KR20180017021A - 기재의 선택된 구역들에 막을 코팅하기 위한 인쇄 방법 및 장치 - Google Patents

기재의 선택된 구역들에 막을 코팅하기 위한 인쇄 방법 및 장치 Download PDF

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KR20180017021A
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Abstract

기재의 표면의 선택된 구역들을 막으로 코팅하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 방법은, a) 이미징 표면을 갖는 연속적으로 이동하는 전사 부재를 제공하는 단계; b) 열가소성 중합체로 형성되거나 코팅된 개별 입자들로 상기 전사 부재의 상기 이미징 표면을 코팅하는 단계; c) 상기 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 실질적으로 모든 입자를 제거하여 상기 이미징 표면 상에 균일한 단일 층 입자 코팅이 남게 하는 단계; d) 상기 선택된 구역들 내 상기 입자들을 점착성으로 되게 하는 데 충분한 파워의 복사선에 상기 코팅된 이미징 표면의 선택된 구역들을 노출시키는 단계; e) 복사선 조사 동안 또는 복사선 조사 후에 상기 코팅된 이미징 표면 및 상기 기재 표면을 서로 가압하여, 점착성으로 된 상기 입자 코팅의 구역들만을 상기 기재의 표면으로 전사시켜, 상기 점착성 구역이 막을 형성하게 하는 단계; 및 f) 단계 b) 및 c)를 반복하여 상기 이전에 도포된 단일층 코팅이 단계 e)에서 상기 기재 표면으로 전사된 상기 선택된 구역들에 입자들의 새로운 단일층 코팅을 도포하여, 입자들의 단일 층으로 다시 균일하게 코팅된 상기 이미징 표면이 남게 하는 단계를 포함한다.

Description

기재의 선택된 구역들에 막을 코팅하기 위한 인쇄 방법 및 장치
본 발명은 기재의 표면의 선택된 구역들에 막(film) 또는 열가소성 재료를 코팅하기 위한 인쇄 방법 및 장치에 관한 것이다.
중합체 잉크 막을 담은 리본을 사용하는 타자기가 알려져 있다. 이 리본은 종래의 타자기에 사용된 잉크 리본과 동등하며, 인쇄 문자 형상의 잉크가 충격에 의해서가 아니라 잉크가 종이로 전사될 리본 구역들만을 가열하는 인쇄 헤드에 의해서 리본으로부터 기재(보통 종이)로 전사된다. 문자를 인쇄한 후에는 그 다음 문자를 인쇄하기 위해 타자기 캐리지는 전진하고 리본도 전진한다.
이러한 타자기는 고품질의 인쇄를 달성하지만, 리본을 버려야 할 때 대부분의 표면이 인쇄 기재로 전사되지 않은 잉크로 여전히 코팅되어 있기 때문에 낭비가 많아서 동작하는데 비용이 많이 든다.
본 발명의 목적은, 열가소성 막을 인쇄 기재로 전사하는 것과 동일한 원리로 동작하지만, 낭비가 적고, 인쇄 텍스트로 제한되지 않고 고품질의 이미지를 인쇄할 수 있는 인쇄 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기재의 표면의 선택된 구역들에 막을 인쇄하는 방법으로서,
a) 이미징 표면을 갖는 연속적으로 이동하는 전사 부재를 제공하는 단계;
b) 열가소성 중합체로 형성되거나 코팅된 개별 입자들을 상기 전사 부재의 상기 이미징 표면에 코팅하는 단계;
c) 상기 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 실질적으로 모든 입자를 제거하여, 균일한 단일 층 입자 코팅이 상기 이미징 표면 상에 남게 하는 단계;
d) 상기 입자들이 상기 선택된 구역들 내에서 점착성(tacky)으로 되게 하는 데 충분한 파워의 복사선에 상기 코팅된 이미징 표면의 선택된 구역들을 노출시키는 단계;
e) 복사선 조사 동안 또는 복사선 조사 후에 상기 코팅된 이미징 표면 및 상기 기재 표면을 서로 가압하여, 점착성으로 된 상기 입자 코팅의 구역들만을 상기 기재의 상기 표면으로 전사시켜, 상기 점착성 구역들이 막을 형성하게 하는 단계; 및
f) 단계 b) 및 c)를 반복하여, 상기 이전에 적용된 단일 층 코팅이 단계 e)에서 상기 기재 표면으로 전사된 상기 선택된 구역들에 입자들의 새로운 단일 층 코팅을 도포하여, 입자들의 단일 층으로 다시 균일하게 코팅된 상기 이미징 표면이 남게 하는 단계를 포함하는 상기 막을 인쇄하는 방법이 본 명세서에서 제안된다.
다른 실시예에서, 단계 b) 및 c)는,
Figure pct00001
상기 입자들을 포함하는 가스 제트를 상기 이미징 표면 상으로 지향시키는 단계;
Figure pct00002
천, 브러시 또는 도포 롤러를 사용하여 상기 입자들을 상기 이미지 표면 상으로 바르는 단계;
Figure pct00003
상기 이미징 표면 및 상기 입자들을 소수성 재료로 형성하고, 상기 입자들을 포함하는 액체 제트를 상기 이미징 표면 상으로 지향시키는 단계 - 상기 제트의 액체는 상기 이미징 표면을 습윤시키지 않도록 선택됨 - ; 또는
Figure pct00004
상기 입자들을 포함하는 가스 또는 액체 제트를 중간 도포기 상으로 지향시키는 단계 - 상기 도포기는 상기 입자들을 수용하고 상기 입자들을 상기 이미징 표면으로 전사할 수 있음 - 를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 열가소성 재료로 만들어진 막을 기재의 표면의 선택된 구역들 상에 인쇄하기 위한 인쇄 장치로서,
a) 이미징 표면을 갖는 연속적으로 이동 가능한 순환 전사 부재;
b) 열가소성 중합체로 제조되거나 코팅된 입자들을 상기 이미징 표면으로 도포하고, 상기 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자들을 상기 이미징 표면으로부터 제거하거나 떨어지게 하여, 균일한 단일 층 입자 코팅이 상기 이미징 표면 상에 형성되도록 하는 코팅 스테이션;
c) 상기 코팅된 이미징 표면의 상기 선택된 구역들을 상기 입자들을 상기 선택된 구역들 내에서 점착성으로 되게 하기에 충분한 파워의 복사선에 노출시키는 이미징 스테이션; 및
d) 복사선 조사 동안 또는 복사선 조사 후에 상기 코팅된 이미징 표면 및 상기 기재의 표면을 서로 가압하여, 상기 단일 층 입자 코팅이 복사선에 노출되는 것에 의해 상기 이미징 표면의 상기 선택된 구역들에 형성된 점착성 막을 상기 기재의 표면으로 전사시키는 압인 스테이션을 포함하고,
동작 동안, 상기 이미징 표면이 상기 이미징 스테이션과 상기 압인 스테이션을 통과한 후에 상기 코팅 스테이션으로 복귀할 때, 입자들이 고갈된 상기 이미징 표면의 구역들에 새로운 입자들을 도포함으로써 상기 이미징 표면 상의 상기 입자 코팅이 균일한 단일 층으로 다시 되게 하는, 상기 막을 인쇄하는 인쇄 장치가 제공된다.
본 발명에서, 전술된 장치는 또한 인쇄 장치 또는 인쇄 시스템이라고 상호 교환 가능하게 지칭될 수 있다. 상기 이미징 표면은 또한 도너(donor) 표면이라고 지칭되고 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "점착성 있는" 및 "충분히 점착성 있는"이라는 용어는 입자 코팅이 반드시 터치에 점착성이 있는 것을 의미하는 것으로 의도된 것이 아니라, 입자 코팅이 압인 스테이션(18)에서 기재로 가압될 때 기재의 표면에 부착될 수 있을 만큼만 충분히 연화되는 것을 의미하는 것으로 의도된다. 점착성 입자들 또는 점착성으로 된 입자들의 구역들은, 이후 상기 이미징 표면이 상기 기재와 접촉할 때 압력이 인가된 결과 및/또는 상기 전사된 막들에 선택적으로 추가적인 처리(예를 들어, 건조, 경화 등)를 수행한 결과 인쇄 기재로 전사된 후에 선택적으로 더 얇은 막을 형성할 수 있는 개별 막들 또는 연속 막들을 형성하는 것으로 생각된다.
일부 실시예에서, 상기 코팅 스테이션에서, 상기 입자들은 예를 들어 하나 이상의 스프레이 헤드를 사용하여 제트로 분사함으로써 상기 이미징 표면에 직접 도포될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 상기 입자들은 중간 도포기에 도포될 수 있고, 상기 중간 도포기로부터 상기 이미징 표면으로 도포될 수 있다. 후자의 유형의 도포는 간접적으로 도포하는 것이라고 말할 수 있고, 입자들을 상기 이미징 표면으로 직접 도포하는 것과 간접 도포하는 것은 모두 본 발명에 포함된다. 상기 이미징 표면에 입자들을 직접적으로 또는 간접적으로 도포하는 것은 개별 입자들의 단일 층을 상기 이미징 표면에 초기에 코팅하기 위해 또는 선택된 구역(예를 들어, 전사에 의해 이전에 고갈된 구역)들에 단일 층을 보충하기 위해 또는 이 둘 모두를 위해 일어날 수 있는 것으로 이해된다.
상기 이미징 표면 상에 있는 상기 입자 코팅이 각 압인 후에 리페어(repair)될 수 있는 이유는 상기 입자들이 서로 간에 부착하는 것보다 더 강하게 상기 이미징 표면에 부착하도록 선택되기 위한 것이다. 이것은 상기 도포된 층이 실질적으로 개별 입자들의 단일 층이 되게 하는데, 다시 말해, 상기 표면 영역의 대부분에 걸쳐 단지 하나의 입자 깊이만이 있고, 상기 입자들 전부는 아니지만 대부분이 상기 이미징 표면과 적어도 일부 직접 접촉하게 된다.
예를 들어, 대부분의 평평한 면(예를 들어, 실질적으로 평행한 면)에 걸쳐 상기 이미징 표면과 접촉하는 소형판(platelet) 형상의 입자를 취하면, (표면에 수직인 방향으로) 단일 층의 최종 두께는 대략 입자의 두께에 대응할 것이다. 입자들이 구형 형상을 갖는 경우, 단일 층의 두께는 구체의 직경에 상응할 것이다. 따라서, 상기 이미징 표면을 코팅할 때 단일 층의 평균 두께는 형상에 따라 단일 층을 형성하는 개별 입자들의 평균 두께 또는 등가 직경으로 근사될 수 있다.
그러나, 인접한 입자들 사이에 부분적인 오버랩이 있을 수 있으므로, 단일 층의 두께는 또한 오버랩의 유형에 따라, 예를 들어, 입자들이 서로와 및/또는 이미징 표면과 형성할 수 있는 상대 각도, 및/또는 오버랩의 정도 및/또는 패킹 정도 등에 따라, 구성 입자의 치수의 작은 배수에 이를 수 있다. 따라서, 단일 층은, 단지 일부 구역에서만, 관련된 입자들에 가장 얇은 치수 특성의 약 1배, 또는 약 2배, 또는 약 3배, 또는 임의의 중간 값에 대응하는 최대 두께(T)(예를 들어, 박편(flake) 형상 입자에 대해서는 입자의 두께의 최대 3배 및 거의 구형 입자에 대해서는 입자의 등가 직경의 최대 2배)를 가질 수 있다.
이것은, 접착 테이프가, 표면으로부터 분말을 픽업하는 데 사용될 때, 분말 입자의 하나의 층만을 픽업할 수 있는 것과 동일한 이유로 발생한다. 접착 테이프가 여전히 신선할(fresh) 때, 분말은 전체 테이프 표면을 덮을 때까지 접착제에 달라붙는다. 그러나 일단 접착제가 분말로 덮여지면 분말 입자들이 서로 강하게 달라붙지 않고 단순히 테이프로부터 떨어지거나 날아갈 수 있기 때문에 테이프는 더 이상 분말을 픽업하는데 사용될 수 없다. 유사하게, 본 명세서에서 단일 층은 이미징 표면과 충분히 접촉하는 입자들로부터 형성되므로 통상적으로 단일 입자 두께이다. 이하에서 보다 상세히 설명되는, 예를 들어, 잉여 추출(surplus extraction), 건조 또는 임의의 다른 유사한 단계 후에 입자가 코팅 스테이션의 출구에서 이미징 표면에 부착된 채 유지될 수 있을 때 충분히 접촉한다고 말할 수 있다.
비록 단일 층이 본질적으로 이미징 표면과 직접 접촉하는 입자들로부터 형성되는 것으로 생각되지만, 이미징 표면과 직접 접촉하지 않더라도 인접한 입자들에 의해 단단히 밀집된 일부 입자들이 코팅 장치의 출구 측에서 단일 층의 일부를 유지하며 이 층으로부터 약간 돌출해 있을 수 있는 것을 배제하는 것은 아니다. 가능하게는, 이미징 표면과 접촉하지 않는 이러한 소수의 입자들의 일부는 복사선을 다르게 흡수할 수 있고, 종국적으로 인접한 입자들과 응집된 결과 인쇄 기재로 전사될 수 있는데, 이 입자는 수신된 복사선의 의도된 "에너지 선량" 또는 효과에 더 많이 노출될 수 있다. 일부 실시예에서, 임의의 시야(field-of-view)에서, 이미징 표면과 접촉하는 입자의 수 중에서 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자의 퍼센트는 15% 이하 또는 10% 미만 또는 심지어 5% 미만이다.
일부 실시예에서, 상기 이미징 표면 상의 개별 입자들의 단일 층은 입자들이 충분히 연속적인 층을 형성한다. 상기 단일 층은 상기 이미징 스테이션에서 복사선에 노출될 때 인접한 입자들이 융합하여 전사 가능한 막을 형성할 수 있다면 충분히 연속적이다. 이러한 경우 및 단일 층을 형성하는 입자들의 크기 및 형태에 따라, 적어도 약 40%, 최대 약 50%, 또는 최대 약 60%, 또는 심지어 최대 약 70%의 면적 커버 범위가 충분할 수 있다. 복사선에 노출될 때 반경 방향으로 팽창하는 능력이 비교적 낮은 입자 및/또는 보다 작은 입자에 대해서는, 이미징 표면 상의 입자들의 단일 층은 실질적으로 연속적인 층을 형성할 필요가 있을 수 있다. "실질적으로 연속적"이란 영역의 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90%, 또는 적어도 95%가 입자들로 덮여 있다는 것을 의미한다.
2 ㎛의 직경을 갖는 이상적인 구체인 입자를 예로 들면, 이러한 입자는 약 4.19 ㎛3의 초기 부피 및 약 3.14 ㎛2의 평면 투영(planar projection)을 가질 수 있다. 이제 복사선에 노출시 이러한 입자는 용융되어 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는 동일한 볼륨의 디스크를 형성한다고 가정하면, 액화된 입자의 이러한 디스크는 약 3.3 ㎛의 직경을 갖고 약 8.38 ㎛2의 영역을 덮을 수 있다.
명료함을 위해, 막의 실제 두께는 공기에 대한 병합된 액화된 입자들의 표면 장력 특성, 이미징 표면에 대해 이 액체의 습윤 특성에 의해 다음 수식에 따라 결정될 것이다:
t= (2γla(1-cosθ)/gρ)1/2 (수식 1)
여기서 t는 생성된 막의 두께이고, γla는 액화된 입자들과 공기 사이의 표면 장력이고, θ는 이미징 표면에 대한 병합된 액화된 입자의 습윤 각도이고, g는 중력 상수이고, ρ는 이 액체의 밀도이다. 표면 장력 및 습윤 각도는 모두 액체의 온도에 의존한다는 것을 이해해야 한다.
상기 예로 다시 되돌아가서, 이제 단순화를 위해 100 ㎛2의 면적을 갖는 정사각형 표면을 취하면, 이러한 표면 상에 약 0.5 ㎛ 두께의 연속적인 막을 형성하기 위해서는 (실질적으로 균일한 분포라고 가정하면) 약 12개의 이러한 용융된 입자들이 필요할 것이다. 복사선에 노출되기 전에 원래의 형상에서 이 12개의 입자는 정사각형의 약 38%만을 덮을 것이다. 이들 값 및 계산은 단순한 예를 위해 제공된 것이며 막 형성 중합체 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 조작 상황에 영향을 미칠 수 있는 인자들을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
명확히, 전사 가능한 막, 아마도 연속적인 막이 궁극적으로 형성되는데 필요한 초기 면적 커버 범위는 특히 입자의 크기 분포, 입자에 사용되는 특정 재료, 온도 의존성 표면 장력, 점도 및 시간적인 유체 거동 등과 같은 특정 유동학적 파라미터, 및 입자 자체의 화학적 및/또는 물리적 특성에 따른 유사한 인자에 의존한다. 이미징 표면의 특성은 또한 이 사안(예를 들어, 충분한 접촉 및/또는 연속적 확산을 용이하게 하거나 방해하는 사안)에 기여할 수 있다. 추가적으로, 코팅 스테이션의 동작 조건, 이미징 표면 상에 입자의 분포(본질적으로 균일한 것이 유리함), 이미징 스테이션에서 입자들 및/또는 이미징 표면에 의해 수신되는 복사선의 에너지 밀도, 압인 스테이션에서 전사 지점에서의 압력과 같은 특정 공정 파라미터는 또한 (예를 들어, 원하는 두께의 막을 생성하기 위해 복사선 조사된 입자들이 확산 및/또는 병합되는 것을 용이하게 하는) 최종-결과에 영향을 미쳐서 전제 조건을 변경할 수 있다.
특정 표적 표면 중에서 입자들에 의해 덮여지는 면적의 퍼센트(% 커버 범위)는, 예를 들어, 알려진 커버 범위 지점들의 교정 곡선을 수립함과 함께 가능한 광학 밀도를 결정하는 것에 의해, 입자들 또는 기재 중 어느 하나가 충분히 투명한 경우 투과되는 광을 측정하는 것에 의해, 또는 반대로, 예를 들어, 입자들이 (예를 들어, 열가소성 중합체로 코팅된 반사성 재료를 포함하여) 반사성인 경우 반사되는 광을 측정하는 것에 의해, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 다수의 방법에 의해 평가될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 입자들에 의해 덮인 관심 표면의 퍼센트 면적을 결정하는 바람직한 방법은 다음과 같다. 연구되는 표면으로부터 (예를 들어, 이미징 표면으로부터 또는 인쇄된 기재로부터) 1cm 에지(edge)를 갖는 정사각형 샘플이 절단된다. 이 샘플을 (적어도 약 128.9 ㎛ x 128.6 ㎛의 시야를 형성하는) 최대 100배의 배율로 현미경(레이저 공초점 현미경(Olympus, LEXT OLS30ISU) 또는 광학 현미경(Olympus BX61 U-LH100-3))으로 분석한다. 적어도 3개의 대표적인 이미지가 불투명 기재(예를 들어, 종이)를 갖는 각 샘플에 대해 반사 모드에서 캡처된다. 캡처된 이미지들은 미국 국립 보건원(National Institute of Health: NIH)에서 개발한 공용 영역 자바 이미지 처리 프로그램인 ImageJ를 사용하여 분석되었다. 이미지들은 8-비트, 그레이 스케일로 디스플레이되고, 프로그램은 반사 입자(더 밝은 픽셀)들과 이웃하거나 인접한 입자들 사이에 존재할 수 있는 간극(이러한 공극은 더 어두운 픽셀로 보임)을 구별하는 반사율의 임계값을 제안하도록 명령되어 있다. 필요한 경우, 훈련받은 조작자가, 필요한 경우, 제안된 임계값을 조정할 수 있지만 통상적으로 제안된 임계값을 확인할 수 있다. 그 후, 이미지 분석 프로그램은 입자를 나타내는 픽셀의 양 및 입자 내 공극의 커버되지 않은 영역을 나타내는 픽셀의 양을 측정하는 것으로 진행하고, 이들 픽셀의 양으로부터 커버 범위의 퍼센트 면적을 쉽게 계산할 수 있다. 동일한 샘플의 다른 이미지 구획들에 수행된 측정값들은 평균된다. 샘플들이 투명한 기재 상에 있을 때(예를 들어, 반투명한 플라스틱 호일 상에 인쇄될 때), 유사한 분석이 투과 모드에서 수행될 수 있고, 입자들은 더 어두운 픽셀로 보이고 공극은 더 밝은 픽셀로 보인다. 이러한 방법에 의해 또는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 알려진 임의의 실질적으로 유사한 분석 기술에 의해 얻어진 결과는 퍼센트 또는 비율로 표현될 수 있는 광학 표면 커버 범위라고 언급된다.
일부 실시예에서, 복사선에 노출되는 것에 의해 입자의 단일 층을 변환하는 것으로부터 생성된 중합체 막은 2 ㎛ 이하, 또는 1 ㎛ 미만, 또는 심지어 750 nm 미만의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 중합체 막의 두께는 100 nm 이상, 또는 200 nm 초과, 또는 심지어 300 nm 초과이다. 중합체 막의 두께는 300 nm 내지 1,000 nm, 또는 500 nm 내지 1,500 nm, 또는 600 nm 내지 800 nm, 또는 700 nm 내지 1,000 nm의 범위에 있을 수 있다.
열가소성 입자는 10 ㎛ 미만, 또는 5 ㎛ 미만, 또는 1 ㎛ 미만, 또는 100 nm 내지 4 ㎛, 또는 300 nm 내지 1 ㎛, 또는 500 nm 내지 1.5 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는다.
이미징 표면으로부터 기재로 점착성 입자 막이 전사하는 것을 돕기 위해, 이미징 표면은 소수성일 수 있다.
유리하게는, 상기 이미징 표면은 이미징 스테이션에 의해 간헐적으로 생성된 복사선과 상용성(compatible)이 있어서, 원하는 선택된 영역이 노출된다. 상용성이 있다는 것은, 예를 들어, 이미징 표면이 복사선에 대해 비교적 저항성이 있거나 및/또는 비활성이거나, 및/또는 복사선을 흡수하거나 또는 반사할 수 있고, 및/또는 복사선에 의해 생성될 수 있는 열을 전도시키거나 절연시킬 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예에서, 상기 열가소성 입자들은 그 자체가 소수성일 수 있다.
상기 코팅 스테이션은,
Figure pct00005
상기 열가소성 입자들이 현탁되어 있는 유체 스트림을 상기 이미징 표면으로 직접 또는 간접적으로 인가하기 위한 적어도 하나의 스프레이 헤드,
Figure pct00006
상기 스프레이 헤드(들)를 둘러싸고 상기 유체 스트림을 구속(confining)하기 위한 내부 플레넘(interior plenum)을 형성하는 하우징으로서, 상기 하우징은 상기 이미징 표면에 인접하여 림(rim)을 갖고, 상기 림은 상기 하우징의 상기 림과 코팅될 표면 사이에 형성된 밀봉 갭으로부터 입자들이 유출되는 것을 방지하도록 구성된, 상기 하우징, 및
Figure pct00007
상기 플레넘으로부터 상기 스프레이된 유체 및 상기 스프레이된 유체 내에 현탁된 입자들을 추출하기 위해 상기 하우징에 연결된 흡입 소스로서, 상기 흡입 소스는 상기 표면과 직접 접촉하지 않는 실질적으로 모든 입자들을 추출하여, 상기 표면이 상기 장치를 빠져 나갈 때에는 단일 입자 층만이 상기 이미징 표면에 부착되어 남아 있도록 동작하는, 상기 흡입 소스를 적절히 포함할 수 있다.
상기 코팅 스테이션은 상기 이미징 표면의 온도를 적절히 조정하기 위해 온도 제어 수단을 선택적으로 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 이미징 표면의 온도는 주위 온도보다 상승될 수 있고, 상기 온도 상승은 가열기에 의해 일어난다. 일부 실시예에서, 상기 가열기는 상기 코팅 스테이션의 출구 측 또는 하류에 위치된다. 이러한 실시예에서, 상기 이미징 표면의 외부 표면의 온도는 30℃ 초과, 또는 40℃ 초과 또는 심지어 50℃ 초과할 수 있지만, 통상적으로 80℃ 미만, 또는 심지어 70℃ 미만일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 이미징 표면의 온도는 하강될 수 있으며, 온도 감소는 냉각 공기 송풍기와 같은 냉각기에 의해 일어난다. 상기 냉각기는 상기 코팅 스테이션의 입구 측 또는 상류에 위치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 이미징 표면의 외부 표면의 온도는 40℃ 미만, 또는 30℃ 미만, 또는 심지어 20℃ 미만일 수 있지만, 통상적으로 0℃ 초과 또는 심지어 10℃ 초과일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 이미징 표면은 상기 코팅 스테이션에 도달하기 전에 냉각되고 상기 코팅 스테이션을 떠난 후에 가열된다.
본 명세서에서, 용어 "현탁된" 및 그 변형어는 동일한 상(phase) 또는 상이한 상의 재료의 임의의 특정 유형의 혼합물을 지칭하는 것이 아니라, 보다 일반적으로 "운반된" 및 이와 유사한 용어로 이해되어야 한다.
상기 이미징 시스템은 상기 이미징 표면이 상기 장치에 대해 기준 X-방향으로 이동함에 따라 개별적으로 제어 가능한 레이저 빔들을 상기 이미징 표면 상으로 투사하기 위한 장치를 포함할 수 있고, 상기 스위칭 장치는, 연속적으로 활성화될 때, 방출된 레이저들이 상기 이미징 표면에 걸쳐 상기 X-방향으로 연장되고 Y-방향으로 실질적으로 균일하게 이격된 평행한 라인들의 세트를 추적하는 방식으로 지지부 상에 장착된 복수의 반도체 칩을 포함한다.
일부 실시예에서, 상기 이미징 디바이스의 각 반도체 칩은 M개의 행 및 N개의 열의 2차원 어레이로 배열된 복수의 레이저 빔 방출 소자를 포함하고, 각 행 내의 상기 소자들은 균일한 간격(Ar)을 갖고, 각 열 내의 상기 소자들은 균일한 간격(ac)을 갖고, 상기 이미징 장치는 방출된 레이저 빔들을 상기 입자로 코팅된 이미징 표면 상으로 집속하기 위해 렌즈 시스템을 더 포함한다. 상기 렌즈 시스템은 복수의 렌즈 소자를 가질 수 있으며, 각 렌즈 소자는 각 칩과 관련되며, 일부 실시예에서는 구배-지수(gradient-index: GRIN) 로드를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 GRIN 로드들로 예시된 상기 이미징 장치의 렌즈 소자들은 레이저 광이 상기 레이저 소스로부터 상기 이미징 표면으로 광 경로 내에 단일 소자를 통과하는 것을 의미하는 것으로 통합된 형태로 사용될 수 있다. 대안적으로, 각 광 경로는 직렬로 배열된 2개 이상의 렌즈 소자를 포함할 수 있고, 상기 별개의 소자들은 예를 들어 미러 또는 프리즘에 의해 서로 결합되어 렌즈 소자와 동일한 효과를 생성할 수 있다. 다수의 렌즈 소자를 사용하면 광 경로를 접을 수 있어서 패키징을 간소화할 수 있다. 이러한 이유 때문에, 상기 개별 소자들은 통상적으로 직선 라인으로 서로 정렬되지 않는다. 다시 말해, 칩 상의 동일한 소자로부터 방출된 레이저 빔은 통합된 렌즈 소자(예를 들어, 단일 "직선" GRIN 로드)에 의해 또는 직렬로 연결된 렌즈 소자(예를 들어, 2개 이상의 GRIN 로드, 여기서 광은 관련된 프리즘에 의해 각 로드로부터 그 다음 로드로 지향된다)에 의해 운반되는지 여부에 상관 없이 상기 이미징 표면 상의 유사한 위치를 표적으로 할 수 있다.
이미징 장치의 일부 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된다. 본 설명은 도면과 함께 비-제한적인 예로서 본 발명의 내용을 실시할 수 있는 방식을 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백히 제시할 것이다. 도면은 예시적인 설명을 위한 것이며, 본 발명을 기본적으로 이해하는데 필요한 것보다 더 상세히 실시예에 대한 구조적인 상세를 제시하려고 의도된 것이 아니다. 설명의 명료함 및 간략함을 위해, 도면에 도시된 일부 요소들은 축척에 맞게 그려져 있지 않을 수 있다.
도 1은 인쇄 시스템의 제1 실시예를 개략적으로 도시하고,
도 2는 인쇄 시스템의 제2 실시예를 개략적으로 도시하며,
도 3은 지지부 상에 장착된 VCSEL 칩 세트를 포함하는 이미징 디바이스의 일부를 도시하고;
도 4는 2개의 VCSEL 칩들의 레이저 방출 소자들, 및 이 레이저 방출 소자들이 상대적으로 이동하는 이미징 표면 상에서 추적할 수 있는 라인들의 개략도이며; 및
도 5는 방출된 레이저 빔들을 이미징 표면 상에 집속하기 위해 렌즈로서 사용되는 GRIN 로드들과 VCSEL 칩들 사이의 정렬을 한 쌍의 행으로 설명하는 개략도이다.
인쇄 시스템의 전반적인 설명
도 1은 이미징 표면으로서 기능하는 외부 표면(12)을 갖는 드럼(10)을 도시한다. 드럼이 화살표로 도시된 바와 같이 시계 방향으로 회전함에 따라, 드럼은 코팅 스테이션(14) 아래를 통과하고 여기서 드럼은 미세 입자의 단일 층 코팅을 획득한다. 코팅 스테이션(14)을 빠져 나간 후에, 이미징 표면(12)은 이미징 스테이션(16) 아래를 통과하고, 여기서 이미징 표면(12)의 선택된 구역들이 이미징 장치에 의해 레이저 복사선에 노출되고 이 레이저 복사선은 이미징 표면(12)의 선택된 구역들 상의 입자 코팅을 점착성으로 되게 한다. 다음으로, 이미징 표면(12)은 화살표로 도시된 닙부(nip)를 갖는 압인 스테이션(18)을 통과하고, 여기서 기재(20)는 드럼(10)과 압인 실린더(22) 사이에서 압축된다. 압인 스테이션(18)에서 가해지는 압력은 이미징 스테이션(16)에서 레이저 복사선에 노출되는 것에 의해 점착성으로 된 이미징 표면(12) 상의 코팅의 선택된 구역들을 이미징 표면(12)으로부터 기재(20)로 전사시킨다. 그 결과, 기재(20)로 전사된 선택된 점착성 영역들에 대응하는 이미징 표면(12) 상의 구역들은 입자들이 전사되는 것에 의해 고갈되어 노출된다. 이후 이미징 표면(12)은 코팅 스테이션(14)으로 복귀함으로써 그 사이클을 완료할 수 있으며, 여기서 이전에 도포된 입자들이 압인 스테이션(18)에서 기재(20)로 전사되어 노출된 구역에만 새로운 단일 층 입자 코팅이 도포된다. 아래에서 상세히 설명된 바와 같이, 인쇄 기재라고도 불리우는 기재는 다양한 재료(예를 들어, 종이, 판지, 플라스틱, 직물 등)로 제조될 수 있으며, 일부는 선택적으로 원하는 품질에 따라 코팅된 형태 및 코팅되지 않은 형태로 존재하며, 상이한 형태(예를 들어, 시트 또는 연속적인 웹)로 압인 스테이션에 공급될 수 있다.
기재로 전사되기 위해 레이저 복사선에 선택적으로 노출된 열가소성 중합체 입자는 막을 형성한다고 언급되고, 또는 이후 더 상세히 설명된 바와 같이 중합체 막을 형성한다고 언급된다. 본 명세서에서 사용된 "막"이라는 용어는 이미징 표면 상에 노출된 입자(들)의 각 스팟(spot)이 적어도 압인 스테이션에서 기재로 전사될 때까지 가요성일 수 있는 재료의 얇은 층 또는 코팅을 형성할 수 있는 것을 나타낸다. "막"이라는 용어는 이미징 스테이션에서 레이저 복사선에 노출된 인접한 입자들의 스팟이 연속적인 코팅으로 집합적으로 전사하기 위한 것임을 반드시 의미하는 것은 아니다. (즉, 레이저 빔에 충분히 노출된 하나 이상의 인접한 입자에 의해) 이미징 표면 상에 형성된 박막은 그 두께를 기껏 유지하거나 압인시 훨씬 더 얇아질 수 있다고 생각된다. 따라서, 본 명세서에 따른 인쇄 장치 및 방법은 유리하게는 복사선 조사된 입자들의 얇은 층을 기재 상으로 인쇄하는 것을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 인쇄된 막은 1 ㎛ 이하, 또는 800 nm 이하, 또는 600 nm 이하, 또는 400 nm 이하, 또는 200 nm 이하, 또는 심지어 100 nm 이하의 두께의 두께를 가질 수 있다.
코팅 스테이션
코팅 스테이션(14)은 드럼(10)의 축을 따라 서로 정렬된 복수의 스프레이 헤드(1401)를 포함할 수 있으며, 도 1의 구획에서는 단지 하나만이 도시되어 있다. 스프레이 헤드의 스프레이(1402)는 벨(bell) 하우징(1403) 내에 구속되며, 벨 하우징의 하부 림(1404)은 벨 하우징(1403)과 드럼(10) 사이에 좁은 갭만을 남겨 두고 이미징 표면에 근접하게 순응하도록 형성된다. 스프레이 헤드(1401)는 공통 공급 레일(1405)에 연결되고, 공통 공급 레일은 스프레이 헤드(1401)에 이미징 표면(12)을 코팅하는데 사용될 미세 입자들이 내부에 현탁된 가압 유체 담체(기체 또는 액체)를 공급한다. 필요한 경우, 현탁된 입자들은, 특히 스프레이 헤드(들)에 공급하기 전에, 정기적으로 또는 지속적으로 혼합될 수 있다. 입자들은 예를 들어, 0.1 내지 10 리터/분의 흐름률(flow rate) 범위 또는 0.3 내지 3 리터/분의 범위 내에서 코팅 장치 내에서 순환될 수 있다. 하우징(1403)의 내부 공간에 의해 형성된 플리넘(1406) 내에 구속된 스프레이 헤드(1401)로부터 유체 및 잉여 입자들은 화살표로 도시된 적절한 흡입 소스에 연결된 출구 파이프(1407)를 통해 추출되고, 스프레이 헤드(1401)로 다시 재순환(recycled)될 수 있다. 본 명세서에서는 스프레이 헤드라고 지칭되지만, 유체 내에 현탁된 입자들을 도포할 수 있는 공통 공급 파이프 또는 도관을 따라 임의의 다른 유형의 노즐 또는 오리피스가 포함된다.
유체 및 현탁된 입자들을 이미징 표면 상으로 전술된 바와 같이 직접 스프레이하는 것의 대안으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 코팅 스테이션은 유체 및 현탁된 입자들을 이미징 표면 상으로 와이핑(wipe)할 수 있도록 동작가능한 회전 가능한 도포기(1420)를 포함할 수 있다. 도포기(1420)는 예를 들어 원통형 스폰지(sponge)일 수 있거나 또는 회전 가능한 액슬로부터 반경 방향으로 연장되는 복수의 가요성 스트립(strip)을 포함할 수 있다. 스폰지 롤러 또는 스트립의 재료는, 상부에 형성되는 코팅의 완전성에 영향을 미치지 않고, 다시 말해, 입자들의 층을 긁지 않고, 이미징 표면(12) 상의 입자들을 와이핑하기 위해 선택되는 "상대적으로 연성(soft)"이어야 한다. 도포기 또는 그 모(bristle) 또는 스트라이프(stripe)의 표면은, 폐쇄 셀 폼(closed cell foam)(예를 들어, 폐쇄 셀 폴리에틸렌, 폐쇄 셀 PVA 또는 폐쇄 셀 실리콘); 또는 상대적으로 연성의 개방 셀 폼(예를 들어, 폴리우레탄 폼); 또는 면, 실크 또는 초고분자량 폴리에틸렌(ultra high molecular weight polyethylene: UHMWPE) 직물과 같은 직물을 적절히 포함할 수 있다.
현탁된 입자들을 포함하는 유체는 간단히 파이프의 벽의 구멍(hole)으로 구성될 수 있는 노즐(1401)로부터 스프레이 또는 제트(1420)로서 도 2에 도시된 방식으로 이러한 도포기(1420)에 외부에서 공급될 수 있다. 대안적으로, 유체 및 현탁된 입자들은 내부에서 공급될 수 있다. 이러한 실시예에서, 유체는 도포기 내에, 예를 들어 축(1421) 내에 또는 이 축과 평행하게 위치된 공급 덕트 또는 스프레이에 의해 제공되고, 도포기(1420)의 재료를 통해 외부 표면을 향해 확산될 수 있다.
도포기는, 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 임의의 입자를 적어도 부분적으로 제거하고, 선택적으로 이미징 표면 상에 코팅된 입자들을 단일 층으로 적어도 부분적으로 평탄화하는 기능을 할 수 있다.
유리하게는, 입자들의 단일 층은 이미징 스테이션의 레이저 소자들에 의해 방출되는 복사선을 표적으로 전달하는 것을 용이하게 한다. 이것은, 선택적으로 복사선 조사된 입자들이 하나의 형성된 층 상에 존재할 때에는, 기재로 전사시 대략 균일한 두께 및/또는 상대적으로 형성된 윤곽의 도트를 레이저 복사선을 용이하게 집속할 수 있어서, 이미징 장치의 제어를 용이하게 할 수 있다.
단일 층을 갖는 것의 또 다른 장점은 단일 층이 입자들이 코팅된 이미징 표면과 입자들 사이에 우수한 열 결합을 제공할 수 있다는 것이다. 후술된 바와 같이, 이미징 표면은 열 흡수 기재일 수 있거나 또는 적절한 열 흡수 재료로 이루어져서, 중합체 입자(들)를 점착성으로 되게 하는 에너지를 이미징 표면으로부터 중합체 입자(들)로 전달하는 것을 용이하게 한다. 입자들의 두께가 매우 작기 때문에 대부분의 레이저 에너지는 흡수되지 않고 통과할 수 있다고 말할 수 있다. 입자들을 직접 가열하는 대신, 레이저 복사선은 이미징 표면을 가열하고 나서 입자들을 간접적으로 가열하는 경향이 있다.
중간 도포기(1420)(예를 들어, 롤러 또는 브러시)가 그 축(1421)을 중심으로 회전함에 따라, 중간 도포기는 드럼(10)의 이미징 표면(12)과 접촉할 때 입자들을 도포한다. 도포기의 외부 표면은 이미징 표면과 동일한 선속도(linear velocity)를 가질 필요는 없고, 도포기는 예를 들어 약 10배까지 더 높을 수 있다. 도포기는 드럼(10)과 동일한 방향으로 또는 반대 방향으로 회전할 수 있다. 도포기는 모터에 의해 독립적으로 구동되거나, 또는 기어, 벨트, 마찰 등에 의해 드럼(10)에 의해 구동될 수 있다.
일부 실시예에서, 표면과 직접 접촉하지 않는 임의의 입자를 제거하는 기능을 하는 잉여 추출 시스템은 도포기와 유사하게 구성된다. 이러한 경우에, 초과 입자를 제거하는 제거제 역할을 하기 위해 도포기 같은 소자에 외부에서 또는 내부에서 공급되는 유체는 유체 내에 어떠한 입자도 현탁되지 않는다. 세정 장치로 간주될 수 있는 잉여 추출 시스템의 유체는 입자들이 도포 장치에 대해 현탁된 유체와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 입자들은 물 또는 임의의 다른 수성 매체에 현탁된 상태로 도포될 수 있고, 초과 입자들은 동일한 수성 매체에 의해 또는 예를 들어 공기 스트림과 같은 다른 유체에 의해 제거될 수 있다.
하우징(1403)과 드럼(10)의 이미징 표면(12) 사이에 필수적으로 유지되어야 하는 좁은 갭을 통해 스프레이 유체 및 미세 입자들이 빠져 나가는 것을 방지하기 위해 하우징(1403)과 이미징 표면(12) 사이에 효과적인 밀봉을 달성하는 것이 중요하다. 이러한 밀봉을 달성하는 상이한 방법이 도면에 개략적으로 도시되어 있다.
밀봉의 가장 간단한 형태는 와이퍼 블레이드(wiper blade)(1408)이다. 이러한 밀봉은 이미징 표면과 물리적으로 접촉하고, 하우징(1403)의 출구 측에 사용되는 경우, 다시 말해, 스프레이 헤드(1401)의 하류 측에 사용되는 경우, 도포된 코팅을 스코어링(score)할 수 있다. 이러한 이유로, 이러한 밀봉이 사용되는 경우, 이러한 밀봉은 스프레이 헤드(1401)의 상류에만 및/또는 하우징(1403)의 축방향 단부들에 위치되는 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용된 용어 "상류" 및 "하류"는 이미징 표면이 상이한 스테이션들을 통해 순환하기 때문에 이미징 표면(12) 상의 지점을 기준으로 한다.
도 1 및 도 2는 또한 부재가 이미징 표면(12)과 접촉함이 없이 하우징(1403)과 드럼(10) 사이의 밀봉 갭으로부터 입자들이 현탁된 유체가 유출되는 것을 방지할 수 있는 방법을 도시한다. 본 예에서 하우징(1403)의 전체 외주(circumference) 주위로 연장되는 갤러리(1409)는 갤러리(1409)와 밀봉 갭 사이에 유체 연통을 수립하기 위해 하우징(1403)의 전체 림 주위로 연장되는 미세 통로(1410)의 세트에 의해 연결된다.
제1 실시예에서, 갤러리(1409)는 출구(1407)에 연결된 것과 동일한 흡입 소스 또는 다른 것일 수 있는 잉여 추출 시스템의 흡입 소스에 연결된다. 이 경우, 갤러리(1409)는 유체가 하우징(1403)을 빠져 나가기 전에 갭을 통과하는 유체를 추출하는 기능을 한다. 낮은 압력은 또한 이미징 표면(12)과 직접 접촉하지 않는 임의의 입자를 드럼(10)으로부터 흡입하고, 스프레이되는 유체가 액체인 경우, 액체가 코팅 스테이션(14)을 떠나기 전에 코팅을 적어도 부분적으로 건조시키기 위해 갤러리는 또한 잉여 액체를 흡입한다. 잉여 액체는 대안적으로 그리고 추가적으로 코팅 장치의 출구 측에 위치된 (예를 들어, 액체 흡수 표면을 구비하는) 액체 추출 롤러에 의해 제거될 수 있다. 입자 코팅을 건조시키는 임의의 이러한 수단(예를 들어, 송풍기, 가열기, 액체 추출기 등)이, 만약 존재한다면, 코팅 장치(14)의 내부에 (즉, 하우징(1403)의 플리넘(1406) 내에) 존재할 수 있고, 또는 대안적으로, 코팅이 실질적으로 건조되는데 필요한 스테이션의 상류에 유지되는 한, 코팅 스테이션의 하류에 위치될 수 있다. 건조 소자는, 만약 존재하는 경우, 유리하게 입자 층과 상용될 수 있고, 예를 들어, 입자들 및/또는 이 입자들로 형성된 층의 완전성에 부정적인 영향을 미치지 않는다.
대안적인 실시예에서, 갤러리(1409)는 플레넘(1406) 내의 압력보다 더 높은 압력에 있는 가스 소스에 연결된다. 스프레이 헤드(1401)를 통해 플레넘으로의 유체 공급률 및 출구(1407)를 통한 유체 추출률에 따라, 플레넘(1406)은 주위 대기압 위 또는 아래의 압력에 있을 수 있다.
플리넘이 대기압 미만의 압력에 있는 경우, 갤러리(1409)는 주위 대기압에 있는 것만으로도 충분하고 또는 실제로 갤러리는 존재할 필요가 없다. 이 경우, 밀봉 갭 내의 압력은 플리넘(1406) 내의 압력을 초과하기 때문에, 갭을 통한 가스 흐름이 유체 유출의 위험이 없이 하우징의 내부를 향할 것이다.
플레넘이 대기압을 초과하는 압력에 있는 경우, 갤러리(1409)는 가압된 가스 공급, 바람직하게는 공기에 연결될 수 있다. 이 경우, 공기는 통로(1410)를 통해 압력 하에 밀봉 갭 내로 가압되고 2개의 스트림으로 분할될 것이다. 하나의 스트림은 플리넘(1406)을 향해 흐를 것이고 입자들이 현탁되어 있는 유체가 유출되는 것을 방지할 것이다. 이 스트림은 또한 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자들을 변위(dislodge)시키거나 및/또는 동반(entrain)할 것이고, 담체 유체가 액체라면 코팅을 적어도 부분적으로 건조시키는 것을 도울 것이다. 제2 스트림은 현탁된 입자들이 전혀 없는 깨끗한 공기만이 있기 때문에 문제를 야기함이 없이 코팅 스테이션으로부터 빠져 나올 것이다. 제2 가스 스트림은 또한 이미징 표면이 코팅 스테이션(14)을 떠나기 전에 이미징 표면(12) 상에 있는 입자 코팅이 더 건조하는 것을 도울 수 있다. 원하는 경우, 가스 스트림은 이러한 건조를 용이하게 하도록 가열될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 전술된 갤러리(1409)는 모든 측면에서 플리넘 챔버를 밀봉하기 위해 하우징의 전체 외주 주위로 연장되는 것은 아니다. 이 갤러리는 드럼의 축에 수직인 방향으로 스프레이 헤드들 및/또는 도포기 상의 측방향 에지들 및/또는 드럼의 축과 평행하게 스프레이 헤드(들) 및/또는 중간 도포기(들)의 하류 또는 상류에 위치된 "부분적인" 갤러리 또는 (음 또는 양의 흐름을 갖는) 하나 이상의 에어 나이프(air knife)의 조합일 수 있다. 일부 실시예에서 출구 측에 있는 "부분적인" 갤러리는 추가적으로 또는 대안적으로 입자들이 건조되는 것을 용이하게 하는 가스 송풍기(예를 들어, 저온 온기 또는 고온 공기)로서 기능할 수 있고, 이 경우 통로(1410)는 충분한 흐름률을 제공하도록 적응될 수 있다.
일 실시예에서, 이미징 표면(12)에 도포되는 현탁된 입자들 운반하는 유체의 유형과는 독립적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 코팅 장치(14)의 출구 측에 및 통상적으로 외부 하류 위치에 가열기(1424)가 포함되는데, 이 가열기는 이미징 표면이 이미징 스테이션(16)에 도달하기 전에 이미징 표면과 입자 층의 온도를 상승시킬 수 있다. 입자들 및 이미징 표면의 온도는 이러한 방식으로 주위 온도로부터 30℃, 또는 40℃ 또는 심지어 50℃를 넘어 상승되어, 이에 의해 입자들을 점착성으로 되게 하는 데 필요한 레이저 에너지의 양을 감소시킬 수 있다. 그러나 가열 그 자체는 입자들을 점착성으로 되게 하지 않아야 하고 그 온도를 80℃를 넘어 또는 가능하게는 70℃를 넘어 상승시키지 않아야 한다. 입자들 및 이미징 표면을 이렇게 가열하는 것은 원하는 온도의 유체 담체를 사용함으로써 더 용이하게 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 코팅 장치(14)의 입구 측에 및 통상적으로 외부 상류 위치에 냉각기(1422)가 포함될 수 있고, 이 냉각기는 이전에 노출된 구역들에 입자 층이 보충되기 전에 이미징 표면(12)의 온도를 낮출 수 있다. 40℃ 미만 또는 30℃ 미만 또는 심지어 20℃ 미만이지만 통상적으로 0℃ 초과 또는 심지어 10℃ 초과 온도의 이미징 표면은 노출된 구역들에 이웃한 입자들의 온도를 감소시켜, 이미징 표면이 보충되는 시간까지, 이렇게 냉각된 입자들이 "잔류 점착성"을 갖지 않거나 감소된 "잔류 점착성"을 가질 수 있도록 하는, 다시 말해, (예를 들어, 인쇄 기재로 전사하는) 후속 단계에 불충분한 부분적인 연화를 가질 수 있도록 하는 것으로 생각된다. 냉각된 코팅은 이미징 표면의 노출된 구역들 상에 새로이 증착된 입자들과 동일한 방식으로 거동한다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 개시된 이미징 장치의 칩의 임의의 레이저 소자에 의해 선택적으로 표적으로 된 입자들만이 인쇄 기재로 전사하기에 충분히 점착성으로 되게 될 것이다. 입자들 및 이미징 표면을 이렇게 냉각시키는 것은 원하는 온도의 유체 담체를 사용함으로써 더 용이하게 수행될 수 있다.
코팅 장치(14)의 입구 측에 냉각기(1422)를 제공하고 출구 측에 가열기(1424)를 제공하며, 각 냉각기 및 가열기는 전술된 바와 같이 동작하는 것이 가능하다. 추가적으로, 드럼(10)은 드럼의 내부에 적절한 냉각/가열 수단에 의해 온도 제어될 수 있고, 이러한 온도 제어 수단은, 만약 존재한다면, 이미징 표면의 외부 표면을 임의의 원하는 온도로 유지할 수 있는 방식으로 동작될 수 있다.
입자
코팅 입자의 형상 및 조성은 실제로 기재(20)의 표면에 도포될 효과의 성질에 따라 의존할 것이다. 인쇄 시스템에서, 입자들은 유리하게는 착색된 열가소성 중합체로 형성될 수 있다. 레이저 빔 방출 소자들의 복사선 조사 파장에 응답하여 가열 및 연화될 수 있는 중합체 및/또는 이와 관련된 안료가 적절할 수 있다. 대안적으로 (및 추가적으로) 입자들이 도포되는 이미징 표면을 가열한 결과 입자들이 레이저 소자들에 의해 점착성으로 될 수도 있기 때문에, 이것은 본 발명을 제한하는 것으로 해석될 필요는 없다.
고품질의 인쇄를 위해, 도포된 단일 층 코팅의 입자들 사이의 간극을 최소화하기 위해 입자들은 가능한 한 미세한 것이 바람직하다. 입자 크기는 원하는 이미지 해상도에 의존하며, 일부 응용을 위해 10 ㎛ 또는 가능하게는 심지어 그 이상의 입자 크기가 적절한 것으로 판명될 수 있다. 그러나, 개선된 이미지 품질을 위해, 입자 크기는 수 ㎛이고, 보다 바람직하게는 약 1 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 적절한 입자들은 100 nm 내지 4 ㎛, 300 nm 내지 1 ㎛, 특히 500 nm 내지 1.5 ㎛의 평균 직경을 가질 수 있다. 이러한 입자들이 생성되는 방식으로 인해, 이 입자들은 실질적으로 구형일 가능성이 있지만, 이것이 필수적인 것은 아니며, 이 입자들은 소형판 형상으로 형성될 수 있다.
따라서, 입자의 선택 및 이상적인 크기의 결정은 입자들의 의도된 용도, 추구되는 효과(예를 들어, 인쇄의 경우 시각적 효과), 및 관련 코팅 스테이션 및 이미징 스테이션의 동작 조건에 의존할 것이다. 파라미터의 최적화는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자가 일상적인 실험을 수행하는 것에 의해 경험적으로 수행될 수 있다.
입자들의 형상에 따라 입자들은 길이, 폭, 두께, 직경 또는 X-, Y- 및 Z-차원의 임의의 이러한 대표적인 측정값으로 특징지어질 수 있다. 통상적으로, 이러한 크기는 입자의 집단의 평균으로 제공되고, 현미경 및 동적 광 산란(Dynamic Light Scattering: DLS)과 같은 이 기술 분야에 알려진 임의의 기술에 의해 결정될 수 있다. DLS 기술에서 입자들은 동등한 거동을 보이는 구체로 근사되고, 크기는 유체 역학적 직경 측면으로 제공될 수 있다. 또한 DLS는 집단의 크기 분포를 평가할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 예를 들어 10 ㎛ 이하의 크기를 갖는 입자들은 형상에 따라 10 ㎛보다 더 작은 적어도 하나의 차원, 및 가능하게는 2개의 차원 또는 심지어 3개의 차원을 갖는다.
D50(집단의 50%까지)이 약 의도된 크기인 경우 입자들은 평균적으로 임의의 원하는 크기 선호도를 충족한다고 언급되는 반면; D90이 약 의도된 크기인 입자의 집단은 대다수(집단의 90%까지)의 입자들이 이 크기 선호도를 만족시킨다는 것을 의미한다.
필수적인 것은 아니지만, 입자들은 바람직하게는 균일하게 및/또는 집단의 중앙 값(median value)에 대해 대칭적인 분포 내에서 및/또는 상대적으로 좁은 크기 분포 내에서 형성될 수 있다.
입자의 크기 분포는 다음 2개의 조건 중 적어도 하나의 조건이 적용되는 경우 상대적으로 좁다고 언급된다:
A) 입자들의 90%의 유체역학적 직경과 입자들의 10%의 유체역학적 직경 사이의 차이가 150 nm 이하 또는 100 nm 이하 또는 심지어 50 nm 이하이며, 이는 수학적으로 (D90-D10) ≤ 150 nm 등으로 표현될 수 있다; 및/또는
B) a) 입자들의 90%의 유체역학적 직경과 입자들의 10%의 유체역학적 직경 사이의 차이; 및 b) 입자들의 50%의 유체역학적 직경 사이의 비율은 2.0 이하 또는 1.5 이하 또는 심지어 1.0 이하이며, 이는 수학적으로 (D90-D10)/D50 ≤ 2.0 등으로 표현될 수 있다.
언급된 바와 같이, 이러한 비교적 균일한 분포는 특정 응용에서는 필요치 않을 수 있다. 예를 들어, 비교적 불균일한 크기의 입자 집단을 갖는 것은 비교적 더 작은 입자들이 비교적 더 큰 입자들에 의해 형성된 간극에 존재하게 할 수 있다.
입자들은 임의의 적절한 종횡비, 즉 입자의 최소 치수와, 이 최소 치수에 직교하는 최대 평면에서의 등가 직경 사이의 무차원 비를 가질 수 있다. 등가 직경은 예를 들어 최대 직교 평면의 최장 치수와 최단 치수 사이의 산술 평균일 수 있다. 이러한 치수들은 일반적으로 이러한 입자들의 공급기들에 의해 제공되고, 현미경과 같은 이 기술 분야에 알려진 방법에 의해 다수의 대표적인 입자들에 대해 평가될 수 있다.
입자들의 조성 및/또는 입자들이 받는 공정(예를 들어, 밀링(milling), 재순환, 버니싱(burnishing) 등)에 따라, 입자들은, 만약 있다면, 상이한 정도의 친수성과 함께 소수성일 수 있다. 입자들의 소수성과 친수성 사이의 균형이 시간에 따라 변할 수 있기 때문에, 입자들의 소수성이 지배적일 경우 공정은 효율적으로 유지될 것으로 예상된다. 본 명세서에서, 이러한 입자들은 소수성 또는 실질적으로 소수성이라고 언급된다. 입자들이 이미징 표면 상에 또는 중간 도포기(들) 상에 스프레이될 때 입자들은 기체 또는 액체 유체에 의해 운반될 것으로 예상된다. 입자들이 액체 내에 현탁될 때, 비용을 줄이고 환경 오염을 최소화하기 위해서 액체는 수성인 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 입자들을 형성하는데 사용되는 중합체가 소수성이어서, 코팅 위로 기체 스트림을 불어 넣는 것이 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자들을 변위시키거나 및/또는 동반하고 이미징 표면 상의 코팅을 적어도 부분적으로 건조시키는 기능을 할 수 있는 것이 바람직하다.
기재로 전사된 인쇄된 이미지가 금속 같은 반사율을 갖는 호일 블로킹(foil blocking)과 유사한 효과를 기재(20)에 적용하는 것이 가능하다. 이것은 금속성 입자 또는 금속 같은 입자(예를 들어, 금속성 외관을 갖는 중합체 또는 세라믹 재료로 제조된 입자)를 사용하여 달성될 수 있고, 열가소성 중합체로 코팅된다. 금속성 입자들은 (일반적으로 밀링에 의해) 생성되는 방식 때문에, 이 금속성 입자들은 편평한 소형판으로 되는 경향이 있고, 필수적인 것은 아니지만, 이것은 거의 미러 품질의 고반사 코팅을 달성할 수 있게 한다. 이러한 입자들은 버니싱되거나 연마될 수 있는데 이는 입자들이 이미징 표면(12) 상에 있는 동안 스프레이 동안 또는 버니싱 롤러에 의해 높은 압력을 사용하는 것에 의해 수행될 수 있다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 버니싱 롤러는 스프레이 헤드의 하류에 위치될 수 있다. 버니싱은 상대적으로 낮은 압력에서 코팅 장치의 스프레이 헤드(들)를 동작시킬 때 및/또는 중간 도포기를 포함할 때 특히 유리하다. 버니싱기(burnisher)는 전술된 것과 동일한 하우징 내에 또는 별도의 하우징 내에 위치될 수 있다. 입자들의 단일 층을 버니싱하는 것은, 원하는 경우, 코팅이 이미징 스테이션에 도달하기 전에, 즉 입자들이 여전히 이미징 표면 상에 있는 동안 유리하게는 수행되지만, 일부 인쇄 시스템은 입자들이 기재에 전사된 후 입자들을 버니싱하는 것으로부터 이익을 얻을 수도 있기 때문에 이것이 반드시 그러해야 하는 것은 아니다. 버니싱은 (예를 들어, 입자 매체, 예를 들어, 물로 함침되거나 및/또는 세척된) 습식 롤러 또는 건식 롤러로 수행될 수 있다. 중간 도포기가 사용되는 경우, 중간 도포기는 입자들을 이미징 표면에 도포하는 것에 더하여 적어도 부분적으로 입자들을 버니싱할 수도 있다는 것을 배제하는 것은 아니다.
선택적인 버니싱 롤러의 외부 표면은 드럼의 이미징 표면 및/또는 만약 존재하는 경우 중간 도포기의 외부 표면의 선속도와는 다른 선속도로 회전할 수 있다. 외부 표면은 드럼과 같은 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있다.
입자 담체
입자 담체, 다시 말해, 입자들이 현탁된 유체는 액체이거나 기체일 수 있다. 액체인 경우, 담체는 바람직하게는 물 기반이고, 기체인 경우 담체는 바람직하게는 공기이다. 경제적인 관점에서, 하우징의 챔버의 내부로부터 흡입된 입자들은 공급 장치 및/또는 도포기 장치로 재순환될 수 있다.
이미징 표면
일부 실시예에서 이미징 표면(12)은 실리콘계 재료로부터 일반적으로 제조된 본 명세서에 개시된 특성을 갖도록 맞출(tailored) 수 있는 통상적으로 엘라스토머로 제조된 소수성 표면이다. 실리콘계 표면은 의도된 입자들을 결합시키기에 적절한 임의의 두께 및/또는 경도(hardness)를 가질 수 있다. 적절한 경도는 입자들이 코팅 스테이션(14)에서 이미징 표면(12)에 도포될 때 입자들에 강한 결합을 제공하기 위한 것이고, 이 결합은 입자들이 서로 부착하는 경향보다 더 강하다. 상대적으로 얇은 이미징 표면(예를 들어, 100 ㎛ 이하)에 대해서는, 실리콘계 재료는 중간 내지 낮은 경도를 가질 수 있는 반면; 비교적 두꺼운 이미징 표면(예를 들어, 약 1 mm까지)에 대해서는, 실리콘계 재료는 비교적 높은 경도를 가질 수 있는 것으로 생각된다. 일부 실시예에서, 약 60 쇼어(Shore) A 내지 약 80 쇼어 A 사이의 비교적 높은 경도가 이미징 표면에 적절하다. 다른 실시예에서, 60 미만, 50, 40, 30 또는 심지어 20 쇼어 A의 중간 내지 낮은 경도가 만족스럽다. 특정 실시예에서, 이미징 표면은 약 40 쇼어 A의 경도를 갖는다.
소수성은 입자들을 복사선에 노출시켜서 생성된 점착성 막이 분할됨이 없이 기재로 깨끗이 전사할 수 있게 하기 위한 것이다. 표면은 습윤 각도 또는 접촉각이라고도 불리우는 액체/공기/고체 계면에서의 메니스커스에 의해 형성된 각도가 90°를 초과할 때 소수성이라고 언급되며, 기준 액체는 통상적으로 증류수이다. 고니오미터(goniometer) 또는 점적 형상 분석기(drop shape analyzer)로 종래에 측정되고 코팅 공정의 동작 조건과 관련하여 주어진 온도 및 압력에서 평가될 수 있는 이러한 조건 하에서, 물은 표면에서 비드(bead)로 되는 경향이 있고 표면에 젖지 않아서 표면에 부착되지 않는다.
유리하게는, 본 명세서에 개시된 인쇄 시스템과 함께 사용하기에 적절한 이미징 표면은 드럼 상에 장착될 수 있을 만큼 충분히 가요성이거나, 벨트로서 장착될 경우 적절히 연장 가능하거나 또는 연장 가능하지 않거나, 충분한 내마모성 및/또는 탄성을 가지거나, 사용되는 입자들 및/또는 유체들과 비활성이거나, 및/또는 임의의 관련 동작 조건(예를 들어, 복사선 조사, 압력, 열, 장력 등)에 저항성이 있을 수 있다.
특히, 이미징 표면의 외부 코팅을 형성하는 조성물, 이후 이형 층(release layer)은 레이저 방출 소자들의 파장에서 복사 에너지를 흡수할 수 있다. 예를 들어, 복사선이 약 800 내지 2,000 nm 내의 근적외선(near infrared: NIR) 범위의 임의의 부분에서 방출되는 경우, 이형 층은 NIR 스펙트럼을 적어도 이러한 부분에 걸쳐 흡수할 필요가 있다. 이러한 경우에, 이미징 표면의 최외각 층을 가열하면 그 위에 배치된 입자들이 연화되는 것을 도와서, 압인시에 인쇄 기재로 전사하기 위해 입자들을 적절히 점착성으로 되게 하는데 충분한 열을 제공할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 원하는 점착성은, 레이저에 노출시 직접 가열 및 연화하기 위해 이미징 장치의 레이저 소자들의 파장에 동조되는 중합체 및/또는 안료를 포함하는 입자들을 사용하고 적절한 이미징 표면을 선택함으로써 달성될 수 있다.
유리하게는, 원하는 점착성이 이미징 표면을 적절히 선택하는 것에 의해 촉진, 향상 또는 달성되어야 할 때, 표면의 외부 코팅을 형성하는 재료는, 종국적으로 레이저 흡광도(absorbance)의 상이한 하위 범위, 심지어 미세 범위를 각각 갖는 상이한 유형의 입자들과 상용가능한 비교적 넓은 범위의 레이저 파장에 걸쳐 흡수할 수 있도록 구성된다. 흡수 범위가 넓고 NIR 구역에서 강한 흡수제인 카본 블랙이 이미징 표면의 이형 층에 원하는 대응하는 성질을 제공하는데 사용될 수 있다. 실리콘계 이형 층에 카본 블랙을 혼입하는 것은 또한 이미징 표면의 열 전도성에 기여할 수 있고, 원하는 경우, 열 전도성을 변조시킬 수 있다.
본 도면에서 이미징 표면(12)은 별도로 제조된 슬리브로서 장착될 수 있거나 직접적으로 주조될 수 있는 드럼(10)의 외부 표면이다. 그러나, 이 표면은 대안적으로 적어도 코팅 스테이션을 통과하는 동안 가이드 롤러 위로 안내되고 적절한 장력 하에 유지되는 벨트 형태를 갖는 순환 전사 부재의 표면일 수도 있기 때문에 이것은 반드시 필수적인 것은 아니다. 추가적인 아키텍처는 이미징 표면(12)과 코팅 스테이션(14)이 서로 상대적인 운동을 하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 이미징 표면은 정적 코팅 스테이션 아래를 반복적으로 통과할 수 있는 이동가능한 평면을 형성하거나, 또는 정적인 평면을 형성할 수 있으며, 여기서 코팅 스테이션은 평면의 하나의 에지로부터 다른 에지로 반복적으로 이동하며 입자들로 이미징 표면을 완전히 덮을 수 있다. 가능하게는, 이미징 표면 및 코팅 스테이션은 모두 서로에 대해 및 공간 내의 정적인 지점에 대해 이동하며 코팅 스테이션에 의해 분배된 입자들을 이미징 표면 전체에 코팅하는데 드는 시간을 감소시킬 수 있다. 이러한 모든 형태의 이미징 표면은 임의의 이러한 이미징 표면에 입자들을 코팅할 수 있는 (또는 노출된 구역들에 입자들을 보충할 수 있는) 코팅 스테이션에 대해 (예를 들어, 회전가능하게, 주기적으로, 순환적으로, 반복적으로 이동 가능하게 등) 이동가능하다고 언급될 수 있다.
전사 부재는, 드럼 위의 슬리브로 형성되었든 간에 또는 가이드 롤러 위의 벨트로 형성되었든 간에, 이미징 표면에 더하여, 이형 층의 반대 측에 몸체를 포함할 수 있다. 전사 부재의 몸체는, 예를 들어, 기계적 저항성, 열 전도성, (예를 들어, 이미징 표면과 압인 실린더 사이의 "거시적인" 접촉을 개선시키기 위해) 압축성, (예를 들어, 이미징 표면과 압인 실린더 상의 인쇄 기재 사이의 "미시적인" 접촉을 개선하기 위해) 순응성, 및 인쇄 전사 부재의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있는 임의의 이러한 특성으로부터 선택된 하나 이상의 원하는 특성을 전체 전사 부재에 각각 제공하는 상이한 층들을 포함할 수 있다.
이미징 스테이션
도 1의 이미징 장치(16)는 레이저 빔들을 방출하는 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 칩(1602)과 같은 레이저 소스의 어레이를 운반하는 지지부(1601) 및 이 레이저 빔들을 이미지 표면(12) 상에 집속하는 대응하는 렌즈(1603) 어레이로 구성되어 있다. 도 3 내지 도 5는 칩들 및 이 칩들이 지지부 상에 장착되고 렌즈(1603)와 정렬되는 방식에 대한 더 상세한 설명을 제공한다.
도 1에서, 이미징 스테이션(16)은 압인 스테이션(18)에서 기재(20)로 전사될, 이미징 표면(12)에 도포된 입자 코팅의 구역들을 선택하는 방식을 제공한다. 이미징 스테이션(16)은 서로에 대해 정확하게 미리 결정된 위치에서 선택적으로 쌍(들)의 행으로 (예를 들어, 기재의 전체 폭을 따라 지점들을 표적으로 하기에 적절한 레이저 소스들을 제공하는 스태거된 방식으로) 배열된 VCSEL 칩(1602)들과 같은 레이저 소스들의 어레이를 지지하는 지지부(1601)를 포함한다. 칩(1602)들에 의해 방출된 레이저 빔들은 유리하게는 +1 또는 -1의 배율을 가질 수 있는 렌즈(1603)들에 의해 집속되며, GRIN(Gradient Index) 로드 렌즈(각 칩(1602) 및 그 위에 있는 모든 레이저 소자는 대응하는 집속 렌즈(1603)와 관련된다)들의 2개 이상의 대응하는 행으로서 구성될 수 있다. 하나 이상의 레이저 소자를 활성화하기 위해 칩에 공급된 신호는 방출된 레이저 빔들에 의해 이미징 표면(12) 상에서 고해상도 이미지를 추적하도록 드럼의 회전과 동기화된다. 레이저 빔에 의해 각 픽셀을 복사선 조사하는 효과는 이 픽셀에 있는 입자를 점착성 막으로 변환하여 이 입자가 나중에 압인 스테이션(18)으로 가압될 때 기재(20)로 전사될 수 있도록 하기 위한 것이다.
도 3은, 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명된 바와 같이, 서로에 대해 정확히 미리 결정된 위치에 2개의 행으로 배열된 복수의 VCSEL 칩(1602)이 장착된 지지부(1601)를 도시한다.
지지부(1601)는 칩(1602)들에 의해 생성될 수 있는 상당한 양의 열을 처리하기 위해 냉각 유체가 내부 공동을 통해 흐를 수 있는 커넥터(1634)가 끼워지는 강성이고 적어도 부분적으로 중공의 세장형 몸체이다. 지지부의 몸체는 적절한 세라믹과 같은 전기 절연성 재료로 만들어지고 또는 지지부의 몸체는 금속으로 만들어질 수 있고, 칩(1602)들이 장착된 적어도 표면은 전기 절연체로 코팅될 수 있다. 이것은, 박막 전도체(도시하지 않음)로 만들어진 회로 기판이 표면 상에 형성될 수 있게 한다. 칩(1602)들은 이 회로 기판 상의 접촉 패드에 솔더링되고, 지지부(1601)의 하부 에지로부터 돌출하는 커넥터(1632)는 제어 및 전력 신호를 칩(1602)들에 인가할 수 있게 한다. 각 칩(1602)의 레이저 방출 소자(1640)는 개별적으로 어드레싱될 수 있고, 서로 열적으로 간섭되지 않도록 충분히 넓게 이격된다.
도 4는, Y-방향으로 서로 인접하지만 상이한 행들에 위치된 VCSEL 칩(1602a 및 1602b)들의 2개의 레이저 방출 소자 어레이들의 상대적인 위치의 개략 확대도를 도시한다. 각 칩은 원형 도트로 표시된 전술된 바와 같은 MxN개의 레이저 방출 소자(1640)의 규칙적인 어레이를 갖는다. 도시된 예에서, M과 N은 동일하고, 9개의 행과 9개의 열이 있다. 각 칩 내에 동일한 수의 행과 열을 가짐으로써 광학 기기의 설계를 최적화할 수 있다. 행 내의 소자들 사이의 간격(Ar)과 열 내의 소자들 사이의 간격(ac)은 서로 다른 것으로 도시되어 있지만 이들 간격은 동일할 수도 있다. 어레이는 열과 행이 서로 수직이 되지 않도록 약간 기울어진 것으로 도시되어 있다. 대신에, 행들은 Y-방향과 평행하게 놓이는 반면, 열들은 X-방향에 대해 약간 각지게 놓인다. 이것은, 연속적으로 통전되는 경우, 이미징 표면 상의 소자(1640)들에 의해 추적되는 라인들(1644)과 같은 라인들이 충분히 가까이 있어서 고해상도 이미지가 인쇄될 수 있게 할 수 있다. 도 4는 각 행의 단부에 있는 소자가 각 인접한 행의 대응하는 소자에 의해 추적되는 라인으로부터 거리(Ar/M)만큼 떨어진 라인을 추적하는 것을 도시하고, 여기서 이들 라인 사이의 분리는 이미지 해상도(Ir)이다. 따라서, 수식 Ar = M x Ir에 기초하여 원하는 이미지 해상도에 따라 Ar 및 M이 선택된다.
열들이 행들과 수직인 정사각형 어레이로 소자들이 놓일 수 있다는 것이 주목된다. 이 경우에, 칩들은 그 지지부 상에 기울어지게 장착될 필요가 있고, 개별 소자들을 통전시키는 데 사용되는 제어 신호의 타이밍에 보상을 적용할 필요가 있을 것이다.
도 4로부터 명백한 바와 같이, 어레이(1602b)의 위치는 이상적으로는 어레이의 좌측 하부 소자(1640)에 의해 추적되는 라인이 어레이(1602a)의 우측 상부 소자에 의해 추적되는 라인으로부터 Ar/M의 거리만큼 이격되도록 이루어진다. 따라서 칩(1602a 및 1602b)들의 두 어레이의 모든 소자(1640)들이 통전될 때, 이들 소자는 어떠한 갭도 없이 인접한 라인들 사이에 거리(Ar/M)만큼 모두 균일하게 이격될 수 있는 2·M·N개의 라인을 추적할 것이다.
결함 소자들에 보상을 제공하기를 원하는 경우, 어레이는 레이저 방출 소자(1640)들의 추가적인 행들을 포함할 수 있으나, 대안적으로 2개의 인접한 평행한 라인을 추적하는 레이저 방출 소자들에 의해 생성되는 레이저 빔들의 세기를 증가시키는 것에 의해 결함 소자를 보상할 수 있다.
MxN개의 소자(1640)의 어레이에 더하여, 각 칩은 메인 어레이의 각 측면 상에 배열된 2개의 추가적인 열을 갖고, 각 추가적인 열은 각 추가적인 소자(1642)를 포함한다. 이들 추가적인 소자(1642)는 메인 어레이 소자(1640)와 구별하기 위해 도 4에서 별표로 도시된다. 각 어레이의 각 측면 상에 있는 추가적인 레이저 소자들은 렌즈에 의해 이미징 표면 상으로 이미징되는 추적되는 라인들 사이의 간격의 1/3 거리에 위치될 수 있다. 나아가, 인접한 어레이들 사이의 간격 에러들을 보정할 때 더 높은 감도가 달성되도록 명목상 Ar/M의 거리에 걸쳐 있는 2개의 어레이들 사이의 갭 내에 추가적인 소자들이 배치될 수 있다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 활성화될 때, 이들 소자(1642)는 2개의 칩(1602a 및 1602b)의 소자(1640)들에 의해 각각 추적되는, 균등하게 이격된 평행한 라인(1644a 및 1644b)들의 2개의 세트 사이에 2개의 추가적인 라인(1646)을 추적한다.
추가적인 라인(1646)들 중 하나의 추가적인 라인은, 예를 들어, 도 4의 칩(1602a)의 어레이에 의해 추적되는 마지막 인접한 라인(1644a)으로부터 거리(Ar/3M)만큼 이격되고, 다른 추가적인 라인은, 예를 들어, 칩(1602b)의 어레이에 의해 추적되는 제1 인접한 라인(1644b)으로부터 거리(Ar/3M)만큼 이격된다. 2개의 칩(1602a 및 1602b)들 사이에 오정렬이 있는 경우에, 이들 소자(1642)는, 메인 어레이들의 소자(1640)들에 더하여 또는 그 일부 대신에, 오버랩으로부터 초래되는 갭 또는 어두운 라인인 스트라이프를 인쇄된 이미지에 생성하는 경향이 있는, 어레이들 사이의 임의의 오정렬을 보상하도록 통전될 수 있다.
본 제안에서 2개의 추가적인 소자(1642)는 2개의 개별 라인(1646)을 추적하는 것으로 도 4에 도시되어 있지만, 이들 2개의 소자의 에너지들은, 각 추가적인 소자(1646)에 의해 방출되는 에너지를 적절히 설정하는 것에 의해 제어 가능한 위치를 갖는 단일 라인을 형성하도록 이미지 표면 상에서 결합될 수 있다.
도 4에서 칩(1602a 및 1602b)이 전술된 바와 같이 정확히 기능하기 위해서는, Y-방향으로 칩들의 상대적 위치가 중요하다. 방출된 레이저 빔들을 이미징 표면 상으로 집속시키는 기능을 하는 렌즈 시스템의 구성을 간소화하기 위해, 도 5에 도시된 구성을 채택하여 한 쌍의 칩 행들에 대응하는 2개의 렌즈 행들을 자기-정렬하는 것이 유리하다.
도 5는 각 렌즈(1603)와 정렬되어 각각 도시된 7개의 인접한 칩(1602)의 어레이를 도시한다. 어레이는 전술된 바와 같이 추가적인 레이저 소자(1442)들을 포함할 수 있지만, 이는 본 도면에는 도시되어 있지 않다. 각 렌즈(1603)는 GRIN(Gradient-Index) 로드로서 구성되고, 이것은 반경 방향으로 점진적으로 변하는 굴절률을 갖는 실린더로 형성된 알려진 유형의 렌즈이다. 도 5에 도시된 기하학적 형상의 경우, 임의의 3개의 양 방향으로 인접한 칩(1602)들의 대응하는 소자들은 등변 삼각형들의 정점(apex)들 상에 놓이고, 여기서 3개의 삼각형(1650)이 도면에 도시되어 있다. 모든 삼각형(1650)은 합동이라는 것이 주목된다. 그 결과, GRIN 로드들의 직경이 이제 등변 삼각형(1650)의 변의 길이 또는 동일한 행 내 인접한 VCSEL 칩(1602)들의 대응하는 레이저 방출 소자들 사이의 거리인 2·N·AR와 같도록 선택되면, 가장 컴팩트한 구성으로 적층될 때 렌즈(1603)들은 각 칩과 자동으로 정확히 정렬될 것이다.
렌즈(1603)는 개별적인 GRIN 로드인 것으로 도 1(측면도) 및 도 5(단면도)에 개략적으로 도시되어 있지만, 각 칩의 레이저 빔은 직렬로 연결된 렌즈에 의해 투과될 수 있다. 도 2의 경우에, 단일 GRIN 로드(1603)는 2개의 상호 경사진 GRIN 로드(1603a, 1603b)로 대체되고, 하나의 로드로부터 오는 광은 접힌 경로를 따르도록 고굴절률 유리의 프리즘(1603c)에 의해 다른 로드로 안내된다. 이러한 구성은 컬러 인쇄 시스템 내의 코팅 스테이션이 보다 콤팩트한 구성으로 서로 더 가까이 배열될 수 있게 하고, 이미징 표면(12) 상의 코팅을 복사선으로 조사하는 것이 압인 스테이션의 닙부(18)에 더 근접해서 일어날 수 있게 한다. 이러한 접힌 광 경로는 배율 및 광 투과율의 모든 요구조건을 만족시키면서 상이한 구성을 채택할 수 있다. 이러한 방식으로 광 경로를 분할하기 위해, 도 2에 도시된 광선에 의해 도시된 바와 같이 광이 로드(1603a)를 떠나 로드(1603b)에 진입할 때 광이 시준되도록 GRIN 로드들의 길이가 선택된다.
일부 실시예에서, 칩의 각 레이저 소자에 의해 방출되는 레이저 빔의 세기는 연속적으로 (아날로그 방식으로) 조절되거나 또는 이산 단계로 (디지털 방식으로) 조절될 수 있다. 일 실시예에서, 칩들은 디지털 제어 신호를 수신하도록 D/A 변환기를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 빔의 세기는 4개, 8개, 16개, 32개, 또는 최대 4096개의 이산 단계로 조절될 수 있다.
최하위 에너지 레벨은 개별 레이저 소자가 활성화되지 않는 0으로 한정되고, 최상위 에너지 레벨은 1로 한정될 수 있다. 이러한 이산 레벨들은 인쇄 분야에서 "그레이 레벨"과 유사한 것으로 고려될 수 있고, 각 레벨은 점차적으로 변하는 세기(예를 들어, 컬러 출력을 고려할 때 음영(shade))를 제공한다. 예를 들어, 16개의 활성화 레벨을 갖는 레이저 빔 방출 소자를 취하면, 레벨(0)은 압인이 수행되지 않는 것을 초래할 것이고(예를 들어, 기재 그대로 남아 있을 수 있고 또는 원래 백색인 경우 백색으로 남아 있을 수 있다), 레벨(1)은 최대 에너지로 조사된 입자에 의해 형성된 점착성 막의 전사를 초래할 것이다(예를 들어, 입자들이 흑색으로 착색인 경우 완전 흑색 도트를 형성할 것이다). 이전의 예시적인 실시예에서, 레벨(1/16, 2/16, 3/16 등)은 백색(0)과 흑색(1) 사이에 포함된 점점 더 강한 그레이 음영에 대응할 것이다. 통상적으로 에너지 레벨들은 균일하게 이격되어 있다.
대안적인 실시예에서, 칩의 개별적으로 제어 가능한 레이저 소자들은 연속적인 아날로그 방식으로 변조될 수 있는 가변 에너지를 갖는 레이저 빔을 방출할 수 있다.
이러한 이미징 스테이션을 포함하는 인쇄 시스템 및 방법은 레이저 소자들 및 이 레이저 소자들로부터 투사된 빔들을 이미징 표면 상으로 개별적으로 제어할 수 있는 제어 장치를 더 포함할 수 있다.
각 도트의 에너지 프로파일은 테이퍼진 측면들을 갖는 대칭이다. 정확한 프로파일은 분포가 가우시안(Gaussian), 정현파(sinusoidal) 또는 심지어 역 V자 형상일 수 있기 때문에 중요하지 않다. 임의의 이러한 프로파일에서, 피크 세기가 증가함에 따라, 베이스가 넓어지고, 입자 코팅이 점착성으로 되게 하는 임계값과 프로파일이 교차하는 영역의 직경이 또한 증가한다. 이 에너지 분포의 결과는 임의의 하나의 레이저 방출 소자의 중심선과 정렬되지 않은 이미징 표면의 지점들이 인접한 소자들로부터 에너지를 수신할 것이라는 것이다. 2개의 가까운 소자들이 소자들의 중심선 상에 있는 코팅 입자들이 점착성으로 되게 하는 데 필요한 레벨 미만으로 통전될 수 있으나, 2개의 중심선 사이의 오버랩 구역에서 누적된 에너지는 코팅 입자들을 점착성으로 되게 하는 데 필요한 레벨을 넘어 상승할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이저 소자들의 중심선들과 일치하는 래스터 라인들에 더하여 또는 이 래스터 라인들에 대안으로, 레이저 라인들의 중심선들 사이에 잠재적인 래스터 라인들을 생성하는 것이 가능하다. 인접한 소자들로부터 오는 에너지들을 결합하는 이러한 능력은 아래에서 설명된 바와 같이 상이한 효과를 달성하는데 사용된다. 이러한 효과는 복사선 조사 시간들 사이에 약간의 차이가 존재한다 하더라도 상이한 레이저 소자들로부터 수신된 에너지들을 결합하는 이미징 표면의 능력에 달려 있다.
일부 실시예에서, 동일한 어레이로부터 또는 2개의 인접한 어레이들 각각으로부터 선택되는 적어도 한 쌍의 레이저 소자는, 2개의 레이저 소자의 이미지들의 중심들 중 적어도 하나의 중심에 있는 이미징 표면의 온도를 미리 결정된 임계값을 넘어 상승시킴이 없이, 이미징 표면에서 2개의 레이저 소자의 이미지들의 중심들 중간 지점에서 이미징 표면의 온도를 미리 결정된 임계값을 넘어 상승시키도록 그 에너지들이 이미징 표면 상에서 결합되는 방식으로 제어된다.
일단 이미징 표면의 구역이 입자들이 점착성으로 되게 하는 온도에 도달하면, 임의의 추가적인 온도 증가는 기재로 전사하는데 어떠한 영향도 미치지 않을 것이다. 그러나, 또한 레이저의 세기가 증가함에 따라 점착성으로 되는 도트의 크기도 또한 증가된다는 것이 주목된다.
이미징 스테이션(16)은 압인 스테이션의 상류에 위치된 것으로 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 이러한 구성을 갖는 실시예에서, 이미징 표면(12) 상의 막이 이미징 스테이션과 압인 스테이션 사이의 전이 동안 그 점착성을 상실하지 않는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이것은 이미징 스테이션을 압인 스테이션에 가능한 가까이 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 접힌 광 경로를 갖는 도 2의 이미징 시스템은 이러한 측면에서 도움이 된다.
대안적으로, 이미징 스테이션과 압인 스테이션을 결합하고 이미징 표면을 기재로 가압함과 동시에 이미징 표면(12)을 선택적으로 가열할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 투명한 재료로 드럼(10)을 형성하고, 이미징 시스템(16)을 드럼 내에 또는 드럼 외부에 그리고 드럼에 걸쳐 압인 스테이션을 "향하는" 위치에 위치시킴으로써 달성될 수 있다. "투명한"이란 드럼 및/또는 이미징 표면의 재료가 선택된 입자들에 복사선을 조사하는 것에 크게 영향을 미치지 않고 및/또는 이 입자들을 점착성으로 되게 하기에 충분한 파워를 전달하지 않는다는 것을 의미한다.
도면에 도시된 디지털 인쇄 시스템은 하나의 컬러로만 인쇄할 수 있지만, 서로 동기화되고 각각 상이한 컬러를 인쇄하는 다수의 타워를 통해 동일한 기재를 연속적으로 통과시킴으로써 다중 컬러 인쇄를 달성할 수 있다. 이러한 경우, 상이한 코팅 스테이션들 사이에 기재 처리 스테이션들을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 처리 스테이션은 예를 들어 이전의 코팅 스테이션의 출구에서 기재의 온도를 감소시킬 수 있는 냉각기일 수 있다. 일부 전사된 막은 상이한 입자들의 후속 전사를 손상시킬 수 있는 정도까지 일부 잔류 점착성을 보유할 수 있기 때문에, 전사된 막을 냉각하는 것에 의해 이러한 잔류 점착성을 제거하는 것이 유리할 수 있다. 열가소성 중합체에 따라, 임의의 잔류 점착성을 제거하거나 또는 공정에 영향을 미치지 않는 레벨로 감소시키는 것은 대안적으로 처리 스테이션이 경화 스테이션인 것에 의해 달성될 수 있다.
나아가, 단색이라 하더라도 인쇄 시스템은 양면 인쇄를 허용하는 완성 시스템(perfecting system)을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 예를 들어, 완성은, 예를 들어, 기재를 기재의 아직 인쇄되지 않은 면으로 되돌리고 기재의 인쇄되지 않은 면을 제1 면을 인쇄하는 기능을 한 것과 동일한 처리 스테이션 및 압인 스테이션으로 재공급할 수 있는 기재 전달 시스템의 레벨에서 해결될 수 있다. 다른 경우에, 완성은 2개의 개별적인 압인 스테이션(및 각 상류 스테이션 또는 하류 스테이션)을 포함하는 것에 의해 처리될 수 있으며, 각 압인 스테이션은 동일한 기재의 상이한 면에 인쇄할 수 있게 한다.
기재
도면에 도시된 인쇄 시스템은 임의의 특정 유형의 기재로 제한되지 않는다. 기재는 종이 또는 카드의 개별 시트일 수 있거나 또는 연속 웹 형태일 수 있다. 잉크의 얇은 중합체 막이 기재에 도포되는 방식으로 인해, 막은 기재의 표면 상에 존재하는 경향이 있다. 이것은 평범한 품질의 종이에 고품질의 인쇄가 달성할 수 있게 한다. 나아가, 기재의 재료는 섬유질일 필요는 없고, 대신에 플라스틱 막 또는 강성의 기판과 같은 임의의 유형의 표면일 수 있다.
압인 스테이션
도시된 압인 스테이션은 드럼(10) 및 그 외부 이미징 표면(12)으로 가압되는 평활한 압인 실린더(22)만을 포함한다. 압인 실린더(22)는 기재 전달 시스템의 일부를 형성할 수 있으며, 이 경우 기재 전달 시스템은 개별 기재 시트의 선두 에지와 맞물리기 위한 그리퍼(gripper)를 구비할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 디지털 인쇄 시스템 이외에, 압인 실린더는 기재(20)로 전사될 입자 코팅의 구역을 선택하기 위해 엠보싱된 표면을 가질 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서, "포함하는", "구비하는" 및 "갖는"이라는 동사 각각 및 그 활용어는 동사의 목적어 또는 목적어들이 동사의 주어 또는 주어들의 멤버, 구성 요소, 요소, 단계 또는 부분을 전부 나열한 것이 아니라는 것을 나타내는데 사용된다. 이들 용어는 "~로 구성된" 및 "본질적으로 ~로 구성된"이라는 용어를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 단수 형태의 요소 및 "상기" 요소는 복수의 요소를 포함하고, 문맥 상 명확히 달리 지시하지 않는 한 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미한다.
"더 높은", "더 낮은", "오른쪽", "왼쪽", "하부", "아래", "낮아진", "낮은", "상부", "위에", "상승된", "높은", "수직", "수평", "후방", 전방", "상류" 및 "하류"와 같은 위치 또는 움직임 용어 및 그 문법적 변형어는 예시적인 목적만을 위해 본 명세서에서 특정 구성 요소의 상대적인 위치, 배치 또는 변위를 예시하기 위해, 본 예시에서 제1 및 제2 구성 요소를 나타내기 위해, 또는 이 둘 모두를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어는, 예를 들어, "하부" 구성 요소가 반드시 그러한 방향으로 "상부" 구성 요소 아래에 있다는 것을 나타내는 것은 아니고, 이 구성 요소들 또는 이 둘 모두는, 뒤집히거나, 회전되거나, 공간 이동되거나, 대각선 배향이나 위치에 배치되거나, 수평으로 또는 수직으로 배치되거나, 유사하게 변경될 수 있다는 것을 나타낸다.
달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 선택을 위한 옵션 목록의 마지막 두 멤버 사이에 "및/또는"이라는 표현을 사용하는 것은 나열된 옵션들 중 하나 이상을 선택하는 것이 적절하고 수행될 수 있음을 나타낸다.
본 명세서에서, 달리 언급하지 않는 한, 본 기술의 실시예의 특징 또는 특징들의 조건 또는 관계 특성을 변경하는 "실질적으로" 및 "약"과 같은 형용사는 조건 또는 특성이 의도된 응용을 위한 실시예의 동작에 허용 가능한 허용 오차 내에서 정의된다.
본 발명은 특정 실시예 및 일반적으로 관련된 방법과 관련하여 설명되었지만, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 본 실시예 및 방법의 변경 및 치환이 자명할 것이다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 특정 실시예로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (31)

  1. 기재의 표면의 선택된 구역들 상에 막을 인쇄하는 방법으로서,
    a) 이미징 표면을 갖는 연속적으로 이동하는 전사 부재를 제공하는 단계;
    b) 열가소성 중합체로 형성되거나 코팅된 개별 입자들로 상기 전사 부재의 상기 이미징 표면을 코팅하는 단계;
    c) 상기 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 실질적으로 모든 입자를 제거하여 상기 이미징 표면 상에 균일한 단일 층 입자 코팅이 남게 하는 단계;
    d) 상기 입자들이 상기 선택된 구역들 내에서 점착성으로 되게 하는 데 충분한 파워의 복사선에 상기 코팅된 이미징 표면의 선택된 구역들을 노출시키는 단계;
    e) 복사선 조사 동안 또는 복사선 조사 후에 상기 코팅된 이미징 표면 및 상기 기재 표면을 서로 가압하여, 점착성으로 된 상기 입자 코팅의 구역들만을 상기 기재의 표면으로 전사시켜, 상기 점착성 구역들이 막을 형성하게 하는 단계; 및
    f) 단계 b) 및 c)를 반복하여, 상기 이전에 도포된 단일 층 코팅이 단계 e)에서 상기 기재 표면으로 전사된 상기 선택된 구역들에 입자들의 새로운 단일 층 코팅을 도포하여, 입자들의 단일 층으로 다시 균일하게 코팅된 상기 이미징 표면이 남게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 b)는 상기 입자들을 포함하는 가스 제트를 상기 이미징 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단계 b)는 소수성 재료로 상기 이미징 표면 및 상기 입자들을 형성하는 단계; 및 상기 입자들을 포함하는 액체 제트를 상기 이미징 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 제트의 액체는 상기 이미징 표면을 습윤시키지 않도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)의 상기 이미징 표면의 코팅은 중간 도포기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 표면을 상기 입자들로 코팅하기 전에, 코팅하는 동안, 또는 코팅한 후에, 상기 이미징 표면을 냉각 및/또는 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 열가소성 재료로 제조된 막을 기재의 표면의 선택된 구역들 상으로 인쇄하기 위한 인쇄 장치로서,
    a) 이미징 표면을 갖는 연속적으로 이동 가능한 순환 전사 부재;
    b) 열가소성 중합체로 제조되거나 코팅된 입자들을 상기 이미징 표면에 도포하고, 상기 이미징 표면과 직접 접촉하지 않는 입자들을 상기 이미징 표면으로부터 제거하거나 떨어지게 하여, 균일한 단일 층 입자 코팅이 상기 이미징 표면 상에 형성되게 하는 코팅 스테이션;
    c) 상기 코팅된 이미징 표면의 선택된 구역들을 상기 입자들을 상기 선택된 구역들 내에서 점착성으로 되게 하기에 충분한 파워의 복사선에 노출시키는 이미징 스테이션; 및
    d) 복사선 조사 동안 또는 복사선 조사 후에 상기 코팅된 이미징 표면 및 상기 기재의 표면을 서로 가압하여 상기 단일 층 입자 코팅이 복사선에 노출되는 것에 의해 상기 이미징 표면의 상기 선택된 구역들 상에 형성된 점착성 막을 상기 기재의 표면으로 전사시키는 압인 스테이션을 포함하고,
    동작 동안, 상기 이미징 표면이 이미징 스테이션과 압인 스테이션을 통과한 후에 상기 코팅 스테이션으로 복귀할 때, 입자들이 고갈된 상기 이미징 표면의 구역들에 새로운 입자를 도포함으로써 상기 이미징 표면 상의 상기 입자 코팅이 균일한 단일 층으로 다시 되게 하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 코팅 스테이션은 상기 입자들을 상기 이미징 표면에 도포할 수 있는 중간 도포기를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 중합체 입자는 10 ㎛ 미만 또는 5 ㎛ 미만 또는 1 ㎛ 미만, 또는 100 nm 내지 4 ㎛, 또는 300 nm 내지 1 ㎛, 또는 500 nm 내지 1.5 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 표면은 소수성인 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자들은 소수성인 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 스테이션은,
    Figure pct00008
    상기 입자들이 현탁된 유체 스트림을 직접 또는 간접 상기 이미징 표면에 도포하기 위한 적어도 하나의 스프레이 헤드;
    Figure pct00009
    상기 스프레이 헤드(들)를 둘러싸고 상기 유체 스트림을 구속하기 위해 내부 플레넘(plenum)을 형성하는 하우징으로서, 상기 하우징은 상기 이미징 표면에 인접하여 림을 갖고, 상기 림은 상기 하우징의 상기 림과 상기 코팅될 표면 사이에 형성된 밀봉 갭으로부터 입자들이 유출되는 것을 방지하도록 구성된, 상기 하우징; 및
    Figure pct00010
    상기 스프레이된 유체 및 상기 스프레이된 유체 내에 현탁된 입자들을 상기 플리넘으로부터 추출하기 위해 상기 하우징에 연결된 흡입 소스를 포함하고,
    상기 흡입 소스는 상기 표면과 직접 접촉하지 않는 실질적으로 모든 입자를 추출하여 상기 표면이 상기 장치를 빠져 나올 때에는 단일 입자 층만이 상기 표면에 부착되어 남아 있도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  12. 제6항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 스테이션은, 상기 이미징 표면이 상기 장치에 대하여 기준 X-방향으로 이동함에 따라 상기 이미징 표면 상에 개별적으로 제어 가능한 레이저 빔들을 투사하는 이미징 장치를 포함하고, 상기 장치는, 연속적으로 활성화될 때, 상기 방출된 레이저들이 상기 이미징 표면에 걸쳐 상기 X-축 방향으로 연장되고 상기 Y-방향으로 실질적으로 균일하게 이격된 평행한 라인들의 세트를 추적하는 방식으로 지지부 상에 장착된 복수의 레이저 빔 방출 소자들을 갖는 복수의 반도체 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 각 반도체 칩들의 개별적으로 제어 가능한 레이저 빔 방출 소자들은 M개의 행 및 N개의 열의 2차원 메인 어레이로 배열되고, 각 행 내의 상기 소자들은 균일한 간격(Ar)을 갖고, 각 열 내의 상기 소자들은 균일한 간격(ac)을 갖고, 상기 칩들은 상기 X-방향에 대해 횡방향인 기준 Y-방향으로 서로 인접한 각 쌍의 칩들이 상기 X-방향으로 서로 오프셋되고, 연속적으로 활성화될 때, 상기 쌍의 2개의 칩의 방출된 레이저 빔들은 상기 이미지 표면 상에서 2·M·N개의 평행한 라인을 추적하고, 각 칩의 상기 레이저 빔들은 다른 칩의 라인들의 세트와 오버랩하지 않는 MxN개의 라인들의 세트를 추적하고, 상기 메인 어레이의 상기 M개의 행 및 N개의 열의 소자들에 더하여, 각 칩은 상기 메인 어레이의 각 측면에 적어도 하나의 추가적인 열을 포함하고, 각 추가적인 열은 M·N개의 라인들의 2개의 세트 사이에 놓인 적어도 하나의 추가적인 라인을 추적하는 것에 의해 상기 인접한 칩들을 상기 지지부 상에 상대적으로 위치시킬 때 상기 Y-방향으로 임의의 오정렬을 보상할 수 있는 적어도 하나의 선택적으로 동작 가능한 레이저 방출 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 2개의 열 각각은 2개 이상의 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 추가적인 열들의 상기 소자들에 의해 추적되는 상기 라인들은 서로 균일하게 이격되고, 상기 추가적인 열(들)의 상기 소자에 의해 추적되는 상기 라인들 사이의 간격은 메인 어레이의 상기 소자들에 의해 추적되는 상기 라인들의 간격과 각 추가적인 열 내의 소자들의 수의 몫과 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 각 칩의 각 행 내의 상기 소자들은 상기 X-방향과 평행한 라인 상에 놓이고, 각 칩의 각 열 내의 상기 소자들은 상기 Y-방향에 대해 각지게 경사진 직선 라인 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칩들은 상기 지지부 상의 한 쌍의 행으로 배열되고, 상기 2개의 행 각각 내의 모든 상기 칩의 대응하는 레이저 방출 소자들은 상기 Y-방향으로 서로 일렬로 놓이는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 한 쌍의 2개의 행 내의 상기 칩들을 정렬하는 것은 상기 X-방향 및 Y-방향으로 3개의 인접한 칩들의 임의의 그룹 내의 대응하는 소자들이 합동 등변 삼각형들의 정점들에 놓이도록 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  19. 제18항에 있어서, 관련된 칩의 모든 소자에 의해 방출되는 상기 레이저 빔들을 상기 이미징 표면 상에 집속하기 위해 각 칩에는 각 렌즈가 제공되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  20. 제19항에 있어서, 각 렌즈는 단일 GRIN 로드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  21. 제19항에 있어서, 각 렌즈는 직렬로 연결된 2개 이상의 상호 경사진 GRIN 로드들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  22. 제21항에 있어서, 각 GRIN 로드로부터 오는 광은 프리즘에 의해 상기 직렬 내 그 다음 GRIN 로드로 지향되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 프리즘은 상기 GRIN 로드들보다 더 높은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 각 렌즈 또는 직렬로 연결된 렌즈는 +1 또는 -1의 배율을 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  25. 제20항 또는 제21항을 인용할 때 제24항에 있어서, 상기 GRIN 로드들은 각 행 내의 인접한 칩들의 대응하는 소자들 사이의 거리인 2·N·Ar과 같은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  26. 제13항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 칩은 상기 메인 어레이 내에 레이저 빔 방출 소자들의 동일한 개수의 행 및 열을 갖는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  27. 제12항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부는 유체로 냉각되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  28. 제12항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지부는 강성의 금속성 또는 세라믹 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 지지부의 표면은 전기 절연체로 형성되거나 코팅되고, 상기 전기 절연체의 표면 상에는 전기 신호 및 전력을 상기 칩들에 공급하기 위해 박막 전도체가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  30. 제12항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칩들은 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL) 칩 어레이인 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
  31. 제12항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이미징 표면을 상기 입자들로 코팅하기 전에, 코팅하는 동안 또는 코팅한 후에 상기 이미징 표면의 온도를 변경하기 위해 냉각기 및/또는 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.
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