(57)【要約】      （修正有）【課題】サーモクロミック材料を熱及び光に曝露させ、正確に制御された区域に色変化を生じさせることが可能なシステムを提供すること。【解決手段】撮像システム１００は、サーモクロミックコーティング１９５を予熱するように構成された第１のヒータ１１０及び第２のヒータ１２０を含む。第１のヒータは、サーモクロミックコーティングのうちの少なくとも１つを加熱する。第２のヒータは、サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境を加熱する。第１及び第２のヒータは、サーモクロミックコーティングをサーモクロミックコーティングの閾値温度未満の温度まで予熱するように構成され、予熱されたサーモクロミックコーティングを、所定のパターンに従って、閾値温度を超える１つ以上の温度に加熱する。【選択図】図１
2020174036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板及び前記基板上に配置されたサーモクロミックコーティングのうちの少なくとも１つを加熱するように構成された第１のヒータと、
前記サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境を加熱するように構成された第２のヒータであって、前記第１及び第２のヒータが、前記サーモクロミックコーティングを前記サーモクロミックコーティングの閾値温度未満の温度まで予熱するように構成され、前記閾値温度以上の温度が前記サーモクロミックコーティングにおいて色を変化させる、第２のヒータと、
予熱された前記サーモクロミックコーティングを、所定のパターンに従って、前記閾値温度を超える１つ以上の温度に加熱するように構成されたパターン化されたヒータと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記第１のヒータが、前記基板及び前記サーモクロミックコーティングのうちの少なくとも１つを第１の温度に加熱するように構成され、
前記第２のヒータが、前記サーモクロミックコーティングを囲む前記周囲環境を、前記第１の温度とは異なる第２の温度に加熱するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のヒータが、前記基板及び前記サーモクロミックコーティングのうちの少なくとも１つを第１の温度に加熱するように構成され、
前記第２のヒータが、前記サーモクロミックコーティングを囲む前記周囲環境を、第２の温度に加熱するように構成され、
前記第１の温度は、前記第２の温度に実質的に等しい、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のヒータが、前記サーモクロミックコーティングを第１の温度に加熱するように構成され、
前記第２のヒータが、前記サーモクロミックコーティングを囲む前記周囲環境を、第２の温度に加熱するように構成され、
前記第１の温度及び前記第２の温度のうちの一方又は両方が、前記閾値温度の２５％以内である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１のヒータが、前記サーモクロミックコーティングの前記閾値温度を超える温度まで加熱される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のヒータが、回転する加熱されたドラム、赤外線ヒータ、及び抵抗ヒータのうちの１つ以上を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記基板が細長いフィルムを備え、
前記第１のヒータが、前記細長いフィルムと接触する回転ドラムを備え、前記回転ドラムは、前記閾値温度を超える温度まで加熱され、
前記サーモクロミックコーティングを前記閾値温度未満の温度まで加熱するのに十分な速度で前記細長いフィルムを移動させるように構成された移動機構を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記パターン化されたヒータが、レーザ、抵抗ヒータ、及び加熱されたガスジェットのアレイのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のヒータが、熱源及び前記サーモクロミックコーティングを少なくとも部分的に囲むエンクロージャを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記基板が細長いフィルムを備え、
前記エンクロージャは、前記細長いフィルムが前記エンクロージャに入ることを可能にする入口開口部と、前記細長いフィルムが前記エンクロージャから出ることを可能にする出口開口部とを含み、
上に配置された前記サーモクロミックコーティングを有する前記基板を前記エンクロージャ内に及び前記エンクロージャから外に移動させるように構成された移動機構を更に備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記入口開口部及び出口開口部の一方又は両方が、前記チャンバの外側と内側との間の空気交換を低減する少なくとも１つの機構を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記機構が、ローラ、ブラシ、布地及びエラストマのうちの少なくとも１つを備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記パターン化されたヒータがレーザを備え、
前記エンクロージャは、前記レーザからの光が前記エンクロージャに入って、前記サーモクロミックコーティングを加熱することを可能にするように構成された光透過窓を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１及び第２のヒータが少なくとも１つの共有加熱素子を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１及び第２のヒータが同一である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記サーモクロミック材料が、ジアセチレンエーテル及びそのホモポリマーを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
サーモクロミックコーティングが上に配置された基板を予熱することと、
前記サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境を予熱することであって、前記基板及び前記周囲環境を予熱することは、前記サーモクロミックコーティングを前記サーモクロミックコーティングの閾値温度未満の温度まで予熱し、前記閾値温度以上の温度が前記サーモクロミックコーティングに色を変化させる、ことと、
予熱された前記サーモクロミックコーティングを所定のパターンに従って前記閾値温度を超えて加熱することと、
を含む、方法。
【請求項１８】
前記基板を予熱することが、前記基板を加熱された回転ドラムに近付ける、又は加熱された回転ドラムと接触させることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定のパターンに従って前記予熱したサーモクロミックコーティングを前記閾値温度を超えて加熱することが、空間的にパターン化されたレーザ源、抵抗ヒータのアレイ及び加熱されたガスジェットのアレイのうちの少なくとも１つを使用して前記予熱したサーモクロミックコーティングを加熱することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記サーモクロミックコーティングを囲む前記周囲環境を予熱することが、
前記サーモクロミックコーティングをエンクロージャ内に及びエンクロージャから外に移動させることと、
前記エンクロージャ内の前記周囲環境を加熱することと、
を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
予熱された前記サーモクロミックコーティングを加熱することは、前記レーザからの光が前記エンクロージャに入って、前記サーモクロミックコーティングを加熱することを可能にするように構成された光透過窓を通ってレーザ光を方向付けることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記サーモクロミックコーティングを前記エンクロージャ内に及び前記エンクロージャから外に移動させることが、前記エンクロージャの外側と内側との間の空気交換を低減する少なくとも１つの空気制御機構を介して前記サーモクロミックコーティングを移動させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記空気制御機構が、ローラ、ブラシ、布地、及びエラストマのうちの少なくとも１つを備える、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
サーモクロミック材料は、温度及び光への曝露に応答して色を変化させる。サーモクロミックインクは、リソグラフィ、フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷、フィルムアプリケータでの拡散などの多数の印刷又はコーティングプロセスによって、基板上の比較的大きな領域に塗布することができる。サーモクロミック材料でより大きな領域をコーティング又は印刷した後、その領域を熱及び光に曝露させて、正確に制御された区域に色変化を生じさせる。
【発明の概要】
【０００２】
いくつかの実施形態は、撮像システムに関係する。システムは、基板及び基板上に配置されたサーモクロミックコーティングのうちの少なくとも１つを加熱するように構成された第１のヒータを含む。第２のヒータは、サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境を加熱する。第１及び第２のヒータは、サーモクロミックコーティングをサーモクロミックコーティングの閾値温度未満の温度まで予熱するように構成されている。閾値温度以上の温度は、サーモクロミックコーティングの色変化を引き起こす。閾値温度未満の温度は、サーモクロミックコーティングにおいて識別可能な色変化を引き起こさない。本システムは、予熱されたサーモクロミックコーティングを、所定のパターンに従って、閾値温度を超える１つ以上の温度に加熱するように構成されたパターン化されたヒータを備える。
【０００３】
いくつかの実施形態は、パターン化された画像を形成する方法を対象とする。本方法は、サーモクロミックコーティングと、サーモクロミックコーティングが上に配置された基板のうちの少なくとも１つを予熱することを含む。サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境もまた予熱される。サーモクロミックコーティング及び／又は基板を予熱し、周囲環境を予熱することにより、サーモクロミックコーティングをサーモクロミックコーティングの閾値温度未満の温度まで予熱させる。サーモクロミックコーティングに色を変化させるために、閾値温度以上の温度が必要である。閾値温度未満の温度は、サーモクロミックコーティングにおいて識別可能な色変化を引き起こさない。予熱したサーモクロミックコーティングは、所定のパターンに従って、閾値温度を超える温度まで加熱される。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】いくつかの実施形態による、サーモクロミック撮像システムの概念的なブロック図である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態による、エンクロージャを含むサーモクロミック撮像システムの一部分を示す図である。
【図２Ｂ】パターン化されたレーザ光が図２Ａのシステムのエンクロージャに入ることを可能にする光透過窓を示す。
【図３】いくつかの実施形態による、サーモクロミック撮像システムのエンクロージャの入口及び／又は出口開口部の上部及び／又は底部に配置され得るブラシを備える空気交換機構を示す。
【図４】いくつかの実施形態による、サーモクロミック撮像システムのエンクロージャの入口及び／又は出口開口部の上部及び／又は底部に配置され得るローラを備える空気交換機構を示す。
【図５】いくつかの実施形態による、サーモクロミック撮像方法のフロー図である。
【図６】様々な時間で飽和温度を超えて加熱した後のサンプルの彩度を示す。
【図７】周囲又は基板加熱なしのモデルによって計算されたレーザによる照射後、６４ｍｓでの温度上昇対位置のグラフを示す。
【図８】周囲及び基板加熱があるモデルによって計算されたレーザによる照射後、２２ｍｓでの温度上昇対位置のグラフを示す。
【０００５】
図面は必ずしも縮尺どおりではない。図面に使用される同様の数字は、同様の構成要素を指す。しかしながら、所与の図の構成要素を指すための数字の使用は、同じ数字でラベル付けされた別の図における構成要素を制限することを意図していないことが理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
サーモクロミック材料は、ある期間、サーモクロミック材料の閾値温度を超える温度に曝露されると色が変化する。閾値温度は、色変化が最初に検出可能な温度である。完全彩度を使用する色変化は、所定の時間にわたって、サーモクロミック材料をその飽和温度（閾値温度よりも高い）に曝露することによって達成することができる。閾値温度と完全飽和温度との間の温度及び／又は飽和に必要な完全時間未満の時間曝露は、サーモクロミック材料の色を完全彩度未満の彩度を有する色に変える。閾値温度、飽和温度及び色変化に必要な時間は、特定のサーモクロミック材料の特性である。いくつかのサーモクロミック材料では、約１１０℃の飽和温度は、完全飽和で無色から青色への色変化をもたらし、色変化が観察されない閾値温度は約８０℃であり得る。本明細書に開示される実施形態に有用なサーモクロミック材料の種類は、ジアセチレンエーテル及びそのホモポリマー、並びに、例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第５，１４９，６１７号に記載されるように、熱及び／又は光に曝露されると色又は暗さの変化を示す他のそのような材料を含む。
【０００７】
開示される手法は、サーモクロミック材料を使用した画像形成のためのシステム及び方法を目的とする。サーモクロミック材料は、最初に、閾値温度未満の温度まで予熱される。サーモクロミック材料をサブ閾値温度まで予熱した後、又はこれと同時に、サーモクロミック材料の領域は、パターン化されたエネルギードーズ量に曝露され、所定のパターン、例えば、テキスト、画像、又は他の２次元図柄に従って、閾値温度を超える局所的な加熱をもたらす。
【０００８】
図１は、いくつかの実施形態による、撮像システム１００の概念的なブロック図である。撮像システム１００は、基板１９０及び基板１９０上に配置されたサーモクロミックコーティング１９５のうちの少なくとも１つを予熱するように構成されたローラ１１０ａ、１１０ｂとして示される第１のヒータ１１０を含む。第１のヒータ１１０は、典型的には、パターン化されていない熱エネルギーを基板１９０に供給するように構成されたパターン化されていないヒータである。第１のヒータは、図１に示すような１つ以上のローラ１１０ａ、１１０ｂ、放射ヒータ、抵抗ヒータ、赤外線ランプなどを含む、任意の接触又は非接触型のヒータを備えてもよい。第１のヒータ１１０の加熱素子の温度は、サーモクロミック材料の閾値温度を超えてもよい。サーモクロミックコーティングの温度がその閾値温度未満に留まることを確実にするために、第１のヒータ１１０からサーモクロミックコーティングへの全体的な熱伝達は、システムによって好適なレベルに維持される。
【０００９】
第２のヒータ１２０は、サーモクロミックコーティング１９５を囲む周囲環境を予熱するように構成されている。図１に示すように、第２のヒータは、エンクロージャ１２２内の空気を加熱する熱源１２１を含むことができる。いくつかの実施態様によれば、第１のヒータ１１０及び第２のヒータ１２０の動作は、コーティング１９５の閾値温度未満の温度までサーモクロミックコーティング１９５を予熱する。この実施態様では、サーモクロミックコーティング１９５は、第１のヒータ１１０及び第２のヒータ１２０によって供給される加熱効果から生じるサブ閾値温度に応じて色変化を示さない。
【００１０】
ヒータ１１０及び周囲熱源１２１は、異なる温度又は同じ温度に設定されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ヒータ１１０は回転する加熱されたドラムを備え、ドラムの表面は第１の温度に加熱される。周囲熱源１２１は、周囲環境の温度が、ヒータ１１０の温度とは異なる、例えば、より高い又は低い第２の温度に制御されるように、サーモスタットで制御されてもよい。いくつかの実施形態では、ヒータ１１０は、第１のヒータ１２０と同じ温度に設定されてもよい。様々な実施形態では、第１のヒータ１１０の加熱素子の温度と、第２のヒータ１２０によって生成される周囲空気温度の一方又は両方は、サーモクロミックコーティング１９５の閾値温度の２５％、２０％、１５％、１０％、５％又は１％以内であってもよい。
【００１１】
また、第１のヒータ１１０は複数の加熱素子で構成されていてもよい。第１のヒータ１１０を含む個々の加熱素子は、ターゲット基板及び／又はサーモクロミックコーティング温度を達成するために必要に応じて、異なる個々の温度に維持されてもよい。個々の加熱素子の加熱速度及び温度は、サーモクロミックコーティング１９５の適切な閾値未満温度が、撮像システム１００を通る基板１９０の所望の移動速度（「印刷速度」）で達成されるように設定された閉ループ制御システム（図示せず）を使用して制御されてもよい。
【００１２】
第２のヒータ１２０は、複数の加熱素子を備えてもよい。第２のヒータ１２０を含む個々の加熱素子は、ターゲットサーモクロミックコーティング温度を達成するために必要に応じて、異なる個々の温度に維持されてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１及び第２のヒータ１１０及び１２０は、少なくとも１つの共有加熱素子（例えば、共通の共有熱源）を有してもよい。
【００１４】
更に別の実施形態では、第１のヒータ１１０と第２のヒータ１２０は同一であってもよい（つまり、基板及び／又はサーモクロミックコーティングを予熱するために、また周囲環境を所望の温度（単数又は複数）に加熱するために、単一のヒータを使用することができる）。
【００１５】
サーモクロミックコーティング１９５の予熱後、又はこれと同時に、パターン化されたヒータ１３０、例えば、２次元空間的にパターン化された熱源は、選択された画素１９５ｂ、１９５ｃ又は予熱されたサーモクロミックコーティングの領域を１つ以上のエネルギードーズ量に曝露するように構成される。エネルギードーズ量は、サーモクロミックコーティングの選択された画素１９５ｂ、１９５ｃを閾値温度を超えて更に加熱し、所定のパターンに従って変化色を引き出す。図１に示されるように、サーモクロミックコーティング１９５は複数の画素１９５ａ、１９５ｂ、１９５ｃを含んでもよい。所定のパターンは、パターン化された熱源からのエネルギードーズ量に曝露される画素、及び／又は各画素が曝露されるエネルギードーズ量を指示する。例えば、サーモクロミックコーティングの非選択の組の画素１９５ａは、閾値ドーズ量を上回るエネルギードーズ量に曝露されなくてもよく、サーモクロミックコーティングの第１の組の選択された画素１９５ｂは、閾値ドーズ量を上回る第１のエネルギードーズ量に曝露されてもよく、第２の組の選択された画素１９５ｃは、閾値ドーズ量を上回る第２のエネルギードーズ量に曝露されてもよい。パターン化された熱源からのエネルギードーズ量に曝露されない非選択の画素１９５ａは、閾値温度を超えて温度上昇せず、それにより無色のままである。第１のエネルギードーズ量は、第１の組の画素の１９５ｂを閾値温度を超える温度まで温度上昇させ、色を変化させ、第１の彩度レベルを達成させる。第２のエネルギードーズ量は、第２の組の画素の１９５ｃをまた閾値温度を超える異なる温度まで温度上昇させ、それにより色を変化させ、第２の彩度レベルを達成させる。本実施例は、第１及び第２のドーズ量に曝露される第１及び第２の組の選択された画素を参照に言及しているが、所定のパターンは、３つ以上の組の画素を含み、異なるエネルギードーズ量にそれぞれ曝露され、それにより閾値温度を超える３つ以上の異なる温度を達成し、３つ以上の結果として生じる彩度レベルをもたらしてもよいことが理解されるであろう。パターン化されたヒータは、例えば、マイクロミラー変調器若しくは他の光変調器、抵抗ヒータのアレイ、及び／又は加熱されたガスジェットのアレイを使用してパターン化された高強度の光源又はレーザ源を含むことができる。本特許出願の文脈において、「光」は、２００ナノメートル〜１０マイクロメートルの範囲の波長範囲の任意の電磁放射を指し、一部又は全てが、人間の眼に見えても、見えなくてもよい。同様に、本出願の文脈における「レーザ」は、電磁放射の誘導放出に基づいて光増幅プロセスを介して放射される光（「Ｌｉｇｈｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ」）を指し、２００ナノメートル〜１０マイクロメートルの同じ波長範囲のレーザを含んでもよく、これは、人間の眼に見えても、見えなくてもよい。
【００１６】
図１に示すように、いくつかの実施形態では、基板１９０は、上にサーモクロミックコーティング１９５が配置された細長いウェブ又はフィルムを含む。モータ駆動ピンチローラとして図１に例示される移動機構１４０は、細長い基板１９０をシステムを通って移動させる。例えば、移動機構１４０は、最大約４ｍ／ｓの印刷速度で、細長い基板１９０を移動させることができる。このような速度では、高速パターン化された加熱要件に合わせるために、パターン化されたヒータ１３０、例えばパターン化されたレーザ源に対して、かなりのエネルギーが要求される。第１のヒータ１１０及び第２のヒータ１２０を使用する予熱は、パターン化されたヒータ１３０のエネルギー要件を低減する。
【００１７】
上述したように、第１のヒータ１１０は、少なくとも１つの回転する加熱されたローラ又はドラム１１０ａ、１１０ｂを備えてもよく、これは移動機構１４０が矢印１９９によって示される方向に沿って細長いフィルム１９０を移動させると、細長いフィルム１９０と接触するか又は近接する。第１のヒータ１１０及び第２のヒータ１２０の組み合わせ効果が、閾値温度に近いが閾値温度未満であるサーモクロミックコーティング１９５の温度を達成する限り、一方又は両方のローラ１１０ａ、１１０ｂを任意の温度に加熱することができる（例えば、閾値温度よりも１０℃低い温度、又は更には閾値温度より５℃未満低い範囲内のサーモクロミックコーティングの温度を達成することによって）。例えば、いくつかの構成では、加熱されたローラ１１０ａは、サーモクロミックコーティング１９５の閾値温度よりも高い温度まで加熱されてもよい。しかしながら、加熱されたローラ１１０ａの上のサーモクロミックコーティング１９５の滞留時間は短く、したがってサーモクロミックコーティング１９５が閾値温度を超えて加熱されないように、フィルム１９０の移動が制御される。
【００１８】
第２のヒータ１２０のエンクロージャ１２２は、細長いフィルム１９０がエンクロージャ１２２に入ることを可能にする入口開口部１２４と、細長いフィルム１９０がエンクロージャ１２２から出ることを可能にする出口開口部１２６とを含む。移動機構１４０は、上に配置されたサーモクロミックコーティング１９５を有する基板１９０を、入口開口部１２４及び出口開口部１２６を通してエンクロージャ１２２の内外に移動させる。
【００１９】
エンクロージャが使用される場合、パターン化されたヒータ１３０は、エンクロージャの外側又は内部に配置されてもよい。図１は、エンクロージャ１２２の外側に位置するパターン化されたレーザ源１３０を示す。光透過窓１２８は、レーザ源１３０からの光をエンクロージャ１２２内に透過して、サーモクロミックコーティング１９５を加熱する。
【００２０】
いくつかの態様によれば、システム１００は、第１のヒータ１１０、第２のヒータ１２０、パターン化されたヒータ１３０及び移動機構１４０の動作を制御及び調整するコントローラ１５０を含む。
【００２１】
図２Ａは、いくつかの実施形態による、サーモクロミック撮像システム２００の一部分を示す図である。システム２００は、エンクロージャ２２２の同じ側に入口開口部２２４及び出口開口部２２６を有するエンクロージャ２２２を備える。基板は、細長いフィルム２９０として構成される。図２Ａに示されていない移動機構は、上に配置されたサーモクロミックコーティング２９５を有する細長いフィルム２９０を、矢印２８５に沿って入口開口部２２４を通してエンクロージャ２２２内に移動させる。基板２９０は、矢印２８６によって示される方向に沿ってエンクロージャ２２２内に配置された３つのテンションローラ２１１、２１２、２１３の上を移動する。細長いフィルム２９０は、矢印２８７の方向に沿って出口開口部２２６を通ってエンクロージャ２２２から出る。エンクロージャ２２２内のローラ２１１、２１２、２１３のうちの少なくとも１つは、第１のヒータ２１０として機能する。第２のヒータ２２０は、周囲環境、例えばエンクロージャ２２２内の空気を加熱する周囲熱源２２１を備える。
【００２２】
入口開口部２２４及び出口開口部２２６の一方又は両方は、エンクロージャ２２２の外側と内側との間の空気交換を低減する少なくとも１つの空気交換機構を含んでもよい。空気交換機構は、ローラ、ブラシ、布地、及びエラストマのうちの１つ以上を含んでもよい。空間的にパターン化されたレーザ源を備えるパターン化されたヒータ２３０は、エンクロージャ２２２の外側に配置される。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、エンクロージャ２２２は、光源２３０からのレーザ光をエンクロージャ２２２内に透過する光透過窓２２８を含む。光透過窓２２８は、外部環境、例えば、空気と窓材料、例えば、ガラスとの間の境界面における反射を低減するための反射防止コーティングを含んでもよい。
【００２３】
図３は、エンクロージャ２２２の入口開口部２２４及び／又は出口開口部２２６の上部及び／又は底部に配置され得るブラシ３８１、３８２を備える空気交換機構３８０を示す。細長いフィルム３９０は、エンクロージャ２２２に入るか又はエンクロージャ２２２から出るときにブラシ３８１、３８２の間を移動する。ブラシ３８１、３８２は、エンクロージャ２２２に入るときに移動する細長いフィルム３９０と共にエンクロージャ２２２内に導入され得る周囲空気の境界層を破断することによって、エンクロージャ２２２の内部と外部との間の空気交換を低減するように構成される。
【００２４】
図４は、エンクロージャ２２２の入口開口部２２４及び／又は出口開口部２２６の上部及び／又は底部に配置され得るローラ４８１、４８２を備える空気交換機構４８０を示す。細長いフィルム４９０は、エンクロージャ２２２に入るか又はエンクロージャ２２２から出るときにローラ４８１、４８２の間を移動する。ローラ４８１、４８２は、エンクロージャ２２２に入るときに細長いフィルム４９０に付随し得る任意の空気流をはさみ取ることによって、エンクロージャ２２２の内部と外部との間の空気交換を低減するように構成される。
【００２５】
図５は、いくつかの実施形態によるサーモクロミック画像形成方法を示すフロー図である。この方法は、サーモクロミックコーティングが配置された基板を予熱すること５１０と、サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境を予熱すること５２０とを含む。基板及び周囲環境を予熱することは、サーモクロミックコーティングを、検出可能な色変化を生じさせるには不十分な温度に予熱する。予熱後又は予熱中に、サーモクロミックコーティングは、所定のパターンに従って閾値温度を超えて加熱される５３０。サーモクロミックコーティングは、例えば、空間的にパターン化された光源若しくはレーザ源、抵抗（電気）ヒータの２次元アレイ、及び／又は加熱されたガスジェットの２次元アレイを使用して、閾値温度を超えてパターン式に加熱されてもよい。
【００２６】
いくつかの実施態様によれば、基板を予熱することは、基板を、加熱された回転ドラムの近くに導く、又は加熱された回転ドラムと接触させることを含む。サーモクロミックコーティングを囲む周囲環境を予熱することは、エンクロージャ内の周囲環境を予熱しながら、サーモクロミックコーティングが配置された基板をエンクロージャ内外に移動させることを含む。基板をエンクロージャの内外に移動させることは、エンクロージャの外側と内側との間の空気交換を低減する少なくとも１つの空気制御機構を介して基板を移動させることを含むことができる。
【００２７】
本明細書で論じられるように、発色のための閾値温度及びより高い完全飽和温度を示すサーモクロミックコーティングは、基板及び環境を閾値温度の直下に予熱することによって、デジタル印刷システムに対するエネルギー需要を（例えば、パターン化されたレーザ源を使用して）緩和することができる。エネルギーの観点から、閾値状態に達するエネルギー密度がＸ（ジュール／ｃｍ２）であり、完全飽和発色に達する総エネルギー密度がＹ（ジュール／ｃｍ２）である場合、基板を閾値の直下に予熱することによってパターン化された部分のわずかなエネルギー節約は、せいぜいＸ／（Ｘ＋Ｙ）（ジュール／ｃｍ２）であると予想され得る。
【００２８】
しかしながら、予熱された基板及び加熱された周囲を使用すると、上記の計算によって予想されるものよりも、パターン化されたヒータに対するエネルギー需要を低減する。基板厚さへの熱浸透、並びに加熱された周囲による熱損失の低減により、追加のエネルギー節約、例えば、約２５％のエネルギー節約が、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）の節約に重ねて可能であり、したがって、撮像システムのパターン化された部分、例えば、レーザ出力要件に対する全体的な需要を低減し、より効率的かつ費用効率の高い操作を可能にする。
【００２９】
周囲及び基板の予熱を、様々なシミュレーション及び実験で試験した。１つの実験では、同じタイプのサーモクロミック材料の１．２ｃｍ×１ｃｍの面積を有する基板をコーティングすることによって１５個のサンプルを調製した。完全飽和に必要な時間を決定するために、各サンプルを異なるレーザドーズ量に曝露した。レーザ曝露は、室温（非加熱）周囲及び室温（非加熱）基板を用いて実施した。測定されたレーザ出力は、基板上で４６．５３ワット（３８．７７ワット／ｃｍ２）であり、測定は、レーザ投影システムにおける全ての光学損失の全体的な効果を含んだ。レーザ曝露後のサンプルを図６に示す。この実験から、この材料の完全な発色飽和を達成するために６４ｍｓの曝露時間が必要であると判定された。
【００３０】
この試験の動作条件に基づいて、連続曝露間のゼロデッドタイムと仮定して、投影された印刷速度（ｖ＿ｐｒｉｎｔ）は、１０ｍｍ／６４ｍｓ＝０．１５６２５ｍ／ｓである。
【００３１】
ＣＯＭＳＯＬシミュレーションソフトウェアを使用して熱モデルが開発された。熱モデルは、レーザ照明による加熱、基板厚さへの熱伝達、及び（室温）周囲環境への熱損失の影響を含んだ。
【００３２】
基板及びコーティングの熱伝導率及び熱容量の測定値を使用して、コーティングの予想される温度変化をモデルシミュレーションをとおして計算した。最初に、モデルを前述の実験データと比較した。図７は、周囲又は基板加熱なしのモデルによって計算されたレーザによる照射後、６４ｍｓでの温度上昇対位置のグラフを示す。グラフ７１０は、基板裏面で取られた６４ｍｓの曝露における温度上昇対位置を示し、グラフ７２０は、基板コーティング境界面で取られた６４ｍｓの曝露における温度上昇対位置を示し、グラフ７３０は、上面で取られた６４ｍｓの曝露における温度上昇対位置を示す。モデルは、飽和を達成するために実験的に観察された曝露時間と一致する６４ｍｓで１１０℃までの温度上昇を予測した。このシミュレーションは、熱モデルの検証及び投影の精度の検証を可能にし、これは例えば、現在の実験能力を超えるより高いレーザ出力を使用することによる性能における期待される改善と、また所与のレーザ出力に対して印刷速度を改善するために基板及び周囲環境を予熱することなどの他の改善をモデル化するために使用することができる。
【００３３】
そして我々は、検証された熱モデルを使用して、７８℃（Ｔ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＝８０℃の直下）に加熱された予熱した基板を使用し、また７８℃に維持された局所加熱された周囲環境（周囲空気）を使用する効果をシミュレートした。予熱された基板及び７８℃の周囲を使用して、図８のグラフに示されるように、２１〜２２ｍｓの曝露がコーティングの１１０℃のターゲット温度を達成するのに十分であるとモデルは予測した。図８で、グラフ８１０は、基板裏面で取られた２２ｍｓの曝露における温度上昇対位置を示し、グラフ８２０は、基板コーティング境界面で取られた２２ｍｓの曝露における温度上昇対位置を示し、グラフ８３０は、上面で取られた２２ｍｓの曝露における温度上昇対位置を示す。
【００３４】
したがって、熱モデリングは、予熱した基板と共に周囲予熱（両方とも７８℃、すなわち、８０℃のＴ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの直下）を用いたとき、（６４−２２）／６４＝６５％の潜在的な「デジタル」エネルギー低減を予測した。デジタルエネルギー低減は、パターン化された加熱のエネルギーの低減を指す。
【００３５】
次に、周囲及び基板の予熱を試験するための実験を実施した。反射防止（ＡＲ）コーティングを有する光透過窓を有するエンクロージャ内にサンプルを配置した。エンクロージャ内の周囲温度を７８℃に加熱し、基板を７８℃まで加熱した。パターン化されたレーザ源からの光を光透過窓を通して投影して、サーモクロミック材料を曝露させた。
【００３６】
我々は、（ＡＲコーティングにもかかわらず）カバーガラスによる追加の光学損失で、完全な発色に近い「予熱なし」の曝露時間は６８ｍｓであり、先の「カバーガラスなし」実験よりも４ｍｓ大きいことを見出した。次に、第１及び第２のヒータをオンにして、コーティング及び基板の温度を７８℃に維持することによって、約２８ｍｓの曝露が、ほぼ完全な発色を達成するのに十分であることを見出した。
【００３７】
したがって、実験結果は、周囲及び基板の予熱を使用した印刷プロセス性能の改善を裏付ける。具体的には、７８℃に予熱した基板及び局所環境（空気）を用いて、予熱された基板と共に周囲予熱を使用したときに、（６８−２８）／６８＝５９％の「デジタル」エネルギー要件低減を観察し、これはサーモクロミック材料に対する８０℃のＴ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの直下であった。この５９％の低減は、前述のモデリング結果から理論的に予測される６５％の低減によく接近している。６％の差の可能な理由は、銅ブロック及びカバーガラスを含む実験用固定具によって画定される空洞内の環境の非効率的な加熱（銅側からのみ加熱する）、及び理想化理論モデルに含まれない他の実験的要因に関連し得る。
【００３８】
このコーティングの発色特性曲線を決定する前の実験では、サーモクロミック材料の発色のための総エネルギー要件の最大４６％が、「非デジタル」（すなわち、変調されていない、常にオン）加熱、例えば、無変調レーザ源による加熱として提供され、そしてエネルギーの５４％は、デジタルである、例えば、パターン化されたレーザ源による加熱が必要となり得ることが実証された。したがって、コーティング発色特性曲線は、追加の「予熱」の熱源を使用することによる、約４６％の潜在的な変調された（デジタル）エネルギー低減を示し、これは６８ｍｓの曝露時間が約３６．７ｍｓ（６８ｍｓの５４％に等しい）に減ると予想されることを示す。
【００３９】
したがって、２２ｍｓ〜２８ｍｓの曝露を予測／実験的に実証したモデルは、非変調レーザ又は他の輻射予熱手法を介した予熱を使用した場合に対して、周囲予熱及び予熱された基板を使用したデジタル印刷エネルギー要件における約２５％〜３０％の改善を表す。
【００４０】
本明細書に開示される実施形態は、１）室温印刷のための２１℃と比較して、７８℃での周囲空気への熱損失がより低いことと、２）室温（２１℃）で開始するのではなく、変調された／パターン化されたレーザ曝露が起こる時間によって基板が７８℃に平衡化したときに、基板の厚さへの熱損失がより低いことと、を提供する。上記２つの効果は共に、光（レーザ／放射）予熱のみを使用することによって可能となる低減を超える、サーモクロミック撮像システムのパターン化されたエネルギー要件の低減をもたらす。
【００４１】
上記で論じされた実施形態の様々な修正及び変更は、当業者には明らかであり、本開示は、本明細書に記載される例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。読者は、１つの開示された実施形態の特徴が、別段の指示がない限り、全ての他の開示された実施形態にも適用され得ると想定する必要がある。本明細書で参照される全ての米国特許、特許出願、特許出願公開、並びに他の特許及び非特許文献は、それらが前述の開示と矛盾しない範囲で、参照により組み込まれることも理解されたい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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