專利名稱：顯著標(biāo)志系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯著標(biāo)志系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及能引出經(jīng)光導(dǎo)傳播的光并逆向反射從外部光源照射到光導(dǎo)上的光的顯著標(biāo)志系統(tǒng)。
背景逆向反射顯著標(biāo)志系統(tǒng)廣泛用于交通控制系統(tǒng)和個(gè)人安全系統(tǒng)，以提高物體在光照不足時(shí)(如夜間照明或天氣惡劣條件下)的能見度。常見的實(shí)例包括用于高速公路信號(hào)標(biāo)志的逆向反射片、建筑作業(yè)區(qū)的標(biāo)志物(如錐形交通標(biāo)志墩)和逆向反射道路標(biāo)志系統(tǒng)。
這些逆向反射顯著(conspicuity)標(biāo)志系統(tǒng)可認(rèn)為是被動(dòng)的系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈儍H逆向反射從外部光源照射到物體上的光線。在某些場合，需要提供主動(dòng)的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，這種系統(tǒng)將物體照明，以提高它在通常日光條件下的顯著性，也提供逆向反射顯著標(biāo)記。
共同轉(zhuǎn)讓的待審美國專利申請08/518,137揭示和要求保護(hù)一種光分配系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括光導(dǎo)和至少一層與光導(dǎo)光耦合的光引出蓋層，該引出光蓋層用于從光導(dǎo)中引出光。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光導(dǎo)和逆向反射光引出裝置。所述的光導(dǎo)用于使光線傳輸通過它，并具有至少一個(gè)反光表面，所述的逆向反射光引出裝置與該光導(dǎo)反光表面的一部分光耦合。該逆向反射光引出裝置用于(1)反射一部分通過光導(dǎo)的光線，使光線從光導(dǎo)表面上偏離逆向反射光引出裝置的部位透過，和(2)逆向反射從外部光源照射到光導(dǎo)上的光線。
在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明使用大纖芯光學(xué)纖維傳輸光。大纖芯光學(xué)纖維與常用于數(shù)據(jù)通信中的小直徑光學(xué)纖維不同，其直徑一般至少為1毫米，較好為約3-20毫米。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，逆向反射片的底面與該光學(xué)纖維芯的一部分表面光耦合。逆向反射片的折射率較好近似等于或高于光學(xué)纖維芯材料的折射率，以便使光有效地在這兩種介質(zhì)間傳導(dǎo)。使用時(shí)，一部分經(jīng)光學(xué)纖維傳導(dǎo)的光線由該光學(xué)纖維透射到逆向反射片中，被逆向反射片逆向反射回光學(xué)纖維，并在偏離該逆向反射片的位置由該光學(xué)纖維的表面透射出去。另外，由遠(yuǎn)光源照射到光學(xué)纖維上的光線可通過光學(xué)纖維芯部透射到該逆向反射片中，并被逆向反射回光源。因此，本發(fā)明既主動(dòng)又被動(dòng)地提高了顯著性。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，逆向反射片可通過較小的曲率半徑彎曲，而不明顯使立體角元件的光學(xué)性質(zhì)受破壞。
附圖簡介

圖1是本發(fā)明的顯著性提高系統(tǒng)實(shí)例的一部分沿縱軸的截面圖，該圖說明了它的工作原理；圖2是圖1中顯著性提高系統(tǒng)沿垂直于該縱軸的平面所取的截面圖，該圖進(jìn)一步說明它的工作原理；圖3是適用于本發(fā)明的一個(gè)逆向反射片實(shí)例的構(gòu)造表面的俯視圖；圖4是圖3中所示逆向反射片的截面示意圖；圖5是適用于本發(fā)明的第二個(gè)逆向反射片實(shí)例的構(gòu)造表面的俯視圖；圖6是裝有本發(fā)明顯著性提高系統(tǒng)的高速公路交通信號(hào)的正視圖；圖7是裝有本發(fā)明顯著性提高系統(tǒng)的高速公路車輛的透視圖；圖8是本發(fā)明第二個(gè)顯著性提高系統(tǒng)沿垂直于縱軸所取的部分截面圖，該圖說明了它的工作原理。
說明性實(shí)施方式的詳細(xì)描述在描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式時(shí)，為清楚起見使用具體的術(shù)語。然而，本發(fā)明不想受這些所選具體術(shù)語的限制，可以將每個(gè)所選的術(shù)語理解成包括所有起相同作用的技術(shù)上等價(jià)的內(nèi)容。
本發(fā)明提供可用于許多物體和各種環(huán)境的顯著標(biāo)志系統(tǒng)。本發(fā)明的一個(gè)方面是為制品同時(shí)提供主動(dòng)標(biāo)志(如照明)和被動(dòng)標(biāo)志(如逆向反射)的能力。主動(dòng)顯著標(biāo)志系統(tǒng)改善了物體的日間顯著性。主動(dòng)和被動(dòng)顯著標(biāo)志的結(jié)合也提供了顯著標(biāo)志系統(tǒng)中的多余度；如果主動(dòng)系統(tǒng)例如由于光源的損壞而失效，被動(dòng)系統(tǒng)仍能有效地提供顯著標(biāo)志。
本發(fā)明通過一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)來解決這些或其它方面的問題，所述的標(biāo)志系統(tǒng)包括具有至少一個(gè)光反射表面的光導(dǎo)，它可讓光線通過光導(dǎo)傳輸。本發(fā)明中所用的光導(dǎo)一詞泛指能從光源接受光并通過該介質(zhì)傳導(dǎo)光的光傳導(dǎo)介質(zhì)。光導(dǎo)的常見實(shí)例包括光學(xué)纖維和平面型波導(dǎo)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，該光導(dǎo)包括直徑較好至少為約3毫米的光學(xué)纖維。為了從光學(xué)纖維中把光引出，將光逆向反射表面與光學(xué)纖維的一部分光反射表面進(jìn)行光耦合，使一部分經(jīng)光學(xué)纖維軸向傳導(dǎo)的光線照射到逆向反射表面上，并從光學(xué)纖維中徑向射出。從外部光源照射到光導(dǎo)上的光線較好較好經(jīng)光導(dǎo)傳導(dǎo)，由逆向反射表面逆向反射，然后轉(zhuǎn)向光源。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)能同時(shí)提供主動(dòng)和被動(dòng)的顯著標(biāo)志。
圖1和2示意地說明了本發(fā)明顯著標(biāo)志系統(tǒng)的構(gòu)造和工作基本原理。參見圖1和2，其中顯示了顯著標(biāo)志系統(tǒng)10。該標(biāo)志系統(tǒng)包含光學(xué)纖維12。光學(xué)纖維12的部分長度上有一段與其光耦合的逆向反射片。光學(xué)纖維12包括由光傳導(dǎo)材料制成的光學(xué)纖維芯14和由折射率低于光學(xué)纖維芯14的材料制成的包層16。包層16用于保護(hù)光學(xué)纖維芯14。另外，光學(xué)纖維芯14和包層材料16的內(nèi)表面間的界面確定了基本上光滑的反射表面，根據(jù)全內(nèi)反射原理該反射表面能使光線通過光學(xué)纖維芯14傳導(dǎo)。光學(xué)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員知道，光學(xué)纖維可包括其它保護(hù)包層。另外，光學(xué)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員也知道，光學(xué)纖維可不需要包層。在這種光學(xué)纖維中，環(huán)境介質(zhì)(一般為空氣)起到包層的光學(xué)作用。
簡單地說，從光學(xué)纖維12上除去一部分包層16。將一條逆向反射片20固定在光學(xué)纖維芯14的部分表面上，使逆向反射片20的底面與光學(xué)纖維芯14光耦合。重要的是，逆向反射片20含有折射率等于或大于光學(xué)纖維芯材料的材料。使用時(shí)，從光源(未畫出)入射到光學(xué)纖維中的光線沿上述光學(xué)纖維的長度傳導(dǎo)。某些光線(用光線52表示)穿過光學(xué)纖維芯的界面，并透射到逆向反射片20中。這些光線照射到逆向反射片20的逆向反射表面，并以一個(gè)角度反射回光學(xué)纖維12中，使光線52能在偏離逆向反射片的地方從光學(xué)纖維12的表面透射出來。另外，用光線54表示的由外部光源照射到系統(tǒng)上的光線經(jīng)光學(xué)纖維12透射到逆向反射片20上，并逆向反射經(jīng)光學(xué)纖維射回光源。因此，本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)既可以從光學(xué)纖維中引出光線而主動(dòng)照明物體，又可以通過逆向反射外部光源的光線而被動(dòng)顯著標(biāo)志物體。
本申請中所用的“光耦合”一詞是指介質(zhì)緊密接觸。對于本公開的目的，如果通過一種介質(zhì)的光線可直接透射到第二種介質(zhì)中，則應(yīng)認(rèn)為這兩種介質(zhì)是光耦合的。根據(jù)本發(fā)明，可用常規(guī)化學(xué)或機(jī)械方法使逆向反射片20與光學(xué)纖維芯14光耦合。例如，含丙烯酸酯類轉(zhuǎn)移粘合劑的市售透明粘合劑特別適用于將逆向反射片20固定到光學(xué)纖維芯14上。包層16可用常規(guī)機(jī)械或比學(xué)方法除去。或者可以制造在其長度某些預(yù)定部位上缺少部分包層16的光學(xué)纖維12。
雖然不想與特定的理論相聯(lián)系，但申請人認(rèn)為本發(fā)明中光的引出可歸因于被逆向反射片20逆向反射的光線所呈現(xiàn)的發(fā)散斷面(diVergence profile)。人們本來預(yù)料，從光學(xué)纖維芯14透射到逆向反射片20的光線會(huì)被逆向反射片20逆向反射，并在光學(xué)纖維芯14中沿著其原有路線傳播，但方向相反。沿給定入射角的軸入射到逆向反射片上的光線被逆向反射片逆向反射至近似以入射軸為中心的圓錐體內(nèi)。錐體的截面形狀(即發(fā)散斷面)與立體角片材圖案和入射角有關(guān)。申請人認(rèn)為，沿光學(xué)纖維透射到逆向反射片上的光線被逆向反射到一個(gè)具有相當(dāng)寬的發(fā)散斷面的錐體中，使一部分被逆向反射的光線以小于全內(nèi)反射所必需的臨界角的角度照射到光學(xué)纖維12的表面上，因此，從光學(xué)纖維12的表面透射出一些光線。
本發(fā)明考慮到使用各種各樣的光導(dǎo)。功能上的考慮一般決定了特定顯著標(biāo)志應(yīng)用中所用的光導(dǎo)的類型。雖然圖1-2說明了基本上具有圓形截面的光導(dǎo)，但可以理解具有不同截面形狀(如正方形、矩形、多邊形和橢圓形)的光學(xué)纖維也可用于本發(fā)明。另外，應(yīng)認(rèn)為平面波導(dǎo)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參見圖1-2，光學(xué)纖維12包括纖芯14。它包含本領(lǐng)域中已知的任何合適的光學(xué)纖維芯材料，包括無機(jī)玻璃和合成樹脂纖維，但一般優(yōu)選的是折射率為1.4-1.66的纖芯材料。纖芯14較好基本上不含能使通過光學(xué)纖維12傳播的光散射的雜質(zhì)。常用的光學(xué)纖維材料包括聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯(折射率為1.58)。包層16(如有)可包含本領(lǐng)域中任何已知的折射率適合于所選纖芯材料的材料。常用的光學(xué)纖維包層材料包括聚偏二氟乙烯(折射率為1.42)、全氟丙烯酸酯(折射率為1.35)、聚四氟乙烯(折射率為1.40)和四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物。該共聚物的折射率隨各組分的相對濃度而變化，但一般認(rèn)為近似于1.36。
光學(xué)纖維12的尺寸可視所需的用途而變化。對于本發(fā)明的顯著標(biāo)志，已知直徑約為3-20毫米的光學(xué)纖維是有用的。然而可以理解，具有更小或更大直徑的光學(xué)纖維也可用于本發(fā)明中。另外，雖然圖1-2中所示的光學(xué)纖維具有圓形橫截面，但可以理解具有不同形狀(如矩形、正方形、橢圓形)的光學(xué)纖維同樣可用于本發(fā)明中。光學(xué)纖維的所需長度取決于顯著標(biāo)志用途。已知長度為0-100米的光學(xué)纖維可用于照明用途。通過提高光學(xué)效率可使用更長的光學(xué)纖維。
許多逆向反射片圖案可用于本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)中。本發(fā)明可以使用珠形逆向反射片或立體角型逆向反射片。圖3是可用于本發(fā)明顯著標(biāo)志應(yīng)用中的立體角逆向反射片20的一個(gè)實(shí)例的示意平面圖。圖4是圖3所示的逆向反射片20的構(gòu)造表面的截面圖。參見圖3和4，逆向反射片20包括基本上光學(xué)透明的基底22。基底22具有底面24和在底面24對面的構(gòu)造表面26。構(gòu)造表面26包括立體角元件28陣列。每個(gè)立體角元件28是三面棱柱形，三個(gè)基本上相互垂直的面30相交于一點(diǎn)，形成立體角元件28的頂點(diǎn)32。如美國專利4,588,258所述，立體角元件28可以傾斜放置，以改善逆向反射片的逆向反射性能。該專利在本發(fā)明中引用參考。另外，如美國專利4,775,219所述，可以形成這樣的立體角元件，使各面30以稍偏離直角的角度相交。該專利在本發(fā)明中引用參考。
逆向反射片20可以是單層結(jié)構(gòu)，其中基底22和立體角元件28由相同的材料構(gòu)成?；蛘吣嫦蚍瓷淦?0可以多層結(jié)構(gòu)，其中基底22和立體角元件28由具有不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，逆向反射片20按照美國專利5,450,235制造。該專利參考結(jié)合于本發(fā)明中。在另一個(gè)實(shí)施方式中，逆向反射片20按照美國專利申請08/472,444中所揭示的原理進(jìn)行制造。該專利申請參考結(jié)合于本發(fā)明中?？偠灾?，這些公開涉及柔軟、多層逆向反射片結(jié)構(gòu)，其中基底由較柔軟的材料制成，而立體角元件由較硬的材料制成。這些結(jié)構(gòu)提供的逆向反射片可以在較小的曲率半徑下彎曲，而不會(huì)使逆向反射片的光學(xué)性能明顯變壞。
根據(jù)美國專利5,450,235所揭示的一個(gè)實(shí)施方式，用于本發(fā)明中的逆向反射片可包括基底層和許多立體角元件。所述的基底層含有彈性模量小于7×108帕斯卡的透光聚合物材料，所述立體角元件含有彈性模量大于18×108帕斯卡的透光聚合物材料。按照美國專利申請08/472,444中所揭示的實(shí)施方式，本發(fā)明中所用的逆向反射片包括含軟性材料的覆蓋膜以及與覆蓋膜相粘接的由較硬材料制成的許多立體角元件。覆蓋膜材料的彈性模量較好小于約13×108帕斯卡，立體角元件的彈性模量較好大于約25×108帕斯卡。
可用于立體角元件的熱塑性聚合物的說明性實(shí)例包括丙烯酸類聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯；聚碳酸酯；纖維素，如乙酸纖維素、乙酸-丁酸纖維素、硝酸纖維素；環(huán)氧樹脂；聚酯，如聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯；含氟聚合物，如聚氯氟乙烯、聚偏二氟乙烯；聚酰胺，如聚己內(nèi)酰胺、聚氨基己酸、己二胺-己二酸共聚物、酰胺-酰亞胺共聚物和酯-酯亞胺共聚物；聚醚酮；聚醚酰亞胺；聚烯烴，如聚甲基戊烯；聚亞苯基醚；聚亞苯基硫醚；聚苯乙烯和苯乙烯共聚物，如聚苯乙烯-丙烯腈、聚苯乙烯-丙烯腈-丁二烯；聚砜；硅氧烷改性的聚合物(即含有少量(小于10％重量)硅氧烷的聚合物)，如硅氧烷聚酰胺和硅氧烷聚碳酸酯；氟改性的聚合物，如全氟聚對苯二甲酸乙二醇酯；以及上述聚合物的混合物，如聚酯和聚碳酸酯的共混料、含氟聚合物和丙烯酸類聚合物的共混料。
適用于制造立體角元件的其它材料是在光合輻射(如電子束、紫外光或可見光)下能通過自由基聚合機(jī)理交聯(lián)的活性樹脂體系。另外，這些材料還可通過加入熱引發(fā)劑(如過氧苯甲酰)用熱方法進(jìn)行聚合。也可使用可輻射引發(fā)的陽離子聚合的樹脂。
適用于制造立體角元件的活性樹脂可以是光引發(fā)劑和至少一種帶丙烯酸酯基的化合物的共混料。該樹脂共混料較好含有二官能或多官能化合物，以確保在輻照時(shí)形成交聯(lián)的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
可通過自由基機(jī)理聚合的樹脂的說明性實(shí)例包括由環(huán)氧樹脂、聚酯、聚醚和聚氨酯衍生的丙烯酸類樹脂；烯屬不飽和化合物；至少具有一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基的氨基塑料衍生物；至少具有一個(gè)側(cè)鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯衍生物；丙烯酸化環(huán)氧樹脂以外的環(huán)氧樹脂；以及它們的混合物和組合。這里所用的丙烯酸酯一詞包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。Martens的美國專利4,576,850(該公開的內(nèi)容全部參考結(jié)合于本發(fā)明中)揭示了可用于本發(fā)明立體角元件的交聯(lián)樹脂的實(shí)例。
烯屬不飽和樹脂包括含有碳原子、氫原子、氧原子以及任選的氮原子、硫原子和鹵原子的單體化合物或聚合化合物。氧原子和/或氮原子一般存在于醚、酯、氨酯、酰胺、脲等基團(tuán)中。烯屬不飽和化合物的分子量較好低于4000，而且較好是由含脂肪單羥基或脂族多羥基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)形成的酯。
以下列舉帶有丙烯酸或甲基丙烯酸基的化合物的一些實(shí)例。所列的化合物是說明性的，而不是限定性的。
(1)單官能化合物丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸四氫糠酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯和N，N-二甲基丙烯酰胺；(2)二官能化合物1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、三甘醇二丙烯酸酯和四甘醇二丙烯酸酯；(3)多官能化合物三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、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異氰脲酸三(2-丙烯酰氧基乙)酯。
其它烯屬不飽和化合物和樹脂的一些代表性實(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酯，如鄰苯二甲酸二烯丙酯和己二酸二烯丙酯；以及羧酸的酰胺，如N，N-二烯丙基己二酰二胺。
可與丙烯酸類化合物混合的光聚合引發(fā)劑的說明性實(shí)例包括苯偶酰、鄰苯甲酸甲酯(methyl o-benzoate)、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、苯乙酮類(如2，2-二乙氧基苯乙酮)、苯偶酰甲基縮酮、1-羥基環(huán)己基·苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基-1-丙酮、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基氧化膦、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉代-1-丙酮等。這些化合物可以單獨(dú)或組合使用。
陽離子可聚合的材料包括，但不限于含環(huán)氧基和乙烯基醚官能團(tuán)的材料。這些體系可用鎓鹽引發(fā)劑(如三芳基锍鹽和二芳基碘鎓鹽)光引發(fā)。
可用于立體角元件的優(yōu)選聚合物包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和交聯(lián)的聚丙烯酸酯(如多官能聚丙烯酸酯或與單和多官能單體共混的環(huán)氧樹脂和丙烯酸化聚氨酯)。優(yōu)選這些聚合物是由于如下一種或多種原因熱穩(wěn)定性、環(huán)境穩(wěn)定性、透明性、從工具或模具上優(yōu)良的剝離性以及能接受反射涂層。
可用于主體層中的聚合物的說明性實(shí)例包括氟化聚合物，例如聚氯三氟乙烯，如購自3M，St.Paul，Minnesota的Kel-F800TM；聚四氟乙烯-六氟丙烯，如購自Norton Performance，Brampton，Massachussetts的ExacFEPTM-；聚四氟乙烯-全氟(烷基)乙烯基醚，如購自NortonPerformance的Exac PEATM；和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯，如購自PennwaltCorporation，Philadelphia，Pennsylvania的Kynar Flex-2800TM。
離子鍵乙烯共聚物，如含鈉或鋅離子的聚乙烯-甲基丙烯酸，如購自E.I.duPont Nemours，Wilmingto，Delaware的Surlyn-8920TM和Surlyn-9910TM。
低密度聚乙烯，如低密度聚乙烯；線型低密度聚乙烯；和很低密度聚乙烯；增塑的鹵化乙烯聚合物，如增塑的聚氯乙烯；聚乙烯共聚物，包括酸官能聚合物，如聚乙烯-丙烯酸、聚乙烯-甲基丙烯酸、聚乙烯-馬來酸和聚乙烯-富馬酸；丙烯酸官能的聚合物，如聚乙烯-丙烯酸烷基酯，其中烷基是甲基、乙基、丙基、丁基等或CH3(CH2)n-(式中n為0-12)以及聚乙烯-乙酸乙烯酯；由如下單體(1)-(3)衍生的脂族和芳族聚氨酯(1)二異氰酸酯，如二環(huán)己基甲烷-4，4′-二異氰酸酯、異氟爾酮二異氰酸酯、1，6-己二異氰酸酯、環(huán)己烷二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯和這些二異氰酸酯的混合物，(2)多元醇，如聚己二酸戊二醇酯、聚四甲撐醚二醇、聚乙二醇、聚己內(nèi)酸酯二醇、聚1，2-環(huán)氧丁烷二醇和這些聚二元醇的混合物，(3)鏈增長劑，如丁二醇或己二醇。市售的聚氨酯包括購自Morton International Inc.，Seabrook，New Hampshire的PN-03或3429.
在主體部分的主體層(body layer)中也可使用上述聚合物的混合物。主體層中優(yōu)選的聚合物有包括含羧基或羧酸酯基單體的乙烯共聚物，如聚乙烯-丙烯酸、聚乙烯-甲基丙烯酸、聚乙烯-乙酸乙烯酯；離子鍵乙烯共聚物；增塑的聚氯乙烯；和脂肪聚氨酯。優(yōu)選這些聚合物是由于如下一種或多種原因合適的機(jī)械性能、與基層的良好粘合性、透明性和環(huán)境穩(wěn)定性。
在立體角元件的背面可粘貼密封膜，例如參見美國專利4,025,159和5,117,304。密封膜在立體角元件的背面保持空氣界面，以按照全內(nèi)反射原理提供逆向反射性?；蛘咴诹Ⅲw角元件28的背面設(shè)置鏡面反射鍍層(如金屬鍍層(未畫出))，以通過鏡面反射提高逆向反射性。金屬鍍層也可防止逆向反射片漏光。金屬鍍層可用已知的方法(如汽相淀積或化學(xué)淀積法)鍍覆鋁、銀或鎳之類的金屬。在立體角元件的背面可涂覆底漆層，以提高金屬鍍層的粘合性。在立體角元件的背面也可設(shè)置背襯層和/或粘合劑層，以便將立體角逆向反射片20固定到基底上。
本發(fā)明的另一方面涉及為特定觀看和照明條件設(shè)計(jì)顯著標(biāo)志系統(tǒng)。由逆向反射片逆向反射的光線的斷面與逆向反射片上逆向反射元件的幾何形狀有關(guān)。目前可購得許多立體角元件光學(xué)器件。通過選擇具有合適幾何形狀的逆向反射元件的逆向反射片，可使該系統(tǒng)在預(yù)定的照明和觀察角度具有最佳的性能。
例如，圖5是可用在本發(fā)明顯著標(biāo)志系統(tǒng)中的立體角逆向反射片40的第二個(gè)實(shí)施方式的構(gòu)造表面的正視圖。逆向反射片40是用來逆向反射相對于從逆向反射片平面垂直延伸出來的軸以高入射角入射到逆向反射片40上的光線。參見美國專利4,938,563，該專利參考結(jié)合于本發(fā)明中。包含圖5中所示逆向反射片的顯著標(biāo)志系統(tǒng)特別適用于以高入射角照明條件為特征的顯著標(biāo)志用途。實(shí)例包括Jersey barrier標(biāo)志用途、路面標(biāo)志用途。本發(fā)明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是能根據(jù)具體用途的要求選擇逆向反射片結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明顯著標(biāo)志系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方式中，逆向反射表面可形成光導(dǎo)反射表面的一部分。例如，在圖1-2所示的系統(tǒng)中，逆向反射表面可形成光學(xué)纖維芯14的一部分。
圖6是裝有本發(fā)明顯著標(biāo)志系統(tǒng)10的高速公路交通標(biāo)志60的正視圖。參見圖6，本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)可基本上在交通標(biāo)志60的整個(gè)邊緣延伸。光源62將光注入到光學(xué)纖維12上，以提供對停止標(biāo)志的主動(dòng)照明。顯著標(biāo)志系統(tǒng)10較好能逆向反射從外部光源(如車輛前燈)照射到交通標(biāo)志60的光線。光源62較好能以小于光學(xué)纖維12接受角的錐形將光線注入到該光學(xué)纖維中。光導(dǎo)的接受角與光學(xué)纖維芯14與包層16(如有)的折射率之差有關(guān)。適用于將光注入到大直徑光學(xué)纖維的市售光源包括石英鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈和氙-金屬鹵化物燈。
本發(fā)明的另一方面是能沿制品的長度或輪廓提供顯著標(biāo)志。例如，本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)可沿車輛(如汽車、校車或半卡車拖車、船或船的拖車)的整個(gè)長度設(shè)置?；蛘?，顯著標(biāo)志系統(tǒng)可沿車輛側(cè)壁或后壁的整個(gè)輪廓延伸，或沿路牌或錐形交通路標(biāo)的邊緣延伸。另外，用本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)使車輛具有逆向反射性只需要較少的代價(jià)以及只需對車輛進(jìn)行較少的物理改變。
圖7是裝有本發(fā)明顯著標(biāo)志系統(tǒng)10的交通車輛70的透視圖。因?yàn)楣鈱W(xué)纖維和逆向反射片都是較柔軟的，光學(xué)纖維可環(huán)繞車輛表面的整個(gè)輪廓。光學(xué)纖維12可由基本上透明的材料制成，或者如有必要，它可包含著色劑、顏料或染料，以改變系統(tǒng)的顏色。另外，可對光學(xué)纖維12提供白色光或有色光，以改變系統(tǒng)的顏色。
如上簡述，本發(fā)明的另一方面是結(jié)合各種各樣光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的能力。圖8表示本發(fā)明顯著標(biāo)志系統(tǒng)80的一個(gè)實(shí)施方式，其中基本上為長方體形狀的光導(dǎo)82的一個(gè)表面與逆向反射片84光耦合。所示的光學(xué)纖維82沒有環(huán)繞光纖的包層，然而根據(jù)對圖1-2的討論，應(yīng)理解光學(xué)纖維82可包括包層。逆向反射片84包括單層基底86(它包括底面87)和底面87對面的構(gòu)造表面(包括許多立體角元件88)。另外，密封膜90與構(gòu)造表面相連接，產(chǎn)生空氣界面，使立體角元件能根據(jù)全內(nèi)反射原理反射光。顯著標(biāo)志系統(tǒng)80按照圖1-2中討論的相同原理運(yùn)作。
以上討論揭示了一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)，它包括至少一個(gè)光反射表面和與該表面的一部分表面光耦合的逆向反射光引出裝置。雖然已描述了本發(fā)明的多種實(shí)施方式，但本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可以理解，可以用能獲得相同結(jié)果的非實(shí)質(zhì)性改變代替上述的具體實(shí)施方式
和步驟。本申請?jiān)噲D覆蓋本發(fā)明的所有這些變化。因此，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書及其等同物的限定。
實(shí)施例立體角逆向反射片本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)是在St.Paul，Minnesota，U.S.A的3M中心制造。將6密耳厚的聚氨酯薄膜(市售的3M ScotchTM牌聚氨酯保護(hù)帶)層壓到聚酯硅氧烷化剝離襯里上。該薄膜用作覆蓋膜，立體角元件陣列可固化在其上。將含25％重量異氰脲酸三羥乙酯三丙烯酸酯(trishydroxyethyl isocyanurate triacrylate)、50％重量三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和25％重量丙烯酸四氫糠酯以及含6.62×10-2摩爾/千克光引發(fā)劑1700(購自Giba-Geigy Corporation)的樹脂混合物涂覆到立體角模具的空腔中，該模具具有美國專利4,588,258中所揭示的立體角圖形。然后用油墨輥(ink roller)將粘合劑層壓物的聚氨酯表面層壓到樹脂上，以減少樹脂的厚度。用Fusion-EPIQ 6000“V”燈(在600W/in條件下工作)發(fā)出的高強(qiáng)度紫外-可見光使該片材固化。從工具上剝離復(fù)制的層壓物，并放在200°F的烘箱中退火5分鐘。
從13.5″(343毫米)長、直徑為3/8″(9.5毫米)的光學(xué)纖維上除去1英寸的包層部分，露出光學(xué)纖維芯。所用的光學(xué)纖維是購自Lumenyte International Corporationin Costa Mesa，California，U.S.A.，商品名為Lumenyte Optical Fiber EL-400。將上述一塊1/4″×2″(6.35毫米×50.8毫米)逆向反射片粘貼在光學(xué)纖維芯的表面，使逆向反射片的底面與光學(xué)纖維芯的表面光耦合。
用配有纖維光導(dǎo)的鎢-鹵素光源將光線注入光學(xué)纖維的一端。光學(xué)纖維的另一端用反射鍍層覆蓋。該光學(xué)纖維從約在逆向反射片對面部位的表面射出光線。為測試該逆向反射片的逆向反射能力，將光源通過光學(xué)纖維指向逆向反射片。入射光被有效地逆向反射回光源。
珠型逆向反射片本發(fā)明的顯著標(biāo)志系統(tǒng)是在St.Paul，Minnesota，U.S.A的3M中心制造。從13.5″(343毫米)長、直徑為3/8″(9.5毫米)的光學(xué)纖維上除去1英寸的包層部分，露出光學(xué)纖維芯。所用的光學(xué)纖維是購自Lumenyte International Corporation inCosta Mesa，California，U.S.A.，商品名為Lumenyte Optical Fiber EL-400。將一片6″×6″(152.4毫米×152.4毫米)3M VHB粘合劑(F9460PC)層壓到一片7″×7″(177.8毫米×177.8毫米)大小的3M Reflecto-Lite逆向反射片前表面。從該逆向反射片層壓片上切下1/4″× 1″的一片，然后粘貼到光學(xué)纖維芯的表面。
用配有纖維光導(dǎo)的鎢-鹵素光源將光線注入光學(xué)纖維的一端。光學(xué)纖維的另一端用反射鍍層覆蓋。逆向反射層壓物使光從光纖與逆向反射片相對區(qū)域被引出。從光學(xué)纖維上移去光源，用另一個(gè)光源在約與逆向反射層壓物相對部位片對準(zhǔn)光纖，逆向反射層壓物可將光線有效地逆向反射回光源。
權(quán)利要求
1.一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于它包括光導(dǎo)，所述的光導(dǎo)用于使光線傳輸通過它，并具有至少一個(gè)反光表面；和逆向反射光引出裝置，所述的逆向反射光引出裝置與該光導(dǎo)的反光表面的一部分光耦合，該逆向反射光引出裝置用于(1)反射一部分通過光導(dǎo)的光線，使光線從光導(dǎo)表面上偏離逆向反射光引出裝置的部位透射出去，和(2)逆向反射從外部光源照射到光導(dǎo)上的光線。
2.如權(quán)利要求1所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的光導(dǎo)包含光學(xué)纖維，其長度沿光學(xué)纖維的縱軸延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)纖維包括光學(xué)纖維芯，它的直徑至少約為3.0毫米，而且含有基本上光學(xué)透明的材料；和環(huán)繞光學(xué)纖維芯的包層，該包層由折射率小于光學(xué)纖維芯的材料制成，使射入光學(xué)纖維一端的光線能根據(jù)全內(nèi)反射原理經(jīng)光學(xué)纖維傳導(dǎo)。
4.如權(quán)利要求3所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)纖維芯所含材料的折射率為1.46-1.6；和包層由折射率為1.35-1.42的材料制成。
5.如權(quán)利要求3所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)纖維芯含有選自聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯的聚合物。
6.如權(quán)利要求3所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的包層含有選自如下一組的材料。
7.如權(quán)利要求2所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)纖維的橫截面形狀選自圓形、橢圓形和多邊形。
8.如權(quán)利要求2所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的光導(dǎo)包括平面波導(dǎo)。
9.如權(quán)利要求1所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的逆向反射光引出裝置包括在光學(xué)反射表面形成的微結(jié)構(gòu)逆向反射表面。
10.如權(quán)利要求1所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的逆向反射光引出裝置包括薄而柔軟的珠型逆向反射片條。
11.如權(quán)利要求1所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的逆向反射光引出裝置包括薄而柔軟的立體角型逆向反射片條。
12.如權(quán)利要求11所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的立體角型逆向反射片包括主體層，它包含彈性模量小于7×108帕斯卡的第一種材料；和許多立體角元件，它含有彈性模量大于18×108帕斯卡的第二種材料。
13.如權(quán)利要求11所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的立體角型逆向反射片包括主體層，它包含彈性模量小于13×108帕斯卡的第一種材料；和許多立體角元件，它含有彈性模量大于25×108帕斯卡的第二種材料。
14.一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于它包括光導(dǎo)，它用于使光線通過該光導(dǎo)傳導(dǎo)并至少具有一個(gè)光反射表面；和逆向反射片，它與所述光導(dǎo)的光反射表面的一部分光耦合。
15.如權(quán)利要求14所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的逆向反射片含有逆向反射結(jié)構(gòu)表面。
16.如權(quán)利要求14所述的顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于所述的逆向反射片含有許多逆向反射珠。
17.一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)，其特征在于它包括光導(dǎo)，它用于使光線通過該光導(dǎo)傳導(dǎo)并至少具有一個(gè)光反射表面，至少一部分光反射表面包括形成在其內(nèi)的逆向反射立體角元件陣列。
18.一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)的制造方法，其特征在于提供光導(dǎo)，它用于使光線通過光導(dǎo)傳導(dǎo)并至少具有一個(gè)光反射表面；和使逆向反射光引出器與所述光導(dǎo)的光反射表面的一部分光耦合。
19.如權(quán)利要求18所述的制造方法，其特征在于該方法還包括如下步驟使光源與所述的光導(dǎo)光耦合，從而使光線可注入該光導(dǎo)。
20.一種標(biāo)志物體以提高其顯著性的方法，其特征在于它包括如下步驟將顯著標(biāo)志系統(tǒng)固定在所述的物體上，該系統(tǒng)包括光導(dǎo)和逆向反射光引出裝置，所述的光導(dǎo)具有至少一個(gè)用于使光線通過該光導(dǎo)的反光表面，所述的逆向反射光引出裝置與該光導(dǎo)的反光表面的一部分光耦合；使光源與所述的光導(dǎo)光耦合，從而使光線可注入該光導(dǎo)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述的逆向反射光引出裝置包含逆向反射片。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述的逆向反射光引出裝置包括在光反射表面內(nèi)形成的微結(jié)構(gòu)逆向反射表面。
全文摘要
一種顯著標(biāo)志系統(tǒng)(10,80)包括光導(dǎo)(12,82)和逆向反射光引出裝置(20,84)。所述的光導(dǎo)(12,82)用于使光線通過該光導(dǎo)傳輸并具有至少一個(gè)反光表面。所述的逆向反射光引出裝置(20,84)用于引出經(jīng)光導(dǎo)傳導(dǎo)的光線(52),并用于逆向反射由外部光源照射到該系統(tǒng)上的光線(54)。通過光導(dǎo)傳導(dǎo)到光引出裝置(20,84)上的光線被光導(dǎo)逆向反射器光導(dǎo)中,使光線從偏離逆向反射光引出裝置的部位射出光導(dǎo)。從外部光源照射到該系統(tǒng)上的光線(54)通過光導(dǎo)(12,82),并被逆向反射光引出裝置(20,84)逆向反射回光源。
文檔編號(hào)E01F9/00GK1209195SQ96180139
公開日1999年2月24日 申請日期1996年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月24日
發(fā)明者O·小本森, D·J·倫丁 申請人:美國3M公司