CN106255568B - 层元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造部分地去除了金属层的层元件的方法，该方法包括以下步骤：提供层元件(1700、1800)，该层元件具有支撑基材(1702、1802)，该支撑基材(1702、1802)的一个表面具有至少一个第一和第二区域(1704、1804；1706、1806)，所述第一区域(1704、1804)具有第一结构(1710、1810)，该第一结构(1710、1810)不同于所述第二区域(1706、1806)的第二结构(1712、1812)，该层元件还具有布置在支撑基材的所述表面上的至少一个金属层(1708、1808)；以及使用电磁辐射通过激励表面等离子体激元去除具有第一结构(1710、1810)的第一区域(1704、1804)中的金属层(1708、1808)。本发明还涉及一种层元件和一种用于执行所述方法的装置。

Description

层元件
技术领域
本发明涉及一种部分地去除防伪元件的金属层的方法、相应的防伪元件、具有这种防伪元件的有价文件、以及制造这种防伪元件的设备。
背景技术
有价文件在本发明中特指钞票、股票、债券、契据、票券、支票、机票、高价值入场券、产品认证标签、信用卡或现金卡，还包括面临伪造危险的其它文件，例如护照、身份证或其它身份证件。
有价文件(尤其是钞票)通常是由纸质基材、聚合物基材或纸质和聚合物基材的组合制成的，这种基材具有特定的防伪特征，例如至少部分地结合到纸质基材中的防伪线、或者水印。进一步的防伪特征可包括粘接/层压到有价文件上或者结合到其中的所谓的窗箔、防伪线或防伪带。防伪元件通常包括作为载体材料或基体材料的聚合物或聚合物成分。典型情况下，防伪元件具有光学可变的防伪特征，例如全息图或某些变色效果，以确保更好的防伪性。光学可变防伪元件的一个独特优点是，所述防伪元件上的防伪特征无法通过使用复印机简单地复印来仿造，因为复印件的光学可变防伪特征的效果会丧失，或者甚至仅呈现为黑色。
但是，在采用例如具有多种并排布置的光学效果的光学可变防伪元件的现有有价文件中，一个缺点是，其设计复杂性增加，使得制造很耗时，并且成本很高。例如，在制造同时具有并排的全息图和精细结构的透明区域或部分地去除金属层的区域(例如阴图案或阴文)的防伪元件时，制造去除金属层的区域在技术上很苛刻，另一方面，去除金属层的区域的精细程度的限制是预定的，或者受制于所采用的去除金属层的方法。
在具有不同光学效果(例如并排布置的全息图和阴图案)的防伪元件的典型制造方法中，制造过程包括首先在整个区域上对载体材料镀覆金属，然后在另一个方法步骤中去除具有阴图案的区域中的金属层。由于阴图案的结构尺寸通常在20微米至80微米范围之内，因此在镀覆金属操作过程中不能再通过掩模来结合阴图案，而是必须独立地制造出阴图案。
为了使这种部分去除金属层的操作能够特别有选择性地且精确地进行，可采用现有技术中的以下已知程序：
在基材上布置具有大深宽比(例如0.4)的光栅，该深宽比定义为结构深度与结构宽度的比值。对整块基材和光栅进行金属蒸镀。由于光栅区域的表面积扩大，因此与平滑区域上的金属层相比，光栅区域中的金属层要薄得多。因此，与光滑表面处相比，在这些位置，更易通过激光辐照或刻蚀去除金属。所以，利用这种程序，可部分去除基材的光栅区域中的金属层，同时在其它区域(尤其是比光栅区域更平坦的区域)中仍保留金属层。因此，去除金属层后的光栅形成布置在有金属层的区域旁边的阴图案。因此，这种去除金属层的方法需要减薄金属层与“光阱”的结合，这两种构造都制造为具有大深宽比。例如，在EP 1 846 253或EP 1 843 901中公开了一种此类方法。该方法基于局部光吸收，根据有效介质理论可计算这种局部光吸收量。
对于提供具有更高精度、更精细结构和更复杂的光学效果的要求导致了更精细的结构需要在基材上压制更精细的光栅和对其进行金属镀覆的状况。现在，在很多应用中，甚至要求图案的位置精度和图案的线道宽度小于20微米。
虽然目前在技术上已经掌握了精细光栅的压制和金属镀覆，但是结构越精细、深度越大，作业难度和最终产品中出现缺陷的危险就越大。在压制这种精细光栅时，光栅的深宽比越大、光栅结构越细小，压铸结构的质量就越差。而且，在卷到卷压纹机中，压制速度取决于待压制的结构的深宽比。因此，随着光栅的深宽比和精细程度提高，制造速度会降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种防伪元件，该防伪元件具有很高的结构分辨率，并允许很高的设计复杂度，同时能够以简单的方式制造。
此目的是通过独立权利要求的主题实现的。在从属权利要求中限定了一些优选实施方式。
本发明的第一个方面涉及一种制造防伪元件的方法，该防伪元件具有部分地去除金属的金属层。尤其是，此方面涉及一种制造部分地去除了金属的层元件的方法，该方法包括以下步骤：
-提供层元件，该层元件具有：
-承载基材，其一面具有至少一个第一区域和一个第二区域，其中，
第一区域具有第一结构，该第一结构不同于第二区域的第二结构，和
-布置在承载基材的所述面上的至少一个金属层；和
-利用电磁辐射通过激励表面等离子体激元去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
所述方法优选包括以下步骤：
-提供层元件，该层元件具有：
-承载基材，其一面具有至少一个第一区域，其中，
该第一区域具有第一结构，和
-布置在承载基材的所述面上的至少一个金属层；和
-利用电磁辐射通过激励表面等离子体激元去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
尤其是，承载基材的所述面是表面。尤其是，承载基材的所述面与金属层形成界面。尤其是，第一区域是第一表面区域，第二区域是第二表面区域，或者，第一区域和第二区域是第一和第二界面区域。尤其是，所述结构是表面结构或界面结构。尤其是，第一结构与金属层形成金属光栅。
在下文中，术语“表面等离子体激元”将简称为SPP。
表面等离子体激元(SPP)通过电磁辐射结合至金属界面，并沿其界面层传播，从而经历吸收过程。SPP的激励是在入射光子的动量守恒规律下实现的，并且SPP是通过金属光栅的多个倒易栅矢量保证的。另外，请特别参考图1a和图1b，其中更明确地示出了SPP的激励。SPP的激励基于通过光栅相互作用产生的共同共振吸收。
术语“层元件”应理解为特指包括至少一个介质层和一个金属层的元件。但是，层元件也可不仅包括所述的双层。尤其是，层元件可在不同的区域中具有不同的层，不同数量的层和/或不同顺序的层。
术语“承载基材”应理解为特指可调制的(承载)层，所述可调制的(承载)层用于在其中结合或形成第一结构和/或第二结构。例如，可调制的(承载)层或承载基材可为PVC或PET薄片，可通过压纹方式将结构结合到其中。而且，承载基材例如可为PET薄片，在其上涂覆用于承载结构的浮凸漆层。另外，承载基材可为可调制的树脂层或漆层，例如通过压纹和/或蚀刻法调制。同样，承载基材也可为芯片卡或身份证，或者这种芯片卡/身份证的基板。更优选地，承载基材对于所用的电磁辐射是透传的。
尤其是，承载基材可具有多个面/界面/表面，这些面/界面/表面分别调制有第一和/或第二结构/界面结构/表面结构。承载基材优选至少在第一区域中是介质性的。承载基材优选具有至少一个介质层。
尤其是，层元件具有(金属)光栅，该光栅由第一结构和金属层形成，所述光栅具有金属-介质界面。所述界面由承载基材的金属层和介质材料形成。承载基材至少在第一区域中是介质性的承载基材。
第一结构与第二结构的不同之处应理解为特指第一和第二结构在至少一个几何参数或结构参数上不同。例如，第一结构可具有周期性的矩形轮廓，而第二结构是光滑的。而且，第一结构/表面结构和第二结构的不同之处可以是，其中一个结构具有周期为350纳米的矩形轮廓，而另一个结构具有周期为500纳米的矩形轮廓。
布置在承载基材的面上的金属层应理解为特指覆在承载基材的面上的金属层。该金属层例如可通过汽相淀积(例如物理汽相淀积(PVD))覆在承载基材的(表)面上。
金属层尤其镀覆为使得承载基材的(表)面的第一区域/界面区域和第二区域/界面区域被金属层(均一地)覆盖。
优选可在金属层上布置至少另一个介质层。在此情况中，该金属层优选布置在承载基材与所述的另一个介质层之间。
利用电磁辐射通过激励SPP去除具有第一结构的第一区域中的金属层应理解为特指在层元件的整个区域被照射时有选择性地仅去除第一区域中的金属层，同时，虽然第二区域也受到辐照，但是不去除第二区域中的金属层，或者不去除到与第一区域相同的程度。
优选仅在第一区域中利用电磁辐射(光线)激励SPP，并支持在所述第一区域中去除金属层。尤其是，(有选择性地)去除第一区域中的金属层是由于入射在层元件上的电磁辐射与第一结构发生引起SPP的特定相互作用实现的。由于第二结构不同于第一结构，因此在第二区域中不会激励SPP从而导致去除、完全去除或烧蚀金属层。术语“去除”优选包括转化。例如，当金属层在SPP激励作用下转化为氧化物和/或凝聚为“微滴”、使得观察者获得金属层不再存在或至少为半透明形式的印象时(虽然金属层仍以转化后的形式存在)，就是发生了转化。例如铝金属层在转化时转变为氧化铝层。在去除时，还可随着金属层烧蚀/去除与所述金属层连接的更多层。这种连接层可为金属层和/或介质层。例如，可以去除具有吸收层-介质层-反射层或吸收层-介质层-吸收层构造的色移构造层。在此情况中，金属层例如代表色移构造层的吸收层或反射层。在去除这种金属层时，优选去除整个色移构造层，因为与承载层的连接已被消除/去除。有利地，可通过这种方式将阴图案结合到具有色移效果的区域中。尤其是，在金属层布置在至少两层之间的情况中，可能发生转化。
更优选地，层元件或承载基材可包括具有与第一和第二结构不同的结构的其它区域。尤其是，这种其它区域的结构可构造为同样支持SPP的激励，或者不支持SPP的激励。若所述其它结构同样支持SPP的激励，则也可通过SPP的激励去除具有所述其它结构的区域中的金属层。
有利地，能够通过SPP的激励有选择性地去除层元件的第一区域中的金属层，同时不去除其它区域中的金属层。特别有利地，第一区域可构造得非常精细，但是还能有选择性地去除金属层，即，仅去除非常精细的第一区域中的金属层，而不同样地去除其它区域中的金属层，因而为此目的布置的第一结构无需具有很大的深宽比。有利地，能够实现宽度小于4微米的区域(尤其是第一区域)。同样，由于第一和第二区域的设计或布置形式，还能实现很窄/很小的第二区域。
更优选地，所述去除步骤包括：使用电磁辐射(光线)照射层元件的第一和第二区域，其中，由于第一结构的原因，只有第一区域中的金属层被由电磁辐射激励的SPP去除。
尤其是，第一和第二区域的照射可同时进行，但是仅去除第一区域中的金属层。采用同样的方式，第一区域的照射可在第二区域的照射之前或之后进行，但是仅去除第一区域中的金属层。
用于防伪元件的层元件区域实际上可在小于或等于80微米的尺寸范围之内。因此，处理装置(例如激光束、刻蚀装置等)常常遮盖或处理比该区域的尺寸大的面积(例如1平方厘米)。因此，在大规模使用时，待处理的区域的选择不再仅由处理装置(例如激光光刻机)进行，因为这会太耗时。
而且，在大规模使用时，采用卷到卷工艺，从而在导引层元件通过处理装置的同时对其进行处理。为了保证大面积和快速的处理，处理装置本身(例如激光器)常常无选择性地向整个层元件照射。换言之，例如对于利用激光照射去除金属层来说，即使在对较小的区域进行去除金属层时，也会照射层元件的很大(表)面，甚至照射整个(表)面。
因此，有利地，即使在处理装置本身无选择性地照射时，不同结构(即，第一和第二结构)的布置形式也能实现处理装置与各个结构有选择性地相互作用。在此方面，特别有利地，对于利用SPP的激励去除区域的金属层，层元件的结构也更容易制造，因为不需要很大的深宽比来实现利用结构与处理装置的相互作用进行选择。
提供承载基材的步骤优选包括以下步骤：在承载基材的第一区域中形成第一结构。
术语“形成”可理解为特指结合第一结构和/或第二结构。这种结合例如可利用压纹来实现。
更优选地，承载基材具有介质材料。承载基材优选具有压纹层。有利地，压纹层包含或包括第一结构。附加地或可替代地，该压纹层包括第二结构。
提供承载基材的步骤优选包括以下步骤：在承载基材的面上布置金属层。
短语“在承载基材的面上布置金属层”可理解为例如指镀覆或沉积金属层。这可通过物理汽相淀积来实现，例如热蒸发、电子束汽相淀积或溅射。
更优选地，金属层具有10纳米至200纳米层厚。
更优选地，金属层具有20纳米至100纳米层厚。尤其是，第一区域中的层厚为30纳米至60纳米、50纳米至70纳米、和/或60纳米至80纳米。特别优选的是，金属层具有30纳米和80纳米之间的层厚。
更优选地，金属层包括铝(Al)和/或银(Ag)和/或铜(Cu)和/或铬(Cr)作为材料。尤其是，金属层可基于具有上述材料之中的一种或多种的合金。
有利地，第一结构具有小于0.3的深宽比。
更优选地，第一结构具有小于0.2的深宽比。特别优选的是，第一结构具有0.05和0.2之间的深宽比。更优选地，第一结构具有0.05和0.1之间或0.1和0.2之间的深宽比。深宽比应理解为特指结构深度与结构宽度的比值。例如，三角形界面结构的结构深度应理解为从顶点至最近的三角形沟槽的距离或高度差。结构宽度应理解为从一个顶点至最近顶点之间的距离。采用具有对称轮廓的周期性结构时，结构宽度应理解为周期的一半，而结构深度应理解为峰-谷距离。
更优选地，第一结构是浮凸结构。
有利地，与具有大于0.3的深宽比的结构相比，第一结构由于深宽比较小(即，小于0.3)，因此制造起来更简单，更快速。尤其是，具有小于0.3的深宽比的第一结构可通过卷到卷压纹方法更快速、更简单地制造。形状保真度(即，与规定结构的符合性)也能更好。一大优点是，具有小于0.3的深宽比的第一结构仍然支持去除金属层。
第一结构优选具有一维周期性结构，尤其是衍射栅的周期性结构。衍射栅的光栅轮廓可为任意几何形状。光栅轮廓优选没有底切，即，没有外伸区域。
例如，波浪形图案符合一维周期性结构。这种波浪形图案例如可为正弦曲线。在此情况中，所述周期性结构在一个(空间)方向上具有符合正弦函数的轮廓，而在与该方向正交的(空间)方向上具有符合与相应的水平线对应的直线的轮廓。换言之，一维周期性结构可与(条状)光栅相比。
第一结构优选还可具有二维周期性结构。例如，在WO 2012/156049A1中说明了一种二维周期性结构。可替代地，也可采用正弦波形的二维光栅。
尤其是，二维周期性结构中的各个(空间)方向上的周期可以彼此不同。
在此方面，术语“周期性的”应理解为可存在因制造方法而产生的与(完美、理想)周期性结构的偏差。
更优选地，第一结构具有至少一个周期在350纳米至2微米范围之内的周期性结构。
特别优选的是，第一结构具有至少一个周期在360-750纳米或751-1300纳米范围之内的周期性结构。更优选地，周期在350纳米至560纳米、550纳米至750纳米、751纳米至960纳米、950纳米至1160纳米和/或1150纳米至1300纳米范围之内。
第一结构优选具有作为周期为360纳米至1300纳米的周期性结构的光栅结构。
更优选地，第一结构具有周期数大于3、大于4、大于5或大于6的周期性结构。
更优选地，第一结构具有作为周期性结构的基本上为长方形或正弦波形的轮廓。尤其是，短语“基本上为矩形的轮廓”或“基本上为正弦波形的轮廓”应理解为指可具有因制造方法而产生的与(完美、理想)矩形或正弦波形状的偏差的矩形或正弦波形轮廓。
界面处的第一结构和金属涂层的几何参数或轮廓参数优选选择为使得在TM偏振时针对预定波长和预定入射角激励表面等离子体激元。
所述的至少一个第二区域的第二结构优选具有浮凸结构。可替代地，第二结构具有无浮凸的结构。无浮凸的结构尤其是非调制的面或光滑面。
更优选地，第二结构具有作为浮凸结构的衍射结构。衍射结构例如可为全息图、零阶装置、蛾眼结构或微腔结构。例如，在WO 2013/091858中说明了一种微腔。
更优选地，第二结构具有作为浮凸结构的折射结构。折射结构例如可为微镜构造或微透镜构造。
更优选地，所述方法包括：基于具有波长λ、(至少)预定入射角Θ0的预定电磁辐射或激光辐射以及公式kSP＝kPhoton sinΘ0±nV G(G＝2π/d)规定/计算第一结构的几何参数，在该公式中：
kSP是表面等离子体激元的波矢量，
kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量，
Θ0是撞击在金属层上的电磁辐射的入射角，
nV是整倍数，
G是倒易栅矢量，和
d是第一结构的周期。
而且，kSP>kPhoton，kPhoton＝2π/λ。尤其是，整倍数nV可视为耦合强度。
换言之，第一结构可基于预定波长为λ和预定入射角为Θ0的电磁辐射来规定或确定。尤其是，在规定第一结构时还要考虑所需的耦合强度nV。第一结构优选是具有倒易栅矢量G的周期性光栅。
耦合强度nV尤其取决于第一结构/第一结构的光栅横截面的几何形状和光学材料参数。光学材料参数尤其是金属层的光学材料参数或者还是承载基材/介质层和/或其它层的光学材料参数。尤其是，耦合强度nV通过麦克斯韦方程的严格解计算。
所述方法优选包括以下的一个或多个步骤：
规定/预先指定承载基材或承载基材的折射指数；和/或
规定/预先指定金属层的光学材料参数；和/或
选择金属层的金属/金属合金或材料；
规定/预先指定承载基材的光学材料参数；和/或
规定/预先指定电磁辐射的波长或波长λ；和/或
规定/预先指定电磁辐射撞击在金属层上时的入射角Θ0；和/或
规定耦合强度nV。
上述步骤之中的一个或多个优选可为方法步骤“规定第一结构的几何参数......”的子步骤。
更优选地，所述方法包括：使用电磁辐射照射金属层，在第一结构的波长或波长λ和周期d之间存在以下关系：λ≈d*n，其中，n是承载基材或介质层在与金属层的界面处的折射指数。
更优选地，所述方法包括：使用波长范围为400纳米至2000纳米的电磁辐射照射金属层。
电磁辐射的波长范围优选为350纳米至650纳米、651纳米至950纳米、951纳米至1250纳米、1251纳米至1550纳米、1551纳米至1850纳米、或1851纳米至2000纳米。特别优选的是，电磁辐射的波长范围为1000纳米至1100纳米或500纳米至550纳米。更优选地，电磁辐射的波长范围在2000纳米和3000纳米之间，和/或其双倍频率、和/或其三倍频率。
更优选地，所述方法包括：使用以相对于正交/垂直于第一结构所在的平面的方向成0°至10°的入射角撞击在金属层上的电磁辐射束照射金属层。该入射角优选在0.5°和5°之间，特别优选在0.5°和3°之间。
更优选地，所述方法包括：使用具有小于10°的射束发散角的电磁辐射束照射金属层。
电磁辐射束优选具有在正交/垂直于入射面或照射面的方向上小于10°的射束发散角。
尤其优选的是，电磁辐射束具有在(平行于)入射面或照射面的方向上小于5°的射束发散角，更优选小于3°，特别优选小于0.5°。
更优选地，所述方法包括：使用脉冲电磁辐射照射金属层，该脉冲电磁辐射优选具有1纳秒至500纳秒的脉冲长度，优选为5纳秒至200纳秒，特别优选为10纳秒至100纳秒，优选为20纳秒至60纳秒，更优选为35纳秒至45纳秒或40纳秒。
有利地，利用脉冲电磁辐射照射能通过SPP的激励促进发生在第一区域中的热输入。但是，所述热输入不会通过热传导或热辐射消散，而是导致金属的消除/烧蚀。
更优选地，所述方法包括：对电磁辐射束进行偏振，从而以TM偏振辐射照射金属层。
采用TM偏振(横磁)波，电场矢量平行于入射面振动。TM偏振照射能在金属层和介质层之间的界面处激励SPP。尤其是，这种激励可发生在金属光栅的金属/介质界面处。有利地，(介质性)承载基材随着第一结构和金属层形成金属光栅的介质/金属边界层。所述SPP的激励导致很大一部分入射光被吸收，并转化为热量。在采用较短的激光脉冲作为束源时，热输入可变得很高，从而能从第一结构去除金属层。换言之，金属光栅界面(即，金属光栅的金属)被去除。在采用非偏振辐射时，共振光的吸收比例会降低，因为非偏振辐射仅包含一部分TM偏振辐射。所述降低的比例会降低共振光吸收发生区域与没有SPP的激励的区域之间的光学衬比。
更优选地，所述方法包括：使用激光辐射照射金属层。
更优选地，所述方法包括：使用具有礼帽形射束横截面的激光辐射作为电磁辐射照射金属层。
更优选地，所述方法包括：聚焦电磁辐射束，使得电磁辐射聚焦在平行于第一结构所在的平面的焦平面上。
换言之，电磁辐射以聚焦方式撞击在金属层或第一结构上，以实现SPP的激励。即，电磁辐射优选以聚焦方式撞击在金属层与第一结构的界面上。由于要在层元件的每个区域中达到相同的照射条件或入射条件，因此使电磁辐射聚焦在焦平面上是有利的。
更优选地，所述方法包括：偏转电磁辐射束，以便将电磁辐射导引在比该辐射束的横截面大的区域上，从而实现在待照射的区域的每一点利用电磁辐射照射。
更优选地，所述方法包括：利用输送装置输送层元件，从而将层元件导引到照射区中，并在去除步骤之后将层元件从照射区中导引出来。
优选以恒定的速度将层元件导引过照射区。
更优选地，所述方法包括在照射层元件时使得激光辐射(首先)撞击在金属层与空气的界面上。可替代或附加地，所述方法包括在照射层元件时使得激光辐射撞击在金属层与介质层的界面上。尤其是，所述介质层可以是承载基材或承载基材的至少第一区域。而且，介质层可为正对承载基材布置在金属层的面上的层。
更优选地，所述方法包括在照射层元件时使得激光辐射在撞击在金属层上之前首先撞击在承载基材上，或者使得激光辐射首先撞击在金属层上。
换言之，金属层的照射可“直接”发生或“间接”发生。例如，在金属层是被照射的元件层的第一层的情况下，则存在对金属层的直接照射。与此相反，在电磁辐射撞击在金属层上之前首先照射层元件的其它层的情况下，则存在对金属层的间接照射。例如，在电磁辐射首先穿过承载基材然后撞击在金属层上时，则存在这种情况。有利地，这是一种优选的照射变化形式，因为这种照射形式对于入射光在层元件或金属层上的必要入射角有更大的容忍性。
另一个方面涉及一种层元件，用于部分地去除层元件的金属层。尤其是，所述方面涉及包括如下部件的层元件：
承载基材，其一面具有至少一个第一区域和一个第二区域，
其中，第一区域具有第一结构，该第一结构不同于第二区域的第二结构，
第一结构具有小于0.3的深宽比，和
布置在承载基材的所述面上的至少一个金属层，
其中，具有第一结构的第一区域中的所述金属层可利用电磁辐射通过表面等离子体激元的激励从承载基材的所述面去除/已经去除。
所述层元件优选包括：
承载基材，其一面具有至少一个第一区域，
其中，该第一区域具有第一结构，
第一结构具有小于0.3的深宽比，和
布置在承载基材的所述面上的金属层，
其中，具有第一结构的第一区域中的所述金属层可利用电磁辐射通过SPP的激励从承载基材的所述面去除/已经去除。
第一结构是规定的或预定的结构，尤其是表面结构或界面结构。第二结构也是规定的结构，尤其是表面结构或界面结构，但是不同于第一结构。
更优选地，第一结构具有小于0.2的深宽比，更优选具有小于0.1的深宽比。更优选地，第一结构具有0.01和0.3之间的深宽比。更优选地，第一结构具有0.02和小于0.3之间的深宽比。特别优选的是，第一结构具有0.01至0.2或0.01至0.1或0.02至0.1的深宽比。
更优选地，由于第一结构的原因，第二区域中的金属层不会被导致第一区域中的金属层被去除的SPP激励去除。
由于第二结构与第一结构不同，因此当在第一区域中激励SPP从而导致第一区域的金属层被去除时，优选在第二区域中不会激励SPP从而导致第二区域中的金属层被去除。
更优选地，第一结构具有浮凸结构，该浮凸结构具有一维周期性结构或二维周期性结构。
更优选地，第一结构具有周期在350纳米至2微米范围之内的周期性结构。
更优选地，第一结构具有周期数大于3、大于4、大于5或大于6的周期性结构。
更优选地，第一结构具有作为周期性结构的基本上为长方形或正弦波形的轮廓。
更优选地，至少一个第二区域的第二结构具有不同于第一结构的浮凸结构，或者具有无浮凸的结构。更优选地，第二结构具有作为浮凸结构的衍射或折射结构，尤其是蛾眼、微腔、全息图、微镜或微透镜构造。
更优选地，承载基材具有介质材料。承载基材优选具有压纹层，该压纹层具有第一或第二结构。
金属层优选具有10纳米至200纳米层厚。更优选地，金属层具有20纳米至80纳米层厚。尤其是，第一区域中的层厚为30纳米至60纳米、和/或50纳米至70纳米、或60纳米至80纳米。特别优选地，金属层具有30纳米至80纳米层厚。
更优选地，金属层具有铝、银、铜和铬材料之中的至少一种。而且，在金属层上布置有一个或多个其它层，例如金属层或介质层。例如，金属层可为色移构造的一层。而且，金属层可为合金。
尤其是，层元件具有针对第一方面说明的一个或多个特征。层元件优选包括由于实施针对第一方面说明的一个或多个方法步骤而获得的一个或多个特征。相应地，所述的与层元件的制造相关的层元件实施方式和构造也适用于层元件的结构。
一个方面涉及基于针对前述方面说明的层元件的防伪元件，其中，该层元件具有部分地布置在承载基材的所述面上的至少一个第一区域和一个第二区域和金属层，其中，由于第一区域的第一结构的原因，具有第一结构的第一区域中的金属层已通过表面等离子体激元的激励从承载基材的面上去除。
本发明的防伪元件尤其可包含薄片或多层基材，其中，该多层基材也可具有织物基材和薄片的组合。防伪元件例如可具有窗口区，该窗口区用于填充有价文件或有价文件的纸质基材中的孔。
防伪元件例如可通过粘接方式连接至有价文件基材。可替代或附加地，防伪元件可通过造纸过程内嵌到有价文件基材中，例如作为防伪线。
另一个方面涉及有价文件，尤其是钞票，该有价文件包括有价文件基材和连接至有价文件基材的至少一个防伪元件，并具有针对上述方面说明的一个或多个特征。
本发明的另一个方面涉及一种用于部分地去除层元件的金属层的设备，该设备包括：
用于使用激光辐射在照射区中照射层元件的激光装置；和
用于输送层元件的输送装置，
其中，所述层元件包括：
承载基材，其一面具有至少一个第一区域和一个第二区域，其中，
第一区域具有第一结构，该第一结构不同于第二区域的第二结构，和
布置在承载基材的所述面上的至少一个金属层；和
其中，所述激光装置用于在照射区中激励层元件的金属层上的表面等离子体激元，从而去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
所述设备优选包括：
用于使用激光辐射在照射区中照射层元件的激光装置；和
用于输送层元件的输送装置，
其中，所述层元件包括：
承载基材，其一面具有至少一个第一区域，其中，
该第一区域具有第一结构，和
布置在承载基材的所述面上的至少一个金属层；和
其中，所述激光装置用于在照射区中激励层元件的金属层上的表面等离子体激元，从而去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
所述激光装置尤其用于根据第一结构的规定几何参数在照射区中激励层元件的金属层上的表面等离子体激元。尤其是，激光装置可设置/可调节，以便在按照层元件的规定几何参数调整的照射区中提供辐射，从而可在层元件的金属层上激励表面等离子体激元，以去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
激光装置优选包括用于导引激光辐射的射束导引装置，该射束导引装置用于导引激光辐射，使得激光辐射在入射面内以相对于与第一结构所在的平面正交的方向倾斜的入射角照射层元件的金属层，该入射角在0°和10°之间，优选在1°和5°之间，在0°和3.5°之间，或在0°和2°之间。
最佳入射角由第一区域中的第一结构的几何参数(光栅参数)和所用的激光波长规定/预定。优选不存在锥形射束形式(经典光栅衍射)。但是，相对于入射面的倾斜角度不需要很窄的容限。
射束导引装置优选用于将激光辐射导引到照射区中的大于激光辐射的射束横截面的区域中，从而可利用激光辐射在待照射的区域的每一点进行照射。
射束导引装置优选用于将激光辐射导引到待照射的区域上，使得激光辐射在待照射的区域的每一点以相同的预定照射角/入射角入射，以激励SPP。
优选在层元件的大规模制造中采用所谓的卷到卷工艺。这意味着多个层元件通常布置并排，并卷到卷轴上。为了进行处理，所述卷通常连续松开，因而层元件被连续且并排地导引通过相应的处理区，例如照射区。相应地，在处理区中，多个层元件部分同时地、部分连续地在很宽的区域中处理。因此，若在待照射的区域的每一点存在相同的入射条件(例如预定入射角)，则比较有利。
射束导引装置优选用于将焦点位置调节到平行于第一结构所在的平面的焦平面上。
射束导引装置优选具有F-Theta物镜和/或三维扫描器和/或远心F-Theta物镜和/或多边形轮和/或声光调制器，以调节焦点位置和/或提供预定入射角。更优选地，射束导引装置具有直线光学系统。激光束则具有窄线形状，其宽度与处理区的宽度相等。有利地，不再需要偏转激光束。例如，激光装置可具有功率为300瓦、频率为6千赫的激光辐射，该激光辐射具有直线形状，尺寸为0.3毫米(长)x140毫米(宽)。例如，这样可利用这种激光装置以100米/分的卷材速度处理140毫米宽度的层元件。
激光装置优选包括偏振镜，以提供TM偏振激光辐射。撞击在金属层上的激光辐射优选具有相对于正交/垂直于入射面的方向小于10°的射束发散角。
撞击在金属层上的激光辐射优选具有在入射面的方向上小于5°、更优选小于3°的射束发散角。特别优选地，在(平行于)入射面的方向上的射束发散角小于1°，更优选为0.5°。
激光辐射的射束横截面优选为礼帽状。激光装置优选发射脉冲激光辐射，该脉冲激光辐射优选具有1纳秒至500纳秒脉冲长度，优选为5纳秒至200纳秒，特别优选为10纳秒至100纳秒。更优选地，脉冲长度具有20纳秒至60纳秒、35纳秒至45纳秒或40纳秒长度。
更优选地，所述方法包括在照射层元件时使得激光辐射在撞击在金属层上之前首先撞击在承载基材上，或者使得激光辐射首先撞击在金属层上。
所述设备在照射层元件时优选使得激光辐射(首先)撞击在金属层与空气的界面上，或者撞击在金属层与介质层的界面上。介质层可为承载基材或另一介质层。
输送装置优选用于将层元件导引到照射区中，并在通过SPP的激励去除具有第一结构的第一区域中的层元件的金属层之后将层元件从照射区中导引出来。
激光装置优选用于使用激光辐射连续和/或同时地照射层元件的第一和第二区域，其中，通过使用激光辐射激励的SPP仅去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
激光装置优选发射波长范围为400纳米至2000纳米的激光辐射，优选为500纳米至550纳米，或1000纳米至1100纳米，更优选为532纳米和/或1064纳米。更优选地，激光辐射的波长范围为2000至3000纳米，和/或其双倍频率，和/或其三倍频率。
激光辐射的波长λ优选大约与周期d和承载基材在与第一区域中的金属层的界面处的折射指数n的积对应。
尤其是，所述设备具有支持实施针对第一方面说明的方法的一个或多个装置或特征。相应地，与所述方法和所述层元件的制造相关的所述实施方式和构造也适用于所述设备的必要构造。
附图说明
下面将参照附图基于一些优选实施方式来说明本发明，为了提高直观性，附图不一定是按实际比例和实际尺寸绘制的。
在附图中：
图1a是表面等离子体激元的激励的示意图；
图1b是k空间中的光线相互作用的示意图；
图2是使用TM偏振辐射照射层元件的示意图；
图3a-c是层元件的照射的示意图；
图4是图3a的层元件在TM偏振照射时不同层厚的吸收量与入射角的函数关系的示意图；
图5a、5b是在图3a的层元件的SPP激励时电磁近场的模拟图；
图6是图3b的层元件在TM偏振照射时不同层厚的吸收量与入射角的函数关系的示意图；
图7a、7b是在图3b的层元件的SPP激励时电磁近场的模拟图；
图8a、8b是轮廓高度h对图6至图7b的层元件的与入射角成函数关系的反射量和吸收量的影响的示意图；
图9a、9b是层厚t对图6至图7b的层元件的与入射角成函数关系的反射量和吸收量的影响的示意图；
图10a、10b是用于金属层的材料对图6至图7b的层元件的与入射角成函数关系的反射量和吸收量的影响的示意图；
图11a-c是在使用图3a所示的波长为λ＝532纳米的TM偏振辐射进行照射时吸收率与入射角的函数关系的示意图；
图12是用于部分地去除层元件的金属层的设备的示意图；
图13是光学单元的示意图；
图14是层元件的照射状况的示意图；
图15是射束导引装置的射束导引的示意图；
图16是有价文件的示意性详细平面图；
图17是层元件的示意性截面图；
图18是另一个层元件的示意性截面图；和
图19是防伪元件的示意性平面图。
具体实施方式
SPP是由于电磁辐射或光线在金属表面上的相互作用引起的。尤其是，SPP可在光滑的金属表面上发生，也可在粗糙的金属化面上发生，尤其是在金属浮凸结构上。SPP是束缚于金属表面/金属面上的电磁辐射/光线，它沿金属面传播，并且因金属的衰减常数k而被吸收。金属的复合折射指数在此由vM＝n+i*k定义。在表面或金属层与介质层的界面处的电磁场强度显著高于光线自由传播时的电磁场强度。这种场浓度可比光线自由传播时的场浓度高几个数量级。垂直于金属表面的方向的电磁场强度随着穿透深度δm和δd成指数性降低，例如如图1a中的示意图所示。尤其是，图1a示意性地示出了位于坐标系的y>0区域中的介质性承载基材100、以及位于坐标系的y<0区域中的金属层102。电磁场线以标号104标出。
表面等离子体激元的激励是由TM偏振的电磁辐射部分实现的。因为只有垂直于金属表面的电磁场分量才能激励金属中的电子云发生振动。表面等离子体激元的范围在10微米至100微米量级，并且主要取决于金属的传导率。
而且，这种相互作用不仅遵守能量守恒定律，还遵守动量守恒定律。图1b以所谓的k空间图标108示出了这种关系，该k空间图标反映了脉冲空间。由于SPP的扩散，因此kSP>kPhoton，其中，kSP是SPP的波矢量，而kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量。因此，通过与周期性结构/金属光栅和附属的倒易结构矢量G＝2π/d(其中，d是(光栅)周期)的相互作用，能够很好地实现脉冲适应。最后，形成公式kSP＝kPhoton sinΘ0±nV G，其中，nV是整倍数，并且可理解为/称为耦合度或耦合强度。此关系意味着SPP是由于特定波长和预定入射角的电磁辐射被激励的。但是，耦合强度不仅取决于光栅横截面/周期性结构的几何形状，还取决于光学材料参数，并且只能通过麦克斯韦方程的严格解来计算。平坦(表面)结构或界面结构特别适合于激励SPP。当在平坦(表面)结构(例如具有小于0.3的深宽比的周期性浮凸结构)上激励SPP时，入射电磁辐射可能被完全吸收，即，反射金属材料的反射系数降为零。
例如，(周期性)结构可具有结构深度/轮廓深度值仅为结构的周期的2/100的轮廓。因此，当使用可见光谱区的光线照射时(即，不发生SPP激励)，金属化的(表面)结构在观察者看来大致类似于光滑的镜子。只有通过表面等离子体激元的激励才能实现入射光的吸收。
欲全面了解SPP，示例可参考下列文献：
H.Raether，"光栅上的表面等离子体：光滑和粗糙表面上的表面等离子体"，Springer(1988)；
Hutley，M.C.，和D.Maystre，"衍射光栅的总光吸收率"Opt.Commun.19，431-436(1976)，和
H.Lochbihler，Phys.Rev.B 53，10289(1996)。
图2中示出了具有承载基材202和与矩形轮廓对应的(第一)结构(表面结构/界面结构)204的层元件200，结构204覆有金属层206。换言之，承载基材的第一结构和金属层构成金属光栅。承载基材202是介质性的。如图所示，以波长为λ的TM偏振电磁辐射208(光线)以入射Θ0照射所述(表面)结构。入射角处于与结构204所在的平面正交的方向209。在达到上述的动量守恒条件时，可在由结构204和金属层206形成的界面处激励SPP。这种激励是很大一部分入射电磁辐射208被金属层206的金属吸收的结果。在此情况中，承载基材202是承载层，即，压纹-漆层。
有利地，与光滑金属表面/金属面相比，这种辐射吸收在经过高度调制的结构/浮凸结构上要高得多。这种辐射吸收例如可通过入射辐射的反射或透射量的减少来检测。吸收的辐射转化为金属中的热量。通过SPP产生的很高热输入会导致金属被去除/烧蚀。
在图2中所示的金属层206的情况中，利用SPP的激励通过光线208的耦入来去除或烧蚀金属层206。有利地，介质性的承载结构202不会被SPP的激励或热输入显著改变。
图3a至3c示出了层元件300的照射的示意性截面图。层元件300包括介质性承载膜302和压纹-漆层303，以及金属层306。承载膜302和压纹-漆层303构成承载基材。对压纹-漆层303进行调制，即，压纹-漆层具有(第一)结构(表面结构)304。在压纹-漆层303的面上(即，在(第一)结构304上)通过气相沉积或涂覆形成金属层306。结构304具有周期性的矩形轮廓作为其结构。
层元件300的特征在于具有以下几何参数：结构304的周期d(双倍结构宽度)、结构深度h、结构304的宽度b、以及金属层的层厚t。层元件300的特征还在于具有以下光学常数：金属层306的复合折射指数vM，压纹-漆层的折射指数n1、以及承载膜的折射指数n2。入射角Θ0是由入射面上的入射光308/入射辐射的方向和与结构304所在的平面正交的方向309形成的。
图3a中的层元件300与图3b中的层元件的不同之处是，它是竖直镜像的。因此，金属层306的照射方式与图3a和3b中的不同。图3a中示出了金属层306被直接照射的情况。换言之，在层元件300被照射时，入射光308首先/直接撞击在金属层306上。换言之，在入射光308的一侧有折射指数为1的介质(＝空气)。因此，入射光308撞击在空气与金属层306的界面上。
与此相反，图3b中示出了金属层306被间接照射的情况。换言之，在入射辐射/光线308撞击在金属层306上之前，照射的辐射308首先穿过承载基材，即，承载膜302和压纹-漆层303。换言之，在入射光308的一侧有折射指数>1的介质(＝压纹漆)。因此，入射光308在碰撞金属层306与压纹-漆层303的界面上之前撞击在压纹-漆层介质303上。
采用图3b所示的实施方式或照射方式，要考虑到照射在通过折射指数为n2的承载膜302时以及在折射指数为n1的压纹-漆层303上会发生折射。假定压纹-漆层303和承载膜302的折射率是相同的，则在金属层306上的入射角Θ0可通过斯涅尔定律n0sinΘ0＝n2sinΘ2计算。若压纹-漆层303和承载膜302的折射指数不同，则在应用所述公式计算金属层306的入射角时，还必须要考虑入射辐射在从压纹-漆层303向承载膜302过渡处的折射。而且，在介质性的承载基材中，照射辐射的波长也会改变。因此，在此情况中，层元件的共振特性会向长波段移动折射指数倍。
与图3a和3b中的实施方式相比，图3c中的实施方式还具有另一个层，即，层310。层310是介质层。在图3c所示的构造的情况中，层元件300的照射可通过如图所示的从压纹-漆层303一侧照射层元件300或金属层306来实现。可替代或附加地，也可从层310一侧进行照射(未示出)。尤其是，层元件300还可具有布置在承载膜302和/或层310上的其它层，例如层312、314，从而金属层306被多个层包围，或者内嵌在多个层之间。在存在其它层层314的情况下，图3c中所标出的入射角Θ0当然是不正确的。在此情况中，必须如图3b所示使用斯涅尔定律来计算入射角Θ0。
在图3c所示的照射方式的情况中，优选通过转化去除金属层306。例如，若金属层306为铝层，则可通过使用入射光308照射来将铝层转化为氧化铝。这样转化的金属层306优选在观察者看起来是半透明的/透明的。
下面将说明在使用预定波长和TM偏振的辐射照射时(表面)结构的SPP的激励。在此方面，对于不同的布置形式，吸收或反射是严格地按照麦克斯韦方程计算的。
图4中的图标400示出了在层厚t＝50纳米、t＝60纳米、t＝70纳米和t＝80纳米的情况中当使用TM偏振光入射/照射时吸收量与入射角的函数关系。图标400基于如图3a所示的层元件和入射情况。而且，该图标基于以下值：
使用波长λ＝1064纳米的辐射照射
d＝1030纳米(结构304的周期)
b＝515纳米(结构304的宽度)
h＝60纳米(结构304的结构深度)
n1＝1.52(压纹-漆层303的折射指数)
金属层：气相沉积铝层
如图4所示，所有波谱都示出了角度Θ0～1°的最大吸收量。在此入射角时，SPP被激励，并且超过80％的入射光被吸收。60纳米至80纳米层厚似乎特别有助于除去金属层。
图5a和5b分别示出了在对图3a和图4所示的层元件进行SPP的激励时电磁近场的模拟图标500a、500b。模拟图标500a、500b示出了图4中的具有层厚t＝60nm的铝金属层的层元件的上述例子的能流(坡印亭矢量)和强度。在图5a中模拟了在垂直于结构(表面结构)304或金属层306进行照射时的照射情况。在图5b中模拟了在以Θ0＝0.9°的入射角照射时的照射情况。
模拟图标500a和500b的x和y坐标已按照周期d归一化。箭头代表局部能流的方向，箭头长度代表其量值的对数。
在垂直照射时，如图5a所示，在靠近金属化(表面)结构的能流中出现涡旋。表面/面上的电磁场强度大约比远场中的强度高6倍。当光栅/第一结构倾斜0.9°时，场分布发生显著变化。金属层306上的强度提高到50倍。高能流沿结构304或金属层306传播。由于与金属层306的相互作用，这些激励的SPP被衰减，并且最终被吸收。因此，通过金属层306上的SPP的激励，入射光转化为热量。
图6中的图标600示出了在层厚t＝50纳米、t＝60纳米、t＝70纳米和t＝80纳米的情况中当使用TM偏振光入射/照射时吸收量与入射角的函数关系。图标600基于如图3b所示的层元件和入射情况。而且，该图标600基于以下值：
使用波长λ＝1064纳米的辐射照射
d＝660纳米(结构304的周期)
b＝330纳米(结构304的宽度)
h＝60纳米(结构304的结构深度)
n1＝1.52(压纹-漆层303的折射指数)
金属层：气相沉积铝层
从图标600能够明显看出，所有波谱都示出了0°至3°的角度范围Θ0的最大吸收量。在这些入射角时，发生SPP的激励，大约80％入射光被吸收。随着入射倾角加大，光吸收量会急剧减少。这种布置形式的有利之处是，与图3a和图4所示的布置形式相比，能够以高得多的角度容限实现SPP的激励。这是有利的，因为在实现用于除去金属层的构造时，必须放松入射辐射的射束发散的容限。
图7a和7b分别示出了在对图3a和图6所示的层元件进行SPP的激励时电磁近场的模拟图标700a、700b。图7a和7b的图标700a、700b在表现方式方面与图5a和5b的相似。
模拟图标700a、700b与图5a和5b中的模拟图相比的本质区别是包括所用的参数和照射情况。在此，铝金属层306的层厚t为t＝70纳米。在垂直入射时，模拟图标500a和700a的场分布是类似的。在模拟图标700a中，金属层上的强度比远场的强度大约高6倍。根据模拟图标700b，在入射角变为Θ0＝2.4°时，此值大约为20倍。与模拟图标500a、500b相比，场更强烈地集中在金属层上，并且最大场强较低。
图8a、8b中的图标800a、800b示出了轮廓高度h对图6至图7b的层元件的与入射角(λ＝1064纳米)成函数关系的反射量和吸收量的影响。与图6的参数不同的是，图标800a、800b基于以下参数：
铝金属层303的层厚t＝60纳米
不同结构深度h＝10纳米；30纳米；50纳米；70纳米；和90纳米
图标800a示出了结构深度h对反射率的影响。图标800b示出了结构深度h对吸收率的影响。在这些波谱中能够清楚地识别出SPP的共振或激励。在增大结构深度h时，共振向更小的入射角移动。
图9a、9b中的图标900a、900b示出了层厚t对图6至图7b的层元件的与入射角(λ＝1064纳米)成函数关系的反射量和吸收量的影响。与图6的参数不同的是，图标900a、900b基于以下参数：
结构深度h＝40纳米
铝金属层303的不同的层厚t＝10纳米；30纳米；50纳米；70纳米；和90纳米
从图9a和9b能够明显看出，到大约40纳米层厚t为止，明显地形成了SPP的共振或激励。
图10a和10b中的图标1000a、1000b示出了金属层303所用的材料对图6至图7b的层元件的与入射角(λ＝1064纳米)成函数关系的反射量和吸收量的影响。这些图基于以下参数：
d＝660纳米(结构304的周期)；
b＝330纳米(结构304的宽度)；
h＝40纳米(结构304的结构深度)；
t＝70纳米(金属层303的层厚)；
金属层303的不同材料是：银(Ag)、铝(Al)、金(Au)和铜(Cu)
基于上述参数的不同层元件分别表现出了吸收量的共振最大值和相应的反射量最小值。对于规定的几何参数条件下的铝材，这种共振(SPP的激励)最明显。
图11a至11c中所示的图标1100a、1100b、1100c示出了在波长为λ＝532纳米的TM偏振光入射时吸收量与入射角的函数关系。图标1100a、1100b、1100c基于如图3a中所示的层元件和入射情况。而且，该示意图基于以下值：
图标1100a的参数：
使用波长λ＝532纳米的辐射照射
d＝540纳米(结构304的周期)
b＝270纳米(结构304的宽度)
h＝40纳米(结构304的结构深度)
金属层：气相沉积铝层
n1＝1.52(压纹-漆层303的折射指数)
不同的层厚t＝50纳米；60纳米；70纳米；和80纳米
图标1100b的参数：
使用波长λ＝532纳米的辐射照射
d＝540纳米(结构304的周期)
b＝270纳米(结构304的宽度)
t＝50纳米(金属层306的层厚)
金属层：气相沉积铝层
n1＝1.52(压纹-漆层303的折射指数)
不同结构深度h＝30纳米；40纳米；50纳米；60纳米；和70纳米
图标1100c的参数：
使用波长λ＝532纳米的辐射照射
d＝540纳米(结构304的周期)
b＝270纳米(结构304的宽度)
t＝80纳米(金属层306的层厚)
金属层：气相沉积铝层
n1＝1.52(压纹-漆层303的折射指数)
不同结构深度h＝30纳米；40纳米；50纳米；60纳米；和70纳米
图标1100a、1100b、1100c中的所有波谱都示出了角度Θ0～4°的最大吸收量。这些波谱明显表明，在层厚t为60纳米至80纳米、使用铝作为金属层的材料的情况下，40纳米至70纳米结构深度h特别有助于SPP的激励。
参考上文的说明，应注意的是，结构/表面结构不一定必须具有矩形结构或矩形轮廓才能实现SPP的激励。在结构或轮廓不同于矩形形状的情况下(例如为正弦波形)，也能实现SPP的激励。而且，上述共振效应(即，SPP的激励)可发生在二维周期性结构上，因此导致更高的光吸收。
图12示意性地示出了一种用于部分地去除层元件的金属层的设备。该设备具有用于使用激光辐射1204在照射区1220中照射层元件的激光装置1200。用于输送层元件的输送装置(未示出)将相应的层元件送入照射区1220中，并从照射区1220中运出。优选在层元件原材料1216上布置多个层元件，从而能够以连续方法同时和/或连续地照射多个层元件。激光装置1200用于在照射区1220中激励各个层元件的金属层上的SPP，从而在具有第一结构/表面结构的第一区域/表面区域1218(在此为数字80的形式)中去除金属层。
激光装置1200优选包括激光源1202、光学单元1206、用于吸收任何滤除的光或激光辐射的吸收装置1207、以及射束导引装置1208。射束导引装置1208优选包括至少一个射束偏转装置1210，该射束偏转装置例如可为回转镜片。另外，射束导引装置1208可包括第二个射束偏转装置1212，该射束偏转装置1212也可为回转镜片。更优选地，射束导引装置1208包括平面场镜1214，该平面场镜1214例如包括F-Theta物镜或远心F-Theta物镜。
射束导引装置1208例如还可构造为所谓的扫描装置。例如，射束导引装置1208可相当于二维扫描器，如图所示。可替代地，射束导引装置也可构造为三维扫描器或多边形轮等。进一步可替代地，射束导引装置也可具有固定直线光学系统，以便在层元件的各个区域的必要区域(照射区)中照射激光辐射。
图13是光学单元1206的示意性放大图，该光学单元1206可选地具有激光装置1200。光学单元1206优选包括对入射激光辐射1300进行偏振的偏振镜1302。可替代地，激光装置1200可设计为产生已经偏振的激光辐射，这样可省略射束路径上的附加的偏振部件，并能显著提高效率。为此，要滤除不与特定偏振对应的部分，以实现偏振激光辐射，作为从射束路径输出的辐射1302。尤其是，非偏振激光辐射可在作为偏振镜的偏振射束分裂器或格兰棱镜中转化(过滤)为偏振激光辐射。而且，光学单元1206可包括偏振旋转装置1306，从而进一步影响入射激光辐射的偏振方向，以便以TM偏振激光辐射照射层元件。例如，偏振旋转装置1306可为λ/2板。而且，光学单元1206可具有一个或多个透镜/透镜系统1308、1310，以扩大或缩小激光辐射1300的射束横截面。这样，可有利地调节从光学单元1206传出的激光辐射1300的射束横截面。
图14是具有第一区域/表面区域1407和至少一个第二区域/表面区域1409的层元件1406的照射情况的示意图。所述的第一区域1407具有第一结构(表面结构)1408，而所述的至少一个第二区域1409具有第二结构(表面结构)，该第二结构不同于所述的第一结构。尤其是，图14示出了具有多个层元件1406的层元件原材料1400，层元件原材料1400或层元件1406包括承载基材1402和金属层1404。激光辐射1410经由平面场镜1412(可与平面场镜1214对应)照射在层元件1406或层元件原材料1400上。利用射束导引装置(未示出)，例如射束导引装置1208，激光辐射1410被导引，从而以相对于正交方向1414的某个照射角或入射角α照射层元件1406的金属层1404。入射角α优选在0°<α<5°范围之内。正交方向1414是与第一结构所在的平面正交的方向。撞击在金属层1404上的激光辐射1410优选在激光辐射的入射面的方向上具有射束发散角β，该发散角β优选小于5°，特别优选小于1°。图14中的激光辐射1410的入射面与图纸平面对应。在与入射面(未示出)正交/垂直的方向上的发散角优选小于10°。在图14中，垂直于入射面的方向上的发散角与垂直于图14的图纸平面的方向对应。在图14所示的照射情况中，激光辐射首先/直接撞击在层元件1406的金属层1404上。
图15是射束导引装置1500在横截面的照射区中导引射束的示意图，例如沿横贯层元件1504(可与层元件1400对应)的输送方向的方向导引。射束导引装置1500包括射束偏转装置1508、1510(可与射束偏转装置1210、1212对应)和远心F-Theta物镜1506。射束导引装置1500设计或实现为将激光辐射1512的焦点位置调节至焦平面1502，从而焦平面1502平行于层元件1504的第一结构/表面结构所在的平面。焦平面1502尤其可位于第一结构所在的平面上。射束导引装置1500优选设计为将激光辐射导引到照射区中的大于激光辐射1512的射束横截面的区域上，从而可利用激光辐射1512在待照射的区域的每一点1514、1516处以相同的预定入射角或入射条件进行照射。
图16是包括有价文件基材1602和防伪元件1604的有价文件1600的示意性详图。防伪元件1604基于利用SPP的激励部分地去除了金属层的层元件。防伪元件1604具有全息图区1606、反射区1610和去除金属层区1608。去除金属层区1608与第一区域或表面区域对应，并且具有第一结构或表面结构。全息图区1606或反射区1610与第二区域/表面区域对应。全息图区1606的结构或表面结构与浮凸结构对应。反射区1610的结构/表面结构与无浮凸的结构对应。全息图区1606与反射区1610的结构不仅彼此不同，而且与去除金属层区1608的结构也不同。
为了制造防伪元件1604，要在承载基材上布置金属层，并在承载基材的面/表面上镀覆金属层之前或之后形成全息图区、反射区和去除金属层区的不同结构/表面结构。然后，使用激光辐射对防伪元件1604进行照射，从而通过在去除金属层区1608中进行SPP激励来去除目前存在的金属层。相应地，使用激光辐射进行照射形成了去除金属层区1608。有利地，全息图区和反射区中的金属层不会被SPP的选择性激励破坏到观察者用肉眼能看出这些区域的金属层发生分离的程度。
图17是层元件1700的示意性横截面图。层元件1700包括承载基材1702、第一(表面)区域1704和第二(表面)区域1706、以及金属层1708。第一区域1704具有第一(表面)结构1710，该结构1710具有较小的深宽比，例如0.03。第二区域1706具有第二(表面)结构1712，与第一结构1710相比，该结构1712具有较大的深宽比，例如0.35。使用电磁辐射(光线)照射层元件1700，以便在第一区域1704中激励SPP，从而导致第一区域1704中的金属层被去除。采用相同的电磁辐射照射第二区域1706，但是与第一区域1704不同的是，在第二区域1706中不会激励SPP。因此，不会去除第二区域1706中的金属层1708。
图18是层元件1800的示意性横截面图。层元件1800包括承载基材1802、第一(表面)区域1804和第二(表面)区域1806、以及金属层1808。第一区域1804具有第一(表面)结构1810，该结构1810例如具有0.02深宽比。第二区域1806具有第二(表面)结构1812，与第一结构1810相比，该结构1812具有较小的深宽比，例如0。使用电磁辐射照射层元件1800，以便在第一区域1804中激励SPP，从而导致第一区域1804中的金属层被去除。采用相同的电磁辐射照射第二区域1806，但是与第一区域1804不同的是，在第二区域1806中不会激励SPP。因此，不会去除第二区域1806中的金属层1808。
图19是防伪元件1900的示意性平面图。防伪元件1900基本上具有两个区域，即，去除金属区和不去除金属区1902、1904。通过SPP的激励，可有选择性地去除原来镀覆在整个区域上的金属层，由此可利用(表面)结构来限定是去除区域1902中的金属层还是去除区域1904中的金属层。有利地，区域1902、1904具有4微米以下的宽度。换言之，有利的是，不仅能去除很大区域中的金属层，也能去除很小区域中的金属层。
参考上文的说明，应注意的是，层元件可具有多个彼此不同的(第一)(表面)结构，在这些结构上，能够以预定波长和预定入射角激励SPP。例如，可通过相应地改变照射情况来连续地去除这种彼此不同的(第一)结构上的金属层。例如，可以改变辐射的入射角和/或入射面和/或偏振。

Claims (37)

1.一种制造部分地去除了金属材料的层元件(1700、1800)的方法，包括以下步骤：
- 提供层元件(1700、1800)，该层元件具有：
- 承载基材(1702、1802)，其一面具有至少一个第一区域(1704、1804)和一个第二区域(1706、1806)，其中，
第一区域(1704、1804)具有第一结构(1710、1810)，该第一结构不同于第二区域(1706、1806)的第二结构(1712、1812)，和
- 布置在承载基材的所述面上的至少一个金属层(1708、1808)；
- 利用电磁辐射通过激励表面等离子体激元去除具有第一结构(1710、1810)的第一区域(1704、1804)中的金属层(1708、1808)；和
- 使用电磁辐射照射层元件的第一和第二区域，其中，借助于第一结构，只有第一区域中的金属层被由电磁辐射激励的表面等离子体激元去除，其中至少一个金属层布置在所述承载基材的所述面上的第一区域和第二区域中。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述提供承载基材的步骤还包括以下子步骤：
在承载基材的第一区域中形成第一结构，其中，该承载基材具有介质材料，并且其中该承载基材具有压纹层，该压纹层具有第一结构；和/或
在承载基材的面上布置至少一个金属层；其中，该金属层具有20纳米至100纳米的层厚和/或铝、银、铜和铬材料之中的至少一种。
3. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第一结构具有小于0.3的深宽比。
4.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第一结构具有一维周期性结构，或者所述第一结构具有二维周期性结构，和/或
所述第一结构的周期在350纳米至2微米范围之内。
5.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第一结构具有一维周期性结构，或者所述第一结构具有二维周期性结构，和/或
所述第一结构的周期在500纳米至750纳米范围之内。
6.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第一结构具有一维周期性结构，或者所述第一结构具有二维周期性结构，和/或
所述第一结构的周期在750纳米至1100纳米范围之内。
7.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第一结构具有作为周期性结构的基本上为长方形或正弦波形的轮廓。
8.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第二区域的第二结构具有浮凸结构或无浮凸的结构。
9.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述第二结构具有作为浮凸结构的衍射或折射结构，该衍射或折射结构是蛾眼、微腔、全息图、微镜或微透镜结构。
10. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，包括：
基于预定电磁辐射、预定入射角以及公式kSP = kPhoton sin Θ0 ± nV G(G = 2π/d)规定第一结构的几何参数，在该公式中，kSP是表面等离子体激元的波矢量，kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量，Θ0是撞击在金属层上的电磁辐射的入射角，nV是整倍数，G是倒易栅矢量，d是第一结构的周期；和/或
使用电磁辐射照射金属层，在第一结构的波长λ和周期d之间存在以下关系：λ ≈ d *n，其中，n是承载基材或介质层在与金属层的界面处的折射指数；和
使用波长范围为400纳米至2000纳米的电磁辐射照射金属层。
11.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，基于预定电磁辐射、预定入射角以及公式kSP = kPhoton sin Θ0 ± nV G(G = 2π/d)规定第一结构的几何参数，在该公式中，kSP是表面等离子体激元的波矢量，kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量，Θ0是撞击在金属层上的电磁辐射的入射角，nV是整倍数，G是倒易栅矢量，d是第一结构的周期；和/或
使用电磁辐射照射金属层，在第一结构的波长λ和周期d之间存在以下关系：λ ≈ d *n，其中，n是承载基材或介质层在与金属层的界面处的折射指数；和
使用波长范围为500纳米至550纳米的电磁辐射照射金属层。
12.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，基于预定电磁辐射、预定入射角以及公式kSP = kPhoton sin Θ0 ± nV G(G = 2π/d)规定第一结构的几何参数，在该公式中，kSP是表面等离子体激元的波矢量，kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量，Θ0是撞击在金属层上的电磁辐射的入射角，nV是整倍数，G是倒易栅矢量，d是第一结构的周期；和/或
使用电磁辐射照射金属层，在第一结构的波长λ和周期d之间存在以下关系：λ ≈ d *n，其中，n是承载基材或介质层在与金属层的界面处的折射指数；和
使用波长范围为1000纳米至1100纳米的电磁辐射照射金属层。
13.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，基于预定电磁辐射、预定入射角以及公式kSP = kPhoton sin Θ0 ± nV G(G = 2π/d)规定第一结构的几何参数，在该公式中，kSP是表面等离子体激元的波矢量，kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量，Θ0是撞击在金属层上的电磁辐射的入射角，nV是整倍数，G是倒易栅矢量，d是第一结构的周期；和/或
使用电磁辐射照射金属层，在第一结构的波长λ和周期d之间存在以下关系：λ ≈ d *n，其中，n是承载基材或介质层在与金属层的界面处的折射指数；和
使用波长范围为532纳米的电磁辐射照射金属层。
14.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，基于预定电磁辐射、预定入射角以及公式kSP = kPhoton sin Θ0 ± nV G(G = 2π/d)规定第一结构的几何参数，在该公式中，kSP是表面等离子体激元的波矢量，kPhoton是入射在金属层上的光子的波矢量，Θ0是撞击在金属层上的电磁辐射的入射角，nV是整倍数，G是倒易栅矢量，d是第一结构的周期；和/或
使用电磁辐射照射金属层，在第一结构的波长λ和周期d之间存在以下关系：λ ≈ d *n，其中，n是承载基材或介质层在与金属层的界面处的折射指数；和
使用波长范围为1064纳米的电磁辐射照射金属层。
15. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，包括：
使用以相对于正交/垂直于第一结构所在的平面的方向成0゜至10゜的入射角撞击在金属层上的电磁辐射束照射金属层；和/或
使用具有在入射面的方向上小于5゜的射束发散角的电磁辐射束照射金属层。
16. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，包括：
使用以相对于正交/垂直于第一结构所在的平面的方向成0゜至10゜的入射角撞击在金属层上的电磁辐射束照射金属层；和/或
使用具有在入射面的方向上小于5゜的射束发散角的电磁辐射束照射金属层；或
使用具有在入射面的方向上小于3゜的射束发散角的电磁辐射束照射金属层。
17. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，包括：
使用以相对于正交/垂直于第一结构所在的平面的方向成0゜至10゜的入射角撞击在金属层上的电磁辐射束照射金属层；和/或
使用具有在入射面的方向上小于5゜的射束发散角的电磁辐射束照射金属层；或
使用具有在入射面的方向上小于1゜的射束发散角的电磁辐射束照射金属层。
18. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，包括：
使用脉冲电磁辐射照射金属层，该脉冲电磁辐射具有10-200纳秒的脉冲长度；和/或
对电磁辐射束进行偏振，从而以横磁偏振辐射来照射金属层；和/或
使用具有礼帽形射束横截面的激光辐射作为电磁辐射照射金属层。
19. 如权利要求1至2中的任一项所述的方法，包括：
聚焦电磁辐射束，使得电磁辐射聚焦在平行于第一结构所在的平面的焦平面上；和/或
偏转电磁辐射束，以便将电磁辐射导引在比该辐射束的横截面大的区域上，从而实现在待照射的区域的每一点利用电磁辐射照射；和/或
利用输送装置输送层元件，从而将层元件导引到照射区中，并在去除步骤之后将层元件从照射区中导引出来。
20.如权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，在照射所述层元件时使得激光辐射撞击在金属层与空气的界面上，或者撞击在金属层与介质层的界面上。
21.一种层元件(1700；1800)，包括：
承载基材(1702；1802)，其一面具有至少一个第一区域(1704、1804)和一个第二区域(1706、1806)，其中，
第一区域(1704、1804)具有第一结构(1710、1810)，该第一结构不同于第二区域(1706、1806)的第二结构(1712、1812)，
第一结构(1704、1804)具有小于0.3的深宽比，和
布置在承载基材(1702、1802)的所述面上的至少一个金属层(1708、1808)，
其中，具有第一结构(1710、1810)的第一区域(1704、1804)中的所述金属层(1708、1808)可利用电磁辐射通过表面等离子体激元的激励从承载基材(1702、1802)的所述面去除，
所述金属层设置在所述第一区域和第二区域中，
所述第一结构具有一维或二维周期性结构，该结构的周期在350纳米至2微米的范围内，以及
所述第二区域不能够由该辐射去除。
22.如权利要求21所述的层元件，其中，借助于第一结构，所述第二区域中的金属层不会被导致第一区域中的金属层被去除的表面等离子体激元的激励去除。
23.如权利要求21所述的层元件，其中，所述第一结构具有浮凸结构，该浮凸结构具有一维周期性结构或二维周期性结构。
24.如权利要求21至23中的任一项所述的层元件，其中，所述第一结构具有350纳米至2微米范围内的周期；和第一结构具有作为周期性结构的基本上为长方形或正弦波形的轮廓。
25.如权利要求21至23中的任一项所述的层元件，其中，第二区域的第二结构具有浮凸结构或无浮凸的结构。
26. 如权利要求21至23中的任一项所述的层元件，其中，第二结构具有作为浮凸结构的衍射或折射结构。
27. 如权利要求21至23中的任一项所述的层元件，其中，所述承载基材具有介质材料，其中，承载基材具有带有结构的压纹层；和/或
金属层具有20纳米至100纳米层厚；和/或
金属层具有铝、银、铜和铬材料之中的至少一种。
28.一种基于权利要求21至27中的任一项所述的层元件的防伪元件，其中，所述层元件具有至少一个第一区域和一个第二区域、以及部分地布置的金属层，其中，由于第一区域的第一结构以及表面等离子体激元的激励，具有第一结构的第一区域中的金属层被从承载基材的所述面去除。
29.一种有价文件，包括有价文件基材和至少一个如权利要求28所述的防伪元件。
30.如权利要求29所述的有价文件，其中该有价文件是钞票。
31.一种用于部分地去除层元件的金属层的设备，包括：
如权利要求21至27之一中所述的层元件；
用于使用激光辐射在照射区中照射层元件的激光装置；和
用于输送层元件的输送装置，
其中，所述层元件包括承载基材，该承载基材的一面具有至少一个第一区域和一个第二区域，其中，所述第一区域具有第一结构，该第一结构不同于所述第二区域的第二结构，并且在承载基材的所述面上布置有至少一个金属层；和
其中，所述激光装置用于在照射区中激励层元件的金属层上的表面等离子体激元，从而去除具有第一结构的第一区域中的金属层。
32. 如权利要求31所述的设备，其中，所述激光装置包括用于导引激光辐射的射束导引装置，该射束导引装置用于导引激光辐射，使得以相对于与第一结构所在的平面正交的方向成0°至5°的入射角照射层元件的金属层，和/或
所述射束导引装置用于将激光辐射导引到照射区中的大于激光辐射的射束横截面的区域中，从而可利用激光辐射在待照射的区域的每一点进行照射；和/或
所述射束导引装置用于将激光辐射导引到待照射的区域上，使得激光辐射在待照射的区域的每一点以相同的预定入射角入射，以激励表面等离子体激元。
33.如权利要求32所述的设备，其中，所述射束导引装置用于将焦点位置调节到平行于第一结构所在的平面的焦平面上，而射束导引装置具有F-Theta物镜，以调节焦点位置和/或提供预定入射角。
34. 如权利要求33所述的设备，其中，所述F-Theta物镜是远心F-Theta物镜。
35. 如权利要求31至33中的任一项所述的设备，其中，所述激光装置包括偏振镜，和/或
撞击在金属层上的激光辐射具有相对于与入射面正交的方向小于10°的射束发散角；或
撞击在金属层上的激光辐射具有在入射面的方向上小于5°的射束发散角；和/或
激光辐射的射束横截面为礼帽状；和/或
所述激光装置发射脉冲激光辐射，该脉冲激光辐射具有10纳秒至200纳秒脉冲长度。
36. 如权利要求31至33中的任一项所述的设备，其中，所述激光装置包括偏振镜，和/或
撞击在金属层上的激光辐射具有相对于与入射面正交的方向小于10°的射束发散角；或
撞击在金属层上的激光辐射具有在入射面的方向上小于1°的射束发散角；和/或
激光辐射的射束横截面为礼帽状；和/或
所述激光装置发射脉冲激光辐射，该脉冲激光辐射具有10纳秒至200纳秒脉冲长度。
37.如权利要求31至33中的任一项所述的设备，其中，所述设备在照射层元件时使得激光辐射撞击在金属层与空气的界面上，或者撞击在金属层与介质层的界面上。
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