专利名称：在多重位置上有多种尺寸微棱镜的逆反射制品的制作方法
技术领域：
本发明的技术背景逆反射片材已被广泛用于各种安全与装潢目的，夜间在照明条件差的环境中需要有充分的能见度的时候这种材料是特别有用的。对于逆反射材料，照射在前表面上的光线将朝着光源方向以基本平行的路径反射回去。在船只和车辆的大灯或探照灯是唯一的照明光源的场合，这种逆反射大部分入射光线的能力对于警告信号尤为重要。
这类逆反射材料的应用包括消防队员衣服上的反光带和补丁、用于邮筒和桶状物的反光饰物、锥形或环形的交通路标、高速公路路标、警告反射器等等。
在1989年1月31日授权的美国专利4,801,193中详细地介绍了局部逆反射的片材的生产工艺，用这种工艺形成由金属化的和未金属化的棱镜组成的网格图案，并且利用粘接间隔给未金属化的棱镜提供空气背衬，在此将其全部并入以供参考。
在1993年7月20日授权的美国专利5,229,882中，详细地介绍了有颜色的逆反射微棱镜材料的生产工艺，其中一些微棱镜有逆反射界面，而其余的微棱镜上面有着色的不反射的涂层。
所以，进入正面或底面的光线照射在具有逆反射界面的棱镜侧面上，这些光线改变方向，按照平行的路径从材料中反射出来，即逆反射。行进到有彩色涂层的棱镜侧面的光线在那些棱镜中折射，并且在日光和环境光线下赋予材料可见的颜色。
本发明概述按照本发明，逆反射片和逆反射制品由位于多种位置的多种尺寸的棱镜反射器构成。形成多种尺寸的反射器的方法是有选择地将反射涂层加到阵列中选定的部分微棱镜的侧表面上，接下来将着色的粘接剂涂层加到阵列的未涂覆的棱面上。
阵列中某些棱镜面仅仅在棱镜侧面交会的顶部区域涂上反射材料。与全部棱镜侧面都涂覆的区域相比，这种棱镜象小棱镜那样逆反射光线。有着色的粘接剂背衬的未涂覆区域将漫反射光线。
施加的反射涂层的图案可以是任何形状或格式，可以是随机的形状与格式，或者是注册的图案，以致棱镜面可以按精确的图案涂覆。涂层优先采用金属反射涂层材料，其材料可以是铝、银、铜等。
结果是一种形成均匀的发光图案的逆反射材料(这是不同尺寸的逆反射棱镜面创造的结果)和一种具有高色度的材料(这是着色的粘接剂润湿透明的未涂覆的棱镜面的结果)。
此外，粘接剂背衬可以与构成图案的金属化的棱镜面拉开间隔，以形成空气间隙，于是折射指数从棱镜材料到空气发生变化，从而为未涂覆的棱镜面部分镜面反射光线创造条件。
附图的简要说明
图1是局部的示意图，它说明用于形成逆反射材料的现有工艺实施方案的前期步骤。
图2是类似的示意图，它说明后续的步骤，在该步骤中金属反射沉积物已经在按图1制作的某些棱镜上形成。
图3是类似的示意图，它说明图2片材的背表面上全部沉积了着色的粘接涂层材料，并且有纤维层粘接于其上。
图4是类似的示意图，它说明除去了图3中的载体板。
图5是局部放大的截面图，说明本发明另一个多层的实施方案。
本发明的详细叙述首先参照图1，在本发明的工艺中第一个步骤与上述的U.S.5,229,882中阐述的现有工艺相似。又薄又软的片体10与比较厚的载体板12临时借助粘接层14形成叠层材料，该粘接层优先与载体板12粘接。在这个步骤中厚载体板事先用粘接剂14涂覆，然后与片体10一起通过一对叠合辊的间隙(未示出)。
在下一个步骤(未示出)中，在片体10的下表面即对置表面上提供薄薄的合成树脂涂层20。然后，将这种经过涂覆的叠层材料对着模具22的表面加压，在该模具表面上有密集的微棱镜凹槽24，在凹槽中沉积着透明的可流动的合成树脂组合物。接下来，将这个组合件暴露在来自灯28的红外射线或紫外射线之下，以便使可流动的合成树脂组合物固化，在片体10的表面上形成三维的微棱镜造型26。
在该工艺的说明性实施方案中，将片材与模具22的表面剥离并翻转过来，然后在真空下金属化或用别的办法处理，以便在微棱镜造型26的表面上有选择地形成透明的金属反射沉积层30A-30B，如图2所示。
在图3中，叠层材料已经形成，在该叠层材料中非必选的柔软的纤维36借助涂层38粘接在图2的结构上，其中涂层38是沉积在微棱镜侧面全部表面上的着色的粘接剂。因此，涂层38与没有金属沉积层30A-30B的微棱镜26直接接触。
在图4中，载体12和它的粘接层14已经与透明的膜体10剥离，片12支撑着微棱镜体26。
微棱镜26是密集的，并且可以是符合需要的立方体角造型。有关这种微棱镜的结构和操作可以在1972年8月15日授权给Rowland的美国专利3,684,348中找到。这些微棱镜即立方体角造型可以有不超过0.025英寸的侧棱尺寸，但是优先选用的结构侧棱尺寸不超过0.007英寸，最符合需要的是在0.005英寸的数量级上。
在需要形成非常柔软的叠层材料时，片体的厚度通常在0.01英寸的数量级上，优先选用大约0.006英寸和大约0.002英寸的厚度，这取决于制造方法、树脂和要求逆反射片具备的其他特征。
形成微棱镜片的方法可以是上述的在起片体作用的薄膜表面浇铸棱镜，或者是在预成型的片材上压纹，或者片体和棱镜同时浇铸。通常，用于微棱镜片的树脂是交联的热固型树脂或热塑型树脂，并且希望这些树脂提供柔软性、光稳定性和良好的耐候特性。在优选实例中，逆反射片的前表面可以涂覆一层保护涂层，如采用硝基漆或其它涂层材料。适合用于逆反射片的树脂包括聚氯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、甲基异丁酸酯的聚合物、聚氨酯、丙烯酸化的尿烷树脂和丙烯酸化的环氧树脂。
为了在加工期间保护比较薄的片体，通常将比较厚的载体临时粘接到片体上，该载体的厚度通常是0.005英寸至0.008英寸。为了有效地影响其间的粘接，所用的粘接剂影响与载体粘接，这种粘接剂通常是硅粘接剂，涂覆的厚度在大约0.00025英寸至0.0005英寸之间。当棱镜中使用的树脂借助紫外线固化时，粘接剂对光线必须是透明的。尽管有各种各样的树脂可以用于制作载体，但是聚酯(特别是聚对苯二甲酸乙酯)是希望使用的材料，因为这种材料韧性好并且比较经得起加工条件。为了有效的固化，与粘接剂一样，载体对于紫外辐射也应当是透明的。此外，载体的表面可以经过处理，以增强粘接剂对载体表面的优先粘接作用。
众所周知，棱镜的反射界面可以由金属的反射涂层提供，或由空气界面提供。在本发明优先的实施方案中，至少是对于一些微棱镜仅仅在选定的部分表面上提供反射涂层，而且尽管可以使用金属漆和其它涂层材料，但是本发明所用的涂层是最普通的真空镀铝。
在一个实施方案中，用涂覆设备在真空金属化的棱镜表面印上网格图案。
带图案的金属化能够以多种方式使真空镀层恰好在棱镜的顶端。一种方式是建立非常小的金属化区域，即大约为0.004英寸的园斑或三角形，然后对准后再金属化，以使涂层在棱镜顶端。也可以建立一种不等间隔的随机分布的园斑图案，以致无论该图案在棱镜阵列上怎样定位，都将有一些园斑位于棱镜的顶端。另一种方法是建立由一系列有宽度变化的条纹组成的图案(比如宽度在0.004英寸至0.050英寸之间变化)，以致一些棱镜只在宽度狭窄的区域上金属化，而另一些棱镜在宽度较宽的区域上金属化。图案中的线条可以有多个方向(比如三个方向间隔60°)而且线条的间距也各不相同，以致无论该图案出现在棱镜阵列的什么位置上，都会形成大大小小的(反射)棱镜和大(反射)棱镜群。
优先选用的形成图2所示沉积层30A-30B的带图案的金属化方法是让已形成棱镜造型26的片材通过印刷辊，用油墨在片材的棱镜面上形成所需图案的负象。然后，让片材通过金属化沉积设备。油墨图案阻止金属沉积，但金属可以沉积到没有被油墨覆盖的区域。(参阅美国专利5,412,187，该专利1995年5月2日授权给Walter等人)。
采用任何一项技术，结果都是一些棱镜面40被局部涂覆，另一些棱镜面完全被涂覆，于是分别形成反射沉积层30A和30B，并且还保留了一些没有任何反射涂层的棱镜面50。
然后，将着色的不反光的粘接剂涂层38施于全部棱镜表面，并且直接涂覆在未金属化的棱镜或棱镜部分的侧面。接下来，将背衬纤维材料36叠加上去。
在替代实施方案(未示出)中，着色的粘接剂以某种图案施于棱镜表面，而且粘接剂层的厚度大于棱镜的高度。当背衬纤维层36叠合上去时，聚酯粘接剂使它与棱镜隔开，这在未涂覆棱镜的周围提供了空气界面，以致光线可以从该界面反射。
背衬36可以是机织织物或者无纬织物，或者是柔软的耐用的聚合物材料。适当的树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、丙烯酸化的聚氨酯和乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物。聚酯纤维、氨基甲酸酯纤维以及天然纤维(如棉花)也可以使用。阻燃剂可以被合并在粘接剂和纤维背衬36中，以赋予逆反射材料阻燃性。
尽管其它金属也能够用于提供金属的镜面沉积层，这类金属包括银、铑、铜、锡、锌和钯，但是，优选的和最经济的工艺使用铝的真空沉积。其它沉积技术包括化学镀、电镀、离子镀和溅射镀膜。
背衬与逆反射片粘接的步骤可以简单地让涂过粘接剂的逆反射片与背衬材料26一起通过一对辊的辊隙，以施加必要的压力，促进粘接。如果使用加热活化的粘接剂，那么逆反射片可以在通过辊之前预热，或者给辊加热以实现必要的活化。但是，在背衬材料是热塑材料时，可以借助背衬材料本身采用超声焊接或其它技术使背衬材料与逆反射片粘接到一起。
为了在夜间给逆反射光提供颜色，可以将染料合并到树脂当中，然后再使用该树脂形成片体10或系留涂层20，甚至用这种树脂制作棱镜26。在某些树脂系统中作为染料的替代物和作为有效的必需品，可以由充分分散的粉碎的颜料提供颜色，但是由于在光线路径中颜料颗粒的散射作用逆反射性将受到一些损失。
在图4中，通过比较棱镜26A顶端上的金属背衬30A和棱镜26B顶端上的金属背衬30B可以看到尺寸不同的逆反射棱镜表面。在金属化的棱镜面区域30A或30B之间是未金属化区域50，该区域以着色的粘接剂38为背衬，形成漫反射表面，而不是在棱镜面以空气或真空蒸镀的金属反射涂层为背衬时形成的正常的镜面反射表面。
逆反射薄膜是按照图案金属化的并且与透明的薄膜或粘接剂叠合在一起，还可以制作由一层或多层这样的逆反射薄膜组成的逆反射薄膜。这种叠层薄膜可以在每个逆反射层中包含尺寸不同的棱镜，从而形成极好的近距离和远距离的逆反射性能。在叠层工艺中使用的透明薄膜或粘接剂的折射指数必须与棱镜材料的折射指数非常接近。
图5表示采用这种替代实施方案的一个实例，其中数字120指的是顶层膜(即外层膜)，其厚度介于0.0001英寸至0.020英寸之间。数字140指的是第一棱镜层，在第一棱镜层140中棱镜142的尺寸小于在第二棱镜层180中棱镜182的尺寸。数字150是透明的粘接剂层，该粘接剂的折射指数等于膜层140中棱镜142的折射指数。数字160是透明膜层，其厚度介于0.0001英寸至0.020英寸之间。对于这个膜层厚膜优先。第二棱镜层180是逆反射棱镜182层，其中棱镜182的尺寸大于膜层140中的棱镜142的尺寸。铝或其它反射镀层190采用上述的带图案的金属化工艺分别施于膜层140和180中的某些棱镜142和182。
在膜层140中有镀层的小反射棱镜的顶高近似为0.001英寸至0.005英寸，并且是为提供宽观测角性能而设计的。在膜层180中有镀层的大反射棱镜的顶高为0.004英寸至0.008英寸，并且提供窄观测角性能。
膜层200优选由不透明的白色粘接剂制作，它将棱镜层180粘接到基材210上。
在Z1区入射光线R将被膜层140中金属化的大棱镜反射体212逆反射。在Z2区光线R被小棱镜反射体190反射。
在Z3区因为有折射指数匹配的粘接层150和透明膜160，所以光线将通过膜层140，然后由膜层180中金属化的大得多的棱镜面214逆反射。
在Z4区光线将通过两个棱镜膜层140和180，然后由白色的粘接层200漫反射，该膜层对逆反射结构的白度(Cap Y)有贡献。
上述结构可以进一步扩展，包括更多的局部金属化的逆反射棱镜膜层。在每个膜层中可以有各种尺寸的棱镜，在每个膜层中所用的金属镀层可以是不同的，而且在每个膜层中带图案的金属化区域也可以变化，以改变逆反射总体结构的逆反射性质和白度(Cap Y)性质。
上述片材可以用于形成各种结构，如交通管理材料、车辆标志、光电敏感元件、内照明制品、局部透光的信号、定向反射器、外衣和标志。等价方案在已经介绍了本发明的几个具体的实施方案之后，对于本技术领域内的普通技术人员来说，各种替代方案、修正方案和改进方案将容易产生。当这些替代方案、修正方案和改进方案明显地根据这份介绍作出时，它们将倾向于成为这份说明书没有明确阐述的部分，而并未脱离本发明的精髓和范围。因此，前面的介绍仅仅是一种举例说明的方式而本发明并不仅限于此。本发明只受权利要求书中定义的内容的限制。
权利要求
1.一种制作逆反射片的方法，其中包括下述步骤(A)在片材上制作微棱镜阵列，每个微棱镜都一个底面，微棱镜的侧面从底面伸出并在顶点会聚；以及(B)在微棱镜的侧面涂覆反射涂层，其中(i)一些微棱镜的侧面全部涂覆反射涂层；(ii)另一些微棱镜则只涂覆一部分侧面并保留一些微棱镜侧面不涂覆反射涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中包括形成不反射的着色涂层步骤，该涂层涂覆在没有反射涂层的一些棱面上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中包括形成空气间隔的步骤，该空气间隔毗邻没有反射涂层的棱面。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(B)(ii)中只在接近顶点的那部分微棱镜侧面涂上反射层，借此形成比全部侧表面区都涂覆反射材料的微棱镜小的微棱镜逆反射表面区。
5.一种形成逆反射片的方法，包括第一步骤(A)在片材上制作微棱镜阵列，每个微棱镜都一个底面，微棱镜的侧面从底面伸出并在顶点会聚；(B)在第一阵列的微棱镜的侧面涂覆反射涂层，其中(i)一些微棱镜的侧面全部涂覆反射涂层；(ii)另一些微棱镜则只涂覆一部分侧面并保留一些微棱镜侧面不涂覆反射涂层；(C)在第一阵列上形成第一透明涂层；(D)在片材上制作第二微棱镜阵列，每个微棱镜都一个底面，微棱镜的侧面从底面伸出并在顶点会聚；(E)在第二阵列的微棱镜的侧面涂覆反射涂层，其中(i)一些微棱镜的侧面全部涂覆反射涂层；(ii)另一些微棱镜则只涂覆一部分侧面并保留一些微棱镜侧面不涂覆反射涂层；(F)将第一阵列和第二阵列粘接到一起。
6.由在片材上形成的棱镜阵列组成的逆反射片，其中每个棱镜都包括有底面和向顶点延伸的侧面的实体，并且其中一些所述棱镜的侧表面区全部用反光材料覆盖，而另一些所述棱镜的侧表面只部分地用反光材料覆盖。
7.根据权利要求6所述的逆反射片，其中被部分覆盖的棱镜用反光材料覆盖顶点周围的区域，借此形成比全部侧表面区都被覆盖的棱镜形成的反射表面尺寸小的逆反射表面。
8.根据权利要求6所述的逆反射片，其中一些棱镜侧面被保留下来，完全不被覆盖。
9.根据权利要求8所述的逆反射片，其中将着色的背衬粘接到未覆盖的棱面上。
10.逆反射片包括(A)片体，该片体有一个平面和一些形成封闭空间的微棱镜，其中每个微棱镜都一个与所述平面毗邻的底，棱镜的侧面从这个底延伸出来相交于顶点；(B)适合所述微棱镜的反射界面，该反射界面以某种方式在某些微棱镜的侧面的选定部分上形成，以致某些微棱镜的侧面具有不反射的界面，而一些微棱镜在所有的侧表面区上都有反射界面，另一些微棱镜仅仅在部分的侧表面区上有反射界面；以及(C)不反射的覆盖层，该覆盖层在一些所述微棱镜的没有反射界面的侧表面上，借此使照射在所述第一平面上随后又照射在有反射界面的微棱镜底面上的光线按照入射方向被逆反射，而照射在具有不反射的覆盖层的微棱镜底面上的光线将发生折射。
11.根据权利要求10所述的逆反射片，其中所述反射界面是由金属层组成的，而不反射的覆盖层是着色的粘接剂涂层。
12.根据权利要求11所述的逆反射片，其中只在部分侧表面上有反射界面的微棱镜包括只在这类微棱镜顶部有反射界面的微棱镜。
13.根据权利要求10所述的逆反射片，其中纤维被粘接到所述涂层上。
14.根据权利要求10所述的逆反射片，其中所述没有反射界面的微棱镜中的一些微棱镜具有空气界面，该空气界面基本上围绕着这类微棱镜的全部侧表面形成。
15.根据权利要求6所述的片材，该片材包括从一组结构中选定的结构，这组结构包括交通管理材料、车辆标志、光电敏感元件、内照明制品、局部透光的信号、定向反射器、外衣和标志。
16.根据权利要求10所述的片材，该片材包括从一组结构中选定的结构，这组结构包括交通管理材料、车辆标志、光电敏感元件、内照明制品、局部透光的信号、定向反射器、外衣和标志。
17.根据权利要求1所述的方法制作的片材。
18.根据权利要求5所述的方法制作的片材。
全文摘要
制作了各种逆反射片和逆反射制品,在这些制品中横越微棱镜阵列逆反射表面和非逆反射表面的尺寸是可以变化的。这是通过改变微棱镜侧面上的反射涂层的位置实现的,其中一些棱镜的侧面完全用反射材料涂覆,而另一些棱镜的侧面只在棱镜的顶端区被涂覆,还有一些棱镜的侧面用不反射的涂层(如着色的粘接剂)涂覆。
文档编号B32B7/02GK1192276SQ96195912
公开日1998年9月2日 申请日期1996年7月22日 优先权日1995年7月26日
发明者罗伯特·B·尼尔森, 迈克·哈拉汉 申请人:瑞弗莱克塞特公司