geringe Dicke im Vergleich zur Dicke der farbigen strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12' in den Vertiefungen 26' auf. Es muss sich dabei nicht notwendigerweise um einen zusammenhängenden Film handeln. Bei Bestrahlung der strahlenhärtbaren Zusammensetzung in Anwesenheit von Sauerstoff (radikalisch härtende strahlenhärtbare Zusammensetzung) oder Feuchtigkeit (kationisch härtbare strahlenhärtende Zusammensetzung) werden wiederum die oberflächennahen Bereiche der farbigen strahlenhärtbaren Zusammensetzung 12' wegen des durch die Oberfläche 41' eindiffundierten Sauerstoffs bzw. Wassers nur langsam gehärtet.
Wird auf die oberflächlich im Wesentlichen ungehärtete strahlenhärtbare Zusammensetzung 12 eine Ablösesubstanz 42 aufgetragen (7d), so können die oberflächennahen Bereiche, d. h. im Wesentlichen der Tonungsfilm 40', entfernt werden wie es im Zusammenhang mit den 4 und 5 beschrieben wurde. Man erhält dann den Mikrostrukturträger 3, der die farbige strahlengehärtete Zusammensetzung 12' lediglich in den Vertiefungen der Mikrostruktur enthält (7b).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/083146 [0009, 0016, 0085]
WO 2009/121578 [0010, 0016, 0016, 0043]
WO 2011/057739 [0011, 0012]
DE 102005062132 [0042, 0064]
WO 2007/076952 [0042, 0064]
DE 102007029203 [0042]
WO 2009/000529 [0042]
WO 2005/000527 [0042]
WO 2009/000528 [0042, 0065]
WO 2009/000527 [0065]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”The moiré magnifier”, M. C. Hutley, R. Hunt, R. F. Stevens und P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133–142 [0004]

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur auf einem Träger, aufweisend (a) Ausbilden einer Prägestruktur mit Erhebungen und Vertiefungen mindestens in einem Teilbereich einer ersten Hauptfläche einer Trägerfolie, wobei die Vertiefungen in Form der Mikrostruktur angeordnet sind, (b) Beschichten der ersten Hauptfläche mindestens in dem Teilbereich mit der Prägestruktur mit einer farbigen, radikalisch oder kationisch strahlenhärtbaren Zusammensetzung, so dass eine farbige Beschichtung entsteht, die in den Vertiefungen eine größere Schichtdicke aufweist, als in den nicht vertieften Bereichen, (c) wenn erforderlich, Verringern der Schichtdicke der strahlenhärtbaren Zusammensetzung durch mechanische Mittel, wobei die strahlenhärtbare Zusammensetzung in den nicht vertieften Bereichen bis auf einen mechanisch nicht entfernbaren Tonungsfilm entfernt wird, (d) Bestrahlen der strahlenhärtbaren Zusammensetzung mit Strahlung einer geeigneten Wellenlänge in Gegenwart von Sauerstoff oder Feuchtigkeit für eine Zeitdauer, die nicht ausreichend ist, um den Sauerstoff oder Feuchtigkeit ausgesetzten Tonungsfilm zu härten, aber ausreichend ist, um zumindest den größten Teil der strahlenhärtbaren Zusammensetzung in den Vertiefungen zu härten, (e) Entfernen des Tonungsfilms durch (e1) Beschichten der Trägerfolie mindestens in dem mit der strahlenhärtbaren Zusammensetzung beschichteten Bereich mit einer Ablösesubstanz, in der die strahlenhärtbare Zusammensetzung vor ihrer Härtung löslich ist, (e2) Ablösen des Tonungsfilms oder eines Teils des Tonungsfilms gemeinsam mit der Ablösesubstanz, und (e3) erforderlichenfalls wiederholen der Schritte (e1) und (e2) mit der gleichen oder einer anderen Ablösesubstanz bis zur vollständigen Entfernung des Tonungsfilms.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt (e1) als Ablösesubstanz ein organisches Lösungsmittel oder ein Gemisch organischer Lösungsmittel oder Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem organischen Lösungsmittel verwendet wird, das optional übliche Hilfsstoffe wie Tenside und/oder Entschäumer und/oder Entlüfter und/oder Verdicker enthalten kann, und – in Schritt (e2) der Tonungsfilm oder der gelöste Teil des Tonungsfilms gemeinsam mit der Ablösesubstanz durch mechanische Mittel abgelöst wird, wobei – wenn die Ablösesubstanz Hilfsstoffe enthält, die Schritte (e1) und (e2) bevorzugt mit einer Ablösesubstanz ohne Hilfsstoffe wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt (e1) als Ablösesubstanz ein Lack auf Lösungsmittelbasis verwendet wird, und – in Schritt (e2) der Tonungsfilm oder der gelöste Teil des Tonungsfilms gemeinsam mit dem Lack auf Lösungsmittelbasis durch mechanische Mittel abgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt (e1) als Ablösesubstanz ein lösungsmittelshaltiger oder lösungsmittelfreier UV-Lack verwendet wird, und – in Schritt (e2) der Tonungsfilm oder der gelöste Teil des Tonungsfilms gemeinsam mit dem UV-Lack durch mechanische Mittel abgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt (e1) als Ablösesubstanz ein physikalisch trocknender Klarlack auf Lösungsmittelbasis verwendet wird, und – in Schritt (e2) der Tonungsfilm oder ein Teil des Tonungsfilms nach dem Trocknen des Klarlacks gemeinsam mit dem Klarlackfilm abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in Schritt (e1) als Ablösesubstanz ein Kaschierklebstoff verwendet wird, – auf den Kaschierklebstoff eine Folie aufkaschiert wird, und – in Schritt (e2) der Tonungsfilm oder ein Teil des Tonungsfilms gemeinsam mit dem Kaschierklebstoff und der Folie abgezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – als farbige strahlenhärtbare Zusammensetzung ein radikalisch härtender UV-Lack verwendet wird und zur Härtung mit UV-Licht in Gegenwart von Sauerstoff bestrahlt wird, oder – als farbige strahlenhärtbare Zusammensetzung ein kationisch härtender UV-Lack verwendet wird und zur Härtung mit UV-Licht in Gegenwart von Feuchtigkeit bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (d) der Gehalt an Sauerstoff oder an gasförmigem Wasser der umgebenden Atmosphäre erhöht wird, um die Inhibierung der Härtung der strahlenhärtbaren Zusammensetzung gezielt zu verstärken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen des Tonungsfilms der gebildete Mikrostrukturträger durch Entfernen von Restlösungsmittel getrocknet oder durch Bestrahlung nachgehärtet wird.
Mikrostrukturträger aufweisend eine Trägerfolie mit Erhebungen und Vertiefungen mindestens in einem Teilbereich einer ersten Hauptfläche der Trägerfolie, wobei die Vertiefungen in Form einer Mikrostruktur angeordnet sind und eine farbige strahlengehärtete Zusammensetzung enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostruktur nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 erhältlich ist.
Mikrostrukturträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrostrukturträger außer der Mikrostruktur mindestens eine weitere Prägestruktur aufweist, die optional ebenfalls eine Mikrostruktur bildet.
Mikrooptische Darstellungsanordnung zur Darstellung eines Motivs, das von einer Mehrzahl von Mikromotivelementen gebildet wird, aufweisend – einen Träger mit einer Mikrostruktur in Form von in den Träger eingeprägten Vertiefungen, die eine farbige strahlengehärtete Zusammensetzung enthalten und die Mikromotivelemente bilden, und – eine mikrooptische Betrachtungseinrichtung für das Motiv, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit der Mikrostruktur ein nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhältlicher Mikrostrukturträger oder ein Mikrostrukturträger nach Anspruch 10 oder 11 ist.
Mikrooptische Darstellungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrooptische Darstellungsanordnung eine Moiré-Vergrößerungsanordnung, eine Vergrößerungsanordnung vom Moiré-Typ oder eine Modulo-Vergrößerungsanordnung ist.
Gegenstand aufweisend einen Mikrostrukturträger nach Anspruch 10 oder 11 oder einen nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 erhältlichen Mikrostrukturträger und/oder eine mikrooptische Darstellungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13.
Gegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand ein Sicherheitselement oder ein Datenträger ist.