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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers mit
einer partiell ausgeformten ersten Schicht.
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Solche
Mehrschichtkörper
eignen sich als optische Bauelemente oder auch als Linsensysteme
im Bereich der Telekommunikation.
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Die
GB 2 136 352 A beschreibt
ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer mit einem Hologramm als
Sicherheitsmerkmal ausgestatteten Siegelfolie. Hierbei wird eine
Kunststoff-Folie nach dem Einprägen
einer diffraktiven Reliefstruktur vollflächig metallisiert und sodann
passergenau zu der eingeprägten
diffraktiven Reliefstruktur bereichsweise demetallisiert.
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Das
passergenaue Demetallisieren ist kostenaufwendig und die erreichbare
Auflösung
ist durch die Justiertoleranzen und den verwendeten Prozeß begrenzt.
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EP 0 537 439 B2 beschreibt
Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselement mit filigranen
Mustern. Die Muster sind aus mit einer Metallschicht bedeckten diffraktiven
Strukturen gebildet und von transparenten Bereichen, in denen die
Metallschicht entfernt ist, umgeben. Es ist vorgesehen, den Umriß des filigranen
Musters als Vertiefung in ein metallbeschichtetes Trägermaterial
einzubringen, dabei zugleich den Boden der Vertiefungen mit den
diffraktiven Strukturen zu versehen und sodann die Vertiefungen
mit einem Schutzlack zu verfüllen. Überschüssiger Schutzlack
soll mittels eines Abstreichmessers entfernt werden. Nach dem Auftragen
des Schutzlacks ist vorgesehen, die Metallschicht in den ungeschützten transparenten
Bereichen durch Ätzen
zu entfernen. Die Vertiefungen betragen etwa 1 μm bis 5 μm, während die diffraktiven Strukturen Höhenunterschiede
von mehr als 1 μm
haben können.
Bei feineren Strukturen versagt dieses Verfahren, das bei Wiederholungsschritten
Justierschritte zur registergenauen Ausrichtung erfordert. Zudem
sind flächige
zusammenhängende
metallische Bereiche schwer zu realisieren, da für das Abstreifen des Schutzlackes
die „Abstandshalter" fehlen.
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DE 103 33 704 A1 beschreibt
ein Sicherheitselement mit einer flexiblen, nichtleitenden Substratschicht und
einer darauf musterförmig
aufgebrachten leitfähigen
Schicht zur Bildung eines RF-Bauteils, wobei in der leitfähigen Schicht
zumindest bereichsweise eine erste Reliefstruktur abgeformt ist.
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DE 103 18 157 A1 offenbart
eine Folie und ein Sicherungselement. Die Folie weist eine Trägerschicht, eine
Replizierschicht und eine auf die Replizierschicht aufgebrachte
Schicht aus Flüssigkristall-Material
auf, wobei die Replizierschicht eine diffraktive Struktur zur Orientierung
des Flüssigkristall-Materials
aufweist.
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DE 103 28 760 A1 beschreibt
ein optisches Sicherheitselement mit einer Substratschicht, in die
in mikroskopisch feinen Musterbereichen eine erste Mikrostruktur
zur Erzeugung eines optischen Effekts abgeformt ist. Die Musterbereiche
sind gemäß einer
Substrukturierungs-Funktion substrukturiert.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
eines Mehrschichtkörpers anzugeben,
bei dem im Register mit hoher Genauigkeit und kostengünstig eine
Schicht aufbringbar ist, die Bereiche aufweist, in denen die Schicht
nicht vorhanden ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtkörpers mit einer
partiell ausgeformten ersten Schicht nach einem der Ansprüche 1, 2,
4, 5, 6 oder 10 gelöst.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch die spezielle diffraktive
Reliefstruktur im ersten Bereich physikalische Eigenschaften der
auf die Replizierschicht in diesem Bereich aufgebrachten ersten Schicht,
beispielsweise Transparenz oder effektive Dicke, beeinflußt werden,
so daß sich
die physikalischen Eigenschaften der ersten Schicht im ersten und
zweiten Bereich unterscheiden. Die erste Schicht wird nun als eine
Art Maskenschicht für
die teilweise Entfernung der ersten Schicht selbst oder für die teilweise
Entfernung einer weiteren Schicht verwendet. Hierdurch wird gegenüber den mit
herkömmlichen
Verfahren aufgebrachten Maskenschichten der Vorteil erzielt, daß die Maskenschicht
ohne zusätzlichen
Justieraufwand registergenau ausgerichtet ist. Die erste Schicht
ist integraler Bestandteil der in der Replizierschicht abgeformten
Struktur. Deshalb haben nur die Toleranzen dieser Struktur Einfluß auf die
Toleranzen der ersten Schicht. Zusätzliche Toleranzen entstehen
nicht. Bei der ersten Schicht handelt es sich um eine Schicht, die
bevorzugt eine Doppel-Funktion erfüllt. Sie erbringt zum einen
die Funktion einer hochgenauen Maskenschicht, beispielsweise einer
hochgenauen Belichtungsmaske für
den Herstellungsprozess, andererseits stellt sie (am Ende des Herstellungsprozesses)
eine hochgenau positionierte Funktionsschicht dar, beispielsweise
eine OVD-Schicht oder eine Leiterbahn oder eine Funktionsschicht
eines elektrischen Bauelements, etwa eines organischen Halbleiter-Bauelements.
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Weiter
lassen sich mittels der Erfindung strukturierte Schichten sehr hoher
Auflösung
erzielen. Die erzielbare Auflösung
ist etwa um den Faktor 100 besser als durch bekannte Demetallisierungsverfahren
erzielbare Auflösungen.
Da die Breite der Strukturelemente der ersten Reliefstruktur im
Bereich der Wellenlänge
des sichtbaren Lichtes aber auch darunter liegen kann, können metallisierte
Musterbereiche mit sehr feinen Konturen ausgebildet werden. Damit
werden auch in dieser Hinsicht große Vorteile gegenüber den
bisher verwendeten Demetallisierungsverfahren erzielt, und es ist
mit der Erfindung möglich,
Sicherheitselemente mit höherer
Kopier- und Fälschungssicherheit
als bisher herzustellen.
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Es
können
Linien und/oder Punkte mit hoher Auflösung erzeugt werden, beispielsweise
mit einer Breite bzw. einem Durchmesser von weniger als 5 μm.
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Demgegenüber sind
mit Verfahren, die eine Justierung im Register vorsehen, Linienbreiten
kleiner als 10 μm
nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar.
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Bei
der ersten Schicht kann es sich um eine sehr dünne Schicht in der Größenordnung
von einigen nm handeln. Die mit gleichmäßiger Flächendichte aufgetragene erste
Schicht ist in Bereichen mit einem hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis erheblich
dünner
ausgebildet als in Bereichen mit niedrigem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis.
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Das
dimensionslose Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist ein kennzeichnendes
Merkmal für
die Vergrößerung der
Oberfläche
vorzugsweise periodischer Strukturen, beispielsweise mit sinusquadratischem
Verlauf. Als Tiefe ist hier der Abstand zwischen dem höchsten und
dem tiefsten aufeinanderfolgenden Punkt einer solchen Struktur bezeichnet,
d.h. es handelt sich um den Abstand zwischen „Berg" und „Tal". Als Breite ist der Abstand zwischen
zwei benachbarten höchsten
Punkten, d.h. zwischen zwei „Bergen", bezeichnet. Je
höher nun
das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
ist, desto steiler sind die „Bergflanken" ausgebildet und
desto dünner
ist die auf den „Bergflanken" abgeschiedene erste
Schicht ausgebildet. Dieser Effekt ist auch zu beobachten, wenn
es sich um eine rechteckförmige
Struktur mit senkrechten „Bergflanken" handelt. Es kann
sich aber auch um Strukturen handeln, auf die dieses Modell nicht
anwendbar ist. Beispielsweise kann es sich um diskret verteilte
linienförmige
Bereiche handeln, die nur als ein „Tal" ausgebildet sind, wobei der Abstand
zwischen zwei „Tälern" um ein Vielfaches
höher ist
als die Tiefe der „Täler". Bei formaler Anwendung
der vorstehend genannten Definition würde das so berechnete Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis annähernd Null
sein und nicht das charakteristische physikalische Verhalten widerspiegeln.
Deshalb ist bei diskret angeordneten Strukturen, die im wesentlichen
nur aus einem „Tal" gebildet sind, die
Tiefe des „Tales" zur Breite des „Tales" ins Verhältnis zu setzen.
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Solche
Mehrschichtkörper
eignen sich beispielsweise als optische Bauelemente, wie Linsensysteme, Belichtungs-
und Projektionsmasken oder als Sicherheitselemente zum Sichern von
Dokumenten oder ID-Cards, indem sie kritische Bereiche des Dokuments,
wie ein Paßbild
oder eine Unterschrift des Inhabers oder das gesamte Dokument bedecken.
Sie sind auch als Bauelemente oder Dekorationslemente im Bereich der
Telekommunikation einsetzbar.
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Bei
dem Mehrschichtkörper
kann es sich um ein Folienelement oder um einen starren Körper handeln. Folienelemente
werden beispielsweise verwendet, um Dokumente, Banknoten o.ä. mit Sicherheitsmerkmalen zu
versehen. Es kann sich dabei auch um Sicherheitsfäden für das Einweben
in Papier oder Einbringen in eine Karte handeln, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit einer partiellen Demetallisierung in perfektem Register zu einem
OVD-Design ausbildbar
sind.
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Vorteilhafterweise
können
auch starre Körper,
wie eine Ausweiskarte, eine Grundplatte für ein Sensorelement oder eine
Gehäuseschale
für ein
Mobiltelefon, mit den erfindungsgemäßen teildemetallisierten Schichten
versehen werden, die im Register zu funktionellen Strukturen bzw.
Elementen oder zu einem diffraktiven Designelement stehen. Es kann
vorgesehen sein, die Replizierschicht direkt mit dem Spritzgußwerkzeug oder
mittels Abformen eines Stempels in UV-Lack einzubringen und zu strukturieren.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
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Gemäß eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung lösen
sich erste Bereiche, in denen die diffraktive Struktur mit einem
hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis vorgesehen
ist, mit zweiten Bereichen ab, in denen eine optische aktive diffraktive
Struktur mit einem üblichen,
niedrigen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis vorgesehen
ist. Beispielsweise weist die Struktur im ersten Bereich jeweils
eine Tiefe von 5 μm
und eine Breite von 2,5 μm
auf, d.h. ein Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis von
2 und im zweiten Bereich eine Tiefe von 0,15 μm und eine Breite von 2,5 μm auf, d.h.
ein Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
von 0,06 auf.
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Hierdurch
wird es möglich,
die Strukturierung der ersten Schicht und/oder ein oder mehrerer
weiterer Schichten registergenau auf die von den diffraktiven Strukturen
im zweiten Bereich erzeugten optischen Effekte mit sehr geringer
Toleranz auszurichten. Anstelle einer diffraktiven Struktur ist
es hierbei auch möglich,
im zweiten Bereich eine sonstige optisch aktive Mikro- oder Makrostruktur,
beispielsweise ein Mikrolinsenraster, vorzusehen. Durch die mittels
der Erfindung erzielbare hochgenaue Ausrichtung von partiell ausgeformten Schichten
eines Sicherheitselements zu optisch aktiven Reliefstrukturen des
Sicherheitselements können
Sicherheitselemente mit höherer
Kopier- und Fälschungssicherheit
hergestellt werden.
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Auf
diese Weise können
beispielsweise filigrane Muster, wie Guillochen, ausgebildet werden,
die exakt zu diffraktiven Strukturen, welche gestalterischen Motiven
eines Hologramms oder Kinegram®s entsprechen, ausgerichtet
sein können.
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Gemäß eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung wird die erste Schicht durch ein zeitgesteuertes Ätzverfahren
partiell abgetragen. Der Ätzprozess
wird beendet, wenn die erste Schicht in den Bereichen mit hohem
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
vollständig
abgetragen ist. Durch die durch spezielle Reliefstruktur im ersten
Bereich bedingten unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften
der ersten Schicht im ersten und zweiten Bereich (geringere effektive
Dicke) bedeckt die erste Schicht noch den zweiten Bereich, wenn
die erste Schicht im ersten Bereich bereits vollständig abgetragen
ist. Als Ätzmittel
können
beispielsweise Laugen oder Säuren
vorgesehen sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die erste
Schicht nur teilweise abgetragen wird und die Ätzung abgebrochen wird, sobald
eine vorbestimmte Transparenz erreicht ist. Dadurch können beispielsweise
Sicherheitsmerkmale erzeugt werden, die auf lokal unterschiedlicher Transparenz
beruhen.
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Gemäß eines
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung wird die erste Schicht auf die Replizierschicht in
einer Flächendichte
aufgebracht, die so gewählt
ist, daß die
Transparenz der ersten Schicht im ersten Bereich durch die erste
Reliefstruktur gegenüber
der Transparenz der ersten Schicht im zweiten Bereich erhöht ist.
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Die
auf diese Weise mit transparenten Bereichen ausgebildete opake erste
Schicht kann durch weitere Verfahrensschritte noch verändert werden
oder als Maske zur Ausbildung weiterer Schichten verwendet werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, die erste Schicht in den transparenten
Bereichen zu entfernen. Das kann durch ein Ätzverfahren geschehen, indem
in einem Zwischenschritt eine Ätzmaske
als eine 1:1-Kopie aus der ersten Schicht erzeugt wird, welche die
vor der Einwirkung des Ätzmittels
zu schützenden
Bereiche der ersten Schicht abdeckt.
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Die
erfindungsgemäß hergestellten
Mehrschichtkörper
können
weitere Bereiche aufweisen, die mit herkömmlichen Verfahren ausgebildet
sind, beispielsweise um dekorative Farbeffekte auszubilden, die
sich über
Bereiche oder über
den gesamten Mehrschichtkörper
erstrecken.
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Die
Ausbildung der ersten Schicht ist an kein spezielles Material gebunden.
Die erste Schicht sollte jedoch außerhalb transparenter Bereiche
vorteilhafterweise opak ausgebildet sein, sofern nicht das weiter oben
beschriebene zeitgesteuerte Ätzverfahren
vorgesehen ist. Transparente Materialien können eingefärbt werden, um sie opak auszubilden.
Vorzugsweise kann jedoch vorgesehen sein, die erste Schicht aus
einem Metall oder einer Metallegierung auszubilden. Die Opazität der metallischen
Schicht kann dabei durch die Auftragsmenge pro Flächeneinheit,
durch die Art des Metalls und durch die Reliefstruktur im ersten
Bereich eingestellt werden.
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Metallische
erste Schichten können
durch Galvanisieren wieder verstärkt
werden, beispielsweise um das Reflexionsvermögen oder die Leitfähigkeit
der verbliebenen Schicht zu erhöhen.
Auf diese Weise können Verbindungsleitungen
für elektronische
Schaltungen oder elektronische Bauelemente, wie Antennen und Spulen
mit hoher elektrischer Güte
ausgebildet werden.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
erste metallische Schicht durch Auftragen gleichen Metalls verstärkt wird.
Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die erste Schicht aus einem
ersten Metall bzw. einer ersten Metallegierung ausgebildet ist und
ein zweites Metall zur Verstärkung
aufgetragen wird. So kann beispielsweise eine aus unterschiedlichen
Metallen bzw. Metallegierungen schichtweise aufgebaute Schicht erzeugt
werden. Es kann sich dabei beispielsweise um ein miniaturisiertes
Bimetall-Element handeln.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, die erste Schicht aus Teilschichten
mit unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen schichtweise
aufzubauen, um die unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen
Eigenschaften der Teilschichten für die Ausbildung der Verfahrensschritte
und/oder der Eigenschaften des Endproduktes zu nutzen. Beispielsweise
kann die erste Schicht aus Aluminium und Chrom aufgebaut sein, wobei
das gut reflektierende Aluminium die optischen Eigenschaften des
Endproduktes verbessern kann und das chemisch beständigere
Chrom vorteilhafte Ausgestaltung der Ätzprozesse ermöglicht.
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Der
schichtweise Aufbau der ersten Schicht ist nicht auf metallische
Schichten beschränkt.
Es kann sich dabei auch um dielektrische Schichten oder um Polymerschichten
handeln. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, daß aufeinanderfolgende
Schichten aus unterschiedlichem Material und/oder mit unterschiedlicher
Stärke
ausgebildet sind, beispielsweise um die bekannten Farbwechseleffekte
an dünnen
Schichten zu erzeugen.
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Bei
der Polymerschicht kann es sich um eine organische Halbleiterschicht
handeln, die Bestandteil eines organischen Halbleiterbauelements
oder eines organischen Schaltkreises sein kann. Solche Polymerschichten
können
als Flüssigkeiten
im weitesten Sinne ausgebildet sein und mittels Druckverfahren aufgetragen
werden. Weil das Auftragen der Polymerschicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht registergenau ausgeführt
werden muß,
ist es besonders kostengünstig
durchführbar.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
Replizierschicht als eine photoaktive Waschmaske ausgebildet ist, die
durch die erste Schicht hindurch belichtet und aktiviert wird, und
daß die
belichteten Bereiche der Waschmaske und die dort auf der Waschmaske
angeordneten Bereiche der ersten Schicht entfernt werden.
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Waschmasken
zeichnen sich durch Umweltfreundlichkeit aus, da beispielsweise
auch Wasser als Lösungsmittel
zur Entfernung der belichteten Bereiche der Waschmaske einsetzbar
ist. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Waschmaske hinreichend
dauerbeständig
ist, um den mit der Waschmaske gebildeten Mehrschichtkörper nicht
in seiner Lebensdauer und/oder Zuverlässigkeit einzuschränken. Von
Vorteil kann sein, daß durch
die Entfernung der belichteten Bereiche der Waschmaske zugleich
auch die dort ausgebildete Oberflächenstruktur mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis entfernt
ist. Das kann im Hinblick auf das Einbringen einer zweiten Schicht
in die ausgewaschenen Bereiche der ersten Schicht vorteilhaft sein.
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Als
weiteres Verfahren kann vorgesehen sein, daß auf die erste Schicht eine
photoempfindliche Schicht aufgebracht wird. Die Dicke der photoempfindlichen
Schicht kann im Bereich von 0,05 μm
bis 50 μm liegen,
vorteilhafterweise im Bereich von 0,1 μm bis 10 μm. Dabei kann es sich um einen
Photoresist handeln, wie er aus der Halbleiterindustrie bekannt
ist. Bei dem Photoresist kann es sich um eine Flüssigkeit handeln, die mittels
Beschichtungsanlage aufgebracht werden kann. Alternativ kann auch
eine trockene dünne
Photopolymerschicht aufkaschiert werden.
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Der
Photoresist kann als positiver Photoresist oder als negativer Photoresist
ausgebildet sein. Bei dem positiven Photoresist handelt es sich
um einen Photoresist, bei dem belichtete Bereiche in einem Entwickler löslich sind.
Dementsprechend handelt es sich bei dem negativen Photoresist um
einen Photoresist, bei dem unbelichtete Bereiche im Entwickler löslich sind.
Auf diese Weise können
mit einer ersten Schicht unterschiedliche Mehrschichtkörper ausgebildet
werden.
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Mit
einem negativen Photoresist kann beispielsweise die erste Schicht
als metallische Schicht ausgebildet sein, die in den unbelichteten
Bereichen durch Ätzen
entfernt wird und anschließend
durch eine zweite Schicht ersetzt wird. Dazu kann zunächst die
zweite Schicht vollflächig
aufgetragen werden und anschließend in
den belichteten Bereichen zusammen mit dem verbliebenen Photoresist
entfernt werden. Die erste Schicht kann nun galvanisch verstärkt werden.
Auf diese Weise kann die teiltransparente erste Schicht in eine
opake erste Schicht verwandelt werden, die in ein transparentes
Umfeld eingebettet ist. Auch in diesem Fall bleibt die registergenaue
Zuordnung der auf diese Weise gebildeten Bereiche erhalten.
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Die
Auswahl des geeigneten Photoresists kann sich nach der Art der verwendeten
ersten Schicht, der Wellenlänge
der Lichtquelle und der gewünschten
Auflösung
richten. Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß die Lichtquelle
UV-Licht im Bereich von 300 nm bis 400 nm ausstrahlt.
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Bei
der Wahl der Lichtquelle ist neben der spektralen Empfindlichkeit
des Photoresists die Transmission der über dem Photoresist angeordneten
Schichten zu berücksichtigen,
insbesondere die der ersten Schicht.
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Was
nun die Entwicklung der belichteten photoempfindlichen Schicht betrifft,
kann bei positivem Photoresist vorteilhafterweise eine Ätzcharakteristik
mit Sprungverlauf vorgesehen sein. Unter der Ätzcharakteristik wird hier
die Abhängigkeit
der Ätzrate,
d.h. des Abtrags der belichteten photoempfindlichen Schicht pro
Zeiteinheit von der durch die Belichtung auf die photoempfindliche
Schicht einwirkenden Energiedichte verstanden.
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Im
Anschluß an
die Entwicklung der photoempfindlichen Schicht kann diese als Ätzmaske
für die
erste Schicht verwendet werden. Die erste Schicht kann durch Einwirkung
des Ätzmittels
folglich in den Bereichen entfernt werden, in denen die photoempfindliche
Schicht durch die Entwicklung entfernt ist.
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Anstelle
der photoempfindlichen Schicht kann auch eine photoaktivierbare
Schicht vorgesehen sein. Eine solche Schicht kann durch Belichtung
so verändert
werden, daß sie
in den belichteten Bereichen ein Ätzmittel bildet und auf diese
Weise die erste Schicht abzulösen
vermag.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß anstelle
der photoempfindlichen Schicht eine Absorptionsschicht aufgebracht
wird, die beispielsweise Laserlicht absorbiert und dadurch in den
mit Laserlicht bestrahlten Bereichen thermisch zerstört wird.
Die mit Laserlicht bestrahlte Absorptionsschicht bildet nun die Ätzmaske
zum Entfernen der für
das Laserlicht durchlässigen
Bereiche der ersten Schicht. Es kann sich bei der Absorptionsschicht
aber auch um die erste Schicht selbst handeln. Beispielsweise absorbiert
eine relativ dicke, entsprechend strukturierte Aluminiumschicht über 90%
des einfallenden Laserlichts, wobei die Absorption wellenlängenabhängig sein
kann. Besonders geeignet zur Laserablation sind Strukturen, die
für das
einfallende Laserlicht nur wenige Beugungsordnungen aufweisen, d.h.
bei denen beispielsweise der Abstand zwischen benachbarten Tälern kleiner
ist als die Wellenlänge
des einfallenden Laserlichts.
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Es
kann vorgesehen sein, daß in
den Bereichen, in denen die erste Schicht entfernt ist, eine zweite Schicht
aufgebracht wird. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Farbschicht
handeln oder um eine elektrochrome Schicht. Auf diese Weise können farbige
Muster oder Anzeigeelemente ausgebildet werden.
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Gemäß eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung kann die zweite Schicht im Anschluß an das Ätzen der ersten Schicht vollflächig aufgebracht
werden. Danach werden die Überreste
der Ätzmaske entfernt,
wobei in diesen Bereichen, in denen die Ätzmaske die erste Schicht bedeckt,
mit der Ätzmaske
zugleich die zweite Schicht entfernt wird. Auf diese Weise ist die
zweite Schicht registergenau in die Bereiche des Mehrschichtkörpers eingebracht,
in denen die erste Schicht entfernt ist.
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Vorteilhafterweise
können
so hochauflösende
Anzeigeelemente ausgebildet werden. Ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen, ist es möglich,
unterschiedlich gefärbte
Anzeigeelemente registergenau aufzubringen und sie beispielsweise
in einem Bildpunktraster anzuordnen. Da mit einem Ausgangslayout
der ersten Schicht unterschiedliche Mehrschichtkörper erzeugbar sind, indem
beispielsweise unterschiedliche Belichtungs- und Ätzverfahren
miteinander kombiniert werden bzw. nacheinander ausgeführt werden,
ist die registergenaue Positionierung der nacheinander aufgebrachten
Schichten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens trotz Erhöhung der
Verfahrensschritte möglich.
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Weil
durch Variation des Tiefen-zu-Breiten-Verhältnisses in der ersten Schicht
Bereiche mit abgestufter Transparenz ausbildbar sind, kann auch
vorgesehen sein, die erste Schicht in aufeinanderfolgenden Schritten
zu entfernen, also zunächst
die Bereiche freizulegen, in denen die erste Schicht am dünnsten ausgebildet ist
und dort eine zweite Schicht aufzubringen, danach die nächstfolgend
dicker ausgebildeten Bereiche der ersten Schicht zu entfernen und
dort eine dritte Schicht aufzubringen, und diese Schritte so oft
zu wiederholen, bis in allen Bereichen der ersten Schicht mit hohem
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis neue
Schichten aufgebracht sind. Es kann sich dabei um optisch härtbare Schichten
handeln, die nach dem Härten
durch das Ätzmittel nicht
angelöst
werden.
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Auf
diese Weise ist es auch möglich,
Bereiche in nichtmetallischen Schichten registergenau anzuordnen.
So kann beispielsweise die erste Schicht aus einem Dielektrikum
mit einer ersten Brechzahl ausgebildet sein und die zweite Schicht
aus einem Dielektrikum mit einer zweiten Brechzahl ausgebildet sein.
Auf diese Weise kann die zweite Schicht in der ersten Schicht ein
Muster bilden oder umgekehrt. Das Muster kann wegen der unterschiedlichen
Lichtbrechung beider Schichten im einfallenden Licht wahrgenommen
werden. Ein solches Muster ist optisch weniger auffällig als
ein durch metallische Schichten ausgebildetes Muster und kann deshalb
als Sicherheitsmerkmal für
Pässe oder
andere Sicherheitsdokumente bevorzugt sein. Es kann dem Betrachter
beispielsweise als durchscheinendes Muster in Grün oder Rot erscheinen.
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Weiter
ist es auch möglich,
durch die Erfindung Bereiche mit unterschiedlichen metallischen
und nicht-metallischen Schichten aufzubauen, die jeweils ein unterschiedliches
Dünnfilm-System
mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften, beispielsweise unterschiedlichen
blickwinkelabhängigen
Farbverschiebungseffekten, erzeugen. Ein Dünnfilm-Schichtsystem zeichnet
sich prinzipiell durch einen Interferenz-Schichtaufbau aus, der blickwinkelabhängige Farbverschiebungen
erzeugt. Er kann als reflektives Element, mit z.B. hoch-reflektierender
Metallschicht, oder als transmissives Element mit einer transparenten
optischen Trennschicht zu den einzelnen Schichten aufgebaut sein.
Der Basisaufbau eines Dünnfilm-Schichtsystems
weist eine Absorptionsschicht (vorzugsweise mit 30% bis 65% Transmission),
eine transparente Distanzschicht als Farbwechsel erzeugende Schicht
(z.B. λ/4
oder λ/2
Schicht) und eine Metallschicht als reflektierende Schicht oder
eine optische Trennschicht auf. Es ist weiter möglich, ein Dünnfilm-Schichtsystem
aus einer Abfolge von hoch- und niedrig-brechenden Schichten aufzubauen.
Je höher
die Anzahl der Schichten ist, um so leichter läßt sich die Wellenlänge für den Farbwechsel
einstellen. Beispiele üblicher
Schichtdicken der einzelnen Schichten eines Dünnfilm-Schichtsystems und Beispiele
von Materialien, die für
die Schichten eines Dünnfilm-Schichtsystems
prinzipiell verwendbar sind, werden beispielsweise in WO 01/03945
A1, Seite 5/Zeile 30 bis Seite 8/Zeile 5, offenbart.
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Es
kann weiter vorgesehen sein, daß die
Trägerschicht
als Replizierschicht ausgebildet ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann zum registergenauen Aufbringen weiterer Schichten fortgeführt werden.
Beispielsweise kann eine vierte Schicht auf die auf der Replizierschicht
angeordneten Schichten in einer Flächendichte aufgebracht werden,
daß die
Transparenz der vierten Schicht im ersten Bereich durch die erste
Reliefstruktur gegenüber
der Transparenz der vierten Schicht in dem zweiten Bereich erhöht ist und daß die vierte
Schicht durch die erste Reliefstruktur bestimmt perforiert wird,
so daß die
vierte Schicht im ersten Bereich oder im zweiten Bereich, nicht
jedoch im zweiten Bereich bzw. im ersten Bereich perforiert ist.
Diese vierte Schicht ist damit wie die erste Schicht als Maskenschicht
ausgebildet, so daß die
vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte wiederholt werden können, um
den Mehrschichtkörper
mit weiteren registergenau perforierten Schichten auszubilden. Auch
kann die Transmission der strukturierten ersten Schicht zur registrierten
Strukturierung der vierten Schicht eingesetzt werden. Auf diese
Weise können
beispielsweise neben Sicherheitselementen organische Bauelemente
und Schaltkreise ausgebildet werden.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß die
Abfolge der Teildemetallisierungen und die Zuordnung zu den Strukturen
in den ersten und in den zweiten Bereichen so gewählt ist,
daß Bereiche
ausgebildet werden, in denen unterschiedliche diffraktive Strukturen
miteinander verschränkt
sind. Es kann sich beispielsweise um ein erstes Kinegram® und
um ein zweites Kinegram® handeln, die ein unterschiedliches
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
aufweisen und die vor einem Hintergrund angeordnet sind. In diesem
Beispiel kann vorgesehen sein, eine aufgedampfte Kupferschicht nur
im Bereich des ersten Kinegram®s zu entfernen, anschließend Aluminium ganzflächig aufzudampfen
und durch geeignete Prozeßführung in
den Hintergrundbereichen zu entfernen. Auf diese Weise sind zwei
registerhaltig teildemetallisierte Designs ausgebildet, die sich
in der dem Betrachter zugewandten Metallschicht unterscheiden. Um
solche Effekte zu erreichen, können
durch Polarisationseffekte und/oder Wellenlängenabhängigkeiten und/oder Abhängigkeiten
vom Einfallswinkel des Lichtes ausgebildete Unterschiede der Transmissionseigenschaften
der o.g. Bereiche genutzt werden.
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Die
in die Replizierschicht eingebrachten Reliefstrukturen können auch
so gewählt
sein, daß sie
der Ausrichtung von Flüssigkristall(-Polymeren)
dienen können.
So kann dann die Replizierschicht und/oder die erste Schicht als Orientierungsschicht
für Flüssigkristalle
verwendet werden. In solche Orientierungsschichten werden beispielsweise
rillenförmige
Strukturen eingebracht, an denen sich die Flüssigkristalle ausrichten, bevor
sie in dieser Lage durch Vernetzung oder in sonstiger Weise in ihrer
Ausrichtung fixiert werden. Es kann vorgesehen sein, daß die vernetzte
Flüssigkristallschicht
die zweite Schicht bildet.
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Die
Orientierungsschichten können
Bereiche aufweisen, in denen sich die Orientierungsrichtung der Struktur
stetig ändert.
Wird ein mittels einer solchen diffraktiven Struktur ausgebildeter
Bereich durch einen Polarisator mit beispielsweise rotierender Polarisationsrichtung
betrachtet, so lassen sich aufgrund der sich linear ändernden
Polarisationsrichtung des Bereiches verschiedene gut erkennbare
Sicherheitsmerkmale, beispielsweise Bewegungseffekte, erzeugen.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Orientierungsschicht
diffraktive Strukturen zur Orientierung der Flüssigkristalle aufweist, die
lokal unterschiedlich so ausgerichtet sind, so daß die Flüssigkristalle
unter polarisiertem Licht betrachtet eine Information, wie beispielsweise
ein Logo, darstellen.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß hergestellten
Mehrschichtkörpers;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung der ersten Fertigungsstufe des Mehrschichtkörpers in 1;
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3a eine
schematische Schnittdarstellung der zweiten Fertigungsstufe des
Mehrschichtkörpers
in 1;
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3b einen
vergrößerten Ausschnitt
IIIb aus 3a
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4 eine
schematische Schnittdarstellung der dritten Fertigungsstufe des
Mehrschichtkörpers
in 1;
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5 eine
schematische Schnittdarstellung der vierten Fertigungsstufe des
Mehrschichtkörpers
in 1;
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5a eine
schematische Schnittdarstellung einer abgewandelten Ausführung der
in 5 dargestellten Fertigungsstufe;
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5b eine
schematische Schnittdarstellung der auf die Fertigungsstufe nach 5a folgenden
Fertigungsstufe;
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6 eine
schematische Schnittdarstellung der fünften Fertigungsstufe des Mehrschichtkörpers in 1;
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7 eine
schematische Schnittdarstellung der sechsten Fertigungsstufe des
Mehrschichtkörpers
in 1;
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8 eine
schematische Schnittdarstellung der siebenten Fertigungsstufe des
Mehrschichtkörpers
in 1;
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9 eine
schematische Schnittdarstellung der fünften Fertigungsstufe eines
zweiten Ausführungsbeispiels
des Mehrschichtkörpers
in 1;
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10 eine
schematische Schnittdarstellung der sechsten Fertigungsstufe eines
zweiten Ausführungsbeispiels
des Mehrschichtkörpers
in 1;
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11 eine
schematische Schnittdarstellung der siebenten Fertigungsstufe eines
zweiten Ausführungsbeispiels
des Mehrschichtkörpers
in 1;
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12 eine
schematische Schnittdarstellung der achten Fertigungsstufe eines
zweiten Ausführungsbeispiels
des Mehrschichtkörpers
in 1;
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13 eine
schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß hergestellten
Mehrschichtkörpers;
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14a bis 14d schematische
Schnittdarstellungen der Herstellungsschritte eines dritten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäß hergestellten
Mehrschichtkörpers
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15 ein
schematisches Diagramm von Ätzraten
einer photoempfindlichen Schicht
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16 ein
Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Mehrschichtkörpers.
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In 1 ist
ein Mehrschichtkörper 100 dargestellt,
bei dem auf einer Trägerfolie 1 eine
funktionelle Schicht 2, eine Replizierschicht 3,
eine metallische Schicht 3m und eine Kleberschicht 12 angeordnet
sind. Bei der funktionellen Schicht 2 handelt es sich um
eine Schicht, die vornehmlich der Erhöhung der mechanischen und chemischen
Stabilität
des Mehrschichtkörpers
dient, die aber auch in bekannter Weise zur Erzeugung optischer
Effekte ausgebildet sein kann. Es kann aber auch vorgesehen sein,
auf diese Schicht zu verzichten und die Replizierschicht 3 direkt
auf der Trägerfolie 1 anzuordnen.
Weiter kann vorgesehen sein, die Trägerfolie 1 selbst
als Replizierschicht auszubilden.
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Der
Mehrschichtkörper 100 kann
ein Abschnitt einer Transferfolie, beispielsweise einer Heißprägefolie sein,
der mittels der Kleberschicht 12 auf ein Substrat aufgebracht
werden kann. Bei der Kleberschicht 12 kann es sich um einen
Schmelzkleber handeln, der bei thermischer Einwirkung schmilzt und
den Mehrschichtkörper dauerhaft
mit der Oberfläche
des Substrats verbindet.
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Die
Trägerfolie 1 kann
als eine mechanisch und thermisch stabile Folie aus PET ausgebildet
sein.
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In
die Replizierschicht 3 können Bereiche mit unterschiedlichen
Strukturen mittels bekannter Verfahren abgeformt sein. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich dabei um Bereiche 4 mit diffraktiven Strukturen,
d.h. mit vergleichsweise niedrigem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der
Strukturelemente, Bereiche 5 mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis der
Strukturelemente und spiegelnde Bereiche 6.
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Die
auf der Replizierschicht 3 angeordnete metallische Schicht 3m weist
demetallisierte Bereiche 10d auf, die deckungsgleich mit
den diffraktiven Strukturen 5 angeordnet sind. In den Bereichen 10d erscheint
der Mehrschichtkörper 100 transparent
bzw. teiltransparent.
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Die 2 bis 8 zeigen
nun die Fertigungsstufen des Mehrschichtkörpers 100. Gleiche
Elemente wie in 1 sind mit gleichen Positionen
bezeichnet.
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2 zeigt
einen Mehrschichtkörper 100a,
bei dem auf der Trägerfolie 1 die
funktionelle Schicht 2 und die Replizierschicht 3 angeordnet
sind.
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Die
Replizierschicht 3 ist durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise
thermisches Prägen,
in ihrer Oberfläche
strukturiert. Bei der Replizierschicht 3 kann es sich um
einen UV-härtbaren
Replizierlack handeln, der beispielsweise durch eine Replizierwalze
strukturiert ist. Die Strukturierung kann aber auch durch eine UV-Bestrahlung
durch eine Belichtungsmaske hindurch erzeugt sein. Auf diese Weise
können
die Bereiche 4, 5 und 6 in der Replizierschicht 3 ausgebildet
sein. Bei dem Bereich 4 kann es sich beispielsweise um
die optisch aktiven Bereiche eines Hologramms oder ein Kinegram®s
handeln.
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3a zeigt
nun einen Mehrschichtkörper 100b,
der aus dem Mehrschichtkörper 100a in 2 gebildet
ist, indem die metallische Schicht 3m auf die Replizierschicht 3 mit
gleichmäßiger Flächendichte
aufgebracht ist, beispielsweise durch Sputtern. Die metallische
Schicht 3m weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke
von einigen 10 nm auf. Die Schichtdicke der metallischen Schicht 3m kann
vorzugsweise so gewählt
sein, daß die
Bereiche 4 und 6 eine geringe Transmission aufweisen,
beispielsweise zwischen 10% und 0,001%, d.h. eine optische Dichte
zwischen 1 und 5, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3. Die optische
Dichte der metallischen Schicht 3m, d.h. der negative dekadische
Logarithmus der Transmission, liegt demnach in den Bereichen 4 und 6 zwischen
1 und 3. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, die metallische Schicht 3m mit einer
optischen Dichte zwischen 1,5 und 2,5 auszubilden. Die Bereiche 4 und 6 erscheinen
dem Auge des Betrachters deshalb undurchsichtig bzw. spiegelnd.
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Dagegen
ist die metallische Schicht 3m im Bereich 5 mit
verminderter optischer Dichte ausgebildet. Verantwortlich dafür ist die
Oberflächenvergrößerung in
diesem Bereich wegen des hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnisses
der Strukturelemente und die dadurch verringerte Dicke der metallischen
Schicht. Das dimensionslose Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist
ein kennzeichnendes Merkmal für
die Oberflächenvergrößerung vorzugsweise
periodischer Strukturen. Eine solche Struktur bildet in periodischer
Abfolge „Berge" und „Täler" aus. Als Tiefe ist
hier der Abstand zwischen „Berg" und „Tal" bezeichnet, als
Breite der Abstand zwischen zwei „Bergen". Je höher nun das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist,
desto steiler sind die „Bergflanken" ausgebildet und
desto dünner
ist die auf den „Bergflanken" abgeschiedene metallische
Schicht 3m ausgebildet. Dieser Effekt ist auch zu beobachten,
wenn es sich um diskret verteilte „Täler" handelt, die in einem Abstand zueinander angeordnet
sein können,
der um ein Vielfaches größer als
die Tiefe der „Täler" ist. In einem solchen
Fall ist die Tiefe des „Tales" zur Breite des „Tales" ins Verhältnis zu
setzen, um durch Angabe des Tiefen-zu-Breiten-Verhältnisses
die Geometrie des „Tales" zutreffend zu beschreiben.
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In 3b ist
nun der für
die Ausbildung der Transparenz verantwortliche Dickenänderungseffekt
der Metallschicht 3m im einzelnen dargestellt.
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3b zeigt
in einer schematischen Schnittdarstellung einen vergrößerten Ausschnitt
IIIb aus 3a. Die Replizierschicht 3 weist
im Bereich 5 eine Reliefstruktur 5h mit hohem
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
und im Bereich 6 eine Reliefstruktur 6n mit einem
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
gleich Null auf. Pfeile 3s bezeichnen die Auftragsrichtung
der Metallschicht 3m, die wie weiter oben beschrieben,
durch Sputtern aufgebracht sein kann. Die Metallschicht 3m ist
im Bereich der Reliefstruktur 6n mit der nominalen Dicke
t0 ausgebildet und ist im Bereich der Reliefstruktur 5t mit
der Dicke t ausgebildet, die kleiner als die nominale Dicke t0 ist. Dabei ist die Dicke t als ein Mittelwert
zu verstehen, denn die Dicke t bildet sich in Abhängigkeit
von dem Neigungswinkel der Oberfläche der Reliefstruktur 5t gegenüber der
Waagerechten aus. Dieser Neigungswinkel ist mathematisch durch die
erste Ableitung der Funktion der Reliefstruktur 5t beschreibbar.
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Wenn
also der Neigungswinkel gleich Null ist, wird die Metallschicht 3m mit
der nominalen Dicke t0 abgeschieden, wenn
der Betrag des Neigungswinkels größer als Null ist, wird die
Metallschicht 3m mit der Dicke t abgeschieden, d.h. mit
einer geringeren Dicke als die nominale Dicke t0.
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Es
auch möglich,
die Transparenz der Metallschicht mittels Reliefstrukturen zu erzielen,
die ein komplexes Oberflächenprofil
mit Erhebungen und Vertiefungen unterschiedlicher Höhe aufweisen.
Bei derartigen Oberflächenprofilen
kann es sich hierbei auch um stochastische Oberflächenprofile
handeln. Dabei wird die Transparenz in der Regel erreicht, wenn
der mittlere Abstand benachbarter Strukturelemente kleiner als die mittlere
Profiltiefe der Reliefstruktur ist und benachbarte Strukturelemente
weniger als 200 μm
voneinander entfernt sind. Bevorzugt wird hierbei der mittlere Abstand
benachbarter Erhebungen kleiner als 30 μm gewählt, so daß es sich bei der Reliefstruktur 5t um
eine spezielle diffraktive Reliefstruktur handelt.
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Bei
der Ausbildung von transparenten Bereichen ist es wichtig, die einzelnen
Parameter in ihren Abhängigkeiten
zu kennen und zweckmäßig zu wählen. Ein
Beobachter empfindet einen Bereich bereits als voll reflektierend,
wenn 85% des einfallenden Lichtes reflektiert werden, und empfindet
einen Bereich bereits als transparent, wenn weniger als 20% des
einfallenden Lichtes reflektiert werden, d.h. mehr als 80% durchgelassen
werden. Diese Werte können
in Abhängigkeit
vom Untergrund, von der Beleuchtung usw. variieren. Eine wichtige
Rolle spielt dabei die Absorption des Lichtes in der Metallschicht.
Beispielsweise reflektieren Chrom und Kupfer unter Umständen weitaus
weniger. Das kann bedeuten, daß nur
50% des einfallenden Lichtes reflektiert werden, wobei der Transparenzgrad
kleiner als 1% ist.
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Tabelle
1 zeigt den ermittelten Reflexionsgrad von zwischen Plastikfolien
(Brechungsindex n = 1,5) angeordneten Metallschichten aus Ag, Al,
Au, Cr, Cu, Rh und Ti bei einer Licht-Wellenlänge λ = 550 nm. Das Dickenverhältnis ε ist hierbei
als Quotient aus der für
den Reflexionsgrad R = 80% des Maximums Rmax und der
für den
Reflexionsgrad R = 20% des Maximums Rmax erforderlichen
Dicke t der Metallschicht gebildet.
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Aus
der heuristischen Betrachtung heraus haben Silber und Gold (Ag und
Au), wie zu sehen ist, einen hohen maximalen Reflexionsgrad RMax und erfordern ein relativ kleines Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis h/d
zur Ausbildung von Transparenz. Aluminium (Al) hat zwar ein auch
einen hohen maximalen Reflexionsgrad RMax, erfordert
aber ein höheres
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis.
Vorzugsweise kann deshalb vorgesehen sein, die Metallschicht aus
Silber oder Gold auszubilden. Es kann aber auch vorgesehen sein,
die Metallschicht aus anderen Metallen oder aus Metallegierungen
auszubilden.
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Tabelle
2 zeigt nun die Berechnungsergebnisse, gewonnen aus strengen Beugungsberechnungen
für als
lineare, sinusförmige
Gitter mit einem Gitterabstand von 350 nm ausgebildete Reliefstrukturen
mit unterschiedlichen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnissen. Die Reliefstrukturen
sind mit Silber beschichtet mit einer nominalen Dicke t0 =
40 nm. Das Licht, das auf die Reliefstrukturen auftrifft, hat die
Wellenlänge λ = 550 nm
(grün) und
ist TE-polarisiert bzw. TM-polarisiert.
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Wie
sich zeigte, ist insbesondere der Transparenzgrad außer vom
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis abhängig von
der Polarisation des aufgestrahlten Lichtes. Diese Abhängigkeit
ist in Tabelle 2 für
das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
h/d = 1,1 dargestellt. Es kann vorgesehen sein, diesen Effekt für die selektive
Ausbildung weiterer Schichten zu nutzen.
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Weiterhin
zeigte sich, daß der
Transparenzgrad bzw. der Reflexionsgrad der Metallschicht 3m mit
der Reliefstruktur 5t (s. 3b) wellenlängenabhängig ist.
Dieser Effekt ist besonders gut für TE-polarisiertes Licht ausgeprägt.
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Weiterhin
zeigte sich, daß der
Transparenzgrad abnimmt, wenn der Einfallswinkel des Lichtes sich vom
normalen Einfallswinkel unterscheidet, d.h. der Transparenzgrad
nimmt ab, wenn das Licht nicht senkrecht einfällt. Das bedeutet, daß die Metallschicht 3m im
Bereich der Reliefstruktur 5t nur in einem begrenzten Einfallskegel
des Lichtes transparent ausgebildet sein kann. Es kann also vorgesehen
sein, daß die
Metallschicht 3m bei schräger Betrachtung opak ausgebildet
ist, wobei auch dieser Effekt für
die selektive Ausbildung weiterer Schichten nutzbar ist.
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4 zeigt
einen Mehrschichtkörper 100c,
gebildet aus dem in 3a dargestellten Mehrschichtkörper 100b und
einer photoempfindlichen Schicht 8. Dabei kann es sich
um eine organische Schicht handeln, die durch klassische Beschichtungsverfahren,
wie Tiefdruck, in flüssiger
Form aufgebracht wird. Es kann auch vorgesehen sein, daß die photoempfindliche
Schicht aufgedampft wird oder als trockener Film auflaminiert wird.
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Der
Auftrag kann ganzflächig
vorgesehen sein. Es kann aber auch ein Auftrag in Teilbereichen
vorgesehen sein, d.h. in Bereichen, die außerhalb der vorstehend genannten
Bereiche 4 bis 6 angeordnet sind. Es kann sich
dabei um Bereiche handeln, die nur relativ grob im Register zum
Design angeordnet sein müssen, beispielsweise
um dekorative bildliche Darstellungen, wie z.B. Zufallsmuster oder
aus wiederholten Bildern oder Texten gebildete Muster.
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5 zeigt
nun einen Mehrschichtkörper 100d,
der durch die Belichtung des Mehrschichtkörpers 100c in 4 durch
die Trägerfolie 1 hindurch
gebildet ist. Zur Belichtung kann UV-Licht 9 vorgesehen
sein. Weil nun, wie vorstehend beschrieben, die mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ausgebildeten
Bereiche 5 transparent ausgebildet sind, werden durch die
UV-Bestrahlung in der photoempfindlichen Schicht 8 stark
belichtete Bereiche 10 erzeugt, die sich von gering belichteten
Bereichen 11 in ihren chemischen Eigenschaften unterscheiden.
Die Bereiche 10 und 11 können sich beispielsweise durch
die Löslichkeit
der dort angeordneten photoempfindlichen Schicht in Lösungsmitteln
unterscheiden. Auf diese Weise kann die photoempfindliche Schicht 8 nach
der Belichtung mit UV-Licht „entwickelt" werden, wie im weiteren
in 6 gezeigt ist.
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Wenngleich
in den Bereichen 5 ein Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis > 0,3 vorgesehen ist
und die Dicke der metallischen Schicht 3m vorteilhafterweise
so gewählt
ist, daß die
Bereiche 5 mindestens teiltransparent ausgebildet sind,
ist das erfindungsgemäße Verfahren
immer anwendbar, wenn zwischen den Bereichen mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis und
den übrigen
Bereichen ein für
die Bearbeitung der photoempfindlichen Schicht ausreichender Unterschied
in der optischen Dichte ausgebildet ist. Es ist also nicht notwendig,
die metallische Schicht 3m so dünn auszubilden, daß die Bereiche 5 bei
visueller Betrachtung transparent erscheinen. Eine relativ geringe
Gesamttransmission der bedampften Trägerfolie kann durch eine erhöhte Belichtungsdosis
der photoempfindlichen Schicht 8 ausgeglichen werden. Weiter
ist zu berücksichtigen,
daß die
Belichtung der photoempfindlichen Schicht typischerweise im nahen
UV-Bereich vorgesehen ist, so daß der visuelle Betrachtungseindruck
für die
Beurteilung der Transparenz nicht entscheidend ist.
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In
den 5a und 5b ist
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
dargestellt. Bei dem Mehrschichtkörper 100d' in 5a ist
die in 5 dargestellte photoempfindliche Schicht 8 nicht
vorgesehen. Statt dessen ist eine Replizierschicht 3' vorgesehen,
bei der es sich um eine photoempfindliche Waschmaske handelt. Der
Mehrschichtkörper 100d' wird von unten
belichtet, wodurch in den stark belichteten Bereichen 10 die Replizierschicht 3' so verändert wird,
daß sie
auswaschbar ist.
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5b zeigt
nun einen Mehrschichtkörper 100d'', der funktionell dem weiter unten
in 8 dargestellten Mehrschichtkörper entspricht. Allerdings
ist in den Bereichen 10 nicht nur die metallische Schicht 3m entfernt,
sondern auch die Replizierschicht 3'. Dadurch ist die Transparenz in
diesen Bereichen gegenüber
dem in 8 dargestellten Mehrschichtkörper verbessert und es sind
weniger Fertigungsschritte benötigt.
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6 zeigt
den Mehrschichtkörper 100e,
der aus dem Mehrschichtkörper 100d durch
Einwirkung eines auf die Oberfläche
der belichteten photoempfindlichen Schicht 8 aufgebrachten
Lösungsmittels
gebildet ist. Dadurch sind nun Bereiche 10e ausgebildet,
in denen die photoempfindliche Schicht 8 entfernt ist.
Es handelt sich bei den Bereichen 10e um die in 3 beschriebenen Bereiche 5 mit
hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
der Strukturelemente. In Bereichen 11 ist die photoempfindlichen
Schicht 8 erhalten, weil es sich dabei um die in 3a beschriebenen
Bereiche 4 und 6 handelt, die nicht das hohe Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis aufweisen.
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In
dem in den 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die photoempfindliche Schicht 8 aus einem positiven
Photoresist ausgebildet. Bei einem solchen Photoresist sind die
belichteten Bereiche im Entwickler löslich. Im Gegensatz dazu sind
bei einem negativen Photoresist die unbelichteten Bereiche im Entwickler
löslich,
wie weiter unten in dem in 9 bis 12 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ausgeführt.
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Nunmehr
kann, wie anhand eines Mehrschichtkörpers 100f in 7 gezeigt,
die metallische Schicht 3m in den Bereichen 10e entfernt
werden, die nicht durch die als Ätzmaske
dienende entwickelte photoempfindliche Schicht vor dem Angriff des Ätzmittels
geschützt
sind. Bei dem Ätzmittel
kann es sich beispielsweise um eine Säure oder Lauge handeln. Auf
diese Weise werden die in 1 gezeigten
demetallisierten Bereiche 10d ausgebildet.
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Auf
diese Weise kann also die metallische Schicht 3m ohne zusätzlichen
technologischen Aufwand registergenau demetallisiert werden. Dazu
sind keine aufwendigen Vorkehrungen zu treffen, wie beispielsweise
beim Aufbringen einer Ätzmaske
durch Maskenbelichtung oder Druck. Bei einem solchen herkömmlichen Verfahren
sind Toleranzen > 0,2
mm üblich.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
sind dagegen Toleranzen im μm-Bereich
bis in den nm-Bereich möglich,
d.h. Toleranzen, die nur durch das zur Strukturierung der Replizierschicht
gewählte
Replizierverfahren und die Origination, d.h. die Herstellung des
Prägestempels,
bestimmt sind.
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Es
kann vorgesehen sein, die metallische Schicht 3m als Abfolge
verschiedener Metalle auszubilden und die Unterschiede der physikalischen
und/oder chemischen Eigenschaften der metallischen Teilschichten zu
nutzen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, als erste metallische
Teilschicht Aluminium abzuscheiden, das eine hohe Reflexion aufweist
und deshalb bei Betrachtung des Mehrschichtkörpers von der Trägerseite her
reflektierende Bereiche gut hervortreten läßt. Als zweite metallische
Teilschicht kann Chrom abgeschieden sein, das eine hohe chemische
Resistenz gegenüber verschiedenen Ätzmitteln
aufweist. Der Ätzvorgang
der metallischen Schicht 3m kann nun in zwei Stufen vorgesehen
sein. Es kann vorgesehen sein, in der ersten Stufe die Chromschicht
zu ätzen,
wobei die entwickelte photoempfindliche Schicht 8 als Ätzmaske
vorgesehen ist und anschließend
in der zweiten Stufe die Aluminiumschicht zu ätzen, wobei die Chromschicht
nun als Ätzmaske
vorgesehen ist. Solche Mehrschichtsysteme erlauben eine größere Flexibilität bei der
Auswahl der im Fertigungsprozeß verwendeten
Materialien für
den Photoresist, die Ätzmittel
für den
Photoresist und die metallische Schicht.
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8 zeigt
die optionale Möglichkeit,
die photoempfindliche Schicht nach dem in 7 dargestellten Fertigungsschritt
zu entfernen. In 8 ist ein Mehrschichtkörper 100g dargestellt,
gebildet aus der Trägerfolie 1,
der funktionellen Schicht 2, der Replizierschicht 3 und
der strukturierten metallischen Schicht 3m.
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Durch
anschließendes
Auftragen der Kleberschicht 12 kann der Mehrschichtkörper 100g in
den in 1 dargestellten Mehrschichtkörper 100 überführt werden.
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In
der 9 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines Mehrschichtkörpers 100e dargestellt,
bei dem die photoempfindliche Schicht 8 aus einem negativen
Photoresist ausgebildet ist. Wie in 9 zu erkennen,
weist ein Mehrschichtkörper 100e' Bereiche 10e' auf, in denen
die belichtete photoempfindliche Schicht 8 durch die Entwicklung
entfernt ist. Bei den Bereichen 10e' handelt es sich um opake Bereiche
der metallischen Schicht 3m (s. Pos. 4 und 6 in 3a).
In Bereichen 11' ist
die belichtete photoempfindliche Schicht 8 nicht entfernt,
es handelt sich dabei um transparente Bereiche der metallischen
Schicht 3m (s. Pos. 5 in 3a).
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In 10 ist
ein Mehrschichtkörper 100f' dargestellt,
der durch Entfernen der metallischen Schicht 3m durch einen Ätzprozeß aus dem
Mehrschichtkörper 100e' (9)
gebildet ist. Die entwickelte photoempfindliche Schicht 8 ist
dafür als Ätzmaske
vorgesehen, die in den Bereichen 10e' (9) entfernt
ist, so daß das Ätzmittel
dort die metallische Schicht 3m zersetzt. Auf diese Weise
sind Bereiche 10d' gebildet,
die keine metallische Schicht 3m mehr aufweisen.
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Wie
in 11 dargestellt, ist nun aus dem Mehrschichtkörper 100f' ein Mehrschichtkörper 100f'' gebildet mit einer zweiten Schicht 3p,
welche die freigelegte Replizierschicht 3 in den Bereichen 10d' bedeckt. Bei
der Schicht 3p kann es sich um ein Dielektrikum handeln,
wie TiO2 oder ZnS, oder um ein Polymer.
Eine solche Schicht kann beispielsweise flächig aufgedampft sein, wobei
vorgesehen sein kann, diese Schicht aus mehreren übereinander
angeordneten Dünnschichten
auszubilden, die sich beispielsweise in ihrer Brechzahl unterscheiden
können
und auf diese Weise im aufscheinenden Licht Farbeffekte ausbilden
können.
Eine Farbeffekte aufweisende Dünnschicht
kann beispielsweise aus drei Dünnschichten
mit High-Low-High-Index-Verlauf gebildet sein. Der Farbeffekt erscheint
im Vergleich mit metallischen reflektierenden Schichten weniger auffällig, was
beispielsweise vorteilhaft ist, wenn auf diese Weise Muster auf
Pässen
oder Identcards ausgebildet werden. Die Muster können dem Betrachter beispielsweise
als transparentes Grün
oder Rot erscheinen.
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Polymerschichten
können
beispielsweise als organische Halbleiterschichten ausgebildet sein.
Durch Kombination mit weiteren Schichten kann so ein organisches
Halbleiterbauelement gebildet werden.
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12 zeigt
nun einen Mehrschichtkörper 100f''',
gebildet aus dem Mehrschichtkörper 100f'' (11) nach
der Entfernung der restlichen photoempfindlichen Schicht. Es kann
sich dabei um den gut bekannten „Lift-off"-Prozeß handeln.
Auf diese Weise wird dort zugleich die im vorigen Schritt aufgebrachte
zweite Schicht 3p wieder entfernt. Nunmehr sind also auf
dem Mehrschichtkörper 100f''' benachbarte
Bereiche mit Schichten 3p und 3m gebildet, die
sich beispielsweise in ihrer optischen Brechzahl und/oder ihrer
elektrischen Leitfähigkeit
voneinander unterscheiden können.
Allerdings erscheinen die mit der metallischen Schicht 3m versehenen
Bereiche 11 wegen des hohen Tiefen-zu-Breiten-Verhältnisses
der Strukturelemente teiltransparent. Die metallische Schicht 3m kann
anschließend
auch chemisch entfernt werden, wenn sich die chemischen Eigenschaften
der Schichten 3m und 3p in geeigneter Weise voneinander
unterscheiden.
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Es
kann nun vorgesehen sein, die metallische Schicht 3m galvanisch
zu verstärken
und auf diese Weise die Bereiche 11 als opake metallisch
beschichtete Bereiche auszubilden.
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Es
kann auch vorgesehen sein, die Transparenz der Bereiche 11 weiter
zu erhöhen
und dazu die metallische Schicht 3m durch Ätzen zu
entfernen. Es kann ein Ätzmittel
vorgesehen sein, das die in den übrigen Bereichen
aufgebrachte Schicht 3p nicht angreift. Es kann aber auch
vorgesehen sein, das Ätzmittel
nur so lange einwirken zu lassen, bis die metallische Schicht entfernt
ist.
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Es
kann weiter vorgesehen sein, anschließend auf den Mehrschichtkörper 100f''' (12)
eine dritte Schicht aufzubringen, die aus einem Dielektrikum oder
einem Polymer ausgebildet sein kann. Das kann mit den weiter oben
beschriebenen Verfahrensschritten geschehen, indem noch einmal eine
photoempfindliche Schicht aufgebracht wird, die nach Belichtung
und Entwicklung den Mehrschichtkörper 100f''' außerhalb
der Bereiche 11 bedeckt. Nun kann die dritte Schicht wie
weiter oben aufgebracht werden und anschließend die Überreste der photoempfindlichen
Schicht entfernt werden und damit zugleich in diesen Bereichen die
dritte Schicht. Auf diese Weise können beispielsweise Schichten
organischer Halbleiterbauelemente besonders fein und registergenau
strukturiert werden.
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13 zeigt
nun einen Mehrschichtkörper 100', der aus dem
Mehrschichtkörper 100f''' (12)
durch das Hinzufügen
der in 1 dargestellten Kleberschicht 12 gebildet
ist. Der Mehrschichtkörper 100' ist wie der in 1 dargestellte
Mehrschichtkörper 100 durch
Verwendung der gleichen Replizierschicht 3 hergestellt worden.
Es ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ausgehend
von einem Layout unterschiedlich ausgebildete Mehrschichtkörper zu
erzeugen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann ohne Qualitätseinbuße weiter
fortgesetzt werden, um weitere Schichten registergenau zu strukturieren.
Dazu kann vorgesehen sein, weitere optische Effekte, wie Totalreflexion,
Polarisation und spektrale Durchlässigkeit der zuvor aufgebrachten
Schichten zur Ausbildung von Bereichen unterschiedlicher Transparenz
zu nutzen, um registergenaue Belichtungsmasken auszubilden.
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Es
kann auch vorgesehen sein, unterschiedliche lokale Absorptionsfähigkeit
durch übereinander
angeordneter Schichten auszubilden und durch lasergestützte thermische
Ablation Belichtungs- bzw. Ätzmasken auszubilden.
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Die 14a bis 14d zeigen
nun an einem Ausführungsbeispiel,
wie von dem in 12 dargestellten Mehrschichtkörper 100f''' die
in den Bereichen 11 angeordnete metallische Schicht 3m registergenau entfernt
werden kann und durch eine nichtmetallische Schicht 3p' registergenau
ersetzt werden kann. Bei der Schicht 3p' kann es sich um eine dielektrische
Schicht handeln, die sich in ihrer optischen Brechzahl von der Schicht 3p unterscheidet.
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14a zeigt einen Mehrschichtkörper 100g, bei dem
die metallische Schicht 3m galvanisch so verstärkt ist,
daß sie
opak ausgebildet ist. Bei der Schicht 3m handelt es sich
um eine metallische Schicht, die in einem Bereich der Replizierschicht 3 mit
hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis
angeordnet ist und die daher vor der galvanischen Verstärkung als
teiltransparente metallische Schicht ausgebildet war.
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Eine
photoempfindliche Schicht 8 überdeckt die auf der Replizierschicht 3 angeordneten
Bereiche 3p und 3m (s. auch 12).
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14b zeigt nun einen Mehrschichtkörper 100g', der durch
Belichtung und Entwicklung der photoempfindlichen Schicht 8,
wie weiter oben in 5 und 6 beschrieben,
erhalten ist. Die mit der entwickelten photoempfindlichen Schicht 8 bedeckten
Bereiche 11 bildet eine Ätzmaske, so daß in den
Bereichen 10e, in denen die photoempfindliche Schicht nach
dem Entwickeln entfernt ist, die Metallschicht durch Ätzen entfernt werden
kann.
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14c zeigt nach einem weiteren Verfahrensschritt
einen Mehrschichtkörper 100g'', auf dem nunmehr eine Schicht 3p' vollflächig aufgetragen
ist, die als Dielektrikum ausgebildet sein kann. Die Schicht 3p' kann auch als
Dünnschichtsystem
aus mehreren nacheinander aufgetragenen Schichten ausgebildet sein,
wodurch die Schicht 3p' in
bekannter Weise Farbwechseleffekte ausbilden kann. Allerdings ist
zu berücksichtigen,
daß in
Bereichen mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis die Schicht 3p' mehr oder weniger
transparent ausgebildet sein kann, so daß der Farbwechseleffekt wenig
oder nicht zu beobachten ist.
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14d zeigt nun nach dem Entfernen der Überreste
der photoempfindlichen Schicht 8 und der auf ihr angeordneten
Bereiche der Schicht 3p' einen
Mehrschichtkörper 100g''',
der beispielsweise durch Hinzufügen
einer Kleberschicht, wie weiter oben in 13 beschrieben,
zu einem kompletten Mehrschichtkörper ausgebildet
werden kann.
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Der
Mehrschichtkörper 100g''' weist
auf der Replizierschicht 3 Bereiche, die mit der Schicht 3p bedeckt
sind und Bereiche, die mit der Schicht 3p' bedeckt sind, auf.
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Da
es sich bei den Schichten 3p und/oder 3p' um Dünnschichtsysteme
handeln kann, können
diese, wie bereits weiter oben dargestellt, Farbwechseleffekte ausbilden.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, die Schicht 3p', welche in
dem Ausführungsbeispiel
in 14d die Bereiche der Replizierschicht 3 mit hohem
Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis überdeckt,
als Dünnschichtsystem
auszubilden. Auf diese Weise können filigrane
Muster, wie Guillochen, als Sicherheitsmerkmale ausgebildet werden,
die sich dezent von ihrer Umgebung abheben und darunter angeordnete
Darstellungen noch gut erkennen lassen.
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Das
anhand der 14a bis 14d beschriebene
Verfahren läßt sich
zum Aufbringen weiterer Schichten anwenden. Weil es sich bei den
Schichten 3p und 3p' um
dünne Schichten
in der Größenordnung einiger μm bzw. nm
handelt, sind die in die Replizierschicht 3 eingebrachten
Strukturen erhalten, so daß beispielsweise
eine weitere metallische Schicht aufgebracht werden kann, die in
den Bereichen der Replizierschicht 3 mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis transparent
ausgebildet ist. Damit kann die weitere metallische Schicht als
eine Maskenschicht verwendet werden, die mit den vorstehend beschriebenen
Verfahrensschritten partiell entfernt werden kann oder die als temporäre Zwischenschicht
vorgesehen sein, um eine oder mehrere nichtmetallische Schichten
registergenau aufzubringen.
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15 zeigt
nun in schematischer graphischer Darstellung zwei Ätzcharakteristiken
von Entwicklern, die für
die Ausbildung der Ätzmaske
aus der photoempfindlichen Schicht bestimmt sind. Die Ätzcharakteristiken
stellen die Ätzrate,
d.h. den Materialabtrag pro Zeiteinheit, in Abhängigkeit von der Energiedichte
dar, mit der die photoempfindliche Schicht belichtet wurde. Eine
erste Ätzcharakteristik 150l ist
linear ausgebildet. Eine solche Ätzcharakteristik
kann bevorzugt sein, wenn nach Zeit entwickelt werden soll.
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Im
allgemeinen kann jedoch eine binäre Ätzcharakteristik 150d bevorzugt
sein, weil nur geringe Unterschiede in der Energiedichte benötigt sind,
um eine deutlich unterschiedliche Ätzrate auszubilden und auf diese
Weise die vollständige
Entfernung der Maskenschicht in den Bereichen mit hohem Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis mit
hoher Sicherheit vorzunehmen.
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Eine
dritte Ätzcharakteristik 150g mit
glockenförmigem
Verlauf, die durch Wahl des Photoresists und der Prozeßführung einstellbar
ist, kann verwendet werden, um Strukturen selektiv in Abhängigkeit
vom Transmissionsvermögen
des Bereichs zu entfernen bzw. zu erhalten.
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16 zeigt
nun ein Anwendungsbeispiel mit einem erfindungsgemäßen Mehrschichtkörper 160.
Der Mehrschichtkörper 160 ist
als Sicherheitsmerkmal auf eine ID-Card 161 aufgebracht.
Es überdeckt
vollflächig die
Vorderseite der ID-Card 161, die in diesem Ausführungsbeispiel
als eine Plastik-Karte mit einer Grundschicht 162 ausgebildet
ist, die mit einem Photo 162p der Karteninhaberin, alphanumerischen
Zeichen 162a, die beispielsweise persönliche Angaben zur Karteninhaberin
und/oder eine ID-Nummer umfassen können sowie einer Kopie der
eigenhändigen
Unterschrift 162u der Karteninhaberin versehen ist. Dabei
kann auch vorgesehen sein, daß die
Grundschicht 162 als eine Schicht des Mehrschichtkörpers 160 ausgebildet
ist.
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Der
Mehrschichtkörper 160 ist
wie in 1 dargestellt, mit einer metallischen Schicht
ausgebildet, die eine diffraktive Struktur 164, spiegelnde
Strukturen 166g und 166s und transparente Bereiche,
in denen die metallische Schicht entfernt ist, umfaßt. Bei
der diffraktiven Struktur handelt es sich in dem in 16 dargestellten
Anwendungsbeispiel um ein Hologramm, beispielsweise ein Firmenlogo
darstellend. Die spiegelnden Strukturen 166g überdecken
Bereiche der Grundschicht 162, die vor Fälschung
bzw. Verfälschung
geschützt sein
sollen, in Form von Guillochen. Spiegelnde Strukturen können auch
als Schmuckelemente ausgebildet sein, wie in 16 als
sternförmiges
Element 166s dargestellt.
