CN107407747A - 光学效应结构 - Google Patents

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Abstract

提供了当被施加至物体表面时赋予物体颜色的光学涂层结构，该光学涂层结构包括：基层；在基层上的反射体；和在反射体下的基层上的轮廓元件，轮廓元件具有各自的大小在5至500μm范围内的宽度和长度，并且以非周期性方式或周期性方式布置。反射体可以是交替的介电材料的多层结构。还提供了形成光学涂层结构的方法。

Description

光学效应结构
技术领域
本发明涉及光学效应结构，具体地涉及当被施加至物体表面上时赋予该物体期望的颜色的光学涂层结构。
背景技术
光学涂层结构是材料的一个或多个薄层的堆叠，所述材料以改变物体反射和透射光的路径的方式沉积在基底或物体上。薄层通常沉积为10nm至200nm之间的厚度。
例如，1/4波堆叠反射体是光学薄膜产品的众所周知的构造单元。这样的堆叠通常包括具有不同折射率的两种或多种介电材料的交替层，其中每层具有相当于反射的主波长的1/4的光学厚度(即，层的几何厚度乘以层材料的折射率)。在此，反射的光的波长随入射角和反射角改变，因而可以在不同的视角观察到不同的颜色；被称为彩虹色的视觉效果。
以这种方式，光学涂层结构可以被构建以精确地和选择性地反射某些波长的可见光从而在具体的入射角下赋予物体期望的颜色。与油漆不同——在油漆中颜色由粘合剂结合在一起的颜料或染料确定，利用光学涂层结构，从接近全反射到最大透射的转变可以在非常短的波长范围内发生，这使得能够在不同波长之间产生精确差异。结果，尽管每种颜色仅在窄的方向范围内是可观察的，涂布有这样的结构的物体可以呈现明显和清晰的颜色。
从JP-A-2005/153192已知的是，提供了包括基础结构的光学涂层结构，该基础结构已经被蚀刻以提供具有大量小(低于500nm)裂缝——其具有垂直于结构的表面延伸的侧面——的表面。基础结构的顶部上是由交替地沉积在基底上的两个聚合物层组成的涂层，聚合物层中的一个具有高折射率并且另一个具有低折射率。层被沉积使得它们仿制基础结构的最上表面并且结果，包括结构的最上层的每个层具有相同轮廓的裂缝——其具有垂直于结构的表面延伸的侧面。
在JP-A-2005/153192中公开的结构提供了色原体，在该色原体中颜色随视角改变并且提供柔和的波长色散、深色调和高反射率。由该设备产生的视觉效果至少部分由衍射效应引起，该衍射效应由在设备的顶层和其它层中形成的裂缝引起。
EP 1923229描述了具有光学元件的布置的安全设备，该光学元件中的每个包括不同折射率的弯曲的交替层的堆叠。该安全设备根据入射照明的类型改变其外观并且当在漫射光下观察时在其表面上提供单一暗色的外观，给出塑料的外观。
WO 2011/161482公开了光学效应结构，其包括在为亚微米大小的散射结构上沉积的多层反射体。该光学效应结构提供了具有最小彩虹色的明亮的颜色效应。
然而，仍期望是提供能够提供足够明亮并且展现最小或有限的彩虹色效应的颜色的光学涂层结构，即，使得颜色在宽范围的视角内保持与观察者基本上相同，同时对于生产而言相对容易、便宜和/或可靠。
发明内容
根据第一方面，本发明提供了当被施加至物体表面时赋予该物体颜色的光学涂层结构，该光学涂层结构包括：基层(base layer)；在该基层上的反射体；和在反射体下面的基层上的轮廓元件，该轮廓元件具有各自的大小在5到500μm范围内的宽度和长度，并且该轮廓元件以非周期性方式或周期性方式布置。
根据第二发明，本发明提供了形成光学涂层结构的方法，该方法包括：提供基层，该基层具有在其上的轮廓元件，该轮廓元件具有各自的大小在5到500μm范围内的宽度和长度，并且该轮廓元件以非周期性方式或周期性方式布置；和在该基层上沉积反射体。
反射体可以是窄带反射体。这样的反射体可以在有限的波长范围内(例如50nm或更低)产生反射。然而，反射体被由轮廓元件提供的下面的浮雕(relief)破坏。
已经出人意料地实现，可能的是得到这样的光学涂层结构：其提供足够明亮并展现最小或有限感知的彩虹色效应的颜色，而不需要轮廓元件的大小为亚微米。光学涂层结构具有金属的、几乎阳极化外观。
WO 2011/161482公开了一种光学效应结构，其中存在半圆形(以横截面)亚微米基础结构。这些基础结构引起沉积在其上的多层反射体(即堆叠)贴合它们的轮廓为同心圆。基础结构的大小被设计使得多层反射体的最顶(外)层将形成横截面为近似并列的半圆的形状。换句话说，在多层反射体的每层中在与包括轮廓元件的基层增加的距离下将存在减小量的平面面积。因此，作为一系列半圆形凸起(bump)，入射光将总是在法线处穿透(strike)堆叠，不管入射角如何(或者至少在非常大的入射角内)。如果基础结构有点大，更不必说数量级较大的，则其将是将满足该条件的较低层中的一个，并且顶层将形成一系列并列的但是浅的弧，其将不从许多入射角呈现法线位置。即，在WO 2011/161482的设备中，认为为了将要实现的效果，在表层处的弧应当是半圆。
已经出人意料地发现，即使当轮廓元件的大小不是亚微米时，可以提供具有最小感知的彩虹色的明亮的颜色。
在当前情况下，基础结构即轮廓元件的大小不是亚微米并且事实上在5和500μm之间。在这种情况下，反射体具有与轮廓元件近似一致的轮廓。在多层反射体的情况下，每层可以具有基本上近似一致的轮廓。该轮廓与基础结构/基底的轮廓相同。这是因为基础结构显著地大于反射体的层(一个或多个)的厚度。例如，反射体可以具有小于1μm，或者小于200nm的厚度。
已经发现，由入射光照明的反射体的那些部分实际上满足标准条件。当入射光与整体结构呈90度时，波峰的顶部(并且可能地波谷的底部，这取决于轮廓元件的形状)将反射，并且这些将呈现正常条件。当光处于45度时，仅轮廓元件的一个侧面将被照亮并反射。然而，反射体仍将满足(大致)正常条件。已经发现，虽然侧面不是很平，而是大致地(和任选地正弦曲线)弯曲的，但是由于被观察者的眼睛总体平均(考虑到每个凸起的大小)，这被平均为感知的单一反射波长。
当以定向光时，光学效应结构还可以产生具有轻微闪光效应的颜色。这是因为人眼睛可以感知来自引起‘闪光’效应的个别轮廓元件的反射。
因而，光学效应结构可以被视为两部分***，其利用纳米技术以提供反射体的薄膜和微米技术以提供光学涂层结构的光学元件。制造过程涉及使基层微结构化以在基层中形成浮雕，然后沉积反射体的薄膜。
轮廓元件被成形从而导致当光在垂直于表面的平面处入射时，表面的一部分，例如多于25％、多于30％、多于40％和多于50％近似地垂直于入射光。轮廓元件还被成形从而导致当光在多至45度的角度处入射时，表面的一部分，例如多于25％、多于30％、多于40％和多于50％近似地垂直于入射光。
已经发现(如将预期的)，反射光波长随着视角的改变(即彩虹色)大于当轮廓元件的大小是亚微米时。然而，已经发现，这种增加的彩虹色不足以向人类观察者给出彩虹色的视觉印象。这是因为反射光如何被观察者感知。换句话说，虽然当利用光谱仪测量时可能存在反射光的波长的位移，但是已经发现该位移太小而不能被人眼检测到。
而且，已经发现，多于25％、多于30％、多于40％或多于50％的表面垂直于入射光(即使对于多至大约45度的角度)对于仅仅由将要被感知的在法线处的反射引起的颜色而言是足够的，即观察到单一浓色。已经发现，现有技术的多至大约1微米大小的亚微米轮廓元件将提供具有最小或无彩虹色的期望的明亮颜色，并且5到500μm大小(宽度和长度)的较大的轮廓元件将提供具有最小或无感知的彩虹色的期望的明亮颜色。然而，利用在大约1和5微米之间的轮廓元件，彩虹色效应被观察者感知到。
因而，当亚微米轮廓元件的大小增加时，发现在大约1微米处有限的彩虹色效应开始消失。然而，已经出人意料地发现利用大约5微米和更大的轮廓元件，有限的彩虹色效应或者没有感知到的彩虹色效应再次获得。
本发明的光学涂层结构还具有如下优势：与具有亚微米散射结构的光学涂层结构相比，其可以更加易于制造。
从另一个宽方面看，可以看出本发明提供了通过在物体的表面上掺入光学涂层结构而赋予物体结构颜色的方法，该光学涂层结构包括：基层；在该基层上的反射体；和在反射体下面的基层上的轮廓元件，该轮廓元件具有各自的大小在5到500μm范围内的宽度和长度，并且该轮廓元件以非周期性方式或周期性方式布置。该光学涂层结构可以被施加至多于50％的物体表面、60％、70％、80％、90％的物体表面。其可以被施加至物体的基本上全部外表面的或至物体的整个外表面以通过光学涂层结构的结构赋予所述物体颜色。物体可以是中空的并且光学涂层结构可以被施加至内表面以赋予物体颜色的内部。结构颜色可以代替将以其他方式被用于赋予物体颜色的颜料。
也可以看出本发明提供了结构上着色的物体，该物体包括在该物体的表面上的光学涂层结构，该光学涂层结构包括：基层；在该基层上的反射体；和在反射体下面的基层上的轮廓元件，该轮廓元件具有各自的大小在5到500μm范围内的宽度和长度，并且该轮廓元件以非周期性方式或周期性方式布置。
某些任选特征的简要描述
下面是对于本发明而言任选的某些示例性特征的简要描述。
轮廓元件的宽度和长度主要在5和500μm之间。这意味着例如，轮廓元件的宽度和长度的至少60％、75％、80％、90％或99％(按面积计)在大约5至500μm、5至100μm、5至30μm、10至30μm或大约10μm之间(并且包括范围的端值)。
轮廓元件的宽度和长度尺寸的一个优选的范围是10至50μm，尽管商业考虑可能更喜欢更大的轮廓元件，例如，延伸多至500μm(具体地，但是不排外地，在轮廓元件是凹槽形式的情况下)。这可以占轮廓元件的80％、90％、95％或99％(按面积计)。
轮廓元件的高度可以在0.1和50μm、1至5μm或2至3μm之间。例如，轮廓元件的至少60％、75％、80％、90％或99％(按面积计)具有在大约0.1和50μm、1至5μm或2至3μm之间的高度(并且包括范围的端值)。
轮廓元件的高度可以是从轮廓元件所处的基层中相邻槽的最低点至距表面的平面轮廓元件的最远点的轮廓元件的尺寸(以垂直于基层表面的平面的方向)。轮廓元件的长度可以是在平行于基底(即基层)的平面的方向上最大的轮廓元件的尺寸，并且轮廓元件的宽度可以是平行于基底的平面并垂直于轮廓元件的长度的尺寸。例如，在完美圆锥形轮廓元件的情况下，高度将是从基底的平面到圆锥体的最高点/尖端的距离，并且宽度和长度二者将等于在其基面，即在表面的平面处圆锥体的直径。在凹形压痕轮廓元件的情况下，高度将是从压痕的底部到顶部的距离。
上面提及的表面积与高度测量的组合有助于维持轮廓元件为低纵横比凸起或凹陷(hollow)。以这种方式，当在表面法线(对于垂直于结构的入射光)的90度的圆锥体——在此观察到很少的彩虹色——内观察光学效应结构时，可以维持强反射。如果轮廓元件被制造为较高的纵横比，则这可以开始降低加入到强反射的百分比“表面积”，因为更多的轮廓元件面积将由不加入至反射的轮廓元件的下部区域构成。此外，反射体中的陡曲率将导致更多的彩虹色和被轮廓元件捕捉的反射的可能性。
具有>5μm高度的轮廓元件可以提供良好的颜色效应，例如，当对于在上述范围内具有较大表面积(即较大长度、宽度、直径等)的轮廓元件相同的尺寸关系(纵横比)被维持时。在制造过程意味着轮廓元件可以被制造为高水平精度的情况下，这将增加反射的强度。结果，被制造为高水平准确度的较高纵横轮廓元件可以产生与具有较低纵横轮廓元件的一些光学涂层结构相同的反射强度。而且，当较高轮廓元件被使用时，光学效应的任何损失也可能不是那么显著并且仍然可以产生可接受的产品。例如，轮廓元件的至少60％、75％、80％、90％或99％(按面积计)可以优选地具有<50μm、更优选地≤25μm并且仍更优选地≤15μm的高度；最优选地，这些轮廓元件具有≤10μm的高度。在一些实施方式中，例如，轮廓元件的至少60％、75％、80％、90％或99％(按面积计)具有在1至10μm、更优选地2至10μm范围内(并且包括范围的端值)的高度。
轮廓元件被引入反射体的基层(basal layer)(这是由于轮廓元件在反射体被施加至其的基层上)以引起反射体中的散射的程度。
光学涂层结构的基层可以是物体的表面，光学涂层结构被施加至该物体以赋予颜色。物体可以是在其上赋予期望的颜色的任何物品。例如，光学涂层结构可以被施加至表面比如任何产品或者设备比如用于通信设备的塑料盒，或者被施加至较小表面比如装饰品或漆片的薄片，该通信设备比如移动电话、手表、计算机、钢笔、家庭用品、汽车涂料、玻璃或水晶饰品、玻璃、晶体、金属或聚合物珠宝、或塑料物体。产品或设备可以被称为物体，反之亦然。光学涂层结构也可以在艺术作品中使用。其可以被施加至陶瓷物品，例如，代替上釉。其可以被用于提供磨砂玻璃或磨砂塑料(例如，丙烯酸比如有机玻璃)——例如，隐私屏幕或着色透明墙——物品上的颜色效应，或者其可以被用于提供产品上的颜色效应，该产品包括透明玻璃/塑料表面上限定的磨砂区域，例如橱柜门、装饰屏风等。
在反射体的层(一个或多个)的连续性中优选地不存在断裂并且轮廓元件被配置为避免衍射效应。
相邻轮廓结构之间的平均周期(即，相邻轮廓元件之间的平均距离(例如，峰至峰))可以在5和100μm之间，或大约25μm。期望的平均周期可以取决于轮廓结构的大小和/或形状。
在其上提供轮廓元件的物体的表面在宏观尺度(即超过毫秒级)下可以是平的(即平面的)。可选地，表面可以具有曲率。已经发现，在基底的曲率与轮廓元件的曲率的比率为1:5或更小时反射原理将破坏。基底的曲率与轮廓元件的曲率的比率可以是大约1:50或更大，或者大约1:100或更大。
在一些实施方式中，可以期望的是在平的基底材料上形成轮廓元件并且然后使基底弯曲成更复杂的三维形状，例如，当制造物体——比如，具有弯曲边缘的便携式通讯设备——的外壳时的成型工艺。在弯曲操作期间，轮廓元件可以变得扭曲成条。扭曲的突出或凹槽的尺寸可以仍然在先前提及的范围内。
多层反射体可以在弯曲操作之前被施加至基底/轮廓元件或其可以被随后施加。在两者情况下，即使对于物体的弯曲/曲面区域，良好的颜色效应仍然可以实现。
轮廓元件可以包括上部的、凸起状弯曲表面。弯曲表面可以在最高点的任一侧对称地延伸。
轮廓元件可以是自基底/基层的表面的突出。
轮廓元件相反可以是在基底/基层表面中形成的压痕(凹陷)。
虽然轮廓元件优选地是平滑的、弯曲的形状，但是它们可以包括阶梯或平边以形成向外延伸的突出或向内延伸的压痕的整体形状。
轮廓元件可以是通过使基底/基层的表面粗糙化而形成的突出或压痕。在一个实例中，粗糙化的表面是粗糙化的玻璃表面。在另一个实例中，其是粗糙化的塑料表面。其它材料，比如陶瓷和金属也可以制造适合的基底/基层材料。
轮廓元件可以是任何形状，其提供轮廓元件的宽度和长度(轮廓元件的至少60％、75％、80％、90％、95％或99％(按面积计))的大小在5和500μm、5至100μm、5至30μm、10至30μm之间或大约10μm。在10至50μm范围内的轮廓元件在一些配置中也是期望的。
例如，轮廓元件(无论突出或压痕)可以近似地是圆锥形或截头圆锥形的(即，突出或压痕可以具有水平地或对角地平的顶部)。这些轮廓元件可以粗糙地成形(并且元件的高度、宽度和长度可以在轮廓元件之间改变)或者元件可以整齐地成形和所有基本上为相同的形状并具有近似相同的尺寸。
轮廓元件(无论突出或压痕)可以具有近似的部分球面，例如，分别具有基本上相等曲率半径的凸面或凹面。相邻轮廓元件的曲率可以是基本上相同的或者可以是稍微不同的，例如，在50％内，更优选地在25％内。近似的部分球面，以及包括平滑的弯曲表面，也可以包括小阶梯或梯形部(terrace)，当靠近详细观察时，例如，其可以是来自3D蚀刻或印刷工艺中的制造工艺的人工制品(artefact)。
轮廓元件可以是一系列重叠的凸起/突出。
轮廓元件可以是一系列邻接的或并列的凹陷/压痕。
轮廓元件可以是随意形状的板(例如瓷砖)，其具有使相邻板重叠的上升端。
轮廓元件可以包括弯曲表面。该表面可以是完全弯曲的和/或相对于基层的平面成角度(在微米水平)。
基础结构可以包括平的部分。这些平的部分可以在轮廓元件自身上和/或在轮廓元件之间的基层的表面上。这些平的部分可以具有至少0.5μm的宽度尺寸。如果存在，则平的部分可以具有在0.5μm和10μm之间的宽度和/或长度。当这样的平的部分存在时，光学涂层可以引起增加的闪光效应。这是因为可以存在来自每个平的表面的强镜面反射。平的部分可以相对于它们在轮廓元件上的位置和取向而改变。
轮廓元件可以具有在3个因子内的高度和宽度尺寸(0.33w≤h≤3w，其中w是宽度并且h是轮廓元件的高度)，和/或在3个因子内的高度和长度尺寸(0.33l≤h≤3l，其中l是长度并且h是轮廓元件的高度)，和/或近似相同或在3个(w≤3l)、两个，1.5、1.2的因子内的宽度和长度尺寸。轮廓元件的宽度和长度可以基本上相同。例如，轮廓元件可以具有基本上圆形的横截面(在平行于基层平面的平面中)。
轮廓元件(例如按面积计至少50％、60％、75％或90％)可以具有在1:2和1:100之间、或1:5和1:50之间、或1:5和1:10之间的高度与宽度或长度尺寸的比率。
基础结构上的突出可以具有可变的大小或不同大小的范围。
轮廓元件可以密集地间隔或并列。例如，轮廓元件之间的最大间隙(即平的基层)可以是小于25μm、10μm、5μm、1μm、0.5μm或0.1μm。例如，轮廓元件可以看起来是重叠的凸起/突出的阵列。例如，轮廓元件可以是模仿由在液体表面上的多个密集堆积的气泡形成的图案的形式。轮廓元件可以看起来像密集间隔或者已经被‘推’在一起的峰的顶部。
轮廓元件可以是密集间隔的使得在轮廓元件之间基本上不存在平的部分，即每个轮廓元件的边缘可以接触。
轮廓元件的边缘可以形成相对于基层的平面的角度，其为小于45度、30度、25度或20度。
轮廓元件以随机或伪随机方式布置。这可以被称为非周期性方式。当轮廓元件为非周期性时，可能的是防止由轮廓元件引起的显著衍射。换句话说，应当不存在明显的周期性。
轮廓元件也可以被更均匀地布置，例如，六角密堆积，在此处轮廓元件的大小足以防止光学涂层结构充当衍射光栅。因此，它们也可以以周期性方式布置。然而，轮廓元件的随机/伪随机布置通常是优选的，部分地来自制造视角(随机结构可以使用酸蚀刻方法容易地生产)并且也来自避免衍射效应。
在本说明书中，“伪随机”被视为数个相邻结构的随机布置，比如当使用傅里叶分析检查时，在“较大”面积内可以揭示一些有序度，使得存在一些，但是不排除，来自较大面积的相同波长的反射光线的相长干涉。因此，轮廓元件仅用来拓宽在反射体的表面法线处反射的波长的光的角度范围。
通过以伪随机散射模式布置轮廓元件，在具有多层反射体的结构的情况下，多层堆叠上的轮廓元件的光学效应将随着改变角度降低颜色改变的堆叠的性质，使得物体将呈现单一颜色，其从一定范围的角度可视而具有极少或不具有感知的彩虹色。这样的颜色通常比大多数颜料更明亮，同时具备微妙的(subtle)和丰富的外观，其不是有光泽的而是吸引人的深的、浓的无光泽效应，这暗示固体金属的印象。这种颜色具有如下优势：当暴露于光时，其随着颜料的出现不随时间褪色。
如果轮廓元件太有序，特别是在大小范围的下端处，则它们可以引起一些(不期望的)彩虹色(通过衍射随着角度显著颜色改变)。
在任何给定时间处，眼睛仅检测来自物体的窄范围的潜在反射角(除非极其接近物体)，并且在视网膜处聚集的波长的总体平均在该窄的检测范围内出现。因此，此处描述的轮廓元件提供了在一定角度范围内(例如多至20°，更优选地多至45°，表面法线的任一侧)可观察到的浓的、单一的颜色的视觉效果，即具有最小彩虹色/颜色改变效应但是具有与颜料或染料的外观相比稍微明亮的外观。在定向光中，也存在由于眼睛可以仅仅大致感知来自每个单独轮廓元件的反射而引起的轻微的闪光效应。
在某些具体的波长下，已经发现多至30nm的波长的改变不被观察者感知。因而，当波长的小的位移在视角内可能出现时，这不被人‘看到’。例如，已经发现人眼不能很好地区分蓝色的不同色调，但是对于绿色能够区分。例如，蓝色范围的波长中25nm的区别将是不可辨别的，而绿色范围中5nm的改变和颜色色调的改变对于观察者而言可能显得相当不同。这意味着至少对于某些波长，少量的彩虹色可能出现，但是这将不一定被观察者感知。
基层和/或轮廓元件可以通过沉积材料比如经由印刷技术，通过蚀刻(例如平版印刷/光化学技术，或者在硅片上使用的其它已知方法——其通过去除而不是增加材料来形成基础结构的“凹部(negative)”)或者通过冲压形成。例如，基层可以被精细喷砂或者酸蚀以形成轮廓元件。
例如，轮廓元件可以通过铸造、印刷、冲压和蚀刻形成。轮廓元件可以通过在模具中铸造在其上具有轮廓元件的基层的材料而形成，该模具具有含有形成轮廓元件的压痕或突出的表面。模具表面可以比如通过喷砂处理被粗糙化以在其上形成压痕和/或突出，当基层在模具中被铸造时，其使得轮廓元件被形成。模具可以通过在已经由被吹进材料的气泡制备的表面上形成其而形成，例如泡沫状金属结构来。这将使得基础结构具有将要被铸造的重叠的凸起的微孔结构。
模具可以是具有酸蚀表面的模具(其可以轻微地改变)。模具可以具有1至20μm、1至10μm、2至10μm、>5至10μm、1至5μm或2至3μm的平均表面粗糙度。
例如，在其上具有轮廓元件的基层可以使用巢室铸造方法(Cell Cast method)制造。在这样的方法中，首先制造甲基丙烯酸甲酯的浆液(syrup)，其被注入两个板之间，例如一个或二者为形成巢室的酸蚀材料(这可以是玻璃，其可以是例如大约3×2m)。然后将垫圈(比如PVC垫圈)放置在该巢室边缘的周围以保持‘浆液’进入，并且然后将整个巢室放置在烘箱中以使材料聚合(因此液体变为固体)。
轮廓元件可以通过加入UV涂漆并改变混合物中的消光剂而形成。
固化的聚合物的薄片(例如，大约1mm、2mm或3mm厚的片)可以通过将液体形式的聚合物注入至包括倒转的基层轮廓元件的模具(例如，玻璃模具)上而形成。围绕模具的边缘可以存在边界(boarder)。液体可以被允许例如在室温下固化，或者可以例如通过加热或辐射来活化。完成的片的厚度可以由注入至模具的固定区域上的液体的体积确定。例如，聚合物可以是聚氨酯、PDMS或硅树脂。在聚氨酯的实例中，在其开始硬化之前，技术人员可以有几分钟来将溶液注入模具；其可以过夜充分地固化。一旦固化，其可以从模具剥离，而不裂开或在模具中留下任何材料。这可以实现具有在其上形成的多个轮廓元件的无裂缝的表面以提供反射体的基础结构。然后将片放置在涂布机中。大约1-2mm厚的聚合物片，例如1.5mm聚氨酯片，可以为鞋类比如运动鞋和其它物品提供适合的材料(其可以提供合成皮革的形式)。
本发明的优选实施方式可以包括如下方法步骤：将液体聚合物引入模具，固化聚合物以形成包括轮廓元件的固化聚合物的片，和从模具去除片以提供光学涂层结构的基层。然后可以将反射体沉积在基层上。
在轮廓元件为压痕或凹陷的情况下，它们可以使用具有多个孔(有孔基底)比如网(mesh)的基底形成。有孔基底比如网可以具有大约10-50μm宽的孔径，尽管在50-500μm范围内的较大尺寸可以使得其它网或网状材料是可利用的。基底可以被浸入液体聚合物、铺开液体聚合物或以其他方式涂布有液体聚合物，该液体聚合物然后干燥和/或固化以形成具有轮廓元件的基层。固化可以发生在表面上或者可能地在重力、吸力或气压等帮助下，使得聚合物膜被拉成有孔基底比如网的股(strand)之间的中空的形状。有孔基底可以是织物状材料的形式——其中沉积的股彼此交叉，或者其可以由具有切成其的裂缝阵列的材料片形成，这些裂缝被扩大为孔或者通过其它方式比如增材制造。机织织物或具有类似孔径大小的其它类型的布基底也可以以相同方式使用。也可以使用由沉积的纤维(纤维垫)构建的基底，其将具有不太均匀的孔径布置和更随机的孔径大小。
本发明的优选实施方式可以包括如下方法步骤：提供例如网形式的有孔基底，(例如通过浸渍)在液体聚合物中涂布有孔基底，和固化聚合物以形成光学涂层结构的基层。
反射体可以是多层反射体，其包括较高和较低折射率材料的层。
多层反射体可以包括两层或多层。例如，多层反射体可以包括三至二十层。这些层可以是较高和较低折射率材料的交替/交互层。层的数目将决定光学涂层结构的反射率。例如，二十层(即十对层)应当实现100％的反射率并且三层(例如，如果以高-低-高折射率材料布置)应当导致大约60到70％的反射率。层的数目可以是2至15层，优选地2至11层并且更优选地2至8层。虽然在这些情况下反射率将低于100％，但是已经发现此降低水平的反射率可能不被观察者感知或注意到。
已经发现，如果多层反射体包含太多的层，则可能开始失去最小或感知不到的彩虹色效应。这是因为最上面的层可以开始具有这样的轮廓：该轮廓不紧密地匹配轮廓结构的轮廓。而且，层的数目影响反射曲线的轮廓(增加层倾向于使得反射曲线更窄并且因而更敏感)。
多层反射体可以是层状的1/4波堆叠，其包括具有不同折射率(n)但是每种具有相同光学厚度(实际或几何厚度x n＝1/4λ)的两种不同材料的交替层。
可选地，可以使用具有不同厚度的介电层的啁啾堆叠(chirped stack)。总所周知，啁啾堆叠可以被设计以反射层之间的不同波长的光。例如，在期望颜色是金色、银色或铜色的情况下，啁啾结构可以是优选的。
多层反射体可以是金属介电反射体。例如，反射体可以具有在基底/基层上的金属(例如铝)涂层，该基底/基层包括轮廓元件和一个或多个介电层(例如厚底为大约200-500nm的SiO2)。这样的多层反射体可以为较少层提供鲜艳的颜色效应以及更好的均匀性和较小的角度敏感性。
可选地，反射体可以是液晶(手性/螺旋型)反射体。在这种情况下，反射波长将等于螺旋结构中两个扭曲的距离乘以折射率。这样的反射体将提供反射光中一定程度的圆形或椭圆形偏振性质。
例如，固体液晶可以在二氧化钛中被复制。对于宽范围的共振波长，这些可以被纳米设计。例如，对于在Sc2O3膜中在220nm下的圆形布拉格共振，节距可以低至60nm。在稳定的固体材料中的所有颜色可以使用该方法制造。
还存在产生固体、稳定(例如在室温下)形式的液晶的许多其它方式(例如，基于卟啉环结构、或纳米晶体纤维素的新型液晶材料)。
使用液晶作为多层反射体的优势在于它们可以是可调谐的，例如，通过响应于物理刺激，例如电势、温度等，以提供“可调谐的颜色”。液晶的光学性质可以通过使用在液晶内的透明丝调节。
当被施加至物体时，包括液晶的光学涂层结构可以提供可调谐的颜色，其在较宽的角度内是可观察的，与当前可调谐的液晶相比具有较少的颜色改变。
在液晶反射体内的平的多层可以被引起扩展和收缩以改变由光学涂层结构赋予的颜色。以这种方式，可能的是调节反射体的反射峰(peak reflection)，例如通过引起在350到800nm范围内的峰值波长位移以引起观察到的颜色的改变。这可能响应于物理刺激比如温度和施加的电势，引起在光学涂层结构的一个、两个或三个正交方向中诱导的应力。例如，应力可以通过邻近光学涂层结构或在光学涂层结构下面的一个或多个设备——例如，具有含有不同热系数的层以使得它们响应于温度改变的一个或多个设备，或者当施加电势时可以引起应变的一个或多个压电设备——诱导。
本发明的优选实施方式可以包括当沉积反射体时将液晶涂层沉积在基层上的步骤。其可以包括制造一个或多个设备的步骤，所述一个或多个设备邻近光学涂层结构或位于光学涂层结构之下从而调节反射体的反射峰。设备可以包括多层结构或压电材料。
这样的具有可调谐颜色的光学效应涂层可以在许多不同物体中具有用途，例如以在物体比如军用车辆、船只或设备上产生伪装效果，或者可以被用于代替在汽车和其它交通工具上的高端油漆作业，例如，用于奢侈品市场。
当反射器物是多层反射体时，形成光学涂层结构的方法可以包括在基层上沉积第一层的第一反射体材料，在第一层的第一反射体材料上沉积第一层的第二反射体材料，(然后如果存在更多层)在第一层的第二反射体材料上沉积第二层的第一反射体材料并且依此类推以形成多层反射体。
额外材料的层也可以被掺入反射体。不同材料(一种或多种)的一个或多个层可以被施加至反射体的最上层。例如，方法可以包括将不旋光材料的覆盖(即保护)层沉积至反射体上的步骤。方法还可以包括将切割的晶体或切割的玻璃元件粘附至覆盖层的进一步步骤。
因而，在一些实施方式中，光学涂层结构可以包括在多层反射体上的额外涂层(覆盖层)，例如，施加至多层反射体的树脂或其它可流动产物，并且然后透明材料的进一步更硬的层——比如玻璃层、透明陶瓷材料层或透明塑料层——可以被施加至顶部之上。如果玻璃(或类似的)层使用折射率匹配的粘合剂的覆盖层被粘合至光学涂层结构的多层反射体，则玻璃表面上的任何入射光的角度凭借涂层的折射率朝向法线移动。较陡的入射角意味着由光学涂层结构产生的颜色效应对于更大的入射角变得更强并且存在更少可检测的彩虹色。
例如，压至粘合剂的折射率匹配层(或基本上匹配层)上的玻璃显微镜载玻片产生吸引人的效应，因为显微镜载玻片具有特别平的、平滑的(在微米/亚微米水平下)外表面。粘合剂的折射率(即，额外涂层)应当优选地与多层涂层形成对比——如果其基本上匹配涂层的第一层，则其可以使得第一层光学无效，降低多层涂层的效力。
在较小规模中，将(非常薄)玻璃片作为顶层施加在光学涂层结构的额外涂层(例如，可设置的丙烯酸)上的类似方法可以用于生产材料，该材料被分解为薄片并且然后被嵌入透明介质以产生颜色效应。在一个实例中，这可以是油漆。在另一个实例中，其可以是凝胶涂层或者涂漆层。
也可能的是利用顶部玻璃层或类似的材料分配并且相反依赖透明涂层材料自身的硬化表面层，例如，在热或化学硬化树脂的情况下，其能够填充轮廓元件(凹槽)中或者额外涂层的基面处轮廓元件(突出)之间的空间并且在其顶部提供平滑的外表面，
覆盖层可以被提供从而提供平的表面(即不具有与轮廓元件的轮廓对应的起伏的表面)。该平的表面可以平行于基层的顶部表面(忽略轮廓元件)。
覆盖层可以保护反射体并且防止其与基层分离或者在轮廓元件之间的间隙中变得阻塞有灰尘或油脂。指纹可以引起表面上的油脂层，其在显微镜下作为具有干扰颜色的小油斑点出现，影响涂层的期望的丰富的消光效应。涂层也可以防止光学效应结构的刮痕。
在没有涂层材料的情况下，结构将具有消光外观；而在有涂层材料的情况下(在亚微米水平下给出平滑表面)，结构可以具有光泽外观。在施加涂层之后结构是否具有消光外观或者光泽外观可以取决于涂层材料和涂层的厚度。例如，贴合堆叠轮廓的二氧化硅的薄层可以维持表面的消光外观。
重要的是当覆盖层被施加至的涂层时，没有空气被陷入例如在最上层的弯曲部分之间形成的下沉(dip)/槽中，因为这将影响观察的光学效应。这些间隙应当利用具有匹配最上层或覆盖层的折射率的材料填充。
覆盖层可以由二氧化硅制成。覆盖层的厚度可以多至大约1或2μm，例如SiO2的1μm涂层。
一般而言，光学涂层中的层的具体尺寸将根据反射体的材料和将要赋予的期望颜色而改变。在多层反射体的情况下，多层反射体的材料的每个层可以具有大约50nm至150nm的实际厚度，以便于在可视范围内产生颜色。
例如，每个红色层可以为大约100nm，这取决于使用的材料。光学厚度(厚度×折射率)应当等于在表面法线处反射的期望光的波长的1/4(即代表观察到的期望颜色的那个)。如将理解的，通过改变这些尺寸，可以产生不同的颜色。例如，通过降低尺寸，可以产生较小波长的颜色(比如紫色)。
多层反射体可以具有导致某一波长的光被反射的材料和厚度。例如，波长可以为“蓝色”的大约425nm至450nm、“绿色”的大约545nm和“红色”的大约680nm至700nm。这些值位于每种颜色的远端处，因为它们在平的堆叠的表面法线处被观察到，但是随着视角增加(朝向掠入射)，然后反射的波长位移至光谱的近(左)部分。
作为实例，为了产生蓝色，当堆叠包括具有大约2.17的折射率的二氧化锆和具有大约1.46的折射率的二氧化硅时，可以使用下列多层反射体：
1.1/8波ZrO2＝31nm
2.SiO2 1/4波＝93nm
3.ZrO2 1/4波＝62nm
4.SiO2 1/4波＝93nm
5.ZrO2 1/4波＝62nm
6.SiO2 1/4波＝93nm
7.1/8波ZrO2＝31nm
已经发现这样的七层多层反射体实现蓝色波长的大约90％反射率，其可以产生明亮的和鲜明的颜色效应。
TiO2也可以被用作高指数材料层。
优选地，1/4波堆叠的外层是高指数材料以提供更强的反射。
不同颜色可以通过例如在TiO2和SiO2堆叠中使用不同数目的层和不同厚度来实现。已经发现总共七层提供了好的蓝色、紫色和银色或蓝绿色。不同的颜色也已经使用总共九层实现，包括深橙色、锈红色/橙色和淡黄色。
一般而言，如果用于层的两种材料在折射率方面具有较低对比度，比如Al2O3和TiO2，则通常需要更多的层以实现适合的反射率水平，但是一些新颜色可以变得可能，包括鲜绿色。然而，更多的层相当于在涂布机中更多的时间，这意味着基层可以变得更热。取决于基层的材料，在一些情况下，这可以导致复杂化，比如气泡的释放和融化。在机器中的时间取决于材料；TiO2的沉积速率是大约8nm/分钟，而对于SiO2和Al2O3，大约是13nm/分钟，在800W的RF功率下。
由于轮廓元件对反射波长的作用(基础结构的倾斜侧引起较短波长的反射-见下面)，与平的1/4波堆叠相比，反射的峰值波长较短。例如，当涂布在轮廓元件上时，在732nm(即红外线)的峰值反射下优化的堆叠可以提供橙色色调。
多层反射体甚至可以包括少至三层。例如，已经发现，以高-低-高指数布置的三层可以产生上面提及的蓝色和紫色，但是它们的反射峰更浅且更宽(它们是不太明亮的且反射光谱的较大部分，其又被眼睛平均)。在这种情况下，较高折射率材料可以是外层。例如，多层反射体可以是轮廓元件上的ZrO2层，然后SiO2，并且然后ZrO2的最终层。在该情况下，较高折射率材料(二氧化锆)是外层。
当多层反射体的层沉积在含有轮廓元件的基层上时，反射体层将遵循轮廓元件的横截面的形状。这是因为反射体层的厚度比轮廓元件的大小小的多。
层将把入射光反射为一定范围的方向，但是与法线平均成大约0至20度。因此，还考虑眼睛的总体平均，由光学涂层结构产生的有色外观将是单一颜色中的一种，随着改变角度在色调上仅轻微改变。有效地，这将形成从所有方向看起来基本上为一致颜色的结构颜色。
由于轮廓元件的大小(即高度、长度和/或宽度)显著大于反射体的厚度的事实，反射体将贴合至并遵循结构基底/基层的表面轮廓。例如，轮廓的高度、宽度和/或长度(例如按面积计至少50％、至少60％、至少75％、至少90％)可以比反射体的厚度至少大10倍(例如，10到100倍)。
就材料而言，基层和/或基层的轮廓元件可以包括透明或黑色材料(比如黑色有机玻璃)。当基层是透明的时，其可以涂布有对于至少可见光不透明的材料。该涂层可以在包括轮廓元件的基层的整个表面之上或者涂层可以在基层的至少背部和侧面上。这是为了防止光从基层穿过光学涂层。具有黑色基层或者含有黑色或不透明涂层/背衬的基层将防止杂散光从基层的侧面或下面进入基底，并且因而允许通过吸收入射光中对于反射不期望的那些波长产生更明亮的颜色。
已经发现，如果白色或透明基底/基层被使用，则可以获得珠光效应。涂层的一个具体应用可以在磨砂玻璃上，其中反射体在玻璃上产生颜色效应。玻璃可以是板或者其可以提供物体的一部分。涂层也可以被施加至陶瓷，比如瓷器以模仿釉，或者至塑料制品，例如用于外壳的常见塑料，和制品比如丙烯酸。
虽然反射的锥形(即感知不到彩虹色的最大角度)与为亚微米的现有技术结构相比较窄，但是当结构被施加至黑色基底时，彩虹色随角度褪色为黑色。这是期望的视觉效果，其表现出丰富的表面。
在多层反射体的层中使用的材料通常可以是介电材料，比如二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、氟化镁、二氧化锆和五氧化二钽。例如，多层反射体可以包括相对(与多层反射体的其他材料相比)高折射率层比如氧化锌和相对(与多层反射体的其他材料相比)低折射率材料比如氧化硅的交替层。
覆盖层可以包括二氧化硅或其它多种(光学透明的)玻璃。覆盖层可以由化学气相沉积的聚(对二甲苯基)聚合物(例如聚对二甲苯(Parylene))制成。
反射体的各个层(一个或多个)可以使用对于本领域普通技术人员熟知的许多制造步骤生产并且施加至基层上，比如印刷、离子束沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、分子束外延溅射涂布、浸涂和喷涂或自装配方法。
在光学效应结构的制造期间，在具有轮廓元件的基层已经被形成之后，如果反射体不立即被施加，则其可以用临时保护膜覆盖。该膜在反射体的施加之前可以立即被去除。该临时保护膜可以防止对轮廓元件的损害。具体而言，其可以防止灰尘或与将轮廓元件接触的油脂，在施加反射体之前其可能难以清洁。
如前面提及的，在任何给定时间处，眼睛仅检测窄范围的来自物体的潜在反射角，并且在视网膜处聚集的波长的总体平均发生在该窄范围的检测内。众所周知，在具体角度处观察到的光的颜色将取决于光穿过的每个层的光学距离。当垂直于下面的基层观察多层反射体时，光将通过每层前进等于每层的厚度的距离。结果，由于在眼睛中的干扰效应和总体平均，垂直于涂层观察到的光的颜色将是由层的几何厚度和层的各自折射率决定的光的颜色。在标准1/4波长堆叠中(即不具有下面的轮廓元件)，当从一定角度观察时，在该角度下由眼睛检测到的光将已经轻微地前进进一步通过每个层(大于每层的厚度的距离)，并且因而光束前进的光学厚度将更大。具有更长波长的光将从产生彩虹色的更宽的视角被观察到。
然而，下面的轮廓元件的存在引起层相对于基底/基层平面的角度的改变(因为它们遵循轮廓元件的轮廓)。因此，在较宽的视角范围内，产生观察到的反射的显著比例的反射体层表面将以还基本上维持反射体层中的预期厚度的方式对观察者更多取向，即法线(normal)位置。结果，在该较宽范围的角度内由眼睛观察到的颜色是相对恒定的。
附图说明
现在将仅通过实例的方式并参考附图更详细描述本发明的某些优选实施方式，其中：
图1A和1B显示了光学效应结构的平面图和侧视图；
图2A和2B图解了光学效应结构的近似‘法线’位置；
图3显示了在图1和2中示意性地显示的光学效应结构的电子显微照片；
图4、5和6显示了可选的光学效应结构；和
图7A-7D示意性地图解了利用光学涂层结构的反射的操作；
图8A和8B图解了两种类型的基础结构的扫描电子显微照片，即凸起状弯曲突出和凹形压痕形式的轮廓元件(一个是另一个的倒转)；
图9A和9B显示了图解压痕型基础结构的横截面的扫描电子显微照片，该压痕型基础结构在施加至表面的(大约20μm厚)涂漆中形成(图9B是图9A的中心部分的较高倍数放大)；
图10A和10B图解了三层堆叠(图10A)和七层堆叠的理论反射轮廓，该七层堆叠包含SiO2和ZrO2，其中ZrO2形成最内和最外层(图10B)；
图11图解了“铁蓝色”光学涂层结构样品的测量的透射曲线；
图12A和12B图解了来自不同生产批次的扫描电子显微照片(相同放大倍数)；
图13A和13B图解了在溅射涂布机中涂布有三层(蓝色)的两种压痕型基础结构的扫描电子显微照片；
图14图解了在样品光学涂层结构的磨损试验期间显示对涂层损伤的扫描电子显微照片；
图15显示了在图16A至20B的反射率测量中使用的白炽灯的发射光谱；
图16A显示了从具有压痕型轮廓元件的蓝色光学效应结构接收的一系列反射光谱，并且图16B显示了从具有压痕型轮廓元件的蓝色玻璃光学效应结构接收的反射光谱；
图17A和17B分别显示了在45°和近法线处的来自蓝色光学效应结构(具有压痕型轮廓元件)的反射光谱；
图18A和18B分别显示了在45°和近法线处的来自深红色光学效应结构(具有压痕型轮廓元件)的反射光谱；
图19A和19B分别显示了在45°和近法线处的来自玻璃光学效应结构(具有压痕型轮廓元件)的反射光谱；
图20A和20B分别显示了在45°和近法线处的来自蓝色光学效应结构(具有突出型轮廓元件)的反射光谱；
图21示意性地图解了包括额外涂层的光学涂层结构；
图22示意性地图解了包括额外涂层和顶层的光学涂层结构；
图23是光学涂层结构的示意图，其中顶层包括切割晶体；
图24是光学涂层结构的示意图，其中顶层包括凸形元件；
图25是优选的光学涂层结构的生产过程的示例性流程图；
图26是图解用于提供光学涂层结构的基层的步骤的流程图；
图27A是以网形式的有孔基底的示意图；
图27B是以在聚合物中涂布的网形式的有孔基底的示意图；和
图28是图解提供光学涂层结构的基层的可选方式的步骤的流程图。
具体实施方式
由本光学涂层结构产生的颜色效应可以使用纳米光子学和几何光学的独特组合解释。薄膜堆叠可以被用于生成颜色(在白光/日光中)，当并列时，浅弧——一个或两个更大的数量级——可以被用于形成在表面上引起许多微小反射的基(base)，该表面在大部分观察角度内不呈现与入射光显著不同的角度。眼睛的总体平均功能降低了给出了深的、丰富的、单一的颜色的印象的波长中“变化”的效应。
薄膜堆叠可以采取例如1/4波层(通常为几层)或金属加介电(双层)布置的形式，但是基层和反射体层在微米量级下通常是平的。视觉效果是一种(“峰值”)波长在观察光学涂层结构的每个角度下表现为主宰来自白光的反射——实质上观察者看到与该波长对应的强的颜色。反射表现为明亮光束，尽管不同波长可以主宰为入射角/视角改变，例如，导致在较陡的角度下从不同方向看到的具有不同颜色的明亮光谱。
图1A和1B显示了当施加至物体表面时赋予物体颜色的光学涂层结构。该光学涂层结构具有基层，该基层具有在其上的轮廓元件2。该轮廓元件2具有各自的大小在5到100μm范围内的宽度和长度，并且以非周期性方式被布置(尽管它们也可以以周期性方式被布置)。轮廓元件2的高度在大约1至10μm的范围内(在一些实施方式中，它们可以在1至5μm或>5μm和≤10μm的范围内，例如2-10μm)。轮廓元件2具有在上升的轮廓元件2之间的凹部/槽4，如图1B中举例显示的。
反射体提供在基层上。然而，因为反射体与轮廓元件2的大小相比显著更薄，所以在图中没有显示，因为在该比例下其不可见。
反射体是窄带反射体。其可以是多层反射体，该多层反射体包括较高和较低折射率材料的交替层。其可以包括1/4波堆叠，其中每层的“光学厚度”(实际厚度×折射率)是期望反射波长的1/4。优选地，两种材料被包含并且交替地沉积，例如SiO2为低指数层，并且TiO2或ZrO2为高指数层。总计七层(高、低、高、低、高、低、高)足以产生对一些颜色明亮的和鲜明的颜色效应，例如，可以实现多至90％的反射。理想地，外层应当是高指数材料，因为这提供了更强的反射。注意，对于一些堆叠，最内和最外层的光学厚度可以是1/8th波长。
多层反射体的薄膜可以使用浸涂、真空涂布、溅射涂布、等离子体涂布、液晶手性方法或嵌段共聚物方法等，以对于光学器件制造(例如，对于滤光器)标准的方式沉积。等离子体涂布尤其是高水平技术，其在一定程度上通过避免非常高的温度提供特别均匀的涂层。材料比如ZrO2、TiO2、Al2O3和SiO2很好地粘附至许多基底材料，尽管一些材料(比如聚碳酸酯)可能需要添加“附加”层。薄膜可以沉积为1/4波堆叠以产生特定颜色。
薄膜的另一种形式可以是金属和介电涂布(即仅两层)途径。介电(外)层(例如SiO2)的厚度将决定反射的波长——其光学厚度应当是波长厚度的一半。银可以通过该方法制造，并且吸引人的鲜绿色和鲜红色也是可能的。颜色倾向于不太明亮和鲜明，以及更微妙，并且倾向于随着改变视角而改变非常小。
如所示的，图1A的实施方式中的轮廓元件2形成在其间具有槽4的重叠/并列突出的微孔结构。相比之下，图7D和图8B的实施方式中的轮廓元件2形成具有***5的重叠/并列凹陷或压痕的微孔结构。
因而，基底层或基层可以具有微突出(正的)的形式，包括并列的、浅弯曲凸起，或者倒转(负的)形状的微压痕，其形成基础结构或轮廓元件。轮廓元件可以是均匀(例如六角形紧密堆积)或者随机形状并且宽度/长度/直径改变从大约10-50μm，并且高度在大约1和10μm之间改变。轮廓和尺寸需要小心地选择，这是因为如果弯曲太深，则将失去颜色效应(或者可能改变为不同的效应)。
轮廓元件的作用是使得沉积在它们上面的薄膜遍及堆叠呈现它们的轮廓。薄膜堆叠中的浅起伏具有在宽范围的入射角/视角内引起相同峰值波长被反射的效应。当眼睛的总体平均的效应也被考虑时(其否定“杂散”反射的效应)，使得光学涂层结构从宽范围的方向看起来为单一颜色，比如中心在表面法线处的90度圆锥体内。超过该范围，颜色将开始改变为对应于光谱中较短波长的颜色。例如，蓝色将最终被紫色所代替。这可以被视为积极特征，因为其意味着涉及除了颜料之外的某物并且引起新的光学效应的印象。光学涂层结构看起来特别强烈但是没有光泽——而是非常深的、丰富的消光效应。当其被施加在塑料基底上时(即，基层是塑料材料)，光学涂层结构可以提供暗示固体金属存在的外观。
轮廓元件2的大小改变并且至少80％(按面积计)的轮廓元件2具有各自的大小在5到100μm范围内的宽度和长度，并且高度在1至5μm的范围内。
如图2A中所示，当光垂直于基础结构入射时，表面的大约50％(即匹配轮廓元件的轮廓的反射体)近似地垂直于入射光。如图2B中所示，即使当光在某一角度下(例如多至30度)入射至基础结构时，相对大百分比(比如至少40％)的表面近似垂直于入射光。结果，即使当在与法线多至30度的角度下观察时，由人感知的颜色可以是相同的。
由于其中人处理光波长的方式，使得至少40％的表面反射近地相同的波长将导致观察者感知单一的纯颜色。
当窄带涂层在与法线的浅角度(例如±30度)下观察时，层的光学厚度较大，这导致位移的反射。由于下面的轮廓元件的性质，一些观察到的光束将总是具有位移的波长的成分，并且结果，必要的是，当设计或形成光学涂层结构以不得不选择改变的波长(通过改变反射体)从而达到期望感知的波长时。
图3显示了拍摄的光学效应结构的光学电子显微照片。放大倍数是366x，EHT是20.00kV，信号从反向散射的检测器(BSD)接收，压力是20Pa，工作距离(WD)是15mm并且光斑大小是510。该图像清楚地显示了微孔结构。
图4、5和6显示了可选的实施方式。如图4中所示，轮廓元件2可以具有改变的高度。如图5中所示，轮廓元件2可以是相等大小的元件。如图6中所示，轮廓元件2可以具有平的部分，其可以相对于法线处于改变的角度。这些平的部分可以导致具有增加的‘闪光’效应的光学效应结构。
图7A图解了来自平滑和粗糙表面的光束的典型反射。平滑表面提供了镜型反射；粗糙表面提供了随机的反射。
图7B图解了“点”光源的反射如何在弯曲、平滑表面——在这种情况下是球体——中被观察到。反射被曲率拓宽。如果球体的多个段是紧密堆积的，则可以进行总体反射以覆盖超过整个表面的一半。
图7C和7D是示意图，其以横截面指示薄膜层的规模——与形成轮廓元件的基础结构的两种形式相比较(上面的图7C中微突出的实例和下面的图7D中微压痕的实例)，和它们对从不同方向入射的光的作用。反射宽泛地类似于图7B中所见的那些，但是相反起源于多个轮廓元件；与球体的多个段紧密堆积的地方类似。薄膜反射体的存在引起颜色的改变。然而，由于来自薄膜反射体的反射的波长将随入射角改变，这意味着薄膜反射体与球体的实例中出现的相比需要较浅的曲率从而防止单向光接收宽范围的入射角。因而，轮廓元件的高度优选地≤10μm。
与图7B中球体的实例一样，光学涂层结构可以产生如此效应：其中大(例如，超过50％)比例的表面积在任何时候对眼睛而言看起来被照明，尽管此外反射将看起来有色。
为了产生最明亮的颜色，基底应当是黑色的和不透明的，以便于防止任何入射光的背射不被薄膜反射(背射将稀释反射的光束，其已经由薄膜选择)。
因为光学涂层结构不包含颜料，所以其将永不褪色。其也是极其薄的，例如厚度仅150-500nm(或者如果也考虑提供轮廓元件的基础结构，则为几微米，其可以被“安装入”至任何产品)。
光学涂层结构通过利用已经存在的轮廓元件形成基层(例如，通过塑造、冲压、印刷等)，或者通过在已经制造的基层上形成轮廓元件(例如，通过酸蚀、冲压、印刷等)来制造。多种薄膜(或者可选地手性的、液晶型结构)被沉积在顶部上。
基层的轮廓元件优选地通过酸蚀来制造以产生适合大小和形状的、随机的形貌。产品的表面可以被酸蚀刻或者(更商业地)产品的模具或冲模的内表面可以被酸蚀刻。例如，玻璃可以被酸蚀刻并且这可以被用于形成塑料材料——例如，热塑性材料比如丙烯酸片——的模具或冲模的一些或全部，以在完成的丙烯酸产品的表面上留下倒转的图案。酸蚀刻技术是相对便宜的，这使得从商业观点来看其是特别有吸引力的。
可选地，可以使用涂漆涂布工艺。任何产品可以被涂布在适合的涂漆中，例如模具/冲模然后可以施加在其内(例如，在冲压工艺中)。作为另一种选择，光学涂层结构可以采取自粘合薄片的形式，其然后可以粘附至产品的表面(这可以在卷对卷机(reel-to-reelmachine)上实施，例如使用PET或PMMA基底)。可选地，规则形状的基础结构可以通过纳米压印光刻技术以模具的形式或者通过使用一些其它三维印刷方法制造。轮廓元件也位于“标准工业”注塑和吹塑，和真空成形工艺的(大小和形状)保真限内。因此，轮廓元件可以在工业模具的内表面上再现使得它们掺入形成的产品中。然后可以涂布形成的产品。酸蚀刻技术可以被用于形成用于这样的注塑、吹塑或真空成形机的标准板牙。
在另一个实施方式中，凹陷可以通过将非常精细的聚合物网(例如具有大约50μm宽的孔的网)浸渍入液体聚合物，然后移除网来产生，使得随着液体聚合物固化，其在股之间的空间中呈现弯曲(下沉)。这可以通过重力和/或分子力。分子力可以有助于形成弯月形面(提供更陡的侧部分)——其中聚合物膜粘附至网的股，和凹陷的较平的中心区域——其中弯月形面在每个孔径的中心中接合。
网优选地具有大约10-50μm宽的孔径，但是在任何地方可以具有在5-500μm范围内的孔径。网可以形成为材料股，例如聚合物股，其彼此交叉，为扩展的网——其中裂缝在片中例如通过激光器切割形成，并且片然后被拉伸以扩展孔径并且形成扩展的网，或者通过其它方式。
代替网，可以使用机织织物或布基底。织物或布可以具有与上面相同范围的孔径。类似地，布样材料可以由具有相同范围孔径的沉积的纤维构建。这将提供具有大小和空间更随机分布的孔径。在另一个实施方式中，具有在上面提及的大小范围内的孔的伪随机分布的网基底可以通过增材制造来产生。在另一个实施方式中，网可以通过去除材料——例如通过激光切割工艺、光刻工艺或蚀刻工艺——形成以产生孔的伪随机分布。
网或有孔基底可以被浸渍、散布、喷射或以其它方式涂布有液体聚合物以提供跨越孔延伸的膜。液体聚合物然后可以被干燥和/或固化以形成反射体的基层结构。聚合物的膜可以提供在网或有孔基底和随着聚合物固化诱导的凹陷上面并且粘附至其。当聚合物固化时，重力和分子力可以足以引起凹陷。如果期望，可以通过表面压力提供帮助，例如，通过指向表面的空气或气体的压力，随着材料固化，液体或颗粒的重量停留在凹陷中，或者通过凹陷下面降低的压力，以帮助诱发凹陷的曲率。
基底中的孔径通过膜桥接以形成凹陷或凹处。网的股可以保持可见。优选地，股被覆盖以呈现仅一种材料并且帮助涂布有反射体。液体聚合物可以形成仅覆盖网的背部的薄层，或者其中网仅在表面处是可见的厚层。网或有孔基底然后可以被施加至制品的表面以提供基层结构和施加的多层反射体以赋予制品颜色。
网或有孔基底材料和/或聚合物材料应当优选地是深色的或者黑色的以帮助强化有色反射。然而，透明版本也可以在光学涂层结构中提供实用性。一旦涂布有多层反射体，其可以例如产生珠光效应。
完成的产品可以形成为薄的、有色的材料，其具有商业应用比如“合成革”等。下面的网或有孔基底可以为柔性材料提供额外的强度并且可以有助于防止拉伸等。
适合于基层结构的聚合物材料的实例包括PDMS(聚二甲基硅氧烷)、聚氨酯和硅树脂。网基底可以由相同的聚合物材料制成。已经显示为产生有用结构的实例网厚度在0.5至1mm的范围内，更具体地0.8mm。具有凹槽形式的多个轮廓元件的片可以通过该技术容易地产生，片的厚度优选地在1和3mm之间。这些可以涂布有反射体以形成光学涂层结构。涂布的片在生产鞋类、包、钱包、覆盖物、汽车装饰物等中可以是有用的，其中光学颜色效应代替颜料被用于产生期望的颜色。
图8A和8B显示了用于光学涂层结构的两种主要类型的基础结构的扫描电子显微照片。图8A的显微照片大约×536的放大倍数并且显示了多个凸起状弯曲突出。在图像中，可能的是对一些突出辨认出平的顶部。这些是由不准确移除模具引起的不完整性，并且可以增加一些“闪光”至由涂层结构引起的光学效应。图8B是大约×478的放大倍数并且显示了提供光学涂层结构的轮廓元件的多个凹面压痕。图8B的基层基本上是图8A的基层倒转。
酸蚀刻的一些形式可以引起弯曲的突出型轮廓元件。其它形式，比如氢氟酸(“HF”)蚀刻(例如，使用7:1或20:1缓冲的氢氟酸)，涉及“2D”蚀刻工艺，并且因此需要几个步骤以构件3D结构。在此，在每个步骤处，酸溶解基底材料为浅深度，留下倾斜侧面和平的基部(即倒转的、横截面为梯形)。在酸蚀刻之后大的平的基部保留的地方，这将引起镜面反射并且在另外的消光效应中表现为“闪光”。
然而，存在另外的方面：轮廓元件如何经由酸蚀刻形成，其根据精确的蚀刻方法起着较大或较小的作用。自组织可以导致20μm规模的3D岛(islet)的形成(这些岛可以包括形成压痕的宏观形状的直的、倾斜的侧面)；另外，也可以考虑弹性-变形力，以及缺陷-变形和毛细管-波动力的作用。当然，已知的是导致纳米结构的自组织过程可以在某些宏观条件下在表面上自发发生。
当比较用于形成基础结构的突出和压痕型轮廓元件时，两种类型的轮廓元件均产生相似的、有吸引力的视觉效应。然而，存在一些区别。一般而言，突出型轮廓元件引起较少的闪光效应(并且主观地，可能地较不明亮的外观)，但是倾向于随着改变角度引起色调的更显著的改变。
举例而言，轮廓元件可以具有(通常地)2-5μm(典型地5μm)的高度(或者“表面粗糙度”)。如果它们直接地被塑造成产品，则这是它们的实际高度；如果涂漆层首先被施加，则这给设备增加另外的2-5μm(最小值)(即具有轮廓元件的涂漆在其最厚点可以为大约6μm厚)。
反射体层的实际厚度可以是每个大约870nm。因此，两层在轮廓元件/涂漆基层上增加了1640nm(0.164微米)，而七层在基层上增加了大约500nm(0.5μm)。
因此，光学涂层结构的“厚度”取决于基层如何被生产和考虑。如果它们直接地被塑造为产品，则它们可以被视为具有0或2-5μm(或者这个数值的一般(即一半高度))的高度。然后，多层成分将增加大约0.164或0.5μm的额外厚度。
当考虑制造容限和制造过程的哪个部分可以引起视觉外观的改变时，视觉效应结构的两种成分应当被单独考虑。
轮廓元件，就光学成分而言，这些结构是相对大的、浅的、扇形突出或压痕，优选地大约10-50μm宽(优选地可变和随机布置的，例如如图8A或8B中所示的)。由于大小的这种随机改变，制造改变和不完整性的容限是高的。然而，在突出型的情况下，对于曲率更重要的是相等的或基本上相等的。如果平的区域发生(例如，由于塑造过程中的错误)，则闪光的程度将增加，由于引入微小镜面。
事实上，当在200×放大倍数下检查时，突出型基础结构——例如，经由几个步骤的HF蚀刻制造——可以表现为不同颜色。存在平的区域，比如在每个“凹处”或“压痕”的基部处和在凹处(压痕)之间的上升区域处，或如果经由塑造制造倒转结构，反之亦然。这些与倾斜区域(凹处/压痕的侧面)相比表现为较长波长的不同颜色。例如，当倾斜区域表现为紫色时，平的区域可以表现为蓝绿色。对于肉眼，这些颜色被组合并且平均为表现为单一色调(例如蓝色)。然而，如果平的区域是相对大的(例如，多于20μm)，则它们可以被肉眼观察到并且提供镜型反射，表现为“闪光”。这些“缺陷”的高频率导致在定向光下的颜色设备的闪光效应。这可以是或可以不是期望的，取决于具体颜色和应用。
图21图解了包括基层10的光学涂层结构，该基层10设置有多个凹槽形式的轮廓元件11。在轮廓元件11的表面上沉积了多层反射体12。光学涂层结构还包括施加至多层反射体12的表面的额外涂层14。额外涂层14可以包括热或化学可凝固(settable)材料，例如，聚合物材料比如树脂。例如，其可以包括可以原位凝固的丙烯酸材料。
利用折射率的适当选择，透明材料可以被选择以改变当入射光束接近多层反射体12时它们的角度，使得当它们向下通过额外涂层14的材料时，它们被移动更接近法线(入射角可以从θ移动至θ’，如图21中所示的)。以这种方式，上面描述的颜色效应变得更可靠，即使在更大的入射或视角下，因为该移动朝向表面法线；其降低了在较大视角下引起彩虹色的倾向。
图22图解了类似的光学涂层结构，其包括已经被施加至额外涂层14的平滑、坚硬透明材料比如玻璃片的顶层16。具有与玻璃类似光学、折射和机械性质的其它材料也将是适合的，比如，某些陶瓷和塑料。根据需要顶层16可以自身包括进一步的涂层(未显示)，比如抗反射、耐划伤或有色涂层。类似地，额外涂层14可以包括初始可流动的材料，其呈现轮廓元件11的形状并且将顶层16粘附至多层反射体12。额外涂层14可以被化学或热固化。此外，优选的是折射率与顶层16匹配，使得两层14、16光学地充当一个。在玻璃顶层16的情况下，玻璃将为光学涂层结构提供耐划伤性。
图23图解了对图22实施方式的改变，其中平面顶层16已经被切割晶体层16取代。光在不同的角度下进入晶体通过不同的晶体小面17，其可以具有尺寸x(图是示意性的并且不是实际比例，切割晶体16的小面17可以比在基层10中形成的轮廓元件12的尺寸大许多量级)。再次，下面的额外涂层14应当优选地是与切割晶体16的折射率匹配的折射率。略微不同的色调可以由观察者在切割晶体16的不同小面17中看到。
图24图解了对图23的进一步改变，其中切割晶体顶层16已经被圆形元件取代，例如凸面形玻璃件16(例如，圆顶形元件)或其它适合的透明材料。
虽然图21至24显示了凹槽形式的轮廓元件12，但是轮廓元件12也可以形成为突出。
图25显示了在光学涂层结构的制造期间可能的工艺步骤的流程图。在步骤20处，制备基层。这可以包括切割坯料为具体大小和/或处理其用于随后步骤。在该阶段中，基层可以是平面宽阔的材料。然后，在步骤22处，轮廓元件——其可以是凹槽或突出——在基层上或者基层中形成。这可以通过蚀刻、沉积、塑造、冲压、印刷或其它适合的方法。虽然基层是平的，但是这可以使得轮廓元件的形成更容易。在步骤24处，基层然后可以被弯曲成形状，例如，在塑造操作中以形成外壳的边缘。如果轮廓元件还没有被涂布，则它们然后可以在步骤26处被涂布有多层反射体。多层反射体可以包括1/4波板反射体，例如，上面的反射体结构中的任一种。额外涂层，例如，可固化聚合物材料层然后可以在步骤28处被施加至多层反射体，并且然后在步骤30处将顶层施加至额外涂层。如果需要，在步骤32处进一步涂层可以被施加至光学涂层结构。
图26是根据一个实施方式图解用于提供光学涂层结构的基层的步骤的流程图。在步骤34中，提供了有孔基底。这可以是网的形式。有孔基底然后涂布有液体聚合物36。在一个实例中，网被浸渍入液体聚合物。聚合物在步骤38中被固化以形成基层。一旦被固化，聚合物片，其仍包括有孔基底，可以被引入涂布装置并且反射体可以被沉积在基层40上。
图27A是在该方法中使用的网42形式的有孔基底的示意图。网42包括孔44。网42被浸渍入液体聚合物并且被固化以形成固化的聚合物片46，其包括凹槽48形式的轮廓元件。聚合物穿过网42的股之间的孔44延伸。随着其固化，聚合物在孔44内被拉成凹形以形成凹槽48，如图27B中示意性地显示的。片46形成基层，在其上反射体被沉积以提供光学涂层结构。
图28是图解提供光学涂层结构的基层的可选方式的步骤的流程图。在该顺序中，在步骤52中提供模具。聚合物在步骤54中被引入模具。聚合物可以被倒入模具，或者其可以作为在模具中熔化的粉末被引入。模具被图案化为预期轮廓元件的倒置的图案。聚合物在步骤56中被固化以产生在表面上包括轮廓元件的固化聚合物片。在步骤58中，固化聚合物片可以从模具剥离以从模具移除它。这提供了光学涂层结构的基层。反射体然后可以在步骤60中被沉积在包括轮廓元件的表面上的基层上。
测试结果
图9A和9B显示了扫描电子显微照片，其图解如在施加至表面的(大约20μm厚)涂漆中形成的压痕型基础结构的横截面。图9B是图9A的中心部分的较高倍数放大(图9A在大约×595的放大倍数下)。在图9A中，黑色三角形形状(左下角)是扫描电子显微镜短线(stub)(不是样品的一部分)。样品在图像中是灰色的。其包括一件塑料片，在该情况下PMMA(丙烯酸)，但是也可以是PVC或其它适合的塑料制品。在图像中，其是大约100μm厚度。在其顶部上提供了涂漆层，其为大约20μm厚并且包含凹陷。PMMA和涂漆之间的边界形成了在图9A和9B中可见的对角线。在图9B的中心中，存在过度深的凹陷(缺陷)，其几乎达到涂漆的深度。
图10A和10B分别图解了三层堆叠和七层堆叠的理论反射轮廓。层材料是SiO2和ZrO2，并且ZrO2形成最内和最外层。如上面所指出，由于轮廓元件对反射波长的作用(例如，基础结构的倾斜侧面引起较短波长的反射)，反射的峰值波长通常比对于平的1/4波堆叠预期的峰值波长短。例如，当被涂布在轮廓元件上时，在732nm(即红外线)的峰值反射下优化的堆叠可以提供橙色色调。因此，在光学效应结构的制造中的步骤可以包括调节层的厚度以弥补峰值反射至较短波长的位移，以便于由光学效应结构在期望波长下产生反射。
图11显示了分别在法线入射处和在距法线10°处具有“铁蓝色”的样品光学涂层结构的测量的透射曲线。
图12A和12B图解了两种压痕型基础结构的扫描电子显微照片，这两种压痕型基础结构在溅射涂布机中涂布有三层以产生蓝色效应。光学涂层结构的基层由不同操作者使用不同设备形成。基层然后在相同机器中被涂布以确定制造工艺中的变化是否可以不利地影响光学涂层结构。
对于压痕型基层结构，虽然存在轮廓元件的大小和形状存在很大改变，但是在产生的光学效应中没有观察到显著差别，这表明对于这些光学涂层结构，在制造中可以存在相当大的允许偏差。在通过肉眼的颜色和消光效应方面，样品看起来是不可区分的，但是闪光程度可以改变。在扫描电子显微镜中的更近的检查中，在处理之间存在损伤的迹象，如通过显微照片中几个黑色区域图解的。然而，没有观察到光学涂层结构的总体有色外观的区别。
多层涂层对于光学工业而言是标准的。它们经常在高科技应用中使用，例如用于光谱调谐激光器，其中高精度是必要的。当打算通过眼睛(远低的保真度)而不是机器阅读器观察光学涂层结构的颜色效应时，制造差异不太可能产生任何感知的颜色差别。就测量的波长和垂直于样品处观察到的颜色而言，完整制造的光学涂层结构也被发现非常好地匹配理论。
如果机器参数被设定为相同，则商业涂布机已知为完美地再现涂层。这在430nm下在丙烯酸涂层中产生的基层上测试。在不同的涂布运行中产生的样品对于肉眼看起来相同。而且，不同批次的涂布材料已知为不影响颜色，因为涂布材料被精确地制造。
因而，通过遵循相同的设计和相应地校正以确保相同的结果可以实现可重复性。一旦建立，涂布机已知为重复运行以处理完成批次需要的所有运行。
下面的表1列举了对许多光学涂层结构样品的视觉评估的结果。
当通过眼睛观察时，测试的样品产生了“铁蓝色”(430nm)颜色效应(参见图11)。光学涂层结构包括总计7层的SiO2和TiO2。给出表中的测量为最接近的5度。
表1-在“铁蓝色”光学涂层结构样品中观察到的颜色效应。
虽然表1显示了观察一种光学涂层结构样品——其中该样品是无明暗差别的——的结果，但是应当记住由光学涂层结构着色的物体的大小和形状也可以影响颜色的心理学解释。另外，每种色调可以变化较大。认为，在观察者的思想中蓝色与光谱的其它部分相比表现为改变较少的颜色，这是因为例如随着黄色改变为绿色，中度蓝色改变为深蓝色，然后紫色将不表现为引人注目的。
下面的表2列举了对于描述的光学涂层结构已经实现的许多峰值波长和颜色。
峰值波长/nm 颜色
380 紫色
400 紫色–深蓝色
436 深蓝色
440 深蓝色
462 淡蓝色
490 非常淡的蓝色
512 带蓝色的/绿蓝色的
614 青金色/黄色
670 淡橙色
710 橙色
753 深橙色
802 淡橙色
深红色
表2-光学涂层结构样品中的峰值波长和观察到的颜色。
三种样品在不同的光照条件下被拍摄。很明显，色调随着光照条件和视角的改变程度取决于选择的样品——一些颜色(例如银蓝色样品)改变多于其它(例如中度蓝色样品)。当观察日光的镜面反射时，最强颜色改变在晴天被观察到。
下面的样品被拍摄：
1.中度蓝色：七层“等离子体”涂层；1/4波堆叠，中心在430nm。
2.银蓝色：七层“等离子体”涂层；1/4波堆叠。
3.银色：金属+介电真空涂层。
选择这三个实例是因为它们提供了一定范围的涂层类型和颜色，其对于肉眼看起来不改变很多(例如样品1和3)并且随着视角/入射光的角度显著地改变最多(样品2)。
照片不捕捉视觉效应——它们看起来为无明暗差别的，而样品看起来是三维的和迷人的(mesmeric)。而且，照片不捕捉精确的色调——中度蓝色样品，例如，在照片中看起来为更深的蓝色，而对于眼睛，它们看起来为中度、“铁蓝色”(在法线入射处)。然而，照片在不同光/观察条件下捕捉色调的变化。
选择的光条件表示在平均每天可以遇到的(近)极端条件(排除专门的室内灯)。拍摄照片的角度为0度、45度和75度。在太阳不在正头顶(如正午)的地方，照片在两个平面内拍摄：(i)天空中太阳的路径的平面，和(ii)垂直于(i)的平面。对于(i)，照片面向太阳拍摄(即捕捉镜面反射)并且太阳在摄像机后面(即捕捉逆向反射)。在近漫射条件下，样品在具有白色墙壁和天花板的房间中，在正午，在阴天条件下拍摄，其中日光仅从大的、开放的门照亮房间(在房间中仅看到弱的阴影，这表明近漫射条件，具有较小的定向光)。所有照片在Sardinia在2015年7月28和29拍摄(即近中夏)。
照片的结果如下：
1.样品1(中度蓝色)的色调在围绕法线的至少75度的视角(即150度观察锥形体)不显著改变。对此仅有的例外是当其以镜面反射，在明亮的日光中被观察时，但是该条件是相当受限的。
2.样品2(银蓝色)的色调在不同观察条件下改变相当大，但是在近漫射光中不改变那么多。
3.样品3(银色)位于样品1和2的效应之间的某个地方，色调在围绕法线(即90度观察锥形体)的至少45度的视角内表现为银色，然后在外观上变为蓝银色。
这些结果表明优选的光学涂层结构的色调对于一些颜色比其它颜色随观察条件表现的更一致。对于一些商业应用，颜色一致性将是重要的并且因此偏爱光学涂层结构的某些色调，尽管色调的改变对于其它应用可能是期望的。
对于中度蓝色，例如，明亮的、迷人的颜色可以实现，其大部分观察或光条件下改变的很少。对于其它色调，这也可以实现。
薄膜层特别是最内和最外层的材料将影响光学涂层结构对于每日使用的回弹。氧化物材料比如SiO2、ZrO2和TiO2至少已知为是特别“坚韧的”回弹材料。此外，层对于基底的粘附强于对平的轮廓的粘附，因为表面形貌学有助于提高粘附。
也检查光学涂层结构的样品对于一般处理的回弹。检查在溅射涂布机中涂布有三层(蓝色)的两种压痕型基础结构的扫描电子显微照片。几个黑色区域被鉴定为在处理期间已经被损坏的区。然而，对于设备的总体有色外观没有观察到区别。
也检查样品以看见指纹效应。指纹引起表面上的油脂层，其在显微镜下看起来为微小的油渍，引起干扰颜色。几个指纹可以在这样的“油”中留下大约1％覆盖范围。已经发现，这些可以利用例如丙酮清除，而不伤害光学涂层结构。
划痕试验和粘胶牢度试验，已知为“军用规格试验(mil spec test)”，对相同的三层涂布的样品(压痕型基础结构)如下进行。注意，这些样品通过普通的溅射涂布(不是等离子体涂布)制造，即在高温下；来自丙烯酸基底的相当大的脱气将在使用的高温下发生，其可能导致膜对基底的相当差的粘附(即等离子体涂布的样品在划痕试验中将表现的更好)。
试验包括轻微的磨损试验、严重的磨损试验和粘胶牢度试验。进行轻微的磨损试验，其涉及粗棉布磨光机对光学涂层结构样品的50次“摩擦(rub)”。样品通过该试验。严重的磨损试验涉及用粗砂浸透的橡胶磨光机的20次“摩擦”。对反射体的损坏在该高水平的磨损下被观察到。粘胶牢度试验涉及抵靠光学涂层结构按压胶带并且撕裂其离开表面。观察到没有去除反射体的任何部分，这意味着光学涂层结构通过该试验。多至9层的额外涂层——其使用等离子体涂布***制造——也通过粘附(“带”)试验。
图14A和14B图解扫描电子显微照片，其分别显示在轻微和严重磨损试验期间对样品光学涂层结构的反射体涂层的损伤。这两个图像拍摄了具体样品的中心区域，在此磨损是最强的。在显微照片中，反射体呈现白色并且基层呈现深灰色，在此涂层已经被擦除。试验确定了尽管在轻微磨损试验期间观察到少量的损伤，但是光学涂层结构样品仍然可以提供良好的颜色效应。当施加更多的实质性磨损时，发现仅少量反射体仍然留在基层上并且这些不足以提供期望的颜色效应。这可以是基底的材料的结果，其影响薄膜层的粘附水平。
为了帮助提供光学涂层结构的耐磨性，保护性、透明涂层可以被施加至反射体。例如，聚对二甲苯(Parylene)极好地粘附至1/4波堆叠的氧化物层并且可以提供良好的保护水平。其通常不影响光学涂层结构的感知颜色(色调)，但是其改变消光效应。在较厚水平下，聚对二甲苯涂层的最外表面开始变平，这赋予白光的镜样反射(其变得有光泽)。这可以是或可以不是期望的。这样的涂层也可以对指纹和污点标记提供回弹。
实际上，基底的材料(其可以例如丙烯酸或其它塑料)与光学涂层结构在日常使用期间可能遇到的材料(例如，钥匙或硬币)相比更软，并且轮廓元件的变形可能导致结构的反射性质的一些损失。虽然反射体的氧化物层可以提供一些耐擦伤性，但是在一些情况下，可以期望的是施加额外更硬的表面层以试图使进一步的任何擦伤损伤最小化。
光学涂层结构样品——其使用由TiO2和SiO2的七个层以及金属加介电(两)层组成的反射体制造，被施加至提供有轮廓元件的3mm厚丙烯酸基层上——在电热板上被加热至70摄氏度。没有观察到颜色改变，这表明这些光学涂层结构可以用在各种日常物体上以在正常使用期间提供永久颜色而不退化。
图15显示在图16A至20B的反射率测量中使用的(白炽)灯的发射光谱。x轴显示以nm为单位的波长，而y轴显示以任意单位的反射率。使用灯的光谱仪被用于获得在不同入射/反射角(镜面反射角被测量)处的白光、定向光下的峰值波长和反射率测量。测量的光谱针对灯的发射光谱标准化。
图16A显示了从具有压痕型轮廓元件的蓝色光学涂层结构接收的一系列五个反射光谱，每个来自不同的反射角；角度1是12°，角度2是20°，角度3是22.5°，角度4是29°和角度5是35°。图16B显示了从具有压痕型轮廓元件的蓝色玻璃光学涂层结构接收的两个反射光谱；其中角度1是11°，角度2是21°。
图17A至20B显示了当在光谱仪中利用白炽灯照射时从许多不同光学涂层结构接收的反射光谱。图17A和17B分别显示了在45°下和近法线下具有压痕型轮廓元件的蓝色光学涂层结构的反射光谱。图18A和18B分别显示了在45°下和近法线下来自具有压痕型轮廓元件的深红色光学涂层结构的反射光谱。图19A和19B分别显示了在45°下和近法线下来自具有压痕型轮廓元件的玻璃光学涂层结构的反射光谱。图20A和20B分别显示了在45°下和近法线下来自具有压痕型轮廓元件的蓝色光学涂层结构的反射光谱。在所有情况下，反射的单位是任意的，因为振幅将取决于许多因素，比如灯的亮度和距样品的距离。
对于所有测试的样品，反射光谱阐释了随着入射/反射角变得更陡，不同的入射和反射角如何可以改变反射的波长，移动反射至更短波长。然而，尽管这种改变，当利用肉眼观察样品时，由于眼睛的总体平均，观察者倾向于从宽范围的方向看到强的、明亮的单一颜色的反射——样品看起来强烈但是没有光泽，这提供了非常深的、丰富的消光效应。

Claims (51)

1.当被施加至物体表面时赋予所述物体颜色的光学涂层结构，所述光学涂层结构包括：
基层；
在所述基层上的反射体；和
在所述反射体下的所述基层上的轮廓元件，所述轮廓元件具有各自的大小在5至500μm范围内的宽度和长度，并且所述轮廓元件以非周期性方式或周期性方式布置。
2.根据权利要求1所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件以非周期性方式布置在所述基层上。
3.根据权利要求1或2所述的光学涂层结构，其中所述基层是黑色材料和/或至少在所述基层的背面和侧面上给所述基层涂布有对可见光不透明的材料。
4.根据权利要求1或2所述的光学涂层结构，其中所述基层是对可见光透明的材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件具有在0.1至50μm范围内的高度。
6.根据权利要求5所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件具有在1至5μm范围内的高度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件为重叠凸起的阵列。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件为压痕的非周期性阵列。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述反射体是多层反射体，所述多层反射体包括较高和较低折射率材料层。
10.根据权利要求9所述的光学涂层结构，其中所述多层反射体由小于20层组成。
11.根据权利要求10所述的光学涂层结构，其中所述多层反射体由2至8层组成。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的光学涂层结构，其中所述层为介电材料的交替层。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的光学涂层结构，其中所述多层反射体被配置为产生具有在350至800nm范围内的峰值波长的反射。
14.根据权利要求1-8中任一项所述的光学涂层结构，其中所述反射体为液晶(手性/螺旋型)反射体。
15.根据权利要求14所述的光学涂层结构，其中所述液晶反射体被配置为产生具有在350至800nm范围内的峰值波长的反射，其可以通过施加物理刺激来调节，优选地以温度和/或电势的形式。
16.根据权利要求15所述的光学涂层结构，其中所述光学涂层结构包括在所述反射体的至少一个正交方向中诱导应力的设备，其通过物理刺激来激活，优选地以温度和/或电势的形式。
17.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述反射体贴合所述轮廓元件的表面轮廓。
18.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中在所述反射体的层(一个或多个)的连续性中不存在中断。
19.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中至少50％的所述轮廓元件的所述宽度和/或长度是所述反射体的厚度的10至100倍。
20.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件被成形使得当光在法线处入射至所述表面的平面时，多于50％的表面积大约垂直于入射光，并且被成形使得当所述光在多至30度的角度下入射时，多于30％的所述表面积大约垂直于所述入射光。
21.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中相邻轮廓结构之间的平均周期在5和100μm之间。
22.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中按面积计至少60％的所述轮廓元件具有各自的大小在5至100μm范围内的宽度和长度。
23.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中按面积计至少80％的所述轮廓元件具有各自的大小在10至50μm范围内的宽度和长度。
24.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述轮廓元件具有在1:2和1:100之间的高度和长度尺寸比。
25.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述结构包括在所述反射体的上表面上的保护层。
26.根据权利要求25所述的光学涂层结构，其中所述保护层为SiO2层，优选地大约1μm厚。
27.根据权利要求25所述的光学涂层结构，其中所述保护层为聚(对二甲苯基)聚合物层。
28.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述结构包括在所述多层反射体的上表面上的额外涂层，其被配置为朝向所述多层反射体的表面法线移动入射光。
29.根据权利要求28所述的光学涂层结构，其中所述额外涂层包括在施加之后已经被固化的材料。
30.根据权利要求28或29所述的光学涂层结构，其中所述额外涂层包括丙烯酸材料。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的光学涂层结构，其中透明顶层已经被施加至所述额外层。
32.根据权利要求31所述的光学涂层结构，其中所述额外涂层是与所述透明顶层折射率匹配的。
33.根据权利要求31或32所述的光学涂层结构，其中所述顶层包括玻璃片、切割晶体或成形元件。
34.根据前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构，其中所述基层是丙烯酸材料。
35.包括前述权利要求中任一项所述的光学涂层结构的物体，其中所述光学涂层结构被掺入所述物体的表面上以赋予所述物体结构颜色。
36.根据权利要求35所述的物体，其中多于50％的所述物体的表面掺入所述光学涂层结构。
37.根据权利要求35或36所述的物体，其中所述物体是便携式电子设备的外壳。
38.根据权利要求35或36所述的物体，其中所述物体是在制造制品中使用的柔性材料片。
39.形成光学涂层结构的方法，所述方法包括：
提供基层，所述基层具有在其上的轮廓元件，所述轮廓元件具有各自的大小在5至500μm范围内的宽度和长度，并且以非周期性方式或周期性方式布置；和
在所述基层上沉积反射体。
40.根据权利要求39所述的形成光学涂层结构的方法，其中所述光学涂层结构是权利要求1至34中任一项所述的光学涂层结构。
41.根据权利要求39或40所述的方法，其中酸蚀刻过程被用于形成模具，所述模具用于形成所述轮廓元件。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述轮廓元件在丙烯酸材料中被塑造。
43.根据权利要求39-42中任一项所述的方法，其中等离子体涂布过程被用于沉积多个层以形成所述反射体。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述等离子体涂布过程沉积2至8层之间的交替的介电材料。
45.根据权利要求39-44中任一项所述的方法，其包括将保护层沉积至所述反射体的表面上的步骤。
46.根据权利要求39-44中任一项所述的方法，其包括将额外涂层沉积至所述多层反射体表面上的步骤，所述额外涂层的材料被选择以朝向所述多层反射体的表面法线移动入射光。
47.根据权利要求46所述的方法，其包括将透明顶层施加至所述额外涂层的步骤。
48.根据权利要求39-47中任一项所述的方法，其中所述方法包括形成轮廓元件的阵列，所述轮廓元件以非周期性方式布置，优选地为压痕的阵列。
49.根据权利要求39-48中任一项所述的方法，其中所述方法包括使所述基层弯曲的步骤，所述基层具有已经在其上形成的轮廓元件。
50.根据权利要求39或40所述的方法，其中所述方法包括如下步骤：提供有孔基底、在液体聚合物中涂布所述基底和固化所述聚合物以提供所述光学涂层结构的所述基层。
51.根据权利要求39或40所述的方法，其中所述方法包括如下步骤：通过将液体聚合物引入模具提供所述基层、固化所述聚合物以形成包括所述轮廓元件的固化聚合物片和从所述模具移除所述片以提供所述光学涂层结构的所述基层。
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