DE69929596T2

DE69929596T2 - Würfelecken-retroreflektoren und verfahren für ihre herstellung

Info

Publication number: DE69929596T2
Application number: DE69929596T
Authority: DE
Inventors: M. Gerald Saint Paul BENSON; L. Kenneth Saint Paul SMITH; C. James Saint Paul CODERRE; E. Paul Saint Paul HUMPAL; D. Mark Saint Paul NACHBOR
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-05-13
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2002535692A; KR20010089796A; US6287670B1; CA2356418A1; CN1161627C; CN1338060A; AU3989299A; WO2000042454A1; JP4350908B2; US6656571B2; US20010026860A1; EP1145051A1; EP1145051B1; DE69929596D1; KR100619122B1

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen retroreflektierende Gegenstände, wie z.B. Bahnenmaterial. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Gegenstände oder derartige Bahnenmaterialien, bei denen retroreflektierende Elemente reflektierende Flächen aufweisen, die angeordnet sind, um einen Hohlraum auszubilden.
Der Leser wird auf das Glossar am Ende der technischen Beschreibung verwiesen, wo eine Anleitung bezüglich der Bedeutung von gewissen hier verwendeten Ausdrücken gegeben wird.
Würfeleckenförmige, retroreflektierende Bahnenmaterialien können im Allgemeinen als diejenigen kategorisiert werden, bei denen eine hintere Oberfläche der Grundschicht verwendet wird, und als jene, bei denen eine vordere Oberfläche der Grundschicht verwendet wird. Im Handel verfügbare würfeleckenförmige, retroreflektierende Bahnenmaterialien bestehen aus der erstgenannten Art, bei der eine dünne transparente Grundschicht eine im Wesentlichen ebene vordere Oberfläche und eine strukturierte hintere Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl von geometrischen Strukturen pyramidenförmiger Gestalt aufweist, von denen einige oder alle drei reflektierende Flächen aufweisen, welche als ein Würfeleckenelement konfiguriert sind. Licht fällt auf die ebene vordere Oberfläche, geht durch die Dicke der Grundschicht hindurch und wird durch die Würfeleckenelemente zurück durch die vordere Oberfläche hindurch retroreflektiert. In einigen Fällen wird eine reflektierende Beschichtung, wie beispielsweise Aluminium auf die hintere strukturierte Oberfläche aufgebracht, gefolgt von einer Klebstoffschicht, welche die strukturierte Oberfläche bedeckt und sich in gewissem Maße an ihre Gestalt anpasst. Allerdings ist im Allgemeinen keine reflektierende Beschichtung erforderlich, solange eine saubere Schnittstelle mit der Luft an der strukturierten Oberfläche beibehalten werden kann, wobei in diesem Fall Reflexionen durch vollständige innere Reflexion stattfinden.
Bei einigen bekannten Konstruktionen von würfeleckenförmigem, retroreflektierendem Bahnenmaterial wird eine vordere Oberfläche als Grundschicht verwendet, bei der die Grundschicht eine vordere strukturierte Oberfläche aufweist. Siehe zum Beispiel US-Patentschriften Nr. 3,712,706 (Stamm), Nr. 4,127,693 (Lemelson) und Nr. 4,656,072 (Coburn, Jr. et al.), und PCT-Veröffentlichung WO 89/06811 (Johnson et al.). Die vordere strukturierte Oberfläche weist eine Vielzahl von reflektierenden Flächen auf, die angeordnet sind, um Würfeleckenhohlräume auszugestalten. Deswegen wird auf derartiges retroreflektierendes Bahnenmaterial hier als auf Würfeleckenhohlräumen basierendes retroreflektierendes Bahnenmaterial Bezug genommen. Ein dünner Metallfilm wird normalerweise auf die strukturierte Oberfläche aufgebracht, um das Reflexionsvermögen der Flächen zu verstärken. Einfallendes Licht durchdringt die Grundschicht nicht, es wird stattdessen durch die Flächen reflektiert, welche die Würfeleckenhohlräume ausbilden. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Überzugsschicht, welche einfallendes Licht durchlässt, oben auf der strukturierten Oberfläche bereitgestellt, um die Hohlräume vor Schmutz oder weiterer Qualitätsverschlechterung zu schützen, wobei Abschnitte der Überzugsschicht in die Würfeleckenhohlräume der strukturierten Oberfläche hineinreichen und sie ausfüllen. Bei weiteren Ausführungsformen ist eine Überzugsschicht durch einen farbigen druck- oder wärmeempfindlichen Klebstoff auf die strukturierte Oberfläche aufgesiegelt oder haftet an ihr an, welche das Reflexionsvermögen der strukturierten Oberfläche annulliert, unterdrückt oder besei tigt.
Einige strukturierte Oberflächengeometrien definieren sowohl Würfeleckenpyramiden als auch Würfeleckenhohlräume. Ein Beispiel besteht aus einer strukturierten Oberfläche, die eine Vielzahl von angrenzenden quadratischen Flächen aufweist, die jeweils gegenseitig zu ihren angrenzenden Flächen senkrecht ausgerichtet sind, und jede Gruppe von drei angrenzenden Flächen in der Draufsicht einen sechseckigen Umriss aufweist.
Würfeleckenförmiges, retroreflektierendes Bahnenmaterial wird normalerweise hergestellt, indem zuerst eine Originalgießform produziert wird, die eine strukturierte Oberfläche aufweist, wobei eine solche strukturierte Oberfläche entweder der gewünschten Geometrie des Würfeleckenelements in dem fertigen Bahnenmaterial entspricht oder einer negativen (umgekehrten) Kopie davon, und zwar abhängig davon, ob das fertige Bahnenmaterial Würfeleckenpyramiden oder Würfeleckenhohlräume (oder beides) aufweisen soll. Die Gießform wird anschließend unter Verwendung irgendeiner geeigneten Technik, wie beispielsweise herkömmliches Nickel-Galvanoformen, chemische Bedampfung oder physikalische Bedampfung repliziert, um Werkzeuge zum Formen von würfeleckenförmigem, retroreflektierendem Bahnenmaterial durch Verfahren, wie beispielsweise Prägen, Extrudieren oder Gießen und Aushärten zu produzieren. US-Patentschrift Nr. 5,156,863 (Pricone et al.) stellt eine anschauliche Übersicht eines Verfahrens zum Formen von Werkzeugen bereit, das bei der Herstellung von würfeleckenförmigem, retroreflektierendem Bahnenmaterial verwendet wird. Bekannte Verfahren zum Herstellen der Originalgießform schließen Stiftbündelungstechniken, Laminiertechniken und Techniken mit direkter maschineller Bearbeitung ein. Jede dieser Techniken hat ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen.
Mehrere Vorteile können beim Herstellen von auf Würfelhohlräumen basierendem retroreflektierendem Bahnenmaterial realisiert werden. Ein Vorteil besteht in der Möglichkeit, eine größere Vielfalt an Materialzusammensetzungen für die Grundschicht zu verwenden, als es ansonsten möglich wäre. Dies ist so, weil die Grundschicht nicht optisch klar sein muss – sie kann tatsächlich sogar opak sein – anders als die Konstruktionen der hinteren Oberfläche der Grundschicht. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, bestimmte Arten von strukturierten Oberflächen in kürzerer Zeit in der Grundschicht auszubilden, als die zum Ausbilden einer negativen Kopie von derartigen strukturierten Oberflächen bei Konstruktion der hinteren Oberfläche der Grundschicht benötigt wird. Dies ist so, weil die Gießformen, die zum Ausbilden der strukturierten Oberfläche einer vorderen Oberfläche der Grundschicht verwendet werden, Nuten aufweisen können, die im Wesentlichen bezüglich der Ausrichtung der Nut uneingeschränkt sind. Im Gegensatz dazu weisen die Gießformen, welche zum Ausbilden der strukturierten Oberfläche einer hinteren Oberfläche der Grundschicht verwendet werden, typischerweise eine Anordnung von geschlossenen Hohlräumen (Würfelecken) auf, die durch eine Vielzahl von umgekehrten Nuten, d.h. Stegen, begrenzt werden. Die umgekehrten Nuten der erstgenannten Gießformen sind einfacher mit Grundschichtmaterial zu füllen als die Anordnung von geschlossenen Hohlräumen, die durch die letztgenannten Gießformen bereitgestellt werden.
Auf Würfeleckenhohlräumen basierendes retroreflektierendes Bahnenmaterial weist allerdings auch bestimmte Nachteile auf. Dazu gehört das gräuliche Erscheinungsbild des Bahnenmaterials, als Grauguss bekannt, wenn eine Aluminiumbedampfung als der reflektierende Film auf den Hohlraumflächen verwendet wird. Grauguss ist bei Anwendungen für Schilder wegen seiner Auswirkung auf die wahrgenommene Farbe auf dem Schild nachteilig, am deutlichsten ist die Reduzierung des Weißanteils bei Tageslicht. Dieses Problem kann etwas dadurch abgeschwächt werden, dass anstatt Aluminium Materialien mit höherem Reflexionsvermögen verwendet werden, wie beispielsweise Silber. Ein zweiter Nachteil besteht in der Korrosion oder weiterer Qualitätsverschlechterung des reflektierenden Films. Leider ist Silber sogar noch anfälliger für Qualitätsverschlechterung als Aluminium. Obwohl eine Überzugsschicht ein gewisses Maß an Schutz bereitstellen kann, können schädliche Stoffe, die an freiliegenden Rändern des Bahnenmaterials vorhanden sind, entlang des reflektierenden Films wandern, wobei sie stetig von solchen Rändern aus in das Bahnenmaterial vordringen.
Nicht durchgehende Bedampfungen, die auf die strukturierte Oberfläche von würfeleckenförmigem Bahnenmaterial aufgetragen werden, sind bekannt (siehe beispielsweise US-Patentschrift Nr. 5,734,501 (Smith) und US-Patentschrift Nr. 5,657,162 (Nilsen et al.)). Derartige nicht durchgehende Beschichtungen sind allerdings nur im Zusammenhang von Bahnenmaterial mit einer hinteren Oberfläche der Grundschicht offenbart worden und werden verwendet, um andere Probleme zu lösen als diejenigen, die hier von Interesse sind.
US-Patentschrift Nr. 4,775,219 betrifft würfeleckenförmige, retroreflektierende Gegenstände. Eine Ausführungsform offenbart ein retroreflektierendes Bahnenmaterial, bei dem die konfigurierte Rückseite des Bahnenmaterials durch drei sich überschneidende Gruppen von parallelen, V-förmigen Nuten definiert wird, welche eine dichte oder voll gepackte Anordnung von würfeleckenförmigen, retroreflektierenden Elementen ausbilden. Bei einigen Gegenständen, die in US-Patentschrift Nr. 4,775,219 offenbart sind, ist die Anordnung von Würfeleckenelementen nicht voll gepackt, d.h. zwischen den Elementen bestehen Zwischenräume, beispielsweise kann ein Zwischenraum mit flacher Oberfläche vorhanden sein, um Lichtdurchlässigkeit durch den Gegenstand zu ermöglichen, oder Anordnungen können hergestellt sein, bei denen ein Abschnitt der Anordnung, der mit einem Würfeleckenelement besetzt sein könnte, d.h. ein Bereich, der durch die Überschneidung von drei Nuten eingeschlossen ist, durch eine weitere Struktur besetzt ist.
EP-A-0 390 344 betrifft retroreflektierende Elemente, wie beispielsweise Würfeleckenelemente oder rechtwinklig dreieckige Prismen, die Würfelecken enthalten, welche an Gegenständen angeordnet sind, um Trennungsoberflächen zwischen den Elementen zu definieren. Die Trennungsoberflächen sind dergestalt transparent, dass sie Licht durch den Gegenstand hindurch lassen, wodurch sie ihn teilweise transparent und teilweise retroreflektierend machen. Die Oberflächen können flach oder gebogen sein. Das Schriftstück US-A-3,712,706 betrifft einen retroreflektierenden Gegenstand, welcher eine hohe retroreflektierende Leistungsfähigkeit aufweist.
Retroreflektierende Bahnenmaterialien, in welche die Vorteile von auf Würfeleckenhohlräumen basierenden Bahnenmaterialien integriert sind, wobei gleichzeitig die vorstehend aufgeführten Nachteile beseitigt oder reduziert sind, hätten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein retroreflektierendes Bahnenmaterial und ein Verfahren zum Herstellen eines Würfeleckengegenstands, und ist durch die Merkmale der Ansprüche definiert.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung ist ein retroreflektierendes würfeleckenförmiges Bahnenmaterial mit einer Grundschicht bereitgestellt, die eine struktu rierte Oberfläche aufweist, welche vertiefte Flächen und obere Flächen aufweist, wobei die vertieften Flächen Würfeleckenhohlräume ausbilden. Die vertieften Flächen weisen ein hohes spiegelndes Reflexionsvermögen auf, um wirkungsvolle Retroreflexion von einfallendem Licht zu ermöglichen. Die oberen Flächen weisen allerdings ein niedriges oder anders reduziertes spiegelndes Reflexionsvermögen auf, sodass sie gewünschte optische oder mechanische Eigenschaften zur Verfügung stellen. Ein Film aus reflektierendem Material ist mindestens auf den vertieften Flächen angeordnet, um das höhere spiegelnde Reflexionsvermögen bereitzustellen. Der Film kann über die strukturierte Oberfläche hinweg durchgehend sein, wobei sowohl die vertieften Flächen als auch die oberen Flächen bedeckt werden, oder er kann nicht durchgehend sein, wobei nur die vertieften Flächen bedeckt werden und er im Wesentlichen an den oberen Flächen fehlt. Bei mehreren offenbarten Ausführungsformen ist der Film an den vertieften Flächen selektiv freigelegt. Die oberen Flächen der strukturierten Oberfläche weisen vorzugsweise flache Bereiche auf, welche diffus reflektierend sind, wodurch sie zum Weißanteil des Bahnenmaterials beitragen, und welche eine ganzzahlige Anzahl von Würfeleckenhohlräumen umschreiben. Das diffuse Reflexionsvermögen der oberen Flächen kann durch das Grundschichtmaterial selbst, durch eine separate Schicht, wie beispielsweise Farbe, oder durch eine nichtglatte Oberflächengüte bereitgestellt werden. Außerdem kann eine Überzugsschicht bereitgestellt werden, um die Würfeleckenhohlräume vor Verschmutzung zu schützen oder um die Witterungsbeständigkeit zu verbessern.
Des Weiteren werden Verfahren zum Herstellen eines Würfeleckengegenstandes offenbart, bei dem eine Grundschicht mit einer strukturierten Oberfläche, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt ist, und ein reflektierender Film mindestens auf den vertieften Flächen ausgebildet ist. Die strukturierte Oberfläche wird behandelt, um den oberen Flächen selektiv ein niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen zu verleihen. Bei einigen Ausführungsformen wird der reflektierende Film im Wesentlichen durchgehend auf die strukturierte Oberfläche aufgebracht. In einem solchen Fall kann der Behandlungsschritt aufweisen: Entfernen von oberen Abschnitten der strukturierten Oberfläche zusammen mit jeglichem reflektierendem Film darauf, um obere Flächen oder modifizierte obere Flächen auszubilden, die frei von jeglichem reflektierenden Material sind; Aufbringen eines Maskierungsmateriales, wie beispielsweise einer Farbe, selektiv auf die oberen Flächen; oder selektives Aufrauen der oberen Flächen, um eine nichtglatte Oberflächengüte zur Verfügung zu stellen, entweder durch Abschleifen der Grundschicht selbst oder durch Abschleifen einer Gießform, die direkt oder indirekt bei der Produktion der Grundschicht verwendet wird. Bei weiteren Ausführungsformen wird der reflektierende Film nicht durchgehend auf die strukturierte Oberfläche aufgebracht. In einem solchen Fall kann der Behandlungsschritt das Aufbringen eines klebewiderstandsfähigen Materiales selektiv auf die oberen Flächen aufweisen, bevor der reflektierende Film aufgebracht wird. Das klebewiderstandsfähige Material, wie beispielsweise Öl, hindert das anschließend aufgebrachte reflektierende Material daran, an den behandelten Bereichen zu haften.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines Retroreflektors, dessen obere Überzugsschicht nur teilweise auf die Grundschicht laminiert gezeigt ist, um Würfeleckenhohlräume zu zeigen, die in der Grundschicht ausgebildet sind;
2 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts der Grundschicht von 1, aufgenommen entlang der Linie 2-2;
3A–H sind eine Serie von Zeichnungen, welche die Sequenz zeigen, wie ein Retroreflektor, wie beispielsweise der im 1 gezeigte, hergestellt werden kann, wobei 3A–C eine Sequenz der Ausbildung einer Gießform zeigen, mit der eine Grundschicht mit flachen oberen Flächen hergestellt werden kann, 3D–G veranschaulichen eine Sequenz, in der eine solche Grundschicht und verschiedene, darauf aufgebrachte Beschichtungen gezeigt werden, und 3H zeigt die fertige Grundschicht in Kombination mit einer schützenden Überzugsschicht;
4A–C sind eine Serie von Zeichnungen, die eine Sequenz zeigen, die, wenn sie an die Stelle von 3E–H gesetzt wird, eine alternative Ausführungsform zu der in 3H gezeigten ergibt;
5 veranschaulicht einen alternativen Weg, um eine auf Würfeleckenhohlräumen basierende Grundschicht mit flachen Grundflächen und einem nicht durchgehenden reflektierenden Film unter Verwendung einer Schleifscheibe herzustellen;
6A, 6B sind Querschnittsansichten, die zeigen, wie eine durchgehende reflektierende Schicht in Verbindung mit einer nichtglatten Oberflächengüte auf oberen Flächen der strukturierten Oberfläche verwendet werden kann;
7 ist eine obere Draufsicht eines Abschnitts einer strukturierten Oberfläche für eine Grundschicht, die bei der Erfindung verwendet werden kann; und
8 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts einer Einrichtung, die verwendet wird, um das spiegelnde Reflexionsvermögen der oberen Flächen von auf Würfeleckenhohlräumen basierenden Probestücken zu messen.
In den Zeichnungen wird dasselbe Bezugszeichen zur Vereinfachung verwendet, um dieselben Elemente oder diejenigen zu kennzeichnen, welche dieselbe oder eine ähnliche Funktion erfüllen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist ein Abschnitt eines retroreflektierenden Bahnenmateriales 10 vergrößert dargestellt. Das Bahnenmaterial 10 weist eine Grundschicht 12 mit einer strukturierten Oberfläche 14 und einer transparenten Überzugsschicht 16 auf. Die strukturierte Oberfläche 14 weist eine Vielzahl von vertieften Flächen 18 und oberen Flächen 20 auf. Die vertieften Flächen 18, in 1 aus optischen Gründen schattiert gezeigt, bilden eine Vielzahl von Würfeleckenhohlräumen 22 aus. Die strukturierte Oberfläche 14 kann im Wesentlichen als aus drei sich überschneidenden Gruppen von parallelen umgekehrten Nuten, oder Stegen bestehend beschrieben werden, wobei jeder Steg eine flache obere Fläche aufweist, die von gegenüberliegenden abgeschrägten vertieften Flächen 18 begrenzt wird. Drei angrenzende vertiefte Flächen treffen sich in einer Hohlraumspitze und verlaufen ungefähr gegenseitig senkrecht zueinander. Die Flächen können als optisch gegenüberliegende Würfeleckenelemente, wie in 1 und 2 gezeigt, konfiguriert sein, wobei die Elemente zu Paaren gruppiert sein können, wobei ein Element um 180 Grad im Verhältnis zu dem anderen gedreht ist, obwohl außerdem weitere Konfigurationen möglich sind.
Die Würfeleckenelemente können außerdem eine geneigte Konfiguration aufweisen, wobei ihre optischen Achsen oder Symmetrieachsen im Verhältnis zu einer senkrechten Richtung zu der strukturierten Oberfläche gekippt sein können. Derartige Neigung bei Würfeleckenpyramiden wird beispielsweise in US-Patentschrift Nr. 4,588,258 (Hoopman), Nr. 5,822,121 (Smith et al.) und Nr. 5,812,315 (Smith et al.) beschrieben. Würfeleckenelemente, bei denen die nicht von zwei Flächen begrenzten Ränder von jedem Würfeleckenelement nicht alle in derselben Ebene liegen (manchmal als vollständige Würfeleckenelemente oder nicht stumpf abgeschnittene Würfeleckenelemente bezeichnet), können außerdem verwendet werden. Eine strukturierte Oberfläche, die derartige vollständige oder nicht stumpf abgeschnittene Würfeleckenelemente enthält, würde nicht nur aus sich überschneidenden Gruppen von parallelen Stegen bestehen.
Ein Film 24 aus reflektierendem Material ist auf den vertieften Flächen zur Verfügung gestellt, um diesen Flächen ein höheres spiegelndes Reflexionsvermögen zu verleihen, damit die Würfeleckenhohlräume einfallendes Licht, das von oben auf den Gegenstand auftrifft, wirkungsvoll retroreflektieren, d.h. durch die Überzugsschicht 16 hindurch. Der Film 24 kann Metalle, wie beispielsweise Aluminium, Silber, Nickel, Zinn, Kupfer oder Gold aufweisen, oder er kann Nicht-Metalle aufwiesen wie beispielsweise einen mehrschichtigen dielektrischen Stapel. Derartige Filme können abhängig von der gewünschten Filmart durch bekannte physikalische und chemische Beschichtungstechniken aufgetragen werden, wie beispielsweise Vakuumverdampfung, Zerstäubung, chemische Bedampfung („CVD"), oder Plasma unterstützte CVD, stromlose Beschichtung, und dergleichen. Ein gegebener Film kann mehrere Schichten aufweisen, darunter Schichten, welche Haftung an der Grundschicht vermitteln, Sperrschichten und schützende Deckschichten. Ein geeigneter Film für auf Polycarbonat basierenden Grundschichten weist eine ungefähr 1 nm dicke Titandioxidschicht auf, die durch Zerstäuben von Titan auf der Grundschicht ausgebildet wird, gefolgt von einer 100 nm dicken Schicht aus verdampftem Aluminium. Die Titandioxidschicht fungiert sowohl als Haftungsbeschleuniger als auch als Trennschicht, um den nadelfeinen Löchern entgegenzuwirken, die typischerweise in der Aluminiumbedampfung vorhanden sind. Der in 2 gezeigte Film 24 ist insoweit nicht durchgehend, als er im Wesentlichen die vertieften Flächen 18 vollständig bedeckt und an den oberen Flächen 20 im Wesentlichen fehlt.
Die oberen Flächen 20 sind vorzugsweise im Wesentlichen flach, um eine ausgezeichnete Basis zum Verbinden der Grundschicht 12 mit der Überzugsschicht 16 zur Verfügung zu stellen. Flache obere Flächen können den Oberflächenkontakt mit der Überzugsschicht 16 oder mit einer dazwischen liegenden Füllmaterialschicht verbessern, und können verglichen mit einer konvexen oder konkaven Gestalt gute Sichtbarkeit zur Verfügung stellen, obwohl derartige weitere Gestalten für andere Zwecke vorteilhaft sein können. Die flachen oberen Flächen müssen keine glatte Oberflächengüte aufweisen, wie nachstehend diskutiert. Das Verbinden der Grundschicht 12 mit der Überzugsschicht 16 kann herkömmliches thermisches Versiegeln aufweisen, oder klebende oder weitere Bindungsschichten, die auf die Überzugsschicht 16, die oberen Flächen 20 oder beide aufgetragen werden. In einigen Fällen kann das Weglassen von reflektierendem Film 24 auf den oberen Flächen 20 die Verbindung zwischen der Grundschicht 12 und der Überzugsschicht 16 zuverlässiger gestalten, weil Arten von Versagen, bei denen eine Bindung zwischen dem Film 24 und der Grundschicht 12 oder zwischen dem Film 24 und einer Überzugsschicht 16 oder einer dazwischen liegenden Schicht aus Füllmaterial versagt, weniger wahrscheinlich sind. Tatsächlich können sogar reflektierende Materialien, die relativ geringe Haftung an der Grundschicht 12 aufweisen, mit geringer oder keiner negativen Wirkung auf die Integrität der Verbindung zwischen der Grundschicht 12 und der Überzugsschicht 16 verwendet werden. Bezeichnenderweise stellt der nicht durchgehende Film 24, dort wo die oberen Flächen 20 miteinander verbunden sind und einen oder mehrere Würfeleckenhohlräume umschreiben, eine Korrosionssperre dergestalt zur Verfügung, dass korrodierende oder anders schädliche Stoffe, die entlang des Films 24 einwirken, innerhalb einer kurzen Entfernung von dem Rand des Bahnenmateriales aus, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr ein oder zwei Würfeleckenelemente, aufgehalten werden. Grund- und Überzugsschichten, die aus kompatiblen Materialien oder sogar aus demselben oder einem ähnlichen Material aufgebaut sind, können die Bindung zwischen ihnen verbessern. Dort wo die Anzahl von umschriebenen Würfeleckenhohlräumen nur einige wenige ausmacht, vorzugsweise nicht mehr als einer oder zwei, wobei jeder Würfeleckenhohlraum eine charakteristische Öffnungsgröße von weniger als 1 mm und noch typischer in der Größenordnung von ungefähr 1 bis 10 Tausendstel Inch, (25 bis 250 μm) aufweist, kann das Bahnenmaterial in jede gewünschte Gestalt geschnitten werden, wie beispielsweise Buchstaben oder Symbole, während selbst in der Nähe des Randes eine gute optische Qualität beibehalten werden kann, ohne dass der Rand des Bahnenmateriales versiegelt werden muss. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Öffnungsgröße eines Würfeleckenhohlraumes auf seine maximale Weite in der Ebene der strukturierten Oberfläche. Schmutz, Wasser, Verunreinigungen oder Korrosion sind aufgrund des nicht durchgehenden Charakters von Film 24 und des Netzwerks von eng beabstandenden Verbindungen zwischen den oberen Flächen und der Grundschicht nicht in der Lage, in bedeutender Weise in das Bahnenmaterial einzudringen.
Die oberen Flächen 20 können verwendet werden, um den Weißanteil bei Tageslicht (in der Technik als Y-Spitze bezeichnet) des Gegenstandes durch die Tatsache zu verbessern, dass er diffus reflektierend ist. Dieses diffuse Reflexionsvermögen kann durch das Grundschichtmaterial selbst zur Verfügung gestellt werden oder durch eine Maskierungssubstanz, die selektiv auf die oberen Trennungsflächen, wie nachstehend diskutiert, aufgebracht wird. Das diffuse Reflexionsvermögen kann außerdem zur Verfügung gestellt werden, indem den Flächen 20 eine nichtglatte Oberflächengüte verliehen wird und indem optional die aufgerauten Abschnitte mit dem reflektierenden Film 24 oder mit weiteren Substanzen beschichtet werden. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das diffuse Reflexionsvermögen durch im Wesentlichen transparente obere Flächen 20 und die Grundschicht 12 zusammen mit einer diffus reflektierenden hinteren Oberfläche der Grundschicht 12 zur Verfügung gestellt werden. Bei den meisten Ausführungsformen wird damit gerechnet, dass die oberen Flächen, in einer Draufsicht auf die strukturierte Oberfläche gesehen, mindestens ungefähr 5% der Fläche der strukturierten Oberfläche einnehmen.
Um eine maximale Wirkung auf den Weißanteil zu erreichen, sind im Wesentlichen alle oberen Flächen der strukturierten Oberfläche diffus reflektierend. In anderen Fällen kann es wünschenswert sein, nur gewissen Bereichen der oberen Flächen diffuses Reflexionsvermögen (oder niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen) zu verleihen, beispielsweise um ein bestimmtes Muster, Symbol oder andere Kennzeichen zu definieren.
3A bis C sind seitliche Schnittansichten, die eine Art der Herstellung einer Gießform zeigen, die zum Ausbilden von auf Würfeleckenhohlräumen basierendem Bahnenmaterial mit flachen oberen Trennungsflächen geeignet ist. Kurz gefasst werden Gruppen von parallelen Nuten in einem (nicht dargestellten) Ausgangssubstrat durch Schlagzahnfräsen, Gitterteilung, Fräsen oder dergleichen ausgebildet, um darin eine strukturierte Oberfläche mit Würfeleckenpyramiden zu schaffen. Anschließend wird ein Replikat 30 durch Nickel-Galvanoformung oder irgendeinen weiteren geeigneten Prozess erstellt, wobei das Replikat 30 eine strukturierte Oberfläche 32 von umgekehrten Nuten oder Stegen aufweist, welche vertiefte Flächen 34 definieren, die Würfeleckenhohlräume 36 ausbilden. Das Replikat 30 ist eine negative Kopie des maschinell bearbeiteten Ausgangssubstrats. Die oberen Abschnitte der strukturierten Oberfläche 32 können, abhängig von der Art des verwendeten Werkzeugs, um das Ausgangssubstrat anzureißen, obere Flächen aufweisen oder nicht. Anschließend wird ein Fräsvorgang auf der strukturierten Oberfläche durchgeführt, um eine gegebene Dicke von der oberen Seite des Replikats 30 abzuschaben, um obere Flächen 38 auszubilden, die flach sind und jeden Würfeleckenhohlraum 36 umschreiben. Bei einer Ausführungsform kann das modifizierte Replikat 30 eine Perspektivansicht aufweisen, die im Wesentlichen dieselbe ist wie diejenige der Grundschicht 12 in 1. Ein weiteres Replikat 40 der modifizierten strukturierten Oberfläche 32a wird anschließend durch Nickel-Galvanoformung oder auf andere Weise erstellt. Das Replikat 40 weist eine strukturierte Oberfläche 42 auf, die durch Gruppen von parallelen Nuten mit flachem Boden gekennzeichnet ist, (eine solche Gruppe ist mit 44 bezeichnet), welche getrennte Würfeleckenpyramiden 46 definieren. Das Replikat 40 ist infolgedessen eine leicht modifizierte positive Kopie des maschinell bearbeiteten Ausgangssubstrats.
Als Alternative kann eine strukturierte Oberfläche 42 hergestellt werden, indem Nuten mit flachem Boden direkt in ein anfänglich flaches Substrat mit einem Diamantwerkzeug mit flacher Spitze maschinell eingearbeitet werden. Ein Vorteil dieses Lösungsansatzes besteht darin, dass mindestens zwei Replikationsschritte wegfallen. Ein weiterer Vorteil besteht in der zusätzlichen Gestaltungsflexibilität: Nuten mit unterschiedlich flachen Bodenbreiten können kombiniert werden, um ein ungleichmäßiges Muster von flachen Oberflächen und Würfeleckenelementen von unterschiedlicher Höhe und Öffnung herzustellen (siehe 7 weiter unten).
Schließlich kann mit dieser Technik, falls gewünscht, eine glatte Oberflächengüte einfacher erzielt werden. Ein Nachteil liegt in der erhöhten Anzahl von erforderlichen Arbeitsgängen des Spanwerkzeugs, wenn eine Breite gewünscht wird, die mehr beträgt als der flache Teil des Spanwerkzeugs.
Unabhängig davon, wie die strukturierte Oberfläche 42 hergestellt wird, sie (oder ein positives Replikat davon) wird anschließend als eine Gießform verwendet, um Bahnenmaterial herzustellen, wie in den Schnittansichten von 3D bis H dargestellt ist.
In 3D wird eine Grundschicht 50, die für ein retroreflektierendes Bahnenmaterial verwendet werden kann, gezeigt, die eine strukturierte Oberfläche 52 aufweist, welche durch Prägen, durch Gießen von geschmolzenem thermoplastischem oder duroplastischem Material, oder durch Gießen und Aushärten eines durch Strahlung härtbaren Materiales unter Verwendung der strukturierten Oberfläche 42 hergestellt werden kann. Die strukturierte Oberfläche 52 ist im Wesentlichen dieselbe wie die vorstehend diskutierte Oberfläche 32a und weist vertiefte Flächen 54 und flache obere Flächen 56 auf, wobei die vertieften Flächen Würfeleckenhohlräume 58 definieren. Auf einer Prägemaschine, in der eine Trommel oder ein Riemen eine Gruppe von Nuten, wie beispielsweise 44, aufweist, die sich über deren strukturierte Oberfläche erstrecken, kann das Material der Grundschicht einfacher in derartige Nuten gedrückt werden, als in geschlossene Hohlräume, wie beispielsweise in 3B gezeigte Würfeleckenhohlräume 36. Diese Replikationsvereinfachung ermöglicht schnellere Bandgeschwindigkeiten und niedrigere Herstellungskosten.
Die Grundschicht 50 ist als eine Einheitsschicht gezeigt, aber sie kann außerdem zwei oder mehrere unterschiedliche Schichten aufweisen, um verstärkte mechani sche Flexibilität oder weitere gewünschte Eigenschaften zur Verfügung zu stellen. Weil die Schicht 50 nicht optisch klar und auch nicht transparent sein muss, werden die Grundschichtmaterialien vorzugsweise aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, präzise Würfeleckenflächen innerhalb der optischen Toleranzen beizubehalten, aufgrund ihrer Witterungsbeständigkeit, aufgrund ihrer Robustheit, ihrer Herstellbarkeit, aufgrund geringer Kosten oder weiterer Eigenschaften. Ein bevorzugtes Material ist Polycarbonat, aber es können außerdem weitere thermoplastische, duroplastische oder mit Strahlung härtbare Materialien verwendet werden. Es können Zusatzstoffe verwendet werden, um weitere gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise können Farbstoffe verwendet werden, um freiliegenden Abschnitten der Schicht 50 ein diffuses Weiß oder ein andersfarbiges Erscheinungsbild zu verleihen. Titandioxid ist ein Beispiel für einen diffusen weißen Zusatzstoff. Fluoreszierende und/oder lumineszierende Färbemittel oder Pigmente können außerdem verwendet werden. In einer Ausführungsform kann die Grundschicht lichtdurchlässig und fluoreszierend sein, wobei eine weiße diffuse Schicht auf die der strukturierten Oberfläche 52 gegenüberliegende Seite aufgebracht ist. Licht absorbierende Zusatzstoffe können alternativ verwendet werden, wenn ein dunkles oder schwarzes Erscheinungsbild bei Tageslicht erwünscht ist. Für retroreflektierendes Bahnenmaterial ist die Grundschicht 50 dünn und flexibel genug hergestellt, sodass sie sich einem Zielsubstrat trotz des Vorhandenseins von vorhersehbaren Unvollkommenheiten oder Abweichungen von Flachheit anpassen kann.
In 3E ist ein dünner Ölfilm 58 auf die oberen Flächen 56 der strukturierten Oberfläche 52 per Walzverfahren aufgetragen worden. Die gesamte strukturierte Oberfläche wird anschließend mit einem dünnen Film 60 aus Aluminium, Silber oder mit weiterem reflektierendem Material, wie in 3F gezeigt, bedampft. Es ist deutlich, dass die Bedampfung nicht in der Lage ist, an den mit Öl behandelten Oberflächen anzuhaften. Die Bedampfung haftet deswegen nur an unbehandelten Abschnitten der strukturierten Oberfläche, nämlich an den vertieften Flächen 54. Infolgedessen ist ein nicht durchgehender reflektierender Film 60 selektiv auf den vertieften Flächen 54 ausgebildet und fehlt im Wesentlichen an den oberen Flächen 56. Dies ist am deutlichsten in 3G zu sehen, welche die Grundschicht 50 nach dem Entfernen des Ölfilms 58 zeigt.
In einem darauf folgenden Schritt wird eine transparente Überzugsschicht 62 auf die Grundschicht 50 laminiert, um Hohlräume 58 von Fremdstoffen freizuhalten, welche das Leistungsvermögen beeinträchtigen könnten. Es können herkömmliche thermische Versiegelungstechniken verwendet werden, um die Überzugsschicht 62 direkt an die oberen Flächen 56 zu binden. Als Alternative kann eine klebende oder eine Befestigungsschicht, wie nachstehend beschrieben, bereitgestellt werden. Vorzugsweise umfasst die Überzugsschicht 62 ein- oder mehrschichtige thermoplastische oder duroplastische Polymere oder Kombinationen davon. Acryle, Vinylchlorid, Urethane, Ethylenacrylsäure-Copolymere, Polyestere und Fluoropolymere einschließlich Polyvinylfluorid werden wegen Witterungsbeständigkeit bevorzugt. Farbstoffe, Färbemittel, UV- oder weitere Absorber und ähnliche Zusatzstoffe werden außerdem in Betracht gezogen. Die Überzugsschicht kann Grafiken, Symbole, oder weitere Kennzeichen aufweisen, sodass das Bahnenmaterial, welches durch die Kombination der Grundschicht und Überzugsschicht gebildet wird, nützliche Informationen vermittelt.
Obwohl 3H die Hohlräume 58 als Vakuum oder mit Luft gefüllt darstellt, weist das Füllen der Hohlräume mit einer klaren Substanz den Vorteil auf, die Eintrittswinkeligkeit des Bahnenmaterials zu verbessern.
Dies bedeutet, Licht, welches auf das Bahnenmaterial mit bestimmten hohen Eintrittswinkeln einfällt, wird bei mit Luft gefüllten Hohlräumen nicht retroreflektiert, allerdings wird es bei Hohlräumen retroreflektiert, die mit einem Füllmaterial gefüllt sind. Je höher der Brechungsindex des Filmmaterials, desto mehr wird das Material stark schräg einfallende Lichtstrahlen in Richtung der Symmetrieachse eines Würfeleckenhohlraums brechen und desto höher wird die Eintrittswinkeligkeit des Bahnenmaterials sein. Bevorzugte Materialien sind in der gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung offenbart, auf die vorstehend Bezug genommen wird. Zusammengefasst sind bevorzugte Füllmaterialien Acrylpolymere, welche aus Druck empfindlichen Klebstoffen bei Raumtemperatur bestehen können, oder aus Wärme aktivierten Klebstoffen, welche im Wesentlichen bei Raumtemperatur nicht klebrig sind, aber bei höheren Temperaturen klebrig werden. Die relative niedrige Viskosität, der Druck und die Temperatur in Verbindung mit der Replikation von typischen mit Strahlung härtbaren Materialien ermöglichen ein relativ einfaches Befüllen der Hohlräume. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Füllmaterial aus einem optisch klaren, Druck empfindlichen Klebstoff, welcher zwischen die Grundschicht und die Überzugsschicht eingefügt ist, und vorzugsweise in einer durchgehenden Schicht sowohl die vertieften Flächen als auch die oberen Flächen bedeckt. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Überzugsschicht selbst als das Füllmaterial dienen, wenn sie so geformt ist, dass sie sich in die Hohlräume hinein erstreckt. Es kann außerdem eine große Vielfalt von weiteren Materialien verwendet werden, wie beispielsweise geeignete Epoxide, Heißschmelzklebstoffe, thermoplastische Polymere mit hochschmelzendem Index und mit Strahlung härtbare duroplastische Polymere. Obwohl aufgrund reduzierter Retroreflektivität nicht bevorzugt, können außerdem Konstruktionen möglich sein, in welchen nur ein Abschnitt der Hohlräume mit einem Füllmaterial gefüllt bleibt.
Außerdem ist in 3H (nicht maßstabsgerecht) ein Druck empfindlicher oder Wärme aktivierter Klebstoff 59 und ein Trägermaterial 59a gezeigt. Diese würden typischerweise auf die hintere Oberfläche der Grundschicht 50 aufgebracht, um ein einfaches Aufbringen des Bahnenmaterials auf ein Zielsubstrat zu ermöglichen.
4A bis C zeigen eine alternative Ausführungsform von Bahnenmaterial, bei der ein im Wesentlichen durchgehender reflektierender Film verwendet wird, welcher auf der strukturierten Oberfläche verbleibt. Allerdings weisen, wie bei der Ausführungsform von 3H, die oberen Flächen der strukturierten Oberfläche aufgrund des Vorhandenseins eines Maskierungsmaterials, wie beispielsweise einer pigmentierten Farbe, ein reduziertes spiegelndes Reflexionsvermögen auf. 4A zeigt die Grundschicht 50 aus 3D nach dem Aufbringen eines durchgehenden reflektierenden Films 64. Der Film 64 bedeckt sowohl die vertieften Flächen 54 als auch die oberen Flächen 56. Ein Maskierungsmaterial 66 wird anschließend durch Auftragen im Walzverfahren, Thermotransferdruck oder ein ähnliches Verfahren nicht durchgehend aufgebracht, wie in 4B. Das Material 66 bedeckt infolgedessen den Film 64 selektiv an oberen Flächen 56, wodurch der Rest von Film 64 freiliegend verbleibt. Film 64 ist infolgedessen selektiv an den vertieften Flächen der strukturierten Oberfläche der Grundschicht freigelegt, so wie die Filme 60 (3G, 3H) und 24 (2), vorstehend beschrieben. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Bahnenmaterials, wird das Material 66 ausgewählt, um derartige Eigenschaften zu verleihen. Wenn es wünschenswert ist, ein retroreflektierendes Bahnenmaterial mit hoher Y-Spitze herzustellen, dann wird eine diffus reflektierende weiße Farbe ausgewählt. Es kann außerdem wünschenswert sein, ein Bahnenmaterial mit einer Farbe bei Tageslicht oder mit fluoreszierendem Effekt herzustellen, welche sich von dem Aussehen bei retroreflektierendem Licht unterscheiden, wobei in diesem Fall eine farbige diffuse Farbe oder ein Phosphorpigment ausgewählt wird. Es kann weiterhin wünschenswert sein, ein Bahnenmaterial herzustellen, welches bei Nacht retroreflektierend, allerdings während bei Tageslicht unauffällig oder sogar dunkel ist, wobei in diesem Fall eine schwarze absorbierende Farbe ausgewählt wird. Derartige Maskierungsmaterialien können außerdem auf die Vorderfläche des Bahnenmaterials gedruckt werden, um Muster oder Kennzeichen auszubilden. 4C zeigt das Bahnenmaterial nach dem Aufbringen von Überzugsschicht 62, wie vorstehend beschrieben. Füllmaterial kann die Hohlräume 58 ausfüllen, wie vorstehend diskutiert, um die Eintrittswinkeligkeit zu erhöhen.
Da die oberen Flächen die retroreflektierende Leistungsfähigkeit des Bahnenmaterials beeinträchtigen, ist es in den meisten Fällen wünschenswert, sie so klein zu gestalten, wie es notwendig ist, um den gewünschten Effekt zu erzielen, und sie vollständig mit Maskierungsmaterial 66 zu bedecken. Allerdings kann es in einigen Fällen, beispielsweise wenn das Material 66 ein grafisches Bild ausgestaltet, wünschenswert sein, weniger als alle der oberen Flächen mit dem Maskierungsmaterial zu bedecken. Ebenfalls kann es wünschenswert sein, reflektierendes Material nicht von allen der oberen Flächen bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen zu entfernen.
5 bildet ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer vorderen Oberfläche der Grundschicht mit einem nicht durchgehenden reflektierenden Film ab. Eine Grundschicht 70 wird entlang Richtung 72 zugeführt und durch eine sich drehende Walze 74, wie zeigt, über eine Schleifscheibe geführt, welche sich in eine entgegengesetzte Richtung dreht. Bevor die Grundschicht 70 mit der Schleifscheibe in Kontakt kommt, weist sie eine vordere strukturierte Oberfläche 78 auf, welche vertiefte Flächen 80 aufweist, die Würfeleckenhohlräume ausbilden, und schmale obere Flächen 82. Die strukturierte Oberfläche 78 könnte stattdessen im Wesentlichen aus vertieften Flächen 80 bestehen und keine oberen Flächen aufweisen, die an ihren oberen Abschnitten bereitgestellt sind. Ein im Wesentlichen durchgehender reflektierender Film bedeckt sowohl die vertieften Flächen 80 als auch die oberen Flächen 82. Die Schleifscheibe 76 schleift eine vorbestimmte Dicke der strukturierten Oberfläche 78 ab, wodurch der reflektierende Film zusammen mit etwas Grundschichtmaterial selektiv von den oberen Abschnitten entfernt wird. Abfall, der sich in den Hohlräumen angesammelt hat, kann in einem Reinigungsschritt entfernt werden. Die bearbeitete Grundschicht 70 weist modifizierte Oberflächen 82a auf, die im Wesentlichen frei von reflektierendem Material sind. Das reflektierende Material ist selektiv auf den vertieften Flächen freigelegt.
Das in 5 abgebildete Verfahren kann außerdem verwendet werden, um eine Ausgangsgrundschicht auszubilden, welche flache obere Flächen aufweist, wie beispielsweise Grundschicht 50, die in 3D gezeigt ist. Infolgedessen kann, anstatt eine spezielle Gießform zu konstruieren, wie im Zusammenhang mit 3A bis C beschrieben, eine herkömmliche Gießform verwendet werden (z.B. eine einfache negative Kopie der in 3A gezeigten Oberfläche), und das Bahnenmaterial kann verarbeitet werden, indem es mit der Schleifscheibe in Kontakt gebracht wird. Ein durchgehender oder nicht durchgehender reflektierender Film kann anschließend wie gewünscht auf die modifizierte strukturierte Oberfläche aufgebracht werden.
6A und 6B zeigen noch eine weitere Ausführungsform eines auf Würfeleckenhohlräumen basierenden Bah nenmaterials, bei welchem oberen Flächen einer strukturierten Oberfläche ein reduziertes spiegelndes Reflexionsvermögen im Verhältnis zu den vertieften Würfeleckenflächen verliehen wird. Eine Polymergrundschicht 84 wird auf die gleiche Weise wie die Grundschicht 50 aus 3D hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Grundschicht 84 flache obere Flächen 86 aufweist, die behandelt sind, um eine nichtglatte Oberflächengüte bereitzustellen. Die nichtglatte oder aufgeraute Oberflächengüte kann das Ergebnis von Replikation der Grundschicht unter Verwendung einer Gießform sein, welche entsprechende raue Oberflächen aufweist, oder durch Aufrauen der ausgewählten Abschnitte der Grundschicht nach der Herstellung. Das Aufrauen kann durch Abtragung mit Laserstrahl, chemisches Ätzen, selektives Schleifen oder sogar durch Prägen erreicht werden. 6B zeigt, wie ein dünner reflektierender Film 88, der durchgehend auf die strukturierte Oberfläche aufgetragen ist, hohes spiegelndes Reflexionsvermögen auf den glatten vertieften Würfeleckenflächen bereitstellt, allerdings aufgrund der nichtglatten Oberflächengüte ein diffuseres und niedrigeres spiegelndes Reflexionsvermögen an den oberen Flächen bereitstellt.
Die Prinzipien von 6A und 6B können alternativ bei retroreflektierendem Würfeleckenbahnenmaterial angewendet werden, bei denen eine hintere Oberfläche der Grundschicht verwendet wird. In diesem Fall wird eine Gießform verwendet, die eine strukturierte Oberfläche mit aufgerauten oberen Flächen aufweist, die im Wesentlichen dieselben wie diejenigen der Grundschicht 84 in 6A sind, um zu prägen, zu gießen oder anderweitig eine hintere Oberfläche einer Grundschicht entweder direkt auszubilden, oder indem eine Serie von Replikationsschritten der Gießform verwendet wird. Die hintere Oberfläche der Grundschicht weist eine strukturierte Oberfläche auf, im Wesentlichen dieselbe wie die Oberfläche 42 von 3C, mit Ausnahme davon, dass die flachen Zwischenflächen zwischen den Würfeleckenelementen 46 nichtglatt oder aufgeraut sind. Ein durchgehender Film von reflektierendem Material wird anschließend auf die strukturierte Oberfläche der Grundschicht aufgebracht. Der Abschnitt des reflektierenden Films auf den Flächen der Würfeleckenpyramiden unterstützt Retroreflexion, und der Abschnitt des reflektierenden Films auf den aufgerauten Zwischenflächen zeigt diffuses Reflexionsvermögen mit dem Ergebnis von verbessertem wahrgenommenem Weißanteil. Anschließend würde eine Klebstoffschicht auf den reflektierenden Film aufgebracht.
Ein Vorteil der mit 6A, 6B zusammenhängenden Ausführungsformen liegt bei der einfachen Konstruktion. Zusätzliche Verfahrensschritte und Materialien, die mit dem Herstellen eines nicht durchgehenden reflektierenden Films oder mit dem selektiven Aufbringen eines Maskierungsmaterials zusammenhängen, können wegfallen. Wenn es allerdings gewünscht wird, kann eines dieser Merkmale oder beide verwendet werden. Auf jeden Fall kann der vergrößerte Oberflächenbereich der oberen Flächen aufgrund der nichtglatten Güte außerdem die Haftung zwischen dem reflektierenden Film und der Grundschicht oder zwischen der Grundschicht und der Überzugsschicht oder irgendeiner Zwischenschicht unterstützen.
Die Draufsicht auf eine Grundschicht, mit welcher eine weitere mögliche strukturierte Oberflächenkonfiguration abgebildet wird, ist in 7 gezeigt. Es wird nur ein Abschnitt des sich wiederholenden Musters gezeigt. Die strukturierte Oberfläche 90 ist aus (nicht schattiert gezeigten) vertieften Flächen und oberen Abschnitten zusammengesetzt, welche (schattiert gezeigte) obere Flächen aufweisen, die angeordnet sind, um drei Gruppen von parallelen umgekehrten Nuten oder Stegen zu definieren. Die Steggruppe 92 weist parallele Stege 92a, 92b auf, Steggruppe 94 weist parallele Stege 94a, 94b, 94c auf, und die Steggruppe 96 weist parallele Stege 96a, 96b, 96c auf. Wie gezeigt weisen Stege innerhalb jeder Steggruppe obere Abschnitte mit unterschiedlichen Querabmessungen auf, d.h. von unterschiedlicher Breite, wenn in der Ebene der strukturierten Oberfläche senkrecht zu der Achse des fraglichen Steges gemessen wird. Solch eine Konfiguration ist unter Verwendung einer Gießform möglich, die in Übereinstimmung mit den vorstehend beschrieben Techniken hergestellt wird, wobei Diamantwerkzeuge (von denen mindestens eines eine flache Spitze aufweist) verwendet werden, um Nuten auszubilden, die unterschiedliche Nutbodenbreiten aufweisen. Wenn die Grundschicht mit solch einer Gießform repliziert wird, erzeugen die Nuten in der Gießform Stege in der Grundschicht. Bei einem weiteren Lösungsansatz kann dieselbe Konfiguration von einem Werkzeug mit einer scharfkantigen Spitze stammen, mit dem Nuten mit unterschiedlichen Tiefen geschnitten werden und von dem anschließend eine negative Kopie angefertigt wird und wobei die oberen Abschnitte der strukturierten Oberfläche bis zu einer gemeinsamen Höhe bearbeitet werden. Wie gezeigt sind nicht alle Stege mit oberen Flächen versehen: die Stege 92a, 94a, 96a haben keine. Nichtsdestoweniger umschreibt das dargestellte miteinander verbundene Netzwerk von oberen Flächen individuelle Würfeleckenelemente und Gruppen von einem, zwei, drei und sechs Elementen.
Die unterschiedlichen Stegarten sind vorzugsweise in sich wiederholenden Mustern angeordnet, um eine Vielfalt von unterschiedlichen Arten von Würfeleckenhohlräumen zu erzeugen. Beispielsweise veranschaulicht die Sequenz von Würfeleckenhohlräumen 98a, 98b, 98c eine abnehmende Öffnungsgröße, genauso wie es die jeweils optisch gegenüberliegenden Würfeleckenhohlräume 100a, 100b, 100c zeigen. Bei Würfeleckenhohlräumen, die eine Öffnungsgröße von ungefähr 0,25 mm oder weniger aufwei sen, fangen die Diffraktionswirkungen an erkennbar zu werden. Das Verstreuen von Würfeleckenhohlräumen von unterschiedlicher Öffnungsgröße auf derselben strukturierten Oberfläche unterstützt dabei den Ausgleich dieser Wirkungen, wodurch eine größere Gleichmäßigkeit und ein sich weich veränderndes Divergenzprofil erzeugt werden.
Wie gezeigt besteht die strukturierte Oberfläche 90 im Wesentlichen aus vertieften Würfeleckenflächen und oberen Flächen. Es wird darauf hingewiesen, dass einige geometrische Strukturen auf der Oberfläche 90 eine zusätzliche vertiefte Fläche 101 aufweisen. Die Flächen 101 sind gestaltete Artefakte, welche beim Schneiden der Originalgießform wegen der Anordnung der unterschiedlich groß bemessenen Würfeleckenelemente entstehen. Die Flächen 101 weisen eine kleine oder zu vernachlässigende Wirkung auf die optische Leistungsfähigkeit auf.
Jedes Paar von Steggruppen 92, 94, 96 überschneidet sich gegenseitig in einem 60 Grad Öffnungswinkel, wodurch nicht geneigte Würfeleckenhohlräume ausgebildet werden. Anordnungen, bei denen die Hohlräume geneigt sind, werden außerdem beabsichtigt, einschließlich des Falles, bei dem sich nur ein Paar von Steggruppen gegenseitig in einem Winkel von weniger als 60 Grad überschneidet, und dem Fall, bei welchem sich nur ein Paar von Steggruppen gegenseitig in einem Winkel von mehr als 60 Grad überschneidet. Die Neigung der Würfeleckenhohlräume ist nützlich, wenn eine geweitete Eintrittswinkeligkeit für das Bahnenmaterial gewünscht wird, und kann im Zusammenhang mit dem Füllen der Würfeleckenhohlräume mit transparentem Füllmaterial verwendet werden. Strukturierte Oberflächen, die nur zwei sich überschneidende Steggruppen aufweisen, die mehr als drei sich überschneidende Steggruppen aufweisen, oder die keine sich überschneidenden Steggruppen aufweisen, aber stattdessen nicht abgestumpfte Würfeleckenelemente aufweisen, werden ebenfalls beabsichtigt. Stege innerhalb einer gegebenen Steggruppe und Stege aus unterschiedlichen Steggruppen können unterschiedliche Höhen aufweisen. Die strukturierte Oberfläche kann Hohlräume umfassen, welche eine oder mehrere nicht optische Flächen zusätzlich zu den drei wechselseitig senkrechten Würfeleckenflächen aufweisen. Siehe beispielsweise US-Patentschrift Nr. 5,557,836 (Smith et al.) und Nr. 5,831,767 (Benson et al.) über würfeleckenpyramidenförmige strukturierte Oberflächen, von denen negative Kopien mit Grundschichten verwendet werden können, die hier offenbart sind.
BEISPIELE 1 BIS 4
Vier Grundschichten werden mit einer Gießform geprägt, um ihnen eine ähnlich strukturierte Oberfläche zu verleihen, wie die in 1 gezeigte. Die Gießform weist eine strukturierte Oberfläche auf, die aus drei Gruppen von Nuten mit flachem Boden besteht, und ist eine negative Replikation einer vorbekannten Gießform, deren obere Abschnitte mit einem Schleifmittel flach abgeschliffen werden. Die geprägten Grundschichten sind aus Polycarbonat hergestellt. Die Grundschichten für Beispiel 1 und 2 weisen eine Dicke von ungefähr 43 Tausendstel Inch (1,1 mm) auf und enthalten ausreichend TiO₂ Füllmaterial, um sie opak mit einer diffusen weiß aussehenden Oberfläche zu machen. Diejenigen für Beispiel 3 und 4 weisen eine Dicke von ungefähr 18 Tausendstel Inch (0,46 mm) auf und schließen stattdessen ein rotes Färbemittel ein, um ihnen eine diffuse rot aussehende Oberfläche zu geben. Die strukturierte Oberfläche von jeder Grundschicht besteht im Wesentlichen aus drei sich überschneidenden Gruppen von parallelen Stegen. Zwei der Gruppen, die als „sekundäre" Steggruppen bezeichnet werden, weisen gleichmäßige Stegabstände von ungefähr 16 Tausendstel Inch (408 μm) auf und über schneiden einander in einem Öffnungswinkel von ungefähr 70 Grad. Die andere Gruppe von parallelen Stegen, die als „primäre" Steggruppe bezeichnet wird, weist einen gleichmäßigen Abstand von ungefähr 14 Tausendstel Inch (356 μm) auf und überschneidet jede der sekundären Steggruppen in einem Öffnungswinkel von ungefähr 55 Grad. Dadurch werden zusammenpassende Würfeleckenhohlraumpaare hergestellt, die in einem Winkel von ungefähr 9,18 Grad geneigt sind. Alle Stege weisen im Wesentlichen flache obere Flächen auf, deren Querabmessung ungefähr 3,5 Tausendstel Inch (89 μm) für die primären Nuten und ungefähr 2,2 Tausendstel Inch (56 μm) für die sekundären Nuten beträgt. Die oberen Flächen sind aufgrund des Schleifvorgangs an der vorstehend diskutierten Originalgießform alle nichtglatt, was über Replikationsschritte auf die Grundschichten übertragen wird. Die Würfeleckenelemente weisen eine Würfeltiefe unterhalb der oberen Flächen von ungefähr 5,17 Tausendstel Inch (131 μm) auf. Ein Silberfilm wird im Vakuum auf die strukturierte Oberfläche von jedem Probestück mit einer Dicke aufgedampft, die ausreicht, um den Film opak, aber dabei hochgradig reflektierend zu machen. Bei den Beispielen 2 und 4 wird der Abschnitt des Silberfilms, der auf den oberen Flächen abgelagert wird, durch leichtes Schleifen mit einem Schleifmittel entfernt. Der Silberfilm der Beispiele 1 und 3 wird unberührt und durchgehend belassen.
Eine mit Strahlung härtbare Zusammensetzung wird durch Vermengen (nach Gewicht) von 74% Ebecryl 270 (ein von Radcure erhältliches Urethanacrylat), 25% Photomer 4127 (propoxyliertes Neopentylglykoldiacrylat erhältlich von Henkel), und 1% Daracure 1173 (ein von Ciba-Geigy erhältlicher Photoinitiator) hergestellt. Diese Zusammensetzung wird anschließend bei Zimmertemperatur auf die strukturierte Oberfläche von allen Probestücken mit einer Dicke durch Flutlackieren aufgetragen, die ausreicht, um die Würfeleckenhohlräume zu füllen und um die oberen Flächen zu bedecken. Die Zusammensetzung ist fließfähig und weist beim Füllen eine Viskosität von ungefähr 2000 Zentipoise (2 Pas) auf. Die Probestücke werden bei Raumtemperatur in einer kleinen Vakuumkammer entgast. Als Nächstes, wenn keine Blasen mehr in der Zusammensetzung vorhanden sind, werden die Probestücke aus der Kammer entfernt und mit einem 7 Tausendstel Inch (178 μm) dicken Bogen PET-Bahnenmaterial mit Photoqualität bedeckt, um Sauerstoff während des anschließenden Aushärtens zu eliminieren. Eine schwere Quarzplatte guter Transparenz im UV-Bereich wird auf das PET-Bahnenmaterial gelegt und anschließend wird das Aushärten mit UV-Licht von einer Quecksilberlampe durch die Quarzplatte und das PET-Bahnenmaterial hindurch ungefähr zwei Minuten lang durchgeführt. Die Füllmaterialzusammensetzung weist eine ausreichend niedrige Schrumpfung auf, so dass sie aushärtet und sich mit der bedampften Grundschicht verbindet. Die Zusammensetzung bindet nicht mit dem PET-Bahnenmaterial, welches anschließend entfernt wird. Die gehärtete Zusammensetzung ist im Wesentlichen klar und glatt, aber nicht permanent klebrig. Die so aufgebauten Bahnenmaterialien zeigen alle Retroreflexionsvermögen. Der Koeffizient der Retroreflexion wird bei einem Eintrittswinkel von –4 Grad, bei 0 Grad Orientierungswinkel, sowohl bei 0,2 und 0,5 Beobachtungswinkeln gemessen und wird nicht angepasst, um den Anteil der strukturierten Oberfläche zu berücksichtigen, welcher tatsächlich durch die Würfeleckenelemente eingenommen wird.
Diese Messungen beweisen, dass der Silberfilm den vertieften Flächen ein hohes spiegelndes Reflexionsvermögen verleiht. Die Probestücke 2 und 4, bei denen der Silberfilm an den vertieften Flächen selektiv freigelegt ist, zeigen aufgrund der freigelegten Grundschicht an den oberen Flächen bei Tageslicht erkennbare Farbe (weiß oder rot).
Das spiegelnde Reflexionsvermögen an den oberen Flächen der Probestücke 1 und 2 wird außerdem gemessen. Zu diesem Zweck wird ein Perkin-Elmer Lambda 900 UV/Vis/NIR Spektrometer (Perkin-Elmer Corp., Norwalk, Connecticut, USA) mit einem PELA-1029 Versuchszubehör für den absoluten spiegelnden Reflexionsgrad (Labsphere Inc. North Sutton, N.H., USA) verwendet. Dieses Versuchszubehör wird bei einem Einfallswinkel von 7,5 Grad gebraucht und weist eine optische „V" Geometrie zu Vergleichszwecken und eine optische „W" Geometrie bei dem angeordneten Probestück auf. Siehe 8, bei der S das Probestück ist, M1 und M3 feststehende Spiegel sind und M2 ein beweglicher Spiegel mit einer Referenzstellung M2a und einer weiterer Stellung M2b ist, wenn das Probestück angebracht ist. Der absolute Reflexionsgrad von jedem Probestück wird durch Teilen der Messung an dem Probestück durch die entsprechende Referenzmessung bestimmt, wodurch die Eigenschaften von allen optischen Komponenten außer denen des Probestücks aufgehoben werden. Daten werden in 400 bis 700 nm in 10 nm Abstufungen genommen und der Durchschnitt ermittelt. Die Quadratwurzel des unaufbereiteten Wertes des Reflexionsgrads wird genommen, weil bei der beschriebenen Versuchsausrüstung Licht zweimal von den Probestücken reflektiert wird. Der infolgedessen erhaltene Wert wird dann korrigiert, um den Beitrag von Licht herauszurechnen, welcher durch die Luft/Füllmaterialschnittstelle an der vorderen Oberfläche des Füllmaterials reflektiert wird. Dieser Beitrag kann unter Verwendung der vereinfachten Fresnel-Gleichungen für senkrechten oder fast senkrechten Einfall in einem Luftmedium berechnet werden.
Der Brechungsindex n der Füllmaterialzusammensetzung ist als ungefähr 1,5 im ganzen sichtbaren Bereich bekannt, wodurch sich ein Beitrag von ungefähr 4% ergibt. Nachdem schließlich dieser Beitrag abgezogen ist, wird der erhaltene Wert durch den Teilbereich des Probestückes geteilt, der von den oberen Flächen eingenommen wird, welcher bei der beschriebenen Geometrie mit ungefähr 45,5% bestimmt wird. Dieser endgültig berechnete Wert wird als das spiegelnde Reflexionsvermögen der oberen Flächen genommen. Unter Verwendung dieses Vorgangs wird ein spiegelndes Reflexionsvermögen von ungefähr 9% für das Probestück 1 und ungefähr 3 wurde für das Probestück 2 berechnet.
BEISPIELE 5 BIS 8
Es werden Probestücke hergestellt, um das Aufraukonzept besser quantifizieren zu können. Vier Polycarbonatgrundschichten werden hergestellt, die eine ähnlich strukturierte Oberfläche aufweisen, wie diejenige von 1 mit drei Gruppen von sich überschneidenden parallelen Stegen, wobei jede Steggruppe einen gleichmäßigen Abstand von ungefähr 8,5 Tausendstel Inch (216 μm) aufweist und jede Gruppe die anderen beiden Gruppe bei ungefähr 60 Grad überschneidet, wodurch nicht geneigte Würfeleckenhohlräume ausgebildet werden. Jeder Steg weist eine flache obere Fläche von ungefähr 1,65 Tausendstel Inch (42 μm) in der Querabmessung auf, so dass die oberen Flächen ungefähr 50% des strukturierten Oberflächebereichs in der Draufsicht einnehmen. Ein Diamantwerkzeug mit flacher Spitze wird verwendet, um die Originalgießform auszubilden, mit welcher die Grundschichten repliziert werden, und deswegen sind die oberen Flächen ursprünglich optisch glatt. Die oberen Flächen der Probestücke werden anschließend selektiv durch leichtes Reiben der strukturierten Oberflächenseite der Grundschicht mit unterschiedlichen Schleifmitteln aufgeraut. Danach werden die modifizierten strukturierten Oberflächen im Vakuum mit einer durchgehenden Aluminiumdampfschicht von ungefähr 100 nm Dicke beschichtet. Eine Schicht aus Ethylensäurecopolymerharz der Marke Nucrel (Typ 699, ein Wärme aktivierter Klebstoff, erhältlich von E.I. du Pont de Nemours and Company) wird anschließend als Füllmaterial mit einer Dicke von ungefähr 3 Tausendstel Inch (76 μm) gemessen von den oberen Flächen der Grundschicht) bei ungefähr 130°C auf die strukturierte Oberfläche aufgetragen, das beim Abkühlen aushärtet. Die Rauheit der oberen Flächen und der Y-Spitzenwert der Probestücke werden nach dem Füllen mit der Harzzusammensetzung gemessen. Für die Rauheitsmessungen wird ein Mikroskop der Marke Leica TCS4D mit konfokaler Laserstrahlabtastung, das mit einem 20 ×, 0,45NA Objektiv ausgerüstet ist, bei Verwendung von 488 nm Licht verwendet. Aus einer Serie von 20 Bildern, die aus unterschiedlichen axialen Positionen aufgenommen werden, wird ein topographisches Bild eines Bereichs von 0,5 mm × 0,5 mm der strukturierten Oberfläche erzeugt, und es wird ein von Leica geliefertes TCS Rauheitsmakro zum Messen der Rauheit verwendet. Rauheit wird als durchschnittliche Abweichung von einer Ebene charakterisiert („Ra", ausgedrückt in Einheiten von μm). Die Y-Spitze der Probestücke wird außerdem unter Verwendung eines HunterLab LabScan 6000 0°/45° Spektrokolorimeters gemessen. Zur Vervollständigung wird das spiegelnde Reflexionsvermögen der oberen Flächen unter Verwendung desselben Ver fahrens wie vorstehend im Zusammenhang mit den Probestücken 1 und 2 (Abziehen eines berechneten 4% Reflexionsvermögens der Luft/Füllmaterialschnittstelle und Teilen durch 0,50) gemessen, und der Koeffizient des Reflexionsvermögens wird mit Standardausrüstung bei einem Eintrittswinkel von –4 Grad und einem Beobachtungswinkel von 0,2 Grad gemessen. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle angeführt, wobei der aufgeführte Koeffizient des Retroreflexionsvermögens außerdem durch 0,5 geteilt wird, um den Anteil der strukturierten Oberfläche zu berücksichtigen, die tatsächlich durch die Würfeleckenhohlräume eingenommen wird:
Die Tabelle zeigt, dass, wenn die oberen Flächen rau oder nichtglatt gemacht werden, dies das spiegelnde Reflexionsvermögen bedeutend herabsetzen kann und den Weißanteil des Bahnenmaterials erhöhen kann, sogar mit einem durchgehenden reflektierenden Film, der die gesamte strukturierte Oberfläche bedeckt. Ein Rauheitswert von mindestens 0,15 μm und vorzugsweise von mindestens 0,2 μm ist wünschenswert, um nennenswerte Ver änderungen an dem beobachteten Y-Spitze des Weißanteils zu machen. Auf ähnliche Weise ist es wünschenswert, den oberen Flächen ein spiegelndes Reflexionsvermögen von weniger als ungefähr 60% zu verleihen, vorzugsweise von weniger als ungefähr 40%, und noch eher werden weniger als ungefähr 20% vorgezogen.
DISKUSSION
Die hier offenbarten Würfeleckenhohlräume können individuell dergestalt angepasst werden, dass Licht verbreitet wird, das durch die Gegenstände in einem gewünschten Muster oder Divergenzprofil retroreflektiert wird, auf analoge Weise zu der Lehre in US-Patentschrift Nr. 4,775,219 (Appledorn et al.). Die Flächen, welche die Würfeleckenhohlräume ausmachen, können in einem sich wiederholenden Muster von Ausrichtungen angeordnet werden, die um kleine Beträge, wie beispielsweise wenige Bogenminuten, von der Ausrichtung abweichen, die gegenseitige Orthogonalität zu den weiteren Flächen eines Würfeleckenelements erzeugen würde. Typischerweise betragen die Abweichungen von der Orthogonalität weniger als ± 20 Bogenminuten und häufig weniger als ± 5 Bogenminuten.
Die Grundschicht für retroreflektierendes Bahnenmaterial, wie hier beschrieben, kann als einstückiges Material hergestellt werden, z.B. durch Prägen eines vorgeformten Bogens mit einer Anordnung von Würfeleckenelementen, wie vorstehend beschrieben oder durch Gießen eines Fluidmaterials in eine Gießform. Als Alternative kann die Grundschicht als geschichtetes Produkt durch Gießen einer Schicht hergestellt werden, welche die strukturierte Oberfläche gegen einen vorgeformten flachen Film definiert, analog zu den Lehren von PCT-Veröffentlichung Nr. WO95/11464 (Benson, Jr. et al.) und US-Patentschrift Nr. 3,684,348 (Rowland) oder durch Laminieren eines vorgeformten Films auf eine vorgeformte Schicht, welche Würfeleckenhohlräume aufweist. Nützliche Grundschichtmaterialien sind diejenigen, welche dimensionsstabil, dauerhaft, wetterfest und ohne weiteres zu der gewünschten Konfiguration formbar sind. Beispiele sind Acryle, wie beispielsweise Harze der Marke Plexiglas von Rohm und Haas, duroplastische Acrylate und Epoxidacrylate, vorzugsweise mit Strahlung gehärtet; Polycarbonate; Polystyrole; Polyolefine; auf Polyethylen basierende Ionomere (unter dem Namen „SURLYN" vermarktet); Polyester; und Zelluloseacetatbutyrate. Im Allgemeinen kann jedes Material, das typischerweise bei Wärme und Druck formbar ist, verwendet werden. Das Bahnenmaterial kann außerdem Farbstoffe, Färbemittel, UV-Absorber oder weitere Zusatzstoffe, wie gewünscht, aufweisen.
Verwendete Gießformsubstrate, um die ursprüngliche strukturierte Oberfläche herzustellen, von welcher eine negative Kopie bei der Grundschicht benutzt wird, kann irgendein Material aufweisen, das geeignet ist, um direkt mit maschineller Bearbeitung Nuten- oder Steggruppen auszubilden. Geeignete Materialien sollten sauber ohne Gratbildung maschinell bearbeitbar sein und sollten Dimensionsgenauigkeit nach der Nutenausbildung beibehalten. Eine Vielzahl von Materialien, wie maschinell bearbeitbare Kunststoffe oder Metalle können verwendet werden. Zu den geeigneten Kunststoffen gehören thermoplastische oder duroplastische Materialien, wie beispielsweise Acryle. Zu den geeigneten Metallen gehören Aluminium, Messing, Kupfer (weich oder hart) und Nickel (galvanogeformtes oder stromlos geformtes).
Kopien der bearbeiteten Originalgießform können in irgendeinem geeigneten Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch elektrolytische Ablagerung von Nickel, um positive und negative replizierte Gießformen herzustellen. Die replizierten Gießformen, die aus Metall, Kunststoff oder weiteren geeigneten Materialien bestehen, können verwendet werden, um zu prägen, um zu gießen oder um auf andere Weise das Muster der Gießform in der Grundschicht auszubilden.
GLOSSAR VON AUSGEWÄHLTEN AUSDRÜCKEN
Die „Grundschicht" eines retroreflektierenden Bogens oder Gegenstands, bei der eine strukturierte Oberfläche zur Retroreflexion verwendet wird, ist die Schicht (oder sind die Schichten), welche die strukturierte Oberfläche aufweist (aufweisen) und hauptsächlich für das Beibehalten der Integrität einer solchen strukturierten Oberfläche verantwortlich ist (sind).
„Würfeleckenhohlraum" bedeutet ein Hohlraum, der mindestens teilweise durch drei Flächen begrenzt wird, die als ein Würfeleckenelement angeordnet sind. „Würfeleckenelement" bedeutet ebenfalls eine Gruppe von drei Flächen, die zusammenarbeiten, um Licht zu retroreflektieren oder auf andere Weise Licht an eine gewünschte Stelle zu richten.
„Würfeleckenelement" weist außerdem eine Gruppe von drei Flächen auf, die ihrerseits kein Licht retroreflektiert oder Licht auf andere Weise an eine gewünschte Stelle richtet, das allerdings, wenn es (in entweder positivem oder negativem Sinn) in ein geeignetes Substrat kopiert wird, eine Gruppe von drei Flächen ausbildet, die Licht retroreflektiert oder Licht auf andere Weise an eine gewünschte Stelle richtet.
„Würfeleckenpyramide" bedeutet eine Materialmasse, die mindestens drei seitliche Flächen aufweist, die als ein Würfeleckenelement angeordnet sind.
„Würfelhöhe" oder „Würfeltiefe" bedeutet unter Bezugnahme auf ein Würfeleckenelement, das auf einem Sub strat ausgebildet oder darauf formbar ist, die maximale Trennung entlang einer Achse senkrecht zu dem Substrat zwischen Abschnitten des Würfeleckenelementes.
„Diffus reflektierend", „diffuses Reflexionsvermögen" und sinnverwandte Ausdrücke davon bedeuten die Eigenschaft des Reflektierens eines gebündelten einfallenden Lichtstrahls mit einer Vielzahl von reflektierten Lichtstrahlen. Oberflächen, welche diffus reflektierend sind, weisen außerdem ein niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen auf.
Eine „zweiflächige Kante" eines Würfeleckenelementes ist eine Kante von einer der drei Flächen des Würfeleckenelementes, welche einer der beiden anderen Flächen desselben Würfeleckenelementes benachbart ist.
„Geometrische Struktur" bedeutet eine Vorwölbung oder ein Hohlraum, die eine Vielzahl von Flächen aufweisen.
„Nut" bedeutet ein Hohlraum, der entlang einer Nutachse verlängert ist und mindestens teilweise durch zwei gegenüberliegende Oberflächen der Nutenseiten begrenzt ist.
„Oberfläche der Nutenseite" bedeutet eine Oberfläche oder eine Serie von Oberflächen, die durch Ziehen von einem oder mehreren Schneidewerkzeugen durch ein Substrat in einer im Wesentlichen geradlinigen Bewegung geformt werden können. Zu einer derartigen Bewegung gehören Schlagzahnfrästechniken, wobei das Schneidewerkzeug eine Drehbewegung aufweist, wenn es sich entlang eines im Wesentlichen geradlinigen Weges bewegt.
Eine „nicht zweiflächige Kante" eines Würfeleckenelementes ist eine Kante von einer der drei Flächen des Würfeleckenelementes, welche keine zweiflächige Kante eines derartigen Würfeleckenelementes ist.
„Retroreflektierend" bedeutet, dass die Eigenschaft vorhanden ist, dass schräg einfallendes eintretendes Licht in einer gegenläufig parallelen oder fast parallelen Richtung zu der Einfallsrichtung, dergestalt reflektiert wird, dass ein Beobachter an oder in der Nähe der Lichtquelle das reflektierte Licht erfassen kann.
„Spiegelnd reflektierend", „spiegelndes Reflexionsvermögen" und sinnverwandte Ausdrücke davon bedeuten die Eigenschaft einen einfallenden Lichtstrahl zu reflektieren, welcher auf eine Oberfläche in einem Eintrittswinkel θ im Verhältnis zu der Oberflächensenkrechten auftrifft, mit im Wesentlichen einem einzigen reflektierten Lichtstrahl, welcher entlang einer Achse (mit „spiegelnder Achse" bezeichnet) gerichtet wird, die in der Einfallsebene liegt und einen gleichen allerdings gegenteiligen Winkel –θ zu der Oberflächensenkrechten bildet. Eine vertiefte Fläche (oder ein reflektierender Film auf einer derartigen Fläche) soll ein höheres spiegelndes Reflexionsvermögen aufweisen, wenn eine Vielzahl von derartigen Flächen auf einer strukturierte Oberfläche konfiguriert werden kann, um einen Koeffizienten von Retroreflexion von mindestens ungefähr 5 cd/lux/m² bei einem Eintrittswinkel β = –4 Grad und einem Beobachtungswinkel α = 0,2 Grad zu ergeben, wobei ein derartiger Koeffizient von Retroreflexion den Anteil der strukturierten Oberfläche berücksichtigt, die tatsächlich durch die Würfeleckenelemente eingenommen wird. Obere Flächen (oder Filme oder weitere Substanzen darauf) sollen ein niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen aufweisen, wenn sie weniger als ungefähr 60% des darauf entlang der spiegelnden Achse einfallenden Lichts reflektieren, unter Berücksichtigung des Anteils der strukturierten Oberfläche, die tatsächlich durch die oberen Flächen eingenommen wird. Beim Messen von hohem und niedrigem spiegelndem Reflexionsvermögen werden sowohl die vertieften Flächen als auch die oberen Flächen typischerweise beleuchtet; der Beitrag der oberen Flächen ist typischerweise in dem erstgenannten Fall zu vernachlässigen, und der Beitrag der vertieften Flächen (entlang der spiegelnden Achse) ist in dem letzteren Fall durch geeignete Auswahl von Testgeometrie dergestalt geplant, dass er zu vernachlässigen ist.
„Strukturiert" bedeutet, wenn es im Zusammenhang mit einer Oberfläche verwendet wird, eine Oberfläche, die aus einer Vielzahl von verschiedenartigen Flächen besteht, die in mehreren Ausrichtungen angeordnet sind.
„Symmetrieachse", wenn im Zusammenhang mit einem Würfeleckenelement verwendet, bezieht sich auf die Achse, welche durch den Würfeleckenscheitelpunkt verläuft und den gleichen Winkel zu den drei Flächen des Würfeleckenelementes bildet. Sie wird außerdem manchmal als die optische Achse des Würfeleckenelementes bezeichnet.
„Obere Flächen" einer strukturierten Oberfläche, welche außerdem vertiefte Flächen aufweist, bezieht sich auf die Oberflächen, welche zu den vertieften Flächen verschieden sind, und welche eine minimale Weite in der Draufsicht von mindestens ungefähr 0,0001 Inch (2,5 μm) aufweisen.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wird, werden Facharbeiter erkennen, dass Veränderungen an der Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Retroreflektierendes Bahnenmaterial, aufweisend: eine Grundschicht (12), die eine strukturierte Oberfläche aufweist, welche vertiefte Flächen (18) und obere Flächen (20) aufweist, welche drei sich überschneidende Gruppen von parallelen Stegen (92), (94) und (96) aufweisen, wobei mindestens einer der Stege (92a) flach ist, wobei jeder Steg durch eine gegenüberliegende, abgeschrägte und vertiefte Fläche begrenzt ist, wobei die vertieften Flächen Würfeleckenhohlräume definieren; wobei die vertieften Flächen ein hohes spiegelndes Reflexionsvermögen und mindestens einige der oberen Flächen ein niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen aufweisen und diffus reflektierend sind.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen alle oberen Flächen ein niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen aufweisen und diffus reflektierend sind, und wobei die strukturierte Oberfläche im Wesentlichen aus den vertieften Flächen und den oberen Flächen besteht.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei das hohe spiegelnde Reflexionsvermögen durch einen Film von reflektierendem Material zur Verfügung gestellt wird, der auf den vertieften Flächen angeordnet ist.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 3, wobei der Film aus reflektierendem Material sowohl die vertieften Flächen als auch mindestens einige der oberen Flächen bedeckt, wobei mindestens einige der oberen Flächen eine nichtglatte Oberflächengüte aufweisen, um sie diffus reflektierend zu machen.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 4, wobei mindestens einige der oberen Flächen eine durchschnittliche Rauheit von mindestens etwa 0,15 μm aufweisen.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei alle Stege flach sind.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei ein Film aus reflektierendem Material auf den vertieften Flächen der strukturierten Oberfläche selektiv freigelegt ist.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 7, wobei der Film im Wesentlichen durchgehend ist.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 8, ferner aufweisend: ein Maskierungsmaterial, das auf den oberen Flächen selektiv angeordnet ist und den Film bedeckt.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 9, wobei das Maskierungsmaterial diffus reflektierend ist.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 10, wobei das Maskierungsmaterial im Wesentlichen weiß ist.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 9, wobei das Maskierungsmaterial im Wesentlichen opak ist.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, wobei die Würfeleckenhohlräume Würfeleckenhohlräume mit unterschiedlicher Öffnungsgröße aufweisen.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine im Wesentlichen transparente Überzugsschicht, welche die strukturierte Oberfläche bedeckt.
Retroreflektierendes Bahnenmaterial nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Klebstoff, welcher auf eine hintere Oberfläche der Grundschicht aufgebracht ist.
Verfahren zum Herstellen eines Würfeleckengegenstandes, aufweisend: Bereitstellen einer Grundschicht (12), die eine strukturierte Oberfläche aufweist, welche vertiefte Flächen (18) und obere Flächen (20) aufweist, welche drei sich überschneidende Gruppen von parallelen Stegen (92), (94) und (96) aufweisen, wobei mindestens einer der Stege (92a) flach ist, wobei jeder Steg durch eine gegenüberliegende, abgeschrägte und vertiefte Fläche begrenzt wird, wobei die vertieften Flächen Würfeleckenhohlräume definieren; Ausbilden eines reflektierenden Films mindestens auf den vertieften Flächen der strukturierten Oberfläche; und Behandeln der strukturierten Oberfläche, um den oberen Flächen selektiv ein niedriges spiegelndes Reflexionsvermögen und ein diffuses Refle xionsvermögen zu verleihen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Ausbildungsschritt aufweist: Aufbringen des reflektierenden Films im Wesentlichen durchgehend auf die strukturierte Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Behandlungsschritt das Entfernen von oberen Abschnitten der strukturierten Oberfläche aufweist, um die oberen Flächen auszubeilden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Entfernens aufweist, die strukturierte Oberfläche mit einem Schleifmittel in Kontakt zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Behandlungsschritt das selektive Aufbringen eines Maskierungsmateriales auf die oberen Flächen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Maskierungsmaterial über Abschnitte des reflektierenden Films aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Behandlungsschritt aufweist: die oberen Flächen selektiv aufzurauen, um darauf eine nichtglatte Oberflächengüte zur Verfügung zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Bereitstellungsschritt das Vorbereiten einer Form aufweist, welche direkt oder indirekt zum Ausbilden der strukturierten Oberfläche verwendet wird, wobei der Schritt des selektiven Aufrauens das selektive Aufrauen von Abschnitten der Form aufweist, welche den oberen Flächen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt des selektiven Aufrauens das Kontaktieren der oberen Flächen mit einem Schleifmittel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Ausbildungsschritt aufweist: den reflektierenden Film nicht durchgehend auf die strukturierte Oberfläche aufzubringen.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Behandlungsschritt aufweist: Aufbringen eines klebewiderstandsfähigen Materiales selektiv auf die oberen Flächen, vor dem Schritt des Aufbringens des reflektierenden Films.
Verfahren nach Anspruch 16, aufweisend: Behandeln der strukturierten Oberfläche, um den reflektierenden Film auf den vertieften Flächen selektiv freizulegen.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Behandlungsschritt vor dem Ausbildungsschritt eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Behandlungsschritt das selektive Aufbringen eines klebewiderstandsfähigen Materiales auf die oberen Flächen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Behandlungsschritt nach dem Ausbildungsschritt eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Behandlungsschritt das Entfernen des reflektierenden Films von oberen Abschnitten der strukturierten Oberfläche aufweist.