WO2012019741A1 - Verfahren zur herstellung von prägewerkzeugen für mikrostrukturelemente unter verwendung von ultrakurzen laserpulsen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von prägewerkzeugen für mikrostrukturelemente unter verwendung von ultrakurzen laserpulsen Download PDF

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laser pulses
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electromagnetic waves
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Hans Lochbihler
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Giesecke & Devrient Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing embossing tools, which consist of a substrate, in the surface of which embossed structures for microstructure elements, such as holograms, nanostructures or the like, are introduced.
  • the manufacturing method of the prior art are produced with the embossing tools for microstructure elements, involves a relatively long process chain.
  • a so-called original is produced in a photolithographic process wherein an electron beam from an electron accelerator, a so-called e-beam device, removes material from the surface of a hardened metallic sheet of nickel.
  • a homogeneous grid is written with the e-beam system and etched in quartz.
  • copies are molded into a substrate of an inorganic-organic hybrid polymer.
  • These copies are then processed in a photolithographic process with the LaserWriter for lateral structuring.
  • the original is then copied several times galvanically to make a stamp for the production of the embossing tool.
  • the motif of the original is multiplied in a recombination plant to fill the entire surface of a stamping tool.
  • the embossing tool is produced as a galvanic impression of this duplicated impression.
  • the embossed structures for the microstructural elements are introduced into the surface of the substrate by means of ultrashort laser pulses of polarized electromagnetic waves or polarized electromagnetic radiation.
  • a method of surface structuring is used to produce embossing tools for microstructure elements. This allows the original structure to be transferred directly to the surface of an embossing tool, with film prints made from it.
  • the original structure can be introduced directly into the surface of a hardened metallic sheet, so that particularly advantageously the nanostructures can be introduced directly into the surface of a stamping cylinder.
  • the photolithographic process steps of the original production and the subsequent galvanic replication are thus eliminated in the production process according to the invention.
  • the period of the resulting microstructure elements depends on the wavelength of the pulsed laser radiation, but also on the pulse duration and the number of pulses of the laser radiation.
  • the homogeneity of the quasi- grid structure, the so-called ripples is limited by the homogeneity of the focused laser beam at the surface.
  • a typical laser beam shows For example, a diameter of about 20 ⁇ , wherein a larger diameter reduces the intensity at the surface of the substrate.
  • the resulting microstructure elements preferably have a period of about 500 nm and a depth of a few hundred nm. However, finer structures with a period of less than 300 nm are also possible.
  • the substrate is subjected to ultrashort laser pulses so that nanostructures are formed on the substrate.
  • a release layer for example a trichlorosilane compound, is then applied to the surface of the embossing tool and finally the relief structure is molded into a UV lacquer on a plastic film.
  • the laser pulses preferably have announce a pulse duration of less than 50 picosecond, ie, less than 50 x 10 -12 seconds, preferably less than 1 picosecond customer, ie, less than 1 x 10 "12 seconds, and more preferably of about 150 femtoseconds, ie about 150 ⁇ 10 15 seconds.
  • the electromagnetic waves of the laser pulses are preferably linearly polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are aligned perpendicular to the directional vector of the electromagnetic wave, the so-called E vector, of the incident laser radiation.
  • the directional vector of the electromagnetic field of a wave is always perpendicular to its propagation direction and defines the direction of polarization of the wave. If two regions each having a different linear polarization direction are patterned and the two polarization directions are preferably perpendicular to one another, these two regions show maximum color contrast.
  • the electromagnetic waves of the laser pulses are elliptically polarized, resulting in a lattice structure whose grating lines are oriented perpendicular to the major axis of the E vector of the incident laser radiation.
  • the preferred direction of the ripple structures compared to the case of the linear polarization direction varies more and the structure appears dull.
  • a special case of the elliptical polarization represents the circular polarization of the electromagnetic waves, resulting in a grid structure whose grid lines are aligned about 45 ° for left circular polarized and about -45 ° for right circularly polarized laser radiation, based on the plane of incidence of the laser beam.
  • the structured regions appear in different colors.
  • the matting of the colors can be adjusted by the ripple assembly according to the invention.
  • the substrate consists at least on its surface of a hardened metal, in particular hardened nickel or a hardened nickel alloy, a dielectric or a ceramic.
  • the embossing tools consist of a substrate which, at least on its surface, has a Vickers hardness of at least 100 HV-5 and preferably of at least 150 HV-5.
  • the following table lists some materials and the associated Vickers hardness in HV-10:
  • Martensite (stainless steel) 700 - 1200 HV-10
  • HV-10 10 kiloponds
  • Microstructure elements that are produced with an embossing tool according to the invention are particularly preferably used for security elements to increase the protection against forgery of security documents, such as banknotes, securities, identity cards, credit cards, debit cards or the like. That is, with the method according to the invention embossing tools are manufactured, with which in turn security elements for increasing protection of security documents such as banknotes, securities, identity cards, credit cards, debit cards or the like, or trademark protection.
  • the protection against counterfeiting is essentially based on the fact that a visually simple and clearly recognizable optically variable effect of the microstructures of reproduction devices, such as color copiers, is not or only insufficiently reproduced.
  • FIG. 2 shows a device with which micro-structures are introduced into a substrate with a laser
  • 3 shows a microstructure according to the invention in sheet steel and in this case in FIG. 3a at a normal angle of incidence the entire microstructure and in FIG. 3b a detail view thereof and in FIG.
  • FIG. 3 c shows the entire microstructure at an oblique angle of incidence
  • FIG. 3 d shows a detailed view thereof.
  • Fig. 4 shows a cross section through a vaporized film print
  • FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of a lattice structure produced by femtosecond laser pulses. It can be seen that the structure produced by femtosecond laser pulses does not have the same regularity as a photolithographically or interferometrically produced grid. Due to the relatively small spot size of the laser pulse edge effects play a major role. Therefore, the period and profile shape of the generated grating varies slightly. Profiles with a sharp rectangular shape can not be created. This affects the visual appearance. The colors are therefore duller than the color appearance of conventional grids.
  • the first diffraction order is determined by the
  • the lattice structure of FIG. 1 was produced by means of an ultrashort pulse laser, for example a Ti: sapphire laser with the following parameters: pulse duration: 150 fs,
  • the substrate 3 or 3 'relative to the laser beam of a laser 1 can be moved as shown in FIG. 2, wherein the laser beam is directed by a respective deflecting mirror 2 and 2' on the substrate 3 and 3 '.
  • the relative movement can take place, for example, by a rotation of the substrate in the circumferential direction.
  • the relative movement in the case of a planar substrate 3 ' can take place, for example, by means of a displacement table in the x and y directions.
  • the laser beam can be deflected by movable deflecting mirrors 2 and 2 ', for example with a scanning device, as indicated in Fig. 2 by the double arrows on the axes of rotation of the deflecting mirrors 2 and 2 '.
  • Fig. 3 shows an inventive pattern in the form of the word "PL" and a star in a substrate made of a stainless steel foil, wherein the
  • Lettering or the star have a total length of about 30 mm.
  • the structuring of the entire surface required a time in the range of a few minutes, the laser pulses had a pulse length in the range of femtoseconds.
  • FIG. 3a here shows the entire microstructure when viewed perpendicularly, FIG. 3c at a viewing angle of approximately 20 ° with respect to the perpendicular to the substrate surface.
  • the associated detailed images in FIG. 3b or FIG. 3d show a detail of the punctiform pattern.
  • the visual appearance varies at different viewing angles.
  • the lettering or the star appears dark against a light background and at the viewing angle of 20 ° with respect to the perpendicular to the substrate surface bright against a dark background.
  • 4 shows a cross section through a film take-off of the microstructure or of the original from FIG. 3.
  • an embossing stamp 4 is coated with a release agent 5, for example a trichlorosilane compound. Subsequently, an impression of this is produced in a UV varnish 5 on a PET film 7.
  • These UV varnish prints are metallized and finally laminated with a cover foil.
  • the film print was vapor-deposited with a 10 nm thick aluminum layer, a 200 nm thick layer of silicon dioxide and a 10 nm thick aluminum layer.
  • the lettering or Star In reflection appears the lettering or Star almost black on a golden background, in transmission the background is blue. When viewed obliquely, the lettering or star appears in green.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prägewerkzeugen (3, 3'), die aus einem Substrat (3, 3') bestehen, in dessen Oberfläche Prägestrukturen für Mikrostrukturelemente, wie Hologramme, Nanostrukturen oder dergleichen, eingebracht werden. Erfindungsgemäß werden die Prägestrukturen für die Mikrostrukturelemente in die Oberfläche des Substrats (3, 3') mittels ultrakurzer Laserpulse aus polarisierten elektromagnetischen Wellen bzw. polarisierter elektromagnetischer Strahlung eingebracht. Es wird somit ein Verfahren der Oberflächenstrukturierung benutzt, um Prägewerkzeuge (3, 3') für Mikrostrukturelemente herzustellen. Damit kann die Originalstruktur direkt auf die Oberfläche eines Prägewerkzeugs übertragen und davon Folienabzüge angefertigt werden.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON PRÄGEWERKZEUGEN FÜR MIKROSTRUKTURELEMENTE UNTER VERWENDUNG VON ULTRAKURZEN LASERPULSEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Prägewerkzeugen, die aus einem Substrat bestehen, in dessen Oberfläche Prägestrukturen für Mikrostrukturelemente, wie Hologramme, Nanostrukturen oder dergleichen, eingebracht werden.
Das Herstellungsverfahren des Standes der Technik, mit dem Prägewerkzeuge für Mikrostrukturelemente erzeugt werden, beinhaltet eine relativ lange Prozesskette. Zunächst wird ein sogenanntes Original in einem photolithographischen Verfahren hergestellt, wobei ein Elektronenstrahl aus einem Elektronenbeschleuniger, einer sogenannten e-Beam- Anlage, Material von der Oberfläche eines gehärteten metallischen Blechs aus Nickel abträgt. Hierbei wird mit der e-Beam- Anlage bevorzugt ein homogenes Gitter ge- schrieben und in Quarz geätzt. Davon werden Kopien in ein Substrat aus einem anorganisch-organischen Hybridpolymer abgeformt. Diese Kopien werden dann in einem photolithographischen Prozess mit dem LaserWriter bearbeitet, um eine laterale Strukturierung vorzunehmen. Das Original wird anschließend mehrfach galvanisch umkopiert, um einen Stempel für die Herstellung des Prägewerkzeugs anzufertigen. Schließlich wird mit diesem Stempel das Motiv des Originals in einer Rekombinationsanlage vervielfacht, um die gesamte Fläche eines Prägewerkzeugs auszufüllen. Letztendlich entsteht das Prägewerkzeug als galvanische Abformung dieses vervielfältigen Abdrucks.
Dieser Herstellungsprozess ist jedoch sehr personal-, zeit- und kostenintensiv. Des Weiteren sind für die Errichtung von Fertigungsanlagen für diesen Herstellungsprozess hohe Investitionen erforderlich. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Sicherheitselement derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß werden die Prägestrukturen für die Mikrostrukturelemen- te in die Oberfläche des Substrats mittels ultrakurzer Laserpulse aus polarisierten elektromagnetischen Wellen bzw. polarisierter elektromagnetischer Strahlung eingebracht. Es wird somit ein Verfahren der Oberflächenstruktu- rierung benutzt, um Prägewerkzeuge für Mikrostrukturelemente herzustellen. Damit kann die Originalstruktur direkt auf die Oberfläche eines Präge- Werkzeugs übertragen und davon Folienabzüge angefertigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann die Originalstruktur direkt in die Oberfläche eines gehärteten metallischen Blechs eingebracht werden, so dass besonders vorteilhaft die Nanostrukturen direkt in die Oberfläche eines Prägezylinders eingebracht werden können. Die photolithographischen Prozessschritte der Originalherstellung und die anschließende galvanische Replizierung entfallen somit bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren. Die Periode der entstehenden Mikrostrukturelemente hängt von der Wellenlänge der gepulsten Laserstrahlung ab, aber auch von der Pulsdauer und der Pulsanzahl der Laserstrahlung. Die Homogenität der Quasigitterstruktur, der sogenannten Ripples, ist limitiert durch die Homogenität des fokussier- ten Laserstrahls an der Oberfläche. Ein typischer Laserstrahl weist bei- spielsweise einen Durchmesser von etwa 20 μη auf, wobei ein größerer Durchmesser die Intensität an der Oberfläche des Substrats verringert.
Die entstehenden Mikrostrukturelemente haben bevorzugt eine Periode von etwa 500 nm und eine Tiefe von einigen Hundert nm. Es sind jedoch auch feinere Strukturen mit einer Periode von weniger als 300 nm möglich.
Der genaue Entstehungsprozess der Mikrostrukturelemente bzw. Quasigit- terstruktur ist derzeit noch nicht abschließend verstanden. Gemäß der der- zeit vorherrschenden wissenschaftlichen Meinung handelt es sich um eine Mischung aus einem Selbstorganisationsprozess, der an der Oberfläche des Substrats durch den hohen Energieeintrag ausgelöst wird, und die wechselwirkende Ordnung durch die elektromagnetische Strahlung des Laserlichts. Das Ergebnis ist dann eine Gitterstruktur, die gewisse Unregelmäßigkeiten zeigt.
Das Substrat wird mit ultrakurzen Laserpulsen beaufschlagt, so dass Na- nostrukturen auf dem Substrat entstehen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird anschließend eine Trennschicht, beispielsweise eine Tri- chlorsilanverbindung, auf die Oberfläche des Prägewerkzeugs aufbracht und schließlich die Reliefstruktur in einen UV-Lack auf einer Kunststofffolie abgeformt.
Bevorzugt haben die Laserpulse eine Pulsdauer von weniger als 50 Pikose- künden, d.h. weniger als 50 · 10-12 Sekunden, bevorzugt weniger als 1 Pikose- kunde, d.h. weniger als 1 · 10"12 Sekunden, und besonders bevorzugt von etwa 150 Femtosekunden, d.h. etwa 150 · 1015 Sekunden. Bevorzugt sind die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse linear polarisiert, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zum Richtungsvektor der elektromagnetischen Welle, dem sogenannten E- Vektor, der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind. Bekanntlich steht der Richtungsvektor des elektromagnetischen Felds einer Welle immer senkrecht auf deren Ausbreitungsrichtung und definiert die Polarisationsrichtung der Welle. Wenn zwei Bereiche mit jeweils unterschiedlicher linearer Polarisationsrichtung strukturiert werden und die beiden Polarisationsrichtungen bevorzugt senkrecht zueinander stehen, zeigen diese beiden Bereiche einen maximalen Farbkontrast.
Alternativ sind die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse elliptisch polarisiert, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zur großen Hauptachse des E- Vektors der einfallenden Laserstrahlung aus- gerichtet sind. Hierbei variiert die Vorzugsrichtung der Rippelstrukturen gegenüber dem Fall der linearen Polarisationsrichtung stärker und erscheint die Struktur matter.
Ein Spezialfall der elliptischen Polarisation stellt die zirkuläre Polarisation der elektromagnetischen Wellen dar, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien etwa 45° für linkszirkular polarisierte und etwa -45° für rechtszirkular polarisierte Laserstrahlung ausgerichtet sind, bezogen auf die Einfallsebene des Laserstrahls. Wenn derartige Strukturen in UV-Lack auf eine Folie abgeformt und wie in DE 10 2009 058 243 bzw. DE 102009 056 933 beschrieben mit einem Mehrfachschichtaufbau bedampft werden, erscheinen die strukturierten Bereiche in unterschiedlichen Farben. Die Mattierung der Farben kann dabei durch die erfindungsgemäße Rippelanordnung eingestellt werden. Besonders bevorzugt besteht das Substrat mindestens auf seiner Oberfläche aus einem gehärteten Metall, insbesondere gehärtetem Nickel oder einer gehärteten Nickellegierung, einem Dielektrikum oder einer Keramik. Bevorzugt bestehen die Prägewerkzeuge aus einem Substrat, das zumindest an seiner Oberfläche eine Vickershärte von mindestens 100 HV-5 und bevorzugt von mindestens 150 HV-5 aufweist. In der nachfolgenden Tabelle sind einige Materialien und die dazugehörigen Vickershärten in HV-10 aufgelistet:
Galvanisches Glanz-Nickel 450 - 600 HV-10
Galvanisches Matt-Nickel 300 - 400 HV-10
Titan 300 - 400 HV-10
Martensit (Edelstahl) 700 - 1200 HV-10
Chromierter Edelstahl 1100 - 2000 HV-10
Titan-Nitrid Schicht 1800 - 2000 HV-10
Keramik 1400 - 1900 HV-10
Saphir 1800 - 2200 HV-10 Diese Werte wurden mit einem stationären Prüfgerät gemäß DIN EN ISO 6507-1:2005 bis -4:2005 bei einer Prüfkraft von 5 Kilopond (HV-5) bzw.
10 Kilopond (HV-10) ermittelt.
Mikrostrukturelemente, die mit einem erfindungsgemäßen Prägewerkzeug erzeugt werden, werden besonders bevorzugt für Sicherheitselemente zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, verwendet. D.h., mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Prägewerkzeuge hergestellt, mit denen wiederum Sicherheitselemente zur Erhö- hung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, oder des Markenschutzes hergestellt werden. Der Fälschungsschutz beruht dabei im Wesentlichen darauf, dass ein visuell einfach und deutlich erkenn- barer optisch variabler Effekt der Mikrostrukturen von Reproduktionsgeräten, wie beispielsweise Farbkopierern, nicht oder nur ungenügend wiedergegeben wird.
Anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele und den ergänzenden Figuren werden die Vorteile der Erfindung erläutert. Die Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, auf die jedoch die Erfindung in keinerlei Weise beschränkt sein soll. Des Weiteren sind die Darstellungen in den Figuren des besseren Verständnisses wegen stark schematisiert und spiegeln nicht die realen Gegebenheiten wider. Insbesondere ent- sprechen die in den Figuren gezeigten Proportionen nicht den in der Realität vorliegenden Verhältnissen und dienen ausschließlich zur Verbesserung der Anschaulichkeit. Des Weiteren sind die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausführungsformen der besseren Verständlichkeit wegen auf die wesentlichen Kerninformationen reduziert. Bei der prakti- sehen Umsetzung können wesentlich komplexere Muster oder Bilder zur Anwendung kommen.
Im Einzelnen zeigen schematisch: Fig. 1 eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer durch
Femtosekunden Laserpulsen erzeugten Gitterstruktur,
Fig. 2 eine Vorrichtung, mit der mit einem Laser Mikrostrukturen in ein Substrat eingebracht werden, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Mikrostruktur in Stahlblech und hierbei in Fig. 3a bei senkrechtem Einfallswinkel die gesamte Mikrostruktur und in Fig. 3b eine Detailansicht daraus sowie in
Fig. 3c bei schrägem Einfallswinkel die gesamte Mikrostruktur und in Fig. 3d eine Detailansicht daraus,
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen bedampften Folienabzug der
Mikrostruktur aus Fig. 3. Fig. 1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer durch Femtosekunden Laserpulse erzeugten Gitterstruktur. Es ist zu erkennen, dass die durch Femtosekunden Laserpulse erzeugte Struktur nicht dieselbe Regelmäßigkeit besitzt wie ein photolithographisch bzw. interferometrisch hergestelltes Gitter. Aufgrund der relativ kleinen Spotgröße des Laserpulses spielen Randeffekte eine große Rolle. Daher schwankt die Periode und die Profilform des erzeugten Gitters etwas. Profile mit einer scharfen Rechteckform können nicht erzeugt werden. Dies wirkt sich auf das optische Erscheinungsbild aus. Die Farben sind daher matter als die Farberscheinung von herkömmlichen Gittern. Die erste Beugungsordnung wird durch die
Schwankung des Azimuts und der Periode in einem Lichtkegel aufgestreut.
Trotzdem lassen sich kontrastreiche feine Strukturen mit Abmessungen von bis zu 10 μηι erzeugen. Dadurch kann ein hologrammartiger Charakter nachgebildet werden. Solche Muster können in UV-Lack auf Plastikfolien abgeformt und anschließend bedampft werden.
Die Gitterstruktur aus Fig. 1 wurde mittels eines Ultrakurzpuls-Lasers erzeugt, beispielsweise einem Ti:Saphir-Laser mit den folgenden Parametern: • Pulsdauer: 150 fs,
· Wellenlänge: 800 nm, • Wiederholrate: 5 kHz,
• Strahldurchmesser ca. 20 μιη,
• Energie 0,2 ]/ cm2 - 2 J/ cm2 (12,5 mW - 140 mW),
• linear polarisierte Strahlung, wobei der Effekt der Oberflächenstrukturierung bereits ab Pulslängen im Bereich von Pikosekunden erfolgen kann. Eine Mehrzahl von einzelnen Laserpulsen wirkt dabei solange auf einen Bereich des Substrats ein, bis sich die gewünschte Oberflächenstrukturierung eingestellt hat.
Um die Oberflächenstrukturierung auszuprägen, ist materialabhängig ein gewisser Energieübertrag auf das Substrat notwendig. Dieser Energieeintrag ist jedoch niedriger als bei der Laserablation. Denn das Material wird kurzzeitig in den flüssigen Aggregatszustand überführt. Durch die elektromag- netische Wechselwirkung des Elektronengases mit der einfallenden Laserstrahlung prägt sich die quasiperiodische Oberflächenstruktur aus. Beim Prozess der Laserablation dagegen wird Material von der Substratoberfläche durch Verdampfen abgetragen. Zur Bearbeitung verschiedener Bereiche eines Substrats kann gemäß Fig. 2 das Substrat 3 bzw. 3' relativ zum Laserstrahl eines Lasers 1 bewegt werden, wobei der Laserstrahl durch jeweils einen Umlenkspiegel 2 bzw. 2' auf das Substrat 3 bzw. 3' gelenkt wird. Bei einem zylinderförmigen Substrat 3 kann die relative Bewegung beispielsweise durch eine Drehung des Substrats in Umfangrichtung erfolgen. Alternativ kann die relative Bewegung bei einem planaren Substrat 3' beispielsweise mittels eines Verschiebetisches in x- und y-Richtung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Laserstrahl durch bewegliche Ablenkspiegel 2 bzw. 2' abgelenkt werden, beispielsweise mit einer Scan- Vorrichtung, wie in Fig. 2 durch die Doppelpfeile an den Drehachsen der Ablenkspiegel 2 bzw. 2' angedeutet.
Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Muster in Form des Schriftzuges„PL" und eines Sterns in einem Substrat aus einer Edelstahlfolie, wobei der
Schriftzug oder der Stern eine Gesamtlänge von etwa 30 mm aufweisen. Die Strukturierung der gesamten Oberfläche erforderte einen Zeitaufwand im Bereich von wenigen Minuten, wobei die Laserpulse eine Pulslänge im Bereich von Femtosekunden aufwiesen.
Fig. 3a zeigt hierbei die gesamte Mikrostruktur bei senkrechter Betrachtung, Fig. 3c bei einem Betrachtungswinkel von etwa 20° gegenüber der Senkrechten zur Substratoberfläche. Die zugehörigen Detailaufnahmen in Fig. 3b bzw. Fig. 3d zeigen einen Ausschnitt des punktförmigen Musters. Die visuel- le Erscheinung variiert bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln. So erscheint bei senkrechter Betrachtung der Schriftzug oder der Stern dunkel vor einem hellen Hintergrund und bei dem Betrachtungswinkel von 20° gegenüber der Senkrechten zur Substratoberfläche hell vor dunklem Hintergrund. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Folienabzug der Mikrostruktur bzw. des Originals aus Fig. 3. Hierbei wird ein Prägestempel 4 mit einem Trennmittel 5 beschichtet, beispielsweise einer Trichlorsilan- Verbindung. Anschließend wird davon eine Abformung in einen UV-Lack 5 auf einer PET-Folie 7 erzeugt. Diese UV-Lack- Abzüge werden metallisch bedampft und schließlich mit einer Deckfolie zukaschiert.
Beispielsweise wurde der Folienabzug mit einer 10 nm dicken Aluminiumschicht, einer 200 nm dicken Schicht aus Siliziumdioxid und einer 10 nm dicken Aluminiumschicht bedampft. In Reflexion erscheint der Schriftzug oder Stern annähernd schwarz auf goldenem Untergrund, in Transmission ist der Untergrund dagegen blau. Bei schräger Betrachtung erscheint der Schriftzug oder Stern in grüner Farbe.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung von Prägewerkzeugen, die aus einem Substrat bestehen, in dessen Oberfläche Prägestrukturen für Mikrostruktur- elemente, wie Hologramme, Nanostrukturen oder dergleichen, eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägestrukturen für die Mikrostrukturelemente in die Oberfläche des Substrats mittels ultrakurzer Laserpulse aus polarisierten elektromagnetischen Wellen eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägewerkzeuge aus einem Substrat bestehen, das zumindest an seiner Oberfläche eine Vickershärte von mindestens 100 HV-5 und bevorzugt von mindestens 150 HV-5 aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem gehärteten Metall, insbesondere gehärtetem Nickel oder einer gehärteten Nickellegierung, einem Dielektrikum oder einer Keramik besteht.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserpulse eine Pulsdauer von weniger als 50 Pikosekunden, bevorzugt weniger als 1 Pikosekunde und besonders bevorzugt von etwa 150 Femtosekunden haben.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse linear polarisiert sind, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterli- nien senkrecht zum E- Vektor der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse elliptisch polarisiert sind, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien senkrecht zur großen Hauptachse des E- Vektors der einfallenden Laserstrahlung ausgerichtet sind.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen der Laserpulse zirkulär polarisiert sind, wobei sich eine Gitterstruktur ergibt, deren Gitterlinien etwa 45° für linkszirkular polarisierte und etwa -45° für rechtszir- kular polarisierte Laserstrahlung ausgerichtet sind, bezogen auf die Einfallsebene des Laserstrahls.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturelemente, die mit dem Prägewerkzeug erzeugt werden, für Sicherheitselemente zur Erhöhung des Fälschungsschutzes von Sicherheitsdokumenten, wie Banknoten, Wertpapieren, Ausweisen, Kreditkarten, Debit-Karten oder dergleichen, verwendet werden.
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