CN101959697B - 薄膜元件的制造方法以及薄膜元件 - Google Patents

薄膜元件的制造方法以及薄膜元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造具有彼此套准的金属层(11、16)的薄膜元件的方法以及一种能借助于这样的方法制造的薄膜元件。设在一个柔性的单层或多层的载体薄膜(10)的第一表面上的第一金属层(11)以及设在该载体薄膜(10)的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层(13)借助于彼此同步的、产生图案的过程而彼此套准地被构图。在第一金属层(11)和掩蔽层(13)构图之后将一个或多个另外的层施设到第一金属层(11)上。在所述一个或多个另外的层(15)上施设第二金属层(16)，在第二金属层上施设第一可光活化层(17)。第一可光活化层(17)借助于从掩蔽层(13)的一侧利用一定波长的电磁辐射穿过掩蔽层(13)、第一金属层、所述一个或多个另外的层和第二金属层(16)的穿过式曝光而构图，第一可光活化层(17)对于该电磁辐射是敏感的，或者第一可光活化层通过掩蔽层控制地从薄膜体的与掩蔽层相对的一侧曝光。

Description

薄膜元件的制造方法以及薄膜元件
技术领域
本发明涉及薄膜元件的制造方法，该薄膜元件包括彼此套准的金属层；以及本发明涉及这样的薄膜元件。
背景技术
具有金属反射层的薄膜元件通常用于作为光学变化的安全元件(OVD)使得文件如货币、信用卡或银行卡或产品的复制和滥用变得困难并尽可能防止。为了进一步提高这样的薄膜元件的防伪安全性，建议使用如下光学变化的安全元件，它们的金属反射层不整面地设置在薄膜元件中，而是构图的并且仅局部地设置在薄膜元件中。彼此套准的金属层在此理解成彼此套准地设置的层，即它们按彼此固定的关系构图。
例如WO03／095227A1介绍一种光学变化的安全元件，其金属反射层仅局部设置，并且在安全元件中构成透明的窗口。为了金属反射层的构图，在此建议，整面地蒸镀金属反射层，然后借助于正腐蚀或负腐蚀或者烧蚀又在设有透明窗口的区域内被除去。
现在已经显示，可以如下获得其它的感兴趣的光学变化效果，即在薄膜元件内部不是仅仅设置一个金属反射层，而是两个局部做出的、对于观察人显得不透明的金属反射层。在此两个金属层的套准的定位有特别的意义，因为它们可能强烈地影响得到的光学特性。两个金属层彼此的光学上能容易识别的套准的定位也可以本身直接用作为安全特征，因为这种精确的套准的定位的重调是困难的和非常耗费的。但是通过至今已知的方法仅能不良地实现这样一个薄膜元件，其具有尽可能彼此套准地定位的、尤其是不同地构图的金属层：例如为了制造这样的薄膜元件在第一制造步骤中借助于抗蚀剂对第一金属层构图，并且在若干中间步骤(施设另外的层)之后，在另外的制造步骤中借助于抗蚀剂对第二金属层构图，第二曝光过程对构图的第一金属层的套准仅是困难地可能的，并且与较大的套准精度相关联。另外已经显示，通过曝光过程之间的对薄膜体的加工步骤虽然仅轻微地失真，但是不能控制地失真，使得因此第二金属层相对于第一金属层的完好的套准的构图在这种方式中不成功。
发明内容
现在本发明的目的在于，改进具有彼此套准的金属层的薄膜元件的制造，并且提供相应改进的薄膜元件。
上述目的通过一种用于制造具有彼此套准的金属层的薄膜元件的方法达到，在该方法中，设置在一个柔性的单层或多层的载体薄膜的第一表面上的第一金属层以及设置在该载体薄膜的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层借助于彼此同步的、产生图案的过程、优选光学的产生图案的过程而彼此套准地被构图，在第一金属层和掩蔽层构图之后将一个或多个另外的层施设到第一金属层上，在所述一个或多个另外的层上施设第二金属层，并且在第二金属层上施设第一可光活化层，并且第一可光活化层借助于从掩蔽层的一侧利用一定波长的电磁辐射穿过掩蔽层、第一金属层、所述一个或多个另外的层和第二金属层的穿过式曝光被构图，第一可光活化层对于该电磁辐射是敏感的，掩蔽层和第一金属层的厚度和材料选择成使得掩蔽层和第一金属层的透射率之比在用于穿过式曝光(Durchbelichtung)的电磁辐射的波长的情况下大于或等于1∶10，优选大约为1∶10。第一和第二金属层彼此对准并因此彼此套准地设置。第一可光活化层(其用于第二金属层的构图)不是如通常那样从该可光活化层的背离金属层的一侧曝光，而是穿过该金属层曝光。因此包括掩蔽层、载体薄膜、第一金属层、所述一个或多个另外的层以及第二金属层的薄膜体从掩蔽层的一侧曝光，即曝光装置设置在该薄膜体的一侧，这一侧的最上面的层是掩蔽层。因此掩蔽层相对于曝光装置是薄膜体的最接近曝光装置的层，因此实现穿过掩蔽层的曝光。已经意想不到地显示，在遵守上述条件时可能的是，第一可光活化层借助于设置在载体薄膜的第二表面上的掩蔽层被构图，尽管在该掩蔽层与可光活化层之间有整面设置的第二金属层(它对于观察人显得不透明)和不同地构图的第一金属层。
通过本发明实现第一和第二金属层套准的构图并避免上述问题。
另外按照本发明的一种优选的实施例，掩蔽层的透射率与第一金属层的透射率之比在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长的情况下选择成大于等于1∶15、优选在1∶15至1∶20之间。透射率在此理解成层对于电磁辐射的穿透性的程度(用百分比表示)，即第一金属层对于电磁辐射的穿透性至少为掩蔽层的15倍。因此得到第一可光活化层的特别可靠的构图。试验已经意想不到地得到，对于第一可光活化层的成功曝光，基本上仅第一金属层的透射率和掩蔽层的透射率是决定性的，这以充分的照射度和曝光持续时间为前提。包括(构图的)掩蔽层、载体薄膜和(构图的)第一金属层的层状物的透射率在最不透明的(最不透光的)位置上(掩蔽层、载体薄膜、第一金属层)和在最能透射的(最透光的)位置上(不存在掩蔽层和第一金属层)通过载体薄膜的透射率确定。另外必须保证，在没有掩蔽层、但有第一金属层的位置上，在穿过式曝光时活化第一可光活化层，在设有掩蔽层、但没有第一金属层的位置上，不活化第一可光活化层。如果现在如上所述地选择掩蔽层和第一金属层的透射率之比，那么在充分的照射度和持续时间的情况下，第一可光活化层的与掩蔽层套准地定位的构图在第一金属层的任意的造型和构图的情况下是可能的。
另外已经证实，掩蔽层的透射率在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长时选择成小于6％。
第一和第二金属层可以由任意的金属或金属合金构成，第一金属层的层厚选择成满足关于层的透射率的上述条件。优选第一金属层在此由银制成，优选层厚为20～40nm。优选第二金属层由铝、铜或银制成，优选层厚为10～50nm。另外在此也可能的是，第二金属层由两个或更多个重叠设置的、不同金属的分层构成。这可以用于调节第二金属层的透射率，使得在穿过式曝光中要被采用的照射度和／或曝光持续时间与现有的生产机器协调。
按照本发明的一种优选的实施例，掩蔽层由金属或金属合金、尤其是铜制成。金属层的特点在于在小层厚的情况下特别高的不透明性，使得掩蔽层的层厚并且薄膜元件的整个层厚可以降低。但是另外也可能的是，掩蔽层由两个或更多个层构成，它们优选包括一个金属层。例如可能的是，用于掩蔽层构图的着黑色的抗蚀剂层保留为薄膜体中的掩蔽层的一部分。
上述目的另外按本发明通过一种用于制造带有彼此套准的金属层的薄膜元件的方法达到，在该方法中，设置在一个柔性的单层或多层的载体薄膜的第一表面上的第一金属层以及设置在该载体薄膜的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层借助于彼此同步的产生图案的过程而彼此套准地被构图，在第一金属层和掩蔽层构图之后将一个或多个另外的层施设到第一金属层上，在所述一个或多个另外的层上施设第二金属层，在第二金属层上施设第一可光活化层，并且第一可光活化层通过掩蔽层控制地用电磁辐射从薄膜体的与掩蔽层相对的一侧曝光和因此被构图，第一可光活化层对于该电磁辐射是敏感的，该薄膜体包括掩蔽层、第一金属层、所述一个或多个另外的层、第二金属层和第一可光活化层。第一和第二金属层彼此对准并因此彼此套准地设置。包括掩蔽层、载体薄膜、第一金属层、所述一个或多个另外的层、第二金属层和第一可光活化层的薄膜体的曝光因此不从掩蔽层的一侧、而是从薄膜体的与该侧相对的另一侧进行，使得曝光装置现在设置在薄膜体的与掩蔽层相对的一侧。因此现在第一可光活化层构成薄膜体的最接近曝光装置的层。在这种方式中也允许第一和第二金属层的套准的构图。
在此按本发明的一种优选的实施例，掩蔽层借助于一个或多个光学传感器被光学地探测，并且第一可光活化层的曝光按照由光学传感器探测的值进行控制。例如可能的是，一个传感器阵列光学地探测掩蔽层并且控制激光器，该激光器设置在薄膜体的相对的另一侧并且由被用于同时探测的传感器阵列探测的值控制地曝光第一可光活化层。
另外也已经证实，掩蔽层借助于光源照射并且被掩蔽层反射的光偏转用于第一可光活化层的曝光，并且第一可光活化层通过掩蔽层控制地曝光。射入到掩蔽层上的并且被掩蔽层反射的光例如借助于围绕薄膜体的镜组偏转，并且用于从薄膜体的与掩蔽层相对的一侧对薄膜体曝光。这种布置的特点在于廉价的结构和能实现的高生产速度。
优选在本发明的方法中如下实现：
优选第二金属层在那些在曝光时使第一可光活化层活化的区域内或者在那些在曝光时不使该可光活化层活化的区域内借助于腐蚀过程局部地被去除，使得第二金属层对应于掩蔽层与第一金属层套准地构图。可能的是，采用一种抗蚀剂作为可光活化层，它在曝光区域内分解或消除，使得第二金属层仅在曝光的区域中通过腐蚀过程被去除(正性抗蚀剂)。另外也可能的是，采用一种抗蚀剂作为可光活化层层，它通过辐射产生抵抗在腐蚀过程中采用的酸或碱的保护作用(通过聚合或硬化)，使得第二金属层仅在未曝光的区域内通过腐蚀过程被去除(负性抗蚀剂)。
按照一种优选的实施例，在本发明的方法中，作为同步的产生图案的过程采用两个彼此同步的曝光过程。为此优选将掩蔽层和第一金属层施设到单层或多层的薄膜体上，接着将第二可光活化层施设到第一金属层上，并将第三可光活化层施设到掩蔽层上，然后将第二可光活化层在第一曝光过程中穿过第一曝光掩模曝光，而第三可光活化层在第二曝光过程中穿过第二曝光掩模曝光，第一和第二曝光掩模彼此套准地定位，并且第一和第二曝光过程彼此同步。
另外第一金属层和掩蔽层借助于腐蚀过程在那些通过第一或第二曝光过程使第二可光活化层或第三可光活化层活化或未活化的区域中去除。在此采用正性抗蚀剂或负性抗蚀剂是可能的，如上面解释的。
已经证实，通过这样的方式可以实现在第一金属层的构图与掩蔽层的构图之间的非常高的套准性，这例如通过同步的印刷方法是不能实现的。另外通过这样的方法可以实现高生产速度，使得可以特别廉价地执行制造。另外在这种方式中已经证实，由于在曝光之前还整面地存在的第一金属层和掩蔽层的屏蔽，可靠地防止两个曝光过程的相互影响，并且也能同时从两面曝光薄膜体，因此还可以进一步提高套准性。已经证实，第一和第二曝光掩模设置在包括第二和第三可光活化层、金属层、掩蔽层和载体薄膜的薄膜体的彼此相对的两侧上，并且同时曝光第二和第三可光活化层。
优选第一和第二曝光掩模做成板形的，并且用准直的光照射。两个曝光掩模在此优选通过保持框架相互连接，它保证两个曝光掩模在曝光时彼此套准地固定。例如在曝光时两个曝光掩模压靠在位于曝光掩模之间的薄膜体上，在此通过保持框架在固定的彼此定位中固定，然后薄膜体从两面分别穿过相应的曝光掩模曝光。因此可以实现曝光掩模彼此的特别精确的定位，并从而可以实现第一金属层和掩蔽层的构图的特别高的套准性。
但是另外也可能的是，为了曝光，取代板形的曝光掩模，采用滚筒式曝光器，并且例如薄膜体借助于两个彼此机械地同步的滚筒式曝光器曝光。
作为第一和第二曝光掩模优选采用玻璃掩模。对于在第一和／或第二曝光过程中的曝光另外优选波长小于310μm的电磁辐射，因为在该波长时用于载体薄膜的塑料(优选PET)同样仅具有小的穿透性，并且载体薄膜同样有助于第一和第二曝光过程的解耦。
但是另外也已经证实，在本发明的方法中，作为同步的产生图案的过程采用一个曝光过程和一个激光烧蚀过程，它们彼此同步。例如掩蔽层在激光烧蚀过程中借助于激光被构图，而第一金属层在曝光过程中借助于穿过曝光掩模的曝光而被构图，激光与曝光掩模的位置同步。因此可以放弃腐蚀过程，因此得到成本节约。
本发明的目的另外还由一种能借助于上述方法制造的薄膜元件达到，其包括一个柔性的单层或多层的载体薄膜、设置在载体薄膜的第一表面上的第一金属层、设置在载体薄膜的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层、设置在第一表面那一侧的第二金属层以及一个或多个另外的层，所述一个或多个另外的层设置在第一和第二金属层之间，掩蔽层和第一金属层彼此套准地构图，并且第二金属层对应于掩蔽层与第一金属层套准地构图。优选第一和第二金属层至少局部重叠。通过本发明成功实现，借助于掩蔽层使第一可光活化层在随后的过程步骤中曝光，使得第一可光活化层并从而第二金属层与第一金属层套准地构图，尽管第一金属层至少局部地与掩蔽层的透明区域重叠地设置并因此妨碍第一可光活化层的构图。
按本发明的一种优选的实施例，第一和第二金属层是起光学作用的反射层。薄膜元件优选是用于有价文件例如货币、信用卡或身份文件的保险的安全元件。在这种情况下，所述一个或多个另外的层优选由复制漆层、间隔层或装饰层构成。另外也可能的是，第一和第二金属层构成为电构件的电极层，因此所述一个或多个另外的层是一个或多个电功能层，尤其是包括由半导体、绝缘体或导电材料制成的层。
按照一种优选的实施例，第一金属层和第二金属层按照有规律的一维或二维光栅构图，即第一金属层和第二金属层分别具有多个设有金属的第一区域和多个没有金属的第二区域，它们按照第一或第二光栅布置。第一和第二光栅例如可以是线栅，或者也可以是面状光栅，其中例如在二维的有规律的结构中布置点状的或四边形的金属区域。在此也可以涉及几何变形的光栅，例如具有圆形或波浪形的光栅线条。光栅的光栅宽度优选大于300μm，更优选大于600μm。通过第一和第二金属层的光学重叠，对于观察人得到光学的总印象，其已经在两个光栅彼此定位的极小改变时明显改变。仅当两个光栅彼此套准地定位，才能得到期望的光学印象，例如由同心圆构成的图形。
在此另外证实为有利的是，对于两个光栅选择一致的光栅宽度，并且第一和第二光栅彼此定位成使得金属层的第一区域布置在第二金属层的第二区域的范围中以及相反布置。这例如如下实现，即作为第一和第二光栅选择相同的光栅，它们布置成彼此大约180°的相位差，即布置成彼此错开大约1／2光栅宽度。
按照本发明的一种优选的实施例，载体薄膜具有分离层，它允许包括第一和第二金属层的薄膜体与薄膜元件分离。薄膜元件例如可以构成为转移薄膜，包括掩蔽层和载体薄膜的薄膜体在薄膜元件施设到目标基片上之后从包括第一和第二层的、构成传递层的薄膜体上揭下。另外也可能的是，载体薄膜具有分离层，它允许包括掩蔽层的薄膜体与薄膜元件分离。因此可能的是，在第一可光活化层构图之后，将掩蔽层与剩余薄膜体分离。因此改进薄膜元件的进一步加工。
附图说明
下面借助于多个实施例参照附图示例性地解释本发明。
图1显示薄膜体在执行同步产生图案的过程之前的示意剖面图；
图2显示通过两个彼此同步的曝光过程被构图的薄膜体的示意剖面图；
图3显示用于本发明的一种实施例的曝光装置的示意剖面图；
图4显示用于本发明的另一实施例的曝光装置的示意剖面图；
图5显示薄膜体的示意剖面图，其包括彼此套准地构图的掩蔽层和第一金属层；
图6显示薄膜体的示意剖面图，其借助于穿过掩蔽层的穿过式曝光而被曝光；
图7显示按图6的薄膜体在执行腐蚀过程之后的示意剖面图；
图8显示薄膜体的示意剖面图，其提供光学的安全元件；
图9显示薄膜体的示意剖面图，其提供光学变化的安全元件；
图10显示多个视图，它们描述图8的薄膜体的金属层的光学效果；
图11显示多个视图，它们描述图8的薄膜体的金属层的光学效果。
具体实施方式
现在下面借助于图1至图6说明用于制造在图7中显示的薄膜元件的方法。
首先为此制成在图1中显示的薄膜体21。薄膜体21具有一个载体薄膜10、一个施设在载体薄膜的第一侧上的金属层11、一个施设在载体层10的相对的另一侧上的金属层13和两个可光活化层12、14，层12、14本身又施设在金属层11或金属层13上。载体层10是优选透明的厚度为8～125μm的塑料薄膜。载体薄膜10在此优选由PET或BOPP制成并且另外也是单轴或双轴拉伸的。另外也可能的是，载体薄膜10不仅由一个层制成，也由多个层制成。例如可能的是，载体薄膜10除了一个塑料载体(例如上述的塑料薄膜)之外还具有分离层，该分离层实现由层11和12构成的层状物从载体薄膜10上分离，或者实现由层13和14构成的层状物从载体薄膜10上分离。
在第一制造步骤中将金属层11和13例如借助于溅射或蒸镀而整面地施设在载体薄膜10上。金属层11和13例如由铝、银、铜、金或这些材料的合金制成。在此对于金属层11和13优选采用不同的金属材料并且这些层也以不同的层厚施设到载体薄膜10上，如这另外在下面详细解释。因此金属层13优选由铜制成并且具有100～200nm、优选大约200nm的层厚。金属层11优选由银制成，层厚为20～40nm、优选大约30nm。
然后在第二制造步骤中将可光活化层12和14整面地施设到金属层11和金属层13上，例如通过印刷、喷溅或浇注。作为可光活化的材料选择负性抗蚀剂，它适合于在随后的曝光过程中选择的曝光波长。例如采用针对紫外线设计的负性抗蚀剂，它以100～2000nm、优选大约800nm的层厚施设到金属层11或13上。
另外也可能的是，取代负性抗蚀剂也可以采用正性抗蚀剂，即采用一种在曝光时丧失其抵抗随后腐蚀过程的酸或碱的保护作用，使得被曝光的区域在腐蚀过程中被除去。例如可能的是，作为可光活化层施设具有层厚为100～800nm、优选层厚为200～300nm的负性抗蚀剂，它设计用于在248nm的波长范围内的曝光，例如用二氧化碳激光器曝光。
在随后的制造步骤中，薄膜体21借助于两个彼此同步的曝光过程被构图，如这下面借助于图2至图4所解释的。
图2显示设置在两个掩模31和32之间的薄膜体22，它对应于曝光之后的薄膜体21。薄膜体22具有可光活化层12和14、金属层11和13以及载体薄膜10。掩模31包括多个区域33，在这些区域33中掩模31对于用于曝光的光线41是不能透过的或基本上不能透过的；以及包括多个区域34，在这些区域34中掩模31对于用于曝光的光线41是透明的或基本上透明的。掩模32同样包括多个区域36，在这些区域36中掩模32对于用于曝光的光线42是透明的或基本上透明的；以及包括多个区域35，在这些区域35中掩模32对于用于曝光的光线是不能透过的或基本上不能透过的。掩模31和32在此优选是两块玻璃板，例如由石英玻璃制成，它们设有相应地构图的铬掩模，例如在区域33、35中存在铬层，而在区域34、36中不存在铬层。
在第一曝光过程中，现在薄膜体22从金属层11的一侧用光线41穿过掩模31曝光，使得在可光活化层的位于掩模31的区域34下方的区域121中对可光活化层12曝光并因此使之活化；而在该可光活化层的位于掩模31的区域33下方的区域122中未对可光活化层曝光并因此未使之活化。按相同的方式，在第二曝光过程中，薄膜体22从金属层13的一侧用光线42曝光，使得在可光活化层14的位于区域35下方的区域142中可光活化层14未被曝光并因此未被活化；而在可光活化层14的位于掩模32的区域36下方的区域141中可光活化层14被曝光并因此被活化。
这两个曝光掩模31和32彼此套准地设置，使得两个可光活化层12和14彼此套准地通过两个曝光过程被构图。
由于金属层13和11的屏蔽作用，在相应地选择照射度和照射持续时间的情况下，在此可能的是，第一和第二曝光步骤同时进行。对此特别是在图3中显示的曝光装置得到证实。
图3显示一种曝光装置5，它在一侧从薄膜辊被输入薄膜体21，它对薄膜体21曝光，然后曝光的薄膜体21即薄膜体22从它取出并且卷绕到另一薄膜筒子上或者直接输送至另一制造过程例如腐蚀过程。
曝光装置5具有两个曝光器51和52，它们设置在薄膜体21的彼此相对的两侧上并且彼此相对地定位。曝光器51具有曝光掩模31、多个光源53和一个准直器54，该准直器保证由光源53产生的光线以平行的射线走向遇到曝光掩模31。曝光器52具有曝光掩模32，以及也具有一个准直器54和多个光源53。曝光器51和52优选通过一个固定框架彼此连接，并且通过该固定框架至少在执行曝光过程中以彼此套准的方式固定。
薄膜体21通过曝光装置5的曝光以走走停停的工作方式实现。薄膜体21被引导至曝光装置5。曝光器51和52压靠薄膜体21，使得掩模31和32贴靠在薄膜体21上并且固定薄膜体。接着进行双面曝光，此时照射度和照射持续时间与可光活化层12和14协调。为了另外避免两个同时进行的曝光过程的相互影响，也可能的是，对于可光活化层12和14采用响应于不同波长的抗蚀剂。
在曝光之后，薄膜体21的被曝光的部分即薄膜体22从曝光装置5中移出，并且又从前面开始该过程。
另外也可能的是，曝光器51和52不彼此相对地定位，而且彼此并排地定位，使得薄膜体21的区域的正面和背面的曝光被时间错开地进行。另外也可能的是，对于曝光采用滚筒式曝光器。
图4显示一种曝光装置，包括第一曝光器55和第二曝光器56，薄膜体21借助于导向辊57通过曝光装置。在这种情况下，曝光掩模31和32作为循环掩模设置在滚筒式曝光器55、56的圆周面上。在此借助于设置在滚筒式曝光器55和56内部的光源实现曝光，这些光源产生光线41、42并且对引导经过滚筒式曝光器55、56的圆周面的薄膜体进行曝光。滚筒式曝光器55和56的滚筒在此彼此同步并例如经由一个传动装置相互连接。因此保证第一和第二曝光过程彼此同步并且可光活化层12和14彼此套准地被构图。
在可光活化层12和14曝光并因此构图之后，在随后的显影和腐蚀过程中，金属层11和13的如下区域被除去，即在这些区域中可光活化层12、14被活化即被分解(在使用正性抗蚀剂时)或者未被活化即未硬化(在使用负性抗蚀剂时)。薄膜体22例如输送至一个腐蚀池，在此除去设置在可光活化层12的未曝光区域122下方的金属层11以及设置在可光活化层14的未曝光区域142下方的金属层13。然后在冲洗和干燥过程之后将一个或多个另外的层施设到现在已构图的金属层11上，然后在这一个或多个层上整面地施设一个另外的金属层和一个另外的可光活化层。
图5显示这样产生的薄膜体23：薄膜体23具有载体薄膜10，在载体薄膜的一侧上施设了现在已构图的金属层13，在载体薄膜的另一侧上施设了现在已构图的金属层11。金属层13现在包括存在金属的区域131和不存在金属层13的金属的区域132。金属层11现在同样包括存在金属层11的金属的区域111和不存在金属的区域112。在金属层11上施设层15，该层例如是厚度为50～1000nm的透明的漆层。但是也可能的是，取代层15或者除了层15之外还将另外的层施设到金属层11上。这些层例如是复制漆层，在复制漆层中压入衍射结构；或者是着色层。另外也可能的是，层15或者这些另外的层是电功能层。例如可能的是，取代层15，设置层厚为30～100nm、优选大约50nm的半导体层，和例如层厚为100～1000nm、优选500nm的绝缘体层。
在层15上跟着一个另外的金属层16，它优选是层厚为10～50nm、优选30nm的薄的铜层。但是金属层16也可以由其它金属例如由银或铝制成，或者由多个不同金属层的序列构成。在金属层16上跟着可光活化层17，它在图5的实施例中是负性抗蚀剂，它以100～800nm、优选大约200nm的层厚施设并且设计用于大约365nm的曝光波长。
在下一步骤中现在薄膜体23从金属层13的一侧曝光，如图6所示。如图6所描述的，曝光装置在此设置在薄膜体23的一侧，在该侧也设置掩蔽层即金属层13。金属层13因此构成薄膜体23的这样一个层，该层是薄膜体23的最接近曝光装置的层。穿过薄膜体的金属层13和设置在金属层13下方的各层实现曝光。
图6显示薄膜体24，它对应于在执行曝光步骤之后的薄膜体23。薄膜体24具有金属层13、11和16、载体薄膜10、层15和可光活化层17。如图6所示，可光活化层17在布置得与金属层13的区域132叠合的区域171中被活化，而在布置得与金属层13的区域131叠合的区域172中未被活化和构图。但是为了能够实现这种结果，需要遵守特定的条件：金属层13和金属层11(在设有相应的金属层的那些区域中)的透射率之比在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长范围中选择成大于等于1∶10。金属层11和13的材料和厚度现在选择成满足该条件。另外遵守下列条件也证实为有利的：金属层13的透射率与金属层11的透射率之比在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长中优选选择成大于等于1∶15，更优选在1∶15至1∶20之间。试验已经显示，在由层13、10、11、15和16构成的层体的大致垂直的入射时透射特性可以局部近似地通过各单层的透射率相乘而确定。试验另外显示，可光活化层17的成功的曝光使得有必要在区域171和172中入射的光线量至少相差15倍。在金属层13在区域131中的透射率为T13并且金属层11在区域111中的透射率为T11(假设在区域132和112的透射率为100％)，对于薄膜体24的不同部分得到如下的名义透射率：
存在金属层13但不存在金属层11的区域为：T13；
金属层13和金属层11都存在的区域为：T13×T11；
既不存在金属层13也不存在金属层11的区域为：100％；
不存在金属层13但存在金属层11的区域为：T11。
为了对于区域111和132重叠的情况也保证可光活化层17的成功的曝光，T11与T13之比必须大于等于15。另外照射度和照射持续时间选择成使得可光活化层17在区域132和111重叠的区域中还被活化并且在区域131和112重叠的区域内还未被活化。这可以通过相应的测量系列按简单的方式方法确定。
然后在另一步骤中薄膜体25受到显影和腐蚀过程，其中在可光活化层17未被活化的区域172中除去金属层16，而在可光活化层17被活化的区域171中金属层16通过抗蚀剂保护，并且保留在层15上。在冲洗、剥除和干燥之后出现在图7中显示的薄膜体25，它包括被构图的金属层13、11和16、载体薄膜10、层15。金属层16与区域131叠合地具有区域162，在区域162中没有金属层16的金属；并且与区域132叠合地具有区域161，在区域161中存在金属层16的金属。因此金属层16对应于金属层13并因此与金属层11套准地构图。金属层16和11的区域161和111彼此套准地定位，而不管在金属层11和金属层16的构图之间经过许多过程步骤。
图8显示薄膜体6，它可以用作为光学的安全元件。薄膜体6具有一个载体薄膜60，该载体薄膜包括一个塑料薄膜62、一个分离层63和一个复制漆层64。塑料薄膜62优选是由PET或BOPP制成的塑料载体，层厚为8～125μm。复制漆层64涉及一种复制漆，在该复制漆中借助于加热的压制冲头或借助于紫外线复制方式可以仿制表面浮雕。复制漆层64例如涉及热塑性漆。分离层63是例如包含蜡成分的层，它允许层62与跟随层64的层体分离。薄膜体6另外具有金属层61和67、一个另外的复制层66和一个保护漆层68。
如上述借助于图1至图6已经解释的，薄膜体6借助于穿过用作为掩蔽层的金属层61的穿过式曝光而制成。取代载体薄膜10，在此载体薄膜60被采用并在先于图2的曝光过程的制造步骤中制造：
在此在塑料薄膜62上整面地施设分离层63和复制层64。接着在复制层64中将起光学作用的表面浮雕例如衍射光栅或全息图例如借助于热和压力在使用复制辊和借助于紫外线复制方式的情况下制入。接着根据按图2至图4的实施形式，施设金属层61和65并彼此套准地构图。然后施设复制层66，并且在该层中同样仿制起光学作用的表面浮雕例如衍射光栅或全息图。接着根据按图5和图6的实施形式将金属层67施设到复制漆层66上并且借助于穿过金属层61的穿过式曝光而被构图。接着施设保护漆层。
保护漆层68和两个复制层64和66的折射率在此选择成使得这些层的折射率是相同的或者仅仅略微彼此不同，使得在没有金属层施设在表面结构上的区域中，表面结构的光学效果被消隐。另外也可能的是，放弃使用复制漆层64和66以及放弃在这些层中的起光学作用的表面浮雕的仿制，于是例如取代复制层66设置透明的漆层。
金属层65和金属层61在此在按图6的过程步骤构图，使得关于金属层67和65得到在图8中描述的有规律的相对布置：在第一区域651中设有金属层65，在第二区域652中没有金属层65。区域652和651按照有规律的几何变形线栅布置，使得区域651彼此等距地间隔。
按相同的方式，金属层67包括设有该金属层的区域671和没有该金属层的区域672，区域671和672也按照有规律的线栅定位。如图8所示，在此两种线栅的光栅宽度一致，并且金属区域671和651的宽度以及光栅的彼此定位选择成使得区域671布置在区域652的范围中，而区域651布置在区域672的范围中。另外区域651和671的宽度以及两种光栅彼此的定位优选地选择成使得，在区域671和651之间分别有一个小间隙并因此由层63至68构成的层体在该范围是透明的，如图8所示。优选对于层65和67采用相同的光栅，它们彼此错开大约180°，即彼此错开大约1／2栅距，并且金属区域651和671的宽度选择成使得该宽度小于1／2光栅宽度，优选大约1／4光栅宽度。
如果作为金属层65和67的光栅使用圆形变形线栅，那么在这些层的构图的彼此的套准的定位时得到如图10所示的光学表现图91。
光学表现图91由一系列同心圆构成，圆交替地由金属层67的一个区域671和金属层65的一个区域651构成。如果两个金属层65和67彼此套准地按上述方式构图，那么对于观察人得到有规律的一系列同心圆。在层65和67构图中小的套准失准时，光学表现图已经对于观察人明显改变：在图10中显示光学表现图92和光学表现图93，其中一个存在层65和67的构图彼此的小的水平偏移，而另一个存在层65和67的图案彼此的定位的小的失真。通过在此出现的莫尔效应和光学图通过观察人的感觉的特定的特性，这些很小的改变对于观察人明显可见，在百分之几的偏差时已经如此。
图11显示金属层67和65的另一构图的光学表现图94、95和96，在此与按图10的实施形式相反不是以金属层65和67的构图的圆形几何变形的线栅、而是按一种几何图形变形线栅为基础。光学表现图94显示在层的套准的定位时的表现图，光学表现图95和96显示在金属层65和67的构图彼此的略微的垂直偏移和略微的失真时的表现图。
按图8的薄膜体6另外还可以设有一个或多个另外的层，例如设有粘胶层。另外，分离层63允许带有金属层61的塑料薄膜62与剩余的薄膜体分离，使得包括层64至68的该薄膜体可以作为安全元件例如通过热压而转移到要被保险的文件上。本发明也针对这样的用作为安全元件的薄膜体，它具有两个金属层即层65和67，在它们之间设置至少一个透明的另外的层，即层66。第一金属层65和第二金属层67分别具有多个设有金属层的金属的第一区域651、671和多个没有金属层的金属的第二区域672、652，第一金属层65的第一和第二区域按照有规律的一维或二维的第一光栅布置，第二金属层67的第一和第二区域按照有规律的一维或二维的第二光栅布置，第一和第二光栅彼此套准地定位。第一和第二光栅的光栅宽度一致，并且第一和第二光栅彼此定位成使得第一金属层的第一区域布置在第二金属层的第二区域的范围中以及第二金属层的第一区域布置在第一金属层的第二区域的范围中。第一和第二光栅是相同的光栅，它们布置成彼此180°的相位差。
图9显示一个薄膜体7，它同样用作为安全元件，例如可以用于货币、有价文件或身份文件的保险。薄膜体7具有一个载体薄膜70(其包括一个复制层75、一个保护漆层74、一个分离层73和一个塑料薄膜72)、金属层71、76和78、一个复制层77和一个粘胶层79。该薄膜体7如参考图8的薄膜体6制造，在此在复制层75的表面中仿制衍射光学的第一浮雕结构82，并且在复制层77的表面中仿制衍射光学的第二浮雕结构81，如这也在图9中描述。在此金属层78也借助于穿过作为掩蔽层的金属层71的穿过式曝光而构图，使得在区域781中设置该金属层，而在区域782中没有该金属层，与金属层71的金属区域711叠合。
但是如图9所示，金属层76和78的构图与按图8的金属层65和67的构图的区别在于：金属层76和78基本上彼此叠合地设置，使得设有相应金属层的金属的区域761和781以及没有相应金属层的金属的区域762和782基本上叠合地上下设置。现在对于衍射光学的浮雕结构81和82选择不同的衍射光学的结构，例如不同的全息图。因此在将由塑料薄膜72和金属层71构成的物体与薄膜体的剩余部分借助于分离层73分开之后，在观察正面和背面时展示不同的光学印象：在观察层79的一侧时展示通过衍射光学的浮雕结构81产生的光学效果如第一全息图，其通过由透明区域(区域782和762)构成的特征叠加。在从层74的一侧观察时展示由衍射光学的浮雕结构82产生的光学印象如第二全息图以及同样由透明区域782和762提供的特征。

Claims (36)

1.用于制造具有彼此套准的金属层(11、16)的薄膜元件(25)的方法，其特征在于：设在一个柔性的单层或多层的载体薄膜(10)的第一表面上的第一金属层(11)以及设在该载体薄膜(10)的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层(13)借助于彼此同步的、产生图案的过程而彼此套准地构图，在第一金属层(11)和掩蔽层(13)构图之后将一个或多个另外的层施设到第一金属层(11)上，在所述一个或多个另外的层上施设第二金属层(16)，并且在第二金属层上施设第一可光活化层(17)，并且第一可光活化层(17)借助于从掩蔽层(13)的一侧利用一定波长的电磁辐射穿过掩蔽层(13)、第一金属层、所述一个或多个另外的层(15)和第二金属层(16)的穿过式曝光而构图，第一可光活化层(17)对于该电磁辐射是敏感的，掩蔽层(13)和第一金属层(11)的厚度和材料选择成使得掩蔽层(13)和第一金属层(11)的透射率之比在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长的情况下大于1∶10。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：掩蔽层(13)的透射率在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长时小于6％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过程是光学的过程。
4.用于制造带有彼此套准的金属层的薄膜元件的方法，其特征在于：设在一个柔性的单层或多层的载体薄膜的第一表面上的第一金属层以及设在该载体薄膜的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层借助于彼此同步的、产生图案的过程而彼此套准地构图，在第一金属层和掩蔽层构图之后将一个或多个另外的层施设到第一金属层上，在所述一个或多个另外的层上施设第二金属层，在第二金属层上施设第一可光活化层，并且第一可光活化层通过掩蔽层控制地用电磁辐射从薄膜体的与掩蔽层相对的一侧曝光并因此构图，第一可光活化层对于该电磁辐射是敏感的，该薄膜体包括掩蔽层、载体薄膜、第一金属层、所述一个或多个另外的层、第二金属层和第一可光活化层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：借助于一个或多个光学传感器光学地探测掩蔽层，并且按照由光学传感器探测的值控制第一可光活化层的曝光。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：借助于光源照射掩蔽层并且被掩蔽层反射的光偏转用于第一可光活化层的曝光，因此第一可光活化层通过掩蔽层控制地曝光。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：用于第一可光活化层构图的掩蔽层与载体薄膜分开，掩蔽层定位在光源与第一可光活化层之间，并且第一可光活化层借助于穿过掩蔽层的穿过式曝光而曝光，因此第一可光活化层通过掩蔽层控制地曝光。
8.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：第二金属层(16)在那些在曝光时使第一可光活化层(17)活化的区域内或者在那些在曝光时不使第一可光活化层活化的区域内借助于腐蚀过程局部地去除，使得第二金属层(16)对应于掩蔽层(13)与第一金属层(11)套准地构图。
9.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：作为同步的产生图案的过程采用两个彼此同步的曝光过程。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：将掩蔽层(13)和第一金属层(11)施设到所述单层或多层的载体薄膜(10)上，接着将第二可光活化层(12)施设到第一金属层(11)上，并将第三可光活化层(14)施设到掩蔽层(13)上，将第二可光活化层(12)在第一曝光过程中穿过第一曝光掩模(31)曝光，而第三可光活化层(14)在第二曝光过程中穿过第二曝光掩模(32)曝光，第一和第二曝光掩模(31、32)彼此套准地定位，并且第一和第二曝光过程彼此同步。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：第一金属层(11)和掩蔽层(13)借助于腐蚀过程在那些通过第一或第二曝光过程使第二可光活化层(12)或第三可光活化层(14)活化或未活化的区域(112、132)中去除。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：第一和第二曝光掩模(31、32)设置在包括第二和第三可光活化层(12、14)、第一金属层(11)、掩蔽层(13)和载体薄膜(10)的薄膜体的彼此相对的两侧上，并且同时曝光第二和第三可光活化层。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：第一和第二曝光掩模(31、32)做成板形的，并且通过保持框架相互连接，它保证两个曝光掩模在曝光时彼此套准地固定。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：第一和／或第二曝光掩模设置在第一或第二滚筒式曝光器(55、56)的圆周面上。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：第一和第二滚筒式曝光器(55、56)彼此同步。
16.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：第一和／或第二曝光掩模由玻璃掩模构成。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在第一和／或第二曝光过程中的曝光用波长为310μm的电磁辐射进行。
18.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：作为同步的产生图案的过程采用彼此同步的一个曝光过程和一个激光烧蚀过程。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：掩蔽层(13)在激光烧蚀过程中借助于激光被构图，而第一金属层在曝光过程中借助于穿过曝光掩模的曝光而被构图，激光与曝光掩模的位置同步。
20.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：第一和第二金属层是起光学作用的反射层。
21.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：第一和第二金属层构成为电构件的电极层。
22.根据权利要求4至7任一项所述的方法，其特征在于：所述一个或多个另外的层包括一个或多个电功能层。
23.根据权利要22所述的方法，其特征在于：所述一个或多个另外的层包括由半导体、绝缘体或导电材料制成的层。
24.薄膜元件(25)，其能根据权利要求1或4所述的方法制造，其包括一个柔性的单层或多层的载体薄膜(10)和设置在该载体薄膜的第一表面上的第一金属层(11)，其特征在于：薄膜元件(25)还具有设置在该载体薄膜的与第一表面相对的第二表面上的掩蔽层(13)、设置在第一表面那一侧的第二金属层(16)以及一个或多个另外的层(15)，所述一个或多个另外的层设置在第一和第二金属层之间，掩蔽层(13)和第一金属层(11)彼此套准地被构图，并且第二金属层(16)对应于掩蔽层(13)与第一金属层(11)套准地被构图。
25.根据权利要求24所述的薄膜元件，其特征在于：掩蔽层(13)和第一金属层(11)的厚度和材料选择成使得掩蔽层(13)和第一金属层(11)的透射率之比在用于穿过式曝光的电磁辐射的波长的情况下大于1∶10。
26.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：第一金属层(11)由银制成。
27.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：第二金属层(16)由铜制成。
28.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：第二金属层由两个或更多个重叠设置的由不同金属制成的分层构成。
29.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：掩蔽层(13)由金属制成。
30.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：掩蔽层由两个或更多个层构成。
31.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：载体薄膜具有分离层，该分离层允许包括第一和第二金属层的薄膜体与薄膜元件分离。
32.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：载体薄膜具有分离层，该分离层允许包括掩蔽层的薄膜体与薄膜元件分离。
33.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：第一金属层(65)和第二金属层(67)分别具有多个设有金属层的金属的第一区域(651、671)和多个没有金属层的金属的第二区域(672、652)，第一金属层(65)的第一和第二区域按照有规律的一维或二维的第一光栅布置，第二金属层(67)的第一和第二区域按照有规律的一维或二维的第二光栅布置，第一和第二光栅彼此套准地定位。
34.根据权利要求33所述的薄膜元件，其特征在于：第一和第二光栅的光栅宽度一致，并且第一和第二光栅彼此定位成使得第一金属层的第一区域布置在第二金属层的第二区域的范围中以及第二金属层的第一区域布置在第一金属层的第二区域的范围中。
35.根据权利要求33所述的薄膜元件，其特征在于：第一和第二光栅是相同的光栅，它们布置成彼此180°的相位差。
36.根据权利要求24或25所述的薄膜元件，其特征在于：第一和第二金属层至少局部重叠。
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