JP6816235B2 - High chroma omnidirectional structure color multilayer structure - Google Patents

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関連出願への相互参照
本願は、2013年2月6日に出願された米国特許出願連続番号第13/760,699号の一部継続出願(continuation-in-part(CIP))である。米国特許出願連続番号第13/760,699号は、2011年2月5日に出願された米国特許出願連続番号第13/021,730号のCIPである。米国特許出願連続番号第13/021,730号は、2010年12月21日に出願された米国特許出願連続番号第12/974,606号(現在米国特許番号第8,323,391号)のCIPである。米国特許出願連続番号第12/974,606号は、2009年2月18日に出願された米国特許出願連続番号第12/388,395号のCIPである。米国特許出願連続番号第12/388,395号は、2007年8月12日に出願された米国特許出願連続番号第11/837,529号(現在米国特許番号第7,903,339号)のCIPである。
Cross-reference to related applications This application is a continuation-in-part (CIP) of US Patent Application Sequential No. 13 / 760,699 filed on February 6, 2013. U.S. Patent Application Sequential No. 13 / 760,699 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 13 / 021,730 filed on February 5, 2011. U.S. Patent Application Sequential No. 13 / 021,730 is a U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 974,606 filed on December 21, 2010 (currently U.S. Patent No. 8,323,391). CIP. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 974,606 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 388,395 filed on February 18, 2009. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 388,395 is a U.S. Patent Application Sequential No. 11 / 837,529 (currently U.S. Patent No. 7,903,339) filed on August 12, 2007. CIP.

本願はさらに、2010年9月29日に出願された米国特許出願連続番号第12/893,152号のCIPである。米国特許出願連続番号第12/893,152号は、2009年5月18日に出願された米国特許出願連続番号第12/467,656号のCIPである。 The present application is further the CIP of US Patent Application Sequential No. 12 / 893, 152, filed September 29, 2010. U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 893,152 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 467,656 filed May 18, 2009.

本願はさらに、2010年6月4日に出願された米国特許出願連続番号第12/793,772号のCIPである。 The present application is further the CIP of US Patent Application Sequential No. 12 / 793, 772, filed June 4, 2010.

本願はさらに、2012年8月10日に出願された米国特許出願連続番号第13/572,071号のCIPである。米国特許出願連続番号第13/572,071号は、2011年2月5日に出願された米国特許出願連続番号第13/021,730号のCIPである。米国特許出願連続番号第13/021,730号は、2010年6月4日に出願された米国特許出願連続番号第12/793,772号のCIPである。米国特許出願連続番号第12/793,772号は、2007年8月12日に出願された米国特許出願連続番号第11/837,529号(現在は米国特許番号第7,903,339号)のCIPである。 The present application is further the CIP of US Patent Application Sequential No. 13 / 57,071 filed on August 10, 2012. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 527,071 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 13 / 021,730 filed on February 5, 2011. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 021,730 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 793, 772 filed June 4, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772 is U.S. Patent Application Sequential No. 11 / 837,529 filed on August 12, 2007 (currently U.S. Patent No. 7,903,339). CIP.

本願はさらに、2011年1月26日に出願された米国特許出願連続番号第13/014,398号のCIPである。米国特許出願連続番号第13/014,398号は、2010年6月4日に出願された米国特許出願連続番号第12/793,772号のCIPである。米国特許出願連続番号第12/793,772号は、2010年1月13日に出願された米国特許出願連続番号第12/686,861号のCIPである。米国特許出願連続番号第12/686,861号は、2009年2月19日に出願された米国特許出願連続番号第12/389,256号(現在は米国特許番号第8,329,247号)のCIPである。 The present application is further the CIP of US Patent Application Serial No. 13 / 014,398 filed on January 26, 2011. U.S. Patent Application Sequential No. 13/014,398 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 793, 772 filed June 4, 2010. U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 793,772 is the CIP of U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 686,861 filed on January 13, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 12 / 686,861 is U.S. Patent Application Sequential No. 12 / 389,256 filed on February 19, 2009 (currently U.S. Patent No. 8,329,247). CIP.

発明の分野
本発明は、全方向構造色に関し、特に金属および誘電体層によって提供される全方向構造色に関する。
Field of Invention The present invention relates to omnidirectional structural colors, especially to omnidirectional structural colors provided by metal and dielectric layers.

発明の背景
多層構造から形成される顔料が公知である。さらに、高クロマ全方向構造色を示すまたは提供する顔料も公知である。
Background of the Invention Pigments formed from a multi-layer structure are known. In addition, pigments that exhibit or provide high chroma omnidirectional structural colors are also known.

しかしながら、このような先行技術の顔料は、所望の色特性を得るために39個もの薄膜層を必要とする。薄膜多層顔料の生産に関連付けられるコストは必要とされる層の数に比例し、誘電材料の多層スタックを用いる高クロマ全方向構造色の生産に関連付けられるコストは非常に高額となり得るということが理解されている。したがって、必要とされる薄膜層の数が最小である高クロマ全方向構造色が望ましい。 However, such prior art pigments require as many as 39 thin film layers to obtain the desired color properties. It is understood that the costs associated with the production of thin film multilayer pigments are proportional to the number of layers required, and the costs associated with the production of high chroma omnidirectional structural colors using multilayer stacks of dielectric materials can be very high. Has been done. Therefore, a high chroma omnidirectional structural color that minimizes the number of thin film layers required is desirable.

発明の概要
高クロマ全方向構造色多層構造が提供される。当該構造は多層スタックを含む。当該多層スタックは、反射層とも称され得るコア層と、コア層に亘って延在する誘電体層と、誘電体層に亘って延在する吸収層とを有する。誘電体層と吸収層との間に界面が存在し、当該界面において、第1の入射電磁波長についてほぼゼロの電界が存在するとともに、第2の入射電磁波長にて大きな電界が存在する。したがって、この界面は、当該界面を通り、コア/反射層からの反射率で誘電体層を通る第1の入射電磁波長の高い透過を可能にする。しかしながら、この界面は、第2の入射電磁波長の高い吸収を産出する。したがって、多層スタックは狭い帯域の光を作り出すまたは反射する。
Description of the Invention A high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is provided. The structure includes a multi-layer stack. The multi-layer stack has a core layer, which may also be called a reflective layer, a dielectric layer extending over the core layer, and an absorbing layer extending over the dielectric layer. There is an interface between the dielectric layer and the absorption layer, and at the interface, there is an electric field of almost zero for the first incident electromagnetic wave length and a large electric field at the second incident electromagnetic wave length. Therefore, this interface allows high transmission of the first incident electromagnetic wave length through the interface and through the dielectric layer with reflectance from the core / reflective layer. However, this interface produces a high absorption of the second incident electromagnetic wave length. Therefore, the multi-layer stack produces or reflects light in a narrow band.

コア層は、式RI=n+ikによって示される複素屈折率を有し得、n<<kであり、式中RIは複素屈折率であり、nはコア層の屈折率であり,kはコア層の消衰係数であり、iは√−1である。いくつかの場合では、コア層は銀、アルミニウム、金、またはそれらの合金から形成され、好ましくは50ナノメートル(nm)と200nmとの間の厚さを有する。 The core layer can have the complex index of refraction represented by the equation RI 1 = n 1 + ik 1 , where n 1 << k 1 , where RI 1 is the complex index of refraction and n 1 is the refraction of the core layer. It is a rate, k 1 is the extinction coefficient of the core layer, and i is √-1. In some cases, the core layer is formed from silver, aluminum, gold, or alloys thereof, preferably having a thickness between 50 nanometers (nm) and 200 nm.

誘電体層は、反射光の所望の狭い帯域の中心波長のクォーターウェーブ(QW)の2倍以下の厚さを有する。さらに、誘電体層は、酸化チタン、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、またはそれらの組合せから形成され得る。 The dielectric layer has a thickness of no more than twice the quarter wave (QW) of the central wavelength of the desired narrow band of reflected light. In addition, the dielectric layer can be formed from titanium oxide, magnesium fluoride, zinc sulfide, hafnium oxide, tantalum oxide, silicon oxide, or a combination thereof.

吸収層は屈折率が消衰係数にほぼ等しい複素屈折率を有する。このような材料は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄、およびそれらの組合せまたは合金を含む。さらに、吸収層の厚さは好ましくは5nmと20nmとの間である。 The absorbing layer has a complex refractive index whose refractive index is approximately equal to the extinction coefficient. Such materials include chromium, tantalum, tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, niobium, cobalt, silicon, germanium, nickel, palladium, vanadium, iron oxide, and combinations or alloys thereof. Further, the thickness of the absorbing layer is preferably between 5 nm and 20 nm.

いくつかの場合では、多層構造は、吸収層の外面に亘って延在する別の誘電体層を含む。また、別の吸収層はコア層と第1の誘電体層との間に含まれ得る。このような構造は、コア層上に最小で2層を有する高クロマ全方向構造色を提供する。 In some cases, the multilayer structure includes another dielectric layer that extends over the outer surface of the absorbing layer. Also, another absorption layer may be included between the core layer and the first dielectric layer. Such a structure provides a high chroma omnidirectional structural color with a minimum of two layers on the core layer.

基板上の単一の誘電体層の概略的な図である。It is a schematic diagram of a single dielectric layer on a substrate. 本発明の実施例に従った高クロマ全方向構造色多層構造の図である。It is a figure of the high chroma omnidirectional structure color multilayer structure according to the Example of this invention. 本発明の実施例の概略的な図である。It is a schematic diagram of the Example of this invention. 図3(a)に示される実施例についての屈折率のグラフ図である。It is a graph of the refractive index for the Example shown in FIG. 3 (a). 入射波長が650nmの場合における、図3(a)に示された実施例の厚さを通る電界のグラフ図である。It is a graph of the electric field passing through the thickness of the Example shown in FIG. 3A when the incident wavelength is 650 nm. 入射波長が400nmの場合における、図3(a)に示された実施例に亘る電界のグラフ図である。It is a graph of the electric field over the example shown in FIG. 3A when the incident wavelength is 400 nm. 0°および45°で見た際の、図3(a)に示された実施例について誘電体層厚さが1.5QWである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。It is a graph of the reflectance vs. the incident light wavelength when the dielectric layer thickness is 1.5QW for the embodiment shown in FIG. 3A when viewed at 0 ° and 45 °. 0°および45°で見た際の、図3(a)に示された実施例について誘電体層厚さが3QWである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。It is a graph of the reflectance vs. the incident light wavelength when the dielectric layer thickness is 3QW for the embodiment shown in FIG. 3A when viewed at 0 ° and 45 °. 0°および45°で見た際の、図3(a)に示された実施例について誘電体層厚さが3.6QWである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。It is a graph of the reflectance vs. the incident light wavelength when the dielectric layer thickness is 3.6QW for the example shown in FIG. 3A when viewed at 0 ° and 45 °. 0°および45°で見た際の、図3(a)に示された実施例について誘電体層厚さが6QWである場合における反射率対入射光波長のグラフ図である。It is a graph of the reflectance vs. the incident light wavelength when the dielectric layer thickness is 6QW for the embodiment shown in FIG. 3A when viewed at 0 ° and 45 °. 280に等しい色相のターゲットとする色エリアについてのa*b*カラーマップ上の色特性同士の間の比較のグラフ図である。It is a graph of the comparison between the color characteristics on the a * b * color map about the target color area of the hue equal to 280. 図2(a)に示される誘電体層(L1)および吸収層(L1)についての吸収度対入射光波長を示す、図3(a)に示される実施例についてのグラフ図である。It is a graph of the Example shown in FIG. 3A, showing the absorption degree vs. the incident light wavelength for the dielectric layer (L1) and the absorption layer (L1) shown in FIG. 2A. 0°および45°で見た際の図3(a)に示される実施例についての反射率対入射光波長を示す、図3(a)に示される実施例についてのグラフ図である。It is a graph of the example shown in FIG. 3 (a) which shows the reflectance vs. the incident light wavelength for the example shown in FIG. 3 (a) when viewed at 0 ° and 45 °. 色相およびクロマ対入射角を示す、図3(a)に示される実施例についてのグラフ図である。It is a graph of the example shown in FIG. 3A showing the hue and the chroma vs. incident angle. 本発明に従った別の実施例の概略的な図である。It is a schematic diagram of another Example according to this invention. 図7(a)に示される構造についての屈折率のグラフ図である。It is a graph of the refractive index for the structure shown in FIG. 7A. 入射光波長が420nmの場合の図7(a)に示される実施例の厚さを通る電界のグラフ図である。It is a graph of the electric field passing through the thickness of the Example shown in FIG. 7A when the incident light wavelength is 420 nm. 図7(a)に示される実施例の厚さに亘る電界であって、入射光波長が560nmである場合の図7(a)に示される実施例の厚さを通る電界のグラフ図である。It is a graph of the electric field over the thickness of the example shown in FIG. 7 (a) and passing through the thickness of the example shown in FIG. 7 (a) when the incident light wavelength is 560 nm. .. 0°および45°から見た際の図7(a)に示される実施例についての反射率対入射光波長のグラフ図である。It is a graph of the reflectance vs. the incident light wavelength for the embodiment shown in FIG. 7A when viewed from 0 ° and 45 °. 図7(a)の実施例に示される層についての吸収度対入射光波長のグラフ図である。FIG. 7 is a graph of absorption vs. incident light wavelength for the layer shown in the embodiment of FIG. 7A. 図7(a)に示される実施例についての色相およびクロマの反射率対入射角のグラフ図である。FIG. 7 is a graph of hue and chroma reflectance vs. incident angle for the embodiment shown in FIG. 7 (a). 本発明に従った5層(5L)の実施例の概略的な図である。It is a schematic diagram of the example of 5 layers (5L) according to this invention. 本発明に従った7層(7L)の実施例の概略的な図である。It is a schematic diagram of the example of 7 layers (7L) according to this invention. 単一Al層構造(Alコア)と、Alコア+ZnS層構造(Alコア+ZnS)と、図9(a)に示される5層構造と、図9(b)に示される7層構造とについての反射率対入射光波長のグラフ図である。A single Al layer structure (Al core), an Al core + ZnS layer structure (Al core + ZnS), a five-layer structure shown in FIG. 9 (a), and a seven-layer structure shown in FIG. 9 (b). It is a graph of reflectance vs. incident light wavelength. 所望の狭い帯域の反射光の第1および第2の高調波の反射を産出する誘電体層厚さを有する図8(a)に示される5層構造の場合と、所望の狭い帯域の反射光の第1の高調波のみを産出する誘電体層厚さを有する図9(a)に示される5層構造の場合と、所望の狭い帯域の反射光の第1の高調波のみを産出する誘電体層厚さを有する図9(a)に示される7層構造の場合とにおける、80に等しい色相のターゲット色エリアについてのa*b*カラーマップにおける色特性の間の比較のグラフ図である。The case of the five-layer structure shown in FIG. 8A having a dielectric layer thickness that produces the reflection of the first and second harmonics of the desired narrow band reflected light, and the case of the desired narrow band reflected light. Dielectric layer that produces only the first harmonic of the above, and the case of the five-layer structure shown in FIG. 9A and the dielectric that produces only the first harmonic of the reflected light in a desired narrow band. It is a graph of comparison between the color characteristics in the a * b * color map for the target color area of the hue equal to 80 in the case of the 7-layer structure shown in FIG. 9A having the body layer thickness. .. 現状技術の多層構造と、a*b*カラーマップ上に本発明の実施例によって提供される多層構造との間の比較のグラフ図である。It is a graph of comparison between the multilayer structure of the present technology and the multilayer structure provided by the embodiment of the present invention on the a * b * color map. 本発明の実施例に従った5層多層構造の概略的な図である。It is a schematic diagram of a 5-layer multilayer structure according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施例に従った7層多層構造の概略的な図である。It is a schematic diagram of the 7-layer multilayer structure according to the Example of this invention.

発明の詳細な説明
高クロマ全方向構造色多層構造が提供される。したがって、当該多層構造には、ペイント顔料、および所望の色を提供する薄膜などとしての使用がある。
Detailed Description of the Invention A high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is provided. Therefore, the multilayer structure is used as a paint pigment, a thin film that provides a desired color, and the like.

高クロマ全方向構造色多層構造は、コア層と、コア層に亘るよう延在する誘電体層とを含む。さらに、吸収層は、界面を間に挟んで誘電体層に亘って延在する。吸収層および/または誘電体層の厚さは、これらの2層の間の界面が、第1の入射電磁波長にてほぼゼロの電界を示し、第2の入射電磁波長にて大きな電界を示すように設計および/または作製される。第2の入射電磁波長は第1の入射電磁波長と等しくない。 The high chroma omnidirectional structural color multilayer structure includes a core layer and a dielectric layer extending over the core layer. Further, the absorption layer extends over the dielectric layer with an interface in between. The thickness of the absorption layer and / or the dielectric layer shows that the interface between these two layers shows an electric field of almost zero at the first incident electromagnetic wave length and a large electric field at the second incident electromagnetic wave length. Designed and / or manufactured as such. The second incident electromagnetic wave length is not equal to the first incident electromagnetic wave length.

界面でのほぼゼロの電界は、そこを透過する高いパーセンテージの第1の入射電磁波長を産出する一方、大きな電界は界面に吸収される高いパーセンテージの第2の入射電磁波長を産出するということが理解されるべきである。これにより、多層構造は、たとえば400nm未満、300nm未満または200nm未満の狭い反射帯域といった狭い帯域の電磁放射を反射する。さらに、当該狭い反射帯域は、たとえば0°と45°との間の角度、0°と60°との間の角度および/または0°と90°との間の角度といった異なる角度から見た際、その中心波長のシフトが非常に低い。 A nearly zero electric field at an interface produces a high percentage of the first incident electromagnetic wave length transmitted through it, while a large electric field produces a high percentage of the second incident electromagnetic wave length absorbed by the interface. Should be understood. Thereby, the multilayer structure reflects electromagnetic radiation in a narrow band such as a narrow reflection band of less than 400 nm, less than 300 nm or less than 200 nm. Moreover, the narrow reflection band is viewed from different angles, for example, between 0 ° and 45 °, between 0 ° and 60 ° and / or between 0 ° and 90 °. , Its central wavelength shift is very low.

コア層は、その複素屈折率が材料についての消衰係数よりもはるかに小さい屈折率を有するような材料から形成される。複素屈折率は式RI=n+ikによって示され、nはコア層材料の屈折率であり、kはコア層材料の消衰係数であり、iは−1の平方根である。この基準に該当する材料は、銀、アルミニウム、金、およびそれらの合金を含む。さらに、コア層の厚さは、いくつかの場合では10nmと500nmとの間であり得、他の場合では25nmと300nmとの間であり得、さらに他の場合では50nmと200nmとの間であり得る。 The core layer is formed from a material whose complex index of refraction is much smaller than the extinction coefficient for the material. The complex index of refraction is expressed by the equation RI 1 = n 1 + ik 1 , where n 1 is the index of refraction of the core layer material, k 1 is the extinction coefficient of the core layer material, and i is the square root of -1. Materials that meet this criterion include silver, aluminum, gold, and alloys thereof. Furthermore, the thickness of the core layer can be between 10 nm and 500 nm in some cases, between 25 nm and 300 nm in other cases, and between 50 nm and 200 nm in other cases. possible.

誘電体層は、狭い反射帯域の中心波長のクォーターウェーブの2倍(2QW)以下の厚さを有する。QWは以下の式で定義される。 The dielectric layer has a thickness of no more than twice (2QW) the quarter wave of the central wavelength of the narrow reflection band. QW is defined by the following formula.

QW=λ/(4・n)
ここでλは反射されるべき所望の波長で、nは誘電体層の屈折率である。さらに、誘電体層は酸化チタン(たとえば、TiO)、フッ化マグネシウム(たとえば、MgF)、硫化亜鉛(たとえば、ZnS)、酸化ハフニウム(たとえば、HfO)、酸化ニオブ(たとえば、Nb)、酸化タンタル(たとえば、Ta)、酸化ケイ素(たとえば、SiO)、およびそれらの組合せから形成され得る。
QW = λ / (4 ・ n)
Where λ is the desired wavelength to be reflected and n is the index of refraction of the dielectric layer. In addition, the dielectric layer comprises titanium oxide (eg, TiO 2 ), magnesium fluoride (eg, MgF 2 ), zinc sulfide (eg, ZnS), hafnium oxide (eg, HfO 2 ), niobium oxide (eg, Nb 2 O). 5 ), tantalum oxide (eg, Ta 2 O 5 ), silicon oxide (eg, SiO 2 ), and combinations thereof.

吸収層に関して、当該材料についての消衰係数と概して等しい屈折率を有する材料が用いられる。この基準を満たす材料は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄、および/またはそれらの合金もしくは組合せを含む。いくつかの場合では、吸収層の厚さは5nmと50nmとの間であり、他の場合では、厚さは5nmと20nmとの間である。 For the absorbent layer, a material having a refractive index generally equal to the extinction coefficient for the material is used. Materials that meet this criterion include chromium, tantalum, tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, niobium, cobalt, silicon, germanium, nickel, palladium, vanadium, iron oxide, and / or alloys or combinations thereof. In some cases, the thickness of the absorbent layer is between 5 nm and 50 nm, in other cases the thickness is between 5 nm and 20 nm.

薄膜構造に亘る電界と所望厚さの誘電体層とに関して、理論に束縛されずに、図1は、屈折率nを有する基板またはコア層2上における、合計の厚み「D」と、増加厚さ「d」と、屈折率「n」とを有する誘電体層4の概略的な図である。入射光は、表面に垂直な線6に対してある角度θで誘電体層4の外面5に当たり、同じ角度で外面5から反射する。入射光は、外面5を通って誘電体層4の中に線6に対して角度θで透過し、図に示されるような角度θで基板層2の表面3に当たる。 Field with the desired thickness over the thin film structure with respect to the dielectric layer, without being bound by theory, FIG. 1, on the substrate or core layer 2 having a refractive index n s, and the total thickness "D", increased It is a schematic diagram of the dielectric layer 4 having a thickness "d" and a refractive index "n". The incident light hits the outer surface 5 of the dielectric layer 4 at a certain angle θ with respect to the line 6 perpendicular to the surface, and is reflected from the outer surface 5 at the same angle. The incident light passes through the outer surface 5 and is transmitted through the dielectric layer 4 into the dielectric layer 4 at an angle θ F with respect to the line 6 and hits the surface 3 of the substrate layer 2 at an angle θ s as shown in the figure.

単一の誘電体層の場合、θ=θであり、電界(E)は、z=dのときにE(z)として表され得る。マクスウェルの方程式から、電界はs偏光について以下のように表され得る。 In the case of a single dielectric layer, θ s = θ F , and the electric field (E) can be represented as E (z) when z = d. From Maxwell's equations, the electric field can be expressed as follows for s-polarized light.

p偏光については以下のように表され得る。 The p-polarized light can be expressed as follows.

式中k=2π/λであり、λは反射されるべき所望の波長である。またα=nsinθであり、式中「s」は図1における基板に対応する。したがって、s偏光については In the equation, k = 2π / λ, where λ is the desired wavelength to be reflected. Further, α = n s sin θ s , and “s” in the equation corresponds to the substrate in FIG. Therefore, regarding s polarization

であり、p偏光については And about p-polarized light

である。
誘電体層4のZ方向に沿った電界の変動は未知のパラメータu(z)およびv(z)の計算によって推定され得るということが理解される。その場合、
Is.
It is understood that the fluctuation of the electric field along the Z direction of the dielectric layer 4 can be estimated by the calculation of unknown parameters u (z) and v (z). In that case,

が示され得る。境界条件u|z=0=1,v|z=0=qと、
s偏光について、q=ncosθ(6)
p偏光について、q=n/cosθ(7)
s偏光について、q=ncosθ(8)
p偏光について、q=n/cosθ(9)
φ=k・n・d cos(θ) (10)
という関係とを用いて、u(z)およびv(z)は以下のように表され得る。
Can be shown. Boundary condition u | z = 0 = 1, v | z = 0 = q s ,
For s polarization, q s = n s cos θ s (6)
For p-polarized light, q s = n s / cos θ s (7)
For s polarization, q = ncosθ F (8)
For p-polarized light, q = n / cosθ F (9)
φ = k · n · d cos (θ F ) (10)
U (z) and v (z) can be expressed as follows by using the relation.

および and

したがって、φ=k・n・d cos(θ)でs偏光については、 Therefore, for s polarization with φ = k · n · d cos (θ F ),

であって、p分極については And about p polarization

であり、式中 And during the ceremony

である。したがって、θ=0または垂直入射、φ=k・n・d、およびα=0といった単純な状態の場合、 Is. Therefore, in the case of simple states such as θ F = 0 or vertical incident, φ = k · n · d, and α = 0,

これにより、電界がゼロの際に、解かれるべき厚さ「d」が得られる。
本発明の多層構造は、コア層の対向する側上に誘電体層の対と、誘電体層の外面に亘って延在する吸収層の対とを有する中央コア層を有する5層構造を含み得る。誘電体層の別の対が2つの吸収層の外面に亘って延在する7層多層構造が含まれる。上記の最初の5層構造がコア層の対向する表面と誘電体層との間を延在する吸収層の対を含む異なる7層構造が含まれる。さらに、上記の7層構造に対して、吸収層のさらに別の対がコア層の対向する表面と誘電体層との間を延在する9層多層構造が含まれる。
As a result, when the electric field is zero, the thickness "d" to be solved is obtained.
The multilayer structure of the present invention includes a five-layer structure having a central core layer having a pair of dielectric layers on opposite sides of the core layer and a pair of absorbing layers extending over the outer surface of the dielectric layer. obtain. It includes a seven-layer multilayer structure in which another pair of dielectric layers extends over the outer surfaces of the two absorbing layers. The first five-layer structure described above includes different seven-layer structures including a pair of absorption layers extending between the opposing surfaces of the core layer and the dielectric layer. Further, with respect to the above 7-layer structure, a 9-layer multilayer structure in which yet another pair of absorption layers extends between the opposing surface of the core layer and the dielectric layer is included.

ここで図2を参照して、高クロマ全方向構造色多層構造の実施例が参照番号10にて概略的に示される。多層構造10は、コアまたは反射層100を有しており、反射層100の外面102に亘って誘電体層110が延在している。さらに吸収層120が、誘電体層110に亘ってそれらの間に界面112を挟んで延在する。図2に示されるように、入射光が多層構造10に送られて多層構造10に当たる。反射光が多層構造10から反射される。 Here, with reference to FIG. 2, an example of a high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is schematically shown by reference numeral 10. The multilayer structure 10 has a core or a reflective layer 100, and the dielectric layer 110 extends over the outer surface 102 of the reflective layer 100. Further, the absorption layer 120 extends over the dielectric layer 110 with an interface 112 sandwiched between them. As shown in FIG. 2, incident light is sent to the multilayer structure 10 and hits the multilayer structure 10. The reflected light is reflected from the multilayer structure 10.

図3を参照して、特定の実施例が図3(a)に示される。当該実施例では、コア層100はアルミニウムから形成され、誘電体層110はZnSから形成され、吸収層120はクロムから形成される。図3(b)は、アルミニウムコア層100、ZnS誘電体層110、およびクロム吸収層120についての屈折率を示すグラフを提供する。さらに図3(b)には、誘電体層110(60nm)および吸収層120(5nm)の厚さも示される。 A particular embodiment is shown in FIG. 3 (a) with reference to FIG. In this embodiment, the core layer 100 is made of aluminum, the dielectric layer 110 is made of ZnS, and the absorption layer 120 is made of chromium. FIG. 3B provides a graph showing the refractive indexes of the aluminum core layer 100, the ZnS dielectric layer 110, and the chromium absorbing layer 120. Further, FIG. 3B also shows the thickness of the dielectric layer 110 (60 nm) and the absorption layer 120 (5 nm).

図3(c)および図3(d)は、図3(a)に示される多層構造の厚さの関数として、電界(|E|(単位は%))のグラフ図を提供する。図3(c)および図3(d)に示されるように、波長が650nmのとき、相対的に大きな電界がZnS誘電体層とクロム吸収層との間の界面に存在する。対照的に、入射波長が400nmのとき、電界はZnS誘電体層とクロム吸収層との間の界面でほぼゼロである。本開示の目的のために、「ほぼゼロ」という文言は、いくつかの場合では25%|E|未満であると規定され、他の場合では10%|E|であると規定され、さらに他の場合では5%未満であると規定される。 3 (c) and 3 (d) provide a graph of an electric field (| E | 2 (unit:%)) as a function of the thickness of the multilayer structure shown in FIG. 3 (a). As shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), when the wavelength is 650 nm, a relatively large electric field exists at the interface between the ZnS dielectric layer and the chromium absorbing layer. In contrast, when the incident wavelength is 400 nm, the electric field is almost zero at the interface between the ZnS dielectric layer and the chromium absorbing layer. For the purposes of this disclosure, the phrase "nearly zero" is defined as less than 25% | E | 2 in some cases and 10% | E | 2 in other cases. In yet other cases it is defined as less than 5%.

図3(c)および図3(d)に示されるグラフ図から、400nm領域内の波長は界面112を透過する一方、650nm領域内の波長は界面112にて吸収されるということが理解される。したがって、400nm範囲における電磁放射が界面112を透過し、ZnS誘電体層110を透過し、コア層100から反射し、反射された電磁放射がその後誘電体層110、界面112、および吸収層120を透過することにより、狭い帯域の反射
された電磁放射が多層構造10によって作り出される。これにより、狭い帯域の反射光が提供され、したがって構造色を産出する。
From the graphs shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), it is understood that the wavelength in the 400 nm region passes through the interface 112, while the wavelength in the 650 nm region is absorbed at the interface 112. .. Therefore, electromagnetic radiation in the 400 nm range passes through the interface 112, through the ZnS dielectric layer 110, is reflected from the core layer 100, and the reflected electromagnetic radiation then passes through the dielectric layer 110, the interface 112, and the absorption layer 120. By transmitting, a narrow band of reflected electromagnetic radiation is created by the multilayer structure 10. This provides a narrow band of reflected light and thus produces a structural color.

多層構造10の全方向の作用に関して、誘電体層110の厚さは、反射光の第1の高調波のみが提供されるように設計または設定される。特に図4を参照して、図4(a)は、0°および45°から見た際の多層構造10の反射特性を示す。誘電体層110は、67nmに等しい、所望の400nmの波長の1.5QWの厚さを有する。ZnS誘電体材料の屈折率nは以下のように与えられる。 With respect to the omnidirectional action of the multilayer structure 10, the thickness of the dielectric layer 110 is designed or set so that only the first harmonic of the reflected light is provided. In particular, with reference to FIG. 4, FIG. 4 (a) shows the reflection characteristics of the multilayer structure 10 when viewed from 0 ° and 45 °. The dielectric layer 110 has a thickness of 1.5 QW with a desired wavelength of 400 nm, which is equal to 67 nm. The refractive index n of the ZnS dielectric material is given as follows.

n≒2.2
図4(a)に示されるように、かつ図4(b)〜図4(d)とは異なるように、反射された狭い帯域の電磁放射の第1の高調波のみが提供される。詳細には、誘電体層厚さが2QWより大きい場合、第2の高調波、第3の高調波、および第4の高調波が存在することになる。したがって、誘電体層110の厚さは、全方向構造色を提供するために重要である。
n ≒ 2.2
As shown in FIG. 4 (a) and different from FIGS. 4 (b) to 4 (d), only the first harmonic of the reflected narrow band of electromagnetic radiation is provided. Specifically, if the dielectric layer thickness is greater than 2QW, there will be a second harmonic, a third harmonic, and a fourth harmonic. Therefore, the thickness of the dielectric layer 110 is important to provide omnidirectional structural color.

ここで図5を参照して、CIELAB色空間を使用するa*b*カラーマップを使用して、多層構造についての色特性の比較が検討され得る。CIELAB色空間は、非線形に圧縮されたCIE空間のXYZ色空間座標に基づく、明度について次元L*かつ反対色次元についてa*およびb*である反対色空間であるということが理解される。a*軸はb*軸に垂直であり、色度面を形成する。L*軸は色度面に垂直である。a*軸およびb*軸と組み合わされたL*軸は、純度、色相および明るさのような対象の色属性を完全に表す。専門的でない文言を用いると、非常にカラフルな刺激(色)は、人間の目には鮮やかかつ強烈に見えるが、あまりカラフルでない刺激はグレーにより近いくすんだように見える。「カラフルさ」が全くなければ、色は「中性の」グレーであり、カラフルさがない画像は典型的に、グレイスケールの画像またはグレイスケール画像と称される。さらに、カラフルさ(クロマまたは彩度としても公知である)、明度(明るさとしても公知である)、および色相の3つの属性で、色が示され得る。 Here, with reference to FIG. 5, a comparison of color characteristics for a multilayer structure can be considered using an a * b * color map that uses the CIELAB color space. It is understood that the CIELAB color space is an opposite color space with dimensions L * for lightness and a * and b * for opposite color dimensions, based on the XYZ color space coordinates of the non-linearly compressed CIE space. The a * axis is perpendicular to the b * axis and forms a chromaticity plane. The L * axis is perpendicular to the chromaticity plane. The L * axis combined with the a * and b * axes perfectly represents the color attributes of interest such as purity, hue and brightness. Using non-professional language, very colorful stimuli (colors) appear bright and intense to the human eye, while less colorful stimuli appear dull, closer to gray. If there is no "colorfulness", the color is "neutral" gray, and an image without colorfulness is typically referred to as a grayscale image or grayscale image. In addition, color can be indicated by three attributes: colorfulness (also known as chroma or saturation), lightness (also known as brightness), and hue.

図5に示されるカラーマップは、(b*/a*)の逆タンジェント=280に等しい色相のターゲットとされる色エリアを有する。この図に示される線は、0°から80°の間から見た場合の色の変化に対応する。さらに、これらの線は、1.67QWおよび3QWの誘電体層厚さにそれぞれ関連付けられる第1および第2の高調波に対応する。図に示されるように、第1の高調波および1.67QWの誘電体層厚さに対応する線は、色相のより低い角度のシフトに対応しており、したがってより大きな多層構造の所望の全方向の作用に対応している。 The color map shown in FIG. 5 has a targeted color area of hue equal to (b * / a *) inverse tangent = 280. The lines shown in this figure correspond to the change in color when viewed from between 0 ° and 80 °. In addition, these lines correspond to the first and second harmonics associated with the dielectric layer thicknesses of 1.67QW and 3QW, respectively. As shown in the figure, the lines corresponding to the first harmonic and the dielectric layer thickness of 1.67 QW correspond to the lower angular shifts in hue and thus the desired total of larger multilayer structures. Corresponds to the action of direction.

図6を参照して、図6(a)は、誘電体層110および吸収層120についての吸収対入射電磁放射波長のグラフ図を提供する。この図に示されるように、吸収層120は、約400nmの入射波長では吸収率が非常に低く、600nm〜700nmの範囲の入射波長に対しては吸収が非常に高い。さらに、400nmから600〜700nmの範囲の間では吸収において相対的に急な増加が存在する。これにより、コア層100に反射されることになる誘電体層110を透過する光の波長の著しい遮断が提供される。この著しい遮断は、図6(b)に示されるグラフ図に対応する。図6(b)に示されるグラフ図において、狭い帯域の電磁放射は、400nmの範囲において反射される。図6(b)はさらに、0°および45°から見た場合の当該反射された帯域の電磁放射の中心波長(400nm)におけるシフトが非常に低いことを示す。狭い帯域の反射された電磁放射は、最大反射率点/波長と比較して50%の反射率にて測定された位置において200nm未満の幅を有するということが理解される。さらに、狭い反射された帯域は、400nmの波長について最大反射率の75%にて測定された際に、100nm未満の幅を有する。 With reference to FIG. 6, FIG. 6A provides a graph of absorption-to-incident electromagnetic radiation wavelengths for the dielectric layer 110 and the absorption layer 120. As shown in this figure, the absorption layer 120 has a very low absorption rate at an incident wavelength of about 400 nm and a very high absorption at an incident wavelength in the range of 600 nm to 700 nm. Moreover, there is a relatively sharp increase in absorption between 400 nm and 600-700 nm. This provides significant wavelength blocking of light passing through the dielectric layer 110 that will be reflected by the core layer 100. This significant blockage corresponds to the graph shown in FIG. 6 (b). In the graph shown in FIG. 6B, the narrow band electromagnetic radiation is reflected in the 400 nm range. FIG. 6 (b) further shows that the shift at the center wavelength (400 nm) of the electromagnetic radiation in the reflected band when viewed from 0 ° and 45 ° is very low. It is understood that the reflected electromagnetic radiation in the narrow band has a width of less than 200 nm at the position measured at 50% reflectance relative to the maximum reflectance point / wavelength. In addition, the narrow reflected band has a width of less than 100 nm when measured at 75% of maximum reflectance for wavelengths of 400 nm.

多層構造の色相およびクロマに関して、図6(c)は、入射視角の関数として色相およびクロマにおける非常に小さい変化を示す。さらに、クロマは0°と45°との間のすべての角度について58と60との間で維持される。 With respect to multi-layered hue and chroma, FIG. 6 (c) shows very small changes in hue and chroma as a function of incident viewing angle. In addition, chroma is maintained between 58 and 60 for all angles between 0 ° and 45 °.

ここで図7に移って、本発明の別の実施例が図7(a)に参照番号20で示される。多層構造20は、吸収層120の外面に亘って延在する第2の誘電体層130を有する。図7(b)は構造20のさまざまな層について屈折率のグラフ図を提供し、図7(c)は入射波長が420nmである場合における構造20に沿った厚さの関数として電界を示す。最後に、図7(d)は、入射波長が560nmである場合における多層構造20に亘る厚さの関数として、電界のグラフ図を提供する。図7(c)および図7(d)に示されるように、波長が420nmである場合について電界はほぼ0であるが、波長が560nmである場合については相対的に大きいまたは高い。そのため、全方向の狭い帯域の反射された電磁放射が多層構造20によって提供される。 Here, moving to FIG. 7, another embodiment of the present invention is shown in FIG. 7A with reference number 20. The multilayer structure 20 has a second dielectric layer 130 extending over the outer surface of the absorption layer 120. FIG. 7 (b) provides a graph of the index of refraction for the various layers of structure 20, and FIG. 7 (c) shows the electric field as a function of thickness along structure 20 when the incident wavelength is 420 nm. Finally, FIG. 7 (d) provides a graph of the electric field as a function of the thickness over the multilayer structure 20 when the incident wavelength is 560 nm. As shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d), the electric field is almost 0 when the wavelength is 420 nm, but is relatively large or high when the wavelength is 560 nm. Therefore, the reflected electromagnetic radiation in a narrow band in all directions is provided by the multilayer structure 20.

図8を参照して、図8(a)は、0°および45°から見た際の、図9(a)に示される構造からの電磁放射の反射された帯域の中心波長(400nm)のシフトのグラフ図を提供する。誘電体層110および吸収層120についての吸収対入射電磁放射波長が図8(b)に示され、視角の関数として色相およびクロマが図8(c)に示される。 With reference to FIG. 8, FIG. 8 (a) shows the central wavelength (400 nm) of the reflected band of electromagnetic radiation from the structure shown in FIG. 9 (a) when viewed from 0 ° and 45 °. A graph of shifts is provided. The absorption-to-incident electromagnetic radiation wavelengths for the dielectric layer 110 and the absorption layer 120 are shown in FIG. 8 (b), and the hue and chroma are shown in FIG. 8 (c) as a function of the viewing angle.

ここで図9を参照して、2つの多層構造の概略的な図が参照番号12および22で示される。図9(a)に示される多層構造12は、コア層100の対向する側上に別の誘電体層110aおよび吸収層120aが存在することを除いて、上で論じた実施例10と本質的に同一である。さらに、図9(b)に示される多層構造22は、コア層100の対向する側上の別の誘電体層110a、吸収層120a、および誘電体層130aを除いて、上で論じた多層構造20と本質的に同じである。このように、コア層100は多層構造によってカバーされる両方の外面を有する。 Here, with reference to FIG. 9, schematic views of the two multilayer structures are shown with reference numbers 12 and 22. The multilayer structure 12 shown in FIG. 9A is essentially the same as that of Example 10 discussed above, except that another dielectric layer 110a and an absorption layer 120a are present on opposite sides of the core layer 100. Is the same as. Further, the multilayer structure 22 shown in FIG. 9B is a multilayer structure discussed above, except for another dielectric layer 110a, an absorbing layer 120a, and a dielectric layer 130a on opposite sides of the core layer 100. It is essentially the same as 20. Thus, the core layer 100 has both outer surfaces covered by the multilayer structure.

図9(c)に示されるグラフプロットを参照して、アルミニウムコア層(Alコア)のみ、アルミニウムコア層+ZnS誘電体層(Alコア+ZnS)、5層アルミコア+ZnS+クロム構造(実施例12に示されるようなAlコア+ZnS+Cr(5L))、および実施例22に示されるような7層アルミコア+ZnS+クロム+ZnS構造(Alコア+ZnS+Cr+ZnS(7L))について反射率対入射電磁放射波長が示される。この図に示されるように、誘電体層の対と吸収層とを間に挟んだ7層構造22によって、他の構造と比較してより狭くかつ良好に規定された反射帯域の電磁放射が提供される。 With reference to the graph plot shown in FIG. 9 (c), only the aluminum core layer (Al core), the aluminum core layer + ZnS dielectric layer (Al core + ZnS), and the five-layer aluminum core + ZnS + chromium structure (shown in Example 12). The reflectance vs. incident electromagnetic radiation wavelength is shown for such an Al core + ZnS + Cr (5L)) and a 7-layer aluminum core + ZnS + chromium + ZnS structure (Al core + ZnS + Cr + ZnS (7L)) as shown in Example 22. As shown in this figure, the seven-layer structure 22 with a pair of dielectric layers and an absorption layer in between provides electromagnetic radiation in a narrower and better defined reflection band compared to other structures. Will be done.

図10は、第2の高調波を産出する誘電体厚さを有する5層構造と、第1の高調波のみ産出する誘電体厚さを有する5層構造と、第1の高調波のみ産出する誘電体層厚さを有する7層構造とについてのa*b*カラーマップを提供する。図においてターゲット色エリアを示す点線の円によって示されるように、他の構造を示す線と比較すると、線は7層構造に対応しており、第1の高調波が色相の低い角度シフトに対応する。 FIG. 10 shows a five-layer structure having a dielectric thickness that produces a second harmonic, a five-layer structure having a dielectric thickness that produces only the first harmonic, and only the first harmonic. An a * b * color map for a 7-layer structure with a dielectric layer thickness is provided. Compared to the lines showing other structures, the lines correspond to a 7-layer structure and the first harmonic corresponds to a low hue angle shift, as shown by the dotted circles showing the target color area in the figure. To do.

現状技術の層構造と、光学的厚さが3QWより大きい(以下「5層>3QW」と称する)誘電体層を有する2つの5層構造と、本発明の実施例に従って作り出されたまたはシミュレートされた光学的厚さが2QW未満(以下「7層<2QW構造」と称する)である少なくとも1つの誘電体層を有する7層構造との比較が、図11におけるa*b*カラーマップ上に示される。図に示されるように、現状技術の構造および5層>3QW構造は、本願明細書において開示される7層<2QW構造によって、大幅に改善されている。特にクロマ( Created or simulated according to an embodiment of the present invention, with a layered structure of the present technology and two five-layered structures having a dielectric layer having an optical thickness greater than 3QW (hereinafter referred to as "5 layers> 3QW"). A comparison with a 7-layer structure having at least one dielectric layer having an optical thickness of less than 2QW (hereinafter referred to as "7 layers <2QW structure") is shown on the a * b * color map in FIG. Shown. As shown in the figure, the structure of the present technology and the 5-layer> 3QW structure are significantly improved by the 7-layer <2QW structure disclosed in the present specification. Especially chroma (

)は、5層>3QW構造についてよりも7層<2QW構造についてのほうが大きい。さらに、色調シフト(Δθ)は、5層>3QW構造(Δθ)と比較して、7層<2QW構造(Δθ)が約半分である。 ) Is larger for the 7-layer <2QW structure than for the 5-layer> 3QW structure. Further, the color shift (Δθ) is about half that of the 7-layer <2QW structure (Δθ 1 ) as compared with the 5-layer> 3QW structure (Δθ 2 ).

以下の表1は、5層>3QW構造および7層<2QW構造についての数値データを示す。クロマ(C*)における1または2ポイントの増加は、2ポイントの増加が人間の目にも視覚的に認識可能であるので、有意増加であるということを当業者が認識するということが理解される。したがって、7層<2QW構造によって示された6.02ポイントの増加(16.1%の増加)は特別である。さらに、7層<2QW構造(15°)についての色調シフトは、5層>3QW構造(29°)の色調シフトの約半分である。したがって当該2つの構造の間にほぼ等しい明度(L*)が与えられると、7層<2QW構造は、先行技術の構造と比較して色特性において有意かつ予期しない増加を提供する。 Table 1 below shows the numerical data for the 5 layer> 3QW structure and the 7 layer <2QW structure. It is understood that those skilled in the art will recognize that an increase of 1 or 2 points in chroma (C *) is a significant increase because the increase of 2 points is visually recognizable to the human eye. To. Therefore, the 6.02 point increase (16.1% increase) exhibited by the 7-layer <2QW structure is special. Further, the color shift for the 7-layer <2QW structure (15 °) is about half the color shift for the 5-layer> 3QW structure (29 °). Thus, given approximately equal lightness (L *) between the two structures, the 7-layer <2QW structure provides a significant and unexpected increase in color characteristics compared to prior art structures.

高クロマ全方向構造色多層構造の別の実施例が、図12(a)において参照番号14で概略的に示される。多層構造14は、反射層100と誘電体層110および110aとの間のそれぞれの付加的な吸収層105および吸収層105aを除いて、実施例10に類似する。図12(b)において参照番号24にて別の実施例が示される。当該実施例は、反射層またはコア層100と誘電体層110,110aとの間にそれぞれ吸収層105,105aを追加したことを除いて実施例20に類似している。 Another embodiment of the high chroma omnidirectional structural color multilayer structure is schematically shown by reference number 14 in FIG. 12 (a). The multilayer structure 14 is similar to Example 10 except for the additional absorption layer 105 and absorption layer 105a between the reflection layer 100 and the dielectric layers 110 and 110a, respectively. Another embodiment is shown by reference numeral 24 in FIG. 12 (b). This example is similar to Example 20 except that absorption layers 105 and 105a are added between the reflective layer or core layer 100 and the dielectric layers 110 and 110a, respectively.

このような多層構造からの顔料は、犠牲層を有し、当業者に公知である任意の種類の堆積方法またはプロセスを用いて堆積された材料のその後の層を有するウェブ上のコーティングとして製造され得る。上記の堆積方法またはプロセスには、電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学蒸着、ゾルゲル処理、およびレイヤ・バイ・レイヤ処理などが含まれる。多層構造が犠牲層上に堆積されると、20ミクロンのオーダの表面寸法と、0.3〜1.5ミクロンのオーダの厚み寸法とを有する自立フレークが、犠牲層を取り除き残存する多層構造を研削してフレークにすることによって得られ得る。フレークが得られると、当該フレークは結合剤、添加剤、およびベースコート樹脂といった高分子材料と混合される。これにより全方向構造色ペイントが調製される。 Pigments from such multi-layer structures are manufactured as coatings on the web that have a sacrificial layer and a subsequent layer of material deposited using any type of deposition method or process known to those of skill in the art. obtain. The deposition methods or processes described above include electron beam deposition, sputtering, chemical vapor deposition, sol-gel treatment, and layer-by-layer treatment. When the multi-layer structure is deposited on the sacrificial layer, free-standing flakes with a surface dimension of 20 micron order and a thickness dimension of 0.3-1.5 micron order leave the multi-layer structure with the sacrificial layer removed. It can be obtained by grinding into flakes. Once flakes are obtained, the flakes are mixed with polymeric materials such as binders, additives and basecoat resins. This prepares an omnidirectional structural color paint.

全方向構造色ペイントは、色調シフトが30°未満であって変色が最小である。このような最小の色調シフトは、人間の目に全方向的に見えるものであるよう理解されるべきである。色相の鮮明度は、tan−1(b*/a*)であり、式中、a*およびb*はlab色系における色座標である。 The omnidirectional structural color paint has a color shift of less than 30 ° and minimal discoloration. Such a minimal tonal shift should be understood to be omnidirectional to the human eye. The sharpness of the hue is tan -1 (b * / a *), and in the equation, a * and b * are the color coordinates in the rab color system.

まとめると、全方向構造色顔料は、反射層またはコア層と、1つまたは2つの誘電体層
と、1つまたは2つの吸収層とを有しており、コントロールの波長が可視スペクトルにおいてピーク反射率にて目標波長によって決定される場合、誘電体層の少なくとも1つは典型的な幅が0.1QWより大きいが2QW以下である。さらに、ピーク反射率は、第1の高調波反射率ピークについてである。いくつかの場合では、1つ以上の誘電体層の幅は、0.5QWより大きく2QW未満である。他の場合では、1つ以上の誘電体層の幅は、0.5QWより大きく1.8QW未満である。
In summary, omnidirectional structural color pigments have a reflective layer or core layer, one or two dielectric layers, and one or two absorbing layers, where the wavelength of the control is peak reflection in the visible spectrum. At least one of the dielectric layers typically has a width greater than 0.1 QW but less than 2 QW, as determined by the rate by the target wavelength. Further, the peak reflectance is for the first harmonic reflectance peak. In some cases, the width of one or more dielectric layers is greater than 0.5 QW and less than 2 QW. In other cases, the width of one or more dielectric layers is greater than 0.5 QW and less than 1.8 QW.

上記の例および実施例は、単に例示的な目的であって、変更および修正などは当業者には明白であり、それらは本発明の範囲内に該当する。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義される。 The above examples and examples are for illustrative purposes only, changes and modifications will be apparent to those skilled in the art, and they fall within the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is defined by the claims.

Claims (11)

多層スタックを含み、前記多層スタックは
50nmと200nmとの間の厚さを有するコア層と、
前記コア層に亘って延在する誘電体層と、
界面を間に挟んで前記誘電体層に亘って延在し、かつ、5nmと20nmとの間の厚さを有する吸収層とを有し、
前記誘電体層と前記吸収層との間の前記界面は、電界Eの絶対値の2乗を|E| %とするとき、第1の入射電磁波長にて25%|E| 未満であり、第2の入射電磁波長にて相対的に大きな|E| を有し、前記第2の入射電磁波長は前記第1の入射電磁波長とは等しくなく、
前記多層スタックは、高クロマ全方向構造色をもたらす0°と45°との間の角度から見た際、可視スペクトルにおいて200nm未満の半値全幅(FWHM)の幅を有する単一の狭い反射帯域と、30°未満の色調シフトを有する最小の色変化とを有し、
前記誘電体層は、前記狭い反射帯域の中心波長の2・クォーターウェーブ(QW)以下の厚さを有し、
前記コア層は、銀、銅、アルミニウム、金およびそれらの合金からなる群から選択される材料から形成され、
前記誘電体層は、TiO 、MgF 、ZnS、HfO 、Nb 、Ta 、およびそれらの組合せの少なくとも1つを含み、
前記吸収層は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、窒化チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、バナジウム、酸化鉄およびそれらの合金の少なくとも1つから選択される材料から形成される、
高クロマ全方向構造色多層構造。
Including a multi-layer stack, the multi-layer stack
A core layer with a thickness between 50 nm and 200 nm ,
A dielectric layer extending over the core layer and
In between the interface extend over the dielectric layer and having an absorption layer having a thickness between 5nm and 20 nm,
The interface between the dielectric layer and the absorption layer is less than 25% | E | 2 at the first incident electromagnetic wave length , where the square of the absolute value of the electric field E is | E | 2 %. Yes , the second incident electromagnetic wave length has a relatively large | E | 2 , and the second incident electromagnetic wave length is not equal to the first incident electromagnetic wave length.
The multi-layer stack has a single narrow reflection band with a full width at half maximum (FWHM) width of less than 200 nm in the visible spectrum when viewed from an angle between 0 ° and 45 ° that results in high chroma omnidirectional structural color. With minimal color change with a color shift of less than 30 °,
The dielectric layer has a thickness of 2 quarter waves (QW) or less of the central wavelength of the narrow reflection band.
The core layer is formed from a material selected from the group consisting of silver, copper, aluminum, gold and alloys thereof.
The dielectric layer comprises at least one of TiO 2 , MgF 2 , ZnS, HfO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and a combination thereof.
The absorbent layer is formed from a material selected from at least one of chromium, tantalum, tungsten, molybdenum, titanium, titanium nitride, niobium, cobalt, silicon, germanium, nickel, palladium, vanadium, iron oxide and alloys thereof. Ru,
High chroma omnidirectional structure Color multilayer structure.
前記コア層は、式RI=n+ikによって示される複素屈折率を有し、n1<<kであり、式中RIは前記複素屈折率であり、nは前記コア層の屈折率であり、kは前記コア層の消衰係数であり、iは√−1である、請求項1に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The core layer has a complex index of refraction represented by the formula RI 1 = n 1 + ik 1 , n1 << k 1 , where RI 1 is the complex index of refraction and n 1 is of the core layer. The highly chroma omnidirectional structural color multilayer structure according to claim 1, wherein k 1 is the extinction coefficient of the core layer and i is √-1. 前記コア層は、銀、銅、アルミニウム、および金からなる群から選択される材料から形成される、請求項2に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The core layer, silver, copper, A aluminum, and is formed from a material selected from gold or Ranaru group, high chroma omnidirectional structural color multilayered structure of claim 2. 前記コア層は前記アルミニウムから形成される、請求項3に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The core layer is formed, et al or the aluminum, high chroma omnidirectional structural color multilayer structure of claim 3. 前記誘電体層は、TiO、MgF、ZnS、HfO、NbおよびTa 少なくとも1つを含む、請求項に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 It said dielectric layer, TiO 2, MgF 2, ZnS , HfO 2, Nb 2 O 5, and Ta 2 O comprises at least one of the 5, high chroma omnidirectional structural color multilayer structure of claim 4. 前記誘電体層はZnSである、請求項に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The high chroma omnidirectional structural color multilayer structure according to claim 5 , wherein the dielectric layer is ZnS. 前記吸収層は式RI=n+ikで示される複素屈折率を有し、n≒kであり、式中RIは前記複素屈折率であり、nは前記誘電体層の屈折率であり、kは前記吸収層の消衰係数である、請求項に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The absorption layer has a complex refractive index represented by the formula RI 2 = n 2 + ik 2 , n 2 ≈ k 2 , in which RI 2 is the complex refractive index, and n 2 is the dielectric layer of the dielectric layer. The high chroma omnidirectional structural color multilayer structure according to claim 6 , wherein k 2 is a refractive index and is an extinction coefficient of the absorption layer. 前記吸収層は、クロム、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、ニオブ、コバルト、ケイ素、ゲルマニウム、ニッケル、パラジウム、およびバナジウムの少なくとも1つから選択される材料から形成される、請求項に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The absorbing layer is, chromium, tantalum, tungsten, molybdenum, titanium, niobium, cobalt, silicon, germanium, nickel, is formed palladium, and from a material selected from at least one of vanadium, claim 7 High chroma omnidirectional structure color multilayer structure. 前記吸収層は、前記クロムから形成される、請求項に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The absorbent layer, the chromium or we formed, high chroma omnidirectional structural color multilayer structure of claim 8. 前記吸収層の外面に亘って延在する別の誘電体層をさらに含む、請求項に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The high chroma omnidirectional structural color multilayer structure according to claim 9 , further comprising another dielectric layer extending over the outer surface of the absorption layer. 前記コア層と前記誘電体層との間に別の吸収層をさらに含む、請求項10に記載の高クロマ全方向構造色多層構造。 The high chroma omnidirectional structural color multilayer structure according to claim 10 , further comprising another absorbing layer between the core layer and the dielectric layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10870740B2 (en) 2007-08-12 2020-12-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Non-color shifting multilayer structures and protective coatings thereon
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
CN106461834B (en) 2014-04-01 2021-01-15 丰田自动车工程及制造北美公司 Color-shifting free multilayer structure
DE102016100346A1 (en) * 2015-01-28 2016-07-28 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. RESISTANT HYBRID PIGMENTS OF AN OMNIDIRECTIONAL STRUCTURAL COLOR FOR EXTERNAL APPLICATIONS
DE102016110095A1 (en) * 2015-07-07 2017-01-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. OMNIDIRECTIONAL RED STRUCTURAL COLOR HIGH CHROMA WITH COMBINATION OF METAL ABSORBER AND DIELECTRIC ABSORBENT LAYERS
JP7162867B2 (en) * 2017-07-11 2022-10-31 東海光学株式会社 ND filter and its manufacturing method
US11011657B2 (en) * 2017-10-11 2021-05-18 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Colored solar panels and structures comprising the same
US11118062B2 (en) * 2017-12-06 2021-09-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. LiDAR reflecting dark colored pigments and vehicles comprising the same
KR102201578B1 (en) * 2017-12-15 2021-01-12 주식회사 엘지화학 Decoration element
WO2024054492A1 (en) * 2022-09-07 2024-03-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Three-layered structural color multilayer structures

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5569535A (en) * 1979-12-28 1996-10-29 Flex Products, Inc. High chroma multilayer interference platelets
ATE168713T1 (en) * 1994-02-21 1998-08-15 Basf Ag MULTIPLE COATED METALLIC GLOSS PIGMENTS
DE19515988A1 (en) * 1995-05-02 1996-11-07 Basf Ag Goniochromatic gloss pigments with a coating containing metal sulfide
GB9619781D0 (en) * 1996-09-23 1996-11-06 Secr Defence Multi layer interference coatings
EP0984043A1 (en) * 1998-08-31 2000-03-08 Sicpa Holding S.A. Optically variable pigments providing a colour shift between two distinct colours, coating composition comprising the same, method for producing the same and substrate coated with the coating composition
US6157489A (en) * 1998-11-24 2000-12-05 Flex Products, Inc. Color shifting thin film pigments
JP2002080749A (en) * 2000-06-29 2002-03-19 Nittetsu Mining Co Ltd Film-coated powder, coating composition and coated article
US6686042B1 (en) * 2000-09-22 2004-02-03 Flex Products, Inc. Optically variable pigments and foils with enhanced color shifting properties
US6569529B1 (en) * 2000-10-10 2003-05-27 Flex Product, Inc. Titanium-containing interference pigments and foils with color shifting properties
US6841238B2 (en) * 2002-04-05 2005-01-11 Flex Products, Inc. Chromatic diffractive pigments and foils
US6749936B2 (en) * 2001-12-20 2004-06-15 Flex Products, Inc. Achromatic multilayer diffractive pigments and foils
CN101164797B (en) * 2003-07-14 2012-07-18 Jds尤尼费斯公司 Security thread
CN101802678B (en) * 2007-09-17 2014-03-12 高通Mems科技公司 Semi-transparent/ transflective lighted interferometric devices

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