CN101450541A - 增强型发光体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有形状和尺寸基本上一致的增强型不透明发光颗粒。每一个颗粒包括由透明的有机感光底层支撑的反射核，以及一个或多个用于为颗粒提供刚度的强度增强层。可选地，颗粒具有在该颗粒表面的光泽层。强度增强层的一个例子是直接邻近于铝层、具有至少20nm厚的无机透明保护层。另一个例子是与透明的有机感光底层直接邻近的粘着力改进层。

Description

增强型发光体
技术领域
[0001]本发明涉及不透明的发光颗粒，尤其涉及具有金属外观的发光体。
背景技术
[0002]在世界上到处存在着发光体，并且发光体被用来装饰包裹、衣服、人体、运动物品和很多其他物件。发光体是具有规则或者不规则外部的多个颗粒，众所周知它以包含光反射或者光折射材料的形式出现。例如，美国专利RE 31,780(Cooper等)，美国专利号3,764,067(Coffey等)，美国专利号4,310,584(Cooper等)，和美国专利申请号20060228553(Argoitia等)中描述的发光体，在此通过参考将这些专利和专利申请合并入本申请中。
[0003]发光体可以是鲜亮的颜色或者以诸如银色、金色、蓝色、红色等多种颜色或者这些颜色的混合呈现，并且也可呈现多种形状如圆形、正方形、矩形、三角形、菱形、星形、符号形、文字数字形(即字母和/或数字)或者这些形状的混合。
[0004]发光体所涂敷的颗粒最值得注意的是：即使光源、涂敷的颗粒和观察者之间保持静止，这些发光体往往也可发光或者闪光。观察涂敷物品的闪亮外观并不要求光源、涂敷的颗粒和观察者之间的相对移动。每一个发光颗粒都有可用于反射的大的表面积，并且闪烁效果是因为这些颗粒的不规则排列。但是，当存在相对运动时，发光颗粒往往动态地闪烁，其中观察到闪烁效果的位置随着运动经常变化。当发光颗粒是不透明的，发光最为引人注目，因此发光体优选由不透明的反射材料形成。透明发光颗粒的外观易于变暗淡和褪色。
[0005]在市场上可以买到各种颜色、形状和尺寸的发光体。由于人眼几乎不能感知直径小于20微米的反射颗粒的任何发光效果，实际的发光颗粒的直径大于50微米。为了获得满意的视觉效果，优选形状和尺寸基本一致的发光颗粒。由于眼睛易于将注意力集中在转移观察者注意力的、过大且远大于其它邻近颗粒的一些颗粒，从而这些较大颗粒削弱了发光体提供的效应。相反地，如果颗粒太小，颗粒可仅仅占据较小的空间而不提供任何可感知的发光效应。
[0006]为了使涂料和墨水呈现真正的“闪光”，颗粒的直径必须与传统发光体的直径相似，即大于大约30微米，且优选大于50微米和大约2000微米或者大于2000微米。
[0007]尽管希望将大颗粒用作发光体，但是这种颗粒易于卷曲，从而丧失了其作为要求相对平坦的高质量发光体的能力。
[0008]总之，优选采用一些基本上平坦、尺寸和形状一致和不透明的发光颗粒。还希望采用尺寸至少30微米的发光颗粒且具有较高的反射率。
[0009]在最近几年，具有金属外观的反射发光体需求越来越大，特别是铝箔制成的发光体，该发光体具有非彩色(neutrally-colored)银色，且由于铝的高反射率而产生“闪闪”发亮的效果。有利地，该发光体是成本最低的且便于用在任何颜色的介质中。
[0010]传统地，反射发光体是由涂敷有铝的聚合薄膜形成的金属板制成的。金属化涂层典型地是真空沉积的，并且金属板可选地涂敷有可带有染料的透明漆。
[0011]但是，在着色应用中，传统的发光体产生所谓的“椒盐效应”，椒盐效应是指在颜料涂层的表面上出现黑点或者污点。为了避免“椒盐效应”，载有发光体的涂料层还涂敷有几层附加的透明涂层材料。在一些例子中，需要很厚的透明层来避免黑点且获得光滑的发光表面。
[0012]椒盐效应可能是由发光颗粒的卷曲或导致铝层从有机膜上分离的颗粒的机械损坏，或者它们的组合引起的。
[0013]因此，希望提供一种具有增强的强度的金属色反射发光体，其比传统发光体具有更加稳定的机械和化学效应(impact)，以消除或者削弱包含新颖发光体的颜料涂层中的椒盐效应。
发明内容
[0014]因此，本发明涉及一种包括形状和尺寸基本上一致的颗粒的增强型不透明发光体。每一个颗粒包括透明的有机感光底层；由有机感光底层支撑的反射核；一个或多个强度增强层，其由透明的有机感光底层支撑，用来提供颗粒的刚度。可选地，颗粒在该颗粒的平坦的两个侧面或者一个侧面的表面具有光泽层。
[0015]本发明的一方面涉及形状和尺寸一致的发光颗粒，其包括：由PET构成的透明的有机感光底层；与透明的有机感光底层直接邻近的铝层；强度增强(robustness-improving)层，其为与铝层直接邻近的、厚度至少为20nm的无机透明保护层；以及，可选地，在颗粒的表面的光泽层。
[0016]本发明的另一方面提供形状和尺寸一致的发光颗粒，所述发光颗粒包括：由PET构成的透明的有机感光底层；铝层；强度增强层，其为直接邻近透明有机感光底层和铝层的粘着力改进层，用于提高透明有机感光底层和铝层之间的粘着力；和可选地，在颗粒表面的光泽层。
[0017]本发明的另一个方面提供发光颗粒，其包括：由PET构成的透明的有机感光底层；铝层；第一强度增强层，其为直接邻近透明有机感光底层和铝层的粘着力改进层，用于提高透明有机感光底层和铝层之间的粘着力；第二强度增强层，其为具有至少20nm厚度的无机透明保护层，以使铝层被设置在第一和第二强度增强层之间；和可选的，在颗粒表面的光泽层。
[0018]此外，本发明提供形状和尺寸基本一致的不透明发光颗粒，其中，每一个颗粒包括：具有第一侧和第二侧的有机感光底层、位于有机感光底层的第一侧的第一层状结构和位于有机感光底层的第二侧的第二层状结构。第一和第二结构中的每一个包括：反射核，其由所述有机感光底层支撑；一个或多个强度增强层，其由所述有机感光底层支撑，用来提供所述颗粒的刚度；和可选的，在所述颗粒的表面的光泽层。一个或多个强度增强层包括透明无机保护层或粘着力改进层或它们两者。
[0019]根据本发明这些发光颗粒优选地每一个具有至少30微米的直径“d”，和大于6微米的厚度“t”，其中t<d/2。有机支撑层提供刚度，以防止颗粒卷曲并且实现将发光体感光底层精确地切割成为不引人注目的颗粒尺寸。
附图说明
[0020]下面将参见用来表示优选实施例的附图，来更详细地描述本发明，其中：
[0021]图1是具有无机保护层的发光颗粒的截面图；
[0022]图2是具有粘着力改进层的发光颗粒的截面图；
[0023]图3是具有无机保护层和粘着力改进层的发光颗粒的截面图；
[0024]图4是在反射核中具有磁层的发光颗粒的截面图；
[0025]图5是两个鼓真空轧辊涂敷机的框图。
具体实施方式
[0026]由于发光颗粒大小，不得不研发专门的应用技术来制造无缺点的、光滑的、在其下面具有发光颗粒的透明涂层清漆。在很多情况下，这对油漆工而言具有多种挑战性。包含发光体的涂层的应用需要很多额外的工作时间、材料、耐心和技能。这些挑战是：使得颗粒处于清漆涂层下面并使涂层光滑，且不损坏发光颗粒，以及尽管颗粒如此大仍具有良好的粘着力。为了实现上述目的，油漆工涂敷底色涂层后，接着涂敷涂料粘合剂中的发光颗粒，再接着涂敷几层透明涂层。但是，正如所要求的，在涂层之间需要进行砂纸打磨，从而会导致发光颗粒的破碎或破裂、使颗粒上产生凹陷、或者产生微小的脱粒就像破碎的挡风玻璃。另外，需采用几层透明涂层来形成包覆颗粒的积层(build-up)膜，如此才能对其进行打磨而不会损坏颗粒并获得各层之间的粘着力。最具有挑战和令人沮丧的方面是：直到涂上另一个透明涂层时才可看出发光颗粒的损坏。如果发光颗粒被损坏，微小的脱粒或者凹陷被透明涂层填满，通过显示深度和平滑度的光差会使这些缺陷暴露，从而导致产生取决于发光颗粒损坏的深度或者大小的黑点或者白点。当制作且测试具有PET/Cr/MgF2/Al/MgF2/Cr层形成的颗粒的变色发光体时，很意外地发现上述列出的很多问题已经减少或者消除，并且其不同于传统的银色发光体，无论如何变色发光体会引起较小的椒盐效应，而且采用很少的透明涂层和打磨步骤进可获得光滑的包含发光体的涂层。
[0027]我们所了解的变色发光体比传统的用铝膜制成的非彩色发光体强度更大。尤其，变色发光体在PET感光层和沉积在其上的层之间具有更好的粘着力，这是因为邻近PET感光层的是以与PET有良好的粘着力而著称的铬层。此外，在变色发光颗粒中，铝层的两侧受到很好保护以免受损害，而传统的发光体，铝层的一侧仅用相对来说比较软的有机材料制成的光泽层覆盖。此外，相对厚的硬无机材料层如MgF2为颗粒提供较高的刚度。
[0028]这种发现已经被用来提供具有改进的机械性能的金属色发光体。
[0029]如上面所描述，传统的发光颗粒包括透明有机膜和沉积在其上的金属层。典型地，光泽、透明或者包括着色剂的两层被涂敷在金属膜的两侧。
[0030]本发明的发光颗粒包括：有机感光底层，优选为透明的；和由有机感光底层支撑的反射核，其中反射核的第一和第二表面在部分可见光谱处具有至少50％的反射率，且优选高于70％。反射核可以是单一的反射层，如图1-3所示，或者图4所示的反射核。可选地，颗粒包括在颗粒的一个侧面或者两个侧面的颗粒表面上的光泽层。
[0031]与传统的发光颗粒不同的是，本发明发光颗粒包括由感光底层支撑的一个或多个强度增强层，用来为颗粒提供强度和刚度。感光底层和强度增强层是透明的。即在部分可见光谱中透明度至少为70％。优选地，在反射核上的一侧的所有层具有至少50％的总透明度。强度增强层是无色的，或者可为颗粒的金属色增加色调。
[0032]所有层的高透明度不同于反射核，其优选为高反射率的铝层或者在该反射核的表面上具有铝，提供了亮的银色发光体。
[0033]本发明发光体为具有金属颜色如银色、金色等的不透明的发光体，而且无变色效应，尽管非彩色发光体具有例如由有色漆提供的色调。
[0034]更加详细来说，现参见图1-4将描述本发明发光颗粒。
[0035]发光颗粒10如图1中所示，包括有机感光底层100和在有机感光底层100上的层状结构11。层状结构11包括：反射层110，其被直接涂敷在感光底层100上；和无机保护层200，其用作强度增强层，被涂敷在反射层110上。可选地，颗粒10具有一个或多个光泽层120，其被涂敷在感光底层100上；和无机保护层200，以将其设置在颗粒10的表面上。因此，反射层110被设置在透明有机感光底层100和无机透明保护层200之间。
[0036]通过举例的方式说明，感光底层100是由聚乙烯(对苯二酸盐)(PET)构成，并且厚度为1mil。作为替换，也可用其他有机材料例如聚甲基丙烯酸酯和聚乙烯构成。感光底层100的厚度的范围变化可为0.5mil至5mil。优选地，感光底层100是透明的，但是可为具有透明度至少85％的部分透明。
[0037]在本例中，反射层110是50nm厚度的铝层，且无机保护层200是200nm厚度的110是MgF2层。更一般地，反射层110是金属层，优选地在可见光谱中的一些波长处反射率至少为50％；更优选地，反射层的反射率是高于70％。反射层110可包含铝、铜、银和金等或者其合金。保护层200优选由无机硬质材料如SiO2构成且厚度至少为20nm，优选为50-400nm，以保护反射层使其免受外部损害，且为颗粒提供刚度并防止它们卷曲。
[0038]适于保护层200的其他材料为包含以下氧化物的高折射率的介电材料，这些氧化物为硫化物(ZnS)，氧化锌(ZnO)，氧化锆(ZrO2)，二氧化钛(TiO2)，类金刚石，氧化铟(In2O3)，铟锡氧化物(ITO)，钽氧化物(Ta2O5)，二氧化铈(CeO2)，氧化钇(Y2O3)，氧化铕(Eu2O3)，氧化铁例如(II)铁(III)氧(Fe3O4)和三氧化二铁(Fe2O3)，氧化铪(HfN)，碳化铪(HfC)，氧化铪(HfO2)，镧氧化物(La2O3)，氧化镁(MgO)，氧化钕(Nd2O3)，氧化镨(Pr6O11)，氧化钐(Sm2O3)，三氧化二锑(Sb2O3)，硅，一氧化硅(SiO)，三氧化硒(Se2O3)，氧化锡(SnO2)，三氧化钨(WO3)，及其组合等等。其他合适的高折射率介电材料包括混合氧化物，如在Coombs等人的美国专利号5,989,626中描述的，该省专利通过引用在此并入。当美国专利号5,989,626中的材料应用在介电层时，通常由于他们化学当量状态例如ZrTiO4，一般会氧化。这种混合氧化物的非限制性例子包括锆钛氧化物，铌钛氧化物，及其组合等等。另外，可使用具有低折射率的介电材料，例如具有大约1.65或更小折射率的材料。这些合适的低折射率的介电材料的非限制性例子包括二氧化硅(SiO2)，氧化铝(Al2O3)，金属氟化物例如氟化镁(MgF2)，氟化铝(AlF3)，氟化铈(CeF3)，氟化镧(LaF3)，氟化钠铝(如Na3AlF6或Na5Al3F14)，氟化钕(NdF3)，氟化钐(SmF3)，氟化钡(BaF2)，氟化钙(CaF2)，氟化锂(LiF)，及其组合，或者任何其他具有折射率1.65或者更小的低折射率材料。应当注意上述几种低折射率介电材料典型地以非化学当量形式出现，通常依赖于用来沉积介电材料如涂层的特定方法，以及上述列出的化合物名称指示了适当的化学定量关系。例如，一氧化硅和而氧化硅分别具有当量为1:1和1:2硅氧比例，但是，特定的介电涂层的实际硅氧比例与这些当量值略微不同。这些非化学定量关系介电材料也属于本发明的范围。应当注意确保保护层200的厚度不会太高以阻碍该层的透明度。
[0039]光泽层可由透明的有机材料如硝化纤维或者丙烯酸(类)树脂构成，可选地包括为发光体提供有色色调的染料。
[0040]根据本发明另一个实施例，发光颗粒20如图2所示，包括感光底层100和在该感光底层100上面的层状结构21。层状结构21包括反射层110和可选的光泽层120，如上参见图1所描述的。此外，层状结构21包括直接邻近有机感光底层100的粘着力改进层300，粘着力改进层300是前面提到的强度增强层的一个例子。
[0041]通过举例，粘着力改进层300是由基本为铬或者钛组成，且厚度不大于6nm，以提供至少85％的透明度。
[0042]优选地，当是由铬或钛构成的粘着力改进层300的厚度在2-4nm范围时，以改进其透明度。仅仅需要粘着力改进层中很少的单层来增加感光层100和反射层110之间的粘着力。
[0043]可替换地，粘着力改进层300基本由SiOx，其中x＝1和2，或者MgF2，或者聚对二甲苯(parylene)构成，具有例如30-200nm的厚度。
[0044]根据本发明一个实施例，发光颗粒30所图3所示，包括感光底层100和在该感光底层100上面的层状结构31。层状结构31包括反射层110和两个强度增强层，这两个强度增强层为如参考图1和2所描述的无机保护层200和粘着力改进层300。层200和300的组合引起发光体刚度的增加并且几乎没有产生椒盐效应。另外，颗粒30具有可选的光泽层120，如参考图1所描述的。
[0045]在前面描述的颗粒10、20和30中，反射层110可以用反射核111来替换，如图4所示。发光颗粒40包括由层状结构41支撑的感光底层100，该层状结构41包括反射核111、无机保护层200和可选的光泽层120。反射核111包括磁层400和两个反射层110，以使磁层400在这两个反射层110之间，且是不可见的。除了磁层400，颗粒40的其他层与颗粒10中的对应层一样。颗粒40的光学性能与颗粒10的相同，它们都是由反射核111的表面112的反射率限定，反射率不超过50％。反射层110优选地是铝层，磁层400可包括磁层材料如Fe、Ni、Co、Co合金等等。作为替换，反射核的内部层可以是非磁性的。
[0046]根据本发明的一个实施例，金属色发光颗粒包括粘着力改进层，其被直接沉积在有机感光底层；和/或包括被设置的无机保护层，以使反射层被设置在有机感光底层和无机保护层之间。粘着力改进层和无机保护层优选是透明的，或者足够薄以具有大于85％的透明度。这两层都是无色的或者可为颗粒的金属色增加色调。
[0047]可选地，如图1-4所示的颗粒具有用来改进颗粒中的粘着力的其他层，其中这种设计考虑了不同的颗粒中的层的伸长性，例如，交替的伸长层和收缩层。其他层是无色的或者很淡的有色色调，从而具有大于85％的透明度。优选地，其他层是透明的。
[0048]可选地，发光颗粒10、20、30和40包括在其表面上的光泽层，以与传统的非彩色发光体相同方式设置。光泽层可是硝化纤维或者丙烯酸(类)树脂透明层，可选地包括染料。
[0049]在一个实施例中，有机感光底层具有被涂敷在其两侧的两个层状结构。这两个层状结构可以是相同的或不同的，并且它们中的每一个可以为如上所述的层状结构11，21，31，或41中的任一个。每一个层状结构包括：反射核，其由所述有机感光底层支撑，例如核111或发射层110；一个或多个强度增强层，其由所述有机感光底层支撑，用来提供所述颗粒的刚度；和可选地，在所述颗粒的表面的光泽层，例如光泽层120。一个或多个强度增强层包括：透明无机保护层，其与保护层200相似；或粘着力改进层，例如层300；或它们两者。与颗粒10，20，30和40相似，所述在有机感光底层的两侧具有两个层状结构的颗粒可以具有附加的层以改进该颗粒的粘着力，例如具有交替的伸长和收缩层。有利地，在两个反射层之间的感光底层和所有的层是不可见的，从而不必是透明的。通过例子，具有两个层状结构的颗粒具有如下的设计：由PET组成的有机感光底层；沉积在所述有机感光底层的每一侧的两个铝反射层；和沉积在所述反射层上的两个SiO2保护层。
[0050]在将金属箔切割成发光体之前在金属箔两侧上上漆是传统工艺的一部分。漆是聚合涂层，通常被染色以赋予发光体颜色。漆为可选具有有机染料的聚合层。有染料的漆应用在两侧和铝侧以产生所希望的颜色。如果光泽层被损坏，有色发光体的颜料将失去其颜色性能，从而变得更加柔和。铝层侧也会受到直接攻击并且失去其亮度，从而发光体变得较暗和较少反光。
[0051]发光体是通过将薄的膜层沉积在有机感光底层上而形成多层箔来制造的。
[0052]沉积方法在现有技术中是众所周知的。举例说明，采用轧辊双重沉积系统如图5所示。未展开的卷轴81a，将有机感光底层材料80在鼓室83a和83b中通过拉伸的轮子52传递给展开的卷轴81b，其中不同材料的层沉积在感光底层片(web)80上。源1可以是容纳一种以上的材料的多口蒸发坩锅，以及源1和源2的蒸发类型的可以是耐力的电子束或者DC磁控溅射或者化学气相沉积。[0053]如参见图1-4上面所描述的形成多层涂层后，具有涂层的感光底层被切割成发光颗粒，无需溶剂脱膜和与其相关的环境和所要求的个人保护效果，环境和所要求的个人保护效果一般与传统的从涂覆的脱模(release)型聚酯薄膜获取颗粒相关。从涂敷腔中移出轧辊，通过使用众所周知的彩削类型切割机械，并将片切割成发光颗粒。各种规则或者不规则的形状均可被切割，包括正方形、矩形、三角形和六角形。优选地，颗粒切割以使它们的形状和尺寸基本一致，从而获得更好的发光效果。
[0054]有利地，本发明不需要使用脱模涂覆的感光底层，且不需要从片上去除涂层来制作颜料(即薄片)。而且，与现有技术中一般以17微米为中心的薄片颗粒的高斯分布相比，本发明发光颗粒优选都具有相同的尺度。在优选实施例中，发光颗粒相对来说比较大，一般是大约50-500微米或者更大。
[0055]这种包括发光体的应用包括颜料，这种发光体的效果在以下场合中是所希望的，即在船上、滑雪、挡雪板或者个人船只上。这种发光颗粒还可以用在塑料中，例如梳子、玩具和器具。
[0056]因此，本发明提供了一种具有极好的发光性能和增强的强度的高反射发光体，其可实现消除或者至少显著减弱颜料涂层中的椒盐效应。

Claims (12)

1、一种包含形状和尺寸一致的颗粒的不透明发光体，每一个所述颗粒包括：
透明有机感光底层；
反射核，由所述透明有机感光底层支撑；
一个或多个强度增强层，由所述透明有机感光底层支撑，用来提供所述颗粒的刚度；
和
可选地，在所述颗粒的表面的光泽层。
2、如权利要求1所述的发光体，其中所述强度增强层包括无机透明保护层，将所述无机透明保护层进行设置，以使所述反射核被设置于所述透明的有机感光底层和所述无机透明保护层之间。
3、如权利要求1所述的发光体，其中所述强度增强层包括粘着力改进层，所述粘着力改进层直接邻近所述透明的有机感光底层。
4、如权利要求3所述的发光体，其中所述粘着力改进层包括铬或钛，且具有不大于6nm的厚度。
5、如权利要求3所述的发光体，其中所述粘着力改进层包括聚对二甲苯或者SiOx，其中x＝1或2。
6、如权利要求2所述的发光体，其中所述无机透明保护层具有至少20nm的厚度。
7、如权利要求1所述的发光体，其中所述反射核由反射层组成。
8、如权利要求1所述的发光体，其中所述反射核包括两个反射层，所述两个反射层在两个反射核表面彼此相对，并且在其间有磁层。
9、如权利要求1所述的发光体，其中所述颗粒包括：
由PET组成的所述透明的有机感光底层；
由直接邻近所述有机感光底层的铝层构成的反射核；
所述强度增强层，其是无机透明保护层，具有至少20nm厚度，直接邻近所述反射核；和
可选地，在所述颗粒的所述表面的所述光泽层。
10、如权利要求1所述的发光体，其中所述颗粒包括：
由PET组成的所述透明的有机感光底层；
由铝层构成的反射核；
所述强度增强层，其为直接邻近所述透明有机感光底层和所述反射核的粘着力改进层，用于改进所述透明有机感光底层和所述反射核之间的粘着力；和
可选地，在所述颗粒的所述表面的所述光泽层。
11、如权利要求10所述的发光体，其中所述粘着力改进层包括铬或钛且具有不大于6nm的厚度，或者包括聚对二甲苯或者SiOx，其中x＝1 or 2。
12、如权利要求1所述的发光体，其中所述颗粒包括：
由PET组成的所述透明的有机感光底层；
由铝层构成的反射核；
第一个所述强度增强层，其为直接邻近所述透明有机感光底层和所述反射核的粘着力改进层，用于改进所述透明有机感光底层和所述反射核之间的粘着力；和
第二个所述强度增强层，其是无机透明保护层，具有至少20nm的厚度，以使所述反射核被设置在所述第一强度增强层和所述第二强度增强层之间；和
可选地，在所述颗粒的所述表面的所述光泽层。
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