CN105531221A - 用于灰度级着色的纳米结构化的表面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有结构性着色表面的纳米结构化的产品。结构性着色表面通过在基板上提供纳米结构化的表面并且在纳米结构化的表面上提供覆盖的金属层而获得，其中基板可为塑料材料。金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率，以使得结构性着色表面显得暗，例如，显得具有灰色或黑色。

Description

用于灰度级着色的纳米结构化的表面

技术领域

本发明涉及纳米结构化的表面，特别是涉及通过使用这种表面的结构着色。

背景技术

已知的是通过用着色涂料材料涂色来装饰塑料物体。涂料将在其变干后粘合至物体上。存在用于向塑料物体提供着色装饰的其他方法。通常地，因为除了形成塑料物体以外该工艺还包括用于应用装置的各种步骤，因此这种方法使塑料物体的制造工艺变得复杂。

此外，因为涂料可能以其他方式对回收利用的材料添加不期望的着色(例如，主要材料的白色将被黑色涂料污染)，因此在回收利用主要物体之前需要移除涂料，由此涂色的产品使回收利用这种产品变得复杂。

相应地，需要可不受上述问题影响或提供其它优点的用于装饰物体的其他着色工艺。

WO2013039454公开了光学布置，其中，该光学布置包括基板和从基板的表面延伸的多个相隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构包括位于远离基板的表面的端部上的金属层。本发明也涉及用于形成光学布置的方法。

发明内容

在用于装饰金属或聚合物物体的方法内实现改善将是有利的。尤其是可见，本发明的目的在于提供解决现有技术中的涉及着色和/或回收利用的上述问题或其他问题的方法。

为了较佳地解决这些顾虑中的一个或多个，在本发明的第一方面中揭示了具有结构性着色表面的纳米结构化的产品，包括：

-基板，包括包含有升起或凹陷的纳米结构的纳米结构化的表面；以及

-金属层，至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率。

例如，如玩具的塑料物体可包括根据第一方面的纳米结构化的产品。塑料物体和基板可由不同的材料或相同的材料制成，以使得仅金属层需要被添加至物体以用着色(此处为暗色，例如灰色或黑色)装饰物体。因为仅薄的金属层(但无附加的颜色)引入到物体或基板中以生成期望的着色，所以物体可被回收利用许多次，例如百次或更多次，而不破坏物体或基板的原始颜色。

金属层在可视光谱范围的光谱范围(即，涵盖380至700纳米的可视范围的至少100纳米的范围)中生成吸收。实际上，金属层应在整个或基本上整个可视范围上生成吸收以生成宽频带吸收。相应地，宽频带吸收可被定义为在380至700纳米的可视范围内至少100nm的光谱范围中的吸收。该吸收可在可视光谱范围上或在可视范围内的至少100nm的子范围上平均大于20％。书籍“光学材料：选择和应用介绍，光学工程第6卷，1985，由SolomonMusikant著作，由MarcelDekker,Inc.出版(OpticalMaterials:AnIntroductiontoSelectionandApplication,OpticalEngineeringvolume6,1985,bySolomonMusikant,publishedbyMarcelDekker,Inc.)”提供了宽频带减反射过滤器的若干示例。在第162页给出了在400至740nm的光谱范围中有效的宽频带AR涂覆。

纳米结构化的表面通常地覆盖大于至少4平方毫米的面积。由此，在相对大的面积(例如，至少4平方毫米)上，纳米结构化的表面具有与吸收相关的相同或基本相同的光学性质。纳米结构着色可被提供到不透明基板或透明基板上。在实施方式中，基板为塑料或聚合物。在替代性实施方式中，基板为金属上的氧化物层。

在实施方式中，可视光谱范围中的光的平均宽频带吸收在可视光谱范围上平均大于20％。入射光功率在基板上的20％的吸收可足以生成按表面。

在实施方式中，位于纳米结构化的表面上的金属层在可视光谱范围上具有平均小于20％的可视光谱范围中的光的反射率。入射光功率在基板上的20％的吸收改善纳米结构化的表面的暗度。

优选地，金属层符合纳米结构化的表面以使得金属层包括包含有与基板的纳米结构化的表面相似的升起或凹陷的结构的纳米结构化的表面。

在实施方式中，基板的升起或凹陷的纳米结构从基础表面凸出，以使得相符合的金属层的升起或凹陷的纳米结构也从金属层的基础表面凸出，其中金属层的升起或凹陷的结构相对于金属层的基础表面的覆盖范围大于30％。

在实施方式中，基板还包括散射表面。散射表面可包括具有长到足以散射进入的可视光的尺寸的结构。

散射表面可定位成与纳米结构化的表面相邻，以提供对于暗纳米结构化的表面的对比。

基板可包括多个散射表面和多个纳米结构化的表面，其中多个散射表面与多个纳米结构化的表面布置成交替图案。这种图案可用于生成特定的灰色级。

在实施方式中，基板还包括由金属层覆盖的非结构化表面。非结构化表面可用于生成反射表面，该反射表面例如与纳米结构暗表面相邻。

在实施方式中，基板为箔，其中金属层定位在箔的背面上，以及其中背面配置成连接至物体。在实施方式中，金属层被保护性透明层覆盖。这种保护性层可有利地用于保护基板和金属层中的纳米结构。

本发明的第二方面涉及显示器，该显示器包括：

-根据第一方面的纳米结构化的产品；以及

-光源，布置成朝着纳米结构化的产品发射光。

光源可为能够朝着纳米结构化的产品直接或间接地发射光的任意光源。例如，光源可朝着纳米结构化的产品直接地发射光束。可选地，光源可配置成朝着纳米结构化的产品间接地发射光(例如，通过朝着反射或散射层发射光)以朝着纳米结构化的产品引导反射或散射光。

光源可配置成将朝着纳米结构化的产品引导光束(例如，具有均匀束强度的光束)，或者朝向纳米结构化的产品引导不同光强度和/或颜色的图案(例如，由LCD屏幕生成的图案)。

本发明的第三方面涉及用于制造根据第一方面的纳米结构化的产品的工艺，该工艺包括：

使用模具或压花工具由成型或压花形成塑料物体，其中模具或压花工具的表面提供有纳米结构化的表面以使得该形成生成塑料物体的纳米结构化的表面；以及

用金属层覆盖塑料物体的纳米结构化的表面以使得金属层至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面，以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸收。

综上，本发明涉及具有结构性着色表面的纳米结构化的产品。结构性着色表面通过在基板上提供纳米结构化的表面并且在纳米结构化的表面上提供覆盖的金属层而获得，其中，基板可为塑料材料。金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率以使得结构性着色表面显得暗，例如，显得具有灰色或黑色。

通常，本发明的各种方面可在本发明的方面内可能的任意方式组合并结合。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将通过下文中描述的实施方式和参照下文中描述的实施方式阐述的内容而变得明确。

附图说明

将参照附图仅以示例的方式对本发明实施方式进行描述，在附图中：

图1示出了纳米结构化的产品100中的纳米结构103，

图2示出了经测量的纳米结构化的表面102和金属层105，

图3A示出了升起的纳米结构103的不同的主要形状的剖视图，

图3B示出了图3A的剖视图中对于点状结构321和细长结构322的俯视图，

图4A至图4C示出了实验性获得的吸光率值401和反射率值402，

图5示出了纳米结构化的表面102的替代性实施方式，其中纳米结构以二位图案布置，

图6至图10示出了测量结果，以及

图11A至图11B示出了纳米结构化的产品100在显示器10中的应用。

具体实施方式

图1主要地示出了具有结构性着色表面的纳米结构化的产品100。产品100包括衬底101，衬底101包括具有升起或凹陷的纳米结构103的纳米结构化的表面102。纳米结构103可被视为从基板凸出或凸入基板中的细长结构，例如，针或孔。纳米结构化的表面定义了基础表面104，基础表面104可为总体平坦的表面或弯曲的表面，而纳米结构103凸入基础表面104或从纳米结构103基础表面104凸出。

结构着色是指因纳米结构而由光学效应引起的着色，而不是由有色颜料引起的着色。

纳米结构化的表面102提供有金属层105，金属层105至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面。金属层通常地吸收小量的光能并且反射或散射相对大量的光能。然而，当金属层105根据本文中的实施方式纳米结构化时，光的吸收率显著增加而反射率也显著减小，由此金属层105将显得暗。根据本发明的实施方式，纳米结构化的表面102主要配置成在可视光谱范围(即，从300至700nm的光谱范围)中增加吸光率。

通常，纳米结构化的产品100可为膜、箔、最终产品的一部分或最终产品。纳米结构化的产品100的具体示例包括车辆的内部部分、玩具、家用电器等。例如，车辆的内部部分的表面可提供有结构性着色的装饰，并且玩具可提供有通过在玩具的表面上形成纳米结构化的表面102而形成的装饰。

基板可为能够被纳米结构化的聚合物、玻璃材料、氧化物层(例如，经阳极化处理的铝)或其他介质材料。能够被纳米结构化的任意金属或其他导电材料也可用作基板，但在这种情况下，不需要位于纳米结构化的导电表面上的金属层105。相应地，整个产品100可由相同基板材料制成，其中相同基板材料仅提供有薄金属层105并且可能地提供有透明保护层。由此，可能能够用通过使用结构着色用图形或文本装饰产品100，而不需要使用有色涂料将装饰印刷在物体上。基板101可为不透明的、透明的或半透明的。

产品100可使用模具通过成型(例如，注塑成型)形成，其中模具的表面提供有纳米结构化的表面以使得成型生成塑料物体的纳米结构化的表面102。可选地，产品100可通过热压花形成，其中压花工具提供有纳米结构化的表面以使得压花生成塑料物体的纳米结构化的表面102。用于制造产品100的工艺还包括用金属层覆盖塑料物体的纳米结构化的表面以使得金属层至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面，以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸收。

模具或压花工具可使用电镀制成以由硅主体或其他主体制成金属模具。典型地，镍或镍合金用于电镀工艺中以将金属层(例如200微米厚)施加到纳米结构化的硅主体上，以使得在硅主体上具有正象图案的或负象图案的金属层被形成。在实施方式中，主体为经阳极化处理的铝，其中氧化物层包含纳米结构103、或包含黑硅或纳米草坪结构。

用金属层覆盖塑料物体的纳米结构化的表面的工艺可使用物理气相沉积(PVD)(例如，电子束PVD，其中电子束用于将金属从固/液相蒸发为气相)进行。气体在纳米结构化的表面上浓缩作为薄膜并且形成金属表面105。可选地，用金属层覆盖塑料物体的纳米结构化的表面的工艺可使用溅射进行，其中溅射可在工业处理中是特别有用的。

在基板101为金属或其他导电材料的情况下，纳米结构化的表面102提供在基板中，但不具有附加金属层105。例如，产品100可为金属箔，其中纳米结构化的表面102被提供到金属箔中，例如，直接压花到金属箔中。金属基板可提供有介质材料层，例如，聚合物、玻璃材料或氧化物层。相应地，纳米结构化的产品100可配置成使其包括金属基板和介质材料层，其中，金属基板包括包含有升起或凹陷的纳米结构的纳米结构化的表面，并且介质材料层至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面以使得纳米结构化的表面在可视光谱范围中生成宽频带吸光率。

图2示出了具有凸出的细长结构的纳米结构化的表面102的示例，其中纳米结构化的表面102被金属层105覆盖。图2中的剖视图是通过扫描电子显微镜获得的。在上部视图、中间视图和下部视图中的金属层105的厚度分别为40纳米、60纳米和100纳米。示出了200nm的尺度。

图2示出了可不完全符合纳米结构化的表面，因为金属可能在覆盖纳米结构化的表面102的窄谷结构方面具有难度并且因为金属可能在覆盖纳米结构化的表面102的窄峰结构的方面具有难度。相似地，金属层105中可存在有孔，以使得纳米结构化的表面102的一些部分不完全被金属层覆盖。不管这些问题，事实上金属层至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且符合纳米结构化的表面，以使得金属层包括具有与基板101的升起或凹陷的结构相对应的升起或凹陷的结构的纳米结构化的表面，以及使得相符合的纳米结构层相对于不为纳米结构的金属表面展现出增加的吸光率并减小反射率。

图2示出了纳米结构103随机或以至少非周期性的图案布置的本发明实施方式。例如，随机布置的纳米结构103可使用与用于制造黑硅(也知为纳米玻璃)的已知方法相对应的方法制造。其他适当的方法包括聚合物的等离子蚀刻和KOH(氢氧化钾)湿法蚀刻。

在实施方式中，随机布置的纳米结构103存在于氧化物层中。氧化物层存在于诸如铝、钛、锌、镁的金属或其他金属上，并且氧化物层通过阳极化处理金属而获得。通过阳极化处理获得的电介质氧化物层具有多孔纳米结构化的表面102。金属层105可被提供到氧化物层上以在氧化物层上生成例如暗或黑结构。

为了实现低反射率，升起或凹陷的结构103应尽可能密集地包裹，以使得基础表面104的总体平坦的表面的面积尽可能小。也就是说，总体平坦的表面将具有相对高的反射率，而这可能是不期望的。在实施方式中，金属层105的升起或凹陷的结构103相对于金属层的基础表面的覆盖范围大于至少30％，并且优选地大于90％。当纳米结构具有呈锥形形状时，例如图3A中所示的三角形形状结构时，高覆盖范围(例如，高于90％)是可能的。当纳米结构具有柱状形状时，约50％的较低覆盖范围可能是适宜的。通常，至少约90％的高覆盖率应用于呈锥形的周期性或非周期性纳米结构，而低于约60％的较低覆盖率应用于如柱状结构的具有陡峭边缘的周期性或非周期性纳米结构。参见图5，示出了具有周期性定位的纳米结构103的实施方式。

图3A示出了升起的纳米结构103的不同的主要形状的剖视图。相似的凹陷的纳米结构可通过将结构形成到基板101中来制成。上部视图中的三角形形状剖视图可由例如角锥形状凸出特征获得，中间视图中的正弦曲线形状剖视图可由例如3D-抛物线形状凸出特征获得，并且下部视图中的矩形形状剖视图可通有例如凸出圆筒或其他柱形状结构获得。纳米结构103形成在基板101的平坦或弯曲的表面上。

图3A示出了纳米结构的宽度301和高度302和纳米结构之间的间距303。在上部视图和中间视图中所示出类型的纳米结构而言，纳米结构103之间的间距303接近于零，至少位于相邻纳米结构的一些位置处并且取决于结构的3D形状。对于上部视图和中间视图中所示出类型的纳米结构而言，纳米结构103的间隔与宽度301相同或基本上相同，而对于在相邻结构之间具有间距303的纳米结构而言，间隔为宽度301与间距303之和。

宽度301可处于10至2000nm范围中。虽然高于300nm并且高达1微米的宽度也存在吸光效果，但是吸光效果似乎对于300nm以下的宽度最为有效。1微米以上，则吸光效果变小。因为相比于较小的宽度具有更高的机械坚实性，大于例如200nm，例如处于250至750nm范围中的宽度可为优选的。宽度可为结构103的直径、凸出或凹陷结构特征103的最大、最小或平均宽度。

纳米结构的间隔可处于10至2000nm的范围中。对于高于150nm的间隔而言，开始对周期性布置的纳米结构产生衍射效应。因为一些衍射可能是可接受的，引起高于150nm的间隔对于周期性结构可能是可接受的。对于非周期性或随机结构而言，衍射效果是极小的。

高度302可处于50至5000nm的范围中。对于最适宜的吸收而言，100至300纳米的范围中的高度可为优选的。

图3B示出了图3A的剖视图的俯视图。图3B也示出了图3A中的剖视图的线AA的位置。

图3B示出了纳米结构103可为在两个正交平面方向上具有基本上相同的延伸301的点状结构321。可选地或附加地，纳米结构103可为在一个平面方向上具有至少两倍于宽度301的延伸的细长结构322。细长的平面延伸可为直线的或弯曲的，并且平面延伸的长度可处于例如100nm至数微米或者甚至数毫米的范围。

图4A至图4C示出了在500nm的入射光处金属层的厚度(沿横坐标)与吸光率值401和反射率值402(沿纵坐标)的实验性获得的函数。反射率值402包括从金属层105的表面镜面反射和散射的光。图4A至图4C中的数据从非周期性布置的纳米结构103获得的，其中在图4A中结果为纳米结构103具有100纳米的宽度和200纳米的高度，在图4B中的结果为具有150纳米的宽度和300纳米的高度，并且在图4C中的结果为具有250纳米的宽度和500纳米的高度。由此，虽然吸光率曲线401和反射率曲线402取决于纳米结构的尺寸，但是图4A至图4C中的曲线表现出了具有100至250纳米范围中的宽度和200至500纳米范围中的高度的纳米结构的吸光率曲线和反射率曲线相似的吸光率曲线和反射率曲线。据认为，相似或至少可接受的吸光率和反射率值可从具有100至2500纳米范围的宽度和200至5000纳米范围的高度的纳米结构获得的。对于较大高度和宽度(例如，约1000纳米的宽度)而言，高度与宽度的比例可选择为使得散射例如通过选择大致两倍于宽度的高度而被最小化。

在图4A至图4C中，获得500nm入射光的反射率和吸光率值。然而，由于反射率、吸光率和透射率值基本上不取决于可视范围(300至700nm)中的波长，图4中的数据也可应用于可视范围中的其他波长以使得图4中的反射率和吸光率值在可视范围上可应用为平均百分比。

图4中的曲线401、402建议了金属层的厚度处于10至80nm范围中(例如，20至50nm范围中)，以在可视光谱范围上获得高于65％的吸光率值和平均低于最大20％的反射率值。这种吸光率值可足以获得显得暗的表面。如果反射率变得大于30-40％，则表面将显示为反射性的并且具有镜子般的外观。

实际上，在可视光谱范围上平均至少20％的可视光谱范围中的光的平均宽频带吸收可足以实现黑表面。特别是，对于不透明的基板，因为光需要经过金属层105两次(即，在金属层的第一次行程中未被吸收并且在金属层105与纳米结构化的表面102之间的界面处反射的光将需要经过金属层105第二次，并因此受到两次吸收)，所以金属板105的20％的相对低的吸光率和相对应的相对高的透射率(但仍为最大20％的低反射率)足以实现黑表面。

图4中的吸光率和反射率值已用铝层105获得。根据实施方式，铝对于金属层105是优选的。如金或银的其他金属也是可应用的，但是因为这些金属相比于铝更贵，而这对于使用例如注塑成型的大量生产而言可能特别重要，因此如金或银的其他金属可能是略不优选的。

本文中所指的反射率、吸光率和透射率值被定义为光的入射功率与光的反射、吸收或透射功率的比例。

通过在基板101的表面上应用设置有纳米结构化的表面103和金属层105的图案，产品100获得结构性着色的装饰，例如，文本或其他图形，即，具有基本上单色暗外观的着色装饰。根据纳米结构金属层105的吸光率，暗外观可为黑色或灰色。

产品100还可配置成使得基板101包括扩散射表面。如图1中所示，散射表面110可被实现为具有散射特征的粗糙表面111，其中具有散射特征的粗糙表面111具有大到足以散射进入的光的尺寸。这种散射结构可具有尺寸，即，位于基板的平面中并且垂直于基板的尺寸，其中位于基板的平面中的尺寸(例如，凸出结构的直径)处于1微米至1毫米的范围中，并且其中垂直于基板的尺寸(例如，凸出结构的高度)处于100纳米至200微米的范围中。散射表面110可以或可以不被金属层105覆盖。特别是，如果基板的表面具有良好的反射性质，例如，如果表面具有浅色，则金属层105可能是不需要的。然而，如果寻求最适宜的散射性质，或者如果基板101不适合于散射，则散射表面可不被与纳米结构化的表面102相同的金属层105覆盖。

基板的粗糙的散射表面可通过对应具有散射效应的区域进行喷沙而制成。

基板101可使其自身展现出良好的散射特征，在这种情况下，表面不需要被配置为具有散射特征的粗糙表面111。

散射表面可定位成与纳米结构化的表面相邻，以在暗纳米结构化的表面102与亮散射表面之间生成高视觉对比度。

在实施方式中，基板101配置有多个散射表面和多个纳米结构化的表面102，其中散射表面与纳米结构化的表面布置成交替图案。暗区域与亮区域交替的图案可用于生成比纳米结构化的表面102的暗区域显得亮并且比散射表面的亮表面显得暗的表面，即，用于生成灰度级颜色。

可选地或附加地，灰度级颜色可通过纳米结构的几何形状实现，例如，通过具有(例如，与配置成用于生成较暗表面的围绕纳米结构103相比)相对低的高度302或等同的深度来实现，由此，来自这种结构的反射率增加，以使得表面显得更灰。

附加地或可选地，产品100还可配置有镜面反射表面120。镜面反射表面120可由配置有被金属层105覆盖的非结构化表面的基板101实现。这种被金属层覆盖的非结构化表面将具有高反射率和镜状外观。镜面反射表面可定位成与纳米结构化的表面和/或散射表面相邻，以在镜状表面与暗纳米结构化的表面102和/或亮散射表面之间生成高视觉对比度。

如图1中所示，覆盖纳米结构化的表面102的金属层105可被透明保护层130覆盖。附加地，基板101的其他表面(如镜面反射表面和/或散射表面)也可被透明保护层130覆盖。透明保护层130可具有散射效应，散射效应例如通过如包括在保护层中或位于保护层的表面上的散射球体/颗粒或不规则性来实现。可选地或附加地，透明保护层130的散射效应可使用固有地具有散射性质的聚合物材料实现。

纳米结构化的产品可为配置成(例如，经由粘合层)连接至另一物体的膜或箔的形式。根据本示例，膜-基板通过基板101实施。金属层105提供在膜-基板的提供有纳米结构化的表面102的正面上。膜的背面配置有例如粘合层以实现对于物体的连接。

可选地，膜产品可配置成使得金属层定位在箔的背面上，并且使得背面配置成连接至物体。根据本实施方式，膜式透明的，以使得光能够经由膜传播至纳米结构金属表面105。粘合层可被提供到背面上，由此提供到纳米结构金属表面105上。因为可为胶或可固化聚合物的粘合层是柔软的，因此粘合层不显著地影响纳米结构化的表面102的结构。

图5示出了纳米结构化的产品100的实施方式(俯视图和侧视图)，其中纳米结构化的表面102的纳米结构103在两个正交平面方向上周期性地布置有恒定或基本上恒定的间隔501、502。

周期性布置的纳米结构103一般具有50至150纳米范围的高度，其中优选为100纳米的高度。周期性布置的纳米结构103的横向尺寸(例如，直径)一般处于10至350纳米的范围中，并且纳米结构103的横向间距(即，沿着间隔501、502的方向相邻的纳米结构103之间的距离)一般处于20至400纳米的范围中。理想地，间隔501、502应为最大150纳米以避免衍射。然而，因为一些衍射可能是允许的，因此间隔也可大于150纳米。

周期性布置的纳米结构103可配置成相对于基板101的基础表面104升起或凹陷的纳米结构。金属层105(图5中暗示性地指示)应用到纳米结构化的表面102以使得金属层至少部分地覆盖纳米结构化的表面102并且至少部分地符合纳米结构化的表面，以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率。

图5示出了纳米结构具有包括陡峭边缘的柱状形状。对于具有柱状形状的周期性布置的纳米结构103而言，填充因素(即，相符合的金属层的升起或凹陷的纳米结构相对于金属层的基础表面105的覆盖范围)大于30％，优选为约50％。代替具有柱状形状，图5中的周期性布置的纳米结构可具有呈锥形形状。在周期性布置的纳米结构具有呈锥形形状的情况下，填充因素可大于90％。

相应地，周期性布置的纳米结构可具有图3A中所示非周期性布置的纳米结构横截面形状中的任一种。另外，周期性布置的纳米结构可具有如图3B中所示的点状形状321或细长形状322。

图6A至图6C示出了在500nm波长处膜厚度与对于不同的结构的测量到的反射率(图A)、透射率(图B)和计算出的吸光率(图C)的函数。由于相对低的漫射，因此500nm波长处的光学性质显著地代表可视光谱内的光学性质。吸光率A根据A＝1-反射率-透射率来计算。

非周期性的不同结构被特征化为类型A-E：

类型A具有高度302＝315±35nm和an大致宽度301＝150±10nm。大致宽度对应于非周期性结构的大致间隔。类型B具有高度302＝450±50nm和大致宽度301＝160±10nm。类型C具有高度302＝615±80nm和大致宽度301＝195±10nm。类型D具有高度302＝815±120nm和大致宽度301＝230±15nm。类型E具有高度302＝880±140nm和大致宽度301＝245±15nm。

曲线601示出了对于平坦的金属层(即，没有纳米结构化的表面的层)的结果。曲线602示出了对于结构E的结果。曲线603示出了对于结构A至D的结果。

图6A至图6C中的不同结构A至E存在于纳米结构化的产品中，其中纳米结构化的产品配置成使基板为配置成接收入射光的前层以使得金属层提被提供在包含纳米结构化的表面的基板的背表面上。基板可为透明的或半透明的，即，基板可配置成例如通过在基板中包括散射颗粒或向基板提供散射表面来漫射光。

基板为前层的纳米结构化的产品可为膜产品形式，膜产品形式配置成使得金属层定位在箔的背面上以及使得背面配置成例如通过应用到金属层的背面上的粘合剂或粘接层连接至物体。根据本实施方式，膜为透明的并且有可能提供有散射装置(散射颗粒或表面)以使得光能够经由膜传播至纳米结构金属表面105。

与平坦的薄膜601相比，纳米结构薄膜602-603的反射率显著地改变。在类型A至D的纳米结构薄膜示出在反射率中仅稍微增加期间，平坦的膜的反射率对于100nm厚度快速增加至最大6％。虽然纳米结构膜的透射率显著大于平面，但是透射率对于平坦的膜和结构化的膜快速减小。与平面相比，透射率的衰退对于纳米结构膜也是缓慢的。纳米结构膜的减小的反射率导致吸光率的显著增加，而这对于类型A至D的纳米结构膜增加至90％。

图6A至图6C建议了配置成使得基板为配置成接收入射光的前层的纳米结构化的产品，金属层的厚度应为约50nm，优选地大于60nm，并且例如处于50或60nm至90或100nm的范围中。由于对于厚金属层的增加的制造时间和费用，因此厚金属层可略不优选的。相应地，因为吸光率曲线对于大于90nm的厚度变得平坦，所以50或60nm至80、90或可能达到100nm的范围可能是优选的。

图7A至图7C示出了在500nm波长处膜厚度与对于不同的(非周期)结构的测量到的反射率(图A)、透射率(图B)和计算出的吸光率(图C)的函数。

在图7A至图7C中，曲线601示出了对于平坦的金属层的结果，曲线602示出对于结构E的结果，并且曲线603示出对于如结合图6A至图6C所描述的结构A至D的结果。

图7A至图7C中的不同的结构A至E存在于配置成使得金属层为配置成接收入射光的纳米结构化的产品中。基板被提供在金属层的背面上以使其接收透射过金属层的光。基板可为透明的、半透明的或不透明的。

有利地，基板可配置成将透射过金属层的光散射回金属层，例如，基板可为不透明的基板。在基板为非透明的并且配置成将光散射回去的这种情况下，因为在金属层的第一次行程中未被吸收的并且由基板散射回去的光将需要经过金属层105两次，并因此受到两次吸收，所以光需要经过金属层105两次。

图7B示出了纳米结构金属表面透明至约30nm的厚度。纳米结构金属层仍示出与平坦的金属膜非常不同的行为。然而，纳米结构金属层(空气-金属界面)示出反射率随着金属厚度增加。这在反射率与透射率之间产生了平衡，从而产生了对于具有30至70nm范围(如40至60nm范围)的厚度的纳米结构金属层的最适宜的吸光率。根据纳米结构化的产品的配置，可用吸光率可获得为10至80nm的较宽范围，例如20至70nm的范围，例如20至50nm的范围。

图8A至图8B示出了对于不同的纳米结构化的产品的测量到的反射率。不同的纳米结构化的产品使用不同的金属沉积方法配置，其中不同的金属沉积方法包括电子束蒸发、热沉积和溅射。通过溅射制出的产品的结果示出为曲线801。

在图8A中，产品配置成使得基板为配置成接收入射光的前层。此处，该结果非常相似，指示制造方法是不关键的。

在图8B中，产品配置成使得金属层为配置成接收入射光的前层。此处，该结果是非常不同的。因为反射率为约5％，而其他产品展现出更高的反射率，因此最佳结果为使用溅射制出的所获得产品。图8C示出了与图8B中的结果相对应的透射率。虽然适用溅射制出的产品的透射率比其他产品的透射率高，但是因为从基板散射会的光第二次透射以使得有效透光率(前后)变得近似1％，因此这不会显著减少吸收。

图8B至图8C建议了通过溅射形成的金属层至少对于配置成使得金属层为前层的产品而言是优选的。

相比于其他方法，由于更平滑的金属层可产生溅射制造方法的有利结果。在溅射工艺中，金属从不同的方向到达纳米结构化的表面，而电子束和热沉积产生高定向性地沉积。溅射沉积可在真空腔室中实现，其中金属源通过将金属从附接至纳米结构化的表面的源分离的等离子源照射。图8B至图8C中的结果适用于图7A至图7C中的结果。

图9示出了产品的测量到的反射率，其中基板为前层，其中金属层由Al、Au、Ag、Cr和Ge制成。该结果示出Al和Cr可为优选的金属。图9也建议了金属层为前层的产品中的金属层由Al或Cr制成。相应地，图9中的测量适用于基板或金属层构成前层的产品。

图10A至图10B分别示出了平坦的和纳米结构的薄金属膜的测量到的反射率。在平坦的膜的反射率随着膜厚度显著地增加，纳米结构膜示出事实上不随着金属膜厚度增加的明显低的反射率。另外，反射率中的漫射非常小，在可视光谱内相对于低于1％(绝对百分比)。图10B中的测量适用于基板或金属层构成前层的产品。

图11A示出了纳米结构化的产品100在显示器10中的应用。显示器10包括纳米结构化的产品100和布置成朝着纳米结构化的产品发光的光源11。

纳米结构化的产品100可布置成使得金属层105为配置成从周围环境接收入射光的前层以及使得基板101面对光源11。可选地，纳米结构化的产品可布置成使得基板101为配置成从周围环境接收入射光的前层以及使得金属层105面对光源。作为参考，纳米结构化的产品中面对周围环境的面被称为正面，而纳米结构化的产品中面对光源11的面被称为背面。

无论金属层105或基板101构成正面，纳米结构化的表面102可根据上面描述的实施方式来配置。具体地，因构成图案的覆盖有金属的纳米结构化的表面102的宽频带吸收性质，纳米结构化的表面102可包括或配置成生成具有暗或黑外观的图案(即，纳米结构图案)，例如以生成文本形式。

光源11可以各种方式配置。光源可为单个发光装置，例如，LED、LED阵列或者例如OLED元件。由于纳米结构图案的反射率性质，正面的团将显得暗(其中，图案配置成生成宽频带吸光率)，并且当光源关闭(不发光)时，光源11将是不可视的。当光源开启时，来自光源的光将透过纳米结构图案。

在另一实施方式中，光源11提供有通过光源12(从背面)照亮的图像元素13，例如，LCD屏幕或其他透明的图形元素。当光源开启时，图像或图形将透过覆盖有金属的纳米结构化的表面102可视，在这种情况下覆盖有金属的纳米结构化的表面102可不包括纳米结构图案，但可在光源11或图像元素上方配置为窗。

为了使纳米结构化的产品100对于来自光源11的光是透明或半透明，基板101优选地应为透明的或半透明的。例如，基板101可提供有大量的散射颗粒、或者在基板101的表面上提供有大量的散射颗粒，以使得从光源11透射的光的亮度在纳米结构图案上方是均匀的。

在实施方式中，纳米结构化的产品配置成使得纳米结构图案，或者纳米结构窗定位成与在基板101中由散射结构实施的散射表面相邻。可选地或附加地，纳米结构化的产品配置成使得纳米结构图案或纳米结构窗定位成与在基板101中由覆盖有金属的非结构化表面实施的反射表面相邻。

有利地，在显示器10中所使用的纳米结构化的产品100可为配置成连接至另一物体的膜或箔的形式，例如，配置成接收来自光源11的光的透明或半透明的支承材料。如上面描述的，金属层105可提供到配置为膜的基板101的正面或背面上。

金属层105的厚度可根据金属层的期望的透射率(即，使来自光源11的光的显著透射所需的透射率)来选择。例如，根据图6，50nm与100nm之间的金属厚度可为适当于获得显著高的吸光率和显著高的透射率。

通常，显示器10中所使用的纳米结构化的产品100可在显示器10中构成装饰性或信息性元素。例如，纳米结构化的产品100可用于覆盖车辆中的仪器板中的从背后照亮的显示器。作为另一示例，纳米结构化的产品100可用于当其被手指触摸按压时亮起来的报警信号灯中或案件中。例如，显示器10可配置为仅在其被开启时可视的隐藏式显示器。

图11B示出了配置为案件的显示器10，其中覆盖有金属的纳米结构化的表面102布置成用于显示“启动(START)”的图案，以及其中基板配置成生成散射表面110或反射表面作为启动-信息(START-information)的背景表面。启动信息在(定位在案件后侧的)光源11被关闭时将显示为黑，并且在光源被启动时显示为光源的颜色。

虽然已在附图和以上说明书中详细地示出并描述了本发明，但是这种示出和描述应考虑为示意性或示例性的、而不非约束性的，本发明不限于所公开的实施方式。本领域的技术人员可通过学习附图、公开和随附的权利要求书以实践要求保护的发明的方式理解和实现对于所公开的实施方式的其他变型。在权利要求书中，用词“包括(comprising)”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除多个。事实上，记载于彼此不同的从属权利要求中的某些测量值并不指示这些测量值的组合不能够用于获得优点。权利要求书中的任何参考符号不应被解释为限制范围。

Claims (19)

1.一种具有结构性着色表面的纳米结构化的产品，包括：

-基板，包括包含有升起或凹陷的纳米结构的纳米结构化的表面；以及

-金属层，至少部分地覆盖所述纳米结构化的表面并且至少部分地符合所述纳米结构化的表面以使得所述金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率。

2.根据权利要求1所述的纳米结构化的产品，其中，所述产品配置成使得所述金属层为配置成接收入射光的前层。

3.根据权利要求1所述的纳米结构化的产品，其中，所述产品配置成使得所述基板为配置成接收入射光的前层。

4.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述金属层的厚度处于10nm至80nm的范围中，例如处于20nm至50nm的范围中。

5.根据权利要求1至2及4中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板对于可视光是不透明的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板为金属上的氧化物层。

7.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，可视光谱范围中的光的平均宽频带吸收在所述可视光谱范围上平均大于20％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，位于所述纳米结构化的表面上的所述金属层在可视光谱范围上具有平均小于20％的可视光谱范围中的光的反射率。

9.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述金属层符合所述纳米结构化的表面以使得所述金属层包括包含有升起或凹陷的结构的纳米结构化的表面。

10.根据权利要求9所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板的所述升起或凹陷的纳米结构从基础表面凸出，以使得所述金属层的相符合的所述升起或凹陷的纳米结构也从所述金属层的基础表面凸出，以及其中，所述金属层的所述升起或凹陷的结构相对于所述金属层的所述基础表面的覆盖范围大于30％。

11.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板还包括散射表面。

12.根据权利要求11所述的纳米结构化的产品，其中，所述散射表面包括具有长到足以散射进入的可视光的尺寸的结构。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述散射表面定位成与纳米结构化的表面相邻。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板包括多个散射表面和多个纳米结构化的表面，其中所述多个散射表面与所述多个纳米结构化的表面布置成交替图案。

15.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板还包括由所述金属层覆盖的非结构化表面。

16.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述基板为箔，其中所述金属层定位在所述箔的背面上，以及其中所述背面配置成连接至物体。

17.根据前述权利要求中任一项所述的纳米结构化的产品，其中，所述金属层被保护性透明层覆盖。

18.一种显示器，包括：

-根据权利要求1所述的纳米结构化的产品(100)；以及

-光源(11)，布置成朝着所述纳米结构化的产品发射光。

19.一种用于制造根据权利要求1所述的纳米结构化的产品的工艺，包括：

-使用模具或压花工具由成型或压花形成塑料物体，其中所述模具或所述压花工具的表面提供有纳米结构化的表面以使得所述形成生成所述塑料物体的纳米结构化的表面；以及

-用金属层覆盖所述塑料物体的所述纳米结构化的表面以使得所述金属层至少部分地覆盖所述纳米结构化的表面并且至少部分地符合所述纳米结构化的表面，以使得所述金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸收。