1.发明领域

本发明总体上涉及用于产生颜色的薄膜光学涂层。更具体地说， 本发明涉及随着入射光的角度或视角的改变而表现出色移性能的多层 薄膜干涉涂层或干涉薄片。

2.相关技术

色移的颜料和着色剂已经在从汽车漆到用于证券文件和货币的防 伪油墨的多种用途中使用。此种颜料和着色剂表现出随着入射光角度 的不同或观察者视角的变化而改变颜色的性能。用于获得此种色移的 着色剂的最初的方法是将小薄片分散在诸如油漆或油墨的介质中，然 后将油漆或油墨施用于物体的表面，其中的薄片通常由具有特定光学 特性的多层薄膜组成。

可以通过适当地设计用于形成薄片的光学涂层或薄膜来控制着色 剂的色移性能。通过改变参数，如形成薄片的层的厚度和每层的折射 率获得需要的效果。因不同的观察角度和入射光角度而引起的感知颜 色的变化是形成层的材料的选定的吸光性和取决于波长的干涉效应的 共同作用的结果。材料的吸光性以及干涉现象是观察到的基本颜色的 成因。由在多层薄膜结构内经过多次反射和传播的光波的叠加而引起 的干涉效应是感知的颜色随不同的角度而变化的成因。

Berning等人的美国专利No.4,705,356公开了色移薄膜的例子。 其中的一个实施方案公开了一种三层的金属(1)-绝缘材料-金属(2) 叠层，其中金属(1)是一种相对薄、高吸光性的材料，金属(2)是 一种高反射、基本不透明的金属，绝缘材料是一种低折射率材料。其 中的另一个实施方案，公开了一种全绝缘材料叠层。但是，这些设计 要求使用所谓的携带减色剂的覆盖层，覆盖层利用颜料获得所需要的 颜色。

Phillips等人的美国专利No.5,135,812公开了对可以在油漆和诸 如防伪用途的油墨中使用的薄膜片的光学特性的进一步改进。根据该 专利，一种均匀的光学多层膜由透明的全绝缘材料叠层组成或者由透 明绝缘材料和半透明金属的层状叠层组成，并且在光学叠层的中心具 有不透明的反射层。在全绝缘材料叠层的情况，光学涂层由高和低折 射率材料的交互层制成。所公开的适合的材料是用作高折射率层的硫 化锌或二氧化钛，以及作为低折射率层的氟化镁或二氧化硅。

Phillips等人的美国专利No.5,278,590公开了一种均匀的三层光 干涉涂层，该涂层包含具有基本相同的组分和厚度的第一和第二部分 透光的吸收层，以及位于第一和第二吸收层之间的绝缘材料隔离层。 绝缘材料层由低折射率材料，如氟化镁组成。

Phillips等人的美国专利No.5,571,624公开了在油漆中使用的高 色度的干涉薄片，包括色移和不色移的单色薄片。这些薄片由均匀的 多层薄膜结构形成，在该结构中，在底材上形成第一半透明层，如铬 层，在第一半透明层上形成第一绝缘层。在第一绝缘层上形成不透明 的反射金属层，如铝层，接下来是与第一绝缘层的材料和厚度相同的 第二绝缘层。在第二绝缘层上形成与第一半透明层的材料和厚度相同 的第二半透明层。对于色移设计，所使用的绝缘材料具有低于2.0的 折射率。对于不色移设计，所选择的绝缘材料具有高于2.0的折射率。

可以用于如上文所讨论的颜料组合物的已有的色移的干涉薄膜和 薄板通常包括金属反射层和吸收层。为了在最广泛的用途中使用此类 颜料组合物，需要除去在环境中可能不稳定，或者与油漆、油墨或其 他有机载体反应的金属。虽然可以使用多种金属或金属化合物形成色 移的颜料，但需要提供基本上不含金属或金属化合物的颜料产品，这 些金属或金属化合物特别是指在接触食品的应用或其他可能暴露于人 体组织的应用中被怀疑具有毒性的金属或金属化合物。

概述

按照在此所表达和概括性描述的本发明，提供了一种色移的含碳 多层干涉薄膜，可以使用该薄膜制造用于颜料组合物的薄片或者制造 具有色移性能的箔片。可以将薄片分散在多种颜料介质，如油漆、油 墨或化妆品制剂中，接下来用于物体、纸张或人，在入射光的角度或 视角变化时实现颜色变化。箔片可以直接粘贴在物体上以提供色移性 能。

干涉薄膜的三层或五层设计包括绝缘材料和不同构型的碳的交互 层。所形成的绝缘层在指定的波长处具有随入射光的角度或视角的变 化产生色移的光学厚度。

在根据本发明制造色移的干涉薄膜的一个方法中，通过常规的沉 积方法在网状材料上形成碳和绝缘层，以形成特定膜的设计。然后以 薄片或箔片的形式将膜从网状材料上除下。然后可以将薄片分散在颜 料介质中以制备色移的颜料组合物，如色移的油漆、油墨或化妆品制 剂。

或者，可以在一种网状材料的上表面上形成碳或绝缘材料的第一 层，为了制备多层薄片，将第一层从网状材料上除下来。然后用基本 包裹薄片的碳或绝缘材料的一个或多个附加层涂布薄片，其中相邻的 附加层由与第一层不同的材料形成。

从下文的描述和所附权利要求书，可以更加明白本发明的上述和 其他特征和方面，或者可以通过下文对本发明的实施的阐述领会本发 明的特征。

附图的简单描述

为了更充分地理解获得本发明的上述和其他优点的方式，通过参 考在附图中示出的本发明的具体实施方案，提供了对本发明的更详细 的描述。认识到这些附图仅是本发明的典型实施方案，因此不应被视 为限制本发明的范围，通过使用附图，将结合其他特性和细节描述和 解释本发明，其中：

图1是根据本发明的一个实施方案的一种三层色移的干涉薄膜的 示意图；

图2是根据本发明的另一个实施方案的一种五层色移的干涉薄膜 的示意图；

图3是根据本发明的一种可选择的实施方案的一种三层色移的干 涉薄膜的示意图；

图4是根据本发明的又一个实施方案的一种五层色移的干涉薄膜 的示意性描绘；

图5绘出了根据本发明的各种三层色移的干涉薄片的全反射率的 曲线图；

图6绘出了根据本发明的各种五层色移的干涉薄片的全反射率的 曲线图；

图7绘出了根据本发明的各种五层色移的干涉薄片的全反射率的 曲线图；和

图8绘出了根据本发明的各种三层色移的干涉薄片的全反射率的 曲线图；

本发明的详细描述

本发明专注于可以用于制造具有色移性能的薄片或箔片的多层干 涉薄膜。所述的薄片可以分散在各种颜料介质，如油漆、油墨或化妆 品制剂中，并接着用于物体、纸张或人，在入射光的角度或观察者的 视角变化时实现色移。

通常通过本领域已知的形成薄涂层结构的方法，如物理蒸气沉积 (PVD)方法或化学蒸气沉积(CVD)方法形成在此所描述的薄膜层。 如下文更详细的讨论，涂层结构在一种基材，如一种柔软的网状材料 上形成并作为薄膜薄片从基材上除下，将薄片加入液体介质，如各种 颜料载体中，作为具有色移性能的着色剂使用。此种加入液体介质中 的薄膜薄片的集合对入射到固化的介质表面的可见光辐射能产生预定 的光响应。或者，可以以箔片的形式从网状材料上除去涂层结构。

由于箔片构型通常作为火印箔片使用，其中通过热活化的粘合剂 从光学叠层上除去基材，箔片通常是一种不均匀的光学叠层。粘合剂 可以涂布在光学叠层的背侧或者以UV活化的粘合剂的形式涂布在光 学叠层或箔片将要粘贴的表面上。可以在美国专利No.5,648,165中找 到制造和使用光学叠层作为火印箔片的进一步的细节，在此通过引用 并入该专利的公开内容。或者，可以与光学叠层所附着的底材一起使 用箔片构型。于1999年7月8日提交的、名称为“带有色移背景的 衍射表面”的待审美国专利申请No.09/351,102描述了附着在底材上 的光学叠层的一个特别有用的实施方案，在此通过引用并入该专利申 请，其中在至少一个基材表面上形成全息光学元件。

相反，颜料薄片必须具有均匀的涂层结构，使得不论薄片相对于 观察者的取向如何，颜色均相同。在这种情况下，涂层结构由均匀的 光学叠层构成，使得当光学叠层以薄板或薄片(即，颜料)的形式从 基材上除下时，颜料薄片的两个面具有相同的颜色。

在本发明中可以使用各种形式的碳，包括但不限于石墨的、碳质 的和无定形的碳；玻璃状碳；类金刚石碳；无定形氢化的碳，如无定 形氢化的类金刚石碳；碳化合物；上述碳的各种组合等。也可以利用 通过沉积方法获得的具有不同光学性能的其他形式的碳，例如电弧蒸 发碳、离子辅助碳I、离子辅助碳II等。

本发明的薄片和箔片上的碳薄膜层具有从大约1至大约2.6的折 射率(n)。优选至少一个碳层具有高于大约1.5的折射率，更优选高 于大约1.75，最优选高于大约2。碳薄膜层具有高于大约0.02的吸光 系数(α)，优选高于大约0.1，更优选高于大约1，最优选高于大约 2。理想地，折光率和吸光系数的值基本相等，使折光率与吸光系数 的比(n/α)大约是1。优选薄片或箔片中的至少一个碳层所具有的吸 光系数使折射率与吸光系数的比是大约0.1至大约10，更优选从大约 0.5至大约5，最优选从大约0.75至大约1.25。各种形式的碳的光学 常数范围归纳在下表3-9中并在实施例6中进行了对比。

本发明以可以使用碳和绝缘材料的多层光学叠层制造有色干涉颜 料的发现为基础，其中的干涉颜料具有明显的色移或色差性能。本发 明的膜结构与已有的干涉膜的区别在于缺少高和低折射率绝缘层的组 合，以及金属反射层和金属吸收层。尽管不希望受到任何理论的约束， 但仍相信光学叠层的碳层作为高折射率材料和吸收材料发挥作用，并 与绝缘层共同工作产生色移效果。

参照附图，其中用类似的引用符号指代类似的结构，图1描绘了 具有色移性能的干涉薄膜10形式的三层涂层设计的一个实施方案。 薄膜10在一种柔性材料，例如一种聚酯材料(例如聚对苯二甲酸乙 二醇酯或PET)的网状材料12上形成。薄膜10具有一个第一碳层14， 一个在碳层14上的第一绝缘层16以及一个在绝缘层16上的第二碳 层18。下文将进一步详细讨论薄膜10的上述各层。

网状材料12可用于常规的辊涂机设备并且在沉积干涉薄膜涂层 以前，通常在网状材料12的上表面形成适当类型的释放层(未示出)。 释放层允许以薄片或箔片的形式从网状材料12上除下薄膜10。释放 层可以是一种可溶于有机溶剂或水的涂层，例如丙烯酸树脂、纤维素 丙酸酯、(聚乙烯吡咯烷)聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯等。

通过常规的沉积方法，例如电子束蒸发、溅射或者通过烃CVD 反应形成碳层的方法在网状材料12上沉积干涉薄膜10的第一碳层 14。所形成的碳层14具有从大约25至大约1000埃()的适当的物 理厚度，优选大约200-500，更优选大约200-300。当使用PVD方 法时，可以由不同的碳源，如石墨、poco或玻璃状碳形成碳层14。

或者，可以通过各种CVD方法沉积各种形式的碳，例如那些在 美国专利No.5,190,807中更详细描述的方法，在此通过引用并入该专 利的公开内容。此外，可以使用碳和碳化合物的可用的形式，如碳氧 化硅、含有碳黑的SiOx、其组合等。可以通过在美国专利No.5,356,471 中所描述的方法沉积这些碳化合物，在此通过引用并入该专利的公开 内容。

在其他可选择的方法中，可以通过固态聚合薄膜，如那些具有高 芳香族含量的含有聚芳酯、聚丙烯腈、聚对亚苯基二甲基等的固态聚 合薄膜的改性形成碳薄膜层。此种碳薄膜通过固态聚合物薄膜的沉 积，然后通过高能方法，如热解作用、离子轰击等将聚合物薄膜转变 为碳薄膜而形成。

然后通过常规沉积方法，如PVD或者通过美国专利No.5,858,078 更详细公开的SiO2溶胶凝胶方法在碳层14上形成第一绝缘层16，在 此通过引用并入该专利的公开内容。

所形成的绝缘层16具有能赋予干涉薄膜10以色移性能的有效光 学厚度。该光学厚度是由产品的nd所定义的公知光学参数，其中n 是层的折射率，d是层的物理厚度。通常层的光学厚度以四分之一波 长光学厚度(QWOT)表示，QWOT等于4nd/λ，其中的λ为定义QWOT 条件时的波长。所形成的绝缘层16具有在特别指定波长的多个四分 之一波长光学厚度。在大约400-700nm的指定波长，该光学厚度范围 可以从大约2QWOT至大约9QWOT，优选在大约400-600nm的指定 波长，该光学厚度为大约2QWOT至大约6QWOT。因此，绝缘层16 的物理厚度在大约138nm至大约1086nm的范围内，优选从大约140nm 至大约725nm。

用于形成绝缘层16的绝缘材料可以具有“低”折射率，在此将 低折射率定义为约1.65或更低的折射率，或者可以具有“高”折射率， 在此将高折射率定义为大于约1.65的折射率。优选所使用的绝缘材料 具有大约1.38至大约2.3的折射率。可以使用的不同的绝缘材料包括 无机材料，如金属氧化物、金属氟化物、金属硫化物、金属氮化物、 金属碳化物及其组合等，以及有机绝缘材料。这些材料易于获得并且 易于通过物理或化学蒸气沉积方法使用。

可以使用的合适的低折射率的绝缘材料的非限定性例子包括二氧 化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、金属氟化物，例如氟化镁(MgF2)、 氟化铝(AlF3)、氟化铈(CeF3)、氟化镧(LaF3)、钠铝氟化物(例 如Na3AlF6或Na5Al3F14)、氟化钕(NdF3)、氟化钐(SmF3)、氟化 钡(BaF2)、氟化钙(CaF2)、氟化锂(LiF)，及其组合或折射率约 为1.65或更低的任何其他低折射率的材料。例如，可以采用有机单体 和聚合物作为低折射率材料，包括二烯烃或烯烃例如丙烯酸酯(例如 甲基丙烯酸酯)、全氟代烯烃的聚合物、聚四氟乙烯(TEFLON)、 氟代乙丙烯(FEP)聚合物、聚对亚苯基二甲基、对二甲苯及其组合 等。此外，上述材料包括可以通过美国专利No.5,877,895描述的方法 沉积的蒸发、缩合和交联的透明丙烯酸酯层，在此通过引用并入该专 利的公开内容。

适合的高折射率绝缘材料包括硫化锌(ZnS)、氧化锌(ZnO)、 氧化锆(ZrO)、二氧化钛(TiO2)、氧化铟(In2O3)、氧化铟锡(ITO)、 五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化铈(CeO2)、氧化钇(Y2O3)、氧化 铕(Eu2O3)、氧化铁例如四氧化三铁(Fe3O4)和三氧化二铁(Fe2O3)、 氮化铪(HfN)、碳化铪(HfC)、氧化铪(HfO2)、氧化镧(La2O3)、 氧化镁(MgO)、氧化钕(Nd2O3)、氧化镨(Pr6O11)、氧化钐(Sm2O3)、 氧化锑(Sb2O3)、碳化硅(SiC)、一氧化硅(SiO)、氮化硅(Si3N4)、 三氧化硒(Se2O3)、氧化锡(SnO2)、三氧化钨(WO3)及其组合等。

优选用于本发明的绝缘材料包括SiOx材料，如二氧化硅、一氧 化硅以及组合，其中的x在1和2之间。可以通过在O2气存在的条件 下沉积SiO形成SiO2。其他优选的绝缘材料包括MgF2、Al2O3及其组 合。

通过常规沉积方法如PVD在绝缘层16上形成干涉薄膜10的第 二碳层18，以获得三层干涉薄膜10。可以从与上文所讨论的用于碳 层16的相同的来源和以相同的厚度形成碳层18。然后以多个色移的 干涉薄片的形式将薄膜10从网状材料12上除下来，可以将除下来的 薄片加入颜料介质中用作具有色移性能的着色剂。颜料介质可以包括 各种聚合的组合物或有机粘合剂，如丙烯酸蜜胺、聚氨酯、聚酯、乙 烯基树脂、丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、ABS树脂、环氧树脂类、苯 乙烯及其混合物，以及其他诸如油墨和油漆制剂领域的普通技术人员 已知的物质，特别包括那些聚酯树脂基的物质。或者，可以以火印箔 片的形式从网状材料12上将薄膜10除下来。作为举例，另外一种选 择是使底材与在防伪标签中所使用的光学叠层接触。

图2描绘了根据本发明的另一个实施方案的一个具有色移性能的 干涉薄膜20形式的五层涂层设计。薄膜20具有一个与薄膜10对应 的三层内部涂层结构，包括碳层14，第一绝缘层16和另一个碳层18。 该内部涂层结构介于第二二绝缘层22和第三绝缘层24之间。可以使用 与上文讨论的用于薄膜10的相同的材料和以相同的厚度范围形成薄 膜20的碳层和绝缘层。

通过以常规的方法，如PVD在网状材料12上形成绝缘层22，然 后通过沉积碳层14、绝缘层16和碳层18制造薄膜20。然后通过沉 积方法在碳层18上形成绝缘层24以完成薄膜20。为制造多个干涉薄 片或箔片，然后将薄膜20从网状材料12上除下来，干涉薄片或箔片 可以加入颜料介质中用作具有色移性能的着色剂。

图3描绘了根据本发明的另一个实施方案的一个具有色移性能的 干涉薄膜30形式的三层涂层设计。薄膜30包括一个第一绝缘层32、 在第一绝缘层上面的碳层34和在碳层34上面的第二绝缘层36。可以 使用与上文讨论的用于薄膜10的相同的材料和以相同的厚度范围形 成薄膜30的碳层和绝缘层。

通过以常规的沉积方法在网状材料12上形成绝缘层32，然后沉 积碳层34和绝缘层36制造薄膜30。为制造多个干涉薄片或箔片，然 后将薄膜30从网状材料12上除下来。

应当注意的是，当使用SiO2或其他具有类似折射率的绝缘材料 形成薄膜30上的绝缘层时，该薄膜在油漆或油墨中作为色移颜料通 常会表现出降低的功能。这是因为如果将薄膜磨成颜料并加入颜料介 质中以形成油漆或油墨，SiO2层将具有与介质十分近似的几乎相同的 折射率，使油墨或油漆具有碳的暗灰色。但是，如果选择更高折射率 的材料作为绝缘层，仍将因为外面的绝缘层与周围颜料介质的折射率 不同而产生颜色。而且，如果使用折射率更高的介质，那么为了获得 薄片外层与介质之间最大的折射率差，优选SiO2或其他折射率低于介 质的绝缘材料。

相反，虽然图2所示薄膜20的实施方案的折光率匹配方式与薄 膜30相同，但如果使用SiO2绝缘层，薄膜20的核心光学结构C/SiO2/C 仍是产生颜色的干涉功能部件。在这种情况下，外面的SiO2层将起到 核心光学结构C/SiO2/C的保护层的作用。对于在输送系统中可能受到 腐蚀的油漆或油墨组合物，SiO2外层将防止对产生颜色的核心光学结 构的腐蚀。因此，油漆或油墨组合物的颜色将更耐久。

图4描绘了根据本发明的另一个实施方案的一个具有色移性能的 干涉薄膜40形式的五层涂层设计。薄膜40具有一个与薄膜30对应 的三层内部涂层结构，包括绝缘层32，第一碳层34和另一个绝缘层 36。该内部涂层结构介于第二碳层42和第三碳层44之间。可以使用 与上文讨论的用于薄膜10的相同的材料和以相同的厚度范围形成薄 膜40的碳层和绝缘层。

通过以常规的方法在网状材料12上形成碳层42，然后沉积绝缘 层32、碳层34和绝缘层36制造薄膜40。然后通过沉积方法在绝缘 层36上形成碳层44以完成薄膜40。为制造多个干涉薄片或箔片，然 后将薄膜40从网状材料12上除下来，干涉薄片或箔片可以加入颜料 介质中用作着色剂。

在网状材料12上形成图1-4所示类型的多层干涉薄膜后，通过 使用一种溶剂可以将干涉薄膜从网状材料12上除下，形成任何表面 尺寸在大约2至大约200微米的薄片或片晶。也可以根据需要进一步 减小薄片的尺寸。例如，可以对薄片进行气流研磨，在不损害它们理 想的颜色特性的情况下将它们的尺寸减小到大约2-5微米。然后可以 以常规的方法将色移薄片分散到如油漆、油墨或化妆品制剂等颜料介 质中应用。

作为选择，可以根据本发明通过在网状材料的上表面上形成至少 一个第一碳层或绝缘材料层，并从网状材料上除下第一层以获得多个 薄片来制造色移干涉颜料。然后用基本包裹薄片的一种或多种其他的 碳或绝缘材料层涂布薄片，其中相邻的其他层由与第一层不同的材料 形成。例如，通过这种方法形成的图1所示的薄片结构将包括一个绝 缘层16，形成包裹绝缘层16的基本连续的碳涂层的碳层14和18。 通过这种方法形成的图2所示的薄片结构将包括形成包裹碳涂层的基 本连续涂层的绝缘层22和24。或者，可以在网状材料上形成如图1 所示的薄膜10并以薄片的形式除去薄膜，用形成基本连续涂层的绝 缘层22和24包裹薄片。类似地，通过这种方法所形成的图3所示的 薄片结构将包括一个碳层34，形成包裹碳层34的基本连续绝缘涂层 的绝缘层32和36。通过这种方法形成的图4所示的薄片结构将包括 形成包裹绝缘涂层的基本连续涂层的碳层42和44。或者，可以在网 状材料上形成如图3所示的薄膜30并以薄片的形式除去薄膜，用形 成基本连续涂层的碳层42和44包裹薄片。

在图4所示实施方案的另一种可选择的实施方案中，可以用基本 包裹绝缘层32和36的其他绝缘层涂布由图3的薄膜30所形成的干 涉薄片，其中其他的绝缘层的折射率与绝缘层32和32的折射率不同。

1999年9月3日提交的待审的美国专利申请No.09/389,962公开 了用一种或多种层涂布薄片的适当的方法，该专利申请的名称为“制 备改进的干涉颜料的方法和设备”，在此通过引用并入该专利申请。

可以选择性地将色移薄片与其他具有不同的色彩、色度和亮度的 颜料薄片、微粒或染料混合以获得需要的彩色特性。例如，本发明的 薄片可以与其他干涉型或非干涉型的常规颜料混合，产生其他颜色。 可以将本发明的薄片与不色移的高色度或高反射片晶结合以获得独特 的颜色效果，如MgF2/Al/MgF2片晶或SiO2/Al/SiO2片晶。其他可以与 本发明的颜料组合物混合的合适的添加剂包括薄层状颜料，如铝薄 片、石墨薄片、玻璃薄片、氧化铁薄片、氮化硼薄片、云母薄片、基 于TiO2涂层的干涉云母薄片、基于多层片状的硅化基材的干涉颜料、 金属-绝缘材料或全绝缘材料的干涉颜料等，以及非薄层状颜料，如铝 粉、碳黑、群青、钴基颜料、有机颜料或染料、金红石或尖晶石基无 机颜料、天然颜料、无机颜料，如二氧化钛、滑石粉、瓷土等及其各 种混合物。例如，可以加入如铝粉或碳黑颜料以控制亮度和其他颜色 特性。

通过使用图1-4所示的本发明的涂层设计，能够制造高色度的着 色剂，其中人类的眼睛能够看到变化的色彩效果。因此，使用含有本 发明的色移薄片的油漆着色的物品将随着视角或物体相对观察眼睛的 角度的变化而改变颜色。虽然本发明的所有涂层设计均具有随视角改 变而色移的性能，但使用低折射率绝缘材料的设计倾向于具有最大的 色差或颜色变化。

通过利用根据本发明的高色度薄膜薄片的集合获得着色剂的彩色 特性，其中的薄片对入射到薄片表面的光线产生预定的光学响应。本 发明的色移薄片具有宽范围的色移性能，包括随视角的改变在色度(颜 色纯度的程度)上的较大变化和色泽(相对颜色)上的较大变化。例 如，使用本发明的干涉薄片的颜料组合物可以具有如品红-绿色、金色 -绿色、金色-青色等色移。

本发明的色移薄片可以很容易且经济地用于如油漆和油墨等着色 剂中，用于针对物体和纸张的各种用途。此类物体和纸张的例子包括 机动运输工具、货币和证券文件、家用电器、建筑结构、地板、体育 用品、电子组件/外壳、玩具等。

此外，本发明的碳基干涉颜料和箔片特别适合用于金属或金属化 合物在环境中不稳定，或者由于因金属或金属化合物固有的毒性而受 到规章的限制以及因应用的性质而使金属或金属化合物不符和需要的 应用中。

下面的实施例是为了说明本发明而给出，而不是为了限制本发明 的范围。

实施例1

通过在2密尔的聚酯网状材料上沉积含有SiOx的第一绝缘层(在 615nm处4QWOT)制造根据本发明的具有五层设计的色移干涉薄膜， 其中的网状材料上涂布了有机释放层硬膜。在第一绝缘层上沉积厚度 为25C的碳层，然后是SiOx第二绝缘层(在615nm处4QWOT)。 此后，在第二绝缘层上沉积厚度为250的第二碳层，然后沉积SiOx 第三绝缘层(在615nm处4QWOT)。因此，薄膜的涂层设计为 SiOx/C/SiOx/C/SiOx。

在2×10-4乇的氧气气氛下，通过电子束沉积形成SiOx(SiO2)层。 在1×10-5乇或更低的压力下通过电子束沉积形成碳层，其中在7kv电 压下使用0.3-0.4A的电子枪电流和铜制坩埚。在SiOx和碳沉积中， 物料源与底材之间的距离均为76cm。

通过使用丙酮喷涂溶解硬膜从聚酯网状材料上释放薄膜材料。由 于硬膜从聚酯网状材料上溶解，这样就制备了多个具有上述涂层设计 的薄片。通过将Branston超声波角的尖端放入液体中将这些仍然处于 丙酮液体中的薄片研磨至适当的尺寸。几分钟以后，停止研磨程序。 从溶剂中过滤薄片，然后以大约25重量％的浓度再次分散在丙烯酸蜜 胺粘合剂中形成油漆。然后将油漆喷涂在金属板上用于颜色表征。

使用配备多角度几何结构的Zeiss彩色测量仪测量喷漆的金属板 的彩色参数，彩色参数是处于光泽角度内的视角的函数。随着角度的 改变，色度值在36至67范围内。在正常的入射视角，涂漆的金属板 为品红色，随着视角的改变，变为红色，然后是黄色，在很高的反射 角度时最终为绿色。

因为碳基的干涉设计是稍微透明的，发现了由于一种颜料覆盖另 一种颜料的相加作用使得加入了这些碳基颜料的油漆样品的彩色性能 很好。换句话说，一种加入了此种颜料的锚漆的彩色性能优于制造颜 料的单一的薄箔片的彩色性能。

实施例2

按照实施例1中所描述的程序制造一种具有五层设计的色移干涉 薄膜，不同之处是在涂层设计中，全部三个SiO2层是在515nm处为 4QWOT。碳层的厚度为250。将由此种薄膜制造的薄片分散在丙烯 酸蜜胺粘合剂中形成油漆，将该油漆喷涂在金属板上用于色彩表征。 然后将一种透明的喷涂外涂层涂敷到部分涂漆的金属板上。

在正常的入射视角，涂漆的金属板的颜色为金色，在大约45度 视角转变为青色。

在Zeiss仪上的彩色表征表明涂漆的金属板具有大约50-55的色 度值，用透明的喷涂外涂层涂敷的部分具有55-60的更高的色度。

实施例3

开发了具有根据本发明的三层涂层结构的理论色移薄片，该色移 薄片具有下列基本涂层设计：PET/C/SiO2/C/空气，其中的SiO2层在 550nm具有4QWOT，碳层的厚度在25至1,000范围。通过绘制 全反射率相对入射光波长的曲线评价碳层厚度分别为25、250、500 和1,000的四种不同的薄片结构。图5是表示在不同的入射光波长 下四种薄片结构的反射率特性曲线。如图5中的曲线所示，虽然所有 薄片结构具有至少部分色移特性，但当使用硅绝缘层时，理想的碳层 厚度似乎是250。虽然该全反射率适用于在PET底材上的设计，但 如果用于聚合介质上，当介质置于光学叠层的两面时，这些设计将具 有类似的反射率。

实施例4

开发了具有根据本发明的五层涂层结构的理论色移薄片，该色移 薄片具有下列基本涂层设计：PET/SiO2/C/SiO2/C/SiO2空气，其中的SiO2 层在550nm具有4QWOT，碳层的厚度在25至1,000范围。通过 绘制全反射率相对入射光波长的曲线评价碳层厚度分别为25、 250、500和1,000的四种不同的薄片结构。图6是表示在不同的 入射光波长下四种薄片结构的反射率特性的曲线。如图6中的曲线所 示，虽然所有薄片结构具有至少部分色移特性，但当使用硅绝缘层时， 理想的碳层厚度似乎是250。

实施例5

开发了具有根据本发明的五层涂层结构的理论色移薄片，该色移 薄片具有下列基本涂层设计：PET/C/SiO2/C/SiO2/C/空气，其中的SiO2 层在550nm具有4QWOT，碳层的厚度在25至1,000范围。通过 绘制全反射率相对入射光波长的曲线评价碳层厚度分别为25、 250、500和1,000的四种不同的薄片结构。图7是表示在不同的 入射光波长下四种薄片结构的反射率特性的曲线。如图7中的曲线所 示，虽然所有薄片结构具有至少部分色移特性，但当使用硅绝缘层时， 理想的碳层厚度似乎是250。

下表1和2给出了用于从理论上计算上述图5、图6和图7中的 反射率曲线的折射率数据，其中的n是折射率的实部，k是消光系数 (即，折射率的虚部)。消光系数通过下列关系与吸光系数(α)相 关：k＝αλ/4π，其中λ是真空波长。

采用的SiO2的折射率如下：

基于在此所公开的内容，当沉积的碳具有与实施例5中所公开的 内容不同的折射率和吸光系数时，以实施例1-5所公开的方式适当地 改变碳层的厚度对于光学薄膜设计和沉积领域的普通技术人员而言将 是显而易见的。

实施例6

通过制造最简单的涂层设计结构，碳/绝缘层/碳说明具有不同的 折射率和色散值的碳化合物的重要性。图8是表示不同形式碳的该设 计结构在不同的入射光波长的反射特性的曲线。下表3-9归纳了不同 形式的碳的光学常数范围。特别地，图8表示C/SiO2/C型的涂层设计 的理论性能，其中碳具有30nm的物理厚度，SiO2具有大约350nm的 物理厚度(即，波长为508nm的四分之一波长光学厚度)。

图8中标号为C1的曲线，其相应于具有列于表3中光学常数的 石墨，具有最大的全反射动态范围，并将表现出最大的可观察的反射 色移。在正常的入射角，该指定反射560nm的绿色光，并随入射光角 度的增加消除对短波(蓝色反射色)的变换。

图8中的曲线C2和C3表明其他形式的碳，如类金刚石碳具有 低动态颜色范围以及在约450nm附近的全反射率最低值与508nm附 近的全反射率最高值之间平缓的峰斜率，其相应的光学常数列于表4 和5中，其中的吸光系数低于大约0.1。这导致在入射角增大时表现 出较少的颜色与颜色的变换。

由图8中的曲线C4-C7所表示的其他形式的碳的全反射率的中间 动态范围分布在曲线C1和C2、C3之间，其相应的光学常数列于表 6-9。

假定在折射率和吸光系数中没有色散。

本发明可以包括其他特定的形式，而不偏离其精神或必要特征。 无论从哪一点来看，所公开的实施方案应被视为示例性的而非限制性 的。因此，本发明的范围由所附的权利要求限定而非上文的描述。处 于权利要求的含义和等同范围内的所有修改均包括在权利要求范围 内。

发明背景