一種高效光返射微晶結構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高效光返射微晶結構，具體地說是一種可使入射光線經過多次反射后，光線沿原入射方向返回的微晶結構。其在觀測角特性方面表現優異且能夠被用于交通標識、工程標示、警戒標示、指南標識、回射衣料用品等上令人滿意的加以使用回射、返光結構。
【專利說明】一種高效光返射微晶結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高效光返射微晶結構，具體地說是一種可使入射光線經過多次反射后，光線沿原入射方向返回的微晶結構。具體是有關在觀測角特性方面表現優異且能夠被用于交通標識、工程標示、警戒標示、指南標識、回射衣料用品等上令人滿意的加以使用回射、返光結構；
【背景技術】
[0002]關于由持有卓越的回射效率以及入射角特性的六邊形立方角回射元件構成的回射結構，以前有過若干提案，但是兼具有高的光返射率、大的光返射角度以及易于加工等特點的微結構相關技術至今仍然很少。
[0003]現有的利用微結構進行高效光返射主要是由四面體微棱鏡結構衍生的。根據反射面的幾何形狀，現有返光陣列通常可分為Triangular Corner Cube Array (TCCA)和Rectangular Corner Cube Array(RCCA)兩種。其中TCCA的三個返光平面為三個全等的等腰直角三角形；RCCA的三個平面為三個全等的正方形。其中TCCA的結構相對簡單，加工容易，但是逆向反射性能不及RCCA，特別是在O度角入射情況下，TCCA的反光效率遠遠低于100% ；RCCA雖然在O度入射角情況下(即遠距離觀測情況下)具有很好的逆向反射性能，反射效率接近100%，但是結構復雜，加工困難且在光線大角度入射情況下，反射效率較低。
[0004]基于上述考慮，本專利提出一種全新的光返射微晶結構，該結構由構成八面體的緊鄰的且相互垂直的三個面組成返光微單元；成千上萬的返光微單元按照規則進行緊密排列即構成完整的返光微晶結構；同時通過調整返光微晶結構的幾何參數，我們可以對獲得最大返光效率的入射光角度進行選擇，通過設計可以在非O度入射角情況下獲得最高的光返射率。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種不僅可以獲得最高接近100%的光返射率，同時在大的角度范圍內可以維持較高的光返射率，通過設計結構還可以在非零度角入射情況下獲得接近100%的光返射率。
[0006]本發明的技術解決方案:一種高效光返射微晶結構，其特征如下:
[0007]1、一種高效光返射微晶結構，其特征在于所述微晶結構具有如下特征:該高效光返射微晶結構由陣列化的微單元拼接而成，每個微單元由構成八面體的三個相鄰的面A、B、C組成；面A與面B為長方形，面C為六邊形，面A和面B和面C這3個面面面相互垂直；面A與面B共用一條長邊P.設面A、面B、面C這3個面交點為P1，P線的另一個端點為P2 ;面A的一條短邊同時又是面C的一條邊，面B的一條短邊同時又是面C的另一條邊；面C包括相互平行的兩組短邊和另外相互平行的一組邊LI與L2 ;L1、L2均不與面A和面B共用，但LI與面A中的P邊的對邊有共用的端點；L2與面B中的P邊的對邊有共用的端點，面A的寬邊與面B的寬邊長度可以相等也可以不等；[0008]2、根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:高效光返射微晶結構由權利要求1所述的微單元在三維方向進行平行移動拼接而成，在拼接過程中微單元結構不需要進行旋轉操作；
[0009]3、根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:包含權利要求1所述的微單元三個面在內的八面體的八個面兩兩平行；
[0010]4、根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:其特征在于:設在面C中，與Pl點作為頂點的角度具有相同角度值的對角的端點為CO ;在直線P與點CO構成的平面內，沿P2點與CO點構成直線P2C0方向入射的光線經面C反射后的反射光線為O ;當入射光線與上述反射光線O平行且反方向入射時，可以獲得極高的光返效率；即通過調節LI與L2構成的平行四邊形的形狀，調節LI與L2構成的平行四邊形內角Θ的角度值以及CO點的位置，可在特定的方向獲得高的光返回效率(即光返射率)。
[0011]5、根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:為了在大角度范圍均獲得比較好的返光效果，本專利所述的構成高效返光微晶結構的微單元中線段P的長度和線段PlCO的長度要遠大于面A中與邊P相互垂直的邊的邊長，同時也遠大于面B中與邊P相互垂直的邊的邊長，其比值通常大于I小于4 ;
[0012]6、根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:本專利所述的高效返光結構可以采用注塑、模壓等方法進行批量化制備。
[0013]7、根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:本專利所述的高效返光結構可以在光線入射面填充空氣，也可以在光線入射面填充高折射率材料，通過填充高折射率材料可以在更大角度獲得良好的返光效果。此外，可以在結構表面鍍金屬膜實現光線反射，也可以利用全反射原理在不鍍金屬的情況下實現光線的反射.[0014]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0015](I)與現有的市場上正在廣泛使用的三棱錐狀反光材料相比，本發明發展的新結構構成的反光材料可以獲得接近100%的高光衍射效率；
[0016](2)傳統光學結構僅在O度入射角情況下具有高的光反射率，很難在其它入射角度下，比如10度入射角度下，獲得高的光返射率，本專利發展的新技術，通過調節微晶結構參數，可以在任意需要的特定角度下獲得極高的光返射率；
[0017](3)與現有的立方角錐棱鏡構成的反光膜相比，傳統反光膜僅在O度角入射情況下能夠獲得極高的衍射效率，在大的入射角度范圍內很難保持較高的光返射率；本專利發展的技術可以在較大的入射角范圍內依然具有強烈的光返射效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發明涉及的包含面A面B面C構成的微單元在內的八面體結構示意圖，I為面A，2為面B，3為面C，4為LI，5為L2，6為面A與面B的交線P，7為P的端點P1，8為P的另一端點P2，9為面C中，與Pl點作為頂點的角度具有相同角度值的對角的端點CO，10為LI與L2構成的平行四邊形內角Θ ；
[0019]圖2為實施例1中面A、面B、面C構成的返光微晶結構單元俯視圖；1為面A，2為面B，3為面C，4為LI，5為L2，6為面A與面B的交線P，7為P的端點Pl，8為P的另一端點P2，9為面C中，與Pl點作為頂點的角度具有相同角度值的對角的端點CO，10為LI與L2構成的平行四邊形內角Θ ;
[0020]圖3為實施例2中面A、面B、面C構成的返光微晶結構單元俯視圖；21為面A，22為面B，23為面C，24為LI，25為L2，26為面A與面B的交線P，27為P的端點P1，28為P的另一端點P2，29為面C中，與Pl點作為頂點的角度具有相同角度值的對角的端點為CO，20為LI與L2構成的平行四邊形內角Θ ；
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖及【具體實施方式】詳細介紹本發明。但以下的實施例僅限于解釋本發明，本發明的保護范圍應包括權利要求的全部內容，而且通過以下實施例本領域技術人員即可以實現本發明權利要求的全部內容。
[0022]實施例1:
[0023]一種在O度角入射情況下獲得高返光效率的微晶結構薄膜。
[0024]該高效光返射微晶結構由陣列化的微單元拼接而成，每個微單元由構成八面體的三個相鄰的面A、B、C組成；面A與面B為長方形，面C為六邊形，面A和面B和面C這3個面面面相互垂直；面A與面B共用一條長邊P, P邊邊長為P0.設面A、面B、面C這3個面交點為P1，P線的另一個端點為P2 ;面A的一條短邊同時又是面C的一條邊，面B的一條短邊同時又是面C的另一條邊；面C包括相互平行的兩組短邊和另外相互平行的一組邊LI與L2 ;L1、L2均不與面A和面B共用，但LI與面A中的P邊的對邊有共用的端點；L2與面B中的P邊的對邊有共用的端點；
[0025]定義光返射率為沿入射光線方向原路徑返回的光線與入射光線總數的比值。本實施例中P邊的長度為180微米，長方形面A與面B的寬邊長度均為100微米，利用ZEMAX軟件模擬，在軟件中設置從P2點射向面C的各種不同角度的光線，根據計算結果挑選出出射光線為O度方向對應的那根光線及與面C的交點，該交點即CO點；最后根據計算機軟件計算結果確定出的CO點位置，計算出線段PlCO長度約為131微米，LI與L2構成的平行四邊形的內角Θ為90度；最后，沿著O度入射角方向入射到微單元的光線即可獲得高的光返射率，其微單元俯視圖見圖2。
[0026]將圖2所示的微單元進行兩維移動拼接，即完成高效反光膜層的設計；利用金剛刀車削等工藝完成該結構的制備，并在其表面鍍金屬膜，填充高折射率材料作為折光介質和保護層即完成該返光材料的制備。
[0027]實施例2:
[0028]一種在10度角入射情況下獲得高返光效率的微晶結構薄膜:
[0029]該高效光返射微晶結構由陣列化的微單元拼接而成，每個微單元由三個相鄰的面
A、B、C組成，見圖3 ;面A與面B為長方形，面C為六邊形，面A和面B和面C這3個面面面相互垂直；面A與面B共用一條長邊P, P邊邊長為P0.設面A、面B、面C這3個面交點為Pl, P線的另一個端點為P2 ;面A的一條短邊同時又是面C的一條邊，面B的一條短邊同時又是面C的另一條邊；面(:包括相互平行的兩組短邊和另外相互平行的一組邊LI與L2 ;L1、L2均不與面A和面B共用，但LI與面A中的P邊的對邊有共用的端點；L2與面B中的P邊的對邊有共用的端點；
[0030]定義包含出發于Pl，平行于O度入射方向，且與面P1C0P2垂直的平面為垂直方向平面。在垂直方向平面內，與出發于Pi的O度入射光線方向成10度夾角的入射光線定義為本實施例提及的10度入射方向或10度方向。
[0031]利用ZEMAX軟件模擬，在軟件中設置從P2點射向面C的各種不同角度的光線，根據計算結果挑選出出射光線為10度方向對應的那根光線及與面C的交點，該交點即CO點；最后根據幾何關系即可確定出LI與L2構成的平行四邊形的形狀及其內角θ ;本實施例中，P邊邊長尾200微米，長方形面A寬邊長度為100微米，長方形面B寬邊長度為80微米，采用經過計算機計算得到CO點位置，計算得出PlCO線段長度為148微米，LI與L2構成的平行四邊形內角Θ為75度。
[0032]將圖3所示的微單元進行兩維移動拼接，即完成高效反光膜層的設計；利用金剛刀車削等工藝完成該結構的制備，并在其表面鍍金屬膜，填充高折射率材料作為折光介質和保護層即完成該返光材料的制備。
[0033]本發明未詳細闡述的部分屬于本領域的公知技術。
【權利要求】
1.一種高效光返射微晶結構，其特征在于所述微晶結構具有如下特征:該高效光返射微晶結構由陣列化的微單元拼接而成，每個微單元由構成八面體的三個相鄰的面A、B、C組成；面A與面B為長方形，面C為六邊形，面A和面B和面C這3個面面面相互垂直；面A與面B共用一條長邊P.設面A、面B、面C這3個面交點為P1，P線的另一個端點為P2 ;面A的一條短邊同時又是面C的一條邊，面B的一條短邊同時又是面C的另一條邊；面C包括相互平行的兩組短邊和另外相互平行的一組邊LI與L2 ;L1、L2均不與面A和面B共用，但LI與面A中的P邊的對邊有共用的端點；L2與面B中的P邊的對邊有共用的端點，面A的寬邊與面B的寬邊長度可以相等也可以不等；
2.根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:高效光返射微晶結構由權利要求1所述的微單元在三維方向進行平行移動拼接而成，在拼接過程中微單元結構不需要進行旋轉操作；
3.根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:包含權利要求1所述的微單元三個面在內的八面體的八個面兩兩平行；
4.根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:設在面C中，與Pl點作為頂點的角具有相同角度值的對角的端點為CO ;在直線P與點CO構成的平面內，沿P2點與CO點構成直線P2C0方向入射的光線經面C反射后的反射光線為O ;當入射光線與上述反射光線O平行且反方向入射時，可獲得高光返效率；即通過調節LI與L2構成的平行四邊形的形狀，調節LI與L2構成的平行四邊形內角Θ的角度值以及CO點的位置，可在特定的方向獲得極高的光返回效率(即光返射率)。
5.根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:為了在大角度范圍均獲得比較好的返光效果，本專利所述的構成高效返光微晶結構的微單元中線段P的長度和線段PlCO的長度要遠大于面A中與邊P相互垂直的邊的邊長，同時也遠大于面B中與邊P相互垂直的邊的邊長，其比值通常大于I小于4 ;
6.根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:本專利所述的高效返光結構可以采用注塑、模壓等方法進行批量化制備。
7.根據權利要求1所述的一種高效光返射微晶結構，其特征在于:本專利所述的高效返光結構可以在光線入射面填充空氣，也可以在光線入射面填充高折射率材料，通過填充高折射率材料可以在更大角度獲得良好的返光效果。此外，可以在結構表面鍍金屬膜實現光線反射，也可以利用全反射原理在不鍍金屬的情況下實現光線的反射。
【文檔編號】G02B5/124GK103675967SQ201210356271
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月24日 優先權日:2012年9月24日
【發明者】趙建平 申請人:趙建平