CN107918168A - 用于车辆的具有压印衍射膜的彩虹色徽章及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造彩虹色徽章的方法包括：将衍射光栅压印至聚合物膜中以形成衍射膜；将衍射膜放置在模具中；以及在衍射膜上方，将半透明聚合物材料注入模具中以形成车辆徽章。此外，衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。另一种制造彩虹色徽章的方法包括：加热位于模具中的衍射膜；施加真空以形成抵靠在模具表面的膜；以及在模具表面上方注射半透明聚合物材料以形成车辆徽章。此外，衍射膜包括聚合物材料和衍射光栅，衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。

Description

用于车辆的具有压印衍射膜的彩虹色徽章及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请是根据美国法典第35章第120条要求于2016年4月19日提交的、标题为“用于车辆的彩虹色徽章及其制造方法”的专利申请号为15/132,732的美国专利申请的优先权和权益的部分继续申请，其公开的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明总体涉及用于车辆的彩虹色徽章、装饰和其他外部表面及其制造方法，更具体地，涉及具有宝石般外观的车辆徽章。
背景技术
汽车发烧友及豪华和高端车辆的所有者正不断地要求与这些车辆的高成本至少部分相称的新的美感。车辆徽章可以被设计为反映特定车型的豪华和高端本质。例如，某些具有宝石般外观的徽章的车型可能更能满足车辆爱好者和所有者的需要。
将宝石和/或贵金属直接包含在车辆徽章中在某些方面可以满足这些需求。这些元件可能封闭在半透明徽章内以获得豪华的外观。然而，仅仅将宝石和贵金属加入传统徽章中将大大增加徽章的成本，并且除了对成本最不关心的汽车发烧友以外，几乎所有人都可能反对显著增加的这些材料的成本。另外，将宝石和/或贵金属包含在车辆徽章中增加其将被盗窃者作为窃取目标的可能性。
其他提升车辆徽章美感的方法一直集中于在模制的塑料部分(molded plasticpart)中仿制钻石和宝石的外观。例如，制造尝试近似真实钻石和宝石的外观的刻面(faceted)塑料徽章是可行的。不幸的是，这种方法的结果并不乐观。通常，这种徽章显得像人造宝石并且可能会降低豪华车辆的整体美感而不是提升其美感。
因此，需要车辆徽章、装饰和其他外部表面(及其制造方法)，其呈现出彩虹色或宝石般的外观但不会使与该外观提升相关的成本显著增加。另外，即使暴露在典型的车辆环境，这些彩虹色车辆徽章应当在车辆寿命内保持它们的外观。进一步地，如果这些徽章作为具有预计大制造量的终端产品用于车辆应用中，应当适用于低成本制造方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种彩虹色车辆徽章，彩虹色车辆徽章包括具有非平面形状且包括内部和外部表面的半透明聚合物徽章。进一步地，徽章的至少一个表面是非平面的且包括与徽章一体的衍射光栅，光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
根据本发明的另一个方面，提供一种彩虹色车辆徽章，彩虹色车辆徽章包括具有非平面形状且包括内部和外部表面的半透明聚合物徽章。进一步地，徽章的至少一个表面包括与徽章一体的多个衍射光栅，每个衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
根据本发明的又一个方面，提供一种制造彩虹色车辆徽章的方法，该方法包括步骤：形成具有对应于徽章的内部和外部表面的模具表面的模具；烧蚀至少一个模具表面以形成衍射光栅模具表面；以及在具有聚合物材料的模具表面上形成具有衍射光栅的徽章，衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
根据本发明的一个附加方面，提供一种彩虹色车辆徽章，彩虹色车辆徽章包括半透明聚合物徽章，半透明聚合物徽章包括内部和外部表面，徽章由多个部分形成。进一步地，至少一个表面是平面或非平面的且包括衍射光栅，衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
根据本发明的又一个方面，提供一种制造彩虹色车辆徽章的方法，该方法包括步骤：将衍射光栅压印至聚合物膜中以形成衍射膜；将衍射膜放置在模具中；以及将半透明聚合物材料注入模具中和衍射膜上以形成车辆徽章。进一步地，衍射光栅包括具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
根据本发明的一个附加方面，提供一种制造彩虹色徽章的方法，该方法包括步骤：加热位于模具中的衍射膜；施加真空以形成抵靠在模具表面的膜；以及在模具表面注射半透明聚合物材料以形成车辆徽章。进一步地，衍射膜包括聚合物材料和具有250nm至1000nm的厚度以及50nm至5微米周期的衍射光栅。
通过学习以下说明书、权利要求、以及附图，本领域技术人员将理解和领会本发明的这些和其他方面、目标和特征。
附图说明
在附图中：
图1是根据本公开的一个方面的固定在车辆的前面的彩虹色车辆徽章的正面立体图；
图2是根据本公开的一个方面的彩虹色车辆徽章的自顶向下的平面示意图；
图2A是图2中示出的徽章沿线IIA-IIA截取的截面示意图；
图2B是并入在图2中示出的徽章的内表面中的衍射光栅的放大截面示意图；
图2C是图2中示出的徽章当设置有衍射膜时沿线IIC-IIC截取的截面示意图；
图2D是并入在图2中示出的徽章的内表面中的衍射膜的放大截面示意图；
图3是根据本公开的一个方面，具有非平面外表面和内表面的彩虹色车辆徽章的自顶向下的平面示意图；
图3A是图3中示出的徽章沿线IIIA-IIIA截取的截面示意图；
图3B是并入在图3中示出的徽章的非平面的内表面中的衍射光栅的放大截面示意图；以及
图3C是图3中示出的徽章当设置有衍射膜时沿线IIIC-IIIC截取的截面示意图；
图3D是并入在图3中示出的徽章的内表面的衍射膜的放大截面示意图；
图4是具有变化周期的衍射光栅的放大截面示意图；
图5是用于将衍射光栅压印至聚合物膜以形成衍射膜的压印工艺及装置示意图；
图6是用于制造如图2至图2D以及图3至图3D所示的彩虹色车辆徽章的嵌件模塑工艺的示意图；以及
图7是用于制造如图2至图2D以及图3至图3D所示的彩虹色车辆徽章的真空辅助嵌件模塑工艺的示意图。
具体实施方式
出于说明的目的，词语“上”、“下”、“左”、“右”、“后”“前”、“垂直”、“水平”、“内部”、“外部”、“车辆前面”、“车辆后面”及其派生词语应当依据图1中所定向的实用新型。然而，除非明确做出相反说明，本实用新型可采取各种替代的定向。还应理解的是在附图中示出且在下列说明书中描述的具体设备和组件仅仅为权利要求书中限定的发明构思的示例性实施例。因此，涉及本文所公开的实施例的具体尺寸以及其它物理特征不应视为限定，除非权利要求中作了其他明示。
本公开描述的是用于车辆的彩虹色徽章、装饰以及其他外部表面(统称为“彩虹色车辆元件”)(及其制造方法)。彩虹色车辆元件包括与元件(例如，徽章构件)的主要组件一体的一个或多个衍射光栅，每个衍射光栅为元件提供闪耀和虹彩。可选地，衍射光栅是连接、粘合或以其他方式并入徽章构件或类似主要元件中的膜的部分。可以在光栅中增加或调节不同微观特征以实现变化的美学效果。光栅还可以并入车辆元件的不同区域以获得其他变化的美学效果。这些光栅还可以压印至随后并入徽章构件中的膜中。进一步地，这些彩虹色徽章、装饰以及其他彩虹色车辆元件可被注射模塑为一个部分，并且通常成本仅仅略微高于传统徽章和装饰。另外，这些徽章、装饰以及其他相关车辆元件在有或没有真空辅助的情况下，可由两个或更多部分(例如，徽章构件和衍射膜)嵌件模塑，而且工艺成本仅仅略微高于用于传统徽章和装饰的工艺成本。
参考图1，根据本公开的一个方面，提供了一种固定至车辆前面的彩虹色车辆徽章100、100a的前立体图。如所描述的，徽章100、100a的特征在于在环境照明下(例如来自阳光)呈现彩虹色或宝石般的外观。设置在膜中或作为膜的一部分的一个或多个衍射光栅20(参考图2和图3)提供彩虹色或宝石般的外观，其中膜包括徽章100、100a的外和/或内表面。
如图2中所示，彩虹色车辆徽章100可包括半透明、聚合物徽章构件10。徽章构件10包括一个或多个外表面12以及一个或多个内表面14。在一些方面，徽章构件10的特征在于在可见光光谱(例如，390nm至700nm)范围内具有85％或更多的光学透射率。优选地，徽章构件10的特征在于在可见光光谱范围内具有90％或更多的光学透射率，以及更优选地，具有95％或更多的光学透射率。进一步地，徽章构件10可以是光学清晰的而没有实质着色。在其他实施例中，徽章构件10可以着色(例如，具有一种或更多种颜色，呈烟雾状效果，或其他渐变或有意的非均匀性)和/或在它的外表面12和/或内表面14上固定一个或多个滤光片，以获得期望的色彩(例如，蓝色、红色、绿色等)或其他效果。
再次参考图2，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10由聚合物材料制成。这些聚合物材料包括热塑性和热固性聚合物材料，例如，硅树脂、丙烯酸树脂以及聚碳酸酯。在一些实施例中，用来制造徽章构件10的前体材料被选择为在诸如注射模塑的模塑工艺期间具有高流速和/或低粘度。在其他实施例中，当采用诸如嵌件模塑的对粘度依赖较小的工艺时，基于成本或其他考虑，用来制造徽章构件10的前驱材料被选择为具有较高粘度等级。在某些方面，例如玻璃微球和微粒的填充物(未示出)可作为基质添加至聚合物材料以形成徽章构件10而对构件的光学性质不会造成显著的损害。这些填充物可以为彩虹色车辆徽章100提供增加的耐用度和/或附加的美学效果。优选地，根据填充物的性质和期望的效果(例如，增强的耐用性、增加的光学散射等)，添加体积在1％至15％范围内的玻璃填充物。
根据徽章的性质、车辆标志或其他设计考虑，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10可以呈现多种形状中的任一种。例如，在一些实施例中，徽章构件10的一个或多个外表面和内表面12、14为平坦的(例如，刻面(faceted))、非平面的、弯曲的或以其他形状为特征。本领域的那些普通技术人员还应当理解，外表面和内表面12、14的特征在于可以具有平面特征的部分和具有非平面特征的部分。例如，如图2和图2A所示，徽章构件10具有包括如截面中示出的衍射光栅20的平坦的(例如，刻面)的外表面和内表面12、14，同时在形成车辆徽章100的整体设计中具有一些弯曲部分。
仍然参考图2，在优选实施例中，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10可以由单个部件组成。例如，徽章构件10可以由单个模具形成为具有一体衍射光栅20的单件。在其他方面，构件10可以由多个零件形成，优选地各零件相连接而不会对构件10的整体光学性能产生显著损害。例如，在其中一些实施例中，车辆徽章100包括徽章构件10以及一个或多个衍射膜13和15(参考图2C、图2D)。
现参考图2A，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10的外表面12和内表面14包括一个或多个衍射光栅20，优选地，一个或多个衍射光栅20与徽章构件10一体形成。如图2A中示例性方式所示出的，彩虹色车辆徽章100包括徽章构件10，徽章构件10具有分别在外表面12和内表面14的平坦部分上的外和内表面衍射光栅22、24。车辆徽章100的一些方面包括具有一个或多个衍射光栅20的徽章构件10，其中，一个或多个衍射光栅20是位于外部表面12的一个或多个平面部分上的外部表面光栅22的形式。车辆徽章100的其他方面包括具有一个或多个衍射光栅20的徽章构件10，其中，一个或多个衍射光栅20是位于内部表面14的一个或多个平面部分上的内部表面光栅24的形式。
另外，如图2C所示，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10的外表面12和内表面14可以包括一个或多个衍射膜13、15，每个衍射膜均包括一个或多个衍射光栅20。衍射膜13、15可以是层、薄片、膜、或以连接或其他方式制造以与徽章构件10一体的类似结构的形式。另外，衍射膜13、15的厚度可以是约0.1mm至约1cm。优选地，衍射膜13、15的厚度是约0.1mm和5mm之间，进一步地，如图2C中所示，衍射膜13、15可以包括分别位于外和内表面12、14的平面部分上的相应外部和内部表面衍射光栅22、24。在一些实施例中，徽章构件10仅包括一个衍射膜：外部衍射膜13或内部衍射膜15。
如图2B和2D中以截面形式示意性示出的，彩虹色车辆徽章100(参考图2)的徽章构件10的衍射光栅20在微观水平形成。在实施例中，衍射光栅20(即，包括外部和内部表面衍射光栅22、24)具有250nm至1000nm范围内的厚度38。衍射光栅20的厚度38例如应该保持在250nm至1000nm范围内，以确保基于直接环境光的照射，彩虹色车辆徽章100(参考图2和图2A)通过光衍射呈现出宝石般外观，而在非直接环境光下对徽章10的光学清晰度还具有最小的影响。优选地，衍射光栅20的厚度38在390nm至700nm范围内。在其他实施例中，衍射光栅20的厚度38在500nm至750nm范围内。进一步地，在一些实施例中，将压碎的、反射的晶体(例如，压碎的硅酸盐玻璃粉末)添加到衍射光栅20以提高或另外改变光栅20的宝石般外观。优选地，当衍射光栅20并入至衍射膜13和/或15时(参考图2C和2D)，将压碎的、反射的晶体添加到衍射光栅20。
如还在图2B和图2D中示意性地示出，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10内的衍射光栅20的凹槽可设置成多种形状以衍射入射光且产生彩虹色和宝石般的外观。如图2B和图2D中以示例的形式示出的，光栅20具有锯齿或三角形的形状。在三维空间中，这些光栅20可呈现为具有没有角度特征(angular feature)(即，在与图2B和图2D所示方向垂直的方向上)的阶梯或锯齿形状、椎体形状、或者阶梯和锥体形状的某种结合。衍射光栅20的其他形状包括山形特征(未示出)，例如，具有一个或多个弯曲特征的阶梯特征。衍射光栅20还可以包括具有三角形和山形特征的组合的部分。更具体地，光栅20的形状应当使得衍射光栅20的每个光栅、齿或凹槽的一个或多个部分存在至少15度的有效闪耀角θB。闪耀角θB是阶梯法线(即，垂直于光栅20的每个阶梯或齿的方向)与具有光栅20的外部和内部表面12、14的法线40的方向之间的角度。
通常，最优化闪耀角θB以使入射光(一般为周围阳光)的波长的效率最大化，以确保最大的光强度集中在一个或多个衍射级，而使其他级中的剩余光强度(例如，表示环境光本身的零级)最小化。将外部和内部表面衍射光栅22、24(参考图2A和图2C)位于外部和内部表面12、14的平面部分或平面(例如，如图2A和图2C中以示例形式示出的，衍射光栅24位于内部表面14的平面部分上)的优势是恒定的闪耀角θB和周期36将导致由衍射光栅产生一致的反射光和衍射光。彩虹色车辆徽章100(参考图2)的设计者将利用这种一致性以确保特有的宝石般效果对相对于徽章100的不同位置和距离的个体均可见。
如图2B和图2D中还示意性示出的，彩虹色车辆徽章100的徽章构件10的衍射光栅20的特征在于一个或多个周期36(在衍射光栅标准术语中也被称为d)。在车辆徽章100(参考图2)的大部分方面中，衍射光栅20的周期36保持在约50nm和约5微米之间。通常，给定衍射光栅20可以衍射的最大波长等于周期36的两倍。因此，具有保持在约50nm和约5微米之间的周期36的衍射光栅20可以衍射100nm到约10微米的光学范围内的光。在优选实施例中，衍射光栅20的周期36保持在约150nm至约400nm，确保衍射光栅20可以有效地衍射在约300nm至约800nm的光学范围内的光，从而基本覆盖了可见光谱。
再次参考图2B和图2D，沿徽章构件10的内部表面14的部分的内部表面衍射光栅24以示例的形式示出。入射光50(通常为环境光、太阳光)以入射角α入射在具有厚度38、周期36以及闪耀角θB的锯齿状衍射光栅24上。更具体地，入射光50中以入射角α投射至光栅24的部分(优选地，一小部分)以相同的角度α被反射为反射光50r，并且入射光50的其余部分以对应于衍射光60n、60n+1等的特定波长衍射，其中，衍射光60n、60n+1等以对应的衍射角βn、βn+1等衍射。根据标准衍射光栅术语，反射光50r表示零级(即，n＝0)并且衍射光60n、60n+1等表示n级衍射，其中n为对应于反射或衍射光的特定波长的整数。
诸如在图2B和图2D中以放大的示意性形式示出，内部表面光栅24由于它们受到保护的位置在彩虹色车辆徽章100(参考图2、图2A以及图2C)内是有优势的。特别地，这些光栅24由于位于徽章构件10的背面上，所以通常免受损坏、蚀变和/或磨损。假设入射光50必须穿过构件10到达光栅24，并且假设衍射光60n、60n+1等还必须穿过构件10以产生虹彩效应，由于构件10内的光吸收，光栅24的衍射效率可稍微低于外部表面光栅22的衍射效率(参考图2A和2C)。另一方面，外部表面光栅22由于设置在构件10的外部表面12内，比内部表面光栅24更容易受到损坏、蚀变和/或磨损。因此，车辆徽章100的优选实施例包括外部和内部表面衍射光栅22、24两者以平衡衍射效率和耐磨度。
参考图3至图3D，根据本公开的一个方面，示出了彩虹色车辆徽章100a，彩虹色车辆徽章100a包括具有非平面的外部和内表面12a、14a的半透明、聚合物徽章构件10a。图3、图3A和图3C中示出的彩虹色车辆徽章100a与图2、图2A和图2C中示出的彩虹色车辆徽章100相似，因此相似标号的元件具有相同的结构和功能。徽章100a和徽章100之间的主要区别在于，前者具有徽章构件10a，徽章构件10a具有内部和外部表面12a、14a的非平面部分(或表面12a、14a在其整个表面区域内都是基本非平面的)以及位于这种非平面部分上的衍射光栅20a(或位于衍射膜13a和/或15a内，如图3C所示)。相反，车辆徽章100具有徽章构件10，徽章构件10具有位于外部和内部表面12、14的平坦部分上(或位于衍射膜13和/或15内，如图2C所示)的衍射光栅20。通过使衍射光栅20a位于内部和外部表面12a、14a的非平面的部分上，使用徽章100a可获得与那些使用徽章100不同的特定的宝石般和虹彩效应。然而，在其他所有方面，彩虹色车辆徽章100和100a具有相同的结构和功能。
参考图3A，彩虹色车辆徽章100a包括具有一个或多个衍射光栅20a的徽章构件10a。进一步地，衍射光栅20a包括分别位于构件10a的外部和内部表面12a、14a的非平面部分内或上方的外部和内部表面衍射光栅22a和24a。车辆徽章100a的一些方面包括具有一个或多个衍射光栅20a的徽章构件10a，一个或多个衍射光栅20a以位于外部表面12a的一个或多个非平坦部分的外部表面光栅22a的形式存在。车辆徽章100a的其他方面包括具有一个或多个衍射光栅20a的徽章构件10a，一个或多个衍射光栅20a以位于内部表面14a的一个或多个非平坦部分的内部表面光栅24a的形式存在。
另外，如图3C所示，彩虹色车辆徽章100a的徽章构件10a的外部和内部表面12a、14a可以包括一个或多个衍射膜13a、15a，每个衍射膜包括一个或多个衍射光栅20a。衍射膜13a、15a可以是层、薄片、膜、或以连接或其他方式制造以与徽章构件10a成一体的类似结构的形式。另外，衍射膜13a、15a的厚度可以是约0.1mm至约1cm。优选地，衍射膜13a、15a的厚度是在约0.1mm和5mm之间。进一步地，还如图3C中所示，衍射膜13a、15a可以包括分别位于外部和内部表面12a、14a的非平坦部分上的相应外部和内部表面衍射光栅22a、24a。在一些实施例中，徽章构件10a仅包含一个衍射膜，外部衍射膜13a或内部衍射膜15a。
现参考图3B和图3D，彩虹色车辆徽章100a的徽章构件10a内的衍射光栅20a的截面图与图2B和图2D中的衍射光栅20的截面图相似。在图3B和图3D中，入射光50(通常为环境光、太阳光)以入射角α入射在具有厚度38、周期36以及闪耀角θB的锯齿状衍射光栅24a(一些元件在图3B和图3C中未明确示出，但可参考图2B和图2D)。更具体地，入射光50的以入射角α投射在光栅24a的部分(优选地，一小部分)以相同的角度α反射为反射光50r(一些元件在图3B和图3C中未明确示出，但可参考图2B和图2D)，而入射光50的其余部分以对应于衍射光60n、60n+1等特定波长的衍射，并且衍射光60n、60n+1以对应的衍射角βn、βn+1(参考图2B和图2D)等衍射。根据标准衍射光栅术语，反射光50r(参考图2B和图2D)表示零级(即，n＝0)而衍射光60n、60n+1等表示n级衍射，其中n为对应于反射或衍射光的特定波长的整数。假定内部表面14a为图3B和图3D中示出的徽章10a中的非平面，即使当闪耀角θB(图3B和图3D中未示出，可参考图2B和图2D)以及周期36保持不变，入射光50以稍微不同的角度入射在每个齿上。结果，衍射光栅20a的每个齿可产生在唯一或不同衍射级的衍射光。例如，如图3B和图3D中所示，衍射光栅的一个齿可产生衍射光60n和60n+1，而另一不同的齿可产生衍射光60n+2和60n+3，所有这些衍射光均来自同一入射光50。因此，内部表面衍射光栅24a，更一般地，衍射光栅20a可以有利地在徽章100a(参考图3、图3A和图3C)的小区域内产生具有波长大范围变化的宝石般效果。
还应当理解的是，在一些实施例中，将压碎的、反射晶体(例如，压碎的硅酸盐玻璃粉末)添加到衍射光栅20a以提高光栅20a的宝石般外观。优选地，当衍射光栅20a并入或其他方式形成在衍射膜13a和/或15a中(参考图3C和图3D)时，将压碎的、反射晶体添加到衍射光栅20a。
现参考图4，根据本公开的一个方面，以截面图的形式示出了可以应用在彩虹色车辆徽章100，100a(或与本公开的原理一致的其他徽章)中的具有变化的周期(例如，同时包括一组周期)的衍射光栅120。衍射光栅120在大多数方面与图2至图2D和图3至图3D中示出的衍射光栅20，20a相似，相似标号的元件具有相同的结构和功能。衍射光栅120与衍射光栅20，20a的区别在于，衍射光栅120在同一光栅中包含变化的周期。具体地，衍射光栅120可以具有两组或更多组的齿或凹槽，每个齿或凹槽均具有产生唯一或不同衍射级的光的特定周期(例如，周期136a)。如图4中以示例的形式示出的，光栅120被配置为具有三个周期：周期136a、周期136b以及136c。衍射光栅120的具有周期136a的一组齿可以产生衍射光60n和60n+1，具有衍射周期136b的另一组齿可以产生衍射光60n+2和60n+3，以及具有周期136c的第三组齿可以产生衍射光60n+4和60n+5，所有这些衍射光均来自同一入射光50。因此，衍射光栅120无论应用在组件10、10a(参考图2A、图2C、图3A和图3C)的内部和/或外部表面12、12a、14、14a(参考图2A和图3A)上，都可以有利地在徽章100、100a(参考图2A、图2C、图3A和图3C)的包含这样的光栅的不同区域内产生具有波长大范围变化的宝石般效果。
在一些方面，衍射光栅120包括在二至十之间的离散值或更优选地，在二至五之间的离散值变化的变化周期。根据另一方面，具有变化周期的衍射光栅120可以应用在徽章构件10、10a的外部和/或内部表面12、12a、14、14a的一个或多个部分，而具有恒定周期的一个或多个衍射光栅20、20a可应用在徽章构件10、10a的外部和/或内部表面的其他部分，以形成由应用光栅的车辆徽章100、100a产生的引人注意、宝石般的效果。在另一实施例中，衍射光栅120包括变化周期，该变化周期在任意个数值之间变化，并且仅受光栅120的整体尺寸和/或通过精确控制模具尺寸来形成这样的变化的处理能力的限制。
转回到彩虹色车辆徽章100、100a，更一般地，可选的涂层(未示出)可施加在徽章构件10、10a的外部表面12、12a上方。例如，光学透明的密封层(例如，聚氨酯密封)可以施加在这样的外部表面上，以对徽章100、100a(特别是包含在这些徽章的外部表面内的任意衍射光栅20、20a)进一步增加机械和/或紫外光保护。有利地，附加的、相对薄的保护涂层可保护衍射光栅，同时使将光栅置于徽章的外部表面而在由徽章100、100a获得的衍射效率和整体虹彩方面的益处保留。
在彩虹色车辆徽章100、100a的另一方面，可选地背板或背层可应用到这些徽章的徽章构件10、10a的内部表面14、14a上。根据徽章100、100a所期望的美学效果，这种背板或背层可以是会反射的(例如，似镜面的)或不会反射的(例如，光散射)。类似的，背板或背层可以是白色、灰色、黑色或任一可以想到的颜色。例如，徽章设计者可以采用红色背板以产生红色色调的彩虹色，其中徽章100、100a设置在具有这种徽章的蓝色车辆的发动机盖上。
根据本公开的另一方面，提供一种制造彩虹色车辆徽章(例如，彩虹色车辆徽章100、100a)的方法，该方法包括形成模具的步骤，模具具有对应于徽章的内部和外部表面(例如，外部和内部表面12、12a、14、14a)的模具表面。优选地，该步骤中形成的模具由足够承受与将适用于彩虹色车辆徽章的徽章构件(例如，构件10、10a)注射模塑有关的温度和环境条件的金属或金属合金制成。在优选实施例中，实施形成模具的步骤以使模具能够注射模塑单件的徽章构件10、10a。
制造彩虹色车辆徽章的方法还包括烧蚀至少一个模具表面，以形成一个或多个衍射光栅模具表面。例如，实施烧蚀步骤以形成一个或多个这种旨在对应于衍射光栅(例如，光栅20、20a和120)的衍射光栅表面，而衍射光栅旨在包含在徽章(例如，徽章100、100a)的外部和内部表面的部分中。在优选实施例中，使用激光烧蚀工艺来实施烧蚀步骤。考虑到激光烧蚀工艺能够将微观特征精确地烧蚀至金属和金属合金模具表面内，激光烧蚀工艺(例如，采用来自Georg Fischer有限公司的AgieCharmilles Laser P激光切割装置)尤为适合在模具中形成衍射光栅模具表面。
再次参考制造彩虹色车辆徽章的方法，该方法还包括在具有聚合物材料(例如，具有高流速的光学透明硅树脂)的模具表面中形成具有衍射光栅(例如，衍射光栅20、20a和120)的徽章(例如，徽章100、100a)，其中，衍射光栅在具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。优选地，使用注射模塑工艺来实施形成徽章的步骤。在优选的方面，在形成徽章的步骤之前，加热模具中接近一个或多个衍射光栅模具表面的部分。向模具的这些部分增加额外的热量用于进一步减小聚合物材料的粘度，以使它可以在衍射光栅模具表面的非常小的范围内流动。
现参考图5，以示意的形式示出压印装置150，压印装置150可用来将衍射光栅20、20a压印至聚合物膜中以形成衍射膜13、13a、15、15a。更具体地，聚合物膜160可以如图所示储存在卷轴152上。然后，聚合物膜160可以通过一个或多个牵引滚筒(roller)154馈送和传送。然后，牵引滚筒154可以用来伸展聚合物膜160且使其缓慢前进(work)以去除褶皱以及其他微观缺陷。然后，获得的伸展的聚合物膜165可以馈送至如图所示地一对压印滚筒156。压印滚筒156可以由金属合金制成。一个或多个压印滚筒156可以被设置为压着伸展的聚合物膜165以将衍射光栅20、20a压印至膜内，从而形成具有压印的衍射光栅的聚合物膜170。接下来，通过一个或多个牵引滚筒154馈送包含衍射光栅20、20a的聚合物膜170，以进一步伸展膜并且去除膜中形成(例如，在压印步骤)的其他褶皱或缺陷。另外，在一些实施例中，可将压碎的、反射的晶体(例如，压碎的硅酸盐玻璃粉末)添加至膜(现在包含衍射光栅20、20a)，以提升或在其他方面改进光栅20、20a的宝石般外观。优选地，在光栅20、20a合并至伸展的聚合物膜165以及最终的衍射膜13、13a、15、15a(参考图2C、图2D、图3C和图3D)过程中或之前，通过牵引滚筒154和/或压印滚筒156将压碎的、反射的晶体添加到衍射光栅20、20a。
最后，包含衍射光栅20、20a的伸展的聚合物膜170可以使用冲切装置180进行分段，并且放置在如图5所示的接收器190中。这些分段的膜可以作为衍射膜13、13a、15、15a(同样参考图2C和图3C)。在一些方面，使用下面概述的嵌件模塑工艺200(参考图6)，这些衍射膜可以用来制造彩虹色车辆徽章100、100a。在其他方面，具有压印的衍射光栅20、20a的聚合物膜170在压印装置150中不切割或分段；相反，使用如下图7中同样概述的真空辅助、嵌件模塑工艺300，具有衍射光栅20、20a的连续或半连续的聚合物膜170可以作为膜(例如，膜313)传送至模具，以制造彩虹色车辆徽章100、100a。
重新参考图5中示出的压印装置150的压印滚筒156，这些滚筒中的一个或多个包括衍射光栅图案。优选地，使用激光蚀刻工艺将衍射光栅图案蚀刻至滚筒内。就压印装置150包括不具有衍射光栅图案的一个或多个压印滚筒156的情况而言，缺少衍射光栅图案的这些滚筒应当抛光至较低的表面粗糙度。更为一般地，配置在压印滚筒156上的衍射光栅图案是旨在压印在衍射膜13、13a、15和/或15a内的特定的、期望的衍射光栅20、20a的负片(negative)。由于伸展的聚合物膜165通过这些滚筒156传送，这些滚筒上的衍射光栅图案压靠在膜上以压印膜或以其他方式赋予膜期望的衍射光栅20、20a。
再次参考图5中示出的压印装置150以及它的相关的压印工艺，该装置仅是本公开示例性的方面。本公开的其他实施方式指的是压印装置150及其相关压印工艺的变型。例如，压印装置150可以包括多组压印滚筒156，压印滚筒156的一些或全部可以包括用于将衍射光栅20、20a压印至聚合物膜165中的衍射光栅图案。又例如，压印装置可以包括一个或多个加热元件以辅助由牵引滚筒154实现的伸展操作。当膜穿过牵引滚筒154时，这种加热元件(例如，对流加热器、红外线加热器等)可以放置在相对紧密靠近膜165或膜170的位置处。更进一步地，当衍射光栅20、20a压印至伸展的聚合物膜165时，为了改变与衍射光栅20、20a相关的位置和/或结构，压印装置150的一些实施例可以包括能够例如通过控制器(未示出)来移动和调节的压印滚筒156。更具体地，当可调节压印滚筒156用来压印伸展的聚合物膜170时，可移动可调节的压印滚筒156以改变衍射光栅图案的压力和/或相对位置。以这种方式，唯一的衍射光栅20、20a可以被压入伸展的聚合物膜170，并且最终形成衍射膜13、13a、15、15a。
现参考图6，以示意图的形式示出了用于制造彩虹色车辆徽章100、100a(例如，如图2至图2D以及图3至图3D所示的)的嵌件模塑工艺200。在步骤240中，包含一个或多个衍射光栅20、20a的衍射膜13、13a、15、15a(参考图2C和图3C)放置在模具的两半222、224内。如前已提到的，衍射膜13、13a、15、15a可以由如前所述以及如图5所示的压印装置150制成。如图所示，在嵌件模塑工艺200的步骤245中，模具的两半222、224封闭衍射膜13、13a、15、15a。此时，开始工艺200的步骤250，这涉及将聚合物材料210(优选地，半透明聚合物材料)注入所示的封闭的模具两半222、224。在一些实施例中，聚合物材料210是硅树脂、腈纶、聚碳酸酯或这些材料的组合。进一步地，在一些方面，聚合物材料210具有与衍射膜13、13a、15、15a中所采用的材料相同和相似的组成。优选地，聚合物材料210在步骤250开始的过程中或之前加热，并且在高于环境压力的压力下注入模具的两半222、224。可选择地，在开始步骤250期间和之前加热模具的两半222和224。在步骤250期间，聚合物材料210在衍射膜13、13a、15、15a上流动以形成徽章构件10、10a。
在图6中所示的嵌件模塑工艺200的这一点处，在步骤255中，现将包围聚合物材料210以及衍射膜13、13a、15、15a的模具的两半222、224降温。降温之后，在步骤260中，打开模具的两半222、224，并且从模具中取出(例如，通过手工或机械操作，例如具有吸引装置的机械臂)获得的彩虹色徽章100、100a(还参考图2至图2D和图3至图3D)。进一步地，在如图6中所示的步骤260中，获得的彩虹色车辆徽章100、100a包括徽章构件10，10a以及包括一个或多个衍射光栅20、20a的一个或多个衍射膜13、13a、15、15a。
再次参考图6中示出的嵌件模塑工艺200，如上所述，这个过程仅仅是本公开的示例性方面。本公开的其他实施例指的是嵌件模塑工艺200的变型。例如，在步骤240中，可以实施嵌件模塑工艺200以使衍射膜13、13a、15、15a位于与模具的两半222、224对应表面的一个或两个上。进一步地，在步骤250中，模具的两半222、224可以被配置为使得它们的一者或两者可以用来将聚合物材料210注入模具的两半222、224之间的空腔。因此，利用嵌件模塑工艺200的一种或多种变型，可以构造彩虹色车辆徽章100、100a的多种构型，其中，衍射光栅20、20a位于外部和内部表面12、12a、14、14a(参考图2A、2C、3A以及3C)的一者或两者上。
现参考图7，以示意图的形式示出了用于制造彩虹色车辆徽章100、100a(例如，如图2至图2D以及图3至图3D所示)的真空辅助嵌件模塑工艺300。如所示出的，使用多个滚筒302、固定装置等将连续或半连续的膜313馈送至模具的两半322、324中。膜313包括一个或多个衍射光栅20、20a。在一些实施例中，膜313与连续或半连续膜170在结构上是相当的，连续或半连续膜170包括诸如利用如前所述且在图5中示出的压印装置150制备的一组压印的衍射光栅20、20a。如步骤340中还示出的，彩虹色徽章组件399被示为处于初形成状态且与模具的一半322接触。现参考步骤345，固定装置320位于邻近徽章组件399和膜313的位置。在工艺300的一些实施例中，在步骤345的过程中，固定装置320可以开始为膜313施加热量。另外，滚筒302和/或固定装置320可以切割膜313的部分，以使剩余的膜313部分适于在模具的两半322、324内。
在图7中所示的真空辅助嵌件模塑工艺300中的这一点，工艺进行到步骤350。在步骤350中，固定装置320可以通过吸引、暂时粘合或被配置为暂时固定组件399的其他装置来固定徽章组件399(例如，如之前在采用工艺300的制造操作中制造的)。同样在步骤350中，固定装置320继续为膜313施加热量，例如，根据膜313的成分使用温度和时间以使它可以容易的经历塑性变形。另外，模具的一半324可例如通过模具的一半中的孔(未示出)开始施加真空力、吸力等至膜313。工艺继续进行至步骤355，其中，真空力继续作用在膜313上以使膜变形抵靠在模具表面324a，从而与模具的表面一致。同样在步骤355中，固定装置320从模具的一半322中取出徽章组件399且使其向上离开两部分322、324。应当注意，从步骤355获得的徽章组件399可以通过修整操作(未示出)(诸如步骤365和370中示出的操作(以下更具体描述))转变成徽章组件100、100a。
再次参考图7，真空辅助嵌件模塑工艺300继续至步骤360。在该步骤中，如所示出的，聚合物材料310(优选半透明聚合物材料)通过模具表面324a上方的模具的一半324注入封闭的模具的两半322、324。在一些实施例中，聚合物材料310是硅树脂、腈纶、聚碳酸酯或这些材料的组合。进一步地，在一些方面，聚合物材料310具有与包含衍射光栅20、20a的膜313中采用的聚合物材料相同或相似的成分。优选地，聚合物材料310在步骤360开始期间或之前加热，并且在高于环境压力的压力下注入模具的两半322、324。可选地，在步骤360开始期间或之前加热模具的两半322、324。在步骤360过程中，聚合物材料310在模具表面324a以及包含衍射光栅20、20a的膜313上流动，以形成徽章组件(后面在步骤356中定义为徽章组件399)。
在图7中示出的真空辅助嵌件模塑工艺300进行至步骤360的最后的这一点，冷却包围聚合物材料310以及包含衍射光栅20、20a的膜313的模具的两半322、324。冷却之后，在步骤365过程中，打开模具的两半322、324，并且从模具中取出(例如，通过手工或机械操作，诸如具有吸引装置的机械臂)获得的徽章组件399。进一步地，在步骤365中，通过如图所示的切割元件389将膜313的剩余部分从徽章组件399中去除，从而形成彩虹色车辆徽章100、100a(还参考图2至图2D以及图3至图3D)。如图7中还示出，彩虹色车辆徽章100、100a包括徽章构件10、10a以及包括一个或多个衍射光栅20、20a的一个或多个衍射膜13、13a、15、15a。
再一次参考图7中示出的真空辅助嵌件模塑工艺300，该工艺仅为本公开的示例性方面。本公开的其他实施例指的是工艺300的变型。例如，工艺300的变型可以依靠除了先前结合固定装置320公开的那些之外的装置或手动操作，以移除徽章组件399。还应当清楚的是，例如，在步骤340过程中，可以实施真空辅助嵌件模塑工艺300以使连续或半连续的膜313(例如包含衍射光栅20、20a时)可以位于与模具的两半322、324相对应表面的一个或两个上。进一步地，在步骤360过程中，模具的两半322、324可以被配置为使得它们的一者或两者可以用来将聚合物材料310注入模具的两半322、324之间的空腔内。类似的，模具的两半322、324的一者或两者可以被配置为具有孔、端口等，连同具有可选的加热装置，以使在步骤350和355的过程中真空或负压和/或热量可以施加至膜313，以使膜313变形且使它与这些模具的两半322、324的表面一致。因此，使用本公开的真空辅助嵌件模塑工艺300的一个或多个变型来构造彩虹色车辆徽章100、100a的多种构型，其中，衍射光栅20、20a位于外部和内部表面12、12a、14、14a的一者或两者上(参考图2A、图2C、图3A以及图3C)。
更进一步地，嵌件模塑工艺200(如图，如图6中所示)或真空辅助嵌件模塑工艺300(如图，如图7中所示)结合使用压印装置150及其相关的压印工艺(参考图5)，每个提供许多优势和益处。例如，使用嵌件模塑工艺200、300生产每个彩虹色车辆徽章100、100a相关的费用比使用注射模塑方法相关的费用低。一个主要区别在于，与压印滚筒中的衍射图案相比，注射模塑中用于蚀刻、刻印或其他方式制造衍射图案的资金费用较高。另外，注射模塑工艺经常需要使用较低粘度的聚合物材料以保证在模具中的衍射图案内合适的流动。相反，嵌件模塑工艺200、300不存在这种挑战，因为衍射光栅优选地被压入膜中，并且在嵌件模塑工艺过程中，膜基本上粘合或集成在徽章构件内。除其他因素之外，由于嵌件模塑工艺不存在通过控制粘度和温度来保证聚合物流入衍射图案的技术挑战，它的产量将很可能高于那些与注射模塑工艺相关的产量。这些产量的差异还导致与嵌件模塑工艺200、300相关的制造成本较低。
根据本公开的其他方面，前述的彩虹色车辆徽章100、100a的理念可以应用于其他彩虹色车辆元件。例如，这些元件包括外部和内部车辆装饰部件和元件、车牌支撑件、轮毂盖、主要遮光板以及在环境光下可以得益于彩虹色外观效果的任何其他特征。使用模具来制造这种可以产生独一无二或近似独一无二的宝石般外观效果的彩虹色车辆元件也是可行的。例如，彩虹色车辆徽章100、100a可以设计用于具有完全对称徽章构件的模具，完全对称徽章构件具有一个或多个对称设置的且在每个方向衍射不同光线的衍射光栅。当规定的徽章产生出来时，与手动或机器驱动安装在车辆上相关的随机定向可产生独一无二或近似独一无二的宝石般外观效果。
在另一方面，彩虹色车辆徽章100、100a可以设置具有衍射光栅20、20a以使它们在白天、环境照射条件下产生彩虹色外观，同时与在白天或夜晚条件下为迎面而来的驾驶员减弱闪耀和刺眼的光达到平衡。特别地，衍射光栅20、20a可以放置在外部和/或内部表面12、12a、14、14a的特定位置内以产生期望的宝石般外观，但是仅当观察者位于非迎面而来车辆所在的位置时。
在不偏离本发明理念的情况下，可以对前述结构进行变形和修改。本领域的技术人员应当理解，在本公开范围内的这种变形和修改、以及其他实施例旨在由所附权利要求覆盖，除非这些权利要求通过语言明确陈述。

Claims (20)

1.一种彩虹色车辆徽章，包括：
半透明、聚合物徽章，所述徽章包括内部和外部表面，所述徽章由多个部分形成，
其中，至少一个表面是平面或非平面的且包括衍射光栅，所述衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
2.根据权利要求1所述的徽章，其中所述多个部分包括徽章构件和衍射膜。
3.根据权利要求2所述的徽章，其中，所述内部表面包括第一衍射膜，并且所述外部表面包括第二衍射膜，每个衍射膜均包括多个衍射光栅。
4.根据权利要求2所述的徽章，其中，所述内部表面包括所述衍射膜。
5.根据权利要求2所述的徽章，其中，所述外部表面包括所述衍射膜。
6.根据权利要求2所述的徽章，其中，所述衍射膜还包括压碎的反射晶体。
7.根据权利要求2所述的徽章，其中，聚合物徽章是着色的。
8.根据权利要求2所述的徽章，其中，所述衍射膜通过压印形成，并且所述徽章构件和所述衍射膜通过嵌件模塑连接。
9.一种制造彩虹色车辆徽章的方法，包括：
将衍射光栅压印至聚合物膜以形成衍射膜；
将所述衍射膜放置在模具中；以及
在所述衍射膜上方，将半透明聚合物材料注入至模具中以形成车辆徽章，
其中，所述衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，使用一个或多个压印滚筒实施压印，所述压印滚筒中的每个均包括激光蚀刻的衍射光栅图案。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述聚合物膜和所述半透明聚合物材料具有相同或相似的组成。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，在注射步骤过程中，加热所述衍射膜和所述聚合物材料。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述半透明聚合物材料选自由硅树脂、腈纶和聚碳酸酯组成的组中。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，压印步骤还包括将多个压碎的、反射晶体压入所述衍射膜中。
15.一种制造彩虹色车辆徽章的方法，包括：
加热位于模具中的衍射膜；
施加真空以使膜抵靠在模具表面；以及
在所述模具表面上方注射半透明聚合物材料以形成车辆徽章，
其中，所述衍射膜包括聚合物材料和衍射光栅，所述衍射光栅具有250nm至1000nm的厚度和50nm至5微米的周期。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
将所述衍射光栅压印至聚合物膜中以形成所述衍射膜。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用一个或多个压印滚筒实施压印，所述压印滚筒中的每个均包括激光蚀刻的衍射光栅图案。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，压印步骤还包括将多个压碎的、反射晶体压入所述衍射膜。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，在注射步骤过程中加热所述衍射膜和所述聚合物材料。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述半透明聚合物材料选自由硅树脂、腈纶和聚碳酸酯组成的组中。
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