JP2009042763A - 狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用 - Google Patents

狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用 Download PDF

Info

Publication number
JP2009042763A
JP2009042763A JP2008208255A JP2008208255A JP2009042763A JP 2009042763 A JP2009042763 A JP 2009042763A JP 2008208255 A JP2008208255 A JP 2008208255A JP 2008208255 A JP2008208255 A JP 2008208255A JP 2009042763 A JP2009042763 A JP 2009042763A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
range
refractive index
stack
mid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008208255A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5774807B2 (ja
JP2009042763A5 (ja
Inventor
Debasish Banerjee
バーネルジー デバシシュ
Minjuan Zhang
チャン ミンジャン
Masahiko Ishii
正彦 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc, Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of JP2009042763A publication Critical patent/JP2009042763A/ja
Publication of JP2009042763A5 publication Critical patent/JP2009042763A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5774807B2 publication Critical patent/JP5774807B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/0816Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
    • G02B5/0825Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only
    • G02B5/0833Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only comprising inorganic materials only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/26Reflecting filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

【課題】マルチレイヤー構造の提供。
【解決手段】マルチレイヤー構造であって、外表面および2〜4の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層が、1〜3の屈折率を有する第二の層の外表面にわたって広がっている。該マルチレイヤースタックは、0°〜80°の角度から眺めたときに200ナノメートル未満の反射帯域を有し、および紫外線、可視光線および赤外線スペクトル範囲における電磁放射の狭い範囲を反射するために使用されることができる。いくつかの例では、該マルチレイヤー構造の反射帯域が100ナノメートル未満である。また、該マルチレイヤー構造は、2%未満のレンジ対ミッドレンジ比百分率として定義される量を有することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、概して反射体および反射体を作る方法に関係する。より具体的には、本発明は全方向性反射体および全方向性反射体を作る方法に関係する。
顔料は特定の色として見える、なぜならばそれが光の或る波長を選択的に反射および吸収するためである。白色光、すなわち全可視光スペクトルの波長を混合したものにほぼ等しい光が顔料に出会うと、いくつかの波長は顔料の置換基および化学結合によって吸収され、そして他の波長は反射される。このタイプの発色メカニズムは光吸収に基づき、そして分子構造は概して適度の反射率(50〜60%)で広い範囲の波長を反射する。対照的に、自然は、素晴らしい色や昆虫、蝶、鳥および魚におけるメタルタイプの反射をもたらす。このような自然に見られる色は、顔料を基にするものではなく、高い屈折率材料と低い屈折材料を交互に並べたナノスケールのマルチレイヤー構造、またはナノサイズ粒子の規則的配列のいずれかから反射した光の干渉に基づくものである。これらのタイプのナノ構造アセンブリは、入射光の100%まで反射可能である。
このようなタイプのナノ構造アセンブリ、例えばマルチレイヤー構造、は電磁放射の狭い反射帯域をもたらすためには利用されてこなかった。したがって、該マルチレイヤー構造を様々な角度から眺めたときの反射率が一定であり、狭い反射帯域をもたらすマルチレイヤー構造に対する要求が存在する。以下で説明されるとおり、本願発明は、可視光電磁気範囲における全方向性の狭い帯域の反射体及び/または全方向性構造色を造るために利用可能なマルチレイヤー構造を提供する。このマルチレイヤー構造を造るための方法も説明される。本発明のこれらおよびその他の長所は、ここに示される図面および議論から明らかとなる。
マルチレイヤー構造が開示され、ここで外表面および2〜4の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層が、1〜3の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層の外表面にわたって広がる。このマルチレイヤースタックは、0°から80°の角度から眺めたときに200ナノメートル未満の反射帯域を有し、および紫外線、可視光線および赤外線スペクトル範囲における電磁放射の狭い範囲を反射するために使用されることができる。いくつかの例では、該マルチレイヤー構造の反射帯域が100ナノメートル未満である。また、該マルチレイヤー構造は、2%未満のレンジ対ミッドレンジ比百分率として定義される量を有することができる。
本発明の一実施態様において、該マルチレイヤー構造はフレークの形態であってもよい。該フレークは、0.5〜5マイクロメートルの平均厚さ範囲、および5〜50マイクロメートルの平均直径を有する。いくつかの例では、構造物をコーティングするために使用可能なコーティング材料を形成するために、複数のフレークがバインダーと混ぜ合わされることができる。該コーティング材料は、様々な角度から眺めたときに一定のままである構造色を示す。本発明の該複数のフレークは、他の方法を用いて構造物に適用することもできる。
本発明は、任意角の入射からの紫外、可視または赤外の磁気放射の特定の反射帯域を維持するマルチレイヤー全方向性反射体を含む。本発明は、それ自体で、狭い波長範囲の電磁放射に対する全方向性の反射体としての実用性を有する。また、本発明は該全方向性反射体を造るための方法も含む。
本発明の全方向性反射体は、第一の屈折率を伴う第一の層および第二の屈折率を伴う第二の層を有するマルチレイヤー体である。いくつかの例では、この二つの層の屈折率間の差が0.2〜1.0の範囲であってもよく、およびこのマルチレイヤー構造は、0°から80°の角度から眺めたときに200ナノメートル未満の反射帯域を有する。他の例では、この二つの層の屈折率間の差が0.2〜0.6の範囲であってもよく、およびこのマルチレイヤー構造は、0°から65°の角度から眺めたときに100ナノメートル未満の反射帯域を有する。
ここで、図1を参照すると、高屈折率(n)および厚さ(d)を備えた第一の材料100および低屈折率(n)および厚さ(d)を備えた第二の材料200を交互にした層を有するマルチレイヤー構造が示されている。第一の材料100は、外表面110を含み、それは第二の材料200の外表面210にわたって広がることができる。いくつかの例では、マルチレイヤー構造10は、層の合計数が3より多い。別の例では、マルチレイヤー構造10は、層の合計数が7より多い。
垂直な電気(E)および磁気(M)ベクトル成分からなる電磁波が、入射角θでマルチレイヤー構造に入射するのが示される。この電磁波は二つの独立の電磁モード、TE(横電)モードとTM(横磁)モードに区別することができる。マルチレイヤー構造10以外の媒体の屈折率は第一の端部12においてnである。例えば、媒体が空気であるとき、nは1である。第二の端部14にある随意的な基材の屈折率は、n基材である。この随意的な基材は、マルチレイヤー構造10と適合可能な任意の材料であってよく、およびこの構造物の製造、貯蔵、輸送および/または取り扱いにおいて役に立つことができる。随意的な基材が存在する場合、その基材はマルチレイヤー構造10の製造後に除去してもよいし、またはしなくてもよい。
電磁放射が材料表面に当たる場合、該放射の波はこの材料から反射されるかまたは材料を伝わることができる。さらに、電磁放射がマルチレイヤー構造10の第一の端部12に角度θで当たる場合、その電磁波が高屈折率層および低屈折率層の表面で作る反射角は、それぞれθおよびθである。
スネルの法則を使用すると:
Figure 2009042763
屈折率nおよびnが既知であれば、角度θおよびθは求められる。
全方向性反射率について、電磁放射のTEモードおよびTMモードに関する必要だが十分ではない条件として、第一の層内の最大屈折角度(θH,MAX)が第一の層および第二の層の間のインターフェースのブルースター角(θ)よりも小さいことが必要である。この条件が満足されない場合、電磁波のTMモードは第二のおよびそれに続くインターフェースで反射せず、したがってこの構造物を伝わる。
この考察を用いると、
Figure 2009042763
および
Figure 2009042763
これにより、次のことが必要である:
Figure 2009042763
式4で表されるこの必要条件に加えて、波長λの電磁波が角度θでマルチレイヤー構造に向かい、且つマルチレイヤー構造の個々の二重層が、それぞれ屈折率nおよびnを伴う厚さdおよびdを有する場合、特性変換(translation)マトリクス(F)は以下のように表現される。
Figure 2009042763
これは次のようにも表現可能であり:
Figure 2009042763
ここで:
Figure 2009042763
Figure 2009042763
Figure 2009042763
および
Figure 2009042763
である。
また、
Figure 2009042763
ここで、
Figure 2009042763
および
Figure 2009042763
TEおよびTMについて明確にpを解くと:
Figure 2009042763
および
Figure 2009042763
眺める角度に依存する帯域構造は、全反射ゾーンの、帯域端としても知られる、端部についての境界条件から得ることが可能である。本発明の目的に関して、帯域端は、所与の帯域構造について全反射ゾーンと伝送ゾーンとを分ける線(ライン)の式として定義される。
高反射率帯域の帯域端周波数を決める境界条件は、以下によって与えられる:
Figure 2009042763
したがって、式3から:
Figure 2009042763
または違う表現では:
Figure 2009042763
式15および7を結合すると、以下の帯域端の式が得られる:
Figure 2009042763
ここで、
Figure 2009042763
および:
Figure 2009042763
上記の帯域端の式の+記号は、長波長(λlong)の場合の帯域端を表し、および−記号は短波長(λshort)の場合の帯域端を表す。
式20および21を再編すると:
TEモードについて
Figure 2009042763
および:
TMモードについて
Figure 2009042763
である。
帯域端についての近似解は、以下の表現で定義可能である:
Figure 2009042763
四分の一波の設計(以下でより詳細に記載される)および互いに等しくなるように選択された交互の層の光学的な厚さを考慮すれば、この近似解は妥当である。また、交互の層の光学的な厚さが比較的小さいと、コサインは1に近づく。このようにして、式23および24は近似的な帯域端の式をもたらす:
TEモードについて:
Figure 2009042763
および、TMモードについて:
Figure 2009042763
入射角の関数としてのLおよびpTMの値は、式7、8、14、15、20および21から得ることができ、それによって入射角の関数としてのTEおよびTMモードにおけるλlongおよびλshortについての計算が可能となる。
図2を見ると、4.6の高屈折率および800ナノメートルの厚さを有する第一の材料および1.6の屈折率および1600ナノメートルの厚さを有する第二の層材料を伴うマルチレイヤーシステムでの入射角の関数としてのTEおよびTM帯域端が示されている。全方向性帯域は波長範囲で定義され、そこでは強調表示されたボックスで示されるように任意の角度から来る電磁放射が完全に反射される。図2で示される例の場合、全方向性帯域は赤外領域にあり、そして近似的には9.34マイクロメートルから15マイクロメートルの波長の間にある。
数学的には、図2で示される全方向性の帯域は以下のように記載できる:
Figure 2009042763
式23および式24の帯域端に対する厳密解は、以下のように表現できる:
TEモードについて:
Figure 2009042763
および、TMモードについて
Figure 2009042763
である。数値評価を用いて、上述したマルチレイヤーシステムについての厳密解と近似解の比較が図3に示される。図3は、このようにして、帯域端の式で求める近似法が妥当且つ適当であることを説明している。
全方向性反射体の中心波長(λ)は、次の関係から求められる:
Figure 2009042763
この中心波長は重要なパラメータとなる場合があり、というのはその値が反射される電磁波長および/または色スペクトルの近似範囲を示唆するからである。例えば、通常の入射に対して上述のマルチレイヤーシステムは、12.5マイクロメートルの中心波長をもたらし、これは図2および3で示されるプロットと一致する。
反射帯域の幅に関する示唆をもたらすことができる、もうひとつの重要なパラメータは、全方向性反射帯域内の波長のレンジ(範囲)対全方向性反射帯域内の波長のミッドレンジ比として定義される。
この「レンジ対ミッドレンジ比」(η)は数学的に以下のように表現される:
TEモードについて、
Figure 2009042763
および、TMモードについて、
Figure 2009042763
である。レンジ対ミッドレンジ比は百分率として表現することができ、本発明の目的に関して、この用語「レンジ対ミッドレンジ比」と「レンジ対ミッドレンジ比百分率」は同義的に使用されると理解される。さらに、「%」記号を伴って提示される「レンジ対ミッドレンジ比」の値は、「レンジ対ミッドレンジ比」の百分率の値であると理解される。TMモードおよびTEモードについてのレンジ対ミッドレンジ比は、式31および32から数値的に計算可能であり、そして図4Aおよび4Bに図解されるように、高屈折率と低屈折率の関数としてプロットできる。さらに、一度レンジ対ミッドレンジ比が決められると、対応する反射率が波長の関数としてプロット可能である。
レンジ対ミッドレンジ比の関数としての反射率の例は、図5Aおよび5Bに図解される。図5AはTMモードレンジ対ミッドレンジ比についての二つのカーブ−0.2%に等しいηTMに関するものおよび30%に等しいηTMに関するもの−を示す。図5Bは、0°から45°の範囲にある入射角を伴って、図5Aで「A」および「B」のラベルがされたレンジ対ミッドレンジ比について対応する反射率を示す。30%のレンジ対ミッドレンジ比および0°から45°の範囲にある入射角を伴って、図5Bに図解された反射帯域は近似的に300ナノメートルである。対照的に、0.2%のレンジ対ミッドレンジ比および同上の入射角の場合、反射帯域は近似的に100ナノメートルである。
全方向性反射体の中心波長に関して、式30は、中心波長、およびしたがって中心波長の分散が入射角の関数であることを示す。いくつかの例では、本発明の全方向性反射体が入射角の関数としての中心波長の小さな分散を有する。中心波長の分散の範囲が狭いほど、観察される色は純粋である、というのはより狭い帯域の波長が反射体から例えば人間の眼に反射されるからである。
中心波長の分散を制御する方法は、高反射率および低反射率の関数としてのTMモードおよびTEモードについてのレンジ対ミッドレンジ比の比較検討を含んでもよい。図6は、高反射率および低反射率の関数としてのTMモードおよびTEモードについての0.2%のレンジ対ミッドレンジ比を図解する。図6で図解されるように、TMモードおよびTEモードについての高屈折率間の比較的大きな分散がケースIによって示され、中間の分散がケースIIによって示され、比較的小さな分散がケースIIIによって示される。したがって、所与のレンジ対ミッドレンジ比について、高反射率および低反射率に対する異なる値を選択することができる。
図7Aをみると、ケースIについての波長の関数としての反射率が図解されており、ここでは高屈折率が2.61に等しく、低屈折率が1.2に等しく、および入射角は0°〜45°の範囲である。この図によって図解されるように、マルチレイヤー構造に対して通常の電磁放射の入射とマルチレイヤー構造に対して45°の電磁放射の入射を比べると、中心波長は大きく移動している。対照的に、高反射率および低反射率の間の比較的小さな差、および等しい入射角は、結果として図7Cに示されるような中心波長の小さな分散をもたらす。したがって、マルチレイヤー構造によって反射される波長の範囲を狭くするためには、第一の材料100と第二の材料200の間の反射率間の比較的小さい差が望ましい。図7Dは、ケースI、IIおよびIIIについて入射角の変化を伴う場合の中心波長の分散を定量化し、そして分散がケースIの場合の約140nmからケースIIIの場合の約40nmまで低下することを図解している。
本発明の別の実施態様では、全方向性反射体用の交互の層の材料の屈折率および厚さを測定するために、四分の一波技術が使用可能である。この方法を用いて、高屈折率材料および低屈折率材料の光学的厚さがお互いに等しくなるように、且つ所望の反射波長の四分の一に等しくなるように、設定される。したがって、一度マルチレイヤー構造の屈折率が選択されると、個々の層の厚さは以下の式に基づいて設定される:
Figure 2009042763
ここでθ=0のときにλ=λである。
図8を見ると、四分の一波全方向性反射体の帯域端に対する近似解のグラフ表示が、上述したケースIIのパラメータにしたがって示される。この図はまた厳密解も示しており、それにより類似の結果が得られている。この図で図解されるように、490ナノメートルにおける狭い全方向性帯域は、図7Bで示された反射帯域と一致している。狭い全方向性帯域を得るために、中心波の分散は最小でなければならないことが理解される。したがって、式30から、中心波の分散が次のように表現できる:
Figure 2009042763
ここで:
Figure 2009042763
および、Fc、中心波長分散係数は次のように表現できる:
Figure 2009042763
中心波長分散係数は、高屈折率および低屈折率の関数として図9Aに示される。したがって、式36および図9Aから、高屈折率および低屈折率の材料を適当に選択することで、中心波長の分散を低下させることができる。また、中心波長分散係数が比較的低くても、高屈折率と低屈折率の間に大きな差を示すマルチレイヤー構造は広い反射帯域を有する事実も、「広い帯域」矢印を伴う図9Aで図解される。同様に、交互の層が、第二の材料の低屈折率に近い高屈折率を伴う第一の材料を有する場合、反射した電磁放射のより高い側波帯が「高い側波帯」矢印で図解されるように生じる。このより高い側波帯は、様々な方法(説明用にはルゲートフィルターを含む)を使用することによって、低下させることができる。
図9Bは、レンジ対ミッドレンジ比、高屈折率および低屈折率に関する目標領域を提示する。TEおよびTMモードのレンジ対ミッドレンジ比間の差が比較的大きい場合、マルチレイヤー構造の広いまたは大きい反射帯域が生じる。対照的に、レンジ対ミッドレンジ比間の差が比較的小さい場合、比較的狭い反射帯域がこのダイヤグラムで見られるような値の目標領域を伴って示される。また、図9Cおよび9Dは、高屈折率および低屈折率材料間で小さな屈折率コントラスト(0.39)が選択された場合、可視領域において狭い帯域幅の全方向性反射体が得られることを図解する。
したがって、いくつかの例では、全方向性反射体が交互の層の材料を有し、ここで一つの材料が1〜3の低屈折率を有し且つもう一つの材料が2〜4の高屈折率を有する。また、低屈折率材料と高屈折率材料の間の差が、ここでは屈折率コントラストとして定義され、0.2〜1.0の範囲にあり、およびレンジ対ミッドレンジ比百分率が0より大きい値から10%まで変化する。他の例では、全方向性反射体の交互の層に使用される材料は、2〜3の範囲にある低屈折率を有する第一の材料、2.47〜3.38の範囲にある高屈折率を有する第二の材料を含む。さらに他の例では、高屈折率および低屈折率材料の間の差が、0.35〜0.5であってもよく、および/またはレンジ対ミッドレンジ比百分率が0より大きい値および5%であってもよい。いくつかの例では、レンジ対ミッドレンジ比百分率はまた0より大きい値から2%の範囲であってもよい。本発明の全方向性反射体の製造のために好適な材料は、上述の基準に合致するように選択される。
表1は、狭い反射帯域を示す全方向性反射体用の、可能性のある、しかし限定はされない、高屈折率および低屈折率材料のそれぞれを示す。したがって、屈折率の差が0.2〜1.0であるように、且つレンジ対ミッドレンジ比百分率が0より大きい正の値から10%であるように、適当な材料を選択することによって、様々な角度から眺めたときに一定のままである構造色を可能にする全方向性反射体がもたらされる。いくつかの例では、本発明の全方向性反射体によってもたらされる構造色は、0°〜80°の角度から眺めたときに一定のままである。他の例では、0°〜65°の角度から眺めたときに、構造色は一定のままである。さらに他の例では、0°〜45°の角度から眺めたときに、構造色は一定のままである。
また、表1は説明目的だけのものであり、決して本願発明の範囲を限定するものではない。屈折率の差が0.2〜1.0であり、レンジ対ミッドレンジ比百分率が0より大きい正の値から10%までである、任意の二つの層は本発明の範囲内である。また、2より多い異なる材料がマルチレイヤースタックに使用することができること、および/または交互の層のひとつが欠陥層、すなわち所望の屈折率を得るためにそこで意図的に欠陥を伴う材料でできた層であってもよいこと、も本発明の範囲内である。
本発明の全方向性反射体は粒子、ディスク、フレークおよびそれらに類するものの形態であってもよいことが理解される。さらに、コーティングを形成するために、粒子、ディスクおよび/またはフレークは好適な有機および/または無機バインダーと混合されてもよい。したがってバインダーと本発明の全方向性反射体は、様々な角度から眺めたときに色が変わらない塗料およびコーティングをもたらすように、使用可能である。また、本発明の粒子、ディスク、および/またはフレークは、他の方法、例えば帯電、e−コーティング、粉末コーティング、スプレー堆積およびこれらに類するものを使用して、表面に適用可能であり、この結果様々な角度から眺めたときに外観において変化しない色を表面にもたらす。
Figure 2009042763
本発明のフレークは、0.5〜5マイクロメートルの平均厚み、および5〜50マイクロメートルの平均直径を有してもよい。本発明の目的に関して、平均厚みという語は少なくとも3つの異なる厚さの測定から得た平均値として定義され、平均直径という語は少なくとも3つの異なる直径の測定から得た平均値として定義される。フレークは、そこに付着した随意的な基材を有してもよく、または独立したフレークであってもよいことが理解される。基材は、当業者に既知の任意の材料(説明用には金属、合金、プラスチック、セラミックス、ガラスおよびそれらの組み合わせを含む)から作られてもよく、およびフレークが製造された後で除去してもよいし、またはされなくてもよい。
本発明の狭い帯域の全方向性反射体は、紫外(UV)光を反射するように設計され、製造されおよび使用できることが理解される。したがって、本発明の狭い帯域の全方向性反射体は、UV反射コーティングを製造するために使用可能であり、ここで作られたUV反射の狭い帯域の全方向性反射体は、(1)現在入手可能な塗料、染色液およびそれらに類するもの:(2)可視色をもたらす狭い帯域の全方向性反射体を含む本発明のコーティング:および/または(3)好適な透明のバインダーに加えられ、UV保護性能を有するクリアーなコーティングを製造する。本発明の狭い帯域の全方向性反射体は、電気通信および光電子デバイスで使用可能であることも理解される。
本発明の全方向性反射体を製造する方法は、ゾルゲルプロセス、交互層の電子ガン蒸発、交互層の真空蒸発、熱的蒸発、CVDプロセス、電気化学堆積およびエッチングプロセス、高真空蒸気堆積および酸化プロセス、交互層のスパッタリング、分子−ビーム−エピタキシープロセス、熱的機械的プロセス、化学的プロセス、「レイヤー・バイ・レイヤー」プロセスによるポリ電解質多層堆積および/またはこれらの組み合わせを含む。
このやり方で、狭い帯域幅の全方向性反射器およびそれらの製造方法が提示される。前述の図面、議論および記載は、本発明の特定の実施態様の説明であるが、それらの実施に関して限定となることを意図していない。本発明の数値的な改良および変更は、ここで示された教示を考慮すれば当業者には容易に明らかである。特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定する均等物の全てを含む。
本発明のマルチレイヤー構造の概略図。 入射角の関数としての帯域端のグラフ表示。 入射角の関数としての帯域端に関する厳密解と近似解を比較するグラフ表示。 電磁放射のTMモードに関するレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示。 電磁放射のTEモードに関するレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示。 30%および0.2%に等しいレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示。 図5Aで示された30%および0.2%のレンジ対ミッドレンジ比の場合の対応する反射スペクトルのグラフ表示。 電磁放射のTMモードおよびTEモードに関する、0.2%のレンジ対ミッドレンジ比の比較を示すグラフ表示。 図6で示されたケースIの場合の波長の関数としての反射率のグラフ表示。 図6で示されたケースIIの場合の波長の関数としての反射率のグラフ表示。 図6で示されたケースIIIの場合の波長の関数としての反射率のグラフ表示。 ケースI、IIおよびIIIにおける中心波長の分散のグラフ表示。 四分の一波長技術により設計されたマルチレイヤー構造の帯域端に関する近似解と厳密解の比較のグラフ表示。 高屈折率および低屈折率の関数としての中心波長分散係数のグラフ表示。 TEモードおよびTMモードの場合のレンジ対ミッドレンジ比のグラフ表示であって、ここで高屈折率および低屈折率の所望の領域が強調表示されている。 高屈折率材料から低屈折材料までの間で低屈折率コントラストを伴うケースの狭い帯域の全方向性反射率のグラフ表示。 高屈折率材料から低屈折材料までの間で低屈折率コントラストを伴う狭い帯域の全方向性反射設計の帯域構造のグラフ表示。

Claims (20)

  1. 外表面および2〜4の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層;および
    前記第一の層の外表面にわたって広がる外表面、および1〜3の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層;を有し、
    0度から80度の角度から眺めたときに200ナノメートル未満の反射帯域を有する、マルチレイヤースタック。
  2. 前記反射帯域が0度から65度の角度から眺めたときに200ナノメートル未満である、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  3. 前記反射帯域が0度から65度の角度から眺めたときに100ナノメートル未満である、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  4. 前記第一の層が2.4〜3.4の屈折率を有し、および前記第二の層が2〜3の屈折率を有する、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  5. 前記第一の層の屈折率と前記第二の層の屈折率の差が0.2〜1である、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  6. 前記第一の層の屈折率と前記第二の層の屈折率の差が0.35〜0.5である、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  7. ゼロより大きな値から10%のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  8. ゼロより大きな値から5%のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  9. ゼロより大きな値から2%のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有する、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  10. 合計で3より多い層を有する、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  11. 合計で7より多い層を有する、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  12. フレークの形態である、請求項1に記載のマルチレイヤースタック。
  13. 前記フレークが0.5〜5マイクロメートルの範囲の平均厚さを有する、請求項12に記載のマルチレイヤースタック。
  14. 前記フレークが5〜50マイクロメートルの範囲の平均直径を有する、請求項12に記載のマルチレイヤースタック。
  15. 前記フレークがバインダーと混合されて塗料を作る、請求項12に記載のマルチレイヤースタック。
  16. 前記フレークがバインダーと混合されてUV保護コーティングを作る、請求項12に記載のマルチレイヤースタック。
  17. 外表面および2〜4の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層;および
    前記第一の層の外表面にわたって広がり且つマルチレイヤースタックを形成する外表面、および1〜3の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層;を有する全方向性反射体であって、
    前記第一の層の屈折率と前記第二の層の屈折率の差が0.2〜1であり;
    前記マルチレイヤースタックがゼロより大きい正の百分率から10%のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有し;
    前記マルチレイヤースタックは、0度から80度の角度から眺めたときに200ナノメートル未満の反射帯域も有する、全方向性反射体。
  18. 前記反射帯域が0度から65度の角度から眺めたときに100ナノメートル未満である、請求項17に記載のマルチレイヤースタック。
  19. 前記第一の層が2.4〜3.4の屈折率を有し、および前記第二の層が2〜3の屈折率を有する、請求項17に記載のマルチレイヤースタック。
  20. 外表面および2.4〜3.4の屈折率を有する第一の材料でできた第一の層;
    2〜3の屈折率を有する第二の材料でできた第二の層;を有する狭い帯域幅の全方向性反射体であって、
    前記第一の層の外表面が前記第二の層にわたって広がり且つマルチレイヤースタックを形成し、
    前記マルチレイヤースタックがゼロより大きい正の百分率から5%のレンジ対ミッドレンジ比百分率を有し;
    前記マルチレイヤースタックはまた、0度から65度の角度から眺めたときに100ナノメートル未満の反射帯域を有する、狭い帯域幅の全方向性反射体。
JP2008208255A 2007-08-12 2008-08-12 狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用 Active JP5774807B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/837,529 2007-08-12
US11/837,529 US7903339B2 (en) 2007-08-12 2007-08-12 Narrow band omnidirectional reflectors and their use as structural colors

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2009042763A true JP2009042763A (ja) 2009-02-26
JP2009042763A5 JP2009042763A5 (ja) 2011-07-14
JP5774807B2 JP5774807B2 (ja) 2015-09-09

Family

ID=40362753

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008208255A Active JP5774807B2 (ja) 2007-08-12 2008-08-12 狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7903339B2 (ja)
JP (1) JP5774807B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011257755A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 全方向反射器
JP2012125763A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Toyota Motor Corp 多層薄膜粒子の製造
JP2014000811A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 独立多層薄フィルムの製造方法
JP2017511502A (ja) * 2014-04-01 2017-04-20 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド 色シフトのない多層構造
US10690823B2 (en) 2007-08-12 2020-06-23 Toyota Motor Corporation Omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers
US10788608B2 (en) 2007-08-12 2020-09-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-color shifting multilayer structures
US10870740B2 (en) 2007-08-12 2020-12-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-color shifting multilayer structures and protective coatings thereon

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5016808B2 (ja) * 2005-11-08 2012-09-05 ローム株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子製造方法
US8861087B2 (en) 2007-08-12 2014-10-14 Toyota Motor Corporation Multi-layer photonic structures having omni-directional reflectivity and coatings incorporating the same
US9063291B2 (en) * 2007-08-12 2015-06-23 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Omnidirectional reflector
US8313798B2 (en) * 2009-05-18 2012-11-20 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Structural colors having UV reflectance via spray layer-by-layer processing
US9612369B2 (en) 2007-08-12 2017-04-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers
US8593728B2 (en) * 2009-02-19 2013-11-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Multilayer photonic structures
US10048415B2 (en) * 2007-08-12 2018-08-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Non-dichroic omnidirectional structural color
US8749881B2 (en) * 2007-08-12 2014-06-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Narrow band omnidirectional reflectors and their use as structural colors
US9229140B2 (en) * 2007-08-12 2016-01-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Omnidirectional UV-IR reflector
US9739917B2 (en) 2007-08-12 2017-08-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Red omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers
US8329247B2 (en) 2009-02-19 2012-12-11 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods for producing omni-directional multi-layer photonic structures
JP2011524021A (ja) * 2008-05-30 2011-08-25 オパラックス インコーポレーテッド 可変ブラッグスタック
US8257784B2 (en) 2010-08-10 2012-09-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods for identifying articles of manufacture
US8196823B2 (en) 2010-08-10 2012-06-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Optical lock systems and methods
US10067265B2 (en) 2010-10-12 2018-09-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Semi-transparent reflectors
US9664832B2 (en) 2012-08-10 2017-05-30 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Omnidirectional high chroma red structural color with combination semiconductor absorber and dielectric absorber layers
US9678260B2 (en) 2012-08-10 2017-06-13 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Omnidirectional high chroma red structural color with semiconductor absorber layer
US9658375B2 (en) 2012-08-10 2017-05-23 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Omnidirectional high chroma red structural color with combination metal absorber and dielectric absorber layers
RU2591158C2 (ru) 2012-09-24 2016-07-10 Ппг Индастриз Огайо, Инк. Кристаллические коллоидные массивы с высокой отражающей способностью, включающие частицы, поглощающие излучение
CN104730737B (zh) 2013-12-23 2019-10-25 丰田自动车工程及制造北美公司 由金属和电介质层制成的红色的全方向结构色
DE102015113535B4 (de) 2014-08-28 2020-12-17 Toyota Motor Corporation Rote omnidirektionale strukturelle Farbe aus Metall und dielektrischen Schichten
US9810824B2 (en) 2015-01-28 2017-11-07 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Omnidirectional high chroma red structural colors
DE102016100346A1 (de) 2015-01-28 2016-07-28 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Beständige hybridpigmente einer omnidirektionalen strukturellen farbe für aussenanwendungen
KR102459818B1 (ko) * 2015-05-06 2022-10-27 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치
KR102407115B1 (ko) 2015-06-25 2022-06-09 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치
DE102017107230A1 (de) * 2016-05-02 2017-11-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc. Omnidirektionale rote strukturelle Farbe hoher Chroma
TWI766106B (zh) 2017-09-29 2022-06-01 荷蘭商耐克創新有限合夥公司 具有結構性色彩的物件
US11685181B2 (en) 2019-01-03 2023-06-27 Tier 1 Transnational Llc Multilayer identification patches
TW202102882A (zh) * 2019-03-11 2021-01-16 美商3M新設資產公司 具有減少色彩之高效率紅外線反射器
US20200341168A1 (en) * 2019-04-25 2020-10-29 Quantum Innovations, Inc. Thin film optical lens and method for coating a lens
EP3969947A1 (en) 2019-06-26 2022-03-23 Nike Innovate C.V. Structurally-colored articles and methods for making and using structurally-colored articles
WO2021021562A1 (en) 2019-07-26 2021-02-04 Nike, Inc. Structurally-colored articles and methods for making and using structurally-colored articles
US11986042B2 (en) 2019-10-21 2024-05-21 Nike, Inc. Structurally-colored articles and methods for making and using structurally-colored articles
EP4107007B1 (en) 2020-05-29 2023-08-30 Nike Innovate C.V. Structurally-colored articles and methods for making and using structurally-colored articles
US11241062B1 (en) 2020-08-07 2022-02-08 Nike, Inc. Footwear article having repurposed material with structural-color concealing layer
US11889894B2 (en) 2020-08-07 2024-02-06 Nike, Inc. Footwear article having concealing layer
US11129444B1 (en) 2020-08-07 2021-09-28 Nike, Inc. Footwear article having repurposed material with concealing layer
CN113589417B (zh) * 2021-07-14 2022-08-12 大连理工大学 一种无虹彩结构色材料及其制备方法
CN113848602B (zh) * 2021-09-30 2023-08-11 中国科学院大学 基于级联式准周期多层膜的超宽带全向高反射方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6432201A (en) * 1987-07-28 1989-02-02 Asahi Optical Co Ltd Laminated structure of thin dielectric film
JPH0734324A (ja) * 1993-07-16 1995-02-03 Nissan Motor Co Ltd 反射、干渉作用を有する発色構造体
JPH11101913A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Nikon Corp 光学素子
JP2002504711A (ja) * 1998-02-19 2002-02-12 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 光子結晶の全方向反射体
JP2005535938A (ja) * 2002-08-17 2005-11-24 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 機能強化ヒートミラーフィルム
JP2006506518A (ja) * 2002-11-13 2006-02-23 チバ スペシャルティ ケミカルズ ホールディング インコーポレーテッド 新規な干渉顔料

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9619781D0 (en) * 1996-09-23 1996-11-06 Secr Defence Multi layer interference coatings
WO1998035248A1 (en) 1997-02-11 1998-08-13 Massachusetts Institute Of Technology Polymeric photonic band gap materials
US6873393B2 (en) 2002-06-15 2005-03-29 Yao-Dong Ma Reflective cholesteric displays without using Bragg reflection
US20050264874A1 (en) * 2004-05-25 2005-12-01 Chung-Hsiang Lin Omnidirectional photonic crystal
US20060081858A1 (en) 2004-10-14 2006-04-20 Chung-Hsiang Lin Light emitting device with omnidirectional reflectors
US8861087B2 (en) * 2007-08-12 2014-10-14 Toyota Motor Corporation Multi-layer photonic structures having omni-directional reflectivity and coatings incorporating the same
US8749881B2 (en) * 2007-08-12 2014-06-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Narrow band omnidirectional reflectors and their use as structural colors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6432201A (en) * 1987-07-28 1989-02-02 Asahi Optical Co Ltd Laminated structure of thin dielectric film
JPH0734324A (ja) * 1993-07-16 1995-02-03 Nissan Motor Co Ltd 反射、干渉作用を有する発色構造体
JPH11101913A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Nikon Corp 光学素子
JP2002504711A (ja) * 1998-02-19 2002-02-12 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 光子結晶の全方向反射体
JP2005535938A (ja) * 2002-08-17 2005-11-24 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 機能強化ヒートミラーフィルム
JP2006506518A (ja) * 2002-11-13 2006-02-23 チバ スペシャルティ ケミカルズ ホールディング インコーポレーテッド 新規な干渉顔料

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10690823B2 (en) 2007-08-12 2020-06-23 Toyota Motor Corporation Omnidirectional structural color made from metal and dielectric layers
US10788608B2 (en) 2007-08-12 2020-09-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-color shifting multilayer structures
US10870740B2 (en) 2007-08-12 2020-12-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-color shifting multilayer structures and protective coatings thereon
JP2011257755A (ja) * 2010-06-04 2011-12-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 全方向反射器
JP2012125763A (ja) * 2010-12-15 2012-07-05 Toyota Motor Corp 多層薄膜粒子の製造
JP2014000811A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 独立多層薄フィルムの製造方法
JP2017511502A (ja) * 2014-04-01 2017-04-20 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド 色シフトのない多層構造
JP2020181211A (ja) * 2014-04-01 2020-11-05 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ,インコーポレイティド 色シフトのない多層構造

Also Published As

Publication number Publication date
US7903339B2 (en) 2011-03-08
JP5774807B2 (ja) 2015-09-09
US20090046368A1 (en) 2009-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5774807B2 (ja) 狭い帯域の全方向性反射体および構造色としてのそれらの使用
US8749881B2 (en) Narrow band omnidirectional reflectors and their use as structural colors
US10048415B2 (en) Non-dichroic omnidirectional structural color
US11726239B2 (en) Non-color shifting multilayer structures
US8446666B2 (en) UV-reflective structural color
US8323391B2 (en) Omnidirectional structural color paint
US9715047B2 (en) Multi-layer photonic structures having omni-directional reflectivity and coatings incorporating the same
US20130148221A1 (en) Non-dichroic omnidirectional structural color
US10788608B2 (en) Non-color shifting multilayer structures
JP4925154B2 (ja) 色シフト性炭素含有干渉顔料
US10870740B2 (en) Non-color shifting multilayer structures and protective coatings thereon
JP5902373B2 (ja) 全方向反射特性を有する多層フォトニック構造および該構造を取り入れたコーティング
Kurt et al. Structural color via layer-by-layer deposition: layered nanoparticle arrays with near-UV and visible reflectivity bands
US20110299167A1 (en) Reflective coating, pigment, colored composition, and process of producing a reflective pigment
JP2019219696A (ja) 高クロマ全方向構造色多層構造
JP6416714B2 (ja) 金属及び誘電体層から作られる赤色全方向構造色
JP2010002825A (ja) 近赤外線吸収能を有する反射防止材
KR20150112966A (ko) 반사 방지 필름 및 그 제조 방법
US10155871B2 (en) Near infrared reflective coatings, pigments, and colored compositions
JP2016049777A5 (ja)
JP2020046692A (ja) 半導体吸収体層を有する全方向高彩度赤色構造色
CN110673249A (zh) 一种反射滤光片
CN115576045B (zh) 具有防护功能的有色纳米薄膜结构及制备方法和应用
Banerjee et al. Narrow-band Omnidirectional Structural Color
CN112799159B (zh) 一种紫外-可见-红外全波段吸收器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110530

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110530

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130123

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130129

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20130425

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20130501

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140304

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140604

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141007

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20150106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150407

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150702

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5774807

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250