CN105278015A - 一种双面微棱锥阵列的逆反射结构 - Google Patents

Abstract

一种双面微棱锥阵列的逆反射结构，基本结构单元为双面对准的微小三棱锥阵列，组成微棱锥的三个面的夹角均大于90度，光线从空气中经上三棱锥折射后进入下三棱锥，在下三棱锥表面发生多次全反射返回上三棱锥，再折射后沿原路返回，形成逆反射。本发明得到的逆反射结构具有逆反射角度大、大角度反射效率高以及微棱锥加工难度小等优点。

Description

一种双面微棱锥阵列的逆反射结构

技术领域

本发明涉及一种微光学结构，具体而言是以双面微棱镜阵列组成的逆反射结构。

背景技术

逆反射结构是指可以将不同角度入射到其表面的光线沿原路径折返回去的光学结构，以逆反射结构形成的器件具有非常广泛的用途，如道路交通指示、交警服饰中，将车灯光线沿入射方向返回有利于司机看清前方障碍，增强夜间行车安全性；平板显示中利用逆反射结构将背光源发出的光反射回去，提高光能利用，降低屏幕功耗等。现有的逆反射结构包括散射型玻璃微珠、微棱锥等。玻璃微珠的逆反射效率比较低，因此应用较为受限，目前认为逆反射效率最好的是微棱锥结构。目前的微棱锥逆反射结构都采用单面的微棱锥阵列结构形式，包括三棱锥、四棱锥等，组成棱锥的面彼此垂直，形成良好的逆反射效果。然而，单面的微棱锥结构仍然存在如下问题：逆反射的角度有限；大角度逆反时由于入射界面为平面，此平面会将大角度入射光线反射至其他方向，形成较大的反射损耗，降低逆反效率；组成微棱锥的面之间必须垂直，而这造成相邻棱锥之间的面的夹角较小，这为其加工带来很大难度，如毛刺现象等，因此现有的单面逆反结构加工成本较高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述背景技术的不足，提出了一种双面微棱锥阵列的逆反射结构，解决现有单面微棱锥逆反结构有效角度小、效率低、加工难度大等问题。

本发明所涉及的一种双面微棱锥阵列的逆反射结构，其结构特征如下：

(1)组成逆反射结构的材料为有机光学薄膜、有机光学玻璃或无机光学玻璃等透光性好的光学材料；

(2)逆反射结构的基本单元为双面微三棱锥，双面微三棱锥沿中间界面呈对准分布；微三棱锥的三个面的夹角均大于90度，具体角度关系如下：

$cos\frac{\mathrm{\β}}{2}=n{\mathrm{sin\θ}}_r---\left(1\right)$

$\mathrm{\α}+{\mathrm{\θ}}_r+\frac{\mathrm{\β}}{2}=\mathrm{\π}---\left(2\right)$

其中α,β,θ_r分别表示下三棱锥三个面的夹角、上三棱锥三个面的夹角和垂直入射光线经上三棱锥界面折射后的折射角，n表示光学材料的折射率；

(3)双面微三棱锥单元以阵列方式密排分布。

本发明所述的逆反射结构，其逆反射原理为：光线从空气中经上三棱锥折射后进入下三棱锥，在下三棱锥表面发生多次全反射返回上三棱锥，再折射后沿原路返回，形成逆反射。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)所提出双面微棱锥结构中上微棱锥可有效收集传统单面微棱锥结构无法逆反的大角度光线，将其折射至较小的角度，到达下微棱锥界面后发生全反射逆反。

(2)所提出双面微棱锥结构的上微棱镜界面对于大角度入射光线，其入射角小于传统单面微棱镜结构，因此上界面反射至其他方向的能量小，损耗低，逆反射效率高。

(3)所提出双面微棱锥结构中，组成每一个微棱镜的三个面夹角均大于90度，即比传统单面微棱镜大，因此若微棱镜口径相同，则加工深度更浅，相邻微棱镜之间的面的夹角更大，更易于加工，实现难度小、成本低。

附图说明

图1是本发明提出的双面微棱镜逆反结构的一个单元剖面示意图及其逆反射原理图；其中：11为结构的中间层，12为下微棱镜，13为上微棱镜，14为上微棱镜界面的法线，101、102、103、104、105为垂直入射光在结构中不同界面的光线示意图，111、112、113、114、115为大角度入射光在结构中不同界面的光线示意图。

图2为双面微棱锥结构一侧的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结和具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

实施例1

本实施例所涉及的一种双面微棱锥阵列的逆反射结构，其结构特征是：

(1)组成逆反射结构的材料选择为光学塑料PC，其折射率为n＝1.58；

(2)逆反射结构的基本单元为图1所示的双面沿中间对准的微三棱锥，微三棱锥通过密排形成阵列，阵列分布如图2所示；

(3)组成上微三棱锥的截面夹角为150度，根据公式(1)、公式(2)得到组成下微三棱锥的截面夹角为95.572度；

(4)对于相同材质的传统单面微三棱锥逆反结构，其可逆反的角度仅为±24.9度，而对于这一双面微三棱锥逆反结构，其可逆反的角度增加至±38.1度；且上三棱锥结构的存在使大角度入射光线在上表面的入射角度变小，反射到其他方向的强度变弱，因此逆反射的效率高；由于双面微三棱锥结构中两个棱锥的面面夹角均大于传统单面微棱锥90度的面面夹角，因此在加工上更易实现。

这一实施例说明本发明获得的逆反结构具有逆反角度大、逆反效率高、加工容易的特点，是一种性能优良、可低成本实现的逆反结构。

Claims (1)

1.一种双面微棱锥阵列的逆反射结构，其结构特征如下：

(1)组成逆反射结构的材料为有机光学薄膜、有机光学玻璃或无机光学玻璃等透光性好的光学材料；

(2)逆反射结构的基本单元为双面微三棱锥，双面微三棱锥沿中间界面呈对准分布；微三棱锥的三个面的夹角均大于90度，具体角度关系如下：

$cos\frac{\mathrm{\β}}{2}=n{\mathrm{sin\θ}}_r---\left(1\right)$

$\mathrm{\α}+{\mathrm{\θ}}_r+\frac{\mathrm{\β}}{2}=\mathrm{\π}---\left(2\right)$

其中α,β,θ_r分别表示下三棱锥三个面的夹角、上三棱锥三个面的夹角和垂直入射光线经上三棱锥界面折射后的折射角，n表示光学材料的折射率；

(3)双面微三棱锥单元以阵列方式密排分布。