DE2701218B1 - Verfahren zur Erzeugung eines Oberflächenreliefbildes und Bildträger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Oberflächenreliefbildes auf einem Bildträger aus thermoplastischem Werkstoff.

Es ist bekannt, Oberflächenreliefbilder auf thermoplastischen Bildträgern durch Prägen oder Gießen zu erzeugen. Hierzu wird eine Prägematrize oder Gießform benötigt, die das Negativ des zu erzeugenden Oberflächenreliefs trägt und z. B. auf fotomechanischem Weg hergestellt werden kann. Es ist auch möglich, ein Oberflächenreliefbild nach einem fotomechanischen Verfahren unmittelbar in einen thermoplastischen Bildträger einzuarbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das gestattet, mittel;; einer elektromagnetischen Strahlung bei geringem Energiebedarf auf einem Bildträger aus thermoplastischem Werkstoff ein Oberflächenreliefbild zu erzeugen.

Die Erfindung besteht darin, daß durch ein Prägeverfahren in den Bildträger ein elastisches Spannungsfeld eingegeben wird, das durch Wärmeeinwirkung in eine Reliefstruktur umformbar ist, und daß das Oberflächenreliefbild durch selektive Wärmeeinwirkung auf den Bildträger aufgezeichnet w ird.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Bildträger inn Schnitt, F i g. 2 den Bildträger dler F i g. 1 mit einem elasti sehen Spannungsfeld,

F i g. 3 den Bildträger der F i g. 2 beim Aufzeichnen eines Oberflächenreliefbildes, F i g. 4 ein Diagramm, F i g. 5 einen beschichteten Bildträger,

Fig.6 den Bildträger der Fig.5 beim Aufzeichnen und Auslesen eines Oberflächenreliefbildes und

F i g. 7 und 8 weitere Bildträger mit einem Oberflächenreliefbild. In der F i g. 1 bedeutet 1 einen aus thermoplastischen Werkstoff bestehenden Bildträger im Ausgangszustand. Seine Oberfläche weist eine unregelmäßige Reliefstruktur 2 mit einer Zufallsperiodizität in der Größenordnung von z. B. 30 Mikron auf, die eine diffuse Streuung einfallenden Lichtes hervorruft. Diese matte Oberfläche kann unmittelbar bei der Herstellung des Bildträgers 1 oder in einem anschließenden Prägevorgang mittels sandgestrahlter oder in ähnlicher Weise behandelter Kalanderrnllen oder Prägematrizen erzeugt werden. Die strukturierte Oberfläche des Bildträgers 1 wird unter Anwendung von Druck und Wärme mit einer ebenen, völlig glatten Prägematrize derart glattgeprägt, daß gemäß der F i g. 2 eine glatte Oberfläche 3 entsteht. Bei geeigneter Wahl der Prägebedingungen verschwindet hierbei die Reliefstruktur 2 vollständig und wird in ein elastisches Spannungsfeld 4 umgeformt, das durch die starke Formänderung des thermoplastischen Werkstoffes in den hohen Regionen der Reliefstruktur 2 und die geringe Formänderung in den tiefsten Regionen der Reliefstruktur 2 entsteht

■to Wenn der so behandelte Bildträger 1 über die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Werkstoffes hinaus erwärmt wird, entspannt sich das elastische Spannungsfeld 4 und die ursprüngliche Reliefstruktur 2 bildet sich wieder. Durch selektive Wärmeeinwirkung auf ausgewählte Bereiche der Oberfläche 3 kann somit auf den Bildträger 1 ein Oberflächenreliefbild aufgezeichnet werden.

Die Fig.3 zeigt eine geeignete Anordnung zur Aufzeichnung des Oberflächenreliefbildes. Wie beim Kontaktkopieren bei herkömmlichen Reproduktionsverfahren steht die Bildinformation in einer Transparentvorlage 5 zur Verfügung, die dicht über dem Bildträger 1 angeordnet ist. Mit einer Wärmestrahlung 6 wird der Bildträger 1 belichtet (der Ausdruck »Belich ten« soll hier auch die Einwirkung von außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches liegender elektromagnetischer Strahlung umfassen). In den genügend belichteten Bereichen wird die Reliefstruktur 2 wieder hergestellt, in den unbelichteten Bereichen dagegen bleibt die glatte Oberfläche 3 erhalten. Je nach Intensität und Dauer der Belichtung bildet sich die Reliefstruktur 2 in den belichteten Bereichen stärker oder schwächer zurück, so daß entsprechend den Grautönen konventioneller Schwarzweiß-Bilder beliebige Zwischenzustände zwi-

h5 sehen einer vollständig streuenden Reliefstruktur und einer nicht streuenden strukturlosen Oberfläche geschaffen werden können. Außer dem beschriebenen Kontaktkopieren bieten

sich zur Aufzeichnung: des Oberflächenreliefbildes auf den Bildträger 1 weitere Möglichkeiten an. Mit einer geeigneten Strahlenquelle und einem Linsensystem kann ein thermisches Bild auf die Oberfläche des Bildträgers 1 projiziert werden. Ferner kann die Oberfläche des Bildträgers 1 mit einem modulierten Strahl thermischer Energie in ähnlicher Weise abgetastet werden, wie dies in einer Bildröhre durch einen Elektronenstrahl geschieht. Ein solcher Abtaststrahl kann inkohärent oder kohärent sein und im sichtbaren Bereich oder außerhalb des sichtbaren Bereiches des elektromagnetischen Spektrums liegen, z. B. im Infrarotbereich oder im Mikrowellenbereich.

Das auf die beschriebene Weise erzeugte Oberflächenreliefbild stellt ein Phasenbild dar, in dem die Bildinformation durch die unterschiedliche Streucharakteristik gegeben ist Die Sichtbarmachung der Phaseninformation als amplitudenmoduliertes Bild kann mit in der Optik bekannten Einrichtungen wie Mikrofilmlesegeräten u.dgl. in Reflexion oder Transmission erfolgen. Aufgrund der unterschiedlichen Streucharakteristik ist das Bild auch ohne Hilfsmittel von bloßem Auge erkennbar, je nach Art der Bildbetrachtung erscheinen streuende Bereiche hell und nichtstreuende Bereiche dunkel oder umgekehrt

Die Aufzeichnung von Grautönen auf den Bildträger 1 kann auch durch das in der Drucktechnik bekannte Rasterverfahren erfolgen, bei dem das Bild in diskrete Rasterelemente aufgelöst wird, deren Größe variiert und dementsprechend einen mittleren Grauton ergibt. Im Beispiel der Fig.3 kann das Raster in die Transparentvorlage 5 so eingegeben werden, daß die eine starke Streuung bewirkende Reliefstruktur 2 innerhalb der Rasterelemente vollständig wiederhergestellt wird, während außerhalb der Rasterelemente die glatte Oberfläche 3 erhalten bleibt.

Die F i g. 4 zeigt den typischen Verlauf der Zugfestigkeit ob und der Dehnung ö_g eines thermoplastischen Werkstoffes in Abhängigkeit von der Temperatur T. Der Übergang vom festen in den thermoelastischen Zustandsbereich bei der Glasübergangstemperatur 7> zeichnet sich durch einen starken Abfall der Zugfestigkeit Ob und einen steilen Anstieg der Dehnung 6_g aus. Bei der Fließtemperatur 7} erfolgt der Übergang vom thermoelastischen in den thermoplastischen Zustandsbereich. Um ein ausgeprägtes Erinnerungsvermögen des Bildträgers 1 an die Reliefstruktur 2 zu erzielen, wird die glatte Oberfläche 3 vorteilhaft im thermoelastischen Zustandsbereich in den Bildträger 1 eingeprägt. Die Reliefstruktur 2 wird aus dem selben Grund Vorzugsweise im thermoplastischen Zustandsbereich in den Bildträger 1 eingeprägt. Die Reliefstruktur 2 wird aus dem selben Grund vorzugsweise im thermoplastischen Zustandsbereich in den Bildträger 1 eingegeben. Damit die Reliefstruktur 2 wieder hervortritt, genügt eine Erwärmung der äußeren Grenzschicht des Bildträgers 1 auf eine Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur Tg.

Damit die thermische Energie der Wärmestrahlung 6 (F i g. 3) beim Belichten vom Bildträger 1 aufgenommen wird, kann dieser aus einem die Wärmestrahlung 6 absorbierenden Werkstoff bestehen. Die Wärmeleitfähigkeit des Bildträgers 1 soll hierbei möglichst gering sein, so daß ein Wärmefluß zu unbelichteten Bereichen des Spannungsfeldes 4 (Fig.2) verhindert wird. Da *> > beim Aufzeichnen des Oberflächenreliefbildes nur die äußere, das Spannungsfeld 4 aufweisende Grenzschicht des Bildträgers 4 selektiv erwärmt werden muß, besteht auch die Möglichkeit dafür zu sorgen, daß die Wärmestrahlung ausschließlich in dieser Grenzschicht absorbiert wird. Dies kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, daß in die äußere Grenzschicht des Bildträgers 1 ein die Wärmestrahlung 6 absorbierendes Material eindiffundiert wird. Ferner kann auf den nicht absorbierenden Bildträger 1 eine dünne Absorptionsschicht aufgetragen werden, die beim Belichten die Wärmestrahlung absorbiert und die hierbei aufgenommene Wärme in die äußere Grenzschicht des Bildträgers weiterleitet Diese Absorptionsschicht kann nach erfolger Bildaufzeichnung wieder entfernt werden oder aber auf dem Bildträger 1 verbleiben. Selbstverständlich muß im letztgenannten Fall die Absorptionsschicht für den Spektralbereich des verwendeten Leselichtes transparent sein, falls das Oberflächenreliefbild im Durchlicht ausgelesen werden soll.

Anhand der Fig.5 und 6 wird eine vorteilhafte Anwendung einer Absorptionsschicht bei einem reflexionslesbaren Oberflächenreliefbild erläutert Die Fig.5 zeigt den Bildträger 1 mit dem in diesen eingegebenen elastischen Spannungsfeld 4. Auf der glatten Oberfläche 3 ist eine sehr dünne Reflexionsschicht 7, z. B. eine aufgedampfte Metallschicht, angeordnet Eine dünne Absorptionsschicht 8, beispielsweise eine Lack- oder Farbschicht die zugleich als Schutzschicht für das Oberflächenrelief dient ist auf die Reflexionsschicht 7 aufgetragen. Beim Belichten gemäß der Fig.6 wird die in der Absorptionsschicht 8 absorbierte thermische Energie über die Reflexionsschicht 7 in die äußere Grenzschicht des Bildträgers 1 übertragen. Das Auslesen des Oberflächenreliefbildes erfolgt von der Rückseite des in diesem Fall transparenten Bildträgers 1 her mit einem Lesestrahl 9, der an der Reflexionsschicht 7 in Bereichen mit einer Reliefstruktur 2 diffus gestreut und in Bereichen mit einer glatten Oberfläche 3 reflektiert wird.

Der gemäß der Fig.5 beschichtete Bildträger 1 eignet sich ausgezeichnet als Dokument, d.h. als Kreditkarte, Identitätskarte u.dgl. In ein solches mehrschichtiges Dokument kann nach dessen Fertigstellung und Verkapselung ein Oberflächenreliefbild, z. B. ein Portrait des Inhabers, durch thermisches Belichten fälschungssicher eingegeben werden.

Das beschriebene Verfahren zur Erzeugung eines Oberflächenreliefbildes ist selbstverständlich nicht auf Zufallsstrukturen entsprechend der gezeigten Reliefstruktur 2 beschränkt. In gleicher Weise können auch Oberflächenreliefbilder erzeugt werden, die in den belichteten Bereichen eine periodische Reliefstruktur aufweisen. Die F i g. 7 zeigt als Beispiel einen Bildträger 10, der in den belichteten Bereichen eine Reliefstruktur 11 mit einem sinusförmigen Furchenprofil aufweist In der Fig.8 ist ein Bildträger 12 dargestellt, dessen Reliefstruktur 13 ein rechteckförmiges Furchenprofil besitzt. Die Reliefstruktur 11 und 13 können Phasenbeugungsgitter darstellen, die eine Beugung einfallenden Lichtes bewirken und dadurch im Lesegerät helle und dunkle Bildteile hervorrufen. Die Reliefstruktur kann auch eine Fresnel-Struktur u.dgl. sein, die eine Brechung oder Reflexion einfallenden Lichtes aufgrund der Gesetze der geometrischen Optik bewirkt Ferner kann anstelle einer glatten Oberfläche 3 (Fig.2) eine zweite Reliefstruktur in den die erste Reliefstruktur 2 aufweisenden Bildträger 1 eingeprägt werden, so daß beim Belichten des Bildträgers in den belichteten Bereichen eine neue Reliefstruktur entsteht, die der Überlagerung der ersten und der zweiten Relief struktur

entspricht.

Ein Bildträger mit einem auf die geschilderte Weise erzeugten Oberflächenreliefbild — insbesondere der Bildträger 12 mit der rechteckförmigen Reliefstruktur 13 — eignet sich vorzüglich als Druckform, d. h. als Druckplatte oder Druckzylinder in der Drucktechnik. Außerdem kann vom Oberflächenreliefbild durch chemische oder galvanische Beschichtung eine Kopie aus Metall hergestellt und diese als Druckform verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung eines Oberflächenrelisfbildes auf einem Bildträger aus thermoplastischem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Prägeverfahren in den Bildträger (1; 10; 12) ein elastisches Spannungsfeld (4) eingegeben wird, das durch Wärmeeinwirkung in eine Reliefstruktur (2; 11; 13) umformbar ist, und daß das Oberflächenrefliefbild durch selektive Wärmeeinwirkung auf den Bildträger (1; 10; 12) aufgezeichnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einen die Reliefstruktur (2; 11; 13) aufweisenden Bildträger (1; 10; 12) eine glatte Oberfläche (3) so eingeprägt wird, daß die Reliefstruktur (2; U; 13) verschwindet und in das Spannungsfeld (4) umgeformt wird.

J. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur (2; 11; 13) im thermoplastischen Zustandsbereich des thermoplastischen Werkstoffes und die glatte Oberfläche (3) im thermoelastischen Zustandsbereich in den Bildträger (1; 10; 12) eingeprägt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (1; 10; 12) mit einer Absorptionsschicht (8) beschichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die äußere Grenzschicht des Bildträgers (1; 10; 12) ein absorbierendes Material eindiffundiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildträger (1; 10; 12) mit einer Reflexionsschicht (7) beschichtet wird.

7. Bildträger, hergestellt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur (2) eine Streuung einfallenden Lichtes hervorruft.

8. Bildträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reliefstruktur (11; 13) eine Beugung, Brechung oder Reflexion einfallenden Lichtes hervorruft.

9. Verwendung des Bildträgers nach Anspruch 7 als Druckform.