立方角空腔型逆向反射片及其制造方法 背景
本发明一般地涉及逆向反射制品，如片材。更具体地说，本发明涉及逆向反射元件包含排列成空腔的反射面的制品即片材。
读者请参见本说明书结尾处用于说明本文中所用一些术语的含义的术语汇编。
立方角逆向反射片一般分成使用后表面主体层(body layer)和使用前表面主体层的逆向反射片。市售的立方角逆向反射片是前一种类型。其中薄的透明主体层具有基本上平的前表面和包含许多锥形几何结构的后结构表面。其中一些或所有地几何结构包括构成立方角元件的三反射面。光线照射在平的前表面上，通过主体层的厚度，然后被立方角元件逆向反射通过前表面。在一些情况下，把反射镀层(如铝)镀到后结构表面上，然后涂粘合层。这种粘合层覆盖，并在一定程度上适应结构表面的形状。然而，只要能在结构表面上能保持清洁的空气界面，一般不需要反射镀层，因为在这种情况下反射由总内反射产生。
一些已知的立方角逆向反射片结构使用具有前结构表面的前表面主体层。例如参见美国专利3,712,706(Stamm)、4,127,693(Lemelson)和4,656,072(Coburn，Jr.等)和PCT公报WO 89/06811(Johnson等)。上述的前结构表面包括许多排列成立方角空腔的反射面。因此，本申请中将这种逆向反射片称之为立方角空腔型逆向反射片。为了提高反射面的反射率，一般在结构表面上镀金属薄膜。入射光不穿过主体层，而是被形成立方角腔的反射面反射。在一些实施方式中，为了保护这些空腔免受污染或其它变坏，在结构表面上放置能透过入射光的保护层，而且部分保护层伸入或并填充到结构表面的立方角空腔中。在另一些实施方式中，用着色压敏或热敏粘合剂把一层覆盖层密封或粘合到结构表面上。上述的着色压敏或热敏粘合剂会消除，除去或完全清除该结构表面的逆向反射性。
一些结构表面的几何结构既确定了立方角锥体，也确定了立方角空腔。一个实例的结构表面有许多相邻的正方形面，每个面与相邻的面相互垂直取向，且每组三个相邻的面在俯视图上具有六边形轮廓。
制造立方角型逆向反射片时通常先制造具有结构表面的母模。视成品片材是否具有立方角锥体和/或立方角空腔，上述的结构表面或者相应于成品片材中所需的立方角元件的几何结构，或者相当于上述立方角元件几何结构的阴模(反模)。然后用适当的技术复制上述的母模，如常规的镍电成形技术、化学气相淀积技术或物理气相淀积技术，以便用压花、挤出或铸塑一固化之类的方法制造用于形成立方角型逆向反射片的模具。美国专利5,156,863(Pricone等)举例综述了用于制造立方角型逆向反射片的模具的制造方法。制造这种母模的已知方法包括针形元件束(pin-bundling)技术、层合技术、直接切削加工技术。这些技术都有各自的优点和局限性。
通过制造立方角空腔型逆向反射片，可认识到几个优点。一个优点是能比其它类型的逆向反射片使用更多类型的主体层材料组合物。这是因为与后表面主体层结构不同，它的主体层不需要光学透明的，事实上甚至可以是不透明的。它的另一个优点是与在后表面主体层结构中形成某些结构表面的阴模相比，能更快地在主体层中形成某些类型结构表面。这是因为用于形成前表面主体层结构表面的模具可以具有在槽向上基本上无界的槽。与之相反，用于形成后表面主体层结构表面的模具一般具有由许多倒槽(即脊)定界的密闭空腔阵列。与后一种模具上的密闭空腔阵列相比，前一种模具中无界的槽更易于被主体层材料填充。
然而，立方角空腔型逆向反射片也有一些缺点。一个缺点是当将铝气相镀层用作空腔面上的反射膜时逆向反射片的浅灰色的外观，称为灰铸(graycast)。灰铸不利于标记用途，因为它会影响看到标记的颜色，最明显的是减少日间白度。这个问题已通过用高反射材料(如银)代替铝得到了一定的减轻。第二个缺点是对反射膜的腐蚀和其它变坏。不幸的是，银比铝更易于变坏。虽然覆盖层可提供一定程度的保护，逆向反射片外露边缘处存在的有害物质会沿反射膜渗透，从该边缘起不断地侵蚀到逆向反射片中。
镀在立方角型片材的结构表面上的不连续气相镀层是已知的(例如参见美国专利5,734,501(Smith)和5,657,162(Nilsen等)。然而，现已揭示这些不连续的镀层仅与后表面主体层型片材有关，且用于解决本发明之外的问题。
具有立方角空腔型片材的优点同时消除或减少上述的缺点的逆向反射片将得到广泛的应用。
发明概述
本发明的一个方面提供一种立方角型逆向反射片。该逆向反射片包含具有结构表面的主体层，该结构表面包括凹面(recessed faces)和顶表面，上述的凹面形成立方角空腔。上述的凹面具有高的镜面反射性，从而能有效地逆向反射入射光。然而，顶表面具有低或降低的镜面反射性，以提供所需的光学或机械性能。为了提供高的镜面反射性，至少在凹面上放置反射材料膜。结构表面上，反射膜可以是连续的，覆盖凹面和顶表面，也可以是不连续的，仅覆盖凹面，而在顶表面上基本上没有反射膜。在几个公开的实施方式中，反射膜选择性地暴露于凹面上。结构表面的顶表面较好包括平的区域。这些区域是漫反射的，有助于提高片材的白度，且限定整数的立方角空腔。顶表面的漫反射性可由主体层材料自身产生，也可由涂层之类的分离层提供，或由非光滑的表面精整面(surface finish)提供。也可设置覆盖层，以保护立方角空腔免遭污染和改善耐候性。
另外揭示了一种立方角型制品的制造方法。该方法包括提供上述的具有结构表面的主体层和至少在凹面上形成反射膜。对于结构表面进行处理，以选择性地在顶表面上产生低的镜面反射性。在一些实施方式中，基本上连续地将反射膜镀覆在结构表面上。在这些情况下，处理步骤可包括：除去结构表面的上部分及其上面的反射膜，形成没有任何反射材料的顶表面或改进顶表面；选择性地在顶表面上涂布涂料之类的掩蔽材料；或通过研磨主体层或研磨直接或间接用于制造主体层的模具使顶表面选择性变粗糙，以提供非光滑的表面精整。在另一些实施方式中，将反射膜不连续地镀覆在结构表面上。在这些情况下，处理步骤可包括在镀覆反射膜之前在顶表面上选择性地涂覆防粘材料。防粘材料(如油)使后镀的反射材料不会粘附在处理区域上。
附图简介
图1是逆向反射片的透视图。为了显示主体层中形成的立方角空腔，所示的上覆盖层仅部分层合在主体层上；
图2是一部分如图1所示的逆向反射片沿线2-2所作的截面图；
图3A-H是表示如何制造图1所示的逆向反射片的顺序的系列图。其中图3A-C依次表示能形成具有平顶表面的主体层的模具的制造方法，图3D-G依次表示这种主体层和涂覆在它上面的各种涂层，图3H表示带有保护覆盖层的成品主体层；
图4A-C是表示制造图3H中所示的另一种实例的顺序的序列图，代替图3E-H。
图5表明用磨轮制造具有平顶表面和不连续反射膜的立方角空腔型主体层的另一种方法。
图6A、6B是表示连续反射层如何与结构表面的顶表面的非光滑表面精整面结合使用的截面图。
图7是可用于本发明的部分主体层结构表面的俯视图。
图8是用于测量立方角空腔型试样顶表面上镜面反射率的部分装置的示意图。
在这些附图中，为方便起见，用相同的附图标号表示相同或起相同或相似功能的元件。
说明性实施方式的详细描述
在图1中放大表示了一部分逆向反射片10。逆向反射片10包括带有结构表面14的主体层12和透明覆盖层16。结构表面14包括许多凹面18和顶表面20。图1中为了突出视觉效果而用阴影表示的凹面18形成许多立方角空腔22。结构表面14可描述为基本上由三组相交的平行倒槽或脊构成，上述的每个脊具有以反斜凹面18为界的平上表面。三个相邻的凹面相交于空腔顶点，并近似于相互垂直。这些表面可构成图1和2所示的反光立方角元件。在图1和图2中，这些元件可以成对组合，在一对中一个元件相对于另一个元件旋转180°。然而，其它结构也是可以的。
立方角元件也可有倾斜的结构，其中光轴或对称轴相对于结构表面的法向是倾斜的。立方角锥体的这种倾斜例如记载在美国专利4,588,258(Hoopman)、5,822,121(Smith等)和5,812,315(Smith等)中。也可使用每个立方角元件的非二面边没有全部共面的立方角元件(有时称为全立方角元件或非截头立方角元件。含有这种全或非截头立方角元件的结构表面不仅仅由相交的平行脊对构成。
为了使凹面具有高度的镜面反射性，在这些凹面上提供反射材料膜24，从而使立方角空腔能有效地逆向反射从上方(即通过覆盖层16)照射到制品上的入射光。膜24可包含金属，如铝、银、镍、锡、铜或金，或可包含非金属，如多层介电叠层。这些膜可用已知的物理或化学淀积技术进行镀覆，如真空蒸发法、溅射法、化学气相淀积法(“CVD”)、或等离子体强化的化学气相淀积法、化学镀法等，视所需的薄膜类型而异。一个给定的薄膜可包括多层，包括提高与主体层、隔离层和保护面层粘合性的层。一种适用于聚碳酸酯基主体层的薄膜包含约1纳米厚通过在主体层上溅射钛形成的二氧化钛层和100纳米厚的蒸镀铝层。二氧化钛既用作增粘层，又用作隔离层，以减少一般在铝气相镀层中存在的针孔。图2所示的膜24是不连续的，它基本上完全覆盖凹面18，但基本上不存在于顶表面20上。
为了提供把主体层12粘合到覆盖层16的最佳基底，顶表面20优选是基本上平的。平的顶表面可增加与覆盖层16或中间填料层的表面接触，且与凸面和凹面形状相比提供良好的可视性，虽然其它的形状可能适宜于其它目的。如下所述，平的顶表面不需要有光滑的表面精整面。把主体层12粘合到覆盖层16上的粘合可包括常规热合、或粘合层或其它连接层涂覆在覆盖层16、顶表面20或两者上。在某些情况下，使反射膜24与顶表面20不接触可以使主体层12和覆盖层16之间的粘合更可靠，因为涉及反射膜24和主体层12之间或反射膜24和覆盖层16或中间填料层之间的粘合破坏的破坏方式很少发生。当然，对主体层12和覆盖层16之间的粘合完整性没有不利影响或影响很少的情况下甚至可以使用对主体层12粘合性较差的反射材料。重要的是，当顶表面20相互连接，且限定一个或多个立方角空腔时，反射膜24的不连续性提供了防腐蚀屏障，从而使沿反射膜24作用的腐蚀剂或有害试剂被局限于短的片材边缘距离内，优选不超过一个或两个立方角元件内。由相容材料或相同或相似材料构成的主体层和覆盖层可提高它们之间的粘合性。当受限定的立方角空腔的数目仅为少量，优选不超过1个或二个，且每个立方角空腔的特征孔尺寸小于1毫米，更好为1-10密耳(25-250微米)数量级时，片材可切割成所需的形状(如字母或符号)，同时无需对片材进行边缘密封就可保持良好的光学质量，即使在接近于边缘处。在本文中，立方角空腔的孔尺寸(aperture size)是指结构表面的平面中的最大宽度。由于反射膜24的不连续性以及顶表面和覆盖层之间的密集粘合网络，污垢、水、污染物或腐蚀物质不能显著地渗入片材中。
顶表面20可用于通过漫反射提高制品的日间白度(本领域中称为cap-Y)。这种漫反射性可由主体层材料本身产生，或由选择性涂覆在下述上分离表面上的掩蔽物质产生。这种漫反射性也可通过在表面20上形成非光滑的表面精整面和任选地用反射膜24或用其它物质涂覆粗糙化的部分产生。在另一个实施方式中，这种漫反射性可由基本上透明的顶表面20和主体层12以及主体层12的漫反射后表面产生。可以预计，对于大多数实施方式来说，从结构表面的俯视图上观察到的顶表面至少约占结构表面面积的5％。
为了获得最大的白度效果，基本上所有的结构表面顶表面是漫反射的。在另一些情况中，例如为了确定特定的图案、符号或其它标记，宜仅在某些顶表面区产生漫反射性(即低的镜面反射性)。
图3A-C是一些截面图，它们表明适用于制备具有平上分离表面的立方角空腔型片材的模具的一种制造方法。简要地说，通过快速切削、划线、研磨等在最初的基材(未画出)中形成平行的槽组，形成立方角锥型结构表面。然后用镀镍电铸法或任何其它合适的方法制备复制品30。复制品30具有倒槽或脊的结构表面32，这些倒槽或脊确定形成立方角空腔36的凹面34。复制品30是加工初始基材的阴复制品。视在最初基材上所用的划线工具类型不同，结构表面32的上部分可以包括顶表面，也可以不包括顶表面。然后在结构表面上进行研磨操作，以从复制品30的顶部上削去一定的厚度，产生限定每个立方角空腔36的平顶表面38。在一个实施方式中，改进的复制品30可以有与图1中主体层12基本上相同的透视图。然后用镀镍电铸法或其它方法制造改进结构表面32a的另一个复制品40。复制品40的结构表面42的特点是有平行平底槽组(如用44标记的槽)。这些槽组确定隔开的立方角锥46。因此，复制品40是加工后初始基材的稍加改进的阳复制品。
或者，可以通过用平刀头金刚石刀具在最初平的基材中直接加工平底的槽制造结构表面42。这种方法的优点是可以避免至少需要两个复制步骤。另一个优点是附加的设计灵活性：可以混合和匹配具有不同平底宽度的槽，以产生非均匀的平表面图案和具有不同高度和孔尺寸的立方角元件(参见如下图7)。最后，这种技术可根据需要更容易地制备光滑表面精整面的顶表面。缺点是当宽度大于切削工具平的部分时需要增加切削工具的走刀次数。
不论结构表面42是如何制成的，它(或其阳复制品)都被用作制造如图3D-H的截面图所示的片材的模具。
如图3D所示，可用于逆向反射片的主体层50具有用结构表面42压花、铸塑熔融热塑性或热固性材料或铸塑-固化可辐射固化材料形成的结构表面52。结构表面52基本上与上述表面32a相同，且包括凹面54和平顶表面56，上述的凹面确定了立方角空腔58。在压花鼓或带上沿其结构表面有44之类槽组的压花机上，主体层材料可以比封闭空腔(如图3B所示的立方角空腔36)更易于压入这些槽中。复制的容易性可提高线速度和降低制造成本。
如图所示，主体层50是单层，但它也可包括两个或多个不同的层，以提高机械挠性或其它所需的性质。由于主体层50不必是透光或透明的，较好选择主体层材料，以能把精确的立方角面保持在光学公差范围之内，以及获得耐候性、韧性、可加工性、低成本或其它性能。一种优选的材料是聚碳酸酯，但也可以使用其它的热塑性材料、热固性材料或可辐射固化材料。可以用添加剂产生所需的性能。例如，可以用着色剂使主体层50的暴露部分产生漫射白色或其它有色外观。钛白是漫射白色添加剂的一种实例。也可使用荧光和/或发光染料和颜料。在一个实施方式中，主体层可以是透光和荧光的，且有涂在与结构表面52相反的一面的白色漫射层。如果需要深色或黑色日间外观，也可以使用吸光添加剂。对于逆向反射片来说，应使主体层50足够薄和柔软，从而不管是否存在可见的缺陷或不平之处都可使其贴合目标基材。
在图3E中，已在结构表面52的顶表面56上辊涂了一薄层油膜58。然后在整个结构表面上气相淀积如图3F所示的铝、银或其它反射材料的薄膜60。气相淀积层显然不能粘合到用油处理过的表面上。因此，气相淀积层仅粘合到结构表面上未处理的部分，即凹面54。因此，在凹面54上选择性地形成不连续的反射膜60，而在顶表面56上基本上没有这种反射膜。这种结果非常清楚地表示在图3G中，该图表示除去油膜58后的主体层50。
在下一步中，将透明覆盖层62层合到主体层50上，以使空腔58免受外来杂质损害其性能。常规的热合技术可用于把覆盖层62直接粘合到顶表面56上。或者可提供下述的粘合层或连接层。覆盖层62优选含有单层或多层热塑性或热固性聚合物或其混合物。对于耐候性来说，优选的是聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚氨酯、乙烯-丙烯酸共聚物、聚酯、含氟聚合物(包括聚偏氟乙烯)。也可加入着色剂、染料、UV或其它吸收剂等添加剂。覆盖层可包括图形、符号或其它标记，从而使通过结合主体层和覆盖层形成的片材能传递有用的信息。
虽然图3H表示抽真空或充有空气的空腔58，但用透明物质填充空腔的优点是可提高片材的入射倾度(angularity)。这就是说，以某一高入射角照射在片材的入射光不能被充有空气的空腔逆向反射，但能被装有填料的空腔逆向反射。填料的折射率越高，填料把高斜度入射光折射到立方角空腔对称轴越多，则片材的入射倾度越高。优选的材料记载在待审的上述美国专利申请中。简而言之，优选的填料是室温下是压敏粘合剂的丙烯酸类聚合物、或室温下基本上无粘性但在较高温度下变成粘性的热活化粘合剂。与复制常规可辐射固化材料有关的较低粘度、压力和温度可更有利于填充这些空腔。在一个优选的实施方式中，填料是夹在主体层和覆盖层之间的透光压敏粘合剂，较好是覆盖凹面和顶表面的连续层。在另一个实施方式中，如果覆盖层成形为伸入空腔，则它本身可用作填料。也可使用许多其它的填料，如合适的环氧树脂、热熔粘合剂、高熔体指数热塑性聚合物和可辐射固化的热固性聚合物。虽然由于逆向反射率降低而不是优选的，但仅一部分空腔填充填料的结构也是可行的。
图3H(未按比例)也画出了压敏粘合剂或热活化粘合剂59或剥离衬里59a。这些粘合剂或剥离衬里一般贴在主体层50的后表面上，以便把片材粘贴到目标基材上。
图4A-C表明使用处于结构表面上的基本上连续反射膜的另一种实施方式的片材。然而，与图3H中所示的实施方式相比，该结构表面的顶表面具有低的镜面反射率，这是由于存在掩蔽材料(如加颜料的涂料)的缘故。图4A表示镀覆连续反射膜64后图3D的主体层50。反射膜64覆盖凹面54和顶表面56。然后用辊涂法、热转印法或相似方法不连续地涂覆图4B所示的掩蔽材料66。因此，掩蔽材料66在顶表面56上选择性地覆盖反射膜64，而让反射膜64的其余部分暴露。因此，反射膜64与上述的膜60(图3G、3H)和24(图2)一样选择性地暴露于主体层结构表面的凹面上。根据片材的所需性能，选择材料66，从而获得这些性能。如果需制造具有高cap-Y的逆向反射片，则选择高漫反射白色涂层。也宜制造具有与逆向反射光中外观不同的日间颜色或荧光效果的片材。在这种情况下选择有色漫射涂层或磷光颜料。还宜制造在夜间是逆向反射的而在日间不显眼或为暗色的片材。在这种情况下选择黑色吸收涂层。这种掩蔽材料也可印刷在片材表面，形成图形或标记。图4C表示涂覆上述覆盖层62的片材。填料可以填充上述的空腔58，以提高入射倾度。
由于顶表面降低了片材的逆向反射性能，因此在大多数情况下为了获得所需的效果宜使顶表面尽可能小，且用掩蔽材料66将其完全覆盖。然而在某些情况下，如在掩蔽材料66形成图象的情况下，则宜用掩蔽材料覆盖部分的顶表面。同样宜从上述实施方式的部分顶表面上除去反射材料。
图5描绘了具有不连续反射膜的前表面主体层的另一种制造方法。如图所示，主体层70沿方向72传送，并由滚筒74引导转过以相反方向转动的磨轮76。在与磨轮接触前，主体层70具有一个包含形成立方角空腔的凹面80和窄的顶表面82的前结构表面78。或者，结构表面78基本上由凹面80构成，并在上部分上没有顶表面。基本上连续的反射膜覆盖凹面80和顶表面82。磨轮76从上部分上选择性地磨掉一定厚度的结构表面78，从而除去反射膜，同时除去一些主体层材料。在清除步骤中除去聚集在空腔中的碎霄。加工后的主体层70具有基本上没有反射材料的改进顶表面82a。反射材料选择性地暴露在凹面上。
图5所示的方法也可用于形成具有平顶表面的初始主体层，如图3D所示的主体层50。因此，不用制造图3A-C所示的特殊模具，而使用更常规的模具(如图3A所示表面的简单阴复制品)，并通过使该片材与磨轮接触加工片材。然后可以把连续或不连续的反射膜镀覆在改进的结构表面上。
图6A和6B表示立方角空腔型片材的另一个实施方式。其中，结构表面的顶表面比凹立方角面具有更低的镜面反射率。聚合物主体层84按与图3D中主体层50相似的方法制备，所不同的是主体层84具有处理过的平顶表面86，以提供非光滑的表面精整面。非光滑(即粗糙化)的表面精整面可以是用具有相应粗糙化表面的模具复制主体层或使制成后主体层的所选部分粗糙化的结果。粗糙化可以用激光烧蚀、化学蚀刻、选择性磨蚀或压花进行。图6B表示连续淀积在结构表面上的反射薄膜88如何在光滑的凹立方角面上提供高的镜面反射率，而由于非光滑的表面精整面在顶表面上提供高漫射和低镜面反射率。
图6A和6B的原理或者可用于使用后表面主体层的立方角逆向反射片。在这种情况下，结构表面具有与图6A中主体层84基本上相同的粗糙化顶表面的模具直接或通过使用一系列模具复制步骤用于压花、铸塑或使后表面主体层成形。后表面主体层具有基本上与图3C中表面42基本上相同的结构表面，所不同的是立方角元件46之间的平中间表面是非光滑，即粗糙化的。然后把连续的反射材料薄膜镀覆在主体层结构表面上。立方角锥面的反射膜部分支持逆向反射，而粗糙化中间表面上的反射膜部分具有漫反射性，结果提高视觉白度。然后将粘合层涂覆在反射膜上。
图6A、6B所示实施方式的优点是简化了结构。与制备不连续反射膜或与选择性地涂覆掩蔽材料有关的附加工艺步骤可以避免。然而，如有需要，可以使用这些特征中的一个或两个。在任何一种情况下，由于非光滑的精整面而增加的顶表面表面积也可助于反射膜与主体层、或主体层与覆盖层或任何中间层之间的粘合。
图7所示主体层的俯视图表示另一种可能的结构表面结构。图中仅画出一部分重复图形。结构表面90由排列确定三组平行倒槽或脊的凹面(未用阴影表示)和包括顶表面的上部分(用阴影表示)构成。脊组92包括平行脊92a、92b，脊组94包括平行脊94a、94b、94c，脊组96包括平行脊96a、96b、96c。如图所示，每个脊组中的脊具有横向尺寸不同(即在垂直于有关脊轴的结构表面平面中的宽度不同)的上部分。这种结构可以按照上述的技术用模具制造，用金刚石刀具(至少一个是平刀头的)形成槽底宽度不同的槽。当用这种模具复制主体层时，模具中的槽产生主体层中的脊。在另一种方法中，可通过尖刀头刀具切削不同深度的槽，然后制造阴复制品，最后把结构表面的上表面加工至同一高度，得到相同的结构。如图所示，并非所有的脊都有顶表面：脊92a、94a、96a没有顶表面。不过，图示的顶表面互连网络限定了各个立方角元件以及一、二、三和六个元件的群。
为了制造各种不同类型的立方角空腔，优选将不同类型的脊排列成重复图形。例如，立方角空腔98a、98b、98c的系列表示逐渐减小的孔尺寸，反光立方角空腔100a、100b、100c的情况相同。对于孔尺寸约为0.25毫米或更小的立方角空腔，开始可以看到衍射效应。将不同孔尺寸的立方角空腔分散在同一结构表面上有助于均衡这些效应，产生更好的均匀性和更平稳变化的发散外形。
如图所示，结构表面90基本上由立方角凹面和顶表面组成。应注意，结构表面90上一些几何结构还有凹面101。凹面101是在切削母模过程中由于排列不同大小的立方角元件而形成的产物。凹面101对光学性能的影响很小或可忽略不计。
每对脊组92、94、96相互以60度夹角相交，形成非斜立方角空腔。使这些空腔倾斜的排列也是预料到的。这些排列包括仅一对脊组以小于60度的角度相交的情况以及仅一对脊组以大于60度的角度相交的情况。如果片材需要加宽的入射倾度，使立方角空腔倾斜是有用的，且可与用透明填料填充立方角空腔结合使用。仅有两个相交脊组、有三个以上相交脊组或没有相交脊组而有非截头立方角元件的结构表面也是可以预期的。给定脊组中的脊和不同脊组的脊可以有不同的高度。除三个相互垂直的立方角面以外，结构表面还可包括有一个或多个非光学面的空腔。对于立方角锥形结构表面、可与上述主体层一起使用的阴复制品，例如参见美国专利5,557,836(Smith等)和5,831,767(Benson等)。
实施例1-4
用模具对四种主体层进行压花，以产生图1所示的相似结构表面。该模具的结构表面由三组平底槽构成，且是上部分已用磨具磨平的现有模具的阴复制品。压花的主体层由聚碳酸酯制成。实施例1和2的主体层的厚度约为43密耳(1.1毫米)，含有足量的TiO2填料，使其不透明，且有漫射白色表面外观。而实施例3和4的主体层的厚度约为18密耳(0.46毫米)，且含有红色染料，以产生漫射红色表面外观。每个主体层的结构表面基本上由三组交叉的平行脊构成。其中称为“次”脊组的两个脊具有均匀的脊间距，约为16密耳(408微米)，并以约为70°的夹角相交。另一组平行脊(称为“主”脊组)间的均匀间距约为14密耳(356微米)，且以约为55°的夹角与所有次脊组相交。这样产生约以9.18°角度倾斜的立方角空腔配对(matched pair)。所有的脊具有基本上平的顶表面。主槽的横向尺寸约为3.5密耳(89微米)，次槽的横向尺寸约为2.2密耳(56微米)。由于对上述原始模具的研磨作用，并通过复制步骤转移到主体层上，所有的顶表面都不是光滑的。立方角元件在顶表面之下的立方角深度约为5.17密耳(131微米)。在每个试样的结构表面上真空淀积银膜，其厚度足以使该膜不透明，但仍是高度反射的。在实施例2和4中，用磨料轻擦除掉淀积在顶表面上的银膜部分。实施例1和3的银膜保持原状，并仍是连续的。
通过混合74％重量Ebecryl 270(购自Radcure的聚氨酯丙烯酸酯)、25％重量Photomer 4127(购自的Henkel的丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯)和1％重量Daracure 1173(购自Ciba-Geigy的光引发剂)制备一种可辐射固化的组合物。然后在室温下流涂在所有试样的结构表面上，涂布厚度足以填充立方角空腔和覆盖顶表面。在填充过程中，该组合物是可流动的，它的粘度约为2000厘泊(2Pa-s)。室温下将这些试样放在小的真空室进行脱气。接着，当在该组合物中没有气泡时，从真空室中取出试样，并用7密耳(178微米)厚的光学级PET片材覆盖，以消除以后固化过程中的氧气。将一块具有良好紫外透明性的重石英板放在上述PET片材上，然后用汞灯发出的紫外光通过石英板和PET片材固化2分钟左右。该填料组合物具有足够低的收缩性，从而固化和粘合到有气相镀层的主体层上。该组合物没有粘合到将被除去的PET片材上。固化后的组合物基本上是透明和光滑的，但没有永久粘性。这样制得的片材都显示逆向反射性。逆向反射系数在-4°入射角、0°取向角以及在0.2°和0.5°观察角处测量，且没有进行校准，以考虑被立方角元件实际占据的结构表面的比例： 试样号 主体层颜色顶表面上的银 膜 逆向反射系数(cd/lx/m2) @0.2° @0.5° 1 白色 有 58 26 2 白色 没有 46 22 3 红色 有 28 14.6 4 红色 没有 22 17
这些测量值表明银膜赋予凹面高度的镜面反射性。由于顶表面上暴露的主体层，具有选择性暴露在凹面上银膜的试样2和4显示显著的日间颜色(白色或红色)。
同样测量试样1和2的顶表面镜面逆向反射性。为此使用配有PELA-1029绝对镜面反射率测试附件(Labsphere Inc.，North Sutton，NH)的Perkin-ElmerLambda 900 UV/Vis/NIR分光光度计(Perkin-Elmer Corp.，Norwalk，Conn)。该测试附件使用7.5°入射角，并有用于参比的“V”型光学几何结构和用于放置试样的“W”型光学几何结构。参见图8，其中S是试样，M1和M3是固定镜，M2是有参比位置M2a和放置试样时另一位置M2b的移动镜。每个试样的绝对反射率用如下方法确定，即将试样测量值除以相应的参比测量值，从而抵销试样以外所有光学元件的性能。在400至700纳米范围内以10纳米的增量读取数据，并取平均值。由于在上述的测试仪器中光线在试样上反射了两次，所以取原始反射率值的平方根。然后对这样得到的数据进行校准，以消除由填料前表面处空气/填料界面反射的光线的影响。这种影响可用适于空气介质中法向或接近于法向入射的简化Fresnel公式进行计算。
已知该填料组合物在整个可见光范围内的折射率约为1.5，产生约为4％的影响。最后，将扣除这种影响后所得的值除以顶表面所占的试样面积分数。对于上述的几何结构，顶表面所占的试样面积分数约为45.5％。这种最后算得的值当作顶表面的镜面反射率。用这种方法计算得到的试样1的镜面反射率约为9％，而试样2的镜面反射率约为3％。
实施例3
为了更好地量化粗糙化概念，制备一些试样。制备四种具有图1所示的相似结构表面的聚碳酸酯主体层。这些主体层具有三组相交的平行脊，每个脊组具有约为8.5密耳(216微米)的均匀间距，每个脊组以60°的夹角与另两组相交，从而形成非倾斜的立方角空腔。每个脊的平顶表面的横向尺寸约为1.65密耳(42微米)，这样顶表面约占俯视图中结构表面区的50％。用平刀头金刚石刀具制造母模，然后用该母模复制主体层，结果这些顶表面在开始时就是光学光滑的。然后通过用不同的磨具轻轻地磨擦主体层的结构表面，选择性地使试样的顶表面粗糙化。然后在改进的结构表面上真空镀覆约为100纳米厚的连续铝镀层。然后在130℃左右在该结构表面上涂布厚度约为3密耳(76微米，从主体层的顶表面起测量)的Nucrel牌乙烯-酸(ethylene acid)共聚物树脂(699型，购自E.I.du Pont de Nemours and Company的热活化粘合剂)的填料层。冷却时，该填料层固化。用树脂组合物填充后，测量顶表面的粗糙度和试样的cap-Y值。用于测量粗糙度的是装有20倍0.45NA物镜和使用488纳米光线的Leica牌TCS4D激光扫描共焦显微镜。由20张在不同轴向位置拍摄的系列图产生结构表面上0.5毫米×0.5毫米区域内的形貌图，然后用Leica公司供应的TCS粗糙度近摄仪(macro)测量粗糙度。粗糙度用与平面的平均偏差(“Ra”，单位为微米)表征。同时用HunterLab LabScan 6000 0°/45°光谱色度计测量试样的cap-Y值。为了全面起见，用上述与试样1和2相同的方法(减去空气/填料界面的计算4％反射率后除以0.50)测量顶表面的镜面反射率，并用标准仪器在-4°入射角和0.2°观察角处测量逆向反射系数。结果列于下表中。其中所列的逆向反射系数已除以0.5，以考虑立方角空腔实际所占的结构表面的比例。 试样号所用的磨料 测量值 Ra(微米) Cap-Y镜面反射率 (％)逆向反射系数 (cd/lx/m2) 5 无 0.12 5.2 74 226 6 办公用纸(office paper) 0.16 8.2 54 66 7 2000目砂纸 0.59 30.3 7 40 8 400目砂纸 0.90 28.4 8 52
上表表明，即使在连续的反射膜覆盖整个结构表面时，使顶表面变粗糙(即不光滑)可以大大地降低镜面反射率，并增加片材的白度。至少约为0.15微米，较好至少约为0.2微米的粗糙度值宜使观察到的cap-Y白度发生显著变化。类似地，宜使顶表面产生约小于60％，较好约小于40％，更好约小于20％的镜面反射率。
讨论
上述的立方角空腔可按美国专利4,775,219(Appledorn等)所述的相似方式进行单独定制，以把制品逆向反射的光线分配成所需的图案或发散外形。构成立方角空腔的面可排列成重复的取向图形。这些取向与立方角元件的其它面形成相互正交的取向稍有不同，如相差几个弧-分。与正交的偏离一般小于±20弧分，通常小于±5弧分。
例如通过用上述的立方角元件阵列压花预制的片材或将流体材料浇铸在模具中，可以将上述逆向反射片的主体层制成整体材料。或者，通过在PCT公布号WO95/11464(Benson，Jr.等)和美国专利3,684,348(Rowland)中所述的相似预制平膜上浇铸确定结构表面的层或把预制薄膜层合到具有立方角空腔的预成形层上，可以将主体层制成层状产品。有用的主体层材料是尺寸稳定、耐久、耐候、及易于成形为所需结构的材料。它的实例包括丙烯酸类聚合物如购自Rohm and Haas的Plexiglas牌树脂、热固性丙烯酸酯聚合物和环氧丙烯酸酯聚合物，较好是辐射固化的；聚碳酸酯；聚苯乙烯；聚烯烃；聚乙烯类离聚物(以商品名‘SURLYN’出售)；聚酯；和乙酸丁酸纤维素。一般可以使用可成形的(通常在加热加压下)的任何材料。这种片材也可含有着色剂、染料、紫外吸收剂或其它所需的添加剂。
用于制造初始结构表面(其阴复制品用于主体层中)的模具基材可包括适于形成直接用机械加工的槽或槽组的任何材料。合适的材料应能用机械清洁地加工，而不会形成毛刺，且在形成槽后保持尺寸精确度。可以使用许多材料，如可机械加工的塑料或金属。合适的塑料包括热塑性或热固性材料，如丙烯酸类聚合物。合适的金属包括铝、黄铜、铜(软或硬的)和镍(电镀或化学镀)。
加工母模的复制品可用任何合适的方法制造，如电淀积镍、制造阳或阴复制模具。由金属、塑料或其它合适材料制成的复制模具可用于在主体层中压花、铸塑或形成模具图案。
所选术语汇编
使用逆向反射结构表面的逆向反射片或制品的“主体层”是具有结构表面且主要负责保持这种结构表面整体性的层。
“立方角空腔”是指至少部分以排列成立方角元件的三个面为界的空腔。
“立方角元件”是指协同逆向反射光线或把光线导向所需位置的一个三表面组。“立方角元件”也包括本身不会逆向反射光线或不会把光线导向所需位置，但当复制(以阳或阴的方式)到合适的基材中形成能逆向反射光线或把光线导向所需位置的一个三表面组。
“立方角锥体”是指至少具有排列成立方角元件的三个侧面的一堆材料。
“立方体高度”或“立方体深度”是指对于在基材上形成或可形成的立方角元件来说，立方角元件各部分间沿垂直于上述基材的轴的最大距离。
“漫反射的”、“漫反射性”及其同源词是指把平行入射光束反射成许多反射光束的性质。漫反射的表面也有低的镜面反射性。
立方角元件的“二面边”是指与同一立方角元件的另二个面之一邻接的立方角元件三个面之一的边。
“几何结构”是指有多个面的突起或空腔。
“槽”是指一个沿槽轴延长并至少部分以两个相对槽侧面为界的空腔。
“槽侧面”是指以基本上连续的直线运动方式把一个或多个切削工具拉过基材时形成的一个或一系列表面。这些运动包括当切削工具沿基本上直线途径前进时具有旋转运动的快速切削技术。
立方角元件的“非二面边”是立方角元件二面边以外的立方角元件三个面之一的边。
“逆向反射性”是指以与入射方向反向平行或接近于反向平行的方向反射斜向入射光，使光源处或光源附近的观察人员能检测到反射光的特性。
“镜面反射的”、“镜面反射率”及其同源词是指一种基本上把相对于表面法线以入射角θ照射在表面上的入射光束反射成沿一个称为“镜面轴”的轴传播的单个反射光束。上述的镜面轴位于入射平面中，且与表面法线形成相等但符号相反的夹角θ。据认为，如果可以在结构表面中设置许多凹面，这些凹面(或这些面上的反射膜)具有高的镜面反射率，在入射角β＝-4°和观察角α＝0.2°的条件下产生至少约为5cd/lux/m2的逆向反射系数。这种逆向反射系数考虑了被立方角元件实际所占的结构表面比例。据称，如果顶表面(或上面的薄膜或其它材料)反射了60％以下的沿镜面轴照射上面的入射光(考虑了顶表面实际所占的结构表面比例)，则这些表面具有低的镜面反射率。在测量高和低镜面反射率时，一般同时照射凹面和顶表面。在前一种情况下，顶表面的影响可忽略不计，而在后一种情况下通过适当地选择测试几何结构，可以使排列的这些凹面的影响(沿镜面轴)忽略不计。
与表面一起使用的“结构”是指由多个以不同排列方向排列的不同面构成的表面。
与立方角元件一起使用的“对称轴”是指通过立方角顶点并与立方角元件的三个面形成相同角度的轴。有时也称为立方角元件的光轴。
也包括凹面的结构表面的“顶表面”是指不同于凹面且在俯视图最小宽度至少约为0.0001英寸(2.5微米)的表面。
虽然已参照优选实施方式描述了本发明，但本领域中的熟练技术人员可以理解，在不偏离本发明精神和范围的条件下可以作一些形式和细节上的变化。