KR100911232B1 - 마스터 제조 방법 및 재귀반사 시팅 - Google Patents

Abstract

본 발명은 툴링(tooling) 및 재귀반사 시팅(sheeting)을 포함하는 마스터와 그 레플리카를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 대응하는 마스터, 툴링, 그리고 특히 재귀반사 시팅에 관한 것이다. 상기 방법은 기판(예컨대, 금속 플레이트)에 V자형의 홈들을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 3개의 홈의 교차점들은 큐브 코너 요소(cube-conrer element)를 형성한다. 상기 큐브 코너 요소들은 어레이의 도처에서 실질적으로 동일한 크기를 갖는다. 상기 마스터뿐만 아니라 대응하는 툴링 및 시팅은 어레이의 도처에서 약 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 약 0.007 인치(0.1778mm) 범위 내의 평균 홈 간격을 지니는 것이 바람직하며, 약 0.004 인치(0.1016mm) 미만의 평균 홈 간격을 지니는 것이 더욱 바람직하다.

Description

마스터 제조 방법 및 재귀반사 시팅{METHODS OF MAKING A MASTER AND REPLICAS THEREOF}

본 발명은 툴링(tooling) 및 재귀반사 시팅(sheeting)을 포함하는 마스터(master)와 그 레플리카를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 대응하는 마스터, 툴링, 그리고 특히 재귀반사 시팅에 관한 것이다. 상기 방법은 기판(예컨대, 금속 플레이트)에 V자형의 홈을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서 3개의 홈의 교차점들은 큐브 코너 요소(cube-corner element)를 형성한다. 상기 큐브 코너 요소들은 어레이(array)의 도처에서 실질적으로 동일한 크기를 갖는다. 상기 마스터뿐만 아니라 대응하는 툴링 및 시팅은 어레이의 도처에서 평균 홈 간격이 약 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 약 0.007 인치(0.1778mm)인 것이 바람직하며, 약 0.004 인치(0.1016mm) 미만인 것이 더욱 바람직하다.

재귀반사 큐브 코너 시팅은 각종 장식과 안전 장치용으로 대개 사용된다. 큐브 코너 시팅은 재귀반사 휘도가 높다는 점을 고려하여 교통 표지판, 포장도로 표시선, 차량 마킹(marking) 및 개인의 안전용 물품 등과 같은 용도에 우선적으로 사용되고 있다. 이것을 발단으로 하여, 재귀반사 큐브 코너 시팅에 관한 특허 문헌에 개시된 바와 같이 다양한 개량이 이루어져 왔다.

최근에는, 예컨대 미국 특허 제6,206,525호에 개시된 바와 같이, 크기가 중심에서 0.0005 인치 내지 0.003 인치이면서 소정의 어레이에서 소형의 금속을 뒷받침한 큐브 코너 프리즘(prism)으로 형성된 0.5°의 관측각을 에워싸는 반사광의 방위 자유 원뿔(orientation free cone)을 형성하기 위한 재귀반사 시팅이 공지되어 있다. 상기 어레이는 소정의 각도를 두고 교차하는 3세트의 홈들을 룰링(ruling)함으로써 형성된 몰드에서 투명한 플라스틱 프리즘을 주조함으로써 형성된다. 상기 홈은 중심에서 0.0005 인치 내지 0.003 인치의 범위로 간격을 두고 있다. 상기 프리즘은 성형 전이나 성형 후에 금속 등의 반사 물질로 피복된다. 극소형 프리즘의 경우 룰링시 절삭 다이아몬드가 마모되기 때문에 큰 면적에 걸쳐 중심의 프리즘에서 0.002 인치의 어레이를 룰링하기가 매우 어렵다는 심각한 단점이 있다. 그러나, 극소형 프리즘은 융통성이 향상되는 것을 비롯한 여러 장점을 지닌다.

본 발명의 발명자는 정밀하게 위치 설정된 V자형의 교차 홈을 구비하는 마스터로부터 극소형 큐브 코너 프리즘을 형성할 때, 재귀반사 시팅 등과 같은 재귀반사 마스터와 그 재귀반사 레플리카는 물결 무늬 패턴(moire-like pattern)을 나타낼 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 물결 무늬 패턴의 발생은 이웃하는 입방체(즉, 입사광이 간섭하게 되는 입방체 그룹)들 사이에서 광학적 간섭에 의해 야기되는 것으로 추정된다. 상기 시팅 내에 전술한 물결 무늬 패턴이 존재하는 것은 이러한 재귀반사 시팅을 포함하는 재귀반사 물품의 외관을 나쁘게 만들 수 있고, 특히 이러한 시팅을 포함하는 교통 표지판의 판독성을 저하시킬 수 있다.

본 발명의 발명자는 이러한 물결 무늬 패턴의 발생을 최소화하고 제거하는 마스터뿐만 아니라 대응하는 툴링 및 시팅을 제조하는 방법을 발견하였다.

본 발명의 양호한 실시예들에 따르면, 상기 방법은 교차점이 큐브 코너 요소의 어레이를 형성하도록 3세트의 V자형의 홈을 기판에 형성하는 단계를 포함한다. 상기 각 세트의 홈은 평균 홈 간격이 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 0.0070 인치(0.1778mm) 이다. 상기 홈은 적어도 한 세트에 있는 적어도 매 10번째 홈의 홈 위치가 인접 평행 홈으로부터 약 50nm 내지 평균 홈 간격의 약 10분의 1 범위의 크기만큼 편차를 갖도록 형성되어 있다.

마스터를 제조하는 방법이 또한 개시되어 있으며, 각 세트의 홈은 10개의 연속한 홈의 거리에 대해 약 +/- 10nm 내지 약 +/- 500nm 범위의 홈 위치의 정밀도를 갖도록 형성되어 있으며, 3세트 중 적어도 한 세트의 적어도 매 10번째 홈은 인접 평행 홈에 비해 약 15nm 내지 평균 홈 간격의 약 10분의 1 범위의 크기만큼 편차를 갖는다.

큐브 코너 요소를 포함하는 마스터를 제조하는 방법이 또한 개시되어 있으며, 상기 요소들은 어레이의 도처에서 평면도로 보았을 때 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 0.007 인치(0.1778mm) 범위의 측방향 치수를 지니며, 적어도 10%의 이웃하는 입방체는 이들 입방체가 가시광선의 파장의 적어도 10분의 1만큼 무작위로 위상 변위되도록 형성되어 있다. 양호한 실시예에 따르면, 더 높은 퍼센트의 이웃하는 입방체들이 위상 변위되거나 또는 위상 변위의 크기가 더 크거나 또는 이들 양자를 포함한다.

홈 위치 편차의 크기는 통상 평균 홈 간격의 15분의 1 미만, 양호하게는 20분의 1 미만, 더욱 양호하게는 50분의 1 미만, 더욱 양호하게는 평균 홈 간격의 75분의 1 미만, 가장 양호하게는 평균 홈 간격의 약 100분의 1이다. 홈 위치 편차의 최소 크기가 적어도 200nm일 때, 상기 홈들은 적어도 +/- 100nm 만큼의 정밀도로 형성되는 반면에, 홈 위치 편차의 최소 크기가 적어도 400nm인 실시예의 경우 홈의 정밀도는 적어도 +/- 200nm 만큼 정밀하다. 홈 위치 편차의 빈도(frequency)는 통상 적어도 매 7번째 홈, 양호하게 적어도 매 5번째 홈, 보다 양호하게는 적어도 매 3번째 홈, 가장 양호하게는 각 홈 위치가 어레이의 도처에서 편차를 갖는 것이다.

랜덤 혹은 유사 랜덤(pseudo-random) 프로세스는 홈 위치 편차의 크기를 발생시키기 위해 주로 사용된다. 홈 위치는 홈 간격 및/또는 홈 깊이를 바꿈으로써 변경된다. 상기 큐브 코너 요소들은 경사지질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 홈 각도의 정밀도는 통상 적어도 +/- 2 아크 분(arc minute), 양호하게는 적어도 +/- 1 아크 분, 보다 양호하게는 적어도 +/- 1/2 아크 분만큼 정밀하다. 마스터가 재귀반사성이 있는 실시예의 경우, 그 마스터는 실질적으로 물결 무늬 패턴이 없다.

재귀반사 시팅을 제조하는 방법이 또한 개시되어 있으며, 이 방법은 물결 무늬 패턴의 발생을 초래하는 툴링을 제공하는 단계와, 각각의 타일(tile)이 적어도 하나의 치수에서 약 1/4 인치(6.35mm) 미만이 되도록 하나 또는 그 이상의 툴링을 타일링(tiling)하는 단계를 포함한다.

툴링을 제조하는 방법이 또한 개시되어 있으며, 이 방법은 전술한 임의의 마 스터를 제공하는 단계와, 마스터를 전기 도금하여 네거티브 툴링(negative tooling)을 형성하는 단계와, 상기 툴링을 마스터로부터 제거하는 단계와, 선택적으로 상기 네거티브 툴링을 전기 도금하여 포지티브 툴링(positive tooling)을 형성하는 단계와, 그리고 선택적으로 상기 포지티브 혹은 네거티브 툴링을 전기 도금하여 다세대적 툴링(multigenerational tooling)을 형성하는 단계를 포함한다.

재귀반사 시팅의 제조 방법이 또한 개시되어 있으며, 이 방법은 마이크로프리즘형 표면(microprismatic surface)을 지닌 전술한 툴링을 제공하는 단계와, 상기 툴링의 마이크로프리즘형 표면에 유체 수지 합성물을 주조하는 단계와, 상기 합성물의 경화를 허용하여 시트를 형성하는 단계와, 그리고 상기 툴링을 제거하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 재귀반사 시팅은 마이크로프리즘형 표면을 지닌 툴링을 제공하고, 성형 가능한 기판을 제공하며, 그리고 마이크로프리즘형 표면의 레플리카가 상기 기판에 부여되도록 상기 툴링의 마이크로프리즘형 표면을 상기 기판에 접촉시키고 상기 툴링을 제거함으로써 형성될 수 있다. 상기 수지 합성물 혹은 성형 가능한 기판은 통상적으로 폴리카보네이트 등과 같이 투명하다. 상기 방법들은 선택적으로 반사성 코팅을 경화된 수지 혹은 성형 가능한 기판 레플리카에 도포하는 단계를 더 포함해도 좋다.

다른 관점에 있어서, 본 발명은 큐브 코너 요소의 어레이를 구비하는 중합 시트를 포함하는 재귀반사 시팅에 관한 것이다. 상기 요소들은 교차하는 V자형의 홈으로 형성되어 있다. 상기 홈은 평균 홈 간격이 약 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 약 0.007 인치(0.1778mm)인 것이 바람직하며, 상기 시팅은 실질적으로 물결 무늬 패턴이 없다. 연속한 랜드층이 상기 요소들을 연결하는 것이 바람직하다.

도 1은 3세트의 V자형의 평행한 홈을 포함하는 마스터의 일부를 확대 도시한 평면도이다. 0.004 인치(0.1016mm)의 홈 간격을 지닌 실제 6 in²(15.24 ㎠)의 마스터는 폭을 따라 1500개, 전체 면적에 대해 총 2백만개 이상의 큐브 코너 요소들을 구비한다. 도 1에는 또한 마스터의 네거티브 레플리카이었던 툴로부터 형성된 재귀반사 시팅의 일부의 평면도가 확대 도시되어 있다.

도 2는 어레이의 도처에서 0.003500 인치(0.088900mm) 미만의 일정한 홈 간격을 지닌 마스터의 네거티브 레플리카인 툴링의 사진으로, 홈들은 적어도 +/- 100nm 만큼의 정확한 정밀도로 절삭되어 있다. 상기 사진은 올림프스 C700 디지털 카메라를 사용하여 약 10 피트(3 미터)의 거리에서 플래시를 터트려 촬영한 것이다.

도 3은 마스터의 네거티브 레플리카인 툴링의 사진으로, 홈들은 적어도 +/- 100nm 만큼의 정확한 정밀도로 절삭되어 있으며, 홈 간격의 90%가 무작위 편차를 가지며, 그리고 평균 홈 간격은 도 2의 것과 동일하며 그 편차의 크기는 평균 홈 간격의 +/- 100분의 1의 범위에 속한다.

본 발명은 툴링과 재귀반사 시팅을 포함하는 마스터 및 그 레플리카를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이에 대응하는 마스터, 툴링 및 특히 재귀반사 시팅에 관한 것이다. 재귀반사 마스터, 툴링 혹은 시팅 내의 물결 무늬 패턴의 발생은 실질적으로 감소하며, 양호하게는 최소로 되고, 그리고 더욱 양호하게는 재귀반사 시팅에서 없어진다. 본 명세서에서 사용한 "실질적으로 물결 무늬 패턴이 없다" 라는 표현은 약 20 피트 이내의 재귀반사 마스터 혹은 레플리카로부터 소정의 거리인 대략 관찰자의 코의 위치에서 관찰자의 눈 근처에 유지한 보통의 플래시 광으로부터 빛을 조사함으로써 그 평면에 대략 직각으로 재귀반사 마스터 혹은 레플리카를 조명하여 평가하였을 때, 도 2에 비해 도 3에 도시된 것과 유사하게 관찰되는 외관을 언급한다.

상기 마스터는 홈 형성 머신을 이용하여 제작하는 것이 바람직하며, 이 머신은 큐브 코너 요소를 형성하도록 상호 교차하는 홈 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 다이렉트 머시닝 기술(direct machining technique)을 적용한 기계이다. 홈이 형성된 기판은 마스터로 언급되며, 이 마스터로부터 일련의 레플리카들이 형성될 수 있다. 다이렉트 머시닝 기술의 예들은 미국 특허 제4,588,258호(Hoopman 명의)와 제3,712,706호(Stamm 명의)에 설명되어 있는 바와 같은 플라이커팅(flycutting), 밀링, 그라인딩 및 룰링(ruling)을 포함하며, 이들 특허에는 홈을 전달하여 기판에 큐브 코너 광학면을 형성하기 위해 2개의 대향하는 절삭면을 지닌 기계 공구를 1회 혹은 복수 회 통과시키는 방법이 개시되어 있다.

다이렉트 머시닝이 적용된 홈 세트를 형성하기에 알맞은 임의의 기판이 본 발명에 따른 마스터를 제조하는 방법에 사용될 수 있다. 적절한 기판들은 버를 형성하지 않고 청결하게 가공되어야 하고, 낮은 연성과 낮은 입자성(graininess)을 나타내며, 홈 형성 후의 치수적 정확도를 유지해야 한다. 다양한 가공 가능한 플라스틱 혹은 금속들을 사용할 수 있다. 적절한 플라스틱은 아크릴 제품 등의 열가소성 혹은 열경화성 재료 혹은 다른 재료를 포함한다. 가공 가능한 금속들로는 알루미늄, 황동, 무전해 니켈 합금 및 구리를 포함한다. 양호한 금속으로는 비철 금속을 포함한다. 양호한 가공 가능한 재료들은 통상적으로 홈 형성 동안에 절삭 공구의 마모를 최소화시키도록 선택된다.

홈 세트의 다이렉트 머시닝을 행하기에 적절한 다이아몬드 공구로는 K&Y Diamond(뉴욕주 무어스 소재) 혹은 Chardon Tool(오하이오주 챠던 소재) 회사로부터 구입할 수 있는 다이아몬드 공구와 같은 고품질의 것이 있다. 특히, 2000X 백색광 현미경으로 평가할 수 있도록 첨단에서 10밀 이내의 긁힘 자국을 생기지 않게 하는 다이아몬드 공구가 적절하다. 통상적으로, 다이아몬드의 첨단은 크기가 약 0.00003 인치(0.000762mm) 내지 약 0.00005 인치(0.001270mm)의 범위인 평탄한 부분을 지닌다. 더욱이, 적절한 다이아몬드 공구의 마감질 표면은 약 3nm 미만의 평균 거칠기와 약 10nm 미만의 꼭대기 대 골(peak to valley) 거칠기를 지닌다. 상기 마감질 표면은 기계 가공 가능한 기판에서 테스트 조각(test cut)을 형성하여 그 테스트 조각을 Wyko(애리조나주 투산 소재)의 베코(Veeco) 지사로부터 구입할 수 있는 마이크로 간섭계를 이용하여 평가함으로써 평가될 수 있다.

본 발명에 따른 마스터 제조 방법은 다이렉트 머시닝 방법과 직접 관련이 있지만, 툴링과 재귀반사 시팅은 또한 다른 방법에 의해서도 제조된 마스터로부터 유도될 수 있으며, 재귀반사 큐브 코너 요소의 정확한 형성은 본 발명에는 존재하지 않는 전술한 물결 무늬 패턴의 발생을 초래한다. 그 결과로 생긴 큐브 코너 요소들은 평면도를 기준으로 한정의 의도는 없지만 사다리꼴형, 사각형, 사변형, 오각형 혹은 육각형을 포함하는 삼각형이 아닌 다른 형성을 취해도 좋다.

본 발명의 마스터를 제조하는 방법에 따르면, 복수 개의 V자형의 홈들을 기판(예컨대, 금속 플레이트)에 형성한다. 본 명세서 사용한 바와 같이, "절삭 각도(cutting angle)"는 홈 세트들의 서로에 대한 상대적인 배향각을 지칭한다. "홈 간격(groove spacing)"은 홈의 최하점과 인접 평행 홈의 최하점 사이의 거리(예컨대, x방향으로의 거리)를 칭하며, 상기 최하점은 홈의 가장 낮은 지점을 말한다. "홈 깊이(groove depth)"는 기판(예컨대, 플레이트)의 상부면과 홈의 최하점 사이의 거리(예컨대, y방향으로의 거리)를 일컫는다. "홈 위치(groove position)"는 마스터의 표면에 대한 홈의 2차원 위치(예컨대, x, y 좌표)를 일컫는다. 홈의 3차원 치수(예컨대, z축)는 마스터 플레이트의 외측 가장자리로부터 대향하는 외측 가장자리로 연장하면서 통상적으로 일정하다. 따라서, 홈 간격, 홈 깊이 혹은 이들의 조합이 편차를 갖도록 함으로써 홈 위치를 변경할 수 있다. "홈 반각(groove half-angle)"은 V자형의 홈의 어느 한쪽 면에 형성된 각도를 칭한다. 상기 홈 반각은 절삭 방향에 일직선이면서 기판의 평면에 직각인 참조면에 대해 측정한다. 상기 "홈 각도"는 동일한 최하점을 공유하는 인접한 반각들의 합이다.

통상적으로, 제1 세트의 평행한 홈은 도 1에서 1,1 내지 1,20으로 표시된 홈으로 도시된 바와 같이 소정의 평면에 형성되어 있으며; 제2 세트의 평행한 홈은 도 1에서 2,1 내지 2,31로 표시된 홈으로 도시된 바와 같이 제1 세트에 대해 소정 의 절삭 각도에서 상기 평면에 형성되어 있고; 그리고 제3 세트의 평행한 홈은 도 1에서 3,1 내지 3,31로 표시된 홈으로 도시된 바와 같이 제1 세트에 대해 소정의 절삭 각도에서 상기 평면에 형성되어 있다. 각각의 세트는 복수 개의 인접하는 평행한 홈들을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "인접하는 평행한 홈"은 동일한 세트에서 어느 한 면에 있는 홈을 일컫는다. 예컨대, 홈(1,2)에 대해 인접한 평행한 홈은 홈(1,1) 혹은 홈(1,3) 이다.

각 세트의 홈뿐만 아니라 하나의 세트에서 각 홈은 통상적으로 공통의 깊이로 형성되어 있다. 절삭 각도는 통상 약 60°이고, 구체적으로는 약 45°내지 약 75°범위에 속하는 특정의 각이 되도록 선택된다. 각 홈 세트의 교차점에 대한 홈 각도는 2면각의 각도들이 약 90°가 되어 큐브 코너 요소들을 형성하도록 선택된다. 경사가 없는 입방체의 경우, 공칭의 홈 각도는 3세트 모두에 대해 동일하다. 변형례로서, 큐브 코너 요소들은 경사질 수 있으며, 홈 각도와 절삭 각도는 상기 요소들의 광축이 기울어지도록 선택된다. 전방으로 경사진 경우의 예는 미국 특허 제4,588,258호(Hoopman 명의)에 설명되어 있다. 더욱이, 상기 경사지거나 또는 경사지지 않은 입방체는 재귀반사 광의 퍼짐을 제어하기 위해 홈 각도가 약간(예컨대, +/- 10 아크 분) 변하도록 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 3세트의 교차하는 홈들은 큐브 코너 요소들의 어레이가 균일한 패턴으로 배열되도록 해준다. 상기 어레이는 큐브 코너 요소들의 면적당 실질적으로 최대 수의 요소들을 갖는다.

V자형의 홈은 각각의 홈을 뛰어난 정밀도로 형성할 수 있는 다이아몬드 툴링 머신을 이용하여 형성된다. 코네티컷주 브리지포트 소재의 Moore Special Tool Company; 뉴헴프셔주 키인 소재의 Precitech; 펜실베니아주 피처버그 소재의 Aerotech Inc.에서는 전술한 목적에 적합한 머신들을 제조한다. 이러한 머신들은 통상 레이저 간섭계 위치 설정 장치를 포함한다. 적절한 정밀도 로터리 테이블로는 AA Gage(마이애미주 스티어링 헤이츠 소재)사에서 시판하는 것을 사용할 수 있는 반면에; 적절한 마이크로 간섭계로는 Zygo Corporation(코네티컷주 미들필드 소재)과 Wyko(애리조나주 투산 소재)의 베코(Veeco) 지사에서 시판하는 것을 사용할 수 있다. 홈 간격과 홈 깊이의 정밀도(즉, 점 대 점 위치)는 적어도 +/- 500nm 만큼의 정밀도가 바람직하며, 더욱 양호하게는 적어도 +/- 250nm, 가장 양호하게는 적어도 +/- 100nm 만큼의 정밀도이다. 홈 각도의 정밀도는 적어도 +/- 2 아크 분(+/- 0.033도) 만큼의 정밀도가 바람직하며, 더욱 양호하게는 적어도 +/- 1 아크 분(+/- 0.017도) 만큼의 정밀도, 가장 양호하게는 적어도 +/- 2 아크 분(+/- 0.0083도) 만큼의 정밀도이다. 더욱이, 해상도(즉, 현재의 축 위치를 감지하기 위한 홈 형성 머신의 능력)는 통상적으로 적어도 상기 정밀도의 약 10%이다. 따라서, +/- 100nm 의 정밀도에 있어서, 해상도는 적어도 +/- 10nm 가 된다. 짧은 간격(즉, 10개의 인접하는 평행한 홈)에 있어서, 정밀도는 대략적으로 해상도에 필적한다.

전술한 바와 같이 뛰어난 정밀도를 갖는 복수 개의 홈을 지속 시간에 걸쳐 일관적으로 형성하기 위해, 프로세스의 온도는 +/- 0.1℃ 이내, 양호하게는 +/- 0.01℃ 이내로 유지된다. 더욱이, 홈 각도의 허용 오차를 유지하기 위해, 마스터 내의 모든 홈들은 최종 깊이보다 약 10 미크론 더 얕은 깊이로 초기에 거친 절삭을 행한 다음 엇갈리는 방향으로 마감질 절삭을 행하는 것이 바람직하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1의 홈(1,1)(즉, 제1 세트의 첫 번째 홈)은 마감질 절삭된다. 제2의 홈은 스킵되고 제3의 홈(1,3)은 반대 방향으로 절삭되는 것만 제외하고 동일한 방식으로 마감질 절삭된다. 제4의 홈은 스킵되고 제5의 홈(1,5)은 플레이트의 바닥에 있는 최종의 홈이 형성될 때까지 제1의 방향으로 마감질 절삭된다. 그 다음, 하나 걸러 있는(즉, 짝수일 때는 스킵되는) 홈들이 동일한 방법으로 바닥에서 꼭대기까지 마감질 절삭된다. 그 다음, 제2 세트의 홈과 제3 세트의 홈은 동일한 방식으로 절삭된다.

본 출원인은 소형 입방체가 전술한 정밀도로 마스터 내에 형성될 때, 그것의 재귀반사 레플리카(즉, 툴링과 시팅)는 물결 무늬 패턴을 나타낸다는 것을 발견하였다. 예컨대, 마스터를 적절한 기판으로 제작하여 마스터 자체가 재귀반사성이 있을 경우(예컨대, 투명한 플라스틱), 그 마스터는 또한 전술한 물결 무늬 패턴을 나타낼 것이다. 툴링이 마스터로부터 형성되는 실시예들의 경우, 상기 패턴은 툴링의 제작 동안 복제된다. 더욱이, 상기 패턴은 그 다음 재귀반사 시팅이 이러한 툴링으로부터 형성될 때 다시 복제된다. 따라서, 네거티브 카피 툴을 사용하여 포지티브 카피 재귀반사 시팅을 형성하는 실시예들의 경우, 재귀반사 시팅의 표면은 그것이 유도되었던 마스터와 실질적으로 동일하다.

이론으로 한정하려는 의도는 아니지만, 전술한 물결 무늬 패턴의 존재는 이웃하는 입방체를 조명하고 그것으로부터 반사되는 입사광의 간섭에 의해 야기된 간 섭 효과인 것으로 추정된다. 광이 간섭하게 되는 면적은 근접함의 크기를 정의하며 입방체의 구멍 크기보다 더 크다. 근접함을 정의하는 입방체의 집합은 모두 유입 광에 동일한 영향을 끼친다. 이웃하는 입방체들은 가시광선 파장의 얼마간의 분율 내에서 동일하고 반복적인 기하학적 형상을 지닌다. 광의 반사 전기장은 이론적으로 입방체의 위치만큼 차이가 나며, 개개의 입방체로부터의 상기 전기장의 합은 관측된 물결 무늬 패턴의 근원이 된다.

비록 그 이유를 완전히 이해하지 못하였지만, 전술한 물결 무늬 패턴의 발생은 예컨대 0.01 인치(0.254mm)의 홈 간격을 지닌 대형 입방체에서는 쉽게 분명하게 나타나지 않는다. 따라서, 본 발명의 방법 및 물품은 주로 평균 홈 간격(즉, 피치)이 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 0.007 인치(0.1778mm)인 상대적으로 소형의 입방체에 직접 관련이 있다. 더욱이, 전술한 물결 무늬 패턴의 발생의 정확성은 피치가 감소함에 따라 증가하는 경향이 있다. 따라서, 본 발명은 평균 홈 간격이 0.004 인치(0.1016mm) 미만, 양호하게는 0.0035 인치(0.0889mm)인 마스터와 이에 대응하는 물품의 제조 방법에 가장 유리하다.

재귀반사 요소들의 제조에 사용된 기술과는 무관하게, 상기 요소들의 측방향 치수(즉, 대향하는 측면들 혹은 두드러진 부분들 사이를 측정했을 때 요소의 크기)는 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 0.007 인치(0.1778mm) 범위가 바람직하다. 상기 요소들의 측방향 치수는 0.004 인치(0.1016mm) 미만이 바람직하며, 0.0035 인치(0.0889mm) 미만이 더욱 바람직하다.

본 출원인은 의도적으로 제어되는 홈 위치 편차와 관련한 임의의 어떤 크기 및 빈도를 마스터 제조 방법에 도입함으로써 전술한 패턴의 발생을 줄이거나 없앨 수 있다는 것을 발견하였다. 그렇게 함으로써 재귀반사된 휘도에 손상을 주지 않고 물결 무늬 패턴을 최소화하거나 없앨 수 있다. 홈 간격, 홈 깊이 혹은 이들의 조합을 변경함으로써, 홈 위치를 변경할 수 있다.

예컨대, 미국 특허 제6,168,275호에 설명되어 있는 바와 같이 실질적으로 상이한 크기를 지닌 큐브 코너 요소들을 형성하는 것과는 대조적으로, 본 발명에서는 상기 편차가 상대적으로 작기 때문에 마스터, 툴링 및 시팅의 큐브 코너 요소들은 어레이의 도처에서 실질적으로 동일한 크기를 가지며, 이는 가장 작은 입방체의 크기가 가장 큰 입방체에 비해 적어도 85%, 양호하게는 적어도 90%인 것을 의미한다. 또 다른 관점에 따르면, 각각의 입방체의 실제 구멍은 유사한 시팅에서 대응하는 입방체와 실질적으로 동일하며, 여기서 실질적인 차이점은 상기 유사한 시팅은 어레이의 도처에서 일정한 홈 위치를 이용한다는 것이다. 예컨대, 유사한 시팅에서 홈은 어레이의 도처에서 공통의 깊이와 일정한 간격[예컨대, 0.003500 인치(0.088900mm)]을 갖는데 반하여, 본 발명의 시팅은 실제 홈 간격이 +/- 0.000035 인치(0.000889mm) 범위의 크기만큼 평균적으로 변하는 0.003500 인치(0.088900mm)의 평균 홈 간격을 지닌다. 본 발명에 따르면, 편차를 갖는 큐브 코너 요소(예컨대, 홈 1,2; 2,20; 3,2의 교차점에 의해 형성된 입방체)의 실제 구멍은 홈 위치가 일정한 상기 유사한 시팅의 동일한 교차점에 의해 형성된 동일한 큐브 코너 요소들의 것과 실질적으로 동일하다. 단일 혹은 개개의 큐브 코너 요소에 대한 유효 면적(즉, 실제 구멍)은 제3의 반사 이미지면의 투사가 동일한 평면 상에서 이루어지 는 굴절된 입사광에 직각인 평면 상에서 3개의 큐브 코너 표면들의 투사의 위상적인 교차점과 동일하면서 그것에 의해 결정될 수 있다. 유효 구멍을 결정하기 위한 하나의 절차는 예컨대, 1971.7.7일자로 발행된 Eckhardt 저서의 어플라이드 옵틱스(Applied Optics) 제10권 제1559-1566면에 설명되어 있다. 미국 특허 제835,648호(Straubel 명의)에는 또한 유효 면적 혹은 구멍의 개념이 설명되어 있다.

홈 위치 편차의 크기는 홈 형성 머신의 정밀도보다 더 큰 크기(즉, +/- 해상도)에서 홈 세트의 평균 홈 간격의 약 10분의 1 까지의 범위에 속한다. 따라서, 본 명세서에 설명된 의미 있는 편차의 크기는 머시닝 허용 오차의 결과로서 존재하는 편차보다 더 크다. 그러나, 상기 편차는 실질적으로 상이한 크기의 큐브 코너 요소를 형성하기 위해 사용된 편차보다 실질적으로 더 작다. 상기 편차의 크기는 편차가 사람의 눈으로 감지할 수 있을 정도로 반사광을 위상에서 벗어나도록 변위시키기에 충분히 크게 되는 것을 보장하기 위해 적어도 15nm, 양호하게는 적어도 25nm, 보다 양호하게는 적어도 50nm, 더욱 양호하게는 적어도 100nm 이다. 덜 정확한 홈 형성 머신에 있어서, 편차의 최소 크기는 통상적으로 적어도 약 200nm, 양호하게는 적어도 약 400nm이다. 목표로 하는 평균 홈 간격의 10분의 1보다 더 큰 편차에서, 큐브 코너 요소들은 크기와 기하학적 형상에 있어서 더 이상 실질적으로 동일하지 않다. 더욱이, 홈의 적어도 한 쪽에 있는 큐브 코너 요소들은 실질적으로 감소된 실제 구멍을 지니며, 이는 임의의 각도에서 특히, 모든 홈 간격들이 어레이의 도처에서 무작위로 변하는 경우와 같이 홈 위치의 편차가 높은 빈도로 존재할 때 재귀반사된 휘도를 감소시키는 결과를 가져올 수 있다. 그러나, 통상적으 로, 홈 위치의 편차의 크기는 재귀반사된 휘도에 현저한 영향을 미치지 않고 물결 무늬 패턴의 발생을 효과적으로 제거하기 위해 홈 간격의 약 15분의 1 미만, 양호하게는 약 20분의 1 미만, 보다 양호하게는 약 50분의 1 미만, 보다 더 양호하게는 약 75분의 1 미만, 가장 양호하게는 약 100분의 1 이하이다.

인지할 수 있는 정도로 물결 무늬 패턴의 발생을 줄이기 위해서는, 3세트 중 적어도 한 세트에 있는 적어도 매 10번째 홈을 전술한 크기의 편차를 갖도록 하면 되는데, 이는 어레이의 도처에서 동일한 길이〔예컨대, 0.001500 인치(0.0381mm)〕와 일정한 홈 간격〔예컨대, 0.003200 인치(0.08128mm)〕 +/- 정밀도를 갖는 9개 이하의 연속한 평행한 홈이 하나의 홈 세트에 존재하는 것을 의미한다. 상기 물결 무늬 패턴의 발생을 추가적으로 더 줄이기 위해, 적어도 한 세트에서 적어도 매 8번째 홈, 양호하게는 적어도 한 세트에서 적어도 매 7번째 홈, 보다 양호하게는 적어도 한 세트에서 적어도 매 6번째 홈이 편차를 갖도록 한다. 그러나, 인지할 수 있을 정도도 줄이기 위해, 적어도 한 세트에서 적어도 매 5번째 홈, 양호하게는 적어도 한 세트에서 매 4번째 홈, 보다 양호하게는 적어도 한 세트에서 매 3번째 홈이 편차를 갖도록 한다. 더욱 더 줄이기 위해, 하나 걸러 있는 홈 혹은 매 홈의 위치가 편차를 갖도록 상기 편차의 빈도를 소정의 것으로 되게하면 된다.

적어도 2세트에서 홈 위치를 전술한 빈도의 편차를 갖도록 하는 것은 단지 하나의 홈 세트에서 전술한 편차를 도입하는 것 보다 더 양호한 것으로 추정된다. 더욱이, 3세트 모두에서 전술한 편차의 도입이 가장 양호한 것으로 추정된다. 따라서, 본 발명은 홈 위치 편차 빈도의 1000 가지 조합에 대해 설명하고 있다.

충분한 편차의 도입 시에, 이웃하는 입방체들의 상당 부분은 더 이상 영향을 받지 않은 부분이 입사광에 동시적으로 영향을 미치게 하도록 위상 변위된다. 통상적으로, 이웃하는 적어도 10%의 입방체는 광이 진행하게 될 매체에서 무작위로 위상 변위된다. 광이 마이크로프리즘형 기판을 통과할 경우, 상기 매체와 마이크로프리즘형 기판은 일체로 된다. 광이 기판의 미소구조화(microstructured) 표면으로부터 재귀반사되는 다른 구조에 있어서, 상기 매체는 미소구조화 표면에 인접한 재료로 된다. 양호하게는, 규칙적인 패턴에서 이웃하는 입방체의 위상 변위는 상이한 광학 간섭 패턴을 발생시키기 때문에 그 위상 변위는 무작위로 된다. 위상 변위되는 입방체의 백분율은 홈 위치 편차가 도입되는 빈도와 관련이 있다. 홈 위치 편차의 더 높은 빈도는 물결 무늬 패턴의 발생을 현저하게 줄이기 위해 바람직하기 때문에, 이웃하는 입방체의 적어도 20%, 더욱 양호하게는 적어도 30%, 더욱 양호하게는 적어도 40%, 더욱 양호하게는 적어도 50%가 위상 변위되도록 하는 것이 또한 바람직하다. 물결 무늬 패턴의 발생을 없애기 위해, 이웃하는 입방체의 적어도 60%, 더욱 양호하게 적어도 70%, 더욱 양호하게는 적어도 80%, 가장 양호하게는 적어도 90% 혹은 그 이상이 위상 변위되도록 하는 것이 바람직하다.

비록 편차의 크기는 반복 패턴으로 도입될 수 있지만, 랜덤 혹은 유사 랜덤 프로세스를 이용하여 편차의 크기를 유발하는 것이 더욱 바람직하다. 상표명 "Microsoft Excel 97 SR-2"로 시판되고 있는 컴퓨터 소프트웨어와 같이 특정의 범위 내에서 난수를 발생하기에 적합한 다양한 컴퓨터 소프트웨어 프로그램을 이용할 수 있다. 특정 범위의 수에서 난수를 발생시키기 위해 아래의 일반식을 사용할 수 있다.

RND*(UL-LL)+LL

여기서, RND는 0 과 1 사이의 난수이고, UL은 범위의 상한치이며, LL은 범위의 하한치이다. 목표로 삼는 0.00320000 인치(0.081280mm)의 일정한 홈 간격에 대해 예를 들면, 상한치는 0.000032 인치(0.00082mm, 즉 목표로 삼는 홈 간격의 100분의 1)이고, 하한치는 -0.000032 인치일 수 있다. 따라서, 상기 식은 RND*(0.000032 - -0.000032) + -0.000032, 즉 RND*(0.000064)-0.000032 로 될 수 있다.

통상적으로, 상기 홈은 기판 내에서 다이아몬드 공구를 이용하여 형성되기 때문에 홈 간격, 홈 깊이 및 홈 각도는 각각의 홈 도처에서 균일하게 된다. 따라서, 홈 위치 편차의 크기는 도처의 홈에서 동일하다. 그러나, 변형례로서, 상기 홈들은 무작위로 혹은 반복적인 패턴으로 가리비 모양으로 절삭 혹은 불규칙하게 절삭될 수 있기 때문에 홈 위치는 입방체에서 입방체로 변할 수 있거나 혹은 단일의 입방체의 경계선을 따라 변할 수 있다. 변형례로서, 전술한 물결 무늬 패턴을 지닌 재귀반사 시팅을 초래하는 마스터의 예비성형된 홈들은 전술한 크기 편차와 빈도에서 변할 수 있다. 예컨대, 상기 홈들은 홈 위치를 수정하도록 재차 절삭될 수 있다. 그러나, 통상적으로 이는 추가의 기계 가공을 수반한다는 점에서 덜 바람직하다.

홈들이 형성될 기판에 의존하여, 마스터 자체는 홈들이 적절하게 투명한 플 라스틱 기판 내에 형성되어 있는 경우와 같이 재귀반사 물품으로 사용하기에 유용할 수 있다. 그러나, 통상적으로 마스터 자체는 금속 플레이트를 기판으로 사용하는 경우와 같이 재귀반사성이 없다. 재귀반사 시팅을 형성하도록 적절한 크기의 마스터 툴을 형성하기 위해, 복수 개의 툴링(또한 타일로 언급하기도 함)들은 네거티브 카피를 형성하도록 마스터의 홈이 형성된 표면을 전기 도금하고, 후속하여 포지티브 카피를 형성하도록 상기 네거티브 카피를 전기 도금하고, 그리고 제2 세대의 네거티브 카피를 형성하도록 상기 포지티브 카피를 전기 도금하는 것 등에 의해 형성된다. 전기 도금 기술은 Pricone 등의 명의의 미국 특허 제4,478,769호와 제5,156,863호에 설명된 바와 같이 일반적으로 공지의 기술이다. 그 다음, 이러한 툴링을 함께 타일링하는 것은 소망 크기의 마스터 툴을 조립할 수 있다.

타일링 프로세스는 주름진 타일들 사이의 계면에 홈 위치 편차를 도입하기에 또한 적절할 수 있는 것으로 인식된다. 그러나, 통상적으로, 타일들은 비교적 크기가 크기 때문에 타일링의 결과로 생기는 홈 위치 편차는 너무 빈도가 낮아 물결 무늬 패턴의 발생을 충분하게 줄이지 못한다. 그러나, 타일이 약 1/4 인치(0.635cm) 미만으로 충분하게 작다면, 물결 무늬 패턴은 타일링의 결과로서 감소할 수 있다. 이러한 접근법은 "마이크로" 타일링 등을 위한 추가의 제조 시간을 필요로 하기 때문에 덜 바람직하다. 더욱이, 타일링의 결과로 생기는 홈 위치 편차는 타일(즉, 서브 어레이) 내에서 물결 무늬 패턴의 발생에 영향을 끼치지 않는다.

재귀반사 시트는 주로 일체형의 재료로 제조되는데, 다시 말해서 큐브 코너 요소들이 몰드의 치수 전체에 걸쳐 연속층으로 상호 연결되어 있기 때문에, 개개의 요소들과 이들 사이의 연결부들은 동일한 재료를 포함한다. 마이크로프리즘형 표면에 대향하는 시팅의 표면은 통상적으로 매끄럽고 평탄하며, 또한 "랜드층(land layer)"로 일컫는다. 이러한 랜드층은 통상적으로 약 0.001 인치(25 미크론) 내지 약 0.006 인치(150 미크론), 양호하게는 적어도 0.002 인치(50 미크론) 내지 0.003 인치(75 미크론)의 두께를 갖는다. 이러한 시팅의 제조는 통상적으로 유체 수지 합성물을 마스터 툴 위로 주조하고 이 합성물의 경화를 허용하여 소정의 시트를 형성함으로써 달성된다.

그러나, 선택적으로, 홈이 형성된 마스터 혹은 이것의 포지티브 카피는 일본 특허 제8-309851호와 미국 특허 제 4,601,861호(Pricone 명의)에 설명되어 있는 바와 같이 재귀반사 물품을 형성하기 위해 엠보싱 공구로서 사용될 수 있다. 변형례로서, 재귀반사 시팅은 PCT 출원 공개 번호 WO95/11464와 미국 특허 제3,684,348호에 개시된 바와 같이 큐브 코너 요소들을 예비성형된 필름에 대하여 주조시키거나 혹은 예비성형된 필름을 예비성형된 큐브 코너 요소에 적층시킴으로써 층이 형성된 제품으로 제조될 수 있다. 이러한 제조에 있어서, 개개의 큐브 코너 요소들은 예비성형된 필름에 의해 상호 연결되어 있다. 추가적으로, 상기 요소와 필름은 통상적으로 상이한 재료로 구성되어 있다.

본 발명의 재귀반사 시팅에 적절한 수지 합성물로는 치수적으로 안전성이 있고, 내구성 및 내후성이 좋고 소망하는 형상으로 쉽게 성형될 수 있는 투명한 재료가 바람직하다. 적절한 재료의 예로는 Rohm and Haas Company에서 제조한 상표명 Plexiglas 수지 등의 약 1.5의 굴절률을 지닌 아크릴 제품; 약 1.59의 굴절률을 지 닌 폴리카보네이트; 열경화성 아크릴 제품 및 에폭시 아크릴 제품 등의 반응 물질; E.I. 듀퐁 데 네모스 앤드 컴패니, 인코프레이티드에서 상표명 SURLYN으로 판매되는 것과 같은 폴리에틸렌을 주성분으로 한 이오노머; (폴리)에틸렌-아크릴산 공중합체; 폴리에스테르; 폴리우레탄; 아세트산부티르산 셀룰로오스를 포함한다. 폴리카보네이트는 일반적으로 광범위한 유입각에 걸쳐 향상된 재귀반사 성능을 제공하는 인성과 상대적으로 높은 굴절률 때문에 특히 적절하다. 이러한 물질은 또한 염료, 냉각제, 도료, UV 안정제 혹은 다른 첨가제를 포함해도 좋다. 금속성 코팅 등의 거울 같은 반사성 코팅은 큐브 코너 요소의 배면 상에 배치될 수 있다. 금속성 코팅은 알루미늄, 은 혹은 니켈 등의 금속의 증착법 혹은 화학 증착법 등의 공지의 기술에 의해 도포될 수 있다. 프리머층은 금속 코팅의 접착력을 향상시키도록 큐브 코너 요소의 배면에 도포될 수 있다. 금속 코팅에 추가하여 혹은 그 대신에, 예컨대 미국 특허 제4,025,159호와 제5,117,304호에 개시된 바와 같이 큐브 코너 요소의 배면에 시일 필름이 도포되어도 좋다. 상기 시일 필름은 입방체의 배면에 공기 경계면을 유지하여 그 경계면에 전체의 내면 반사를 허용하고 흙 및/또는 수분 등의 오염물의 유입을 방지한다.

접착층은 또한 큐브 코너 재귀반사 시팅이 기판에 고정될 수 있도록 큐브 코너 요소 혹은 시일 필름 뒤에 배치될 수 있다. 적절한 기판은 나무, 알루미늄 시팅, 아연 강철, 폴리메틸 메타아크릴산, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐화 불소, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리우레탄 등의 중합 물질, 그리고 이들 재료와 다른 재료로 구성된 다양한 적층체를 포함한다.

재귀반사 시팅은 그것의 재귀반사 휘도가 높다는 점을 고려하여 교통 표지판, 포장도로 표시선, 차량 마킹 및 개인의 안전용 물품 등과 같은 다양한 용도로 사용되고 있다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측각에서 측정했을 때의 재귀반사 계수 R_A는 통상적으로 제곱미터당 럭스당 적어도 약 100 칸델라, 양호하게는 제곱미터당 럭스당 적어도 약 300 칸델라, 보다 양호하게는 제곱미터 당 럭스당 적어도 약 800 칸델라이다. 상기 시팅은 상대적으로 큰 입방체를 지닌 큐브 코너 시팅에 비해 제작 용이성의 관점에서 특히 유리하다.

본 발명의 목적 및 장점들은 아래의 예에 의해 더욱 예시될 것이지만, 이들 예에 인용된 특별한 재료와 그것의 양, 그리고 다른 조건과 세부 사항들은 본 발명을 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다.

예

비교예 A

가공 가능한 금속으로 구성된 9 인치(22.86cm) 직경과 약 1인치 두께의 블록을 사용하여 마스터를 준비하였다. 이 블록을 약 0.005 인치(0.127mm) 만큼 상승된 4.75 인치(12.06cm)의 정사각형 부분을 갖도록 가공하였다. 적어도 +/- 100nm만큼 정확한 홈 간격과 홈 깊이의 정밀도(즉, 점 대 점의 위치)와 적어도 +/- 10nm의 해상도(즉, 현재의 축 위치를 감지하기 위해 레이저 간섭계의 위치 설정 장치의 능력)를 지닌 홈 형성 머신에 상기 블록을 위치 설정하였다.

K&Y Diamond(뉴욕주 무어스 소재) 혹은 Chardon Tool(오하이오주 챠던 소재) 회사로부터 구입할 수 있는 복수 개의 다이아몬드 공구가 적합한가를 각각 점검하였다. 다이아몬드 첨단의 10 밀(250 미크론) 이내의 긁힘 자국이 없는 것을 보증하기 위해 각각의 다이아몬드 공구를 2000X 백색광 현미경으로 평가하였다. 평균 거칠기가 3nm 미만이고 꼭대기 대 골 거칠기가 10nm 미만인가를 확인하기 위해, 기계 가공 가능한 기판에서 테스트 조각을 형성하여 그 테스트 조각을 Wyko 사에서 상표명 "RST"로 시판하고 있는 마이크로 간섭계를 이용하여 평가함으로써 각각의 다이아몬드 공구의 마감질 표면을 또한 점검하였다. 다이아몬드의 첨단은 0.00003 인치(0.00076mm) 내지 0.00005 인치(0.001270mm) 크기의 범위에 속하는 평평한 부분을 구비하였다. V자형의 홈이 블록의 상승된 중앙 부분에 형성될 수 있도록 적절한 다이아몬드 공구를 홈 형성 머신에 고정시켰다. 테스트 블록과 마스터 블록에 각각의 홈을 형성하는 동안, 홈 형성 머신, 블록 및 다이아몬드 공구의 온도를 20℃ +/- 0.01℃로 유지시켰다. 상기 조각들을 1 인치의 입방체 테스트 블록으로 만들도록 다이아몬드 공구를 조절하였다. +/- 30 아크 초(0.008도)의 허용 오차로 홈 각도를 조절하도록 다이아몬드 공구를 반복하여 조절하고, 홈 표면의 평면을 광학적으로 참조하기 쉽도록 정밀 로터리 테이블과 마이크로 간섭계 상에서 결과로 생긴 각도를 측정함으로써 테스트 블록 내의 조각들을 만들었다. 적절한 정밀도 로터리 테이블로는 AA Gage(마이애미주 스티어링 헤이츠 소재)사에서 시판하는 것을 사용할 수 있는 반면에; 적절한 마이크로 간섭계로는 자이고 코포레이션(Zygo Corporation)(코네티컷주 미들필드 소재)과 와이코(Wyko)(애리조나주 툭선 소재)의 베코(Veeco) 지사에서 시판하는 것을 사용할 수 있다.

마스터 상에서 홈 각도 허용 오차를 유지하기 위해, 목표로 삼는 가장 작은 홈 각도보다 약 1° 작은 다이아몬드 공구를 3개의 세트 모두에 있는 각각의 홈의 연속한 거친 절삭을 위해 사용하였다. 목표로 삼는 깊이보다 10미크론 더 얕은 깊이와 꼭대기 대 골 거칠기가 0.000002 인치(0.000051mm)인 마감질 표면으로 각각의 홈을 앞뒤로 거친 절삭을 행하였다. 다이아몬드의 마모를 최소화시키기 위해, 0.000001 인치(0.000025mm)의 꼭대기 대 골 마감질 표면 거칠기로 엇갈린 방향으로 마스터에서 마감질 홈을 절삭하였다. 제1의 홈을 제1의 방향으로 마감질 절삭하였다. 제2의 홈을 스킵하고 제3의 홈을 반대 방향으로 절삭하는 것만 제외하고 동일한 방식으로 마감질 절삭하였다. 제4의 홈을 스킵하고 제5의 홈을 플레이트의 바닥에 있는 최종의 홈이 형성될 때까지 제1의 방향으로 마감질 절삭하였다. 그 다음, 평균 표면 거칠기가 3nm 이하로 지속되고 홈 각도가 30 아크 초(0.008도)보다 크게 변하지 않도록 전술한 바와 같이 다이아몬드 공구의 마모를 점검하였다. 그 다음, 번갈아 있는(즉, 짝수일 때는 스킵하는) 홈들을 동일한 방법으로 바닥에서 꼭대기까지 마감질 절삭하였다. 번갈아 있는 홈들을 절삭하기 이전에 다이아몬드 공구를 점검하는 것과 동일한 방식으로 제2 및 제3 세트의 홈들을 절삭하였다. 추가적으로, 다이아몬드 공구를 교체하고, 각각의 홈이 설정된 후 테스트 블록의 사용에 의해 그 공구를 조절하였다.

상기 비교예들의 각각에 있어서, 어레이의 도처에서 각각의 세트에 홈 간격을 일정하게 유지하여 홈을 형성하였다. 비교예 A의 경우, 제1 세트의 홈들은 0.003200 인치(0.081280mm)의 피치(즉, 홈 간격), 67.301°의 홈 각도 및 0°의 절삭 각도로 마스터 플레이트에서 절삭된다. 제2 세트의 홈들은 0.003102 인치(0.078791mm)의 피치, 72.081°의 홈 각도 및 +61°(제1의 방향에 대해)의 절삭 각도로 마스터 플레이트에서 절삭된다. 제3 세트의 홈들은 0.003102 인치(0.078791mm)의 피치, 72.081도의 홈 각도 및 -61°의 절삭 각도로 절삭된다. 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향에 대한 홈 깊이는 각각의 입방체의 높이가 약 0.001476 인치(0.037490mm)가 되도록 선택하였다.

상기 마스터를 홈 형성 머신으로부터 제거하였다. 미국 특허 제4,478,769호와 제5,156,863호에 설명되어 있는 것과 같이, 마스터를 니켈 전기 주조함으로써 마스터로부터 툴링을 제작하였다. 상기 툴들이 마스터로서 정확한 입방체 형성에서 실질적으로 동일한 정도의 정밀도를 갖도록 다세대 포지티브와 네거티브 카피들을 형성하였다. 약 200 미크론의 두께와 약 1.59의 굴절률을 지닌 폴리카보네이트 필름 상으로 툴의 패턴을 부여하기 위해 전기 주조된 네거티브 툴을 사용하였다. 도 2에 도시된 것과 같은 물결 무늬 패턴을 갖는지 상기 네거티브 툴을 관찰하였다. 약 375℉(191℃) 내지 385℉(196℃)의 온도와, 약 1600psi의 압력과, 그리고 20초의 체류 시간에서 프레싱 가공을 수행하는 압축 성형 프레스에서 상기 툴을 사용하였다. 그 다음 성형된 폴리카보네이트를 약 200℉(100℃)에서 5분 넘게 냉각시켰다. 그 결과로 생긴 시팅은 일정한 홈 간격을 지니면서 그 밑변이 연속한 랜드층에서 동일한 평면에 일체로 연결되어 있는 복수 개의 큐브 코너 요소들 포함하는 구조화된 표면을 지니며, 이러한 랜드층은 반대면이 실질적으로 매끄럽고 평탄 하기 때문에 랜드층의 존재는 상기 시팅의 재귀반사 성질을 열화시키지 않는다.

관찰자의 코에 유지한 보통의 플래시광으로부터 빛을 비추고 그 평면에 직각으로 재귀반사 시팅을 조명함으로써, 비교예 A에서 설명한 동일한 방법으로 준비한 0.003500 인치(0.088900mm) 미만의 일정한 홈 간격을 지닌 재귀반사 시팅을 평가하였다. 약 2피트의 거리에서부터, 상기 시팅으로부터 재귀반사된 광은 동일한 관측자의 눈으로 관측하였을 때 물결 무늬 패턴을 나타내었다. 이 물결 무늬 패턴은 또한 플래시광을 CIE 표준 발광체 A로서 지정한 광으로 교체하였을 때 관측자의 눈으로 관측한 것과 같이 재귀반사되었다. 물결 무늬 패턴을 약 100 피트의 거리에서 분명하게 볼 수 있었다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측각에서 재귀반사 계수 R_A를 측정하였다. 샘플의 전체 면적에 걸쳐 9개 지점의 평균 기록은 제곱미터당 럭스당 36 칸델라의 표준 편차를 갖는 제곱미터당 럭스당 764 칸델라였다.

비교예 B

비교예 A의 재귀반사 시팅의 큐브 코너 표면을 약 950 옹스트롬 두께에서 증착법에 의해 알루미늄으로 피복시켰다.

그 결과로 생긴 재귀반사 시팅을 비교예 A와 동일한 방식으로 평가하였다. 상기 시팅으로부터 재귀반사된 광은 물결 무늬 패턴을 나타내는 것으로 관찰되었다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측각에서 재귀반사 계수 R_A를 측정하였다. 샘플의 전체 면적에 걸쳐 9개 지점의 평균 기록은 제곱미터당 럭스당 37 칸델라의 표준 편차를 갖는 제곱미터당 럭스당 1085 칸델라였다.

비교예 C

비교예 A에서 설명한 것과 동일한 방식으로 마스터를 제조하였다. 그 툴링으로부터 시팅을 형성하기 위해 포지티브 카피 툴링을 사용하였다. 이러한 네거티브 카피 시팅의 큐브 코너 구조화 표면을 증착법에 의해 알루미늄으로 피복시켰다.

그 결과로 생긴 재귀반사 시팅을 비교예 A와 동일한 방식으로 평가하였다. 상기 시팅으로부터 재귀반사된 광은 물결 무늬 패턴을 나타내는 것으로 관찰되었다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측각에서 재귀반사 계수 R_A를 측정하였다. 샘플의 전체 면적에 걸쳐 9개 지점의 평균 기록은 제곱미터당 럭스당 98 칸델라의 표준 편차를 갖는 제곱미터당 럭스당 1950 칸델라였다.

예 1

홈 간격을 정밀하게 변경시킨 것만 제외하고 비교예 A에서 설명한 것과 동일한 절삭 각도, 홈 각도 및 홈 깊이를 이용하여 3세트의 홈을 제작하였다. 특정의 범위 내에서 홈 간격 편차의 크기를 발생시키기 위해 마이크로소프트사에서 상표명 "Microsoft Excel 97 SR-2"로 시판되고 있는 난수 발생 컴퓨터 소프트웨어를 사용하였다. 아래의 식을 사용하였다.

=IF(MOD(A3,10)=0,0,(RAND)*(0.00003-(-0.00003))+(-0.00003))*25.4)

상기 함수는 셀 "A3"에서 나온 입력에 작용한다. 만약 A3이 10으로 정확하게 나누어질 수 있으면, 출력은 제로가 된다. A3이 10으로 정확하게 나누어질 수 없으면, 출력은 0.00003과 -0.00003 사이의 난수가 된다. 25.4의 배수 인자는 난수를 밀리미터 단위의 위치로 변환시킨다. 이러한 함수는 난수 리스트를 발생시켰고, 이러한 난수들 처음의 1260개를 아래의 표 Ⅰ 내지 표 Ⅳ에 나타내었다.

홀수 칼럼들은 상기 식의 "MOD" 함수의 입력인 인덱스(즉, 식에서 셀 "A3")를 나타낸다. 짝수 칼럼들은 상기 식으로부터 발생된 난수이다. 전술한 식은 3세트 모두의 매 10번째 홈이 무작위 편차를 갖는 홈의 교차점 대신 "완전한(perfect)" 교차점을 지니도록 선택되었다. 이렇게 함으로써, 실제 홈 간격이 의도한 것이었다는 것을 쉽게 증명하기 위해 현미경으로 마스터를 점검할 수 있다.

마스터를 전술한 바와 같이 거친 절삭을 한 후, 비교예 A의 방식과 동일한 방식으로 하나 걸러 있는 방향으로 홈의 정밀한 절삭을 행하였다. 제1 세트의 홈에 대해, 각각의 홈에 대한 홈 간격 편차의 크기를 인덱스 20 내지 743에 대한 짝수 칼럼에 표시된 난수와 일치시켰다. 따라서, 제1의 홈은 편차의 크기가 0 이면서 0.003200 인치(0.081280mm)의 홈 간격을 가지며, 제3의 홈은 0.003200 인치(0.081280mm) - 0.00049000mm = 0.003181인치(0.080797mm)의 홈 간격을 지니고, 그리고 제5의 홈은 0.003200 인치(0.081280mm) + 0.00040000mm = 0.003202 인치(0.813308mm)의 홈 간격을 지닌다. 플레이트의 바닥에 있는 제743번째 홈의 정밀한 절삭 후, 하나 걸러 있는(즉, 짝수일 때는 스킵되는) 홈들을, 인덱스 20 내지 743에 대한 상기 표의 짝수 칼럼에 표시된 난수를 이용하는 것과 동일한 방식으로 바닥에서 꼭대기까지 마감질 절삭하였다. 제2 및 제3 세트의 홈들의 경우, 각각의 홈에 대한 홈 간격 편차의 크기를 인덱스 21 내지 1041에 대한 짝수 칼럼에 표시된 난수와 일치시킨 상태로 동일한 방식으로 절삭하였다.

마스터를 홈 형성 머신으로부터 제거하였다. 이 마스터로부터 비교예 A에서 설명한 것과 동일한 방식으로 툴링을 제작하였다. 네거티브 툴은 도 3에 의해 도시된 바와 같이 물결 무늬 패턴을 갖지 않은 것으로 관찰되었다. 그 다음, 큐브 코너 시팅을 비교예 A에 설명된 것과 동일한 방식으로 툴링으로부터 준비하였다. 그 결과로 생긴 시팅을 비교예 A에서 설명한 것과 동일한 방식으로 평가하였다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측 각에서 재귀반사 계수 R_A를 측정하였다. 샘플의 전체 면적에 걸쳐 9개 지점의 평균 기록은 제곱미터당 럭스당 7 칸델라의 표준 편차를 갖는 제곱미터당 럭스당 995 칸델라였다. 상기 재귀반사 계수 R_A가 비교예 A의 것과 차이가 나는 이유는, 부분적으로는 재귀반사를 방해하는 물결 무늬 패턴과, 부분적으로는 상이한 홈 간격을 지닌 비교예 A의 입방체 때문이다. 예 1에 비해 비교예 A의 상대적으로 큰 표준 편차는 재귀반사를 측정하는 능력을 방해하는 물결 무늬 패턴에 의해 야기되는 것으로 추정된다.

예 2

예 1의 재귀반사 시팅의 큐브 코너 표면을 증착법에 의해 알루미늄으로 피복시켰다. 그 결과로 생긴 재귀반사 시팅을 비교예 A와 동일한 방식으로 평가하였다. 상기 시팅으로부터 재귀반사된 광은 물결 무늬 패턴을 나타내지 않는 것으로 관찰되었다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측각에서 재귀반사 계수 R_A를 측정하였다. 샘플의 전체 면적에 걸쳐 9개 지점의 평균 기록은 제곱미터당 럭스당 7 칸델라의 표준 편차를 갖는 제곱미터당 럭스당 1679 칸델라였다.

예 3

예 1에서 설명한 것과 동일한 방식으로 마스터를 제작하였다. 비교예 A에서 설명한 것과 동일한 방법으로 시팅을 형성하기 위해 포지티브 카피 툴링을 사용하였다. 전술한 네거티브 카피의 큐브 코너 구조화 표면을 비교예 B에서 설명한 것 과 동일한 방법에 따라 증착법에 의해 알루미늄으로 피복시켰다. 그 결과로 생긴 재귀반사 시팅을 비교예 A와 동일한 방식으로 평가하였다. 상기 시팅으로부터 재귀반사된 광은 물결 무늬 패턴을 나타내지 않는 것으로 관찰되었다. CIE 공개 번호 54로 추천된 바와 같이 -4°의 유입각, 0°의 배향각, 0.2°의 관측각에서 재귀반사 계수 R_A를 측정하였다. 샘플의 전체 면적에 걸쳐 9개 지점의 평균 기록은 제곱미터당 럭스당 11 칸델라의 표준 편차를 갖는 제곱미터당 럭스당 2075 칸델라였다.

Claims (75)

1. 교차점이 큐브 코너 요소의 어레이를 형성하도록 기판에 3세트의 V자형 홈을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 각 세트의 홈은 평균 홈 간격이 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 0.0070 인치(0.1778mm)인 위치에 형성되어 있으며, 상기 홈은 적어도 하나의 세트에 있는 적어도 매 10번째 홈의 홈 위치가 인접 평행 홈으로부터 15nm 내지 평균 홈 간격의 10분의 1의 크기만큼의 편차를 갖도록 형성되는 것인 마스터 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 홈은 10개의 연속한 홈의 거리에 있어서 적어도 +/- 10nm의 홈 위치 정밀도를 갖도록 형성되는 것인 마스터 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 홈 위치 편차의 크기는 적어도 200nm인 것인 마스터 제조 방법.
4. 큐브 코너 요소의 어레이를 구비하는 중합 시트를 포함하는 재귀반사 시팅(sheeting)으로서,

   상기 큐브 코너 요소는 평행하게 교차하는 3세트의 V자형의 홈으로 형성되며, 각 세트의 홈은 평균 홈 간격이 0.0005 인치(0.0127mm) 내지 0.007 인치(0.1778mm)인 위치에 형성되어 있으며, 3세트 중 적어도 하나의 세트에 있는 적어도 매 10번째 홈의 홈 위치는 인접 평행한 홈과는 50nm 내지 평균 홈 간격의 10분의 1의 크기만큼 상이한 것인 재귀반사 시팅.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
44. 삭제
45. 삭제
46. 삭제
47. 삭제
48. 삭제
49. 삭제
50. 삭제
51. 삭제
52. 삭제
53. 삭제
54. 삭제
55. 삭제
56. 삭제
57. 삭제
58. 삭제
59. 삭제
60. 삭제
61. 삭제
62. 삭제
63. 삭제
64. 삭제
65. 삭제
66. 삭제
67. 삭제
68. 삭제
69. 삭제
70. 삭제
71. 삭제
72. 삭제
73. 삭제
74. 삭제
75. 삭제

Images