CH697447B1

CH697447B1 - Substrate's i.e. embossing matrix, surface structure producing method for e.g. manufacturing decorative pattern, involves applying surface reliefs, and forming impression of substrate before formation of production unit

Info

Publication number: CH697447B1
Application number: CH02210/03A
Authority: CH
Inventors: Rene Hauser
Original assignee: 3D Ag
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2008-10-15

Abstract

The method involves applying surface reliefs for realization of diffractive characteristics in surface sections (2, 3) of a substrate (1). A photolithographic technique is utilized for formation of a part of one of the surface sections. A photoresist e.g. positive photoresist, is applied on the substrate, and exposed and processed via a photomask over entire layer thickness. An exposed part or a non-exposed part of the photoresist is subsequently removed. An impression of the substrate is formed before formation of a production unit. An independent claim is also included for an embossing matrix comprising a surface structure.

Description

CH 697 447 B1 CH 697 447 B1

Beschreibung description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften versehenen Oberflächenstruktur eines Substrats zur Schaffung eines Produktionsmittels, insbesondere zur Herstellung von Sicherheitselementen oder von dekorativen Mustern, wobei das Produktionsmittel einen mit diffraktiven Eigenschaften versehenen Flächenabschnitt sowie einen nicht-beugungsoptisch wirksamen (diffus/matt reflektiven) Flächenabschnitt aufweist, und wobei zur Erzielung der diffraktiven Eigenschaften in dem entsprechenden Flächenabschnitt ein oder mehrere Oberflächenreliefs eingebracht werden. Die Erfindung betrifft zudem die mit dem Verfahren erzeugbaren Produktionsmittel sowie die mit den Produktionsmitteln herstellbaren Endprodukte. The invention relates to a method for producing a provided with different optical properties surface structure of a substrate for creating a production means, in particular for the production of security elements or decorative patterns, wherein the production means provided with a diffractive properties surface portion and a non-diffractive optical effective ( diffuse / matt reflective) surface portion, and wherein one or more surface reliefs are introduced to achieve the diffractive properties in the corresponding surface portion. The invention also relates to the producible with the process of production and the producible with the production end products.

[0002] Substrate mit beugungsoptisch wirksamen Flächen oder Teilflächen gewinnen immer mehr an Bedeutung. Solche Substrate werden in grossem Umfang beispielsweise in der Sicherheitstechnik zur Identifizierung von Personen oder Originalprodukten eingesetzt. In nicht minder grossem Umfang haben solche Substrate als dekorative Elemente Eingang in Produktverpackungen und Produktetiketten gefunden. Hier übernehmen sie aufgrund ihrer aussergewöhniichen optischen Wirkungen oftmals die Funktion von «Eye-catchern», die die Aufmerksamkeit von potentiellen Käufern auf ein entsprechendes Produkt ziehen sollen. Aber auch als künstlerisch besonders gefällige Gestaltungen sind derartige Substrate in grossem Umfang in der Anwendung. Im Zusammenhang mit der Erfindung soll deshalb unter «Substrat» jeder Untergrund verstanden werden, in den ein Oberflächenrelief entweder einbringbar ist oder bereits zusammen mit der Erzeugung des Untergrunds geschaffen worden ist. Substrates with diffraction-optically effective surfaces or partial surfaces are becoming increasingly important. Such substrates are widely used for example in security technology for the identification of persons or original products. In no small measure have such substrates found their way into product packaging and product labels as decorative elements. Because of their exceptional optical effects, they often take on the role of "eye-catchers", which should draw the attention of potential buyers to a corresponding product. But also as artistically particularly pleasing designs such substrates are widely used. In the context of the invention, therefore, "substrate" is understood to mean any substrate in which a surface relief can either be introduced or has already been created together with the production of the substrate.

[0003] Um beugungsoptisch wirksam zu sein, ist in der Regel ein Oberflächenrelief mit linienartigen Erhöhungen und Vertiefungen erforderlich. Durch die Auswahl von vorbestimmten Abständen, bestimmten Ausrichtungen und bestimmten geometrischen Gestaltungen dieser Strukturelemente können vorbestimmte Beugungseffekte erzielt werden. In order to be effective diffractive optics, a surface relief with line-like elevations and depressions is usually required. By selecting predetermined distances, particular orientations, and certain geometric shapes of these features, predetermined diffraction effects can be achieved.

[0004] Es ist allerdings häufig erwünscht, auf einem Substrat ausser einem beugungsoptisch aktiven Flächenabschnitt auch einen oder mehrere Flächenabschnitte vorzusehen, die keine Beugungseffekte hervorrufen und einfallendes Licht beispielsweise lediglich diffus reflektieren (matt) oder als Spiegel oder Ähnliches fungieren. Die Herstellung solcher Substrate mit derart unterschiedlichen Eigenschaften ist mit den bekannten klassischen Aufnahmetechniken sehr aufwendig. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Flächenabschnitte ineinander verschachtelt sind und auf kleinsten Abmessungen aneinander abwechseln. Die Herstellung solcher Substrate bzw. Prägematrizen ist insbesondere dann sehr aufwendig, wenn die diffraktiven Flächenabschnitte hochwertige Hologramme beinhalten sollen. However, it is often desirable to provide on a substrate except a diffractive-optically active surface portion also one or more surface portions that cause no diffraction effects and incident light, for example, only diffuse reflect (dull) or act as a mirror or the like. The preparation of such substrates with such different properties is very complicated with the known classical recording techniques. This is especially true when the surface sections are interleaved and alternate with each other on the smallest dimensions. The production of such substrates or embossing matrices is very complicated especially when the diffractive surface sections are to include high-quality holograms.

[0005] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das mit geringerem technischen Aufwand die Erzeugung von Abformwerkzeugen (Prägematrizen) für Flächenelemente wie Etiketten und dergleichen erlaubt, deren als Sichtfläche vorgesehene Oberfläche auch in komplizierten geometrischen Formen sowohl diffraktive Flächenabschnitte als auch solche ohne beugungsoptische Wirkung aufweisen kann. Die Aufgabe schliesst auch ein, entsprechend einfach erzeugte Substrate und Flächenelemente bereitzustellen. The invention is therefore based on the object to provide a method that allows the production of impression tools (embossing matrices) for surface elements such as labels and the like with less technical effort whose provided as a visible surface surface even in complicated geometric shapes both diffractive surface sections as well can have such without diffractive optical effect. The task also includes providing correspondingly simple substrates and surface elements.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zur Erstellung von zumindest einem Anteil von mindestens einem der beiden Flächenabschnitte ein photolithographisches Verfahren verwendet wird, bei dem ein Photoresist auf ein Substrat aufgetragen, der Photoresist vorzugsweise mit einer Photomaske belichtet und entwickelt wird, wobei nachfolgend entweder ein belichteter oder ein nicht-belichteter Teil des Photoresists entfernt wird, bevor zur Erzeugung des Produktionsmittels eine Abformung des Substrats erstellt wird. Die Aufgabe wird zudem durch ein Substrat und/oder ein Produktionsmittel gemäss Anspruch 14 gelöst. This object is achieved in a method of the type mentioned in the present invention that for the preparation of at least a proportion of at least one of the two surface portions a photolithographic process is used in which a photoresist applied to a substrate, the photoresist preferably with a Photographic mask is exposed and developed, followed by either an exposed or a non-exposed portion of the photoresist is removed before an impression of the substrate is created to produce the production means. The object is also achieved by a substrate and / or a production agent according to claim 14.

[0007] Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt auf besonders einfache Weise, gattungsgemässe Substrate mit unterschiedlichen Flächenabschnitten herzustellen. Zudem bietet es viele Variationsmöglichkeiten, die es erlauben, aufschnelle und kostengünstige Weise jeweils neue Produktionsmittel für unterschiedliche Flächenelemente herzustellen, wobei sich diese Flächenelemente sowohl in Bezug auf ihre optischen Informationen als auch ihre optischen Eigenschaften stark voneinander unterscheiden können. The inventive method allows in a particularly simple manner to produce generic substrates with different surface sections. In addition, it offers many possibilities of variation, which make it possible to produce new production means for different surface elements in a rapid and cost-effective manner, whereby these surface elements can differ greatly both in terms of their optical information and their optical properties.

[0008] Die Erfindung nutzt das insbesondere aus der Leiterplatten- und Chipherstellung bekannte photolithographische Verfahren. Es konnte im Rahmen der Erfindung in überraschender Weise erkannt werden, dass dieses zur Erzeugung der nicht-beugungsoptisch aktiven und/oder der beugungsoptisch aktiven Flächenabschnitte des Substrates bzw. der Prägematrize hervorragend geeignet ist. Materialien und Werkzeuge zur Durchführung von photolithographischen Verfahren sind in weitem industriellen Einsatz und können in prinzipiell unveränderter Weise auch im Zusammenhang mit der Erfindung genutzt werden. Mit der Photolithographie können selbst Strukturen mit kleinsten Abmessungen und kompliziert geformte Geometrien erzeugt werden. The invention makes use of the photolithographic process known in particular from printed circuit board and chip production. In the context of the invention, it has surprisingly been recognized that it is outstandingly suitable for producing the non-diffraction-optically active and / or the diffraction-optically active surface sections of the substrate or embossing die. Materials and tools for carrying out photolithographic processes are widely used industrially and can be used in a basically unaltered manner also in connection with the invention. With photolithography even structures with the smallest dimensions and intricately shaped geometries can be created.

[0009] In einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in das Substrat zuerst zumindest ein für die Beugungseffekte vorgesehenes Oberflächenrelief eingebracht wird. Danach kann auf das Substrat, gegebenenfalls auf die gesamte Oberfläche des Substrats, ein Photoresist aufgetragen werden, der anschliessend unter Verwendung einer Photomaske belichtet wird. Hierbei werden je nach Benutzung eines Positiv- oder eines Negativ-Resists nur die Abschnitte belichtet, die dem diffraktiven oder dem nicht-diffraktiven Flächenabschnitt entsprechen. Nach der Belichtung kann der Photoresist entwickelt werden. Je nachdem ob es sich um einen Positiv-Photoresist oder einen Negativ-Photoresist handelt, können hierbei die belichteten oder die nicht belichteten Bereiche des jeweiligen Photoresists entfernt werden. In a first embodiment of the inventive method can be provided that at least one provided for the diffraction effects surface relief is first introduced into the substrate. Thereafter, a photoresist may be applied to the substrate, optionally over the entire surface of the substrate, which is then exposed using a photomask. Depending on the use of a positive or a negative resist, only the sections which correspond to the diffractive or the non-diffractive surface section are exposed. After exposure, the photoresist can be developed. Depending on whether it is a positive photoresist or a negative photoresist, in this case the exposed or the unexposed areas of the respective photoresist can be removed.

2 2

CH 697 447 B1 CH 697 447 B1

[0010] Eine erfindungsgemässe Weiterbildung kann hierbei vorsehen, dass auf einen Flächenteil des Oberflächenreliefs ein Werkstoff dauerhaft aufgetragen wird, wodurch an diesen Stellen das diffraktiv wirksame Oberflächenrelief überdeckt wird. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen elektrisch leitenden Werkstoff, der durch ein galvanisches Verfahren aufgebracht wird. A further development according to the invention can provide that a material is permanently applied to a surface part of the surface relief, whereby the diffractive surface relief is covered at these points. Preferably, this is an electrically conductive material which is applied by a galvanic process.

[0011] In einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens kann zuerst zumindest ein Teil des Flächenabschnitts erzeugt werden, der nicht-diffraktiv wirkt. Hierzu kann vorgesehen sein, beispielsweise ein metallisches Grundsubstrat mit einem Photoresist zu beschichten. Danach kann der Photoresist mit einer geeigneten Photomaske belichtet werden, beispielsweise mit UV-Licht. Nach einer anschliessenden Entwicklung des Photoresists können die belichteten Zonen durch den Entwickler weggelöst werden. Wird anstelle eines Positiv-Resists ein Negativ-Resist verwendet, werden durch den auf den Resist abgestimmten Entwickler die nicht belichteten Stellen abgelöst. Unabhängig davon, welche Art von Photoresist zum Einsatz kommt, kann zur Erzeugung von diffraktiven Strukturen danach auf die mit Photoresist überzogenen Flächenbereiche des Substrates eine holographische Aufnahme erfolgen. In a second embodiment of the inventive method, at least a portion of the surface portion can first be generated, which acts non-diffractive. For this purpose, it may be provided, for example, to coat a metallic base substrate with a photoresist. Thereafter, the photoresist may be exposed with a suitable photomask, for example UV light. After a subsequent development of the photoresist, the exposed zones can be dissolved away by the developer. If a negative resist is used instead of a positive resist, the non-exposed areas are removed by the developer which is matched to the resist. Regardless of which type of photoresist is used, a holographic image may then be taken on the photoresist coated areas of the substrate to create diffractive structures.

[0012] Wiederum hierauf folgend kann von der gesamten Oberfläche des Substrats eine Kopie erstellt werden. Dies kann beispielsweise durch eine chemische oder physikalische Auftragung einer elektrisch leitenden Schicht auf die Oberfläche erfolgen, die nachfolgend von der Oberfläche abgelöst wird. Die somit erzeugte negative Abformung des ursprünglich erzeugten Originals kann als Prägematrize, d.h. als eigentliches Produktionsmittel, eingesetzt werden, mit dereine Vielzahl von Positivkopien, beispielsweise in Heissprägefolien, hergestellt werden kann. Again, following this, a copy of the entire surface of the substrate can be made. This can be done for example by a chemical or physical application of an electrically conductive layer on the surface, which is subsequently detached from the surface. The thus generated negative impression of the originally produced original can be used as an embossing die, i. as an actual means of production, with which a plurality of positive copies, for example in hot stamping foils, can be made.

[0013] Die auf diese Weise erzeugten Prägematrizen weisen jeweils Flächenabschnitte mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften auf. Einerseits haben die Prägematrizen ein oder mehrere Flächenabschnitte mit diffraktiv wirksamen Eigenschaften. Andererseits können nicht diffraktive spiegelähnliche, glatte Flächenabschnitte geschaffen werden, die eine geringe Oberflächenrauigkeit aufweisen. Zusätzlich oder anstelle von einem oder von mehreren spiegelähnlichen Flächenabschnitten können auch ein oder mehrere matte und damit diffus reflektive Flächenabschnitte erzeugt werden. The embossing dies produced in this way each have surface portions with different optical properties. On the one hand, the embossing matrices have one or more surface sections with diffractive properties. On the other hand, non-diffractive mirror-like, smooth surface sections can be created, which have a low surface roughness. In addition to or instead of one or more mirror-like surface sections, it is also possible to produce one or more matt and therefore diffusely reflective surface sections.

[0014] Unabhängig davon, in welcher Reihenfolge die Flächenabschnitte erzeugt werden, ist es erfindungsgemäss bevorzugt, wenn die beugungsoptisch aktiven Flächenabschnitte durch ein laserinterferometrisches Verfahren geschaffen werden. Mit solchen Verfahren können insbesondere qualitativ sehr hochwertige Hologramme geschaffen werden. Regardless of the order in which the surface sections are produced, it is preferred according to the invention if the diffractive-optically active surface sections are created by a laser interferometric method. In particular, qualitatively very high-quality holograms can be created with such methods.

[0015] Mit Vorteil werden die zur Durchführung der Photolithographie vorgesehenen Photomasken durch Elektronen-strahl-Lithographie hergestellt. Damit ist es auf besonders einfache Weise möglich, Masken für Grafiken zu erstellen, die selbst eine Submicrometer-Auflösung aufweisen. Advantageously, provided for performing the photolithography photomasks are prepared by electron beam lithography. This makes it possible in a particularly simple manner to create masks for graphics, which themselves have a submicrometer resolution.

[0016] Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings.

[0017] Die Erfindung wird anhand von in den Figuren rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to embodiments purely schematically illustrated in the figures, in which:

Fig. 1.1-1.8 eine Sequenz von Verfahrensschritten eines ersten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels; Fig. 2.1 -2.7 eine Sequenz von Verfahrensschritten eines zweiten erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels. 1.1-1.8 a sequence of method steps of a first embodiment according to the invention; 2.1 -2.7 a sequence of method steps of a second embodiment according to the invention.

[0018] Bei dem in Fig. 1.1 bis 1.8 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind auf einem Substrat 1 zwei Flächenabschnitte 2, 3 vorgesehen, die unterschiedliche optische Eigenschaften aufweisen. Der erste Flächenabschnitt 2 setzt sich aus den 4 Zeichen «3 D AG» 4, 5, 6, 7 (s. Fig. 1.6) zusammen. Die vier Zeichen 4, 5, 6, 7 sind voneinander unabhängige Teilbereiche des Flächenabschnitts 2, die nicht miteinander zusammenhängen. Jeder der Teilbereiche ist über seine gesamte Oberfläche diffraktiv, d.h. sie erzeugen bei einfallendem Licht Beugungseffekte, die aufgrund einer Reflektivität der Teilbereiche für einen Betrachter als reflektierende Lichtstrahlung wahrnehmbar ist. Derartige Flächenabschnitte 2 sind in vielfacher Weise an sich bekannt. In the first embodiment shown in Fig. 1.1 to 1.8, two surface portions 2, 3 are provided on a substrate 1, which have different optical properties. The first area section 2 is composed of the 4 characters "3 D AG" 4, 5, 6, 7 (see Fig. 1.6). The four characters 4, 5, 6, 7 are independent subregions of the area portion 2, which are not related to each other. Each of the sections is diffractive over its entire surface, i. they produce diffraction effects with incident light, which is perceptible to a viewer as reflective light radiation due to a reflectivity of the partial areas. Such surface sections 2 are known per se in many ways.

[0019] Der erste Flächenabschnitt 2 befindet sich vollständig im zweiten Flächenabschnitt 3, der matt-reflektive optische Eigenschaften aufweist. Diese können beispielsweise durch eine geeignete Oberflächenrauigkeit einer metallisierten Schicht dieses Flächenabschnittes 3 erreicht werden. The first surface section 2 is located completely in the second surface section 3, which has matt-reflective optical properties. These can be achieved, for example, by means of a suitable surface roughness of a metallized layer of this surface section 3.

[0020] Um diese optischen Eigenschaften zu erzeugen, kann zunächst in einer Oberflächenschicht 10 eines Photoresist-substrats mittels einer an sich bekannten laserinterferometrischen Anlage ein Oberflächenrelief 11 erzeugt werden. Mit einer solchen Anlage können insbesondere qualitativ hochwertige Hologramme geschaffen werden. Das Oberflächenrelief 11 weist geometrisch bestimmte Täler und Höhen mit ebenfalls vorbestimmten Höhendifferenzen und Abständen zueinander auf, durch die Beugungseffekte erzielt werden. To produce these optical properties, a surface relief 11 can first be generated in a surface layer 10 of a photoresist substrate by means of a known laser interferometric system. With such a system in particular high quality holograms can be created. The surface relief 11 has geometrically defined valleys and heights with likewise predetermined height differences and distances from one another, by means of which diffraction effects are achieved.

[0021] Von dem Oberflächenrelief 11 kann dann eine metallische Abformung geschaffen werden, beispielsweise eine Nickel-, Kupfer- oder Nickel-Legierung-Abformung. Derartige Abformungen sind allgemein als «Mastermatrizen» bekannt. Die Mastermatrize wird dann vom Photoresistsubstrat getrennt und der verbleibende Photoresist wird weggelöst. Auf der Oberfläche der Mastermatrize ist nun eine exakte Kopie des ursprünglich im Photoresist vorhandenen Oberflächenreliefs vorhanden. From the surface relief 11 then a metallic impression can be created, for example, a nickel, copper or nickel alloy impression. Such impressions are generally known as «master matrices». The master die is then separated from the photoresist substrate and the remaining photoresist is dissolved away. An exact copy of the surface relief originally present in the photoresist is now present on the surface of the master die.

3 3

CH 697 447 B1 CH 697 447 B1

[0022] Auf der anderen Seite der Mastermatrize befindet sich eine der vorhergehenden Metallisierungsmethode entsprechende Oberflächenstruktur, oftmals eine Mattigkeit. Danach kann die Vorderseite passiviert werden, damit diese mit einer nachfolgend aufgebrachten Metallisierungsschicht keine metallische Bindung eingeht. Nach dem Metallisieren können die beiden Metallkörper, nämlich die Mastermatrize von der soeben erstellten Kopie, voneinander getrennt werden. Die Kopie weist somit eine Positiv-Kopie des ursprünglich im Photoresist enthaltenen Oberflächenreliefs auf. Solche Kopien werden als «Submastermatrizen» bezeichnet. On the other side of the master die is a surface structure corresponding to the previous metallization, often a dullness. Thereafter, the front side can be passivated so that it does not undergo a metallic bond with a subsequently applied metallization layer. After metallization, the two metal bodies, namely the master die of the copy just made, can be separated. The copy thus has a positive copy of the surface relief originally contained in the photoresist. Such copies are called "submaster matrices".

[0023] In Fig. 1.1 ist diese Submastermatrize 8 gezeigt, die ein Substrat 1 aufweist, das in einer Oberflächenschicht 10 das beschriebene beugungsoptisch wirksame Oberflächenrelief 11 aufweist. In Fig. 1.1, this Submastermatrize 8 is shown, which has a substrate 1, which has in a surface layer 10 described the diffraction-optically effective surface relief 11.

[0024] In der Darstellung von Fig. 1.1 ist diese Submastermatrize mit einem Photoresist 12, vorzugsweise einem Positiv-Photoresist, gleichmässig beschichtet. Hierbei können Photoresists 12 und Auftragsverfahren zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise aus der Leiterplattenfertigung vorbekannt sind. Der Photoresist 12 kann dann gemäss Fig. 1.2 mit einer Photomaske 15 belichtet werden, wobei die Photomaske 15 beispielsweise mit Hilfe der Elektronenstrahllithografie oder mit dem sogenannten Direct-Laser-Writing zuvor erzeugt sein kann. Mit Vorteil kann sie gegenüber dem Photoresist 12 mit möglichst geringem Abstand angeordnet sein, was beispielsweise durch die Erzeugung eines Vakuums zwischen dem Photoresist 12 und der Photomaske 15 bewirkt werden kann. In the illustration of Figure 1.1, this submaster die is uniformly coated with a photoresist 12, preferably a positive photoresist. In this case, photoresists 12 and application methods can be used, as they are previously known for example from the production of printed circuit boards. The photoresist 12 can then be exposed as shown in FIG. 1.2 with a photomask 15, wherein the photomask 15 may be previously generated for example by means of electron beam lithography or with the so-called direct laser writing. Advantageously, it can be arranged opposite to the photoresist 12 with the smallest possible distance, which can be effected for example by the generation of a vacuum between the photoresist 12 and the photomask 15.

[0025] Die Photomaske 15 weist Ausnehmungen 16 mit vorbestimmter geometrischer Form auf, die auf dem Photoresist 12 die Stellen für eine Belichtung freigeben, die später auf der Prägematrize als nicht-diffraktiv wirkende Flächenabschnitte ausgebildet sein sollen. Der mit diffraktiven Eigenschaften versehene Flächenabschnitt 2 wird hingegen von der Photomaske 15 abgedeckt und damit vor einer Bestrahlung mit Licht geschützt. The photomask 15 has recesses 16 with a predetermined geometric shape, which release on the photoresist 12, the locations for exposure, which should be formed later on the embossing die as non-diffractive surface portions. The surface portion 2 provided with diffractive properties, however, is covered by the photomask 15 and thus protected from irradiation with light.

[0026] Dann kann durch die Photomaske 15 hindurch belichtet werden, beispielsweise mit UV-Licht (Fig. 1.2). Die hierbei eingebrachte Strahlungsenergie sollte hoch genug sein, um den Photoresist 12 an den belichteten Stellen in seiner Dicke vollständig durch zu belichten, d.h. bis zum Oberflächenrelief 11 der Submastermatrize 8. Nach dem Belichten wird die Photomaske 15 von der mit Photoresist 12 beschichteten Matrize 8 wieder entfernt, woraufhin der Photoresist 12 mit einem geeigneten chemischen Entwickler entwickelt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Positiv-Photoresist, bei dem die belichteten Zonen durch den Entwickler von der Matrize vollständig gelöst werden. Es verbleiben somit auf der Matrize Bereiche mit und Bereiche ohne Photoresist 12 (Fig. 1.3). Then it can be exposed through the photomask 15 through, for example, with UV light (Fig. 1.2). The radiant energy introduced thereby should be high enough to fully expose the photoresist 12 at the exposed locations in its thickness, i. to the surface relief 11 of the submaster die 8. After exposure, the photomask 15 is removed again from the photoresist 12 coated die 8, whereupon the photoresist 12 can be developed with a suitable chemical developer. In the illustrated embodiment, it is a positive photoresist in which the exposed zones are completely detached from the matrix by the developer. Thus, areas remain on the die and areas without photoresist 12 (Figure 1.3).

[0027] Anschliessend kann die Matrize in ein chemisches Ätzmittel, insbesondere eine Ätzflüssigkeit, getaucht werden, um auf den nicht mit Photoresist 12 bedeckten Bereichen der Matrize 8 die dort vorhandene diffraktive Struktur, d.h. das Oberflächenrelief 11, zu entfernen. Ziel sollte sein, das Oberflächenrelief 11 an den geätzten Stellen so weit zu entfernen, dass keine optisch sichtbaren Reliefstrukturen zurückbleiben (Fig. 1.4). Hierbei sollte das Ätzmittel auf den zu ätzenden Werkstoff der Matrize 8 und auf den Photoresist 12 abgestimmt sein. Geeignete Ätzmittel sind im Handel erhältlich. So kann beispielsweise eine Goldoberfläche einer Matrize 8 mit Aqua Regia geätzt werden. Die Ätzdauer, die Konzentration des Ätzmediums und dessen Temperatur können hierbei empirisch ermittelt werden. Für jeden Werkstoff, insbesondere Metall- oder Legierungstyp, müssen diese Parameter gesondert ermittelt werden. Subsequently, the die can be immersed in a chemical etchant, in particular an etching liquid, in order to cover on the non-photoresist 12 covered areas of the die 8, the diffractive structure present there, i. E. the surface relief 11, to remove. The aim should be to remove the surface relief 11 at the etched points so far that no optically visible relief structures remain (FIG. 1.4). In this case, the etchant should be matched to the material to be etched of the die 8 and the photoresist 12. Suitable etchants are commercially available. For example, a gold surface of a die 8 can be etched with Aqua Regia. The etching time, the concentration of the etching medium and its temperature can be determined empirically. For each material, in particular metal or alloy type, these parameters must be determined separately.

[0028] Nach dem Ätzen wird der verbliebene und nun nicht mehr benötigte Photoresist entfernt (Fig. 1.5). Dies kann unter Verwendung von beispielsweise Aceton vorgenommen werden. Es existieren hierfür auch andere sogenannte Photo-resist-Remover. Nach Abschluss dieses Verfahrensschrittes ist die Matrize fertiggestellt und weist nun die eingangs genannten Flächenbereiche 2, 3 auf (Fig. 1.6). Von dieser Matrize 8 können weitere Matrizen 8' durch Kopierverfahren wie beispielsweise durch galvanische Abformungen erzeugt werden, wie dies in Fig. 1.7 angedeutet ist. After etching, the remaining and no longer needed photoresist is removed (Fig. 1.5). This can be done using, for example, acetone. There are also other so-called photo-resist-removers for this purpose. After completion of this process step, the die is completed and now has the surface areas 2, 3 mentioned above (FIG. 1.6). From this die 8 further matrices 8 'can be produced by copying methods such as, for example, galvanic impressions, as indicated in FIG. 1.7.

[0029] Wie in Fig. 1.8 dargestellt ist, kann die Matrize 8 beispielsweise auf eine Walze 17 aufgespannt werden, um mit ihr als Prägematrize in Etiketten oder sonstige Konfektionierungen von Heissprägefolien 18 oder anderen Materialien Abformungen der Prägematrize zu erstellen. Diese Abformungen können dann als Sicherheitselemente, Produktetiketten und dergleichen zum Einsatz kommen. As shown in Fig. 1.8, the die 8 can be clamped, for example, on a roller 17 in order to create with her as embossing die in labels or other packaging of hot stamping foils 18 or other materials impressions of the embossing die. These impressions can then be used as security elements, product labels and the like.

[0030] In den Fig. 2.1 bis 2.7 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die mit der ersten Ausführungsform bis zur Belichtung des Photoresists 32 durch eine Photomaske 35 hindurch und der nachfolgenden Entwicklung des belichteten Photoresists 32 übereinstimmt. Es sind zum Zeitpunkt dieses in Fig. 2.4 dargestellten Verfahrensstadiums somit auf dem Oberflächenrelief 31 der Matrize 28 auch Bereiche mit und Bereiche ohne Photoresist vorhanden. In Figs. 2.1 to 2.7, a second embodiment of the invention is shown, which coincides with the first embodiment until the exposure of the photoresist 32 through a photomask 35 and the subsequent development of the exposed photoresist 32. Thus, at the time of this process stage shown in FIG. 2.4, areas with and areas without photoresist are thus also present on the surface relief 31 of the die 28.

[0031] Im Unterschied zur ersten Ausführungsform folgt jedoch nun kein Ätzvorgang. Es wird vielmehr auf die Oberfläche 30 der Matrize 28 (mit dem verbliebenen Photoresist) ganzflächig eine leitende Schicht 37 aufgebracht, vorzugsweise aus Silber, Gold oder Nickel. Es sind aber auch andere elektrisch leitende Metalle und Legierungen verwendbar. Um diese zu verstärken und damit besser handhabbar zu machen, kann nachfolgend eine weitere Schicht 37', beispielsweise auf galvanischem Weg, aufgebracht werden (Fig. 2.5). Es entsteht hierdurch eine metallische Kopie (Prägematrize 38), die nach einer Trennung von ihrer Vorlage exakt ein Spiegelbild der Bereiche mit und ohne Photoresist darstellt. Nach der Trennung wird diese Kopie mit einem Photoresist-Remover, wie Aceton, behandelt, um den restlichen Photoresist zu entfernen. In contrast to the first embodiment, however, no etching now follows. Rather, a conductive layer 37 is applied to the surface 30 of the die 28 (with the remaining photoresist) over the entire surface, preferably made of silver, gold or nickel. But there are also other electrically conductive metals and alloys usable. In order to reinforce them and thus make them easier to handle, a further layer 37 'can subsequently be applied, for example by electroplating (FIG. 2.5). This results in a metallic copy (embossing die 38), which represents a separation of its template exactly a mirror image of the areas with and without photoresist. After separation, this copy is treated with a photoresist remover, such as acetone, to remove the remaining photoresist.

[0032] Es ist hierdurch im Ergebnis eine Prägematrize 38 entstanden, die Flächenabschnitte 22, 23 mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist. Jener Flächenabschnitt 23, auf dem sich bis zuletzt Photoresist 32 befunden hat, kann eine spiegelähnliche glatte Oberfläche aufweisen, die einfallendes Licht in vorbestimmter Weise reflektiert. Je nach Be- As a result, as a result, an embossing die 38 has been produced which has surface sections 22, 23 with different optical properties. That surface portion 23 on which photoresist 32 has been last until may have a mirror-like smooth surface which reflects incident light in a predetermined manner. Depending on the

4 4

CH 697 447 B1 CH 697 447 B1

schaffenheit des Photoresists 32 und/oder der aufgebrachten Schicht 37 kann diese auch leicht matt erscheinen. Die Stellen der Kopie (Prägematrize 38), bei denen sich zum Zeitpunkt der Abformung auf dem Original (Matrize 28) kein Photoresists befunden hat, weist hingegen das Oberflächenrelief 31 des Hologramms auf. Diese bilden somit jenen Flächenabschnitt 22, derdiffraktive optische Eigenschaften aufweist und den ein Betrachterais Hologramm wahrnimmt. Jeder der Flächenabschnitte 22, 23 kann seinerseits mehrere, nicht zusammenhängende Flächenteilbereiche aufweisen. In the case of the photoresist 32 and / or the applied layer 37, it may also appear slightly dull. On the other hand, the locations of the copy (embossing die 38) in which no photoresist was present on the original (die 28) at the time of the impression have the surface relief 31 of the hologram. These thus form that surface portion 22 which has diffractive optical properties and which a viewer perceives hologram. Each of the surface portions 22, 23 may in turn comprise a plurality of non-contiguous surface portions.

[0033] In einer nicht bildlich dargestellten dritten Ausführungsform der Erfindung kann zuerst eine metallische Unterlage, beispielsweise aus Nickel oder Kupfer, mit einem Photoresist (Positiv- oder Negativ-Photoresist) gleichmässig beschichtet werden. Die Belichtung des Photoresists kann wiederum mit einer Photomaske erfolgen, die mittels eines Elektro-nenstrahllithografieverfahrens oder durch Direct-Laser-Writing erzeugt sein kann. Wie bei den zuvor bereits erörterten erfindungsgemässen Ausführungsformen sollte auch hier der Abstand zwischen der Photomaske und dem Photoresist möglichst klein ausfallen. Vorzugsweise wird deshalb zwischen der Photomaske und dem Photoresist ein Vakuum, zumindest jedoch ein starker Unterdruck, erzeugt. In a non-illustrated third embodiment of the invention, a metallic backing, such as nickel or copper, may be first uniformly coated with a photoresist (positive or negative photoresist). The exposure of the photoresist can in turn be done with a photomask, which may be generated by an electron beam lithography process or by direct laser writing. As in the case of the embodiments according to the invention already discussed above, the distance between the photomask and the photoresist should also be as small as possible. Preferably, therefore, a vacuum, but at least a strong negative pressure, is generated between the photomask and the photoresist.

[0034] Mit einer Belichtung des Photoresists, beispielsweise mit UV-Licht, und dessen nachfolgenden Behandlung mit einem chemischen Entwickler können im Falle eines Positiv-Photoresists wiederum jene Zonen entfernt werden, die über die Höhe der Photoresistschicht vollständig durchbelichtet wurden. Es verbleiben auf der Matrize bzw. dem Substrat Bereiche mit und Bereiche ohne Photoresist. With an exposure of the photoresist, for example with UV light, and its subsequent treatment with a chemical developer in the case of a positive photoresist again those zones can be removed, which were completely overexposed over the height of the photoresist layer. It remains on the die or the substrate areas with and areas without photoresist.

[0035] Ausschliesslich auf die Bereiche, die mit Photoresist beschichtet sind, kann nun eine holographische Aufnahme, beispielsweise mittels Laserinterferometrie, erfolgen. Die Energie der Laserstrahlung sollte hierbei so auf den Photoresist abgestimmt sein, dass die Strahlung nur oberflächlich in den Photoresist eindringt und dort aufgrund der «Belichtung» ein vorbestimmtes diffraktives Oberflächenrelief erzeugt. Only on the areas which are coated with photoresist, a holographic recording, for example by means of laser interferometry, can now take place. In this case, the energy of the laser radiation should be matched to the photoresist so that the radiation penetrates only superficially into the photoresist, where it generates a predetermined diffractive surface relief due to the "exposure".

[0036] Darauf folgend wird die gesamte Oberfläche chemisch oder physikalisch ganzflächig mit einer leitenden Schicht überzogen, vorzugsweise mit Silber, Gold oder Nickel. Wie im zweiten Ausführungsbeispiel, so kann auch hier zur Verstärkung auf diese Schicht eine weitere Schicht aufgebracht werden, die beispielsweise eine Dicke von ca. 100 pm hat. Es entsteht hierdurch eine metallische Kopie, die nach der Trennung von der Vorlage ein exaktes Spiegelbild von der Vorlage mit den Bereichen mit und ohne Photoresist darstellt. Nach der Trennung der Abformung vom Original wird die Abformung (Kopie) mit Aceton oder einem sonstigen Photoresist-Remover behandelt, um die restlichen Photoresistberei-che zu entfernen. Subsequently, the entire surface is chemically or physically coated over the entire surface with a conductive layer, preferably with silver, gold or nickel. As in the second embodiment, it is also possible here to apply a further layer for reinforcement to this layer, which layer has a thickness of approximately 100 μm, for example. This results in a metallic copy which, after separation from the original, represents an exact mirror image of the original with and without photoresist areas. After separation of the impression from the original, the impression (copy) is treated with acetone or other photoresist remover to remove the remaining photoresist area.

[0037] Auch durch dieses Verfahren ist somit eine Prägematrize geschaffen worden, die mehrere Flächenabschnitte mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften aufweist. Nämlich einerseits jener Flächenabschnitt, der mittels laserinterfe-rometrischer Holographie oder einem anderen Verfahren geschaffen wurde und ein auf einfallendes Licht diffraktiv und reflektiv wirkendes Oberflächenrelief aufweist. Der andere Flächenabschnitt hat hingegen spiegelähnliche und oberflächlich glatte Zonen mit geringer Oberflächenrauigkeit. Diese Flächenabschnitte können somit als «Spiegel» wahrgenommen werden. In Abwandlungen hiervon kann ein solcher Flächenabschnitt aber auch leicht matt erscheinen. Wiederum zusätzlich zu den beiden genannten Flächenabschnitten oder aber als Ersatz für den nicht-diffraktiven Flächenabschnitt kann ein diffus-reflektiver, d.h. matter, Flächenabschnitt vorgesehen sein. Dieser kann durch eine Ätzvorgang erzeugt werden. Also by this method an embossing die has thus been created, which has a plurality of surface portions with different optical properties. Namely, on the one hand, that surface section which was created by means of laser interferometric holography or another method and which has a surface relief which acts diffractive and reflective on incident light. The other surface section, however, has mirror-like and superficially smooth zones with low surface roughness. These surface sections can thus be perceived as "mirrors". In modifications thereof, however, such a surface section may also appear slightly dull. Again, in addition to the two surface sections mentioned, or as a substitute for the non-diffractive surface section, a diffuse-reflective, i. matter, surface portion may be provided. This can be generated by an etching process.

[0038] In weiteren Ausführungsformen können die einzelnen Verfahrenschritte der unterschiedlichen Ausführungsformen auch miteinander kombiniert und deren Reihenfolge variiert werden. So können beispielsweise Verfahrensschritte der beiden ersten Ausführungsformen gegeneinander ausgetauscht und zudem in der Reihenfolge vertauscht werden. Gleiches gilt für eine Kombination der zweiten mit der dritten sowie einer Kombination der ersten mit der dritten Ausführungsform. Auch die hierdurch entstehenden neuen Ausführungsformen können wiederum durch Austausch von einzelnen Verfahrensschritten gegen eines der anderen hier offenbarten Ausführungsbeispiele variiert werden. In further embodiments, the individual method steps of the different embodiments can also be combined and their order varied. Thus, for example, method steps of the first two embodiments can be interchanged and also reversed in order. The same applies to a combination of the second with the third and a combination of the first with the third embodiment. The new embodiments resulting therefrom can again be varied by exchanging individual method steps for one of the other exemplary embodiments disclosed here.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

[0039] [0039]

1 1

Substrat substratum

2 2

Flächenabschnitt surface section

3 3

Flächenabschnitt surface section

4 4

Zeichen character

5 5

Zeichen character

6 6

Zeichen character

7 7

Zeichen character

8 8th

Submastermatrize Submastermatrize

8' 8th'

Matrize die

10 10

Oberflächenschicht surface layer

11 11

Oberflächenrelief surface relief

12 12

Photoresist photoresist

15 15

Photomaske photomask

16 16

Ausnehmung recess

22 22

Flächenabschnitt surface section

5 5

CH 697 447 B1 CH 697 447 B1

23 23

Flächenabschnitt surface section

28 28

Matrize die

30 30

Oberfläche surface

31 31

Oberflächenrelief surface relief

32 32

Photoresist photoresist

35 35

Photomaske photomask

37 37

leitende Schicht conductive layer

37' 37 '

weitere Schicht another layer

38 38

Prägematrize embossing die

Claims

claims

Anspruch [en] A method for producing a surface structure of a substrate provided with different optical properties for producing production means, in particular for the production of security elements or decorative patterns, wherein the substrate has a surface portion (2, 3, 22, 23) provided with diffractive properties and a In order to achieve the diffractive properties in the corresponding area section, one or more surface reliefs (11, 31) are introduced, characterized in that in order to produce at least a portion of at least one of the two surface sections (2, 3, 22, 23) a photolithographic process is used, in which a photoresist applied to a substrate, the photoresist is preferably exposed through a photomask over the entire layer thickness and then developed, hereinafter subsequently either exposing ete or the unexposed portion of the photoresist is removed before an impression of the substrate is made to produce the production means.

2. The method according to claim 1, characterized in that by a material-applying and / or a material-removing method, the non-diffraction-optically effective surface portion (2, 3, 22, 23) is generated.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the diffractive surface portion (2, 3, 22, 23) is generated by a laser interferometric method.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that first the diffractive surface structures and then by the photolithographic method of non-diffractive optical effective, preferably diffuse-reflective, surface portion (2, 3, 22, 23) is generated.

5. The method according to claim 4, characterized in that the photolithographic method is applied to one or more sections of an existing diffractive surface surface structure.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the photolithographic method comprises a method step in which a portion of the surface relief (11, 31) is removed.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the photolithographic process comprises a step in which a part of the surface relief (11,31) is permanently coated with a material.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for generating at least a portion of the non-diffractive optical surface portion (2, 3, 22, 23) a plurality of different photolithographic methods are applied.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a photoresist layer (12, 32) is applied and thereafter for the diffractive surface portion (2, 3, 22, 23), a surface relief (11, 31) is generated.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on at least a portion of the non-diffraction-optically effective surface portion (2, 3, 22, 23) diffuse-reflective properties are generated.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that mirror-like properties are generated on at least a portion of the non-diffraction-optically effective surface portion (2, 3, 22, 23).

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a diffusely reflective surface portion (2, 3, 22, 23) is generated.

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that before an impression of the substrate for producing a production means either only the exposed or only the unexposed portion of the photoresist is removed and before the molding of the optical properties of the exposed areas after removal of the photoresist the surface of the substrate to be changed.

14. embossing die having a surface structure which has an optically diffractive-effective area section (2, 3, 22, 23) and a surface section (2, 3, 22, 23) which is predetermined in terms of its geometrical configuration, characterized by area areas, which are produced by means of a process according to claims 1 to 13.

6