СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ УГЛОВ ПАДЕНИЯ СВЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ Российский патент 1996 года по МПК G02B5/128 

Изобретение относится к области получения световозвращающих материалов, обладающих высокой яркостью, содержащих прозрачные микрошарики и функционирующих как рефлектирующие отражатели в любых погодных условиях, и может быть использовано в технических средствах с изменяющимся углом падения /отражения/ световых лучей и в лучевой сканирующей аппаратуре, например, в технических средствах для регулирования дорожного движения при изготовлении дорожных знаков, указателей, экранов, рекламных щитов, номерных знаков для машин, специальных элементов для обнаружения в темноте, кредитных карточек и т.п.

В настоящее время проблема изготовления дешевых и простых в технологическом изготовлении световозвращающих светоматериалов с высвечиваемыми при различных углах падения /отражения/ cветовых лучей заданными изображениями, например, дорожными и номерными знаками, рекламными объявлениями, изображениями и т. п. встало достаточно остро. Связано это с тем, что в известных световозвращающих материалах для изменяющихся углов падения /отражения/ cветовых лучей требуется сложная технология при изготовлении их отражающей поверхности за счет ее рифления, создания на ней волнистости, гребней, уступов и т.п. причем при применении в таких световозвращающих материалах с микрошариками изображение либо не предусмотрено, либо для него используют дополнительные элементы, для которых также необходимо предусматривать изготовление специальных выемок, проточек, выступов и т.п. а также использование специальных материалов. Все это усложняет технологию изготовления световозвращающих материалов.

Известен декоративный материал для изменяющихся углов падения световых лучей, содержащий цветонесущую поверхность, имеющую участки различного света и по крайней мере один защитный слой, выполненный с расположенными на относе от цветонесущей поверхности светопрозрачными и непрозрачными участками или с объемными оптическими элементами, причем размещение и ориентация одинаковых по цвету участков цветонесущей поверхности повторяется для одинаковых оптических элементов или непрозрачных участков /1/.

Однако известное техническое решение является чрезвычайно сложным в конструктивном плане и техническом изготовлении за счет введения дополнительных оптических элементов и выполнения защитного слоя решетчатым. Кроме того, известным декоративный материал не обладает достаточной световозвращающей яркостью.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является световозвращающий материал для изменяющихся углов падения световых лучей, содержащий плоскую подложку и связанных с ней множество регулярно повторяющихся поверхностных элементов, прилежащих один к другому и покрытых слоем прозрачных микрошариков, размеры которых малы в сравнении с поверхностными элементами, при этом каждый гребень между соседними поверхностными элементами является линией контакта минимальной ширины /2/.

Однако известное техническое решение является сложным в технологическом изготовлении и в конструкции за счет рифления, создания волнистости и т.п. на ее отражающей поверхности в виде поверхностных элементов. Кроме того, в нем не предусмотрено наличие изображения, а микрошарики выполняют только одну световозвращающую функцию.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и технологичности изготовления световозвращающего материала при расширении функциональных возможностей использования микрошариков.

Технический результат достигается тем, что в световозвращающем материале для изменяющихся углов падения световых лучей, содержащем слой прозрачных микрошариков, нанесенных на отражающую поверхность плоской подложки, по крайней мере одна часть слоя микрошариков нанесена в виде изображения, в котором микрошарики выполнены из материала с показателем преломления, отличающимся по крайней мере на 3% от показателя преломления микрошариков, прилегающих к изображению частей слоя.

По крайней мере одна часть отражающей поверхности может быть покрыта цветонесущим прозрачным покрытием, отличающимся по цвету от прилегающих к ней частей отражающей поверхности, для высвечивания изображения, а микрошарики укреплены на покрытии.

По крайней мере одна часть отражающей поверхности может быть выполнена из материала с цветом, отличающимся от прилегающих к ней частей поверхности, для высвечивания изображения.

На фиг.1 и 2 представлена принципиальная конструкция световозвращающего материала для случая с цветонесущим прозрачным покрытием. На фиг.3 для случая разноцветной отражающей поверхности.

Cветовозвращающий материал для изменяющихся углов падения световых лучей содержит слой прозрачных микрошариков 1, нанесенных на отражающую поверхность 2 плоской подложки 3, по крайней мере одна часть слоя которых нанесена в виде изображения 4 и выполнена из материала с показателем преломления, отличающимся по крайней мере на 3% от показателя преломления микрошариков 1, прилегающих к изображению 4 частей 5 слоя (фиг.1). По крайней мере одна часть отражающей поверхности 2 может быть покрыта цветонесущим прозрачным покрытием 6, отличающимся по цвету от прилегающих к ней частей отражающей поверхности 2, для выцвечивания изображения 4, а микрошарики 1 укреплены на покрытии 6 (фиг. 2). По крайней мере одна часть 7 отражающей поверхности 2 может быть выполнена из материалов с цветом, отличающимся от прилегающих к ней частей отражающей поверхности 2, для высвечивания изображения 4.

Cветовозвращающий материал изготавливают следующим образом.

На подложку 3, например, бумагу, ткань, лавсановую или полиэтиленовую пленки, наносят связующее, например, клей ГИПК-2214 /ТУ 6-05-251-64-8, ТУ 6-05-251-49-58/ или "Метафонт".

На невысохшее связующее наносят, например, методом напыления частицы с отражающей поверхностью, например, из алюминиевой, бронзовой, медной, латунной, серебрянной и т.п. пудры, частичек слюды или частичек полимерной, например, лавсановой, пленки с нанесенным на них отражающим слоем, например, из алюминия, типа "блеск для глаз" и т.д. с размером частиц 0,05-0,15 мм для создания отражающей поверхности 2.

В качестве отражающей поверхности 2 может быть использована фольга с высоким коэффициентом отражения, например, алюминиевая, либо отражающая поверхность может быть создана непосредственным термическим напылением на подложку 3 в вакууме высокоотражающего материала типа алюминия.

После чего одним из методов, например, рассеиванием через сито, наносят микрошарики 1 необходимой фракции на частицы с отражающей поверхностью. Микрошарики 1 с определенным коэффициентом преломления, например, из стекла с коэффициентом преломления 1,501, наносят в виде изображения 4, например, методом печати посредством валика или простым напылением микрошариков 1 на участок изображения 4, защищенный с помощью маски от других участков световозвращающего материала. Аналогично на другие участки световозвращающего материала после защиты маской полученного изображения 4 наносят микрошарик 1 с отличным по крайней мере на 3% показателем преломления, например, из полистирола с показателем преломления 1,590. Затем микрошарики 1 погружают в частицы с отражающей поверхностью до соприкосновения со связующим, например, с помощью защитной прозрачной полимерной пленки из лавсана, полиэтилена, полиэтилентерефталата, полиметилакрилата и т.п. путем пропускания световозвращающего материала с защитной пленкой между роликами с контролируемой нагрузкой, создаваемой между ними, изменением давления. По достижении поверхности связующего микрошарики 1 укрепляются на ней, сохраняя свою структуру в течение всего времени эксплуатации световозвращающего материала. Используют микрошарики 1 с прозрачностью не ниже 90% размером 30-150 мкм и показателем преломления 1,41-2,00, изготовленные, например, из кварца /1,458/, стекла /1,5-2,0/ полистирола /1,590/, полиметилметакрилата /1,491/, криолина /1,514/ и т.п.

В случае, если существует необходимость получения цветного изображения 4, часть отражающей поверхности 2 из частиц с отражающей поверхностью, алюминиевой фольги и т. п. окрашивают с использованием маски или валика, например, на изображении 4 перед нанесением микрошариков 1, в необходимый цвет, отличный по цвету от прилегающих к изображению 4 частей отражающей поверхности 2, например, покрывают цветонесущим прозрачным покрытием 6 типа прозрачного лака с необходимым цветом, например, лаком "цапан".

Для получения цветного изображения 4 также часть 7 отражающей поверхности 2 также может быть выполнена из материала с цветом, отличающимся от прилегающих к ней частей отражающей поверхности, например, наносимые последовательно с фоновыми, например, из алюминия, частицами с отражающей поверхностью через соответствующие маски на поверхность связующего частицы, например, из бронзы, меди, слюды и т.п. а также полимерные частички с нанесенным на них отражающим слоем типа "блеск для глаз". Все вышеописанное может быть аналогично выполнено как для нескольких изображений 4 на оптической поверхности 2, с показателем преломления для микрошариков 1 изображений 4, отличающимся по крайней мере на 3% от микрошариков 1 окружающего фона, так и в случае необходимости высвечивания не самого изображения 4, а прилегающих к нему частей. В последнем случае окружающий фон для простого изображения 4, например, при алюминиевой отражающей поверхности, является цветным.

При необходимости защитную пленку 8 для рабочей поверхности световозвращающего материала укрепляют по периметру.

Cветовозвращающий материал работает следующим образом.

Cвет, например, от солнца, искусственного неподвижного источника, едущего транспортного средства попадает на световозвращающий материал, установленный в виде рекламы, дорожного знака и т.п. претерпевает обратное под углом, отличающимся по диапазону максимальной интенсивности от угла падения, отражение на оптической системе: микрошарики 1 с отражающей поверхностью. Причем угол с максимальной интенсивностью отражения зависит от показателя преломления используемых для изображения 4 микрошариков 1 и может отклоняться от нормали к поверхности от ±20^o до 50^o и более. При этом переотраженное изображение видит наиболее отчетливо не наблюдатель, стоящий непосредственно перед щитом со световозвращающим материалом, а под углом к нему. Причем в случае наличия нескольких изображений 4, но с различными показателями преломления в них микрошариков 1, переотражающих падающий на изображение 4 свет под различными углами, наблюдатель, перемещающийся, например, вдоль щита со световозвращающим материалом, видит сначала одно изображение, потом другое, третье и т. д. и то же самое с группой изображений по мере изменения угла расположения наблюдателя к щиту.

Различие в показателях преломления микрошариков 1 изображения 2 и микрошариков 1 окружающего фона на 3 и более обусловлено необходимостью устранения сливания изображения 4 и фона и более четкого выцвечивания контура изображения, что возможно только при таком отличии их показателей преломления и, как следствие, обеспечения стойкого различия переотражаемого света от источника.

В случае, если часть отражающей поверхности 2 в виде изображения 4 выполнена цветной, и отличной от фоновой, то переотраженный от нее свет также имеет другой цвет, отличный от фонового и соответствующий цвету участка отражающей поверхности 2 под изображением 4. Поэтому и наблюдатель в этом случае воспринимает изображение 4 в этом цвете на фоне отличного цвета.

При использовании световозвращающего материала может быть предложен и противоположный вариант: наблюдатель, стоящий перед щитом, видит последовательное возникновение и исчезновение изображений 4 по мере того, как щит освещает под различными углами световой источник, например, перемещающегося транспортного средства.

Как показали результаты испытаний, при прохождении источника света под различными углами относительно знака со световозвращающим материалом прежде всего начинает отражать свет часть поверхности с микрошариками, имеющими максимальный показатель преломления. Так, для стекла с n=1,90 свет отражается при угле освещения 31^o44', для флинтгласа SF c n=1,755 при 34^o45', для кварцевого стекла с n=1,491 при 42^o, для полистирола с n=159 при 39^o3'. Испытания по оценке отраженного от световозвращающего материала удельного коэффициента силы света, проведенные на приборе 4 "НИИАВТОприбор" по международному стандартному методу показали его величину в 25,1-36,8 КД/лм.м².

В техническом решении микрошарики 1 за счет применения их с различным показателем преломления используют и как оптическую световозвращающую систему, и как изображение, при упрощении конструкции и технологичности изготовления световозвращающего материала /отсутствия рифления и подобного изменения формы оптической поверхности и возникающих при этом трудностей удержания микрошариков на наклонных поверхностях/ не менее, чем на 10%
На основании вышеизложенного новым достигаемым техническим результатом изобретения является:
1. Упрощение конструкции и технологичности изготовления световозвращающего материала не менее, чем на 10% за счет отсутствия необходимости рифления и подобных изменений формы отражающей поверхности, а также необходимости удержания в рабочем состоянии микрошариков на наклонных поверхностях.

2. Расширяются функциональные возможности применения микрошариков как в виде оптической световозвращающей системы, так и возможности их использования в виде изображения.

3. Обеспечивается возможность не только эффективно облучать световозвращающий материал под различными углами, но и эффективно переотражать падающий свет под различными заданными с помощью значения показателей преломления соответствующих микрошариков углами.

4. Уменьшаются габариты световозвращающего материала за счет исключения в нем рифленых отражающих поверхностей, что особенно важно при транспортировке и хранении рулонов с этим материалом.

Иcпользование: в лучевой сканирующей аппаратуре, например, в технических средствах для регулирования дорожного движения при изготовлении дорожных знаков, указателей, экранов, рекламных шипов, номерных знаков машин, специальных элементов для обнаружения в темноте, кредитных карточек. Сущность изобретения: световозвращающий материал содержит слой прозрачных микрошариков 1, нанесенных на отражающую поверхность 2 плоской подложки 3, одна часть слоя микрошариков нанесена в виде изображения 4, в котором микрошарики 1 выполнены из материала с показателем преломления, отличающимся на 3 проц. от показателя преломления микрошариков, прилегающих к изображению 4 частей 5 слоя. Одна часть отражающей поверхности 2 может быть покрыта цветонесущим прозрачным покрытием 6, отличающимся по цвету от прилегающих к ней частей отражающей поверхности 2 для высвечивания изображения 4, а микрошарики 1 укреплены на покрытии 6. Одна часть отражающей поверхности 2 может быть выполнена из материала с цветом, отличающимся от прилегающих к ней частей отражающей поверхности, для высвечивания изображений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Световозвращающий материал для изменяющихся углов падения световых лучей, содержащий слой прозрачных микрошариков, нанесенных на отражающую поверхность плоской подложки, отличающийся тем, что по крайней мере одна часть слоя микрошариков нанесена в виде изображения, в котором микрошарики выполнены из материала с показателем преломления, отличающимся по крайней мере на 3% от показателя преломления микрошариков, прилегающих к изображению частей слоя. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере одна часть отражающей поверхности покрыта цветонесущим прозрачным покрытием, отличающимся по цвету от прилегающих к ней частей отражающей поверхности, для выцвечивания изображения, а микрошарики укреплены на покрытии. 3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что по крайней мере одна часть отражающей поверхности выполнена из материала с цветом, отличающимся от прилегающих к ней частей отражающей поверхности, для выцвечивания изображения.