逆反射发光制品的制作方法

专利名称：逆反射发光制品的制作方法
技术领域：
本发明提供了一类片材制品，这类制品有一层有上表面和下表面的逆反射层，以及放置在逆反射层的上表面上的发光层。本发明还提供了由这种片材制成的诸如标志的制品。
背景技术：
人们一般都了解逆反射材料可用于需要高能见度的应用，例如交通标志和其它安全用途。当这些材料被来自与观察者同一侧，即“前面照亮”表面的前灯、手电筒或其它光源照射时，这些材料的逆反射性可以在夜晚提供高能见度。
一种类型的逆反射材料包括诸如玻璃材料的微球，微球表面上涂布了一层镜面反射层以反射入射光。这种类型的逆反射材料的一个例子可从Minnesto Miningand Manufacturing Company，St.Paul，MN以SCOTCHLITE商品名购得。
逆反射材料的另一种类型由立方角(cube corner)元件构成。例如，在Hoopman等的美国专利4,588,258中描述了这类逆反射材料。立方角元件可以彼此分开，形成平面以使来自逆反射层后面的光透过。Benson的美国专利5,122,902描述了这种技术。
在制造要求具备黑暗条件下能见度的标志和其它制品中使用的发光染料和颜料也已为人们所知。可以使用化学发光和/或光致发光材料。发光材料可安装到出口、楼梯、灭火器等处，在电力发生故障情况下引导人们。虽然在丧失电力后发光材料会立刻起作用，但这类材料的发光性迅速下降，并且在相当短的时间内基本上消失。
光致发光膜已为人们所知并且已实际用于提供信号，以预告、警告和提供其它传递安全信息的标志。这些膜常与一种粘合剂组合形成光致发光带。有时这些膜还被称作“暗中发光”的、“可发光”的或“发光性”的，这些膜或带是基于吸收光子并发射可见光的材料。
在商品目录，如Seton Identification Products Catalog(Seton Products，BranfordCT，Page AE33，1996)；D&G Sign and Lable Catalog WK(D&G Sign and Label，Northford，CT，page W37，(Summer 1996))；和Brady-Signmark Division Catalog S-17(W.H.Brady Co.，Milwaukee，WI，P.46，1996)中可以找到光致发光膜和带。典型的标志包括“危险-高压电”；“出口”；“火警”；“灭火器”；“氧，禁止吸烟”等。其中有些标志有图案和多种颜色，如“危险-高压电”标志，有以光致发光的白色印制在红色椭圆中的“危险”，红色椭圆在黑色长方形内，位于以黑色印制在白色光致发光长方形内的“高压电”的上方。这些标志可采用丝网印刷技术或其它类似的印刷技术制造。
因此，要求提供组合了逆反射性和发光性的信号制品。具备这样性能的制品，在有照射到制品表面上的光源时，在“前方照亮”的条件下为高度可见的，在完全或接近完全黑暗条件下也是可见的。
人们曾经试图在一个信号制品中结合逆反射性和发光性。Spencer的美国专利5,243,457描述了一种片材，它有一层位于逆反射材料后面的发光材料。制造片材中使用的逆反射层不是透明或半透明的，据说可以防止发光层衰退。Spencer等的美国专利5,315,491提供了一种由这种材料制成的背面照明的标志。Zampa的美国专利5,415,911提供一种多层片材，这种片材有一层逆反射层和在逆反射层下面的至少一层中的磷光颜料。
有些情况下，要求标志是从观察者所见面的反面被光从内部照射，使它在没有逆反射光照的条件下可见，即有“背面照亮”的表面。Bradshaw等的美国专利4,952,023描述的标志是逆反射和内部照亮的。
现有技术的所有结合了逆反射性和发光性的材料都是在其逆反射层下面或反面提供了一层发光层。生产这类材料成本相对较高，易受到剥离危险，因为由这类材料制成的标志常常需在逆反射材料上刻文字，并粘贴到发光层。例如，仅仅剥落一个字母就可能极大改变由逆反射环境中的标志传递的信息。如果“STOP”(停止)变成“TOP”(顶部)，会有完全不同的意思。
发明概述因此，本领域需要有效并高效地组合了逆反射性和发光性的材料。而且，在标志领域要求在使用逆反射材料和发光材料的“前面照亮”和“后面照亮”的标志能组合出最好的性能。
因此，本发明一方面提供了一种制品，较好的是片材，它具有逆反射性和发光性能，有一层有上表面和下表面的逆反射层，以及放置在逆反射层的上表面上的发光层。这种材料可用于制造要求在各种条件下具有高能见度的标志、标签和其它制品，本发明还提供了这类制品。
较好的，至少一部分逆反射层从发光层的一个或多个开口处露出。
发光层或逆反射层或这两层宜由可让制品背面照亮的材料制成。这样的标志在外部照射光或前面照射光条件下为可见的，而且在没有外部光源时，通过内部光源或其它背面照亮光源，或通过发光层本身的发光性，也是可见的。
较好的，可以通过模拟方法或数字印刷法使发光层带有图象。按照这种方式，可以创造任何可能的切刻和数字印刷的图形组合，用于教育、娱乐、信息等。
其中一层或两层可以是柔性的，以承受装配、使用或环境条件(如大风)引起的弯曲。
任何较好的选择方案可以结合到本发明的实施方案中，这些实施方案将在下面详细讨论。
本发明的制品结合了逆反射材料和发光材料的有利性能，可以在有光时和在接近黑暗或完全黑暗的条件提供能见度。当逆反射层或发光层中至少一层是半透明，使部分光可以透过该层时，这些性能得到增强。
术语“发光的”可与“光致发光的”交换使用，描述了吸收光子并发射可见光的材料。
参照下面的实施方案进一步讨论本发明的特征和优点。
优选实施方案的详述本发明的材料为多层结构，该结构有一层有上表面和下表面的逆反射层，以及放置在逆反射层的上表面上的发光层。
在发光层中有一个或多个开口，或发光层是半透明的，可以穿过发光层看到部分逆反射层。这类片材可用于许多不同的最终产品，例如标志和装饰制品。
逆反射层逆反射层可以是任何已知的逆反射材料，包括立方角型和玻璃珠型的逆反射片。这类逆反射材料已为人们所知，在Smith的美国专利5,450,235；Hoopman的美国专利4,588,258；Szcech的美国专利5,138,488；Benson的美国专利5,122,902；Bailey的美国专利4,767,659和McGrath的美国专利4,025,159中详细描述了这些材料。
如果需要，逆反射层可以是半透明的。可以按照许多不同的方法制得半透明逆反射材料。例如，如果逆反射材料是微球型，通常在微球上涂施一逆反射背衬，提供要求的逆反射性。如果背衬仅存在于选定的一部分微球，光可以通过没有背衬的那些微球，为逆反射材料提供要求的半透明度。如果逆反射材料是立方角型的，则可例如通过Benson的美国专利5,122,902所述的使立方角元件的彼此分离以达到半透明度。这种分离在立方角间产生平面，可以传递光，提供半透明度。较好的逆反射材料是半透明的立方角型。
如果需要，逆反射层可以加入一种或多种着色剂，以提供要求的颜色和/或提高该层的能见度。这些着色剂可以是任何一种已知可用于这类片材的着色剂，如果需要可以是荧光的。
发光层可以使用本领域已知的任何光致发光材料制成发光层。该层本身可以是由发光层和载体层构成的多层结构。载体层一般是热塑性材料，如乙烯基材料，覆盖有屏蔽层，以防止发光材料迁移到载体层中。这种屏蔽层可以由任一合适材料制成，例如丙烯酸或甲基丙烯酸类树脂。发光层可以是乙烯基或其它合适的热塑性材料，其中分散有光致发光颗粒，然后将该层粘合在屏蔽层上。可以用作任何已知的光致发光材料加入到该层。通过改变该层的厚度和/或光致发光颗粒的分布，可以使该层获得半透明性。使用未填充颜料的粘合剂可以提高该层的半透明度。通过在发光层上切割出细长缝或穿孔，也可以提高逆反射层的能见度。光致发光膜可从Minnesota Mining and Manufacturing Company(3M)以商品名3MTMScotchcalTMLuminious Film Serious 5700购得，这种膜提供的发光度在对膜的光子激发结束后可延续6小时。
如果需要，发光层可以是印刷(如丝网印刷)在逆反射层上，或涂布在逆反射层上的发光油墨。可以改变该层的组成和厚度，以提供要求的半透明度和/或发光性。如果使用这样的油墨，该层可以是连续的半透明层，或是实心的或空心轮廓的形式形成的各种图形和/或字母数字符号。
光致发光层和逆反射层结合起来形成本发明的片材。与现有领域的片材不同，本发明的材料将光致发光层放在逆反射层上面，提供了易于制造并能用于各种标志和装饰应用的材料。可以使用粘合剂将这些层相互固定，也可以使用夹子、箍具或其它合适的机械工具将这些层固定在位置上，或将它们一起放置在框架或支架上，将这些层固定在一起。如果不使用粘合剂而将这些层固定安装，这样的材料具有另外的优点，即可以按照要求或需要增加层或替换层。
绘制图形当本发明的片材用于制造诸如标志和装饰制品时，要求的图案、标记或其它图形可以根据本发明的基本原则，即发光层比逆反射层更靠近观察者的原则，存在于片材中。
根据发光层的厚度，可以配置字母数字、符号、或其它切出的逆反射层片，将其粘合在制品观察面反面的发光层主表面上。可采用任何易于购得的标志图形生产设备制成这些片并装配，例如用Gerber Scientific Company of Manchester，Connecticut销售的设备，使用上面讨论的ScotchliteTM标记材料制得。此实施方案通用性很强，而且如果发光层按照美国专利B14,673,609(Bill)揭示的方式切割细缝和穿孔会特别有效。
第二个实施方案中，可以直接从发光层切割逆反射图形要求的轮廓，使逆反射材料可以从切出部分看到。一般优选这种方法，因为这种方法在前面照亮条件和没有照射光通过发光情况下都能逆反射地显示图案或标记。可以使用Gerber标记设备在发光层上切出复杂的图形。
第三个实施方案中，图案还可以印刷在逆反射层和发光层的一层或两层上。这类图案可以在未切割的部分发光层的上面或其下面，使不同光照条件下显示不同标记。印刷方法可以是模拟法或数字法。在模拟印刷，如丝网印刷或使用Gerber标记切割设备中，实际显示的图形可以由机器事先作出，再转移到两层的其中一层的表面。数字印刷中，使用计算机和印刷机形成点或其它细微单元的图案，而从一定观察距离，该图案会变成接近相片质量的图形。
数字成象静电硬件和软件用于数字成象的静电转移可使用计算机来产生电子数字图象，使用静电印刷机将电子数字图象转换成转移介质上的多色调图形，最后使用层压装置将有颜色的图形转移到耐用的基材上。
静电印刷系统的非限制性例子有3M的ScotchprintTMElectronic GraphicsSystem。这种系统使用个人电脑，以及电子储存和控制的图形。静电印刷机的非限制性例子是单程印刷机(型号9510和9512，来自Nippon Steel Corporation ofTokyo，Japan；3M的ScotchprintTM2000 Eletrostatic Printer)和多程印刷机(8900型系列，来自Xerox Corporation ofRochester NY，USA；5400型系列，来自RasterGraphics of San Joes，CA，USA)。
静电调色剂的非限制性例子有3M的8700型系列的调色剂。转移介质的非限制性例子包括3M的8600型介质(如8601，8603和8605)。
用于转移数字静电图象的层压装置有GBC Protec，Deforest，WI的Orca III层压机。
在将数字静电图形从转移介质转移到光致发光膜或带上时，任选但是较好的是在制得的有图形光致发光膜带上涂施一层保护层。保护层的非限制性例子有液体涂施的“透明”膜或叠合膜。保护性透明膜的非限制性例子有3M的8900型系列的ScotchcalTM保护性叠合材料。保护性叠合材料的非限制性例子包括在被共同转让的PCT待审查专利申请US96/07079(Bull等)(指定美国)中揭示的那些材料，以及3M以ScotchprintTM8626和3645叠合膜销售的那些材料。
数字成象油墨喷射的硬件和软件热油墨喷射的硬件可从许多跨国公司购得，包括但不限于Hewlett-PackardCorporation of Palo Alto.CA，USA；Encad Corporation of San Diego，CA，USA；Xerox Corporation of Rochester，NY，USA；LaserMaster Corporation of Eden Prairie，MN，USA和Mimaki Engineering Co.，Ltd，of Tokyo，Japan。由于印刷机制造商为用户不断改进他们的产品，印刷机的数量和品种迅速变化。印刷机可以制成桌面大小，也可以根据要求制得的图形大小制成宽幅规格。大规模的热油墨喷射印刷机商品的非限制性例子是Encad公司的NovaJet Pro印刷机和H-P公司的650C和750C印刷机。大众化的桌面热油墨喷射印刷机的非限制性例子包括H-P公司DeskJet印刷机。
3M销售的Graphic Maker Ink Jet软件可用于将来自Internet，ClipArt或DigitalCamera的数字图象转换成信号输入热油墨喷射印刷机印刷这样的图形。
油墨喷射的油墨也可以从许多跨国公司购得，特别是3M公司，它销售8551；8552；8553和8554系列的有色油墨喷射的油墨。使用四种主要颜色青色、深红、黄色和黑色，就可以在数字图象中形成多达256种或更多的颜色。
照射本发明的片材可用于制造在各种光照条件下具有高能见度的标志和其它制品。在有来自前面照亮光源的光(例如手电筒或应急灯)的情况下，由于制品的逆反射性能，这类制品为高度可见。由于制品的光致发光性能，它们在黑暗条件下也能被看到，而在正常光照条件下更容易看到。
为进一步提高可见度，装以该片材的标志可任选包括一种背面照亮的光源。这样的光源可以使标志即使在没有外部的前面照亮光源下被看见，并且能够延长标志的发光能见度。光可以是连续的；也可以是间歇或闪烁的；或编制程序使它在一定时间，如夜间工作。它可以是电池操作的，以便在电力故障时工作。
背面照亮的光源可以是直接的、内部光源，位于标志内，如白炽灯或荧光灯，或是外部光源，通过光导管被送入标志内部。使用光导管可以提供外部光源的优点，即可以调换或修理灯泡，而不必拆开标志。合适的光导管包括完全内反射的那些以及在美国专利4,805,984(Cobb，Jr.)和5,095,415(Anderson等)中详细描述的那些光导管。
片材的粘合和保护如果需要，片材中可以包含一层粘合剂。一般可以在逆反射层的底部找到粘合剂层(根据所涉及的实施方案为连续或部分的)，可以使片材或由此片材制成的制品牢固地固定在墙壁、面板、台面、地板或其它基材上。根据片材或制品的最终用途、基材特性和本领域技术人员了解的其它因素来选择粘合剂的类型。例如，有些应用要求压敏粘合剂，除了压敏性能外，在粘合剂固化前滑动制品或使制品再定位的能力也是有利的。用于标志图案的优良压敏粘合剂商品可在图形网上从St.Paul，Minnesota，USA的3M以ScotchcalTM和ScotchcalTMPlus品牌购买。许多专利都揭示具有这类用途的压敏粘合剂。描述了这类材料的专利的代表例包括美国专利5,296,277和5,362,516(都是Wilson等)和5,141,790(Calhoun等)。还可以施用一层剥离衬料，以保护粘合剂层直到需要粘合剂层时。较大或较重的制品可以使用支架、螺钉、钉子、钩子或其它工具固定。
如果需要，片材或制品可以加入一层保护性顶片。这样的层有助于防止下层受到冲击、摩擦和变脏。可以由任何合适的膜制成顶层，要求膜具有耐久性并且使下面的层能被看见。可用以形成顶层片的材料的例子包括丙烯酸聚合物(如聚甲基丙烯酸甲酯)，含氟聚合物、聚氨酯等。如果需要，在顶层片中还可以加入另外的组分，如荧光材料、UV光吸收剂、抗氧剂、着色剂等。
也可以在发光层露出的主表面上还包括逆反射元件，不与隐藏在发光层下面或通过发光层的切开部分露出的逆反射层部分对齐。
上面的说明书完整描述了本发明。因为可以有许多不偏离本发明精神和范围的实施方案，所以本发明决定于后面的权利要求。
权利要求
1.一种具备逆反射性和光致发光性的片材，它包括(a)有上表面和下表面的逆反射层；(b)放置在逆反射层上表面上的光致发光层，其中的光致发光层在该层内的光子激发结束后提供了发光性。
2.如权利要求1所述的片材，其特征在于至少有一部分所述的逆反射层从光致发光层中的一个或多个开口露出。
3.如权利要求1或2所述的片材，其特征在于所述逆反射层或光致发光层是半透明的。
4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的片材，其特征在于所述光致发光层包含一种光致发光油墨。
5.如权利要求1-4中任一权利要求所述的片材，其特征在于所述光致发光层中的开口为细缝或孔状。
6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的片材，其特征在于所述光致发光层或逆反射层由可让片材背面照亮的材料构成。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的片材，其特征在于所述光致发光层可以通过模拟法或数字印刷法形成图象。
8.如权利要求1或2所述的片材，其特征在于所述片材还包括一层放置在逆反射层下表面的粘合剂层。
9.一种包括了如权利要求1-8中任一权利要求所述的片材的标志。
10.一种包括了如权利要求1-8中任一权利要求所述的片材的带或标签。
全文摘要
揭示了一种包含逆反射层和在逆反射层上表面的发光层的片材。这种片材可以形成在各种光照条件下高度可见的标志或装饰制品。部分逆反射层可通过发光层或发光层上的一个或多个开口被看见,开口为细缝、孔、字母或其它图形的形状。可以采用模拟法或数字法在发光层上绘制图形。片材可以由适合背面照亮的材料制成。可以使用粘合剂或其它常用的固定工具,将标志固定在内部环境或外部环境中。
文档编号G02B5/128GK1253631SQ97182109
公开日2000年5月17日 申请日期1997年9月19日 优先权日1997年4月15日
发明者R·C·凯肯德尔, D·J·墨菲 申请人:美国3M公司