EP1526963A1 - Laser-supported reproduction method - Google Patents

Laser-supported reproduction method

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Publication number
EP1526963A1
EP1526963A1 EP03790699A EP03790699A EP1526963A1 EP 1526963 A1 EP1526963 A1 EP 1526963A1 EP 03790699 A EP03790699 A EP 03790699A EP 03790699 A EP03790699 A EP 03790699A EP 1526963 A1 EP1526963 A1 EP 1526963A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
replication
substrate
radiation
roller
area
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03790699A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Norbert Lutz
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.)
Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Original Assignee
Leonhard Kurz GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10236597A external-priority patent/DE10236597A1/en
Priority claimed from DE2002150476 external-priority patent/DE10250476A1/en
Application filed by Leonhard Kurz GmbH and Co KG filed Critical Leonhard Kurz GmbH and Co KG
Publication of EP1526963A1 publication Critical patent/EP1526963A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording
    • G03H1/0276Replicating a master hologram without interference recording
    • G03H1/028Replicating a master hologram without interference recording by embossing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03H1/0476Holographic printer
    • GPHYSICS
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    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
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    • G03H1/08Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • B29C59/022Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C2059/023Microembossing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
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    • B29C2791/004Shaping under special conditions
    • B29C2791/009Using laser
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/14Security printing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a marking, for example numbers, letters, surface patterns, surface images or decor, on a substrate, preferably a film, in particular transfer film, energy from a controllable energy source in the form of radiation, preferably laser radiation, into a replication surface
  • Replication device for forming at least one impression area is introduced and the impression area of the replication surface is molded onto the substrate by the replication device contacts the substrate under pressure, as well as a device for generating a marking, for example numbers, letters, surface patterns, surface images or decor a substrate, preferably a film, in particular transfer film, with a replication device which has a replication surface, with a radiation-generating device, preferably a laser system, the radiation for forming at least one information area is directed to at least a portion of the replication surface, and with a counterpressure device having a counterpressure surface, the substrate being arranged between the replication surface of the replication device and the counterpressure surface of the counterpressure device in order to apply the impression region to the surface in a contact area between the replication
  • a particularly successful and difficult to imitate security feature is an optical variable device. Versions of this security feature have diffractive or holographic structures, which lead to an optical effect, such as a color change, a motif change, or a combination of both, when the light incidence or viewing angle changes during the visual check of the authenticity of the security label. The security feature can thus be checked for authenticity without further technical aids.
  • An essential component of these security elements is a mostly thermoplastic or UV-curable layer, into which the diffractive or holographic structure is embossed in the form of a surface relief.
  • This layer can be part of a transfer film, the security element being manufactured first and then being transferred to the document to be secured.
  • This layer can also be formed as an additional layer directly on the object to be secured.
  • Rotating embossing cylinders such as are described, for example, in EP 0419773, or stamping dies, such as are disclosed in DE 2555214, are used to transfer the surface relief from a die to the thermoplastic layer.
  • the production of the matrix is technically very demanding due to the fine diffractive or holographic structures and is also cost-intensive.
  • templates also called masters, are first produced, for example by interfering laser beams and etching processes or by electron beam writing, which are then usually electroplated.
  • the known methods aim to ensure that the same security feature is not applied to each document, but rather that the security features are applied to the respective document or to the
  • CH 594495 describes a method for embossing a relief pattern into a thermoplastic information carrier, wherein only partial regions of the die are selectively molded into the thermoplastic layer.
  • these impression areas are selected either by heating these areas by means of heating tapes through which current flows, or by pressing only the selected impression areas onto the substrate by means of a counterpressure device which has height-adjustable partial areas.
  • a high local resolution in the selection of the impression areas is not to be expected with this method, since the heat conduction during the long heating and cooling phase of the heating bands means that the limits of the impression areas can only be determined imprecisely or the dimensions of the impression areas can be determined by the dimensions of the bands or the dimensions of the height-adjustable sections are fixed. This method is therefore limited in that it has a low local resolution.
  • EP 0169326 describes a device for producing a marking on a substrate and the corresponding method.
  • the device has a replication device in the form of an unheated embossing die, and a pressure plate, which is designed as a counterpressure device.
  • the embossing die has a replication surface that is structured with microstructures to be molded.
  • the device has a laser arrangement which generates a laser beam which is directed towards the substrate by the reverse direction.
  • the substrate is first pressed onto the printing plate by the embossing stamp. Due to the absorption of the laser beam directly incident on the substrate in the embossing area, the substrate is selectively heated locally and brought to a temperature at which it can be permanently deformed. By Positioning of the laser beam can be selected and transferred selectively.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus that allow the production of preferably individualized markings on a substrate, preferably a film, with little equipment.
  • the object is achieved with the method according to claim 1 and the device according to claim 11.
  • a marking is produced on a substrate, preferably a film, in particular a transfer film, the temperature of the replication surface being controlled at least in a partial area using an additional controllable energy source, an energy input by radiation from the radiation source and an energy input into the replication surface of the additional controllable energy source is introduced, so that at least a section of the replication surface is formed as a heat combination area, so that the impression area is molded onto the substrate, the section of the replication surface designed as a heat combination area or a section of the replication surface complementary to the heat combination area forming the impression area.
  • the replication device is first heated with an additional energy source, so that regions or at least partial regions of the structured replication surface of the die have a first temperature.
  • the replication surface of the replication device is then exposed to radiation, so that part of the radiation is absorbed by the replication surface and energy is introduced into the replication surface.
  • areas with different temperatures are created on the replication surface.
  • a part of the areas preferably has the first temperature
  • another part of the areas preferably has a second temperature, which is achieved by the additional energy input by the radiation.
  • the areas with the second temperature can be called heat combination areas due to their origin.
  • the process can be carried out in such a way that either the first temperature or the second temperature corresponds to the working temperature of the molding process, so that in the case of an impression, either the partial areas with the first temperature or the partial areas with the second temperature are permanently molded onto the substrate.
  • the individualized marking preferably consists of the impressions of the partial areas of the replication surface which were selected for an impression by the temperature control described above.
  • the individualization of the marking i.e. the change in the selection of the molded areas can thus be made by changing the temperature distribution on the replication surface.
  • Such a change can be made via the control of the radiation generating device, e.g. B. the laser system, or the corresponding beam guidance and beam shaping devices.
  • the first temperature is in a plastic temperature range T p ⁇ ast for the respective substrate and the second temperature in a flow temperature range Tfiiess for the respective substrate, wherein the flow temperature range is above the plastic temperature range.
  • the first temperature is preferably at least 100 ° C., in particular at least 170 ° C.
  • the plastic temperature is the substrate-specific temperature at which an impression leads to a permanent marking in the substrate.
  • the plastic temperature range preferably extends between +/- 2% of this substrate-specific temperature.
  • a typical temperature range of this type would be, for example, 180 ° C +/- 3.6 ° C.
  • the structured replication surface is permanently molded from this partial area onto the substrate.
  • the temperature is within a flow temperature range, after the die is separated from the substrate, the deformed material of the substrate will begin to flow. As a result, the surface textures molded into the substrate are smoothed, so that they are not retained as optically active structures on the substrate.
  • the subareas are molded onto the substrate that have been tempered to plastic temperature and that have not received any additional heat input from the radiation.
  • the radiation can be used to make a negative selection of partial areas.
  • the first temperature is in an elastic temperature range T e i as t for the respective substrate and the second temperature in a plastic temperature range T p ⁇ ast for the respective substrate, the elastic temperature range being below the plastic temperature range.
  • the second temperature is preferably at least 100 ° C., in particular at least 170 ° C.
  • the structured replication surface is permanently molded from this partial area onto the substrate.
  • Transfer heat combination areas The additional heat input from the radiation thus represents a positive selection of partial areas.
  • the substrate can be made up of several layers.
  • the specified temperatures or the specified temperature ranges of the substrate are in particular temperatures or temperature ranges of a thermoplastic layer which is part of the substrate. Additional layers of the substrate, e.g. the carrier layer of the substrate can have a different temperature.
  • the replication device is designed as a replication roller, the radiation being introduced into the replication roller at a first angular position of the replication roller and the contact of the replication roller with the substrate at a second angular position.
  • the intermediate angle between the first and second angular positions in the direction of rotation of the replication roller is so small that the heat combination area generated by the radiation in the first angular position still has sharp contours after rotation of the replication roller in the second angular position. This is the case, for example, if the blurring of the latent thermal image caused by thermal conduction is smaller than the reciprocal, desired resolution of the replication process.
  • the definition of the unsharpness circle from the geometric optics can be used as a measure of the unsharpness.
  • this intermediate angle can be in the range of 0 °, so that the two angular positions are arranged to overlap.
  • the object is achieved by a device according to claim 11, wherein the replication surface of the replication device is formed on an outside of a replication roller.
  • the device according to the invention serves to apply or generate a marking on a substrate.
  • the marking has a surface structure which preferably has a diffractive or holographic effect, or a preferably diffuse or directionally scattering matt structure which is introduced into a thermoplastic layer of a substrate, in particular a body, by means of replication processes.
  • the substrate can have further layers with different layer materials as well as a carrier layer.
  • the marking can be designed as a figure, number, character, surface pattern, surface image, lettering, numbering, security indicator or in any other form.
  • the marking can be introduced into the substrate by means of a replication device with a replication surface that has surface structures.
  • the replication device can be designed as a replication roller with an at least partially cylindrical shape and rotatable about its coaxial axis of rotation.
  • the cylinder surface, in particular the cylinder jacket, can be designed as a replication surface.
  • the substrate is arranged between the replication roller and a counter pressure device to form a contact area.
  • the back pressure device e.g. can be designed as a counter-pressure plate or counter-pressure roller, has a counter-pressure surface on which the substrate is supported at least in the contact area, so that the replication roller can interact with the substrate in the contact area under pressure.
  • the radiation can be used to selectively select partial areas of an embossing die for the impression, and the markings formed from the impressions of the partial areas can thus be designed individually. It is particularly advantageous here that the individualized marking in the form of the selection of the areas together with a security feature, namely e.g. B. the diffractive areas, through a common replication process be transmitted. Furthermore, the device according to the invention allows economical production due to the continuous, non-clocked mode of operation.
  • the device is advantageously further developed when the radiation is supplied by the counterpressure device.
  • the radiation transmits the
  • the counterpressure device can also be made transparent in this development of the device.
  • Counter jerk device in particular the sections belonging to the counter pressure surface, can have omissions and / or inserts transparent to the radiation and / or can consist of a material transparent to the radiation.
  • the counter pressure device is implemented as a counter pressure roller.
  • the counter pressure roller is preferably cylindrical, the cylinder surface being designed as a counter pressure surface.
  • the counter-pressure roller is rotatably mounted about its coaxial axis of rotation.
  • the radiation can be supplied, for example, in the following different ways:
  • the radiation can be arranged outside the counterpressure roller and the substrate preferably has an angle to the back and / or front of the Transmit substrate-oriented beam propagation direction and then hit the replication surface.
  • the radiation can transmit the counter-pressure roller along the entire radial extent of the counter-pressure roller, the radiation entering through the counter-pressure surface in a region of the counter-pressure roller facing away from the contact area and exiting again through the counter-pressure surface in the contact area.
  • the radiation can leave the substrate aligned preferably at right angles to the rear and / or front of the substrate Transmit the beam propagation direction and preferably hit the replication roller in the contact area.
  • the radiation can also emanate from the cavity in the hollow body through a wall of the hollow body, in particular through the
  • the radiation can transmit the substrate with the beam propagation direction preferably oriented at right angles to the rear and / or front side of the substrate and can strike the replication roller preferably in the contact area.
  • the device is particularly advantageously developed for the last embodiment if a radiation-generating unit, preferably a laser system, or parts thereof or a beam deflection unit is provided within the counter-pressure device.
  • a radiation-generating unit preferably a laser system, or parts thereof or a beam deflection unit is provided within the counter-pressure device.
  • the radiation is fed to the replication surface to form the impression areas through the substrate.
  • the radiation enters on a rear surface of the substrate and emerges on an opposite front surface of the substrate and subsequently strikes the replication surface.
  • the substrate is preferably transparent to the radiation.
  • the substrate can partially or almost completely absorb the radiation in one or more layers.
  • the direction of propagation of the radiation within the substrate can be oriented perpendicular to the front and / or the back of the substrate.
  • the substrate is irradiated obliquely, the direction of propagation of the radiation within the substrate being oriented at an angle, in particular at an angle between 60 ° and 90 °, with respect to the front and / or back of the substrate.
  • the device is advantageously further developed if a cooling device is provided for cooling the replication surface, by means of which, in particular, an introduced latent thermal image can be deleted or somehow modified.
  • the cooling device can be designed as a blower, with an air flow generated by the blower being directed onto the replication surface and cooling it.
  • a similar function can be performed by gas stream cooling, in which case a gas stream, preferably a noble gas or nitrogen gas stream, strikes the replication surface and also cools it.
  • the cooling device can be implemented as a cooling roller, which is offset parallel to the replication roller and makes contact with it along a linear surface. The thermal contact between the replication roller and the cooling roller results in heat dissipation and thus the cooling of the replication roller.
  • the cooling device is preferably arranged such that it acts on the replication surface in an area which lies in the direction of rotation of the replication roller between the contact area of the replication device and the substrate and the point of incidence of the radiation on the replication surface.
  • the radiation-generating device is designed as a laser system.
  • This laser system can expediently have a scanner system and / or a mask projection system.
  • the laser beam is shaped in such a way that the diameter of the laser spot when it hits the replication device is preferably in a range between 0.05 mm and 2.0 mm.
  • This laser spot can be passed through the scanner system sequentially in writing over the replication device.
  • the scanner system can be a system with deflection devices, for example deflection mirrors, or a system with flying optics.
  • the position of the laser spot on the replication device can be changed by the user by means of a controller, preferably a path controller, so that different geometric shapes, images, letters and numbers can be written flexibly on the replication device with the laser spot.
  • the replication device can be exposed areally by a mask projection system.
  • the beam shaping can be designed in such a way that a mask, for example by a 4f structure, is imaged on the replication device in such a way that the shape of the laser spot Form of the omissions in the mask matches.
  • the mask can be a rigid mask or a matrix arrangement of elements that transmit or extinct in a controlled manner the laser beam, which can be, for example, movable mirrors or liquid crystal elements.
  • a control device in particular a freely programmable control device, which preferably controls the selection of the radiation areas by controlling the radiation-generating device.
  • the patterns of the markings are preferably digital information, e.g. provided as a file, which were generated by image processing programs, by computer-aided methods or the like. This information is converted by the control device, in particular by activating the laser system, into a time-dependent change in the area power density of the radiation impinging on the replication device. The impression areas and thus the pattern of the marking are determined by the controlled selection of the irradiation areas.
  • the control of power, beam direction and / or surface power density of the laser beam enables several operating modes of the laser beam.
  • the laser beam is switched on and off in control sequences, so that markings that are separated from one another are generated on the substrate.
  • the design of these different markings can be the same in each case or can vary from marking to marking through individualized features, for B. distinguish by consecutive numbering.
  • the laser beam is switched on continuously and the point of incidence of the laser beam is moved on the replication roller.
  • the point of impact moves along or counter to the replication roller and parallel to the axial extension of the replication roller.
  • the movement is caused by a parallel displacement of the laser beam to itself or by an angular deflection of the laser beam.
  • a marking can be formed with a pattern that varies in the feed direction of the substrate.
  • this operating mode allows that control sequences of movements of the laser beam for generating a single marking can take place over several rotations of the replication roller, that is to say over several working cycles. For example, this makes it possible to create any desired lettering in the feed direction on the substrate.
  • this operating mode is modified, the laser beam is switched on continuously and the beam profile of the laser beam is changed as a function of time. A combination of the above operating modes is also possible.
  • the device is expediently developed if the replication surface is structured with a surface relief.
  • This surface relief is the negative for the structures that are transferred to the substrate during the molding process.
  • the replication surface can be partially or completely structured.
  • the depth of the surface relief is preferably between almost 0 and 20 ⁇ m, in particular between 0.1 and 0.5 ⁇ m.
  • the surface relief can, in particular to form a diffractive or holographic structure on the substrate, be designed in partial areas or over the entire surface in a lattice shape.
  • the grid spacing that is to say the spatial frequency, is preferably between 4000 lines per mm and 10 lines per mm, in particular 1000 lines per mm.
  • the replication surface can also be divided into partial areas, the dimensions of which are preferably smaller than 0.3 mm, and which differ from one another by the spatial frequency, the lattice orientation, lattice type or other parameters.
  • these partial areas can be arranged periodically repeating, in particular alternating.
  • an arrangement of different partial areas for example an arrangement of two to six, preferably three partial areas, forms a pixel unit.
  • a large number of pixel units can be arranged to form a surface image.
  • the three sub-regions mentioned by way of example preferably represent the three basic colors due to their grid structure.
  • This pixel unit or the partial areas can on the Replication surface to be arranged regularly or periodically repeating, for example lattice-shaped or alternating.
  • the surface relief can also be provided with surface structures that have a stochastic or quasi-stochastic distribution, in particular for producing a matt structure on the substrate.
  • a matt structure on a substrate creates a diffuse scattering of the light incident on the substrate as a special optical effect.
  • the surface relief has surface structures, e.g. Grooves, grooves, craters, holes, etc., the respective shapes and / or orientations of which are each of the same or any other design and which can be distributed uniformly, stochastically or quasi-stochastically on the replication surface.
  • the surface relief can be designed with a structure similar to a brushed surface.
  • the replication device has a pressure die made of metal foil, in particular of nickel or of a nickel compound.
  • metal foils made of nickel or of nickel compounds makes the galvanic molding of a diffractive structure of a master easier.
  • a material can also be used which has a particularly high absorption, in particular a higher absorption than nickel, for the wavelength of the laser radiation used. It is advantageous in this embodiment that the irradiated energy required to generate the latent thermal image on the replication device, preferably on the replication surface, is significantly reduced. Accordingly, less powerful and therefore less expensive lasers could be used in the device.
  • FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of a device for applying a marking to a substrate in a sectional view
  • FIG. 1b shows the temperature profile on the replication surface of the replication device in FIG. 1a in a coordinate system and a marking in the substrate corresponding to the temperature profile in FIG
  • FIG. 2a shows the first embodiment of the device in FIG. 1a with a modification of the method in the same representation as in FIG. 1a
  • Figure 2b shows the temperature profile on the replication surface of the replication device in Figure 2a and a marking corresponding to the temperature profile in the substrate in a representation similar to Figure 1b,
  • Figure 3 shows the heat distribution in a section of the replication device in
  • FIG. 1a shows a schematic sectional illustration when exposed to the laser beam
  • 4a, b are schematic representations to illustrate the principle for generating a negative or positive image
  • FIG. 5a, b each show a section of the surface of the replication device in FIG. 1a and a marking generated by the replication device, each as a top view in a schematic representation
  • 6a shows a second exemplary embodiment of a device for applying a marking to a substrate in the same representation as FIG. 1a
  • 6b shows the temperature profile on the replication surface of the replication device in FIG. 6a and a marking in the substrate corresponding to the temperature profile in a representation similar to FIG. 1b.
  • FIG. 1 a shows a schematic sectional illustration of the structure of an exemplary embodiment of a device for producing a marking on a substrate 43.
  • the device has a replication roller 41 and an as
  • Counter pressure roller trained counter pressure device 42 which is arranged axially parallel to the replication roller 41 and offset vertically downwards.
  • the film-like substrate 43 is provided in a horizontal orientation between the replication roller 41 and the counterpressure device 42.
  • a laser beam 30 crosses the substrate 43 and strikes the replication roller 41. The alignment of the course of the laser beam is described in more detail below.
  • the metallic or metallic-coated replication roller 41 is designed in the form of a cylinder, the corresponding cylinder jacket as a replication surface with surface structures in the form of
  • Diffraction embossed structures 46 is executed.
  • the diffraction embossing structures 46 have a depth of preferably almost 0 ⁇ m to 20 ⁇ m and have line spacings or local frequencies from 10 lines per millimeter to 4000 lines per millimeter.
  • the replication roller 41 is controlled by a controllable inner, i.e. the heat source acting on the inside is heated so that the entire area of the replication surface which has the diffraction embossing structures 46 can be tempered.
  • the area jerking device 42 is designed as a roller in the form of a cylinder and is made of rubber or has a casing made of rubber.
  • the corresponding cylinder jacket forms a counter pressure surface which interacts with the replication surface of the replication roller 41.
  • the film-like substrate 43 has a front surface 103 pointing upwards in FIG. 1a to the replication roller 41 and a rear surface 102 pointing downwards in FIG. 1a to the counterpressure device 42 and is designed as a multilayer composite with a thickness of less than 1 mm.
  • the multilayer composite comprises a thermoplastic layer 51, a carrier film 50 and optionally one or more further, in particular different layers 52 such as, for example, B. metallization layers, interference layers, protective lacquer layers, release layers, carrier material layers or adhesive layers.
  • An arrow 48 and an arrow 49 indicate the respective directions of rotation of the replication roller 41 and the counterpressure device 42, the replication roller 41 in FIG. 1a rotating clockwise and the counterpressure device 42 rotating counterclockwise.
  • An arrow 47 points in the direction of advance of the substrate 43, which moves to the left in FIG. 1a.
  • the replication roller 41, the substrate 43 and the counter pressure device 42 cooperate in such a way that the replication surface with the diffraction embossing structures 46 is pressed onto the substrate 43 under a certain, adjustable pressure during the rotation of the replication roller 41 and the counter pressure device 42.
  • the contact area between replication roller 41, counterpressure device 42 and substrate 43 forms the replication gap 53.
  • the laser beam 30 is shown as an arrow coming obliquely from the bottom right.
  • the illustrated course of the laser beam 30 begins in an area that lies below the substrate 43, i.e. is arranged on the side of the rear surface 102 of the substrate 43, and on the substrate-incoming side of the device.
  • Laser beam 30 is aligned with the replication roller 41, the laser beam 30 being arranged over the entire course outside the counterpressure device 42.
  • the laser beam 30 enters the substrate 43 through the rear surface 102 with an entry angle of less than 30 °.
  • the entry point of the laser beam 30 into the substrate 43 is arranged in the feed direction of the substrate 43 in front of the replication gap 53.
  • the entry angle is measured against the surface normal of the substrate 43 at the entry point.
  • the laser beam 30 traverses the substrate 43, emerges through the front surface 103 of the substrate 43 and strikes the replication surface.
  • Sub-areas are identified on the replication surface as replication surface sections 70a, b. It is the area of the replication surface treated with the laser beam.
  • a first replication surface section 70a is located in the direction of rotation of the replication roller 41 in a position before entry into the replication nip 53, specifically in a position in which the replication surface section 70a exits from the substrate 43 Laser beam 30 is being irradiated.
  • the replication roller 41 continuously rotates clockwise and the replication surface section 70 a is passed through the replication gap 53 after the irradiation. This is where the irradiated replication surface section 70 a is molded as a marking in the substrate 43.
  • the second replication surface section 70 b is in the position of the device shown in FIG. 1 a in the direction of rotation of the replication roller 41 in a region after the replication nip 53.
  • This replication surface section 70 b has already passed through the phases of the irradiation before the replication nip 53 and the impression in the replication nip 53 ,
  • the shaped marking 45 corresponding to the replication surface section 70b is accordingly located in a region of the substrate 43 which is arranged after the replication gap 53 in the feed direction of the substrate 43.
  • the replication surface is brought to a temperature by the internal controllable heat source which lies within the elastic temperature range T e i a st.
  • the replication surface sections 70 a, b are further heated by the additional energy inputs by means of laser beam 30 during the irradiation.
  • the combination of the energy input through the heating with the inner Heat source and the additional energy input due to the irradiation with the laser beam 30 form in the area of the replication surface sections 70 a, b heat combination areas.
  • These heat combination areas represent latent thermal images, which can be designed as a simple geometric shape, such as a circle, polygon, closed polygon, but also as a letter, number or symbol.
  • the energy inputs are sized in the example of Figure 1a that the heat combination regions, ie, the replication surface 70a, b, when in contact with the substrate 43 in the replication 53 have a temperature within the plastic temperature range T p ⁇ as t. These areas are permanently molded into the substrate 43.
  • the remaining areas on the replication surface have temperatures below the temperature in contact with the substrate 43 in the replication gap 53
  • the current latent thermal image may be erased and for the replication surface to be brought into a state so that a new latent thermal image can be introduced.
  • a cooling area is provided in the direction of rotation of the replication roller 41 after the replication nip 53 for deleting the current latent thermal image.
  • the replication surface runs through this cooling area and interacts with a cooling device, not shown in FIG. 1a.
  • the replication surface is thereby cooled to a temperature below the temperature range T p ⁇ as t.
  • the replication surface is then tempered again to a temperature within the temperature range T e i ast -
  • the latent thermal image is therefore erased by a controlled change in the temperature of the replication surface.
  • the latent thermal image is deleted independently by conduction in the sense of fading of the latent thermal image.
  • FIG. 1b shows a coordinate system 20, which shows the temperature of the replication surface as it passes through the replication gap 53
  • Temperature profile T shows. Furthermore, the area of the substrate 43 is shown in an enlarged sectional view in FIG. 1a, which carries the marking 45 corresponding to the temperature profile T.
  • the temperatures of the replication surface during the molding process are plotted in the replication gap 53 on the vertical Y axis.
  • the corresponding positions are plotted on the replication surface along the circumference of the replication roller 41 on the horizontal X axis of the coordinate system 20.
  • the temperature scale on the Y-axis is high divided into three areas: the first area is the Elastiktemperatur Scheme T e iast- The overlying the temperature range at higher temperatures is the plastic temperature range T p ⁇ as t- The illustrated on this lying highest temperature range is the flow temperature range Tfi stylish.
  • the section of the substrate 43 corresponding to the temperature profile T is shown below the coordinate system 20.
  • the substrate 43 is oriented parallel to the X axis of the coordinate system 20 in its longitudinal extent.
  • the temperature profile of the replication surface shown along the X axis is divided into three areas I, II, III.
  • the replication surface while passing through the replication 53 temperatures within the Elastiktemperatur Kunststoffs T ias e t.
  • the temperature as it passes through the replication gap 53 lies within the plastic temperature range T p ⁇ ast -
  • the structures in the region I are introduced into the substrate 43 as elastic deformations. After separation of the replication surface and substrate 43, the substrate 43 resumes its original shape in these regions in an elastically resilient manner and no surface structures remain in the substrate 43.
  • FIGS. 1a and 1b creates a marking 45 on the substrate 43, in which only the replication surface sections 70a, b irradiated with the laser beam 30, that is to say the heat combination regions, are molded.
  • a marking 45 formed in this way is also referred to below as a positive image.
  • the energy input into the replication surface section 70 a takes place by means of a laser beam 30 in an area on the rotating replication roller 41 in front of the replication nip, in a position that unites with the replication nip 53 Rotation angle distance of approximately 20 °.
  • the spatial distance between the irradiation position and the impression position results in a time interval between the irradiation process and the impression process.
  • the time interval leads to heat losses (energy losses) in the
  • Heat combination areas e.g. B. due to heat conduction. In extreme cases, this effect can lead to the fact that the heat combination areas in the replication gap 53 have a temperature below the plastic temperature range T p ⁇ as t.
  • the laser beam 30 To compensate for the heat losses of the energy input is increased accordingly by the laser beam 30 so that in the heat combining areas a temperature within the plastic temperature range T p ⁇ ast during passage through the replication 53 is ensured.
  • the increase can so be such that the heat combination areas after irradiation f initially a temperature within the flow temperature range T comprise n ESS and to reach the Replizierspalts cooled 53 to a temperature within the plastic temperature range T p ⁇ as t.
  • the described side effect can occur not only in connection with the temperature or the temperature range T p ⁇ ast , but also analogously or similarly at other temperatures or temperature ranges, for example T f
  • the compensation can be carried out analogously to the procedure described above.
  • FIG. 2a shows the same exemplary embodiment of the device as in FIG. 1a with a second embodiment of the method, the difference between the embodiments of the method being the temperature control.
  • the replication process is brought up through the inner controllable heat source to a temperature which is within the plastic temperature range T p ⁇ ast.
  • the irradiated replication surface sections 70 a, b are further heated by the additional energy input by means of laser beam 30.
  • the energy inputs are like this dimensioned so that the replication surface sections 70a, b have a temperature within the flow temperature range T f üe ⁇ in contact with the substrate 43 in the replication gap 53.
  • FIG. 2a The principle of the implementation of the method according to FIG. 2a is illustrated again schematically in FIG. 2b in the same representation as FIG. 1b, the temperature profile T thus being designed differently than in FIG. 1b.
  • the temperature profile T in figure 2b, the replication surface while passing through the replication 53 is located in the regions I and III in the plastic temperature range T p i a st. whereas in area II the temperature is within the flow temperature range f i stylish.
  • the structures in the region II are first introduced into the substrate 43 as plastic deformations. After separation of the replication surface and substrate 43, the substrate material begins to flow, so that the surface structures introduced into the substrate 43 do not remain permanently.
  • area III analogous to area I, when the replication surface comes into contact with the substrate 43, a surface structuring is generated in the substrate 43.
  • the substrate 43 in FIG. 2b has a surface structuring in regions corresponding to regions I and III, whereas in a region corresponding to region II the surface profile has healed again and the surface is almost flat or has a stochastic structure. In any case, areas II and areas I and III are visually distinguishable
  • a marking 45 is produced on the substrate 43 by the method shown in FIGS. 2a and 2b, in which only the regions are formed which have not been irradiated with the laser beam 30. Such markings are also referred to below as negative images.
  • FIG. 3 is a sectional illustration of a replication device 35, which corresponds to the replication roller 41 in FIG. 1a.
  • the replication device 35 is provided with surface structures 36 on its replication surface.
  • the heat distribution in the replication device in the area of the surface structuring 36 is illustrated by isotherms 32. To simplify, there are only three components.
  • Isotherms 32 are shown, which demarcate regions with different temperatures Ti, T 2 and T 3 . Furthermore, the laser beam 30 is shown, which is directed onto the replication surface with the surface structuring 36 and strikes it, as well as a schematic identification of the absorption volume 31.
  • the replication device 35 in the vicinity of the replication surface with the surface structure 36 is set to a first temperature Ti by the controllable heat source in the regions I, II and III shown here.
  • the replication device 35 is exposed in region II with the laser beam 30.
  • the laser beam 30 on the Replication surface with the surface structure 36 absorbed in an absorption volume 31.
  • the energy input in the absorption volume 31 causes the absorption volume to increase further from the temperature Ti to a temperature T 3 .
  • Thermal conduction shifts the temperature range Ti further into the replication device and results in a heat distribution as shown in FIG. 3.
  • a temperature profile according to FIG. 1b for a positive image or a temperature profile according to FIG. 2b for a negative image can be generated on the replication surface.
  • FIGS. 4a, b show the principle of how an individualized security feature can be generated by various embodiments of the method.
  • On the left is a partial area of a replication surface, e.g. from the replication roller 41 from FIG. 1 a with a structured surface 2.
  • On the right in plan view is a section 4 of a substrate after the molding process, e.g. shown from the substrate 43 in Fig. 1a.
  • the k-shaped surface portion 3 of the surface to a temperature T which branch within the plastic temperature range T p ⁇ is the substrate. Outside this area, the surface 2 has a temperature which lies outside the plastic temperature range T p ⁇ as t.
  • a positive image 5 is formed on a substrate 43, the mirror-image-shaped k-shaped surface of which is filled with the impression of the surface structures of the structured surface 2.
  • the k-shaped surface has a temperature T outside and the remaining areas of the surface 2 a temperature T within the plastic temperature range T p ⁇ ast .
  • the permanently remaining imprint on the substrate 43 resulting from this temperature distribution during a molding process is a negative image 6, the areas that are complementary to the mirror-image k-shaped surface being filled with the imprint of the surface structures of the structured surface 2.
  • FIG. 5 a shows a section of the replication surface of the replication roller 41 in FIG. 1 a with a diffraction embossing structure 46, which is divided into different partial areas.
  • subregions have been formed from a limited number of diffraction patterns which differ with regard to the spatial frequency, the relief depth, the azimuth, the curvature of the grating, the profile shape or other parameters.
  • partial areas with three different diffraction patterns, in particular with different azimuth are shown, namely 80, 81 and 82.
  • Each partial area 80, 81, 82 has only one diffraction pattern.
  • These different partial areas 80, 81, 82 are regularly arranged alternately as pixels.
  • the partial areas 80, 81, 82 are preferably designed as delimited area fields with a square contour, for example with side lengths of less than or equal to 0.3 mm.
  • the partial areas 80, 81, 82 of the diffraction embossing structure 46 were selected by the heat distribution in the replication device in such a way that 85 image areas 86, 87, 88 are formed in the image, each of which has only one type of diffraction pattern, that is to say only one Kind of partial area impressions 80 ', 81', 82 'are formed, namely the image area 86 exclusively from partial area impressions 81', the image area 87 exclusively from partial area impressions 82 'and the image area 88 exclusively
  • Sub-area impressions 80 ".
  • these image areas 86, 87, 88 consisting of individual separate sub-area impressions appear as full-area, homogeneous image areas as are known from conventionally produced images, with the difference that the image areas 86, 87, 88 are special have optical properties, for example holographic properties.
  • FIG. 5b shows on the left side in a similar representation as FIG. 5a another section of the replication surface of the replication roller 41 in FIG. 1a with a Diffraction embossed structure 46.
  • the diffraction embossed structure again has different partial areas 80, 81, 82.
  • On the right-hand side of FIG. 5 b another image 95 created after the selection and molding of partial areas 80, 81, 82 according to the method presented is shown schematically.
  • the image 95 has image areas 96, 98 and image areas 97, 99.
  • the image areas 96, 98 are each in the form of a number, namely 1 and 5, and are filled with partial area impressions of a single type, namely the partial area impression 82 '.
  • the image areas 97, 99, on the other hand, are formed as letters A and D and consist of a large number of partial area impressions 81 '.
  • the sub-area impressions 81 'and 82' in FIG. 5b differ in that
  • the diffraction gratings being arranged horizontally in the partial area impression 82 ′ and standing in the partial area impression 81 ′ in FIG. 5b.
  • the different arrangement of the diffraction gratings leads to an angle-dependent diffraction effect, so that the image areas 96, 98 and 97, 99 also carry holographic information in addition to their geometric information, number or letter. With image 95 only the first characters 96, 98 are visible from a first viewing angle and only the second characters 97, 99 are visible from a second viewing angle.
  • FIG. 6a shows a second exemplary embodiment of a device for generating a marking in the same representation as the device in FIG. 1a.
  • the device shown in FIG. 6a has an arrangement with a replication roller 41, a substrate 43 and a counterpressure device 42.
  • the counterpressure device 42 and the arrangement and the course of the laser beam 30 differ from FIG. 1a.
  • the principle of the method already described in connection with FIG. 1b is illustrated again in FIG. 6b.
  • the counterpressure device 42 is designed as a hollow cylinder with a cavity 101 and a cylinder wall 100, the outside of the cylinder wall 100 being designed as a counterpressure surface.
  • the inner surface of the cylinder wall 100 is concentric with the counter pressure surface arranged.
  • the cylinder wall 100 consists of a material which is transparent to the radiation, for example glass or plastic.
  • the laser beam 30 is directed from the cavity 101 onto the replication roller 41. Starting from the cavity 101, the laser beam 30 penetrates into the cylinder wall 100 through the inner surface, crosses the cylinder wall 100 and emerges from the cylinder wall 100 through the counterpressure surface. In the further course, the laser beam 30 crosses the substrate 43. After emerging from the substrate 43, the laser beam 30 irradiates a replication surface section 70 a, which is arranged in the region of the replication gap 53. In this exemplary embodiment, a heat combination region is therefore only formed directly in the region of the replication gap 53.
  • parts of a laser source or an entire laser source, e.g. a diode laser, integrated in the replication roller 41 or the laser beam 30 is fed into the cavity 101, for. B. via one or more optical fibers or via an open, coaxial to the replication roller 41 beam guide.
  • Beam guiding devices or beam shaping devices, e.g. Scanner devices can be provided in the replication roller 41.
  • the method for generating a marking and the control of the laser beam 30 as well as constructive or functional configurations are designed analogously to the explanations for the first exemplary embodiment of the device in FIG. 1a, so that it is also possible with the device in FIG. 6a to produce positive and negative images produce.

Abstract

The invention relates to a device and a method for the generation of a marking on a substrate. Said marked substrates are applied, for example, on documents such as credit cards, personal identity or banknotes, as security features for protection against forgery. Embodiments of said security features comprises diffractive or holographic structures. The generation of the markings is carried out by means of shaping with a die. A change in the embodiment of the marking is possible by means of a time-consuming change of the die. According to the invention, the novel device and the novel method permit the production of individualised markings on a substrate with little complex equipment. The novel device comprises a reproduction device (41), embodied as a reproducing roller, with a reproduction surface, a device for generating a radiation (30) and a counter-pressure device (42) with a counter-pressure surface. A substrate (43) is arranged between the reproduction surface of the reproduction device (41) and the counter-pressure surface of the counter-pressure device (42) such that a shaping region of the reproduction surface is shaped on the substrate (43) in a contact region (53) between the reproduction surface and the substrate (43).

Description

Laserunterstütztes ReplizierverfahrenLaser-assisted replication process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Markierung, z.B. Ziffern, Buchstaben, Flächenmuster, Flächenbilder oder Dekor, auf einem Substrat, vorzugsweise einer Folie, insbesondere Transferfolie, wobei von einer steuerbaren Energiequelle Energie in Form von Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, in eine Replizieroberfläche einer Repliziervorrichtung zur Ausbildung von mindestens einem Abformbereich eingebracht wird und wobei der Abformbereich der Replizieroberfläche auf das Substrat abgeformt wird, indem die Repliziervorrichtung das Substrat unter Druck kontaktiert, sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Markierung, z.B. Ziffern, Buchstaben, Flächenmuster, Flächenbilder oder Dekor, auf einem Substrat, vorzugsweise einer Folie, insbesondere Transferfolie, mit einer Repliziervorrichtung, die eine Replizieroberfläche aufweist, mit einer eine Strahlung erzeugenden Einrichtung, vorzugsweise einer Laseranlage, wobei die Strahlung zur Ausbildung von mindestens einem Abformbereich auf mindestens einen Abschnitt der Replizieroberfläche gerichtet ist, und mit einer Gegendruckvorrichtung, die eine Gegendruckfläche aufweist, wobei das Substrat zwischen der Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung und der Gegendruckfläche der Gegendruckvorrichtung angeordnet ist, um in einem Kontaktbereich zwischen der Replizieroberfläche und dem Substrat den Abformbereich auf das Substrat abzuformen. Der Schutz von Dokumenten durch Sicherheitsmerkmale ist bei zum Beispiel Kreditkarten, Personalausweisen oder Geldscheinen mittlerweile Standard geworden. Die Fälschungssicherheit dieser Merkmale beruht darauf, dass für deren Fertigung ein hohes Spezialwissen und eine umfangreiche apparative Ausstattung notwendig ist. Ein besonders erfolgreiches und schwer nachzuahmendes Sicherheitsmerkmal ist ein Optical Variable Device. Ausführungen dieses Sicherheitsmerkmals weisen diffraktive oder holographische Strukturen auf, die bei Änderung des Lichteinfalls- oder Betrachtungswinkels während der visuellen Überprüfung der Echtheit des Sicherheitskennzeichens zu einem optischen Effekt, wie zum Beispiel einem Farbwechsel, einem Motivwechsel oder zu einer Kombination von beidem führen. Das Sicherheitsmerkmal kann somit ohne weitere technische Hilfsmittel auf seine Echtheit überprüft werden. Wesentlicher Bestandteil dieser Sicherheitselemente ist eine meist thermoplastische oder UV - aushärtbare Schicht, in die die diffraktive oder holographische Struktur in Form eines Oberflächenreliefs eingeprägt wird. Diese Schicht kann Teil einer Transferfolie sein, wobei das Sicherheitselement zuerst gefertigt wird und danach auf das zu sichernde Dokument übertragen wird. Diese Schicht kann auch als eine zusätzliche Schicht direkt auf dem zu sichernden Gegenstand ausgebildet sein. Zur Übertragung des Oberflächenreliefs von einer Matrize auf die thermoplastische Schicht werden rotierende Prägezylinder, wie sie zum Beispiel in der EP 0419773 beschrieben sind, oder Prägestempel, wie sie zum Beispiel in der DE 2555214 offenbart sind, verwendet. Die Herstellung der Matrize ist aufgrund der feinen diffraktiven oder holographischen Strukturen technisch sehr anspruchsvoll und zudem kostenintensiv. Zur Herstellung der Matrizen werden zunächst Vorlagen, auch Master genannt, zum Beispiel durch interferierende Laserstrahlen und Ätzverfahren oder durch Elektronenstrahlschreiben gefertigt, die dann meist galvanisch abgeformt werden.The invention relates to a method for producing a marking, for example numbers, letters, surface patterns, surface images or decor, on a substrate, preferably a film, in particular transfer film, energy from a controllable energy source in the form of radiation, preferably laser radiation, into a replication surface Replication device for forming at least one impression area is introduced and the impression area of the replication surface is molded onto the substrate by the replication device contacts the substrate under pressure, as well as a device for generating a marking, for example numbers, letters, surface patterns, surface images or decor a substrate, preferably a film, in particular transfer film, with a replication device which has a replication surface, with a radiation-generating device, preferably a laser system, the radiation for forming at least one information area is directed to at least a portion of the replication surface, and with a counterpressure device having a counterpressure surface, the substrate being arranged between the replication surface of the replication device and the counterpressure surface of the counterpressure device in order to apply the impression region to the surface in a contact area between the replication surface and the substrate Imprint substrate. Protecting documents with security features has now become the standard for credit cards, ID cards and banknotes, for example. The counterfeit security of these features is based on the fact that a high level of specialist knowledge and extensive equipment are required for their manufacture. A particularly successful and difficult to imitate security feature is an optical variable device. Versions of this security feature have diffractive or holographic structures, which lead to an optical effect, such as a color change, a motif change, or a combination of both, when the light incidence or viewing angle changes during the visual check of the authenticity of the security label. The security feature can thus be checked for authenticity without further technical aids. An essential component of these security elements is a mostly thermoplastic or UV-curable layer, into which the diffractive or holographic structure is embossed in the form of a surface relief. This layer can be part of a transfer film, the security element being manufactured first and then being transferred to the document to be secured. This layer can also be formed as an additional layer directly on the object to be secured. Rotating embossing cylinders, such as are described, for example, in EP 0419773, or stamping dies, such as are disclosed in DE 2555214, are used to transfer the surface relief from a die to the thermoplastic layer. The production of the matrix is technically very demanding due to the fine diffractive or holographic structures and is also cost-intensive. To produce the matrices, templates, also called masters, are first produced, for example by interfering laser beams and etching processes or by electron beam writing, which are then usually electroplated.
Für eine erhöhte Fälschungssicherheit ist es bei den bekannten Verfahren angestrebt, dass nicht auf jedem Dokument das gleiche Sicherheitsmerkmal aufgebracht wird, sondern dass die Sicherheitsmerkmale auf das jeweilige Dokument oder auf dieFor increased security against counterfeiting, the known methods aim to ensure that the same security feature is not applied to each document, but rather that the security features are applied to the respective document or to the
Identität des Inhabers des Dokuments angepasst, also individualisiert werden. Bei den oben genannten Verfahren treten hierbei zwei Schwierigkeiten auf: Zum einen müssten eine Vielzahl von individualisierten Mastern hergestellt werden, was sehr kostenintensiv ist, zum zweiten müssten in den Repliziervorrichtungen die Matrizen jeweils ausgetauscht werden, was zu sehr langen Rüstzeiten führen würde. Als Alternativen sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die nur Teilbereiche einer Matrize abformen, um individualisierte Sicherheitskennzeichen zu erzeugen.Identity of the holder of the document adjusted, i.e. individualized. There are two difficulties with the above methods: On the one hand, a large number of individualized masters would have to be produced, which is very cost-intensive, on the other hand, the matrices in the replication devices would have to be exchanged, which would lead to very long set-up times. As alternatives, methods and devices are known that only mold partial areas of a die in order to generate individualized security indicators.
In der CH 594495 ist ein Verfahren zum Prägen eines Reliefmusters in einen thermoplastischen Informationsträger beschrieben, wobei selektiv nur Teilbereiche der Matrize in die thermoplastische Schicht abgeformt werden. Verfahrenstechnisch werden diese Abformbereiche dadurch selektiert, dass entweder diese Bereiche durch stromdurchflossene Heizbänder erwärmt oder dass durch eine Gegendruckeinrichtung, die höhenverstellbare Teilbereiche aufweist, nur die selektierten Abformbereiche auf das Substrat gedrückt werden. Eine hohe örtliche Auflösung bei der Selektion der Abformbereiche ist mit diesem Verfahren nicht zu erwarten, da durch die Wärmeleitung während der langen Aufheiz- und Abkühlphase der Heizbänder die Grenzen der Abformbereiche nur ungenau bestimmt werden können bzw. die Abmessungen der Abformbereiche durch die Abmessungen der Bänder oder die Abmessungen der höhenverstellbaren Teilbereiche festgelegt ist. Dieses Verfahren ist folglich dadurch begrenzt, dass es eine geringe örtliche Auflösung aufweist.CH 594495 describes a method for embossing a relief pattern into a thermoplastic information carrier, wherein only partial regions of the die are selectively molded into the thermoplastic layer. In terms of process engineering, these impression areas are selected either by heating these areas by means of heating tapes through which current flows, or by pressing only the selected impression areas onto the substrate by means of a counterpressure device which has height-adjustable partial areas. A high local resolution in the selection of the impression areas is not to be expected with this method, since the heat conduction during the long heating and cooling phase of the heating bands means that the limits of the impression areas can only be determined imprecisely or the dimensions of the impression areas can be determined by the dimensions of the bands or the dimensions of the height-adjustable sections are fixed. This method is therefore limited in that it has a low local resolution.
In der EP 0169326 sind eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Markierung auf einem Substrat sowie das dazu entsprechende Verfahren beschrieben. Die Vorrichtung weist eine Replizieπ/orrichtung in Form einer ungeheizten Prägematrize, und eine Druckplatte, die als Gegendruckvorrichtung ausgebildet ist, auf. Die Prägematrize hat eine Replizieroberfläche, die mit abzuformenden MikroStrukturen strukturiert ist. Die Vorrichtung weist eine Laseranordnung auf, die einen Laserstrahl erzeugt, der durch die Gegend ruckein richtung auf das Substrat gerichtet wird. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst durch den Prägestempel das Substrat auf die Druckplatte gepresst. Durch die Absorption des direkt im Prägebereich auf das Substrat einfallenden Laserstrahls wird das Substrat selektiv örtlich erwärmt und auf eine Temperatur gebracht, in der es dauerhaft verbleibend verformt werden kann. Durch Positionierung des Laserstrahls können so selektiv Abformbereiche ausgewählt und übertragen werden.EP 0169326 describes a device for producing a marking on a substrate and the corresponding method. The device has a replication device in the form of an unheated embossing die, and a pressure plate, which is designed as a counterpressure device. The embossing die has a replication surface that is structured with microstructures to be molded. The device has a laser arrangement which generates a laser beam which is directed towards the substrate by the reverse direction. In the known method, the substrate is first pressed onto the printing plate by the embossing stamp. Due to the absorption of the laser beam directly incident on the substrate in the embossing area, the substrate is selectively heated locally and brought to a temperature at which it can be permanently deformed. By Positioning of the laser beam can be selected and transferred selectively.
Es wirkt sich bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung einschränkend aus, dass die Repliziervorrichtung als Prägestempel ausgebildet ist. Dadurch ist dieses Verfahren auf eine getaktete Bearbeitung begrenzt, was einer hohen Produktivität entgegensteht.With this method and this device, it has a restrictive effect that the replication device is designed as an embossing stamp. As a result, this process is limited to cyclical processing, which prevents high productivity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die Herstellung von vorzugsweise individualisierten Markierungen auf einem Substrat, vorzugsweise einer Folie, mit geringem apparativem Aufwand erlauben.The invention has for its object to provide a method and an apparatus that allow the production of preferably individualized markings on a substrate, preferably a film, with little equipment.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11.The object is achieved with the method according to claim 1 and the device according to claim 11.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Markierung auf einem Substrat, vorzugsweise einer Folie, insbesondere einer Transferfolie, erzeugt, wobei unter Verwendung einer zusätzlichen steuerbaren Energiequelle die Replizieroberfläche zumindest in einem Teilbereich temperiert wird, wobei in die Replizieroberfläche ein Energieeintrag durch Strahlung der Strahlungsquelle und ein Energieeintrag der zusätzlichen steuerbaren Energiequelle eingebracht wird, so dass mindestens ein Abschnitt der Replizieroberfläche als Wärmekombinationsbereich ausgebildet wird, so dass der Abformbereich auf das Substrat abgeformt wird, wobei der als Wärmekombinationsbereich ausgebildete Abschnitt der Replizieroberfläche oder ein zu dem Wärmekombinationsbereich komplementärer Abschnitt der Replizieroberfläche den Abformbereich bildet.With the method according to the invention, a marking is produced on a substrate, preferably a film, in particular a transfer film, the temperature of the replication surface being controlled at least in a partial area using an additional controllable energy source, an energy input by radiation from the radiation source and an energy input into the replication surface of the additional controllable energy source is introduced, so that at least a section of the replication surface is formed as a heat combination area, so that the impression area is molded onto the substrate, the section of the replication surface designed as a heat combination area or a section of the replication surface complementary to the heat combination area forming the impression area.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Repliziervorrichtung mit einer zusätzlichen Energiequelle erwärmt, so dass Bereiche oder zumindest Teilbereiche der strukturierten Replizieroberfläche der Matrize eine erste Temperatur aufweisen. Dann wird die Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung mit Strahlung belichtet, so dass ein Teil der Strahlung von der Replizieroberfläche absorbiert wird und ein Energieeintrag in die Replizieroberfläche erfolgt.In the method according to the invention, the replication device is first heated with an additional energy source, so that regions or at least partial regions of the structured replication surface of the die have a first temperature. The replication surface of the replication device is then exposed to radiation, so that part of the radiation is absorbed by the replication surface and energy is introduced into the replication surface.
Durch das Zusammenwirken der Erwärmung der Repliziervorrichtung durch die zusätzliche Energiequelle und die selektive Erwärmung durch die Strahlung entstehen auf der Replizieroberfläche Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen, insbesondere mindestens zwei unterschiedlich temperierte Bereiche. Ein Teil der Bereiche weist vorzugsweise die erste Temperatur auf, ein anderer Teil der Bereiche weist vorzugsweise eine zweite Temperatur auf, die durch den zusätzlichen Energieeintrag durch die Strahlung erreicht wird. Die Bereiche mit der zweiten Temperatur kann man aufgrund ihrer Entstehung als Wärmekombinationsbereiche bezeichnen.Due to the interaction of the heating of the replication device by the additional energy source and the selective heating by the radiation, areas with different temperatures, in particular at least two areas with different temperatures, are created on the replication surface. A part of the areas preferably has the first temperature, another part of the areas preferably has a second temperature, which is achieved by the additional energy input by the radiation. The areas with the second temperature can be called heat combination areas due to their origin.
Der Prozess kann so geführt werden, dass entweder die erste Temperatur oder die zweite Temperatur der Arbeitstemperatur des Abformvorgangs entspricht, so dass bei einer Abformung entweder die Teilbereiche mit der ersten Temperatur oder die Teilbereiche mit der zweiten Temperatur auf das Substrat dauerhaft verbleibend abgeformt werden.The process can be carried out in such a way that either the first temperature or the second temperature corresponds to the working temperature of the molding process, so that in the case of an impression, either the partial areas with the first temperature or the partial areas with the second temperature are permanently molded onto the substrate.
Die individualisierte Markierung besteht vorzugsweise aus den Abformungen der Teilbereiche der Replizieroberfläche, die durch die vorgehend beschriebene Temperaturführung für eine Abformung selektiert wurden. Die Individualisierung des Markierung, d.h. die Änderung der Auswahl der abgeformten Bereiche, kann somit durch eine Änderung der Temperaturverteilung auf der Replizieroberfläche erfolgen. Eine derartige Änderung kann über die Steuerung der die Strahlung erzeugenden Einrichtung, z. B. der Laseranlage, bzw. der entsprechenden Strahlführungs- und Strahlformungseinrichtungen durchgeführt werden.The individualized marking preferably consists of the impressions of the partial areas of the replication surface which were selected for an impression by the temperature control described above. The individualization of the marking, i.e. the change in the selection of the molded areas can thus be made by changing the temperature distribution on the replication surface. Such a change can be made via the control of the radiation generating device, e.g. B. the laser system, or the corresponding beam guidance and beam shaping devices.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens liegt die erste Temperatur in einem Plastiktemperaturbereich Tpιast für das jeweilige Substrat und die zweite Temperatur in einem Fließtemperaturbereich Tfiiess für das jeweilige Substrat, wobei der Fließtemperaturbereich oberhalb des Plastiktemperaturbereichs liegt. Vorzugsweise beträgt die erste Temperatur mindestens 100°C, insbesondere mindestens 170°C.In a preferred development of the method the first temperature is in a plastic temperature range T p ι ast for the respective substrate and the second temperature in a flow temperature range Tfiiess for the respective substrate, wherein the flow temperature range is above the plastic temperature range. The first temperature is preferably at least 100 ° C., in particular at least 170 ° C.
Die Plastiktemperatur ist die substratspezifische Temperatur, bei der eine Abformung zu einer dauerhaft verbleibenden Markierung in dem Substrat führt. Der Plastiktemperaturbereich erstreckt sich vorzugsweise zwischen +/- 2% dieser substratspezifischen Temperatur. Ein typischer derartiger Temperaturbereich wäre beispielsweise 180°C +/- 3,6°C.The plastic temperature is the substrate-specific temperature at which an impression leads to a permanent marking in the substrate. The plastic temperature range preferably extends between +/- 2% of this substrate-specific temperature. A typical temperature range of this type would be, for example, 180 ° C +/- 3.6 ° C.
Wird die Repliziervorrichtung mit dem Substrat unter Druck kontaktiert während in einem Teilbereich eine Temperatur vorliegt, die sich im Plastiktemperaturbereich befindet, so wird die strukturierte Replizieroberfläche von diesem Teilbereich dauerhaft verbleibend auf das Substrat abgeformt.If the replication device is contacted with the substrate under pressure while there is a temperature in a partial area that is in the plastic temperature range, the structured replication surface is permanently molded from this partial area onto the substrate.
Wenn die Temperatur innerhalb eines Fließtemperaturbereichs liegt, wird nach Trennung der Matrize von dem Substrat das verformte Material des Substrats anfangen zu fließen. Dadurch werden die in das Substrat abgeformten Oberflächenstrukturierungen geglättet, so dass diese nicht als optisch aktive Strukturen auf dem Substrat erhalten bleiben.If the temperature is within a flow temperature range, after the die is separated from the substrate, the deformed material of the substrate will begin to flow. As a result, the surface textures molded into the substrate are smoothed, so that they are not retained as optically active structures on the substrate.
Bei dieser Ausführung des Verfahrens werden die Teilbereiche auf das Substrat abgeformt, die auf Plastiktemperatur temperiert worden sind und die keinen zusätzlichen Wärmeeintrag durch die Strahlung erhalten haben. Durch die Strahlung kann eine Negativ-Selektion von Teilbereichen durchgeführt werden.In this embodiment of the method, the subareas are molded onto the substrate that have been tempered to plastic temperature and that have not received any additional heat input from the radiation. The radiation can be used to make a negative selection of partial areas.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführung des Verfahrens liegt die erste Temperatur in einem Elastiktemperaturbereich Teiast für das jeweilige Substrat und die zweite Temperatur in einem Plastiktemperaturbereich Tpιast für das jeweilige Substrat, wobei der Elastiktemperaturbereich unterhalb des Plastiktemperaturbereichs liegt. Vorzugsweise beträgt die zweite Temperatur mindestens 100°C, insbesondere mindestens 170°C.According to another preferred embodiment of the method, the first temperature is in an elastic temperature range T e i as t for the respective substrate and the second temperature in a plastic temperature range T p ι ast for the respective substrate, the elastic temperature range being below the plastic temperature range. The second temperature is preferably at least 100 ° C., in particular at least 170 ° C.
Wird die Repliziervorrichtung mit dem Substrat unter Druck kontaktiert während in einem Teilbereich eine Temperatur vorliegt, die sich im Plastiktemperaturbereich befindet, so wird die strukturierte Replizieroberfläche von diesem Teilbereich dauerhaft verbleibend auf das Substrat abgeformt.If the replication device is contacted with the substrate under pressure while there is a temperature in a partial area that is in the plastic temperature range, the structured replication surface is permanently molded from this partial area onto the substrate.
Die Teilbereiche, deren Temperatur sich im Elastiktemperaturbereich befinden, bewirken nur eine elastische Verformung des Substrats. Nach Trennung der Repliziervorrichtung von dem Substrat federn die eingebrachten Oberflächenstrukturen elastisch zurück und das Substrat nimmt in etwa seine ursprüngliche Oberflächenform wieder an. Es verbleiben keine optisch aktiven Strukturen auf dem Substrat. Bei dieser Ausführung des Verfahrens werden also selektiv dieThe subareas whose temperature is in the elastic temperature range only cause an elastic deformation of the substrate. After separation of the Replication devices from the substrate spring back the introduced surface structures elastically and the substrate takes on its original surface shape again approximately. There are no optically active structures on the substrate. In this execution of the method, the
Wärmekombinationsbereiche übertragen. Der zusätzliche Wärmeeintrag durch die Strahlung stellt also eine Positiv-Selektion von Teilbereichen dar.Transfer heat combination areas. The additional heat input from the radiation thus represents a positive selection of partial areas.
Das Substrat kann aus mehren Schichten aufgebaut sein. Bei den angegebenen Temperaturen oder den angegebenen Temperaturbereichen des Substrats handelt es sich insbesondere um Temperaturen oder Temperaturbereiche einer thermoplastischen Schicht, die Bestandteil des Substrats ist. Weitere Schichten des Substrats, z.B. die Trägerschicht des Substrats, können eine andere Temperatur aufweisen.The substrate can be made up of several layers. The specified temperatures or the specified temperature ranges of the substrate are in particular temperatures or temperature ranges of a thermoplastic layer which is part of the substrate. Additional layers of the substrate, e.g. the carrier layer of the substrate can have a different temperature.
Bei vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens ist die Repliziervorrichtung als Replizierwalze ausgebildet, wobei die Einbringung der Strahlung in die Replizierwalze an einer ersten Winkelposition der Replizierwalze und der Kontakt der Replizierwalze mit dem Substrat an einer zweiten Winkelposition erfolgt. Der Zwischenwinkel zwischen erster und zweiter Winkelposition in Drehrichtung der Replizierwalze ist so gering ausgebildet, dass der durch die Strahlung in der ersten Winkelposition erzeugte Wärmekombinationsbereich nach Drehung der Replizierwalze in der zweiten Winkelposition noch scharfe Konturen aufweist. Dies ist beispielsweise gegeben, wenn die durch Wärmeleitung entstandene Unscharfe des latenten Wärmebilds kleiner als die reziproke, angestrebte Auflösung des Replizierverfahrens ist. Als Maß für die Unscharfe kann die Definition des Unschärfekreises aus der geometrischen Optik herangezogen werden.In an advantageous development of the method, the replication device is designed as a replication roller, the radiation being introduced into the replication roller at a first angular position of the replication roller and the contact of the replication roller with the substrate at a second angular position. The intermediate angle between the first and second angular positions in the direction of rotation of the replication roller is so small that the heat combination area generated by the radiation in the first angular position still has sharp contours after rotation of the replication roller in the second angular position. This is the case, for example, if the blurring of the latent thermal image caused by thermal conduction is smaller than the reciprocal, desired resolution of the replication process. The definition of the unsharpness circle from the geometric optics can be used as a measure of the unsharpness.
Im Grenzfall kann dieser Zwischenwinkel im Bereich von 0° sein, so dass die beiden Winkelpositionen überlappend angeordnet sind.In the limit, this intermediate angle can be in the range of 0 °, so that the two angular positions are arranged to overlap.
Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst, wobei die Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung auf einer Außenseite einer Replizierwalze ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Aufbringen oder Erzeugen einer Markierung auf einem Substrat. Die Markierung weist eine vorzugsweise diffraktiv oder holographisch wirkende Oberflächenstrukturierung oder eine vorzugsweise diffus oder gerichtet streuende Mattstruktur auf, die mittels Replizierverfahren in eine thermoplastische Schicht eines Substrats, insbesondere eines Köpers, eingebracht wird. Das Substrat kann weitere Schichten mit verschiedenen Schichtmaterialien sowie eine Trägerschicht aufweisen. Die Markierung kann als Figur, Ziffer, Zeichen, Flächenmuster, Flächenbild, Schriftzug, Nummerierung, Sicherheitskennzeichen oder in einer anderen beliebigen Form ausgebildet sein.Furthermore, the object is achieved by a device according to claim 11, wherein the replication surface of the replication device is formed on an outside of a replication roller. The device according to the invention serves to apply or generate a marking on a substrate. The marking has a surface structure which preferably has a diffractive or holographic effect, or a preferably diffuse or directionally scattering matt structure which is introduced into a thermoplastic layer of a substrate, in particular a body, by means of replication processes. The substrate can have further layers with different layer materials as well as a carrier layer. The marking can be designed as a figure, number, character, surface pattern, surface image, lettering, numbering, security indicator or in any other form.
Die Markierung kann mittels einer Repliziervorrichtung mit einer Replizieroberfläche, die Oberflächenstrukturierungen aufweist, in das Substrat eingebracht werden. Die Repliziervorrichtung kann als Replizierwalze mit einer zumindest abschnittsweise zylinderförmigen Form und um ihre koaxial verlaufende Drehachse drehbar ausgeführt sein. Die Zylinderoberfläche kann, insbesondere der Zylindermantel, als Replizieroberfläche ausgebildet sein.The marking can be introduced into the substrate by means of a replication device with a replication surface that has surface structures. The replication device can be designed as a replication roller with an at least partially cylindrical shape and rotatable about its coaxial axis of rotation. The cylinder surface, in particular the cylinder jacket, can be designed as a replication surface.
Das Substrat ist zwischen der Replizierwalze und einer Gegendruckvorrichtung unter Ausbildung eines Kontaktbereichs angeordnet.The substrate is arranged between the replication roller and a counter pressure device to form a contact area.
Die Gegendruckvorrichtung, die z.B. als Gegendruckplatte oder Gegendruckwalze ausgeführt sein kann, weist eine Gegendruckfläche auf, auf der zumindest im Kontaktbereich das Substrat abgestützt wird, so dass die Replizierwalze mit dem Substrat im Kontaktbereich unter Druck zusammenwirken kann.The back pressure device, e.g. can be designed as a counter-pressure plate or counter-pressure roller, has a counter-pressure surface on which the substrate is supported at least in the contact area, so that the replication roller can interact with the substrate in the contact area under pressure.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können durch die Strahlung gezielt Teilbereiche einer Prägematrize für die Abformung ausgewählt und so die aus den Abformungen der Teilbereiche gebildeten Markierungen individualisiert ausgestaltet werden. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die individualisierte Kennzeichnung in Form der Auswahl der Bereiche zusammen mit einem Sicherheitsmerkmal, nämlich z. B. den diffraktiven Bereichen, durch einen gemeinsamen Repliziervorgangs übertragen werden. Weiterhin erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die stetige, nicht-getaktete Arbeitsweise eine wirtschaftliche Produktion.With the device according to the invention, the radiation can be used to selectively select partial areas of an embossing die for the impression, and the markings formed from the impressions of the partial areas can thus be designed individually. It is particularly advantageous here that the individualized marking in the form of the selection of the areas together with a security feature, namely e.g. B. the diffractive areas, through a common replication process be transmitted. Furthermore, the device according to the invention allows economical production due to the continuous, non-clocked mode of operation.
Die Vorrichtung ist vorteilhaft weitergebildet, wenn die Strahlung durch die Gegendruckvorrichtung zugeführt ist. Dabei transmittiert die Strahlung dieThe device is advantageously further developed when the radiation is supplied by the counterpressure device. The radiation transmits the
Gegendruckvorrichtung oder Teile der Gegendruckvorrichtung, bevor die Strahlung zur Ausbildung der Abformbereiche auf die Replizieroberfläche auftrifft.Back pressure device or parts of the back pressure device before the radiation impinging on the replication surface to form the impression areas.
Die Gegendruckvorrichtung kann bei dieser Weiterbildung der Vorrichtung auch transparent ausgebildet sein. Die Gegend ruckvorrichtung oder Teile derThe counterpressure device can also be made transparent in this development of the device. The area jerk or parts of the
Gegend ruckvorrichtung, insbesondere die zu der Gegendruckfläche zugehörigen Abschnitte, können Auslassungen und/oder für die Strahlung transparente Einsätze aufweisen und/oder aus einem für die Strahlung transparenten Material bestehen.Counter jerk device, in particular the sections belonging to the counter pressure surface, can have omissions and / or inserts transparent to the radiation and / or can consist of a material transparent to the radiation.
In abgewandelten Ausführungsformen ist die Gegendruckvorrichtung als Gegendruckwalze verwirklicht. Die Gegendruckwalze ist dabei vorzugsweise zylinderförmig ausgeführt, wobei die Zylinderoberfläche als Gegendruckfläche ausgebildet ist. Insbesondere ist die Gegendruckwalze um ihre koaxial verlaufende Drehachse drehbar gelagert.In modified embodiments, the counter pressure device is implemented as a counter pressure roller. The counter pressure roller is preferably cylindrical, the cylinder surface being designed as a counter pressure surface. In particular, the counter-pressure roller is rotatably mounted about its coaxial axis of rotation.
Die Zuführung der Strahlung kann, wenn die Gegendruckvorrichtung als Gegendruckwalze ausgebildet ist , beispielsweise auf die nachfolgenden verschiedenen Arten erfolgen: Bei einer ersten Art kann die Strahlung außerhalb der Gegendruckwalze verlaufend angeordnet sein und das Substrat mit einer vorzugsweise winklig zur Rück- und/oder Vorderseite des Substrats ausgerichteten Strahlausbreitungsrichtung transmittieren und nachfolgend auf die Replizieroberfläche auftreffen.If the counterpressure device is designed as a counterpressure roller, the radiation can be supplied, for example, in the following different ways: In a first type, the radiation can be arranged outside the counterpressure roller and the substrate preferably has an angle to the back and / or front of the Transmit substrate-oriented beam propagation direction and then hit the replication surface.
Bei einer zweiten Art kann die Strahlung die Gegendruckwalze entlang der gesamten radialen Erstreckung der Gegendruckwalze transmittieren, wobei die Strahlung in einem dem Kontaktbereich abgewandten Bereich der Gegendruckwalze durch die Gegendruckfläche eintritt und im Kontaktbereich durch die Gegendruckfläche wieder austritt. Im weiteren Verlauf kann die Strahlung das Substrat mit vorzugsweise rechtwinklig zur Rück- und/oder Vorderseite des Substrats ausgerichteter Strahlausbreitungsrichtung transmittieren und auf der Replizierwalze vorzugsweise im Kontaktbereich auftreffen.In a second type, the radiation can transmit the counter-pressure roller along the entire radial extent of the counter-pressure roller, the radiation entering through the counter-pressure surface in a region of the counter-pressure roller facing away from the contact area and exiting again through the counter-pressure surface in the contact area. In the further course, the radiation can leave the substrate aligned preferably at right angles to the rear and / or front of the substrate Transmit the beam propagation direction and preferably hit the replication roller in the contact area.
Bei einer dritten Art, wenn die Gegendruckwalze als Hohlkörper, vorzugsweise als Hohlzylinder, ausgebildet ist, kann die Strahlung auch ausgehend von dem Hohlraum im Hohlkörper durch eine Wand des Hohlkörpers, insbesondere durch dieIn a third type, if the counter-pressure roller is designed as a hollow body, preferably as a hollow cylinder, the radiation can also emanate from the cavity in the hollow body through a wall of the hollow body, in particular through the
Zylinderwand, transmittieren, so dass die Strahlung vorzugsweise im Kontaktbereich durch die Gegendruckfläche austritt. Im weiteren Verlauf kann die Strahlung das Substrat mit vorzugsweise rechtwinklig zur Rück- und/oder Vorderseite des Substrats ausgerichteter Strahlausbreitungsrichtung transmittieren und auf der Replizierwalze vorzugsweise im Kontaktbereich auftreffen.Transmit cylinder wall, so that the radiation preferably exits in the contact area through the counter pressure surface. In the further course, the radiation can transmit the substrate with the beam propagation direction preferably oriented at right angles to the rear and / or front side of the substrate and can strike the replication roller preferably in the contact area.
Die Vorrichtung ist insbesondere für die letzte Ausführung vorteilhaft weitergebildet, wenn innerhalb der Gegendruckvorrichtung eine Strahlung erzeugende Einheit, vorzugsweise eine Laseranlage, oder Teile davon oder eine Strahlumlenkeinheit vorgesehen ist.The device is particularly advantageously developed for the last embodiment if a radiation-generating unit, preferably a laser system, or parts thereof or a beam deflection unit is provided within the counter-pressure device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung oder des Verfahrens wird der Replizieroberfläche die Strahlung zur Ausbildung der Abformbereiche durch das Substrat zugeführt. Die Strahlung tritt auf einer Rückfläche des Substrats ein und auf einer gegenüberliegenden Vorderfläche des Substrats wieder aus und trifft nachfolgend auf die Replizieroberfläche auf. Das Substrat ist für die Strahlung vorzugsweise transparent ausgebildet. In abgewandelten Ausführungsformen kann das Substrat die Strahlung in einer oder mehreren Schichten teilweise oder nahezu vollständig absorbieren. Die Ausbreitungsrichtung der Strahlung innerhalb des Substrats kann senkrecht zur Vorderseite und/oder der Rückseite des Substrats ausgerichtet sein. In Abwandlungen wird das Substrat schräg durchstrahlt, wobei die Ausbreitungsrichtung der Strahlung innerhalb des Substrats winklig, insbesondere mit einem Winkel zwischen 60° und 90°, gegenüber der Vorderseite und/oder Rückseite des Substrats ausgerichtet ist.In a further advantageous development of the device or the method, the radiation is fed to the replication surface to form the impression areas through the substrate. The radiation enters on a rear surface of the substrate and emerges on an opposite front surface of the substrate and subsequently strikes the replication surface. The substrate is preferably transparent to the radiation. In modified embodiments, the substrate can partially or almost completely absorb the radiation in one or more layers. The direction of propagation of the radiation within the substrate can be oriented perpendicular to the front and / or the back of the substrate. In modifications, the substrate is irradiated obliquely, the direction of propagation of the radiation within the substrate being oriented at an angle, in particular at an angle between 60 ° and 90 °, with respect to the front and / or back of the substrate.
Die Vorrichtung ist vorteilhaft weitergebildet, wenn eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Replizieroberfläche vorgesehen ist, durch die insbesondere ein eingebrachtes latentes Wärmebild gelöscht oder irgendwie modifiziert werden kann. Die Kühlvorrichtung kann als Gebläse ausgebildet sein, wobei ein von dem Gebläse erzeugter Luftstrom auf die Replizieroberfläche gerichtet ist und diese kühlt. Eine ähnliche Funktion kann eine Gasstrom-Kühlung erfüllen, wobei bei dieser Ausführung ein Gasstrom, vorzugsweise ein Edelgas- oder Stickstoffgasstrom, auf die Replizieroberfläche auftrifft und diese ebenfalls kühlt.The device is advantageously further developed if a cooling device is provided for cooling the replication surface, by means of which, in particular, an introduced latent thermal image can be deleted or somehow modified. The cooling device can be designed as a blower, with an air flow generated by the blower being directed onto the replication surface and cooling it. A similar function can be performed by gas stream cooling, in which case a gas stream, preferably a noble gas or nitrogen gas stream, strikes the replication surface and also cools it.
In weiteren Ausbildungen kann die Kühlvorrichtung als Kühlwalze verwirklicht sein, die parallel versetzt zur Replizierwalze angeordnet ist und diese entlang einer linienförmigen Fläche kontaktiert. Durch den thermischen Kontakt zwischen Replizierwalze und Kühlwalze erfolgt eine Wärmeableitung und somit die Kühlung der Replizierwalze.In further embodiments, the cooling device can be implemented as a cooling roller, which is offset parallel to the replication roller and makes contact with it along a linear surface. The thermal contact between the replication roller and the cooling roller results in heat dissipation and thus the cooling of the replication roller.
Die Kühlvorrichtung ist bei der Verwendung einer Replizierwalze vorzugsweise so angeordnet, dass sie auf die Replizieroberfläche in einem Bereich wirkt, der in Drehrichtung der Replizierwalze zwischen dem Kontaktbereich von Repliziervorrichtung und Substrat und dem Auftreffpunkt der Strahlung auf die Replizieroberfläche liegt.When using a replication roller, the cooling device is preferably arranged such that it acts on the replication surface in an area which lies in the direction of rotation of the replication roller between the contact area of the replication device and the substrate and the point of incidence of the radiation on the replication surface.
Bei einer weiteren Ausführung der Vorrichtung ist die Strahlung erzeugende Einrichtung als Laseranlage ausgebildet. Diese Laseranlage kann zweckmäßigerweise über ein Scannersystem und/oder ein Maskenprojektionssystem verfügen. Für den Einsatz eines Scannersystems wird der Laserstrahl derart geformt, dass der Durchmesser des Laserflecks beim Auftreffen auf der Repliziervorrichtung vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 2,0 mm liegt. Dieser Laserfleck kann durch das Scannersystem sequentiell schreibend über die Repliziervorrichtung geführt werden. Bei dem Scannersystem kann es sich hierbei um ein System mit Ablenkvorrichtungen, z.B. Ablenkspiegel, oder ein System mit fliegender Optik handeln. Die Position des Laserflecks auf der Repliziervorrichtung kann vom Anwender durch eine Steuerung, vorzugsweise eine Bahnsteuerung, verändert werden, so dass flexibel verschiedene geometrische Formen, Bilder, Buchstaben und Zahlen auf die Repliziervorrichtung mit dem Laserfleck geschrieben werden können. Die Repliziervorrichtung kann in anderen Ausführungsformen durch ein Maskenprojektionssystem flächig belichtet werden. Hierbei kann die Strahlformung derart ausgebildet sein, dass eine Maske, beispielsweise durch einen 4f-Aufbau, derart auf die Repliziervorrichtung abgebildet wird, dass die Form des Laserflecks der Form der Auslassungen in der Maske entspricht. Die Maske kann hierbei eine starre Maske sein oder aber eine Matrixanordnung aus Elementen, die gesteuert den Laserstrahl transmittieren oder extinktieren, bei denen es sich beispielsweise um bewegliche Spiegel oder Flüssigkristallelemente handeln kann.In a further embodiment of the device, the radiation-generating device is designed as a laser system. This laser system can expediently have a scanner system and / or a mask projection system. When using a scanner system, the laser beam is shaped in such a way that the diameter of the laser spot when it hits the replication device is preferably in a range between 0.05 mm and 2.0 mm. This laser spot can be passed through the scanner system sequentially in writing over the replication device. The scanner system can be a system with deflection devices, for example deflection mirrors, or a system with flying optics. The position of the laser spot on the replication device can be changed by the user by means of a controller, preferably a path controller, so that different geometric shapes, images, letters and numbers can be written flexibly on the replication device with the laser spot. In other embodiments, the replication device can be exposed areally by a mask projection system. Here, the beam shaping can be designed in such a way that a mask, for example by a 4f structure, is imaged on the replication device in such a way that the shape of the laser spot Form of the omissions in the mask matches. The mask can be a rigid mask or a matrix arrangement of elements that transmit or extinct in a controlled manner the laser beam, which can be, for example, movable mirrors or liquid crystal elements.
Es liegt eine vorteilhafte Ausbildung vor, wenn eine Steuerungseinrichtung, insbesondere eine frei programmierbare Steuerungseinrichtung, vorgesehen ist, die vorzugsweise durch Ansteuerung der Strahlung erzeugenden Einrichtung die Auswahl der Bestrahlungsbereiche steuert. Bei dieser vorteilhaften Weiterbildung werden die Muster der Markierungen als vorzugsweise digitale Informationen, z.B. als Datei, bereitgestellt, die durch Bildverarbeitungsprogramme, durch computerunterstützte Verfahren oder ähnliches erzeugt wurden. Diese Informationen werden von der Steuerungseinrichtung insbesondere durch Ansteuerung der Laseranlage in eine zeitabhängige Änderung der Flächenleistungsdichte der auf die Repliziervorrichtung auftreffenden Strahlung umgesetzt. Durch die gesteuerte Auswahl der Bestrahlungsbereiche werden die Abformbereiche und damit das Muster der Markierung bestimmt.There is an advantageous embodiment if a control device, in particular a freely programmable control device, is provided which preferably controls the selection of the radiation areas by controlling the radiation-generating device. In this advantageous development, the patterns of the markings are preferably digital information, e.g. provided as a file, which were generated by image processing programs, by computer-aided methods or the like. This information is converted by the control device, in particular by activating the laser system, into a time-dependent change in the area power density of the radiation impinging on the replication device. The impression areas and thus the pattern of the marking are determined by the controlled selection of the irradiation areas.
Die Ansteuerung von Leistung, Strahlrichtung und/oder Flächenieistungsdichte des Laserstrahls ermöglicht mehrere Betriebsarten des Laserstrahls.The control of power, beam direction and / or surface power density of the laser beam enables several operating modes of the laser beam.
In einer ersten Betriebsart wird der Laserstrahl in Steuersequenzen ein- und ausgeschaltet, sodass voneinander abgesetzte Markierungen auf dem Substrat erzeugt werden. Die Ausgestaltung dieser verschiedenen Markierungen kann jeweils gleich sein oder sich von Markierung zu Markierung durch individualisierte Merkmale, z. B. durch eine fortlaufende Nummerierung, unterscheiden.In a first operating mode, the laser beam is switched on and off in control sequences, so that markings that are separated from one another are generated on the substrate. The design of these different markings can be the same in each case or can vary from marking to marking through individualized features, for B. distinguish by consecutive numbering.
In einer zweiten Betriebsart des Laserstrahls wird der Laserstrahl kontinuierlich eingeschaltet und der Auftreffpunkt des Laserstrahls wird auf der Replizierwalze bewegt. Die Bewegung des Auftreffpunkts erfolgt mit- oder gegenlaufend zur Replizierwalze sowie parallel zur axialen Erstreckung der Replizierwalze. Die Bewegung wird durch ein paralleles Verschieben des Laserstrahls zu sich selbst oder durch eine Winkelauslenkung des Laserstrahls bewirkt.In a second mode of operation of the laser beam, the laser beam is switched on continuously and the point of incidence of the laser beam is moved on the replication roller. The point of impact moves along or counter to the replication roller and parallel to the axial extension of the replication roller. The movement is caused by a parallel displacement of the laser beam to itself or by an angular deflection of the laser beam.
In dieser Betriebsart kann eine Markierung mit einem sich in Vorschubrichtung des Substrats variierendem Muster gebildet werden. Vor allem erlaubt diese Betriebsart, dass Steuersequenzen von Bewegungen des Laserstrahls zur Erzeugung einer einzelnen Markierung über mehrere Drehungen der Replizierwalze, also über mehrere Arbeitszyklen, hinweg erfolgen können. Beispielsweise ist es dadurch möglich auf dem Substrat einen beliebig langen Schriftzug in Vorschubrichtung zu erzeugen. Bei einer Abwandlung dieser Betriebsart wird der Laserstrahl kontinuierlich eingeschaltet und es erfolgt eine zeitabhängige Änderung des Strahlprofils des Laserstrahls. Eine Kombination der oben genannten Betriebsarten ist ebenfalls möglich.In this operating mode, a marking can be formed with a pattern that varies in the feed direction of the substrate. Above all, this operating mode allows that control sequences of movements of the laser beam for generating a single marking can take place over several rotations of the replication roller, that is to say over several working cycles. For example, this makes it possible to create any desired lettering in the feed direction on the substrate. If this operating mode is modified, the laser beam is switched on continuously and the beam profile of the laser beam is changed as a function of time. A combination of the above operating modes is also possible.
Die Vorrichtung ist zweckmäßig weitergebildet, wenn die Replizieroberfläche mit einem Oberflächenrelief strukturiert ist. Dieses Oberflächenrelief ist das Negativ für die Strukturen, die im Abformvorgang auf das Substrat übertragen werden. Die Replizieroberfläche kann teilweise oder vollständig strukturiert sein. Die Tiefe des Oberflächenreliefs beträgt vorzugsweise zwischen nahezu 0 und 20 μm, insbesondere zwischen 0,1 und 0,5 μm. Das Oberflächenrelief kann, insbesondere zur Bildung einer diffraktiven oder holographischen Struktur auf dem Substrat, in Teilbereichen oder vollflächig gitterförmig ausgebildet sein. Der Gitterabstand, also die Spatialfrequenz, beträgt vorzugsweise zwischen 4000 Linien pro mm und 10 Linien pro mm, insbesondere 1000 Linien pro mm. Die Replizieroberfläche kann auch in Teilbereiche unterteilt sein, deren Abmessungen vorzugsweise kleiner als 0,3 mm sind, und die sich voneinander durch die Spatialfrequenz, die Gitterorientierung, Gitterart oder andere Parameter unterscheiden.The device is expediently developed if the replication surface is structured with a surface relief. This surface relief is the negative for the structures that are transferred to the substrate during the molding process. The replication surface can be partially or completely structured. The depth of the surface relief is preferably between almost 0 and 20 μm, in particular between 0.1 and 0.5 μm. The surface relief can, in particular to form a diffractive or holographic structure on the substrate, be designed in partial areas or over the entire surface in a lattice shape. The grid spacing, that is to say the spatial frequency, is preferably between 4000 lines per mm and 10 lines per mm, in particular 1000 lines per mm. The replication surface can also be divided into partial areas, the dimensions of which are preferably smaller than 0.3 mm, and which differ from one another by the spatial frequency, the lattice orientation, lattice type or other parameters.
Diese Teilbereiche können in einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung periodisch wiederholend, insbesondere alternierend, angeordnet sein. Mögliche Ausführungsformen sind, dass jeweils eine Anordnung von verschiedenen Teilbereichen, also z.B. eine Anordnung von zwei bis sechs, vorzugsweise drei Teilbereichen, eine Bildpunkteinheit bildet. Eine Vielzahl von Bildpunkteinheiten können zur Bildung eines Flächenbilds angeordnet sein. Vorzugsweise repräsentieren die beispielhaft genannten drei Teilbereiche durch ihren Gitteraufbau die drei Grundfarben. Diese Bildpunkteinheit oder auch die Teilbereiche können auf der Replizieroberfläche regelmäßig oder periodisch wiederholend, z.B. gitterförmig oder alternierend, angeordnet sein.In a further advantageous embodiment of the invention, these partial areas can be arranged periodically repeating, in particular alternating. Possible embodiments are that an arrangement of different partial areas, for example an arrangement of two to six, preferably three partial areas, forms a pixel unit. A large number of pixel units can be arranged to form a surface image. The three sub-regions mentioned by way of example preferably represent the three basic colors due to their grid structure. This pixel unit or the partial areas can on the Replication surface to be arranged regularly or periodically repeating, for example lattice-shaped or alternating.
Das Oberflächenrelief kann auch, insbesondere zur Erzeugung einer Mattstruktur auf dem Substrat, mit Oberflächenstrukturen versehen sein, die eine stochastische oder quasi-stochastische Verteilung aufweisen. Eine Mattstruktur auf einem Substrat ruft als besondere optische Wirkung eine diffuse Streuung des auf das Substrat einfallenden Lichtes hervor. Für die Erzeugung einer Mattstruktur weist das Oberflächenrelief Oberflächenstrukturen, z.B. Riefen, Rillen, Krater, Löcher etc. auf, deren jeweilige Formen und/oder Ausrichtungen jeweils gleichartig oder beliebig ausgebildet und die auf der Replizieroberfläche gleichmäßig, stochastisch oder quasi- stochastisch verteilt sein können. Beispielsweise kann das Oberflächenrelief mit einer Struktur ähnlich zu einer gebürsteten Oberfläche ausgeführt sein.The surface relief can also be provided with surface structures that have a stochastic or quasi-stochastic distribution, in particular for producing a matt structure on the substrate. A matt structure on a substrate creates a diffuse scattering of the light incident on the substrate as a special optical effect. For the creation of a matt structure, the surface relief has surface structures, e.g. Grooves, grooves, craters, holes, etc., the respective shapes and / or orientations of which are each of the same or any other design and which can be distributed uniformly, stochastically or quasi-stochastically on the replication surface. For example, the surface relief can be designed with a structure similar to a brushed surface.
Die Replizieπtorrichtung weist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eine Druckmatrize aus Metallfolie, insbesondere aus Nickel oder aus einer Nickelverbindung, auf. Durch den Einsatz von Metallfolien aus Nickel bzw. aus Nickelverbindungen wird das galvanische Abformen einer diffraktiven Struktur eines Masters erleichtert. Alternativ zu diesen Werkstoffen kann auch ein Werkstoff eingesetzt werden, der für die Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung eine besonders hohe Absorption, insbesondere eine höhere Absorption als Nickel, aufweist. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung ist, dass die benötigte eingestrahlte Energie zur Erzeugung des latenten Wärmebildes auf der Repliziervorrichtung, vorzugsweise auf der Replizieroberfläche, deutlich verringert ist. Entsprechend könnten leistungsschwächere und damit kostengünstigere Laser in der Vorrichtung verwendet werden.In a further advantageous embodiment, the replication device has a pressure die made of metal foil, in particular of nickel or of a nickel compound. The use of metal foils made of nickel or of nickel compounds makes the galvanic molding of a diffractive structure of a master easier. As an alternative to these materials, a material can also be used which has a particularly high absorption, in particular a higher absorption than nickel, for the wavelength of the laser radiation used. It is advantageous in this embodiment that the irradiated energy required to generate the latent thermal image on the replication device, preferably on the replication surface, is significantly reduced. Accordingly, less powerful and therefore less expensive lasers could be used in the device.
Besonderer Vorteil von Vorrichtung und Verfahren ist es, von einer einzigen Matrize verschiedene, z.B. auch dokumentspezifische oder personenspezifische, Markierungen auf ein Substrat abformen zu können, wobei Teilbereiche dieser Matrize selektiv für den Abformvorgang aktiviert bzw. deaktiviert werden können. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des Verfahrens sowie Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Erzeugung einer Markierung anhand von Figuren beschrieben. Dabei zeigen:It is a particular advantage of the device and method to be able to cast different markings from a single die, for example also document-specific or person-specific, onto a substrate, partial areas of this die being selectively activated or deactivated for the molding process. Exemplary embodiments of the method and exemplary embodiments of devices for generating a marking are described below using figures. Show:
Figur 1 a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Markierung auf einem Substrat in Schnittdarstellung,FIG. 1 a shows a first exemplary embodiment of a device for applying a marking to a substrate in a sectional view,
Figur 1 b das Temperaturprofil auf der Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung in Figur 1a in einem Koordinatensystem und eine zu dem Temperaturprofil korrespondierende Markierung in dem Substrat in1b shows the temperature profile on the replication surface of the replication device in FIG. 1a in a coordinate system and a marking in the substrate corresponding to the temperature profile in FIG
Schnittdarstellung,Sectional view
Figur 2a das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung in Figur 1 a mit einer Abwandlung des Verfahrens in gleicher Darstellung wie in Figur 1a,2a shows the first embodiment of the device in FIG. 1a with a modification of the method in the same representation as in FIG. 1a,
Figur 2b das Temperaturprofil auf der Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung in Figur 2a und einezu dem Temperaturprofil korrespondierende Markierung in dem Substrats in einer der Figur 1b ähnlichen Darstellung,Figure 2b shows the temperature profile on the replication surface of the replication device in Figure 2a and a marking corresponding to the temperature profile in the substrate in a representation similar to Figure 1b,
Figur 3 die Wärmeverteilung in einem Ausschnitt der Repliziervorrichtung inFigure 3 shows the heat distribution in a section of the replication device in
Figur 1a bei der Belichtung mit dem Laserstrahl in einer schematischen Schnittdarstellung,FIG. 1a shows a schematic sectional illustration when exposed to the laser beam,
Figur 4a, b schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Prinzips zur Erzeugung eines Negativ- bzw. Positivbilds,4a, b are schematic representations to illustrate the principle for generating a negative or positive image,
Figur 5a, b jeweils einen Ausschnitt der Oberfläche der Repliziervorrichtung in Fig. 1a und eine durch die Repliziervorrichtung erzeugte Markierung jeweils als Draufsicht in schematischer Darstellung,5a, b each show a section of the surface of the replication device in FIG. 1a and a marking generated by the replication device, each as a top view in a schematic representation,
Figur 6a ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Markierung auf einem Substrat in gleicher Darstellung wie Figur 1a, Figur 6b das Temperaturprofil auf der Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung in Figur 6a und eine zu dem Temperaturprofil korrespondierende Markierung in dem Substrat in einer der Figur 1 b ähnlichen Darstellung.6a shows a second exemplary embodiment of a device for applying a marking to a substrate in the same representation as FIG. 1a, 6b shows the temperature profile on the replication surface of the replication device in FIG. 6a and a marking in the substrate corresponding to the temperature profile in a representation similar to FIG. 1b.
Die Figur 1a zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung den Aufbau eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Markierung auf einem Substrat 43. Die Vorrichtung weist eine Replizierwalze 41 und eine alsFIG. 1 a shows a schematic sectional illustration of the structure of an exemplary embodiment of a device for producing a marking on a substrate 43. The device has a replication roller 41 and an as
Gegendruckwalze ausgebildete Gegendruckvorrichtung 42 auf, die zur Replizierwalze 41 achsparallel und senkrecht nach unten versetzt angeordnet ist. Zwischen Replizierwalze 41 und Gegendruckvorrichtung 42 ist das folienartige Substrat 43 in waagrechter Ausrichtung vorgesehen. Ein Laserstrahl 30 durchquert das Substrat 43 und trifft auf die Replizierwalze 41. Die Ausrichtung des Verlaufs des Laserstrahls wird im nachfolgenden noch näher beschrieben.Counter pressure roller trained counter pressure device 42, which is arranged axially parallel to the replication roller 41 and offset vertically downwards. The film-like substrate 43 is provided in a horizontal orientation between the replication roller 41 and the counterpressure device 42. A laser beam 30 crosses the substrate 43 and strikes the replication roller 41. The alignment of the course of the laser beam is described in more detail below.
Die metallische oder metallisch ummantelte Replizierwalze 41 ist in Form eines Zylinders ausgebildet, wobei der entsprechende Zylindermantel als Replizieroberfläche mit Oberflächenstrukturierungen in Form vonThe metallic or metallic-coated replication roller 41 is designed in the form of a cylinder, the corresponding cylinder jacket as a replication surface with surface structures in the form of
Diffraktionsprägestrukturen 46 ausgeführt ist. Die Diffraktionsprägestrukturen 46 weisen eine Tiefe von vorzugsweise nahezu 0 μm bis zu 20 μm auf und haben Linienabstände oder örtliche Frequenzen von 10 Linien pro Millimeter bis 4000 Linien pro Millimeter. Die Replizierwalze 41 wird durch eine nicht dargestellte steuerbare innere, d.h. innen wirkende, Wärmequelle erwärmt, so dass der gesamte Bereich der Replizieroberfläche, der die Diffraktionsprägestrukturen 46 aufweist temperierbar ist.Diffraction embossed structures 46 is executed. The diffraction embossing structures 46 have a depth of preferably almost 0 μm to 20 μm and have line spacings or local frequencies from 10 lines per millimeter to 4000 lines per millimeter. The replication roller 41 is controlled by a controllable inner, i.e. the heat source acting on the inside is heated so that the entire area of the replication surface which has the diffraction embossing structures 46 can be tempered.
Die Gegend ruckvorrichtung 42 ist als Walze in Form eines Zylinders ausgebildet und besteht aus Gummi bzw. weist eine aus Gummi bestehende Ummantelung auf. Der entsprechende Zylindermantel bildet eine Gegendruckfläche, die mit der Replizieroberfläche der Replizierwalze 41 zusammenwirkt. Das folienartige Substrat 43 weist eine in Figur 1a nach oben zur Replizierwalze 41 weisende Vorderfläche 103 und eine in Figur 1a nach unten zur Gegendruckvorrichtung 42 weisende Rückfläche 102 auf und ist als mehrschichtiger Verbund mit einer Dicke von weniger als 1 mm ausgebildet. Der mehrschichtige Verbund umfasst eine thermoplastische Schicht 51 , eine Trägerfolie 50 und optional eine oder mehrere weitere, insbesondere verschiedene Schichten 52 wie z. B. Metallisierungsschichten, Interferenzschichten, Schutzlackschichten, Ablöseschichten, Trägermaterialschichten oder Kleberschichten.The area jerking device 42 is designed as a roller in the form of a cylinder and is made of rubber or has a casing made of rubber. The corresponding cylinder jacket forms a counter pressure surface which interacts with the replication surface of the replication roller 41. The film-like substrate 43 has a front surface 103 pointing upwards in FIG. 1a to the replication roller 41 and a rear surface 102 pointing downwards in FIG. 1a to the counterpressure device 42 and is designed as a multilayer composite with a thickness of less than 1 mm. The multilayer composite comprises a thermoplastic layer 51, a carrier film 50 and optionally one or more further, in particular different layers 52 such as, for example, B. metallization layers, interference layers, protective lacquer layers, release layers, carrier material layers or adhesive layers.
Ein Pfeil 48 sowie ein Pfeil 49 zeigen die jeweiligen Drehrichtungen von der Replizierwalze 41 und der Gegendruckeinrichtung 42 an, wobei sich die Replizierwalze 41 in Fig. 1a im Uhrzeigersinn und die Gegendruckeinrichtung 42 gegen den Uhrzeigersinn drehen. Ein Pfeil 47 weist in die Vorschubrichtung des Substrats 43, das sich in Figur 1a nach links bewegt. Die Replizierwalze 41 , das Substrat 43 und die Gegend ruckvorrichtung 42 wirken derart zusammen, dass die Replizieroberfläche mit den Diffraktionsprägestrukturen 46 unter einem bestimmten, einstellbaren Druck während der Rotation der Replizierwalze 41 und der Gegendruckvorrichtung 42 auf das Substrat 43 gepresst wird. Der Kontaktbereich zwischen Replizierwalze 41 , Gegendruckvorrichtung 42 und Substrat 43 bildet den Replizierspalt 53.An arrow 48 and an arrow 49 indicate the respective directions of rotation of the replication roller 41 and the counterpressure device 42, the replication roller 41 in FIG. 1a rotating clockwise and the counterpressure device 42 rotating counterclockwise. An arrow 47 points in the direction of advance of the substrate 43, which moves to the left in FIG. 1a. The replication roller 41, the substrate 43 and the counter pressure device 42 cooperate in such a way that the replication surface with the diffraction embossing structures 46 is pressed onto the substrate 43 under a certain, adjustable pressure during the rotation of the replication roller 41 and the counter pressure device 42. The contact area between replication roller 41, counterpressure device 42 and substrate 43 forms the replication gap 53.
In Figur 1a ist der Laserstrahl 30 als schräg von rechts unten kommender Pfeil gezeigt. Der dargestellte Verlauf des Laserstrahls 30 beginnt in einem Bereich, der unterhalb des Substrats 43, d.h. auf der Seite der Rückfläche 102 des Substrats 43, und auf der substrateinlaufenden Seite der Vorrichtung angeordnet ist. DerIn Figure 1a, the laser beam 30 is shown as an arrow coming obliquely from the bottom right. The illustrated course of the laser beam 30 begins in an area that lies below the substrate 43, i.e. is arranged on the side of the rear surface 102 of the substrate 43, and on the substrate-incoming side of the device. The
Laserstrahl 30 ist auf die Replizierwalze 41 ausgerichtet, wobei der Laserstrahl 30 über den gesamten Verlauf außerhalb der Gegendruckvorrichtung 42 angeordnet ist. Der Laserstrahl 30 tritt durch die Rückfläche 102 in das Substrat 43 mit einem Eintrittswinkel von kleiner als 30° ein. Der Eintrittspunkt des Laserstrahls 30 in das Substrat 43 ist in Vorschubrichtung des Substrats 43 vor dem Replizierspalt 53 angeordnet. Der Eintrittwinkel wird gegen die Oberflächennormale des Substrats 43 am Eintrittspunkt gemessen. Der Laserstrahl 30 durchquert das Substrat 43, tritt durch die Vorderfläche 103 des Substrats 43 aus und trifft auf die Replizieroberfläche. Auf der Replizieroberfläche sind Teilflächen als Replizieroberflächenabschnitte 70a,b gekennzeichnet. Es handelt sich um den mit dem Laserstrahl behandelten Bereich der Replizieroberfläche.Laser beam 30 is aligned with the replication roller 41, the laser beam 30 being arranged over the entire course outside the counterpressure device 42. The laser beam 30 enters the substrate 43 through the rear surface 102 with an entry angle of less than 30 °. The entry point of the laser beam 30 into the substrate 43 is arranged in the feed direction of the substrate 43 in front of the replication gap 53. The entry angle is measured against the surface normal of the substrate 43 at the entry point. The laser beam 30 traverses the substrate 43, emerges through the front surface 103 of the substrate 43 and strikes the replication surface. Sub-areas are identified on the replication surface as replication surface sections 70a, b. It is the area of the replication surface treated with the laser beam.
In der in Figur 1a gezeigten Stellung der Vorrichtung befindet sich ein erster Replizieroberflächenabschnitt 70a in Drehrichtung der Replizierwalze 41 in einer Position vor dem Einlauf in den Replizierspalt 53, und zwar in einer Position, in der der Replizieroberflächenabschnitt 70 a von dem aus dem Substrat 43 austretenden Laserstrahl 30 gerade bestrahlt wird.In the position of the device shown in FIG. 1a, a first replication surface section 70a is located in the direction of rotation of the replication roller 41 in a position before entry into the replication nip 53, specifically in a position in which the replication surface section 70a exits from the substrate 43 Laser beam 30 is being irradiated.
Während des Betriebs der Vorrichtung dreht sich die Replizierwalze 41 stetig im Uhrzeigersinn und der Replizieroberflächenabschnitt 70 a wird im weiteren Verlauf nach der Bestrahlung durch den Replizierspalt 53 geführt. Dort erfolgt die Abformung des bestrahlten Replizieroberflächenabschnitts 70 a als Markierung in das Substrat 43.During the operation of the device, the replication roller 41 continuously rotates clockwise and the replication surface section 70 a is passed through the replication gap 53 after the irradiation. This is where the irradiated replication surface section 70 a is molded as a marking in the substrate 43.
Der zweite Replizieroberflächenabschnitt 70 b befindet sich in der in Figur 1a gezeigten Stellung der Vorrichtung in Drehrichtung der Replizierwalze 41 in einem Bereich nach dem Replizierspalt 53. Dieser Replizieroberflächenabschnitt 70 b hat die Phasen der Bestrahlung vor dem Replizierspalt 53 und der Abformung im Replizierspalt 53 bereits durchlaufen. Die zu dem Replizieroberflächenabschnitt 70b korrespondierende, abgeformte Markierung 45 befindet sich entsprechend in einem Bereich des Substrats 43, der in Vorschubrichtung des Substrats 43 nach dem Replizierspalt 53 angeordnet ist.The second replication surface section 70 b is in the position of the device shown in FIG. 1 a in the direction of rotation of the replication roller 41 in a region after the replication nip 53. This replication surface section 70 b has already passed through the phases of the irradiation before the replication nip 53 and the impression in the replication nip 53 , The shaped marking 45 corresponding to the replication surface section 70b is accordingly located in a region of the substrate 43 which is arranged after the replication gap 53 in the feed direction of the substrate 43.
Bei der anhand von Fig. 1a dargestellten Ausführung des Verfahrens wird die Replizieroberfläche durch die innere steuerbare Wärmequelle auf eine Temperatur gebracht, die innerhalb des Elastiktemperaturbereichs Teiast liegt.In the embodiment of the method shown in FIG. 1 a, the replication surface is brought to a temperature by the internal controllable heat source which lies within the elastic temperature range T e i a st.
Durch die zusätzlichen Energieeinträge mittels Laserstrahl 30 bei der Bestrahlung werden die Replizieroberflächenabschnitte 70 a, b weiter erwärmt. Durch die Kombination von dem Energieeintrag durch die Erwärmung mit der inneren Wärmequelle und dem zusätzlichen Energieeintrag durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 30 bilden sich im Bereich der Replizieroberflächenabschnitte 70 a,b Wärmekombinationsbereiche aus. Diese Wärmekombinationsbereiche stellen latente Wärmebilder dar, die als einfache geometrische Form, wie z.B. Kreis, Mehreck, geschlossenes Polygon, aber auch als Buchstabe, Ziffer oder Symbol ausgebildet sein können.The replication surface sections 70 a, b are further heated by the additional energy inputs by means of laser beam 30 during the irradiation. Through the combination of the energy input through the heating with the inner Heat source and the additional energy input due to the irradiation with the laser beam 30 form in the area of the replication surface sections 70 a, b heat combination areas. These heat combination areas represent latent thermal images, which can be designed as a simple geometric shape, such as a circle, polygon, closed polygon, but also as a letter, number or symbol.
Die Energieeinträge sind im Beispiel der Figur 1a derart bemessen, dass die Wärmekombinationsbereiche, d.h. die Replizieroberflächenabschnitte 70a, b, beim Kontakt mit dem Substrat 43 im Replizierspalt 53 eine Temperatur innerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast aufweisen. Diese Bereiche werden dauerhaft verbleibend in das Substrat 43 abgeformt.The energy inputs are sized in the example of Figure 1a that the heat combination regions, ie, the replication surface 70a, b, when in contact with the substrate 43 in the replication 53 have a temperature within the plastic temperature range T p ι as t. These areas are permanently molded into the substrate 43.
Die restlichen Bereiche auf der Replizieroberfläche weisen beim Kontakt mit dem Substrat 43 im Replizierspalt 53 Temperaturen unterhalb desThe remaining areas on the replication surface have temperatures below the temperature in contact with the substrate 43 in the replication gap 53
Plastiktemperaturbereichs Tpιast. also im Elastiktemperaturbereich Teiast auf. Diese Bereiche werden nicht dauerhaft verbleibend in das Substrat 43 abgeformt.Plastic temperature range T p ι as t. So in Elastiktemperaturbereich T e iast on. These areas are not permanently molded into the substrate 43.
Nach der Abformung im Replizierspalt 53 kann es erwünscht sein, dass das aktuelle latente Wärmebild gelöscht wird und die Replizieroberfläche in einen Zustand versetzt wird, so dass ein neues latentes Wärmebild eingebracht werden kann.After taking the impression in the replication gap 53, it may be desirable for the current latent thermal image to be erased and for the replication surface to be brought into a state so that a new latent thermal image can be introduced.
Für die Löschung des aktuellen latenten Wärmebilds ist in Drehrichtung der Replizierwalze 41 nach dem Replizierspalt 53 ein Kühlbereich vorgesehen. Die Replizieroberfläche durchläuft diesen Kühlbereich und wirkt mit einer in der Figur 1a nicht dargestellten Kühlvorrichtung zusammen. Die Replizieroberfläche wird dadurch auf eine Temperatur unterhalb des Temperaturbereichs Tpιast abgekühlt.A cooling area is provided in the direction of rotation of the replication roller 41 after the replication nip 53 for deleting the current latent thermal image. The replication surface runs through this cooling area and interacts with a cooling device, not shown in FIG. 1a. The replication surface is thereby cooled to a temperature below the temperature range T p ι as t.
Anschließend erfolgt erneut die Temperierung der Replizieroberfläche auf eine Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs Teiast-The replication surface is then tempered again to a temperature within the temperature range T e i ast -
Die Löschung des latenten Wärmebilds erfolgt also durch eine gesteuerte Temperaturänderung der Replizieroberfläche. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Löschung des latenten Wärmebilds selbstständig durch Wärmeleitung im Sinne eines Verblassens des latenten Wärmebilds.The latent thermal image is therefore erased by a controlled change in the temperature of the replication surface. Alternatively or additionally, the latent thermal image is deleted independently by conduction in the sense of fading of the latent thermal image.
Das Prinzip des Verfahrens zur Erzeugung einer Markierung 45 auf dem Substrat 43 wie es in Figur 1 a angewandt wird, soll anhand von Figur 1 b nochmals verdeutlicht werden.The principle of the method for producing a marking 45 on the substrate 43, as used in FIG. 1 a, is to be clarified again with reference to FIG. 1 b.
In der Figur 1b ist ein Koordinatensystem 20 abgebildet, das die Temperatur der Replizieroberfläche beim Durchgang durch den Replizierspalt 53 alsFIG. 1b shows a coordinate system 20, which shows the temperature of the replication surface as it passes through the replication gap 53
Temperaturprofil T zeigt. Weiterhin ist in vergrößerter Schnittdarstellung der Bereich des Substrat 43 in Figur 1a gezeigt, der die zu dem Temperaturprofil T korrespondierende Markierung 45 trägt.Temperature profile T shows. Furthermore, the area of the substrate 43 is shown in an enlarged sectional view in FIG. 1a, which carries the marking 45 corresponding to the temperature profile T.
In dem Koordinatensystem 20 sind auf der vertikalen Y-Achse die Temperaturen der Replizieroberfläche während des Abformvorgangs im Replizierspalt 53 aufgetragen. Auf der horizontalen X-Achse des Koordinatensystems 20 sind die entsprechenden Positionen auf der Replizieroberfläche entlang des Umfangs der Replizierwalze 41 aufgetragen.In the coordinate system 20, the temperatures of the replication surface during the molding process are plotted in the replication gap 53 on the vertical Y axis. The corresponding positions are plotted on the replication surface along the circumference of the replication roller 41 on the horizontal X axis of the coordinate system 20.
Die Temperaturskala auf der Y-Achse ist qualitativ in drei Bereiche unterteilt: Der erste Bereich ist der Elastiktemperaturbereich Teiast- Der darüber liegende Temperaturbereich mit höheren Temperaturen ist der Plastiktemperaturbereich Tpιast- Der über diesem liegende dargestellte höchste Temperaturbereich ist der Fließtemperaturbereich Tfiieß.The temperature scale on the Y-axis is high divided into three areas: the first area is the Elastiktemperaturbereich T e iast- The overlying the temperature range at higher temperatures is the plastic temperature range T p ι as t- The illustrated on this lying highest temperature range is the flow temperature range Tfiieß.
Zur Veranschaulichung der Auswirkungen der Temperatur auf der Replizieroberfläche während des Abformvorgangs auf das Ergebnis des Abformvorgangs ist unterhalb des Koordinatensystems 20 der zu dem Temperaturprofil T korrespondierende Ausschnitt des Substrats 43 dargestellt. Das Substrat 43 ist in seiner Längserstreckung parallel zur X-Achse des Koordinatensystems 20 ausgerichtet. Das entlang der X-Achse dargestellte Temperaturprofil der Replizieroberfläche ist in drei Bereiche I, II, III unterteilt.To illustrate the effects of the temperature on the replication surface during the molding process on the result of the molding process, the section of the substrate 43 corresponding to the temperature profile T is shown below the coordinate system 20. The substrate 43 is oriented parallel to the X axis of the coordinate system 20 in its longitudinal extent. The temperature profile of the replication surface shown along the X axis is divided into three areas I, II, III.
Im den Bereichen I und III weist die Replizieroberfläche beim Durchgang durch den Replizierspalt 53 Temperaturen innerhalb des Elastiktemperaturbereichs Teiast auf. Im Bereich II liegt die Temperatur beim Durchgang durch den Replizierspalt 53 innerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast-In the regions I and III, the replication surface while passing through the replication 53 temperatures within the Elastiktemperaturbereichs T ias e t. In area II, the temperature as it passes through the replication gap 53 lies within the plastic temperature range T p ι ast -
Bei dem Kontakt der Replizieroberfläche mit dem Substrat 43 werden in dem Bereich I die Strukturen in das Substrat 43 als elastische Verformungen eingebracht. Nach Trennung von Replizieroberfläche und Substrat 43 nimmt das Substrat 43 in diesen Bereichen elastisch federnd wieder seine ursprüngliche Form ein und es verbleiben keine Oberflächenstrukturierungen im Substrat 43.When the replication surface comes into contact with the substrate 43, the structures in the region I are introduced into the substrate 43 as elastic deformations. After separation of the replication surface and substrate 43, the substrate 43 resumes its original shape in these regions in an elastically resilient manner and no surface structures remain in the substrate 43.
Im Bereich II wird beim Kontakt der Replizieroberfläche mit dem Substrat 43 eine dauerhaft verbleibende Markierung in das Substrat 43 abgeformt. Die in Figur 1 b dargestellte Markierung entspricht der Markierung 45 in Figur 1a.In area II, when the replication surface comes into contact with the substrate 43, a permanently remaining marking is molded into the substrate 43. The marking shown in FIG. 1b corresponds to the marking 45 in FIG. 1a.
Im Bereich III wird analog zu dem Bereich I beim Kontakt der Replizieroberfläche mit dem Substrat 43 keine Oberflächenstrukturierung im Substrat 43 erzeugt.In area III, analogous to area I, no surface structuring is produced in substrate 43 when the replication surface comes into contact with substrate 43.
Durch das in Figur 1a und 1b dargestellte Verfahren wird eine Markierung 45 auf dem Substrat 43 erzeugt, bei dem nur die mit dem Laserstrahl 30 bestrahlten Replizieroberflächenabschnitte 70a, b, also die Wärmekombinationsbereiche, abgeformt sind. Eine derart gebildete Markierung 45 wird im weiteren auch als Positivbild bezeichnet.The method shown in FIGS. 1a and 1b creates a marking 45 on the substrate 43, in which only the replication surface sections 70a, b irradiated with the laser beam 30, that is to say the heat combination regions, are molded. A marking 45 formed in this way is also referred to below as a positive image.
Nachfolgend wird ein zeitabhängiger Nebeneffekt des anhand der Figuren 1a,b dargestellten Verfahrens und dessen Kompensation beschrieben:A time-dependent side effect of the method illustrated in FIGS. 1a, b and its compensation is described below:
In Figur 1 a erfolgt der Energieeintrag in den Replizieroberflächenabschnitt 70 a mittels Laserstrahl 30 in einem Bereich auf der rotierenden Replizierwalze 41 vor dem Replizierspalt und zwar in einer Position, die zu dem Replizierspalt 53 einen Drehwinkelabstand von ungefähr 20° aufweist. Aus dem räumlichen Abstand zwischen Bestrahlungsposition und Abformposition resultiert ein zeitlicher Abstand zwischen Bestrahlungsvorgang und Abformvorgang.In FIG. 1 a, the energy input into the replication surface section 70 a takes place by means of a laser beam 30 in an area on the rotating replication roller 41 in front of the replication nip, in a position that unites with the replication nip 53 Rotation angle distance of approximately 20 °. The spatial distance between the irradiation position and the impression position results in a time interval between the irradiation process and the impression process.
Der zeitliche Abstand führt zu Wärmeverlusten (Energieverlusten) in denThe time interval leads to heat losses (energy losses) in the
Wärmekombinationsbereichen, z. B. aufgrund von Wärmeleitung. Im Extremfall kann dieser Effekt dazu führen, dass die Wärmekombinationsbereiche im Replizierspalt 53 eine Temperatur unterhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast aufweisen.Heat combination areas, e.g. B. due to heat conduction. In extreme cases, this effect can lead to the fact that the heat combination areas in the replication gap 53 have a temperature below the plastic temperature range T p ι as t.
Zur Kompensation der Wärmeverluste wird der Energieeintrag durch den Laserstrahl 30 entsprechend erhöht, so dass in den Wärmekombinationsbereichen eine Temperatur innerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast beim Durchgang durch den Replizierspalt 53 sichergestellt ist. Die Erhöhung kann derart bemessen sein, dass die Wärmekombinationsbereiche nach der Bestrahlung zunächst eine Temperatur innerhalb des Fließtemperaturbereichs Tfn aufweisen und bis zum Erreichen des Replizierspalts 53 auf eine Temperatur innerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast abgekühlt sind.To compensate for the heat losses of the energy input is increased accordingly by the laser beam 30 so that in the heat combining areas a temperature within the plastic temperature range T p ι ast during passage through the replication 53 is ensured. The increase can so be such that the heat combination areas after irradiation f initially a temperature within the flow temperature range T comprise n ESS and to reach the Replizierspalts cooled 53 to a temperature within the plastic temperature range T p ι as t.
Der geschilderte Nebeneffekt kann nicht nur in Zusammenhang mit der Temperatur oder dem Temperaturbereich Tpιast, sondern auch analog oder ähnlich bei anderen Temperaturen oder Temperaturbereichen, z.B. Tf|jess, Teιast auftreten. Die Kompensation kann analog zu dem oben geschilderten Vorgehen erfolgen.The described side effect can occur not only in connection with the temperature or the temperature range T p ι ast , but also analogously or similarly at other temperatures or temperature ranges, for example T f | j es s, T e ι as t. The compensation can be carried out analogously to the procedure described above.
In Figur 2a ist das gleiche Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wie in Fig. 1a mit einer zweiten Ausführung des Verfahrens dargestellt, wobei der Unterschied zwischen den Ausführungen des Verfahrens in der Temperaturführung liegt.FIG. 2a shows the same exemplary embodiment of the device as in FIG. 1a with a second embodiment of the method, the difference between the embodiments of the method being the temperature control.
Bei dem in Figur 2a dargestellten Verfahren wird die Replizieroberfläche durch die innere, steuerbare Wärmequelle auf eine Temperatur gebracht, die innerhalb des Plastiktemperaturbereichs T pιast liegt.In the example shown in Figure 2a the replication process is brought up through the inner controllable heat source to a temperature which is within the plastic temperature range T p ι ast.
Durch den zusätzlichen Energieeintrag mittels Laserstrahl 30 werden die bestrahlten Replizieroberflächenabschnitte 70 a, b weiter erwärmt. Die Energieeinträge sind derart bemessen, dass die Replizieroberflächenabschnitte 70a, b beim Kontakt mit dem Substrat 43 im Replizierspalt 53 eine Temperatur innerhalb des Fließtemperaturbereichs Tfüeα aufweisen.The irradiated replication surface sections 70 a, b are further heated by the additional energy input by means of laser beam 30. The energy inputs are like this dimensioned so that the replication surface sections 70a, b have a temperature within the flow temperature range T f üeα in contact with the substrate 43 in the replication gap 53.
Nur die nicht-bestrahlten Bereiche weisen beim Kontakt mit dem Substrat 43 im Replizierspalt 53 eine Temperatur im Temperaturbereich Tpιast auf, die bestrahlten Bereiche haben dort eine Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs Tmess-Only the non-irradiated areas have a temperature in the temperature range T p ι as t in contact with the substrate 43 in the replication gap 53, the irradiated areas have a temperature there within the temperature range T measurement.
Bei dieser zweiten Ausführung des Verfahrens werden nur die Bereiche der Replizieroberfläche abgeformt, die komplementär zu den mit dem Laserstrahl 30 bestrahlten Replizieroberflächenabschnitten 70a, b, also komplementär zu den Wärmekombinationsbereichen sind.In this second embodiment of the method, only those regions of the replication surface are molded which are complementary to the replication surface sections 70a, b irradiated with the laser beam 30, that is to say complementary to the heat combination regions.
Die Löschung eines derart erzeugten latenten Wärmebilds auf der Replizieroberfläche kann analog zu der in Zusammenhang mit Figur 1a beschriebenen Löschung erfolgen.The deletion of a latent thermal image generated in this way on the replication surface can be carried out analogously to the deletion described in connection with FIG. 1a.
Das Prinzip der Ausführung des Verfahren gemäß Figur 2a ist in Figur 2b nochmals schematisch in der gleichen Darstellung wie Figur 1 b veranschaulicht, wobei also der Temperaturverlauf T anders als in Figur 1 b ausgebildet ist.The principle of the implementation of the method according to FIG. 2a is illustrated again schematically in FIG. 2b in the same representation as FIG. 1b, the temperature profile T thus being designed differently than in FIG. 1b.
Das Temperaturprofil T in Figur 2b der Replizieroberfläche beim Durchgang durch den Replizierspalt 53 befindet sich in den Bereichen I und III im Plastiktemperaturbereich Tpiast. wohingegen im Bereich II die Temperatur innerhalb des Fließtemperaturbereich fiieß liegt.The temperature profile T in figure 2b, the replication surface while passing through the replication 53 is located in the regions I and III in the plastic temperature range T p i a st. whereas in area II the temperature is within the flow temperature range f iieß.
Im Bereich I wird beim Kontakt der Replizieroberfläche mit dem Substrat 43 eine dauerhaft verbleibende Markierung in das Substrat 43 abgeformt.In area I, when the replication surface comes into contact with the substrate 43, a permanently remaining marking is molded into the substrate 43.
Bei dem Kontakt der Replizieroberfläche mit dem Substrat 43 werden in dem Bereich II die Strukturen in das Substrat 43 zunächst als plastische Verformungen eingebracht. Nach Trennung von Replizieroberfläche und Substrat 43 beginnt das Substratmaterial zu fließen, so dass die eingebrachten Oberflächenstrukturierungen im Substrat 43 nicht dauerhaft verbleiben. Im Bereich III wird analog zu dem Bereich I beim Kontakt der Replizieroberfläche mit dem Substrat 43 eine Oberflächenstrukturierung im Substrat 43 erzeugt.When the replication surface comes into contact with the substrate 43, the structures in the region II are first introduced into the substrate 43 as plastic deformations. After separation of the replication surface and substrate 43, the substrate material begins to flow, so that the surface structures introduced into the substrate 43 do not remain permanently. In area III, analogous to area I, when the replication surface comes into contact with the substrate 43, a surface structuring is generated in the substrate 43.
Das Substrat 43 in Figur 2b weist in zu den Bereichen I und III korrespondierenden Bereichen eine Oberflächenstrukturierung auf, wohingegen in einem zu dem Bereich II korrespondierenden Bereich das Oberflächenprofil quasi wieder ausgeheilt ist und die Oberfläche nahezu eben ist, bzw. eine stochastische Struktur aufweist. In jedem Fall sind die Bereiche II und die Bereiche I und III visuell unterscheidbarThe substrate 43 in FIG. 2b has a surface structuring in regions corresponding to regions I and III, whereas in a region corresponding to region II the surface profile has healed again and the surface is almost flat or has a stochastic structure. In any case, areas II and areas I and III are visually distinguishable
Durch das in Figur 2a und 2b dargestellte Verfahren wird eine Markierung 45 auf dem Substrat 43 erzeugt, bei dem nur die Bereiche abgeformt sind, die nicht mit dem Laserstrahl 30 bestrahlt worden sind. Derartige Markierungen werden nachfolgend auch als Negativbild bezeichnet.A marking 45 is produced on the substrate 43 by the method shown in FIGS. 2a and 2b, in which only the regions are formed which have not been irradiated with the laser beam 30. Such markings are also referred to below as negative images.
Die Figur 3 ist eine Schnittdarstellung einer Repliziervorrichtung 35, die der Replizierwalze 41 in Fig. 1a entspricht. Die Repliziervorrichtung 35 ist an ihrer Replizieroberfläche mit Oberflächenstrukturierungen 36 versehen. Durch Isothermen 32 ist die Wärmeverteilung in der Repliziervorrichtung im Bereich der Oberflächenstrukturierung 36 veranschaulicht. Zur Vereinfachung sind nur dreiFIG. 3 is a sectional illustration of a replication device 35, which corresponds to the replication roller 41 in FIG. 1a. The replication device 35 is provided with surface structures 36 on its replication surface. The heat distribution in the replication device in the area of the surface structuring 36 is illustrated by isotherms 32. To simplify, there are only three
Isothermen 32 gezeigt, die Bereiche mit verschiedenen Temperaturen T-i, T2 und T3 voneinander abgrenzen. Weiterhin ist der Laserstrahl 30 dargestellt, der auf die Replizieroberfläche mit der Oberflächenstrukturierung 36 gerichtet ist und auf diese auftrifft sowie eine schematische Kennzeichnung des Absorptionsvolumens 31.Isotherms 32 are shown, which demarcate regions with different temperatures Ti, T 2 and T 3 . Furthermore, the laser beam 30 is shown, which is directed onto the replication surface with the surface structuring 36 and strikes it, as well as a schematic identification of the absorption volume 31.
Die Repliziervorrichtung 35 wird in einem ersten Verfahrensschritt in der Nähe der Replizieroberfläche mit der Oberflächenstrukturierung 36 durch die steuerbare Wärmequelle in den hier gezeigten Bereichen I, II und III auf eine erste Temperatur Ti eingestellt.In a first method step, the replication device 35 in the vicinity of the replication surface with the surface structure 36 is set to a first temperature Ti by the controllable heat source in the regions I, II and III shown here.
Im nächsten Verfahrensschritt, der sich aber auch zeitlich mit dem ersten Verfahrensschritt überlappen kann, wird die Repliziervorrichtung 35 im Bereich II mit dem Laserstrahl 30 belichtet. Hierbei wird der Laserstrahl 30 an der Replizieroberfläche mit der Oberflächenstrukturierung 36 in einem Absorptionsvolumen 31 absorbiert. Der Energieeintrag in dem Absorptionsvolumen 31 bewirkt, dass sich das Absorptionsvolumen ausgehend von der Temperatur Ti weiter bis auf eine Temperatur T3 erhöht. Durch Wärmeleitung verschiebt sich der Temperaturbereich Ti weiter in die Repliziervorrichtung hinein und es ergibt sich eine Wärmeverteilung wie in Figur 3 dargestellt. Abhängig von der Anfangstemperatur Ti und dem Energieeintrag sowie der Position und der Ausdehnung des Laserstrahls 30 kann ein Temperaturprofil gemäß Figur 1 b für ein Positivbild oder ein Temperaturprofil gemäß Figur 2b für ein Negativbild auf der Replizieroberfläche erzeugt werden.In the next method step, which can also overlap in time with the first method step, the replication device 35 is exposed in region II with the laser beam 30. Here, the laser beam 30 on the Replication surface with the surface structure 36 absorbed in an absorption volume 31. The energy input in the absorption volume 31 causes the absorption volume to increase further from the temperature Ti to a temperature T 3 . Thermal conduction shifts the temperature range Ti further into the replication device and results in a heat distribution as shown in FIG. 3. Depending on the initial temperature Ti and the energy input as well as the position and the extent of the laser beam 30, a temperature profile according to FIG. 1b for a positive image or a temperature profile according to FIG. 2b for a negative image can be generated on the replication surface.
In Figuren 4a, b ist das Prinzip dargestellt wie durch verschiedene Ausführungen des Verfahrens ein individualisiertes Sicherheitsmerkmal erzeugt werden kann. Links ist jeweils in der Draufsicht ein Teilbereich einer Replizieroberfläche wie z.B. aus der Replizierwalze 41 aus Fig. 1a mit einer strukturierten Oberfläche 2 gezeigt. Rechts ist in Draufsicht ein Ausschnitt 4 aus einem Substrat nach dem Abformvorgang wie z.B. aus dem Substrat 43 in Fig. 1a dargestellt.FIGS. 4a, b show the principle of how an individualized security feature can be generated by various embodiments of the method. On the left is a partial area of a replication surface, e.g. from the replication roller 41 from FIG. 1 a with a structured surface 2. On the right in plan view is a section 4 of a substrate after the molding process, e.g. shown from the substrate 43 in Fig. 1a.
In Fig. 4a weist die k-förmige Teilfläche 3 der Oberfläche 2 eine Temperatur T auf, die innerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast des Substrats liegt. Außerhalb dieses Bereichs weist die Oberfläche 2 eine Temperatur auf, die außerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast liegt. Bei einem Abformvorgang mit dieser Temperaturverteilung entsteht auf einem Substrat 43 ein Positivbild 5, dessen spiegelbildliche k-förmige Fläche mit dem Abdruck der Oberflächenstrukturierungen der strukturierten Oberfläche 2 gefüllt ist.In Fig. 4a 2, the k-shaped surface portion 3 of the surface to a temperature T, which branch within the plastic temperature range T p ι is the substrate. Outside this area, the surface 2 has a temperature which lies outside the plastic temperature range T p ι as t. In a molding process with this temperature distribution, a positive image 5 is formed on a substrate 43, the mirror-image-shaped k-shaped surface of which is filled with the impression of the surface structures of the structured surface 2.
In Fig. 4b hat die k-förmige Fläche eine Temperatur T außerhalb und die Restbereiche der Oberfläche 2 eine Temperatur T innerhalb des Plastiktemperaturbereichs Tpιast. Der bei einem Abformvorgang aus dieser Temperaturverteilung resultierende dauerhaft verbleibende Abdruck auf das Substrat 43 ist ein Negativbild 6, wobei die Bereiche, die komplementär zu der spiegelbildlichen k-förmigen Fläche sind, mit dem Abdruck der Oberflächenstrukturierungen der strukturierten Oberfläche 2 gefüllt sind. In Figur 5 a ist ein Ausschnitt der Replizieroberfläche der Replizierwalze 41 in Fig. 1a mit einer Diffraktionsprägestruktur 46 gezeigt, die in verschiedene Teilbereiche unterteilt ist. Diese Teilbereiche sind aus einer begrenzten Anzahl von Diffraktionsmustern gebildet worden, die sich hinsichtlich der Spatialfrequenz, der Relieftiefe, des Azimuts, der Krümmung des Gitters, der Profilform bzw. anderen Parametern unterscheiden. In der Darstellung in Fig. 5a sind stellvertretend für die vielen Möglichkeiten Teilbereiche mit drei verschiedenen Diffraktionsmustern, insbesondere mit unterschiedlichem Azimut, gezeigt, nämlich 80, 81 und 82. Jeder Teilbereich 80, 81 , 82 weist jeweils nur ein Diffraktionsmuster auf. Diese unterschiedlichen Teilbereiche 80, 81 , 82 sind regelmäßig alternierend als Pixel angeordnet. Vorzugsweise sind die Teilbereiche 80, 81 , 82 als abgegrenzte Flächenfelder mit quadratischer Kontur z.B. mit Seitenlängen kleiner gleich 0,3 mm ausgebildet. Durch das vorgestellte Verfahren ist es nun möglich durch Belichtung mit Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, Teilbereiche 80, 81, 82 für die Übertragung von der Replizierwalze auf das Substrat zu aktivieren oder zu deaktivieren, um bei einem Replizien/organg ein Positiv- oder ein Negativbild zu erzeugen. Ein derartig erzeugtes Bild 85 weist Teilbereichsabformungen 80', 81', 82' der Teilbereiche 80, 81 , 82 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurden die Teilbereiche 80, 81 , 82 der Diffraktionsprägestruktur 46 durch die Wärmeverteilung in der Repliziervorrichtung derart selektiert, dass in dem Bild 85 Bildbereiche 86, 87, 88 entstehen, die jeweils nur eine Art von Diffraktionsmustern aufweisen, d.h. jeweils nur aus einer Art von Teilbereichsabformungen 80', 81', 82' gebildet werden, nämlich der Bildbereich 86 ausschließlich aus Teilbereichabformungen 81 ', der Bildbereich 87 ausschließlich aus Teilbereichabformungen 82' und der Bildbereich 88 ausschließlich ausIn Fig. 4b, the k-shaped surface has a temperature T outside and the remaining areas of the surface 2 a temperature T within the plastic temperature range T p ι ast . The permanently remaining imprint on the substrate 43 resulting from this temperature distribution during a molding process is a negative image 6, the areas that are complementary to the mirror-image k-shaped surface being filled with the imprint of the surface structures of the structured surface 2. FIG. 5 a shows a section of the replication surface of the replication roller 41 in FIG. 1 a with a diffraction embossing structure 46, which is divided into different partial areas. These subregions have been formed from a limited number of diffraction patterns which differ with regard to the spatial frequency, the relief depth, the azimuth, the curvature of the grating, the profile shape or other parameters. In the representation in FIG. 5a, representative of the many possibilities, partial areas with three different diffraction patterns, in particular with different azimuth, are shown, namely 80, 81 and 82. Each partial area 80, 81, 82 has only one diffraction pattern. These different partial areas 80, 81, 82 are regularly arranged alternately as pixels. The partial areas 80, 81, 82 are preferably designed as delimited area fields with a square contour, for example with side lengths of less than or equal to 0.3 mm. By means of the method presented, it is now possible to activate or deactivate sub-areas 80, 81, 82 for the transfer from the replication roller to the substrate by exposure to radiation, in particular laser radiation, in order to give a positive or a negative image during a replication process produce. An image 85 generated in this way has partial area impressions 80 ', 81', 82 'of the partial areas 80, 81, 82. In this exemplary embodiment, the partial areas 80, 81, 82 of the diffraction embossing structure 46 were selected by the heat distribution in the replication device in such a way that 85 image areas 86, 87, 88 are formed in the image, each of which has only one type of diffraction pattern, that is to say only one Kind of partial area impressions 80 ', 81', 82 'are formed, namely the image area 86 exclusively from partial area impressions 81', the image area 87 exclusively from partial area impressions 82 'and the image area 88 exclusively
Teilbereichsabformungen 80". Bei der Betrachtung des Bildes 85 erscheinen diese aus einzelnen separaten Teilbereichsabformungen bestehenden Bildbereiche 86, 87, 88 als vollflächige, homogene Bildbereiche wie sie von konventionell erzeugten Bildern bekannt sind, mit dem Unterschied, dass die Bildbereiche 86, 87, 88 besondere optische Eigenschaften, z.B. holographische Eigenschaften aufweisen.Sub-area impressions 80 ". When viewing the image 85, these image areas 86, 87, 88 consisting of individual separate sub-area impressions appear as full-area, homogeneous image areas as are known from conventionally produced images, with the difference that the image areas 86, 87, 88 are special have optical properties, for example holographic properties.
Die Figur 5b zeigt auf der linken Seite in ähnlicher Darstellung wie Figur 5a einen anderen Ausschnitt der Replizieroberfläche der Replizierwalze 41 in Figur 1a mit einer Diffraktionsprägestruktur 46. Die Diffraktionsprägestruktur weist wieder unterschiedliche Teilbereiche 80, 81 , 82 auf. Auf der rechten Seite von Figur 5 b ist ein anderes nach der Selektion und der Abformung von Teilbereichen 80, 81 , 82 nach dem vorgestellten Verfahren entstandenes Bild 95 schematisch dargestellt. Das Bild 95 weist Bildbereiche 96, 98 und Bildbereiche 97, 99 auf. Die Bildbereiche 96, 98 sind jeweils in Form einer Ziffer und zwar 1 bzw. 5 ausgebildet und mit Teilbereichsabformungen einer einzigen Art, nämlich der Teilbereichsabformung 82', ausgefüllt. Die Bildbereiche 97, 99 sind dagegen als Buchstaben A und D ausgebildet und bestehen aus einer Vielzahl von Teilbereichsabformungen 81'. Die Teilbereichsabformungen 81' und 82' in Figur 5 b unterscheiden sich durch dieFIG. 5b shows on the left side in a similar representation as FIG. 5a another section of the replication surface of the replication roller 41 in FIG. 1a with a Diffraction embossed structure 46. The diffraction embossed structure again has different partial areas 80, 81, 82. On the right-hand side of FIG. 5 b, another image 95 created after the selection and molding of partial areas 80, 81, 82 according to the method presented is shown schematically. The image 95 has image areas 96, 98 and image areas 97, 99. The image areas 96, 98 are each in the form of a number, namely 1 and 5, and are filled with partial area impressions of a single type, namely the partial area impression 82 '. The image areas 97, 99, on the other hand, are formed as letters A and D and consist of a large number of partial area impressions 81 '. The sub-area impressions 81 'and 82' in FIG. 5b differ in that
Anordnung, insbesondere die azimutalen Ausrichtung, der Beugungsgitter, wobei in Figur 5 b die Beugungsgitter bei der Teilbereichsabformung 82' liegend und bei der Teilbereichsabformung 81' stehend angeordnet sind. Die unterschiedliche Anordnung der Beugungsgitter führt zu einem winkelabhängigen Beugungseffekt, so dass die Bildbereiche 96, 98 und 97, 99 neben ihrer geometrischen Information, Ziffer bzw. Buchstabe, zusätzlich noch eine holographische Information tragen. Bei dem Bild 95 werden unter einem ersten Betrachtungswinkel nur die ersten Zeichen 96, 98 und unter eine zweiten Betrachtungswinkel nur die zweiten Zeichen 97, 99 sichtbar.Arrangement, in particular the azimuthal alignment, of the diffraction gratings, the diffraction gratings being arranged horizontally in the partial area impression 82 ′ and standing in the partial area impression 81 ′ in FIG. 5b. The different arrangement of the diffraction gratings leads to an angle-dependent diffraction effect, so that the image areas 96, 98 and 97, 99 also carry holographic information in addition to their geometric information, number or letter. With image 95 only the first characters 96, 98 are visible from a first viewing angle and only the second characters 97, 99 are visible from a second viewing angle.
In der Figur 6a ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Markierung in der gleichen Darstellung wie die Vorrichtung in Figur 1a gezeigt. Die in Figur 6a dargestellte Vorrichtung weist analog zu der Vorrichtung in Figur 1a eine Anordnung mit einer Replizierwalze 41 , einem Substrat 43 sowie einer Gegendruckvorrichtung 42 auf. In der Figur 6a ist jedoch die Gegendruckvorrichtung 42 und die Anordnung und der Verlauf des Laserstrahls 30 abweichend zu Figur 1a ausgeführt. Das in Zusammenhang mit Figur 1 b bereits beschriebene Prinzip des Verfahrens ist nochmals in Figur 6b veranschaulicht.FIG. 6a shows a second exemplary embodiment of a device for generating a marking in the same representation as the device in FIG. 1a. Analogously to the device in FIG. 1a, the device shown in FIG. 6a has an arrangement with a replication roller 41, a substrate 43 and a counterpressure device 42. In FIG. 6a, however, the counterpressure device 42 and the arrangement and the course of the laser beam 30 differ from FIG. 1a. The principle of the method already described in connection with FIG. 1b is illustrated again in FIG. 6b.
In dem Ausführungsbeispiel in Figur 6a ist die Gegendruckvorrichtung 42 als Hohizylinder mit einem Hohlraum 101 und einer Zylinderwand 100 ausgeführt, wobei die Außenseite der Zylinderwand 100 als Gegendruckfläche ausgebildet ist. Die Innenfläche der Zylinderwand 100 ist konzentrisch zu der Gegendruckfläche angeordnet. Die Zylinderwand 100 besteht aus einem für die Strahlung transparenten Material, z.B. Glas oder Kunststoff.In the exemplary embodiment in FIG. 6a, the counterpressure device 42 is designed as a hollow cylinder with a cavity 101 and a cylinder wall 100, the outside of the cylinder wall 100 being designed as a counterpressure surface. The inner surface of the cylinder wall 100 is concentric with the counter pressure surface arranged. The cylinder wall 100 consists of a material which is transparent to the radiation, for example glass or plastic.
Der Laserstrahl 30 ist ausgehend von dem Hohlraum 101 auf die Replizierwalze 41 gerichtet. Der Laserstrahl 30 dringt ausgehend von dem Hohlraum 101 durch die Innenfläche in die Zylinderwand 100 ein, durchquert die Zylinderwand 100 und tritt durch die Gegendruckfläche aus der Zylinderwand 100 aus. Im weiteren Verlauf durchquert der Laserstrahl 30 das Substrat 43. Nach Austritt aus dem Substrat 43 bestrahlt der Laserstrahl 30 einen Replizieroberflächenabschnitt 70 a, der im Bereich des Replizierspalts 53 angeordnet ist. Ein Wärmekombinationsbereich wird bei diesem Ausführungsbeispiel also erst unmittelbar im Bereich des Replizierspalts 53 gebildet.The laser beam 30 is directed from the cavity 101 onto the replication roller 41. Starting from the cavity 101, the laser beam 30 penetrates into the cylinder wall 100 through the inner surface, crosses the cylinder wall 100 and emerges from the cylinder wall 100 through the counterpressure surface. In the further course, the laser beam 30 crosses the substrate 43. After emerging from the substrate 43, the laser beam 30 irradiates a replication surface section 70 a, which is arranged in the region of the replication gap 53. In this exemplary embodiment, a heat combination region is therefore only formed directly in the region of the replication gap 53.
Bei weiteren Ausführungsformen sind Teile einer Laserquelle oder eine gesamte Laserquelle, z.B. ein Diodenlaser, in der Replizierwalze 41 integriert oder die Zuführung des Laserstrahls 30 in den Hohlraum 101 erfolgt z. B. über einen oder mehrere Lichtwellenleiter oder über eine offene, koaxial zur Replizierwalze 41 verlaufende Strahlführung. Außerdem können Strahlführungseinrichtungen oder Strahlformungseinrichtungen, z.B. Scannereinrichtungen, in der Replizierwalze 41 vorgesehen sein.In further embodiments, parts of a laser source or an entire laser source, e.g. a diode laser, integrated in the replication roller 41 or the laser beam 30 is fed into the cavity 101, for. B. via one or more optical fibers or via an open, coaxial to the replication roller 41 beam guide. Beam guiding devices or beam shaping devices, e.g. Scanner devices can be provided in the replication roller 41.
Das Verfahren zur Erzeugung einer Markierung und die Steuerung des Laserstrahls 30 sowie konstruktive oder funktioneile Ausgestaltungen sind analog zu den Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung in Figur 1a ausgebildet, so dass es auch mit der Vorrichtung in Figur 6a möglich ist Positiv- und Negativbilder zu erzeugen. The method for generating a marking and the control of the laser beam 30 as well as constructive or functional configurations are designed analogously to the explanations for the first exemplary embodiment of the device in FIG. 1a, so that it is also possible with the device in FIG. 6a to produce positive and negative images produce.

Claims

Patentansprücheclaims
Verfahren zur Erzeugung einer Markierung (45), z.B. Ziffern, Buchstaben, Flächenmuster, Flächenbilder oder Dekor, auf einem Substrat (43), vorzugsweise einer Folie, insbesondere Transferfolie,Method of creating a mark (45) e.g. Numerals, letters, surface patterns, surface images or decor, on a substrate (43), preferably a film, in particular transfer film,
wobei von einer steuerbaren Energiequelle Energie in Form von Strahlung, vorzugsweise Laserstrahlung (30), in eine Replizieroberfläche einer Repliziervorrichtung (41) zur Ausbildung von mindestens einem Abformbereich eingebracht wird,wherein energy from a controllable energy source is introduced in the form of radiation, preferably laser radiation (30), into a replication surface of a replication device (41) to form at least one impression area,
wobei der Abformbereich der Replizieroberfläche auf das Substrat (43) abgeformt wird, indem die Repliziervorrichtung (41 ) das Substrat (43) unter Druck kontaktiert,wherein the impression area of the replication surface is molded onto the substrate (43) by the replication device (41) contacting the substrate (43) under pressure,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,characterized,
dass unter Verwendung einer zusätzlichen steuerbaren Energiequelle die Replizieroberfläche zumindest in einem Teilbereich temperiert wird,that the replication surface is tempered at least in a partial area using an additional controllable energy source,
dass in die Replizieroberfläche ein Energieeintrag durch Strahlung derthat an energy input by radiation of the
Strahlungsquelle und ein Energieeintrag der zusätzlichen steuerbaren Energiequelle eingebracht wird, so dass mindestens ein Abschnitt der Replizieroberfläche als Wärmekombinationsbereich ausgebildet wird,Radiation source and an energy input of the additional controllable energy source is introduced so that at least a portion of the replication surface is formed as a heat combination area,
dass der Abformbereich auf dem Substrat abgeformt wird, wobei der alsthat the impression area is molded on the substrate, the as
Wärmekombinationsbereich ausgebildete Abschnitt der Replizieroberfläche den Abformbereich unmittelbar und/oder mittelbar bildet. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für den Zeitpunkt des Abformvorgangs die Temperatur der Replizieroberfläche außerhalb des Wärmekombinationsbereichs auf eine Temperatur oder einen Temperaturbereich im Plastiktemperaturbereich des Substrats eingestellt wird und die Temperatur der Replizieroberfläche innerhalb des Wärmekombinationsbereichs auf eine Temperatur oder einen Temperaturbereich im Fließtemperaturbereich des Substrats eingestellt wird.Section of the replication surface formed in the heat combination area forms the impression area directly and / or indirectly. A method according to claim 1, characterized in that for the time of the molding process, the temperature of the replication surface outside the heat combination area is set to a temperature or a temperature range in the plastic temperature range of the substrate and the temperature of the replication surface within the heat combination area to a temperature or a temperature range in the flow temperature range of the Substrate is set.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch geke nnzeichnet, dass für den Zeitpunkt des Abformvorgangs die Temperatur der Replizieroberfläche außerhalb des Wärmekombinationsbereichs auf eine3. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the replication surface outside the heat combination area to a for the time of the molding process
Temperatur oder einen Temperaturbereich im Elastiktemperaturbereich des Substrats eingestellt wird und die Temperatur der Replizieroberfläche innerhalb des Wärmekombinationsbereichs auf eine Temperatur oder einen Temperaturbereich im Plastiktemperaturbereich des Substrats eingestellt wird.Temperature or a temperature range in the elastic temperature range of the substrate is set and the temperature of the replication surface within the heat combination range is set to a temperature or a temperature range in the plastic temperature range of the substrate.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ausbildung des mindestens einen Abformbereichs eingebrachte Strahlung durch das Substrat (43), vorzugsweise außerhalb der Repliziervorrichtung oder durch die Repliziervorrichtung hindurch, zugeführt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the radiation introduced to form the at least one impression area is supplied through the substrate (43), preferably outside the replication device or through the replication device.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Repliziervorrichtung eine auf ihrer Außenseite die Replizieroberfläche aufweisende rotierende Replizierwalze (41) eingesetzt wird und dass die Strahlung in die Replizieroberfläche der Replizierwalze eingebracht wird bevor und/oder während der daraus resultierende Wärmekombinationsbereich mit dem Substrat (43) zum Abformen kontaktiert.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a rotating replication roller (41) having the replication surface on its outside is used as the replication device and that the radiation is introduced into the replication surface of the replication roller before and / or during the resulting heat combination area contacted the substrate (43) for molding.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Replizierwalze (41) zusammenwirkende Gegendruckvorrichtung, vorzugsweise eine Gegendruckwalze (42), eingesetzt wird und die Strahlung zur Ausbildung des mindestens einen Abformbereichs durch die Gegendruckvorrichtung (42) oder Teile der Gegendruckvorrichtung (42) in die Replizieroberfläche der Replizierwalze (41) zugeführt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that a counter-pressure device, preferably a counter-pressure roller (42), which interacts with the replication roller (41), is used and the radiation for forming the at least one impression area by the counter-pressure device (42) or parts of the counter-pressure device ( 42) is fed into the replication surface of the replication roller (41).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbringung der Strahlung in die Replizieroberfläche der Replizierwalze (41 ) an einer ersten Winkelposition der Replizierwalze (41 ) und der Abformvorgang durch Kontakt der Replizieroberfläche der Replizierwalze (41) mit dem Substrat (43) an einer zweiten Winkelposition der Replizierwalze (41) erfolgt, wobei in Drehrichtung der Replizierwalze (41) zwischen erster Winkelposition und zweiter Winkelposition ein Zwischenwinkel von kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 5° eingestellt ist.7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the introduction of the radiation into the replication surface of the replication roller (41) at a first angular position of the replication roller (41) and the molding process by contact of the replication surface of the replication roller (41) with the Substrate (43) takes place at a second angular position of the replication roller (41), an intermediate angle of less than 30 °, in particular less than 5 °, being set in the direction of rotation of the replication roller (41) between the first angular position and the second angular position.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung flächig und/oder punktförmig sequentiell auf die Replizieroberfläche z.B. auf die Replizieroberfläche der Replizierwalze (41 ) einwirkt.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the radiation is sequential and / or punctiform sequentially on the replication surface e.g. acts on the replication surface of the replication roller (41).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Auftreffpunkts der Strahlung auf der Replizieroberfläche durch ein- oder mehrdimensionale Bewegung der Strahlung steuerbar ist und/oder dass die Flächenleistungsdichte der Strahlung im Auftreffpunkt der Strahlung auf der Replizieroberfläche steuerbar ist.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the position of the point of impact of the radiation on the replication surface can be controlled by one- or multi-dimensional movement of the radiation and / or that the area power density of the radiation at the point of impact of the Radiation on the replication surface is controllable.
10. Verfahren nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuersequenz zur Ansteuerung der Strahlung erzeugenden10. The method according to claim 5 to 9, characterized in that a control sequence for controlling the radiation-generating
Einrichtung sich über mehr als eine Umdrehung der Replizierwalze (41) erstreckt.Device extends over more than one revolution of the replication roller (41).
11. Vorrichtung, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Erzeugung einer Markierung (45), z.B. Ziffern, Buchstaben, Flächenmuster, Flächenbilder oder Dekor, auf einem Substrat (43), vorzugsweise einer Folie, insbesondere Transferfolie,11. A device, preferably for carrying out the method according to one of the preceding claims, for generating a marking (45), e.g. Numerals, letters, surface patterns, surface images or decor, on a substrate (43), preferably a film, in particular transfer film,
mit einer Repliziervorrichtung (41 ), die eine Replizieroberfläche aufweist,with a replication device (41) which has a replication surface,
mit einer eine Strahlung (30) erzeugenden Einrichtung, vorzugsweise einer Laseranlage, wobei die Strahlung (30) zur Ausbildung von mindestens einem Abformbereich auf mindestens einen Abschnitt (70a, b) der Replizieroberfläche gerichtet ist, undwith a device (30) generating radiation, preferably a laser system, the radiation (30) being directed to form at least one impression area on at least a section (70a, b) of the replication surface, and
mit einer Gegendruckvorrichtung (42), die eine Gegendruckfläche aufweist, wobei das Substrat (43) zwischen der Replizieroberfläche der Repliziervorrichtung (41) und der Gegendruckfläche der Gegendruckvorrichtung (42) angeordnet ist, um in einem Kontaktbereich (53) zwischen der Replizieroberfläche und dem Substrat (43) den Abformbereich auf das Substrat (43) abzuformen,with a back pressure device (42) having a back pressure surface, the substrate (43) being arranged between the replication surface of the replication device (41) and the back pressure surface of the back pressure device (42), in a contact area (53) between the replication surface and the substrate (43) molding the impression area onto the substrate (43),
dadurch gekennzeichnet,characterized,
dass die Replizieroberfläche auf einer Außenseite einer Replizierwalze (41 ) ausgebildet ist. that the replication surface is formed on an outside of a replication roller (41).
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Position in der die Strahlung während des Bestrahlungsvorgangs auf den Abschnitt der Replizieroberfläche einwirkt und die Position des Kontaktbereichs zwischen der Replizieroberfläche und dem Substrat (43) überlappend und/oder in Drehrichtung der Replizierwalze (41) mit einem Distanzwinkel von betragsmäßig kleiner als 30° angeordnet sind.12. The device according to claim 11, characterized in that the position in which the radiation acts on the portion of the replication surface during the irradiation process and the position of the contact area between the replication surface and the substrate (43) overlapping and / or in the direction of rotation of the replication roller (41 ) are arranged with a distance angle of less than 30 °.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (30) zur Ausbildung des mindestens einen Abformbereichs durch die Gegendruckvorrichtung (42) oder Teile der Gegendruckvorrichtung (42) zugeführt ist.13. Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the radiation (30) for forming the at least one impression area is supplied by the counterpressure device (42) or parts of the counterpressure device (42).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckvorrichtung (42), vorzugsweise im Bereich der Gegendruckfläche, für die Strahlung (30) transparent ausgebildet ist.14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the counter pressure device (42), preferably in the region of the counter pressure surface, is transparent to the radiation (30).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckvorrichtung als Gegendruckwalze (42) ausgebildet ist.15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the counter-pressure device is designed as a counter-pressure roller (42).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckvorrichtung (42) vollständig oder abschnittsweise als Hohlkörper, vorzugsweise Hohizylinder, insbesondere als Glashohlzylinder, vorzugsweise mit einer zur Gegendruckfläche parallelen und/oder konzentrischen Innenfläche und insbesondere mit einer für die Strahlung transparenten Zylinderwand (100) ausgebildet ist. 16. Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the counter-pressure device (42) completely or in sections as a hollow body, preferably hollow cylinder, in particular as a hollow glass cylinder, preferably with an inner surface parallel and / or concentric to the counter-pressure surface and in particular with one for the Radiation transparent cylinder wall (100) is formed.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die die Strahlung (30) erzeugende Einrichtung und/oder eine Strahlumlenkeinheit innerhalb der Gegendruckvorrichtung (42) oder innerhalb der Replizierwalze (41 ) angeordnet ist.17. Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the device (30) generating the radiation and / or a beam deflection unit is arranged within the counter-pressure device (42) or within the replication roller (41).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (30) zur Ausbildung der Abformbereiche durch das Substrat (43) zugeführt wird.18. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the radiation (30) for forming the impression areas is supplied through the substrate (43).
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Replizieroberfläche temperierende Vorrichtung, z.B. eine Heizvorrichtung und/oder Kühlvorrichtung zur Heizung oder Kühlung der19. Device according to one of claims 11 to 18, characterized in that a device tempering the replication surface, e.g. a heating device and / or cooling device for heating or cooling the
Replizieroberfläche, insbesondere von Teilbereichen der Replizieroberfläche, vorgesehen ist, die vorzugsweise als Gebläse, Gasstromkühlung, Kühlwalze, Heiz-Lasereinrichtung, induktive Heizeinrichtung, Widerstandsheizung oder als Wärmestrahlung erzeugende Einrichtung ausgebildet ist. Replication surface, in particular of partial areas of the replication surface, is provided, which is preferably designed as a blower, gas flow cooling, cooling roller, heating laser device, inductive heating device, resistance heating or as a device that generates heat radiation.
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