DE102006037216A1

DE102006037216A1 - Verfahren zur Herstellung einer Punkteverteilung in einem Speichermedium sowie ein Speichermedium

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Publication number: DE102006037216A1
Application number: DE102006037216A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Thomann; Steffen Dr. Noethe; Georg Molnar
Original assignee: Tesa Scribos GmbH
Current assignee: Scribos GmbH
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: WO2007115718A2; DE102006037216B4; WO2007115718A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Punkte- oder Linienverteilung (Mikrostruktur) in einem Speichermedium sowie ein Speichermedium, wobei das Speichermedium mindestens eine durch elektromagnetische Strahlung veränderbare Materialschicht aufweist, bei dem die elektromagnetische Strahlung punkt- oder linienweise in das Speichermedium eingebracht wird, bei dem durch die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung das Material der mindestens einen Materialschicht punkt- oder linienweise verändert wird und bei dem eine optisch und elektrisch wirksame Struktur in der mindestens einen Materialschicht durch die punkt- oder linienweise Veränderung des Materials erzeugt wird. Die Erfindung löst das technische Problem, ein Speichermedium mit einer Mikrostrukturierung versehen zu können, die über bisher bekannte Funktionen und Kombinationen von Funktionen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Punkte- oder Linienverteilung (Mikrostruktur) in einem Speichermedium sowie ein Speichermedium.
Computergenerierte Hologramme zur Datenspeicherung und Authentifizierung von Produkten, die mit zusätzlichen Merkmalen wie Logos, Seriennummern, Farbeffekten versehen sind, werden Mikrostrukturen genannt. Das Auslesen der Daten und die Verifizierung der Authentizität geschieht dabei bisher ausschließlich auf dem optischen Weg. Mikrostrukturen können aber auch andere optische Informationen beinhalten, beispielsweise Mikroschriften oder Mikrobilder.
Für eine Vielzahl von Anwendung ist eine kostengünstige und permanente Speicherung von Daten in einem Speichermedium gefordert. Dies kann unter anderem auf elektrischen oder optischen Wege geschehen.
Es ist bekannt, das bestehende elektrische Leiterbahnen mittels Laser strukturiert werden können. Überdies ist bekannt, dass durch diverse laserunterstützte chemische Abscheidungsprozesse Leiterbahnen hergestellt werden können. Alle bekannten Methoden zur Erzeugung von elektrisch leitenden Strukturen mittels Laserdirektstrukturierung besitzen bei hoher Geschwindigkeit nur eine geringe örtliche Auflösung.
Mikrostrukturierungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt und bestehen aus einer Mehrzahl von Punkten und/oder Linien, mit denen eine Oberfläche oder eine oder mehrere Schichten eines Speichermediums in einer optischen Eigenschaft verändert wird. Dabei können eine Änderung der Reflektivität, eine Änderung der Phase des reflektierten Lichtes oder eine Kombination beider Effekte ausgenutzt werden. Die räumliche Auflösung kann dabei weniger als 10 μm bis hinunter zu Punkt- oder Linienabmessungen von weniger als 1 μm betragen. Derartige Mikrostrukturierungen werden zur Speicherung von Informationen verwendet, insbesondere können computergenerierte Hologramme, Mikrobilder oder Mikroschriften damit erzeugt werden.
Computergenerierte Hologramme bestehen aus einer oder mehreren Schichten von Punktematrizen bzw. Punkteverteilungen, die bei einer Beleuchtung mit einem vorzugsweise kohärenten Lichtstrahl zu einer Rekonstruktion der in dem Hologramm einkodierten Informationen führen. Die Punkteverteilung kann dabei als Amplitudenhologramm, Phasenhologramm oder als Kinoform berechnet sein. Zur Herstellung von computergenerierten Hologrammen werden diese zuerst berechnet und anschließend mit einer geeigneten Schreibvorrichtung durch punktweises oder linienweises Einbringen von Energie in ein Speichermedium eingeschrieben. Die Auflösung der dabei entstehenden Punktematrix oder Linienmatrix kann, wie bereits angesprochen, im Bereich bis unterhalb von 1 μm liegen. Somit können auf engem Raum Hologramme mit einer hohen Auflösung geschrieben werden, deren Information erst durch Beleuchten mit einem Lichtstrahl und Rekonstruieren des Beugungsbildes ausgelesen werden können. Die Größe der Hologramme kann dabei zwischen weniger 1 mm² und mehreren 1 cm² betragen.
Ein großer Vorteil der computergenerierten Hologramme liegt darin, dass jedes Holgramm individuell berechnet werden kann. Somit können in Serie Hologramme erzeugt werden, die beispielsweise fortlaufende Nummern oder Produktionsparameter beinhalten. Derartige Hologramme können daher insbesondere als Sicherheitsmerkmale auf Verpackungen, Kreditkarten, Eintrittskarten oder ähnlichem eingesetzt werden. Mit einer geeigneten Auslesevorrichtung können die Sicherheitsmerkmale des Hologramms ausgelesen und die Authentizität und Individualität des Sicherheitsmerkmals kann in einfacher Weise überprüft werden.
Die zuvor beschriebenen computergenerierten Hologramme können mit einer direkt sichtbaren Information kombiniert werden (Mikroschrift, Mikrobilder). Daneben können mit einer eingangs genannten Mikrostrukturierung auch die erwähnten Mikrobilder und Mikroschriften selber unabhängig von computergenerierten Hologrammen eingeschrieben werden. Die Punkteverteilungen können auch als Dotmatrixhologramme erzeugt werden, wobei jeweils einzelne kleine Flächenabschnitte als unterschiedliche Beugungsstrukturen des Dotmatrixhologramms erzeugt werden. Daneben ist es auch möglich, mit der Mikrostrukturierung ein diffraktives optisches Element (DOE) an sich zu erzeugen.
Wenn im Folgenden das Schreiben oder Auslesen mit einem Lichtstrahl beschrieben wird, ist in der Regel ein Laserstrahl im sichtbaren Wellenlängenbereich gemeint. Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung sichtbaren Lichtes beschränkt. Im Prinzip kann die Erfindung mit elektromagnetischer Strahlung in einem weiten Wellenlängenbereich angewendet werden.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren eine Mehrzahl von Schreibvorrichtungen zum Schreiben von computergenerierten Hologrammen bekannt, die in ebenen Speichermedien die optischen Strukturen der Holgramme einschreiben. Beispielhaft wird dazu auf die Druckschriften WO 02/079881, WO 02/079883, WO 02/084404, WO 02/084405 und WO 03/012549 hingewiesen. Diese Schreibvorrichtungen verwenden einen Laserstrahl, der nacheinander jeden einzelnen Punkt der Punktematrix abscannt und wahlweise Lichtenergie in das Speichermedium einbringt oder nicht.
Ebenso ist eine Mehrzahl von Lesevorrichtungen bekannt, die geeignet sind, durch Beleuchten der Hologrammfläche mittels eines Lichtstrahls und einer geeigneten Optik die Rekonstruktion sichtbar oder mittels Aufnahmemitteln elektronisch darstellbar und auswertbar zu machen. Beispielhaft wird dabei auf die Druckschriften DE 101 37 832 , WO 02/084588 und WO 2005/111913 verwiesen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Speichermedium mit einer Mikrostrukturierung versehen werden kann, die weitere Funktionen und Kombinationen von Funktionen aufweist. Ebenso liegt das technische Problem zugrunde, ein Speichermedium anzugeben, das eine Kombination verschiedener technischer Funktionen oder Kombinationen von Funktionen durch Einschreiben einer Mikrostrukturierung ermöglicht.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Punkteverteilung oder Linienverteilung in einem Speichermedium gelöst, wobei das Speichermedium mindestens eine durch elektromagnetische Strahlung veränderbare Materialschicht aufweist, bei dem die elektromagnetische Strahlung punkt- oder linienweise in das Speichermedium eingebracht wird, bei dem durch die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung das Material der mindestens einen Materialschicht punkt- oder linienweise verändert wird und bei dem eine optisch und elektrisch wirksame Struktur in der mindestens einen Materialschicht durch die punkt- oder linienweise Veränderung des Materials erzeugt wird.
Ebenso wird das aufgezeigte technische Problem durch ein Speichermedium mit einer der nachfolgend beschriebenen Strukturierungen gelöst.
Die Punkteverteilung oder Linienverteilung werden im Folgenden als Mikrostruktur bezeichnet.
Als optisch wirksame Struktur wird jede sichtbare oder durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung darstellbare oder auslesbare Struktur verstanden. Als elektrisch wirksame Struktur wird jede leitende und/oder nichtleitende Struktur verstanden, die eine über eine eigentliche Leitfähigkeit und/oder Nichtleitfähigkeit hinausgehende Eigenschaft oder Funktion aufweist. Insbesondere stellt jede Speicherung von Informationen in einer elektrischen Struktur eine elektrisch wirksame Struktur dar.
Erfindungsgemäß ist also erkannt worden, dass die beiden technischen Eigenschaften einer optischen wirksamen Struktur und einer elektrisch wirksamen Struktur miteinander verbunden werden können. Dadurch ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten von Mikrostrukturen, bei denen die optischen und/oder elektrischen Eigenschaften ausgenutzt werden können.
Dadurch wird es möglich Speichermedien zu erzeugen, die bisher nicht bekannte Kombinationen von optischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen und somit die Sicherheit von Sicherheitsmerkmalen weiter erhöhen. Zudem bieten sich neue Anwendungsmöglichkeiten insbesondere im Bereich der elektronischen Anwendungen an.
Darüber hinaus besteht ein Vorteil der beschriebenen Technologie, dass in einem Verfahrensschritt eine optisch und elektrisch wirksame Struktur hergestellt werden kann.
Die im erfindungsgemäße Lösung für die Datenspeicherung in einem Speichermedium macht sich sowohl die elektrischen Eigenschaften von individuell strukturierter elektrischer und magnetisch leitender Strukturen als auch von optischen Strukturen zu nutzen. Dies wird durch die Entwicklung geeigneter lithographischer Schreibvorrichtungen ermöglicht, die bereits oben zum Teil erläutert werden.
Das Einbringen von elektrisch aktiven Strukturen in eine Mikrostruktur, die bisher als optische Struktur, insbesondere als computergeneriertes Hologramm eingesetzt worden ist, erweitert das Auslesen von Daten und die Echtheitsverifikation auf den elektrischen Bereich. Überdies kann die elektrische Funktionalität einer mit elektrisch leitenden Strukturen versehenen Mikrostruktur noch angewendet werden, wenn bereits die optische Funktion der Mikrostruktur stark gestört ist.
Durch das zuvor erläuterte Verfahren können kostengünstig individuelle Informationen in elektrischer oder/und magnetischer Form gespeichert werden. Weiter kann die Informationsspeicherung mit einem optischen Element, vorzugsweise mit einem diffraktiven optischen Element, hergestellt beispielsweise durch einen Hochgeschwindigkeitslithographen, kombiniert werden.
Dadurch ist eine robuste bzw. ergänzende Datenspeicherung, Echtheitsverifikation und Diebstahlsschutz möglich. Die hergestellten Strukturen können überdies als Funktionsstrukturen in Kombination mit anderen elektrisch aktiven Elementen eingesetzt werden. Als weiteres Merkmal können die hier vorgeschlagenen Strukturen zur Orientierung in der Mikrostrukturierung und folglich zur Unterstützung des optischen Auslesevorgangs dienen.
Es ist bevorzugt, dass durch an benachbart angeordneten Punkten der Materialschicht eingebrachte elektromagnetische Strahlung eine optisch und elektrisch wirksame Struktur in Form einer Linie oder einer Fläche erzeugt wird. Somit kann zusätzlich zu einer Punktestruktur bzw. Punkteverteilung auch eine weitere Möglichkeit der Mikrostrukturierung ausgenutzt werden.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die optisch und elektronisch wirksame Struktur eine Unterstruktur in der Größenordnung von 0,1 bis 10 μm, insbesondere von 0,1 bis 4 μm aufweist. Damit werden insbesondere auch besonders kleine elektronische Strukturen auf einem Speichermedium erzeugbar, die in gleicher Weise und in Kombination mit einer optisch wirksamen Struktur überlagert werden können.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass als optisch wirksame Struktur eine diffraktive Struktur, vorzugsweise ein computergeneriertes Hologramm erzeugt wird. Somit lassen sich computergenerierte Hologramme mit elektrischen Strukturen kombinieren.
Insbesondere kann als optisch wirksame Struktur auch eine sichtbare Mikrostruktur erzeugt wird, wodurch ein direkt von einer Person erkennbares Bild und/oder Schrift mit einer elektrischen Struktur kombiniert werden kann.
Bevorzugt ist es weiterhin, wenn die elektrisch wirksame Struktur als eine Struktur unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit erzeugt wird. Damit können Leiterbahnen und sogar elektrische Schaltungen mit einer optischen Struktur, insbesondere mit einem computergenerierten Hologramm verbunden werden.
In weiter bevorzugter Weise kann die elektrisch wirksame Struktur als eine Struktur unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften erzeugt werden. Damit lassen sich dann magnetisch, elektrisch und optisch wirksame Strukturen erzeugen, wodurch beispielsweise ein optisch sichtbares Bild, ein computergeneriertes Hologramm und eine elektrisch und magnetisch wirksame Struktur, beispielsweise ein Schwingkreis, miteinander kombiniert werden können.
In besonders bevorzugter Weise werden die optisch wirksame Struktur und/oder die elektrisch wirksame Struktur individualisiert. Durch das individualisierte Schreiben der Strukturen können in einem Herstellungsprozess individualisierende Merkmale eines Gegenstandes erfasst und beim Schreiben der Mikrostrukturierung mit berücksichtigt werden. Das beschriebene Speichermedium kann dann als Sicherheitsmerkmal sowohl individualisierte optisch wirksame Strukturen als auch individualisierte elektrisch wirksame Strukturen aufweisen. Beispielsweise kann ein individualisierter Transponder mit einem individualisierten computergenerierten Hologramm in einer Mikrostruktur auf einem Speichermedium kombiniert werden.
Dabei kann die in der optisch wirksamen Struktur enthaltene Information und die in der elektrisch wirksamen Struktur enthaltene Information zumindest teilweise redundant gewählt werden. Beim optischen und elektrischen Auslesen der Mikrostruktur können dann die Informationen miteinander verglichen werden.
Ebenso ist es möglich, dass die in der optisch wirksamen Struktur enthaltene Information und die in der elektrisch wirksamen Struktur enthaltene Information zumindest teilweise miteinander gekoppelt werden. Dann müssen beide Informationen mit unterschiedlichen Verfahren ausgelesen werden, bevor diese miteinander kombiniert werden, um zur eigentlichen Information zu gelangen.
Es ist darüber hinaus möglich, dass in der mindestens einen Materialschicht mindestens zwei unterschiedliche optisch und elektrisch wirksam strukturierte Bereiche erzeugt werden. Dadurch können beispielsweise Justage- und Orientierungsmarken als elektrisch wirksame Strukturen zur besseren und genaueren Positionierung eines derart beschriebenen Speichermediums eingesetzt werden, um ein vorhandenes, möglicher Weise auf sehr kleinem Raum eingeschriebenes computergeneriertes Hologramm automatische auslesen zu können.
Des Weiteren ist ein Aufbau aus mindestens zwei Materialschichten möglich, die unabhängig voneinander strukturiert werden und die optisch und/oder elektrisch zusammenwirken. Dadurch können weitere Anwendungsmöglichkeiten erreicht werden, die bisher nicht, möglich waren.
Bisher wurde die Erfindung und deren Ausgestaltungen in Bezug auf die möglichen Kombinationen von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen erläutert. Nachfolgend wird auf die Art der Erzeugung der Mikrostrukturen eingegangen.
Zunächst ist es bevorzugt, dass das Material durch das Einbringen der elektromagnetischen Strahlung punkt- oder linienweise verdrängt wird. Dabei kommen verschiedene Prozesse in Betracht. So kann das Material durch Ablation, durch Materialverdrängung aufgrund einer thermischen Ausdehnung, durch die eine Schockwelle durch sprunghafte Erwärmung durch die Punktbelichtung des Laserstrahls erzeugt wird, oder durch Verklumpung, insbesondere Metall-Clusterung, verdrängt werden. Dadurch kann eine lokale Erhöhung des elektrischen Widerstandes auf sehr kleinem Raum bis hin zur Isolation erreicht werden.
Als Metalle kommen hier beispielsweise Aluminium, Kupfer, Gold oder Titan in Frage.
Auch Schichten aus Indium Tin Oxid (ITO) sind möglich, die dabei sowohl als leitende Schicht aufgedampft oder als Nichtleiter im Aufstreichverfahren oder ähnlichen Verfahren aufgebracht sein kann. Die ITO-Schicht kann zu einer nicht leitenden Schicht führen, in denen durch die elektromagnetische Strahlung eine teilweise oder vollständige Verschmelzung des ITO oder eine Ablation oder Materialverdrängung des ITO erreicht wird. Somit lassen sich sowohl Isolationen im Falle der Ablationen oder Materialverdrängung und im Falle der Verschmelzung eine erhöhte Leitfähigkeit erreichen. Auch dadurch lassen sich elektrisch und optisch wirksame Mikrostrukturen in einem Speichermedium erzeugen.
Durch Einbringen von elektromagnetischer Strahlung in entsprechende Materialien oder Materialkombinationen kann die elektrische Leitfähigkeit erhöht werden. Dazu wird beispielsweise in dünnen Schichten, sogenannten Mikroschichten durch eine Laserbelichtung Energie eingebracht, durch die die Materialschicht so verändert wird, dass eine zunächst elektrisch nichtleitende Struktur zumindest teilweise elektrisch leitend gemacht wird. Die zugrunde liegenden Prozesse können Sinterprozesse, Verschmelzung oder eine anderweitige Verbindung von separaten Strukturen, beispielsweise körnigen Strukturen sein. Im umgekehrten Fall werden, ebenfalls vorzugsweise in einer dünnen Schicht, elektrisch leitende Strukturen nichtleitend gemacht, wozu ein Ausbringen des Materials der Schicht oder eine Aktivierung von isolierendem Material angewendet werden können.
Bevorzugt ist dabei die Anwendung der zuvor beschriebenen Verfahren bei Schichten, die nicht an der Oberfläche angeordnet sind, sondern die innerhalb eines Schichtaufbaus angeordnet sind, sogenannter Bulk-Aufbau.
Ebenso ist es möglich, dass das Material durch das Einbringen der elektromagnetischen Strahlung das Metall punkt- oder linienweise chemisch oder physikalisch verändert wird. Als chemische Veränderung kann eine Oxidation oder Reduktion eines Stoffes angegeben werden. Als physikalisch Veränderung kommt beispielsweise eine Umwandlung eines Aggregatzustandes eines Stoffes, beispielsweise von kristallin in amorph und umgekehrt in Frage, als Beispiel sei hier Arsensulfid als ein Halbleiterglas genannt.
Darüber hinaus kann das Speichermedium ein Trägermaterial aus einem isolierenden Material, vorzugsweise bestehend aus einem Polymer, einer Polymerfolie, einem Glas, einer Keramik oder einem Kunststoff aufweisen, auf dem oder in dem die mindestens eine Materialschicht angeordnet ist.
Die zuvor genannten Beispiele und Eigenschaften des Verfahrens können auch wie folgt beschrieben werden. Durch einen direkt schreibenden Laserprozess, der mit den oben genannten Schreibvorrichtungen ausgeführt werden kann, werden elektrisch aktive Mikrostrukturen erzeugt. Im Besonderen werden metallisierte Trägermaterialien aus Kunststoff (Polymere), Glas usw. mit einem hochenergetischen elektromagnetischen Feld, insbesondere mit einem Laserstrahl, lokal strukturiert. Im Besonderen wird ein metallisiertes Substrat lokal demetallisiert. Durch die hohe Ortsauflösung des Laserstrukturprozesses von 0.1 μm bis 10 μm (auch größer) können kleine Datenspeicher und deren Antennen erzeugt werden (μRFID).
In eine Mikrostruktur werden elektrisch leitende Strukturen eingebracht. Dies geschieht während des Belichtungsprozesses mit einem Lithographen der oben genannten Art. Bei der Belichtung wird eine zusammenhängende leitende Schicht auf einem nicht leitenden Substrat (z. B. Aluminiumschicht auf Polymerfolie) mittels Laserpulse strukturiert. Durch die Strukturierung verändert sich lokal die Leitfähigkeit der Schicht. Üblicherweise geschieht dies durch Ablation oder Verklumpung der Metallschicht, was zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes, oder kompletter Isolation führt.
Als Trägermaterial kommen hier Glas, Keramik, Kunststoffe, Polymerfolien, oder andere Isolatoren in Frage. Als leitende Schichten können hier Aluminium, andere Metalle, ITO-Schichten (bedampft, gesputtert oder beschichtet), Nanomaterialien oder Halbleitermaterialien verwendet werden.
Die Strukturierung kann mittel folgender laserinduzierter Verfahren erfolgen: Ablation, Oxydation, chemische Prozesse, Änderung der Konformation (z. B. Gitterstruktur) oder (Metall-, Nanomer-) Clusterung. Der Prozess der Strukturierung verursacht eine Veränderung des elektrischen oder magnetischen Widerstandes oder eine Umsetzung eines Metalls aus dem kristallinen Zustand in den Glaszustand. Dadurch erfolgt eine Beeinflussung der elektrischen und ferromagnetischen Eigenschaften.
Durch einen Mehrschichtaufbau können Elemente wie Kondensatoren, Überträger oder auch Elemente, die Durchkontaktierungen zwischen den einzelnen Layern benötigen, aufgebaut werden. Die Durchkontaktierung zwischen verschiedenen Schichten kann durch Laserlötung oder durch Laserabrasion realisiert werden.
Da die Herstellung von diffraktiven Strukturen auf ähnliche Weise geschieht, können mit einem Schreib- bzw. Belichtungsprozess gleichzeitig visuelle Effekte, datentragende computergenerierte Hologramme, Beschriftungen und elektrische aktive Strukturen hergestellt werden. Durch die Verwendung eines Hochgeschwindigkeitslithographen kann jedes Merkmal mit individuellen Informationen versehen werden. Dadurch können Lithogramme in μRFID- und μEMV-Elementen integriert werden.
Das oben aufgezeigte technische Problem wird auch durch ein Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruches 17 gelöst. Die Vorteile dieses Speichermediums sowie weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus der vorangegangenen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und werden zusätzlich in der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei mögliche Positionen von elektrisch leitenden Strukturen in einem computergenerierten Hologramm dargestellt werden,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei eine Datenkombination aufgebaut aus Wirbelstrombits in das Speichermedium eingeschrieben ist,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei Leiterstrukturen zur Erzeugung von charakteristischen Spektren zusammen mit einem computergenerierten Hologramm eingeschrieben ist,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei ein computergeneriertes Hologramm mit einer Antenne für einen RF-Chip kombiniert ist,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei eine Anordnung von μRF-IDs zu einer Bitstruktur vorgesehen ist,
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei ein Ausführungsbeispiel für einen HF-Schwingkreis innerhalb der Mikrostruktur eines computergenerierten Hologramms ausgebildet ist,
7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei eine Kodierung mittels elektrischer Verbindungen mit einem computergenerierten Hologramm verbunden ist und
8 ein achtes Ausführungsbeispiel einer Kombination von optisch und elektrisch wirksamen Strukturen, wobei ein computergeneriertes Hologramm von Justage- und Orientierungsmarken umgeben ist.
In einer ersten in 1 dargestellten Ausführungsform können die elektrisch oder magnetisch leitenden Strukturen mit einem computergenerierten Hologramm kombiniert werden.
Die elektrisch aktiven Strukturen können verschiedene Positionen im Hologramm einnehmen, siehe 1 und die dort eingezeichneten beispielhaften Positionen. Dabei können die Strukturen entweder offensichtlich oder auch versteckt innerhalb eines Hologramms platziert werden.
Unter Umständen ist auch eine Reihe von elektrisch aktiven Strukturen möglich, die ähnlich wie ein Barcode ausgelesen werden kann. Alternativ kann das Hologramm von einer elektrisch aktiven Struktur in Form einer Spule umgeben sein.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der elektrisch aktiven Struktur und deren Wirkungsweise bzw. Funktion beschrieben. Diese Ausführungsformen sind jeweils mit mindestens einer optisch wirksamen Struktur verbunden, und sei es nur, dass die elektrisch leitende Struktur an sich zu erkennen ist.
In 2 ist ein Beispiel mit einer Mehrzahl von Wirbelstrombits dargestellt. Einzelne Bereiche des computergenerierten Hologramms können dabei aus Strukturen bestehen, die mit einem Wirbelstromsensor auszulesen sind.
Ein solcher Sensor besteht im Allgemeinen aus zwei über einen offenen Kern gekoppelte Spulen. Wird in einer 1-er Struktur ein elektromagnetisches Feld angelegt, so kann sich bei entsprechender Orientierung des magnetischen Feldes ein Wirbelstrom bilden. Der Verlust und/oder Phasenverschiebung durch den Wirbelstrom kann detektiert werden. Befindet sich der Wirbelstromsensor über einen bereich wie er mit "0" bezeichnet wird, kann sich kein Wirbelstrom ausbilden. Über die örtliche und bei bewegtem Scanner zeitliche Entstehung von Wirbelströmen können ähnlich wie bei einem Barcodelesegerät Informationen ausgelesen werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 3 dargestellt ist, werden zum Echtheitsnachweis und zur Datenspeicherung charakteristische HF-Frequenzspektren von Leiterstrukturen herangezogen. Im vorliegenden Beispiel sind dieses Flächenresonatoren, die in der absoluten Frequenz nicht besonders stabil sind, aber in den Abstimmungsverhältnis untereinander durchaus Charakteristische HF Fingerprints aufzeigen.
In 3 sind links zwei Ausführungsformen von Leiterstrukturen zu sehen. Durch Querverbindungen auf eine umgebendes Potential (a) oder Dickenvariationen (b) können im HF-Bereich Filterstrukturen mit charakteristischen Spektren aufgebaut werden. Durch Veränderung der Lage von Dickenänderungen und Lage von Stegen können unterschiedliche Muster erzeugt werden, die mit einer entsprechenden Vorrichtung ausgewertet werden könnten.
Das Auslesen geschieht berührungslos über eine kapazitive Kopplung über eine Fläche in der Struktur, die jeweils unten dargestellt ist. Durch eine geeignete Vorrichtung kann die Lage von Resonanzstellen (ω) ermittelt werden. Diese dienen als Informationsspeicher und zur Überprüfung der Echtheit des computergenerierten Hologramms, das beispielsweise in den grauen Flächen der dargestellten Leiterstrukturen eingeschrieben ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 4 dargestellt ist, wird Antenne für RF-IDs realisiert. Damit wird eine weitere Anwendung für feinstrukturierte Leiterbahnen auf einem Speichermedium angegeben, bei der die elektrisch leitende Struktur mit einem Mikrochip kombiniert wird, wie sie für RF-IDs verwendet werden. Dabei kann die Mikrostrukturierung sowohl als optischer Datenspeicher mit Fälschungsschutz dienen als auch die Antenne für den Sendechip bereitstellen.
Eine mögliche Applikationsform sieht das Aufkleben der Speichermediumfolie auf den Mikrochip vor. Die Verwendung von Leiterbahnen in Kombination mit anderen elektrisch aktiven Elementen ist dabei nicht auf Mikrochips beschränkt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt und zeigt die Anwendung von LC-Schwingkreis- Bits mit einem computergenerierten Hologramm. Jedes der dargestellten Kästchen kann dabei einem LC-Schwingkreis-Bit, wie sie beispielsweise in 2 dargestellt sind, entsprechen.
Ausgehend von einer kleinen Reichweite von μRF-ID, bzw. LC- oder LCR-Schwingkreisen in der Größe von etwa 1 mm² können ortsaufgelöst Informationen gespeichert werden. Jeder μRF-ID besitzt eine charakteristische Eingangsimpedanz, die bei bestimmten Frequenzen Spitzen im Spektrum ausbilden. Werden die einzelnen μRF-ID sequenziell angeordnet, so kann durch ein räumliches Multiplexen jedem μRF-ID ein oder mehrere Bits (Frequenzen der Spitzen im Spektrum) zugeordnet werden, siehe 5. Dies ist nur durch die kurze Reichweite der μRF-ID möglich.
Überdies können diese Elemente gleichzeitig als Sensoren verwendet werden, da sie auf die Veränderung des Dielektrikums bzw. der Umgebung reagieren. Dies kann zum Beispiel als Füllstandsanzeige in einem Produkt verwendet werden.
Ebenso ist es bei der in 5 dargestellten Ausfürhgungsform möglich, dass die einzelnen Kästchen eine der in den anderen Figuren dargestellten Strukturen aufweisen. Die Anordnung der Strukturen kann somit in sequentieller Weise erfolgen und somit die Informationsdichte nochmals erhöhen. Dass jedes der Kästchen auch mit einer computergenerierten Hologrammstruktur verbunden sein kann, ergibt sich aus den Erläuterungen zu den anderen Beispielen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt 6 in Form eines LC-Schwingkreises mit hoher Reichweite. Ähnlich der vorangegangenen Ausführungsform beruht die hier dargestellte Struktur auf das Entdecken von elektrischen Resonanzen. Jedoch werden hier durch entsprechende Strukturen höhere Induktivitäten und Kapazitäten erreicht, was zu niedrigeren Resonanzfrequenzen mit höheren Amplituden führt.
Durch einen lang gezogenen Leiter bildet sich eine Antenne aus. Dadurch ist die Detektion über eine größere Distanz möglich. Ein möglicher Einsatz des Systems ist zur Diebstahlkontrolle, wie sie an den Eingängen von Wahrenhäusern üblich ist. Werden mehrere solche Schwingkreise eingebracht, wird eine gezielte Zerstörung des Diebstahlschutzes erschwert.
Die Entwertung des Diebstahlschutzes kann durch das Einbringen von "durchbrennbaren" Leiterbahnen über die Induktion von Wirbelströmen erreicht werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht eine zweite elektrisch leitende Schicht unterhalb parallel zur strukturierenden Schicht vor. Durch diese nicht unbedingt zu strukturierende Schicht kann die Eigenschaften des Schwingkreises weiter verändert werden.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß hergestellten Mikrostruktur in Form von kodierten Verbindungen einer Leiterbahnstruktur. Mittels der kontrollierten bzw. individualisierten Verbindung von Kontaktpads ist eine Datenspeicherung möglich.
Das Ausführungsbeispiel, das in 8 dargestellt ist, zeigt die Ausbildung von Justagemarken in Verbindung mit einem computergenerierten Hologramm.
Solche elektrischen Justiermarken können beispielsweise zur Orientierung innerhalb eines Hologramms dienen. Durch das fehlerrobuste elektrische Auslesen von Induktionsmarken oder Kontaktstreifen ist das Auffinden von Hologrammen, die zur Datenspeicherung dienen, möglich. Durch Orientierungsstreifen können überdies Informationen über die Lage des Hologramms bzw. der Rekonstruktion ausgelesen werden und diese in der Bildverarbeitung zur Rekonstruktion der gespeicherten Daten genutzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Punkteverteilung in einem Speichermedium, – wobei das Speichermedium mindestens eine durch elektromagnetische Strahlung veränderbare Materialschicht aufweist, – bei dem die elektromagnetische Strahlung punkt- oder linienweise in das Speichermedium eingebracht wird, – bei dem durch die Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung das Material der mindestens einen Materialschicht punkt- oder linienweise verändert wird und – bei dem eine optisch und elektrisch wirksame Struktur in der mindestens einen Materialschicht durch die punkt- oder linienweise Veränderung des Materials erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem durch an benachbart angeordneten Punkten der Materialschicht eingebrachte elektromagnetische Strahlung eine optisch und elektrisch wirksame Struktur in Form einer Linie oder einer Fläche erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optisch und elektrisch wirksame Struktur eine Unterstruktur in der Größenordnung von 0,1 bis 10 μm, insbesondere von 0,1 bis 4 μm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als optisch wirksame Struktur eine diffraktive Struktur, vorzugsweise ein computergeneriertes Hologramm erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem als optisch wirksame Struktur eine sichtbare Mikrostruktur erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die elektrisch wirksame Struktur als eine Struktur unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die elektrisch wirksame Struktur als eine Struktur unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die optisch wirksame Struktur und/oder die elektrisch wirksame Struktur individualisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die in der optisch wirksamen Struktur enthaltene Information und die in der elektrisch wirksamen Struktur enthaltene Information zumindest teilweise redundant gewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die in der optisch wirksamen Struktur enthaltene Information und die in der elektrisch wirksamen Struktur enthaltene Information zumindest teilweise miteinander gekoppelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem in der mindestens einen Materialschicht mindestens zwei unterschiedliche optisch und elektrisch wirksam strukturierte Bereiche erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem mindestens zwei Materialschichten vorgesehen sind, die unabhängig voneinander strukturiert werden und die optisch und/oder elektrisch zusammenwirken.
verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Materialschicht durch das Einbringen der elektromagnetischen Strahlung punkt- oder linienweise verdrängt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Materialschicht durch das Einbringen der elektromagnetischen Strahlung das Metall punkt- oder linienweise chemisch oder physikalisch verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die zunächst nicht leitende oder schlecht leitende Materialschicht durch das Einbringen der elektromagnetischen Strahlung zu einem elektrisch leitenden Material verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das Speichermedium ein Trägermaterial aus einem isolierenden Material aufweist, auf dem oder in dem die mindestens eine Materialschicht angeordnet ist.
Speichermedium – mit mindestens eine durch elektromagnetische Strahlung veränderbare Materialschicht, dadurch gekennzeichnet, – dass die Materialschicht eine optisch und elektrisch wirksame Struktur in der mindestens einen Materialschicht durch die punkt- oder linienweise Veränderung des Materials vorgesehen ist.
Speichermedium nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch und elektrisch wirksame Struktur eine Unterstruktur in der Größenordnung von 0,1 bis 10 μm, insbesondere von 0,1 bis 4 μm aufweist.
Speichermedium nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Struktur eine diffraktive Struktur, vorzugsweise ein computergeneriertes Hologramm aufweist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass optisch wirksame Struktur eine sichtbare Mikrostruktur aufweist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als eine Struktur unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als eine Struktur unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften ausgebildet ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Struktur und/oder die elektrisch wirksame Struktur individualisiert sind.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die in der optisch wirksamen Struktur enthaltene Information und die in der elektrisch wirksamen Struktur enthaltene Information zumindest teilweise redundant sind.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die in der optisch wirksamen Struktur enthaltene Information und die in der elektrisch wirksamen Struktur enthaltene Information zumindest teilweise miteinander gekoppelt sind.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Materialschicht mindestens zwei unterschiedliche optisch und elektrisch wirksam strukturierte Bereiche vorgesehen sind.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Materialschichten vorgesehen sind, die unabhängig voneinander strukturiert werden und die optisch und/oder elektrisch zusammenwirken.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht punkt- oder linienweise verdrängt worden ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht punkt- oder linienweise chemisch oder physikalisch verändert worden ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zunächst nicht leitende oder schlecht leitende Materialschicht zu einem elektrisch leitenden Material verändert worden ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermaterial aus einem isolierenden Material vorgesehen ist, auf dem oder in dem die mindestens eine Materialschicht angeordnet ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenkombination aufgebaut aus Wirbelstrombits in die Materialschicht eingeschrieben ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als Leiterstruktur, insbesondere als Flächenresonator, zur Erzeugung eines charakteristischen Spektrums in das Material eingeschrieben ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als Antenne für einen RF-Chip ausgebildet ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als eine Anordnung von μRF-IDs zu einer Bitstruktur ausgebildet ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als ein HF-Schwingkreis ausgebildet ist.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als eine Kodierung ausgebildet ist, die mittels elektrischer Verbindungen ausgelesen werden kann.
Speichermedium nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch wirksame Struktur als Justage- und Orientierungsmarken ausgebildet ist, die eine optisch wirksame Struktur, insbesondere ein computergeneriertes Hologramm umgeben.