专利名称：一种改进的微棱镜逆反射材料结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种逆反射材料，更具体的说，本发明主要涉及一种改进的微棱镜逆反射材料结构。
背景技术：
逆反射材料又称为“回归反射材料”或“逆反射材料”。其包括逆反射油材料、逆反射标线、逆反射布、逆反射革、逆反射织带和逆反射安全性丝织物等。逆反射材料具有将入 射光反射回光源的特点，并且具有节省能源、绿色环保的优点，同时不受日照、天气等环境的影响，因此被广泛应用于交通指示牌、工程标识、广告展位、装饰、衣服等领域，特别是在交通警示标志和个人安全方面。而目前根据逆反射材料的结构不同分为两大类微珠阵列逆反射材料和微棱镜逆反射材料。一是微珠阵列逆反射材料，通常其反光层是由许多微珠均匀的嵌入在粘合层中，然后给微珠镀上相关的镜面反射或漫反射材料，以提高逆反射性能。其中采用玻璃微珠形的逆反射材料根据其物理原理和反光性能又分为柔韧级、工程级和高强级三类。柔韧级逆反射材料的反光性能较差，但具有良好的柔韧性，广泛应用于机动车牌照；工程级逆反射材料的反光性能比柔韧级略高，主要用来制造工程标志，高强级逆反射材料的反光强度高，逆反射性能好，主要用于制作交通标志。该类结构的逆反射光线在绕垂直于材料表面轴上均匀，但对于其他方向的效率不高，因此对入射光线方向敏感。二是微棱镜逆反射材料，其反射层是由类似立方体微棱镜反光单元结构组成的，其微棱镜反光单元是由三个两两互相垂直的反光面组成，根据反光面的不同分为截角微棱镜逆反射材料和完整微棱镜逆反射材料。截角微棱镜逆反射材料的反光面是直角三角形，而完整微棱镜逆反射材料的反光面是正四边形。随着超精密加工技术的发展，该结构的模具制造过程变得易于控制，并且加工单元尺寸从原来的几百微米逐渐缩小，因此这种结构已成为逆反射材料的重要发展方向。与传统微珠阵列相比，微棱镜具有反光面积大、逆反射效率高、安全耐磨等优良特性。微棱镜逆反射材料由于其卓越的逆反射性能，越来越广泛的被应用于各种交通道路安全设施、标志牌和车辆被动安全防护装置等领域。母模(亦称阳模)的制作是制造逆反射材料的第一步工序也是最重要的一道工序，母模的结构与设计的逆反射材料反光层结构是一模一样的。有了母模以后通过适当的技术(例如镍电铸技术)制造公模(也称作阴模)。然后利用公模来压制逆反射材料。目前母模制造的技术主要有三种针束捆绑技术、片式组合技术。针束捆绑技术的加工方法是对单个的反光单元加工，即对逆反射材料中的每一个独特的反光单元分别加工，然后把这些单个的反光单元捆绑在一起形成母模。这种技术灵活多变，但是工序多，操作复杂，捆绑成束的时候造成的误差也较大，这样使得逆反射材料的加工过程很复杂，成本很高。而片式组合技术这种加工方法是在片状母模基材上，用金刚石刀具切割出一列或两列反光单元，然后将这些不同的基片通过特定的方式组合在一起形成母模。这种加工方法相对于针束捆绑技术减少了很多的工序，减少了成本。整体加工技术是在一整块母模基材上进行加工，用一定数量的V形金刚石刀具按特定的方式切割形成反光单元。这种加工方法相对于针束捆绑技术和片式组合技术，制造母模所用的时间和工序是最少的。由于整体加工在制造母模时，V形金刚石刀具是沿着直线切割，因此有很高的精度，可以制造出微小的反光单元。在实际的运用中，标准的微棱镜逆反射材料具有很大的局限性。例如，光从汽车的车灯射向由反光材料制作的标志牌，然后被反光材料按原路反射回车灯，由于人的眼睛和车灯不在同一个位置，因此司机看不到标志。只有反射回来的光进入人的眼睛，标志才能被看到。因此，反射回来的光需要是一束发散的光，就像此前提到的反射光锥。在传统的反光材料中，形成光锥的方法有(1)利用反射元素工作面的不规则性(类似于漫反射)；(2)减小反射单元的几何尺寸，增强光的衍射效应；(3)改变反光单元的几何结构，使得反光单元的二个二面角偏尚正交关系。逆反射材料主要有四个性能指标，分别是广角性、各向异性、反射光锥均匀性、力口工性。入射光的方向用球坐标表示，是入射光与世界坐标系的Z轴的夹角，是入射光在世界坐标系中的方位角。所谓的广角性是指入射光的角不变，从0度变化到90度。每一个角对 应一个逆反射率，逆反射率与的关系称作广角性；各向异性是指入射角不变，角由0度变化到360度，同样每一个角对应一个逆反射率，与逆反射率的关系称作各向异性；反射光锥的均匀性是指反射回来的光均匀分布，形成理想的光锥，在规定范围内观测的光亮度是一致的；顾名思义，加工性是指制造逆反射材料的加工难度和加工精度。评判逆反射材料的性能通常以这四个指标作为依据。目前普遍做法是通过不同的结构设计来提高反光材料的性能，但在实际应用中仍然存在因反射结构单一，造成反射的范围效果不理想，希望找到更先进的结构设计和工艺加工方法来制造逆反射材料。
发明内容
本发明的目的之一在于解决上述不足，提供一种改进的微棱镜逆反射材料结构，以期望解决现有技术中微棱镜逆反射材料反射结构单一，反射光轮廓叠加范围不理想等问题。为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案本发明所提供的一种改进的微棱镜逆反射材料结构，包括反光层，所述的反光层中包括多个反光单元；所述反光层中还设置有多个反光二面角，反光单元由至少三个反光二面角的其中一面构成，至少三个反光二面角的另一面与其它反光二面角的其中一面构成与该反光单元相邻的另一个反光单元；所述的反光二面角由至少两个沟槽构成，且沟槽与构成其它反光二面角的沟槽组成呈相邻排列，且为多组的沟槽组，沟槽组中的多个沟槽与逆反射材料表面的法线之间存在不同角度的偏转量。进一步的技术方案是所述的同一组沟槽中的多个沟槽与逆反射材料表面的法线之间存在的不同角度的偏转量为朝同一方向呈等差数列的递增或递减，且同一组沟槽中至少有两个不同角度的偏转量。更进一步的技术方案是所述的沟槽截面呈V字型；所述的沟槽不同角度的偏转为顺时针方向偏转或逆时针方向偏转。更进一步的技术方案是所述的多组沟槽组为在同一水平方向下，分为三个不同的阵列沿三个方向呈相邻的直线排列，其中两个阵列的沟槽组为相互镜像对称的斜向直线排列，另一个阵列中的沟槽组为与水平线相平行的横向直线排列。更进一步的技术方案是所述的三个阵列中沟槽组中的多个沟槽的偏转量各不相同，且三个阵列中每组沟槽组中相邻沟槽递增或递减的角度偏转量范围不超过I度；所述的三个阵列中的沟槽数量相等。更进一步的技术方案是所述的二面角的截面角度为80至100度；所述的沟槽底部的截面角度为68至75度。 更进一步的技术方案是所述的每组沟槽组之间的间隙都相等。更进一步的技术方案是所述的反光单元为底面呈等边三角形的立方角锥。更进一步的技术方案是所述的微棱镜逆反射材料结构还包括主体透明层与密封层，所述的主体透明层置于反光层的上部，所述的密封层置于反光层的下部，且其上方设置用于支撑反光层的支座，所述的反光层下部与密封层之间设置有间隙。更进一步的技术方案是所述的主体透明层的上部还设置有透明保护层，密封层的下部还以此设置有粘接层与剥离纸层，所述密封层上方设置的支座的纵截面形状为平行四边形、三角形、矩形以及正六边形当中的任意一种。与现有技术相比，本发明的有益效果之一是通过不同偏转量的沟槽，构成具有不同角度二面角反射面的多个反射单元，使得反光层所形成的总反射光轮廓，是所有由沟槽二面角组成的微棱镜反光单元所形成反射光轮廓的叠加，并且可根据实际情况，选择不同角度偏转量的沟槽构成反光单元，使得逆反射材料最终形成的总反射光轮廓较为理想，同时本发明所提供的一种改进的微棱镜逆反射材料通过对微棱镜反光单元结构的优化改进，使得其在生产过程中可通过整体加工的方式制造母模，V形刀在切割工作面时是沿直线运动，因此可以精确的切割出反光单元的结构，另外相对于针束捆绑与基片组合生产微棱镜逆反射材料的技术而言，整体式的加工方式可以大大减少劳动力，有利于成本的控制。
图I为用于说明本发明实施例的反射材料层结构的示意图；图2为用于说明本发明实施例中的光锥形成示意图；图3为本发明一种实施例的反光层结构示意图；图4为图3中A处的放大图；图5为图3的B-B剖视图；图6为用于说明本发明一种实施例的密封层与反光层相连接的网状图；图7a为本发明实施例中单个反光单元的二面角没有发生变化时得到的光锥示意图；图7b本发明实施例中单个反光单元的一个二面角发生变化后时得到的光锥示意图；图7c本发明实施例中单个反光单元的两个二面角发生变化后时得到的光锥示意图；图7d本发明实施例中单个反光单元的三个二面角发生变化后时得到的光锥示意图8为本发明逆反射材料反光单元的详细图；图9为本发明实施例中得到的广角性仿真结果图；图10为本发明实例得到的各向异性仿真结果图；图11为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图；图12为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图；图13为本用于说明本发明的实施例的另一广角性仿真结果图；图14为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图；图15为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图； 图16为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图；图17为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图；图18为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图；图19为本用于说明本发明的实施例当中的发明光锥样式图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步阐述。图I示出了本发明反射材料的层结构，参考图I所示，本发明的第一种实施例是一种改进的微棱镜逆反射材料结构，其包括有反光层I、主体透明层2与密封层3，所述的主体透明层2置于反光层I的上部，所述的密封层3置于反光层I的下部，且密封层3的上方设置有用于支撑反光层I的支座31，所述的反光层I下部与密封层3之间设置有间隙4。逆反射材料通过其内部的反光层I形成类似于漫反射的光锥的效果，具体可参考图2所示，即入射光(入射光的方位角一般用Q、表不，0和是世界坐标系内的角)从一定的方向射入逆反光材料，然后以光锥的形式反射回来，光锥角用a表示，其大小一般不大于I度，返回的光分布在局部坐标系内的XY平面，把这些光点标在这个局部坐标上就形成了光锥样式图。对于前述实施例优选的方式是将二面角的截面角度为80至100度，最好为90度左右。再参考图I所示，根据本发明另一个实施例，上述主体透明层2的上部还设置有透明保护层5，密封层3的下部还以此设置有粘接层6与剥离纸层7，所述密封层3上方设置的支座31的纵截面形状可以在平行四边形、三角形、矩形以及正六边形当中进行选择，或者采用除前述形状以外的其它形状。再参考图3所示，根据本发明的另一实施例，作为本发明的关键，前述提到的反光层I当中设有多个反光单元11，多个反光单元11在反光层I中组成多个任意形状的子阵列，这些子阵列使得反光层I形成了独特的反光模式，形成的原因是在反光层I中还设置有多个呈A形的反光二面角12，反光单元11由三个反光二面角12的其中一面构成，三个反光二面角12的另一面与其它反光二面角12的其中一面构成与该反光单元11相邻的另一个反光单元11，确切的说，可以将本实施例中的反光单元11视为是一个底部被平均分为三份的等边三角形，并且高度为20微米的立方角锥；所述的反光二面角12由至少两个沟槽13构成，且沟槽13与构成其它反光二面角12的沟槽组成呈相邻排列，且为多组的沟槽组，沟槽组中的多个沟槽13与逆反射材料表面的法线之间存在不同角度的偏转量。图4是图3中A处的放大图，从图中可以发现一反光单元11是由三个反光面构成，这些面都是由V形刀切割而成。面与面相交形成反光单元的一个棱边，并形成一个反光二面角面D1-2 ；同样通过前述的方式即形成另一个反光二面角D2-3以及反光二面角D1-3。由于反光单元11的面是由沟槽13决定的，因此反光二面角12的大小是由对应的两个沟槽13所决定的。参考图5所示，根据本发明的另一个实施例，在上述所提到的多组沟槽组当中，同一沟槽组中的多个沟槽13与逆反射材料表面的法线之间存在的不同角度的偏转量为朝同一方向呈等差数列的递增或递减，且同一组沟槽组中的沟槽13中至少有两个不同的角度偏转量，在本发明不同的实施例中，具体可根据实际需逆反光轮廓叠加的范围，选择沟槽组 中以逆反射材料表面的法线为标准线进行角度偏转量的沟槽13数量和具体偏转角度，或者更直接的说，呈V型的沟槽13底部的角平分线与反射材料表面的法线之间的夹角呈等差数列的递增或递减。另外，根据本发明上述的实施例，从图I和图5也可以看出，要构成上述的二面角12与呈三角形的立方角锥，最简单的方式就是如上述说实施例中所述将沟槽13设置为V字型，上述沟槽13偏转的方式为沟槽13截面底部的脚平分线与逆反射材料表面的法线之间的偏转角度，而该角度偏转的方向可以为顺时针方向，也可以为逆时针方向，具体可以根据实际的反光需求和加工的难易程度进行选择。另外，前述所提到的沟槽13底部的截面角度为68至75度，本发明的发明人在通过多次实验后，认为沟槽13较佳的角度为70度32分。参考图6以及图3，根据本发明另一个优选的实施例，上述的多组沟槽组为在同一水平方向下，分为三个不同的阵列沿三个方向呈相邻的直线排列，其中两个阵列的沟槽组为相互镜像对称的斜向直线排列，另一个阵列中的沟槽组为与水平线相平行的横向直线排列。另外，结合前述对三个阵列中的沟槽13的具体描述，本发明与其相类似的另一个实施例是前述三个阵列的沟槽组中的多个沟槽13的偏转量各不相同，且为保证逆反射材料反射的光重叠扩大范围，因此在前述三个阵列中每组沟槽组中，相邻沟槽13递增或递减的角度偏转量范围不超过I度；另外，为保证反光单元I阵列的规则性，最好将三个阵列的中的沟槽13数量设置为相等，并且三个阵列中每一沟槽组之间的间隙都设置为相等，即沟槽13在反光层I中均匀分布，沟槽之间的间隙为25至1000微米。再如图7a、7b、7c、7d所示，描述的是在入射角0为20度、$为0度时，单个反光单元改变其反光面得到的光锥样式图。图7a描述的是一个反光单元没有改变二面角时得到的光锥样式图，此时反射回来的光严格按原路返回，反射光没有被发散；图7b描述的是一个反光单元中的一个二面角增大6分后，得到的光锥样式图，可以发现被反射的光被分成了两个不同方向的光，并且以入射光轴(就是指入射光的反方向的线)为轴线对称分布；图7c描述的的是一个反光单元中的两个二面角分别增大6分后，形成了四个点的光锥样式图，也分布在入射光轴的周围；图7d表示的是一个反光单元中的三个二面角分别增大6分后，得到了六个点的光锥样式图。逆反射材料的光锥样式图是由所有反光单元的光锥样式图的叠加。为了得到理想的光锥效果，可以通过偏转标准的沟槽13来改变反光单元的二面角，但无论如何偏转，每个沟槽的沟槽角均是恒定的70度32分，并且沟槽组中相邻沟槽13之间的间距相等。让同一沟槽组中相邻沟槽的偏转量成等差数列递增或递减，三个阵列中的都以相同的方式重复这些不同的部分沟槽(不同的沟槽数量一般不大于20)。其结果是微棱镜反光单元被划分为多个子阵列，每一个子阵列里有很多的非标准的反光单元，这些非标准的反光单元的二面角都接近90度，虽然这些反光单元的二面角不都是直角，但仍然被看作是微棱镜反光单元，因为它在形状和功能上类似于标准微棱镜反光单元。这些子阵列均是由逆反射材料中所有不同的微棱镜反光单元组成。这些子阵列构成了一种独特的反光模式，将入射光反射形成均匀的光锥。图8为本发明逆反射材料反光单元的详细图，图中的每一个三角形代表一个反光单元，在图中有两种三角形，分别是正三角形和倒三角形(例如I至15为正三角形，16至32为倒三角形)，我们称正三角形为正单元，倒三角形为倒单元。图中的每一个黑框代表一个的子阵列，每一个子阵列有32个不同的反光单元。子阵列中不同反光单元的个数是由重复不同沟槽的数量决定的，它们之间有这样的关系Q = 2L2，其中Q代表子阵列中不同反光单
元的个数，L代表重复不同沟槽的数量。下面，再采用四个实施例说明本发明的具体实验数据实施例一当上述公式中L为4时，一个子阵列有32个不同的反光单元。如图8所示，这32个不同的反光单元用不同的阿拉伯数字标记。沟槽之间的偏移量P为6分，这样的结果是第一个沟槽的角度偏转量为0，第二个沟槽的角度偏转量为6分，第三个沟槽的角度偏转量为12分，第四个沟槽的角度偏转量为18分。表I所列举的是沟槽的角度偏转量与反光单元二面角变化量的关系表I
权利要求
1.一种改进的微棱镜逆反射材料结构，包括反光层(1)，其特征在于所述的反光层(I)中包括多个反光单元(11);所述反光层(I)中还设置有多个反光二面角(12 )，所述反光单元(11)由至少三个反光二面角(12)的其中一面构成，至少三个反光二面角(12)的另一面与其它反光二面角(12)的其中一面构成与该反光单元(11)相邻的另一个反光单元(11);所述的反光二面角(12)由至少两个沟槽(13)构成，且沟槽(13)与构成其它反光二面角(12)的沟槽(13)组成呈相邻排列，且为多组的沟槽组，沟槽组中的多个沟槽(13)与逆反射材料表面的法线之间存在不 同角度的偏转量。
2.根据权利要求I所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的同一沟槽组中的多个沟槽(13)与逆反射材料表面的法线之间存在的不同角度的偏转量为朝同一方向呈等差数列的递增或递减，且同一组沟槽(13)中至少有两个不同角度的偏转量。
3.根据权利要求I所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的沟槽(13)截面呈V字型；所述的沟槽(13)不同角度的偏转为顺时针方向偏转或逆时针方向偏转。
4.根据权利要求3所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的多组沟槽组为在同一水平方向下，分为三个不同的阵列沿三个方向呈相邻的直线排列，其中两个阵列的沟槽(13)组为相互镜像对称的斜向直线排列，另一个阵列中的沟槽(13)组为与水平线相平行的横向直线排列。
5.根据权利要求4所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的三个阵列中沟槽组中的多个沟槽(13 )的偏转量各不相同，且三个阵列中每组沟槽组中相邻沟槽(13)递增或递减的角度偏转量范围不超过I度；所述的三个阵列中的沟槽(13)数量相等。
6.根据权利要求3所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的二面角的截面角度为80至100度；所述的沟槽(13)底部的截面角度为68至75度。
7.根据权利要求I或2所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的每组沟槽组之间的间隙都相等。
8.根据权利要求I所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的反光单元(11)为底面呈等边三角形的立方角锥。
9.根据权利要求I所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的微棱镜逆反射材料结构还包括主体透明层(2)与密封层(3)，所述的主体透明层(2)置于反光层(I)的上部，所述的密封层(3)置于反光层(I)的下部，且其上方设置用于支撑反光层(I)的支座(31)，所述的反光层(I)下部与密封层(3 )之间设置有间隙(4 )。
10.根据权利要求9所述的改进的微棱镜逆反射材料结构，其特征在于所述的主体透明层(2)的上部还设置有透明保护层(5)，密封层(3)的下部还以此设置有粘接层(6)与剥离纸层(7)，所述密封层(3)上方设置的支座(31)的纵截面形状为平行四边形、三角形、矩形以及正六边形当中的任意一种。
全文摘要
本发明公开了一种改进的微棱镜逆反射材料结构，属一种逆反射材料，包括反光层，所述的反光层中包括多个反光单元，多个反光单元在反光层中组成多个任意形状的子阵列；所述反光层中还设置有多个反光二面角，反光单元由至少三个反光二面角的其中一面构成，至少三个反光二面角的另一面与其它反光二面角的其中一面构成与该反光单元相邻的另一个反光单元；本发明所提供的一种改进的微棱镜逆反射材料通过对微棱镜反光单元结构的优化改进，使得其在生产过程中可通过整体加工的方式制造母模，另外相对于针束捆绑与基片组合生产微棱镜逆反射材料的技术而言，整体式的加工方式可以大大减少劳动力，有利于成本的控制。
文档编号G02B5/124GK102736150SQ20121020792
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者刁锐敏 申请人:绵阳龙华薄膜有限公司