BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die kontinuierliche Replikation eines Masterhologramms in ein flüssiges Fotopolymer.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Beschichtungsmodul dazu eingerichtet, ein flüssiges Fotopolymer auf eine erste Trägerfolie zu beschichten, ein Laminierungsmodul dazu eingerichtet, auf die mit dem Fotopolymer beschichtete erste T rägerfolie eine zweite T rägerfolie aufzutragen, um einen Fotopolymerverbund umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht zwischen zwei Trägerfolien zu erhalten, ein Belichtungsmodul umfassend eine Lichtquelle und ein Masterelement, wobei das Masterelement ein Masterhologramm autweist und axial rotierbar gelagert ist. Das Belichtungsmodul ist dazu eingerichtet, den Fotopolymerverbund in einen optischen Kontakt mit dem Masterelement zu bringen, während die Lichtquelle das Masterhologramm zum Erhalt eines replizierten Hologramms auf einen Bereich des Fotopolymerverbunds belichtet. Die Vorrichtung umfasst zudem ein Fixierungsmodul, welches dazu eingerichtet ist, das replizierte Hologramm im Fotopolymerverbund auszuhärten.

Hintergrund und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Replikation von Hologrammen.

Moderne mikrooptische Verfahren erlauben es, Aufgaben wie eine Bildgebung oder die optische Überwachung mittels Holografisch-Optischer-Elemente (HOE) unauffällig in großformatigen Glasflächen zu integrieren.

HOEs bezeichnen typischerweise optische Bauelemente, bei denen holografische Eigenschaften dazu verwendet werden, einen bestimmten Strahlengang des Lichts, wie z.B. Transmission, Reflexion, Beugung, Streuung und/oder Ablenkung etc. zu erreichen. Dadurch können gewünschte optische Funktionalitäten in kompakter Weise in beliebigen Subtraten implementiert werden. Die holografischen Eigenschaften nutzen vorzugsweise den Wellencharakter des Lichts aus, insbesondere Kohärenz- und Interferenzeffekte. Dabei wird sowohl die Intensität als auch die Phase des Lichts berücksichtigt.

Solche holografischen Elemente finden in vielen Bereichen Anwendung, wie z. B. in transparenten Displays (z.B. in Schaufenstern, Kühlmöbeln, Fahrzeugscheiben), für Beleuchtungsanwendungen, wie Hinweis- oder Warnsignale in Glasflächen, lichtempfindliche Detektionssystemen beispielsweise zur Innenraumüberwachung (Eyetracking in Fahrzeugen oder Anwesenheitsstatus-Tracking von Personen in Innenräumen). WO2020157312A1 offenbart ein Beispiel eines HOEs, das in einer Fahrzeugscheibe integriert wurde. Das in der Scheibe eingebrachte Hologramm kann als Wellenleiter dienen, welcher einfallendes Licht zu einem Detektor leitet. Das Hologramm wird aus einem fotosensitiven Material hergestellt, wie zum Beispiel fotosensitive Gläser, Dichromat-Gelatinen oder Fotopolymere. Diese können z. B. auf eine Polycarbonat-Folie aufgebracht und dort entsprechend belichtet werden. Die Folie kann anschließend auf ein Substrat für den Wellenleiter laminiert werden, um den Wellenleiter herzustellen und anschließend auf eine Fahrzeugscheibe zu laminieren.

Aus der WO2018054985 A1 ist ein Volumenhologramm bekannt, welches in der Heckleuchte eines Fahrzeugs integriert ist, um diesem ein unverwechselbares Aussehen zu vermitteln. Das Volumenhologramm kann zu diesem Zweck in eine holografische Schicht, beispielsweise umfassend Fotopolymere einbelichtet und als Folie unmittelbar auf eine Heckleuchte aufgebracht werden. Das Volumenhologramm kann sowohl eine Farbfilterfunktion als eine Strahlformungsfunktion bereitstellen. Um dies zu erreichen, kann eine geeignete Zusammensetzung lichtempfindlicher Materialien gewählt werden. Auch kann die Dicke des Hologramms so ausgewählt werden, dass es als Weißlichtreflexionshologramm funktioniert, wobei eine Wellenlänge zu Rekonstruktion aus einem angebotenen Spektrum selektiert wird.

Aus der WO2016202595A1 ist ein holografisches Element bekannt, welches als HOE-Schicht in einem Brillenglas hergestellt wird. Durch Integration eines HOEs in der Brille können dem Benutzer relevante Daten angezeigt oder eine optische Funktionalität implementiert werden. Zu diesem Zweck wird ein flüssiges Fotopolymer auf eine Oberfläche des Glassubstrats beschichtet, bevor es belichtet wird. Um einen ausreichenden Beitrag zur optischen Funktion, z. B. zur Stärke der Brille, zu leisten, wird vorzugsweise eine Fotopolymerdicke zwischen 50 und 100 pm verwendet. Durch die Zugabe von Farbstoffen zum Fotopolymer kann die Schicht auch so konfiguriert werden, dass sie eine farbfilternde Funktion erfüllt. Die Fotopolymerschicht wird in manchen Ausführungsformen auf einer Trägerfolie bereitgestellt, bevor sie auf das Glas aufgebracht wird, z.B. mit einer Bayfol® HX-Folie der Firma Covestro AG. Die holografische Schicht wird durch Aufbringung weiterer Schichten versiegelt. Die Gesamtdicke der Brille kann dadurch niedrig gehalten werden.

Wie aus den Beispielen hervorgeht, können HOEs aufgrund ihrer platzsparenden Bauweise und vielfältigen Funktionalitäten für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Es besteht daher ein Bedarf an serientauglichen Replikationsverfahren für Hologramme, welche vorzugsweise in verschiedenste Bauelemente, insbesondere Glasflächen, integriert werden können. Die hergestellten holografischen Elemente müssen hierbei jedoch in Abhängigkeit der Anwendung unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise Lichtempfindlichkeit, Schichtdicken oder Materialwahlzusammensetzungen aufweisen. In Bezug auf obige Beispiele kann es beispielsweise erforderlich sein, dass zwischen Brillengläsern verschiedener Farben oder Stärken oder zwischen Heckleuchten verschiedener Marken oder Modelle unterschiedliche Eigenschaften der holografischen Elemente erforderlich werden. Es besteht daher ein Bedarf an einer effizienten Serienfertigung von holografischen Elementen mit unterschiedlichen Eigenschaften - vorzugsweise ohne die Notwendigkeit, mehrere verschiedene Vorrichtungen zur Herstellung der Hologramme zu verwenden oder diese aufwendig anzupassen.

Die Herstellung von holografischen optischen Elementen als Einlegeteile setzt in der Regel die Verwendung eines Trägersubstrats und einer lichtempfindlichen Schicht voraus. Die traditionell verwendete lichtempfindliche Schicht ist eine dichromatische Gelatine. Eine bevorzugte Alternative ist die Verwendung von Fotopolymeren, die in der Regel im Folienverbund getrocknet in bestimmten Größen, Dicken und Zusammensetzungen erhältlich sind, welche für verschiedene Zwecke optimiert wurde, z.B. um mit Licht einer bestimmten Wellenlänge belichtet zu werden.

EP3065002B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von holografischen Sicherheitselementen. Jedes holografisches Sicherheitselement wird schrittweise aufgebaut, wobei eine Trägerfolie mit einer Replizierschicht bereitgestellt wird. Die Replizierschicht weist eine Reliefstruktur auf, welche durch Prägen hergestellt wird. Auf die Replizierschicht wird ein Fotopolymer in flüssiger Form aufgebracht, um die Täler der Reliefstruktur zu füllen. Eine Rakel wird verwendet, um das Fotopolymer aus Bereichen der Reliefstruktur teilweise zu entfernen, sodass die Fotopolymerschicht eine variierende Dicke aufweisen kann. Der Schichtaufbau wird dann über der Mantelfläche eines zylindrischen Masterelements geführt, sodass die flüssige Fotopolymerschicht in Kontakt mit der Mantelfläche kommt. Bei einigen Ausführungsformen weist die Mantelfläche eine weitere Reliefstruktur auf, welche auf die flüssige Fotopolymerschicht durch Druck übertragen wird. Gleichzeitig wird das Masterelement belichtet, um ein Volumenhologramm in der flüssigen Fotopolymerschicht einzuschreiben. Die Verformbarkeit des Fotopolymers dient der Herstellung eines Sicherheitselements, welches sowohl eine Reliefstruktur als auch ein Volumenhologram aufweist. Nach Aushärtung der Fotopolymerschicht in einer Belichtungsstation wird eine Klebefolie auf deren Oberfläche aufgebracht.

DE102006016139 A1 offenbart ein weiteres Verfahren für die massenhafte Herstellung von holografischen Sicherheitselementen. Die holografische Sicherheitselemente werden auch hier schrittweise aufgebaut und umfassen eine flüssige Fotopolymerschicht. Diese wird mit einer Reliefstruktur eines Masterelements in Kontakt gebracht, um die Reliefstruktur in das Sicherheitselement einzuprägen. Gleichzeitig wird ein Masterhologramm durch Belichtung in die flüssige Fotopolymerschicht repliziert. Die Bereitstellung flüssiger Fotopolymerschichten während der Kontaktierung mit einem Masterelement ist in der EP3065002B1 und DE102006016139 A1 durch eine gewünschte Übertragung einer Reliefstruktur motiviert.

Die offenliegende Fotopolymerschicht ist jedoch auch mit Nachteilen verbunden. Zum einen weisen die Verfahren eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Einflüssen auf. Zum anderen werden die Art und die Eigenschaften des verwendeten Fotopolymers eingeschränkt, da eine Viskosität oder Konsistenz des flüssigen Fotopolymers gegebenenfalls anzupassen ist, um eine stabile Schichtdicke, eine stabile Reliefstruktur und/oder geringe Haftung an das Masterelement zu erreichen. Ferner sind eine gründliche Reinigung oder die Verwendung abweisender Beschichtungen auf dem Masterelement notwendig, um den Aufbau von Fotopolymer-Rückständen zu verhindern.

WO2019/215272A1 offenbart ein weiteres Verfahren für die massenhafte Herstellung von holografischen Sicherheitselementen. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der holografischen Elemente wird ein lichtempfindlicher Film verwendet. Dieser liegt vorzugsweise in Form eines Verbundes aus zwei Kunststofffolien vor, zwischen denen sich ein getrocknetes hitzestabiles Fotopolymer befindet. Der Fotopolymer wird dann anschließend mit einem konventionellen Verfahren belichtet. Insbesondere in Fällen, in denen kein Prägeverfahren durchgeführt werden soll, ist dieses Ausgangsmaterial für die Belichtung von Volumenhologrammen mechanisch robuster als die verformbaren Alternativen mit flüssigen Fotopolymeren, welche die Masterelemente kontaktieren, und vermeidet Fotopolymer- Rückstände.

Holographische Filme umfassend ein Filmsubstrat und eine lichtempfindliche Fotopolymerschicht sind kommerziell beispielsweise von der Firma Covestro Deutschland AG unter der Produktreihe Bayfol® erhältlich. W02018/206503A1 offenbart beispielhaft ein Herstellungsverfahren für die Bereitstellung eines filmgebundenen Fotopolymer Films für die Belichtung mit einem Hologramm. Der lichtempfindliche Film enthält einen Schichtaufbau umfassend eine härtbare Schutzschicht C, eine getrocknete Fotopolymerschicht B und eine Trägerschicht A. Hierdurch sollen beständige Fotopolymerfolien erhalten werden, in welche zudem auf einfache Weise eine Replikation der Hologramme ermöglicht wird.

Da die Herstellung der lichtempfindlichen Filme in der Regel getrennt von der Belichtung und Fixierung erfolgt, müssen diese Folienverbunde jedoch zuvor massenhaft mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Eine Anpassung der Eigenschaften des Folienverbundes umfassend das Fotopolymer kann nachteilig nicht ohne Weiteres vorgenommen werden. Stattdessen muss für jede Änderung der Schichtdicke, des Trägersubstrates oder der Empfindlichkeit des Fotopolymers eine Neuentwicklung eines lichtempfindlichen Films erfolgen. Insbesondere bei Vorserien- und Kleinserienhologrammen ist dies überaus nachteilig, sofern beispielsweise für spezielle holografische Systeme besondere Anpassungen im foliengebundenen Fotopolymer notwendig sind und die zusätzlich erforderliche Entwicklungsleistung die Gesamtkosten belasten.

Darüber hinaus führt die Verwendung herkömmlicher Hologramm-Belichtungsmethoden zu einem langsamen Replikationsprozess, der sensibel auf mechanische und Positionierungsfehler reagiert.

EP0896260A2 offenbart ein Beispiel für ein Verfahren und Vorrichtung für das Kopieren von Hologrammen. Hierfür wird ein Masterhologramm in Form einer Mattscheibe parallel zu einem lichtempfindlichen Film angeordnet. Je nach der Art von Hologramm, wird ein Laser positioniert, der das Masterhologramm zeilenweise scannt. Während dieses Verfahrens ist es wichtig, dass die Position des Films in Bezug auf das Masterhologramm stabil bleibt. Die Hologramme werden eines nach dem anderen belichtet, wobei die Unterbrechungszeiten den Prozess verlangsamen. Ähnlich zur WO2019/215272A1 verwendet auch die EP0896260A2 einen vorgefertigten lichtempfindlichen Film als Ausgangsmaterial. Die Eigenschaften des Films können nicht mehr im Nachhinein prozessbedingt angepasst werden, sondern müssten separat mit veränderten Eigenschaften entwickelt und gefertigt werden. Eine wirtschaftliche Durchführung von Vor- oder Kleinserien ist nicht oder nur schwer möglich.

Als Alternative zu vorgefertigten lichtempfindlichen Filmen wurde im Stand der Technik teilweise vorgeschlagen, das flüssige Fotopolymer direkt auf das Produkt aufzutragen, in das ein HOE integriert werden soll. Das Verfahren gemäß DE102019130022A1 zur Integration eines Hologramms in einem Scheibenverbund mit einer gebogenen Geometrie sowie das oben erwähnte Verfahren zur Herstellung von Brillen aus WO2016202595A1 sind Beispiele für eine solche in situ Beschichtung.

Das vorgeschlagene Verfahren ist jedoch aufwendig und nicht prozesseffizient, da die Beschichtung nicht kontinuierlich erfolgen kann. Das Verfahren wird zusätzlich dadurch verlangsamt, dass jedes Substrat vor der Beschichtung gereinigt und durch eine Plasmavorbehandlung aktiviert werden muss. Außerdem ist es bei diesem Verfahren schwierig, eine gewünschte Schichtdicke der Fotopolymerschicht präzise einzustellen.

Es besteht daher ein Bedarf an einer schnelleren und qualitativ hochwertigeren Vorrichtung für die serielle Vervielfältigung von Hologrammen, welche sich anschließend auf einfache Weise anwendungsabhängig in verschiedene Bauelement integrieren lässt und bei der zur Einstellung gewünschter Eigenschaften der replizierten Hologramme Anpassungen mit geringem Zeit- und Kostenaufwand möglich sind. Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es eine Vorrichtung für die kontinuierliche Replikation von Hologrammen, ohne die Nachteile des Standes der Technik bereitzustellen. Insbesondere war es eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung bereitzustellen, welche Hologramme mit hoher Präzision und Geschwindigkeit replizieren kann, wobei sich die Vorrichtung gleichzeitig durch ein hohes Maß an Flexibilität zur Einstellung gewünschter Eigenschaften der replizierten Hologramme auszeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die kontinuierliche Replikation eines Hologramms umfassend a. ein Beschichtungsmodul, welches dazu eingerichtet ist, ein flüssiges Fotopolymer auf eine erste Trägerfolie zu beschichten, b. ein Laminierungsmodul, welches dazu eingerichtet ist, auf die mit dem Fotopolymer beschichtete erste Trägerfolie eine zweite Trägerfolie aufzutragen, um einen Fotopolymerverbund umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht zwischen zwei Trägerfolien zu erhalten, c. ein Belichtungsmodul, wobei das Belichtungsmodul eine Lichtquelle und ein Masterelement umfassend ein zu replizierendes Masterhologramm aufweist, wobei das Masterelement axial rotierbar gelagert ist und das Belichtungsmodul dazu eingerichtet ist, den Fotopolymerverbund in einen optischen Kontakt mit dem Masterelement zu bringen, während die Lichtquelle das Masterhologramm zum Erhalt eines replizierten Hologramms auf einen Bereich des Fotopolymerverbundes belichtet, und d. ein Fixierungsmodul, welches dazu eingerichtet ist, das replizierte Hologramm im Fotopolymerverbund auszuhärten.

Durch die Bereitstellung einer Replikationsvorrichtung mit den vorgenannten Modulen können die flüssigen Fotopolymere vorteilhaft selbst direkt als Ausgangsmaterial für die Replikation verwendet werden. Vorzugsweise können die Fotopolymere zudem in situ angemischt und die fertige Mischung an das Beschichtungsmodul (auch synonym als „Auftragsmodul“ im Sinne der Erfindung bezeichnet) geliefert werden. Alternativ wird das Beschichtungsmodul durch eine fertige, lichtdicht gelagerte flüssige Fotopolymermischung beliefert. Die flüssigen Fotopolymere können so zwischen aufeinanderfolgenden Serien gewechselt oder mit unterschiedlichen Zusatzstoffen versehen werden. So kann eine breite Palette von flüssigen Fotopolymeren in derselben Vorrichtung verwendet und im Hinblick auf gewünschte Eigenschaften des resultierenden Polymerverbundes angepasst werden. Im Stand der Technik war es stattdessen bisher bekannt die Replikation in bereits fertigen Polymerverbunden durchzuführen, deren Eigenschaften nicht ohne Weiteres verändert werden können.

Die Möglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Replikation der Hologramme in noch flüssigen Fotopolymeren vorzunehmen, eröffnet stattdessen eine deutlich höhere Prozessflexibilität. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere auf einfache Weise Prozessparameter wie eine Schichtdicke des Fotopolymerverbunds, dessen Lichtempfindlichkeit oder Eigenschaften der Trägerfolien auf die jeweilig gewünschten Anwendungen angepasst werden. Durch die Möglichkeit, diese Eigenschaften schnell zu ändern, ohne vorgefertigte lichtempfindliche Filme bereitzustellen, kann die Produktion von Kleinserienhologrammen wirtschaftlich gestaltet werden.

Vorteilhaft sind zu diesem Zweck innerhalb einer Vorrichtung ein Beschichtungsmodul zum Aufträgen eines flüssigen Fotopolymers auf eine erste Trägerfolie, ein Laminierungsmodul zum Aufträgen einerzweiten Trägerfolie, ein Belichtungsmodul zum Einschreiben des Hologrammes in das flüssige Fotopolymer sowie ein Fixierungsmodul zum Aushärten umfasst. Der Vorrichtung können vorteilhaft insbesondere verschiedene Zusammensetzungen von flüssigen Fotopolymeren zugeführt werden, welche für die gewünschten Belichtungskonditionen ausgelegt sind. Ebenso kann die gewünschte Schichtdicke des Fotopolymerverbunds mittels des Beschichtungsmoduls vorgegeben werden. Die sich anschließenden Prozessabläufe, wie die Belichtung oder das Aushärten des Fotopolymers, können mittels der entsprechend in der Vorrichtung nachgelagerten Module angepasst werden.

Die Bereitstellung einer Vorrichtung, welche ein kontinuierliches Replizieren der Hologramme in einem Rolle-zu-Rolle Verfahren durchführt, ermöglicht zudem hohe Prozessgeschwindigkeiten bei gleichzeitig geringer Fehleranfälligkeit. Ein Operator muss während einer Serie nicht eingreifen. Anpassungen müssen vorzugsweise nur zwischen den Serien vorgenommen werden. Dies ist besonders vorteilhaft gegenüber dem bekannten Stand der Technik, bei dem ein Masterhologramm über einer flüssigen Fotopolymerschicht nicht nur zwischen den Serien, sondern auch zwischen den individuellen Replikationen positioniert und justiert wird.

Durch die Bereitstellung eines Laminierungsmoduls in der Vorrichtung können die Foliendicken und Trägerfolieneigenschaften leicht zwischen den Serien angepasst werden. Das flüssige Fotopolymer kann durch die Laminierung zwischen zwei Folien versiegelt werden, um eine hohe Beständigkeit zu gewährleisten und Verschmutzungen zu vermeiden. Die Laminierung schützt das flüssige Fotopolymer außerdem vor unerwünschter Verformung durch Scherkräfte. Die Fehleranfälligkeit bei der Herstellung der Hologramme wird dadurch verringert. Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere zudem durch ein Belichtungsmodul mit einem axial rotierbar gelagerten Masterelement aus, sodass der Fotopolymerverbund in einen optischen Kontakt mit dem Masterelement gebracht wird, während die Lichtquelle das Masterhologramm zum Erhalt eines replizierten Hologramms auf einen Bereich des Fotopolymerverbundes belichtet. Ein „In-Kontakt-Bringen“ in diesem Sinne bezieht sich auf einen optischen Kontakt, obwohl auch ein zusätzlicher mechanischer Kontakt bevorzugt werden kann. Das axial rotierbar gelagerte Masterelement erlaubt insbesondere eine kontinuierliche Einbindung des Belichtungsprozesses in ein Rolle-zu-Rolle Verfahren. Unterbrechungen des Prozesses, wie in konventionellen Verfahren unter Verwendung von Mattscheiben als Masterhologrammen, werden vermieden.

Durch die Bereitstellung eines rotierbaren Masterelements kann das Masterhologramm oder mehrere Masterhologramme wiederholt mit einer Geschwindigkeit belichtet werden, die zudem auf einfache Weise und überaus präzise mit dem Prozessfluss eines Fotopolymerverbunds synchronisiert ist. Das Belichtungsverfahren kann mittels des axial rotierbaren Masterelements zügig und kontinuierlich, ohne Pausieren zwischen den einzelnen Replikationsschritten durchgeführt werden. Die Anpassung der Position eines lichtempfindlichen Objekts an das Masterhologramm kann ebenfalls erleichtert werden. Die erhöhte Belichtungsgeschwindigkeit reduziert zudem Störungen durch Fremdlicht und führt so zu einem genaueren Replikationsprozess.

Die Ausstattung der Vorrichtung mit einem Fixiermodul führt weiterhin zu einer Verbesserung der Präzision des Replikationsvorgangs. Da die flüssigen Fotopolymere empfindlich auf mechanische Störungen reagieren, kann durch die Bereitstellung des Fixiermoduls in derselben Vorrichtung ein Transfer des belichteten flüssigen Fotopolymers vom Masterhologramm zum Fixiermittel besonders zügig und störungsfrei gestaltet werden, wodurch mögliche mechanische oder elektromagnetische Verzerrungen vermieden werden.

Aufgrund der Schnelligkeit und Präzision der Vorrichtung ist eine Trocknungsstation zwischen der Beschichtung und den Belichtungsmodulen nicht erforderlich. Kleinserien können so noch wirtschaftlicher produziert werden.

Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein „Modul“ vorzugsweise eine Arbeitsstation in einem kontinuierlichen Fertigungsverfahren, welche vorzugsweise mit den erforderlichen technischen Mitteln zur Durchführung des Verfahrensschritts ausgestattet ist. Unterschiedliche Module können voneinander durch ein Gehäuse oder eine Trennwand getrennt werden, müssen es aber nicht.

Eine „Lamination“ oder „Laminierung“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein stoffschlüssiges, thermisches Fügeverfahren ohne Hilfsmaterialien wie Klebstoffe. Im Sinne der Erfindung wird dies auch als "Kaschierung" bezeichnet, während das Laminierungsmodul auch als "Kaschiermodul" bezeichnet wird. Vorzugsweise umfasst das Laminierungsmodul mindestens eine Laminierungswalze bzw. Kaschierungswalze, die auf 5 - 300 °C, vorzugsweise 15 - 200 °C oder auch 20 - 100 °C erhitzt wird. Bei diesen bevorzugten Temperaturen kann eine besonders effektive Laminierung bzw. Kaschierung durchgeführt werden, wobei das flüssige Fotopolymer vor der Belichtung zudem schnell abkühlen kann. Die Laminierung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass eine dauerhafte Verbindung zwischen der ersten und zweiten Trägerfolie hergestellt wird, vorzugsweise durch teilweise Aufschmelzen entlang eines oder beider unbeschichteter Ränder der Trägerfolien. Das flüssige Fotopolymer wird anschließend vorzugsweise zwischen den Trägerfolien versiegelt.

Es ist besonders bevorzugt, dass das flüssige Fotopolymer vor der Belichtung auf eine Temperatur von weniger als 40 °C abgekühlt wird, um eine optimale Replikationsqualität des Masterhologramms in dem flüssigen Fotopolymer zu gewährleisten. Die Belichtung von flüssigen Fotopolymeren bei niedrigeren Temperaturen begünstigt das Einschreiben von Beugungsmustern, welche in dem Material stabil verbleiben.

Ein „Verbund“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein mehrschichtiges Material, das aus zwei oder mehr verschiedenen Komponenten mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften besteht, die an einer Grenzfläche miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Bindung zwischen den einzelnen Komponenten derart beschaffen, dass sie nicht durch geringfügigen Krafteinfluss trennbar ist und daher als dauerhaft gilt.

Unter „Belichtung“ ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise die gezielte Lenkung elektromagnetischer Strahlen auf eine entsprechend empfindliche Oberfläche, vorzugsweise zur Bildung eines Hologramms, zu verstehen. Es sind verschiedene Methoden der Belichtung eines Hologramms bekannt, darunter transmissive oder reflektive Techniken zur Herstellung von Volumenhologrammen. Beispiele dafür werden später in diesem Text näher erläutert.

Im Sinne der Erfindung ist eine „Lichtquelle“ (oder „Strahlungsquelle“) vorzugsweise eine Vorrichtung zur Abgabe elektromagnetischer Strahlung, welche insbesondere einer Belichtung dient. Die emittierte elektromagnetische Strahlung kann sichtbare Licht umfassen und/oder Strahlung mit Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereichs des elektromagnetischen Spektrums. Bevorzugt wird von der Lichtquelle ein kohärenter Lichtstrahl ausgesandt.

Ein „Masterelement“ ist vorzugsweise eine dreidimensionale Einheit, welche ein Masterhologramm in einer Form umfasst, welche sicherstellt, dass eine Bewegung des Masterelements unmittelbar zu einer entsprechenden Bewegung des Masterhologramms führt. Wenn das „Masterelement“ als „axial rotierbar“ bezeichnet wird, ist damit vorzugsweise gemeint, dass das Masterelement im Belichtungsmodul entlang einer Achse rotierbar gelagert vorliegt. Eine axial rotierbare Lagerung kennzeichnet mithin eine Lagerung, welche eine Rotation des Masterelements durch seine Achse ermöglicht. Vorzugsweise liegt die Achse in der Mitte eines Querschnitts des Masterelements, sodass eine Rotation des Masterelements platzsparend erfolgen kann. Das Masterelement ist vorzugsweise prismatisch, d.h. es weist einen konstanten Querschnitt beliebiger Form auf, z.B. quadratisch, polygonal, elliptisch oder kreisförmig. Die Enden des Masterelements, die die Form des Querschnitts aufweisen, können als „Grundfläche“ bezeichnet werden. Die längliche Fläche des Masterelements, die zwischen den beiden Enden liegt, kann als „Mantelfläche“ bezeichnet werden.

Ein „Masterhologramm“ im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein holographisch-optisches Element umfassend mindestens ein zu replizierendes Hologramm. Das Masterhologramm ist für eine optische Funktion (z.B. Beugung, Reflexion, Transmission und/oder Brechung) für eine oder eine Mehrzahl an Wellenlängen ausgelegt. Hierzu können beispielsweise mehrere Hologramme, die z. B. jeweils Licht einer Wellenlänge beugen und/oder Multiplex-Hologramme, die Licht mehrerer Wellenlängen beugen, als Hologramm-Stacks angeordnet vorliegen. Bei dem Masterhologramm kann es sich beispielsweise um ein diffraktives optisches Element (DOE) handeln. Diffraktive optische Elemente (DOEs) nutzen ein Oberflächenreliefprofil mit einer Mikrostruktur für ihre optische Funktion. Alternativ kann die Mikrostruktur auch im Volumen des Elements in Form eines lokalen Unterschieds im Brechungsindex vorliegen. Das von einem DOE durchgelassene Licht kann durch Beugung und anschließende Ausbreitung in fast jede gewünschte Verteilung umgewandelt werden. Dabei kann es sich um ein Bild, ein Logo, einen Text, ein Lichtbrechungsmuster oder ähnliches handeln.

Der Prozess zur Herstellung des Masterhologramms kann vorzugsweise als „Hologramm- Origination“ oder „Hologramm-Mastering“ bezeichnet werden. Das Masterhologramm kann mit einem analogen oder digitalen Verfahren erstellt werden. In einem beispielhaften analogen Verfahren wird ein erster kohärenter Strahl, der Objektstrahl, von einem Objekt und auf ein Aufzeichnungsmaterial reflektiert, das gleichzeitig einem zweiten kohärenten Strahl, dem Referenzstrahl, ausgesetzt ist. Der Objektstrahl und der Referenzstrahl interferieren und erzeugen ein Interferenzmuster auf dem Aufzeichnungsmaterial. Dieses Interferenzmusteroder Streifenmuster wird von lichtempfindlichem Material aufgezeichnet, das nach der Verarbeitung die Form eines Oberflächenreliefmusters auf einer Oberfläche des Materials oder von räumlich variierenden Brechungsindizes nur wenige Mikrometer unter der Oberfläche annimmt. Um ein Bild des ursprünglichen Objekts zu betrachten, kann das Masterhologramm mit Licht beleuchtet werden, das von dem aufgezeichneten Oberflächenreliefmuster oder Brechungsindexmuster gebeugt wird. Dieser gebeugte Strahl enthält das Bild des ursprünglichen Objekts. Das Masterhologramm kann dann bei der Erstellung weiterer Kopien mit demselben Bild als neues Objekt verwendet werden. Das Masterhologramm kann vorzugsweise computergeneriert sein. Die mikroskopischen Gitter, welche die Beugungseffekte erzeugen, können z. B. durch Laserinterferenzlithographie hergestellt werden. Bei dieser Technik werden zwei oder mehr kohärente Lichtstrahlen so konfiguriert, dass sie an der Oberfläche eines Aufzeichnungsmaterials interferieren. Die Positionen der Lichtstrahlen in Bezug auf das Aufzeichnungsmaterial können von einem Computer gesteuert werden. Je nach Stärke des Lasers kann das Aufzeichnungsmaterial aus nahezu jedem Material bestehen. Andere Techniken wie die Elektronenstrahllithographie können ebenfalls zur digitalen Herstellung des Masterhologramms verwendet werden. Das Masterhologramm kann vorzugsweise Glas, Silizium, Quarz, UV-Lack, ein Fotopolymerverbund und/oder ein Metall wie Nickel umfassen.

Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Flüssigkeit“ bzw. eines flüssigen Fotopolymers vorzugsweise definiert als eine Substanz, die sich kontinuierlich verformt, wenn eine Scherspannung beliebiger Größe auf sie einwirkt (S. 13, Munson et al. Fundamentals of Fluid Mechanics, Wiley: 2010). Eine Flüssigkeit kann vorzugsweise auch durch ihre Viskosität charakterisiert und von anderen halbfesten Stoffen unterschieden werden.

Die dynamische Viskosität des als Rohstoff verwendeten flüssigen Fotopolymers bei 300 K liegt vorzugsweise zwischen 0,2 mPas (millipascal second) - 200 Pas (Pascal second), noch bevorzugter zwischen 1 - 10.000 mPas. Die dynamische Viskosität des flüssigen Fotopolymers zum Zeitpunkt der Belichtung liegt vorzugsweise zwischen 0,2 mPas und 200 Pas. Es kann bevorzugt sein, das flüssige Fotopolymer nach der Aufbringung auf der Trägerfolie und vor der Belichtung vorzuvernetzen und in einen viskoelastischen Zustand zu überführen.

Der viskoelastische Zustand des flüssigen Fotopolymers kann hierbei durch seine komplexe Viskosität charakterisiert werden. Der Realteil q' der komplexen Viskosität korreliert mit den viskosen Eigenschaften bzw. dem Flüssigkeitsverhalten (und dem sogenannten Verlustmodul G”), während der Imaginärteil q“ mit den elastischen Eigenschaften bzw. dem Festkörperanteil (und dem Speichermodul G’) korreliert. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Materialeigenschaften des flüssigen Fotopolymers während der Belichtung so beschaffen, dass das Verhältnis zwischen einem Speicheranteil (Festkörperverhalten) bzw. dem Speichermodul G' und einem Verlustanteil (Flüssigkeitsverhalten) bzw. dem Verlustmodul G" mindestens 1 :10 beträgt. Je höher der Speicheranteil in dem Verhältnis ist, desto günstiger wirkt sich das auf die Belichtbarkeit des Replikationsprozesses aus. In bevorzugten Ausführungsformen kann das Verhältnis von Speichermodul G' zu Verlustmodul G" mindestens 1 :5, mindestens 1 :2, 1 :1 ; 2:1 , 5:1 oder mehr betragen. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen dem Speichermodul G' und dem Verlustmodul G" höchstens 10:1. In diesen Parametergrenzen können besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Stabilität des Fotopolymers während der Belichtung und Qualität der replizierten Hologramme erzielt werden. Das Verhältnis kann durch Anpassungen der Zusammensetzung des Fotopolymers eingestellt werden, z.B. durch Zugabe von Thixotropiemitteln, Vorvernetzung des Fotopolymers oder Verdampfen von Lösungsmitteln nach der Aufbringung des flüssigen Fotopolymers auf einer ersten Trägerfolie und vor dem Abdecken des flüssigen Fotopolymers mit einerzweiten Trägerfolie und deren Laminierung. Die viskoelastischen Eigenschaften der flüssigen Fotopolymere können auch durch Kühlen des flüssigen Fotopolymers vor oder während der Belichtung optimiert werden.

Unter „Fixierung“ ist vorzugsweise ein Prozessschritt zur Aushärtung eines flüssigen Materials, insbesondere eines flüssigen Fotopolymers gemeint, wobei vorzugsweise elektromagnetische und/oder thermische Energie auf das Material eingebracht wird. Vorzugsweise kann die Energie gleichmäßig auf eine Oberfläche des empfindlichen Materials aufgebracht werden, um ein simultanes Aushärten zu gewährleisten. Vorzugsweise werden in diesem Stadium alle Schichten des Fotopolymerverbundes, insbesondere umfassend die Fotopolymerschicht, verfestigt.

Die allgemeine Funktionsweise einiger Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nun in nachgeordneter Reihenfolge näher erläutert werden, bevor auf besondere Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen eingegangen wird.

Aufgrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit der Vorrichtung können flüssige Fotopolymere mit einer geringen Lagerstabilität von wenigen Tagen, Stunden und Minuten verwendet werden. Diese flüssigen Fotopolymere sind wegen ihrer Lichtempfindlichkeit vorzugsweise mit äußerster Vorsicht zu behandeln. Das Beschichtungsmodul wird daher vorzugsweise optisch vom Umgebungslicht isoliert.

Die Viskosität der flüssigen Fotopolymere wird vorzugsweise durch Anmischen und/oder durch Erwärmen eingestellt, bevor sie dem Beschichtungsmodul zugeführt werden. Vorzugsweise wird auch eine Lichtempfindlichkeit, eine Farbempfindlichkeit und ein Brechungsindexsprung des flüssigen Fotopolymers eingestellt, bevor dieses dem Beschichtungsmodul zugeführt wird. Das Beschichtungsmodul ermöglicht vorzugsweise die Einstellung der Dicke einer aufgetragenen flüssigen Fotopolymerschicht. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen, z.B. durch Einstellen der Durchflussmenge aus einer Schlitzdüse oder durch Einstellen des Abstands zwischen benachbarten Walzen. Das Beschichtungsmodul kann in Abhängigkeit von den rheologischen Eigenschaften und der gewünschten Dicke der flüssigen Fotopolymerschicht unterschiedlich ausgestaltet sein, wie später näher erläutert wird. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mehrere Beschichtungsmechanismen, die hintereinander angeordnet sind, so dass nur die jeweilige Beschichtungsart für die Serie angewendet wird. Dies hat den Vorteil, dass ein viel größerer Bereich möglicher Fotopolymer-Schichtdicken möglich ist, die zwischen den Serien angepasst werden können. Die Trägerfolie, auf die das flüssige Fotopolymer aufgetragen wird, ist vorzugsweise optisch transparent, insbesondere für Anwendungen in transparenten Displays. Bevorzugt wird ein Polycarbonatmaterial verwendet, wobei auch eine Vielzahl von weiteren Materialien verwendet werden kann, wie hierin im Detail offenbart. Vorzugsweise ist mindestens eine der ersten und zweiten Trägerfolien glasklar, transparent und weitestgehend ohne Färbung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zudem ein Laminierungsmodul, welches synonym auch als „Kaschiermodul“ bezeichnet werden kann und welches dazu eingerichtet ist, auf die mit dem Fotopolymer beschichtete erste Trägerfolie eine zweite Trägerfolie aufzutragen, um einen Fotopolymerverbund umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht zwischen zwei Trägerfolien zu erhalten. Die Zusammensetzung des Fotopolymers wird vorzugsweise derart konfiguriert, dass es während eines Laminierungsvorgangs nicht aushärtet. Die erste und zweite Trägerfolien sind vorzugsweise als (beliebig lange) Bahn ausgestaltet, sodass das Laminierungsmodul dazu eingerichtet ist, eine (beliebig lange) Verbundbahn umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht zu fertigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin ein Belichtungsmodul, wobei das Belichtungsmodul eine Lichtquelle und ein Masterelement umfassend ein zu replizierendes Masterhologramm aufweist, wobei das Masterelement axial rotierbar gelagert ist und das Belichtungsmodul dazu eingerichtet ist, den Fotopolymerverbund in einen optischen Kontakt mit dem Masterelement zu bringen, während die Lichtquelle das Masterhologramm zum Erhalt eines replizierten Hologramms auf einen Bereich des Fotopolymerverbundes belichtet.

Ein „optischer Kontakt“ sollte es vorzugsweise ermöglichen, dass einen Strahlenverlauf von Licht zwischen der Fotopolymerschicht und dem Masterhologramm durchgelassen wird, ohne wesentliche Störungen oder Absorptionen zu erfahren. Ein unmittelbarer stoffschlüssiger Kontakt zwischen dem Fotopolymerverbund und dem Masterelement ist möglich, aber nicht notwendig. Zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund kann stattdessen ebenso eine Zwischenschicht vorgesehen werden, welche vorzugsweise für Licht der Lichtquelle des Belichtungsmodules transparent ist, beispielsweise in Form einer transparenten Folie.

Die Belichtung zur Replikation des Masterhologramms im Belichtungsmodul kann auf Basis verschiedener Techniken erfolgen. Hologramm-Vervielfältigungsverfahren lassen sich in Reliefhologramme und Volumenhologramme unterteilen.

Reliefhologramme werden durch physischen Kontakt zwischen einer verformbaren empfindlichen Schicht und einem Masterhologramm gebildet, so dass das Beugungsmuster des Masterhologramms in die empfindliche Schicht eingeprägt wird. Ein Volumenhologramm wird vorzugsweise durch die Interferenz von zwei Lichtstrahlen (einem sogenannter Referenzstrahl und einem Objektstrahl) in eine empfindliche Schicht geschrieben. Vorzugsweise wird ein Volumenhologramm in die flüssige Fotopolymerschicht eingeschrieben. Dies kann vorzugsweise durch eine Transmissions- oder Reflexionstechnik erfolgen. Durch Interferenz von Objekt- und Referenzstrahlen innerhalb des Hologrammvolumens entsteht vorzugsweise eine Folge von Braggebenen. Ein Volumenhologramm weist mithin bevorzugt eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung in der Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen auf, wobei bei der Rekonstruktion an einem Volumenhologramm die Bragg-Bedingung gilt. Aus diesem Grunde weisen Volumenhologramm eine Wellenlängen- und/oder Winkelselektivität auf. Die Fähigkeit von Volumenhologrammen, mehrere Bilder gleichzeitig zu speichern ermöglicht u.a. die Herstellung farbiger Hologramme. Für die Aufnahme der Hologramme können Lichtquellen eingesetzt werden, welche die drei Grundfarben blau, grün und rot aussenden. Die drei Strahlenbündel belichten bevorzugt simultan unter gleichen Winkeln die Fotopolymerschicht. Im Volumenhologramm sind nach der Belichtung gleichzeitig drei Hologramme gespeichert. Zur Reproduktion des Farbhologramms kann ausgenutzt werden, dass jedes Teilhologramm sich allein durch die Farbe rekonstruieren lässt, mit der es aufgenommen wurde. Mithin überlagern sich die drei rekonstruierten Farbauszüge zum farbigen, originalgetreuen Bild, sofern die Farbanteile richtig gewichtet sind.

Bei einem Reflexionshologramm kann eine Einfallsrichtung des Referenzstrahls (vorzugsweise ein einfallender Lichtstrahl von der Lichtquelle) und das Objekt (in diesem Fall das Masterhologramm) auf gegenüberliegenden Seiten der flüssigen Fotopolymerschicht angeordnet sein. Ein Referenzstrahl durchdringt das flüssige Fotopolymer, das in diesem Fall vorzugsweise zwischen zwei lichtdurchlässigen Trägerfolien eingeschlossen ist, und wird dann vom Masterhologramm zurück in die flüssige Fotopolymerschicht reflektiert. Das Masterhologramm kann vorzugsweise auf eine Oberfläche des Masterelements aufgebracht werden, die vorzugsweise nicht vollständig transparent, sondern zumindest teilweise reflektierend ist. Ein transparentes Masterelement ist ebenfalls anwendbar.

Die Lichtquelle für ein Reflexionshologramm kann so angeordnet werden, dass der Referenzstrahl auf die flüssige Fotopolymerschicht unter einer gewünschten Richtung einfällt, vorzugweise unter einer Richtung, welche bei der späteren Rekonstruktion gewünscht ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtquelle in Bezug auf dem Masterelement so orientiert, dass sich der Fotopolymerverbund zwischen der Lichtquelle und dem Masterelement befindet. Die Lichtquelle kann beispielsweise unterhalb des Masterelements derart ausgerichtet sein, dass der Referenzstrahl nach oben unter einer vorbestimmten Richtung auf dessen Mantelfläche fällt. Der Referenzstrahl wird bevorzugt zumindest teilweise vom Masterelement in Form eines Objektstrahls zurück in den Fotopolymerverbund reflektiert. Der Referenzstrahl und der Objektstrahl treten also von entgegengesetzten Seiten in den Fotopolymerverbund ein und interferieren in dessen Fotopolymerschicht zur Replikation des Hologramms.

Bei einem Transmissionshologramm wird die flüssige Fotopolymerschicht bevorzugt derart angeordnet, dass diese von einem Referenzstrahl und Objektstrahl von derselben Seite belichtet werden kann. Die Lichtquelle ist vorzugsweise derart in Bezug auf das Masterelement orientiert, dass ein Lichtstrahl zunächst das Masterelement und das Masterhologramm durchläuft, bevor er den Fotopolymerverbund erreicht. Die Anordnung ist beispielhaft, wobei auch andere Anordnungen denkbar sind. Das Licht kann vorzugsweise so angeordnet werden, dass es von einer dem Fotopolymerverbund gegenüberliegenden Seite der Mantelfläche durch ein vorzugsweise transparentes Masterelement gelangt. Der einfallende Lichtstrahl wird vorzugsweise durch das Masterelement derart gebrochen, dass ein Referenzstrahl und ein Objektstrahl entstehen, wobei der Objektstrahl vorzugsweise dem Anteil des Lichtes entspricht, welcher durch das Masterhologramm gebeugt wird. Der Objektstrahl interferiert vorzugsweise mit dem ungebeugten Referenzstrahl in der flüssigen Fotopolymerschicht, um das Hologramm zu replizieren.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Belichtungsmodul für eine Replikation des Masterhologramms durch ein Edgelit (edge-illuminated Hologramm) eingerichtet sein. Zu diesem Zweck ist das Masterelement bevorzugt als ein Lichtleiter bereitgestellt und die Lichtquelle bevorzugt dazu eingerichtet, Licht auf eine Grundfläche des Masterelements zu richten. Wie bei anderen Anordnungen für die Transmissionsholographie wird das Licht vorzugsweise durch das Masterelement in einen Referenzstrahl, der ohne Beugung das Masterhologramm durchdringt, und einen Objektstrahl, der durch das Masterhologramm gebeugt wird, aufgeteilt. Der Lichtstrahl innerhalb des Masterelementes propagiert vorzugsweise durch Reflexionen, vorzugsweise Totalreflexionen. Vorzugsweise werden die Lichtverluste in den Bereichen der Mantelfläche, die nicht in optischem Kontakt mit dem Fotopolymerverbund stehen, auf ein Minimum reduziert. Der Großteil des Lichts kann vorzugsweise aus dem Masterelement an einer durch ein auf der Mantelfläche angeordnetes Masterhologramm austreten, um das Hologramm in die Fotopolymerschicht zu replizieren.

Durch die Ausrichtung der Lichtquelle auf eine Grundfläche kann die Vorrichtung besonders platzsparend mit maximalem Nutzraum um die Mantelfläche angeordnet werden. Dieser Raum kann zur Unterbringung des Masterhologramms, zusätzlicher optischer Schichten und eines größeren Kontakts zwischen Masterelement und Fotopolymerverbund genutzt werden. Durch die Ausrichtung des Lichts auf eine ebene Fläche des Masterelements kann die Vorrichtung zudem unempfindlicher gegenüber geringen Änderungen der Laserausrichtung, z. B. aufgrund von Vibrationen, gemacht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird von der Lichtquelle ein kohärenter Lichtstrahl ausgesandt. Kohärenz bezeichnet bevorzugt die Eigenschaft von optischen Wellen, wonach es zwischen zwei Wellenzügen eine feste Phasenbeziehung gibt. Als Folge der festen Phasenbeziehung zwischen den beiden Wellenzügen können räumlich stabile Interferenzmuster entstehen. Hinsichtlich der Kohärenz kann zwischen einer zeitlichen und räumlichen Kohärenz unterschieden werden. Eine räumliche Kohärenz stellt bevorzugt ein Maß für eine feste Phasenbeziehung zwischen Wellenzügen senkrecht zur Ausbreitung dar und ist beispielsweise für parallele Lichtstrahlen gegeben. Eine zeitliche Kohärenz stellt bevorzugt eine feste Phasenbeziehung zwischen Wellenzügen entlang der Ausbreitungsrichtung dar und ist insbesondere für schmalbändige, vorzugsweise monochromatische Lichtstrahlen gegeben.

Die Kohärenzlänge bezeichnet bevorzugt einen maximalen Weglängen- oder Laufzeitunterschied, den zwei Lichtstrahlen von einem Ausgangspunkt aufweisen, damit bei ihrer Überlagerung noch ein (räumlich und zeitlich) stabiles Interferenzmuster entsteht. Die Kohärenzzeit bezeichnet bevorzugt die Zeit, die das Licht benötigt, um eine Kohärenzlänge zurückzulegen.

In bevorzugten Ausführungsformen ist die Lichtquelle ein Laser. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen schmalbändigen, vorzugsweise monochromatischen Laser mit einer bevorzugten Wellenlänge im sichtbaren Bereich (vorzugsweise 400 nm bis 780 nm). Laser bezeichnen bevorzugt Lichtquellen, welche Laserstrahlung aussenden. Nicht abschließende Beispiele umfassen Festkörperlaser, vorzugsweise Halbleiterlaser bzw. Laserdioden, Gaslaser oder Farbstofflaser.

Auch andere Lichtquellen, vorzugsweise kohärente Lichtquellen, können Verwendung finden. Bevorzugt sind schmalbändige Lichtquellen, vorzugsweise monochromatische Lichtquellen, wozu beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), optional in Kombination mit Monochromatoren gehören.

Für die Erzeugung von Reliefhologrammen ist die Kohärenz der Lichtstrahlen von geringerer Relevanz. Insbesondere für die Replikation von Volumenhologrammen hingegen ist es bevorzugt, dass die zur Replikation eingesetzten Lichtstrahlen ausreichend kohärent ist.

In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Kohärenzlänge der Lichtquelle vorzugsweise mindestens 150 pm, bevorzugter mindestens 500 pm und noch bevorzugter mindestens 2 mm. Bevorzugt ist die Kohärenzlänge mindestens zweimal der Abstand zwischen dem Fotopolymer und dem Masterhologramm. Die Kohärenzlänge ist aber vorzugsweise auch nicht so lang, dass parasitäre Mikrostrukturen, wie z.B. Störgitter, in das Hologramm auftreten. Die maximale bevorzugte Kohärenz hängt von dem Hologrammtypen und den geometrischen Abmessungen des Belichtungsmoduls ab. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Kohärenzlänge der Lichtquelle weniger als 1 m.

Die Lichtquelle kann mehrere Lichtquellen umfassen. Diese können vorzugsweise so konfiguriert sein, dass sie eine Linie oder einen Bereich des Fotopolymerverbunds in optischem Kontakt mit dem Masterelement scannen.

Zwischen der Lichtquelle und dem Masterelement oder dem Fotopolymerverbund kann wahlweise eine Einrichtung zur Formung und/oder Führung des Lichtstrahls vorgesehen werden. Dies kann eine beliebige Anzahl oder Art von Linsen, Prismen, Spiegeln usw. umfassen. Die Mittel zur Formung und/oder Führung des Lichtstrahls können das Licht so verteilen, dass es z. B. im Wesentlichen einen Punkt, eine Linie oder einen ausgeweiteten Bereich abdeckt. Mittels einer entsprechenden Scaneinheit kann zusätzlich ein Scannen vorgesehen sein. Die Lichtquelle kann vorzugsweise so konfiguriert sein, dass sie einen oder mehrere Strahlen erzeugt, die die gesamte Länge der Mantelfläche des Masterelements oder vorzugsweise zumindest eine dem beschichteten Teil des Fotopolymerverbunds entsprechende Länge mittels eines aufgeweiteten Strahles und/oder durch Scannen beleuchtet.

Das Masterelement weist vorzugsweise eine prismatische Form, insbesondere eine zylindrische Form, auf. Die axiale Rotierbarkeit erlaubt es dem Masterelement vorzugsweise als eine Walze zu fungieren. Dies ermöglicht eine synchrone Bewegung zwischen dem Master und dem lichtempfindlichen Fotopolymerverbund, so dass die Wahrscheinlichkeit von Positionierungsfehlern vermindert werden kann. Je nach den verwendeten Materialien kann eine Reibungskraft zwischen dem Fotopolymerverbund und dem Masterelement ausreichen, um die Bewegung des Masterelements zu bewirken. In diesem Fall benötigt das Masterelement vorteilhaft keinen eigenen Antrieb und die Bewegung erfolgt im Wesentlich passiv durch die Bewegung des Fotopolymerverbundes. Alternativ oder zusätzlich kann eine Rotationsgeschwindigkeit des Masterelements separat über einen geeigneten Antrieb gesteuert werden, wobei der Antrieb eine synchrone Bewegung der Oberfläche des Masterelementes mit dem Fotopolymerverbund gewährleistet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Masterelement entweder durch Kraftübertragung von einer Funktionswalze, einem angeflanschten Zahnkranz, einem Kardanantrieb oder einem Riemenantrieb angetrieben. Vorzugsweise ist das Masterelement mit einem eigenen Antrieb versehen. Bei einer Funktionswalze kann die Kraftübertragung vorzugsweise durch Reibung erfolgen, wobei die Funktionswalze vorzugsweise ein Gummi-Material umfasst. Die Antriebsmechanik ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Oberflächen des Masterelementes für einen Belichtungsstrahl maximal zugänglich sind. Vorteilhaft ist, dass bei diesen Antriebstechniken im Wesentlichen alle Oberflächen des Masterelementes für optische Funktionen frei bleiben können. Dies ermöglicht ein effizienteres Belichtungsverfahren und die Verwendung desselben Masterelements für das Kopieren verschiedener Hologrammtypen, je nach Positionierung der Lichtquelle.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Masterelement im Gleichlauf mit der Bahngeschwindigkeit der Fotopolymerverbundbahn rotiert. Eine „Rotation des Masterelements im Gleichlauf mit der Bahngeschwindigkeit“ der Fotopolymerverbundbahn bedeutet vorzugsweise, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Mantelfläche des Masterelements identisch zur Bahngeschwindigkeit der Fotopolymerverbundbahn ist. Hierdurch kann ein unerwünschter Schlupf zwischen Fotopolymerverbundbahn und der Mantelfläche des Masterelementes oder eine exzessive Bahnspannung der Fotopolymerverbundbahn unterbunden werden, sodass das Masterhologramm in präziser Position und ohne Verzerrung in die Fotopolymerschicht repliziert werden kann.

Die Bahngeschwindigkeit bezüglich der Fotopolymerverbundbahn bezeichnet vorzugsweise die Geschwindigkeit der Fotopolymerverbundbahn bzw. Trägerfolie in Längsrichtung durch die Vorrichtung. Die Längsrichtung ist vorzugsweise durch die längste Abmessung der Fotopolymerverbundbahn definiert und entspricht vorzugsweise der Hauptrichtung, in der sich die Fotopolymerverbundbahn durch die Vorrichtung bewegt wird. Bei der Bahngeschwindigkeit kann es sich um die Geschwindigkeit eines Punkts auf der Trägerfolie oder Fotopolymerverbundbahn handeln. Die Umfangsgeschwindigkeit bezeichnet vorzugsweise die Geschwindigkeit eines Punktes auf der Mantelfläche des Masterelements, welcher durch dessen Rotation eine Kreisbewegung vollführt, und kann auch als Abrollgeschwindigkeit bezeichnet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Antrieb des Masterelements durch eine Steuereinheit gesteuert, insbesondere um eine gewünschte Umfangsgeschwindigkeit der Mantelfläche des Masterelements zu erhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit für die Erhaltung einer gewünschten Bahnspannung in der Fotopolymerverbundbahn konfiguriert. Hierbei kann es sich um eine Bahnspannung vor und/oder hinter des Masterelements handeln. Dies kann sicherstellen, dass sich der Fotopolymerverbund nicht überdehnt, z.B. aufgrund einer zu niedrigen Bahngeschwindigkeit der Fotopolymerbahn vor dem Masterelement. Er kann auch dafür sorgen, dass sich der Fotopolymerverbund nicht wölbt, z.B. aufgrund einer zu niedrigen Bahngeschwindigkeit der Fotopolymerbahn nach dem Masterelement. Die mechanische Einführung von Fehlern in die Fotopolymerschicht kann so vermieden werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dafür konfiguriert, Antriebe von Transportrollen (auch als „Transportwalzen“ im Sinne der Erfindung bezeichnet) für die Bewegung der Fotopolymerverbundbahn zu und von dem Masterelement zu steuern, um eine gewünschte Bahnspannung in der Fotopolymerverbundbahn, insbesondere vor und nach dem Masterelement, aufrechtzuerhalten.

Zu diesem Zweck wird die Bahnspannung vorzugsweise durch geeignete Sensoren überwacht. Sollte die Bahnspannung außerhalb eines zulässigen Bereichs liegen, ist es bevorzugt, dass die Steuereinheit dafür konfiguriert ist, die Rotationsgeschwindigkeit einer oder mehrerer Transportwalzen (statt dem Masterelement) anzupassen. Hierfür kann die Steuereinheit ein Signal an die Antriebe einer oder mehrerer Transportwalzen senden, um die Bahnspannung wieder in den zulässigen Bereich zu bringen. Das Masterelement spielt somit in Bezug auf die Bahnspannung der Fotopolymerverbundbahn steuerungsseitig auch die Rolle eines „Masters“. Die Steuereinheit ist somit vorzugsweise dafür ausgelegt, eine gewünschte Rotationsgeschwindigkeit des Masterelements konstant zu halten, während Antriebe von Transportwalzen oder anderer Komponenten der Vorrichtung, welche die Bahngeschwindigkeit der Fotopolymerbahn beeinflussen, nachgeregelt werden.

Im Sinne der Erfindung ist die „Bahnspannung“ vorzugsweise ein Maß für die Zugbelastung, der die Fotopolymerverbundbahn in Längsrichtung ausgesetzt ist, insbesondere in der Richtung ihrer Bewegung durch die Vorrichtung. Sie kann durch die Kraft definiert werden, die auf die Fotopolymerverbundbahn in Längsrichtung im Vergleich zum Querschnitt der Fotopolymerverbundbahn wirkt und kann beispielsweise in N/mm ² gemessen werden.

Die Rotation des Masterelements im Gleichlauf mit der Fließgeschwindigkeit bzw. der Bahngeschwindigkeit der Fotopolymerverbundbahn ermöglicht ein kontinuierliches und zügiges Replikationsverfahren. Dies ist besonders vorteilhaft für die Verarbeitung der hochempfindlichen flüssigen Fotopolymerschicht, da die noch flüssigen Fotopolymere empfindlich auf Umgebungslicht, Störlichtoder Scherkräfte reagieren. Die flüssigen Fotopolymere werden nach einer kurzen Zeitspanne der Belichtung fixiert, wobei der kontinuierliche Prozess zudem verzugsverursachende mechanische Einflüsse vermeiden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weiterhin ein Fixierungsmodul, welches dazu eingerichtet ist, das replizierte Hologramm im Fotopolymerverbund auszuhärten. Mit dem Fixierungsmodul kann die Verbundbahn vorzugsweise schnell und mit minimalen Umlenkungen vom Belichtungsmodul übernommen werden. Das Fixierungsmodul kann vorzugsweise eine Lichtquelle, vorzugsweise UV-Strahlung, und/oder eine Wärmebehandlungsquelle umfassen. Im Falle der Fixierung mit einer UV-Lampe (auch als „UV-Strahler“ im Sinne der Erfindung bezeichnet) ist diese vorzugsweise so eingestellt, dass sie intensive UV-Strahlung zwischen 315 - 400 nm auf die Fotopolymerschicht strahlt.

Das Fixierungsmodul kann sich im selben Gehäuse wie das Belichtungsmodul befinden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass die Fixierung unmittelbar nach der Belichtung auf dem Masterelement erfolgt. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen einem einfallenden elektromagnetischen Strahl von der Belichtungslichtquelle und einem Fixierungsstrahl weniger als 50 cm, vorzugsweise weniger als 10 cm, vorzugsweise weniger als 5 cm, noch bevorzugter weniger als 1 cm. Der Fixierungsstrahl kann ein aufgeweiteter Strahl sein oder aus einem oder mehreren optional scannenden Strahlen bestehen und kann vorzugsweise so angeordnet sein, dass er auf das Masterelement gerichtet ist und durch die zwischen der Fixierungsstrahlquelle und dem Masterelement angeordnete Fotopolymerschicht hindurchgeht.

Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise zudem eine Steuereinheit für die Steuerung der Komponenten der Vorrichtung, beispielsweise des Beschichtungsmoduls, des Laminierungsmoduls, des Belichtungsmoduls und/oder des Fixierungsmoduls.

Der Begriff "Steuereinheit" bezieht sich vorzugsweise auf eine beliebige Rechnereinheit mit einem Prozessor, einem Prozessorchip, einem Mikroprozessor oder einem Mikrocontroller, die eine automatische Steuerung der Komponenten der Vorrichtung ermöglicht, z. B. eine Rotationsgeschwindigkeit einer Abwicklungsrolle, Aufwicklungsrolle, Laminierungswalze, Transportwalze, eines Masterelements, oder eine Anpassung einer Fotopolymerzusammensetzung, einer Beschichtungsdicke, einer Laminierungstemperatur, eines Laminierungsdrucks, einer Laminierungsdruckkraft, einer Orientation und/oder scannender Geschwindigkeit einer Lichtquelle, einer Fixierungsintensität usw. Die Komponenten der Steuereinheit können konventionell oder individuell für die jeweilige Implementierung konfiguriert sein. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit einen Prozessor, einen Speicher und einen Computercode (Software/Firmware) zur Steuerung der Komponenten der Vorrichtung.

Die Steuereinheit kann auch eine programmierbare Leiterplatte, einen Mikrocontroller oder eine andere Vorrichtung zum Empfangen und Verarbeiten von Datensignalen von den Komponenten der Vorrichtung umfassen, beispielsweise von Sensoren in Bezug auf die Geschwindigkeit der ersten oder zweiten Trägerfolien, des Masterelements oder der Fotopolymerverbundbahn sowie andere relevante sensorische Informationen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise ferner ein computerverwendbares oder computerlesbares Medium, wie eine Festplatte, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher usw., auf dem eine Computersoftware oder ein Code installiert ist. Der Computercode oder die Software zur Steuerung der Komponenten des Geräts kann in einer beliebigen Programmiersprache oder einer modellbasierten Entwicklungsumgebung geschrieben werden, z. B. in C/C++, C#, Objective-C, Java, Basic/VisualBasic, MATLAB, Python, Simulink, StateFlow, Lab View oder Assembler, aber nicht nur. Der Begriff "Steuereinheit ist konfiguriert, um" einen bestimmten Arbeitsschritt auszuführen, wie z.B. die Geschwindigkeit der Rotation des Masterelements an die Bahngeschwindigkeit einer Fotopolymerverbundbahn anzupassen oder umgekehrt, indem die Geschwindigkeit eines oder mehrerer Antriebsmotore geändert wird, kann eine kundenspezifische oder standardmäßige Software umfassen, die auf der Steuereinheit installiert ist und diese Betriebsschritte initiiert und regelt.

In bevorzugten Ausführungsformen kann die Vorrichtung Sensoren, beispielsweise Spannungssensoren zum Messen der Spannung in der ersten und/oder zweiten Trägerfolie, aufweisen. In diesen Fällen ist die Steuereinheit vorzugsweise dafür eingerichtet, Daten von den Sensoren, beispielsweise Spannungssensoren, zu empfangen und ggf. auswerten, beispielsweise um erfasste Spannungswerte mit Referenzwerten zu vergleichen. Die Steuereinheit kann vorzugsweise zudem dafür konfiguriert sein, anhand einer Auswertung der Daten Prozessparameter, beispielsweise die Geschwindigkeit einer oder mehrerer Transportwalzen anzupassen, zum Beispiel durch Senden eines Signals an einen oder mehrere Antriebsmotoren, um die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Trägerfolie auszugleichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bahnspannung der Fotopolymerverbundbahn durch geeignete Sensoren erfasst und an die Steuereinheit übermittelt. Vorzugsweise wird die Bahnspannung in der Vorrichtung durch Zugspannungstrennung unabhängig von der Bahngeschwindigkeit gesteuert. Die Steuerung der Bahnspannung ist insbesondere dazu eingerichtet, eine konstante Bahnspannung zwischen dem Beschichtungsmodul und dem Belichtungsmodul aufrechtzuerhalten. Durch eine gleichbleibende Bahnspannung können Längenänderungen in den betreffenden Abschnitten der Fotopolymerverbundbahn vermieden werden. Derartige Längenänderungen sind unerwünscht, insbesondere während das Fotopolymer noch flüssig ist, da diese Längenänderungen zu Schichtinhomogenitäten wie Fischaugen, Einfallstellen, starker Orangenhaut, usw. führen können. Die Aufrechterhaltung einer im Wesentlichen konstanten Bahnspannung ist deshalb besonders bevorzugt in den Abschnitten der Vorrichtung am Anschluss an die Beschichtung bis hin zur Belichtung, vorzugsweise bis hin zur Fixierung.

In bevorzugten Ausführungsformen kann die Vorrichtung einen Motor zum Antrieb des Masterelements umfassen, wobei die Rotationsgeschwindigkeit des Masterelements und/oder die Fließgeschwindigkeit bzw. Bahngeschwindigkeit des Fotopolymerverbunds und/oder die Bahnspannung der Fotopolymerverbundbahn von einem Sensor erfasst und an die Steuereinheit übermittelt wird. Vorzugsweise ist die Steuereinheit in diesen Fällen dazu konfiguriert, dass sie die Rotationsgeschwindigkeit des Masterelements mit der Bahngeschwindigkeit des Fotopolymerverbunds vergleicht und die Geschwindigkeit eines oder beider Elemente anpasst, um sie im synchronen Bahnlauf zu halten. Alternativ oder zusätzlich wird die Rotationsgeschwindigkeit des Masterelements in Abhängigkeit der gemessenen Bahnspannung der Fotopolymerverbundbahn gesteuert, um die Bahnspannung innerhalb eines bevorzugten Bereichs zu halten.

Besondere bevorzugte Merkmale der Vorrichtung werden nun näher erläutert werden. Die Reihenfolge der Erläuterungen entspricht nicht notwendigerweise der Reihenfolge der Anordnung in der Vorrichtung.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Belichtungsmodul derart konfiguriert, dass während der Fotopolymerverbund durch das Belichtungsmodul geführt wird, ein zu belichtender Bereich des Fotopolymerverbunds die Form einer Mantelfläche des Masterelements bereichsweise vorübergehend annimmt und sich mit der Mantelfläche mitbewegend über das rotierende Masterelement geführt wird. Vorzugsweise besteht mithin ein mechanischer Kontakt zwischen einem Bereich des Masterelements und einem Bereich des Fotopolymerverbunds. Mit "über das rotierende Masterelement" ist keine bestimmte Richtung des Fotopolymerverbunds in Bezug auf das Masterelement gemeint, sondern eine beliebige Richtung, welche mindestens teilweise entlang des Umfang des Masterelements verläuft. Der Folienverbund kann somit oberhalb, unterhalb, links, rechts, diagonal zum Masterelement usw. verlaufen.

Die Form einer Mantelfläche des Masterelements kann nur über einen sehr kleinen Bereich vorübergehend angenommen werden. Beispielsweise kann der zu belichtende Bereich als eine dünne Line mit Linienbreite von weniger als 1 mm ausgebildet sein z. B. wenn der Verbund im Wesentlichen tangential zur Mantelfläche des Masterelements verläuft.

Ebenso kann der zu belichtende Bereich des Fotopolymerverbunds die Form der Mantelfläche des Masterelements über einen ausgedehnten Bereich vorübergehend annehmen, beispielsweise bogenförmig über ein Kreissegment eines zylindrischen Masterelements mit einem Öffnungswinkel von mehr als 5° oder mehr als 10°. Dies bietet zusätzlichen Platz für eine Belichtung und optional eine Fixierung. Die Belichtung kann vorzugsweise auf dem belichteten Bereich entlang einer Linie parallel zur Rotationsachse des Masterelements oder simultan in mehreren Linien erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Belichtung durch einen aufgeweiteten konstanten Lichtstrahl oder durch eine oder mehrere kontinuierlich scannenden Lichtquellen, bevorzugt Laser.

In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich die Lichtquelle(n) des Belichtungsmoduls und die Lichtquelle(n) zur Fixierung (z.B. ein UV-Strahler) der Fotopolymerverbundbahn in demselben optisch isolierten Gehäuse. Vorzugsweise kann die Fixierung in demselben ausgedehnten Bereich unmittelbar im Anschluss an die Belichtung erfolgen. Dies ermöglicht einen minimalen Transportweg zwischen einer Belichtung und einer Fixierung, so dass das belichtete Fotopolymer besonders wenig Zeit in einem mittelviskosen Zustand nach der Belichtung verbringt. Dies verringert das Risiko von Verzerrungen, die während des Transports des Verbunds auftreten können, etwa wenn die Spannung in der ersten und zweiten Trägerfolie nicht gleich sind und Scherkräfte entlang der Verbundbahn auftreten.

Verzerrungen in dem noch mittelviskosen Fotopolymer führen zu einer Verminderung der Auflösung eines belichteten Bildes und deswegen zu einer Verminderung der Qualität des Endprodukts. Diese Verzerrungen werden häufig durch Scherkräfte verursacht, die auf das Fotopolymer einwirken und die einbelichtete Mikrostrukturen verformen können. Dies geschieht, wenn z.B. eine der ersten oder zweiten Trägerfolien schneller gezogen wird als die andere. Daher ist es bevorzugt, dass die Spannung in jeder der oberen und unteren Trägerfolien, vorzugsweise vor der Laminierung, automatisch gemessen und verglichen wird, um sicherzustellen, dass diese synchron sind und etwaige Fehler korrigiert werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung Mittel zur Überwachung und Kontrolle der Spannung in den Folien, um die Wahrscheinlichkeit von durch Scherkräfte verursachten Verzerrungen weiter zu reduzieren. Vorzugsweise wird die Spannung in den Trägerfolien vor dem Laminieren durch einen oder mehrere Sensoren gemessen und die Daten einer Steuereinheit zugeführt, welche die ermittelten Spannungen vergleicht. Vorzugsweise leitet die Steuereinheit eine Korrekturmaßnahme ein, wenn die Differenz der Spannungen einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Vorzugsweise umfasst die Einstellmaßnahme das Senden eines Signals an einen oder mehrere Antriebsmotoren, um die Rotationsgeschwindigkeit einer angetriebenen Walze zu ändern. Die Steuereinheit kann auch Daten von den Sensoren auswerten, um festzustellen, ob eine oder mehrere Trägerfolien eingeklemmt (Spannungsanstieg) oder gerissen (Spannungsabfall) ist, um die Vorrichtung in einem der Fälle zu einem sicheren Stillstand zu bringen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Masterelement einen Grundkörper. Der Grundkörper kann transparent, farbfilternd oder undurchsichtig sein. Mindestens die Mantelfläche des Grundkörpers ist vorzugsweise optisch poliert. Ein Politurgrad P3 ist bevorzugt, wobei ein höheres Politurgrad P4 noch bevorzugter ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Grundkörper eine Oberflächenpasse von maximal A/2, insbesondere in Bezug auf die durch die Lichtquelle erzeugte Strahlung. Die Oberflächenpasse entspricht im Sinne der Erfindung bevorzugt der Differenz zwischen einer Ist-Form des Grundkörpers und einer Soll-Form. Vorzugsweise wird die Oberflächen passe mit Hilfe eines Probeglases mit 50 mm Durchmesser bestimmt. Beispielsweise wird ein Probeglas mit einem bekannten Durchmesser und bekannter Krümmung auf die Oberfläche des Grundkörpers gelegt. Diese Anordnung wird mit einem Laser einer bekannten Wellenlänge belichtet, sodass Interferenzstreifen auf den Probeglas zu beobachten sind. Aus den Interferenzstreifen lassen sich Rückschlüsse auf die Krümmungsabweichung des Grundkörpers von der bekannten Krümmung des Probeglases ziehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Abweichung des Masterelementes von einer idealen Zylinderform nicht mehr als 0,2 mm, insbesondere nicht mehr als 0,01 mm. Dies ermöglicht eine sehr präzise Lichtumlenkung durch den Körper oder die Oberfläche des Masterelements. Gleichzeitig kann die Rotation des Masterelements sehr genau mit der Bewegung der Fotopolymerverbundbahn synchronisiert werden.

Im Falle eines undurchsichtigen Grundkörper liegt ein Masterhologramm vorzugsweise auf einer Mantelfläche des Grundkörpers. Ein solcher Grundkörper kann komplett oder teilweise für die Wellenlänge der Lichtquelle des Belichtungsmoduls absorbierend sein. Es ist hierbei bevorzugt, dass ein solches Masterelement für das Kopieren eines Volumenhologramms durch ein Reflexionsverfahren konfiguriert ist; d.h. die Lichtquelle ist derart angeordnet, dass das Licht als ein Referenzstrahl durch den Verbund und dann durch das Masterhologramm läuft, bevor es von dem Masterhologramm wieder durch den Verbund als Objektstrahl reflektiert wird. Bei einem absorbierenden Grundkörper ist es von Vorteil, dass reflektierende Störungen auf ein Minimum beschränkt werden können.

Im Falle eines transparenten oder farbfilternden Grundkörper liegt vorzugsweise ein Masterhologramm eingebracht in oder auf einer Mantelfläche des Grundkörpers vor. Der Grundkörper umfasst vorzugsweise optisches Glas, beispielsweise N-BK7, Borofloat-Glas, Borosilikatglas, B270N-SF2, P-SF68, P-SK57Q1 , P-SK58A, BK10, Quarzglas und/oder P-BK7 oder optischen Kunststoff, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Cycloolefin-Polymere (COP) oder Cycloolefin-Copolymere (COC). Ein solcher Grundkörper kann bevorzugt für das Kopieren eines Volumenhologramms durch ein Reflexions- oder Transmissionsverfahren angewendet werden.

Unabhängig vom Material des Grundkörpers können ein oder mehrere Masterhologramme nur in einem oder mehreren bestimmten Bereichen der Mantelfläche vorhanden sein. Um Reflexionsstörungen zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass die Masterhologramm-freien Bereiche des Grundkörpers mit einem reflexionsmindernden Material überzogen sind.

Es kann bevorzugt sein, dass eine optische Flüssigkeit auf einer Oberfläche des Masterelementes und/oder des Fotopolymerverbunds aufgetragen wird. Diese hat vorzugsweise einen optischen Brechungsindex nahe dem des Masterelementes, insbesondere einer Abdeckung des Masterelementes, und/oder des Fotopolymerverbundes, um Reflexionen an den Grenzflächen zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund zu minimieren. Die optische Flüssigkeit kann zudem den optischen Kontakt zwischen den Elementen verbessern, da etwaige Form- und/oder Oberflächenfehler der optischen Elemente ausgeglichen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Klebefolie zwischen Masterelement und dem Fotopolymerverbund vorübergehend eingebracht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Belichtungsmodul mindestens eine Abwicklungs- und eine Aufwicklungsrolle für eine vorübergehende Aufbringung einer optischen Klebefolie zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund. Die Abwicklungsrolle dient vorzugsweise für die Abwicklung der optischen Klebefolie und die Aufwicklungsrolle für die Aufwicklung der optischen Klebefolie nach der Verwendung. Die optische Klebefolie verbindet vorzugsweise den Verbund vorübergehend (vorzugsweise mindestens für den Zeitraum einer Belichtung) mit dem Masterelement und schafft vorteilhaft einen optischen Verbund zwischen beiden Elementen. Dies hat den Vorteil, dass unerwünschte Reflexionen an den Grenzflächen zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund reduziert werden, wodurch ein qualitativ hochwertigeres Hologramm entsteht. Die optische Klebefolie kann auch als OCA (Optical Clearance Adhesive) bezeichnet werden.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise einen Schritt der Entfernung der optischen Klebefolie von dem Masterelement und/oder von dem Fotopolymerverbund nach der Belichtung, wobei die Vorrichtung vorzugsweise geeignete Mittel für die Entfernung - beispielsweise eine Aufwicklungsrolle - umfasst.

Im Sinne der Erfindung ist eine „optische Klebefolie“ vorzugsweise eine transparente Folie mit einem Brechungsindex nahe dem Brechungsindex des Masterelements und/oder des Fotopolymerverbunds. Die optische Klebefolie ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen optischen Kontakt zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund zu verbessern, sodass Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund reduziert oder eliminiert werden.

Vorzugsweise weisen die für die optische Klebefolie verwendeten Materialien identische oder ähnliche optische Eigenschaften auf, wie jene Materialien, welche für das Substrat des Masterelements, seine Abdeckung und/oder die Verbundbahn verwendet werden. Vorzugsweise umfassen die ähnlichen oder identischen Eigenschaften die Transparenz, Haze, Spannungsdoppelbrechungseigenschaften und/oder den Brechungsindex. Die Verwendung identischer oder ähnlicher Materialien ermöglicht eine sehr enge Anpassung des Brechungsindexes der optischen Klebefolie an die Brechungsindizes des angrenzenden Masterelements und/oder Fotopolymerverbunds, so dass ein Übergang zwischen den benachbarten Brechungsindizes ohne Brechungsindexsprünge gewährleistet werden kann. Reflexionen an der Grenzfläche zwischen dem Masterelement, der optischen Klebefolie und/oder dem Fotopolymerverbund werden dadurch weitgehend eliminiert oder deutlich minimiert.

Weiterhin ist die optische Klebefolie vorzugsweise ein Feststoff, in welchem die Brownsche Molekularbewegung hinreichend klein ist, wodurch ein „Wackeln“ der Phase des Lichtes verhindert und damit ein innerhalb der Belichtungszeit stabileres Interferenzfeld in der Hologrammkopie ergibt. Die Mikrostrukturen verwischen auf diese Weise nicht, wodurch die Beugungseffizienz der Hologramme maximal wird. Auch die Schärfe und der Kontrast des erzeugten Hologramms wird deutlich verbessert. Die optische Klebefolie verbessert den optischen Kontakt zwischen belichteten transparenten Bauteilen, durch die das Belichtungslicht geleitet wird. Dadurch werden unerwünschte Reflexionen, Streuungen oder Verluste reduziert und die Qualität des reproduzierten Hologramms erhöht.

Die optische Klebefolie kann analog zum Fotopolymerverbund - beispielsweise als eine Bahn - geformt und auf analoge Weise durch den Prozess bewegt werden, z.B. mit Hilfe von Walzen. Dies ermöglicht eine einfache Synchronisation der optischen Klebefolie mit dem Fotopolymerverbu nd .

Im Gegensatz zu den aus dem Bereich der optischen Displays bekannten OCA’s (optical clearance adhesive) weist die optische Klebefolie vorzugsweise neben ihren vorteilhaften optischen Eigenschaften eine geringe Klebekraft auf. Hierdurch kann die optische Klebefolie nach der Verwendung rückstandsfrei und mit geringer Kraft von einer Oberfläche entfernt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie mindestens eine Klebeschicht. Die mindestens eine Klebeschicht weist vorzugsweise eine Schälkraft gegenüber der Oberfläche des Masterelementes und/oder einer Oberfläche des Fotopolymerverbunds von weniger als 3 N/cm (Newton per centimeter), bevorzugt weniger als 1 N/cm. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Schälkraft der Klebeschicht der optischen Klebefolie gegenüber der Oberfläche des Masterelementes und/oder einer Oberfläche der lichtempfindlichen Verbundbahn jedoch mindestens 0,01 N/cm, bevorzugt mindestens 0,1 N/cm. Die Schälkraft der optischen Klebefolie oder einer ihrer Schichten kann beispielsweise nach einem 180-Grad-Schältest gemessen werden. In Vorzugsformen erfolgt die Messung gemäß ASTM D903.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die optische Klebefolie einen einschichtigen Schichtaufbau auf, wobei der Schichtaufbau genau eine Klebeschicht aufweist. Die genau eine Klebeschicht ist vorzugsweise auf beiden Seiten haftend, um einen optischen Kontakt zu vermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die optische Klebefolie zwei Klebeschichten, wobei vorzugsweise jede Klebeschicht unmittelbar auf einer Trägerschicht aufgebracht vorliegt, so dass die optische Klebefolie drei Schichten umfasst. Eine solche optische Klebefolie kann auf zwei Oberflächen gleichzeitig haften, wodurch ein besonders guter optischer Kontakt vermittelt werden kann und eine Gefahr von Luftspalten oder unerwünschten Reflexionen verringert wird.

Die optische Klebefolie ist vorzugsweise optisch transparent. Die optische Klebefolie umfasst vorzugsweise ein Material mit einer Fresnel-korrigierten Transparenz von mindestens 99%, einer maximalen Haze von 0,5% und einer minimalen Polarisationsneigung. Vorzugsweise ist das Material der optischen Klebefolie farblos. Es ist besonders bevorzugt, dass die optische Klebefolie kein Gelbstich und keine graue Färbung aufweist. Die Klebekraft der optischen Klebefolie sollte so gering sein, dass keine unerwünschten Spannungen in dem Fotopolymerverbund entstehen und keine Spuren auf dem Masterelement oder dem Fotopolymerverbund hinterlassen werden. Das heißt, die optische Klebefolie ist vorzugsweise rückstandsfrei ablösbar. Eine bevorzugte Klebekraft liegt zwischen 10 cN/cm - 3 N/cm der optischen Klebefolie.

In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die optische Klebefolie eine Trägerschicht, welche beidseitig mit einem optisch transparenten Klebematerial beschichtet ist. Die Trägerschicht ist deshalb vorzugsweise beidseitig mit Klebeschichten vorgesehen, wobei die Klebeschichten vorzugsweise aus einem Klebematerial bestehen. Die Trägerschicht umfasst vorzugsweise ein oder mehrere der folgenden Materialien: Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat, (PET), Polybutylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Celluloseacetat, Triacetat (TAC), Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Cycloolefin polymere, Polystyrol, Polyepoxide, Polysulfon, Cellulosetriacetat (CTA), Polyamid, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Perfluorethylenpropylen (FEP) oder Polydicyclopentadien oder deren Mischungen. Das optisch transparente Klebematerial umfasst vorzugsweise ein Klebematerial auf Basis von Silikon, Acrylat, Gummi oder deren Mischungen, wobei Klebematerialien auf Gummibasis besonders bevorzugt sind.

Es ist bevorzugt, dass die Außenschichten der optischen Klebefolie im Ausgangszustand mit jeweils einer Schutzfolie geschützt sind. Zum Abwickeln dieser Schutzfolien in der Strecke zwischen der Abwicklungsrolle der optischen Klebefolie und dem Masterelement können geeignete Abwicklungsrollen vorgesehen werden.

Es ist bevorzugt, dass eine Brechungsindexdifferenz zwischen dem Masterelement und der optischen Klebefolie, vorzugsweise ebenfalls zwischen dem Masterelement und des anliegenden Fotopolymerverbundes, nicht mehr als 0,2, stärker bevorzugt nicht mehr als 0,1 und noch stärker bevorzugt nicht mehr als 0,05 beträgt. Dies ermöglicht eine deutlich verbesserte Kontrolle der Lichtbeugung des Belichtungslichts, ohne dass optische Flüssigkeiten erforderlich sind, die einen hohen Wartungsaufwand und eine häufige Reinigung der Vorrichtung erfordern.

Es ist besonders bevorzugt, dass die optische Klebefolie einen Brechungsindex aufweist, welcher zwischen einem Brechungsindex des Masterelementes (oder seiner Abdeckung) und des anliegenden Fotopolymerverbundes (oder seiner anliegenden Trägerfolie) liegt. In diesem Zusammenhang schließt der Begriff "zwischen" vorzugsweise auch die Werte der Brechungsindizes des benachbarten Masterelements oder Fotopolymerverbunds selbst ein. Diese Anordnung ermöglicht einen sanften bzw. störungsfreien Übergang von Lichtstrahlen zwischen dem Masterelement und dem Fotopolymerverbund mit minimalen Reflektionen und/oder Aberrationen an Grenzflächen.

Als veranschaulichendes, nicht-limitierendes Beispiel können die Brechungsindizes, ausgehend vom Grundkörper und radial nach außen, beispielsweise wie folgt gewählt werden.

Grundkörper (aus N-BK7): n _e = 1 ,519

Kleberschicht: n _e = 1 ,51

Masterhologramm (Fotopolymerschicht): n _e = 1 ,500

Masterhologramm (Trägerfolie): n _e = 1 ,485

Optische Klebefolie (OCA bestehend aus Klebeschicht/Trägerschicht/Klebeschicht): n _e = 1 ,47/1 ,485/1 ,47

Der Fachmann kennt weitere Materialien, welche ausgehend von der vorliegenden Lehre einen möglichst kontinuierlichen Übergang des Brechungsindex des Masterelementes und der anliegenden Trägerfolie ermöglichen. Beispielsweise kann als eine Alternative der Grundkörper Borofloat-33 umfassen, welches einen Brechungsindex von 1 ,48 aufweist. Die Materialien der weiteren Schichten können so ausgewählt werden, um an diesen Index angepasst zu werden. Für alle die obengenannten Komponenten (Grundkörper bis optischer Klebefolie) ist es allgemein bevorzugt, dass der jeweilige Brechungsindex zwischen 1 ,4 und 1 ,6 liegt.

Für alle oben genannten Komponenten gilt, dass ihre Materialien vorzugsweise eine Fresnelkorrigierte Transparenz von mindestens 99%, eine maximale Haze von 0,5% und eine minimale Polarisationsneigung aufweisen. Der spannungsoptische Koeffizient der Materialien ist vorzugsweise möglichst klein. Die Spannungsdoppelbrechung der Materialien wird vorzugsweise durch entsprechende Temperungen so minimiert, dass Trägerfolien beim Betrachten durch gekreuzte Polarisatoren kein Zebramuster zeigen. Es ist auch bevorzugt, dass die eingesetzten Materialien geringe Schlieren, Einschlüssen und Blasen aufweisen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Masterelement einen konstanten Durchmesser von mindestens 50 mm, bevorzugt mindestens 100 mm, bevorzugter mindestens 150 mm und noch bevorzugter mindestens 300 mm aufweist. Vorteilhafterweise verursachen entsprechende Formen und Dimensionen des Masterelements besonders geringe Verzerrungen durch Scherkräfte in der flüssigen Fotopolymerschicht. Die geringere Krümmung, die durch den größeren Durchmesser verursacht wird, ermöglicht auch eine erhöhte Flexibilität und Kontrolle bei der Ausrichtung des Belichtungslichts und beeinflusst etwaige eingetragenen Zu- oder Scherkräfte im Fotopolymerverbund positiv, d.h. sie sind geringer.

Optional können zudem in der Vorrichtung weitere Transportwalzen zwischen dem Belichtungsmodul und Fixierungsmodul vorgesehen sein. Um die belichtete flüssige Fotopolymerschicht zu schonen, ist es auch in einem solchen Fall bevorzugt, dass solche Walzen einen größeren konstanten Durchmesser aufweisen. Bevorzugte Durchmesser betragen mindestens 50 mm, bevorzugt mindestens 100 mm, bevorzugter mindestens 150 mm und noch bevorzugter mindestens 300 mm. Die optionale Transportwalzen sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass eine Bahn zwischen dem Belichtungsmodul und dem Fixierungsmodul keine oder möglichst wenige Umlenkungen aufweist. Das heißt, es ist besonders bevorzugt, dass der Transport des belichteten flüssigen Fotopolymers im Wesentlichen geradlinig verläuft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden eine oder beide Grundflächen und/oder die Mantelfläche des Masterelements völlig oder teilweise mit einer Antireflex-Beschichtung versehen. Dadurch können unerwünschte Störungen der Belichtung durch Reflexionen vorteilhaft reduziert werden.

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Beschichtungsmodul dazu eingerichtet, das flüssige Fotopolymer auf die erste Trägerfolie mittels eines Rolle-zu-Rolle Verfahrens zu beschichten. Das Beschichtungsmodul kann eine oder mehrere Beschichtungselemente umfassen, wobei das geeignete Beschichtungselement je nach Schichtdicke und rheologischen Eigenschaften ausgewählt werden kann. Als Beschichtungselemente können beispielhaft die Folgenden bevorzugt sein: eine Rasterwalze, einen Drahtrakel, einen Profilrakel, eine Schlitzdüse, einen Rakelmesser, eine Kammerrakel eine Kommarakel und oder Mittel für ein Rakelverfahren.

Die Dicke einer Fotopolymerschicht beträgt vorzugsweise 1 - 200 pm. Für Fotopolymerschichten mit Dicken zwischen 1 - 15 pm ist es bevorzugt eine Rasterwalze in einem Tiefdruckverfahren anzuwenden. Für Fotopolymerschichten mit Dicken zwischen 7 - 40 pm, sind Drahtrakel oder Profilrakel bevorzugt. Liegt die Schichtdicke zwischen 40 und 100 pm, wird vorzugsweise eine Schlitzdüse, ein Rakelmesser oder eine Kommarakel verwendet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zwei Beschichtungsmodule, wobei ein erstes Beschichtungsmodul dazu eingerichtet ist, eine erste Trägerfolie mit einem flüssigen Fotopolymer zu beschichten und ein zweites Beschichtungsmodul dazu eingerichtet ist, eine zweite Trägerfolie mit einem flüssigen Fotopolymer zu beschichten. Durch die getrennte Beschichtung zweier Folien und deren Zusammenfügen können dünnere Beschichtungsschichten zu einer dickeren Fotopolymerschicht kombiniert werden. Vorteilhaft ist, dass dünnere Schichten schneller entgast werden. Auch die Lösungsmittel in den Beschichtungen können vor dem Laminierungsprozess schneller verdampfen.

Darüber hinaus kann die Beschichtung zusätzlicher Trägerfolien die Herstellung von Fotopolymerstacks ermöglichen. Beispielsweise kann ein Stapel aus drei flüssigen Fotopolymerschichten, die jeweils durch eine Trägerfolie getrennt sind, drei unterschiedliche Fotopolymerzusammensetzungen umfassen, wobei beispielsweise jede Zusammensetzung für Licht einer bestimmten Wellenlänge (vorzugsweise RGB) empfindlich ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Abwicklungsstation für die Abwicklung einer als Rolle gelieferten Trägerfolie. Es ist bevorzugt, dass die Vorrichtung Abwicklungsstationen für jeweils die erste und die zweite Trägerfolien umfasst. Es ist auch bevorzugt, dass die Trägerfolien zwischen zwei Schutzfolien der Vorrichtung geliefert werden. Die Vorrichtung umfasst in diesem Fall vorzugsweise Abwicklungsrollen für die Entfernung einer oder mehrere Schutzfolien, bevor die Trägerfolien weiterverarbeitet werden. Es ist besonders bevorzugt, dass die Schutzfolien nur einseitig von den Trägerfolien entfernt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Oberflächen-Vorbehandlungsstation, vorzugsweise nach dem Prinzip einer Plasma- Vorbehandlungsstation, zwischen mindestens einem der Abwicklungsmodule und einem Beschichtungsmodul, insbesondere zwischen den Abwicklungsmodulen und den Beschichtungsmodulen. Dies verbessert vorteilhaft die Haftung der flüssigen Fotopolymerschicht auf den Trägerfolien. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine erste Oberflächen-Vorbehandlungsstation für eine Vorbehandlung der ersten Trägerfolie und eine zweite Oberflächen-Vorbehandlungsstation für eine Vorbehandlung der zweiten Trägerfolie. Sollten weitere Folien mit einem Fotopolymer beschichtetwerden oder eine Fotopolymerschicht abdecken, so kann die Vorrichtung vorzugsweise auch für jede weitere Folie, die mit einer Fotopolymerschicht in Kontakt kommen sollte, eine Oberflächen-Vorbehandlungsstation umfassen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Laminierungsmodul mindestens eine Laminierungswalze (oder „Kaschierungswalze“), insbesondere ein Paar von Laminierungswalzen. Die mindestens eine Laminierungswalze ist vorzugsweise dafür konfiguriert, einen Druck von 0,02 - 200 N/cm ² , insbesondere 0,02 - 50 N/cm ² auf die zwei Trägerfolien und die dazwischenliegende Fotopolymerschicht anzuwenden. Die Druckanwendung wird vorzugsweise durch einen geeigneten Sensor überwacht und dient vorzugsweise zur Steuerung des Laminierungsmoduls. Als Sensor für den Druck, welcher durch die mindestens eine Laminierungswalze ausgeübt wird, kann vorzugsweise eine Filmbeschichtung verwendet werden, wobei ein Drucksensor über die Gesamtheit einer Folie verteilt vorliegt (sogenannte „Druckmessfolie“). Hierdurch kann die Verteilung des Drucks entlang einer Laminierungswalze bestimmt werden, sodass eine Schiefstellung der Laminierungswalze erkannt und korrigiert werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Laminierungsmodul ein Paar von Laminierungswalzen. Es ist bevorzugt, dass das Laminierungsmodul eine Druckkraft zwischen 10 - 20000 N auf die zwei Trägerfolien und die dazwischenliegende Fotopolymerschicht anwendet. Die erforderliche Druckkraft hängt vorzugsweise von der Breite der Trägerfolien, der Beschichtungsbreite, der Zielschichtdicke und/oder der Bahngeschwindigkeit ab. Alternativ oder zusätzlich kann das Laminierungsmodul die mindestens zwei Trägerfolien bei einer Temperatur zwischen 5 - 300 °C, vorzugsweise 15° - 200°C, insbesondere 20 °C - 100 °C laminieren. Vorzugsweise wird die Temperatur in Abhängigkeit von den Materialien der zwei Trägerfolien so gewählt, dass eine oder beide für eine kurze Zeitspanne an ihren Schmelzpunkt gebracht werden. Die bevorzugte Temperatur hängt neben den zuvor genannten Parametern auch von der Fotopolymerrezeptur ab. Die Temperatur und der Druck sollten vorzugsweise so eingestellt werden, dass die Fotopolymerschicht in einem flüssigen Zustand verbleibt bzw. eine für die weiteren Prozessschritte optimierte Viskosität erhalten oder eingestellt wird. Das Laminierungsmodul verbindet vorzugsweise die erste und die zweite Trägerfolie entlang zweier paralleler unbeschichteter Ränder, so dass die Flüssigkeit zwischen ihnen eingeschlossen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine oder beide Laminierungswalzen Edelstahl. Edelstahl bietet verschiedene Vorteile, wie z.B. die Fähigkeit, hohen Drücken standzuhalten und eine einfache Reinigung. Die Laminierungswalzen können starr ausgeführt sein, z.B. ohne Beschichtung des Edelstahls und/oder indem der Edelstahl nur mit einer Schutzschicht und/oder einem Drucksensor beschichtet wird. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn zwischen den Trägerfolien dünne Schichten aus flüssigem Fotopolymer vorgesehen sind. Bei größeren Fotopolymerschichtdicken kann es jedoch auch von Vorteil sein, wenn die Laminierungswalzen eine weniger starre Beschichtung aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist es daher bevorzugt, dass eine oder mehrere der Laminierungswalzen eine Gummibeschichtung umfassen, wobei die Gummibeschichtung beispielsweise ein Fluorelastomer wie Viton oder einen Nitrilkautschuk (Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, NBR) umfassen kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Entgasungsstation, die zwischen dem Beschichtungsmodul und dem Laminierungsmodul angeordnet vorliegt. Die Entgasungsstation ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Vibration auf die beschichtete erste und/oder zweite Trägerfolie zu übertragen. Die Vibration dient vorteilhafterweise der Beseitigung von etwaigen Luftblasen in der flüssigen Fotopolymerschicht. Die Entgasungsstation ist vorzugsweise auch auf 30 - 300 °C, insbesondere 100 - 200 °C, beheizbar konfiguriert. Die erhöhte Temperatur dient auch dem Entziehen von Lösemitteln. Die Entgasungsstation kann zudem dazu verwendet werden, um eine Viskosität der Fotopolymerschicht für folgende Prozessschritte zu erhöhen. Dadurch wird ein etwaiger Einfluss residualer Scherkräfte auf die flüssige Fotopolymerschicht weiter reduziert.

In allen Modulen und Stationen der Vorrichtung ist es bevorzugt, dass eine Bahnbreite der Trägerfolien bzw. des Fotopolymerverbunds zwischen 150 - 1500 mm untergebracht werden kann, wobei eine beschichtete Breite vorzugsweise 100 - 1400 mm beträgt. Für den Transport der bahnförmigen Trägerfolien bzw. des Fotopolymerverbunds umfasst die Vorrichtung vorzugsweise Bahnführungselemente wie Leitwalzen und/oder eine Zugrolle bzw. Zugwalze. Die Bahnführungselemente sowie die Module sind vorzugsweise für eine Bahngeschwindigkeit zwischen 5 cm/min - 50 m/min konfiguriert.

Alle Module und Stationen der Vorrichtung sind bevorzugt auch multiplizierbar. Zum Beispiel kann die Vorrichtung drei aufeinanderfolgenden Belichtungsmodule aufweisen, für die Belichtung drei unterschiedlicher farbempfindlicher Bestandteile des flüssigen Fotopolymers bei unterschiedlichen Wellenlängen. Die Vorrichtung kann alternativ oder zusätzlich drei parallel angeordnete Beschichtungsmodule, Laminierungsmodule und Belichtungsmodule umfassen, wobei diese drei unterschiedliche farbempfindliche Fotopolymerverbunde verarbeiten, um nach einer Fixierung einen Stack aus drei Verbunden, z.B. einen RGB-Stack, herzustellen.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu eingerichtet, ein Verfahren für die kontinuierliche Replikation eines Hologramms durchzuführen. Das Verfahren umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte: a. Beschichtung einer ersten Trägerfolie mit einem flüssigen Fotopolymer durch ein Beschichtungsmodul, b. Aufbringen einer zweiten Trägerfolie auf die beschichtete erste Trägerfolie mit Hilfe eines Laminierungsmoduls, um einen Fotopolymerverbund umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht zwischen zwei Trägerfolien zu erhalten, c. In-Kontakt-Bringen eines Bereiches des Fotopolymerverbunds mit einem axial rotierbaren Masterelement umfassend ein zu replizierendes Masterhologramm in einem Belichtungsmodul und Belichtung des Bereichs des Fotopolymerverbunds mittels einer Lichtquelle, sodass das Masterhologramm auf den Fotopolymerverbund repliziert wird, und d. Aushärten eines im flüssigen Fotopolymers enthaltenen Replik-Hologrammes in einem Fixierungsmodul.

Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch für das Verfahren gelten, und umgekehrt.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere auch durch das In-Kontakt-Bringen des Fotopolymerverbunds mit einem axial rotierbar gelagerten Masterelement aus, während die Lichtquelle das Masterhologramm zum Erhalt eines replizierten Hologramms auf einen Bereich des Fotopolymerverbundes belichtet. Ein „In-Kontakt-Bringen“ in diesem Sinne bezieht sich auf einen optischen Kontakt, obwohl auch ein zusätzlicher mechanischer Kontakt bevorzugt werden kann. Das axial rotierbar gelagerte Masterelement erlaubt insbesondere eine kontinuierliche Einbindung des Belichtungsprozesses in ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Unterbrechungen des Prozesses, wie in konventionellen Verfahren unter Verwendung von Mattscheiben, werden vermieden.

Aufgrund der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit können flüssige Fotopolymere mit einer geringen Lagerstabilität von wenigen Tagen, Stunden und Minuten verwendet werden. Diese flüssigen Fotopolymere sind wegen ihrer Lichtempfindlichkeit vorzugsweise mit Vorsicht zu behandeln. Das Beschichtungsmodul wird daher vorzugsweise optisch vom Umgebungslicht isoliert. Die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung der Fotopolymere reduziert das Risiko von Störungen durch Reflexion und Umgebungslicht, so dass das Endprodukt eine hohe Präzision und Qualität aufweist. Aufgrund der Schnelligkeit und Präzision der Vorrichtung ist eine Trocknungsstation zwischen der Beschichtung und den Belichtungsmodulen nicht erforderlich. Kleinserien können so noch wirtschaftlicher produziert werden.

Die bevorzugten Schritte des Verfahrens werden hier näher erläutert. Die Reihenfolge der folgenden Erläuterungen kann, muss aber nicht der Reihenfolge der Verfahrensschritte entsprechen.

Eine erste Trägerfolie wird vorzugsweise in einem Beschichtungsmodul mit einem flüssigen Fotopolymerbeschichtet. Die Dicke einer Fotopolymerschicht beträgt vorzugsweise 1 - 200 pm. Für Fotopolymerschichten mit Dicken zwischen 1 - 15 pm ist es bevorzugt eine Rasterwalze in einem Tiefdruckverfahren anzuwenden. Für Fotopolymerschichten mit Dicken zwischen 7 - 40 pm, sind Drahtrakel oder Profilrakel bevorzugt. Liegt die Schichtdicke zwischen 40 und 100 pm, wird vorzugsweise eine Schlitzdüse, ein Rakelmesser oder eine Kommarakel verwendet. Das Verfahren kann optional die gleichzeitige Beschichtung sowohl der ersten als auch der zweiten Trägerfolie durch separate Beschichtungselemente umfassen. Durch die getrennte Beschichtung zweier Folien und deren Zusammenfügen können dünnere Beschichtungsschichten zu einer dickeren Fotopolymerschicht kombiniert werden. Vorteilhaft ist, dass dünnere Schichten schneller entgast werden. Auch die Lösungsmittel in den Beschichtungen können vor dem Laminierungsprozess schneller verdampfen.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise weiterhin das Aufbringen einer zweiten Trägerfolie auf die beschichtete erste Trägerfolie mit Hilfe eines Laminierungsmoduls, um einen Fotopolymerverbund umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht zwischen zwei Trägerfolien zu erhalten. Das Laminierungsmodul umfasst vorzugsweise zwei Laminierungswalzen. Es ist bevorzugt, dass das Laminierungsmodul eine Druckkraft zwischen 10 - 20000 N auf die zwei Trägerfolien und die dazwischenliegende Fotopolymerschicht anwendet. Die erforderliche Druckkraft hängt vorzugsweise von der Breite der Trägerfolien, der Beschichtungsbreite, der Zielschichtdicke und/oder der Bahngeschwindigkeit ab. Alternativ oder zusätzlich kann das Laminierungsmodul die mindestens zwei Trägerfolien bei einer Temperatur zwischen 20 - 300 °C laminieren. Vorzugsweise wird die Temperatur in Abhängigkeit von den Materialien der zwei Trägerfolien so gewählt, dass eine oder beide für eine kurze Zeitspanne an ihren Schmelzpunkt gebracht werden. Die bevorzugte Temperatur hängt neben den zuvor genannten Parametern auch von der Fotopolymerrezeptur ab.

Die Zusammensetzung des Fotopolymers sowie der Druck und Temperatur der Laminierung werden vorzugsweise so gewählt, dass das Fotopolymer während eines Laminierungsvorgangs in einem flüssigen Zustand verbleibt bzw. eine für die weiteren Prozessschritte optimierte Viskosität erhalten oder eingestellt wird.

Die erste und zweite Trägerfolien sind vorzugsweise als eine (beliebig lange) Bahn ausgestaltet, sodass die Laminierung, eine (beliebig lange) Fotopolymerverbundbahn umfassend eine flüssige Fotopolymerschicht fertigt.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise weiterhin das In-Kontakt-Bringen eines Bereiches des Fotopolymerverbunds mit einem axial rotierbaren Masterelement umfassend ein zu replizierendes Masterhologramm in einem Belichtungsmodul und Belichtung des Bereichs des Fotopolymerverbunds mittels einer Lichtquelle, sodass das Masterhologramm auf den Fotopolymerverbund repliziert wird. Bei diesem Verfahrensschritt nimmt ein zu belichtender Bereich des Fotopolymerverbunds vorzugsweise die Form eines Bereichs einer Mantelfläche des Masterelements vorübergehend an. Der vorzugsweise bahnförmige Fotopolymerverbund wird hierbei vorzugsweise über das rotierende Masterelement geführt. Die Geschwindigkeit der Bahn und das Masterelement werden vorzugsweise aufeinander synchronisiert. Die Synchronisation kann von einer Steuereinheit wie oben beschrieben durchgeführt werden. Vorzugsweise besteht mithin ein mechanischer Kontakt zwischen einem Bereich des Masterelements und einem Bereich des Fotopolymerverbunds. Falls der Verbund tangential zu dem Masterelement geführt wird, ist dieser Bereich eine Linie mit einer Linienbreite von beispielsweise weniger als 1 mm. Ebenso kann der zu belichtende Bereich des Fotopolymerverbunds die Form der Mantelfläche des Masterelements über einen ausgedehnten Bereich vorübergehend annehmen, beispielsweise über einen bogenförmigen Bereich über ein Kreissegment eines zylindrischen Masterelements mit einem Öffnungswinkel von mehr als 5° oder mehr als 10°. Dies bietet mehr Platz für eine Belichtung und optional eine Fixierung. Die Belichtung kann vorzugsweise auf dem belichteten Bereich entlang einer Linie parallel zur Rotationsachse des Masterelements oder simultan in mehreren Linien erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Belichtung durch einen oder mehrere kontinuierlich scannenden Lichtquellen, bevorzugt Lasern.

Im Anschluss zu der Belichtung kann eine Fixierung vorzugsweise auf dem Masterelement erfolgen. Aufgrund der Empfindlichkeit des belichteten flüssigen Fotopolymers gegenüber Verzerrungen ist es besonders vorteilhaft, dass die Fixierung unmittelbar nach der Belichtung mit minimalem Transport zwischen den beiden Verfahrensschritten erfolgt.

Das Verfahren umfasst vorzugsweise das Aushärten eines im flüssigen Fotopolymers enthaltenen Replik-Hologrammes in einem Fixierungsmodul. Mit dem Fixierungsmodul kann die Verbundbahn vorzugsweise schnell und mit minimalen Umlenkungen vom Belichtungsmodul übernommen werden. Das Fixierungsmodul kann vorzugsweise ein UV-Strahlung und/oder einen Wärmebehandlungsquelle umfassen. Das Fixierungsmodul kann sich im selben Gehäuse befinden wie das Belichtungsmodul. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so ausgestaltet, dass die Fixierung unmittelbar nach der Belichtung auf dem Masterelement erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste und/oder die zweite Trägerfolie auf einem Material oder Materialverbund basiert, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat, (PET), Polybutylenterephthalat, Polyethylen, Polypropylen, Celluloseacetat, Triacetat (TAC), Cellulosehydrat, Cellulosenitrat, Cycloolefinpolymere, Polystyrol, Polyepoxide, Polysulfon, Cellulosetriacetat (CTA), Polyamid, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polydicyclopentadien, Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Materialien oder Koextrudate umfassend eins oder mehrere der genannten Materialien, wobei PC, PET und/oder TAC besonders bevorzugt sind.

Insbesondere wurde festgestellt, dass die vorgenannten Materialien, insbesondere auch Koextrudate aus zwei oder mehr dieser Materialien überaus witterungsbeständig sind, vorzugsweise weniger leicht reißen und weniger Schwachstellen in ihrer Ausdehnung aufweisen. Dadurch wird die Lebensdauer der erzeugten Hologramme verbessert. Die Materialien und Eigenschaften der Trägerfolien können so gewählt werden, dass ein möglichst kontinuierlichen Übergang der Brechungsindizes vom Masterhologramm zur flüssigen Fotopolymerschicht gewährleistet wird, wobei die Eigenschaften etwaiger Zwischenschichten berücksichtigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das flüssige Fotopolymer

(i) mindestens ein Schreibmonomer;

(ii) ein Fotoinitiatorsystem; und

(iii) mindestens eine organische Komponente umfasst, wobei das flüssige Fotopolymer optional weiterhin eine oder mehrere der folgenden Komponenten umfasst: einen Katalysator, einen Farbstoff, einen Radikalstabilisator, ein Lösungsmittel, eine nicht polymerisierbare Komponente, einen Reaktivverdünner, ein Farbstoffoxidationsmittel, ein Farbstoffreduktionsmittel, ein Bleichmittel, ein Thixotropiermittel, ein Nukleierungsmittel und/oder Hilfs- oder Zusatzstoffe.

Geeignete flüssige Fotopolymer sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise eignet sich Zusammensetzungen für flüssige Fotopolymer, wie diese in der EP1779196B1 offenbart werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das flüssige Fotopolymer Bindemittel frei. Das Schreibmonomer ist vorzugsweise ein ethylenisch ungesättigtes Monomer, welches die allgemeine Formel hat:

Wobei n 2 bis 4 ist, R‘ Wasserstoff oder CH3 ist und L

Ist, wobei die Phenylringe optional substituiert sind mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen, C- -Alkyl , Alkoxy oder Hydroxy; L ¹ eine kovalente Bindung einer geradkettige oder verzweigte C- -Alkylgruppe ist:

L ² eine kovalente Bindung, eine geradkettige oder verzweigte C- -Alkylgruppe, die optional mit Hydroxy substituiert ist, oder -[L ³ -O] _m -, wobei L ³ eine CM -Alkylengruppe ist und m 1 bis 40 ist, ist;

Wobei die mindestens eine organische Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Rizinusöl, Palmkernöl, Kokosnussöl und Kombinationen davon.

Die Komponente des flüssigen Fotopolymers können vorzugsweise in situ angemischt werden. Die Mengen der verschiedenen Komponenten und die Einbeziehung optionaler Komponenten können je nach Bedarf von Serie zu Serie angepasst werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Verweilzeit des flüssigen Polymers während eines Transports des Fotopolymerverbunds von dem Belichtungsmodul zu dem Fixierungsmodul nicht mehr als 10 Minuten, bevorzugt nicht mehr als 5 Minuten, bevorzugter nicht mehr als 3 Minuten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt eine Verweilzeit des flüssigen Fotopolymers zwischen seiner Beschichtung auf der ersten Trägerfolie und seiner Aushärtung nicht mehr als 15 Minuten, bevorzugt nicht mehr als 10 Minuten, besonders bevorzugt nicht mehr als 5 Minuten.

Die geringen Verweilzeiten des Fotopolymers zwischen den Betriebsmodulen ist vorteilhaft, da auf diese Weise sämtliche Arbeitsschritte abgeschlossen werden können, bevor Verzerrungen im Hologramm (z.B. aufgrund mechanischer Einflüsse auf den flüssigen Fotopolymer) oder andere Störeffekte (z.B. aufgrund einer endlichen Lagerstabilität oder optischem Störlicht) auftreten können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das bevorzugte Verfahren stellen einen Fotopolymerverbund bereit, wobei der Fotopolymerverbund einen Fotopolymer zwischen zwei Trägerfolien umfasst, in welchem ein Hologramm durch das Verfahren und/oder Vorrichtung repliziert wurde.

Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder des bevorzugten Verfahrens auch für den herstellbaren Fotopolymerverbund gelten und umgekehrt.

Detaillierte Beschreibung

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen und Abbildungen näher erläutert werden, ohne auf diese beschränkt zu sein. Kurzbeschreibunq der Abbildungen

Fig. 1 Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des bevorzugten Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform

Fig. 2 Schematische Darstellung des Belichtungsmoduls gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform

Fig. 3 Schematische Darstellung einer Anordnung des Belichtungsmoduls für die Vervielfältigung eines Hologramms durch Reflektion

Fig 4 Schematische Darstellung einer Anordnung des Belichtungsmoduls für die

Vervielfältigung eines Hologramms durch Transmission, wobei das Masterelement von einer Mantelfläche belichtet wird

Fig. 5 Schematische Darstellung einer Anordnung des Belichtungsmoduls für die Vervielfältigung eines Hologramms durch Transmission, wobei das Masterelement von einer Grundfläche belichtet wird

Detaillierte Beschreibung der Abbildungen

Die Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst zwei Beschichtungsmodule 16 und 17, ein Laminierungsmodul 14, ein Belichtungsmodul umfassend ein zylindrisches Masterelement 4 und einen Laser sowie ein Fixierungsmodul 25. Die Vorrichtung ist vorzugsweise für einen bahnförmigen Durchfluss der Trägerfolien 18, 19 bzw. eines Fotopolymerverbunds 1 in der dargestellten Anordnung von links nach rechts ausgelegt. Vorzugsweise ist die gesamte Vorrichtung vom Außenlicht abgeschirmt. Die Stationen und Prozesse, die die Bahn durchläuft, werden nun näher erläutert.

Eine erste Trägerfolie 18 wird vorzugsweise zwischen Schutzfolien und in Form einer Rolle als Ausgangsmaterial geliefert. Die erste Trägerfolie umfasst vorzugsweise Polycarbonat und weist eine bevorzugte Dicke zwischen 50 - 125 pm auf. Die Breite der Folie beträgt vorzugsweise bis zu 1500 mm aber noch bevorzugter bis zu 310 mm. Auf diese Weise kann die gesamte Breite im späteren Verfahren in der Regel mit einer einzigen Plasma-Vorbehandlungseinheit abgedeckt werden. Eine Abwicklungsrolle 20 führt die erste Trägerfolie 18 einem Beschichtungsmodul zu. In einer Strecke der Bahn zwischen der Abwicklungsrolle und dem Beschichtungsmodul kann ein Satz Aufwicklungsrollen 22 zum Entfernen der Schutzfolien von der Trägerfolie vorgesehen werden. Obwohl es bevorzugt sein kann, dass die Schutzfolie nur von der zu beschichtenden Seite der Trägerfolie 18 entfernt wird, wird sie in dieser beispielhaften Ausführungsform von beiden Seiten entfernt. Zwischen den Aufwicklungsrollen 22 und dem Beschichtungsmodul 17 kann vorzugsweise eine Plasma-Vorbehandlungsstation 23 vorgesehen sein. Dadurch wird vorzugsweise die zu beschichtende Seite der Trägerfolie 18 vorbereitet, um die Haftung eines flüssigen Fotopolymers 9 auf ihrer Oberfläche zu verbessern. Die vorbehandelte Trägerfolie wird anschließend einem ersten Beschichtungsmodul 17 zugeführt.

In der gezeigten Ausführungsform sind analoge Stationen und Verfahrensschritte ebenfalls für eine zweite Trägerfolie 19 vorgesehen. Die zweite Trägerfolie kann vorzugsweise Polycarbonat umfassen und hat eine bevorzugte Dicke zwischen 50 - 125 pm. Diese wird ebenfalls von einer Abwicklungsrolle 21 abgerollt, ihre Schutzfolien werden durch Rollen 22 entfernt, sie wird einer Plasma-Vorbehandlung unterzogen und dann einem zweiten Beschichtungsmodul 16 zugeführt. Die Bahngeschwindigkeit durch die Vorbehandlungsstation beträgt vorzugsweise 1 - 10 m/min.

In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Beschichtungsmodule vorgesehen, das erste Beschichtungsmodul 17 eine Rasterwalze, die insbesondere für dünne Beschichtungen (mit einer Schichtdicke zwischen 1 - 15 pm) geeignet ist. Das zweite Beschichtungsmodul 16 umfasst eine Kommarakel, welche insbesondere für dickere Beschichtungen (mit einer Schichtdicke zwischen 40 - 100 pm) geeignet ist. Um weitere Dickenbereiche abzudecken, kann die Vorrichtung beispielsweise alternativ oder zusätzlich eine weitere Drahtrakel oder Profilrakel zur Beschichtung der oberen und/oder unteren Trägerfolien umfassen (nicht dargestellt). Es ist nicht notwendig, dass beide Trägerfolien beschichtet werden. Je nach Anforderung der zu produzierenden Serie kann das gewünschte Beschichtungsmodul zugeschaltet werden. Den Beschichtungsmodulen wird vorzugsweise ein flüssiges Fotopolymer 9 entweder aus einem Vorratsbehälter oder einer Mischeinheit zugeführt (nicht gezeigt). In bevorzugten Ausführungsformen können diese auch Teil der Vorrichtung bilden, um eine besonders schnelle Anpassung der Fotopolymerrezeptur zu erlauben. Die Beschichtung der Folien kann vorzugsweise so gestaltet sein, dass an den Seiten jeder Folie ein beschichtungsfreier Rand erhalten bleibt. Dies ermöglicht eine einfachere Handhabung und erleichtert den späteren Laminierungsvorgang.

Nach dem Durchlaufen des Beschichtungsmoduls wird jede Trägerfolie über eine Transportwalze 3 zu einer Entgasungsstation 15 befördert. In der Entgasungsstation werden vorzugsweise die Trägerfolien mittels vibrierender Walzen zu einer Vibration angeregt, wodurch Blasen aus der viskosen Flüssigkeitsschicht entweichen. Da das flüssige Fotopolymer 9 zudem ein Lösungsmittel enthalten kann, kann dieser auch in dieser Station entzogen werden. Hierfür kann es bevorzugt sein, dass die Entgasungsstation in zusätzlich die Trägerfolien auf eine Temperatur zwischen 30 - 300 °C erhitzt. Die Entgasungsstation kann mithin gleichzeitig als eine Verdampfeinheit (von Lösungsmitteln) fungieren. Das Erhitzen kann beispielsweise durch eine beheizte Transportwalze oder über eine beheizbare Transportstrecke erfolgen. Die Verdampfung der gesamten oder eines Teils der Lösungsmittelkomponente kann ferner derart gestaltet sein, dass eine Viskosität des flüssigen Fotopolymers eingestellt wird, um die weiteren Verarbeitungsschritte zu erleichtern. Vorteilhafterweise ist eine viskosere flüssige Fotopolymerschicht weniger anfällig für Verformungen durch Scherkräfte und vermindert unerwünschte Verzerrungen im Replikationsprozess.

Die beiden Trägerfolien 18 und 19 werden anschließend zu einem Laminierungsmodul 14 transportiert. Das Laminierungsmodul 14 umfasst vorzugsweise ein Paar Laminierungswalzen, von denen eine oder beide in ihrer Position verstellbar sind, um eine maximale Dicke der dazwischen fließenden Materialien zu definieren. Die Laminierungswalzen umfassen vorzugsweise Silikon und können beispielsweise einen Durchmesser von bis 50 bis 200 mm aufweisen. Die Laminierungswalzen können vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 5 - 300 °C, vorzugsweise 15° bis 200 °C erhitzt werden. Sollte die Zieltemperatur der Heizung gleich oder niedriger als die Umgebungstemperatur sein, ist natürlich keine aktive Heizung erforderlich. Die Laminierungswalzen sind auch vorzugsweise derart konfiguriert, dass diese eine Druckkraft zwischen 10 - 20000 N auf die Trägerfolien und die sandwichartig angeordnete Fotopolymerschicht ausüben. Der Fotopolymerverbund wird anschließend optional auf eine Raumtemperatur, vorzugsweise auf 20 - 25 °C aktiv gekühlt. Vorzugsweise regelt die Steuereinheit die erforderliche Heizung und/oder Kühlung auf der Grundlage der Prozessanforderungen für die jeweilige Serie und der Umgebungsbedingungen.

Das Laminierungsmodul ist bevorzugt derart gestaltet, dass aus den drei Schichten 19, 9 und 18 ein Fotopolymerverbund 1 entsteht. Der Fotopolymerverbund Ifließt bevorzugt kontinuierlich von dem Laminierungsmodul 14 in ein geschlossenes Gehäuse 6, das zumindest das Belichtungsmodul enthält. Der Eingang 7 des Gehäuses kann selbst ein Paar positionierbarer Walzen aufweisen. Das Gehäuse enthält mindestens das Masterelement 4 und eine Lichtquelle. Vorzugsweise ist das Gehäuse optisch isoliert. Der Grad der optischen Isolierung kann hierbei durch die Anforderungen der Belichtung bestimmt werden. Insbesondere bei hohen Bahngeschwindigkeiten neigt das Umgebungslicht nicht dazu, den Belichtungsprozess zu stören, so dass eine vollständige Lichtdichtheit nicht erforderlich ist.

Eingang 7, Masterelement 4, eine Transportwalze 3 und Ausgang 8 sind vorzugsweise so angeordnet, dass der Fotopolymerverbund 1 durch das Masterelement 4 umgelenkt wird. Das Masterelement ist hier zylindrisch und um einen Mittelpunkt seines kreisförmigen Querschnitts drehbar gelagert. Der Fotopolymerverbund 1 wird insbesondere über einen Abschnitt der Mantelfläche an einer Unterseite des Masterelements geführt, wobei ein zu belichtender Bereich des Fotopolymerverbunds die Form einer Mantelfläche des Masterelements mindestens bereichsweise vorübergehend annimmt und sich mit der Mantelfläche mitbewegend über das rotierende Masterelement geführt wird.

Bei dieser Ausführungsform nimmt der zu belichtende Bereich des Fotopolymerverbunds 1 die Form der Mantelfläche des Masterelements 4 über einen ausgedehnten Bereich vorübergehend an, wobei der ausgedehnte Bereich sich bogenförmig über ein Kreissegment eines zylindrischen Masterelements mit einem Öffnungswinkel von mehr als 5°, vorzugsweise mehr als 10° erstreckt.

Vorteilhaft in dem Fall kann auf einen eigenen Antrieb für das Masterelement verzichtet werden. Da die Bewegung der Trägerfolie eine Reibungskraft über die Oberfläche des Mastelements (gegebenenfalls durch eine Klebeschicht vermittelt) verursacht, kann diese ausreichen, um eine synchrone Drehung des Mastelements 4 mit dem Fotopolymerverbund 1 zu bewirken. Hierdurch können zudem besonders gute Belichtungskonditionen gewährleistet und prozesseffizient durchgeführt werden.

In der gezeigten Ausführungsform wird vorübergehend auch eine optische Klebefolie 2 als Bahn zwischen das Masterelement und die Fotopolymerverbundbahn gebracht. Die optische Klebefolie 2 besteht vorzugsweise aus einer Trägerschicht, die beidseitig mit einer Klebeschicht versehen ist. Um die Handhabung zu erleichtern, wird die optische Klebefolie 2 vorzugsweise in Form einer Rolle mit einer Schutzfolie auf jeder Seite geliefert. Die optische Klebefolie wird zunächst vorzugsweise von einer Abwicklungsrolle 10 abgerollt. Die Schutzfolien werden dann von Aufwicklungsrollen 12 entfernt. Die optische Klebefolie wird durch das Masterelement und eine Aulwicklungsrolle 13, die optional als Zugrolle fungieren kann, geführt. So wird ein Fluss der optischen Klebefolie 2 synchron mit dem Fluss des Fotopolymerverbunds 1 über eine Oberfläche der Mantelfläche des Masterelements aufrechterhalten.

Die optische Klebefolie fungiert als Optical Clearance Adhesive (OCA) und sorgt für einen glatten optischen Verbund zwischen einem Masterhologramm und dem Fotopolymerverbund 1. Das Masterhologramm wird vorzugsweise als Schicht auf eine Außenfläche des Masterelements angebracht.

Die Replikation des Masterhologramms kann vorzugsweise durch einen Reflexions- oder Transmissionsprozess erfolgen, um ein Volumenhologramm in dem noch flüssigen Fotopolymer 9 zu bilden. Die Position der Lichtquelle und des Lichtstrahls kann für die jeweiligen Prozesse eingestellt werden, sodass die Lichtstrahlen entweder durch das Masterelement und ein darin oder darauf enthaltene Masterhologramm transmittieren (Transmissionshologramm) oder von dem Masterholgramm zurück in den Fotopolymerverbund reflektiert werden (Reflexionshologramm). Im Beispiel von Fig. 1 ist die Laserquelle unterhalb des Masterelements angeordnet und so konfiguriert, dass diese das Masterhologramm durch Reflexion repliziert. Das Masterelement ist lichtundurchlässig, und die optische Klebefolie ist an den Brechungsindex der Masterhologrammschicht angepasst, die sich auf einer Außenfläche des Masterelements befindet. Die Trägerfolien 18 und 19 sind beide durchsichtig, damit das Licht durch sie hindurch zum Masterhologramm gelangen kann, dieses das Licht durch alle Schichten des Fotopolymerverbunds zurückreflektiert. Der Laser kann so konfiguriert werden, dass er entlang einer axialen Richtung des Masterelements scannt. Die Geschwindigkeit der Scanning kann an die Bahngeschwindigkeit des Fotopolymerverbunds 1 angepasst werden.

Da das soeben belichtete flüssige Fotopolymer 9 mechanisch empfindlich ist, sind die Walzen und Führungen, über die es vom Masterelement zum Ende des Fixierungsmoduls läuft, bevorzugt gestaltet, dass diese keine engen Umlenkungen aufweisen. Die Radien dieser Walzen 24 sind vorzugsweise auf mindestens 100 mm, bevorzugter mindestens 200 mm und noch bevorzugter mindestens 300 mm eingestellt.

Um zu verhindern, dass unerwünschte Scherkräfte auf die flüssige Fotopolymerschicht einwirken, umfasst die Vorrichtung zudem Spannungssensoren zur Aufrechterhaltung eines identischen Spannungs- und Dehnungszustands in den beiden Trägerfolien 18 und 19. Der belichtete Fotopolymerverbund verlässt das lichtdichte Gehäuse 6 über einen Ausgang 8. Der durchlaufende Fotopolymerverbund bleibt jedoch vorzugsweise vor dem Außenlicht geschützt, bis er vollständig fixiert ist. Der Fotopolymerverbund wird durch Leitwalzen 24 zum Fixierungsmodul 25 geführt.

Das Fixierungsmodul 25 umfasst vorzugsweise eine oder zwei UV-Strahler und eine Heizvorrichtung. Der Fixierungsprozess ist so gestaltet, dass die flüssige Fotopolymerschicht gehärtet wird, um das Hologramm zu fixieren. Dies geschieht vorzugsweise zügig, vorzugsweise innerhalb von drei Minuten nach der Belichtung des Fotopolymers, um zu verhindern, dass die Qualität des schließlich fixierten Hologramms beeinträchtigt wird. Die Luft im Fixierungsmodul wird vorzugsweise durch ein Luftstromsystem kontinuierlich ausgetauscht.

Nach dem Verlassen des Fixierungsmoduls wird der nun ausgehärtete Fotopolymerverbund 1 mit dem Hologramm vorzugsweise beidseitig mit einer Schutzfolie 28 versehen. Falls die äußere Schutzfolie der Trägerfolien 18 und 19 noch nicht entfernt wurde, kann diese hier entfernt und ersetzt werden. Abwicklungsrollen 26 führen die Schutzfolie einer Arbeitsstation zu, die einen Satz von Walzen mit einstellbarem Abstand umfasst. Schließlich wird der fertige Fotopolymerverbund 1 von einer Abwicklungsrolle 27 aufgerollt. Alternativ kann das fertige Produkt, das ein oder mehrere sich wiederholende Hologramme enthält, zugeschnitten und in Kassettenform gelagert werden. Die Figur 2 zeigt ein Belichtungsmodul und -Verfahren gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In gezeigten Ausführungsform erfolgt die Bewegung des Fotopolymerverbunds 1 von rechts nach links. Das Masterelement 4 ist zylindrisch mit einem konstanten Durchmesser ausgestaltet. Die schematische Darstellung zeigt die kreisförmige Grundfläche des Masterelements. Ein zu belichtender Bereich des Fotopolymerverbunds 1 nimmt die Form eines Bereichs der Mantelfläche vorübergehend an und bewegt sich mit der Mantelfläche während es über das rotierende Masterelement geführt wird. Eine optische Klebefolie 2 ist als Zwischenschicht zwischen dem Masterelement 4 und dem Fotopolymerverbund 1 angeordnet. In dieser Ausführungsform wird der Bereich des Fotopolymerverbunds, der mit der Mantelfläche in Kontakt steht und von dieser verformt wird, durch die Positionierung von zwei unteren Transportwalzen 3 festgelegt. Das Belichtungsmodul umfasst zudem eine obere Transportwalze 3, die in Kontakt mit der Mantelfläche des Masterelements steht. Vorzugsweise ist diese Walze aus Gummi gefertigt und weist einen eigenen Antrieb auf. Die obere Transportwalze 3 überträgt eine Drehbewegung durch Reibung auf das Masterelement 4 und bestimmt dessen Drehgeschwindigkeit. In diesem Fall kann die Bewegung des Mastelementes 4 aktiv und unabhängig von der des Fotopolymerverbunds 1 gesteuert werden. Die Steuerung ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass eine synchrone Bewegung von Mantelfläche und Fotopolymerverbund gewährleistet wird.

Alternativ kann das Masterelement 4 auch an einem oder beiden Enden einen Flansch aufweisen. Der Flansch kann beispielsweise so gestaltet sein, dass er mit einem Zahnkranz oder einem Riemenmechanismus zusammenwirkt, um das Mastelement zu bewegen. Dies hat den Vorteil, dass sowohl die Mantelfläche als auch die Grundflächen des Masterelements optisch nahezu vollständig zugänglich sind und eine flexible Positionierung der Lichtstrahlen ermöglicht wird.

Die Figur 3 zeigt schematisch eine Anordnung der Lichtquelle in Bezug auf dem Masterelement 4 um ein Masterhologramm 29 durch Reflektion in einen Fotopolymerverbund 1 zu kopieren. Die Lichtquelle ist vorzugsweise so angeordnet, dass ein Lichtstrahl 5 erzeugt wird, der als Referenzstrahl fungiert und den Fotopolymerverbund 1 sowie eine optische Klebefolie 2 durchläuft, bevor er zumindest teilweise vom Masterhologramm 29 reflektiert wird. Ein reflektierter Strahl fungiert als Objektstrahl und durchläuft die optische Klebefolie 2 und den Fotopolymerverbund 1. Der Referenzstrahl und der Objektstrahl interferieren vorzugsweise in der flüssigen Fotopolymerschicht, um das Hologramm einzuschreiben. Der Winkel, in dem der Referenzstrahl auf das Masterhologramm trifft, kann vorzugsweise dem Winkel entsprechen, mit dem das kopierte Hologramm beleuchtet wird, um das Hologramm z. B. in einem Head-up- Display zu rekonstruieren. Die Figur 4 zeigt schematisch eine Anordnung der Lichtquelle in Bezug auf das Masterelement 4, um ein Masterhologramm 29 durch Transmission von einer Mantelfläche in einen Fotopolymerverbund 1 zu kopieren. Die Lichtquelle ist vorzugsweise so angeordnet, dass ein von der Lichtquelle erzeugter Strahl 5 das Masterelement 1 , das Masterhologramm 29, die optische Klebefolie 2 und das Fotopolymerverbund 1 als Referenzstrahl durchläuft. Der Referenzstrahl 5 wird vorzugsweise teilweise von dem Masterhologramm 29 gebeugt, um Objektstrahlen mit unterschiedlichen Treffwinkeln zu dem Fotopolymerverbund zu erzeugen. Die Objektstrahlen interferieren vorzugsweise mit dem ungebeugten Referenzstrahl in der flüssigen Fotopolymerschicht, um das Hologramm zu replizieren.

Die Figur 5 zeigt schematisch eine weitere Anordnung der Lichtquelle in Bezug auf das Masterelement 4, um das Masterhologramm 29 durch Transmission in einen Fotopolymerverbund 1 zu kopieren. In dieser Ausführungsform ist die Lichtquelle so angeordnet, dass ein von der Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl 5 eine Grundfläche des Masterelements 4 trifft (in Analogie zu einer Edge-Lit Konfiguration). Die Grundfläche umfasst vorzugsweise kein Masterhologramm 29, welches stattdessen auf der Mantelfläche vorliegt.

Das Masterelement 4 ist für die Ausführungsform bevorzugt als ein Lichtleiter bereitgestellt. Wie bei anderen Anordnungen für die Transmissionsholographie wird das Licht vorzugsweise durch das Masterelement in einen Referenzstrahl, der ohne Beugung oder mit weniger Beugung das Masterhologramm durchdringt, und einen Objektstrahl, der durch das Masterhologramm gebeugt wird, aufgeteilt. Der Objektstrahl und der Referenzstrahl interferieren miteinander in der flüssigen Fotopolymerschicht um dessen Brechungsindex entsprechend zu verändern und das Hologramm zu schreiben.

Der Lichtstrahl propagiert innerhalb des Masterelementes vorzugsweise durch Reflexionen, vorzugsweise Totalreflexionen. Vorzugsweise werden die Lichtverluste in den Bereichen der Mantelfläche, die nicht in optischem Kontakt mit dem Fotopolymerverbund stehen, auf ein Minimum reduziert.

Bezugszeichenliste

1 Fotopolymerverbund

2 Optische Klebefolie

3 Transportwalze (oder „Transportrolle“)

4 Masterelement

5 Lichtstrahl

6 Lichtdichtes Gehäuse

7 Eingang in lichtdichtes Gehäuse

8 Ausgang aus lichtdichtem Gehäuse

9 Flüssiges Fotopolymer

10 Optische Klebefolie Abwicklungsrolle

11 Aufwicklungsrolle für die Schutzfolie der optischen Klebefolie

12 Aufwicklungsrolle für die Schutzfolie der optische Klebefolie

13 Optische Klebefolie Aulwicklungsrolle

14 Laminierungswalze (oder „Kaschierungswalze“)

15 Entgasungsstation

16 Beschichtungsmodul (oder „Auftragsmodul“) - Kommarakel

17 Beschichtungsmodul (oder „Auftragsmodul“) - Rasterwalze

18 Erste Trägerfolie

19 Zweite Trägerfolie

20 Abwicklungsrolle für die erste Trägerfolie

21 Abwicklungsrolle für die zweite Trägerfolie

22 Schutzfolie Aufwicklungsrolle für die Trägerfolien

23 Vorbehandlungsstation (Plasma)

24 Leitwalze

25 Fixierungsmodul

26 Abwicklungsrolle Schutzfolie für das fixierte Hologramm

27 Aufwicklungsrolle für das fixierte Hologramm

28 Schutzfolie für das fixierte Hologramm

29 Masterhologramm