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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur auf
einem Träger, eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, eine solchermaßen herstellbare Mikrostruktur
und einen Gegenstand mit einer solchen Mikrostruktur.
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Datenträger,
wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände,
wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Sicherheitselementen
versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des
Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor
unerlaubter Reproduktion dienen. Die Sicherheitselemente können
beispielsweise in Form eines in eine Banknote eingebetteten Sicherheitsfadens,
einer Abdeckfolie für eine Banknote mit Loch, eines aufgebrachten
Sicherheitsstreifens oder eines selbsttragenden Transferelements ausgebildet
sein, das nach seiner Herstellung auf ein Wertdokument aufgebracht
wird.
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Eine
besondere Rolle spielen dabei Sicherheitselemente mit optisch variablen
Elementen, die dem Betrachter unter unterschiedlichen Betrachtungswinkeln
einen unterschiedlichen Bildeindruck vermitteln, da diese selbst
mit hochwertigen Farbkopiergeräten nicht reproduziert werden
können. Die Sicherheitselemente können dazu mit
Sicherheitsmerkmalen in Form beugungsoptisch wirksamer Mikro- oder
Nanostrukturen ausgestattet werden, wie etwa mit konventionellen
Prägehologrammen oder anderen hologrammähnlichen
Beugungsstrukturen, wie sie beispielsweise in den Druckschriften
EP 0 330 733 A1 oder
EP 0 064 067 A1 beschrieben
sind.
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Seit
einiger Zeit werden auch sogenannte Moiré-Vergrößerungsanordnungen
als Sicherheitsmerkmale eingesetzt. Die prinzipielle Funktionsweise derartiger
Moiré-Vergrößerungsanordnungen ist in dem Artikel „The
moiré magnifier", M.C. Hutley, R. Hunt, R.F. Stevens and
P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133–142,
beschrieben. Kurz gesagt bezeichnet Moiré-Vergrößerung
danach ein Phänomen, das bei der Betrachtung eines Rasters
aus identischen Bildobjekten durch ein Linsenraster mit annähernd
demselben Rastermaß auftritt. Wie bei jedem Paar ähnlicher
Raster ergibt sich dabei ein Moiré-Muster, wobei in diesem
Fall jeder der Moiréstreifen in Gestalt eines vergrößerten
und gedrehten Bildes der wiederholten Elemente des Bildrasters erscheint.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile
des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere ein verbessertes,
bei der Herstellung mikrooptischer Moiré-Vergrößerungsanordnungen
einsetzbares Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur auf einem
Träger anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, ein Gegenstand mit einer solchen Mikrostruktur und
eine solchermaßen herstellbare Mikrostruktur sind in den
nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der
Erfindung wird bei einem Verfahren zum Erzeugen einer Mikrostruktur
auf einem Träger
- – ein Träger
mit einer Prägestruktur versehen, die Erhebungen und Vertiefungen
aufweist und bei der die Erhebungen und/oder Vertiefungen in Form
der gewünschten Mikrostruktur angeordnet sind, und
- – wird mit einem Druckwerkzeug ein Aufdruckstoff auf
die Prägestruktur übertragen, wobei die Viskosität
des Aufdruckstoffs so gewählt wird, dass der Aufdruckstoff
selektiv entweder im Wesentlichen nur auf die Erhebungen oder im
Wesentlichen nur in die Vertiefungen der Prägestruktur übertragen wird.
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Die
gewählte Formulierung, nach der der Aufdruckstoff selektiv
entweder im Wesentlichen nur auf die Erhebungen oder im Wesentlichen
nur in die Vertiefungen der Prägestruktur übertragen
wird, trägt dabei der Tatsache Rechnung, dass beispielsweise bei
der Übertragung des Aufdruckstoffs in die Vertiefungen
in der Praxis ein leichter Tonungsfilm auf den Erhebungen der Prägestruktur
verbleiben kann, der den visuellen Eindruck der Mikrostruktur nicht
beeinträchtigt.
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Nach
einem bevorzugten ersten Erfindungsaspekt wird mit dem Druckwerkzeug
ein hochviskoser Aufdruckstoff selektiv im Wesentlichen nur auf
die Erhebungen der Prägestruktur übertragen. Der
hochviskose Aufdruckstoff wird dabei vorteilhaft in einer Schichtdicke übertragen,
die kleiner als die Strukturtiefe der Prägestrukturen ist.
Die Strukturtiefe gibt dabei den Höhenunterschied zwischen
Erhebungen und Vertiefungen in der Prägestruktur an. Vorzugsweise
beträgt die übertragene Schichtdicke des Aufdruckstoffs
weniger als 50%, besonders bevorzugt weniger als 30%, und ganz besonders
bevorzugt sogar weniger als 15% der Strukturtiefe der Prägestrukturen.
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Vorteilhaft
wird die gewünschte Größe und/oder Tiefe
der Übertragungsbereiche, in denen der Aufdruckstoff auf
die Erhebungen der Prägestruktur zu übertragen
ist, vorgegeben. Die Harte des Druckwerkzeugs und der Druck beim Übertragen
des Aufdruckstoffs werden dann entsprechend der ge wünschten
Größe und/oder Tiefe der Übertragungsbereiche
gewählt. Der Druck beim Übertragen des Aufdruckstoffs
wird zweckmäßig so gering gewählt, dass
der Aufdruckstoff nicht verquetscht wird. Der Aufdruckstoff kann
auch im Wesentlichen ohne Druck auf die Prägestruktur übertragen
werden, wobei ein vorbestimmter Abstand zwischen Druckeinheit und
Prägestruktur durch den Aufdruckstoff gefüllt wird.
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Mit
besonderem Vorteil wird der Aufdruckstoff im Offsetdruckverfahren übertragen.
Um möglichst gute Ergebnisse zu erzielen, kann es dabei
notwendig sein, das Standard-Offsetdruckverfahren zu modifizieren.
Beispielsweise kann statt eines (Gummi-)Drucktuches eine Gummiwalze
verwendet werden, um insbesondere ein stoß- und nahtfreies
sowie homogeneres und präziseres Bedrucken der erhabenen
Strukturen zu ermöglichen. Statt eines (Gummi-)Drucktuches
kann grundsätzlich auch eine Metallwalze vorgesehen sein,
wobei sich dann als Gegendruckzylinder eine Gummiwalze anbietet.
Anstelle einer Druckplatte kommt auch der Einsatz eines direkt mit
einem Polymer beschichteten Metallzylinders in Frage, um stoß-
und nahtfrei zu drucken. In weiteren Abwandlungen kann auf den Druckzylinder
verzichtet werden. Statt dessen erfolgt ein direktes Einfärben
des Gummituches bzw. der Gummiwalze bzw. allgemein des Farbübertragszylinders
vollflächig oder mit Motiv analog einem Hochdruckverfahren. Die
Aushärtung kann unter Inertgas erfolgen, um auch extrem
dünne Filme gut aushärten zu können.
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Die
bedruckten, erhabenen Stellen können mit Schutzlack versehen
werden, um ein Wiederanlösen im folgenden Prozess zu verhindern.
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Als
Aufdruckstoff wird insbesondere ein Stoff mit einer Viskosität
zwischen etwa 10 mPa·s und etwa 200 Pa·s, vorzugsweise
zwischen etwa 800 mPa·s und etwa 150 Pa·s bei
Zimmertemperatur gewählt. Dabei kann auch eine gegebenenfalls
vorhandene Strukturviskosität des Aufdruckstoffs zu berücksichtigen
sein. Als Aufdruckstoffe kommen insbesondere eine Druckfarbe, vorzugsweise
eine Offset-Druckfarbe, eine strahlungshärtbare, wärmehärtbare
oder oxidativ trocknende Druckfarbe, ein Klebstoff, wie etwa ein
hochviskoser Heißsiegellack, und/oder ein wasseraktivierbares
Klebstoffsystem in Betracht. Alle Aufdruckstoffe können
effektpigmentiert sein und insbesondere lumineszierende Pigmente,
thermochrome Pigmente, Metallpigmente und/oder Perlglanz-Pigmente
enthalten.
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Wird
als Aufdruckstoff ein Klebstoff übertragen, so kann die
Prägestruktur nach dem Übertragen des Klebstoffs
mit einem Übertragungsmedium in Kontakt gebracht werden,
und ein Übertragungsstoff von dem Übertragungsmedium
auf die mit Klebstoff versehenen Erhebungen der Prägestruktur übertragen
werden. Bei dem Übertragungsmedium kann es sich beispielsweise
um eine beschichtete Folie, eine Heißprägefolie
oder um eine Übertragungswalze handeln. Als Übertragungsstoffe
kommen insbesondere Farben, farbige Folien, Effektlacke, Effektpigmente,
Bunt-, Schwarz-, oder Weißpigmente, Farbstoffe, Effektschichten
oder Metallisierungen in Betracht. Auch Teilbereiche eines releasefähigen
Hologramms oder einer anderen hologrammähnlichen Beugungsstruktur
können als Übertragungsstoff gewählt
und auf die klebstoffbeschichteten Erhebungen übertragen
werden, wie weiter unten genauer beschrieben. Die eventuell noch
klebrige Klebstoffschicht mit dem Übertragungsstoff kann
in einem weiteren Schritt ausgehärtet werden.
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Die
Prägestruktur kann nach dem Übertragen des Klebstoffs
auch direkt mit einem Übertragungsstoff bestäubt
werden, wobei ein eventueller Überschuss des Übertragungsstoffs
nach dem Bestäuben entfernt werden kann, vor zugsweise durch ein
berührungsloses Verfahren. Insbesondere kommt dazu Abblasen,
Abkehren, Abbürsten, Entfernen mithilfe eines elektrostatischen
Verfahrens oder eine Kombination zweier oder mehrerer dieser Verfahren in
Betracht. Der Übertragungsstoff kann dabei auch auf die
Entfernung mit einem elektrostatischen Verfahren optimiert sein.
Die Einheit, die den Überschuss berührungslos
aufnimmt, kann selbst mechanisch gereinigt werden. Der Überschuss
kann zumindest teilweise dem Prozess wieder zugeführt werden. Das
Entfernen des Überschusses kann auch erst nach dem Aushärten
der hochviskosen Klebstoffschicht erfolgen. Das direkte Bestäuben
bietet sich insbesondere für Metallpigmente, beispielsweise zum
Bronzieren der Prägelackschicht an.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung können unterschiedliche
hochviskose Aufdruckstoffe, insbesondere verschiedenfarbige oder
mit verschiedenen Effektpigmenten versehene Aufdruckstoffe übertragen
werden.
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Teilweise
weisen die Erhebungen geprägter Reliefstrukturen zu den
Rändern hin einen sanften Abfall in der Höhe auf.
Um mögliche Ungleichmäßigkeiten beim
Druck zu vermeiden, kann vor dem Übertragen des gewünschten
Aufdruckstoffs eine hochviskose Lackschicht übertragen
werden, die die abfallenden Ränder der Erhebungen ausgleicht.
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Die
Erhebungen und/oder Vertiefungen der Prägestruktur können
zur Unterstützung des Verfahrens auch gerundet, mit kontinuierlichen Übergängen und/oder
mit zusätzlichen Strukturen versehen sein. Beispielsweise
können die Erhebungen mit einem scharf begrenzten, hochstehenden
Randbereich ausgebildet werden, um den übertragenen Aufdruckstoff
noch stärker auf den Bereich der Erhebungen zu begrenzen.
Derartige Randerhöhungen liegen typischerweise in der Größenordnung
von 1 μm. Gegebenenfalls können durch diese Maßnahme
die Anforderungen an die Viskosität des Aufdruckstoffs
verringert werden.
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Die
Erhebungen der Prägestruktur können auch mit einer
Mikroreliefstruktur versehen werden, insbesondere mit einer diffraktiven
Mikroreliefstruktur zur Erzeugung eines Hologramms oder einer hologrammähnlichen
Beugungsstruktur. Alternativ können die Erhebungen auch
mit einer achromatischen, also nicht-farbig erscheinenden Mikroreliefstruktur versehen
werden. Die Erhebungen der Prägestruktur können
auch eine weitere Überstruktur aufweisen, wie etwa Stacheln,
die den Aufdruckstoff besser auf den Erhebungen halten. Eine solche
Maßnahme bietet sich insbesondere bei schmalen Linien an,
um ein Abquetschen des Aufdruckstoffs zu verhindern
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Als
Aufdruckstoff kann auch ein hochviskoser Resistlack, insbesondere
ein farbiger hochviskoser Resistlack gewählt werden. Der
Einsatz eines solchen Resistlacks bietet sich insbesondere im Zusammenspiel
mit Metallisierungen der Prägestruktur an, da dann gezielt
die nicht-erhabenen Bereiche demetallisiert werden können.
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Zur
vorteilhaften Erzeugung einer Mikrostruktur mit zwei, von gegenüberliegenden
Seiten her sichtbaren Mikroreliefstrukturen mit einem gemeinsamen,
perfekt gepasserten Negativmuster wird die in den Erhebungen mit
einer Mikroreliefstruktur versehende Reliefstruktur vollflächig
metallisiert und auf die Erhebungen der metallisierten Prägestruktur
wird selektiv ein hochviskoser Resistlack übertragen. Nach
dem Übertragen wird die Prägestruktur in nicht von
Resistlack geschützten Bereichen demetallisiert, die Prägestruktur
nach dem Demetallisierungsschritt mit einer Prägelackschicht
versehen und es wird in die Prägelackschicht eine weitere
Mikroreliefstruktur, insbesondere eine diffraktive Mikroreliefstruktur,
eingeprägt.
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Danach
wird die Prägestruktur erneut metallisiert, es wird erneut
ein hochviskoser Resistlack selektiv auf die Erhebungen der Prägestruktur übertragen,
die erneut metallisierte Prägestruktur wird in nicht von
Resistlack geschützten Bereichen erneut demetallisiert
und der Resistlack gegebenenfalls entfernt. Falls gewünscht,
kann anschließend eine weitere hochviskose Druckfarbe auf
die Erhebungen übertragen werden, so dass die Mikroreliefstrukturen von
der Oberseite her farbig erscheinen.
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Ein
Demetallisierungsschritt kann eingespart werden, indem auf die Erhebungen
der vollflächig metallisierten Prägestruktur selektiv
ein hochviskoser Resistlack übertragen wird und dieser
Resistlack mit der weiteren Mikroreliefstruktur-Prägung
versehen wird. Für diesen Zweck kann beispielsweise ein
thermoplastischer Resistlack eingesetzt werden. Dann wird die Prägestruktur
nochmals metallisiert, es wird nochmals ein hochviskoser Resistlack
selektiv auf die Erhebungen der Prägestruktur übertragen.
Die nochmals metallisierte Prägestruktur wird dann in nicht
von Resistlack geschützten Bereichen demetallisiert, wodurch
sowohl die erste als auch die zweite Metallisierung entfernt werden.
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Sind
größere zusammenhängende Demetallisierungsflächen
vorgesehen, wird vorzugsweise vor der Metallisierung eine lösliche
Waschfarbe in Form des gewünschten Demetallisierungsbereichs
auf die Prägestruktur aufgedruckt, und die Waschfarbe nach der
Metallisierung zusammen mit dieser durch ein Lösungsmittel
abgewaschen. Weitere Einzelheiten zu einem derartigen Waschverfahren
können der Druckschrift
WO
99/13157 entnommen werden, deren Offenbarung insoweit in
die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
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Zusätzlich
können sowohl während als auch nach der Prägung
Abstandsspuren zur Einstellung eines definierten Abstands und/oder
Drucks beim Übertragen des Aufdruckstoffs aufgebracht werden. Die
Dicke zusätzlicher Abstandsspuren aus Klarlack, die nicht
im Endprodukt auftreten müssen, kann in weiten Grenzen
beliebig gewählt werden. Je nach zur Verfügung
stehender Druckmaschine können Streifen definierter Dicke
die Einstellung eines definierten Abstands und/oder Drucks, der
zwischen Drucktuch und Folie herrscht, erleichtern. Derartige Abstandsspuren
können bei zumindest teilweiser Berücksichtigung
bei der Prägung nebeneinanderliegende einheitlich tief
liegende und einheitlich hoch liegende Bereiche bilden.
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Derartige
Bereiche ohne weitere Strukturierung können auch vorteilhaft
als Indikatorspuren eingesetzt und messtechnisch erfasst werden.
Dadurch kann beispielsweise der Farbauftrag und/oder der Druck nach
einem vorgegebenen, maximal zulässigen Tonungsfilm in den
tief liegenden Bereichen bzw. der Farbsättigung in den
hoch liegenden Bereichen der Indikatorspuren gesteuert werden.
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Der
Aufdruckstoff kann auch mit Partikeln definierter Größe
versehen werden, die ein Verquetschen des Aufdruckstoffs beim Übertragen
verhindern und so ebenfalls als eine Art Abstandhalter fungieren.
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Allgemein
ist der Einsatz relativ harter Drucktücher bei dem Verfahren
des ersten Erfindungsaspekts von Vorteil, da ein hartes Drucktuch
tiefer liegende Stellen der Prägestruktur schwerer erreichen kann.
Weichere Drucktücher ermöglichen dagegen einen
gleichmäßigeren, geringeren Druck und sie können
helfen, Unvollkommenheiten des Gesamtsystems auszugleichen. Je nach
zur Verfügung stehender Anlage und der gewünschten
Ergebnisse muss daher ein geeigneter Kompromiss für die
Härte des Drucktuchs gefunden werden.
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Allgemein
kann der Auftrag des hochviskosen Aufdruckstoffs auch in mehreren
Schichten und/oder in Form eines Motivs erfolgen. Als oberste Schicht
kann auch ein hochviskoser Klarlack übertragen werden.
Ist bei einem Motiv eine Tonung unvermeidlich, beispielsweise aufgrund
zu geringer Höhenunterschiede oder zu großer freier
Flächen, kann bei gewünschter Betrachtung von
oben, also aus der Richtung der erhabenen Strukturen, das Problem durch
nachfolgendes Drucken einer niedrigviskosen Deckweißformulierung
umgangen werden. Der vorhandene Tonungsfilm in den Tälern
wird dadurch weiß abgedeckt, wie nachfolgend in Zusammenhang mit
dem zweiten Erfindungsaspekt ausführlich erläutert.
Für umgekehrte Betrachtung kann auch erst die Deckweißformulierung
gedruckt werden und anschließend die hochviskose Druckfarbe.
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Soll
ein relativ niedrigviskoser Aufdruckstoff auf die Erhebungen der
Prägestruktur übertragen werden, so ist eine ausgeprägte
Strukturviskosität des Aufdruckstoffs von Vorteil.
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Nach
einem ebenfalls vorteilhaften, zweiten Erfindungsaspekt wird mit
dem Druckwerkzeug ein Aufdruckstoff, insbesondere ein niedrigviskoser
Aufdruckstoff selektiv im Wesentlichen nur in die Vertiefungen der
Prägestruktur übertragen. Bei der Auswahl des
niedrigviskosen Aufdruckstoffs wird dabei vorzugsweise auch die
Oberflächenspannung des Aufdruckstoffs auf die Oberflächenenergie
der Prägestruktur abgestimmt.
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Als
Aufdruckstoff wird bei diesem Aspekt insbesondere ein Aufdruckstoff
mit einer Viskosität zwischen etwa 3 mPa·s und
etwa 1500 mPa·s bei Zim mertemperatur gewählt.
Als Aufdruckstoffe kommen Druckfarben, insbesondere Farbstofflösungen,
Pigmentdispersionen, Tinten oder auch vorzugsweise niedrigviskose
Flüssigkristalllösungen in Betracht. Im letzteren
Fall können die Vertiefungen der Prägestruktur
auch mit Alignmentstrukturen zum Ausrichten von Flüssigkristallen
ausgebildet werden. Die Farbstofflösungen oder Pigmentdispersionen
können optional bindemittelhaltig sein.
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Die Übertragung
des Aufdruckstoffs kann auch in zwei Schritten erfolgen, wobei zunächst
eine niedrigviskose Druckfarbe oder Flüssigkristalllösung mit
einem geringen Bindekörperanteil übertragen wird,
welche selektiv in die Vertiefungen der Prägestruktur fließt.
Dann wird eine Lösung mit einem hohen Bindekörperanteil übertragen,
die die Druckfarbe bzw. Flüssigkristalllösung
in den Vertiefungen der Prägestruktur fixiert.
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In
weiteren Erfindungsvarianten kann als Aufdruckstoff auch ein niedrigviskoser
Klebstoff oder ein niedrigviskoser Resistlack gewählt werden.
Alle Aufdruckstoffe können effektpigmentiert sein, wobei insbesondere
lumineszierende Pigmente, thermochrome Pigmente, Metallpigmente
und/oder Perlglanz-Pigmente enthalten sein können.
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Auch
bei diesem Erfindungsaspekt können mit Vorteil unterschiedliche
niedrigviskose Aufdruckstoffe, insbesondere verschiedenfarbige oder
mit verschiedenen Effektpigmenten versehene Aufdruckstoffe in die
Vertiefungen übertragen werden.
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Die
Erhebungen geprägter Prägestrukturen sind an ihren
Kantenbereichen oft von tiefen Stellen umgeben. Wird nur eine geringe
Menge eines Aufdruckstoffs übertragen, so sammelt sich
der Aufdruckstoff zunächst im Bereich dieser Kanten an.
Ist dieser Effekt aus gestalterischen Gründen er wünscht,
beispielsweise um die Erhebungsmuster mit einem umlaufenden Farbrand
zu versehen, so kann der Aufdruckstoff in einer so geringen Menge übertragen
werden, dass er bei der Übertragung nur in die die Erhebungen
unmittelbar umgebenden Kantenbereiche der Vertiefungen fließt.
Sollen die Vertiefungen dagegen gleichmäßig ausgefüllt
werden, kann es zweckmäßig sein, vor dem Übertragen
des gewünschten Aufdruckstoffs eine geringe Menge eines
niedrigviskosen Klarlacks zu übertragen, der die Kantenbereiche
der Vertiefungen, die die Erhebungen unmittelbar umgeben, auffüllt.
Bei der nachfolgenden Übertragung fließt der Aufdruckstoff
dann gleichmäßig in die Vertiefungen.
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Die
Erhebungen und/oder Vertiefungen der Prägestruktur können
zur Unterstützung des Verfahrens auch gerundet, mit kontinuierlichen Übergängen und/oder
mit zusätzlichen Strukturen versehen sein. Insbesondere
können die Vertiefungen mit gerundeten Übergängen
zu den Erhebungen ausgebildet sein, um den zuvor geschilderten Effekt
einer von den Kantenbereichen her beginnenden Auffüllung der
Vertiefungen zu vermeiden.
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In
anderen Ausgestaltungen können die Erhebungen auch mit
einer Lotusstruktur versehen sein, um gering benetzbare Erhebungsoberflächen zu
erzeugen. Derartige Lotusstrukturen verringern die Kontaktfläche
zwischen den Erhebungen und dem zu übertragenen Aufdruckstoff,
so dass dieser praktisch nicht an der Oberfläche der Erhebungen haften
kann und noch leichter in die Vertiefungen fließt. Die
Vertiefungen der Prägestruktur können auch mit
einer Mikroreliefstruktur versehen werden, beispielsweise einer
diffraktiven oder achromatischen Mikroreliefstruktur.
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Die
beiden genannten Erfindungsaspekte können natürlich
auch miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise in einem
ersten Schritt ein erster, hochviskoser Aufdruckstoff selektiv im
Wesentlichen nur auf die Erhebungen der Prägestruktur übertragen
werden, und in einem zweiten Schritt ein zweiter, niedrigviskoser
Aufdruckstoff selektiv im Wesentlichen nur in die Vertiefungen der
Prägestruktur übertragen werden. Bei geeigneter
Verfahrensführung kann auch zuerst der niedrigviskose Aufdruckstoff
selektiv in die Vertiefungen und dann der hochviskose Aufdruckstoff
selektiv auf die Erhebungen der Prägestruktur übertragen
werden.
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Durch
die Erhebungen und Vertiefungen der Mikrostruktur werden bevorzugt
Mikrostrukturelemente mit einer Strichstärke zwischen etwa
1 μm und etwa 10 μm und/oder mit einer Strukturtiefe
zwischen etwa 0,5 μm und etwa 20 μm, vorzugsweise
zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm gebildet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann mit besonderem
Vorteil bei der Herstellung mikrooptischer Moiré-Vergrößerungsanordnungen
eingesetzt werden. Es soll jedoch betont werden, dass die Erfindung
nicht auf diese Anwendung beschränkt ist. Vielmehr kann
das beschriebene Verfahren vorteilhaft auch bei der Herstellung
anderer Sicherheitselemente genutzt werden, beispielsweise bei der
Erzeugung von Mikrotextdrucken auf Papier oder Folie.
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Wird
das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung einer mikrooptischen
Moiré-Vergrößerungsanordnung eingesetzt,
so wird als Mikrostruktur vorzugsweise ein Motivbild aus einer planaren
periodischen oder zumindest lokal periodischen Anordnung einer Vielzahl
von Mikromotivelementen aufgebracht. Die lateralen Abmessungen der
Mikromotivelemente liegen dabei mit Vorteil zwischen etwa 3 μm und
etwa 50 μm, vorzugsweise zwischen etwa 10 μm und
etwa 35 μm. Zusätzlich wird die gegenüberliegende
Seite des Trägers zweckmäßig mit einer
planaren periodischen oder zumin dest lokal periodischen Anordnung
einer Vielzahl von Mikrofokussierelementen zur Moiré-vergrößerten
Betrachtung der Mikromotivelemente des Motivbilds versehen. In manchen
Ausgestaltungen bietet es sich an, die Mikrofokussierelemente und
die Mikromotivelemente auf derselben Seite des Trägers
anzuordnen. Auch beidseitige Gestaltungen, bei denen eine Mikromotivelement-Anordnung
durch zwei gegenüberliegende Mikrofokussierelement-Anordnungen
betrachtet werden kann, kommen infrage und sind in dieser Beschreibung
weiter unten genauer erläutert.
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Bei
Moiré-Vergrößerungsanordnungen können
auch bei unvollständiger und unregelmäßiger Einfärbung
der Erhebungen regelmäßige Strukturen beim Betrachten
durch das Linsenarray sichtbar werden, da nach dem oben erläuterten
Funktionsprinzip jeweils viele Einzelstrukturen – hier
die Erhebungen und Vertiefungen der Prägestruktur – zu
der sichtbaren Struktur gemittelt werden. Daher ist es auch möglich,
als Erhebungen bruchstückartige, erhabene Strukturen vorzusehen,
die sich erst bei Betrachtung durch die Mikrolinsen überlagern
und das gewünschte Motiv bilden. Durch die Zumischung farbloser
Bereiche ist der erreichbare maximale Kontrast dann allerdings etwas
verringert.
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Dieses
Prinzip kann auch dazu verwendet werden, unterschiedlich stark gefärbte
Mikrostrukturelemente zu bilden. Soll etwa ein erster Bildbestandteil
mit intensiveren Farben als ein zweiter Bildbestandteil erscheinen,
so kann die Prägestruktur beispielsweise so ausgebildet
werden, dass jede Erhebung den ersten Bildbestandteil, aber nur
jede zweite Erhebung den zweiten Bildbestandteil trägt.
Bei der Betrachtung erscheint dann der zweite Bildbestandteil mit
einer geringeren Farbsättigung als der erste Bildbestandteil.
Auf die gleiche Weise lassen sich durch unterschiedliche Einfärbungen
desselben Bildbestandteils für den Betrachter Mischfarben
erzeugen.
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Der
Träger mit der aufgebrachten Mikrostruktur kann neben den
bereits erwähnten Elementen auch mit einer oder mehreren
Funktionsschichten für den Einsatz als Sicherheitselement
für Sicherheitspapiere, Wertdokumente und dergleichen ausgestattet
sein, wobei insbesondere Schichten mit visuell und/oder maschinell
erfassbaren Sicherheitsmerkmalen, Schutz- oder Deckschichten, Klebeschichten,
Heißsiegelausstattungen und dergleichen in Betracht kommen.
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Zum
Schutz vor Fälschungsangriffen und/oder zur Erleichterung
der Weiterverarbeitung wird die auf den Träger aufgebrachte
Mikrostruktur mit Vorteil mit einer transparenten Überlackierung versehen.
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Die
Erfindung enthält auch ein Vorrichtung zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens mit einem Druckwerkzeug zum Übertragen
eines Aufdruckstoffs selektiv entweder nur auf die Erhebungen oder
nur in die Vertiefungen der Prägestruktur sowie einen Gegenstand,
insbesondere einen Datenträger oder ein Sicherheitselement,
mit einer in der beschriebenen Art erzeugten Mikrostruktur. Die
Mikrostruktur ist dabei vorzugsweise durch Mikrostrukturelemente
mit einer Strichstärke zwischen etwa 1 μm und
etwa 10 μm und/oder mit einer Strukturtiefe zwischen etwa
0,5 μm und etwa 20 μm, vorzugsweise zwischen etwa
1 μm und etwa 10 μm gebildet. Die Mikrostrukturen
können dabei selbstverständlich auch flächige
Bereiche enthalten und können sowohl positive Elemente
als auch negative Elemente aufweisen. Die Erhebungen und Vertiefungen
können auch zumindest teilweise ein zusammenhängendes
Netz bilden.
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Der
Träger der Mikrostruktur kann insbesondere eine transparente
Kunststofffolie oder auch eine Papierschicht umfassen. Mit Vorteil
weist der Trä ger eine Dicke zwischen etwa 3 μm
und etwa 50 μm, vorzugsweise zwischen etwa 5 μm
und etwa 25 μm auf.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Weiterbildung enthält der Gegenstand
eine mikrooptische Moiré-Vergrößerungsanordnung
der bereits beschriebenen Art und mit den bereits angegebenen Abmessungen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung stellt der Gegenstand ein Sicherheitselement,
insbesondere einen Sicherheitsfaden, ein Etikett oder ein Transferelement
zum Aufbringen auf einen Datenträger dar. Das Sicherheitselement
kann dazu beispielsweise heißsiegelfähig ausgestattet
sein. Die Gesamtdicke des Sicherheitselements liegt zweckmäßig
zwischen etwa 20 μm und etwa 60 μm, vorzugsweise
zwischen etwa 30 μm und etwa 50 μm.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, wenn der Gegenstand ein Datenträger,
insbesondere eine Banknote, ein Wertdokument, ein Pass, eine Ausweiskarte
oder eine Urkunde ist.
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Der
Gegenstand mit der aufgebrachten Mikrostruktur kann darüber
hinaus mit einer oder mehreren Funktionsschichten, insbesondere
mit Schichten mit visuell und/oder maschinell erfassbaren Sicherheitsmerkmalen
ausgestattet sein. Dabei kommen beispielsweise vollflächige
oder teilflächige reflektierende, hochbrechende oder farbkippende Schichten
infrage, oder auch polarisierende oder phasenschiebende Schichten,
opake oder transparente leitfähige Schichten, weich- oder
hartmagnetische Schichten oder fluoreszierende oder phosphoreszierende
Schichten.
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Die
Erfindung umfasst ferner eine in der beschriebenen Art herstellbare
Mikrostruktur, die eine Prägestruktur mit Erhebungen und
Vertiefungen um fasst, deren Form und Anordnung die Strukturelemente
der Mikrostruktur bilden, und bei der mit einem Druckwerkzeug ein
Aufdruckstoff selektiv entweder nur auf die Erhebungen oder nur
in die Vertiefungen der Prägestruktur übertragen
ist.
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Weitere
Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden
nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren
Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs-
und proportionsgetreue Darstellung verzichtet.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Banknote mit einem eingebetteten
Sicherheitsfaden und einem aufgeklebten Transferelement,
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2 in
(a) und (b) schematische Darstellungen zur Erläuterung
des Prinzips der Erfindung,
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3 eine
Kombination der Erfindungsvarianten der 2(a) und
(b),
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4 schematisch
den Schichtaufbau einer Moiré-Vergrößerungsanordnung
im Querschnitt,
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5 ein
Ausführungsbeispiel, bei dem eine erfindungsgemäße
mikroskopische Strukturierung mit einer herkömmlichen makroskopischen
Strukturierung kombiniert ist,
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6 in
(a) bis (c) Zwischenschritte bei der Herstellung einer farbigen
Moiré-Vergrößerungsanordnung, die gepassert
mit einer Metallisierung kombiniert ist,
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7 in
(a) bis (d) Zwischenschritte bei der Herstellung einer Moiré-Vergrößerungsanordnung, die
mit einem Hologramm kombiniert ist,
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8 eine
zweifarbige Mikrostruktur nach einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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9 in
(a) bis (e) Zwischenschritte bei der Herstellung eines Sicherheitselements
mit zwei verschiedenen, von gegenüberliegenden Seiten sichtbaren
Hologrammen, die ein gemeinsames und damit perfekt gepassertes Negativmuster
aufweisen,
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10 eine
Moiré-Vergrößerungsanordnung, auf dessen
Linsenarray mit einem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Klebeschicht übertragen ist, und
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11 in
(a) und (b) Zwischenschritte bei der Herstellung einer weiteren
erfindungsgemäßen Mikrostruktur.
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Die
Erfindung wird nun am Beispiel von Sicherheitselementen für
Banknoten erläutert. 1 zeigt
dazu eine schematische Darstellung einer Banknote 10, die
mit zwei Sicherheitselementen 12 und 16 nach Ausführungsbeispielen
der Erfindung versehen ist. Das erste Sicherheitselement stellt
dabei einen Sicherheitsfaden 12 dar, der an bestimmten Fensterbereichen 14 an
der Oberfläche der Banknote 10 hervortritt, während
er in den dazwischen liegenden Bereichen im Inneren der Banknote 10 eingebettet
ist. Das zweite Sicherheitselement 16 ist durch ein aufgeklebtes
Transferelement beliebiger Form gebildet. In anderen Ausgestaltungen
kann das Sicherheitselement 16 auch in Form einer Abdeckfolie
ausgebildet sein, die in oder über einem Fensterbereich
oder einer durchgehenden Öffnung der Banknote angeordnet
ist.
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Zunächst
wird das Prinzip der Erfindung mit Bezug auf die schematischen Darstellungen
der 2 erläutert. Anschließend werden
mit Bezug auf die weiteren Figuren exemplarisch einige spezifische Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Sicherheitselemente beschrieben.
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Das
in den 2(a) und (b) gezeigte Sicherheitselement 20 enthält
als Trägerfolie 22 beispielsweise eine transparente
PET-Folie. Auf die Oberseite der Trägerfolie 22 ist
jeweils eine UV-härtende Prägelackschicht 24 aufgebracht,
in die eine Prägestruktur mit Erhebungen 26 und
Vertiefungen 28 in Form einer gewünschten Mikrostruktur
eingeprägt ist.
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Die
Art der Mikrostruktur ist für die vorliegende Erfindung
nur von nachrangiger Bedeutung. Beispielsweise kann es sich bei
den in Betracht kommenden Mikrostrukturen um Moiré-Vergrößerungsanordnungen
oder andere mikrooptische Strukturen handeln, wie etwa geblazte
Gitterstrukturen, DOE (Diffractive Optical Element)-Strukturen,
computergenerierte Hologramme (CGH) oder andere hologrammähnliche
Beugungsstrukturen, um Mikrolinsenstrukturen oder fresnellinsenartige
Strukturen. Besondere Vorteile bietet die Erfindung bei hochaufgelösten
Mikrostrukturen, deren Mikrostrukturelemente mit einer Strichstärke
zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm und mit einer
Strukturtiefe zwischen etwa 0,5 μm und etwa 20 μm
gebildet sind. Die Erhebungen und Vertiefungen der Prägestruktur
bilden bei der vorliegenden Erfindung jeweils die Mikrostrukturelemente
der Mikrostruk tur, so dass die Abmessungen der Erhebungen bzw. Vertiefungen
denen der Mikrostrukturelemente entsprechen.
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Um
in einer ersten Erfindungsvariante Druckfarbe selektiv im Wesentlichen
nur auf die Erhebungen 26 der Prägestruktur aufzubringen,
wird die Prägestruktur beispielsweise im Offsetdruckverfahren
bei geringem Druck mit einer hochviskosen Druckfarbe 30 bedruckt,
wie in 2(a) gezeigt. Dabei kommen
insbesondere strahlungshärtende oder wärmehärtende
Offsetdruckfarben mit einer dynamischen Viskosität zwischen
800 mPa·s und 150 Pa·s bei Zimmertemperatur in
Betracht. Eine dünne, nicht schnell antrocknende Farbe
kann beispielsweise durch Verreiben der Farbe durch ein aus mehreren rotierenden
Walzen bestehendes System erreicht werden, wobei auf leicht flüchtige
Lösungsmittel verzichtet wird.
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Die
Druckfarbe 30 wird dabei in einer Schichtdicke d aufgetragen,
die deutlich kleiner als die Tiefe t der Prägestrukturen
ist. Die Harte des Druckwerkzeugs und gegebenenfalls einer Gegenwalze
und der Druck beim Übertragen der Druckfarbe werden jeweils
entsprechend der gewünschten Größe und
Tiefe der Übertragungsbereiche 32 gewählt. Der
Druck beim Übertragen wird insbesondere einerseits so gering
gewählt, dass die Druckfarbe 30 nicht verquetscht
wird, andererseits aber hoch genug, dass im Bereich der Erhebungen 26 Farbe übertragen
wird. Durch Einstellen eines höheren Drucks kann der Übertragungsbereich 32 auch
vergrößert werden. Gibt es beispielsweise bei
einer Prägestruktur mehr als zwei Höhenniveaus,
wobei im Rahmen des Druckvorgangs nicht nur das oberste Höhenniveau
Kontakt zur Druckfarbe 30 erfährt, so lassen sich
niveauabhängig unterschiedliche Farbmengen übertragen.
Der Zusammenhang zwischen Druck und Größe des Übertragungsbereichs
ist dabei nicht linear; von einem sehr hochliegenden Niveau kann Farbe
durch Druck sogar weggequetscht werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Verfahrensvariante wird die Druckfarbe
praktisch ohne Anpressdruck auf die Prägestruktur übertragen,
wobei ein definierter Abstand zwischen Auftragseinheit und Oberfläche
der Prägestruktur durch die Druckfarbe an bzw. auf der
Auftragseinheit gefüllt wird.
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Bei
dem geschilderten Vorgehen und ausreichend niedrigem Druck entsteht
kein Kontakt zwischen der hochviskosen Druckfarbe 30 und
den Vertiefungen 28 der Prägestruktur, so dass
selektiv im Wesentlichen nur die Erhebungen 26 der Mikrostruktur
mit Farbe versehen werden und ein tiefdrucktypischer, vollflächiger
Tonungsfilm vermieden wird. Wie nachfolgend genauer erläutert,
können mit dem beschriebenen Verfahren nicht nur Druckfarben,
sondern auch andere Aufdruckstoffe, wie etwa ein Klebstoff oder
ein Resistlack mit Vorteil selektiv auf die Erhebungen 26 einer
Prägestruktur übertragen werden.
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Prägestrukturen
können durch an sich bekannte Verfahren ohne Weiteres mit
höchster Genauigkeit der Abmessungen ihrer Erhebungen und
Vertiefungen hergestellt werden. Durch die selektive Übertragung
der hochviskosen Druckfarbe nur auf die Erhebungen der Prägestrukturen
wird die hohe Auflösung der Prägestruktur in das
Druckbild überführt, so dass ein Druckbild mit
einer außerordentlich hohen Auflösung erzeugt
werden kann.
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Mit
Bezug auf 2(b) kann nach einer zweiten
Erfindungsvariante Druckfarbe auch selektiv im Wesentlichen nur
in die Vertiefungen 28 der Prägestruktur übertragen
werden. Dazu wird beispielsweise im Offsetdruck eine so niedrigviskose
Druckfarbe 34 auf die Prägestruktur aufgebracht,
dass die Druckfarbe 34 in die Vertiefungen 28 fließt
und die Erhebungen 26 unbedeckt lässt. Dazu muss
im Allgemeinen neben der Wahl der Viskosität auch die Oberflächenspannung
der Druckfarbe auf die Oberflächenenergie der Prägestruktur
abgestimmt werden.
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Als
Druckfarben kommen für diese Erfindungsvariante insbesondere
Farbstofflösungen, Pigmentdispersionen oder Tinten mit
einer Viskosität zwischen 3 mPa·s und 1500 mPa·s
bei Zimmertemperatur in Betracht. Auch in dieser Erfindungsvariante
können neben Druckfarben mit Vorteil auch andere niedrigviskose
Aufdruckstoffe, wie etwa niedrigviskose Klebstoffe oder Flüssigkristalllösungen
selektiv in die Vertiefungen 28 übertragen werden.
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Das Übertragen
der Druckfarbe in die Vertiefungen 28 kann auch in zwei
Schritten erfolgen. In diesem Fall wird zunächst eine niedrigviskose
Druckfarbe mit einem geringen Bindemittelanteil übertragen,
die selektiv in die Vertiefungen 28 der Prägestruktur
fließt. Anschließend wird eine Lösung
mit einem hohen Bindemittelanteil übertragen, die die Farbmittel
der Druckfarbe in den Vertiefungen 28 der Prägestruktur
fixiert und nachträglich in eine Bindemittelmatrix einbettet.
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Die
selektive Übertragung der Aufdruckstoffe auf die Erhebungen
bzw. in die Vertiefungen nach der ersten oder zweiten Erfindungsvariante
kann durch gezielte Strukturierung der Erhebungen oder Vertiefungen
noch verstärkt werden. Beispielsweise können die
Erhebungen 26 bei der Variante der 2(a) mit
einem scharf begrenzten, hoch stehenden Randbereich ausgebildet
werden, der die erhabenen Mikrostrukturelemente begrenzt. Der auf
die Erhebungen 26 übertragene Aufdruckstoff wird
dadurch noch stärker auf den Bereich der Erhebungen 26 begrenzt. Der
hochstehende Randbereich kann dabei beispielsweise eine Höhe
von etwa 1–2 μm aufweisen. Gegebenenfalls können
durch diese Maßnahme die Anforderungen an die Viskosität
des Aufdruckstoffs verringert werden.
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Bei
der Variante der 2(b) können
die Erhebungen 26 beispielsweise zusätzlich mit
einer Lotusstruktur versehen werden, die eine gering benetzbare
Erhebungsoberfläche erzeugt. Die Lotusstrukturen verringern
die Kontaktfläche zwischen den Erhebungen und dem übertragenen
Aufdruckstoff, so dass dieser praktisch nicht an der Oberfläche
der Erhebungen 26 haften kann und noch leichter in die Vertiefungen 28 fließt.
Gegebenenfalls können durch diese Maßnahme die
Anforderungen an die Viskosität des Aufdruckstoffs verringert
werden.
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Wird
als Aufdruckstoff eine niedrigviskose Lösung nematischer
Flüssigkristalle gewählt, können die
Vertiefungen 28 mit Alignmentstrukturen zum Ausrichten
von flüssigkristallinem Material versehen werden. Nach
dem Entfernen des Lösungsmittels wird das ausgerichtete
nematische Flüssigkristallmaterial vernetzt und damit fixiert.
Die entstehenden doppelbrechenden Strukturen können vor
einem geeigneten reflektierenden Hintergrund mittels eines Polarisators
betrachtet werden, beispielsweise durch das Linsenarray einer weiter
unten beschriebenen Moiré-Vergrößerungsanordnung.
Durch unterschiedliche Ausrichtungsrichtungen der Alignmentstrukturen
kann das dargestellte Motiv weiter strukturiert werden.
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Um
ein besonders gleichmäßiges Fließen der
Farbe in die Vertiefungen 28 zu ermöglichen, bietet
es sich weiter an, die Erhebungen 26 nicht senkrecht aus
dem Untergrund herauswachsen zu lassen, sondern die Vertiefungen 28 mit
gerundeten Übergängen in die Erhebungen 26 übergehen
zu lassen, wie in 2 gezeigt. Dadurch wird insbesondere
vermieden, dass sich Druckfarbe 34 an den Übergängen
zwischen Erhebungen und Vertiefungen ansammelt. Alternativ kann
vor dem Übertragen der gewünschten Druckfarbe
auch zunächst eine kleine Menge an niedrigviskosem Klarlack übertragen
werden, der derartige Übergänge auffüllt.
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Die
Erfindungsvarianten der 2(a) und (b) können
auch miteinander kombiniert werden, wie in 3 dargestellt.
Bei dem dort schematisch gezeigten Sicherheitselement wurde in einem
ersten Schritt eine erste, hochviskose Druckfarbe 30 selektiv
im Wesentlichen nur auf die Erhebungen 26 der Prägestruktur
aufgebracht. In einem zweiten Schritt wurde dann eine zweite, niedrigviskose
Druckfarbe 34 selektiv im Wesentlichen nur in die Vertiefungen 28 der Prägestruktur übertragen.
Wie aus 3 zu erkennen, wird die Mikrostruktur
durch die Beschichtung mit der ersten Druckfarbe 30 nicht
eingeebnet oder geschwächt, so dass die selektive Übertragung
der zweiten Druckfarbe 34 wie oben beschrieben erfolgen
kann.
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Bei
geeigneter Abstimmung der Druckfarben 30, 34 kann
der erste Druckschritt die Eignung der Mikrostruktur für
die Übertragung der zweiten Druckfarbe 34 sogar
verbessern, beispielsweise indem als erste Druckfarbe eine Druckfarbe 30 aufgebracht wird,
die für die zweite Druckfarbe 34 farbabweisende
Eigenschaften aufweist. Bei geeigneter Prozessführung kann
die Reihenfolge der Druckschritte grundsätzlich auch umgekehrt
werden und zunächst die niedrigviskose Druckfarbe in die
Vertiefungen und dann die hochviskose Druckfarbe auf die Erhebungen übertragen
werden.
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Insgesamt
erscheint die Ausgestaltung der 3 sowohl
bei Betrachtung 36 von der Oberseite, als auch bei Betrachtung 38 von
der Unterseite mit Mikrostrukturen einer ersten Farbe (der Farbe
der ersten Druckfarbe 30) vor dem Hintergrund einer zweiten
Farbe (der Farbe der zweiten Druckfarbe 34).
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Da
die Erfindung nachfolgend am Beispiel von Moiré-Vergrößerungsanordnungen
erläutert wird, die Mikrostrukturen aus einer Vielzahl
von Mikromotivelementen und Mikrolinsen aufweisen, wird anhand von 4 zu nächst
die Funktionsweise derartiger Moiré-Vergrößerungsanordnungen
kurz beschrieben.
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4 zeigt
schematisch den Schichtaufbau einer Moiré-Vergrößerungsanordnung 40 im
Querschnitt, wobei nur die für die Erläuterung
des Funktionsprinzips erforderlichen Teile des Schichtaufbaus dargestellt
sind. Die Moiré-Vergrößerungsanordnung 40 enthält
einen Träger 42 in Form einer transparenten Kunststofffolie,
im Ausführungsbeispiel einer etwa 20 μm dicken
Polyethylenterephthalat(PET)-Folie. Die Oberseite der Trägerfolie 42 ist
mit einer rasterförmigen Anordnung von Mikrolinsen 44 versehen, die
auf der Oberfläche der Trägerfolie ein zweidimensionales
Bravais-Gitter mit einer vorgewählten Symmetrie bilden.
Das Bravais-Gitter kann beispielsweise eine hexagonale Gittersymmetrie
aufweisen, bevorzugt sind wegen der höheren Fälschungssicherheit
jedoch niedrigere Symmetrien und damit allgemeinere Formen, insbesondere
die Symmetrie eines Parallelogramm-Gitters.
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Der
Abstand benachbarter Mikrolinsen 44 ist vorzugsweise so
gering wie möglich gewählt, um eine möglichst
hohe Flächendeckung und damit eine kontrastreiche Darstellung
zu gewährleisten. Die sphärisch oder asphärisch
ausgestalteten Mikrolinsen 44 weisen vorzugsweise einen
Durchmesser zwischen 3 μm und 50 μm und insbesondere
einen Durchmesser zwischen lediglich 10 μm und 35 μm auf
und sind daher mit bloßem Auge nicht zu erkennen.
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Auf
der Unterseite der Trägerfolie 42 ist eine Motivschicht 46 angeordnet,
die eine ebenfalls rasterförmige Anordnung von identischen
Mikromotivelementen 48 enthält. Auch die Anordnung
der Mikromotivelemente 48 bildet ein zweidimensionales
Bravais-Gitter mit einer vorgewählten Symmetrie, wobei zur
Illustration wieder ein Parallelogramm-Gitter angenommen wird.
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Wie
in 4 durch den Versatz der Mikromotivelemente 48 gegenüber
den Mikrolinsen 44 angedeutet, unterscheidet sich das Bravais-Gitter
der Mikromotivelemente 48 in seiner Symmetrie und/oder
in der Größe seiner Gitterparameter geringfügig
von dem Bravais-Gitter der Mikrolinsen 44, um einen gewünschten
Moiré-Vergrößerungseffekt zu erzeugen.
Die Gitterperiode und der Durchmesser der Mikromotivelemente 48 liegen
dabei in derselben Größenordnung wie die der Mikrolinsen 44,
also vorzugsweise im Bereich von 3 μm bis 50 μm
und insbesondere im Bereich von 10 μm bis 35 μm,
so dass auch die Mikromotivelemente 48 selbst mit bloßem Auge
nicht zu erkennen sind.
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Die
optische Dicke der Trägerfolie
42 und die Brennweite
der Mikrolinsen
44 sind so aufeinander abgestimmt, dass
die Mikromotivelemente
48 sich etwa im Abstand der Linsenbrennweite
befinden. Die Trägerfolie
40 bildet somit eine
optische Abstandsschicht, die einen gewünschten, konstanten
Abstand der Mikrolinsen
44 und der Mikromotivelemente
48 gewährleistet.
Aufgrund der sich geringfügig unterscheidenden Gitterparameter
sieht der Betrachter bei Betrachtung von oben durch die Mikrolinsen
44 hindurch
jeweils einen etwas anderen Teilbereich der Mikromotivelemente
48,
so dass die Vielzahl der Mikrolinsen
44 insgesamt ein vergrößertes
Bild der Mikromotivelemente
48 erzeugt. Die sich ergebende Moiré-Vergrößerung
hängt dabei von dem relativen Unterschied der Gitterparameter
der verwendeten Bravais-Gitter ab. Unterscheiden sich beispielsweise die
Gitterperioden zweier hexagonaler Gitter um 1%, so ergibt sich eine
100-fache Moiré-Vergrößerung. Für
eine ausführlichere Darstellung der Funktionsweise und
für vorteilhafte Anordnungen der Mikromotivelemente und
der Mikrolinsen wird auf die Druckschriften
DE 10 2005 062 132 A1 und
WO 2007/076952 A2 verwiesen,
deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen
wird.
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Um
eine derartige Moiré-Vergrößerungsanordnung
mit verschiedenfarbigen Mikromotivelementen in der erforderlichen
Feinheit erzeugen zu können, kann das erfindungsgemäße
Verfahren mit einer herkömmlichen makroskopischen Strukturierung, beispielsweise
durch eine Druckform, kombiniert werden. Mit Bezug auf 5 gibt
dabei eine auf eine Trägerfolie aufgebrachte Prägestruktur 50 durch
ihre Mikrostrukturierung vor, welche der nur mikrometergroßen
Teilbereiche 52 mit Farbe zu versehen sind und so die Mikromotivelemente
einer Moiré-Vergrößerungsanordnung bilden,
und welche Teilbereiche 54 nicht bedruckt werden sollen.
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Entsprechend
dem in Zusammenhang mit 2(a) geschilderten
Verfahren weist die Prägestruktur 50 dazu Erhebungen 56 auf,
die in der Form und Anordnung der gewünschten Mikromotivelemente
ausgebildet sind. Prägestrukturen können auch
in der für die Mikromotivelemente erforderlichen hohen Auflösung
problemlos hergestellt werden. Durch die Übertragung einer
hochviskosen Druckfarbe 60 auf die Prägestruktur 50 werden
selektiv im Wesentlichen nur die Erhebungen 56, nicht aber
die Vertiefungen 58 eingefärbt, so dass die hohe
Auflösung der Prägung in ein hochaufgelöstes
Druckbild übertragen wird.
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Diese
hochaufgelöste Strukturierung 52, 54 durch
die Prägestruktur 50 kann nun mit einer niedrigaufgelösten
Strukturierung 62, 64, 66, die beispielsweise
durch eine Druckform vorgegeben wird, kombiniert werden, um eine
mehrfarbige Moiré-Vergrößerungsanordnung
zu erzeugen. Dazu werden in, verglichen mit den Mikromotiv-Teilbereichen 52, 54,
wesentlich ausgedehnteren, makroskopischen Bereichen 62, 64, 66 jeweils
verschiedenfarbige hochviskose Druckfarben 60 auf die Erhebungen 56 übertragen.
Bei entsprechender Auslegung kann das dargestellte moiré-vergrößerte
Motiv beim Kippen der fertigen Moiré-Vergrößerungsanordnung
dann von einem Farbbereich in den nächsten Farbbereich
wandern.
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Da
ein exaktes Nebeneinanderdrucken von Farben oft schwierig ist, werden
vorteilhaft Gestaltungen eingesetzt, bei denen zwischen zwei gewünschten
Farbbereichen 62, 66 ein Mischfarbenbereich 64 vorgesehen
ist. Beispielsweise kann zwischen einem mit blauer Druckfarbe bedruckten
Motivbereich 62 und einem mit gelber Druckfarbe bedruckten
Motivbereich 66 ein mit grüner Druckfarbe bedruckter
Zwischenbereich 64 vorgesehen sein. Eine derartige Vorgehensweise
bietet insbesondere bei wenig deckenden Farben an. Bei stark deckenden
Farben kann auch zunächst der kleinste Farbbereich gedruckt
werden, danach der nächstgrößere, bis
zuletzt eine Vollfläche aufgebracht wird. Die Reihenfolge
der Druckschichten kehrt sich natürlich um, wenn das Linsenarray
der Moiré-Vergrößerungsanordnung nicht,
wie in 4 dargestellt, auf der gegenüberliegenden
Seite des Trägers liegen soll, sondern, was ebenfalls möglich
ist, auf die Druckseite aufgebracht wird.
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Beim
Drucken mehrerer, zumindest teilweise deckender Farbschichten ergibt
sich eine Mehrfarbigkeit der Moiré-Vergrößerungsanordnung,
die bei Betrachtung von oben bzw. von unten jeweils einen unterschiedlichen
Farbeindruck vermittelt. Dieser unterschiedliche Farbeindruck kann
durch Aufbringen von Linsenarrays auf beiden Seiten der Anordnung verstärkt
sichtbar gemacht werden.
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In
den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden
die Erhebungen und Vertiefungen der Mikrostrukturen der übersichtlicheren Darstellung
halber stets als Rechteckstrukturen dargestellt. Es versteht sich
jedoch, dass die Erhebungen und Vertiefungen stets gerundet, mit
kontinuierlichen Übergängen und/oder mit zusätzlichen
Strukturen versehen sein können, wie oben erläutert.
Auch werden stets nur die Prägestruktur und die für
die Erläuterung notwendigen Schichten gezeigt und andere
Elemente des Aufbaus, wie etwa Trägerfolien, Klebe- und
Schutzschichten, oder die Linsenarrays der Moiré-Vergrößerungsanordnungen
weggelassen. Auch können alle Erhebungs-/Vertiefungsstrukturen beispielsweise
mit einem Klarlack aufgefüllt werden, um die bedruckten
Erhebungen und Vertiefungen gegen unerwünschtes Auffüllen
mit Schmutz und vor Manipulation oder Abformungen zu schützen.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine farbige Mikrostruktur,
beispielsweise eine farbige Moiré-Vergrößerungsanordnung,
gepassert mit einer Metallisierung kombiniert ist. Um diese Passerung
zu erreichen, wird zunächst eine Prägestruktur 70 mit
Erhebungen 72 und Vertiefungen 74 erzeugt, die
die Strukturelemente der gewünschten Mikrostruktur bilden.
Die Prägestruktur 70 wird dann vollflächig
mit einer Metallisierung 76 versehen, wie in 6(a) dargestellt. Dann wird auf die Metallisierung 76 ein
farbiger, hochviskoser Resistlack 78 aufgebracht, der in
der oben beschriebenen Art selektiv im Wesentlichen nur die Erhebungen 72 der
Prägestruktur 70 bedeckt, wie in 6(b) gezeigt.
Anschließend wird die geprägte, metallisierte
und mit Resistlack versehene Struktur auf an sich bekannte Weise
demetallisiert, beispielsweise mittels einer Lauge. Wie in 6(c) dargestellt, bleibt dabei die Metallisierung 76 auf
den von Resistlack 78 geschützten Erhebungen 72 erhalten,
während die Metallisierung 76 in den Vertiefungen 74 entfernt
wird.
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Dadurch
entsteht eine beidseitig betrachtbare Mikrostruktur mit perfekt
gepassertem visuellem Erscheinungsbild. Bei Betrachtung 80 von
oben erscheint die Mikrostruktur mit dem Farbeindruck des Resistlacks 78,
bei Betrachtung 82 von unten mit dem metallischen Glanz
der Metallschicht 76.
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Bilden
die Erhebungen und Vertiefungen die Mikromotivelemente einer Moiré-Vergrößerungsanordnung,
so kann auf beide Seiten der Mikrostruktur jeweils ein Linsenarray
aufgebracht sein, durch das die farbigen (Betrachtungsrichtung 80)
bzw. metallischen (Betrachtungsrichtung 82) Mikromotivelemente
moiré-vergrößert sichtbar werden. Die
demetallisierten Bereiche der Vertiefungen 74 stellen in
beiden Erscheinungsbildern deckungsgleiche Aussparungen dar, die
in Form einer Negativschrift oder in Gestalt beliebiger anderer
Muster, Zeichen oder Codierungen ausgebildet sein können.
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Falls
gewünscht, kann der Resistlack 78 nach der Demetallisierung
auch entfernt werden. Die Mikrostruktur erscheint dann von beiden
Seiten her mit dem metallischen Eindruck der Metallisierung 76 und
mit perfekt gepasserten Aussparungen 74. Sind bei diesem
oder auch anderen Ausführungsbeispielen größere
zusammenhängende Demetallisierungsflächen in der
Mikrostruktur vorgesehen, so wird vorzugsweise vor der Metallisierung
eine lösliche Waschfarbe in Form des gewünschten
Demetallisierungsbereichs auf die Prägestruktur aufgebracht, und
die Waschfarbe vor dem Übertragen des Resistlacks zusammen
mit der Metallisierung durch ein Lösungsmittel abgewaschen.
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Durch
geeignete Ausgestaltung der Prägestruktur kann die durch
die Erhebungen und Vertiefungen gebildete Mikrostruktur mit einer
weiteren mikrooptischen Struktur kombiniert werden. Beispielsweise
kann eine Moiré-Vergrößerungsanordnung
mit einem Hologramm kombiniert werden, wie nunmehr anhand des Ausführungsbeispiels
der 7 erläutert.
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7 zeigt
eine Prägestruktur 90 mit Erhebungen 92 und
Vertiefungen 94, die in ihrer Form und Anordnung die Mikromotivelemente
einer Moiré-Vergrößerungsanordnung bilden.
Zusätzlich sind die Oberflächen der Erhe bungen 92 mit
diffraktiven Mikroreliefstrukturen 96 versehen, die eine
gewünschte holographische Information tragen. Die Vertiefungen 94 der
Prägestruktur enthalten dagegen keine optisch relevante
Information.
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Die
Prägestruktur 90 wird zunächst vollflächig
mit einer Metallisierung 98 versehen, wie in 7(a) dargestellt. Dann wird auf die Metallisierung 98 ein
hochviskoser Resistlack 100 aufgebracht, der in der beschriebenen
Art selektiv im Wesentlichen nur die Erhebungen 92 der
Prägestruktur 90 bedeckt, wie in 7(b) gezeigt.
Anschließend wird die geprägte, metallisierte
und mit Resistlack versehene Struktur demetallisiert und der Resistlack 100 entfernt.
Dadurch bleibt, wie in 7(c) gezeigt,
die Metallisierung 98 auf den mit den Mikroreliefstrukturen 96 versehenen
Erhebungen 92 erhalten, während die Vertiefungen 94 demetallisiert
werden.
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Durch
diese Vorgehensweise entsteht zum einen eine Moiré-Vergrößerungsanordnung
mit metallischen Erscheinungsbild, derer Mikromotivelemente durch
die Form und Anordnung der Vertiefungen 92 und Erhebungen 94 gebildet
sind. Zusätzlich enthält die Anordnung ein Hologramm,
das nur in den erhabenen Bereichen 96 der Prägestruktur 90 codiert ist.
Da die Abmessungen der Erhebungen 92 und Vertiefungen 94 jedoch
unterhalb der Auflösungsgrenze des menschlichen Auges liegen,
ist für den Betrachter nicht erkennbar, dass die holographische Information 96 nur
auf den Erhebungen 92 vorliegt, so dass das holographische
Bild vom Betrachter als vollflächiges Bild wahrgenommen
wird.
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In
einer alternativen Verfahrensvariante wird ein hochviskoser Resistlack 100 einer
gewünschte Farbe auf die Prägestruktur aufgebracht
und nach der Demetallisierung auf eine Entfernung des Resistlacks 100 verzichtet,
so dass die in 7(d) gezeigte Prägestruktur
entsteht. Ist die Resistlackschicht 100 deckend ausgebildet,
so ist bei dieser Ausgestaltung bei Betrachtung 102 von
oben eine farbige Moiré-Vergrößerungsanordnung
erkennbar und bei Betrachtung 104 von unten das Hologramm
der Mikroreliefstrukturen 96.
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Ist
die Resistlackschicht 100 durchscheinend ausgebildet, oder
wird nach der Entfernung des Resistlacks wie in 7(c) eine
durchscheinende, hochviskose Farbschicht auf die Erhebungen 92 aufgedruckt,
so ist bei Betrachtung 102 von oben neben der farbigen
Moiré-Vergrößerungsanordnung auch das
durchscheinende Hologramm der Mikroreliefstrukturen 96 erkennbar.
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Mit
Bezug auf 8 kann eine eindeutig zweifarbige
Mikrostruktur beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass in einem
ersten Schritt eine erste, hochviskose Druckfarbe 110 selektiv
auf die Erhebungen 72 einer Prägeschicht 70 aufgebracht
wird, die bedruckte Prägeschicht mit einer vollflächigen Metallisierung 112 versehen
wird, und dann ein farbiger, hochviskoser Resistlack 114 selektiv
auf die Erhebungen 72 der metallisierten Prägeschicht
aufgebracht wird. Nach der Demetallisierung ergibt sich die in 8 gezeigte
Mikrostruktur, die bei Betrachtung 116 von oben mit dem
Farbeindruck des farbigen Resistlacks 114 erscheint und
die bei Betrachtung 118 von unten mit dem Farbeindruck
der ersten Druckfarbe 110 erscheint. Die Vertiefungen 74 bilden
von beiden Betrachtungsrichtungen her deckungsgleiche Aussparungen.
Falls gewünscht, können eine oder beide Farbschichten 110, 114 durchscheinend
ausgebildet sein, so dass die Metallisierung 112 durch die
Farbschichten hindurch sichtbar bleibt. In diesem Fall können
die Erhebungen 72 auch mit diffraktiven Mikroreliefstrukturen
versehen sein, wie in Zusammenhang mit 7 beschrieben,
um eine Kombination der zweifarbigen Mikrostruktur mit einem Hologramm
oder einer anderen mikrooptischen Struktur zu schaffen.
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9 zeigt
als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Sicherheitselement 120 mit
zwei verschiedenen, von gegenüberliegenden Seiten sichtbaren
Hologrammen, die ein gemeinsames, perfekt gepassertes Negativmuster,
beispielsweise eine Negativschrift aufweisen.
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Zur
Herstellung eines derartigen Sicherheitselements 120 wird
zunächst eine Prägestruktur mit Erhebungen 122 und
Vertiefungen 124 in Form einer gewünschten Mikrostruktur
erzeugt. Die Oberflächen der Erhebungen 122 sind
dabei mit diffraktiven Mikroreliefstrukturen 126 versehen,
die die holographische Information des zweiten, später
von unten 140 sichtbaren Hologramms tragen. Die Vertiefungen 124 enthalten
keine optisch relevante Information, sie stellen vielmehr die späteren
Negativschriftbereiche dar.
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Die
Prägestruktur wird dann vollflächig mit einer
Metallisierung 128 versehen, wie in 9(a) dargestellt.
Auf die Metallisierung 128 wird ein hochviskoser thermoplastischer
Resistlack 130 aufgebracht, der in der beschriebenen Art
selektiv im Wesentlichen nur die Erhebungen 122 der Prägestruktur
bedeckt. Der thermoplastische Resistlack 130 wird mit einer
Prägung in Form von diffraktiven Mikroreliefstrukturen 132 versehen,
die die holographische Information des ersten, später von
oben 138 sichtbaren Hologramms tragen, wie in 9(b) dargestellt.
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Die
so erhaltene Struktur wird erneut mit einer vollflächigen
Metallisierung 134 versehen, wie in 9(c) gezeigt
und die Erhebungen 122 der Prägestruktur werden
erneut mit einem hochviskosen Resistlack 136 beschichtet,
wie in 9(d) dargestellt. Durch einen
Demetallisierungsschritt werden dann im Bereich der Vertiefungen 124 beide
Metallisierungen 128, 134 abgetragen. Anschließend
wird der Resistlack 136 von den Erhebungen 122 ent fernt,
um die in 9(e) gezeigte doppelseitige
Hologrammstruktur zu erhalten.
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Bei
Betrachtung 138 der Mikrostruktur von oben ist das durch
die diffraktiven Mikroreliefstrukturen 132 gebildete erste
Hologramm sichtbar, bei Betrachtung 140 von unten das durch
die diffraktiven Mikroreliefstrukturen 126 gebildete zweite
Hologramm. Beide Hologramme enthalten eine gemeinsame, deckungsgleiche
Negativinformation, die durch die Vertiefungen 124 gebildet
ist. Falls gewünscht, kann eine weitere hochviskose Druckfarbe auf
die Erhebungen 122 übertragen werden um das erste
Hologramm bei Betrachtung 138 von der Oberseite farbig
erscheinen zu lassen.
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Anstatt
einen thermoplastischen Resistlack 130 zu prägen,
wie bei 9(b) beschrieben, kann nach
dem Auftragen eines Resistlacks 130 auch ein erster Demetallisierungsschritt
erfolgen, der die Metallisierung 128 im Bereich der Vertiefungen 124 entfernt.
Dann wird eine dünne vollflächige Prägelackschicht
aufgebracht, die der Anordnung der Erhebungen 122 und Vertiefungen 124 folgt.
Diese Prägelackschicht wird dann mit diffraktiven Mikroreliefstrukturen 132 versehen,
die die holographische Information des ersten, später von
oben sichtbaren Hologramms tragen. Es folgt eine erneute vollflächige
Metallisierung 134, Aufbringen eines hochviskosen Resistlacks 136 auf
die Erhebungen 122 und erneute Demetallisierung. Auch bei
dieser Vorgehensweise wird ein Sicherheitselement geschaffen, das
zwei jeweils von gegenüberliegenden Seiten her sichtbare
Hologramme und deckungsgleichen Negativinformationen im Bereich
der Vertiefungen 134 aufweist, wobei allerdings gegenüber
dem Verfahren der 9 ein zusätzlicher
Demetallisierungsschritt erforderlich ist.
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Anstelle
einer Druckfarbe oder eines Resistlacks können auch andere
Aufdruckstoffe, beispielsweise ein Klebstoff, selektiv auf die Erhebungen
oder in die Vertiefungen einer Mikrostruktur übertragen werden,
ohne die vorgegebenen Mikrostrukturen einzuebnen.
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Mit
Bezug auf 10 können beispielsweise die
Mikrolinsen 44 eines Linsenarrays für eine Moiré-Vergrößerungsanordnung 40 auf
die beschriebene Art mit einer Klebeschicht 150 versehen
werden. Der zu übertragende Heißsiegellack muss
dazu hochviskos eingestellt werden und bei Zimmertemperatur blockfrei
sein. Bei dem Heißsiegellack kann es sich neben herkömmlichen
Systemen auf wässriger Basis beispielsweise auch um ein
wasseraktivierbares Klebstoffsystem handeln, das durch die Feuchtigkeit
in der Papiermaschine aktiviert wird.
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Durch
diese Maßnahme kann beispielsweise ein in ein Papiersubstrat
eingebetteter Sicherheitsfaden mit Moiré-Vergrößerungsanordnung
nicht nur auf der Seite der Motivschicht, sondern auch auf der Seite
des Linsenarrays über eine Klebeschicht mit dem Papier
verbunden werden. Bei herkömmlichen Gestaltungen bleibt
dagegen die Seite der Mikrolinsen stets offen, was zu einer schwächeren
Verankerung des Sicherheitsfadens führt. Es versteht sich,
dass die zusätzliche Klebeschicht 150 mit ihrem
Brechungsindex bereits bei der Auslegung von Geometrie und Brechungsindex
der Mikrolinsen 44 geeignet berücksichtigt werden
kann. Selbstverständlich kann auch auf der Motivseite einer
Moiré-Vergrößerungsanordnung 40 Klebstoffmaterial
selektiv auf die erhabenen Stellen einer Prägestruktur
aufgebracht werden.
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Die Übertragung
eines Klebstoffs auf die Erhebungen einer Prägestruktur
erlaubt beispielsweise auch die Hinzufügung zusätzlicher
holographischer Strukturen, wie anhand des Ausführungsbeispiels der 11 erläutert.
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11 zeigt
eine Prägestruktur 160 mit Erhebungen 162 und
Vertiefungen 164, die in ihrer Form und Anordnung eine
gewünschte Mikrostruktur bilden. Wie bei dem Ausführungsbeispiel
der 7 und 9 sind die Oberflächen
der Erhebungen 162 mit diffraktiven Mikroreliefstrukturen 166 versehen, die
eine gewünschte holographische Information tragen, während
die Vertiefungen 164 keine optisch relevante Information
enthalten. Wie oben ebenfalls bereits beschrieben, wurden die Erhebungen 162 der Prägestruktur 160 selektiv
mit einer Metallisierung 168 versehen, wie in 11(a) gezeigt.
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Um
nun zusätzliche holographische Strukturen aufzubringen,
wird auf die Erhebungen 162 selektiv ein hochviskoser Haftkleber 170 übertragen. Die
so vorbereitete Prägestruktur 160 wird dann mit einer
weiteren Folie 172 in Kontakt gebracht, die ein metallisiertes,
fortlaufendes und releasefähig ausgebildetes Hologramm 174 trägt.
Durch geeignete Einstellung von Temperatur und Druck werden die
holographischen Strukturen 174 der Folie 170 selektiv
auf die klebstofftragenden Erhebungen 162 der Prägestruktur 160 übertragen.
Auch auf diese Weise kann ein Sicherheitselement mit zwei, von gegenüberliegenden
Seiten sichtbaren Hologrammen geschaffen werden, die ein gemeinsames,
perfekt gepassertes Negativmuster 164 aufweisen. Falls
gewünscht, kann noch eine weitere hochviskose Druckfarbe
auf die Erhebungen 162 übertragen werden um das
Hologramm 174 bei Betrachtung von oben farbig erscheinen
zu lassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0330733
A1 [0003]
- - EP 0064067 A1 [0003]
- - WO 99/13157 [0024]
- - DE 102005062132 A1 [0091]
- - WO 2007/076952 A2 [0091]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Artikel „The
moiré magnifier", M.C. Hutley, R. Hunt, R.F. Stevens and
P. Savander, Pure Appl. Opt. 3 (1994), pp. 133–142 [0004]