角锥阵列反光性能研究

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随着聚合物表面微结构制造工艺的日益成熟,对光学薄膜的各种性能的要求越来越高。道路交通反光膜采用角锥阵列结构实现光线逆反射效果。因此,角锥结构的仿真设计对于缩短反光膜的产品开发周期和节约成本具有重要意义。微棱镜型反光膜存在着有效入射角范围低(广角性)、不同方位角的逆反射效率相差大(方向各异性)和发散性能差的问题。在本文中,解决广角性差和改善方向各异性较为简单的方法是改变角锥单元倾斜角和采用拼接方式。基于几何光学原理,使用光线追踪软件计算了不同结构角锥阵列的逆反射效率。基于微棱镜反光膜的逆反射原理,分析了角锥单元的倾斜角度、入射光角度和拼接结构对逆反射效率的影响。结果表明,当使用倾斜角锥阵列时,方位角0°方向的逆反射效率提高了20%以上。采用不同倾角拼接结构后,不同方向逆反射效率的最大偏差降低了10%以上。将角锥阵列倾角的仿真结果与反光膜的亮度测试结果进行对比,逆反射效率的变化趋势一致,证实了仿真模型的可靠性。并通过改变材料折射率和衬底厚度优化了角锥阵列的反光性能。微棱镜型反光膜要求有一定的观测角,而正角锥反光膜存在大观测角亮度低的问题。解决其发散性问题较为有效的方法是改变角锥棱镜的二面角偏差,同时叠加微透镜的结构。在本文中,基于几何光学原理,理论分析了二面角偏差和透镜曲率半径对发散角的影响。针对不同角锥棱镜叠加微透镜组合结构,利用光学仿真软件,分析了微透镜的曲率半径和二面角偏差对光线发散性的影响。结果表明,随着二面角偏差的增大,偏转角线性增加;微透镜的曲率半径越小,发散角越大;使用微透镜叠加二面角偏差的角锥棱镜能实现光线非均匀发散,尤其是凹透镜+负二面角偏差角锥棱镜,或者凸透镜+正二面角偏差角锥棱镜的组合方式,可以实现光线从中心到外部连续的的非均匀发散。分析了在最佳衬底厚度20微米下,不同匹配方式和不同匹配度对角锥阵列发散性能的影响。当匹配度=1时,结果表明当取标准角锥阵列的时候,随着曲率半径的增大,光线发散的范围会减小。随着二面角偏差的增大,偏转的幅度越大。中心高照度区域范围是先增大后加减小。当匹配度<1时,横移失配时:随着匹配度的降低,中心的高照度区域往横向集中后开始往四周扩散最后纵向集中。高照度区域的照度大小是先减小后增大。竖移失配:可以看出高照度区域在竖直方向随着匹配度的降低,表现为照度中心竖直偏移,高照度区域的照度是先减小,后增大。
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