JP6655278B2

JP6655278B2 - 高クロマ全方向構造色多層構造

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Publication number: JP6655278B2
Application number: JP2014117702A
Authority: JP
Inventors: デバシィシュ・バネルジー; ジャン・ミンジュエン; 正彦石井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-06-08
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: JP2014237819A; JP6816235B2; JP2019219696A

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０１３年２月６日に出願された米国特許出願連続番号第１３／７６０，６９９号の一部継続出願（continuation-in-part（ＣＩＰ））である。米国特許出願連続番号第１３／７６０，６９９号は、２０１１年２月５日に出願された米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号は、２０１０年１２月２１日に出願された米国特許出願連続番号第１２／９７４，６０６号（現在米国特許番号第８，３２３，３９１号）のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／９７４，６０６号は、２００９年２月１８日に出願された米国特許出願連続番号第１２／３８８，３９５号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／３８８，３９５号は、２００７年８月１２日に出願された米国特許出願連続番号第１１／８３７，５２９号（現在米国特許番号第７，９０３，３３９号）のＣＩＰである。

本願はさらに、２０１０年９月２９日に出願された米国特許出願連続番号第１２／８９３，１５２号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／８９３，１５２号は、２００９年５月１８日に出願された米国特許出願連続番号第１２／４６７，６５６号のＣＩＰである。

本願はさらに、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号のＣＩＰである。

本願はさらに、２０１２年８月１０日に出願された米国特許出願連続番号第１３／５７２，０７１号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／５７２，０７１号は、２０１１年２月５日に出願された米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／０２１，７３０号は、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号は、２００７年８月１２日に出願された米国特許出願連続番号第１１／８３７，５２９号（現在は米国特許番号第７，９０３，３３９号）のＣＩＰである。

本願はさらに、２０１１年１月２６日に出願された米国特許出願連続番号第１３／０１４，３９８号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１３／０１４，３９８号は、２０１０年６月４日に出願された米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／７９３，７７２号は、２０１０年１月１３日に出願された米国特許出願連続番号第１２／６８６，８６１号のＣＩＰである。米国特許出願連続番号第１２／６８６，８６１号は、２００９年２月１９日に出願された米国特許出願連続番号第１２／３８９，２５６号（現在は米国特許番号第８，３２９，２４７号）のＣＩＰである。

発明の分野
本発明は、全方向構造色に関し、特に金属および誘電体層によって提供される全方向構造色に関する。

発明の背景
多層構造から形成される顔料が公知である。さらに、高クロマ全方向構造色を示すまたは提供する顔料も公知である。

しかしながら、このような先行技術の顔料は、所望の色特性を得るために３９個もの薄膜層を必要とする。薄膜多層顔料の生産に関連付けられるコストは必要とされる層の数に比例し、誘電材料の多層スタックを用いる高クロマ全方向構造色の生産に関連付けられるコストは非常に高額となり得るということが理解されている。したがって、必要とされる薄膜層の数が最小である高クロマ全方向構造色が望ましい。

発明の概要
高クロマ全方向構造色多層構造が提供される。当該構造は多層スタックを含む。当該多層スタックは、反射層とも称され得るコア層と、コア層に亘って延在する誘電体層と、誘電体層に亘って延在する吸収層とを有する。誘電体層と吸収層との間に界面が存在し、当該界面において、第１の入射電磁波長についてほぼゼロの電界が存在するとともに、第２の入射電磁波長にて大きな電界が存在する。したがって、この界面は、当該界面を通り、コア／反射層からの反射率で誘電体層を通る第１の入射電磁波長の高い透過を可能にする。しかしながら、この界面は、第２の入射電磁波長の高い吸収を産出する。したがって、多層スタックは狭い帯域の光を作り出すまたは反射する。

コア層は、式ＲＩ_１＝ｎ_１＋ｉｋ_１によって示される複素屈折率を有し得、ｎ_１＜＜ｋ_１であり、式中ＲＩ_１は複素屈折率であり、ｎ_１はコア層の屈折率であり，ｋ_１はコア層の消衰係数であり、ｉは√−１である。いくつかの場合では、コア層は銀、アルミニウム、金、またはそれらの合金から形成され、好ましくは５０ナノメートル（ｎｍ）と２００ｎｍとの間の厚さを有する。

誘電体層は、反射光の所望の狭い帯域の中心波長のクォーターウェーブ（ＱＷ）の２倍以下の厚さを有する。さらに、誘電体層は、酸化チタン、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、またはそれらの組合せから形成され得る。

吸収層は屈折率が消衰係数にほぼ等しい複素屈折率を有する。このような材料は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄、およびそれらの組合せまたは合金を含む。さらに、吸収層の厚さは好ましくは５ｎｍと２０ｎｍとの間である。

いくつかの場合では、多層構造は、吸収層の外面に亘って延在する別の誘電体層を含む。また、別の吸収層はコア層と第１の誘電体層との間に含まれ得る。このような構造は、コア層上に最小で２層を有する高クロマ全方向構造色を提供する。

基板上の単一の誘電体層の概略的な図である。本発明の実施例に従った高クロマ全方向構造色多層構造の図である。本発明の実施例の概略的な図である。図３（ａ）に示される実施例についての屈折率のグラフ図である。入射波長が６５０ｎｍの場合における、図３（ａ）に示された実施例の厚さを通る電界のグラフ図である。入射波長が４００ｎｍの場合における、図３（ａ）に示された実施例に亘る電界のグラフ図である。０°および４５°で見た際の、図３（ａ）に示された実施例について誘電体層厚さが１．５ＱＷである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。０°および４５°で見た際の、図３（ａ）に示された実施例について誘電体層厚さが３ＱＷである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。０°および４５°で見た際の、図３（ａ）に示された実施例について誘電体層厚さが３．６ＱＷである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。０°および４５°で見た際の、図３（ａ）に示された実施例について誘電体層厚さが６ＱＷである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。２８０に等しい色相のターゲットとする色エリアについてのａ＊ｂ＊カラーマップ上の色特性同士の間の比較のグラフ図である。図２（ａ）に示される誘電体層（Ｌ１）および吸収層（Ｌ１）についての吸収度対入射光波長を示す、図３（ａ）に示される実施例についてのグラフ図である。０°および４５°で見た際の図３（ａ）に示される実施例についての反射率対入射光波長を示す、図３（ａ）に示される実施例についてのグラフ図である。色相およびクロマ対入射角を示す、図３（ａ）に示される実施例についてのグラフ図である。本発明に従った別の実施例の概略的な図である。図７（ａ）に示される構造についての屈折率のグラフ図である。入射光波長が４２０ｎｍの場合の図７（ａ）に示される実施例の厚さを通る電界のグラフ図である。図７（ａ）に示される実施例の厚さに亘る電界であって、入射光波長が５６０ｎｍである場合の図７（ａ）に示される実施例の厚さを通る電界のグラフ図である。０°および４５°から見た際の図７（ａ）に示される実施例についての反射率対入射光波長のグラフ図である。図７（ａ）の実施例に示される層についての吸収度対入射光波長のグラフ図である。図７（ａ）に示される実施例についての色相およびクロマの反射率対入射角のグラフ図である。本発明に従った５層（５Ｌ）の実施例の概略的な図である。本発明に従った７層（７Ｌ）の実施例の概略的な図である。単一Ａｌ層構造（Ａｌコア）と、Ａｌコア＋ＺｎＳ層構造（Ａｌコア＋ＺｎＳ）と、図９（ａ）に示される５層構造と、図９（ｂ）に示される７層構造とについての反射率対入射光波長のグラフ図である。所望の狭い帯域の反射光の第１および第２の高調波の反射を産出する誘電体層厚さを有する図８（ａ）に示される５層構造の場合と、所望の狭い帯域の反射光の第１の高調波のみを産出する誘電体層厚さを有する図９（ａ）に示される５層構造の場合と、所望の狭い帯域の反射光の第１の高調波のみを産出する誘電体層厚さを有する図９（ａ）に示される７層構造の場合とにおける、８０に等しい色相のターゲット色エリアについてのａ＊ｂ＊カラーマップにおける色特性の間の比較のグラフ図である。現状技術の多層構造と、ａ＊ｂ＊カラーマップ上に本発明の実施例によって提供される多層構造との間の比較のグラフ図である。本発明の実施例に従った５層多層構造の概略的な図である。本発明の実施例に従った７層多層構造の概略的な図である。

発明の詳細な説明
高クロマ全方向構造色多層構造が提供される。したがって、当該多層構造には、ペイント顔料、および所望の色を提供する薄膜などとしての使用がある。

高クロマ全方向構造色多層構造は、コア層と、コア層に亘るよう延在する誘電体層とを含む。さらに、吸収層は、界面を間に挟んで誘電体層に亘って延在する。吸収層および／または誘電体層の厚さは、これらの２層の間の界面が、第１の入射電磁波長にてほぼゼロの電界を示し、第２の入射電磁波長にて大きな電界を示すように設計および／または作製される。第２の入射電磁波長は第１の入射電磁波長と等しくない。

界面でのほぼゼロの電界は、そこを透過する高いパーセンテージの第１の入射電磁波長を産出する一方、大きな電界は界面に吸収される高いパーセンテージの第２の入射電磁波長を産出するということが理解されるべきである。これにより、多層構造は、たとえば４００ｎｍ未満、３００ｎｍ未満または２００ｎｍ未満の狭い反射帯域といった狭い帯域の電磁放射を反射する。さらに、当該狭い反射帯域は、たとえば０°と４５°との間の角度、０°と６０°との間の角度および／または０°と９０°との間の角度といった異なる角度から見た際、その中心波長のシフトが非常に低い。

コア層は、その複素屈折率が材料についての消衰係数よりもはるかに小さい屈折率を有するような材料から形成される。複素屈折率は式ＲＩ_１＝ｎ_１＋ｉｋ_１によって示され、ｎ_１はコア層材料の屈折率であり、ｋ_１はコア層材料の消衰係数であり、ｉは−１の平方根である。この基準に該当する材料は、銀、アルミニウム、金、およびそれらの合金を含む。さらに、コア層の厚さは、いくつかの場合では１０ｎｍと５００ｎｍとの間であり得、他の場合では２５ｎｍと３００ｎｍとの間であり得、さらに他の場合では５０ｎｍと２００ｎｍとの間であり得る。

誘電体層は、狭い反射帯域の中心波長のクォーターウェーブの２倍（２ＱＷ）以下の厚さを有する。ＱＷは以下の式で定義される。

ＱＷ＝λ／（４・ｎ）
ここでλは反射されるべき所望の波長で、ｎは誘電体層の屈折率である。さらに、誘電体層は酸化チタン（たとえば、ＴｉＯ_２）、フッ化マグネシウム（たとえば、ＭｇＦ_２）、硫化亜鉛（たとえば、ＺｎＳ）、酸化ハフニウム（たとえば、ＨｆＯ_２）、酸化ニオブ（たとえば、Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化タンタル（たとえば、Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化ケイ素（たとえば、ＳｉＯ_２）、およびそれらの組合せから形成され得る。

吸収層に関して、当該材料についての消衰係数と概して等しい屈折率を有する材料が用いられる。この基準を満たす材料は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄、および／またはそれらの合金もしくは組合せを含む。いくつかの場合では、吸収層の厚さは５ｎｍと５０ｎｍとの間であり、他の場合では、厚さは５ｎｍと２０ｎｍとの間である。

薄膜構造に亘る電界と所望厚さの誘電体層とに関して、理論に束縛されずに、図１は、屈折率ｎ_ｓを有する基板またはコア層２上における、合計の厚み「Ｄ」と、増加厚さ「ｄ」と、屈折率「ｎ」とを有する誘電体層４の概略的な図である。入射光は、表面に垂直な線６に対してある角度θで誘電体層４の外面５に当たり、同じ角度で外面５から反射する。入射光は、外面５を通って誘電体層４の中に線６に対して角度θ_Ｆで透過し、図に示されるような角度θ_ｓで基板層２の表面３に当たる。

単一の誘電体層の場合、θ_ｓ＝θ_Ｆであり、電界（Ｅ）は、ｚ＝ｄのときにＥ（ｚ）として表され得る。マクスウェルの方程式から、電界はｓ偏光について以下のように表され得る。

ｐ偏光については以下のように表され得る。

式中ｋ＝２π／λであり、λは反射されるべき所望の波長である。またα＝ｎ_ｓｓｉｎθ_ｓであり、式中「ｓ」は図１における基板に対応する。したがって、ｓ偏光については

であり、ｐ偏光については

である。
誘電体層４のＺ方向に沿った電界の変動は未知のパラメータｕ（ｚ）およびｖ（ｚ）の計算によって推定され得るということが理解される。その場合、

が示され得る。境界条件ｕ｜_ｚ＝０＝１，ｖ｜_ｚ＝０＝ｑ_ｓと、
ｓ偏光について、ｑ_ｓ＝ｎ_ｓｃｏｓθ_ｓ（６）
ｐ偏光について、ｑ_ｓ＝ｎ_ｓ／ｃｏｓθ_ｓ（７）
ｓ偏光について、ｑ＝ｎｃｏｓθ_Ｆ（８）
ｐ偏光について、ｑ＝ｎ／ｃｏｓθ_Ｆ（９）
φ＝ｋ・ｎ・ｄｃｏｓ（θ_Ｆ）（１０）
という関係とを用いて、ｕ（ｚ）およびｖ（ｚ）は以下のように表され得る。

および

したがって、φ＝ｋ・ｎ・ｄｃｏｓ（θ_Ｆ）でｓ偏光については、

であって、ｐ分極については

であり、式中

である。したがって、θ_Ｆ＝０または垂直入射、φ＝ｋ・ｎ・ｄ、およびα＝０といった単純な状態の場合、

これにより、電界がゼロの際に、解かれるべき厚さ「ｄ」が得られる。
本発明の多層構造は、コア層の対向する側上に誘電体層の対と、誘電体層の外面に亘って延在する吸収層の対とを有する中央コア層を有する５層構造を含み得る。誘電体層の別の対が２つの吸収層の外面に亘って延在する７層多層構造が含まれる。上記の最初の５層構造がコア層の対向する表面と誘電体層との間を延在する吸収層の対を含む異なる７層構造が含まれる。さらに、上記の７層構造に対して、吸収層のさらに別の対がコア層の対向する表面と誘電体層との間を延在する９層多層構造が含まれる。

ここで図２を参照して、高クロマ全方向構造色多層構造の実施例が参照番号１０にて概略的に示される。多層構造１０は、コアまたは反射層１００を有しており、反射層１００の外面１０２に亘って誘電体層１１０が延在している。さらに吸収層１２０が、誘電体層１１０に亘ってそれらの間に界面１１２を挟んで延在する。図２に示されるように、入射光が多層構造１０に送られて多層構造１０に当たる。反射光が多層構造１０から反射される。

図３を参照して、特定の実施例が図３（ａ）に示される。当該実施例では、コア層１００はアルミニウムから形成され、誘電体層１１０はＺｎＳから形成され、吸収層１２０はクロムから形成される。図３（ｂ）は、アルミニウムコア層１００、ＺｎＳ誘電体層１１０、およびクロム吸収層１２０についての屈折率を示すグラフを提供する。さらに図３（ｂ）には、誘電体層１１０（６０ｎｍ）および吸収層１２０（５ｎｍ）の厚さも示される。

図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ａ）に示される多層構造の厚さの関数として、電界（｜Ｅ｜^２（単位は％））のグラフ図を提供する。図３（ｃ）および図３（ｄ）に示されるように、波長が６５０ｎｍのとき、相対的に大きな電界がＺｎＳ誘電体層とクロム吸収層との間の界面に存在する。対照的に、入射波長が４００ｎｍのとき、電界はＺｎＳ誘電体層とクロム吸収層との間の界面でほぼゼロである。本開示の目的のために、「ほぼゼロ」という文言は、いくつかの場合では２５％｜Ｅ｜^２未満であると規定され、他の場合では１０％｜Ｅ｜^２であると規定され、さらに他の場合では５％未満であると規定される。

図３（ｃ）および図３（ｄ）に示されるグラフ図から、４００ｎｍ領域内の波長は界面１１２を透過する一方、６５０ｎｍ領域内の波長は界面１１２にて吸収されるということが理解される。したがって、４００ｎｍ範囲における電磁放射が界面１１２を透過し、ＺｎＳ誘電体層１１０を透過し、コア層１００から反射し、反射された電磁放射がその後誘電体層１１０、界面１１２、および吸収層１２０を透過することにより、狭い帯域の反射された電磁放射が多層構造１０によって作り出される。これにより、狭い帯域の反射光が提供され、したがって構造色を産出する。

多層構造１０の全方向の作用に関して、誘電体層１１０の厚さは、反射光の第１の高調波のみが提供されるように設計または設定される。特に図４を参照して、図４（ａ）は、０°および４５°から見た際の多層構造１０の反射特性を示す。誘電体層１１０は、６７ｎｍに等しい、所望の４００ｎｍの波長の１．５ＱＷの厚さを有する。ＺｎＳ誘電体材料の屈折率ｎは以下のように与えられる。

ｎ≒２.２
図４（ａ）に示されるように、かつ図４（ｂ）〜図４（ｄ）とは異なるように、反射された狭い帯域の電磁放射の第１の高調波のみが提供される。詳細には、誘電体層厚さが２ＱＷより大きい場合、第２の高調波、第３の高調波、および第４の高調波が存在することになる。したがって、誘電体層１１０の厚さは、全方向構造色を提供するために重要である。

ここで図５を参照して、ＣＩＥＬＡＢ色空間を使用するａ＊ｂ＊カラーマップを使用して、多層構造についての色特性の比較が検討され得る。ＣＩＥＬＡＢ色空間は、非線形に圧縮されたＣＩＥ空間のＸＹＺ色空間座標に基づく、明度について次元Ｌ＊かつ反対色次元についてａ＊およびｂ＊である反対色空間であるということが理解される。ａ＊軸はｂ＊軸に垂直であり、色度面を形成する。Ｌ＊軸は色度面に垂直である。ａ＊軸およびｂ＊軸と組み合わされたＬ＊軸は、純度、色相および明るさのような対象の色属性を完全に表す。専門的でない文言を用いると、非常にカラフルな刺激（色）は、人間の目には鮮やかかつ強烈に見えるが、あまりカラフルでない刺激はグレーにより近いくすんだように見える。「カラフルさ」が全くなければ、色は「中性の」グレーであり、カラフルさがない画像は典型的に、グレイスケールの画像またはグレイスケール画像と称される。さらに、カラフルさ（クロマまたは彩度としても公知である）、明度（明るさとしても公知である）、および色相の３つの属性で、色が示され得る。

図５に示されるカラーマップは、（ｂ＊／ａ＊）の逆タンジェント＝２８０に等しい色相のターゲットとされる色エリアを有する。この図に示される線は、０°から８０°の間から見た場合の色の変化に対応する。さらに、これらの線は、１．６７ＱＷおよび３ＱＷの誘電体層厚さにそれぞれ関連付けられる第１および第２の高調波に対応する。図に示されるように、第１の高調波および１．６７ＱＷの誘電体層厚さに対応する線は、色相のより低い角度のシフトに対応しており、したがってより大きな多層構造の所望の全方向の作用に対応している。

図６を参照して、図６（ａ）は、誘電体層１１０および吸収層１２０についての吸収対入射電磁放射波長のグラフ図を提供する。この図に示されるように、吸収層１２０は、約４００ｎｍの入射波長では吸収率が非常に低く、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の入射波長に対しては吸収が非常に高い。さらに、４００ｎｍから６００〜７００ｎｍの範囲の間では吸収において相対的に急な増加が存在する。これにより、コア層１００に反射されることになる誘電体層１１０を透過する光の波長の著しい遮断が提供される。この著しい遮断は、図６（ｂ）に示されるグラフ図に対応する。図６（ｂ）に示されるグラフ図において、狭い帯域の電磁放射は、４００ｎｍの範囲において反射される。図６（ｂ）はさらに、０°および４５°から見た場合の当該反射された帯域の電磁放射の中心波長（４００ｎｍ）におけるシフトが非常に低いことを示す。狭い帯域の反射された電磁放射は、最大反射率点／波長と比較して５０％の反射率にて測定された位置において２００ｎｍ未満の幅を有するということが理解される。さらに、狭い反射された帯域は、４００ｎｍの波長について最大反射率の７５％にて測定された際に、１００ｎｍ未満の幅を有する。

多層構造の色相およびクロマに関して、図６（ｃ）は、入射視角の関数として色相およびクロマにおける非常に小さい変化を示す。さらに、クロマは０°と４５°との間のすべての角度について５８と６０との間で維持される。

ここで図７に移って、本発明の別の実施例が図７（ａ）に参照番号２０で示される。多層構造２０は、吸収層１２０の外面に亘って延在する第２の誘電体層１３０を有する。図７（ｂ）は構造２０のさまざまな層について屈折率のグラフ図を提供し、図７（ｃ）は入射波長が４２０ｎｍである場合における構造２０に沿った厚さの関数として電界を示す。最後に、図７（ｄ）は、入射波長が５６０ｎｍである場合における多層構造２０に亘る厚さの関数として、電界のグラフ図を提供する。図７（ｃ）および図７（ｄ）に示されるように、波長が４２０ｎｍである場合について電界はほぼ０であるが、波長が５６０ｎｍである場合については相対的に大きいまたは高い。そのため、全方向の狭い帯域の反射された電磁放射が多層構造２０によって提供される。

図８を参照して、図８（ａ）は、０°および４５°から見た際の、図９（ａ）に示される構造からの電磁放射の反射された帯域の中心波長（４００ｎｍ）のシフトのグラフ図を提供する。誘電体層１１０および吸収層１２０についての吸収対入射電磁放射波長が図８（ｂ）に示され、視角の関数として色相およびクロマが図８（ｃ）に示される。

ここで図９を参照して、２つの多層構造の概略的な図が参照番号１２および２２で示される。図９（ａ）に示される多層構造１２は、コア層１００の対向する側上に別の誘電体層１１０ａおよび吸収層１２０ａが存在することを除いて、上で論じた実施例１０と本質的に同一である。さらに、図９（ｂ）に示される多層構造２２は、コア層１００の対向する側上の別の誘電体層１１０ａ、吸収層１２０ａ、および誘電体層１３０ａを除いて、上で論じた多層構造２０と本質的に同じである。このように、コア層１００は多層構造によってカバーされる両方の外面を有する。

図９（ｃ）に示されるグラフプロットを参照して、アルミニウムコア層（Ａｌコア）のみ、アルミニウムコア層＋ＺｎＳ誘電体層（Ａｌコア＋ＺｎＳ）、５層アルミコア＋ＺｎＳ＋クロム構造（実施例１２に示されるようなＡｌコア＋ＺｎＳ＋Ｃｒ（５Ｌ））、および実施例２２に示されるような７層アルミコア＋ＺｎＳ＋クロム＋ＺｎＳ構造（Ａｌコア＋ＺｎＳ＋Ｃｒ＋ＺｎＳ（７Ｌ））について反射率対入射電磁放射波長が示される。この図に示されるように、誘電体層の対と吸収層とを間に挟んだ７層構造２２によって、他の構造と比較してより狭くかつ良好に規定された反射帯域の電磁放射が提供される。

図１０は、第２の高調波を産出する誘電体厚さを有する５層構造と、第１の高調波のみ産出する誘電体厚さを有する５層構造と、第１の高調波のみ産出する誘電体層厚さを有する７層構造とについてのａ＊ｂ＊カラーマップを提供する。図においてターゲット色エリアを示す点線の円によって示されるように、他の構造を示す線と比較すると、線は７層構造に対応しており、第１の高調波が色相の低い角度シフトに対応する。

現状技術の層構造と、光学的厚さが３ＱＷより大きい（以下「５層＞３ＱＷ」と称する）誘電体層を有する２つの５層構造と、本発明の実施例に従って作り出されたまたはシミュレートされた光学的厚さが２ＱＷ未満（以下「７層＜２ＱＷ構造」と称する）である少なくとも１つの誘電体層を有する７層構造との比較が、図１１におけるａ＊ｂ＊カラーマップ上に示される。図に示されるように、現状技術の構造および５層＞３ＱＷ構造は、本願明細書において開示される７層＜２ＱＷ構造によって、大幅に改善されている。特にクロマ（

）は、５層＞３ＱＷ構造についてよりも７層＜２ＱＷ構造についてのほうが大きい。さらに、色調シフト（Δθ）は、５層＞３ＱＷ構造（Δθ_２）と比較して、７層＜２ＱＷ構造（Δθ_１）が約半分である。

以下の表１は、５層＞３ＱＷ構造および７層＜２ＱＷ構造についての数値データを示す。クロマ（Ｃ＊）における１または２ポイントの増加は、２ポイントの増加が人間の目にも視覚的に認識可能であるので、有意増加であるということを当業者が認識するということが理解される。したがって、７層＜２ＱＷ構造によって示された６．０２ポイントの増加（１６．１％の増加）は特別である。さらに、７層＜２ＱＷ構造（１５°）についての色調シフトは、５層＞３ＱＷ構造（２９°）の色調シフトの約半分である。したがって当該２つの構造の間にほぼ等しい明度（Ｌ＊）が与えられると、７層＜２ＱＷ構造は、先行技術の構造と比較して色特性において有意かつ予期しない増加を提供する。

高クロマ全方向構造色多層構造の別の実施例が、図１２（ａ）において参照番号１４で概略的に示される。多層構造１４は、反射層１００と誘電体層１１０および１１０ａとの間のそれぞれの付加的な吸収層１０５および吸収層１０５ａを除いて、実施例１０に類似する。図１２（ｂ）において参照番号２４にて別の実施例が示される。当該実施例は、反射層またはコア層１００と誘電体層１１０，１１０ａとの間にそれぞれ吸収層１０５，１０５ａを追加したことを除いて実施例２０に類似している。

このような多層構造からの顔料は、犠牲層を有し、当業者に公知である任意の種類の堆積方法またはプロセスを用いて堆積された材料のその後の層を有するウェブ上のコーティングとして製造され得る。上記の堆積方法またはプロセスには、電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学蒸着、ゾルゲル処理、およびレイヤ・バイ・レイヤ処理などが含まれる。多層構造が犠牲層上に堆積されると、２０ミクロンのオーダの表面寸法と、０．３〜１．５ミクロンのオーダの厚み寸法とを有する自立フレークが、犠牲層を取り除き残存する多層構造を研削してフレークにすることによって得られ得る。フレークが得られると、当該フレークは結合剤、添加剤、およびベースコート樹脂といった高分子材料と混合される。これにより全方向構造色ペイントが調製される。

全方向構造色ペイントは、色調シフトが３０°未満であって変色が最小である。このような最小の色調シフトは、人間の目に全方向的に見えるものであるよう理解されるべきである。色相の鮮明度は、ｔａｎ^−１（ｂ＊／ａ＊）であり、式中、ａ＊およびｂ＊はｌａｂ色系における色座標である。

まとめると、全方向構造色顔料は、反射層またはコア層と、１つまたは２つの誘電体層と、１つまたは２つの吸収層とを有しており、コントロールの波長が可視スペクトルにおいてピーク反射率にて目標波長によって決定される場合、誘電体層の少なくとも１つは典型的な幅が０．１ＱＷより大きいが２ＱＷ以下である。さらに、ピーク反射率は、第１の高調波反射率ピークについてである。いくつかの場合では、１つ以上の誘電体層の幅は、０．５ＱＷより大きく２ＱＷ未満である。他の場合では、１つ以上の誘電体層の幅は、０．５ＱＷより大きく１．８ＱＷ未満である。

上記の例および実施例は、単に例示的な目的であって、変更および修正などは当業者には明白であり、それらは本発明の範囲内に該当する。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される。

Claims

多層スタックを含み、前記多層スタックは
コア層と、
前記コア層に亘って延在する誘電体層と、
界面を間に挟んで前記誘電体層に亘って延在する吸収層とを有し、
前記誘電体層と前記吸収層との間の前記界面は、電界Ｅの絶対値の２乗を｜Ｅ｜^２％とするとき、第１の入射電磁波長にて２５％｜Ｅ｜^２未満であり、第２の入射電磁波長にて相対的に大きな｜Ｅ｜^２を有し、前記第２の入射電磁波長は前記第１の入射電磁波長とは等しくなく、
前記多層スタックは、高クロマ全方向構造色をもたらす０°と４５°との間の角度から見た際、可視スペクトルにおいて２００ｎｍ未満の半値全幅（ＦＷＨＭ）の幅を有する単一の狭い反射帯域と、３０°未満の色調シフトを有する最小の色変化とを有し、
前記誘電体層は、前記狭い反射帯域の中心波長の２・クォーターウェーブ（ＱＷ）以下の厚さを有し、
前記コア層は、銀、銅、アルミニウム、金およびそれらの合金からなる群から選択される材料から形成され、
前記誘電体層は、ＴｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＺｎＳ、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、およびそれらの組合せの少なくとも１つを含み、
前記吸収層は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄およびそれらの合金の少なくとも１つから選択される材料から形成される、
高クロマ全方向構造色多層構造。
前記コア層は、式ＲＩ_１＝ｎ_１＋ｉｋ_１によって示される複素屈折率を有し、ｎ１＜＜ｋ_１であり、式中ＲＩ_１は前記複素屈折率であり、ｎ_１は前記コア層の屈折率であり、ｋ_１は前記コア層の消衰係数であり、ｉは√−１である、請求項１に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記コア層は、銀、銅、アルミニウム、および金からなる群から選択される材料から形成される、請求項２に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記コア層は前記アルミニウムから形成される、請求項３に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記コア層は５０ｎｍと２００ｎｍとの間の厚さを有する、請求項４に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記誘電体層は、ＴｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＺｎＳ、ＨｆＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、およびＴａ_２Ｏ_５の少なくとも１つを含む、請求項５に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記誘電体層はＺｎＳである、請求項６に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記吸収層は式ＲＩ_２＝ｎ_２＋ｉｋ_２で示される複素屈折率を有し、ｎ_２≒ｋ_２であり、式中ＲＩ_２は前記複素屈折率であり、ｎ_２は前記誘電体層の屈折率であり、ｋ_２は前記吸収層の消衰係数である、請求項７に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記吸収層は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、およびバナジウムの少なくとも１つから選択される材料から形成される、請求項８に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記吸収層は、前記クロムから形成される、請求項９に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記吸収層は５ｎｍと２０ｎｍとの間の厚さを有する、請求項１０に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記吸収層の外面に亘って延在する別の誘電体層をさらに含む、請求項１１に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記コア層と前記誘電体層との間に別の吸収層をさらに含む、請求項１１に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
前記コア層と前記誘電体層との間に別の吸収層をさらに含む、請求項１２に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。