專利名稱：起紋理的回射棱鏡結(jié)構(gòu)及其成形模型的制作方法
相關(guān)的申請本申請要求對1997年6月25日申請的序號為08/883,329的美國專利申請享有優(yōu)先權(quán)，該申請是下述美國專利申請的部分繼續(xù)申請序號為08/702,245，1996年8月28日申請；序號為08/314,487，1994年9月28日申請，現(xiàn)為美國專利5,565,151，于1996年10月15日頒布；序號為08/766,238，1996年12月13日申請，它是1995年3月27日申請的序號為08/410,864的申請文檔的繼續(xù)；這些在此列舉的每一篇文獻(xiàn)的內(nèi)容都通過在此引述而全部合并于本文。
本發(fā)明的背景在此利用的回射結(jié)構(gòu)類型，在1945年7月31日頒布的美國專利2,380,447中，1986年5月13日頒布的美國專利4,588,258中，以及1973年1月23日頒布的美國專利3,712,706中，都有詳細(xì)描述。這些在此列舉的每一篇文獻(xiàn)的內(nèi)容都通過在此引述而全部合并于本文。
沃爾特在專利號為5,171,624的美國專利中公開了一種微棱鏡反射片，其中棱鏡對相互傾斜一個(gè)3-10°的角度，一個(gè)棱鏡的尺寸為0.006-0.025(頂點(diǎn)間距離)，而且其中至少一個(gè)棱鏡邊表面是弧形的。
本森在專利號為5,122,902的美國專利中公開了一種回射立體直角元件，在元件和截短的立體直角元件之間具有分離表面。
常規(guī)的回射棱鏡或者在專利號為5,171,624的美國專利中所描述的這類直角棱鏡陣列(在此列舉是以其整體作為參考的)產(chǎn)生一種衍射圖案，這種衍射圖案具有在中心最大值外特征空隙和六葉形的光能分布。圍繞中心最大值形成的能量的六葉形代表衍射的第一序數(shù)的能錐。這樣的能量分布是不理想的，因?yàn)檎麄€(gè)回射光束的能級變化的程度很高。
本發(fā)明的概述上面引作參考的美國專利5,565,151公開了一種回射棱鏡片，它由多個(gè)間距很小的棱鏡組成的陣列構(gòu)成，其中，在一個(gè)棱鏡對中的一個(gè)棱鏡的至少一個(gè)面上形成窗口。
窗口是通過在一模中鑄造多個(gè)棱鏡而形成的，其中棱鏡元件模型的一部分被除去。
除去棱鏡元件之一的一部分產(chǎn)生一個(gè)更小的棱鏡，這個(gè)更小的棱鏡導(dǎo)致觀察角性能的提高。好的觀察角性能對于汽車或飛機(jī)觀察反射物體是特別重要的，在此情況下，光源距駕駛員的距離要比它距一汽車的距離更遠(yuǎn)，當(dāng)汽車駕駛員很靠近回射物體時(shí)，這種改善的性能對他也是很重要的。
按照本發(fā)明，棱鏡的面和/或窗口在一模具中形成，棱鏡是起紋理的，以便在一定區(qū)域提供入射光的光散射，從而大大加強(qiáng)回射膜的白度(CAP)。白度的加強(qiáng)提高了膜的能見度；這是在晝夜間觀察物體時(shí)非常希望的性質(zhì)。紋理是以無規(guī)則斑紋圖樣的形式形成的，斑紋圖樣中的紋理與棱鏡孔徑相比足夠小，使得從棱鏡面反射的光偏離或稍有散射，從而導(dǎo)致反射光的能量分布更均勻和更寬的觀察角性能。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種棱鏡工具或模具，在模面或窗口上形成凹進(jìn)或凸起，以便在該模具中制作或形成棱鏡時(shí)做出棱鏡的紋理。
附圖簡要說明

圖1A-1E是一個(gè)系列的一母模的一部分的側(cè)面圖，該母模用于形成一個(gè)起紋理的微棱鏡片陣列，這些圖顯示了按照本發(fā)明形成這種模具的五個(gè)重要步驟。
圖2A-2F是一個(gè)系列的顯示一母模形成的步驟的圖示，該母模用于按本發(fā)明的另一種實(shí)施方式模制起紋理的微棱鏡片。
圖3是本發(fā)明的模具結(jié)構(gòu)的一段。
圖4是一對棱鏡模型元件10C/10B的平面圖，其中已將一個(gè)斑紋或紋理圖樣刻蝕入本發(fā)明的模型的整個(gè)平面表面中。
圖5是圖4中的棱鏡元件模型沿圖4中的V-V線截取的側(cè)面圖。
圖6是模具制造中的下個(gè)步驟的側(cè)面圖。
圖7是圖6的平面圖。
圖8是本發(fā)明的回射片的另一種實(shí)施方式的平面圖。
圖9是圖8的側(cè)面圖。
圖10是一種從一個(gè)散射體記錄一種斑紋圖樣的方法的示意圖。
圖11按照圖10產(chǎn)生的斑紋圖樣的照片的復(fù)制圖。
圖12是顯示涉及圖11的圖樣的平均斑紋尺寸的幾何條件的示意圖。
圖13是顯示另一種斑紋掃描方法的示意圖。
圖14是圖13的方法的更具體的圖示。
圖15是使用圖13的掃描方法的斑紋圖樣的標(biāo)準(zhǔn)半徑(r/w°)與光束強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖。
圖16是標(biāo)準(zhǔn)曝光級與掃描線的軸向位置的關(guān)系曲線圖。
圖17是最佳曝光(mJ/cm2)與波長(nm)的關(guān)系曲線圖，即對于一種AZ-1350抗蝕劑的敏感曲線。
圖18是對于各種抗蝕劑的深度(mm)與曝光(mJ/cm2)的關(guān)系曲線圖，顯示了刻蝕深度對曝光的依賴程度。
圖19A-F是在各種曝光級下斑紋圖樣的一組照片的復(fù)制圖，顯示了曝光如何影響光敏抗蝕劑中的斑紋記錄。
本發(fā)明的詳細(xì)敘述按照本發(fā)明，回射棱鏡片是通過在一棱鏡模具(有時(shí)稱為“工具”)上鑄造或構(gòu)成一個(gè)棱鏡陣列而形成的，這種模具已作了改進(jìn)，從而使模具的鑄造表面破壞或構(gòu)成紋理，足以使入射到棱鏡面或窗口的光發(fā)生散射?，F(xiàn)有技術(shù)的回射結(jié)構(gòu)有黑色區(qū)(缺光區(qū))呈現(xiàn)在回射光圖樣中。這些黑色區(qū)是由于入射光的衍射引起的。在回射棱鏡表面上形成的散射紋理產(chǎn)生的光圖樣由散射光的圖樣附加在原來未被散射的光圖樣上所構(gòu)成。由散射光產(chǎn)生的圖樣的相對強(qiáng)度將取決于反射表面的性質(zhì)。
圖1A-1E示出了按照本發(fā)明構(gòu)成用于制造起紋理的棱鏡陣列的必要工具的一種方法。在此實(shí)例中(圖1A)，首先將一個(gè)由適合的材料(如鎳)構(gòu)成的工具或模具10用光敏抗蝕劑12浸鍍，形成約0.5μm的抗蝕劑層(圖1B)?？蓛?yōu)選采用ShipleyAZ1350正性光敏抗蝕劑，這種抗蝕劑容易買到，而且其性能得到很多資料的證明。采用一種掃描工藝(后面將作描述)，使抗蝕劑曝光在無規(guī)則的斑紋光圖樣之中，優(yōu)選采用在458nm運(yùn)行的氬離子激光器(圖1C)。為產(chǎn)生所需的反射光的散射所需的斑紋特征的尺寸在寬度上是在10微米至1微米的數(shù)量級，在深度上小于一個(gè)波長，并最好小于一個(gè)波長的十分之一。
一旦顯影(圖1D)，可以在刻蝕之前通過加熱模具10弄平抗蝕劑的外形，可優(yōu)選活性離子工藝進(jìn)行刻蝕(圖1E)?？刮g劑外形的這種弄平將多少有點(diǎn)降低最終的回射體的表面的散射能力。
注意在這些圖中，斑紋特征14的尺寸被繪制得極為夸大，并且不是按比例繪制的。
在圖1E的步驟中用活性離子工藝刻蝕工具的表面，可優(yōu)選濕法化學(xué)刻蝕工藝，采用一種可使工具表面留下適度的粗糙度的酸，粗糙程度可影響最終回射體的散射能力。采用活性離子刻蝕使得可以控制最終產(chǎn)品的散射能力。
在給工具10鍍上抗蝕劑層時(shí)，可能會在工具的凹進(jìn)處造成抗蝕劑的匯聚，這是由于抗蝕劑的有限的表面張力所致。假如抗蝕劑的表面張力足夠的低，那么這些匯聚的形成就不會造成問題，因?yàn)檫@將轉(zhuǎn)化為最終棱鏡陣列中的頂點(diǎn)的稍微鈍化，不會明顯影響完成產(chǎn)品的回射質(zhì)量。
圖2A-2F示出了另一種工藝實(shí)施方式，其中金屬的帶凹進(jìn)的工具10″是由原始工具的更改的模具10′(圖2A)電鑄而制成的。首先，由原始工具10(圖1A)產(chǎn)生模具10′，其基體將支持一種兼容材料的光敏抗蝕劑(圖2A)。接著進(jìn)行與在圖1A-1E中概括的工藝類似的工藝過程，模具10′鍍上一層抗蝕劑12′(圖2B)，然后將抗蝕劑層曝光于斑紋圖樣之下(圖2C)，隨后顯影(圖2D)。這時(shí)，可采用模具10′通過電鑄制成一新的金屬的帶凹進(jìn)的工具10″(圖2E)。一旦新的工具104形成，就移去模具10′(圖2F)，現(xiàn)出新的帶凹進(jìn)的工具10″，其類似于圖1E中示出的工具。
替代地，也可以通過在刻痕的或飛刀切削的表面上電淀積一層表面粗糙的或半光亮的金屬層，來在圖1B的工具上方便地制成一紋理表面21，電淀積的金屬的化學(xué)性質(zhì)可與基體的相同或不同。諸如銅、鎳、黃銅、金、銀等金屬可被用來通過電淀積使一光亮表面起紋理。還可用銅、鎳、以及多種其他金屬的無電淀積來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。其他的淀積工藝，諸如化學(xué)或物理真空淀積、濺鍍等，也可用于在適當(dāng)?shù)牡矸e條件下構(gòu)成表面紋理。
作為示意，可從常規(guī)的耐酸銅亞硫酸鹽鍍液中電淀積出銅電淀積層，常規(guī)的耐酸銅亞硫酸鹽鍍液由硫酸銅和硫酸的水溶液組成(見Lowenheim，F(xiàn).A.，《當(dāng)代電鍍》1974，[ModernElectroplating，Ed.′John Wiley & Sons，p.183(1974)])。該組分中可加入各種添加劑，以控制表面紋理和淀積層的其他性質(zhì)。淀積過程通常在一電鍍槽中進(jìn)行，零件作為陰極，銅陽極作為反電極，外加直流電源驅(qū)動淀積過程。厚度低至0.5微米的淀積層可足以改變原始表面紋理，然而，如果要求粗紋理的話，更高的淀積厚度可能有益。在硫酸鹽溶液中形成的銅淀積層具有明顯粗糙的光潔度，這是因?yàn)榻M成鍍層表面的晶粒尺寸大和各晶粒的取向無規(guī)則。在鍍液化學(xué)組分中加入一定的添加劑可給予表面光潔度更多的反射性，而又保持各晶粒的無規(guī)則取向，從而改善該表面的局部反射性。這樣的淀積層在本行業(yè)是稱為“半光亮的”，它可以通過增加從在這種模具中的棱鏡鑄件的起紋理區(qū)域反射的反射光的亮度和隨機(jī)散射，來進(jìn)一步提高所希望的紋理構(gòu)造的效果。
使表面起紋理的另一種替代方法是按在圖1A-1E和圖2A-2F中所描述的那樣對刻痕的或飛刀切削的表面進(jìn)行刻蝕。各種刻蝕工藝可用于這種目的?？刹捎没瘜W(xué)或電化學(xué)刻蝕整個(gè)表面，隨后再切削出所希望的亮度的表面。還可采用諸如砂磨這類機(jī)械方式來構(gòu)建紋理，做法與表面的電淀積或無電淀積或刻蝕基本上相同。作為示意，可采用濃硝酸或稀硝酸溶液刻蝕銅或黃銅母模的表面，以得到起紋理的表面。該工藝過程在一盛裝硝酸溶液的槽中進(jìn)行，將母模浸入溶液待一段必要的時(shí)間，以獲得所希望的表面紋理，然后進(jìn)行清洗和干燥步驟。
與刻蝕整個(gè)表面相對照，可實(shí)施一種受控制的選擇性刻蝕工藝過程，比如準(zhǔn)分子激光器刻蝕這類工藝，來只刻蝕母模上所希望刻蝕的區(qū)域。這種方法省去了在表面構(gòu)成紋理之后需要第二次飛刀切削或刻痕的步驟，從而縮短了控制循環(huán)。這種工藝是這樣實(shí)現(xiàn)的，將準(zhǔn)分子激光器光束聚焦到所要求的斑點(diǎn)尺寸，并刻蝕模具基體。對激光源的傳送進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?zhǔn)和對直將保證只刻蝕棱鏡結(jié)構(gòu)的窗口區(qū)域。
現(xiàn)參見圖3-7，對照這些圖將描述用于形成本發(fā)明的回射片的模具110的附加優(yōu)選實(shí)施例中的制造細(xì)節(jié)。注意這里使用的術(shù)語“片”是指相對薄的片狀結(jié)構(gòu)以及厚一些的構(gòu)件、薄片迭層等，它們都具有一個(gè)大致平的、接受光線射擊的前面，以及一個(gè)基本讓光線透射的基體部分。
圖3示出了一模具結(jié)構(gòu)110的一段，圖4的平面圖示出了該模具的一個(gè)棱鏡對部分100。模具110是通過先刻痕或飛刀切削加工母模得到的，母模選自合適的材料，如黃銅或銅，切削是從互成約56o和62o的三個(gè)方向進(jìn)行(具有適當(dāng)?shù)臏辖?，以形成三組溝痕22、23、24，如圖4的平面圖所示。在刻痕或切削操作后，棱鏡對100的模具棱鏡10X和10Y各有三個(gè)相對的二反角面或面13、14、15。
在圖4和5所示的例子中，模具110的所有暴露表面已由前面描述的方法之一制出斑紋。接著，棱鏡之一的一個(gè)區(qū)域A在第二次切削加工中去除。當(dāng)片100在一模具中形成后，在第二次切削中去除的區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)平的表面10F(見圖5)和一個(gè)更小的角形回射體10′。注意，產(chǎn)生面15′的切口(圖7)形成一個(gè)角形結(jié)構(gòu)透明塑膠棱鏡，它有兩個(gè)面(13和14)，這兩個(gè)面比面15′要大。由改變的面15′產(chǎn)生的角形結(jié)構(gòu)10′具有稍微斜的有效的窗口。
還應(yīng)注意到，所產(chǎn)生的窗口10F并不位于角形回射體10′的基面上(見圖6)。即窗口10F不以角形元件的側(cè)面的底邊為邊緣。
還應(yīng)注意到，面10F的平面區(qū)的形成并未改變緊挨著的角形元件。角形元件10Y未受到形成區(qū)域面10F的加工過程的擾動。可選擇的第二次切削以足夠的深度通過溝痕23和22，以除去在留下的面13和14上的紋理21，剩下無紋理的窗口10F，以及位于溝痕24的兩面上的起紋理的部分小平面30和32，如圖7所示。
可選擇將元件10X和10Y的光軸(由棱鏡面13、14和15定義的一內(nèi)角的三等分)彼此傾斜分開(反傾斜)。優(yōu)選的傾斜角相對于公共面16的垂線為大于1.0度和小于約7.0度，公共面16是立體角的底邊接近的面。該立體角的底寬最好在該立體角三個(gè)面13、14和15的底邊所在的公共面上形成，而且該寬度或尺寸范圍大于.0005英寸，并最好小于.006英寸，但也可以超出0.006英寸至大約0.025英寸。
然后可在母模中，或一個(gè)母模的電形成復(fù)制件中形成透明塑膠棱鏡陣列。母模或其復(fù)制件將具有紋理21，紋理可以是凹進(jìn)的形式，也可以是凸出的形式，這取決于所采用的母模是正性的還是負(fù)性的。
圖8和9的實(shí)施例的微棱鏡片180是通過在一個(gè)按前面所描述的方法形成的母模中鑄造棱鏡材料而制成的。所有暴露面也按前面描述的作出紋理。然后進(jìn)行進(jìn)一步的飛刀切削工序，沿溝痕22、23、24下到底線之上的一個(gè)深度，切去V形二面的一部分，只在一些選擇的交線處留下其余的紋理130，如圖8所示。然后，可按授予William P.Rowland的美國專利3,684,348；3,810,804；3,811,983；3,830,682中描述的各種方法，在一個(gè)母?；蚱鋸?fù)制件中鑄造透明塑膠棱鏡。在這里，這些美國專利文獻(xiàn)每篇都是以整體作為參考的。紋理130可以以無規(guī)則凹進(jìn)或無規(guī)則凸起的形式位于二面的底部，這些凹進(jìn)和凸起都明顯提高回射片的白度值，因?yàn)樗鼈儗⒁约^A1的方向射在回射片200上并以箭頭A2的方向反射給觀察者的光線散射(見圖9)。
圖9的截面圖中更詳細(xì)地顯示了制成的回射片200的一個(gè)例子，其中一個(gè)棱鏡10′的陣列粘合在一基體部分220上，基體部分由一透明的外保護(hù)片或?qū)?21和一接合區(qū)223組成。該棱鏡如前所述在一模具中形成，紋理130形成在兩交面的底部，或者，也可替代地在棱鏡的所有面上都有紋理130。
基體層221的典型功能是保護(hù)回射片不受環(huán)境因素的影響和/或給回射片提供顯著的物理完整性。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，基體層221是在回射片200的前面的最外層。接合層223與基體層21的區(qū)別是，接合層是緊挨著立體角元件的底部布置的一層，而且這里采用術(shù)語“接合層”就是指這樣的一個(gè)層。
在棱鏡陣列的表面上最好鍍一層金屬反射層224，并采用粘合劑228將該陣列與保護(hù)背板226粘合。如同上面結(jié)合圖1A-1E所描述的，通過在各個(gè)棱鏡的表面引入無規(guī)則的不連續(xù)性，可以改變角形陣列的回射性質(zhì)。做到這一點(diǎn)的一種方式需要將金屬的制有凹痕工具或模具先鍍上光敏抗蝕劑，然后將該光敏抗蝕劑曝光于一隨機(jī)強(qiáng)度輻射場。顯影和選擇性去除抗蝕劑后，刻蝕下面的工具，以產(chǎn)生一個(gè)能夠制成除了有很強(qiáng)的回射特性之外還有散射特性的棱鏡小面的工具。能夠建立隨機(jī)強(qiáng)度輻射場或“斑紋圖樣”的一種方法將在下面作大致描述考慮一毛玻璃散射屏S1被來自激光源LS的并從平面鏡M1反射到球面鏡M2的相干激光的平面波W透照(圖10)。在屏S1的散射表面上，由屏S1的隨機(jī)散射特性對入射平面波W施加了隨機(jī)相調(diào)制。然后可將該屏考慮為組成一個(gè)散射中心陣列，或變相點(diǎn)源陣列。在距該平面的某個(gè)距離，散射光的波幅以及相位將波動，作為一種由所有散射中心的干涉引起的隨機(jī)的和復(fù)雜的函數(shù)。這是由于從屏出來的相干的、但隨機(jī)方向的、衍射的平面波干涉造成的。然后用在記錄板RP上的高分辨率照相底片P，例如光刻膠，來記錄相應(yīng)的強(qiáng)度波動或斑紋圖樣。利用此方法制作的一斑紋圖樣的放大圖形示于圖11。
Collier，R.J.，Burkhardt，C.B.，Lin，LH.等人，在文獻(xiàn)《光全息》，圣地亞哥，學(xué)院出版社，1971年[Optical Hologrphy，sandiego，CAAcademic Press，Ch.12.(1971)]中給出了由此方法可得到的、在十分之一微米數(shù)量級的最小斑紋紋理的直徑εϵ=λα(α=r/d)---(1)]]>這里r代表散射窗口的半徑，在這種情況下窗口是圓形的，d代表窗口所在平面與記錄平面之間的距離。實(shí)際上，照片記錄介質(zhì)的分辨率和記錄的化學(xué)處理在顯露最終圖象方面顯然起到重要作用。
這里要注意的一點(diǎn)是，可以通過控制窗口的形狀來產(chǎn)生不同尺寸的斑紋特征。要了解這是如何實(shí)現(xiàn)的，我們回顧一下對于給定的記錄幾何條件記錄在照相底片上的斑紋紋理的最小尺寸的表達(dá)式ϵx=ϵy=2λdL---(2)]]>這里L(fēng)方形窗口的邊長，λ是相干光在空中的波長(圖12)。如果想記錄不對稱的圖樣，那么可以利用一邊長為Lx和Ly的長方形散射窗口來產(chǎn)生大致由下面的式子給出的斑紋尺寸
以這種方式產(chǎn)生的斑紋特征可以按同樣的方式用作規(guī)則陣列，以影響角形陣列的性能，但將不對稱性引入回射光的分布。例如，如果選擇εx＜εy，則在x平面中產(chǎn)生比在直交的y平面中大的光散布。
以前述方式記錄斑紋圖樣有許多缺陷。首先是事實(shí)上不大可能入射到散射屏后又到照相底片的光是均勻強(qiáng)度的。雖然可采用多個(gè)抗高斯濾光鏡，但這些濾光鏡在光束中的定位必須精確，才能真正實(shí)現(xiàn)照射光束的均勻性。而且，生產(chǎn)對角線到1.0米的大尺寸屏非常費(fèi)事和費(fèi)時(shí)。
也許這種記錄斑紋圖樣的方法的最大問題在于系統(tǒng)的效率非常差。甚至在最有效率的系統(tǒng)中，入射到散射屏的光的僅僅10％可能到達(dá)記錄板。
為避免這些問題，我們研制了一種替代的方法，用掃描來產(chǎn)生均勻的大尺寸斑紋圖樣。
優(yōu)選的掃描裝置由一個(gè)Anorad，Anomatic IIITMCNC定位控制系統(tǒng)400(圖l3)構(gòu)成，該系統(tǒng)由一個(gè)0.6m×0.6m螺桿傳動平臺式工作臺402和一個(gè)由該工作臺支持的直線電機(jī)驅(qū)動激光印刷頭404組成。工作臺上方印刷頭相對于一固定基準(zhǔn)參照點(diǎn)的位置由一個(gè)外部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)控制。印刷頭組件支撐光纖406的出口端，光纖406由一氬離子激光器408自遠(yuǎn)處照射。光纖的出口端有一個(gè)聚光透鏡，使得入射到放置在工作臺上的照相底片表面的光可被認(rèn)為是準(zhǔn)直的，而且光束直徑約為1.0毫米(mm)。
為記錄斑紋圖樣，將一片照相材料420固定在系統(tǒng)400的平臺工作臺上，感光乳劑朝上(圖14)。一塊毛玻璃板410懸在該照相底片之上，毛玻璃板的散射表面418面朝下面的照相底片。然后用來自鏡片207的準(zhǔn)直激光束412掃描該板。光束412的直徑約為1.0mm，在顯影之前掃描過所需要的區(qū)域。在這樣的裝置中，散射器的照射區(qū)的有效窗口與掃描光束的直徑相等，即約為1.0mm。這意味著，如果毛玻璃板和照相底片之間的空氣間隙定在約4mm，那么最小的所記錄的斑紋紋理尺寸將大致為8λ。
可能有人會提出，這種記錄斑紋圖樣的方法不會行得通。例如，為什么由激光束產(chǎn)生的無窮數(shù)目的斑紋場疊加在記錄板上隨著激光從一點(diǎn)到另一點(diǎn)掃過該板而竟然不會弄得互相抵消？據(jù)信該處理方法多虧接著將潛像顯影的方式。以80毫米/秒(mm/s)的最快的內(nèi)插速度掃描和在每次掃描期間橫向移動工作臺0.4mm(準(zhǔn)直光束的直徑＝1.0mm)，我們已能在鹵化銀材料上復(fù)制出與通過常規(guī)方法產(chǎn)生的相類似的斑紋圖樣。
為計(jì)算在使用這樣的掃描方法時(shí)要使光敏抗蝕劑曝光所需的激光光束功率，我們必須先考慮激光器408的光輸出的性質(zhì)。
激光器的TEM00光輸出具有一高斯強(qiáng)度分布。該徑向?qū)ΨQ的分布有一電場變化，由下式給出E(r)=E0exp(-r2W02)---(4)]]>強(qiáng)度分布也是高斯分布I(r)=I0exp(-2r2W02)---(5)]]>
參數(shù)w0通常稱為高斯光束半徑，在此半徑處，光軸上光束的強(qiáng)度已降低到其值的1/e2或0.135(圖6)。
高斯光束含有的總功率通過強(qiáng)度分布的如下積分獲得P(∞)=∫02πdθ∫0∞I(r)rdr]]>=2πI0∫0∞exp(-2r2w02)rdr]]>=πWW022I0---(6)]]>所以，光束的軸向強(qiáng)度I0與光束的總功率P(∞)有下式關(guān)系I0=2πW02P(∞)---(7)]]>該表達(dá)式很有用，因?yàn)镻(∞)作為入射到底片的光束的總功率，可以用簡單的照度計(jì)測量到。
確定了光束的軸向強(qiáng)度，就可以計(jì)算由光束掃描通過感光乳劑所產(chǎn)生的照相底片的曝光量。
考慮一高斯光束沿線y＝0和從x＝∞到＝x-∞。假定該光束掃描的速度為v。因而，沿該x軸任何一點(diǎn)，感光乳劑的曝光量是E0=∫-∞∞Idt=∫-∞∞I∂t∂xdx]]>=1VI0∫-∞∞exp(-2x2W02)dx=I0W0Vπ2---(8)]]>
這里E代表底片的曝光量，而不是象在公式4中那樣代表那點(diǎn)的電場的干擾。
將公式7代入上式，得到在線y＝0上的某一點(diǎn)的曝光量與光束功率的關(guān)系式E0=P(∞)(1VW02π)---(9)]]>直觀地得到位于線y＝r上的某點(diǎn)的感光乳劑的曝光量，r為常量，如下E(r)=E0exp(2r2W02)---(10)]]>現(xiàn)考慮通過用同樣的高斯光束沿著線y＝k掃描感光乳劑，使底片獲得第二次曝光。底片在點(diǎn)y＝k處的曝光量給出為E(r)=E0exp(-2r2W02)+E0exp(-2(r-k)2W02)---(11)]]>如果是要記錄到一種線形反應(yīng)的介質(zhì)中，以這種方式將兩個(gè)曝光量值相加是可接受的。
為了覆蓋照片的區(qū)域，需要沿著線y＝ak繼續(xù)掃描，這里a＝2，3，4，5，……N。則底片的沿x軸的合成曝光量曲線為E(r)=E0Σa=0a=Nexp(-2(r-ak)2W02)---(12)]]>
這里N代表提供足夠覆蓋底片所必須的掃描次數(shù)。圖16顯示了底片的沿y軸總共6次掃描的曝光量曲線。在這種情況下，我們選擇k＝0.8w0來得到底片上一限定區(qū)域的曝光量常數(shù)值。該常數(shù)值約等于2.2E0，在這種情況下如果N＞5可得到該值。如果我們記得我們是通過一個(gè)散射屏使照相感光乳劑曝光的，那么假定由于在散射屏的上表面的反射(約4％)和在該介質(zhì)中的吸收造成光的損失，則底片的總曝光量的值大概更接近于2E0。
因此，通過采用一功率為P(∞)、光束半徑為w0的激光器，并透過一散射器以速度v沿彼此分開一個(gè)0.8w0的距離的多條順序線掃描，底片的總曝光量約等于E=2P(∞)(1VW02π)---(13)]]>與該優(yōu)選掃描系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)值為，w0＝0.5mm，vmax＝80mm/s。采用一在458nm運(yùn)行的氬離子激光器，使光刻膠曝光于200mJ/cm2的能量密度之下，應(yīng)需要約50mW的入射光束功率。有幸的是，可以避免使用這樣高的光束功率，但代價(jià)是降低激光的掃描速度。
我們最初研究抗蝕劑的斑紋圖樣記錄情況時(shí)，采用了HoyaUK Ltd公司的鍍在鍍鉻玻璃板上的AZ-1350型抗蝕劑。
AZ-1350抗蝕劑的光譜敏感度曲線示于圖17。表明所有商用抗蝕劑的一共同特性。關(guān)于圖17要注意的重要之點(diǎn)是，隨著光化曝光的波長的增大，抗蝕劑的敏感度迅速降低。例如，在441.6nm，抗蝕劑的敏感度為約10mJ/cm2，而在457.9nm，光譜敏感度為約200mJ/cm2——增加20倍。波長和光敏感度之間的這種關(guān)系是抗蝕劑的獨(dú)特性。所以，可理解到，我們采用在457.9nm運(yùn)行的氬離子激光器與在488.0nm運(yùn)行的氬離子激光器相比較，獲得敏感度增加。我們實(shí)驗(yàn)中采用的抗蝕劑層厚度為500mm，用由等量的水稀釋的Shipley顯影液顯影2分鐘。
用來處理具有圖17所示的特征的底片的顯影液很濃。在我們的初步試驗(yàn)中，我們使用的曝光量在488nm、600mJ/cm2的范圍，并在由一份顯影劑(Shipley Microposit 303)和六份蒸餾水配成的溶液中顯影。這樣做是為了改善被認(rèn)為理想的最終記錄的反差。不幸的是，由于在底片表面上的激光功率定在15mW，這要求只能以8mm/s的慢速掃描底片。在生產(chǎn)中，如果使用在441.6nm波長運(yùn)行的氦-鎘激光器，掃描速度就可能提高到160mm/s。
圖18以對比的形式顯示了在曝光于457.9nm輻射下時(shí)REFO-125和REFO-200抗蝕劑與Shipley1470抗蝕劑相比較的相對速度。(在457.9nm Shipley1470抗蝕劑比AZ-1350抗蝕劑更敏感)。兩種REFO抗蝕劑都在德國的HSM全息系統(tǒng)中顯影。REFO抗蝕劑具有與AZ-1350抗蝕劑類似的分辨能力，但它還有附加的優(yōu)點(diǎn)，即對于氬離子激光器的458nm光線有更大的敏感性，而且，鎳制工具在刻蝕之前，可優(yōu)選REFO抗蝕劑對其進(jìn)行浸涂。
關(guān)于AZ-1350抗蝕劑的曝光量要求的實(shí)驗(yàn)表明，所產(chǎn)生的斑紋圖樣的外觀對于曝光密度的小變化非常敏感。圖19顯示了曝光量對記錄在光刻膠中的斑紋的影響。光化波長＝488nm，在由一份Shipley Microposit 303顯影劑用五份水稀釋配成的溶液中顯影一分鐘，重疊環(huán)的直徑＝25μm≡0.001″。假定整個(gè)底片的強(qiáng)度變化不超過±2％，則用常規(guī)工藝在不用抗高斯濾光鏡的情況下在3″的方形底片上記錄斑紋圖樣，將要求必須將具有1.0mm光束直徑的激光光束擴(kuò)展幾乎1000倍，以確保均勻覆蓋底片。所以已清楚的是，要達(dá)到均勻記錄面積大到10″平方的斑紋圖樣，將需要采用掃描的方法。
再參見圖9，棱鏡10′(在這種情況下即立體角元件10′)從基體部分220的第一面突起。立體角元件10′由可透射光的聚合物材料構(gòu)成，基體層221也由一種可透射光的聚合物材料構(gòu)成。光通過立體角片200的前表面進(jìn)入其內(nèi)。
在一優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，立體角元件10′和接合層223由類似的或同樣種類的聚合物構(gòu)成，而且接合層23限制在最小的厚度。接合層223的典型的厚度范圍約為1.0到3.0微米，優(yōu)選的厚度范圍約為2.0到2.5微米?；w層221的典型厚度約300到20微米，而且優(yōu)選的厚度范圍約為150到50微米。雖然優(yōu)選使接合層保持在最小厚度，但希望片200擁有一些接合層223，以便能夠在接合層223和基體層221之間提供一平的界面。立體角元件10′典型的高度范圍是約為250到5微米，更典型的是約為75到25微米。雖然示于圖9的本發(fā)明的實(shí)施例只有一層基體層221，但在該基體部分220中具有多于一個(gè)的基體層221也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
正如前面已注意到的，可以在立體角元件10的底面設(shè)置一個(gè)諸如金屬涂層222的鏡面反射涂層，以增強(qiáng)回射。可以通過已知的工藝，如金屬鋁、銀或鎳的真空淀積或化學(xué)淀積法，來制成金屬涂層。還可在立體角元件底面再涂一層底層，以增強(qiáng)金屬涂層的附著和防止金屬涂層被棱鏡材料中存在的氧所氧化。除了金屬涂層外，或作為金屬涂層的替代，可以在立體角元件的底面涂一層密封膜；例如可參見美國專利4025159和5117304。密封膜在棱鏡10′的底面保持一空氣界面，以加強(qiáng)回射性。還可在立體角元件的后面設(shè)置一底版或粘合層，使立體角回射片200能固定在基底或底板層226上。
構(gòu)成本發(fā)明的回射片的聚合物材料是可透光的。這是指該聚合物能夠使以一給定波長入射其上的光的強(qiáng)度透過至少70％。更優(yōu)選的是，本發(fā)明的回射片中采用的聚合物具有大于80％的透光性，再更為優(yōu)選的是具有大于90％的透光性。
用于立體角元件的聚合物材料往往是硬的和剛性的。該聚合物材料可以是熱塑或交聯(lián)樹脂。這些聚合物的彈性模量最好大于18×108帕斯卡，更優(yōu)選的是大于20×108帕斯卡。
然后將小平面邊與基底或底板226貼合，并用合適的粘結(jié)劑228將二者粘合。
用于制造柔性制品100的材料所具有的折射指數(shù)最好在1.4到1.7之間。該立體角棱鏡材料的厚度優(yōu)選最小厚度0.0002英寸和最大厚度0.004英寸。該制品的總厚度由用于制造該完成制品的保護(hù)層和粘合層確定。溝痕角最好分別為約64.5o和73.4o。
通過在一個(gè)起基體作用的薄層表面上鑄造棱鏡，或者通過模壓預(yù)成型的微棱鏡片，或者通過同時(shí)鑄造基體和棱鏡，都可方便地制成微棱鏡片200。通常，用于這類鑄造微棱鏡片的樹脂是交聯(lián)熱塑型的配方，而且希望這些樹脂提供柔韌性、光穩(wěn)定性和良好的氣候老化特性。在有些情況下，回射片的前面可加有保護(hù)涂層，比如涂有漆層或別的涂層材料。適合用作該回射片的其他樹脂包括聚氯乙烯、聚脂、聚碳酸脂、異丁烯酸甲脂聚合物、聚氨脂和丙烯酸尿烷。
在加工過程中，為保護(hù)相對薄的基體件，可以在基體件上臨時(shí)地粘接一個(gè)相對厚的載體，其厚度一般為0.001-0.004英寸。用于將兩者之間臨時(shí)粘接的粘結(jié)劑優(yōu)先粘接在載體上，該粘結(jié)劑可以是方便的硅粘結(jié)劑，粘接厚度約0.00025-0.0005英寸。當(dāng)用紫外光處理棱鏡中的樹脂時(shí)，該粘結(jié)劑必須能讓光線透過。雖然各種樹脂可用作這種載體，但希望用聚脂，尤其是聚乙烯對苯二甲酸鹽，因?yàn)樗鼈儓?jiān)韌和相對強(qiáng)的經(jīng)受加工條件的特性。和粘結(jié)劑一樣，載體應(yīng)是透光的，以便紫外光輻射進(jìn)行處理。此外，載體的表面可被處理，以加強(qiáng)粘結(jié)劑對載體表面的優(yōu)先粘附。
在美國專利3689346中描述了和要求保護(hù)一種特別有利的制造這種回射片的方法。該專利于1972年9月5日授權(quán)，其中立體角結(jié)構(gòu)在一個(gè)備有微棱鏡凹進(jìn)的配合成型模具中鑄造，并粘接在整個(gè)與之貼合的片上，以提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中立體角結(jié)構(gòu)從該片的一個(gè)表面凸出。
在于1981年1月13日授權(quán)的美國專利4244683中，描述了制造這種微棱鏡片的另一種方法。其中立體角結(jié)構(gòu)是通過用具有精確成型的微棱鏡凹進(jìn)的模具在合適的模壓裝置中模壓而產(chǎn)生的，而且在一定程度上有效地避免了空氣的截留。
后一種方法已被用來形成丙烯酸樹脂和聚碳酸脂樹脂的微棱鏡片，前一種方法已證明這兩種樹脂對于由聚氯乙烯樹脂基體件和更近期的聚脂基體件和包括丙烯酸鹽環(huán)氧齊聚物的各種樹脂配方的棱鏡形成回射片。
可用于立體直角單元的熱塑聚合物實(shí)例包括丙烯酸類聚合物，如甲基丙烯酸甲酯；聚碳酸酯；纖維素類，如乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維、硝酸纖維素；環(huán)氧樹脂；聚酯，如聚對苯二甲酸丁酯、聚對苯二甲酸乙酯；含氟聚合物，如聚氟氯乙烯、聚(1，1-二氟乙烯)；聚酰胺，如聚己內(nèi)酰胺、聚氨基己酸、六亞甲基二胺與己二酸的共聚物、酰胺與酰亞胺的共聚物和酯與酰亞胺的共聚物；聚酮醚；聚酰亞胺醚；聚烯烴，如聚甲基戊烯；聚(亞苯基醚)；聚苯硫；聚苯乙烯和苯乙烯的共聚物，如苯乙烯與丙烯腈的共聚物、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯的共聚物；聚砜；硅氧烷改性的聚合物(即包含少量(按重量計(jì)少于10％)的硅氧烷)，如硅氧烷改性的聚酰胺和硅氧烷改性的聚碳酸酯；氟改性的聚合物，如全氟聚對苯二甲酸乙酯，以及上述聚合物的混合物，例如聚酯和聚碳酸酯的共混物和含氟聚合物和丙烯酸類聚合物的共混物。
適合形成立體直角單位的補(bǔ)充材料是能夠借助自由基聚合機(jī)理通過在光化輻射(例如電子束、紫外光或可見光)下曝光交聯(lián)的活性樹脂系統(tǒng)。此外，這些材料在添加熱引發(fā)劑(如過氧化苯甲酰)的情況下可以借助加熱?？赏ㄟ^輻射引發(fā)陽離子聚合的樹脂也可以使用。
適合形成立體直角單位的補(bǔ)充材料可以是光引發(fā)劑和至少一種帶丙烯酸基團(tuán)的化合物的共混物。優(yōu)選的樹脂共混物包含雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)的化合物，以便保證在輻照時(shí)形成交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡(luò)。
能夠按自由基聚合機(jī)理聚合的樹脂實(shí)例包括來源于環(huán)氧樹脂、聚酯、聚醚和聚氨酯的丙烯酸基樹脂、含烯鍵的不飽和化合物、至少有一個(gè)丙烯酸側(cè)基的氨基塑料的衍生物、至少有一個(gè)丙烯酸側(cè)基的異氰酸酯衍生物、除丙烯酸化環(huán)氧樹脂之外的環(huán)氧樹脂、以及它們的混合物和組合物。本文中使用的術(shù)語“丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯兩者。授權(quán)給Marens的美國專利第4,576,850號(在此通過引證將其揭示內(nèi)容并入)揭示了一些可以用于本發(fā)明的立體直角單元的交聯(lián)樹脂實(shí)例。
含烯鍵的不飽和樹脂包括單體型化合物和聚合物型化合物，這兩類化合物都包含碳、氫、氧原子以及非必選的氮、硫、鹵素原子。氧原子或氮原子或兩者通常存在于醚基、酯基、氨酯基、酰胺基和脲基中。含烯鍵的不飽和樹脂優(yōu)選具有低于大約4000的分子量并且優(yōu)選通過包含單羥基脂肪族基團(tuán)或多羥基的脂肪族基團(tuán)的化合物與不飽和羧酸(如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、馬來酸等)反應(yīng)生成的酯。
具有丙烯酸基團(tuán)或甲基丙烯酸基團(tuán)的化合物實(shí)例羅列于下。列出的化合物是說明性的而不是限制性的。
(1)單官能團(tuán)的化合物丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、2-乙基己基丙烯酸酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸四氫糠酯、2-苯氧基丙烯酸乙酯、二甲基丙烯酰胺；(2)雙官能度的化合物1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸新戊二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸三乙二醇酯和二丙烯酸四乙二醇酯；(3)多官能度的化合物三甲氧基丙烷三丙烯酸酯、甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯和三(2-丙烯酰乙氧基)異氰酸酯。
含烯鍵的不飽和化合物和樹脂的一些有代表性的實(shí)例包括苯乙烯；二乙烯基苯；乙烯基甲苯；N-乙烯基吡咯烷酮；N-乙烯基己內(nèi)酰胺；單烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基的酯類，如對苯二甲酸二烯丙酯和己二酸二烯丙酯；羧酸的氨化物，如N，N-二烯丙基己二酰己二胺。
可以與丙烯酸類化合物共混的光致聚合引發(fā)劑的實(shí)例包括下述說明性的引發(fā)劑鄰芐基苯甲酸酯、鄰甲基苯甲酸酯、苯偶姻、苯偶姻乙醚、苯偶姻異丙醚、苯偶姻異丁醚等、二苯酮/叔胺，如2，2-二乙氧基乙酰苯、芐基甲基縮酮、1-羥環(huán)己基二苯酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-(4-異丙代苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮、2-芐基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮、2，4，6-三甲基苯甲酰二苯氧膦、2-甲基-1-(4-甲硫代苯基)-2-嗎啉基-1-丙酮等。這些化合物可以單獨(dú)使用也可以組合使用。
陽離子聚合材料包括但不限于包含環(huán)氧和乙烯基醚官能團(tuán)的材料。這些系統(tǒng)是通過鎓鹽引發(fā)劑(如三芳基锍鹽和二芳基碘鎓鹽)。
用于立體直角單元的優(yōu)選的聚合物包括聚碳酸酯、聚甲基異丁酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、以及交聯(lián)的丙烯酸酯，例如與單官能團(tuán)單體和多官能團(tuán)單體共混的多官能團(tuán)丙烯酸酯或環(huán)翁氧樹脂和丙烯酸化的聚氨酯。這些聚合物基于下述的一條或多條理由被優(yōu)選熱穩(wěn)定性、環(huán)境穩(wěn)定性、透明性、極好的脫模性和能夠接受反射涂層。
如上所述，在接合層中使用的聚合物材料可以與立體直角單元所使用的聚合物相同，只是接合層要保持最小的厚度。良好的界面防止回射光因折射而擴(kuò)散。在大多數(shù)實(shí)例中，接合層與立體直角單元構(gòu)成整體?！皹?gòu)成整體”意味著接合層與立體直角單元是由單一的聚合物材料制成的，而不是隨后結(jié)合在一起的兩個(gè)不同的聚合物膜層。在立體直角單元和接合層中使用的聚合物可以具有不同于基體層的折射指數(shù)。盡管用類似于立體直角單元的聚合物制作接合層是符合要求的，但是接合層還可以用諸如在基體層中使用的那些比較軟的聚合物來制作。
優(yōu)選的是該聚合物致使聚合物材料在施加立體直角單元的溫度下保持其物理完整性。人們希望該聚合物具有高于50℃的維卡軟化溫度。人們還希望該聚合物的縱向模塑收縮率小于1％。用于基體層的優(yōu)選的聚合物材料是耐紫外光輻射降解的，以使回射片可以長期應(yīng)用于室外。在基體層使用的聚合物實(shí)例包括氟化高聚物，例如聚三氟氯乙烯(例如購自3M公司，明尼蘇達(dá)州，的Kel-F800TM)、四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(例如購自Norton Performance公司，麻薩諸塞州，的Exac FEPTM)、四氟乙烯與六氟烷基乙烯醚的共聚物(例如購自NortonPerformance公司的Exac PEATM)和1，1-二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(例如購自Pennwalt Corporation公司，費(fèi)城，賓夕法尼亞州，的Kynar Flex-2800TM)；含離子鍵的乙烯共聚物，例如帶鈉或鋅離子的乙烯-異丁烯酸共聚物(例如購自E.I.duPont Nemours，Wilmington，特拉華州，的Surlyn-8920TM和Surlyn-9910TM)；低密度聚乙烯，例如低密度聚乙烯，線形低密度聚乙烯和極低密度聚乙烯；增塑的鹵化乙烯聚合物，例如增塑的聚氯乙烯；乙烯的共聚物，包括酸性官能團(tuán)的聚合物，例如乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-異丁烯酸共聚物、乙烯-馬來酸共聚物和乙烯-富馬酸共聚物；丙烯酸官能團(tuán)的聚合物，例如乙烯-烷基丙烯酸酯共聚物(其中烷基基團(tuán)是甲基、乙基、丙基、丁基等即CH3(CH2)n(其中n為0至12))和乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物；以及來源于下述單體(1)-(3)的脂肪族聚氨酯和芳香族聚氨酯(1)二異氰酸酯，例如二環(huán)己基甲烷-4，4’-二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、1，6-六亞甲基二異氰酸酯、環(huán)己基二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯和這些二異氰酸酯的組合；(2)多元醇，例如聚己二酸亞戊基酯二醇、聚亞丁基醚二醇、聚乙二醇、聚己酸內(nèi)酯二醇、聚四氫呋喃二醇和這些多元醇的組合；(3)增鏈劑，例如丁二醇或己二醇。市售的聚氨酯類聚合物包括購自MortonInternational Inc.公司，新罕布什爾州，的PN-04或3429，或購自B.F.Goodrich Company公司，俄亥俄州，的X-4107。
上述聚合物的組合也可以用于基體部分的基體層。適合基體層的優(yōu)選的聚合物包括乙烯的共聚物，該共聚物包含含有羧基基團(tuán)或羧酸酯的單元，例如乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-異丁烯酸共聚物、乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物；含離子鍵的乙烯共聚物；增塑的聚氯乙烯；和脂肪族聚氨酯。這些聚合物基于下述的一條或多條理由而被優(yōu)選適當(dāng)?shù)臋C(jī)械性能、對接合層具有良好的粘接性能、透明性和環(huán)境穩(wěn)定性。
在包含聚碳酸酯立體直角單元和聚碳酸酯接合層以及包含乙烯共聚物(如乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯基乙酸酯共聚物或乙烯-丙烯酸酯共聚物)的基體層的實(shí)施方案中，在基體層與接合層或立體直角單元之間的界面粘接可以通過將薄薄的粘接層(未示出)置于其間而得到改進(jìn)。在將基體層層壓到接合層或立體直角單元上之前將粘接層涂敷在基體層上。例如，利用脂肪族聚氨酯的有機(jī)溶液(例如購自Permuthane Company公司，麻薩諸塞州，的PermuthaneTMU26-248溶液、購自K.J.Quinn and Co.，Inc.公司，新罕布什爾州，的Q-thaneTMQC-4820)、脂肪族聚氨酯的水分散液(例如購自ICI Resins US公司，麻薩諸塞州，的NeoRezTMR-940、R-9409、R-960、R-962、R-967和R-972)、丙烯酸類聚合物的水分散液(例如購自ICIResins US公司，麻薩諸塞州，的NeoCrylTMA-601、A-612、A-614、A-621和A-6092)、烷基丙烯酸酯與脂肪族氨基甲酸酯共聚物的水分散液(例如購自ICI Resins US公司，麻薩諸塞州，的NeoPacTMR-9000)可以將粘接層涂成薄涂層。此外，放電法(例如電暈放電或等離子體處理)可以用于進(jìn)一步改善粘接層對基體層、或者粘接層對接合層或立體直角單元的粘接。
通常，在微棱鏡10的背后提供背襯片226(圖9)以保護(hù)微棱鏡和提供適合應(yīng)用于該結(jié)構(gòu)支撐諸表面的平滑表面。為了有效地將這樣的背襯片層壓到回射片上，通常使用粘接劑和超聲焊接。
如上所述，棱鏡的反射界面可以由反射涂層224提供(圖9)。眾所周知，反射界面也可以由空氣界面提供。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，至少在一些微棱鏡的表面上提供反射涂層，并且盡管已有人使用金屬漆和其他的鏡面涂層材料但是這種反射涂層最常見的是真空蒸鍍的鋁或其它金屬的鏡面沉積。
為了提供白天的顏色，可以在一些棱鏡上提供著色涂層材料。這種材料可以是涂于回射片表面的著色漆、著色粘接劑或任何將涂于棱鏡表面的其他著色沉積物。通常使用著色的粘接劑，因?yàn)檫@將使背襯材料粘接其上。在1989年1月31日授權(quán)的美國專利第4,801,193號中，Martin詳細(xì)地介紹了一種回射材料，其中一些棱鏡具有空氣反射界面而另一些棱鏡利用反射涂層，這種回射材料提供某些優(yōu)點(diǎn)。如果希望這樣，回射片的生產(chǎn)方法可以是將背襯材料提供給局部金屬化的材料以便在未涂敷區(qū)保留空氣界面。
為了生產(chǎn)白天呈現(xiàn)顏色的回射片，可以在局部金屬化表面的整個(gè)區(qū)域上涂著色涂層，以致它直接涂在未金屬化的棱鏡上。然后，施加背襯材料。在另一種利用空氣界面回射的著色實(shí)施方案中、著色的粘接劑按某種圖案涂到棱鏡表面上，并且涂層深度大于棱鏡高度。當(dāng)背襯層壓到它的上面時(shí)，它通過粘接劑與棱鏡隔開，并且這樣將在未涂敷的棱鏡周圍提供空氣界面。
背襯材料可以是任何適當(dāng)?shù)牟牧?。就柔韌性而言，它可以是機(jī)織織物或無緯織物，或者柔軟的、耐用的聚合物材料。適當(dāng)?shù)臉渲ň垡蚁?、聚丙烯、聚氨酯、丙烯酸化的聚氨酯和乙?乙烯基乙酸酯共聚物?？梢允褂镁埘ダw維和尿烷纖維以及那些天然纖維(如棉花)。阻燃劑被并入粘接劑以及纖維或樹脂背襯，以便將阻燃性能賦予回射材料。
雖然其它金屬(包括銀、銠、銅、錫、鋅和鈀)可以用于提供金屬鏡面沉積，但是優(yōu)選的和最經(jīng)濟(jì)的方法利用鋁的真空鍍膜。其它沉積技術(shù)包括化學(xué)鍍膜、電鍍、離子鍍膜和濺射鍍膜。
將背襯與回射片粘接的步驟可以簡單地歸結(jié)于讓涂有粘接劑的回射片與背襯材料一起通過一對輥的輥隙以便施加必要的壓力實(shí)施有效的粘接。如果使用的是熱激活粘接劑，回射片在通過輥隙之前可以先經(jīng)歷預(yù)熱或者輥是加熱輥，以便實(shí)現(xiàn)必要的激活。然而，當(dāng)背襯材料是熱塑性材料時(shí)，使用超聲焊接或其它技術(shù)借助背襯材料本身將背襯材料與回射片粘接也是可行的。
為了在夜間提供有顏色的回射光，可以將染料并入樹脂，然后用這種樹脂形成基體部分、甚至形成棱鏡。在某些樹脂系統(tǒng)中作為染料的替代物和作為有效的必需品，顏色可以由充分分散的細(xì)碎顏料提供，然而，由于出現(xiàn)在光線路徑中的顏料顆粒的折射作用回射率將受一些損失。
著色劑、紫外線吸收劑、光穩(wěn)定劑、自由基清除劑或抗氧化劑、工藝助劑(如防結(jié)塊劑、脫模劑、潤滑劑和其它添加劑)可以添加在基體部分或立體直角單元中。當(dāng)然，具體地選定著色劑取決于回射片所需的顏色。著色劑的添加量通常在大約0.01-0.5wt％。紫外線吸收劑的添加量通常在大約0.5-2.0wt％。紫外線吸收劑的實(shí)例包括苯并三唑的衍生物(例如TinuvinTM327、328、900、1130)、二苯酮的化學(xué)衍生物(例如購自BASFCorporation公司，新澤西州，的UvinulTM-M40、408、D-50；購自Neville-Synthese Organics，Inc.公司，賓西法尼亞州，的SybthaseTM230、800、1200)或者丙烯酸二苯酯的衍生物(例如購自BASF Corporation公司，新澤西，的UvinulTM-N35、539)。可以使用的光穩(wěn)定劑包括受阻胺，它的用量通常在大約0.5-2.0wt％。受阻胺光穩(wěn)定劑的實(shí)例包括購自Giba-GeigyCorporation公司，紐約，的TinuvinTM-144、292、622、770和ChimassorbTM-944。自由基清除劑或抗氧化劑的添加量通常在大約0.01-0.5wt％。適當(dāng)?shù)目寡趸瘎┌ㄊ茏璺尤渲?，例如購自Giba-Geigy Corporation公司，紐約，的IrganoxTM-1010、1076、1035或MD-1024、或IrgafoxTM-168?？梢蕴砑由倭康钠渌に囍鷦┮愿纳茦渲目杉庸ば?，其添加量通常不多于聚合物樹脂重量的1％。有用的工藝助劑包括購自Glyco Inc.公司，康涅狄格州，的脂肪酸酯或脂肪酸胺；購自Henkel Corp.公司，紐約，的硬脂酸金屬鹽；或購自Hoechst Celanese Corporation公司，新澤西，的Wax ETM。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可以明了或通過不多的常規(guī)試驗(yàn)而確定在本說明書中介紹的本發(fā)明的具體實(shí)施方案的許多等同物。這些等同物都是被權(quán)利要求書規(guī)定的范圍所包容的。
權(quán)利要求
1.一種由反射棱鏡陣列構(gòu)成的回射片，該反射棱鏡陣列由多個(gè)棱鏡對構(gòu)成，每個(gè)棱鏡由一個(gè)底孔和三個(gè)相交的橫向面構(gòu)成，這三個(gè)面交于一頂點(diǎn)，其中至少所說的在某些棱鏡對中的棱鏡中的一個(gè)是在一模具中形成的，模具至少一部分表面具有明顯的無規(guī)則紋理，而且該紋理相對于所說的底孔足夠小，以散射進(jìn)入底孔的光，從而改變回射的衍射圖樣和加強(qiáng)該回射片的白度特征和產(chǎn)生更均勻的強(qiáng)度遠(yuǎn)場光圖樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的回射片，其中一對棱鏡中的一個(gè)的高度比另一個(gè)低，而且在該較低的棱鏡上形成一窗口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的回射片，其中窗口由一個(gè)從該較小的棱鏡延伸到一相鄰棱鏡的表面構(gòu)成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的回射片，其中棱鏡由不導(dǎo)電的材料制成，而且以負(fù)方向傾斜一個(gè)傾斜角，該角在大于零至10度的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的回射片，其中較小的棱鏡的孔尺寸范圍在約35.0微米至小于8.0微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的的回射片，其中紋理形成在窗口上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的回射片，其中紋理是由刻蝕形成的。
8.由反射棱鏡陣列構(gòu)成的回射片，該反射棱鏡陣列在一模具中由多個(gè)棱鏡對構(gòu)成，棱鏡由不導(dǎo)電材料制成，棱鏡由一個(gè)底孔和三個(gè)相交的橫向面構(gòu)成，這三個(gè)面交于一頂點(diǎn)，這些面具有光散射紋理，以使所說的棱鏡反射的光偏離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的的回射片，其中紋理是由被刻蝕的光刻膠而形成的。
10.由反射棱鏡陣列構(gòu)成的回射片，該反射棱鏡陣列是用不導(dǎo)電材料在模具中形成的許多棱鏡對，其中每個(gè)棱鏡由一個(gè)底和三個(gè)相交于一頂點(diǎn)的橫向面構(gòu)成，并且在成形時(shí)在棱鏡對之間提供一個(gè)帶隨機(jī)形成的光線散射紋理的平窗口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的回射片，其中所述紋理是在模具中通過蝕刻光刻膠形成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的的回射片，其中所述紋理相對棱鏡的光瞳而言相當(dāng)小，以便使來自棱鏡的回射光線產(chǎn)生均勻的場強(qiáng)圖。
13.一種形成回射片的方法，該方法包括下述步驟(a)形成模具，其方法包括下述步驟(i)在模具材料的基體上形成三組平行槽；這些槽以某個(gè)角度相交以形成眾多棱鏡，每個(gè)棱鏡都有一個(gè)底和三個(gè)相交于頂點(diǎn)的橫向面；(ii)將棱鏡的至少一個(gè)橫向面的一部分去除，以便形成與尺寸較大的棱鏡相鄰的尺寸較小的棱鏡，并且在其間形成窗口表面；(b)在橫向面和窗口的表面形成紋理；(c)用所述模具形成所述回射片；以及(d)從模具中取出所述回射片。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中棱鏡是成對地形成的并且具有傾斜的光軸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，去除步驟包括快速切削。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中光束具有傾斜的光軸。
17.借助權(quán)利要求13所述的方法形成的回射片。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，該方法進(jìn)一步包括使該回射片在棱鏡側(cè)表面金屬化。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的回射片，其中棱鏡的反射面是金屬化的。
20.一種形成回射片的方法，該方法包括下述步驟(a)形成模具，其方法在模具材料的基體上形成三組平行槽；這些槽以某個(gè)角度相交以形成眾多棱鏡，每個(gè)棱鏡都有一個(gè)底和三個(gè)相交于頂點(diǎn)的橫向面；(b)至少使一部分橫向面表面形成紋理；(c)在所述模具中形成所述回射片；以及(d)從模具中取出所述回射片。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在橫向面表面形成紋理的步驟包括(a)在橫向面上涂一層光刻膠；(b)使光刻膠在本質(zhì)上隨機(jī)的斑點(diǎn)圖案下曝光；(c)使經(jīng)過曝光的光刻膠顯影并且有選擇地去除經(jīng)過顯影的光刻膠；(d)在斑點(diǎn)圖案區(qū)蝕刻該模具。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在橫向面表面形成紋理的步驟包括(a)在橫向面上涂一層光刻膠；(b)使光刻膠在本質(zhì)上隨機(jī)的斑點(diǎn)圖案下曝光；(c)使經(jīng)過曝光的光刻膠顯影并且有選擇地去除經(jīng)過顯影的光刻膠；(d)在通過去除光刻膠所形成的斑點(diǎn)圖案區(qū)蝕刻該模具；(e)用步驟(d)形成的模具澆鑄一個(gè)金屬模具，以形成一個(gè)帶所述紋理的新模具。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述隨機(jī)的斑點(diǎn)圖案是通過用相干光的平面波照射漫射屏形成的。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述圖案是不對稱的。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述相干光在所述漫射屏上一掃而過。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述光線是沿著被距離w0分開的依次相連的掃描線以速度σ掃過的，其中σmax大約為80mm/s，而w0大約為0.5mm。
全文摘要
回射棱鏡片是用面(30、32)和/或窗口(10F)上帶紋理的模具制成的。較小的棱鏡毗鄰較大的棱鏡成形。非必選的是棱鏡的光軸可以彼此相對傾斜,優(yōu)選按反方向傾斜。帶紋理的面或窗口使回射片可以提供更均勻的回射光強(qiáng)分布和白度。
文檔編號G02B5/124GK1261438SQ98806535
公開日2000年7月26日 申請日期1998年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月25日
發(fā)明者羅伯特·B·尼爾森, 克里斯托弗·A·巴尼特, 尼古拉斯·J·菲利普斯 申請人:瑞弗萊克塞特公司