CN108139521B - 具有结构化光学外观的表面 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有结构化光学外观的表面。该表面可包括基板、设置在基板上的具有第一折射率的第一光学涂层；以及设置在第一光学涂层上的具有第二折射率的第二光学涂层。所述第一折射率不同于所述第二折射率。其他表面可包括具有可见表面的基板，其中可见表面包括多个结构特征部，其中所述结构特征部中的每个结构特征部被配置为透射光波，该光波与其他结构特征部的光波光学相互作用以产生视觉外观。其他表面可包括基板和设置在基板上的光学涂层。光学涂层包括在基质内的有序阵列中的颗粒，其中基质具有第一折射率，并且颗粒具有第二折射率。

Description

具有结构化光学外观的表面

相关申请的交叉引用

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求2015年9月29日提交的名称为“具有结构化光学外观的表面(Surfaces Having Structured Optical Appearances)”的美国专利申请62/234,312，以及2015年10月9日提交的名称为“具有结构化光学外观的表面(SurfacesHaving Structured Optical Appearances)”的美国专利申请62/239,652的权益，这两个专利申请以其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

所描述的实施方案整体涉及具有结构化光学外观的表面。更特别地，本发明实施方案涉及通过使用产生光学干涉效应以改变表面的颜色、不透明度，和/或雾度的物理结构而不是通过使用染料或颜料的化学更改，调整表面的视觉外观。

背景技术

在自然界中观察到结构颜色，并且结构颜色具有与化学颜料或染料的那些特性不同的许多特性。通常，颜色是由于光吸收，但是结构颜色既可折射光又可反射光。反射是有序结构颜色/光子晶体(诸如在蓝色蝴蝶中所看到的这些)的主要机制。在薄膜多层的情况下，结构颜色也可通过反射干涉来工作。

由于其独特的特性，已尝试通过各种技术方法诸如胶态结晶、电介质层堆叠，以及直接光刻图案化来制作人工结构颜色。胶态结晶技术用于制作光子晶体，该光子晶体在晶体中阻挡特定波长的光，并且因而显示对应的颜色。周期性电介质材料的电介质层堆叠和光刻图案化通过控制表面的亚微米结构来生成结构颜色。

结构着色表面的设计可提供适应性或可调性以影响表面的视觉外观。

发明内容

在各个方面，本公开涉及具有结构化光学外观的表面。

在一个方面，具有结构化光学外观的表面包括基板、具有第一折射率的第一光学涂层，以及具有第二折射率的第二光学涂层。第一光学涂层设置在基板上，并且第二光学涂层设置在第一光学涂层上。第一折射率不同于第二折射率。在某些变型中，第一折射率低于第二折射率。在某些变型中，所组合的第一光学涂层和第二光学涂层被配置为更改表面的镜面反射率。

在某些变型中，具有结构化光学外观的表面可用染料或颜料着色。在附加的变型中，基板可为玻璃、金属或聚合物。在另外的变型中，第一光学涂层可为聚合物，并且第二光学涂层可为导电材料。

在另一方面，具有结构化光学外观的表面包括带有可见表面的基板。可见表面包括多个结构特征部。该结构特征部被配置为透射或反射一波长或一定范围的波长，从而产生结构化光学外观。每个光波与其他结构特征部的光波光学相互作用以产生视觉外观。

在一些变型中，透射光波可被反射或散射。在附加的变型中，基板可为玻璃、金属或聚合物。在另外的变型中，具有结构化光学外观的表面可包括插置在相邻结构特征部之间的多个间隙。间隙可吸收一定波长的光或一定范围的波长的光。

在另一方面，具有结构化光学外观的表面包括基板和设置在其上的光学涂层。光学涂层包括在基质内的有序阵列中的颗粒。基质具有第一折射率，并且颗粒具有第二折射率。有序阵列被配置为反射一波长或一定范围的波长，从而产生结构化光学外观。

在一些变型中，有序阵列是面心立方堆积布置。在其他变型中，有序阵列为六方紧密堆积布置。在一些变型中，颗粒为陶瓷、聚合物或孔。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的参考标号指代类似的结构元件，并且其中：

图1A示出根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的表面的剖视图，该结构化光学外观带有沉积在基板上的多层不同光学涂层。

图1B示出了撞击图1A的表面的光束和被反射的光的剖视图。

图1C示出了带有结构化光学外观的表面，该结构化光学外观带有选择性地以条纹图案沉积的光学涂层。

图1D示出了带有结构化光学外观的表面，该结构化光学外观带有选择性地以方格图案沉积的光学涂层。

图1E示出了带有结构化光学外观的表面，该结构化光学外观带有选择性地以圆点图案沉积的光学涂层。

图2A示出根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的表面的剖视图以及入射光束的一部分如何被反射，该结构化光学外观带有位于基板上的结构特征部。

图2B示出了具有结构化光学外观的另一表面的剖视图，该结构化光学外观带有结构特征部。

图2C示出了具有结构化光学外观的另一表面的剖视图，该结构化光学外观带有结构特征部。

图2D示出了具有结构化光学外观的另一表面的剖视图，该结构化光学外观带有结构特征部。

图3示出根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的另一表面的剖视图以及入射光束的一部分如何被吸收，该结构化光学外观带有位于基板上的其他结构特征部。

图4A示出根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的另一表面的剖视图，该结构化光学外观带有涂覆在基板上的有序颗粒。

图4B示出根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的表面的剖视图，该结构化光学外观带有选择性地沉积在基板上的有序颗粒涂层。

图4C示出根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的另一表面的剖视图，该结构化光学外观带有涂覆在基板上的有序颗粒。

图5示出了根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的表面的剖视图，该结构化光学外观带有多层不同光学涂层和沉积在基板上的颗粒涂层。

图6示出了根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的另一表面的剖视图，该结构化光学外观带有涂覆在基板上的有序颗粒，其中颗粒被封入多个光学涂层中。

图7示出了根据本公开的实施方案的具有结构化光学外观的表面的剖视图，该结构化光学外观带有光学涂覆结构特征部。

具体实施方式

现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，以下描述旨在涵盖如可被包括在如由所附权利要求书限定的所描述的实施方案的实质和范围内的另选方案、修改和等同物。

以下公开涉及表面外观，并且更具体地涉及使用结构颜色来影响表面的视觉外观。根据本公开的实施方案，提供了具有结构化光学外观的表面和制作具有结构化光学外观的表面的方法。可产生具有结构化光学外观的表面以设计用于制造制品的新表面外观。在一些实施方案中，具有结构化光学外观的表面可为可调的意味着表面的视觉外观可根据环境条件被设计成具有具体的颜色、雾度或不透明度。在一些实例中，具有结构化光学外观的表面可根据视角和/或入射光源被设计为具有具体外观。在一些实施方案中，具有结构化光学外观的表面的可调性可用于基于消费者偏好来改变视觉外观。在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面的可调性可用于改变视觉外观以充当传感器或通知***以警示观察者。

具有结构化光学外观的表面可用于通过衍射、干涉，和/或散射一定波长的光而不是通过使用颜料或染料吸收和/或反射光，产生具体颜色、不透明度或雾度。本公开的实施方案涉及通过使用透射光波之间的光学干涉以产生表面的颜色、不透明度和/或雾度来调整表面的视觉外观。透射可包括衍射、反射、折射和/或散射一定波长的光。

在一些实施方案中，表面的视觉外观可通过产生具有包括多层涂覆的表面的结构化光学外观的表面进行调整。在其他实施方案中，可通过产生具有结构化光学外观的表面，调整表面的视觉外观，该结构化光学外观具有产生光学干涉效应的多个光学特征。在其它实施方案中，可通过产生具有结构化光学外观的表面，调整表面的视觉外观，该结构化光学外观包括在基质中带有周期性图案的胶态或悬浮颗粒。

下面参考图1-图4讨论这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地了解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明的目的，而不应被解释为是限制性的。

在一些实施方案中，可通过产生具有结构化光学外观的表面来调整表面的视觉外观，该结构化光学外观包括多层光学涂层。光学涂层的层可被设计成控制在给定波长下表面处反射或透射的光的量。图1A示出了具有结构化光学外观的表面100，该结构化光学外观带有多层不同光学涂层。具有结构化光学外观的表面100包括带有多层光学涂层120、光学涂层130和光学涂层140的基板110，多层光学涂层120、光学涂层130和光学涂层140可不同或相同以使用光学干涉来改变基板的视觉外观。多层不同光学涂层透射(例如，反射)回不同的光波，并且彼此光学相互作用以产生改变基板110的视觉外观(例如，颜色、不透明度，和/或雾度)的光学效应。例如，在一些实施方案中，多层光学涂层可通过衍射、干涉、散射等来产生光学效应，使得基板110的视觉外观可被调整以产生具体颜色、雾度，和/或不透明度。可选择光学涂层以设计用于表面100的确切颜色、雾度，或不透明度。因为表面100上的入射光为波，所以光学涂层120、光学涂层130，和光学涂层140各自反射或透射回不同的光波。光学涂层可被选择为具有光学相长干涉或相消干涉以反射与不同于基板的具体颜色相关联的特定波长。在其他实施方案中，可选择光学涂层以产生具体的雾度或不透明度。可通过选择光学涂层的层数、光学涂层的厚度、每个光学涂层的折射率来设计将产生所选择的视觉外观的具体光学效应。

参考图1A，具有结构化光学外观100的表面包括基板110。基板110可由透明或半透明材料形成。在其它实施方案中，基板可为不透明的。在一些实施方案中，基板110可为玻璃或金属玻璃。在其他实施方案中，基板110可为金属(例如，铝、不锈钢等)、聚合物或塑料、软物品或其他合适的材料。

如图1A所示，具有结构化光学外观100的表面包括多层光学涂层120、光学涂层130和光学涂层140。光学涂层可在光学上不同，因为它们具有不同的折射率。在一些实施方案中，多层可包括具有低折射率的光学涂层和具有高折射率的光学涂层。在一些实施方案中，具有结构化光学外观的表面可包括具有第一折射率的第一光学涂层和具有第二折射率的第二光学涂层。该第一折射率可低于该第二折射率。

可调整基板的视觉外观以在不使用油漆、染料或颜料的情况下实现具体的颜色、不透明度和/或雾度。光学涂层的层数、光学涂层的层的厚度，以及光学涂层的层的折射率可影响表面的视觉外观，并且可被选择以获得具体颜色、不透明度和/或雾度。例如，可选择多层光学涂层，使得表面呈现具体的蓝色阴影，而不管表面的视角或轮廓如何。在其他实施方案中，可选择多层光学涂层，使得具有结构化光学外观的表面是抗反射的，从而产生均匀的视觉外观，而不管表面的轮廓如何。带有具有抗反射结构化光学外观的表面的此类实施方案可用于伪装(即，视觉上隐藏)任何表面缺陷如凹痕或凹陷。

在其他实施方案中，可选择具有带有多层光学涂层的结构化光学外观的表面，使得表面根据视角具有不同的视觉外观(例如颜色，雾度或不透明度)。以例证的方式，不旨在为限制性的，具有结构化光学外观的表面可在90°视角处呈现蓝色，而在45°视角处呈现绿色。其它颜色、不透明度，或雾度组合是可能的。

在其他实施方案中，可选择多层不同光学涂层以具有在不同照明条件下呈现相同的具体视觉外观。照明条件可指光源(例如，阳光、荧光等)；光的量(即，亮度)；光的质量；光的颜色或色调；光的方向(例如，前灯、背光源)，或其他条件。为了示出这一点，在某些情况下，在某些人工照明条件下，在自然光下为深蓝色的表面可对观察者呈现黑色。然而，如果根据本文描述的实施方案使表面带有结构化光学外观，则可将表面设计为使得表面在自然照明和人工照明条件下看起来为相同的深蓝色。例如，在此类实施方案中，带有结构光学外观的表面可被设计为使得其吸收可见光中的一定范围的波长，并且透射回可见光谱中的具体波带。

虽然具有图1A和图1B的结构化光学外观的表面100被描绘为具有三层光学涂层，但是这仅用于例示性的目的，并且不旨在是限制性的。在其他实施方案中，可从两层或更多层使用任何数量的不同光学涂层。通过改变层数，从光学涂层中的每个光学涂层反射或透射的光波的组合的光学效应改变，从而调整表面100的视觉外观。

光学涂层120、光学涂层130和光学涂层140的层可具有任何厚度。在一些实施方案中，每个光学涂覆层可具有相同的厚度，而在其他实施方案中，光学涂覆层可具有不同的厚度。在一些实施方案中，一些光学涂覆层可具有相同的厚度而其他光学涂覆层是不同的。层的厚度可通过薄膜干涉影响表面的视觉外观。当由薄膜(例如，光学涂层)的上下边界反射的入射光波互相干涉以形成新的波时，发生薄膜干涉。两个光波之间的相长或相消干涉的程度取决于它们的相位差。该差部分地取决于光学涂层的厚度。

如图1B所示，光束150入射到表面100。当光束150行进时，光束150在涂层140的上边界上的点A处撞击表面100，并且光的一部分被反射为波160a，而光的另一部分继续行进穿过涂层140到下边界。在下边界的点B处，光的另一部分被反射为波160b。反射波160a和反射波160b可相互干涉。波160a和波160b之间的相长或相消干涉的程度将取决于它们的相位差。它们的相位差可取决于光学涂层的厚度，光学涂层的厚度对反射波的光程具有影响。

通过改变光学涂层的厚度，来自涂层的上边界和下边界的反射波的光程改变，并且光程之间的差(如被称为光程差或OPD)可增加或减小以影响干涉的程度。例如，不旨在为限制性的，如果涂层140的厚度改变，则来自涂层140的上边界和下边界的反射波的光程改变，并且导致不同的OPD，并且确定干涉程度。光学涂层120、光学涂层130或光学涂层140中任一个的厚度的可改变的。在一些实施方案中，由该干涉造成的表面的视觉外观可根据入射光源，看起来为明带和暗带或为彩色带。

附加地，可通过单独或组合地改变不同光学涂层的厚度来更改基板的视觉外观。例如，不旨在为限制性的，如果涂层120的厚度被更改(即，增加或减小)，则通过与来自涂层130的反射或透射光波相互作用的反射或透射波的干涉产生的光学效应可改变，从而更改表面100的视觉外观。光学干涉程度的调整可用于更改表面100的颜色、不透明度和/或雾度。

在其他实施方案中，光学涂层的厚度可响应于环境条件(例如，湿度、电场、磁场等)而改变。例如，不旨在为限制性的，涂层120(或其他涂层中的任一个)可为响应于高湿度(例如，70％或更多)而膨胀的材料。涂层120的厚度的增加可改变反射光波如何如上关于薄膜干涉所描述的相互作用。在一些实施方案中，涂层可根据湿度的程度以不同的速率膨胀。响应于湿度的膨胀的该示例旨在为例示性的。在其他实施方案中，根据如上所述的薄膜干涉的原理，其他环境条件可导致光学涂层的厚度增加或减小，从而影响反射光波的光程和干涉程度。例如，在一些实施方案中，光学涂层可响应于环境条件而收缩，使得涂层的厚度减小。

在一些实施方案中，光学涂层可被图案化。在此类实施方案中，不同的光学涂层可选择性地沉积在基板110的部分上以改变基板的选择部分中的视觉外观，而基板的其他区域具有保持不变的视觉外观。在此类实施方案中，光学涂层的层可沉积在表面的区域上，而表面的其他部分不具有涂层。光学涂层的选择性沉积可用于在表面110上产生图案，如图1C-图1E所示。在图1C中，光学涂层120C可以条纹图案沉积在表面100C上。在图1D中，光学涂层120D可以方格图案沉积在表面100D上。在图1E中，光学涂层120E可以圆点图案沉积在表面100E上。本领域的技术人员将认识到，其他图案是可能的。

在一些实施方案中，光学涂层的层可以是不同材料的交替层。例如，在一个实施方案中，涂层120和涂层140可为相同的材料，而涂层130为不同的材料。在一些实施方案中，光学涂层可为电介质材料的交替层。例如，在一个实施方案中，光学涂层可为准金属(例如，Si)和电介质(例如，SiO₂)。在另一实施方案中，光学涂层中的一个光学涂层可为聚合物，而第二光学涂覆层可为导电材料。在一些实施方案中，导电材料可为透明导电材料。在其他实施方案中，光学涂层可为磁性材料。其他材料是可能的。

在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面可包括在不同光学涂层的层之间的气隙或气体部。气隙或其他气体部可具有与多层光学涂层不同的折射率。在一些实施方案中，还可任选地将涂料、染料或颜料施加到基板，并且然后可将多层不同的光学涂层沉积在涂漆、上色或染色的基板上。

可使用任何已知的层沉积技术将多层不同光学涂层沉积在基板上。在一些实施方案中，可使用溅射、气相沉积(化学或物理)、喷涂、浸涂、层压或其他合适的沉积方法，沉积光学涂层。

在其他实施方案中，可通过产生具有带有多个结构特征部的结构化光学外观的表面，调整表面的视觉外观，该多个结构特征部产生光学干涉效应。类似于上面关于光学涂层所述的薄膜干涉，表面上的结构特征部反射回入射光波。来自结构特征部的反射光波可相长或相消干涉。在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面的视觉外观可通过向基板的表面添加表面纹理或其他物理修改进行更改。物理修改可为表面纹理和或可产生光学效应的其他结构特征部。例如，如图2A中所看到的，基板的表面可被修改以产生吸收和/或反射具体频率或波长的多个结构特征部(例如，量子阱、凸表面和/或凹表面)。

图2A示出了带有包括多个结构特征部220的基板210的结构化着色表面200A。结构特征部可通过可在表面200A上产生具体的颜色的反射、吸收、散射等产生光学效应。可通过选择结构特征部的尺寸、结构特征部的形状、结构特征部的图案(例如，特征被放置得多么靠近或特征被放置为隔开多少空间)来设计具体的光学效应。

如图2A所示，表面200A包括带有多个结构特征部220的基板210。如图1A的基板110，基板210可由玻璃或金属玻璃形成。在其他实施方案中，基板210可为金属(例如，铝、不锈钢等)、塑料或聚合物、软物品或其他合适的材料。结构特征部被描绘为一系列凹特征和凸特征，这仅用于例证的目的，并且结构特征部可为任何形状。

如图2A所示，入射光波250可撞击表面200的结构特征部220。如所描绘的，入射光束250在点A和点B处撞击结构特征部220，点A和点B各自产生反射的光波260a和光波260b。光波260a和光波260b可相消或相长干涉。可根据影响光波260a和光波260b的光程和相位差的结构特征部的尺寸、形状和/或图案，选择反射波是否具有相消或相长干涉。通过改变结构特征部尺寸、结构特征部形状和/或光学特征的次序或图案，来自反射的光波的干涉的组合的光学效应可改变，从而调整表面200A的视觉外观。在其他实施方案中，可在宏观尺度上设计结构特征部，使得结构特征部产生光学散射效应，从而具有改变观察者正在观看表面的角度的结果。如反射波，散射的光波可相长或相消干涉。

在一些实施方案中，结构特征部的形状可被设计为产生具体的视觉外观。结构特征部可具有任何形状。例如，在图2B中，结构特征部可被成形为基板210b上的一系列凹特征220b。在图2C中，结构特征部可被成形为基板210c上的一系列凸特征220c。在图2D中，结构特征部可被成形为基板210d上的一系列三角形压痕220cd。本领域的技术人员将认识到，其他形状是可能的。再者，如所描绘的，结构特征部的尺寸以及结构特征部的数量可变化。在各种实施方案中，结构特征部可为从纳米级到毫米级范围中的任何尺寸。在各种实施方案中，具有结构化光学外观的表面可具有任何数量的结构特征部。

在一些实施方案中，结构特征部的尺寸可被设计为产生具体的视觉外观。在一些实施方案中，结构特征部可为纳米级，并且具有数量级为纳米的尺寸。在其他实施方案中，结构特征部可具有数量级为微米的尺寸。在其他实施方案中，结构特征部可具有大于可见光的波长，同时小于观察者的眼睛可解析的尺寸的尺寸。同样地，结构特征部产生多个反射表面，这导致观察者看到多个角度的平均效果，从而去除视觉外观的视角依赖性。以示例的方式，不旨在为限制性的，垂直于表面的观察者将在第一位置处以0°的第一视角感知平坦表面，并且在第二位置处感知第二视角，并且在第三位置处感知第三视角，等等。然而，当在产生多个反射表面的表面上产生一系列结构特征部而不是观察者在不同视角下感知表面的长度时，观察者在单个视角处感知表面的长度，因为多个反射表面提供平均效果。结构特征部的数量也可影响由观察者所感知的平均效果。

在其他实施方案中，基板上的结构特征部可通过吸收具体频率或波长的光，产生光学效应。在此类实施方案中，如图3所示，结构表面300包括带有充当量子阱(例如，仅带有离散能量值的势阱)的结构特征部320的基板310，该量子阱具有谐振频率，并且由于结构特征部320的峰380之间的间隙370而吸收选择的频率和/或波长的光。

在操作中，当入射光束350撞击表面300时，将在间隙中吸收束的一部分，从而更改透射回的光波，因此更改表面的视觉外观。峰380之间的间隙370可为任何尺寸和形状，并且可被选择以吸收具体波长的光。如图3所示，入射光束350可包括在间隙370处撞击表面310的光波350a。可在间隙370中吸收350b光波350a的一部分，而保留部分是反射波360。附加地，峰380还反射撞击峰380的光束350的一部分。在图3中没有描绘由峰380反射的光，但是反射波以类似于图2A中所示的用于反射波260a和反射波260b的类似的方式起作用。

光的可见光谱的范围是从约390nm到700nm，并且具有范围是从约430THz到770THz的频率。在可见光光谱内，红色、绿色和蓝色被认为是光谱色(或原色)，而所有其他颜色(例如，橙色、黄色和紫色)是混合色。在一些实施方案中，可选择间隙370以吸收特定波长(或窄带波长)的光以増强表面的颜色，使其看起来更生动。同样地，以例证的方式，如果选择使红色表面在视觉上看起来为更真实的红色(例如，609nm-614nm)；间隙可被设计成吸收与橙色相关联的波长(例如，585nm-600nm)，所以红色看起来更生动。该实施例不旨在为限制性的，并且光谱的颜色、波长和/或频率的其他组合是可能的。

在其他实施方案中，可通过产生具有结构化光学外观的表面调整表面的视觉外观，结构化光学外观包括在基质中带有周期性图案的胶态或悬浮颗粒。可通过选择颗粒尺寸、颗粒形状、颗粒的次序(即，周期性)和颗粒的折射率以及颗粒涂层的基质的折射率，设计具体的光学效应。如其他实施方案，具有包括胶态或悬浮颗粒的结构化光学外观的表面可用于基于视觉偏好在视觉上更改基板的颜色、不透明度和/或雾度。例如，在一些实施方案中，在基质中的胶态或悬浮的可根据视角和/或入射光源，设计成具有特定的颜色和/或雾度。在其他实施方案中，在基质中的胶态或悬浮的可根据来自环境(例如，温度、湿度、电场、磁场等)的影响改变(即，可调的)，在该环境下暴露具有结构化光学外观的表面。在一些实施方案中，具有带有基质中的胶态或悬浮颗粒的结构化光学外观的表面的视觉外观(颜色、雾度和/或不透明度)可响应于环境刺激而永久改变，而在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面的视觉外观可为可重调的。例如，以例证的方式，不旨在为限制性的，在具有悬浮颗粒涂层的一些实施方案中，当暴露于磁场时，表面可改变颜色，并且然后当磁场被去除时恢复到原始颜色。

如图4A所示，具有结构化光学外观400A的表面可在基板410上的颗粒涂层420中包括悬浮颗粒430的有序阵列。如上所述，带有悬浮在颗粒涂层420中的颗粒430的表面400A可用于基于视觉偏好，在视觉上更改基板的颜色、不透明度和/或雾度。特别地，涂层420包括悬浮在基质440中的颗粒430。颗粒材料、颗粒尺寸、颗粒形状、颗粒的次序(即，周期性)和颗粒的折射率以及颗粒涂层的基质的折射率的选择可用于改变表面的视觉外观(颜色、不透明度、雾度、亮度等)。基板410可由玻璃或金属玻璃形成。在其它实施方案中，基板410可为金属(例如，铝、不锈钢等)、塑料、软物品，或其它合适的材料。

在一些实施方案中，可通过更改基质和/或颗粒的折射率设计表面的视觉外观。颗粒涂层420包括设置在基质440中的颗粒430。颗粒430和基质440是具有不同折射率的不同材料。在一些实施方案中，基质440可为聚合物、陶瓷、金属，或任何其它材料。在一些实施方案中，聚合物可为弹性体材料，诸如聚合物弹性体。在其他实施方案中，基质可为可固化材料。在一些实施方案中，可固化材料可为含硅聚合物、聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯或其共聚物。基质的其它材料是可能的。

在一些实施方案中，颗粒430可为陶瓷(例如，二氧化硅、氧化铝等)、有机材料(例如，聚合物、丙烯酸等)、孔或任何其他合适的材料。颗粒的材料选择应该是容易成形的。在一些实施方案中，颗粒将是相同的材料，而在其他实施方案中，颗粒可为两种或更多种不同材料的组合。在一些实施方案中，材料可以有序阵列设置在基质内，并且然后烧结以产生孔。

在一些实施方案中，可通过选择基质内的颗粒的有序布置，影响表面的视觉外观。当颗粒430以有序阵列悬浮在基质440内时，光子禁令形成使得特定波长的光可被反射或透射，从而产生具体的视觉外观。颗粒430可以任何有序(周期性)布置设置在基质440内。在一些实施方案中，颗粒430可被布置成产生2维阵列，而在其他实施方案中，它们可被布置成产生3维阵列。可以任何有序阵列(诸如体心立方(bcc)、面心立方(fcc)(也称为立方紧密堆积)、六方紧密堆积(hcc)或任何其它有序堆积布置)将颗粒设置在基质中。

在其他实施方案中，如光学涂层，带有悬浮在基质440中的颗粒430的颗粒涂层420可以图案沉积在基板410上。在此类实施方案中，可将颗粒涂层420选择性地沉积在基板410的部分上以改变基板的选择部分中的视觉外观，而基板的其他区域具有保持交替的视觉外观。在此类实施方案中，颗粒涂层可沉积在表面的区域上，而表面的其他部分不具有涂层，如图4B所示。

如图4B所示，带有悬浮在基质440中的颗粒430的颗粒涂层420被选择性地沉积在基板410的部分上，而基板410的其他部分不具有颗粒涂层420。可以任何图案沉积颗粒涂层420，任何图案诸如条纹图案(如图1C所示)、方格图案(图1D中所示的)、圆点图案(如图1E所示)或任何其他图案。

在其他实施方案中，可通过具有包含颗粒430的有序阵列的颗粒涂层420的部分以及颗粒430不是有序布置的部分，设计图案。如图4C所示，在一些实施方案中，颗粒430可为区域420a和区域420c中的有序布置，而在区域420b中是无序的。区域420a和区域420c中的有序布置反射一波长或一定范围的波长，从而产生结构化光学外观。无序区域420b不反射波长或一定范围的波长。有序区域420a和有序区域420c以及无序区域420b可在整个颗粒涂层420上被复制以在视觉外观中产生颜色带或其他变化，以在表面400C上产生图案。在其他实施方案中，视觉外观的变化可包括不透明度、雾度、亮度、强度等。

在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面可为三维结构，该三维结构可为光子晶体。可通过使用平版印刷、激光刻绘或从下到上逐一构建层的其他层沉积技术制作光子晶体。在其他实施方案中，可使用蚀刻技术且去除材料的部分以制作3-D有序结构制作光子晶体，而在其他实施方案中，可通过铣削或通过在合适的基板中钻孔以去除材料以制作有序结构，制作3-D结构。

本文所述的实施方案可用于更改基板的视觉外观。在一些实施方案中，可产生带有结构化光学外观的表面以控制基板的表面的颜色、不透明度、亮度、强度，和/或雾度。在一些实施方案中，可组合使用多层不同光学涂层、结构特征部、胶态/颗粒悬浮涂层和光子晶体的技术。例如，如图5所示，根据本公开的实施方案，胶态涂层可用作多层被涂覆的表面上的涂层中的一个。

如图5所示，多个涂层可沉积在基板510上以产生带有结构化光学外观的表面500。光学涂层520和光学涂层530，以及颗粒涂层540可沉积在基板510上。虽然表面500被描绘为具有沉积在基板510上的三层涂层520、涂层530和涂层540，但是这仅用于例示性的目的而不旨在是限制性的，并且可使用来自两个或更多个的任何数量的涂层。再者，虽然颗粒涂层540被描绘为顶部涂层，但是在其它实施方案中，颗粒涂层540可为直接沉积在基板510上的底层或插置在两个相邻光学涂层的层之间的中间层。

在其他实施方案中，根据本公开的实施方案，可将多层不同的光学涂层施加到颗粒以产生可以有序阵列悬浮在基质中的被涂覆的颗粒。如图6所示，可将颗粒涂层620沉积在基板610上以产生带有结构化光学外观的表面600。颗粒涂层620可包含以有序阵列悬浮在基质640中的颗粒630。用光学涂层630a和光学涂层630b包住颗粒630。虽然颗粒被描绘为具有两层涂层630a和涂层630b，但是这用于例示性的目的，并且不旨在为限制性的，可使用来自一个或多个的任何数量的光学涂层。

在其他实施方案中，可将多层光学上不同的涂层施加到基板上的结构特征部，如图7所示。如图7所示，带有结构化光学外观的表面700包括带有结构特征部720和光学涂层720a和光学涂层720b的基板710。光学涂层720a和光学涂层720b可沉积在结构特征部720上。虽然结构特征部720被描绘为具有两层涂层720a和涂层720b，但是这用于例示性的目的，并且不旨在为限制性的，可使用来自一个或多个的任何数量的光学涂层。

在一些实施方案中，具有结构化光学外观的表面的视觉外观可基于视觉偏好是可调整的。可通过使用如上所述的多层不同光学涂层、结构特征部、悬浮颗粒，或其组合，进行表面的视觉外观的调整。以实施例的方式，不旨在为限制性的，如果选择表面的视觉偏好是针对与特定波长的光(例如490nm)相关联的颜色，则具有结构化光学外观的表面可被设计为透射(例如，反射、衍射、散射和/或折射)回特定波长。可见光谱中的其他可能波长是可能的。

在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面可用于根据视角和/或入射光源在视觉上更改基板的颜色、不透明度和/或雾度。以例证的方式，非限制地，当以第一角度(例如，0°角度)观看时，结构化颜色表面可在视觉上看起来是水晶蓝，而当以不同的第二角度(例如，50°角度)观看时，在视觉上看起来是模糊的。在其他实施方案中，颜色可根据光源(例如，日光对人工光)改变。相反，在其他实施方案中，可使用具有结构化光学外观的表面来维持基板的相同颜色、不透明度或雾度，而与基板和/或光源上的视角和/或轮廓无关。例如，不旨在为限制性的，具有结构化光学外观的表面可被设计成在阳光和人工光(例如，荧光)下具有相同的视觉外观(例如，颜色)。其他光源是可能的。

在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面可设计成根据来自环境的影响而改变，具有结构化光学外观的表面暴露在该环境中。在此类实施方案中，具有结构化光学外观的表面可具有响应于环境影响或刺激或对环境影响或刺激可调的视觉外观(颜色、雾度和/或不透明度)。环境影响或刺激可包括温度、湿度、光源、压力、电场、磁场、化学刺激、生物刺激、其组合，或其他环境影响。在一些实施方案中，具有结构化光学外观的表面的视觉外观(颜色、雾度和/或不透明度)可响应于环境刺激而永久改变，而在其他实施例中；具有结构化光学外观的表面的视觉外观可为可重调的。以例证的方式，在为可调的此类实施方案中，具有结构化光学外观的表面的视觉外观(颜色、雾度和/或不透明度)当暴露于第一环境刺激时可为蓝色的，然后当暴露于第二环境刺激时可为绿色的，并且然后当暴露于第三环境刺激时可为红色的。在其他实施方案中，表面的视觉外观可响应于磁场或电场，为可调的。对于例示性实施例，在具有悬浮颗粒涂层的一些实施方案中，表面当暴露于磁场时可改变颜色，但当磁场被去除时可恢复回来。在一些此类实施方案中，悬浮颗粒可为磁性材料，并且可设置在基质中，使得当磁场不存在时缺乏有序布置，但是当施加磁场时变得有序，从而产生光子带，并且响应于磁场调整表面的视觉外观。这些实施例不旨在为限制性的，并且其他可能的视觉外观是可能的。在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面可基于取决于消费者偏好的产品定制为可调的。

在一些实施方案中，视觉外观对具有结构化光学外观的表面的响应性可充当通知或传感器以警示观察者。视觉外观的改变可用于感测温度、湿度，和/或其他环境条件。例如，具有结构化光学外观的表面最初可呈现蓝色，并且当暴露于环境刺激(例如，高温、高湿度和化学暴露)时，表面可改变为红色以通知观察者具有结构化光学外观的表面正暴露于恶劣的环境。在其他实施方案中，具有结构化光学外观的表面可并入到具有初始厚度的制品的磨损表面中。随着制品的表面磨损掉且变得更薄，具有结构化光学外观的表面可改变其视觉外观，以通知观察者制品磨坏。其他可能的视觉外观改变是可能的以向观察者提供其他通知。

此外，具有结构化光学外观的表面可具有以下优点：允许制造商开发用于制品的不同视觉外观，并且由于难以复制而提供防伪效果。具有结构化光学外观的表面的其他优点可具有视觉外观，该视觉外观对比感觉，并且对于观察者而言是令人惊奇的，因为它是不熟悉的。例如，不旨在为限制性的，具有结构化光学外观的表面可设计成具有看起来像表面具有纹理(例如，粗糙)但是感觉光滑的视觉外观。

在实践中，具有结构化光学外观的这些表面可用于多种多样的制造制品的可见表面上。具有结构化光学外观的表面可为制品的外壳或壳体，其中视觉外观(颜色、雾度、不透明度)可影响消费者选择。制品的尺寸范围可从小型个人电子设备(例如，智能手表、健身追踪器、手机、平板电脑、电子阅读器等)和时尚物品(例如，鞋类、帽子、手提包等)到大型物品(例如，汽车、卡车、船只等)。其他制造制品是可能的。

在上述描述中，为了说明的目的，所使用的具体命名提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，实践所述实施方案不需要这些具体细节。因此，出于例证和描述的目的，呈递了对本文所述的具体实施方案的上述描述。它们并非意在穷举或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

Claims (9)

1.一种具有结构化光学外观的表面，所述表面包括：

基板；和

光学涂层，所述光学涂层设置在所述基板上，所述光学涂层包括：

两个第一部分，每个第一部分包括在基质内的有序阵列中的颗粒；和

第二部分，所述第二部分设置在所述两个第一部分之间，所述第二部分包括在所述基质内的无序布置中的所述颗粒，所述两个第一部分和所述第二部分在整个所述光学涂层中被复制以在所述表面上产生图案，所述基质具有第一折射率，并且所述颗粒具有第二折射率；

所述有序阵列中的所述颗粒被配置为通过使用透射光波之间的光学干涉来选择性地反射一波长或一定范围的波长的光。

2.根据权利要求1所述的表面，其中所述有序阵列为面心立方堆积布置。

3.根据权利要求1所述的表面，其中所述有序阵列为六方紧密堆积布置。

4.根据权利要求1所述的表面，其中所述颗粒包括选自陶瓷和聚合物的材料。

5.根据权利要求1所述的表面，其中所述有序阵列中的所述颗粒布置成三维排序的阵列。

6.根据权利要求1所述的表面，其中所述颗粒中的每个颗粒为孔。

7.根据权利要求1所述的表面，其中所述基板用染料或颜料着色。

8.根据权利要求1所述的表面，其中所述基板选自玻璃、金属和聚合物之一。

9.根据权利要求1所述的表面，其中第一折射率不同于第二折射率。

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