JP6816235B2 - 高クロマ全方向構造色多層構造 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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、TiO2)、フッ化マグネシウム(たとえば、MgF2)、硫化亜鉛(たとえば、ZnS)、酸化ハフニウム(たとえば、HfO2)、酸化ニオブ(たとえば、Nb2O5)、酸化タンタル(たとえば、Ta2O5)、酸化ケイ素(たとえば、SiO2)、およびそれらの組合せから形成され得る。
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、
s偏光について、qs=nscosθs (6)
p偏光について、qs=ns/cosθs (7)
s偏光について、q=ncosθF (8)
p偏光について、q=n/cosθF (9)
φ=k・n・d cos(θF) (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。
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。
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。
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。
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。
Claims (11)
- 多層スタックを含み、前記多層スタックは
50nmと200nmとの間の厚さを有するコア層と、
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し、かつ、5nmと20nmとの間の厚さを有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 2 O 5 、Ta 2 O 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RI1=n1+ik1によって示される複素屈折率を有し、n1<<k1であり、式中RI1は前記複素屈折率であり、n1は前記コア層の屈折率であり、k1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。
- 前記誘電体層は、TiO2、MgF2、ZnS、HfO2、Nb2O5、およびTa2O 5 の少なくとも1つを含む、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ZnSである、請求項5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RI2=n2+ik2で示される複素屈折率を有し、n2≒k2であり、式中RI2は前記複素屈折率であり、n2は前記誘電体層の屈折率であり、k2は前記吸収層の消衰係数である、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、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、前記クロムから形成される、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9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10に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。
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