Die Erfindung betrifft ein retroreflektierendes Blatt mit einer Einfachschicht aus Glasmikrokugeln mit einem Brechungsindex von mindestens 1,8 und mit retroreflektierenden Zeichenbereichen und retroreflektierenden Hintergrundbereichen.
Nicht-Transparentes retroreflektierendes Blatt- oder Folienmaterial ist bekannt. In den meisten Fällen beruhen solche Blattmaterialien auf einer vollständig opaken Aluminiumschicht oder einer opaken aluminiumhaltigen Schicht oder einer Schicht, die ein anderes reflektierendes Pigment enthält. oder einer halbreflektierenden opaken Schicht, die Pigment (wie z.B. TiO2) hinter der Oberfläche von Glasmikrokugeln enthält, um so das gewünschte retroreflektierende optische System zu schaffen. Diese bekannten Blattmaterialien sind opak und verdecken die Sicht auf den darunterliegenden Teil irgendeines Substrats, auf das sie aufgebracht worden sind.
Demgegenüber werden die Blattmaterialien nach der Erfindung als im wesentlichen transparent bezeichnet, weil, wenn sie auf ein Substrat, wie z.B. einen schreibmaschinengeschriebenen Brief, aufgebracht werden, es doch noch möglich ist, den Brief durch das aufgebrachte Blattmaterial unter gestreutem Licht zu lesen (bei einer Betrachtung unter gerichtetem Licht jedoch ist der darunter befindliche Teil des Briefes für den Betrachter im wesentlichen oder völlig unkenntlich).
Transparentes Blatt- oder Folienmaterial, das eine Monoschicht aus Glasmikrokugeln enthält, ist ebenfalls bekannt (z.B.
US- Patentschrift 2432928), doch musste ein solches Blattmaterial auf ein Substrat, wie z.B. ein Zeichen, aufgebracht werden, bevor ein retroreflektierendes Gebilde gebildet wird, und das darunter befindliche Zeichen oder eine andere schriftliche Nachricht bleibt für den Betrachter unter gerichtetem Licht sichtbar und wird nicht unkenntlich.
Aus der US-Patentschrift 3154872 ist ferner bekannt, ein fälschungssicheres retroreflektierendes Blattmaterial zu schaffen, das ein Zeichen enthält und mit Dokumenten, Pässen, Erlaubnisscheinen und dergleichen verbunden werden kann und als Identifizierungs- oder Authentisierungsmarkierung dient. Dieses Blatt- oder Folienmaterial ist jedoch opak und deckt das Substrat ab, auf das es aufgebracht worden ist. Obwohl ferner das Zeichen für den Betrachter unter gewöhnlichem gestreutem Licht sichtbar ist, verschwindet das Zeichen unter gerichtetem Licht und das Blatt scheint für den Betrachter gleichmässig retroreflektierend zu sein.
Zweck der Erfindung ist. ein retroreflektierendes Blatt mit einer Einfachschicht aus Glasmikrokugeln mit einem Brechungsindex von mindestens 1,8 und mit retroreflektierenden Zeichenbereichen und retroreflektierenden Hintergrundbereichen zu schaffen, welches erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass das Blatt praktisch transparent ist und die Zeichen- und Hintergrundbereiche bei Betrachtung unter gestreutem Licht praktisch ununterscheidbar sind, einer dieser Bereiche aber ein grösseres Retroreflexionsvermögen hat als der andere Bereich, wodurch die Zeichenbereiche von den Hintergrundbereichen bei Betrachtung entlang einem auf das Blatt gerichteten Lichtstrahlbündel leicht visuell unterscheidbar sind, und dass alle Mikrokugeln einen teilweise lichtdurchlässigen Reflektor an ihren rückseitigen, der Betrachtungsseite abgewandten Oberflächenbereichen haben.
Im allgemeinen haben die für die Herstellung der retroreflektierenden Blattmaterialien nach der Erfindung geeigneten
Mikrokugeln Durchmesser, die durchschnittlich in dem Bereich von 10 bis 300 um liegen, und der dafür zur Zeit bevorzugte Bereich liegt bei etwa 25 bis 75 um.
Wenn ein Photometer benutzt wird, um das Retroreflexionsvermögen von einem bevorzugten Blattmaterial der Erfindung zu messen, kann der Zeichenbereich einen relativen Photometermesswert (nachfolgend PV genannt) von 20, die Hintergrund bereiche einen PV von 10 haben. Zum Vergleich wird angeführt, dass eine ebene Fläche, die mit gewöhnlicher weisser Farbe überzogen ist, einen PV von 0,1 hat. Für die Durchführung solcher Messungen wurde das Photometer benutzt, das als Model 20 von Photovolt Corporation, New York, bekannt ist.
Das Photometer wurde dicht an dem Strahl des einfallenden Lichts angeordnet, wobei der Divergenzwinkel zwischen der Lichtquelle und dem Photometer %'betrug. Die Reflexionsintensitäten wurden bei einem Einfallwinkel von 5 (zwischen der Lichtquelle und einer Linie senkrecht zu der Ebene der reflektierenden Fläche) gemessen.
Natürlich ist die Fähigkeit des einzelnen Menschen, mit den Augen hinsichtlich des Retroreflexionsvermögens Unterschiede zu machen, etwas subjektiv und hängt von Faktoren, wie der relativen Grösse oder des Bereichs des Zeichens im Vergleich zu dem Hintergrund und der Schärfe oder von dem genauen Umriss des Zeichens ab. Im allgemeinen ist ein Zeichen mit einem PV von 5 etwas schwierig auf einem Hintergrund mit einem PV von 6 wahrzunehmen, wie es auch bei einem Zeichen mit einem PV von 15 auf einem Hintergrund mit einem PV von 18 ist, jedoch ist ein Zeichen mit einem PV von 5 auf einem Hintergrund mit einem PV von 14 oder ein Zeichen mit einem PV von 10 auf einem Hintergrund mit einem PV von 20 sehr leicht unter retroreflektierenden Betrachtungsbedingungen wahrnehmbar.
Obwohl es nicht zweckmässig ist, eine spezielle zahlenmässige Grenze für das erforderliche relative Retroreflexionsvermögen im Hinblick auf die möglichen Variationen in Grösse, Form und Umriss der Bildbereiche usw. anzugeben, ist den vorstehenden Angaben zu entnehmen, dass es vorteilhaft ist, wenn entweder das Zeichen oder der Hintergrund ein um mindestens 20% und vorzugsweise um mindestens 30% oder mehr wirksamerer Retroreflektor ist als der Hintergrund bzw. das Zeichen.
Eine wissentschaftliche Bestimmung der photometrischen Parameter, des Erfindungsgegenstandes wird nun erörtert.
Damit das retroreflektierende Blatt die graphische Mitteilung oder andere Einzelheiten des Substrats, auf das es aufgebracht worden ist, nicht stark abschwächt, wenn das zusammengesetzte Gebilde unter gewöhnlichen Bedingungen, d.h. gestreut reflektiertem Licht, betrachtet wird, soll das retroreflektierende Blatt (insbesondere der Hauptteil, d.h. der Hintergrund) unter den nachfolgend angegebenen Messbedingungen eine gestreute Reflexion D von weniger als 20% und vorzugsweise weniger als 10% haben. Ausserdem soll die gestreute Transmission T des Films grösser als 60% und vorzugsweise grösser als 80% sein. Auf jeden Fall soll die gestreute Reflexion klein genug sein, um eine Abschwächung der dunklen Bereiche des Substrats (z.B. bei einer Photographie) zu vermeiden, und die gestreute Transmission T soll gross genug sein, um die heller getönten Farbbereiche zu erhalten.
Zur Messung von D und T kann eine Probe des retroreflektierenden Films auf einen Teil einer Standardfarbkarte (d.h.
einer Deckfähigkeitskarte) Hiding Power Chart Form 3 (von Morest Company, New York, N.Y. USA erhältlich) aufgetragen werden. Die Werte für die gestreute Reflexion von den weissen und schwarzen Bereichen dieser Karte betragen 75% oder mehr und 5% oder weniger, und irgendeine Karte, die den in ASTM Hiding Power-Versuche D 1738-60T, Teil 21 von ASTM Standard Manual über Farbe angegebenen Erfordernissen genügt, kann benutzt werden. Ein Photometer, das den gewünschten Teil der Karte mit weissem Licht unter einem Einfallswinkel von 45 bestrahlt und das in einer Richtung senkrecht zu der Fläche reflektierte Licht mit einer farbkorrigierenden Photozelle misst, wird benutzt, wie z.B. ein Welch Dansichron Photometer Modell 451-5 mit Reflexionseinheit (Katalog Nr 3832A).
Der Wert D des Reflexionsvermögens für Streulicht und der Wert T der Transmission für Streulicht werden wie folgt berechnet:
MIM4-M2M3 1. D = ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
M1-M2-M1M2(M3-M4) 1-DM1
2. T = (M3-D) MI worin M1 die gestreute Reflexionsstärke des weissen Teils der Karte ist, M2 die gestreute Reflexionsstärke des schwarzen Teils der Karte ist, M3 die gestreute Reflexionsstärke des weissen Teils, wenn dieser vom retroreflektierenden Blatt überlagert ist, M4 die gestreute Reflexionsstärke des schwarzen Teils ist, wenn dieser vom retroreflektierenden Blatt überlagert ist.
Damit das Vorhandensein des Zeichens in dem Blattmaterial nicht leicht feststellbar ist, wenn dieses unter gestreutem Licht betrachtet wird, sollte im allgemeinen der stärker reflektierende Teil weniger als 20% und vorzugsweise weniger als 10% oder sogar 5% reflexionsfähiger als die weniger reflektierenden Teile bei der nachfolgend beschriebenen Messung sein.
Dieser Kontrast wird vorteilhafterweise durch Anbringen einer Probe an dem schwarzen Teil der vorstehend erwähnten Deckfähigkeitskarte und Beleuchten der Zeichen- und der Hintergrundbereiche mit weissem Licht unter einem Einfallwinkel von 45 - und Messen des gestreut reflektierten Lichts in einer Richtung senkrecht zu der Fläche der Probe gemessen. Um Messungen von sehr kleinen Zeichenbereichen vorzunehmen, wird ein Projektor, der weisses Licht zu erzeugen vermag, in einem Abstand von etwa 75 cm von der Fläche angeordnet (es kann ein Schoolmaster 500-Modell 49-Projektor benutzt werden). Die Leuchtdichtewerte werden mit einem farbkorrigierten Telephotometer hoher Auflösung (z.B. mit einem Gamma Scientific Co. Telephotometer, Modell 2000) ermittelt.
Die Objektivlinse des Telephotometers wird etwa 65 cm von der Probe angeordnet, und es wird eine 6-Minuten-Winkelöffnung in der Bildebene benutzt, wodurch eine Auflösung von Bereichen mit 1 mm Durchmesser ermöglicht wird.
Wie oben angegeben ist, ist es vorteilhaft, wenn der stärker retroreflektierende Teil des Films mindestens 20% heller ist und vorzugsweise mindestens 30% heller retroreflektiert als der weniger reflektierende Teil. Zur Bestimmung des retroreflektierenden Kontrasts wird die Probe an dem schwarzen Teil der Deckfähigkeitskarte angebracht und wird das oben erwähnte Photometer hoher Auflösung mit seinem Objektiv 65 cm von der Ebene der Probe entfernt und senkrecht zu dieser Ebene angeordnet. Ein Strahlenteiler wird dem Photometer gegenüber angebracht, wobei die Oberfläche des Strahlenteilers die optische Achse zwischen dem Photometer und der Probe unter einem Winkel von etwa 45- schneidet.
Ein Mikroskopbeleuchtungsgerät wird dann an der Seite der optischen Achse angeordnet, so dass das Licht von diesem den Strahlenteiler in dem Punkt trifft, in dem dieser die optische Achse schneidet und in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse, so dass ein Teil der Lichtstrahlen, der den Strahlenteiler trifft, auf die Probe gerichtet und im wesentlichen längs der optischen Achse retroreflektiert wird, wobei der Teil, der den Strahlenteiler passiert, das Photometerobjektiv trifft.
Das Beleuchtungsgerät kann ein Midroskop Beleuchtungsgerät der American Optical Company mit einer GE 1493-Lampe sein, das eine Öffnung vor deren Kollektorlinse von 1 cm im Durchmesser hat, und der Abstand des Beleuchtungsgeräts bis zu der Seite der optischen Achse ist derart, dass der optische Abstand von der Probe zu der Kollektorlinse des Beleuchtungsgeräts ebenfalls 65 cm beträgt. Die Photometerobjektivlinse wird durch eine Öffnung mit einem Durchmesser von 6 mm begrenzt. Die gesamte Vorrichtung wird so eingestellt, dass die Lichtstrahlen, die die Photometerobjektivlinse erreichen, solche sind, die einen Winkel von O"rt0,5" mit dem Beleuchtungsstrahl bilden, wenn die Strahlen von der Probe reflektiert werden.
Zur Bestimmung der retroreflektiven Intensität des Hauptteils des Blattmaterials wird die gleiche Vorrichtung und Anordnung, wie sie eben für die Messung des retroreflektiven Kontrasts beschrieben worden ist. benutzt mit der Ausnahme, dass die
Lichtquellen und Objektivöffnungen beide auf einen Durchmesser von 0,25 vermindert werden (2,8 mm für eine Probe in einem Abstand von 65 cm), das Photometerobjektiv fertig eingestellt wird.
so dass die Betrachtungsrichtung um 0,5 von der Beleuchtungsrichtung divergiert (5,6 mm Objektivverschiebung für einen
Probenabstand von 65 cm), die Probe so geneigt wird, dass die
Senkrechte zu deren Fläche einen Winkel von 5 - zu der
Beleuchtungsrichtung ausmacht und der beobachtete relative
Leuchtwert des Hauptteils des Films in einen aboluten Reflexionswert durch Vergleich mit einem bekannten Reflexionsstandardwert umgeformt wird. Ein Standartwert wird durch Messen eines im Handel erhältlichen einheitlichen retroreflektierenden
Materials (z.B. = 3270 Scotchlite Brand Reflective Sheeting von 3M Company) nach Federal Specification L-S-300A, Teil 4.4.7 Reflective Intensity for Reflective Sheeting and Tape , veröffentlicht am 7. Januar 1970, erhalten.
Die Blattmaterialien nach der Erfindung sind besonders für die Anwendung bei Dokumenten, Kennkarten, Pässen, Führerscheinen, Kreditkarten, Kapitalanteilscheinen und dergleichen geeignet, um als Identifizierungs- oder Gültigkeitsmittel sowie als
Mittel zu dienen, durch das es schwierig gemacht wird, eine
Fälschung von einem gültigen Dokument. einem gültigen Berechtigungsschein und dergleichen herzustellen.
Zu anderen Vorteilen von den bevorzugten Blattmaterialien der Erfindung gehören die Schwierigkeit, den Zeichenteil ohne Zerstörung des Blatts zu entfernen, sowie die Schwierigkeit, die Zeichen, ohne dass eine relativ komplizierte und kostspielige Vorrichtung benutzt wird, zu vervielfältigen oder zu reproduzieren.
Die Prinzipien und Vorteile der Erfindung werden anhand der dazugehörigen Zeichnung beispielsweise erläutert, worin sich gleiche Ziffern auf gleiche Teile beziehen.
Die Figuren 1 bis 4 der Zeichnung stellen teilweise schematische Querschnitte durch einen Teil des Blattmaterials der Erfindung dar, in dem die Perlenmonoschicht auf der äusseren Fläche des transparenten retroreflektierenden Blattmaterials in einem temporär entfernbaren Trägermaterial gehalten wird, und die Schriftzeichen- und Hintergrundreflektoren hinter den Perlen in der Form von dielektrischen Reflektoren vorliegen.
Die Figur 5 stellt einen teilweisen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer anderen Ausführungsform des Blattmaterials der Erfindung dar, in dem die äussere Fläche der Perlen mit einer permanent transparenten Schicht mit niedrigem Brechungsindex überzogen ist und die Zeichen- und Hintergrundreflektoren auf der Rückseite der Perlen mit hohem Brechungsindex in der Form dünner Schichten vorliegen, die die transparenten Reflektoren bilden.
Die Figur 6 gibt eine Ausführungsform der Erfindung wieder.
die der nach der Figur 5 ähnlich ist mit der Ausnahme, dass die transparenten Zeichen- und Hintergrundreflektoren aus Schichten bestehen, die perlglanzschimmerndes Pigment enthalten, und nicht in der Form von Schichten vorliegen, die einen transparenten Reflektor bilden.
Die Figur 7 gibt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung in einem schematischen Querschnitt wieder, worin die äussere Fläche der Perlen temporär in eine entfernbare Trägerbahn eingebettet ist und die transparenten Zeichen- und Hintergrundreflektoren aus Schichten von perl- oder perlmuttglanzschimmerndem Pigment mit verschiedenen Dicken bestehen, die in der Nähe der und in kappenartiger Form auf der rückseitigen Oberfläche der Perlen vorhanden sind.
Die schematischen Zeichnungen nach den Figuren 1 bis 7 sind keine getreuen Querschnittsdarstellungen, z.B. weil jeder Kreis eine volle Oberfläche eines runden Körpers darstellt, und zwar so, dass die Kugeln gleichmässige Durchmesser haben und in Reihen angeordnet sind; und die reflektierende Schicht oder die reflektierenden Schichten umgeben ziemlich halbkreisförmig die rückseitigen Oberflächen der transparenten Perlen und befinden sich nicht in einer Ebene an dem unteren Ende (der Rückseite) der
Oberfläche der Perlen, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Ferner sind die Zeichen normalerweise viel breiter als die Breite des
Durchmessers von zwei Perlen (z.B. 90 um), wie schematisch dargestellt ist.
Nach den Figuren 1 bis 4 sind die Glasperlen 2 mit einem
Brechungsindex von mindestens etwa 1,8 annähernd halbkugel förmig in eine Seite eines entfernbaren Trägermaterials 10 eingebettet, das aus einer Papierbahn 12 mit einem darauf befindlichen Polyäthylenüberzug 14 besteht. Auf der einen Seite der Perlen befindet sich ein halbtransparenter dielektrischer
Reflektor 6, der einen Teil des die äussere Oberfläche der
Glasperlen durchdringenden Lichts reflektiert und einen anderen
Teil dieses Lichts durchlässt. Bei der einfachsten Form (unter der
Voraussetzung, dass die nachstehend angegebenen Erfordernisse erfüllt sind) kann ein retroreflektierender dielektrischer Reflektor.
wie nachfolgend erörtert wird, mit der in Verbindung mit jeder der beiden äusseren Perlen der Figur 3 dargestellten aufeinanderfolgenden Anordnung gebildet werden, nämlich einer Glasperle, einer transparenten Schicht oder einem solchen Zwischenüberzug, angrenzend an die Perle, und einer weiteren transparenten Schicht nach dem Zwischenüberzug. Bei der Erfindung ist eine Schicht an der Rückseite der Perle vorgesehen, und diese Schicht ist für den Hauptteil der Lichtstrahlen, die auf deren Oberfläche unter Bedingungen von gestreutem Licht auftreffen, durchlässig, reflektiert aber wegen ihrer Dicke und ihres ungleichen Brechungsindexes im Verhältnis zu dem Brechungsindex und der Dicke der Materialien aufjeder Seite von ihr einen kleineren aber wesentlichen Teil der sie treffenden Lichtstrahlen.
Die Verwendung von dielektrischen Reflektoren als Spiegelreflektoren in retroreflektiven Gebilden ist bereits in der US Patentschrift 3700305 beschrieben worden. Solche Gebilde enthalten Glasperlen oder Mikrokugellinsenelemente mit einem Durchmesser von 10 bis 200 oder mehr um (vorzugsweise von 25 bis 75 um) sowie angrenzendes spiegelreflektierendes Material unter Benutzung eines dielektrischen Reflektors als spiegelreflektierendes Material, der eine transparente Schicht mit einem Brechungsindex nl enthält und dessen Oberfläche in Berührung mit Materialien steht, die Brechungsindices n2 und n3 haben, wobei sowohl n2 als auch n3 mindestens um 0,1 (vorzugsweise mindestens um 0,3) entweder höher oder niedriger als nl ist,
und die transparente Schicht eine optische Dicke hat, die ungeradzahligen Mehrfachen (d.h. 1, 3, 5, 7...) von etwa 1/4 Wellenlänge des Lichts in dem Wellenlängenbereich von etwa 3800 bis etwa 100000 angström entspricht. So ist entweder n2 > nl < n3 oder n2 < nl > n3, und die Materialien auf jeder Seite der transparenten Schicht können entweder beide einen höheren oder einen niedrigeren Brechungsindex als nl haben. Wenn nl höher ist als n2 und n3, liegt nl vorzugsweise in dem Bereich von 1,7 bis 4,9 und liegen n2 und n3 vorzugsweise in dem Bereich von 1,2 bis 1,7.
Wenn nl niedriger als n2 und n3 ist, liegt nl vorzugsweise in dem Bereich von 1,2 bis 1,7 und liegen n2 und n3 vorzugsweise in dem Bereich von 1,7 bis 4,9. Der erhaltene Spiegelreflektor enthält so eine Reihe von Materialien, von denen mindestens eine in Schichtform vorliegt und die eine alternierende Folge von Brechungsindices haben. Nach einer Ausführungsform der US Patentschrift 3700305 hat das Gebilde 2 bis 7 Schichten, vorzugsweise 3 bis 5 Schichten, die an die Glasmikrokugel angrenzen.
Die verschiedenen Schichten werden bequemerweise auf den Glasmikrokugeln, nachdem die Mikrokugeln temporär im wesentlichen halbkugelförmig in eine erwärmte mit Kunststoff beschichtete Bahn eingebettet worden sind, durch Aufdampfen in einer oder mehreren Verfahrensstufen gebildet, um die gewünschte Anzahl von Schichten mit einer alternierenden Folge von Brechungsindices zu erzielen.
Bei dieser Form der vorliegenden Erfindung werden, um den gewünschten Grad der Transparenz zu erhalten, eine bis vielleicht 3 zusammenhängende dielektrische Schichten hinter den Glasperlen vorgesehen. Das das Zeichen darstellende Material wird vorzugsweise in das Blattmaterial während der Herstellung in Form einer gesonderten Schicht nicht-gleicher Ausdehnung in der Schichtreihe, die den dielektrischen Reflektor in optischer Verbindung mit den kugelförmigen Perlen bildet, eingearbeitet.
Das Zeichen kann einfach aus einer Zwischenschicht oder einem Zwischenbelag zwischen den kugelförmigen Linsen und den darauf befindlichen Schichten mit alternierenden Brechungsindices bestehen oder kann zwischen den verschiedenen Schichten mit den alternierenden Brechungsindices angeordnet sein. Das Zeichen kann dadurch gebildet werden, dass man mindestens eine dielektrische Schicht mehr oder eine dielektrische Schicht weniger hinter den Zeichen- Perlen im Vergleich zu der Anzahl der Schichten hinter den Hintergrundperlen vorsieht. Der Reflektor kann farbig oder farblos sein, muss aber mindestens teilweise lichtdurchlässig sein, damit er das Betrachten des darunter befindlichen Substrats nicht wesentlich stört oder den gewünschten Grad von visuellem Kontrast mit den Hintergrundbereichen überschreitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Zeichen eine solche Dicke und einen solchen Brechungsindex und ist so angeordnet. dass es ein funktioneller Teil des dielektrischen Reflektors ist. Wie in der Figur 3 erläutert ist, haben die Perlen 2 einen Durchmesser von etwa 0,05 mm und einen Brechungsindex von etwa 1,9, wobei die diskontinuierliche Lackschicht 19 das Zeichen 20 darstellt, eine Dicke unter etwa 0,002 mm und einem Brechungsindex von etwa 1,5 hat und den Zeichenbereich 20 gestaltet.
Die zusammenhängende Schicht 22 hat eine optische Dicke gleich V4 Wellenlänge des sichtbaren Lichts und im Falle von z.B.
Zinksulfid einen Brechungsindex von annähernd 2,4. Die Klebeschicht 24 hat einen Brechungsindex von etwa 1,5. Demnach ist ein retroreflektierendes Blatt mit einem transparenten Reflektor 6 (im speziellen einem dielektrischen Reflektor) in optischem Zusammenhang mit den Perlen in den Hintergrundbereichen und einem noch wirksamer retroreflektiven Teil mit einem dielektrischen Reflektor hinter den Perlen in dem Blatt in den Zeichen- oder Bildbereichen 20 gebildet worden.
Der Aufbau des Blattmaterials nach der Figur 4 unterscheidet sich von dem des Blattmaterials nach der Figur 3 darin, dass der Zeichenbereich 20 nach der Figur 4 durch Aufbringen eines dielektrischen Überzugs 26, anstelle des Lacks 19, mit einer optischen Dicke von annähernd V4 Wellenlänge des sichtbaren Lichts und unter Verwendung von z.B. Kryolith zur Erzielung eines Brechungsindexes von 1,38 zwischen den Glasperlen in dem Zeichenbereich und der z.B. aus Zinksulfid mit einem Brechungsindex von etwa 2,37 gebildeten kontinuierlichen Schicht gebildet worden ist. Über der Schicht 22 ist ein thermoplastischer Klebstoff mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 als Schicht aufgetragen.
Wegen der besseren Einstellung der Dicke des Zeichens und des niedrigeren Brechungsindexes davon erscheint ein noch leuchtenderes Zeichen auf einem leuchtenden Hintergrund unter retroreflektiver Betrachtung, als dasjenige, das mit dem Gebilde nach der Figur 3 erhalten wird, wenn beide Blattmaterialien unter Verwendung der eben beschriebenen Materialien hergestellt worden sind.
In den Figuren 1, 2 und 5 enthält der dielektrische Reflektor 6 die Klebschicht 24 aus transparentem Material mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 sowie mindestens eine zusammenhängende dielektrische Schicht 22 oder 26 mit einer optischen Dicke von V4 Wellenlänge des sichtbaren Lichts, wobei die Schicht 22 z.B. einen Brechungsindex von 2,37 und die Schicht 26 einen Brechungsindex von 1,38 hat.
Der Zeichenbereich 20 wird dargestellt durch Zwischenanordnen zwischen den Perlen 2 und mindestens einer der zusammenhängenden Schichten 22 oder 26 einer Schicht 19 mit nicht gleicher Ausdehnung, wobei diese Schicht 19 eine solche Dicke haben oder aus einem solchen Material bestehen kann, dass diese Schicht die Wirksamkeit des optischen Reflektors in Verbindung mit den Mikrokugellinsen direkt auf dessen Vorderseite beeinflusst, und zwar im Gegensatz zu dessen Wirksamkeit in Verbindung mit den Mikrokugeln in den Hintergrundbereichen, in denen das Zeichen nicht vorhanden ist; oder der Zeichenbereich kann aus einem Material bestehen, das, wie in der Figur 3, ihn zu einem Teil der Reihe von Schichten in dem Reflektor macht und dadurch dessen Reflexionsvermögen erhöht.
Nach der Figur 2 enthält die das Zeichen darstellende Lackschicht 19 ausserdem Teilchen 16 aus zerbrochenem Glas, das dazu neigt, das einfallende Licht zu streuen. Unter retroreflektierenden Betrachtungsbedingungen erscheint dann das Zeichen als dunkler Bereich gegenüber einem helleren bzw. leuchtenderen Hintergrund.
Die Figuren 5 und 6 erläutern ebenfalls eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei diesen Gebilden wird von bestimmten Lehren der US-Patntschrift 2407680 Gebrauch gemacht. Im spezielleren ist bei den Figuren 5 und 6 im Gegensatz zu freien Linsen -Systemen, die zu den Gebilden nach den Figuren 1 bis 4 und 7 führen, wenn die Trägerschicht 10 entfernt wird, die äussere oder oberste Schicht 32 ein permanenter transparenter Belag mit einer ebenen oberen Fläche, die einen geringeren Brechungsindex (z.B. 1,5) als die Glasperlen (z.B.
Perlen mit einem Brechungsindex von 2,6) hat, die in einer transparenten Perlen-Bindemittelschicht 34 gehalten werden. Bei diesen Gebilden kann der transparente Reflektor in einem Abstand von den Glasperlen nach den Lehren der US-Patentschrift 2407680 angeordnet sein, wie z.B. durch Verwendung einer transparenten Zwischenschicht 30, wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist.
Andere Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in der US Patentschrift 2407680 beschrieben sind, sind ebenfalls für die Durchführung der Erfindung geeignet, von denen einige nachfolgend in Verbindung mit den Beispielen 5 und 6 beschrieben werden.
Perlmuttglanz- oder perlglanzschimmernde Pigmente sind in natürlich vorkommender oder synthetischer Plättchenform erhältlich und können als teilweise lichtdurchlässiger oder semitransparenter Reflektor im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Wie in der US-Patntschrift 3758192 angegeben ist, bilden die Pigmente bei Verwendung von perlmuttglanzschimmerndem Pigment mit maximalen Durchmessern in dem
Bereich von etwa 8 bis 30 um und Dicken in dem Bereich von etwa 25 bis 200 um, das in einem flüssigen Bindemittel um die freien Teile von halbkugelförmig eingebetteten Perlen als Schicht aufgetragen worden ist, eine kappenähnliche zusammenhängende
Form um die Oberfläche der Perlen und führen zu einem sehr wirksamen retroreflektierenden Linsenreflektierenden Reflektor system.
Weniger retroreflektiv wirksame, aber dennoch für die Zwecke der Erfindung geeignete Gebilde können unter Verwendung von perlmuttglanzschimmerndem Pigment mit durchschnittlichen Teilchengrössen ausserhalb des eben genannten Bereichs und in Fällen, in denen die perlmuttglanzschimmernden Pigmente nicht in einer solchen engen kappenartigen Form den rückseitigen Oberflächen der Perlen anliegen, hergestellt werden.
Bei den Figuren 6 und 7 enthält der halbtransparente
Reflektor 6 den reflektierenden Überzug oder die reflektierende Schicht 36, die perlmuttglanz- oder perlglanzschimmernde Pigmentplättchen 38 enthält, wobei die aufgebrachte Pigmentmenge so eingestellt wird, dass sie ausreicht, das Blatt opak zu machen und irgendein Substrat abzuschwächen, auf dem entweder die Zeichen- oder die Hintergrundbereiche angebracht sind. Die Dicke der Schicht 36 in dem das Zeichen abzeichnenden Bereich 20 unterscheidet sich genügend von deren Dicke in dem Hintergrundbereich, so dass die dickere der beiden Schichten visuell in Form eines helleren oder leuchtederen Reflektors wahrnehmbar ist, wenn das Blatt unter retroreflektierenden Sichtbedingungen betrachtet wird.
Gleichfalls ist es bekannt. teilweise lichtdurchlässige semitransparente Reflektoren, wie z.B. durch Aufdampfen sehr dünner Schichten aus bestimmten Materialien, wie z.B. Metallen, wie Aluminium, zu bilden, und obwohl die Verwendung dieses letzteren Materialtyps im allgemeinen weniger bevorzugt wird, kommt eine Nutzbarmachung dieser Lehren auch im Rahmen der Erfindung in Betracht.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen ausführlicher beschrieben. Diese Beispiele sollen die Bildung bzw.
den Aufbau des retroreflektierenden Blattmaterials, das in mehreren Figuren in den Zeichnungen dargestellt ist, spezieller erläutern.
Beispiel 1:
Ein mit Polyäthylen überzogenes Papierblatt mit einer in dem Polyäthylen überzug eingebetteten Monoschicht aus klaren Glasperlen mit einem Brechungsindex von etwa 1,93 (nD) und Durchmessern von etwa 50 um (die in dem Polyäthylenüberzug bis zu etwa 40% ihres Durchmessers eingebettet sind) wurde in einer Vakuumkammer mit einer Schicht von Kryolith (Na3AIF6) mit einem Brechungsindex von etwa 1,37 überzogen, und zwar zu einer Dicke von annähernd V4 Wellenlänge des gewöhnlichen weissen Lichts. Eine vollständige Beschreibung, wie dieses mit einer Glasperlenschicht überzogene Blattausgangsmaterial hergestellt werden kann, ist in der US-Patentschrift 3190178, Spalte 8, Zeilen 3 bis 22 angegeben.
Das Blatt wurde dann auf der mit Perlen versehenen Seite mit einem transparenten farblosen lithographischen Alkydlack mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 unter Benutzung einer Lithographischen Offsetpresse bedruckt, um ein wasserzeichenähnliches Schottenkarozeichen bzw. eine solche Legende auf einige der mit Kryolith überzogenen Perlen aufzudrucken . Nach dem Trocknen des Lackes über Nacht an der Luft wurde die Trägerbahn in der Vakuumkammer mit Zinksulfid mit einem Brechungsindex von etwa 2,37 und mit einer Schichtdicke von V4 Wellenlänge (des sichtbaren Lichts) überzogen.
Dadurch wurde ein transparenter Reflektorüberzug, der aus dem Kryolith, mit einer Schichtdicke von V4 Wellenlänge und dem Zinksulfid mit einer Schichtdicke von V4 Wellenlänge in den unbedruckten Bereichen bestand, und ein weniger leistungsfähiger transparenter Reflektor erhalten, der aus Kryolith mit einer Schichtdicke von V4 Wellenlänge, einer dickeren Schicht aus transparentem Lack und Zinksulfid mit einer Schichtdicke von V4 Wellenlänge in den bedruckten Bereichen bestand.
Das Blattmaterial wurde dann mit einem Hydrosoltyp einer wässrigen Dispersion von Methylmethacrylat-Äthylacrylat Copolymerisat (Du Pont's Elvacite Acrylic Hydrosol 9012) mit einem Gehalt von 6% Butylcellosolve als Verdickungsmittel überzogen. Der Streichstab an der Beschichtungsvorrichtung wurde auf eine Höhe von etwa 0,2 mm eingestellt.
Nach dem Trocknen der Überzugsschicht über Nacht wurde das Blattmaterial mit der Oberfläche nach unten gegen die Oberfläche eines photographischen Positivfarbdrucks (Kodacolor) angeordnet und in einer Plattenpresse unter einem Druck von etwa 2 kg/cm2 bei 121"C für eine Minute und dann unter einem Druck von etwa 3,8 kg/cm2 bei 115 C für eine Minute erwärmt. Nach dem Abkühlen konnte der mit Polyäthylen behandelte Papierschichtträger leicht durch Abziehen von dem Farbbild entfernt werden, wobei auf der Oberfläche des Farbdrucks eine transparente Monoschicht aus freiliegenden Linsenperlen zurückblieb. Wenn die Photographie unter gewöhnlichem Tageslicht geprüft wurde, konnten die Einzelheiten des Bilds vollfarbig gesehen werden mit nur einer leichten durch das transparente Blattmaterial verursachten Unschärfe.
Wenn die Photographie in einer besonderen retroreflektierenden Betrachtungsbox geprüft wurde (oder mit einem Magnesiumlicht geprüft wurde, das dicht an und zwischen den Augen des Beobachters in Richtung auf die Photographie gehalten wurde), reflektierte der gesamte Hinter grund der Photographie eine glänzende weisse Farbe, wobei das gedruckte Bild des Schottenkaromusters in dunkelgrauer Farbe auf dem weissen Hintergrund voll sichtbar war. In diesem besonderen Fall wurde ein Führerschein mit der Farbphotographie des Inhabers auf der Oberseite des Führerscheins als typisches geeignetes Dokument benutzt, auf dem das Identifizierungsblattmaterial dieses Beispiels angebracht werden kann.
Die Bewertung des retroreflektiven Blattmaterials nach diesem Beispiel zeigte, dass es einen Wert D für die gestreute Reflexion von 5,9% und einen Wert T für die gestreute Transmission von 79% hatte. Der Kontrast der gestreuten Reflexion betrug jedoch 2%. Der retroreflektive Kontrast betrug 43%, und die absolute retroreflektive Intensität war 47. Das Blattmaterial war für die Durchführung der Erfindung geeignet, obwohl weniger bevorzugt als das Material von z.B. dem nachfolgend beschriebenen Beispiel 3.
Der vorstehend beschriebene retroreflektierende Führerschein wurde verschiedenen Behandlungen unterworfen um zu versuchen, das Blattmaterial derart zu entfernen, dass der retroreflektierende Überzug auf eine andere Photographie übertragen werden konnte, um eine Fälschung des Originals herzustellen.
Z.B. wurde der Führerschein unter verschiedenen Temperaturen und Feuchtigkeitsbedingungen gebogen, unter verschiedenen Bedingungen in Wasser eingetaucht (mit und ohne Reinigungsmittel) und ausserdem sorgfältigen Versuchen unterworfen, mit Schneidkligen das Blattmaterial abzuspalten oder abzuschaben. Es wurde festgestellt, dass bei jedem dieser Versuche es unmöglich war, das retroreflektierende Blattmaterial in einer solchen Weise zu entfernen, dass es auf einem gefälschten oder geänderten Bild oder Führerschein angebracht und wiederverwendet werden konnte.
Beispiel 2:
Das mit Perlen beschichtete Polyäthylenblattausgangsmaterial des Beispiels 1 wurde mit einem transparenten Musterzeichen durch Aufdrucken des Zeichens nach dem Siebdruckverfahren auf die mit Perlen versehene Oberfläche unter Benutzung einer an der Luft trocknenden Sojabohnenalkydlösung mit einem Gehalt an Lösungsmittel von 50% und 30 Gewichtsteilen von zerbrochenem gewöhnlichem Borsilikatglas versehen. Die zerbrochenen Glasteilchen hatten eine Grösse, dass 90% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 44 um passieren konnten, aber von einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 37 um zurückgehalten wurden. Nach dem Trocknen hatte das transparente Zeichen eine rauh aussehende Oberfläche ähnlich der Oberfläche von matten (nichtglänzenden) Wandfarben.
Die mit Perlen versehene Seite des Blatts wurde dann durch Aufdampfen einer Kryolithschicht mit einer Dicke von V4 Wellenlänge (des sichtbaren Lichts) und anschliessend einer Zinksulfidschicht mit einer Dicke von V4 Wellenlänge beschichtet, und es wurde so ein halbtransparenter Reflektor in optische Verbindung mit den Glasmikrokugeln gebildet.
Die mit Perlen versehene Oberfläche des Blatts wurde dann an einem 0,127 mm-dicken thermoplastischen Film befestigt, der aus 90 Gewichtsteilen eines Äthylenvinylalkoholcopolymerisats (Du Pont's Elvon 30E) und 10 Gewichtsteilen eines Epichlorhydrinhomopolymerisats (B.F. Goodrich's Hydrin 100) bestand. Der Film war durch Wärmeverschmelzen der Bestandteile und Kalandrieren des Gemischs zu einem selbsttragenden Film mit einer Dicke von 0,127 mm hergestellt worden. Der Film wurde mit dem mit Perlen überzogenen Blattmaterial unter Benutzung eines ablösbaren Papierblatts-mit einer Siliconschicht im Kontakt mit dem thermoplastischen Film wärmekalandriert, wobei Kalanderwalztemperaturen von etwa 150"C eingehalten wurden.
Ein Stück von dem vorstehend beschriebenen schichtförmigen Blattmaterial von 5 cm2 wurde auf ein Papierdokument unter Benutzung eines gewöhnlichen Handbügeleisens auf dem mit Polyäthylen behandelten Papier geheftet, wobei die Temperatur des Bügeleisens auf Wolle eingestellt wurde. Nach dem Abkühlen konnte das Polyäthylenpapier leicht abgezogen werden, wobei ein retroreflektierender transparenter Überzug auf dem Dokument zurückblieb, durch den der Aufdruck auf dem Dokument gelesen werden konnte. Bei der Prüfung mit einem Magnesiumlicht, wie in dem Beispiel 1 beschrieben ist, erschien das nach dem Siebdruckverfahren aufgebrachte Zeichen als dunkles Bild auf leuchtend weissem reflektierendem Hintergrund.
Nach der oben beschriebenen Messung war der retroreflektive Kontrast 58% und die absolute retroreflektive Intensität 49.
Beispiel 3:
Das mit Perlen beschichtete Polyäthylenblattausgangsmaterial des Beispiels 1 wurde auf der freien Perlenoberfläche mit einer flexographischen Offsetdruckvorrichtung unter Anwendung des gleichen lithographischen Alkydlacks, wie er in dem Beispiel 1 beschrieben ist, aber mit einem Zusatz von 1,1% Kobaltnaphthenat als Trockenmittel bedruckt. Nach dem Trocknen wurde auf die bedruckte Perlenoberfläche eine Zinksulfidschicht mit einer Dicke von · Wellenlänge (des sichtbaren Lichts), d.h. mit einer Schichtdicke von etwa 600 Angström aufgedampft.
Ein Klebstoff wurde auf die aufgedampfte Schicht unter Anwendung des gleichen acrylischen Hydrosols wie in dem Beispiel 1 aufgebracht mit der Ausnahme, dass das Hydrosol durch Zugabe von etwa 9 Gew.% Monobutyläther vom Äthylenglykol (butyl-Cellosolve) zu einer Überzugsviskosität in dem Bereich von 600 bis 800 cP eingedickt und bis zu einem Feststoffgehalt von 27,3% verdünnt wurde. Die Nassüberzugsdicke betrug etwa 0,013 cm. Der Klebstoff wurde dann zu einem unklebrigen Zustand durch Erwärmen für etwa 7 V2 Minuten bei Temperaturen in dem Bereich von 76 bis 125- C getrocknet.
Das Blattmaterial wurde dann auf ein Substrat geheftet, und zwar durch kurzzeitiges Erwärmen der Zwischenfläche zwischen heissen Lamellierungswalzen bei einer Temperatur von etwa 120 bis 132cd. Nach dem Abkühlen des Schichtgebildes auf Raumtemperatur wurde der mit Polyäthylen überzogene Schichtträger abgezogen.
In den Beispielen 1 und 2 erschien unter retroreflektiven Betrachtungsbedingungen ein relativ dunkles Zeichen auf einem leuchtenderen bzw. helleren Hintergrund, während bei diesem Beispiel ein helles bzw. leuchtendes Zeichen auf einem weniger hellen Hintergrund geschaffen wurde. Weil es leichter ist, die Retroreflexion des hellen Hintergrundes zu zerstören, z.B. durch Aufdrucken eines transparenten Zeichens mit geeignetem Brechungsindex auf die lentikulare (freiliegende) Perlenoberfläche eines retroreflektierenden Blatts, ist das hellere Zeichen dieses Beispiels eine zur Zeit bevorzugte Ausführungsform.
Die bei diesem Beispiel erzielten Ergebnisse können möglicherweise so erklärt werden, dass die zusätzliche Reflexion in dem Bildbereich zu der Schaffung einer extrareflektierenden Fläche führt und den Unterschied der Brechungsindices an der Grenzfläche von dem Zinksulfid in dem Zeichenbereich erhöht.
Das Blattmaterial hatte nach dem Aufbringen auf die Deckfähigkeitskarte (hiding power chart) und bei dem oben beschriebenen Messen eine gestreute Reflexion D von 6,4%, eine gestreute Transmission T von 88,5%, einen gestreuten Kontrast von 2% und einen retroreflektiven Kontrast von 32%.
Die absolute retroreflektive Intensität betrug 20,4.
Beispiel 4:
Ein transparenter Film aus biaxial orientiertem Polyäthylenterephthalatpolymerisat mit einer Dicke von 0,025 mm wurde bei einer Streichstabeinstellung von 0,1 mm mit einem transparenten Material mit gebundenen Perlen mit sehr niedrigem Brechungsindex beschichtet, wobei dieses letztere Material erhalten worden war, indem 90 Gewichtsteile einer 33%igen Lösung von mit Hexafluorpropylen copolymerisiertem Polyvinylidenfluorid (Du Pont's Viton ) in Methylisobutylketon und 10 Gewichtsteile einer 33%igen Lösung von Polyäthylmethacrylat in Xylol als Lösungsgemisch vorgelegt wurden und in dieses eine Monoschicht von Glasperlen mit einem Durchmesser von 50 um und einem Brechungsindex von etwa 2.6 fallengelassen wurde. Diese Perlen können nach dem in der US-Patentschrift 3149016 beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Nach dem Trocknen des mit Perlen versehenen Blatts wurde eine Kryolithschicht im Vakuum aufgedampft, die eine Dicke von · Wellenlänge (des sichtbaren Lichts) hatte. Ein Zeichen wurde dann nach dem Offsetdruckverfahren auf die mit Perlen versehene Oberfläche aufgedruckt, wobei eine lufttrocknende klare Offsetdruckalkydpaste verwendet wurde. Nach dem Trocknen des aufgedruckten Zeichens wurde eine Zinksulfidschicht mit einer Dicke von · Wellenlänge in der Vakuumauftragsvorrichtung aufgetragen.
Ein transparenter druckempfindlicher Klebstoff wurde dann auf die mit Perlen versehene Seite des Blatts durch Auftragen eine Klebstofflösung auf ein ablösbares Siliconschutzpapier mit einer Nasseinstellung des Auftragsstabs von 0,20 mm auf der Auftragsvorrichtung als Schicht und schichtmässiges Verbinden nach dem Trocknen der Klebstoffschicht mit dem mit Perlen versehenen
Blatt unter Druck aufgebracht. Der druckempfindliche Klebstoff bestand aus einer Lösung eines Copolymerisats von 90% Isooctylacrylat und 10% Acrylsäure mit einem Feststoffgehalt von 22%.
Nach dem Aufbringen auf ein Papierdokument nach Entfernung des ablösbaren Silikonpapiers wurde festgestellt, dass die Klebkraft so genügend gross war, dass die Papierfasern in dem
Dokument losgerissen worden wären, wenn versucht wurde, das optische Blattmaterial zu entfernen. Bei Beobachtung mit einem
Magnesiumlicht, wie in dem Beispiel 1 beschrieben ist, konnte das
Zeichen als dunkles Muster auf einem weissen reflektierenden
Hintergrund gesehen werden.
Beispiel 5:
Das Blattmaterial dieses Beipiels erläutert einen anderen Typ eines transparenten retroreflektierenden Blattmaterials nach der Erfindung mit nicht freiliegender Perlenoberfläche. Das Material ist zum Teil dem in dem Beispiel 3 der US-Patentschrift 2407680 beschriebenen Material ähnlich.
Im einzelnen wurde eine Trägerbahn geringer Adhäsion nach dem Walzenauftragsverfahren mit N-Butylmethacrylatpolymerisatharz, gelöst in Xylol (mit einem Gehalt an Harzfeststoffen von 45%) beschichtet, und zwar mit einem Überzugsgewicht zwischen 5,4 bis 6,3 mg Harzfeststoffe je cm2. Der Überzug wurde 20 bis 30 Minuten bei 60 C und durch anschliessendes weiteres Trocknen für 30 bis 40 Minuten bei 80 bis 90 C getrocknet. Der Brechungsindex des Überzugs betrug etwa 1,48.
Dann wurde der gesamte transparente Bindemittelüberzug für die Perlen durch Auftragen nach dem Rakel- oder Walzenauftragsverfahren der folgenden Harzlösung als Schicht mit einem Auftragsgewicht von 2,5 bis 3,8 mg/cm2 auf die Oberfläche des transparenten Belags gebildet:
Gewichtsteile
N-Butylmethacrylatharz ... ................ 45
Methylacrylat-Isobutylacrylat
Polymerisat (lösung) . 33 Xylol ....... . ..... ............. 55
Transparente Glasperlen mit einem Brechungsindex von etwa 2,1 wurden auf den Perlen-Bindemittel-Überzug aufgebracht und in diesen einsinken gelassen. Das Lösungsmittel von dem Perlen Bindemittel-Überzug wurde innerhalb einer Trocknungszeitspanne von 20 bis 25 Minuten bei 60 C und 30 bis 40 Minuten bei 80 bis 90 C entfernt.
Es wurden Perlen mit einem Durchmesser von etwa 90 bis 105 um verwendet.
Ein transparenter Zwischenfilm wurde dann nach dem Rakeloder Walzenauftragsverfahren auf die mit Perlen versehene Oberfläche mit der gleichen Harzlösung, wie sie für das transparente Bindemittel für den Perlen-Bindemittel-Überzug verwendet worden war, aufgebracht. Ein Lösungsüberzugsgewicht von 6,3 bis 7,5 mg/cm2 wurde angewendet. Es wurden Trocknungszeitspannen von 20 bis 30 Minuten bei 60 C und 60 bis 90 Minuten bei 90 bis 105 C angewendet.
Dann wurden die Zeichenmarkierungen unter Anwendung eines Kautschukplattendruckverfahrens aufgedruckt. Die folgende Druckfarbe wurde benutzt:
Gewichtsteile
Polyvinylbutyral . 20
Cellosolve . 40
N-Butanol . . ......... ..... ..... 40 perlglanzschimmerndes Pigment .. ..... 6
Der Aufdruck wurde seitenverkehrt gedruckt und in 5 bis 10 Minuten bei 65'C und dann in 15 bis 20 Minuten bei 93'-C getrocknet.
Nach dem Bedrucken wurde eine andere Schicht aus perlglanzschimmerndem Überzug auf die gesamte Oberfläche aufgedruckt, oder nach dem Rakelverfahren oder Walzenverfahren als Schicht aufgetragen. Die Zusammensetzung der Lösung war folgendermassen:
Gewichtsteile
Polyvinylbutyral . ..... ..... 10
Cellosolve ..... ..... 45
N-Butanol .. ............ ........ 45 perlglanzschimmerndes Pigment .. ..... 3
Dieser Überzug wurde in der gleichen Weise wie der erste Überzug getrocknet. Das benutzte perlglanzschimmernde Pigment war Nacromer ZSPB 9542.
Dann wurde ein Überzug aus transparentem druckemp findlichen Acrylatcopolymerisatklebstoff auf die Oberfläche der
Reflektorschicht aufgetragen.
Wenn das Schichtgebilde aufeine bedruckte Seite aufgebracht wurde, konnte der Druck unter gewöhnlichem Licht gelesen wer den, bei einer Betrachtung unter retroreflektiven Sicht bedingungen war der Druck jedoch durch das daraufliegende
Blatt abgedunkelt und erschien das Zeichen heller bzw. leuch tender als der Hintergrund.
Es wurde festgestellt, dass das Blattmaterial dieses Beispiels nach dem Aufbringen auf eine Deckfähigkeitskarte und bei den oben beschriebenen Testen eine gestreute Reflexion D von etwa 13%, eine gestreute Transmission T von etwa 73%, einen gestreuten Kontrast von 23% und einen retroreflektiven Kontrast von 33% hatte. Der absolute Retrorenexionswert war 4,9.
Beispiel 6:
Ein anderes transparentes retroreflektierendes Blattmaterial nach der Erfindung mit nicht freiliegender Perlenoberfläche wurde wie in dem Beispiel 5 hergestellt mit der Ausnahme jedoch, dass anstelle der perlglanzschimmerndes Pigment enthaltenden
Reflektorüberzüge zunächst eine Zeichenmarkierung durch
Aufbringen eines Druckbilds unter Anwendung der transparenten bindenden Schicht des Beispiels 5 aufgetragen wurde. Nach dem
Trocknen wurde eine Zinksulfidschicht mit einer Dicke von ·
Welle (des sichtbaren Lichts) durch Aufdampfen auf den auf gedruckten Zwischenfilm aufgebracht. Dann wurde eine dünne
Schicht aus druckempfindlichem Acrylat-Acrylsäure-Copoly merisat-Klebstoff auf die Zinksulfidschicht aufgetragen.
Beim Aufbringen dieses Blattmaterials auf die Deckfähigkeits karte wurde nach den oben beschriebenen Messmethoden fest gestellt, dass das Blattmaterial dieses Beispiels eine gestreute
Reflexion D von etwa 10%, eine gestreute Transmission T von etwa 81%, einen gestreuten Kontrast von 9% und einen retroreflektiven Kontrast von 94% hatte. Der absolute Retro reflexionswert war 8,6.
Beispiel 7:
Ein zusammenhängender teilweise lichtdurchlässiger Reflektor wurde auf der rückseitigen Oberfläche einer Monoschicht aus Glasmikrokugeln durch Auftragen einer verdünnten Dispersion mit einem Gehalt an perlglanzschimmerndem Pigment als Schicht mit einer Nassüberzugsdicke von 0,005 cm auf den freien Teil des mit Perlen versehenen mit Polyäthylen beschichteten Blattausgangsmaterial nach dem Beispiel 1 gebildet. Die Dispersion hatte die folgende Zusammensetzung in Gewichtsteilen:
Gewichtsteile
2-Butanon ............................ 59,8
Dimethylformamid ..................... 20,1
Hochkristallines Polyurethanharz (Estane 5740 - x 130 von B.F.
Goodrich Co.) 5,9
Copolymerisat von Vinylchlorid-Vinylacetatharz (im Gewichtsverhältnis von 86 zu 13) mit 1% zwischenpolymerisierter Maleinsäure ( VMCH - Harz von Union Carbide Co.) 4,5
Perlmuttglanzschimmernde Pigmentpaste (VCG Pearl-Pigment von Koppers Co.) .... 9,7
Die perlmuttglanzschimmernde Pigmentpaste enthielt Bleicarbonatplättchen mit durchschnittlichen maximalen Dimensionen von etwa 22 um und durchschnittlichen Dicken von etwa 55m um. 60 Gew.% von dem Pigment waren in einer Paste aus Polyvinylchloridharz, gelöst in Methylisobutylketon, enthalten.
Das beschichtete Blatt wurde 20 Minuten bei Raumtemperatur und anschliessend 15 Minuten in einem Ofen bei 65 C getrockenet.
Dieses trockene Blatt wurde mit der Pigmentschichtseite nach oben unter einem ein Zeichen tragenden Stempel angeordnet. Die trockene pigmentierte Schicht wurde mit einem anderen Teil der oben angegebenen Pigmentformulierung besprüht, die zuvor bis zu einem Lösungsmittelgehalt von 88,3% mit 2-Butanon verdünnt worden war. Dadurch wurde ein zweiter Auftrag aus perlglanzschimmerndem Pigment nicht gleicher Ausdehnung auf dem Perlenblatt in Form eines Zeichens erzielt, das den Stempelöffnungen entsprach. Nach dem Trocknen wurde das Blatt dann mit der acrylischen Hydrosoldispersion beschichtet, und die Schicht wurde, wie in dem Beispiel 1 beschrieben ist, getrocknet.
Nach dem Wärmelaminieren eines Teils dieses Blattmaterials auf die Deckfähigkeitskarte und der Vornahme der oben beschriebenen Messungen wurde festgestellt, dass das Blattmaterial eine gestreute Reflexion D von 8,8%, eine gestreute Transmission T von 88%, einen gestreuten Kontrast von etwa 8% und einen retroreflektiven Kontrast von 20% hatte. Die absolute retrore flektive Intensität betrug 11,4.
The invention relates to a retroreflective sheet comprising a single layer of glass microspheres having a refractive index of at least 1.8 and having retroreflective sign areas and retroreflective background areas.
Non-transparent retroreflective sheeting or sheeting is known. In most cases, such sheet materials are based on a fully opaque aluminum layer or an opaque aluminum-containing layer or a layer containing another reflective pigment. or a semi-reflective opaque layer containing pigment (such as TiO2) behind the surface of glass microspheres so as to create the desired retroreflective optical system. These known sheet materials are opaque and obscure the underlying portion of any substrate to which they have been applied.
In contrast, the sheet materials of the invention are said to be substantially transparent because when placed on a substrate such as e.g. a typewritten letter, but it is still possible to read the letter through the applied sheet material under diffused light (however, when viewed under directed light, the part of the letter underneath is essentially or completely unrecognizable to the viewer).
Transparent sheet or foil material containing a monolayer of glass microspheres is also known (e.g.
U.S. Patent 2,432,928), but such sheet material had to be deposited on a substrate such as e.g. a mark, may be applied before a retroreflective structure is formed, and the mark or other written message beneath it remains visible to the viewer under directed light and is not obscured.
It is also known from US Pat. No. 3154872 to provide a forgery-proof retroreflective sheet material which contains a sign and can be associated with documents, passports, permits and the like and which serves as an identification or authentication mark. However, this sheet or foil material is opaque and covers the substrate to which it has been applied. Further, although the mark is visible to the viewer under ordinary diffused light, the mark disappears under directional light and the sheet appears to be uniformly retroreflective to the viewer.
The purpose of the invention is. To create a retroreflective sheet with a single layer of glass microspheres with a refractive index of at least 1.8 and with retroreflective character areas and retroreflective background areas, which is characterized according to the invention in that the sheet is practically transparent and the character and background areas are practical when viewed under diffused light are indistinguishable, but one of these areas has a greater retroreflectivity than the other area, whereby the character areas are easily visually distinguishable from the background areas when viewed along a light beam directed onto the sheet, and that all microspheres have a partially translucent reflector on their rear, the viewing side have facing away surface areas.
In general, those useful in making the retroreflective sheeting of the invention
Microsphere diameters averaging in the range of 10 to 300 µm, and the presently preferred range therefor is about 25 to 75 µm.
When a photometer is used to measure the retroreflectivity of a preferred sheet material of the invention, the indicia area may have a relative photometer reading (hereinafter called PV) of 20 and the background areas may have a PV of 10. For comparison, it is stated that a flat surface covered with ordinary white paint has a PV of 0.1. The photometer known as Model 20 from Photovolt Corporation, New York, was used to make such measurements.
The photometer was placed close to the beam of incident light with the angle of divergence between the light source and the photometer being ½ '. The reflection intensities were measured at an angle of incidence of 5 (between the light source and a line perpendicular to the plane of the reflecting surface).
Of course, the individual's ability to make differences with their eyes in terms of retroreflective power is somewhat subjective and depends on factors such as the relative size or area of the character compared to the background and sharpness, or the precise outline of the character . In general, a character with a PV of 5 is somewhat difficult to perceive on a background with a PV of 6, as is a character with a PV of 15 on a background with a PV of 18, but is a character with a PV of 5 on a background with a PV of 14 or a character with a PV of 10 on a background with a PV of 20 is very easily noticeable under retroreflective viewing conditions.
Although it is not advisable to specify a specific numerical limit for the required relative retroreflectivity with regard to the possible variations in size, shape and outline of the image areas, etc., the above information shows that it is advantageous if either the symbol or the background is a retroreflector that is at least 20% and preferably at least 30% or more more effective than the background or sign.
A scientific determination of the photometric parameters of the subject matter of the invention will now be discussed.
In order that the retroreflective sheet does not severely attenuate the graphic message or other details of the substrate to which it is applied when the composite structure is used under ordinary conditions, e.g. Scattered reflected light is considered, the retroreflective sheet (in particular the main part, i.e. the background) should have a scattered reflection D of less than 20% and preferably less than 10% under the measurement conditions given below. In addition, the scattered transmission T of the film should be greater than 60% and preferably greater than 80%. In any case, the scattered reflection should be small enough to avoid a weakening of the dark areas of the substrate (e.g. in a photograph) and the scattered transmission T should be large enough to preserve the lighter colored areas.
To measure D and T, a sample of the retroreflective film can be drawn onto a portion of a standard color card (i.e.
Hiding Power Chart Form 3 (available from Morest Company, New York, N.Y. USA) can be applied. The scattered reflectance values from the white and black areas of this card are 75% or more and 5% or less, and any card that meets the requirements of ASTM Hiding Power Trials D 1738-60T, Part 21 of the ASTM Standard Manual on Color specified requirements can be used. A photometer which irradiates the desired part of the card with white light at an angle of incidence of 45 ° and measures the light reflected in a direction perpendicular to the surface with a color correcting photocell is used, e.g. a Welch Dansichron photometer model 451-5 with reflecting unit (catalog no. 3832A).
The reflectance value D for scattered light and the transmission value T for scattered light are calculated as follows:
MIM4-M2M3 1. D = ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
M1-M2-M1M2 (M3-M4) 1-DM1
2. T = (M3-D) MI where M1 is the diffuse reflectance of the white part of the card, M2 is the diffuse reflectance of the black part of the card, M3 is the diffuse reflectance of the white part when overlaid by the retroreflective sheet, M4 is the scattered reflectivity of the black part when it is overlaid by the retroreflective sheet.
In order that the presence of the mark in the sheet material is not easily noticeable when viewed under diffused light, the more reflective part should generally be less than 20% and preferably less than 10% or even 5% more reflective than the less reflective parts of the measurement described below.
This contrast is advantageously measured by attaching a sample to the black part of the aforementioned opacity card and illuminating the character and background areas with white light at an angle of incidence of 45 ° and measuring the scattered reflected light in a direction perpendicular to the surface of the sample. To take measurements on very small areas of drawing, a projector capable of producing white light is placed about 75 cm from the surface (a Schoolmaster 500 Model 49 projector can be used). The luminance values are determined with a color-corrected high resolution telephotometer (e.g. with a Gamma Scientific Co. Telephotometer, Model 2000).
The objective lens of the telephotometer is placed about 65 cm from the sample and a 6 minute angular aperture is used in the image plane, allowing resolution of areas 1 mm in diameter.
As indicated above, it is advantageous if the more retroreflective part of the film is at least 20% lighter and preferably at least 30% lighter retroreflective than the less reflective part. To determine the retroreflective contrast, the sample is attached to the black part of the opacity card and the above-mentioned high resolution photometer with its objective is 65 cm away from the plane of the sample and arranged perpendicular to this plane. A beam splitter is placed opposite the photometer, with the surface of the beam splitter intersecting the optical axis between the photometer and the sample at an angle of approximately 45 °.
A microscope illuminator is then placed on the side of the optical axis so that the light from it strikes the beam splitter at the point where it intersects the optical axis and in a direction perpendicular to the optical axis so that part of the light rays that hits the beam splitter, is directed at the sample and is retroreflected substantially along the optical axis, the part which passes through the beam splitter hits the photometer objective.
The lighting device may be an American Optical Company midroscope lighting device with a GE 1493 lamp having an opening in front of its collector lens 1 cm in diameter, and the distance from the lighting device to the side of the optical axis is such that the optical distance from the sample to the collector lens of the lighting device is also 65 cm. The photometer objective lens is limited by an opening with a diameter of 6 mm. The entire apparatus is adjusted so that the light rays reaching the photometer objective lens are those which form an angle of O "rt0.5" with the illuminating beam when the rays are reflected from the sample.
To determine the retroreflective intensity of the main part of the sheet material, the same device and arrangement as just described for the measurement of the retroreflective contrast is used. used except that the
Light sources and lens openings are both reduced to a diameter of 0.25 (2.8 mm for a sample at a distance of 65 cm), the photometer lens is completely adjusted.
so that the viewing direction diverges by 0.5 from the lighting direction (5.6 mm lens shift for a
Sample distance of 65 cm), the sample is inclined so that the
Perpendicular to its surface an angle of 5 - to the
Illumination direction and the observed relative
The luminous value of the main part of the film is converted into an absolute reflectance value by comparison with a known reflectance standard value. A standard value is obtained by measuring a commercially available uniform retroreflective
Materials (e.g. = 3270 Scotchlite Brand Reflective Sheeting from 3M Company) according to Federal Specification L-S-300A, Part 4.4.7 Reflective Intensity for Reflective Sheeting and Tape, published January 7, 1970.
The sheet materials according to the invention are particularly suitable for use in documents, identification cards, passports, driver's licenses, credit cards, capital share certificates and the like to be used as identification or validation means as well as
Means by which it is made difficult to serve one
Forgery of a valid document. a valid certificate of entitlement and the like.
Other advantages of the preferred sheet materials of the invention include the difficulty of removing the character portion without destroying the sheet and the difficulty of duplicating or reproducing the characters without the use of relatively complicated and expensive apparatus.
The principles and advantages of the invention are explained, for example, with reference to the accompanying drawing, in which like numerals refer to like parts.
Figures 1 through 4 of the drawings are partially schematic cross-sections through a portion of the sheet material of the invention in which the bead monolayer is held on the outer surface of the transparent retroreflective sheet material in a temporarily removable backing material and the character and background reflectors behind the beads in FIG be in the form of dielectric reflectors.
Figure 5 shows a partially schematic cross-section through part of another embodiment of the sheet material of the invention in which the outer surface of the pearls is coated with a permanently transparent layer of low refractive index and the character and background reflectors on the back of the pearls have a high index Refractive index are in the form of thin layers that form the transparent reflectors.
FIG. 6 shows an embodiment of the invention.
which is similar to that of FIG. 5, with the exception that the transparent character and background reflectors consist of layers containing pearlescent pigment and are not in the form of layers that form a transparent reflector.
Figure 7 shows yet another embodiment of the invention in a schematic cross-section, wherein the outer surface of the pearls is temporarily embedded in a removable carrier sheet and the transparent character and background reflectors consist of layers of pearlescent or pearlescent pigment of various thicknesses, which are in the vicinity of and in a cap-like shape on the rear surface of the beads.
The schematic drawings of Figures 1 to 7 are not faithful cross-sectional representations, e.g. because each circle represents a full surface of a round body in such a way that the balls have uniform diameters and are arranged in rows; and the reflective layer or layers surround the rear surfaces of the transparent beads in a somewhat semicircular manner and are not in a plane at the lower end (the rear) of the
Surface of the pearls as shown in the drawing. Also, the characters are usually much wider than the width of the
Diameter of two beads (e.g. 90 µm) as shown schematically.
According to Figures 1 to 4, the glass beads 2 with a
Refractive index of at least about 1.8 approximately hemispherical embedded in one side of a removable carrier material 10, which consists of a paper web 12 with a polyethylene coating 14 thereon. On one side of the beads there is a semi-transparent dielectric
Reflector 6, which is part of the outer surface of the
Glass beads reflecting penetrating light and another
Lets part of this light through. In the simplest form (under the
A retroreflective dielectric reflector can be used as a prerequisite for fulfilling the requirements specified below.
As will be discussed below, the sequential arrangement shown in connection with each of the two outer beads of Figure 3 are formed, namely a glass bead, a transparent layer or such an intermediate coating, adjacent to the bead, and another transparent layer after the intermediate coating. In the invention, a layer is provided on the back of the bead and this layer is transparent to most of the light rays which strike its surface under conditions of scattered light, but is reflective because of its thickness and its uneven refractive index relative to the refractive index and the thickness of the materials on either side of it a smaller but substantial portion of the light rays striking it.
The use of dielectric reflectors as mirror reflectors in retroreflective structures has already been described in US Pat. No. 3,700,305. Such structures contain glass beads or microsphere lens elements with a diameter of 10 to 200 or more µm (preferably 25 to 75 µm) and adjacent specular reflective material using a dielectric reflector as specular reflective material which contains a transparent layer with a refractive index nl and whose surface is in Is in contact with materials that have refractive indices n2 and n3, where both n2 and n3 are at least 0.1 (preferably at least 0.3) either higher or lower than nl,
and the transparent layer has an optical thickness corresponding to odd multiples (i.e., 1, 3, 5, 7 ...) of about 1/4 wavelength of light in the wavelength range of about 3800 to about 100,000 angstroms. Thus either n2> nl <n3 or n2 <nl> n3, and the materials on either side of the transparent layer can either both have a higher or a lower index of refraction than nl. When nl is higher than n2 and n3, nl is preferably in the range from 1.7 to 4.9, and n2 and n3 are preferably in the range from 1.2 to 1.7.
When nl is lower than n2 and n3, nl is preferably in the range of 1.2 to 1.7, and n2 and n3 are preferably in the range of 1.7 to 4.9. The mirror reflector obtained thus contains a number of materials, at least one of which is in layer form and which have an alternating sequence of refractive indices. According to one embodiment of US Pat. No. 3,700,305, the structure has 2 to 7 layers, preferably 3 to 5 layers, which adjoin the glass microsphere.
The various layers are conveniently formed on the glass microspheres after the microspheres have been temporarily embedded in a substantially hemispherical shape in a heated plastic-coated sheet, by vapor deposition in one or more process steps in order to achieve the desired number of layers with an alternating sequence of refractive indices .
In this form of the present invention, in order to obtain the desired degree of transparency, one to perhaps three contiguous dielectric layers are provided behind the glass beads. The material representing the mark is preferably incorporated into the sheet material during manufacture in the form of a separate layer of non-uniform expansion in the series of layers which form the dielectric reflector in optical communication with the spherical beads.
The mark can simply consist of an intermediate layer or an intermediate coating between the spherical lenses and the layers with alternating refractive indices located thereon, or can be arranged between the various layers with the alternating refractive indices. The character can be formed by providing at least one more dielectric layer or one less dielectric layer behind the character beads compared to the number of layers behind the background beads. The reflector can be colored or colorless, but must be at least partially translucent so that it does not significantly interfere with viewing the underlying substrate or exceed the desired degree of visual contrast with the background areas.
In a preferred embodiment, the sign has such a thickness and index of refraction and is so arranged. that it is a functional part of the dielectric reflector. As explained in FIG. 3, the beads 2 have a diameter of approximately 0.05 mm and a refractive index of approximately 1.9, the discontinuous lacquer layer 19 representing the character 20, a thickness of less than approximately 0.002 mm and a refractive index of approximately 1.5 and designed the drawing area 20.
The continuous layer 22 has an optical thickness equal to V4 wavelength of visible light and in the case of e.g.
Zinc sulfide has a refractive index of approximately 2.4. The adhesive layer 24 has an index of refraction of about 1.5. Thus, a retroreflective sheet is formed with a transparent reflector 6 (specifically a dielectric reflector) in optical connection with the beads in the background areas and an even more effective retroreflective part with a dielectric reflector behind the beads in the sheet in the drawing or image areas 20 been.
The structure of the sheet material according to FIG. 4 differs from that of the sheet material according to FIG. 3 in that the drawing area 20 according to FIG. 4 is achieved by applying a dielectric coating 26 instead of the lacquer 19 with an optical thickness of approximately V4 wavelength of the visible Light and using e.g. Cryolite to achieve a refractive index of 1.38 between the glass beads in the drawing area and the e.g. was formed from zinc sulfide having a refractive index of about 2.37. A thermoplastic adhesive having a refractive index of about 1.5 is applied as a layer over layer 22.
Because of the better control of the thickness of the mark and the lower refractive index thereof, an even more luminous mark appears on a luminous background under retroreflective viewing than that obtained with the structure of Figure 3 when both sheet materials are made using the materials just described have been.
In FIGS. 1, 2 and 5, the dielectric reflector 6 contains the adhesive layer 24 of transparent material with a refractive index of approximately 1.5 and at least one continuous dielectric layer 22 or 26 with an optical thickness of V4 wavelength of visible light, the layer 22 e.g. has an index of refraction of 2.37 and layer 26 has an index of refraction of 1.38.
The drawing area 20 is represented by interposing between the beads 2 and at least one of the coherent layers 22 or 26 of a layer 19 of non-uniform extent, this layer 19 having such a thickness or being made of such a material that this layer has the effectiveness of the optical reflector in conjunction with the microsphere lenses directly on its front side, as opposed to its effectiveness in conjunction with the microspheres in the background areas where the mark is not present; or the drawing area may be made of a material which, as in Figure 3, makes it part of the series of layers in the reflector and thereby increases its reflectivity.
According to FIG. 2, the lacquer layer 19 representing the character also contains particles 16 of broken glass which tends to scatter the incident light. Under retroreflective viewing conditions, the sign then appears as a dark area against a lighter or brighter background.
Figures 5 and 6 also explain a further embodiment of the invention. Certain teachings of US Pat. No. 2,407680 are used in these structures. More specifically, in FIGS. 5 and 6, in contrast to free lens systems, which lead to the structures according to FIGS. 1 to 4 and 7, when the carrier layer 10 is removed, the outer or top layer 32 is a permanent transparent covering with a flat upper surface that has a lower refractive index (e.g. 1.5) than the glass beads (e.g.
Pearls with a refractive index of 2.6) held in a transparent pearl binder layer 34. In these structures, the transparent reflector can be spaced from the glass beads in accordance with the teachings of U.S. Patent 2407680, e.g. by using a transparent intermediate layer 30, as shown in FIGS. 5 and 6.
Other embodiments of the invention as described in US Pat. No. 2,407680 are also suitable for practicing the invention, some of which are described below in connection with Examples 5 and 6.
Pearlescent or pearlescent pigments are available in naturally occurring or synthetic platelet form and can be used as a partially translucent or semitransparent reflector in the context of the invention. As indicated in US Pat. No. 3,758,192, when using pearlescent luster pigment with maximum diameters in the pigments
Range of about 8 to 30 µm and thicknesses in the range of about 25 to 200 µm which has been coated in a liquid binder around the free portions of hemispherical embedded beads, a cap-like coherent
Shape around the surface of the beads and result in a very effective retroreflective lens reflective reflector system.
Less retroreflective structures, but still suitable for the purposes of the invention, can be made using pearlescent pigments with average particle sizes outside the range just mentioned and in cases in which the pearlescent pigments do not abut the rear surfaces of the pearls in such a narrow, cap-like shape, getting produced.
In Figures 6 and 7, the semitransparent contains
Reflector 6 the reflective coating or reflective layer 36 containing pearlescent or pearlescent pigment flakes 38, the amount of pigment applied being adjusted so that it is sufficient to make the sheet opaque and to weaken any substrate on which either the drawing or the Background areas are appropriate. The thickness of the layer 36 in the marking area 20 differs sufficiently from its thickness in the background area that the thicker of the two layers is visually perceptible in the form of a lighter or lighter reflector when the sheet is viewed under retroreflective viewing conditions.
It is also known. partially translucent semi-transparent reflectors, e.g. by vapor deposition of very thin layers of certain materials, e.g. Metals such as aluminum, and although the use of this latter type of material is generally less preferred, these teachings are also contemplated to be useful within the scope of the invention.
The invention is described in more detail in the following examples. These examples are intended to improve education and training.
more specifically explain the construction of the retroreflective sheeting shown in several figures in the drawings.
Example 1:
A sheet of polyethylene coated paper with a monolayer of clear glass beads embedded in the polyethylene coating with a refractive index of about 1.93 (nD) and diameters of about 50 µm (which are embedded in the polyethylene coating up to about 40% of their diameter) was in a vacuum chamber covered with a layer of cryolite (Na3AIF6) with a refractive index of about 1.37, to a thickness of approximately 1/4 wavelength of ordinary white light. A full description of how to make this glass bead coated sheet stock is given in U.S. Patent 3,190,178 at column 8, lines 3-22.
The sheet was then printed on the beaded side with a transparent, colorless lithographic alkyd varnish having a refractive index of about 1.5 using an offset lithographic press to print a watermarked plaid sign or legend on some of the cryolite coated beads. After the lacquer had dried in air overnight, the carrier web was coated in the vacuum chamber with zinc sulfide with a refractive index of about 2.37 and a layer thickness of V4 wavelength (of visible light).
As a result, a transparent reflector coating was obtained, which consisted of the cryolite with a layer thickness of V4 wavelength and the zinc sulfide with a layer thickness of V4 wavelength in the unprinted areas, and a less efficient transparent reflector made of cryolite with a layer thickness of V4 wavelength, a thicker layer of transparent lacquer and zinc sulfide with a layer thickness of V4 wavelength in the printed areas.
The sheet material was then coated with a hydrosol type of an aqueous dispersion of methyl methacrylate-ethyl acrylate copolymer (Du Pont's Elvacite Acrylic Hydrosol 9012) containing 6% butyl cellosolve as a thickener. The spreader bar on the coater was adjusted to a height of about 0.2 mm.
After the coating layer was dried overnight, the sheet material was placed face down against the surface of a positive color photographic print (Kodacolor) and placed in a plate press under a pressure of about 2 kg / cm 2 at 121 "C for one minute and then under pressure of about 3.8 kg / cm2 for one minute at 115 ° C. After cooling, the polyethylene-treated paper support could easily be removed from the color image by peeling it off, leaving a transparent monolayer of exposed lens beads on the surface of the color print Photography was examined under ordinary daylight, the details of the picture could be seen in full color with only a slight blurring caused by the transparent sheet material.
When the photograph was examined in a special retroreflective viewing box (or examined with a magnesium light held close to and between the observer's eyes toward the photograph), the entire background of the photograph reflected a glossy white color, the printed image of the tartan pattern in dark gray color on the white background was fully visible. In this particular case, a driver's license with the holder's color photograph on top of the driver's license has been used as a typical suitable document upon which the identification sheet material of this example can be affixed.
The evaluation of the retroreflective sheet material according to this example showed that it had a value D for the scattered reflection of 5.9% and a value T for the scattered transmission of 79%. However, the contrast of the scattered reflection was 2%. The retroreflective contrast was 43% and the absolute retroreflective intensity was 47. The sheet material was suitable for the practice of the invention, although less preferred than the material of e.g. Example 3 described below.
The retroreflective driving license described above was subjected to various treatments in an attempt to remove the sheet material so that the retroreflective coating could be transferred to another photograph to create a forgery of the original.
E.g. The driver's license was bent under different temperatures and humidity conditions, immersed in water under different conditions (with and without detergent) and also subjected to careful attempts to split off or scrape off the sheet material with cutting edges. It was found that in any of these attempts it was impossible to remove the retroreflective sheeting in such a way that it could be affixed to a forged or altered picture or driver's license and reused.
Example 2:
The bead-coated polyethylene sheet raw material of Example 1 was provided with a transparent pattern mark by screen printing the mark on the beaded surface using an air-drying soybean alkyd solution containing 50% solvent and 30 parts by weight of broken ordinary borosilicate glass . The size of the broken glass particles was such that 90% could pass a sieve with a mesh size of 44 μm, but were retained by a sieve with a mesh size of 37 μm. After drying, the transparent sign had a rough-looking surface similar to the surface of matt (non-glossy) wall paints.
The beaded side of the sheet was then coated by vapor deposition of a cryolite layer with a thickness of V4 wavelength (visible light) and then a zinc sulfide layer with a thickness of V4 wavelength, thus forming a semi-transparent reflector in optical connection with the glass microspheres .
The beaded surface of the sheet was then attached to a 0.127 mm thick thermoplastic film composed of 90 parts by weight of an ethylene vinyl alcohol copolymer (Du Pont's Elvon 30E) and 10 parts by weight of an epichlorohydrin homopolymer (B.F. Goodrich's Hydrin 100). The film was made by heat fusing the ingredients and calendering the mixture into a self-supporting film 0.127 mm thick. The film was heat calendered with the beaded sheet material using a releasable paper sheet with a silicone layer in contact with the thermoplastic film, with calender roll temperatures of about 150 "C being maintained.
A piece of the above-described layered sheet material of 5 cm 2 was stuck on a paper document using an ordinary hand iron on the polyethylene treated paper with the temperature of the iron adjusted to wool. After cooling, the polyethylene paper could easily be peeled off, leaving a retroreflective transparent overlay on the document through which the print on the document could be read. When tested with a magnesium light, as described in Example 1, the screen-printed mark appeared as a dark image on a bright white reflective background.
According to the measurement described above, the retroreflective contrast was 58% and the absolute retroreflective intensity was 49.
Example 3:
The bead-coated polyethylene sheet starting material of Example 1 was printed on the exposed bead surface with a flexographic offset printing machine using the same lithographic alkyd varnish as described in Example 1, but with the addition of 1.1% cobalt naphthenate as a drying agent. After drying, a zinc sulfide layer with a thickness of x wavelength (of visible light), i. E. vapor-deposited with a layer thickness of about 600 angstroms.
An adhesive was applied to the vapor-deposited layer using the same acrylic hydrosol as in Example 1, except that the hydrosol was obtained by adding about 9% by weight of monobutyl ether of ethylene glycol (butyl cellosolve) to a coating viscosity in the range of 600 was thickened to 800 cP and diluted to a solids content of 27.3%. The wet coating thickness was about 0.013 cm. The adhesive was then dried to a tacky state by heating for about 7/2 minutes at temperatures in the range of 76 to 125 ° C.
The sheet material was then adhered to a substrate by briefly heating the interface between hot lamination rollers at a temperature of about 120 to 132cd. After the layer structure had cooled to room temperature, the polyethylene-coated support was peeled off.
In Examples 1 and 2, under retroreflective viewing conditions, a relatively dark mark appeared on a brighter and lighter background, respectively, while in this example a bright mark was created on a less bright background, respectively. Because it is easier to destroy the retroreflection of the light background, e.g. by printing a transparent indicia of appropriate index of refraction on the lenticular (exposed) bead surface of a retroreflective sheet, the lighter indicia of this example is a presently preferred embodiment.
The results obtained in this example can possibly be explained by the fact that the additional reflection in the image area results in the creation of an extra reflective surface and increases the difference in refractive indices at the interface of the zinc sulfide in the character area.
After application to the hiding power chart and during the measurement described above, the sheet material had a scattered reflection D of 6.4%, a scattered transmission T of 88.5%, a scattered contrast of 2% and a retroreflective contrast of 32%.
The absolute retroreflective intensity was 20.4.
Example 4:
A transparent film of biaxially oriented polyethylene terephthalate polymer with a thickness of 0.025 mm was coated with a transparent material with bound beads with a very low refractive index at a doctor rod setting of 0.1 mm, this latter material having been obtained by 90 parts by weight of a 33% strength Solution of polyvinylidene fluoride copolymerized with hexafluoropropylene (Du Pont's Viton) in methyl isobutyl ketone and 10 parts by weight of a 33% strength solution of polyethylene methacrylate in xylene were introduced as a mixed solution and a monolayer of glass beads with a diameter of 50 μm and a refractive index of about 2.6 was dropped into this . These beads can be made by the process described in US Pat. No. 3,149,016.
After the beaded sheet was dried, a layer of cryolite was vacuum deposited which had a thickness of x wavelength (visible light). A mark was then offset printed onto the beaded surface using an air-drying clear offset printing alkyd paste. After the printed mark was dried, a zinc sulfide layer was applied with a thickness of x wavelength in the vacuum applicator.
A transparent pressure sensitive adhesive was then applied to the beaded side of the sheet by applying an adhesive solution to a removable silicone release paper with a wet setting of the applicator bar of 0.20 mm on the applicator as a layer and laminating after drying the adhesive layer with the beaded
Sheet applied under pressure. The pressure-sensitive adhesive consisted of a solution of a copolymer of 90% isooctyl acrylate and 10% acrylic acid with a solids content of 22%.
After application to a paper document after removal of the removable silicone paper, it was found that the bond strength was so great that the paper fibers in the
Document would have been torn loose when attempting to remove the optical sheet material. When observing with a
Magnesium light, as described in Example 1, could do that
Characters as a dark pattern on a white reflective
Background to be seen.
Example 5:
The sheet material of this example illustrates another type of transparent retroreflective sheet material according to the invention with a non-exposed bead surface. The material is similar in part to the material described in Example 3 of US Pat. No. 2,407680.
Specifically, a backing web with low adhesion was coated by the roller application method with n-butyl methacrylate polymer resin dissolved in xylene (with a resin solids content of 45%) with a coating weight between 5.4 to 6.3 mg resin solids per cm2. The coating was dried at 60.degree. C. for 20 to 30 minutes and then further dried for 30 to 40 minutes at 80 to 90.degree. The index of refraction of the coating was about 1.48.
The entire transparent binder coating for the beads was then formed by applying the following resin solution as a layer with an application weight of 2.5 to 3.8 mg / cm2 to the surface of the transparent coating using the knife or roller application method:
Parts by weight
N-butyl methacrylate resin ... ................ 45
Methyl acrylate-isobutyl acrylate
Polymer (solution). 33 xylene ........ ..... ............. 55
Transparent glass beads with an index of refraction of about 2.1 were applied to the bead-binder coating and allowed to sink into it. The solvent from the bead binder coat was removed over a drying period of 20-25 minutes at 60 ° C and 30-40 minutes at 80-90 ° C.
Beads approximately 90-105 µm in diameter were used.
A transparent intermediate film was then knife-coated or roller-coated onto the beaded surface with the same resin solution as that used for the transparent binder for the bead-binder coating. A solution coating weight of 6.3 to 7.5 mg / cm2 was used. Drying times of 20 to 30 minutes at 60 ° C and 60 to 90 minutes at 90 to 105 ° C were used.
Then, the character marks were printed using a rubber plate printing method. The following ink was used:
Parts by weight
Polyvinyl butyral. 20th
Cellosolve. 40
N-butanol. . ......... ..... ..... 40 pearlescent pigment .. ..... 6
The imprint was printed reversed and dried in 5 to 10 minutes at 65 ° C. and then in 15 to 20 minutes at 93 ° C.
After printing, another layer of pearlescent coating was printed on the entire surface, or applied as a layer by the doctor blade method or roller method. The composition of the solution was as follows:
Parts by weight
Polyvinyl butyral. ..... ..... 10
Cellosolve ..... ..... 45
N-butanol .. ............ ........ 45 pearlescent pigment .. ..... 3
This coating was dried in the same way as the first coating. The pearlescent pigment used was Nacromer ZSPB 9542.
Then a coating of transparent Druckemp sensitive acrylate copolymer adhesive was applied to the surface of the
Reflector layer applied.
When the laminate was applied to a printed side, the print could be read under ordinary light, but when viewed under retroreflective viewing conditions, the print was through what was on top
The leaf was darkened and the character appeared brighter or brighter than the background.
The sheet material of this example was found to have a diffuse reflectance D of about 13%, a diffuse transmission T of about 73%, a diffuse contrast of 23% and a retroreflective contrast of 33% had. The absolute retroreflective value was 4.9.
Example 6:
Another transparent retroreflective sheeting according to the invention with a non-exposed bead surface was made as in Example 5 except that it contained pearlescent pigment instead
Reflector covers first a character marking
Applying a print image using the transparent binding layer of Example 5 was applied. After this
Drying was a zinc sulfide layer with a thickness of
Wave (of visible light) applied to the intermediate film printed on by vapor deposition. Then became a thin one
Layer of pressure-sensitive acrylate-acrylic acid copolymer adhesive applied to the zinc sulfide layer.
When this sheet material was applied to the opacity card, it was determined by the measurement methods described above that the sheet material of this example was a scattered
Reflectance D of about 10%, a scattered transmission T of about 81%, a scattered contrast of 9% and a retroreflective contrast of 94%. The absolute retro reflectance value was 8.6.
Example 7:
A coherent partially translucent reflector was formed on the rear surface of a monolayer of glass microspheres by applying a dilute dispersion containing pearlescent pigment as a layer with a wet coating thickness of 0.005 cm on the free part of the beaded polyethylene-coated sheet starting material according to Example 1 . The dispersion had the following composition in parts by weight:
Parts by weight
2-butanone ............................ 59.8
Dimethylformamide ..................... 20.1
Highly crystalline polyurethane resin (Estane 5740 - x 130 from B.F.
Goodrich Co.) 5.9
Copolymer of vinyl chloride-vinyl acetate resin (in a weight ratio of 86 to 13) with 1% intermediate polymerized maleic acid (VMCH - resin from Union Carbide Co.) 4.5
Pearlescent pigment paste (VCG Pearl pigment from Koppers Co.) .... 9.7
The pearlescent pigment paste contained lead carbonate flakes with average maximum dimensions of about 22 µm and average thicknesses of about 55 µm. 60% by weight of the pigment was contained in a paste made of polyvinyl chloride resin dissolved in methyl isobutyl ketone.
The coated sheet was dried at room temperature for 20 minutes and then in an oven at 65 ° C. for 15 minutes.
This dry sheet was placed under a stamp bearing a mark, pigment layer side up. The dry pigmented layer was sprayed with another part of the pigment formulation given above, which had previously been diluted with 2-butanone to a solvent content of 88.3%. As a result, a second application of pearlescent pigment, which was not the same size, was achieved on the pearl leaf in the form of a mark that corresponded to the stamp openings. After drying, the sheet was then coated with the acrylic hydrosol dispersion and the layer was dried as described in Example 1.
After heat laminating a portion of this sheet material to the opacity card and taking the measurements described above, the sheet material was found to have a diffuse reflectance D of 8.8%, a diffuse transmission T of 88%, a diffuse contrast of about 8%, and a had retroreflective contrast of 20%. The absolute retroreflective intensity was 11.4.