KR20010089796A - 입방 코너 캐비티계 재귀반사구 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 재귀반사 시트재는 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면(22) 및 상면(20)이 있는 구조면을 갖는 본체층(12)을 포함한다. 오목면(22)은 정반사율이 높고, 상면(20)은 정반사율이 낮다. 어떤 실시예에서는, 대체로 연속적인 반사재막이 구조면을 덮고 있으며, 마스킹 물질이 상면에서 반사재막 위에 제공된다. 대안으로서, 상면을 매끄럽지 않게 표면 마무리해서 그 부분 상의 반사재막이 산란 반사성을 갖게 한다. 다른 실시예에서는 반사재막이 불연속적이어서 오목면 상에는 선택적으로 위치하고 상면 상에는 위치하지 않는다. 커버층(16)이 또한 제공되어 적어도 상면과 결합할 수 있다. 상면을 반사재막이 거의 없는 상태로 유지하면 부식이 방지되어 결합 통합성이 강화된다. 상면은 바람직하게는 편평하고 산란 반사성이어서 시트재의 주간 백도를 향상시킨다.

Description

입방 코너 캐비티계 재귀반사구 및 그 제조 방법{CUBE CORNER CAVITY BASED RETROREFLECTORS AND METHODS FOR MAKING SAME}
참고로, 본 명세서의 후미에는 본 명세서에 사용된 몇몇 용어의 의미를 이해하는 데에 도움을 주는 용어 해설이 기재되어 있다.
일반적으로, 입방 코너 재귀반사 시트재는 후면 본체층을 사용하는 것과 전면 본체층을 사용하는 것으로 분류할 수 있다. 시판중인 입방 코너 재귀반사 시트재는 전자 형태의 것으로, 얇고 투명한 본체층이 대체로 평면인 전면과 복수 개의 피라미드형 기하학적 구조를 포함하는 구조화된 후면을 구비하며, 이 구조면의 일부 또는 전부가 입방 코너 소자로서 구성된 3개의 반사면을 포함하고 있다. 빛이 평면인 전면에 입사하면, 본체층의 두께 부분을 통과한 뒤 입방 코너 소자에 의해 다시 전면으로 재귀반사된다. 경우에 따라서는, 알루미늄과 같은 반사 피막을 구조화된 후면에 도포하고, 이어서 접착층을 도포해서 구조화된 후면을 덮고 구조화된 표면의 형상과 어느 정도 일치시킨다. 그러나, 구조화된 후면에 깨끗한 공기의계면이 유지되어 내부 전반사가 일어나는 한 반사 피막은 일반적으로 불필요하다.
몇몇 공지된 입방 코너 재귀반사 시트재 구조체는 본체층에 구조화된 전면이 있는 전면 본체층을 사용한다. 예를 들면, 미국 특허 제3,712,706호(스탐), 제4,127,693호(레멜슨) 및 제4,656,072호(코번 주니어 등)와, PCT 공개 WO 89/06811호(존슨 등)를 참조하기 바란다. 구조화된 전면은 입방 코너 캐비티를 형성하도록 배치된 복수 개의 반사면을 포함한다. 이러한 이유로, 그러한 재귀반사 시트재를 본 명세서에서는 입방 코너 캐비티계 재귀반사 시트재라고 부른다. 통상적으로, 구조화된 전면에 반사성의 강화를 위해서 금속 박막을 도포한다. 입사광은 본체층을 통과하지 않고 입방 코너 캐비티를 형성하는 반사면에 의해 반사된다. 어떤 실시예에서는, 구조화된 전면의 입방 코너 캐비티의 오염 또는 다른 열화를 방지하기 위해 구조화된 전면 위에 입사광을 투과시키지 않는 커버층을 마련하며, 이 커버층의 일부가 입방 코너 캐비티 내로 연장되어 그 내부를 채운다. 다른 실시예에서는, 구조화된 전면의 재귀반사성을 소거, 제거 또는 말소하는 압력 또는 열에 민감한 색상 접착제에 의해 구조화된 전면에 커버층이 밀봉 또는 부착되어 있다.
어떤 구조면의 기하학적 형상에서는 입방 코너 피라미드와 입방 코너 캐비티가 모두 형성되어 있다. 그 일례로서, 복수 개의 정사각면이 연속적으로 위치하고, 각각의 정사각면이 인접 정사각면과 서로 직교하도록 배향되어 있으며, 평면도에서 보았을 때 인접한 3개의 정사각면의 군이 6변형의 외형을 갖게 되는 구조면을 들 수 있다.
통상적으로, 입방 코너 재귀반사 시트재의 제조를 위해서는, 먼저 마무리된 시트재가 입방 코너 피라미드를 갖도록 할 것인가, 아니면 입방 코너 캐비티를 갖도록 할 것인가(또는 양자를 갖게 할 것인가)에 따라, 마무리된 시트재에 필요한 입방 코너 소자의 형상에 해당하는, 또는 그 부(負)의(뒤집힌) 복사물에 해당하는 구조면을 갖는 마스터 몰드를 제조한다. 이어서, 통상적인 니켈 전기성형법, 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법과 같은 임의의 적절한 기법을 사용해서 상기 마스터 몰드를 복제함으로써 엠보싱, 압출 또는 성형-및-경화 등의 가공에 의해 입방 코너 재귀반사 시트재를 형성하기 위한 틀을 제조한다. 미국 특허 제5,156,863호(프리콘 등)에는 입방 코너 재귀반사 시트재의 제조에 사용되는 틀을 형성하기 위한 공정의 전반적인 내용이 예시되어 있다. 공지된 마스터 몰드 제조 방법에는 핀 번들링(pin bundling)법, 적층법 및 직접 절삭 가공법이 포함된다. 이들 기법에는 각각 고유의 잇점과 한계가 있다.
입방 코너 캐비티계 재귀반사 시트재를 제조함으로써 얻는 잇점에는 여러 가지가 있다. 그 중 하나는 본체층에 다른 경우보다 더 다양한 조성의 재료를 사용할 수 있다는 것이다. 이는 후면 본체층 구조와는 달리 본체층이 광학적으로 투명할 필요가 없기 때문이다(실제로는 불투명할 수도 있음). 또 다른 잇점으로는 후면 본체층 구조에서 구조면의 부의 복사물을 형성하는 것보다 더 신속하게 본체층에 특정 형태의 구조면을 형성할 수 있다는 점이다. 이는 전면 본체층의 구조면을 형성하기 위해 사용된 몰드의 홈이 그 홈의 방향으로 거의 한정되지 않도록 구성할 수 있기 때문이다. 이와는 대조적으로, 후면 본체층의 구조면을 형성하는 데에 사용되는 몰드에는 복수 개의 뒤집힌 홈, 즉 리지(ridge)에 의해 한정되어 있는 폐쇄된 (입방 코너) 캐비티가 배열되어 있는 것이 전형적이다. 전자의 몰드의 한정되지 않은 홈이 후자의 몰드에 배열된 폐쇄된 캐비티의 경우보다 본체층 재료로 채우기가 더 쉽다.
그러나, 입방 코너 캐비티계 재귀반사 시트재에도 결점은 있다. 그 중 하나가 그레이 캐스트(gray-cast)라는 용어로 알려져 있는 바와 같이, 캐비티면 상에 반사막으로 알루미늄 증기 피막을 사용한 경우에 시트재의 외관에 회색빛이 나타나는 것이다. 시트재를 표지용으로 사용하는 경우, 그레이 캐스트는 불리하게 작용하는데, 이는 표지의 색상을 인식하는 데에 미치는 효과 때문에, 특히 주간 백도(daytime whiteness)가 감소되는 효과로 가장 빈번히 나타난다. 이 문제는 알루미늄을 은과 같이 반사율이 보다 높은 재료로 교체함으로서 다소 완화될 수 있다. 두 번째 결점은 반사막이 부식되거나 다른 방식으로 열화되는 것이다. 불행하게도, 은은 알루미늄보다 쉽게 열화된다. 비록 커버층이 어느 정도의 보호 효과를 제공할 수 있지만, 시트재의 노출된 엣지에 존재하는 유해한 작용제가 반사막을 따라 확산되어, 상기 엣지로부터 시트재 내로 점차적으로 전진할 수 있다.
입방 코너 시트재의 구조면에 불연속적인 증기 피막을 도포하는 것은 공지되어 있다[예를 들면, 미국 특허 제5,734,501호(스미스) 및 5,657,162호(닐센 등)를 참조하기 바람]. 그러나, 그러한 불연속적인 피막은 단지 후면 본체층 형태의 시트재와 관련하여 개시되었을 뿐이며, 본 명세서와는 관심 분야가 다른 대상을 위해 사용된 것이다.
입방 코너 캐비티계 시트재의 유리한 점들을 포함하면서 전술한 불리한 점들을 제거 또는 감소시킨 재귀반사 시트재라면 적용 분야가 넓을 것이다.
본 발명은 일반적으로 시트재와 같은 재귀반사 부재에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 본 발명은 캐비티를 형성하도록 배치된 반사면이 재귀반사 소자에 포함된 부재 또는 시트재에 관한 것이다.
도 1은 재귀반사구의 사시도로서, 본체층의 내부에 형성되어 있는 입방 코너 캐비티를 보여주기 위해 상부의 커버층이 본체층에 부분적으로만 적층되어 있는 상태를 보여주는 도면.
도 2는 도 1에서 2-2선을 따라 취한 도 1의 본체층의 일부의 단면도.
도 3a 내지 도 3h는 도 1에 도시된 것과 같은 재귀반사구의 제조 과정을 보여주는 일련의 도면으로, 도 3a 내지 도 3c는 상면이 편평한 본체층을 제조할 수 있는 몰드의 일련의 형성 과정을 보여주는 도면이고, 도 3d 내지 도 3g는 그러한 본체층과 그 위에 도포된 여러 피막을 보여주는 일련의 도면이며, 도 3h는 보호 커버층과 함께 마무리된 본체층을 보여주는 도면.
도 4a 내지 도 4c는 도 3e 내지 도 3h의 과정을 대신해서 도 3h에 도시된 것의 변형 실시예를 제조할 수 있는 과정을 보여주는 일련의 도면.
도 5는 연삭 휠을 사용해서 상면이 편평하고 반사막이 불연속적인 입방 코너 캐비티계 본체층를 제조할 수 있는 또 다른 방법을 보여주는 도면.
도 6a 및 도 6b는 구조면의 상면을 매끄럽지 않게 표면 마무리하면서 연속적인 반사층을 사용하는 방법을 보여주는 횡단면도.
도 7은 본 발명에 사용될 수 있는 본체층용 구조면의 일부 평면도.
도 8은 입방 코너 캐비티계 샘플의 상면의 정반사율을 측정하기 위해 사용되는 설정의 일부의 개략도.
본 발명의 일 태양에 따르면, 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면 및 상면을 포함한 구조면이 있는 본체층이 마련된 재귀반사 입방 코너 시트재가 제공된다. 상기 오목면은 정반사율이 높아 입사광을 효율적으로 재귀반사시킨다. 그러나, 상기 상면은 필요한 광학적 또는 기계적 특성을 제공하도록 정반사율이 낮거나 감소되어 있다. 정반사율을 높게 하기 위해서, 반사재막이 적어도 상기 오목면 상에 배치되어 있다. 이 반사재막은 오목면과 상면을 모두 덮도록 구조면에 연속적으로 형성되거나, 오면면만 덮고 상면에는 거의 존재하지 않도록 불연속적으로 형성될 수도 있다. 몇몇 개시된 실시예에서, 이 반사재막은 오목면 상에 선택적으로 노출되어 있다. 구조면의 상면에는 빛을 산란 반사시켜서 시트재의 백도에 기여하고, 정수 개수의 입방 코너 캐비티와 외접하는 편평한 구역이 포함되는 것이 바람직하다. 상면이 빛을 산란 반사하게 하는 것은 본체층 재료 자체에 의해서, 페인트와 같은 별도의 층에 의해서, 또는 매끄럽지 않게 표면 마무리함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 입방 코너 캐비티를 오염으로부터 보호하고 내후성을 향상시키기 위해 커버층을 마련할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전술한 바와 같은 구조면을 구비한 본체층이 마련되어 있고, 적어도 오목면 상에 반사막이 형성된 입방 코너 부재를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 구조면을 처리해서 상면에 선택적으로 낮은 정반사성을 부여한다.어떤 실시예에서는, 구조면에 반사막을 거의 연속적으로 도포한다. 그러한 경우에 구조면의 처리 공정은, 구조면의 상부를 그 위에 있는 임의의 반사막와 함께 제거해서 반사재가 전혀 없는 상면 또는 개질된 상면을 형성하는 공정과, 상기 상면에 페인트와 같은 마스킹 재료를 선택적으로 도포하거나, 본체층 자체 또는 본체층의 제조에 직간접적으로 사용된 몰드를 연삭함으로써 상기 상면을 선택적으로 거칠게 해서 매끄럽지 않은 표면 마무리를 제공하는 공정을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는, 구조면에 반사막을 불연속적으로 도포한다. 그러한 경우에 구조면의 처리 공정은 반사막의 도포 전에 접착에 저항하는 재료를 상면에 선택적으로 도포하는 공정을 포함할 수 있다. 기름과 같은 접착에 저항하는 재료에 의해 후속 공정에서 도포되는 반사재가 처리된 구역에 접착되는 것이 방지된다.
편의상, 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 요소 또는 동일하거나 유사한 기능을 하는 요소를 지시하도록 사용된다.
도 1에는 재귀반사 시트재(10)의 일부가 확대 도시되어 있다. 이 시트재(10)는 구조면(14) 및 투명한 커버층(16)이 있는 본체층(12)을 포함한다. 구조면(14)은 복수 개의 오목면(18) 및 상면(20)을 포함한다. 도 1에서 시각적 효과를 위해 음영 처리된 오목면(18)은 복수 개의 입방 코너 캐비티(22)를 형성한다. 구조면(14)은 기본적으로 평행하고 뒤집힌 홈 또는 리지의 3개의 교차하는 집합으로 구성되고, 각각의 리지의 편평한 상면은 대향하는 경사진 오목면(18)과 접하고 있다고 할 수 있다. 3개의 인접한 오목면은 캐비티의 정점에서 만나고 대략적으로 서로 직교한다. 오목면은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 광학적으로 대향하는입방 코너 소자로 구성될 수 있는데, 이 경우 이들 소자는 한 소자가 나머지 소자에 대해 180。 회전한 쌍을 이루도록 구성되며, 이외의 다른 구성도 가능하다.
입방 코너 소자는 경사지도록 구성될 수도 있으며, 이 때 이들 소자의 광학적 축선 또는 대칭 축선이 구조면의 법선 방향에 대해 경사져 있다. 입방 코너 피라미드에 대한 그러한 경사 구조는, 예를 들면 미국 특허 제4,588,258호(후프만), 제5,822,121호(스미스 등) 및 제5,812,315호(스미스 등)에 개시되어 있다. 각 입방 코너 소자의 비이면각 엣지들이 모두 동일 평면에 있지 않은 입방 코너 소자(종종 완전한 입방 코너 소자 또는 절단되지 않은 입방 코너 소자라고 부름)를 사용할 수도 있다. 그러한 완전한 입방 코너 소자 또는 절단되지 않은 입방 코너 소자를 포함하는 구조면은 평행한 리지의 교차하는 집합으로만 이루어지지는 않는다.
반사재의 박막(24)이 오목면에 마련되어 오목면에 높은 정반사성을 부여함으로써, 위로부터 재귀반사 부재에 입사하는, 즉 커버층(16)을 통해 입사하는 빛을 입방 코너 캐비티가 효율적으로 재귀반사한다. 상기 박막(24)은 알루미늄, 은, 니켈, 구리 또는 금과 같은 금속을 포함하거나, 다층 유전성 스택과 같은 비금속을 포함할 수 있다. 그러한 박막의 도포는 필요한 박막의 형태에 따라 진공 증발법, 스터퍼링법, 화학적 기상 증착법("CVD") 또는 플라즈마 강화 CVD법, 비전기 증착법등과 같은 공지된 물리적 증착법 또는 화학적 증착법에 의해 이루어질 수 있다. 주어진 박막은 본체층으로의 접착을 촉진하는 층, 배리어층 및 보호 오버코트층을 비롯한 다중층을 포함할 수 있다. 폴리카보네이트계 본체층에 적절한 박막에는 본체층에 티타늄과 100 nm 두께의 증발된 알루미늄층을 차례로 스터퍼링함으로써 형성된 대략 1nm 두께의 이산화 티타늄층 포함된다. 이산화 티타늄층은 접착 촉진제의 역할과 알루미늄 증기 피막에 전형적으로 존재하는 핀홀을 상쇄시키는 배리어층의 역할을 한다. 도 2에 도시된 박막(24)은 오목면(18)의 거의 전부를 덮고 상면(20)에는 거의 존재하지 않는다는 점에서 불연속적이다.
커버층(16)에 본체층(12)을 결합시키기 위한 우수한 기재를 제공하기 위해서 상면(20)은 대체로 편평한 것이 바람직하다. 편평한 상면은 오목한 형상 또는 볼록한 형상을 취하는 경우(그러한 다른 형상이 다른 목적으로는 유리할 수는 있음)에 비해 커버층(16) 또는 중간 충전재층과의 표면 접촉을 강화시키고 양호한 가시성을 제공할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 편평한 상면에는 매끄러운 표면 마무리가 불필요하다. 커버층(16)에 본체층(12)을 결합시키는 것은 통상적인 열밀봉을 포함하거나, 커버층(16), 상면(20) 또는 이들 모두에 도포된 접착층 또는 다른 부착층을 포함할 수 있다. 어떤 경우에는, 반사막(24)을 상면(20)으로부터 떨어진 상태로 유지시킴으로써 본체층(12)과 커버층(16) 사이의 결합을 보다 신뢰성 있게 만들 수 있는데, 왜냐하면 반사막(24)과 본체층(12) 사이, 또는 반사막(24)과 커버층(16) 또는 중간 충전재층 사이의 결합 파괴를 포함하는 파괴 모드가 경감되기 때문이다. 사실, 본체층(12)과 커버층(16)간 결합의 통합성에 악영향을 거의 또는 전혀 주지 않고서, 본체층(12)에의 접착이 다소 불량한 반사재도 사용할 수 있다. 중요한 것은, 상면(20)이 서로 연결되어 하나 이상의 입방 코너 캐비티와 외접하는 경우에, 박막(24)이 불연속적임으로 인해서 부식 배리어(corrosion barrier)가 제공됨으로써, 박막(24)을 따라 작용하는 부식성 작용제 또는 다른 유해한 작용제가,바람직하게는 시트재 엣지의 입방 코너 소자의 대략 1개 또는 2개에 해당하는 짧은 거리 내에서 정지된다. 본체층과 커버층이 호환 가능한 재료로 이루어지거나, 동일한 재료 또는 유사한 재료로 이루어지면 이들 사이의 결합이 강화될 수 있다. 특징 개구 크기가 1mm 미만이고, 보다 전형적으로는 대략 1 내지 10 밀(25 내지 250㎛)의 크기인 입방 코너 캐비티가 단지 몇 개, 바람직하게는 1개 또는 2개만 외접한 경우에는, 시트재에 엣지 밀봉할 필요가 없는 엣지에 가까운 양호한 광학적 특성을 유지하면서 시트재를 문자나 기호와 같은 임의의 원하는 형상으로 절단할 수 있다. 이 맥락에서, 입방 코너 캐비티의 개구 크기는 구조면의 평면에서 입방 코너 캐비티의 최대 폭을 의미한다. 박막(24)의 불연속성과, 상면과 커버층 사이의 촘촘한 결합망으로 인해서 불순물, 수분, 오염물 또는 부식물이 시트재 내로 대량 침입할 수 없게 된다.
상면(20)은 산란 반사성으로 인해서 재귀반사 부재의 주간 백도(당업계에서 cap-Y라고 부름)를 강화하기 위해 사용될 수 있다. 이 산란 반사성은 본체층 재료 자체에 의해서 제공되거나, 후술하는 바와 같이 상부 분리 표면에 선택적으로 도포된 마스킹 재료에 의해서 제공될 수 있다. 또한, 이 산란 반사성은 상면(20)을 매끄럽지 않게 표면 마무리하고, 임의로 거친 부분을 반사막(24) 또는 다른 물질로 피복함으로써 제공될 수도 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 산란 반사성은 대체로 투명한 상면(20) 및 본체층(12)과, 이 본체층(12)의 산란 반사성 후면에 의해 제공될 수 있다. 대부분의 실시예에서, 구조면의 평면도에서 보았을 때 상면이 구조면 면적의 대략 5% 이상을 차지할 것으로 예상된다.
백도 효과를 극대화하기 위해서는, 구조면 상면의 거의 전부가 산란 반사성을 갖게 해야 한다. 다른 경우에는, 예를 들면 특정 패턴, 기호 또는 다른 표시를 형성하기 위해서 상면의 특정 구역에만 산란 반사성(또는 낮은 정반사성)을 부여하는 것이 바람직할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 상부 분리 표면이 편평한 입방 코너 캐비티계 시트재를 형성하는 데에 적절한 몰드를 제조하는 방법 중 하나를 보여주는 단면도이다. 간략히 말하면, 플라이 커팅(fly-cutting), 룰링(rulling), 밀링 등에 의해 최초의 기재(도시하지 않았음)에 평행한 홈의 집합을 형성함으로써 상기 기재에 입방 코너 피라미드의 구조면이 생성되는 것이다. 다음으로, 니켈 전기성형 또는 임의의 다른 적절한 처리로 복제물(30)을 제조하면, 이 복제물(30)은 입방 코너 캐비티(36)을 형성하는 오목면(34)을 정의하는 뒤집힌 홈 또는 리지의 구조면(32)을 갖게 된다. 상기 복제물(30)은 가공된 최초 기재의 부의 복사물이다. 구조면(32)의 상부는 최초 기재의 가공에 사용된 공구의 형태에 따라서 상면을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다. 이어서, 구조면에 밀링 작업을 해서 복제물(30)의 상부로부터 주어진 두께를 절삭함으로써 각 입방 코너 캐비티(36)와 외접하는 편평한 상면(38)을 형성한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개질된 복제물(30)의 사시도는 도 1의 본체층(12)의 경우와 대체로 동일할 수 있다. 이어서, 니켈 전기성형법 또는 다른 방법으로 개질된 구조면(32a)의 또 다른 복제물(40)을 제조한다. 이 복제물(40)은 분리된 입방 코너 피라미드(46)을 정의하는 평행하게 위치하는 바닥이 편평한 홈의 집합(도면 부호 44로 지시된 것과 같은)을 특징으로 하는 구조면(42)를 갖는다. 따라서, 복제물(40)은 가공된 최초 기재를 약간 개질한 정(正)의 복사물이다.
대안으로서, 끝부분이 편평한 다이아몬드 공구로 최초의 편평한 기재 내에 바닥이 편평한 홈을 직접 가공함으로써 구조면(42)을 제조할 수 있다. 이 방법의 잇점은 복제 공정을 적어도 2단계 생략할 수 있다는 것이다. 또 다른 잇점으로 설계 상의 추가적인 융통성이 있는데, 편평한 바닥의 폭이 상이한 홈들을 혼합해서 편평한 표면의 균일하지 않은 패턴과, 높이 및 개구가 다양한 입방 코너 소자(도 7 참조)를 생성하기에 적합하게 할 수 있다. 마지막으로, 이 기법으로 필요에 따라 매끄럽게 표면 마무리된 상면을 보다 용이하게 제조할 수 있다. 이 기법의 불리한 점은 절삭 공구의 편평한 끝부분보다 큰 폭이 필요한 경우에 절삭 공구의 패스 회수가 증가한다는 것이다.
구조면(42)의 준비 과정에 상관없이, 구조면(42)(또는 그 정의 복제물)을 몰드로 사용해서 도 3d 내지 도 3h의 단면도에 예시된 시트재를 생성한다.
도 3d에는, 재귀반사 시트재에 사용할 수 있는 본체층(50)이 도시되어 있는데, 이 본체층(50)의 구조면(52)은 엠보싱법에 의해, 또는 용해된 열가소성 재료 또는 열경화성 재료를 성형함으로써, 또는 구조면(42)을 사용해서 방사 경화성(radiation-curable) 재료를 성형 및 경화함으로써 형성된다. 상기 구조면(52)은 전술한 표면(32a)과 대체로 동일하며, 입방 코너 캐비티(58)를 형성하는 오목면(54)과 편평한 상면(56)을 포함한다. 드럼 또는 벨트가 구조면을 가로질러 연장되는 도면 부호 44와 같은 홈의 집합을 갖는 엠보싱 기계에서, 도 3b에도시된 입방 코너 캐비티(36)와 같은 폐쇄된 캐비티 내로 압입하는 것보다 상기 홈 내로 본체층 재료를 보다 용이하게 압입할 수 있다. 이러한 복제의 용이함으로 인해서 라인 속력이 증가되고 제조 비용이 경감된다.
본체층(50)은 일체층으로 도시되어 있지만, 기계적 유연성 또는 다른 필요한 특성을 향상시키기 위해 2개 이상의 분리된 층을 포함할 수 있다. 본체층(50)은 광학적으로 깨끗하거나 투명할 필요가 없기 때문에, 본체층 재료는 광학적 공차에 따라 정밀한 입방 코너면을 유지하는 능력, 내후성, 경도, 제조성, 저비용 또는 다른 특성에 따라 선택하는 것이 바람직하다. 선호되는 재료에는 폴리카보네이트를 들 수 있는데, 다른 열가소성, 열경화성 또는 방사 경화성 재료도 사용할 수 있다. 필요한 특성을 위한 첨가제를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 본체층(50)의 노출된 부분에 산란성 백색 또는 다른 색상의 외관을 부여하기 위해 착색제를 사용할 수 있다. 산란성 백색을 위한 첨가제의 예로 이산화 티타늄이 있다. 형광성 및/또는 발광성 염료 및 안료도 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조면(52)의 대향 측부에 백색 산란층을 도포함으로써 본체층이 투광성 및 형광성을 갖게 할 수 있다. 주간에 어둡게, 또는 흑색으로 보이게 하려면 흡광성 첨가제를 대신 사용할 수 있다. 재귀반사 시트재에 있어서, 예상할 수 있는 바와 같이 목표 기재가 완전히 편평하지 못하거나 편차가 있는 경우에도 본체층(50)이 목표 기재와 일치하도록 본체층(50)을 충분히 얇고 유연하게 제조해야 한다.
도 3e을 참조하면, 구조면(52)의 상면(56) 상에 오일 박막(58)이 롤 코팅(roll-coating)되어 있다. 다음으로, 도 3f에 도시된 바와 같이 구조면 전체에 알루미늄, 은 또는 다른 반사재의 박막(60)을 증기 피복한다. 증기 피복이 오일로 처리된 상면에 접착되지 않는 것이 중요하다. 따라서, 증기 피복은 구조면의 처리되지 않은 부분, 즉 오면면(54)에만 접착된다. 따라서, 오목면(54) 상에 불연속적인 반사막(60)이 선택적으로 형성되며, 상면(56)에는 반사막(60)의 거의 존재하지 않는다. 이는 오일막(58)을 제거한 후의 본체층(50)을 보여주는 도 3g에 가장 분명히 도시되어 있다.
후속 단계에서, 본체층(50)에 투명한 커버층(62)을 적층함으로써 캐비티(58)를 성능 저하의 원인이 되는 이물질이 없는 상태로 유지한다. 커버층(62)을 상면(56)에 직접 결합시키기 위해서는 통상적인 열밀봉법을 사용할 수 있다. 그 대안으로, 후술하는 바와 같이 접착층 또는 부착층을 형성할 수 있다. 커버층(62)은 단층 또는 다층의 열가소성 폴리머 또는 열경화성 폴리머나, 이들의 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 아크릴, 염화 비닐, 우레탄, 아크릴산 에틸렌 혼성 폴리머, 폴리에스터, 그리고 폴리비닐리덴 플루오라이드를 포함하는 플루오로폴리머가 내후성을 위해 선호된다. 착색제, 염료, UV 또는 다른 흡수제 등의 첨가제도 고려할 수 있다. 본체층과 커버층의 결합으로 형성된 시트재가 유용한 정보를 전달할 수 있도록 커버층에 그래픽, 기호 또는 다른 표시를 할 수 있다.
비록 도 3h에는 캐비티(58)가 진공 또는 공기로 충전된 상태로 도시되어 있지만, 캐비티를 투명한 재료로 충전하면 시트재의 입사 각도 범위가 개선되는 잇점이 있다. 다시 말하면, 공기로 충전된 캐비티의 경우에는 시트재에 어떤 높은 입사각으로 입사하는 빛은 재귀반사되지 않지만, 충전재로 채워진 캐비티의 경우에는재귀반사되는 것이다. 충전재의 굴절률이 높을수록 입방 코너 캐비티의 대칭 축선을 향해 입사하는 고도로 불투명한 입사광선을 충전재가 더 많이 굴절시키며, 따라서 시트재의 입사 각도 범위가 더 커진다. 바람직한 재료가 앞서 언급한 공동 출원 중인 미국 출원에 기재되어 있다. 간략히 말하면, 바람직한 충전재에는 실온에서 압력에 민감한 접착제이거나, 실온에서는 거의 점착성이 없지만 고온에서는 점착성이 생기는 열로 활성화되는 접착제일 수 있는 아크릴 폴리머가 있다. 전형적인 방사 경화성 재료의 복제와 관련된 다소 낮은 점성, 압력 및 온도로 인해서, 캐비티를 매우 용이하게 채울 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 충전재는 본체층과 커버층 사이에 개재된 광학적으로 투명한 압력에 민감한 접착제이며, 바람직하게는 오목면과 상면을 모두 덮고 있는 연속층에 위치한다. 다른 실시예에서는, 커버층 자체가 캐비티 내로 연장되도록 성형될 경우 충전재의 역할을 한다. 또한, 적절한 에폭시, 고온 용융 접착제, 고온 용융 지수 열가소성 폴리머, 그리고 방사 경화성 열경화성 폴리머와 같은 광범위한 다른 충전재도 사용할 수 있다. 비록 재귀반사율이 낮기 때문에 선호되지는 않지만, 캐비티의 일부만이 충전재로 채워지는 구조도 가능하다.
또한, 도 3h(비율이 일치하지는 않음)에는 압력에 민감한 접착제 또는 열로 활성화되는 접착제(59)와 분리 라이너(59a)가 도시되어 있다. 이들은 시트재를 목표 기재에 용이하게 적용하기 위해서 본체층(50)의 후면에 도포되는 것이 전형적이다.
도 4a 내지 도 4c에는 구조면에 남아 있는 대체로 연속적인 반사막을 이용한또 다른 실시예의 시트재가 도시되어 있다. 그러나, 도 3h의 실시예와 마찬가지로, 착색된 페인트와 같은 마스킹 재료가 존재하기 때문에 구조면의 상면은 정반사율이 낮다. 도 4a에는 연속적인 반사막(64)을 도포한 후의 도 3d의 본체층(50)이 도시되어 있다. 상기 반사막(64)은 오목면(54)과 상면(56)을 모두 덮고 있다. 다음으로, 롤 코팅, 열전사 인쇄 또는 그와 유사한 방법으로 도 4b에 도시된 바와 같이 마스킹 재료(66)를 불연속적으로 도포한다. 따라서, 마스킹 재료(66)는 상면(56)에서 선택적으로 반사막(64)을 덮고, 반사막(64)의 나머지는 노출되어 있다. 따라서, 전술한 반사막(60)(도 3g, 도 3h) 및 반사막(24)(도 2)의 경우와 마찬가지로 반사막(64)이 본체층의 구조면의 오목면 상에 선택적으로 노출된다. 시트재의 필요한 특성에 따라 그러한 특성을 부여할 수 있는 마스킹 재료(66)를 선택한다. cap-Y가 높은 재귀반사 시트재를 제조해야 한다면 산란 반사율이 높은 백색 페인트를 선택한다. 겉모습이 재귀반사된 빛과는 다른 주간 색상 또는 형광 효과가 있는 시트재를 제조하는 것이 필요하다면, 착색된 산란성 페인트 또는 인 안료를 선택하면 된다. 또한, 야간에는 빛을 재귀반사시키지만 주간에는 분명하게 보이지 않거나 어둡게 보이는 시트재를 제조하는 경우에는, 흑색의 흡수성 페인트를 선택한다. 또한, 패턴 또는 표시를 형성하기 위해 그러한 마스킹 재료의 면에 인쇄할 수도 있다. 도 4c에는 전술한 바와 같이 커버층(62)을 도포한 후의 시트재가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 입사 각도 범위를 증가시키기 위해 캐비티(58)를 충전재로 채울 수 있다.
상면이 시트재의 재귀반사 성능을 저하시키기 때문에, 대부분의 경우에 원하는 효과를 얻는 데에만 필요할 정도로 상면을 작게 만들고, 마스킹 재료(66)로 완전히 덮는 것이 바람직하다. 그러나, 마스킹 재료(66)가 그래픽 이미지를 형성하는 경우와 같은 몇몇 경우에는, 상면의 전부가 아닌 일부만을 마스킹 재료로 덮는 것이 바람직할 수도 있다. 마찬가지로, 전술한 실시예에서 상면의 전부가 아닌 일부로부터 반사재를 제거하는 것이 바람직할 수도 있다.
도 5에는 반사막이 불연속적인 전면 본체층을 제조하는 또 다른 방법이 도시되어 있다. 본체층(70)이 방향(72)을 따라 이송되어, 도시된 바와 같이 반대 방향으로 회전하는 연삭 휠(76)과 마주해서 회전하는 롤러(74)에 의해 안내된다. 연삭 휠과 접촉하기 전에, 본체층(70)의 구조화된 전면(78)은 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면(80)과 좁은 상면(82)을 포함하고 있다. 이를 대신해서, 구조화된 전면(78)은 오목면(80)으로 기본 구성되고 상부에 상면이 형성되지 않도록 할 수 있다. 대체로 연속적인 반사막이 오목면(80)과 상면(82)을 모두 덮고 있다. 연삭 휠(76)이 구조면(78)을 예정된 두께만큼 연삭해서, 본체층 재료의 일부와 함께 상부로부터 반사막을 선택적으로 제거한다. 캐비티에 수집된 부스러기는 청소 단계에서 제거하면 된다. 이렇게 처리된 본체층(70)은 반사재가 거의 없는 개질된 상면(82a)을 갖게 된다. 반사재는 오목면 상에서 선택적으로 노출되어 있다.
도 5의 공정은 도 3d에 도시된 본체층(50)과 같이 상면이 편평한 최초의 본체층을 형성하기 위해 사용할 수 있다. 따라서, 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 전술한 특수한 몰드를 제작하지 않고, 보다 통상적인 몰드(예를 들면, 도 3a에 도시된 표면의 단순한 부의 복사물)를 사용해서 연삭 휠과 접촉시킴으로써 시트재를 처리한다. 그러면, 필요에 따라 연속적인 반사막 또는 불연속적인 반사막을 개질된 구조면에 도포할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에는 구조면의 상면이 오목한 입방 코너면에 비해 감소된 정반사율을 갖는 입방 코너 캐비티계 시트재의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 본체층(84)의 편평한 상면(86)이 매끄럽지 않게 표면 마무리 처리된 것을 제외하고는 도 3d의 본체층(50)과 유사한 방법으로 폴리머 본체층(84)을 제조하였다. 매끄럽지 않은, 즉 거친 표면 마무리는, 상응하는 거친 표면을 갖는 몰드를 사용해서 본체층을 복제함으로써, 또는 제작 후에 본체층의 선택된 부분을 거칠게 함으로써 얻을 수 있다. 이렇게 거칠게 마무리하는 처리는 레이저 절제, 화학적 에칭, 선택적 연삭 또는 엠보싱에 의해 행할 수 있다. 도 6b은 구조면에 연속적으로 부착된 얇은 반사막(88)이 어떻게 매끄러운 오목한 입방 코너면의 정반사율을 높임과 동시에, 매끄럽지 않은 표면 마무리로 인해 상면이 보다 산란 반사성을 갖게, 그리고 낮은 정반사율을 갖게 하는가를 보여준다.
도 6a 및 도 6b의 원리는 후면 본체층을 사용하는 입방 코너 재귀반사 시트재에도 적용할 수 있다. 이 경우, 도 6a의 본체층(84)의 경우와 거의 동일한 거친 상면을 갖는 구조면을 구비한 몰드를 사용해서, 직접 또는 일련의 복제 단계를 이용하여 후면 본체층을 엠보싱, 성형 또는 다른 방식으로 형성한다. 입방 코너 소자(46) 사이의 편평한 중간층이 매끄럽지 않다(즉 거칠다)는 것을 제외하고, 후면 본체층은 도 3c의 표면(42)과 거의 동일한 구조면을 갖는다. 다음으로, 본체층의 구조면에 반사재의 연속적인 박막을 도포한다. 입방 코너 피라미드면 상의 반사막부분은 재귀반사 작용을 하고, 거친 중간면 상의 반사막 부분은 산란 반사성을 발휘하므로 겉에서 볼 때 백도가 강화된다. 이어서, 반사막에 접착층을 도포한다.
도 6a 및 도 6b와 관련된 실시예의 잇점은 구조가 간단하다는 것이다. 불연속적인 반사막의 제조 또는 마스킹 재료의 선택적인 도포와 관련된 추가의 처리 공정 및 재료를 피할 수 있다. 그러나, 필요에 따라서는 이들 특징 중 하나 또는 양자를 사용할 수 있다. 양자의 경우에, 매끄럽지 않은 마무리로 인해 증가된 상면의 표면적은 반사막과 본체층 사이의 접착을 돕거나, 본체층과 커버층 또는 임의의 중간층 사이의 접착을 돕게 된다.
도 7에는 또 다른 가능한 구조면 형상을 보여주는 본체층의 평면도가 도시되어 있다. 반복되는 패턴의 일부만을 도시하였다. 구조면(90)은 오목면(음영 처리되지 않은 부분)과, 평행한 뒤집힌 홈 또는 리지의 3개 집합을 형성하도록 배치된 상면(음영 처리된 부분)을 포함하는 상부로 이루어져 있다. 리지의 집합(92)은 평행한 리지(92a, 92b)를 포함하고, 리지의 집합(94)는 평행한 리지(94a, 94b, 94c)를 포함하며, 리지의 집합(96)은 평행한 리지(96a, 96b, 96c)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 각 리지 집합 내의 리지의 상부는 횡방향 치수가, 즉 해당 리지의 축선과 직교하는 구조면의 평면에서 측정했을 때의 폭이 상이하다. 그러한 구조는, 다이아몬드 공구(적어도 일부의 끝부분이 편평함)를 사용해서 바닥이 폭이 상이한 홈을 형성하는 전술한 기법에 따라 제작된 몰드를 사용함으로써 가능하다. 그러한 몰드로부터 본체층을 복제한 경우, 몰드 내의 홈이 본체층 내에 리지를 생성한다. 다른 접근 방법에 따르면, 끝부분이 날카로운 공구를 사용해서 상이한 깊이에서 홈을 절삭하고, 부의 복사물을 만들어서 구조면의 상부를 공통 높이로 가공함으로써 동일한 구조를 얻을 수 있다. 도시된 바와 같이, 모든 리지에 상면이 형성된 것은 아니며, 따라서 리지(92a, 94a, 96a)에는 상면이 없다. 그럼에도 불구하고, 예시된 상면의 상호 연결망은 개별적인 입방 코너 소자와, 그리고 1개, 2개, 3개 및 6개 소자의 군과 외접한다.
상이한 형태의 리지는 다양한 형태의 입방 코너 캐비티를 생성하기 위해 반복되는 패턴으로 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 일련의 입방 코너 캐비티(98a, 98b, 98c)는 광학적으로 각각 대향하는 입방 코너 캐비티(100a, 100b, 100c)와 마찬가지로 감소하는 개구 크기를 나타내고 있다. 개구 크기가 대략 0.25 mm 이하인 입방 코너 캐비티의 경우 회절로 인한 효과가 나타나기 시작한다. 동일한 구조면에 개구 크기가 상이한 입방 코너 캐비티를 산재시킴으로써, 상기 효과를 평균화하고, 균일성을 향상시키며, 더 매끄럽게 변화하는 분산 프로파일(divergence profile)을 얻는 데에 도움이 된다.
도시된 바와 같이, 구조면(90)은 기본적으로 오목한 입방 코너면과 상면으로 구성된다. 구조면(90) 상의 기하학적 구조의 일부에는 추가적인 오목면(101)이 있다는 것을 주목하기 바란다. 이 추가적인 오목면(101)은 상이한 크기의 입방 코너 소자의 배치로 인해서 마스터 몰드의 절단 중에 발생하는 가공물이다. 이 추가적인 오목면(101)이 광학적 성능에 미치는 효과는 작거나 무시할 수 있는 정도이다.
각 쌍의 리지 집합(92, 94, 96)은 60도의 각도를 이루며 서로 교차해서 경사지지 않은 입방 코너 캐비티를 형성한다. 캐비티들을 경사지게 배열하는 것도 생각할 수 있으며, 이에는 한 쌍의 리지 집합만이 60도 미만의 각도로 서로 교차하는 경우와, 한 쌍의 리지 집합만이 60를 초과하는 각도로 서로 교차하는 경우가 포함된다. 입방 코너 캐비티를 경사지게 하는 것은 시트재의 입사 각도 범위를 크게 할 필요가 있는 경우에 유용하고, 입방 코너 캐비티를 투명한 충전재로 채우는 것과 연관시켜서 사용할 수 있다. 교차하는 리지 집합이 2개뿐인 구조면, 교차하는 리지 집합이 3개를 초과하는 구조면, 또는 교차하는 리지 집합이 없는 대신 경사지지 않은 입방 코너 소자가 있는 구조면도 고려할 수 있다. 주어진 리지 집합 내의 리지와, 상이한 리지 집합으로부터의 리지의 높이가 다를 수 있다. 구조면은 3개의 서로 직교하는 입방 코너면 외에 하나 이상의 비광학면을 갖는 캐비티를 포함할 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제5,557,836호(스미스 등)와 제5,831,767호(벤슨 등)를 참조하면 입방 코너 피라미드형 구조면에 대해 기재되어 있는데, 이 구조면의 부의 복사물을 본 명세서에 개시된 본체층과 함께 사용할 수 있다.
실시예 1-4
도 1에 도시된 것과 유사한 구조면을 부여하기 위해 4개의 본체층을 몰드로 엠보싱 가공했다. 이 몰드는 바닥이 편평한 홈의 3개 집합으로 이루어진 구조면이 있었고, 연삭제로 상부를 편평하게 연삭한 이전 몰드의 부의 복제물이었다. 엠보싱 가공된 본체층은 폴리카보네이트로 제조되었다. 실시예 1 및 2의 본체층의 두께는 대략 43 밀(1.1 mm)이었고, 산란성 백색 표면의 외관으로 상기 본체층을 불투명하게 만들기에 충분한 TiO2충전재를 포함했다. 실시예 3 및 4의 본체층의 두께는 대략 18 밀(0.46 mm)이었고, 산란성 적색 표면의 외관을 부여하기 위해 적색 염료를 대신 포함했다. 각 본체층의 구조면은 기본적으로 평행한 리지의 3개의 교차하는 집합으로 구성되었다. 그 중 2개의 집합("제2" 리지 집합이라고 부름)은 리지의 간격이 대략 16 밀(408 ㎛)로 균일했고, 대략 70도의 각도를 이루며 서로 교차했다. 평행한 리지의 나머지 집합("제1" 리지 집합이라고 부름)은 리지의 간격이 대략 14 밀(356 ㎛)로 균일했고, 대략 55도의 각도를 이루면서 제2 리지 집합과 각각 교차했다. 그 결과 대략 9.18도의 각도로 경사진 입방 코너 캐비티 대응 쌍을 얻었다. 모든 리지에 대체로 편평한 상면이 있었고, 이 상면의 횡방향 치수는 제1 홈의 경우 대략 3.5 밀(89 ㎛), 제2 홈의 경우 대략 2.2 밀(56 ㎛)이었다. 복제 단계를 통해 본체층에 전사된 전술한 원래의 몰드에 대한 연삭 작용의 결과, 상면은 모두 매끄럽지 않은 상태였다. 입방 코너 소자의 입방 깊이(cube depth)는 상면 아래로 대략 5.17 밀(131 ㎛)이었다. 각 샘플의 구조면 상에 은막을 진공 증착했으며, 이 때 은막이 불투명하면서도 반사율은 높게 형성되기에 충분한 두께로 증착하였다. 실시예 2 및 4의 경우, 상면에 증착된 은막 부분을 연삭제로 가볍게 모래 연마함으로써 제거하였다. 실시예 1 및 3의 은막은 연속적인 상태로 두었다.
74%(이하, 중량%임)의 Ebecryl 270(Radcure가 시판 중인 우레탄 아크릴레이트), 25%의 Photomer 4127[Henkel이 시판 중인 프로폭실레이티드 네오펜틀리 글리콜 디아크렐레이트(propoxylated neopently glycol diacrylate)], 그리고 1%의 Daracure 1173(Ciba-Geigy가 시판 중인 광개시제)을 결합시켜서 방사 경화성 조성물을 준비하였다. 다음으로, 이 조성물을 입방 코너 캐비티를 채우고 상면을 덮기에 충분한 두께로 모든 샘플의 구조면 상에 실온에서 유동 도장하였다. 상기 조성물은 유동성이 있었으며 충전 중의 점도가 대략 2000 센티포이즈(2 Pa-s)였다. 작은 진공실에서 실온 중에 샘플의 가스를 제거하였다. 다음으로, 조성물에 거품이 없어진 뒤, 샘플을 진공실로부터 제거해서 광등급(photo-grade) PET 시트재의 7 밀(178 ㎛) 두께의 시트로 덮어서 후속 경화 중에 산소를 제거하였다. UV에서 투명성이 양호한 중량 수정판을 PET 시트재 상에 배치하고, 이들 수정판 및 PET 시트재를 통해 수은 램프로부터의 UV광으로 대략 2분간 경화를 실시했다. 충전재 조성물은 증기 피복된 본체층에 경화 및 결합될 정도로 수축률이 충분히 낮았다. 조성물은 PET 시트재에는 결합되지 않았으며, 따라서 이 PET 시트재를 제거하였다. 경화된 조성물은 대체로 투명하고 매끄러웠으나 영구적인 점착성을 갖지는 않았다. 이렇게 제조된 시트재는 모두 재귀반사성이 우수했다. 재귀반사 계수를 -4도의 입사각, 0도의 배향각, 그리고 0.2도 및 0.5도의 관찰각에서 측정하였으며, 입방 코너 소자가 실제로 차지하는 구조면의 비율을 고려해서 조정하지는 않았다.
샘플 번호 본체층 색상 상면에 은막의 존재 여부 재귀반사 계수(cd/lux/m2)
@ 0.2° @ 0.5°
1 백색 o 58 26
2 백색 x 46 22
3 적색 o 28 14.6
4 적색 x 22 17
측정 결과, 은막이 오목면에 높은 정반사성을 부여한다는 것이 판명되었다. 은막이 오목면 상에 선택적으로 노출된 샘플 2 및 4에서, 본체층이 상면에서 노출된 결과 주목할 만한 주간 색상(백색 또는 적색)이 나타났다.
샘플 1 및 2의 상면의 정반사율도 측정했다. 이를 위해 Perkin-Elmer Lambda 900 UV/Vis/NIR 분광계(커네티컷주 노어워크에 소재하는 퍼킨-엘머사)를 PELA-1029 절대 정반사율 테스트 부속물(뉴햄프셔주 노즈 서튼에 소재하는 랩스피어사)과 함께 사용하였다. 이 테스트 부속물은 샘플을 제자리에 배치한 상태에서 7.5도의 입사각과, 기준용의 "V" 광학적 지오메트리와, "W" 광학적 지오메트리를 사용하였다. 도 8을 참조하면, S는 샘플이고, M1 및 M3는 고정 거울이며, M2는 기준 위치 M2a와 샘플이 설치되었을 때의 또 다른 위치 M2b를 갖는 가동 거울이다. 샘플 측정치를 해당 기준 측정치로 나누어 샘플 이외의 모든 광학적 성분의 특성을 소거시켜서 각 샘플의 절대 반사율을 결정하였다. 400 nm로부터 내지 700 nm까지 10 nm씩 증가시켜 데이터를 채취해서 평균값을 구했다. 이 테스트 장비에서는 빛이 샘플로부터 2회 반사되기 때문에 원 반사율값의 제곱근을 구했다. 이렇게 얻은 값으로부터 충전재의 전면에서 공기/충전재 계면으로부터 반사된 빛의 기여량이 제거되도록 교정했다. 이 기여량은 공기 매체 중의 법선 입사 또는 법선에 가까운 입사에 대한 간략화된 프레즈넬 방정식을 사용해서 계산할 수 있다.
모든 가시 광선에 대해 충전재 조성물의 굴절률 n은 대략 1.5인 것으로 알려져 있으며, 대략 4%의 기여량을 초래한다. 마지막으로, 이 기여량을 뺀 후에, 결과적인 값을 샘플의 상면이 차지한 부분의 면적으로 나누는데, 전술한 광학적 지오메트리에 대해서는 대략 45.5%로 결정되었다. 이 최종 계산치가 상면의 정반사율이 된다. 이 절차를 사용해서, 샘플 1의 정반사율은 대략 9%로, 샘플 2의 정반사율은 대략 3%로 계산되었다.
실시예 5-8
거칠게 하는 것에 대한 관념을 보다 정량화하기 위해 샘플을 제조하였다. 도 1과 유사한 구조면이 있는 4개의 폴리카보네이트 본체층을 제조하였으며, 이들 본체층에는 평행한 리지의 3개의 교차하는 집합이 있고, 각 리지의 집합은 대략 8.5 밀(216 ㎛)의 균일한 간격으로 위치하며, 각 집합이 나머지 2개의 집합과 60도를 이루며 교차해서 경사지지 않은 입방 코너 캐비티를 형성하고 있다. 각 리지는 횡방향 치수가 대략 1.65 밀(42 ㎛)인 편평한 상면을 구비하며, 이 상면은 평면도에서 보았을 때 구조면 면적의 대략 50%까지 차지하였다. 끝부분이 편평한 다이아몬드 공구를 사용해 마스터 몰드를 형성해서 본체층을 복제했으며, 그 결과 상면이 최초로 광학적으로 매끄러워졌다. 다음으로, 여러 연삭제로 본체층의 구조면측을 가볍게 문지름으로써 샘플의 상면을 선택적으로 거칠게 했다. 그리고 나서, 변형된 구조면에 연속적인 알루미늄 증기 피막을 대략 100 nm 두께로 진공 피복하였다. 이어서, 구조면에 Nucrel 상표의 에틸렌 산 혼성 폴리머 수지(type 699, E.I. du Pont de Nemours and Company가 시판 중인 열로 활성화되는 접착제)를 대략 130도(C)의 각도에서 대략 3밀(76 ㎛, 본체층의 상면으로부터 측정했음)의 두께로 충전재로서 도포하였으며, 냉각되자 경화되었다. 수지 조성물로 충전한 후에 상면의 조도와 샘플의 cap-Y 값을 측정하였다. 조도 측정을 위해서, 20x, 0.45 NA 대상물이 구비된 488 nm의 빛을 사용하는 Leica 상표의 TCS4D Laser ScanningConfocal 현미경을 사용하였다. 상이한 축 위치에서 촬영한 일련의 20개의 이미지로부터 구조면 상에서 0.5 nm x 0.5 nm 면적의 지형 이미지를 얻었고, Leica로부터 공급되는 TCS 조도 매크로를 사용해서 조도를 측정하였다. 조도는 평면으로부터의 평균 편차를 기준으로 나타내었다("Ra", ㎛ 단위). HunterLab LabScan 6000 0°/45°분광비색계(spectrocolorimeter)를 사용해서 샘플의 cap-Y도 측정하였다. 완전을 기하기 위해, 샘플 1 및 2와 관련하여 전술한 동일한 절차대로 상면의 정반사율을 측정하고(공기/충전재 계면의 계산된 4% 반사율을 빼고 0.50으로 나눔), 표준 장비로 -4도의 입사각과 0.2도의 관찰각으로 재귀반사 계수를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 기재하였으며, 구조면 중 입방 코너 캐비티가 실제로 차지하는 비율을 고려해서 기재된 재귀반사 계수를 또한 0.5로 나누었다.
샘플 번호 사용된 연삭제 측정
Ra(㎛) Cap-Y 정반사율(%) 재귀반사율(cd/lux/m2)
5 (없음) 0.12 5.2 74 226
6 사무용지 0.16 8.2 54 66
7 2000 그리트샌드페이퍼 0.59 30.3 7 40
8 400 그리트샌드페이퍼 0.90 28.4 8 52
이 표로부터, 상면을 거칠게(매끄럽지 않게)함으로써, 구조면 전체를 덮고 있는 연속적인 반사막에도 불구하고 정반사율을 대폭 감소시키고 시트재의 백도를 증가시킬 수 있다는 것이 판명되었다. 관찰된 cap-Y 백도에 감지할 수 있는 정도의 변화를 가져오기 위해서는 대략 0.15 ㎛ 이상의, 바람직하게는 대략 0.2 ㎛ 이상의 조도값이 바람직하다. 이와 유사하게, 상면에 대략 60% 미만의, 바람직하게는 대략 40% 미만의, 더욱 바람직하게는 대략 20% 미만의 정반사율을 부여하는 것이 바람직하다.
논의
본 명세서에 개시된 입방 코너 캐비티는 미국 특허 제4,775,219호(애플돈 등)에 개시된 바와 유사한 방법으로 재귀반사 부재에 의해 재귀반사된 빛을 원하는 패턴 또는 분산 프로파일 내로 분배시키도록 각 경우에 맞게 제작할 수 있다. 입방 코너 캐비티를 구성하는 면은 입방 코너 소자의 다른 면과 서로 직교하게 하는 배향으로부터, 수 아크-분(arc-minute)과 같은 소량의 차이가 나는 배향을 갖는 반복하는 패턴으로 배치될 수 있다. 직교 배향으로부터의 편차는 ±20 아크 분 미만인 것이 전형적이며, 종종 ±5 아크 분 미만이다.
본 명세서에 개시된 재귀반사 시트재용 본체층은, 예를 들면 전술한 바와 같이 예비 형성된 시트에 입방 코너 소자의 배열을 엠보싱 처리함으로써, 또는 유체 재료를 몰드 내로 캐스팅함으로써 일체형 재료로 제조할 수 있다. 이의 대안으로서, PCT 공개 번호 WO 95/11464(벤슨 주니어 등) 및 미국 특허 제3,684,348호(로울랜드)에 개시된 내용과 유사한 예비 형성된 편평한 박막과 마주해서 구조면을 정의하는 층을 캐스팅함으로써, 또는 예비 형성된 박막을 입방 코너 캐비티가 있는 예비 형성된 층에 적층함으로써 본체층을 적층 생성물로 제조할 수 있다. 유용한 본체층 재료는 치수가 안정적이고, 내구성 및 내후성이 좋고, 원하는 형상으로 용이하게 성형할 수 있는 재료이다. 그러한 예로는 Rohm and Hass사가 시판 중인 Plexiglas 상표의 수지와, 열경화성 아크릴레이트 및 에폭시 아크렐레이트와 같은아크릴레이트(방사 경화성인 것이 바람직함)와, 폴리카보네이트와, 폴리스티렌과, 폴리올레핀과, 폴리에틸렌계 이오노머('SURLYN'으로 시판 중임)와, 폴리에스터와, 셀룰로오스 에세테이트 부티레이트가 포함된다. 일반적으로는, 성형 가능한 임의 의 재료를, 전형적으로는 열과 압력 하에 성형 가능한 임의의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 시트재에 착색제, 염료, UV 흡수제, 또는 다른 첨가제를 포함시킬 수 있다.
최초의 구조면을 제조하기 위해 사용된 몰드 기재(그 부의 복사물이 본체층에 사용되었음)는 직접 가공된 홈 또는 홈의 집합을 형성하는 데에 적절한 임의의 재료를 포함할 수 있다. 적절한 재료를 사용하면 버가 형성되지 않고 깨끗하게 절삭되며, 홈의 형성 후에 치수 정확성이 유지된다. 절삭 가공 가능한 플라스틱 또는 금속과 같은 다양한 재료를 사용할 수 있다. 적절한 플라스틱에는 아크릴과 같은 열경화성 재료 또는 열가소성 재료가 포함된다. 적절한 금속에는 알루미늄, 황동, 구리(연질 또는 경질), 니켈(전기 성형되거나 비전기 성형된)이 포함된다.
절삭 가공된 마스터 몰드의 복사물은 정 또는 음의 복제된 몰드를 생성하기 위해, 예를 들면 니켈의 전기분해 증착과 같은 임의의 적절한 공정으로 제조할 수 있다. 금속, 플라스틱 또는 다른 적절한 재료로 구성된 복제된 몰드를 사용해서 엠보싱, 캐스팅 또는 다른 방법으로 몰드의 패턴을 본체층 내로 형성할 수 있다.
몇몇 용어의 해설
재귀반사를 위해 구조면을 사용하는 재귀반사 시트 또는 부재의 "본체층"이란, 구조면을 포함하고 주로 그러한 구조면의 통합성을 유지하는 역할을 하는 층을의미한다.
"입방 코너 캐비티"란 입방 코너 소자로서 배치된 3개의 면에 의해 적어도 부분적으로 구획된 캐비티를 의미한다.
"입방 코너 소자"란 빛을 재귀반사시키거나, 빛을 다른 방식으로 필요한 장소로 지향시키기 위해 협동하는 3개 면의 집합을 의미한다. 또한, "입방 코너 소자"에는 자신은 빛을 재귀반사하거나 빛을 다른 방식으로 필요한 장소로 지향지키지는 않지만, 적절한 기재에 복제되면[정(正) 또는 부(負)의 의미로] 빛을 재귀반사시키거나 다른 방식으로 필요한 장소로 지향시키는 3개 면의 집합을 형성하게 되는 3개 면의 집합이 포함된다.
"입방 코너 피라미드"란 입방 코너 소자로서 배치된 3개 이상의 측면이 있는 재료 덩어리를 의미한다.
"입방 높이" 또는 "입방 깊이"란 기재 상에 형성되었거나 형성될 수 있는 입방 코너 소자와 관련하여, 입방 코너 소자 부분 사이에서 기재와 직교하는 축선을 따라 최대로 분리될 수 있는 정도를 의미한다.
"산란 반사성", "산란 반사" 및 그 관련 어휘는 평행한 입사광선을 복수 개의 광선으로 반사하는 특성을 의미한다. 산란 반사성인 표면은 정반사율도 낮다.
입방 코너 소자의 "이면각 엣지"란 해당 입방 코너 소자의 3개 면 중 하나가 나머지 2개 면 중 하나와 인접한 엣지를 의미한다.
"기하학적 구조"란 복수 개의 면이 있는 돌출부 또는 캐비티를 의미한다.
"홈"이란 홈 축선을 따라 길게 형성되고, 적어도 부분적으로 2개의 대향하는홈 측면에 의해 구획되어 있는 캐비티를 의미한다.
"홈 측면"이란 하나 이상의 절삭 공구를 대체로 연속적인 선형 이동으로 기재를 가로질러 통과시킴으로써 형성될 수 있는 표면 또는 일련의 표면을 의미한다. 그러한 이동에는 절삭 공구가 대체로 선형인 경로를 따라 전진함에 따라 회전 이동하는 플라이 커팅(fly-cutting)법이 포함된다.
입방 코너 소자의 "비이면각 엣지"란 그러한 입방 코너 소자의 이면각 엣지가 아닌, 입방 코너 소자의 3개 면 중 하나의 엣지를 의미한다.
"재귀반사성"이란 비스듬하게 입사하는 빛이 입사 방향과 평행하게, 그러나 반대 방향으로 반사되거나 그에 가까운 방향으로 반사되어 광원에, 또는 광원 부근에 위치한 관찰자가 반사된 빛을 관찰할 수 있게 되는 특성을 의미한다.
"정반사성", "정반사" 및 그 관련 어휘는 표면의 법선에 대해 입사각 θ로 표면에 입사하는 입사광선을, 입사 평면에 위치하는 축선("거울 축선"이라고 부름)을 따라 지향되는 대략 단일의 반사된 광선으로 반사시키고, 상기 표면의 법선과 동일하지만 방향이 반대인 각도 -θ를 이루게 하는 특성을 의미한다. 오목면(또는 그러한 오목면 상의 반사막)은 구조면에서 복수 개의 그러한 오목면이 입사각 β= -4도이고 관찰각 α= 0.2도일 때 재귀반사 계수가 대략 5 cd/lux/m2이상이 되도록 구성될 수 있다면 정반사성이 높다고 할 수 있으며, 이 때 상기 재귀반사 계수는 구조면 중 입방 코너 소자가 실제로 차지한 비율을 고려한 것이다. 상면(또는 그 위의 막 또는 다른 물질)은 구조면 중 상면이 실제로 차지하는 비율을 고려할 때, 거울 축선을 따라 그 상면에 입사하는 빛의 대략 60% 미만을 반사시키면 정반사율이 낮다고 할 수 있다. 정반사율의 고저를 측정함에 있어서, 오목면과 상면 모두에 조명을 가하는 것이 전형적이며, 전자의 경우 상면의 기여량은 무시할 수 있는 정도인 것이 전형적이고, 오목면의 기여량(거울 축선을 따른)은 후자의 경우에 시험 지오메트리를 적절하게 선택함으로써 무시할 수 있는 정도로 배치된다.
표면과 관련하여 사용된 "구조화된"이란 용어는 다양한 배향으로 배치된 복수 개의 뚜렷한 면으로 구성된 표면을 의미한다.
입방 코너 소자와 관련하여 사용된 "대칭 축선"이란 용어는 입방 코너 정점을 관통해서 연장되어 입방 코너 소자의 3개의 면과 동일한 각도를 형성하는 축선을 의미한다. 이 용어는 종종 입방 코너 소자의 광학적 축선을 지칭하기도 한다.
오목면을 또한 포함하는 구조면의 "상면"이란, 오목면으로부터 멀리 위치하고 평면도에서 보았을 때 최대 폭이 대략 0.0001 인치(2.5 ㎛) 이상인 표면을 의미한다.
비록 본 발명을 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부사항에 변화가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

Claims (51)

  1. 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면 및 상면을 포함한 구조면이 있는 본체층과, 상기 구조면의 오목면 상에 선택적으로 노출된 반사재막을 포함하는 입방 코너 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사재막은 대체로 연속적인 것인 입방 코너 부재.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상면 상에 선택적으로 위치해서 상기 반사재막을 덮고 있는 마스킹 재료를 추가로 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마스킹 재료는 산란 반사성인 것인 입방 코너 부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마스킹 재료는 대체로 백색인 것인 입방 코너 부재.
  6. 제3항에 있어서, 상기 마스킹 재료는 대체로 불투명한 것인 입방 코너 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사재막은 불연속적인 것인 입방 코너 부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반사재막은 상기 상면의 적어도 일부에는 거의 존재하지 않는 것인 입방 코너 부재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반사재막은 상기 상면 전부에 거의 존재하지 않고, 상기 구조면은 기본적으로 상기 오목면과 상면으로 구성되는 것인 입방 코너 부재.
  10. 제8항에 있어서, 상기 본체층은 상기 상면의 적어도 일부에서 노출되어 있고, 또한 상기 본체층이 산란 반사재를 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  11. 제7항에 있어서, 상기 본체층은 투명한 것인 입방 코너 부재.
  12. 제7항에 있어서, 상기 반사재는 은을 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  13. 제1항에 있어서, 상기 구조면은 평행한 리지의 교차하는 집합을 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  14. 제13항에 있어서, 상기 평행한 리지의 교차하는 집합 중 하나 이상의 집합 내의 리지가 횡방향 치수가 상이한 상부를 갖는 것인 입방 코너 부재.
  15. 제14항에 있어서, 상기 평행한 리지의 교차하는 집합 중 둘 이상의 집합의 리지의 상부가 상이한 횡방향 치수를 갖는 것인 입방 코너 부재.
  16. 제1항에 있어서, 상기 입방 코너 캐비티는 개구 크기가 상이한 입방 코너 캐비티를 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  17. 제1항에 있어서, 상기 구조면을 덮는 대체로 투명한 커버층을 추가로 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  18. 제1항에 있어서, 상기 본체층의 후면에 도포된 접착제를 추가로 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  19. 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면 및 상면을 포함하는 구조면이 있는 본체층을 포함하고, 상기 오목면은 정반사율이 높고, 상기 상면의 적어도 일부는 정반사율이 낮은 것인 입방 코너 부재.
  20. 제19항에 있어서, 상기 상면의 거의 전부가 정반사율이 낮고, 상기 구조면은 기본적으로 상기 오목면 및 상면으로 구성되는 것인 입방 코너 부재.
  21. 제19항에 있어서, 상기 오목면이 정반사율이 높은 것은 상기 오목면 상에 위치하는 반사재막에 의해 이루어지는 것인 입방 코너 부재.
  22. 제21항에 있어서, 상기 반사재막은 불연속적이고 상기 오목면 상에 선택적으로 위치하는 것인 입방 코너 부재.
  23. 제21항에 있어서, 상기 반사재막은 매끄럽지 않게 표면 마무리된 상기 상면의 적어도 일부와 상기 오목면을 모두 덮는 것인 입방 코너 부재.
  24. 제23항에 있어서, 상기 상면의 적어도 일부의 평균 조도는 대략 0.15 ㎛ 이상인 것인 입방 코너 부재.
  25. 제19항에 있어서, 상기 상면의 적어도 일부의 평균 조도는 대략 0.15 ㎛ 이상인 것인 입방 코너 부재.
  26. 제19항에 있어서, 상기 상면은 대체로 편평한 구역을 포함하는 것인 입방 코너 부재.
  27. 제26항에 있어서, 상기 대체로 편평한 구역은 정수 개수의 입방 코너 캐비티와 외접하는 것인 입방 코너 부재.
  28. 제27항에 있어서, 상기 정수 개수는 1인 것인 입방 코너 부재.
  29. 제19항에 있어서, 상기 상면의 적어도 일부의 정반사율이 대략 60% 미만인 것인 입방 코너 부재.
  30. 제29항에 있어서, 상기 상면의 적어도 일부의 정반사율이 대략 40% 미만인 것인 입방 코너 부재.
  31. 제30항에 있어서, 상기 상면의 적어도 일부의 정반사율이 대략 20% 미만인 것인 입방 코너 부재.
  32. 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면 및 상면을 포함하는 구조면이 있는 본체층을 제공하는 본체층 제공 공정과,
    상기 구조면의 적어도 상기 오목면 상에 반사막을 형성하는 반사막 형성 공정과,
    상기 구조면을 처리해서 상기 오목면 상에서 상기 반사막을 선택적으로 노출시키는 구조면 처리 공정
    을 포함하는 입방 코너 부재 제조 방법.
  33. 제32항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 반사막 형성 공정 이전에 개시되는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 상면에 접착에 저항하는 재료를 선택적으로 도포하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  35. 제32항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 반사막 형성 공정 이후에 개시되는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 구조면의 상부로부터 상기 반사막을 제거하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  37. 제35항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 상면에 마스킹 재료를 선택적으로 도포하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  38. 입방 코너 캐비티를 형성하는 오목면 및 상면을 포함하는 구조면이 있는 본체층을 제공하는 본체층 제공 공정과,
    상기 구조면의 적어도 상기 오목면 상에 반사막을 형성하는 반사막 형성 공정과,
    상기 구조면을 처리해서 선택적으로 상기 상면의 정반사율을 낮게 하는 구조면 처리 공정
    을 포함하는 입방 코너 부재 제조 방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 반사막 형성 공정은 상기 구조면에 상기 반사막을 대체로 연속적으로 도포하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 반사막 형성 공정은 상기 구조면의 상부를 제거해서 상기 상면을 형성하는 구조면 상부 제거 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 구조면 상부 제거 공정은 상기 구조면을 연삭제와 접촉시키는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  42. 제39항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 상면에 마스킹 재료를 선택적으로 도포하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 마스킹 재료는 상기 반사막의 일부에 걸쳐 도포되는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  44. 제39항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 상면을 선택적으로 거칠게 해서 매끄럽지 않게 표면 마무리되도록 하는 선택적 거칠게 하기 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 본체층 제공 공정은 상기 구조면의 형성에 직간접적으로 사용되는 몰드를 준비하는 공정을 포함하고, 상기 선택적 거칠게 하기 공정은 상기 상면과 일치하는 몰드의 일부를 선택적으로 거칠게 하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  46. 제44항에 있어서, 상기 선택적 거칠게 하기 공정은 상기 상면을 연삭제와 접촉시키는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  47. 제38항에 있어서, 상기 반사막 형성 공정은 상기 반사막을 상기 구조면에 불연속적으로 도포하는 반사막 도포 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 구조면 처리 공정은 상기 반사막 도포 공정 전에 상기 상면에 접착에 저항하는 재료를 선택적으로 도포하는 공정을 포함하는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  49. 오목면과 매끄럽지 않은 상면이 있는 몰드를 제공하는 몰드 제공 공정과,
    입방 코너 소자를 형성하도록 배치된 면들과, 상기 입방 코너 소자 사이의 중간면과의 구조면을 갖는 본체층을 상기 몰드로부터 직간접적으로 형성하는 본체층 형성 공정과,
    상기 구조면의 입방 코너 소자 및 중간면 상에 반사막을 형성하는 반사막 형성 공정
    을 포함하는 입방 코너 부재 제조 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 본체층 형성 공정은 전면(前面) 본체층을 형성하고, 상기 면들은 입방 코너 캐비티를 형성하도록 오목하게 가공되는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
  51. 제49항에 있어서, 상기 본체층 형성 공정은 후면 본체층을 형성하고, 상기 면들은 입방 코너 피라미드를 형성하도록 배치되는 것인 입방 코너 부재 제조 방법.
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