DK144545B - Refekterende ark med et monolag af mikrosfaere-linser - Google Patents

Description

(19) DANMARK \kkj / Λ \ / 1^1

m) 02) FREMLÆGGELSESSKRIFT <n) 144545B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 5197/77 (51) lnt.CI.3 G 02 B 5/128 (22) Indleveringsdag 23· nov. 1977 (24) Løbedag 23- nov. 1977 (41) Aim. tilgængelig 27· maj 1978 (44) Fremlagt 22. mar. 1982 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 26. nov. 1976, 745401., US

(71) Ansøger MINNESOTA MINING AND MANUFACTURING COMPANY, Saint Paul, US.

(72) Opfinder Robert Allen Brown, US.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

(54) Reflekterende ark med et monolag af mikrosfære-linser.

Den foreliggende opfindelse angår retroreflekterende arkmaterialer af kendt type (jvf. US-PS nr. 3.154.872), der inkorporerer inskriptioner eller mærker i arket for at give arket en distinktiv identitet.

Den foreliggende opfindelse er et fremskridt inden for teknikken vedrørende sådanne arkmaterialer, fordi den tilvej ebringer en hidtil ukendt type mærkning, der har enestående retroreflekterende karakteristika, som gør det muligt hurtigt 111 og nemt at genkende og skelne arkmaterialet fra andre arkmate-

-O

rialer uden nogen kompliceret eller destruktiv type afprøvning.

^ Disse unike reflekterende karakteristika gør det også vanske- ligt for uautoriserede personer at duplikere eller "forfalske" mærkningen.

V Det her omhandlede, reflekterende ark ligner generelt O det tidligere kendte ark ved, at det omfatter et monolag af mikrosfære-linser, der er tilpasset til at modtage og fokusere lysstråler, der falder ind på arkets forsideoverflade, et 2 144545 mellemrumslag af polymert materiale, der dækker bagsideoverfladen af mikrosfære-linserne og har en sådan kontur, at det generelt følger disse bagsideoverflader, et spejlreflekterende lag, der er overtrukket over mellemrumslaget, og et billeddannende lag, der er anbragt i et billedvis mønster mellem mellemrumslaget og det spejlreflekterende lag.

Det her omhandlede arkmateriale er særegnet i forhold til det tidligere kendte arkmateriale ved det billeddannende lags karakteristika, idet det billeddannende lag ved den kendte konstruktion er semi-spejlende, f.eks. på grund af indbefatningen af metalpigment, medens det billeddannende lag i det her omhandlede, reflekterende ark er praktisk taget transparent. På denne måde kan lysstråler transmitteres til det spejlreflekrerende lag bag det billeddannende lag og dernæst reflekteres af det spejlreflekrerende lag.

Nærmere betegnet er det her omhandlede reflekterende ark ejendommeligt ved, at det billeddannende lag er transparent, og at tykkelsen af det billeddannende lag er så meget større i dalene i mellemrumslaget mellem mikrosfære-linserne end på de krumme overflader direkte på bagsiden af mikrosfære-linserne, at 45°-retroreflektionen fra de billeddannende områder af arket er mindst 30% mindre end retroreflektionen fra de ikke-billeddannende områder.

Tilstedeværelsen af det transparente, billeddannende lag med variabel tykkelse ændrer det her omhandlede, reflekterende arks reflekterende karakteristika, eftersom det ændrer mellemrummet mellem det spejlreflekterende lag og mikrosfære-linserne. En vigtig ændring vedrører reflektionen af lys, der rammer arket med en stor indfaldsvinkel (dvs. vinklen mellem det lys, der rammer arket og en linie, der står vinkelret på arket). Sådanne lysstråler fokuseres af mikrosfære-linserne ind i dalområderne, hvor det billeddannende lag er tykkest. Den forøgede tykkelse af det billeddannende lag i dalområderne fortrænger det spejlreflekterende lag fra brændpunktet af lysstrålerne med stor indfaldsvinkel, og denne fortrængning fremkalder en reduktion i disse lysstrålers retroref lektion. Resultatet er, at selv om mærker i det her omhandlede ark kan være, og fortrinsvis er, usynlige, når arket betragtes under retroreflekterende betragtningsbetingelser ud fra en position, 3 1A45A5 der står vinkelret på arket, så bliver de synlige, når arket betragtes under en vinkel under retroflekterende betragtningsbetingelser. Synligheden af mærker under en vinkel er en distinktiv effekt, der gør det muligt for en person, der inspicerer arket, at bestemme dets identitet.

Til opnåelse af en ønsket grad af synlighed af mærkerne i det her omhandlede reflekterende ark bør reduktionen i retro-reflektionen i de bilieddannende områder være tilstrækkelig til tilvejebringelse af en god kontrast til den spejlreflektion, der forekommer i de ikke-bilieddannende områder eller baggrundsområderne.

Til den foreliggende beskrivelses formål kan kontrast beskrives som forskellen i den retroreflekterende klarhed mellem de billed-dannende og de ikke-billeddannende områder ved en indfaldsvinkel på 45° (lyset bevæger sig mod arket med en vinkel på 45° i forhold til en linie, der står vinkelret på arket. Generelt kan billeder skelnes under retroreflekterende betragtningsbetingelser under en vinkel på 45°, hvis retroflektionen af det lys, der falder ind under en vinkel på 45°, fra de bilieddannende områder i arket er mindst 30% under retroreflektionen fra det lys, der falder ind under en vinkel på 45°, fra ikke-billeddannende områder (på grund af måleinstrumenternes begrænsede følsomhed bør der foretages målinger på bilieddannende områder og ikke-billeddannende områder, 2 der er mindst ca. 6 cm i størrelse), og for at opnå god læselighed bør retroreflektionen fra bilieddannende områder være mindst 35%, fortrinsvis mindst 40%, mindre, end den er fra de ikke-billeddannende områder.

Transparente lag er tidligere blevet inkorporeret i billedvis mønster i reflekterende ark for at modificere arkets retroreflekterende karakteristika, jvf. f.eks. US-PS nr. 3.801.183.

Men anvendelsen af et bilieddannende lag, der er tykkere i dalområderne end på de krumme spidser af mellemrumslagene opnår specielle yderligere effekter som beskrevet, hvilket giver arket yderligere anvendelighed.

På tegningen er der i fig. 1 vist et tværsnit gennem et idealiseret, repræsentativt reflekterende ark ifølge opfindelsen, i fig. 2 vist et tværsnit gennem en del af det i fig. 1 viste ark, der er forstørret yderligere for at medvirke til at vise den foreliggende opfindelses karakteristika, og 144545 4 i fig. 3 vist et tværsnit gennem et andet illustrativt reflekterende ark ifølge opfindelsen.

Et repræsentativt reflekterende ark ifølge opfindelsen 10, der er vist i fig. 1, omfatter et toplag 11, et monolag af transparente mikrosfære-linser 12, typisk glasmikrosfærer, der er båret i et lag 13 af transparent binderaiddelmateriale, et mellemrumslag 14, der er overtrukket over bagsideoverfladerne af mikrosfære--linserne 12 og har en sådan kontur, at det følger den krumme overflade af mikrosfærernes bagsider, et billeddannende lag 15, der er overtrukket på mellemrumslaget, et spejlreflekterende lag 16, der er overtrukket over mellemrumslaget og det billeddannende lag, og et bagsidelag 17, f.eks. et lag af adhæsiv eller andet polymert materiale. Blandt andre formål beskytter laget 17 det spejlreflekterende lag, tilvejebringer et middel til fastgørelse af arket til et underlag og bibringer arkmaterialet yderligere styrke.

Med undtagelse af det billeddannende lag 15 er den i fig. 1 viste struktur konventionel, og fremgangsmåderne til dets fremstilling er velkendte. Fig. 1 er simplificeret eller idealiseret ved, at mikrosfære-linserne 12 alle er vist som værende af samme størrelse og som værende fordelt med jævne mellemrum i et perfekt monolag. Faktisk varierer størrelsen af mikrosfære-linserne statistisk inden for et område, og mikrosfærerne er ikke anbragt i et perfekt monolag med en ensartet mellemrumsfordeling.

Efter fremstillingen af mellemrumslaget 14 påføres det billeddannende lag 15 i et billedvis mønster, typisk ved konventionel trykketeknik. Der anvendes et overtræksmateriale eller en sværte, der har sådanne viskositetskarakteristika, at sværten strømmer fra krumme spidser 19 i mellemrumslaget direkte bag om mikrosfære-linserne ned i dale 20 mellem sfære-linserne, hvilket bevirker, at det billeddannende lag er tykkere i dalene end over de krumme spidser som vist i fig. 1.

Konsekvensen af denne variation i tykkelsen af det billeddannende lag er vist i fig. 2. Paraksiale lysstråler 22, der går vinkelret på det reflekterende lag, fokuseres af mikrosfære-linserne 12 til en plet 23 (fordi sfærerne ikke er en perfekt linse, fokuseres lysstrålerne til en plet fremfor et punkt) nær kanten af mellemrumslaget 14. Det spejlreflekterende lag 16 er tilstrækkeligt tæt på kanten af mellemrumslaget, og den fokale "plet" er tilstrækkeligt stor til, at fortrængningen af det spejl- 5 144545 reflekterende lag kun bevirker en særdeles ringe reduktion i klarheden af retroreflektionen af de vinkelrette lysstråler. Men for lysstråler 24, der falder ind på arket med en vinkel på 45°, er totalsummen af tykkelsen af mellemrumslaget 14 og det bilieddannende lag 15 i dalene 20 mellem mikrosfære-linserne en sådan, at det spejlreflekterende lag 16 ligger på den anden side af en fokal plet eller locus 25 for strålerne 24. Resultatet er, at 45°-lys-strålerne ikke reflekteres med samme størrelse som de vinkelrette lysstråler 22.

Det billeddannende lag 15 bør være transparent, men kan være farvet med transparente farvestoffer eller pigmenter således, at det enten er tilpasset til eller står i kontrast til resten af arket. Farvningen kan vælges således, at den enten camouflerer mærkerne eller gør dem synlige under almindelige betragtningsbetingelser ved dagslys (sidstnævnte omfatter betragtning under det omgivende udendørslys i dagslystimerne og står i kontrast til de retroreflektive betragtningsbetingelser, hvor en koncentreret lysstråle rettes mod det reflekterende lag, og betragteren kun er anbragt et lille stykke fra lysstrålens akse). Hensigtsmæssige farvemidler indbefatter transparente organiske pigmenter, såsom phthalocyaningrønt, phthalocyaninblåt og perylenrødt, og transparente farvestoffer, såsom "Marrolex Blue RR", der forhandles af Verrona.

Den grundsubstans i overtrækningsmaterialet eller sværten, hvorudfra det billeddannende lag 15 mest typisk fremstilles, udgøres af en opløsning af et polymert materiale i et flygtigt opløsningsmiddel, men materialer med den rette viskositet kan også opnås med opløsningsmiddelfrie systemer. Den viskositet af væsken, der er nødvendig, for at væsken kan strømme på ønskelig måde fra de krumme bagsider 19 af mellemrumslaget 14 ned i dalene 20, kan bestemmes empirisk, baseret på en ønsket trykketeknik. For tiden foretrækkes gravure-trykketeknik til tilvejebringelse af den ønskede variation i tykkelsen mellem bagsideoverfladerne og dalene, og til en sådan teknik er viskositeten almindeligvis under 100 sekunder i et "No- 2 Zahn cup". Den nødvendige viskositet kan variere fra presse til presse, og hvis sværten er alt for viskos, kan der tilsættes fortyndingsmiddel.

Egnede polymerfilm-dannende bindemiddelmaterialer til fremstilling af det billeddannende lag indbefatter vinylacetat, vinylchlorid, acryliske forbindelser og talrige andre polymere, hvorfra der kan opnås hensigtsmæssige strømmekarakteristika.

Disse bindemiddelmaterialer kan være opløst eller dispergefet i for- 6 144545 skellige væsker, mest typisk organiske opløsningsmidler valgt blandt ketoner, estere, aromatiske carbonhydrider og alkoholer.

Tykkelsen af det billeddannende lag og mellemrumslaget afhænger af mikrosfære-linsernes brydningsindeks og af deres diameter. Et typisk arkmateriale som det i fig. 1 og 2 viste anvender mikrosfære-linser med et brydningsindeks på ca. 2,25 og en gennemsnitlig diameter på ca. 60 μ, og mellemrumslaget er almindeligvis ca.· 12 μ tykt. I et sådant arkmateriale bør det billed-dannende lag have en tykkelse over de krumme bagsideoverflader 19 på fra 0 til ca. 0,5 μ og i dalområderne (dimension 27 i fig. 2) på ca. 1 μ eller derover, sædvanligvis op til ca. 3 μ. Som disse værdier angiver, bør tykkelsen på det billeddannende lag almindeligvis være mindst dobbelt så tyk i dalområderne som på de krumme bagsideoverflader.

Een fordel, der opnås ved den foreliggende opfindelse i forhold til tidligere kendte ark, er en større frihed i dimensionerne af de billeder, der dannes af det bilieddannende lag.

De semi-spejlende inskriptioner i det kendte ark bør ikke være større end 0,4 mm i bredden for således at undgå, at mærkerne bliver synlige under vinkelrette retroreflekterende betragtningsbetingelser, og for at minimalisere reduktion af den nyttige retro-reflektion fra arket. Men det bilieddannende lag i det her omhandlede ark er transparent, og det har kun ringe virkning med hensyn til at reducere retroreflektionen af vinkelrette lysstråler. I overensstemmelse hermed kan billederne i det her omhandlede ark være af en meget stor bredde, uden at mærkerne bliver synlige under vinkelrette retroreflekterende betragtningsbetingelser, og uden at retroreflektionen reduceres alvorligt. Resultatet er en større frihed til udformningen af identificeringssymboler ved det her omhandlede ark. Almindeligvis er det billeddannende lag i det her omhandlede ark tilstrækkeligt transparent, endog mere når det er far-vet end klart, til at retroreflektionen af et 6 cm -billedområde under vinkelrette retroreflekterende betragtningsbetingelser er mindst 85% og fortrinsvis mindst 90% så lysende, som det er fra et ikke-billeddannende område.

En anden fordel ved det her omhandlede reflekterende arkmateriale består i, at de her omhandlede mærkers skelnelighed kan bestemmes visuelt uden nogen andre prøver. Trykning af mærker på reflekterende arks topoverflade kan f.eks. frembringe visuelle 7 144 545 virkninger, der ligner de virkninger, der opnås med det ovenfor omtalte, tidligere kendte arkmateriale. Opdagelse af et forfalsket materiale af den type kræver en destruktiv undersøgelse af arket, f.eks. afskrabning af arket til bestemmelse af, hvorvidt der er trykt et forfalsket mærke på arkets overflade.

Hovedstrukturen af det her omhandlede reflekterende ark fremstilles ved velkendte metoder. Een typisk fremgangsmåde til fremstilling af et produkt som det i fig. 1 viste omfatter nedenstående trin: overtrækning af laget 11 på en slip-mellemlægsstrim-mel, der er flad eller har en glat overflade, overtrækning af bærerlaget 13 på laget 11, kaskadering af mikrosfære-linserne 12 på laget 13, idet mikrosfærerne fortrinsvis behandles med overfladeaktive midler, således at de flyder ved deres omtrentlige hemisfærer eller midtpunkter, tørring af bærerlaget 13, overtrækning af mellemrumslaget 14 over mikrosfærerne 12 og bærerlaget og påfølgende tørring af laget, trykning og påfølgende tørring af det bilieddannende lag 15, overtrækning af det spejlreflekterende lag 16, typisk ved dampafsætningsteknik, og overtrækning og tørring af bagsidelaget 17.

Opfindelsen kan anvendes ved andre typer ark end det i fig. 1 viste. Den kan f.eks. tage den i fig. 3 viste form, hvor bindemidlet og mellemrumslaget for mikrosfære-linserne er kombineret som ét materiale eller lag 30. En sådan konstruktion kan f.eks. fremstilles ved dispergering af mikrosfære-linserne i overtræksmaterialet for laget 30 og overtrækning af denne blanding på en topfilm 31. Ved en sådan konstruktion er mikrosfære-linser 32 tilbøjelige til at nedfælde sig mod topfilmen 31.

Nedenstående eksempel illustrerer opfindelsen yderligere.

Et arkmateriale som det i fig. 1 viste med undtagelse af det bil-leddannende lag, det spejlreflekterende lag og bagsidelaget fremstilles ved kendt teknik. Dernæst trykkes nedenstående materiale i et billedvis mønster på overfladen af mellemrumslaget under anvendelse af en rotogravure-trykkemaskine, der er indstillet således, at den påfører 1,2 μ (tørt) overtræksmateriale, hvis overtrækningen sker på en flad overflade. Dette materiale har en viskositet på 60 sekunder, "No. 2 Zahn cup", og strømmer ind i dalområderne til dannelse af et billeddannende lag som vist i fig. 1.

8 144545 Vægtdele

Harpiks omfattende 23,3 91 vægtprocent vinylchlorid og 7 vægtprocent vinylacetat methylethylketon 26,2 cyclohexanon 33,3 toluen 11,7 blødgøringsmiddel 3,8 varmestabilisator 0,7 varmestabilisator 0,5

Det trykte lag får lov at tørre ved opvarmning af arket i en konvektionsovn, hvorefter et tyndt lag af aluminium dampafsættes på de blottede områder af mellemrumslaget og det billed-dannende lag til dannelse af det spejlreflekterende lag 16, der er vist i fig. 1. (Andre spejlreflekterende materialer, såsom guld, sølv eller dielektriske overtræk, kan også anvendes.) Dernæst overtrækkes et lag af acryl-adhæsiv på en mellemlægsstrimmel og lamineres dernæst på aluminiumlaget.

Når det beskrevne reflekterende ark betragtes under ordinære dagslysbetragtningsbetingelser, er der intet billede synligt i arkmaterialet. Når arkmaterialet illumineres og betragtes Under retroreflekterende betragtningsbetingelser med lys, der falder ind på arket i en vinkel på 0° (dvs. vinkelret på arket), er der heller intet billede synligt. Men når arkmaterialet betragtes under retroreflekterende betragtningsbetingelser med lys med en indfaldsvinkel på 45°, er billedet synligt.

I et andet eksempel, hvor det fremstillede ark har mærker, der er synlige under ordinære dagslysbetragtningsbetingelser, sættes 21 dele af et rødt pigment (perylenrødt dispergeret i en vinyl-chlorid/vinylacetat-harpiks) til 40 dele af den ovenfor beskrevne, klare overtrækningsopløsning sammen med 39 dele af et cyclohexanon. Den fremkomne blanding fortyndes dernæst ved tilsætning af 92,5 dele af den ovenfor beskrevne, klare overtrækningsopløsning til 7,5 dele af blandingen, og den endelige blanding anvendes til trykning af det billeddannende lag.