[发明专利]吸收干涉型的全介质结构色薄膜

说明书

本发明公开了吸收干涉型的全介质结构色薄膜，包括干涉薄膜，该干涉薄膜包括吸收型介质材料层和可见光波段透明介质材料层，该吸收型介质材料层在可见光谱380nm‑760nm波段的折射率为1.8～4，消光系数为0.01‑2，该可见光波段透明介质材料层折射率小于1.7。它具有如下优点：它构成反射式高饱和度薄膜结构色，具有极佳色彩饱和度、随角异色、环境友好特性，且无需复杂光刻工艺。

技术领域

本发明涉及结构色薄膜技术领域，尤其涉及吸收干涉型的全介质结构色薄膜。

背景技术

自然界中许多生物体会产生色彩斑斓的颜色，如蝴蝶翅膀、七星瓢虫、蜂鸟羽毛以及五彩斑斓的蛋白石、贝壳等。从显色原理上来说,该类型色彩称为物理色，它与染料化学色(主要通过色素对光的吸收所引起的颜色)不同，物理色指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颜色，也称为结构色。由于结构色具有不褪色、环保和随角异色等优点，因此在显示、装饰、防伪等领域具有广阔应用前景。

基于一维光子晶体多层薄膜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，特别是具有金属闪烁效果和光学变色效果的特殊结构色效果颜料,在许多领域得到广泛应用。例如，它们用于色彩油漆、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。由于具有不可复制的光学效果，因此它们也被用于制作防伪有价证券和文件,如钞票、支票、银行卡、信用卡、入境卡和门票。

对于常规颜料，简单的通过吸收入射光的特定波长以及散射反射产生彩色印象。常见的金属效果颜料会高度反射入射光并产生明亮的色彩，但不会产生任何颜色变化效果。基于光学干涉效应的结构色薄膜，利用高低折射率薄膜交替组合，基于多光束干涉原理呈现出干涉效应。在改变入射角度条件下，透射或反射光束由于膜堆序列等效光程随角度变化，导致反射或透过的光谱偏移，从而使得薄膜呈现出不同的结构颜色。该类结构色无基材，所有层状结构全部由纳米级薄膜叠加构成，多层薄膜结构形成强烈的干涉结构色和高光泽效果，可实现明显的动态颜色变化和金属光泽，不同反射角之间的颜色变化的效果被称为随角异色特效果。

然而,在某些方面,现有技术中已知的光学干涉结构色薄膜具有明显不足，具体如下描述。

1.全介质透明薄膜材料显色性不好。

全介质薄膜材料具有更高的化学和机械稳定性，可以提供一种明显的随角异色效果。同时制备的材料可满足反射及透射要求。然而由于全介质透明薄膜材料本身在可见光波段就是全透明的，单独的全介质结构色薄膜，色彩饱和度角较低，通常需要涂敷在黑色底上才有较好的显色效果，为了获得足够高的光谱纯度，需要叠加大量的膜堆，采用高调谐比膜层结构来压缩反射带宽，这将不可避免地增加材料层数和物理厚度。例如美国弗莱克斯产品公司CN100475915C专利申请中描述了全介质光学干涉颜料可比较的应用。这些全介质光变颜料的色移随着颜料的反射峰中波幅的改变和波长的位移而改变,然而显色效果不是很明显，饱和度不够高，材料呈现半透明效果。

2.F-P超薄吸收层弊端。

另一种基于法布里珀罗金属-介质结构的光学干涉结构色薄膜，由于添加金属层提供了快速增加反射率的机会，从而减少了所需的层数和总成本。然而，金属薄膜材料的高吸收率大大降低了透射率和最大反射率，往往需要沉积超薄层从而提高材料的显色性能。同时由于传统法布里珀罗金属介质光学干涉颜料中铬、镍材料作为半吸收层引入了重金属，制约了材料的全环保性使其不能适用于人体安全及环境友好要求。例如德国MERK的US00613201专利申请中描述了光学干涉薄膜可比较的应用。这些材料为了提高色彩饱和度都引入了铬，镍等重金属层作为吸收层，不具有人体安全特性。

发明内容

本发明提供了吸收干涉型的全介质结构色薄膜，其克服了背景技术中所存在的不足。