由金属和电介质层制成的红色的全方向结构色的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是2013年6月8日提交的美国专利申请序列号13/913,402的部分继续 (CIP)，申请13/913, 402接着是2013年2月6日提交的美国专利申请序列号13/760, 699的 CIP，申请 13/760, 699 接着是 2012 年 8 月 10 日提交的 13/572,071 的 CIP，申请 13/572, 071 接着是2011年2月5日提交的美国专利申请序列号13/021，730的CIP，申请13/021，730接 着是2010年6月4日提交的申请12/793, 772的CIP，申请12/793, 772接着是2009年2月 18日提交的美国专利申请序列号12/388, 395的CIP，申请12/388, 395接着是2007年8月 12日提交的美国专利申请序列号11/837,529(美国专利7, 903, 339)的CIP。2011年2月 5日提交的美国专利申请序列号13/021，730也是2007年8月12日提交的11/837,529(美 国专利7, 903, 339)的CIP。2013年2月6日提交的美国专利申请序列号13/760, 699也是 2009年5月18日提交的12/467,656的CIP，上述所有申请的全文内容通过引用被并入于 此。
技术领域
[0003] 本发明涉及全方向结构色（omnidirectional structural color)，并且更具体地 涉及由具有吸收体层和电介质层的多层叠层（multilayer stack)提供的红色的全方向结 构色。
【背景技术】
[0004] 用多层结构制成的色料（pigment)是已知的。另外，呈现或提供高色度的全方向 结构色的色料也是已知的。然而，这种现有技术的色料需要多达39个薄膜层以便获得希望 的颜色特性。
[0005] 要领会的是，和薄膜多层色料的生产相关的成本与所需的层数成比例。因此，和使 用电介质材料的多层叠层来进行的高色度全方向结构色的生产相关的成本可能过高。所 以，需要最小数量的薄膜层的高色度全方向结构色是合意的。
【发明内容】
[0006] 可提供红色的全方向结构色的多层叠层被提供。多层叠层包括反射体层、遍及 (across)反射体层延伸的电介质层以及遍及电介质层延伸的吸收体层。电介质层结合反射 体层反射超过70%的具有大于550纳米（nm)的波长的入射白光。另外，吸收体层吸收超过 70%的具有一般小于550nm的波长的入射白光。结合起来的话，反射体层、电介质层和吸收 层形成这样的全方向反射体：（1)其反射具有550nm至700nm之间的中心波长和小于200nm 宽的宽度的可见电磁辐射的窄带（反射峰或带）；(2)当该全方向反射体被从0度和45度 之间的角度观看时其具有小于IOOnm的色移（color shift)。在一些实例中，被反射的可见 电磁辐射的窄带的宽度小于175nm，优选为小于150nm，更优选为小于125nm，并且再更优选 为小于100nm。
[0007] 反射体层具有50nm至200nm之间的厚度并且由诸如铝、银、钼、锡以及它们的合金 等金属制成。
[0008] 在一些实例中，电介质层具有0. 1至2. 0个希望的被反射的中心波长的四分之一 波（QW，quarter wave)的光学厚度。在其他实例中，电介质层具有大于2.0个希望的被 反射的中心波长的QW的光学厚度。电介质层还具有大于1. 6的折射率并包含诸如硫化锌 (ZnS)、二氧化钛（TiO2)、氧化铪（HfO2)、氧化铌（Nb 2O5)、氧化钽（Ta2O5)、它们的组合等电介 质材料。电介质层也可以包含诸如氧化铁（Fe 2O3)、氧化亚铜（Cu2O)、它们的组合等彩色的 电介质材料。
[0009] 吸收层，在此也被称为吸收体层，可以是或者可以不是彩色的或选择性的吸收层。 例如，非彩色的或非选择性的吸收体层可包括由铬、银、钼等制成的层。在替代方案中，吸收 层可以是由铜、金、诸如青铜和黄铜的合金等制成的彩色的或选择性的吸收体层。在另一替 代方案中，彩色的或选择性的吸收体层包含诸如Fe 203、Cu20、它们的组合等彩色的电介质材 料。
[0010] 要领会的是，选择性吸收体层被选择以吸收白光光谱内所希望的范围的波长并反 射另一希望的范围的白光光谱。例如，选择性吸收体层可被设计和制造为使得它吸收具有 与蓝紫色、蓝色、绿色、黄色相对应的波长（例如，400nm至550nm)的电磁辐射并且还反射与 红色（即，580至红外（IR)的范围）相对应的电磁辐射。
[0011] 在一些实例中，多层叠层除了之前提到的电介质层（即，第一电介质层）外包括第 二电介质层，第二电介质层遍及吸收层延伸并与第一电介质层关于吸收层相对地设置。另 外，提供了包含第二吸收层、第三电介质层等的其他实施例。然而，在此公开的多层叠层的 总厚度小于2微米（μ m)，在一些实例中小于L 5 μ m，在其他实例中小于L 0 μ m，并且在另 一些实例中小于〇. 75 μ m。
【附图说明】
[0012] 图IA是在暴露于具有500nm波长的电磁辐射（EMR)的ZnS电介质层内的零或近 零电场点的示意图；
[0013] 图IB是当暴露于具有300nm、400nm、500nm、600nm和700nm的波长的EMR时电场 的绝对值的平方（|E|2)对图IA中所示的ZnS电介质层的厚度的图解；
[0014] 图2是在衬底或反射体层上延伸并相对于电介质层的外表面的法线方向成角度 Θ暴露于电磁福射的电介质层的不意图；
[0015] 图3是具有Cr吸收体层的ZnS电介质层的示意图，其中所述Cr吸收体层位于ZnS 电介质层内的针对具有434nm波长的入射EMR的零或近零电场点处；
[0016] 图4是针对暴露于白光的没有Cr吸收体层的多层叠层（例如，图1A)和有Cr吸 收体层的多层叠层（例如，图3A)的反射率百分比对被反射的EMR波长的图形表示；
[0017] 图5A是由在Al吸收体层上延伸的ZnS电介质层（例如，图1A)呈现的一次谐波 和二次谐波的图解；
[0018] 图5B是针对具有遍及Al反射体层延伸的ZnS电介质层外加位于ZnS电介质层内 的Cr吸收体层使得图5A中所示的二次谐波被吸收的多层叠层的反射率百分比对被反射的 EMR波长的图解；
[0019] 图5C是针对具有遍及Al反射体层延伸的ZnS电介质层外加位于ZnS电介质层内 的Cr吸收体层使得图5A中所示的一次谐波被吸收的多层叠层的反射率百分比对反射的 EMR波长的图解；
[0020] 图6A是不出了针对以0和45度暴露于入射光的Cr吸收体层的电场角度相关性 的电场平方对电介质层厚度的图解；
[0021] 图6B是当相对于外表面的法线成0和45度（0°为垂直于表面）暴露于白光时 Cr吸收体层的吸收率百分比对被反射的EMR波长的图解；
[0022] 图7A是根据本发明实施例的红色的全方向结构色多层叠层的示意图；
[0023] 图7B是针对图7A中所示的多层叠层以0和45°的入射角暴露于白光，图7A中所 示的Cu吸收体层的吸收率百分比对被反射的EMR波长的图解；
[0024] 图8是针对以0°的入射角暴露于白光的概念红色全方向结构色多层叠层的证例 (proof)，用于反射率百分比对被反射的EMR波长的计算/仿真数据和实验数据之间的图形 比较；
[0025] 图9是根据本发明实施例的全方向结构色多层叠层的示意图；
[0026] 图10是根据本发明实施例的全方向结构色多层叠层的示意图；
[0027] 图11是根据本发明实施例的全方向结构色多层叠层的示意图；以及
[0028] 图12是根据本发明实施例的全方向结构色多层叠层的示意图；
[0029] 图13是具有根据本发明实施例的多层叠层结构的薄片（flake)或色料的扫描电 子显微镜（SEM)图像；
[0030] 图14是图13中所示的单个薄片的横截面的SEM图像；
[0031] 图15A是使用根据本发明实施例设计和制造并具有图15D中所示的颜色图（color map)上的色调（hue)为36°的橙色的色料来涂绘的板的示意图；
[0032] 图15B是使用根据本发明实施例设计和制造并具有图1?中所示的颜色图上的色 调为26°的深红色的色料来涂绘的板的示意图；