微拼接式棱柱立体角制品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及包含立体角元件的逆向反射片材和相关制品，特别应用于此类制品:相对于只包含一个立体角阵列的制品，在此类制品中不同的立体角阵列被布置到多个瓦中以提供改进的逆向反射性能。本发明还涉及包含此类立体角制品的制品和系统，以及制作和使用此类制品的方法。
【背景技术】
[0002]逆向反射立体角制品是已知的。此类制品包含立体角元件，每个此类立体角具有三个近似地相互垂直的高反射率的面。反射面与光相互作用致使每个立体角元件将入射光重定向在其初始的总体方向上，无论光的入射角度如何。该功能在需要增强的可视化的应用中是有用的，例如街道和公路标志、用于放置在道路中和沿道路放置的交通控制圆筒和锥体，以及用于从事夜间交通工作或其他活动的人的背心或其他衣物制品。可以通过全内反射或者通过涂覆到该面上的一层金属或其它反射材料来提供该面的反射率。还已知设计该立体角使得在三个反射面之间的二面角略微偏离完全垂直，使得逆向反射光略微偏离入射光的方向。通过这种方式，更多的逆向反射光有可能被相对于入射光的方向眼睛对向小但非零角度的人看见。就这一点而言，参考美国专利4，775，219 (Appeldorn等人)。
[0003]使用具有结构化表面的工具制造给定的立体角制品是已知的。立体角制品的结构化表面可以通过由工具的结构化表面进行微复制而制成。因此，工具的结构化表面是给定的立体角制品的结构化表面的颠倒型式复制品或反向的复制品。同样地，该工具也包括多组三个近似地相互垂直的面，以及不管该工具本身是否提供光的任何逆向反射性，它可以被认为是立体角制品。
[0004]还已知提供具有拼接式构造的立体角制品，其中不同的立体角阵列被布置在本文中被称为瓦的相邻区域或区的图案中。拼接法通常改变制品的入射和取向性能。可商购获得的逆向反射立体角片材使用在平面图中具有长条形或矩形区域(包括正方形)的形状的瓦，该形状的最小基准尺寸为大约0.150英寸(3.8mm)或更大。立体角元件的取向在任何两个相邻的瓦之间是不同的。
[0005]现在将讨论三个已知的采用拼接法的逆向反射立体角制品。
[0006]图1、图1A和图1B与在美国专利5，936，770 (Nestegard等人)中讨论的拼接式逆向反射制品有关。图1描述了逆向反射立体角片材110的结构化表面的一部分的放大视图，其被设计成在正好两个初级平面中的高入射角表现出改进的逆向反射性能，并且在每个所述两个初级平面中的不同入射角表现出基本上相似的逆向反射性能。结构化表面包括多个交替区，所述交替区包括立体角元件112的阵列。立体角元件112被设置为片材的一侧上的阵列中的光学反向的配对。每个立体角元件112具有三面体棱柱形状，所述三面体棱柱形状带有三个暴露的平面端面122。在所述端面122之间的二面角是约90°，但如在‘219Appeldorn专利中讨论的可以略微偏离90°。立体角元件112优选具有如在美国专利4，588，258 (Hoopman)中公开的倾斜的几何形状。此类倾斜限定在高入射角的具有改进的逆向反射性能的单个初级平面，以及在高入射角的具有改进的逆向反射性能的单个次级平面。立体角元件的轴如在美国专利5，565，151 (Nilsen)中讨论的可以在“向后的”或“逆向的”方向上倾斜，或者如在‘258Hoopman专利中讨论的在“向前的”或“正向的”方向上倾斜。
[0007]片材110的结构化表面包括以约90°取向设置的多个立体角阵列的多个交替区(“瓦”)。因此，片材110特征可在于其包括第一区106和第二区108，该第一区106包括在第一取向上被设置在所述片材上的立体角元件的阵列，该第二区108具有在第二取向上被设置在所述片材上的立体角元件，以限定在高入射角的具有改进的逆向反射性能的第一初级平面和在高入射角的具有改进的逆向反射性能的第二初级平面，所述第二初级平面垂直于所述第一平面。
[0008]第一区106基本上平行于片材110的纵向边缘延伸。第一区106包括由三组相互交叉的沟槽形成的立体角元件112的阵列，该三组相互交叉的沟槽包括两个次级沟槽组126、128和初级沟槽组130。形成在阵列中的单独的立体角元件112，使得它们的光轴在垂直于初级沟槽130的平面中是倾斜的。因此，第一区106中的立体角阵列表现出具有改进的逆向反射性能的初级平面，该初级平面垂直于初级沟槽130且垂直于片材110的纵向边缘延伸。所述单独的立体角元件相对于与所述立体角元件的基部正交的轴倾斜经过约8.15度的角度，以限定55.5°、55.5°和69°的基三角形夹角。第二区108沿所述片材的长度基本上平行于第一区106延伸，并且包括基本上与设置在第一区106中的阵列相同的立体角元件112的阵列，不同的是相对于第一区106中的阵列以90°取向设置第二区中的阵列。据说，通过将反向的立体角元件倾斜经过在约7°和约15°之间的角度(参见例如，‘258Hoopman专利)可以获得优势，但可以使用改变的倾斜度数和改变的立体大小。
[0009]图1A根据‘258Hoopman专利描述了单个立体角阵列的逆向反射特性。此类立体角阵列表现出单个主平面和辅平面。所述主平面在高入射角表现出改进的逆向反射性能，由延伸穿过等亮度轮廓的两个最宽瓣的平面表示；所述辅平面在高入射角表现出改进的逆向反射性能，由延伸穿过等亮度轮廓的两个较短瓣的平面表示。因此，被制造成具有此类单个立体角阵列的片材具有单个优选的取向。据说，图1的实施例通过提供在高入射角表现出改进的逆向反射性能的两个平面来克服该局限性。如在PCT公开WO 96/42025 (Smith等人)中所公开的，向后地倾斜的立体可以被构造(例如，50°、65°、65°的基本角)成具有两个相似的优选的入射倾斜度平面。两个优选的入射倾斜度平面不一定是互相垂直的。
[0010]图1B是根据图1从双取向片材的样本中取得的逆向反射亮度读数的等亮度轮廓图。在 ASTM E-808_93b，Standard Practice for Describing Retroreflect1n(用于描述逆向反射的标准实践)(其被指定是ASTM-E-808-01(2009)的更当前的版本)中提供了逆向反射测试几何形状和测量角度的描述，并且结合图4在下面也讨论了相关的角度和其他几何因素。在固定的0.33°观察角和固定的90°展示角取得了图1B的测量。入射角在0°和80°之间改变，并且片材旋转通过360°取向角范围。在图1B中，入射角由同心圆表示，而取向角由围绕示图径向延伸的数字表示。同心等亮度轮廓表示逆向反射光的相对逆向反射；最大的逆向反射由示图上的中心点和同心等亮度轮廓表示，所述同心等亮度轮廓表示以坎德拉/勒克斯/米2为单位测量的相对于所述最大的逆向反射的5%减小。
[0011]参考图1B，图1的逆向反射片材在高入射角正好表现出具有改进的逆向反射性能的四个宽瓣。这四个瓣发生在开始于0°取向角的90°间隔处(例如，在0°、90°、180°和270°取向角处)。这四个瓣在高入射角限定具有改进的逆向反射性能的两个初级平面:第一平面延伸穿过以0-180取向的片材的平面，并且第二平面延伸穿过以90-270取向的片材。另外，据说片材横跨在这两个平面内改变的入射角表现出基本上相似的逆向反射性能。在使用中，片材可以在两个不同的取向中的任何一个上进行取向，以使片材提供最佳的逆向反射性能。
[0012]对于逆向反射制品诸如图1的逆向反射制品的另外的设计细节和变型形式，读者可参见‘770Nestegard专利。
[0013]图2是采用拼接法的另一个立体角逆向反射片材270的示意性平面图。拼接式片材 270 由伊利诺伊州奈尔斯的 Stimsonite 公司(Stimsonite Corporat1n of Niles, IL)以商品名SHMS0NITE高性能等级反射片材(Lotl203W，产品编号8432170)在商业中进行销售。拼接式片材270采用配对的向后倾斜的立体角元件的多个拼接式阵列。片材270的结构化表面包括相对于片材270的纵向边缘272以多个不同取向定位的多组立体角元件配对阵列。取向立体角阵列使得阵列的主沟槽位于相对于片材270的纵向边缘272以0°、30°、60°和90°的取向定位的平面中。
[0014]对于拼接式片材270的另外的细节以及其他拼接式逆向反射制品的描述，读者可参见美国专利5，822，121 (Smith等人)。
[0015]图3是在专利申请公布US 2011/0013281 (Mimura等人)中讨论的拼接式立体角制品310。立体角制品310具有结构化表面，在该结构化表面中其面分别地形成被布置到交替条瓦312-1、312-2中的第一立体角阵列313-1和第二立体角阵列313-2。所述结构化表面限定了示出为笛卡尔x-y-z坐标系的χ-y平面的参考平面。第一立体角阵列313-1具有立体角314-1和315-1。这些立体角是倾斜的。即，每个立体角的光轴(有时称为对称轴)相对于平面的法向轴即相对于z轴是偏斜的。第二立体角阵列313-2具有立体角314-2和315-2，这些立体角也是倾斜的。在附图中将各立体角的光轴在χ-y平面上的投影分别示为立体角 314-1、315-1、314-2、315-2 的光轴 314d-l、315d-l、314d_2 和 315d_2。
[0016]Mimura参考描述了实施例，在该实施例中立体角314_1和315_1具有基三角形，该基三角形的有序内角或基本角是(54.918° ,66.659° ,58.423° )，并且其中立体角314-2和315-2具有基三角形，该基三角形的有序内角是(54.918° ,58.423° ,66.659° )。在下面提供了基三角形和其有序角的另外的讨论。因为立体角314-1如果绕z轴旋转180°，那么产生具有与立体角315-1相同的立体几何形状和相同的立体取向的立体角，所以立体角314-1中给定的一个和立体角315-1中相邻的一个形成配对的立体角。因为相同的原因，立体角314-2中给定的一个和立体角315-2中相邻的一个也形成配对的立体角。然而，在阵列313-1内任何给定的立体角不具有与在阵列313-2内任何立体角相同的立体几何形状，并且不与阵列313-2内的任何立体角形成配对。
【发明内容】
[0017]我们已经开发了一系列立体角制品，其中结构化表面包括结合在拼接式构造中的不同的立体角阵列。不同的立体角阵列的设计特征(可选地结合它们各自的瓦的设计特征)经选择提供一个或多个有利的产品特性，诸如对于逆向反射光的改进的取向均匀性、结构化表面的改进的明显的空间均匀性，较少的碎片化的立体角元件(或者增加的非碎片化的立体角元件的表面覆盖率)，特别是沿瓦的延伸的边缘，并且便于制造，同时如果需要的话，能够在具有高的总体逆向反射性的薄柔性立体角片材中实现这些有利特性中的一个、一些或全部。便于制造具有至少两个可能的方面。一个方面涉及逆向反射立体角膜可以被制造的速度，通过为大多数或全部瓦设计立体角阵列以具有平行于膜幅的顺维方向的一个沟槽组(且优选地也平行于各自的瓦的边缘)，使得可迫使可固化的材料更容易地和快速地进入工具的结构化表面中，可以提高该速度。第二方面涉及在制造立体角工具中降低成本和增加简单性，其可以通过使用能够只用一组三个或更少的切割工具切割的立体角阵列来实现，使得对于一个阵列的立体几何形状与在不同取向的阵列中的立体几何形状相同，和/或者是在不同取向的阵列中的立体几何形状的重排。
[0018]本文中我们尤其公开立体角制品，诸如利用在拼接式构造中的多个立体角阵列的逆向反射片材，每个瓦包含倾斜的立体角元件的一个阵列。所述瓦可以是长且窄的，即延伸的，并且在至少两个或三个相邻的瓦中的每个中的阵列，或者甚至在所述制品的大多数的瓦或每个瓦中的阵列可以包括至少一个纵向沟槽，所述纵向沟槽平行于所述瓦的边缘且平行于固定的平面内轴，该平面内轴可以是所述制品的顺维方向。每个瓦可以具有窄(例如，0.2mm到5mm，或者小于1mm，或者0.2mm到Imm)且与纵向沟槽间距的整数倍相等的宽度，以避免或减少沿所述瓦边缘的无效的碎片化的立体角和垂直表面。每个阵列可以具有倾斜平面和入射倾斜度初级平面，并且多个瓦的所述入射倾斜度初级平面可以比所述倾斜平面更均匀地分布在方位角中。
[0019]本申请还尤其公开具有限定参考平面的结构化表面的制品，所述参考平面具有平面内轴，所述结构化表面包括被布置到多个瓦中的多个立体角阵列，所述多个瓦包括第一瓦、第二瓦和第三瓦。所述第一瓦、第二瓦和第三瓦由各自的第一立体角阵列、第二立体角阵列和第三立体角阵列限定，所述第一立体角阵列、第二立体角阵列和第三立体角阵列具有各自的第一入射倾斜度初级平面、第二入射倾斜度初级平面和第三入射倾斜度初级平面，每个入射倾斜度初级平面相对于所述平面内轴的取向不同。所述第一瓦、第二瓦和第三瓦各自包括一个平行于所述平面内轴的瓦边缘。每个所述第一立体角阵列、第二立体角阵列和第三立体角阵列包括一个平行于所述平面内轴的给定的沟槽。
[0020]所述第一瓦、第二瓦和第三瓦在可平行于所述平面内轴的方向上都是细长的。对于每个所述第一瓦、第二瓦和第三瓦来说，所述给定的沟槽可以是限定纵向沟槽间距的多个纵向沟槽中的一个纵向沟槽，并且所述第一瓦、第二瓦和第三瓦中的每个瓦可以具有与各自的纵向沟槽间距的整数倍相等的宽度。所述第一瓦、第二瓦和第三瓦的宽度各自可在0.2mm到5mm，或者0.2mm到1mm，或者0.5mm到Imm的范围内。所述多个瓦可以包括除了所述第一瓦、第二瓦和第三瓦之外的额外的瓦，所述额外的瓦具有对应的额外的立体角阵列，并且所有的额外的立体角阵列可以包括一个平行于所述平面内轴的给定的沟槽。
[0021 ] 每个所述第一立体角阵列、第二立体角阵列和第三立体角阵列的立体角可以是倾斜的且特征在于具有一组有序基本角的基三角形，并且所述第一立体角阵列和第二立体角阵列的两组有序基本角可以是彼此相等的，并且所述第一立体角阵列和第三立体角阵列的两组有序基本角可以是彼此的重排。在下面另外讨论一组有序基本角的概念。
[0022]所述第一立体角阵列、第二立体角阵列和第三立体角阵列的三组有序基本角可以任选地彼此相等。然后，所述多个瓦还可以包括由第四立体角阵列限定的第四瓦，并且所述第四立体角阵列可以具有不平行于所述第一入射倾斜度初级平面、第二入射倾斜度初级平面或第三入射倾斜度初级平面中的任一个的第四入射倾斜度初级平面，并且在所述第四立体角阵列中的立体角可以是倾斜的且特征在于具有一组有序基本角的基三角形，所述一组有序基本角是所述第一立体角阵列的一组有序基本角的重排。所述第四瓦可以在平行于所述平面内轴的方向上都是细长的，并且所述第四立体角阵列可以包括一个平行于所述平面内轴的纵向沟槽。
[0023]在所述多个立体角阵列中的所有立体角阵列可以具有各自的入射倾斜度初级平面，所述入射倾斜度初级平面可以限定相对于所述平面内轴的至少4个独特的取向。与所述至少4个独特的取向相关的所述立体角阵列各自可包括一个平行于所述平面内轴的纵向沟槽，并且可以特征在于各自的多组有序基本角，此多组有序基本角中的每两组有序基本角或者是彼此相等的或者是彼此的重排。所述入射倾斜度初级平面也可以限定相对于所述平面内轴的至少5个独特的取向。与所述至少5个独特的取向相关的所述立体角阵列特征可以在于各自的多组有序基本角，此多组有序基本角中的每两组有序基本角或者是彼此相等的或者是彼此的重排。所述入射倾斜度初级平面也可以限定相对于所述平面内轴的至少6个独特的取向。与所述至少6个独特的取向相关的所述立体角阵列特征可以在于各自的多组有序基本角，此多组有序基本角中的每两组有序基本角或者是彼此相等的或者是彼此的重排。
[0024]所述第一瓦和第二瓦可以具有沿边界会合的瓦边缘，并且所述第一瓦上的靠近边界的一排立体角的面和所述第二瓦上的靠近边界的一排立体角的面可以共同地形成复合沟槽，所述复合沟槽平行于所述平面内轴。所述复合沟槽可以具有复合沟槽角，所述复合沟槽角不同于所述第一立体角阵列的所述给定的沟槽的沟槽角，并且也不同于所述第二立体角阵列的所述给定的沟槽的沟槽角。
[0025]所述结构化表面可以提供至少4，或至少5，或至少6的在30°入射角的均匀性指数。所述结构化表面可以提供至少2，或至少3，或至少4，或至少5的在40°入射角的均匀性指数。
[0026]本申请也公开了具有结构化表面的制品，该结构化表面包括被布置到对应的多个瓦中的多个立体角阵列，该结构化表面限定具有平面内轴的参考平面。所述多个瓦中的每个瓦的所述立体角阵列具有给定的沟槽组，所述给定的沟槽组的沟槽平行于所述平面内轴延伸，多个瓦中的每个瓦的所述立体角阵列具有与其相关的倾斜平面和入射倾斜度初级平面。所述多个瓦的所述入射倾斜度初级平面中的独特的入射倾斜度初级平面与倾斜平面中的独特的倾斜平面相比更均匀地分布在方位角中。
[0027]所述入射倾斜度初级平面中的独特的入射倾斜度初级平面可以具有最小角距PhiMinl，并且所述倾斜平面中的独特的倾斜平面可以具有最小角距PhiMin2，并且PhiMinl可以大于PhiMin2，或者PhiMinl可以是PhiMin2的至少2倍。所述入射倾斜度初级平面中的独特的入射倾斜度初级平面具有最大角距PhiMaxl，并且所述倾斜平面中的独特的倾斜平面可以具有最大角距PhiMax2，并且PhiMaxl可以小于PhiMax2。