專利名稱：用于背景標(biāo)記的低損耗表面散射膜及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于標(biāo)記工業(yè)以增加照明效率的散射膜。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代國(guó)家中照明的標(biāo)記隨處可見。標(biāo)記能夠?qū)τ^看者提供訓(xùn)練、娛樂、信息或警告。標(biāo)記能設(shè)計(jì)成近看的和遠(yuǎn)看的。提供照明，以確保觀看者能夠看見這個(gè)消息，特別是在昏暗日照的白天或夜間。
照明需要能量供給?，F(xiàn)代國(guó)家易提供這種功率，但是那些為能量支付費(fèi)用的國(guó)家一直在尋求更加有效的能量傳輸，以及更加有效的能量利用。為照亮的標(biāo)記提供功率所需的能量由于經(jīng)濟(jì)上以及環(huán)境原因而不應(yīng)該被浪費(fèi)。
照亮的標(biāo)記能夠是“前面照明”或“背景照明”的。前者典型地包括諸如布告板或其它顯示裝置之類的標(biāo)記(其中，光以朝著標(biāo)記的角度從標(biāo)記的周圍發(fā)光)。后者典型地具有半透明表面，通過該半透明表面看見光，并且將消息或圖像放置在其上。從半透明表面發(fā)出的光的均勻性是重要的。半透明表面經(jīng)常包括一些元素，它們使光漫射，以減少在標(biāo)記箱內(nèi)點(diǎn)光源或線性光源被觀察者辨認(rèn)出來。此外，當(dāng)今的典型背景標(biāo)記允許少于30％的光從標(biāo)記內(nèi)逸出，以用于觀察。清楚地，需要更加有效的照明系統(tǒng)。
照亮的標(biāo)記能夠是各種配置的光源能夠是氖、熒光、白熾、鹵素、高強(qiáng)度放電(HID)、光發(fā)射二極管(LED)或光纖。標(biāo)記能夠與建筑物為一整體，安裝作為建筑物上的固定設(shè)備，獨(dú)立的、或其它設(shè)備或裝置的一部分。光可以是連續(xù)地、周期地、一段式地或不規(guī)則地供電。當(dāng)標(biāo)記照亮?xí)r，不應(yīng)該浪費(fèi)所使用的功率。
照亮的標(biāo)記的腔體可以是任何幾何的配置。
照亮的標(biāo)記(它具有復(fù)雜的幾何周邊形狀來傳達(dá)需要的消息)完全是與依賴于歐幾里得幾何的照亮的標(biāo)記不同的類型的標(biāo)記，其中需要的消息在周邊之中。在該工業(yè)中，形成前面一種標(biāo)記類型的例子稱為“溝道字母(channelletters)”，并且一般可以稱為“復(fù)雜形狀照亮標(biāo)記”。后者稱為“標(biāo)記柜”，因?yàn)闃?biāo)記的周邊與正在傳達(dá)的消息無關(guān)。
標(biāo)記柜非限制的例子包括矩形、卵形、圓形、橢圓形或其它歐幾里得幾何形狀。形狀復(fù)雜的照亮的標(biāo)記的非限制的例子包括字母、剖面、輪廓、字符或消費(fèi)者需要的其它任何形狀(它們有助于廣告、教育、警告等等)。
歐幾里得幾何標(biāo)記柜比形狀復(fù)雜的照亮的標(biāo)記更加容易預(yù)言，因?yàn)槌枪庠淳哂泻蜆?biāo)記的觀察區(qū)域相同的形狀，否則很難得到光的分布。
發(fā)明概述照亮的標(biāo)記技術(shù)需要的是散射體層，與照亮的標(biāo)記的半透明表面一起使用，這樣能夠改進(jìn)照亮的標(biāo)記的亮度效率，并且增加亮度，減小功率損耗，或者達(dá)到這些優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合。
“亮度效率”意思是照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面出射的總通量(流明)除以照亮的標(biāo)記腔體中的光源發(fā)射的總通量。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種低損耗、部分漫反射和部分漫射透射的散射膜，如果需要，可選擇地層疊到透明、無散射基片上以提供整體結(jié)構(gòu)，與照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面的至少一部分聯(lián)合使用，所述照亮的標(biāo)記腔體具有至少和油漆的壁一樣是反射的內(nèi)部表面，其中散射膜在其中不施加這種膜的照亮的標(biāo)記上增加照亮的標(biāo)記的亮度效率。
較好地，當(dāng)層疊體結(jié)構(gòu)上為整體時(shí)，作為最接近于標(biāo)記柜的內(nèi)部的層，發(fā)生低損耗散射膜。
從照亮的標(biāo)記腔體內(nèi)部照射到本發(fā)明的散射膜的光由散射膜部分反射和部分透射。反射光返回到照亮的標(biāo)記的腔體。透射的光通過散射膜和一同的層疊體(可以選擇地，如果有的話)，并將照亮的標(biāo)記輻射給觀察者，而不再反射。
本發(fā)明的散射膜提供亮度效率，因?yàn)楫?dāng)這種光到達(dá)本發(fā)明的低損耗散射膜時(shí)，光沒有顯著吸收。
由此，“低損耗”意思是當(dāng)這種光從照亮的標(biāo)記內(nèi)側(cè)到達(dá)這種膜時(shí)，在本發(fā)明的散射膜中光沒有吸收現(xiàn)象。
本發(fā)明的散射膜是低損耗的，即使它可能部分透射和部分反射。對(duì)于達(dá)到散射膜的每100流明，有58流明可能反射和返回到照亮的標(biāo)記腔體，有41流明可能透射通過半透明表面。但是，只有1流明可以考慮由散射膜吸收，并使損耗亮度效率。這意思是使用本發(fā)明散射膜的亮度效率導(dǎo)致99的亮度效率。通過這種意外的亮度效率，考慮能量消耗、照明效率或它們兩者能夠重寫照亮的標(biāo)記的整個(gè)工程學(xué)科，以取得這種極好的亮度效率。
可以在共同層疊體(即將本發(fā)明的散射膜粘合和支持到照亮的標(biāo)記的半透明表面上的可以需要的可選擇的粘合劑和基片層)中發(fā)生照亮的標(biāo)記的半透明表面中顯著的吸收。
此外，顯著的吸收僅僅影響由散射膜透射的光。光從膜背部反射到照亮的標(biāo)記腔體內(nèi)，而沒有顯著吸收。
當(dāng)散射膜的反射率R大于大約50百分比時(shí)，由照亮的標(biāo)記腔體中的光源發(fā)射的光平均起來由面和壁反射為照亮的標(biāo)記的半透明表面出射之前的幾倍。當(dāng)需要半透明表面的表面上透射的光的均勻照明時(shí)，照亮的標(biāo)記腔體中光的反復(fù)循環(huán)是嚴(yán)重的。
本發(fā)明的散射膜使亮度效率的損耗最小，并且基本上意外地增加了在照亮的標(biāo)記腔體中反射的光的反復(fù)循環(huán)過程的效率。
但是較好地，可以選擇地，將本發(fā)明的低損耗散射膜與襯墊照亮的標(biāo)記腔體的壁的漫反射膜一起使用，漫反射多層偏光鏡和鏡子、多微孔膜(諸如熱感應(yīng)相分離膜)。
簡(jiǎn)單地說，將這種膜施加到照亮的標(biāo)記外殼的內(nèi)部表面的至少一部分。它捕獲從光源來的光的流明或者從光柜的散射平面或側(cè)面和背部反射回來的光的流明，或者由半透明表面反射的流明，并再次以小損耗發(fā)射這種光，直到這種光最后離開標(biāo)記外殼的半透明表面。
較好地，從由部分透射和部分反射的膜構(gòu)成的組中選出本發(fā)明的散射膜。這種膜的不受限制的例子包括ScotchcalTM3635-30和70散射膜和ScotchcalTM3630-20散射膜。
“膜”意思是在接觸照亮的標(biāo)記腔體或其半透明表面以前有的薄、能變形的薄片。
“漫反射膜”意思是反射的膜，不是鏡面表面?！胺瓷涞摹笔敲~”反射”的形容詞，以由美國(guó)材料測(cè)試協(xié)會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)ASTME1164-94中指定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表示。
“流明均勻性”意思是從半透明表面發(fā)射的光的流明在表面上的大部分位置上基本上均勻的，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)記，它不明顯地確定標(biāo)記外殼內(nèi)光源的位置。均勻性最佳是1.0，是在照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面上兩個(gè)不同點(diǎn)的亮度的極值之間的比值的函數(shù)。
可選擇地，但是較好的，襯墊照亮的標(biāo)記腔體的內(nèi)部表面的膜包含漫反射膜，如使用ASTME1164-94測(cè)量，該漫反射膜反射率為至少80％，并且該漫反射膜是從由有白色顆粒的聚烯烴膜；不相容聚合體的混合物；聚烯烴多層膜；微孔的聚烯烴和聚酯膜；氟化的聚烯烴膜；填有白色顆粒的氯乙烯聚合膜；填有白色顆粒的丙烯酸膜；以及與乙烯-醋酸乙烯脂膜共同擠壓出的聚烯烴膜及其組合中選出的膜。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是具有半透明表面和內(nèi)部表面的照亮的標(biāo)記，包含(a)施加到半透明表面的上述散射膜，和(b)施加到內(nèi)部表面的至少一部分的膜，其中，如使用ASTME1164-94測(cè)量膜具有至少80％的反射率。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種推算照亮的標(biāo)記腔體的亮度效率以選擇理想的膜，來襯墊照亮的標(biāo)記腔體，并用作照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面上的散射膜的方法，其特征在于包含以下步驟(a)收集數(shù)據(jù)，解出公式(1)ϵ=(1-α)(1-R-A)1-(1-f)(1-RN)1-R+R(1-RN)--(1)]]>其中，ε=照亮的標(biāo)記的亮度效率R=腔體的內(nèi)壁的總反射率R=散射膜的總反射率A=散射膜的總吸收率α=粘合劑和基片層(如果有)的總吸收率f=由光源發(fā)射的入射到面上而不先反射離開壁的光的分?jǐn)?shù)N=連續(xù)與面相遇之間反射離開壁的平均數(shù)(b)使用對(duì)照亮的標(biāo)記腔體的給定幾何尺寸使亮度效率最大的膜構(gòu)成照亮的標(biāo)記腔體。
對(duì)公式(1)的使用解決了照亮的標(biāo)記工業(yè)的主要問題。半透明表面流明的均勻性是照亮的標(biāo)記工業(yè)中必須的。背面照亮標(biāo)記的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)地聚焦在影響均勻性的光學(xué)特性上。已經(jīng)出現(xiàn)幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)以確保適當(dāng)?shù)木鶆蛐?．反射率(面和壁)和透射率(只有面)的角分布應(yīng)該是與鏡子相對(duì)散開的。
2．面的反射率R應(yīng)該至少60百分比?；旧洗笥?0百分比的反射率還增強(qiáng)了均勻性，但是以低效率為代價(jià)。作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用R≌0.60。對(duì)于通過加散射微粒(諸如TiO2)達(dá)到R≌0.60的面材料，R≌0.60通常確保了反射率和透射率的漫射角分布。
3．通過直路徑入射到表面的光的分?jǐn)?shù)(f)應(yīng)該盡可能小?？梢缘玫降淖钚≈涤山孛娴墓褡拥目v橫比規(guī)定。典型地以深的柜實(shí)現(xiàn)小到0.25的值，它由自含式溝道字母概括。淺的柜(由傳統(tǒng)的標(biāo)記柜概括)典型地具有接近于0.50的值。
N的值也大部分通過截面的柜的縱橫比確定?？紤]由N≌2.5表示深的柜。在極淺的柜中，1.0那么小的值是可能的。
剩下的光學(xué)特性(不由均勻性的需要強(qiáng)迫要求)是壁的反射率R以及散射層吸收率(A)和任何可以選擇的粘合劑以及基片的吸收率(α)。效率隨著增加R和減小A和α而增加。
使用本發(fā)明的公式(1)直接導(dǎo)致基本上在保持α≌0時(shí)減小A。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是本發(fā)明的散射膜是低損耗的，并且可以以一種方式在照亮的標(biāo)記腔體的內(nèi)部表面上與漫反射膜結(jié)合，從而意外增加亮度效率。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用散射膜，這增加了照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面中亮度效率。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用公式(1)選擇膜以構(gòu)成照亮的標(biāo)記，該照亮的標(biāo)記減小A，同時(shí)保持α≌0，以增加亮度效率。
在結(jié)合下面的附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述中，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
附圖概述

圖1是散射膜層制品的一個(gè)實(shí)施例在照亮的標(biāo)記的腔體的半透明表面上的截面圖；圖2是本發(fā)明說明等式(1)的照亮的標(biāo)記腔體的截面圖；圖3是利用等式(1)，使用各種散射膜的預(yù)期“深”照亮的標(biāo)記腔體的亮度效率的曲線圖；圖4是利用等式(1)，使用各種散射膜的預(yù)期“淺”照亮的標(biāo)記腔體的亮度效率的曲線圖；圖5是使用各種散射膜的鋁照亮的標(biāo)記腔體的實(shí)際測(cè)量曲線圖；
圖6是使用各種散射膜的，其內(nèi)部表面上具有漫反射膜的照亮的標(biāo)記腔體的實(shí)際測(cè)量的曲線圖。
本發(fā)明的實(shí)施例圖1示出了用作照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面的散射膜層制品的一個(gè)可以選擇的結(jié)構(gòu)。層制品10包含散射膜12、粘合劑14以及基片16。基片16和粘合劑14只有在散射膜12缺乏充分的結(jié)構(gòu)完整性或不能持久以抵檔由照亮的標(biāo)記受到的周圍條件影響(如風(fēng)、陽(yáng)光、雨、熱、寒冷等)時(shí)才需要。
散射膜12的非限制的例子包括ScotchcalTM3635-30,3635-70,3630-20,PanaflexTM930,945,600,635,645和漫射丙烯酸硬塑料、聚碳酸酯和PETG基片。較好地，也可以使用其它多微孔模(揭示在第4,539,256號(hào)美國(guó)專利(Shipman等人)，4,726,989號(hào)美國(guó)專利(Mrozinski等人)，和5,120,594號(hào)美國(guó)專利(Mrozinski等人))。
膜12能夠具有從大約0.01mm到大約6.35mm，較好是從大約0.02mm到大約0.7mm的范圍內(nèi)的厚度。最好地，這種膜能夠具有從大約0.05mm到大約0.08mm的范圍的厚度。
膜12能夠具有從大約0.50到大約0.70，最好是從大約0.55到大約0.65范圍的反射率。
膜12能夠具有從大約0.30到大約0.50，最好是從大約0.35到大約0.45范圍內(nèi)的透射率。
膜12能夠具有從大約0.00到大約0.15，最好是從大約0.00到大約0.03范圍內(nèi)的吸收率。
粘合劑14的非限制的例子包括丙烯酸鹽粘合劑和其它壓敏粘合劑(揭示在Stas,Ed的壓敏粘合劑手冊(cè)，第二版，(VanNostrand,NewYork,1989)中)。粘合劑層14能夠具有從大約0.002mm到大約0.10mm，最好是從大約0.1mm到大約0.10mm范圍內(nèi)的厚度。
粘合劑層14的其它選擇包括根據(jù)有關(guān)標(biāo)記、基片的種類以及其它熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人知道的因素選擇出來的。例如，對(duì)于某些應(yīng)用可以需要壓敏粘合劑，并且除了壓敏特性以外，在設(shè)置和固化粘合劑之前使制品滑動(dòng)和重新配置也是有利的。商業(yè)上用于標(biāo)記圖形的出色的壓敏粘合劑可以在圖象圖形網(wǎng)上買到(由3M(St.paul,Minnesota)的USA,ScotchcalTM和ScotchcalTMPlusbrands)。具有這種用途的壓敏粘合劑在各種專利中有揭示。在這些粘合劑中，有在第5,141,790號(hào)美國(guó)專利(Calhoun等人)；5,229,207號(hào)美國(guó)專利(Paquette等人)；5,296,277(wilson等人.)；5,362,516(wilson等人.)；PCT專利公報(bào)WO97/18246；WO97/31076；WO97/31077；and WO98/29516中揭示的那些粘合劑。根據(jù)需要，還可以提供釋放襯墊，用于保護(hù)粘合劑層。
可選擇的基片16的非限制的例子包括聚碳酸酯(諸如來自通用電氣公司的LexanTMbranded聚碳酸酯，Pittsfield,MA,USA，來自Atohaas AmericasInc的ImplexPlus緊壓丙烯酸生片，和來自Eastman Chemical的SpectarTMcopolymer,Johnston City,Tennessee)?；?6能夠具有從大約0.02mm到大約6.3mm，最好是從大約2.54mm到大約5.1mm范圍內(nèi)的厚度。
圖2揭示了照亮的標(biāo)記20的截面圖，它說明了在照亮的標(biāo)記的結(jié)構(gòu)中散射膜層制品的使用。圖2還表明了如何能夠?qū)⒌仁?1)用于確定構(gòu)成使亮度效率最大的照亮的標(biāo)記腔體的膜的選擇。標(biāo)記20包含外殼，一般由22表示，具有半透明的前面24，兩個(gè)側(cè)壁內(nèi)部表面26，一個(gè)后壁內(nèi)部表面28，以及光源30。
低損耗散射膜12能夠成為該半透明表面24的至少一部分(表面面積的任何量)，但是最好是表面24的整個(gè)表面區(qū)域上。表面24如果有剩余面積，可由基片16制成。
可以選用，但最好是用內(nèi)部表面26和28能夠由反射率R改進(jìn)到至少大約0.60的材料構(gòu)成。最好地，反射率應(yīng)該是至少大約0.80，它通過使用含有TiO2的油漆的表面提供。更好地，反射率應(yīng)該是至少大約0.90，它可以通過使用漫反射膜提供，這在第__號(hào)待批的PCT專利申請(qǐng)(Deyak等人)，以及第4,539,256號(hào)美國(guó)專利(Shipman等人.)，第4,726,989號(hào)美國(guó)專利(Mrozinski)，和第5,120,594(Mrozinski)號(hào)美國(guó)專利中揭示。
在第WO97/01774 and WO97/0178號(hào)PCT專利申請(qǐng)公告中揭示了表面26和28的膜的其它選擇；填有白色顆粒的聚烯烴膜(諸如TeslinTMbrand膜，由Pittsburgh,PA,USA的PPG銷售)；不相容聚合體的混合物(諸如來自DuPontofwilmington,Delaware,USA的MelinexTMbranded聚酯/聚丙烯膜)；微孔的聚酯膜；聚烯烴多層膜(諸如可以從DuPontof Wilmington,Delaware,USA買到的TyvekTMbranded聚烯烴膜)；與氟素化合的聚烯烴膜(諸如聚四氟乙烯)；填有白色顆粒的氯乙烯聚合膜；填有白色顆粒的丙烯酸膜；以及與乙烯-醋酸乙烯脂膜共同擠壓出的聚烯烴膜(諸如在待批的第US97/18295、WO97/32225、WO97/32227和WO97/32230號(hào)PCT專利申請(qǐng)中揭示的，以及如在第WO97/32224號(hào)PCT專利申請(qǐng)中揭示的膜，它具有不同折射指數(shù)的第一雙折射相位以及第二相位。
較好地，這種膜是熱感應(yīng)相分離膜，揭示在第4,539,256號(hào)美國(guó)專利(Shipman等人)，4,726,989(Mrozinski)，和5,120,594(Mrozinski)號(hào)美國(guó)專利中。
表面26和28的膜典型地具有一個(gè)由粘合劑覆蓋的主表面。這種粘合劑一般將在膜的底部發(fā)現(xiàn)(根據(jù)有關(guān)實(shí)施例連續(xù)或部分的)，并允許膜安全地粘附到標(biāo)記柜壁、平面、平臺(tái)、底面、鎮(zhèn)流器、變壓器或其它基片。根據(jù)有關(guān)標(biāo)記、基片種類以及熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人已知其它因素選擇粘合劑種類。例如，對(duì)于某些應(yīng)用可以需要壓敏粘合劑，并且除了壓敏性能，在設(shè)定和固化粘合劑之前使制品滑動(dòng)或重新配置的能力是有利的。標(biāo)記圖形的商業(yè)上出眾的壓敏粘合劑可以在圖象圖形網(wǎng)上買到，來自3M的St.Paul,Minnesota,USA(3M)的ScotchcalTM和ScotchcalTMPlusbrands。具有這種用途的壓敏粘合劑揭示在各種專利中。在這些粘合劑中有揭示在第5,141,790號(hào)美國(guó)專利(Calhoun等人.)；5,229,207號(hào)美國(guó)專利(Paquette等人.)；5,296,277號(hào)美國(guó)專利(Wilson等人.)；5,362,516號(hào)美國(guó)專利(Wilson等人.)；第WO97/18246；WO97/31076；WO97/31077和WO98/29516號(hào)PCT專利公告中。根據(jù)需要，也提供釋放襯墊以保護(hù)粘合劑。
如果以某種已知的方式層疊到散射膜的相對(duì)主表面上，可以使用機(jī)械扣件替代粘合劑。機(jī)械扣件的非限制的例子包括ScotchmateTM和Dual LockTM扣緊系統(tǒng)，如在第08/930957號(hào)PCT專利申請(qǐng)(Loncar)中揭示的。
對(duì)于粘合劑，這種膜的厚度范圍從大約50um到大約500um，最好從大約75um到大約375um。這種厚度允許粘合劑一背面膜施加到外殼22的內(nèi)部表面26和28(如圖2中所示)，而不明顯改變標(biāo)記20的外殼內(nèi)尺寸，以保持順從電碼和其它規(guī)則。
光源30可以是單個(gè)或多個(gè)，并且可以是上述的任何形狀。對(duì)于從光源30發(fā)射出來的光的每一個(gè)流明(L)，照明技術(shù)的目的，是使通過半透明表面24的標(biāo)記20出射的流明(L)的數(shù)量最大。如圖2所示，以1流明為形式表達(dá)，從內(nèi)部表面26和28的反射率R和從半透明表面24的反射率R在標(biāo)記20內(nèi)反射。散射膜12的吸收率A(以及圖中未示的可選擇的粘合劑14和基片16的吸收率α)應(yīng)該最小化，以通過表面24將光的流明T透射到觀察者。
圖2是正交形的照亮的標(biāo)記20的簡(jiǎn)單的描述。由于市場(chǎng)的需要，許多不同形狀和深度的照亮的標(biāo)記腔體受益于本發(fā)明的膜和推算公式。例如，對(duì)于4個(gè)已知的R值的組合、3個(gè)已知的R,A和α，和單個(gè)已知值f，測(cè)量17.145cm(6 英寸)直徑，12.065cm(4 英寸)深圓柱柜(直徑為17.145cm(6 inch))表面的效率。當(dāng)選擇N生產(chǎn)最佳可能與12個(gè)測(cè)量的效率一致時(shí)，這些值與公式(1)的推算一致，在實(shí)驗(yàn)誤差內(nèi)(Δε～+/-0.05)。如此得到的N的估計(jì)(N=2.5)與根據(jù)柜的幾何以及壁26和28以及表面24的漫反射特性的預(yù)料是一致的。由此公式(1)提供了一種極好地推算模型，通過這種推算模型能夠評(píng)估本發(fā)明的影響，或其它標(biāo)記技術(shù)。
下面的例子進(jìn)一步表示本發(fā)明的實(shí)施例的特點(diǎn)。
本發(fā)明的例子和有效性下面的例子證明了使用表現(xiàn)低損耗的散射膜的本發(fā)明的意外好處。更具體地說，與漫反射膜結(jié)合的散射膜意外地增加了亮度效率。再具體地說，當(dāng)反射率R增加超過0.9并接近于0.98時(shí)，亮度效率ε根據(jù)公式(1)幾何地增加，并由公式(1)預(yù)期的方式增加。換句話說，對(duì)于淺的和深的柜，散射膜12與漫反射膜襯墊內(nèi)部表面26和28的較好的組合接近于100％亮度效率。
圖3和4說明了對(duì)一般的深的(f=0.25,N=2.5)和淺的(f=0.50,N=1.0)單面標(biāo)記柜的效率選擇散射膜材料的預(yù)期效果。大部分柜預(yù)期落在這兩個(gè)極端上或它們之間。
在每一個(gè)圖中，將亮度效率ε圖示為四個(gè)不同的散射膜的R函數(shù)。這些是Panaflex645可變形的標(biāo)記基片(來自3M)；0.47cm(3/16英寸)散射膠質(zhì)玻璃(丙烯酸)(從Young Electric標(biāo)記公司得到，鹽湖城，UT.)；3635-30半透明Scotchcal膜(得自3M)層疊到0.3lcm(1/8英寸)厚的透明的玻璃樹脂生片；以及根據(jù)Shipman制備的0.07mm(3-mil)進(jìn)油多微孔膜，并且上述Mrozinski專利也層疊到0.31cm的透明玻璃樹脂。
Panaflex和玻璃樹脂材料是用于今天的照亮的標(biāo)記工業(yè)的普通表面材料。Scotchcal3635-30膜是一種現(xiàn)存的3M產(chǎn)品，它不是一般地用作表面材料。在Lambda-19分光光度計(jì)上測(cè)量每一個(gè)層制品的散射元件的反射率R和透射率T(1-R-A)，以及吸收率(A)，通過從1中減去計(jì)算得到。結(jié)果在表1中概述。
表1測(cè)量到的表面反射率和透射率散射膜RT A αPanaflex-645膜 0.6000.2400.1600樹脂玻璃0.640(0.280) (0.120) 03635-30膜+樹脂玻璃 0.6200.3600.0200進(jìn)油膜+樹脂玻璃 0.5780.0080.0080Panaflex和玻璃樹脂都不需要層疊到結(jié)構(gòu)基片，從而對(duì)于這些材料，α=0。玻璃樹脂的吸收率無限制地小，從而對(duì)于Scotchcal膜以及進(jìn)油膜，可以假設(shè)α≈0。
如圖3所示，良好地涂敷的內(nèi)壁的反射率R，以及幾個(gè)膜的反射率R沿每一個(gè)圖的橫坐標(biāo)表示。油漆是在當(dāng)今的工業(yè)中最常使用的內(nèi)壁處理。0.28mm(11-mil)進(jìn)油多微孔膜，或具有超過0.9的類似的反射率的替換材料表示最好的內(nèi)部表面處理。
根據(jù)圖3，許多現(xiàn)代溝道字母接近于30％亮度效率。給這種字母的內(nèi)壁襯墊0.28mm進(jìn)油多微孔膜將效率增加到62％。用3635-30膜代替玻璃樹脂面將效率增加到38％。
在結(jié)合中，0.28mm進(jìn)油膜和3635-30膜將亮度效率增加到76％。這些基準(zhǔn)結(jié)果匯總在表2中。觀察者的眼睛主要對(duì)于亮度中的相對(duì)增加敏感。50％的增加是在注意力的閾值。100％的增加是很令人注目的。類似的，保持亮度，消除一行流明需要50(3行基線)到100(2行基線)百分比的效率的增加。單由進(jìn)油多微孔膜、低損耗散射膜、以及這兩個(gè)的組合提供的相對(duì)增加包含在表2中。
通過上述標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)油多微孔膜的優(yōu)點(diǎn)是顯然的。與本發(fā)明的低損耗散射膜組合的多微孔膜的優(yōu)點(diǎn)意外地顯著，并且非常大。那些只有低損耗散射膜的優(yōu)點(diǎn)沒有如此顯著。
用于傳統(tǒng)(淺的)標(biāo)記柜的現(xiàn)代基線不如溝道(深的)字母那樣好地確定。經(jīng)油漆的(R≈0.80)和不油漆的(0.60＜R＜0.80)柜是公用的，如玻璃樹脂和Panaflex面。假設(shè)高效率基線(油漆柜，玻璃樹脂面)，給內(nèi)壁襯墊0.28mm的進(jìn)油膜從52增加到71百分比。用3635-30膜代替樹脂玻璃增加了64百分比效率。在組合中，0.28mm進(jìn)油膜和3635-30膜使效率增加到87百分比。這些基準(zhǔn)，隨同相應(yīng)的增加，在匯總表2中。
通過上述標(biāo)準(zhǔn)，單單進(jìn)油膜襯墊的優(yōu)點(diǎn)和低損耗散射膜的優(yōu)點(diǎn)在淺柜中都不顯著。但是，組合起來，它們的優(yōu)點(diǎn)意外顯著。這一結(jié)果的詳情依賴于基線的選擇。當(dāng)基線的R更小時(shí)，進(jìn)油膜的優(yōu)點(diǎn)越大；當(dāng)基線的A更大時(shí)，低損耗散射膜的優(yōu)點(diǎn)更大。從圖4可以估計(jì)具體情況。
表2深淺柜的基準(zhǔn)效率深柜淺柜效率Rel.增加效率Rel.增加基準(zhǔn)30- 52-膜 62 107％ 71 37％散射器 38 27％ 64 23％兩者76 155％ 87 67％下面的例子考慮當(dāng)基線的R小，并且基線的A高時(shí)，淺柜中的高反射率內(nèi)部表面和低損耗面散射體的優(yōu)點(diǎn)。在這種情況下，單單高反射率襯墊的優(yōu)點(diǎn)、單單低損耗散射體的優(yōu)點(diǎn)，以及兩者組合的優(yōu)點(diǎn)都是顯然的。
表3說明了根據(jù)測(cè)量的典型的淺單面標(biāo)記柜的半透明表面的平均亮度的散射膜的效果。物體柜是1.23m(4英尺)寬×1.23m高×0.23m(9英寸)深。它由四個(gè)平行和垂直的1.23m(4英尺)熒光管照亮。通過光鋁的內(nèi)部后部和側(cè)面，以及內(nèi)部后部和側(cè)面(有襯墊，0.30mm(12-mil)進(jìn)油膜(R≈0.99))，進(jìn)行測(cè)量。在穿過半透明表面的頂部的5個(gè)均勻間隔的點(diǎn)、穿過中間的19個(gè)均勻間隔的點(diǎn)，以及穿過底部的5個(gè)均勻間隔的點(diǎn)處測(cè)量亮度。中間的細(xì)的間隔允許燈泡的分辨率。以英尺朗伯(Candela/m2除以3.426)計(jì)算平均亮度，作為29個(gè)測(cè)量的算術(shù)平均。對(duì)7種散射膜中每一種進(jìn)行測(cè)量。這7種是Panaflex-945,Panaflex-645,Panaflex-950標(biāo)記面基片和Scotchcal3630-20膜，Scotchcal3635-30膜，Scotchcal3635-70膜，和0.07mm(3-mil)多微孔膜。將每一個(gè)Scotchcal膜和膜層疊到3/16英寸透明玻璃樹脂(沒有吸收率)。在Lambda-19分光光度計(jì)上測(cè)量每一個(gè)漫射膜候選者的小樣品。結(jié)果包含在表3中。
表3相對(duì)測(cè)量的平均亮度和推算的效率散射膜 R T A∝ 測(cè)量的 測(cè)量的 推算效 推算亮度A1 亮度膜 率A1 效率膜Panaflex 0.642 0.225 0.133 0 1.001.891.00 2.10945Panaflex 0.606 0.245 0.149 0 0.981.951.05 2.08645Panaflex 0.624 0.259 0.117 0 1.112.031.13 2.30950SC 0.671 0.325 0.004 0 1.503.041.48 3.293630-20SC 0.630 0.362 0.008 0 1.653.251.59 3.273635-300.07mm 0.587 0.402 0.011 0 1.853.491.69 3.26膜SC 0.415 0.578 0.007 0 2.243.982.10 3.333635-70在表3的第6和第7欄中報(bào)告了相對(duì)測(cè)量的平均亮度?；€是光鋁內(nèi)部后背和側(cè)面，具有Panaflex945半透明表面。將所有其它的測(cè)量結(jié)果與該基線比較，使進(jìn)步的增長(zhǎng)百分比容易看到。測(cè)量的有或沒有膜襯墊的平均亮度落入三組中的一個(gè)內(nèi)。
(1)Panaflex-945,Panaflex-645，和Panaflex-950膜具有相對(duì)于其它散射器可以比較的高吸收率，并表現(xiàn)可比較的低亮度。
(2)Scotchcal3630-20膜，Scotchcal3635-30膜和0.07mm厚的進(jìn)油膜具有可比較的低吸收率，并表現(xiàn)出可比較的高亮度。它們相對(duì)于Panaflex945基線產(chǎn)生大約2/3增長(zhǎng)因數(shù)。
(3)Scotchcal3635-70膜具有可以和Scotchcal3630-20膜，Scotchcal3635-30膜，and0.07mm膜比較的吸收率，并表現(xiàn)顯著地更高的亮度。它是其異乎尋常地低反射率R、所有散射膜候選者中最低的一個(gè)的制品。在所有測(cè)試的材料中，只有Scotchcal3635-70膜具有大致上小于0.60的反射率R，并且只有Scotchcal3635-70膜表現(xiàn)出視覺上可見的不均勻性。不管其高亮度，它不是合適的表面材料，因?yàn)樗划a(chǎn)生適當(dāng)?shù)木鶆蛐浴?br> 對(duì)于低或高反射率內(nèi)部背面和側(cè)面，低吸收率和高亮度之間的相關(guān)性在表3的結(jié)果中是清楚和明顯的。并且，通過上述的標(biāo)準(zhǔn)，單單高反射襯墊、單單低損耗面散射器，以及兩者的結(jié)合的重要意義也是清楚和明顯的。
在表3的最后一欄中示出7個(gè)面材料的每一個(gè)相對(duì)推算效率。這些是通過上面的公式(1)推算的，假設(shè)對(duì)于光鋁，f=0.50,N=1.0,R=0.60，或者對(duì)于0.30mm出油膜，R=0.99。如測(cè)量的，平均亮度與效率成比例。只要比例常數(shù)是固定的，相對(duì)亮度和相對(duì)效率是相等的。但是，當(dāng)通過半透明表面的光的角分布沿向前散射的方向更尖時(shí)，比例常數(shù)意外地增加。預(yù)料當(dāng)半透明表面的反射率減小時(shí)透射的角分布更尖?；蛟S這是Scotchcal 3635-70膜的相對(duì)亮度和相對(duì)效率的不一致的原因。剩余的差異落入推算公式(1)和R和A的Lambda-19測(cè)量的不確定性內(nèi)。這些使公式1的使用有效，以推算淺的柜的功率效率。結(jié)合預(yù)先對(duì)深的柜的參考確認(rèn)，它們使公式1的使用有效，以推算廣泛變化的幾何學(xué)的柜的效率。
對(duì)每一個(gè)散射膜在表3中報(bào)告的情況，圖5是曲線圖，以英尺朗伯(Candela/m2/3.426)示出亮度的實(shí)際測(cè)量結(jié)果，其中穿過如為在表3中報(bào)告相同的鋁標(biāo)記腔體為6.4cm的間隔(使用由Minolta制造的亮度尺LS110，直接擱在半透明表面上)。
從圖5的曲線中，上述例舉的三種類別的差別是顯然的。對(duì)于散射照亮的標(biāo)記，3635-70膜是不可接受的，因?yàn)楣庠吹狞c(diǎn)通過照亮的標(biāo)記的半透明面是清楚的。Panaflex645,945和950膜提供良好的散射，但是比較好的Scotchcal膜3635-30和3630-20以及0.07mm多微孔膜具有更低的亮度。當(dāng)亮度增加時(shí)，光源的位置表現(xiàn)更加顯然。
圖6是標(biāo)記腔體的曲線圖，該標(biāo)記腔體由與表3中確定的相同的散射膜候選者的模襯墊。如圖5和表3中所示地產(chǎn)生相同的三組，但是兩個(gè)關(guān)鍵和意外效果顯然。
(1)所有的散射體候選者的亮度在它們?cè)诠怃X標(biāo)記腔體中的使用中增加；(2)光源的識(shí)別不明顯得多，即，跨過照亮的標(biāo)記的半透明面的寬度的亮度測(cè)量線變平。這種效果的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于那些上述較好的散射膜更加明顯和有利。只有3635-70膜給出關(guān)于光源的任意指示。
圖5和6的比較證明了許多本發(fā)明的意外優(yōu)點(diǎn)，從所有散射膜的亮度的增加到本發(fā)明的較好的膜的散射體性質(zhì)通過這種膜的吸收率，在不損失亮度情況下的可見的證據(jù)，使用本發(fā)明的亮度效率的證據(jù)。
結(jié)合公式(1)，圖5和6證明照亮的標(biāo)記的技術(shù)能夠取不被光源的類型、光源的位置或亮度效率的限制所限制的方向。消除了以前的限制。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。其權(quán)利要求如下。
權(quán)利要求
1．一種制品，其特征在于包含低損耗、部分漫反射和部分漫射透射的散射膜，如果需要，可選擇地層疊到透明、無散射基片上以提供整體結(jié)構(gòu)，與照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面的至少一部分聯(lián)合使用，所述照亮的標(biāo)記腔體具有至少和油漆的壁一樣是反射的內(nèi)部表面，其中散射膜在其中不施加這種膜的照亮的標(biāo)記上增加照亮的標(biāo)記腔體的亮度效率。
2．如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于內(nèi)部表面包含由含有TiO2的油漆、漫反射膜、半圓反射膜，以及具有層疊或涂敷到那里的漫反射膜的鏡反射膜構(gòu)成的組中選出的膜。
3．如權(quán)利要求1或2中的任一條所述的制品，其特征在于亮度效率的增加如由下面的公式(1)推算的，是大約至少50％，ϵ=(1-α)(1-R-A)1-(1-f)(1-RN)1-R+R(1-RN)--(1)]]>其中，ε=照亮的標(biāo)記的亮度效率R=腔體的內(nèi)壁的總反射率R=散射膜的總反射率A=散射膜的總吸收率α=粘合劑和基片層(如果有)的總吸收率f=由光源發(fā)射的入射到面上而不先反射離開壁的光的分?jǐn)?shù)N=連續(xù)與面相遇之間反射離開壁的平均數(shù)。
4．如權(quán)利要求1到3任一條所述的制品，其特征在于散射膜包含進(jìn)油多微孔膜。
5．如權(quán)利要求1到4任一條所述的制品，其特征在于膜的一個(gè)主表面上具有一層壓敏粘合劑，其中膜和粘合劑的厚度從大約0.012mm到大約6.45mm。
6．如權(quán)利要求1到5任一條所述的制品，其特征在于將散射膜施加到照亮的標(biāo)記的半透明表面的基本上整個(gè)區(qū)域上。
7．如權(quán)利要求1到6任一條所述的制品，其特征在于散射膜具有從大約0.5到大約0.7的反射率，其中，散射膜具有從大約0.3到大約0.5的透射率，并且其中散射膜具有從大約0.00到大約0.15的吸收率。
8．一種具有半透明表面和內(nèi)部表面的照亮的標(biāo)記，其特征在于包含(a)施加到半透明表面的如權(quán)利要求1到7任一條所述的散射膜，和(b)施加到內(nèi)部表面的至少一部分的膜，其中如使用ASTME1164-94測(cè)量，所述膜反射率至少是80％。
9．如權(quán)利要求8所述的標(biāo)記，其特征在于，如使用ASTME1164-94測(cè)量，內(nèi)部表面膜的反射率至少90％，并且內(nèi)部表面膜是從由填有白色顆粒的聚烯烴膜；不相容聚合體的混合物；聚烯烴多層膜；微孔的聚烯烴和聚酯膜；氟化的聚烯烴膜；填有白色顆粒的氯乙烯聚合膜；填有白色顆粒的丙烯酸膜；與乙烯-醋酸乙烯脂膜一起擠出的聚烯烴膜；及其組合構(gòu)成的組中選出的漫反射膜。
10．一種推算照亮的標(biāo)記腔體的亮度效率以選擇理想的膜，來襯墊照亮的標(biāo)記腔體，并用作照亮的標(biāo)記腔體的半透明表面上的散射膜的方法，其特征在于包含以下步驟(a)收集數(shù)據(jù)，解出公式(1)ϵ=(1-α)(1-R-A)1-(1-f)(1-RN)1-R+R(1-RN)--(1)]]>其中，ε=照亮的標(biāo)記腔體的亮度效率R=腔體的內(nèi)壁的總反射率R=散射膜的總反射率A=散射膜的總吸收率α=粘合劑和基片層(如果有)的總吸收率f=由光源發(fā)射的入射到面上而不先反射離開壁的光的分?jǐn)?shù)N=連續(xù)與面相遇之間反射離開壁的平均數(shù)(b)使用對(duì)照亮的標(biāo)記腔體的給定幾何對(duì)尺寸使亮度效率最大的膜構(gòu)成照亮的標(biāo)記腔體。
11．如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于施加步驟包含將膜粘附到半透明表面上。
全文摘要
將低損耗、散射膜提供給照亮的標(biāo)記的半透明表面。膜具有低的吸收率,并具有部分透射率和部分分射率。亮度效率和亮度在用于背景標(biāo)記的傳統(tǒng)膜上顯著改進(jìn)。還提供了亮度效率推算公式,以有助于照亮的標(biāo)記腔體的散射膜和內(nèi)部表面的選擇。散射膜和襯墊照亮的標(biāo)記腔體的內(nèi)部表面的漫反射膜效果的組合意外地大于它們各自工作的效果的總和。
文檔編號(hào)G02B5/08GK1306624SQ99807698
公開日2001年8月1日 申請(qǐng)日期1999年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月25日
發(fā)明者D·G·弗賴爾, N·T·斯特蘭德, S·R·凱特, F·L·戴阿克 申請(qǐng)人:美國(guó)3M公司