專利名稱：在多重位置上有多種尺寸微棱鏡的逆反射制品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的技術背景逆反射片材已被廣泛用于各種安全與裝潢目的，夜間在照明條件差的環(huán)境中需要有充分的能見度的時候這種材料是特別有用的。對于逆反射材料，照射在前表面上的光線將朝著光源方向以基本平行的路徑反射回去。在船只和車輛的大燈或探照燈是唯一的照明光源的場合，這種逆反射大部分入射光線的能力對于警告信號尤為重要。
這類逆反射材料的應用包括消防隊員衣服上的反光帶和補丁、用于郵筒和桶狀物的反光飾物、錐形或環(huán)形的交通路標、高速公路路標、警告反射器等等。
在1989年1月31日授權的美國專利4,801,193中詳細地介紹了局部逆反射的片材的生產工藝，用這種工藝形成由金屬化的和未金屬化的棱鏡組成的網(wǎng)格圖案，并且利用粘接間隔給未金屬化的棱鏡提供空氣背襯，在此將其全部并入以供參考。
在1993年7月20日授權的美國專利5,229,882中，詳細地介紹了有顏色的逆反射微棱鏡材料的生產工藝，其中一些微棱鏡有逆反射界面，而其余的微棱鏡上面有著色的不反射的涂層。
所以，進入正面或底面的光線照射在具有逆反射界面的棱鏡側面上，這些光線改變方向，按照平行的路徑從材料中反射出來，即逆反射。行進到有彩色涂層的棱鏡側面的光線在那些棱鏡中折射，并且在日光和環(huán)境光線下賦予材料可見的顏色。
本發(fā)明概述按照本發(fā)明，逆反射片和逆反射制品由位于多種位置的多種尺寸的棱鏡反射器構成。形成多種尺寸的反射器的方法是有選擇地將反射涂層加到陣列中選定的部分微棱鏡的側表面上，接下來將著色的粘接劑涂層加到陣列的未涂覆的棱面上。
陣列中某些棱鏡面僅僅在棱鏡側面交會的頂部區(qū)域涂上反射材料。與全部棱鏡側面都涂覆的區(qū)域相比，這種棱鏡象小棱鏡那樣逆反射光線。有著色的粘接劑背襯的未涂覆區(qū)域將漫反射光線。
施加的反射涂層的圖案可以是任何形狀或格式，可以是隨機的形狀與格式，或者是注冊的圖案，以致棱鏡面可以按精確的圖案涂覆。涂層優(yōu)先采用金屬反射涂層材料，其材料可以是鋁、銀、銅等。
結果是一種形成均勻的發(fā)光圖案的逆反射材料(這是不同尺寸的逆反射棱鏡面創(chuàng)造的結果)和一種具有高色度的材料(這是著色的粘接劑潤濕透明的未涂覆的棱鏡面的結果)。
此外，粘接劑背襯可以與構成圖案的金屬化的棱鏡面拉開間隔，以形成空氣間隙，于是折射指數(shù)從棱鏡材料到空氣發(fā)生變化，從而為未涂覆的棱鏡面部分鏡面反射光線創(chuàng)造條件。
附圖的簡要說明

圖1是局部的示意圖，它說明用于形成逆反射材料的現(xiàn)有工藝實施方案的前期步驟。
圖2是類似的示意圖，它說明后續(xù)的步驟，在該步驟中金屬反射沉積物已經在按圖1制作的某些棱鏡上形成。
圖3是類似的示意圖，它說明圖2片材的背表面上全部沉積了著色的粘接涂層材料，并且有纖維層粘接于其上。
圖4是類似的示意圖，它說明除去了圖3中的載體板。
圖5是局部放大的截面圖，說明本發(fā)明另一個多層的實施方案。
本發(fā)明的詳細敘述首先參照圖1，在本發(fā)明的工藝中第一個步驟與上述的U.S.5,229,882中闡述的現(xiàn)有工藝相似。又薄又軟的片體10與比較厚的載體板12臨時借助粘接層14形成疊層材料，該粘接層優(yōu)先與載體板12粘接。在這個步驟中厚載體板事先用粘接劑14涂覆，然后與片體10一起通過一對疊合輥的間隙(未示出)。
在下一個步驟(未示出)中，在片體10的下表面即對置表面上提供薄薄的合成樹脂涂層20。然后，將這種經過涂覆的疊層材料對著模具22的表面加壓，在該模具表面上有密集的微棱鏡凹槽24，在凹槽中沉積著透明的可流動的合成樹脂組合物。接下來，將這個組合件暴露在來自燈28的紅外射線或紫外射線之下，以便使可流動的合成樹脂組合物固化，在片體10的表面上形成三維的微棱鏡造型26。
在該工藝的說明性實施方案中，將片材與模具22的表面剝離并翻轉過來，然后在真空下金屬化或用別的辦法處理，以便在微棱鏡造型26的表面上有選擇地形成透明的金屬反射沉積層30A-30B，如圖2所示。
在圖3中，疊層材料已經形成，在該疊層材料中非必選的柔軟的纖維36借助涂層38粘接在圖2的結構上，其中涂層38是沉積在微棱鏡側面全部表面上的著色的粘接劑。因此，涂層38與沒有金屬沉積層30A-30B的微棱鏡26直接接觸。
在圖4中，載體12和它的粘接層14已經與透明的膜體10剝離，片12支撐著微棱鏡體26。
微棱鏡26是密集的，并且可以是符合需要的立方體角造型。有關這種微棱鏡的結構和操作可以在1972年8月15日授權給Rowland的美國專利3,684,348中找到。這些微棱鏡即立方體角造型可以有不超過0.025英寸的側棱尺寸，但是優(yōu)先選用的結構側棱尺寸不超過0.007英寸，最符合需要的是在0.005英寸的數(shù)量級上。
在需要形成非常柔軟的疊層材料時，片體的厚度通常在0.01英寸的數(shù)量級上，優(yōu)先選用大約0.006英寸和大約0.002英寸的厚度，這取決于制造方法、樹脂和要求逆反射片具備的其他特征。
形成微棱鏡片的方法可以是上述的在起片體作用的薄膜表面澆鑄棱鏡，或者是在預成型的片材上壓紋，或者片體和棱鏡同時澆鑄。通常，用于微棱鏡片的樹脂是交聯(lián)的熱固型樹脂或熱塑型樹脂，并且希望這些樹脂提供柔軟性、光穩(wěn)定性和良好的耐候特性。在優(yōu)選實例中，逆反射片的前表面可以涂覆一層保護涂層，如采用硝基漆或其它涂層材料。適合用于逆反射片的樹脂包括聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、甲基異丁酸酯的聚合物、聚氨酯、丙烯酸化的尿烷樹脂和丙烯酸化的環(huán)氧樹脂。
為了在加工期間保護比較薄的片體，通常將比較厚的載體臨時粘接到片體上，該載體的厚度通常是0.005英寸至0.008英寸。為了有效地影響其間的粘接，所用的粘接劑影響與載體粘接，這種粘接劑通常是硅粘接劑，涂覆的厚度在大約0.00025英寸至0.0005英寸之間。當棱鏡中使用的樹脂借助紫外線固化時，粘接劑對光線必須是透明的。盡管有各種各樣的樹脂可以用于制作載體，但是聚酯(特別是聚對苯二甲酸乙酯)是希望使用的材料，因為這種材料韌性好并且比較經得起加工條件。為了有效的固化，與粘接劑一樣，載體對于紫外輻射也應當是透明的。此外，載體的表面可以經過處理，以增強粘接劑對載體表面的優(yōu)先粘接作用。
眾所周知，棱鏡的反射界面可以由金屬的反射涂層提供，或由空氣界面提供。在本發(fā)明優(yōu)先的實施方案中，至少是對于一些微棱鏡僅僅在選定的部分表面上提供反射涂層，而且盡管可以使用金屬漆和其它涂層材料，但是本發(fā)明所用的涂層是最普通的真空鍍鋁。
在一個實施方案中，用涂覆設備在真空金屬化的棱鏡表面印上網(wǎng)格圖案。
帶圖案的金屬化能夠以多種方式使真空鍍層恰好在棱鏡的頂端。一種方式是建立非常小的金屬化區(qū)域，即大約為0.004英寸的園斑或三角形，然后對準后再金屬化，以使涂層在棱鏡頂端。也可以建立一種不等間隔的隨機分布的園斑圖案，以致無論該圖案在棱鏡陣列上怎樣定位，都將有一些園斑位于棱鏡的頂端。另一種方法是建立由一系列有寬度變化的條紋組成的圖案(比如寬度在0.004英寸至0.050英寸之間變化)，以致一些棱鏡只在寬度狹窄的區(qū)域上金屬化，而另一些棱鏡在寬度較寬的區(qū)域上金屬化。圖案中的線條可以有多個方向(比如三個方向間隔60°)而且線條的間距也各不相同，以致無論該圖案出現(xiàn)在棱鏡陣列的什么位置上，都會形成大大小小的(反射)棱鏡和大(反射)棱鏡群。
優(yōu)先選用的形成圖2所示沉積層30A-30B的帶圖案的金屬化方法是讓已形成棱鏡造型26的片材通過印刷輥，用油墨在片材的棱鏡面上形成所需圖案的負象。然后，讓片材通過金屬化沉積設備。油墨圖案阻止金屬沉積，但金屬可以沉積到沒有被油墨覆蓋的區(qū)域。(參閱美國專利5,412,187，該專利1995年5月2日授權給Walter等人)。
采用任何一項技術，結果都是一些棱鏡面40被局部涂覆，另一些棱鏡面完全被涂覆，于是分別形成反射沉積層30A和30B，并且還保留了一些沒有任何反射涂層的棱鏡面50。
然后，將著色的不反光的粘接劑涂層38施于全部棱鏡表面，并且直接涂覆在未金屬化的棱鏡或棱鏡部分的側面。接下來，將背襯纖維材料36疊加上去。
在替代實施方案(未示出)中，著色的粘接劑以某種圖案施于棱鏡表面，而且粘接劑層的厚度大于棱鏡的高度。當背襯纖維層36疊合上去時，聚酯粘接劑使它與棱鏡隔開，這在未涂覆棱鏡的周圍提供了空氣界面，以致光線可以從該界面反射。
背襯36可以是機織織物或者無緯織物，或者是柔軟的耐用的聚合物材料。適當?shù)臉渲ň垡蚁⒕郾?、聚氨酯、丙烯酸化的聚氨酯和乙?醋酸乙烯酯的共聚物。聚酯纖維、氨基甲酸酯纖維以及天然纖維(如棉花)也可以使用。阻燃劑可以被合并在粘接劑和纖維背襯36中，以賦予逆反射材料阻燃性。
盡管其它金屬也能夠用于提供金屬的鏡面沉積層，這類金屬包括銀、銠、銅、錫、鋅和鈀，但是，優(yōu)選的和最經濟的工藝使用鋁的真空沉積。其它沉積技術包括化學鍍、電鍍、離子鍍和濺射鍍膜。
背襯與逆反射片粘接的步驟可以簡單地讓涂過粘接劑的逆反射片與背襯材料26一起通過一對輥的輥隙，以施加必要的壓力，促進粘接。如果使用加熱活化的粘接劑，那么逆反射片可以在通過輥之前預熱，或者給輥加熱以實現(xiàn)必要的活化。但是，在背襯材料是熱塑材料時，可以借助背襯材料本身采用超聲焊接或其它技術使背襯材料與逆反射片粘接到一起。
為了在夜間給逆反射光提供顏色，可以將染料合并到樹脂當中，然后再使用該樹脂形成片體10或系留涂層20，甚至用這種樹脂制作棱鏡26。在某些樹脂系統(tǒng)中作為染料的替代物和作為有效的必需品，可以由充分分散的粉碎的顏料提供顏色，但是由于在光線路徑中顏料顆粒的散射作用逆反射性將受到一些損失。
在圖4中，通過比較棱鏡26A頂端上的金屬背襯30A和棱鏡26B頂端上的金屬背襯30B可以看到尺寸不同的逆反射棱鏡表面。在金屬化的棱鏡面區(qū)域30A或30B之間是未金屬化區(qū)域50，該區(qū)域以著色的粘接劑38為背襯，形成漫反射表面，而不是在棱鏡面以空氣或真空蒸鍍的金屬反射涂層為背襯時形成的正常的鏡面反射表面。
逆反射薄膜是按照圖案金屬化的并且與透明的薄膜或粘接劑疊合在一起，還可以制作由一層或多層這樣的逆反射薄膜組成的逆反射薄膜。這種疊層薄膜可以在每個逆反射層中包含尺寸不同的棱鏡，從而形成極好的近距離和遠距離的逆反射性能。在疊層工藝中使用的透明薄膜或粘接劑的折射指數(shù)必須與棱鏡材料的折射指數(shù)非常接近。
圖5表示采用這種替代實施方案的一個實例，其中數(shù)字120指的是頂層膜(即外層膜)，其厚度介于0.0001英寸至0.020英寸之間。數(shù)字140指的是第一棱鏡層，在第一棱鏡層140中棱鏡142的尺寸小于在第二棱鏡層180中棱鏡182的尺寸。數(shù)字150是透明的粘接劑層，該粘接劑的折射指數(shù)等于膜層140中棱鏡142的折射指數(shù)。數(shù)字160是透明膜層，其厚度介于0.0001英寸至0.020英寸之間。對于這個膜層厚膜優(yōu)先。第二棱鏡層180是逆反射棱鏡182層，其中棱鏡182的尺寸大于膜層140中的棱鏡142的尺寸。鋁或其它反射鍍層190采用上述的帶圖案的金屬化工藝分別施于膜層140和180中的某些棱鏡142和182。
在膜層140中有鍍層的小反射棱鏡的頂高近似為0.001英寸至0.005英寸，并且是為提供寬觀測角性能而設計的。在膜層180中有鍍層的大反射棱鏡的頂高為0.004英寸至0.008英寸，并且提供窄觀測角性能。
膜層200優(yōu)選由不透明的白色粘接劑制作，它將棱鏡層180粘接到基材210上。
在Z1區(qū)入射光線R將被膜層140中金屬化的大棱鏡反射體212逆反射。在Z2區(qū)光線R被小棱鏡反射體190反射。
在Z3區(qū)因為有折射指數(shù)匹配的粘接層150和透明膜160，所以光線將通過膜層140，然后由膜層180中金屬化的大得多的棱鏡面214逆反射。
在Z4區(qū)光線將通過兩個棱鏡膜層140和180，然后由白色的粘接層200漫反射，該膜層對逆反射結構的白度(Cap Y)有貢獻。
上述結構可以進一步擴展，包括更多的局部金屬化的逆反射棱鏡膜層。在每個膜層中可以有各種尺寸的棱鏡，在每個膜層中所用的金屬鍍層可以是不同的，而且在每個膜層中帶圖案的金屬化區(qū)域也可以變化，以改變逆反射總體結構的逆反射性質和白度(Cap Y)性質。
上述片材可以用于形成各種結構，如交通管理材料、車輛標志、光電敏感元件、內照明制品、局部透光的信號、定向反射器、外衣和標志。等價方案在已經介紹了本發(fā)明的幾個具體的實施方案之后，對于本技術領域內的普通技術人員來說，各種替代方案、修正方案和改進方案將容易產生。當這些替代方案、修正方案和改進方案明顯地根據(jù)這份介紹作出時，它們將傾向于成為這份說明書沒有明確闡述的部分，而并未脫離本發(fā)明的精髓和范圍。因此，前面的介紹僅僅是一種舉例說明的方式而本發(fā)明并不僅限于此。本發(fā)明只受權利要求書中定義的內容的限制。
權利要求
1.一種制作逆反射片的方法，其中包括下述步驟(A)在片材上制作微棱鏡陣列，每個微棱鏡都一個底面，微棱鏡的側面從底面伸出并在頂點會聚；以及(B)在微棱鏡的側面涂覆反射涂層，其中(i)一些微棱鏡的側面全部涂覆反射涂層；(ii)另一些微棱鏡則只涂覆一部分側面并保留一些微棱鏡側面不涂覆反射涂層。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中包括形成不反射的著色涂層步驟，該涂層涂覆在沒有反射涂層的一些棱面上。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中包括形成空氣間隔的步驟，該空氣間隔毗鄰沒有反射涂層的棱面。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在步驟(B)(ii)中只在接近頂點的那部分微棱鏡側面涂上反射層，借此形成比全部側表面區(qū)都涂覆反射材料的微棱鏡小的微棱鏡逆反射表面區(qū)。
5.一種形成逆反射片的方法，包括第一步驟(A)在片材上制作微棱鏡陣列，每個微棱鏡都一個底面，微棱鏡的側面從底面伸出并在頂點會聚；(B)在第一陣列的微棱鏡的側面涂覆反射涂層，其中(i)一些微棱鏡的側面全部涂覆反射涂層；(ii)另一些微棱鏡則只涂覆一部分側面并保留一些微棱鏡側面不涂覆反射涂層；(C)在第一陣列上形成第一透明涂層；(D)在片材上制作第二微棱鏡陣列，每個微棱鏡都一個底面，微棱鏡的側面從底面伸出并在頂點會聚；(E)在第二陣列的微棱鏡的側面涂覆反射涂層，其中(i)一些微棱鏡的側面全部涂覆反射涂層；(ii)另一些微棱鏡則只涂覆一部分側面并保留一些微棱鏡側面不涂覆反射涂層；(F)將第一陣列和第二陣列粘接到一起。
6.由在片材上形成的棱鏡陣列組成的逆反射片，其中每個棱鏡都包括有底面和向頂點延伸的側面的實體，并且其中一些所述棱鏡的側表面區(qū)全部用反光材料覆蓋，而另一些所述棱鏡的側表面只部分地用反光材料覆蓋。
7.根據(jù)權利要求6所述的逆反射片，其中被部分覆蓋的棱鏡用反光材料覆蓋頂點周圍的區(qū)域，借此形成比全部側表面區(qū)都被覆蓋的棱鏡形成的反射表面尺寸小的逆反射表面。
8.根據(jù)權利要求6所述的逆反射片，其中一些棱鏡側面被保留下來，完全不被覆蓋。
9.根據(jù)權利要求8所述的逆反射片，其中將著色的背襯粘接到未覆蓋的棱面上。
10.逆反射片包括(A)片體，該片體有一個平面和一些形成封閉空間的微棱鏡，其中每個微棱鏡都一個與所述平面毗鄰的底，棱鏡的側面從這個底延伸出來相交于頂點；(B)適合所述微棱鏡的反射界面，該反射界面以某種方式在某些微棱鏡的側面的選定部分上形成，以致某些微棱鏡的側面具有不反射的界面，而一些微棱鏡在所有的側表面區(qū)上都有反射界面，另一些微棱鏡僅僅在部分的側表面區(qū)上有反射界面；以及(C)不反射的覆蓋層，該覆蓋層在一些所述微棱鏡的沒有反射界面的側表面上，借此使照射在所述第一平面上隨后又照射在有反射界面的微棱鏡底面上的光線按照入射方向被逆反射，而照射在具有不反射的覆蓋層的微棱鏡底面上的光線將發(fā)生折射。
11.根據(jù)權利要求10所述的逆反射片，其中所述反射界面是由金屬層組成的，而不反射的覆蓋層是著色的粘接劑涂層。
12.根據(jù)權利要求11所述的逆反射片，其中只在部分側表面上有反射界面的微棱鏡包括只在這類微棱鏡頂部有反射界面的微棱鏡。
13.根據(jù)權利要求10所述的逆反射片，其中纖維被粘接到所述涂層上。
14.根據(jù)權利要求10所述的逆反射片，其中所述沒有反射界面的微棱鏡中的一些微棱鏡具有空氣界面，該空氣界面基本上圍繞著這類微棱鏡的全部側表面形成。
15.根據(jù)權利要求6所述的片材，該片材包括從一組結構中選定的結構，這組結構包括交通管理材料、車輛標志、光電敏感元件、內照明制品、局部透光的信號、定向反射器、外衣和標志。
16.根據(jù)權利要求10所述的片材，該片材包括從一組結構中選定的結構，這組結構包括交通管理材料、車輛標志、光電敏感元件、內照明制品、局部透光的信號、定向反射器、外衣和標志。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法制作的片材。
18.根據(jù)權利要求5所述的方法制作的片材。
全文摘要
制作了各種逆反射片和逆反射制品,在這些制品中橫越微棱鏡陣列逆反射表面和非逆反射表面的尺寸是可以變化的。這是通過改變微棱鏡側面上的反射涂層的位置實現(xiàn)的,其中一些棱鏡的側面完全用反射材料涂覆,而另一些棱鏡的側面只在棱鏡的頂端區(qū)被涂覆,還有一些棱鏡的側面用不反射的涂層(如著色的粘接劑)涂覆。
文檔編號B32B7/02GK1192276SQ96195912
公開日1998年9月2日 申請日期1996年7月22日 優(yōu)先權日1995年7月26日
發(fā)明者羅伯特·B·尼爾森, 邁克·哈拉漢 申請人:瑞弗萊克塞特公司