CN1187883A - 铺贴式反光薄片 - Google Patents

Abstract

一种立体角反光制品,该制品在至少一个平面、较佳地在两个或更多平面存在宽范围的反射入射角度。本发明制品包括一具有由基本平行的槽的三个相交槽组构成的至少一个立体角元件阵列的结构表面。各立体角元件包括由三组相交槽中的每一组槽中的一个槽构成的底部三角形,该底部三角形是不等边的。

Description

铺贴式反光薄片

技术领域

本发明涉及具有结构面的反光制品。具体而言，本发明涉及具有结构面的反光片及其制造模具，所述结构面包含多个向特殊方向排列的立体角反光元件阵列。

背景技术

由立体角反光元件构成的反光制品已经在交通和人身安全标志等领域中获得广泛的应用。立体角反光片也已广泛地用于弱光条件下和夜晚时路标的可视度或醒目性。例如，在美国，政府的规定要求在双轮拖车上设置反光材料以提供这些车辆的醒目性。立体角反光片还应用于高能见度的服装。

在反光技术领域中底部立体角反光元件是众所周知的。这种元件一般是三面体结构的，具有基本上互相垂直的三个横面，它们相交于同一个相关点或顶角，还有一与该顶点相对的底部三角形。该元件的对称轴线或光学轴线是穿过立体角并且将立体角元件的内部空间分成三等份。工作状态下，投射在立体角元件底部上的光线在一个横面上反光且再朝向光源。由横向立体角表面的反光可由镜面反射实现，在此情况下，立体角元件的横面涂有一层镜象反射物质，例如铝或银。另外，反射可根据全反射原理进行，在此情况下，立体角元件的面上不涂覆镜面反射材料。反光片一般有一结构表面，该结构表面包括至少一个阵列的立体角反光元件以增强物件的可视性。由反光片所反光的总光线是由单个立体角元件反光的光线总和。

“入射角”一词一般用于描述反光片的反光性能，该性能是投射在反光片上的入射角和反光片取向的函数。投射光线的入射角一般是相对垂直于反光片底部面的一条轴线测得的。一个反光制品的反光性能可由投射在制品面的总光线被制品以一特定入射角返回的百分率来表示。

传统的截头立体角反光件存在较差入射角性能。当投射光线的入射角偏离元件的光学轴线时，由传统立体角元件反光的光量可陡降。同样地，采用非倾斜的截头立体角元件的反光片响应于以高入射角投射在反光片上的光线显示出其反光性能弱的问题。

在多个平面上存在宽入射角的反光片可应用于许多情况下，一种应用情况就是车辆工业中的醒目反光片。车辆醒目反光片一般放在卡车拖车的后部和侧部，处于与拖车框架一致的水平方向和垂直方向上。为有效地起作用，反光片必须在反光片处于任何方向时都能以高入射角反射投射在拖车上的光线。因此，需要提供反光的车辆醒目片，它在两个平面上都具有宽入射角度。在多个平面上具有宽入射角度的反光片也可用于标志。具体地，具有宽入射角度的多个平面的反光片可降低将反光片以特定取向置于标志上的重要性。

生产在多个平面中宽入射角度的反光制品的一种方法在本技术领域中一般称为“贴片”，包括将多块倾斜的立体角阵列组成的不连续片按不同方向布置在薄层上。“贴片”具有可有效地生产具有宽入射角度的多个平面的制品的优点。然而，贴片具有固有的缺陷，即在任何给定方向上，只有少量的贴片部份的方向可使投射在其表面上的最大量光线反光。因此，所贴成的立体角片为了获得多个平面的入射角而必然在任何给定的方向上存在光度损失。

美国专利4,588,258揭示了一种具有两个平面的宽入射角的反光制品：第一平面基本上与包括立体角元件的光学轴线的平面重合，第二平面与第一平面垂直。然而，这种制品一般存在第一平面中的入射角比第二平面中的宽的问题。

因此，需要提供一种具有两个宽的入射角平面的反光片，该反光片在非零入射角时具有基本上相似的反光性能。更需要提供一种反光片，它可达到其光学性能而不会损失亮度，就如贴成的立体角反光片所需的那样。在本技术领域中至今还既没有揭示也没有提出过达到这种光学性能的制品或方法。发明内容

本发明旨在提供一种铺贴式立体角反光片，它改进了与反光片边缘基本平行的平面内的入射角。按照本发明，铺贴式反光片包括具有底部表面的衬底和偏离底部表面一定距离的结构面。结构面包括至少两种不同的立体角元件阵列。每个立体角阵列由三组交叉的基本平行槽组构成，它们包括一个初级槽组和两个次级槽组。次级槽组的相交限定了小于60度的内角，并且至少一个立体角阵列的每个初级槽组内的几乎每个槽的主要区域位于与制品边缘的交角为锐角5-25度、35-55度和65-85度的平面内。

按照较佳实施例，次级槽组的相交限定了大约为50度的内角，并且至少一个立体角阵列的每个初级槽组内的几乎每个槽的主要区域位于与制品边缘相交为45度左右的平面内。

本发明进一步提供制造适于成型铺贴式反光片的模具的方法，它包括以下步骤：

(a)提供多个分离的立体角元件模具，每个立体角元件模具包括具有位于底部平面内的底面的衬底和与底面相对的结构表面，结构表面包括由三组交叉的基本平行槽组构成的立体角元件阵列，每个阵列包括一个初级槽组和交角小于60度的两个次级槽组；以及

(b)使第一模具取向为立体角阵列的每个初级槽组内的几乎每个槽的主要区域位于与制品边缘的交角为锐角5-25度、35-55度和65-85度的平面内。

附图的简要说明

图1是根据本发明原理的立体角制品一个实施例的部分放大图；

图2是图1所示立体角制品的横截面图；

图3是表示如图1所示制品的反光制品预计的反光性能的等亮度曲线图；

图4是如图1所示制品的反光制品的所测得的反光性能的等亮度曲线图；

图5是返回的总光线图，是向图1-2所述立体角几何形状投射光的入射角的函数；

图6是与作为向如图1-2所示立体角几何形状投射光线的入射角的函数的所返回的总光线与不同立体角几何形状的比较图；

图7是根据本发明原理的立体角反光片的一个实施例的示意图；

图8是图7所示反光片用作为卡车醒目片的汽车立体图；

图9是采用不等边底部三角形的立体角元件的反光片立体图

图10是根据图9所示反光制品的预期反光性能的等亮度曲线图；

图11是采用不等边底部三角形立体角元件的反光片的立体图；

图12是图11所示反光制品的预期反光性能的等亮度曲线图；

图13是按本发明原理的立体角反光片的示意平面图；

图14是市售立体角反光片的示意平面图；

图15是图13所示反光片与图14所示反光片光学性能的比较图；

图16a-16j都是等亮度图，表示成对的立体角反光元件增加倾斜角的等亮度曲线。图1，2，7-9，11，13和14都没有按比例画。

实施发明的较佳方式

本发明提供了一种立体角反光制品，它具有改进的光学性能特征。本发明的一个实施例旨在提供一种反光片，它在至少一个平面上具有改进的入射角度。虽然不是必须，但最好本发明的一个制品具有至少两个宽入射角度平面。更佳的是本发明的一个制品在任一宽入射角平面上可以以一给定的入射角度使等量的光线返回。

本发明的一个方面取决于认识到已有的立体角技术中的某些假定可能性并不适用于所有立体角几何形状。特别地，在已有的立体角技术中一个重要的假定可能性是在一特定平面上使立体角元件的光学轴线倾斜一给定角度可改进制品在一个平面中的入射角，该平面基本上与含有立体角元件的光学轴线平行并与反光片底部平面垂直。本发明证明这一假设对所有几何形状的立体角并不都适用。本发明第二个方面取决于认识到具有与立体角元件光学轴线所处平面不重合的宽入射角度平面的反光制品的光学性能可通过将宽入射角度平面以一特定角度与反光片的边缘对齐。较佳地，宽入射角平面应近似地与反光片一条边平行。

图1是包括多个立体角元件12、14的制品的结构表面10部分放大示意平面图，该立体角元件12、14由包括互相相交的三个槽组构成，槽组包括一初级槽组30和两个次级槽组36、37。各槽组中相邻槽之间的距离测得在小于600微米和最好约150-200微米之间，然而应当认识到并不要求立体角元件的精密测量。图1所示立体角元件12、14的底部三角形所包括的角度测出近似65度、65度和50度，然而，立体角元件12、14的底部三角形的特定几何形状并不是必要的，并且应认识到本发明并不仅限于具有这些特殊底部三角形测量值的立体角元件。

称槽组30为初级槽组、槽组36、37为次级槽组是一种习惯做法。对于具有等腰底部三角形的立体角元件、如图1所示的立体角元件，次级槽组36、37具有基本上相同的槽角(例如38.721°)。反之，初级槽30的槽角a₁(例如27.795°)与次级槽组36、37的槽角不同。按常规将一个槽组称为初级槽组，阵列所处基底边缘相关的立体角阵列的方向可由初级槽组30与基底边缘相交的角度确定。

图2是具有图1所示结构表面10的制品2的部分横截面图。制品2包括一基底4，当平放时，该基底具有一位于底部平面内的底部表面6和一与底部表面6隔开的结构表面10。构成基底4的材料可根据制品2所处的具体应用情况改变。以下讨论不同应用情况下所适用的材料。另外，在图2所示的实施例中，结构表面10与底部表面6相对并且基本与之处于同一平面中，然而应当认识到结构表面10既不需要与底部表面6直接相对，也不需要与之共平面。

参见图2，立体角元件12、14的对称轴线24、26都与轴线28倾斜约7.47度的一个倾斜角α，该轴线28基本上垂直于底部表面6并且与各立体角元件12、14的顶点相交。然而，应当认识到并不需要一个精密的倾斜角α，本发明可采用从大约4度至15度的一系列倾斜角。在图2所示的实施例中，立体角元件12、14都在一个平面倾斜，该平面近似垂直初级槽30。更精确地，立体角元件12、14都倾斜成这样的，即对称轴线24、26处于与初级槽30和底部表面6近似垂直的一个平面。如图1-2所示的倾斜立体角元件可称为“反向”倾斜立体角元件。反向倾斜的立体角元件进一步的特点在于立体角元件底部三角形仅有一个角测量出来是小于60度的；其它两个角度至少为60度，并且在图示实施例中，测量值约为65度。相反，向前倾斜的立体角的特点在于底部三角形的两个角测量值小于60度，一个底部三角形角度测量值大于60度。

图2也示出了初级槽30的槽边角a₁测量值近似29.795度。虽然图2中未示，次级槽36、37的槽边角测量值近似38.721度。具有基本上如图1和2所示立体角元件的反光片揭示在美国专利2,310,790(Jungersen)中。

图3是一等亮度值线图，示出了由反向倾斜立体角元件12、14所形成的配对反光立体角元件的预期总返回光线，该反向倾斜立体角元件12、14由在入射角和取向角改变时折射指数为1.517的材料制成。立体角配对阵列的预期总返回光线可由百分比作用面积和光线强度来计算。总光线返回量被限定为百分比作用面积和光线强度的乘积。对直接加工的立体角阵列的总光线返回量的深入讨论揭示在Stamm的美国专利3,812,706中。

就一种初始的单一光线强度而言，损失是由通过反光片的底部表面的两次通过和三个立体表面中每一个上的反光损失所造成的。对于接近垂直投射和反光片折射指标约1.5的底部表面过渡损失大致都为0.92。已经涂有反光层的立体角的反光损失取决于、例如涂层的类型、相对于立体角表面法线的投射角。涂有铝反光层的立方体表面的一般反光系数在每一立方体表面为0.85至0.9。取决于全反射的反光损失基本上为零。然而，如果相对立体角表面法线的光线投射角小于临界角，那么全反射可减少并且会通过立体角表面穿过大量的光线。临界角是立体角的折射指数和立体角后部物质(一般为空气)的折射指数的函数。标准光学教科书、如Hecht“光学”第二版(AddisonWesley公司1987年出版)就介绍了前表面通过损失和全反射。

单个或各个立体角元件的有效面积可由立体三角形的三个面在与折射的入射光线垂直平面上的投影和在相同平面上的第三反射的映象表面的投影的拓扑相交决定并与之相等。决定有效口径的一种操作程序例如在由Eckhardt所著的“应用光学”、1971年7月、第7号第10卷1559-1566页。在Straubel的美国专利第835,648号中也讨论了有效面积或孔径的概念。那么，单个立体角元件的百分比有效面积由有效面积除以立体角表面的总投影面积确定。采用光学技术领域中普通技术人员所知的光学模型技术可计算百分比有效面积，或者可采用传统的光线跟踪技术也可用数字决定百分比有效面积。配有成对阵列的一个立体角的百分比有效面积可由配对的两个单独立体角元件的平均百分有效面积计算出。换言之，百分比有效孔径等于一正在反光的立体角阵列的面积除以阵列的总面积，百分比有效面积受到立体角几何形状、折射指数、入射角和反光层取向的影响。

参见图3，矢量V₁表示包括立体角元件12、14的对称轴线24、26的平面。例如，在图1中，矢量V₁处于基本上与初级槽30垂直的平面内。同心的等亮度曲线表示返回的预期总光量，是以入射角和取向角的多种组合投射在立体角元件12、14底部表面上的光线的百分率。由曲线图中心的辐射运动表示入射角度加大，而圆周方向的运动表示立体角元件相对光源的方向的改变。最里面一条等亮度曲线是一组入射角的界线，以该入射角一对立体角元件12、14将投射在其底部三角形的接近90％的光线返回。逐渐远离中心的等亮度曲线是这样一些入射角，即在这些入射角时投射在立体角元件12、14的底部三角形的光线返回百分率逐渐减少。

图4是一等亮度图，与图3所示类似，它示出了如图1和2所示配对立体角元件具有相同几何形状的立体角元件时的测得的总光线返回百分率。立体角元件由BK7玻璃制成，其折射率为1.517。虽然由于制造缺陷和测量错误而在曲线图中存在略微变化，但图4中所示的测量结果仍与图3所示的等亮度曲线的形状相符。

应当注意到图3-4所示的等亮度曲线图的两个方面。首先，曲线图表明配对立体角元件12、14具有两个宽入射角度平面，它们基本上相互垂直并且处于不与立体角元件倾斜平面重合的平面内，由矢量V₁表示。对于图1-2所示的配对立体角元件，入射角度的两个宽平面都与立体角元件倾斜平面近似成45°，并且与两个基本上垂直平面40、42在等亮度图上相同，该两个平面与等亮度图的宽瓣处重合。

图3-4所示等亮度曲线的第二方面是立体角12、14相对平面V₁对称而产生的。因此，具有图1-2所示几何形状的一对立体角元件将在平面40或42中返回以一给定入射角投射的光光量的百分率是近似相同的。该方面更详细地示出在图5中，该图示出了立体角元件12、14的预期总返回光量，该光量是投射在平面40和42中的元件12、14底部上的光线入射角的函数。曲线44和46表示配对反光立体角元件的总返回光量，该立体角元件由折射指数1.6的材料制成。两条曲线实际上在入射角的整个范围内叠加的，表示由配对立体角所折射的总光量以一给定入射角时在平面40或平面42中是近似相等的。在60°以上时的轻微不同来自于立体角在非常高的入射角时的预期性能的数字误差。曲线48和50都是由折射指数1.5的材料制成的配对反光立体角元件的模拟曲线。

图6将图1-2所示几何形状的配对立体角元件的反光性能与美国专利4,588,258(‘258专利)所揭示几何形状的前倾立体角元件相比。曲线52示出了’258专利的几何形状下的总返回光量，它是入射角度最宽平面中的入射角的函数。曲线54示出了在‘258专利的几何形状下的总返回光量，它是第二宽入射角度平面内的入射角函数。曲线56和58示出了在图1中所示几何形状下的总返回光量，它是入射角两个宽度平面的入射角函数。图6表示在大于35-40度的入射角时，如图1所示的配对立体角元件在两个宽入射角度40、42平面返回的光量百分率大于’258专利中所揭示的几何形状的立体角元件在“Y”平面内的返回光量。

图7是一典型的反光片60的示意平面图，根据本发明原理该反光片具有两个入射角度宽平面。反光片60包括第一和第二纵向边62以及基本上与图1-2所示结构面有关的结构面。该结构面包括一个配对立体角元件阵列，该阵列由三组基本上平行槽相交形成，槽组包括一初级槽组66和两组次级槽68、69。因为立体角元件具有等腰底部三角形，所以底部三角形的两个角是相同的。初级槽组可由连接底部三角形的两个相等角的槽组构成。其余的槽组可认为是次级槽组。在图7所示的实施例中，阵列基本上完全穿过反光片的表面。各配对的立体角元件包括两个在基本上与初级槽组66垂直的平面内倾斜的两个相对单独立体角元件70、72。另外，基本上每个初组槽组66的主要部分、较佳地是整个初级槽组66都处于以角度α与制品纵向边缘62相交的平面内，该角度较佳地为45度。应当注意到结构表面为图示清楚在图7是放大的。实际上，相邻槽组之间的距离一般测量值在60至600微米之间。

虽然在图7中所示各配对的相对立体角元件70、72都是实际上相互直接面对初级槽组66，但可认识到这种实际相对位置并不是本发明的要求。最普遍地来说，本文所用的“相对”一词可用于表示光学地相对。立体角元件可认为在它们产生“镜像”反光图形时是光学相对的。众所周知，在立体角反光技术领域中，是另一个的物理镜像的立体角元件-即元件基本上相同的只是相互转过180度的立体角元件产生镜像反光图形。直接加工工艺有利于相对的立体角元件直接地使槽组相互相对，如图7所示的。然而，可认识到相对立体角元件可物理地在反光片上相互远离。另外，可认识到相对立体角元件不需要相互有较佳地物理镜向成像来产生光学相对的立体角元件。相对立体角元件的物理形状略微变化将仅产生反光图形的略微变化，这种变化在正常的观察条件下人眼是察觉不到的。这种立体角元件仍然是本文所采用词意范围内的相对元件。

具有如图7所示结构表面的反光片存在与图3所示相同形状的理论等亮度曲线。然而，因为立体角元件的阵列的方向是初级槽组66处于与反光片边缘以近似45度相交的平面内，与图3所示平面40对应的入射角宽度平面近似地与反光片60的纵向边缘62平行。另一与图3所示平面42对应的入射角宽平面近似地垂直反光片60的纵向边缘。本技术领域中的普通技术人员将可认识到反光片60的反光性能可与图3所示的理论性能有所变化，因为诸如制造缺陷、测量错误等原因。这种略微的变化认为也是在本发明范围内的。

反光片60的一个特别有益的应用场合为车辆醒目片。图8是一大型车辆82的示意图，一条反光片60设置在垂直方向。反光片60可反射过往车辆的前灯光线以增加其醒目性。为了使水平反光片条60在高入射角度下所返回的光量最大，入射角的最宽平面应当基本上与其纵向边缘62平行。相反，为了使垂直方向的反光片条60所返回的光量在高入射角时最大，入射角的最宽平面应当基本上垂直于其纵向边缘62。

反光片60尤其适用于提高车辆的醒目性。当反光片60水平地设置在车辆82上时，入射角的一个宽平面基本上与反光片60的纵向边缘62平行(例如约在5°左右)，从而使水平条84在高入射角时所返回的光量最大。相同地，当反光片60垂直地放在车辆上时，入射角的一个宽平面基本上垂直于反光片60的纵向边缘62，从而使垂直条86在高入射角时所返回的光量最大。为这种应用提供单个反光片产品的能力可节省为这种醒目反光片所作的设计、制造销售和安装工序。

反光片60同样适用于高速公路标志片。如上所述的，大多数倾斜立体角反光片产品的反光性能取决于反光片在标志上的取向。例如，‘258专利所示的反光片在与X平面相同的平面内具有较佳的入射角度。为了保证‘258专利的反光片的光学性能最佳，反光片的取向必须是X平面与投射光的入射平面重合。相反，图7所示反光片的取向可是任一宽入射角度平面与投射光线的入射平面重合。

在大多数应用场合下，当最宽的入射角度的一个平面基本上与反光片的纵向边缘62平行时，反光片60具有最佳的反光性能。对于图7所示立体角几何形状而言，这对应于一结构表面，其中初级槽组66的主要部分、较佳地是各初级槽66的整个长度都处于一平面内，该平面与反光片纵向边缘62以测量角度45度相交。然而，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，初级槽不需要处于与一片反光片的边缘精确地交成45度的平面内。虽然制品的反光亮度在初级槽66与制品的边缘62相交角度偏离45度时减少，但这种减少是逐渐的。取决于功能要求本发明的优点仍可在图7所示的几何形状下获得，只要初级槽66与边缘62的相交角度大约在35到55度之间、较佳地在约40至50度时获得。另外，许多其它的立体角几何形状存在具有宽入射角度平面，这些平面离开立体角元件的光学轴线倾斜的平面。在反光技术领域中的普通技术人员将可认识到具有这种立体角元件的反光片的性能可通过将立体角元件的取向定为宽入射角的平面基本上与反光片边缘平行来改进。

本发明的光学优点可采用图1所示几何形状之外的其它立体角几何形状来实现。具有不等边底部三角形的许多类立体角元件具有适用于制造本发明的反光片等亮度曲线，底部三角形立体角元件的特点在于立体角元件所含的三个内角中的没有一个是相同的。

采用典型不等边底部三角形立体角元件几何形状的结构表面100的一个例子示出在图9中。各立体角反光元件的底部三角形的内角近似为69.09度，50.00度以及67.91度(分别为β₁，β₂，β₃)。槽102(a₃)的槽侧角近似41.812度；槽104(a₂)的槽侧角近似27.623度；槽106(a₁)的槽侧角近似35.702度。各立体角元件的光学轴线与垂直基体的底部表面的轴线近似倾斜8.30度，该基体处于一近似地平行槽106并且垂直材料的底部表面的平面内。

图10是采用由折射指数1.590的材料制成、并且具有图9所示几何形状的配对立体角元件的反光片的预期等亮度轴线。矢量V₁对应于立体角元件倾斜的平面(例如含有立体角元件对称轴线的平面)。图9所示立体角几何形状具有两个宽入射角度平面，如平面110、112，它们都是成角度地与立体角元件倾斜的平面偏离30度和120度。另外，平面110和112都近似地相互垂直。此外，结构表面的取向是槽106以30度或60度与反光片的纵向边缘相交，而使一个宽入射角平面与反光片的纵向边缘平行，另一个宽入射角平面垂直反光片的纵向边缘。

图11示出了一结构表面120，该表面包括另一个不等边底面三边形的几何形状的立体角，其两个宽入射角平面在角度上偏离相对立体角元件倾斜的平面。图11所示立体角元件底部三角形的内角近似68.71度，48.00度和63.29度(分别为β₁，β₂，β₃)。槽122(a₃)的槽侧角近似36.324度；槽124(a₂)的槽侧角近似26.283度；槽126(a₁)的槽侧角近似42.306度。各立体角元件的光学轴线与垂直基体的底部表面的轴线近似成9.51度，该基体处于一与槽126以近似45度相交的平面内。

如图12所示的，包括如图11所示一阵列立体角元件、且折射指数为1.590的反光片具有两个入射角度宽平面130、132，它们与元件倾斜平面的矢量V₁偏离约26度和116度。因此，结构表面的方向是槽124以19度或71度与反光片的纵向边缘相交，而使一个宽入射角平面与反光片的纵向边缘平行，另一个入射角度宽平面垂直反光片的纵向边缘。

采用不等边底部三角形的立体角设计比具有等腰底部三角形的立体角元件还具有其它一些优点。一个优点是具有不等边底部三角形的立体角元件的结构表面可使制造过程中相对立体角元件倾斜角度较大，而不会对相邻立体角元件造成物理损伤。

在采用三组相互相交的槽的直接加工立体角中，当任一槽侧角超过45度时，立体角碎裂，而使切削工具将相邻立体角的边缘弄碎。例如，美国专利4,588,258中所示的立体角元件的几何形状倾斜角度在一传统阵列中不能超出9.736度。在下文中的表格I中，示出了底部三角形内角(β)和槽侧角(a)的典型不等边几何形状值时相对立体角元件在大致与一槽平行且垂直底部平面的一个平面内的倾斜。不等边几何形状可使任何槽侧角超出45度之前的倾斜较大，从而允许立体角元件有超出切削工具造成的机械碎裂的已知极限的倾斜。例如，表I示出了可采用高达约13.376度的倾斜或斜角，而不会有边缘碎裂。

                        表Iβ2      β3     β1       a1        a2         a3       倾斜角40.0    73.321  66.679    36.695    21.063     45.789    14.91241.0    72.845  66.155    36.577    21.677     45.485    14.30542.0    72.358  65.642    36.464    22.300     45.161    13.68942.5    72.110  65.390  36.408    22.614    44.992    13.37643.0    71.858  65.142  36.354    22.931    44.818    13.06144.0    71.345  64.655  36.247    23.571    44.455    12.42145.0    70.817  64.183  36.145    24.221    44.071    11.76946.0    70.274  63.727  36.047    24.881    43.666    11.10547.0    69.713  63.287  35.953    25.550    43.238    10.42648.0    69.133  62.867  35.864    26.230    42.787    9.73349.0    68.533  62.467  35.780    26.921    42.313    9.02550.0    67.912  62.088  35.700    27.623    41.814    8.30051.0    67.266  61.734  35.626    28.336    41.289    7.55952.0    66.595  61.405  35.558    29.061    40.738    6.80153.0    65.896  61.104  35.495    29.797    40.160    6.02454.0    65.167  60.833  35.440    30.545    39.553    5.22855.0    64.405  60.595  35.391    31.304    38.917    4.41256.0    63.607  60.393  35.349    32.075    38.250    3.57457.0    62.770  60.230  35.316    32.857    37.552    2.71558.0    61.892  60.109  35.291    33.650    36.822    1.83359.0    60.967  60.033  35.275    34.452    36.058    0.92760.0    60.000  60.000  35.264    35.264    35.264    0.000

结合本发明关于不在倾斜平面内改进的较佳入射角度的示教，不等边底部几何形状的立体角元件阵列也可使倾斜超出原先已知的极限，在该极限时垂直或法向地投射到立体角底部三角形上的光线总返回光量减少。反光片的总返回光量(TLR)是由百分比有效孔径和反光的光线亮度的乘积。立体角几何形状、入射角和折射率、亮度的显著减少的一些组合情况可使总返回光量相对减少，即使百分比有效孔径相对大。一个例子是根据反光的光线的全反射的反光立体角元件阵列。如果在一个立体角面外，超过全反射的临界角亮度就会显著减弱。虽然在此情况下采用金属或其它反光涂层是有用的，但这些涂层由于成本、工艺、外观或其它一些因素而并不是总适合的。在此情况下，采用不等边底部三角形的立体角元件就是较佳的。

表II示出了垂直投射光线和折射率为1.586的立体角的限制总返回光线的几何形状。例如对于一个52.2度-52.2度-74.6度的底部三角形的立体角元件，极限倾角是15.60度，例如美国专利4,588,258(Hoopman)所揭示的。然而，这一极限在采用不等边底部几何形状时可超出，而总返回光量不会减少，例如16.41度(45.40度-58.57度-76.03度)甚或18.830度(77.358度-65.642度-37.00度)。表II中的数据代表数字解而非解析解的结果。

                    表IIβ1      β2     β3      a1      a2        a3      倾斜角75.600  52.200  52.200  50.867  26.505    26.505    15.60275.749  48.900  55.351  50.939  24.769    28.080    15.85776.030  45.400  58.570  50.924  22.949    29.689    16.40876.623  41.400  61.977  50.985  20.840    31.290    17.47677.358  37.000  65.642  50.816  18.582    33.064    18.830

本发明的原理也可应用于倾斜的反光片。如本发明所采用的，倾斜的结构表面包括相对反光片边缘的不同方向上的配对立体角元件的多个分立的阵列。铺贴是用于生产具有多个宽入射角度平面的反光片的策略。铺贴的反光片在高入射角时固有地存在亮度损失，因为，确切地说，仅一部分阵列的方向可以在一给定入射角和反光片取向下反射最大量的光线。然而，通过使立体角元件阵列的取向根据本发明原理处于结构表面上可使铺贴的反光片的固有亮度损失最小或者至少是减小。

铺贴的一致性可结合图7所示的反光片来说明。如上所述的，图7所示反光的结构表面具有配对的单个立体角元件阵列，它可产生两个宽入射角平面：第一平面基本上平行于反光片60的纵向边缘62，第二平面基本上垂直于反光片60的纵向边缘62。一铺贴的反光片、包括具有相对反光片边缘处于两个不同方向的两个不同阵列位置的结构表面、可具有多达四个宽入射角平面。相同地，一反光片、包括相对反光片边缘有三个不同取向的三个不同铺贴阵列可具有多达六个宽入射角平面。总之，对于图7所示的立体角形状而言，具有X个宽入射角平面的反光片可由具有相对反光片边缘的X/2不同取向上的多个铺贴阵列的结构表面产生。

根据本发明，至少一个配对立体角元件的阵列的取向应为一个宽入射角平面近似地平行反光片的边缘。因此，对于图7所示的立体角几何形状而言，一个配对立体角元件阵列的方向应当为初级槽与制品的边缘相交成45度。

其余阵列的取向取决于在结构表面中的配对立体角元件的分立阵列的数量。对于图7所示立体角几何形状而言，假设铺贴目的是产生一在转动方向上更对称的反光图形，则配对立体角元件阵列之间的角度差ε可由以下公式表示：

                 ε＝90/N

其中N表示立体角元件分立阵列的数量。因此，在具有四个宽入射角平面的反光片中(例如采用N-2阵列的立体角元件)，立体角阵列取向上的角度差ε应当近似45度。因此，立体角元件的第二阵列的取向应当是初级槽与制品边缘相交近90度。同样地，在具有六个宽入射角平面的反光片中，立体角阵列取向上的差ε近似30度。因此，立体角元件的第二阵列的取向应当是初级槽与制品边缘相交成与反光片的纵向边缘成15度，第三立体角元件阵列的取向应当是初级槽与制品边缘相交成与反光片的纵向边缘近似75度。这一系列可延续到所需的多个不同取向上。

图13是根据本发明的铺贴反光片150的一个实施例示意图，它具有六个立体角元件阵列，因而具有六个宽入射角度。在一较佳例中，反光片150制成为一薄的连续带，柔软的反光片可以绕成卷。反光片150的结构表面包括六组配对立体角元件阵列，位于相对反光片150的纵向边缘152的六个不同取向上：第一组阵列154的位置为初组槽与边缘152相交成15度，第二组阵列158位置为初级槽与边缘152相交成75度锐角，以及第三组阵列162的位置为初级槽与边缘152相交成45度的锐角，第四组阵列155位置为初级槽与边缘152相交成45度锐角，第五组阵列159的位置为初级槽与边缘152相交成75度的锐角，第六组阵列的取向为初级槽与边缘152相交成15度的锐角。各阵列由基本上与图1和2的配对立体角元件相同的元件构成。矢量156、160和164表示立体角元件的各阵列154、158、162的初级槽各自的方向。相同地，矢量157、161和165分别表示阵列155、159和163的初级槽的方向。虽然不是必要的，但较佳的六个不同阵列组154、155、158、159、162和163都大约盖住反光片150的结构表面的六分之一的表面积。

反光片150具有六个宽入射角平面。与阵列组162、155对应的两个宽入射角平面相对反光片150的纵向边缘152近似0度和90度。与阵列组154和159对应的两个宽入射角平面相对反光片150边缘近似成60度和150度。与组158和163对应的两个宽入射角平面相对反光片150的边缘近似成30度和120度。

图13所示的反光片150采用了在六个不同取向上的六个阵列以产生具有六个宽入射角平面的反光片，其中之一基本上与反光片150的纵向边缘152平行。然而，应该清楚，反光片150可具有更多或更少的阵列以形成反光片，并且具有相应的更多或更少的宽入射角平面。

如上关于本发明的单个阵列实施例所讨论的，该阵列不需要精确排列也能实现本发明的优点。在许多应用情况下，将立体角阵列放置成大约5度的较佳方向将可足够在一给定入射角度下产生所需的亮度。

图14是反光片170的示意图，它采用了与图1-2所示类似的配对反向倾斜立体角元件的多个铺贴阵列。图14所示的反光片由伊利诺斯州Niles的Stimsonite方便地购得，并且制成且以商标名称为STIMSONITE的高性能级反光片(Lot1203W，产品号8432170)供应。反光片170的结构表面包括多个相对反光片170的纵向边缘172的多个不同取向上的多个匹配立体角阵列组。立体角阵列的取向可以是阵列初级槽处于相对反光片170的纵向边缘172成0度、30度、60度和90度的方向的平面内。

根据本发明将反光片150的铺贴段定位以使宽入射角度平面相对反光片150的纵向边缘152近似成0度和90度可获得比图14所示铺贴反光片更显著的性能。这些性能改进示在图15中，该图描述了反光片的亮度(每平方米烛光)是为改变在反光片上铺贴段(例如改变槽排列角)的取向的距离函数(米)。在图15中的亮度数据表示一标准轿车接近以45度角横停在路中的双轮拖车时的亮度。反光片水平地在在双轮拖车底边上。产生图15所示数据的检试环境和方法的详细描述可从由Woltman和Szczech所著的用于符合驾驶员需要、道路变化和标志材料的方法的标志亮度、由国家研究协会交通研究委员会1989年出版的交通研究记录1213、人类行为和高速公路的能见度--设计安全和方法第21-26页中得知。

在图15中，曲线180对应于如图14所示的反光片。曲线182对应于具有放置成5，35和65度取向的立体角阵列的反光片，曲线184对应于具有10、40和70度取向的立体角阵列的反光片，曲线186对应于具有在成15、45和75度取向的立体角阵列的反光片，以及曲线188对应于具有20、50和80度取向的立体角阵列的反光片。图15示出了具有放置成15、45和75度取向的立体角阵列的反光片几乎在离开反光片的所有距离下都有最佳的反光性能。同样地，具有10、40和70度取向的立体有阵列的反光片以及立体角阵列方向为20、50和80度的反光片在建模的距离范围内都有良好的反光性能。对应于反光片170的0度方向存在最差的反光性能。根据本发明的铺贴反光片取向的工作性能比在曲线所示的所有距离下都优于图14所示的反光片。因此，本发明的反光片的亮度近似是约50至150米的临界距离范围中的亮度的两倍。

根据本发明的反光片可由一片整体材料制成，例如在一预制片上模压出所述阵列的立体角元件，或者用流体材料在一模具中铸造而成。另外，这种反光片可制成为一叠层制品，例如如美国专利3,684,348所揭示的在一预制薄膜上铸造元件，或者将一预制薄膜叠置在单个模塑元件的前面上。

用于制造本发明反光片的有用工具包括模压模具，该模具可呈连续的带状或卷筒形。这种连续模具可用复制工艺制成，其一开始就在一可加工的基体上采用精密加工工具、例如金刚石固化机或车床直接加工一结构表面以产生一标准模制工具。结构表面可采用将镍的电解沉积在标准制品上复制而成。多个这样的复制工具可连接到一模造或铸造模具中。就本发明所述的具有新颖结构表面几何形状的范围而言，本发明的权利要求书将覆盖用于制造反光片的复制品、工具和模具。

用于本发明的反光制品或反光片的合适材料较佳地包括透明材料，其尺寸稳定、耐用、耐气候性，并且易于被复制成所需的形状。合适材料的例子包括：玻璃；折射指数约为1.5、由Rohm and Haas公司制造的如PLEXIGLAS牌丙烯酸树脂；折射指数约为1.59的聚碳酸酯；英国专利2,027,441和美国专利4,576,850、4,582,885和4,668,558所揭示的活性材料；可透过用于固化立体角元件的光化辐射波长的材料；从一组聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯以及多官能团丙烯酸单体的交联键聚合物中选得的聚合材料；聚乙烯基离子交联聚合物(如市售的E.I.Dupontde Nemours and Co.，Inc.的SURLYN牌)；聚酯、聚氨基甲酸乙酯；以及醋酸-丁酸纤维素。聚碳酸酯是最合适的材料，因为其韧性和较高的折射率，而可有利于在一较大的入射角范围中改善反光性能。这些材料也可包括染料、着色剂、颜料、紫外线稳定剂或其它添加剂。着色剂可包括荧光染料或颜料以改善反光片在日光下能见度和醒目性。材料的透明度可保证分离或平截表面可使光线透过制品或反光片的这些部位。

平截或分离表面的存在并没有削弱制品的反光度，而是使整个制品局部透明。在一些需要局部透明材料的应用情况下，制品的低折射指数将改善透过制品的光线范围。在这些情况下，增大的丙烯酸的透射范围是需要的(折射指数约为1.5)。

在完全反光的制品中，具有高折射率的材料是较佳的。在这些应用情况下，如折射率约为1.59的聚碳酸酯可用于增加材料的折射率和空气之间的差，从而增加反光度。聚碳酸酯一般也具有温度稳定性和冲击耐力。

本发明还涉及用一利用所揭示的立体角元件的光学设计的铸造和固化式制造工艺生产具有超高光学性能和极好柔软度的反光片。采用这种工艺的一制品实施例包括第一立体角元件的聚合成分和热塑材料的第二聚合叠层材料。较佳地，叠层材料对于制成立体角元件的树酯固化的光化辐射波长是透明的。这一实施例材料的另一较佳特点是各单元有关的弹性模数。高弹性模数的材料用于立体角元件是较佳的，因为其具有抵抗变形阻力的机械特性。叠层材料较佳地是略低弹性模数的聚合材料。在对立体角单元固化过程中，取决于立体角材料的成分，单个立体角元件可经受一定程度的收缩。如果叠层材料的弹性模数太高，当立体角元件在固化过程中收缩时会受到扭转应力的作用。如果应力足够高，那么立体角角元件就会变形而使光学性能降低。当叠层薄膜的弹性模数足够地低于立体角材料的模数时，叠层可在立体角元件收缩时变形，而不会在立体角元件上施加其固有的变形应力，从而不会引起光学性能降低。

另外，立体角元件和叠层材料之间的弹性模数差不需要随立体角元件的尺寸增大。当立体角元件较低时，立体角元件和叠层薄膜之间的弹性模数差不需要很大，假定由于较小的立体角元件在固化过程中收缩时不会受到和以绝对尺寸单位所测得的一样大的应力，所以叠层薄膜不与立体角元件互相作用使产生的扭转和尺寸应力与较大立体角元件的范围一样大。总之，可以表明叠层材料和立体角元件材料之间的模数差应在1.0至1.5×107帕的范围中，或者更大的范围中。当立体角元件的高度减小时，这一模数差立即可达到上述给定范围的下限。然而，应当记住，实际上存在立体角元件材料的实际下限。在某一值下，一般在2.0至2.5×108帕范围中，立体角元件会变得太软，而没有足够的机械刚性而在一应力作用下发生适当的破裂。在某些实施例中破裂是一所需的特征以便获得不连续的立体角元件。没有这一破裂，在应力作用下就不能实现单个立体角元件的解耦连，而解耦连对反光片获得柔性和优异的光学性能是至关重要的。

除了考虑立体角元件和立体角元件铸造于其上的叠层薄膜之间的相关弹性模数之外，叠层薄膜的较低弹性模数也是需要的。如果制造目标是为了获得在所生产的反光片材料中获得高柔软度，这一点就是重要的。较佳地，立体角元件用少量接合区铸造在叠层薄膜上。假设接合区可以足够地小，叠层薄膜的伸长或其它适当弹性变形可使得单个立体角元件之间的立体角材料破裂。这可由通过对叠层/立体角材料的后制造施加弹性应力、或者可通过简单地将材料从制造装置上移开的工艺来完成。这表明在制造时效率很高，即为实现相同的效果而使更多基本接合区破裂的重要的后铸造操作是不必要的的，从而可节约制造成本。

由于立体角薄膜的少量接合区破裂，所以单个立体角光学元件相互间必须完全解耦以及从叠层材料上脱离。重要的优点来自于这一解耦。首要的是材料的超软性。不管接合区的厚度如何，解耦的光学元件不再受接合区作用的机械约束。这使得弹性叠层/立体角复合材料的显著变形，而同时可实质完成复合材料后变形的机械复原。同样，单个立体角元件的解耦使之可能脱离施加于复合材料上的任何变形应力。其直接的益处在于施加于反光材料上的应力一般具有使材料的光学性能略微降低的作用。在已有技术的制造过程中，由于柔性小，施加于立体角复合材料一个区域上的局部应力可透到相邻区域中，结果反光材料的很大区域上失去大量的光学特性。

在为了在一反光制品中获得一定程度柔性的另一不同工艺中，第一步是暂时将一个立体角阵列固定到一片底部材料上。立体角元件可通过在底部材料上的可脱离涂层上铸造一适合的材料而构成。那么，立体角元件的一反光层由喷涂金属或其它方式制成。底部材料层可以除去，而在基体上形成一较自由地存在露出的立体角阵列。

适合的后层可由透明或不透明材料制成，包括有色或无色材料，它们可以紧密地接合反光元件。合适的背材料包括铝层、镀锌钢、聚合材料、如聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚酰胺、聚氟乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯以及由这些和其它材料制成的多种叠层。

该背层或片可封到呈网格状图案或其它合适结构的反光立体角元件。可采用许多方法，包括超声焊接、粘结剂、或者通过热封等在反光元件的阵列不连续位置处进行密封(例如见美国专利3,924,928)。密封是为了防止污染物进入、如土壤或水分的进入以及在立体角反光表面的周围建立一个空气的间隔。边缘密封在车辆醒目性的应用情况下是有利的，它需要较窄长的反光片条。

如果在复合材料中需要额外的强度或韧性，可采用聚碳酸酯、聚丁烯或纤维加强塑料制成的背层。根据制成的反光材料的柔软度，材料可卷成筒或切成条或其它合适的设计。反光材料背上可涂上粘结剂和释放层以使之施放于任何基体上，而不需要其它施加粘结剂的步骤或采用其它固定方式。

虽然在上述各实施例中没有具体地揭示，但本发明还可以有具有立体角反光技术特点的许多变化或组合。例如，本技术领域中一个普通技术人员显然可以在分离立体角元件的槽中提供一分离表面。另外，显然可在结构表面一部分上涂覆一层镜面反光物质，如通过在表面上蒸涂一层铝或银。而且，一个普通技术人员将可认识到相邻立体角元件之间的二面角可以如Appeldom的美国专利4,775,219中所揭示的那样变化。具有明显的变化或组合特点的产品都属于本发明范围内。

                    例I

该例子示出了立体角元件倾斜的角度范围，它可使立体角元件的光轴倾斜所在平面和最宽入射角平面之间有所需的角度偏差。图16A至16J都是等亮度曲线，表示如图1-2所示配对立体角元件预期的反光性能。总之，图16A至16E示出了当元件倾斜角度增加到产生一65-65-50底部三角形时最宽入射角平面与立体角元件在其中倾斜的平面之间的偏离角度的增加。其后，相对立体角元件的倾斜角度的增加可使宽入射角度平面和立体角元件在其中倾斜的平面之间的角度差减少。

图16为具有等边底部三角形、折射指数为1.59的单个立体角元件的等亮度曲线。它有众所周知的六瓣形等亮度图形，这是由等边底部三角形立体角元件的三条对称轴线所产生的。图16B至16J示出了当相对立体角元件的倾斜角度增加时配对立体角元件的等亮度图形的变形。相对立体角元件在水平地穿过等亮度曲线的平面内倾斜。图16B表示1.60度倾斜以产生内角近似为61度、61度和58度的等腰底部三角形。图16C表示3.14度倾斜以产生内角近似为62度、62度和56度的等腰底部三角形。图16D表示4.63度倾斜以产生内角近似为63度、63度和54度的等腰底部三角形。图16E表示7.47度倾斜，以产生内角近似为65度、65度和50度的等腰三角形。图16F是10.15度倾斜，以产生内角近似67度、67度和46度的等腰三角形。

等亮度曲线的试验结果表示最宽入射角平面与相对立体角元件倾斜所在平面的角度差的增加。

其余等亮度曲线表示最宽入射角平面和相对立体角所倾斜平面之间的角度发散度的减少。图16G倾斜12.69度以产生内角近似69度、69度和42度的等腰底部三角形。图16H倾斜15.12度，以产生内角近似71度、71度和38度的等腰底部三角形。图16I表明倾斜17.46度，以产生内角近似为73度、73度和34度的等腰底部三角形。图16J表明倾斜19.72度以产生内角近似为75度、75度和30度的等腰底部三角形。

这一系列的等亮度曲线表明当相对立体角元件的倾斜角度增加到约12度时，制品的入射角度继续在两个基本上垂直的平面内变宽，该两个平面相对立体角元件倾斜平面近似成45度。进一步倾斜可增加在这些平面内的入射角度并且减少与倾斜平面重合平面内的入射角度。而最佳的倾斜量近似为7.47度，对应于65-65-50的底部三角形，将可认识到从近似5度向近似12度的倾斜角度范围是合理的，从而可生产出具有相互垂直的两个宽入射角平面的反光制品。

Claims (11)

1.一种铺贴式立体角反光薄片，其特征在于包括：

具有底部表面的衬底和偏离底部表面的结构面，所述结构面包括至少两个不同的立体角元件阵列，其中：

(a)每个立体角阵列由三组交叉的基本平行槽组构成，它们包括一个初级槽组和两个次级槽组；

(b)次级槽组的相交限定了小于60度的内角，以及

(c)至少一个立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以5度-25度、35度-55度和65度-85度的其中之一角度相交的平面内。

2.如权利要求1所述的立体角反光片，其特征在于每个立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以10度-20度、40度-50度和70度-80度的角度其中之一相交的平面内。

3.如权利要求1所述的立体角反光片，其特征在于每个立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以15度、45度和75度的其中之一角度相交的平面内。

4.如权利要求1所述的立体角反光片，其特征在于所述次级槽组相交以限定出介于40度-60度之间的内角。

5.如权利要求1所述的立体角反光片，其特征在于所述次级槽组相交以限定出介于45度-55度之间的内角。

6.如权利要求1所述的立体角反光片，其特征在于所述次级槽组相交以限定为50度左右的内角。

7.如权利要求1所述的立体角反光片，其特征在于一部分所述结构面用镜面反光材料涂覆。

8.一种铺贴式反光材料，其特征在于包括：

具有底部表面的光透明衬底和与底部表面相对的结构面，所述结构面包括至少两个不同的立体角元件阵列，其中：

(a)每个立方体顶角阵列由三组交叉的基本平行槽组构成，它们包括一个初级槽组和两个次级槽组；

(b)次级槽组的相交限定了50度左右的内角，以及

(c)至少一个立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以45度左右的角度相交的平面内。

9.一种制造适用于成型铺贴式反光片的模具的方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)提供多个分立的立体角元件模具部分，每个立体角元件模具包括具有放置在底平面内的底部表面的衬底和与底部表面相对的结构面，所述结构面包括由三个交叉的平行槽组构成的立体角元件，三个槽组包括一个初级槽组和两个相交角度小于60度的次级槽组；以及

(b)将多个分立的立体角元件模具部分装入适用于成型反光片的模具内，模具包括至少两个不同的立体角元件阵列，

其中装配立体角模具部分的步骤包括将第一模具定向的步骤，以使立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以5度-25度、35度-55度和65度-85度的其中一个锐角相交的平面内。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于装配立体角模具部分的步骤包括将第一模具定向的步骤，以使立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以10度-20度、40度-50度和70度-80度的其中之一锐角相交的平面内。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于装配立体角模具部分的步骤包括将第一模具定向的步骤，以成使立体角阵列的每个初级槽组内几乎每个槽的主要部分位于与制品边缘以15度、45度和75度的其中之一锐角相交的平面内。

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