專利名稱：用于在襯底上形成圖像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及使用光束來(lái)選擇性地固化涂有在粘合劑內(nèi)磁性排列的顏料薄片的襯底的區(qū)域。
背景技術(shù)：
光學(xué)可變裝置可用于裝飾和實(shí)用的各種應(yīng)用中?？梢杂酶鞣N方式來(lái)制造這些裝置以實(shí)現(xiàn)各種效應(yīng)。光學(xué)可變裝置的例子包括印在信用卡和真實(shí)軟件文件上的全息圖、印在鈔票上的色移圖像、以及增強(qiáng)物品例如摩托車頭盔和輪蓋的表面外觀。光學(xué)可變裝置可被制造為按壓、壓印、粘合或以其它方式附到物體上的膜或箔，并且也可使用光學(xué)可變顏料來(lái)制造。一種類型的光學(xué)可變顏料通常稱為色移顏料，因?yàn)楫?dāng)視角和/或照明傾斜時(shí)，適當(dāng)?shù)赜眠@樣的顏料印刷的圖像的表觀顏色發(fā)生變化。常見(jiàn)的例子是在美國(guó)20美元鈔票的右下角中用色移顏料印刷的“20”，其用作防偽裝置。一些防偽裝置是隱蔽的，而其它防偽裝置期望被注意到。不幸的是，期望被注意到的一些光學(xué)可變裝置不是廣泛已知的，因?yàn)檠b置的光學(xué)可變方面不是足夠顯著的。例如，使用色移顏料印刷的圖像的色移可能在均勻的熒光吊燈下不被注意到，但在直射陽(yáng)光中或在單點(diǎn)照明下更明顯。這可能使偽造者傳遞沒(méi)有光學(xué)可變特征的假鈔票更容易，因?yàn)榻邮苷呖赡懿恢拦鈱W(xué)可變特征，或因?yàn)榧兮n票可能在某些條件下看起來(lái)實(shí)質(zhì)上類似于真鈔票。在將一般在載體例如油墨連結(jié)料或漆料連接料中的顏料涂到表面之后，還可使用磁性顏料來(lái)制造光學(xué)可變裝置，使用磁場(chǎng)來(lái)排列磁性顏料。然而，使用磁性顏料進(jìn)行涂敷主要用于裝飾目的。例如，磁性顏料的使用被描述為產(chǎn)生具有裝飾特征的涂敷蓋輪，該裝飾特征表現(xiàn)為三維形狀。當(dāng)涂料介質(zhì)仍然在液體狀態(tài)中時(shí)，通過(guò)將磁場(chǎng)施加到涂有涂料的產(chǎn)品來(lái)在該產(chǎn)品上形成圖案。涂料介質(zhì)分散沿著磁力線排列的磁性非球形粒子。磁場(chǎng)具有兩個(gè)區(qū)域。第一區(qū)域包含被定向成平行于表面并以期望圖案的形狀排布的磁力線。第二區(qū)域包含不平行于涂有涂料的產(chǎn)品的表面并排布在圖案周圍的磁力線。為了形成圖案，具有與期望圖案的形狀相應(yīng)的形狀的永久磁鐵或電磁鐵位于涂有涂料的產(chǎn)品之下，以當(dāng)涂料仍然濕時(shí)在磁場(chǎng)中定向分散在涂料中的非球形磁性粒子。當(dāng)涂料干燥時(shí)，圖案在涂有涂料的產(chǎn)品的表面上是可見(jiàn)的，因?yàn)槿肷湓谕苛蠈由系墓饩€被定向的磁性粒子不同地影響。類似地，描述了用于在含氟聚合物基質(zhì)中產(chǎn)生片狀磁性粒子的圖案的過(guò)程。在使用液體形態(tài)的混合物涂覆產(chǎn)品之后，具有期望形狀的磁鐵被放置在襯底的下側(cè)上。分散在液體有機(jī)介質(zhì)中的磁性薄片自定向成平行于從原始平面方向傾斜的磁力線。該傾斜從垂直于襯底的表面變化到原始方向，襯底包括本質(zhì)上平行于產(chǎn)品的表面的薄片。平面定向的薄片將入射光反射回到觀察者，而被重定向的薄片不，提供涂層中的三維圖案的外觀。雖然對(duì)磁性薄片排列更普遍，也可通過(guò)將介電薄片放置在電場(chǎng)中，以與磁性薄片類似的方式排列介電薄片。雖然這些方法描述了用于在涂料層中形成三維狀圖像的方法和裝置，它們不適合于高速印刷過(guò)程，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是批處理過(guò)程。提供用于重定向磁性顏料薄片的高速連線印刷和涂漆的方法和裝置是合乎需要的。在金融文件和其它產(chǎn)品上產(chǎn)生更明顯的光學(xué)可變防偽特征是進(jìn)一步合乎需要的。通過(guò)引用并入本文的以Raksha等人名義的美國(guó)專利7，047，883公開(kāi)了用于定向磁性薄片的方法和裝置。在該專利中，公開(kāi)了一種高速系統(tǒng)，其中在移動(dòng)網(wǎng)上的UV固化粘合劑中的薄片被排列并隨后使用紫外(UV)光源固化。在特定的實(shí)施例中，該專利描述了在薄片越過(guò)磁鐵的后邊緣之前通過(guò)為UV固化載體提供沿著磁鐵的走向的UV源部分或例如為蒸發(fā)載體提供干燥源來(lái)固定薄片。在通過(guò)引用并入本文的美國(guó)專利7，047，883中公開(kāi)的干燥器是例如加熱器，或在油墨或涂料是UV固化的情況下，UV燈用于固化油墨或涂料。在 Argoitia等人的另一美國(guó)專利中，公開(kāi)了 UV固化的油墨或涂料，且UV燈用于固化油墨或涂料內(nèi)的磁性排列的薄片。通過(guò)引用并入本文的美國(guó)專利7，604，855也教導(dǎo)，優(yōu)選在離開(kāi)移動(dòng)襯底上的磁鐵的后邊緣之前固化排列薄片。在此之前，大UV燈用于固化在UV固化粘合劑中的磁性排列薄片。雖然這些加熱器和UV燈提供預(yù)期的目的，但它們很笨重，且不提供將薄片可選擇性地固化在相鄰區(qū)域內(nèi)的粘合劑中的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法，由此，當(dāng)網(wǎng)或襯底以相對(duì)高的速度移動(dòng)以提供光學(xué)可變裝置時(shí)，獲得使選定區(qū)域中的磁性薄片重定向并保持其取向的高速連線印刷和/或涂料。由磁場(chǎng)定向的薄片或者可在形成標(biāo)記例如標(biāo)識(shí)等的區(qū)域中，或者可在圍繞標(biāo)記以加亮襯底上的標(biāo)記的區(qū)域中。本發(fā)明的目的是在優(yōu)選實(shí)施例中提供排列薄片的兩個(gè)明顯可見(jiàn)的區(qū)域，其中在這兩個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域中的排列彼此不同。本發(fā)明的目的是首先使用移動(dòng)的激光光束固化第一組薄片，然后使用其他裝置， 用于固化與襯底上的第一組薄片相鄰的其余部分的薄片。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在襯底上形成圖像的方法，其包括下列步驟將粘合劑內(nèi)的薄片的涂層施加到襯底的第一區(qū)域，其中在涂層內(nèi)的至少一些薄片在所施加的場(chǎng)中可排列，所述場(chǎng)為磁場(chǎng)或電場(chǎng)；以至少25ft/min的速度移動(dòng)襯底并施加磁場(chǎng)或電場(chǎng)，以便定向在涂層內(nèi)的至少
一些薄片；當(dāng)襯底的第一區(qū)域以第一下游方向上移動(dòng)時(shí)，在排列薄片的第一區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域中使用一個(gè)或多個(gè)激光光束照射，以便固化粘合劑并保持在一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域內(nèi)的薄片的排列，其中一個(gè)或多個(gè)激光光束照射襯底上的沿著穿過(guò)下游方向的方向的多個(gè)位置，其中當(dāng)襯底移動(dòng)時(shí)，穿過(guò)襯底的薄片的線被接連地固化，且其中線的長(zhǎng)度以預(yù)定的方式改變，以便形成圖像。在特定的實(shí)施例中，該方法還規(guī)定一個(gè)或多個(gè)激光光束之一以實(shí)質(zhì)上橫穿下游方向的方向而掃過(guò)襯底，沿著它掃過(guò)的路徑固化涂層，其中所述場(chǎng)是磁場(chǎng)，且其中掃過(guò)襯底的激光光束照射在磁場(chǎng)內(nèi)的涂層，和/或其中一個(gè)或多個(gè)激光光束包括作為聚焦斑點(diǎn)或散焦斑點(diǎn)或線而照射涂層的激光光束，其中所述線橫穿下游方向，且其中照射一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域的步驟導(dǎo)致在預(yù)定圖案中固化涂層，以便在襯底上提供永久可見(jiàn)的圖像，例如標(biāo)識(shí)或文本或符號(hào)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在第一區(qū)域中和在激光光束所照射的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域外的粘合劑內(nèi)的薄片的涂層被第二磁場(chǎng)排列，且在一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域中的薄片的涂層被激光光束固化之后，所述粘合劑內(nèi)的所述薄片的所述涂層隨后被固化。該實(shí)施例還允許一個(gè)或多個(gè)激光器被編程為通過(guò)按需要控制特定的激光器的輸出而在這個(gè)高速過(guò)程中印刷的后續(xù)標(biāo)簽上印刷不同的圖像或標(biāo)記。因此，被固化的薄片的圖案，即，被固化的薄片的特定區(qū)域可通過(guò)接通激光器從一個(gè)標(biāo)簽到另一標(biāo)簽變化，以實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)于標(biāo)記的期望區(qū)域中的固化。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了用于涂敷襯底的系統(tǒng)，其包括操作站，其用于以至少25ft/min的速度沿著下游方向的路徑移動(dòng)襯底；涂布機(jī)，其用于涂敷具有多個(gè)涂層區(qū)域的襯底，每個(gè)涂層區(qū)域用于形成單獨(dú)的圖像，每個(gè)涂層區(qū)域包括在粘合劑內(nèi)的磁性可排列薄片；第一磁場(chǎng)發(fā)生器，其位于路徑的一部分周圍，用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)，所述第一磁場(chǎng)用于在襯底沿著路徑移動(dòng)時(shí)對(duì)每個(gè)涂層區(qū)域內(nèi)的磁性可排列薄片進(jìn)行排列；以及一個(gè)或多個(gè)激光器，其用于提供一個(gè)或多個(gè)激光光束；以及控制器，其用于控制一個(gè)或多個(gè)激光器沿著穿過(guò)所述下游方向的方向照射襯底上的多個(gè)位置，以便當(dāng)襯底移動(dòng)時(shí)接連地固化穿過(guò)襯底上的涂層的線，且其中線的長(zhǎng)度以預(yù)定的方式改變，以便形成圖像。一個(gè)或多個(gè)激光器可包括具有光束的激光器，所述光束被移動(dòng)到穿過(guò)移動(dòng)襯底的所述路徑的多個(gè)位置以固化粘合劑。在特定的實(shí)施例中，激光器是掃描激光器，其被編程為當(dāng)涂層區(qū)域在第一磁場(chǎng)中時(shí)照射涂層區(qū)域，以便在薄片退出第一磁場(chǎng)之前至少部分地固化在該涂層區(qū)域中的薄片。在優(yōu)選實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括第二磁場(chǎng)發(fā)生器，其被布置在第一磁場(chǎng)發(fā)生器的下游并沿著路徑布置，該路徑用于對(duì)在每個(gè)涂層區(qū)域的被掃描激光器固化的部分之外的薄片磁性排列；以及包括固化站，其用于固化粘合劑，以便保持被第二磁場(chǎng)發(fā)生器排列的磁性可排列薄片的排列。提供了電動(dòng)機(jī)，其在一個(gè)或多個(gè)激光器照射涂層時(shí)以每分鐘25到400英尺的速度移動(dòng)襯底。在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)激光器包括定位成照射襯底并沿著穿過(guò)路徑的線固化涂層的陣列激光器，激光器的陣列由控制器控制，使得一個(gè)或多個(gè)激光器動(dòng)態(tài)地被接通而其它激光器被斷開(kāi)，其中接通和斷開(kāi)由適當(dāng)編程的處理器控制，從而在襯底沿著路徑移動(dòng)時(shí)，通過(guò)固化涂層的部分來(lái)形成圖像，所述涂層的部分由被接通的激光器照射。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)激光器包括具有在325nm到425nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的激光器，且其中所述激光器具有在IOOmW到2000mW的范圍內(nèi)的功率。在優(yōu)選實(shí)施例中，激光器是被編程為當(dāng)涂層區(qū)域在第一磁場(chǎng)中時(shí)照射所述涂層區(qū)域的掃描激光器，以便在薄片退出第一磁場(chǎng)之前至少部分地固化該涂層區(qū)域中的薄片。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)激光器是以可被單獨(dú)地接通和斷開(kāi)的陣列激光器的形式，定位成照射襯底并沿著穿過(guò)路徑的線固化涂層。激光器接通和斷開(kāi)模式由執(zhí)行適當(dāng)編程的軟件的處理器動(dòng)態(tài)地改變，其中當(dāng)襯底移動(dòng)時(shí)接通和斷開(kāi)，通過(guò)在襯底沿著路徑移動(dòng)時(shí)固化涂層的部分來(lái)形成圖像，所述涂層的部分由被接通的激光器照射的。


現(xiàn)在將結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，其中圖1是用于排列和固化涂覆在網(wǎng)上的薄片的具有兩個(gè)排列站和兩個(gè)固化站的高速系統(tǒng)的等距圖。圖2示出用于固化移動(dòng)網(wǎng)上的薄片的掃描激光器的路徑。圖3示出通過(guò)使用掃描激光器所形成的圖像，所述掃描激光器被編程為掃描穿過(guò) (scan across)移動(dòng)的襯底以創(chuàng)建蘋果標(biāo)識(shí)。圖4示出可選的實(shí)施例，其中具有磁鐵的輥?zhàn)訉?duì)薄片進(jìn)行排列，同時(shí)激光器寫入/ 固化形成蘋果標(biāo)識(shí)的薄片。圖5是示出在襯底的任一側(cè)上的兩個(gè)磁鐵的圖示，激光器以某一角度方向照射襯底以便固化其上的涂層。圖6是示出本發(fā)明的可選實(shí)施例的圖示，其中光學(xué)器件用于將點(diǎn)光束轉(zhuǎn)換成橫穿襯底的線，用于固化在移動(dòng)網(wǎng)上的涂層。圖7和8示出使用激光光束來(lái)發(fā)射在襯底的有限區(qū)域中的光束。圖9是系統(tǒng)的圖示，其中激光器的nXm陣列提供用于照射移動(dòng)襯底上的區(qū)域的光束的線性陣列，其中激光器可以被選擇性地可控地接通。圖10示例了一個(gè)印刷標(biāo)簽，其中使用激光器來(lái)固定在預(yù)定的圖案中的磁性排列的薄片。詳細(xì)描述本發(fā)明提供高速系統(tǒng)和方法，其用于在多個(gè)區(qū)域中將油墨或涂料中的場(chǎng)可排列薄片涂敷到襯底，并用于當(dāng)薄片在所施加的場(chǎng)(例如磁場(chǎng))內(nèi)被排列時(shí)對(duì)區(qū)域內(nèi)的薄片進(jìn)行原位排列，通過(guò)使用紫外(UV)激光光束將圖像寫入濕磁性油墨中而將那些薄片固定在其磁性排列位置中。沒(méi)有暴露于UV光束的油墨未被固化，且該油墨內(nèi)的薄片沒(méi)有被固定在其排列位置中，且當(dāng)UV固化粘合劑凝固時(shí)，只有使用UV光束被寫入或固化在其純凈或染色的油墨或涂料載體中的薄片被固化并被固定在其排列位置上。存在有幾個(gè)方面，使這個(gè)系統(tǒng)在涂覆圖像的領(lǐng)域中取得明顯的進(jìn)步。它在涂覆的襯底以高速穿過(guò)磁場(chǎng)移動(dòng)時(shí)提供粘合劑中的薄片的特定區(qū)域的選擇性固化。它提供在薄片退出磁場(chǎng)之前使薄片固定在其排列位置中的益處；作為例子，細(xì)激光光束可指向至少一對(duì)磁鐵之間的濕涂覆區(qū)域，以便通過(guò)固化排列薄片所處于的粘合劑而將所述排列薄片固定在其位置中。這是重要的，因?yàn)橥顺鍪┘訄?chǎng)的在未固化的粘合劑中的排列薄片常常變得非取向并失去其預(yù)期的排列。此外，本發(fā)明提供了橫穿襯底寫UV光束的掃描激光器。因?yàn)榧す夤馐谘刂咏怪庇谝r底行進(jìn)的方向的路徑的不同方向上移動(dòng)，這允許產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上任何設(shè)計(jì)，且在該設(shè)計(jì)中的在粘合劑或載體內(nèi)固化的排列薄片被固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。此外進(jìn)一步地，該系統(tǒng)允許在UV激光器所寫入的區(qū)域之外沒(méi)有被固化的薄片被下游的第二不同的磁場(chǎng)重新排列并隨后以不同的排列固化，提供在第一排列固化的薄片和第二排列固化的薄片之間的對(duì)比?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些方面?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，示出了具有柔性襯底1的系統(tǒng)，柔性襯底1以大約25英尺/分鐘 (ft/min)到400ft/min的可控速度以方向2移動(dòng)。該速度可增加或減小。當(dāng)然，如果襯底以太高的速度移動(dòng)，則UV激光器將不能完全固化在襯底上界定字母A的期望區(qū)域內(nèi)的薄片。通過(guò)借助于紫外激光器8的掃描光束而固化UV可固化油墨連結(jié)料(ink vehicle)來(lái)進(jìn)行寫入或固化。如圖所示，光束9在垂直于連續(xù)移動(dòng)的襯底的方向2的方向上移動(dòng)。在印刷機(jī)(在該圖中未示出)中使用包含磁性顏料片的UV可固化磁性油墨來(lái)涂覆在網(wǎng)上的區(qū)域3。該顏料可以是包括金屬顏料，色移顏料或微結(jié)構(gòu)顏料的任何磁性顏料。該油墨連結(jié)料可以是純凈的或染色的。當(dāng)印刷區(qū)域3前進(jìn)到兩個(gè)永久磁鐵5和6之間的位置4時(shí)，磁性顏料片變得沿著磁力線7定向。UV激光器8產(chǎn)生光束9。光束在橫穿襯底的方向上前后掃描區(qū)域10。掃描的振幅取決于圖像的圖形。該油墨連結(jié)料在光束9照射的位置上固化。 磁性片相對(duì)于被涂覆的標(biāo)識(shí)(insignia) 3而被固定在其位置上。光束的掃描由鏈接到印刷機(jī)的計(jì)算機(jī)(圖1中未示出)控制。該計(jì)算機(jī)通過(guò)控制襯底的速度和掃描的振幅而提供在涂覆區(qū)域4中的“A”的預(yù)定圖像10的寫入以及該圖像在涂覆區(qū)域4的邊緣中的配準(zhǔn)。因此，該計(jì)算機(jī)提供控制器的功能。通過(guò)連續(xù)將襯底1向位置11的下游移動(dòng)而進(jìn)入不同配置的磁場(chǎng)中來(lái)形成涂在襯底上的標(biāo)識(shí)“A”，同時(shí)激光光束在掃描時(shí)照射并固化純凈或染色的油墨或涂料。當(dāng)然，激光器8可被預(yù)先編程為以任何數(shù)量的方式掃過(guò)，以便產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上任何圖像。第二磁場(chǎng)14由極性13的磁鐵12產(chǎn)生。磁鐵12產(chǎn)生具有磁力線14的場(chǎng)。分散在其余未固化的濕油墨層中的磁性片以形成線性凸菲涅爾陣列反射器的方向進(jìn)行自排列。在標(biāo)識(shí)形成并由激光器8固化之后，它在以后的時(shí)刻向下游及時(shí)移動(dòng)到位置15， 在該位置，在“A”周圍的濕油墨被來(lái)自UV燈17的UV光線16固化。作為第二磁場(chǎng)14作用的結(jié)果，圖像現(xiàn)在由動(dòng)態(tài)背景19的頂部上幻影地浮動(dòng)的字母“A”的亮圖像18組成，該動(dòng)態(tài)背景19具有圓柱形表面的外觀。現(xiàn)在描述掃描/寫入過(guò)程的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。激光光束9以襯底的速度所確定的頻率和如圖2和3所示的圖像的圖形所確定的振幅掃描或掃過(guò)濕油墨層。以可變振幅202從左到右垂直于濕油墨層201進(jìn)行掃描的激光光束(圖2中未示出)在頁(yè)面的平面中的方向 203上以高速移動(dòng)。激光器8的掃描光局部地固化以襯底的特定速度產(chǎn)生蛇形或緊密的Z 字形的光束路徑204的油墨。襯底的速度的減小改變了該路徑，如圖3所示那樣，以掃描穿過(guò)該濕油墨201的光束的相同振幅而產(chǎn)生出蘋果圖像。這個(gè)Z字形路徑本質(zhì)上橫穿襯底移動(dòng)的方向。在圖2中，每個(gè)掃描線具有由激光器的前后掃描所確定的預(yù)定長(zhǎng)度。為了理解本發(fā)明的目的，與激光器所采用的路徑204 —致的連續(xù)Z字蛇形線實(shí)際上提供9個(gè)連續(xù)的線， 其中，這些線中的一些線的長(zhǎng)度發(fā)生變化，以產(chǎn)生可見(jiàn)的圖案或標(biāo)識(shí)。因此，激光器被編程為穿過(guò)移動(dòng)襯底進(jìn)行掃描，并一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)固化薄片的線，以形成所示的Z字形圖案。 橫穿移動(dòng)襯底所形成的線成一角度，且該角的陡度取決于襯底移動(dòng)的速率。因此，襯底上的多個(gè)位置在橫穿下游方向的方向上以這種方式被固化。雖然激光光束的掃描或掃過(guò)被示為以單個(gè)前后連續(xù)掃描完成，但激光器可在單次掃描期間被接通和斷開(kāi)，以便通過(guò)相應(yīng)地使激光器產(chǎn)生脈沖而產(chǎn)生斷線(broken line)或甚至點(diǎn)虛線(dashed line)。使用激光光束直接寫入對(duì)于繞著包含嵌入式磁鐵的圓柱體移動(dòng)的襯底特別有利， 該磁鐵用于形成如圖4所示的磁場(chǎng)。濕油墨層31被涂覆到以方向33移動(dòng)的襯底32上。襯底被纏繞在包含嵌入式磁鐵或雕版磁鐵(圖4中未示出)的圓柱體34周圍。激光光束35 以襯底的速度所確定的頻率和由圖像的圖形所確定的振幅掃描油墨層。
對(duì)于防偽應(yīng)用，圖像可由UV激光器產(chǎn)生，該UV激光器的光束穿過(guò)可互換的光束成形光學(xué)器件。該光學(xué)器件將現(xiàn)有的激光光束轉(zhuǎn)換成各種圖案。這些圖案將接著局部地固化封裝有磁性顏料的UV可固化粘合劑。這些圖案可以是線條邊界、圖像內(nèi)的線、點(diǎn)矩陣、文字或任何類型的圖像的形式。益處是，可以以高速和以高清晰度印圖案。光束成形光學(xué)器件可旋轉(zhuǎn)和/或平移以產(chǎn)生高度復(fù)雜的圖案，該圖案產(chǎn)生具有甚至更大的景深的效應(yīng)。該圖案可在磁性薄片被磁鐵影響之前、期間被印刷，或者，在磁性薄片被磁鐵影響之后(在減小的程度上)被印刷。UV激光器可用于產(chǎn)生復(fù)雜圖案或由不同的可分辨的特征組成的圖案。此外，激光通過(guò)對(duì)每個(gè)印刷過(guò)程實(shí)現(xiàn)磁性薄片的多個(gè)排列而產(chǎn)生額外的“自由度”。這通過(guò)改變對(duì)激光寫入過(guò)程的每次UV激光曝光之間的磁性顏料的取向來(lái)實(shí)現(xiàn)，或通過(guò)改變?cè)诩す鈱懭脒^(guò)程和常規(guī)固化之間的曝光之間的磁性顏料的取向來(lái)實(shí)現(xiàn)，該常規(guī)固化可發(fā)生在激光寫入之后，如圖1所示。由多種薄片定向技術(shù)產(chǎn)生的這個(gè)額外的“自由度”可創(chuàng)建高度多樣的和唯一的防偽圖像特征。使用激光器來(lái)固化粘合劑內(nèi)的薄片具有如上所述的很多優(yōu)點(diǎn)。它允許在襯底穿過(guò)磁場(chǎng)移動(dòng)時(shí)選擇性地固化。然而，還有其他優(yōu)點(diǎn)。目前發(fā)展的用于磁性粒子的排列的磁性裝置變得越來(lái)越復(fù)雜。在一些情況下，磁性組件可由包含磁性組件并位于快速移動(dòng)的紙張或塑料襯底的一側(cè)或兩側(cè)上的兩個(gè)或多個(gè)殼體組成，在這些殼體之間有非常緊密的空間。如在此之前所提到的，期望當(dāng)薄片仍然在磁場(chǎng)內(nèi)(例如在磁鐵之間)時(shí)固化暴露于磁場(chǎng)的薄片。雖然這常常很難，且有時(shí)不可能使用常規(guī)弧燈或紫外LED燈，穿過(guò)磁性組件之間的非常窄的間隙，來(lái)固化粘合劑中的薄片。只有窄聚焦的和長(zhǎng)距離直射的激光光束能夠固化在這樣緊密的空間中的油墨。因此，對(duì)一些應(yīng)用，需要有用于產(chǎn)生可變長(zhǎng)度線的掃描激光光束或多個(gè)光束。然而，在其它情況下，以線的形式的非常窄的窗口是具備的，且當(dāng)襯底以高速移動(dòng)時(shí)沿著該線掃描是不可能的。圖5和6示出本發(fā)明的實(shí)施例，其中UV激光光束被轉(zhuǎn)換成在非常窄的窗口(該窗口的寬度相應(yīng)于可用的襯底的寬度)內(nèi)會(huì)聚的光線，以照射移動(dòng)的襯底并固化仍然在磁場(chǎng)中的油墨?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，示出了在襯底的任一側(cè)上的磁性組件1，襯底以所示箭頭的方向移動(dòng)。激光光束被定向，以便當(dāng)磁鐵之間的涂層在磁場(chǎng)(未示出)中時(shí)，照射被涂覆的襯底。 圖5表示這樣的事實(shí)，襯底在磁場(chǎng)中時(shí)可通過(guò)使用窄激光光束來(lái)固化襯底，其中在過(guò)去，在涂層退出磁場(chǎng)之后將使用大UV燈。通過(guò)使用窄寬度的光束，可能將光束發(fā)射并直射到非常窄的可用窗口中，在其中固化涂層?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，包含用于磁性粒子的排列的嵌入式磁鐵的磁性圓柱體41被安裝在印刷機(jī)上。在操作中，柔性襯底42以方向43移動(dòng)。襯底42在印刷機(jī)(圖中未示出)的印刷站處在其使用磁性油墨印刷的表面上具有濕油墨區(qū)域44。柔性襯底42繞著磁性圓柱體 41彎曲，與其表面的一個(gè)象限45相接觸。在該襯底上的印刷區(qū)域44與該圓柱體41的磁鐵對(duì)準(zhǔn)，磁鐵對(duì)磁性粒子進(jìn)行排列并形成在例如美國(guó)專利7，604，855中所公開(kāi)的“滾動(dòng)條” 特征46。片的對(duì)齊出現(xiàn)在象限45的邊緣中。如果具有排列磁性粒子的磁性油墨在象限45 的邊緣中沒(méi)有被固化，它們開(kāi)始重新排列并在位置46上失去“滾動(dòng)條”效應(yīng)，在位置46處， 網(wǎng)42開(kāi)始與圓柱體41分離。出現(xiàn)這種不想要的重新排列，是因?yàn)榇判粤Ｗ幼裱^續(xù)隨著在角47的邊緣中的襯底42和圓柱體41之間的距離的增長(zhǎng)而變化的磁場(chǎng)的方向。讓粒子沿著在象限45上的襯底42的區(qū)域48排列是有意義的，在象限45中它們可被正確地排列， 并在襯底的接近于象限端部的部分49中被固化。為了防止所期望的磁性排列效應(yīng)的損失，磁性粒子應(yīng)在場(chǎng)中被固化。如果常規(guī)汞燈或UV LED光源照射圓柱體41，它們必須照射它的大區(qū)域以固化或預(yù)先固化油墨，因?yàn)樗鼈儾荒芩矔r(shí)地固化油墨。網(wǎng)與磁性圓柱體41的接觸區(qū)域的減小使磁性薄片的正確排列所需的時(shí)間減小。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，我們發(fā)現(xiàn)，使用高功率UV激光器以便照射在磁性圓柱體的象限的端部上的窄區(qū)域是有益的。在這方面，激光器50被設(shè)置成產(chǎn)生到石英圓柱形透鏡52的光束51，該石英圓柱形透鏡52橫穿襯底42而安裝。該透鏡會(huì)聚激光光束并產(chǎn)生落在網(wǎng)42上的穿過(guò)網(wǎng)的光流53，作為用于固化磁性油墨的強(qiáng)UV光的窄線M，而沒(méi)有“滾動(dòng)條”效應(yīng)的失真。在這種情況下的“滾動(dòng)條”僅僅是示例性的。提供方便地定位成穿過(guò)窄線或窗型開(kāi)口而照射移動(dòng)襯底的固化窄線激光(例如具有小于一英寸的寬度和大很多倍的寬度)，將允許在磁場(chǎng)內(nèi)固化由其它磁性布置所產(chǎn)生的薄片的其它磁性排列。對(duì)于使用市場(chǎng)上可買到的UV固化粘合劑的實(shí)際應(yīng)用，我們建議使用在325nm到 425nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)且優(yōu)先地在355nm到405nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光器，其中所述激光器具有在IOOmW到2000mW的范圍內(nèi)的功率。激光器的功率非常大地依賴于襯底移動(dòng)的速度和激光器離襯底的距離。例如，如果襯底較慢地移動(dòng)，則需要來(lái)自激光器的較少的功率，因?yàn)槭褂迷摷す馄髡丈涞膮^(qū)域在較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷光束。在355nm/349nm和405nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的激光器是市場(chǎng)上可買到的。我們還發(fā)現(xiàn)可重聚焦的激光器對(duì)于固化非常有用，其中激光器可被調(diào)節(jié)，使得它們不提供小點(diǎn)，而是提供0.0625”(英寸)到0. 375”的斑點(diǎn)或線。在圖7和8中，示出了磁鐵的布置，其中磁性區(qū)域是3英寸寬，而固化區(qū)域是1英寸寬。該寬度由襯底與支撐嵌入式磁鐵的裝置的表面的接觸區(qū)域所確定。固化區(qū)域必須不大于該區(qū)域的三分之一。通常，固化優(yōu)選發(fā)生在該接觸區(qū)的最后1/3?，F(xiàn)在參考圖9，示出了本發(fā)明的可選實(shí)施例，其中提供激光光束的IXn線性陣列或nXn陣列(如圖所示)，當(dāng)激光器都被接通時(shí)，照射位置形成橫穿襯底的線。有利地，該線不是Z字形的，而是直線，且當(dāng)襯底移動(dòng)時(shí)。激光器被控制，以便以期望的方式接通、斷開(kāi)，當(dāng)涂層被固化以將薄片固定在圖案中時(shí)，圖像在排列薄片中形成。當(dāng)襯底移動(dòng)且光束通過(guò)切換陣列中的激光器而動(dòng)態(tài)地改變其照射圖案時(shí)，動(dòng)態(tài)的逐線固化被實(shí)現(xiàn)。圖10示出了通過(guò)使用激光器陣列所產(chǎn)生的圖像的例子。在可選但有關(guān)的實(shí)施例中，適當(dāng)編程的控制器(未示出)控制陣列內(nèi)的特定激光器的接通和斷開(kāi)，以便能夠改變被“固定”在粘合劑內(nèi)的圖像。例如，如果區(qū)域內(nèi)的所有薄片是直立的，且所示陣列被編程為照射界定期望圖像的特定子區(qū)域，待印刷的下一標(biāo)簽可通過(guò)接通和斷開(kāi)陣列中的不同激光器而具有不同的圖像。這提供了例如固化具有序列號(hào)圖像的薄片且在隨后的標(biāo)簽上固化不同的序列號(hào)的能力，使得可通過(guò)相應(yīng)地改變待固化的薄片的區(qū)域而可以在單獨(dú)的標(biāo)簽上印刷唯一的序列號(hào)。在隨后的固化階段，在未固化的粘合劑中的其余薄片可被定向成在襯底上是平的，以提供與固化的直立薄片的對(duì)比。在此之前， 在高速過(guò)程中以這種方式磁化和固化圖像是不可能的。雖然，作為固化涂覆的標(biāo)簽區(qū)域內(nèi)的薄片的不同區(qū)域或面積的結(jié)果，一些或所有相鄰的標(biāo)簽可具有不同的可見(jiàn)圖像，但是，薄片的排列和薄片通過(guò)第一激光器固化站的固化(相應(yīng)于移動(dòng)的網(wǎng)上的另一標(biāo)簽上的相同區(qū)域)將具有相同的排列。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，UV激光器用于固化在UV固化粘合劑中的薄片。當(dāng)然，可使用與固化其中具有薄片的特定粘合劑相容的其它激光波長(zhǎng)。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上形成圖像的方法，包括下列步驟a)將粘合劑內(nèi)的薄片的涂層施加到所述襯底的第一區(qū)域，其中在所述涂層內(nèi)的至少一些所述薄片在所施加的場(chǎng)中可排列，所述場(chǎng)為磁場(chǎng)或電場(chǎng)；b)以至少25ft/min的速度移動(dòng)所述襯底并施加磁場(chǎng)或電場(chǎng)，以便定向在所述涂層內(nèi)的至少一些所述薄片；和c)當(dāng)所述襯底的所述第一區(qū)域以第一下游方向移動(dòng)時(shí)，在排列薄片的所述第一區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域中使用一個(gè)或多個(gè)激光光束照射，以便固化所述粘合劑并保持在所述一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域內(nèi)的薄片的排列，其中所述一個(gè)或多個(gè)激光光束照射所述襯底上的沿著穿過(guò)所述下游方向的方向上的多個(gè)位置，其中當(dāng)所述襯底移動(dòng)時(shí)，穿過(guò)所述襯底的薄片的線被接連地固化，且其中所述薄片的線的長(zhǎng)度以預(yù)定的方式改變，以便形成圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)激光光束中的一個(gè)以實(shí)質(zhì)上橫穿所述下游方向的方向而掃過(guò)所述襯底，沿著其掃過(guò)的路徑固化所述涂層。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述薄片是磁性可排列薄片，其中所述場(chǎng)是磁場(chǎng)，且其中掃過(guò)所述襯底的所述激光光束照射在所述磁場(chǎng)內(nèi)的涂層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)激光光束包括作為聚焦斑點(diǎn)或散焦斑點(diǎn)或線而照射所述涂層的激光光束，其中所述線橫穿所述下游方向。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中照射所述一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域的步驟導(dǎo)致在預(yù)定圖案中固化所述涂層，以便在所述襯底上提供永久可見(jiàn)的圖像。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述永久可見(jiàn)的圖像是標(biāo)識(shí)或文字或符號(hào)。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在所述第一區(qū)域中和在所述激光光束所照射的所述一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域外的所述粘合劑內(nèi)的所述薄片的所述涂層被第二磁場(chǎng)排列，且在所述一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域中的所述薄片的所述涂層被激光光束固化之后，所述粘合劑內(nèi)的所述薄片的所述涂層隨后被固化。
8.一種用于涂敷襯底的系統(tǒng)，包括操作站，其用于以至少25ft/min的速度沿著下游方向的路徑移動(dòng)襯底；涂布機(jī)，其用于涂敷具有多個(gè)涂層區(qū)域的所述襯底，每個(gè)涂層區(qū)域用于形成單獨(dú)的圖像，每個(gè)涂層區(qū)域包括在粘合劑內(nèi)的磁性可排列薄片；第一磁場(chǎng)發(fā)生器，其位于所述路徑的一部分的周圍，用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)，所述第一磁場(chǎng)用于在所述襯底沿著所述路徑移動(dòng)時(shí)對(duì)每個(gè)涂層區(qū)域內(nèi)的磁性可排列薄片進(jìn)行排列；以及一個(gè)或多個(gè)激光器，其用于提供一個(gè)或多個(gè)激光光束；以及控制器，其用于控制所述一個(gè)或多個(gè)激光器沿著穿過(guò)所述下游方向的方向照射所述襯底上的多個(gè)位置，以便當(dāng)所述襯底移動(dòng)時(shí)，接連地固化穿過(guò)所述襯底的涂層的線，且其中所述涂層的線的長(zhǎng)度以預(yù)定的方式改變，以便形成圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的用于涂敷襯底的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)激光器包括具有光束的激光器，所述光束被移動(dòng)到穿過(guò)移動(dòng)襯底的所述路徑的多個(gè)位置以固化所述粘合劑。
10.如權(quán)利要求9所述的用于涂敷襯底的系統(tǒng)，其中所述激光器是掃描激光器，所述掃描激光器被編程為當(dāng)涂層區(qū)域在所述第一磁場(chǎng)中時(shí)照射所述涂層區(qū)域，以便在所述薄片退出所述第一磁場(chǎng)之前至少部分地固化在所述涂層區(qū)域中的所述薄片。
11.如權(quán)利要求10所述的用于涂覆襯底的系統(tǒng)，還包括第二磁場(chǎng)發(fā)生器，其被布置在所述第一磁場(chǎng)發(fā)生器的下游并沿著所述路徑布置，用于對(duì)在每個(gè)所述涂層區(qū)域的被所述掃描激光器固化的部分之外的薄片進(jìn)行排列；以及包括固化站，其用于固化粘合劑，以便保持被所述第二磁場(chǎng)發(fā)生器排列的所述磁性可排列薄片的排列。
12.如權(quán)利要求9所述的用于涂覆襯底的系統(tǒng)，其中所述磁場(chǎng)發(fā)生器是永久磁鐵。
13.如權(quán)利要求8所述的用于涂覆的系統(tǒng)，包括用于當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)激光器照射所述涂層時(shí)以每分鐘25到400英尺的速度移動(dòng)所述襯底的電動(dòng)機(jī)。
14.如權(quán)利要求13所述的用于涂覆襯底的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)激光器包括被定位成照射所述襯底并沿著穿過(guò)所述路徑的線固化所述涂層的陣列激光器。
15.如權(quán)利要求13所述的用于涂覆襯底的系統(tǒng)，其中所述激光器的陣列由所述控制器控制，使得一個(gè)或多個(gè)激光器動(dòng)態(tài)地被接通而其它激光器被斷開(kāi)，其中所述接通和所述斷開(kāi)由適當(dāng)編程的處理器控制，從而在所述襯底沿著所述路徑移動(dòng)時(shí)，通過(guò)固化所述涂層的部分而形成圖像，所述涂層的部分由被接通的激光器所照射。
16.如權(quán)利要求8所述的用于涂覆襯底的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)激光器包括具有在325nm到425nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的激光器，且其中所述激光器具有在IOOmW到2000mW的范圍內(nèi)的功率。
17.如權(quán)利要求16所述的用于涂覆襯底的系統(tǒng)，其中所述激光器在所述涂層上投射 0. 0625英寸到0. 375英寸的斑點(diǎn)或線。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在襯底上形成圖像的系統(tǒng)和方法。掃描激光器具有與涂層粘合劑相容的波長(zhǎng)，以便當(dāng)激光器掃描并照射移動(dòng)網(wǎng)上的涂層時(shí)固化粘合劑。用于通過(guò)提供掃描穿過(guò)磁場(chǎng)中的移動(dòng)的涂覆襯底的掃描激光器來(lái)固化薄片的系統(tǒng)和方法，允許當(dāng)磁性排列的薄片固化到固定的位置上時(shí)形成圖像。圖像具有固化排列的薄片的區(qū)域。掃描激光器固化它照射的區(qū)域內(nèi)的磁性排列薄片?？蛇x地，可使用激光器的陣列，其中單獨(dú)的激光器可被接通或斷開(kāi)，以當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)以高速移動(dòng)時(shí)固定所照射的涂層。
文檔編號(hào)B41F17/00GK102555434SQ20111044549
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者凡拉帝米爾·P.·瑞克沙, 尼爾·泰特鮑姆, 柯蒂斯·R.·魯斯卡 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司