包括低折射率涂層的回射片材的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2010年4月15日、申請號為201080021526.8、發明名稱為"包括 低折射率涂層的回射片材"的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明一般設及包括低折射率涂層的回射制品和制備運種制品的方法。本發明還 設及顯示具有低折射率類性質的回射制品和制備運種制品的方法。
【背景技術】
[0003] 回射材料的特征在于能夠將入射到材料上的光重新導向使其反射回初始光源。該 性能已使回射片材廣泛用于多種交通和個人安全應用。回射片材常用于多種制品，例如交 通標志、路障、牌照、路面標記和標志帶，W及車輛和衣物的反光帶。
[0004] 兩種已知類型的回射片材為立體角片材和微球基片材。微球基片材(有時稱為"微 珠"片材)采用大量微球，所述微球通常至少部分地嵌入粘合劑層中，并具有相關的鏡面反 射或漫反射材料(例如，顏料粒子、金屬薄片或蒸鍛層等）W回射入射光。立體角回射片材 (有時稱為"棱柱"片材)通常包括薄的透明層，該透明層具有基本上平的第一表面和結構化 第二表面，該結構化第二表面包括多個幾何結構，運些幾何結構的一些或全部包括構成立 體角元件的Ξ個反射表面。
[0005] 通常，立體角元件包括在單個頂點相交的Ξ個相互垂直的光學面。通常，從光源入 射至立體角元件的光從Ξ個垂直的立體角光學面的每一個發生全內反射，并被重新導向返 回光源。在光學面上的例如灰塵、水和粘合劑的存在可抑制全內反射(TIR)并導致回射光強 度的降低。運樣，空氣界面通常被密封膜所保護。金屬化立體角不依賴于回射光的TIR，但它 們對于例如標記應用的日間觀察通常不足夠白。此外，金屬涂層的耐久性也可能是不充分 的。
【發明內容】
[0006] 本發明一般設及一種回射制品，其包括：回射層，所述回射層包括結構化的第一主 表面和與所述第一主表面相背對的第二主表面；W及與所述結構化的第一主表面的至少一 部分相鄰的低折射率材料，所述低折射率材料包括多個空隙，其中所述低折射率材料包括 有機或無機粒子。
[0007] 本發明一般設及一種回射制品，其包括回射層，所述回射層包括結構化的第一主 表面和與所述第一主表面相對的第二主表面；W及與結構化的第一主表面的至少一部分相 鄰的低折射率材料，所述低折射率材料具有小于約1.3的有效折射率。
[000引本發明還一般設及一種回射制品，其包括回射層，所述回射層包括結構化的第一 主表面和與所述第一主表面相對的第二主表面；W及在結構化的第一主表面的至少一部分 上的低折射率層，所述低折射率層包括粘合劑、多個粒子、和多個空隙。
[0009]本發明還一般設及一種回射制品，其包括回射層，所述回射層包括結構化的第一 主表面和與所述第一主表面相對的第二主表面；w及在結構化的第一主表面的至少一部分 上的低折射率層，所述低折射率層包括粘合劑和多個空隙。
【附圖說明】
[0010] 結合附圖并參照下文中多個實施例的【具體實施方式】，可W更全面地理解和領會本 發明，其中：
[0011] 圖1A為回射光學構造的示意性側視圖；
[0012] 圖1B為回射層的示意性俯視圖；
[OOK]圖2為另一回射光學構造的示意性側視圖；
[0014]圖3為另一回射光學構造的示意性側視圖；
[001引圖4為另一回射光學構造的示意性側視圖；
[0016]圖5為另一回射光學構造的示意性側視圖；
[0017]圖6為另一回射光學構造的示意性側視圖；
[0018] 圖7A和7B分別為在棱柱回射層中的單個棱柱的示意性俯視圖和側視圖；
[0019] 圖8A和8B分別為在另一棱柱回射層中的單個棱柱的示意性俯視圖和側視圖；W及
[0020] 圖9為另一回射光學構造的示意性側視圖。
[0021] 在說明書中，多個附圖中使用的相同附圖標號是指具有相同或類似特性和功能的 相同或類似元件。
【具體實施方式】
[0022] 本發明一般設及回射制品和構造，其包括至少一個具有低折射率或顯示具有一些 低折射率類光學性質的層。為了本發明的目的，低折射率為1.3或更低的折射率。運種回射 制品或構造的一些實施例包括一種或多種低折射率層或材料。在一些實施例中，低折射率 層或材料具有低光學霧度或漫反射率。一些實施例包括有效折射率小于約1.3的低折射率 層或材料。包括低折射率層或材料的回射制品和構造和/或光學層或膜可有效支持或保持 全內反射。此外，本發明的低折射率層或材料有效支持或保持全內反射。
[0023] 本發明的回射制品或構造的一些實施例包括一個或多個光學膜或低折射率層，所 述一個或多個光學膜或低折射率層具有高光學霧度或漫反射率而同時顯示一些低折射率 類光學性質，例如，支持全內反射或增強內反射的能力。包括漫射光學膜的回射制品或構造 可具有白色外觀(一種潛在理想的屬性，尤其是在日間觀察中）而同時高效地回射入射光。
[0024] 本發明的回射制品或構造的一些實施例包括一個或多個光學膜或低折射率層，所 述一個或多個光學膜或低折射率層通過包括多個空隙而支持全內反射(TIR)或增強的內反 射巧IR)。當在光學透明的非多孔介質中行進的光在具有高孔隙率的層上入射時，傾斜角度 的入射光的反射率比垂直入射的入射光的反射率高得多。在無霧度或低霧度的空隙膜的情 況中，在大于臨界角度的傾斜角度下的反射率接近約100%。在運種實施例中，入射光發生 TIR。在高霧度的空隙膜的情況中，即使光可能不發生TIR，在入射角度的類似范圍內的傾斜 角度反射率可接近100%。高霧度膜的運種增強的反射率類似于TIR，并指定為EIR。本文所 用的多孔或有空隙的光學膜或低折射率層EIR是指對于在膜或膜層合物或層的空隙層和非 空隙層的邊界處的反射率來說，具有空隙的比無空隙的大。
[0025] 本發明的回射制品或構造的一些實施例包括一個或多個光學膜或低折射率層，所 述一個或多個光學膜或低折射率層包括分散于粘合劑中的多個空隙。空隙具有折射率nv和 介電常數εν,其中ην2 = εν，且粘合劑具有折射率nb和介電常數Eb，其中nb2 = eb。通常，光學膜 或低折射率層與光（如在光學膜或低折射率層上入射或在光學膜或低折射率層內傳播的 光)的相互作用取決于多個膜或層特性，例如，膜或層厚度、粘合劑折射率、空隙或孔穴折射 率、孔穴形狀和尺寸、孔穴的空間分布、和光的波長。在一些實施例中，在光學膜或低折射率 層上入射或在光學膜或低折射率層內傳播的光"看見"或"經歷"有效介電常數Eeff和有效折 射率neff，其中neff可空隙折射率nv、粘合劑折射率nb、和空隙孔隙率或體積分數"r表 示。在運種實施例中，光學膜或低折射率層足夠厚且空隙足夠小，使得光不能分辨單個或分 開的空隙的形狀和特征。在運種實施例中，至少大部分空隙（如至少60 %或70 %或80 %或 90%的空隙）的尺寸不大于約λ/5,或不大于約λ/6,或不大于約λ/8,或不大于約λ/10,或不 大于約λ/20,其中λ為光的波長。在一些實施例中，一些空隙可為足夠小，使得它們的主要光 學作用為降低有效折射率，而其他一些空隙可降低有效折射率和散射光，而其他另一些空 隙可為足夠大，使得它們的主要光學作用為散射光。
[0026] 在一些實施例中，在光學膜或低折射率層上入射的光為可見光，意味著光的波長 在電磁光譜的可見范圍內。在運種實施例中，可見光具有在約380nm至約75化m、或約400nm 至約700nm、或約420nm至約680nm范圍內的波長。在運種實施例中，光學膜或低折射率層具 有有效折射率，并包括多個空隙，如果至少大多數空隙（如至少60 %或70 %或80 %或90 %的 空隙）的尺寸不大于約70皿，或不大于約60皿，或不大于約50皿，或不大于約40皿，或不大于 約30nm，或不大于約20nm，或不大于約lOnm。
[0027] 在一些實施例中，光學膜或低折射率層足夠厚，使得光學膜或低折射率層具有有 效折射率，所述有效折射率可空隙和粘合劑的折射率和空隙或孔穴體積分數或孔隙率 表示。在運種實施例中，光學膜或低折射率層的厚度不小于約lOOnm，或不小于約200nm，或 不小于約500nm，或不小于約700nm，或不小于約1,000nm。
[0028] 當在所公開的光學膜或低折射率層中的空隙足夠小且光學膜或低折射率層足夠 厚時，光學膜或低折射率層具有可如下表示的有效介電常數Eeff:
[0029] eeff = fev+(l-f )Eb (1)
[0030] 在運種實施例中，光學膜或低折射率層的有效折射率neff可表示為：
[0031] neff2 = fnv2+(i-f )化2 (2)
[0032] 在一些實施例中，如當孔穴和粘合劑的折射率之間的差異足夠小時，光學膜或低 折射率層的有效折射率可由如下表達式估算：
[0033] neff = fnv+(l-f )nb (3)
[0034] 在運種實施例中，光學膜或低折射率層的有效折射率為空隙和粘合劑的折射率的 體積加權平均。在環境條件下，空隙含有空氣，因此空隙的折射率nv為大約1.00。例如，空隙 體積分數為約50%且具有折射率為約1.5的粘合劑的光學膜或低折射率層具有約1.25的有 效折射率。
[0035] 圖1為回射光學構造或制品900的示意性側視圖。回射制品900包括回射層930,回 射層930包括面向觀察者905的前主表面936和與前主表面936相對的回射的結構化第一主 表面940。回射制品900還包括設置于回射主表面940之上或與回射主表面940相鄰的低折射 率層960、設置于低折射率層960之上或與低折射率層960相鄰的光學粘合劑層970、設置于 光學粘合劑層970之上或與光學粘合劑層970相鄰的光學漫射層995、W及設置于光學粘合 劑層970之上或與光學粘合劑層970相鄰的第一基材980。回射制品900進一步包括設置于回 射層930的前主表面936之上或與回射層930的前主表面936相鄰的光學透明的第二基材 920, W及設置于透明第二基材920之上或與透明第二基材920相鄰的圖形層910。回射層930 包括回射部分934,回射部分934包括多個回射光學元件950或回射光學元件950的陣列，W 及連接光學元件950的基體部分932。
[0036] 在回射制品900旨在為基本上靈活的實施例中，回射制品900可不包括基體部分或 基體層。在運種實施例中，回射光學元件不通過基體部分彼此連接，并可直接在例如基材 920上形成。分立的未連接光學元件950的使用可增加回射制品900的柔性，因為每個光學元 件950可獨立于其他光學元件950移動。
[0037] 圖1B為回射層930的示意性俯視圖。在一些實施例中，如在示例性回射制品900中， 每個回射光學元件950為四面體或棱錐的形式，如具有Ξ個平面或邊952和底部956(其中所 述邊在頂點954處會合)的常規的四面體或棱錐。然而，光學元件950可具有提供有效反射或 回射的任何形狀。在任意兩個面952之間的二面角可根據所需的性質而變化。在一些實施例 中，任意兩個面952之間的二面角為90度。在運種實施例中，面952基本上彼此垂直(如同房 間的角落中），且光學元件可稱為立體角元件。在一些實施例中，相鄰面952之間的二面角可 偏離90°，如例如在美國專利No. 4，775，219中所述，該專利的公開內容W全文引用的方式并 入本文。在一些實施例中，光學元件950可為截平的立體角。在一些實施例中，光學元件950 可為全立方體(full cube)或為如例如美國專利No.7,422,334中所述的優選幾何(PG)立方 體，該專利的公開內容W全文引用的方式并入本文。每個回射光學元件950包括對稱軸957， 對稱軸957與面952形成相等角度。在一些實施例中，如在示例性構造900中，對稱軸957垂直 于底部956或前表面936。在一些可選擇的實施例中，對稱軸不垂直于底部或前表面。在運種 實施例中，光學元件950的頂點954可如例如美國專利No. 4，588，258所述為傾斜的，該專利 的公開內容W全文引用的方式并入本文。頂點954也可稱為光學元件頂端。
[0038] 回射立體角的原理操作是公知的，并描述于例如J.化tical Soc.of America 46 (7) ,496( 1958)中。總之，沿正y方向傳播并入射至回射光學元件950上的光線990被光學元 件的每個面952TIR，從而產生沿負y方向傳播并平行于入射光線990的回射光線993。在一些 實施例中，回射光線偏離y方向，因為回射光線992與y軸形成發散角δ。在一些實施例中，如 在交通標記的情況中，發散角δ為約0.2度至約2度。TIR的任何衰減可顯著降低回射光線993 的強度。
[0039] 回射制品900的回射系數Ra(有時稱為回射率)可根據在特定應用中所需的性質而 變化。在一些實施例中，Ra在0度和90度取向角下滿足ASTM D4956-07el標準。在一些實施例 中，當根據ASTM E-810測試方法或CIE 54.2; 2001測試方法在0.2度觀察角和巧度入射角測 量時，Ra為約5cd/(lux · m2)至約1500c(V(lu