AT501990B1 - Markierter körper aus transparentem material - Google Patents

Description

2 AT 501 990 B1

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Körper aus transparentem Material.

Es kann aus verschiedenen Gründen gewünscht sein, derartige Körper mit Markierungen zu versehen, welche zumindest unter gewissen Umständen und unter Zuhilfenahme geeigneter 5 Geräte erkennbar sein sollen. Beispielsweise können die Markierungen den Zweck haben, eine bestimmte Herkunft des Körpers anzuzeigen. In diesem Zusammenhang werden derartige Markierungen auch als Fälschungsschutz bezeichnet. Die Markierungen können jedoch auch einen künstlerischen Zweck haben, indem sie beispielsweise in Form von ansprechenden Grafiken ausgebildet sind. 10

Bisher wurden derartige Markierungen meist durch Laserablation oder durch mechanische oder chemische Einwirkung auf das transparente Material erzeugt. Solche Markierungen haben den Nachteil, dass sie ständig sichtbar sind und somit das Erscheinungsbild des Körpers beeinflussen. Des Weiteren war es bisher schwierig, mehrfärbige Markierungen zu erzeugen. Um die 15 Markierungen mehrfärbig auszubilden, mussten für jede einzelne Farbe unterschiedliche chemische Verbindungen in die Markierung eingebracht werden. Zur Erzeugung des mehrfärbigen Eindrucks mussten dann Beleuchtungsquellen, welche elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, verwendet werden, wobei jede Wellenlänge einer der verwendeten chemischen Verbindungen angepasst sein musste. 20

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Körper aus transparentem Material mit einer Markierung zu schaffen, welche einerseits das optische Erscheinungsbild des Körpers nur unter bestimmten Bedingungen beeinflusst und zusätzlich auf einfache Weise räumlich und farblich hoch aufgelöst realisierbar ist. 25

Diese Aufgabe wird durch einen Körper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Körper, welche im sichtbaren Spektralbereich transparent sind und in einer Matrix eingebettete Nanopartikel aufweisen, gehen zwar bereits aus den Entgegenhaltungen US 2003/0054160 A1 30 und WO 2003/079414 A2 hervor. Diese Nanopartikel werden jedoch nicht als Markierung eingesetzt.

Bei Nanopartikel handelt es sich um nanoskalige Partikel (d. h. ihre Abmessungen liegen im Nanometerbereich). Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung wird unter der Be-35 Zeichnung Nanopartikel ein Partikel verstanden, das auf Grund seiner Abmessungen im Wesentlichen keine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich streut. Damit die Streuung von elektromagnetischer Strahlung vernachlässigbar ist, sollten die Abmessungen des Partikels geringer als etwa 1/10, vorzugsweise geringer als 1/20 der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung sein. In Bezug auf die kürzeste Wellenlänge im sichtbaren Spektral-40 bereich (blau) von etwa 400 nm ergibt sich somit eine Obergrenze für den Durchmesser von etwa 40 nm, vorzugsweise etwa 20 nm.

Im Extremfall besitzen diese Nanopartikel Dimensionierungen von nur einigen atomaren Durchmessern und bestehen somit lediglich aus einigen 10 bis 1000 Atomen oder Molekülen. Die 45 Verwendung von Nanopartikel ist für die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe aus verschiedenen Gründen von großer Bedeutung:

Einerseits streuen Nanopartikel aufgrund ihrer geringen Größe kein Licht im sichtbaren Spektralbereich. 50

Andererseits können die Nanopartikel derart ausgebildet werden, dass sie bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge im nicht-sichtbaren Spektralbereich liegt, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittieren. Beispielsweise können die Nanopartikel derart ausgebildet sein, dass sie höherenergetische elektromagnetische Strah-55 lung, wie beispielsweise ultraviolette Strahlung (UV), in niederenergetische elektromagnetische 3 AT 501 990 B1

Strahlung im sichtbaren Spektralbereich, also Licht, umwandeln. Mit anderen Worten kann eine Fotoanregung mittels nicht-sichtbarer elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im nahen UV-Bereich oder im lnfrafrot-(IR)-Bereich, erfolgen. Ebenso wäre eine Anregung durch eine Kombination aus UV- und IR-Strahlung möglich. 5

Bei Verwendung bestimmter Nanopartikel (zum Beispiel solcher aus Halbleitermaterialien, welche auch unter der Bezeichnung Halbleiter-Quantum-Dots bekannt sind) bewirkt die geringe Dimensionierung, dass Quanteneffekte eine Rolle spielen, welche eine geringe Emissionsbandbreite der emittierten Strahlung bewirken. Dies führt zu einer hohen Farbsättigung des io emittierten Lichts.

Des Weiteren kann die starke räumliche Einschränkung auch eine Erhöhung der Energie-Umwandlungs-Effizienz (Quanten-Effizienz) zur Folge haben. 15 An sich wird die Transparenz der Nanopartikel bei Tageslicht, also ohne zusätzlicher Fotoanregung, lediglich durch eine geringfügige Restabsorption von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Spektralbereich beeinträchtigt (Grundfärbung). Der UV-Anteil bei indirekter Tageslicht-Beleuchtung ist allerdings vergleichsweise gering. Diese Restabsorption kann dadurch minimiert werden, dass Nanopartikel gewählt werden, deren Absorptionsmaxima im nicht-20 sichtbaren Spektralbereich, vorzugsweise im ultravioletten Bereich liegen. Zusätzlich oder alternativ kann mit Hilfe der Stokesverschiebung der Energieabstand zwischen dem Maximum der Absorption und dem Maximum der Emission im Lumineszenzspektrum für den gleichen elektronischen Übergang vergrößert werden. Da die Stokesverschiebung bei Nanopartikel über jener von makroskopischen Partikel liegen kann, können die Restabsorption im sichtbaren 25 Spektralbereich und damit die Grundfärbung weiter stark reduziert oder gänzlich eliminiert werden.

Es existieren aber auch Nanopartikel, bei denen Absorption und Emission entkoppelt voneinander stattfinden und so spektral weit voneinander entfernt sind (zum Beispiel FRET). 30

Ein weiterer Vorteil von Nanopartikel stellt die Durchstimmbarkeit der emittierten Wellenlänge durch Veränderung der Partikelgröße dar. Zum Beispiel kann über die Partikelgröße, dem Aspektverhältnis oder die Partikeloberfläche bei gleichem Nanopartikelmaterial, also bei gleichen chemischen Voraussetzungen ein großer Wellenlängenbereich des emittierten Lichts (und somit 35 der damit verbundene Farbeindruck) erzeugt werden, und dies bei Verwendung von nur einer Anregungswellenlänge. Weiters kann die Wellenlänge des emittierten Lichts durch die Geometrie der nur wenige Atome oder Moleküle aufweisenden Nanopartikel gesteuert werden.

Es kann also bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass eine 40 erste Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im nicht-sichtbaren Spektralbereich sichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Spektralfarbe emittieren und dass eine zweite Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie bei Beleuchtung mit derselben nicht-sichtbaren elektromagnetischen Strahlung sichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten 45 Spektralfarbe emittieren, die verschieden von der ersten Spektralfarbe ist.

Da ein sehr großer Teil des Farbspektrums über eine additiv gewichtete Kombination von zumindest drei Farben realisiert werden kann (zum Beispiel RGB-Modell), sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass eine erste Gruppe von Nanopartikel derart so ausgebildet ist, dass sie rotes Licht emittieren kann, eine zweite Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie grünes Licht emittieren kann und eine dritte Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie blaues Licht emittieren kann.

Vorzugsweise kann bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, die Nanopartikel in 55 eine Matrix einzubetten, wobei der resultierende Brechungsindex der Matrix (natürlich im 4 AT 501 990 B1 optischen Spektralbereich) im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex des transparenten Materials ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine einfache Aufbringung der Nanopartikel (bzw. der mit Nanopartikel dotierten Matrix) ohne Beeinträchtigung der optischen Güte des transparenten Körpers. Als Matrixmaterial können beispielsweise aushärtbare Harze verwendet werden. Mit Nanopartikel dotierte Matrizen sind bereits kommerziell erhältlich. Eine Bezugsquelle stellt beispielsweise die Firm Evident Technologies, USA (http://www.evidenttech.com) dar. Zur Reduzierung der eingangs beschriebenen Grundfärbung kann vorgesehen sein, die optische Dichte der dotierten Matrix in geeigneter Weise, zum Beispiel über die Dotierung oder die Schichtdicke, zu reduzieren.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die Markierung wenigstens ein im transparenten Material ausgebildetes Mikroloch umfasst, in dem sich Nanopartikel befinden. Durch eine genügend kleine Ausbildung des Durchmessers des Mikrolochs kann der Lichtstreuquerschnitt des Mikrolochs verringert werden. Weiters kann der Lichtstreuquerschnitt durch die Vermeidung von Kanten, also durch die Ausbildung runder Mikrolöcher, weiter verringert werden. Die Viskosität der mit den Nanopartikel versehenen Matrix kann auf die gewählte Dimensionierung der Mikrolöcher und die Materialparameter des transparenten Mediums abgestellt werden, um eine benetzende Füllung der Löcher mit der dotierten Matrix sicherzustellen. Ein besonderer Vorteil der Herstellung der Markierung mittels Mikrolöcher liegt darin, dass auf besonders einfache Weise Markierungen auf nichtplanen (also gekrümmten) Oberflächen realisierbar sind. Obwohl erfindungsgemäße Markierungen auch durch andere Herstellungsverfahren (zum Beispiel Lithografie oder Imprint-Technologie) auf gekrümmten Oberflächen realisierbar sind, ist dies bei solchen Herstellungsverfahren mit einem weit größeren Aufwand verbunden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Durchmesser zwischen 5010-6 m und 510-6 m liegt. Dies würde bei einem angenommenen Betrachterabstand von etwa 0,2 m einer Winkelgröße von 1 Bogenminute entsprechen und somit unter der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges liegen.

Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass eine Markierung eine Vielzahl von annähernd regelmäßig angeordneten Mikrolöchern umfasst. In diesem Fall kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Mikrolöcher zur Vermeidung von Beugungseffekten mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind.

Die Mikrolöcher können ganz allgemein durch verschiedene Verfahren nach dem Stand der Technik erzeugt werden. Denkbar wäre es beispielsweise, die Mikrolöcher in das transparente Material des Körpers einzustempeln (Nano- bzw. Mikro-Imprint-Technologie) wie es heute schon bei der Herstellung von CDs angewandt wird. Ebenso wäre eine Erzeugung durch Foto-strukturierung, z. B. durch Trockenätzen möglich. Ein anderes geeignetes Verfahren stellt die Erzeugung der Mikrolöcher durch Laserbeschuss (zum Beispiel Laser-Ablation) des transparenten Materials des Körpers dar.

Um Mikrolöcher im Inneren des transparenten Materials des Körpers zu erzeugen, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Körper wenigstens zwei Schichten aus transparentem Material umfasst, die aufeinander angeordnet - vorzugsweise miteinander transparent verklebt -sind. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass sie auf einfache Weise eine räumlich kodierte Farbinformation ermöglicht. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste der wenigstens zwei Schichten Nanopartikel aufweist, die eine erste Spektralfarbe emittieren können, und dass die zweite der wenigstens zwei Schichten Nanopartikel aufweist, die eine zweite Spektralfarbe emittieren können. Die beispielsweise im RGB-Modell benötigte Farbaddition kann erzielt werden, indem die unterschiedlich farbigen Nanopartikel der wenigstens zwei Schichten entlang der Flächennormalen der Schichten betrachtet im Wesentlichen übereinander angeordnet werden. 5 AT 501 990 B1

Ein vergleichbares Verfahren, bei dem über die Anzahl (das Volumen) der Farbpigmente der Grauwert eines Farbanteils definiert wird, stellt das Continuous-Tone-Verfahren dar. Obwohl dieses Verfahren schon seit vielen Jahrzehnten angewandt wird, kann es bis heute für anspruchsvolle ßildwiedergaben von den modernen Half-Tone-Verfahren (wie sie zum Beispiel bei 5 Tintenstrahldruckem zum Einsatz kommen) nicht ersetzt werden.

Natürlich könnte unabhängig von der Ausbildung des Körpers aus einzelnen Schichten auch bei einem monolithischen Körper eine Farbkodierung durch Anordnung verschiedenfarbig emittierender Nanopartikel in denselben oder benachbarten Mikrolöchern verwirklicht werden. 10

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierung aus einzelnen Pixel aufgebaut ist, wobei jedes Pixel wenigstens ein Mikroloch aufweist. Dies ermöglicht einen systematischen Aufbau der Markierung(en). In diesem Fall kann natürlich vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Pixel wenigstens zwei Mikrolöcher um-15 fasst, wobei in einem ersten der wenigstens zwei Mikrolöcher Nanopartikel angeordnet sind, die eine erste Spektralfarbe emittieren können, und in einem zweiten der wenigstens zwei Mikrolöcher Nanopartikel angeordnet sind, die eine von der ersten Spektralfarbe verschiedene zweite Spektralfarbe emittieren können. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Pixel zur Vermeidung von Beugungseffekten mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet 20 sind.

Bei dem Körper aus transparentem Material kann es sich beispielsweise um einen Körper aus Glas oder Kunststoff handeln. 25 Im Folgenden wird beschrieben, wie eine mehrfärbige Markierung eines Glaskörpers erzeugt werden kann. Es ist für den Fachmann jedoch unmittelbar einsichtig, dass die im Folgenden beschriebene Technik nicht auf Glaskörper beschränkt ist, sondern auch bei anderen Körpern aus transparentem Material, wie beispielsweise Kunststoff, zum Einsatz kommen kann. 30 Ein sehr großer Teil des Farbspektrums kann über additiv gewichtete Kombination von zumindest drei Farben realisiert werden (zum Beispiel RGB-Modell). Dabei kann über die Gewichtung auf die spektrale Helligkeitsempfindung für Tag- und Nachtsehen Rücksicht genommen werden. Eine Möglichkeit besteht nun darin, je eine Farbinformation auf eine Glashälfte zu kodieren. Die dritte Farbinformation wird in einer Zwischenschicht untergebracht. Dies kann z. B. eine weitere 35 dünne Glasplatte sein. Die Information kann sich jedoch auch in einer mit Nanopartikel dotierten Matrixschicht mit einer Dicke von einigen Mikrometern (pm) befinden. Diese wird z. B. über ein Sprühverfahren aufgebracht, die räumliche Kodierung kann z. B. über eine Maske erfolgen.

Prinzipiell können diese Farbschichten auch mit den bekannten Herstellungsverfahren, wie 40 Tintenstrahldrucker, Siebdruck, Lithografie etc. realisiert werden.

Ein besonders vorteilhaftes Verfahren wird jedoch nachstehend beschrieben. Dieses Verfahren bietet eine Möglichkeit für die Erzeugung einer transparenten, hochaufgelösten flächigen Struktur, welche bevorzugt eben ist, jedoch auch gekrümmt sein kann und welche unter nicht-45 sichtbarer Anregung farbecht emittiert. Der Körper umfasst zumindest zwei Schichten aus transparentem Material. Die wenigstens zwei Schichten aus transparentem Material können beispielsweise mit transparentem UV-Kleber verbunden werden, wobei der Brechungsindex des UV-Klebers an jenen des transparenten Materials des Körpers angepasst ist. Dies bewirkt, dass auch eine eventuell verbleibende geringe Lichtstreuung an den Rändern der dotierten Matrix-50 schicht verschwindet.

Die hohe Ortsauflösung wird hier mittels Mikrolöcher erzielt. Jedes Mikroloch hat einen Durchmesser, der unter der Auflösungsgrenze des Auges (unter 50 x 1CT6 m bei 200 mm Abstand bzw. 1 Bogenminute) liegt. Die Mikrolöcher werden mit einer mit Nanopartikel dotierten Matrix 55 gefüllt. Dabei kann beispielsweise eine Ebene einer der drei RGB-Farben entsprechen. Die 6 AT 501 990 B1 jeweilige Gewichtung an einem Ort wird durch das Volumen des Mikrolochs bestimmt. Dabei kann in 2 Dimensionen kodiert werden, nämlich über die Fläche und über die Tiefe des Mikrolochs. Es sollte allerdings eine Mindesttiefe eingehalten werden, die zum Beispiel von der Welligkeit des Glases abhängt. Die maximale Tiefe hängt unter anderem von der optischen Dichte der dotierten Matrix ab (für eine optisch dichte Matrix kann eine Tiefe von etwa einer Wellenlänge ausreichend sein). Bei der Codierung kann das logarithmische Helligkeitsempfinden des Auges berücksichtigt werden. Für Fotoqualität wäre ein Dynamikbereich von zumindest 100 notwendig, für Dia-Qualität etwa 1000 (J.D. Foley et al. Grundlagen der Computergraphik, Kapitel 11: Achromatisches und farbiges Licht. 1. Auflage. Addison-Wesley, 1994). Die minimale Intensitätsabstufung sollte 64 Stufen (6-Bit) nicht unterschreiten, bei 512 Stufen (9-Bit) liegt der Dynamikbereich zwischen Foto und Dia.

Mit Zugabe einer weiteren dünnen Glasplatte kann z. B. auf der RGB- oder vier Farben (z. B. zusätzlicher Kanal für Farben außerhalb des Farbdreiecks, oder für höheren CRI-Wert) mit gleich bleibender Auflösung erweitert werden.

Ungewünschte Reabsorption des emittierten sichtbaren Lichts einer Farbschicht durch eine andere könnte durch eine geeignete Wahl der Farbschicht-Folge verhindert werden. Das heißt, vom Betrachter aus gesehen folgt zuerst die kurzwelligste Farbschicht, gefolgt von der zweitkurzwelligsten Farbschicht und so weiter. Im RGB-Modell würde dies die folgende Abfolge bedeuten: Zuerst die blau emittierende Farbschicht, gefolgt von der grün emittierenden Farbschicht und zuletzt die rot emittierende Farbschicht.

Vorzugsweise wird von beiden Seiten (mit einer oder mittels mehrerer Anregungsquellen, zum Beispiel UV-LED-Chip(s)), direkt oder indirekt (über Reflexion, Totalreflexion, Brechung etc.) angeregt.

Bei optisch dichten Schichten und geringer Anregungsintensität kann die eventuelle Störabsorption auch rechnerisch berücksichtigt werden.

Wird eine Schicht über ein Sprühverfahren aufgebracht (Maske, Siebdruckverfahren etc.), kann die Gewichtung bzw. die Helligkeit mittels Rasterung, zum Beispiel auch unter Berücksichtigung der Error Diffusion (siehe Floyd und Steinberg, An adaptive algorithm for spatial grey scale, in: Society for Information Display 1975, Symposia Digest of Technical Papers 1975, Seite 36) vorgegeben werden. Bei Verwendung von nur einer Maske mit z. B. 10 x 10 Löchern (d = 5 x 10-6 m) ergibt sich eine Dynamikbereich gleich 100 wobei der Wert für den Dynamikbereich in etwa Photoqualität entspricht, die Intensitätsstufen jedoch schon vom Auge wahrgenommen werden können.

Bei dieser Maskentechnik kann die Farbqualität weiter durch Verwendung mehrerer maskenbestimmter Farbanlagen erhöht werden.

Eine andere Methode, eine räumlich kodierte Farbinformation aufzubringen, ist Lithographie. Die Nanopartikel befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel in einer UV-aushärtbaren Matrix. Die wenige Mikrometer dünne Schicht aus den mit Nanopartikel dotierten Matrix wird durch eine Maske abgedeckt. Nur jene Schichtbereiche werden ausgehärtet, die in der Maske UV-durchlässig sind. Das überschüssige Matrixmaterial kann vorsichtig entfernt werden. Diese Methode eignet sich besonders für großflächige Markierungen mit geringerer Anforderung an die farblich-räumliche Kodierung. Beispielsweise können auf diese Art einfärbige Schriften, Muster oder transparente Segment-Anzeigen auf oder in einem transparenten Medium <z. B. Glas) erzeugt werden.

Denkbar wäre auch eine Vorstrukturierung durch einfach strukturierbare chemische Verbindungen, an denen dann dafür spezifisch oberflächenpräparierte Nanopartikel anhaften bzw. welche von dafür spezifisch oberflächenpräparierten Nanopartikel gemieden werden. Eine weitere 7 AT 501 990 B1 Möglichkeit wäre eine photolithografische Strukturierung wie sie in der Halbleitertechnik angewendet wird.

Ganz allgemein ergibt sich ein erfindungsgemäßer Körper besonders hoher optischer Güte, 5 wenn vorgesehen ist, dass der Körper frei von Strukturen ist, die elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich absorbieren oder streuen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers nach den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, bei denen die Markierung Mikrolöcher umfasst, umfasst zumindest die folgenden io Schritte: - Erzeugung der Mikrolöcher im transparenten Material des Körpers - Einbringung der Nanopartikel in die Mikrolöcher. 15 Wie bereits beschrieben, können die Mikrolöcher beispielsweise in das transparente Material eingestempelt, durch Laserbeschuss des transparenten Materials oder durch Trockenätzen erzeugt werden.

Eine besonders einfache Ausgestaltung des zweiten Verfahrensschrittes ergibt sich, wenn 20 vorgesehen ist, dass die mit Nanopartikel dotierte Matrix zunächst großflächig auf die Oberfläche des Körpers aufgebracht, beispielsweise aufgesprüht wird. In diesem Fall kann auf eine gezielte Aufbringung der Matrix in die Mikrolöcher verzichtet werden. Diese Ausführungsform vermeidet das Problem, die dotierte Matrix punktgenau auf die Oberfläche aufbringen zu müssen. 25

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die mit Nanopartikel versehene Matrix mit einem Tintenstrahldrucker auf die Oberfläche des Körpers aufgedruckt wird. Dies kann entweder großflächig oder gezielt im Wesentlichen punktgenau erfolgen. 30 Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Matrix aus einem aushärtbarem Material besteht. Beispielsweise kann eine bei UV-Bestrahlung aushärtende Substanz gewählt werden.

Dies gestattet es, die Matrix nach dem Aufbringen auf die Oberfläche des transparenten Kör-35 pers im Bereich jedes Mikroloches auszuhärten. Dies kann geschehen, ohne dass die UV-Strahlung gezielt nur im Bereich jedes Mikroloches eingesetzt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, den Körper von der Seite zu bestrahlen, welche von der die Mikrolöcher tragende Oberfläche abgewandt ist. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, bereits vor der Erzeugung der Mikrolöcher eine in einem bestimmten UV-Bereich reflektierende Schicht (welche im sicht-40 baren Spektralbereich transparent ist) auf die Oberfläche des Körpers aufzubringen, in der die Mikrolöcher erzeugt werden. Da die UV-reflektierende Schicht bei der Erzeugung der Mikrolöcher im Bereich der Mikrolöcher entfernt wird, verhindert sie ausschließlich das Eindringen von UV-Strahlung in die Teile der Matrix, welche sich auf dem Körper außerhalb des Bereichs der Mikrolöcher befinden. 45

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die in den Mikrolöchern befindliche Matrix zielgenau mittels UV-Laser auszuhärten.

Weiters kann als zusätzliche Maßnahme die Aufbringung einer Antihaftbeschichtung für die so dotierte Matrix (welche im sichtbaren Spektralbereich transparent ist) vorgesehen sein. Eine derartige Antihaftbeschichtung verringert die Haftung zwischen dem Teil der Matrix, welcher sich außerhalb der Mikrolöcher befindet, wodurch dieser Teil leichter entfernt werden kann.

Bei einer weiteren Variante kann vorgesehen sein, dass nach dem Aufbringen der Matrix und 55 vor dem Aushärten ein stabiles oder flexibles Material auf die beschichtete Oberfläche aufgelegt δ ΑΤ 501 990 Β1 und angepresst wird, wobei das Material eine Vielzahl von vorzugsweise durchgehenden Poren aufweist. Die Oberflächenspannung des Materials und der Durchmesser der Poren ist dabei derart zu wählen, dass kein Kapillareffekt auftrifft, da andernfalls Material aus den Mikrolöchern herausgesaugt werden würde. Die Vielzahl von Poren bilden Kanäle, in welche die sich auf der 5 Oberfläche des Materials befindende überschüssige Matrix eindringen kann. Nach dem Aushärten kann das Material gemeinsam mit der eingedrungenen Matrix auf einfache Weise entfernt werden.

Dabei könnte es sich bei dem beschriebenen, mit Poren versehenen Material zum einen um ein io festes Material handeln, welches nach Reinigung wieder zur Verfügung steht oder aber um eine dünne, flexible Membran, welche nach einmaligem Gebrauch entsorgt wird.

Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Poren nicht in Richtung der Flächennormalen der Oberfläche sondern schräg dazu verlaufen. Dies ergibt einen vorteilhaften 15 geometrischen Abschattungseffekt, der bewirkt, dass im Bereich der Mikroporen allenfalls ein kleiner Teil der in den Kanälen befindlichen Matrix aushärtet. Des weiteren wird durch eine Schrägstellung der Poren beim Entfernen des Material seine Messerwirkung erzielt, wenn die Schicht vor dem Abheben von der Oberfläche zuerst seitlich bewegt wird. 20 Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Figuren sowie der Figurenbeschreibung. Dabei zeigen: 25 30

Fig. 1a, 1b Fig.2 Fig. 3a, 3b Fig. 4a-4f Fig. 5a-5e Fig. 6a-6e in schematischer Darstellung ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körpers, in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körpers, Detaildarstellungen des in Fig. 2 dargestellten Körpers ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Körpers, ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Körpers und ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Körpers. 35 Fig. 1a zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körpers 1 aus transparentem Material, an dessen Oberfläche 2 eine Markierung 3 in Form einer künstlerischen Darstellung angeordnet ist. Diese Markierung 3 ist nur bei Bestrahlung durch eine elektromagnetische Strahlung in einem nicht-sichtbaren Spektralbereich sichtbar. Die hierfür notwendige Quelle ist in Fig. 1a nicht dargestellt. Ohne die Bestrahlung hat der Betrachter den 40 Eindruck eines transparenten Körpers 1, der keinerlei Markierung 3 aulweist. Fig. 1b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körpers 1 in Form eines Zylinders, wobei die Markierung 3 an der gekrümmten Mantelfläche (Oberfläche 2) des Zylinders angeordnet ist. 45 Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körpers 1, welcher aus zwei Schichten 4, 5 besteht, die über eine Klebeschicht 6 miteinander verbunden sind. Im Inneren des Körpers 1 ist eine in diesem Ausführungsbeispiel als Schriftzug realisierte Markierung 3 angeordnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Markierung 3 nur bei Bestrahlung durch eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im nichtsichtbaren Spektralbereich so sichtbar.

Fig. 3a zeigt eine erste Detaildarstellung des in Fig. 2 dargestellten Körpers im Bereich der Markierung 3. Erkennbar ist, dass die mit Nanopartikel dotierte Matrix 9 in Mikrolöchern 8 in jeder der beiden Schichten 4, 5 angeordnet ist. Jeder der strichlierten Bereiche 7 stellt dabei 55 einen Pixel der Markierung 3 dar. Der hier für die Schicht 6 verwendete Kleber ist für die 9' AT 501 990 B1 anregende Wellenlänge durchlässig. In der Variante nach Fig. 3a sind zwei unterschiedliche Farben realisiert, wobei in der einen Schicht 4 nur Nanopartikel einer ersten Farbe angeordnet sind und in der anderen Schicht 5 nur Nanopartikel einer anderen Farbe angeordnet sind. Eine Dreifarbenvariante ist in der Fig. 3b dargestellt, welche eine alternative Ausbildung des in Fig. 2 5 dargestellten Körpers im Bereich der Markierung 3 zeigt.

Die dritte Farbe ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer Maske auf die Schicht 4 aufgesprüht worden. Danach wurden die beiden Schichten 4, 5 durch die Schicht 6 transparent miteinander verbunden. 10

In den Fig. 4a-f ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Körpers 1 dargestellt. Dabei kann - wie in Fig. 1 dargestellt - vorgesehen sein, die gezeigte Markierung 3 an der Oberfläche 2 des Körpers 1 auszubilden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, eine erste Schicht 4 und eine zweite Schicht 5 nach 15 dem in den Fig. 4a-f dargestellten Verfahren herzustellen und diese miteinander durch eine klebende Schicht 6 zu verbinden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 4a zeigt den Ausgangszustand des Verfahrens, bei dem auf den Körper 1 optional eine dünne UV-reflektierende Schicht 12, welche im sichtbaren Spektralbereich transparent ist, 20 aufgebracht wurde. Ebenso wurde optional eine Schicht 13 aufgebracht, welche eine Antihaftbeschichtung für die mit Nanopartikel dotierte Matrix 9 darstellt. Wie in Fig. 4b dargestellt, werden zuerst die Mikrolöcher 8 erzeugt. Hierdurch werden natürlich sowohl die Schicht 12 als auch die Schicht 13 im Bereich der Mikrolöcher 8 entfernt. Als nächster Schritt (Fig. 4c) wird die mit Nanopartikel dotierte Matrix 9 auf die Oberfläche des Körpers 1 aufgebracht. Dies kann 25 entweder zum Beispiel durch Aufsprühen, Eintauchen oder durch Aufschmieren erfolgen. Hierdurch ergibt sich der in Fig. 4c dargestellte Zustand, bei dem die Mikrolöcher 8 gefüllt sind und ein Teil des Materials der Matrix 9 auf der Oberfläche des Körpers 1 verbleibt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Körper 1 in dem in Fig. 4c dargestellten Zustand einige Zeitlang einem Vakuum ausgesetzt wird. Hierdurch können eventuell in den Mikrolöchem 8 30 verbliebene Luftblasen ausdampfen. Als nächster Schritt erfolgt, wie in Fig. 4d dargestellt, eine Aushärtung der Matrix 9 im Bereich der Mikrolöcher 8. Dies erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch Bestrahlung mit UV-Strahlung von der Seite des Körpers 1, der von der mit Mikrolöchern 8 versehenen Oberfläche abgewandt ist. Die hauptsächlich auf die Bereiche der Mikrolöcher 8 beschränkte Aushärtung der Matrix 9, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch 35 die zusätzliche Maßnahme der Schicht 12 verstärkt, welche die UV-Strahlung überall außer im Bereich der Mikrolöcher 8 von der Matrix 9 wegreflektiert. Falls eine Matrix 9 verwendet wird, welche bei Kontakt mit Sauerstoff schlecht aushärtet, kann dieser Vorgang in einer Atmosphäre aus reinem Sauerstoff erfolgen. Wie in Fig. 4e dargestellt, kann der Rest des nicht ausgehärteten Matrixmaterials 9 durch einen Schieber entfernt werden. Anschließend kann ein Nachhärten 40 des Matrixmaterials 9 im Bereich der Oberflächen der Mikrolöcher 8 erfolgen. Dies kann beispielsweise in einer Stickstoffatmosphäre erfolgen, falls eine Matrix verwendet wird, welche vorzugsweise bei Kontakt mit Stickstoff aushärtet.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5a-e unterscheidet sich von jenem nach den Fig. 4a-f 45 nur dadurch, dass eine zusätzliche Schicht 14 eingesetzt wird, welche mit einer Vielzahl von durch Kanäle gebildete Poren 15 versehen ist. Wie dargestellt, können diese Kanäle auch als schräg verlaufende Poren 16 ausgebildet sein. Erkennbar ist insbesondere in Fig. 5c, dass die schräg verlaufenden Poren 16 den Vorteil haben, dass ein geringerer Teil des Materials der Matrix 9 aushärtet. Dabei handelt es sich nämlich nur um den Teil, der von der UV-Strahlung so geometrisch sowie durch Streuung erreicht werden kann. Bei gerade verlaufenden Poren 15 kann es Vorkommen, dass das gesamte im Bereich der Mikrolöcher 8 in die Poren 15 eingedrungene Material der Matrix 9 aushärtet. Wie in Fig. 5d dargestellt, haben die schräg verlaufenden Poren 16 zusätzlich den Vorteil einer Messerwirkung, wenn beim Entfernen der Schicht 14 vorgesehen ist, diese zuerst seitlich entlang des Körpers 1 und dann erst vom Körper 1 weg 55 zu bewegen.

Claims (12)

10 AT 501 990 B1 Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6a-e besteht der einzige Unterschied zu dem in den Fig. 5a-e dargestellte Verfahren darin, dass in den Fig. 6a-e anstelle einer steifen Schicht 14 eine flexible Schicht 14 verwendet wurde. Hierbei könnte es sich zum Beispiel um eine einmal zu verwendende Membran handeln. Patentansprüche: 1. Körper aus transparentem Material, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper wenigstens io eine Nanopartikel umfassende Markierung (3) aufweist, wobei die Markierung (3) derart ausgebildet ist, dass sie bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge im sichtbaren Spektralbereich liegt, unsichtbar ist und bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge im nicht-sichtbaren Spektralbereich liegt, sichtbar ist. 15 2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (3) derart ausgebildet ist, dass sie ausschließlich bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge im nicht-sichtbaren Spektralbereich liegt, sichtbar ist. 20 3. Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel derart ausgebildet sind, dass sie bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge im nicht-sichtbaren Spektralbereich liegt, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich emittieren. 25 4. Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Nanoparti kel derart ausgebildet ist, dass sie bei Beleuchtung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im nicht-sichtbaren Spektralbereich sichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Spektralfarbe emittieren und dass eine zweite Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie bei Beleuchtung mit derselben nicht-sichtbaren elektro-30 magnetischen Strahlung sichtbare elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Spekt ralfarbe emittieren, die verschieden von der ersten Spektralfarbe ist. 5. Körper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass - eine erste Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie rotes Licht emittie- 35 ren kann, - eine zweite Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie grünes Licht emittieren kann, - eine dritte Gruppe von Nanopartikel derart ausgebildet ist, dass sie blaues Licht emittieren kann. 40 6. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel im Wesentlichen agglomerationsfrei in einer Matrix (9) eingebettet sind, deren resultierender Brechungsindex im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex des transparenten Materials ist. 45 7. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (3) wenigstens ein im transparenten Material ausgebildetes Mikroloch (8) umfasst, in dem sich Nanopartikel befinden. so 8. Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Mikrolochs (8) derart klein gewählt ist, dass er unter der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges liegt. 9. Körper nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser kleiner als 510‘5 m und größer als 5 IO"6 m ist 55 AT 501 990 B1 1 1 10. Körper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (3) eine Vielzahl von Mikrolöchern (8) umfasst, die annähernd regelmäßig angeordnet sind. 11. Körper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolöcher (8) zur Vermei-5 düng von Beugungseffekten mit unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind. 12. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) wenigstens zwei Schichten (4, 5) aus transparentem Material umfasst, die aufeinander angeordnet - vorzugsweise miteinander verklebt - sind. 10 13. Körper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der wenigstens zwei Schichten (4, 5) Nanopartikel aufweist, die eine erste Spektralfarbe emittieren können, und dass die zweite der wenigstens zwei Schichten (4, 5) Nanopartikel aufweist, die eine zweite Spektralfarbe emittieren können. 15 14. Körper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel der wenigstens zwei Schichten (4, 5) entlang der Flächennormalen der Schichten (4, 5) betrachtet im Wesentlichen übereinander angeordnet sind. 20 15. Körper nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (3) aus einzelnen Pixel (7) aufgebaut ist, wobei jedes Pixel (7) wenigstens ein Mikroloch (8) aufweist. 16. Körper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Pixel (7) 25 wenigstens zwei Mikrolöcher (8) aufweist, wobei in einem ersten der wenigstens zwei Mik rolöcher (8) Nanopartikel angeordnet sind, die eine erste Spektralfarbe emittieren können, und in einem zweiten der wenigstens zwei Mikrolöcher (8) Nanopartikel angeordnet sind, die eine von der ersten Spektralfarbe verschiedene zweite Spektralfarbe emittieren können. 30 17. Körper nach Anspruch 11 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste der wenigstens zwei Mikrolöcher (8) in einer ersten der wenigstens zwei Schichten (4, 5) angeordnet ist und dass das zweite der wenigstens zwei Mikrolöcher (8) in einer der zweiten wenigstens zwei Schichten (4, 5) angeordnet ist. 35 18. Körper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mikrolöcher (8) entlang der Flächennormalen der Schichten (4, 5) betrachtet im Wesentlichen übereinander angeordnet sind. 40 19. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) wenigsten im Wesentlichen frei von Strukturen ist, die elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich absorbieren oder streuen.

20. Verfahren zur Herstellung eines Körpers nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch 45 gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: - Erzeugung der Mikrolöcher (8) im transparenten Material - Einbringung der Nanopartikel in die Mikrolöcher (8).

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolöcher (8) in das so transparente Material eingestempelt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet; dass die Mikrolöcher (8) durch Laserbeschuss des transparenten Materials erzeugt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolöcher <8) in das 12 AT 501 990 B1 transparente Materials geätzt werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Nanopartikel versehene Matrix (9) auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) aufgesprüht wird. 5

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf Bereiche des transparenten Körpers (1) chemischen Verbindungen aufgebracht werden, an denen dann dafür spezifisch oberflächenpräparierte Nanopartikel anhaften bzw. welche von dafür spezifisch oberflächenpräparierten Nanopartikel gemieden werden. 10

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (9) nach dem Aufbringen auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) im Bereich jedes Mikrolochs (8) ausgehärtet wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (2) des transparenten Körpers (1) verbliebenes überschüssiges Matrixmaterial entfernt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Matrix (9) auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) und vor dem Aushärten der Matrix (9) 20 eine eine Vielzahl von Poren (15, 16) aufweisende Abdeckschicht (14) auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) aufgelegt wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der Mikrolöcher (8) eine Schicht auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) aufge- 25 bracht wird, welche elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich der aushärtenden Wellenlänge reflektiert.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der Mikrolöcher (8) eine Schicht auf die Oberfläche (2) des Körpers (1) aufge- 30 bracht wird, welche eine stark reduzierte Bindung zu der mit Nanopartikel dotierten Matrix (9) eingeht. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55