JP2016186069A - Durable hybrid omnidirectional structural color pigments for exterior paint applications - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、保護コーティングを有する多層積層構造体、及び特に、保護コーティングを有しており、広帯域電磁放射に曝らし、かつ異なる角度から観察したときに、最小又は認識不可能な色ずれを呈するハイブリッド多層積層構造体に関する。 The present invention has a multilayer laminate structure with a protective coating, and in particular, has a protective coating and exhibits minimal or unrecognizable color shift when exposed to broadband electromagnetic radiation and viewed from different angles. The present invention relates to a hybrid multilayer laminated structure.
<関連発明の相互参照>
本願は、2014年8月28日出願の米国特許出願14/471,834号の一部継続出願であり、これは、2014年8月15日出願の米国特許出願14/460,511号の一部継続出願であり、これは、2014年4月1日出願の米国特許出願14/242,429号の一部継続出願であり、これは、2013年12月23日出願の米国特許出願14/138,499号の一部継続出願であり、これは、2013年6月8日出願の米国特許出願13/913,402号の一部継続出願であり、これは、2013年2月6日出願の米国特許出願13/760,699号の一部継続出願であり、これは、2012年8月10日出願の13/572,071号の一部継続出願であり、これは、2011年2月5日出願の米国特許出願13/021,730号の一部継続出願であり、これは、2010年6月4日出願の米国特許出願12/793,772号の一部継続出願(米国特許第8,736,959号)であり、これは、2009年2月18日出願の米国特許出願12/388,395号の一部継続出願(米国特許第8,749,881号)であり、これは、2007年8月12日出願の米国特許出願11/837,529号の一部継続出願(米国特許出願第7,903,339号)である。2013年6月8日出願の米国特許出願13/913,402号は、2011年1月26日出願の13/014,398号の一部継続出願であり、これは、2010年6月4日出願の12/793,772号の一部継続出願であり、これは、2010年1月13日出願の12/686,861号(米国特許第8,593,728号)の一部継続出願であり、これは、2009年2月19日出願の12/389,256号(米国特許第8,329,247号)の一部継続出願であり、これらの全ては、それらの全体が参照により援用される。
<Cross-reference of related inventions>
This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14 / 471,834 filed on August 28, 2014, which is a part of U.S. Patent Application No. 14 / 460,511 filed on Aug. 15, 2014. A continuation-in-part application, which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14 / 242,429 filed on April 1, 2014, which is filed on Dec. 23, 2013 No. 138,499, which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 913,402 filed on June 8, 2013, which is filed on Feb. 6, 2013. US Patent Application No. 13 / 760,699, which is a continuation-in-part of 13 / 572,071 filed on August 10, 2012, which is filed in February 2011. US patent application 13/0 filed 5 days No. 1,730, which is a continuation-in-part of US patent application 12 / 793,772 filed June 4, 2010 (US Pat. No. 8,736,959) This is a continuation-in-part of US patent application 12 / 388,395 (US Pat. No. 8,749,881) filed on Feb. 18, 2009, which was filed on August 12, 2007. Is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 11 / 837,529 (U.S. Patent Application No. 7,903,339). US Patent Application No. 13 / 913,402 filed June 8, 2013 is a continuation-in-part of 13 / 014,398 filed January 26, 2011, which is dated June 4, 2010. This is a continuation-in-part of application 12 / 793,772, which is a continuation-in-part of 12 / 686,861 filed on January 13, 2010 (US Pat. No. 8,593,728). Yes, this is a continuation-in-part of 12 / 389,256 (US Pat. No. 8,329,247) filed on Feb. 19, 2009, all of which are incorporated by reference in their entirety. Is done.
多層構造体から作られている顔料が知られている。加えて、高発色全方向構造色を呈し又はもたらす顔料がさらに知られている。しかしながら、従来技術の顔料は、所望の色特性を得るために、39層もの薄膜層を必要としていた。 Pigments made from multilayer structures are known. In addition, pigments that exhibit or provide high color omnidirectional structural colors are further known. However, prior art pigments required as many as 39 thin film layers to obtain the desired color characteristics.
薄膜多層顔料の生産に関するコストは、必要とされる層の数に比例すると理解されたい。したがって、誘電体材料の多層積層体を使用した高発色全方向構造色の生産に関するコストは、非常に高額になりうる。それゆえ、最小限の薄膜層を必要とする高発色全方向構造色が望ましい。 It should be understood that the cost associated with the production of thin film multilayer pigments is proportional to the number of layers required. Thus, the costs associated with producing high color omnidirectional structural colors using multilayer stacks of dielectric materials can be very expensive. Therefore, high color omnidirectional structural colors that require minimal thin film layers are desirable.
上記に加えて、太陽光、及び特に紫外光に曝すと、顔料は色あせ、変色などを呈することがあると理解されたい。したがって、耐候性のある高彩度全方向構造色顔料がさらに要求されている。 In addition to the above, it should be understood that pigments may fade, discolor, etc. when exposed to sunlight, and particularly ultraviolet light. Accordingly, there is a further need for weatherable, high chroma omnidirectional structural color pigments.
ハイブリッド全方向構造色を提供する。この顔料は、広帯域電磁放射(例えば白色光)に曝し、かつ0°〜45°の間の角度から観察したとき、人の目に見える色を呈し、かつ非常に小さい又は認識できない色ずれを有する。 Provides a hybrid omnidirectional structural color. This pigment exhibits a color visible to the human eye when exposed to broadband electromagnetic radiation (eg white light) and viewed from an angle between 0 ° and 45 ° and has a very small or unrecognizable color shift .
この顔料は、300nmより小さい所与の半値幅(FWHM)を有する反射帯域を反射する多層積層体、さらに本明細書において多層薄膜とも呼ばれるもの、の形態を有している。加えて、この反射帯域は、広帯域電磁放射に曝し、かつ0°及び45°の角度から観察したときに、CIELABを使用したa*b*色マップにおいて30°より小さい所与の色ずれを有する。 This pigment has the form of a multilayer stack that reflects a reflection band having a given half width (FWHM) of less than 300 nm, also referred to herein as a multilayer film. In addition, this reflection band has a given color shift less than 30 ° in the a * b * color map using CIELAB when exposed to broadband electromagnetic radiation and viewed from angles of 0 ° and 45 °. .
この多層積層体は、反射性コア層及び少なくとも2つの高屈折率(nh)層を有する。このnh層の1つは、反射性コア層にわたって延在する乾式堆積nh誘電体層であってよく、またこの層の1つは、乾式堆積nh誘電体層にわたって延在する乾式堆積吸収体層であってよい。この多層積層体は、さらに湿式堆積nh外部酸化物層の形態であってよい外部保護層を含んでいてよい。いくつかの例において、この湿式堆積nh外部酸化物層は、乾式堆積吸収体層を覆い、かつ直接に接しており、また、反射体コア層及び少なくとも2つのnh層を完全に囲い又は包んでいてもいなくてもよい。 The multilayer stack has a reflective core layer and at least two high refractive index (n h ) layers. One n h layer may be a dry deposition n h dielectric layer extending over the reflective core layer, also one of the layer, dry deposition extending over airlaid n h dielectric layer It may be an absorber layer. The multilayer stack may further include an external protective layer that may be in the form of a wet deposited nh external oxide layer. In some examples, the wet-deposited nh outer oxide layer covers and is in direct contact with the dry-deposited absorber layer, and completely surrounds the reflector core layer and the at least two nh layers or It may or may not be wrapped.
この反射性コア層は、30nm〜200nmの間の厚さを有する金属反射体コア層であってよい。ある例において、この金属コア反射体層は、Al、Ag、Pt、Cr、Cu、Zn、Au、Sn、及びこれらの合金のうちの少なくとも一つから作られている。 This reflective core layer may be a metal reflector core layer having a thickness between 30 nm and 200 nm. In one example, the metal core reflector layer is made of at least one of Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, and alloys thereof.
乾式堆積nh誘電体層は、CeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2のうちの少なくとも一つ、又はCeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2のうちの少なくとも一つを有する混合体から作られている。加えて、乾式堆積nh誘電体層は、所望の調整波長について0.1QW〜4.0QWの間の厚さを有しており、この所望の調整波長は、所望の色反射帯域の中心波長である。乾式堆積吸収体層は、Cr、Cu、Au、Sn、これらの合金、アモルファスSi、Fe2O3、及びこれらと同種のもののうち少なくとも一つから作られており、2nm〜30nmの間の厚さを有していてよい。湿性堆積nh外部酸化物層は、CeO2、Nb2O5、SnO2、TiO2、ZnO、及びZrO2のうち少なくとも一つから作られており、5nm〜200nmの間の厚さを有していてよい。 The airlaid n h dielectric layer, CeO 2, Nb 2 O 5 , SiN, SnO 2, SnS, TiO 2, at least one of ZnO, ZnS, and ZrO 2, or CeO 2, Nb 2 O 5, It is made from a mixture having at least one of SiN, SnO 2 , SnS, TiO 2 , ZnO, ZnS, and ZrO 2 . In addition, the dry deposition n h dielectric layer has a thickness of between 0.1QW~4.0QW for desired adjustment wavelength, the desired adjustment wavelength, the center wavelength of a desired color reflection bands It is. The dry deposition absorber layer is made of at least one of Cr, Cu, Au, Sn, alloys thereof, amorphous Si, Fe 2 O 3 , and the like, and has a thickness between 2 nm and 30 nm. You may have. Wet deposition n h outer oxide layer, CeO 2, Nb 2 O 5 , SnO 2, TiO 2, ZnO, and is made from at least one of ZrO 2, have a thickness between 5nm~200nm You can do it.
いくつかの例において、この多層体は、中央反射体コア層、及び互いに対向して配置されかつ前記反射性コア層に結合している一対の乾式堆積nh誘電体層を有する。加えて、一対の吸収体層は、互いに対向して配置され、一対の乾式堆積nh誘電体層に結合していてよい。さらに、湿性堆積nh外部酸化物層は、一対の吸収体層の外表面にわたって延在していてよい。 In some examples, the multilayer body has a central reflector core layer and a pair of dry deposited nh dielectric layers disposed opposite each other and bonded to the reflective core layer. In addition, the pair of absorber layers may be disposed opposite each other and coupled to the pair of dry deposited nh dielectric layers. Further, the wet deposition n h outer oxide layer may extend across the outer surfaces of the pair of absorber layers.
このハイブリッド全方向構造色は、2.0μmより小さい厚さを有しており、また、いくつかの例において、1.5μmより小さい厚さを有している。この顔料、及びしたがって、この多層積層体は、全部で10層より少ない層を有していてよく、またいくつかの例において全部で8層よりも少ない層を有していてよい。 This hybrid omnidirectional structural color has a thickness of less than 2.0 μm and, in some examples, a thickness of less than 1.5 μm. The pigment, and thus the multilayer laminate, may have a total of fewer than 10 layers, and in some instances may have a total of fewer than 8 layers.
全方向構造色顔料を製造する方法をさらに提供する。この方法は、反射性コア層を供給すること、及び反射性コア層にわたって延在するnh誘電体層を乾式堆積することによって、上述の多層積層体を製造することを含む。加えて、この方法は、nh誘電体層にわたって延在する吸収体層を乾式堆積すること、及びこの吸収体層にわたって延在する外部nh酸化物層を湿性堆積することを含む。 Further provided is a method of making an omnidirectional structural color pigment. The method comprises providing a reflective core layer, and by dry deposition of n h dielectric layer extending over the reflective core layer includes fabricating a multilayer laminate described above. Additionally, the method includes the dry deposit the absorber layer extending over n h dielectric layer, and that the wet deposition of external n h oxide layer extending over the absorber layer.
全方向構造色顔料を提供する。この全方向構造色は、多層積層体を0°から45°の間の角度から人の目によって観察したときに、可視スペクトルにおいて電磁放射の狭帯域を反射し、かつ小さい又は認識不可能な色ずれを有する、多層積層体(本明細書において、さらに「多層薄膜」と称する)の形態を有する。より専門的に、この多層積層体は、白色光に曝したときに300nmより小さい可視電磁放射の狭帯域を反射する。加えて、この顔料を多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°から45°の間の角度から観察したときに、反射された可視光の狭帯域は、CIELABを使用したa*b*色マップにおいて、30°より小さくシフトする。 An omnidirectional structural color pigment is provided. This omnidirectional structural color reflects a narrow band of electromagnetic radiation in the visible spectrum and is small or unrecognizable when the multilayer stack is viewed by the human eye from an angle between 0 ° and 45 °. It has the form of a multi-layer laminate (herein further referred to as “multi-layer thin film”) having a deviation. More professionally, this multilayer stack reflects a narrow band of visible electromagnetic radiation less than 300 nm when exposed to white light. In addition, when this pigment is observed from an angle between 0 ° and 45 ° with respect to the vertical direction of the outer surface of the multilayer laminate, the narrow band of reflected visible light is a * b using CIELAB. * In the color map, shift smaller than 30 °.
この多層積層体は、反射体コア層、反射体コア層にわたって延在する高屈折率(nh)誘電体層、nh誘電体層にわたって延在する吸収体層、及び吸収体層にわたって延在するnh外部保護層を有する。ある例において、反射電磁放射の狭帯域は、200nmより小さく、他の例において150nmより小さい、下記に定義するFWHMを有する。この多層積層体は、a*b*色マップにおいて20°より小さく、いくつかの例において15°よりも小さい色ずれを、さらに有していてよい。 The multilayer stack includes a reflector core layer, a high refractive index (n h ) dielectric layer extending across the reflector core layer, an absorber layer extending across the n h dielectric layer, and an absorber layer extending Nh external protective layer. In one example, the narrow band of reflected electromagnetic radiation has a FWHM defined below, which is less than 200 nm and in another example less than 150 nm. The multilayer stack may further have a color shift of less than 20 ° in the a * b * color map and in some instances less than 15 °.
色ずれのもう一つの基準は、狭反射帯域の中心波長のシフトである。このような観点において、多層積層体を広帯域電磁放射に曝し、多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°から45°の間の角度から観察したときに、反射可視光の狭帯域の中心波長は、50nmより小さく、好ましくは40nmより小さく、さらに好ましくは30nmより小さくシフトする。さらに、この多層積層体は、UV領域及び/又はIR領域において電磁放射の個別の反射帯域を有していてもいなくてもよい。 Another criterion for color shift is the shift of the center wavelength of the narrow reflection band. In this respect, when the multilayer laminate is exposed to broadband electromagnetic radiation and observed from an angle between 0 ° and 45 ° with respect to the vertical direction of the outer surface of the multilayer laminate, the narrow band of reflected visible light is reduced. The center wavelength is shifted below 50 nm, preferably below 40 nm, more preferably below 30 nm. Furthermore, the multilayer stack may or may not have a separate reflection band of electromagnetic radiation in the UV and / or IR region.
多層積層体の全厚は、2μmより小さく、好ましくは1.5μmより小さく、さらにより好ましくは1.0μmより小さい。したがって、この多層積層体は、薄い塗装コーティングの塗料顔料として使用することができる。 The total thickness of the multilayer stack is less than 2 μm, preferably less than 1.5 μm, and even more preferably less than 1.0 μm. Therefore, this multilayer laminate can be used as a paint pigment for thin paint coatings.
多層積層体は、第1の層及び第2の層が延在する反射体コア層を含んでおり、この反射体コア層は、金属、例えばAl、Ag、Pt、Cr、Cu、Zn、Au、Sn、これらの合金、及び同種のものから作られる。反射体コア層は、通常30nm〜200nmの間の厚さを有している。 The multilayer stack includes a reflector core layer from which a first layer and a second layer extend, and the reflector core layer is made of a metal such as Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au. , Sn, their alloys, and the like. The reflector core layer usually has a thickness between 30 nm and 200 nm.
第1の層は、nh誘電体材料から作られており、第2の層は吸収性材料から作られている。nh誘電体材料は、CeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2を含んでいてよいが、これらに限定されるわけではない。吸収性材料は、選択的吸収性材料、例えばCu、Au、Zn、Sn、これらの合金、及び同種のもの、又は代替的に、有色誘電体材料、例えばFe2O3、Cu2O、これらの組み合わせ、及び同種のものを含んでいてよい。吸収性材料は、さらに非選択的吸収性材料、例えばCr、Ta、W、Mo、Ti、窒化Ti、Nb、Co、Si、Ge、Ni、Pd、V、酸化鉄、これらの組み合わせ又は合金、及び同種のものであってよい。外部保護層は、CeO2、Nb2O5、SnO2、TiO2、ZnO、及びZrO2を含んでいてよいが、これらに限定されない。 The first layer is made from an nh dielectric material and the second layer is made from an absorptive material. n h dielectric material, CeO 2, Nb 2 O 5 , SiN, SnO 2, SnS, TiO 2, ZnO, ZnS, and may but include ZrO 2, but is not limited thereto. The absorptive material may be a selectively absorptive material such as Cu, Au, Zn, Sn, alloys thereof, and the like, or alternatively, a colored dielectric material such as Fe 2 O 3 , Cu 2 O, these And the like, and the like. The absorbent material is further a non-selective absorbent material such as Cr, Ta, W, Mo, Ti, Ti nitride, Nb, Co, Si, Ge, Ni, Pd, V, iron oxide, combinations or alloys thereof, And the like. Outer protective layer, CeO 2, Nb 2 O 5 , SnO 2, TiO 2, ZnO, and may but contain ZrO 2, not limited thereto.
nh誘電体層の厚さは、所望の調整波長についての0.1QW〜4.0QWの間であってよい。選択的吸収性材料から作られる吸収性層の厚さは、20nm〜80nmの間であり、他方、非選択的吸収性材料から作られる吸収性層の厚さは、5nm〜30nmの間である。外部保護層の厚さは、5nm〜200nmの間であってよい。 The thickness of the n h dielectric layer may be between 0.1QW~4.0QW for desired adjustment wavelength. The thickness of the absorbent layer made from the selectively absorbent material is between 20 nm and 80 nm, while the thickness of the absorbent layer made from the non-selective absorbent material is between 5 nm and 30 nm. . The thickness of the external protective layer may be between 5 nm and 200 nm.
多層積層体は、可視スペクトルにおいて左右対称のピークの形状を有する電磁放射の反射狭帯域を有していてよい。代替的に、可視スペクトルにおける電磁放射の反射狭帯域は、UV領域に隣接していてよく、これにより、電磁放射の反射狭帯域の一部、例えばUV部分は人の目には見えない。もう一つの代替において、電磁放射の反射帯域は、IR領域に一部を有していてよく、これにより、IR部分は人の目には見えない。 The multilayer stack may have a reflected narrow band of electromagnetic radiation having a symmetrical peak shape in the visible spectrum. Alternatively, the reflected narrowband of electromagnetic radiation in the visible spectrum may be adjacent to the UV region, so that a portion of the reflected narrowband of electromagnetic radiation, eg, the UV portion, is not visible to the human eye. In another alternative, the reflection band of electromagnetic radiation may have a portion in the IR region, so that the IR portion is not visible to the human eye.
可視領域内にある電磁放射の反射帯域が、UV領域、IR領域と接していようと、又は可視スペクトルにおいて左右対称のピークを有していようと、本明細書が開示する多層積層体は、可視スペクトル内において電磁放射の反射狭帯域を有しており、これは低く、小さく、又は認識できない色ずれを有している。低い又は認識できない色ずれは、電磁放射の反射狭帯域の中心波長の小さいシフトの形態であってよい。代替的に、低い又は認識できない色ずれは、それぞれIR領域又はUV領域に接している電磁放射の反射帯域のUV側端、又はIR側端の小さいシフトの形態であってよい。多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°及び45°の間の角度から多層積層体を観察したときに、このような中心波長、UV側端、及び/又はIR側端の小さいシフトは、通常は50nmより小さく、いくつかの例において40nmより小さく、他の例において30nmより小さい。この低い又は認識できない色ずれは、さらにCIELAB色空間を使用したa*b*色マップ上の小さい色ずれの形態であってよい。例えば、ある例において、多層積層体についての色ずれは、30°より小さく、好ましくは25°より小さく、さらに好ましくは20°より小さく、さらにより好ましくは15°より小さく、さらにもっとより好ましくは10°より小さい。 Whether the reflection band of electromagnetic radiation in the visible region is in contact with the UV region, the IR region, or has a symmetrical peak in the visible spectrum, the multilayer stack disclosed herein is visible. It has a narrow band of reflected electromagnetic radiation in the spectrum, which is low, small or has an unrecognizable color shift. Low or unrecognizable color shifts may be in the form of small shifts in the central wavelength of the reflected narrow band of electromagnetic radiation. Alternatively, the low or unrecognizable color shift may be in the form of a UV side edge of the reflection band of electromagnetic radiation that is in contact with the IR or UV region, respectively, or a small shift of the IR side edge. A small shift of such center wavelength, UV side edge, and / or IR side edge when observing the multilayer stack from an angle between 0 ° and 45 ° relative to the vertical direction of the outer surface of the multilayer stack. Is typically less than 50 nm, in some instances less than 40 nm, and in other examples less than 30 nm. This low or unrecognizable color shift may also be in the form of a small color shift on the a * b * color map using the CIELAB color space. For example, in certain instances, the color shift for a multilayer laminate is less than 30 °, preferably less than 25 °, more preferably less than 20 °, even more preferably less than 15 °, and even more preferably 10 Less than °.
上記に加えて、多層積層体の形態である全方向構造色は、外部保護コーティング、例えば耐候性コーティングを有する複数の顔料粒子の形態であってよい。外部保護コーティングは、顔料粒子の相対的な光触媒反応を減少させる、一つまたはそれ以上のnh酸化物層を含んでいてよい。ある例において、外部保護コーティングは、第1の酸化物層及び第2の酸化物層を含んでいる。加えて、第1の酸化物層及び/又は第2の酸化物層は、ハイブリッド酸化物層、即ち二つの酸化物の組み合わせである酸化物層であってよい。 In addition to the above, the omnidirectional structural color that is in the form of a multilayer laminate may be in the form of a plurality of pigment particles having an external protective coating, such as a weather resistant coating. The outer protective coating may include one or more nh oxide layers that reduce the relative photocatalytic reaction of the pigment particles. In one example, the outer protective coating includes a first oxide layer and a second oxide layer. In addition, the first oxide layer and / or the second oxide layer may be a hybrid oxide layer, ie, an oxide layer that is a combination of two oxides.
全方向構造色顔料を製造する方法は、酸、酸性化合物、酸性溶液、及び同種のものを使用することを含んでいてもいなくてもよい。言い換えると、複数の全方向構造色顔料粒子は、酸性溶液で処理されてもされなくてもよい。全方向構造色顔料及びこの顔料を製造する方法についてのさらなる教示および詳細は、本明細書において後に論じる。 The method of making the omnidirectional structural color pigment may or may not involve the use of acids, acidic compounds, acidic solutions, and the like. In other words, the plurality of omnidirectional structural color pigment particles may or may not be treated with an acidic solution. Further teachings and details about omnidirectional structural color pigments and methods of making the pigments are discussed later herein.
図1を参照すると、下にある反射体層(RL)がこれにわたって延在する第1の誘電体材料層DL1、及びDL1層にわたって延在する選択的吸収性層SALを有する設計が、示されている。加えて、もう一つのDL1層が提供され、選択的吸収性層にわたって延在していてもいなくてもよい。さらに、全ての入射電磁放射が多層積層体に反射され、又は選択的に吸収されている図が示されている。 Referring to FIG. 1, a design having a first dielectric material layer DL 1 over which an underlying reflector layer (RL) extends, and a selectively absorbing layer SAL extending over the DL 1 layer, It is shown. In addition, another DL 1 layer may be provided and may or may not extend across the selective absorbent layer. In addition, a diagram is shown in which all incident electromagnetic radiation is reflected or selectively absorbed by the multilayer stack.
図1に表されるような設計は、所望の多層積層体を設計し、また製造するための異なる手法に対応している。特に、誘電体層のゼロ又はほぼゼロのエネルギー点の厚さを下記において使用し、また論じる。 The design as represented in FIG. 1 corresponds to different approaches for designing and manufacturing the desired multilayer stack. In particular, the zero or near zero energy point thickness of the dielectric layer is used and discussed below.
例えば図2Aは、Al反射体コア層にわたって延在するZnS誘電体層の略図である。このZnS誘電体層は143nmの全厚を有し、また500nmの波長を有する入射電磁放射について、77nmにおいてゼロ又はほぼゼロのエネルギー点を有している。言い換えると、500nmの波長を有する入射電磁放射(EMR)について、ZnS誘電体層は、Al反射体層から77nmの距離にゼロ又はほぼゼロの電場点を表す。加えて、図2Bは多数の異なる入射EMR波長についての、ZnS誘電体層をわたるエネルギー場のグラフ図を提供している。グラフにおいて示すように、誘電体層は、500nmの波長について、77nmの厚さにおいてゼロ又はほぼゼロの電場を有するが、しかし300nm、400nm、600nm、及び700nmのEMR波長について、77nmの厚さにおいてゼロでない電場を有する。 For example, FIG. 2A is a schematic illustration of a ZnS dielectric layer extending over an Al reflector core layer. This ZnS dielectric layer has a total thickness of 143 nm and has an energy point of zero or nearly zero at 77 nm for incident electromagnetic radiation having a wavelength of 500 nm. In other words, for incident electromagnetic radiation (EMR) having a wavelength of 500 nm, the ZnS dielectric layer represents a zero or nearly zero electric field point at a distance of 77 nm from the Al reflector layer. In addition, FIG. 2B provides a graph of the energy field across the ZnS dielectric layer for a number of different incident EMR wavelengths. As shown in the graph, the dielectric layer has an electric field of zero or nearly zero at a thickness of 77 nm for a wavelength of 500 nm, but at a thickness of 77 nm for EMR wavelengths of 300 nm, 400 nm, 600 nm, and 700 nm. Has a non-zero electric field.
ゼロ又はほぼゼロの電場点の計算について、図3は、屈折率nsを有する基材又はコア層2上の、全厚「D」、増分の厚さ「d」、及び屈折率「n」を有する誘電体層4を表している。入射光は、誘電体層4の外表面5に、外表面5に対して垂直な線6に対して角度θで当たり、外表面5から同じ角度θで反射する。入射光は外表面5を透過し、線6に対して角度θFで誘電体層4に入り、基材層2の表面3に角度θsで当たる。 Calculation of zero or near-zero field point, Figure 3, on a substrate or core layer 2 having a refractive index n s, the total thickness "D", the incremental thickness "d", and a refractive index "n" The dielectric layer 4 having 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. Incident light passes through the outer surface 5, enters the dielectric layer 4 at an angle θ F with respect to the line 6, and strikes the surface 3 of the substrate layer 2 at an angle θ s .
z=dのとき、誘電体層一つについて、θs=θFかつエネルギー/電場(E)をE(z)と表現することができる。マクスウェルの方程式より、s偏光について:
したがって、s偏光について、
Therefore, for s-polarized light,
誘電体層4のZ軸方向の電場の変化は、下記のように示すことができる未知のパラメーターu(z)、及びv(z)を計算することによって概算することができることを理解されたい。
s偏光について、qs=nscosθs (6)
p偏光について、qs=ns/cosθs (7)
s偏光について、qF=ncosθF (8)
p偏光について、qF=n/cosθF (9)
φ=k・n・dcos(θF) (10)
u(z)及びv(z)は、以下のように表現することができる:
For s-polarized light, q s = n s cos θ s (6)
For p-polarized light, q s = n s / cos θ s (7)
For s-polarized light, q F = n cos θ F (8)
For p-polarized light, q F = n / cos θ F (9)
φ = k · n · dcos (θ F ) (10)
u (z) and v (z) can be expressed as follows:
このように、θF=0又は垂直入射である単純な条件において、φ=k・n・d、及びα=0であり:
s偏光についての|E(d)|2=p偏光についての
| E (d) | 2 for p-polarized light
図4について言及すると、434nmの波長を有するEMRに曝したときの、図2Aに示すZnS誘電体層内の、ゼロ又はほぼゼロの電場点を計算するために、式19を使用した。ゼロ又はほぼゼロの電場点を計算すると、70nm(500nm波長について77nmであるのに対して)であった。加えて、厚さ15nmのCr吸収体層を、Al反射体コア層から70nmの厚さ又は距離に挿入して、ゼロ又はほぼゼロの電場ZnS−Cr境界を得た。このような独創的な構造は、434nmの波長を有する光がCr−ZnS境界を透過させ、しかし、434nmの波長を有しない光を吸収する。言い換えると、このCr−ZnS境界は434nmの波長を有する光に関してゼロ又はほぼゼロの電場を有し、それにより434nmの光はこの境界を透過する。しかしながら、Cr−ZnS境界は、434nmの波長を有しない光についてゼロ又はほぼゼロの電場点を有さず、これにより、この様な光はCr吸収体層及び/又はCr−ZnS境界に吸収され、Al反射体層によって反射されない。 Referring to FIG. 4, Equation 19 was used to calculate a zero or near zero field point in the ZnS dielectric layer shown in FIG. 2A when exposed to an EMR having a wavelength of 434 nm. The zero or near zero field point was calculated to be 70 nm (versus 77 nm for a 500 nm wavelength). In addition, a 15 nm thick Cr absorber layer was inserted at a thickness or distance of 70 nm from the Al reflector core layer to obtain a zero or near zero electric field ZnS-Cr boundary. Such an original structure allows light having a wavelength of 434 nm to pass through the Cr-ZnS boundary, but absorbs light having no wavelength of 434 nm. In other words, this Cr-ZnS boundary has a zero or nearly zero electric field for light having a wavelength of 434 nm, so that 434 nm light is transmitted through this boundary. However, the Cr—ZnS boundary does not have a zero or nearly zero electric field point for light that does not have a wavelength of 434 nm, so that such light is absorbed by the Cr absorber layer and / or the Cr—ZnS boundary. , Not reflected by the Al reflector layer.
所望の434nmの+/−10nm内の光の数パーセントは、Cr−ZnS境界を通過することを理解されたい。しかしながら、このような反射光の狭帯域、例えば434+/−10nmは、それでも人の目に鮮明な構造色を提供することを理解されたい。 It should be understood that a few percent of the desired 434 nm +/− 10 nm light passes through the Cr—ZnS boundary. However, it should be understood that such a narrow band of reflected light, eg 434 +/− 10 nm, still provides a clear structural color to the human eye.
図4の多層積層体内のCr吸収体層の結果が図5に示され、ここでは、反射EMR波長に対する反射率パーセントが示されている。Cr吸収体層を有しない、図4に示されるZnS誘電体層に対応する点線によって示されるように、約400nmにおいて狭い反射ピークが存在するが、約550+nmにおいてより広いピークが存在する。加えて、500nm波長領域内において、未だ大量の反射光がある。このように、多層積層体が構造色を呈することを妨げる、二つのピークが存在する。 The results for the Cr absorber layer in the multilayer stack of FIG. 4 are shown in FIG. 5, where the reflectivity percentage relative to the reflected EMR wavelength is shown. As shown by the dotted line corresponding to the ZnS dielectric layer shown in FIG. 4 without the Cr absorber layer, there is a narrow reflection peak at about 400 nm, but there is a wider peak at about 550+ nm. In addition, there is still a large amount of reflected light in the 500 nm wavelength region. Thus, there are two peaks that prevent the multilayer stack from exhibiting a structural color.
対照的に、図5に示される実線は、Cr吸収体層を有する図4の構造に対応する。図において示すように、約434nmにおいて鋭いピークが存在し、434nmよりも大きい波長についての反射率の鋭い低下が、Cr吸収体層によって得られる。実線で表現される鋭いピークは、視覚的に鮮明な/構造色として現れることを理解されたい。さらに、図5は反射ピーク又は帯域の幅を測定しているところ、例えば帯域の幅が、反射波長の最大値の半分、さらに半値幅(FWHM)としても知られるところにおいて測定される。 In contrast, the solid line shown in FIG. 5 corresponds to the structure of FIG. 4 having a Cr absorber layer. As shown in the figure, there is a sharp peak at about 434 nm, and a sharp decrease in reflectivity for wavelengths greater than 434 nm is obtained with the Cr absorber layer. It should be understood that sharp peaks represented by solid lines appear as visually sharp / structural colors. Furthermore, FIG. 5 measures the reflection peak or band width, for example, where the band width is measured at half the maximum of the reflection wavelength, also known as the half width (FWHM).
図4に示される多層構造体の全方向性について、ZnS誘電体層の厚さを設計し、又は設定することにより、反射光の第1高調波のみをもたらすことができる。これは「青」色を得るためには十分であるが、しかしながら「赤」色の作製にはさらなる考慮が必要であることを理解されたい。例えば、赤色についての角度非依存性の調節は困難であり、これは、より厚い誘電体層を要するためであり、これにより、高い調和設計をもたらし、即ち、第2及びあるべき第3の高調波が不可避となってしまう。さらに、暗褐色の色空間は非常に狭い。したがって、赤色多層積層体は高い角度変化を有する。 By designing or setting the thickness of the ZnS dielectric layer for the omnidirectionality of the multilayer structure shown in FIG. 4, only the first harmonic of the reflected light can be provided. It should be understood that this is sufficient to obtain a “blue” color, however, the creation of a “red” color requires further consideration. For example, adjusting the angle independence for red is difficult because it requires a thicker dielectric layer, which results in a high harmonic design, ie the second and third harmonics to be present. Waves are inevitable. Furthermore, the dark brown color space is very narrow. Thus, the red multilayer stack has a high angular change.
赤色のこの高い角度変化を克服するため、本出願は、独特かつ新規な、角度非依存性の赤色をもたらす設計/構造を開示する。例えば、図6Aは、外表面の垂直方向に対して0°〜45°の角度からこの誘電体層の外表を観察したときに、入射白色光について第1及び第2の高調波を呈する誘電体層を表している。このグラフ表示に示されるように、低い角度依存性(小さいΔλc)が、誘電体層の厚さによりもたらされるが、しかしこのような多層積層体は、青色(第1の高調波)と赤色(第2の高調波)の組み合わせを有しており、ゆえに所望の「赤のみ」の色には適さない。ゆえに、吸収体層を利用して所望でない高調波の群を吸収する、この理論/構造が発展してきた。図6Aは、所与の反射ピークの反射帯域の中心波長(λc)の位置、及びこの試料を0°〜45°の間の角度から観察した場合のこの中心波長の分散又はシフト(Δλc)の例をさらに表している。 In order to overcome this high angular change in red, this application discloses a design / structure that provides a unique and novel, angle-independent red. For example, FIG. 6A shows a dielectric that exhibits first and second harmonics for incident white light when the outer surface of this dielectric layer is observed from an angle of 0 ° to 45 ° with respect to the vertical direction of the outer surface. Represents a layer. As shown in this graphical representation, a low angular dependence (small Δλ c ) is provided by the thickness of the dielectric layer, but such multilayer stacks are blue (first harmonic) and red (Second harmonic) combination, and therefore not suitable for the desired “red only” color. Hence, this theory / structure has been developed that utilizes absorber layers to absorb undesired groups of harmonics. FIG. 6A shows the position of the central wavelength (λ c ) of the reflection band of a given reflection peak and the dispersion or shift (Δλ c) of this central wavelength when the sample is observed from an angle between 0 ° and 45 °. ).
図6Bについて言及すると、図6Aにおいて示される第2の高調波が、Cr吸収体層によって、適切な誘電体層の厚さ(例えば72nm)において吸収され、そして鮮明な青色がもたらされる。さらに、図6Cは、第1の高調波を、Cr吸収体層によって異なる誘電体層の厚さ(例えば125nm)において吸収することにより,赤色がもたらされることを示している。しかしながら、図6Cは、Cr吸収体層の使用により、この多層積層体の所望のものよりも高い角度依存性、即ち、所望のΔλcよりも大きくなりうることを、さらに表している。 Referring to FIG. 6B, the second harmonic shown in FIG. 6A is absorbed by the Cr absorber layer at a suitable dielectric layer thickness (eg, 72 nm) and results in a sharp blue color. Further, FIG. 6C shows that the first harmonic is absorbed by the Cr absorber layer at different dielectric layer thicknesses (eg, 125 nm), resulting in a red color. However, FIG. 6C further illustrates that the use of a Cr absorber layer can result in a higher angular dependence than that desired for this multilayer stack, ie greater than the desired Δλ c .
青色と比較した赤色に関するλcの相対的に大きいシフトは、この暗赤色の色空間が非常に狭いことと、Cr吸収体層がゼロでない、又はほぼゼロでない電場に対応する色を吸収すること、即ちこの電場がゼロ又はほぼゼロのときに、光を吸収しないという事実によると理解されたい。したがって、図7Aは、異なる入射角度によって、光波長に対するこのゼロ又はほぼゼロの電場点が異なることを示している。この様な要因は、図7Bに示される角度非依存吸収性、即ち、0°及び45°における吸収率曲線の違いをもたらす。したがって、多層積層体の設計及び角度非依存性の性能をさらに向上させるため、電場がゼロか否かによらずに、例えば青色光を吸収する吸収体層を使用する。 The relatively large shift of λ c for red compared to blue means that this dark red color space is very narrow and that the Cr absorber layer absorbs colors corresponding to non-zero or nearly non-zero electric fields. That is, due to the fact that when this electric field is zero or nearly zero, it does not absorb light. Thus, FIG. 7A shows that this zero or near-zero electric field point for the light wavelength is different for different incident angles. Such factors lead to the angle-independent absorptivity shown in FIG. 7B, ie the difference between the absorption curves at 0 ° and 45 °. Therefore, in order to further improve the design of the multilayer stack and the angle-independent performance, for example, an absorber layer that absorbs blue light is used regardless of whether the electric field is zero or not.
特に、図8Aは、Cr吸収体層の代わりにCu吸収体層がZnS層にわたって延在している多層積層体を示している。このような「有色」又は「選択的な」吸収体層を使用した結果が図8Bにおいて示され、これは図8Aに示される多層積層体の0°及び45°の吸収率線の、より「厳しい」組み分けを表している。したがって、図8B及び図7Bとの間の比較は、非選択的吸収体層の代わりに選択的吸収体層を使用することにより、吸収率の角度非依存性の顕著な向上があることを示している。 In particular, FIG. 8A shows a multilayer stack in which a Cu absorber layer extends over a ZnS layer instead of a Cr absorber layer. The result of using such a “colored” or “selective” absorber layer is shown in FIG. 8B, which is more “of the 0 ° and 45 ° absorptance lines of the multilayer stack shown in FIG. 8A. It represents a “serious” grouping. Thus, the comparison between FIG. 8B and FIG. 7B shows that there is a significant improvement in the angle independence of the absorption rate by using a selective absorber layer instead of a non-selective absorber layer. ing.
上記に基づいて、概念を証明するための多層積層体構造を設計し、作製した。加えて、概念を証明するための試料についての計算/シミュレーション結果、及び実際の実験データを比較した。特に、また図9のグラフプロットにおいて示すように、鮮明な赤色がもたらされ(700nmより大きい波長は通常人の目には見えない)、また、計算/シミュレーション及び実際の試料から得られた実験の光のデータとの間で、非常に良好な一致が得られた。言い換えると、計算/シミュレーションは、本発明の一つ又はそれ以上実施形態及び/又は公知の多層積層体の多層積層体設計の結果をシミュレートし、又はシミュレートするために使用することができる。 Based on the above, a multilayer laminate structure for proof of concept was designed and fabricated. In addition, the calculation / simulation results for the samples to prove the concept and the actual experimental data were compared. In particular, and as shown in the graph plot of FIG. 9, a bright red color is produced (wavelengths greater than 700 nm are usually not visible to the human eye), and calculations / simulations and experiments obtained from actual samples A very good agreement was obtained with the light data. In other words, the calculation / simulation can be used to simulate or simulate the results of one or more embodiments of the present invention and / or the multilayer stack design of known multilayer stacks.
シミュレートし、及び/又は実際に作製した多層積層体の試料の目録を、下記の表1において提供する。表において示すとおり、本明細書で開示されるこの発明の設計は、少なくとも5つ異なる層構造を含んでいる。加えて、この試料は、広い領域の材料からシミュレートし、及び/又は作製した。高い彩度、低い色ずれ(Δh)、優れた反射率を呈した試料をもたらした。さらに、3及び5層の試料は120〜200nmの間の全厚を有し;この7層の試料は350〜600nmの全厚を有し;この9層の試料は440〜500nmの全厚を有し、この11層の試料は600〜660nmの全厚を有していた。 An inventory of simulated and / or actually produced multilayer stack samples is provided in Table 1 below. As shown in the table, the inventive design disclosed herein includes at least five different layer structures. In addition, this sample was simulated and / or made from a wide area of material. The result was a sample exhibiting high saturation, low color shift (Δh), and excellent reflectance. In addition, the 3 and 5 layer samples have a total thickness between 120 and 200 nm; the 7 layer sample has a total thickness of 350 to 600 nm; the 9 layer sample has a total thickness of 440 to 500 nm. The 11 layer sample had a total thickness of 600-660 nm.
図10について言及すると、反射体の外表面の垂直方向に対して0°及び45°の角度から白色光に曝したときの全方向反射体についての、反射EMR波長対反射率パーセントのプロットを示している。プロットで示すように、0°及び45°の曲線は、500nmより大きい波長について全方向反射体がもたらす、非常に低い反射率、例えば20%より小さい反射率を表している。しかしながら、この反射体は、曲線によって示すように、400〜500nmの間の波長において反射率の鋭い増加をもたらし、かつ450nmにおいて約90%の最大値に到達する。この曲線の左手側(UV側)にある、グラフの部分又は領域は、この反射体によりもたらされる反射帯域のUV部分を表していることを理解されたい。 Referring to FIG. 10, a plot of reflected EMR wavelength versus percent reflectance is shown for an omnidirectional reflector when exposed to white light from angles of 0 ° and 45 ° relative to the vertical direction of the outer surface of the reflector. ing. As shown in the plot, the 0 ° and 45 ° curves represent the very low reflectivity provided by the omni-directional reflector for wavelengths greater than 500 nm, eg less than 20%. However, this reflector provides a sharp increase in reflectivity at wavelengths between 400 and 500 nm, as shown by the curve, and reaches a maximum of about 90% at 450 nm. It should be understood that the portion or area of the graph on the left hand side (UV side) of this curve represents the UV portion of the reflection band provided by this reflector.
この全方向反射体によってもたらされる反射率のこの鋭い増加は、500nmより大きい波長にある低反射率部分から高反射率部分、例えば>70%の部分まで延長する各曲線のIR側端によって特徴づけられる。IR端側の直線部分200は、x軸に関して60°より大きい角度(β)に傾いており、反射率軸上の約50の長さL及び1.2の傾きを有している。ある例において、直線部分はx軸に関して70°より大きい角度に傾いており、他方、他の例ではβは75°よりも大きい。さらに、反射帯域は200nmより小さい可視FWHMを有しており、ある例において、150nmより小さい可視FWHMを、他の例において100nmより小さい可視FWHMを有する。加えて、図10で表すような可視反射帯域の中心波長λcは、反射帯域のIR側端と可視FWHMのUVスペクトルのUV端から等距離にある波長として定義される。 This sharp increase in reflectivity provided by this omnidirectional reflector is characterized by the IR side edge of each curve extending from a low reflectivity portion at a wavelength greater than 500 nm to a high reflectivity portion, eg,> 70%. It is done. The straight line portion 200 on the IR end side is inclined at an angle (β) larger than 60 ° with respect to the x-axis, and has a length L of about 50 on the reflectance axis and an inclination of 1.2. In one example, the straight portion is inclined at an angle greater than 70 ° with respect to the x-axis, while in other examples β is greater than 75 °. Furthermore, the reflection band has a visible FWHM less than 200 nm, in some examples a visible FWHM less than 150 nm, and in other examples a visible FWHM less than 100 nm. In addition, the center wavelength λ c of the visible reflection band as shown in FIG. 10 is defined as a wavelength that is equidistant from the IR side end of the reflection band and the UV end of the UV spectrum of the visible FWHM.
用語「可視FWHM」は、この曲線のIR端側と、これを超えると全方向反射体によって供給される反射は人の目には見えないUVスペクトル領域の端部との間の反射帯域の幅を言及している。このように、本明細書で開示する本発明の設計品及び多層積層体は、鮮明な構造色をもたらすために、電磁放射の不可視UV部分を使用する。言い換えると、この反射体が、UV領域に延在するさらに広い電磁放射の帯域を反射するという事実にかかわらず、本明細書で開示する全方向反射体は、反射される可視光の狭帯域を提供するために、電磁放射スペクトルの不可視UV部分を利用している。 The term “visible FWHM” is the width of the reflection band between the IR end of this curve and the end of the UV spectral region beyond which the reflection provided by the omnidirectional reflector is not visible to the human eye. Is mentioned. Thus, the inventive designs and multilayer laminates disclosed herein use the invisible UV portion of electromagnetic radiation to provide a sharp structural color. In other words, despite the fact that this reflector reflects a wider band of electromagnetic radiation that extends into the UV region, the omnidirectional reflector disclosed herein reduces the reflected narrow band of visible light. To provide, the invisible UV portion of the electromagnetic radiation spectrum is utilized.
図11を参照すると、本発明の実施形態に基づく多層積層体を0°及び45°から観察したときにもたらされる、全体的に左右対称の反射帯域を示している。図において表すとおり、多層積層体によってもたらされる反射帯域は、0°から見たときに中心波長λc(0°)を、45°から見たときに中心波長λc(45°)を有する。さらに、多層積層体を0°から45°の間の角度から見たときに、中心波長のシフトは50nmより小さく、即ちΔλc(0−45o)<50nmである。加えて、この0°の反射帯域及び45°の反射帯域のFWHMは200nmより小さい。 Referring to FIG. 11, there is shown an overall left-right symmetric reflection band resulting from observing a multilayer stack according to an embodiment of the present invention from 0 ° and 45 °. As shown in the figure, the reflection band provided by the multilayer stack has a central wavelength λ c (0 °) when viewed from 0 ° and a central wavelength λ c (45 °) when viewed from 45 °. Furthermore, when the multilayer stack is viewed from an angle between 0 ° and 45 °, the shift of the center wavelength is less than 50 nm, ie Δλ c (0−45 o ) <50 nm. In addition, the FWHM of this 0 ° reflection band and 45 ° reflection band is less than 200 nm.
図12は、この反射体の表面の垂直方向に対して0°及び45°の角度から白色光に曝したときの、もう一つの全方向反射体設計についての反射率パーセント対反射EMR波長のプロットを示している。プロットに示されるように、0°及び45°の曲線は共に、550nmより小さい波長について全方向反射体によってもたらされる非常に低い反射率、例えば10%より小さい反射率を表している。しかしながら、曲線によって示されるように、この反射体は、560nm〜570nmの間の波長において鋭い反射率の増加をもたらし、700nmにおいて最大値の約90%に到達する。この曲線の右手側(IR側)にあるグラフの部分又は領域は、この反射体によりもたらされる反射帯域のIR部分を表していることを理解されたい。 FIG. 12 is a plot of percent reflectivity versus reflected EMR wavelength for another omnidirectional reflector design when exposed to white light from angles of 0 ° and 45 ° relative to the normal to the surface of the reflector. Is shown. As shown in the plot, both the 0 ° and 45 ° curves represent very low reflectivity, eg, less than 10%, provided by the omnidirectional reflector for wavelengths less than 550 nm. However, as shown by the curve, this reflector provides a sharp increase in reflectivity at wavelengths between 560 nm and 570 nm, reaching about 90% of the maximum at 700 nm. It should be understood that the portion or region of the graph on the right hand side (IR side) of this curve represents the IR portion of the reflection band provided by this reflector.
この全方向反射体によってもたらされる反射率のこの鋭い増加は、550nmより小さい波長にある低反射率部分から高反射率部分、例えば>70%の部分まで延長する各曲線のUV側端によって特徴づけられる。UV端側の直線部分200は、x軸に関して60°より大きい角度(β)に傾いており、反射率軸上の約40の長さL及び1.4の傾きを有している。ある例において、直線部分はx軸に関して70°より大きい角度に傾いており、他方、他の例ではβは75°よりも大きい。さらに、反射帯域は200nmより小さい可視FWHMを有しており、ある例において、150nmより小さい可視FWHMを、他の例において100nmより小さい可視FWHMを有する。加えて、図12において表すこの可視反射帯域の中心波長λcは、反射帯域のUV側端と可視FWHMのIRスペクトルのIR端から等距離にある波長として定義される。 This sharp increase in reflectivity provided by this omnidirectional reflector is characterized by the UV side edge of each curve extending from a low reflectivity portion at a wavelength less than 550 nm to a high reflectivity portion, eg,> 70%. It is done. The straight line portion 200 on the UV end side is inclined at an angle (β) larger than 60 ° with respect to the x-axis, and has a length L of about 40 on the reflectance axis and an inclination of 1.4. In one example, the straight portion is inclined at an angle greater than 70 ° with respect to the x-axis, while in other examples β is greater than 75 °. Furthermore, the reflection band has a visible FWHM less than 200 nm, in some examples a visible FWHM less than 150 nm, and in other examples a visible FWHM less than 100 nm. In addition, the center wavelength λ c of this visible reflection band shown in FIG. 12 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 of the visible FWHM.
用語「可視FWHM」は、この曲線のUV端側と、これを超えると全方向反射体によって供給される反射は人の目には見えないIRスペクトル領域の端部との間の反射帯域の幅を言及していると理解されたい。このように、本明細書が開示する本発明の設計品及び多層積層体は、鮮明な構造色をもたらすために、電磁放射の不可視IR部分を使用する。言い換えると、反射体が、IR領域に延在するさらに広い電磁放射の帯域を反射するという事実にかかわらず、本明細書が開示する全方向反射体は、反射される可視光の狭帯域を提供するために、電磁放射スペクトルの不可視IR部分を利用している。 The term “visible FWHM” is the width of the reflection band between the UV end of this curve and the end of the IR spectral region beyond which the reflection supplied by the omnidirectional reflector is not visible to the human eye. Should be understood as referring to. Thus, the inventive designs and multi-layer laminates disclosed herein use the invisible IR portion of electromagnetic radiation to provide a sharp structural color. In other words, despite the fact that the reflector reflects a wider band of electromagnetic radiation that extends into the IR region, the omnidirectional reflector disclosed herein provides a narrow band of reflected visible light. In order to do so, the invisible IR portion of the electromagnetic radiation spectrum is utilized.
図13について言及すると、この反射体の表面に対して0°及び45°の角度から白色光に曝したときの、もう一つの7層設計の全方向反射体の反射率パーセント対波長のプロットを示している。加えて、本明細書により開示する全方向反射体によってもたらされる全方向特性の定義又は評価を示している。特に、また本発明の反射体によりもたらされる反射帯域が最大、即ち図に示されるようなピークを持つとき、各曲線は最大反射率を呈し又は経験する波長として定義される中心波長(λc)を有する。最大反射波長の用語はλcとしても使用される。 Referring to FIG. 13, there is a plot of reflectance versus wavelength for another seven-layer design omnidirectional reflector when exposed to white light from angles of 0 ° and 45 ° to the surface of the reflector. Show. In addition, it provides a definition or evaluation of the omnidirectional characteristics provided by the omnidirectional reflector disclosed herein. In particular, and when the reflection band produced by the reflector of the present invention is maximum, i.e., has a peak as shown in the figure, each curve exhibits a maximum reflectance or a center wavelength (λ c ) defined as the wavelength experienced. Have The term maximum reflection wavelength is also used as λ c .
図13に示されるように、全方向反射体の表面を、45°)の角度(λc(45o)、例えば表面を見る人の目に対して外表面が45°に傾いている角度から観察したとき、0°の角度(λc(0o))、例えば表面に対して垂直方向から表面を観察したときと比較して、λcのシフト又は変位がある。このλcのシフト(Δλc)は、全方向反射体の全方向特性の量目をもたらす。当然に、ゼロシフト、即ちまったくシフトがないときは、完全な全方向反射体である。しかしながら、本明細書が開示する全方向反射体は、人の目にはあたかも反射体の表面の色が変わらないかのように見え、そのため、実用的見地からこの反射体は全方向性である、50nmより小さいΔλcを提供することができる。いくつかの例において、本明細書が開示する全方向反射体は、40nm未満のΔλcを提供することができ、他の例において30nm未満のΔλcを提供することができ,さらに他の例において、20nm未満のΔλcを提供することができ,さらにいっそう他の例において、15nm未満のΔλcを提供することができる。この様なΔλcのシフトは、反射体の実際の反射率に対する波長のプロット、及び/又は代替的に、材料及び層の厚さが既知であれば、反射体のモデリングによって測定することができる。 As shown in FIG. 13, the surface of the omni-directional reflector is taken from an angle (λ c (45 o ) of 45 ° ), for example, the angle at which the outer surface is inclined at 45 ° relative to the eyes of the viewer. when observed, an angle of 0 ° (λ c (0 o )), for example compared to when observing the surface from a vertical direction with respect to the surface, there is a shift or displacement of the lambda c. this shift in lambda c ( Δλ c ) yields a measure of the omnidirectional characteristics of the omnidirectional reflector, which of course is a perfect omnidirectional reflector when there is zero shift, ie no shift at all. The directional reflector appears to the human eye as if the color of the reflector's surface did not change, so from a practical standpoint this reflector is omnidirectional and provides a Δλ c of less than 50 nm. In some examples, the specification Shimesuru omnidirectional reflector may provide a [Delta] [lambda] c of less than 40 nm, in other instances it is possible to provide a [Delta] [lambda] c of less than 30 nm, in yet another embodiment, provides a [Delta] [lambda] c of less than 20nm In yet other examples, a Δλ c of less than 15 nm can be provided, such a shift of Δλ c can be obtained by plotting the wavelength against the actual reflectivity of the reflector, and / or alternatively If the material and layer thicknesses are known, they can be measured by reflector modeling.
反射体の全方向特性のもう一つの定義または特性は、所与の角度反射帯域の端側のシフトによって測定することができる。例えば、図10を参照して、同一の反射体を45°から観察したときの反射率についてのIR側端(SIR(45o))と比較した、全方向反射体を0°から観察したときの反射率についてのIR側端(SIR(0o))のシフト又は変位(ΔSIR)は、全方向反射体の全方向特性の量目をもたらす。加えて、Δλc、例えば図10又は図12に示されるものと類似した反射率帯域をもたらす反射体、即ちEMRのUV又はIR領域内に延長する反射帯域についてのもの、を使用する場合、ΔSIRを全方向性の量目として使用することが好ましい。IR側端のシフト(ΔSIR)は、可視FWHMにおいて測定され、及び/又はすることができることを理解されたい。 Another definition or characteristic of the omnidirectional characteristic of the reflector can be measured by an end shift of a given angular reflection band. For example, referring to FIG. 10, the omnidirectional reflector was observed from 0 °, compared to the IR side end (S IR (45 o )) of the reflectance when the same reflector was observed from 45 °. The shift or displacement (ΔS IR ) of the IR side edge (S IR (0 o )) with respect to the reflectivity of time sometimes yields an omnidirectional characteristic measure of the omnidirectional reflector. In addition, when using Δλ c , eg, a reflector that provides a reflectance band similar to that shown in FIG. 10 or FIG. 12, ie for a reflection band extending into the UV or IR region of EMR, ΔS It is preferred to use IR as an omnidirectional quantity. It should be understood that the IR side edge shift (ΔS IR ) can be measured and / or done in the visible FWHM.
図12の参照により、同一の反射体を45°から観察したときの反射率についてのIR側端(SUV(45°))と比較した、全方向反射体を0°から観察したときの反射率についてのIR側端(SUV(0°))の、シフト又は変位(ΔSIR)は、全方向反射対の全方向特性の量目を提供する。UV側端のシフト(ΔSUV)は、可視FWHMにおいて測定され、及び/又はすることができることを理解されたい。 With reference to FIG. 12, the reflection when the omnidirectional reflector is observed from 0 °, compared with the IR side end (S UV (45 °)) of the reflectance when the same reflector is observed from 45 °. The shift or displacement (ΔS IR ) of the IR side edge (S UV (0 °)) for the rate provides a measure of the omnidirectional characteristics of the omnidirectional reflection pair. It should be understood that the UV edge shift (ΔS UV ) can be measured and / or done in the visible FWHM.
当然に、ゼロシフト、即ちまったくシフトがない場合(ΔSi=0nm;i=IR,UV)は、完全な全方向反射体を特徴づける。しかしながら、本明細書が開示する全方向反射体は、50nmより小さいΔSLをもたらすことができ、これにより、人の目には反射体の表面の色が変化しないように見え、したがって実用的見地からは、この反射体は全方向性である。いくつかの例において、本明細書において開示する全方向反射体は、40nmより小さいΔSiをもたらすことができ、他の例においてΔSiは30nmより小さく、さらにほかの例において、ΔSiは20nmより小さく、さらに他の例においてΔSiは15nmより小さい。このようなΔSiのシフトは、反射体の実際の反射率に対する波長のプロット、及び/又は代替的に、材料及び層の厚さが既知であれば、反射体のモデリングによって測定することができる。 Of course, a zero shift, ie no shift at all (ΔS i = 0 nm; i = IR, UV), characterizes a perfect omnidirectional reflector. However, the omnidirectional reflector disclosed herein can provide a ΔS L of less than 50 nm, which makes it appear to the human eye that the color of the reflector's surface does not change, and is therefore a practical standpoint. From the point of view, this reflector is omnidirectional. In some examples, the omni-directional reflector disclosed herein can provide a ΔS i of less than 40 nm, in other examples ΔS i is less than 30 nm, and in other examples ΔS i is 20 nm. In still other examples, ΔS i is less than 15 nm. Such a shift in ΔS i can be measured by plotting the wavelength against the actual reflectivity of the reflector and / or alternatively by modeling the reflector if the material and layer thickness are known. .
全方向反射のシフトは、さらに低い色ずれによって測定することができる。例えば、図14に示されるように(例えばΔθ1及びΔθ3を参照されたい)、本明細書が開示する実施形態に基づく多層積層体から製造される顔料の色ずれは、30°より小さく、ある例において、色ずれは25°より小さく、好ましくは20°より小さく、さらに好ましくは15°より小さく、さらにより好ましくは10°より小さい。対照的に、従来の顔料は、45°又はそれより大きい色ずれを示す(例えばΔθ2及びΔθ4を参照されたい)。Δθ1に関する色ずれは、全体的に赤色に対応するが、しかしながら低い色ずれは、本明細書が開示するハイブリッド全方向構造色顔料によって反射されるいかなる色についても関連があることを理解されたい。例えば、図14に示される低い色ずれΔθ3は、全体的に実施形態のハイブリッド全方向構造色顔料によってもたらされる青色に対応するのに対して、従来の青色顔料が表す大きい色ずれは、Δθ4によって表わされる。 The shift in omnidirectional reflection can be measured by a lower color shift. For example, as shown in FIG. 14 (see, for example, Δθ 1 and Δθ 3 ), the color shift of a pigment made from a multilayer laminate according to embodiments disclosed herein is less than 30 °, In certain instances, the color shift is less than 25 °, preferably less than 20 °, more preferably less than 15 °, and even more preferably less than 10 °. In contrast, conventional pigments exhibit a color shift of 45 ° or greater (see, for example, Δθ 2 and Δθ 4 ). It should be understood that the color shift for Δθ 1 generally corresponds to red, however, the low color shift is relevant for any color reflected by the hybrid omnidirectional color pigment disclosed herein. . For example, the low color shift Δθ 3 shown in FIG. 14 generally corresponds to the blue color produced by the hybrid omnidirectional structural color pigment of the embodiment, whereas the large color shift represented by the conventional blue pigment is Δθ represented by 4.
本明細書が開示するもう一つの実施形態に基づく全方向多層積層体を、図15において参照番号10で示している。多層積層体10は、第1の層110及び第2の層120を有している。随意の反射体層100を含んでいてもよい。反射体層100、場合により反射体コア層とも呼ばれるこの層についての例示的な材料は、Al、Ag、Pt、Cr、Cu、Zn、Au、Sn及びこれらの合金を含んでいてよいが、これらに限定されない。このように、反射体100は金属反射体層であってよいが、しかしながらこれは必須ではない。加えて、コア反射体層の例示的な厚さは、30nmから200nmの間にわたる。 An omnidirectional multilayer stack according to another embodiment disclosed herein is indicated by reference numeral 10 in FIG. The multilayer stack 10 includes a first layer 110 and a second layer 120. An optional reflector layer 100 may be included. Exemplary materials for the reflector layer 100, sometimes referred to as the reflector core layer, may include Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, and alloys thereof. It is not limited to. Thus, the reflector 100 may be a metal reflector layer, however this is not essential. In addition, exemplary thicknesses of the core reflector layer range between 30 nm and 200 nm.
左右対称の一対の層は、反射体層100の反対側にあってよく、即ち反射体層100は、第1層110の反対側に配置されているもう一つの第1層を有していてよく、これにより反射体100は一対の第1層に挟まれる。加えて、もう一つの第2層120は、反射体層100の反対側に配置されていてよく、これにより5層構造がもたらされる。それゆえ、本明細書における多層積層体の考察は、一つまたはそれより多いコア層について鏡構造の可能性をさらに含んでいることを理解されたい。したがって、図15は5層多層積層体の半分の図であってよい。 The pair of symmetrical layers may be on the opposite side of the reflector layer 100, that is, the reflector layer 100 has another first layer disposed on the opposite side of the first layer 110. In this way, the reflector 100 is sandwiched between the pair of first layers. In addition, another second layer 120 may be disposed on the opposite side of the reflector layer 100, resulting in a five-layer structure. Therefore, it should be understood that the discussion of multi-layer stacks herein further includes the possibility of mirror structures for one or more core layers. Accordingly, FIG. 15 may be a half view of a five layer multilayer stack.
第1層110は高屈折率(nh)誘電体層であって、乾式堆積物であってよい。本公開の目的のため、用語「高屈折率材料」は、2.0と等しいか、又はそれより大きい屈折率を有する材料を言及している。さらに、用語「乾式堆積物」は、当業者にとって知られている乾式堆積法、例えば化学気相成長(CVD)及び物理気相成長(PVD)によって堆積及び/又は形成した層を言及している。さらに、用語「乾式堆積法」は、当業者に知られている乾式堆積技術を用いて、層を堆積することを言及している。 The first layer 110 is a high refractive index (n h ) dielectric layer and may be a dry deposit. For the purposes of this disclosure, the term “high refractive index material” refers to a material having a refractive index equal to or greater than 2.0. Furthermore, the term “dry deposit” refers to a layer deposited and / or formed by dry deposition methods known to those skilled in the art, such as chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD). . Further, the term “dry deposition method” refers to depositing the layer using dry deposition techniques known to those skilled in the art.
乾式堆積nh誘電体層110についての例示的な材料は、CeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2を含むが、これらに限定されない。加えて、乾式堆積nh誘電体層は、所望の調整波長の0.1QW及び4.0QWの間の厚さを有していてよく、この所望の調整波長は、所望の反射帯域の中心波長である。用語「QW」又は「QWの厚さ」は、所望の調整波長の4分の1の厚さ、即ちQW=λcw/4を言及しており、ここでλcwは所望の調整波長である。 Exemplary materials for the dry deposition n h dielectric layer 110, CeO 2, Nb 2 O 5 , SiN, SnO 2, SnS, TiO 2, ZnO, ZnS, and including ZrO 2, but is not limited thereto. In addition, the dry deposition n h dielectric layer may have a thickness of between 0.1QW and 4.0QW the desired adjustment wavelength, the desired adjustment wavelength, the center wavelength of the desired reflection band It is. The term “QW” or “QW thickness” refers to a quarter thickness of the desired tuning wavelength, ie QW = λ cw / 4, where λ cw is the desired tuning wavelength. .
第2層120は、乾式堆積吸収体層であってよい。例示的な吸収体層材料は、Cr、Cu、Au、Sn、これらの合金、アモルファスSi、及びFe2O3を含むが、これらに限定されず、また第2層120の厚さは好ましくは2nmから30nmの間である。 The second layer 120 may be a dry deposition absorber layer. Exemplary absorber layer materials include, but are not limited to, Cr, Cu, Au, Sn, alloys thereof, amorphous Si, and Fe 2 O 3 , and the thickness of the second layer 120 is preferably Between 2 nm and 30 nm.
図16は、反射体コア層100にわたって延在する外部保護層200を有する左右対称の層を有する5層設計顔料10aである。この顔料10aは、対向して配置されている乾式堆積nh誘電体層110a及び乾式吸収体層120aを有する。外部保護層200は、湿性堆積保護層、及び/又はnh酸化物層であってよい。用語「湿式堆積物」は、当業者に知られている湿式化学技術、例えばゾル・ゲル処理、レイヤー・バイ・レイヤー処理、スピンコーティング及び同種のものを使用して堆積し、及び/又は形成した層を言及していると理解されたい。湿式堆積層材料の典型的な例は、CeO2、Nb2O5、SnO2、TiO2、ZnO、及びZrO2を含んでおり、またこのような層の厚さは5nm〜200nmの範囲内であってよい。 FIG. 16 is a five-layer design pigment 10a having a symmetrical layer with an outer protective layer 200 extending across the reflector core layer 100. FIG. The pigment 10a has a dry deposition n h dielectric layer 110a and dry the absorber layer 120a is disposed to face. The outer protective layer 200 may be a wet deposition protective layer and / or an nh oxide layer. The term “wet deposit” is deposited and / or formed using wet chemical techniques known to those skilled in the art, such as sol-gel processing, layer-by-layer processing, spin coating and the like. It should be understood as referring to layers. Typical examples of wet-laid layer material, CeO 2, Nb 2 O 5 , SnO 2, TiO 2, ZnO, and includes a ZrO 2, and the thickness of such a layer in the range of 5nm~200nm It may be.
乾式堆積nh誘電体層、及び/又は湿式堆積nh外部保護層を作ることができる材料の完全には網羅していない目録を、下記の表2に示す。 An incomplete inventory of materials from which dry deposited nh dielectric layers and / or wet deposited nh outer protective layers can be made is shown in Table 2 below.
ある例において、外部保護層200は、図17に表すような2つの湿式堆積層から作られていてよい。例として、湿式堆積層202は第一のnh酸化物であってよく、湿式堆積層204は第2のnh酸化物であってよい。加えて、単一の外部保護層200、層202、及び/又は層204は、一つまたはそれより多いnh酸化物を含む混合nh酸化物層であってよい。 In one example, the outer protective layer 200 may be made from two wet deposited layers as depicted in FIG. As an example, the wet deposition layer 202 may be a first nh oxide and the wet deposition layer 204 may be a second nh oxide. In addition, the single outer protective layer 200, layer 202, and / or layer 204 may be a mixed nh oxide layer that includes one or more nh oxides.
図16に示す5層設計品は、外部保護層200に直接隣接し、又はその下にある吸収体層120及び120aを有していると理解されたい。言い換えると、乾式堆積法により製造され、外部保護層を被覆する前の5層設計顔料は、外側の吸収体層と、外側でない誘電体層を有する。外部保護層は保護層としてのみでなく、色増強層としても機能することができることを、さらに理解されたい。例として、そして例示のみの目的として、外部保護層200は保護コーティングとしてのみ働き、顔料10aが表す色に対して何ら影響しないことができる。したがって、顔料10aの全体的な色は反射体コア層100、乾式堆積nh誘電体層110、110a、及び吸収体層120、120aによってもたらされる。代替的に、この外部保護層200は、顔料10aに対して、いくつかの色効果、例えば、顔料の彩度を増加させ、顔料の人の目に表される「色」のわずかなずれ、顔料の全方向性のわずかな増加(即ち、色ずれの低下)、顔料の全方向性のわずかな減少、及び同様のものをもたらす。 It should be understood that the five-layer design shown in FIG. 16 has absorber layers 120 and 120a directly adjacent to or underneath the outer protective layer 200. In other words, the five-layer design pigment produced by dry deposition and before coating the outer protective layer has an outer absorber layer and a non-outer dielectric layer. It should be further understood that the outer protective layer can function not only as a protective layer but also as a color enhancement layer. By way of example and for illustrative purposes only, the outer protective layer 200 can only act as a protective coating and has no effect on the color represented by the pigment 10a. Therefore, the overall color of the pigment 10a is provided by the reflector core layer 100, airlaid n h dielectric layer 110 and 110a, and the absorber layer 120, 120a. Alternatively, this outer protective layer 200 increases some color effects on the pigment 10a, such as increasing the saturation of the pigment and causing a slight shift in the “color” represented by the human eye of the pigment, It results in a slight increase in the omnidirectionality of the pigment (ie, a decrease in color shift), a slight decrease in the omnidirectionality of the pigment, and the like.
図18を参照すると、本発明の多層積層体のもう一つの実施態様が、参照番号20において示されている。多層積層体20は、反射体コア層100と乾式堆積nh誘電体層110との間にわたって延在する追加の吸収体層105を除いて、多層積層体10に類似している。図16に示す顔料10aとさらに類似して、顔料20aが図19において示され、そこでは、左右対称な層105a、110a、及び120aが、反射体コア層100にわたって延在し、かつそれぞれ層105、110、120に対向して配置されている。顔料20aは、湿式堆積nh外部保護酸化物層200を、さらに有している。 Referring to FIG. 18, another embodiment of the multilayer laminate of the present invention is shown at reference numeral 20. The multilayer stack 20 is similar to the multilayer stack 10 except for an additional absorber layer 105 that extends between the reflector core layer 100 and the dry deposited nh dielectric layer 110. Further similar to the pigment 10a shown in FIG. 16, a pigment 20a is shown in FIG. 19 in which symmetrical layers 105a, 110a, and 120a extend across the reflector core layer 100 and are each layer 105. , 110 and 120 are arranged opposite to each other. The pigment 20 a further has a wet deposited n h outer protective oxide layer 200.
本明細書において開示する多層積層体の製造方法は、当業者に知られており、又は未だ知られていない、いかなる方法又は工程であってよい。典型的な方法は、湿式方法、例えばゾル・ゲル処理、レイヤー・バイ・レイヤー処理、スピンコーティング、及び同種のものを含んでいる。他の知られている乾式方法は、化学蒸着処理及び物理蒸着処理、例えばスパッタリング、電子ビーム蒸着、及び同種のものを含んでいる。 The method for producing a multilayer laminate disclosed herein may be any method or process known to those skilled in the art or not yet known. Typical methods include wet methods such as sol-gel processing, layer-by-layer processing, spin coating, and the like. Other known dry methods include chemical vapor deposition and physical vapor deposition processes such as sputtering, electron beam evaporation, and the like.
本明細書が開示する多層積層体は、ほぼいかなる色塗り、例えば塗料用の顔料、表面に塗装される薄膜及び同種のものに使用することができる。加えて、図16及び18に表す顔料は、図10〜14に示すような全方向構造色特性を呈する。 The multilayer laminates disclosed herein can be used for almost any color coating, such as paint pigments, thin films coated on the surface, and the like. In addition, the pigments shown in FIGS. 16 and 18 exhibit omnidirectional structural color characteristics as shown in FIGS.
本発明をより教示するため、しかしいかなる方法によってもその範囲を限定するものではないものとして、耐候性全方向構造色顔料、及びこのような顔料を製造するための作製工程の例を下記において論じる。 Examples of weathering omnidirectional structural color pigments and manufacturing processes for making such pigments are discussed below to better teach the present invention, but not to limit its scope in any way. .
<手順1> ZrO2層によって被覆された5層顔料
2グラムの5層顔料を、100ml丸底フラスコ中の30mlのエタノールに懸濁し、室温で、500rpmで撹拌した。2.75mlのジルコニウムブトキシド(1−ブタノール中80%)の溶液を、10mlのエタノールに溶解し、1時間、一定レートで滴定した。同時に、1mlの脱イオン水を3mlのエタノールに希釈したものを、量定して入れた。滴定後、この懸濁液を、さらに15分間撹拌した。この混合液を、ろ過し、エタノール、続いてイソプロパノールで洗浄し、また100℃で24時間乾燥し、又は代替的にさらに200℃で24時間アニールして、最終的に図16に表す構造を有する5層顔料を得た。必要であれば、より高い温度によるさらなるアニールを行ってもよい。
<Procedure 1> Five-layer pigment coated with two layers of ZrO Two grams of five-layer pigment were suspended in 30 ml of ethanol in a 100 ml round bottom flask and stirred at 500 rpm at room temperature. 2.75 ml of a solution of zirconium butoxide (80% in 1-butanol) was dissolved in 10 ml of ethanol and titrated at a constant rate for 1 hour. At the same time, 1 ml of deionized water diluted in 3 ml of ethanol was weighed and added. After titration, the suspension was stirred for an additional 15 minutes. This mixture is filtered, washed with ethanol followed by isopropanol, and dried at 100 ° C. for 24 hours, or alternatively annealed further at 200 ° C. for 24 hours to finally have the structure shown in FIG. A five-layer pigment was obtained. If necessary, further annealing at a higher temperature may be performed.
<手順2> TiO2層によって被覆されている5層顔料
2グラムの5層顔料を、100ml丸底フラスコ内の30mlのIPAに懸濁し、40℃で撹拌した。そして、2.5mlのチタンエトキシド(97%)の溶液を20mlのIPAに溶解したものを、2.5時間、一定レートで滴定した。同時に、2.5mlの脱イオン水を4mlのIPAに希釈したものを、定量して入れた。滴定後、この懸濁液を、さらに30分間撹拌した。この混合液を室温に低下させ、ろ過し、IPAで洗浄し、24時間100℃で乾燥し、又は代替的にさらに200℃で24時間アニールして、最終的に図16に表す構造を有する5層顔料を得た。必要であれば、より高い温度によるさらなるアニールを行ってもよい。
<Procedure 2> Five-layer pigment covered with two layers of TiO 2 grams of five-layer pigment was suspended in 30 ml IPA in a 100 ml round bottom flask and stirred at 40 ° C. Then, a solution of 2.5 ml of titanium ethoxide (97%) dissolved in 20 ml of IPA was titrated at a constant rate for 2.5 hours. At the same time, 2.5 ml of deionized water diluted in 4 ml of IPA was quantitatively added. After titration, the suspension was stirred for an additional 30 minutes. This mixture is cooled to room temperature, filtered, washed with IPA, dried at 100 ° C. for 24 hours, or alternatively annealed further at 200 ° C. for 24 hours to finally have the structure shown in FIG. A layer pigment was obtained. If necessary, further annealing at a higher temperature may be performed.
コーティング、コーティングを製造するための手順、コーティングの厚さ、コーティングの厚さの均一性、及び光分解反応性をまとめたものを、下記の表3に示す。 A summary of the coating, the procedure for making the coating, the coating thickness, the coating thickness uniformity, and the photodegradation reactivity is shown in Table 3 below.
上述より、表4は、本教示に含まれる、多様な酸化物層、被覆することができる基質、及びコーティングの厚さの目録を提供している。 From the above, Table 4 provides an inventory of various oxide layers, substrates that can be coated, and coating thicknesses included in the present teachings.
上記に加えて、保護コーティングを有する全方向構造色顔料は、オルガノシラン表面処理を施してもよい。例えば、ある例示的なオルガノシラン工程処理では、0.5gの上述の一又はそれより多い保護層で被覆された顔料を、100ml丸底フラスコ内の10mlのpH約5.0(希釈した酢酸溶液で調整した)のEtOH/水(4:1)溶液に懸濁する。このスラリーを20秒間超音波処理し、500rpmで15分間撹拌した。次に0.1〜0.5vol%のオルガノシラン剤をスラリーに加え、溶液を500rpmでさらに2時間撹拌した。このスラリーを、脱イオン水を使用して遠心分離し、又はろ過し、そして残留顔料をEtOH/水(4:1)溶液10mlに再分散した。この顔料−EtOH/水スラリーを還流下で65℃に加熱し、500rpmで30分撹拌した。そしてこのスラリーを、脱イオン水、その後IPAを使用して遠心分離し、又はろ過して、顔料粒子のケーキを得た。最後に、このケーキを100℃で12時間乾燥した。必要であれば、より高い温度によるさらなるアニールを行ってもよい。 In addition to the above, the omnidirectional structural color pigment having a protective coating may be subjected to an organosilane surface treatment. For example, in one exemplary organosilane process, 0.5 g of pigment coated with one or more of the above protective layers is added to 10 ml of pH about 5.0 (diluted acetic acid solution) in a 100 ml round bottom flask. Suspended in EtOH / water (4: 1) solution. The slurry was sonicated for 20 seconds and stirred at 500 rpm for 15 minutes. Next, 0.1 to 0.5 vol% of organosilane agent was added to the slurry, and the solution was further stirred at 500 rpm for 2 hours. The slurry was centrifuged using deionized water or filtered, and the residual pigment was redispersed in 10 ml of EtOH / water (4: 1) solution. The pigment-EtOH / water slurry was heated to 65 ° C. under reflux and stirred at 500 rpm for 30 minutes. The slurry was then centrifuged using deionized water followed by IPA or filtered to obtain a cake of pigment particles. Finally, the cake was dried at 100 ° C. for 12 hours. If necessary, further annealing at a higher temperature may be performed.
オルガノシラン工程は、当業者にとって公知であるいかなるオルガノシランカップリング剤を使用することもでき、例えばN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン(APTMS)、N−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン3−メソアルキルオキシプロピルトリメトキシ‐シラン(MAPTMS)、N−[2(ビニルベンジルアミノ)−エチル]−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシド−オキシプロピルトリメトキシシラン及び同種のものを含む。 The organosilane process can use any organosilane coupling agent known to those skilled in the art, such as N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), N- [3- (Trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine 3-mesoalkyloxypropyltrimethoxy-silane (MAPTMS), N- [2 (vinylbenzylamino) -ethyl] -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-glycid-oxypropyltri Includes methoxysilane and the like.
上述の例及び実施形態は、説明のみを目的とし、当業者にとって明らかな変更、修正、及び同種のものは本発明の範囲に含まれる。したがって、本発明の範囲は、請求項及びこれと同等な全てものによって定義される。 The above examples and embodiments are for illustrative purposes only, and variations, modifications, and the like apparent to those skilled in the art are within the scope of the present invention. Accordingly, the scope of the invention is defined by the claims and all equivalents thereof.
本発明は、さらに下記の実施形態を含む:
1.反射コア層、
前記反射コア層にわたって延在する乾式堆積高屈折率(nh)誘電体層、
前記nh誘電体層にわたって延在する乾式堆積吸収体層、及び
前記吸収体層にわたって延在する湿式nh外部酸化物層を有する多層積層体を有し、
前記多層積層体が、前記多層積層体を広帯域電磁放射に曝し、かつ前記多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°及び45°の間の角度から観察したときに、300nmより小さい所与の半値幅(FWHM)を有する反射帯域、及び30°より小さい所与の色ずれを有する、
ハイブリッド全方向構造色顔料。
2.前記反射コア層が、30nm〜200nmの厚さを有する金属コア反射体層であり、かつAl、Ag、Pt、Cr、Cu、Zn、Au、Sn及びこれらの合金からなる群のうち少なくとも一つより選択される金属材料である、前記1に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
3.前記乾式堆積nh誘電体層が、CeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2からなる群のうち少なくとも一つより選択される誘電体材料である、前記2に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
4.前記乾式堆積nh誘電体層が、所望の調整波長についての0.1QW〜4.0QWの厚さを有する、前記3に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
5.前記乾式堆積吸収体層が、Cr、Cu、Au、Sn、これらの合金、アモルファスSi、及びFe2O3からなる群のうち少なくとも一つより選択される吸収体材料である、前記4に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
6.前記乾式吸収体層が2nm〜30nmの厚さを有する、前記5に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
7.前記湿式堆積nh外部酸化物層が、CeO2、Nb2O5、SnO2、TiO2、ZnO、及びZrO2からなる群のうち少なくとも一つより選択される酸化物である、前記6に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
8.前記湿式堆積nh外部酸化物層が、5nm〜200nmの間の厚さを有する、前記7に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
9.前記乾式堆積nh誘電体層は、これらの間に前記反射コア層が延在する一対のnh誘電体層であり、前記乾式堆積吸収体層は、これらの間に一対のnh誘電体層が延在する一対の乾式堆積吸収体層であり、前記湿式堆積nh外部酸化物層は、前記一対の乾式堆積吸収体層の外表面にわたって延在する、前記8に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
10.前記多層積層体が2.0μmより小さい厚さを有する、前記9に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
11.前記多層積層体が、1.5μmより小さい厚さを有する、前記9に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
12.前記多層積層体が10層よりも少ない、前記11に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
13.前記多層積層体が8層よりも少ない、前記12に記載のハイブリッド全方向構造色顔料。
14.反射コア層をもたらすこと、
反射体コア層にわたって延在する高屈折率(nh)誘電体層を乾式堆積すること、
nh誘電体層にわたって延在する吸収体層を乾式堆積すること、及び
吸収体層にわたって延在するnh酸化物層を湿式堆積すること
によって多層積層体を製造することを含み、
前記多層積層体が、前記多層積層体を広帯域電磁放射に曝し、前記多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°及び45°の間の角度から観察した時に、300nmより小さい所与の半値幅(FWHM)を有する反射帯域、及び30°より小さい所与の色ずれを有する、
全方向構造色顔料の製造方法。
15.反射コア層が、Al、Ag、Pt、Cr、Cu、Zn、Au、Sn及びこれらの合金からなる群のうち少なくとも一つより選択される金属材料から作られる、30nm〜200nmの厚さを有する金属コア反射体層であり、
前記乾式堆積nh誘電体層が、所望の調整波長の0.1QW〜4.0QWの間の厚さを有し、かつCeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2からなる群のうち少なくとも一つより選択される誘電体材料から作られる、前記14に記載の方法。
16.前記乾式吸収体層が2nm〜30nmの厚さを有し、かつCr、Cu、Au、Sn、これらの合金、アモルファスSi、及びFe2O3からなる群のうち少なくとも一つより選択される吸収体材料から作られる、前記15に記載の方法。
17.湿式堆積nh外部酸化物層が、5nm〜200nmの厚さを有し、かつCeO2、Nb2O5、SnO2、TiO2、ZnO、及びZrO2からなる群より少なくとも一つより選択される酸化物である、前記16に記載の方法。
18.前記多層積層体が10層より少ない、前記17に記載の方法。
19.前記多層積層体が8層より少ない、前記17に記載の方法。
20.前記多層積層体が2.0μmより小さい全厚を有する、前記17に記載の方法。
The present invention further includes the following embodiments:
1. Reflective core layer,
A dry deposited high refractive index (n h ) dielectric layer extending across the reflective core layer;
Have a multilayer laminate having the n h airlaid absorbent layer extending over the dielectric layer, and wet n h outer oxide layer extending over the absorber layer,
The multilayer stack is less than 300 nm when the multilayer stack is exposed to broadband electromagnetic radiation and observed from an angle between 0 ° and 45 ° with respect to a direction perpendicular to the outer surface of the multilayer stack. Having a reflection band with a given half width (FWHM) and a given color shift less than 30 °;
Hybrid omnidirectional structural color pigment.
2. The reflective core layer is a metal core reflector layer having a thickness of 30 nm to 200 nm, and at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, and alloys thereof. 2. The hybrid omnidirectional structural color pigment according to 1 above, which is a metal material selected more.
3. The airlaid n h dielectric layer, CeO 2, Nb 2 O 5 , SiN, SnO 2, SnS, TiO 2, ZnO, ZnS, and dielectric material selected from at least one of the group consisting of ZrO 2 The hybrid omnidirectional structural color pigment as described in 2 above.
4). The airlaid n h dielectric layer has a thickness of 0.1QW~4.0QW for desired adjustment wavelength, hybrid omnidirectional structural color pigment according to the 3.
5. 5. The dry deposition absorber layer is an absorber material selected from at least one selected from the group consisting of Cr, Cu, Au, Sn, alloys thereof, amorphous Si, and Fe 2 O 3. Hybrid omnidirectional structural color pigment.
6). 6. The hybrid omnidirectional structural color pigment according to 5 above, wherein the dry absorber layer has a thickness of 2 nm to 30 nm.
7). The wetlaid n h outer oxide layer is a CeO 2, Nb 2 O 5, SnO 2, TiO 2, ZnO, and oxide selected from at least one of the group consisting of ZrO 2, the 6 The described hybrid omnidirectional structural color pigment.
8). The wetlaid n h outer oxide layer has a thickness between 5 nm to 200 nm, the hybrid omnidirectional structural color pigment according to the 7.
9. The dry deposited nh dielectric layer is a pair of nh dielectric layers between which the reflective core layer extends, and the dry deposited absorber layer is a pair of nh dielectrics between them. 9. The hybrid omnidirectional of claim 8, wherein the wet-deposited nh outer oxide layer extends over an outer surface of the pair of dry-deposited absorber layers, wherein the layer is a pair of dry-deposited absorber layers that extend. Structural color pigment.
10. The hybrid omnidirectional structural color pigment according to 9, wherein the multilayer laminate has a thickness of less than 2.0 μm.
11. 10. The hybrid omnidirectional structural color pigment as described in 9 above, wherein the multilayer laminate has a thickness of less than 1.5 μm.
12 12. The hybrid omnidirectional structural color pigment as described in 11 above, wherein the multilayer laminate is less than 10 layers.
13. 13. The hybrid omnidirectional structural color pigment as described in 12 above, wherein the multilayer laminate is less than 8 layers.
14 Providing a reflective core layer,
Dry depositing a high refractive index (n h ) dielectric layer extending across the reflector core layer;
to dry depositing the absorber layer extending over n h dielectric layer comprises fabricating a multilayer stack and n h oxide layer extending over the absorber layer by wet deposition,
The multilayer stack is less than 300 nm when the multilayer stack is exposed to broadband electromagnetic radiation and observed from an angle between 0 ° and 45 ° with respect to the normal direction of the outer surface of the multilayer stack. A reflection band having a full width at half maximum (FWHM) and a given color shift less than 30 °;
Method for producing omnidirectional structural color pigment.
15. The reflective core layer has a thickness of 30 nm to 200 nm made of a metal material selected from at least one of the group consisting of Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, and alloys thereof. A metal core reflector layer,
The airlaid n h dielectric layer has a thickness between 0.1QW~4.0QW the desired adjustment wavelength, and CeO 2, Nb 2 O 5, SiN, SnO 2, SnS, TiO 2, ZnO, ZnS, and is made from a dielectric material selected from at least one of the group consisting of ZrO 2, the method described in the 14.
16. The dry absorber layer has a thickness of 2 nm to 30 nm and is selected from at least one selected from the group consisting of Cr, Cu, Au, Sn, alloys thereof, amorphous Si, and Fe 2 O 3 16. The method according to 15 above, which is made from a body material.
17. Wetlaid n h outer oxide layer has a thickness of 5 nm to 200 nm, and CeO 2, Nb 2 O 5, SnO 2, TiO 2, ZnO, and at least selected from one from the group consisting of ZrO 2 17. The method according to 16 above, which is an oxide.
18. 18. The method of claim 17, wherein the multilayer stack is less than 10 layers.
19. 18. The method of 17, wherein the multilayer stack is less than 8 layers.
20. The method of claim 17, wherein the multilayer stack has a total thickness of less than 2.0 μm.
Claims (20)
前記反射性コア層にわたって延在する乾式堆積高屈折率(nh)誘電体層、
前記nh誘電体層にわたって延在する乾式堆積吸収体層、及び
前記吸収体層にわたって延在する湿式nh外部酸化物層を有する多層積層体を有し、
前記多層積層体が、前記多層積層体を広帯域電磁放射に曝し、かつ前記多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°〜45°の間の角度から観察したときに、300nmより小さい所与の半値幅(FWHM)を有する反射帯域、及び30°より小さい所与の色ずれを有する、
ハイブリッド全方向構造色顔料。 Reflective center layer,
A dry deposited high refractive index (n h ) dielectric layer extending over the reflective core layer;
Have a multilayer laminate having the n h airlaid absorbent layer extending over the dielectric layer, and wet n h outer oxide layer extending over the absorber layer,
Where the multilayer stack is less than 300 nm when the multilayer stack is exposed to broadband electromagnetic radiation and observed from an angle between 0 ° and 45 ° with respect to the vertical direction of the outer surface of the multilayer stack. Having a reflection band with a given half width (FWHM) and a given color shift less than 30 °;
Hybrid omnidirectional structural color pigment.
反射性コア層にわたって延在する高屈折率(nh)誘電体層を乾式堆積すること、
nh誘電体層にわたって延在する吸収体層を乾式堆積すること、及び
吸収体層にわたって延在するnh酸化物層を湿式堆積すること
によって多層積層体を製造することを含み、
前記多層積層体が、前記多層積層体を広帯域電磁放射に曝し、前記多層積層体の外表面の垂直方向に対して0°及び45°の間の角度から観察した時に、300nmより小さい所与の半値幅(FWHM)を有する反射帯域、及び30°より小さい所与の色ずれを有する、
全方向構造色顔料の製造方法。 Providing a reflective core layer,
Dry depositing a high refractive index (n h ) dielectric layer extending across the reflective core layer;
to dry depositing the absorber layer extending over n h dielectric layer comprises fabricating a multilayer stack and n h oxide layer extending over the absorber layer by wet deposition,
The multilayer stack is less than 300 nm when the multilayer stack is exposed to broadband electromagnetic radiation and observed from an angle between 0 ° and 45 ° with respect to the normal direction of the outer surface of the multilayer stack. A reflection band having a full width at half maximum (FWHM) and a given color shift less than 30 °;
Method for producing omnidirectional structural color pigment.
前記乾式堆積nh誘電体層が、所望の調整波長について0.1QW〜4.0QWの間の厚さを有し、かつCeO2、Nb2O5、SiN、SnO2、SnS、TiO2、ZnO、ZnS、及びZrO2からなる群のうち少なくとも一つより選択される誘電体材料から作られる、請求項14に記載の方法。 The reflective core layer is made of a metal material selected from at least one of the group consisting of Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, and alloys thereof, and has a thickness of 30 nm to 200 nm. A metal core reflector layer having
The airlaid n h dielectric layer has a thickness between 0.1QW~4.0QW for desired adjustment wavelength, and CeO 2, Nb 2 O 5, SiN, SnO 2, SnS, TiO 2, ZnO, ZnS, and is made from a dielectric material selected from at least one of the group consisting of ZrO 2, the method of claim 14.
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