專利名稱：逆反射發光制品的制作方法
技術領域：
本發明提供了一類片材制品，這類制品有一層有上表面和下表面的逆反射層，以及放置在逆反射層的上表面上的發光層。本發明還提供了由這種片材制成的諸如標志的制品。
背景技術：
人們一般都了解逆反射材料可用于需要高能見度的應用，例如交通標志和其它安全用途。當這些材料被來自與觀察者同一側，即“前面照亮”表面的前燈、手電筒或其它光源照射時，這些材料的逆反射性可以在夜晚提供高能見度。
一種類型的逆反射材料包括諸如玻璃材料的微球，微球表面上涂布了一層鏡面反射層以反射入射光。這種類型的逆反射材料的一個例子可從Minnesto Miningand Manufacturing Company，St.Paul，MN以SCOTCHLITE商品名購得。
逆反射材料的另一種類型由立方角(cube corner)元件構成。例如，在Hoopman等的美國專利4,588,258中描述了這類逆反射材料。立方角元件可以彼此分開，形成平面以使來自逆反射層后面的光透過。Benson的美國專利5,122,902描述了這種技術。
在制造要求具備黑暗條件下能見度的標志和其它制品中使用的發光染料和顏料也已為人們所知。可以使用化學發光和/或光致發光材料。發光材料可安裝到出口、樓梯、滅火器等處，在電力發生故障情況下引導人們。雖然在喪失電力后發光材料會立刻起作用，但這類材料的發光性迅速下降，并且在相當短的時間內基本上消失。
光致發光膜已為人們所知并且已實際用于提供信號，以預告、警告和提供其它傳遞安全信息的標志。這些膜常與一種粘合劑組合形成光致發光帶。有時這些膜還被稱作“暗中發光”的、“可發光”的或“發光性”的，這些膜或帶是基于吸收光子并發射可見光的材料。
在商品目錄，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)中可以找到光致發光膜和帶。典型的標志包括“危險-高壓電”；“出口”；“火警”；“滅火器”；“氧，禁止吸煙”等。其中有些標志有圖案和多種顏色，如“危險-高壓電”標志，有以光致發光的白色印制在紅色橢圓中的“危險”，紅色橢圓在黑色長方形內，位于以黑色印制在白色光致發光長方形內的“高壓電”的上方。這些標志可采用絲網印刷技術或其它類似的印刷技術制造。
因此，要求提供組合了逆反射性和發光性的信號制品。具備這樣性能的制品，在有照射到制品表面上的光源時，在“前方照亮”的條件下為高度可見的，在完全或接近完全黑暗條件下也是可見的。
人們曾經試圖在一個信號制品中結合逆反射性和發光性。Spencer的美國專利5,243,457描述了一種片材，它有一層位于逆反射材料后面的發光材料。制造片材中使用的逆反射層不是透明或半透明的，據說可以防止發光層衰退。Spencer等的美國專利5,315,491提供了一種由這種材料制成的背面照明的標志。Zampa的美國專利5,415,911提供一種多層片材，這種片材有一層逆反射層和在逆反射層下面的至少一層中的磷光顏料。
有些情況下，要求標志是從觀察者所見面的反面被光從內部照射，使它在沒有逆反射光照的條件下可見，即有“背面照亮”的表面。Bradshaw等的美國專利4,952,023描述的標志是逆反射和內部照亮的。
現有技術的所有結合了逆反射性和發光性的材料都是在其逆反射層下面或反面提供了一層發光層。生產這類材料成本相對較高，易受到剝離危險，因為由這類材料制成的標志常常需在逆反射材料上刻文字，并粘貼到發光層。例如，僅僅剝落一個字母就可能極大改變由逆反射環境中的標志傳遞的信息。如果“STOP”(停止)變成“TOP”(頂部)，會有完全不同的意思。
發明概述因此，本領域需要有效并高效地組合了逆反射性和發光性的材料。而且，在標志領域要求在使用逆反射材料和發光材料的“前面照亮”和“后面照亮”的標志能組合出最好的性能。
因此，本發明一方面提供了一種制品，較好的是片材，它具有逆反射性和發光性能，有一層有上表面和下表面的逆反射層，以及放置在逆反射層的上表面上的發光層。這種材料可用于制造要求在各種條件下具有高能見度的標志、標簽和其它制品，本發明還提供了這類制品。
較好的，至少一部分逆反射層從發光層的一個或多個開口處露出。
發光層或逆反射層或這兩層宜由可讓制品背面照亮的材料制成。這樣的標志在外部照射光或前面照射光條件下為可見的，而且在沒有外部光源時，通過內部光源或其它背面照亮光源，或通過發光層本身的發光性，也是可見的。
較好的，可以通過模擬方法或數字印刷法使發光層帶有圖象。按照這種方式，可以創造任何可能的切刻和數字印刷的圖形組合，用于教育、娛樂、信息等。
其中一層或兩層可以是柔性的，以承受裝配、使用或環境條件(如大風)引起的彎曲。
任何較好的選擇方案可以結合到本發明的實施方案中，這些實施方案將在下面詳細討論。
本發明的制品結合了逆反射材料和發光材料的有利性能，可以在有光時和在接近黑暗或完全黑暗的條件提供能見度。當逆反射層或發光層中至少一層是半透明，使部分光可以透過該層時，這些性能得到增強。
術語“發光的”可與“光致發光的”交換使用，描述了吸收光子并發射可見光的材料。
參照下面的實施方案進一步討論本發明的特征和優點。
優選實施方案的詳述本發明的材料為多層結構，該結構有一層有上表面和下表面的逆反射層，以及放置在逆反射層的上表面上的發光層。
在發光層中有一個或多個開口，或發光層是半透明的，可以穿過發光層看到部分逆反射層。這類片材可用于許多不同的最終產品，例如標志和裝飾制品。
逆反射層逆反射層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。這類逆反射材料已為人們所知，在Smith的美國專利5,450,235；Hoopman的美國專利4,588,258；Szcech的美國專利5,138,488；Benson的美國專利5,122,902；Bailey的美國專利4,767,659和McGrath的美國專利4,025,159中詳細描述了這些材料。
如果需要，逆反射層可以是半透明的。可以按照許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襯，提供要求的逆反射性。如果背襯僅存在于選定的一部分微球，光可以通過沒有背襯的那些微球，為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，則可例如通過Benson的美國專利5,122,902所述的使立方角元件的彼此分離以達到半透明度。這種分離在立方角間產生平面，可以傳遞光，提供半透明度。較好的逆反射材料是半透明的立方角型。
如果需要，逆反射層可以加入一種或多種著色劑，以提供要求的顏色和/或提高該層的能見度。這些著色劑可以是任何一種已知可用于這類片材的著色劑，如果需要可以是熒光的。
發光層可以使用本領域已知的任何光致發光材料制成發光層。該層本身可以是由發光層和載體層構成的多層結構。載體層一般是熱塑性材料，如乙烯基材料，覆蓋有屏蔽層，以防止發光材料遷移到載體層中。這種屏蔽層可以由任一合適材料制成，例如丙烯酸或甲基丙烯酸類樹脂。發光層可以是乙烯基或其它合適的熱塑性材料，其中分散有光致發光顆粒，然后將該層粘合在屏蔽層上。可以用作任何已知的光致發光材料加入到該層。通過改變該層的厚度和/或光致發光顆粒的分布，可以使該層獲得半透明性。使用未填充顏料的粘合劑可以提高該層的半透明度。通過在發光層上切割出細長縫或穿孔，也可以提高逆反射層的能見度。光致發光膜可從Minnesota Mining and Manufacturing Company(3M)以商品名3MTMScotchcalTMLuminious Film Serious 5700購得，這種膜提供的發光度在對膜的光子激發結束后可延續6小時。
如果需要，發光層可以是印刷(如絲網印刷)在逆反射層上，或涂布在逆反射層上的發光油墨。可以改變該層的組成和厚度，以提供要求的半透明度和/或發光性。如果使用這樣的油墨，該層可以是連續的半透明層，或是實心的或空心輪廓的形式形成的各種圖形和/或字母數字符號。
光致發光層和逆反射層結合起來形成本發明的片材。與現有領域的片材不同，本發明的材料將光致發光層放在逆反射層上面，提供了易于制造并能用于各種標志和裝飾應用的材料。可以使用粘合劑將這些層相互固定，也可以使用夾子、箍具或其它合適的機械工具將這些層固定在位置上，或將它們一起放置在框架或支架上，將這些層固定在一起。如果不使用粘合劑而將這些層固定安裝，這樣的材料具有另外的優點，即可以按照要求或需要增加層或替換層。
繪制圖形當本發明的片材用于制造諸如標志和裝飾制品時，要求的圖案、標記或其它圖形可以根據本發明的基本原則，即發光層比逆反射層更靠近觀察者的原則，存在于片材中。
根據發光層的厚度，可以配置字母數字、符號、或其它切出的逆反射層片，將其粘合在制品觀察面反面的發光層主表面上。可采用任何易于購得的標志圖形生產設備制成這些片并裝配，例如用Gerber Scientific Company of Manchester，Connecticut銷售的設備，使用上面討論的ScotchliteTM標記材料制得。此實施方案通用性很強，而且如果發光層按照美國專利B14,673,609(Bill)揭示的方式切割細縫和穿孔會特別有效。
第二個實施方案中，可以直接從發光層切割逆反射圖形要求的輪廓，使逆反射材料可以從切出部分看到。一般優選這種方法，因為這種方法在前面照亮條件和沒有照射光通過發光情況下都能逆反射地顯示圖案或標記。可以使用Gerber標記設備在發光層上切出復雜的圖形。
第三個實施方案中，圖案還可以印刷在逆反射層和發光層的一層或兩層上。這類圖案可以在未切割的部分發光層的上面或其下面，使不同光照條件下顯示不同標記。印刷方法可以是模擬法或數字法。在模擬印刷，如絲網印刷或使用Gerber標記切割設備中，實際顯示的圖形可以由機器事先作出，再轉移到兩層的其中一層的表面。數字印刷中，使用計算機和印刷機形成點或其它細微單元的圖案，而從一定觀察距離，該圖案會變成接近相片質量的圖形。
數字成象靜電硬件和軟件用于數字成象的靜電轉移可使用計算機來產生電子數字圖象，使用靜電印刷機將電子數字圖象轉換成轉移介質上的多色調圖形，最后使用層壓裝置將有顏色的圖形轉移到耐用的基材上。
靜電印刷系統的非限制性例子有3M的ScotchprintTMElectronic GraphicsSystem。這種系統使用個人電腦，以及電子儲存和控制的圖形。靜電印刷機的非限制性例子是單程印刷機(型號9510和9512，來自Nippon Steel Corporation ofTokyo，Japan；3M的ScotchprintTM2000 Eletrostatic Printer)和多程印刷機(8900型系列，來自Xerox Corporation ofRochester NY，USA；5400型系列，來自RasterGraphics of San Joes，CA，USA)。
靜電調色劑的非限制性例子有3M的8700型系列的調色劑。轉移介質的非限制性例子包括3M的8600型介質(如8601，8603和8605)。
用于轉移數字靜電圖象的層壓裝置有GBC Protec，Deforest，WI的Orca III層壓機。
在將數字靜電圖形從轉移介質轉移到光致發光膜或帶上時，任選但是較好的是在制得的有圖形光致發光膜帶上涂施一層保護層。保護層的非限制性例子有液體涂施的“透明”膜或疊合膜。保護性透明膜的非限制性例子有3M的8900型系列的ScotchcalTM保護性疊合材料。保護性疊合材料的非限制性例子包括在被共同轉讓的PCT待審查專利申請US96/07079(Bull等)(指定美國)中揭示的那些材料，以及3M以ScotchprintTM8626和3645疊合膜銷售的那些材料。
數字成象油墨噴射的硬件和軟件熱油墨噴射的硬件可從許多跨國公司購得，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。由于印刷機制造商為用戶不斷改進他們的產品，印刷機的數量和品種迅速變化。印刷機可以制成桌面大小，也可以根據要求制得的圖形大小制成寬幅規格。大規模的熱油墨噴射印刷機商品的非限制性例子是Encad公司的NovaJet Pro印刷機和H-P公司的650C和750C印刷機。大眾化的桌面熱油墨噴射印刷機的非限制性例子包括H-P公司DeskJet印刷機。
3M銷售的Graphic Maker Ink Jet軟件可用于將來自Internet，ClipArt或DigitalCamera的數字圖象轉換成信號輸入熱油墨噴射印刷機印刷這樣的圖形。
油墨噴射的油墨也可以從許多跨國公司購得，特別是3M公司，它銷售8551；8552；8553和8554系列的有色油墨噴射的油墨。使用四種主要顏色青色、深紅、黃色和黑色，就可以在數字圖象中形成多達256種或更多的顏色。
照射本發明的片材可用于制造在各種光照條件下具有高能見度的標志和其它制品。在有來自前面照亮光源的光(例如手電筒或應急燈)的情況下，由于制品的逆反射性能，這類制品為高度可見。由于制品的光致發光性能，它們在黑暗條件下也能被看到，而在正常光照條件下更容易看到。
為進一步提高可見度，裝以該片材的標志可任選包括一種背面照亮的光源。這樣的光源可以使標志即使在沒有外部的前面照亮光源下被看見，并且能夠延長標志的發光能見度。光可以是連續的；也可以是間歇或閃爍的；或編制程序使它在一定時間，如夜間工作。它可以是電池操作的，以便在電力故障時工作。
背面照亮的光源可以是直接的、內部光源，位于標志內，如白熾燈或熒光燈，或是外部光源，通過光導管被送入標志內部。使用光導管可以提供外部光源的優點，即可以調換或修理燈泡，而不必拆開標志。合適的光導管包括完全內反射的那些以及在美國專利4,805,984(Cobb，Jr.)和5,095,415(Anderson等)中詳細描述的那些光導管。
片材的粘合和保護如果需要，片材中可以包含一層粘合劑。一般可以在逆反射層的底部找到粘合劑層(根據所涉及的實施方案為連續或部分的)，可以使片材或由此片材制成的制品牢固地固定在墻壁、面板、臺面、地板或其它基材上。根據片材或制品的最終用途、基材特性和本領域技術人員了解的其它因素來選擇粘合劑的類型。例如，有些應用要求壓敏粘合劑，除了壓敏性能外，在粘合劑固化前滑動制品或使制品再定位的能力也是有利的。用于標志圖案的優良壓敏粘合劑商品可在圖形網上從St.Paul，Minnesota，USA的3M以ScotchcalTM和ScotchcalTMPlus品牌購買。許多專利都揭示具有這類用途的壓敏粘合劑。描述了這類材料的專利的代表例包括美國專利5,296,277和5,362,516(都是Wilson等)和5,141,790(Calhoun等)。還可以施用一層剝離襯料，以保護粘合劑層直到需要粘合劑層時。較大或較重的制品可以使用支架、螺釘、釘子、鉤子或其它工具固定。
如果需要，片材或制品可以加入一層保護性頂片。這樣的層有助于防止下層受到沖擊、摩擦和變臟。可以由任何合適的膜制成頂層，要求膜具有耐久性并且使下面的層能被看見。可用以形成頂層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，在頂層片中還可以加入另外的組分，如熒光材料、UV光吸收劑、抗氧劑、著色劑等。
也可以在發光層露出的主表面上還包括逆反射元件，不與隱藏在發光層下面或通過發光層的切開部分露出的逆反射層部分對齊。
上面的說明書完整描述了本發明。因為可以有許多不偏離本發明精神和范圍的實施方案，所以本發明決定于后面的權利要求。
權利要求
1.一種具備逆反射性和光致發光性的片材，它包括(a)有上表面和下表面的逆反射層；(b)放置在逆反射層上表面上的光致發光層，其中的光致發光層在該層內的光子激發結束后提供了發光性。
2.如權利要求1所述的片材，其特征在于至少有一部分所述的逆反射層從光致發光層中的一個或多個開口露出。
3.如權利要求1或2所述的片材，其特征在于所述逆反射層或光致發光層是半透明的。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述的片材，其特征在于所述光致發光層包含一種光致發光油墨。
5.如權利要求1-4中任一權利要求所述的片材，其特征在于所述光致發光層中的開口為細縫或孔狀。
6.如權利要求1-5中任一權利要求所述的片材，其特征在于所述光致發光層或逆反射層由可讓片材背面照亮的材料構成。
7.如權利要求1-6中任一權利要求所述的片材，其特征在于所述光致發光層可以通過模擬法或數字印刷法形成圖象。
8.如權利要求1或2所述的片材，其特征在于所述片材還包括一層放置在逆反射層下表面的粘合劑層。
9.一種包括了如權利要求1-8中任一權利要求所述的片材的標志。
10.一種包括了如權利要求1-8中任一權利要求所述的片材的帶或標簽。
全文摘要
揭示了一種包含逆反射層和在逆反射層上表面的發光層的片材。這種片材可以形成在各種光照條件下高度可見的標志或裝飾制品。部分逆反射層可通過發光層或發光層上的一個或多個開口被看見,開口為細縫、孔、字母或其它圖形的形狀。可以采用模擬法或數字法在發光層上繪制圖形。片材可以由適合背面照亮的材料制成。可以使用粘合劑或其它常用的固定工具,將標志固定在內部環境或外部環境中。
文檔編號G02B5/128GK1253631SQ97182109
公開日2000年5月17日 申請日期1997年9月19日 優先權日1997年4月15日
發明者R·C·凱肯德爾, D·J·墨菲 申請人:美國3M公司