CN1184497C

CN1184497C - 双面敞开式回射棱镜结构

Info

Publication number: CN1184497C
Application number: CNB008029997A
Authority: CN
Inventors: 帕特瑞克·W·穆莱恩; 盖斯·伯纳德; 罗伯特·B·奈尔森
Original assignee: Reflexite Corp
Current assignee: Ruifei America Co
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: AU2620400A; JP4618895B2; ES2288469T3; CA2361048A1; CN1338057A; JP2002535714A; KR20010101620A; WO2000043813A9; ATE364191T1; DE60035101T2; CA2361048C; AU771338B2; EP1149317A1; DE60035101D1; EP1149317B1; WO2000043813A1

Abstract

回射片材及其制作方法包括众多用本质上刚性的材料制成的敞开式立方角表面，以阻止立方角表面挠曲。光学涂层在该表面上形成，而填充层附着在至少一部分光学涂层上。众多空穴形成敞开式立方角表面。

Description

双面敞开式回射棱镜结构

本发明的现有技术

传统的回射片材(例如，在美国专利第3,689,346、3,712,706和3,810,804号中介绍的那些，在此通过引证将它们的教导并入本文)被描写成立方角结构，该结构是用由众多形成凹穴的要素组成的模具(奇代模具(odd generation tooling))模塑而成的，该模具产生正面的主表面基本上平坦的立方角部分。

传统的立方角棱镜具有底面和三个相交于顶端的表面。如图1所示，棱镜这样取向，以致光线R通过底面10进入然后被三个表面12回射。这要求棱镜用允许大量的光线通过的材料来制作。因此，棱镜材料被局限于有这种性质的材料。令人遗憾的是，人们发现这些材料往往易受紫外(UV)光、可见光和/或热降解的影响，从而导致性能下降。

美国专利第4,127,963(Lemelson，1978年11月28日授权)公开了一种模塑、挤塑或压塑、或玻璃化的结构，以形成众多不规则的表面，诸如空穴和或长或短的突起，这些不规则表面的形成可能会藏污纳垢，并形成降低反射或显示效率的阻光物质。

美国专利第5,657,162(Nilsen等人，1997年8月12日授权)揭示了一种回射片的构造和制品，其中整个微棱镜阵列上的回射表面和非回射表面的尺寸可以是各种各样的。

美国专利第5,642,222(Phillips，1997年6月24日授权)公开了一种带有棱镜元件的回射结构，以及形成该结构的方法。

本发明的概述

回射片材及其制作方法包括众多敞开式立方角表面，为了阻止该立方角表面挠曲，敞开式立方角表面是由本质上呈刚性的材料制成的。光学涂层是在所述表面上形成的，而填充层至少部分地附着在光学涂层上。优选的是众多空穴形成敞开式立方角表面，其中每个空穴都包括在最低点相交的三个表面。

在一个实施方案中，至少一部分表面上有彩色涂层。优选的是填充层本质上是透明的，例如折射率介于大约1.5和1.65之间的材料。为了提供保护，可以在在填充层上形成顶面涂层。

在一个实施方案中，本质上呈刚性的材料是选自热塑性和热固性的聚合物。刚性材料可以进一步包括诸如玻璃、石墨、高温纤维和填充玻璃的组合物之类的填充物。在一个实施方案中，光学涂层包括镜面涂层。在另一个实施方案中，光学涂层包括低折射率的电介质材料，优选折射率在大约1.1和1.3之间的范围内。

优选的是敞开式立方角表面是在载体衬底上形成的。敞开式立方角表面的第二层可以在载体衬底的背面上形成，以致敞开式立方角回射表面的第一层和立方角表面的第二层是背靠背的，各自的敞开式表面面向彼此分离的方向。

敞开式回射片材可以被切割或者被制成可以与和各种涂料或树脂混合的絮片或碎片。另外，该片材还可以包括没有敞开式立方角表面的图案或间隙。在这个实施方案中，壁面可以是用回射片材制成的，它从载体衬底延续到棱镜边缘。在一个实施方案中，壁面厚度介于大约25.4和1,270微米的(0.001和0.05英寸)之间。

另外，可以提供包括众多形成敞开式立方角的三面压痕的回射片材。反射涂层是在三面压痕形成的，而填充层附着在反射涂层上。

方法是为形成敞开式回射片材进一步准备的，该方法包括通过形成三组沟槽制作模具的步骤。优选的是沟槽以某种角度相交，以便形成众多棱镜而且每个棱镜都有底面和在顶端相交和三个侧面。该方法进一步包括在模具上形成构成模具镜象的回射片材的步骤，其中最终获得的片材包括众多形成立方角表面的三面压痕。立方角表面优选涂有镜面涂层，而填充层覆盖在所述的镜面涂层上。

本发明提供一种用空气填充的棱镜产品，该产品的正面可以用长寿命的透明薄膜保护。微观结构可以根据产品的性能要求用聚合物环氧树脂、丙烯酸树脂或类似的东西制作。优选的是该材料选自耐UV光、可见光和/或热降解的材料。与这些类型的敞开式结构和背靠背的敞开式结构有关的许多变化包括：

1.开放的结构可以用透明的或有色的树脂填充，以便改善进入角、改变颜色、减少卷曲、增强对覆盖膜的粘着力，等等。

2.开放的结构和背靠背的敞开式结构的“碎片”或小切片可以被夹在两层外部的薄膜(例如，丙烯酸树脂薄膜)之间，或者被添加到透明的涂料、透明的印刷组合物、透明的热塑性材料和透明的热固性树脂、透明的胶粘剂、透明的粘合剂等之中。

3.就可能涉及短期用途或者需要反射短波长UV光的应用而言，金属化表面可以被留下不被覆盖。

4.可密封的背衬薄膜(例如，聚氨酯或丙烯酸树脂)可以象对密封的玻珠回射产品所做的那样被密封成耐用的面膜，例如，迈拉(聚对苯二甲酸乙二酯薄膜)或丙烯酸树脂薄膜。

5.填充敞开的棱镜可以在通常的室内压力下或者真空舱中(如果夹气是问题)借助喷涂(静电喷涂或其它方式)、照相凹版印刷、热辊隙工艺、辊涂或熟悉这项技术的人已知的类似方法进行。

6.敞开式棱镜的尺寸(间距)与封闭式棱镜结构或微透镜面膜的组合可以用来改变进入角/观察角度性质和着色性质。

7.用于敞开式棱镜结构的模具可以用在载体薄膜上制作敞开式棱镜岛的空间或空隙构成。载体薄膜和敞开式棱镜的填充材料可以是适合应用的柔软的材料、刚性材料或者弹性材料。

8.低折射率的涂层可以被用来替代金属化涂层以便提供可以被混合到高折射率的粘合剂中的高白度的敞开式结构或碎片。

9.其它用来控制传统的立方形角结构的行为的技术都利于与敞开式产品一起使用。

附图简要说明

图1是按照现有技术的立方角棱镜的侧视图。

图2是按照本发明的敞开式回射片材的侧视图。

图3是按照本发明的敞开式回射片材的实施方案的侧视图。

图4是按照本发明的敞开式回射片材的另一个实施方案的侧视图。

图5图解说明形成敞开式回射片材的步骤，其中包括在载体片材上形成敞开式立方角表面。

图6和图5相似，它图解说明使立方角表面金属化的步骤。

图7和图6相似，它图解说明在金属化层上形成填充涂层的步骤。

图8和图7相似，它图解说明使胶粘剂和分离层附着到棱镜上的步骤。

图9是敞开式回射片材的侧视图，它图解说明不符合要求气泡。

图10是敞开式回射片材的侧视图，它图解说明形成不同尺寸敞开式棱镜的着色棱镜边缘。

图11是敞开式回射片材的侧视图，它图解说明各个敞开式棱镜之间的着色平面。

图12和图11相似，它图解说明附着在立方角表面上的填充涂层和在填充涂层上形成的顶面涂层。

图13是敞开式回射片材的侧视图，该片材具有在它上面形成的图案填充层。

图14是双面敞开式回射片材的侧视图，它具有在载体片材两侧形成的敞开式棱镜。

图15是与涂料混合在一起并且用载体片材支撑着的双面敞开式回射碎片的侧视图。

图16和图15相似，它图解说明分散在涂料中的着色衬底。

图17是敞开式回射片材的平面图，在该片材中形成众多空隙。

图18是图17的敞开式回射片材的放大的侧视图。

图19是分散在薄膜中的敞开式回射碎片的侧视图。

图20是分散在PVC薄膜中的敞开式回射碎片的侧视图。

图21是为了与衣服或纤维织物咬合或互锁而设计的典型的回射碎片设计的平面图。

图22是为了与衣服或纤维织物咬合或互锁而设计的替代的回射碎片设计的平面图。

图23是使用本发明的回射碎片的投影屏幕的侧视图。

图24是按照本发明使用回射碎片的示范物体的截面图。

图25是按照本发明具有回射碎片的异型物体的截面图。

本发明的上述和其它目的、特点和优点将通过下面结合附图更具体地描述本发明的优选实施方案变得明显，其中相同的参考符号在不同的视图中始终指的是相同的部分。这些附图不必按比例绘制，而是把重点放在图解说明本发明的原则上。除非另有说明，所有的份数和和百分比都是按重量计算的。

本发明的详细说明

下面介绍本发明的优选实施方案。图2至图4图解说明按照本发明的原则构成的回射片材。通常，底部的载体片材即衬底16(例如，片材或薄膜)支撑着敞开式表面18。底部的载体衬底16可以是由各种透明或不透明的材料制成的。优选的是镜面涂层、光学涂层或反射涂层20(例如，铝)在表面18上形成。优选的是光学涂层20永久地附着在表面18上，即不易去除。表面18彼此排列成行，以使入射的光线R本质上平行于其入射的进入角回射。在一个实施方案中，表面与相对下一个表面本质上呈90度配置的一个表面成线性关系。优选的是表面18包括敞开式“立方角”表面，这种表面是按彼此本质上呈90度配置的三个表面，类似于传统的立方角棱镜。表面18的最低点优选用介于大约25.4到508微米(0.001到0.020英寸)之间的间距隔开。优选的是入射的光线R在内部这样从三个表面反射出去，以致出射光线R本质上平行于入射光线R，与进入角无关。

在图3和图4所示的实施方案中，棱镜岛22提供立方角表面18。在一些实施方案中，棱镜表面的某个部分23可能是非立方角，为的是提供一些光线散射以增强美感。众多没有棱镜的空隙或空穴24可能是为下述目的准备的，例如为片材14提供柔韧性、改进片材14的性能、改善片材14的美学效果或者在那里提供公司标识之类的标记。在一个实施方案中，空穴24的宽度在大约50.8至1,270微米(0.002至0.050英寸)范围内。粘合剂层26可以在底部的载体片材16上提供。在一个实施方案中，回射片材14具有不足0.01016厘米(0.004英寸)的厚度28。

在回射材料的典型的制造过程中，利用奇代模具(oddgeneration tooling)把固体立方角棱镜浇铸到衬底上，该衬底随后变成顶层薄膜。这项发明包括回射片材以及由沟槽结构模塑的材料的制造方法，其中沟槽结构是为了描述传统的立方角阵列的背面(偶代模具)被切割或复制的，而产品具有本质上平坦的背面。如果片材用金属之类的材料制成的，那么产品从其正面的表面回射。但是，如果它是用通常可利用的聚合物制成的，强反射涂层(例如，真空淀积的铝)提供回射界面。这样的金属反射材料具有在可见光波段导致高反射率的光学常数。具有适当的光学常数的材料的例子是铝、铬、铜、锌、金、银、铂、镍等。

图5、图6、图7和图8是在各种的点在形成本发明的实施方案的过程中不同的阶段用来形成回射结构14的方法。在现在的方法中，如图5所示，偶代模具被用来把敞开的棱镜岛22浇铸到载体薄膜16上。优选的是棱镜岛22在底部载体片材16上连续地形成。

在从模具上取下时，底部载体片材16成为底部薄膜。在一个实施方案中，空隙24在棱镜岛22之间形成。在替代的实施方案中，空隙24象虚线30表示的那样用棱镜材料填充。

在变换的实施方案中，敞开式棱镜表面18可以用低折射率材料覆盖和填充高折射率材料，以便制作高白度的回射产品。作为变换，敞开式棱镜可以由低折射率树脂制成，然后不是被金属化而是用高折射率树脂填充，这样也能制作高白度的回射产品。

如图6所示，立方角表面18涂有光学涂层20，例如包括铝、银或其它适当的镜面金属的金属层。在一个实施方案中，低折射率的透明的全氟化的聚合物(它具有大约为1.1的折射率)可以作为光学涂层用来涂布表面18。如图7所示，敞开式棱镜可以用填充涂层32来填充，例如用着色的或本质上清澈/透明的长期风化的聚合物来填充。填充涂层32可以永久地附着在镜面金属上。聚合物可以是柔软的材料和/或弹性体材料。不要求填充涂层32为了维持敞开式棱镜的90度的二面角为片材14提供任何强度，因为这是由形成棱镜岛22的刚性材料提供的。这考虑到使用就传统的立方角棱镜而言结构强度不足但具有对回射片材有利的其它物理性质(例如，提高了对紫外线的稳定性)的材料。填充材料的例子包括简单的丙烯酸聚合物或丙烯酸-氟碳化合物的共聚物。优选的是填充涂层32本质上呈现耐UV降解性。在一个实施方案中，填充涂层32包括涂布粘度低于大约1,000厘泊的材料。这样的材料(例如氟碳化合物、氟化的丙烯酸树脂或者氟化的聚氨酯)还可以具有比较低的玻璃化转变温度。适当的低玻璃化转变温度范围的例子介于大约-20和80摄氏度(-4和176华氏度)之间。优选的是玻璃化转变温度低于大约15摄氏度(59华氏度)。值得注意的是填充涂层32增大光线R进入时的进入角，因此能被立方角表面18回射。填充涂层32能被设计成波状的(非平面的)，以便改善角度回射性能。

如图9所示，气泡40被减少到最低限度，优选被避免，这是至关重要的，因为这些气泡改变光线R的路径，以致它不平行于入射的光线。另外，可能有一些气泡40提供有益的回射光线散射的例子。就某些应用而言，具有波状的填充层32的顶层表面以有助于光线散射可能是有利的。

如图8所示，载体薄膜16可以被除掉，然后施加带分离衬层27的不透明的白色或者着色的胶粘剂34来代替载体薄膜。胶粘剂的白颜色通过透明的填充层32是可见的。

这种新型片材的主要优点在于它可以由在各方面(例如，耐热性、阻燃性、尺寸稳定性、环境耐久性，耐化学性等)都可以具有优异性质的材料制成的，而且不要求材料象传统的构造那样是透明的。此外，当敞开式结构由易受环境破坏的聚合物制成时，金属面涂层起为保护作用使它们免受紫外线、潮气、氧等的破坏。这样的材料的例子包括丙烯酸聚合物、聚碳酸酯、硅氧烷、金属的丙烯酸盐和二丙烯酸盐。

材料可以在模具上成形，该模具有被构筑成线条或某种形状的追加的突出部，这些突出部是为片材14中空穴区域24准备的。空穴区域24可以起改善产品柔韧性、增强美学效果或提供识别手段的作用。另外，突出部可以是为了协助控制片材的厚度而设计的，因为它在片材成形时提供防止粘度较低的预聚物在生产过程中流出模具的壁面。

为了改变产品色泽、改善平滑性、耐磨性或那些在工业生产中常见的涂覆它们的产品的其它理由，可以把追加的透明涂层或局部透明的涂层涂到片材14的正面36上。这些涂层也可以起控制材料的入口/观察角响应的作用，因为它们的折射率通常比空气高。在生产中，片材14的厚度可以在它成形时通过提供防止粘度较低的预聚物在生产过程中流出模具的壁面得到控制。在底部载体片材16有消光表面或不规则表面的实施方案中，在加上金属涂层之后，空穴区域24起增加结构的视觉白度(capY)的作用。为了日间能见度或美学理由，提高金属化产品的白度往往是符合要求的。这项发明还可以采用白色或其它颜色的聚合物结构予以实践，而金属化条件可以受到控制以便留下未金属化的区域(例如空穴区域的壁面)，这倾向于提高cap Y和提供色彩独特的片材外观。壁面的颜色反映出反射的空穴区域24。

就象在1998年12月30日公开的国际专利申请第98/59266号(它对应于1997年6月25日归档的美国专利申请第08/883,329号)中教导的那样，立方角表面18可以包括窗口或阶梯以提高日间白度(Cap Y)和色彩，在此通过引证将其内容全部并入。

为了改变产品色泽、改善平滑性、耐磨性或那些在工业生产中常见的涂覆它们的产品的其它理由，追加的涂层可以被涂在片材的正面。这些涂层也可以起控制材料的入口/观察角响应的作用，因为它们的折射率通常比空气高。为了形成反射行为因角度而异的区域，例如，将透明的印刷图案用于填充敞开式结构的某些区域，然后把透明的覆盖薄膜施于片材的正面。透明的印刷区域将以显著大于在其表面有空气层的区域的角度回射，并且可以被用来以比观察者的视角窄的观察角把不同的信息反射给观察者。就安全薄膜产品而言，这是有用的。

如图3所示，为了方便、色彩或防护之目的，顶层载体片材38也可以附着到结构的正面上。如果为了用装饰材料或者功能材料(例如着色的胶粘剂)填充空穴区域而将背面的载体16去除，它也可以作为诸要素的载体。如果顶层载体片材38有传导性的表面特性而且气孔被有电光活性的组合物(例如，液晶)填充，那么人们可以利于这种构造形成显示设备或可调的反射器。在一个实施方案中，顶层载体片材38是导电的，允许电荷在顶层载体片材和光学涂层20之间通过。优选的是顶层载体片材38包括晶体管模式。在另一个实施方案中，顶层载体片材38是导电的，而且底部载体片材16也是导电的，所以允许电荷在顶层载体片材和底部载体片材之间通过。

在图10所示的实施方案中，为了改善回射性能和美学效果，某些敞开式棱镜的边缘43上有彩色涂层42，以便形成不同尺寸的棱镜。被彩色涂层覆盖的边缘可以通过印刷上色和涂着色的胶粘剂来形成而且可以形成图案。在图11和图12所示的实施方案中，在每个棱镜上提供一个平面44，在每个平面上都有彩色涂层46。然后，可以在该结构上形成填充涂层32，再由非必选的顶面涂层48完成回射结构。在图10、图11和图12中，颜色可以作为印刷图案施加上去。

图13图解说明具有被光学涂层20遮盖的棱镜表面18的回射片材10。在这个实施方案中，填充层32覆盖表面18的某些部分，留下没有填充层的棱镜区域25。顶层薄膜38保护敞开式棱镜使它免受有害环境条件(例如，污物)的影响。

下述方法可以被用来制造独特的环境光线出现的反射和回射产品，例如，与LCD一起使用投射光线的正面投影屏幕，数字式微反射镜装置(DMD)，正面投影系统等。

1)提供回射立方角的模具。

2)把敞开式立方角浇铸到聚酯薄膜的两面上。为了实现对最终产品预期的光线分布的变化，每次浇铸时立方角在大小和纹理方面都可以变化。

3)用镜面涂层(例如，铝或银)使立方角有纹理的反射面金属化。就正面投射成象的回射屏幕而言，各个反射面不需要有纹理。

4)把彩色涂层印到金属化的表面上。可以采用单色或多色图案，取决于在最终产品中预期的环境色彩效果。

5)用能在敞开式棱镜上形成气隙的材料填充在薄膜的一侧或两侧上的敞开式立方角。

6)把回射片材切成大约0.0508厘米(0.020英寸)见方的小方块。

7)把切好的小方块混合到透明的增塑溶胶中。

8)把增塑溶胶涂布到背衬薄膜(例如，白色的聚氯乙烯)上。涂布可以用一批一种颜色的小方块、一批多种颜色的小方块或者用按特定的图案涂布的数批不同颜色的小方块来完成，以便创造艺术品，它也可作为正面投影屏幕。切好的小方块的取向大约50％向上，50％向下，而且有一些重叠和倾斜的小方块。向上的小方块能使投射光线出色地反射，而向下的部分能给出极好的环境光线颜色。

9)使增塑溶胶固化，以形成一块聚氯乙烯薄膜。

10)安装成品片材，以形成正面投影屏幕。

成品投影屏幕有出色的环境光线的外观和极好的光线反射特性。被反射和回射的光线比当今市场上现有的正面投影屏幕强，而且反射图象具有改善的对比度且没有闪烁效果。这种改善使生产消费者买得起的LCD或DMD单机投影系统变得非常容易。正面投影屏幕可以制成任何合乎要求的尺寸，而且没有令人讨厌的接缝。投影或成象屏幕的一种形式是在没有专门用于回射屏幕的带纹理的侧面或其它光散射措施(例如，三维成象系统中使用的那些)的情况下制成的。

敞开式棱镜最初可以在薄膜或底部载体片材16的一侧上形成。在非必选的第二个步骤中，如图14所示，敞开式棱镜可以在载体片材16的相反的一例即背面上形成。用铝、银或其它类型的反射涂层使薄膜的两个敞开式棱镜面金属化20。如果它们是用小回射立方角结构制成的，敞开式棱镜在切成小方块的应用中很好地工作。非常小的结构或棱镜可以在不损害棱镜的回射区域的高百分比的情况下被切成小碎片。

在一个实施方案中，敞开式立方角回射片材是在传统的立方角回射片材的背面上形成的。传统的立方角棱镜可以是着色的并且有相同或不同颜色的填充层32，以便产生对于用超级光谱检测装置进行检测有用的光学效果。由此产生的结构用裸眼看有一种外观，而用超级光谱扫描仪测定时具有不同的签字。与用裸眼能见到的相比，超级光谱扫描仪提供对回射波长(从紫外到红外)的强度的扫描。

透明的颜色可以数字化地被印刷到敞开式棱镜上，以便形成某种视觉图象，该图象在用裸眼看时信息而在用超级光谱扫描仪扫描时有不同的信息。这些概念对于许多安全应用、应用和识别应用(例如，朋友/仇敌和查找和营救)是有用的。在文件安全方面的一个例子是不仅有可能识别伪造品而且有可能识别造假的复制器，因为被各种碎片回射或不回射的波长不同。

在另一个实施方案中，载体材料是由比较薄(25.4微米(0.001英寸))的塑料(例如，丙烯酸树脂流延膜)制成的，这种材料可能容易在敞开式棱镜岛之间的点破裂，即使是双面材料业是如此。棱镜岛不必每边都有。穿孔或者开槽的薄载体(例如25.4微米(0.002英寸)厚的穿孔的PET)可以用来实现这个结果。

敞开式构造具有显著的优点，因为它可以涂到薄膜的两面上，然后再把反射涂层涂到棱镜上。当这种构造被切成碎片时，碎片的两面都回射入射光线。在图14所示的实施方案中，碎片50的长度52可以在大约25.4和457.2微米(0.001和0.018英寸)之间。宽度54可以在大约25.4和457.2微米(0.001和0.018英寸)之间。就小立方角回射结构而言，顶点之间的距离56可以在大约25.4和152.4微米(0.001和0.006英寸)之间。棱镜的高度58可以在大约7.62和71.12微米(0.0003和0.0028英寸)之间。载体片材16的厚度60可以在大约25.4和50.8微米(0.001和0.002英寸)之间。碎片50可以有任何形状，包括六角形、正方形、圆形、长方形等。在替代实施方案中，碎片优选小于大约6.45平方厘米(1平方英寸)，更优选小于大约1.61平方厘米(0.5平方英寸)，最优选小于大约0.4平方厘米(0.25平方英寸)。此外，碎片或片材一面可以被制成具有敞开式立方角表面，而另一面可以是由传统的立方角棱镜制成的。

在一个实施方案中，被洒到胶粘剂上的碎片50以大约0.33度的观察角和30度的进入角提供均匀的亮度和角亮度，该亮度基本上不由于观察角变成0.2度和进入角变成5度而变化。

正象用图15图解说明的那样，当这些碎片50被混合到涂层62、油漆或聚合物中时，制成品有朝表面取向的碎片，而且所有的碎片都按照在制造过程中碎片达到的取向方向回射光线。在涂层62和油漆的情况下，大部分碎片50本身对衬底16是平直取向的。一些碎片50与别的碎片重叠并且是倾斜的，这导致进入角和观察角性能的改善。另外，一些碎片在絮团平面中旋转，从而引起取向角性能的改善。碎片50可以是由刚性聚合物制成的，当它被混合到涂层62里时不改变形状。涂层62、油漆或聚合物在加工之后可以刚性的、柔软的或者是弹性的。

当碎片是被铝金属化时，通过透明材料看到的是它们似乎是灰色的。为了增加由此产生的材料的颜色，一些碎片可以在一侧印上颜色，或者将着色材料的补充碎片按预定的百分比与回射碎片混合，以形成预期的外观。另外，着色衬底或衬底64的材料可以象在图16中图解说明的那样被使用。这种衬底64可以是着色的(例如，荧光、标准、不透明、透明等)、绕射的、全息的、珠光般的或反射的。

在另一个实施方案中，碎片被搀50被混合到透明的的涂层配方中，然后被涂到着色的衬底上。透明涂层配方的例子包括用于回射标记或背光标记的透明的墨水和聚合物。涂层是按照一定的厚度和分散要求涂布的，以便在衬底表面上形成预期的碎片50的分布。涂层的厚度还影响预期的表面光洁度，该表面光洁度取决于涂层厚度和碎片50的尺寸和厚度。非常宽阔的无缝的成匹的材料可以被制成，它可以被切割成不同类型的产品。产品从衣服带子到署名空格到成象屏幕到正面投影屏幕几乎无所不包。在另一种变化中，碎片50被混合到透明的聚合物中，然后被挤塑或流延成薄膜，从薄膜的两面看时它回射光线并且有颜色。

碎片的许多用途包括高速公路的标志带、注塑的零部件、头盔、保险杠、毂盖、汽车上的饰物、门拉手、自行车把、背包带、伞把、道路标记、整体圆锥、路障、channelizers、测量标志、激光准直系统、装饰织物和花边、模塑的牌照板、模塑标牌、房屋号牌、信箱、标志牌、机场标志、卡车车身、玻璃纤维模塑品、船上饰物、船壳、浮标、流动调查、化妆品、指甲油、栅栏、胶底布鞋、表带、狗项圈、太平门、门牌、船上通道、停车库、铁道栏杆、救生衣、标迹等等。

在典型的应用中，回射薄膜是象前面介绍的那样制作的。薄膜可以被切割成小方块或小碎片并且与涂层配方或树脂配方混合，然后涂到衬底上或者被模塑成形。就涂布而言，配方可以在衬底上溢流并且经UV照射或加热固化，接下来在涂层的顶面上层压薄膜。顶层薄膜形成对产品的保护夹心，可以着色，而且可以添加适当的化学制品以阻档紫外线防止产品老化。另外，顶层薄膜可以被设计成有经过处理的表面，以防止产品在洗涤和缝制期间损坏。

颗粒或碎片尺寸取决于应用。非常小和薄的颗粒可能是薄涂层所需要的。表面积比较大的颗粒或碎片可能适合于更注重碎片取向的应用。

涂层和树脂和/或顶层薄膜可以用有选择地透射不同波长的光线的涂层或染料或颜料来设计。这种产品构造对于使用专用光源的应用尤为重要。一些应用实例是海上航空救援、目标识别和指引车辆。

碎片可以被混合到许多不同类型的涂料或树脂里。优选的是温度应该保持在棱镜的热变形温度之下。但是，某些棱镜树脂可以经得起非常高的温度并且在205摄氏度(400华氏度)那样高的温度下不变形。初始的模具形状被用来形成优选这样偏置的敞开式棱镜，以致当棱镜确实要改变形状时，它按有益的方向改变。例如，在碎片被用来制作玻璃钢小船的外表面的应用中，标准几何形状的棱镜变成浅大约12分。当模具被做成陡峭大约12分的时候，碎片里的棱镜一端朝上，二面角接近零，从而产生最佳的性能。

由立方角棱镜尺寸各不相同的几种不同类型的片材切割成的小碎片可以被混合起来，以形成光线分布被优化的制成品。

碎片被这样放在衬底上，以致可以回射被增强的光线。具有全部取向并且被紧紧地包装的碎片的要求通过碎片本身在涂层或树脂中取向的途径而被解决。许多碎片分成一层一层的而且以某种方式倾斜，构成紧密包装。

在一个实施方案中，碎片50上敞开式立方角表面18具有不同的尺寸。为了获得不同的光学效果，碎片50可以按不同的组合搀混到树脂或涂料中。

在另一个实施方案中，如图17和图18所示，空穴区域或空隙24按中心线到中心线测量被隔开大约0.2286厘米(0.09英寸)。在这个实施方案中，空隙宽度66优选小于或等于大约508微米(0.020英寸)。棱镜高度68是大约22.94微米(0.000903英寸)。研磨深度70正好在棱镜底面之下，优选在12.7微米(0.0005英寸)范围内。然后，片材14被切成碎片50。这种构造的主要优点是重心在轴线A-A以下。这使碎片50在涂料或树脂中混合时适当地取向(敞开式立方角表面18朝上)变得容易。

在所用的碎片数量大于形成立方角的紧密包装阵列时所用的材料的数量，但是制作碎片和把碎片加工成衬底的成本低于当今用来制作回射材料的大多数方法。一个大的成本效益是用非常宽阔网状构造制作回射立方角材料的能力。另一个成本效益是制作各种构造的立方角碎片的能力，这些碎片可以被保存在库存中并且为了形成产品随时可以被适当地混合起来。

在一个实例中，回射片材是用152.4微米(0.006英寸)的一批金属化的高温树脂棱镜在50.8微米(0.002英寸)的PET上制作的。这种片材被切成小方块了成为304.8微米(0.012英寸)的六角形，然后被混合到用于玻璃钢船壳的透明的外层树脂涂料中。由此产生的表面在日间观察时外观闪闪发亮并且呈浅灰色，这是由于大约50％的碎片有棱镜顶点朝外的取向。夜间观察时，剩余的碎片是为了形成回射而取向的，它们实现了在整个表面上均匀分布的强回射。人们发现玻璃纤维船壳透明的外层固化时发生的放热反应所引起的温度使棱镜变得略微浅一点，从而导致环形回射光线分布，在15.24米(50英尺)距离处有大约0.762米(2.5英尺)直径的发散光束。这种棱镜角变浅是这样校正的，即使用更陡峭的工具/模具来形成棱镜，以致这种变动导致针对应用的最佳棱镜形状。

在用图19图解说明的替代实施方案中，由聚酯之类的材料制成的回射薄膜可以被切割成非常小的碎片50，每片上有大约6～10个152.4微米(0.006英寸)的棱镜。碎片50的背面可以有彩色涂层。这些碎片50被收集起来，然后可以利用能把碎片均匀散布到薄膜上的设备(例如，筛子)把这些碎片散布到白色的聚氯乙烯薄膜或类似的薄膜上。当这些碎片50散布在白色的PVC薄膜上时，它们可以用层压系统在使薄膜能在回射碎片周围流动的温度和压力下被密封，形成平片材。然后，这种片材被涂上可印刷的涂层72(例如DB40的可印刷的涂层)，用二氧化钛可以使该涂层变成半透明的。为了使薄膜在户外使用时变得更耐用，二氧化钛提供阻挡紫外线的作用。压敏胶粘剂(PSA)或热激活胶粘剂(HAA)74可以被涂在背面上，以便粘合到衬底(例如，防水油布)或刚性表面上。适当的PSA实例包括丙烯酸PSA，而适当的HAA是聚氨酯HAA。

另一个实施方案(用图20予以图解说明)是利用PVC薄膜涂布机使聚酯颗粒50坐在PVC薄膜76中。碎片可以被散布在可能是白色的PVC膜层78上，然后使透明的PVC增塑溶胶76流到碎片和薄膜78上，接下来在高温下使增塑溶胶固化或塑化。在透明的乙烯基增塑溶胶固化之后，如果需要可以把可印刷的涂层72施加到透明的乙烯基顶层薄膜上。为了提高白度和耐用性，可印刷的涂层72可以是半透明的。

立方角回射薄膜可以被切割成各种尺寸的颗粒，边长或直径从25.4微米(0.001英寸)到大约0.635厘米(0.25英寸)或者更大。平均尺寸从大约25.4微米(0.001英寸)到508微米(0.02英寸)的颗粒80适合分散在能涂布在纤维上的粘合剂中，往往是被分散到粘合剂中再涂布到织物上的主要颗粒，该织物能够得益于边缘82得以改造成能机械地抓住或迅速扣牢纤维织物的构造。优选的是边缘82包括立方角表面。一些修改了形状的边缘的实例用图21和22表示。优选的是形状是用设计复杂的模具裁剪的，以致在裁剪过程中基本上没有被浪费的材料。

如果立方角的反射表面有纹理而顶层薄膜的正面被设计成透镜状的以使反射光线分布的方向最优化，那么可以利用立方角的棱镜阵列形成高效率的投影屏幕。分布在薄膜(例如聚氯乙烯薄膜)上的自由棱镜群体好好地工作。宽阔的热塑性网状薄膜84可以被轻易地粘合成一块非常大的屏幕。棱镜群体能分散在薄膜中或者油漆中。油漆可以用来按设计图案覆盖壁面。正象在图23中见到的那样，以某种角度倾斜的棱镜86形成更小的光瞳并且产生更多的衍射散射。从棱镜群体的背面88也能发生反射。棱镜的背面88也可以印刷上颜色，以使投影屏幕具有彩色的外观。背面88还可以有适合光线扩散到适当的角度的光学微观结构设计。另外，双面敞开式碎片可以被用于无缝的回射投影屏幕成象屏幕。为了改善散射，棱镜可以用铝将反射层全部金属化，或者蒸镀到不同的程度。薄膜90(例如，透明的热塑性薄膜)可以被置于薄膜正面。背衬薄膜92(例如，着色层)可以被施于薄膜的背面。

各种纹理、各种棱镜尺寸、各种棱镜载体薄膜(例如不同的折射率)、各种低聚物、棱镜表面上的各种颜色可以被用来制作许多类型的正面投影屏幕，这些屏幕反射给定角度的光线并且具有各种环境光外观。同样的制造概念可以被用来制造不同风格的回射带、回射薄膜或回射织物。

切好的碎片50被挤塑到透明的热塑性或热固性的聚合物中，可以被用来制作许多类型的物体，这些物体从各个方向回射，因为光线可以穿过透明的聚合物。典型物体的截面图是用图24图解说明的，这个物体可以作为路旁的反光路标。图25图解说明依从异型物体94的形状的碎片50。优选的是本质上呈透明的聚合物或树脂92的粘度允许碎片50沉积或依从异型物体94的表面。在一个实施方案中，碎片50被混合到树脂92中，然后被喷涂到物体94上。

透明的塑料/聚合物可以有透明的颜色。挤塑和模塑的形状可以用于各种回射物体，例如，反光路标柱、安全岛标柱(包括内部照明的标柱)、路障、圆锥、channelizers，车辆零件-保险杠、防护板、车身外壳部分、轮毂、自行车骑手的头盔、各种类型的头盔(例如飞行员、快艇运动员、轮滑运动员带的头盔)、光电装置、道路标记、护栏、海上的浮标、小船外壳部分、小船桅杆和雪地标杆。碎片50可以比混合到用紫外线固化的透明的树脂中，然后涂布到塑料衬底上，制成对许多应用都有用的均匀一致的无缝片材。

实施例1

把50.8微米(2密耳)的敞开式棱镜结构用可被紫外线固化的环氧-丙烯酸树脂浇铸到聚酯薄膜上。为了产生回射表面，该结构表面被真空蒸镀的铝薄膜覆盖。样品的特征是在0.2观察角和-4进入角下具有在300烛光/勒克斯/平方米以上的一套照明角(SIA)，也被称为进入角数值。聚氨酯-丙烯酸树脂的顶面保护涂层被涂布在材料的表面并且在Atlas Xenon耐天候试验装置中按ASTM G26的周期老化。最初的读数309 SIA在耐天候试验装置中老化4,000小时之后下降到131 SIA。就这种类型的棱镜树脂而言，维持40％以上的初始反射亮度被在被认为是异乎寻常地好。

实施例2

把50.8微米(2密耳)的敞开式棱镜结构用可被紫外线固化的环氧-丙烯酸树脂浇铸到聚酯薄膜上。为了生产回射材料，该结构表面用铝真空蒸镀。涂有薄粘合剂层(粘合剂是Rohm &Haas公司的Paraloid F-10A)的丙烯酸树脂薄膜(VCF a-223)的保护层在121摄氏度(250华氏度)和27.8kPa(4psi)下被热层压到回射面上。样品在0.2度观察角和-4度进入角下显示300以上SIA单位的回射值。

实施例3

把50.8微米(2密耳)的敞开式棱镜结构用可被紫外线固化的环氧-丙烯酸树脂浇铸到聚酯薄膜上。为了生产回射材料，该结构表面用铝真空蒸镀。然后，用白色的丙烯酸填缝料DAP丝网印刷回射表面，并且在填缝料仍然发粘时将一层丙烯酸薄膜层压到印刷图案上。样品显示300以上SIA单位的回射值。25.4微米(1密耳)的聚酯薄膜两面都涂有25.4微米(1密耳)丙烯酸压敏胶粘剂(PSA)并且被两层硅氧烷覆盖，涂布过的聚酯薄膜可以作为载体使用。把敞开式棱镜结构按顺序浇铸到是两个PSA表面上，并且将用样品铝金属化，以便生产139.7微米(5.5密耳)厚并且两面都有回射要素的薄材料。

实施例4

为了生产回射材料，把敞开式棱镜结构浇铸到聚酯薄膜上然后镀铝。将该材料切割成大约3mm×3mm(0.118英寸×0.118英寸)的“碎片”。这些碎片与市面上出售的用过氧化物固化的聚酯树脂混合，然后涂布到玻璃纤维垫上。固化后，玻璃纤维复合材料显示来自其反射面相对前表面取向的碎片的回射。这个实施例提供一种生产耐用的回射复合材料产品(例如，小船、游览车等等)的简单方法。

实施例5

通常作为无铅焊锡出售的由95％的锡和5％的锑组成的金属丝被加压到大约55,000kPa(8,000psi)，进入由立方角主板制备的偶代镍电铸模的表面。当金属丝被被压缩时，它接受来自电铸模的敞开式棱镜结构并且变成回射的。这种操作在电铸模上被重复至少6次，对镍模具没有明显的损伤或丧失产品的回射性能。来自7件东西的激光衍射图也非常类似，从而表明模具没有由于多次加压而受损。样品中有一些被镀铝以便进一步改善它们的反射能力并且涂以透明的环氧或被紫外线固化的聚氨酯丙烯酸酯涂层以便保护表面。

实施例6

未回火的铝箔和铝丝以与实施例5一样的方法被模压成敞开式棱镜结构。金属部分不用进一步处理就具有在300SIA以上的强回射能力。金属部分即使在93摄氏度(200华氏度)的烘箱中被加热一星期仍然保持它们的回射能力。这种材料使回射器具有极为完整的频谱(短波UV到长波IR)。

实施例7

把91.44微米(3.6密耳)的敞开式棱镜结构与用紫外线固化的丙烯酸树脂一起浇铸到50.8微米(2密耳)的聚酯薄膜上。该结构用铝金属化，然后涂上氟碳化合物/聚氨酯涂层，该涂层是由30克GK510(Daikin化学公司)、6克甲苯、6克Takenate D140N(Takeda Chemical Industries股份有限公司)和2滴1％的二丁基锡二月桂酸酯甲苯溶液。由此得到的样品在0.2度观察角和-4度进入角下显示900以上的SIA回射值。众所周知，象这种氟碳化合物/聚氨酯那样的涂层具有长期的户外耐用性(例如，寿命在10年以上)。

尽管这项发明已经参照其优选的实施方案被具体地展示和阐述，但是熟悉这项技术的人应该理解不脱离权利要求书所包括的本发明的范围可以在形式和细节上作各种各样的变化。

Claims

1.一种回射片材(14)，其中包括：

a)载体衬底(16)；

b)众多第一敞开式立方角表面(18)，这些表面是用本质上呈刚性的材料制成的以便阻止第一立方角表面挠曲，该第一立方角表面位于载体衬底的第一边上；

c)众多第二敞开式立方角表面(18)，这些表面是用本质上呈刚性的材料制成的以便阻止第二立方角表面挠曲，该第二立方角表面位于载体衬底的第二边上；以及

d)光学涂层(20)位于至少部分的第一和第二立方角表面上，入射到所述光学涂层的光不通过所述本质上呈刚性的材料就被回射。

2.根据权利要求1的片材，其中光学涂层(20)包括镜面涂层。

3.根据权利要求1的片材，其中光学的涂层(20)包括低折射率的电介质材料。

4.根据权利要求3片材，其中折射率介于大约1.1到1.3之间。

5.根据权利要求1的片材，其中本质上呈刚性的材料是选自由热塑性和热固性的聚合物构成的一组材料。

6.根据权利要求5的片材，其中所述聚合物包括选自玻璃、石墨、聚合物和金属的填料。

7.根据权利要求1的片材，其中众多空穴(24)形成第一和第二敞开式立方角表面(18)。

8.根据权利要求1的片材，进一步包括在所述第一和第二立方角表面的至少一些部分上的着色涂层(42)。

9.根据权利要求1的片材，其中片材可碎成颗粒并混和到或放置在下述一种或多种物质中：涂料，漆，聚合物，或黏合剂。

10.根据权利要求9的片材，其中进一步包括覆盖涂料，漆，聚合物，或黏合剂中至少一种的顶面涂层(48)。

11.根据权利要求9的片材，其中片材可碎成长度小于约457微米的颗粒。

12.根据权利要求1的片材，其中片材可碎成颗粒(50)。

13.根据权利要求9的片材，其中颗粒(50)每个的长度小于约457微米。

14.根据权利要求1的片材，进一步包括在没有立方角表面(18)的回射片材(14)上的图案(24)。

15.根据权利要求14的片材，其中：

图案形成回射片材上的壁面，该壁面从载体衬底延伸到棱镜边缘，壁面厚度介于大约25.4到1,270微米(0.001到0.05英寸)之间。

16.一种包括根据权利要求1的回射片材的投影屏幕(84)。

17.一种回射片材(14)，包括：

a)众多形成第一敞开式立方角(18)的第一三面压痕；

b)众多形成相对于第一敞开式立方角的第二敞开式立方角(18)的第二三面压痕，以及；

c)反射涂层(20)位于至少部分第一和第二三面压痕上，所述反射涂层用来回射不通过所述片材的光。

18.根据权利要求17的片材，其中片材可碎成颗粒。

19.根据权利要求17的片材，其中颗粒位于黏合剂上或在黏合剂中。

20.根据权利要求17的片材，其中第一和第二立方角(18)在载体衬底(16)上形成。

21.根据权利要求18的片材，其中颗粒的长度小于约457微米。

22.根据权利要求17的片材，进一步包括在没有立方角(18)的回射片材(14)上的图案(24)。

23.一种回射片材(14)，包括：

a)在其上形成具有众多敞开式立方角表面的结构(18)，所述结构的长度小于约457微米；以及

b)在所述表面上形成的金属层，所述金属层回射入射到其上的入射光，从而使回射的光不通过所述的结构。

24.根据权利要求23的片材，其中所述敞开式立方角表面是第一敞开式立方角表面，所述结构包括相对于第一敞开式立方角表面的众多第二敞开式立方角表面。

25.一种制作回射片材(14)的方法，该方法包括：

a)形成众多第一敞开式立方角表面(18)，第一敞开式立方角表面(18)用本质上呈刚性的材料制作，以阻止立方角表面挠曲；

b)形成相对于第一敞开式立方角表面的众多第二敞开式立方角表面(18)，第二敞开式立方角表面用本质上呈刚性的材料制作，以阻止立方角表面挠曲；

c)在所述至少部分第一和第二敞开式立方角表面上形成镜面涂层(30)，所述镜面涂层被用来回射入射到其上的入射光，从而使回射的光不通过所述第一和第二立方角表面。

26.根据权利要求25的方法，进一步包括在载体薄膜(16)的第一背面上形成第一立方角表面的步骤，以及在载体薄膜的第二背面上形成第二立方角表面的步骤。

27.根据权利要求26的方法，进一步包括在载体薄膜(16)上连续形成第一和第二立方角表面(18)的步骤。

28.根据权利要求25的方法，进一步包括使片材形成颗粒(50)的步骤。

29.根据权利要求25的方法，进一步包括将颗粒(50)混和到或撒到涂料，漆，聚合物，或黏合剂中的至少一种中的步骤。

30.根据权利要求25的方法，进一步包括在至少一部分所述第一或第二立方角表面上形成彩色涂层(46)的步骤。

31.一种形成回射片材(14)的方法，该方法包括：

a)通过形成三组沟槽形成模具，其中所述沟槽以某角度相交，以便形成众多棱镜，每个棱镜都有底面和相交于顶端的三个侧面(18)；

b)在模具上形成回射片材，以便形成模具的镜象，其中最终产生的片材包括形成第一立方角结构的众多三面压痕，所述第一立方角结构位于载体衬底(16)的第一边上；

c)在载体衬底的第二边上形成第二敞开式立方角结构，所述第一和第二立方角结构被用来回射入射到其上的入射光，从而使回射的光不通过所述第一和第二立方角结构；

d)用光学涂层(20)涂覆所述至少部分第一和第二立方角结构；以及

e)用填充层(32)至少部分地覆盖光学涂层。

32.一种回射颗粒(50)，包括在其上带有光学涂层(20)的立方角结构，所述立方角结构用本质上呈刚性的材料制作，以阻止立方角结构挠曲。

33.根据权利要求32的回射颗粒，进一步包括被这样层压到第一立方角结构的背面上具有镜面涂层(20)的第二立方角结构，以致各自的表面彼此背向。

34.根据权利要求32的回射颗粒，进一步包括在至少一部分所述结构上的彩色涂层(46)。

35.根据权利要求32的回射颗粒，其中立方角结构(18)包括在颗粒(50)上不同尺寸的结构。