ЛЕНТИКУЛЯРНЫЙ ЛИСТ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СТЕРЕОЭФФЕКТА ИЗОБРАЖЕНИЯ, ЗАКОДИРОВАННОГО В ДЕКОРАТИВНОЙ ПАНЕЛИ

Полезная модель относится к декоративной панели, создающей оптический эффект, и более конкретно - к прозрачному лентикулярному листу, изготовленному из минерального материала с возможностью создания оптического стереоэффекта изображения, закодированного в панели.
Из предшествующего уровня техники (US 2006/0082880 A1, US 5,681,676 и 6,795,241) известны декоративные панели для записи и воспроизведения закодированного трехмерного изображения предмета. Лентикулярные листы таких панелей изготовлялись из полиметилметакрилата, пластика, полиэтилена и из полиэтилентерефталата. В процессе эксплуатации таких декоративных панелей особую роль играет устойчивость используемых в них материалов к факторам внешнего воздействия. В отличие от использования пластмассовых материалов (пластиков) для лентикулярных листов, имеющих схожую топографию (цилиндрические линзы), согласно полезной модели, предлагается использовать минеральное стекло, поскольку минеральное стекло является самым устойчивым к внешним воздействиям, причем при термической или химической обработке минерального лентикулярного листа эта устойчивость существенно возрастает. В преимущественных вариантах выполнения могут быть использованы термостойкие и закаленные стекла. По сравнению с лентикулярными листами из пластика предлагаемый лентикулярный лист, изготовленный из минерального стекла, позволяет расширить возможные области применения использующих его декоративных панелей, а также увеличить продолжительность их эксплуатации в условиях постоянных внешних воздействий.
Так, различные механические повреждения (царапины) образовывают участки, препятствующие проникновению и преломлению света, что приводит к помутнению линзового растра и искажению изображения. Такие явления достаточно в короткий промежуток времени можно наблюдать у пластиков. При использовании лентикулярного листа из минерального стекла подобное можно наблюдать по прошествии существенно более длительного периода времени
Лентикулярный лист из минерального стекла также остается более безопасным, чем пластики после их разрушении. Закаленный минеральный материал при механическом разрушении образовывает множество мелких осколков, не имеющих острых краев, что нельзя сказать о пластиках, особенно в условиях низких температур. В результате, использование минерального материала приводит к повышению эксплуатационного срока декоративных панелей.
-5
-5
-5
[2]
Немаловажным преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с известными линзовыми растрами является стойкость к температурным колебаниям. Один из основных материалов, используемых для изготовления известных линзовых растров - пластик, как и любой пластический материал, подвержен температурному расширению в большей степени, чем минеральный материал. Это свойство требует особого технического решения при проектировании, особенно для плоских покрытий больших размеров. Линейный коэффициент температурного расширения стекла - 0,8×10, что более чем в 8 раз ниже линейного коэффициента температурного расширения пластика - 6,5×10. Это позволяет обеспечить эстетичность общего вида панелей, имеющих лентикулярные листы согласно полезной модели, а также упростить их монтаж. Тот факт, что линейный коэффициент температурного расширения стекла составляет 0,8×10 позволяет оставлять швы между панелями, равными 1-2 мм, тогда как между пластиковыми панелями - 9-10 мм.  Допуск, который нужно оставить на температурное расширение по длине и ширине листа, легко вычисляется по формуле:
ΔL=β×L×ΔT
где β - коэффициент линейного температурного расширения;
L - длина листа;
ΔT - температурный интервал в условиях использования. Пластик также подвергается ультрафиолетовому излучению. Это излучение вызывает пожелтение материала с течением времени. Такое изменение материала изменяет качество изображения и снижает контрастные характеристики.
Пластик, в отличие от минерального материала, имеет еще одну негативную сторону - гигроскопичность и высокую проницаемость для газов и паров. Это накладывает ряд технологических ограничений на использование этого материала. Влага, попавшая под пластик, может впитаться с обратной стороны листа (как правило, внешняя поверхность затянута виниловой пленкой и не гигроскопична). Затем, через некоторое время, при изменении влажности и/или температуры, накопленная влага может выступить обратно на обе поверхности, в том числе и на внешнюю.
Еще один недостаток пластика состоит в том, что через некоторое время он желтеет под воздействием ультрафиолетовых лучей. По своей природе пластик не устойчив к воздействию ультрафиолетовых лучей. Пластик, не имеющий специальной защиты (ультрафиолетовых стабилизаторов в своем составе или защитного слоя на поверхности), через нескольких лет станет непригодным для дальнейшей эксплуатации. Разрушительное действие солнечных лучей особенно будет заметно на прозрачном и молочно-белом материале. Пожелтение и помутнение приведут к значительному снижению светопроницаемости и потере визуального эффекта. Такие листы без защиты пригодны только для использования внутри помещений. Предлагаемый согласно полезной модели минеральный материал не подвержен воздействию УФ излучения, что существенно расширяет области его применения.
Очередное преимущество верхнего слоя патентуемого лентикулярного листа заключается в том, что он имеет высокую температуру плавления - 1450°C, тогда как когда температура плавления пластика - 250°C, как одного из основных материалов, используемых для изготовления известного линзового растра, а температура его размягчения - 145°C. Это преимущество расширяет также области применения патентуемой полезной модели и делает его более практичным в условиях высоких температур.
Пластиковый экран устойчив к большинству химических веществ, но все же попадание этих веществ на поверхность растра приводит к его разрушение. В местах, где поверхность пластикового растра подверглась химическому воздействию, могут образовываться микротрещины, изменение цветовой гаммы, помутнение и т.п. Образовавшиеся микротрещины (видимые только под микроскопом) могут способствовать образованию более глубоких трещин в местах крепления или изгиба листов (т.е. в местах, где возникают напряжения волокон пластика). Пластиковый растр следует оберегать от попадания агрессивных химикатов таких, как ацетон, кетон, различные эфиры, чистящие средства, ароматизированные и хлорированные различными углеводородами, чистящие средства на основе спиртов и щелочей, аммиак, различные амины.
И еще одним преимуществом патентуемой полезной модели является то, что внешний слой минерального материала принимает на себя все воздействия окружающей среды. Такое покрытие защищает панель от механических нагрузок, обеспечивает стойкость к агрессивной среде (преимущественно кислотной и щелочной), к воздействию органических растворителей, влаги, к перепадам температуры (с более широким диапазоном, чем у пластиков) и воздействию ультрафиолетовых лучей.
К дополнительным преимуществам патентуемого изобретения можно также отнести простоту монтажа. Панели приклеиваются к поверхности также, как и кафельная плитка.
Заявляемая полезная модель направлена на решение хотя бы одной из вышеописанных технических проблем, в частности на повышение долговечности лентикулярного листа, сохранение его оптических свойств, повышении механической прочности, а также уменьшение опасности, связанной с лентикулярным листом в случае разрушения панели. Полезная модель также направлена на расширение сфер применения лентикулярного листа.
Данная полезная модель относится к лентикулярному листу, способному создавать оптический эффект в сочетании с закодированным изображением. Будучи прозрачным, лентикулярный лист имеет одну плоскую поверхность и другую поверхность со множеством линз, причем сам лентикулярный лист изготовлен из минерального стекла Как уже было оговорено выше, минеральный материал более устойчив к воздействиям различных внешних факторов.
Минеральный материал обеспечивает устойчивость к химическим веществам и ультрафиолетовому излучению. Предлагаемые химическая или термическая обработка улучшает механические свойства. Это препятствует появлению и распространению трещин, повышает ударопрочность и устойчивость к воздействию внешних факторов. Все эти аспекты помогают сохранить оптические характеристики лентикулярного листа с течением времени.
Химическая обработка может быть применена для лентикулярного листа с толщиной меньше или равной 3,00 мм, а термическая - больше 3,0 мм При заданной толщине лентикулярный лист из закаленного неорганического материала имеет гораздо более высокую прочность, чем лист из пластика. В случае особо сильных ударов, вызывающих распад лентикулярного листа, осколки минерального лентикулярного листа представляют меньшую опасность для людей.
Сущность данной полезной модели и ее преимущества будут более понятны из детального описания этой модели со ссылками чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет часть панели с лентикулярным листом согласно полезной модели;
Фиг. 2 - внутренние напряжения закаленного минерального лентикулярного листа согласно изобретению;
Фиг. 3 - последовательность операций способа изготовления минерального лентикулярного листа согласно полезной модели, предусматривающего термическую обработку.
Линзовидную (лентикулярную) панель 2, как показано на Фиг. 1, используют для создания воспринимаемого оптического стереоэффекта, что является весьма привлекательным для рекламных целей и/или для создания декоративного облицовочного материала. Воспринимаемое изображение меняется в зависимости от угла обзора наблюдателя. В зависимости от типа линзовидной панели 2 наблюдатель может увидеть изменение нескольких изображений в зависимости от своего перемещения или воспринимать глубину изображения, известную как трехмерное изображение. Этот оптический эффект соответствует способу, разработанному Габриэлем Липпманом. Линзовидная панель 2 содержит линзу 4, также называемую минеральным лентикулярным листом 4, который соединен с закодированным изображением 6. Линза 4 имеет одну плоскую поверхность, на которую наносится закодированное изображение 6, и вторую лицевую поверхность, имеющую параллельно расположенные цилиндрические линзы 8 (линии 14 параллельны друг другу) Цилиндрические линзы 8 расположены параллельно и они образуют части цилиндра. Цилиндрические линзы 8 могут быть в виде полуцилиндра или меньшей части цилиндра, разрезанного в длину от центра цилиндра. Закодированное изображение 6 может быть нанесено непосредственно на нижнюю часть линзы 4 с помощью специального принтера или напечатано на дополнительном носителе (бумаге, пленке) и соединено с линзой 4. Закодированное изображение 6 создается с помощью специального программного обеспечения. Благодаря расположению форм цилиндрических линз 8, восприятие специально закодированной картинки меняется в зависимости от поперечного положения наблюдателя по отношению к линзовидной панели.
На Фиг. 2 схематически показаны линзы 4, одна из поверхностей которой имеет цилиндрические линзы.
Минеральный материал может быть использован благодаря своей стойкости к химическим веществам, механической прочности и стойкости к УФ излучению. Твердость поверхности стекла обуславливает стойкость к царапинам. Геометрия лентикулярного листа 4 основана на форме цилиндра, его толщине, показателе преломления, предпочтительном расстоянии, на котором следует наблюдать желаемый оптический эффект. Геометрия лентикулярного листа известна специалистам. Толщина листа 4 линзы преимущественно больше или равна 1,00 мм.
На Фиг. 2 схематически показаны смещения напряжения вдоль оси 2 через лентикулярный лист по его толщине. На Фиг. 2 показано формирование частей цилиндров менее половины цилиндра. Специалист в данной области техники сможет оценить предварительное напряжение, эквивалентное лентикулярному листу с цилиндрической линзой Предварительное напряжение изменяется по толщине линзового листа. Величина предварительного напряжения симметрична относительно средней плоскости лентикулярного листа. Центр напряжения параллелен плоскости и находится посередине, между двумя поверхностями. Ассиметрию распределения напряжения можно наблюдать при наличии линз.
Толщина лентикулярного листа представлена первым слоем 18 на первой плоской поверхности и вторым слоем 18 на второй поверхности, на которой расположены части параллельных цилиндров. Оба внешние слои 18 определяют центральный слой 20. Слои 18 и центральный слой 20 сформированы в толщине линзового листа и обычно параллельны друг другу. Эти слои различаются по предварительному напряжению. На стыке этих слоев, как видно из Фиг. 2, смещение равно нулю. В слоях 18 представлено предварительное напряжение одинаковое в обоих слоях, когда линзовидный лист 4 свободен от внешних механических воздействий. Предварительное напряжение в слоях 18 - это напряжение сжимания σс. Аккумуляция каждого сжимающего напряжения σс варьируется в толщине слоев, и представляет первый максимум M1 по направлению к каждой внешней поверхности.
В центральной части 20 представлено предварительное напряжение σT, которое является напряжением растягивания σT. Напряжение растягивания σT изменяется в толщине линзового листа. Напряжение представляет второй максимум M2, находящийся в середине его толщины. Аккумуляция растягивающих напряжений усиливает растяжение. Следует указать, что сила напряжения сокращения ас равна тяговому напряжению σT, что вытекает из механического равновесия лентикулярного листа 4. Сумма площадей сжимающих напряжений равна площади растягивающих напряжений вдоль контура схемы - Фиг. 2.
В случае сгибания линзовидного листа 4, один слой работает на сжатие, а другой на растяжение. В результате чего, напряжение на границе растягивания равно первому максимуму M1. Устойчивость к царапинам также улучшилась. Следует иметь в виду, что закаливание минерального лентикулярного листа позволит увеличить срок службы материала 4. Линзы устойчивы к окружающей среде без ущерба для прочности. Эти качества помогают сохранить оптические качества линз 4 лентикулярного листа с течением времени.
Механические и оптические свойства лентикулярный лист согласно полезной модели приобретает также и специфичной обработкой, которая, формирует напряжения. В частности, стойкость также может быть достигнута путем химической обработки. После формовки листа 4, его погружают в ванну, имеющую температуру между 350°C и 450°C для расширения. Ванна включает в себя раствор калийных солей. Благодаря теплу, ионы натрия на поверхности листа линзы 4, перемещаются в ванну и заменяются на ионы калия, присутствующие в ванне. Следует подчеркнуть, что ионов калия больше, чем ионов натрия. Химическая закалка повышает ударопрочность. Это особенно полезно при закаливания лентикулярного листа 4 с общей толщиной меньше или равной 3 мм. Для лентикулярного листа 4, толщина которого больше 3 мм, может быть применен другой вид обработки - это термическое закаливание. Процесс изготовления, включающий термическую обработку, показан на Фиг. 3, который также отображает весь процесс формования лентикулярного листа 4.
Способ включает в себя этап 100 плавления стекла. Материал нагревают до температуры плавления в плавильной печи. Температура регулируется от 1500°C до 1600°C для удаления примесей и пузырьков газа, которые могут ухудшить оптические характеристики стекла. Затем начинается этап 102 прокатки, где минеральный расплав проходит между валами. Ролики расположены поперек направления потока расплава. Валы расположены параллельно, расстояние между ними позволяет установить необходимую толщину лентикулярного листа 4. Один из роликов имеет отрицательную поверхность цилиндрической линзы, формируя цилиндрические линзы 8, которые требуются для создания конечного продукта. Этот этап прокатки придает окончательную форму стеклу. После чего начинается этап 104 отжига, когда минеральный материал медленно охлаждается до температуры между 275°C и 225°C. Затем минеральный материал охлаждается на открытом воздухе, при температуре от 10°C до 30°C. Далее следует этап 106 первичной резки и этап 108 хранения, обеспечивающие удобство хранения и обработки. После этого минеральный материал приобретает окончательную форму. Вторая часть процесса изготовления может быть направлена на изменение его механических свойств в результате термического или химического закаливания. Вторая часть процесса начинается с этапа 110 вторичной резки листов по размерам, предполагаемым при использовании Этот размер может составить больше, 1 м в длину и 1 м в ширину.
Следующий этап - этап 112 формирование контура края, изменения полей, для сверления листа линзы. Затем обязательно выполняется этап 114 очистки стекла. Затем следует этап 116 нагрева, при котором температуру повышают в диапазоне от 550°C до 750°C. В этом диапазоне температур, минеральный материал становится эластичным и может быть деформируемым. Сразу после нагрева следует этап 118 закаливания. Лист линзы подвергается воздействию струи воздуха, снижая температуру с 550°C до менее, чем 350°C, за 10 секунд. Воздушные струи направляют на лист с двух сторон. В результате чего лентикулярный лист закаляется. На этом этапе закаливание завершено и температуру доводят до комнатной температуры. Следует подчеркнуть, что этап ПО резки и этап 112 формирования контура края должен производиться до осуществления этап 118 закаливания, поскольку после закаливания минеральный материал невозможно обработать.
Температурные обработки необходимы для обеспечения изменения состояния листа при сильном ударе и разрушении лентикулярной панели. В случае разрушения лентикулярного листа образуются мелкие фрагменты, размер которых порядка толщины этого листа. Минеральный материал может также охлаждаться в диапазоне между 550°C и 300°C в течение более, чем 10 секунд, преимущественно более, чем 600 секунд. Этот вариант позволяет еще больше повысить прочность на разрыв стекла. Прочность на изгиб при разрыве может быть больше, чем 120 Н/мм2.
При изготовлении возможно не использовать некоторые из вышеуказанных этапов. Так, изготовление может завершиться, например, на этапе 104 отжига и этапе 110 вторичной резки.