СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕЕ ЛИСТОВОЕ ПОКРЫТИЕ, ИМЕЮЩЕЕ ПОЛУТОНОВУЮ ПЕЧАТНУЮ ПЕРЕДНЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ
LIGHT-REDUCING SHEET COATING THAT HAS A SEMITON PRINTED FRONT SURFACE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение в целом относится к световозвращающему листовому покрытию, имеющему печатную верхнюю поверхность, и конкретно касается световозвращающего листового покрытия, имеющего верхнюю поверхность, напечатанную в полутоновом рисунке, который способен отображать напечатанную информацию с более высокой отражательной способностью без необходимости верхнего покрытия или надламинатной пленки.
Световозвращающее листовое покрытие часто используется при изготовлении дорожных знаков из-за его относительно высокой степени отражательной способности. Такое листовое покрытие обычно включает в себя заднюю сторону, которая включает в себя рисунок из световозвращающих элементов в виде призм или стеклянных шариков, и плоскую переднюю сторону. Для применений в дорожных знаках часто необходимо для листового покрытия отображать одновременно напечатанную информацию в виде букв и цифр, а также цвета фона (т.е. красный для знаков остановки, желтый для знаков уступи дорогу и синие или зеленые для знаков автомагистрального выезда). Следовательно, слой, пропускающий свет, цветных чернил напечатан по плоской передней стороне листового покрытия во всех областях, где цвет фона желателен.
Хотя такая технология печати способна производить функциональные световозвращающие знаки, общая отражательная способность знака является нежелательно нарушенной из-за двух факторов. Во-первых, даже когда наиболее светопропускающие чернила используются, некоторое количество падающего и возвращающегося света обязательно поглощается чернилами. Во-вторых, печатный слой пропускающих чернил создает неровности поверхности в плоской передней поверхности листового покрытия грубостью поверхности, что, в свою очередь, рассеивает и падающий и отраженный свет. Поверхностные шероховатости являются постоянно наблюдаемыми побочными эффектами большинства цифровых технологий печати, таких как струйная печать с использованием растворителей, ультрафиолетовой (УФ) или латексной краски. В других сопоставимых технологиях, таких как печать лентой для термопереноса, эти поверхностные неровности могут быть лучше проконтролированы. Такое рассеяние уменьшает количество света, который возвращается назад от знака к, например, фарам автомобиля, таким образом, затемняя видимость знака водителю. В прошлом потери световозращения рассеиваемого типа были частично восстановлены применением прозрачного верхнего покрытия или ламинатной пленки на печатной верхней поверхности листового покрытия. Такая прозрачная пленка выпрямляет и падающий и возвращенный свет, когда он пропускается через слой чернил, тем самым снижая рассеяние и увеличивая световозвращение листового покрытия. Однако применение такого прозрачного верхнего покрытия или ламинатной пленки на печатной верхней поверхности листового покрытия увеличивает время и затраты, связанные с производством конечного знака. Оно также составляет другой слой прозрачного материала, который потенциально может поглощать и/или блокировать часть падающего и возвращенного света.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение повышает отражательную способность конечного печатного световозвращающего листового материала, вместе с тем устраняя необходимость прозрачного верхнего покрытия или пленки. С этой целью изобретение содержит световозвращающую пленку, имеющую плоскую поверхность на передней стороне и множество световозвращающих элементов на задней стороне, и чернильный слой, осажденный на указанную плоскую поверхность в виде полутонового рисунка, сформированного из однородного пространства, дискретных областей (или "точек") осажденных чернил. Области между точками обеспечивают светопропускающие просветы, которые получают падающий свет и пропускают возвращенный свет без поглощения или рассеяния из-за чернил.
В то время как дискретные области осажденных чернил полутонового рисунка могут покрывать между приблизительно 50% и 99% от области полутонового рисунка на плоской поверхности, эти области предпочтительно покрывают между примерно 60% и 90% от области полутонового рисунка на плоской поверхности и, более предпочтительно, между примерно 60% и 80% от этой области.
Форма равномерно разнесенных дискретных областей или точек осажденных чернил, формирующих полутоновый рисунок, может быть практически любой симметричной формой, такой как круги, квадраты, треугольники, ромбы, или линии, расположенные параллельно или в виде сетки. Размер дискретных областей чернил должен быть достаточно малым, чтобы полутоновый рисунок казался из одного цвета или оттенка для невооруженного глаза. Световозвращающие элементы могут быть либо призмами, такими как уголковые, либо стеклянными шариками.
Поскольку использование такого полутонового рисунка чернил устраняет необходимость прозрачного верхнего покрытия или пленки на передней поверхности световозвращающего листа, чтобы уменьшить рассеяние, верхняя поверхность листового покрытия предпочтительно (но не обязательно) состоит из только печатного или осажденного слоя чернил.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1А и 1B являются боковыми схематическими видами призматической световозвращающей пленки предшествующего уровня техники, без печатного чернильного слоя и с комбинацией чернильного слоя и прозрачного покрытия, соответственно;
Фиг. 2 является боковым схематическим видом световозвращающей пленки по изобретению, которая включает в себя полутоновый печатный рисунок чернил по его передней поверхности;
Фиг. 3А и 3В иллюстрируют увеличенный вид сверху полутонового слоя чернил на листовом покрытии согласно Фиг. 2 и неувеличенный вид сверху этого полутонового слоя чернил, соответственно;
Фиг. 4 иллюстрирует четыре различные геометрические формы, которые могут формировать точки, используемые в полутоновом слое чернил;
Фиг. 5 является увеличенным видом одного из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении листового покрытия, в котором полутоновый чернильный слой формируется из параллельных линий чернил, нанесенных на световозвращающий материал, использующий стеклянные шарики;
Фиг. 6 иллюстрирует относительную яркость листового материала, имеющего полутоновый слой чернил, который покрывает 80%, 70% и 60% полутоновой области, соответственно;
Фиг. 7 является перспективной схемой, показывающей применение изобретения, а также определение угла падения и угла наблюдения;
Фиг. 8 является графиком, иллюстрирующим отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой зеленых чернил используется в покрытиях между 100% и 60% при 30° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно;
Фиг. 9 является таблицей данных, используемых при формировании графика согласно Фиг. 8;
Фиг. 10 является графиком, иллюстрирующим отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой зеленых чернил используется в покрытиях между 100% и 60% при -4,0° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно;
Фиг. 11 является таблицей данных, используемых при формировании графика согласно Фиг. 10;
Фиг. 12 является графиком, иллюстрирующим отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой синих чернил используется в покрытиях между 100% и 70% при 30° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно;
Фиг. 13 является таблицей данных, используемых при формировании графика согласно Фиг. 12;
Фиг. 14 является графиком, иллюстрирующим отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой синих чернил используется в покрытиях между 100% и 60% при -4,0° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно, и
Фиг. 15 является таблицей данных, используемых при формировании графика согласно Фиг. 14.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение и его преимущества могут быть наиболее легко поняты прямым сравнением с известным уровнем техники световозвращающего листового покрытия, проиллюстрированного на Фиг. 1А и 1B.
Фиг. 1А является боковым схематическим видом призматического световозвращающего листового покрытия 1 предшествующего уровня техники, без печатного чернильного слоя. Такое листовое покрытие 1 содержит массив 3 световозвращающих элементов. В этом примере световозвращающие элементы являются уголковыми призмами 4, но они могут быть призматическими элементами любой формы или сферическими стеклянными шариками. Прозрачную подложку 5 перекрывает массив 3 уголковых призм 4. Оба - массив уголковых призм 4 и подложку 5 - обычно формируют из прозрачного пластикового материала, такого как поливинилхлорид, сложный полиэфир, полиуретан, полиметилметакрилат или поликарбонат. При использовании лучи падающего света 7 из, например, фары автомобиля вводятся в прозрачную подложку 5 и падают на стенки уголковых призм 4. Угол стенок уголковых призм и показатель преломления прозрачного материала, формирующего уголковые призмы 4, выбраны таким образом, что лучи входящего света, которые падают на поверхность листового покрытия в пределах определенного входного угла будут возвращены обратно к их источнику. В случае листового покрытия 1 предшествующего уровня техники наблюдаемая яркость возвращенных лучей 8 по существу такая же, как яркость лучей входящего света 7, так как относительно мало света поглощается или рассеивается прозрачным материалом, формирующим уголковые призмы 4 и подложку 5. Следовательно, такое листовое покрытие 1 возвращает относительно высокий процент входящего света.
Фиг. 1B является боковым схематическим видом призматического световозвращающего листового покрытия 10 предшествующего уровня техники, имеющего чернильный слой 12 из светопропускающих чернил, которые могут быть нанесены вручную с помощью трафаретной печати или в цифровой форме с помощью струйной печати или ленты для термопереноса. В случае дорожных знаков красные, коричневые, зеленые или синие чернила обычно используются в чернильном слое 12, чтобы обеспечить контрастный фон для цифр или букв. Прозрачное верхнее покрытие или ламинатную пленку 14 наносят поверх чернильного слоя 12 с целью уменьшения потерь света, вызванных шероховатостью чернильного слоя 12, последующего рассеяния лучей света в сторону от желаемой картины световозвращения. При использовании входящие лучи света 7 падают на поверхность верхнего покрытия 14 и через слой пропускающих чернил 12 и подложку 5. Оттуда лучи света возвращаются массивом 3 уголковых призм 4 (отсутствуют в схеме 1B) и повторно пропускаются через подложку 5, чернильный слой 12 и верхнее покрытие 14. Тем не менее, выходящие лучи света 16 по существу уменьшаются в яркости из-за цвета чернильного слоя 12 и последующего поглощения других цветов света, толщины чернильного слоя 12, коэффициента пропускания чернильного слоя 14 и защитного покрытия чернил в слое 14. Необходимость применения прозрачного верхнего покрытия или ламинатной пленки 14 увеличивает общую стоимость и время обработки листового покрытия 10 и не решает полностью световые потери, вызванные шероховатостью чернильного слоя 14. Следовательно, общий коэффициент отражения полученного листового покрытия 10 может упасть ниже технических требований, установленных федеральными, государственными и местными органами власти.
Фиг. 2 является боковым схематическим видом полутонового световозвращающего листового покрытия 20 согласно изобретению. Листовое покрытие 20 включает в себя полутоновый чернильный слой 22, сформированный из рисунка дискретных областей 24 осажденных чернил (далее в основном упоминаются "чернильные точки") и открытых областей 26, где чернила не присутствуют. При использовании некоторые лучи входящего света 7 падают на дискретные области 24 осажденных чернил 22 и выходят как лучи света 16 с существенным уменьшением яркости из-за цвета чернильного слоя 12 и последующего поглощения и рассеяния других цветов света. Тем не менее, другие из этих лучей света 7 падают на и отражаются через открытые области 26 полутонового чернильного слоя 22, где чернила не присутствуют, и выходят как возвращенные лучи света 8, которые по существу не уменьшены в яркости, которые увеличивают общую отражательную способность листового покрытия 20 по сравнению с печатным листовым покрытием 10 предшествующего уровня техники. Преимущественно, как отметил заявитель, предоставление открытых областей 26 в полутоновом чернильном слое более чем компенсирует потери света, вызванные шероховатостью поверхности печатных чернильных точек 24, тем самым устраняя необходимость в прозрачном верхнем покрытии или ламинатной пленке 14, используемой в печатном листовом покрытии 10 предшествующего уровня техники. Кроме того, общее увеличение отражательной способности листового покрытия 20 гарантирует, что такое листовое покрытие может соответствовать или превышать отражательную способность для цветовых технических требований дневного времени и ночного времени, установленных федеральными, государственными и местными органами власти.
Фиг. 3А является увеличенным видом сверху полутонового слоя чернил 22 на листовом покрытии согласно Фиг. 2, иллюстрирующим рисунок чернильных точек 24 и открытых областей 26, формирующих этот слой 22. В то время как точки 24 на Фиг. 3А являются круглыми и расположены с таким рисунком, что центры точек равномерно разнесены друг от друга на расстояние «х», практически любая геометрическая форма для точек может быть использована, при условии, что результирующий рисунок является однородным и симметричным. Для применения в дорожных знаках чернильные точки 24, скорее всего, все будут одного размера, чтобы создать видимость единого цветового фона. Тем не менее, полутоновый слой чернил 22 может также быть сформирован рисунком чернильных точек 24, имеющим уменьшение или увеличение размеров в одном или более направлениях, чтобы создать видимость затененного цвета для наблюдателя, стоящего на некотором расстоянии от листового покрытия 20, как это проиллюстрировано на Фиг. 3В. Предпочтительно, диаметры и охват чернильных точек 24 выбраны так, что наибольшие отдельные чернильные точки 24 не могут восприниматься наблюдателем, расположенным на ожидаемой точке наблюдения от листового покрытия. Использование крупнейших возможных точек для достижения желаемого полутонового эффекта выгодно упрощает процесс печати точек на листовом покрытии 20. В случае дорожных знаков типичный наблюдатель в автомобиле может не оказаться ближе, чем, возможно, 15 футов от знака, и таким образом, что диаметр точек 24 может составлять вплоть до 1,0 миллиметра без наложения ощутимой "зернистости" к однородной или затененной окраски, которую полутоновый слой чернил 22 обеспечивает на листовом покрытии 20. Такие чернильные точки 24 могут быть нанесены с помощью известных способов печати (то есть вручную с помощью трафаретной печати или в цифровой форме с помощью струйной печати или ленты для термопереноса).
Фиг. 4 иллюстрирует некоторые из различных форм, которые могут принимать чернильные точки 24, которые включают в себя, без ограничения, треугольники 30, квадраты или прямоугольники 32, или круги 34, 36 различных размеров. Кроме того, как проиллюстрировано на Фиг. 5, чернильные точки 24 могут принимать форму тонких параллельных полос 38, которые либо равномерно разнесены, если однородный цвет является желательным, либо разнесены на разных расстояниях, если затененный цвет является желательным. В то время как чернильные точки 24 проиллюстрированы как имеющие тот же цвет чернил на Фиг. 3А, 3В и на Фиг. 4, различные точки могут быть напечатаны в различных цветах чернил, чтобы создать полутоновый слой чернил 22, который отображает разноцветные изображения.
Величина увеличения отражательной способности может быть отрегулирована регулированием совокупности областей чернильных точек 24 по отношению к площади передней поверхности листового покрытия 20. Фиг. 6 иллюстрирует относительную яркость листового материала, имеющего полутоновый слой чернил, который покрывает 80%, 70% и 60% полутоновой области, соответственно. Разумеется, надлежащий баланс должен быть достигнут, чтобы получить желаемую отражательную способность и пройти цветовые технические требования. Когда совокупная область чернильных точек 24 по отношению к области передней поверхности листового покрытия 20 является недостаточной, листовое покрытие 20 будет терять свой цвет, а когда это соотношение является избыточным, листовое покрытие будет терять свое повышение световозвращения. Как будет обсуждено более подробно ниже, заявитель обнаружил, что такой соответствующий баланс достигается, когда совокупная область чернильных точек 24 по отношению к площади передней поверхности листового покрытия 20 находится между примерно 60% и 90%.
Фиг. 7 полезна для понимания результатов испытаний отражательной способности, проиллюстрированных на Фиг. 8-15. В частности, Фиг. 7 иллюстрирует различные параметры, используемые для измерения отражательной способности полутонового печатного листового покрытия 20, используемого на дорожном знаке 40, наблюдаемом водителем 42 автомобиля. Лучи света 45 от фар автомобиля падают на полутоновое печатное листовое покрытие 20, как показано. Если бы поверхность листового покрытия 20 была простым зеркалом, эти лучи света отражались бы от листового покрытия вдоль пунктирной линии 47. Угол между падающими лучами света 45 и пунктирной линией 47, где эти лучи проходили бы, если бы листовое покрытие 20 было зеркальным отражателем, назван "входной угол θ" на чертеже и является равным сумме угла падения и угла отражения. Однако, поскольку листовое покрытие 20 является световозвращающим, падающие лучи света 45 не отражаются вдоль линии 45, а вместо этого возвращаются назад вдоль узкого конуса в направлении их источников, которые в этом случае являются автомобильными фарами. Поскольку глаза водителя автомобиля не выровнены с центральной осью фар, но вместо этого вертикально смещены на несколько футов над фарами, он видит возвращенные лучи света 50 под углом, названным "углом наблюдения γ" на чертеже. В идеале световозвращающее листовое покрытие, использованное на дорожном знаке 40, должно иметь высокую отражающую способность, когда автомобиль находится далеко от знака 40 и входной угол θ мал, а также когда автомобиль находится недалеко от знака и входной угол θ велик. Высокая отражательная способность, когда знак находится далеко и входной угол θ является небольшим, предупреждает водителя о наличии знака, в то время как высокая отражательная способность, когда автомобиль находится близко и входной угол θ велик, позволяет водителю легко читать информацию на знаке. По тем же причинам световозвращающее листовое покрытие, использованное на дорожном знаке 40, должно быть сильноотражающим, когда автомобиль находится далеко от знака 40, и угол наблюдения γ мал, а также когда автомобиль находится недалеко от знака, и угол наблюдения γ велик. Следовательно, когда оценивается отражательная способность световозвращающего листового покрытия, используемого для применений в дорожных знаках, отражательная способность листового покрытия измеряется обоими как относительно большим входным углом 30°, так и относительно небольшим входным углом -4°. Кроме того, для обоих 30° и -4° входных углов отражательная способность измеряется для малых, средних и больших углов наблюдения в 0,1°, 0,2° и 0,5°.
2
Фиг. 8 иллюстрирует отражательную способность печатного полутонового световозвращающего листового материала 20 по изобретению, когда полутоновый слой зеленых чернил используется для 30° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5° (которым соответствуют сплошная линия верхнего графика, сплошная линия с квадратами среднего графика и сплошная линия с кругами нижнего графика, соответственно). Горизонтальная или ось х этих графиков является процентом охвата чернил от полного охвата, 100%, до частичного охвата 60%. Вертикальная или ось y является SIA-измеренной отражательной способностью; т.е. отражательная способность измеряется в канделах на люкс на квадратный метр (кд/лк/м). Следует отметить, что единицы на оси y Фиг. 8, 10, 12 и 14 масштабируются к измеренным значениям, изложенным в таблицах Фиг. 9, 11, 13 и 15; следовательно графики Фиг. 8, 10, 12 и 14 имеют разные номера. Нижняя, средняя и верхняя горизонтальные пунктирные линии на графике Фиг. 8 являются характеристиками минимальных отражательных способностей для листового покрытия 20, чтобы пройти для углов наблюдения 0,5°, 0,2° и 0,1°, соответственно. Таким образом, как показано сплошной вертикальной линией на графике, отражательная способность полутонового печатного листового покрытия 20 согласно изобретению равна или превышает все технические требования, когда процент передней поверхности листового покрытия, покрытой чернилами, падает до примерно 62%.
Фиг. 9 является таблицей данных, используемых при формировании графика Фиг. 8, иллюстрирующего отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой зеленых чернил используется в покрытиях между 100% и 60% при 30° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно.
2
Фиг. 10 иллюстрирует отражательную способность печатного полутонового световозвращающего листового материала 20 по изобретению, когда полутоновый слой зеленых чернил используется для -4,0° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5° (которым соответствуют сплошная линия верхнего графика, сплошная линия с квадратами среднего графика и сплошная линия с кругами нижнего графика, соответственно). Опять же, горизонтальная или ось х этих графиков является процентом охвата чернил от полного охвата, 100%, до частичного охвата 60%. Вертикальная или ось y является SIA-измеренной отражательной способностью; т.е. отражательная способность измеряется в канделах на люкс на квадратный метр (кд/лк/м). Опять же, нижняя, средняя и верхняя горизонтальные пунктирные линии на графике являются характеристиками минимальных отражательных способностей для листового покрытия 20, чтобы пройти для углов наблюдения 0,5°, 0,2° и 0,1°, соответственно. Как показано сплошной вертикальной линией на графике, отражательная способность полутонового печатного листового покрытия 20 согласно изобретению равна или превышает все технические требования, когда процент передней поверхности листового покрытия, покрытой чернилами, падает до примерно 76%.
Фиг. 11 является таблицей данных, используемых при формировании графика Фиг. 10, иллюстрирующего отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой зеленых чернил используется в покрытиях между 100% и 60% при -4,0° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно.
Фиг. 12, подобно Фиг. 8, иллюстрирует отражательную способность печатного полутонового световозвращающего листового материала 20 по изобретению для 30° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, с той лишь разницей, что был использован полутоновый слой синих чернил вместо зеленых чернил. Как показано сплошной вертикальной линией на графике Фиг. 12, отражательная способность полутонового печатного листового покрытия 20 согласно изобретению равна или превышает все технические требования, когда процент передней поверхности листового покрытия, покрытой чернилами, падает до примерно 71%.
Фиг. 13 является таблицей данных, используемых при формировании графика Фиг. 12, иллюстрирующего отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой синих чернил используется в покрытиях между 100% и 70% при 30° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно.
Наконец, Фиг. 14, подобно Фиг. 10, иллюстрирует отражательную способность печатного полутонового световозвращающего листового материала 20 по изобретению для -4° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, с той лишь разницей, что был использован полутоновый слой синих чернил вместо зеленых чернил. Как показано сплошной вертикальной линией на графике Фиг. 14, отражательная способность полутонового печатного листового покрытия 20 согласно изобретению равна или превышает все технические требования, когда процент передней поверхности листового покрытия, покрытой чернилами, падает до примерно 72%.
Фиг. 15 является таблицей данных, используемых при формировании графика Фиг. 14, иллюстрирующего отражательную способность световозвращающего листового материала по изобретению, когда полутоновый слой синих чернил используется в покрытиях между 100% и 60% при -4,0° входного угла и углах наблюдения 0,1°, 0,2° и 0,5°, соответственно.
Вышеприведенные примеры приведены только с целью пояснения и никоим образом не должны быть истолкованы как ограничения настоящего изобретения. Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что формулировки, которые были использованы в данном документе, являются формулировками описания и иллюстрации, а не формулировками ограничения. Изменения могут быть сделаны в пределах сферы действия прилагаемой формулы изобретения, как заявлено в настоящее время и как уточнено, без отхода от объема и сущности настоящего изобретения в его аспектах. Хотя настоящее изобретение было описано в данном документе со ссылкой на конкретные средства, материалы и варианты осуществления, настоящее изобретение не предназначено, чтобы быть ограниченным подробностями, раскрытыми в данном документе; скорее, настоящее изобретение распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и применения, такие, как находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.