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DE102015112412A1 - The color non-altering multi-layer structures and protective coating thereon - Google Patents

The color non-altering multi-layer structures and protective coating thereon Download PDF

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DE102015112412A1
DE102015112412A1 DE102015112412.2A DE102015112412A DE102015112412A1 DE 102015112412 A1 DE102015112412 A1 DE 102015112412A1 DE 102015112412 A DE102015112412 A DE 102015112412A DE 102015112412 A1 DE102015112412 A1 DE 102015112412A1
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omnidirectional
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electromagnetic radiation
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Songtao Wu
Khoa Vo
Debasish Banerjee
Masahiko Ishii
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc
Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
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Abstract

Ein Omnidirektionales Interferenzpigment mit einer schützenden Beschichtung. Das Pigment weist eine erste Schicht aus einem ersten Material und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material auf, wobei sich die zweite Schicht über der ersten Schicht erstreckt. Außerdem reflektiert das Pigment ein Band elektromagnetischer Strahlung mit einer vorgegebenen vollen Halbwertsbreite (full width half maximum, FWHM) von weniger als 300 nm und einer vorgegebenen Farbverschiebung von weniger als 30°, wenn das Pigment einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird und aus Winkeln zwischen 0 und 45° betrachtet wird. Das Pigment weist eine wetterbeständige Beschichtung auf, die seine Außenfläche bedeckt und eine relative photokatalytische Aktivität des Pigments um mindestens 50% verringert.An omnidirectional interference pigment with a protective coating. The pigment comprises a first layer of a first material and a second layer of a second material, wherein the second layer extends over the first layer. In addition, the pigment reflects a band of electromagnetic radiation having a predetermined full width half maximum (FWHM) of less than 300 nm and a predetermined color shift of less than 30 ° when the pigment is exposed to broad band electromagnetic radiation and from angles between 0 and 45 ° is considered. The pigment has a weather resistant coating which covers its outer surface and reduces a relative photocatalytic activity of the pigment by at least 50%.

Description

VERWEISUNG AUF VERWANDTE ANMELDUNGENREFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teil-Fortsetzung (continuation-in-part, CIP) der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/242,429, eingereicht am 1. April 2014, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 23. Dezember 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/138,499 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am B. Juni 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/913,402 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 6. Februar 2013 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/760,699 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 10. August 2012 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/572,071 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 5. Februar 2011 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/021,730 ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 4. Juni 2010 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/793,772 ist (US-Patent 8,736,959), die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 18. Februar 2009 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/388,395 (US-Patent 8,749,881) ist, die ihrerseits eine CIP-Anmeldung der am 12. August 2007 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/837,529 (US-Patent 7,903,339) ist. Die am B. Juni 2013 eingereichte US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/913,402 ist eine CIP-Anmeldung der am 26. Januar 2011 eingereichten 13/014,398, die eine CIP-Anmeldung der am 4. Juni 2010 eingereichten 12/793,772 ist. Die am 26. Januar 2011 eingereichte US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/014,398 ist eine CIP-Anmeldung der am 13. Januar 2010 eingereichten 12/686,861 (US-Patent 8,593,728), die eine CIP-Anmeldung der am 19. Februar 2009 eingereichten 12/389,256 (US-Patent 8,329,247) ist; alle sind durch Bezugnahme hierin aufgenommen.The present application is a continuation-in-part (CIP) of U.S. Patent Application Serial No. 14 / 242,429, filed April 1, 2014, which in turn is a CIP application of US Patent Application Serial No. 14 / 138,499, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 913,402 filed on Jun. 8, 2013, which in turn filed a CIP application of U.S. Patent Application filed on Feb. 6, 2013 Serial No. 13 / 760,699, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 13 / 572,071, filed on August 10, 2012, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 5 filed on Feb. 5, 2011 No. 13 / 021,730, which in turn is a CIP application of U.S. Patent Application Serial No. 12 / 793,772, filed June 4, 2010 (US Pat. No. 8,736,959), which in turn filed a CIP application filed on Feb. 18,2002 009 filed US Patent Application Serial No. 12 / 388,395 (US Pat. No. 8,749,881), which in turn is a CIP application of US Patent Application Serial No. 11 / 837,529 filed on August 12, 2007 (US Pat. No. 7,903,339). U.S. Patent Application Serial No. 13 / 913,402, filed on Jun. 28, 2013, is a CIP application of 13 / 014,398 filed Jan. 26, 2011, which is a CIP application of 12 / 793,772 filed June 4, 2010. U.S. Patent Application Serial No. 13 / 014,398, filed January 26, 2011, is a CIP application of 12 / 686,861 filed on January 13, 2010 (U.S. Patent No. 8,593,728), which filed a CIP application filed on Feb. 19, 2009 12 / 389,256 (U.S. Patent 8,329,247); all are incorporated herein by reference.

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrschichtige Dünnfilmstrukturen, auf denen schützende Beschichtungen liegen, und insbesondere mehrschichtige Dünnfilmstrukturen mit einer schützenden Beschichtung, die eine minimale oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung zeigen, wenn sie einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt und aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden.The present invention relates to multilayer thin film structures bearing protective coatings and, more particularly, to multilayer thin film structures having a protective coating which exhibit minimal or imperceptible color shift when exposed to broad band electromagnetic radiation and viewed from various angles.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Pigmente, die aus mehrschichtigen Strukturen bestehen, sind bekannt. Außerdem sind auch Pigmente bekannt, die eine hoch-gesättigte omnidirektionale Struktur- bzw. Interferenzfarbe zeigen oder bewirken. Allerdings benötigen solche Pigmente des Standes der Technik immerhin 39 Dünnfilmschichten, um gewünschte Farbeigenschaften zu erhalten.Pigments consisting of multilayer structures are known. In addition, pigments are also known which show or cause a highly saturated omnidirectional structure or interference color. However, such prior art pigments require at least 39 thin film layers to obtain desired color properties.

Man beachte, dass Kosten, die im Zusammenhang mit der Produktion von mehrschichtigen Dünnfilmpigmenten entstehen, proportional sind zu der Anzahl der benötigten Schichten. Somit können die Kosten im Zusammenhang mit der Produktion von hochgesättigten omnidirektionalen Strukturfarben unter Verwendung von mehrschichtigen Stapeln dielektrischer Materialien untragbar sein. Daher besteht ein Bedarf an einer omnidirektionalen Strukturfarbe mit hoher Chrominanz, die eine minimale Anzahl von Dünnfilmschichten erfordert.Note that costs associated with the production of multilayer thin film pigments are proportional to the number of layers required. Thus, the cost associated with the production of highly saturated omnidirectional structural inks using multilayer stacks of dielectric materials may be prohibitive. Therefore, there is a need for a high chrominance omnidirectional feature color that requires a minimum number of thin film layers.

Außerdem weiß man, dass Pigmente verblassen können, ihre Farbe ändern können usw., wenn sie Sonnenlicht und insbesondere ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Somit besteht auch ein Bedarf an einem omnidirektionalen Interferenzpigment mit hoher Chrominanz, das wetterbeständig ist.In addition, it is known that pigments can fade, change color, etc. when exposed to sunlight, and especially ultraviolet light. Thus, there is also a need for a high chrominance omnidirectional interference pigment which is weather resistant.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es wird ein omnidirektionales Interferenzpigment geschaffen, das eine schützende Beschichtung aufweist. Das Pigment weist eine erste Schicht aus einem ersten Material und eine zweite Schicht aus einem zweiten Material auf, wobei sich die zweite Schicht über der ersten Schicht erstreckt. Außerdem reflektiert das Pigment ein Band elektromagnetischer Strahlung mit einer vorgegebenen vollen Halbwertsbreite (full width half maximum, FWHM) von weniger als 300 nm und einer vorgegebenen Farbverschiebung von weniger als 30°, wenn das Pigment einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird und aus Winkeln zwischen 0 und 45° betrachtet wird. Ebenso weist das Pigment eine wetterbeständige Beschichtung auf, die seine Außenfläche bedeckt und eine relative photokatalytische Aktivität des Pigments um mindestens 50% verringert.An omnidirectional interference pigment is provided which has a protective coating. The pigment comprises a first layer of a first material and a second layer of a second material, wherein the second layer extends over the first layer. In addition, the pigment reflects a band of electromagnetic radiation having a predetermined full width half maximum (FWHM) of less than 300 nm and a predetermined color shift of less than 30 ° when the pigment is exposed to broad band electromagnetic radiation and from angles between 0 and 45 ° is considered. Similarly, the pigment has a weather resistant coating which covers its outer surface and reduces a relative photocatalytic activity of the pigment by at least 50%.

Die wetterbeständige Beschichtung kann eine Oxidschicht aufweisen, und die Oxidschicht kann ausgewählt sein aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid und/oder Ceroxid. Außerdem kann die wetterbeständige Beschichtung eine erste Oxidschicht und eine zweite Oxidschicht beinhalten, wobei sich die zweite Oxidschicht von der ersten Oxidschicht unterscheidet. Ferner kann die zweite Oxidschicht eine Hybridoxidschicht sein, die eine Kombination aus mindestens zwei verschiedenen Oxidschichten ist. Schließlich enthält das Pigment selbst, d. h. das Pigment ohne die schützende Beschichtung, keine Oxidschicht. The weather resistant coating may comprise an oxide layer and the oxide layer may be selected from silica, alumina, zirconia, titania and / or ceria. In addition, the weather resistant coating may include a first oxide layer and a second oxide layer, wherein the second oxide layer is different from the first oxide layer. Furthermore, the second oxide layer may be a hybrid oxide layer which is a combination of at least two different oxide layers. Finally, the pigment itself, ie the pigment without the protective coating, contains no oxide layer.

Es wird auch ein Verfahren zum Produzieren von omnidirektionalen, farbigen Interferenzpigmenten, die eine schützende Beschichtung aufweisen, offenbart. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung einer Mehrzahl von Pigmentteilchen mit einer Struktur und mit Eigenschaften wie oben angegeben, und das Suspendieren der Mehrzahl von Pigmentteilchen in einer ersten Flüssigkeit, um eine Pigmentsuspension zu bilden. Außerdem wird ein Oxidpräkursor geschaffen, der eine zweite Flüssigkeit und ein oxidbildendes Element wie Silicium, Aluminium, Zirconium, Titan oder Cer bildet. Die Pigmentsuspension und der Oxidpräkursor werden gemischt und haben eine Abscheidung einer wetterbeständigen Oxidbeschichtung auf der Mehrzahl von Pigmentteilchen zur Folge, wobei die Beschichtung eine relative photokatalytische Aktivität der Pigmentteilchen um mindestens 50% verringert.There is also disclosed a method of producing omnidirectional colored interference pigments having a protective coating. The method includes providing a plurality of pigment particles having a structure and properties as indicated above, and suspending the plurality of pigment particles in a first liquid to form a pigment suspension. In addition, an oxide precursor is provided which forms a second liquid and an oxide-forming element such as silicon, aluminum, zirconium, titanium or cerium. The pigment suspension and the oxide precursor are mixed and result in deposition of a weather resistant oxide coating on the plurality of pigment particles, which coating reduces a relative photocatalytic activity of the pigment particles by at least 50%.

In manchen Fällen ist die erste Flüssigkeit ein erstes organisches Lösungsmittel und die zweite Flüssigkeit ist ein zweites organisches Lösungsmittel. Außerdem können das erste und das zweite organische Lösungsmittel organische polare Lösungsmittel sein wie n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, Ethanol, n-Butanol und Aceton. In anderen Fällen können das erste organische Lösungsmittel und das zweite organische Lösungsmittel organische polare protische Lösungsmittel sein.In some cases, the first liquid is a first organic solvent and the second liquid is a second organic solvent. In addition, the first and second organic solvents may be organic polar solvents such as n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, ethanol, n-butanol and acetone. In other cases, the first organic solvent and the second organic solvent may be organic polar protic solvents.

Was den Oxidvorläufer betrifft, so kann das oxidbildende Element Silicium in Form von Tetraethoxysilan vorliegen, das oxidbildende Element Aluminium kann in Form von Aluminiumsulfat und/oder Aluminium-tri-sek-butoxid vorliegen, das oxidbildende Element Zirconium kann in Form von Zirconiumbutoxid vorliegen, das oxidbildende Element Cer kann in Form von Cernitrathexahydrat und/oder Cersulfat vorliegen, und das oxidbildende Element Titan kann in Form von Titanethoxid und/oder Titanisopropoxid und/oder Titanbutoxid vorliegen.As regards the oxide precursor, the oxide-forming element may be silicon in the form of tetraethoxysilane, the oxide-forming element aluminum may be in the form of aluminum sulfate and / or aluminum tri-sec-butoxide, the oxide-forming element zirconium may be in the form of zirconium butoxide Oxide-forming element Cer may be in the form of cerium nitrate hexahydrate and / or ceric sulfate, and the oxide-forming element titanium may be in the form of titanium ethoxide and / or titanium isopropoxide and / or titanium butoxide.

In anderen Fällen ist die erste Flüssigkeit eine erste wässrige Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit ist eine zweite wässrige Flüssigkeit. Außerdem kann das oxidbildende Element Silicium in Form von Natriumsilicat vorliegen, das oxidbildende Element Aluminium kann in Form von Aluminiumsulfat und/oder Aluminiumsulfathydrat und/oder Natriumaluminat vorliegen, das oxidbildende Element Zirconium kann in Form von Zirconylchloridoctahydrat vorliegen, das oxidbildende Element Cer liegt in Form von Cernitrathexahydrat vor und das oxidbildende Element Titan kann in Form von Titantetrachlorid vorliegen.In other cases, the first liquid is a first aqueous liquid and the second liquid is a second aqueous liquid. In addition, the oxide-forming element may be silicon in the form of sodium silicate, the oxide-forming element aluminum may be in the form of aluminum sulphate and / or aluminum sulphate hydrate and / or sodium aluminate, the oxide-forming element zirconium may be in the form of zirconyl chloridoctahydrate, the oxide-forming element cerium may be in the form of Cernitrathexahydrat before and the oxide-forming element titanium may be present in the form of titanium tetrachloride.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1A ist eine schematische Darstellung einer dielektrischen Schicht (DL), die einfallende elektromagnetische Strahlung reflektiert und durchlässt. 1A is a schematic representation of a dielectric layer (DL) that reflects and transmits incident electromagnetic radiation.

1B ist eine schematische Darstellung einer Reflektorschicht (RL), die einfallende elektromagnetische Strahlung reflektiert. 1B is a schematic representation of a reflector layer (RL), which reflects incident electromagnetic radiation.

1C ist eine schematische Darstellung einer absorbierenden Schicht (A1), die einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert. 1C is a schematic representation of an absorbing layer (A1) that absorbs incident electromagnetic radiation.

1D ist eine schematische Darstellung einer selektiven absorbierenden Schicht (SAL), die einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert und durchlässt. 1D is a schematic representation of a selective absorbing layer (SAL) that absorbs and transmits incident electromagnetic radiation.

2 ist eine schematische Darstellung von Reflexion und Transmission einfallender elektromagnetischer Strahlung durch einen mehrschichtigen, eine omnidirektionale Strukturfarbe aufweisenden Dünnfilm einer 1. Generation, der aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten besteht; 2 is a schematic representation of reflection and transmission of incident electromagnetic radiation through a multi-layer, an omnidirectional structure color thin film of a 1st generation, which consists of a plurality of dielectric layers;

3 ist eine schematische Darstellung eines mehrschichtigen, eine omnidirektionale Strukturfarbe aufweisenden Dünnfilms der 1. Generation, der aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten besteht; 3 Fig. 12 is a schematic representation of a multi-layer, omnidirectional structural ink thin film of the 1st generation consisting of a plurality of dielectric layers;

4 ist eine grafische Darstellung, die einen Vergleich eines 0,2%-Verhältnisses von Bereich zu Bereichsmitte von elektromagnetischer Strahlung für den transvers-magnetischen Modus und den transvers-elektrischen Modus zeigt; 4 Fig. 12 is a graph showing a comparison of 0.2% area-to-area average of electromagnetic radiation for the transversal magnetic mode and the trans-electric mode;

5 ist eine grafische Darstellung der Reflexion bzw. des Reflexionsgrads als Funktion der Wellenlänge für den in 4 dargestellten Fall II; 5 is a graphical representation of the reflectance as a function of wavelength for the in 4 illustrated case II;

6 ist eine grafische Darstellung der Streuung der Zentralwellenlänge im Fall I, II und III, die in 4 dargestellt sind; 6 FIG. 4 is a graph of the center wavelength dispersion in cases I, II and III, which in FIG 4 are shown;

7 ist eine schematische Darstellung von Reflexion und Absorption einfallender elektromagnetischer Strahlung durch einen mehrschichtigen, eine omnidirektionale Strukturfarbe aufweisenden Dünnfilm einer 2. Generation, der aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten und einer absorbierenden Schicht besteht; 7 is a schematic representation of reflection and absorption of incident electromagnetic radiation through a multi-layer, an omnidirectional structure color thin film of a 2nd generation, which consists of a plurality of dielectric layers and an absorbent layer;

8 ist eine schematische Darstellung eines mehrschichtigen, eine omnidirektionale Strukturfarbe aufweisenden Dünnfilms der 2. Generation, der aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten und einer absorbierenden Schicht und/oder reflektierenden Schicht besteht; 8th Fig. 12 is a schematic representation of a multilayered omnidirectional structural ink of the 2nd generation thin film consisting of a plurality of dielectric layers and an absorbing layer and / or reflective layer;

9A ist eine schematische Darstellung eines 5-schichtigen, eine omnidirektionale Strukturfarbe aufweisenden Dünnfilms der 2. Generation, der aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten und einer absorbierenden/reflektierenden Schicht besteht, mit einer Chrominanz (C*) von 100 und einem Reflexionsgrad (Max R) von 60%; 9A Fig. 12 is a schematic representation of a 2-generation thin film of an omnidirectional structure color consisting of a plurality of dielectric layers and an absorbing / reflecting layer, with a chroma (C *) of 100 and a reflectance (Max R). of 60%;

9B ist eine grafische Darstellung von Reflexionsgrad gegen Wellenlänge für den in 9A dargestellten 5-schichtigen Mehrschichtstapel-Dünnfilm der 2. Generation im Vergleich zu einem 13-schichtigen Mehrschicht-Dünnfilm der 1. Generation und für Blickwinkel von 0 und 45 Grad; 9B is a plot of reflectance versus wavelength for the in 9A illustrated second-generation 5-layer multilayer stack thin film compared to a 1st generation 13-layer multilayer thin film and for viewing angles of 0 and 45 degrees;

10 ist eine schematische Darstellung eines mehrschichtigen, eine omnidirektionale Strukturfarbe aufweisenden Dünnfilms einer 3. Generation, der aus einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten, einer selektiven absorbierenden Schicht (SAL) und einer Reflektorschicht besteht; 10 Fig. 12 is a schematic representation of a multi-layered, omnidirectional structural paint, 3rd generation thin film consisting of a plurality of dielectric layers, a selective absorbing layer (SAL), and a reflector layer;

11A ist eine schematische Darstellung eines Null- oder Nahe-Nullpunkts eines elektrischen Feldes innerhalb einer dielektrischen ZnS-Schicht, die einer elektromagnetischen Strahlung (electromagnetic radiation, EMR) mit einer Wellenlänge von 500 nm ausgesetzt wird; 11A Fig. 12 is a schematic representation of a zero or near zero of an electric field within a ZnS dielectric layer exposed to 500 nm electromagnetic radiation (EMR);

11B ist eine graphische Darstellung des absoluten Wertes von elektrischem Feld zum Quadrat (|E|2) gegen die Dicke der in 1A dargestellten dielektrischen ZnS-Schicht, wenn diese einer EMR mit Wellenlängen von 300, 400, 500, 600 und 700 nm ausgesetzt wird; 11B is a graphical representation of the absolute value of electric field squared (| E | 2 ) versus thickness of in 1A ZnS dielectric layer when exposed to an EMR having wavelengths of 300, 400, 500, 600 and 700 nm;

12 ist eine schematische Darstellung einer dielektrischen Schicht, die sich über einer Unterlage oder einer Reflektorschicht erstreckt und einer elektromagnetischen Strahlung in einem Winkel θ in Bezug auf eine Normale zur Außenfläche der dielektrischen Schicht ausgesetzt wird; 12 Fig. 12 is a schematic representation of a dielectric layer extending over a substrate or reflector layer exposed to electromagnetic radiation at an angle θ with respect to a normal to the outer surface of the dielectric layer;

13 ist eine schematische Darstellung einer dielektrischen ZnS-Schicht mit einer Cr-Absorberschicht, die am Null- oder Nahe-Nullpunkt des elektrischen Feldes innerhalb der dielektrischen ZnS-Schicht liegt, für einfallende EMR mit einer Wellenlänge von 434 nm; 13 Figure 3 is a schematic representation of a ZnS dielectric layer having a Cr absorber layer located at the zero or near zero of the electric field within the ZnS dielectric layer for incident EMR having a wavelength of 434 nm;

14 ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen reflektierte EMR-Wellenlänge für einen Mehrschichtstapel ohne eine Cr-Absorberschicht (z. B. 1A) und einen Mehrschichtstapel mit einer Cr-Absorberschicht (z. B. 3A), die weißem Licht ausgesetzt werden; 14 Figure 4 is a plot of percent reflection versus reflected EMR wavelength for a multilayer stack without a Cr absorber layer (e.g. 1A ) and a multilayer stack with a Cr absorber layer (e.g. 3A ) exposed to white light;

15A ist eine grafische Darstellung von ersten Harmonischen und zweiten Harmonischen, die von einer dielektrischen ZnS-Schicht gezeigt werden, die sich über einer A1-Reflektorschicht erstreckt (z. B. 4A); 15A FIG. 12 is a first harmonic and second harmonic plot shown by a ZnS dielectric layer extending over an A1 reflector layer (eg, FIG. 4A );

15B ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen reflektierte EMR-Wellenlänge für einen Mehrschichtstapel mit einer dielektrischen ZnS-Schicht, die sich über einer A1-Reflektorschicht erstreckt, plus einer Cr-Absorberschicht, die innerhalb der dielektrischen ZnS-Schicht liegt, so dass die in 8A gezeigten zweiten Harmonischen absorbiert werden; 15B FIG. 12 is a plot of percent reflection versus reflected EMR wavelength for a multilayer stack having a ZnS dielectric layer extending over an A1 reflector layer plus a Cr absorber layer located within the ZnS dielectric layer such that the in 8A be absorbed second harmonic shown;

15C ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen reflektierte EMR-Wellenlänge für einen Mehrschichtstapel mit einer dielektrischen ZnS-Schicht, die sich über einer A1-Reflektorschicht erstreckt, plus einer Cr-Absorberschicht, die innerhalb der dielektrischen ZnS-Schicht liegt, so dass die in 8A gezeigten ersten Harmonischen absorbiert werden; 15C FIG. 12 is a plot of percent reflection versus reflected EMR wavelength for a multilayer stack having a ZnS dielectric layer extending over an A1 reflector layer plus a Cr absorber layer located within the ZnS dielectric layer such that the in 8A absorbed first harmonic shown;

16A ist eine grafische Darstellung von elektrischem Feld zum Quadrat gegen Dicke der dielektrischen Schicht und zeigt die Winkelabhängigkeit einer Cr-Absorberschicht in Bezug auf ein elektrisches Feld bei einer Bestrahlung mit einfallendem Licht bei 0 und 45 Grad. 16A Fig. 12 is a graph of electric field squared versus thickness of the dielectric layer and showing the angular dependence of a Cr absorber layer on an electric field under irradiation with incident light at 0 and 45 degrees.

16B ist eine grafische Darstellung von prozentualer Absorption durch eine Cr-Absorberschicht gegen reflektierte EMR-Wellenlänge bei Bestrahlung mit weißem Licht bei Winkeln von 0 und 45° in Bezug auf eine Normale der Außenfläche (wobei 0° normal zur Oberfläche ist); 16B Figure 3 is a graph of percent absorption by a Cr absorber layer versus reflected EMR wavelength when irradiated with white light at angles of 0 and 45 ° with respect to a normal of the outer surface (where 0 ° is normal to the surface);

17A ist eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen, eine rote Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 17A is a schematic representation of an omnidirectional, a red structure color having multilayer stack according to an embodiment of the present invention;

17B ist eine grafische Darstellung der prozentualen Absorption der in 10A gezeigten Cu-Absorberschicht gegen reflektierte EMR-Wellenlänge für eine Bestrahlung des in 10A dargestellten Mehrschichtstapels mit weißem Licht bei Einfallswinkeln von 0 und 450; 17B is a graphical representation of the percent absorption of in 10A shown Cu absorber layer against reflected EMR wavelength for irradiation of the in 10A illustrated multilayer stack with white light at angles of incidence of 0 and 450;

18 ist ein grafischer Vergleich zwischen Rechen-/Simulationsdaten und experimentellen Daten für eine prozentuale Reflexion gegen reflektierte EMR-Wellenlänge für einen omnidirektionalen, eine rote Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapel für eine Machbarkeitsstudie, der mit weißem Licht bei einem Einfallswinkel von 0° bestrahlt wurde; 18 Figure 3 is a graphical comparison of computational / simulation data and experimental data for a percent reflection versus reflected EMR wavelength for an omnidirectional red-textured multilayer stack for a feasibility study irradiated with white light at an incidence angle of 0 °;

19 ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen Wellenlänge für einen omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 19 FIG. 13 is a plot of percent reflection versus wavelength for an omnidirectional structural color multilayer stack according to one embodiment of the present invention; FIG.

20 ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen Wellenlänge für einen omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 20 FIG. 13 is a plot of percent reflection versus wavelength for an omnidirectional structural color multilayer stack according to one embodiment of the present invention; FIG.

21 ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen Wellenlänge für einen omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 21 FIG. 13 is a plot of percent reflection versus wavelength for an omnidirectional structural color multilayer stack according to one embodiment of the present invention; FIG.

22 ist eine grafische Darstellung von prozentualer Reflexion gegen Wellenlänge für einen omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 22 FIG. 13 is a plot of percent reflection versus wavelength for an omnidirectional structural color multilayer stack according to one embodiment of the present invention; FIG.

23 ist eine grafische Darstellung eines Teils einer a*b*-Farbtabelle unter Verwendung des CIELAB-Farbraums, in der die Chrominanz und die Farbtonverschiebung zwischen einem herkömmlichen Lack und einem Lack, der aus Pigmenten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht (Probe (b)), verglichen werden; 23 12 is a graphical representation of a portion of an a * b * color map using the CIELAB color space in which the chroma and hue shift between a conventional paint and a paint consisting of pigments according to an embodiment of the present invention (sample (b)) ) are compared;

24 ist eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 24 FIG. 12 is a schematic representation of an omnidirectional structural color multi-layer stack according to an embodiment of the present invention; FIG.

25 ist eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 25 FIG. 12 is a schematic representation of an omnidirectional structural color multi-layer stack according to an embodiment of the present invention; FIG.

26 ist eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden Mehrschichtstapels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 26 FIG. 12 is a schematic representation of an omnidirectional structural color multi-layer stack according to an embodiment of the present invention; FIG.

27 ist eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden vierschichtigen Pigments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 27 Fig. 12 is a schematic representation of an omnidirectional structural-color four-layer pigment according to an embodiment of the present invention;

28 ist eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden siebenschichtigen Pigments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 28 Fig. 12 is a schematic representation of an omnidirectional structural colored seven-layer pigment according to an embodiment of the present invention;

29 ist eine schematische Darstellung eines eine omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden siebenschichtigen Pigments, das eine schützende Beschichtung aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 29 Figure 3 is a schematic representation of an omnidirectional structural colored seven-layer pigment having a protective coating according to an embodiment of the present invention;

30 ist eine schematische Darstellung einer schützenden Beschichtung, die zwei oder mehr Schichten aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 30 Figure 3 is a schematic representation of a protective coating having two or more layers, according to one embodiment of the present invention;

31 ist ein Diagramm, das eine normalisierte relative photokatalytische Aktivität für ein omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer Anzahl verschiedener schützender Beschichtungen zeigt; 31 Fig. 10 is a graph showing a normalized relative photocatalytic activity for an omnidirectional, textured-color pigment having a number of different protective coatings;

32A ist eines von zwei Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Bildern für eine Mehrzahl von omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden siebenschichtigen Pigmenten ohne schützende Beschichtung; und 32A is one of two Scanning Electron Microscope (SEM) images for a plurality of omnidirectional, textured-color seven-layer pigments without protective coating; and

32B ist eines von zwei Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Bildern für eine Mehrzahl von omnidirektionalen, eine Strukturfarbe aufweisenden siebenschichtigen Pigmenten mit einer schützenden Beschichtung aus Siliciumoxid und Zirconiumoxid-Aluminiumoxid. 32B is one of two Scanning Electron Microscope (SEM) images for a plurality of omnidirectional, textured-color seven-layer pigments having a protective coating of silica and zirconia-alumina.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Es wird eine omnidirektionale Struktur- bzw. Interferenzfarbe geschaffen. Die omnidirektionale Strukturfarbe hat die Form eines mehrschichtigen Dünnfilms (hierin auch als Mehrschichtstapel bezeichnet), der ein schmales Band einer elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektrum reflektiert und eine kleine oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung aufweist, wenn der mehrschichtige Dünnfilm aus Winkeln zwischen 0 bis 45 Grad betrachtet wird. Der mehrschichtige Dünnfilm kann als Pigment in einer Lackzusammensetzung, als kontinuierlicher Dünnfilm auf einer Struktur und dergleichen verwendet werden.An omnidirectional structure or interference color is created. The omnidirectional structure color is in the form of a multilayer thin film (also referred to herein as a multilayer stack) which reflects a narrow band of electromagnetic radiation in the visible spectrum and has little or no discernible color shift when the multilayer thin film is viewed from angles between 0 to 45 degrees , The multilayer thin film can be used as a pigment in a paint composition, as a continuous thin film on a pattern, and the like.

Der mehrschichtige Dünnfilm beinhaltet einen Mehrschichtstapel, der eine erste Schicht und eine zweite, über der ersten Schicht liegende Schicht aufweist. In manchen Fällen reflektiert der Mehrschichtstapel ein schmales Band der elektromagnetischen Strahlung, das eine FWHM von weniger als 300 nm, vorzugsweise weniger als 200 nm und in manchen Fällen weniger als 150 nm aufweist. Der mehrschichtige Dünnfilm weist außerdem eine Farbverschiebung von weniger als 50 nm, vorzugsweise weniger als 40 nm und stärker bevorzugt weniger als 30 nm auf, wenn der Mehrschichtstapel breitbandiger elektromagnetischer Strahlung, z. B. weißem Licht, ausgesetzt und aus Winkeln zwischen 0 und 45 Grad betrachtet wird. Außerdem könnte der Mehrschichtstapel ein separates reflektiertes Band elektromagnetischer Strahlung im UV-Bereich und/oder im IR-Bereich aufweisen.The multilayer thin film includes a multilayer stack having a first layer and a second layer overlying the first layer. In some cases, the multilayer stack reflects a narrow band of electromagnetic radiation having an FWHM of less than 300 nm, preferably less than 200 nm, and in some cases less than 150 nm. The multilayer thin film also has a color shift of less than 50 nm, preferably less than 40 nm, and more preferably less than 30 nm, when the multilayer stack of broad band electromagnetic radiation, e.g. B. white light, exposed and viewed from angles between 0 and 45 degrees. In addition, the multilayer stack could have a separate reflected band of electromagnetic radiation in the UV range and / or in the IR range.

Die Gesamtdicke des Mehrschichtstapels ist geringer als 2 μm, vorzugsweise geringer als 1,5 μm und noch stärker bevorzugt geringer als 1,0 μm. Somit kann der Mehrschichtstapel als Lackpigment in Dünnfilm-Lacküberzügen verwendet werden.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. Thus, the multilayer stack can be used as a paint pigment in thin film paint coatings.

Die ersten und zweiten Schichten können aus dielektrischem Material bestehen, oder alternativ dazu kann bzw. können die erste und/oder die zweite Schicht aus einem absorbierenden Material bestehen. Absorbierende Materialien beinhalten selektive absorbierende Materialien wie Cu, Au, Zn, Sn, Legierungen davon und dergleichen, oder als Alternative bunte dielektrische Materialien wie Fe2O3, Cu2O, Kombinationen davon und dergleichen. Das absorbierende Material kann auch ein nicht-selektives absorbierendes Material sein wie Cr, Ta, W, Mo, Ti, Ti-Nitrid, Nb, Co, Si, Ge, Ni, Pd, V, Eisenoxide, Kombinationen oder Legierungen davon und dergleichen. Die Dicke einer absorbierenden Schicht, die aus selektivem absorbierendem Material besteht, liegt zwischen 20 bis 80 nm, während die Dicke einer absorbierenden Schicht, die aus nicht-selektivem absorbierendem Material besteht, zwischen 5 bis 30 nm liegt.The first and second layers may be made of dielectric material or, alternatively, the first and / or the second layer may be made of an absorbent material. Absorbent materials include selective absorbing materials such as Cu, Au, Zn, Sn, alloys thereof, and the like, or alternatively, colorful dielectric materials such as Fe 2 O 3 , Cu 2 O, combinations thereof, and the like. The absorbent material may also be a non-selective absorbent material such as Cr, Ta, W, Mo, Ti, Ti-nitride, Nb, Co, Si, Ge, Ni, Pd, V, iron oxides, combinations or alloys thereof and the like. The thickness of an absorbent layer consisting of selective absorbent material is between 20 to 80 nm, while the thickness of an absorbent layer consisting of non-selective absorbent material is between 5 to 30 nm.

Der Mehrschichtstapel kann auch eine Reflektorschicht beinhalten, über der sich die erste Schicht und die zweite Schicht erstrecken, die Reflektorschicht kann aus Metallen wie Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, Legierungen davon und dergleichen bestehen. Die Reflektorschicht weist in der Regel eine Dicke zwischen 30 bis 200 nm auf.The multilayer stack may also include a reflector layer over which the first layer and the second layer extend, the reflector layer may be made of metals such as Al, Ag, Pt, Cr, Cu, Zn, Au, Sn, alloys thereof and the like. The reflector layer generally has a thickness between 30 and 200 nm.

Der Mehrschichtstapel kann ein schmales Band von reflektierter elektromagnetischer Strahlung aufweisen, welches die Form eines symmetrischen Peaks innerhalb des sichtbaren Spektrums aufweist. Als Alternative kann das schmale reflektierte Band der elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektrum so an den UV-Bereich angrenzen, dass ein Teil des reflektierten Bandes der elektromagnetischen Strahlung, d. h. der UV-Teil, für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Als Alternative kann das reflektierte Band der elektromagnetischen Strahlung einen Teil im IR-Bereich aufweisen, so dass der IR-Teil für das menschliche Auge ebenfalls nicht sichtbar ist.The multilayer stack may comprise a narrow band of reflected electromagnetic radiation having the shape of a symmetrical peak within the visible spectrum. Alternatively, the narrow reflected band of electromagnetic radiation in the visible spectrum may be so adjacent to the UV region that a portion of the reflected band of electromagnetic radiation, ie the UV part, is not visible to the human eye. Alternatively, the reflected band of electromagnetic radiation may have a part in the IR region, so that the IR part is also not visible to the human eye.

Ob das reflektierte Band der elektromagnetischen Strahlung, das im sichtbaren Spektrum liegt, nun an den UV-Bereich oder den IR-Bereich angrenzt oder einen symmetrischen Peak innerhalb des sichtbaren Spektrums aufweist – die hierin offenbarten mehrschichtigen Dünnfilme weisen ein schmales Band der reflektierten elektromagnetischen Strahlung im sichtbaren Spektrum auf, das eine niedrige, kleine oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung aufweist. Die niedrige oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung kann die Form einer geringen Verschiebung einer Zentralwellenlänge für ein schmales reflektiertes Band der elektromagnetischen Strahlung aufweisen. Als Alternative kann die niedrige oder nicht wahrnehmbare Farbverschiebung die Form einer geringen Verschiebung eines UV-seitigen Randes oder eines IR-seitigen Randes eines reflektierten Bandes der elektromagnetischen Strahlung, das an den IR-Bereich bzw. den UV-Bereich angrenzt, aufweisen. Eine solche geringe Verschiebung einer Zentralwellenlänge, eines UV-seitigen Randes und/oder eines IR-seitigen Randes beträgt in der Regel weniger als 50 nm, in manchen Fällen weniger als 40 nm und in anderen Fällen weniger als 30 nm, wenn man den mehrschichtigen Dünnfilm aus Winkeln zwischen 0 und 45 Grad betrachtet.Whether the reflected band of electromagnetic radiation lying in the visible spectrum now adjoins the UV or IR region or has a symmetric peak within the visible spectrum - the multilayer thin films disclosed herein have a narrow band of reflected electromagnetic radiation in the visible spectrum that has a low, small or imperceptible color shift. The low or imperceptible color shift may be in the form of a slight shift of center wavelength for a narrow reflected band of electromagnetic radiation. Alternatively, the low or imperceptible color shift may take the form of a slight shift of a UV-side edge or an IR-side edge of a reflected band of electromagnetic radiation adjacent to the IR region and the UV region, respectively. Such a small shift of a center wavelength, a UV-side edge and / or an IR-side edge is typically less than 50 nm, in some cases less than 40 nm and in other cases less than 30 nm when using the multilayer thin film viewed from angles between 0 and 45 degrees.

Außerdem kann die omnidirektionale Strukturfarbe in Form eines mehrschichtigen Dünnfilms in Form einer Mehrzahl von Pigmentteilchen vorliegen, die eine schützende Beschichtung aufweisen. Somit wird ein wetterbeständiges Pigment geschaffen. Die schützende Beschichtung kann eine oder mehrere Oxidschichten beinhalten, durch welche die relative photokatalytische Aktivität der Pigmentteilchen verringert wird. Die Oxidschicht kann jede beliebige Oxidschicht sein, die dem Fachmann bekannt ist, und beinhaltet beispielsweise eine Siliciumoxidschicht, eine Aluminiumoxidschicht, eine Zirconiumoxidschicht, eine Titanoxidschicht, eine Ceroxidschicht, Kombinationen davon und dergleichen. In manchen Fällen beinhaltet die schützende Beschichtung eine erste Oxidschicht und eine zweite Oxidschicht. Außerdem kann bzw. können die erste Oxidschicht und/oder die zweite Oxidschicht eine Hybridoxidschicht sein, d. h. eine Oxidschicht, die eine Kombination aus zwei verschiedenen Oxiden ist. Ebenso, und wie oben angegeben, kann das Pigment an sich die Form eines mehrschichtigen Dünnfilms haben, der keine Oxidschicht aufweist.In addition, the omnidirectional structural paint may be in the form of a multi-layered thin film in the form of a plurality of pigment particles having a protective coating. Thus, a weather resistant pigment is created. The protective coating may include one or more oxide layers which reduce the relative photocatalytic activity of the pigment particles. The oxide layer may be any oxide layer known to those skilled in the art and includes, for example, a silicon oxide layer, an aluminum oxide layer, a zirconium oxide layer, a titanium oxide layer, a ceria layer, combinations thereof, and the like. In some cases, the 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, i. H. an oxide layer that is a combination of two different oxides. Likewise, and as stated above, the pigment per se may be in the form of a multi-layered thin film which does not have an oxide layer.

Ein Verfahren zum Produzieren eines omnidirektionalen Interferenzpigments könnte die Verwendung einer Säure, einer sauren Verbindung, einer sauren Lösung und dergleichen beinhalten. Anders ausgedrückt könnte die Mehrzahl von omnidirektionalen Interferenzpigmentteilchen in einer sauren Lösung behandelt werden. Zusätzliche Lehren und Einzelheiten des omnidirektionalen Interferenzpigments und ein Verfahren zur Herstellung des Pigments werden später im vorliegenden Dokument erörtert.A method of producing an omnidirectional interference pigment could involve the use of an acid, an acidic compound, an acidic solution, and the like. In other words, the plurality of omnidirectional interference pigment particles could be treated in an acidic solution. Additional teachings and details of the omnidirectional interference pigment and method of making the pigment will be discussed later in this document.

Es wird auf 1 Bezug genommen, wo die 1A bis 1D die grundlegenden Komponenten eines omnidirektionalen Strukturfarbendesigns darstellen. Genauer zeigt 1A eine dielektrische Schicht, die einfallender elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt wird. Außerdem reflektiert die dielektrische Schicht (DL) einen Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und lässt einen Teil davon durch. Außerdem ist die einfallende elektromagnetische Strahlung dem durchgelassenen Teil und dem reflektierten Teil gleich, und in der Regel ist der durchgelassene Teil viel größer als der reflektierte Teil. Dielektrische Schichten können aus dielektrischen Materialien wie SiO2, TiO2, ZnS, MgF2 und dergleichen bestehen.It will open 1 Referred to where the 1A to 1D represent the basic components of an omnidirectional textured color design. Exactly shows 1A a dielectric layer exposed to incident electromagnetic radiation. In addition, the dielectric layer (DL) reflects and transmits a portion of the incident electromagnetic radiation. In addition, the incident electromagnetic radiation is the same to the transmitted part and the reflected part, and usually the transmitted part is much larger than the reflected part. Dielectric layers may be made of dielectric materials such as SiO 2 , TiO 2 , ZnS, MgF 2, and the like.

Im scharfen Gegensatz dazu zeigt 1B eine reflektive Schicht (RL), in der die gesamte einfallende elektromagnetische Strahlung reflektiert wird und die im Wesentlichen einen Transmissionsgrad gleich null aufweist. Reflektorschichten bestehen in der Regel aus Materialien wie Aluminium, Gold und dergleichen.In sharp contrast shows 1B a reflective layer (RL) in which all incident electromagnetic radiation is reflected and which has substantially zero transmittance. Reflector layers are typically made of materials such as aluminum, gold and the like.

1C zeigt eine absorbierende Schicht (AL), wobei einfallende elektromagnetische Strahlung von der Schicht absorbiert und nicht reflektiert oder durchgelassen wird. Eine solche absorbierende Schicht kann beispielsweise aus Graphit bestehen. Ebenso wird die gesamte einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert, und die Transmission und der Reflexionsgrad bzw. die Reflexion sind ungefähr null. 1C shows an absorbing layer (AL), wherein incident electromagnetic radiation is absorbed by the layer and not reflected or transmitted. Such an absorbent layer may consist of graphite, for example. Likewise, all of the incident electromagnetic radiation is absorbed and the transmission and reflectance are approximately zero.

1D zeigt eine teilabsorbierende oder selektive absorbierende Schicht (SAL), in der ein Teil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung von der Schicht absorbiert wird, ein Teil durchgelassen wird und ein Teil reflektiert wird. Somit ist die Menge der durchgelassenen, der absorbierten und der reflektierten elektromagnetischen Strahlung der Menge der einfallenden elektromagnetischen Strahlung gleich. Außerdem können solche selektiven absorbierenden Schichten aus Materialien wie einer dünnen Schicht aus Chrom, Schichten aus Kupfer, Messing, Bronze und dergleichen bestehen. 1D shows a partially absorbing or selective absorbing layer (SAL) in which a portion of the incident electromagnetic radiation is absorbed by the layer, a portion is transmitted and a portion is reflected. Thus, the amount of transmitted, absorbed and reflected electromagnetic radiation is equal to the amount of incident electromagnetic radiation. In addition, such selective absorbing layers may be made of materials such as a thin layer of chromium, layers of copper, brass, bronze, and the like.

Was die vorliegende Erfindung betrifft, so werden drei Generationen bzw. Stufen der Auslegung und der Herstellung von omnidirektionalen Interferenzdünnfilmen offenbart. As for the present invention, three generations of the design and manufacture of omnidirectional interference thin films are disclosed.

Erste GenerationFirst generation

Es wird nun auf 2 Bezug genommen, wo eine schematische Darstellung eines mehrschichtigen Dünnfilms mit einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten gezeigt ist. Außerdem sind die Reflexion und die Transmission einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung schematisch dargestellt. Wie oben angegeben, ist die typische Transmission für einfallende elektromagnetische Strahlung viel größer als deren Reflexion, und daher sind viele Schichten erforderlich.It will be up now 2 Referring to Figure 2, there is shown a schematic representation of a multilayer thin film having a plurality of dielectric layers. In addition, the reflection and the transmission of an incident electromagnetic radiation are shown schematically. As stated above, the typical transmission for incident electromagnetic radiation is much larger than its reflection, and therefore many layers are required.

3 zeigt einen Teil eines mehrschichtigen Dünnfilms, der aus dielektrischen Schichten mit einem ersten Brechungsindex (DL1) und einem zweiten Brechungsindex (DL2) besteht. Man beachte, dass die Doppellinien zwischen den Schichten einfach eine Grenzschicht zwischen den verschiedenen Schichten darstellen. 3 shows a part of a multilayer thin film consisting of dielectric layers having a first refractive index (DL 1 ) and a second refractive index (DL 2 ). Note that the double lines between the layers simply represent a boundary layer between the different layers.

Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen, ist eine Methode oder Herangehensweise zur Auslegung und Herstellung eines gewünschten Mehrschichtstapels die folgende.Without wishing to be bound by theory, one method or approach for designing and producing a desired multilayer stack is as follows.

Wenn elektromagnetische Strahlung auf eine Materialoberfläche trifft, können Wellen der Strahlung von dem Material reflektiert werden oder durch das Material durchgelassen werden. Wenn elektromagnetische Strahlung in dem Winkel θ0 auf das erste Ende 12 der Mehrschichtstruktur 10 trifft, sind die reflektierten Winkel, welche die elektromagnetischen Wellen mit der Oberfläche der Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex bilden, θH bzw. θL. Wendet man das Snelliussche Gesetz an: n0Sinθ0 = nLSinθL = nHSinθH (1) dann können die Winkel θH und θL bestimmt werden, wenn die Brechungsindizes nH und nL bekannt sind.When electromagnetic radiation strikes a material surface, waves of the radiation may be reflected from the material or transmitted through the material. When electromagnetic radiation at the angle θ 0 to the first end 12 the multi-layer structure 10 , the reflected angles forming the electromagnetic waves with the surface of the high and low refractive index layers are θ H and θ L, respectively. Apply the Snellian law: n 0 Sinθ 0 = n L Sinθ L = n H Sinθ H (1) then the angles θ H and θ L can be determined if the refractive indices n H and n L are known.

Was das omnidirektionale Reflexionsvermögen betrifft, so verlangt eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für den TE-Modus und den TM-Modus der elektromagnetischen Strahlung, dass der maximale Brechungswinkel (θH,MAX) innerhalb der ersten Schicht kleiner ist als der Brewster-Winkel (θB) an der Grenzschicht zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Falls die Bedingung nicht erfüllt ist, wird der TM-Modus der elektromagnetischen Wellen an der zweiten und allen folgenden Grenzen nicht reflektiert und geht somit durch die Struktur hindurch. Daraus folgt:

Figure DE102015112412A1_0002
undAs for the omnidirectional reflectance, a necessary but insufficient condition for the TE mode and the TM mode of the electromagnetic radiation requires that the maximum refraction angle (θ H, MAX ) within the first layer be smaller than the Brewster angle (θ B ) at the interface between the first layer and the second layer. If the condition is not satisfied, the TM mode of electromagnetic waves is not reflected at the second and all subsequent boundaries and thus passes through the structure. It follows:
Figure DE102015112412A1_0002
and

Figure DE102015112412A1_0003
Figure DE102015112412A1_0003

Weswegen folgendes notwendig ist:

Figure DE102015112412A1_0004
Which is why the following is necessary:
Figure DE102015112412A1_0004

Zusätzlich zu der notwendigen Bedingung, die von Gleichung 4 dargestellt wird, kann, wenn die elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge λ mit einem Winkel θ0 auf eine mehrschichtige Struktur fällt und die einzelnen Zweifachschichten der mehrschichtigen Struktur Dicken dH und dL mit Brechungsindizes nH bzw. nL aufweisen, die charakteristische Translationsmatrix (FT), θ0 ausgedrückt werden als:

Figure DE102015112412A1_0005
was auch folgendermaßen ausgedrückt werden kann:
Figure DE102015112412A1_0006
und wobei:
Figure DE102015112412A1_0007
Figure DE102015112412A1_0008
undIn addition to the necessary condition illustrated by Equation 4, if the electromagnetic radiation of wavelength λ having an angle θ 0 is incident on a multilayer structure and the individual bilayers of the multilayer structure may have thicknesses d H and d L with refractive indices n H and H, respectively n L , the characteristic translation matrix (F T ), θ 0 are expressed as:
Figure DE102015112412A1_0005
which can also be expressed as follows:
Figure DE102015112412A1_0006
and wherein:
Figure DE102015112412A1_0007
Figure DE102015112412A1_0008
and

Figure DE102015112412A1_0009
Figure DE102015112412A1_0009

Außerdem gilt

Figure DE102015112412A1_0010
wobei
Figure DE102015112412A1_0011
undIn addition, applies
Figure DE102015112412A1_0010
in which
Figure DE102015112412A1_0011
and

Figure DE102015112412A1_0012
Figure DE102015112412A1_0012

Löst man ρT ausdrücklich für TE und TM auf:

Figure DE102015112412A1_0013
undSolve ρ T expressly for TE and TM:
Figure DE102015112412A1_0013
and

Figure DE102015112412A1_0014
Figure DE102015112412A1_0014

Eine blickwinkelabhängige Bandstruktur kann aus einer Grenzbedingung für den Rand, der sogenannten Bandlücke, der gesamten Reflexionszone erhalten werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird Bandlücke definiert als Gleichung für die Linie, welche die Totalreflexionszone von der Transmissionszone trennt, für die gegebene Bandstruktur.An angle-dependent band structure can be obtained from a boundary condition for the edge, the so-called bandgap, of the entire reflection zone. For the purposes of the present invention, bandgap is defined as the equation for the line separating the total reflection zone from the transmission zone for the given band structure.

Eine Grenzbedingung, welche die Bandlückenfrequenzen des stark reflektierten Bandes bestimmt, kann angegeben werden durch: Trace |FT| = –1 (16) A boundary condition which determines the band gap frequencies of the highly reflected band can be given by: Trace | F T | = -1 (16)

Somit folgt aus +3:

Figure DE102015112412A1_0015
oder, anders ausgedrückt:
Figure DE102015112412A1_0016
Thus, from +3 follows:
Figure DE102015112412A1_0015
or in other words:
Figure DE102015112412A1_0016

Durch Kombinieren der Gleichungen 15 und 7 wird die folgende Bandlückengleichung erhalten:

Figure DE102015112412A1_0017
By combining Equations 15 and 7, the following bandgap equation is obtained:
Figure DE102015112412A1_0017

Wobei: L+ = nHdHCosθH + nLdLCosθL (20) und: L = nHdHCosθH – nLdLCosθL (21) In which: L + = n H d H Cos θ H + n L d L Cos θ L (20) and: L - = n H d H Cos θ H - n L d L Cos θ L (21)

Das „+”-Zeichen in der oben gezeigten Bandlückengleichung stellt die Bandlücke für die lange Wellenlänge (λlong) dar, und das „–”-Zeichen stellt die Bandlücke für die kurze Wellenlänge (λshort) dar. Stellt man die Gleichungen 20 und 21 um, so erhält man:

Figure DE102015112412A1_0018
für den TE-Modus, und:
Figure DE102015112412A1_0019
für den TM-Modus.The "+" sign in the bandgap equation shown above represents the band gap for the long wavelength (λ long ), and the "-" sign represents the band gap for the short wavelength (λ short ) 21 um, you get:
Figure DE102015112412A1_0018
for TE mode, and:
Figure DE102015112412A1_0019
for the TM mode.

Eine Näherungslösung für die Bandlücke kann durch den folgenden Ausdruck bestimmt werden: L = nHdHCosθH – nLdLCosθL ~ 0 (24) An approximate solution for the bandgap can be determined by the following expression: L = n H d H Cos H - n L d L ~ L Cos 0 (24)

Diese Näherungslösung ist sinnvoll, wenn man ein Viertelwellen-Design (das weiter unten ausführlicher beschrieben wird) betrachtet und optische Dicken der einander abwechselnden Schichten so gewählt werden, dass sie einander gleich sind. Außerdem liefern relativ kleine Unterschiede der optischen Dicken der einander abwechselnden Schichten einen Cosinus, der nahe an eins liegt. Somit liefern die Gleichungen 23 und 24 Bandlücken-Näherungsgleichungen:

Figure DE102015112412A1_0020
für den TE-Modus und:
Figure DE102015112412A1_0021
für den TM-Modus.This approach is useful when considering a quarter-wave design (described in more detail below) and choosing optical thicknesses of the alternating layers to be equal to each other. In addition, relatively small differences in the optical thicknesses of the alternating layers provide a cosine that is close to one. Thus, Equations 23 and 24 provide bandgap approximation equations:
Figure DE102015112412A1_0020
for TE mode and:
Figure DE102015112412A1_0021
for the TM mode.

Werte für L+ und ρTM als Funktion des Einfallswinkels können aus den Gleichungen 7, 8, 14, 15, 20 und 21 erhalten werden, wodurch Berechnungen von λlong und λshort im TE- und im TM-Modus als Funktion des Einfallswinkels möglich sind.Values for L + and ρ TM as a function of the angle of incidence can be obtained from equations 7, 8, 14, 15, 20, and 21, thereby allowing calculations of λ long and λ short in the TE and TM modes as a function of the angle of incidence are.

Die Zentralwellenlänge eines omnidirektionalen Reflektors (λc) kann bestimmt werden aus der Beziehung: λc = 2(nHdHCosθH + nLdLCosθL) (27) The central wavelength of an omnidirectional reflector (λ c ) can be determined from the relationship: λ c = 2 (n H d H Cos θ H + n L d L Cos θ L ) (27)

Die Zentralwellenlänge kann ein wichtiger Parameter sein, da ihr Wert einen ungefähren Bereich der elektromagnetischen Wellenlänge und/oder des Farbspektrums, die bzw. das reflektiert werden soll, anzeigt. Ein weiterer wichtiger Parameter, der einen Hinweis auf die Breite eines Reflexionsbands geben kann, ist definiert als das Verhältnis eines Bereichs von Wellenlängen innerhalb des omnidirektionalen Reflexionsbands zur Bereichsmitte der Wellenlängen innerhalb des omnidirektionalen Reflexionsbands. Dieses „Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte” (η) wird mathematisch ausgedrückt als:

Figure DE102015112412A1_0022
für den TE-Modus, und:
Figure DE102015112412A1_0023
für den TM-Modus. Man beachte, dass das Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte in Prozent ausgedrückt werden kann, und für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte und Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte in Prozent austauschbar verwendet. Man beachte ferner, dass ein hierin angegebener Wert für, Verhältnis von Bereich zu Bereichsmitte', auf den ein ,%'-Zeichen folgt, ein Prozentwert des Verhältnisses von Bereich zu Bereichsmitte ist. Die Verhältnisse von Bereich zu Bereichsmitte für den TM-Modus und den TE-Modus können numerisch aus Gleichungen 28 und 29 berechnet werden und grafisch als Funktion eines hohen Brechungsindex und eines niedrigen Brechungsindex dargestellt werden.The central wavelength may be an important parameter because its value indicates an approximate range of the electromagnetic wavelength and / or color spectrum that is to be reflected. Another important parameter that can give an indication of the width of a reflection band is defined as the ratio of a range of wavelengths within the omnidirectional reflection band to the mid-range of the wavelengths within the omnidirectional reflection band. This "ratio of area to area center" (η) is expressed mathematically as:
Figure DE102015112412A1_0022
for TE mode, and:
Figure DE102015112412A1_0023
for the TM mode. Note that the ratio of area to area center may be expressed in percent, and for purposes of the present invention, the terms area to area center ratio and area to area center ratio are used interchangeably. It should also be noted that a range-to-area-center-ratio value given herein, followed by a '%' sign, is a percentage of the area-to-area ratio. The area-to-area center ratios for the TM mode and the TE mode can be computed numerically from Equations 28 and 29 and plotted graphically as a function of high refractive index and low refractive index.

Man beachte, dass die Streuung der Zentralwellenlänge minimiert werden muss, um das schmale omnidirektionale Band zu erhalten. Somit kann aus Gleichung 27 die Streuung der Zentralwellenlänge ausgedrückt werden als:

Figure DE102015112412A1_0024
wobei:
Figure DE102015112412A1_0025
und Fc, der Streuungsfaktor der Zentralwellenlänge, kann ausgedrückt werden als:
Figure DE102015112412A1_0026
Note that the scatter of the central wavelength must be minimized to obtain the narrow omnidirectional band. Thus, from Equation 27, the scatter of the central wavelength can be expressed as:
Figure DE102015112412A1_0024
in which:
Figure DE102015112412A1_0025
and F c , the scattering factor of the central wavelength, can be expressed as:
Figure DE102015112412A1_0026

Daraus folgend kann ein Mehrschichtstapel mit einer gewünschten niedrigen Verschiebung der Zentralwellenlänge (Δλc) aus einem optisch wenig dichten Material mit einem Brechungsindex von nL und einer oder mehreren Schichten mit einer Dicke von dL und einem optisch dichten Material mit einem Brechungsindex von nH und einer oder mehreren Schichten mit einer Dicke von dH konzipiert werden.As a result, a multilayer stack having a desired low central wavelength shift (Δλ c ) can be made of an optically low density material having a refractive index of n L and one or more layers having a thickness of d L and an optically dense material having a refractive index of n H and one or more layers having a thickness of d H are designed.

Genauer liefert 4 eine grafische Darstellung eines Vergleichs des 0,2%-Verhältnisses von Bereich zu Bereichsmitte für den transvers-magnetischen Modus und den transvers-elektrischen Modus der elektromagnetischen Strahlung, grafisch dargestellt als Funktion von hohem Brechungsindex zu niedrigem Brechungsindex. In der Figur sind drei Fälle dargestellt, von denen Fall I einen großen Unterschied zwischen dem transversmagnetischen Modus und dem transvers-elektrischen Modus betrifft, Fall II eine Situation betrifft, bei der ein kleinerer Unterschied zwischen dem transvers-magnetischen Modus und dem transvers-elektrischen Modus besteht, und Fall III eine Situation betrifft, bei der ein sehr kleiner Unterschied zwischen dem transvers-magnetischen Modus und dem transvers-elektrischen Modus besteht. Außerdem zeigt 5 eine prozentuale Reflexion gegen Wellenlänge für eine reflektierte elektromagnetische Strahlung für einen Fall, der analog ist zu Fall II.Exact supplies 4 FIG. 4 is a graph of a comparison of the 0.2% region by region ratio for the transversal magnetic mode and the trans-electrical electromagnetic radiation mode plotted as a function of high refractive index to low refractive index. FIG. In the figure, three cases are shown, of which Case I relates to a large difference between the transversal magnetic mode and the transversal electric mode, Case II relates to a situation in which a smaller difference between the transversal magnetic mode and the trans-electric mode and Case III concerns a situation in which there is a very small difference between the transversal magnetic mode and the transversal electric mode. Also shows 5 a percent reflection versus wavelength for a reflected electromagnetic radiation for a case analogous to Case II.

In 5 ist eine kleine Streuung der Zentralwellenlänge für einen mehrschichtigen Dünnfilm entsprechend Fall III gezeigt. Außerdem, und wie in 6 dargestellt ist, ergibt Fall II eine Verschiebung der Zentralwellenlänge von weniger als 50 nm (Fall II), wenn eine mehrschichtige Dünnfilmstruktur zwischen 0 und 45 Grad betrachtet wird, und Fall III ergibt eine Verschiebung der Zentralwellenlänge von weniger als 25 nm, wenn die Dünnfilmstruktur elektromagnetischer Strahlung zwischen 0 und 45 Grad ausgesetzt wird.In 5 For example, a small scatter of the center wavelength for a multilayer thin film is shown in accordance with Case III. Besides, and as in 6 Case II shows a shift of the center wavelength of less than 50 nm (Case II) when considering a multilayer thin film structure between 0 and 45 degrees, and Case III gives a shift of the center wavelength of less than 25 nm when the thin film structure is electromagnetic Radiation between 0 and 45 degrees is exposed.

Zweite GenerationSecond generation

Es wird auf 7 Bezug genommen, wo eine erläuternde Struktur/Konzeption gemäß einer zweiten Generation gezeigt ist. Die in 7 dargestellte Mehrschichtstruktur weist eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten und eine darunter liegende absorbierende Schicht auf. Außerdem wird nichts von der einfallenden elektromagnetischen Strahlung durch die Struktur durchgelassen, d. h. sämtliche einfallende elektromagnetische Strahlung wird reflektiert oder absorbiert. Eine solche Struktur, wie sie in 7 gezeigt ist, ermöglicht die Reduzierung der Anzahl der dielektrischen Schichten, die nötig sind, um ein geeignetes Maß an Reflexion zu erhalten.It will open 7 Reference is made where an illustrative structure / conception according to a second generation is shown. In the 7 The multilayer structure shown has a plurality of dielectric layers and an underlying absorbent layer. In addition, none of the incident electromagnetic radiation is transmitted through the structure, ie, all incident electromagnetic radiation is reflected or absorbed. Such a structure as in 7 allows to reduce the number of dielectric layers necessary to obtain a suitable level of reflection.

Zum Beispiel liefert 8 eine schematische Darstellung einer solchen Struktur, bei der ein Mehrschichtstapel eine zentrale absorbierende Schicht aus Cr, eine erste Schicht aus dielektrischem Material (DL1), die über der absorbierenden Cr-Schicht liegt, eine zweite Schicht aus dielektrischem Material (DL2), die über der DL1-Schicht liegt, und dann eine andere DL1-Schicht, die über der DL2-Schicht liegt, aufweist. Bei einem solchen Design könnten die Dicken der ersten dielektrischen Schicht und der dritten dielektrischen Schicht gleich sein.For example, supplies 8th a schematic representation of such a structure in which a multilayer stack of a central absorbent layer of Cr, a first layer of dielectric material (DL 1 ), which is located over the absorbent Cr layer, a second layer of dielectric material (DL 2 ), the above the DL 1 layer, and then another DL 1 layer overlying the DL 2 layer. With such a design, the thicknesses of the first dielectric layer and the third dielectric layer could be the same.

Genauer zeigt 9A eine grafische Darstellung einer Struktur, bei der zwei TiO2-Schichten an eine zentrale Cr-Schicht angrenzen und andererseits an zwei SiO2-Schichten angrenzen. Wie in dem Diagramm dargestellt ist, sind die Schichten aus TiO2 und SiO2 nicht gleich dick. Außerdem zeigt 9B Reflexionsgrad gegen Wellenlängenspektrum der in 9A dargestellten 5-schichtigen Struktur und im Vergleich zu einer 13-schichtigen Struktur, die gemäß dem Design der ersten Generation hergestellt ist. Wie in 9B dargestellt ist, ergibt sich eine Verschiebung der Zentralwellenlänge von weniger als 50 nm und vorzugsweise von weniger als 25 nm, wenn die Strukturen bei 0 und 45 Grad betrachtet werden. Ebenfalls in 9B ist die Tatsache dargestellt, dass sich eine 5-schichtige Struktur gemäß der zweiten Generation im Wesentlichen gleich verhält wie eine 13-schichtige Struktur der ersten Generation.Exactly shows 9A a graphical representation of a structure in which two TiO 2 layers adjacent to a central Cr layer and on the other hand adjacent to two SiO 2 layers. As in the diagram is shown, the layers of TiO 2 and SiO 2 are not the same thickness. Also shows 9B Reflectance against wavelength spectrum of in 9A 5-layered structure and compared to a 13-layer structure made according to the first generation design. As in 9B When the structures are viewed at 0 and 45 degrees, there is a shift in the center wavelength of less than 50 nm, and preferably less than 25 nm. Also in 9B the fact is shown that a 5-layer structure according to the second generation behaves substantially the same as a 13-layer structure of the first generation.

Dritte GenerationThird generation

Es wird auf 10 Bezug genommen, wo ein Design der dritten Generation gezeigt ist, in dem sich über einer Reflektorschicht-(RL)-Unterlage eine erste Schicht aus dielektrischem Material DL1 erstreckt, und sich eine selektive absorbierende Schicht SAL über der DL1-Schicht erstreckt. Außerdem kann eine weitere DL1-Schicht vorgesehen sein, die sich über der selektiven absorbierenden Schicht erstreckt. Ebenfalls in der Figur dargestellt ist, dass sämtliche einfallende elektromagnetische Strahlung von der Mehrschichtstruktur entweder reflektiert oder selektiv absorbiert wird.It will open 10 Referring to Figure 3, there is shown a third generation design in which a first layer of dielectric material DL 1 extends over a reflective layer (RL) pad and a selective absorbing layer SAL extends over the DL 1 layer. In addition, a further DL 1 layer may be provided which extends over the selective absorbing layer. Also shown in the figure is that all incidental electromagnetic radiation is either reflected or selectively absorbed by the multilayer structure.

Ein Design wie es in 10 dargestellt ist, entspricht einer anderen Herangehensweise, die verwendet wird, um einen gewünschten Mehrschichtstapel zu konzipieren und herzustellen. Genauer wird eine Dicke an einem Null- oder Fast-Null-Energiepunkt für eine dielektrische Schicht verwendet und nachstehend erörtert.A design like it in 10 is another approach that is used to design and manufacture a desired multilayer stack. Specifically, a thickness at a zero or near-zero energy point is used for a dielectric layer and discussed below.

Zum Beispiel ist 11A eine schematische Darstellung einer dielektrischen ZnS-Schicht, die über einer A1-Reflektorschicht liegt. Die dielektrische ZnS-Schicht weist eine Gesamtdicke von 143 nm auf, und für eine einfallende elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 500 nm liegt ein Energiepunkt von null oder fast null bei 77 nm. Anders ausgedrückt zeigt die dielektrische ZnS-Schicht für einfallende EMR mit einer Wellenlänge von 500 nm ein elektrisches Feld von null oder fast null in einem Abstand von 77 nm von der A1-Reflektorschicht. Außerdem gibt 11B eine grafische Darstellung des Energiefelds über der dielektrischen ZnS-Schicht für eine Anzahl von verschiedenen einfallenden EMR-Wellenlängen. Wie in dem Graphen gezeigt ist, weist die dielektrische Schicht für die 500 nm-Wellenlänge ein elektrisches Feld von null bei einer Dicke von 77 nm auf, aber für EMR-Wellenlängen von 300, 400, 600 und 700 nm ein elektrisches Feld, das bei 77 nm nicht null ist.For example 11A a schematic representation of a dielectric ZnS layer, which lies over an A1 reflector layer. The dielectric ZnS layer has a total thickness of 143 nm, and for incident electromagnetic radiation having a wavelength of 500 nm, an energy point of zero or almost zero is 77 nm. In other words, the dielectric ZnS layer exhibits incidental EMR Wavelength of 500 nm an electric field of zero or almost zero at a distance of 77 nm from the A1 reflector layer. There are also 11B a plot of the energy field over the ZnS dielectric layer for a number of different incident EMR wavelengths. As shown in the graph, the dielectric layer for the 500 nm wavelength has a zero electric field at a thickness of 77 nm, but for EMR wavelengths of 300, 400, 600, and 700 nm, an electric field at 77 nm is not zero.

Was die Berechnung eines Null- oder Fast-Nullpunkts des elektrischen Feldes betrifft, so zeigt 12 eine dielektrische Schicht 4 mit einer Gesamtdicke 'D', einer inkrementalen Dicke 'd' und einem Brechungsindex 'n' auf einer Unterlage oder Kernschicht 2 mit einem Brechungsindex ns. Einfallendes Licht trifft auf die Außenfläche 5 der dielektrischen Schicht 4 in einem Winkel θ in Bezug auf eine Linie 6, die senkrecht ist zur Außenfläche 5, und reflektiert von der Außenfläche 5 mit dem gleichen Winkel. Einfallendes Licht wird durch die Außenfläche 5 und in die dielektrische Schicht 4 mit einem Winkel θF in Bezug auf die Linie 6 durchgelassen und trifft mit einem Winkel θs auf die Oberfläche 3 der Unterlagenschicht 2.As far as the calculation of a zero or almost zero point of the electric field is concerned, it shows 12 a dielectric layer 4 with a total thickness 'D', an incremental thickness 'd' and a refractive index 'n' on a backing or core layer 2 with a refractive index n s . Incident light hits the outside surface 5 the dielectric layer 4 at an angle θ with respect to a line 6 which is perpendicular to the outer surface 5 , and reflected from the outer surface 5 with the same angle. Incident light is through the outer surface 5 and in the dielectric layer 4 with an angle θ F with respect to the line 6 transmitted and hits with an angle θ s on the surface 3 the underlying layer 2 ,

Bei einer einzelnen dielektrischen Schicht ist θs = θF und die Energie/das elektrische Feld (E) kann ausgedrückt werden als E(z), wenn z = d. Aus den Maxwell-Gleichungen kann das elektrische Feld für eine s-Polarisierung ausgedrückt werden als: E -(d) = {u(z), 0, 0}exp(ikαy)|z=d (34) und für eine p-Polarisierung als:

Figure DE102015112412A1_0027
wobei k = 2π / λ und λ eine gewünschte Wellenlänge ist, die reflektiert werden soll. Außerdem ist α = nssinθs, wobei 's' der Unterlage in 5 entspricht, und (z) ist die Permittivität der Schicht als Funktion von z. Somit gilt |E(d)|2 = u(z)|2exp(2ikαy)|z=d (36) für die s-Polarisation und
Figure DE102015112412A1_0028
für die p-Polarisation.For a single dielectric layer, θ s = θ F and the energy / electric field (E) can be expressed as E (z) when z = d. From the Maxwell equations, the electric field for an s-polarization can be expressed as: E - (d) = {u (z), 0, 0} exp (ikαy) | z = d (34) and for a p-polarization as:
Figure DE102015112412A1_0027
in which k = 2π / λ and λ is a desired wavelength to be reflected. In addition, α = n s sin θ s , where 's' of the pad in 5 and (z) is the permittivity of the layer as a function of e.g. Thus applies | E (d) | 2 = u (z) | 2 exp (2ikαy) | z = d (36) for the s-polarization and
Figure DE102015112412A1_0028
for the p-polarization.

Man beachte, dass eine Änderung des elektrischen Feldes entlang der Z-Richtung der dielektrischen Schicht 4 durch eine Berechnung der unbekannten Parameter u(z) und v(z) geschätzt werden kann, wo gezeigt werden kann, dass:

Figure DE102015112412A1_0029
Note that a change in the electric field along the Z direction of the dielectric layer 4 can be estimated by calculating the unknown parameters u (z) and v (z) where it can be shown that:
Figure DE102015112412A1_0029

Natürlich ist ,i' die Quadratwurzel von –1. Anhand der Grenzbedingungen u|z=0 = 1, v|z=0 = qs und der folgenden Gleichungen: qs = nscosθs für die s-Polarisation (39) qs = ns/cosθs für die p-Polarisation (40) q = ncosθF für die s-Polarisation (41) q = n/cosθF für die p-Polarisation (42) φ = k·n·dcos(θF) (43) können u(z) und v(z) ausgedrückt werden als:

Figure DE102015112412A1_0030
und
Figure DE102015112412A1_0031
Of course, i 'is the square root of -1. Based on the boundary conditions u | z = 0 = 1, v | z = 0 = q s and the following equations: q s = n s cos θ s for the s-polarization (39) q s = n s / cos θ s for the p-polarization (40) q = ncosθ F for the s-polarization (41) q = n / cosθ F for p-polarization (42) φ = k · n · d cos (θ F ) (43) u (z) and v (z) can be expressed as:
Figure DE102015112412A1_0030
and
Figure DE102015112412A1_0031

Daher gilt:

Figure DE102015112412A1_0032
für die s-Polarisation mit φ = k·n·dcos (θF), und:
Figure DE102015112412A1_0033
für die p-Polarisation, wobei:
Figure DE102015112412A1_0034
und
Figure DE102015112412A1_0035
Therefore:
Figure DE102015112412A1_0032
for s-polarization with φ = k · n · d cos (θ F ), and:
Figure DE102015112412A1_0033
for the p-polarization, where:
Figure DE102015112412A1_0034
and
Figure DE102015112412A1_0035

Für eine einfache Situation, wo θF = 0 oder ein normaler Einfall ist, φ = k·n·d und α = 0, gilt:

Figure DE102015112412A1_0036
was es möglich macht, nach Dicke ,d' aufzulösen, d. h. nach der Position oder der Lage innerhalb der dielektrischen Schicht, wo das elektrische Feld null ist.For a simple situation where θ F = 0 or a normal incidence, φ = k · n · d and α = 0, then:
Figure DE102015112412A1_0036
which makes it possible to resolve by thickness, d ', that is, the position or location within the dielectric layer where the electric field is zero.

Es wird nun auf 13 Bezug genommen, wo die Gleichung 52 verwendet wurde, um zu berechnen, dass der Null- oder Fast-Nullpunkt des elektrischen Feldes in der in 11A gezeigten dielektrischen ZnS-Schicht, wenn diese einer EMR mit einer Wellenlänge von 434 nm ausgesetzt wird, bei 70 nm liegt (statt bei 77 nm bei einer Wellenlänge von 500 nm). Außerdem wurde eine 15 nm dicke Cr-Absorberschicht bei einer Dicke von 70 nm ab der A1-Reflektorschicht eingefügt, um eine ZnS-Cr-Grenzschicht mit einem elektrischen Feld von null oder fast null zu erhalten. Eine solche erfindungsgemäße Struktur ermöglicht den Durchtritt von Licht mit einer Wellenlänge von 434 nm durch die Cr-ZnS-Grenzschichten, absorbiert aber Licht, das keine Wellenlänge von 434 nm aufweist. Anders ausgedrückt weisen die Cr-ZnS-Grenzschichten ein elektrisches Feld von null oder fast null in Bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 434 nm auf, und daher tritt Licht mit 434 nm durch die Grenzschicht hindurch. Jedoch weisen die Cr-ZnS-Grenzschichten kein elektrisches Feld von null oder fast null für Licht auf, das keine Wellenlänge von 434 nm aufweist, und somit wird solches Licht von der Cr-Absorberschicht und/oder den Cr-ZnS-Grenzschichten absorbiert und von der A1-Reflektorschicht nicht reflektiert.It will be up now 13 Referring to where equation 52 was used to calculate that the zero or near zero of the electric field in the in 11A When exposed to an EMR having a wavelength of 434 nm, the dielectric ZnS layer shown is at 70 nm (instead of 77 nm at a wavelength of 500 nm). In addition, a 15 nm-thick Cr absorber layer was inserted at a thickness of 70 nm from the Al reflector layer to obtain a ZnS-Cr boundary layer having a zero or near zero electric field. Such a structure of the present invention allows passage of 434 nm wavelength light through the Cr-ZnS interfaces, but absorbs light that does not have a wavelength of 434 nm. In other words, the Cr-ZnS barrier layers have an electric field of zero or almost zero with respect to light having a wavelength of 434 nm, and therefore 434 nm light passes through the barrier layer. However, the Cr-ZnS barrier layers do not have a zero or near zero electric field for light having no wavelength of 434 nm, and thus such light is absorbed by the Cr absorber layer and / or Cr-ZnS barrier layers, and by the A1 reflector layer is not reflected.

Man beachte, dass ein gewisser Prozentanteil von Licht innerhalb von +/–10 nm der gewünschten 434 nm durch die Cr-ZnS-Grenzschicht hindurchtritt. Man beachte aber auch, dass ein solches schmales Band von reflektiertem Licht, z. B. 434 +/–10 nm für das menschliche Auge immer noch eine scharfe Strukturfarbe liefert.Note that a certain percentage of light passes through the Cr-ZnS interface within +/- 10 nm of the desired 434 nm. But note also that such a narrow band of reflected light, e.g. B. 434 +/- 10 nm for the human eye still provides a sharp structure color.

Das Ergebnis der Cr-Absorberschicht im Mehrschichtstapel in 13 ist in 14 dargestellt, wo die prozentuale Reflexion gegen die reflektierte EMR-Wellenlänge gezeigt ist. Wie von der gepunkteten Linie gezeigt ist, die der in 13 gezeigten dielektrischen ZnS-Schicht ohne eine Cr-Absorberschicht entspricht, ist ein schmaler reflektierter Peak bei etwa 400 nm vorhanden, aber ein viel breiterer Peak ist bei etwa 550+ nm vorhanden. Außerdem wird immer noch eine erhebliche Menge an Licht in der 500 nm-Wellenlängenregion reflektiert. Somit ist ein Doppel-Peak vorhanden, der verhindert, dass der Mehrschichtstapel eine Strukturfarbe aufweist oder zeigt.The result of the Cr absorber layer in the multilayer stack in 13 is in 14 where the percent reflection against the reflected EMR wavelength is shown. As shown by the dotted line, the one in 13 A ZnS dielectric layer without a Cr absorber layer is shown to have a narrow reflected peak at about 400 nm, but a much broader peak is present at about 550+ nm. In addition, there is still a significant amount of light in the 500 nm wavelength region reflected. Thus, a double peak is present which prevents the multilayer stack from having or showing a structural color.

Im Gegensatz dazu entspricht die durchgezogene Linie in 14 der in 13 gezeigten Struktur, wo die Cr-Absorberschicht vorhanden ist. Wie in der Figur dargestellt ist, ist ein scharfer Peak bei etwa 434 nm vorhanden, und ein scharfer Abfall des Reflexionsgrades für Wellenlängen über 434 nm wird von der Cr-Absorberschicht geleistet. Man beachte, dass der scharfe Peak, der von der durchgezogenen Linie dargestellt wird, optisch als scharfe/Strukturfarbe erscheint. Ebenso zeigt 14, wo die Breite eines reflektierten Peaks oder Bandes gemessen wird, d. h. die Breite des Bandes bei 50% Reflexion der maximalen reflektierten Wellenlänge bestimmt wird, die auch als volle Halbwertsbreite (FWHM) bezeichnet.In contrast, the solid line in 14 the in 13 shown structure, where the Cr absorber layer is present. As shown in the figure, a sharp peak is present at about 434 nm and a sharp drop in reflectance for wavelengths above 434 nm is provided by the Cr absorber layer. Note that the sharp peak represented by the solid line appears optically as a sharp / structural color. Likewise shows 14 where the width of a reflected peak or band is measured, ie, the width of the band is determined at 50% reflection of the maximum reflected wavelength, also referred to as full width at half maximum (FWHM).

Was das omnidirektionale Verhalten der in 13 dargestellten Mehrschichtstruktur betrifft, so kann die Dicke der dielektrischen ZnS-Schicht so gestaltet oder eingestellt werden, dass nur die erste Harmonische von reflektiertem Licht bereitgestellt wird. Man beachte, dass dies für eine „blaue” Farbe ausreicht, aber die Produktion einer „roten” Farbe erfordert zusätzliche Überlegungen. Zum Beispiel ist die Steuerung einer Winkelunabhängigkeit für rotes Licht schwierig, da dickere dielektrische Schichten nötig sind, was wiederum zu einem hoch-harmonischen Design führt, d. h. das Vorhandensein der zweiten und möglicherweise dritten Harmonischen ist unabdingbar. Außerdem ist der dunkelrote Farbraum sehr schmal. Somit weist ein rotfarbiger Mehrschichtstapel eine höhere Winkelvarianz auf.As for the omnidirectional behavior of the 13 As to the illustrated multilayer structure, the thickness of the ZnS dielectric layer may be designed or adjusted to provide only the first harmonic of reflected light. Note that this is sufficient for a "blue" color, but producing a "red" color requires extra consideration. For example, control of angular independence for red light is difficult because thicker dielectric layers are needed, which in turn results in a highly harmonic design, ie the presence of the second and possibly third harmonic is essential. In addition, the dark red color space is very narrow. Thus, a red-colored multilayer stack has a higher angular variance.

Um die höhere Winkelvarianz für rote Farbe zu überwinden, offenbart die vorliegende Anmeldung eine einzigartige und neuartige Gestaltung/Struktur, die eine rote Farbe liefert, die winkelunabhängig ist. Zum Beispiel zeigt 15A eine dielektrische Schicht, die erste und zweite Harmonische für einfallendes weißes Licht zeigt, wenn eine Außenfläche der dielektrischen Schicht aus 0 und 45 Grad betrachtet wird. Wie in dem Graphen gezeigt ist, wird eine niedrige Winkelabhängigkeit (kleine Δλc) durch die Dicke der dielektrischen Schicht bereitgestellt, aber ein solcher Mehrschichtstapel weist eine Kombination aus blauer Farbe (1. Harmonische) und roter Farbe (2. Harmonische) auf und eignet sich somit nicht für eine gewünschte „nur rote” Farbe. Daher wurde das Konzept/die Struktur der Verwendung einer Absorberschicht, um eine unerwünschte harmonische Reihe zu absorbieren, entwickelt. 15A zeigt auch ein Beispiel für die Lage der Zentralwellenlänge des reflektierten Bandes (λc) für einen gegebenen Reflexions-Peak und die Streuung oder Verschiebung der Zentralwellenlänge (Δλc), wenn die Probe aus 0 und 45 Grad betrachtet wird.To overcome the higher angular variance for red color, the present application discloses a unique and novel design / structure that provides a red color that is angle independent. For example, shows 15A a dielectric layer showing first and second harmonics for incident white light when viewing an outer surface of the 0 and 45 degree dielectric layer. As shown in the graph, a low angle dependence (small Δλ c ) is provided by the thickness of the dielectric layer, but such a multilayer stack has a combination of blue color (1st harmonic) and red color (2nd harmonic) and is suitable thus not for a desired "only red" color. Therefore, the concept / structure of using an absorber layer to absorb an undesired harmonic series has been developed. 15A Fig. 12 also shows an example of the position of the central wavelength of the reflected band (λ c ) for a given reflection peak and the scattering or shift of the central wavelength (Δλ c ) when the sample is viewed from 0 and 45 degrees.

Nun wird auf 15B Bezug genommen, wo die zweite Harmonische in 15A mit einer Cr-Absorberschicht bei der geeigneten Dicke der dielektrischen Schicht (z. B. 72 nm) absorbiert wird und eine scharfe blaue Farbe bereitgestellt wird. Wichtiger für die vorliegende Erfindung ist, dass 15C zeigt, dass durch Absorbieren der ersten Harmonischen mit dem Cr-Absorber bei einer andere Dicke der dielektrischen Schicht (z. B. 125 nm) eine rote Farbe bereitgestellt wird. Jedoch zeigt 15C auch, dass die Verwendung der Cr-Absorberschicht zu einer Winkelabhängigkeit des Mehrschichtstapels führt, die höher ist als erwünscht, d. h. größer als die gewünschte Δλc.Now it will open 15B Referenced where the second harmonic in 15A is absorbed with a Cr absorber layer at the appropriate thickness of the dielectric layer (e.g., 72 nm) and a sharp blue color is provided. More important for the present invention is that 15C shows that by absorbing the first harmonic with the Cr absorber at a different thickness of the dielectric layer (e.g., 125 nm), a red color is provided. However, shows 15C also that the use of the Cr absorber layer leads to an angle dependence of the multilayer stack which is higher than desired, ie greater than the desired Δλ c .

Man beachte, dass die relativ große Verschiebung in λc für die rote Farbe im Vergleich zur blauen Farbe darauf zurückzuführen ist, dass der dunkelrote Farbraum sehr schmal ist, und auf die Tatsache, dass die Cr-Absorberschicht Wellenlängen absorbiert, die mit einem elektrischen Feld von nicht null assoziiert sind, d. h. dass sie kein Licht absorbiert, wenn das elektrische Feld null oder fast null ist. So zeigt 16A, dass der Null- oder Nicht-Nullpunkt für die Lichtwellenlängen bei verschiedenen Einfallswinkeln jeweils anders ist. Solche Faktoren führen zu der winkelabhängigen Absorption, die in 16B dargestellt ist, d. h. zu dem Unterschied in den 0°- und 45°-Absorptionskurven. Um die Gestaltung und die Winkelunabhängigkeit des Mehrschichtstapels weiter zu verfeinern, wird daher eine Absorberschicht, die z. B. blaues Licht unabhängig davon absorbiert, ob das elektrische Feld null ist oder nicht, verwendet.Note that the relatively large shift in λ c for the red color compared to the blue color is due to the fact that the dark red color space is very narrow, and to the fact that the Cr absorber layer absorbs wavelengths that are with an electric field is not associated with zero, that is, that it does not absorb light when the electric field is zero or almost zero. So shows 16A in that the zero or non-zero point for the wavelengths of light is different at different angles of incidence. Such factors lead to the angle-dependent absorption, which in 16B that is, the difference in the 0 ° and 45 ° absorption curves. In order to further refine the design and the angle independence of the multilayer stack, therefore, an absorber layer, the z. B. blue light is absorbed regardless of whether the electric field is zero or not used.

Genauer zeigt 17A einen Mehrschichtstapel mit einer Cu-Absorberschicht anstelle einer Cr-Absorberschicht, die sich über einer dielektrischen ZnS-Schicht erstreckt. Die Ergebnisse der Verwendung einer solchen „bunten” oder „selektiven” Absorberschicht ist in 17B gezeigt, die eine viel „engere” Gruppierung der 0°-und 45°-Absorptionslinien für den in Figur gezeigten Mehrschichtstapel 17A demonstriert. Somit zeigt ein Vergleich zwischen 16B und 16B die deutliche Verbesserung der Absorptionswinkelunabhängigkeit bei der Verwendung einer selektiven Absorberschicht statt einer nicht-selektiven Absorberschicht.Exactly shows 17A a multilayer stack having a Cu absorber layer instead of a Cr absorber layer extending over a ZnS dielectric layer. The results of using such a "colored" or "selective" absorber layer is in 17B shown a much "closer" grouping of the 0 ° and 45 ° absorption lines for the multilayer stack shown in FIG 17A demonstrated. Thus, a comparison between 16B and 16B the significant improvement in absorption angle independence when using a selective absorber layer rather than a non-selective absorber layer.

Auf dieser Basis wurde ein Mehrschichtstapel für eine Machbarkeitsstudie entworfen und hergestellt. Außerdem wurden Rechen-/Simulationsergebnisse und tatsächliche experimentelle Daten für die Machbarkeitsprobe verglichen. Genauer, und wie von der grafischen Darstellung in 18 gezeigt, wurde eine scharfe rote Farbe erzeugt (Wellenlängen mit über 700 nm werden vom menschlichen Auge in der Regel nicht gesehen), und es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den Rechen-/Simulations- und den aus der tatsächlichen Probe erhaltenen experimentellen Lichtdaten erhalten. Anders ausgedrückt können Berechnungen/Simulationen verwendet werden und/oder sie werden verwendet, um die Ergebnisse von Mehrschichtstapel-Designs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und/oder von Mehrschichtstapeln des Standes der Technik zu simulieren.On this basis, a multi-layer stack was designed and manufactured for a feasibility study. In addition, computational / simulation results and actual experimental data for the feasibility sample were compared. More precisely, and as from the graph in 18 was shown a sharp produces red color (wavelengths greater than 700 nm are typically not seen by the human eye), and good agreement was obtained between the computational / simulation and experimental light data obtained from the actual sample. In other words, calculations / simulations may be used and / or they may be used to simulate the results of multilayer stack designs according to one or more embodiments of the present invention and / or multilayer stacks of the prior art.

Eine Liste simulierter und/oder tatsächlich produzierter Mehrschichtstapelproben ist in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben. Wie in der Tabelle dargestellt ist, beinhalten die hierin offenbarten Mehrschichtstrukturen mindestens 5 verschiedene geschichtete Strukturen. Außerdem wurden die Proben aus einem großen Bereich von Materialien simuliert und/oder hergestellt. Es wurden Proben geschaffen, die eine hohe Chrominanz, eine geringe Farbtonverschiebung und einen ausgezeichneten Reflexionsgrad zeigten. Außerdem wiesen die drei- und fünfschichtigen Proben eine Gesamtdicke zwischen 120 und 200 nm auf, die siebenschichtigen Proben wiesen eine Gesamtdicke zwischen 350 und 600 nm auf, die neunschichtigen Proben wiesen eine Gesamtdicke zwischen 440 und 500 nm auf und die elfschichtigen Proben wiesen eine Gesamtdicke zwischen 600 und 660 nm auf. Tabelle 1 Durchschn. Chrominanz (0–45) Δh (0–65) Max. Reflexionsgrad Probenname 3-schichtig 90 2 96 3-1 5-schichtig 91 3 96 5-1 7-schichtig 88 1 92 7-1 91 3 92 7-2 91 3 96 7-3 90 1 94 7-4 82 4 75 7-5 76 20 84 7-6 9-schichtig 71 21 88 9-1 95 0 94 9-2 79 14 86 9-3 90 4 87 9-4 94 1 94 9-5 94 1 94 9-6 73 7 87 9-7 11-schichtig 88 1 84 11-1 92 1 93 11-2 90 3 92 11-3 89 9 90 11-4 A list of simulated and / or actually produced multilayer stack samples is given in Table 1 below. As shown in the table, the multilayer structures disclosed herein include at least 5 different layered structures. In addition, the samples were simulated and / or manufactured from a wide range of materials. Samples were created which showed high chrominance, low hue shift and excellent reflectance. In addition, the three- and five-layered samples had a total thickness between 120 and 200 nm, the seven-layered samples had a total thickness between 350 and 600 nm, the nine-layered samples had a total thickness between 440 and 500 nm, and the eleven-layered samples had a total thickness between 600 and 660 nm. Table 1 Avg. Chrominance (0-45) Δh (0-65) Max. Reflectance sample name 3 layers 90 2 96 3-1 5-layers 91 3 96 5-1 7-ply 88 1 92 7-1 91 3 92 7-2 91 3 96 7-3 90 1 94 7-4 82 4 75 7-5 76 20 84 7-6 9-ply 71 21 88 9-1 95 0 94 9-2 79 14 86 9-3 90 4 87 9-4 94 1 94 9-5 94 1 94 9-6 73 7 87 9-7 11-ply 88 1 84 11-1 92 1 93 11-2 90 3 92 11-3 89 9 90 11-4

Es wird nun auf 19 Bezug genommen, wo ein Graph von prozentualer Reflexion gegen reflektierte EMR-Wellenlänge für einen omnidirektionalen Reflektor dargestellt ist, wenn dieser weißem Licht bei Winkeln von 0 und 45° in Bezug auf die Oberfläche des Reflektors ausgesetzt wird. Wie in dem Diagramm dargestellt, zeigen sowohl die 0°- als auch die 45°-Kurve einen sehr geringen Reflexionsgrad, z. B. unter 20%, der von dem omnidirektionalen Reflektor für Wellenlängen von über 500 nm erhalten wird. Jedoch liefert der Reflektor, wie von den Kurven dargestellt, eine scharfe Zunahme des Reflexionsbands bei Wellenlängen zwischen 400–500 nm und erreicht ein Maximum bei ungefähr 90% bei 450 nm. Man beachte, dass der Abschnitt oder die Region des Graphen auf der linken Seite (UV-Seite) der Kurve den UV-Abschnitt des Reflexionsbandes darstellt, das vom Reflektor bereitgestellt wird.It will be up now 19 Referring to FIG. 5, where is shown a graph of percent reflection versus reflected EMR wavelength for an omnidirectional reflector when exposed to white light at angles of 0 and 45 degrees with respect to the surface of the reflector. As shown in the diagram, both the 0 ° and 45 ° curves show a very low reflectance, e.g. Below 20%, which is obtained from the omnidirectional reflector for wavelengths greater than 500 nm. However, as shown by the curves, the reflector provides a sharp increase in the reflection band at wavelengths between 400-500 nm and reaches a maximum at about 90% at 450 nm. Note that the portion or region of the graph is on the left (UV side) of the curve represents the UV portion of the reflection band provided by the reflector.

Die scharfe Zunahme des Reflexionsgrads, die vom omnidirektionalen Reflektor geleistet wird, ist gekennzeichnet durch einen IR-seitigen Rand jeder Kurve, der von einem schwach reflektierten Abschnitt bei Wellenlängen von über 500 nm bis zu einem stark reflektierten Abschnitt, z. B. > 70% reicht. Ein linearer Abschnitt 200 des IR-seitigen Randes ist in einem Winkel (β) von über 60° in Bezug auf die x-Achse geneigt, weist eine Länge L von ungefähr 50 auf der Reflexionsgradachse und einen Gradienten von 1,2 auf. In manchen Fällen ist der lineare Abschnitt in einem Winkel von über 70° in Bezug auf die x-Achse geneigt, während in anderen Fällen β größer ist als 75°. Ebenso weist das Reflexionsband eine sichtbare FWHM von weniger als 200 nm und in manchen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 150 nm und in anderen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 100 nm auf. Außerdem ist die zentrale Wellenlänge λc für das sichtbare Reflexionsband, wie in 19 dargestellt, definiert als die Wellenlänge, die einen gleichen Abstand aufweist zwischen dem IR-seitigen Rand des Reflexionsbands und dem UV-Rand des UV-Spektrums bei der sichtbaren FWHM. The sharp increase in reflectivity afforded by the omnidirectional reflector is characterized by an IR-side edge of each curve ranging from a weakly-reflected portion at wavelengths greater than 500 nm to a highly-reflected portion, e.g. B.> 70% is enough. A linear portion 200 of the IR side edge is inclined at an angle (β) of over 60 ° with respect to the x axis, has a length L of about 50 on the reflectance axis, and a gradient of 1.2. In some cases, the linear portion is inclined at an angle of over 70 ° with respect to the x-axis, while in other cases β is greater than 75 °. Likewise, the reflection band has a visible FWHM of less than 200 nm and in some cases a visible FWHM of less than 150 nm and in other cases a visible FWHM of less than 100 nm. In addition, the central wavelength λ c is the visible reflection band as in 19 represented as the wavelength equidistant between the IR-side edge of the reflection band and the UV edge of the UV spectrum in the visible FWHM.

Man beachte, dass der Begriff „sichtbare FWHM” die Breite des Reflexionsbands zwischen dem IR-seitigen Rand der Kurve und dem Rand des UV-Spektrumbereichs bezeichnet, jenseits von der die Reflexion, die vom omnidirektionalen Reflektor bereitgestellt wird, für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Auf diese Weise verwenden die hierin offenbarten erfindungsgemäßen Designs und Mehrschichtstapel den nichtsichtbaren UV-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um eine scharfe oder Strukturfarbe zu schaffen. Anders ausgedrückt nutzen die hierin offenbarten omnidirektionalen Reflektoren den nicht-sichtbaren UV-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um ein schmales Band des reflektierten sichtbaren Lichtes zu schaffen, trotz der Tatsache, dass die Reflektoren ein viel breiteres Band elektromagnetischer Strahlung reflektieren können, das in die UV-Region hineinreicht.Note that the term "visible FWHM" denotes the width of the reflection band between the IR side edge of the curve and the edge of the UV spectrum region, beyond which the reflection provided by the omnidirectional reflector is not visible to the human eye is. In this way, the inventive designs and multilayer stacks disclosed herein utilize the non-visible UV portion of the electromagnetic radiation spectrum to provide a sharp or textured color. In other words, the omnidirectional reflectors disclosed herein utilize the non-visible UV portion of the electromagnetic radiation spectrum to create a narrow band of reflected visible light, despite the fact that the reflectors can reflect a much wider band of electromagnetic radiation entering the UV Region.

Nun wird auf 20 Bezug genommen, wo ein allgemein symmetrisches Reflexionsband gezeigt ist, das von einem Mehrschichtstapel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird und das bei 0° und 45 ° betrachtet wird. Wie in der Figur dargestellt ist, weist das Reflexionsband, das von dem Mehrschichtstapel bereitgestellt wird, wenn dieser bei 0° betrachtet wird, eine Wellenlängenverschiebung (λc(0°)) von weniger als 50 nm auf, wenn der Mehrschichtstapel bei 45° (λc(45°)) betrachtet wird, d. h. Δλc(0–45°) < 50 nm. Außerdem ist die FWHM sowohl des 0°-Reflexionsbands als auch des 45°-Reflexionsbands weniger als 200 nm.Now it will open 20 Referring to Figure 1, there is shown a generally symmetrical reflection band provided by a multilayer stack according to an embodiment of the present invention and viewed at 0 ° and 45 °. As shown in the figure, the reflection band provided by the multilayer stack, when viewed at 0 °, has a wavelength shift (λ c (0 °)) of less than 50 nm when the multilayer stack is at 45 ° (FIG. is considered λ c (45 °)), ie Δλ c (0-45 °) <50 nm. In addition, the FWHM of both the 0 ° and the 45 ° -Reflexionsbands -Reflexionsbands less than 200 nm.

21 zeigt einen Graphen von prozentualer Reflexion gegen reflektierte EMR-Wellenlängend für ein anderes omnidirektionales Reflektordesign bei Bestrahlung mit weißem Licht aus Winkeln von 0 und 45° in Bezug auf die Oberfläche des Reflektors. Ähnlich wie in 19, und wie von dem Diagramm dargestellt, zeigen sowohl die 0°- als auch die 45°-Kurve einen sehr geringen Reflexionsgrad, z. B. unter 10%, der von dem omnidirektionalen Reflektor für Wellenlängen von über 550 nm bereitgestellt wird. Jedoch stellt der Reflektor, wie von den Kurven dargestellt, eine scharfe Zunahme des Reflexionsbands bei Wellenlängen zwischen 560–570 nm bereit und erreicht ein Maximum bei ungefähr 90% bei 700 nm. Man beachte, dass der Abschnitt oder die Region des Graphen auf der rechten Seite (IR-Seite) der Kurve den IR-Abschnitt des Reflexionsbandes darstellt, das vom Reflektor bereitgestellt wird. 21 Figure 4 shows a graph of percent reflection versus reflected EMR wavelength for another omnidirectional reflector design when irradiated with white light from angles of 0 and 45 ° with respect to the surface of the reflector. Similar to in 19 and, as shown in the diagram, both the 0 ° and 45 ° curves exhibit a very low reflectance, e.g. Below 10% provided by the omnidirectional reflector for wavelengths greater than 550 nm. However, as shown by the curves, the reflector provides a sharp increase in the reflection band at wavelengths between 560-570 nm and reaches a maximum at about 90% at 700 nm. Note that the portion or region of the graph is on the right Side (IR side) of the curve represents the IR portion of the reflection band provided by the reflector.

Die scharfe Zunahme des Reflexionsgrads, die vom omnidirektionalen Reflektor bereitgestellt wird, ist gekennzeichnet durch einen UV-seitigen Rand jeder Kurve, der von einem schwach reflektierenden Abschnitt bei Wellenlängen von über 550 nm bis zu einem stark reflektierenden Abschnitt, z. B. > 70% reicht. Ein linearer Abschnitt 200 des UV-seitigen Randes ist in einem Winkel (β) von über 60° in Bezug auf die x-Achse geneigt, weist eine Länge L von ungefähr 40 auf der Reflexionsgradachse und einen Gradienten von 1,4 auf. In manchen Fällen ist der lineare Abschnitt in einem Winkel von über 70° in Bezug auf die x-Achse geneigt, während in anderen Fällen β größer ist als 75°. Ebenso weist das Reflexionsband eine sichtbare FWHM von weniger als 200 nm und in manchen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 150 nm und in anderen Fällen eine sichtbare FWHM von weniger als 100 nm auf. Außerdem ist die Zentralwellenlänge λc für das sichtbare Reflexionsband, wie in 18 dargestellt, definiert als die Wellenlänge, die bei der sichtbaren FWHM einen gleichen Abstand aufweist zum UV-seitigen Rand des Reflexionsbands und zum IR-Rand des IR-Spektrums.The sharp increase in reflectance provided by the omnidirectional reflector is characterized by a UV-side edge of each curve ranging from a low-reflectance portion at wavelengths greater than 550 nm to a highly reflective portion, e.g. B.> 70% is enough. A linear portion 200 of the UV-side edge is inclined at an angle (β) of over 60 ° with respect to the x-axis, has a length L of about 40 on the reflectance axis, and a gradient of 1.4. In some cases, the linear portion is inclined at an angle of over 70 ° with respect to the x-axis, while in other cases β is greater than 75 °. Likewise, the reflection band has a visible FWHM of less than 200 nm and in some cases a visible FWHM of less than 150 nm and in other cases a visible FWHM of less than 100 nm. In addition, the central wavelength λ c for the visible reflection band, as in 18 defined as the wavelength that is equidistant from the visible FWHM to the UV-side edge of the reflection band and to the IR edge of the IR spectrum.

Man beachte, dass der Begriff „sichtbare FWHM” die Breite des Reflexionsbands zwischen dem UV-seitigen Rand der Kurve und dem Rand des IR-Spektrumbereichs bezeichnet, jenseits von der die Reflexion, die vom omnidirektionalen Reflektor bereitgestellt wird, nicht sichtbar ist für das menschliche Auge. Auf diese Weise verwenden die hierin offenbarten erfindungsgemäßen Designs und Mehrschichtstapel den nichtsichtbaren IR-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um eine scharfe oder Strukturfarbe zu schaffen. Anders ausgedrückt nutzen die hierin offenbarten omnidirektionalen Reflektoren den nicht-sichtbaren IR-Abschnitt des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, um ein schmales Band des reflektierten sichtbaren Lichtes zu schaffen, trotz der Tatsache, dass die Reflektoren ein viel breiteres Band elektromagnetischer Strahlung reflektieren können, das in die IR-Region hinein reicht.Note that the term "visible FWHM" denotes the width of the reflection band between the UV-side edge of the curve and the edge of the IR spectrum range, beyond which the reflection provided by the omnidirectional reflector is not visible to the human Eye. In this way, the inventive designs and multilayer stacks disclosed herein utilize the non-visible IR portion of the electromagnetic radiation spectrum to provide a sharp or textured color. In other words, the omnidirectional reflectors disclosed herein utilize the non-visible IR portion of the electromagnetic radiation spectrum to form a narrow band of reflected light visible light, despite the fact that the reflectors can reflect a much broader band of electromagnetic radiation reaching into the IR region.

Es wird nun auf 22 Bezug genommen, wo ein Graph von prozentualer Reflexion gegen Wellenlängen für einen anderen siebenschichtigen omnidirektionalen Reflektor dargestellt ist, wenn dieser weißem Licht bei Winkeln von 0 und 45° in Bezug auf die Oberfläche des Reflektors ausgesetzt wird. Außerdem ist eine Definition oder Charakterisierung von omnidirektionalen Eigenschaften, die von hierin offenbarten omnidirektionalen Reflektoren geschaffen werden, gezeigt. Genauer, und wenn ein Reflexionsband, das von einem erfindungsgemäßen Reflektor geschaffen wird, ein Maximum, d. h. einen Peak aufweist wie in der Figur dargestellt, weist jede Kurve eine Zentralwellenlänge (λc) auf, die als die Wellenlänge definiert ist, die eine maximale Reflexion zeigt oder erfahrt Der Begriff maximale reflektierte Wellenlänge kann auch für λc verwendet werden.It will be up now 22 Referring to Figure 1, where a percentage reflection versus wavelength graph for another seven-layer omnidirectional reflector is shown when exposed to white light at angles of 0 and 45 ° with respect to the surface of the reflector. In addition, a definition or characterization of omnidirectional properties provided by omnidirectional reflectors disclosed herein is shown. More specifically, and when a reflection band provided by a reflector according to the present invention has a maximum, ie, a peak, as shown in the figure, each curve has a central wavelength (λ c ) defined as the wavelength, which is a maximum reflection shows or experience The term maximum reflected wavelength can also be used for λ c .

Wie in 22 dargestellt ist, gibt es eine Verschiebung oder Verlagerung von wenn eine Außenfläche des omnidirektionalen Reflektors aus einem Winkel von 45° (λc(45°)) betrachtet wird, z. B. die Außenfläche in Bezug auf das menschliche Auge, das die Oberfläche betrachtet, um 45° geneigt ist, im Vergleich zu dann, wenn die Oberfläche in einem Winkel von 0° (((0°)) betrachtet wird, d. h. senkrecht zur Oberfläche. Die Verschiebung von λc (Δλc) liefert ein Maß für die omnidirektionale Eigenschaft des omnidirektionalen Reflektors. Natürlich wäre eine Null-Verschiebung, d. h. gar keine Verschiebung, ein perfekt omnidirektionaler Reflektor. Jedoch können hierin offenbarte omnidirektionale Reflektoren eine Δλc von weniger als 50 nm schaffen, was für das menschliche Auge erscheinen kann, als ob die Oberfläche des Reflektors die Farbe nicht ändern würde, und somit ist der Reflektor unter einem praktischen Gesichtspunkt omnidirektional. In manchen Fällen können omnidirektionale Reflektoren, die hierin offenbart sind, eine Δλc von weniger als 40 nm, in anderen Fällen eine Δλc von weniger als 30 nm und in wieder anderen Fällen eine Δλc von weniger als 20 nm aufweisen, während sie in noch anderen Fällen eine Δλc von weniger als 15 nm aufweisen. Eine solche Verschiebung der Δλc kann durch einen Graphen von tatsächlichem Reflexionsgrad gegen Wellenlänge für einen Reflektor und/oder alternativ durch Modellieren des Reflektors, wenn die Materialien und Schichtdicken bekannt sind, bestimmt werden.As in 22 is shown, there is a shift or displacement of when an outer surface of the omnidirectional reflector from an angle of 45 ° (λ c (45 °)) is considered, z. For example, the outer surface is inclined at 45 ° with respect to the human eye viewing the surface, compared to when the surface is viewed at an angle of 0 ° (((0 °)), ie perpendicular to the surface The displacement of λ c (Δλ c ) provides a measure of the omnidirectional property of the omnidirectional reflector Of course, zero displacement, ie, zero displacement, would be a perfectly omnidirectional reflector, however, omnidirectional reflectors disclosed herein may have a Δλ c of less than 50 nm, which may appear to the human eye as if the surface of the reflector did not change the color, and thus the reflector is omnidirectional from a practical point of view In some cases, omnidirectional reflectors disclosed herein may have a Δλ c of less than 40 nm, in other cases a Δλ c of less than 30 nm and in still other cases a Δλ c of less than s are 20 nm, while in yet other cases they have a Δλ c of less than 15 nm. Such a shift in Δλ c may be determined by a graph of actual reflectance versus wavelength for a reflector and / or alternatively by modeling the reflector when the materials and layer thicknesses are known.

Eine andere Definition oder Charakterisierung von omnidirektionalen Eigenschaften eines Reflektors kann durch die Verschiebung eines Seitenrands für einen gegebenen Satz von Winkelreflexionsbändern bestimmt werden. Zum Beispiel, und wie in 19 dargestellt ist, liefert eine Verschiebung oder Verlagerung eines IR-seitigen Randes (ΔSIR) für eine Reflexion von einem omnidirektionalen Reflektor, der aus 0° (SIR(0°)) betrachtet wird, im Vergleich zum IR-seitigen Rand für eine Reflexion durch den gleichen Reflektor, der aus 45° (SIR(45°)) betrachtet wird, ein Maß für die omnidirektionale Eigenschaft des omnidirektionalen Reflektors. Außerdem kann es bei der Verwendung von ΔSIR als Maß für Omnidirektionalität bevorzugt sein, Δλc zu verwenden, z. B. für Reflektoren, die ein Reflexionsband schaffen, das dem in 19 ähnlich ist, d. h. ein Reflexionsband mit einem Peak, der einer maximalen reflektierten Wellenlänge entspricht und der nicht im sichtbaren Bereich liegt (siehe 19 und 21). Man beachte, dass die Verschiebung des IR-seitigen Randes (ΔSIR) bei der sichtbaren FWHM liegt und/oder gemessen werden kann.Another definition or characterization of omnidirectional properties of a reflector may be determined by the displacement of a side edge for a given set of angular reflection bands. For example, and as in 19 , provides a shift or shift of an IR side edge (ΔS IR ) for reflection from an omnidirectional reflector viewed from 0 ° (S IR (0 °)) as compared to the IR side edge for reflection by the same reflector, which is considered from 45 ° (S IR (45 °)), a measure of the omnidirectional property of the omnidirectional reflector. In addition, when using ΔS IR as a measure of omnidirectionality, it may be preferable to use Δλ c , e.g. B. for reflectors that create a reflection band, the in 19 is similar, ie a reflection band with a peak corresponding to a maximum reflected wavelength and which is not in the visible range (see 19 and 21 ). Note that the shift of the IR-side edge (ΔS IR ) is at the visible FWHM and / or can be measured.

Wie in 21 dargestellt ist, liefert eine Verschiebung oder Verlagerung eines UV-seitigen Randes (ΔSIR) für eine Reflexion von einem omnidirektionalen Reflektor, der aus 0° (SUV(0°)) betrachtet wird, im Vergleich zum IR-seitigen Rand für eine Reflexion durch den gleichen Reflektor, der aus 45° (SUV(45°)) betrachtet wird, ein Maß für die omnidirektionale Eigenschaft des omnidirektionalen Reflektors. Man beachte, dass die Verschiebung des UV-seitigen Randes (ΔSUV) bei der sichtbaren FWHM liegt und/oder gemessen werden kann.As in 21 , provides displacement or displacement of a UV-side edge (ΔS IR ) for reflection from an omnidirectional reflector viewed from 0 ° (S UV (0 °)) as compared to the IR-side edge for reflection by the same reflector viewed from 45 ° (S UV (45 °)), a measure of the omnidirectional property of the omnidirectional reflector. Note that the shift of the UV-side edge (ΔS UV ) is at the visible FWHM and / or can be measured.

Natürlich würde eine Null-Verschiebung, d. h. gar keine Verschiebung (ΔSi = 0 nm; i = IR, UV) einen perfekt omnidirektionalen Reflektor charakterisieren. Jedoch können hierin offenbarte omnidirektionale Reflektoren eine ΔSL von weniger als 50 nm schaffen, was für das menschliche Auge erscheinen kann als ob die Oberfläche des Reflektors die Farbe nicht ändern würde, und somit ist der Reflektor unter einem praktischen Gesichtspunkt omnidirektional. In manchen Fällen können omnidirektionale Reflektoren, die hierin offenbart sind, eine ΔSi von weniger als 40 nm, in anderen Fällen eine ΔSi von weniger als 30 nm und in noch anderen Fällen eine ΔSi von weniger als 20 nm aufweisen, während sie in noch ganz anderen Fällen eine ΔSi von weniger als 15 nm aufweisen. Eine solche Verschiebung in ΔSi kann durch einen Graphen von tatsächlichem Reflexionsgrad gegen Wellenlänge für einen Reflektor und/oder alternativ durch Modellieren des Reflektors, wenn die Materialien und Schichtdicken bekannt sind, bestimmt werden.Of course, a zero displacement, ie no displacement (ΔS i = 0 nm, i = IR, UV) would characterize a perfectly omnidirectional reflector. However, omnidirectional reflectors disclosed herein can provide a ΔS L of less than 50 nm, which may appear to the human eye as if the surface of the reflector did not change color, and thus the reflector is omnidirectional from a practical point of view. In some cases, omnidirectional reflectors disclosed herein may have a ΔS i of less than 40 nm, in other cases a ΔS i of less than 30 nm, and in yet other cases a ΔS i of less than 20 nm, while in FIG still quite different cases have a ΔS i of less than 15 nm. Such a shift in ΔS i can be determined by a graph of actual reflectance versus wavelength for a reflector and / or alternatively by modeling the reflector when the materials and layer thicknesses are known.

Die Verschiebung einer omnidirektionalen Reflexion kann auch durch eine schwache Farbtonverschiebung gemessen werden. Zum Beispiel ist die Farbtonverschiebung der Pigmente, die aus Mehrschichtstapeln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, 30° oder weniger, wie in 23 dargestellt ist (siehe Δθ1), und in manchen Fällen ist die Farbtonverschiebung 25° oder weniger, vorzugsweise weniger als 20°, stärker bevorzugt weniger als 15° und noch stärker bevorzugt weniger als 10°. Im Gegensatz dazu zeigen herkömmliche Pigmente eine Farbtonverschiebung von 45° oder mehr (siehe Xθ2).The shift of an omnidirectional reflection can also be measured by a slight hue shift. For example, the hue shift of the pigments consisting of multilayer stacks according to one embodiment of the present invention, 30 ° or less, as in 23 is shown (see Δθ 1 ), and in some cases, the hue shift is 25 ° or less, preferably less than 20 °, more preferably less than 15 °, and even more preferably less than 10 °. In contrast, conventional pigments show a hue shift of 45 ° or more (see Xθ 2 ).

Zusammengefasst ist in 24 eine schematische Darstellung eines omnidirektionalen mehrschichtigen Dünnfilms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, in dem eine erste Schicht 110 eine zweite Schicht 120 aufweist, die sich über ihr erstreckt. Eine optische Reflektorschicht 100 kann enthalten sein. Ebenso können zwei symmetrische Schichten auf einer entgegengesetzten Seite der Reflektorschicht 100 vorhanden sein, d. h. die Reflektorschicht 100 kann eine erste Schicht 110 aufweisen, die entgegengesetzt zu der in der Figur dargestellten Schicht angeordnet ist, so dass die Reflektorschicht 100 zwischen zwei ersten Schichten 110 angeordnet ist. Außerdem kann eine zweite Schicht 120 entgegengesetzt zur Reflektorschicht 100 angeordnet sein, so dass eine fünfschichtige Struktur geschaffen wird. Daher sei klargestellt, dass die Erörterung der mehrschichtigen Dünnfilme, die hierin gegeben ist, auch die Möglichkeit einer Spiegelstruktur in Bezug auf eine oder mehrere zentrale Schichten beinhaltet. Somit kann 24 als Erläuterung für eine Hälfte eines fünfschichtigen Mehrschichtstapels dienen.Summarized in 24 a schematic representation of an omnidirectional multilayer thin film according to an embodiment of the present invention, in which a first layer 110 a second layer 120 which extends over it. An optical reflector layer 100 can be included. Likewise, two symmetric layers may be on an opposite side of the reflector layer 100 be present, ie the reflector layer 100 can be a first layer 110 have, which is arranged opposite to the layer shown in the figure, so that the reflector layer 100 between two first layers 110 is arranged. In addition, a second layer 120 opposite to the reflector layer 100 be arranged so that a five-layer structure is created. Therefore, it should be understood that the discussion of the multilayer thin films given herein also includes the possibility of a mirror structure with respect to one or more central layers. Thus, can 24 to serve as an illustration for one-half of a five-layered multilayer stack.

Die erste Schicht 110 und die zweite Schicht 120 können dielektrische Schichten sein, d. h. aus einem dielektrischen Material bestehen. Alternativ dazu kann eine der Schichten eine absorbierende Schicht sein, z. B. eine selektive absorbierende Schicht oder eine nicht-selektive absorbierende Schicht. Zum Beispiel kann die erste Schicht 110 eine dielektrische Schicht sein und die zweite Schicht 120 kann eine absorbierende Schicht sein.The first shift 110 and the second layer 120 may be dielectric layers, ie consist of a dielectric material. Alternatively, one of the layers may be an absorbent layer, e.g. A selective absorbing layer or a non-selective absorbing layer. For example, the first layer 110 a dielectric layer and the second layer 120 may be an absorbent layer.

25 zeigt die Hälfte eines siebenschichtigen Designs bei Bezugszeichen 20. Der mehrschichtige Stapel 20 weist eine zusätzliche Schicht 130 auf, die sich über der zweiten Schicht 120 erstreckt. Zum Beispiel kann die zusätzliche Schicht 130 eine dielektrische Schicht sein, die sich über einer absorbierenden Schicht 110 erstreckt. Man beachte, dass die Schicht 130 aus dem gleichen oder einem anderen Material wie die Schicht 110 bestehen kann. Außerdem kann die Schicht 130 anhand des gleichen oder eines anderen Verfahrens, wie es verwendet wird, um die Schichten 100, 110 und/oder 120 aufzubringen, zu dem mehrschichtigen Stapel 20 hinzugefügt werden, beispielsweise anhand eines Sol-Gel-Verfahrens. 25 shows half of a seven-layered design at reference numerals 20 , The multilayer stack 20 has an additional layer 130 on, which is above the second layer 120 extends. For example, the additional layer 130 a dielectric layer extending over an absorbent layer 110 extends. Note that the layer 130 from the same or different material as the layer 110 can exist. In addition, the layer can 130 using the same or a different method as it is used to the layers 100 . 110 and / or 120, to the multilayer stack 20 be added, for example by a sol-gel method.

26 zeigt eine Hälfte eines neunschichtigen Designs bei Bezugszeichen 24, wobei eine noch weitere Schicht 105 zwischen der optionalen Reflektorschicht 100 und der ersten Schicht 110 angeordnet ist. Zum Beispiel kann die zusätzliche Schicht 105 eine absorbierende Schicht 105 sein, die zwischen der Reflektorschicht 100 und einer dielektrischen Schicht 110 liegt. Eine nicht abschließende Liste von Materialien, aus denen die verschiedenen Schichten hergestellt werden können, ist in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2 Brechungsindex Materialien (sichtbare Region) Brechungsindex Materialien (sichtbare Region) Material Brechungs-Index Material Brechungs-Index Germanium (Ge) 4,0–5,0 Chrom (Cr) 3,0 Tellur (Te) 4,6 Zinnsulfid (SnS) 2,6 Galliumantimonit (GaSb) 4,5–5,0 wenig poröses Si 2,56 Indiumarsenid (InAs) 4,0 Chalcogenidglas 2,6 Silicium (Si) 3,7 Ceroxid (CeO2) 2,53 Indiumphosphat (InP) 3,5 Wolfram (W) 2,5 Galliumarsenat (GaAs) 3,53 Galliumnitrid (GaN) 2,5 Galliumphosphat (GaP) 3,31 Mangan (Mn) 2,5 Vanadium (V) 3 Nioboxid (Nb2O3) 2,4 Arsenselenid (As2Se3) 2,8 Zinktellurid (ZnTe) 3,0 CuAlSe2 2,75 Chalcogenidglas + Ag 3,0 Zinkselenid (ZnSe) 2,5–2,6 Zinksulfid (ZnS) 2,5–3,0 Titandioxid (TiO2)-Sol-Gel 2,36 Titandioxid(TiO2)-vakuumabgeschieden 2,43 Aluminiumoxid (Al2O3) 1,75 Hafniumoxid (HfO2) 2,0 Yttriumoxid (Y2O3) 1,75 Natriumaluminiumfluorid (Na3AlF6) 1,6 Polystyrol 1,6 Polyethersulfon (PES) 1,55 Magnesiumfluorid (MgF2) 1,37 hoch-poröses Si 1,5 Bleifluorid (PbF2) 1,6 Indiumzinnoxid-Nanostäbchen (ITO) 1,46 Kaliumfluorid (KF) 1,5 Lithiumfluorid (LiF4) 1,45 Polyethylen (PE) 1,5 Calciumfluorid 1,43 Bariumfluorid (BaF2) 1,5 Strontiumfluorid (SrF2) 1,43 Siliciumdioxid (SiO2) 1,5 Lithiumfluorid (LiF) 1,39 PMMA 1,5 PKFE 1,6 Aluminiumarsenat (AlAs) 1,56 Natriumfluorid (NaF) 1,3 Sol-Gel-Siliciumdioxid (SiO2) 1,47 Nanoporöses Siliciumdioxid (SiO2) 1,23 N,N'-Bis(1-naphthyl)4,4'-diamin (NPB) 1,7 Gesputtertes Siliciumdioxid (SiO2) 1,47 Polyamidimid (PEI) 1,6 Vakumabgeschiedenes Siliciumdioxid (SiO2) 1,46 Zinksulfid (ZnS) 2.3 + i(0.015) Nioboxid (Nb2O5) 2,1 Titannitrid (TiN) 1.5 + i(2.0) Aluminium (Al) 2.0 + i(15) Chrom (Cr) 2.5 + i(2.5) Siliciumnitrid (SiN) 2,1 Niobpentoxid (Nb2O5) 2,4 Glimmer 1,56 Zirconiumoxid (ZrO2) 2,36 Polyallomer 1,492 Hafniumoxid (HfO2) 1,9–2,0 Polybutylen 1,50 Fluorkohlenstoff (FEP) 1,34 Ionomere 1,51 Polytetraflurethylen (TFE) 1,35 Polyethylen (niedrige Dichte) 1,51 Fluorkohlenstoff (FEP) 1,34 Nylons (PA) Typ II 1,52 Polytetraflurethylen (TFE) 1,35 Acryl-Multipolymer 1,52 Chlortrifluorethylen (CTFE) 1,42 Polyethylen (mittlere Dichte) 1,52 Cellulosepropionat 1,46 Styrolbutadien Thermoplast 1,52–1,55 Celluloseacetatbutyrat 1,46–1,49 PVC (Starr) 1,52–1,55 Celluloseacetat 1,46–1,50 Nylons (Polyamid) Typ 6/6 1,53 Methylpenten-Polymer 1,485 Harnstoffformaldehyd 1,54–1,58 Acetal-Homopolymer 1,48 Polyethylen (Hohe Dichte) 1,54 Acrylverbindungen 1,49 Styrolacrylonitril Copolymer 1,56–1,57 Cellulosenitrat 1,49–1,51 Polystyrol (Wärme und Chemie) 1,57–1,60 Ethylcellulose 1,47 Polystyrol (Allzweck) 1,59 Polypropylen 1,49 Polycarbornat (ungefüllt) 1,586 Polysulfon 1,633 SnO2 2,0 26 shows one half of a nine-layered design at reference numerals 24 , where a still further layer 105 between the optional reflector layer 100 and the first layer 110 is arranged. For example, the additional layer 105 an absorbent layer 105 be that between the reflector layer 100 and a dielectric layer 110 lies. A non-exhaustive list of materials from which the various layers can be made is shown in Table 2 below. Table 2 Refractive index materials (visible region) Refractive index materials (visible region) material Refractive index material Refractive index Germanium (Ge) 4.0-5.0 Chrome (Cr) 3.0 Tellurium (Te) 4.6 Tin sulfide (SnS) 2.6 Gallium antimonite (GaSb) 4.5-5.0 little porous Si 2.56 Indium arsenide (InAs) 4.0 chalcogenide glass 2.6 Silicon (Si) 3.7 Cerium oxide (CeO 2 ) 2.53 Indium phosphate (InP) 3.5 Tungsten (W) 2.5 Gallium arsenate (GaAs) 3.53 Gallium nitride (GaN) 2.5 Gallium phosphate (GaP) 3.31 Manganese (Mn) 2.5 Vanadium (V) 3 Niobium oxide (Nb 2 O 3 ) 2.4 Arsenic selenide (As 2 Se 3 ) 2.8 Zinc telluride (ZnTe) 3.0 CuAlSe 2 2.75 Chalcogenide glass + Ag 3.0 Zinc selenide (ZnSe) 2.5-2.6 Zinc sulfide (ZnS) 2.5-3.0 Titanium dioxide (TiO 2 ) sol gel 2.36 Titanium dioxide (TiO 2 ) vacuum deposited 2.43 Alumina (Al 2 O 3 ) 1.75 Hafnium oxide (HfO 2 ) 2.0 Yttrium oxide (Y2O3) 1.75 Sodium aluminum fluoride (Na3AlF6) 1.6 polystyrene 1.6 Polyethersulfone (PES) 1.55 Magnesium fluoride (MgF2) 1.37 highly porous Si 1.5 Lead fluoride (PbF2) 1.6 Indium Tin Oxide Nanorods (ITO) 1.46 Potassium fluoride (KF) 1.5 Lithium fluoride (LiF4) 1.45 Polyethylene (PE) 1.5 calcium fluoride 1.43 Barium fluoride (BaF2) 1.5 Strontium fluoride (SrF2) 1.43 Silica (SiO 2) 1.5 Lithium fluoride (LiF) 1.39 PMMA 1.5 PKFE 1.6 Aluminum arsenate (AlAs) 1.56 Sodium fluoride (NaF) 1.3 Sol-gel silica (SiO 2) 1.47 Nanoporous silica (SiO2) 1.23 N, N'-bis (1-naphthyl) 4,4'-diamine (NPB) 1.7 Sputtered silica (SiO 2) 1.47 Polyamide-imide (PEI) 1.6 Vacuum-deposited silica (SiO 2) 1.46 Zinc sulfide (ZnS) 2.3 + i (0.015) Niobium oxide (Nb 2 O 5 ) 2.1 Titanium nitride (TiN) 1.5 + i (2.0) Aluminum (Al) 2.0 + i (15) Chrome (Cr) 2.5 + i (2.5) Silicon nitride (SiN) 2.1 Niobium pentoxide (Nb2O5) 2.4 mica 1.56 Zirconium oxide (ZrO2) 2.36 polyallomer 1.492 Hafnium oxide (HfO2) 1.9-2.0 polybutylene 1.50 Fluorocarbon (FEP) 1.34 ionomers 1.51 Polytetrafluoroethylene (TFE) 1.35 Polyethylene (low density) 1.51 Fluorocarbon (FEP) 1.34 Nylons (PA) Type II 1.52 Polytetrafluoroethylene (TFE) 1.35 Acrylic multipolymer 1.52 Chlorotrifluoroethylene (CTFE) 1.42 Polyethylene (medium density) 1.52 cellulose propionate 1.46 Styrene butadiene thermoplastic 1.52 to 1.55 cellulose acetate butyrate 1.46-1.49 PVC (rigid) 1.52 to 1.55 cellulose acetate 1.46 to 1.50 Nylons (polyamide) type 6/6 1.53 Methylpentene polymer 1,485 urea formaldehyde 1.54 to 1.58 Acetal homopolymer 1.48 Polyethylene (High Density) 1.54 acrylics 1.49 Styrene-acrylonitrile copolymer 1.56 to 1.57 cellulose nitrate 1.49 to 1.51 Polystyrene (heat and chemistry) 1.57-1.60 ethylcellulose 1.47 Polystyrene (general purpose) 1.59 polypropylene 1.49 Polycarbornate (unfilled) 1.586 polysulfone 1,633 SnO2 2.0

Verfahren zur Herstellung der hierin offenbarten Mehrschichtstapel können beliebige Verfahren oder Prozesse sein, die dem Fachmann bekannt sind, oder (ein) Verfahren, (das) die dem Fachmann noch nicht bekannt (ist) sind. Typische bekannte Verfahren beinhalten Nassverfahren wie Sol-Gel-Verarbeitung, schichtweise Verarbeitung, Schleuderbeschichtung und dergleichen. Andere bekannte, trockene Verfahren beinhalten chemische Dampfabscheidungsverarbeitung und physikalische Dampfabscheidungsverarbeitung wie Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung und dergleichen.Methods of making the multilayer stacks disclosed herein may be any methods or processes known to those skilled in the art, or methods that are not known to those skilled in the art. Typical known methods include wet processes such as sol-gel processing, layered processing, spin coating and the like. Other known dry processes include chemical vapor deposition processing and physical vapor deposition processing such as sputtering, electron beam deposition, and the like.

Die hierin offenbarten Mehrschichtstapel können für fast jede Farbanwendung verwendet werden, beispielsweise als Pigmente für Lacke, Dünnfilme, die auf Oberflächen aufgebracht werden, und dergleichen.The multilayer stacks disclosed herein can be used for almost any color application, for example, as pigments for paints, thin films applied to surfaces, and the like.

Wie oben angegeben, werden omnidirektionale Interferenzpigmente geschaffen, die eine schützende/wetterbeständige Beschichtung aufweisen. Zum Beispiel sind in den 27 und 28 beispielhafte Pigmente gezeigt, die beschichtet werden können. Genauer ist 27 eine schematische Darstellung eins 3-schichtigen Pigments 12 mit einer Kernschicht 100, einer ersten Nicht-Oxidschicht 112, einer selektiven absorbierenden Schicht 114 und einer zusätzlichen Nicht-Oxidschicht 116, die sich über der selektiven absorbierenden Schicht 114 erstreckt. 28 ist eine schematische Darstellung eines Pigments 12a, das dem Pigment 12 ähnelt, außer dass Schichten 112a, 114a wie in 28A und eine zusätzliche Nicht-Oxidschicht 116a hinzugefügt worden sind. Man beachte, dass die Schichten 112112a, 114114a und/oder 116/116a aus dem gleichen Material bestehen könnten und die gleiche Dicke aufweisen könnten.As stated above, omnidirectional interference pigments are provided which have a protective / weather resistant coating. For example, in the 27 and 28 shown exemplary pigments that can be coated. Is more accurate 27 a schematic representation of a 3-layer pigment 12 with a core layer 100 , a first non-oxide layer 112 , a selective absorbent layer 114 and an additional non-oxide layer 116 extending above the selective absorbent layer 114 extends. 28 is a schematic representation of a pigment 12a that the pigment 12 resembles except that layers 112a . 114a as in 28A and an additional non-oxide layer 116a have been added. Note that the layers 112 - 112a . 114 - 114a and or 116 / 116a could consist of the same material and could have the same thickness.

29 ist eine schematische Darstellung eines Pigments 22, die ein Pigment 12a mit einer schützenden Beschichtung 200 zeigt. Außerdem zeigt 30, dass die schützende Beschichtung 200 eine einzelne Schicht sein kann oder alternativ dazu aus zwei Schichten bestehen kann, z. B. aus einer ersten Schicht 202 und einer zweiten Schicht 204. Man beachte, dass die erste Schicht 202 und/oder die zweite Schicht 204 eine einzelne Oxidschicht sein kann oder alternativ dazu eine Hybridoxidschicht sein kann, die aus zwei oder mehr Oxiden besteht oder zwei oder mehr Oxide enthält. Zum Beispiel kann die schützende Beschichtung 200 eine einzelne Oxidschicht sein, beispielsweise eine einzelne Schicht aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid oder Ceroxid. Alternativ dazu kann die schützende Beschichtung 200 die erste Schicht 202 und die zweite Schicht 204 beinhalten, und die erste Schicht 202 und die zweite Schicht 204 sind jeweils eine einzelne Oxidschicht aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid oder Ceroxid. Als weitere Alternative kann die erste Schicht 202 eine einzelne Oxidschicht sein und die zweite Schicht 204 kann eine Hybridoxidschicht sein, bei der es sich um eine Kombination aus mindestens zweien von Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid und Ceroxid handelt. Als noch weitere Alternative kann die zweite Schicht 204 eine einzelne Oxidschicht sein und die erste Schicht 204 kann eine Hybridoxidschicht sein, bei der es sich um eine Kombination aus mindestens zweien von Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid und Ceroxid handelt. 29 is a schematic representation of a pigment 22 that is a pigment 12a with a protective coating 200 shows. Also shows 30 that the protective coating 200 may be a single layer or, alternatively, may consist of two layers, e.g. B. from a first layer 202 and a second layer 204 , Note that the first layer 202 and / or the second layer 204 may be a single oxide layer or alternatively may be a hybrid oxide layer consisting of two or more oxides or containing two or more oxides. For example, the protective coating 200 a single oxide layer, for example a single layer of silica, alumina, zirconia or ceria. Alternatively, the protective coating 200 the first layer 202 and the second layer 204 include, and the first layer 202 and the second layer 204 are each a single oxide layer of silicon oxide, alumina, zirconia, titania or ceria. As another alternative, the first layer 202 a single oxide layer and the second layer 204 may be a hybrid oxide layer which is a combination of at least two of silica, alumina, zirconia, titania and ceria. As yet another alternative, the second layer 204 a single oxide layer and the first layer 204 may be a hybrid oxide layer which is a combination of at least two of silica, alumina, zirconia, titania and ceria.

Um die Erfindung verständlicher zu machen, aber nicht, um ihren Bereich in irgendeiner Weise einzuschränken, werden nachstehend Beispiele für wetterbeständige omnidirektionale Strukturfarbenpigmente und Prozessprotokolle für die Erzeugung solcher Pigmente erörtert.To make the invention more understandable, but not to limit its scope in any way, examples of weather resistant omnidirectional structural paint pigments and process protocols for the production of such pigments are discussed below.

Protokoll 1 – 7-schichtige Pigmente, die mit Phosphorsäure geätzt und mit einer SiO2-Schicht überzogen werden.Protocol 1 - 7-layer pigments, which are etched with phosphoric acid and coated with a SiO 2 layer.

Zu einer Suspension, die 10 g Pigmente eines 7-schichtigen Designs, die in 110 ml Aceton dispergiert waren, enthielt, wurden 0,13 ml Phosphorsäure (85%) gegeben, und sie wurde 30 Minuten lang bei Raumtemperatur gerührt. Die Suspension wurde dann gefiltert und zweimal mit Aceton gewaschen. Feste Teilchen wurden abfiltriert, und mit Phosphorsäure behandelte 7-schichtige Pigmente wurden erhalten. Die 7-schichtigen Pigmente wiesen eine Struktur auf wie in 28B dargestellt, mit einer Kernschicht aus Al, zwei ZnS-Schichten, die jeweils an die Al-Schicht angrenzen, zwei selektiv absorbierenden Cr-Schichten, die jeweils an die zwei ZnS-Schichten angrenzen, und weiteren zwei ZnS-Schichten, die jeweils an die zwei Cr-Schichten angrenzen.To a suspension containing 10 g of 7-layered pigments dispersed in 110 ml of acetone was added 0.13 ml of phosphoric acid (85%) and stirred for 30 minutes at room temperature. The suspension was then filtered and washed twice with acetone. Solid particles were filtered off and phosphoric acid treated 7-layer pigments were obtained. The 7-ply pigments had a structure as in 28B shown, with a core layer of Al, two ZnS layers, each adjacent to the Al layer, two selectively absorbing Cr layers, each adjacent to the two ZnS layers, and another two ZnS layers, each to the adjacent to two Cr layers.

Die mit Phosphorsäure behandelten 7-schichtigen Pigmente wurden dann in einem Rundkolben, der mit einem Rückflusskühler ausgestattet war, in 160 ml Ethanol suspendiert. Die Suspension wurde auf 65°C erwärmt, nachdem 35 g Wasser und 3,5 g einer 28%igen wässrigen Ammoniaklösung zugegeben worden waren. Dann wurde eine Lösung aus 10 g Tetraethoxysilan, das mit 13 ml Ethanol verdünnt worden war, in kleinen Mengen unter Rühren zu der erwärmten Suspension hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wurde 14 Stunden lang bei 65°C gerührt, dann wurden feste Teilchen aus der Flüssigkeit filtriert, mit Ethanol gewaschen und dann mit Isopropylalkohol (IPA) gewaschen. Siebenschichtige, mit SiO2 beschichtete Pigmente wurden erhalten, nachdem die festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren. The phosphoric acid-treated 7-layer pigments were then suspended in 160 ml of ethanol in a round bottom flask equipped with a reflux condenser. The suspension was heated to 65 ° C after 35 g of water and 3.5 g of a 28% aqueous ammonia solution were added. Then, a solution of 10 g of tetraethoxysilane diluted with 13 ml of ethanol was added in small portions to the heated suspension with stirring. The reaction mixture was stirred at 65 ° C for 14 hours, then solid particles were filtered from the liquid, washed with ethanol and then washed with isopropyl alcohol (IPA). Seven-layer SiO 2 coated pigments were obtained after the solid particles had been dried at 100 ° C for 24 hours.

Protokoll 1A – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht überzogen werdenProtocol 1A - 7-layered pigments coated with an SiO 2 layer

Eine Menge von 10 g 7-schichtiger Pigmente wurde in einem Rundkolben, der mit einem Rückflusskühler ausgestattet war, in 160 ml Ethanol suspendiert, ohne zuvor mit Phosphorsäure behandelt zu werden wie in Protokoll 1. Die Suspension wurde auf 65°C erwärmt, nachdem 35 g Wasser und 3,5 g einer 28%igen wässrigen Ammoniaklösung zugegeben worden waren. Dann wurde eine Lösung aus 10 g Tetraethoxysilan, das mit 13 ml Ethanol verdünnt worden war, in kleinen Mengen unter Rühren zu der erwärmten Suspension hinzugefügt. Die Reaktionsmischung wurde 14 Stunden lang bei 65°C gerührt, dann wurden feste Teilchen aus der Flüssigkeit filtriert, mit Ethanol gewaschen und dann mit Isopropylalkohol (IPA) gewaschen. Siebenschichtige, mit SiO2 beschichtete Pigmente wurden erhalten, nachdem die festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.An amount of 10 g of 7-layer pigments was suspended in 160 ml of ethanol in a round bottom flask equipped with a reflux condenser without first being treated with phosphoric acid as in Protocol 1. The suspension was heated to 65 ° C after 35 minutes g of water and 3.5 g of a 28% aqueous ammonia solution were added. Then, a solution of 10 g of tetraethoxysilane diluted with 13 ml of ethanol was added in small portions to the heated suspension with stirring. The reaction mixture was stirred at 65 ° C for 14 hours, then solid particles were filtered from the liquid, washed with ethanol and then washed with isopropyl alcohol (IPA). Seven-layer SiO 2 coated pigments were obtained after the solid particles had been dried at 100 ° C for 24 hours.

Protokoll 2 – 7-schichtige Pigmente, die unter Verwendung einer wässrigen Lösung mit einer SiO2-Schicht überzogen werdenProtocol 2-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer using an aqueous solution

Fünfzehn Gramm 7-schichtiger Pigmente wurden in einen 250 ml fassenden Dreihalskolben gegeben. Dann wurden 100 ml DI-Wasser zugegeben, und die Lösung wurde in einem Ethylenglycol-Bad, das auf 80°C erwärmt wurde, gerührt. Die Lösung wurde durch Zugabe einiger Tropfen einer 1 M NaOH-Lösung auf einen pH von 7,5 eingestellt. Dann wurden 20 ml Na2SiO3 (13 Gew.-% SiO2) mit einer konstanten Strömungsrate von 0,1 ml/min anhand einer Spritzenpumpe zu der Lösung gegeben. Während das Na2SiO3 zugegeben wurde, wurde auch 1 M HCl-Lösung mittels eines automatischen pH-Steuerungssystems zugegeben, um den pH von 7,5 aufrechtzuerhalten. Man ließ die Mischung auf Raumtemperatur abkühlen, filterte sie ab, wusch sie mit IPA und trocknete sie bei 100°C für 24 Stunden. Das beschichtete Material kann bei 200°C 24 h lang weiter getempert werden.Fifteen grams of 7-layer pigments were placed in a 250 ml three-necked flask. Then, 100 ml of DI water was added and the solution was stirred in an ethylene glycol bath heated to 80 ° C. The solution was adjusted to a pH of 7.5 by adding a few drops of a 1 M NaOH solution. Then, 20 ml of Na 2 SiO 3 (13 wt% SiO 2 ) was added to the solution at a constant flow rate of 0.1 ml / min by a syringe pump. While the Na 2 SiO 3 was added, 1 M HCl solution was also added by means of an automatic pH control system to maintain the pH of 7.5. The mixture was allowed to cool to room temperature, filtered off, washed with IPA and dried at 100 ° C for 24 hours. The coated material may be further annealed at 200 ° C for 24 hours.

Protokoll 3 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer SiO2-Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 3-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and an SiO 2 -Al 2 O 3 hybrid layer

Zwei Gramm Pigmente, die anhand des Protokolls 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, wurden in 20 ml einer Wasserlösung suspendiert und wiesen einen pH von etwa 10 auf (durch verdünnte NaOH-Lösung eingestellt). Die Suspension wurde unter ständigem Rühren in einem 100 ml fassenden Rundkolben auf 60°C erwärmt. Dann wurden 0,5 ml einer 18 gew.-%igen Na2SiO3-Lösung und 1 ml 0,5 M Al2(SO4)3-Lösung beide gleichzeitig mit einer konstanten Rate in 1 Stunde in die Pigmentsuspension titriert. Der pH der Schlämme wurde nicht gesteuert. Nach der Titrierung wurde die Suspension 30 Minuten lang unter Rühren alter gelassen. Die Mischung wurde gefiltert, und verbliebene feste Teilchen wurden mit DI-Wasser gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht und einer Al2O3-Schicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Two grams of pigments coated with SiO 2 by protocol 1 or 1A were suspended in 20 ml of a water solution and had a pH of about 10 (adjusted by dilute NaOH solution). The suspension was heated to 60 ° C. with constant stirring in a 100 ml round bottom flask. Then, 0.5 ml of an 18 wt% Na 2 SiO 3 solution and 1 ml of 0.5 M Al 2 (SO 4 ) 3 solution were both titrated simultaneously into the pigment suspension at a constant rate in 1 hour. The pH of the slurry was not controlled. After titration the suspension became 30 Aging for a few minutes while stirring. The mixture was filtered and residual solid particles were washed with DI water and then washed with IPA. Seven-layered pigments having an SiO 2 layer and an Al 2 O 3 layer were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 24 hours.

Protokoll 4 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 4-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer

Drei Gramm Pigmente, die gemäß Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtetet worden waren, wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben mit 20 ml Ethanol beschichtet und bei Raumtemperatur gerührt. Außerdem wurden 0,66 g Aluminium-tri-sek-butoxid und 2,47 ml Zirconiumbutoxid in 15 ml IPA aufgelöst. Die Mischung aus Aluminium-tri-sek-butoxid + Zirconiumbutoxid wurde in 2 Stunden mit einer konstanten Rate in die Pigmentsuspension titriert. Gleichzeitig wurden 0,66 ml DI-Wasser, das in 2 ml Ethanol verdünnt worden war, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit Ethanol gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen Feststoffteilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C weiter getempert worden waren.Three grams of pigments coated with SiO 2 according to Protocol 1 or 1A were coated in a 100 ml round bottom flask with 20 ml of ethanol and stirred at room temperature. In addition, 0.66 g of aluminum tri-sec-butoxide and 2.47 ml of zirconium butoxide were dissolved in 15 ml of IPA. The mixture of aluminum tri-sec-butoxide + zirconium butoxide was titrated into the pigment suspension at a constant rate in 2 hours. At the same time, 0.66 ml of DI water diluted in 2 ml of ethanol was added. After titration, the suspension was stirred for a further 30 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with ethanol and then washed with IPA. Seven-layered pigments having an SiO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer were obtained after the remaining particulate matter had been dried at 100 ° C for 24 hours or alternatively further annealed at 200 ° C for 24 hours ,

Protokoll 5 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werden Protocol 5-7-layered pigments coated with an SiO2 layer and a ZrO2 + Al2O3 hybrid layer

Drei Gramm Pigmente, die anhand von Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, wurden in 20 ml DI-Wasser mit pH 8 (durch verdünnte NaOH-Lösung eingestellt) in einem 100 ml fassenden Rundkolben suspendiert und unter konstantem Rühren auf 50°C erwärmt. Dann wurden 0,5 ml einer 5 gew.-%igen NaAlO2-Lösung und 0,5 ml 10 gew.-%ige ZrOCl2-Lösung beide gleichzeitig mit einer konstanten Rate in 30 Minuten in die Pigmentsuspension titriert. Der pH der Schlämme wurde durch Zugabe von verdünnter HCl- oder NaOH-Lösung auf 8 geregelt. Nach der Titrierung wurde die Suspension für 30 min unter Rühren alter gelassen. Die Mischung wurde abfiltriert, mit DI-Wasser gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Die beschichteten Pigmente wurden erhalten, nachdem sie 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C getempert worden waren.Three grams of pigments coated with SiO 2 by protocol 1 or 1A were suspended in 20 ml DI 8 pH water (adjusted by dilute NaOH solution) in a 100 ml round bottom flask and heated to 50 ° with constant stirring C heated. Then, 0.5 ml of a 5 wt% NaAlO 2 solution and 0.5 ml of 10 wt% ZrOCl 2 solution were both titrated simultaneously into the pigment suspension at a constant rate in 30 minutes. The pH of the slurry was controlled to 8 by the addition of dilute HCl or NaOH solution. After titration, the suspension was left for 30 minutes with stirring. The mixture was filtered off, washed with DI water and then washed with IPA. The coated pigments were obtained after being dried at 100 ° C for 24 hours or, alternatively, annealed at 200 ° C for 24 hours.

Protokoll 6 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht, einer CeO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 6-7-layered pigments which are coated with an SiO 2 layer, a CeO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer

Pigmente (3,5 g), die anhand von Protokoll 1 oder 1A mit Siliciumoxid (SiO2) beschichtet worden waren, wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 26,83 ml Wasser suspendiert und 20 min lang bei 70°C gerührt. Dann wurden 0,33 g Ce(NO3)3·6H2O in 1,18 ml H2O mit einer konstanten Rate von 2 ml/h in die Pigmentsuspension titriert und die Mischung wurden nach dem Titrieren weitere 1,5 Stunden lang am Rühren gehalten. Während der Reaktion wurde der pH der Lösung unter Verwendung einer verdünnten NaOH-Lösung konstant bei 7,0 gehalten. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden dreimal mit Wasser gewaschen und dann weitere drei Mal mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht und einer Schicht aus CeO2 wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Pigments (3.5 g) coated with silica (SiO 2 ) by protocol 1 or 1A were suspended in 26.83 mL of water in a 100 mL round bottom flask and stirred at 70 ° C for 20 minutes. Then, 0.33 g of Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O in 1.18 ml of H 2 O was titrated into the pigment suspension at a constant rate of 2 ml / hr and the mixture became titrated for an additional 1.5 hours kept stirring. During the reaction, the pH of the solution was kept constant at 7.0 using a dilute NaOH solution. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed three times with water and then washed three more times with IPA. Seven-layered pigments having an SiO 2 layer and a layer of CeO 2 were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 24 hours.

Dann wurden 3 g der beschichteten Pigmente in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 20 ml Ethanol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Eine Mischung aus 0,66 g Aluminium-tri-sek-butoxid und 2,47 ml Zirconiumbutoxid, gelöst in 15 ml IPA, wurde mit einer konstanten Rate in 2 Stunden in die Pigmentsuspension titriert. Gleichzeitig wurden 0,66 ml DI-Wasser, verdünnt in 2 ml Ethanol, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit Ethanol gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer SiO2-Schicht, einer Schicht aus CeO2 und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Then, 3 g of the coated pigments were suspended in 20 ml of ethanol in a 100 ml round bottom flask and stirred at room temperature. A mixture of 0.66 g of aluminum tri-sec-butoxide and 2.47 ml of zirconium butoxide dissolved in 15 ml of IPA was titrated into the pigment suspension at a constant rate in 2 hours. At the same time, 0.66 ml DI water, diluted in 2 ml ethanol, was added. After titration, the suspension was stirred for a further 30 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with ethanol and then washed with IPA. Seven-layered pigments having an SiO 2 layer, a layer of CeO 2, and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 24 hours.

Protokoll 7 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer CeO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht beschichtet werdenProtocol 7-7-layered pigments coated with a CeO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer

Drei Gramm Pigmente mit einem 7-Schichten-Design wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 20 ml Ethanol suspendiert und bei 75°C gerührt. Eine Lösung aus 0,44 g Ce(NO3)3·6H2O, das in 20 ml IPA aufgelöst worden war, wurde mit einer konstanten Rate in 1 Stunde titriert. Gleichzeitig wurden 0,15 ml Ethylendiamin (EDA), das in 0,9 ml DI-Wasser verdünnt worden war, zudosiert. Danach wurden weitere 0,15 ml EDA, verdünnt in 0,9 ml DI-Wasser, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 15 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer CeO2-Schicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen 5 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Three grams of pigments with a 7-layer design were suspended in 20 ml of ethanol in a 100 ml round bottomed flask and stirred at 75 ° C. A solution of 0.44 g of Ce (NO 3 ) 3 .6H 2 O dissolved in 20 ml of IPA was titrated at a constant rate in 1 hour. At the same time, 0.15 ml of ethylenediamine (EDA), diluted in 0.9 ml of DI water, was added. Thereafter, an additional 0.15 ml of EDA diluted in 0.9 ml DI water was added. After titration, the suspension was stirred for an additional 15 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with IPA. Seven-layered pigments having a CeO 2 layer were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 5 hours.

Dann wurden die CeO2-beschichteten Pigmente in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 20 ml Ethanol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Dann wurde eine Mischung aus 0,66 g Aluminium-tri-sek-butoxid und 2,47 ml Zirconiumbutoxid, gelöst in 15 ml IPA, mit einer konstanten Rate in 2 Stunden in die Pigmentsuspension titriert. Gleichzeitig wurden 0,66 ml DI-Wasser, das in 2 ml Ethanol verdünnt worden war, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wurde filtriert, und die verbliebenen festen Teilchen wurden mit Ethanol gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Siebenschichtige Pigmente mit einer CeO2-Schicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridschicht wurden erhalten, nachdem die verbliebenen Feststoffteilchen 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren, oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C getempert worden waren.Then, the CeO 2 -coated pigments were suspended in 20 ml of ethanol in a 100 ml round-bottomed flask and stirred at room temperature. Then, a mixture of 0.66 g of aluminum tri-sec-butoxide and 2.47 ml of zirconium butoxide dissolved in 15 ml of IPA was titrated into the pigment suspension at a constant rate in 2 hours. At the same time, 0.66 ml of DI water diluted in 2 ml of ethanol was added. After titration, the suspension was stirred for a further 30 minutes. The mixture was filtered and the remaining solid particles were washed with ethanol and then washed with IPA. Seven-layered pigments having a CeO 2 layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid layer were obtained after the remaining solid particles were dried at 100 ° C for 24 hours, or alternatively annealed at 200 ° C for 24 hours ,

Protokoll 8 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer ZrO2-Schicht überzogen werden Protocol 8 - 7-layered pigments coated with a ZrO 2 layer

Zwei Gramm Pigmente mit einem 7-Schichten-Design wurden in einem 100 ml fassenden Rundkolben in 30 ml Ethanol suspendiert und bei Raumtemperatur gerührt. Eine Lösung aus 2,75 ml Zirconiumbutoxid (80%ig, in 1 Butanol), die in 10 ml Ethanol verdünnt worden war, wurde mit einer konstanten Rate in 1 Stunde titriert. Gleichzeitig wurden 1 ml DI-Wasser, das in 3 ml Ethanol verdünnt worden war, zudosiert. Nach der Titrierung wurde die Suspension weitere 15 Minuten lang gerührt. Siebenschichtige Pigmente mit einer Schicht aus ZrO2 wurden erhalten, nachdem die verbliebenen festen Teilchen aus der Lösung gefiltert, mit Ethanol gewaschen und 5 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren oder alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C getempert worden waren.Two grams of pigments with a 7-layer design were suspended in 30 mL of ethanol in a 100 mL round bottom flask and stirred at room temperature. A solution of 2.75 ml of zirconium butoxide (80% in 1-butanol) diluted in 10 ml of ethanol was titrated at a constant rate in 1 hour. At the same time, 1 ml of DI water, which had been diluted in 3 ml of ethanol, was added. After titration, the suspension was stirred for an additional 15 minutes. Seven-layered pigments with a layer of ZrO 2 were obtained after the remaining solid particles were filtered from the solution, washed with ethanol and dried at 100 ° C for 5 hours, or alternatively annealed at 200 ° C for 24 hours.

Protokoll 9 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer Al3O3-Schicht beschichtet werdenProtocol 9-7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and an Al 3 O 3 layer

Zwei Gramm Pigmente, die anhand von Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, wurden in 20 ml Wasserlösung mit einem pH von etwa 8 (durch verdünnte NaOH-Lösung eingestellt) in einem 100 ml fassenden Rundkolben suspendiert und unter konstantem Rühren auf 50°C erwärmt. Dann wurden 0,5 ml 5 gew.-%ige NaAlO2-Lösung mit einer konstanten Rate in 30 Minuten in die Pigmentsuspension titriert. Der pH der Schlämme wurde unter Verwendung einer HCl 1M-Lösung auf 8 geregelt. Nach der Titrierung wurde die Suspension 30 Minuten lang unter Rühren alter gelassen. Die Mischung wurde abfiltriert, mit DI-Wasser gewaschen und dann mit IPA gewaschen. Die beschichteten Pigmente wurden erhalten, nachdem sie 24 Stunden lang bei 100°C getrocknet worden waren.Two grams of pigments coated with SiO 2 by protocol 1 or 1A were suspended in 20 ml of water solution having a pH of about 8 (adjusted by dilute NaOH solution) in a 100 ml round bottom flask and heated to 50 with constant stirring ° C heated. Then, 0.5 ml of 5 wt% NaAlO 2 solution was titrated into the pigment suspension at a constant rate in 30 minutes. The pH of the slurry was adjusted to 8 using a HCl 1M solution. After titration, the suspension was left for 30 minutes with stirring. The mixture was filtered off, washed with DI water and then washed with IPA. The coated pigments were obtained after being dried at 100 ° C for 24 hours.

Protokoll 10 – 7-schichtige Pigmente, die mit einer SiO2-Schicht und einer TiO2-Schicht beschichtet werdenProtocol 10 - 7-layered pigments coated with an SiO 2 layer and a TiO 2 layer

Ein 250 ml fassender Dreihals-Rundkolben wurde in ein Ethylenglycol-Ölbad gesetzt, dessen Temperatur auf 80°C eingestellt war. Dann wurden 15 g Blättchen, die gemäß Protokoll 1 oder 1A mit SiO2 beschichtet worden waren, und 100 ml DI-Wasser in den Kolben gegeben und mit 400 UpM gerührt. Die Lösung wurde durch Zugabe einiger weniger Tropfen konzentrierter HCl-Lösung auf einen pH von 2 eingestellt. Eine vorverdünnte 35%ige TiCl4-Lösung wurde dann mit einer konstanten Strömungsrate von 0,1 ml/min über eine Spritzenpumpe titriert. Um den pH konstant zu halten, wurde eine Basenlösung in Form von NaOH-Lösung (8M) durch ein automatisches pH-Steuerungssystem in den Kolben titriert. Während der Abscheidung wurden Blättchenproben in bestimmten Zeitabständen extrahiert, um die Schichtdicke zu bestimmen. Man ließ die Mischung auf Raumtemperatur abkühlen, filterte sie anschließend, wusch sie mit IPA und trocknete sie 24 Stunden lang bei 100°C oder temperte sie alternativ dazu 24 Stunden lang bei 200°C.A 250 ml three necked round bottom flask was placed in an ethylene glycol oil bath set at 80 ° C. Then, 15 g of leaflets coated with SiO 2 according to Protocol 1 or 1A and 100 ml of DI water were added to the flask and stirred at 400 rpm. The solution was adjusted to a pH of 2 by adding a few drops of concentrated HCl solution. A prediluted 35% TiCl 4 solution was then titrated at a constant flow rate of 0.1 ml / min via a syringe pump. To keep the pH constant, a base solution in the form of NaOH solution (8M) was titrated into the flask by an automatic pH control system. During the deposition, leaflet samples were extracted at certain time intervals to determine the layer thickness. The mixture was allowed to cool to room temperature, then filtered, washed with IPA and dried at 100 ° C for 24 hours or alternatively annealed at 200 ° C for 24 hours.

Die Wetterbeständigkeit der beschichteten Pigmente wurde auf die folgende Weise geprüft. Sieben zylindrische Pyrexkolben (Fassungsvermögen ca. 120 ml) wurden als Photoreaktorgefäße verwendet. Jeder Kolben enthielt 40 ml einer Lösung aus einem fluoreszierenden roten Farbstoff (Eosin B) (1 × 10–5 M) und 13,3 mg eines Pigments, das geprüft werden sollte. Die Pigment-Eosin B-Lösung wurden 30 min lang im Dunkeln magnetisch gerührt und dann mit Licht aus einem Sonnenlichtsimulator (Oriel® Sol2ATM Class ABA Solar Simulators) bestrahlt. Für jedes Pigment wurde die gleiche Art von Pigment, das mit einer Aluminiumfolie umwickelt war, als direkte Kontrolle verwendet. Außerdem wurde im Handel erhältliches TiO2 (Degussa P25) als Bezug verwendet, um die photokatalytische Aktivität unter den gleichen Versuchsbedingungen zu vergleichen. UV/Vis-Absorptionsspektren wurden nach 65 Stunden Lichteinwirkung aufgezeichnet, um die photokatalytische Aktivität jeder Probe überprüfen zu können.The weatherability of the coated pigments was tested in the following manner. Seven cylindrical Pyrex flasks (capacity about 120 ml) were used as photoreactive vessels. Each flask contained 40 ml of a solution of a fluorescent red dye (Eosin B) (1 x 10 -5 M) and 13.3 mg of a pigment to be tested. The pigment-eosin B solution were stirred magnetically for 30 min in the dark and then exposed to light from a sunlight simulator (Oriel ® Sol2A TM Class ABA solar simulator) was irradiated. For each pigment, the same type of pigment wrapped with an aluminum foil was used as a direct control. In addition, commercially available TiO 2 (Degussa P25) was used as a reference to compare the photocatalytic activity under the same experimental conditions. UV / Vis absorption spectra were recorded after 65 hours exposure to light to verify the photocatalytic activity of each sample.

Die Ergebnisse der Prüfung wurden als relative photokatalytische Aktivität gegen Pigmenttyp aufgezeichnet wie in 31 dargestellt ist. Außerdem wurden die 7-schichtigen Pigmente ohne schützende Beschichtung als solche, die eine 100%ige photokatalytische Aktivität zeigen, gesetzt und als Vergleich für die beschichteten Pigmentproben verwendet. Wie in 31 gezeigt ist, zeigten alle beschichteten Pigmentproben eine im Vergleich zur unbeschichteten Probe verringerte photokatalytische Aktivität. Außerdem zeigten das 7-schichtige Pigment mit einer SiO2-Beschichtung (Bezeichnung P/S), das 7-schichtige Pigment mit einer SiO2-Beschichtungsschicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridbeschichtungsschicht, das 7-schichtige Pigment mit einer SiO2-Beschichtungsschicht, einer CeO2-Beschichtungsschicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridbeschichtungsschicht (Bezeichnung P/S/C/Z-A) und das 7-schichtige Pigment mit einer CeO2-Beschichtungsschicht und einer ZrO2 + Al2O3-Hybridbeschichtungsschicht eine Verringerung der photokatalytischen Aktivität von mindestens 50% im Vergleich zu den unbeschichteten Pigmenten. Im Gegensatz dazu zeigten das 7-schichtige Pigment mit einer SiO2-Beschichtungsschicht und einer SiO2 + Al2O3-Hybridbeschichtungsschicht eine Verringerung der photokatalytischen Aktivität von nur 33,8%.The results of the test were recorded as relative photocatalytic activity against pigment type as in 31 is shown. In addition, the 7-layer pigments without protective coating were set as those exhibiting 100% photocatalytic activity and used as a comparison for the coated pigment samples. As in 31 is shown, all coated pigment samples showed a reduced compared to the uncoated sample photocatalytic activity. In addition, the 7-layered pigment having an SiO 2 coating (designated P / S), the 7-layered pigment having an SiO 2 coating layer, and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid coating layer exhibited the 7-layered pigment having a SiO 2 coating layer, a CeO 2 coating layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid coating layer (designation P / S / C / ZA) and the 7-layered pigment having a CeO 2 coating layer and a ZrO 2 + Al 2 O 3 hybrid coating layer a reduction in photocatalytic activity of at least 50% compared to the uncoated pigments. In contrast, the 7-layered pigment having an SiO 2 coating layer and an SiO 2 + Al 2 O 3 hybrid coating layer showed a reduction in photocatalytic activity of only 33.8%.

Rasterelektronenmikroskopbilder der 7-schichtigen Pigmente vor und nach der Beschichtung mit einer SiO2-Schicht und einer ZrO2-Al2O3-Schicht (Protokoll 4) sind in den 32A bzw. 32B dargestellt. Wie von den Bildern gezeigt wird, sind die Oberflächen der Pigmente glatt, und die physische Form und die strukturelle Integrität der Pigmente sind nach der Beschichtung die gleichen wie bei den Pigmenten vor der Beschichtung. Außerdem zeigen EDX-Dot-Map-Bilder eines 7-schichtigen omnidirektionalen Strukturpigments mit einer äußeren ZnS-Schicht, die mit einer ersten SiO2-Schicht und einer zweiten ZrO2-Al2O3-Hybrid-Schutzschicht beschichtet wurde (Protokoll 4), erwartungsgemäß relativ höhere Konzentrationen an Zn, S, Si, Zr und Al in der Beschichtungsstruktur. Scanning electron micrographs of the 7-layer pigments before and after coating with an SiO 2 layer and a ZrO 2 -Al 2 O 3 layer (protocol 4) are described in US Pat 32A respectively. 32B shown. As shown by the pictures, the surfaces of the pigments are smooth and the physical form and structural integrity of the pigments after coating are the same as the pigments before coating. In addition, EDX dot-map images of a 7-layer omnidirectional structure pigment with an outer ZnS layer which has been coated with a first SiO 2 layer and a second ZrO 2 -Al 2 O 3 hybrid protective layer (Protocol 4) , as expected, relatively higher concentrations of Zn, S, Si, Zr and Al in the coating structure.

Ein Überblick über Beschichtungen, das Verfahren, das angewendet wurde, um eine Beschichtung zu bilden, die Beschichtungsdicke, die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke und die photokatalytische Aktivität ist in der nachstehenden Tabelle 3 zu finden. Tabelle 3 Probe Kern* Schicht Material Beschichtungs-protokoll Dicke (mm) Gleichmäßigkeit Photokatalytische Ativität** 1 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 51% 2 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 3 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 4 P7 1. SiO2 1,1A 30 G 5 P7 1. SiO2 1,1A 40 G 6 P7 1. SiO2 1,1A 50 G 7 P7 1. SiO2 1,1A 15 G 8 P7 1. SiO2 1,1A 10 G 9 P7 1. SiO2 1,1A 30 G 50% 10 P7 1. SiO2 1,1A 30 G 2. Al2O3 9 < 10 G 11 P7 1. SiO2 1,1A 30 G 2. ZrO2-Al2O3 5 15 NG 12 P7 1. SiO2 1,1A 30 G 2. ZrO2-Al2O3 6 15 G 13 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 2. CeO2 7 NG 14 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 66% 2. SiO2-Al2O3 3 10 G 15 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 2. SiO2-Al2O3 3 10 G 16 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 2. SiO2-Al2O3 3 10 G 17 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 2. Al2O3 9 10 G 18 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 33% 2. ZrO2-Al2O3 6 15 G 19 P7 1. SiO2 1,1A 80 G 33% 2. CeO2 6 3 G 3. ZrO2-Al2O3 6 15 G 20 P7 1. CeO2 7 3 G 21% 2. ZrO2-Al2O3 6 15 G 21 P7 1. CeO2 7 3 G 2. ZrO2-Al2O3 6 15 G 22 P7 1. CeO2 7 3 G 2. ZrO2-Al2O3 6 15 G 27 P7 1. ZrO2 11 20 G * P7 = 7-schichtiges Pigment
** im Vergleich zum unbeschichteten 7-schichtigen Pigment
An overview of coatings, the method used to form a coating, the coating thickness, the uniformity of the coating thickness and the photocatalytic activity can be found in Table 3 below. Table 3 sample Core* layer material Coating protocol Thickness (mm) uniformity Photocatalytic Atity ** 1 P7 1. SiO2 1.1A 80 G 51% 2 P7 1. SiO2 1.1A 80 G 3 P7 1. SiO2 1.1A 80 G 4 P7 1. SiO2 1.1A 30 G 5 P7 1. SiO2 1.1A 40 G 6 P7 1. SiO2 1.1A 50 G 7 P7 1. SiO2 1.1A 15 G 8th P7 1. SiO2 1.1A 10 G 9 P7 1. SiO2 1.1A 30 G 50% 10 P7 1. SiO2 1.1A 30 G Second Al2O3 9 <10 G 11 P7 1. SiO2 1.1A 30 G Second ZrO2-Al2O3 5 15 NG 12 P7 1. SiO2 1.1A 30 G Second ZrO2-Al2O3 6 15 G 13 P7 1. SiO2 1.1A 80 G Second CeO2 7 NG 14 P7 1. SiO2 1.1A 80 G 66% Second SiO2-Al2O3 3 10 G 15 P7 1. SiO2 1.1A 80 G Second SiO2-Al2O3 3 10 G 16 P7 1. SiO2 1.1A 80 G Second SiO2-Al2O3 3 10 G 17 P7 1. SiO2 1.1A 80 G Second Al2O3 9 10 G 18 P7 1. SiO2 1.1A 80 G 33% Second ZrO2-Al2O3 6 15 G 19 P7 1. SiO2 1.1A 80 G 33% Second CeO2 6 3 G Third ZrO2-Al2O3 6 15 G 20 P7 1. CeO2 7 3 G 21% Second ZrO2-Al2O3 6 15 G 21 P7 1. CeO2 7 3 G Second ZrO2-Al2O3 6 15 G 22 P7 1. CeO2 7 3 G Second ZrO2-Al2O3 6 15 G 27 P7 1. ZrO2 11 20 G * P7 = 7-layer pigment
** compared to the uncoated 7-layer pigment

Auf dieser Grundlage liefert Tabelle 4 eine Auflistung verschiedener Oxidschichten, Substrate, die beschichtet werden können und Bereiche von Beschichtungsdicken, die in der vorliegenden Lehre enthalten sind. Tabelle 4 Oxidschicht Substrat Beschichtungsdickenbereich (nm) SiO2 Glimmer, P7, Metall, Oxide 10–160 TiO2 Glimmer, P7, Metall, Oxide 20–100 ZrO2 Glimmer, P7, Metall, Oxide 20–100 Al2O3 Glimmer, P7, Metall, Oxide 5–30 CeO2 Glimmer, P7, Oxide ~5–40 SiO2-Al2O3 Glimmer, P7, Oxide 20–100 ZrO2-Al2O3 Glimmer, P7, Metall, Oxide 10–50 On this basis, Table 4 provides a listing of various oxide layers, substrates that can be coated, and areas of coating thicknesses included in the present teachings. Table 4 oxide substratum Coating thickness range (nm) SiO 2 Mica, P7, metal, oxides 10-160 TiO 2 Mica, P7, metal, oxides 20-100 ZrO 2 Mica, P7, metal, oxides 20-100 Al 2 O 3 Mica, P7, metal, oxides 5-30 CeO 2 Mica, P7, oxides ~ 5-40 SiO 2 -Al 2 O 3 Mica, P7, oxides 20-100 ZrO 2 -Al 2 O 3 Mica, P7, metal, oxides 10-50

Außerdem können die omnidirektionalen Strukturfarbpigmente, die eine schützende Beschichtung aufweisen, einer Organosilan-Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Zum Beispiel wurden gemäß einem Beispiel für eine Behandlung gemäß einem Organosilanprotokoll 0,5 g Pigmente, die mit einer oder mehreren der oben erörterten schützenden Beschichtungen überzogen worden waren, in 10 ml einer Lösung aus EtOH/Wasser (4:1) mit einem pH von etwa 5,0 (eingestellt durch verdünnte Essigsäurelösung) in einem 100 ml fassenden Rundkolben suspendiert. Die Schlämme wurde 20 Sekunden lang beschallt und dann 15 Minuten lang bei 500 UpM gerührt. Dann wurden 0,1 bis 0,5 Vol.-% Organosilan als Wirkstoff zu der Schlämme hinzugegeben und die Lösung wurde weitere 2 Stunden bei 500 UpM gerührt. Die Schlämme wurde dann unter Verwendung von DI-Wasser zentrifugiert oder gefiltert, und die verbliebenen Pigmente wurden in 10 ml EtOH/Wasser-Lösung (4:1) erneut dispergiert. Die Pigment-EtOH/Wasser-Schlämme wurde auf 65°C bis zum Rückfluss erwärmt und 30 Minuten lang bei 500 UpM gerührt. Die Schlämme wurde dann unter Verwendung von DI-Wasser und dann IPA zentrifugiert oder gefiltert, um einen Kuchen aus Pigmentteilchen zu produzieren. Schließlich wurde der Kuchen 12 Stunden lang bei 100°C getrocknet.In addition, the omnidirectional structural color pigments having a protective coating may be subjected to an organosilane surface treatment. For example, according to one example of treatment according to an organosilane protocol, 0.5 g of pigments coated with one or more of the protective coatings discussed above were dissolved in 10 ml of a solution of EtOH / water (4: 1) having a pH of about 5.0 (adjusted by dilute acetic acid solution) in a 100 ml round bottom flask. The slurry was sonicated for 20 seconds and then stirred for 15 minutes at 500 rpm. Then, 0.1 to 0.5% by volume of organosilane as an active ingredient was added to the slurry, and the solution was stirred at 500 rpm for further 2 hours. The slurry was then centrifuged or filtered using DI water, and the remaining pigments redispersed in 10 ml EtOH / water (4: 1) solution. The pigmented EtOH / water slurry was heated to 65 ° C to reflux and stirred for 30 minutes at 500 rpm. The slurry was then centrifuged or filtered using DI water and then IPA to produce a cake of pigment particles. Finally, the cake was dried at 100 ° C for 12 hours.

Das Organosilanprotokoll kann jedes dem Fachmann bekannte Organosilan-Kupplungsmittel verwenden, unter anderem zum Beispiel N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (APTMS), N-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]ethylendiamin 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan (MAPTMS), N-[2(vinylbenzylamino)-ethyl]-3-aminoproplyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und dergleichen.The organosilane protocol may utilize any organosilane coupling agent known to those skilled in the art, including, for example, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS), N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] ethylenediamine, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MAPTMS), N - [2 (vinylbenzylamino) ethyl] -3-aminoproplyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and the like.

Die obigen Beispiele und Ausführungsformen dienen nur der Erläuterung, und Änderungen, Modifikationen und dergleichen, die dennoch im Bereich der Erfindung liegen, werden für einen Fachmann naheliegend sein. Somit wird der Bereich der Erfindung von den Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert.The above examples and embodiments are for illustration only, and changes, modifications and the like which are nevertheless within the scope of the invention will be apparent to those skilled in the art. Thus, the scope of the invention is defined by the claims and their equivalents.

Claims (7)

Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung, aufweisend: ein Pigment mit einer ersten Schicht aus einem ersten Material und einer zweiten Schicht aus einem zweiten Material, wobei die zweite Schicht über der ersten Schicht liegt, wobei das Pigment ein Band elektromagnetischer Strahlung mit einer vorgegebenen vollen Halbwertsbreite (FWHM) von weniger als 300 nm und einer vorgegebenen Farbverschiebung von weniger als 30° im CIELAB-Farbraum aufweist, wenn das Pigment einer breitbandigen elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt und aus Winkeln zwischen 0 und 45° betrachtet wird; eine wetterbeständige Beschichtung, die eine Außenfläche des Pigments überzieht und eine photokatalytische Aktivität des Pigments im Vergleich zu dem Pigment, das die wetterbeständige Beschichtung nicht aufweist, um mindestens 50% verringert.Omnidirectional structural pigment having a protective coating comprising: a pigment comprising a first layer of a first material and a second layer of a second material, the second layer overlying the first layer, wherein the pigment comprises a band of electromagnetic radiation having a predetermined full width at half maximum (FWHM) of less than 300 nm and a predetermined color shift of less than 30 ° in the CIELAB color space, when the pigment is exposed to broad band electromagnetic radiation and viewed from angles between 0 and 45 °; a weather resistant coating which coats an outer surface of the pigment and reduces at least 50% of the photocatalytic activity of the pigment as compared to the pigment which does not have the weather resistant coating. Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung nach Anspruch 1, wobei die wetterbeständige Beschichtung eine Oxidschicht aufweist.An omnidirectional structural color pigment having a protective coating according to claim 1, wherein the weather resistant coating comprises an oxide layer. Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung nach Anspruch 2, wobei die Oxidschicht ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid und Ceroxid.An omnidirectional structural color pigment having a protective coating according to claim 2, wherein said oxide layer is selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia, titania and ceria. Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung nach Anspruch 3, wobei die wetterbeständige Beschichtung eine erste Oxidschicht und eine zweite Oxidschicht aufweist, wobei sich die zweite Oxidschicht von der ersten Oxidschicht unterscheidet.An omnidirectional structural color pigment having a protective coating according to claim 3, wherein the weather resistant coating comprises a first oxide layer and a second oxide layer, the second oxide layer being different from the first oxide layer. Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Oxidschicht eine Hybridoxidschicht ist, die eine Kombination aus zwei verschiedenen Oxiden ist.An omnidirectional structural color pigment having a protective coating according to claim 4, wherein the second oxide layer is a hybrid oxide layer which is a combination of two different oxides. Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Oxidschicht Siliciumoxid ist und die zweite Oxidschicht aus mindestens zweien aus der Gruppe ist, die aus Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid und Ceroxid ausgewählt ist.The omnidirectional structural color pigment having a protective coating of claim 5 wherein the first oxide layer is silicon oxide and the second oxide layer is at least two selected from the group consisting of silica, alumina, zirconia, titania and ceria. Omnidirektionales, eine Strukturfarbe aufweisendes Pigment mit einer schützenden Beschichtung nach Anspruch 1, wobei das Pigment keine Oxidschicht aufweist.An omnidirectional structural color pigment having a protective coating according to claim 1 wherein the pigment does not have an oxide layer.
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