EP0896694A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von belichteten satzfilmen für den lichtsatz - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von belichteten satzfilmen für den lichtsatz

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Publication number
EP0896694A1
EP0896694A1 EP96914158A EP96914158A EP0896694A1 EP 0896694 A1 EP0896694 A1 EP 0896694A1 EP 96914158 A EP96914158 A EP 96914158A EP 96914158 A EP96914158 A EP 96914158A EP 0896694 A1 EP0896694 A1 EP 0896694A1
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EP
European Patent Office
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film
exposed
laser
laser beam
pixel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96914158A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Costard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Windi Winderlich GmbH
Original Assignee
Windi Winderlich GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of exposed typesetting films for the typesetting of light, in which a typesetting film, which has a transparent plastic base film and at least one applied cover layer, is scanned with a laser beam and exposed in a pixel-controlled manner by the type information, and a corresponding one Device for carrying out the method.
  • a laser beam is guided line by line over a set film via a rotating mirror.
  • a modulator is provided in the beam path between the laser and the rotating mirror, which electronically controls periodically deflects the laser beam and only allows it to reach the set film at intervals via the rotating mirror, the rotating mirror continuing to rotate between successive intervals, so that successive intervals occur in successive intervals Pixels of a line are exposed on the film.
  • a helium-neon laser is used as the laser light source.
  • the exposed photographic film on which, for example, the pages of a newspaper were imaged using the process steps mentioned, is then developed in the usual way to then use the film to produce the printing forms.
  • a method for producing photomasks for the further production of electronic circuits in which a film consists of a plastic carrier film, an extremely thin metal layer applied thereon and a plastic protective layer covering the metal layer.
  • the film is irradiated with an intense laser beam pixel by pixel, the energy of the laser beam destroying the metal layer at the pixels to be exposed and the metal coagulating to the finest particles.
  • the production of such multilayer structures is relatively complicated.
  • a set film which has a transparent plastic base film or carrier film and a top layer containing carbon black and / or graphite applied thereon.
  • the amount of carbon black and / or graphite applied in the top layer is selected so that the set film has a desired predetermined densitometric density or blackening.
  • the laser beam scans the film for pixels to be exposed with sufficient intensity to burn off the cover layer in these pixels so that only the transparent base film remains in the exposed pixels.
  • the radiation can be directed both directly and indirectly through the plastic base film onto the cover layer.
  • the laser power required is advantageously lower when irradiated through the plastic base film. After the irradiation, only the transparent plastic base film remains in the exposed areas, while the cover layer is retained in the unexposed areas, so that the exposed film directly obtains the desired image.
  • the use of carbon black and / or graphite as cover material enables a desired blackening to be achieved with relatively little material.
  • the materials mentioned which contain substantial proportions of atomic carbon, can be ignited relatively easily with a laser beam, so that the top layer at one pixel can be completely removed within a short exposure time (typically 10 ns to 10 ⁇ s) of the laser. It has been found that the soot and / or graphite-containing ⁇ covering layers fen by laser beams completely evaporation ⁇ and can burn without residue on the base film material Kunststoff ⁇ remain.
  • the energy density required for this is, for example, about 1 J / cm at a wavelength of 1.064 ⁇ m.
  • soot and / or graphite-containing cover layers Another important advantage of soot and / or graphite-containing cover layers is that essentially carbon dioxide is produced as the combustion product, so that no special protective measures are necessary to capture and suction off reaction products.
  • the method according to the invention it is therefore possible, by means of a single laser scanning of the set film, to produce an exposed set film which bears the desired image without further processing steps being necessary.
  • the typesetting film with a plastic base film and a soot and / or graphite-containing cover layer can be produced simply and inexpensively and is superior to all known typesetting films in this respect.
  • the top layer consists of a mixture of dispersed carbon black and binder, preferred binders being mixed polymers based on acrylic ester-acrylic / methacrylic acid, maleic acid styrene or polyurethane.
  • the cover layer can have thicknesses in the range of 1.5 to 10 ⁇ m, preferably 1.5 to 6 ⁇ m.
  • Lasers with good beam properties and sufficiently high power can be used for the process.
  • the most effective wave The length of the laser is determined by the interaction of the laser radiation with the material of the cover layer. Since soot and graphite have a high absorption in the entire optical wavelength range, lasers in the wavelength range from 180 nm to 10.6 ⁇ m are particularly suitable for the method. A large number of laser sources are available in this area, and at the same time there are sufficient optical aids for beam guidance.
  • Nd: YAG lasers in particular diode-pumped Nd: YAG lasers
  • YAG lasers diode-pumped Nd: YAG lasers
  • Such lasers are available today with sufficient power with diffraction-limited beam quality, for example with a power of 10 watts, which is completely sufficient for the purposes of the present invention.
  • diode lasers with good beam quality are also suitable for the method according to the invention due to their compactness and excellent modulability.
  • the covering layer is dimensioned according to its soot and / or graphite content and its thickness so that sufficient blackening is achieved, but the amount of material is small enough so that the covering layer can be easily burned off.
  • a cover layer can consist, for example, of pigment black with polyurethane as a binder and have a thickness of 4 ⁇ m. Polyester, for example, can be used as the material of the plastic base film, for example with a layer thickness of 75 ⁇ m.
  • a 75 ⁇ m thick PETP film (polyethylene terephthalate) is used as the plastic base film, to which a 2.1 ⁇ m thick cover layer is applied.
  • the top layer has the following composition:
  • the cover layer described has an optical density of 3.9.
  • a 2.4 ⁇ m thick cover layer with the following composition is applied to a plastic base film as in the previous example:
  • the cover layer just described has an optical density of 4.1.
  • a device can be constructed as follows, for example.
  • the laser beam of a diode-pumped Nd: YAG laser with a basic mode power of 20 watts is split into several partial beams, each of which can be modulated in intensity by a modulator.
  • These partial beams are expanded by optics adapted to the wavelength of the laser and focused on the film plane.
  • the deflection of each laser beam over the film is realized by a polygon scanner with several facets.
  • the film is exposed through the transparent plastic base film.
  • a suction device is arranged behind the film and disposes of the released gases. Since the film is insensitive to daylight, the film can be fed via an open film drum with more than 100 meters of film.
  • the device itself is not necessarily designed to be light-tight. Since the film is no longer under development with an additional highly precise alignment of the film, it is even possible to post-process the film.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von belichteten Satzfilmen für den Lichtsatz. In einem derartigen Verfahren wird ein Satzfilm, welcher eine durchsichtige Kunststoffgrundfolie und wenigstens eine aufgebrachte Deckschicht hat, mit einem Laserstrahl abgetastet und gesteuert durch die Satzinformation bildpunktweise belichtet. Um eine einfache und kostengünstige Herstellung von Satzfilmen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, einen Satzfilm mit einer russ- und/oder graphithaltigen Deckschicht auf der durchsichtigen Kunststoffgrundfolie zu verwenden und die Deckschicht an zu belichtenden Bildpunkten durch den Laserstrahl abzubrennen, so dass in den belichteten Bereichen nur die durchsichtige Kunststoffgrundfolie verbleibt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von belichteten Satzfilmen für den Lichtsatz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von belich¬ teten Satzfilmen für den Lichtsatz, bei dem ein Satzfilm, wel¬ cher eine durchsichtige Kunststoffgrundfolie und wenigstens eine aufgebrachte Deckschicht hat, mit einem Laserstrahl abgetastet und gesteuert durch die Satzinformation bildpunktweise belichtet wird, und eine entsprechende Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Bei einem bekannten derartigen Verfahren wird ein Laserstrahl über einen Drehspiegel zeilenweise über einen Satzfilm geführt. Im Strahlengang zwischen Laser und Drehspiegel ist ein Modulator vorgesehen, der elektronisch gesteuert den Laserstrahl peri¬ odisch ablenkt und ihn nur intervallweise über den Drehspiegel auf den Satzfilm gelangen läßt, wobei sich der Drehspiegel zwi¬ schen aufeinanderfolgenden Intervallen weiterdreht, so daß in aufeinanderfolgenden Intervallen aufeinanderfolgende Bildpunkte einer Zeile auf dem Film belichtet werden. Als Laserlichtquelle wird ein Helium-Neon-Laser verwendet. Der belichtete photogra¬ phische Film, auf den beispielsweise mit den genannten Verfah¬ rensschritten die Seiten einer Zeitung abgebildet wurden, wird anschließend in üblicher Weise entwickelt, um dann mit Hilfe des Films die Druckformen herzustellen.
Desweiteren sind Verfahren zur Herstellung von Druckformen be- kannt, bei denen die Druckplatten direkt mit einem Laserstrahl abgetastet wird, wobei eine ähnliche Strahlsteuerung wie im obigen Verfahren zur bildpunktweisen Abtastung verwendet wird. Das Laserlicht wirkt auf eine auf die Druckplatte aufgebrachte Schicht mit einer Diazoverbindung ein. Nach der Belichtung wird die Diazoverbindungsschicht chemisch behandelt, um die Druckform zu erzeugen. Auch bei diesem Verfahren ist eine chemische Nach¬ behandlung nach der Belichtung erforderlich.
Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Fotomasken für für die weitere Herstellung elektronischer Schaltungen bekannt, bei dem ein Film bestehend aus einer Kunststoffträgerfolie, einer darauf aufgebrachten extrem dünnen Metallschicht und einer die Metallschicht abdeckenden KunststoffSchutzschicht besteht. Der Film wird mit einem intensiven Laserstrahl bildpunktweise bestrahlt, wobei an zu belichtenden Bildpunkten die Energie des Laserstrahls die Metallschicht zerstört und das Metall zu fein¬ sten Partikeln gerinnen läßt. Die Herstellung solcher Mehr¬ schichtstrukturen ist relativ kompliziert.
Aus DE 36 20 233 C2 ist ein Verfahren zur Kennzeichnung von Werkstücken aus Glas, Keramik oder Porzellan bei Temperaturen oberhalb 300°C bekannt, bei dem Dampf von Titan, Vanadium oder Graphit aufgebracht wird, der bei Temperaturen oberhalb 300°C auf der Oberfläche des heißen Werkstücks kondensiert und in die Oberfläche eindiffundiert, so daß eine zuverlässige Haftung der aufgedampften Deckschicht erreicht wird. Danach werden die Kenn¬ zeichnungssymbole durch partielles Abdampfen der Deckschicht mittels eines Lasers angebracht. Eine derartige Aufbringung einer Deckeschicht wäre für Filme mit einer Kunststoffgrundfolie ungeeignet. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Satzfilmen zu schaffen, mit denen Satzfilme auf einfache und kostengünstige Weise herstell¬ bar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient das Verfahren mit den kennzeich¬ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff, sowie die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Satzfilm verwendet, der eine durchsichtige Kunststoffgrundfolie oder Trägerfolie und eine darauf aufgebrachte Ruß- und/oder graphithaltige Deck¬ schicht hat. Die in der Deckschicht aufgebrachte Ruß- und/oder Graphitmenge ist so gewählt, daß der Satzfilm eine gewünschte vorgegebene densitometrische Dichte oder Schwärzung hat. Der Laserstrahl tastet den Film auf zu belichtende Bildpunkte mit ausreichender Intensität ab, um die Deckschicht in diesen Bild¬ punkten abzubrennen, so daß in den belichteten Bildpunkten nur die durchsichtige Grundfolie zurückbleibt. Die Bestrahlung kann sowohl unmittelbar, als auch mittelbar durch die Kunststoff- grundfolie auf die Deckschicht gerichtet werden. Die erforderli¬ che Laserleistung ist bei Bestrahlung durch die Kunststoffgrund¬ folie vorteilhafterweise geringer. Nach der Bestrahlung ver- bleibt in den belichteten Bereichen nur die durchsichtige Kunst¬ stoffgrundfolie, während in den unbelichteten Bereichen die Deckschicht erhalten bleibt, so daß der belichtete Film direkt die gewünschte Abbildung erhält.
Die Verwendung von Ruß und/oder Graphit als Deckmaterial ermög¬ licht einerseits, mit relativ wenig Material eine gewünschte Schwärzung zu erzielen. Andererseits sind die genannten Materia¬ lien, die wesentliche Anteile an atomaren Kohlenstoff enthalten, mit einem Laserstrahl relativ gut entzündbar, so daß innerhalb einer kurzen Einwirkzeit (typisch 10 ns bis 10 μs) des Lasers die Deckschicht an einem Bildpunkt vollständig entfernbar ist. Es hat sich herausgestellt, daß sich die Ruß- und/oder graphit¬ haltigen Deckschichten durch Laserstrahlen vollständig verdamp¬ fen und abbrennen lassen, ohne daß Rückstände auf der Kunst¬ stoffgrundfolie zurückbleiben. Die dafür benötigte Energiedichte beträgt beispielsweise bei einer Wellenlänge von 1,064 μm etwa 1 J/cm .
In der beschriebenen Weise entsteht ein Satzfilm mit hohem Kon¬ trast zwischen den durchsichtigen, belichteten Bereichen und den unbelichteten Bereichen mit der Deckschicht.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Ruß- und/oder graphithal¬ tigen Deckschichten besteht dabei darin, daß als Verbrennungs¬ produkt im wesentlichen Kohlendioxid entsteht, so daß keine besonderen Schutzmaßnahmen zum Einfangen und Absaugen von Reak¬ tionsprodukten erforderlich sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es daher möglich, durch eine einzige Laserabtastung des Satzfilms einen belichteten Satzfilm herzustellen, der die gewünschte Abbildung trägt, ohne daß weitere Bearbeitungsschritte erforderlich wären. Dies führt zu einem vereinfachten Verfahren zur Herstellung belichteter Satzfilme. Ferner ist der Satzfilm mit einer Kunststoffgrundfo¬ lie und ruß- und/oder graphithaltiger Deckschicht einfach und kostengünstig herstellbar und in dieser Beziehung allen bekann¬ ten Satzfilmen überlegen.
Die Deckschicht besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus einem Gemisch aus dispergiertem Industrieruß (Carbon Black) und Bindemittel, wobei bevorzugte Bindemittel Mischpolimerisate auf der Basis Acrylester-Acryl/Methacrylsäure, Maleinsäure-Styren oder Polyurethane sind. Die Deckschicht kann Dicken im Bereich 1,5 bis 10 μm, vorzugsweise 1,5 bis 6 μm, haben.
Für das Verfahren sind Laser mit guten Strahleigenschaften und ausreichend hoher Leistung verwendbar. Die effektivste Wellen- länge des Lasers wird durch die Wechselwirkung der Laserstrah¬ lung mit dem Material der Deckschicht bestimmt. Da Ruß und Gra¬ phit im gesamten optischen Wellenlängenbereich eine hohe Absorp¬ tion haben, sind für das Verfahren insbesondere Laser im Wellen- längenbereich von 180 nm bis 10,6 μm geeignet. In diesem Bereich ist eine Vielzahl von Laserquellen verfügbar und gleichzeitig existieren ausreichende optische Hilfsmittel für die Strahlfüh¬ rung.
Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von Nd:YAG-La- sern, insbesondere von diodengepumpten Nd:YAG-Lasern, erwiesen. Derartige Laser stehen heute mit ausreichender Leistung bei beugungsbegrenzter Strahlqualtität zur Verfügung, beispielsweise mit einer Leistung von 10 Watt, was für die Zwecke der vorlie- genden Erfindung völlig ausreichend ist. Aber auch Diodenlaser mit guter Strahlqualität eignen sich aufgrund ihrer Kompaktheit und ausgezeichneten Modulierbarkeit für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die Deckschicht wird nach ihrem Ruß- und/oder Graphitgehalt und ihrer Dicke so bemessen, daß eine ausreichende Schwärzung er¬ reicht wird, die Materialmenge aber gering genug ist, so daß die Deckschicht leicht abbrennbar iεt. Eine Deckschicht kann bei¬ spielsweise aus Pigmentruß mit Polyurethan als Bindemittel be- stehen und eine Dicke von 4 μm aufweisen. Als Material der Kunststoffgrundfolie kann beispielsweise Polyester dienen, bei¬ spielsweise mit einer Schichtdicke von 75 μm.
Im folgenden werden weitere Beispiele für den Aufbau eines Films für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben. Als Kunststoffgrund¬ folie wird eine 75 μm dicke PETP-Folie (Polyethylenterephtalat) verwendet, auf die eine 2,1 μm dicke Deckschicht aufgebracht ist. Die Deckschicht weist folgende Zusammensetzung auf:
40 Gew. -Tl. dispergierter Ruß 80 Gew. -Tl. eines Mischpolymerisates aus Methylmethacrylat-Et- hylacrylat-Methacrylsäure (48/35/17) 10 Gew.-Tl. Polyethylenwachs 2 Gew.-Tl. nichtionisches Tensid auf der Basis eines ethox- ylierten Phosphorsäureesters .
Die beschriebene Deckschicht hat eine optische Dichte von 3,9.
In einem weiteren Beispiel wird auf eine Kunststoffgrundfolie wie im vorhergehenden Beispiel eine 2,4 μm starke Deckschicht mit folgender Zusammensetzung aufgebracht:
38 Gew.- Tl. dispergierter Ruß
75 Gew.- Tl. alternierendes Copolymerisat auf der Basis Styren- Maleinsäurebutylhalbester
5,5 Gew.-Tl. Polyethylenwachs
3 Gew.-Tl. nichtionisches Tensid.
Die soeben beschriebene Deckschicht hat eine optische Dichte von 4,1.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann z.B. wie folgt aufgebaut sein. Der Laserstrahl eines diodengepumpten Nd:YAG-Lasers mit einer Grundmodeleistung von 20 Watt wird in mehrere Teilstrahlen aufgespalten, die jeder für sich durch einen Modulator in ihrer Intensität modulierbar sind. Diese Teilstrahlen werden durch eine an die Wellenlänge des Lasers angepaßte Optik aufgeweitet und auf die Filmebene fokussiert. Die Ablenkung jedes Laser¬ strahls über den Film wird durch einen Polygonscanner mit mehre- ren Facetten realisiert. Der Film wird durch die transparente Kunststoffgrundolie hindurch belichtet. Hinter der Folie ist eine Absaugvorrichtung angeordnet, die die freiwerdenden Gase entsorgt. Da der Film tageslichtunempfindlich ist, kann die Filmzufuhr über eine offene Filmtrommel mit mehr als 100 Metern Film erfolgen. Auch das Gerät selbst ist nicht zwingend licht¬ dicht ausgelegt. Da der Film keiner weiteren Entwicklung unter- zogen wird, ist, bei einer zusätzlichen hochgenauen Ausrichtung des Films, sogar eine Nachbearbeitung des Films möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von belichteten Satzfilmen für den Lichtsatz, bei dem ein Satzfilm, welcher eine durchsichtigen
Kunststoffgrundfolie und wenigstens eine aufgebrachte Deck¬ schicht hat, mit einem Laserstrahl abgetastet und gesteuert durch die Satzinformation bildpunktweise belichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckschicht mit in einem Bindemittel dispergiertem Ruß und/oder Graphit verwendet und die Deckschicht an zu belichtenden Bildpunkten durch den Laserstrahl abgebrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Laserstrahls ein Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 180 nm bis 10,6 μm verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nd:YAG-Laser bei der Grundfrequenz oder einer seiner Harmo- nischen verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein diodengepumpter Festkörperlaser verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Dio¬ denlaser mit im wesentlichen beugungsbegrenzter Strahlguali- tät verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht als Bindemittel für Ruß oder Graphit einen thermoplastischen Kunststoff auf der Basis von Mischpolimerisaten enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckschicht verwendet wird, die bezogen auf das Bindemittel
30 bis 100 Gew.% dispergierten Ruß enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Dicke der Deckschicht 1,5 bis 10 μm, vor¬ zugsweise 1,5 bis 6 μm beträgt, und einen Rußanteil bezogen auf das Bindemittel von 30 bis 75 Gew.% aufweist.
9. Vorrichtung zur Herstellung eines belichteten Satzfilms, bei dem der Satzfilm bildpunktweise mit einem Laserstrahl abge¬ tastet und der Laserstrahl bei der Abtastung entsprechend der Satzbildinformation moduliert wird, dadurch gekennzeich- net, daß die Vorrichtung einen Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 180 nm bis 10,6 μm zur Belichtung des Satz¬ films aufweist, wobei der Laser in seiner Leistung so dimen¬ sioniert ist, daß bei vorgegebener Belichtungsdauer pro Bildpunkt und Dicke einer ruß- und/oder graphithaltigen Deckschicht des Satzfilms diese bei einem belichtetem Bild¬ punkt vollständig abbrennt.
10. Verwendung eines Films, welcher eine durchsichtige Kunst¬ stoffgrundfolie und eine darauf aufgebrachte Deckschicht mit in einem Bindemittel dispergiertem Ruß und/oder Graphit aufweist, als nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 belichtbarer Satzfilm.
EP96914158A 1996-05-02 1996-05-02 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von belichteten satzfilmen für den lichtsatz Withdrawn EP0896694A1 (de)

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