DE69104214T2

DE69104214T2 - Retroreflektierendes material mit verbesserter eckigkeit.

Info

Publication number: DE69104214T2
Application number: DE69104214T
Authority: DE
Inventors: Theodore J. Saint Paul Mn 55133-3427 Szczech
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-09-10
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2011-07-30
Also published as: EP0548280A1; HK1006748A1; WO1992004647A1; KR100245174B1; JP3001974B2; AU8750191A; ATE112067T1; IE66898B1; ES2060409T3; DE69104214D1; JPH06501111A; IE912802A1; KR930702693A; DK0548280T3; AU652001B2; CA2089571A1; NO930868D0; NO930868L; US5138488A; EP0548280B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen würfeleckigen rückstrahlenden Gegenstand, und sie betrifft insbesondere solche Gegenstände, die bei hohen Einfallswinkeln eine verbesserte Helligkeit besitzen.

Stand der Technik

Würfeleckige rückstrahlende Materialien werden häufig bei Autobahnschildern, Straßenschildern und Fahrbahnmarkierungen verwendet. Das rückstrahlende Material ist dadurch gekennzeichnet, daß es Licht zu der Quelle eines nichtsenkrechten einfallenden Strahls zurückreflektieren kann. Die Rückstrahlung kann von der spiegelnden Reflexion (d.h. bei Spiegeln) oder von diffus reflektierenden Flächen, die das einfallende Licht in alle Richtungen zerstreuen, unterschieden werden.
Das von einem rückstrahlenden Gegenstand reflektierte Licht breitet sich beim Verlassen des Gegenstandes im allgemeinen zu einem kegelförmigen Muster aus, das auf dem Weg, auf dem das Licht zu dem reflektierenden Gegenstand gewandert ist, zentriert ist. Eine solche Ausbreitung ist notwendig, damit der reflektierende Gegenstand überhaupt von praktischem Nutzen ist. Beispielsweise muß das Licht von den Scheinwerfern eines sich nähernden Fahrzeugs, das von einem rückstrahlenden Verkehrszeichen zu dem Fahrzeug zurückreflektiert wird, sich soweit ausbreiten, daß es die Augen des Fahrers erreicht, der neben der Achse des Scheinwerferstrahls positioniert ist. Bei herkömmlichen würfeleckigen rückstrahlenden Gegenständen wird diese kegelförmige Ausbreitung des zurückgestrahlten Lichtes durch Fehler in den würfeleckigen rückstrahlenden Elementen (z.B. Unebenheit der Flächen, Neigung der Flächen weg von ihren zueinander senkrechten Positionen, etc.) erreicht sowie durch Beugung, die darauf zurückzuführen ist, daß das Licht durch eine durch die Unterkanten der drei reflektierenden Flächen gebildete Öffnung austritt (siehe Stamm, US-Patent Nr. 3,712,706).
Weil ein Straßenschild oder dergleichen von einer Vielzahl relativer Positionen (Kurven in der Straße, etc.) aus betrachtet wird, ist der Einfallswinkel (Eintrittswinkel des Lichts, siehe Fig. 11) oft größer als das Optimum. Würfeleckige rückstrahlende Materialien besitzen normalerweise immer weniger Reflexionsvermögen je größer der Eintrittswinkel des Betrachtungslichtes wird. Oft verlieren solche Materialien bei Eintrittswinkeln von mehr als etwa 20 Grad ihr Reflexionsvermögen in beachtlichem Maße, und sie können nahezu ihr gesamtes Reflexionsvermögen verlieren, wenn der Eintrittswinkel größer wird als etwa 40 Grad. Der Eintrittswinkel des einfallenden Lichtes wird von der zu der Oberfläche des rückstrahlenden Folienmaterials senkrechten Linie aus gemessen.
Würfeleckige rückstrahlende Elemente besitzen von Haus aus eine geringe Winkligkeit, d.h. eine schlechte Rückstrahlungsfähigkeit jenseits von kleinen Eintrittswinkeln. Die in rückstrahlenden Folien verwendeten würfeleckigen rückstrahlenden Elemente sind dreiflächige Strukturen mit drei zueinander senkrechten Seitenflächen, wie zum Beispiel den drei zueinander senkrechten Seitenflächen an den Ecken eines Würfels. Im Gebrauch sind die Elemente so angeordnet, daß Licht, welches zurückgestrahlt werden soll, in dem durch die Flächen begrenzten Innenraum auftrifft, und die Rückstrahlung des auftreffenden Lichtes erfolgt durch Totalreflexion des Lichtes von einer Fläche des Elementes zur anderen. Auftreffendes Licht, das im wesentlichen von der optischen Achse des Elementes (bei der es sich um den Trisektor des durch die Flächen des Elementes begrenzten Innenraumes handelt) weggeneigt ist, trifft unter einem Winkel, dei kleiner ist als der kritische Winkel für die Totalreflexion, auf eine Fläche auf und wird durch die Fläche hindurchgelassen anstatt von ihr reflektiert zu werden.
Rückstrahlende Gegenstände mit einer verbesserten Winkligkeit auf einer Vielzahl von Betrachtungsebenen sind im US- Patent Nr. 4,588,258 (nachfolgend bezeichnet als das "Patent '258") beschrieben. Dieses Dokument offenbart einen rückstrahlenden Gegenstand nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die im Patent '258 beschriebenen rückstrahlenden Elemente sind geneigt, um die Winkligkeit des rückstrahlenden Materials zu verbessern. Mit zunehmender Neigung nimmt jedoch der Prozentsatz des reflektierten Lichtes (gemessen bei fast senkrechtem Lichteinfall) ab. Wenn es also darum geht, ein gewisses Maß an Lichtreflexion zu erreichen, wie es für eine entsprechende Leistung in einer bestimmten Situation erforderlich ist, kann die Neigung der Elemente zur Verbesserung der Winkligkeit nur begrenzt eingesetzt werden. Demzufolge muß in Situationen, wo die Winkligkeit besonders wichtig ist, beispielsweise in der Stadt oder auf einer kurvenreichen Straße, die Winkligkeit maximiert werden, ohne daß man die Helligkeit unter einen bestimmten Schwellwert absinken läßt.
Demzufolge ist ein rückstrahlender Gegenstand erforderlich, der eine äußerst hohe Winkligkeit besitzt, der sich besonders zum Gebrauch in der Stadt oder auf einer kurvenreichen Straße eignet, der aber auch über eine ausreichende Helligkeit auf dem Betrachtungsabstand von dem Zeichen verfügt.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung gibt einen verbesserten würfelekkigen rückstrahlenden Gegenstand an, der einen weiten Bereich an Rückstrahlungswinkellagen in einer Vielzahl von Betrachtungsebenen besitzt. Die vorliegende Erfindung gibt würfeleckige rückstrahlende Elemente mit verminderter Größe an, gemessen an der Höhe der Würfelecke, so daß der Grad der zur Erzielung einer bestimmten Winkligkeit erforderlichen Neigung vermindert wird. Alternativ kann die Winkligkeit dadurch verbessert werden, daß man den Grad der Neigung konstant läßt und die Größe der Würfelecke vermindert.
Der rückstrahlende Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Vorzugsweise beträgt die Höhe "h" etwa 25 bis 100 um, am meisten bevorzugt etwa 50 bis 100 um. Bevorzugte Neigungswinkel und Höhen der würfeleckigen Elemente gelten für Elemente mit einem Brechungsindex von etwa 1,6.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines würfeleckigen rückstrahlenden Elementes, das in rückstrahlenden Gegenständen der Erfindung verwendet wird;
Fig. 2A, 2B, 2C sind Seitenrißansichten der Seitenflächen des in Fig. 1 gezeigten würfeleckigen Elements;
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine rückstrahlende Folie der Erfindung mit einer dichten Anordnung von würfeleckigen Elementen, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt sind;
Fig. 4A und 4B sind Schnittansichten entlang der Linien 4A- 4A und 4B-4B von Fig. 3, in denen zwei typische zusammenpassende Paare von würfeleckigen Elementen in der rückstrahlenden Folie der Erfindung gezeigt sind;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung von Isohelligkeitskurven, wie sie für rückstrahlendes Folienmaterial gemäß dem Stand der Technik ermittelt wurden;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung von Isohelligkeitskurven, wie sie für ein typisches rückstrahlendes Folienmaterial der Erfindung ermittelt wurden;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung von Isohelligkeitskurven, wie sie für ein typisches rückstrahlendes Folienmaterial der Erfindung ermittelt wurden;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung von Isohelligkeitskurven, wie sie für ein typisches rückstrahlendes Folienmaterial der Erfindung ermittelt wurden;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der Leuchtdichte im Vergleich zur Entfernung für die in Fig. 5-8 dargestellten rückstrahlenden Folienmaterialien;
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung der Leuchtdichte im Vergleich zur Entfernung für die in Fig. 5-8 dargestellten rückstrahlenden Folienmaterialien; und
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung gen, Winkel und Achsen, die zur Messung der Parameter der rückstrahlenden Materialien verwendet werden.

Ausführliche Beschreibung

Die rückstrahlenden Elemente der vorliegenden Erfindung sind im Prinzip so aufgebaut wie die im US-Patent Nr. 4,588,258 (dem Patent '258) beschriebenen. Die rückstrahlenden Elemente der vorliegenden Erfindung sind jedoch kleiner als die im Patent '258 beschriebenen. Aufgrund der geringeren Größe können die Elemente der vorliegenden Erfindung weniger geneigt sein als die im Patent '258 beschriebenen. Nach der Beschreibung des Patentes '258 beträgt die bevorzugte Neigung "zwischen etwa 7 und etwas weniger als 10 Grad" (Spalte 3, Zeilen 29-30).
Anhand von Fig. 1 ist ein würfeleckiges rückstrahlendes Element gezeigt, das in der rückstrahlenden Folie der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist. Eine Seitenrißansicht ist in Fig. 2A, 2B und 2C gezeigt. Wie hier zu sehen ist, besitzt das Element 10 drei zueinander senkrechte Seitenflächen 12, 14 und 16, die sich in einer Spitze 18 treffen. Die Unterkanten 20 von jeder der Seitenflächen 12, 14 und 16 sind geradlinig und liegen in einer Basisebene 22 des Elements. Das Element 10 umfaßt auch eine optische Achse 24, die einen Trisektor des durch die Seitenflächen 12, 14 und 16 begrenzten Innenwinkels darstellt. Die optische Achse 24 ist in bezug auf die senkrechte Linie 26 schräg oder geneigt, die zu der Basisebene 22 senkrecht ist. Der Grad der Neigung wird durch den Winkel α zwischen der optischen Achse 24 und der senkrechten Linie 26 (siehe Fig. 2A und 2C) dargestellt. Das auf die Basisebene 22 einfallende Licht wird innen durch eine der drei Seitenflächen zu einer zweiten Fläche, dann zu einer dritten Fläche, und dann zurück durch die Basisebene 22 reflektiert, und es wird dann zu der Lichtquelle zurückreflektiert.
Bei der rückstrahlenden Folie der Erfindung wird ein in Fig. 1 und 2 gezeigtes würfeleckiges Element im allgemeinen mit mindestens einem anderen würfeleckigen Element als Teil eines zusammengehörigen Paares, und normalerweise als Teil einer Anordnung aus Reihen und Spalten solcher Elementenpaare verwendet. Eine Anordnung von Elementen ist in einer Draufsicht in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 ist die Rückseite eines Abschnitts einer typischen rückstrahlenden Folie 30 der Erfindung dargestellt. Die Elemente sind zusammengefügt, indem sie beispielsweise als Teil eines einzigen einstückigen Folienmaterials ausgebildet sind, oder indem sie auf ihrer Basisebene 22 mit einer Trägerfolie 32 verbunden sind (Fig. 4A). Weil die Unterkanten 20 der Elemente 10 geradlinig sind und in einer gemeinsamen Ebene liegen (Basisebene 22), wird eine Anordnung solcher Elemente durch einander kreuz ende Sätze von Furchen gebildet. Das Element 10' in Fig. 3 wird durch drei V-förmige Furchen 34, 36 und 38 gebildet, die jeweils ein Element von drei Sätzen von Furchen sind, die die Anordnung in einem Kreuzmuster kreuzen. Der Pfeil 40 gibt die Richtung der ersten Furchen 42 an (die Furche 38 ist Bestandteil des Satzes von ersten Furchen 42). Die Elemente 10 sind in bezug auf die ersten Furchen 42 geneigt, so daß in Richtung zu der jeweiligen ersten Furche oder von dieser weg geneigt sind.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Teils des in Fig. 3 dargestellten Gegenstandes und zeigt die Trägerfolie 32, die die Elemente 10 miteinander verbindet. Die Elemente 10 besitzen eine Höhe "h", wie in Fig. 4A gezeigt.
Wie aus Fig. 3, 4A und 4B ersichtlich ist, können die würfeleckigen Elemente 10 als paarweise angeordnet betrachtet werden, wobei die optischen Achsen 24 der Elemente in jedem Paar schräg bzw. zum Rand der Elemente hin geneigt sind, wenn sie von der Vorderseite 50 des Gegenstandes 30 aus betrachtet werden, auf die das zurückzustrahlende Licht auftrifft. Die optischen Achsen 24 sind zu der ersten Furche 42 hin oder von dieser weg geneigt.
Anhand von Fig. 5-8 sind Isohelligkeitskurven für verschiedene nachfolgend beschriebene rückstrahlende Folien (siehe Vergleichsbeispiel A und Beispiele 1-3) dargestellt. Der Orientierungswinkel der gemessenen Isohelligkeit liegt zwischen 360º und 0º im Uhrzeigersinn nach 90º, 180º, 270º und darüber. Die konzentrischen Kreise geben jede Zunahme des Eintrittswinkels (Einfallswinkels) des reflektierten Lichts um 15º an. Diese konzentrischen Kreise stellen Eintrittswinkel von 15º, 30º, 45º und 60º dar. Der Winkel von 60º ist der größte mit der zu Testzwecken verwendeten Maschine erreichbare Winkel. Die aufgetragenen und mit 10% - 90% gekennzeichneten Isohelligkeitskurven stellen den Prozentsatz der maximalen Helligkeit (cd/lux/m²) dar. Mit Bezug auf Fig. 5 beispielsweise wird bei einem Orientierungswinkel von 0º und einem Eintrittswinkel von 30º zwischen 50% und 60% der maximalen Lichtreflexion zurückgestrahlt.
Anhand von Fig. 9 und 10 ist die Leuchtdichte für die Folien von Vergleichsbeispiel A und Beispiel 1-3 im Vergleich zur Entfernung (in Metern) aufgetragen. Die Kurven für die jeweiligen Beispiele sind mit "A", "1", "2" und "3" gekennzeichnet. Die Graphik in Fig. 9 bezieht sich auf einen Orientierungswinkel von 90º, eine Drehung von 0º (Vorderseite des Verkehrszeichens im Winkel von 93º zum Straßenverlauf), ein rechts angeordnetes Verkehrszeichen, Lichtverhältnisse auf einer Landstraße, Scheinwerfer einer herkömmlichen Limousine vom Typ Ford Taurus. Die Entfernung in Metern ist auf der X-Achse aufgetragen, und die Leuchtdichte ist in cd/m² auf der Y-Achse aufgetragen. Fig. 10 zeigt eine Leuchtdichtekurve ähnlich der von Fig. 9 für ein Verkehrszeichen, dessen Vorderseite im Winkel von 128º zum Straßenverlauf positioniert ist (Drehung von 35º).
In Fig. 11 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtungen, Winkel und Achsen der US-Testmethode Nr. 370 gezeigt. Die Folie 60 ist so positioniert, daß die erste Furche (42 in Fig. 3) in vertikaler Richtung verläuft. Ein Bezugspunkt 62 ist auf der Folie 60 markiert, um die Richtung der ersten Furchen 42 anzugeben. Eine Markierung 64 befindet sich in der Mitte der Folie 60 und stellt den Punkt dar, in dem das Licht auf die Folie auftrifft. Die Y-Achse verläuft parallel zu den ersten Furchen. Die X-Achse verläuft senkrecht zur Ebene der Folie und liegt in derselben Ebene oder in einer parallelen Ebene wie die Neigungsebene der rückstrahlenden Elemente. Die Z-Achse verläuft durch die Folie, senkrecht zur Y-Achse. Eine Eintrittsebene 70 umfaßt eine Lichtquelle 72, eine Bezugsachse 74, die Markierung 64 und eine Achse 76 des einfallenden Lichtes. Die Bezugsachse 74 geht von der Markierung 64 aus und verläuft senkrecht zur Ebene des Folienmaterials 60. Die Achse 76 des einfallenden Lichtes ist die Linie, auf der das Licht von der Lichtquelle 72 zu der Markierung 64 wandert. Ein Photorezeptor 80 mißt das zurückgestrahlte Licht, das von der Folie 60 auf einer Beobachtungsachse 82 zu dem Photorezeptor 80 wandert. Ein Orientierungswinkel Or ist der Winkel zwischen der Eintrittsebene 70 und der Y-Achse oder den ersten Furchen 42. Ein Beobachtungswinkel Ob ist der Winkel zwischen der Beobachtungsachse 82 und der Achse 76 des einfallenden Lichtes. Ein Eintrittswinkel E ist der Winkel zwischen der Achse 76 des einfallenden Lichtes und der Bezugsachse 74. Eine Darstellungsebene 84 ist eine Ebene, in der die Beobachtungsachse 82 und die Achse 76 des einfallenden Lichtes liegt. Ein Winkel P ist der Winkel zwischen der Darstellungsebene 84 und der Eintrittsebene 70.
Das Patent '258 definiert die Ebene der X-Achse als die Ebene bzw. als parallele Ebenen, in der bzw. in denen die optische Achse der Elemente geneigt ist (Spalte 5, Zeilen 14-17). Die Ebene der Y-Achse ist definiert als Ebene, die zur Ebene der X-Achse und zur Basisebene der Elemente senkrecht ist (Spalte 5, Zeilen 50-52). Im Patent '258 heißt es, daß die Folie einen erweiterten Winkelbereich in der Ebene der X-Achse besitzt sowie einen größeren Winkelbereich in der Ebene der Y-Achse (siehe Fig. 5 und 6 des Patents '258). Ein Beispiel für eine Folie nach dem Patent '258 ist die Diamantenfolie von 3M (mit einer Neigung von 9,2º, einer Würfelhöhe von 175 um und nichtorthogonalen Fehlern von 2,3 und 5 Minuten), wie sie nachfolgend im Vergleichsbeispiel A beschrieben ist.
Die kleineren und weniger geneigten Würfel (z.B. 4,3º Neigung, 87,5 um Höhe) der vorliegenden Erfindung zeigen eine Erweiterung der verbesserten Winkelbereiche bei Orientierungswinkeln von 90º bis 270º und 0º bis 180º. Diese Schultern der Winkligkeit bzw. die Erweiterung der verbesserten Winkligkeit bei Orientierungswinkeln von 90-270º und 0-180º sind beispielsweise aus einem Vergleich von Fig. 5 (Stand der Technik) mit Fig. 8 erkennbar.
In dem Bereich von 0-20º der am meisten bevorzugten Orientierungswinkel (90º, 270º) und der als zweites bevorzugten Orientierungswinkel (0º, 180º) ergibt sich also auch eine verbesserte Winkligkeit. Diese Erweiterung der verbesserten Winkligkeit (breitere Schultern) ist wichtig, weil beispielsweise ein Paar Scheinwerfer einer herkömmlichen Limousine ein mit 90º rechts positioniertes Verkehrszeichen in einem Orientierungswinkel von etwa 104º bis 109º treffen.
Dieses Ergebnis ist in Fig. 5-8 näher dargestellt, wo Sätze von Isohelligkeitskurven für Gegenstände der Erfindung (Fig. 6-8) im Vergleich zu Gegenständen nach dem Stand der Technik (Fig. 5) dargestellt sind.
Das in den Isohelligkeitskurven von Fig. 5-8 dargestellte rückstrahlende Folienmaterial ist in Vergleichsbeispiel A bzw. in Beispiel 1-3 beschrieben. Die Figuren 5-8 wurden alle bei einem Beobachtungswinkel von 0,20º und einem Darstellungswinkel von 0º gemessen (siehe Fig. 11). Der Neigungswinkel (α), die Würfelhöhe (h), der Halbfurchenwinkelfehler und die maximale Helligkeit sind in Tabelle 1 unten zusammengefaßt. Die Isohelligkeitslinien stellen eine Prozentsatz dar, z.B. 10% der maximalen Helligkeit, wie in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1 Figur Winkel α Würfelhöhe (h) Halbfurchenwinkelfehler Max. Helligkeit (cd/lux/m²)
Mit Bezug auf Fig. 5 besitzt die bekannte würfeleckige Folie eine gute Winkligkeit, wenn die Folie auf einem Straßenschild so ausgerichtet ist, daß die Winkligkeit bei einem Orientierungswinkel von 90º und 270º in der in Fig. 5 gezeigten Graphik ausgenutzt wird. Die offensichtliche Helligkeit oder Leuchtdichte eines aus dieser Folie hergestellten Verkehrszeichens, wobei die Folie so ausgerichtet war, daß sich eine größtmögliche Winkligkeit ergab, wurde für ein rechts positioniertes Verkehrszeichen mit einem Fahrzeug der Marke Ford Taurus in einer Entfernung von 300 bis 30 Metern von dem Verkehrszeichen berechnet.
Die Helligkeitswerte für diese Folie sind in Fig. 9 (Kurve A) dargestellt. In Fig. 9 ist die Leuchtdichte im Vergleich zur Entfernung bei einem maximalen Orientierungswinkel, einer Drehung von 0º, einer Rechtspositionierung des Verkehrszeichens, bei Lichtverhältnissen auf einer Landstraße und mit den Scheinwerfern einer herkömmlichen Limousine der Marke Taurus dargestellt. Die Entfernung in Metern ist auf der X-Achse angegeben, und die Leuchtdichte in cd/m² ist auf der Y-Achse aufgetragen.
Die Folie ist hell aus einer Entfernung von 300 bis 120 Metern, doch läßt die Helligkeit im Bereich von 120 bis 30 Metern rasch nach. In Fig. 9 wurde eine Berechnung für ein Verkehrszeichen durchgeführt, dessen Vorderseite nahezu senkrecht zum Straßenverlauf (93º) positioniert ist.
Die Winkligkeit läßt sich dadurch nachweisen, daß man die Halterung des Verkehrszeichens dreht, um den Winkel zu vergrößern, unter dem das Scheinwerferlicht auf das Verkehrszeichen auftrifft (Eintrittswinkel). In Fig. 10 ist eine Leuchtdichtekurve ähnlich der von Fig. 9 für ein Verkehrszeichen dargestellt, dessen Vorderseite im Winkel von 128º zum Straßenverlauf (35º Drehung) positioniert ist. Die Graphik für das Vergleichsbeispiel A zeigt, daß die Helligkeit beträchtlich nachgelassen hat.
Anhand von Fig. 6 ist eine Kurve der Isorückstrahlungsfähigkeit für das in Beispiel 1 beschriebene erfindungsgemäße Folienmaterial dargestellt. Die Zipfel bei 90º und 270º gehen über 60º hinaus (und gehen somit über den Meßbereich des Meßgerätes hinaus). Die 30%-Linie befindet sich etwa an derselben Stelle wie die 10%-Linie in Vergleichsbeispiel A (Fig. 5). Daraus wird ersichtlich, daß die kleineren Würfelecken das Licht neu verteilt haben, so daß trotz der Tatsache, daß die Neigung bei der Folie von Beispiel 1 geringer ist als bei der von Vergleichsbeispiel A, die Winkligkeit für das richtig ausgerichtete Verkehrszeichen verbessert ist.
Aus den in Fig. 9 und 10 gezeigten Leuchtdichtekurven werden die Vorteile der kleineren Würfel wieder deutlich. Aus Fig. 9 wird deutlich, daß die Leuchtdichtekurven von Vergleichsbeispiel A und Beispiel 1 sehr ähnlich sind. In Fig. 10 jedoch, wo die Halterung des Verkehrszeichens um 35º gedreht ist, um den Eintrittswinkel um 35º zu vergrößern, ist die Leuchtdichtekurve von Beispiel 1 wesentlich besser als die von Vergleichsbeispiel A aus einer Entfernung von 300 bis 90 Metern. Die Leistung der Folie der vorliegenden Erfindung wurde also über 65% des Betrachtungsbereiches verbessert, obwohl die Würfel weniger stark geneigt waren, als die bei dem bekannten Folienmaterial.
In diesen beiden Beispielen wurden Leuchtdichteberechnungen für ein rechts positioniertes Verkehrszeichen durchgeführt, und der Positionswinkel des Verkehrszeichens wurde auf Werte zwischen 93º und 128º begrenzt, da diese Bedingungen für die Mehrzahl der Straßenschilder gelten. In Fig. 6 sind die 10%-Linien und die 20%-Linien bei 60º nicht durchgehend, weil hier die Grenze des Meßbereichs des hier verwendeten Instruments erreicht wurde.
Eine graphische Darstellung der Isorückstrahlungsfähigkeit des in Beispiel 2 beschriebenen Folienmaterials ist in Fig. 7 gezeigt. Ein Vergleich von Fig. 5, 6 und 7 ergibt, daß die Winkligkeit dieses Folienmaterials bei Ausrichtungswinkeln von 90º und 270º wesentlich besser ist als im Vergleichsbeispiel A und etwas besser als in Beispiel 1. Aus Fig. 9 ergibt sich, daß in Beispiel 2 die Helligkeit aus einer Entfernung von 300 bis 75 Metern geringer ist. Aus einer Entfernung von 75 Metern bis 30 Metern ist die Helligkeit in Beispiel 2 aber immer noch größer als die in Vergleichsbeispiel A oder in Beispiel 1. Diese Verbesserung ist höchst wünschenswert. Aus Fig. 10 ergibt sich, daß in Beispiel 2 bei einer Positionierung des Verkehrszeichens in einem Winkel von 128º (35º Drehung) die Leistung ausreichend ist.
Die in Fig. 7 angegebenen Werte zeigen, daß die Folie von Beispiel 2 eine bessere Leistung zeigen würde als die Folie von Vergleichsbeispiel A oder Beispiel 1, wenn das Verkehrszeichen um mehr als 35º gedreht wäre.
Mit der Folie von Beispiel 3 wird veranschaulicht, wie die verbesserte Winkligkeit der kleinen Würfelecken dazu verwendet wurde, um die Leistung unter den vielfältigsten Bedingungen zu verbessern.
Die Isorückstrahlungsfähigkeit für Beispiel 3 ist in Fig. 8 graphisch dargestellt. Überraschenderweise ergibt sich bei dieser Graphik eine Verbesserung gegenüber Vergleichsbeispiel A, da sich hier der Orientierungswinkel nicht so stark auswirkt. Wie in Fig. 8 gezeigt, gilt die verbesserte Winkligkeit bei 90º, 180º, 270º und 0º auch für Orientierungswinkel auf beiden Seiten dieser vier Orientierungswinkel. Die Schultern 56 und 58 in Fig. 8 zeigen beispielsweise eine gute Winkligkeit bei Winkeln, die 10-20º von 270º bzw. 280º abweichen. Ein Verkehrszeichen, das unter einem Orientierungswinkel von 270º betrachtet werden soll, wird also auch dann gut erkennbar sein, wenn es in Wirklichkeit unter etwas anderen Orientierungswinkeln betrachtet wird. Somit ist die Isorückstrahlungsfähigkeit in Beispiel 3, dargestellt in Fig. 8, weniger empfindlich, was den Orientierungswinkel angeht.
Die Leuchtdichtekurve für Beispiel 3 ist in Fig. 9 gezeigt. Diese Folie unterscheidet sich von den anderen Folien darin, daß keine leistungsschwachen Bereiche vorhanden sind. Was am wichtigsten ist, aus einer Entfernung von 120 bis 30 Metern ist die Folie von Beispiel 3 deutlich besser als die anderen Folien.
Fig. 10 zeigt die Leistung bei einer Drehung um 35º. Diese Figur zeigt, daß hier im Vergleich zu Beispiel 1 bei einer Entfernung von 120 bis 30 Metern etwas an Leistung eingebüßt wird, um die Leistung bei einer Drehung von 0º zu erreichen, eine Situation, die wesentlich häufiger vorkommt.
Die Folie von Beispiel 3 zeigt, daß kleinere würfelecken mit geringerer Neigung zu folgendem Ergebnis führen können: a) eine Winkligkeit, die dort vorhanden ist, wo sie am nützlichsten ist; b) eine gleichmäßige Leuchtdichte auf den normalen Beobachtungsabständen von den Verkehrszeichen (30 bis 300 Meter); und c) nach wie vor eine ausreichende Winkligkeit bei einer Anbringung des Verkehrszeichens mit hohen Eintrittswinkeln.
Das reflektierende Folienmaterial der Erfindung kann als einstückiges Material hergestellt werden, z.B. durch Prägen einer vorgeformten Folie mit einer bereits beschriebenen Anordnung von würfeleckigen Elementen, oder durch Gießen eines flüssigen Materials in eine Form; oder es kann als Schichtprodukt hergestellt werden, z.B. durch Gießen der Elemente auf eine vorgeformte Folie, wie es im US-Patent Nr. 3,684,348 gelehrt wird, oder durch Aufkaschieren einer vorgeformten Folie auf die Vorderseite einzelner geformter Elemente. Eine wirksame Folie gemäß der Erfindung kann beispielsweise mit einer Nickelform durch elektrolytische Abscheidung von Nickel auf eine mit Furchen versehene Platte hergestellt werden. Die galvanisch hergestellte Form kann als Stempel verwendet werden, um das Muster der Form in eine Polycarbonatfolie (z.B. 500 um dick, mit einem Brechungsindex von etwa 1,59) einzuprägen. Die Form kann in einer Presse verwendet werden, wobei das Pressen bei einer Temperatur von etwa 175º - 200ºC erfolgt.
Geeignete Materialien zur Herstellung der Deckfolie und der reflektierenden Elemente sind vorzugsweise Materialien, die formstabil, haltbar und witterungsbeständig sind und leicht in die gewünschte Konfiguration und Form zu bringen sind. Geeignete Materialien sind beispielsweise Acryl mit einem Brechungsindex von etwa 1,5, wie z.B. Plexiglas-Harz von Rohm und Haas; Polycarbonate mit einem Brechungsindex von etwa 1,6; Ionomere auf Polyethylenbasis (im Handel erhältlich unter dem Namen "SURLYN"); Polyester; und Celluloseacetatbutyrate. Im allgemeinen kann jedes durchsichtige Material, das gewöhnlich unter Hitze und Druck verformbar ist, verwendet werden. Die Deckfolie kann auch je nach Bedarf UV-Absorptionsmittel oder sonstige Zusätze enthalten.
Eine geeignete Trägerschicht kann aus jedem durchsichtigen oder opaken Material einschließlich gefärbter oder nichtgefärbter Materialien bestehen, die mit den rückstrahlenden Elementen 10 luftdicht verbunden werden können. Geeignete Trägermaterialien sind Aluminiumfolie, verzinkter Stahl, polymere Werkstoffe wie Polymethylmethacrylate, Polyester, Polyamide, Polyvinylfluoride, Polycarbonate, Polyvinylchloride und eine große Vielzahl an Schichtstoffen aus diesen und anderen Materialien.
Die Trägerschicht oder -folie kann in einem Gittermuster oder in einer anderen geeigneten Konfiguration mit den reflektierenden Elementen versiegelt werden. Das Versiegeln kann mit einer Reihe von Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise durch Ultraschallverschweißen, mit Klebstoffen oder durch Heißversiegeln an einzelnen Punken auf der Anordnung von reflektierenden Elementen (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 3,924,929). Durch das Versiegeln soll das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit verhindert werden, und die Luftkammern um die würfeleckigen reflektierenden Flächen sollen erhalten bleiben.
Wenn der Verbundstoff zusätzliche Festigkeit oder Zähigkeit aufweisen soll, können Trägerfolien aus Polycarbonat, Polybutyrat oder faserverstärktem Kunststoff verwendet werden. Je nach dem Grad der Flexibilität des entstehenden rückstrahlenden Materials kann das Material gerollt oder zu Streifen oder dergleichen geschnitten werden. Das rückstrahlende Material kann auf der Rückseite auch mit einem Klebstoff und einer Trennfolie beschichtet werden, damit es auf jedes beliebige Substrat aufgebracht werden kann, ohne daß zusätzlich ein Klebstoff aufgebracht werden muß, oder daß ein anderes Befestigungsmittel verwendet werden muß.
Die rückstrahlenden Elemente der vorliegenden Erfindung können individuell so ausgelegt werden, daß das von den Gegenständen zurückgestrahlte Licht in ein gewünschtes Muster oder Divergenzprofil verteilt wird, wie es im US-Patent Nr. 4,775,219 gelehrt wird (siehe auch die zugehörige Europäische Patentanmeldung 0 269 329). Normalerweise wird der absichtlich herbeigeführte Halbfurchenwinkelfehler weniger als ± 20 Bogenminuten und oft weniger als ± 5 Bogenminuten betragen.
Die Neigungen in den Winkeln der Flächen, die nichtorthogonale Ecken bilden, können in Sätzen oder sich wiederholenden Mustern, die in sich wiederholende Unteranordnungen unterteilt sind, vorgesehen sein. Das Gesamtmuster des von einem Gegenstand zurückgestrahlten Lichtes, d.h. das Divergenzprofil des Gegenstandes, umfaßt die Summe der verschiedenen Lichtmuster, in denen die Unteranordnungen einfallendes Licht zurückstrahlen. Einzelne charakteristisch geformte Lichtmuster können ausgewählt werden, um dem Gesamtmuster eine gewünschte Form oder Kontur zu verleihen. Alternativ kann der Fehler in der Anordnung beliebig verteilt sein.

VERGLEICHSBEISPIEL A

Eine rückstrahlende Folie nach dem Stand der Technik wurde aus einer Nickelform hergestellt. Die optischen Achsen der würfeleckigen Elemente waren in einem Winkel (α) von 9,2º geneigt, und die Furchenwinkel dieser Folie wichen von den die orthogonalen Flächenwinkel ergebenden Werten um +2,3 und -5 Bogenminuten ab, wie in dem oben genannten Patent beschrieben. Die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Würfelecken sind kegelstumpfförmige im Gegensatz zu vollständigen Würfelecken, die aus Bündeln von Stiften hergestellt sind. Die Höhe "h" der kegelstumpfförmigen Würfelecken wird von der Basis zur Spitze gemessen. Die Höhe der in diesem Beispiel beschriebenen Würfelecken betrug 175 um.

BEISPIEL 1

Die rückstrahlende Folie der vorliegenden Erfindung wurde in ähnlicher Weise hergestellt wie im Zusammenhang mit der Folie von Vergleichsbeispiel A beschrieben. Bei der Folie von Beispiel 1 beträgt die Höhe der Würfelecken nur etwa 87,5 um, und die Furchenwinkel weichen bei demselben Muster wie in Vergleichsbeispiel A von den die orthogonalen Flächenwinkel ergebenden Werten um +1 und -3 Bogenminuten ab. Der Winkel α (Neigungswinkel) betrug 8,2º.

BEISPIEL 2

Die rückstrahlende Folie der vorliegenden Erfindung wurde in ähnlicher Weise hergestellt wie im Zusammenhang mit der Folie von Vergleichsbeispiel A beschrieben. Die Höhe h der Würfelecken betrugt 87,5 um. Die die orthogonalen Flächenwinkel ergebenden Furchenwinkel betrugen in demselben Muster wie in den vorigen Beispielen +4,6 und -10 Bogenminuten. Die optischen Achsen der würfeleckigen Elemente waren in einem Winkel α von 9,20 geneigt.

BEISPIEL 3

Die rückstrahlende Folie der vorliegenden Erfindung wurde in ähnlicher Weise hergestellt wie im Zusammenhang mit der Folie von Vergleichsbeispiel A beschrieben. Der Furchenwinkel wich von den die orthogonalen Flächenwinkel ergebenden Werten um 4,6 und -10 Bogenminuten ab. Die Folie von Beispiel 3 hatte einen Winkel α von nur 4,3º und eine Höhe h von 87,5 um.

Claims

1. Rückstrahlender Gegenstand (30) umfassend mindestens ein Paar von würfeleckigen rückstrahlenden Elementen (10), wobei die drei zueinander senkrechten Seitenflächen (12, 14 und 16) von jedem Element (10) an der Basis durch lineare Kanten (20) begrenzt sind, die in einer gemeinsamen Ebene (22) liegen, so daß die Basis von jedem Element (10) ein Dreieck bildet, wobei beide Elemente des Paares mit ihrer Basis in der gemeinsamen Ebene (22) liegen, wobei die Spitzen der würfeleckigen Elemente auf derselben Seite dieser Ebene positioniert sind, die beiden Elemente in dem Paar nebeneinander positioniert sind und eine ihrer linearen Kanten gemeinsam haben, jedes Element eine optische Achse (24) besitzt, die als Trisektor des durch die drei Seitenflächen (12, 14 und 16) des würfeleckigen Elementes (10) gebildeten Innenwinkels definiert ist, wobei die optischen Achsen (24) der Elemente in dem Paar zueinander geneigt sind, wobei die Neigung so ist, daß für jedes Element in dem Paar von Elementen der Abstand zwischen der Spitze (18) des Elementes und einer Ebene, die definiert ist als die Ebene, welche die gemeinsame Kante des Paares von Elementen enthält und senkrecht zur Basisebene (22) steht, nicht gleich ist dem Abstand zwischen der Ebene und dem Schnittpunkt zwischen der optischen Achse (24) und der Basisebene (22); dadurch gekennzeichnet, daß:

die Höhe "h" von jedem rückstrahlenden Element, gemessen von der Basis zur Spitze (18) des Elements entlang einer zur Basisebene senkrechten Linie, kleiner ist als 150 um; und daß

die Neigung α der optischen Achse (24) von jedem Element des Paares gegenüber der zur gemeinsamen Basisebene (22) senkrechten Linie (26) 2º bis 5º beträgt.

2. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die Höhe "h" etwa 25 um bis 100 um beträgt.

3. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 2, bei dem die Höhe "h" etwa 50 um bis 100 um beträgt.

4. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem mindestens eines der Elemente Furchenwinkel besitzt, die von den die orthogonalen Flächenwinkel ergebenden Winkeln um 20 Bogenminuten oder weniger abweichen, und bei dem diese Abweichung durchwegs in einem zufälligen Muster verteilt ist.

5. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 4, bei dem mindestens eines der Elemente Furchenwinkel besitzt, die von den die orthogonalen Flächenwinkel ergebenden Winkeln um 5 Bogenminuten oder weniger abweichen.

6. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die Paare von Elementen in einer Anordnung von Reihen und Spalten angeordnet sind.

7. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 1, des weiteren umfassend eine Trägerschicht.

8. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die Elemente aus einem polymeren Material mit einem Brechungsindex von etwa 1,5 bestehen, und die Höhe "h" etwa 25 um bis 100 um beträgt.

9. Rückstrahlender Gegenstand nach Anspruch 1, bei dem die optischen Achsen der würfeleckigen rückstrahlenden Elemente in benachbarten Paaren in derselben Ebene liegen.