CN112034548A - 一种全反射光学变色薄膜及镀有该薄膜的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全反射光学变色薄膜及镀有该薄膜的照明装置，从上往下依次包括全反射层、颜色控制层和显色层，所述显色层的折射率大于颜色控制层的折射率，所述颜色控制层的折射率大于全反射层的折射率；入射光从所述显色层底部进入显色层时，一部分入射光被显色层反射；另一部分入射光依次射入显色层和颜色控制层，并在颜色控制层和全反射层的临界面上发生全反射，发生全反射后的反射光再依次射出颜色控制层和显色层，与被显色层反射的入射光发生干涉，产生不同颜色的干涉色。本发明利用光的全反射原理和白光干涉原理，极大地提高了白光干涉色的亮度，提升了白光光源的利用率。

Description

一种全反射光学变色薄膜及镀有该薄膜的照明装置
技术领域
本发明属于光学薄膜和照明设备技术领域，具体是一种全反射光学变色薄膜及镀有该薄膜的照明装置。
背景技术
当两单色光相干波发生干涉时，将产生一系列明暗条纹，称为干涉条纹。而白光发生干涉时，则产生由紫至红的一系列彩色条纹。这些由干涉作用形成的颜色，称为干涉色。干涉色的具体颜色受两束相干光的光程差制约，如果以白光为光源，当光程差在0-550nm范围时，将依次出现暗灰、灰白等干涉色，称为一级干涉色，其特点是只有暗灰、灰白，无蓝、绿；光程差在550-1100nm范围时，依次出现蓝、绿、黄橙、紫红等干涉色，称为二级干涉色，特点是比较鲜艳，干涉色条带间界线较清楚；光程差在1100-1650nm范围时，出现第三级干涉色，颜色与第二级相同，但比第二级较浅，条带间界线也不十分清楚；光程差大于1650nm后出现第四级至更高级干涉色。色级越高，颜色越浅，条带之间界线也越不清楚。
光学干涉变色薄膜正是利用了白光干涉产生彩色条纹的特性，主要用于照明、光学防伪等领域；现有的光学干涉变色薄膜采用的是普通的干涉方式，即入射光分别在干涉薄膜的两个界面发生反射形成两束反射光，这两束反射光发生干涉后产生彩色光，但由于光在干涉薄膜的底面发生的是普通的反射，几乎有一半的光从干涉薄膜的底面透射出去了，造成了大量光源的浪费，且形成的干涉色颜色较浅，必须通过黑色油墨对投射光线进行吸收，才能明显看出颜色；有一些薄膜为提升颜色亮度，采用金属薄膜进行反射，这种薄膜虽然不会透射，但是会存在吸收的问题，其形成的干涉色仍存在颜色发暗，亮度不够的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种全反射光学变色薄膜及镀有该薄膜的照明装置，本发明利用光的全反射原理和白光干涉原理，极大地提高了白光干涉色的亮度，提升了白光光源的利用率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全反射光学变色薄膜，从上往下依次包括全反射层、颜色控制层和显色层，所述显色层的折射率大于颜色控制层的折射率，所述颜色控制层的折射率大于全反射层的折射率；入射光从所述显色层底部进入显色层时，一部分入射光被显色层反射；另一部分入射光依次射入显色层和颜色控制层，并在颜色控制层和全反射层的临界面上发生全反射，发生全反射后的反射光再依次射出颜色控制层和显色层，与被显色层反射的入射光发生干涉，产生不同颜色的干涉色。
可选地，所述颜色控制层的材质可选用二氧化硅、氟化镁或三氧化二铝。
优选地，所述颜色控制层的折射率为1.36～1.5。
可选地，所述显色层的材质可选用铬、镍、钛酸镧、二氧化钛或五氧化三钛。
优选地，所述显色层的折射率为1.9～2.5。
本发明还提供了一种照明装置，包括上述光学变色薄膜，所述照明装置还包括基材，所述基材的底部设有内凹面，所述内凹面下方设有灯罩，所述灯罩内部设有白光光源；所述基材的顶面依次设有显色层、颜色控制层和全反射层。本发明通过在基材底部设置内凹面，可以减小入射光在显色层底部入射时的角度，从而使更多的入射光能够射入颜色控制层，进而在颜色控制层发生全反射，提高了白光光源的利用率。
具体地，所述基材为倒圆台形，所述灯罩为倒圆锥形，所述灯罩的顶面的形状、尺寸与基材底部的内凹面端口的形状、尺寸相配；所述灯罩内壁镀有第一反射膜。通过在灯罩内壁镀制第一反射膜，可以使更多的光束进入颜色控制层，并在颜色控制层与全反射层的临界面上发生全反射，从而加深干涉色的颜色深度，提高光源利用率。
具体地，所述内凹面的中部镀有第二反射膜；所述白光光源发出的光经第二反射膜边缘依次进入基材、显色层和颜色控制层，并在颜色控制层与全反射层的临界面上发生全反射。通过在内凹面的中部镀制第二反射膜，可以将光源正对颜色控制层的部分光束反射回灯罩，使得从内凹面进入基材的光束进入颜色控制层后，均能在颜色控制层与全反射层的临界面发生全反射，从而提高了光源利用率。
具体地，所述基材的材质为玻璃，所述基材的折射率为1.51～2.01。
可选地，本发明中，所述全反射层可采用空气层或其它折射率较低的介质，当采用空气层作为全反射层时，所述颜色控制层的背面不用镀制任何材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明通过在基材背面镀制显色层和颜色控制层，使得白光光源发出的光束分别在基材与显色层的临界面发生反射，以及在显色层也颜色控制层的临界面发生全反射，该反射光与全反射光产生干涉，从而形成彩色光；本发明利用光的全反射原理使得大部分光束均参与了干涉，从而加深了干涉色的亮度，提高了白光光源的利用率；(2)本发明通过将基材的底面设为内凹面形，对白光光源发出的光起到一定的聚合作用，从而使更多的光能入射到颜色控制层发生全反射，从而提高了光源利用率；(3)本发明通过在内凹面的中部镀制第二反射膜，可以将光源正对颜色控制层的部分光束反射回灯罩，使得从内凹面进入基材的光束进入颜色控制层后，均能在颜色控制层与全反射层的临界面发生全反射，从而提高了光源利用率。
附图说明
图1为本发明实施例中镀有光学变色薄膜的照明装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中基材的仰视图；
图3为本发明实施例中基材的剖视图；
图中：1、全反射层；2、颜色控制层；3、显色层；4、基材；5、内凹面；6、灯罩； 7、白光光源；8、第一反射膜；9、第二反射膜。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至3所示，本实施例提供了一种全反射光学变色薄膜，从上往下依次包括全反射层1、颜色控制层2和显色层3，所述显色层3的折射率大于颜色控制层2的折射率，所述颜色控制层2的折射率大于全反射层1的折射率；入射光从所述显色层3底部进入显色层3时，一部分入射光被显色层3反射；另一部分入射光依次射入显色层3和颜色控制层2，并在颜色控制层2和全反射层1的临界面上发生全反射，发生全反射后的反射光再依次射出颜色控制层2和显色层3，与被显色层3反射的入射光发生干涉，产生不同颜色的干涉色。
具体地，本实施例中，所述全反射层1采用空气层，即所述颜色控制层2的背面不用镀制任何材料，所述全反射层1(空气层)的折射率为1；本实施例中的显色层3和颜色控制层2的厚度均为纳米级别。
可选地，所述颜色控制层2的材质可选用二氧化硅、氟化镁或三氧化二铝，本实施例优选为二氧化硅，所述颜色控制层2的折射率为1.5。
根据光的全反射原理，当光从光密介质进入光疏介质时，折射角将大于入射角；当入射角大于临界角时，将发生全反射现象，即入射光全部被反射回光密介质；所述临界角的计算公式为：
θ＝arcsin(n1/n2)
其中，n1为光疏介质(即空气)的密度，n2为光密介质(即颜色控制层2)的密度；本实施例中，θ＝arcsin(1/1.5)≈41.83°
即当颜色控制层2与全反射层1的临界面上光束的入射角大于41.83°时，会发生全反射现象。
可选地，所述显色层3的材质可选用铬、镍、钛酸镧、二氧化钛或五氧化三钛，本实施例优选为二氧化钛，所述显色层3的折射率为2.0。
本发明还提供了一种照明装置，包括上述光学变色薄膜，所述照明装置还包括基材4，所述基材4的底部设有内凹面5，所述内凹面5下方设有灯罩6，所述灯罩6内部设有白光光源7；所述基材4的顶面依次设有显色层3和颜色控制层2。本发明通过在基材4底部设置内凹面5，可以减小入射光在显色层3底部入射时的角度，从而使更多的入射光能够射入颜色控制层2，进而在颜色控制层2发生全反射，提高了白光光源7的利用率。
具体地，所述基材4为倒圆台形，所述灯罩6为倒圆锥形，所述灯罩6的顶面的形状、尺寸与基材4底部的内凹面5端口的形状、尺寸相配；所述灯罩6内壁镀有第一反射膜8。通过在灯罩6内壁镀制第一反射膜8，可以使更多的光束进入颜色控制层2，并在颜色控制层2与全反射层1的临界面上发生全反射，从而加深干涉色的颜色深度，提高光源利用率。本实施例中，所述内凹面5为球面，所述基材4与灯罩6组合后构成倒圆锥形。
具体地，所述内凹面5的中部镀有第二反射膜9；所述白光光源7发出的光经第二反射膜9边缘依次进入基材4、显色层3和颜色控制层2，并在颜色控制层2与全反射层1 的临界面上发生全反射。通过在内凹面5的中部镀制第二反射膜9，可以将光源正对颜色控制层2的部分光束反射回灯罩6，使得从内凹面5进入基材4的光束进入颜色控制层2 后，均能在颜色控制层2与全反射层1的临界面发生全反射，从而提高了光源利用率。
具体地，所述基材4的材质为玻璃，所述玻璃的型号可选用K9型、F6型、ZF52型、 D-ZF93型等，本实施例优选采用K9型玻璃，所述基材4的折射率为2.0。
具体地，本实施例中，所述照明装置的制作方法为：首先，通过模具制作所述基材4，并在所述基材4的背面镀制一层显色层3，采用真空镀膜机，利用电子枪发射电子对基材4背面进行轰击，产生热量，使镀膜材料(显色层3材料)蒸发，然后均匀沉积在基板表面；待显色层3稳定后，再采用相同的工艺在显色层3背面镀制一层颜色控制层2；最后，将灯罩6安装在基材4底部内凹面5的端面即可。
本实施例的照明装置的变色原理为：白色光源发出的光束首先进入基材4，然后在基材4与显色层3的临界面上分别发生反射和折射，该处形成的反射光为1级反射光，折射进入显色层3的光束再射入颜色控制层2，并在颜色控制层2与全反射层1的临界面上发生全反射，该全反射光为2级反射光，2级反射光与1级反射光相交时产生干涉作用，形成彩色光，彩色光的颜色取决于1级反射光与2级反射光之间的光程差，该光程差的大小取决于颜色控制层2的厚度以及入射光的角度，本实施例中，该光程差的的范围为550nm～ 1100nm之间；所述颜色控制层2的厚度可根据实际需求镀制；本发明的照明装置，从不同角度观看时，会呈现不同色彩的照明光束。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种全反射光学变色薄膜，其特征在于，从上往下依次包括全反射层、颜色控制层和显色层，所述显色层的折射率大于颜色控制层的折射率，所述颜色控制层的折射率大于全反射层的折射率；入射光从所述显色层底部进入显色层时，一部分入射光被显色层反射；另一部分入射光依次射入显色层和颜色控制层，并在颜色控制层和全反射层的临界面上发生全反射，发生全反射后的反射光再依次射出颜色控制层和显色层，与被显色层反射的入射光发生干涉，产生不同颜色的干涉色。
2.根据权利要求1所述的一种全反射光学变色薄膜，其特征在于，所述颜色控制层的材质为二氧化硅、氟化镁或三氧化二铝。
3.根据权利要求2所述的一种全反射光学变色薄膜，其特征在于，所述颜色控制层的折射率为1.36～1.5。
4.根据权利要求1所述的一种全反射光学变色薄膜，其特征在于，所述显色层的材质为铬、镍、钛酸镧、二氧化钛或五氧化三钛。
5.根据权利要求4所述的一种全反射光学变色薄膜，其特征在于，所述显色层的折射率为1.9～2.5。
6.一种照明装置，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的全反射光学变色薄膜，所述照明装置还包括基材，所述基材的底部设有内凹面，所述内凹面下方设有灯罩，所述灯罩内部设有白光光源；所述基材的顶面依次设有显色层、颜色控制层和全反射层。
7.根据权利要求6所述的一种照明装置，其特征在于，所述基材为倒圆台形，所述灯罩为倒圆锥形，所述灯罩的顶面的形状、尺寸与基材底部的内凹面端口的形状、尺寸相配；所述灯罩内壁镀有第一反射膜。
8.根据权利要求6所述的一种照明装置，其特征在于，所述内凹面的中部镀有第二反射膜；所述白光光源发出的光经第二反射膜边缘依次进入基材、显色层和颜色控制层，并在颜色控制层与全反射层的临界面上发生全反射。
9.根据权利要求6所述的一种照明装置，其特征在于，所述基材的材质为玻璃，所述基材的折射率为1.51～2.01。
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