具有变形的立体角元件的回射片材的制作方法
【专利说明】具有变形的立体角元件的回射片材
[0001]本申请整体涉及新型回射制品；及其制备和使用方法。更具体地讲，本申请涉及回射片材中的变形的立体角元件。此类回射片材的示例性用途包括例如标志、牌照、和印刷片材。
【背景技术】
[0002]回射材料的特征在于能够将入射到材料上的光重新导向使其反射回初始光源。该性能已使回射片材广泛用于多种交通和个人安全使用。回射片材通常用于多种制品，例如交通标志、路障、牌照、路面标志和标志带，以及车辆和衣物的回射带。
[0003]两种已知类型的回射片材为微球基片材和立体角片材。微球基片材(有时称为“微珠”片材)采用大量微球，所述微球通常至少部分地嵌入粘结剂层中，并具有相关的镜面反射或漫反射材料(例如，颜料粒子、金属薄片或蒸镀层等)以回射入射光。由于珠状回射器具有对称的几何形状，因此不管其取向如何，即，当围绕垂直于片材表面的轴线旋转时，微球基片材均显示出相同的光返回。出于这种原因，由珠状回射片材返回的光的分布据称为大体旋转对称的。因此，当在O度至360度的展示角度下观察或测量回射系数(回射率)(以坎德拉/勒克斯/平方米或Ra为单位来表示)或者当以O度至360度的取向角度测量时，珠状片材的回射率存在相对较小的变化。出于这种原因，此类微球基片材对将片材放在表面上的取向具有相对较低敏感性。然而，一般来讲，此类片材的回射效率低于立体角片材的回射效率。
[0004]立体角回射片材(有时称为“棱柱”片材)通常包括薄的透明层，该透明层具有第二结构化表面和基本上平坦的第一表面，该第二结构化表面包括多个几何结构，这些几何结构的一些或全部包括构成立体角元件的三个反射面。立体角回射片材一般通过首先制造具有结构化表面的母模来制备，该结构化表面对应成品片材中期望的立体角元件的几何形状，或者对应期望的几何形状的负(反向)拷贝，这取决于成品片材是否要具有立体角棱锥或立体角腔(或两者都要具有)。然后，采用任何合适的技术(诸如镍电铸)来复制模具，以通过诸如压花、挤出或浇铸并固化之类的工艺来制备用于形成立体角回射片材的工具。美国专利5，156，863 (Pricone等人)提供了用于形成在制造立体角回射片材中使用的工具的工艺的示例性概述。用于制备母模的已知方法包括销集束技术、直接加工技术、和采用薄层的技术。这些微复制工艺制备出具有棱柱结构的回射片材，所述棱柱结构已通过具有所需棱柱结构的负像的微结构化的工具进行精确和真实地复制。
【发明内容】
[0005]本发明人认识到有效定制回射制品的光学特性(例如，回射率)的需要。在一个方面，本申请的发明人试图开发一种方法以在无需制备特定工具的情况下快速地改变棱柱回射片材。在另一方面，本发明人试图选择性地修改棱柱回射制品中的至少一部分的光学特性。在另一方面，本发明人试图最小化回射条件下由焊缝和/或拼接线导致的对比度。在另一方面，本发明人试图创建可在不同观察条件下识别的标记。在一些情况下，这些标记用于提供有关回射片的来源和/或类型的信息。在其他情况下，标记用作安全特征物。
[0006]在一个实施例中，本申请涉及一种回射片材，所述回射片材包括:结构化表面，所述结构化表面包括立体角元件，所述立体角元件具有会聚在顶点处的三个大体垂直的面；其中立体角元件中的至少30 %的立体角元件的顶点为热变形的，从而得到变形的立体角元件。
[0007]在另一个实施例中，本申请涉及一种回射片材，所述回射片材包括:结构化表面，所述结构化表面包括立体角元件，其中立体角元件中的至少一些立体角元件为热剪切的；并且其中热剪切的立体角元件形成灰度标记。
[0008]在另一个实施例中，本申请涉及一种回射片材，所述回射片材包括:结构化表面，所述结构化表面包括具有减小的光学活性体积的变形的立体角元件的阵列，所述变形的立体角元件的阵列包括多个像素:第一像素，所述第一像素包括具有第一全光返回(totallight return)值的立体角元件；和与第一像素相邻的第二像素，所述第二像素包括具有与第一全光返回值不同的第二全光返回值的立体角元件。
[0009]在另一个实施例中，本申请涉及一种制备回射制品的方法，所述方法包括:提供具有结构化表面的回射片材，所述结构化表面包括具有会聚在顶点处的三个大体垂直的面的立体角元件；使立体角元件中的至少30%的立体角元件的顶点热变形，以形成变形的立体角元件。
[0010]在另一个实施例中，本申请涉及一种制备回射制品的方法，所述方法包括:提供具有结构化表面的回射片材，所述结构化表面包括多个立体角元件；热剪切立体角元件中的至少一些立体角元件；其中热剪切的立体角元件形成灰度标记。
[0011]阅读了【具体实施方式】后，这些以及其它各种特征和优点将显而易见。
【附图说明】
[0012]结合附图，参考以下对本发明的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本发明，其中:
[0013]1.图1为现有技术的回射片材的横截面。
[0014]图2为根据本申请的示例性回射片材的横截面。
[0015]2.图3为根据本串请的示例性回射片材的图像。
[0016]3.图4为根据本串请的另一个示例性回射片材的横截面。
[0017]图5为图4所示的回射片材的图像。
[0018]图6(a)和(b)为根据本申请的包括标记的示例性回射片材的图像。
[0019]图7(a)和(b)为根据本申请的包括标记的另一个示例性回射片材的图像。
[0020]图8(a)至⑷为根据本申请的示例性回射片的显微照片。
[0021]图9(a)至⑷示出了分别根据图8(a)至⑷的示例性回射片材的变形的立体角元件的光学活性体积的顶部。
[0022]图10(a)至(d)为成对立体角元件的横截面的扫描电镜(SEM)图像。
[0023]图11示出了图像元素(像素)的m乘n(mXn)矩阵，所述图像元素具有共同形成灰度标记的感知亮度值X1-XnD
[0024]图12示出了图11所示的mXn矩阵的三个相邻图像元素(像素)，其中两者包括变形的立体角元件的阵列。
[0025]图13和图14为全光返回对在各种入射和取向角度下的移位体积高度相对于初始体积高度的百分比的曲线图。
[0026]附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号是指类似组件。然而，应当理解，使用标号来指代给定附图中的组件并非意图限制在另一附图中以相同标号标记的组件。
【具体实施方式】
[0027]在下面的描述中，参考形成本说明一部分的一组附图，并且其中通过图示说明若干具体实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，设想了并且可以作出其他实施例。因此，以下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0028]本申请的回射片材优选地为立体角片材，有时称为棱柱片材。图1示出了现有技术的棱柱片材100的横截面，所述棱柱片材100具有大体平坦的前表面(即，前侧面)110和包括立体角元件130的阵列的结构化后表面120 (即，后侧面)。通常，立体角元件包括相交于单个顶点134的三个相互垂直的光学面132。面可基本上垂直于彼此(就像在房间的角落中一样)，其中顶点与基部的中心垂直对齐。光学面之间的角度通常与阵列中每个立体角元件的角度相同，并且将为约为90度。然而，角度可偏离90度，例如美国专利4，775，219 (Appledorn等人)所述，该专利的公开内容以引用方式并入本文。立体角元件的顶点可相对于基部的中心倾斜，如以引用方式并入本文的美国专利4，588，258 (Hoopman)所公开的。
[0029]通常，从光源入射在立体角元件上的光从三个垂直的立体角光学面的每一个立体角光学面发生全内反射，并被重新导向返回至光源。使用时，回射器被布置成前侧面大体朝向预期观察者的期望位置和光源设置。入射到前表面上的光进入片材并且被元件的三个面中的每一个面反射，从而沿着基本上朝向光源的方向离开前表面。
[0030]镜面反射涂层或反射层(未示出)可设置在立体角元件上，以促进回射。合适的反射涂层包括金属涂层(未示出)，所述金属涂层可通过以下已知技术来施加，诸如气相沉积或化学沉积诸如铝、银、或镍之类的金属。合适的反射层包括多层光学膜。可将底漆层施加到立体角元件，以提升反射涂层或反射层的粘附性。另选地，可使用密封膜。用于回射制品的示例性密封膜在美国专利7，611，251 (Thakkar等人)中有所公开，该专利以引用方式并入本文。
[0031]本申请的一个优点为能够快速地创建和/或修改成品回射片材上的标记而不必制备新工具或修改现有工具。本申请的另一个优点为能够定制回射片材的光学特性并且能够制备达到不同ASTM规格的制品。
[0032]棱柱回射片材已知用于将入射光的大部分朝光源返回(史密斯，K.用于交通标志的回射片材的专注于驾驶员的图案，交通运输研宄委员会第87次年会:文件DVD纲要，华盛屯页，2008 (Smith, K.Driver-Focused Design of Retroreflective Sheeting For TrafficSigns, in Transportat1n Research Board87th Annual Meeting:Compendium of PapersDVD, Washington D.C.2008))。许多市售产品依赖于棱柱立体角微结构提供的相对高的回射率(光返回光源)来达到高回射规格(例如对于0.2度的观测角和-4度的入射角，回射率(RA)或亮度在300至1000坎德拉/勒克斯/平方米(cpl)范围内)，例如ASTM D4956-lla 中所述的 ASTM II1、VI1、VII1、IX 型和 XI 型。
[0033]然而，棱柱立体角微结构通常已不用于被设计成符合较低回射规格(例如，就白色片材而言，对于0.2度的观测角和-4度的入射角，RA在70至250cpl的范围内)的产品中，例如ASTM D 4956-lla中所述的ASTM I型和II型。相反，市售的ASTM I型和II型产品通常采用嵌入多层聚合物材料中的玻璃珠来作为光学元件。镜面反射涂层(通常为真空沉积铝)位于靠近光焦点的玻璃珠后面，以进行回射。
[0034]具有符合较低回射率规格(ASTM I型和II型或等同世界规格)的受控回射率的棱柱回射片材的一个示例在美国专利公布2010/103521 (Smith等人)中有所描述。在一个方面，本申请的发明人试图开发另选的方法以制备较低回射率棱柱片材。
[0035]本申请的方法不需要制备新的工具或修改现有的工具，同时仍然能保持与微复制方法相关的有益效果。在本申请的一些实施例中，回射片材中的大部分立体角元件为至少部分地变形的，使得整个片材的平均回射率(亮度)降低。在本申请的其他实施例中，立体角元件被选择性地变形，以形成标记。
[0036]图2为根据本申请的示例性回射制品的横截面。棱柱片材200包括大体平坦的前表面210和具有变形的立体角元件235的结构化后表面220。立体角元件的初始形状(即，在变形之前)包括会聚在顶点234处(以虚线示出)的三个大体垂直的面。应当理解，本文所用的“大体垂直的面”旨在包括面会聚的角度略偏离垂直的实施例，如上文所教导。
[0037]本文所用的术语“使变形”、“变形”、或“变形的”是指立体角元件的光学活性体积的修改。如本文所用，“光学活性体积”(Vo或Vd)是指每个立体角元件中导致回射的部分或体积。