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WO2002037192A1 - Method for producing holograms - Google Patents

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Publication number
WO2002037192A1
WO2002037192A1 PCT/EP2001/012452 EP0112452W WO0237192A1 WO 2002037192 A1 WO2002037192 A1 WO 2002037192A1 EP 0112452 W EP0112452 W EP 0112452W WO 0237192 A1 WO0237192 A1 WO 0237192A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polymer film
master device
holographic
surface structure
lacquer
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/012452
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arne Koops
Matthias Gerspach
Stefan Stadler
Jörn LEIBER
Steffen Noehte
Christoph Dietrich
Original Assignee
Tesa Scribos Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tesa Scribos Gmbh filed Critical Tesa Scribos Gmbh
Publication of WO2002037192A1 publication Critical patent/WO2002037192A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/02—Details of features involved during the holographic process; Replication of holograms without interference recording

Definitions

  • the invention relates to a method for producing holograms which e.g. for storing image data such as photos, logos, writing, etc., but also for storing other data.
  • a hologram contains holographic information about an object distributed over the surface of the hologram, from which an image of the object can be reconstructed when irradiated with light, in particular coherent light from a laser.
  • Holograms are used in various ways in technology, for example in the form of largely counterfeit-proof markings. Such markings can be found, for example, on credit cards or check cards; As so-called white light holograms, they show a three-dimensional image of the object displayed even when illuminated with natural light.
  • Widespread are photographically produced holograms and embossed holograms in which a relief structure is embossed into the surface of a material, on which the light used to reproduce the object is scattered in accordance with the information stored in the hologram so that the reconstructed image of the object is created by interference effects.
  • holograms are mostly produced by replicating so-called master structures.
  • a master or a master device must first be produced, which is usually done by exposing photoresist materials through a chrome mask and then electroforming with the aid of nickel (LIGA process from lithography and electroplating), as explained below.
  • a photoresist e.g. polymethyl methacrylate
  • the photoresist is exposed to ultraviolet or X-ray radiation through a chrome mask which contains the microstructure provided for the holograms to be reproduced.
  • This cleaves the polymer chains (negative resist) and can be removed with suitable solvents.
  • the resulting micro-trenches are filled with nickel in an electroplating bath by electrodeposition, which creates a kind of stamp, the so-called embossing plate, after the remaining polymer has dissolved.
  • the unexposed areas are removed by a solvent; further treatment is similar to that of negative resists.
  • the holograms to be reproduced can be molded in standard plastics using an embossing plate if they are heated to temperatures slightly above their glass point (hot stamping).
  • the replication can be carried out using radiation-curable lacquers (eg acrylates or epoxy resins).
  • the embossing plate is coated with the lacquer and then the lacquer system is hardened.
  • the hardening is usually carried out by ultraviolet or electron radiation. After this Removing the embossed sheet has transferred the desired holographic structure into the paint.
  • a master device with a relief-like surface structure made of plastic is provided, which corresponds to the intended holographic structure.
  • a radiation-curable lacquer is applied to the surface structure of the master device.
  • the varnish is hardened and removed from the master device as a reproduced hologram.
  • a master device in which the surface structure used to generate the holographic structure of the holograms to be produced is made of plastic.
  • the master device can be manufactured very inexpensively in comparison to the conventional methods, which is also worthwhile for small numbers of holograms, because an expensive chrome mask is not required for this and the use of an electroplating technique using nickel is also unnecessary. Preferred methods of making the master device device and preferred features of the master device are explained below.
  • the master device has a relief-like surface structure, which is in principle designed as a negative (see below) of the holographic structure provided for the holograms to be produced, preferably in a polymer film (see below).
  • This polymer film serves as a so-called transfer film with which the surface structure of the master device is transferred to the holograms to be produced.
  • the transfer film serves as a so-called transfer film with which the surface structure of the master device is transferred to the holograms to be produced.
  • the varnish is hardened with rays, preferably with ultraviolet radiation and / or with electron radiation, the master device is only slightly warmed, which does not damage the relief-like surface structure made of plastic.
  • the lacquer layer can be removed from the master device or the transfer film, and the desired holographic structure is transferred into the lacquer.
  • the hardened lacquer thus forms a reproduced hologram, the properties of which can be improved by additional steps, as explained further below.
  • the master device can be produced very inexpensively and quickly, the process is ideally suited for so-called "rapid prototyping". However, it can also be used quite normally for the mass production of holograms. If the coating system does not contain any plasticizers that attack the surface structure of the master device or the transfer film, this can be used again and again to replicate a large number of holograms.
  • the method according to the invention can also be used to produce large-area holograms or products provided with holograms, which can be, for example, in web form. If a polymer film is used as the master device, such products can take the form of rolls with a length of several hundred meters and one Have a web width of, for example, 1 m, which cannot be achieved with the previously known methods.
  • the master device preferably has a polymer film, the surface structure of which can be changed locally by heating, the surface structure provided being produced during the manufacture of the master device by local heating of the polymer film in accordance with the holographic information provided.
  • the surface structure or topography of the polymer film can be changed locally, for example by focusing a laser beam serving as a writing beam on the polymer film, preferably its surface zone, so that the light energy is absorbed there and converted into thermal energy.
  • a laser beam serving as a writing beam
  • the material change in the polymer film which leads to the local change in the surface structure remains limited to a very narrow volume due to the generally poor thermal conductivity of the polymer.
  • the structural change in the surface of the polymer film is preferably induced point by point, as explained in more detail below.
  • the local area which is provided for storing an information unit and is referred to below as "pit" typically has linear lateral dimensions (for example a side length or a diameter) in the range from 0.5 ⁇ m to 1 ⁇ m, but also other sizes are possible.
  • the height profile of the polymer film typically changes by changing the surface structure in a pit by 50 nm to 500 nm, which depends in detail on the properties and operating conditions of the write beam and the properties of the polymer film.
  • the dot matrix ie the center distance between two pits, is typically in the range from 1 ⁇ m to 2 ⁇ m. generation The general rule is that shorter lengths of light on the writing beam allow a tighter grid of points.
  • the polymer film can be stretched and is preferably biaxially stretched, e.g. by prestressing it in its plane in two perpendicular directions during manufacture.
  • a stretched polymer film With a stretched polymer film, a high energy density is stored in the film material.
  • a relatively strong change in material can be achieved with a change in the local surface structure of the polymer film.
  • Biaxially stretched polymer films can be produced from inexpensive bulk plastics.
  • Stretched polymer films in combination with a high-resolution writing beam are well suited for achieving a high resolution (i.e. a small pit size, see above). Because of the high energy density stored in the film material, a write beam with a relatively low power can be used, with relatively small pits being generated.
  • conventional techniques such as the production of microstructures by direct laser processing with excimer lasers of 193 nm wavelength cannot achieve resolutions in the submicron range.
  • Suitable materials for the polymer film are, for example, polypropylene, polyester or polyvinyl chloride, polymer films which have such a material preferably being biaxially stretched.
  • a higher temperature stability and thus also an improved resistance to aging and storage stability can be achieved with polymer films which have an increased crystallite melting point or a higher glass transition temperature.
  • Examples of such materials are polyethylene terephthalate (PET), polymethylpentene (PMP; also poly-2-methylpen- ten) and polyimide, a polymer film made from such materials also preferably being biaxially stretched.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMP polymethylpentene
  • polyimide polyimide
  • Other film types can also be used at higher intensities of a write beam.
  • Preferred thicknesses of the polymer film are in the range from 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, but smaller or larger thicknesses are also conceivable.
  • the polymer film can be assigned an absorber dye which is set up to at least partially absorb a write beam used to enter information and to at least partially emit the heat generated thereby locally to the polymer film.
  • an absorber dye enables local heating of the polymer film sufficient for changing the surface structure with a relatively low intensity of the write beam.
  • the absorber dye is preferably contained in the material of the polymer film. However, it can also be arranged in a separate absorber layer, which preferably has a binder; Mixed forms are also conceivable.
  • the absorber layer can have a thin layer (e.g. a thickness of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m) made of a polymer
  • PEEK polyetherimide
  • the absorption maximum of the absorber dye should coincide with the light length of the write beam used in order to achieve efficient absorption.
  • a light wavelength of 532 nm of a write beam generated by a laser e.g. Dyes from the Sudan red family (diazo dyes) or (for particularly polar plastics) eosin scarlet are suitable.
  • green dyes e.g. from the Styryl family
  • the holographic information provided in a hologram of a memory object is preferably calculated as a two-dimensional arrangement and a write beam from a writing device, preferably a laser lithograph, is directed onto the polymer film of the master device and / or, if appropriate, the associated absorber layer and corresponding to the two dimensional arrangement controlled so that the local surface structure of the polymer film is adjusted according to the intended holographic information.
  • a conventional structure for generating a hologram in which coherent light from a laser that is scattered by an object (memory object) can be brought into interference with a coherent reference beam is and the resulting interference pattern is recorded as a hologram
  • the interference pattern or the modulation for the surface structure of the polymer film is calculated as a two-dimensional arrangement (two-dimensional array).
  • the resolution of a suitable laser lithograph is typically about 50,000 dpi (dots per inch).
  • the surface structure of the polymer film can thus be changed locally in areas or pits with a size of approximately 0.5 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the writing speed and other details depend, among other things, on the parameters of the writing laser (laser power, light wavelength) and the exposure time, as well as on the properties of the polymer film and any absorber dye.
  • the surface structure of the polymer film is a negative of the holographic structure that is present in a reproduced hologram and that contains the intended holographic information.
  • a holographic image that is reconstructed from a hologram it is generally of no consequence if indentations and elevations are interchanged with one another in the hologram in question.
  • a "positive” and a "negative” deliver that same reconstructed picture. Therefore, in the production of the master device explained above, as a rule, no conversion has to take place to control the write beam, which takes into account that the surface structure of the polymer film is actually a negative of the holographic structure of a reproduced hologram.
  • the holographic information provided is therefore preferably stored in the form of pits of a predetermined size.
  • the term "pit" is to be understood here generally in the sense of a changed area and not restricted to its original meaning as a hole or depression.
  • the holographic information can be stored in binary coded form in a pit. That is, in the area of a given pit, the surface structure of the polymer film of the master device (and thus that of a reproduced hologram) takes on only one of two possible basic shapes. These basic forms preferably differ significantly, so that intermediate forms occurring in practice, which are close to one or the other basic form, can be clearly assigned to one or the other basic form in order to store the information reliably and unambiguously.
  • the holographic information can be stored in a pit in a continuously coded form, the local maximum height change in the pit being selected from a predetermined range of values.
  • the surface structure of the polymer film of the master device and thus that of a reproduced hologram
  • the information can be stored "in grayscale" so that each pit has more than one bit of information.
  • varnishes are suitable for the radiation-curable varnish, which can be hardened after the addition of photoinitiators, i.e. polymerized through. Radically polymerizable lacquers based on acrylate and cationically polymerizable epoxy resins are particularly suitable.
  • the varnish is preferably applied to the surface structure of the master device using a multi-roller applicator.
  • the surface of the reproduced holograms provided with the holographic structure is mirrored.
  • Such a hologram can be read in reflection (see below), the light used for reading either falling directly on the mirrored surface or initially penetrating the lacquer material, thus hitting the mirrored surface from the rear; in the latter case, the lacquer must be transparent to the light used.
  • the holographic information is read out with the aid of light which strikes the holographic structure, penetrates the lacquer material and is then reflected on the mirrored surface.
  • a reproduced hologram in that light, preferably coherent light (for example from a laser), is directed over a large area at the surface of the hologram provided with the holographic structure and from that Surface structure is modulated.
  • a holographic image is captured at a distance from the data memory, for example with a CCD sensor, which is connected to a data processing device.
  • large area is to be understood as an area which is significantly larger than the area of a pit. In this sense, for example, an area of 1 mm 2 is large.
  • the locally varying surface structure of the reproduced hologram leads to differences in the transit time of the light waves emanating from different points, that is to say ultimately to a periodic phase modulation.
  • the area of the reproduced hologram captured by the light acts like a diffraction grating, which deflects incident light in a defined manner. The deflected light forms an image of the storage object that represents the reconstruction of information encoded in the hologram.
  • the holograms produced with the method according to the invention can be used for different types of memory objects.
  • the information contained in images such as photographs, logos, writing, etc. and machine-readable data can be stored.
  • the latter takes place, for example, in the form of so-called data pages, the holographic information contained in a hologram of a graphic bit pattern (which represents the data information) being used.
  • a holographic image of this graphical bit pattern is created.
  • the information contained therein can be recorded, for example, with the aid of a precisely adjusted CCD sensor and processed using the associated evaluation software.
  • a simple matte screen or, for example, a camera with an LCD screen is sufficient for the reproduction of images where high accuracy is not important.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration which illustrates the production of a relief-like surface structure in a polymer film when producing a master device in the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the relief-like surface structure of the polymer film
  • FIG. 3 shows a schematic illustration which shows the application of lacquer to the surface structure of the polymer film
  • FIG. 4 shows a schematic illustration which illustrates the hardening of the paint
  • Figure 5 is a schematic representation showing the detachment of the hardened lacquer as a reproduced hologram from the polymer film
  • Figure 6 is a schematic representation of the reproduced hologram.
  • Figures 1 to 6 illustrate successive steps in the implementation of an embodiment of the method for producing holograms.
  • a master device 1 is first provided or manufactured, with the aid of which holograms to be reproduced are to be produced.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of how a relief-like surface structure is generated in the master device 1, which in relief represents a negative of the holographic structure provided for the holograms to be reproduced.
  • the master device 1 has a polymer film 2 which can be held on a carrier (not shown in FIG. 1).
  • the polymer film 2 is a biaxially stretched polyester film and has a thickness of 50 ⁇ m (manufacturer Mitsubishi, type Hostaphan RN50).
  • the material of the polymer film 2 contains an absorber dye which absorbs light from a writing beam and converts it to heat.
  • an absorber dye which absorbs light particularly well in the wavelength range around 532 nm; this wavelength is conceivable for a write beam from a laser lithograph.
  • Other absorber dyes are also possible.
  • Green dyes, for example from the Styryl family are particularly suitable for light lengths from 650 to 660 nm or 685 nm, in which the laser diodes of current DVD devices work; the pulses of such laser diodes can be modulated directly, which considerably simplifies and reduces the cost of generating pulses.
  • Lasers in the wavelength range from 390 to 410 nm are planned for future applications. Absorber dyes that absorb in the blue region of the spectrum, such as representatives of the coumarin family, are suitable for this.
  • the polymer film 2 with the absorber dye has a preferred optical density in the range from 0.2 to 1.0; other values are also possible.
  • the optical density is a measure of the absorption, here based on the light wavelength of a write beam.
  • the optical density is defined as a negative decimal logarithm of the transmission through the absorber layer, which corresponds to the product of the extinction coefficient at the wavelength of the write beam used, the concentration of the absorber dye in the polymer film 2 and the thickness of the polymer film 2.
  • the absorber dye facilitates local heating of the polymer film 2.
  • the absorber dye can be dispensed with, in particular if the pulsed write beam has a sufficiently high output or if very short pulses (ps or fs) are used.
  • FIG. 1 shows how a writing beam 4 is focused on the polymer film 2 with the aid of a lens 5, preferably in its surface zone.
  • the light energy of the writing beam 4 is converted into heat.
  • two writing rays 4 and two lenses 5 are drawn in order to change the top
  • the writing beam 4 preferably moves sequentially over the surface of the polymer film 2.
  • a laser lithograph with a resolution of approximately 50,000 dpi (ie approximately 0.5 ⁇ m) is suitable for entering the information.
  • the write beam of the laser lithograph is guided over the polymer film 2 in pulsed operation (typical pulse duration from approximately 1 ⁇ s to approximately 10 ⁇ s with a beam power of approximately 1 mW to approximately 10 mW for exposing or heating one location), that is to say usually in two Spatial directions in order to effect the desired change in the surface structure sequentially.
  • pulsed operation typically from approximately 1 ⁇ s to approximately 10 ⁇ s with a beam power of approximately 1 mW to approximately 10 mW for exposing or heating one location
  • FIG. 2 shows the result of the action of the pulsed write beam 4. Because of the poor thermal conductivity of the material of the polymer film 2, there is a significant increase in temperature in a narrowly limited volume, at which the surface structure of the polymer film 2 changes locally. This creates a pit 6, i.e. the local area in which a hologram reproduced with the aid of the master device 1
  • Each pit 6 has a central depression 8 which is surrounded by a peripheral projection 9.
  • the level difference between the lowest point of the depression 8 and the highest point of the posing 9, i.e. the local maximum change in height of the surface structure in the pit 6 is denoted by H in FIG. H is typically in the range of 50 nm to 500 nm.
  • the distance between the centers of two adjacent pits 6, i.e. the dot matrix R is preferably in the range from 1 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • a pit 6 has a diameter of approximately 0.8 ⁇ m.
  • the typical dimension of a pit is preferably about 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m.
  • the information can be stored in a binary-coded form in a pit by H only taking two different values
  • holographic information contained in a hologram of a memory object is first calculated as a two-dimensional arrangement. This can be carried out, for example, as a simulation of a classic setup for generating a photographically recorded hologram, in which coherent light from a laser that is scattered by the storage object is brought into interference with a coherent reference beam and the resulting modulation pattern is recorded as a hologram.
  • the two-dimensional arrangement (two-dimensional array) contains the information required to control the write beam of a laser lithograph already explained above.
  • a conversion to take into account that the surface structure of the polymer film 2 actually represents a negative of the holographic structure provided for the holograms to be reproduced is not necessary, as explained above. If the write beam of the laser lithograph is guided over the upper side of the polymer film 2 in pulsed operation, it heats the polymer film 2 in accordance with the two-dimensional array. The pits 6 are generated as seen above.
  • Relief-like surface structure (referred to as 10 in the following) of the polymer film 2 applied a varnish 12.
  • FIG. 3 An aliphatic polyurethane acrylate serves as the lacquer system, the lacquer 12 being applied in a layer thickness of 75 ⁇ m.
  • the paint 12 emerges from a nozzle 14.
  • a multi-roller applicator is more suitable for applying the lacquer 12.
  • the surface 16 of the lacquer 12 is somewhat wavy, but it runs when the polymer film 2 is oriented horizontally.
  • the underside 18 of the lacquer layer adapts exactly to the relief-like surface structure 10 of the polymer film 2.
  • FIG. 4 shows how the lacquer 12 is hardened.
  • electron radiation 20 is used for this purpose, which causes the aliphatic polyurethane acrylate to crosslink.
  • the lacquer 12 can be detached from the polymer film 2 as a reproduced hologram 22. As shown in Figure 5, this is done in the embodiment by pulling in the direction of the arrow.
  • FIG. 6 shows the reproduced hologram 22 after it has been separated from the master device 1. It has a holographic structure 24 on its side pointing downward in the illustration according to FIG. 6, which is a negative of the relief-like surface structure 10 of the polymer film 2 from the relief. Holographic information in the form of pits 26 is stored in the holographic structure 24.
  • the surface of the reproduced hologram 22 provided with the holographic structure 24 can be mirrored, e.g. by evaporating a thin layer of aluminum. It is also conceivable to instead mirror the opposite surface 28. These reflection layers can be useful for reading out the holographic information, as explained above.

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Abstract

The invention relates to a method for producing holograms, according to which a master device (1) having a relief-like surface structure (10), said structure being made of synthetic material, is provided that corresponds to the designated holographic structure. A radiation-hardenable lacquer (12) is applied to the surface structure (10) of the master device (1). After hardening, the lacquer (12) is detached from the master device (1) as a reproduced hologram.

Description

Verfahren zum Herstellen von Hologrammen Process for making holograms
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Hologrammen, die z.B. zum Speichern von Bilddaten wie Fotos, Logos, Schrift, usw., aber auch zum Speichern von anderen Daten verwendet werden können.The invention relates to a method for producing holograms which e.g. for storing image data such as photos, logos, writing, etc., but also for storing other data.
In einem Hologramm ist über die Fläche des Hologramms verteilt holographische Information über ein Objekt enthalten, aus der sich bei Bestrahlung mit Licht, insbesondere kohärentem Licht von einem Laser, ein Bild des Objektes rekonstruieren lässt. Hologramme werden in der Technik auf vielfältige Weise genutzt, z.B. in Form von weitgehend fälschungssicheren Kennzeichnungen. Derartige Kennzeichnungen finden sich z.B. auf Kreditkarten oder Scheckkarten; sie zeigen als sogenannte Weißlicht-Hologramme auch bei Beleuchtung mit natürlichem Licht ein dreidimensionales Bild des dargestellten Objekts. Verbreitet sind fotographisch hergestellte Hologramme sowie Prägehologramme, bei denen in die Oberfläche eines Werkstoffs eine ReliefStruktur eingeprägt ist, an der das zum Wiedergeben des Objekts verwendete Licht entsprechend der in dem Hologramm gespeicherten Information gestreut wird, so dass das rekonstruierte Bild des Objekts durch Interferenzeffekte entsteht .A hologram contains holographic information about an object distributed over the surface of the hologram, from which an image of the object can be reconstructed when irradiated with light, in particular coherent light from a laser. Holograms are used in various ways in technology, for example in the form of largely counterfeit-proof markings. Such markings can be found, for example, on credit cards or check cards; As so-called white light holograms, they show a three-dimensional image of the object displayed even when illuminated with natural light. Widespread are photographically produced holograms and embossed holograms in which a relief structure is embossed into the surface of a material, on which the light used to reproduce the object is scattered in accordance with the information stored in the hologram so that the reconstructed image of the object is created by interference effects.
Die Herstellung von Hologrammen erfolgt heutzutage meistens durch Replikation von sogenannten Masterstrukturen. Dazu uss zunächst ein Master oder eine Mastervorrichtung hergestellt werden, was in der Regel durch Belichtung von Photoresistmate- rialien durch eine Chrommaske und anschließende Galvanoformung mit Hilfe von Nickel erfolgt (LIGA-Verfahren von Litographie und Galvanik) , wie im Folgenden erläutert.Nowadays, holograms are mostly produced by replicating so-called master structures. For this purpose, a master or a master device must first be produced, which is usually done by exposing photoresist materials through a chrome mask and then electroforming with the aid of nickel (LIGA process from lithography and electroplating), as explained below.
Zum Herstellen einer Mastervorrichtung wird auf einem mit einer dünnen, leitfähigen Schicht versehenen Wafer ein Photoresist (z.B. Polymethylmethacrylat) aufgetragen. Durch eine Chrommaske, die die für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehene Mi- krostruktur enthält, wird der Photoresist mit Ultraviolett- oder Röntgenstrahlung belichtet. Dadurch werden die Polymerketten gespalten (Negativresist) und lassen sich mit geeigneten Lösungsmitteln herauslösen. Die entstehenden Mikrogräben werden in einem Galvanobad durch elektrolytische Abscheidung mit Nickel gefüllt, wodurch nach Auflösen des restlichen Polymers eine Art Stempel, das sogenannte Prägeblech, entsteht. Alternativ kann man auch Positivresiste verwenden, bei denen an den belichteten Stellen eine Vernetzung auftritt. Hierbei werden die nicht be- lichteten Bereiche durch ein Lösungsmittel herausgelöst; die weitere Behandlung erfolgt ähnlich wie bei den Negativresisten.To produce a master device, a photoresist (e.g. polymethyl methacrylate) is applied to a wafer provided with a thin, conductive layer. The photoresist is exposed to ultraviolet or X-ray radiation through a chrome mask which contains the microstructure provided for the holograms to be reproduced. This cleaves the polymer chains (negative resist) and can be removed with suitable solvents. The resulting micro-trenches are filled with nickel in an electroplating bath by electrodeposition, which creates a kind of stamp, the so-called embossing plate, after the remaining polymer has dissolved. Alternatively, one can also use positive resists in which cross-linking occurs at the exposed areas. Here, the unexposed areas are removed by a solvent; further treatment is similar to that of negative resists.
Mit einem Prägeblech können die zu reproduzierenden Hologramme in Standardkunststoffen abgeformt werden, wenn diese auf Te pe- raturen etwas oberhalb ihres Glaspunktes erwärmt werden (Heißprägen) . Alternativ kann die Replikation unter Verwendung strahlenhärtbarer Lacke (z.B. Acrylate oder Epoxidharze) erfolgen. Hierbei wird das Prägeblech mit dem Lack beschichet und anschließend das Lacksystem gehärtet. Die Härtung erfolgt in der Regel durch Ultraviolett- oder Elektronenstrahlung. Nach dem Entfernen des Prägebleches ist die gewünschte holographische Struktur in den Lack übertragen.The holograms to be reproduced can be molded in standard plastics using an embossing plate if they are heated to temperatures slightly above their glass point (hot stamping). Alternatively, the replication can be carried out using radiation-curable lacquers (eg acrylates or epoxy resins). Here, the embossing plate is coated with the lacquer and then the lacquer system is hardened. The hardening is usually carried out by ultraviolet or electron radiation. After this Removing the embossed sheet has transferred the desired holographic structure into the paint.
Die Herstellung derartiger Mastervorrichtungen ist sehr teuer und lohnt sich daher nur, wenn ein Hologramm in großer Stückzahl (in der Regel viele tausend Replikationen) produziert werden soll.The production of such master devices is very expensive and is therefore only worthwhile if a hologram is to be produced in large numbers (usually many thousands of replications).
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von Hologrammen zu schaffen, das kostengünstig ist, auch wenn nur eine geringe Stückzahl von gleichen Hologrammen hergestellt werden soll .It is an object of the invention to provide a method for producing holograms which is inexpensive, even if only a small number of identical holograms are to be produced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen von Hologrammen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method for producing holograms with the features of claim 1. Advantageous refinements of the invention result from the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen von Hologram- men wird eine Mastervorrichtung mit einer reliefartigen Oberflächenstruktur aus Kunststoff bereitgestellt, die der vorgesehenen holographischen Struktur entspricht. Auf die Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung wird ein strahlenhärtbarer Lack aufgebracht. Der Lack wird gehärtet und als reproduziertes Holo- gramm von der Mastervorrichtung abgelöst.In the method according to the invention for producing holograms, a master device with a relief-like surface structure made of plastic is provided, which corresponds to the intended holographic structure. A radiation-curable lacquer is applied to the surface structure of the master device. The varnish is hardened and removed from the master device as a reproduced hologram.
Erfindungsgemäß wird eine Mastervorrichtung bereitgestellt, bei der die zum Erzeugen der holographischen Struktur der herzustellenden Hologramme verwendete Oberflächenstruktur aus Kunststoff gefertigt ist. Die Mastervorrichtung kann im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren sehr preiswert hergestellt werden, was sich auch für geringe Stückzahlen von Hologrammen lohnt, denn eine teure Chrommaske ist dafür nicht erforderlich und auch der Einsatz einer Galvanotechnik unter Benutzung von Nickel ist ent- behrlich. Bevorzugte Verfahren zum Herstellen der Mastervorrich- tung und bevorzugte Merkmale der Mastervorrichtung sind weiter unten erläutert .According to the invention, a master device is provided in which the surface structure used to generate the holographic structure of the holograms to be produced is made of plastic. The master device can be manufactured very inexpensively in comparison to the conventional methods, which is also worthwhile for small numbers of holograms, because an expensive chrome mask is not required for this and the use of an electroplating technique using nickel is also unnecessary. Preferred methods of making the master device device and preferred features of the master device are explained below.
Die Mastervorrichtung hat eine reliefartige Oberflächenstruktur, die im Prinzip als Negativ (siehe unten) der für die herzustellenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur gestaltet ist, und zwar vorzugsweise in einer Polymerfolie (siehe unten) . Diese Polymerfolie dient als sogenannte Transferfolie, mit der die Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung auf die herzustellenden Hologramme übertragen wird. Beim Beschichten der Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung mit Lack werden die tiefliegenden Stellen ausgefüllt. Da der Lack mit Strahlen gehärtet wird, vorzugsweise mit Ultraviolettstrahlung und/oder mit Elektronenstrahlung, wird die Mastervorrichtung allenfalls ge- ringfügig erwärmt, was der reliefartigen Oberflächenstruktur aus Kunststoff nicht schadet. Nach dem Härten kann die Lackschicht von der Mastervorrichtung bzw. der Transferfolie abgezogen werden, und die gewünschte holographische Struktur ist in den Lack übertragen. Der gehärtete Lack bildet somit ein reproduziertes Hologramm, dessen Eigenschaften durch zusätzliche Schritte noch verbessert werden können, wie weiter unten erläutert.The master device has a relief-like surface structure, which is in principle designed as a negative (see below) of the holographic structure provided for the holograms to be produced, preferably in a polymer film (see below). This polymer film serves as a so-called transfer film with which the surface structure of the master device is transferred to the holograms to be produced. When coating the surface structure of the master device with lacquer, the deep spots are filled. Since the varnish is hardened with rays, preferably with ultraviolet radiation and / or with electron radiation, the master device is only slightly warmed, which does not damage the relief-like surface structure made of plastic. After curing, the lacquer layer can be removed from the master device or the transfer film, and the desired holographic structure is transferred into the lacquer. The hardened lacquer thus forms a reproduced hologram, the properties of which can be improved by additional steps, as explained further below.
Da die Herstellung der Mastervorrichtung sehr preiswert und schnell erfolgen kann, ist das Verfahren ideal für das sogenann- te "Rapid Prototyping" geeignet. Es kann aber auch ganz normal zur Massenherstellung von Hologrammen verwendet werden. Wenn das Lacksystem keine Weichmacher enthält, die die Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung bzw. die Transferfolie angreifen, kann diese immer wieder verwendet werden, um eine große Anzahl von Hologrammen zu replizieren.Since the master device can be produced very inexpensively and quickly, the process is ideally suited for so-called "rapid prototyping". However, it can also be used quite normally for the mass production of holograms. If the coating system does not contain any plasticizers that attack the surface structure of the master device or the transfer film, this can be used again and again to replicate a large number of holograms.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch großflächige Hologramme bzw. mit Hologrammen versehene Produkte herstellen, die z.B. bahnför ig sein können. Wenn als Mastervorrichtung eine Polymerfolie verwendet wird, können derarige Produkte z.B. die Form von Rollen mit mehreren hundert Meter Länge und einer Bahbreite von z.B. 1 m haben, was sich mit den vorbekannten Verfahren nicht erreichen lässt.The method according to the invention can also be used to produce large-area holograms or products provided with holograms, which can be, for example, in web form. If a polymer film is used as the master device, such products can take the form of rolls with a length of several hundred meters and one Have a web width of, for example, 1 m, which cannot be achieved with the previously known methods.
Vorzugsweise weist die Mastervorrichtung eine Polymerfolie auf, deren Oberflächenstruktur lokal durch Erwärmen veränderbar ist, wobei beim Herstellen der Mastervorrichtung die vorgesehene Oberflächenstruktur durch lokale Erwärmung der Polymerfolie entsprechend der vorgesehenen holographischen Information erzeugt wird.The master device preferably has a polymer film, the surface structure of which can be changed locally by heating, the surface structure provided being produced during the manufacture of the master device by local heating of the polymer film in accordance with the holographic information provided.
Die Oberflächenstruktur oder Topographie der Polymerfolie lässt sich lokal verändern, indem zum Beispiel ein als Schreibstrahl dienender Laserstrahl auf die Polymerfolie, vorzugsweise deren Oberflächenzone, fokussiert wird, so dass die Lichtenergie dort absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Insbesondere wenn der Laserstrahl kurzzeitig (gepulst) eingestrahlt wird, bleibt die zu der lokalen Änderung der Oberflächenstruktur führende Materialveränderung in der Polymerfolie aufgrund der allgemein schlechten Wärmeleitfähigkeit des Polymers auf ein sehr enges Volumen begrenzt.The surface structure or topography of the polymer film can be changed locally, for example by focusing a laser beam serving as a writing beam on the polymer film, preferably its surface zone, so that the light energy is absorbed there and converted into thermal energy. Particularly when the laser beam is irradiated for a short time (pulsed), the material change in the polymer film which leads to the local change in the surface structure remains limited to a very narrow volume due to the generally poor thermal conductivity of the polymer.
Beim Herstellen der Mastervorrichtung wird die Strukturveränderung der Oberfläche der Polymerfolie vorzugsweise Punkt für Punkt induziert, wie weiter unten näher erläutert. Der lokale Bereich, der zum Speichern einer Informationseinheit vorgesehen ist und im Folgenden als "Pit" bezeichnet wird, hat typischerweise lineare seitliche Abmessungen (d.h. zum Beispiel eine Seitenlänge oder einen Durchmesser) in der Größenordnung von 0,5 μm bis 1 μm, aber auch andere Größen sind möglich. Das Höhen- profil der Polymerfolie ändert sich beim Verändern der Oberflächenstruktur in einem Pit typischerweise um 50 nm bis 500 nm, was im Einzelnen von den Eigenschaften und Betriebsbedingungen des Schreibstrahls sowie den Eigenschaften der Polymerfolie abhängt. Das Punktraster, d.h. der Mittenabstand zwischen zwei Pits, liegt typischerweise im Bereich von 1 μm bis 2 μm. Gene- rell gilt, dass kürzere Lichtweilenlängen des Schreibstrahls ein engeres Punktraster zulassen.When producing the master device, the structural change in the surface of the polymer film is preferably induced point by point, as explained in more detail below. The local area, which is provided for storing an information unit and is referred to below as "pit", typically has linear lateral dimensions (for example a side length or a diameter) in the range from 0.5 μm to 1 μm, but also other sizes are possible. The height profile of the polymer film typically changes by changing the surface structure in a pit by 50 nm to 500 nm, which depends in detail on the properties and operating conditions of the write beam and the properties of the polymer film. The dot matrix, ie the center distance between two pits, is typically in the range from 1 μm to 2 μm. generation The general rule is that shorter lengths of light on the writing beam allow a tighter grid of points.
Die Polymerfolie kann verstreckt sein und ist vorzugsweise bia- xial verstreckt, z.B. indem sie bei der Herstellung innerhalb ihrer Ebene in zwei senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen vorgespannt wird. Bei einer verstreckten Polymerfolie ist im Folienmaterial eine hohe Energiedichte gespeichert. Durch lokale Erwärmung unter Deposition einer verhältnismäßig geringen Ener- giemenge pro Flächeneinheit, z.B. mit Hilfe eines Schreib- strahls, kann eine relativ starke Materialänderung mit einer Veränderung der lokalen Oberflächenstruktur der Polymerfolie erzielt werden. Biaxial verstreckte Polymerfolien lassen sich aus kostengünstigen Massenkunststof en herstellen.The polymer film can be stretched and is preferably biaxially stretched, e.g. by prestressing it in its plane in two perpendicular directions during manufacture. With a stretched polymer film, a high energy density is stored in the film material. By local heating with the deposition of a relatively small amount of energy per unit area, e.g. with the help of a writing jet, a relatively strong change in material can be achieved with a change in the local surface structure of the polymer film. Biaxially stretched polymer films can be produced from inexpensive bulk plastics.
Verstreckte Polymerfolien in Kombination mit einem hoch auflösenden Schreibstrahl (wie er sich z.B. mit einem Laserlithographen erzielen lässt, siehe unten) sind zum Erreichen einer hohen Auflösung (also einer geringen Größe eines Pit, siehe oben) gut geeignet. Denn wegen der im Folienmaterial gespeicherten hohen Energiedichte kann ein Schreibstrahl mit relativ niedriger Leistung verwendet werden, wobei relativ kleine Pits erzeugt werden. Mit herkömmlichen Techniken wie der Herstellung von Mikro- strukturen durch direkte Laserbearbeitung mit Excimerlasern von 193 nm Wellenlänge lassen sich dagegen keine Auflösungen im Submikrometerbereich erzielen.Stretched polymer films in combination with a high-resolution writing beam (such as can be achieved with a laser lithograph, see below) are well suited for achieving a high resolution (i.e. a small pit size, see above). Because of the high energy density stored in the film material, a write beam with a relatively low power can be used, with relatively small pits being generated. By contrast, conventional techniques such as the production of microstructures by direct laser processing with excimer lasers of 193 nm wavelength cannot achieve resolutions in the submicron range.
Geeignete Materialien für die Polymerfolie sind z.B. Polypropylen, Polyester oder Polyvinylchlorid, wobei Polymerfolien, die ein derartiges Material aufweisen, vorzugsweise biaxial verstreckt sind. Eine höhere Temperaturstabilität und damit auch eine verbesserte Alterungsbeständigkeit und Lagerstabilität lässt sich mit Polymerfolien erzielen, die einen erhöhten Kri- stallitSchmelzpunkt oder eine höhere Glasübergangstemperatur haben. Beispiele für derartige Materialien sind Polyethylenter- ephthalat (PET) , Polymethylpenten (PMP; auch Poly-2-methylpen- ten) sowie Polyimid, wobei auch eine Polymerfolie aus derartigen Materialien vorzugsweise biaxial verstreckt ist . Bei höheren Intensitäten eines Schreibstrahls können auch andere Folientypen eingesetzt werden.Suitable materials for the polymer film are, for example, polypropylene, polyester or polyvinyl chloride, polymer films which have such a material preferably being biaxially stretched. A higher temperature stability and thus also an improved resistance to aging and storage stability can be achieved with polymer films which have an increased crystallite melting point or a higher glass transition temperature. Examples of such materials are polyethylene terephthalate (PET), polymethylpentene (PMP; also poly-2-methylpen- ten) and polyimide, a polymer film made from such materials also preferably being biaxially stretched. Other film types can also be used at higher intensities of a write beam.
Bevorzugte Dicken der Polymerfolie liegen im Bereich von 10 μm bis 200 μm, aber auch kleinere oder größere Dicken sind denkbar.Preferred thicknesses of the polymer film are in the range from 10 μm to 200 μm, but smaller or larger thicknesses are also conceivable.
Der Polymerfolie kann ein Absorberfarbstoff zugeordnet sein, der dazu eingerichtet ist, einen zum Eingeben von Information dienenden Schreibstrahl zumindest teilweise zu absorbieren und die dabei erzeugte Wärme zumindest teilweise lokal an die Polymerfolie abzugeben. Ein derartiger Absorberfarbstoff ermöglicht eine zur Veränderung der Oberflächenstruktur ausreichende lokale Erwärmung der Polymerfolie bei relativ geringer Intensität des Schreibstrahls. Vorzugsweise ist der Absorberfarbstoff in dem Material der Polymerfolie enthalten. Er kann aber auch in einer separaten Absorberschicht angeordnet sein, die vorzugsweise ein Bindemittel aufweist; Mischformen sind ebenfalls denkbar. So kann die Absorberschicht zum Beispiel eine dünne Schicht (z.B. einer Dicke von 0,5 μm bis 5 μm) aus einem Polymer aufweisenThe polymer film can be assigned an absorber dye which is set up to at least partially absorb a write beam used to enter information and to at least partially emit the heat generated thereby locally to the polymer film. Such an absorber dye enables local heating of the polymer film sufficient for changing the surface structure with a relatively low intensity of the write beam. The absorber dye is preferably contained in the material of the polymer film. However, it can also be arranged in a separate absorber layer, which preferably has a binder; Mixed forms are also conceivable. For example, the absorber layer can have a thin layer (e.g. a thickness of 0.5 μm to 5 μm) made of a polymer
(z.B. aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder, bei Anwendungen für höhere Temperatur, aus Polymethylpenten, Polyetheretherketon(e.g. from polymethyl methacrylate (PMMA) or, for higher temperature applications, from polymethylpentene, polyether ether ketone
(PEEK) oder Polyetherimid) , das als Matrix oder Bindemittel für die Moleküle des Absorberfarbstoffs dient. Das Absorptionsmaximum des Absorberfarbstoffs sollte mit der Lichtweilenlänge des verwendeten Schreibstrahls zusammenfallen, um eine effiziente Absorption zu erzielen. Für eine LichtWellenlänge von 532 nm eines von einem Laser erzeugten Schreibstrahls sind z.B. Farb- Stoffe aus der Sudanrot-Familie (Diazofarbstoffe) oder (für besonders polare Kunststoffe) Eosinscharlach geeignet. Für die gebräuchlichen Laserdioden mit einer Lichtwellenlänge von 665 nm oder 680 nm sind grüne Farbstoffe, z.B. aus der Styryl-Familie(PEEK) or polyetherimide), which serves as a matrix or binder for the molecules of the absorber dye. The absorption maximum of the absorber dye should coincide with the light length of the write beam used in order to achieve efficient absorption. For a light wavelength of 532 nm of a write beam generated by a laser, e.g. Dyes from the Sudan red family (diazo dyes) or (for particularly polar plastics) eosin scarlet are suitable. For the common laser diodes with a light wavelength of 665 nm or 680 nm, green dyes, e.g. from the Styryl family
(die als Laserfarbstoffe gebräuchlich sind), besser geeignet. Vorzugsweise wird beim Herstellen der Mastervorrichtung die vorgesehene, in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische Information als zweidimensionale Anordnung berechnet und ein Schreibstrahl einer Schreibeinrichtung, vorzugs- weise eines Laserlithographen, auf die Polymerfolie der Mastervorrichtung und/oder gegebenenfalls die zugeordnete Absorberschicht gerichtet und entsprechend der zweidi ensionalen Anordnung so angesteuert, dass die lokale Oberflächenstruktur der Polymerfolie gemäß der vorgesehenen holographischen Information eingestellt wird. Da die physikalischen Vorgänge bei der Streuung von Licht an einem Speicherobjekt bekannt sind, kann z.B. ein herkömmlicher Aufbau zum Erzeugen eines Hologramms (bei dem kohärentes Licht von einem Laser, das von einem Objekt (Speicherobjekt) gestreut wird, mit einem kohärenten Referenzstrahl zur Interferenz gebracht wird und das dabei entstehende Interferenzmuster als Hologramm aufgenommen wird) mit Hilfe eines Computerprogramms simuliert und das Interferenzmuster bzw. die Modulation für die Oberflächenstruktur der Polymerfolie als zweidimensionale Anordnung (zweidimensionaler Array) berechnet werden. Die Auflösung eines geeigneten Laserlithographen beträgt typischerweise etwa 50 000 dpi (dots per inch) . Damit kann die Oberflächenstruktur der Polymerfolie lokal in Bereichen oder Pits einer Größe von etwa 0,5 μm bis 1 μm verändert werden. Die Schreibgeschwindigkeit und andere Details hängen unter anderem von den Parametern des Schreiblasers (Laserleistung, Lichtwellenlänge) und der Belichtungsdauer sowie von den Eigenschaften der Polymerfolie und eines etwaigen Absorberfarbstoffs ab.(which are used as laser dyes), more suitable. When producing the master device, the holographic information provided in a hologram of a memory object is preferably calculated as a two-dimensional arrangement and a write beam from a writing device, preferably a laser lithograph, is directed onto the polymer film of the master device and / or, if appropriate, the associated absorber layer and corresponding to the two dimensional arrangement controlled so that the local surface structure of the polymer film is adjusted according to the intended holographic information. Since the physical processes involved in the scattering of light on a memory object are known, for example a conventional structure for generating a hologram (in which coherent light from a laser that is scattered by an object (memory object) can be brought into interference with a coherent reference beam is and the resulting interference pattern is recorded as a hologram) is simulated with the aid of a computer program and the interference pattern or the modulation for the surface structure of the polymer film is calculated as a two-dimensional arrangement (two-dimensional array). The resolution of a suitable laser lithograph is typically about 50,000 dpi (dots per inch). The surface structure of the polymer film can thus be changed locally in areas or pits with a size of approximately 0.5 μm to 1 μm. The writing speed and other details depend, among other things, on the parameters of the writing laser (laser power, light wavelength) and the exposure time, as well as on the properties of the polymer film and any absorber dye.
Vom Relief her ist die Oberflächenstruktur der Polymerfolie ein Negativ der holographischen Struktur, die bei einem reproduzierten Hologramm vorliegt und die die vorgesehene holographische Information enthält. Für ein holographisches Bild, das aus einem Hologramm rekonstruiert wird, ist es jedoch in der Regel ohne Einfluss, wenn in dem betreffenden Hologramm Vertiefungen und Erhebungen miteinander vertauscht werden. Anders als in der Fotographie liefern demnach ein "Positiv" und ein "Negativ" das gleiche rekonstruierte Bild. Daher muss bei der oben erläuterten Herstellung der Mastervorrichtung in der Regel zum Ansteuern des Schreibstrahls keine Umrechnung stattfinden, die berücksichtigt, dass die Oberflächenstruktur der Polymerfolie eigentlich ein Negativ der holographischen Struktur eines reproduzierten Hologramms ist .From the relief, the surface structure of the polymer film is a negative of the holographic structure that is present in a reproduced hologram and that contains the intended holographic information. For a holographic image that is reconstructed from a hologram, however, it is generally of no consequence if indentations and elevations are interchanged with one another in the hologram in question. Unlike in photography, a "positive" and a "negative" deliver that same reconstructed picture. Therefore, in the production of the master device explained above, as a rule, no conversion has to take place to control the write beam, which takes into account that the surface structure of the polymer film is actually a negative of the holographic structure of a reproduced hologram.
Die vorgesehene holographische Information wird also vorzugsweise in Form von Pits vorgegebener Größe gespeichert. Der Be- griff "Pit" ist hier allgemein im Sinne eines veränderten Bereichs und nicht eingeschränkt auf seine ursprünglichen Bedeutung als Loch oder Vertiefung zu verstehen. Dabei kann in einem Pit die holographische Information in binär kodierter Form gespeichert werden. Das heißt, im Bereich eines gegebenen Pits nimmt die Oberflächenstruktur der Polymerfolie der Mastervorrichtung (und somit die eines reproduzierten Hologramms) nur eine von zwei möglichen Grundformen an. Diese Grundformen unterscheiden sich vorzugsweise deutlich, damit in der Praxis vorkommende Zwischenformen, die nahe bei der einen oder der anderen Grundform liegen, eindeutig der einen oder der anderen Grundform zugeordnet werden können, um die Information zuverlässig und eindeutig zu speichern.The holographic information provided is therefore preferably stored in the form of pits of a predetermined size. The term "pit" is to be understood here generally in the sense of a changed area and not restricted to its original meaning as a hole or depression. The holographic information can be stored in binary coded form in a pit. That is, in the area of a given pit, the surface structure of the polymer film of the master device (and thus that of a reproduced hologram) takes on only one of two possible basic shapes. These basic forms preferably differ significantly, so that intermediate forms occurring in practice, which are close to one or the other basic form, can be clearly assigned to one or the other basic form in order to store the information reliably and unambiguously.
Alternativ kann in einem Pit die holographische Information in kontinuierlich kodierter Form gespeichert werden, wobei die lokale maximale Höhenänderung in dem Pit aus einem vorgegebenen Wertebereich ausgewählt wird. Dies bedeutet, dass in einem gegebenen Pit die Oberflächenstruktur der Polymerfolie der Mastervorrichtung (und somit die eines reproduzierten Hologramms) Zwischenformen zwischen zwei Grundformen annehmen kann, so dass die maximale Hδhenänderung der vorliegenden Zwischenform einen Wert aus einem vorgegebenen Wertebereich annimmt, dessen Grenzen durch die maximalen Höhenänderungen der beiden Grundformen gegeben sind. In diesem Fall lässt sich die Information also "in Graustufen" abspeichern, so dass jedem Pit der Informationsgehalt von mehr als einem Bit zukommt. Prinzipiell eignen sich für den strahlenhärtbaren Lack alle Lacke, die sich nach Zusatz von Photoinitiatoren härten, also durchpolymerisieren lassen. Besonders geeignet sind radikalisch polymerisierbare Lacke auf Acrylatbasis und kationisch polymeri- sierbare Epoxidharze. Vorzugsweise wird der Lack mit einem Mehrwalzen-Auftragswerk auf die Oberflächenstruktur der Mastervorrichtung aufgebracht.Alternatively, the holographic information can be stored in a pit in a continuously coded form, the local maximum height change in the pit being selected from a predetermined range of values. This means that in a given pit the surface structure of the polymer film of the master device (and thus that of a reproduced hologram) can assume intermediate forms between two basic forms, so that the maximum change in height of the present intermediate form assumes a value from a predetermined value range, the limits of which are limited by the maximum Changes in height of the two basic forms are given. In this case, the information can be stored "in grayscale" so that each pit has more than one bit of information. In principle, all varnishes are suitable for the radiation-curable varnish, which can be hardened after the addition of photoinitiators, i.e. polymerized through. Radically polymerizable lacquers based on acrylate and cationically polymerizable epoxy resins are particularly suitable. The varnish is preferably applied to the surface structure of the master device using a multi-roller applicator.
Nach dem Ablösen des gehärteten Lackes als reproduziertes Holo- gramm von der Mastervorrichtung können weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein. So kann z.B. gegebenenfalls eine Nachhärtung erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die mit der holographischen Struktur versehene Oberfläche der reproduzierten Hologramme verspiegelt. Ein derartiges Hologramm lässt sich in Reflexion lesen (siehe unten) , wobei das zum Lesen verwendete Licht entweder direkt auf die verspiegelte Oberfläche fallen oder zunächst das Lackmaterial durchdringen kann, wobei es also von der Rückseite her auf die verspiegelte Oberfläche trifft; im letzteren Fall muss der Lack für das verwendete Licht transpa- rent sein. Es ist auch denkbar, die Oberfläche der reproduzierten Hologramme, die der mit der holographischen Struktur versehenen Oberfläche gegenüberliegt, zu verspiegeln. In diesem Falle wird die holographische Information mit Hilfe von Licht ausgelesen, das auf die holographische Struktur trifft, das Lackmaterial durchdringt und dann an der verspiegelten Oberfläche reflektiert wird.After the hardened lacquer has been removed as a reproduced hologram from the master device, further method steps can be provided. For example, if necessary, post-curing. In a preferred embodiment, the surface of the reproduced holograms provided with the holographic structure is mirrored. Such a hologram can be read in reflection (see below), the light used for reading either falling directly on the mirrored surface or initially penetrating the lacquer material, thus hitting the mirrored surface from the rear; in the latter case, the lacquer must be transparent to the light used. It is also conceivable to mirror the surface of the reproduced holograms, which is opposite the surface provided with the holographic structure. In this case, the holographic information is read out with the aid of light which strikes the holographic structure, penetrates the lacquer material and is then reflected on the mirrored surface.
In weiteren Verfahrensschritten kann es vorgesehen sein, auf die reproduzierten Hologramme eine Schutzschicht aufzubringen und/ oder die reproduzierten Hologramme auf einen Träger aufzubringen.In further method steps, it can be provided to apply a protective layer to the reproduced holograms and / or to apply the reproduced holograms to a carrier.
Aus einem reproduzierten Hologramm kann Information ausgelesen werden, indem Licht, vorzugsweise kohärentes Licht (z.B. von einem Laser) , großflächig auf die mit der holographischen Struktur versehene Oberfläche des Hologramms gerichtet und von der Oberflächenstruktur moduliert wird. Als Rekonstruktion der in dem von dem Licht erfassten Bereich enthaltenen holographischen Information wird ein holographisches Bild in einem Abstand zu dem Datenspeicher erfasst, z.B. mit einem CCD-Sensor, der mit einer Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist .Information can be read from a reproduced hologram in that light, preferably coherent light (for example from a laser), is directed over a large area at the surface of the hologram provided with the holographic structure and from that Surface structure is modulated. As a reconstruction of the holographic information contained in the area captured by the light, a holographic image is captured at a distance from the data memory, for example with a CCD sensor, which is connected to a data processing device.
Unter dem Begriff "großflächig" ist eine Fläche zu verstehen, die deutlich größer ist als die Fläche eines Pits. In diesem Sinne ist z.B. eine Fläche von 1 mm2 großflächig. Für das Schema, nach dem Information in einem reproduzierten Hologramm abgelegt und daraus ausgelesen wird, gibt es viele verschiedene Möglichkeiten. Es ist denkbar, das Hologramm auf einmal auszulesen, indem dessen gesamte, mit der holographischen Struktur versehene Oberfläche auf einmal bestrahlt wird. Insbesondere bei größeren Flächen ist es jedoch vorteilhaft, die zu speichernde Information auf eine Anzahl oder Vielzahl von Einzelbereichen aufzuteilen (z.B. mit einer jeweiligen Fläche von 1 mm2) und die Information lediglich aus einem vorgegebenen Einzelbereich auf einmal auszulesen.The term "large area" is to be understood as an area which is significantly larger than the area of a pit. In this sense, for example, an area of 1 mm 2 is large. There are many different options for the scheme according to which information is stored in a reproduced hologram and read from it. It is conceivable to read out the hologram at once by irradiating its entire surface provided with the holographic structure at once. Particularly in the case of larger areas, however, it is advantageous to divide the information to be stored into a number or a large number of individual areas (for example with a respective area of 1 mm 2 ) and to read out the information only from a predetermined individual area at once.
Beim Auslesen von Information kommt es durch die lokal variierende Oberflächenstruktur des reproduzierten Hologramms, also die regional unterschiedliche Topographie, zu Laufzeitunterschieden der von verschiedenen Punkten ausgehenden Lichtwellen, also letztlich zu einer periodischen Phasenmodulation. Dies gilt sowohl für Anordnungen, bei denen das Material des reproduzierten Hologramms durchstrahlt wird (mit oder ohne Reflexion) als auch für Anordnungen, bei denen es nicht durchstrahlt wird (direkte Reflexion an der Oberflächenstruktur) . Der von dem Licht erfasste Bereich des reproduzierten Hologramms wirkt so wie ein Beugungsgitter, das einfallendes Licht in einer definierten Art und Weise ablenkt. Das abgelenkte Licht formt ein Bild des Speicherobjekts, das die Rekonstruktion von in dem Hologramm kodierter Information darstellt. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hologramme lassen sich für unterschiedliche Arten von Speicherobjekten nutzen. So können sowohl die in Bildern wie z.B. Fotographien, Logos, Schrift, usw. enthaltene Information als auch maschinen- lesbare Daten abgespeichert sein. Letzteres erfolgt beispielsweise in Form sogenannter Datenseiten, wobei die in einem Hologramm eines graphischen Bitmusters (das die Dateninformation darstellt) enthaltene holographische Information genutzt wird. Beim Auslesen entsteht ein holographisches Bild dieses graphi- sehen Bitmusters. Die darin enthaltene Information kann z.B. mit Hilfe eines genau justierten CCD-Sensors erfasst und über zugehörige Auswertesoftware verarbeitet werden. Für die Wiedergabe von Bildern, bei denen es nicht auf eine hohe Genauigkeit ankommt, reicht im Prinzip bereits eine einfache Mattscheibe oder z.B. eine Kamera mit einem LCD-Bildschirm.When reading out information, the locally varying surface structure of the reproduced hologram, that is to say the regionally different topography, leads to differences in the transit time of the light waves emanating from different points, that is to say ultimately to a periodic phase modulation. This applies both to arrangements in which the material of the reproduced hologram is irradiated (with or without reflection) and to arrangements in which it is not irradiated (direct reflection on the surface structure). The area of the reproduced hologram captured by the light acts like a diffraction grating, which deflects incident light in a defined manner. The deflected light forms an image of the storage object that represents the reconstruction of information encoded in the hologram. The holograms produced with the method according to the invention can be used for different types of memory objects. In this way, the information contained in images such as photographs, logos, writing, etc. and machine-readable data can be stored. The latter takes place, for example, in the form of so-called data pages, the holographic information contained in a hologram of a graphic bit pattern (which represents the data information) being used. When reading out, a holographic image of this graphical bit pattern is created. The information contained therein can be recorded, for example, with the aid of a precisely adjusted CCD sensor and processed using the associated evaluation software. In principle, a simple matte screen or, for example, a camera with an LCD screen is sufficient for the reproduction of images where high accuracy is not important.
Bei der holographischen Speicherung maschinenlesbarer Daten ist es vorteilhaft, dass die Information nicht sequentiell ausgelesen werden muss, sondern dass ein ganzer Datensatz auf einmal erfasst werden kann, wie erläutert. Sollte die Oberfläche der Speicherschicht beschädigt sein, so führt dies im Gegensatz zu einem herkömmlichen Datenspeicher nicht zu einem Datenverlust, sondern lediglich zu einer Verschlechterung der Auflösung des beim Auslesen der Information rekonstruierten holographischen Bildes, was in der Regel unproblematisch ist.In the case of holographic storage of machine-readable data, it is advantageous that the information does not have to be read out sequentially, but that an entire data set can be recorded at once, as explained. In contrast to a conventional data storage device, if the surface of the storage layer is damaged, this does not lead to data loss, but rather only to a deterioration in the resolution of the holographic image reconstructed when the information is read out, which is generally not a problem.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eine Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die Zeichnungen zeigen inThe invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment. The drawings show in
Figur 1 eine schematische Darstellung, die das Erzeugen einer reliefartigen Oberflächenstruktur in einer Polymerfolie beim Herstellen einer Mastervorrichtung in dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht,FIG. 1 shows a schematic illustration which illustrates the production of a relief-like surface structure in a polymer film when producing a master device in the method according to the invention,
Figur 2 eine schematische Darstellung der reliefartigen Oberflächenstruktur der Polymerfolie, Figur 3 eine schematische Darstellung, die das Aufbringen von Lack auf die Oberflächenstruktur der Polymerfolie zeigt,FIG. 2 shows a schematic illustration of the relief-like surface structure of the polymer film, FIG. 3 shows a schematic illustration which shows the application of lacquer to the surface structure of the polymer film,
Figur 4 eine schematische Darstellung, die das Härten des Lak- kes veranschaulicht,FIG. 4 shows a schematic illustration which illustrates the hardening of the paint,
Figur 5 eine schematische Darstellung, die das Ablösen des gehärteten Lackes als reproduziertes Hologramm von der Polymerfolie zeigt, undFigure 5 is a schematic representation showing the detachment of the hardened lacquer as a reproduced hologram from the polymer film, and
Figur 6 eine schematische Darstellung des reproduzierten Hologramms .Figure 6 is a schematic representation of the reproduced hologram.
Die Figuren 1 bis 6 veranschaulichen aufeinanderfolgene Schritte bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Herstellen von Hologrammen.Figures 1 to 6 illustrate successive steps in the implementation of an embodiment of the method for producing holograms.
Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst eine Mastervor- richtung 1 bereitgestellt bzw. hergestellt, mit deren Hilfe zu reproduzierende Hologramme hergestellt werden sollen.To carry out the method, a master device 1 is first provided or manufactured, with the aid of which holograms to be reproduced are to be produced.
In Figur 1 ist in schematischer Längsschnittansieht dargestellt, wie in der Mastervorrichtung 1 eine reliefartige Oberflächen- Struktur erzeugt wird, die vom Relief her ein Negativ der für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur darstellt. Die Mastervorrichtung 1 weist eine Polymerfolie 2 auf, die auf einem in Figur 1 nicht eingezeichneten Träger gehalten werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist die Polymerfolie 2 eine biaxial verstreckte Polyesterfolie und hat eine Dicke von 50 μm (Hersteller Mitsubishi, Typ Hostaphan RN50) .FIG. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of how a relief-like surface structure is generated in the master device 1, which in relief represents a negative of the holographic structure provided for the holograms to be reproduced. The master device 1 has a polymer film 2 which can be held on a carrier (not shown in FIG. 1). In the exemplary embodiment, the polymer film 2 is a biaxially stretched polyester film and has a thickness of 50 μm (manufacturer Mitsubishi, type Hostaphan RN50).
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Polymerfolie 2 ist in dem Material der Polymerfolie 2 ein Absorberfarbstoff enthalten, der Licht eines Schreibstrahls absorbiert und in Wärme umwan- delt. Als Absorberfarbstoff kann zum Beispiel Sudanrot 7B verwendet werden, das besonders gut Licht im Wellenlängenbereich um 532 nm absorbiert; diese Wellenlänge ist für einen Schreibstrahl eines Laserlithographen denkbar. Auch andere Absorberfarbstoffe sind möglich. So eignen sich grüne Farbstoffe, z.B. aus der Styryl-Familie, besonders für Lichtweilenlängen von 650 bis 660 nm oder 685 nm, bei denen die Laserdioden derzeitiger DVD-Geräte arbeiten; die Pulse derartiger Laserdioden können direkt moduliert werden, was die Pulserzeugung wesentlich vereinfacht und verbilligt. Für zukünftige Anwendungen sind Laser im Wellenlängenbereich von 390 bis 410 nm vorgesehen. Hierfür eignen sich Absorberfarbstoffe, die im blauen Bereich des Spektrums absorbieren, wie z.B. Vertreter der Coumarinfamilie.In an alternative embodiment of the polymer film 2, the material of the polymer film 2 contains an absorber dye which absorbs light from a writing beam and converts it to heat. delt. Sudan red 7B, for example, can be used as the absorber dye, which absorbs light particularly well in the wavelength range around 532 nm; this wavelength is conceivable for a write beam from a laser lithograph. Other absorber dyes are also possible. Green dyes, for example from the Styryl family, are particularly suitable for light lengths from 650 to 660 nm or 685 nm, in which the laser diodes of current DVD devices work; the pulses of such laser diodes can be modulated directly, which considerably simplifies and reduces the cost of generating pulses. Lasers in the wavelength range from 390 to 410 nm are planned for future applications. Absorber dyes that absorb in the blue region of the spectrum, such as representatives of the coumarin family, are suitable for this.
Die Polymerfolie 2 mit dem Absorberfarbstoff hat eine bevorzugte optische Dichte im Bereich von 0,2 bis 1,0; andere Werte sind aber ebenfalls möglich. Die optische Dichte ist ein Maß für die Absorption, hier bezogen auf die Lichtwellenlänge eines Schreibstrahls. Definiert ist die optische Dichte als negativer dekadi- scher Logarithmus der Transmission durch die Absorberschicht, was mit dem Produkt des Extinktionskoeffizienten bei der verwendeten Wellenlänge des Schreibstrahls, der Konzentration des Absorberfarbstoffs in der Polymerfolie 2 und der Dicke der Polymerfolie 2 übereinstimmt.The polymer film 2 with the absorber dye has a preferred optical density in the range from 0.2 to 1.0; other values are also possible. The optical density is a measure of the absorption, here based on the light wavelength of a write beam. The optical density is defined as a negative decimal logarithm of the transmission through the absorber layer, which corresponds to the product of the extinction coefficient at the wavelength of the write beam used, the concentration of the absorber dye in the polymer film 2 and the thickness of the polymer film 2.
Der Absorberfarbstoff erleichtert das lokale Erwärmen der Polymerfolie 2. Insbesondere bei einer ausreichend großen Leistung eines gepulsten Schreibstrahls oder bei Verwendung sehr kurzer Pulse (ps oder fs) kann aber auf den Absorberfarbstoff verzich- tet werden.The absorber dye facilitates local heating of the polymer film 2. However, the absorber dye can be dispensed with, in particular if the pulsed write beam has a sufficiently high output or if very short pulses (ps or fs) are used.
Die Figur 1 zeigt, wie ein Schreibstrahl 4 mit Hilfe einer Linse 5 auf die Polymerfolie 2 fokussiert wird, und zwar vorzugsweise in deren Oberflächenzone. Die Lichtenergie des Schreibstrahls 4 wird in Wärme umgewandelt. In Figur 1 sind zwei Schreibstrahlen 4 und zwei Linsen 5 eingezeichnet, um das Verändern der Ober- flächenstruktur der Polymerfolie 2 an zwei verschiedenen Stellen zu veranschaulichen. In der Praxis fährt der Schreibstrahl 4 jedoch vorzugsweise sequentiell über die Oberfläche der Polymerfolie 2. Zum Eingeben der Information eignet sich zum Beispiel ein Laserlithograph mit einer Auflösung von etwa 50 000 dpi (d.h. etwa 0,5 μm) . Der Schreibstrahl des Laserlithographen wird im gepulsten Betrieb (typische Pulsdauer von etwa 1 μs bis etwa 10 μs bei einer Strahlleistung von etwa 1 mW bis etwa 10 mW zum Belichten bzw. Erwärmen einer Stelle) über die Polymerfolie 2 geführt, also in der Regel in zwei Raumrichtungen, um die gewünschte Änderung der Oberflächenstruktur sequentiell zu bewirken.FIG. 1 shows how a writing beam 4 is focused on the polymer film 2 with the aid of a lens 5, preferably in its surface zone. The light energy of the writing beam 4 is converted into heat. In Figure 1, two writing rays 4 and two lenses 5 are drawn in order to change the top To illustrate the surface structure of the polymer film 2 at two different locations. In practice, however, the writing beam 4 preferably moves sequentially over the surface of the polymer film 2. For example, a laser lithograph with a resolution of approximately 50,000 dpi (ie approximately 0.5 μm) is suitable for entering the information. The write beam of the laser lithograph is guided over the polymer film 2 in pulsed operation (typical pulse duration from approximately 1 μs to approximately 10 μs with a beam power of approximately 1 mW to approximately 10 mW for exposing or heating one location), that is to say usually in two Spatial directions in order to effect the desired change in the surface structure sequentially.
Figur 2 zeigt das Ergebnis der Einwirkung des gepulsten Schreib- Strahls 4. Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Materials der Polymerfolie 2 kommt es in einem eng begrenzten Volumen zu einer signifikanten Temperaturerhöhung, bei der sich die Oberflächenstruktur der Polymerfolie 2 lokal verändert. Auf diese Weise entsteht ein Pit 6, d.h. der lokale Bereich, in dem in einem mit Hilfe der Mastervorrichtung 1 reproduzierten HologrammFIG. 2 shows the result of the action of the pulsed write beam 4. Because of the poor thermal conductivity of the material of the polymer film 2, there is a significant increase in temperature in a narrowly limited volume, at which the surface structure of the polymer film 2 changes locally. This creates a pit 6, i.e. the local area in which a hologram reproduced with the aid of the master device 1
Information abgelegt ist. Zu jedem Pit 6 gehört eine zentrale Vertiefung 8, die von einer peripheren Aufwerfung 9 umgeben ist. Der Niveauunterschied zwischen dem tiefsten Punkt der Vertiefung 8 und dem höchsten Punkt der Aufwerfung 9, d.h. die lokale maxi- male Höhenänderung der Oberflächenstruktur in dem Pit 6, ist in Figur 2 mit H bezeichnet. H liegt typischerweise im Bereich von 50 nm bis 500 nm. Der Abstand zwischen den Zentren zweier benachbarter Pits 6, d.h. das Punktraster R, liegt vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 2 μm. Im Ausführungsbeispiel hat ein Pit 6 einen Durchmesser von etwa 0,8 μm. Andere Formen als kreisrundeInformation is filed. Each pit 6 has a central depression 8 which is surrounded by a peripheral projection 9. The level difference between the lowest point of the depression 8 and the highest point of the posing 9, i.e. the local maximum change in height of the surface structure in the pit 6 is denoted by H in FIG. H is typically in the range of 50 nm to 500 nm. The distance between the centers of two adjacent pits 6, i.e. the dot matrix R is preferably in the range from 1 μm to 2 μm. In the exemplary embodiment, a pit 6 has a diameter of approximately 0.8 μm. Other shapes than circular
Pits 6 sind ebenfalls möglich. Vorzugsweise beträgt die typische Abmessung eines Pits etwa 0,5 μm bis 1,0 μm.Pits 6 are also possible. The typical dimension of a pit is preferably about 0.5 μm to 1.0 μm.
In einem Pit kann die Information in binär kodierter Form ge- speichert sein, indem H nur zwei verschiedene Werte annimmtThe information can be stored in a binary-coded form in a pit by H only taking two different values
(wobei einer der beiden Werte vorzugsweise 0 ist) . Es ist auch möglich, in einem Pit die Information in kontinuierlich kodierter Form zu speichern, wobei H für ein gegebenes Pit einen beliebig ausgewählten Wert aus einem vorgegebenen Wertebereich einnehmen kann. Anschaulich gesprochen, ist bei Speicherung in binär kodierter Form ein Pit "schwarz" oder "weiß", während es bei Speicherung in kontinuierlich kodierter Form auch alle dazwischen liegenden Grauwerte annehmen kann.(where one of the two values is preferably 0). It is also possible to store the information in a pit in a continuously coded form, where H can take any value from a given range of values for a given pit. Clearly speaking, when stored in binary-coded form, a pit is "black" or "white", while when stored in continuously coded form it can also assume all the gray values in between.
Um die Form der reliefartigen Oberflächenstruktur der Polymerfo- lie 2 zu bestimmen, die der für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur entspricht, wird zunächst in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische Information als zweidimensionale Anordnung berechnet. Dies kann zum Beispiel als Simulation eines klassischen Aufbaus zum Erzeugen eines fotographisch erfassten Hologramms durchgeführt werden, bei dem kohärentes Licht von einem Laser, das von dem Speieherobjekt gestreut wird, mit einem kohärenten Referenzstrahl zur Interferenz gebracht und das dabei entstehende Modulationsmuster als Hologramm aufgenommen wird. Die zweidi- mensionale Anordnung (zweidimensionaler Array) enthält die Information, die zum Ansteuern des Schreibstrahls eines weiter oben bereits erläuterten Laserlithographen erforderlich ist. Eine Umrechnung, um zu berücksichtigen, dass die Oberflächenstruktur der Polymerfolie 2 eigentlich ein Negativ der für die zu reproduzierenden Hologramme vorgesehenen holographischen Struktur darstellt, ist nicht erforderlich, wie weiter oben erläutert. Wenn der Schreibstrahl des Laserlithographen im gepulsten Betrieb über die Oberseite der Polymerfolie 2 geführt wird, erwärmt er die Polymerfolie 2 entsprechend dem zweidimen- sionalen Array. Dabei werden die Pits 6 erzeugt, wie oben gesehen.In order to determine the shape of the relief-like surface structure of the polymer film 2, which corresponds to the holographic structure provided for the holograms to be reproduced, holographic information contained in a hologram of a memory object is first calculated as a two-dimensional arrangement. This can be carried out, for example, as a simulation of a classic setup for generating a photographically recorded hologram, in which coherent light from a laser that is scattered by the storage object is brought into interference with a coherent reference beam and the resulting modulation pattern is recorded as a hologram. The two-dimensional arrangement (two-dimensional array) contains the information required to control the write beam of a laser lithograph already explained above. A conversion to take into account that the surface structure of the polymer film 2 actually represents a negative of the holographic structure provided for the holograms to be reproduced is not necessary, as explained above. If the write beam of the laser lithograph is guided over the upper side of the polymer film 2 in pulsed operation, it heats the polymer film 2 in accordance with the two-dimensional array. The pits 6 are generated as seen above.
Im nächsten Verfahrensschritt wird auf die in der beschriebenenThe next step in the process is based on that described in
Weise erzeugte reliefartige Oberflächenstruktur (im Folgenden mit 10 bezeichnet) der Polymerfolie- 2 ein Lack 12 aufgetragen.Relief-like surface structure (referred to as 10 in the following) of the polymer film 2 applied a varnish 12.
Dies ist in Figur 3 veranschaulicht. Im Ausführungsbeispiel dient ein aliphatisches Polyurethanacrylat als Lacksystem, wobei der Lack 12 in einer Schichtdicke von 75 μm aufgetragen wird. In der Darstellung gemäß Figur 3 tritt der Lack 12 aus einer Düse 14 aus. In der Praxis ist jedoch ein Mehrwalzen-Auftragswerk besser zum Aufbringen des Lacks 12 geeignet. Zunächst ist die Oberfläche 16 des Lacks 12 etwas wellig, sie verläuft aber bei horizontaler Ausrichtung der Polymerfolie 2. Die Unterseite 18 der Lackschicht passt sich genau der reliefartigen Oberflächenstruktur 10 der Polymerfolie 2 an.This is illustrated in Figure 3. In the embodiment An aliphatic polyurethane acrylate serves as the lacquer system, the lacquer 12 being applied in a layer thickness of 75 μm. In the illustration according to FIG. 3, the paint 12 emerges from a nozzle 14. In practice, however, a multi-roller applicator is more suitable for applying the lacquer 12. First, the surface 16 of the lacquer 12 is somewhat wavy, but it runs when the polymer film 2 is oriented horizontally. The underside 18 of the lacquer layer adapts exactly to the relief-like surface structure 10 of the polymer film 2.
In Figur 4 ist dargestellt, wie der Lack 12 gehärtet wird. Dazu dient im Ausführungsbeispiel Elektronenstrahlung 20, die eine Vernetzung des aliphatischen Polyurethanacrylats bewirkt.FIG. 4 shows how the lacquer 12 is hardened. In the exemplary embodiment, electron radiation 20 is used for this purpose, which causes the aliphatic polyurethane acrylate to crosslink.
Nach dem Härten der Lackschicht lässt sich der Lack 12 als reproduziertes Hologramm 22 von der Polymerfolie 2 ablösen. Wie in Figur 5 dargestellt, erfolgt dies im Ausführungsbeispiel durch Zug in Richtung des Pfeiles .After the lacquer layer has hardened, the lacquer 12 can be detached from the polymer film 2 as a reproduced hologram 22. As shown in Figure 5, this is done in the embodiment by pulling in the direction of the arrow.
Figur 6 zeigt das reproduzierte Hologramm 22, nachdem es von der Mastervorrichtung 1 getrennt ist . Es hat an seiner in der Darstellung gemäß Figur 6 nach unten weisenden Seite eine holographische Struktur 24, die vom Relief her ein Negativ der relief- artigen Oberflächenstruktur 10 der Polymerfolie 2 ist. In der holographischen Struktur 24 ist holographische Information in Form von Pits 26 gespeichert.FIG. 6 shows the reproduced hologram 22 after it has been separated from the master device 1. It has a holographic structure 24 on its side pointing downward in the illustration according to FIG. 6, which is a negative of the relief-like surface structure 10 of the polymer film 2 from the relief. Holographic information in the form of pits 26 is stored in the holographic structure 24.
■ In einem weiteren Verfahrensschritt kann die mit der holographischen Struktur 24 versehene Oberfläche des reproduzierten Holo- gramms 22 verspiegelt werden, z.B. durch Aufdampfen einer dünnen Aluminiumschicht. Es ist auch denkbar, stattdessen die gegenüberliegende Oberfläche 28 zu verspiegeln. Diese Reflexions- schichten können für das Auslesen der holographischen Information nützlich sein, wie weiter oben erläutert. In a further method step, the surface of the reproduced hologram 22 provided with the holographic structure 24 can be mirrored, e.g. by evaporating a thin layer of aluminum. It is also conceivable to instead mirror the opposite surface 28. These reflection layers can be useful for reading out the holographic information, as explained above.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Herstellen von Hologrammen, mit den Schritten:Method of making holograms, comprising the steps:
- Bereitstellen einer Mastervorrichtung (1) mit einer reliefartigen Oberflächenstruktur (10) aus Kunststoff, die der vorgesehenen holographischen Struktur (24) entspricht,Providing a master device (1) with a relief-like surface structure (10) made of plastic, which corresponds to the intended holographic structure (24),
- Aufbringen eines strahlenhärtbaren Lackes (12) auf die Oberflächenstruktur (10) der Mastervorrichtung (1) ,- applying a radiation-curable lacquer (12) to the surface structure (10) of the master device (1),
- Härten des Lackes (12) ,- hardening of the paint (12),
- Ablösen des gehärteten Lackes (12) als reproduziertes Hologramm (22) von der Mastervorrichtung (1) .- Detaching the hardened lacquer (12) as a reproduced hologram (22) from the master device (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastervorrichtung (1) eine Polymerfolie (2) aufweist, deren Oberflächenstruktur lokal durch Erwärmen veränderbar ist, und dass beim Herstellen der Mastervorrichtung (1) die vor- gesehene Oberflächenstruktur (10) durch lokale Erwärmung der Polymerfolie (2) entsprechend der vorgesehenen holographischen Information erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the master device (1) has a polymer film (2), the surface structure of which can be changed locally by heating, and that when the master device (1) is produced, the provided surface structure (10) by local Heating the polymer film (2) is generated in accordance with the holographic information provided.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfolie (2) verstreckt ist, vorzugsweise biaxial verstreckt .3. The method according to claim 2, characterized in that the polymer film (2) is stretched, preferably biaxially stretched.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerfolie (2) ein Material aufweist, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Polypropylen, Polyester, Polyethylenterephthalat, Polymethylpenten, Polyvinylchlorid, Polyimid.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the polymer film (2) has a material which is selected from the following group: polypropylene, polyester, polyethylene terephthalate, polymethylpentene, polyvinyl chloride, polyimide.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 , dadurch gekenn- zeichnet, dass der Polymerfolie (2) ein Absorberfarbstoff zugeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, einen zum Eingeben von Information dienenden Schreibstrahl (4) zumindest teilweise zu absorbieren und die dabei erzeugte Wärme zumindest teilweise lokal an die Polymerfolie (2) abzugeben. 5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the polymer film (2) is assigned an absorber dye, which is set up to at least partially absorb a writing beam (4) used for entering information and to thereby generate the writing beam To give up heat at least partially locally to the polymer film (2).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Material der Polymerfolie Absorberfarbstoff enthalten ist.6. The method according to claim 5, characterized in that absorber dye is contained in the material of the polymer film.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Absorberfarbstoff in einer separaten Absorberschicht angeordnet ist, wobei die Absorberschicht vorzugsweise ein Bindemittel aufweist.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the absorber dye is arranged in a separate absorber layer, the absorber layer preferably having a binder.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgesehene, in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische Information als zweidimensionale Anordnung berechnet wird und ein Schreib- strahl (4) einer Schreibeinrichtung, vorzugsweise eines Laserlithographen, auf die Polymerfolie (2) der Mastervorrichtung (1) und/oder gegebenenfalls die zugeordnete Absorberschicht gerichtet und entsprechend der zweidimensionalen Anordnung so angesteuert wird, dass die lokale Oberflächenstruktur (10) der Polymerfolie (2) gemäß der vorgesehenen holographischen Information eingestellt wird.8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the intended holographic information contained in a hologram of a memory object is calculated as a two-dimensional arrangement and a writing beam (4) of a writing device, preferably a laser lithograph, on the polymer film ( 2) the master device (1) and / or, if applicable, the assigned absorber layer is directed and controlled in accordance with the two-dimensional arrangement in such a way that the local surface structure (10) of the polymer film (2) is adjusted in accordance with the holographic information provided.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgesehene holographische Information in Form von Pits (6, 26) vorgegebener Größe gespeichert wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the holographic information provided is stored in the form of pits (6, 26) of predetermined size.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pit (6, 26) die holographische Information in binär kodierter Form gespeichert wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the holographic information is stored in a binary-coded form in a pit (6, 26).
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Pit (6, 26) die holographische Information in kontinuierlich kodierter Form gespeichert wird, wobei die lokale maximale Höhenänderung (H) in dem Pit (6, 26) aus einem vorgegebenen Wertebereich ausgewählt wird. 11. The method according to claim 9, characterized in that the holographic information is stored in a continuously coded form in a pit (6, 26), the local maximum height change (H) in the pit (6, 26) being selected from a predetermined range of values becomes.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlenhärtbare Lack (12) mindestens eine der aus der folgenden Gruppe ausgewählten Komponenten aufweist: radikalisch polymerisierbare Lacke auf Acrylatba- sis, kationisch polymerisierbare Epoxidharze.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the radiation-curable lacquer (12) has at least one of the components selected from the following group: radically polymerizable lacquers based on acrylate, cationically polymerizable epoxy resins.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (12) mit einem Mehrwalzen-Auftrags- werk auf die Oberflächenstruktur (10) der Mastervorrichtung (1) aufgebracht wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the lacquer (12) is applied to the surface structure (10) of the master device (1) with a multi-roller application unit.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, dass der Lack mit Ultraviolettstrahlung gehärtet wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the lacquer is cured with ultraviolet radiation.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (12) mit Elektronenstrahlung gehärtet wird.15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the lacquer (12) is cured with electron radiation.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der holographischen Struktur (24) versehene Oberfläche der reproduzierten Hologramme (22) verspiegelt wird.16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the surface of the reproduced holograms (22) provided with the holographic structure (24) is mirrored.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (28) der reproduzierten Hologramme (22) , die der mit der holographischen Struktur (24) versehenen Oberfläche gegenüberliegt, verspiegelt wird.17. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the surface (28) of the reproduced holograms (22), which is opposite the surface provided with the holographic structure (24), is mirrored.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf die reproduzierten Hologramme (22) eine Schutzschicht aufgebracht wird.18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized in that a protective layer is applied to the reproduced holograms (22).
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn- zeichnet, dass die reproduzierten Hologramme (22) auf einen Träger aufgebracht werden. 19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the reproduced holograms (22) are applied to a carrier.
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