DE10054167A1 - Verfahren zum Herstellen von Hologrammen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Hologrammen wird eine Mastervorrichtung (1) mit einer reliefartigen Oberflächenstruktur (10) aus Kunststoff bereitgestellt, die der vorgesehenen holographischen Struktur entspricht. Auf die Oberflächenstruktur (10) der Mastervorrichtung (1) wird ein strahlenhärtbarer Lack (12) aufgebracht. Der Lack (12) wird nach dem Härten als reproduziertes Hologramm von der Mastervorrichtung (1) abgelöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Holo­ grammen, die z. B. zum Speichern von Bilddaten wie Fotos, Logos, Schrift, usw., aber auch zum Speichern von anderen Daten ver­ wendet werden können.

In einem Hologramm ist über die Fläche des Hologramms verteilt holographische Information über ein Objekt enthalten, aus der sich bei Bestrahlung mit Licht, insbesondere kohärentem Licht von einem Laser, ein Bild des Objektes rekonstruieren lässt. Hologramme werden in der Technik auf vielfältige Weise genutzt, z. B. in Form von weitgehend fälschungssicheren Kennzeichnungen. Derartige Kennzeichnungen finden sich z. B. auf Kreditkarten oder Scheckkarten; sie zeigen als sogenannte Weißlicht-Hologramme auch bei Beleuchtung mit natürlichem Licht ein dreidimensionales Bild des dargestellten Objekts. Verbreitet sind fotographisch hergestellte Hologramme sowie Prägehologramme, bei denen in die Oberfläche eines Werkstoffs eine Reliefstruktur eingeprägt ist, an der das zum Wiedergeben des Objekts verwendete Licht entspre­ chend der in dem Hologramm gespeicherten Information gestreut wird, so dass das rekonstruierte Bild des Objekts durch Inter­ ferenzeffekte entsteht.

Die Herstellung von Hologrammen erfolgt heutzutage meistens durch Replikation von sogenannten Masterstrukturen. Dazu muss zunächst ein Master oder eine Mastervorrichtung hergestellt werden, was in der Regel durch Belichtung von Photoresistmate­ rialien durch eine Chrommaske und anschließende Galvanoformung mit Hilfe von Nickel erfolgt (LTGA-Verfahren von Litographie und Galvanik), wie im Folgenden erläutert.

Zum Herstellen einer Mastervorrichtung wird auf einem mit einer dünnen, leitfähigen Schicht versehenen Wafer ein Photoresist (z. B. Polymethylmethacrylat) aufgetragen. Durch eine Chrommaske, die die für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehene Mi­ krostruktur enthält, wird der Photoresist mit Ultraviolett- oder Röntgenstrahlung belichtet. Dadurch werden die Polymerketten gespalten (Negativresist) und lassen sich mit geeigneten Lösungsmitteln herauslösen. Die entstehenden Mikrogräben werden in einem Galvanobad durch elektrolytische Abscheidung mit Nickel gefüllt, wodurch nach Auflösen des restlichen Polymers eine Art Stempel, das sogenannte Prägeblech, entsteht. Alternativ kann man auch Positivresiste verwenden, bei denen an den belichteten Stellen eine Vernetzung auftritt. Hierbei werden die nicht be­ lichteten Bereiche durch ein Lösungsmittel herausgelöst; die weitere Behandlung erfolgt ähnlich wie bei den Negativresisten.

Mit einem Prägeblech können die zu reproduzierenden Hologramme in Standardkunststoffen abgeformt werden, wenn diese auf Tempe­ raturen etwas oberhalb ihres Glaspunktes erwärmt werden (Heiß­ prägen). Alternativ kann die Replikation unter Verwendung strahlenhärtbarer Lacke (z. B. Acrylate oder Epoxidharze) erfol­ gen. Hierbei wird das Prägeblech mit dem Lack beschichet und anschließend das Lacksystem gehärtet. Die Härtung erfolgt in der Regel durch Ultraviolett- oder Elektronenstrahlung. Nach dem Entfernen des Prägebleches ist die gewünschte holographische Struktur in den Lack übertragen.

Die Herstellung derartiger Mastervorrichtungen ist sehr teuer und lohnt sich daher nur, wenn ein Hologramm in großer Stückzahl (in der Regel viele tausend Replikationen) produziert werden soll.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Hologrammen zu schaffen, das kostengünstig ist, auch wenn nur eine geringe Stückzahl von gleichen Hologrammen hergestellt werden soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Hologrammen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Hologram­ men wird eine Mastervorrichtung mit einer reliefartigen Ober­ flächenstruktur aus Kunststoff bereitgestellt, die der vorgese­ henen holographischen Struktur entspricht. Auf die Oberflächen­ struktur der Mastervorrichtung wird ein strahlenhärtbarer Lack aufgebracht. Der Lack wird gehärtet und als reproduziertes Holo­ gramm von der Mastervorrichtung abgelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Mastervorrichtung bereitgestellt, bei der die zum Erzeugen der holographischen Struktur der herzustel­ lenden Hologramme verwendete Oberflächenstruktur aus Kunststoff gefertigt ist. Die Mastervorrichtung kann im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren sehr preiswert hergestellt werden, was sich auch für geringe Stückzahlen von Hologrammen lohnt, denn eine teure Chrommaske ist dafür nicht erforderlich und auch der Einsatz einer Galvanotechnik unter Benutzung von Nickel ist ent­ behrlich. Bevorzugte Verfahren zum Herstellen der Mastervorrichtung und bevorzugte Merkmale der Mastervorrichtung sind weiter unten erläutert.

Die Mastervorrichtung hat eine reliefartige Oberflächenstruktur, die im Prinzip als Negativ (siehe unten) der für die herzustel­ lenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur gestal­ tet ist, und zwar vorzugsweise in einer Polymerfolie (siehe unten). Diese Polymerfolie dient als sogenannte Transferfolie, mit der die Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung auf die herzustellenden Hologramme übertragen wird. Beim Beschichten der Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung mit Lack werden die tiefliegenden Stellen ausgefüllt. Da der Lack mit Strahlen ge­ härtet wird, vorzugsweise mit Ultraviolettstrahlung und/oder mit Elektronenstrahlung, wird die Mastervorrichtung allenfalls ge­ ringfügig erwärmt, was der reliefartigen Oberflächenstruktur aus Kunststoff nicht schadet. Nach dem Härten kann die Lackschicht von der Mastervorrichtung bzw. der Transferfolie abgezogen wer­ den, und die gewünschte holographische Struktur ist in den Lack übertragen. Der gehärtete Lack bildet somit ein reproduziertes Hologramm, dessen Eigenschaften durch zusätzliche Schritte noch verbessert werden können, wie weiter unten erläutert.

Da die Herstellung der Mastervorrichtung sehr preiswert und schnell erfolgen kann, ist das Verfahren ideal für das sogenann­ te "Rapid Prototyping" geeignet. Es kann aber auch ganz normal zur Massenherstellung von Hologrammen verwendet werden. Wenn das Lacksystem keine Weichmacher enthält, die die Oberflächenstruk­ tur der Mastervorrichtung bzw. die Transferfolie angreifen, kann diese immer wieder verwendet werden, um eine große Anzahl von Hologrammen zu replizieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch großflächi­ ge Hologramme bzw. mit Hologrammen versehene Produkte herstel­ len, die z. B. bahnförmig sein können. Wenn als Mastervorrichtung eine Polymerfolie verwendet wird, können derarige Produkte z. B. die Form von Rollen mit mehreren hundert Meter Länge und einer Bahnbreite von z. B. 1 m haben, was sich mit den vorbekannten Verfahren nicht erreichen lässt.

Vorzugsweise weist die Mastervorrichtung eine Polymerfolie auf, deren Oberflächenstruktur lokal durch Erwärmen veränderbar ist, wobei beim Herstellen der Mastervorrichtung die vorgesehene Oberflächenstruktur durch lokale Erwärmung der Polymerfolie entsprechend der vorgesehenen holographischen Information er­ zeugt wird.

Die Oberflächenstruktur oder Topographie der Polymerfolie lässt sich lokal verändern, indem zum Beispiel ein als Schreibstrahl dienender Laserstrahl auf die Polymerfolie, vorzugsweise deren Oberflächenzone, fokussiert wird, so dass die Lichtenergie dort absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Insbesondere wenn der Laserstrahl kurzzeitig (gepulst) eingestrahlt wird, bleibt die zu der lokalen Änderung der Oberflächenstruktur füh­ rende Materialveränderung in der Polymerfolie aufgrund der all­ gemein schlechten Wärmeleitfähigkeit des Polymers auf ein sehr enges Volumen begrenzt.

Beim Herstellen der Mastervorrichtung wird die Strukturverände­ rung der Oberfläche der Polymerfolie vorzugsweise Punkt für Punkt induziert, wie weiter unten näher erläutert. Der lokale Bereich, der zum Speichern einer Informationseinheit vorgesehen ist und im Folgenden als "Pit" bezeichnet wird, hat typischer­ weise lineare seitliche Abmessungen (d. h. zum Beispiel eine Seitenlänge oder einen Durchmesser) in der Größenordnung von 0,5 µm bis 1 µm, aber auch andere Größen sind möglich. Das Höhen­ profil der Polymerfolie ändert sich beim Verändern der Oberflä­ chenstruktur in einem Pit typischerweise um 50 nm bis 500 nm, was im Einzelnen von den Eigenschaften und Betriebsbedingungen des Schreibstrahls sowie den Eigenschaften der Polymerfolie abhängt. Das Punktraster, d. h. der Mittenabstand zwischen zwei Pits, liegt typischerweise im Bereich von 1 µm bis 2 µm. Generell gilt, dass kürzere Lichtwellenlängen des Schreibstrahls ein engeres Punktraster zulassen.

Die Polymerfolie kann verstreckt sein und ist vorzugsweise bia­ xial verstreckt, z. B. indem sie bei der Herstellung innerhalb ihrer Ebene in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen vorgespannt wird. Bei einer verstreckten Polymerfolie ist im Folienmaterial eine hohe Energiedichte gespeichert. Durch lokale Erwärmung unter Deposition einer verhältnismäßig geringen Ener­ giemenge pro Flächeneinheit, z. B. mit Hilfe eines Schreib­ strahls, kann eine relativ starke Materialänderung mit einer Veränderung der lokalen Oberflächenstruktur der Polymerfolie erzielt werden. Biaxial verstreckte Polymerfolien lassen sich aus kostengünstigen Massenkunststoffen herstellen.

Verstreckte Polymerfolien in Kombination mit einem hoch auflö­ senden Schreibstrahl (wie er sich z. B. mit einem Laserlithogra­ phen erzielen lässt, siehe unten) sind zum Erreichen einer hohen Auflösung (also einer geringen Größe eines Pit, siehe oben) gut geeignet. Denn wegen der im Folienmaterial gespeicherten hohen Energiedichte kann ein Schreibstrahl mit relativ niedriger Lei­ stung verwendet werden, wobei relativ kleine Pits erzeugt wer­ den. Mit herkömmlichen Techniken wie der Herstellung von Mikro­ strukturen durch direkte Laserbearbeitung mit Excimerlasern von 193 nm Wellenlänge lassen sich dagegen keine Auflösungen im Submikrometerbereich erzielen.

Geeignete Materialien für die Polymerfolie sind z. B. Polypropy­ len, Polyester oder Polyvinylchlorid, wobei Polymerfolien, die ein derartiges Material aufweisen, vorzugsweise biaxial ver­ streckt sind. Eine höhere Temperaturstabilität und damit auch eine verbesserte Alterungsbeständigkeit und Lagerstabilität lässt sich mit Polymerfolien erzielen, die einen erhöhten Kri­ stallitschmelzpunkt oder eine höhere Glasübergangstemperatur haben. Beispiele für derartige Materialien sind Polyethylenter­ ephthalat (PET), Polymethylpenten (PMP; auch Poly-2-methylpenten) sowie Polyimid, wobei auch eine Polymerfolie aus derartigen Materialien vorzugsweise biaxial verstreckt ist. Bei höheren Intensitäten eines Schreibstrahls können auch andere Folientypen eingesetzt werden.

Bevorzugte Dicken der Polymerfolie liegen im Bereich von 10 µm bis 200 µm, aber auch kleinere oder größere Dicken sind denkbar.

Der Polymerfolie kann ein Absorberfarbstoff zugeordnet sein, der dazu eingerichtet ist, einen zum Eingeben von Information die­ nenden Schreibstrahl zumindest teilweise zu absorbieren und die dabei erzeugte Wärme zumindest teilweise lokal an die Polymerfo­ lie abzugeben. Ein derartiger Absorberfarbstoff ermöglicht eine zur Veränderung der Oberflächenstruktur ausreichende lokale Erwärmung der Polymerfolie bei relativ geringer Intensität des Schreibstrahls. Vorzugsweise ist der Absorberfarbstoff in dem Material der Polymerfolie enthalten. Er kann aber auch in einer separaten Absorberschicht angeordnet sein, die vorzugsweise ein Bindemittel aufweist; Mischformen sind ebenfalls denkbar. So kann die Absorberschicht zum Beispiel eine dünne Schicht (z. B. einer Dicke von 0,5 µm bis 5 µm) aus einem Polymer aufweisen (z. B. aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder, bei Anwendungen für höhere Temperatur, aus Polymethylpenten, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyetherimid), das als Matrix oder Bindemittel für die Moleküle des Absorberfarbstoffs dient. Das Absorptionsmaxi­ mum des Absorberfarbstoffs sollte mit der Lichtwellenlänge des verwendeten Schreibstrahls zusammenfallen, um eine effiziente Absorption zu erzielen. Für eine Lichtwellenlänge von 532 nm eines von einem Laser erzeugten Schreibstrahls sind z. B. Farb­ stoffe aus der Sudanrot-Familie (Diazofarbstoffe) oder (für besonders polare Kunststoffe) Eosinscharlach geeignet. Für die gebräuchlichen Laserdioden mit einer Lichtwellenlänge von 665 nm oder 680 nm sind grüne Farbstoffe, z. B. aus der Styryl-Familie (die als Laserfarbstoffe gebräuchlich sind), besser geeignet.

Vorzugsweise wird beim Herstellen der Mastervorrichtung die vorgesehene, in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische Information als zweidimensionale Anordnung be­ rechnet und ein Schreibstrahl einer Schreibeinrichtung, vorzugs­ weise eines Laserlithographen, auf die Polymerfolie der Master­ vorrichtung und/oder gegebenenfalls die zugeordnete Absorber­ schicht gerichtet und entsprechend der zweidimensionalen Anord­ nung so angesteuert, dass die lokale Oberflächenstruktur der Polymerfolie gemäß der vorgesehenen holographischen Information eingestellt wird. Da die physikalischen Vorgänge bei der Streu­ ung von Licht an einem Speicherobjekt bekannt sind, kann z. B. ein herkömmlicher Aufbau zum Erzeugen eines Hologramms (bei dem kohärentes Licht von einem Laser, das von einem Objekt (Spei­ cherobjekt) gestreut wird, mit einem kohärenten Referenzstrahl zur Interferenz gebracht wird und das dabei entstehende Inter­ ferenzmuster als Hologramm aufgenommen wird) mit Hilfe eines Computerprogramms simuliert und das Interferenzmuster bzw. die Modulation für die Oberflächenstruktur der Polymerfolie als zweidimensionale Anordnung (zweidimensionaler Array) berechnet werden. Die Auflösung eines geeigneten Laserlithographen beträgt typischerweise etwa 50 000 dpi (dots per inch). Damit kann die Oberflächenstruktur der Polymerfolie lokal in Bereichen oder Pits einer Größe von etwa 0,5 µm bis 1 µm verändert werden. Die Schreibgeschwindigkeit und andere Details hängen unter anderem von den Parametern des Schreiblasers (Laserleistung, Lichtwel­ lenlänge) und der Belichtungsdauer sowie von den Eigenschaften der Polymerfolie und eines etwaigen Absorberfarbstoffs ab.

Vom Relief her ist die Oberflächenstruktur der Polymerfolie ein Negativ der holographischen Struktur, die bei einem reproduzier­ ten Hologramm vorliegt und die die vorgesehene holographische Information enthält. Für ein holographisches Bild, das aus einem Hologramm rekonstruiert wird, ist es jedoch in der Regel ohne Einfluss, wenn in dem betreffenden Hologramm Vertiefungen und Erhebungen miteinander vertauscht werden. Anders als in der Fotographie liefern demnach ein "Positiv" und ein "Negativ" das gleiche rekonstruierte Bild. Daher muss bei der oben erläuterten Herstellung der Mastervorrichtung in der Regel zum Ansteuern des Schreibstrahls keine Umrechnung stattfinden, die berücksichtigt, dass die Oberflächenstruktur der Polymerfolie eigentlich ein Negativ der holographischen Struktur eines reproduzierten Holo­ gramms ist.

Die vorgesehene holographische Information wird also vorzugs­ weise in Form von Pits vorgegebener Größe gespeichert. Der Be­ griff "Pit" ist hier allgemein im Sinne eines veränderten Be­ reichs und nicht eingeschränkt auf seine ursprünglichen Bedeu­ tung als Loch oder Vertiefung zu verstehen. Dabei kann in einem Pit die holographische Information in binär kodierter Form ge­ speichert werden. Das heißt, im Bereich eines gegebenen Pits nimmt die Oberflächenstruktur der Polymerfolie der Mastervor­ richtung (und somit die eines reproduzierten Hologramms) nur eine von zwei möglichen Grundformen an. Diese Grundformen unter­ scheiden sich vorzugsweise deutlich, damit in der Praxis vorkom­ mende Zwischenformen, die nahe bei der einen oder der anderen Grundform liegen, eindeutig der einen oder der anderen Grundform zugeordnet werden können, um die Information zuverlässig und eindeutig zu speichern.

Alternativ kann in einem Pit die holographische Information in kontinuierlich kodierter Form gespeichert werden, wobei die lokale maximale Höhenänderung in dem Pit aus einem vorgegebenen Wertebereich ausgewählt wird. Dies bedeutet, dass in einem gege­ benen Pit die Oberflächenstruktur der Polymerfolie der Master­ vorrichtung (und somit die eines reproduzierten Hologramms) Zwischenformen zwischen zwei Grundformen annehmen kann, so dass die maximale Höhenänderung der vorliegenden Zwischenform einen Wert aus einem vorgegebenen Wertebereich annimmt, dessen Grenzen durch die maximalen Höhenänderungen der beiden Grundformen gege­ ben sind. In diesem Fall lässt sich die Information also "in Graustufen" abspeichern, so dass jedem Pit der Informationsge­ halt von mehr als einem Bit zukommt.

Prinzipiell eignen sich für den strahlenhärtbaren Lack alle Lacke, die sich nach Zusatz von Photoinitiatoren härten, also durchpolymerisieren lassen. Besonders geeignet sind radikalisch polymerisierbare Lacke auf Acrylatbasis und kationisch polymeri­ sierbare Epoxidharze. Vorzugsweise wird der Lack mit einem Mehr­ walzen-Auftragswerk auf die Oberflächenstruktur der Mastervor­ richtung aufgebracht.

Nach dem Ablösen des gehärteten Lackes als reproduziertes Holo­ gramm von der Mastervorrichtung können weitere Verfahrensschrit­ te vorgesehen sein. So kann z. B. gegebenenfalls eine Nachhärtung erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die mit der holographischen Struktur versehene Oberfläche der reproduzierten Hologramme verspiegelt. Ein derartiges Hologramm lässt sich in Reflexion lesen (siehe unten), wobei das zum Lesen verwendete Licht entweder direkt auf die verspiegelte Oberfläche fallen oder zunächst das Lackmaterial durchdringen kann, wobei es also von der Rückseite her auf die verspiegelte Oberfläche trifft; im letzteren Fall muss der Lack für das verwendete Licht transpa­ rent sein. Es ist auch denkbar, die Oberfläche der reproduzier­ ten Hologramme, die der mit der holographischen Struktur ver­ sehenen Oberfläche gegenüberliegt, zu verspiegeln. In diesem Falle wird die holographische Information mit Hilfe von Licht ausgelesen, das auf die holographische Struktur trifft, das Lackmaterial durchdringt und dann an der verspiegelten Oberflä­ che reflektiert wird.

In weiteren Verfahrensschritten kann es vorgesehen sein, auf die reproduzierten Hologramme eine Schutzschicht aufzubringen und/ oder die reproduzierten Hologramme auf einen Träger aufzubrin­ gen.

Aus einem reproduzierten Hologramm kann Information ausgelesen werden, indem Licht, vorzugsweise kohärentes Licht (z. B. von einem Laser), großflächig auf die mit der holographischen Struk­ tur versehene Oberfläche des Hologramms gerichtet und von der Oberflächenstruktur moduliert wird. Als Rekonstruktion der in dem von dem Licht erfassten Bereich enthaltenen holographischen Information wird ein holographisches Bild in einem Abstand zu dem Datenspeicher erfasst, z. B. mit einem CCD-Sensor, der mit einer Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist.

Unter dem Begriff "großflächig" ist eine Fläche zu verstehen, die deutlich größer ist als die Fläche eines Pits. In diesem Sinne ist z. B. eine Fläche von 1 mm² großflächig. Für das Schema, nach dem Information in einem reproduzierten Hologramm abgelegt und daraus ausgelesen wird, gibt es viele verschiedene Möglich­ keiten. Es ist denkbar, das Hologramm auf einmal auszulesen, indem dessen gesamte, mit der holographischen Struktur versehene Oberfläche auf einmal bestrahlt wird. Insbesondere bei größeren Flächen ist es jedoch vorteilhaft, die zu speichernde Informa­ tion auf eine Anzahl oder Vielzahl von Einzelbereichen aufzutei­ len (z. B. mit einer jeweiligen Fläche von 1 mm²) und die Informa­ tion lediglich aus einem vorgegebenen Einzelbereich auf einmal auszulesen.

Beim Auslesen von Information kommt es durch die lokal variie­ rende Oberflächenstruktur des reproduzierten Hologramms, also die regional unterschiedliche Topographie, zu Laufzeitunter­ schieden der von verschiedenen Punkten ausgehenden Lichtwellen, also letztlich zu einer periodischen Phasenmodulation. Dies gilt sowohl für Anordnungen, bei denen das Material des reproduzier­ ten Hologramms durchstrahlt wird (mit oder ohne Reflexion) als auch für Anordnungen, bei denen es nicht durchstrahlt wird (di­ rekte Reflexion an der Oberflächenstruktur). Der von dem Licht erfasste Bereich des reproduzierten Hologramms wirkt so wie ein Beugungsgitter, das einfallendes Licht in einer definierten Art und Weise ablenkt. Das abgelenkte Licht formt ein Bild des Spei­ cherobjekts, das die Rekonstruktion von in dem Hologramm kodier­ ter Information darstellt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hologramme lassen sich für unterschiedliche Arten von Speicherobjekten nutzen. So können sowohl die in Bildern wie z. B. Fotographien, Logos, Schrift, usw. enthaltene Information als auch maschinen­ lesbare Daten abgespeichert sein, Letzteres erfolgt beispiels­ weise in Form sogenannter Datenseiten, wobei die in einem Holo­ gramm eines graphischen Bitmusters (das die Dateninformation darstellt) enthaltene holographische Information genutzt wird. Beim Auslesen entsteht ein holographisches Bild dieses graphi­ schen Bitmusters. Die darin enthaltene Information kann z. B. mit Hilfe eines genau justierten CCD-Sensors erfasst und über zu­ gehörige Auswertesoftware verarbeitet werden. Für die Wiedergabe von Bildern, bei denen es nicht auf eine hohe Genauigkeit an­ kommt, reicht im Prinzip bereits eine einfache Mattscheibe oder z. B. eine Kamera mit einem LCD-Bildschirm.

Bei der holographischen Speicherung maschinenlesbarer Daten ist es vorteilhaft, dass die Information nicht sequentiell ausgele­ sen werden muss, sondern dass ein ganzer Datensatz auf einmal erfasst werden kann, wie erläutert. Sollte die Oberfläche der Speicherschicht beschädigt sein, so führt dies im Gegensatz zu einem herkömmlichen Datenspeicher nicht zu einem Datenverlust, sondern lediglich zu einer Verschlechterung der Auflösung des beim Auslesen der Information rekonstruierten holographischen Bildes, was in der Regel unproblematisch ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eine Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die das Erzeugen einer reliefartigen Oberflächenstruktur in einer Polymerfolie beim Herstellen einer Mastervorrichtung in dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren veranschaulicht,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der reliefartigen Ober­ flächenstruktur der Polymerfolie,

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die das Aufbringen von Lack auf die Oberflächenstruktur der Polymerfolie zeigt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die das Härten des Lac­ kes veranschaulicht,

Fig. 5 eine schematische Darstellung, die das Ablösen des gehärteten Lackes als reproduziertes Hologramm von der Polymerfolie zeigt, und

Fig. 6 eine schematische Darstellung des reproduzierten Holo­ gramms.

Die Fig. 1 bis 6 veranschaulichen aufeinanderfolgene Schritte bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Herstellen von Hologrammen.

Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst eine Mastervor­ richtung 1 bereitgestellt bzw. hergestellt, mit deren Hilfe zu reproduzierende Hologramme hergestellt werden sollen.

In Fig. 1 ist in schematischer Längsschnittansicht dargestellt, wie in der Mastervorrichtung 1 eine reliefartige Oberflächen­ struktur erzeugt wird, die vom Relief her ein Negativ der für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur darstellt. Die Mastervorrichtung 1 weist eine Polymer­ folie 2 auf, die auf einem in Fig. 1 nicht eingezeichneten Träger gehalten werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist die Polymerfolie 2 eine biaxial verstreckte Polyesterfolie und hat eine Dicke von 50 µm (Hersteller Mitsubishi, Typ Hostaphan RN50).

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Polymerfolie 2 ist in dem Material der Polymerfolie 2 ein Absorberfarbstoff enthalten, der Licht eines Schreibstrahls absorbiert und in Wärme umwandelt. Als Absorberfarbstoff kann zum Beispiel Sudanrot 7B ver­ wendet werden, das besonders gut Licht im Wellenlängenbereich um 532 nm absorbiert; diese Wellenlänge ist für einen Schreibstrahl eines Laserlithographen denkbar. Auch andere Absorberfarbstoffe sind möglich. So eignen sich grüne Farbstoffe, z. B. aus der Styryl-Familie, besonders für Lichtwellenlängen von 650 bis 660 nm oder 685 nm, bei denen die Laserdioden derzeitiger DVD-Geräte arbeiten; die Pulse derartiger Laserdioden können direkt modu­ liert werden, was die Pulserzeugung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Für zukünftige Anwendungen sind Laser im Wellenlän­ genbereich von 390 bis 410 nm vorgesehen. Hierfür eignen sich Absorberfarbstoffe, die im blauen Bereich des Spektrums absor­ bieren, wie z. B. Vertreter der Coumarinfamilie.

Die Polymerfolie 2 mit dem Absorberfarbstoff hat eine bevorzugte optische Dichte im Bereich von 0,2 bis 1,0; andere Werte sind aber ebenfalls möglich. Die optische Dichte ist ein Maß für die Absorption, hier bezogen auf die Lichtwellenlänge eines Schreib­ strahls. Definiert ist die optische Dichte als negativer dekadi­ scher Logarithmus der Transmission durch die Absorberschicht, was mit dem Produkt des Extinktionskoeffizienten bei der ver­ wendeten Wellenlänge des Schreibstrahls, der Konzentration des Absorberfarbstoffs in der Polymerfolie 2 und der Dicke der Poly­ merfolie 2 übereinstimmt.

Der Absorberfarbstoff erleichtert das lokale Erwärmen der Poly­ merfolie 2. Insbesondere bei einer ausreichend großen Leistung eines gepulsten Schreibstrahls oder bei Verwendung sehr kurzer Pulse (ps oder fs) kann aber auf den Absorberfarbstoff verzich­ tet werden.

Die Fig. 1 zeigt, wie ein Schreibstrahl 4 mit Hilfe einer Linse 5 auf die Polymerfolie 2 fokussiert wird, und zwar vorzugsweise in deren Oberflächenzone. Die Lichtenergie des Schreibstrahls 4 wird in Wärme umgewandelt. In Fig. 1 sind zwei Schreibstrahlen 4 und zwei Linsen 5 eingezeichnet, um das Verändern der Oberflächenstruktur der Polymerfolie 2 an zwei verschiedenen Stellen zu veranschaulichen. In der Praxis fährt der Schreibstrahl 4 jedoch vorzugsweise sequentiell über die Oberfläche der Polymer­ folie 2. Zum Eingeben der Information eignet sich zum Beispiel ein Laserlithograph mit einer Auflösung von etwa 50 000 dpi (d. h. etwa 0,5 µm). Der Schreibstrahl des Laserlithographen wird im gepulsten Betrieb (typische Pulsdauer von etwa 1 µs bis etwa 10 µs bei einer Strahlleistung von etwa 1 mW bis etwa 10 mW zum Belichten bzw. Erwärmen einer Stelle) über die Polymerfolie 2 geführt, also in der Regel in zwei Raumrichtungen, um die ge­ wünschte Änderung der Oberflächenstruktur sequentiell zu bewir­ ken.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis der Einwirkung des gepulsten Schreib­ strahls 4. Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Materials der Polymerfolie 2 kommt es in einem eng begrenzten Volumen zu einer signifikanten Temperaturerhöhung, bei der sich die Ober­ flächenstruktur der Polymerfolie 2 lokal verändert. Auf diese Weise entsteht ein Pit 6, d. h. der lokale Bereich, in dem in einem mit Hilfe der Mastervorrichtung 1 reproduzierten Hologramm Information abgelegt ist. Zu jedem Pit 6 gehört eine zentrale Vertiefung 8, die von einer peripheren Aufwerfung 9 umgeben ist. Der Niveauunterschied zwischen dem tiefsten Punkt der Vertiefung 8 und dem höchsten Punkt der Aufwerfung 9, d. h. die lokale maxi­ male Höhenänderung der Oberflächenstruktur in dem Pit 6, ist in Fig. 2 mit H bezeichnet. H liegt typischerweise im Bereich von 50 nm bis 500 nm. Der Abstand zwischen den Zentren zweier be­ nachbarter Pits 6, d. h. das Punktraster R, liegt vorzugsweise im Bereich von 1 µm bis 2 µm. Im Ausführungsbeispiel hat ein Pit 6 einen Durchmesser von etwa 0,8 µm. Andere Formen als kreisrunde Pits 6 sind ebenfalls möglich. Vorzugsweise beträgt die typische Abmessung eines Pits etwa 0,5 µm bis 1,0 µm.

In einem Pit kann die Information in binär kodierter Form ge­ speichert sein, indem H nur zwei verschiedene Werte annimmt (wobei einer der beiden Werte vorzugsweise 0 ist). Es ist auch möglich, in einem Pit die Information in kontinuierlich kodier­ ter Form zu speichern, wobei H für ein gegebenes Pit einen be­ liebig ausgewählten Wert aus einem vorgegebenen Wertebereich einnehmen kann. Anschaulich gesprochen, ist bei Speicherung in binär kodierter Form ein Pit "schwarz" oder "weiß", während es bei Speicherung in kontinuierlich kodierter Form auch alle da­ zwischen liegenden Grauwerte annehmen kann.

Um die Form der reliefartigen Oberflächenstruktur der Polymerfo­ lie 2 zu bestimmen, die der für die zu reproduzierenden Holo­ gramme vorgesehenen holographischen Struktur entspricht, wird zunächst in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische Information als zweidimensionale Anordnung be­ rechnet. Dies kann zum Beispiel als Simulation eines klassischen Aufbaus zum Erzeugen eines fotographisch erfassten Hologramms durchgeführt werden, bei dem kohärentes Licht von einem Laser, das von dem Speicherobjekt gestreut wird, mit einem kohärenten Referenzstrahl zur Interferenz gebracht und das dabei entstehen­ de Modulationsmuster als Hologramm aufgenommen wird. Die zweidi­ mensionale Anordnung (zweidimensionaler Array) enthält die In­ formation, die zum Ansteuern des Schreibstrahls eines weiter oben bereits erläuterten Laserlithographen erforderlich ist. Eine Umrechnung, um zu berücksichtigen, dass die Oberflächen­ struktur der Polymerfolie 2 eigentlich ein Negativ der für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur darstellt, ist nicht erforderlich, wie weiter oben erläutert. Wenn der Schreibstrahl des Laserlithographen im ge­ pulsten Betrieb über die Oberseite der Polymerfolie 2 geführt wird, erwärmt er die Polymerfolie 2 entsprechend dem zweidimen­ sionalen Array. Dabei werden die Pits 6 erzeugt, wie oben gese­ hen.

Im nächsten Verfahrensschritt wird auf die in der beschriebenen Weise erzeugte reliefartige Oberflächenstruktur (im Folgenden mit 10 bezeichnet) der Polymerfolie 2 ein Lack 12 aufgetragen. Dies ist in Fig. 3 veranschaulicht. Im Ausführungsbeispiel dient ein aliphatisches Polyurethanacrylat als Lacksystem, wobei der Lack 12 in einer Schichtdicke von 75 µm aufgetragen wird. In der Darstellung gemäß Fig. 3 tritt der Lack 12 aus einer Düse 14 aus. In der Praxis ist jedoch ein Mehrwalzen-Auftragswerk besser zum Aufbringen des Lacks 12 geeignet. Zunächst ist die Oberfläche 16 des Lacks 12 etwas wellig, sie verläuft aber bei horizontaler Ausrichtung der Polymerfolie 2. Die Unterseite 18 der Lackschicht passt sich genau der reliefartigen Oberflächen­ struktur 10 der Polymerfolie 2 an.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie der Lack 12 gehärtet wird. Dazu dient im Ausführungsbeispiel Elektronenstrahlung 20, die eine Vernetzung des aliphatischen Polyurethanacrylats bewirkt.

Nach dem Härten der Lackschicht lässt sich der Lack 12 als re­ produziertes Hologramm 22 von der Polymerfolie 2 ablösen. Wie in Fig. 5 dargestellt, erfolgt dies im Ausführungsbeispiel durch Zug in Richtung des Pfeiles.

Fig. 6 zeigt das reproduzierte Hologramm 22, nachdem es von der Mastervorrichtung 1 getrennt ist. Es hat an seiner in der Dar­ stellung gemäß Fig. 6 nach unten weisenden Seite eine hologra­ phische Struktur 24, die vom Relief her ein Negativ der relief­ artigen Oberflächenstruktur 10 der Polymerfolie 2 ist. In der holographischen Struktur 24 ist holographische Information in Form von Pits 26 gespeichert.

In einem weiteren Verfahrensschritt kann die mit der holographi­ schen Struktur 24 versehene Oberfläche des reproduzierten Holo­ gramms 22 verspiegelt werden, z. B. durch Aufdampfen einer dünnen Aluminiumschicht. Es ist auch denkbar, stattdessen die gegen­ überliegende Oberfläche 28 zu verspiegeln. Diese Reflexions­ schichten können für das Auslesen der holographischen Informa­ tion nützlich sein, wie weiter oben erläutert.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen von Hologrammen, mit den Schritten:

• - Bereitstellen einer Mastervorrichtung (1) mit einer re­ liefartigen Oberflächenstruktur (10) aus Kunststoff, die der vorgesehenen holographischen Struktur (24) entspricht,
• - Aufbringen eines strahlenhärtbaren Lackes (12) auf die Oberflächenstruktur (10) der Mastervorrichtung (1),
• - Härten des Lackes (12),
• - Ablösen des gehärteten Lackes (12) als reproduziertes Hologramm (22) von der Mastervorrichtung (1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastervorrichtung (1) eine Polymerfolie (2) aufweist, deren Oberflächenstruktur lokal durch Erwärmen veränderbar ist, und dass beim Herstellen der Mastervorrichtung (1) die vor­ gesehene Oberflächenstruktur (10) durch lokale Erwärmung der Polymerfolie (2) entsprechend der vorgesehenen holographi­ schen Information erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfolie (2) verstreckt ist, vorzugsweise biaxial ver­ streckt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfolie (2) ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polypropylen, Polyester, Polyethylenterephthalat, Polymethylpenten, Polyvinylchlorid, Polyimid,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Polymerfolie (2) ein Absorberfarbstoff zugeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, einen zum Einge­ ben von Information dienenden Schreibstrahl (4) zumindest teilweise zu absorbieren und die dabei erzeugte Wärme zu­ mindest teilweise lokal an die Polymerfolie (2) abzugeben.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Material der Polymerfolie Absorberfarbstoff enthalten ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Absorberfarbstoff in einer separaten Absorberschicht angeordnet ist, wobei die Absorberschicht vorzugsweise ein Bindemittel aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die vorgesehene, in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische Information als zweidimensionale Anordnung berechnet wird und ein Schreib­ strahl (4) einer Schreibeinrichtung, vorzugsweise eines Laserlithographen, auf die Polymerfolie (2) der Mastervor­ richtung (1) und/oder gegebenenfalls die zugeordnete Absor­ berschicht gerichtet und entsprechend der zweidimensionalen Anordnung so angesteuert wird, dass die lokale Oberflächen­ struktur (10) der Polymerfolie (2) gemäß der vorgesehenen holographischen Information eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgesehene holographische Information in Form von Pits (6, 26) vorgegebener Größe gespeichert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pit (6, 26) die holographische Information in binär kodierter Form gespeichert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pit (6, 26) die holographische Information in kontinu­ ierlich kodierter Form gespeichert wird, wobei die lokale maximale Höhenänderung (H) in dem Pit (6, 26) aus einem vorgegebenen Wertebereich ausgewählt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der strahlenhärtbare Lack (12) mindestens eine der aus der folgenden Gruppe ausgewählten Komponenten aufweist: radikalisch polymerisierbare Lacke auf Acrylatba­ sis, kationisch polymerisierbare Epoxidharze.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Lack (12) mit einem Mehrwalzen-Auftrags­ werk auf die Oberflächenstruktur (10) der Mastervorrichtung (1) aufgebracht wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Lack mit Ultraviolettstrahlung gehärtet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Lack (12) mit Elektronenstrahlung gehär­ tet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die mit der holographischen Struktur (24) versehene Oberfläche der reproduzierten Hologramme (22) verspiegelt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Oberfläche (28) der reproduzierten Holo­ gramme (22), die der mit der holographischen Struktur (24) versehenen Oberfläche gegenüberliegt, verspiegelt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, dass auf die reproduzierten Hologramme (22) eine Schutzschicht aufgebracht wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die reproduzierten Hologramme (22) auf einen Träger aufgebracht werden.