CN1684818A - 激光支持的复制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在底物上制造标记的一种设备和一种方法。此类作有标记的底物加在证件上，例如信用卡、身份证或纸币上作为安全标记用于防伪。这种安全标记具有表现为有衍射或全息结构。标记的制造通过母模成型实施。改变标记的设计可以通过费时地更换母模实现。本新型设备和本新方法应允许用低的设备费用在底物上制造个性化的标记。本新设备包括一个具有复制表面设计为复制辊的复制装置(41)、一个产生辐射线(30)的装置以及一个有反压面的反压装置(42)，其中，底物(43)以这样的方式放在复制装置(41)的复制表面与反压装置(42)的反压面之间，即，使得在复制表面与底物(43)之间的一个接触区(53)内，复制表面的成型区在底物(43)上成型。

Description

激光支持的复制法

本发明涉及一种在底物上，优选在薄膜尤其是转移薄膜上，制造标记例如数字、字母、表面花样、表面图象或装饰的方法，其中，形式上为辐射线，优选为激光束的能量，从一个可控制的能源引入复制装置的复制表面内，以构成至少一个成型区，以及，复制表面的成型区通过复制装置与底物在压力下接触而在底物上成型；本发明还涉及一种用于在底物上，优选在薄膜尤其是转移薄膜上，制造标记例如数字、字母、表面花样、表面图象或装饰的设备，包括：一个有复制表面的复制装置；一个产生辐射线的装置，优选一个激光器，其中，辐射线为了构成至少一个成型区对准复制表面的至少一个区段；以及一个有反压面的反压装置，底物放在复制装置的复制表面与反压装置的反压面之间，以便在一个位于复制表面与底物之间的接触区内在底物上成型出成型区。

在例如信用卡、身份证或纸币上用安全标记来保护这些证件当时是标准的。这些标记的防伪能力是基于，它们的制造需要高水平的专业知识和大量仪器设备。一种特别成功和难以复制的安全标志是OVD(Optical Variable Device)。这种安全标记具体表现为有衍射或全息光的结构，在目视检验安全标记真实性期间，当光的入射角或视角改变时，这些结构导致一种视觉效果，例如颜色变换、基本图案变换，或导致两者的组合。因此这种安全标志可以在没有其他辅助技术工具的情况下检验其真实性。这些安全元素关键的组成部分是一个大多热塑性的或可以UV硬化的层，在此层内压印形式上为表面浮雕的衍射或全息光的结构。这一层可以是转移薄膜的一部分，其中，首先制成安全元素，然后转移到要施加安全标记的证件上。此层也可以设计为直接在要施加安全标记的制品上的一个附加的层。为了将表面浮雕从母模转移到所述的热塑性层上，采用如在EP 0419773中所介绍的旋转的压印滚筒，或例如在DE 2555214中公开的压印模。母模的制造基于精细的衍射或全息结构，技术要求非常苛刻而且昂贵。为了制造母模首先例如通过干涉激光束和蚀刻法或通过电子束书写制成原版，亦称样板，它们然后大多电解成型。

在已知的方法中，为了提高防伪能力，力图不在每个证件上施加相同的安全标记，而是使安全标记适应于各自的证件或证件持有者的同一性，亦即个性化。在这种情况下上述方法存在两个困难：其一是必须制造许多个性化的样板，这是非常昂贵的，另一是必须在复制装置中总是更换母模，从而导致很长的安装时间。已知一些方法和设备作为替换方案，它们只成型一个母模的部分区，为的是制成个性化的安全标记。

在CH594495中介绍了一种方法，用于在热塑性信息载体内压印浮雕花样，其中按选择只在热塑性层内成型母模的部分区。在工艺技术方面这样来选择这些成型区，即，或这些区通过通电的加热带加热，或通过一个有高度可调的部分区的反压装置，只在底物上选出的成型区加压。采用这种方法不能期望在选择成型区时高的地点分辨率，因为在加热带长的加热和冷却阶段中通过热传导使成型区的边界只能不精确地确定，或成型区的尺寸通过加热带的尺寸或高度可调的部分区的尺寸确定。因此这种方法受地点分辨率低的限制。

在EP0169326中介绍了一种在底物上制造标记的设备以及与之对应的方法。此设备有一个形式上为不加热的压印母模的复制装置和一块设计为反压装置的压印板。压印母模有一个复制表面，它用要成型的微结构结构化。设备有一个激光器，它产生激光束，激光束通过反压装置对准底物。按此已知的方法，首先通过压印冲头将底物压在压印板上。通过吸收直接在压印区内射入底物的激光束，底物有选择地局部加热并被置于一个温度，在此温度下可以持久地保持变形。因此通过激光束的定位可以选择性地选择和转移成型区。在这种方法和这种设备中起限制作用的是将复制装置设计为压印冲头。因此这种方法限于周期性工作，这有违于高的生产率的要求。

本发明的目的是创造一种方法和一种设备，它们允许用低的设备成本在底物上，优选在薄膜上，制造优选个性化的标记。

为达到此目的，提出了按权利要求1所述的方法和按权利要求11所述的设备。

采用按本发明的方法，在底物上优选在薄膜尤其转移薄膜上制造标记，其中，在使用一个可控制的附加能源的情况下，使复制表面至少在一个部分区域内得以调节温度；通过辐射源的辐射线输入的能量以及可控制的附加能源输入的能量被加入复制表面内，从而使复制表面的至少一个区段构成为热复合区；成型区在底物上成型，其中，复制表面的构成为热复合区的区段或复制表面的一个与热复合区互补的区段构成成型区。

在按本发明的方法中，首先用附加的能源加热复制装置，所以母模结构化的复制表面的区域或至少部分区域有第一种温度。

然后，复制装置的复制表面用辐射线照射，从而部分辐射线被复制表面吸收以及实现在复制表面内输入能量。

通过附加的能源以及通过辐射线按选择加热的共同作用加热复制装置，在复制表面上形成一些有不同温度的区域，尤其至少两个调节为不同温度的区域。区域的一个部分优选地有第一种温度，区域的另一个部分优选地有第二种温度，这种温度通过辐射线附加地输入能量达到。具有第二种温度的区域基于其形成过程人们可称之为热复合区。

所述的过程可以这样控制，即，或第一种温度或第二种温度与成型过程的工作温度相对应，所以在成型时或具有第一种温度的部分区或具有第二种温度的部分区在底物上持久保持地成型。

个性化的标记优选地由复制表面部分区的成型形成，这些部分区通过上面说明的针对成型的温度控制选择。因此，标记的个性化，亦即改变成型区的选择，可以通过改变在复制表面上的温度分布来实现。这样一种改变可以通过控制产生辐射线的装置，例如激光器，或通过控制相应的辐射线导向装置和辐射线成型装置来实施。

按本方法一种优选的进一步发展，第一种温度处于各自的底物的塑化温度范围T_plast内，以及第二种温度处于各自的底物的液化温度范围T_fliess内，其中，液化温度范围高于塑化温度范围。优选地第一种温度至少为100℃，尤其至少170℃。塑化温度是底物特有的温度，在此温度下成型导致在底物内持久保持的标记。塑化温度范围优选地在此底物特有温度的+/-2％之间变化。这种典型的温度范围例如为180℃+/-3.6℃。若复制装置与底物在加压的情况下接触，与此同时在一个部分区内存在一种处于塑化温度范围内的温度，则结构化的复制表面以此部分区持久保持地在底物上成型。若温度处于液化温度范围内，则在母模与底物分离后底物已变形的材料开始流动。由此使成型在底物内的表面结构变平，所以它们不在底物上保持作为光学活化的结构。按本发明的这种设计，调节为塑化温度以及不通过辐射线获得附加的热量输入的部分区在底物上成型。通过辐射线可以实施部分区的负选择(Negativ-Selektion)。

按方法的另一项优选的设计，第一种温度处于各自的底物的弹性温度范围T_elast内，以及第二种温度处于各自的底物的塑化温度范围T_plast内，其中，弹性温度范围低于塑化温度范围。优选地，第二种温度为至少100℃，尤其至少170℃。若复制装置与底物在加压的情况下接触，与此同时在一个部分区内存在一种处于塑化温度范围内的温度，则结构化的复制表面以此部分区持久保持地在底物上成型。其温度处于弹性温度范围内的部分区只促使底物弹性变形。在复制装置与底物分离后，加入的表面结构弹性地恢复，以及底物大体重新处于其原始的表面形状。在底物上不保持光学活化的结构。因此在本方法的这种设计中选择性地转移热复合区。也就是说，通过辐射线附加的能量输入意味着部分区的正选择(Positiv-Selektion)。

底物可以由多个层构成。底物所说明的温度或所说明的温度范围尤其涉及一个属于底物组成部分的热塑性层的温度或温度范围。底物的另一些层，例如底物的载体层，可以有另一个温度。

按本方法有利的进一步发展，复制装置设计为复制辊，其中，辐射线加入复制辊内在复制辊的第一个角向位置进行，以及，复制辊与底物的接触在第二个角向位置进行。沿复制辊的旋转方向在第一与第二角向位置之间的夹角设计得如此之小，以致通过辐射线在第一个角向位置产生的热复合区在复制辊旋转到第二个角向位置时还有清晰的轮廓。这例如在通过热传导形成的潜在熵图(Latente Wrmebild)的模糊度小于本复制方法企求的分辨率倒数时得到。作为模糊程度的度量可以利用几何光学中模糊圆的定义。在极限情况下，所述的夹角可以在0°范围内，从而将两个角向位置重叠设置。

此外，本发明的目的通过按权利要求11所述的设备达到，其中，复制装置的复制表面设计在复制辊的外侧。

按本发明的设备用于在底物上施加或造成一个标记。标记有一种优选衍射或全息光效果的表面结构，或优选漫射或定向散射的闷光结构，借助复制法将其施加在底物尤其物体的热塑性层内。底物可以有另一些有不同材料的层如一个载体层。标记可以设计为图形、数字、符号、表面花样、表面图象、字符、号码、安全标志或其他任何形式。

标记可以借助一个有表面结构化的复制表面的复制装置施加在底物中。复制装置可以设计为有至少部分圆柱形的复制辊和可绕其同轴延伸的旋转轴线旋转。圆柱体表面，尤其圆柱外壳，可设计为复制表面。

底物被置于复制辊与反压装置之间以构成一个接触区。

例如可设计为反压板或反压辊的反压装置有一个反压面，底物至少在接触区内支承在反压面上，所以复制辊与底物在接触区内可以在压力下共同工作。

采用按本发明的设备，可以通过辐射线有目标地选出压印母模用于成型的部分区，并由此个性化地设计由部分区的成型构成的标记。在这方面特别有利的是，形式上为选择的区域的个性化标志与一个安全特征，亦即例如衍射区一起，通过一个共同的复制过程转移。此外，按本发明的设备允许通过连续的非周期性的工作方法经济地生产。

按本发明的一项有利的进一步发展，辐射线通过反压装置供入。在这种情况下，在辐射线为构成成型区命中复制表面前，辐射线穿过反压装置或部分反压装置。

在此项设备的进一步发展中反压装置也可以设计为透明的。反压装置或部分反压装置，尤其属于反压面的区段可以有一些孔口和/或用于辐射线的透明嵌入物，和/或可以用一种可透过辐射线的材料制成。

按变型的实施形式，反压装置设计为反压辊。在这种情况下，反压辊优选地设计为圆柱形，其中，圆柱表面构成反压面。尤其是，反压辊可绕其同轴延伸的旋转轴线旋转地支承。

当反压装置设计为反压辊时，辐射线的供入可例如按下列不同的方式进行：

按第一种方式，辐射线可偏斜地设在反压辊之外，以及以一个优选地与底物的后侧和/或前侧成角度定向的射线传播方向透过底物，然后可以命中复制表面。

按第二种方法，辐射线沿反压辊的整个径向长度穿过反压辊，在这种情况下辐射线通过反压面进入反压辊的一个背对接触区的区域内，以及在接触区重新通过反压面射出。随后，辐射线可以按优选地与底物的后侧和/或前侧垂直定向的射线传播方向透过底物，以及可优选地在接触区内命中复制辊。

按第三种方式，若反压辊设计为空心体，优选地设计为空心圆柱体，则辐射线也可以从空心体内的空腔出发穿过空心体的壁，尤其透过圆柱体壁，所以辐射线优选地在接触区内通过反压面射出。随后，辐射线可以按优选地与底物的后侧和/或前侧垂直定向的射线传播方向穿过底物并优选地在接触区内命中复制辊。

设备尤其针对上述最后一种构造方式的一项有利的进一步发展是，反压装置内部设一个产生辐射线的装置，优选地一个激光器或其一部分或一个辐射线转向装置。

按设备或方法的另一项有利的进一步发展，辐射线为了构成成型区，通过底物供入复制表面。辐射线在底物的后面进入以及在底物相对置的前面重新射出，随后命中复制表面。底物设计为对于辐射线优选地是可透过的。按经修改的实施形式，底物可以在一层或多层内部分或几乎全部吸收辐射线。在底物内部辐射线的传播方向可以定向为垂直于底物的前侧和/或后侧。按经修改的方案，倾斜地透射底物，在这种情况下辐射线在底物内部的传播方向相对于底物前侧和/或后侧尤其有一个在60°与90°之间的夹角。

按设备有利的进一步发展，设一个用于冷却复制表面的冷却装置，通过它尤其可以消去或用某种方式修改已施加的潜在熵图。

冷却装置可设计为鼓风机，在这种情况下由鼓风机产生的气流对准复制表面并冷却它。气流冷却装置可以满足类似的功能，在此实施形式中气流，优选地一种惰性气流或氮气流，命中复制表面并同样冷却它。

按另一些设计，冷却装置可设计为冷却辊，它设置为相对于复制辊平行地错开并沿一个线状表面与之接触。通过复制辊与冷却辊之间的热接触实现散热并因而冷却复制辊。

在采用复制辊时，冷却装置优选地布置为使它在一个区域内作用在复制表面上，这一区域沿复制辊旋转方向处于复制装置和底物的接触区与辐射线在复制表面上的命中点之间。

按设备的另一项设计，产生辐射线的装置设计为激光器。此激光器恰当地可以有一个扫描系统和/或掩模投影系统。当使用扫描系统时，激光束成形为使激光点的直径在命中复制装置时优选地处于0.05mm与2.0mm之间的范围内。激光点可以通过扫描系统控制按顺序在复制装置上书写。在这里，扫描系统可以是一种有偏转装置例如偏转镜的系统，或一种有浮动镜片的系统。激光点在复制装置上的位置可以由使用者通过控制器，优选地通过轨迹控制器改变，从而可以用激光点在复制装置上书写各种灵活多变的几何形状、图象、字母和数字。按另一些实施形式，复制装置可以通过掩模投影系统面状照射。在这种情况下辐射线的形状可以设计为，使一个掩模例如通过一种4f结构以这样的方式投影在复制装置上，即，使激光点的形状与掩模中孔口的形状一致。掩模可涉及刚性的掩模或由元件组成的矩阵结构，它们有控制地透过或消去激光束，在这方面可例如涉及可运动的镜面或液晶元件。

一种有利的设计在于，设一控制器，尤其是一个可自由编程的控制器，它优选地通过控制产生辐射线的装置控制照射区的选择。在此有利的进一步发展中，标记的图案优选地制备成数字信息，例如数据，它们通过图象处理程序、通过计算机支架的方法或类似的方法产生。这些信息由控制器尤其通过控制激光器，转换成命中复制装置的辐射线单位面积功率密度随时间的变化。通过有控制地选择照射区确定成型区并因而确定标记的图案。

控制激光束的功率、射线方向和/或单位面积功率密度，可以实现激光束多种工作方式。按第一种工作方式，激光束按控制顺序接通和关闭，从而在底物上造成彼此变位的标记。这些不同标记的设计可以各自相同，或从一个标记到另一个标记通过个性化的特征，例如通过顺序编号加以区别。

按激光束的第二种工作方式，激光束连接接通以及激光束的命中点在复制辊上运动。命中点的运动与复制辊一起或逆向转动以及平行于复制辊的轴向尺寸进行。所述的运动通过激光束自身平行的移动或通过激光束的角向偏转造成。按这种工作方式可以构成一种具有沿底物送进方向图案变化的标记。这种工作方式首先允许控制激光束的运动顺序，从而可以通过复制辊的多次旋转，亦即通过多个工作周期，完成一个个标记的制造。例如由此可以在底物上造成沿送进方向任意长的文本信息。按此工作方式的一种改型，激光束连续接通以及激光束的射线形状随时间进行改变。

同样可以是上述工作方式的一种组合。

按设备的一项恰当的进一步发展，复制表面用表面浮雕结构化。这种表面浮雕是用于在成型过程中转移到底物上的结构的负象。表面浮雕的深度优选地在几乎0与20μm之间，尤其在0.1与0.5μm之间。尤其在底物上构成衍射或全息光结构时，这种表面浮雕可以设计在部分区内或全面格子形的。格网间距，亦即空间频率，优选地在每mm4000线与每mm10线之间，尤其是每mm1000线。复制表面也可以分布在其尺寸优选地小于0.3mm的部分区内，以及它们彼此通过空间频率、格网方向、格网类型或其他参数区别。

这些部分区按本发明另一项有利的设计可以布置为周期性重复尤其交替排列。一些可能的实施形式是各一个不同分区的组合，也就是说例如两至六个优选地三个分区的一个组合构成一个象点单元。可布置多个象点单元用于构成一个画面。优选地例如所述的三个分区通过其格网结构体现三种原色。这些象点单元或分区可以按规则或周期性重复，例如格子形或交替地排列在复制表面上。

表面浮雕尤其为了在底物上造成闷光结构还可以采用一些有随机或准随机分布的表面结构。在底物上的闷光结构作为特殊的光学作用导致射在底物上光线散乱地漫射。为了造成闷光结构，表面浮雕有一些表面结构，例如小槽、细沟、凹坑、小孔等，它们各自的形状和/或方向可设计为同类的或任意的，以及它们在复制表面上可均匀、随机或准随机地分布。例如，表面浮雕可设计有一种类似于刷子刷过的表面的结构。

按另一项有利的设计，复制装置有一个用尤其用镍或用一种镍化合物组成的金属薄膜构成的压模。通过使用镍或镍化合物组成的金属薄膜，使母模衍射结构的电解成型更加容易进行。与这些材料不同，也可以使用一种材料，它对于所采用的激光束的波长有特别高的吸收能力，尤其有比镍更高的吸收能力。在这种设计中有利的是，为在复制装置上优选地在复制表面上造成潜在熵图所需要射入的能量明显减小。相应地可以在设备中采用功率较低并因而更便宜的激光器。

设备和方法突出的优点是，用唯一的母模可以在底物上成型不同的，例如证件专用或人员专用的标记，其中，母模的部分区可按选择为了成型过程而活化或灭活。

下面借助附图说明用于制造标记的方法实施例和设备实施例。其中：

图1a用于在底物上施加标记的设备第一种实施例剖面图；

图1b图1a所示复制装置复制表面在一个坐标系统内的温度剖面以及一个在底物内与此温度剖面对应的标记剖面图；

图2a在与图1a相同的剖面图中表示图1a所示的设备第一种实施形式和方法的修改；

图2b图2a所示复制装置复制表面上的温度剖面以及在底物内的一个与此温度剖面对应的标记与图1b类似的视图；

图3在用激光束照射时图1a所示复制装置局部内的温度分布示意剖视图；

图4a、b用于说明制造负图象或正图象的原理的示意图；

图5a、b分别用俯视图示意表示图1a所示复制装置表面的局部和一个通过复制装置制造的标记；

图6a在底物上施加标记用的设备第二种实施例与图1a相同的视图；以及

图6b图6a所示复制装置复制表面上的温度剖面以及在底物内的一个与此温度剖面对应的标记与图1b类似的视图。

图1a用示意剖面图表示用于在底物43上制造标记的设备的一种实施例的结构。该设备有一个复制辊41和一个设计为反压辊的反压装置42，后者布置为与复制辊41轴线平行和垂直向下错移。薄膜状底物43沿水平方向设在复制辊41与反压辊42之间。激光束30穿过底物43并命中复制辊41。激光束径迹的定向在下面还要详述。

金属的或外包金属的复制辊41设计为圆柱体的形状，其中，相应的圆柱外套设计为具有形式上为衍射压印结构46的结构化表面的复制表面。衍射压印结构46的深度优选地近似0μm至20μm，以及线距或空间频率为每毫米10线至每毫米4000线。复制辊41通过一个图中未表示的可控制的在内部，亦即在内部作用的热源加热，所以复制表面有衍射压印结构46的整个区域可以调节温度。

反压装置42设计为圆柱形的辊并用橡胶制成，或有一个橡胶制的外套。相应的圆柱外套构成反压面，它与复制辊41的复制表面共同工作。

薄膜状的底物43有一个在图1a中向上面朝复制辊41的前面103和一个在图1a中向下面朝反压装置42的后面102，以及设计为厚度小于1mm的多层复合物。多层复合物包括热塑性层51、载体层50和按选择一个或多个其他尤其不同的层52，例如金属化层、干涉层、保护漆层、分离层、载体材料层或粘合层。

箭头48和箭头49表示复制辊41和反压装置42各自的旋转方向，其中，复制辊41在图1a中沿顺时针方向旋转以及反压装置42反时针方向旋转。箭头47朝着底物43的送进方向，在图1a中底物向左运动。复制辊41、底物43以及反压装置42以这样的方式配合作用，即，复制表面将衍射压印结构46在规定的可调整的压力下在复制辊41和反压装置42旋转的同时压紧在底物43上。复制辊41、反压装置42和底物43构成复制间隙53。

在图1a中，激光束30表示为来自右下方的斜箭头。所表示的激光束30的径迹在一个位于底物43下方，亦即设在底物43后面102的那一侧和设备的底物进入侧的区域内开始。激光束30对准复制辊41，在这里激光束30布置为沿全部径迹在反压装置42外部。激光束30通过后面102以一个小于30°的入射角进入底物43内。激光束30进入底物43内的入射点沿底物43的送进方向设在复制间隙53之前。入射角在入射点相对于底物43的表面法线计量。激光束30穿过底物43，通过底物43的前面103射出并命中复制表面。在复制表面上部分表面表示为复制表面区段70a、b。它们涉及复制表面经激光束处理的区域。

在图1a中表示的设备位置中，沿复制辊41旋转方向的第一个复制表面区段70a处于进入复制间隙53之前的位置，确切地说处于一个使复制表面区段70a正好被从底物43射出的激光束30照射的位置。

在设备工作期间，复制辊41持续地沿顺时针方向旋转，以及复制表面区段70a在照射后随着进一步的运动通过复制间隙53。在复制间隙内已照射的复制表面区段70a在底物43内进行成型作为标记。

在图1a所示的设备位置中，沿复制辊41旋转方向的第二个复制表面区段70b处于在复制间隙53后面的一个区域内。此复制表面区段70b在复制间隙53前和在复制间隙53内成型前已经实施了照射阶段。与复制表面区段70b对应的已成型的标记45相应地处于底物43的一个沿底物43的送进方向设在复制间隙53下游的区域内。

在借助图1a表示的方法的实施表式中，复制表面通过在内部的可控制的热源被置于一个在弹性温度范围T_elast内的温度。

通过借助激光束30在照射时造成的附加的能量输入，进一步加热复制表面区段70a、b。通过用内部热源加热导致的能量输入与通过激光束30照射导致的附加的能量输入相结合，在复制表面区段70a、b的区域内构成热复合区。此热复合区表现为潜在的熵图，它们可以是一种简单的几何形状，例如圆形、多角形、封闭的多边形，但也可以是字母、数字或符号。

在图1a的例子中，能量的输入这样计量，即，使热复合区，亦即复制表面区段70a、b，在复制间隙53内与底面43接触时有一个在塑化温度范围T_plast内的温度。这些区在底物43内持久保持地成型。

在复制表面上其余的区域在复制间隙53内与底物43接触时有低于塑化温度范围T_plast，亦即处于弹性温度范围T_elast内的温度。这些区域在底物43内不持久保持地成型。

在复制间隙53内成型后，可能期望消去当前潜在的熵图，以及将复制表面置于一个可重新加入一个新的潜在熵图的状态。

为了消去当前的潜在熵图，沿复制辊41的旋转方向在复制间隙53下游设一冷却区。复制表面经过此冷却区并与一个在图1a中未表示的冷却装置配合工作。由此将复制表面冷却到一个低于温度范围T_plast的温度。

接着，重新实施复制表面的温度调节，将温度调整到一个在温度范围T_elast内的温度。

也就是说，潜在熵图的消去通过有控制的复制表面的温度变化实现。

作为替换方案或附加地，潜在熵图的消去通过热传导使潜在熵图逐渐淡薄而自动完成。

借助图1b再次说明在图1a中所采用的在底物43上造成标记45的方法的原理。

图1b描绘了一个坐标系统20，它表示复制表面在通过复制间隙53时的温度作为温度剖面T。此外，用放大的剖面图表示图1a中底物43的带有与温度剖面T对应的标记45的区域。

在坐标系统20中，垂直的Y轴标明在复制间隙53内成型过程中复制表面的温度。在坐标系统20的水平X轴上标明沿复制辊41圆周复制表面上的位置。

在Y轴上的温度刻度定性地分成三个区：第一区是弹性温度范围T_elast。位于它之上有较高温度的温度范围是塑化温度范围T_plast。位于塑化温度范围之上的最高温度区是液化温度范围T_flieβ。

为了说明在成型过程中复制表面上的温度对成型过程结果的作用，在坐标系统20下方表示了底物43与温度剖面I相对应的部分。此底物43沿其纵向长度平行于坐标系统20的X轴定向。

复制表面沿X轴表示的温度剖面分为三个区I、II、III。

在区域I和III内，复制表面在通过复制间隙53时有在弹性温度范围T_elast内的温度。在区域II，当通过复制间隙53时的温度处于塑化温度范围T_plast内。

当复制表面与底物43接触时，在区域I内的结构作为弹性变形施加在底物43内。在复制表面与底物43分离后，底物43在此区域内弹性恢复重新具有其原始的形状，以及在底物43内不保留任何表面结构。

在区域II内，当复制表面与底物43接触时在底物43内成型一个持久保持的标记。在图1b内表示的标记对应于图1a内的标记45。

在区域III内，类似于区域I在复制表面与底物43接触时不在底物43内造成表面结构。

通过在图1a和1b中表示的方法，在底物43上造成一个标记45，底物中只有用激光束30照射过的复制表面区段70a、b，亦即热复合区，才成型。如此构成的标记45下面也称为正图象。

下面说明借助图1a、b表示的方法与时间有关的副作用及其补偿：

在图1a中，在复制表面区段70a中的能量输入借助激光束30在位于复制间隙上游旋转的复制辊41上的一个区域内进行，确切地说在一个相对于复制间隙53有一个大约20°转角距离的位置进行。由此在照射位置与成型位置之间的空间距离导致在照射过程与成型过程之间的时间距离(时间间隔)。

所述的时间距离导致热复合区内例如由于热传导引起的热损失(能量损失)。在极端的情况下，这一结果会导致在复合间隙53内热复合区有低于塑化温度范围T_plast的温度。

为了补偿热损失，相应地提高通过激光束30的能量输入，从而在热复合区内保证在通过复制间隙53时有一个在塑化温度范围T_plast内的温度。所述的提高可以这样的方式计量，即，使热复合区在照射后首先有一个在液化温度范围T_flieβ内的温度，以及直至到达复制间隙53时冷却到在塑化温度范围T_plast内的温度。

所描述的副作用不仅可能在与此温度或温度范围T_plast结合时发生，而且也会相同或类似地在其他温度或温度范围例如T_flieβ、T_elast下产生。补偿可类似于上面已说明的方式进行。

图2a表示与图1a所示相同的实施例和方法的第二种实施形式，其中在方法实施形式之间的差别在于温度控制。

在图2a中表示的方法的情况下，复制表面通过在内部的可控制的热源被置于一个处于塑化温度范围T_plast内的温度。

通过借助于激光束30的附加的能量输入，被照射的复制表面区段70a、b进一步加热。能量的输入以这样的方式计量，即，使复制表面区段70a、b在复制间隙53内与底物43接触时有一个在液化温度范围T_flieβ内的温度。

只是未照射的区域在复制间隙53内与底物43接触时有在温度范围T_plast内的温度，在那里已照射的区域有在温度范围T_fliess内的温度。

在此方法的第二种实施形式中，只在复制表面上与用激光束30照射的复制表面区段70a、b互补的，亦即与热复合区互补的区域内成型。

在复制表面上以此方式造成的潜在熵图的消去，可类似于结合图1a已说明的消去法进行。

按图2a的方法实施形式的原理，在图2b中再次示意地在与图1b相同的视图中说明，其中温度剖面(Temperaturprofil)T设计为与图1b中不同。

复制表面在通过复制间隙53时图1b中的温度剖面T在区域I和III处于塑化温度范围T_plast内，反之，在区域II内的温度处于液化温度范围T_flieβ内。

在区域1内，当复制表面与底物43接触时在底物43内成型持久保持的标记。

在复制表面与底物43接触时，在区域II内首先作为塑性变形在底物43内加入这些结构。在复制表面与底物43分离后，底物材料开始流动，所以在底物43内施加的表面结构不持久地保持。

在区域III内，类似于区域I在复制表面与底物43接触时在底物43内造成一种表面结构。

在图2b中的底物43，在与区域I和III对应的区域内有表面结构，反之，在与区域II对应的区域内表面可以说已重新恢复以及表面几乎是平的，或有一种随机的结构。无论如何区域II与区域I和II看上去是不一样的。

通过图2a和2b所示的方法在底物43上造成标记45，其中只有那些未用激光束30照射的区域成型。下面将这种标记也称为负图象。

图3是与图1a中的复制辊41对应的复制装置35的剖面图。复制装置35在其复制表面设有表面结构36。通过等温线32表示在复制装置内表面结构36的区域内的温度分布。为了简化只表示三条等温线32，这些区域用不同的温度T₁、T₂和T₃彼此隔开。此外还表示了激光束30，它对准有表面结构36的复制表面并命中此复制表面，以及示意表示吸收容积31。

复制装置35在第一个工艺步骤中在具有表面结构36的复制表面附近通过可控制的热源在这里表示的区域I、II和III内调整为第一种温度T₁。

在下一个工艺步骤中(但这一工艺步骤在时间上也可以与第一个工艺步骤重叠)，复制装置35在区域II内用激光束30照射。在这里，激光束30在具有表面结构36的复制表面上被吸收到一个吸收容积31内。在吸收容积31内输入的能量导致吸收容积从温度T₁出发进一步提高直到温度T₃。通过热传导，使温度区T₁进一步推移到复制装置内部并有如图3中表示的温度分布。取决于起始温度T₁和能量输入以及激光束30的位置和伸展范围，可以在复制表面上造成按图1b用于正图象的温度剖面或按图2b用于负图象的温度剖面。

在图4a、b中表示如何能通过方法不同的实施形式造成个性化安全特征的原理。图的左边分别用俯视图表示例如取自图1a所示复制辊41的复制表面具有结构化表面2的一个部分区。图的右边用俯视图表示例如取自图1a中的底物43的在成型过程后底物的一部分4。

在图4a中，表面2k形的部分区3有一个温度T，它处于底物塑化温度范围T_plast内。在此区域以外，表面2有处于塑化温度范围T_plast外的温度。在用这一温度分布的成型过程中，在底物43上形成一个正图象5，它的镜象的k形表面用结构化表面2表面结构化的压印模充填。

在图4b中，k形的表面有一个在塑化温度范围T_plast之外的温度，以及表面2的其余区有在塑化温度范围T_plast内的温度。在成型过程中由此温度分布得到的底物43上持久保持的压印是一个负图象6，其中，与镜象的k形表面互补的区域用结构化表面2表面结构化的压印模充填。

图5a表示图1a所示复制辊41有衍射压印结构46的复制表面一个部分，衍射压印结构分成不同的分区。这些分区由有限数量的衍射花样构成，这些衍射花样在空间频率、浮雕深度、方位、格网的曲率、剖面形状或其他参数方面不同。在图5a的视图中对于许多可能性代表性地表示了有三种不同衍射花样的，尤其有不同方位的分区，亦即80、81和82。每个分区80、81、82各只有一种衍射花样。这些不同的分区80、81、82按规则交替地作为像素排列。优选地，分区80、81、82设计为有正方形轮廓，例如有小于等于0.3mm边长的定界的表面区。通过已介绍的方法，现在可以为了从复制辊转移到底物上通过用辐射线，尤其激光束照射，活化或灭活分区80、81、82，为的是在一个复制过程中造成正图象或负图象。如此造成的图象85有分区80、81、82的分区成型80′、81′、82′。

在此实施例中，衍射压印结构46的分区80、81、82通过在复制装置内的温度分布以这样的方式选择，即，在图象85内形成图象区86、87、88，它们分别只有一种衍射花样的类型，也就是说分别只由一种类型的分区成型80′、81′、82′构成，换句话说，图象区86仅由分区成型81′构成，图象区87仅由分区成型82′构成，以及图象区88仅由分区成型80′构成。在观察图象85时，这些由各个独立的分区成型组成的图象区86、87、88看起来是如由传统方法制成的图象已知的全面、均匀的图象区，它们的区别在于，图象区86、87、88有特殊的光学特性，例如全息光特性。

图5b在左侧用与图5a类似的视图表示图1a所示复制辊41的复制表面另一个有衍射压印结构46的部分。衍射压印结构仍有不同的分区80、81、82。在图5b的右侧示意表示另一个在选择和成型分区80、81、82后按介绍的方法形成的图象95。图象95有图象区96、98和图象区97、99。图象区96、98分别设计为数字的形式，确切地说是1或5，以及用单一类型的分区成型，亦即分区成型82′充填。反之，图象区97、99设计为字母A和D，并由一些分区成型81′组成。在图5b中的分区成型81′和82′的区别在于衍射格网的布局，尤其方位角的定向，其中在图5b中，分区成型82′的衍射格网是平卧的，而在分区成型81′中布置为竖立的。衍射格网不同的布置导致取决于角度的衍射效果，所以图象区96、98和97、99除了它们的几何信息，亦即数字或字母外，附加地还带有全息光信息。对于图象95沿第一个视角只能看见第一个标记96、98，以及沿第二个视角只能看见第二个标记97、99。

图6a表示用于制造标记的设备第二种实施例与图1a所示设备的相同视图。在图6a中表示的设备类似于图1a所示设备有一个包括复制辊41、底物43和反压装置42的结构。但在图6a中反压装置42、激光束30的布局和径迹设计为与图1a不同。已结合图1b说明的方法的原理再次表示在图6b中。

在图6a的实施例中，反压装置42设计有空腔101和圆柱壁100的空心圆柱体，其中，圆柱壁100的外侧设计为反压面。圆柱壁100的内表面设置为与反压面同心。圆柱壁100用一种对于辐射线透明的材料，例如玻璃或塑料制成。

激光束30从空腔101出发对准复制辊41。激光束30从空腔101出发通过内表面进入圆柱壁100、穿过圆柱壁100以及通过反压面从圆柱壁100射出。激光束30随后穿过底物43。在从底物43射出后，激光束30照射一个设在复制间隙53区域内的复制表面区段70a。因此，在此实施例中热复合区首先直接在复制间隙53的区域内构成。

在另一些实施形式中，激光源的一部分或整个激光源，例如二极管激光器，组合在复制辊41内，或将激光束30供入空腔101内例如借助一个或多个光波导管或借助一个开口的同轴于复制辊41延伸的射线导引装置进行。此外，射线导引装置或射线成形装置，例如扫描器，可以设在复制辊41内。

制造标记的方法和激光束30的控制以及结构或功能设计，均类似于图1a所示设备第一种实施例的形式设计，所以用图6a所示的设备同样可以制造正图象和负图象。

Claims (19)

1.在底物(43)上，优选在薄膜上尤其是转移薄膜上，制造标记(45)例如数字、字母、表面花样、面图象或装饰的方法，其中，形式上为辐射线，优选为激光束(30)的能量，从一个可控制的能源引入复制装置(41)的复制表面内，以构成至少一个成型区；复制表面的成型区通过复制装置(41)与底物(43)在压力下接触而在底物(43)上成型，其特征为：在使用一个可控制的附加能源的情况下，使复制表面至少在一个部分区域内得以调节温度；通过辐射源辐射的能量输入以及可控制的附加能源的能量输入被加入复制表面内，从而使复制表面的至少一个区段构成为热复合区；成型区在底物上成型，其中，复制表面的构成为热复合区的区段直接和/或间接构成成型区。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：在成型过程的时刻，复制表面在热复合区之外的温度调整为在底物塑化温度范围内的一个温度或一个温度范围，以及，在热复合区内部的复制表面的温度调整为一个温度或一个在底物液化温度范围内的一个温度或一个温度范围。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征为：在成型过程的时刻，复制表面在热复合区之外的温度调整为在底物弹性温度范围内的一个温度或一个温度范围，以及，在热复合区内部的复制表面的温度调整为在底物塑化温度范围内的一个温度或一个温度范围。

4.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：为构成至少一个成型区加入的辐射线，优选地在复制装置之外或穿过复制装置通过底物(43)供入。

5.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：作为复制装置采用一个在其外侧有复制表面的旋转的复制辊(41)；以及，辐射线在由此导致的热复合区为了成型与底物(43)接触前和/或接触期间加入复制辊的复制表面内。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征为：采用一个与复制辊(41)配合作用的反压装置，优选一个反压辊(42)，以及，为构成至少一个成型区的辐射线通过反压装置(42)或部分反压装置(42)供入复制辊(41)的复制表面内。

7.按照权利要求5或6之一所述的方法，其特征为：在复制辊(41)的一个第一角向位置使辐射线加入复制辊(41)的复制表面内，以及，在复制辊(41)的一个第二角向位置通过复制辊(41)的复制表面与底物(43)接触进行成型过程，其中，沿复制辊(41)的旋转方向在第一角向位置与第二角向位置之间的夹角调整为小于30°，尤其小于5°。

8.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：辐射线面状和/或点状地顺序作用在复制表面上，例如复制辊(41)的复制表面上。

9.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：辐射线在复制表面上命中点的位置可以通过辐射线的一维或多维运动进行控制；和/或，辐射线在复制表面上命中点处的辐射线单位面积功率密度是可以调整的。

10.按照权利要求5至9所述的方法，其特征为：用于控制产生辐射线的装置的控制顺序沿复制辊(41)旋转一圈以上延伸。

11.尤其是用以实施按照前列诸权利要求之一所述方法的设备，用于在底物(43)上，优选在薄膜上尤其是转移薄膜上，制造标记(45)例如数字、字母、表面花样、表面图象或装饰，所述设备包括：一个有复制表面的复制装置(41)；一个产生辐射线(30)的装置，优选一个激光器，其中，辐射线(30)为了构成至少一个成型区对准复制表面的至少一个区段(70a、b)；以及一个有反压面的反压装置(42)，底物(43)放在复制装置(41)的复制表面与反压装置(42)的反压面之间，以便在一个位于复制表面与底物(43)之间的接触区(53)内在底物(43)上成型出成型区，其特征为：复制表面设计在复制辊(41)的外侧。

12.按照权利要求11所述的设备，其特征为：在照射过程中辐射线作用在复制表面的区段上的位置与在复制表面和底物(43)之间接触区的位置重合，和/或沿复制辊(41)的旋转方向设置为有一个数量上小于30°的间隔角。

13.按照权利要求11或12之一所述的设备，其特征为：辐射线(30)为构成至少一个成型区通过反压装置(42)或部分反压装置(42)供入。

14.按照权利要求11至13之一所述的设备，其特征为：反压装置(42)，尤其是在反压面的区域内，设计为可透过辐射线(30)的。

15.按照权利要求11至14之一所述的设备，其特征为：反压装置设计为反压辊(42)。

16.按照权利要求11至15之一所述的设备，其特征为：反压装置(42)完全或部分设计为空心体，优选空心圆柱体，尤其是设计为玻璃空心圆柱体，它优选有一个与反压面平行和/或同心的内表面，以及尤其是有一个可透过辐射线的圆柱体壁(100)。

17.按照权利要求11至16之一所述的设备，其特征为：产生辐射线(30)的装置和/或一个辐射线转向装置设在反压装置(42)内部或复制辊(41)内部。

18.按照权利要求11至17之一所述的设备，其特征为：辐射线(30)为构成成型区通过底物(43)供入。

19.按照权利要求11至18之一所述的设备，其特征为：设一个调节复制表面温度的装置，例如用于加热或冷却复制表面尤其是复制表面部分区的加热器和/或冷却器，它优选地设计为鼓风机、气流冷却器、冷却辊、激光加热器、感应式加热器、电阻加热器或设计为产生热辐射的装置。

Images