一种具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜

摘要

本发明公开了一种具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜，属于薄膜技术领域，包括玻璃基层和折射膜层组成，折射膜层由多层的高折射率膜层和多层的低折射率膜层交替层叠组成，全介质薄膜反射率大于85％；全介质薄膜的反射光谱从截止区到高反射区的过段波段斜率为1.1‑1.4之间，600nm以下波长为截止区间；全介质薄膜反射在600‑800nm红色颜色映射上介于0‑45°之间具有较小的偏移色差，Lab*a*b颜色映射在30‑45°之间；本发明的薄膜结构颜色偏移效果不明显，可有效的满足角度不敏感性的需要，且薄膜的结构色具有不褪色，且具有环保、金属闪烁效果和随角异色等特点可广泛在各个领域中应用。

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜。

背景技术

基于一维光子晶体多层薄膜结构的光干涉效应是物理色中实现结构显色的主要技术方法，也是目前在工业领域实现结构色的首选方案。结构显色与染料化学着色方法不同(色素对光的吸收所引起的颜色)，主要通过光在生物体微结构中产生光的反射、散射、干涉或衍射所形成的色彩。由于结构色具有不褪色、环保、金属闪烁效果和随角异色等优点，因此在色彩油漆、印刷油墨、液体油墨、塑料、玻璃、陶瓷产品和装饰性化妆品制剂等领域具有应用价值。其中，随角异色是薄膜结构色的固有特点，这使得它们被用于有价证券和文件及商品防伪，如钞票、支票、银行卡、信用卡、入境卡和门票等。

但现有的薄膜结构色作为特殊效果颜料仍有若干不足，最显著的特点就是薄膜的角度效应特性。光学薄膜结构色是以工作在特定入射角度为前提的。当入射角发生变化，薄膜结构色的色调会发生变化，谐振波长蓝移。这阻碍了薄膜结构色作为传统颜料替代品的可能性。特别是针对美妆及车漆领域，小色调变化效果的结构色更具有实用价值。因此，利用更好机械性能和人体安全性能的全介质结构探索小颜色漂移的反射式薄膜结构色，对于反射式显示，美妆彩妆，汽车车漆及绿色印刷等领域具有积极的意义。为此，本发明提出了一种具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜，以解决现有技术存在的不足和缺点

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜，包括玻璃基层和折射膜层组成，所述折射膜层由多层的高折射率膜层和多层的低折射率膜层交替层叠组成；

所述全介质薄膜反射率大于85％；

所述全介质薄膜的反射光谱从截止区到高反射区的过段波段斜率为1.1-1.4之间，600nm以下波长为截止区间；

所述全介质薄膜反射在600-800nm红色颜色映射上介于0-45°之间具有较小的偏移色差，Lab*a*b颜色映射在30-45°之间。

优选的，所述低折射率膜层的折射率为1.3-2.0，所述高折射率膜层的射率膜层的折射率为2.0-2.8。

优选的，所述高折射率膜层为二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化锆、氮化硅、硫化锌中的一种或多种混合物组成。

优选的，所述低折射率膜层为二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁中的一种或多种混合物组成。

优选的，所述高折射率膜层的材质为二氧化钛；所述低折射率膜层的材质为二氧化硅。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明小角度高饱和度全介质薄膜结构颜色偏移效果不明显，可有效的满足角度不敏感性的需要；本发明结构的薄膜的结构色具有不褪色，且具有环保、金属闪烁效果和随角异色等特点；本发明的薄膜可有效的应用于色彩油漆、印刷油墨、液体油墨、塑料、玻璃、陶瓷产品和装饰性化妆品制剂等领域中应用，具有显著的实用性，

附图说明：

图1：本发明全介质薄膜的结构示意图。

图2：光谱三刺激值与本发明实施例1中红色结构色薄膜的线形反射谱。

图3：本发明实施例1中具有线形(左)，矩形(右)反射光谱的红色结构色薄膜。

图4：本发明实施例1红色结构色薄膜S1的随角异色光谱漂移。

图5：本发明实施例1红色结构色薄膜S2的随角异色光谱漂移。

图6：本发明实施例1红色结构色薄膜S1与S2在0°-45°色品图。

图中：001、玻璃基层，002、折射膜层，201、高折射率膜层，202、低折射率膜层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施中具有小角度效应的高饱和度全介质薄膜，如图1所示，包括玻璃基层001和折射膜层002组成，所述折射膜层002由多层的高折射率膜层201和多层的低折射率膜层202交替层叠组成；

全介质薄膜反射率大于85％；

全介质薄膜满足反射光谱从截止区到高反射区的过段波段斜率为1.1-1.4之间，600nm以下波长为截止区间的线性目标值，优化膜系结构获得小角度效应的光学薄膜；

全介质薄膜反射在600-800nm红色颜色映射上介于0-45°之间具有较小的偏移色差，Lab*a*b颜色映射在30-45°之间。

实施例1中的折射膜层002最外层为低折射率膜层202，低折射率膜层202和高折射率膜层201交替层叠组成，其中高折射率膜层201和低折射膜层202一共设置了27层；在折射膜层002中，低折射膜层202均在奇数层，所有奇数层的物理厚度自第一层依次往后层为110.28nm、30.27nm、158.86nm、19.82nm、156.57nm、145.92nm、39.62nm、197.5nm、32.49nm、322.17nm、139.41nm、146.56nm、165.85nm、88.97nm；所有偶数层的物理厚度自第二层依次往后层为8.28nm、93.6nm、116.23nm、116.73nm、85.81nm、99.96nm、16.17nm、111.42nm、110.65nm、92.02nm、87.53nm、92.44nm、108.38nm，所有层数的折射膜层的物理厚度总和为2893.59nm。

本方案进一步优化设置为：如图1所示，高折射率膜层201为二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、五氧化二铌、二氧化锆、氮化硅、硫化锌中的一种或多种混合物组成。

低折射率膜层202二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁中的一种或多种混合物组成。

折射膜层002中的低折射率膜层202的折射率为1.3-2.0，高折射率膜层201的射率膜层的折射率为2.0-2.8，本实施中高折射率膜层201的材质为二氧化钛。

低折射率膜层202的材质为二氧化硅，在本实施例中二氧化钛的折射率为2.34867，二氧化硅的折射率为1.4618。

在本发明实施例中的光学薄膜包含27层膜层，每层对应的厚度和材质如下表1所示。其中，低折射率膜层的材质均为Si0

表1发明实施例1高饱和度的小角度色移红色薄膜结构；

物体颜色的色度坐标既取决于照明光源的相对光谱功率分布，也取决于物体的反射或者透射特性。国际照明委员会(CIE)提出了色度学标准系统，该系统规定了颜色的测量原理、刺激函数的基本数据以及色素坐标的计算方式，来满足工业生产上对颜色特性的定量化以及标准化需求。CIE1931标准色度系统用X、Y、Z来定量表示颜色。对于物体反射的颜色有：

ρ(λ)为物体的反射光谱。三刺激值是引起人体视网膜对某种颜色感觉的三种原色的刺激程度量的表示。用于匹配等能光谱刺激的(X)，(Y)，(Z)三原色数量的量，叫做“CIE1931标准色度观察着光谱三刺激值”，用

为解决颜色漂移技术问题，如图2所示，本发明采用的另一个技术方案是：构造线性反射光谱，利用光谱三刺激值分布规律，使得反射光谱与光谱三刺激值中

如图3所示，具有反射光谱从截止区到高反射区的过段波段斜率1.1-1.4的线形反射谱的薄膜有效的解决了光谱随着角度发生漂移，造成的随角异色现象。原因是薄膜反射谱与光谱三刺激值中

通过CIE建立了CIE1976(L

其中，X、Y、Z代表颜色样品的三刺激值，Xn、Yn、Zn为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，再经过完全漫反射面反射到观察者眼中的白色刺激的三刺激值，其中Yn＝100。两个颜色的色差可以由以下公式计算，利用色差公式定量评价颜色变化程度。

ΔL

所期望的650nm±50nm范围内的一些百分比的光在大角度条件下仍然能满足与三刺激值中

首先，通过膜系结构仿真获得600nm以下波长截止的光学薄膜结构，利用线形目标值优化光谱，得到线形光谱红色薄膜结构S1。改变观察角度，对该设计的光谱漂移程度进行评估。观察角度变化设置在范围在0°至60°之间，照明光源选择D65，在反射测量模式下，光学薄膜随角度变化的反射率曲线(380nm-780nm)，如图4所示可以看出，最大反射波长在700nm左右，且最大反射率接近90％，说明该光学薄膜为红色系光学薄膜。光谱截止波长由0°时的600nm漂移到550nm。同理，通过膜系结构仿真获得现有已知红色薄膜结构S2的0-60°变化反射谱曲线，如图5所示。最大反射波长在600-700nm之间，说明该光学薄膜为红色系光学薄膜。光谱截止波长由0°时的600nm漂移到530nm。可以看到采用全介质结构设计的反射率理论上已经达到较高的90％以上，因而，两种结构S1和S2同时具有较高的颜色亮度。同时，通过薄膜膜系优化实现次峰的抑制，均能实现薄膜呈现较高的饱和度

通过CIE1931颜色轨迹色品图及Lab色度坐标计算0-45°之间的色差变化，对设计S1和S2的光学性能和颜色表现进行评估。观察角度变化设置在范围在0°至45°之间，照明光源选择D65，在反射测量模式下，在CIE1931色品图中列出S1与S2相应的颜色坐标变化轨迹，如图6所示。可以看出，与常规矩形薄膜结构相比，尽管线性结构的光谱具有短波漂移特性，却有明显减弱的色移效果。同时，0°观察角条件下，具有更高的颜色饱和度。

S1和S2多层堆叠体反射在Lab颜色映射上具有介于0-45°之间的色调数据及偏移色差ΔE

表2在不同角度下，红色薄膜结构S1和S2的色度坐标及色差；

综合上述可得，本发明的薄膜结构色具有不褪色、环保、金属闪烁效果和随角异色等优点，具有极高的反射率，同时利用薄膜优化设计使得光学薄膜的结构更为多样，且颜色更为鲜艳，表现出小的角度漂移效果的高纯度颜色.

本实施例中红色薄膜结构S1在0°到45°变化时，ΔE

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。