CN100447588C - 光学结构 - Google Patents

Abstract

在一个实施方案中，光学结构及其制造方法包括基体(44)和沿着基体安排的为数众多的双面光学元件(10)。每个元件在每个面上都包括光学微结构。至少一些元件的一个面至少有一部分是背衬空气的，而且和至少一些元件的另一面实质上是被某种材料浸润的。另外，提供了一些回射的光学结构、细丝或纤维以及形成它们的制造方法。提供了一些包括为数众多的被封闭在由基体形成的外层里面的单一结构的光学结构。还提供了用来形成光学结构的装置和方法，包括把材料注入模子形成光学结构、使光学结构组成某种预期的几何形状和密封光学结构的末端。

Description

光学结构

相关的申请

这份申请是2003年12月9日申请的美国专利申请第10/731,416号的继续申请，第10/731,416号申请作为要求2002年5月15日申请的美国专利临时申请第60/380,990号的利益的于2003年5月15日申请的美国专利申请第10/438,759号的部份继续申请。每份申请的全部教导在此通过引证被并入。

背景技术

回射材料被用于各种不同的安全和装饰目的。具体地说，这些材料在夜间当能见度在照明条件差的情况下至关重要的时候是有用的。采用完美的回射材料，光线基本上沿着回射轴线在实质平行的路径中向光源反射。

就各种不同的目的而言，存在许多类型的回射材料。这些回射材料能作为有反射的带子和贴片用于衣服，例如背心和腰带。另外，回射材料能用在立柱、桶、交通锥标环、公路路标、警告反射镜等东西上。回射材料能由随机取向的微米直径球体阵列或密集的立体角(棱镜)阵列组成。

立体角或棱镜型回射器是在通过引证在此将其教导并入的于1973年1月23日授权给Stamm的美国专利第3,712,706号中描述的。通常，棱镜是通过在金属板或其它适当材料的平坦表面上形成主阴模制作的。为了形成立体角，在平板上铭刻三个系列V形凹槽，各个系列的凹槽与同一系列中的其它凹槽是平行的和等距离的，以致凹槽以60度相交。然后，钢模被用来把预期的立体角阵列加工到硬的平坦的塑料表面上。

关于立体角微棱镜的结构和操作的进一步的细节能在通过引证将其教导在此并入的于1972年8月15日授权给Rowland的美国专利第3,684,348号中找到。用来制造回射片材的方法也是在通过引证将其教导在此并入的于1972年9月5日授权给Rowland的美国专利第3,689,346号中揭示的。所揭示的方法是用来在成套配置的模子中形成立体角微棱镜的。这些棱镜被粘接到加在其上方的片材上提供一种立体角结构从所述片材的一个表面突起的复合结构。

发明内容

现有技术的制造方法存在着没有能力生产表面呈现微结构的宽片材的问题。通常，宽度达大约14英寸的片材被拼合成大面积的表面。然而，拼缝通常非常难以从功能上掩饰而且对于观看者几乎总是引人注目的。生产可能使用的(例如，用在背投电视中的)宽片材所需要的工具是格外昂贵的。

表面有微结构的新颖的光学结构已被发现。在一个实施方案中，提供一种包括基体和沿着该基体排列的为数众多的双面光学元件的光学结构及其制造方法。每个元件在每个面上都包括光学微结构。至少一些元件的一个面至少有一部分是背衬空气的，而那至少一些元件的其它面实质上是被某种材料浸润的。

微结构可以包括立体角棱镜、衍射结构和透镜、透镜阵列、棱镜阵列、线性菲涅尔透镜、小透镜、字母与数字符号、数字结构(例如、为传递二进制信息(如条形码)而设计的突起结构)、彩色结构、变色结构、纹理结构、蠹眼结构、线性棱镜和透镜、小透镜、鱼眼透镜阵列、或其它适当的微结构。由此产生的光学结构能用于回射产品设计、包括气泡的正面投影屏、包括气泡的漫射屏、能用于保密、光控、准直应用的隔栅薄膜、和使用蠹眼或其它光学微结构的防眩光薄膜。

在其它的实施方案中，回射的光学结构、细丝或纤维以及形成它们的制造方法将在下面陈述。

附图说明

本发明的上述的和其它的目的、特征和优势通过对本发明的各种不同的实施方案的更具体的描述将变得显而易见，下面的附图中用同样的参考符号在不同的视图处处表示同一部份。这些图画不必依比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的原则上。

图1是双面光学元件的一个实施方案的剖视图。

图2是双面光学元件的另一个实施方案的剖视图。

图3是在棱镜顶端有彩色涂层的双面光学元件的剖视图。

图4是在基体和棱镜之间有彩色涂层的双面光学元件的剖视图。

图5是散布在基体上的双面光学元件的剖视图。

图6举例说明使图5所示的元件部份地嵌入下面的基体的一个实施方案。

图7举例说明加到图6所示的部份嵌入的元件的暴露的棱镜面上的背衬层。

图8是按照图5-7形成的光学结构的剖视图。

图9举例说明把背衬层粘接到回射结构上的一个实施方案。

图10举例说明双面光学元件正在下落到基体上。

图11举例说明部份嵌入基体的双面光学元件。

图12举例说明图11所示元件的嵌入面实质上已被浸润。

图13是放置在基体上形成的小凹穴中的双面光学元件的剖视图。

图14是图13的实施方案把背衬层层压到基体上的剖视图。

图15是被支撑在基体上的为数众多的双面光学元件的剖视图。

图16举例说明填充层被安排在图15所示双面光学元件上以便把这些元件粘接到基体上。

图17是当填充层和在下面的基体的折射率实质上相同的时候按照图15和图16形成的最终的光学结构的剖视图。

图18是双面光学元件的剖视图。

图19是图18所示元件的俯视图。

图20举例说明图18和19所示的光学元件被压进织物。

图21举例说明上面有涂层的图20所示织物。

图22是双面光学元件嵌在织物层里面的实施方案。

图23举例说明把双面光学元件嵌进基体的一个实施方案。

图24举例说明图23所示元件被部份地嵌入以便浸润这些元件的一个面。

图25举例说明当元件和基体的折射率实质上相同的时候按照图23和24产生的光学结构。

图26举例说明部份地嵌在粘接剂中的双面光学元件。

图27举例说明当元件和粘接剂的折射率实质上相同的时候按照图26产生的光学结构。

图28是嵌在基体里面的双面光学元件的剖视图。

图29是举例说明双面光学元件部份地嵌在基体里面的剖视图。

图30举例说明部份地嵌在基体里面的非平面的双面光学元件。

图31是用来使双面光学元件在基体上定位的装置的示意图。

图32是用来使双面光学元件在基体上定位的蜂巢结构的俯视图。

图33是放置在基体上的蜂巢结构的剖视图，双面光学元件被安排在蜂巢结构里面。

图34是双面光学元件在图33的蜂巢结构里面的放大图。

图35类似于图33，但是有过多的双面光学元件移出蜂巢结构。

图36是依据图33-35所示的实施方案形成的最终的光学结构的剖视图。

图37是用来形成双面光学元件的光学结构的另一个实施方案的剖视图。

图38举例说明用来密封图37所示的光学结构的图案。

图39是双面光学元件的另一个实施方案的剖视图。

图40类似于图39所示的实施方案，但是有膜层夹在中间。

图41类似于图40的实施方案，但是没有在中间层上彼此对齐的延伸构件。

图42是双面光学元件的进一步的实施方案的剖视图。

图43是双面光学元件的另一个实施方案的剖视图。

图44是双面光学元件的又一个实施方案的剖视图。

图45是安排在基体上的为数众多的双面光学元件的剖视图。

图46类似于图45，但是有安排在双面光学元件之上的填充层。

图47是图46所示的光学结构在移开基体并且将双面光学元件在一个面上金属化之后的剖视图。

图48与图47类似，但是在双面光学元件的金属化表面上安排了粘接剂。

图49是依照本发明的一个实施方案的回射细丝的透视图。

图50是一排微结构放在基体上的侧视图。

图51是图50的基体把微结构封闭在其中形成回射细丝的透视图。

图52是放置在基体上的两排微结构的侧视图。

图53是图52的基体把微结构封闭在其中形成回射光学结构的透视图。

图54是放置在基体上的三排微结构的侧视图。

图55是图54的基体把微结构封闭在其中形成回射细丝的透视图。

图56是依照本发明的一个实施方案末端已被密封的回射细丝的侧视图。

图57是在基体上形成的微结构的侧视图，其中至少一些微结构包括气泡。

图58举例说明围绕着放置在其上面的微结构卷起基体形成回射细丝的制造方法。

图59与图58类似，但是其中热量被用来把基体的壁在接缝处结合在一起以形成回射细丝。

图60是依照本发明的另一个实施方案用来形成回射细丝的系统的示意图。

图61是有微结构在其中的基体的侧视图，其中形成微结构的材料穿过基体。

图62是由图61的结构形成的回射细丝的剖视图。

图63是图62的回射细丝的侧视图。

图64是依照本发明的实施方案用来形成光学结构的模子的示意图。

图65是依照本发明的一个实施方案的光学结构的剖视图。

图66是依照本发明的另一个实施方案的光学结构的剖视图。

图67是依照本发明的进一步的实施方案的光学结构的剖视图。

图68是依照本发明的又一个实施方案的光学结构的剖视图。

具体实施方式

各种不同的实施方案描述如下。图1是双面元件和在此被称为元件的碎片或薄片的一个实施方案的剖视图，而且通常用参考数字10标识。实质上可能是透明的或光学上清澈的基体12支撑着为数众多的诸如回射立体角棱镜之类的元素14。在替代实施方案中，每个元件10都是双面的，每个面都有光学微结构的。举例来说，微结构可以包括蠹眼结构、立体角棱镜、线性棱镜、小透镜、鱼眼透镜阵列和/或其它适当的光学结构。

如同下面将参照特定的实施方案解释的那样，元件10在一个面上是被浸润的，而在另一面上是空气背衬的，以致光线穿过在基体12的一个面上的被浸润的立体角棱镜14，然后被在基体另一面上背衬空气的棱镜14回射。在一个实施方案中，立体角棱镜14是用实质上透明的或者光学上清澈的材料制成的。立体角棱镜14能沿着基体12被间隔开(S)，以致延伸到一个棱镜的顶点的三个面的底不触碰相邻棱镜的底。在其它的实施方案中，元素14包括蠹眼结构，如同在通过引证将其教导在此并入的于1977年3月22日授权给Clapham等人的美国专利第4,013,465号所揭示的那样。

图2是双面元件10的另一个实施方案的剖视图，其中立体角棱镜14是邻近的而且是不分隔开的。在这个实施方案中，元件10有介于大约0.076毫米和0.457毫米(0.003英寸和0.018英寸)之间的长度16。在两面上形成的具有棱镜14的回射片材能被切割(例如，用机械方法或激光)，或形成有这些或其它尺寸的元件10。从顶点到对置顶点的厚度18可以有介于大约0.0381毫米和0.193毫米(0.0015英寸和0.0076)之间的范围。基体12的厚度20可以有介于大约0.0127毫米和0.051毫米(0.0005英寸和0.002英寸)之间的范围。从基体12到棱镜14的顶点的距离22可以有介于大约0.0127毫米和0.071毫米(0.0005英寸和0.0028英寸)之间的范围。从顶点到毗邻顶点的距离24可以有介于大约0.025毫米和0.152毫米(0.001英寸和0.006)之间的范围。

长度16对宽度18的纵横比是这样的，以致元件10通常在落到表面上时依照本发明的一个方面以面积较大的面着陆。换言之，向平坦的表面下落的元件10往往使其本身如图2所示取向，即，当基体12平行于平坦的表面的时候实质上是水平的。放置元件10的其它方法将在下面描述。

在本文揭示的任何一个实施方案中，不同尺寸的元素、棱镜或光学微结构能用来实现独特的回射光分布。举例来说，不同棱镜的底边长度能在单一元件10中或在各元件之间改变。另外，棱镜14可以如同1992年12月15日授权给Walter的美国专利第5,171,624号所揭示的那样相对于光轴倾斜或倾倒，或如同于1972年8月15日授权给Rowland的美国专利第3,684,348号所讨论的那样倾斜和取向，在此通过引证将这两份专利的教导并入。棱镜14可以在同一或不同的元件10上以不同的角度沿着正的或负的方向倾斜而且沿着不同的方向取向以实现独特的回射光分布。

如图3和4所示，色彩可以加到元件10上以便进一步提供独特的回射光分布。在图3所示的一个实施方案中，彩色涂层26可以加到一些或全部的棱镜顶点上。在其它的实施方案中，彩色涂层26可以在整个棱面上形成。如图4所示，彩色涂层26可以安排在基体12和棱镜14之间。单一或多样的色彩组合可以被用在相同的或不同的元件10上。在其它的实施方案中，一种或多种荧光颜色可以被用于彩色涂层。

图5-10举例说明本发明的一个实施方案，在该实施方案中元件10首先被散布到基体28上(例如，已被加到实质上透明的基体30或顶层薄膜上的实质上透明的热激活的或压敏的粘接剂涂层)。非必选的载体薄膜32可以沿着顶层薄膜30排列。元件10的间隔能受到控制以实现预期的覆盖量。在一个实施方案中，元件10能重叠以增加元件的倾斜。

图6举例说明把元件10部份地嵌入粘接剂28的一个实施方案。在这个实施方案中，结构在碾压辊34、36之间通过，把元件10的底面推到粘接剂28之中以浸润在嵌在粘接剂里面的面之上的棱镜棱镜面14。粘接剂28可以在遇到碾压辊34、36之前被软化，举例来说，通过辐射加热。在特定的实施方案中，辊34是一个热辊，而辊36是一个冷辊。已考虑到存在把元件10部份地嵌入粘接剂28的其它方式，例如通过使用压缩空气。如果不需要一些附加的光线变向，粘接剂28可以有与形成元件10的材料相同的折射率。

如图7所示，背衬层或薄膜38可以加到元件10的暴露的棱镜面上。在一个实施方案中，背衬层38是以低压力放置在暴露的棱镜之上的，为的是避免损坏暴露的棱镜顶点。为了实现预期的产品外观，背衬层38、粘接剂28、顶层薄膜30和/或载体薄膜32可以包括任何颜色，包括萤光色。在一个实施方案中，背衬层38可以用软的白色材料制成。在其它的实施方案中，背衬层38是用形成一种半透式反射器类型产品的实质上透明的材料制成的。通常，这些半透式反射器有从背面通过回射结构传输的光线作为用于飞机场或安全岛护栏的背面发亮的告示。

如果折射率在棱镜14、粘接剂28、顶层薄膜30和载体薄膜32之间实质上是一样的，则在这些界面不存在边界而且没有菲涅尔反射或散射损失，如图8所示。气阱被表示成参考数字40。这束光线R当元件10未被润湿的面作为背衬空气的回射器而起作用的时候被该结构回射。

图9举例说明把背衬层38粘接到回射结构上的一个实施方案。在这个实施方案中，有蜂窝状的凹槽和狭窄的槽脊的密封模具被用来加热背衬层38和把背衬层38向下推到与现有的粘接剂28结合的点或区域42。在其它的实施方案中，背衬层38的一部分被推动穿过粘接剂28与顶层薄膜30结合。射频(RF)密封、超声波密封和热碾压也能用来使背衬层38与该结构结合。在本文揭示的任何一个实施方案中，所述结构都能如同通过引证将其教导在此并入的美国专利第6,039,909和6,143,244号所揭示的那样被密封或处理。非必选地，图案粘接剂能被涂到背衬层上然后层压到产品结构上。

图10-12举例说明本发明的另一个实施方案，其中元件10落到基体44(例如，可固化的液体涂层或粘接剂)之上。元件10接触涂层44的面被浸润，如图11所示。如果涂层表面张力阻止棱镜尖刺入该涂层，在必要时可以使用一些空气加压、机械的或其它的方法把元件10推到涂层44中。实质上透明的顶层薄膜46如图所示可以在涂层44上提供。然后，涂层44被固化，例如，通过加热或紫外辐射，以形成固态的但柔软的产品。

如果在棱镜材料和涂层44之间折射率实质上是一样的，则在图12举例说明的这些界面不存在边界，而且没有菲涅尔反射或散射损失。

图13和14举例说明按照预期的位置或图案把元件10放在基体44上的实施方案。基体44(它可以包括透明的热敏胶)按照形成底部有粘接剂的小凹穴47的图案被加到顶层薄膜46上。元件10落进小凹穴47，以及碾压层压背衬层51以便把元件推到粘接剂中。

在更进一步的实施方案中，元件10可以使用通过引证将其教导在此并入的Ron Dagani在Chemical & Engineering News，p.13(2002年4月15日)中以“Self-Assembly Required”为题的文章中描述的技术按照某种图案在基体上定位。

按照本文揭示的任何一个实施方案都能形成至少一个面有为数众多的微结构的宽面片材。该片材能被机械切割、激光切割成细丝或形成细丝。在一个实施方案中，细丝是大约0.3048微米(0.012密耳)宽。细丝能被剁成大约2.54微米(0.1密耳)的长度。细丝和元件能组成任何几何形状，例如，正方形、矩形、钻石形，等等。

在其它的实施方案中，能制造有至少一条信息或设计(例如，用透明油墨印刷的水印)的安全薄膜原始文件。透明油墨浸润以显示该信息。如果人们无权使用该薄膜和印刷系统，则不能容易地制作该文件的副本或复制品。

另外，在任何一个实施方案中，基体28、44的厚度能被优化到与棱镜深度相等，以致那些元件不浸没在基体中，借此仅仅浸润一个面。

图15-17举例说明本发明的另一个实施方案。在特定的实施方案中，基体或载体48支撑着为数众多的元件10。基体48可以包括织物、衣服和类似的东西。为了形成双面元件10，双立体角薄片的底附着到，举例来说，透明的薄膜或基体12上。因此，每个薄片的棱镜面从透明薄膜伸出。在其它的实施方案中，这些底可以直接相互附着以致它们在没有基体12的情况下形成。然后，该双面结构组成元件10。

举例来说，在一个实施方案中，元件10被随机地排列在基体48上并且实质上被放平。填充层50覆盖元件10并且把它们粘接到基体48上，例如，在元件之间的区域52。该填充层50有足够高的粘度，例如大约30,000到50,000厘泊，以致它不在元件10下面流动以便于在实质上所有的元件10下面提供气阱54。因此，这些元件10在顶端被填充层50浸润，以致在每个元件10的顶端入射的光通过。一些压力能用来保证浸润实质上是均匀的。气阱54这样提供“背衬空气的”元件10，以致通过元件10的顶端的光被背衬空气的面回射。从背衬空气的面回射的光有可能在一些应用中优选的白色外观。

图18和19举例说明边缘被切割成能抓住编织的和非编织的织物和纸张的倒钩的元件10。

图20举例说明被压进织物56并且借助倒钩保持在适当位置的元件10。如图21所示，涂层58可以在元件10的一个面上提供以生产如图所示回射光线R的服装。这种产品配置现在能借助针线或铆钉之类系牢之物或借助粘接剂或加热、射频、超声波或其它适当的密封方法结合到基体上。范围能从织物到聚合物到金属到陶瓷的许多类型的基体都可能被使用，取决于应用。这种产品结构能制成可能有保护暴露的棱镜尖的内衬的服装，例如雨衣。

诸如通过引证在此被并入的于2000年1月20日申请的美国专利申请第09/488,129号和在2000年7月27日公开的国际专利申请第WO 00/43813号所揭示的露面的双面元件或反立体角能被用于高温应用。图22举例说明嵌在织物层56之内，可能包含荧光材料的元件10的实施方案。实质上透明的顶层涂层58是在织物56上提供的。在本文揭示的任何一个实施方案中，能在光学结构或元件上提供的外层或顶层涂层包括在形成时实质上透明的和坚硬的颈手枷或其它适当的材料。织物56能通过粘接剂64附着到可能是不透明的和/或有荧光的基体62上。使用不透明的有萤光的织物、粘接剂和基体材料允许生产能用于户外应用的长期耐磨的材料。元件10的随机取向能产生当顶层棱镜未被完全浸润的时候能被增强的发光的效果。

在本文揭示的任何一个实施方案中，元件10都能用许多不同的材料制作，例如发光材料、着色材料和衍射材料等。许多不同类型的薄片能混合在一起形成许多有趣的外观和功能效果。

图23-30举例说明元件10在两个面上包括蠹眼结构、漫射器或其它光学微结构的各种不同的实施方案。

元件10能借助辊34、36部份地嵌入粘接剂28。因此，提供一个面实质上被浸润的部份嵌入的元件60。

由此产生的结构被展示在图24和25中。如果不需要某种附加的光线变向，粘接剂28可以有与形成蠹眼或漫射器微结构(从而导致图25所示的结构)的材料相同的折射率。在特定的实施方案中，大约90％的表面有蠹眼或漫射器光学微结构。因此，该表面在使用蠹眼元件的时候变成防反射的，而当使用漫射器元件的时候漫射。

如图26所示，元件10能落在液体涂层或粘接剂28上，而且允许在元件10接触涂层的那个面上被涂层浸润。如果涂层表面张力阻止元件被浸润一个面，那么可以使用空气压力或其它方法把元件推进涂层。再者，涂层28的厚度可以达到一定的深度，以致元件不能浸没到足以覆盖未被浸润的面那样深。元件10的浸润面接触基体30以防止元件浸没在涂层28之中。如果不需要一些附加的光线变向，则涂层28可以有与形成蠹眼或漫射器微结构(导致图27所示结构)的材料相同的折射率。在特定的实施方案中，大约90％的表面有蠹眼或漫射器光学微结构。

在其它的实施方案中，元件10能落到或混合到液体涂层28之中，而且这些元件被允许在两个面上被涂层浸润。由此产生的结构如图28所示。在用折射率与涂层或粘接剂显著不同的材料制作双面的表面起伏的漫射器元件的情况下，这些元件能浸没在涂层或粘接剂28之中。通过有基于硅树脂的n＝1.35的粘接剂和n＝1.58的元件实现的折射指数差是很好地作为大部分表面起伏的漫射器工作的产品的一个例子。

图29举例说明被固化的涂层28浸润的元件10。与以前一样，涂层28可能是足够薄的，以致元件10不能浸没到足以浸润两个面的程度。在元件10的纵轴不平行于涂层28的表面的情况下，提供附加的防眩光或漫射器功能。在其它的实施方案中，基体表面28可以被做成不平的，以增强防眩光或漫射器功能。

如图30所示，为了提供附加的防眩光或漫射器功能，元件10可能不是平面的。

在一些应用中，按照预期的图案使元件10在基体上对准或定位可能是理想的。元件10可以有任何几何形状，包括圆形的、六角形的、三角形的和矩形的形状。在一个实施方案中，该元件0.1016毫米(0.004英寸)厚、0.508毫米(0.020英寸)长和0.508毫米(0.020英寸)宽。

在特定的实施方案中，穿孔薄膜被用作模板。该薄膜可以是大约0.1016毫米(0.004英寸)厚，而且有比元件的最长尺寸略微大一些的孔。每次只有一个元件能够适应打好的孔。未固化的清澈的涂层或光学级清澈的粘接剂被安排在实质上清澈的基体上。然后，把模板放在涂层或粘接剂上。然后把元件10放在模板的孔之中，每个孔中一个元件。在一个实施方案中，元件被振动以有利于在每个孔中安置一个元件。压力能用来保证把元件压进粘接剂。为了再次使用，多余的元件能被移开，举例来说，借助真空。如果有必要，元件能被进一步压进粘接剂。然后，穿孔模板被移开，而且如果有必要，涂层或粘接剂能被固化。

在一个实施方案中，参照图31，穿孔模板可以呈有适当的孔径和孔距的旋转筛66的形式。筛子66能振动以帮助元件10流进筛子66上的孔。

在每个孔中只有一个元件10能定位，并且被粘接到有清澈涂层的清澈薄膜或在清澈的基体或薄膜70上的清澈的粘接剂68上。基体70和粘接剂68这样抱着筛子66，以致多余的元件10落回底部，而已定位的元件10能被推或压就位，举例来说，用滚筒72。筛子66的外表面可以用某种材料(例如，硅树脂脱粘材料或其它适当的材料)覆盖或制成，以致粘接剂68不粘它。旋转筛子66能从Stork NV，Naarden，The Netherlands获得。

光学结构已使用密西根州49464，Zeeland镇Fairview街615号的Plascore公司制造的蜂巢结构(零件代号PCFR125-W)制作出来。所用的特定的蜂巢结构74是1英寸深，有大约3.175毫米(0.125英寸)的孔口尺寸。该结构有被规则地隔开的孔口76，如图32所示。

可能是聚对苯二酸乙烯酯(PET)的薄膜78被涂满大约0.0508毫米(0.002英寸)厚的清澈的丙烯酸树脂或粘接剂涂层80。蜂巢74被放在涂层表面80上，平移在薄膜78上被蜂巢结构74向下推的涂层80。六角形的双面元件10洒在蜂巢结构70的顶端(图33)。元件10在沿着六角形元件10的对角线测量的时候略微小于或等于0.0508毫米(0.002英寸)的孔口。

在这个实施方案中，元件10在0.0508毫米(0.006英寸)的PET薄膜12的两个面上有斜度为0.1524毫米(0.006英寸)的立体角棱镜14，其中立体角棱镜面被粘接到薄膜上。元件10的尺寸相对于蜂巢结构74的孔口76只允许一个元件10按照平放位置安放在粘接剂80上(见图34放大图)。在一个实施方案中，涂层80实质上是透明的或清澈的，具有与立体角棱镜14系统相同的折射率从而引起浸润元件10的底部棱镜并因此有效地使之消失。可以施加很少的空气压力以保证元件10的底部棱镜14完全没入粘接剂80。然后，涂层80与经由薄膜78，或者经由蜂巢结构74固化。

额外的元件10能被移走(例如，借助真空)，并且供以后再次使用，从而留下图35所示的结构。最后完成的光学结构(图36)可以有包含尺寸相同或不同的立方体角棱镜的元件10。一些蜂巢孔76可以在一种尺寸的棱镜定位时被挡住，然后被打开以允许用元件10上的不同尺寸的棱镜填充空的蜂巢孔。

虽然这个例子使用有立体角棱镜的元件，但是有蠹眼结构、线性棱镜、小透镜、表面浮雕结构、微透镜结构、鱼眼透镜阵列和其它适当的光学结构的元件也能实现。

在特定的实施方案中，背衬空气的双面元件能通过把两块片材(每块片材都在一个面上有光学微结构)密封在一起，然后把密封成胶囊的各个单元破碎成分开的空气背衬的元件来制作。在特定的实施方案中，如图37所示，可能是热塑材料而且在至少一个面上有光学微结构(在这种情况下是立体角棱镜14)的片材82按照选定的区域84或图案86(图38)被密封。在其它的实施方案中，单一的片材82本身可以被折叠成光学结构。密封区域84被设计成容易撕裂或断裂的。密封区域84中的棱镜14被迫进入热塑性片材82以允许两块片材82的粘接把棱镜封入胶囊。热塑性片材82可以是柔性的也可以是刚性的，取决于胶囊形元件的预期性质。

由此产生的元件能被散布在有粘接剂涂层的薄膜上，混合到粘接剂、聚合物、油漆、涂料之类的东西之中。在特定的实施方案中，在此揭示的任何元件都能分散在通过引证在此将它们的全部教导并入的2003年8月4日申请的于2004年6月3日作为美国专利申请公开第2004/105154号公开的美国专利申请第10/634,122号所揭示的聚脲之中。可以使用多种尺寸和倾斜的光学微结构，例如，立体角棱镜)。如果需要，可以至少将一些棱镜金属化。如果需要，还可以使用不同尺寸的元件。此外，为了形成在此揭示的元件，可以使用露面元件或反立体角元件。

双面光学结构另一个实施方案被展示在图39中，其中至少在一个面上有光学微结构的两块片材88在延伸构件90处背对背地对齐并且结合在一起，例如，借助粘接剂。如图40所示，可以在片材88之间提供能被染色的或白色的中间层92。如图41所示，延伸构件90不必在中间层92上彼此对齐。如果图41的光学结构被混合到油漆之类的液体之中，在区域93可能有一些回射损失，因为液体可能浸润该光学微结构，例如立体角棱镜。

图42举例说明双面光学元件10的一个实施方案，其中片材82被定位以致光学微结构表面92是能被染色的或白色的。在区域95，片材被密封在一起并且修剪成元件10。

由此产生的结构能被切割成或形成，举例来说，能被混合到粘性流体之中或飘浮在基体之上的个别元件。

图43举例说明双面元件10的又一个实施方案。当所述材料被切割成密封元件的时候，制作两块至少在一个面上有诸如立体角棱镜1 4之类的光学微结构的片材或顶层薄膜12以允许在背对背立方体角的边缘周围流动密封。如图44所示，当薄膜被切割成形成胶囊状的背对背的背衬空气的立体角区段的在两个相对的平面中回射的元件的时候，顶层薄膜材料围绕着背对背的背衬空气的立体角区段流动。区域94也能被顶层薄膜材料填满。

图45-48举例说明本发明的另一个实施方案。在这个实施方案中，如图45所示，为数众多的双面立体角回射元件10被放置在基体96上。少量粘稠的粘接剂98能用来把元件10固定在适当的位置。然后在元件10上形成填充层100，如图46所示。在图47中，基体96已被剥掉，实质上露出全部元件10的一个面。反射涂层102(例如，铝金属层)在元件10的暴露棱镜面上形成。在其它的实施方案中，反射涂层包括整个底部表面。在图48中，粘接剂104的涂层可以在毗邻反射涂层102的填充层100上形成，以致该结构能附着到基体(例如，衣服制品)上。

在其它的实施方案中，提供有前面揭示的立体角棱镜、表面浮雕漫射器结构、微透镜结构或其它微结构或它们的组合之类的微结构108的能被称为细丝或纤维106的细长的光学结构。管或外层110围绕着或包住棱镜108，以保护各个棱镜面112和在特定的实施方案中保证各个棱镜面112是背衬空气的。当有充份的可拉长的力量时候，外层110能用既足够柔软能缝合服装又具有足够的拉伸强度以致在缝合过程中不会断裂的材料制成。在特定的实施方案中，外层110能用聚酯、尼龙、聚氯乙烯(PVC)或其它适当的材料或它们的组合制成。在图49举例说明的特定的制造方法中，微结构108被狭缝浇注或模塑成很细的细丝，而外层110是围绕着微结构挤出的，例如，当它被挤出的时候，微结构被送进外层。细丝106能被切割成或形成不连续的长度以形成能被编织在织物网孔中、与涂料混合、加到薄膜上或用于其它适当的应用的碎屑或薄片。碎屑和薄片的末端能被密封。

图50和51举例说明能借助例如狭缝浇注法在基体114上提供微结构108的细丝106的另一个实施方案。然后基体114围绕着微结构108卷起变成细丝106的外层并且在区域116封接。细丝106的截面形状可能是任何几何形状。在特定的实施方案中，细丝106在横截面方面实质上是圆形的，有范围在大约微米50和510微米(0.002英寸和0.020英寸)之间的外径。图52和53举例说明被配置成沿着至少两个方向回射光线的回射细丝106的实施方案。因此，单一基体114形成其外层。

图54和55举例说明被配置成沿着至少三个方向回射光线的细丝106的实施方案。在其它的实施方案中，细丝106被配置成沿着四个或更多个方向回射光线。图56是为了密封或密封地封闭细丝的内部空间每个末端118已被收缩的细丝106的侧视图。在其它的实施方案中，细丝106能用能使用热塑性材料或热固性材料的逐次注射压缩成型工艺制作。在更进一步的实施方案中，非光学机械结构的纤维能所述方式形成。

图57举例说明如同在1997年1月7日授权给Bernard的通过引证在此将其全部教导并入的美国专利第5,592,330号所揭示那样至少在一些微结构108中提供空气泡120的未成形的回射细丝106的实施方案。基体114的外表面115可以包括有蠹眼结构的表面和/或有纹理的表面以减少或消除在成品细丝106上的光泽和眩光。

图58举例说明用来围绕着微结构108封闭或卷起基体114的制造工具122的一个实施方案。可以沿着沟槽124加热以使细丝在区域116密封。图59举例说明用来形成细丝106的制造工具122的另一个实施方案。加到接缝126上的热量或粘接剂(例如溶剂或粘接剂)使基体壁附着在一起把微结构108封闭在其中。

图60举例说明用来形成回射细丝106的制造系统128的一个实施方案。基体12是对着用来在其上面浇注微结构108的鼓130馈送的。基体114和微结构108被馈送到形成被缠绕在线轴132上的空心细丝106的工具122之中。

在更进一步的实施方案中，类似的制造工艺能用来形成各种不同形状和尺寸的回射光学结构。在一个实施方案中，斜度范围在大约150微米到460微米(0.006英寸到0.018英寸)之间、高度范围在大约76微米到230微米(0.003英寸到0.009英寸)之间的立体角棱镜是在然后借助工具1 22形成空心结构的基体114上提供的。举例来说，空心结构的横截面形状可以包括圆形的、矩形的、椭圆形的或其它预期的形状。空心结构可以有各种不同的尺寸，取决于应用。举例来说，矩形的空心结构能用来形成能在路傍施工位置使用的回射告示。在特定的实施方案中，基体114有范围从大约255微米到1016微米(从0.010英寸到0.040英寸)的厚度，而且该结构在横截面方面实质上是圆形的有多达大约15厘米(6.0英寸)的外径。在另一个实施方案中，横截面实质上呈矩形的光学结构有多达大约2.5厘米(1英寸)的厚度和多达大约31厘米(1英尺)的宽度。在这些实施方案中，单一结构114能用来形成外层。

图61-63举例说明回射细丝106的另一个实施方案，其中基体114已在其上形成微结构108之前被打孔或与孔134一起形成。在基体114上浇注微结构108的时候，树脂这样填充孔眼或孔134，以致形成微结构的材料穿过基体延伸。这个结构的一个优点是形成基体114的材料不必必须与形成微结构108的材料一样透明。因此，不像微结构材料那么透明的高温热塑性基体材料能用来形成基体114。在其它的实施方案中，基体114和/或微结构108能用着色的和/或荧光的材料制成。举例来说，细丝106能被配置成有日间的颜色并且回射不同的颜色。

在其它的实施方案中，在此揭示的细丝、纤维或其它的光学结构能借助某种注射工艺(例如，注射压塑工艺)形成。在特定的实施方案中，可以使用热塑性的或热固性的塑料材料。

图64举例说明能用来依照本发明的某些方面形成光学结构的模子136的一个实施方案。在这个特定的实施方案中，模子136包括两部分138、140。在这个实施方案中，模子的一半138相对于模子的另一半140是可移动的，即，另一半140是静止的。在其它的实施方案中，模子的一半140能相对于模子的静止的一半138是可移动的或者每个部分都可以是可移动的，即，两个部分都不是静止的。塑料材料144(在一个实施方案中可以能包括热塑性材料)被引进在半个模子140中形成的空穴142。

模子的另一半138包括形成光学结构的凹陷146。在这个实施方案中，凹陷146是为形成在基体152上整体成形的有线性棱镜150的光学结构148而配置的(例如，见在图54中举例说明的结构)。然后，将半个模子138向上移动，而且沿着箭头154的方向把光学结构148移进使所述结构148形成/定形成某种几何结构(例如，正方形、圆形及其它形状)的工具156。

然后，将该光学结构148沿着箭头158的方向移进(例如，通过加热和/或加压)使光学结构148的末端162收缩并密封的密封工具160。然后，强迫该结构148离开模子136。因此，提供一种大量生产能包括纤维或细丝的不连续的光学结构的方法。加工成本是比较低的。

图65、66、67和68举例说明成形的光学结构148的各种不同的可仿效横截面形状，例如，图64举例说明的模子136。这些形状能包括三角形、椭圆形、长方形、四边形和正方形。依照本发明更进一步的实施方案能提供其它的横截面形状。在更进一步的实施方案中，所述光学结构能借助挤出工艺成形。

在更进一步的实施方案中，细丝106或光学结构具有能改善光分布的均匀性的光散射或变向特性。举例来说，基体114能包括有纹理的表面。在其它的实施方案中，微结构108能包括2000年3月14日授权给Nilsen等人的美国专利第6,036,322号所揭示的多向立体角片材。在更进一步的实施方案中，微结构108能包括1996年10月15日授权给Nilsen的美国专利第5,565,151号所揭示的至少在一些棱镜面中有一个或多个窗口的立体角棱镜。在其它的实施方案中，微结构108能包括1998年11月24日授权给Shusta等人的美国专利第5,840,405号所揭示的发光的立体角回射片材。在任何实施方案中，微结构108都能包括有在棱镜面上形成的反射层(例如，金属层)的立体角棱镜。微结构108能包括1980年5月13日授权给Burke等人的美国专利第4,202,600号所揭示的切成小方块的回射片材。这些专利的全部教导全都在此通过引证并入。

在更进一步的实施方案中，任何元件、光学结构、碎屑、薄片、细丝、纤维及其它都能被选定。采用一种或多种聚合物，选定的元件能被混入其中，或者在其内提供，或者被涂到其上或其组合之上。

本申请的细丝106能用来形成能呼吸的织物，这些织物可能是紧密地或松散地编织的和/或回射的以便形成诸如夹克、毛衣、裤子、背心和消防外套之类的服装。在特定的实施方案中，事实上能产生任何回射光分布。针织织物的网孔能被用于诸如背心、夹克或裤子之类的服装，或能被置于诸如聚合物薄膜之类的薄膜之中或之上。在其它的实施方案中，聚合物薄膜对于服装带子、卷状告示(RUS)、防水布、隔离锥领圈之类的柔性应用可能是薄的、有弹性的和有柔性的或它们的组合，而对于路障、管道、告示牌之类的应用可能是厚的、硬的和/或刚性的。纤维或细丝106能被分散在淤浆之中，被移到制造纸张的皮带上，被加压融合在一起，然后被干燥以形成织物的合成回射纸。耐高温纤维或细丝106能被编织或安排到消防员和其它应急服务的服装之中以提供夜间安全。在其它的实施方案中，细丝106能被织成或形成纱、绳索或其它结构，例如，回射的篱笆。

纤维和细丝的空心性质把附加的浮力提供给夹克、救生圈之类的装置。另外，纤维和细丝的空心性质为许多类型的服装和结构提供绝缘。

本发明的实施方案的纤维和细丝和用它们形成的产品是难以仿造的。伪造者现在直接从结构的面上取得光学结构然后仿形加工。因为本申请的光学结构有在该结构内部的微结构，赝品模子不能被轻易地生产出来。

此外，因为包括纤维和细丝的光学结构能被编织在服装之中，所以整件服装都可能是回射的，举例来说，改善救火队员或慢跑者的能见度。同样，碎屑和薄片能被混入油漆之类实质上覆盖所有产品(例如，隔离锥或船只)的涂料之中，以便改善能见度，使特定的物体变成可识别的。在其它的实施方案中，细丝106能被包在诸如卷状告示(RUS)、频道选择器和隔离锥领圈之类的弹性体基体材料内部。

因此，依照本发明的实施方案能提供无缝的单层的宽幅的使光线变向的光学结构，例如，薄膜、细丝和纤维。本申请的背衬空气的光学结构没有金属化实施方案能提供的“灰色”外观。背衬空气的光学结构能提供更令人喜爱的日间外观。

在任何实施方案中，用来形成元件10或基体的任何材料都能包括荧光染料或颜料。在特定的实施方案中，高温热塑性材料能用来形成在此揭示的任何结构，例如，基体12或元素14。举例来说，高温热塑性材料可以包括聚苯并咪唑(PBI)，诸如聚酮醚(PEK)，聚酮醚酮(PEKK)和聚醚酮醚(PEEK)之类的聚芳基酮醚(PAEK)，聚硫代苯(PPS)，诸如聚醚酰亚胺(PEI)和聚酰胺酰亚胺(PAI)之类的聚酰亚胺，诸如聚对苯二酸丁烯酯(PBT)、聚对苯二酸乙烯酯(PET)和聚对苯二酸环己基甲酯(PCT)之类的聚酯，能从羟基苯酸，羟基萘酸或二羟基联苯基聚合的液晶聚合物；诸如聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)和聚苯基砜(PPSU)之类的砜聚合物，被统称为尼龙的聚酰胺。

因此，借助在此揭示的方法可以产生宽幅光学结构。举例来说，大面积的无缝结构或片材能在回射应用、安全应用、照明应用、日间照明应用、正面投射应用、背面投射应用、后面照明应用和防眩光应用中实现。在任何实施方案中微结构都可以包括立体角棱镜、衍射结构和透镜、透镜阵列、棱镜阵列、线性菲涅尔透镜、小透镜、字母数字符号、数字结构(即，为携带二进制信息(例如，条形码)而设计的凸起结构)、彩色结构、变色结构、纹理结构、蠹眼结构、线性棱镜和透镜、小透镜、鱼眼透镜阵列或其它适当的微结构。

此外，如同通过引证在此将其全部教导并入的于2003年8月4日申请的美国专利申请第10/634,122号(美国专利申请公开第2004/105154号)所揭示的那样包括聚脲在内的材料能用来形成在此揭示的任何结构，包括基体12和元素14。

尽管这项发明已参照其各种不同的实施方案被具体地展示和描述，但是熟悉这项技术的人将理解在形式和细节方面的各种不同的改变可以在不脱离权利要求书所囊括的本发明的范围的情况下完成。

Claims (13)

1.一种形成光学结构的方法，其中包括：

把材料注入模子以形成在其表面上带有光学结构的基体；

借助工具使基体形成具有预期的截面几何形状的空心细丝，带有光学结构的基体表面成为空心细丝的内表面，基体的配合边缘形成空心细丝被密封在一起；以及

密封基体的剩余边缘以形成封闭的气阱。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括在所述光学结构上形成纹路、着色和/或提供有蠹眼结构的表面。

3.根据权利要求1的方法，其中基体和光学结构是借助逐次注射成形工艺形成的。

4.根据权利要求1的方法，其中所述预期的几何形状包括三角形的横截面的几何形状。

5.根据权利要求1的方法，其中所述预期的几何形状包括椭圆形的横截面的几何形状。

6.根据权利要求1的方法，其中所述预期的几何形状包括长方形的横截面的几何形状。

7.根据权利要求1的方法，其中所述预期的几何形状包括不规则四边形的横截面的几何形状。

8.根据权利要求1的方法，其中所述预期的几何形状包括正方形的横截面的几何形状。

9.一种用于形成光学结构的模子，包括：

第一模子的一半限定用于接收形成光学结构的材料的空穴；

第二模子的一半限定用于将空穴中的材料定形为光学结构的凹陷；

位于每个模子的一半的各自侧面上的用于将光学结构形成几何结构的定形工具；以及

位于每个模子的一半的各自侧面上的用于密封几何形状的光学结构的末端的密封工具。

10.根据权利要求9的模子，其中定形工具包括几何形状的工具。

11.根据权利要求10的模子，其中定形工具的形状选自由正方形，圆形，椭圆形，长方形和三角形组成的组。

12.根据权利要求9的模子，其中密封工具包括压力密封。

13.根据权利要求9的模子，其中密封工具包括温度密封。

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