由金屬和電介質(zhì)層制成的紅色的全方向結(jié)構(gòu)色的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請是2013年6月8日提交的美國專利申請序列號13/913,402的部分繼續(xù) (CIP)，申請13/913, 402接著是2013年2月6日提交的美國專利申請序列號13/760, 699的 CIP，申請 13/760, 699 接著是 2012 年 8 月 10 日提交的 13/572,071 的 CIP，申請 13/572, 071 接著是2011年2月5日提交的美國專利申請序列號13/021，730的CIP，申請13/021，730接 著是2010年6月4日提交的申請12/793, 772的CIP，申請12/793, 772接著是2009年2月 18日提交的美國專利申請序列號12/388, 395的CIP，申請12/388, 395接著是2007年8月 12日提交的美國專利申請序列號11/837,529(美國專利7, 903, 339)的CIP。2011年2月 5日提交的美國專利申請序列號13/021，730也是2007年8月12日提交的11/837,529(美 國專利7, 903, 339)的CIP。2013年2月6日提交的美國專利申請序列號13/760, 699也是 2009年5月18日提交的12/467,656的CIP，上述所有申請的全文內(nèi)容通過引用被并入于 此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及全方向結(jié)構(gòu)色（omnidirectional structural color)，并且更具體地 涉及由具有吸收體層和電介質(zhì)層的多層疊層（multilayer stack)提供的紅色的全方向結(jié) 構(gòu)色。
【背景技術(shù)】
[0004] 用多層結(jié)構(gòu)制成的色料（pigment)是已知的。另外，呈現(xiàn)或提供高色度的全方向 結(jié)構(gòu)色的色料也是已知的。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的色料需要多達39個薄膜層以便獲得希望 的顏色特性。
[0005] 要領(lǐng)會的是，和薄膜多層色料的生產(chǎn)相關(guān)的成本與所需的層數(shù)成比例。因此，和使 用電介質(zhì)材料的多層疊層來進行的高色度全方向結(jié)構(gòu)色的生產(chǎn)相關(guān)的成本可能過高。所 以，需要最小數(shù)量的薄膜層的高色度全方向結(jié)構(gòu)色是合意的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 可提供紅色的全方向結(jié)構(gòu)色的多層疊層被提供。多層疊層包括反射體層、遍及 (across)反射體層延伸的電介質(zhì)層以及遍及電介質(zhì)層延伸的吸收體層。電介質(zhì)層結(jié)合反射 體層反射超過70%的具有大于550納米（nm)的波長的入射白光。另外，吸收體層吸收超過 70%的具有一般小于550nm的波長的入射白光。結(jié)合起來的話，反射體層、電介質(zhì)層和吸收 層形成這樣的全方向反射體：（1)其反射具有550nm至700nm之間的中心波長和小于200nm 寬的寬度的可見電磁輻射的窄帶（反射峰或帶）；(2)當(dāng)該全方向反射體被從0度和45度 之間的角度觀看時其具有小于IOOnm的色移（color shift)。在一些實例中，被反射的可見 電磁輻射的窄帶的寬度小于175nm，優(yōu)選為小于150nm，更優(yōu)選為小于125nm，并且再更優(yōu)選 為小于100nm。
[0007] 反射體層具有50nm至200nm之間的厚度并且由諸如鋁、銀、鉬、錫以及它們的合金 等金屬制成。
[0008] 在一些實例中，電介質(zhì)層具有0. 1至2. 0個希望的被反射的中心波長的四分之一 波（QW，quarter wave)的光學(xué)厚度。在其他實例中，電介質(zhì)層具有大于2.0個希望的被 反射的中心波長的QW的光學(xué)厚度。電介質(zhì)層還具有大于1. 6的折射率并包含諸如硫化鋅 (ZnS)、二氧化鈦（TiO2)、氧化鉿（HfO2)、氧化鈮（Nb 2O5)、氧化鉭（Ta2O5)、它們的組合等電介 質(zhì)材料。電介質(zhì)層也可以包含諸如氧化鐵（Fe 2O3)、氧化亞銅（Cu2O)、它們的組合等彩色的 電介質(zhì)材料。
[0009] 吸收層，在此也被稱為吸收體層，可以是或者可以不是彩色的或選擇性的吸收層。 例如，非彩色的或非選擇性的吸收體層可包括由鉻、銀、鉬等制成的層。在替代方案中，吸收 層可以是由銅、金、諸如青銅和黃銅的合金等制成的彩色的或選擇性的吸收體層。在另一替 代方案中，彩色的或選擇性的吸收體層包含諸如Fe 203、Cu20、它們的組合等彩色的電介質(zhì)材 料。
[0010] 要領(lǐng)會的是，選擇性吸收體層被選擇以吸收白光光譜內(nèi)所希望的范圍的波長并反 射另一希望的范圍的白光光譜。例如，選擇性吸收體層可被設(shè)計和制造為使得它吸收具有 與藍紫色、藍色、綠色、黃色相對應(yīng)的波長（例如，400nm至550nm)的電磁輻射并且還反射與 紅色（即，580至紅外（IR)的范圍）相對應(yīng)的電磁輻射。
[0011] 在一些實例中，多層疊層除了之前提到的電介質(zhì)層（即，第一電介質(zhì)層）外包括第 二電介質(zhì)層，第二電介質(zhì)層遍及吸收層延伸并與第一電介質(zhì)層關(guān)于吸收層相對地設(shè)置。另 外，提供了包含第二吸收層、第三電介質(zhì)層等的其他實施例。然而，在此公開的多層疊層的 總厚度小于2微米（μ m)，在一些實例中小于L 5 μ m，在其他實例中小于L 0 μ m，并且在另 一些實例中小于〇. 75 μ m。
【附圖說明】
[0012] 圖IA是在暴露于具有500nm波長的電磁輻射（EMR)的ZnS電介質(zhì)層內(nèi)的零或近 零電場點的示意圖；
[0013] 圖IB是當(dāng)暴露于具有300nm、400nm、500nm、600nm和700nm的波長的EMR時電場 的絕對值的平方（|E|2)對圖IA中所示的ZnS電介質(zhì)層的厚度的圖解；
[0014] 圖2是在襯底或反射體層上延伸并相對于電介質(zhì)層的外表面的法線方向成角度 Θ暴露于電磁福射的電介質(zhì)層的不意圖；
[0015] 圖3是具有Cr吸收體層的ZnS電介質(zhì)層的示意圖，其中所述Cr吸收體層位于ZnS 電介質(zhì)層內(nèi)的針對具有434nm波長的入射EMR的零或近零電場點處；
[0016] 圖4是針對暴露于白光的沒有Cr吸收體層的多層疊層（例如，圖1A)和有Cr吸 收體層的多層疊層（例如，圖3A)的反射率百分比對被反射的EMR波長的圖形表示；
[0017] 圖5A是由在Al吸收體層上延伸的ZnS電介質(zhì)層（例如，圖1A)呈現(xiàn)的一次諧波 和二次諧波的圖解；
[0018] 圖5B是針對具有遍及Al反射體層延伸的ZnS電介質(zhì)層外加位于ZnS電介質(zhì)層內(nèi) 的Cr吸收體層使得圖5A中所示的二次諧波被吸收的多層疊層的反射率百分比對被反射的 EMR波長的圖解；
[0019] 圖5C是針對具有遍及Al反射體層延伸的ZnS電介質(zhì)層外加位于ZnS電介質(zhì)層內(nèi) 的Cr吸收體層使得圖5A中所示的一次諧波被吸收的多層疊層的反射率百分比對反射的 EMR波長的圖解；
[0020] 圖6A是不出了針對以0和45度暴露于入射光的Cr吸收體層的電場角度相關(guān)性 的電場平方對電介質(zhì)層厚度的圖解；
[0021] 圖6B是當(dāng)相對于外表面的法線成0和45度（0°為垂直于表面）暴露于白光時 Cr吸收體層的吸收率百分比對被反射的EMR波長的圖解；
[0022] 圖7A是根據(jù)本發(fā)明實施例的紅色的全方向結(jié)構(gòu)色多層疊層的示意圖；
[0023] 圖7B是針對圖7A中所示的多層疊層以0和45°的入射角暴露于白光，圖7A中所 示的Cu吸收體層的吸收率百分比對被反射的EMR波長的圖解；
[0024] 圖8是針對以0°的入射角暴露于白光的概念紅色全方向結(jié)構(gòu)色多層疊層的證例 (proof)，用于反射率百分比對被反射的EMR波長的計算/仿真數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)之間的圖形 比較；
[0025] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的全方向結(jié)構(gòu)色多層疊層的示意圖；
[0026] 圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的全方向結(jié)構(gòu)色多層疊層的示意圖；
[0027] 圖11是根據(jù)本發(fā)明實施例的全方向結(jié)構(gòu)色多層疊層的示意圖；以及
[0028] 圖12是根據(jù)本發(fā)明實施例的全方向結(jié)構(gòu)色多層疊層的示意圖；
[0029] 圖13是具有根據(jù)本發(fā)明實施例的多層疊層結(jié)構(gòu)的薄片（flake)或色料的掃描電 子顯微鏡（SEM)圖像；
[0030] 圖14是圖13中所示的單個薄片的橫截面的SEM圖像；
[0031] 圖15A是使用根據(jù)本發(fā)明實施例設(shè)計和制造并具有圖15D中所示的顏色圖（color map)上的色調(diào)（hue)為36°的橙色的色料來涂繪的板的示意圖；
[0032] 圖15B是使用根據(jù)本發(fā)明實施例設(shè)計和制造并具有圖1?中所示的顏色圖上的色 調(diào)為26°的深紅色的色料來涂繪的板的示意圖；