TW201408509A - 使用菲涅耳面鏡之木樣膜及其他裝飾膜 - Google Patents

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Michael Francis Weber
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Lynn Elizabeth Lorimor
Gilles Jean-Baptiste Benoit
James Michael Nelson
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Abstract

本發明係關於一種具有木樣3維外觀之裝飾膜,該裝飾膜包括大致與平面內軸平行地延伸之複數個菲涅耳面鏡、經安置以散射由該等菲涅耳面鏡反射之光的漫射體、及經安置以覆蓋該等菲涅耳面鏡之木材紋理標誌。可製造該膜之實施例以模擬高度富紋木材,諸如火焰楓木,亦稱為提琴背楓木(fiddleback maple)。亦揭示使用菲涅耳面鏡之其他裝飾物品。此等其他物品中之至少一些不具有木樣外觀,且其可包括與諸如菲涅耳透鏡膜或其他透光膜之其他組件組合的菲涅耳面鏡膜。

Description

使用菲涅耳面鏡之木樣膜及其他裝飾膜
本發明大體上係關於具有獨特外觀之裝飾膜,及併有菲涅耳面鏡之該等膜之特定應用。本發明亦關於相關之物品、系統及方法。
約200年前,據說法國物理學家Augustin-Jean Fresnel已開發出供19世紀早期燈塔中使用之較薄、較輕的透鏡。吾人現今將此等透鏡稱為菲涅耳(Fresnel)透鏡。自彼時起,菲涅耳透鏡已用於眾多應用中,從而與由整體光學透鏡可提供者相比以較薄且較輕之形式提供光之聚焦。亦已發現,曲面鏡可藉由使刻面具有反射性而由類似較薄的刻面化結構替代。該等面鏡稱為菲涅耳面鏡。
吾人已開發一系列使用菲涅耳面鏡之木樣膜及其他裝飾膜。菲涅耳面鏡可併入膜中以提供獨特3維外觀。裝飾膜較佳併有其他特徵(諸如漫射體、標誌及/或菲涅耳透鏡),該等特徵相對於菲涅耳面鏡配置以達成獨特視覺效果。在一些情況下,膜可經設計而具有高度富紋木材(諸如火焰楓木或火焰樺木)之外觀。
吾人在本文中描述例如具有木樣3維外觀之裝飾膜。此裝飾膜包括複數個菲涅耳面鏡、經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光的漫射體,及經安置以覆蓋菲涅耳面鏡之木材紋理標誌。菲涅耳面鏡可各自 大致與平面內軸平行地延伸。可製造該膜之實施例以模擬高度富紋木材,諸如火焰楓木或火焰樺木。亦揭示使用菲涅耳面鏡之其他裝飾物品。此等其他物品中之至少一些不具有木樣外觀,且其可包括與諸如菲涅耳透鏡膜或其他透光膜之其他組件組合之菲涅耳面鏡膜。
本申請案尤其揭示具有木樣3維外觀之膜物品。該等膜物品包括第一膜、漫射體及標誌層。第一膜具有複數個菲涅耳面鏡,該等菲涅耳面鏡中之每一者大致與第一平面內軸平行地延伸。漫射體經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光。標誌層包括木材紋理標誌,且經安置以覆蓋第一膜。
漫射體可經調整以優先沿著第二平面內軸漫射光,且該第二平面內軸可實質上與第一平面內軸對準。舉例而言,第一平面內軸與第二平面內軸可形成小於30度之角度。漫射體可經表徵,使得若其經垂直入射之準直光束照射,則其在含有第二平面內軸之平面中以特徵性極性散射角β,及在含有與該第二平面內軸垂直之第三平面內軸之平面中以第二特徵性極性散射角α散射該光束,且其中β/α為至少1.5。
在一些情況下,漫射體可併入標誌層中,或漫射體可為鏡面化結構化表面之一部分。在一些情況下,菲涅耳面鏡中之至少一些可經組態以使入射平行光聚焦,且在一些情況下,菲涅耳面鏡中之至少一些可經組態以使入射平行光散焦。菲涅耳面鏡亦可經配置以在經組態以使入射平行光聚焦之第一菲涅耳面鏡與經組態以使入射平行光散焦之第二菲涅耳面鏡之間交替變化。菲涅耳面鏡可彼此鄰接。菲涅耳面鏡在平面圖中可各自為筆直的。
木材紋理標誌可包括木材紋理特徵,該等木材紋理特徵各自與第三平面內軸平行地延伸,且該第三平面內軸可實質上與第一平面內軸垂直。
菲涅耳面鏡中之每一者可包含在第一膜上形成之複數個反射性 刻面。
吾人亦描述包括第一膜及漫射體之膜物品。第一膜具有複數個菲涅耳面鏡,該等菲涅耳面鏡中之每一者大致與第一平面內軸平行地延伸。漫射體經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光,且優先沿著實質上與第一平面內軸對準之第二平面內軸漫射光。第一平面內軸與第二平面內軸可形成小於60度、45度或30度之角度。菲涅耳面鏡中之至少一些可經組態以使入射平行光聚焦,且菲涅耳面鏡中之至少一些可經組態以使入射平行光散焦。菲涅耳面鏡可各自具有長度與寬度縱橫比,且該複數個菲涅耳面鏡之縱橫比可各自大於10。在平面圖中,菲涅耳面鏡可各自為筆直的,或可各自偏離直線。該物品亦可包括覆蓋菲涅耳面鏡之標誌層且包括各自與第三平面內軸平行地延伸之標誌特徵。
吾人亦描述一種膜堆疊,該膜堆疊包括第一膜、第二膜及視情況選用之漫射體。第一膜具有複數個菲涅耳面鏡,該等菲涅耳面鏡中之每一者大致與第一平面內軸平行地延伸。第二膜具有複數個菲涅耳透鏡,該等菲涅耳透鏡中之每一者大致與第二平面內軸平行地延伸,該第二膜經安置以攔截由菲涅耳面鏡反射之光。漫射體可經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光。第二平面內軸不與第一平面內軸平行。漫射體可具有在0%至90%範圍內之濁度。漫射體可優先沿著第三平面內軸漫射光,且漫射體可經定向,使得第三平面內軸既不垂直於第一平面內軸亦不垂直於第二平面內軸。漫射體可併入第一膜及/或第二膜中。第一平面內軸與第二平面內軸可形成在5度至90度範圍內之角度。一或多種彩色染料及/或顏料亦可併入膜堆疊之一或多個組件中。
該複數個菲涅耳面鏡可由平均菲涅耳面鏡寬度表徵,且該複數個菲涅耳透鏡可由與該平均菲涅耳面鏡寬度不同之平均菲涅耳透鏡寬 度表徵。該複數個菲涅耳面鏡可由第一平均間距表徵,且該複數個菲涅耳透鏡可由與該第一平均間距不同之第二平均間距表徵。堆疊中之第一膜可附著於窗戶或其他透明板之第一主表面上,且第二膜可附著於該窗戶或板之與第一主表面相對之第二主表面上。
吾人亦描述一種裝飾面鏡膜,其包括具有刻面之結構化表面,該等刻面以自第一實質上零斜率至遞增正斜率至最大正斜率至遞減正斜率至第二實質上零斜率至遞增負斜率至最大負斜率至遞減負斜率至該第一實質上零斜率之斜率順序配置,該順序跨越結構化表面以實質上不間斷之方式重複,該等刻面界定複數個與散焦性菲涅耳面鏡交替之聚焦性菲涅耳面鏡。刻面、聚焦性菲涅耳面鏡及散焦性菲涅耳面鏡可各自大致與第一平面內軸平行地延伸。斜率順序可實質上呈正弦的。斜率順序可在膜之一個區域中具有第一週期性,及在膜之不同區域中具有與第一週期性不同之第二週期性。面鏡膜亦可包括覆蓋聚焦性及散焦性菲涅耳面鏡之標誌層。面鏡膜亦可將一或多種彩色染料及/或顏料併入面鏡膜之一或多個組件中。面鏡膜亦可包括可見光繞射元件,該等可見光繞射元件經調整以將可見光分離成其構成波長或顏色以產生多色視覺效果。面鏡膜可與漫射體及標誌層組合以提供膜物品。在此種情況下,漫射體可經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光,且標誌層可具有木材紋理標誌且可經安置以覆蓋面鏡膜。
亦論述相關方法、系統及物品。
本申請案之此等及其他態樣將由以下詳細描述而顯而易見。然而,決不應將上述概要解釋為對所主張之主題構成限制,該主題僅由隨附申請專利範圍限定,而隨附申請專利範圍可能在執行期間進行修正。
101‧‧‧參考標記
210‧‧‧膜物品
210'‧‧‧物品
210a‧‧‧前主表面
210b‧‧‧後主表面
212‧‧‧第一膜
212'‧‧‧膜
213‧‧‧第一層
213'‧‧‧第一層
214‧‧‧第二層
214'‧‧‧第二層
215‧‧‧界面
215'‧‧‧界面
216‧‧‧刻面
216'‧‧‧刻面
217a‧‧‧聚焦性菲涅耳面鏡
217a'‧‧‧聚焦性面鏡
217b‧‧‧散焦性菲涅耳面鏡
217b'‧‧‧散焦性面鏡
220‧‧‧漫射體層
224‧‧‧標誌層
225‧‧‧基底膜
226‧‧‧塗層
310‧‧‧物品
310a‧‧‧前主表面
310b‧‧‧後主表面
313‧‧‧第一層
314‧‧‧第二層
315‧‧‧界面
331‧‧‧參考標記
332‧‧‧參考標記
333‧‧‧參考標記
339a‧‧‧觀察者
339b‧‧‧觀察者
340‧‧‧入射光
341‧‧‧反射射線
342‧‧‧反射射線
410‧‧‧膜物品
410'‧‧‧物品
410a‧‧‧前主表面
410b‧‧‧後主表面
412‧‧‧第一膜
412'‧‧‧膜
413‧‧‧第一層
413'‧‧‧第一層
414‧‧‧第二層
414'‧‧‧第二層
415‧‧‧界面
415'‧‧‧界面
416‧‧‧刻面
416'‧‧‧刻面
417‧‧‧散焦性菲涅耳面鏡
417'‧‧‧散焦性面鏡
420‧‧‧漫射體層
424‧‧‧標誌層
425‧‧‧基底膜
426‧‧‧塗層
510‧‧‧膜物品
510'‧‧‧物品
510a‧‧‧前主表面
510b‧‧‧後主表面
512‧‧‧第一膜
512'‧‧‧膜
513‧‧‧第一層
513'‧‧‧第一層
514‧‧‧第二層
514'‧‧‧第二層
515‧‧‧界面
515'‧‧‧界面
516‧‧‧刻面
516'‧‧‧刻面
517‧‧‧菲涅耳面鏡
517'‧‧‧散焦性面鏡
518‧‧‧刻面
518'‧‧‧刻面
520‧‧‧漫射體層
524‧‧‧標誌層
525‧‧‧基底膜
526‧‧‧塗層
608‧‧‧反射層
609‧‧‧反射性塗層
610‧‧‧物品
610a‧‧‧前主表面
610b‧‧‧後主表面
612‧‧‧第一膜
613‧‧‧第一層
614‧‧‧第二層
615‧‧‧界面
616‧‧‧刻面
627‧‧‧透光功能層
640‧‧‧光線
642‧‧‧反射光線/射線
650‧‧‧物品
650a‧‧‧前主表面
650b‧‧‧後主表面
652‧‧‧第一膜
653‧‧‧第一層
654‧‧‧第二層
655‧‧‧界面
656‧‧‧刻面
667‧‧‧透光功能層
680‧‧‧光線
682‧‧‧光線
720‧‧‧漫射體
740‧‧‧垂直入射光束
741‧‧‧漫射輸出光束
801‧‧‧參考標記
810‧‧‧膜物品
905‧‧‧膜堆疊
912‧‧‧菲涅耳面鏡膜
912a‧‧‧參考軸
962‧‧‧菲涅耳透鏡膜
962a‧‧‧參考軸
1008‧‧‧線
1058‧‧‧線
1105‧‧‧工件
1108‧‧‧離型襯墊
1109‧‧‧黏著劑層
1112‧‧‧菲涅耳面鏡膜
1113‧‧‧第一層
1114‧‧‧第二層
1116‧‧‧反射性刻面
1139‧‧‧使用者
1158‧‧‧離型襯墊
1159‧‧‧黏著劑層
1162‧‧‧菲涅耳透鏡膜
1163‧‧‧第一層
1164‧‧‧第二層
1166‧‧‧透射性刻面
1312‧‧‧堆疊
1314a‧‧‧左側邊界
1314b‧‧‧右側邊界
1316a‧‧‧參考線
1316b‧‧‧參考線
1316c‧‧‧參考線
1316d‧‧‧參考線
1316e‧‧‧參考線
1412‧‧‧菲涅耳面鏡膜
1462‧‧‧菲涅耳透鏡膜
B‧‧‧相對明條紋或特徵
D‧‧‧相對暗條紋或特徵
p‧‧‧中心至中心間距
p1‧‧‧中心至中心間隔或間距
p2‧‧‧中心至中心間隔或間距
w‧‧‧寬度
w1‧‧‧寬度
w2‧‧‧寬度
α‧‧‧第二特徵性極性散射角
β‧‧‧特徵性極性散射角/第一特徵性極性散射角
θ‧‧‧角度/傾斜角
Φ‧‧‧角度
在圖式中,相同參考數字表示相同元件。
圖1a為自一個視角看之一片火焰楓木(木材)之照片,且圖1b為自不同視角看之同一片木材之照片;圖2為可製成具有3維木樣外觀之膜物品之示意性側視圖或剖視圖;圖2a為圖2之菲涅耳面鏡之平面圖;圖2b為與圖2之物品類似之物品之示意性側視圖或剖視圖,但其中菲涅耳面鏡經相應整體(非菲涅耳)面鏡置換;圖3為包括波狀整體面鏡之物品之示意圖,該圖式展示來自特定方向之入射光如何由該面鏡反射;圖3a為圖3之物品之示意圖,展示觀察者在一個方向上如何感知該物品,且圖3b類似於圖3a,但針對在不同方向上之另一觀察者;圖4為可製成具有3維木樣外觀之另一膜物品之示意性側視圖或剖視圖;圖4a為與圖4之物品類似之物品之示意性側視圖或剖視圖,但其中菲涅耳面鏡經相應整體(非菲涅耳)面鏡置換;圖5為可製成具有3維木樣外觀之另一膜物品之示意性側視圖或剖視圖;圖5a為圖5之菲涅耳面鏡之平面圖;圖5b為與圖5之物品類似之物品之示意性側視圖或剖視圖,但其中菲涅耳面鏡經相應整體(非菲涅耳)面鏡置換;圖6a及圖6b為描述菲涅耳面鏡之兩個不同結構組態(一者(圖6a)使用反射性刻面,且另一者(圖6B)使用與鄰***面反射器組合之透射性刻面)之示意性側視圖或剖視圖;圖7為可用於所揭示之膜之例示性不對稱漫射體之示意性透視圖;圖7a及圖7b分別為可能的理想化分佈之強度相對於圖7之散射光 在x-z平面及y-z平面中之角度;圖8a為自一個視角看之具有3維木樣外觀之膜物品之照片,且圖8b為自不同視角看之同一膜物品之照片;圖9為膜堆疊之示意性正視圖或平面圖,其中菲涅耳面鏡膜安置在諸如菲涅耳透鏡膜之另一膜組件之下方或後方;圖10為菲涅耳面鏡及菲涅耳透鏡在其可配置在膜堆疊(諸如圖9之膜堆疊)中時之示意性表示之正視圖或平面圖;圖11為適用於膜堆疊及適用於應用於工件之兩個膜之示意性側視圖或剖視圖;圖12為與平行線性正弦結構之第二族組合之平行線性正弦結構之第一族的模擬表示,結構之第一族及第二族具有約6度之有效交叉角;圖13為膜堆疊之照片,該膜堆疊包含具有平行線性正弦結構之第一族及第二族之菲涅耳面鏡膜及具有平行線性正弦結構之第三及第四族的菲涅耳面鏡膜,該等膜以約10度之交叉角定向;及圖14為包含菲涅耳透鏡膜及菲涅耳面鏡膜之另一膜堆疊之照片。
木材為人類已知最普遍存在之材料之一。其可以多種類型(諸如白蠟木、樺木、榆木、桃花心木、楓木、橡木、松木等)及以許多不同顏色、質地、紋理及花紋獲得,該等所有對木材之外觀均具有作用。在許多應用中,木材之外觀基本上不具有商業價值,因為木材在成品中並不暴露或可見。房屋或其他建築結構之框架為該等應用之實例。在許多其他應用中,木材之外觀具有較高商業價值。硬木地板、牆鑲板、精緻傢俱及樂器為該等其他應用之實例。
模擬之木材產品已為所知許多年。該等產品通常特徵在於在特 徵及外觀方面基本上為2維之印刷之木材紋理圖案。即使在模擬之木材產品使用表面質地產生稍微較逼真的外表及感覺之情況下,表面質地通常亦十分淺表,再次引起主要為2維之特徵及外觀。
一些尤其所需且昂貴之木材類型具有稱為「花紋」之特徵。「花紋」與條紋或其他斑紋相關,該等條紋或其他斑紋與木材紋理不同且隨著照明幾何條件及/或觀察幾何條件之改變而變換外觀。舉例而言,由高度富紋木材製成之小提琴或吉他在樂器相對於既定光源及/或觀察者傾斜時,可展示呈現為沿著木材表面變換位置之條紋或其他斑紋。木材花紋之變換視覺效果給予木材外觀以3維品質。
為了清楚及避免混淆,措詞「花紋」在此文件中當提及如上所述木材之特徵時用斜體印刷,且在提及圖式(例如圖1a、圖1b等)時不用斜體印刷。
火焰楓木及火焰樺木為高度富紋之木材之實例。3維變換視覺效果結合圖1a及圖1b例示。該等圖式為經磨光之火焰楓木(有時亦稱為焰紋楓木、虎紋楓木或提琴背楓木(fiddleback maple))片之照片,在其上已疊加笛卡爾(Cartesian)x,y,z座標系統。筆用於將三個固定參考標記101置放在木材表面上。參考標記101中之每一者一般與y軸平行地延伸,該y軸亦與木材之寬軸重合。x軸與木材之長軸重合。對於所展示之特定木材片,木材紋理可見具有輕微的弧度(亦即個別狹窄木材紋理特徵沿著其整個長度並非恰好筆直)且亦可見與x軸大致對準或平行。在照片中亦可見一組較寬條紋,該等較寬條紋中之每一者大致與y軸平行地延伸,亦即大致與木材之紋理垂直。較寬條紋與所示木材片之花紋相關。此等條紋以交替明/暗圖案形式配置。
圖1a及圖1b描繪在相同照明條件下之同一片火焰楓木。圖1a與圖1b之間的唯一差異在於相機之位置及方向,亦即觀察者之位置及方向。相機位置自在圖1a中具有正x座標變成在圖1b中具有負x座標。沿 著x軸之此位置變化產生較寬條紋之圖案變換。在圖1a中,參考標記101與三個明寬條紋重合。在圖1b中,同一參考標記101與三個暗寬條紋重合。因此,隨著觀察者相對於木材片沿著x軸移動,與花紋相關之條紋或斑紋呈現為跨越木材表面(沿著x軸)變換,使得條紋及木材片具有3維外觀。
吾人已發現菲涅耳面鏡膜當經恰當設計時且在與其他適合之組件組合時,可產生具有高度富紋木材之3維外觀(諸如圖1a及圖1b中描述者)之膜物品。吾人描述與至少圖2至圖8b結合之該等物品。
在圖2中,膜物品210由構成組件組成,該等構成組件可經調整以提供具有3維木樣外觀之物品210。該物品包括第一膜212、呈漫射體層220形式之漫射體及標誌層224。該等層中之一些或所有可基於聚合物,使得物品或其一或多個組件可在習知膜生產線上用習知聚合物基質材料製造。或者或另外,該物品可用其他已知製程及設備製造,且可包含非聚合材料,諸如玻璃、陶瓷、金屬及/或其他適合之材料。以下提供材料之進一步論述。
該物品210具有前主表面210a及後主表面210b。位於或接近後表面210b之第一膜212包括第一層213及第二層214。此等層之間的界面215配置成具有個別刻面216之刻面化表面。刻面化表面可視為結構化表面之類型。刻面216為反射性的,或其可為透射性的且緊靠著獨立反射器,如以下進一步論述。刻面216通常為實質上平坦或平面的,且以各種不同角度定向,且以稱為斜率順序之特定順序配置,使得其共同形成兩種類型之菲涅耳面鏡:聚焦性菲涅耳面鏡217a及散焦性菲涅耳面鏡217b。在圖2中,此等菲涅耳面鏡217a217b為彼此鄰接的且以交替順序配置,但如下文進一步闡明亦涵蓋其他組態。菲涅耳面鏡217a之聚焦性質及菲涅耳面鏡217b之散焦性質為圖2中所示之刻面216組態與自圖2視角光自上方(穿過表面210a)照射在界面215上的假 設組合的結果。
213214中之任一者可抵著適合之結構化工具壓花或澆鑄,從而賦予刻面化界面215以所需幾何形狀,且可隨後添加或塗佈另一層(213214)作為平坦化層。舉例而言,在一些情況下,層214可首先藉由抵著結構化工具壓花或澆鑄而形成以提供結構化表面,隨後用層213使層214平坦化,使得結構化表面變成刻面化界面215。或者,層213可首先經壓花或澆鑄以提供結構化表面,且隨後層214可作為平坦化層添加,以使結構化表面再次變成刻面化界面215。在任一種情況下,界面215之刻面216可藉由以下方式製成反射性的:將反射性材料(諸如鋁、銀或其他反射性金屬或其他材料之較薄塗層)塗覆至經壓花或澆鑄之層之結構化表面上,隨後平坦化。若刻面216為反射性的,則第二層214不必為透光的,例如層214可為不透明的。然而,第一層213較佳為透明的或另外適當透光的,以使入射光可自前表面210a傳播至界面215,且以使經反射之光可自界面向後且穿過前表面傳播至觀察者之眼睛。
在笛卡爾x,y,z座標系統之情形下描述物品210。刻面216及菲涅耳面鏡217a217b較佳為線性或另外沿著y方向延伸,亦即其沿著與繪製平面垂直之軸延伸。此展示於圖2a中提供之菲涅耳面鏡217a217b之平面圖中。可見刻面216及菲涅耳面鏡(其彼此鄰接且在兩者之間實質上無***空間或接合區域)各自沿著y軸延伸。該定向與圖1a及圖1b中之較寬明暗條紋之定向一致,該等條紋同樣地與y軸平行定向。在膜物品210中,菲涅耳面鏡217a217b代替木材花紋,且負責產生明暗條帶以及提供物品以3維外表。菲涅耳面鏡可各自由如圖2a中所展示之平面圖寬度「w」表徵。菲涅耳面鏡之圖案亦可由亦展示於圖2a中之平面圖中心至中心間距「p」表徵。對於均一寬度之鄰接菲涅耳面鏡,w=p。
物品210亦包括經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光的漫射體。自目視觀點,漫射體具有使來自菲涅耳面鏡之反射柔和或發暗之作用以避免過度刺眼的金屬外表外觀。圖2之漫射體呈分離的漫射體層220之形式,附著於第一膜212上。漫射體層220可例如為或包含透光基質材料層,在該透光基質材料層內為分散之粒子及/或空隙以促進可見光之散射。適合之粒子可包括具有適合之粒徑分佈且在可見光波長下具有與基質材料之折射率相比較高或較低折射率的透明微珠粒。
漫射體較佳既不過多亦不過少地以中間程度漫射或散射光。若漫射體散射光過多,則將消除菲涅耳面鏡之聚焦或散焦特徵,由此消除物品之3維外觀。若代之以漫射體散射光過少,則可能導致不當的過度刺眼之金屬表觀。光散射可由稱為濁度、透射率及透明度之量來表徵。對於垂直入射在物品、膜或層上之光,除非另有指示,否則濁度可指代偏離法線方向超過4度之透射光與總透射光之比率。光濁度值可由任何適合之手段量測,例如使用可自BYK-Gardner,Columbia,MD購得之Haze-Gard Plus濁度計量測。吾人已發現對於各向同性漫射體,在0%至90%、更佳50%至80%範圍內之濁度水準在典型情況下提供適量光漫射。若光漫射由獨立層提供,則此種層之透射率在一些或所有可見光譜內較佳大於50%。漫射體之透明度對於彼此接觸或緊密接近之膜或層而言常常並非關鍵的,且由此可根據需要調整或未特別指定。
吾人亦已發現,不對稱漫射體可在菲涅耳面鏡沿著既定平面內軸延伸之情況下在特定效益下使用。就此而言,「不對稱漫射體」係指不會同等地沿著所有平面內方向散射垂直入射光,但相對於其他平面內方向優先沿著既定平面內方向散射該光之漫射體。舉例而言,在圖2中,菲涅耳面鏡217a217b中之每一者沿著與y軸平行之方向延伸。在此種情況下,需要漫射體層220漫射垂直入射光,該垂直入射 光沿著負z方向、優先沿著y軸傳播。亦即,對於垂直入射在表面210a上之光,與在x-z平面中相比,漫射體層220優先在y-z平面中較大程度地散射彼光。此基本原理在於延伸之菲涅耳面鏡217a217b之聚焦及散焦作用主要或僅僅在x-z平面中而非在y-z平面中發生,且因此,與在x-z平面中相比,在y-z平面中可耐受更多散射,同時仍保留提供3維外觀之聚焦及散焦特徵。以下結合圖7提供不對稱漫射體之進一步論述。
物品210亦包括標誌層224。層224可為或包含基底膜225,墨水或其他適合材料之塗層226已印刷或以其他方式施加至該基底膜上以形成標誌。標誌層224經安置以覆蓋漫射體層220及第一膜212。如同漫射體層220,標誌層224經配置以攔截由第一膜212中之菲涅耳面鏡反射之光。
若物品210欲具有木樣外觀,則標誌層224較佳提供形狀如同木材紋理之標誌。木材紋理標誌可提供在彩色背景(例如示意為木材之棕色透明背景)上。如吾人在圖1a及圖1b之實際照片中所見,木材紋理可沿著大致與條紋伸展之平面內軸垂直之平面內軸延伸,該等條紋與木材花紋相關。因此,標誌層224之木材紋理可經定向以沿著x軸、與菲涅耳面鏡217a217b之伸展軸垂直延伸,以產生高度富紋木材之逼真3維外觀。
由物品210中之菲涅耳面鏡提供之3維視覺效果可藉由就除了菲涅耳面鏡經相應整體(非菲涅耳)面鏡置換以外在所有方面與物品210均相同之物品而言來容易地闡明。若作出此種置換,則結果為示意性地展示於圖2b中之物品210'。與物品210之相應組件相同之物品210'之組件用相同參考數字標記且無須進一步論述。圖2中之膜212經圖2b中之膜212'置換,且構成性第一層213及第二層214經第一層213'及第二層214'置換,該第一層及該第二層與其對應物213214相比必然較 厚。刻面216經刻面216'置換。刻面216'以相同角度定向且具有與其各別對應物216相同之斜率順序,但其個別地與z軸平行地平移了確保相鄰刻面之端點重合的量,且在其之間不存在作為菲涅耳結構之特徵的垂直壁。此線性平移產生在第一層213'與第二層214'之間形成經修改之界面215'之刻面216'的連續順序。因此,正如刻面216一般,刻面216'產生鄰接聚焦性面鏡217a'及散焦性面鏡217b'之交替配置,此等面鏡中之每一者類似於圖2a之描繪與y軸平行地延伸。
就物理觀點而言,物品210'與物品210相比實質上較厚,且因此亦通常較龐大、較厚重、較剛硬且較不可撓。然而,就幾何光學觀點而言,物品210'與物品210實質上相同,此係因為界面215'之反射性刻面216'以與界面215之刻面216實質上相同之方式表現,反之亦然。(出於此論述之目的,吾人假定刻面216'為高度反射性的,例如藉由在界面215'處塗覆較薄反射性塗層(諸如鋁、銀或多層電介質堆疊)達成。)
結合圖3、圖3a及圖3b論述藉由配置聚焦性及散焦性面鏡而提供之動態3維外觀。為使論述簡單且容易,除了自物品310省去漫射體層220及標誌層224以外,此等圖式之物品310可與圖2b之物品210'類似或相同。
因此,在圖3中,吾人可見具有前主表面310a及後主表面310b之物品310。物品310由第一層313及第二層314構成。在此等層之間的界面315(假設該界面為高度反射性的)經組態為波狀整體面鏡。波狀面鏡可替代地視為鄰接聚焦性及散焦性面鏡之交替配置,該等聚焦性及散焦性面鏡並未標記於圖3中,但實質上如先前圖2b中所展示。界面315可經刻面化,亦即由如圖2b中所示之平坦刻面之配置構成,或可使平坦刻面平滑以形成如所示呈波狀之正弦曲線或類似平滑曲線。界面315以及層313314以與圖2a類似之方式沿著y方向線性延伸。參考 標記331332333提供於圖3、圖3a及圖3b中以鑑別界面315之局部最大值之位置,該等位置相對於表面310a固定。
假設入射光340自所選特定方向照射在物品之前表面310a上。假設入射光340之此方向在圖3、圖3a及圖3b中為相同的。入射光遭遇前表面310a且折射至第一層313中。折射量視表面310a之相對側上之介質的折射率(亦即第一層313之折射率)及周圍介質(其在此種情況下通常為空氣)之折射率而定。光接著穿過層313(其為光學透明的或以其他方式透光的)傳播且到達反射性界面315。在此,其在不同方向上反射。在界面315處反射之後,光向後穿過層313透射,在前表面310a處折射,且向前傳播至周圍介質中。
經反射之光的方向視入射方向(假設該入射方向在整個表面310a上為均一的)及界面315之局部斜率(該局部斜率隨著吾人在表面310a上評估不同點而變化)而定。舉例而言,在參考標記331至參考標記332之區域中,斜率在以下範圍內:在參考標記331處之零斜率、至遞增負斜率、至最大負斜率(在標記331至標記332之路線之約四分之一處出現)、至遞減負斜率、至零斜率(在標記331至標記332之路線之約二分之一處出現)、至遞增正斜率、至最大正斜率(在標記331至標記332之路線之約四分之三處出現)、至遞減正斜率、至在參考標記332處之零斜率。(應注意,藉由變換評估區域,此斜率順序之其他描述亦為可能的,舉例而言,可將斜率順序描述為在第一零斜率至遞增正斜率至最大正斜率至遞減正斜率至第二零斜率至遞增負斜率至最大負斜率至遞減負斜率至第一零斜率之範圍內。「零斜率」不必精確地為水平的,但可在水平之幾度之內。)由於界面315之形狀之重複性質,故此斜率順序在界面315上以實質上不間斷之方式重複。照射具有正斜率之界面315之局部部分的入射光340之兩個射線展示作為反射射線341反射,如自圖3之視角所見該等反射射線一般傳播至左側。入射光 340之另外兩個射線照射具有負斜率之界面315之局部部分,且此等射線展示作為反射射線342反射,該等反射射線如自圖3之視角所見一般傳播至右側。
圖3a及圖3b說明在如圖3中所示用入射光340照射時,物品310如何呈現給自一個觀察幾何條件變換至另一個之觀察者。在圖3a中,觀察者339a如相對於物品所示一般位於中央參考標記332之左側。在圖3b中,觀察者339b如相對於物品所示一般位於中央參考標記332之右側。在圖3a之觀察方向上,觀察者339a經定位以攔截且因此感知諸如反射射線341(參見圖3)之反射光線,但並不經定位以攔截或感知諸如反射射線342(參見圖3)之反射光線。因此,觀察者339a感知處於或接近表面310a之交替明暗條紋、條帶或其他標記之圖案,該圖案在圖3a中用「B」標記以用於相對明條紋或特徵(由於感知諸如反射射線341之射線),且用「D」標記以用於相對暗條紋或特徵(由於未感知諸如反射射線342之射線)。在圖3b之變換之觀察方向上,觀察者339b經定位以攔截且因此感知諸如反射射線342之反射光線,但並不經定位以攔截或感知諸如反射射線341之反射光線。因此,觀察者339b感知處於或接近表面310a之交替明暗條紋、條帶或其他標記之圖案,該圖案在圖3b中用「B」標記以用於相對明條紋或特徵(由於感知諸如反射射線342之射線),且用「D」標記以用於相對暗條紋或特徵(由於未感知諸如反射射線341之射線)。
圖3a與圖3b之比較展示波狀反射性界面315如何提供物品310以明暗特徵之圖案,該等特徵隨著觀察者之位置及定向變化而呈現為相對於物品表面上之固定參考位置移動或變換。可進行類似分析以展示所感知之明暗特徵圖案在觀察者保持不動且光源位置或入射光方向變化時亦移動或變換。在任一種情況下,隨著觀察及/或照明幾何條件相對於物品表面移動或變換之特徵圖案的視覺特徵給予物品3維外觀。 此3維視覺特徵亦由圖2及圖2b之物品提供,其條件為面鏡之聚焦及散焦性質不被漫射體或標誌層過度遮蔽。
在圖4中,吾人示意性地說明另一膜物品410,該膜物品之構成組件可經調整以提供物品410以3維木樣外觀。除菲涅耳面鏡之配置不同以外,物品410具有與物品210之結構類似之結構。特定言之,物品410僅使用散焦性菲涅耳面鏡,而非如物品210中所用之鄰接聚焦性菲涅耳面鏡及散焦性菲涅耳面鏡之交替配置。該等面鏡亦以鄰接方式配置。
除菲涅耳面鏡設計之變化以外,物品410之組件可與物品210之相應組件相似或相同。因此,舉例而言,具有前主表面410a及後主表面410b之物品410包括具有基底膜425及塗層426之標誌層424,其分別可與標誌層224、基底膜225及塗層226相同或相似。舉例而言,若物品410欲具有木樣外觀,則標誌層424較佳提供形狀如同木材紋理之標誌。物品410亦包括呈分離的漫射體層420形式之漫射體,其可與漫射體層220相同或相似。漫射體層420可為不對稱漫射體,尤其在菲涅耳面鏡沿著平面內軸延伸之情況下,如結合物品220所論述。
物品410亦包括位於或接近後表面410b之第一膜412,該第一膜412包括第一層413及第二層414,在該第一層與該第二層之間的界面415組態為具有個別刻面416之刻面化表面。除刻面416之定向或斜率順序與刻面216之定向或斜率順序不同以形成鄰接散焦性菲涅耳面鏡417之配置以外,第一膜412、第一層413及第二層414及刻面416可分別與第一膜212、第一層213及第二層214及刻面216相同或相似。刻面416為反射性的,或其可為透射性的且緊靠著獨立反射器。刻面416及菲涅耳面鏡417較佳實質上為線性的且沿著y軸延伸,使得界面415及菲涅耳面鏡417之平面圖可與圖2a相同或相似。
為了增強讀者對膜物品410之理解,吾人在圖4a中展示僅含有整 體面鏡之類似物品。圖4a為除菲涅耳面鏡經相應整體(非菲涅耳)面鏡置換以外,在所有方面均與物品410相同之物品410'之示意性側視圖或剖視圖。與物品410之相應組件相同之物品410'之組件用相同參考數字標記且無須進一步論述。圖4中之膜412經圖4a中之膜412'置換,且構成性第一層413及第二層414經第一層413'及第二層414'置換,該第一層及該第二層與其對應物413414相比必然較厚。刻面416經反射性刻面416'置換。刻面416'以相同角度定向且具有與其相應對應物416相同之斜率順序,但其個別地與z軸平行地平移了確保相鄰刻面之端點重合的量,且在其之間不存在作為菲涅耳結構之特徵的垂直壁。此線性平移產生在第一層413'與第二層414'之間形成經修改之反射性界面415'之刻面416'的連續順序。因此,正如刻面416一般,刻面416'產生鄰接散焦性面鏡417'之配置,此等面鏡中之每一者類似於圖2a之描繪與y軸平行地延伸。
儘管物品410並不含有任何聚焦性菲涅耳面鏡,但菲涅耳面鏡417之散焦性質仍產生明暗條紋或其他標記之圖案,該等條紋或標記隨著觀察者之位置及定向及/或入射光之方向變化而呈現為相對於物品表面上之固定參考位置移動或變換。隨著觀察及/或照明幾何條件相對於物品表面移動或變換之特徵圖案的視覺特徵給予物品410動態3維外觀。
在圖5中,吾人示意性地說明另一膜物品510,該膜物品之構成組件可經調整以提供物品510以3維木樣外觀。除了菲涅耳面鏡之配置不同以外,物品510具有與物品410之結構類似之結構。特定言之,物品510使散焦性菲涅耳面鏡彼此分離,而非如物品410中所用之鄰接散焦性菲涅耳面鏡之配置。
除菲涅耳面鏡配置之變化以外,物品510之組件可與物品410之相應組件相似或相同。因此,舉例而言,具有前主表面510a及後主表 面510b之物品510包括具有基底膜525及塗層526之標誌層524,其分別可與標誌層424、基底膜425及塗層426相同或相似。舉例而言,若物品510欲具有木樣外觀,則標誌層524較佳提供形狀如同木材紋理之標誌。物品510亦包括呈分離的漫射體層520形式之漫射體,其可與漫射體層420相同或相似。漫射體層520可為不對稱漫射體,尤其在菲涅耳面鏡沿著平面內軸延伸之情況下,如結合物品220所論述。
物品510亦包括位於或接近後表面510b之第一膜512,該第一膜512包括第一層513及第二層514,在該第一層與該第二層之間界面515經組態為具有個別刻面516518之刻面化表面。第一膜512、第一層513及第二層514及刻面516可分別與第一膜412、第一層413及第二層414及刻面416相同或相似。在界面515中,刻面518被包括在內以提供各對菲涅耳面鏡之間的分離區。刻面518不提供實質的聚焦或散焦特徵。在一些情況下,刻面518可為平坦的,或其可為刻花或粗糙的以漫射或散射入射光。刻面518可為反射性的,如刻面516,或刻面518可為不透明的,或在第二層514為不透明或廣泛散射時為透射性的。刻面516518及菲涅耳面鏡517較佳為實質上線性的且沿著y軸延伸。此展示於圖5a中提供之界面515之平面圖中。可見刻面516518及菲涅耳面鏡517(其利用由刻面518提供之分離區彼此分離)各自沿著y軸延伸。該定向與圖1a及圖1b中之較寬明暗條紋之定向一致,該等條紋同樣地與y軸平行定向。在膜物品510中,菲涅耳面鏡517代替木材花紋,且負責產生明暗條帶以及提供物品以3維外表。菲涅耳面鏡可各自藉由如圖5a中所示之平面圖寬度「w1」表徵,且分離區可藉由平面圖寬度「w2」表徵。w1及w2之值可由膜設計者選擇以在完成之物品中提供適合之視覺外觀。在一些情況下,w1可小於w2。在其他情況下,w1可實質上等於w2。在其他情況下,w1可大於w2。菲涅耳面鏡之圖案亦可由亦展示於圖5a中之平面圖中心至中心間距「p」表 徵。對於均一寬度之此等非鄰接菲涅耳面鏡,p=w1+w2。刻面518可為光滑且高度透明的,或其可為粗糙或經塗佈的以提供膜中之漫射條紋,或其可用著色或染色之彩色墨水塗佈或印刷。個別刻面沿著膜之長度可為連續或不連續的,且漫射體或刻面上之經印刷及著色之塗層可為連續或不連續的。刻面518中之一些或所有可以此方式處理。
為了增強讀者對膜物品510之理解,吾人在圖5b中展示僅含有整體面鏡之類似物品。圖5b為除菲涅耳面鏡經相應整體(非菲涅耳)面鏡置換以外,在所有方面均與物品510相同之物品510'之示意性側視圖或剖視圖。與物品510之相應組件相同之物品510'之組件用相同參考數字標記且無須進一步論述。圖5中之膜512經圖5a中之膜512'置換,且構成性第一層513及第二層514經第一層513'及第二層514'置換,該第一層及該第二層與其對應物513514相比必然較厚。刻面518516分別經刻面518'及反射性刻面516'置換。刻面516'518'以相同角度定向且具有與其相應對應物516518相同之斜率順序,但其個別地與z軸平行地平移了確保相鄰刻面之端點重合的量,且在其之間不存在作為菲涅耳結構之特徵的垂直壁。此線性平移產生在第一層513'與第二層514'之間形成經修改之反射性界面515'之刻面516'518'的連續順序。因此,正如刻面516一般,刻面516'產生散焦性面鏡517'之配置,此等面鏡中之每一者類似於圖5a之描繪與y軸平行地延伸。
儘管物品510並不含有任何聚焦性菲涅耳面鏡,但菲涅耳面鏡517之散焦性質仍產生明暗條紋或其他標記之圖案,該等條紋或標記隨著觀察者之位置及定向及/或入射光之方向變化而呈現為相對於物品表面上之固定參考位置移動或變換。隨著觀察及/或照明幾何條件相對於物品表面移動或變換之特徵圖案的視覺特徵給予物品510動態3維外觀。
如上結合圖2、圖4及圖5所述,菲涅耳面鏡之刻面可為反射性 的,諸如在將鋁、銀或其他反射性金屬之較薄塗層或電介質堆疊施加至刻面上,或其可為透射性的且緊靠著獨立反射器時。此等兩個結構組態描繪於圖6a及圖6b中。在圖6a中,物品610使用反射性刻面,且在圖6b中,物品650使用透射性刻面與鄰***面反射器組合。
圖6a之物品610具有前主表面610a(入射光穿過其進入且反射之光穿過其離開)及後主表面610b。亦包括位於或接近後表面610b之第一膜612,該第一膜612包括第一層613及第二層614,在該第一層與該第二層之間界面615組態為具有個別刻面616之刻面化表面。各刻面可藉由相對於膜之平面(x-y平面)或相對於另一適合之參考平面由角度θ給定之定向或斜率表徵。圖6a之視圖僅展示一個菲涅耳面鏡之較小部分,且由於相鄰刻面可具有類似定向(或對於較小相鄰刻面群組甚至相同定向),故該圖式中展示刻面616具有幾乎相同的傾斜角θ。附著於膜612之前側的為透光功能層627。層627可具有許多所需光學及/或物理性質中之任一者以增強物品610之功能性。舉例而言,若物品610欲具有3維木樣外觀,則層627可提供適合量及類型之光漫射,且其亦可提供適合之經印刷之標誌。層627亦可提供所需物理性質,諸如耐刮擦性硬膜。
將較薄反射性塗層609安置在界面615處、刻面616上以及任選地連接鄰近刻面之垂直(或接近垂直的)側壁上。塗層可為或包括鋁、銀、鎳、鉻或其他反射性金屬之較薄塗層或電介質堆疊塗層。塗層609較佳在至少30%、或至少50%、60%、70%、80%、90%或95%之可見光譜內具有平均反射性,不過較低反射性亦可產生有用結果。在此塗層情況下,刻面616反射光,如由光線640在刻面616中之一者處反射為反射光線642所展示。較高指數透明材料(例如折射率n>2)之單層之塗層可提供適度反射率與較高透射率,因為透明材料可具有極低光吸收。舉例而言,若膜613614中之一者具有n1.20之折射率,則刻 面616上之二氧化鈦薄層可具有大於10%之反射率。較薄介電層可提供與透射%=100-反射%之良好近似。較薄金屬層通常具有至少10%吸收,但可具有20%或30%吸收或30%以上。較薄透明層對於較低顏色可為四分之一波長厚,或對於彩色反射可為四分之一波長之較高倍數。當塗層609為部分透射性時,物品610可在同時透射具有隱蔽特徵之有用光使得物體或人員之細節無法被識別的同時呈現為具有3D樣表面之菲涅耳面鏡。換言之,若塗層609為部分反射性且部分地透射性的,則物品610可同時起菲涅耳面鏡及菲涅耳透鏡之作用。然而,必要時,在該等實施例中針對透射之光的透鏡作用可藉由以下方式而消除(同時因刻面之部分反射性而保留菲涅耳面鏡作用):為層613614選擇具有相同或相似折射率之材料,例如其中此等層之間的折射率差異小於0.1,且確保塗層609與平均稜鏡高度相比遠為較薄使得塗層609並不使稜鏡結構平坦化。
視射線640之入射角及層613之折射率而定,射線642可在表面610a處經歷全內反射(TIR)。TIR可引起木材花紋中明暗條帶之增強。為此,選擇何種材料以用於層613614(其決定此等層將具有多少折射率)具有視覺結果。在一些實施例中,層613或層614可為光學上透明黏著劑層。該等黏著劑通常具有相對較低折射率,例如低於一些可獲得UV可固化聚合物(n=1.58)之折射率及低於氧化鋯奈米粒子填充之聚合物(n=1.65)(諸如稜鏡形亮度增強膜(BEF)中使用者)之折射率。許多光學黏著劑之折射率亦低於典型的可亞花膜,諸如聚碳酸酯(n=1.58)。為此,可宜自壓花或UV固化之聚合物製造前膜613,及自光學黏著劑製造層614
圖6b之物品650具有前主表面650a(入射光穿過其進入且反射之光穿過其離開)及後主表面650b。亦包括接近後表面650b定位之第一膜652,該第一膜652包括第一層653及第二層654,在該第一層與該第二 層之間界面655組態為具有個別刻面656之刻面化表面。各刻面可藉由相對於膜之平面(x-y平面)或相對於另一適合之參考平面由角度θ給定之定向或斜率表徵。圖6b之視圖僅展示一個菲涅耳面鏡之較小部分,且由於相鄰刻面可具有類似定向(或對於較小相鄰刻面群組甚至相同定向),故該圖式中展示刻面656具有幾乎相同的傾斜角θ。附著於膜652之前側的為透光功能層667。層667可與圖6a之層627相同或相似。
如由光線680展示,刻面656主要透射而非反射可見光。因此,不僅層653而且層654被調適為透光的,且此等兩層折射率較佳相差大於0.1且較佳大至0.4或0.4以上。根據相應層653654之折射率,折射在刻面656處發生。平坦反射層608設置於膜652之後表面處。反射層608向後朝向刻面656反射光,以使該光可向後穿過刻面656(參見例如光線682)且最終自物品650之前表面650a顯現。當自界面655至反射層608之平均距離比菲涅耳透鏡之焦距少得多時,物品650具有較顯著3D外觀。然而,仍在大於菲涅耳透鏡之焦距之距離處觀察到3D外觀。為了避免此文件中所用術語含糊不清,若自反射層至菲涅耳結構化表面之距離不大於菲涅耳結構化表面之一半焦距,則菲涅耳結構化表面及鄰近反射層之組合(諸如圖6b中示意性描繪者)可視為共同構成菲涅耳面鏡,其中「焦距」並不需要繞射限制之聚焦效能而且涵蓋具有實質上像差之聚焦,在該情況下,焦距可視為自菲涅耳結構化表面至在遠距離物體(諸如太陽)具有其銳聚焦處之點的距離。另一方面,若自反射層至菲涅耳結構化表面之距離大於菲涅耳結構化表面之一半焦距,則該組合不再能視為共同構成菲涅耳面鏡,但代之以可視為兩個分離的組件:菲涅耳透鏡及反射層。
608可為或包含任何適當較高反射性材料或結構,諸如鋁、銀或其他反射性金屬、或電介質堆疊(諸如3MTM VikuitiTM增強型鏡面反射體(ESR)膜)。層608較佳在至少30%、或至少50%、60%、70%、 80%、90%或95%之可見光譜之至少一部分內具有反射性。已發現窄帶色面鏡膜在此結構中尤其有吸引力。當在可見光譜上求平均值時,窄帶面鏡具有較高(例如大於50%)透射率,但在可見光中之狹窄光譜帶內具有較低透射率及較高反射率(例如至少30%、50%、60%、70%、80%、90%或95%反射率),其可在既定觀察角度處產生例如藍色、綠色或紅色之彩色閃光。非角度依賴性顏色可藉由將著色或染色之彩色膜塗佈或層壓至稜鏡或其基板上或將其添加至包括菲涅耳面鏡之現有層壓物上而添加至菲涅耳面鏡上。
在反射層(諸如反射性塗層609(圖6a)或反射層608(圖6b))在可見光譜之一部分內具有較高反射性且在可見光譜之另一部分內具有較低反射率及較高透射率的情況下,所得結構(其可稱為二向色菲涅耳面鏡)針對具有較高反射率之該等可見光波長充當菲涅耳面鏡,且針對具有較低反射率之該等可見光波長充當菲涅耳透鏡。因此,二向色菲涅耳面鏡為較大菲涅耳面鏡群組之分類或子集。
圖7描繪可用於所揭示之膜之例示性漫射體720。漫射體720為不對稱漫射體,此意味著其並不同樣地沿著所有平面內方向散射垂直入射光。反而,漫射體720優先沿著特定平面內軸散射垂直入射光束740,該平面內軸在此種情況下假設為y軸,不過最大散射軸不必恰好地平行於如本文中其他地方論述之菲涅耳面鏡之延伸軸。漫射體720將入射光束740轉變成沿著y軸延伸之漫射輸出光束741。以此方式,漫射體相對地幾乎不在與菲涅耳稜鏡長軸垂直之既定方向上散射光,該既定方向為給出3D感受之方向。此允許使用並不沿著x軸遮蔽膜之波樣外表之具有極高濁度(例如95%或甚至99%)之漫射體。相比之下,具有99%濁度之各向同性的漫射體將完全遮蔽膜之3D外觀。漫射光束741可藉由x-z平面中之半角α及y-z平面中之半角β表徵。此等半角可自漫射光束741之重心或平均方向(其通常與入射光束740之入射 方向重合)至如依據既定相對強度指定之光束之邊緣量測。在圖7a及圖7b中較好地闡明光束邊緣。此等圖式展示已由漫射體720散射之光束之理想化可能的強度分佈。圖7a及圖7b中的曲線分別將隨相對於z軸或散射光束之平均方向之角度而變的x-z平面及y-z平面中之散射束的相對強度作圖。因此,此等圖式中繪製之角度對應於圖7中展示之半角。在圖7a中,強度自最大值(歸一化至1.0)下降至角度α1處之該值的二分之一,及在角度α2處之最大值之1/e(其中e為無理數2.718…)。在圖7b中,強度自最大值(歸一化至1.0)下降至角度β1處之該值的二分之一,及在角度β2處之最大值之1/e。
界定光束大小之常用方法為使用最大準則之二分之一。使用此準則,吾人可見β1>α1,亦即,散射束沿著y軸延伸。然而,當吾人使用替代性1/e準則,吾人得出相同結論,因為β2>α2。
許多已知不對稱漫射體可用於所揭示之物品之結構。在相對低成本實施例中,漫射體可藉由將具有不同折射率之不混溶的聚合物樹脂之摻合物擠出來製造。自膜模具擠出摻合物引起摻合物之次要相之延伸,引起纖維樣或以其他方式延伸之內部結構。聚合物膜可以此方式製造以提供具有任何所需不對稱之光的漫射,例如,β1/α1或β2/α2可製成任何所需值。在例示性實施例中,β1/α1及/或β2/α2為至少1.5、或至少2、或至少5、或至少10。此外,不展示明顯不對稱(α1β1及α2β2)之許多已知漫射體亦可用於所揭示之物品。然而,無論漫射體為對稱的抑或為不對稱的,在任一種情況下漫射體較佳散射光至維持由菲涅耳面鏡之聚焦及/或散焦性質提供之3維外觀的程度。
如上所述,當不對稱漫射體用於併有沿著既定平面內軸延伸之菲涅耳面鏡之物品(諸如圖2、圖4及圖5之結構)時,漫射體較佳經定向使得最大漫射軸至少部分與菲涅耳面鏡之延伸軸對準。在該定向情況下,物品可提供以較全面漫射而不消除(自物品之典型觀察者之觀 點看)由菲涅耳面鏡之聚焦及/或散焦特徵產生之獨特外觀。因此,若菲涅耳面鏡與第一平面內軸(諸如y軸)平行地延伸,且若不對稱漫射體優先沿著第二平面內軸漫射光,則第一平面內軸與第二平面內軸形成較佳小於60度、或45度、或30度、或20度、或10度、或5度之角度。由第一平面內軸與第二平面內軸形成之角度理想地實質上為零度,亦即第一平面內軸與第二平面內軸較佳實質上平行(在製造公差內)。
可對本文所述之物品作出許多修改。舉例而言,漫射體可包含多個分離的層而非僅一層。標誌層可同樣地包含多個分離的層。或者,漫射體及標誌層可組合成僅單一層。若漫射體及標誌層為分離的,則其可相對於菲涅耳面鏡以任何順序配置。不對稱漫射體可藉由沿著各稜鏡或稜鏡部分之長軸產生稜鏡高度之低振幅高頻率波動而切成壓花或澆鑄工具。
在一既定實施例中,既定類型之菲涅耳面鏡可均一地相同,或其可彼此不同,或其可為其一些組合。舉例而言,圖4中之菲涅耳面鏡417或圖5中之菲涅耳面鏡517可均具有相同的有效曲度及/或相同寬度w(參見圖2a),或菲涅耳面鏡曲度及/或寬度可根據規則或不規則圖案不同。涵蓋聚焦及/或散焦性菲涅耳面鏡之許多組合,包括僅有聚焦性菲涅耳面鏡之實施例、僅有散焦性菲涅耳面鏡之實施例,聚焦性菲涅耳面鏡穿插有散焦性菲涅耳面鏡之實施例,及菲涅耳面鏡以鄰接方式配置之所有先前實施例以及菲涅耳面鏡以非鄰接方式配置(其中面鏡之間有分離區)的所有先前實施例。菲涅耳面鏡在平面圖中不必恰好地為線性的。舉例而言,菲涅耳面鏡(及構成面鏡之稜鏡或刻面)可遵循彎曲之路徑及/或一般沿著特定平面內方向延伸但相對於該方向振盪(例如正弦地或呈任何其他週期性或接近週期性方式)或漂移(例如特徵在於頻率較低、幅度較小且非週期性的偏離)之路徑。用於壓 花澆鑄/固化之工具(例如壓花鼓或澆鑄輪)可用非線性圖案(諸如蜿蜒沙丘外觀或波紋楓木外觀)製造。儘管此舉可用快速鑽進工具使用多個道次用金剛石工具在鼓上實現,但替代方法為使用灰度標微影術,其中稜鏡藉由光阻劑用光柵化雷射光束之可變深度暴露而形成。
非線性圖案亦可藉由在彈性基板上形成可彎的稜鏡來實現,該基板可接著非均一地在表面上之不同區域中伸展。該結構藉由用下文在第一木樣實例中描述之樹脂將稜鏡澆鑄至50微米厚之可彎的乙烯基基板上來製得。當將膜塗覆至沿著兩個平面內軸彎曲之非平面表面(亦即,複合彎曲表面)上時,可彎的菲涅耳面鏡及透鏡亦有用。一些實例為照明燈具、光源、汽車外部或內部表面、電腦鼠標表面及可移動的手持型電子裝置(諸如某些電話、筆記本或筆記本式電腦)。
菲涅耳面鏡可具有僅由外部物理邊界或物品邊緣限定之平面圖縱橫比,亦即,菲涅耳面鏡中之每一者可自一個該邊界或邊緣延伸至相對邊界或邊緣。或者,菲涅耳面鏡可各自沿著特定方向延伸,但具有相對於物品之物理邊界截短之長度。沿著特定方向延伸之菲涅耳面鏡可具有例如至少2、5、10、20或50之平面圖縱橫比。在一些情況下,菲涅耳面鏡在平面圖中可具有圓形、正方形或其他非延伸形狀。
當使用截短之菲涅耳面鏡時,可能需要為了美觀性目的對其進行配置,使得較小空白區域(例如較小平坦面鏡區域或較小平坦窗戶區域,特徵在於不存在任何傾斜的或有角度的稜鏡刻面)分離鄰接的菲涅耳面鏡,該等較小空白區域可沿著截短之菲涅耳面鏡之既定列規律或隨機地隔開。較小空白區域可以至少兩種方式達成。在一種情況下,可切割金屬工具使得切割工具撤回且並不在工具上切割預定長度之一組鄰接稜鏡,或稜鏡可隨後在預定長度處在金屬工具上切削平坦。或者,若稜鏡在工具上連續切割,則工具之所得澆鑄聚合物複製品可藉由在該等所選區域中用第二膜塗佈(平坦化)稜鏡而在局部區域 (對應於較小空白區域)中平坦化。具有截短菲涅耳面鏡之菲涅耳面鏡膜之此論述亦可擴展至製成具有截短菲涅耳透鏡之菲涅耳透鏡膜。對於菲涅耳透鏡,若使用平坦化聚合物塗層,則其應透明且相對接近(與空氣或ULI材料相比)稜鏡之折射率,例如△n<0.2。對於菲涅耳面鏡,若第二塗層並不在金屬塗層之觀察者側上,則其不必為透明的。使用消除局部區域中稜鏡之任一方法,可經由膜上不存在稜鏡形結構而製成隨機或圖像形成圖案。該等空間圖案可視為菲涅耳膜之標誌。
所揭示之物品之例示性實施例包含較薄的基於聚合物之膜,該等膜經層壓、共擠壓及/或塗佈使得物品為自行支撐、可撓且可整合至目的表面或物體上。就此而言,所揭示之物品可經組態使得物品之後表面附著至牆壁或其他相關物體上,且光穿過其前表面進入並離開該物品。所揭示之物品可包括額外層及塗層以有助於該等應用,包括例如平坦化層、黏著劑層、離型襯墊、硬膜及其類似物。所揭示之菲涅耳面鏡膜亦可經製造具有透明基底膜或基板,使得裝飾反射性圖像或圖案可自膜之兩側(相對側)觀察,記住在自膜之一側觀察時為聚焦之既定菲涅耳面鏡當自相對側觀察時為散焦的,反之亦然。該等膜可施加至窗戶或類似透光基板(諸如內部辦公室窗戶)上,以便再次可自組合之兩側觀察由菲涅耳面鏡提供之裝飾反射性圖像或圖案。在該等應用中,不同標誌或彩色膜可施加至膜之相對側上使得窗戶具有來自各側面之清楚地不同外觀。彩色及/或中性灰色染料、顏料及其類似物可併入所揭示之膜或膜堆疊實施例中任一者之構成層(諸如標誌層)中之一或多者中或可作為所揭示之膜或膜堆疊實施例中任一者之另一彩色或有色層包括在內以達成進一步視覺效果。反射性彩色膜(諸如多層干擾膜)在與菲涅耳透鏡及面鏡膜組合時可提供驚人的視覺效果。已發現窄帶色面鏡膜(其實例可見於美國專利6,531,230(Weber等人),「Color Shifting Film」)在此結構中尤其有吸引力。當在可見光 譜上求平均值時,窄帶面鏡具有較高(例如大於50%)透射率,但在可見光中之狹窄光譜帶內具有較低透射率及較高反射率(例如至少30%、50%、60%、70%、80%、90%或95%反射率),其中窄光譜帶可具有小於150、或小於100、或小於70、或小於50nm或在此等值中之任一者至10nm範圍內之半高全寬(FWHM)。當層壓至本文所揭示之菲涅耳膜上或以其他方式與本文所揭示之菲涅耳膜組合時,該等窄帶面鏡可在既定觀察角度下產生例如藍色、綠色或紅色之彩色閃光。另外,視窄帶面鏡安置於菲涅耳面鏡膜之哪一側上而定,當自層壓物之相對側觀察時,因光對於面鏡膜之入射及透射角度不同而外觀不同。所揭示之物品可由目前已知或以後開發之任何適合之材料製成,包括除基於聚合物之膜以外的材料。物品可包括一或多個厚的及/或剛性及/或脆性組件,使得所得物品為剛性的而非可撓性。
木樣實例
製造並評估具有木樣外觀之一些物品。此等物品中之每一者併有菲涅耳面鏡膜。
第一木樣實例
菲涅耳透鏡膜首先藉由澆鑄及固化製程製備。菲涅耳透鏡膜藉由使用呈鼓形式之銅製工具將刻面化稜鏡層澆鑄至平坦膜基板上來製備。該銅製工具已藉由使用金剛石車床將指定深度及凹槽角度之凹槽切割成旋轉銅鼓來製造。由凹槽形成之圖案經複製以在菲涅耳透鏡膜上形成稜鏡層。此舉使用折射率n1.5之UV澆鑄及固化樹脂以及平坦2密耳(50微米)厚的PET基板完成。樹脂用以下市售材料製造:75% Photomer 6210(來自Cognis Corp,Cincinnati,OH之胺基甲酸酯二丙烯酸酯);來自Sartomer USA,Exton,PA之25% SR238 1,6己二醇二丙烯酸酯;及來自BASF Chemical,Ludwigshafen,Germany之+1% Darocur 1173光引發劑。
此製程產生上面形成具有類似於圖2a之平面圖之鄰接菲涅耳透鏡之菲涅耳透鏡膜,各菲涅耳透鏡由一系列較小線性稜鏡定義,該等稜鏡之個別稜鏡斜率沿著交叉網方向自透鏡之一個邊緣上的最大值+14.3度變為透鏡之相對邊緣上的最小值-14.3度,其中各透鏡之中央區域中之斜率在0度處或接近0度。各菲涅耳透鏡在交叉網方向上具有12.7mm之寬度且在下向網方向上具有無限長度(僅受膜之長度限制)。稜鏡之寬度跨越各菲涅耳透鏡之寬度變化。在各透鏡之中央區域(其中稜鏡斜率之幅度最小)中,稜鏡具有接近100微米之寬度。在各透鏡邊緣處之稜鏡(其中稜鏡斜率幅度最大(±14.3度))具有約75微米之寬度。稜鏡之高度亦跨越各菲涅耳透鏡之寬度變化,最高稜鏡在透鏡之邊緣處且具有約19微米之稜鏡高度。
由此製程形成之菲涅耳透鏡膜具有刻面化外表面,刻面界定筆直的平行菲涅耳透鏡家族。菲涅耳透鏡膜實質上相同,具有相同的刻面幾何形狀,如多年前由美國3M Company作為AccentrimTM半圓形寬網BW500銷售之透射性菲涅耳透鏡產品。為了將菲涅耳透鏡轉變成菲涅耳面鏡,接著將12cm×12cm膜片用鋁之蒸汽塗層在刻面化表面上金屬化。塗佈鋁之膜片之反射率為至少80%。所得菲涅耳面鏡膜具有2層結構,其中平坦PET基板膜由刻面化稜鏡層覆蓋,稜鏡刻面亦用反射性金屬塗佈。反射性刻面產生一系列鄰接線性菲涅耳面鏡,該等菲涅耳面鏡在經由(透明)PET基板觀察產品時均為聚焦型面鏡,且在自相對(塗佈金屬的)側面觀察產品時為散焦型面鏡。對於12cm×12cm膜片,菲涅耳面鏡各具有約10:1之縱橫比。對於長卷的膜,縱橫比可如所需般大,例如大於100,000。菲涅耳面鏡在平面圖中為筆直且線性的。菲涅耳面鏡膜在菲涅耳面鏡邊緣處之區域(其中稜鏡高度最大)中具有約70微米之厚度。
接著,藉由將具有不同折射率之樹脂之聚合物摻合物擠出來製 備漫射體膜。特定言之,聚碳酸酯樹酯用作主要相,且聚丙烯樹脂用作次要相。此膜使用熔融共擠壓製程製造。使用ABA組態之三層分流器。使用單螺桿擠出機擠出表層A。使用進料斗以約4.5公斤/小時之速率將聚丙烯(PP1024)饋入此擠出機中。使用雙螺桿擠出機擠出核心層B。兩種樹脂,聚丙烯樹脂(PP1024)及聚碳酸酯樹酯(Makrolon 2207)分別以6.5公斤/小時及4.4公斤/小時之速率饋入此擠出機中。單螺桿擠出機之熔融溫度控制在約266℃下且雙螺桿擠出機之熔融溫度控制在約271℃下。膜擠壓模用於將熔融物澆鑄在澆鑄輪上。膜在澆鑄輪上定向,且將澆鑄輪速度調整為製造170微米厚成品膜。由於次要相材料之纖維樣內部結構,故漫射體膜為不對稱的。此藉由經由漫射體膜照射準直可見雷射光束來證實。漫射體膜將準直光束轉變成散射光束,該散射光束實質上僅沿著一個平面內軸(此處稱為「散射軸」)成扇形展開。散射軸實質上與內部纖維樣結構所沿著對準之軸正交。β1/α1及β2/α2之比率(以上結合圖7論述)經估算大於約25。漫射體膜之總透射率(在可見光譜上求平均值)經量測為約82%。漫射體膜之總體濁度使用可自BYK-Gardner,Columbia,MD購得之Haze-Gard Plus濁度計量測,所量測之濁度為95%。接著,12cm×12cm之此漫射體膜片使用光學透明黏著劑層壓至菲涅耳面鏡膜片上,使得光學上透明黏著劑夾在塗佈金屬之結構化表面(其藉由黏著劑平坦化)與漫射體膜之間。漫射體膜相對於菲涅耳面鏡膜定向,使得漫射體膜之散射軸實質上與菲涅耳面鏡之延伸方向平行(例如在約5度內)。
標誌膜藉由將標誌印刷在標準透明膜(125微米厚聚酯)上來製備。標誌為木材表面之照片圖像,該圖像包括木材紋理特徵。使用習知噴墨印刷機將標誌印刷於透明膜上。接著,12cm×12cm標誌膜片使用光學透明黏著劑層壓至12cm×12cm漫射體膜/菲涅耳面鏡膜組合片上,使得漫射體膜夾在標誌膜與菲涅耳面鏡膜之間。標誌膜經定向 使得木材紋理特徵在與菲涅耳面鏡延伸方向近似垂直之方向上延伸。
所得12cm×12cm膜物品為可撓性的,且具有約400微米之總厚度。(必要時,總厚度可藉由將一個以上功能組合於單一層中而極大地減小,藉此消除額外基板及黏著劑層。200微米或甚至100微米之總厚度值可易於實現。)膜物品具有3維木樣外觀。將其置放於辦公室環境中之平坦表面上,且用相機自兩個不同相機位置/方向照像。所得照片提供於圖8a及圖8b中,其中膜物品被標記為810。疊加在照片中之每一者上的為笛卡爾x,y,z座標系統。筆用於將三個固定參考標記801置放在物品前表面上。疊加座標經定向使得y軸一般與菲涅耳面鏡延伸方向平行且與參考標記801中之每一者之延伸方向平行。x軸與標誌膜之木材紋理特徵近似對準。
如圖8a及圖8b中所示,菲涅耳面鏡膜提供物品810以彼此交替的相對較寬的明暗條紋或條帶之圖案。此等條紋模擬木材片花紋之效果。因此,儘管對於圖8a及圖8b之照片,照明幾何條件相同,但相機(觀察者)之變換位置及方向引起條紋沿著x軸變換位置:在圖8a中,參考標記801中之每一者與明條紋重合,而在圖8b中,相同的參考標記801與暗條紋重合。除此變換行為以外,當自既定固定位置用雙眼觀察到物品810時,菲涅耳面鏡膜對環境光之反射給出物品「深度」外觀(亦即3維特徵)。
第二木樣實例
製造另一木樣膜物品。除了菲涅耳面鏡膜使用鎳而非鋁之蒸汽塗層製造以外,此第二木樣膜物品與第一木樣膜物品實質上相同。此舉引起菲涅耳面鏡膜具有約50%而非80%之可見光反射率。成品木樣膜物品在外表上與第一木樣膜物品相比顯著較暗,但另外展示針對第一木樣實例報導之相同的視覺特徵。
第三木樣實例
用與第一木樣實例之物品810實質上相同組分及結構製造另一木樣膜物品。此第三木樣實例之物品與第一木樣實例之物品810之間的唯一顯著差異在於漫射體膜旋轉90度,使得散射軸與菲涅耳面鏡延伸方向垂直而非平行。
在此實例中,物品之3維外觀及菲涅耳面鏡反射率之方向性質幾乎完全不存在。在任何觀察幾何條件下均未觀察到對應於菲涅耳面鏡之明或暗條帶。
第四木樣實例
除不對稱漫射體膜用對稱漫射體膜置換以外,用與第一木樣實例之物品810實質上相同組分及結構製造另一木樣膜物品。對稱漫射體膜使用熔融共擠出製程製造。使用ABA組態之三層分流器。使用單螺桿擠出機擠出表層A。使用進料斗以約4.5公斤/小時之速率將聚酯樹脂PET饋入此擠出機中。使用雙螺桿擠出機擠出核心層B。兩種樹脂,PEN之共聚酯(55莫耳% NDA及45莫耳% TA)及聚烯烴樹脂(Exact 8201)分別以3.6公斤/小時及0.91公斤/小時之速率饋入此擠出機中。單螺桿擠出機之熔融溫度控制在約277℃下且雙螺桿擠出機之熔融溫度控制在約271℃下。約15cm寬之膜擠壓模用於將熔融物澆鑄在澆鑄輪上。所得澆鑄網接著在約95℃及50%/秒速率下拉伸至3.5×3.5拉伸比。經拉伸之膜具有約2.7密耳(約70微米)之最終厚度。對稱漫射體膜之濁度使用可自BYK-Gardner,Columbia,MD購得之Haze-Gard Plus濁度計量測,所量測之濁度為81%。漫射體膜之總透射率(在可見光譜上求平均值)經量測為約80%。與物品810所用程序類似,對稱漫射體使用光學透明黏著劑層壓在菲涅耳面鏡膜與標誌層之間,由此產生第三木樣膜物品。
在常規辦公室照明下觀察所得物品。當自固定位置用雙眼觀察時,「深度」之外觀相對於物品810極大地減少。然而,此第四木樣實 例之物品明確展示與菲涅耳面鏡相關之明顯的暗及明條帶,且如用物品810觀察之條帶,此等條帶在外表上亦隨著變換觀測角度/幾何條件變換。因此,此物品亦展示3維木樣外觀。
第五木樣實例
製造另一木樣膜物品。此第五木樣膜物品使用結構上與第一木樣實例中所用者類似的塗佈鋁之菲涅耳面鏡膜,亦即,菲涅耳面鏡膜再次具有澆鑄在平坦2密耳(50微米)厚PET基板上之經UV固化之稜鏡層,且稜鏡刻面經鋁塗佈,但在此種情況下稜鏡刻面圖案(且因此菲涅耳面鏡設計)不同。使用具有不同凹槽角度之不同工具來形成稜鏡層之刻面化表面。
在此種情況下,個別稜鏡斜率沿著交叉網方向以正弦方式變化,其產生具有與圖2及圖2a中之界面215類似的在聚焦型面鏡與散焦型面鏡之間交替變化(不管自哪一側觀察菲涅耳面鏡膜)的鄰接線性菲涅耳面鏡之菲涅耳面鏡膜。正弦斜率順序具有40mm之週期性。各菲涅耳面鏡係由一系列較小線性稜鏡界定,該等稜鏡之個別稜鏡斜率沿著交叉網方向自面鏡之一個邊緣上的最大值+14.3度變為面鏡之相對邊緣上的最小值-14.3度,其中各面鏡之中央區域中之斜率在0度處或接近0度。各菲涅耳面鏡在交叉網方向上具有20mm之寬度(正弦波之一半週期),且在下向網方向上具有無限長度(僅受膜之長度限制)。稜鏡之寬度跨越各菲涅耳面鏡之寬度恆定地為75微米。菲涅耳面鏡膜在菲涅耳面鏡邊緣處之區域(其中稜鏡高度最大)中具有約70微米之厚度。此膜使用黏著劑層壓至3mm厚玻璃板上,使得黏著劑夾在塗佈金屬之稜鏡(黏著劑層使結構化表面平坦化)與玻璃板之間。
接著,製造標誌膜且使用光學透明黏著劑將其層壓至此菲涅耳面鏡膜/玻璃板組合上,使得標誌膜接觸菲涅耳面鏡膜之PET基板,且標誌膜之壓花表面在層壓物之前外表面上暴露於空氣。應注意,對於 此第五木樣實例,菲涅耳面鏡膜與標誌膜之間的結構中不包括獨立的漫射體膜。標誌膜為80微米厚之乙烯膜,其上印刷有模擬木材紋理標誌,乙烯膜亦在一側壓花有與木材質地類似之延伸之小凹陷。此標誌膜與用作一年多以前由3M Company以3MTM DI-NOCTM膜在美國銷售之模擬木材紋理膜產品中之組分的標誌膜實質上相同。此標誌膜提供一些光漫射:當將準直雷射光束引導在標誌膜處時,散射之透射光束沿著平面內散射軸延伸。散射光束具有估算為約1.5之β1/α1與β2/α2(以上結合圖7論述)之比率。標誌膜之散射軸與木材紋理標誌中木材紋理之方向垂直。當層壓至正弦菲涅耳面鏡膜上時,標誌膜經定向使得散射軸實質上與菲涅耳面鏡之延伸方向平行(例如在約5度內)。
所得經層壓之物品(此處稱為第五木樣膜物品)為剛性的且具有大於3毫米之總厚度(由於存在玻璃板)。膜物品具有3維木樣外觀。當在標準辦公室環境中觀察時,因菲涅耳面鏡膜而明確可見交替明暗條紋或條帶(具有與菲涅耳面鏡相同的20毫米週期性),且此等條帶藉由回應於變換之觀察幾何條件及/或照明幾何條件呈現出變換而模擬木材片花紋之效果。由於標誌層所提供之充分較低可見光透射率及足量之光漫射,故該等條帶並不具有過度刺眼之外觀。除變換行為以外,當用雙眼自既定固定位置觀察物品時,菲涅耳面鏡膜對環境光之反射給予物品「深度」外觀,亦即3維特徵。
進一步論述
吾人已發現本文中論述之菲涅耳面鏡膜不僅可用於製造具有3維木樣外觀之物品,而且可用於製造具有獨特及令人感興趣的視覺外觀之其他裝飾膜及物品。特別值得注意的是,線性菲涅耳面鏡膜與線性菲涅耳透鏡膜組合,及/或與漫射體(包括不對稱漫射體)組合,及/或與標誌組合,及/或與繞射膜或元件組合。此等膜及/或組合亦可包括 如本文中論述之其他層及塗層。
關於菲涅耳面鏡膜與漫射體組合,參考此處其他地方之論述,該論述關於與將不對稱漫射體與菲涅耳面鏡膜組合相關之效益,該菲涅耳面鏡膜之個別面鏡在平面圖中為線性的或以其他方式沿著特定平面內軸延伸。藉由將最大漫射軸與面鏡延伸軸實質上對準,例如,其中此等軸之間的角度小於60度、45度、30度、20度、10度或5度,例如,漫射體可使面鏡否則將刺眼的外觀柔和,且對面鏡之聚焦及/或散焦特徵之干擾最小或至少減小。因此,舉例而言,可製造與圖2、圖4及圖5之物品類似之物品,但標誌層可經修改以包含除木樣標誌以外的標誌,例如任何型式之一或多個裝飾圖案。或者,標誌層可代之以僅僅自結構中省去。
因為本文所述之菲涅耳結構可用於裝飾應用,所以標誌可在增強膜、膜堆疊及膜物品方面起到重要及協同作用以達成美觀性目的。菲涅耳結構為令人感興趣的及裝飾性光學作用提供基礎,且可添加標誌以補充菲涅耳透鏡陣列之週期性結構,或者可施加標誌以打斷週期性透鏡陣列之重複性。標誌亦提供定製既定菲涅耳透鏡或面鏡陣列之便利手段。標誌層可用黑色及白色墨水之灰度標製造,且其亦可或替代地用彩色墨水(諸如藍色、綠色、黃色及/或紅色等)製造。如本文中其他地方所述,標誌可使用各種不同技術形成,且可併入物品之一或多個構成層或表面之中或之上。
提及內含物及型式,術語標誌可包括廣泛範圍類型之圖案,該等圖案可施加至本文所述之裝飾膜上。舉例而言,在模擬木材紋理膜情況下,標誌可為木材紋理或其類似物之攝影圖像或藝術表現。在其他情況下,標誌可為或包含其他物體之圖像。為了補充或打斷菲涅耳稜鏡陣列之週期性外觀,標誌可替代地為例如已知的幾何形狀,諸如線形、長方形、正方形、圓形等,該等幾何形狀藉由以下方式形成: 不連續的區域性施用印刷墨水或顏料、漫射體,或消除或不存在對齊透鏡或面鏡陣列施加之菲涅耳稜鏡。對齊可依據沿著x軸之距離,且標誌亦可沿著y軸不連續。在該等情況下,在平面圖中,標誌可經調整以覆蓋膜總區域之小於10%或小於25%或小於50%。
關於線性菲涅耳面鏡膜與線性菲涅耳透鏡膜組合,讀者關注係針對圖9至圖14。
然而,在論述此等圖式之前,吾人提供菲涅耳透鏡膜之簡短論述。簡言之,本文中其他地方所述之任何及所有菲涅耳面鏡膜可藉由以下方式修改以形成菲涅耳透鏡膜:使刻面化界面(參見例如界面215415515616)之個別刻面(參見例如刻面216416516616)為透射性而非反射性,且並不如圖6b中所示緊靠著刻面置放平面反射器。在該等修改情況下,可將其他地方論述之菲涅耳面鏡膜(包括(但不限於)菲涅耳面鏡膜212412512612652)製成菲涅耳透鏡膜。如菲涅耳面鏡膜,一般需要(儘管並非在所有情況下必需)菲涅耳透鏡膜具有「經包埋之」結構。亦即,需要菲涅耳透鏡膜之刻面化表面用有形材料層在兩側上平坦化,而不使刻面化表面暴露在空氣或真空中。此舉使得菲涅耳膜可易於併入層壓結構(其中刻面以物理方式受保護)中而不破壞菲涅耳透鏡之操作,及/或使得菲涅耳膜之刻面可經保護免於磨損、污物或其他外部物理影響。除對可見光透明以外,有形材料層應當具有不同折射率以便可在刻面處發生光折射。
類似於菲涅耳面鏡膜,菲涅耳透鏡膜可包括聚焦性透鏡及/或散焦性透鏡之任何適合之配置(無論鄰接抑或非鄰接)。關於聚焦性菲涅耳透鏡及散焦性菲涅耳透鏡,讀者應注意,當使聚焦性菲涅耳面鏡膜之刻面變得非反射性時,結果可為散焦性菲涅耳透鏡而非聚焦性菲涅耳透鏡。類似地,當使散焦性菲涅耳面鏡膜之刻面變得非反射性時,結果可為聚焦性菲涅耳透鏡而非散焦性菲涅耳透鏡。換言之,對於既 定刻面化結構,諸如圖2中標記217a之刻面化結構或標記217b之刻面化結構,除非已知結構化表面相對側上介質之折射率,否則吾人無法確定具有該刻面化結構之菲涅耳透鏡是聚焦性透鏡還是散焦性透鏡。因此,關於刻面化結構217a(其以上稱為聚焦性菲涅耳面鏡),若第一層213與第二層214相比具有較大折射率,則該結構產生(當使刻面變得非反射性時)聚焦性菲涅耳透鏡,但若第一層213與第二層214相比具有較小折射率,則該結構產生散焦性菲涅耳透鏡。類似地,關於刻面化結構217b(其以上稱為散焦性菲涅耳面鏡),若第一層213與第二層214相比具有較大折射率,則該結構產生(當使刻面變得非反射性時)散焦性菲涅耳透鏡,但若第一層213與第二層214相比具有較小折射率,則該結構產生聚焦性菲涅耳透鏡。
對於具有正弦或正弦樣斜率順序之刻面化界面,諸如圖2之刻面化界面215,該界面將產生聚焦性及散焦性菲涅耳透鏡之交替順序,使第一層213及第二層214具有不同折射率。在一種情況下,其中第一層213之折射率大於第二層214之折射率,標記為217a之刻面化結構將為(當使刻面變為非反射性時)聚焦性菲涅耳透鏡且標記為217b之結構將為散焦性菲涅耳透鏡。在另一情況下,其中第一層213之折射率小於第二層214之折射率,標記為217a之刻面化結構將為(當使刻面變為非反射性時)散焦性菲涅耳透鏡且標記為217b之結構將為聚焦性菲涅耳透鏡。
通常,對於既定刻面幾何形狀,菲涅耳透鏡之強度或光功率(無論聚焦抑或散焦)在該等層之間的折射率差異增大時增大,且在該等層之間的折射率差異減小時減小。在一些情況下,可能需要藉由針對折射率值接近之第一層及第二層選擇材料來設計具有相對較弱光功率之菲涅耳透鏡膜。在其他情況下,需要藉由選擇具有廣泛分開之折射率之材料來設計具有較強光功率之菲涅耳透鏡膜。自設計觀點,增加 折射率差異亦允許指定焦距或光功率之菲涅耳透鏡(或面鏡)採用方向或斜率減小之刻面。可用於透光第一及/或第二層之聚合物材料之實例包括(但不限於):高指數樹脂,諸如針對用於液晶顯示器製造之稜鏡形明亮增強膜中使用之樹脂,該等樹脂具有在約n1.55至n1.70範圍內之折射率;專利申請公開案WO 2010/120864(Hao等人)及WO 2011/088161(Wolk等人)中論述之超低指數(ULI)有奈米空隙之材料,該等材料具有在約n1.15至n1.35範圍內之折射率;PMMA(n1.49);聚碳酸酯(n1.59);聚矽氧(n1.4),包括聚矽氧黏著劑;及碳氟化合物材料(n1.35)。
在此背景情況下,吾人轉向圖9。在該處,膜堆疊905之示意性正視圖或平面圖描繪安置在諸如菲涅耳透鏡膜962之另一膜組件之下方或後方的菲涅耳面鏡膜912。面鏡膜912顯示為具有參考軸912a,且透鏡膜962顯示為具有參考軸962a。對於本發明論述,吾人假設面鏡膜912包含各自一般與軸912a平行地延伸之聚焦及/或散焦性菲涅耳面鏡之配置。吾人類似地假設透鏡膜962包含各自一般與軸912a平行地延伸之聚焦及/或散焦性菲涅耳透鏡之配置。該等膜相對於彼此旋轉,亦即其軸912a962a為非平行的。非零角度Φ(希臘字母Φ)在軸912a962a之間形成。吾人已發現獨特的審美上使人愉快的視覺效果可由膜之該等組合產生。角度Φ可例如在5度至90度範圍內。
影響該膜堆疊之外觀之另一因素為菲涅耳面鏡與菲涅耳透鏡之相對間隔或間距。圖10為菲涅耳面鏡及菲涅耳透鏡在其可配置在膜堆疊(諸如圖9之膜堆疊)中時之示意性表示之正視圖或平面圖。此處,線1008代表鄰接菲涅耳面鏡(例如面鏡膜912中之菲涅耳面鏡)之中心,且線1058代表鄰接菲涅耳透鏡(例如透鏡膜962中之菲涅耳透鏡)之中心。膜經定向使得面鏡及透鏡相對於彼此以角度Φ傾斜。
為簡單起見,吾人假設菲涅耳面鏡具有均一的中心至中心間隔 或間距p1。為簡單起見,吾人亦假設菲涅耳透鏡具有均一的中心至中心間隔或間距p2。具有均一間隔之菲涅耳膜適宜於工作,因為其可經切割或以其他方式轉變成任何所需大小或形狀而不存在應在膜上何處進行切割之問題。(然而,亦可使用具有非均一間隔之菲涅耳透鏡膜及/或菲涅耳面鏡膜。)p1及p2之值可根據需要選擇以產生使人愉快的視覺效果。在一些情況下,p1可等於p2(在製造公差內)。舉例而言,(p2-p1)/p1之量值可小於1%。吾人已發現當p1及p2彼此適度不同(例如p1/p2或其倒數可在1.5至3範圍內)時,產生尤其令人感興趣的視覺效果。
無論菲涅耳面鏡及/或菲涅耳透鏡是否具有均一中心至中心間隔,間距p1、p2均可替代地指代平均值。因此,p1可為菲涅耳面鏡膜中菲涅耳面鏡之平均間距,且p2可為菲涅耳透鏡膜中菲涅耳透鏡之平均間距,且p1及p2可如以上闡述相同或不同。菲涅耳面鏡及透鏡亦可依據其平面圖寬度表徵。參見例如,圖2a中「w」及圖5a中「w1」。菲涅耳面鏡可藉由平均菲涅耳鏡寬度表徵,且菲涅耳透鏡可藉由與平均菲涅耳鏡寬度不同之平均菲涅耳透鏡寬度表徵。
必要時,膜堆疊之菲涅耳膜可經特別調適以在層壓物中彼此附著。在一些情況下,菲涅耳面鏡膜及菲涅耳透鏡膜可分別地銷售,且由承包者、消費者或其他最終用戶以任何所需方向(旋轉角度)施加至彼此上。
舉例而言,在圖11中,兩個膜11121162可經分別地製造且銷售給消費者。膜1112為菲涅耳面鏡膜,且膜1162為菲涅耳透鏡膜。膜1112包括第一層1113、第二層1114、黏著劑層1109及離型襯墊1108,該離型襯墊允許膜1112在附著於工件1105(諸如牆壁或隔板)之前經操作。具有反射性刻面1116且實質上無接合部分之較薄稜鏡層(未標記在圖11中)顯示為澆鑄且固化在第二層1114上,且第一層1113充當平 坦化層;在替代性實施例中,較薄稜鏡層可澆鑄且固化在層1113之平坦膜型式上,且層1114可接著充當平坦化層;在其他實施例中,層1114之表面(或層1113之表面)可自身經壓花使得較薄稜鏡層本質上變成層1114之一部分(或層1113之一部分),且層1113(或層1114)接著充當平坦化層。平坦化層可由透明黏著劑或其他適合之透明聚合物(例如以下論述之ULI材料)製成。對於此論述餘部,為簡單起見,吾人將忽略較薄稜鏡層與層1114之間的邊界,且假設較薄稜鏡層為層1114之一部分,使得層11141113之間的界面為具有刻面1116之結構化或刻面化表面。在一些情況下,諸如當將膜1112單獨施加在例如窗戶上時,可能需要使聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或其他適合之聚合物之層施加至黏著劑平坦化層1113以及另一黏著劑層1109上。在該結構中,在菲涅耳稜鏡之兩側上設置黏著的聚合物膜層,且視另一層之界面黏著而定,可能易於自牆壁或窗戶上移除整個膜結構。或者,黏著劑及襯墊層11081109可施加至非黏著劑層1113之平坦表面上。刻面1116僅示意性展示於圖11中,但讀者將理解其以界定複數個鄰接或非鄰接聚焦及/或散焦性菲涅耳面鏡之定向或斜率順序配置,如本文中其他地方所述。菲涅耳面鏡可為線性或以其他方式沿著特定平面內方向延伸,如圖10中所示。
與膜1112類似,膜1162包括第一層1163、第二層1164及形成於第一與第二層之間的具有透射性刻面1166之刻面化表面。亦與膜1112類似,具有透射性刻面1166且實質上無接合部分之較薄稜鏡層(未標記在圖11中)顯示為澆鑄且固化在第一層1163上,且第二層1164充當平坦化層;在替代性實施例中,較薄稜鏡層可澆鑄且固化在層1164之平坦膜型式上,且層1163可接著充當平坦化層;在其他實施例中,層1163之表面(或層1164之表面)可自身經壓花使得較薄稜鏡層本質上變成層1163之一部分(或層1164之一部分),且層1164(或層1163)接著充 當平坦化層。平坦化層可由透明黏著劑或其他適合之透明聚合物(例如以下論述之ULI材料)製成,但對於菲涅耳透鏡膜,平坦化層較佳具有與其所平坦化之層相比明顯較低(例如,具有超過約0.1之折射率差異)之折射率。對於此論述餘部,為簡單起見,吾人將忽略較薄稜鏡層與層1163之間的邊界,且假設較薄稜鏡層為層1163之一部分,使得層11631164之間的界面為具有刻面1166之結構化或刻面化表面。層11631164均為透明的或以其他方式透光的,且具有不同折射率。刻面1166僅示意性展示於圖11中,但讀者將理解其以界定複數個鄰接或非鄰接聚焦及/或散焦性菲涅耳透鏡之定向或斜率順序配置,如本文中其他地方所述。菲涅耳透鏡可為線性或以其他方式沿著特定平面內方向延伸,如圖10中所示。膜1162亦包括透明黏著劑層1159及允許膜1162在黏著於面鏡膜1112之前表面之前經操作的離型襯墊1158。黏著劑及襯墊層可替代地施加至層1163之平坦表面上,且具有襯墊之第二黏著劑層可視情況施加至層1164上以有助於層壓至鏡面化菲涅耳膜或透明基板(諸如窗戶)上。若黏著劑相對於稜鏡具有足夠大折射率差異,則黏著劑層可為層1164。暴露於環境之表面可用以下功能性塗層中之一或多者增強:抗反射、防眩、硬膜、或碳氟化合物「易於清潔」塗層。
在實踐中,消費者或其他使用者可起初移除離型襯墊1108,且將菲涅耳面鏡膜1112以特定方向施加至工件上。接著,使用者可希望評估兩個膜之一系列不同相對旋轉角度(指代圖9及圖10中之角度Φ),從而確定其對組合之外觀之作用。就此而言,有益的是使離型襯墊1158離開透明材料(諸如PET),以使使用者可將透鏡膜1162抵靠面鏡膜1112置放且仍具有使透鏡膜1162相對於面鏡膜滑動、旋轉或偏移之能力,同時觀察均通過透鏡膜1162透射且由面鏡膜1112反射之光引起之膜組合之外觀,以便探查最佳方向。就此而言,指代位於膜前方之使用者1139。在選擇所需方向之後,可移除離型襯墊1158,且將透鏡膜 1162施加至面鏡膜1112上以提供成品層壓膜堆疊。
包括線性菲涅耳面鏡膜及線性菲涅耳透鏡膜之膜堆疊亦可理想地包括經安置以散射由菲涅耳面鏡反射之光的漫射體。漫射體可為對稱或不對稱的,且可具有在0%至90%範圍內(若其為對稱的)及在0%至99%範圍內(若其為不對稱的)之總體濁度。若漫射體為不對稱的,則其較佳經定向使得最大漫射軸既不垂直於菲涅耳面鏡延伸軸亦不垂直於菲涅耳透鏡延伸軸。漫射體可為分離的漫射體層,或其可併入菲涅耳面鏡膜及/或菲涅耳透鏡膜中。漫射體可為空間上均勻的且與其他膜或層共延伸,或其可經圖案化(空間上不均勻)以提供對於其他視覺效果較高及較低(包括零)濁度之規則、不規則、或隨機圖案。該等空間上圖案化之漫射體可施加至光學膜之一或多個適合之表面上,且可視為該等膜之標誌。
具有線性菲涅耳面鏡膜及線性菲涅耳透鏡膜之膜堆疊之外觀可經模型化或模擬。一個此類模擬之結果提供於圖12中。出於該圖式之目的,吾人假設菲涅耳面鏡均嚴格地為線性、平行及鄰接的,例如具有與圖2a中所示之平面圖類似的平面圖。吾人同樣地假設菲涅耳透鏡為線性、平行及鄰接的。線性菲涅耳組件為有利的,因為在藉由圓柱形工具中之金剛石車削凹槽製造壓花工具之情形下,更易於製造與具有在橫向上以某些方式偏離之凹槽相比具有筆直凹槽之該壓花工具。
出於圖12之目的,吾人亦假設菲涅耳面鏡以及菲涅耳透鏡使用正弦斜率順序,諸如圖2中描繪之正弦斜率順序。此舉提供菲涅耳面鏡膜中交替鄰接的聚焦性及散焦性面鏡,及菲涅耳透鏡膜中交替鄰接的聚焦性及散焦性透鏡。
對於模擬,菲涅耳面鏡膜由以下形式之第一正弦波表示:sin(t+2πx),其中: t=3sin(x 2),且x為沿著(平面內)x軸之位置,吾人可假設該位置為聚合物膜之交叉網方向。菲涅耳透鏡膜由以下形式之第二正弦波表示:sin(2πx')。
此處,x'為沿著(平面內)x'軸之位置,x'軸以角度Φ相對於x軸旋轉,因此:,且
兩個函數之總和可用於模擬兩個函數(亦即菲涅耳面鏡膜及以角度Φ旋轉之菲涅耳透鏡膜)之組合之外觀:z=0.2sin(t+2πx)+0.2sin(2πx'),其中在此方程式中z為三維表面之表觀高度之量度,但出於模擬之目的,吾人亦可將z解釋為亮度。若吾人選擇角度Φ為約6度,則來自上文方程式之模擬亮度如圖12中所示。
讀者再次注意,出於此模擬之目的,圖12中之z軸表示亮度而非位置。然而,圖12中之x軸及y軸表示膜組合之輸出表面處之位置。圖12之檢視揭露在兩個正交平面內方向(亦即x方向及y方向)上變化之強度圖案可由兩個純粹線性函數之組合產生(若該等線性函數中之一者相對於另一者旋轉)。強度圖案具有審美上使人愉快的沙丘樣或柔和的波浪樣外觀。
裝飾實例
製造且評估具有裝飾外觀但非木樣外觀之一些物品。此等物品中之每一者併有線性菲涅耳面鏡膜及線性菲涅耳透鏡膜之堆疊。
第一裝飾實例
使用已經金剛石車削之金屬輥式工具藉由澆鑄及UV固化製程製造具有線性菲涅耳結構之光學膜。金屬工具中之凹槽界定不同正弦凹 槽圖案之兩個相鄰區:較短週期性圖案及較長週期性圖案。當此工具用於將稜鏡層澆鑄及固化在膜基板上時,產生較小線性稜鏡之凹槽界定稜鏡層之兩個相鄰區,各區域具有平行的線性稜鏡,該等稜鏡之個別稜鏡斜率沿著交叉網方向以正弦方式變化。在該等區域中之每一者中,稜鏡具有75微米之恆定間距(中心至中心稜鏡距離)及以正弦方式以交叉網方向改變之斜率,各正弦圖案之一個週期具有在以下範圍內之斜率:最大值+14.3度,接著遞減至實質上零度,接著進一步遞減至最小值-14.3度,接著遞增至實質上零度,然後更進一步遞增回最大值+14.3度。在此等區域中之任一者中任何既定正弦週期界定一個聚焦性菲涅耳結構鄰接一個散焦性菲涅耳結構的一組,其中「菲涅耳結構」係指在反射性塗層設置在稜鏡面上之前的菲涅耳透鏡,但係指在反射性塗層設置在稜鏡面上之後的菲涅耳面鏡。在較短週期性區域中,正弦波中之各一者之週期為20mm,且在較長週期性區域中,正弦波中之各一者之週期為40mm。較短週期性區域之交叉網寬度為約23cm,亦即,11.5對較窄聚焦/散焦性線性菲涅耳結構。較長週期性區域之交叉網寬度為約23cm,亦即,幾乎6對較寬聚焦/散焦性線性菲涅耳結構。除在各區域內之聚焦性及散焦性菲涅耳結構彼此鄰接以外,該兩個區域亦沿著共用線性邊界彼此鄰接。較短週期性區域中之菲涅耳結構(透鏡)具有第一均一的焦距(量值),且較長週期性區域中之菲涅耳結構具有第二均一的焦距(量值),第一焦距為約16mm且第二焦距為約32mm。
製造此等菲涅耳結構形成於PET基底膜頂上稜鏡層中之數個光學膜,該稜鏡層由折射率n1.65之UV固化樹脂製成。樹脂用奈米氧化鋯粒子填充以便達成較高折射率。該樹脂描述於例如美國專利7,264,872(Walker,Jr.等人)中。藉由用鋁之蒸汽塗層將刻面化表面金屬化而將一個該光學膜轉變成菲涅耳面鏡膜。金屬化刻面之反射率為 至少80%。菲涅耳面鏡膜因此具有較窄聚焦/散焦性菲涅耳面鏡之較短週期性區域及較寬聚焦/散焦性菲涅耳面鏡之較長週期性區域。另一個光學膜保持未塗佈,且用作菲涅耳透鏡膜。菲涅耳透鏡膜因此亦具有較窄聚焦/散焦性菲涅耳透鏡之較短週期性區域及較寬聚焦/散焦性菲涅耳透鏡之較長週期性區域。
藉由將菲涅耳透鏡膜鋪設在菲涅耳面鏡膜頂上,然後將漫射體膜鋪設在菲涅耳透鏡膜頂上來製備膜堆疊。該漫射體膜具有與第一木樣實例中所用漫射體膜相同的設計及結構。未使用光學黏著劑將菲涅耳面鏡膜黏結至菲涅耳透鏡膜上,且未使用光學黏著劑將菲涅耳透鏡膜黏結至漫射體膜上,儘管該等黏著劑可用於提供穩定層壓結構且消除該等膜之間的較小空氣間隙。在辦公室環境中將膜堆疊置放於平坦水平表面上,且使用相機以獲得堆疊1312之正視圖或俯視圖照片,該照片提供於圖13中。出於參考目的,笛卡爾x-y-z座標系統以及許多虛線參考線1316a1316e亦展示於該圖式中。照片之左側及右側邊界分別利用參考數字1314a1314b識別。
使用各種膜以產生在大部分但非全部照片中彼此重疊之堆疊1312。在堆疊1312底部(相對於z軸)處之菲涅耳面鏡膜自參考線1316a延伸至1316e,且個別菲涅耳面鏡沿著與y軸平行之平面內軸定向。菲涅耳面鏡膜之較短週期性區域(其中正弦週期為20mm)自參考線1316a延伸至1316b。菲涅耳面鏡膜之較長週期性區域(其中正弦週期為40mm)自參考線1316b延伸至1316e
在堆疊1312之中間(相對於z軸)的菲涅耳透鏡膜自照片之左側邊緣1314a延伸至照片之基本上右側邊緣1314b,且個別菲涅耳透鏡沿著與參考線1316c(其形成相對於y軸約10度之角度)平行之平面內軸定向。菲涅耳透鏡膜之較長週期性區域(其中正弦週期為40mm)自邊緣1314a延伸至參考線1316c。菲涅耳透鏡膜之較短週期性區域(其中正 弦週期為20mm)自參考線1316c延伸至基本上邊緣1314b
在堆疊1312頂部(相對於z軸)處之漫射體膜自參考線1316a延伸至1316d。漫射體膜經定向以使散射軸與菲涅耳面鏡膜之稜鏡軸平行,亦即與圖式中之y軸平行,以便在與菲涅耳面鏡長軸平行之方向上散射光。
由於兩個菲涅耳膜中之每一者中使用之不同的週期性區域,故在照片中可看到許多獨特光學圖案。在參考線1316a1316b之間,可看到利用較短週期性(20mm)菲涅耳面鏡膜及較長週期性(40mm)菲涅耳透鏡膜之組合以及漫射體膜產生之圖案。在參考線1316b1316c之間,可看到利用較長週期性(40mm)菲涅耳面鏡膜及較長週期性(40mm)菲涅耳透鏡膜之組合以及漫射體膜產生之圖案。在參考線1316c1316d之間,可看到利用較長週期性(40mm)菲涅耳面鏡膜及較短週期性(20mm)菲涅耳透鏡膜之組合以及漫射體膜產生之圖案。在參考線1316d1316e之間的較窄間隔中,可在無上覆之漫射體膜之情況下看到利用較長週期性(40mm)菲涅耳面鏡膜與較短週期性(20mm)菲涅耳透鏡膜之組合產生之圖案。在參考線1316e與邊緣1314b之間的間隔中,可看到菲涅耳透鏡膜自身,且無下伏的菲涅耳面鏡膜及上覆的漫射體膜。
圖13之照片之檢視揭露在面鏡膜與透鏡膜之間的重疊之各種區域中,吾人可見與圖12之圖案類似之沙丘樣或柔和的波浪樣圖案。可在圖案之間看到隨菲涅耳面鏡及菲涅耳透鏡膜中菲涅耳結構之相對寬度或間隔而變之差異。
第二裝飾實例
除了切割菲涅耳面鏡膜以使其僅含有較長週期性區域(40mm正弦週期)且切割菲涅耳透鏡膜以使其僅含有較短週期性區域(20mm正弦週期)以外,獲得來自第一裝飾實例之相同的菲涅耳面鏡膜及相同 的菲涅耳透鏡膜。膜堆疊藉由以下方式產生:將所得菲涅耳透鏡膜鋪設在所得菲涅耳面鏡膜頂上,且不使用光學黏著劑將此等膜黏結在一起。堆疊中未使用漫射體或漫射體膜。菲涅耳透鏡膜相對於菲涅耳面鏡膜以約45度之角度Φ旋轉。亦即,菲涅耳透鏡之延伸軸與菲涅耳面鏡之延伸軸形成約45度之夾角。
圖14中展示在辦公室環境中堆疊之俯視圖或正視圖照片,其中將菲涅耳面鏡膜標記為1412且將菲涅耳透鏡膜標記為1462。在面鏡膜1412與透鏡膜1462之間的重疊區域中,吾人可見具有橢圓形特徵之視覺上獨特的圖案,該等橢圓形特徵併入一些區域中以提供柔和的波浪樣品質。
本文中所述之菲涅耳面鏡膜、菲涅耳透鏡膜及其組合(諸如包括菲涅耳面鏡膜及/或菲涅耳透鏡膜之膜堆疊)亦可包含可見光繞射元件,該等元件經調整以將可見光分離成其構成波長或顏色,從而產生多色或彩虹樣視覺效果。可見光繞射元件可包含凹槽、***、稜鏡或其他特徵經定尺寸以提供一或多個繞射光柵。當使用具有線性延伸菲涅耳結構(分別為面鏡或透鏡)之菲涅耳面鏡膜及/或菲涅耳透鏡膜時,繞射光柵亦可例如使用筆直線性凹槽或其他繞射特徵線性延伸。繞射光柵之延伸軸可根據需要相對於菲涅耳面鏡膜及/或菲涅耳透鏡膜之菲涅耳結構的延伸軸定向。在一些情況下,繞射光柵軸可實質上與菲涅耳結構軸平行。在一些情況下,繞射光柵軸可實質上與菲涅耳結構軸垂直。在一些情況下,繞射光柵軸可相對於菲涅耳結構軸以斜角定向。
若包括繞射光柵,則可將其層壓至菲涅耳膜上,或在繞射凹槽與菲涅耳稜鏡凹槽平行之情況下,可將繞射凹槽在壓花/澆鑄工具上直接切割成一些或所有較大凹槽之面。在一個實例中,將具有600nm重複距離及寬度之等邊三角形形狀之稜鏡(60度頂角)在銅製工具上切 割成各凹槽之面,該銅製工具否則將與以上用於第五木樣實例之銅製工具實質上相同。因此,銅製工具具有75微米寬凹槽,該等凹槽之凹槽角度以具有40mm週期之正弦斜率順序配置,且各凹槽亦包括較小600nm繞射凹槽。繞射凹槽在複製之聚合物膜中之菲涅耳稜鏡上產生繞射亞結構。在銅製工具及用此工具製造之澆鑄及固化聚合物膜上均觀察到絢麗的彩虹圖案。繞射性菲涅耳透鏡膜可經金屬化以提供繞射性菲涅耳面鏡膜,其可與菲涅耳透鏡膜(具有或不具有繞射特徵)以與如上所述相同之方式組合。
在一些情況下,刻面化或結構化表面之圖案化平坦化可經實施以提供所揭示之膜及組合以其他視覺上獨特的特徵。舉例而言,在金屬化菲涅耳結構之刻面以提供菲涅耳面鏡膜之前,結構化表面之所選部分可用厚度大到足以使結構化表面平坦化之聚合物材料或其他適合之材料成圖像地塗佈。藉由將所得產品金屬化,除已利用成圖像塗層平坦化之所選部分以外,在結構化表面各個地方上形成菲涅耳面鏡。所選部分中不存在菲涅耳面鏡提供引人注意的圖像,該圖像可為物品添加視覺獨特性。成圖像塗層可具有任何所需圖像或圖案,且可視為標誌。可對菲涅耳透鏡膜進行類似的圖案化之平坦化。成圖像塗層可為黏著劑層,該黏著劑層用於在不存在較低指數平坦化層情況下將菲涅耳膜黏結至表面或另一菲涅耳膜上。成圖像塗層可用透明或顏色著色的黏著劑、後可固化聚合層、環氧化物或印刷墨水使用任何適合之印刷技術(諸如彈性凸版、凹板、網版或噴墨)形成。
除非另外指示,否則應將在本說明書及申請專利範圍中使用的表示數量、性質之量測等等之所有數值理解為由術語「約」修飾。因而,除非相反地指示,否則在說明書及申請專利範圍中闡述之數值參數為可視熟習此項技術者利用本申請案之教示所尋求獲得之所需性質而變化的近似值。並不試圖限制將等效原則應用於申請專利範圍之範 疇,各數值參數應至少根據所報導之有效數位的數字並藉由應用常規捨入技術來理解。儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值,但在本文所述之特定實例中闡述任何數值的範圍內,其被儘可能精確地報導。然而,任何數值十分可能含有與測試或量測侷限性相關之誤差。
對於熟習此項技術者而言,在不脫離本發明之精神及範疇之情況下,本發明之各種修改及更改將顯而易見,且應理解本發明並不限於本文中所闡述之說明性實施例。舉例而言,所揭示之透明傳導性物品亦可包括抗反射性塗層及/或保護性硬膜。除非另有指示,否則,讀者應當假定一個所揭示之實施例之特徵亦可應用至所有其他所揭示之實施例。亦應理解,本文中所提及之所有美國專利、專利申請公開案及其他專利及非專利文件在其不與前述揭示內容相抵觸之程度上以引用之方式併入。
210‧‧‧膜物品
210a‧‧‧前主表面
210b‧‧‧後主表面
212‧‧‧第一膜
213‧‧‧第一層
214‧‧‧第二層
215‧‧‧界面
216‧‧‧刻面
217a‧‧‧聚焦性菲涅耳面鏡
217b‧‧‧散焦性菲涅耳面鏡
220‧‧‧漫射體層
224‧‧‧標誌層
225‧‧‧基底膜
226‧‧‧塗層

Claims (32)

  1. 一種具有木樣3維外觀之膜物品,其包含:第一膜,其具有複數個菲涅耳(Fresnel)面鏡,該等菲涅耳面鏡中之每一者大致與第一平面內軸平行地延伸;漫射體,其經安置以散射由該等菲涅耳面鏡反射之光;及標誌層,其具有木材紋理標誌,該標誌層經安置以覆蓋該第一膜。
  2. 如請求項1之物品,其中該漫射體經調整以優先沿著第二平面內軸漫射光,且該第二平面內軸實質上與該第一平面內軸對準。
  3. 如請求項2之物品,其中該第一平面內軸與該第二平面內軸形成小於60度之角度。
  4. 如請求項2之物品,其中該漫射體在經垂直入射之準直光束照射時,在含有該第二平面內軸之平面中以第一特徵性極性散射角β,及在含有與該第二平面內軸垂直之第三平面內軸之平面中以第二特徵性極性散射角α散射該光束,且其中β/α為至少1.5。
  5. 如請求項1之物品,其中該漫射體係併入該標誌層中。
  6. 如請求項1之物品,其中該等菲涅耳面鏡中之至少一些經組態以使入射平行光聚焦。
  7. 如請求項1之物品,其中該等菲涅耳面鏡中之至少一些經組態以使入射平行光散焦。
  8. 如請求項1之物品,其中該等菲涅耳面鏡經配置以在經組態使入射平行光聚焦之第一菲涅耳面鏡與經組態使入射平行光散焦之第二菲涅耳面鏡之間交替變化。
  9. 如請求項1之物品,其中該等菲涅耳面鏡彼此鄰接。
  10. 如請求項1之物品,其中該等菲涅耳面鏡在平面圖中各自為筆直 的。
  11. 如請求項1之物品,其中該木材紋理標誌包含木材紋理特徵,該等木材紋理特徵各自與第三平面內軸平行地延伸,且其中該第三平面內軸實質上與該第一平面內軸垂直。
  12. 如請求項1之物品,其中該等菲涅耳面鏡中之每一者包含在該第一膜上形成之複數個反射性刻面。
  13. 一種膜物品,其包含:第一膜,其具有複數個菲涅耳面鏡,該等菲涅耳面鏡中之每一者大致與第一平面內軸平行地延伸;及漫射體,其優先沿著第二平面內軸漫射光,該漫射體係經安置以散射由該等菲涅耳面鏡反射之光;其中該第二平面內軸實質上與該第一平面內軸對準。
  14. 如請求項13之物品,其中該第一平面內軸與該第二平面內軸形成小於60度之角度。
  15. 如請求項13之物品,其中該等菲涅耳面鏡中之至少一些係經組態以使入射平行光聚焦。
  16. 如請求項13之物品,其中該等菲涅耳面鏡中之至少一些係經組態以使入射平行光散焦。
  17. 如請求項13之物品,其中該等菲涅耳面鏡各自具有一長度與寬度縱橫比,且該複數個菲涅耳面鏡之該等縱橫比各自大於10。
  18. 一種膜堆疊,其包含:第一膜,其具有複數個菲涅耳面鏡,該等菲涅耳面鏡中之每一者大致與第一平面內軸平行地延伸;及第二膜,其具有複數個菲涅耳透鏡,該等菲涅耳透鏡中之每一者大致與第二平面內軸平行地延伸,該第二膜係經安置以攔截由該等菲涅耳面鏡反射之光; 其中該第二平面內軸係經安置從而不與該第一平面內軸平行。
  19. 如請求項18之堆疊,其進一步包含:漫射體,其經安置以散射由該等菲涅耳面鏡反射之光;其中該漫射體具有在10%至90%範圍內之濁度。
  20. 如請求項18之堆疊,其進一步包含:漫射體,其經安置以散射由該等菲涅耳面鏡反射之光;其中該漫射體優先沿著第三平面內軸漫射光,該漫射體係經定向使得該第三平面內軸既不垂直於該第一平面內軸亦不垂直於該第二平面內軸。
  21. 如請求項18之堆疊,其進一步包含:一或多種彩色染料及/或顏料,其經併入該膜堆疊之一或多個組件中。
  22. 如請求項18之堆疊,其中該第一平面內軸與該第二平面內軸形成在5度至90度範圍內之角度。
  23. 如請求項18之堆疊,其中該複數個菲涅耳面鏡係由平均菲涅耳面鏡寬度表徵,且該複數個菲涅耳透鏡係由與該平均菲涅耳面鏡寬度不同之平均菲涅耳透鏡寬度表徵。
  24. 如請求項18之堆疊,其中該複數個菲涅耳面鏡係由第一平均間距表徵,且該複數個菲涅耳透鏡係由與該第一平均間距不同之第二平均間距表徵。
  25. 如請求項18之堆疊,其進一步包含:透明板,其具有相對之第一主表面及第二主表面;其中該第一膜附著至該第一主表面上,且該第二膜附著至該第二主表面上。
  26. 一種裝飾面鏡膜,其包含具有刻面之結構化表面,該等刻面係 以自第一實質上零斜率至遞增正斜率至最大正斜率至遞減正斜率至第二實質上零斜率至遞增負斜率至最大負斜率至遞減負斜率至該第一實質上零斜率之斜率順序配置,該順序跨越該結構化表面以實質上不間斷之方式重複,該等刻面界定複數個與散焦性菲涅耳面鏡交替之聚焦性菲涅耳面鏡。
  27. 如請求項26之面鏡膜,其中該等刻面、該等聚焦性菲涅耳面鏡及該等散焦性菲涅耳面鏡各自大致與第一平面內軸平行地延伸。
  28. 如請求項26之面鏡膜,其中該斜率順序實質上呈正弦。
  29. 如請求項26之面鏡膜,其進一步包含:標誌層,其覆蓋該等聚焦性菲涅耳面鏡及該等散焦性菲涅耳面鏡。
  30. 如請求項26之面鏡膜,其進一步包含:一或多種彩色染料及/或顏料,其經併入該面鏡膜之一或多個組件中。
  31. 如請求項26之面鏡膜,其進一步包含:可見光繞射元件,其經調整以將可見光分離成其構成波長或顏色來產生多色視覺效果。
  32. 一種膜物品,其包含:如請求項26之面鏡膜;漫射體,其經安置以散射由該等菲涅耳面鏡反射之光;及標誌層,其具有木材紋理標誌,該標誌層經安置以覆蓋該面鏡膜。
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