Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur verbesserten Erzeugung von vor Fälschung geschützten Farbbildern mit hoher Brillanz auf Substraten, Vorrichtungen zur Durchführung von derartigen Verfahren sowie unter Verwendung derartiger Verfahrens hergestellte Produkte wie insbesondere gesicherte Dokumente wie beispielsweise Personalisierungsseiten für Pässe, Identitätskarten und andere Ausweiskarten etc.

Datenträger in Form von Ausweiskarten, Personalisierungsseiten bzw. -inlays für Pässe oder auch Kreditkarten und ähnliche Kunststoffkarten müssen heute eine hohe Fälschungssicherheit aufweisen. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichsten Sicherheitsmerkmalen sowie speziellen Druckverfahren, welche eine derartige Fälschungssicherheit in einem gewissen Umfang gewährleisten können. Eine grosse Herausforderung ist es dabei, nicht nur nicht individualisierte Sicherheitsmerkmale bereitzustellen, sondern insbesondere Sicherheitsmerkmale, welche gewissermassen mit der Personalisierung kombiniert sind respektive Teil davon sind.

Aus der DE-A-2907004 ist z.B. bekannt, dass Bilder in Ausweiskarten, aber natürlich auch andere visuell erkennbare Informationen wie Zeichen, Muster etc., mit einem Laserstrahl erzeugt werden können. In dieser Schrift besteht die Funktionsschicht, aus der im Verlauf des Verfahrens das endgültige Bild oder ein beliebiges sichtbares Symbol oder Zeichen erzeugt wird, aus einer thermosensitiven Schicht. Diese Funktionsschicht erstreckt sich über die Karte auf einem Flächensegment, auf dein sich später das Bild oder eine andere visuell erkennbare Information befinden soll. Die Funktionsschicht befindet üblicherweise im Verbund mit anderen Kunststoffschichten, aus denen im Verlauf der Kartenherstellung die fertige Karte als Folienlaminat erzeugt wird. Das Bild wird in diesem Fall eingebrannt, wobei mit der Intensität des Laserstrahls eine Verdunkelung der bestrahlten Stelle einhergeht. Auf diese Weise werden heute routinemässig schwarz-weisse Bilder bzw. Graustufenbilder erzeugt. Der bereits früh erkannte Vorteil dieses sogenannten Laser-Engravings besteht in der hohen Fälschungssicherheit und Beständigkeit gegen Licht und mechanischer Beanspruchung von auf diese Weise hergestellten Karten, insbesondere dann, wenn sie aus Polycarbonat bestehen. Dies ist zum Beispiel durch die EP-A-1574359 oder die EP-A-1008459 belegt. Sicherheitsdokumente hergestellt mit Hilfe von Laserengraving auf Polycarbonatlaminaten erfüllen internationale Vorgaben für Reisedokumente (ICAO Doc. 9303 Part III Volume I) oder übertreffen diese sogar.

Es ist ein Nachteil des Verfahrens, dass die so erreichten Farbumschläge nur die Herstellung von im Wesentlichen monochromen Bildern erlauben. So sind neben dem Umschlag von weiss nach schwarz auch Farbumschläge von weiss nach braun, von rosa nach schwarz und gelb nach rotbraun bekannt.

Es besteht aus naheliegenden Gründen ein grosses Interesse an der Erzeugung von qualitativ hochwertigen farbigen Bildern basierend auf einem Laser-basierten Prozess, sowie ein Bedarf an so hergestellten Ausweiskarten.

Diesem Umstand trägt ein Konzept Rechnung, das auf der Bestrahlung mehrerer farbiger Komponenten, Farbkörper, bestehend aus Pigmenten oder Farbstoffen oder Mischungen aus Farbstoffen und Pigmenten, verschiedener Farbe beruht. Die farbgebenden Komponenten verschiedener Farbe müssen zusammen einen Farbraum ergeben, der aus mehreren, typischerweise wenigstens drei, Grundfarben besteht. Aus praktischen Gründen werden die Grundfarben Cyan [C], Magenta [M] und Gelb [Y] bevorzugt. Es sind jedoch auch andere Farben denkbar, zum Beispiel Rot [R], Grün [G] und Blau [B]. Die Grundfarben müssen ausserdem ein Absorptionsspektrum aufweisen, das eine Wechselwirkung mit farbigem Laserlicht erlaubt. Naturgemäss sind dies Farben aus dem RGB-System, womit in der Praxis eine teilweise Inkompatiblität bzw. nicht-ideale Wechselwirkung zwischen den farbigen Komponenten aus dem CMY-System und der für das Absorptionsmaximum gewählten Laserwellenlänge besteht. Im Gegensatz zum vorgenannten Verfahren der Verkohlung von zunächst nicht sichtbaren Komponenten zeigt dieses Verfahren die Farbgebung durch ein Bleichen, also ein Aufhellen, einer vor der Bestrahlung sichtbaren Farbe. Das Substrat erscheint durch die sichtbare Mischung der farbigen Komponenten vor der Bestrahlung in einem sehr dunklen, idealerweise schwarzen Ton. Ein solches Verfahren beschreibt zum Beispiel die WO-A-0115910. Trotz der Vorteile, die diese Erfindung potentiell bietet, nämlich die weiter erhöhte Fälschungssicherheit durch eine farbliche Darstellung des Dokumenteninhabers, weist das in diesem Dokument beschriebene Verfahren und die dadurch hergestellten Produkte unter gewissen Umständen Nachteile auf, die seinen praktischen Wert für gewisse Anwendungen einschränken. Die Nachteile bestehen einerseits in der Komplexität der Pigmentformulierung in der oder den zu entfärbenden Schichten auf der Karte bzw. dem Datenträger und andererseits in der Restabsorption der zerstrahlten Farbkörper, die sich in einem gelblichen Farbton darstellt. Sie erlauben es nur eingeschränkt, ein rein weisses oder rein schwarzes Bild zu erzeugen. Ausserdem sind die Absorptionsspektren der meisten verwendeten farbigen Komponenten so beschaffen, dass in einem gewissen Umfang eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen einer farbgebenden Komponente einer anderen als der gewünschten Laserwellenlänge besteht. Dieser Effekt kann dann problematisch sein, wenn Pigmente verschiedener Farben im Wirkungsquerschnitt des aus drei Wellenlängen kombinierten Laserstrahles liegen. Diese oben erwähnte Nichtidealität zwischen Absorptionsspektrum und der anregenden Laserwellenlänge äussert sich durch ein spektrales Übersprechen des ansonsten farbstoffspezifischen Laserbleichens. Daraus resultiert eine verminderte Bildqualität in Form eines Farbrauschens und einer nicht neutralen Wiedergabe des Farbtones. Darüber hinaus kann die Justierung und Steuerung mehrerer koinzidenter Laserstrahlen in der Praxis anspruchsvoll sein und bei fehlerhafter Durchführung Farb- und Bildfehler verursachen.

Eine mögliche Umsetzungsform einer derartigen Bestrahlungsvorrichtung ist in der WO-A-0136208 beschrieben. Durch Optimieren diverser Parameter kann die Qualitätsminderung in Grenzen gehalten werden. Das Verfahren bleibt dennoch aufgrund seiner Komplexität im Hinblick auf die Erreichung des geforderten Ergebnisses nur schwer beherrschbar. Schliesslich erweist sich das Verfahren in der Praxis aufgrund der mindesten drei benötigten Laservorrichtungen als vergleichsweise teuer und lässt sich zusammen mit der zugehörigen Strahlführungseinrichtung nicht einfach als kompakte Einheit konstruieren.

Aus der US 2002/0089580 A1 ist ein Datenträger offenbart, bei dem ein Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild auf einem Substrat erzeugt wird, wobei verschiedenfarbige Farbkörper bestehend aus Farbstoffen oder Pigmenten aus mindestens drei unterschiedlichen Kapselarten freigesetzt werden, welche nach Bestrahlung durch spezifische Laserstrahlung Druck- oder Temperaturänderung in den Kapseln bis zu deren Bruch hervorrufen. Die Farbkapseln sind gleichförmig über das Substrat verteilt, insbesondere auch übereinander liegend. Nachteilig ist, dass nur der Kapselinhalt mit Inhalten von benachbarten Kapseln gemischt werden kann, aber keine andere Farbbeinflussung wie ein Bleichen zur Verfügung steht. Zwischentöne von Farben können nur durch die Integrationsfähigkeit des Auges des Betrachters erzeugt werden.

Die EP 0 279 104 A1 beschreibt eine andere Vorgehensweise bei der Verkapselung von Farbkörpern; es wird ein Entwickler benötigt, der in dem Substrat oder den Farbkaspelhüllen oder anderen Kapselhüllen mit in das zu erstellende Produkt mitgegeben wird, was zu einer ungewollten Auslösung, beispielsweise durch Druck führen kann. Nachteilig ist, dass aus Volltönen gemischte Pastellfarben nur durch Reduktion der Anzahl entwickelter Kapseln erzeugt werden können. Zwischentöne von Farben können nur durch die Integrationsfähigkeit des Auges des Betrachters erzeugt werden.

Eine weitere Mikrokapseln einsetzende Druckschrift ist die WO 03/040825 A1, bei der ebenso wie bei den anderen oben genannten Druckschriften keine Zwischentöne erzeugt werden können, weil eine energie- und zeitabhängige Bleichung nicht vorgesehen ist. Insbesondere nennt die WO 03/040825 A1 die Kapselwände lichtdurchlässig für das auslösende Licht.

Das Problem der oben beschriebenen Verfahren und Produkte zum farbigen Laserbleichen besteht am Ende darin, dass die Erzeugung von Farbbildern in Ausweiskarten und ähnlichen Artikeln nicht immer in einer vom Markt akzeptierten Qualität, in der geforderten Beherrschung des Verfahrens, den vertretbaren Kosten und in den gewünschten apparativen Ausführungsformen möglich ist.

Für eine ansprechende Qualität der Abbildung ist eine hohe Auflösung notwendig, beispielsweise könnte eine Anforderung von 900 dpi verlangt werden. Die Farbbilder sollen kräftig wirken und verlangen daher nach einer Farbgebung, die auch Intensivfarben ermöglicht. Dabei ist natürlich technisch von Nachteil, dass bei diesem Bilderzeugungsverfahren nur maximal ein Drittel der Gesamtfläche des Substrates zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt demnach u. a. die Aufgabe zugrunde, für einen insbesondere beispielsweise kartenförmigen Datenträger ein bilderzeugendes Laserverfahren zu finden, dass die Erzeugung von farbigen Bildern, Symbolen, Texten, Mustern et cetera in der geforderten Qualität erlaubt. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die farbigen Bilder nach diesem Verfahren mit Apparaten bzw. einem System auszuführen, die bzw. das den geforderten Kriterien von Investitionskosten, Betriebskosten, Kompaktheit und Robustheit des Verfahrens genügen bzw. genügt. Gleichzeitig gewährleistet die Komplexität des Verfahrens und der damit hergestellten Produkte ein hohes Mass an Fälschungssicherheit. Die Erfindung bietet in einer für den Fachmann überraschenden Weise eine Lösung für diese und weitere Aufgaben und läuft auf ein neues Verfahren, die damit erzeugten Produkte und die zur Durchführung benötigten Vorrichtungen bzw. Systeme hinaus. Mit der Erfindung soll es auch möglich sein, Vollfarben darzustellen und genauso Mischtöne in allen Nuancen darzustellen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass statt der spektralen Trennung der Grundfarben wie z. B. in der eingangs erwähnten WO-A-0115910 unter Verwendung von Lasern unterschiedlicher Frequenz beschrieben, ein ortsauflösendes Verfahren unter Verwendung einer einzigen Einstrahlungsfrequenz verwendet wird, wobei die Farbkörper in verkapselter Form vorliegen also quasi Farbkapseln mit einer latenten Farbwirkung darstellen. Dabei wird in einem ersten Schritt der Ort einer jeden Farbkapsel mit den darin enthaltenden Farbkörpern ermittelt und anschliessend diese ortsspezifisch durch einen auf die Farbkapseln fokussierten Anregungsstrahl, beispielsweise einen nicht unbedingt monochromatischen Strahl, beispielsweise von einem IR-Laser, oder auch von einem IR-LED-Lichtstrahl, geöffnet. Es können auch multimodale Laser, die es insbesondere als IR-Laser gibt, verwendet werden. Hier entscheidet der auf die Kapseln fokussierte Energieeintrag. Es ist überraschend, dass die mikroskopische Analyse aller Kapseln mit den enthaltenden Farbkomponenten (bzw. Pigmentkörnern) auf dem Bildfeld eines kartenförmigen Datenträgers hinsichtlich ihrer Farbe und Position, die nachfolgende Speicherung dieser Daten und die dementsprechende Steuerung eines Laserstrahls mit einer einzigen Einstrahlungsfrequenz die Herstellung eines qualitativ hochwertigen Farbbildes (oder von entsprechenden farbigen Symbolen, Texten, Mustern et cetera) beispielsweise auf einem Kunststofflaminat oder einem anderen Substrat mit entsprechend darin oder darauf eingelagerten Pigmentpartikeln erlaubt.

Allgemeiner formuliert betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Zeichens, Musters, Symbols und/oder Bildes in verschiedenen Farben auf einem Substrat mit auf diesem Substrat angeordneten Farbkapseln, wobei unter Einwirkung von Energie, z. B. eines Lasers, die Farbwirkung erst möglich, d. h. der gewünschte Farbeindruck mit dem unbewaffneten Auge erkennbar wird, wobei unterschiedliche Farbstoffe oder Pigmentpartikel mit wenigstens zwei oder vorteilhafterweise wenigstens drei, also drei oder mehr verschiedenen Farbwirkungen auf respektive im Substrat angeordnet sind. Das Verfahren zeichnet sich durch folgende Verfahrensschritte aus, wobei diesen Verfahrensschritten weitere Verfahrensschritte vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein können:

• a Erzeugung einer Farbkarte (Mapping) mit der Position einer jeden Farbkapsel mit der Farbe der darin enthaltenen Farbkörper, wobei die Ermittlung der Position einer Kapsel und der Farbe der darin enthaltenen Farbkörper bevorzugt fotometrisch mit Hilfe eines hochgerichteten Weisslichtstrahls in Reflexionsmessung durchgeführt wird. Es ist aber auch eine Transmissionsmessung denkbar oder sogar ein nicht-fotometrisches Verfahren. Die Koordinaten einer jeden eine bestimmte Farbe tragenden Farbkapsel ist mit dem Vorliegen der Farbkarte somit bekannt, wobei die Farben aufgrund der diffusen Reflexion des Umgebungslichtes auf den Hüllen der Farbkapseln visuell - also für das Auge - verborgen bleiben;
• b Gezielte Öffnung von ausgewählten Farbkapseln (Release) mit dem Ziel an einem bestimmten Ort eine bestimmte Farbwirkung zu erzeugen, wobei die geöffneten Farbkapseln in deren Gesamtheit ein sichtbares Bild auf dem Substrat ergeben. Die gezielte Öffnung einer Farbkapsel wird durch einen auf einen Lichtstrahl, bevorzugt dem eines IR-Lasers, erzeugt, dessen Durchmesser auf einen Wert kollimiert sein muss, der kleiner als der Durchmesser einer Farbkapsel sein muss, wobei die thermischen Effekte, die der Energieeintrag in der Kapselhülle bewirkt, eine Kavitationsdynamik initiieren, an deren Ende die Ruptur der Kapselhülle steht. Der Vorgang ist auch als fotoakustischer Prozess zu bezeichnen oder bekannt.
• c Optional einem weiteren Schritt, der die Behandlung der freigesetzten Farbkörper betrifft (Finishing), um den deren Farbton oder Farbintensität zu verändern, oder um die Qualität des entstandenen Bildes von Artefakten zu bereinigen. Dazu kommen z. B. Bleichprozesse mit Lasern oder eine Erhöhung der Weisse des Bildhintergrundes mit Hilfe von Oxidationsmitteln in Frage. Um ein naturgetreues Abbild, z. B. einer Person, jedoch nicht unbedingt ein Zeichen oder Symbol zu erzeugen, ist dieser Schritt zwingend durchzuführen.

Hinsichtlich der im Rahmen eines solchen Verfahrens einsetzbaren Farbkörper sei verwiesen auf Systeme, wie sie beispielsweise in der WO-A-01/15910 und WO-A-01/36208 beschrieben sind. Unter einem mehrfarbigen Zeichen, Muster, Symbolen und/oder Bild ist dabei ein derartiges zu verstehen, dass nicht nur schwarz und weiss und dazwischen liegende Grautöne aufweist, sondern weiter Farben, beispielsweise aufgebaut aus C, Y, M, wobei im letzteren Fall dann zu jedem dieser drei Grundfarben und fallweise aus Sonderfarben wie z. B. ein goldfarbener Ton individuelle Pigmentpartikel vorgesehen sein sollten.

Die Erfindung besteht also aus einer Kombination von einigen oder allen der folgenden Elemente:

• Eine örtliche (geometrische) Trennung der gekapselten farbigen Komponenten auf dem Datenträger, der als Vorstufe für ein Sicherheitsdokument dient. Die geometrische Trennung der farbigen Komponenten genügt dabei bevorzugtermassen der Grundforderung, dass jedes Flächenelement nur mit einer gekapselten farbigen Komponente belegt ist und zwischen zwei gekapselten farbigen Komponenten ein minimaler Abstand besteht, d.h. Überlappung oder direktes Aneinandergrenzen von Kapseln von Farbkörpern oder Clustern von Farbkörpern ist vorzugsweise weitestgehend vermieden. Die gekapselten Elemente sind jeweils als Monoloayer auf dem Substrat aufgebracht, so dass die einzelne Anfahrbarkeit jeder Kapsel für deren Öffnung sichergestellt ist; es sind also nur jeweils maximal eine Schicht Kapseln in der Draufsicht auf das Substrat übereinander angeordnet.
• Eine Vorrichtung und ein Verfahren, das eine bestimmte eingekapselte farbige Komponente als mikroskopisch einheitliche Entität, beispielsweise ein verkapseltes Pigmentkorn oder ein Cluster desselben, auf dem Datenträger finden und durch seine Ortskoordinaten und seine Farbe (oder die auszulösende Farbe) charakterisieren kann. Die Vorrichtung ermöglicht durch ein systematisches Abfahren bzw. Scannen die Gesamtzahl aller farbigen Komponenten auf der Gesamtfläche des späteren Bildes zu kartieren. Alternativ ist es aber auch möglich, diese Information über eine flächige Einstrahlung und ein flächiges aber ortsaufgelöstes und farbaufgelöstes Detektionsverfahren zu ersetzen, oder die Information direkt im Produktionsprozess des Substrates zu erfassen und bereitzustellen.
• Eine einen Anregungsstrahl abgebende Vorrichtung, insbesondere eine Laservorrichtung, deren Strahlaustrittsoptik aufgrund der bekannten Ortskoordinaten eine Kapsel einer farbigen Komponente auf exakt anfahren und je nach geforderter Farbintensität diese farbige Komponente im gewünschten Grad durch Zerstörung einer vorbestimmten Anzahl von gleichfarbigen Kapseln freisetzen kann sowie das Verfahren, um mit dieser Laservorrichtung die Freisetzung auf einzelne Kapseln gesteuert durchzuführen. Bei einer Zerstörung einer Kapsel wird immer der vollständige Farbinhalt freigesetzt und verteilt sich, was der Anwendung des Funktionsprinzips des Rasterdruckverfahrens entspricht. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, bei der Erfindung, gleiche Kapselhüllen zu verwenden, die also keine Diskriminierung in Bezug auf absorbierte Strahlung aufweisen, sondern, dass sie bei irgendeiner auf die einzelne Kapsel gerichtete Bestrahlung nach vorbestimmter Zeit ihren Inhalt durch Hüllenbruch freisetzen.
• Eine programmierbare Steuerung für das örtliche Positionieren der Laseroptik und der Leistungssteuerung des Strahls, damit auf der gesamten mit Pigmentpartikeln (farbigen Komponenten) bedeckten Fläche jede einzelne Komponente gezielt so bestrahlt wird, dass ein Bild entsteht.
• Sowie optional eine weitere Lasereinrichtung, um die freigesetzten Farben zu bleichen und/oder eine Vorrichtung, um ein Aufhellen des weissen Hintergrundes auf chemischem Wege zu bewirken. Das Bleichen umfasst eine Veränderung der Absorptionseigenschaften des Moleküls ohne Zersetzung oder direkt die Zersetzung des molekularen Aufbaus.

Die Elemente der Erfindung genügen Anforderungen für Arbeitsgeschwindigkeit, Wirtschaftlichkeit, Bedienungsaufwand und Zuverlässigkeit, um eine Bilderzeugung mit Hilfe der Erfindung unter industriellen Anforderungen zu erfüllen.

Eine erste bevorzugte Ausführungsfonn des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a, b sowie optional c in der gleichen Vorrichtung und ohne dazwischen erfolgende Manipulation oder Verschiebung des Substrats durchgeführt werden. Tatsächlich ist die Ermittlung der Farbkarte ein Schritt, bei welchem eine genaue Positionierung des bearbeiteten Substrats über den Erfolg oder Misserfolg der anschliessenden Bearbeitung durch den Laser entscheidend ist. Entsprechend wird bevorzugtermassen, insbesondere um eine Kalibrierung zwischen den Schritten a, b sowie optional c zu vermeiden, die Gesamtheit der beiden Schritte a und b in der gleichen Vorrichtung durchgeführt, gegebenenfalls unter Verwendung der gleichen Abtastvorrichtung (beispielsweise Linearverfahreinheit).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Farbkartenerstellung und die Laseroptik ortsfest fixiert sind und dass das Substrat mit einer Linearverfahreinheit relativ zu diesen bewegt wird. Diese Variante empfiehlt sich insbesondere bei leichten Substraten oder solchen Substraten, deren Bildfeld mit einer üblichen beweglichen Laserstrahlführung (Galvospiegel) nicht überstrichen werden kann.

Erfindungsgemäss sollte für den Prozess der Kapselöffnung in einem bestimmten Zeitraum nur jeweils eine Kapsel einer farbigen Komponente im Strahlkegel bzw. Fokuskreis des Lasers liegen, wobei sich im gleichen Zeitraum alle anderen Kapseln mit farbigen Komponenten vom Laserlicht unberührt bleiben. Die Verteilung der Kapseln von farbigen Komponenten innerhalb des Flächenbereiches, der als Grundlage für das Bild dient, kann durch Aufbringung mit einem Druckverfahren erfolgen (beispielsweise Tiefdruck, Hochdruck, Flexo, et cetera). Der Aufdruck erlaubt sowohl eine statistische Verteilung der farbigen Komponenten als auch eine Verteilung in Linien, Kreisen oder komplexen Figuren wie z. B. Guillochen. Eine mikroskopische Betrachtung der Verteilung der farbigen Komponenten und ein Vergleich ermöglicht damit als Zusatznutzen die Verifikation des Verteilungsmusters im Sinne einer Echtheitsprüfung. Es ist auch möglich, die Kapseln mit farbigen Komponenten in Form von Mikroschriften, Zahlenfolgen und dergleichen Informationen aufzubringen bzw. aufzudrucken, um auf diese Weise eine versteckte Zusatzinformation im Bild unterzubringen, beispielsweise eine Personalisierung des Inhabers des Dokumentes oder die Seriennummer des Dokumentes.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist mit anderen Worten dadurch gekennzeichnet, dass die Kapseln mit Pigmentpartikeln in einer Schicht, vorzugsweise in einer einzigen Schicht, auf und/oder im Substrat, das selbst auch ein Verbund von Schichten sein kann, angeordnet sind, und im Wesentlichen zufällig als Funktion der Ortskoordinate verteilt sind. Grundsätzlich unterscheidet sich diesbezüglich die vorliegende Erfindung wesentlich von anderen Ansätzen des Standes der Technik.

Dies ist im Gegensatz zu Lösungen, bei welchen beispielsweise in einem fest vorgegebenen, typischerweise regelmässigen Muster die Farbstoffe gewissermassen nach ihrer Farbgebung sortiert aufgetragen sein müssen, damit anschliessend im Wissen dieser regelmässigen Anordnung die Farbstoffe ausgelöst werden können (beispielsweise Aneinandemeihung von Rechtecken, welche jeweils mit unterschiedlichen Farben "gefüllt" sind in mehreren Zeilen und Reihen). Beim hier vorgeschlagenen Vorgehen wird eben die Verteilung der in den Kapseln befindlichen Farben respektive der diese zur Verfügung stellenden Pigmente beim Herstellungsverfahren des unbehandelten Substrats nicht vorgegeben, und dieses kann in einem sehr einfachen Prozess hergestellt werden. Erst im ersten Bearbeitungsschritt wird gewissermassen vorbereitend die Farbverteilung respektive die Verteilung der die Farbe auslösenden Pigmentpartikel ermittelt und dann im zweiten Herstellungsschritt entsprechend bearbeitet. So fällt dann auch typischerweise ein bei einer festgelegten, systematischen Anordnung von Pigmenten, beispielsweise durch ein präzises Druckverfahren mit einer kontrollierten, reproduzierbaren Positionierung der Rasterpunkte, notwendiges Verfahren dahin, dass die Steuerung eine Laserbestrahlung genau nach diesem vorgegebenen Muster erlaubt und das Muster der Bestrahlung im Register mit dem Druckbild hält. Diese Zufälligkeit der Verteilung und die Verwendung der zufälligen Verteilung zur Erzeugung der Symbole/Bilder/Zeichen et cetera kann zudem als weitere Sicherheitsstufe verwendet werden. Wird beispielsweise die zufällige Anordnung der ein Bild erzeugenden Kapseln mit den darin enthaltenden Farbstoffen oder Pigmentpartikel in einer Datenbank hinterlegt, so wird die individualisierende Information (Bild) mit einem Fingerabdruck (zufällige Verteilung der das Bild erzeugenden Pigmentpartikel) kombiniert, was eine sehr hohe Sicherheitsstufe, die im wesentlichen nicht reproduziert werden kann, ermöglicht. Ein entsprechender Datenträger kann mit den zugehörigen Informationen in der Datenbank bei einer Überprüfung verglichen werden und die Authentizität eindeutig festgestellt werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kapseln mit den unterschiedlichen Farbstoffen in einer Schicht, vorzugsweise in einer einzigen Schicht, auf und/oder im Substrat angeordnet sind und im wesentlichen in einem mikroskopischen Muster regelmässig angeordnet sind, wobei das mikroskopische Muster einer Anordnung von geraden oder gewellten Linien, Grundpattern oder Mikroschrift sein kann. Ein derartiges mikroskopisches Muster kann beispielsweise ein spezifischer Schriftzug (beispielsweise eine Denomination oder ähnliches) sein, und kann, weil ebenfalls so gut wie nicht reproduzierbar, als zusätzliches, nur mit einem Vergrösserungsmittel verifizierbares Sicherheitsmerkmal Anwendung finden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, das Verfahren nach a und/oder b und optional c zu parallelisieren, also das Substrat abschnittsweise an mehreren Orten auf der Bildfläche gleichzeitig zu bearbeiten.

Es werden vorteilhafterweise so viele Kapseln geöffnet, so dass sich der enthaltende Farbstoff verteilt, dass dieser Farbstoff für das betrachtende blosse Auge sichtbar wird. Vorteilhafterweise ist die Farbkonzentration in den Kapseln dergestalt, dass der Inhalt einer einzigen Kapsel nach deren Freisetzung für das Auge erkennbar ist. Die Wirkung kann sich aber auch erst nach Freisetzung also Öffnung mehrerer Kapseln ergeben. Die Menge der zu öffnenden Kapseln richtet sich auch nach der Natur des Substrates, das eine mehr oder weniger grosse Neigung aufweist, Farbkörper in seiner Oberfläche aufzunehmen und damit zu maskieren. Das Versacken von Farbkörpern im Substrat, z. B. in der obersten Lage eines gestrichenen Papiers, verlangt grundsätzlich ein Kalibrieren des Releaseverfahrens auf das gewählte Substrat, sofern die Qualität des Bildes optimal werden soll.

Ein Vorteil der Freisetzung von Farbstoffen aus solchen geöffneten Kapseln liegt auch darin, dass bei entsprechend für eine Verteilung geeignete Substrate, also insbesondere solche mit einer Kapillarwirkung, dann ein über die Grösse der Kapsel selber weit hinausgehender Bereich von dem Farbstoff aus einer Kapsel durchdrungen wird. Durch das Freisetzen verschiedenfarbiger Farbstoffe aus benachbarten Kapseln lässt sich dann ein Fleck erzeugen, der ein für das blosse Auge mindestens scheinbar vollfarbiges Bild erzeugt.

Die Kapseln erscheinen in diffus reflektiertem Licht vorzugsweise nicht transparent, sondern weiss, und bei Bestrahlung mit gerichtetem Licht sind sie insoweit teilweise transparent, um die Erstellung der Farbkarte in einfacher Weise zu ermöglichen. Die Kapseln können dann auch im transluzenten Licht transparent erscheinen, so dass die Farbkarte im Durchlicht erstellt werden kann.

Der Anregungsstrahl zum Öffnen der Kapseln kann zugleich mit einem Bleichstrahl im optional nachfolgenden Finishing-Prozess kombiniert werden, entweder gleichzeitig oder in zeitlicher Abfolge. Bei der Anwendung eines Laserstrahls kann dieser zum einen die Kapseln öffnen und zum anderen den enthaltenen Farbstoff in seiner Farbwirkung verändern, insbesondere bleichen. Es kann dabei ein einziger Laser oder eine Kombination von verschiedenfarbigen Lasern eingesetzt werden, insbesondere ein IR-Laser und/oder ein UV-Laser.

Die Qualität eines guten gedruckten oder durch Laserbestrahlung erzeugten Bildes wird zum Beispiel bewertet über den Schärfeeindruck (visuell erkennbares Durchmesserverhältnis im 36-strahligen Siemensstern von d=0.1D bis d=0.001D, bevorzugt d=0.05D bis d=0.005D), der Breite der Farbdynamik bzw. der Zahl von visuell erkennbaren unterschiedlichen Farbtönen bzw. Grautönen (5 Bit bis 16 Bit, bevorzugt 6 Bit bis 8 Bit), der farblichen Neutralität (farbverbindlicher Proof) und der Auflösung (150 dpi bis 1000 dpi, bevorzugt 300 dpi bis 500 dpi) erlaubt. Bei einer Druckauflösung von beispielsweise 500 dpi müssen auf einer Fläche der sich ergebenden Pixelgrösse von ungefähr 50 µm Durchmesser alle farbigen Komponenten vereinigt werden. Für die praktische Umsetzung läuft die Grösse einer farbgebenden Komponente bzw. eines Farbkörpers auf einen Durchmesser von je nach Druckmuster von höchstens 16 µm bis 25 µm hinaus. Unter Berücksichtigung einer minimalen räumlichen Trennung der einzelnen Farbkörper ist eine Grösse von 5 µm bis 12 µm, bevorzugt 8 µm bis 12µm gefordert. Eine Korngrösse in diesen Grössenordnungen ist durch bekannte Methoden darstellbar.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist entsprechend dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Farbkapseln, sofern die Farbkörper Pigmente sind, Pigmentkörner mit einem Durchmesser aufweisen, der mindestens um eine Grössenordnung unter dem mittleren Durchmesser einer Farbkapsel liegt, d. h. bei mittleren Kapseldurchmesser von 5 µm bis 10 µm einen Durchmesser von allenfalls einem Mikrometer aufweisen, und dass sie im Wesentlichen alle auf oder im Substrat angeordnet sind, bevorzugt individuell lateral separiert. Dies insbesondere bevorzugt in einer Weise, dass der mittlere laterale Abstand zwischen zwei Kapseln mit Farbstoffen (oder Pigmentpartikeln) grösser ist als der mittlere Durchmesser der Farbkapseln. Weiterhin ist bevorzugtermassen der Strahldurchmesser des Laserstrahls (der Strahldurchmesser wird dabei auf dem 1/e²-Niveau, d.h. bei ca. 13,5% genommen) beim Schritt b kleiner als der durchschnittliche mittlere Kapseldurchmesser, beim Schritt c dagegen grösser, aber nicht mehr als doppelt so gross wie der mittlere Durchmesser der Farbkapseln. Bevorzugtermassen liegt der Strahldurchmesser des Laserstrahls beim Schritt b im Bereich von 1-5 µm, vorzugsweise im Bereich von 2-5 µm, insbesondere vorzugsweise im Bereich von 2-4 µm.

Im Rahmen der Erfindung wird als Oberbegriff der Begriff Farbkörper gewählt, der Pigmente, Pigmentpartikel, Farbstoffe insbesondere Flüssigfarbstoffe, Farbstoffe in Suspension etc. umfasst. Der Anregungsstrahl für die Kapselöffnung sollte einen anderen, vorzugsweise kleineren Fokusquerschnitt (beam waist) haben, als der gegebenenfalls vom selben (oder einem anderen) Laser bereitgestellte Anregungsstrahl für das Bleichen.

Erfindungsgemäss sollte eine Kapsel dieser Grösse von einer Laserstrahltührung so angefahren werden, so dass die Laseroptik eine präzise Position vor dem Farbkörper einnehmen kann bzw. Galvospiegel den Laserstrahl präzise auf den Farbkörper lenken können. Des Weiteren sollte der Strahldurchmesser des Laserstrahles am Ort der Kapsel so eingestellt werden, dass keine Wechselwirkung mit benachbarten Kapseln eintreten kann. Dazu wird bei der Ausführung der Erfindung der Laserstrahl in passender Weise fokussiert. Der Fokus kann beugungsbegrenzt eine gewisse Grösse nicht unterschreiten, ist jedoch in der Praxis ohne weiteres beispielsweise auf eine Fläche mit einem Durchmesser in der Grösse der Durchmesser der Kapseln, beispielsweise einstellbar. Die wissenschaftliche Standardliteratur zeigt, dass eine Fokussierung auf < 1 µm möglich ist. Der zur Öffnung der Kapseln Energiestrahl, beispielsweise ein monochromatischer Laserstrahl, weist eine für eine effiziente Öffnung geeignete Wellenlänge auf, vorzugsweise im UV-Bereich auf. Eine mit 1064 nm geeignete Wellenlänge generiert beispielsweise ein Nd:YVO4-Laser, der in einem nachgeordneten Bleichprozess über eine Frequenzverdreifachung die dann bevorzugte UV-Strahlung liefern kann. Die US 6'002'695 beschreibt ein solches UV-Lasersystem. Die Energieabgabe des öffnenden Lasers im IR-Modus im Bereich von 0.1 bis 100µJ liegen, wobei das Wandmaterial und die Wandstärke einer Kapsel entscheidend sind und kleinere oder grössere Energiewerte nicht ausgeschlossen werden können, um die Öffnung zu gewährleisten. Im UV-Modus zur Bleichung der Farbkörper sollte das Lasersystem im Bereich von 0.2 - 0.5 Watt Leistung auskoppeln, und den oder die Farbkörper über einen Zeitraum von 0.01 bis 10 Nanosekunden bestrahlen.

Das Positionieren einer Laseroptik über einer Kapsel ist mit einer präzisen Linearverfahreinheit möglich, wie sie zum Beispiel von Heinrich Wolf, Eutin, Deutschland, angeboten wird.

Vor der Aufsprengung der Kapseln mit den Farbkörpern durch eine Betrahlung mit einem Anregungsstrahl, der aufgrund einem folgenden Kavitationsvorgang einer Schallschockwelle entsprechend (auch fotoakkustischer Effekt), um eine (IR-)LED-Strahlung oder um eine Laserbestrahlung handeln kann, ist es erforderlich, die Gesamtheit aller Kapseln mit Farbkörpern auf der mit den Kapseln belegten Fläche zu kartieren. Dies wird erfindungsgemäss zum Beispiel im Schritt a mit einem analytischen Scanverfahren durchgeführt. Die Positions- und Farbermittlung der einzelnen Kapseln erfolgt dabei beispielsweise über die Erfassung von Kennpunkten aus dem Absorptions- oder Streuspektrum des einzelnen Farbkörpers bei Weisslichtanregung. Ein geeigneter Fokusdurchmesser liegt etwa bei einem Sechstel des Durchmessers eines Kapsel. Der Weisslichtstrahl scannt mit Hilfe der oben beschriebenen Linearverfahreinheit die mit Kapseln bedeckte Fläche und kann so alle Farbkörper in den Kapseln auf dieser Fläche separat anregen und entsprechend detektierbar machen, indem das Streu- oder Transmissionslicht gesammelt wird. Der Weisslichtstrahl mit dem geforderten Fokus wird bevorzugt durch eine Faseroptik vermittelt, die beispielsweise aus einer einzelnen, aber auch aus einem Bündel von Oligomode-Fasern, z. B. mit einem Einzelfaserdurchmesser von 10 bis 15 µm, bestehen kann. Ein Farbkörper in einer Kapsel im Fokus des anregenden Weisslichtstrahls zeigt sich durch den Charakter des reflektieren oder transmittierten Lichtes, das sowohl die Position als auch die Farbe des Farbkörpers in der Kapsel ermittelbar macht. Die spektrale Analyse eines Farbkörpers in einer Kapsel benötigt, in Abhängigkeit der verwendeten Grundfarben und Pigmente, üblicherweise mindestens drei Kennwerte, die durch einen logischen Vergleichsalgorithmus einen Wert für die Grundfarbe des Farbkörpers ergeben. Die Kennwerte können beispielsweise von drei Fotodioden mit geeignet gewählten Farbfiltern simultan erfasst werden. Die Position aller farbigen Komponenten wird auf diese Weise erfasst und so gewissermassen als Karte in einer Datenbank hinterlegt. Die Farbkarte dient im folgenden Schritt der Öffnung der Kapseln für die zweidimensionale Navigation der Laseroptik bzw. des öffnenden Laserstrahles.

Entsprechend ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schritts a unter Nutzung des Reflexionslichtes die Oberseite des Substrats oder im Falle der Nutzung des Transmissionslichtes die Unterseite des Substrates, bevorzugt unter Verwendung einer Linearverfahreinheit mit einer künstlichen oder natürlichen Weisslichtquelle und/oder Detektionseinheit (beispielsweise Fotodioden), abgescannt wird, wobei, bevorzugt als Funktion der Ortskoordinate, Weisslicht eingestrahlt wird und das zurückgeworfene oder transmittierte Licht als Funktion der Ortskoordinate spektral analysiert wird, bevorzugtermassen indem ausschliesslich an wenigstens zwei, bevorzugt an wenigstens drei diskreten Frequenzen, die eine Unterscheidung der im Substrat angeordneten unterschiedlichen Pigmentpartikel in den Kapseln ermöglichen, bevorzugtermassen unter Verwendung einer Fotodiode, das Signal ermittelt wird, und indem die Position und die zugehörige Farbwirkung von individuellen Pigmentpartikeln in den Kapseln in einer die Farbkarte bildenden Datenmatrix als Datentupel festgehalten werden. Eine Variante der spektralen Analyse kann auch darin bestehen, dass statt des Weisslichtes zeitlich befristet in schneller Folge mehrere Bestrahlungen mit Licht verschiedener Farbe durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann die Farbe eines Farbkörpers in einer Kapsel auch mit einer Folge von Blitzen verschiedener Frequenzbereiche, z. B. in den Farben Rot, Grün und Blau, bestimmt werden. In der Praxis wird diese Methode der Abtastung einer Vorlage mit geringerer Auflösung bei einigen Flachbett-Scannern eingesetzt. Für die Analyse des Lichtes in diesem Fall kann, jedoch muss nicht zwingend, die spektrale Auswertung auf eine Fotodiode beschränkt werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schritts b die Oberfläche des Substrats, bevorzugt unter Verwendung einer Linearverfahreinheit mit darauf angeordneter Laserquelle, abgescannt wird, indem auf Basis der Farbkarte die Laserquelle auf individuelle Pigmentpartikel oder Cluster von Pigmentpartikel gerichtet wird um diese individuell in ihrer Farbwirkung zu zerstören oder zu aktivieren.

Für die Schritte a, b und c kann dabei bevorzugtermassen die gleiche Linearverfahreinheit eingesetzt werden, wie dies bereits oben erläutert wurde.

In einer Datenverarbeitungseinheit kann ausgehend von der in Schritt a ermittelten Farbkarte für das Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild ein Bearbeitungsprotokoll für den Laser oder die Mehrzahl von Lasern im Schritt b erzeugt werden, wobei dieses Bearbeitungsprotokoll die Information erhält, welche individuellen Pigmentpartikel, als Funktion der Ortskoordinate, zur Erzeugung einer bestimmten makroskopischen Farbwirkung für das Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild in ihrer Farbwirkung durch Öffnung der entsprechenden Kapsel durch den Laser gezielt lokal beeinflusst werden sollen.

Es werden also Verfahren vorgeschlagen, auf mikroskopischer Ebene kleinste Kapseln mit Partikeln verschiedener Farbe erfassen, deren Farbe und Position auf einem Bildfeld registrieren und abspeichern und die Kapseln einer anschliessenden selektiven Behandlung unterziehen.

Die primäre Anwendung des Verfahrens bestehend aus den Teilverfahren des analytischen Scans bzw. der Farbkörperkartierung und des Freisetzens der Farbkörper durch Zerstörung der sie umgebenden Kapseln mit einem Anregungsstrahl, insbesondere einem Laserstrahl, besteht in der Herstellung eines Bildes auf einem Substrat, beispielsweise einer Kunststoffkarte, bevorzugt eines Porträtbildes in einem Sicherheitsdokument wie beispielsweise einem Bildes auf einer ID-Karte oder auf der Personalisierungsseite eines Reisepasses. Die für die meisten Reisedokumente massgeblichen Grössen der Bilder und weitere Spezifikationen für den Kunststoffträger sind im ICAO Document 9303, Part 3 beschrieben.

Die gemäss dieser Erfindung digital hergestellte Karte von farbigen Komponenten, beispielsweise Farbkörper, Pigmente, Farbstoffe usw., kann ausserdem im Rahmen der Verwendung eines Sicherheitsdokumentes zur Verifizierung desselben verwendet werden. Zu Prüfung des Verteilungsmusters sind handelsübliche Geräte wie Digitalmikroskope ausreichend. Es ist auch möglich, zur Verifikation neben den Digitalmikroskopen und anderen Geräten elektronische tragbare Geräte wie beispielsweise Mobiltelefone und deren optische Aufnahmevorrichtungen einzusetzen. Um dies zu erleichtern, können spezifische, auf den tragbaren Geräten respektive Mobiltelefonen lauffähige Programme (apps) vorgesehen werden, welche automatisch eine derartige Aufnahme über eine Mobiltelefonverbindung, eine wlan-Verbindung oder eine Fernverbindung, beispielsweise via Internet, mit den in einer Datenbank hinterlegten Informationen über den Datenträger vergleicht und entsprechend wiederum über das Mobiltelefon ausgegeben eine Aussage über die Authentizität ermöglicht. Die mit diesen Geräten vor Ort erzeugten digitalen Bilder, beispielsweise in Form von JPG-Dateien, geben durch einen Vergleich mit der in einer zentralen Datenbank abgelegten Farbkörperkarte des Dokumentes Auskunft über die Echtheit des Dokumentes. Die entsprechenden Anwendungsprogramme können sowohl auf den tragbaren Geräten als auch auf zentralen Servern installiert sein. Dieser Nachweis ist naturgemäss für ein individuelles Dokument möglich.

Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Datenträger mit einem Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild erzeugt nach einem Verfahren, wie es oben dargestellt wurde. Der erfindungsgemässe Datenträger weist an einem beliebigen Ort eine vorbestimmte beliebige Farbe auf, unabhängig von der aufgetragenen Farbkapselverteilung. Dies gilt insbesondere, wenn das eingebrachte Bild vorher und/oder nachträglich einer Laminierung unterzogen wird. Der Datenträger mit einem Zeichen, Muster, Symbol und/oder Bild erzeugt nach einem erfindungsgemässen Verfahren weist vorteilhafterweise in der Ansicht eine vollfarbige Fläche auf. Eine solche Vollfarben-Fläche ist durch eine unmittelbar angrenzende Positionierung von Farbflecken in Vollfarben, bzw. nach Ausführung eines Bleichschrittes von weiteren Zwischentönen, gekennzeichnet, die im Gegensatz zu einem Rasterbild einen vollflächigen Farbeindruck ergibt, der dem Auge des Betrachters eine geringere Integrationswirkung abverlangt. Vorteilhaft ist die vollfarbige Wirkung im Hinblick darauf, dass beim Stand der Technik eine 1/3 Restriktion dahingehend besteht, dass Farbtupel aus zumindest meistens drei Farben bestehen, die somit nur ein Drittel der Substratfläche für einen Farbeindruck freigeben, jedenfalls bei einer Monolayer-Verteilung der Farbkapseln.

Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines derartigen Datenträgers ist dieser dadurch gekennzeichnet, dass er auf Basis eines Substrats mit zufälliger Anordnung der Pigmentpartikel enthaltenden Kapseln hergestellt wurde, und dass auf dem Datenträger und/oder in einer Datenbank die zufällige Anordnung und deren Verwendung zur Erzeugung des Zeichens, Musters, Symbols und/oder Bildes zur Erhöhung der Sicherheit hinterlegt ist. Ein solcher Datenträger ist dann mikroskopisch von einem klassischen Rasterbild zu unterscheiden, was für eine forensische Echtheitsprüfung eingesetzt werden kann, insbesondere, wenn die dazugehörige Farbkarte auf dem Datenträger oder einer Datenbank gespeichert ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist also ein Datenträger zufällig mit Farbkapseln bedeckt und diese liegen nur in maximal einer Schicht vor, also es befinden sich im wesentlichen keine Farbkapseln übereinander angeordnet. Bevorzugtermassen handelt es sich bei einem solchen Datenträger um eine Identifikationskarte, Kreditkarte, einen Pass, einen Benutzerausweis oder ein Bezeichnungsschild.

Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde, insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Befestigung oder wenigstens ortsfesten Platzierung eines Substrats aufweist, eine erste Einheit zur Ermittlung der Farbkarte des Substrats, sowie eine zweite Einheit zur räumlich aufgelösten, nur individuelle Kapseln mit Farbkörpern in ihrer Farbwirkung freisetzenden Einstrahlung mit einem Laser bei einer einzigen Frequenz auf Basis der Farbkarte zur Erzeugung einer resultierenden Farbwirkung. Die erste und die zweite Einheit können die gleiche Linearverfahreinheit nutzen.

Die Vorrichtung verfügt also typischerweise zusätzlich über wenigstens eine Datenverarbeitungseinheit sowie wenigstens eine, durch diese Datenverarbeitungseinheit zweidimensional ansteuerbare Linearverfahreinheit, welche die erste und/oder die zweite Einheit trägt.

Insbesondere kann vorteilhafterweise ein Schritt c als Bleichschritt von vorher ausgetretenen Farbkörpern vorgesehen werden. Dieser Bleichschritt kann in vielen Optionen realisiert werden. Entweder kann er nach Schritt b als Kapselöffnungsschritt vorgesehen werden. Es werden dann alle gewünschten Kapseln von allen Farben geöffnet und die Farbe kann sich entsprechend im Substrat verteilen. Dann werden alle geöffneten Kapseln bearbeitet. Alternativ kann der Schritt c jeweils intermittierend zu Schritt b nach jeder einzelnen Kapsel oder nach einer vordefinierten Anzahl von geöffneten Kapseln vorgesehen sein. Mit anderen Worten, es gibt eine sich wiederholende Abfolge von (Schritt b und Schritt c). Dabei kann ein Schritt c nach der besagten Öffnung von jeweils einer einzigen Kapsel stattfinden oder er folgt der Öffnung von mehreren Kapseln nach. Auch hierbei kann eine Reifezeit abgewartet werden, in der sich die Farbkörper im Substrat verteilen, oder eben nicht. In einem Fall des Nichtwartens, braucht dann nur die gerade geknackte Kapselhülle bestrahlt so werden, da der Farbstoff noch nicht den Ort im Substrat verlassen hat. Sollte eine vordefinierte Zeit dagegen abgelaufen sein, so kann mit einem auch nur auf die vorherige Kapsel am Ort der Kapselhülle gerichteten Strahl die Bleichung nur unvollständig vorgenommen werden. Mit anderen Worten, mit einem vordefinieten Zuwarten vor dem Bleichen kann die erreichbare Intensität des Bleichens vorbestimmt werden. Der Anregungsstrahl des Bleichens kann derselbe wie beim Öffnen der Kapseln oder ein anderer. Dieser Schritt des Bleichens kann in der Führung des Anregungsstrahles optional dadurch erreicht werden, indem a) der Anregungsstrahl als Bleichstrahl für die durch die Farbkörper durch Verteilung abgedeckte Farbfläche geführt wird, wobei der Weg berechnet wird, ausgehend vom Wissen um das Substrat, die dort verteilten Kapseln und die vorbestimmten Farbverläufe über die ganze oder Teile von dieser Farbfläche, je nach gewünschter Bleichwirkung. Auch kann b.) der Anregungsstrahl als Bleichstrahl auf dem Bereich der jeweils geöffneten Kapsel(n) gerichtet wird, wobei er auf diese abgebildet ist und beispielsweise auf die doppelte oder dreifache Fläche fokussiert wird; wobei die erreichte Farbmenge von der genannten Reifezeit, also die Zeit zwischen Öffnung der Kapsel und dem Bleichschritt, abhängt. Hierbei kann optional die besagte Kartierung aus Schritt a verwendet werden, und der Bleichschritt kann in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand nach dem Öffnen der Kapsel(n) durchgeführt werden, um den ganzen oder Teile der austretenden Farbkörper mit dem Bleichschritt zu erreichen.

Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

in schematischer Darstellung mögliche verkapselte Farb- oder Pigmentverteilungen auf Substrat en, wobei in a) eine statistische Verteilung dargestellt ist, in b) eine Verteilung in Linien, in c) eine Verteilung in Form von Mäandern, in d) eine kreisförmig sich wiederholende Verteilung, in e) eine Verteilung in Form von Mikroschrift;

Fig. 2

in a) in schematischer Darstellung eine Aufteilung einer Fläche in Flächenelement mit zugeordneten verkapselten Farbkörpern, in b) die Ansteuerung einer Kapsel mit einem Farbkörper durch einen Laser und in c) die beugungsbedingte Einschnürung des Laserstrahls in der fokalen Ebene;

Fig. 3

die unterschiedlichen Erscheinungen je nach Vergrösserungsgrad, wobei in a) die Erscheinung mit dem unbewehrten Auge und in b) die Erscheinung mit einem Vergrösserungsmittel dargestellt ist;

Fig. 4

die unterschiedlichen Schritte der Bilderzeugung, wobei in a) der Schritt der Bestimmung der Position und Art der Farbpartikel enthaltenden Kapseln dargestellt ist, und in b) die lokale Beeinflussung der Kapseln mit den Pigmentpartikeln durch den Laser dargestellt ist;

Fig. 5

einzelne Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens in ihrer Reihenfolge;

Fig. 6

beispielhafte Identifikationskarten;

Fig. 7

eine schematische Darstellung eines Ausschnitts von verkapselten Pigmentverteilungen auf einem Substrat a) vor der Öffnung von Kapseln und b) nach der Öffnung von Kapseln.

Fig. 8

Darstellung eines Farbtupels bestehend aus drei verschiedenen Farben im jeweils eingekapselten Zustand;

Fig. 8a

Farbtupel mit dem Farbkörper, der am stärksten gebleicht werden muss, im freigesetzten Zustand nach einer ersten Belichtung;

Fig. 8b

Farbtupel mit zwei freigesetzten Farbkörpern, wobei der erste ein zweites Mal gebleicht und der zweite zum ersten Mal gebleicht wurde; und

Fig. 8c

Farbtupel mit drei freigesetzten Farbkörpern, wobei der erste drei Mal gebleicht wurde, der zweite zweimal und der dritte ein erstes Mal.

Figur 1 zeigt eine Bildfläche 2 belegt mit Farbstoffen enthaltenden Kapseln 1. Die Variante nach Figur 1a zeigt eine zufällige, d.h. im wesentlichen statistische Verteilung der Farbkapseln 3, während die anderen Varianten nach Figur 1b bis Figur 1d linienförmige 4, mäanderförmige 5 oder kreisförmige 6 Anordnungen der Farbstoffe enthaltenden Kapseln zeigen. Figur 1e demonstriert schliesslich eine Überlagerung einer statischen Verteilung mit einer Mikroschrift 7. All diese Varianten der Farbstoffverteilung in Kapseln sind mit Druckverfahren darstellbar und können als Ausgangsmaterial für die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens Einsatz finden. Eine Kapsel 1 gemäss der Erfindung ist eine eine geringe Menge flüssigen Farbstoffe oder dispergierten Pigmenten enthaltende kleine Kugel von vorteilhafterweise relativ einheitlicher Grösse, typischerweise mit einem Durchmesser von 2 µm bis 15 µm insbesondere 5 bis 10 Mikrometer. Die Kugeln enthalten jeweils Farbkörper aus einer Menge von zwei, drei oder mehr verschiedenen Farben des gewählten Farbstoffsystems.

In der Figur 7a sind solche geschlossenen Kapseln 30 innerhalb eines Ausschnittes aus einem entsprechenden Datenträger dargestellt. Zwischen den Kapseln 30 ist das Material des Substrates, welches hier mit dem Bezugszeichen 35 versehen ist. Die Kapseln 30 weisen alle jeweils eine Hülle 31 auf, in der die dispergierten Pigmente oder der flüssige Farbstoff 32, 33 oder 34 eingeschlossen ist. In den Figuren 7a und 7b sind ein Farbstoff 32 linksschraffiert, ein Farbstoff 33 rechtsschraffiert und ein Farbstoff 34 horizontal schraffiert dargestellt. Die Hülle 31 dichtet den Farbstoff 32, 33 oder 34 gegen die Umgebung ab, womit sie ihn nicht nur visuell für das menschliche Auge maskiert, sondern auch vor einem Bleichen schützt, und ist geringfügig durchscheinend, um mit dem Kartierungsverfahren die Farbe des enthaltenen Farbstoffes nach aussen feststellen zu können. Die Hülle 31 der Kapsel 30 hat eine einheitliche Aussenfarbe, beispielsweise weiss, um zum einen den Inhalt gut spektroskopisch erkennen zu können und um zum anderen einen weissen Farbton als Farbe des Substrates gut einstellen zu können. Die Kapseln 30 mit ihrer harten Hülle und ihrem Farbstoffinhalt werden bevorzugt durch Perl- bzw. Suspensionspolymerisation, aber auch durch Koazervation oder ein Abschleuderverfahren hergestellt. Die Suspensionspolymerisation ist ein seit langem bekanntes Verfahren (siehe dazu auch die Reihe "Chemie, Physik und Technologie der Kunststoffe in Einzeldarstellungen", Hrg. K. A. Wolf, Springer-Verlag). Bei diesem Verfahren befinden sich Farbkörper und die für die Polymerisation benötigen Monomere in einer Ölphase und Radikalstarter zur Initiierung der Polymerisation in der wässrigen Phase des Öl-in-Wasser-Systems. Die Polymerisation findet an der Grenzfläche der beiden Phasen statt und führt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Suspension und der Reaktionsführung zu mikroverkapselten Farbstoffen in der gewünschten Grössendimension. Bei der Koazervation findet die Herstellung der Mikrokapseln in einem kolloidalen System statt, wobei die Ausfällung z. b. durch einen geeigneten pH-Shift initiiert wird. Die entstandenen Mikrokapseln werden typischerweise im weiteren Verlauf über ein Sprühtrocknungsverfahren getrocknet und damit in eine weiterverarbeitbare Form gebracht. Eine Anwendung des Verfahrens ist z. B. die Herstellung von druckempfindlichen Mikrokapseln für Durchschreibepapiere. Ein in der US-A-2712507 beschriebenes Verfahren beruht auf einer wässrigen Sole eines kolloidalen Materials, z. B. Gelatine, das in einer darin suspendierten Ölphase, z. B. bestehend aus Trichlordiphenyl , einen Farbstoff enthält. Im Fall der o. g. Offenlegung wurde die Bildung der Mikrokapseln durch Hineingiessen der erhitzten Koazervatmischung in eine kühlere Salzlösung erreicht. In einer weiteren Aufarbeitung folgt die Abtrennung, Härtung und Trocknung der Kapseln.

Schliesslich ist die Herstellung der Mikrokapseln auch mit einem Schleuderverfahren machbar, das z. B. dem Spin-Coating ähnelt, das für das Auftragen dünner, sehr gleichförmiger Filme geeignet ist (siehe K. Norrman, A. Ghanbari-Siahkali and N. B. Larsen, Annu. Rep. Prog. Chem., Sect. C: Phys. Chem., 2005, 101, 174-201), aber zum Unterschied von diesem nicht planare Schichten, sondern Hüllenstrukturen, d. h. Mikrokapseln aufbaut. Eine erfolgreiche praktische Anwendung eines solchen Verfahrens ist die Herstellung der farbgebenden Elemente für die so genannten E-Paper.

Es sind dabei verschiedene Arten von Kapseln 30 einsetzbar, die dem nachfolgenden Laminationsvorgang des Substrats standhalten können. Vorteilhafterweise können sie auch die Haftung des Laminates vermitteln. Durch eine Ausgestaltung der Hülle 31 derart, dass die Hülle 31 der Kapseln 30 bei einem vorbestimmten Laminatdruck und einer vorbestimmten Temperatur platzen, führt zu einem weiteren Erschwernis für Nachahmer, ein solches Druckprodukt zu erzeugen. Nachdem die Kapseln 30 auf eine Druckfläche aufgetragen oder eingebracht worden ist, insbesondere in eine einzige Schicht, können sie anschliessend weiterverarbeitet werden.

Die Hüllen 31 der Kapseln 30 können insbesondere einschalig sein, also aus einer einzigen Schicht bestehen, die das Farbmaterial umgibt und in der Kapsel 30 innen enthält. Es sind in anderen Ausführungsformen auch mehrschalige Kapseln möglich, die aber aufwendiger herzustellen sind. Das einschalige Kapselmaterial ist vorzugsweise nicht porös, enthält also keine speziell auf die einzelnen Farbarten wirkende absorbierende Stoffe, sondern die Kapseln 30 sind für alle mindestens zwei, insbesondere drei Farbarten gleich ausgestaltet.

Figur 2a ist eine abstrakte und schematische Darstellung einer Bildfläche, die aus in diesem Fall 25 gewissermassen theoretisch gedachten Flächenelementen 22 besteht, welche jeweils nur eine Kapseln mit flüssigem Farbstoff enthalten. In diesem Beispiel weisen die Farbstoffe die drei Grundfarben Cyan [C] 20, Magenta [M] 21 und Gelb [Y] 19 in einer statistischen Verteilung auf, aber jeweils in jedem Flächenelement nur einen entsprechenden Farbstoff. Figur 2b zeigt das Profil eines Laserstrahles 23 mit einem bestimmten Strahldurchmesser 24. Nach Passieren eines fokussierenden Elementes 25 wird dieser Laserstrahl auf einen Durchmesser fokussiert, der die vollständige Bestrahlung einer farbstoffgefüllten Kapsel 1 erlaubt und dessen Fokusdurchmesser ausreichend klein ist, um jeweils nur eine Kapsel 1 zu öffnen, diese aber im wesentlichen vollständig über den ganzen Wirkungsquerschnitt bestrahlt. Fig. 2c zeigt die Einschnürung des Laserstrahls 23 nach Beugung beim Passieren des fokussierenden Elementes 25 in der Fokalebene auf einen kleinsten Durchmesser 27.

Die Figuren 3a und 3b veranschaulichen den Unterschied zwischen der makroskopischen Betrachtung respektive Wirkung Fig. 3a eines Bildes 8, das auf der Bildfläche 2 nach einem Verfahren dieser Erfindung hergestellt wurde, und der mikroskopischen Betrachtung Fig. 3b, die mit einer Vergrösserungsvorrichtung 9 den Blick auf die Pigmentstruktur erlaubt. Die mikroskopische Betrachtung einer gezielt gesteuerten Pigmentverteilung erlaubt genau diese Pigmentverteilung zu verifizieren, da diese Verteilung kombiniert ist mit der eigentlichen individualisierenden Information des Bildes, wird so in einer Synergie die Fingerabdruck-Wirkung der Pigmentverteilung kombiniert mit der individualisierenden Information, so dass eine erhebliche Erhöhung des Sicherheitsstandards resultiert. In der Praxis kann diese Pigmentverteilung auch ein spezielles Raster sein, das mit einer Vorrichtung (in der Zeichnung als Lupe dargestellt), die die Farbwirkung durch die Kapselwand feststellen kann, beurteilt werden kann. Auch eine Kombination eines speziellen Rasters mit einer zufälligen Hintergrundverteilung ist möglich, so dass das spezielle Raster ohne Bezugnahme auf eine Datenbank verifiziert werden kann, und die zufällige Hintergrundverteilung über Abfrage der entsprechenden Identifikationsinformationen in einer Datenbank verifiziert werden kann. So kann die mikroskopische Struktur sowohl in einem einfachen Verifikationsverfahren überprüft werden (spezielles Raster) als auch in einem sicherheitstechnisch hoch stehenden Verifkationsverfahren (Abfrage der zufälligen Verteilung aus der Datenbank).

Die Zeichnungen Fig. 4a und Fig. 4b demonstrieren die beiden wesentlichen Verfahrensschritte a und b, und optional c, dieser Erfindung, bestehend aus der örtlichen und spektralen Analyse der Kapseln 30 mit den Farbstoffen unter Nutzung von reflektiertem Licht mit Hilfe einer Weisslichtquelle 11 und einem Fotoempfänger 12, welche mit einer Zweiwege-Linearverfahreinheit 10 mikrometergenau über der Probe bzw. dem Bildfeld positioniert werden können (Figur 4a, Schritt a), sowie einem Laser-System 17, das einen Laserstrahl 23 so auskoppelt, dass nach den Daten, die aus der Apparatur nach Figur 4a gewonnen wurden, dieser Laserstrahl jede einzelne Kapsel punktgenau treffen kann (Figur 4b, Schritt b). Alternativ zu der hier gezeigten Bewegung der Weisslichtquelle und des Photoempfängers sowie der Laseroptik kann auch das Substrat mittels einer Zweiwegeverfahreinheit bewegt werden. Diese Alternative ist in Fig. 4a/4b nicht dargstellt. Weiterhin ist bei der Darstellung des Fotoempfängers 12 zu erwähnen, dass der Aufbau des Fotoempfängers vereinfacht dargestellt worden ist. Es ist nicht dargestellt, dass der Detektor im Falle einer Weisslichtanregung aus mehreren farbspezifischen Komponenten besteht, die beispielsweise aus mehreren mit verschiedenfarbigen Filtern versehenen Fotodioden bestehen können, oder dass der Detektor beispielsweise auch ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor mit vorgeschaltetem Mehrfarbenfilter (z.B. Beyer-Filter) sein kann, wobei im Falle eines Foveon CMOS-Sensors auf einen Farbfilter verzichtet werden kann. Des Weiteren ist bei der zeichnerischen Ausführung der anregenden Lichtquelle 11 in Fig. 4a nicht dargestellt, dass im Falle einer Anregung in zeitlicher Folge mit Licht in verschiedenen Farben das Anregungslicht mit mehreren verschiedenfarbigen, schmalbandigen Lichtquellen erzeugt wird, die anregende Lichtquelle damit aus mehreren Komponenten besteht. Weiterhin ist bei der Fokussierung des Laserstrahles in Fig. 4b festzuhalten, dass der Durchmesser des Laserstrahles 24 durch das fokussierende Element 25 wesentlich stärker auf den kleinsten Durchmesser 27 kollimiert wird als in Fig.4b illustriert, die Zeichnung also nicht massstäblich ist. Desgleichen ist eine Aufweitung des Laserstrahles nach Auskopplung aus dem Laserresonator nicht separat dargestellt, sondern Teil des Lasersystems 17.

Der gesamte Workflow des Verfahrens nach dieser Erfindung wird in Figur 5 dargestellt. Die wesentlichen Schritte sind die örtliche und farbliche Erfassung des Inhalts jeder einzelnen Kapsel 13, Erzeugung der Farbkarte 14, die Ablage der so gewonnen Daten als Farbkarte in einer Datenbank 15, die Daten respektive das Ansteuerungsprotokoll für die Lasersteuerung 51 zum Öffnen der Kapseln liefert, welche wiederum den Vorgang des Kapselöffnens 52 mit dem Lasersystem 17 steuert, die Daten respektive das Ansteuerungsprotokoll für die Lasersteuerung 53 liefert, welche wiederum den Vorgang des selektiven Laserbleichens 54 mit einem UV-Lasersystem steuert. Die Farbkarte in der Datenbank dient ausserdem als Signatur für eine spätere Authentizierung des Sicherheitsdokumentes über dessen Bilddaten. Die Erzeugung der Farbkarte 14 kann dabei sowohl für das Öffnen der Kapseln als auch für deren Bleichen verwendet werden, wenn dazwischen kein Verschieben des Substrates vorgekommen ist. Ansonsten müssen die entsprechenden Daten transformiert werden.

Sofern das Bleichen nicht von derselben Lichtquelle, insbesondere dem gleichen UV-Laser durchgeführt wird, wird dann die weitere Lichtquelle oder die weiteren Lichtquellen, sofern mehrere Bleichlichtquellen verwendet werden, vorteilhafterweise in die Scanoptik der Kartierung eingekoppelt, um die Genauigkeit des Anfahrens dieser Positionen in einfacher Weise zu realisieren; allerdings sind, wie in Fig. 7a und 7b zu erkennen, dann die Farbelemente, entweder als suspendierte Farbe oder als verteilte Farbpigmente über eine grössere Fläche 42 verteilt. Auch sind die Reste der zerstörten Kapsel-Hüllen 41 in dieser Fläche 42 vorhanden.

Sofern nach dem Öffnen von einer oder mehreren Kapseln 30 von einer und derselben Farbe (wie in Fig.7b) oder von verschiedenen Farben (wie nicht in den Figuren dargestellt) gebleicht wird, bestehen mehrere Möglichkeiten für die Durchführung dieses Schrittes 54. Zum einen kann die Farbkartierung 14 direkt verwendet werden und die basierend auf dieser geöffneten Kapseln 30 bestrahlt werden. Damit werden nur Teile der um die zerstörte Hülle 41 bestehenden Farbkörper gebleicht. Dies kann auf den Raum der geöffneten Kapsel oder auf einen vorbestimmten Radius beschränkt sein. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung des Wissens um die Kartierung und der Abstände zwischen einzelnen Farbkapseln. Dann kann in der Steuerung ein Rechenverfahren hinterlegt werden, welches die Farbverteilung nach einem Zerstören einer Kapsel annäherungsweise berechnet; denn diese Verteilung der Farbkörper ist abhängig von der Art der Farbkörper und dem suspendierenden Kapselinhalt über die Diffusionszeit vorherbestimmbar. Es sind dann wiederum zwei Unterfälle möglich. Zum einen kann dann auch abhängig vom Öffnen der Kapseln 30 auch direkt gebleicht werden, so dass nicht wie in Fig. 5 zuerst die vorbestimmten Kapseln geöffnet werden und dann die eventuell anderen vorbestimmten Kapselinhalte gebleicht werden, sondern es kann der sich noch verteilende Farbstoff direkt in der Umgebung der Hüllenkapsel 41 gebleicht werden, so dass sich der dann teilgebleichte Farbstoff verteilt. Die andere Option ist das Abwarten aller Verteilvorgänge des Farbstoffs aus einer geöffneten Kapsel für die Flächen 41 und das Bleichen um den Ort der vorherigen Kapsel 30. Dann ist aus dem bekannten Kapselinhalt und der Bleichintensität am Ort der Kapsel mit dem Wissen um ungebleichte Anteile der Farbkörper fernab der zerstörten Kapsel der verbleibende Farbwert berechenbar. Ein dritte Möglichkeit zum Bleichen insgesamt besteht darin, einen weiteren Kartierungsschritt anzuhängen, um die Flächen 42 in vorbestimmter Auflösung zu kartieren, um dann nach diesem Kartierungsschritt die gesamte oder zumindest angenähert die Fläche 42 in Bezug auf die Intensität des Bleichens ganz oder teilweise zu bleichen, was zu einem etwas uniformeren Farbbild führen kann, weil im wesentlichen die komplette Farbfläche bearbeitet wird. Insofern entsprechen diese oben vorgestellten Vorgehensweise in umgekehrter Reihenfolge einem Re-Mapping zum definierten Bleichen, einem Berechnen der Farbflächenverteilung nach der Reifezeit, also der Verteilung der Farbkörper, oder einem Durchführen der Bleichung am Ort der geplatzten Kapsel sofort oder zeitverzögert um eine vordefinierbare Menge der Farbe zu bleichen. Die Zeichnungen nach Fig. 6a und 6b erklären eine mögliche Anwendung dieser Technologie für die Porträterzeugung auf einem kartenförmigen Datenträger 26. Das nach dieser Erfindung hergestellte Porträt enthält ausserdem noch zusätzliche Daten, die auf der Basis der durch den Druck der Kapseln erreichten Farb- und Pigmentverteilung im Bildfeld 2 hinterlegt sind. Diese Daten können beispielsweise Personalisierungsdaten des Dokumentinhabers sein (wie in Fig. 6b dargestellt), die der Identifikation des Dokumentinhabers dienen oder auch z. B. Möglichkeiten einer Authentisierung des Dokumentes über eine Seriennummer oder Informationen über die statistische Verteilung der Partikel in einem bestimmten Bereich etc..

Die Kugeln 30 des gewünschten Farbtones werden mit Hilfe eines Anregungsstrahles, insbesondere eines fokussierten Lichtstrahles, beispielsweise eines Lasers, wobei es sich um beispielsweise eine infrarote Wellenlänge handeln kann, einzeln adressiert zum Bersten oder Reissen gebracht. Dies ist in der Figur 7b so dargestellt, dass eine zerstörte Hülle 41 vorliegt, aus der der Farbstoff 42 ausgetreten ist. Die kugelförmige Hülle 31 selber oder der Farbstoffinhalt 32 werden durch die Lichtstrahlen so stark erhitzt oder durch eine akustische Welle angeregt, dass die angesprochenen Kapseln 30 platzen und der Farbstoff (hier der Farbstoff 32) ausläuft und bei den drei geplatzten Kapseln den schraffierten Bereich 42 ausfüllt. Die Erwärmung kann zu einem Ansteigen der Oberflächenspannung beitragen, so dass die Kapsel wie bei einem aufgeblasenen Ballon an der Hülle einreisst und so der Inhalt austritt. Nach oben und unten gegenüber der Zeichenebene, üblicherweise gegenüber einem Basissubstrat unten und einer Laminatfolie oben, ist die Ausbreitung des flüssigen Farbstoffs beschränkt. Die Umgebung der Kapseln 30, bei dem es sich um in der Figur 7 nicht dargestellte Bindemittel oder Papier handelt und die Aussenhülle 31 der Kapsel 30 sind so gestaltet, dass sich der Farbstoff 32 dort gut kapillar oder durch den bestehenden mechanischen Druck verteilt. Dieser über eine Zeit ablaufende Vorgang führt dann zu der in der Figur 7b dargestellten Ausgestaltung, nämlich das der Farbstoff 32 mindestens die mittlere Distanz zur Kapsel 30 der gleichen Farbe kapillar erreichen kann. Zudem wird er seine eigene inzwischen offene Kapselhülle 41 benetzen und färben. Somit würde das Anregen und Zerstören mehrerer Kapseln 30 einer vorbestimmten Farbstoffart (hier 32) eine nahezu vollständige Flächenfüllung 42 mit diesem Farbton erlauben, wobei die Kapseln anderer Farbstoffe (hier die von fast allen Seiten umgebende horizontal schraffierte Kapsel mit dem Farbstoff 34) weiterhin geschlossen bleiben und aus sich selber einen weissen Eindruck hervorrufen.

Der Vorteil der Verkapselung liegt neben der Möglichkeit Intensivtöne zu erzeugen auch darin, dass es ausreichend ist, günstige Lichtquellen verwenden zu können. Jedoch für ein genaues Fokussieren auf beispielsweise 2 µm ist es dennoch immer noch , kohärentes bez. monochromatisches Licht zu verwenden. von. Unter günstigen Lichtquellen ist die Verwendung eines einzigen Laser im Gegensatz zu deren drei in Verfahren nach dem bekannten Stand der Technik.

Das genannte Platzen der Kapseln kann ebenfalls innerhalb eines Laminates ablaufen. Auf diese Weise läst sich auch die Fläche innen im Laminat vollständig mit einer Farbe auffüllen. Wenn in einem solchen Fall alle Kapseln 30, beispielsweise im CYM System, geöffnet werden, ergibt sich eine im Prinzip tiefschwarze Fläche. Demgemäss sind auch die Mischfarben im Vollton direkt erzeugbar.

Das Verfahren wird angewendet, um etwa Sicherheitsdokumente zu personalisieren, und es eröffnet sich eine zusätzliche Möglichkeit zur starken Erhöhung der Fälschungssicherheit. In diesem Anwendungsbeispiel wird daher nicht mehr wie im vorhergehenden die genaue Erfassung der Farbbereiche lediglich dazu genutzt, das Druckverfahren hinsichtlich seiner technischen Mängel zu verbessern. Die Anordnung der Farben kann auch in einem zufälligen Muster erfolgen, von Rohling zu Rohling wechselnd, da dies von der entsprechenden Steuereinheit erkannt werden kann. Damit kann ein Rohling nur dann bedruckt werden, wenn vor dem Belichten mit dem Laser zwangsläufig das Verfahren nach a. eingesetzt wird, da es ansonsten zu einer Falschfarbendarstellung kommen würde. Damit würden Rohlinge für eine Fälschung solange unbrauchbar, wie nicht auch der Fälscher eine mikroskopische Analyse nach Verfahren a einsetzt. Eine besondere Möglichkeit, ein Falsifikat auch dem Auge des ungeschulten Betrachters sofort erkennbar zu machen, besteht darin zudem etwa bei Personalpapieren die pseudostatistische Durchmischung des Farbmusters etwa in dem Bereich, in dem üblicherweise die Stirn des Porträts zu liegen kommt, in ihrer Regelmässigkeit derart zu ändern, dass die Falschfarbendarstellung wechselt und etwa das Wort "Fälschung" farblich lesbar zum Vorschein kommt, wenn nicht die genaue Mikroposition des Farbmusters berücksichtigt wird.

Gemäss der Schrift WO-A-0115910 ist es möglich, die Farbwirkung von Pigmentmischungen, bestehend aus gelben, cyan- und magenta-farbenen Pigmenten selektiv dadurch zu erzeugen, dass man sie mit den zur Pigmentfarbe komplementären Wellenlängen eines Lasers bestrahlt und damit bleicht. Somit sind für die vollständige Belichtung ein roter, grüner und blauer Laser erforderlich. Innerhalb des Fokus des Laserstrahles, der gleichzeitig der gewünschten Pixelgrösse entspricht, also etwa 50µm für eine Auflösung von 500dpi, befinden sich bei diesem Verfahren immer mehrere Pigmentkörner unterschiedlicher Färbung, da diese deutlich kleiner sind, was beim Bleichen zur Erreichung von Mischtönen von Vorteil sein kann. Es werden aber immer nur genau die Pigmente geblichen, die die Laserstrahlung der jeweils benutzten Wellenlänge absorbieren. Gelbe Pigmente absorbieren daher die blaue Wellenlänge und bleichen dadurch aus. Die übrigen, in ihrer Färbung verbleibenden cyan- und magenta-farbenen Pigmente mischen sich in Betrachtung unter reflektierendem Licht subtraktiv zu blau. Damit erzeugt also blaue Bestrahlung eine blaue Farbtönung. Ebenso verhält es sich mit der roten und grünen Laserstrahlung, wenn sie auf die gleiche Pigmentmischung trifft. In dieser Ausführungsform liegen die Korngrössen der Pigmente im Bereich von 10µm. Demnach können die Pigmente in der gleichen Weise wie dort beschrieben mit einem mikroskopischen Scanverfahren in ihrer Lage auf 2µm genau detektiert werden. Auch ihr Durchmesser ist geeignet, sie mit einem UV-Laserstrahl mit einem Fokus von etwa 10µm einzeln zu adressieren, da sich genannte mechanische Linearverfahreinheiten mit µm Ortsgenauigkeit käuflich erwerben lassen (Fa. Heinrich Wolf, Eutin). Alle 3 Sorten Farben können mit nur einer Wellenlänge im UV (typisch 355nm) gebleicht werden. Damit eröffnet diese Ausführungsform die Möglichkeit, statt mit 3 Lasern mit nur einem Laser zu arbeiten, da nunmehr die einzelnen Farbbestandteile der Pigmente nicht mehr über die Wellenlänge des Lichtes, sondern über den Ort adressiert werden. Somit wird durch den Übergang auf nur eine Wellenlänge eine erhebliche Kostensenkung des technischen Systems erzielt.

Gemäss einer Weiterbildung der in der Figur 7 beschriebenen Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Freisetzung der Farbstoffe 32, 33 und 34 in den Kapseln 30 zeitlich versetzt vorzunehmen. Man unterscheidet damit die Bleichung der Farbstoffe auf der Zeitachse durch unterschiedliche, aber individuell kontrollierbare Expositionszeiten (Fig. 8), was zu einer weiteren Möglichkeit der Beeinflussung des Druckbildes führt. Über die örtliche Auswahl der Kapseln 30, also die vorgängige spektroskopische Analyse der an einem bestimmten Ort vorhandenen Farbe wird entschieden, vorbestimmte Kapseln in einem Arbeitsgang zu öffnen. Nach einer gewissen Zeit des Bleichens bereits freigelegten Farbstoffs wird eine weitere, zweite Farbkomponente an einem Ort, welcher bereits aus der zerstörten Kapsel 40 freigesetzt worden ist, durch Laserbestrahlung gebleicht, während Farbkomponenten, die sich am gleichen Ort noch in anderen Kapseln 30 befinden durch die Hüllen 31 der Kapseln 30 vor der Bleichung geschützt sind. Die Schritte b und c werden bei der Bilderzeugung in der Praxis gewissermassen in verschachtelter Form durchgeführt. Wie schon oben erwähnt, kann die Bleichung vorgenommen werden, indem eine auf die Auslaufbereiche abgestimmte Fokussierung des Bleichstrahls umfasst wird oder ein breiterer Strahl für die Bearbeitung von grösseren Anteilen der Fläche 42, der dann in seiner Intensität aber nicht ausreicht, um andere Kapseln zu zerstören. In einer Ausführungsform wird damit eine vorbestimmte Bleichlichtenergie zugeführt, die noch nicht ausreichend ist, um die Bleichung im Endzustand auszuführen. Dies liegt daran, dass nach der Zuführung dieser ersten Bleichenergie eine zweite Anregungsenergie auf diesen Ort gelenkt wird, welche in einem kombinierten Arbeitsgang sowohl eine an diesem Ort befindliche und unmittelbar danach mit geänderter Fokusgrösse eine andere Kapsel 30 mit einer anderen Farbstoffkomponente öffnet und danach mit wiederum angepasster Fokusgrösse die schon ausgetretenen Farbstoffe einer früher geöffneten Kapsel 30 weiter bleicht. Es wird also mit dieser Kapselöffnungsenergie für eine zweite Kapsel 30 der Farbstoff der zuerst geöffneten Kapsel nachgebleicht. Diese Schritte lassen sich bei einem Mehrfarbsystem dann noch ein drittes oder viertes Mal für die Öffnung weiterer Kapseln 30 anwenden. Bei der Öffnung dieser weiteren Kapseln 30 wird dabei die eingestrahlte Energie gleichzeitig die verwendeten Farbstoffe der vorher geöffneten Kapseln weiter bleichen, wobei sich die Bleichenergie additiv verhält. Die an diesem Ort vorhandenen Farbstoffe 32, 33, 34 werden dann den letztlich erforderlichen Bleichungsgrad erreichen, nachdem alle vorgesehenen Kapseln 30 geöffnet und die darin enthaltenen Farbstoffe 32, 33 und 34 gebleicht und insbesondere unterschiedlich stark gebleicht sind. Kapselöffnung und Bleichung sind also intermittierende Vorgänge, die unmittelbar aufeinander mehrfach folgen, wobei jeweils ein anpassen der Fokusgrösse des Lasers, seine Leistung und - letzteres jedoch nicht notwendigerweise - seine Frequenz angepasst werden muss.

Dieser gestaffelte Bleichvorgang hast die praktische Bedeutung, dass für die Erzeugung eines natürlichen Bildes Farbtöne aus dem gesamten Farbraum dargestellt werden müssen. Dies ist nur bei unterschiedlich langen Expositionszeiten eines Farbkörpers möglich. Da stets mehrere Farbkörper gleichzeitig im Fokus des Laserstrahles liegen, wird dies vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass der am stärksten zu bleichende Farbkörper zuerst freigesetzt wird. Danach folgt der Farbkörper, der am zweitstärksten gebleicht werden muss, und so weiter (siehe Fig. 8).

Diese Vorgehensweise soll an einem Beispiel erläutert werden. An einem bestimmen Ort soll der Farbton mit den Koordinaten 38, 253, 107 im RGB System dargestellt werden. Dies entspricht einem Grün. Im CYM System würde sich nach einer bekannten Umrechnungsformel der Farbvektor als (117,148,2) ergeben (255*0.459; 255*0.58; 255/0.008). Zur Vereinfachung der Rechnung wird der Energiewert in Bit-Werten und nicht in Joule skaliert und es wird angenommen, dass sich zwei aus Kapseln ausgetretene Farbstoffe an einem gleichen Ort zu jeweils 50% gegenseitig abschatten; drei Farbstoffe dagegen gegenseitig zu 66%. Diese Annahmen entsprechen dem Setzen von Berechnungskonstanten und können farbenmässig angepasst werden. Dann müsste im CYM-System C vom Vollton ausgehend um 255 - 117 = 138 Energiewerte gebleicht werden. Y müsste vom Vollton ausgehend mit 255 - 148 = 107 Energiewerten gebleicht werden. Und M müsste schliesslich von Vollton ausgehend mit 255 - 2 = 253 Energiewerten gebleicht werden. In der Summe müssten daher (138 +107 + 153 =) 498 Energiewerte eingebracht werden. Die Kapseln, die den M-Farbstoff enthalten, müssten an diesem Ort zuerst geöffnet werden, weil diese am stärksten gebleicht werden müssen; gefolgt von den den C-Farbstoff erteilten Kapseln und schliesslich die dem Farbstoff Y enthaltenen Kapseln.

Wenn der Einzelfarbstoff um einen vorgenannten Bitwert in einer Nanosekunde gebleicht werden könnte, was hier zu einfachen Rechenzwecken beispielhaft angenommen wird, kann der Energiefluss folgendermassen aufgeteilt werden. Zuerst erhalten die geöffneten Magentakapseln für (253 - 138) Nanosekunden = 115 Nanosekunden Bleichlicht. Danach sind die Zyankapseln zu öffnen und es ist dem Farbstoff etwas Zeit zu lassen, sich kapillar zu verteilen. Nach der Verteilung ist er mit dem bereits vorgebleichten Magentafarbstoff gemischt. Die beiden Farbstoffe schatten sich gemäss der oben genannten Annahme um 50% ab. Somit müssen sie gemeinsam für ({138-107 Nanosekunden} * 2 =) 62 Nanosekunden gebleicht werden. Dann ist der Magentafarbstoff um 115 + 62/2 = 146 Farbtonwerte gebleicht, während der Zyanfarbstoff um 62/2 = 31 Farbtonwerte gebleicht ist. Schliesslich werden die am geringsten zu bleichenden Kapseln, nämlich die Yellow-Kapseln geöffnet. Diese sind für 107 Nanosekunden * 3 = 321 Nanosekunden zu bleichen, weil sich die Farbstoffe nun jeweils um zweidrittel gegenseitig abschatten und somit die Zeit verdreifacht werden muss. Nach Addition der Bleichwirkung dieses dritten Bleichschrittes ist dann M für 115 + 62/2 +321/3 = 253 Stufengebleicht, C für 62/2 + 321/3 = 138 Stufengebleicht und Y schliesslich für 321/3 = 107 Stufengebleicht. Damit ergeben sich die oben genannten ursprünglichen Anforderungen für den gewählten grünen Farbstoff. Es müsste als insgesamt 115 + 62 +321 = 498 Nanosekunden belichtet werden. Die allgemeine Formel lautet folglich: T₃=K₁(B₃-B₂); T₂=K₂(B₂ - B₁); T₁=K₃*B₁, wobei T die Zeit, B der erforderliche Bleichwert und der Index 3/2/1 für die am stärksten/mittel/am schwächsten zu bleichende Komponente ist. In einem einfachen Ausführungsbeispiel kann die Skalierungskonstante K gewählt werden als K₁ = 1*K, K₂ = 2*K und K₃ = 3*K.

Sofern der Laser, der zum Bleichen verwendet wird (in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein UV-Laser), auch dafür vorgesehen ist, die Kapseln zu öffnen, ist gegebenenfalls darauf zu achten, dass entweder der Farbstoff in den nicht zerstörten Kapseln während des Bleichvorgangs der schon frei gesetzten Farbstoffe ebenfalls vorgebleicht wird oder dass die Kapselwand 31 so ausgestaltet ist, dass sie die innen liegenden Farbstoffe 32, 33 und 34 schützt.

Die Hüllenreste 41 und die totgebleichten Farbkörper tendieren unter Umständen dazu, als gelbliche Artefakte zu verbleiben. Hier können zeitweilig TiO₂-Nanopartikel in Kontakt mit dem Substrat gebracht werden, da solche TiO₂-Nanopartikel unter Einwirkung von energiereichem Licht - dazu reicht in der Regel der UV-Anteil im Sonnenlicht - sich wie ein Halbleiter verhalten und über diesen Weg ein hohes Redoxpotential haben. Dieser Effekt wird zum Beispiel in einer Solarzelle, der sogenannten Grätzelzelle, kommerziell hergestellt von G24 Innovations, verwendet oder wurde für die Abwasserreinigung vorgeschlagen (siehe z.B. D. Meissner, Photokatalytische und photoelektrochemische Abwasserreinigung, 4. Ulmer Elektrochemische Tage, 1997). Das Redoxpotential ist ausreichend, um die gelblich wirkenden Reste gebleichter Farbstoffe der Flächen 42 oder die Kapselreste 41 aufzuhellen. Der photokatalytische Effekt mit Titandioxid zur Erhöhung der Weisse des Hintergrunds gehört zum vorgenannten "Finishing"-Prozess. Dabei können die TiO₂-Nanopartikel beispielsweise auf einer Trommel aufgebracht sein, über deren Mantelfläche das Substrat unter einer gewissen Vorspannung gezogen wird. Mit einer diese Kontaktfläche zwischen Substrat und Mantelfläche mit UV-Licht beaufschlagenden Lichtquelle kann der gelblich wirkende Anteil gebleichter Farbflächen 42 und geplatzter Hüllenelemente 41 aufgeweisst werden. Dadurch, dass die TiO₂-Nanopartikel nicht im Substrat verbleiben, bleibt das hergestellte Produkt lichtecht. Eine Variante, die fotochemisch effizienter ist, ist der Eintrag des Titandioxid-Nanopulvers in die Farbkapseln enthaltende Druckfarbe, wobei in diesem Fall aber nach der aktivierenden Belichtung des TiO₂ mit UV-Licht das entwickelte Muster, Zeichen, Symbol oder Bild mit einem effizienten UV-Filter, vorzugsweise in Form einer Laminatfolie, bedeckt werden muss, so dass die oxidative Wirkung des TiO₂ im Sonnenlicht nicht mehr stattfinden kann und ein unvorteilhaftes frühzeitiges Verblassen des Bildes aufgrund dieses chemischen Prozesses vermieden wird. 1 Kapsel Farbstoff Grundfarbe Cyan 2 Substrat, Bildfläche 21 Flächenelement mit Kapsel und Farbstoff Grundfarbe Magenta 3 Bereich mit statistischer Verteilung der Kapseln 22 Flächenelement 4 Bereich mit regelmässiger Verteilung der Kapseln, Linienform 23 Laserstrahl 24 Strahldurchmesser von 23 25 fokussierendes Element zum Beispiel Linse, Gitter 5 Bereich mit regelmässiger Verteilung der Kapseln, Mäander 26 kartenförmiger Datenträger 27 Durchmesser des Laserstrahles in der Fokalebene 6 Bereich mit regelmässiger Verteilung der Kapseln, kreisförmige Anordnungen 30 Kapsel 31 Kapselhülle 7 Bereich mit regelmässiger Verteilung der Kapseln, Mikroschrift 32 - 34 flüssiger Farbstoff 35 Substrat 40 Kapsel 8 Bild, Symbol, Schriftzug 41 offene Kapselhülle 9 Vergrösserungsvorrichtung, symbolisch als Lupe dargestellt 42 verteilter Farbstoff 51 Lasersteuerung für die für die Kapselöffnung 10 x/y Linearverfahreinheit 11 Weisslichtquelle 52 Lasersteuerung für den Bleichlaser 12 Lichtsensor, Fotoempfänger 13 Erfassung der Farbstoff enthaltenden Kapseln als Farbelement als Funktion der Ortkoordinate 53 Kapselöffnung 54 Laserbleichen 55 Farbkörper mit dem höchsten Bleichbedarf 14 Ablage der Daten als Farbkarte 56 Farbkörper mit dem zweithöchsten Bleichbedarf 15 Ablage in einer Datenbank 17 Lasersystem 57 Farbkörper mit dem geringsten Bleichbedarf 19 Flächenelement mit Kapsel und Farbstoff grundfarbegelb (yellow) 20 Flächenelement mit Kapsel und