CN220961903U - 一种全介质蓝变黑结构色薄膜及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述薄膜的结构为：a2H(b1La1H)N1b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5‑45层之间。本实用新型还公开了一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，可以实现从蓝色到黑色的色彩变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及结构色材料领域，尤其涉及一种全介质蓝变黑结构色薄膜及系统。
背景技术
结构色是由物体的微观结构与可见光发生干涉、散射或者衍射等现象而显色，是一种物体呈色。产生结构色的方式包括基于多层薄膜的干涉效应、与表面或体周期相联系的衍射效应以及直径为亚波长数量级的颗粒产生的波长选择性散射。结构色是一种无须用染料、颜料着色就能产生的颜色。其中涉及两大基本光学原理光的干涉衍射。衍射现象是指当物体表面存在一种微纳米级周期性结构，光线入射时会产生不同颜色波长的分离衍射现象，周期越短，颜色分离越开，颜色就越纯。这种表面周期结构通常采用全息、电子束、激光直写，超精密CNC等工艺实现，具有广泛的应用。而呈现色彩另一主要技术是通的光的干涉实现的。单层膜干涉、多层膜干涉是薄膜干涉产生结构色的主要形式。这些现象的产生原因是由于薄膜上下表面的具有一定光程差的反射光在上表面发生了干涉，蓝色闪蝶、碧凤蝶、日本宝石甲虫等都是其中较为典型的代表。
专利号为CN105439462B的中国专利公开了利用空心球组装成的光子晶体，入射光在周期排列的光子晶体结构色薄膜表面形成干涉衍射，从而产生蓝绿色彩。但这种方法需要搅拌离心、化学反应、干燥、煅烧等步骤，相比电子束蒸发方法，这种方法工艺步骤复杂。
专利号为CN107867718B的中国专利公开了一种单分散空心结构蓝色TiO2材料，在可见光照射下呈现蓝色，TiO2空心球的壳层厚度为25-15nm，内部直径为200-300nm，TiO2空心球尺寸分布均匀，呈单分散性，需要以正硅酸四乙酯为前驱体，氨水为催化剂合成SiO2球模板，进而在SiO2模板球外表面包覆TiO2壳层，通过队形气氛中高温处理以及氢氧化钠溶液刻蚀移除SiO2，制备过程复杂，对环境污染性较大。
专利号为CN101430389A的中国专利提供了一种蓝色分光片的膜堆结构，是三组膜堆堆叠而成的多层薄膜结构，为蓝色结构色，多层结构中第一周期性膜堆周期数为8-12，第二周期性膜堆的周期数为12-16，结构色薄膜器件总层数大于48层，薄膜层数较多，结构较为复杂，制备难度较大。
专利号为CN109485089A的中国专利提供了一种低角度依赖性蓝色硫化镉结构色薄膜，制备过程包括种子溶液制备、硫化镉乳浊液制备、沉降法结构色薄膜生长，制备过程较为复杂，对环境污染较大，且无法实现虹彩效果。
现有的专利技术，均未公开实现蓝色变为黑色的结构色薄膜。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种全介质蓝变黑结构色薄膜，可以实现从蓝色到黑色的色彩变化。
为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种全介质蓝变黑结构色薄膜，所述薄膜的结构为：a2H(b1La1H)N1b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λB范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λB÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底。
进一步的，所述膜层总数量在11层-35层之间。
进一步的，所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料。
进一步的，所述高折射率材料采用HfO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Nb2O5中的一种。
进一步的，所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料。
进一步的，所述低折射率材料采用SiO2、MgF2和Al2O3中的一种。
进一步的，所述黑色基底为黑色塑料基底、黑色玻璃基底或者具有黑色表面的金属基底。
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，可以实现从蓝色到黑色的色彩变化。
为了实现上述的技术目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，包括薄膜，所述薄膜的结构为：a2H(b1La1H)N1b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λB范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λB÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底；
所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料，所述高折射率材料采用HfO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Nb2O5中的一种；
所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料，所述低折射率材料采用SiO2、MgF2和Al2O3中的一种。
采用上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，其具有的有益效果为：
本实用新型在结构方面，结构色薄膜由交替的高低折射率材料堆叠而成，膜层数量5-45层之间，优选11层-35层，正入射条件下可以实现400-450nm的高反射效果，470-780nm波段低反射效果，在大角度60度入射条件下，实现400-780nm全波段低反射效果；在色彩展示方面，小角度入射时，结构色薄膜呈现蓝色，大角度入射时，光谱整体向短波漂移，结构色薄膜对可见光波段表现低反射效果，呈现黑色。该结构色薄膜基于HfO2、Ta2O5、SiO2、MgF2等全介质材料使用离子辅助-电子束蒸发等物理沉积工艺进行制备，制备工艺较为简单，对环境污染较小，利于大规模工业制备；相较于传统的化学显色，蓝色结构色薄膜具有极佳色彩饱和度、随角异色、环境友好特性，且无需复杂光刻工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的蓝色结构色薄膜结构示意图
图2是本实用新型提供的全介质材料折射率分布图
图3是本实用新型提供的电子束蒸发工艺与离子辅助沉积工艺薄膜表面微观结构对比图
图4是本实用新型提供的实施例一0°和60°反射光谱图
图5是本实用新型提供的实施例一0°到60°色品坐标图
图6是本实用新型提供的实施例二0°和60°反射光谱图
图7是本实用新型提供的实施例二0°到60°色品坐标图
图8是本实用新型提供的实施例三0°和60°反射光谱图
图9是本实用新型提供的实施例三0°到60°色品坐标图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本实用新型，但不对本实用新型的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本实用新型的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参见图1-图9，本实用新型的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，所述薄膜的结构为：a2H(b1La1H)N1b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底；
根据要呈现的颜色选定蓝色波段的中心波长λB，所述中心波长λB范围在400nm-450nm；选择厚度系数a1、a2和b1，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5；所述厚度系数a1、a2和b1与中心波长λB共同决定了薄膜各膜层的物理厚度：各膜层的物理厚度＝厚度系数×λB÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；
通过调整其最外两侧的膜层厚度系数a2，实现在可见光剩余波段的低反射和高透射光谱效果；通过调节高折射率介质膜层和低折射率介质膜层的厚度系数a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1，实现窄带压缩；薄膜堆叠厚度应当满足条件：在中心波长λB实现反射光束的相长干涉，在可见光剩余波段实现反射光束的相消干涉；
通过选择的蓝色波段的中心波长和薄膜堆叠厚度，在垂直入射时，在蓝色波段干涉反射的相长干涉，实现蓝色波段的中心波长λB的高反射率，在其他光谱波段干涉反射的相消干涉，实现其余颜色波段低反射率，使得薄膜呈现蓝色；在倾斜入射角为58-62度时，随着入射角度增加，反射光束由于膜堆序列等效光程随角度变小，全介质多层薄膜光谱向短波紫外漂移，蓝色干涉反射峰值向短波漂移进入紫外不可见波段，结构色薄膜对可见光全波段400-780nm呈现出低反射效果，使得薄膜呈现黑色。
在本实施例中，所述膜层总数量在11层-35层之间。
在本实施例中，所述黑色基底为黑色塑料基底、黑色玻璃基底或者具有黑色表面的金属基底。
在本实施例中，所述倾斜入射角为60度。
本实用新型的介质材料可选自二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)、二氧化铪(HfO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)等，相比于其他设计中所使用到的金、银、铜、铬等贵金属，全介质材料成本更低、抗机械损伤能力较强、制备工艺也较为简单。除此之外，全介质材料在可见光波段的吸收相对较小，是制备可见光波段高反射和高透射光学器件的常用选择。在本实施例中，所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料，所述高折射率材料采用HfO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Nb2O5中的一种。在本实施例中，所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料，所述低折射率材料采用SiO2、MgF2和Al2O3中的一种。
所使用的介质材料折射率如下所示：二氧化硅的折射率为1.467(430nm)，氟化镁的折射率为1.39(390nm)，二氧化铪的折射率为1.968(430nm)，五氧化二钽的折射率为2.22(390nm)，氧化铝的折射率为1.678(400nm)，二氧化钛的折射率为2.546(400nm)。根据材料沉积工艺和沉积参数的不同，材料折射率允许±0.5范围内波动，图2为以上材料在400-800nm波段的折射率分布图。
本实用新型使用离子辅助-电子束蒸发、离子束溅射、磁控溅射等物理沉积工艺进行制备，制备工艺较为简单，对环境污染较小，利于大规模工业制备；相较于传统的化学显色，蓝色结构色薄膜具有极佳色彩饱和度、随角异色、环境友好特性，且无需复杂光刻工艺。不同于传统的电阻加热蒸发，电子束具有极高的能量，可以在较短时间内将膜料彻底熔化，从而生长出纯度较高的薄膜。在气相沉积的同时，用带有一定能量的离子轰击被沉积的物质。离子轰击引起沉积膜与材料间的原子相互混合，界面原子互相渗透而融为一体，从而显著地改善了薄膜与基体的结合强度，图3为使用离子源辅助沉积工艺和电子束蒸发沉积工艺制备的薄层结构示意图，这种使用离子源的成膜工艺称为离子辅助-电子束蒸发沉积工艺。本专利沉积工艺所使用衬底可以采用高度抛光的玻璃(BK7)、抛光不锈钢、抛光镜面铝。根据需要，基底也可以采用聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三醋酸纤维素(TAC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙酸甲酯复合材料(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、等基底中的一种。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型的结构色薄膜是由高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，实现色彩变化主要依据薄膜分层界面的多光束干涉叠加原理，根据光的叠加原理计算干涉强度，r1和r2的振动分别为E1和E2，合振动为E：
E1＝r1·cosωt
E2＝r2·cos(ωt-2δ)
其中，表示合振动的相位，ω表示振动的角频率，t表示振动传播的时间，δ表示振动E的初始相位，r表示合振幅，且：
r2＝r1 2+r2 2+2r1r2·cos2δ
其中：
2δ＝4πn1d1·cosθ1/λ0 (1)
式中，n1表示薄膜的折射率，d1表示薄膜的物理厚度，θ1表示入射角，λ0所考察波长。
根据式1可知，由于薄膜的物理厚度以及折射率是不变的，所以观察角度的改变，干涉光的光程差发生改变，为了满足相长干涉的条件，当入射角，及观察角度不断增大时，θ1的值不断增大，此时cosθ1不断减小，使得δ满足相长干涉的波长值就会越小，因此当观察角度不同时，多层膜结构的光谱会向短波方向漂移，光谱的变化在可见光波段可以从色彩变化上直观体现出来，这种颜色随着观察角度的改变而变化就是光学干涉薄膜的随角异色特性，这也是本实用新型薄膜能够实现从正面垂直观察为蓝色变为60度倾斜观察为黑色的物理机理，本质上是该结构对应的反射光谱从蓝色波段随观察角度增加，向短波漂移进入紫外波段的原因。
在多层介质反射膜中，根据公式2，全介质1/4λ多层膜的反射随着周期对数N增加，多层膜堆在中心波长处的反射率以(nL/nH)2倍率增大,膜层数越多，反射带的反射率越高，薄膜色彩的亮度越高。反射带的中心波长决定了薄膜所呈现颜色的主色调，当反射带位于蓝色波段，红色和绿色波段处于低反射区，薄膜反射颜色整体呈现为蓝色。在本实用新型中，基础薄膜结构采用：a2H(b1La1H)N1b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层cH或者低折射率介质膜层cL为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
这种最外层是高折射率材料构建的全介质多层膜，通过调整其最外两侧的膜层厚度a2，可以实现在可见光长波(绿色、红色)区域的低反射高透射光谱效果。
其中，R表示透射率，n0表示入射介质的折射率，ns表示基底的折射率，nL表示低折射率薄膜材料的折射率，nH表示高折射率薄膜材料的折射率，b表示高低折射率比值，N表示多层膜重复的周期数。
在薄膜色彩中，决定反射色颜色纯度的除了边带反射去除外，主反射带的反射带宽决定了颜色的饱和度。全介质高反射半高宽2△g可公式3求得：
可以看出，当高低折射率差异越大时，高反射区半宽度越大。针对颜色设计来说，另一方面折射率差异不易过大，带宽的展宽同样会造成反射光谱带宽过宽，造成颜色饱和度下降。此外，通过调节高低折射率两种材料的厚度比例系数a1和b1的相对比例关系，实现窄带压缩。基础膜堆1H:1L具有最大的高反射带宽，H/L的光学厚度比例偏移1：1越多，高反射带宽越窄。大比例厚度结构对于薄膜饱和度的提升十分具有优势。
在本实用新型的结构中，基本结构思路是第一选取合适的蓝色波段的中心波长λB，该中心波长λB范围在400nm-450nm,中心波长的选择确保在薄膜上观察角度从垂直观察能够呈现蓝色或蓝紫外，到倾斜60度角观察时，反射光谱能够完全短漂至紫外波段。第二是选择合适的厚度系数a1、a2和b1,a1系数范围为0.1-5，a2系数范围为0.05-2.5,b1系数范围为0.1-5，该厚度系数a1、a2和b1与中心波长λB共同决定了各层薄膜的厚度。根据公式(1)(2)(3)，可以确定该多层膜叠加的干涉效应，实现在指定蓝光波段实现反射光束的相长干涉，在可见光剩余波段实现反射光束的相消干涉。在本结构中，高折射率材料和低折射率材料交替排列，膜层数量5-45层之间，优选11层-35层。垂直入射时通过多光束干涉原理实现在指定蓝色400-450nm波段高反射率，470-780nm波段低反射率，呈现出高饱和度的蓝色色彩；在改变入射角度条件下，随着入射角度增加，反射光束由于膜堆序列等效光程随角度变小，反射光谱在可见光全波段400-780nm呈现低反射率效果，从而使得薄膜呈现黑色色彩。
本实用新型的一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，包括薄膜，所述薄膜的结构为：a2H(b1La1H)N1b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λB范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λB÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底；
所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料，所述高折射率材料采用HfO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Nb2O5中的一种；
所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料，所述低折射率材料采用SiO2、MgF2和Al2O3中的一种。
实施例1
如图1所示，一种全介质蓝变黑结构色薄膜，由黑色基底Sub、高折射率介质膜层H(HfO2)、低折射率介质膜层L(SiO2)组成，高折射率介质膜层H与低折射率介质膜层L交替堆叠。设计蓝色波长选择430nm,以设计波长的四分之一厚度为单位的厚度系数分别为：a1是0.65，b1是1.225,a2是0.325。此实施例总层数为11，各层物理厚度如表1所示。图4所示为该结构色薄膜在0°入射时和60°入射时对应的反射光谱，当垂直入射时，反射光谱如图4中蓝紫色实线所示，在400-450nm蓝色波段具有较高的反射率，平均反射率达到60％，峰值反射率达到80％，在470-780nm波段具有较低的反射率，平均反射率为3.3％，短波蓝光被多层介质膜反射，其余波段的光透过多层介质薄膜，被黑色基底吸收，结构色薄膜呈现蓝紫色；当大角度60°入射时，反射光谱如图4中灰色实线所示，多层薄膜在可见光全波段400-780n皆具有较低的反射率，平均反射率8％，多层膜呈现黑色。图5所示为实施例1在0°和60°下的色品坐标图，所用光源为D65，0°入射时，反射光的色品坐标为(0.186,0.073)，位于深蓝光波段；60°入射时，反射光的色品坐标为(0.335,0.337)，位于等能白光附近。
表1
实施例2
如图1所示，一种全介质蓝变黑结构色薄膜，由黑色基底Sub、高折射率介质材料H(TiO2)、低折射率介质材料L(Al2O3)组成，高折射率介质材料H与低折射率介质材料L交替堆叠。设计蓝色波长选择400nm,以设计波长的四分之一厚度为单位的厚度系数分别为：a1是1，b1是1,a2是0.5。此实施例总层数为11，各层厚度如表2所示。图6所示为该结构色薄膜在0°入射时和60°入射时对应的反射光谱，当垂直入射时，反射光谱如图6中蓝紫色实线所示，在400-450nm蓝色波段具有较高的反射率，平均反射率达到76％，峰值反射率达到95.6％％，在470-780nm波段具有较低的反射率，平均反射率为7.2％，短波蓝光被多层介质膜反射，其余波段的光透过多层介质薄膜，被黑色基底吸收，结构色薄膜呈现蓝紫色；当大角度60°入射时，反射光谱如图6中灰色实线所示，多层薄膜在可见光全波段400-780n皆具有适中的反射率，平均反射率15％，多层膜呈现亮黑色。图7所示为实施例2在0°和60°下的色品坐标图，所用光源为D65，0°入射时，反射光的色品坐标为(0.219,0.115)，位于蓝紫光波段；60°入射时，反射光的色品坐标为(0.324,0.344)，位于等能白光附近。
表2
实施例3
如图1所示，一种全介质蓝变黑结构色薄膜，由黑色基底Sub、高折射率介质膜层H(ZrO2)、低折射率介质膜层(MgF2)组成，高折射率介质膜层H与低折射率介质膜层L交替堆叠。设计蓝色波长选择410nm，以设计波长的四分之一厚度为单位的厚度系数分别为：a1是0.916，b1是0.976,a2是0.486。此实施例总层数为11，各层厚度如表3所示。图8所示为该结构色薄膜在0°入射时和60°入射时对应的反射光谱，当垂直入射时，反射光谱如图8中蓝紫色实线所示，在400-450nm蓝色波段具有较高的反射率，平均反射率达到78％，峰值反射率达到93.5％％，在470-780nm波段具有较低的反射率，平均反射率为0.72％，短波蓝光被多层介质膜反射，其余波段的光透过多层介质薄膜，被黑色基底吸收，结构色薄膜呈现蓝紫色；当大角度60°入射时，反射光谱如图8中灰色实线所示，多层薄膜在可见光全波段400-780n皆具有极低的反射率，平均反射率4％，多层膜呈现暗黑色。图9所示为实施例3在0°和60°下的色品坐标图，所用光源为D65，0°入射时，反射光的色品坐标为(0.161,0.005)，位于光谱纯色深蓝紫光波段；60°入射时，反射光的色品坐标为(0.313,0.287)，位于等能白光附近。
表3
以上所述仅为本实用新型的部分实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述薄膜的结构为：
a2H(b1La1H)N1 b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2 b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λB范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λB÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底。
2.如权利要求1所述的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述膜层总数量在11层-35层之间。
3.如权利要求1所述的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料。
4.如权利要求3所述的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述高折射率材料采用HfO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Nb2O5中的一种。
5.如权利要求1所述的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料。
6.如权利要求5所述的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述低折射率材料采用SiO2、MgF2和Al2O3中的一种。
7.如权利要求1所述的一种全介质蓝变黑结构色薄膜，其特征在于，所述黑色基底为黑色塑料基底、黑色玻璃基底或者具有黑色表面的金属基底。
8.一种全介质蓝变黑结构色薄膜系统，其特征在于，包括薄膜，所述薄膜的结构为：a2H(b1La1H)N1 b1La1Hb1L(a1Hb1L)N1a2H或者a2H(b1La1H)N2 b1L(a1Hb1L)N2a2H，H代表为高折射率介质膜层，L代表低折射率介质膜层，a1、a2和b1分别代表以蓝色波段中的中心波长λB的四分之一厚度为单位的厚度系数，所述中心波长λB范围在400nm-450nm，所述厚度系数a1的范围为0.1-5，厚度系数a2的范围为0.05-2.5,厚度系数b1的范围为0.1-5，且a1和b1的相对比例关系：a1/b1≤1；各膜层的物理厚度＝厚度系数×λB÷4÷各膜层采用的材料对应的折射率；N1和N2代表相同厚度序列重复的周期数；该结构是以高折射率介质膜层a1H或者低折射率介质膜层b1L为中心的对称结构，所述膜层总数量为奇数且膜层总数量在5-45层之间；
所述结构色薄膜由交替的高折射率介质膜层和低折射率介质膜层堆叠而成，所述结构色薄膜是以高折射率介质膜层或低折射率介质膜层为中心的对称结构，所述结构色薄膜最外边的两层为高折射率介质膜层；所述结构色薄膜位于基底上，所述基底采用黑色基底；
所述高折射率介质膜层采用折射率大于1.8的高折射率材料，所述高折射率材料采用HfO2、Ta2O5、TiO2、ZrO2和Nb2O5中的一种；
所述低折射率介质膜层采用折射率在1.3～1.8之间的低折射率材料，所述低折射率材料采用SiO2、MgF2和Al2O3中的一种。
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