DE69733906T2 - Dünnfilm-Bildaufzeichnungskonstruktionen mit anorganischen Metallschichten und optischen Interferenz-Strukturen - Google Patents

Dünnfilm-Bildaufzeichnungskonstruktionen mit anorganischen Metallschichten und optischen Interferenz-Strukturen Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft Digitaldruckvorrichtungen und -verfahren, und insbesondere Flachdruckplattenkonstruktionen, die innerhalb oder außerhalb einer Druckmaschine unter Verwendung von digital gesteuerter Laserausgangsstrahlung belichtet bzw. bebildert werden können.
  • US-A-5339737 und US-A-5379698 offenbaren eine Reihe von Flachdruckplattenkonfigurationen zur Verwendung mit Belichtungsvorrichtungen, die mit Laserstrahlung arbeiten (siehe z. B. US-A-5385092 und US-A-5697300 (EP-A-0722828)). Dazu gehören "Naßplatten", mit Verwendung eines Feuchtmittels bzw. Wischwassers beim Drucken und "Trockenplatten" mit direktem Druckfarbenauftrag.
  • Insbesondere offenbart US-A-5379698 mittels Laserstrahlung bebilderungsfähige Platten mit Verwendung von Ablationsschichten aus dünnem Metall, die bei Einwirkung eines Belichtungsimpulses selbst bei relativ niedrigen Leistungsniveaus verdampft und/oder geschmolzen werden. Die zurückbleibenden unbelichteten Schichten sind fest und dauerhaft, bestehen typischerweise aus einer Polymer- oder dickeren Metallzusammensetzung und ermöglichen, daß die Platten den harten Beanspruchungen des industriellen Druckbetriebs widerstehen und ausreichende Nutzlebensdauern aufweisen.
  • In einer allgemeinen Ausführungsform weist die Plattenkonstruktion eine erste, oberste Schicht auf, die wegen ihrer Affinität zu (oder Abweisung von) Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid gewählt wird. Unter der ersten Schicht liegt eine dünne Metallschicht, die als Reaktion auf Belichtungsstrahlung (z. B. Infrarot- oder "IR"-Strahlung) abgeschmolzen wird. Unter der Metallschicht liegt ein festes, dauerhaftes Substrat, das durch eine der ersten Schicht entgegengesetzte Affinität zu (oder Abweisung von) Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid gekennzeichnet ist. Durch Ablation bzw. Abschmelzen der absorbierenden zweiten Schicht durch einen Belichtungsimpuls wird auch die oberste Schicht geschwächt. Durch Zerstören ihrer Verankerung bzw. Haftung an einer darunterliegenden Schicht läßt sich die oberste Schicht in einem Reinigungsschritt nach der Belichtung leicht entfernen. Dadurch wird wiederum ein Bildpunkt mit einer Affinität zu Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid erzeugt, die sich von derjenigen der unbelichteten ersten Schicht unterscheidet.
  • Ein beträchtlicher Vorteil dieser Plattentypen ist die Vermeidung von Umweltverschmutzung, da die Abschmelzprodukte innerhalb einer Schichtstruktur eingeschlossen sind; Laserimpulse zerstören weder die oberste Schicht noch das Substrat, so daß Trümmer von der abgeschmolzenen Bildaufzeichnungsschicht dazwischen zurückgehalten werden. Dies steht im Gegensatz zu verschiedenen Verfahrensweisen nach dem Stand der Technik, wo die Oberflächenschicht durch Laserätzen vollständig weggebrannt wird; siehe z. B. US-A-4054094 und US-A-4214249. Neben der Vermeidung luftgetragener Nebenprodukte können Platten, die auf in eine Schichtstruktur eingeschlossenen Ablationsschichten basieren, auch mit niedriger Leistung belichtet werden, da die Ablationsschicht nicht als Druckfläche dient und daher nicht besonders haltbar zu sein braucht; eine haltbare Schicht ist normalerweise dick und/oder hitzebeständig und schmilzt nur als Reaktion auf eine erhebliche Energiezufuhr. Der Preis für diese Vorteile ist jedoch der obenerwähnte Reinigungsschritt nach dem Belichten.
  • Außerdem können die obersten Polymerschichten, die gewöhnlich für die in eine Schichtstruktur eingelagerte Ablationsschicht erforderlich sind, eine geringere Haltbarkeit aufweisen als herkömmliche Druckplatten. Zum Beispiel können herkömmliche Naßplatten vom Photobelichtungstyp eine harte Aluminiumoberfläche verwenden, die Hunderttausende von Druckvorgängenen überstehen kann. Bei Platten mit in eine Schichtstruktur eingelagerten Ablationsschichten werden dagegen Polymerdeckschichten verwendet, die Laserstrahlung zur Ablationsschicht durchlassen. Hydrophile Polymere, wie z. B. Polyvinylalkohole, weisen nicht die Haltbarkeit von Metallen auf.
  • Schwierigkeiten können auch auftreten, wenn die Ablationsschicht aus Metall besteht. Zunächst müssen Reflexion, Absorption und Durchgang von Belichtungsstrahlung sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Metalle weisen eine innewohnende Neigung zur Strahlungsreflexion auf; bei den für die leistungsarme Belichtung erforderlichen winzigen Beschichtungsdicken wird jedoch eine Metallschicht einen Teil der Strahlung absorbieren (die für den Ablationsmechanismus sorgt), und außerdem einen Teil durchlassen. Durch Vergrößern der Dicke einer solchen Schicht erhöhen sich die Anforderungen an die Laserleistung nicht nur durch die Hinzunahme von Material, sondern auch wegen stärkerer Reflexion von Belichtungsstrahlung. Das Gesamtergebnis ist ein Grenzwert für die maximale Dicke, der die Fähigkeit zur Erhöhung der Haltbarkeit einer Platte durch dickere Bildaufzeichnungs- bzw. Belichtungsschichten aus Metall beschränkt.
  • Ferner können dünne Bildaufzeichnungsschichten, die auf Metall/Nichtmetall-Kombinationen (z. B. Metalloxiden) basieren, beim Aufbringen auf ein flexibles Polymersubstrat Steifigkeit aufweisen. Die Steifigkeit nimmt gleichfalls mit der Schichtdicke zu, und zu dicke Metall/Nichtmetall-Schichten werden bruchempfindlich sein; zum Beispiel kann als Ergebnis von Erwärmung und Abkühlung eine zum Bruch führende Formbeanspruchung auftreten, wie etwa beim Aufbringen und Aushärten einer hitzehärtbaren Beschichtung über einer solchen Schicht. Eine Druckplatte mit einer auf diese Weise beschädigten Bildaufzeichnungsschicht weist eine schlechte Haltbarkeit und möglicherweise einen Bildqualitätsverlust auf.
  • Ein weiterer Problemtyp, der in Verbindung mit Platten mit in eine Schichtstruktur eingeschlossener Ablationsschicht auftreten kann, betrifft die Fähigkeit zur visuellen Unterscheidung belichteter von unbelichteten Flächen. Falls das Substrat durchsichtig ist, kann das silbrig metallische Aussehen von Bereichen, die keine Laserbelichtung empfangen haben, unter Umständen nicht mit der unter dem Druckelement liegenden Oberfläche (z. B. einem Plattenzylinder oder Prüftisch) kontrastieren, so daß die belichteten Flächen nicht ohne weiteres unterscheidbar sind. Eine ähnliche Schwierigkeit kann beispielsweise bei bestimmten, in US-A-5 339 737 und US-A-5 570 636 skizzierten Konstruktionen auftreten, unabhängig davon, was unter der Konstruktion liegt. Insbesondere ist es möglich, die oben beschriebene Konstruktion auf einen Metallträger aufzulaminieren, der nicht nur für Formbeständigkeit sorgt, sondern auch durchgelassene Belichtungsstrahlung in die dünne Metallschicht zurück reflektiert. Bei Annahme durchsichtiger Substrat- und Laminierklebstoffmaterialien wird jedoch der Metallträger, der nach der Belichtung intakt bleibt, wahrscheinlich wenig Kontrast zu der dünnen Metallschicht bieten.
  • Wie gleichfalls in US-A-5 572 636 beschrieben, ist es möglich, dünne Metallbildaufzeichnungsschichten über Metallträgem ohne Laminierung zu verwenden. Obwohl wärmeleitfähige Metallträger Belichtungsenergie ableiten würden, wenn sie direkt unter der dünnen Metallschicht angeordnet wären, gibt US-A-5 570 636 eine genaue Beschreibung von Konstruktionen, die Wärme in der dünnen Metallschicht konzentrieren und ihre Übertragung und ihren Verlust in die Trägerschicht verhindern (oder zumindest verzögern). Um dies zu erreichen, wird eine wärmeisolierende Schicht zwischen der Bildaufzeichnungsschicht und dem wärmeleitfähigen Träger eingefügt. Wenn man annimmt, daß die Isolierschicht aus einem durchsichtigen Polymerwerkstoff gefertigt ist, dann ist wieder der Kontrast zwischen der dünnen Metallschicht und dem Metallträger minimal.
  • Drucker haben herkömmlicherweise den Kontrast zwischen belichteten und unbelichteten Plattenbereichen ausgenutzt, um die Sichtprüfung zu erleichtern. Typischerweise benutzt der Drucker zunächst die groben Strukturen, um sicherzustellen, daß die Platte dem aktuellen Auftrag entspricht und daß die Serie von Platten auf aufeinanderfolgenden Plattenzylindern einander entsprechen. Dann kann er die kontrastierenden Bereiche der Platten genauer überprüfen und die einwandfreie Gesamtbelichtung sowie das Vorhandensein von wesentlichen Details vor dem Betrieb der Druckmaschine bestätigen. Ein fehlender oder schwacher Kontrast macht es für einen Drucker schwierig oder unmöglich, diese Identifikations- und Prüfungsaktivitäten durch Untersuchung der Platte auszuführen. Der Drucker kann zwar einen Probeabzug bzw. Proof herstellen, um das Plattenbild direkt sichtbar zu machen, aber dies ist eine zeitraubende Arbeit, besonders bei computergesteuerter bzw. digitaler Plattenherstellung.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf für Konstruktionen, die einen Kontrast zwischen visuell benachbarten Plattenschichten von ähnlicher Tönung vermitteln. Eine Lösung für dieses Problem wird in US-A-5 649 486 (EP-A-0 755 781), eingereicht am 27. Juli 1995 und in gleichem Besitz wie die vorliegende Patentanmeldung, dargestellt. Die offenbarten Konstruktionen enthalten ein Färbemittel, das die farbannehmende(n) Schicht(en) beobachtbar von der (den) farbabweisenden Schicht(en) unterscheidet, die Wirkung der Belichtungsimpulse aber nicht wesentlich stört. In einer Ausführungsform weist das Druckelement eine oberste Schicht, eine Bildaufzeichnungsschicht aus dünnem Metall und ein Polymersubstrat mit einem Material auf (wie etwa einem dispergierten Pigment, z. B. Bariumsulfat), das Belichtungsstrahlung reflektiert und sich im Farbton von der dünnen Metallschicht unterscheidet. Das Färbemittel ist innerhalb der Polymermatrix des Substrats chemisch integriert, dispergiert oder aufgelöst. Da die oberste Schicht als Folge des Belichtungsprozesses entfernt wird, ist es alternativ möglich, das Färbemittel anstelle des Substrats (oder zusätzlich zum Substrat) in dieser Schicht unterzubringen.
  • In einer zweiten Ausführungsform wird eine Konstruktion, die eine oberste Schicht, eine Bildaufzeichnungsschicht aus dünnem Metall und ein Polymersubstrat aufweist, auf einen Metallträger auflaminiert, der eine ähnliche Farbtönung wie die Bildaufzeichnungsschicht aufweist. In einer ersten Version dieser Ausführungsform befindet sich das Färbemittel in der Substratschicht, so daß, wenn der Träger nicht absorbierte Belichtungsstrahlung reflektiert, diese Strahlung ohne wesentliche Absorption durch das färbemittelhaltige Substrat zu der dünnen Metallschicht zurückgestrahlt wird. In einer zweiten Version befindet sich das Färbemittel in dem Laminierklebstoff. Dieses zweite Verfahren ist insofern vorteilhaft, als es die Beobachtung der Gleichmäßigkeit der Klebstoffschicht für Zwecke der Qualitätskontrolle gestattet. Tatsächlich kann sich sogar bei Anwendungen, wo ein sichtbarer Kontrast zwischen belichteten und unbelichteten Plattenbereichen unnötig (oder vielleicht sogar unerwünscht) ist, innerhalb der Klebstoffschicht ein Farbstoff befinden, der im Umgebungslicht unsichtbar, aber unter speziellen Bedingungen beobachtbar ist (der z. B. unter ultraviolettem Licht fluoresziert). In einer dritten Version dieser Ausführungsform befindet sich das Färbemittel in der obersten Schicht, wie oben diskutiert. Das Färbemittel kann ein Farbstoff, ein Pigment oder eine Kombination aus beiden sein.
  • Kontrast kann für andere Zwecke als die Sichtprüfung nützlich sein. Zum Beispiel können verschiedene Farben benutzt werden, um unterschiedliche Typen von Aufzeichnungsmedien zu unterscheiden, oder zur Dekoration oder zum Echtheitsnachweis. Für diese Zwecke kann es wünschenswert sein, Kontrastmittel mit komplexeren Farbeigenschaften als denen eines einfachen Farbstoffs oder Pigments zu benutzen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein mittels Laserstrahlung direkt bebilderungsfähiges Flachdruckelement bereitgestellt, wobei das Element aufweist: eine erste hydrophile Schicht, eine unter der ersten Schicht liegende zweite Schicht; wobei die erste Schicht, jedoch nicht die zweite Schicht, Bebilderungsstrahlung absorbiert und dadurch abgeschmolzen wird; und wobei die ersten und zweiten Schichten gemäß Anspruch 1 unterschiedliche Affinitäten zu Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen überlagert eine hydrophile Oberflächenbehandlung die erste Schicht, die zweite Schicht ist eine farbannehmende oleophile Schicht, wobei die über der zweiten Schicht liegenden Schichten, jedoch nicht die zweite Schicht, durch Bebilderungsstrahlung entfernbar sind oder entfernbar gemacht werden, und wobei die hydrophile Oberflächenbehandlung durch Feuchtmittel entfernbar ist.
  • Nach einem ersten Aspekt nutzt die vorliegende Erfindung bestimmte anorganische metallische Werkstoffe als Oberflächenschichten in Flachdruckplatten. Diese Materialien können sowohl hydrophil als auch sehr haltbar sein, was sie für Naßplattenkonstruktionen wünschenswert macht. Tatsächlich weisen die erfindungsgemäßen anorganischen Metallwerkstoffe selbst bei sehr kleinen Auftragsdicken eine zufriedenstellende Haltbarkeit auf. Als Ergebnis ist die durch den Belichtungsprozeß entstehende Trümmermenge minimal, und diese Trümmer sind gewöhnlich nichtflüchtig. Die anorganischen Metallschichten lassen sich bequem durch Vakuumbeschichtungsverfahren aufbringen. Diese Schichten sind leicht entfernbar, beispielsweise durch Laserbelichtungsstrahlung, und ihr hydrophiler Charakter kann durch Aufbringen eines dünnen, wasserempfindlichen Überzugs bewahrt werden. Alternativ kann ein anorganischer Metallwerkstoff als integrierte Schicht unter einer separaten hydrophilen oder oleophoben Schicht dienen.
  • In einer Variante dieses Aspekts der Erfindung kann die anorganische Metallschicht als Teil einer optischen Interferenzstruktur dienen, um einen größeren Bereich von optischen Eigenschaften bereitzustellen. Derartige Strukturen sorgen z. B. für Kontrast zwischen Schichten sowie für Farbvarianten, die durch andere Mittel nicht ohne weiteres reproduziert werden können.
  • Allgemeiner gesagt, weisen optische Interferenzstrukturen Konstruktionen auf, die Licht durchlassen, bestimmte Wellenlängen selektiv verstärken und/oder auslöschen (z. B. um Reflexion zu beseitigen, die beim Durchgang von Licht zwischen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes auftritt), sowie Konstruktionen, die einfallendes Licht auf eine Weise reflektieren, die eine bestimmte Wellenlänge (gewöhnlich eine sichtbare Farbe) hervorhebt. Im letzteren Fall verändert sich die Farbe auf charakteristische Weise mit dem Blickwinkel.
  • Reflektierende optische Interferenzstrukturen weisen typischerweise eine reflektierende Metallschicht, ein darüberliegendes lichtdurchlässiges dielektrisches Material und über der dielektrischen Schicht eine halbreflektierende Metallschicht auf. Wenn einfallendes Licht auf die halbreflektierende Metallschicht der optischen Interferenzstruktur auftrifft, wird ein Teil des Lichts reflektiert, während ein Teil sowohl durch diese Schicht als auch durch die darunterliegende dielektrische Schicht hindurchtritt. Der durchgelassene Teil des Strahls wird dann durch die unterste Metallschicht reflektiert und wieder durch die dielektrische Schicht durchgelassen; ein Teil dieses reflektierten Lichts passiert die halbreflektierende Deckschicht, wo es das ursprünglich durch die Deckschicht reflektierte Licht durch Interferenz verstärken oder abschwächen kann. Die Dicke der dielektrischen Schicht wird so gewählt, daß bei der Vereinigung von Licht, das durch die oberste und die untere Metallschicht reflektiert wird, eine gewählte Wellenlänge eine verstärkende Interferenz erfährt, während andere Wellenlängen bis zu einem gewissen Grade durch Interferenz geschwächt werden. Präzise ausgedrückt, die Dicke der dielektrischen Schicht ist ein kleines, geradzahliges Vielfaches von einem Viertel der gewünschten Wellenlänge (einer "Viertelwellenlänge") und ermöglicht die durch den Brechungsindex des dielektrischen Materials verursachte Wellenlängenverschiebung. Wenn daher ein Reflexionsinterferenzfilter in weißem Licht beobachtet wird, reflektiert es eine starke charakteristische Farbe. (Der Begriff "Viertelwelle", wie er hier gebraucht wird, dient auch zur Bezeichnung einer Materialdicke, die gleich einem geradzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge ist.)
  • Eine optische Eigenschaft derartiger Interferenzstrukturen, die sich als Gegenmaßnahme gegen Fälschungen als nützlich erwiesen hat, besteht darin, daß die von der Struktur reflektierte Farbe von der Weglänge des Lichts abhängt, das durch das dielektrische Material hindurchtritt. Als Ergebnis verändert sich die beobachtete Farbe mit dem Winkel des einfallenden Lichts. Wenn eine solche Struktur unter senkrecht auf das Filter einfallendem Licht beobachtet wird, dann sieht man eine bestimmte Farbe (z. B. blau). Bei spitzerem Einfalls- und Reflexionswinkel ist jedoch die Weglänge durch das dielektrische Material länger. Als Ergebnis wird bei Beobachtung der Interferenzstruktur unter einem Winkel, der dem streifenden Einfall näherkommt, eine langwelligere Farbe (z. B. Purpur) beobachtet. Diese komplexe Abhängigkeit der Farbe vom Einfallswinkel läßt sich nicht reproduzieren, ohne das Interferenzfilter selbst zu reproduzieren.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden optische Interferenzstrukturen, die nicht notwendigerweise anorganische Metallschichten enthalten, zur Erzeugung eines Kontrasts zwischen Aufzeichnungsschichten mit ähnlichen Farbtönungen eingesetzt. Das hier ins Auge gefaßte Verfahren kann auf irgendeine der verschiedensten Aufzeichnungskonstruktionen angewandt werden, die durch Strahlung mit unterschiedlichen Maximalwellenlängen bebilderungsfähig sind. Insbesondere eignet sich die Ausführungsform für Flachdruckplatten, die mit den in US-A-5 385 092 beschriebenen Festkörperdiodenlasern mit Impulsdauern von mehr als 1 μs, typischerweise von 5–13 μs, und nach Wunsch mit längeren Impulsdauern belichtet werden können. Die Ausführungsform eignet sich auch für Flachdruckplatten, die mit Hochintensitätslasern mit Impulsdauern von einigen Nanosekunden oder weniger belichtungsfähig sind. Der Begriff "Platte", wie er hier gebraucht wird, bezeichnet einen beliebigen Typ eines Druckelements oder einer Oberfläche, das bzw. die ein Bild aufzeichnen kann, das durch Bereiche definiert ist, die unterschiedliche Affinitäten zu Druckfarbe und/oder Feuchtmittel aufweisen; geeignete Konfigurationen sind u. a. die herkömmlichen ebenen Flachdruckplatten, die auf dem Plattenzylinder einer Druckmaschine montiert werden, können aber auch Zylinder (z. B. die Walzenoberfläche eines Plattenzylinders), ein endloses Band oder eine andere Anordnung einschließen. Der Begriff "Photomaske" bezieht sich auf eine Negativdurchsichtsvorlage, die zwischen einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium (typischerweise einer Druckplatte vom Photobelichtungstyp) und einer Quelle für aktinische Strahlung eingefügt wird. Während der Belichtung verhindert die Photomaske, daß die Beleuchtung bildfreie Teile des Aufzeichnungsmediums erreicht. Der Begriff "Probeabzug" oder "Proof' bezeichnet ein Medium, das eine Voransicht einer belichteten Druckplatte liefert, indem es das Plattenbild mit einem unbebilderten Hintergrund kontrastieren läßt.
  • Bei allen erfindungsgemäßen Konstruktionen werden Schichten benutzt, die Laserstrahlung absorbieren und dadurch abgetragen bzw. abgeschmolzen werden. Im allgemeinen liegen bevorzugte Belichtungswellenlängen im IR-Bereich, und vorzugsweise im nahen IR-Bereich; der Begriff "nahes IR", wie er hier gebraucht wird, bedeutet Belichtungsstrahlung, deren maximale Wellenlänge λmax zwischen 700 und 1500 nm liegt. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ihre Anwendbarkeit in Verbindung mit Festkörperlasern (gewöhnlich als Halbleiterdiodenlaser bezeichnet; dazu gehören auf Gallium-Aluminiumarsenid-Verbindungen basierende Geräte sowie Einkristall-Laser (z. B. Nd:YAG- und Nd:YLF-Laser), die selbst durch Diodenlaser oder Lampen gepumpt werden) als Quellen der Belichtungsstrahlung; diese sind ausgesprochen wirtschaftlich und zweckmäßig und können in Verbindung mit den verschiedensten Belichtungsvorrichtungen eingesetzt werden. Die Anwendung der Strahlung im nahen IR erleichtert die Verwendung einer großen Anzahl von organischen und anorganischen Absorptionsmaterialien.
  • Die Konstruktionen können auch mit formbeständigen Schichtträgern (die im allgemeinen durch Laminieren aufgebracht werden), reflektierenden Schichten, welche die Belichtungsstrahlung innerhalb der Ablationsschicht(en) konzentrieren, und die Gefügehärte fördernden Schichten versehen werden.
  • Die vorstehende Diskussion läßt sich leichter anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Dabei zeigen:
  • 1 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer allgemeinen Aufzeichnungskonstruktion mit mindestens einem Substrat und einem darauf aufgebrachten, laserabschmelzbaren Metall mit einer Oxidoberfläche und wahlweise einer optischen Interferenzstruktur;
  • 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Flachdruckplatte, welche die vorliegende Erfindung verkörpert und eine optische Interferenzstruktur mit einer teilweise reflektierenden, dünnen ersten Metallschicht, z. B. aus Titan; einer Polymer-Viertelwellenabstandsschicht und einer reflektierenden zweiten Metallschicht aufweist;
  • 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer weiteren Aufzeichnungskonstruktion mit einem Substrat und einer darauf angeordneten, laserabschmelzbaren anorganischen Metallschicht, die wahlweise Teil einer optischen Interferenzstruktur sein kann;
  • die 4A - 4C zeigen die Bruchempfindlichkeit bestimmter Plattenkonstruktionen nach dem Stand der Technik, die Metallschichten enthalten;
  • die 5A - 5C zeigen die bevorzugte mikroskopische Struktur einer anorganischen Metallschicht gemäß der vorliegenden Erfindung und ihre Reaktion auf Formbeanspruchung;
  • 6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht einer Flachdruckplatte mit einer optischen Interferenzstruktur, die eine anorganische Metallschicht und eine darunterliegende Schicht aus einem oberflächenoxidierten Metall darstellt; und
  • die 7 und 8 zeigen Varianten der in 6 dargestellten Konstruktion, die an unterschiedlichen Stellen eine Schicht aufweisen, die Belichtungsstrahlung reflektiert.
  • Die Zeichnungen und die darin dargestellten Komponenten sind nicht unbedingt maßstabsgetreu dargestellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die abgebildete Konstruktion weist in ihrer elementarsten Form ein Substrat 10 und eine Oberflächenschicht 12 auf. Das Substrat 10 ist vorzugsweise eine feste, stabile und flexible Schicht, die eine Polymerfolie oder ein Papier oder ein Metallblech sein kann. Polyesterfolien (in einer bevorzugten Ausführungsform die von E. I. du Pont de Nemours and Co., Wilmington, DE, vertriebene MYLAR-Folie oder alternativ die von ICI Films, Wilmington, DE, vertriebene MELINEX-Folie) sind brauchbare Beispiele. Eine bevorzugte Dicke der Polyesterfolie ist 0,18 mm (0,007 Zoll), aber es können auch dünnere und dickere Versionen mit Erfolg eingesetzt werden.
  • Papiersubstrate sind typischerweise mit Polymeren "gesättigt", um ihnen Wasserfestigkeit, Formbeständigkeit und Festigkeit zu verleihen. Ein bevorzugtes Metallsubstrat ist Aluminium. Idealerweise ist das Aluminium poliert, um jede Belichtungsstrahlung zu reflektieren, die etwaige darüberliegende optische Interferenzschichten durchdringt. Als Alternative zu einem reflektierenden Metallsubstrat 10 kann man auch eine Schicht verwenden, die ein Pigment enthält, das Belichtungsstrahlung (z. B. IR-Strahlung) reflektiert. Ein Material zur Verwendung als IR-reflektierendes Substrat ist die von ICI Films, Wilmington, DE, gelieferte weiße 329-Folie, in der IR-reflektierendes Bariumsulfat als weißes Pigment verwendet wird. Eine bevorzugte Dicke ist 0,18 mm (0,007 Zoll), oder 0,05 nun (0,002 Zoll), wenn die Konstruktion auf einen Metallträger auflaminiert wird, wie weiter unten beschrieben.
  • Die Schicht 12 ist eine sehr dünne (5–50 nm (50–500 Å), wobei für Titan 30 nm (300 Å) bevorzugt werden) Schicht aus einem Metall, das unter Einwirkung von Luft eine natürliche Oxidoberfläche 12s entwickeln kann oder nicht. Diese Schicht wird als Reaktion auf IR-Strahlung abgeschmolzen. Das Metall oder dessen Oxidoberfläche weist hydrophile Eigenschaften auf, welche die Grundlage für die Verwendung dieser Konstruktion als Flachdruckplatte bilden. Durch bildartiges Entfernen der Schichten 12 und 12s mittels Abschmelzen wird die darunterliegende Schicht 10 freigelegt, die sowohl hydrophob als auch oleophil ist; dementsprechend weist die Schicht 10 Feuchtmittel ab, nimmt aber Druckfarbe an, während die Schichten 12/12s Feuchtmittel annehmen. Das vollständige Abschmelzen der Schicht 12 ist daher wichtig, um restliches hydrophiles Metall in einem Bildmerkmal zu vermeiden.
  • Das Metall der Schicht 12 ist mindestens ein Übergangsmetall (d-Element), d. h. Aluminium, Indium oder Zinn. Im Falle eines Gemischs sind die Metalle als Legierung oder intermetallische Verbindung enthalten. Wiederum können bei aktiveren Metallen durch die Entwicklung einer Oxidschicht Oberflächenmorphologien entstehen, welche die Hydrophilie verbessern. Eine solche Oxidation kann auf beiden Metalloberflächen auftreten und kann daher die Haftung der Schicht 12 am Substrat 10 (oder einer anderen darunterliegenden Schicht) beeinflussen. Das Substrat 10 kann gleichfalls auf verschiedene Arten behandelt werden, um die Haftung an der Schicht 12 zu verbessern. Zum Beispiel führt die Plasmabehandlung einer Schichtoberfläche mit einem Arbeitsgas, das Sauerstoff enthält (z. B. einem Argon/Sauerstoff-Gemisch) zur Anlagerung von Sauerstoff an die Schichtoberfläche und verbessert das Haftvermögen, indem es die Oberfläche mit dem (den) Metall(en) der Schicht 12 reaktionsfähig macht. Sauerstoff ist jedoch für eine erfolgreiche Plasmabehandlung nicht notwendig. Andere geeignete Arbeitsgase enthalten reines Argon, reinen Stickstoff und Argon/Stickstoff-Gemische. Siehe z. B. Bernier et al., ACS Symposium Series 440, Metallization of Polymers, S. 147 (1990).
  • Die Hydrophilie, Haltbarkeit, Lagerfähigkeit und Kratzfestigkeit der Schichten 12/12s können durch Behandlung mit Gummiarabicum oder den Gummierungsmitteln verbessert werden, die in handelsüblichen Plattenappreturen und Feuchtmitteln enthalten sind; für diesen Zweck eignen sich besonders der Plattenreiniger TRUE BLUE und das Feuchtmittel VARN TOTAL, geliefert von Varn Products Company, Oakland, NJ, ebenso wie das Produkt FPC der Printing Products Division von Hoechst Celanese, Somerville, NJ, das Feuchtmittel G-7A-"V"-COMB, geliefert von Rosos Chemical Co., Lake Bluff, IL, der Plattenreiniger und Kratzerentferner VANISH, vertrieben von Allied Photo Offset Supply Corp., Hollywood, FL, und die gleichfalls von Allied vertriebene Plattenreinigerlösung POLY-PLATE. Weitere bevorzugte Materialien enthalten als Hauptbestandteil Polyethylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 8000. Ein weiteres brauchbares Oberflächenbehandlungsmaterial ist Polyvinylalkohol, aufgebracht als sehr dünne Schicht. Das Ergebnis der Oberflächenbehandlung ist als Deckschicht 13 dargestellt.
  • Wenn die Schicht 12 teilweise reflektierend ist, können dieser Konstruktion zwei weitere Schichten 14, 16 hinzugefügt werden, die bei einer Kombination mit der Schicht 12 eine optische Interferenzstruktur 18 bilden. Durch Entzündung der Schicht 12 werden die Zwischenschichten 14, 16 weggebrannt. Die Schicht 14 ist eine dielekirische Viertelwellen-Abstandsschicht, deren Dicke, wie oben dargestellt, von der interessierenden Wellenlänge abhängt. Eine Dicke zwischen 0,05 und 0,9 μm erzeugt eine sichtbare Kontrastfarbe. Diese Schicht ist gewöhnlich ein Polymer und vorzugsweise ein Polyacrylat. Geeignete Polyacrylate sind unter anderem polyfunktionelle Acrylate oder Gemische aus monofunktionellen und polyfunktionellen Acrylaten, die durch Aufdampfen von Monomeren mit anschließender Elektronenstrahl- oder Ultraviolett-(UV)-Aushärtung aufgebracht werden können.
  • Die Schicht 16 ist eine reflektierende Schicht, z. B. aus Aluminium mit einer Dicke im Bereich von 5 bis 50 nm (oder dicker, wenn dies bei einer gegebenen Laserausgangsleistung und der erforderlichen vollständigen Abschmelzung machbar ist). Die Schichten 12, 14 und 16 können alle unter Vakuumbedingungen aufgebracht werden. Besonders die Schichten 12 und 16 können durch Vakuumbedampfen oder -sputtern (z. B. mit Argon) aufgebracht werden; im Falle der Schicht 16 ist das Vakuumsputtern auf ein plasmabehandeltes Polyestersubstrat 10 vorzuziehen. Die Schicht 14 kann durch Vakuumbedampfen aufgebracht werden; wie z. B. in US-A-4 842 893 und US-A-5 032 461 dargestellt, können Monomere oder Vorpolymere mit niedrigem Molekulargewicht durch Entspannungsverdampfung in eine Vakuumkammer eingebracht werden, die außerdem eine zu beschichtende Materialbahn (z. B. ein geeignet metallisiertes Substrat 10) enthält. Der Dampf wird auf die Oberfläche der sich bewegenden Bahn gerichtet, die auf einer ausreichend niedrigen Temperatur gehalten wird, damit das Monomer an ihrer Oberfläche kondensiert, wo es dann durch Bestrahlen mit aktinischer Strahlung polymerisiert wird. Gewöhnlich weisen die Monomere oder Vorpolymere Molekulargewichte im Bereich von 150–800 auf.
  • 2 zeigt eine Variante dieser Ausführungsform, in der die Schichten 12/12s mit einer Oberflächenschicht 20 bedeckt sind. In diesem Fall weisen die Schichten 10 und 20 entgegengesetzte Affinitäten zu Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid auf; dieses Verfahren ermöglicht die Verwendung von Oberflächenschichten mit einer Affinität und/oder mit Haltbarkeitseigenschaften, die sich von denen der Schichten 12/12s unterscheiden. In einer Version dieser Platte ist die Oberflächenschicht 20 ein Siliconpolymer oder Fluorpolymer, das Druckfarbe abweist, während das Substrat 10 ein oleophiles Polyester- oder Aluminiummaterial ist; das Ergebnis ist eine Trockenplatte. In einer zweiten, Naßplattenversion ist die Oberflächenschicht 20 ein hydrophiles Material, wie etwa Polyvinylalkohol (z. B. das von Air Products, Allentown, PA, gelieferte Material Airvol 125), während das Substrat 10 sowohl oleophil als auch hydrophob ist (hier eignet sich wieder Polyester).
  • Für Trockenplattenkonstruktionen mit Verwendung einer Siliconschicht 20 ist Titan das bevorzugte Metall für die Schicht 12. Besonders in Fällen, wo das Silicon durch Additionsvernetzung vernetzt ist, bietet eine darunterliegende Titanschicht wesentliche Vorteile gegenüber anderen Metallen. Das Auftragen eines additionsvernetzten Silicons über einer Titanschicht führt zur Verbesserung der katalytischen Wirkung während der Vernetzung, fördert wesentlich die vollständige Vernetzung und kann sogar nach abgeschlossener Vernetzung weitere Bindungsreaktionen fördern. Diese Erscheinungen verstärken das Silicon und seine Bindung an die Titanschicht und verlängern dadurch die Lebensdauer der Platte (da vollständiger vernetzte Silicone eine bessere Haltbarkeit aufweisen), und bieten außerdem Widerstand gegen die Wanderung von in der Druckfarbe enthaltenen Lösungsmitteln durch die Siliconschicht (wobei sie darunterliegende Schichten zersetzen können). Die katalytische Verstärkung ist besonders nützlich in Fällen, wo der Wunsch nach einer schnellen Beschichtung (oder die Notwendigkeit eines Betriebs bei niedrigeren Temperaturen, um eine thermische Beschädigung des farbannehmenden Trägers zu vermeiden) die vollständige Aushärtung in der Beschichtungsvorrichtung unausführbar macht; die Gegenwart von Titan begünstigt eine fortgesetzte Vernetzung trotz der Temperaturabsenkung.
  • Verwendbare Materialien für die Schicht 20 und Beschichtungsverfahren werden in US-A-5 339 737 und US-A-5 385 092 sowie in US-A-5 353 705 und US-A-5 379 698 offenbart. Grundsätzlich werden geeignete Siliconmaterialien mit einer Spiralrakel aufgebracht, dann getrocknet und durch Wärme ausgehärtet, um eine gleichmäßige Schicht mit einem Auftragsgewicht von beispielsweise 2g/m2 zu erzeugen. Im Fall von Polyvinylalkoholen werden geeignete Materialien typischerweise durch Hydrolyse von Polyvinylacetatpolymeren erzeugt. Der Hydrolysegrad beeinflußt eine Reihe physikalischer Eigenschaften, einschließlich der Wasserfestigkeit und der Haltbarkeit. Um eine ausreichende Haltbarkeit der Platte sicherzustellen, spiegeln daher die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyvinylalkohole einen hohen Hydrolysegrad sowie ein hohes Molekulargewicht wider. Wirksame hydrophile Schichten sind ausreichend vernetzt, um eine Wiederauflösung als Ergebnis der Einwirkung von Feuchtmittel zu verhindern, enthalten aber auch Füllstoffe, um Oberflächengefüge zu erzeugen, die eine Benetzung fördern. Die Auswahl einer optimalen Mischung von Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung liegt durchaus im Rahmen der Fähigkeiten von entsprechend ausgebildeten Praktikern. Brauchbare Polyvinylalkohol-Oberflächenschichten können z. B. mit einer Spiralrakel aufgebracht und anschließend eine Minute bei 149°C (300°F) in einem Strahlungsofen bis zu einem Auftragsgewicht von 1 g/m2 aufgebracht werden.
  • Durch Belichten der vorstehenden Konstruktion mit einem Laserausgangsstrahl wird die Schicht 20 geschwächt oder entfernt und die optische Interferenzstruktur 18 im Belichtungsbereich abgeschmolzen. Die geschwächte Oberflächenschicht (und etwaige Trümmer, die von der Zerstörung der absorbierenden zweiten Schicht zurückbleiben) werden in einem Reinigungsschritt nach der Belichtung entfernt.
  • Insbesondere kann diese Reinigung mit Hilfe einer Kontaktreinigungsvorrichtung ausgeführt werden, wie z. B. einer rotierenden Bürste (oder einer anderen geeigneten Einrichtung, wie z. B. in US-A-5 148 746 beschrieben), ohne Fluid oder mit einem Nichtlösungsmittel für die oberste Schicht. Obwohl die Reinigung nach der Belichtung einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt darstellt, kann das Fortbestehen der obersten Schicht während der Belichtung sich tatsächlich als nützlich erweisen. Durch das Abtragen der absorbierenden Schichten entstehen Trümmer, die den Durchgang des Laserstrahls stören können (z. B. durch Abscheidung auf einer Fokussierlinse oder als Aerosol (oder Nebel) von feinen Teilchen, das (der) den Durchgang teilweise blockiert). Die zerstörte, aber nicht entfernte oberste Schicht verhindert ein Entweichen dieser Trümmer.
  • Die Schicht 25 ist ein wahlfreier Metallträger. In einem repräsentativen Produktionsablauf werden die Schichten 16, 14 und danach 12 unter Vakuumbedingungen auf eine Polyesterfolie aufgedampft, die als Substrat 10 dient. Dann wird die Schicht 20 auf die Schicht 12 aufgebracht, und anschließend wird das beschichtete Material unter Verwendung eines Laminierklebstoffs 27 auf einen Aluminiumträger 25 auflaminiert, der eine Dicke aufweist, die der gewünschten Gesamtdicke der Platte entspricht. Außer der Vermittlung von Steifigkeit kann das erfindungsgemäße Auflaminieren auch für ein Reflexionsvermögen sorgen. Der Träger 25 reflektiert vorzugsweise nichtabsorbierte Belichtungsstrahlung, welche die optische Interferenzstruktur 18 und die darunterliegenden Schichten passiert hat; im Falle einer Strahlung im nahen IR liefern beispielsweise laminierte Träger aus Aluminium (und besonders aus poliertem Aluminium) ein sehr vorteilhaftes Reflexionsvermögen. In diesem Fall sollten das Substrat 10, der Laminierklebstoff 27 und etwaige weitere Schichten zwischen der optischen Interferenzstruktur 18 und dem Träger 25 (z. B. eine Grundierungsschicht) weitgehend durchlässig für Belichtungsstrahlung sein. Außerdem sollte das Substrat 10 relativ dünn sein, so daß keine Strahlenergiedichte durch Divergenz verlorengeht, bevor sie auf den reflektierenden Träger auftrifft. Für einen einwandfreien Betrieb in Verbindung mit der oben beschriebenen Laserausrüstung sind z. B. Polyestersubstrate vorzugsweise nicht dicker als 0,05 mm (0,002 Zoll).
  • Alternativ kann ein Polyesterträger 25 vor dem Laminieren mit einer dünnen reflektierenden Metallschicht metallisiert werden. Eine solche Anordnung weist eine erhebliche Flexibilität auf und eignet sich daher gut für Plattenaufrollanordnungen. Die reflektierende Schicht ist vorzugsweise ein reflektierendes Metall (z. B. Aluminium) mit einer Dicke von 5 bis 50 nm oder mehr, und der Träger ist eine starke (z. B. 0,19 mm dicke) Polyesterschicht.
  • In einer weiteren Alternative enthält der Laminierklebstoff ein Material (z. B. ein Pigment wie etwa Bariumsulfat), das Belichtungsstrahlung reflektiert.
  • Geeignete Laminierverfahren sind nach dem Stand der Technik gut charakterisiert und werden z. B. in US-A-5 385 092 und US-A-5 570 636 offenbart. Bei der Herstellung von Druckelementen wird die Verwendung von Materialien in Rollenform (Bahnform) sowohl für das Substrat 10 als auch für den Träger 25 bevorzugt. Dementsprechend werden Walzenspaltlaminierverfahren bevorzugt. In diesem Produktionsablauf werden eine oder beide zu verbindenden Oberflächen mit einem Laminierklebstoff beschichtet; dann werden die Oberflächen unter Druck aneinandergefügt und gegebenenfalls im Walzenspalt zwischen zylinderförmigen Laminierwalzen erhitzt. Weitere geeignete Verfahren sind unter anderem Elektronenstrahl- und UV-Vernetzungsverfahren.
  • In einer weiteren Variante dieses Verfahrens ist das Substrat 10 ein reflektierendes Metall (z. B. Aluminium) von ausreichender Dicke (z. B. 0,13 mm oder mehr), um nicht als Reaktion auf Belichtungsstrahlung abgetragen zu werden. In diesem Fall kann die Schicht 16 entfallen, da das Substrat 10 die Reflexionsfunktion aufweist (und außerdem in Trockendruckanwendungen als farbannehmendes Material dient). In ihrer einfachsten Form weist diese Variante auf: eine Oberflächenschicht 20, eine darunterliegende, teilweise reflektierende dünne Metallschicht 12 (die eine Oxidoberfläche 12s aufweisen kann oder nicht), eine Viertelwellen-Abstandsschicht 14 und das reflektierende Substrat 10. Da ein Metallsubstrat 10 nach der Belichtung außer der gewünschten Oleophilie eine gewisse Resthydrophilie aufweisen kann, wird normalerweise zur Ausbildung einer Trockenplatte eine farbabweisende Schicht 20 (z. B. eine Siliconschicht) verwendet.
  • 3 stellt die zweite Ausführungsform der Erfindung dar, in der eine harte, haltbare, leitfähige hydrophile Schicht 32 direkt über der Schicht 10 angeordnet ist, oder stärker bevorzugt über einer Metallschicht 12, da durch Hinzufügen der letzteren gewöhnlich das Gesamthaftvermögen verbessert wird. Im letzteren Fall kann die Schicht 12 eine Oxid-Grenzschicht 12s enthalten oder nicht. Auf die Schicht 32 kann eine Oberflächenbehandlung 13 angewandt werden.
  • Die Schicht 32 ist eine metallische anorganische Schicht, die eine Verbindung von mindestens einem Metall mit mindestens einem Nichtmetall oder ein Gemisch derartiger Verbindungen aufweist. Zusammen mit der darunterliegenden Schicht 12/12s absorbiert die Schicht 32 Belichtungsstrahlung und wird dadurch abgeschmolzen, und wird folglich mit einer Dicke von nur 10 bis 200 nm aufgebracht. Dementsprechend ist die Auswahl des Materials für die Schicht 32 kritisch, da sie in schwierigen industriellen Druckmilieus als Druckfläche dienen, als Reaktion auf Belichtungsstrahlung aber dennoch abschmelzen muß. Dieses Herangehen unterscheidet sich daher von den in US-A-5 354 633 offenbarten mehrschichtigen Konstruktionen, die eher auf die Abschirmung aktinischer Strahlung gerichtet sind, statt als Druckplatte zu funktionieren. Als Ergebnis erfordern die Konstruktionen gemäß US-A-5 354 633 eine dicke Serie von Schichten, die nicht einheitlich auf Belichtungsstrahlung reagieren. Als Reaktion auf Belichtungsstrahlung wird (werden) statt dessen nur die oberste(n) Schicht(en) abgeschmolzen; diese Schicht oder dieses mehreren Schichten verursachen ihrerseits die Entzündung der darunterliegenden opaken Schicht, die als Ergebnis dieser Entzündung und nicht durch die Wirkung des Laserstrahls zerstört wird.
  • Die Metallkomponente der Schicht 32 kann ein d-Metall (Übergangsmetall), ein f-Metall (Lanthanid), Aluminium, Indium oder Zinn oder ein Gemisch von irgendwelchen der vorstehenden Bestandteile (eine Legierung oder, falls eine genauer bestimmte Zusammensetzung existiert, eine intermetallische Verbindung) sein. Bevorzugte Metalle sind unter anderem Titan, Zirconium, Vanadium, Niobium, Tantal, Molybdän und Wolfram. Die Nichtmetallkomponente der Schicht 32 kann aus einem oder mehreren der p-Elemente Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Silicium bestehen. Eine Metall/Nichtmetall-Verbindung nach diesen Vorgaben kann eine genau bestimmte Stöchiometrie aufweisen oder nicht und kann in vielen Fällen (z. B. Al-Si-Verbindungen) eine Legierung sein. Bevorzugte Metall/Nichtmetall-Kombinationen sind unter anderem TiN, TiON, TiOx (mit 0,9 ≤ x ≤ 2,0), TiAlN, TiAlCN, TiC und TiCN.
  • Gewisse Spezies eignen sich nicht zur Verwendung in der Schicht 32. Dazu gehören Chalcogenide, Schwefel, Selen und Tellur; die Metalle Antimon, Thallium, Blei und Bismut; und die elementaren Halbleiter Silicium und Germanium in Anteilen von über 90% des für die Schicht 32 eingesetzten Materials; sowie arsenhaltige Verbindungen (z. B. GaAs, GaAlAs, GaAlInAs usw.). Diese Elemente versagen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung wegen mangelnder Leitfähigkeit, schlechter Haltbarkeit, fehlender Hydrophilie, chemischer Unbeständigkeit und/oder Umwelt- oder Toxizitätsproblemen. Die Haupterwägungen, welche die Auswahl des Materials bestimmen, sind die Leistung als optische Interferenzstruktur (wenn erwünscht), die Haftung an benachbarten Schichten, das Abschmelzverhalten, das Fehlen toxischer Stoffe beim Abschmelzen und die Wirtschaftlichkeit der Beschaffung und Anwendung. Im allgemeinen wird die Schicht 32 als im Vakuum aufgdampfte Dünnschicht aufgebracht.
  • Die Dicken, in denen die Schicht 32 aufgebracht wird, erleichtern die Ausbildung eines Gefüges, das im Vergleich zu glatten Schichten, die zu dem in den 4A bis 4C dargestellten Verhalten neigen, einen besseren Widerstand gegen Formbeanspruchung aufweist. 4A zeigt eine glatt aufgebrachte anorganische Metallschicht 32 (z. B. mit einer Dicke von 100 bis 500 nm oder mehr), die eine texturierte Oberfläche 32s aufweisen kann. Eine Formbeanspruchung des Substrats 10, wie durch die Pfeile in 4B angedeutet, führt gewöhnlich zu einer Bruch- oder Rißbildung der Schicht 32 wegen ihrer inhärenten Steifigkeit, die zum Teil einfach von der Auftragsdicke herrührt. Eine zu der dargestellten Bruchbildung führende Formbeanspruchung kann beispielsweise von thermisch bedingten differentiellen Ausdehnungen oder Kontraktionen während des Aushärtungsprozesses einer darüberliegenden Polymerschicht herrühren. In 4C ist ein zweiter Umstand abgebildet, der zur Bruchbildung führen kann, nämlich eine Biegung der Struktur. Zusätzlich zur Rißbildung kann jedoch eine Biegung der steifen Schicht 32 auch zu ihrer Ablösung von der darunterliegenden Schicht 10 führen, mit gleichzeitiger Leistungsverschlechterung und unzuverlässiger Ansprechempfindlichkeit auf Belichtungsstrahlung. Leider ist der Druckprozeß praktisch immer zumindest bis zu einem gewissen Grade von einer Biegung begleitet; zum Beispiel werden Platten bei der Druckvorbereitung gewöhnlich um einen Plattenzylinder gewickelt, und die Platte kann durch weiteres Biegen in einem Spannmechanismus fixiert werden. Tatsächlich tritt bei der Plattenherstellung häufig eine Biegung auf, lange vor der Verwendung der Platte: während der Herstellung von Plattenmaterial als "Bahn" zur späteren Unterteilung in einzelne Platten wird das Plattenmaterial typischerweise zu einer Rolle aufgewickelt.
  • Eine Lösung dieses Problems ist in den 5A5C dargestellt. Die abgebildeten Konstruktionen schließen eine Metallschicht 12 ein, die, wie weiter oben diskutiert, mit einer Dicke von 10 bis 200 nm aufgebracht wird. Indem sie durch Absorption von Strahlung zum Belichtungsprozeß beiträgt, ermöglicht die Schicht 12, daß die Eigenschaften der Schicht 32 so eingestellt werden, daß die Steifigkeit minimiert wird, da die Schicht 32 nicht den Hauptteil eines Belichtungsimpulses zu absorbieren braucht. Da die Schicht 32 typischerweise hydrophil ist, ist nichtsdestoweniger ihre vollständige Entfernung durch Abschmelzen wichtig, da etwaige Rückstände mit dem Feuchtmittel wechselwirken und die Bildqualität verschlechtern; und die Schicht 32 muß ausreichend dick sein, um haltbar zu sein. Die Schicht 12 unterstützt auch diese Aspekte, indem sie die Belichtungsstrahlung teilweise in die Schicht 32 zurück reflektiert.
  • Beständigkeit gegen Bruchbildung und Schichtentrennung wird hauptsächlich erzielt, indem die Schicht 32 so aufgebracht wird, daß eine Oberflächenmorpholgie entsteht, die als knotenförmig oder dendritisch charakterisiert werden kann. Die für die Schicht 32 ins Auge gefaßten anorganischen Metallwerkstoffe weisen die Neigung auf, sich anfänglich in mikroskopischen Klumpen oder Clustern abzuscheiden. Bei ausreichenden Abscheidungsdichten wachsen die Cluster zusammen, und die Schicht nimmt die glatte, gleichmäßige morphologische Charakteristik der in den 4A4C dargestellten dicken Schichten an, mit den daraus folgenden Steifigkeitsproblemen. Durch Beibehaltung der in den 5A5C dargestellten Struktur mit einer dreidimensionalen Textur aus Dendriten oder Knöllchen N, die auf der gesamten Oberfläche der Schicht 32 bestehen bleiben, wird die Empfindlichkeit gegen Spannungen vermindert. Dies ist auf die Trennbarkeit der einzelnen Knöllchen N zurückzuführen, so daß, wie in 5B gezeigt, statt eines Bruchs der Oberfläche die einzelnen Knöllchen N bei Formbeanspruchung einfach auseinandergezogen werden und, wie in 5C dargestellt, die Struktur auch Biegung toleriert, da sich die Knöllchen N auch in Winkelrichtung voneinander trennen können, ohne daß die Verankerung reißt. Da ferner die Knöllchen N mikroskopisch und daher in großen Strukturdichten vorhanden sind, wird durch keine der beiden Verformungsarten der hydrophile Charakter der Oberfläche gefährdet. Da außerdem die Schicht 12 in sehr geringer Dicke aufgebracht wird, kann auch diese Schicht thermisch und mechanisch bedingte Spannungen ohne Rißbildung tolerieren und wirkt außerdem als "Bindeglied" oder haftverbessernde Schicht, welche die Schicht 32 verankert.
  • Da auf weichere Materialien (z. B. Polyester) aufgebrachte harte Materialien gegen Zerkratzen und ähnliche Oberflächenschäden empfindlich sein können, kann es nützlich sein, eine darunterliegende Schicht 34 hinzuzufügen, die härter als das Substrat 10 ist. Die Schicht 34 kann ein Polyacrylat sein, das, wie oben beschrieben, unter Vakuumbedingungen aufgebracht werden kann, oder ein Polyurethan. Ein repräsentativer Dickenbereich für die Schicht 34 ist 1–2 μm. Im Falle eines Metallsubstrats 10 kann die Schicht 34 ein wärmeisolierendes Material aufweisen, das die Ableitung des Belichtungsimpulses in das Substrat 10 verhindert und als Druckfläche dient (indem es eine Affinität zu Druckfarbe und/oder Feuchtmittel aufweist, die sich von derjenigen der obersten Fläche unterscheidet).
  • In Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften der darunterliegenden Schichten kann aus der Schicht 32 und einer darunterliegenden, teilweise reflektierenden Metallschicht 12 (die eine Oxidoberfläche 12s aufweisen kann) eine optische Interferenzstruktur 30 geformt werden. Durch Variieren der Dicke der Schicht 32 lassen sich unterschiedliche optische Effekte erzielen. Durch Belichten der Konstruktion werden die Schichten 32, 12/12s und, falls vorhanden, die Schicht 34 entfernt, um das Substrat 10 freizulegen (wenn nicht die Schicht 34 Druckfarbe annehmen soll, in welchem Falle sie so aufgebaut und aufgebracht wird, daß sie die Belichtungsimpulse überlebt).
  • Bei der in 6 dargestellten Variante dieser Ausführungsform wird die Schicht 32 durch eine Oberflächenschicht 20 abgedeckt, und die Schichten 10 und 20 weisen entgegengesetzte Affinitäten zu Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid auf. Wieder kann die Oberflächenschicht 20 farbabweisend und das Substrat 10 oleophil sein, um eine Trockenplatte zu erzeugen, oder die Oberflächenschicht 20 kann statt dessen hydrophil, und das Substrat 10 kann oleophil und hydrophob sein. Das Substrat 10 kann auch mit einem Laminierklebstoff 27 auf einen formbeständigen Träger 25 auflaminiert werden.
  • Um für Reflexionsvermögen zu sorgen, kann das Substrat 10 eine weiße Polyesterfolie sein, wie oben diskutiert. Alternativ kann, wie in den 7 und 8 dargestellt, eine reflektierende Schicht 36 entweder unter der optischen Interferenzstruktur 30 oder unter dem Substrat 10 angeordnet sein. Die wichtigen Aspekte, welche die Anordnung der reflektierenden Schicht bestimmen, sind, (i) daß sie unter der (den) Ablationsschicht(en) (hier der optischen Interferenzstruktur) liegen sollte, (ii) daß etwaige dazwischenliegende Schichten für Belichtungsstrahlung weitgehend durchlässig sein sollten, und (iii) daß die reflektierende Schicht, falls sie nicht als farbannehmende Fläche wirken soll, unter dem Substrat liegen (oder dieses bilden) sollte.
  • Die folgenden Beispiele veranschaulichen die praktische Ausführung der Erfindung.
  • FLACHDRUCKPLATTEN
  • BEISPIEL 1
  • Eine Schicht aus metallischem Titan wurde durch Vakuumsputtern mit Argon bis zu einer Dicke von etwa 30 nm auf eine plasmabehandelte, weiße Polyesterfolie (0,18 mm) aufgebracht und der Luft ausgesetzt, um dadurch die Bildung einer passivierenden natürlichen Oxidoberfläche zu ermöglichen. Bei Belichtung dieser Probe auf einem Presstek Pearl-Plattenbelichter (einer computergesteuerten Belichtungseinheit mit Verwendung von Diodenlasern, wie oben diskutiert) und Verwendung als Naßplatte auf einer Druckmaschine betrug die beobachtete Lebensdauer der Platte – das heißt, die erreichte Anzahl der Druckvorgänge, bevor eine wahrnehmbare Verschlechterung des Druckbildes auftrat – etwa 25000 Drucke.
  • BEISPIEL 2
  • Gemäß Beispiel 1 hergestellte Platten wurden durch Wischen in getrennten Arbeitsgängen mit den oben diskutierten Feuchtmittelprodukten FPC, TRUE BLUE, POLY PLATE, Varn TOTAL und Rosos sowie mit wäßrigem Gummiarabicum und verschiedenen wäßrigen Polyethylenglycolen überzogen. Die Platten wurden dann vor dem Belichten getrocknet. Es zeigte sich, daß die aufgetragenen Oberflächenbeschichtungen Plattenhandhabungseigenschaften verbesserten, wie z. B. die Kratz- und Fingerabdruckfestigkeit, ohne die Belichtungsempfindlichkeit oder die Aufrollzeit in der Druckmaschine zu beeinträchtigen.
  • BEISPIEL 3
  • In getrennten Arbeitsgängen wurden TiN-Schichten von unterschiedlicher Dicke – 10 nm, 20 nm, 50 nm und 100 nm – durch reaktives Sputtern von Titan in einer Argon- und Stickstoffatmosphäre (Gemisch von etwa 50/50) bei einem Druck von etwa 4 μm auf Platten aufgebracht, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden. Die beobachteten Farben der jeweiligen Proben waren hellgoldfarbig, dunkelgoldfarbig, purpur und tiefblau; alle mit hydrophilen Oberflächen. Die 0,18 mm dicken Polyesterplatten wurden ohne Modifikation beurteilt; in einem getrennten Verfahren wurden Platten gemäß Beispiel 1 auf 0,05 mm dickem Polyester hergestellt, und die entstehende Struktur wurde auf 0,15 mm dicke Aluminiumfolien auflaminiert. Bei Belichtung jeder dieser Proben auf dem Presstek PEARL-Plattenbelichter und Verwendung als Naßplatte für den Druck in einer Druckmaschine war die beobachtete Lebensdauer der Platten stark von der Dicke der Titannitridschicht abhängig (35000, 75000, 100000 bzw. mehr als 250000 Drucke).
  • Die vorstehenden Arbeitsgänge wurden mit Sputterdruckwerten von 1 μm, 10 μm, 20 μm und 40 μm wiederholt, um Platten auf TiN-Basis mit ähnlichen Belichtungs- und Aufrolleigenschaften auszubilden.
  • BEISPIEL 4
  • Das Verfahren von Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei aber die Ausbildung einer Oxidschicht zwischen der Titan- und der TiN-Schicht nicht zugelassen wurde. Dies wurde erreicht, indem beide Schichten nacheinander ohne Belüftung (mit Luft) zwischen den Beschichtungsprozessen aufgesputtert wurden. Die Ergebnisse bei der Belichtung und in der Druckmaschine waren weitgehend identisch mit denen von Beispiel 3.
  • BEISPIEL 5
  • Das Verfahren von Beispiel 4 wurde unter Verwendung eines durchsichtigen Polyestersubstrats wiederholt; die resultierenden Belichtungs- und Druckeigenschaften waren ähnlich denen von Beispiel 3.
  • BEISPIEL 6
  • Das Verfahren von Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei als Substrat eine Aluminiumplatte (0,2 mm) verwendet wurde, die nach dem Aufbringen und Trocknen mit einem wärmebeständigen weißen Anstrich (HT-1300 weiß, geliefert von Color Works, Solon, OH) überzogen worden war, der als oleophile Wärmesperrschicht diente; die resultierenden Belichtungs- und Druckeigenschaften waren ähnlich denen von Beispiel 3.
  • BEISPIEL 7
  • Naßdruckplatten wurden durch reaktives Aufsputtern von Titan mit Argon und Stickstoff (50/50) bei einem Druck von etwa 4 μm auf weiße Polyestersubstrate (0.18 mm) hergestellt, die einer Inline-Plasmabehandlung (Argon/Stickstoff) unterworfen worden waren, wodurch hydrophile TiN-Oberflächenschichten ausgebildet wurden. Es wurden zwei Platten mit unterschiedlichen TiN-Dicken hergestellt: ca. 50 nm (gelbgrün) und ca. 200 nm (tiefblaugrau). Die Platten waren hinsichtlich der Belichtung und des Drucks in der Druckmaschine ähnlich denen von Beispiel 3.
  • BEISPIEL 8
  • Eine weitere Naßdruckplatte wurde durch reaktives Aufsputtern von Titan mit Argon und Stickstoff (50/50) bei einem Druck von etwa 4 μm bis zu einer Dicke von etwa 0,2 bis 0,6 nm auf ein (in einem Argon/Stickstoff-Gemisch) plasmabehandeltes weißes Polyestersubstrat (0,18 mm) hergestellt, wodurch eine abschmelzende Unterschicht ausgebildet wurde. Darauf wurde unter den gleichen Bedingungen eine 30 nm (300 Å) dicke Inline-Folgeschicht aus Titan aufgebracht, gefolgt von einer weiteren, 30 nm dicken Titannitridschicht. Im Vergleich zu Platten, die gemäß Beispiel 3 hergestellt wurden, verbesserte sich die Laserbelichtungsempfindlichkeit.
  • BEISPIEL 9
  • Eine bronzefarbige Titanborid-Naßplatte wurde durch Aufsputtern von TiB2 auf ein plasmabehandeltes weißes Polyestersubstrat bis zu einer Dicke von etwa 200 nm hergestellt. Die resultierende Platte wurde belichtet und erfolgreich für herkömmliches Naßdrucken eingesetzt.
  • BEISPIEL 10
  • Eine Trockenplatte wurde durch Überziehen der Plattenstruktur von Beispiel 3 (TiN mit 100 nm) mit der in US-A-5 487 338 (Beispiele 1 – 7) beschriebenen Siliconformulierung hergestellt; das Silicon wurde durch Lösungsmittelbeschichtung bis zu einem Trockenbeschichtungsgewicht von etwa 2 g/m2 aufgebracht und dann ausgehärtet, wonach die Platte belichtet und zum Kopierdrucken in einer wasserlosen Druckmaschine verwendet wurde.
  • BEISPIEL 11
  • Eine Naßplatte wurde durch Überziehen der Plattenstruktur von Beispiel 3 (TiN mit 100 nm) mit der in US-A-5 487 338 (Beispiel 17) beschriebenen Polyvinylalkoholformulierung hergestellt; der Polyvinylalkohol wurde durch Lösungsmittelbeschichtung bis zu einem Trockenbeschichtungsgewicht von etwa 1,2 g/m2 aufgebracht und dann ausgehärtet, wonach die Platte belichtet und zum Kopierdrucken in einer Naßdruckmaschine eingesetzt wurde.
  • BEISPIEL 12
  • Eine kratzfeste Naßplatte wurde durch Überziehen der Plattenstruktur von Beispiel 3 (TiN mit 100 nm) mit einer wäßrigen Lösung hergestellt, die 2% Polyethylenglycol (Molekulargewicht etwa 8000) und 0,5% Hydroxypropylcellulose enthielt. Das Gemisch wurde mit einer Meyer-Rakel #4 mit einer mittleren Deckung von 30 mg/m2 aufgebracht. Nach dem Trocknen wurde die Platte belichtet und in einer Druckmaschine montiert, mit einem nassen WEBRIL Handi-pad abgewischt und zum Kopierdrucken eingesetzt.
  • EINFARBIGE PROOFS
  • BEISPIEL 13
  • Ein einfarbiges Blau-auf-Silber-Andruckmaterial bzw. -Proofmaterial wurde durch reaktives Vakuumsputtern auf aluminiertes Papier (Titan mit Argon/Stickstoff (50/50) bei einem Druck von etwa 4 μm) bis zu einer Dicke von 200 nm hergestellt. Dieses Andruckpapier wurde auf einem Presstek PEARL-Plattenbelichter belichtet, um eine silberfarbige (Aluminium-) Bildfläche freizulegen, die mit der blauen TiN-Deckschicht kontrastierte.
  • BEISPIEL 14
  • Ein einfarbiges Blau-auf-Weiß-Andruckmaterial wurde auf ähnliche Weise hergestellt und belichtet, indem nacheinander dünne Schichten aus Aluminium (etwa 10 nm), Trimethylolpropantriacrylat-Polymer (etwa 0,25 μm) und Titan (etwa 30 nm) alle durch Vakuumbedampfen auf ein weißes Polyestersubstrat aufgebracht wurden. Ebenso wurden Gold-auf-Weiß- bzw. Purpur-auf-Weiß-Materialien hergestellt, indem die Dicke der Acrylat-Abstandsschicht auf etwa 0,5 μm bzw. 0,75 μm vergrößert wurde.
  • Man wird daher erkennen, daß das vorstehende Verfahren zur Herstellung der verschiedensten druckgraphischen Konstruktionen angewandt werden kann, die sich zur Verwendung als Flachdruckplatten, Photomasken und Andruckblätter eignen. Die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke werden als Begriffe zu Zwecken der Beschreibung und nicht der Einschränkung benutzt, und es besteht keine Absicht, bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke irgendwelche Äquivalente der dargestellten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, sondern es wird anerkannt, daß innerhalb des beanspruchten Umfangs der Erfindung verschiedene Modifikationen möglich sind.

Claims (18)

  1. Durch Laserstrahlung direkt bebilderungsfähiges Flachdruckelement, wobei das Element aufweist: a. eine erste hydrophile Schicht, die eine Verbindung aus mindestens einem Metall und mindestens einem Nichtmetall aufweist; und b. eine daran angrenzende zweite Schicht; wobei c. die erste Schicht, nicht aber die zweite Schicht einer ablativen Absorption von Bildaufzeichnungsstrahlung unterliegt; und d. die erste und die zweite Schicht unterschiedliche Affinitäten zu mindestens einer Druckflüssigkeit aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Druckfarbe und einem farbabweisenden Fluid besteht.
  2. Flachdruckelement nach Anspruch 1, das eine über der ersten Schicht aufgebrachte hydrophile Oberflächenbehandlung aufweist, die durch Wischwasser entfernbar ist.
  3. Element nach Anspruch 2, wobei die Oberflächenbehandlung Polyvinylalkohol oder Polyethylenglycol aufweist.
  4. Element nach Anspruch l, das ferner eine Metallschicht aufweist, die gleichfalls einer ablativen Absorption von Bildaufzeichnungsstrahlung unterliegt, zwischen der ersten und der zweiten Schicht eingefügt ist und direkt über der zweiten Schicht liegt.
  5. Element nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Nichtmetall der ersten Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Silicium und Sauerstoff besteht.
  6. Element nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die erste Schicht mindestens einen der folgenden Bestandteile aufweist: (i) ein d-Block-Übergangsmetall, (ii) ein f-Block-Lanthanoid, (iii) Aluminium, (iv) Indium und (v) Zinn.
  7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Schicht Titan und die zweite Schicht Polyester aufweist.
  8. Element nach Anspruch 4, wobei die Metallschicht Titan ist.
  9. Element nach Anspruch 6, wobei die erste Schicht mindestens einen der folgenden Bestandteile aufweist: (i) Titan, (ii) Zirconium, (iii) Vanadium, (iv) Niobium, (v) Tantal, (vi) Molybdän und (vii) Wolfram.
  10. Element nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht einen der folgenden Bestandteile aufweist: a) Borid; b) Carbid; c) Nitrid; d) Carbonitrid; e) Silicid; und f) Oxid.
  11. Element nach Anspruch 6, wobei die erste Schicht einen der folgenden Bestandteile aufweist: a) TiN; b) TiC; c) TiCN; d) TiOx (mit 0,9 ≤ x ≤ 2,0); e) TiON; f) TiAlN; und g) TiAlCN.
  12. Element nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht eine bruchfeste sphärolithische Struktur aufweist.
  13. Element nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht Bildaufzeichnungsstrahlung reflektiert.
  14. Element nach Anspruch 1, das ferner eine dritte Schicht aufweist, die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet ist, um Härte zu verleihen.
  15. Element nach Anspruch 1, das ferner eine teilreflektierende Schicht aufweist, die zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei die teilreflektierende Schicht ein Material aufweist, das Bildaufzeichnungsstrahlung teilweise reflektiert und einer ablativen Absorption von Bildaufzeichnungsstrahlung unterliegt.
  16. Element nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht im wesentlichen durchlässig für Bildaufzeichnungsstrahlung ist und ferner eine reflektierende Schicht aufweist, die unterhalb der zweiten Schicht angeordnet ist und ein Material aufweist, das Bildaufzeichnungsstrahlung reflektiert.
  17. Element nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht sichtbare Strahlung teilreflektiert und ferner aufweist: a. eine dielektrische Abstandsschicht, die unter der ersten Schicht angeordnet ist; und b. eine für sichtbare Strahlung zumindest teilreflektierende Schicht, die unterhalb der dielektrischen Abstandsschicht angeordnet ist, wobei die erste, die dielektrische und die reflektierenden Schichten eine optische Interferenzstruktur bilden, die dem Druckelement eine sichtbare Farbe verleiht.
  18. Element nach Anspruch 15, wobei die reflektierende Schicht ein poliertes Metall ist, das Aluminium sein kann.
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