全介质光学衍射颜料制造技术

全介质衍射颜料薄片可以涂敷到物体上以给该物体赋予衍射效果而不实质改变物体的背景颜色。在一种情况下，这些衍射颜料薄片可以涂敷到白色物体上以赋予白色衍射效果。可以选择在衍射颜料薄片内介质层的厚度以提供薄膜干涉和源自在用衍射光栅压花的层之间界面的衍射。在一些情况下，薄膜干涉除了提供衍射效果外还可以提供色移。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一般地，本专利技术涉及变色颜料，更具体地涉及全介质衍射颜料，包括具有薄膜干涉结构的全介质衍射颜料。
技术介绍
变色颜料(“OVPs”TM)应用广泛。它们可以用于涂料或油墨中，或者与塑料混合。这些涂料或油墨用于装饰目的或作为货币上的防伪措施。尽管这些颜料薄片可能非常小，但其光学效果源于薄片的整体效果，所述薄片常常总是与衬底平面对准。一类OVP使用衬底上的薄膜层形成F-P(Fabry-Perot)型光学结构。通常，用介质(间隔物)层将光吸收材料层与反射层分开。可以添加附加层达到附加的效果，如添加附加的间隔物-吸收剂层对。反射层通常是金属层，使颜料薄片变得不透明。用不透明颜料薄片印刷或者涂色的图像也是不透明的，或颜料薄片暗化或改变了下面的颜色。可以使用(高-低-高)n或者(低-高-低)n方式的介质材料交替层制造透明颜料薄片来形成光学干涉堆，所述光学干涉堆通常被称为二向色堆。二向色颜料薄片本质上可以是透明的，反射一种颜色并透射另一种颜色。用一些二向色颜料薄片印刷的图像的颜色随观察角度变化，这些颜料允许套印，所以观察者可以通过这些二向色颜料薄片看见下面的图像。另一类颜料用衍射图案(光栅)如一系列凹槽来产生衍射干涉结构。衍射光栅在薄片的反射层中形成，类似于在衍射箔中形成的图案。衍射颜料已经用来在印刷介质上和在涂料如汽车涂料中产生虹彩效果。不幸地，反射层通常是不透明的，这样衍射颜料薄片暗化或改变了下面的颜色，对于F-P型不透明颜料薄片也是如此。一段时期内，流行使用珠光涂料和珠光添加剂给汽车、摩托车、船、头盔和其他物体涂色。很多这样的颜料用加工过的云母薄片制成，所述云母薄片用高指数材料如氧化铁或二氧化钛等涂覆。云母和/或涂层的厚度可以变化以获得不同的珠光颜色；但是，用这些颜料制成的涂料不能显示衍射效果。专利技术概述依照本专利技术实施方案生产的颜料薄片在没有金属反射层的条件下提供衍射效果。在具体实施方案中，衍射颜料薄片具有在无机介质薄膜层的表面上形成的衍射光栅。当颜料薄片分散在载体如油墨载体或涂料载体中时，或者当第二薄膜层在衍射光栅图案上形成时，所述表面提供了一个衍射界面。在一些实施方案中，衍射光栅图案通过第二和可能的后续薄膜层被复制，形成附加的衍射界面。当具有五层或较少介质层的颜料薄片分散在载体中时，能产生强烈的衍射效果。与具有不透明金属反射体的衍射薄片不同，依照本专利技术的全介质衍射颜料薄片的一些实施方案是半透明的，并可具有与它们所涂敷其上的物体相匹配的反射和/或透射颜色。在其他实施方案中，具有高-低-高-低-高光学设计、居中在550nm的全介质衍射颜料薄片在涂敷到白色物体上时提供了白色衍射效果。可选择地将这些实施方案涂敷到有色表面上，以在不会基本改变表面的背景颜色的情况下赋予衍射效果。在依照本专利技术实施方案制造的全介质衍射颜料薄片的一些实施方案中，可以选择介质层的厚度以产生薄膜干涉，并赋予色移或珠光效果以及衍射效果。附图简述附图说明图1A为依照本专利技术一个实施方案的在压花衬底上形成的普通多层介质堆的简化横截面。图1B为依照本专利技术一个实施方案的全介质衍射颜料薄片的简化横截面。图1C为依照本专利技术另一个实施方案的全介质衍射颜料薄片的简化横截面。图2A为对于依照本专利技术实施方案的三个不同光学设计测量的反射率相对波长的一组简化曲线。图2B为结合图2A讨论的样品的一组简化的测角分光光度曲线。图3A为对于三个不同中性光学设计测量的反射率相对波长的一组简化曲线。图3B为图3A中所示样品的一组测角分光光度曲线。图4A为一组比较衍射和非衍射样品的反射率相对波长的简化曲线。图4B-4D显示了在不同观察角度上，三种不同全介质颜料样品的几组简化测角分光光度颜色轨线和色度的曲线。图4E比较了在共同观察角度上图4B-4D中所示样品的测角分光光度曲线。图5为依照本专利技术实施方案的涂色物品的简化横截面。图6为依照本专利技术实施方案的方法的简化流程图。书面描述I.前言在无金属反射体的情况下，使用具有介质层的颜料薄片得到衍射效果。衍射效果可以与使用全介质多层光学堆的薄膜干涉效果技术组合。这种组合产生了以前没有看到的崭新颜色效果。介质涂层基本上为非吸收材料，导致了具有高透射率或高反射率的多层堆，这与使用本质上是不透明的金属反射层的衍射结构不同。被透射或反射的颜色取决于光学设计，是这种全介质体系的补充。对于一些设计，被反射或/和透射的颜色将随入射光线的角度强烈偏移。在颜色偏移设计的情况下，颜色效果是唯一的，因为在散射光条件下，当观察角度增加时，颜色从高波长向低波长变化。但是，在高度方向性照明条件(如日照)下，颜色随角度以相反的方向从低波长向高波长变化。在散射光中，所观察到的颜色受源自光学薄膜干涉的变色效果的颜色支配，而在高度方向性光线中，变色效果源于衍射。在具有组合光照条件的一些情况下，因为能同时看见两种物理颜色偏移现象(衍射和薄膜干涉)，颜色以不寻常的方式变化。另外，全介质颜料可以是部分透明的，所以已涂覆物体的固有颜色也将影响物体的最终外观，或者能观察到在全介质颜料下面的图像。对于一些其他光学设计，颜料的“背景颜色”将不随入射光线的角度显著偏移。鉴于产生颜料的全介质光学堆可以是半透明的，在物体上观察到的背景颜色可以强烈地依赖于在涂敷涂料前的物体的固有(基底)颜色。尤其是，可以制备在背景颜色中产生很小变化和在一些情形下基本没有变化的全介质衍射颜料。这些颜料可以用来获得白色衍射效果，换句话说，一个显示基本上白色或珠光的物体根据观察角度可呈现可变化的感知颜色、明度、色调、和/或色度。例如，由薄膜层制成的HLHLH型光学设计不会呈现特征颜色色调，所述薄膜层具有在530nm的1/4波长光学厚度(“QWOT”)，用ZnS作为高折射率(H)材料和MgF2作为低折射率(L)材料。这些材料仅仅是示例性的，可以使用其他介质材料，如使用TiO2作为高指数材料，使用SiO2作为低指数材料。很多其他合适的材料为人们所熟知并可以多种组合被使用。作为这里用到的，高指数材料的折射率大于约1.65，优选大于约2，低指数材料的折射率小于约1.65。每个高指数层不是必须都由相同的高指数材料制成，或者每个低指数层不是必须都由相同的低指数材料制成，可以将材料在一层内分级或混合。当沉积在凹槽频率为每毫米1300到3000行之间的线性隔栅状箔上时，5层光学设计显示了强烈的衍射颜色效果。将光学薄膜层从压花箔上移去，加工为颜料薄片。当这个特定颜料被涂敷到已涂白色的物体上时，在散射光(如多云天气)中观察到的颜色受物体的白色支配，但是在高度方向性照明条件(如日光)下，物体将呈现衍射的虹彩效果。当相同的光学设计从530nm偏移到较低或较高波长时，颜料将分别在反射时呈现浅蓝或微红色调，在透射时呈现淡黄或淡绿色调。具有不透明金属反射体的衍射颜料在涂敷到白色背景上时产生一种颜色。这样，这些颜料不能提供白色衍射效果，但经常在铝反射体情况下提供银色或浅灰色衍射效果；在镍反射体情况下提供淡黄色效果；在铜反射体情况下提供微红色效果。类似地，当将这些具有金属反射体的衍射颜料涂敷到有色背景上时，即使金属反射层是半透明的，衍射颜料将淡化背景颜色。例如，在红色背景上涂敷金属衍射颜料会产生粉红色衍射效果，而不是红色衍射效果。这样，依照本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全介质衍射颜料薄片，包括：包括具有衍射光栅图案的表面的无机介质薄膜层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔贝托阿戈伊蒂亚，弗拉迪米尔P拉克沙，保罗T科尔曼，
申请(专利权)人：JDS单相公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]