專利名稱：鋪貼式反光薄片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有結(jié)構(gòu)面的反光制品。具體而言，本發(fā)明涉及具有結(jié)構(gòu)面的反光片及其制造模具，所述結(jié)構(gòu)面包含多個(gè)向特殊方向排列的立體角反光元件陣列。
背景技術(shù)：
由立體角反光元件構(gòu)成的反光制品已經(jīng)在交通和人身安全標(biāo)志等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。立體角反光片也已廣泛地用于弱光條件下和夜晚時(shí)路標(biāo)的可視度或醒目性。例如，在美國(guó)，政府的規(guī)定要求在雙輪拖車上設(shè)置反光材料以提供這些車輛的醒目性。立體角反光片還應(yīng)用于高能見度的服裝。
在反光技術(shù)領(lǐng)域中底部立體角反光元件是眾所周知的。這種元件一般是三面體結(jié)構(gòu)的，具有基本上互相垂直的三個(gè)橫面，它們相交于同一個(gè)相關(guān)點(diǎn)或頂角，還有一與該頂點(diǎn)相對(duì)的底部三角形。該元件的對(duì)稱軸線或光學(xué)軸線是穿過立體角并且將立體角元件的內(nèi)部空間分成三等份。工作狀態(tài)下，投射在立體角元件底部上的光線在一個(gè)橫面上反光且再朝向光源。由橫向立體角表面的反光可由鏡面反射實(shí)現(xiàn)，在此情況下，立體角元件的橫面涂有一層鏡象反射物質(zhì)，例如鋁或銀。另外，反射可根據(jù)全反射原理進(jìn)行，在此情況下，立體角元件的面上不涂覆鏡面反射材料。反光片一般有一結(jié)構(gòu)表面，該結(jié)構(gòu)表面包括至少一個(gè)陣列的立體角反光元件以增強(qiáng)物件的可視性。由反光片所反光的總光線是由單個(gè)立體角元件反光的光線總和。
“入射角”一詞一般用于描述反光片的反光性能，該性能是投射在反光片上的入射角和反光片取向的函數(shù)。投射光線的入射角一般是相對(duì)垂直于反光片底部面的一條軸線測(cè)得的。一個(gè)反光制品的反光性能可由投射在制品面的總光線被制品以一特定入射角返回的百分率來表示。
傳統(tǒng)的截頭立體角反光件存在較差入射角性能。當(dāng)投射光線的入射角偏離元件的光學(xué)軸線時(shí)，由傳統(tǒng)立體角元件反光的光量可陡降。同樣地，采用非傾斜的截頭立體角元件的反光片響應(yīng)于以高入射角投射在反光片上的光線顯示出其反光性能弱的問題。
在多個(gè)平面上存在寬入射角的反光片可應(yīng)用于許多情況下，一種應(yīng)用情況就是車輛工業(yè)中的醒目反光片。車輛醒目反光片一般放在卡車拖車的后部和側(cè)部，處于與拖車框架一致的水平方向和垂直方向上。為有效地起作用，反光片必須在反光片處于任何方向時(shí)都能以高入射角反射投射在拖車上的光線。因此，需要提供反光的車輛醒目片，它在兩個(gè)平面上都具有寬入射角度。在多個(gè)平面上具有寬入射角度的反光片也可用于標(biāo)志。具體地，具有寬入射角度的多個(gè)平面的反光片可降低將反光片以特定取向置于標(biāo)志上的重要性。
生產(chǎn)在多個(gè)平面中寬入射角度的反光制品的一種方法在本技術(shù)領(lǐng)域中一般稱為“貼片”，包括將多塊傾斜的立體角陣列組成的不連續(xù)片按不同方向布置在薄層上?！百N片”具有可有效地生產(chǎn)具有寬入射角度的多個(gè)平面的制品的優(yōu)點(diǎn)。然而，貼片具有固有的缺陷，即在任何給定方向上，只有少量的貼片部份的方向可使投射在其表面上的最大量光線反光。因此，所貼成的立體角片為了獲得多個(gè)平面的入射角而必然在任何給定的方向上存在光度損失。
美國(guó)專利4,588,258揭示了一種具有兩個(gè)平面的寬入射角的反光制品第一平面基本上與包括立體角元件的光學(xué)軸線的平面重合，第二平面與第一平面垂直。然而，這種制品一般存在第一平面中的入射角比第二平面中的寬的問題。
因此，需要提供一種具有兩個(gè)寬的入射角平面的反光片，該反光片在非零入射角時(shí)具有基本上相似的反光性能。更需要提供一種反光片，它可達(dá)到其光學(xué)性能而不會(huì)損失亮度，就如貼成的立體角反光片所需的那樣。在本技術(shù)領(lǐng)域中至今還既沒有揭示也沒有提出過達(dá)到這種光學(xué)性能的制品或方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種鋪貼式立體角反光片，它改進(jìn)了與反光片邊緣基本平行的平面內(nèi)的入射角。按照本發(fā)明，鋪貼式反光片包括具有底部表面的襯底和偏離底部表面一定距離的結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面包括至少兩種不同的立體角元件陣列。每個(gè)立體角陣列由三組交叉的基本平行槽組構(gòu)成，它們包括一個(gè)初級(jí)槽組和兩個(gè)次級(jí)槽組。次級(jí)槽組的相交限定了小于60度的內(nèi)角，并且至少一個(gè)立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)的幾乎每個(gè)槽的主要區(qū)域位于與制品邊緣的交角為銳角5-25度、35-55度和65-85度的平面內(nèi)。
按照較佳實(shí)施例，次級(jí)槽組的相交限定了大約為50度的內(nèi)角，并且至少一個(gè)立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)的幾乎每個(gè)槽的主要區(qū)域位于與制品邊緣相交為45度左右的平面內(nèi)。
本發(fā)明進(jìn)一步提供制造適于成型鋪貼式反光片的模具的方法，它包括以下步驟(a)提供多個(gè)分離的立體角元件模具，每個(gè)立體角元件模具包括具有位于底部平面內(nèi)的底面的襯底和與底面相對(duì)的結(jié)構(gòu)表面，結(jié)構(gòu)表面包括由三組交叉的基本平行槽組構(gòu)成的立體角元件陣列，每個(gè)陣列包括一個(gè)初級(jí)槽組和交角小于60度的兩個(gè)次級(jí)槽組；以及(b)使第一模具取向?yàn)榱Ⅲw角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)的幾乎每個(gè)槽的主要區(qū)域位于與制品邊緣的交角為銳角5-25度、35-55度和65-85度的平面內(nèi)。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的立體角制品一個(gè)實(shí)施例的部分放大圖；圖2是圖1所示立體角制品的橫截面圖；圖3是表示如圖1所示制品的反光制品預(yù)計(jì)的反光性能的等亮度曲線圖；圖4是如圖1所示制品的反光制品的所測(cè)得的反光性能的等亮度曲線圖；圖5是返回的總光線圖，是向圖1-2所述立體角幾何形狀投射光的入射角的函數(shù)；圖6是與作為向如圖1-2所示立體角幾何形狀投射光線的入射角的函數(shù)的所返回的總光線與不同立體角幾何形狀的比較圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明原理的立體角反光片的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖8是圖7所示反光片用作為卡車醒目片的汽車立體圖；圖9是采用不等邊底部三角形的立體角元件的反光片立體10是根據(jù)圖9所示反光制品的預(yù)期反光性能的等亮度曲線圖；圖11是采用不等邊底部三角形立體角元件的反光片的立體圖；圖12是圖11所示反光制品的預(yù)期反光性能的等亮度曲線圖；圖13是按本發(fā)明原理的立體角反光片的示意平面圖；圖14是市售立體角反光片的示意平面圖；圖15是圖13所示反光片與圖14所示反光片光學(xué)性能的比較圖；圖16a-16j都是等亮度圖，表示成對(duì)的立體角反光元件增加傾斜角的等亮度曲線。圖1，2，7-9，11，13和14都沒有按比例畫。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式本發(fā)明提供了一種立體角反光制品，它具有改進(jìn)的光學(xué)性能特征。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例旨在提供一種反光片，它在至少一個(gè)平面上具有改進(jìn)的入射角度。雖然不是必須，但最好本發(fā)明的一個(gè)制品具有至少兩個(gè)寬入射角度平面。更佳的是本發(fā)明的一個(gè)制品在任一寬入射角平面上可以以一給定的入射角度使等量的光線返回。
本發(fā)明的一個(gè)方面取決于認(rèn)識(shí)到已有的立體角技術(shù)中的某些假定可能性并不適用于所有立體角幾何形狀。特別地，在已有的立體角技術(shù)中一個(gè)重要的假定可能性是在一特定平面上使立體角元件的光學(xué)軸線傾斜一給定角度可改進(jìn)制品在一個(gè)平面中的入射角，該平面基本上與含有立體角元件的光學(xué)軸線平行并與反光片底部平面垂直。本發(fā)明證明這一假設(shè)對(duì)所有幾何形狀的立體角并不都適用。本發(fā)明第二個(gè)方面取決于認(rèn)識(shí)到具有與立體角元件光學(xué)軸線所處平面不重合的寬入射角度平面的反光制品的光學(xué)性能可通過將寬入射角度平面以一特定角度與反光片的邊緣對(duì)齊。較佳地，寬入射角平面應(yīng)近似地與反光片一條邊平行。
圖1是包括多個(gè)立體角元件12、14的制品的結(jié)構(gòu)表面10部分放大示意平面圖，該立體角元件12、14由包括互相相交的三個(gè)槽組構(gòu)成，槽組包括一初級(jí)槽組30和兩個(gè)次級(jí)槽組36、37。各槽組中相鄰槽之間的距離測(cè)得在小于600微米和最好約150-200微米之間，然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到并不要求立體角元件的精密測(cè)量。圖1所示立體角元件12、14的底部三角形所包括的角度測(cè)出近似65度、65度和50度，然而，立體角元件12、14的底部三角形的特定幾何形狀并不是必要的，并且應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明并不僅限于具有這些特殊底部三角形測(cè)量值的立體角元件。
稱槽組30為初級(jí)槽組、槽組36、37為次級(jí)槽組是一種習(xí)慣做法。對(duì)于具有等腰底部三角形的立體角元件、如圖1所示的立體角元件，次級(jí)槽組36、37具有基本上相同的槽角(例如38.721°)。反之，初級(jí)槽30的槽角a1(例如27.795°)與次級(jí)槽組36、37的槽角不同。按常規(guī)將一個(gè)槽組稱為初級(jí)槽組，陣列所處基底邊緣相關(guān)的立體角陣列的方向可由初級(jí)槽組30與基底邊緣相交的角度確定。
圖2是具有圖1所示結(jié)構(gòu)表面10的制品2的部分橫截面圖。制品2包括一基底4，當(dāng)平放時(shí)，該基底具有一位于底部平面內(nèi)的底部表面6和一與底部表面6隔開的結(jié)構(gòu)表面10。構(gòu)成基底4的材料可根據(jù)制品2所處的具體應(yīng)用情況改變。以下討論不同應(yīng)用情況下所適用的材料。另外，在圖2所示的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)表面10與底部表面6相對(duì)并且基本與之處于同一平面中，然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)表面10既不需要與底部表面6直接相對(duì)，也不需要與之共平面。
參見圖2，立體角元件12、14的對(duì)稱軸線24、26都與軸線28傾斜約7.47度的一個(gè)傾斜角α，該軸線28基本上垂直于底部表面6并且與各立體角元件12、14的頂點(diǎn)相交。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到并不需要一個(gè)精密的傾斜角α，本發(fā)明可采用從大約4度至15度的一系列傾斜角。在圖2所示的實(shí)施例中，立體角元件12、14都在一個(gè)平面傾斜，該平面近似垂直初級(jí)槽30。更精確地，立體角元件12、14都傾斜成這樣的，即對(duì)稱軸線24、26處于與初級(jí)槽30和底部表面6近似垂直的一個(gè)平面。如圖1-2所示的傾斜立體角元件可稱為“反向”傾斜立體角元件。反向傾斜的立體角元件進(jìn)一步的特點(diǎn)在于立體角元件底部三角形僅有一個(gè)角測(cè)量出來是小于60度的；其它兩個(gè)角度至少為60度，并且在圖示實(shí)施例中，測(cè)量值約為65度。相反，向前傾斜的立體角的特點(diǎn)在于底部三角形的兩個(gè)角測(cè)量值小于60度，一個(gè)底部三角形角度測(cè)量值大于60度。
圖2也示出了初級(jí)槽30的槽邊角a1測(cè)量值近似29.795度。雖然圖2中未示，次級(jí)槽36、37的槽邊角測(cè)量值近似38.721度。具有基本上如圖1和2所示立體角元件的反光片揭示在美國(guó)專利2,310,790(Jungersen)中。
圖3是一等亮度值線圖，示出了由反向傾斜立體角元件12、14所形成的配對(duì)反光立體角元件的預(yù)期總返回光線，該反向傾斜立體角元件12、14由在入射角和取向角改變時(shí)折射指數(shù)為1.517的材料制成。立體角配對(duì)陣列的預(yù)期總返回光線可由百分比作用面積和光線強(qiáng)度來計(jì)算?？偣饩€返回量被限定為百分比作用面積和光線強(qiáng)度的乘積。對(duì)直接加工的立體角陣列的總光線返回量的深入討論揭示在Stamm的美國(guó)專利3,812,706中。
就一種初始的單一光線強(qiáng)度而言，損失是由通過反光片的底部表面的兩次通過和三個(gè)立體表面中每一個(gè)上的反光損失所造成的。對(duì)于接近垂直投射和反光片折射指標(biāo)約1.5的底部表面過渡損失大致都為0.92。已經(jīng)涂有反光層的立體角的反光損失取決于、例如涂層的類型、相對(duì)于立體角表面法線的投射角。涂有鋁反光層的立方體表面的一般反光系數(shù)在每一立方體表面為0.85至0.9。取決于全反射的反光損失基本上為零。然而，如果相對(duì)立體角表面法線的光線投射角小于臨界角，那么全反射可減少并且會(huì)通過立體角表面穿過大量的光線。臨界角是立體角的折射指數(shù)和立體角后部物質(zhì)(一般為空氣)的折射指數(shù)的函數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)教科書、如Hecht“光學(xué)”第二版(AddisonWesley公司1987年出版)就介紹了前表面通過損失和全反射。
單個(gè)或各個(gè)立體角元件的有效面積可由立體三角形的三個(gè)面在與折射的入射光線垂直平面上的投影和在相同平面上的第三反射的映象表面的投影的拓?fù)湎嘟粵Q定并與之相等。決定有效口徑的一種操作程序例如在由Eckhardt所著的“應(yīng)用光學(xué)”、1971年7月、第7號(hào)第10卷1559-1566頁。在Straubel的美國(guó)專利第835,648號(hào)中也討論了有效面積或孔徑的概念。那么，單個(gè)立體角元件的百分比有效面積由有效面積除以立體角表面的總投影面積確定。采用光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的光學(xué)模型技術(shù)可計(jì)算百分比有效面積，或者可采用傳統(tǒng)的光線跟蹤技術(shù)也可用數(shù)字決定百分比有效面積。配有成對(duì)陣列的一個(gè)立體角的百分比有效面積可由配對(duì)的兩個(gè)單獨(dú)立體角元件的平均百分有效面積計(jì)算出。換言之，百分比有效孔徑等于一正在反光的立體角陣列的面積除以陣列的總面積，百分比有效面積受到立體角幾何形狀、折射指數(shù)、入射角和反光層取向的影響。
參見圖3，矢量V1表示包括立體角元件12、14的對(duì)稱軸線24、26的平面。例如，在圖1中，矢量V1處于基本上與初級(jí)槽30垂直的平面內(nèi)。同心的等亮度曲線表示返回的預(yù)期總光量，是以入射角和取向角的多種組合投射在立體角元件12、14底部表面上的光線的百分率。由曲線圖中心的輻射運(yùn)動(dòng)表示入射角度加大，而圓周方向的運(yùn)動(dòng)表示立體角元件相對(duì)光源的方向的改變。最里面一條等亮度曲線是一組入射角的界線，以該入射角一對(duì)立體角元件12、14將投射在其底部三角形的接近90％的光線返回。逐漸遠(yuǎn)離中心的等亮度曲線是這樣一些入射角，即在這些入射角時(shí)投射在立體角元件12、14的底部三角形的光線返回百分率逐漸減少。
圖4是一等亮度圖，與圖3所示類似，它示出了如圖1和2所示配對(duì)立體角元件具有相同幾何形狀的立體角元件時(shí)的測(cè)得的總光線返回百分率。立體角元件由BK7玻璃制成，其折射率為1.517。雖然由于制造缺陷和測(cè)量錯(cuò)誤而在曲線圖中存在略微變化，但圖4中所示的測(cè)量結(jié)果仍與圖3所示的等亮度曲線的形狀相符。
應(yīng)當(dāng)注意到圖3-4所示的等亮度曲線圖的兩個(gè)方面。首先，曲線圖表明配對(duì)立體角元件12、14具有兩個(gè)寬入射角度平面，它們基本上相互垂直并且處于不與立體角元件傾斜平面重合的平面內(nèi)，由矢量V1表示。對(duì)于圖1-2所示的配對(duì)立體角元件，入射角度的兩個(gè)寬平面都與立體角元件傾斜平面近似成45°，并且與兩個(gè)基本上垂直平面40、42在等亮度圖上相同，該兩個(gè)平面與等亮度圖的寬瓣處重合。
圖3-4所示等亮度曲線的第二方面是立體角12、14相對(duì)平面V1對(duì)稱而產(chǎn)生的。因此，具有圖1-2所示幾何形狀的一對(duì)立體角元件將在平面40或42中返回以一給定入射角投射的光光量的百分率是近似相同的。該方面更詳細(xì)地示出在圖5中，該圖示出了立體角元件12、14的預(yù)期總返回光量，該光量是投射在平面40和42中的元件12、14底部上的光線入射角的函數(shù)。曲線44和46表示配對(duì)反光立體角元件的總返回光量，該立體角元件由折射指數(shù)1.6的材料制成。兩條曲線實(shí)際上在入射角的整個(gè)范圍內(nèi)疊加的，表示由配對(duì)立體角所折射的總光量以一給定入射角時(shí)在平面40或平面42中是近似相等的。在60°以上時(shí)的輕微不同來自于立體角在非常高的入射角時(shí)的預(yù)期性能的數(shù)字誤差。曲線48和50都是由折射指數(shù)1.5的材料制成的配對(duì)反光立體角元件的模擬曲線。
圖6將圖1-2所示幾何形狀的配對(duì)立體角元件的反光性能與美國(guó)專利4,588,258(‘258專利)所揭示幾何形狀的前傾立體角元件相比。曲線52示出了’258專利的幾何形狀下的總返回光量，它是入射角度最寬平面中的入射角的函數(shù)。曲線54示出了在‘258專利的幾何形狀下的總返回光量，它是第二寬入射角度平面內(nèi)的入射角函數(shù)。曲線56和58示出了在圖1中所示幾何形狀下的總返回光量，它是入射角兩個(gè)寬度平面的入射角函數(shù)。圖6表示在大于35-40度的入射角時(shí)，如圖1所示的配對(duì)立體角元件在兩個(gè)寬入射角度40、42平面返回的光量百分率大于’258專利中所揭示的幾何形狀的立體角元件在“Y”平面內(nèi)的返回光量。
圖7是一典型的反光片60的示意平面圖，根據(jù)本發(fā)明原理該反光片具有兩個(gè)入射角度寬平面。反光片60包括第一和第二縱向邊62以及基本上與圖1-2所示結(jié)構(gòu)面有關(guān)的結(jié)構(gòu)面。該結(jié)構(gòu)面包括一個(gè)配對(duì)立體角元件陣列，該陣列由三組基本上平行槽相交形成，槽組包括一初級(jí)槽組66和兩組次級(jí)槽68、69。因?yàn)榱Ⅲw角元件具有等腰底部三角形，所以底部三角形的兩個(gè)角是相同的。初級(jí)槽組可由連接底部三角形的兩個(gè)相等角的槽組構(gòu)成。其余的槽組可認(rèn)為是次級(jí)槽組。在圖7所示的實(shí)施例中，陣列基本上完全穿過反光片的表面。各配對(duì)的立體角元件包括兩個(gè)在基本上與初級(jí)槽組66垂直的平面內(nèi)傾斜的兩個(gè)相對(duì)單獨(dú)立體角元件70、72。另外，基本上每個(gè)初組槽組66的主要部分、較佳地是整個(gè)初級(jí)槽組66都處于以角度α與制品縱向邊緣62相交的平面內(nèi)，該角度較佳地為45度。應(yīng)當(dāng)注意到結(jié)構(gòu)表面為圖示清楚在圖7是放大的。實(shí)際上，相鄰槽組之間的距離一般測(cè)量值在60至600微米之間。
雖然在圖7中所示各配對(duì)的相對(duì)立體角元件70、72都是實(shí)際上相互直接面對(duì)初級(jí)槽組66，但可認(rèn)識(shí)到這種實(shí)際相對(duì)位置并不是本發(fā)明的要求。最普遍地來說，本文所用的“相對(duì)”一詞可用于表示光學(xué)地相對(duì)。立體角元件可認(rèn)為在它們產(chǎn)生“鏡像”反光圖形時(shí)是光學(xué)相對(duì)的。眾所周知，在立體角反光技術(shù)領(lǐng)域中，是另一個(gè)的物理鏡像的立體角元件-即元件基本上相同的只是相互轉(zhuǎn)過180度的立體角元件產(chǎn)生鏡像反光圖形。直接加工工藝有利于相對(duì)的立體角元件直接地使槽組相互相對(duì)，如圖7所示的。然而，可認(rèn)識(shí)到相對(duì)立體角元件可物理地在反光片上相互遠(yuǎn)離。另外，可認(rèn)識(shí)到相對(duì)立體角元件不需要相互有較佳地物理鏡向成像來產(chǎn)生光學(xué)相對(duì)的立體角元件。相對(duì)立體角元件的物理形狀略微變化將僅產(chǎn)生反光圖形的略微變化，這種變化在正常的觀察條件下人眼是察覺不到的。這種立體角元件仍然是本文所采用詞意范圍內(nèi)的相對(duì)元件。
具有如圖7所示結(jié)構(gòu)表面的反光片存在與圖3所示相同形狀的理論等亮度曲線。然而，因?yàn)榱Ⅲw角元件的陣列的方向是初級(jí)槽組66處于與反光片邊緣以近似45度相交的平面內(nèi)，與圖3所示平面40對(duì)應(yīng)的入射角寬度平面近似地與反光片60的縱向邊緣62平行。另一與圖3所示平面42對(duì)應(yīng)的入射角寬平面近似地垂直反光片60的縱向邊緣。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將可認(rèn)識(shí)到反光片60的反光性能可與圖3所示的理論性能有所變化，因?yàn)橹T如制造缺陷、測(cè)量錯(cuò)誤等原因。這種略微的變化認(rèn)為也是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。
反光片60的一個(gè)特別有益的應(yīng)用場(chǎng)合為車輛醒目片。圖8是一大型車輛82的示意圖，一條反光片60設(shè)置在垂直方向。反光片60可反射過往車輛的前燈光線以增加其醒目性。為了使水平反光片條60在高入射角度下所返回的光量最大，入射角的最寬平面應(yīng)當(dāng)基本上與其縱向邊緣62平行。相反，為了使垂直方向的反光片條60所返回的光量在高入射角時(shí)最大，入射角的最寬平面應(yīng)當(dāng)基本上垂直于其縱向邊緣62。
反光片60尤其適用于提高車輛的醒目性。當(dāng)反光片60水平地設(shè)置在車輛82上時(shí)，入射角的一個(gè)寬平面基本上與反光片60的縱向邊緣62平行(例如約在5°左右)，從而使水平條84在高入射角時(shí)所返回的光量最大。相同地，當(dāng)反光片60垂直地放在車輛上時(shí)，入射角的一個(gè)寬平面基本上垂直于反光片60的縱向邊緣62，從而使垂直條86在高入射角時(shí)所返回的光量最大。為這種應(yīng)用提供單個(gè)反光片產(chǎn)品的能力可節(jié)省為這種醒目反光片所作的設(shè)計(jì)、制造銷售和安裝工序。
反光片60同樣適用于高速公路標(biāo)志片。如上所述的，大多數(shù)傾斜立體角反光片產(chǎn)品的反光性能取決于反光片在標(biāo)志上的取向。例如，‘258專利所示的反光片在與X平面相同的平面內(nèi)具有較佳的入射角度。為了保證‘258專利的反光片的光學(xué)性能最佳，反光片的取向必須是X平面與投射光的入射平面重合。相反，圖7所示反光片的取向可是任一寬入射角度平面與投射光線的入射平面重合。
在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合下，當(dāng)最寬的入射角度的一個(gè)平面基本上與反光片的縱向邊緣62平行時(shí)，反光片60具有最佳的反光性能。對(duì)于圖7所示立體角幾何形狀而言，這對(duì)應(yīng)于一結(jié)構(gòu)表面，其中初級(jí)槽組66的主要部分、較佳地是各初級(jí)槽66的整個(gè)長(zhǎng)度都處于一平面內(nèi)，該平面與反光片縱向邊緣62以測(cè)量角度45度相交。然而，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，初級(jí)槽不需要處于與一片反光片的邊緣精確地交成45度的平面內(nèi)。雖然制品的反光亮度在初級(jí)槽66與制品的邊緣62相交角度偏離45度時(shí)減少，但這種減少是逐漸的。取決于功能要求本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)仍可在圖7所示的幾何形狀下獲得，只要初級(jí)槽66與邊緣62的相交角度大約在35到55度之間、較佳地在約40至50度時(shí)獲得。另外，許多其它的立體角幾何形狀存在具有寬入射角度平面，這些平面離開立體角元件的光學(xué)軸線傾斜的平面。在反光技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將可認(rèn)識(shí)到具有這種立體角元件的反光片的性能可通過將立體角元件的取向定為寬入射角的平面基本上與反光片邊緣平行來改進(jìn)。
本發(fā)明的光學(xué)優(yōu)點(diǎn)可采用圖1所示幾何形狀之外的其它立體角幾何形狀來實(shí)現(xiàn)。具有不等邊底部三角形的許多類立體角元件具有適用于制造本發(fā)明的反光片等亮度曲線，底部三角形立體角元件的特點(diǎn)在于立體角元件所含的三個(gè)內(nèi)角中的沒有一個(gè)是相同的。
采用典型不等邊底部三角形立體角元件幾何形狀的結(jié)構(gòu)表面100的一個(gè)例子示出在圖9中。各立體角反光元件的底部三角形的內(nèi)角近似為69.09度，50.00度以及67.91度(分別為β1，β2，β3)。槽102(a3)的槽側(cè)角近似41.812度；槽104(a2)的槽側(cè)角近似27.623度；槽106(a1)的槽側(cè)角近似35.702度。各立體角元件的光學(xué)軸線與垂直基體的底部表面的軸線近似傾斜8.30度，該基體處于一近似地平行槽106并且垂直材料的底部表面的平面內(nèi)。
圖10是采用由折射指數(shù)1.590的材料制成、并且具有圖9所示幾何形狀的配對(duì)立體角元件的反光片的預(yù)期等亮度軸線。矢量V1對(duì)應(yīng)于立體角元件傾斜的平面(例如含有立體角元件對(duì)稱軸線的平面)。圖9所示立體角幾何形狀具有兩個(gè)寬入射角度平面，如平面110、112，它們都是成角度地與立體角元件傾斜的平面偏離30度和120度。另外，平面110和112都近似地相互垂直。此外，結(jié)構(gòu)表面的取向是槽106以30度或60度與反光片的縱向邊緣相交，而使一個(gè)寬入射角平面與反光片的縱向邊緣平行，另一個(gè)寬入射角平面垂直反光片的縱向邊緣。
圖11示出了一結(jié)構(gòu)表面120，該表面包括另一個(gè)不等邊底面三邊形的幾何形狀的立體角，其兩個(gè)寬入射角平面在角度上偏離相對(duì)立體角元件傾斜的平面。圖11所示立體角元件底部三角形的內(nèi)角近似68.71度，48.00度和63.29度(分別為β1，β2，β3)。槽122(a3)的槽側(cè)角近似36.324度；槽124(a2)的槽側(cè)角近似26.283度；槽126(a1)的槽側(cè)角近似42.306度。各立體角元件的光學(xué)軸線與垂直基體的底部表面的軸線近似成9.51度，該基體處于一與槽126以近似45度相交的平面內(nèi)。
如圖12所示的，包括如圖11所示一陣列立體角元件、且折射指數(shù)為1.590的反光片具有兩個(gè)入射角度寬平面130、132，它們與元件傾斜平面的矢量V1偏離約26度和116度。因此，結(jié)構(gòu)表面的方向是槽124以19度或71度與反光片的縱向邊緣相交，而使一個(gè)寬入射角平面與反光片的縱向邊緣平行，另一個(gè)入射角度寬平面垂直反光片的縱向邊緣。
采用不等邊底部三角形的立體角設(shè)計(jì)比具有等腰底部三角形的立體角元件還具有其它一些優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有不等邊底部三角形的立體角元件的結(jié)構(gòu)表面可使制造過程中相對(duì)立體角元件傾斜角度較大，而不會(huì)對(duì)相鄰立體角元件造成物理損傷。
在采用三組相互相交的槽的直接加工立體角中，當(dāng)任一槽側(cè)角超過45度時(shí)，立體角碎裂，而使切削工具將相鄰立體角的邊緣弄碎。例如，美國(guó)專利4,588,258中所示的立體角元件的幾何形狀傾斜角度在一傳統(tǒng)陣列中不能超出9.736度。在下文中的表格I中，示出了底部三角形內(nèi)角(β)和槽側(cè)角(a)的典型不等邊幾何形狀值時(shí)相對(duì)立體角元件在大致與一槽平行且垂直底部平面的一個(gè)平面內(nèi)的傾斜。不等邊幾何形狀可使任何槽側(cè)角超出45度之前的傾斜較大，從而允許立體角元件有超出切削工具造成的機(jī)械碎裂的已知極限的傾斜。例如，表I示出了可采用高達(dá)約13.376度的傾斜或斜角，而不會(huì)有邊緣碎裂。
表Iβ2 β3 β1 a1a2 a3 傾斜角40.073.321 66.67936.69521.063 45.78914.91241.072.845 66.15536.57721.677 45.48514.30542.072.358 65.64236.46422.300 45.16113.68942.572.110 65.390 36.40822.61444.99213.37643.071.858 65.142 36.35422.93144.81813.06144.071.345 64.655 36.24723.57144.45512.42145.070.817 64.183 36.14524.22144.07111.76946.070.274 63.727 36.04724.88143.66611.10547.069.713 63.287 35.95325.55043.23810.42648.069.133 62.867 35.86426.23042.7879.73349.068.533 62.467 35.78026.92142.3139.02550.067.912 62.088 35.70027.62341.8148.30051.067.266 61.734 35.62628.33641.2897.55952.066.595 61.405 35.55829.06140.7386.80153.065.896 61.104 35.49529.79740.1606.02454.065.167 60.833 35.44030.54539.5535.22855.064.405 60.595 35.39131.30438.9174.41256.063.607 60.393 35.34932.07538.2503.57457.062.770 60.230 35.31632.85737.5522.71558.061.892 60.109 35.29133.65036.8221.83359.060.967 60.033 35.27534.45236.0580.92760.060.000 60.000 35.26435.26435.2640.000結(jié)合本發(fā)明關(guān)于不在傾斜平面內(nèi)改進(jìn)的較佳入射角度的示教，不等邊底部幾何形狀的立體角元件陣列也可使傾斜超出原先已知的極限，在該極限時(shí)垂直或法向地投射到立體角底部三角形上的光線總返回光量減少。反光片的總返回光量(TLR)是由百分比有效孔徑和反光的光線亮度的乘積。立體角幾何形狀、入射角和折射率、亮度的顯著減少的一些組合情況可使總返回光量相對(duì)減少，即使百分比有效孔徑相對(duì)大。一個(gè)例子是根據(jù)反光的光線的全反射的反光立體角元件陣列。如果在一個(gè)立體角面外，超過全反射的臨界角亮度就會(huì)顯著減弱。雖然在此情況下采用金屬或其它反光涂層是有用的，但這些涂層由于成本、工藝、外觀或其它一些因素而并不是總適合的。在此情況下，采用不等邊底部三角形的立體角元件就是較佳的。
表II示出了垂直投射光線和折射率為1.586的立體角的限制總返回光線的幾何形狀。例如對(duì)于一個(gè)52.2度-52.2度-74.6度的底部三角形的立體角元件，極限傾角是15.60度，例如美國(guó)專利4,588,258(Hoopman)所揭示的。然而，這一極限在采用不等邊底部幾何形狀時(shí)可超出，而總返回光量不會(huì)減少，例如16.41度(45.40度-58.57度-76.03度)甚或18.830度(77.358度-65.642度-37.00度)。表II中的數(shù)據(jù)代表數(shù)字解而非解析解的結(jié)果。
表IIβ1 β2 β3 a1 a2a3 傾斜角75.600 52.200 52.200 50.867 26.50526.50515.60275.749 48.900 55.351 50.939 24.76928.08015.85776.030 45.400 58.570 50.924 22.94929.68916.40876.623 41.400 61.977 50.985 20.84031.29017.47677.358 37.000 65.642 50.816 18.58233.06418.830本發(fā)明的原理也可應(yīng)用于傾斜的反光片。如本發(fā)明所采用的，傾斜的結(jié)構(gòu)表面包括相對(duì)反光片邊緣的不同方向上的配對(duì)立體角元件的多個(gè)分立的陣列。鋪貼是用于生產(chǎn)具有多個(gè)寬入射角度平面的反光片的策略。鋪貼的反光片在高入射角時(shí)固有地存在亮度損失，因?yàn)?，確切地說，僅一部分陣列的方向可以在一給定入射角和反光片取向下反射最大量的光線。然而，通過使立體角元件陣列的取向根據(jù)本發(fā)明原理處于結(jié)構(gòu)表面上可使鋪貼的反光片的固有亮度損失最小或者至少是減小。
鋪貼的一致性可結(jié)合圖7所示的反光片來說明。如上所述的，圖7所示反光的結(jié)構(gòu)表面具有配對(duì)的單個(gè)立體角元件陣列，它可產(chǎn)生兩個(gè)寬入射角平面第一平面基本上平行于反光片60的縱向邊緣62，第二平面基本上垂直于反光片60的縱向邊緣62。一鋪貼的反光片、包括具有相對(duì)反光片邊緣處于兩個(gè)不同方向的兩個(gè)不同陣列位置的結(jié)構(gòu)表面、可具有多達(dá)四個(gè)寬入射角平面。相同地，一反光片、包括相對(duì)反光片邊緣有三個(gè)不同取向的三個(gè)不同鋪貼陣列可具有多達(dá)六個(gè)寬入射角平面?？傊?，對(duì)于圖7所示的立體角形狀而言，具有X個(gè)寬入射角平面的反光片可由具有相對(duì)反光片邊緣的X/2不同取向上的多個(gè)鋪貼陣列的結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)配對(duì)立體角元件的陣列的取向應(yīng)為一個(gè)寬入射角平面近似地平行反光片的邊緣。因此，對(duì)于圖7所示的立體角幾何形狀而言，一個(gè)配對(duì)立體角元件陣列的方向應(yīng)當(dāng)為初級(jí)槽與制品的邊緣相交成45度。
其余陣列的取向取決于在結(jié)構(gòu)表面中的配對(duì)立體角元件的分立陣列的數(shù)量。對(duì)于圖7所示立體角幾何形狀而言，假設(shè)鋪貼目的是產(chǎn)生一在轉(zhuǎn)動(dòng)方向上更對(duì)稱的反光圖形，則配對(duì)立體角元件陣列之間的角度差ε可由以下公式表示ε＝90/N其中N表示立體角元件分立陣列的數(shù)量。因此，在具有四個(gè)寬入射角平面的反光片中(例如采用N-2陣列的立體角元件)，立體角陣列取向上的角度差ε應(yīng)當(dāng)近似45度。因此，立體角元件的第二陣列的取向應(yīng)當(dāng)是初級(jí)槽與制品邊緣相交近90度。同樣地，在具有六個(gè)寬入射角平面的反光片中，立體角陣列取向上的差ε近似30度。因此，立體角元件的第二陣列的取向應(yīng)當(dāng)是初級(jí)槽與制品邊緣相交成與反光片的縱向邊緣成15度，第三立體角元件陣列的取向應(yīng)當(dāng)是初級(jí)槽與制品邊緣相交成與反光片的縱向邊緣近似75度。這一系列可延續(xù)到所需的多個(gè)不同取向上。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的鋪貼反光片150的一個(gè)實(shí)施例示意圖，它具有六個(gè)立體角元件陣列，因而具有六個(gè)寬入射角度。在一較佳例中，反光片150制成為一薄的連續(xù)帶，柔軟的反光片可以繞成卷。反光片150的結(jié)構(gòu)表面包括六組配對(duì)立體角元件陣列，位于相對(duì)反光片150的縱向邊緣152的六個(gè)不同取向上第一組陣列154的位置為初組槽與邊緣152相交成15度，第二組陣列158位置為初級(jí)槽與邊緣152相交成75度銳角，以及第三組陣列162的位置為初級(jí)槽與邊緣152相交成45度的銳角，第四組陣列155位置為初級(jí)槽與邊緣152相交成45度銳角，第五組陣列159的位置為初級(jí)槽與邊緣152相交成75度的銳角，第六組陣列的取向?yàn)槌跫?jí)槽與邊緣152相交成15度的銳角。各陣列由基本上與圖1和2的配對(duì)立體角元件相同的元件構(gòu)成。矢量156、160和164表示立體角元件的各陣列154、158、162的初級(jí)槽各自的方向。相同地，矢量157、161和165分別表示陣列155、159和163的初級(jí)槽的方向。雖然不是必要的，但較佳的六個(gè)不同陣列組154、155、158、159、162和163都大約蓋住反光片150的結(jié)構(gòu)表面的六分之一的表面積。
反光片150具有六個(gè)寬入射角平面。與陣列組162、155對(duì)應(yīng)的兩個(gè)寬入射角平面相對(duì)反光片150的縱向邊緣152近似0度和90度。與陣列組154和159對(duì)應(yīng)的兩個(gè)寬入射角平面相對(duì)反光片150邊緣近似成60度和150度。與組158和163對(duì)應(yīng)的兩個(gè)寬入射角平面相對(duì)反光片150的邊緣近似成30度和120度。
圖13所示的反光片150采用了在六個(gè)不同取向上的六個(gè)陣列以產(chǎn)生具有六個(gè)寬入射角平面的反光片，其中之一基本上與反光片150的縱向邊緣152平行。然而，應(yīng)該清楚，反光片150可具有更多或更少的陣列以形成反光片，并且具有相應(yīng)的更多或更少的寬入射角平面。
如上關(guān)于本發(fā)明的單個(gè)陣列實(shí)施例所討論的，該陣列不需要精確排列也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。在許多應(yīng)用情況下，將立體角陣列放置成大約5度的較佳方向?qū)⒖勺銐蛟谝唤o定入射角度下產(chǎn)生所需的亮度。
圖14是反光片170的示意圖，它采用了與圖1-2所示類似的配對(duì)反向傾斜立體角元件的多個(gè)鋪貼陣列。圖14所示的反光片由伊利諾斯州Niles的Stimsonite方便地購(gòu)得，并且制成且以商標(biāo)名稱為STIMSONITE的高性能級(jí)反光片(Lot1203W，產(chǎn)品號(hào)8432170)供應(yīng)。反光片170的結(jié)構(gòu)表面包括多個(gè)相對(duì)反光片170的縱向邊緣172的多個(gè)不同取向上的多個(gè)匹配立體角陣列組。立體角陣列的取向可以是陣列初級(jí)槽處于相對(duì)反光片170的縱向邊緣172成0度、30度、60度和90度的方向的平面內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明將反光片150的鋪貼段定位以使寬入射角度平面相對(duì)反光片150的縱向邊緣152近似成0度和90度可獲得比圖14所示鋪貼反光片更顯著的性能。這些性能改進(jìn)示在圖15中，該圖描述了反光片的亮度(每平方米燭光)是為改變?cè)诜垂馄箱佡N段(例如改變槽排列角)的取向的距離函數(shù)(米)。在圖15中的亮度數(shù)據(jù)表示一標(biāo)準(zhǔn)轎車接近以45度角橫停在路中的雙輪拖車時(shí)的亮度。反光片水平地在在雙輪拖車底邊上。產(chǎn)生圖15所示數(shù)據(jù)的檢試環(huán)境和方法的詳細(xì)描述可從由Woltman和Szczech所著的用于符合駕駛員需要、道路變化和標(biāo)志材料的方法的標(biāo)志亮度、由國(guó)家研究協(xié)會(huì)交通研究委員會(huì)1989年出版的交通研究記錄1213、人類行為和高速公路的能見度--設(shè)計(jì)安全和方法第21-26頁中得知。
在圖15中，曲線180對(duì)應(yīng)于如圖14所示的反光片。曲線182對(duì)應(yīng)于具有放置成5，35和65度取向的立體角陣列的反光片，曲線184對(duì)應(yīng)于具有10、40和70度取向的立體角陣列的反光片，曲線186對(duì)應(yīng)于具有在成15、45和75度取向的立體角陣列的反光片，以及曲線188對(duì)應(yīng)于具有20、50和80度取向的立體角陣列的反光片。圖15示出了具有放置成15、45和75度取向的立體角陣列的反光片幾乎在離開反光片的所有距離下都有最佳的反光性能。同樣地，具有10、40和70度取向的立體有陣列的反光片以及立體角陣列方向?yàn)?0、50和80度的反光片在建模的距離范圍內(nèi)都有良好的反光性能。對(duì)應(yīng)于反光片170的0度方向存在最差的反光性能。根據(jù)本發(fā)明的鋪貼反光片取向的工作性能比在曲線所示的所有距離下都優(yōu)于圖14所示的反光片。因此，本發(fā)明的反光片的亮度近似是約50至150米的臨界距離范圍中的亮度的兩倍。
根據(jù)本發(fā)明的反光片可由一片整體材料制成，例如在一預(yù)制片上模壓出所述陣列的立體角元件，或者用流體材料在一模具中鑄造而成。另外，這種反光片可制成為一疊層制品，例如如美國(guó)專利3,684,348所揭示的在一預(yù)制薄膜上鑄造元件，或者將一預(yù)制薄膜疊置在單個(gè)模塑元件的前面上。
用于制造本發(fā)明反光片的有用工具包括模壓模具，該模具可呈連續(xù)的帶狀或卷筒形。這種連續(xù)模具可用復(fù)制工藝制成，其一開始就在一可加工的基體上采用精密加工工具、例如金剛石固化機(jī)或車床直接加工一結(jié)構(gòu)表面以產(chǎn)生一標(biāo)準(zhǔn)模制工具。結(jié)構(gòu)表面可采用將鎳的電解沉積在標(biāo)準(zhǔn)制品上復(fù)制而成。多個(gè)這樣的復(fù)制工具可連接到一模造或鑄造模具中。就本發(fā)明所述的具有新穎結(jié)構(gòu)表面幾何形狀的范圍而言，本發(fā)明的權(quán)利要求書將覆蓋用于制造反光片的復(fù)制品、工具和模具。
用于本發(fā)明的反光制品或反光片的合適材料較佳地包括透明材料，其尺寸穩(wěn)定、耐用、耐氣候性，并且易于被復(fù)制成所需的形狀。合適材料的例子包括玻璃；折射指數(shù)約為1.5、由Rohm and Haas公司制造的如PLEXIGLAS牌丙烯酸樹脂；折射指數(shù)約為1.59的聚碳酸酯；英國(guó)專利2,027,441和美國(guó)專利4,576,850、4,582,885和4,668,558所揭示的活性材料；可透過用于固化立體角元件的光化輻射波長(zhǎng)的材料；從一組聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以及多官能團(tuán)丙烯酸單體的交聯(lián)鍵聚合物中選得的聚合材料；聚乙烯基離子交聯(lián)聚合物(如市售的E.I.Dupontde Nemours and Co.，Inc.的SURLYN牌)；聚酯、聚氨基甲酸乙酯；以及醋酸-丁酸纖維素。聚碳酸酯是最合適的材料，因?yàn)槠漤g性和較高的折射率，而可有利于在一較大的入射角范圍中改善反光性能。這些材料也可包括染料、著色劑、顏料、紫外線穩(wěn)定劑或其它添加劑。著色劑可包括熒光染料或顏料以改善反光片在日光下能見度和醒目性。材料的透明度可保證分離或平截表面可使光線透過制品或反光片的這些部位。
平截或分離表面的存在并沒有削弱制品的反光度，而是使整個(gè)制品局部透明。在一些需要局部透明材料的應(yīng)用情況下，制品的低折射指數(shù)將改善透過制品的光線范圍。在這些情況下，增大的丙烯酸的透射范圍是需要的(折射指數(shù)約為1.5)。
在完全反光的制品中，具有高折射率的材料是較佳的。在這些應(yīng)用情況下，如折射率約為1.59的聚碳酸酯可用于增加材料的折射率和空氣之間的差，從而增加反光度。聚碳酸酯一般也具有溫度穩(wěn)定性和沖擊耐力。
本發(fā)明還涉及用一利用所揭示的立體角元件的光學(xué)設(shè)計(jì)的鑄造和固化式制造工藝生產(chǎn)具有超高光學(xué)性能和極好柔軟度的反光片。采用這種工藝的一制品實(shí)施例包括第一立體角元件的聚合成分和熱塑材料的第二聚合疊層材料。較佳地，疊層材料對(duì)于制成立體角元件的樹酯固化的光化輻射波長(zhǎng)是透明的。這一實(shí)施例材料的另一較佳特點(diǎn)是各單元有關(guān)的彈性模數(shù)。高彈性模數(shù)的材料用于立體角元件是較佳的，因?yàn)槠渚哂械挚棺冃巫枇Φ臋C(jī)械特性。疊層材料較佳地是略低彈性模數(shù)的聚合材料。在對(duì)立體角單元固化過程中，取決于立體角材料的成分，單個(gè)立體角元件可經(jīng)受一定程度的收縮。如果疊層材料的彈性模數(shù)太高，當(dāng)立體角元件在固化過程中收縮時(shí)會(huì)受到扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。如果應(yīng)力足夠高，那么立體角角元件就會(huì)變形而使光學(xué)性能降低。當(dāng)疊層薄膜的彈性模數(shù)足夠地低于立體角材料的模數(shù)時(shí)，疊層可在立體角元件收縮時(shí)變形，而不會(huì)在立體角元件上施加其固有的變形應(yīng)力，從而不會(huì)引起光學(xué)性能降低。
另外，立體角元件和疊層材料之間的彈性模數(shù)差不需要隨立體角元件的尺寸增大。當(dāng)立體角元件較低時(shí)，立體角元件和疊層薄膜之間的彈性模數(shù)差不需要很大，假定由于較小的立體角元件在固化過程中收縮時(shí)不會(huì)受到和以絕對(duì)尺寸單位所測(cè)得的一樣大的應(yīng)力，所以疊層薄膜不與立體角元件互相作用使產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)和尺寸應(yīng)力與較大立體角元件的范圍一樣大。總之，可以表明疊層材料和立體角元件材料之間的模數(shù)差應(yīng)在1.0至1.5×107帕的范圍中，或者更大的范圍中。當(dāng)立體角元件的高度減小時(shí)，這一模數(shù)差立即可達(dá)到上述給定范圍的下限。然而，應(yīng)當(dāng)記住，實(shí)際上存在立體角元件材料的實(shí)際下限。在某一值下，一般在2.0至2.5×108帕范圍中，立體角元件會(huì)變得太軟，而沒有足夠的機(jī)械剛性而在一應(yīng)力作用下發(fā)生適當(dāng)?shù)钠屏选Ｔ谀承?shí)施例中破裂是一所需的特征以便獲得不連續(xù)的立體角元件。沒有這一破裂，在應(yīng)力作用下就不能實(shí)現(xiàn)單個(gè)立體角元件的解耦連，而解耦連對(duì)反光片獲得柔性和優(yōu)異的光學(xué)性能是至關(guān)重要的。
除了考慮立體角元件和立體角元件鑄造于其上的疊層薄膜之間的相關(guān)彈性模數(shù)之外，疊層薄膜的較低彈性模數(shù)也是需要的。如果制造目標(biāo)是為了獲得在所生產(chǎn)的反光片材料中獲得高柔軟度，這一點(diǎn)就是重要的。較佳地，立體角元件用少量接合區(qū)鑄造在疊層薄膜上。假設(shè)接合區(qū)可以足夠地小，疊層薄膜的伸長(zhǎng)或其它適當(dāng)彈性變形可使得單個(gè)立體角元件之間的立體角材料破裂。這可由通過對(duì)疊層/立體角材料的后制造施加彈性應(yīng)力、或者可通過簡(jiǎn)單地將材料從制造裝置上移開的工藝來完成。這表明在制造時(shí)效率很高，即為實(shí)現(xiàn)相同的效果而使更多基本接合區(qū)破裂的重要的后鑄造操作是不必要的的，從而可節(jié)約制造成本。
由于立體角薄膜的少量接合區(qū)破裂，所以單個(gè)立體角光學(xué)元件相互間必須完全解耦以及從疊層材料上脫離。重要的優(yōu)點(diǎn)來自于這一解耦。首要的是材料的超軟性。不管接合區(qū)的厚度如何，解耦的光學(xué)元件不再受接合區(qū)作用的機(jī)械約束。這使得彈性疊層/立體角復(fù)合材料的顯著變形，而同時(shí)可實(shí)質(zhì)完成復(fù)合材料后變形的機(jī)械復(fù)原。同樣，單個(gè)立體角元件的解耦使之可能脫離施加于復(fù)合材料上的任何變形應(yīng)力。其直接的益處在于施加于反光材料上的應(yīng)力一般具有使材料的光學(xué)性能略微降低的作用。在已有技術(shù)的制造過程中，由于柔性小，施加于立體角復(fù)合材料一個(gè)區(qū)域上的局部應(yīng)力可透到相鄰區(qū)域中，結(jié)果反光材料的很大區(qū)域上失去大量的光學(xué)特性。
在為了在一反光制品中獲得一定程度柔性的另一不同工藝中，第一步是暫時(shí)將一個(gè)立體角陣列固定到一片底部材料上。立體角元件可通過在底部材料上的可脫離涂層上鑄造一適合的材料而構(gòu)成。那么，立體角元件的一反光層由噴涂金屬或其它方式制成。底部材料層可以除去，而在基體上形成一較自由地存在露出的立體角陣列。
適合的后層可由透明或不透明材料制成，包括有色或無色材料，它們可以緊密地接合反光元件。合適的背材料包括鋁層、鍍鋅鋼、聚合材料、如聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚酰胺、聚氟乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯以及由這些和其它材料制成的多種疊層。
該背層或片可封到呈網(wǎng)格狀圖案或其它合適結(jié)構(gòu)的反光立體角元件?？刹捎迷S多方法，包括超聲焊接、粘結(jié)劑、或者通過熱封等在反光元件的陣列不連續(xù)位置處進(jìn)行密封(例如見美國(guó)專利3,924,928)。密封是為了防止污染物進(jìn)入、如土壤或水分的進(jìn)入以及在立體角反光表面的周圍建立一個(gè)空氣的間隔。邊緣密封在車輛醒目性的應(yīng)用情況下是有利的，它需要較窄長(zhǎng)的反光片條。
如果在復(fù)合材料中需要額外的強(qiáng)度或韌性，可采用聚碳酸酯、聚丁烯或纖維加強(qiáng)塑料制成的背層。根據(jù)制成的反光材料的柔軟度，材料可卷成筒或切成條或其它合適的設(shè)計(jì)。反光材料背上可涂上粘結(jié)劑和釋放層以使之施放于任何基體上，而不需要其它施加粘結(jié)劑的步驟或采用其它固定方式。
雖然在上述各實(shí)施例中沒有具體地揭示，但本發(fā)明還可以有具有立體角反光技術(shù)特點(diǎn)的許多變化或組合。例如，本技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)普通技術(shù)人員顯然可以在分離立體角元件的槽中提供一分離表面。另外，顯然可在結(jié)構(gòu)表面一部分上涂覆一層鏡面反光物質(zhì)，如通過在表面上蒸涂一層鋁或銀。而且，一個(gè)普通技術(shù)人員將可認(rèn)識(shí)到相鄰立體角元件之間的二面角可以如Appeldom的美國(guó)專利4,775,219中所揭示的那樣變化。具有明顯的變化或組合特點(diǎn)的產(chǎn)品都屬于本發(fā)明范圍內(nèi)。
例I該例子示出了立體角元件傾斜的角度范圍，它可使立體角元件的光軸傾斜所在平面和最寬入射角平面之間有所需的角度偏差。圖16A至16J都是等亮度曲線，表示如圖1-2所示配對(duì)立體角元件預(yù)期的反光性能?？傊瑘D16A至16E示出了當(dāng)元件傾斜角度增加到產(chǎn)生一65-65-50底部三角形時(shí)最寬入射角平面與立體角元件在其中傾斜的平面之間的偏離角度的增加。其后，相對(duì)立體角元件的傾斜角度的增加可使寬入射角度平面和立體角元件在其中傾斜的平面之間的角度差減少。
圖16為具有等邊底部三角形、折射指數(shù)為1.59的單個(gè)立體角元件的等亮度曲線。它有眾所周知的六瓣形等亮度圖形，這是由等邊底部三角形立體角元件的三條對(duì)稱軸線所產(chǎn)生的。圖16B至16J示出了當(dāng)相對(duì)立體角元件的傾斜角度增加時(shí)配對(duì)立體角元件的等亮度圖形的變形。相對(duì)立體角元件在水平地穿過等亮度曲線的平面內(nèi)傾斜。圖16B表示1.60度傾斜以產(chǎn)生內(nèi)角近似為61度、61度和58度的等腰底部三角形。圖16C表示3.14度傾斜以產(chǎn)生內(nèi)角近似為62度、62度和56度的等腰底部三角形。圖16D表示4.63度傾斜以產(chǎn)生內(nèi)角近似為63度、63度和54度的等腰底部三角形。圖16E表示7.47度傾斜，以產(chǎn)生內(nèi)角近似為65度、65度和50度的等腰三角形。圖16F是10.15度傾斜，以產(chǎn)生內(nèi)角近似67度、67度和46度的等腰三角形。
等亮度曲線的試驗(yàn)結(jié)果表示最寬入射角平面與相對(duì)立體角元件傾斜所在平面的角度差的增加。
其余等亮度曲線表示最寬入射角平面和相對(duì)立體角所傾斜平面之間的角度發(fā)散度的減少。圖16G傾斜12.69度以產(chǎn)生內(nèi)角近似69度、69度和42度的等腰底部三角形。圖16H傾斜15.12度，以產(chǎn)生內(nèi)角近似71度、71度和38度的等腰底部三角形。圖16I表明傾斜17.46度，以產(chǎn)生內(nèi)角近似為73度、73度和34度的等腰底部三角形。圖16J表明傾斜19.72度以產(chǎn)生內(nèi)角近似為75度、75度和30度的等腰底部三角形。
這一系列的等亮度曲線表明當(dāng)相對(duì)立體角元件的傾斜角度增加到約12度時(shí)，制品的入射角度繼續(xù)在兩個(gè)基本上垂直的平面內(nèi)變寬，該兩個(gè)平面相對(duì)立體角元件傾斜平面近似成45度。進(jìn)一步傾斜可增加在這些平面內(nèi)的入射角度并且減少與傾斜平面重合平面內(nèi)的入射角度。而最佳的傾斜量近似為7.47度，對(duì)應(yīng)于65-65-50的底部三角形，將可認(rèn)識(shí)到從近似5度向近似12度的傾斜角度范圍是合理的，從而可生產(chǎn)出具有相互垂直的兩個(gè)寬入射角平面的反光制品。
權(quán)利要求
1.一種鋪貼式立體角反光薄片，其特征在于包括具有底部表面的襯底和偏離底部表面的結(jié)構(gòu)面，所述結(jié)構(gòu)面包括至少兩個(gè)不同的立體角元件陣列，其中(a)每個(gè)立體角陣列由三組交叉的基本平行槽組構(gòu)成，它們包括一個(gè)初級(jí)槽組和兩個(gè)次級(jí)槽組；(b)次級(jí)槽組的相交限定了小于60度的內(nèi)角，以及(c)至少一個(gè)立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以5度-25度、35度-55度和65度-85度的其中之一角度相交的平面內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的立體角反光片，其特征在于每個(gè)立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以10度-20度、40度-50度和70度-80度的角度其中之一相交的平面內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的立體角反光片，其特征在于每個(gè)立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以15度、45度和75度的其中之一角度相交的平面內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的立體角反光片，其特征在于所述次級(jí)槽組相交以限定出介于40度-60度之間的內(nèi)角。
5.如權(quán)利要求1所述的立體角反光片，其特征在于所述次級(jí)槽組相交以限定出介于45度-55度之間的內(nèi)角。
6.如權(quán)利要求1所述的立體角反光片，其特征在于所述次級(jí)槽組相交以限定為50度左右的內(nèi)角。
7.如權(quán)利要求1所述的立體角反光片，其特征在于一部分所述結(jié)構(gòu)面用鏡面反光材料涂覆。
8.一種鋪貼式反光材料，其特征在于包括具有底部表面的光透明襯底和與底部表面相對(duì)的結(jié)構(gòu)面，所述結(jié)構(gòu)面包括至少兩個(gè)不同的立體角元件陣列，其中(a)每個(gè)立方體頂角陣列由三組交叉的基本平行槽組構(gòu)成，它們包括一個(gè)初級(jí)槽組和兩個(gè)次級(jí)槽組；(b)次級(jí)槽組的相交限定了50度左右的內(nèi)角，以及(c)至少一個(gè)立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以45度左右的角度相交的平面內(nèi)。
9.一種制造適用于成型鋪貼式反光片的模具的方法，其特征在于包括以下步驟(a)提供多個(gè)分立的立體角元件模具部分，每個(gè)立體角元件模具包括具有放置在底平面內(nèi)的底部表面的襯底和與底部表面相對(duì)的結(jié)構(gòu)面，所述結(jié)構(gòu)面包括由三個(gè)交叉的平行槽組構(gòu)成的立體角元件，三個(gè)槽組包括一個(gè)初級(jí)槽組和兩個(gè)相交角度小于60度的次級(jí)槽組；以及(b)將多個(gè)分立的立體角元件模具部分裝入適用于成型反光片的模具內(nèi)，模具包括至少兩個(gè)不同的立體角元件陣列，其中裝配立體角模具部分的步驟包括將第一模具定向的步驟，以使立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以5度-25度、35度-55度和65度-85度的其中一個(gè)銳角相交的平面內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于裝配立體角模具部分的步驟包括將第一模具定向的步驟，以使立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以10度-20度、40度-50度和70度-80度的其中之一銳角相交的平面內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于裝配立體角模具部分的步驟包括將第一模具定向的步驟，以成使立體角陣列的每個(gè)初級(jí)槽組內(nèi)幾乎每個(gè)槽的主要部分位于與制品邊緣以15度、45度和75度的其中之一銳角相交的平面內(nèi)。
全文摘要
一種立體角反光制品,該制品在至少一個(gè)平面、較佳地在兩個(gè)或更多平面存在寬范圍的反射入射角度。本發(fā)明制品包括一具有由基本平行的槽的三個(gè)相交槽組構(gòu)成的至少一個(gè)立體角元件陣列的結(jié)構(gòu)表面。各立體角元件包括由三組相交槽中的每一組槽中的一個(gè)槽構(gòu)成的底部三角形,該底部三角形是不等邊的。
文檔編號(hào)G02B5/124GK1187883SQ96194683
公開日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月9日
發(fā)明者K·L·司密斯, G·M·本森 申請(qǐng)人:美國(guó)3M公司