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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 8. Juli 2019 eingereichten US-Provisional-Anmeldung Nr.
62/871,240 . Die gesamte Offenbarung der oben genannten Anmeldung ist hierin durch Bezugnahme enthalten.
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Bereich
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Die vorliegende Technologie bezieht sich auf mehrschichtige Folien, die eine reflektierende bzw. reflektive Farberzeugung ermöglichen, einschließlich mehrschichtigen Folien mit bestimmten Schichten aus Metallen und Dielektrika, die bestimmte Farbverschiebungen in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel aufweisen.
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Einführung
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Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen zur vorliegenden Erfindung, die nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
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Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Erzeugung von Farbe auf Polymerfolien. Viele beinhalten das Einfärben der Folie selbst unter Verwendung von organischen oder anorganischen Pigmenten und Farbstoffen oder einer Oberflächenbeschichtung. Dabei wird jedoch häufig ein teures Material verwendet, das nicht umweltfreundlich ist und dessen Farbe mit der Zeit verblasst, insbesondere bei Sonneneinstrahlung.
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Die wellenlängenselektive Reflexion wurde vor allem auf starren Substraten gezeigt. Zum Beispiel beschreibt das
US-Patent Nr. 4 185 894 A die Verwendung eines dielektrischen Stapels mit abstimmbaren Farben in Abhängigkeit von der Schichtdicke zur Verwendung in Flüssigkristallanzeigepaneln. In diesem Fall dienen die reflektierenden Stapel als Elektrode für die Übertragung der gewünschten Farbe.
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Das
US-Patent Nr. 6 236 510 B1 beschreibt einen dielektrischen Stapel, der auf eine Trennfolie aufgebracht wird, die auf eine Polymerbahn beschichtet wird. Die dünne Folie wird dann von der Polymerbahn entfernt und zu Pigmenten unterschiedlicher Farbe gemahlen, je nach Dicke und Zusammensetzung des Dielektrikums.
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Das
US-Patent Nr. 5 877 895 A beschreibt eine mehrfarbige Interferenzbeschichtung nach demselben Verfahren. Ein dielektrischer Stapel mit einer metallischen Interferenzschicht auf jeder Seite erzeugt eine Farbe, die von der Dicke und Zusammensetzung des Dielektrikums abhängt.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Technologie umfasst Herstellungsgegenstände, Systeme und Verfahren, die sich auf wellenlängenselektive Reflexion beziehen, um einen oder mehrere farbige Effekte zur Verwendung in Fensterfolienlaminierungen zu erzeugen, einschließlich verschiedener mehrschichtiger Metall- und dielektrischer Stapelstrukturen, die verschiedene Farben erzeugen, wobei solche Strukturen eine Basisschicht in Form einer Polymerbahn, eine Dünnfilm-Metallbeschichtung und mindestens eine dielektrische Schicht aufweisen. Die hier beschriebenen mehrschichtigen Folien können eine Farbe aus einem Betrachtungswinkel reflektieren, während sie aus einem anderen Betrachtungswinkel eine neutrale Tönung beibehalten. Die hier vorgestellten mehrschichtigen Folien können auch in verschiedenen Sandwich-Folienstrukturen konfiguriert werden, um die gleichen, ähnlichen oder unterschiedlichen Farben aus verschiedenen Betrachtungswinkeln zu reflektieren.
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Mehrschichtige Folien sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Folien umfassen die Bereitstellung einer Basisschicht, einer Metallschicht und einer ersten dielektrischen Schicht. Die Basisschicht kann eine Dicke von ca. 12 Mikrometern bis ca. 2 Millimetern aufweisen, die Metallschicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometern aufweisen, und die erste dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometern aufweisen. Die Metallschicht kann so ausgebildet sein, dass sie sichtbares Licht reflektiert. Die Abstimmung der Zusammensetzungen der verschiedenen Schichten, ihrer jeweiligen Dicken, die Bereitstellung zusätzlicher dielektrischer Schichten (z. B. zweiter, dritter, vierter usw. dielektrischer Schichten) und die Anordnung und Aneinanderreihung der verschiedenen Schichten relativ zueinander können eine selektive reflektierende Farberzeugung bei bestimmten Betrachtungswinkeln ermöglichen. Zur Herstellung solcher mehrschichtiger Folien können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, darunter verschiedene physikalische und/oder chemische Abscheidetechniken. Auf diese Weise können die mehrschichtigen Folien auf verschiedenen Oberflächen, wie zum Beispiel Fahrzeug- oder Gebäudefenstern, aufgebracht werden, um besondere optische Effekte zu erzielen und sichtbares Licht in bestimmten Winkeln zu reflektieren, um Tönungs- und Kühleffekte zu erzielen.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der vorliegenden Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Ausführungen und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
- 1 ist eine Querschnittsansicht einer unidirektionalen mehrschichtigen Folienstruktur, die eine Basispolymerbahn, eine Beschichtung aus entweder undurchsichtigem oder transparentem Metall und eine oder mehrere dielektrische Dünnschichten, die auf das Metall aufgetragen sind, aufweist, wobei die Gesamtdicke der mehrschichtigen Folienstruktur in Abhängigkeit von den gewünschten Dicken der einzelnen Schichten und der gewählten Anzahl der einzelnen Schichten variieren kann.
- 2 ist eine Querschnittsansicht einer bidirektionalen mehrschichtigen Folienstruktur, wobei die Schichten getrennt und nach Art der Schicht und Funktion innerhalb einer mehrschichtigen Folienstruktur gekennzeichnet sind, wobei die Gesamtdicke der mehrschichtigen Folienstruktur in Abhängigkeit von den gewünschten Dicken der einzelnen Schichten und der gewählten Anzahl der einzelnen Schichten variieren kann.
- 3 ist eine Fotografie eines demonstrativen Aufbaus einer mehrschichtigen Folie, die auf die Innenseite einer Fahrzeugscheibe laminiert ist, wobei die reflektierende Farbe von außen gesehen ein helles Blau ist.
- 4 ist ein Foto eines weiteren demonstrativen Aufbaus einer mehrschichtigen Folie, die auf die Innenseite einer Fahrzeugscheibe laminiert ist, wobei die reflektierende Farbe von außen gesehen ein schwaches Orange ist.
- 5 zeigt ein Modell der Farbverschiebung eines vierschichtigen Stapels von unter 90 bis 0 Grad einfallendem Licht, wie in Beispiel 1 dargestellt.
- 6 zeigt ein Diagramm der entsprechenden Farbton- und Chromakorrelationen bei den verschiedenen Betrachtungswinkeln, wie in Beispiel 1 dargestellt.
- 7 zeigt ein Modell der Farbverschiebung eines vierschichtigen Stapels von unter 90 bis 0 Grad einfallendem Licht, wie in Beispiel 2 dargestellt.
- 8 zeigt ein Diagramm der entsprechenden Farbton- und Chromakorrelationen bei den verschiedenen Betrachtungswinkeln, wie in Beispiel 2 dargestellt.
- 9 zeigt ein Reflexionsspektraldiagramm für die Folienstapel aus Beispiel 1 und 2.
- 10 zeigt ein Modell der Farbverschiebung eines vierschichtigen Stapels von unter 90 bis 0 Grad einfallendem Licht, wie in Beispiel 3 dargestellt.
- 11 zeigt ein Diagramm der entsprechenden Farbton- und Chromakorrelationen bei den verschiedenen Betrachtungswinkeln, wie in Beispiel 3 dargestellt.
- 12 zeigt Spektraldaten für die Reflexion, die Rückreflexion und die Transmission von Licht durch den mehrschichtigen Folienstapel von Beispiel 3.
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Detaillierte Beschreibung
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Die folgende Beschreibung der Technologie ist lediglich beispielhaft für den Gegenstand, die Herstellung und die Verwendung einer oder mehrerer Erfindungen und soll nicht den Umfang, die Anwendung oder die Verwendungen einer bestimmten Erfindung einschränken, die in dieser Anmeldung oder in anderen Anmeldungen beansprucht wird, die eine Priorität für diese Anmeldung oder daraus abgeleitete Patente beanspruchen. Die Reihenfolge der dargestellten Verfahren ist beispielhaft und kann daher in verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich sein, auch wenn bestimmte Schritte gleichzeitig ausgeführt werden. „Ein“, „eine“ und „einer“ bedeuten, dass „mindestens ein“ Element vorhanden ist; wenn möglich, können mehrere solcher Elemente vorhanden sein. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle numerischen Größen in dieser Beschreibung so zu verstehen, dass sie durch das Wort „ungefähr“ bzw. „ca.“ modifiziert werden, und alle geometrischen und räumlichen Angaben sind so zu verstehen, dass sie durch das Wort „im Wesentlichen“ modifiziert werden, wenn es darum geht, den weitesten Anwendungsbereich der Technologie zu beschreiben. „Ungefähr“ bzw. „ca.“ bedeutet bei der Anwendung auf numerische Werte, dass die Berechnung oder Messung eine gewisse Ungenauigkeit des Wertes zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Genauigkeit des Wertes; ungefähr oder einigermaßen nahe am Wert; fast). Wenn aus irgendeinem Grund die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ bzw. „ca.“ und/oder „im Wesentlichen“ bereitgestellt wird, im bekannten Stand der Technik nicht anders als in dieser gewöhnlichen Bedeutung verstanden wird, dann zeigen „ungefähr“ bzw. „ca.“ und/oder „im Wesentlichen“, wie sie hier verwendet werden, zumindest Abweichungen an, die sich aus gewöhnlichen Methoden der Messung oder Verwendung solcher Parameter ergeben können.
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Alle Dokumente, einschließlich Patenten, Patentanmeldungen und wissenschaftliche Literatur, die in dieser ausführlichen Beschreibung zitiert werden, sind hierin durch Bezugnahme enthalten, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Bei Widersprüchen oder Zweideutigkeiten zwischen einem durch Verweis einbezogenen Dokument und dieser ausführlichen Beschreibung ist die vorliegende ausführliche Beschreibung maßgebend.
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Obwohl der offene Begriff „umfassend“ bzw. „aufweisen“ hierin als Synonym für nicht einschränkende Begriffe wie „einschließend“, „enthaltend“ oder „habend“ verwendet wird, um Ausführungsformen der vorliegenden Technologie zu beschreiben und zu beanspruchen, können Ausführungsformen alternativ mit einschränkenderen Begriffen wie „bestehend aus“ oder „im Wesentlichen bestehend aus“ beschrieben werden. Somit schließt die vorliegende Technologie für jede Ausführungsform, in der Materialien, Komponenten oder Verfahrensschritte beschrieben werden, auch ausdrücklich Ausführungsformen ein, die aus solchen Materialien, Komponenten oder Verfahrensschritten bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen, wobei zusätzliche Materialien, Komponenten oder Verfahren ausgeschlossen sind (wenn sie aus ihnen bestehen) und zusätzliche Materialien, Komponenten oder Verfahren ausgeschlossen sind, die die wesentlichen Eigenschaften der Ausführungsform beeinflussen (wenn sie im Wesentlichen aus ihnen bestehen), auch wenn solche zusätzlichen Materialien, Komponenten oder Verfahren in dieser Anmeldung nicht ausdrücklich beschrieben werden. Zum Beispiel sieht die Erwähnung einer Zusammensetzung oder eines Verfahrens, das die Elemente A, B und C enthält, ausdrücklich Ausführungsformen vor, die aus A, B und C bestehen und im Wesentlichen aus ihnen bestehen, wobei ein Element D, das möglicherweise im Stand der Technik erwähnt ist, ausgeschlossen wird, auch wenn das Element D hier nicht ausdrücklich als ausgeschlossen beschrieben wird.
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Wie hierin beschrieben, beziehen sich alle Prozentangaben auf das Gewicht der Gesamtzusammensetzung, sofern nicht anders angegeben. Angaben von Bereichen sind, sofern nicht anders angegeben, einschließlich der Endpunkte und schließen alle unterschiedlichen Werte und weiter unterteilten Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs ein. So schließt z. B. ein Bereich „von A bis B“ oder „von ca. A bis ca. B“ A und B ein. Die Angabe von Werten und Wertebereichen für bestimmte Parameter (wie Mengen, Gewichtsprozente usw.) schließt andere hierin nützliche Werte und Wertebereiche nicht aus. Es ist vorgesehen, dass zwei oder mehr spezifische, beispielhafte Werte für einen bestimmten Parameter Endpunkte für einen Wertebereich definieren können, der für den Parameter beansprucht werden kann. Wenn der Parameter X zum Beispiel den Wert A und den Wert Z hat, kann der Parameter X einen Wertebereich von ca. A bis ca. Z haben. Ebenso ist vorgesehen, dass die Beschreibung von zwei oder mehr Wertebereichen für einen Parameter (unabhängig davon, ob diese Bereiche verschachtelt, überlappend oder unterschiedlich sind) alle möglichen Kombinationen von Wertebereichen umfasst, die unter Verwendung der Endpunkte der offengelegten Bereiche beansprucht werden können. Wenn der Parameter X hier zum Beispiel Werte im Bereich von 1 - 10, 2 - 9 oder 3 - 8 hat, kann er auch andere Wertebereiche haben, einschließlich 1 - 9, 1 - 8, 1 - 3, 1 - 2, 2 - 10, 2 - 8, 2 - 3, 3-10, 3 - 9 usw.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, in Eingriff mit, verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu kann ein Element, das als „direkt auf‟, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten aufweisen. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „angrenzend“ im Gegensatz zu „direkt angrenzend“ usw.). Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente ein.
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Obwohl die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um ein Element, ein Bauteil, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe implizieren keine Reihenfolge, es sei denn, dies geht eindeutig aus dem Kontext hervor. So könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, der im Folgenden erörtert wird, als ein zweites Element, als eine zweite Komponente, als ein zweiter Bereich, als eine zweite Schicht oder als ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne dass dies von den Lehren der Ausführungsbeispiele abweicht.
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Räumlich relative Begriffe wie „innen“, „außen“, „unter“, „unterhalb“, „unten“, „oberhalb“, „oben“ und dergleichen können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Räumlich relative Begriffe können dazu dienen, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung zu erfassen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren zum Beispiel umgedreht wird, wären Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer Elemente oder Merkmale beschrieben werden, dann „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Der beispielhafte Begriff „unten“ kann damit also sowohl eine Ausrichtung „oben“ als auch „unten“ umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hier verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden.
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Die vorliegende Technologie bezieht sich auf verschiedene mehrschichtige Dünnfilm- bzw. folienstapel, die auf einer Polymerfolie mit dem Ziel der reflektierenden Farberzeugung abgeschieden werden, einschließlich selektiver reflektierender Farbe auf der Grundlage des Betrachtungswinkels. Genauer gesagt umfasst die vorliegende Technologie bestimmte mehrschichtige Dünnfilmstapel, Verfahren zur Herstellung solcher Stapel sowie Beschichtungstechniken und -verfahren in diesem Zusammenhang. Wie hierin vorgesehen ist es möglich, bestimmte Farben durch solche Strukturen und Prozesse zu erhalten, einschließlich der Erzeugung günstiger physikalischer Eigenschaften der Beschichtung unter verschiedenen Belastungen, wie z. B. Thermoformbarkeit, Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsbrüche, Farbunterschiede bei Dehnung und ähnliches. Zu den besonderen Verwendungszwecken der mehrschichtigen Dünnfilmstapel gehören verschiedene Anwendungen auf Substraten, einschließlich der Laminierung auf verschiedene Oberflächen, wobei in bestimmten Fällen ein oder mehrere mehrschichtige Dünnfilmstapel als Fensterfolien angebracht werden können.
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Es werden mehrschichtige Filme bzw. Folien bereitgestellt, die eine Basisschicht, eine Metallschicht und mindestens eine dielektrische Schicht umfassen, z. B. eine erste dielektrische Schicht. Die Basisschicht weist eine Dicke von ca. 12 Mikrometern bis ca. 2 Millimetern auf. Die Metallschicht weist eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometern auf und ist so ausgebildet, dass sie sichtbares Licht reflektiert. Die erste dielektrische Schicht weist eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometern auf. Weitere dielektrische Schichten können ebenfalls unabhängig voneinander Dicken von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen.
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Die Basisschicht kann die folgenden Aspekte umfassen. In bestimmten Ausführungsformen weist die Basisschicht ein Substrat auf organischer Basis auf, wie zum Beispiel Polyester, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polycarbonat, Polyimid, Polyamid, Nylon, Polyvinylchlorid, Kombinationen solcher Substrate auf organischer Basis, einschließlich deren Mischungen, sowie Mehrschichtlaminate aus solchen Substraten auf organischer Basis. Die Basisschicht der mehrschichtigen Folie kann auf verschiedene Substrate und Oberflächen, wie Glas, Kunststoff und andere Folien, aufgebracht werden. Eine Freigabe- bzw. Trennschicht kann auf die Basisschicht und/oder auf die äußerste, der Basisschicht gegenüberliegende Schicht der mehrschichtigen Folienstruktur aufgebracht werden.
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Die Metallschicht kann die folgenden Aspekte umfassen. Die Metallschicht kann durch ein oder mehrere physikalische Abscheideverfahren und/oder ein oder mehrere chemische Abscheideverfahren aufgebracht werden. Solche Verfahren können selektiv angewandt werden, um eine Metallschicht mit einer Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometern zu erzeugen, wobei die Oberfläche der Schicht gleichmäßig strukturiert sein kann, um sichtbares Licht zu reflektieren. Die Reflexion des sichtbaren Lichts kann in verschiedenen Bereichen erreicht werden, wobei das gesamte oder ein Teil des sichtbaren Lichtspektrums von der Metallschicht reflektiert werden kann. Darüber hinaus kann der Grad der Reflexion durch die Metallschicht oder der Prozentsatz der reflektierten optischen Leistung variiert werden, so dass in einigen Ausführungsformen weniger als die Hälfte des einfallenden sichtbaren Lichts reflektiert wird und in anderen Ausführungsformen mehr als die Hälfte des einfallenden sichtbaren Lichts reflektiert wird. In bestimmten Ausführungsformen kann die Metallschicht eine optische Dichte von ca. 0,2 bis ca. 3,0 aufweisen. Durch physikalische und/oder chemische Abscheidung der Metallschicht auf eine andere Schicht (z. B. die Basisschicht, die dielektrische Schicht) kann die Metallschicht direkt mit der betreffenden Schicht in Kontakt kommen, ohne dass dazwischen eine oder mehrere Zwischenschichten und/oder Zwischenmaterialien vorhanden sind. Solche Abscheideverfahren können auch dazu führen, dass die Metallschicht direkt mit einer dielektrischen Schicht in Kontakt kommt, wobei die Metallschicht dabei im Wesentlichen nicht oxidiert wird. Zum Beispiel kann die Metallschicht ein Metall (z. B. Titan) aufweisen und eine dielektrische Schicht kann ein Oxid des Metalls (z. B. ein Titanoxid) aufweisen, aber das Abscheideverfahren ermöglicht, dass die Metallschicht im Wesentlichen unoxidiert bleibt, wenn sie auf das Oxid des Metalls aufgebracht wird, das die dielektrische Schicht bildet. Beispiele für Metalle, die als Metallschicht verwendet werden können, sind Aluminium, Titan, Chrom, rostfreier Stahl, Silber, Gold, Kupfer und Molybdän.
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Die dielektrische Schicht kann die folgenden Aspekte umfassen. Einzelne dielektrische Schichten, die in der mehrschichtigen Folie verwendet werden, können einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Die Verwendung von dielektrischen Schichten mit bestimmten Brechungsindizes kann die gerichtete Farberzeugung der mehrschichtigen Folie verändern. Beispielhafte dielektrische Schichten können eines oder mehrere von Titanoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titannitrid, Magnesiumfluorid, Zirkoniumoxid und Hafniumoxid aufweisen. Die mehrschichtige Folie kann mehr als eine dielektrische Schicht enthalten; zum Beispiel kann die mehrschichtige Folie zusätzlich zu einer ersten dielektrischen Schicht eine zweite dielektrische Schicht, eine dritte dielektrische Schicht, eine vierte dielektrische Schicht und so weiter enthalten. Wenn mehr als eine dielektrische Schicht vorhanden ist, können die dielektrischen Schichten die gleiche Zusammensetzung aber unterschiedliche Dicken aufweisen, und die dielektrischen Schichten können aus unterschiedlichen Zusammensetzungen bestehen. Wenn die mehrschichtige Folie zum Beispiel eine zweite dielektrische Schicht enthält, kann die erste dielektrische Schicht eine andere Zusammensetzung als die zweite dielektrische Schicht aufweisen. Wenn die mehrschichtige Folie die zweite dielektrische Schicht enthält, kann es bei einigen Ausführungsformen der Fall sein, dass die Metallschicht die Basisschicht direkt berührt, bei einigen Ausführungsformen kann es der Fall sein, dass die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht durch die Metallschicht voneinander getrennt sind bzw. dass die Metallschicht zwischen der ersten dielektrischen Schicht und der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist, und bei wieder anderen Ausführungsformen kann es der Fall sein, dass die erste dielektrische Schicht die zweite dielektrische Schicht direkt berührt. Bestimmte Ausführungsformen der mehrschichtigen Folie umfassen ferner eine dritte dielektrische Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht zwischen der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht angeordnet ist, wobei die erste dielektrische Schicht und die dritte dielektrische Schicht aus derselben Zusammensetzung bestehen, und wobei die erste dielektrische Schicht und die dritte dielektrische Schicht unterschiedliche Dicken aufweisen. Bestimmte Ausführungsformen der mehrschichtigen Folie umfassen ferner eine dritte dielektrische Schicht, wobei die Metallschicht die Basisschicht direkt berührt, wobei die erste dielektrische Schicht die Metallschicht direkt berührt, wobei die zweite dielektrische Schicht die erste dielektrische Schicht direkt berührt, und wobei die dritte dielektrische Schicht die zweite dielektrische Schicht direkt berührt. Bestimmte Ausführungsformen der mehrschichtigen Folie umfassen ferner eine vierte dielektrische Schicht, wobei die erste dielektrische Schicht die Basisschicht direkt berührt, wobei die zweite dielektrische Schicht die erste dielektrische Schicht direkt berührt, wobei die Metallschicht die zweite dielektrische Schicht direkt berührt, wobei die dritte dielektrische Schicht die Metallschicht direkt berührt, und wobei die vierte dielektrische Schicht die dritte dielektrische Schicht direkt berührt.
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Besondere Konstruktionen der mehrschichtigen Folie können eine Basisschicht, eine Metallschicht, eine erste dielektrische Schicht, eine zweite dielektrische Schicht und eine dritte dielektrische Schicht umfassen. Die Basisschicht kann eine Dicke von ca. 12 Mikrometern bis ca. 2 Millimetern aufweisen. Die Metallschicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, wobei die Metallschicht so ausgebildet sein kann, dass sie sichtbares Licht reflektiert, sie die Basisschicht direkt berühren kann und eine optische Dichte von ca. 0,2 bis ca. 3,0 aufweisen kann. Die erste dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann die Metallschicht direkt berühren und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Die zweite dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann die erste dielektrische Schicht direkt berühren und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen.
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Die dritte dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann direkt mit der zweiten dielektrischen Schicht in Kontakt stehen und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer solchen mehrschichtigen Folie 100 ist in 1 dargestellt und sie weist eine Basisschicht 105, eine Metallschicht 110, eine erste dielektrische Schicht 115, eine zweite dielektrische Schicht 120 und eine dritte dielektrische Schicht 125 auf.
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Noch weitere Konstruktionen der mehrschichtigen Folie können eine Basisschicht, eine erste dielektrische Schicht, eine zweite dielektrische Schicht, eine Metallschicht, eine dritte dielektrische Schicht und eine vierte dielektrische Schicht aufweisen. Die Basisschicht kann eine Dicke von ca. 12 Mikrometern bis ca. 2 Millimetern aufweisen. Das erste Dielektrikum bzw. die erste dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann die Basisschicht direkt berühren und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Die zweite dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann die erste dielektrische Schicht direkt berühren und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Die Metallschicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, wobei die Metallschicht so ausgebildet sein kann, dass sie sichtbares Licht reflektiert, dass sie die zweite dielektrische Schicht direkt berühren kann und eine optische Dichte von ca. 0,2 bis ca. 3,0 aufweisen kann. Die dritte dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann die Metallschicht direkt berühren und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Die vierte dielektrische Schicht kann eine Dicke von ca. 5 nm bis ca. 10 Mikrometer aufweisen, sie kann die dritte dielektrische Schicht direkt berühren und sie kann einen Brechungsindex von ca. 1,5 bis ca. 4 aufweisen. Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer solchen mehrschichtigen Folie 200, die eine Basisschicht 205, eine erste dielektrische Schicht 210, eine zweite dielektrische Schicht 215, eine Metallschicht 220, eine dritte dielektrische Schicht 225 und eine vierte dielektrische Schicht 230 aufweist, ist in 2 dargestellt.
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Die für die mehrschichtige Folie verwendeten Polymerbahnen beinhalten Substrate auf organischer Basis, die von Natur aus flexibel sind und mittels Rolle-zu-Rolle-Herstellung verarbeitet werden können. Zu solchen Substraten auf organischer Basis gehören optisch klare Folien, wie zum Beispiel verschiedene Polyester und biaxial orientierte Polypropylene. Dielektrika und Metalle können jedoch in verschiedene Substratfolien eingearbeitet oder darauf beschichtet werden, einschließlich transparenter, transluzenter und getönter Folien, zu denen unter anderem Polycarbonate, Polyimide, Polyamide, Nylon, Polyvinylchlorid und Polypropylene gehören.
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Die Polymerbahn kann als Material für die Basisschicht dienen, auf die eine Vielzahl von physikalischen und chemischen Dampfabscheidungsmethoden angewendet werden kann, um den mehrschichtigen Folienstapel mit selektiver reflektierender Farbe zu erzeugen. Diese Abscheidetechniken sind gleichbedeutend mit früheren und aktuellen Dünnschichtabscheidetechniken und umfassen Technologien, die fein abgestimmte und kontrollierte Dünnschichten mit einer bestimmten Zusammensetzung ermöglichen. Solche Abscheidungstechniken können zum Beispiel die Verwendung von einem oder mehreren der folgenden Verfahren umfassen: RF- und DC-Magnetron-Sputterabscheidung, thermische Verdampfung, Elektronenstrahlverdampfung, gepulste Laserabscheidung, Atomlagenabscheidung, Molekularstrahlepitaxie, Sol-Gel-Abscheidung, galvanische Abscheidung, stromlose Abscheidung, chemische Niederdruck-Dampfabscheidung und plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung. Diese Techniken können entweder in einem Wafer- oder Batch-Prozess oder als kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Beschichtungstechniken durchgeführt werden.
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Eine oder mehrere dieser Abscheidetechniken können verwendet werden, um einen gewünschten Folienstapel auf sequentielle Art und Weise auf die Polymerbahn der Basisschicht aufzubringen. Um eine gewünschte Farbe zu erzeugen, sollte die erste Schicht, die aufgebracht wird, die Metallschicht sein. Es können eine oder mehrere solcher Metallschichten aufgebracht werden, die entweder undurchsichtig oder teilweise transparent sind und eine optische Dichte von 0,2 bis über 3,0 aufweisen. Eine Anforderung an die eine oder mehrere Metallschichten ist, dass mindestens eine Metallschicht eine relativ glatte Oberfläche aufweist und spiegelähnliche Eigenschaften in Bezug auf die Reflexion im sichtbaren Lichtspektrum aufweist.
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Die Metallschicht muss nicht die erste Beschichtung sein, die aufgebracht wird. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kann die Metallschicht zwischen zwei dielektrischen Schichten angeordnet werden, so dass die selektive Farberzeugung von beiden Seiten erlangt werden kann. In ähnlicher Weise kann die Metallschicht undurchsichtig oder transparent sein, solange die Oberfläche der Metallschicht spiegelnd ist und das Licht im sichtbaren Spektrum deutlich reflektiert.
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Eine Vielzahl von Metallen kann bei der vorliegenden Technologie verwendet werden, solange zwischen dem Metall und den angrenzenden dielektrischen Schichten wenig bis gar keine Oxidbildung auftritt, da Oxidation den Mechanismus der Farberzeugung stören kann. Metallische Dünnschichten, die verwendet werden können, weisen eines oder mehrere der folgenden Materialien auf: Aluminium, Titan, Chrom, Edelstahl, Silber, Gold, Kupfer und Molybdän.
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Die nächsten für die Farberzeugung erforderlichen Schichten sind die dielektrischen Schichten. Auf jeder Seite der Metallschicht können eine oder mehrere dielektrische Schichten vorgesehen bzw. aufgebracht werden. Dielektrische Schichten können eine Vielzahl von Brechungsindizes aufweisen, die zum Beispiel von 1,5 bis 4,0 und höher reichen. Dielektrische Dünnschichten, die verwendet werden können, weisen eines oder mehrere der folgenden Materialien auf: Titanoxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titannitrid, Magnesiumfluorid, Zirkoniumoxid und Hafniumoxid.
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Die mehrschichtigen Folienstapel der vorliegenden Technologie können die Anwendung und die Verwendung einer oder mehrerer dielektrischer Schichten in verschiedenen Reihenfolgen und Anordnungen umfassen. Unterschiedliche dielektrische Schichten und unterschiedliche Dicken können eine komplexere Farberzeugung ermöglichen, wie zum Beispiel winkelabhängige Chroma-Verschiebungen und einstellbare Farbton-Texturen. Eine einzige dielektrische Schicht kann eine einzige Farbe in fast allen Winkeln ermöglichen. Eine Reihe von drei dielektrischen Schichten kann jedoch einen Farbwechsel bei unterschiedlichen Einfallswinkeln ermöglichen. Auf diese Weise können unterschiedliche Effekte und Farbreflexionen erzielt werden. 3 zeigt ein Farbfoto einer Darstellung bzw. einer Ausführung eines mehrschichtigen Folienaufbaus, der auf die Innenseite einer Fahrzeugscheibe laminiert wurde, wobei die von außen zu sehende reflektierte Farbe ein helles Blau ist. 4 zeigt ein Farbfoto einer anderen beispielhaften mehrschichtigen Folie, die auf die Innenseite einer Fahrzeugscheibe laminiert wurde, wobei die von außen zu sehende reflektierte Farbe ein schwaches Orange ist.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Technologie beziehen sich auf die hierin beschriebenen mehrschichtigen Folien, die bestimmte Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel können die mehrschichtigen Folien Schichten aus Metallen und Dielektrika enthalten, die entweder von Natur aus opak oder transparent sind und die auf eine Basisschicht aus einer Polymerfolie aufgebracht werden, die frei von Rissen aufgrund von Biegespannungen, thermischen Spannungen oder Umwelteinflüssen ist. Solche mehrschichtigen Folien können durch Biegen, Bewegen und Dehnen in ihrer selektiven reflektierenden Farberzeugungsleistung nicht beeinträchtigt werden. Solche mehrschichtigen Folien können auch als Komponente in laminierten Stapel unterschiedlicher Polymersubstrate eingefügt werden, ohne ihre Farbechtheit zu verlieren. Bestimmte Anwendungen umfassen die Laminierung der mehrschichtigen Folie auf Automobil- oder Architekturglas ohne wesentliche Änderung von ΔE (z. B. weniger als 1,5) und ohne wesentliche Änderung der wahrgenommenen Farbe. Mehrschichtige Folien können außerdem eine oder mehrere Trennschichten enthalten, die von der mehrschichtigen Folie abgetrennt werden können, einschließlich Trennschichten, die zum Entfernen in einer Lösung aufgelöst werden können. Es ist auch möglich, die mehrschichtige Folie auf eine mit einem Trennmittel beschichtete Folie aufzubringen, bei der nach dem Entfernen die Gesamtfarbechtheit der Beschichtung durch die Agglomeration einer Lösungsmittelpaste intakt und sichtbar bleibt.
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Mit den mehrschichtigen Folien sind verschiedene Farberzeugungseffekte möglich. Es bestehen Ausführungsformen, bei denen die Farbe von einer Seite oder aus einem Betrachtungswinkel erzeugt wird und eine neutrale Farbe von der gegenüberliegenden Seite oder aus einem anderen Betrachtungswinkel beobachtet wird. Bei weiteren Ausführungsformen wird die Farbe von einer Seite der mehrschichtigen Folie aus erzeugt und es wird eine neutrale Farbe auf der anderen Seite der mehrschichtigen Folie beobachtet. In weiteren Ausführungsformen wird die Farbe von beiden Seiten der mehrschichtigen Folie erzeugt, wobei jede Seite in Abhängigkeit von der Dicke der Schichten auf beiden Seiten einer dazwischen liegenden Metallschicht einstellbar ist. Es ist auch möglich, dass die Farbe von beiden Seiten der mehrschichtigen Folie erzeugt wird, wobei jede Seite in Abhängigkeit von der Dicke der Schichten auf beiden Seiten einer sandwichartigen Metallschicht abstimmbar ist, und außerdem eine Trennfolie oder -schicht enthält.
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Technologie werden unter Bezugnahme auf die hier beigefügten Beispiele und zugehörigen Figuren beschrieben.
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Beispiel 1
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Dieses Beispiel zeigt eine undurchsichtige Metallbeschichtung mit drei dielektrischen Schichten, die zur Farberzeugung aufgetragen werden. 5 zeigt ein Modell der Farbverschiebung einer mehrschichtigen Folie, die als vierschichtiger Stapel aufgebaut ist, von 90 bis 0 Grad des einfallenden Lichts, und 6 zeigt ein Diagramm der entsprechenden Farbton- und Chroma-Korrelationen bei den verschiedenen Betrachtungswinkeln.
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Der Folienstapel, der in den obigen Diagrammen verwendet wurde, sieht wie folgt aus, wobei die oberste Schicht die zuerst aufgeführte ist:
- - Titanoxid (dielektrische Schicht) - 30 nm
- - Siliziumoxid (dielektrische Schicht) - 85 nm
- - Titanoxid (dielektrische Schicht) - 58 nm
- - Titan (Metallschicht) - 100 nm
- - PET-Folie (Basisschicht) - 5 mil bzw. mm
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Die unterschiedlichen Dicken des Stapels stehen in direktem Zusammenhang mit der beobachteten Farbe, die von der Oberfläche reflektiert wird, auch wenn die Reihenfolge und die Art der Materialien gleich bleiben.
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Beispiel 2
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Dieses Beispiel dient als Variante zu Beispiel 1. Es handelt sich um einen fast identischen mehrschichtigen Folienstapel, mit einem sehr kleinen Unterschied. Wie in den 7 - 9 zu sehen ist, kann die Veränderung einer Schicht zu einer dramatischen Farbveränderung führen. Die 7 - 8 sind analoge Diagramme zu dem vorherigen nehrschichtigen Folienstapel in Beispiel 1, wobei 7 ein Modell der Farbverschiebung einer als vierschichtiger Stapel aufgebauten mehrschichtigen Folie von 90 bis 0 Grad Lichteinfall zeigt, und wobei 8 ein Diagramm der entsprechenden Farbton- und Chroma-Korrelationen bei den verschiedenen Betrachtungswinkeln zeigt. Bei dem Stapel aus Beispiel 2 besteht der einzige Unterschied jedoch darin, dass die Dicke der Siliziumoxidschicht um 20 nm verringert wurde.
- - Titanoxid (dielektrische Schicht) - 30 nm
- - Siliziumoxid (dielektrische Schicht) - 65 nm
- - Titanoxid (dielektrische Schicht) - 58 nm
- - Titan (Metallschicht) - 100 nm
- - PET-Folie (Basisschicht) - 5 mil bzw. mm
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Wie in den Zweifarben-Simulationen zu sehen ist, gibt es einen großen Unterschied in der erzeugten Farbe, der vor allem bei hohen Einfallswinkeln auffällt. Bei einem Betrachtungswinkel von 90 Grad erzeugt der erste Schichtstapel eine bläulich-violette Farbe, die bei niedrigeren Einfallswinkeln in pink/magenta übergeht. Der zweite Schichtstapel hingegen zeigt bei 90 Grad eine hellpinke Farbe und geht in eine orange Farbe über.
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Unter Bezugnahme auf 9 ist mit 900 ein Reflexionsspektraldiagramm für die in den beiden Beispielen 1 und 2 behandelten Folienstapel dargestellt. Die Linie 905 bezieht sich auf den mehrschichtigen Folienstapel aus Beispiel 1, die Linie 910 auf den Folienstapel aus Beispiel 2. Die Reflexionsmessung erfolgt von der beschichteten Seite aus unter einem Einfallswinkel von 90 Grad. Aus dem Diagramm geht hervor, dass die Verringerung der Siliziumoxiddicke mit einer Linksverschiebung des gesamten Reflexionsspektrums korreliert, was zu einer Farbänderung führt.
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Beispiel 3
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Dieses Beispiel dient als eine Iteration der Erfindung unter Verwendung einer transparenten Metallschicht für eine unidirektionale Farbe. Die Diagramme der 10 - 12 sind repräsentativ für einen transparenten Folienstapel, der zur Erzeugung einer unidirektionalen Farbe für Fensterfolienanwendungen verwendet wird. Der Folienstapel sieht wie folgt aus, wobei die Reihenfolge der Schichten mit der obersten Schicht beginnt:
- - Titanoxid (dielektrische Schicht) - 30 nm
- - Siliziumoxid (dielektrische Schicht) - 85 nm
- - Titanoxid (dielektrische Schicht) - 58 nm
- - Titan bzw. Titanmetall (Metallschicht) - 10 nm
- - PET-Folie (Basisschicht) - 2 mil bzw. mm
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Dies kann als fast identisch mit dem Folienstapel aus Beispiel 1 angesehen werden, mit Ausnahme der Titanbasisschicht bzw. der Metallschicht, die auf ein Zehntel der Dicke reduziert wurde. 10 zeigt eine Simulation der Farbe bei verschiedenen Einfallswinkeln, 11 zeigt die Farbton- und Chroma-Korrelationsverschiebungen bei verschiedenen Einfallswinkeln, und 12 stellt die Spektraldaten 1200 für die Reflexion, Rückreflexion und Transmission von Licht durch Beispiel 3 grafisch dar.
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Wie in der Farbsimulation zu erkennen ist, ist die Farbe ein helles Violett, das mit abnehmendem Einfallswinkel langsam an Intensität zu Blau zunimmt. Dies ist auf die transparente Beschaffenheit der Metallfolie und eine Verringerung des für die Farbe erforderlichen Grads der konstruktiven Interferenz zurückzuführen.
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Aus den Spektraldaten 1200 von 12 lassen sich auch die Farbeigenschaften ableiten. Die Linie 1205 entspricht der Reflexion auf der beschichteten Seite und die Linie 1210 entspricht der Transmission des Lichts durch die Folie. Während es bei der Transmission aufgrund des Peaks bei ca. 400 nm eine leichte Farbschattierung gibt, bleibt die Farbe meist neutral.
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Es sind beispielhafte Ausführungsformen angegeben, damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Umfang vollständig vermittelt. Zahlreiche spezifische Details sind dargelegt, wie zum Beispiel Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Dem Fachmann wird klar sein, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass beides nicht so ausgelegt werden sollte, dass der Umfang der Offenbarung eingeschränkt wird. In einigen Ausführungsbeispielen werden bekannte Verfahren, bekannte Gerätestrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben. Äquivalente Änderungen, Modifikationen und Variationen einiger Ausführungsformen, Materialien, Zusammensetzungen und Verfahren können im Rahmen der vorliegenden Technologie mit im Wesentlichen ähnlichen Ergebnissen ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62/871240 [0001]
- US 4185894 A [0005]
- US 6236510 B1 [0006]
- US 5877895 A [0007]
