JP2020037692A - Omnidirectional high chroma red structural colors - Google Patents

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Abstract

To provide multilayer interference thin films that have a reduced number of layers and reflect high chroma red structural colors in an omnidirectional manner.SOLUTION: There is provided a multilayer thin film that reflects an omnidirectional high chroma red structural color. The multilayer thin film may include a reflector layer, at least one absorber layer extending across the reflector layer, and an outer dielectric layer extending across the at least one absorber layer. The multilayer thin film reflects a single narrow band of visible light when exposed to white light, and the outer dielectric layer has a thickness less than or equal to 2.0 quarter wave (QW) of a center wavelength of the single narrow band of visible light.SELECTED DRAWING: None

Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許出願第14/793,117号、第14/793,123号及び第14/793,133号の一部継続出願(CIP)である。米国特許出願第14/793,117号、第14/793,123号及び第14/793,133号は全て2015年7月7日に出願されたもので、2015年1月28日に出願された米国特許出願第14/607,933号のCIPであり、これらの内容は全て引用により援用する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part (CIP) of U.S. Patent Application Nos. 14 / 793,117, 14 / 793,123 and 14 / 793,133. U.S. Patent Applications Nos. 14 / 793,117, 14 / 793,123 and 14 / 793,133 were all filed on July 7, 2015 and filed on January 28, 2015. No. 14 / 607,933, which is incorporated herein by reference in its entirety.

本明細書は、概して、高彩度赤構造色を示すための多層干渉薄膜に関し、より具体的には、全方向的に高彩度赤構造色を示すための多層干渉薄膜に関する。   The present specification relates generally to multilayer interference thin films for exhibiting high chroma red structure colors, and more specifically, to multilayer interference thin films for exhibiting high chroma red structure colors in all directions.

多層構造体から製造された顔料が知られている。さらに、高彩度全方向構造色を示す又はもたらす顔料も知られている。かかる顔料は、望ましい色特性を得るために39層もの誘電体層を必要とし、多層顔料の製造にかかる費用は薄膜層の数に比例する。そのため、誘電体材料の多層薄膜を使用する高彩度全方向構造色の製造は費用がかかりすぎる。赤色顔料の設計は、例えば青、緑などの他の色の顔料に対してもさらなるハードルとなっている。具体的には、赤色を得るための角度非依存性の制御は、高次高調波設計、すなわち二次及び場合によっては三次の高調波の存在をもたらすより厚い誘電体層が必要とされるために、困難である。また、暗赤色についてのLab色空間における色相空間は非常に狭く、赤色を示す多層薄膜はより高い角度変動を示す。   Pigments made from multilayer structures are known. In addition, pigments exhibiting or providing a high chroma omnidirectional structural color are also known. Such pigments require as many as 39 dielectric layers to achieve the desired color characteristics, and the cost of producing a multilayer pigment is proportional to the number of thin film layers. Therefore, the production of high chroma omnidirectional structural colors using multilayer thin films of dielectric material is too costly. The design of red pigments is an additional hurdle for pigments of other colors, such as blue and green. Specifically, angle-independent control to obtain red color requires higher harmonic designs, i.e., thicker dielectric layers that result in the presence of second and possibly third harmonics. Difficult. Further, the hue space in the Lab color space for dark red is very narrow, and the multilayer thin film showing red shows higher angular fluctuation.

したがって、層数が少なく、全方向的に高彩度赤構造色を反射する代替的な多層干渉薄膜が必要とされている。   Therefore, there is a need for an alternative multilayer interference thin film that has a small number of layers and reflects high chroma red structural colors in all directions.

一実施形態において、全方向高彩度赤構造色を反射する多層干渉薄膜は、反射体層と、当該反射体層にわたって延在する少なくとも1つの吸収体層と、当該少なくとも1つの吸収体層にわたって延在する外側誘電体層とを有する多層薄膜を含んでもよい。外側誘電体層は、多層薄膜により反射される可視光の単一狭帯域の中心波長の2.0四分の一波長(QW)以下の厚さを有する。可視光の単一狭帯域は、300ナノメートル(nm)未満の可視半値全幅(可視FWHM)幅と、Lab色空間において0°〜30°の赤色と、外側誘電体層の外側表面に垂直な方向に対して0〜45°の角度で多層薄膜を観察した場合にLab色空間において30°未満の色相シフトを有する。   In one embodiment, the multi-layer interference thin film reflecting the omni-directional high chroma red structural color comprises a reflector layer, at least one absorber layer extending over the reflector layer, and extending over the at least one absorber layer. And an outer dielectric layer. The outer dielectric layer has a thickness no greater than 2.0 quarter wavelength (QW) of the center wavelength of a single narrow band of visible light reflected by the multilayer thin film. A single narrow band of visible light has a visible full width at half maximum (visible FWHM) width of less than 300 nanometers (nm), a red color in the Lab color space of 0 ° to 30 °, and perpendicular to the outer surface of the outer dielectric layer. When the multilayer thin film is observed at an angle of 0 to 45 ° with respect to the direction, it has a hue shift of less than 30 ° in the Lab color space.

別の実施形態において、様々な角度で観察された場合に人間の目では外観の変化がない、赤色を反射するための全方向高彩度赤構造色多層薄膜は、反射体層と、当該反射体層にわたって延在する誘電体吸収体層と、当該誘電体吸収体層にわたって延在する透明吸収体層と、当該透明吸収体層にわたって延在する外側誘電体層とを有する多層薄膜を含んでもよい。外側誘電体層は、多層薄膜により反射される可視光の単一狭帯域の中心波長の2.0QW以下の厚さを有する。可視光の単一狭帯域は、200ナノメートルnm未満の可視FWHM幅と、Lab色空間において0°〜30°の赤色と、外側誘電体層の外側表面に垂直な方向に対して0〜45°の角度で多層薄膜を観察した場合にLab色空間において30°未満の色相シフトを有する。誘電体吸収体層は、酸化物及び窒化物のうちの少なくとも1種から作られたものであり、5〜500nmの厚さを有する。透明吸収体層は、クロム(Cr)、ゲルマニウム(Ge)、ニッケル(Ni)、ステンレス鋼、チタン(Ti)、ケイ素(Si)、バナジウム(V)、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)及び酸化鉄(Fe)のうちの少なくとも1種から作られたものであり、5〜20nmの厚さを有する。 In another embodiment, the omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film for reflecting red, which has no change in appearance to the human eye when viewed at various angles, comprises a reflector layer and the reflector layer. A multilayer thin film having a dielectric absorber layer extending over the entire surface, a transparent absorber layer extending over the dielectric absorber layer, and an outer dielectric layer extending over the transparent absorber layer may be included. The outer dielectric layer has a thickness equal to or less than 2.0 QW of the central wavelength of a single narrow band of visible light reflected by the multilayer thin film. A single narrow band of visible light has a visible FWHM width of less than 200 nanometers, a red of 0-30 ° in the Lab color space, and 0-45 with respect to a direction perpendicular to the outer surface of the outer dielectric layer. When the multilayer thin film is observed at an angle of °, it has a hue shift of less than 30 ° in the Lab color space. The dielectric absorber layer is made of at least one of an oxide and a nitride, and has a thickness of 5 to 500 nm. The transparent absorber layer is made of chromium (Cr), germanium (Ge), nickel (Ni), stainless steel, titanium (Ti), silicon (Si), vanadium (V), titanium nitride (TiN), tungsten (W), molybdenum (Mo), has been made from at least one of niobium (Nb) and iron oxide (Fe 2 O 3), having a thickness of 5 to 20 nm.

これらの特徴及び以下で説明する実施形態により示すさらなる特徴は、図面と併せて以下の詳細な説明を考慮することで、より完全に理解されるであろう。   These features and further features exhibited by the embodiments described below will be more fully understood in view of the following detailed description in conjunction with the drawings.

図面に記載の実施形態は、事実上、例示的及び例証的なものであり、特許請求の範囲により規定される主題を限定することを意図したものでない。例示的実施形態についての以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読んだ場合に理解することができ、同じ構造は、同じ参照番号で示されている。   The embodiments illustrated in the drawings are exemplary and illustrative in nature and are not intended to limit the subject matter defined by the claims. The following detailed description of the exemplary embodiments can be understood when read in conjunction with the accompanying drawings, wherein like structures are designated by like reference numerals.

図1Aは、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う全方向高彩度赤構造色多層薄膜の設計に使用される反射体層(R)にわたって延在する誘電体層(D)を有する多層薄膜を示す。FIG. 1A illustrates a dielectric layer (D) extending across a reflector layer (R) used in the design of an omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein. Is shown. 図1Bは、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う全方向高彩度赤構造色多層薄膜の設計に使用される反射体層(R)にわたって延在する半導体吸収体層(SA)を有する多層薄膜を示す。FIG. 1B illustrates a semiconductor absorber layer (SA) extending across a reflector layer (R) used in the design of an omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein. 3) shows a multilayer thin film having the following formula: 図1Cは、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う全方向高彩度赤構造色多層薄膜の設計に使用される反射体層(R)にわたって延在する誘電体吸収体層(DA)を有する多層薄膜を示す。FIG. 1C illustrates a dielectric absorber layer (R) extending across a reflector layer (R) used in the design of an omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein. 3 shows a multi-layer thin film having DA). 図2は、図1A〜1Cに示した多層薄膜についてのLab色空間における反射特性を示す。FIG. 2 shows reflection characteristics in the Lab color space of the multilayer thin films shown in FIGS. 1A to 1C. 図3Aは、図1Aに示した多層薄膜についての誘電体層(D)の厚さの関数としての彩度及び色相の値をグラフで示す。FIG. 3A graphically illustrates the saturation and hue values as a function of the thickness of the dielectric layer (D) for the multilayer thin film shown in FIG. 1A. 図3Bは、図1Bに示した多層薄膜についての半導体吸収体層(SA)の厚さの関数としての彩度及び色相の値をグラフで示す。FIG. 3B graphically illustrates the saturation and hue values as a function of semiconductor absorber layer (SA) thickness for the multilayer thin film shown in FIG. 1B. 図3Cは、図1Cに示した多層薄膜についての誘電体吸収体層(DA)の厚さの関数としての彩度及び色相の値をグラフで示す。FIG. 3C graphically illustrates the saturation and hue values as a function of the thickness of the dielectric absorber layer (DA) for the multilayer thin film shown in FIG. 1C. 図4は、基材層にわたって延在する誘電体層を有し、誘電体層の外側表面に垂直な方向に対して角度θで電磁線に曝された多層薄膜を示す。FIG. 4 shows a multilayer thin film having a dielectric layer extending across a substrate layer and exposed to electromagnetic radiation at an angle θ with respect to a direction perpendicular to the outer surface of the dielectric layer. 図5は、波長550nmの光に曝された2つの多層薄膜についての層厚の関数としての電場の値(|電場|)をグラフで示す。多層薄膜のうちの一方は、反射体層にわたって延在する誘電体吸収体層と、当該誘電体吸収体層にわたって延在する透明吸収体層と、当該透明吸収体層にわたって延在する誘電体層とを有し(R/DA/TA/D)、もう一方の多層薄膜は、反射体層にわたって延在する誘電体吸収体層と、当該誘電体吸収体層にわたって延在する誘電体層とを有する(R/DA/D)。FIG. 5 graphically illustrates the value of the electric field (| electric field | 2 ) as a function of layer thickness for two multilayer films exposed to light at a wavelength of 550 nm. One of the multilayer thin films includes a dielectric absorber layer extending over the reflector layer, a transparent absorber layer extending over the dielectric absorber layer, and a dielectric layer extending over the transparent absorber layer (R / DA / TA / D), and the other multilayer thin film includes a dielectric absorber layer extending over the reflector layer, and a dielectric layer extending over the dielectric absorber layer. (R / DA / D). 図6は、波長550nm〜650nmの光に曝された場合の(R/DA/TA/D)多層薄膜についての層厚の関数としての電場(|電場|)をグラフで示す。FIG. 6 graphically illustrates the electric field (| electric field | 2 ) as a function of layer thickness for (R / DA / TA / D) multilayer thin films when exposed to light at wavelengths between 550 nm and 650 nm. 図7は、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う多層薄膜を示す。FIG. 7 illustrates a multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein. 図8は、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う多層薄膜を示す。FIG. 8 illustrates a multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein. 図9は、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う多層薄膜についての、白色光を当て、多層薄膜の外側表面に垂直な方向に対して0°及び45°で観察した場合の、波長の関数としての反射率(%)をグラフで示す。FIG. 9 shows white light on a multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein, observed at 0 ° and 45 ° relative to a direction perpendicular to the outer surface of the multilayer thin film. The reflectance (%) as a function of wavelength for the case is shown graphically. 図10は、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う多層薄膜についての、白色光を当て、多層薄膜の外側表面に垂直な方向に対して0°及び45°で観察した場合の、波長の関数としての反射率(%)をグラフで示す。FIG. 10 shows white light on a multilayer thin film according to one or more embodiments shown and described herein, observed at 0 ° and 45 ° relative to a direction perpendicular to the outer surface of the multilayer thin film. The reflectance (%) as a function of wavelength for the case is shown graphically. 図11は、本明細書で示し説明する1又は2つ以上の実施形態に従う多層薄膜についての、白色光を当て、多層薄膜の外側表面に垂直な方向に対して様々な角度で観察した場合の、Lab色空間における色をグラフで示す。FIG. 11 shows a multilayer thin film according to one or more embodiments described and described herein, illuminated with white light and viewed at various angles relative to a direction perpendicular to the outer surface of the multilayer thin film. , Lab color space in a graph.

図7は、概して、高彩度赤構造色を反射するための全方向反射体であることができる多層薄膜の一実施形態を示す。多層薄膜は、概して、反射体層と、当該反射体層にわたって延在する少なくとも1つの吸収体層と、当該少なくとも1つの反射体層にわたって延在する外側誘電体層とを有する。上記少なくとも1つの吸収体層は、誘電体層が赤色スペクトル内の波長を有する光の反射をもたらす厚さを有する場合に、概して550nm未満の波長を有する光を吸収する。高彩度赤構造色を得るための全方向反射性を有する様々な多層薄膜の構造及び特性、多層薄膜構造体を設計する方法、当該構造体を使用できる用途を、本明細書中でより詳しく説明する。   FIG. 7 generally illustrates one embodiment of a multilayer thin film that can be an omni-directional reflector for reflecting highly saturated red structural colors. The multilayer thin film generally has a reflector layer, at least one absorber layer extending over the reflector layer, and an outer dielectric layer extending over the at least one reflector layer. The at least one absorber layer absorbs light having a wavelength generally less than 550 nm when the dielectric layer has a thickness that provides reflection of light having a wavelength in the red spectrum. The structure and properties of various multilayer thin films having omni-reflective properties to obtain high chroma red structural colors, methods of designing multilayer thin film structures, and applications in which the structures can be used are described in more detail herein. .

本明細書に記載の多層薄膜構造体は、入射又は観察角度範囲にわたって、可視光の赤色スペクトル内の波長を全方向反射するために使用してもよい。用語「電磁波」、「電磁線」及び「光」は、本明細書において、互換的に、多層薄膜構造体に入射した様々な波長の光を意味すること、及び、かかる光は、電磁スペクトルの紫外(UV)、赤外(IR)及び可視部分内の波長を有しても良いことが理解されるであろう。   The multilayer thin film structures described herein may be used to omnidirectionally reflect wavelengths in the red spectrum of visible light over a range of incident or viewing angles. The terms "electromagnetic radiation", "electromagnetic radiation" and "light" are used interchangeably herein to refer to light of various wavelengths incident on a multilayer thin film structure, and that such light is It will be appreciated that it may have wavelengths in the ultraviolet (UV), infrared (IR) and visible portions.

図1A〜1C及び図2には、Lab色空間でプロット又は示した場合の可視光スペクトルの赤領域において所望の色相レベルを達成するにあたっての、反射体層にわたって延在する様々なタイプの層の有効性が示されている。図1Aは、反射体層にわたって延在するZnS誘電体層を示し、図1Bは、反射体層にわたって延在するSi半導体吸収体層を示し、図1Cは、反射体層にわたって延在するFe誘電体吸収体層を示す。誘電体層、半導体吸収体層及び誘電体吸収体層についての様々な厚さの関数として、図1A〜1Cに示した各多層薄膜からの反射のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果を、aカラーマップとしても知られているLab色空間でプロットし、図2に示した。図2に示した各データ点は、図1Aに示した多層薄膜の場合の誘電体層、図1Bに示した多層薄膜の場合の半導体吸収体層又は図1Cに示した多層薄膜の場合の誘電体吸収体層の特定の厚さに応じて彩度及び色相を与える。 1A-1C and FIG. 2 show various types of layers extending across the reflector layer in achieving the desired hue level in the red region of the visible light spectrum when plotted or shown in the Lab color space. Effectiveness has been demonstrated. FIG. 1A shows a ZnS dielectric layer extending over the reflector layer, FIG. 1B shows a Si semiconductor absorber layer extending over the reflector layer, and FIG. 1C shows Fe 2 O extending over the reflector layer. 3 shows an O 3 dielectric absorber layer. Simulations of reflections from each of the multilayer thin films shown in FIGS. 1A-1C were performed as a function of various thicknesses for the dielectric layer, semiconductor absorber layer, and dielectric absorber layer. The simulation results were plotted in the Lab color space, also known as the a * b * color map, and are shown in FIG. Each data point shown in FIG. 2 represents a dielectric layer for the multilayer thin film shown in FIG. 1A, a semiconductor absorber layer for the multilayer thin film shown in FIG. 1B, or a dielectric layer for the multilayer thin film shown in FIG. 1C. It provides saturation and hue depending on the specific thickness of the body absorber layer.

Figure 2020037692
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色相は、所与のデータ点の正のa軸に対する角度として言及されることもある。色相値(hue value)は、物体が示す色、例えば赤色、緑色、青色などの度合いを与え、彩度値(chroma value)は、色の「明度」の度合いを与える。図2に示されているように、図1Aに示した多層薄膜は、図1B〜1Cに示した多層薄膜と比べて低い彩度を与える。したがって、図1A〜1C及び図2は、高彩度の色が望ましい場合には、吸収体層、例えば半導体層又は誘電体吸収体層が、反射体層にわたって延在する第1の層として誘電体層よりも好ましいことを実証している。 Hue is sometimes referred to as the angle of a given data point to the positive a * axis. The hue value gives the degree of the color indicated by the object, for example, red, green, blue, etc., and the chroma value gives the degree of "brightness" of the color. As shown in FIG. 2, the multilayer thin film shown in FIG. 1A provides a lower chroma than the multilayer thin films shown in FIGS. 1B to 1C. Accordingly, FIGS. 1A-1C and FIG. 2 show that if high chroma colors are desired, an absorber layer, such as a semiconductor layer or a dielectric absorber layer, may be used as a first layer extending over the reflector layer. Has proved to be more favorable.

図3A〜3Cには、彩度及び色相が、層厚の関数として示されている。具体的には、図3Aは、図1Aに示したAl反射体層にわたって延在するZnS誘電体層の厚さの関数として彩度及び色相をグラフで示している。図3Bは、図1Bに示したAl反射体層にわたって延在するSi半導体吸収体層の厚さの関数として彩度及び色相を示している。図3Cは、図1Cに示したAl反射体層にわたって延在するFe誘電体吸収体層の厚さの関数として彩度及び色相の値を示している。図3A〜3C中の点線は、Lab色空間における10〜30°の所望の色相値に対応する。図3A〜3Cは、10〜30°の色相範囲内でより高い彩度値は、半導体吸収体層又は誘電体吸収体層が反射体層にわたって延在する多層薄膜の場合に達成されることを示している。複数の実施形態において、外側誘電体層が吸収体層、例えば半導体吸収体層又は誘電体吸収体層にわたって延在している。 3A to 3C show the saturation and the hue as a function of the layer thickness. Specifically, FIG. 3A graphically illustrates the saturation and hue as a function of the thickness of the ZnS dielectric layer extending over the Al reflector layer shown in FIG. 1A. FIG. 3B shows the saturation and hue as a function of the thickness of the Si semiconductor absorber layer extending over the Al reflector layer shown in FIG. 1B. FIG. 3C shows the saturation and hue values as a function of the thickness of the Fe 2 O 3 dielectric absorber layer extending over the Al reflector layer shown in FIG. 1C. The dotted lines in FIGS. 3A-3C correspond to desired hue values of 10-30 ° in the Lab color space. FIGS. 3A-3C show that higher saturation values in the 10-30 ° hue range are achieved in the case of multilayer thin films where the semiconductor or dielectric absorber layer extends over the reflector layer. Is shown. In embodiments, the outer dielectric layer extends over the absorber layer, for example, a semiconductor absorber layer or a dielectric absorber layer.

複数の実施形態において、さらなる透明吸収体層が吸収体層と外側誘電体層の間に延在する。透明吸収体層の位置は、550nm以下の波長の光の吸収を増進するが約650nmの波長の光を反射するように選択される。   In embodiments, an additional transparent absorber layer extends between the absorber layer and the outer dielectric layer. The location of the transparent absorber layer is selected to enhance the absorption of light at wavelengths below 550 nm but reflect light at wavelengths of about 650 nm.

Figure 2020037692
Figure 2020037692

複数の実施形態において、図4及び以下の議論は、光の所定の波長でゼロ又はゼロ近傍(near-zero)の電場の地点の厚さの計算方法を与える。本明細書の目的上、用語「ゼロ近傍」は、   In embodiments, FIG. 4 and the following discussion provide a method of calculating the thickness at zero or near-zero electric field at a given wavelength of light. For the purposes of this specification, the term "near zero"

Figure 2020037692
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と定義される。図4は、屈折率nを有する基材層2上に、全厚「D」、インクリメンタル厚さ(incremental thickness)「d」及び屈折率「n」を有する誘電体層4を備えた多層薄膜を示す。基材層2は、多層薄膜のコア層又は反射体層であることができる。入射光は、誘電体層4の外側表面5に、外側表面5に対して垂直である線6に対して角度θで当り、同じ角度θで外側表面5から反射される。入射光は外側表面5を透過して誘電体層4中に、線6に対して角度θで入り、基材層2の表面3に角度θで当たる。単一誘電体層の場合、θ=θであり、エネルギー/電場(E)は、z=dの場合にE(z)として表することができる。 Is defined as FIG. 4 shows a multilayer thin film comprising a substrate layer 2 having a refractive index n s and a dielectric layer 4 having a total thickness “D”, an incremental thickness “d” and a refractive index “n”. Is shown. The base layer 2 can be a core layer or a reflector layer of a multilayer thin film. Incident light strikes the outer surface 5 of the dielectric layer 4 at an angle θ with respect to a line 6 perpendicular to the outer surface 5 and is reflected from the outer surface 5 at the same angle θ. The incident light passes through the outer surface 5 and enters the dielectric layer 4 at an angle θ F with respect to the line 6 and impinges on the surface 3 of the substrate layer 2 at an angle θ s . For a single dielectric layer, θ s = θ F and the energy / electric field (E) can be expressed as E (z) when z = d.

Figure 2020037692
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誘電体層4のZ方向に沿う電場の変動は、未知のパラメータu(z)及びv(z)の計算によって推定できることは分かっており、ここで、以下のように示すことができる:   It is known that the variation of the electric field along the Z direction of the dielectric layer 4 can be estimated by calculating the unknown parameters u (z) and v (z), where it can be shown as follows:

Figure 2020037692
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図5には、X軸上で200nmのわずかに右側に位置する垂直線により示されている透明吸収体層と外側誘電体層の間の界面での電場がゼロ又はゼロ近傍である多層薄膜の実施形態の場合の層厚の関数としての電場が実線で示されている。図5に実線で表されている電場をもたらす多層薄膜は、厚さ100nmのAl反射体層(R)と、Al反射体層Rにわたって延在する厚さ199nmのFe誘電体吸収体層(DA)と、Fe誘電体吸収体層DAにわたって延在する厚さ14nmのCr透明吸収体層(TA)と、透明吸収体層にわたって延在する厚さ30nmの外側ZnS誘電体層(D)とを有する。図5に実線で表されている電場をもたらす多層薄膜の構造は、図に示されているようにD/DA/TA/Dとして記載することができる。用語「透明吸収体層」は、当該層を光が透過するような厚さを有する吸収体層を指す。比較のために、図5において点線により表されている電場をもたらす多層薄膜は、厚さ100nmのAl反射体層(R)と、Al反射体層Rにわたって延在する厚さ200nmの誘電体吸収体層DAと、誘電体吸収体層DAにわたって延在する厚さ30nmの外側ZnS誘電体層(D)とを有する(R/DA/D)。図5に示されているように、R/DA/TA/D多層薄膜の場合の誘電体吸収体層と透明吸収体層の間の界面に存在する電場よりも高い電場がR/DA/T多層薄膜の場合の誘電体吸収体層と外側誘電体層の間の界面に存在する。したがって、R/DA/T多層薄膜の場合よりもR/DA/TA/D多層薄膜の場合に、より多量の波長550nmの光が誘電体吸収体層に到達し(反射されない)、吸収される。また、R/DA/T多層薄膜の場合の外側誘電体層と空気の間の界面における電場よりもR/DA/TA/D多層薄膜の場合の外側誘電体層と空気の間の界面における電場の方が低い。したがって、波長550nmの光は、R/DA/T多層薄膜の外側誘電体層の外側表面で反射される量よりもR/DA/TA/D多層薄膜の外側誘電多層の外側表面で反射される量のほうが少ない。 FIG. 5 shows a multi-layer thin film with zero or near zero electric field at the interface between the transparent absorber layer and the outer dielectric layer, indicated by the vertical line slightly to the right of 200 nm on the X-axis. The electric field as a function of the layer thickness for the embodiment is shown by the solid line. The multilayer thin film providing the electric field represented by the solid line in FIG. 5 comprises an Al reflector layer (R) having a thickness of 100 nm and a Fe 2 O 3 dielectric absorber having a thickness of 199 nm extending over the Al reflector layer R. Layer (DA), a 14 nm thick Cr transparent absorber layer (TA) extending across the Fe 2 O 3 dielectric absorber layer DA, and a 30 nm thick outer ZnS dielectric extending across the transparent absorber layer And a layer (D). The structure of the multilayer thin film that results in the electric field represented by the solid line in FIG. 5 can be described as D / DA / TA / D as shown in the figure. The term "transparent absorber layer" refers to an absorber layer having a thickness such that light passes through the layer. For comparison, the multilayer thin film providing the electric field represented by the dashed line in FIG. 5 has a 100 nm thick Al reflector layer (R) and a 200 nm thick dielectric absorber extending over the Al reflector layer R. It has a body layer DA and an outer ZnS dielectric layer (D) with a thickness of 30 nm extending over the dielectric absorber layer DA (R / DA / D). As shown in FIG. 5, the electric field higher than the electric field existing at the interface between the dielectric absorber layer and the transparent absorber layer in the case of the R / DA / TA / D multilayer thin film is R / DA / T. At the interface between the dielectric absorber layer and the outer dielectric layer in the case of a multilayer thin film. Therefore, in the case of the R / DA / TA / D multilayer thin film, a larger amount of light having a wavelength of 550 nm reaches (not reflected) and is absorbed by the R / DA / TA / D multilayer thin film than in the case of the R / DA / T multilayer thin film. . Also, the electric field at the interface between the outer dielectric layer and air in the case of the R / DA / TA / D multilayer thin film is more than the electric field at the interface between the outer dielectric layer and air in the case of the R / DA / T multilayer thin film. Is lower. Therefore, the light having a wavelength of 550 nm is reflected on the outer surface of the outer dielectric multilayer of the R / DA / TA / D multilayer thin film more than the amount reflected on the outer surface of the outer dielectric layer of the R / DA / T multilayer thin film. The amount is smaller.

図6には、波長550nmの光及び波長650nmの光に曝されたR/DA/TA/D多層薄膜についての層厚の関数としての電場が示されている。当該多層薄膜は、図5に関して上で述べたR/DA/TA/D多層薄膜と同じ構造及び材料、すなわち、厚さ100nmのAl反射体層(R)と、Al反射体層Rにわたって延在する厚さ199nmのFe誘電体吸収体層(DA)と、Fe誘電体吸収体層DAにわたって延在する厚さ14nmのCr透明吸収体層(TA)と、透明吸収体層にわたって延在する厚さ30nmの外側ZnS誘電体層(D)とを有する。図6に示されているように、X軸上で200nmをほんのわずかに下回る位置に存在する垂直線により示されている誘電体吸収体層と透明吸収体層の間の界面での電場は、波長650nmの光(点線)の場合よりも波長550nmの光(実線)の場合の方がかなり小さい。したがって、誘電体吸収体層は、波長650nmの光よりもかなり多く波長550nmの光を吸収し、波長550nmの光よりもかなり多く波長650nmの光を反射する。 FIG. 6 shows the electric field as a function of layer thickness for R / DA / TA / D multilayer thin films exposed to 550 nm wavelength light and 650 nm wavelength light. The multilayer thin film has the same structure and material as the R / DA / TA / D multilayer thin film described above with reference to FIG. 5, that is, an Al reflector layer (R) having a thickness of 100 nm and extending over the Al reflector layer R. A 199 nm thick Fe 2 O 3 dielectric absorber layer (DA), a 14 nm thick Cr transparent absorber layer (TA) extending over the Fe 2 O 3 dielectric absorber layer DA, and a transparent absorber A 30 nm thick outer ZnS dielectric layer (D) extending across the layers. As shown in FIG. 6, the electric field at the interface between the dielectric absorber layer and the transparent absorber layer, indicated by a vertical line located slightly below 200 nm on the X axis, is: The light with a wavelength of 550 nm (solid line) is much smaller than the light with a wavelength of 650 nm (dotted line). Therefore, the dielectric absorber layer absorbs light having a wavelength of 550 nm much more than light having a wavelength of 650 nm, and reflects light having a wavelength of 650 nm much more than light having a wavelength of 550 nm.

図7には、本明細書に開示する実施形態に従う全方向高彩度赤構造色を反射する多層薄膜10が示されている。多層薄膜10は、反射体層110と、反射体層110にわたって延在する少なくとも1つの吸収体層120と、少なくとも1つの吸収体層120にわたって延在する外側誘電体層130とを含む。複数の実施形態において、「外側誘電体層」は、外側自由表面、すなわち、吸収体層や保護コーティングの一部でない他の誘電体層に接触していない外側表面を有する。反射体層110が一対の吸収体層と一対の外側誘電体層の間に挟まれたコア層であるように、第2の少なくとも1つの吸収体層及び第2の外側誘電体層を反射体層110のもう一方の側に配置できる。一対の吸収体層と一対の外側誘電体層の間に挟まれたコア層を備えたかかる多層薄膜は、5層多層薄膜と呼ぶことができる。反射体層は、5〜200nmの厚さを有することができ、例えばAl、Ag、Pt、Snなどの「灰色金属(gray metallic)」材料のうちの少なくとも1種、例えばAu、Cu、真鍮などの「有彩色金属(colorful metallic)」材料のうちの少なくとも1種、例えばFe、TiNなどの有彩色誘電体材料のうちの少なくとも1種、又はこれらの組み合わせから製造されたものであることができる。少なくとも1つの吸収体層120は、5〜500nmの厚さを有することができ、例えばCr、Cu、Au、真鍮などの少なくとも1種の吸収体金属材料、例えばFe、TiNなどの少なくとも1種の有彩色誘電体材料、例えばアモルファスのSi、Geなどの少なくとも1種の半導体吸収体材料、又はこれらの組み合わせから製造されたものであることができる。外側誘電体層は、多層薄膜により反射される可視光の狭帯域の中心波長(例えば650nm)の2QW未満の厚さを有することができる。外側誘電体層は、例えばZnS、MgFなどの1.6を超える屈折率を有する誘電体材料から製造されたものであることができる。 FIG. 7 illustrates a multilayer thin film 10 that reflects an omnidirectional high chroma red structural color according to embodiments disclosed herein. The multilayer thin film 10 includes a reflector layer 110, at least one absorber layer 120 extending over the reflector layer 110, and an outer dielectric layer 130 extending over at least one absorber layer 120. In embodiments, the "outer dielectric layer" has an outer free surface, i.e., an outer surface that is not in contact with the absorber layer or other dielectric layers that are not part of the protective coating. The second at least one absorber layer and the second outer dielectric layer may be a reflector such that the reflector layer 110 is a core layer sandwiched between a pair of absorber layers and a pair of outer dielectric layers. It can be located on the other side of layer 110. Such a multilayer thin film having a core layer sandwiched between a pair of absorber layers and a pair of outer dielectric layers can be referred to as a five-layer multilayer thin film. The reflector layer can have a thickness of 5 to 200 nm and is at least one of "gray metallic" materials, such as Al, Ag, Pt, Sn, for example, Au, Cu, brass, etc. at least one, or those prepared from combinations of the at least one, for example, Fe 2 O 3, chromatic dielectric material such as TiN of the "chromatic metal (colorful metallic)" material be able to. The at least one absorber layer 120 can have a thickness of 5 to 500 nm and at least one absorber metal material such as, for example, Cr, Cu, Au, brass, etc., and at least one such as Fe 2 O 3 , TiN, etc. It can be made of one chromatic dielectric material, for example at least one semiconductor absorber material such as amorphous Si, Ge, or a combination thereof. The outer dielectric layer may have a thickness of less than 2QW of a narrow wavelength center wavelength (eg, 650 nm) of visible light reflected by the multilayer thin film. Outer dielectric layer may be, for example, ZnS, those made from a dielectric material having a refractive index greater than 1.6, such as MgF 2.

図8には、本明細書に開示する実施形態に従う全方向高彩度赤構造色を反射する多層薄膜10が示されている。多層薄膜10は、反射体層110と、反射体層110にわたって延在する吸収体層122と、吸収体層122にわたって延在する透明吸収体層124と、透明吸収体層124にわたって延在する外側誘電体層130とを含む。吸収体層122は、金属吸収体層、誘電体吸収体層又は半導体吸収体層であることができる。反射体層110が一対の吸収体層と一対の透明吸収体層及び一対の外側誘電体層の間に挟まれたコア層であるように、第2の吸収体層、第2の透明吸収体層及び第2の外側誘電体層を反射体層110のもう一方の側に配置できることが分かる。一対の吸収体層、一対の透明吸収体層及び一対の外側誘電体層の間に挟まれたコア層を備えたかかる多層薄膜は、7層多層薄膜と呼ぶことができる。反射体層は、5〜200nmの厚さを有することができ、例えばAl、Ag、Pt、Snなどの「灰色金属」材料のうちの少なくとも1種、例えばAu、Cu、真鍮などの「有彩色金属」材料のうちの少なくとも1種、例えばFe、TiNなどの有彩色誘電体材料のうちの少なくとも1種、又はこれらの組み合わせから製造されたものであることができる。吸収体層120は、5〜500nmの厚さを有することができ、例えばCr、Cu、Au、真鍮などの少なくとも1種の吸収体金属材料、例えばFe、TiNなどの誘電体吸収体材料、例えばアモルファスのSi、Geなどの少なくとも1種の半導体吸収体材料、又はこれらの組み合わせから製造されたものであることができる。透明吸収体層は、5〜20nmの厚さを有することができ、例えばCr、Ge、Ni、ステンレス鋼、Ti、Si、V、TiN、W、Mo、Nb及びFeのうちの少なくとも1種から製造されたものであることができる。外側誘電体層は、多層薄膜により反射される可視光の狭帯域の中心波長(例えば650nm)の2QW未満の厚さを有することができ、外側誘電体層は、例えばZnS、MgFなどの1.6を超える屈折率を有する誘電体材料から製造されたものであることができる。 FIG. 8 illustrates a multilayer thin film 10 that reflects an omnidirectional high chroma red structural color according to embodiments disclosed herein. The multilayer thin film 10 includes a reflector layer 110, an absorber layer 122 extending over the reflector layer 110, a transparent absorber layer 124 extending over the absorber layer 122, and an outer layer extending over the transparent absorber layer 124. And a dielectric layer 130. The absorber layer 122 can be a metal absorber layer, a dielectric absorber layer, or a semiconductor absorber layer. The second absorber layer and the second transparent absorber so that the reflector layer 110 is a core layer sandwiched between a pair of absorber layers, a pair of transparent absorber layers, and a pair of outer dielectric layers. It can be seen that the layer and the second outer dielectric layer can be located on the other side of the reflector layer 110. Such a multilayer thin film comprising a pair of absorber layers, a pair of transparent absorber layers and a core layer sandwiched between a pair of outer dielectric layers can be referred to as a seven-layer multilayer thin film. The reflector layer may have a thickness of 5 to 200 nm and may be at least one of "grey metal" materials, for example Al, Ag, Pt, Sn, etc., e.g. at least one of metal "material can be, for example Fe 2 O 3, at least one of chromatic dielectric material, such as TiN, or those made from these combinations. The absorber layer 120 may have a thickness of 5 to 500 nm, and may include at least one absorber metal material such as Cr, Cu, Au, and brass, for example, a dielectric absorber such as Fe 2 O 3 and TiN. It can be made from a material, for example at least one semiconductor absorber material such as amorphous Si, Ge, or a combination thereof. Transparent absorber layer may have a thickness of 5 to 20 nm, for example Cr, Ge, Ni, stainless steel, Ti, Si, V, TiN , W, Mo, at least one of Nb and Fe 2 O 3 It can be produced from one species. The outer dielectric layer may have a thickness of less than 2QW of a narrow wavelength center wavelength (eg, 650 nm) of visible light reflected by the multilayer thin film, and the outer dielectric layer may include, for example, ZnS, MgF 2, etc. It can be manufactured from a dielectric material having a refractive index greater than 0.6.

図9には、多層薄膜の外側表面に垂直な方向に対して0°及び45°の角度で白色光が当たった場合の、本明細書に開示する1又は2以上の実施形態によりもたらされる反射光波長に対する反射率(%)の形式で代表的な反射率スペクトルが示されている。反射率スペクトルにより示されているように、550nmの波長に対して、0°及び45°の曲線は両方とも非常に低い反射率、例えば10%未満を示している。しかし、560〜570nmの波長における反射率の急激な増加は700nmで約90%の最大値に達することが観察された。曲線の右手側(IR側)のグラフの部分又は領域が実施形態によりもたらされる反射帯域のIR領域を表す。反射率の急激な増加は、550nm未満の波長における低反射率部分から高反射率部分、例えば70%超、好ましくは80%超、より好ましくは90%超まで延びる0°曲線(SUV(0°))及び45°曲線(SUV(45°))のUV側端により特徴付けられる。複数の実施形態によりもたらされる全方向性の程度の尺度は、可視FWHM位置におけるSUV(0°)端とSUV(45°)端の間のシフトであることができる。SUV(0°)端とSUV(45°)端の間でゼロシフトであると、すなわちシフトがないと、完全に全方向性の多層薄膜と特徴づけられる。本明細書に開示する実施形態についてのSUV(0°)端とSUV(45°)端の間のシフトが100nm未満、好ましくは75nm未満、より好ましくは50nm未満、さらに好ましくは25nm未満である場合には、0〜45°の角度で人間の視点から観察した場合に、人間の目には、多層薄膜の表面は色が変化しないが、多層薄膜が全方向性であるかのように見えうる。UV側端の直線上部分200はX軸に対して60°を超える角度(β)で傾いており、反射率の軸上でおよそ40の長さLを有し、1.4の傾きを有する。複数の実施形態において、直線状部分は、x軸に対して70°を超える角度で傾いている。他の実施形態において、直線状部分は、75°を超える角度で傾いている。反射帯域は、300nm未満、好ましくは200nm未満、より好ましくは150nm未満、さらに好ましくは100nm未満の可視FWHMを有する。図9に示されている可視反射帯域の中心波長λは、可視FWHMにおいて反射帯域のUV側端とIRスペクトルのIR端とから等距離である波長として定義される。用語「可視FWHM」は、この曲線のUV側端と、これを超えると全方向反射体によりもたらされる反射は人間の目に見えなくなるIRスペクトル範囲の端部との間の反射帯域の幅を意味する。本明細書に開示する実施形態はシャープな色又は構造色をもたらすために電磁放射線スペクトルの非可視IR部分を用いる、すなわち本明細書に開示する実施形態は狭帯域の反射可視光をもたらすために電磁放射線の非可視IR部分を利用するが、電磁放射線のかなり広い帯域がIR領域に広がっていてもよいことが理解されるべきである。 FIG. 9 illustrates the reflections provided by one or more embodiments disclosed herein when white light falls at angles of 0 ° and 45 ° with respect to a direction perpendicular to the outer surface of the multilayer thin film. Representative reflectance spectra are shown in the form of reflectance (%) for the light wavelength. As shown by the reflectivity spectrum, for a wavelength of 550 nm, the 0 ° and 45 ° curves both show very low reflectivity, eg, less than 10%. However, a sharp increase in reflectivity at wavelengths of 560-570 nm was observed to reach a maximum of about 90% at 700 nm. The portion or region of the graph on the right hand side (IR side) of the curve represents the IR region of the reflection band provided by the embodiment. The sharp increase in reflectivity can be attributed to a 0 ° curve (S UV (0) extending from a low reflectivity portion at a wavelength less than 550 nm to a high reflectivity portion, for example, greater than 70%, preferably greater than 80%, more preferably greater than 90%. °)) and the UV end of the 45 ° curve (S UV (45 °)). A measure of the degree of omnidirectionality provided by embodiments may be a shift between the S UV (0 °) and S UV (45 °) ends in the visible FWHM position. A zero shift between the S UV (0 °) and S UV (45 °) edges, ie, no shift, characterizes a completely omnidirectional multilayer film. The shift between the S UV (0 °) edge and the S UV (45 °) edge for the embodiments disclosed herein is less than 100 nm, preferably less than 75 nm, more preferably less than 50 nm, even more preferably less than 25 nm. In some cases, when viewed from a human viewpoint at an angle of 0 to 45 °, the human eye does not change the color of the surface of the multilayer thin film, but as if the multilayer thin film is omnidirectional. Can be seen. The linear portion 200 at the UV side end is inclined at an angle (β) of more than 60 ° with respect to the X axis, has a length L of about 40 on the axis of reflectivity, and has a slope of 1.4. . In embodiments, the linear portion is inclined at an angle greater than 70 ° with respect to the x-axis. In other embodiments, the straight portion is inclined at an angle greater than 75 °. The reflection band has a visible FWHM of less than 300 nm, preferably less than 200 nm, more preferably less than 150 nm, even more preferably less than 100 nm. The center wavelength λ C of the visible reflection band shown in FIG. 9 is defined as a wavelength that is equidistant from the UV side end of the reflection band and the IR end of the IR spectrum in the visible FWHM. The term "visible FWHM" means the width of the reflection band between the UV end of this curve and the end of the IR spectral range beyond which reflections provided by the omni-directional reflector become invisible to the human eye. I do. The embodiments disclosed herein use the non-visible IR portion of the electromagnetic radiation spectrum to provide sharp or structural colors, i.e., the embodiments disclosed herein provide a narrow band of reflected visible light. While utilizing the non-visible IR portion of electromagnetic radiation, it should be understood that a fairly broad band of electromagnetic radiation may extend into the IR region.

次に図10を参照すると、本明細書に開示する実施形態に従う多層薄膜の反射スペクトルは、可視スペクトルにピークがある狭い可視光帯域を示している。このピークは、極大反射率の波長であり、多層薄膜の外側表面に垂直に観察した場合(λ(0°))に多層薄膜が示す反射率曲線の中心波長、及び多層薄膜の外側表面に対して45°の角度で観察した場合に多層薄膜が示す反射率曲線の中心波長λ(45°))を規定することができる。0°の角度から表面を観察した場合(λ(0°))、すなわち表面に対して垂直に観察した場合と比較して、多層薄膜の外側表面を角度45°から観察した場合、例えば当該外側表面をその表面を見る人間の目に対して45°傾けた場合の、そのλ(λ(45°))のシフト又は変位が図10に示されている。λのシフト(Δλ)は、全方向反射体の全方向性の尺度である。λのゼロシフト、すなわち、 Referring now to FIG. 10, the reflection spectrum of the multilayer thin film according to the embodiments disclosed herein shows a narrow visible light band with a peak in the visible spectrum. This peak is the wavelength of the maximum reflectance, and when observed perpendicularly to the outer surface of the multilayer thin film (λ C (0 °)), the center wavelength of the reflectance curve indicated by the multilayer thin film and the peak at the outer surface of the multilayer thin film On the other hand, the center wavelength λ C (45 °) of the reflectance curve shown by the multilayer thin film when observed at an angle of 45 ° can be defined. When the outer surface of the multilayer thin film is observed from an angle of 45 ° as compared with a case where the surface is observed from an angle of 0 ° (λ C (0 °)), that is, a case where the surface is observed perpendicularly to the surface, for example, The shift or displacement of its λ CC (45 °)) when the outer surface is tilted 45 ° with respect to the human eye looking at that surface is shown in FIG. The shift of λ C (Δλ C ) is a measure of the omni-directionality of the omni-directional reflector. Zero shift of λ C , ie

Figure 2020037692
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は、完全に全方向性の多層薄膜からの反射を表す。しかし、開示する実施形態は、100nm未満、好ましくは75nm未満、より好ましくは50nm未満、さらに好ましくは25nm未満のΔλをもたらし、これは、0〜45°の角度で人間の視点から観察した場合に、人間の目には、反射体の表面は色が変化しないが、多層薄膜が全方向性であるかのように見えうる。Δλのシフトは、白色光に曝された多層薄膜から求められた反射率対波長プロットにより、又は、多層薄膜のモデリングにより決定することができる。図10に示されている反射された可視光の狭帯域が、赤色をもたらすこと、及び、多層薄膜を0〜45°の角度で観察した場合の中心波長の小さいシフト又は変位が全方向赤構造色をもたらすこと、すなわち、0〜45°の角度で観察した場合に人間の目に色が変化するようには見えない明赤色を多層薄膜が反射することが分かる。 Represents reflection from a completely omnidirectional multilayer thin film. However, the disclosed embodiments result in a [Delta] [lambda] C of less than 100 nm, preferably less than 75 nm, more preferably less than 50 nm, and even more preferably less than 25 nm, when viewed from a human perspective at an angle of 0-45 [deg.]. In addition, to the human eye, the surface of the reflector does not change color, but it can appear as if the multilayer film is omnidirectional. The shift of Δλ C can be determined by a reflectance versus wavelength plot determined from the multilayer film exposed to white light, or by modeling the multilayer film. The narrow band of reflected visible light shown in FIG. 10 results in a red color, and a small shift or displacement of the center wavelength when viewing the multilayer thin film at an angle of 0-45 ° has an omnidirectional red structure. It can be seen that the multi-layered thin film reflects color, that is, bright red, which does not appear to change color to the human eye when viewed at an angle of 0-45 °.

図10における0°及び45°の曲線は両方とも、550nm未満の波長の場合に、非常に低い反射率、例えば10%未満の反射率を示している。しかし、700nmで約90%の最大値に達する560〜570nmの波長での反射率の鋭い増加が観察される。曲線の右側(IR側)のグラフの部分は、複数の実施形態によりもたらされる反射帯域のIR部分を表すことが分かる。反射率のこの鋭い増加は、波長550nm未満での低反射率部分から高反射率部分、例えば反射率が70%を超える、好ましくは80%を超える、より好ましくは90%を超える高反射率部分まで広がる0°曲線(SUV(0°))及び45°曲線(SUV(45°))のUV側端により特徴付けられる。反射帯域は、300nm未満、好ましくは200nm未満、より好ましくは150nm未満、さらに好ましくは100nm未満の可視FWHMを有する。図10に示されている反射された可視光の狭帯域が、赤色をもたらすこと、及び、多層薄膜を0〜45°の角度で観察した場合の中心波長の小さいシフト又は変位が全方向赤構造色をもたらすこと、すなわち、0〜45°の角度で観察した場合に人間の目に色が変化するようには見えない明赤色を多層薄膜が反射することが分かる。 Both the 0 ° and 45 ° curves in FIG. 10 show very low reflectivity, eg, less than 10%, for wavelengths less than 550 nm. However, a sharp increase in reflectivity at wavelengths of 560-570 nm, which reaches a maximum of about 90% at 700 nm, is observed. It can be seen that the portion of the graph to the right (IR side) of the curve represents the IR portion of the reflection band provided by the embodiments. This sharp increase in reflectivity can be attributed to low to high reflectivity portions below 550 nm, such as high reflectivity portions above 70%, preferably above 80%, more preferably above 90%. It is characterized by the 0 ° curve (S UV (0 °)) extending to the UV side edge of the 45 ° curve (S UV (45 °)). The reflection band has a visible FWHM of less than 300 nm, preferably less than 200 nm, more preferably less than 150 nm, even more preferably less than 100 nm. The narrow band of reflected visible light shown in FIG. 10 results in a red color, and a small shift or displacement of the center wavelength when viewing the multilayer thin film at an angle of 0-45 ° has an omnidirectional red structure. It can be seen that the multi-layered thin film reflects color, that is, bright red, which does not appear to change color to the human eye when viewed at an angle of 0-45 °.

図11を参照し、本明細書に開示する実施形態に従う多層薄膜の反射特性をLab色空間において説明することもできる。Lab色空間は、aのX座標とbのY座標を有する。図11は、0〜45°の角度で観察した場合の従来の塗料の反射特性を示し、色相シフトがΔθとして示されている。比較すると、本明細書に開示される実施形態に従う多層薄膜は、0〜45°で観察した場合に、小さな色相シフト(Δθ)をもたらす。図11でΔθにより表される色相シフトは30°未満、好ましくは25°未満、より好ましくは20°未満、さらに好ましくは15°未満である。図11は、本明細書に開示される実施形態に従う多層薄膜が赤色に対応する色相、すなわちθ1L〜θ1Hの色相をもたらすことも示している。複数の実施形態において、多層薄膜は、Lab色空間において0〜30°、好ましくはLab色空間において5〜25°、より好ましくはLab色空間において10〜22°の色相もたらす。複数の実施形態において、本明細書に開示される実施形態に従う多層薄膜は0及び45°で観察された場合に、多層薄膜構造体が呈する観察される色がθ1L〜θ1Hにより示される領域内の色相を有するような色相シフトを有する。本明細書に開示される複数の実施形態に従う多層薄膜についての彩度は従来の塗料よりもかなり高い。複数の実施形態において、多層薄膜についての彩度は、60〜120、好ましくは80〜110、より好ましくは85〜105に及ぶことができる。 Referring to FIG. 11, the reflection characteristics of the multilayer thin film according to the embodiment disclosed in the present specification may be described in a Lab color space. Lab color space has an X-coordinate and b * of the Y-coordinate of a *. Figure 11 shows the reflection characteristic of the conventional paint when observed at an angle of 0 to 45 °, the hue shift is shown as [Delta] [theta] 2. By comparison, multilayer thin films according to embodiments disclosed herein result in a small hue shift (Δθ 1 ) when observed at 0-45 °. The hue shift represented by Δθ 1 in FIG. 11 is less than 30 °, preferably less than 25 °, more preferably less than 20 °, and even more preferably less than 15 °. FIG. 11 also shows that the multilayer thin film according to the embodiments disclosed herein provides a hue corresponding to red, that is, a hue between θ 1L and θ 1H . In embodiments, the multilayer thin film provides a hue of 0-30 ° in the Lab color space, preferably 5-25 ° in the Lab color space, more preferably 10-22 ° in the Lab color space. In embodiments, a multilayer thin film according to embodiments disclosed herein has an observed color exhibited by the multilayer thin film structure when viewed at 0 and 45 °, wherein the observed color is represented by θ 1L to θ 1H. Has a hue shift within. The chroma for multilayer thin films according to embodiments disclosed herein is significantly higher than conventional paints. In embodiments, the saturation for the multilayer thin film can range from 60 to 120, preferably 80 to 110, more preferably 85 to 105.

本明細書に開示される複数の実施形態に従う多層薄膜は、顔料、例えば物体を塗装するために使用される塗料用の塗料顔料として、又は物体に適用される連続薄膜として使用することができる。顔料として使用される場合、全方向高彩度赤構造色を呈する塗料を提供するために、塗料バインダー、充填剤などを使用し、当該顔料と混合することができる。用語「実質的」及び「約」は、本明細書において、任意の定量的な比較、値、測定又は他の表現に帰属しうる不確定性の固有の程度を表すために用いられることがあることに留意されたい。これらの用語は、定量的な表現が、問題になっている主題の基本的な機能に変化をもたらさずに、記載した基準値から変わりうる程度を表すためにも用いられる。   Multilayer films according to embodiments disclosed herein can be used as pigments, for example, paint pigments for paints used to paint objects, or as continuous films applied to objects. When used as a pigment, paint binders, fillers, and the like can be used and mixed with the pigment to provide a paint that exhibits a high chroma red structure color in all directions. The terms "substantially" and "about" may be used herein to denote the inherent degree of uncertainty that can be attributed to any quantitative comparison, value, measurement, or other expression. Note that These terms are also used to describe the degree to which quantitative expressions can vary from the stated reference without changing the basic function of the subject matter in question.

特定の実施形態を本明細書で例示及び説明したが、特許請求する主題の精神及び範囲から離れずに様々な他の変更及び修飾を行ってもよいことが理解されるべきである。さらに、特許請求する主題の様々な態様を本明細書で説明したが、かかる態様は組み合わせて利用される必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲は、特許請求する主題の範囲内にあるかかる変更及び修飾を全て包含することを意図する。   While particular embodiments have been illustrated and described herein, it should be understood that various other changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the claimed subject matter. Furthermore, while various aspects of the claimed subject matter have been described herein, such aspects need not be utilized in combination. It is therefore intended that the appended claims cover all such changes and modifications as fall within the scope of the claimed subject matter.

Claims (20)

反射体層と、前記反射体層にわたって延在する少なくとも1つの吸収体層と、前記少なくとも1つの吸収体層にわたって延在する外側誘電体層とを有する多層薄膜を含む、全方向高彩度赤構造色を反射する多層干渉薄膜であって、
前記多層薄膜は、白色光に曝された場合に、可視光の単一狭帯域を反射し、前記外側誘電体層は、可視光の前記単一狭帯域の中心波長の2.0QW以下の厚さを有し、
可視光の前記単一狭帯域が、
200nm未満の可視FWHM幅;
Lab色空間で0°〜30°の色;及び
前記外側誘電体層の外表面に垂直な方向に対して0〜45°の角度で前記多層薄膜を観察した場合にLab色空間で30°未満の色相シフト;
を有する、全方向高彩度赤構造色を反射する多層干渉薄膜。
Omnidirectional high chroma red structural color including a multilayer thin film having a reflector layer, at least one absorber layer extending over the reflector layer, and an outer dielectric layer extending over the at least one absorber layer. A multilayer interference thin film that reflects
The multilayer thin film reflects a single narrow band of visible light when exposed to white light, and the outer dielectric layer has a thickness of 2.0 QW or less of the central wavelength of the single narrow band of visible light. Having
Said single narrow band of visible light,
Visible FWHM width less than 200 nm;
A color of 0 ° to 30 ° in a Lab color space; and less than 30 ° in a Lab color space when the multilayer thin film is observed at an angle of 0 to 45 ° with respect to a direction perpendicular to the outer surface of the outer dielectric layer. Hue shift of
A multilayer interference thin film that reflects omnidirectional high-saturation red structural color.
前記反射体層が、5〜200nmの厚さを有し、Al、Ag、Pt及びSnのうちの少なくとも1種から作られたものである、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 1, wherein the reflector layer has a thickness of 5 to 200 nm and is made of at least one of Al, Ag, Pt, and Sn. 前記少なくとも1つの吸収体層が、前記反射体層と前記外側誘電体層の間に延在する少なくとも1つの誘電体吸収体層である、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 1, wherein the at least one absorber layer is at least one dielectric absorber layer extending between the reflector layer and the outer dielectric layer. 前記少なくとも1つの誘電体吸収体層が酸化物及び窒化物のうちの少なくとも1種から作られたものである、請求項3に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 3, wherein the at least one dielectric absorber layer is made of at least one of an oxide and a nitride. 前記少なくとも1つの誘電体吸収体層が、Fe及びTiNのうちの少なくとも1種から作られたものであり、5〜500nmの厚さを有する、請求項1に記載の多層干渉薄膜。 Wherein at least one dielectric absorber layer, which has been made from at least one of Fe 2 O 3 and TiN, having a thickness of 5 to 500 nm, the multilayer interference thin film according to claim 1. 前記外側誘電体層が1.6を超える屈折率を有する、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film of claim 1, wherein the outer dielectric layer has a refractive index greater than 1.6. 前記外側誘電体層がMgF、ZnS及びTiOのうちの少なくとも1種から作られたものであり、請求項6に記載の多層干渉薄膜。 Wherein are those external dielectric layer is made of at least one of MgF 2, ZnS and TiO 2, the multilayer interference thin film according to claim 6. 反射された可視光の単一狭帯域の中心波長が600〜700nmであり、前記外側誘電体層の厚さが175nm未満である、請求項7に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 7, wherein a central wavelength of a single narrow band of reflected visible light is 600 to 700 nm, and a thickness of the outer dielectric layer is less than 175 nm. 前記少なくとも1つの吸収体層が誘電体吸収体層及び透明吸収体層である、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 1, wherein the at least one absorber layer is a dielectric absorber layer and a transparent absorber layer. 前記透明吸収体層が前記誘電体吸収体層にわたって延在し、かつ、前記誘電体吸収体層と前記外側誘電体層の間に配置されている、請求項9に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 9, wherein the transparent absorber layer extends over the dielectric absorber layer and is disposed between the dielectric absorber layer and the outer dielectric layer. 前記誘電体吸収体層がFe及びTiNのうちの少なくとも1種から作られたものである、請求項9に記載の多層干渉薄膜。 It said dielectric absorber layer are those made from at least one of Fe 2 O 3 and TiN, multilayer interference thin film according to claim 9. 前記誘電体吸収体層が5〜500nmの厚さを有する、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The multilayer interference thin film according to claim 1, wherein the dielectric absorber layer has a thickness of 5 to 500 nm. 前記透明吸収体層がCr、Ge、Ni、ステンレス鋼、Ti、Si、V、TiN、W、Mo、Nb及びFeのうちの少なくとも1種から作られたものである、請求項9に記載の多層干渉薄膜。 Those wherein the transparent absorber layer made Cr, Ge, Ni, stainless steel, Ti, Si, V, TiN , W, Mo, at least one of Nb and Fe 2 O 3, claim 9 2. The multilayer interference thin film according to item 1. 前記透明吸収体層が5〜20nmの厚さを有する、請求項13に記載の多層干渉薄膜。   14. The multilayer interference thin film according to claim 13, wherein the transparent absorber layer has a thickness of 5 to 20 nm. 可視光の前記単一狭帯域が、200nm未満の可視FWHM幅、Lab色空間において5°〜25°の色、及び、前記外側誘電体層の外表面に垂直な方向に対して0〜45°の角度で前記多層薄膜を観察した場合にLab空間カラーマップにおいて20°未満の色相シフトを有する、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The single narrow band of visible light has a visible FWHM width of less than 200 nm, a color between 5 ° and 25 ° in the Lab color space, and 0-45 ° relative to a direction perpendicular to the outer surface of the outer dielectric layer. The multilayer interference thin film according to claim 1, wherein the multilayer interference thin film has a hue shift of less than 20 ° in a Lab space color map when the multilayer thin film is observed at an angle of? 可視光の前記単一狭帯域が、200nm未満の可視FWHM幅、Lab色空間において10°〜25°の色、及び、前記外側誘電体層の外表面に垂直な方向に対して0〜45°の角度で前記多層薄膜を観察した場合にLab空間カラーマップにおいて15°未満の色相シフトを有する、請求項1に記載の多層干渉薄膜。   The single narrow band of visible light has a visible FWHM width of less than 200 nm, a color between 10 ° and 25 ° in the Lab color space, and 0-45 ° relative to a direction perpendicular to the outer surface of the outer dielectric layer. 2. The multilayer interference thin film according to claim 1, wherein the multilayer interference thin film has a hue shift of less than 15 ° in a Lab space color map when the multilayer thin film is observed at an angle. 反射体層と、前記反射体層にわたって延在する誘電体吸収体層と、前記誘電体吸収体層にわたって延在する外側誘電体層と、前記誘電体吸収体層と前記外側誘電体層の間に延在する透明吸収体層とを有する多層薄膜を含む全方向高彩度赤構造色多層薄膜であって、
前記多層薄膜は、白色光に曝された場合に、可視光の単一狭帯域を反射し、前記外側誘電体層は、可視光の前記単一狭帯域の中心波長の2.0QW以下の厚さを有し、可視光の前記単一狭帯域が、
200nm未満の可視FWHM幅;
Lab色空間において0°〜30°の色;及び
前記外側誘電体層の外表面に垂直な方向に対して0〜45°の角度で前記多層薄膜を観察した場合にLab色空間において30°未満の色相シフト;
を有する、全方向高彩度赤構造色多層薄膜。
A reflector layer, a dielectric absorber layer extending over the reflector layer, an outer dielectric layer extending over the dielectric absorber layer, and between the dielectric absorber layer and the outer dielectric layer An omnidirectional high chroma red structure color multilayer thin film including a multilayer thin film having a transparent absorber layer extending to
The multilayer thin film reflects a single narrow band of visible light when exposed to white light, and the outer dielectric layer has a thickness of 2.0 QW or less of the central wavelength of the single narrow band of visible light. The single narrow band of visible light has
Visible FWHM width less than 200 nm;
A color of 0 ° to 30 ° in a Lab color space; and less than 30 ° in a Lab color space when the multilayer thin film is observed at an angle of 0 to 45 ° with respect to a direction perpendicular to the outer surface of the outer dielectric layer. Hue shift of
Omnidirectional high-saturation red structure color multilayer thin film having
前記誘電体吸収体層が酸化物及び窒化物のうちの少なくとも1種から作られたものであり、5〜500nmの厚さを有する、請求項17に記載の全方向高彩度赤構造色多層薄膜。   The omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film of claim 17, wherein the dielectric absorber layer is made of at least one of an oxide and a nitride and has a thickness of 5 to 500 nm. 前記誘電体吸収体層がFe及びTiNのうちの少なくとも1種から作られたものである、請求項18に記載の全方向高彩度赤構造色多層薄膜。 Said dielectric absorber layer are those made from at least one of Fe 2 O 3 and TiN, omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film of claim 18. 前記透明吸収体層が、Cr、Ge、Ni、ステンレス鋼、Ti、Si、V、TiN、W、Mo、Nb及びFeのうちの少なくとも1種から作られたものであり、5〜20nmの厚さを有する、請求項17に記載の全方向高彩度赤構造色多層薄膜。 The transparent absorber layer, Cr, has been made Ge, Ni, stainless steel, Ti, Si, V, TiN , W, Mo, at least one of Nb and Fe 2 O 3, 5~ The omnidirectional high chroma red structural color multilayer thin film of claim 17 having a thickness of 20 nm.
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