DE4117911C2 - Mikroprismen-Rückstrahler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein rückstrahlendes Flachmaterial, das Mikroprismenformationen enthält, um ein­ fallende Lichtstrahlen rückzustrahlen, insbesondere auf ein Flachmaterial, das bewirkt, eine Lichtrückstrahlung in leicht divergenter Art zu erzeugen, um eine Lichtkonzentration in einem relativ schmalen Sichtwinkel zu erzielen.

Rückstrahlendes Flachmaterial wird in breitem Umfang für ver­ schiedene Sicherheits- und Dekorationszwecke verwendet und ist insbesondere nützlich, wenn zur Nachtzeit die Erkennbarkeit bei geringem Umgebungslicht verbessert werden soll. Bei rückstrah­ lenden Materialien werden Lichtstrahlen, die auf die Vorder­ fläche einfallen, gegen die Lichtquelle zurückgeworfen. In Situationen, wo die Frontscheinwerfer oder Suchscheinwerfer an Booten oder Flugzeugen die einzige Lichtquelle sind, ist die Fähigkeit, das einfallende Lichtbündel in einem kontrollierten Kegel zurückzustrahlen, besonders wichtig bei Warnzeichen, Schildern und dergleichen.

Ausführungsformen solcher rückstrahlender Materialien sind Bän­ der und Flecken für Bekleidungsstücke von Feuerwehrleuten, rück­ strahlende Westen und Gürtel, Bänder für Pfosten und Tonnen, Verkehrskegel, Fernstraßenschilder, Warnreflektoren und der­ gleichen.

Man weiß von gut ausgebildeten Würfeleckenformationen, daß sie hochwirksame Reflektoren sind, doch sie neigen dazu, das reflek­ tierte Licht in einem sehr engen Bereich in Richtung auf die ursprüngliche Lichtquelle zu konzentrieren. Für Fernstraßen und andere Verwendungen hält man eine kontrollierte Abweichung der Lichtstrahlen innerhalb eines schmalen Kegels von 0,2 bis 2,0° für wünschenswert, um den Winkel zu vergrößern, in dem die be­ leuchtete reflektierende Oberfläche von Autofahrern, Fußgängern usw., die sich entfernt von der Lichtquelle befinden, gesehen werden kann.

Bemühungen, den Sichtwinkel zu vergrößern, sind im Stand der Technik beschrieben, und ein Überblick über einen Teil des Stan­ des der Technik ist in dem einleitenden Teil der US-PS 4 588 258 dargelegt, in der der Vorteil des Neigens der optischen Achsen benachbarter Prismen zueinander beschrieben wird. Solch ein Neigen und dessen Vorteile sind auch in US-PS 3 541 606, US-PS 3 923 378, US-PS 4 066 331 und US-PS 4 349 598 beschrieben.

In der US-PS 4 775 219 werden verbesserte Divergenzprofile, die man durch das Wiederholen von Unterreihen von Prismen verschie­ dener Formen erhält, beschrieben.

In US-PS 1 671 086, US-PS 1 743 834 und US-PS 1 743 835 werden Makroprismen-Rückstrahler mit Vorderseiten, die gebogen sind, um eine kontrollierte Ausbreitung der reflektierenden Lichtstrahlen zu bewirken, beschrieben.

Die US-PS 1 671 086 beschreibt einen bekannten Reflektor, der Makroprismen einsetzt, die um ein Mehrfaches größer sind als die hier vorgeschlagenen Mikroprismen. Bei den Makroprismen dieses bekannten Reflektors treten keine nennenswerten Beugungseffekte auf, so daß die dortigen Parameter viel unkritischer sind und auch nicht im hier vorgeschlagenen Sinne optimiert werden kön­ nen. Somit verwendet der bekannte Rückstrahler vor allem die reinen Reflexionseigenschaften an den Seitenflächen der Makro­ prismen. Zwar ist bei der US-PS 1 671 086 gezeigt, daß dort die Prismenseitenflächen gekrümmt sein können, jedoch hat diese Krümmung Auswirkung lediglich auf das Reflexionsverhalten und wirkt sich nicht wesentlich auf das Beugungsverhalten aus.

Aus der US-PS 3 712 706 ist ein Rückstrahler bekannt, bei dem Mikroprismen eingesetzt werden, so daß sich überwiegend Beu­ gungseffekte einstellen. Die Würfelseitenflächen der Mikro­ prismen dieses bekannten Rückstrahlers sind konkav gekrümmt. Als bevorzugter Krümmungsradius ist ein Radius von ungefähr 60 m und als Obergrenze desselben sogar der doppelte Wert, das heißt ca. 120 m, angegeben. Damit liegen diese Krümmungsraten um ein Viel­ faches oberhalb der hier vorgeschlagenen Krümmungsradien. Be­ reits angesichts dieser starken Abweichungen der in der US-PS 3 712 706 vorgeschlagenen Krümmungsradien von den hier vorgeschla­ genen Krümmungsradien wird klar, daß dieser Rückstrahler auf gänzlich andere Effekte abzielt als der hier vorgeschlagene Mikroprismen-Rückstrahler.

Die US-PS 4 588 258 beschreibt einen bekannten Würfelecken-Rück­ strahler mit zueinander verkippten Prismenachsen. Eine Krümmung der Seitenflächen der Mikroprismen ist nicht beschrieben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Mikroprismen-Rückstrahler so anzugeben, daß die Energie von infolge der Lichtbeugung in un­ erwünschte Richtungen zurückgestrahltem Licht verringert werden und der Einfallswinkelbereich bei einer Ausrichtung des Mikro­ prismen-Rückstrahlers relativ zur Lichtquelle vergrößert werden kann, Abweichungen der Winkellage dreier benachbarter Prismen­ oberflächen nur eine relativ geringe Veränderung der Leistungs­ fähigkeit des Mikroprismen-Rückstrahlers verursachen und schließlich eine kontrollierbare radiale Verteilung eines Aus­ gangslichtmusters erreicht werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Herstellung von einem derartigen rück­ strahlenden Flachmaterial, das relativ einfach und relativ wirt­ schaftlich ist und die Herstellung eines Rückstrahlers mit vor­ gegebener Divergenz des rückgestrahlten Lichtes ermöglicht.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Mikroprismen- Rückstrahler in Übereinstimmung mit den im Anspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen gelöst.

Davon abhängige Ansprüche 2 bis 7 kennzeichnen jeweils eine vor­ teilhafte Ausbildung davon.

Vorzugsweise sind alle Seitenflächen der Mikroprismen konkav gekrümmt.

Besonders vorzugsweise erstreckt sich der gebogene Teil über die gesamte Höhe der Mikroprismen, wobei die Mikroprismenachsen voneinander weg gekippt sind.

Die obige Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroprismen-Rück­ strahlers gelöst, wie es im unabhängigen Anspruch 8 angegeben ist. Die davon abhängigen Ansprüche 9 bis 14 kennzeichnen je­ weils eine vorteilhafte Ausbildung davon.

In einem bevorzugten Verfahren beinhaltet der Bildungsschritt die Ablagerung einer flüssigen Harzmischung in den Hohlräumen, das Aufbringen einer Kunstharzschicht darüber und das Aushärten der Harzmischung und Verbinden mit der Kunstharzschicht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine fragmentarische Draufsicht der Prismenforma­ tionen eines herkömmlichen rückstrahlenden Materials, das Würfelecken-Prismen verwendet, die durch eine Form gebildet sind, deren Prismenboxen durch drei unter 60° angeordnete Achsen gebildet sind und die schräg­ gestellten Flächen der Prismen ergeben.

Fig. 2 ist eine fragmentarische Draufsicht, die ein typisches Gittermuster eines Klebstoffs zeigt, der verwendet wird, um das rückstrahlende Material an einem Substrat festzukleben.

Fig. 3 ist eine fragmentarische Ausschnittsansicht, bei dem die Mikroprismen teilweise metallisiert sind und teil­ weise an der Rückseite an Luft angrenzen und die sche­ matisch den Weg eines Lichtstrahls zeigt, der darauf einfällt.

Fig. 4 zeigt ein typisches rückgestrahltes Lichtmuster, das durch das Mikroprismenmaterial aus Fig. 1 bis 3 er­ zeugt wird, wenn die Prismen einen Mittenabstand von ungefähr 0,15 mm haben.

Fig. 5 ist ein typisches rückgestrahltes Lichtmuster, das durch solch ein Mikroprismenmaterial erzeugt wird, wenn die Prismen einen Mittenabstand von ungefähr 0,36 mm haben.

Fig. 6 ist ein typisches rückgestrahltes Lichtmuster, das durch Prismenmaterial mit 0,36 mm Mittenabstand der Prismen, hergestellt wird, wenn Prismenpaare zuein­ ander geneigt sind.

Fig. 7a und 7b sind teilschematische Ansichten einer Mikroprismenfor­ mation mit konkaven Flächen und zeigen die vergrößerte Krümmung.

Fig. 8 zeigt eine einzige Lichtverteilungs-Keule des rückge­ strahlten Lichtmusters einer gebogenen Prismenfläche, die man in Fig. 7 sieht, wobei die Prismen nicht ge­ neigt sind.

Fig. 9 zeigt eine einzige Lichtverteilungs-Keule des rückge­ strahlten Lichtmusters der gebogenen Prismenfläche, wenn das gebogene Prisma zusätzlich zur Prismenachse hin geneigt ist.

Fig. 10a und 10b zeigen mit dem Computer erzeugte graphische Darstel­ lungen der "klassischen" sechskeuligen Lichtverteilung an rückstrahlenden Prismenflächen, Fig. 8 und 9 zeigen lediglich je eine dieser sechs Keulen.

Fig. 11 zeigt schematisch die Verkippung und die Krümmung der Prismen des Flachmaterials aus Fig. 13.

Fig. 12 zeigt schematisch die Wege der Lichtstrahlen, die in die Prismen des Flachmaterials aus Fig. 13 eintreten.

Fig. 13 ist eine Draufsicht auf das Mikroprismen-Flachmaterial nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Prismen­ flächen konkav gekrümmt sind, was in Fig. 7 zu sehen ist, und wobei benachbarte Paare zueinander verkippt sind.

Fig. 14 zeigt das rückgestrahlte Lichtmuster des Flachma­ terials aus Fig. 13.

Wie bereits angedeutet, beinhaltet das Flachmaterial der vor­ liegenden Erfindung eng beabstandete Mikroprismen, bei denen eine oder mehrere ihrer Flächen mit einer relativ flachen Krüm­ mung gebildet sind und bei denen bei benachbarten Paaren die optischen Achsen relativ zueinander geneigt sind. Weiterhin schneiden sich die Ebenen der Flächen unter Winkeln, die nur leicht von einem 90°-Winkel abweisen. Als Ergebnis kombinieren die Prismen des Flachmaterials die Wirkungen dreier separater Prinzipien der Lichtreflexion und strahlen den Hauptanteil des Lichts, das in die Prismen innerhalb eines schmalen Kegels von ungefähr 0,5° Öffnungswinkel eintritt, in einer Weise zurück, daß schwach energetische Bereiche innerhalb dieses Kegels minimiert sind.

Der Begriff "Flachmaterial", wie er hier verwendet wird, bezieht sind auf relativ dünne flächenartige Strukturen, sowie auch dickere Elemente, Laminate u. ä., die eine planare Vorderfläche besitzen, auf die Lichtstrahlen auftreffen und die aus einem Material bestehen, das für die Lichtstrahlen transparent ist.

Um die verschiedenen Wirkungen und deren Beitrag zu dem ange­ strebten Ergebnis zu verstehen, ist es vorteilhaft, zuerst die Arbeitsweise eines Flachmaterials, das Mikroprismen enthält, in Betracht zu ziehen, deren Würfeleckenprismen perfekt geformt sind, z. B. vertikal zur Frontfläche des Flachmaterials.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist solch ein Flachmaterial, das Mikroprismen enthält, mit dem Bezugszeichen 10 benannt und be­ sitzt eng aneinander geformte Mikroprismen 12, die aus ebenen Seitenflächen bestehen, die durch Linien gebildet sind, die sich in drei sich unter dem Winkel von 60° schneidenden Ebenen 14, 16 und 18 erstrecken. Am einfachsten können solche Reihen von Wür­ feleckenprismen mit einem Diamantwerkzeug mit linearen Schneid­ kanten geritzt werden.

In Fig. 2 ist ein Klebstoff 20 gezeigt, der einfach in einem Gittermuster aufgetragen wird und verwendet wird, um das Mikro­ prismenflachmaterial 10 an einer Schutzschicht 22, dargestellt in Fig. 3, zu befestigen.

Wie bereits bekannt ist, reflektieren die drei reflektierenden aneinander angrenzenden Seitenflächen einer Würfelecke in die Richtung des einfallenden Lichts, so daß das Licht parallel zur Einfallrichtung wieder austritt. Die Rückstrahlung von Licht­ strahlen, die in das Prisma eindringen, ist in Fig. 3 prin­ zipiell dargestellt, worin ein reflektierender Metallnieder­ schlag 24 auf einigen der Prismen 12 gezeigt ist, während bei anderen Prismen eine Luftgrenzschicht 12 gezeigt ist.

Ein Lichtstrahl 26, der auf die Vorderfläche des Flachmaterials 10 auftrifft und auf das Prisma 12 auftrifft, wird von der Grenzschicht des Prismenmaterials mit der metallischen Beschich­ tung 24 auf eine zweite Fläche des Prismas reflektiert und von dort wiederum auf die dritte Fläche des Prismas, obwohl dies nicht so dargestellt ist, reflektiert, und tritt schließlich wieder aus dem Prisma 12 und aus der Vorderfläche des Flachm­ aterials 10 aus, wobei das reflektierte Licht parallel zu dem der eintretenden Strahlen ist und in Richtung auf die ursprüng­ liche Lichtquelle zurückgeleitet wird. In einer ähnlichen Art und Weise wird der Lichtstrahl 28 durch die Reflexion an der Luftgrenzschicht am Prisma, in das er hineintrifft, zurückgelei­ tet. Ein Lichtstrahl 30, der auf das Flachmaterial 10 unter einem spitzen Winkel auftrifft, wird von der Luftgrenzschicht nicht reflektiert. Ein Lichtstrahl 32, der neben der Basis eines Prismas auftrifft, wird auf seinem reflektierenden Weg nur zwei der Prismenflächen treffen, jedoch die dritte Fläche nicht tref­ fen. Folglich wird er nicht zurückgestrahlt.

Wenn der wirksame Bereich jeder einzelnen Würfelecke, in der Draufsicht dargestellt durch eine hexagonale Form, groß genug ist, wird es zu keinem wesentlichen Lichtverlust kommen. Das gesamte Licht wird zur Quelle zurückgeleitet, wobei der Rück­ strahler nicht sehr nützlich wäre, um Aufmerksamkeit im Straßen­ verkehr zu erregen, wobei der Grund dafür der Winkelversatz zwischen Lichtquelle und Fahrer im Auto ist.

Für diese Anwendungen ist es erstrebenswert, den einfallenden gebündelten Lichtstrahl in einen Ausgangskegel von ungefähr 0,5° zu streuen. Man kann die Größe der Würfelecke wählen, und die Lichtenergie der ersten Beugungsordnung, die in den Ausgangs­ kegel von 0,5° fällt, verwenden. Die Divergenz der Energie erster Ordnung einer runden Apertur ist gleich

Divergenz = 1,2 (rad)
λ = Wellenlänge des Lichts
d = Durchmesser der Apertur.

Die hexagonale Apertur der Würfelecke in einer Matrix hat unge­ fähr die gleiche Divergenz, doch die Energie des Beugungsmusters erster Ordnung ist auf sechs Punkte verteilt, die um 60° zuein­ ander versetzt sind. Während die Kegel des Beugungsmusters erster Ordnung durch passende Wahl der Abstände und der resul­ tierenden Apertur der Mikroprismenanordnung so gewählt werden können, daß sie in den erwünschten Ausgangskegel von 0,5° fal­ len, gibt es zwischen dem Kegel 0-ter Ordnung und dem Kegel erster Ordnung Bereiche mit wesentlich reduziertem Energie­ niveau.

In Fig. 4 ist der Beugungseffekt auf das Ausgangslichtmuster in einem Flachmaterial, das Mikroprismen enthält, gezeigt, in dem die Prismen einen 0,15 mm Mittenabstand besitzen. Die Mitte des Lichtmusters ist durch das Bezugszeichen 32 angegeben, und der Umfang des 0,5°-Ausgangslichtkegels ist durch das Bezugszeichen 34 angegeben. Das Ausgangslicht konzentriert sich im mittleren Bereich 36 0-ter Ordnung und in den sechs radial und kreisförmig beabstandeten Bereichen 38 mit einem dazwischenliegenden Bereich von niedriger Lichtintensität. Wegen des hohen Grads an Unter­ schieden im Lichtintensitätsbereich innerhalb des 0,5°-Kegels ist diese Verteilung nicht erstrebenswert.

In Fig. 5 wird die Art des rückgestrahlten Lichtmusters durch solch ein Mikroprismen enthaltendes Flachmaterial erzeugt, in dem die Mikroprismen einen Mittenabstand von 0,36 mm besitzen, um den Beugungseffekt auf ein Minimum zu reduzieren. Hierbei ist die Energie im mittleren Bereich 40 0-ter Ordnung konzentriert, und jeweils von Beugungsmustern 42, 44 und 46 erster, zweiter und höherer Ordnung umgeben. Der Hauptteil der rückgestrahlten Lichtenergie ist in einem schmalen Kegel konzentriert. Dies ist offensichtlich ebenfalls kein wünschenswertes Muster der Licht­ verteilung.

Wenn die Mikroprismen dieses Flachmaterials in Gruppen geneigt sind, wird ein nicht einheitlich reflektiertes Lichtmuster er­ zeugt, wie schematisch in Fig. 6 zu sehen ist.

Wie aus den bereits genannten US-PS 1 671 086, US-PS 1 743 834 und US-PS 1 743 835 bekannt ist, ermöglicht es das Vorsehen von gekrümmten Seitenflächen der Prismen das rückgestrahlte Licht gezielt auszubreiten. Jedoch muß der Krümmungsradius R sehr groß relativ zur Basislänge L der Prismenfläche sein, um dies zu erfüllen.

Wie in Fig. 7 zu sehen ist, sind die Flächen der Prismen 12 entlang der Ebene, die die Fläche bestimmt, konkav gewölbt, das heißt die Oberfläche ist zylindrisch, wobei die Zylinderachse jeweils in Richtung der Schattierlinien und in der Zeichnungs­ ebene liegt.

Die Verteilung der rückgestrahlten Lichtenergie, die durch solch ein Prisma mit gekrümmten Seitenflächen erzeugt wird, ist in Fig. 8 zu sehen. Die gekrümmte Seitenfläche wird durch die Ver­ wendung eines Radius (R), der im Verhältnis von 87,5 : 1 zur Länge der Prismenseite (L) steht, erzeugt. Der Radius des Zipfels kann im Winkelmaß angegeben werden und weist dann eine radiale Länge von 17,44 Millirad auf.

Fig. 8 zeigt eine Lichtverteilung der errechneten rückgestrahlten Licht­ energie, wenn absolute Orthogonalität der Seitenflächen an der Spitze des Prismas eingehalten wird. Durch definierte minimale Abweichung von der Orthogonalität (bis 0,2°) läßt sich ein der Beugungsmuster mit der in Fig. 9 gezeigten Lichtverteilung errechnen, die etwa symmetrisch zur optischen Achse liegt.

In Fig. 10a und 10b sind die Auswirkungen der Abweichung von der Orthogonalität auf das rückgestrahlte Lichtmuster gezeigt, das heißt, der Einfluß des Vergrößerns oder Verkleinerns des zwischen den benachbarten Flächen des Prismas eingeschlossenen Winkels.

Durch das Vorsehen von Flachmaterial, bei dem gegenüberliegende Flächen zweier Mikroprismen paarweise gekrümmt und paarweise verkippte Prismenachsen vorhanden sind, wie es in Fig. 13 zu sehen ist, bewirkt der Effekt der abwechselnden Kippung eine Apertur ohne Symmetriezentrum (zwei symmetrische Achsen, recht­ winklig zueinander), weshalb die im Beugungsmuster erster Ord­ nung gestreute Energie reduziert ist. Ein zweiter Effekt ist die Ausweitung des möglichen Einfallswinkelbereichs bei einer be­ stimmten Ausrichtung des Rückstrahlers.

Ein Paar benachbarter Würfelecken, eine nach rechts, die andere nach links gekippt, besitzen bei einem Einfallswinkel von 0° eine kleinere effektive Fläche als ungeneigte Würfelecken. Mit wachsendem Einfallswinkel wächst auch die effektive Fläche einer Würfelecke mit vorgegebenem Kippwinkel und verbreitert die Ener­ gieverteilung. Die Auswirkungen dieser Verkippung sind in Fig. 11 und 12 zu sehen, und das daraus resultierende errechnete rückgestrahlte Lichtmuster ist in Fig. 14 gezeigt.

Die Kombination der sorgfältigen Wahl der Würfeleckengröße und Geometrie (begrenzte Nicht-Orthogonalität), der Flächenkrümmung und der Verkippung der optischen Achsen für Paare benachbarter Würfelecken ergibt die folgenden Vorteile:

• 1. kontrollierbare radiale Verteilung eines Ausgangslicht­ musters mit sechs Teilbereichen.
• 2. Abweichungen der Winkellage der drei benachbarten Würfel­ oberflächen bewirken nur relative geringe Veränderung der Leistungsfähigkeit.
• 3. Verringerung der Energie von infolge der Lichtbeugung in unerwünschte Richtungen zurückgestrahltem Licht.
• 4. Vergrößerung des Einfallswinkelbereichs bei einer Ausrich­ tung des Flachmaterials relativ zur Lichtquelle.

Das reflektierte Lichtmuster des Flachmaterials der vorliegenden Erfindung ist schematisch in Fig. 14 gezeigt.

Die vorliegende Erfindung ist auf Flachmaterial, das Mikro­ prismen enthält, bei dem der Mittenabstand der Prismen etwa 0,15 bis 0,64 mm und vorzugsweise 0,18-0,38 mm beträgt, anwendbar Die Höhe der Prismen wird, wie unmittelbar einleuchtet, durch den Mittenabstand bestimmt, da die Prismenflächen im wesent­ lichen orthogonal sind.

Die Prismenflächen sind vorzugsweise alle gekrümmt, denn das Vorsehen einer Krümmung an nur einer der Seitenflächen erzeugt ein weniger günstiges Ergebnis mit weniger Einheitlichkeit.

Um erstrebenswerte Ergebnisse zu erhalten, wurde ermittelt, daß das Verhältnis des Radius der gekrümmten Seitenflächen zur Länge der Basis der Fläche 40-90 : 1, vorzugsweise 80-90 : 1, sein sollte.

Die gekrümmte Seitenfläche ist vorzugsweise konkav, kann jedoch auch konvex sein.

Der Verkippungswinkel (der Winkel zwischen der Prismenachse und der auf der Ebene des Flächenmaterials senkrecht stehenden Achse) sollte innerhalb eines Bereichs von 3 bis 10° liegen und beträgt vorzugsweise 6 bis 8°.

Schließlich wird noch eine Nicht-Orthogonalität in den Schnitt­ winkeln der Prismenflächen erzeugt, doch muß sie auf eine Ab­ weichung von 0,2°, vorzugsweise 0,1° vom rechten Winkel be­ schränkt bleiben.

Der Körper des Flachmaterials hat eine Dicke, die ausreichend ist für ausreichende Stabilität des Flachmaterials, das heißt von mindestens 0,1 mm. Meist wird die Dicke in den Bereich in­ nerhalb von 0,2 bis 2,5 mm fallen. Wenn dies erwünscht wird, wird es ein Laminat von zwei oder mehr Schichten umfassen, ab­ hängig vom Herstellungsverfahren, vom gewählten Kunstharz und anderen Faktoren, die für ein rückstrahlendes Flachmaterial von Wichtigkeit sind.

Das Flachmaterial, das die Mikroprismen enthält, wird einfach durch Gießen von Prismen auf eine Filmoberfläche gebildet, die als Körper dient, oder durch Prägen eines vorgeformten Flach­ materials, oder durch gleichzeitiges Gießen von Körper und Prisma. Meistens sind die Harze, die für ein derartiges Gießen von Flachmaterial, das Mikroprismen enthält, verwendet werden, vernetzbare thermoplastische Mischungen, und vorzugsweise ver­ leihen diese Harze Flexibilität, leichte Stabilität und gute Wetterbeständigkeit. In manchen Fällen kann die Vorderfläche des rückstrahlenden Flachmaterials mit einer schützenden Be­ schichtung versehen sein, zum Beispiel durch das Auftragen eines Lacks oder eines anderen Beschichtungsmaterials. Andere geeig­ nete Harze für rückstrahlendes Flachmaterial sind Vinylchlorid­ polymere, Polyester, Polycarbonat, Methylmethacrylat, Poly­ urethane und acrylierte Urethane.

Um ein relativ dünnes Flachmaterial während der Herstellung zu schützen, kann ein relativ dicker Träger vorübergehend darauf festgeklebt werden, der meist eine Dicke von etwa 0,12 bis 0,2 mm hat. Der Klebstoff, der verwendet wird, um das kurzzeitige Festkleben zu bewirken, und der vorzugsweise auf einem Träger klebt, ist ein Silikonklebstoff, der mit einer Dicke von etwa 0,006 bis 0,013 mm aufgetragen wird. Wenn eine Nachbehandlung des Harzes in den Prismen mit ultraviolettem Licht angewendet wird, muß der Klebstoff für die Lichtstrahlen durchlässig sein. Obwohl verschiedene Harze für einen derartigen Träger verwendet werden können, werden Polyester und vor allem Polyethylen­ terephthalate wegen ihrer Zähigkeit und relativen Widerstands­ fähigkeit gegenüber den Herstellungsbedingungen vorzugsweise angewendet. So wie der Klebstoff, sollte auch der Träger für die ultraviolette Strahlung transparent sein, um eine Nachbehandlung zu bewirken. Weiterhin kann die Oberfläche des Trägers behandelt werden, um die erwünschte Klebkraft des Klebemittels auf der Oberfläche des Trägers zu begünstigen.

Eine besonders vorteilhafte Methode zur Herstellung eines der­ artig gegossenen rückstrahlenden Flachmaterials wird in der US-PS 3 689 346 beschrieben, wobei die Würfeleckenformen durch Gießen in einer üblich konfigurierten Form, die Vertiefungen für Mikroprismen vorsieht, erzeugt und mit dem Flachmaterial ver­ bunden werden, das darüber aufgebracht wird, um eine Verbund­ struktur zu erzeugen, in der die Würfelecken über die eine Ober­ fläche des Flachmaterials hervorstehen.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines derartigen Flach­ materials, das Mikroprismen enthält, wird in US-PS 4 244 683 beschrieben, wobei die Würfeleckenformen durch Prägen einer Länge des Flachmaterials in einer geeigneten Prägevorrichtung mit Formen hergestellt werden, die genau geformte Mikroprismen­ hohlräume haben. Dabei werden Lufteinschlüsse verhindert.

Letzteres Verfahren wurde für das Formen von Flachmaterial aus acrylischen- und Polykarbonat-Harzen verwendet, während die vorherige Methode sich als äußerst vorteilhaft für das Formen von rückstrahlendem Flachmaterial aus Polyvinylchloridharzen und seit neuestem Polyesterkörperteilen, die Prismen mit verschiede­ nen Harzformulationen einschließlich acrylische Epoxyoligomere haben, herausstellte.

Es ist gebräuchlich, ein Rückenelement hinter den Mikroprismen anzubringen, um sie zu schützen und um eine glatte Oberfläche zum Aufbringen der Struktur auf Trägerflächen zu erhalten. Um eine Lamination eines derartigen Rückenelements auf dem rück­ strahlenden Flachmaterial zu bewirken, wurden gewöhnlich Kleb­ stoffe und Ultraschallschweißen angewendet.

Wie bereits beschrieben, kann die reflektierende Grenzschicht für die Prismen mit einer reflektierenden Beschichtung oder durch eine Luftgrenzschicht versehen werden. In der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine reflektierende Beschichtung, die wenigstens einige der Mikroprismen enthält, auf die Oberfläche aufgebracht, und derartige reflektierende Beschichtungen sind meist im Vakuum aufgebrachtes Aluminium oder andere spiegelnde Metallniederschläge, obwohl metallische Lacke und andere spiegelnde Beschichtungsmaterialien auch verwendet wurden.

Ein farbiges Beschichtungsmaterial kann auf einigen der Prismen aufgebracht werden, um eine Tagesfarbgebung zu erzeugen. Ein derartiges Material kann farbiger Lack sein, der auf die Ober­ fläche des Flachmaterials aufgetragen wird, ein farbiger Kleb­ stoff oder irgendein anderer farbiger Niederschlag, der die Prismenoberflächen beschichtet. Einfacherweise wird ein farbiger Klebstoff aufgetragen, da dies ein Verbinden mit der Schutz­ schicht ermöglicht.

Ein rückstrahlendes Flachmaterial, das einige Prismen verwendet, die reflektierende Luftgrenzschichten aufweisen, und andere, die reflektierende Beschichtungen verwenden, bietet einige Vorteile, was detailliert in US-PS 4 801 193 beschrieben ist. Wenn dies erwünscht ist, kann rückstrahlendes Flachmaterial durch das Aufbringen einer Schutzschicht auf ein teilweise metallisiertes Material hergestellt werden, um die Luftgrenzschichten in den unbeschichteten Bereichen zu erhalten.

Zur Herstellung eines Flachmaterials, das bei Tageslicht Farb­ gebung aufweist, kann eine farbige Schicht auf den gesamten Bereich der teilweise metallisierten Oberfläche aufgebracht werden, so daß sie die unmetallisierten Prismen direkt beschich­ tet. Danach wird die Schutzschicht aufgebracht. In einer weite­ ren Ausführung, die zur Rückstrahlung eine Luftgrenzschicht verwendet, wird farbiger Klebstoff in einem Muster auf die Prismenoberfläche aufgetragen, tiefer als die Prismenhöhe. Wenn die Schutzschicht darauf laminiert wird, wird es von den Prismen durch den Klebstoff beabstandet, und dies erzeugt eine Luft­ schicht zwischen den unbeschichteten Prismen.

Die Schutzschicht kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen. Damit es flexibel ist, ist es ein gewebter oder ge­ rippter Stoff oder ein flexibles, dauerhaftes polymerisches Material. Geeignete Harze sind Polyethylen, Polypropylen, Poly­ urethan, acrylierte Polyurethane und Ethylenvinylacetat Co­ polymere. Polyester- und Urethanstoffe können genauso verwendet werden wie natürliche Stoffe, so wie zum Beispiel Baumwolle. Flammhemmende Materialien können dem Klebstoff beigemischt wer­ den, als auch in dem Stoff oder dem Harzträger beigegeben wer­ den, um dem rückstrahlenden Material Flammwidrigkeit zu ver­ leihen.

Obwohl andere Materialien als Metallniederschlag, wie zum Bei­ spiel Silber, Rhodium, Kupfer, Zinn, Zink und Palladium, ver­ wendet werden können, verwenden die bevorzugten und wirtschaft­ lichsten Verfahren im Vakuum aufgebrachte Aluminiumniederschlä­ ge. Andere Niederschlagstechniken sind elektroloses Plattieren, Galvanisieren oder Ionenniederschlag.

Der Schritt des Anklebens des Trägers an das rückstrahlende Flachmaterial kann einfach nur das Führen des klebend beschich­ teten rückstrahlenden Flachmaterials gemeinsam mit dem Rücken­ element durch den Spalt eines Walzenpaares beinhalten, um den nötigen Druck zum Kleben zu bewirken. Wenn ein hitzeaktivier­ barer Klebstoff verwendet wird, kann das rückstrahlende Flach­ material vor dem Führen durch die Walzen erhitzt werden, des­ gleichen können auch die Walzen erhitzt werden, um die nötige Aktivierung zu erreichen. Es ist jedoch auch praktikabel, Ultra­ schallschweißen oder andere Techniken anzuwenden, um die Schutz­ schicht mit dem rückstrahlenden Flachmaterial zu verbinden, nämlich durch die Schutzschicht selbst, wenn das Material der Schutzschicht thermoplastisch ist.

Um dem zurückgestrahlten Licht auch nachts eine Färbung zu ver­ leihen, kann ein Farbstoff dem Harz, das zur Bildung des Körper­ teils verwendet wird, und sogar den Prismen beigemengt werden. Als Alternative zum Farbstoff und als Notwendigkeit bei einigen Harzsystemen kann die Farbgebung durch ein fein geteiltes Pig­ ment, das gut verteilt wird, vorgesehen werden, jedoch werden dann Beeinträchtigungen der Rückstrahleigenschaften aufgrund der Brechung der Pigmentpartikel, die sich direkt im Weg der Licht­ strahlen befinden, auftreten.

Claims (14)

1. Mikroprismen-Rückstrahler aus einem transparenten Flachma­ terial (10) mit einer ebenen Vorderfläche und einer parallel zur Vorderfläche, von dieser beabstandet angeordneten weiteren ebe­ nen Fläche, auf der eine Vielzahl eng beabstandeter Mikroprismen (12) angeordnet ist, die einen Scheitelabstand von 0,15 bis 0,64 mm besitzen und jeweils aus drei einander nach Art eines Tripel­ spiegels sich schneidenden Seitenflächen (14, 16, 18) bestehen, wobei

• a) zumindest einige der Mikroprismen (12) mindestens eine Seitenfläche aufweisen, die wenigstens über den größten Teil der Höhe der Seitenfläche gekrümmt ist, wobei das Verhältnis zwi­ schen dem die Krümmung definierenden Radius (R) und der Länge (L) der Basis der entsprechenden Seitenfläche 40 : 1 bis 90 : 1 beträgt,
• b) die beiden Prismenachsen von einigen, jeweils ein Mikro­ prismenpaar bildenden benachbarten Mikroprismen um 3° bis 10° relativ zu der Ebene verkippt sind, die senkrecht auf der Ebene des Flachmaterials steht und die längs der Grenzlinie zwischen den beiden Mikroprismen des jeweiligen Mikroprismenpaares ver­ läuft und
• c) die benachbarten Seitenflächen der drei jeweils ein Mikro­ prisma bildenden Seitenflächen einander jeweils unter einem Winkel schneiden, der bis zu 0,2° vom rechten Winkel abweicht.

2. Mikroprismen-Rückstrahler nach Anspruch 1, bei dem alle Seitenflächen der Mikroprismen gekrümmt sind.

3. Mikroprismen-Rückstrahler nach Anspruch 1, bei dem die Seitenflächen eine konkave Krümmung aufweisen.

4. Mikroprismen-Rückstrahler nach Anspruch 1, bei dem der gekrümmte Teil sich über die gesamte Höhe der Mikroprismen er­ streckt.

5. Mikroprismen-Rückstrahler nach Anspruch 1, bei dem die beiden Mikroprismen eines Mikroprismen-Paares voneinander weg geneigt sind.

6. Mikroprismen-Rückstrahler nach Anspruch 1, bei dem die Winkel zwischen den sich schneidenden Seitenflächen der Mikro­ prismen 89,9 bis 90,1° betragen.

7. Mikroprismen-Rückstrahler nach Anspruch 1, bei dem der Kippwinkel der beiden Prismenachsen 6 bis 8° beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Mikroprismen-Rückstrahlers, der aus einem transparenten Flachmaterial besteht, auf dessen einer Fläche eine Vielzahl eng beabstandeter Mikroprismen angeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte:

• A) Herstellung einer Form, die ein Oberflächenrelief aufweist, das aus einer ebenen Anordnung einer Vielzahl eng beabstandeter Reliefelemente besteht, von denen jedes aus drei sich nach Art eines Tripelspiegels schneidenden Seitenflächen besteht und die Gestalt eines Mikroprismas vorgibt, wobei
  • - die Seitenflächen der einzelnen Reliefelemente einander je­ weils unter einem Winkel schneiden, der bis zu 0,2° vom rech­ ten Winkel abweicht,
  • - der dem Scheitelabstand der mit der Form herzustellenden Mikroprismen entsprechende Abstand zwischen den Fußpunkten der Reliefelemente 0,15 bis 0,64 mm beträgt,
  • - zumindest einige der Reliefelemente mindestens eine Seiten­ fläche aufweisen, die wenigstens über den größten Teil der Höhe der Seitenfläche gekrümmt ist, wobei das Verhältnis zwischen dem die Krümmung definierenden Radius und der Länge der Basis der entsprechenden Seitenfläche 40 : 1 bis 90 : 1 be­ trägt, und wobei
  • - die von den drei Seitenflächen der einzelnen Reliefelemente eingeschlossene Achse bei einigen, jeweils ein Paar benach­ barter Reliefelemente bildenden Reliefelementen um 3° bis 10° relativ zu der Ebene verkippt ist, die längs der Grenzlinie zwischen den beiden Reliefelementen des jeweiligen Paares ver­ läuft und senkrecht auf der Ebene steht, in der die Reliefelemente angeordnet sind,
• B) Erzeugung eines durchgehenden Flachmaterials mit einer ebenen Vorderfläche und einer parallel zur Vorderfläche verlaufenden Fläche, über die die Mikroprismen hinausragen, durch Einbringen von transparentem Kunstharz in die Form und
• C) Trennen des Kunstharz-Flachmaterials von der Form.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei alle Seitenflächen des jeweils ein Mikroprisma erzeugenden Reliefelementes gekrümmt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die gekrümmten Seitenflä­ chen der Reliefelemente konvex sind, so daß die Seitenflächen der mit der Form herzustellenden Mikroprismen (12) konkav sind.

11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei sich die Krümmung über die gesamte Höhe der jeweiligen Seitenfläche erstreckt.

12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die von den jeweiligen Seitenflächen eingeschlossenen Achsen von Paaren benachbarter Reliefelemente voneinander weg gekippt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schnittwinkel der Seitenflächen eines jeden Reliefelements 89,9 bis 90,1° beträgt.

14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Einbringschritt das Füllen einer flüssigen Harzmischung in die Reliefelemente, das Aufbringen einer Kunstharzschicht darüber und das Aushärten der Harzmischung und Verbinden mit der Kunstharzschicht umfaßt.