(57)【要約】全誘電性回折顔料フレークを物体に適用して、その物体の背景色を実質的に変化させることなくその物体に回折効果を与えることができる。ある場合は、上記回折顔料フレークは、白色物体に適用して白色回折効果を与えることができる。回折顔料フレーク内の誘電体層の厚さは、回折格子のパターンの付いた層間の界面からの回折に加えて薄膜干渉をも提供するように選択することができる。場合によっては、その薄膜干渉は、回折効果に加えてカラー・シフトを提供することができる。
2005528503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子パターンを有する表面を含む無機誘電性薄膜層を備えた全誘電性回折顔料フレーク。
【請求項２】
第１の無機誘電性薄膜層の表面に回折界面を形成する第２の誘電性薄膜層をさらに備えた請求項１に記載の全誘電性回折顔料フレーク。
【請求項３】
前記第２の誘電性薄膜層が、第２表面上に前記回折格子パターンを含み、前記第２表面が、前記無機誘電性薄膜層から離れている請求項２に記載の全誘電性回折顔料。
【請求項４】
複数の誘電性薄膜層を備えた全誘電性回折顔料フレークであって、前記複数の誘電性薄膜層の少なくとも１つが回折格子パターンを含み、前記全誘電性回折顔料フレークが空気中で測定して少なくとも２０％の可視スペクトルの平均反射率を有する全誘電性回折顔料フレーク。
【請求項５】
前記全誘電性回折顔料フレークの前記可視スペクトルの平均反射率が、空気中で測定して９０％以下である請求項４に記載の全誘電性顔料フレーク。
【請求項６】
少なくとも一部の前記複数の誘電性薄膜層が、２色性フィルタを形成する請求項４に記載の全誘電性顔料フレーク。
【請求項７】
前記２色性フィルタが、第１の視角で第１色を、第２の視角で第２色を反射する請求項６に記載の全誘電性顔料フレーク。
【請求項８】
前記回折格子パターンが、前記複数の誘電性薄膜層の少なくとも一部の隣接する層を介して複製される請求項４に記載の全誘電性顔料フレーク。
【請求項９】
前記複数の誘電性薄膜層が、高屈折率の誘電体材料と低屈折率の誘電体材料の交互の層を含む請求項４に記載の全誘電性顔料フレーク。
【請求項１０】
複数の誘電体層を備え、前記複数の誘電体層が、隣接する誘電体層の間に回折界面を形成する前記複数の誘電体層を介して複製される回折格子パターンを有する全誘電性顔料フレーク。
【請求項１１】
前記回折界面が空気中で測定して２０％から９０％の複合された反射率を提供する請求項１０に記載の全誘電性顔料フレーク。
【請求項１２】
顔料媒体と、
前記顔料媒体に分散した請求項１に記載の複数の全誘電性回折顔料フレークと
を備えた回折顔料組成物。
【請求項１３】
前記全誘電性回折顔料フレークが、
第１の回折界面を形成する第１の誘電体層の回折格子パターン上に配置された第２の誘電体層をさらに含み、前記回折格子パターンを複製して前記第２の誘電体層と前記顔料媒体との間に第２の回折界面を形成する請求項１２に記載の回折顔料組成物。
【請求項１４】
前記全誘電性回折顔料フレークが、奇数の誘電体層を備え、前記回折格子パターンを複製し且つ前記顔料媒体との回折界面を形成する第１の外層および第２の外層を含む請求項１２に記載の回折顔料組成物。
【請求項１５】
前記第１の外層および前記第２の外層が高屈折率層であり、前記顔料媒体が低屈折率媒体である請求項１４に記載の回折顔料組成物。
【請求項１６】
前記第１の外層および前記第２の外層が低屈折率層であり、前記顔料媒体が高屈折率媒体である請求項１４に記載の回折顔料組成物。
【請求項１７】
前記全誘電性回折顔料フレークが、前記顔料媒体との回折界面を形成しない外側の誘電体層を含む請求項１２に記載の回折顔料組成物。
【請求項１８】
前記外側の誘電体層が低屈折率層であり、前記顔料媒体が低屈折率媒体である請求項１７に記載の回折顔料組成物。
【請求項１９】
前記顔料媒体が透明である請求項１２に記載の回折顔料組成物。
【請求項２０】
前記顔料媒体が着色または染色されている請求項１２に記載の回折顔料組成物。
【請求項２１】
前記全誘電性回折顔料フレークが、薄膜光学干渉構造をさらに含む請求項１２に記載の回折顔料組成物。
【請求項２２】
前記薄膜光学干渉構造が、視角に応じてカラー・シフトを提供する請求項２１に記載の回折顔料組成物。
【請求項２３】
物品の表面に回折効果を与える方法であって、
背景色を有する物体を用意する工程と、
前記物体に全誘電性回折顔料フレークを適用する工程と
を備えた前記方法。
【請求項２４】
前記背景色が白であり、前記物品に与えられる前記回折効果が白色の回折効果である請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記回折効果が、前記物体の前記背景色を本質的に維持する請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記全誘電性回折顔料フレークが薄膜干渉構造を含み、前記全誘電性回折顔料フレークを前記物体に適用することにより、前記物品にカラー・シフト効果をさらに与える請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、Ａｌｂｅｒｔｏ  Ａｒｇｏｉｔｉａ、Ｖｌａｄｉｍｉｒ  Ｒａｋｓｈａ、およびＰａｕｌ  Ｋｏｈｌｍａｎｎにより、２００２年５月３１日に出願された名称が「全誘電性光回折顔料（ＡＬＬ−ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＶＥ  ＰＩＧＭＥＮＴＳ）」の米国特許仮出願第６０／３８４，６２９号（代理人案件Ｎｏ．ＦＰ０２２３Ｐ）により通例通り認められる優先権を主張するものである。
【０００２】
連邦政府の後援を受けた研究または開発に関する記述
該当せず。
【０００３】
マイクロフィッシュ付属書への言及
該当せず。
【０００４】
本発明は、一般的には光学的に変化する顔料に関し、より詳細には全誘電性回折顔料に関し、薄膜干渉構造を有する全誘電性回折顔料を含むものである。
【背景技術】
【０００５】
視覚的に変化する顔料［「ＯＶＰｓ」（商標）］は、多種多様の用途で使用される。塗料またはインク中で使用することができ、あるいはプラスチックと混合することもできる。そのような塗料またはインクは、装飾の目的または通貨についての偽造対抗手段として使用される。顔料フレークは非常に小さいかもしれないが、視覚的効果は、フレークの凝集効果から生じ、それがしばしば一般に基板の平面で整列する。ＯＶＰの１つのタイプは、基板上に薄膜層を使用してファブリ・ペロー・タイプの光学構造を形成する。一般に、光吸収物質の層は、誘電体（スペーサ）層によって反射層から分離する。さらなる効果のためにはさらなる層を追加してもよく、スペーサ−吸収材層の組などを追加することができる。反射層は多くの場合顔料フレークを不透明にする金属の層である。不透明な顔料フレークで印刷または塗装した画像は、同様に不透明であるか、または下にある色をくすませたりあるいは変化させる。
【０００６】
透明な顔料フレークは、（高−低−高）ｎまたは（低−高−低）ｎの方法による誘電体材料の交互の層を用いて、しばしば２色性スタックと呼ばれる光学干渉スタックを形成することにより製造することができる。２色性顔料フレークは、基本的に透明であって、１つの色を反射し、他の色を透過させることができる。ある２色性顔料フレークにより印刷した画像の色は、見る角度によって変化し、そのような顔料は重ね刷りを可能とし、その結果、見る人は、２色性顔料フレークを通して下にある画像を見ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
他のタイプの顔料では、回折干渉構造を生み出す一連の溝のような回折パターン（格子）を用いる。その回折格子は、回折ホイルで形成されるパターンと同様に、フレーク中の反射層内に形成される。回折顔料は、活字メディアおよび自動車用塗料等の塗料の両方において虹色効果を生み出すために使用されてきた。残念ながら、その反射層は、通常不透明であり、それ故に回折顔料フレークは、ファブリ・ペロー・タイプの不透明顔料フレークと同様に、下にある色をくすませたりまたは変化させたりする。
【０００８】
真珠光沢のある塗料および真珠光沢のある添加剤が、ある期間、自動車、オートバイ、ボート、ヘルメット、およびその他の物体の塗装に人気があった。そのような顔料の多くは、酸化鉄またはチタニア等の高屈折率材料をコートして加工した雲母フレークを使用して製造される。その雲母および／またはコーティングの厚さは、様々の真珠光沢色を得るために変化させることができるが、上記の顔料を用いて製造した塗料は、回折効果を示さない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態により製造した顔料フレークは、金属反射層なしで回折効果を提供する。特定の実施形態において、回折顔料フレークは、無機誘電体薄膜層の表面に形成された回折格子を有する。その表面は、顔料フレークが、インク媒介物または塗料媒介物等の担体中に分散されるとき、または第２の薄膜層が、回折格子パターン上に形成されるときに回折界面を提供する。ある実施形態において、その回折格子パターンは、２番目の、そして、恐らくその後の薄膜層（１つまたは複数）を介して複製され、そして、さらなる回折界面が形成される。５個以下の誘電体層を有する顔料フレークを担体中に分散したときに強い回折効果が可能となる。
【００１０】
不透明な金属反射物を有する回折フレークとは異なり、本発明による全誘電性回折顔料フレークのある実施形態は、半透明であり、それらを適用する物体と適合するように反射色および／または透過色を持つことができる。他の実施形態において、５５０ｎｍに集中させる高−低−高−低−高の光学設計を有する全誘電性回折顔料フレークは、白い物体に適用したとき、白色の回折効果を提供する。かかる実施形態を、着色した表面上に交互に適用することにより、その表面の背景色を実質的に変化させることなく回折効果を与える。本発明の実施形態によって製造される全誘電性回折顔料フレークのいくつかの実施形態においては、薄膜干渉を生み出し、かつカラー・シフトまたは真珠光沢効果、ならびに回折効果を与えるように誘電体層の厚さを選択する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
説明書
Ｉ．序論
回折効果が、金属反射物なしで、誘電体層を有する顔料フレークを使用することにより得られる。その回折効果は、全誘電性多層光学スタックを用いる薄膜干渉効果技術と組み合わされていてもよい。この組合せにより、これまでに見られなかった新たな色効果が生み出される。その誘電性コーティングは、基本的に不透明である金属の反射層を使用する回折構造とは異なり、実質的に非吸収性材料であり、高い透過率または高い反射率を備えた多層スタックをもたらす。透過または反射される色は、その光学設計に依存し、この全誘電性システムを補完する。
【００１２】
ある設計に対しては、反射または／および透過した色は、入射光線の角度によって強くシフトする。カラー・シフトの設計の場合、散光条件において視角が増すと高波長から低波長に色は移動するので色効果は独特である。しかしながら、高度に方向性の照明条件（例えば太陽光）においては、色は、角度によって低波長から高波長に反対方向に移動する。散光においては、観察される色は、光学薄膜干渉からくる視覚的に変化する効果による色が占め、一方高度に方向性の光においては、回折から生じる視覚的に変化する効果が現われる。
【００１３】
複合された照明条件のある状況において、色は、両方のカラー・シフト現象（回折および薄膜干渉）が同時に見られるので、独特の方向に進行する。加えて、全誘電性顔料は部分的に透明であり得るので、その結果、コートされている物体の固有の色もまたその物体の最終的な外観に影響したり、あるいは、全誘電性顔料の下の画像を観察することができる。
【００１４】
一部の他の光学設計に対しては、顔料の「背景色」は、入射光の角度によって格段に変化することはない。顔料を生み出す全誘電性光学スタックが半透明であり得ることを考慮すると、物体上に観察される背景色は、塗料が塗装される前のその物体の固有（ベース）の色に強く依存し得る。特に、全誘電性回折顔料は、背景色に、ほとんど、そして、場合によっては本質的に、変化を与えないように製造することができる。上記の顔料は、白色回折効果を得るため、言い換えると、基本的に白または真珠光沢のあるように見えるが、見る角度によって様々に感知される、色、明度、色調、および／または色度を得るために使用することができる。
【００１５】
例えば、高屈折率（Ｈ）材料がＺｎＳ、および低屈折率（Ｌ）材料がＭｇＦ２である５３０ｎｍの１／４波長光学的厚さ（ｑｕａｒｔｅｒ  ｗａｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）（「ＱＷＯＴ」）を有する薄膜層でできたＨＬＨＬＨタイプの光学設計は、特徴ある色明度は示さないであろう。これらの材料は、単なる例示的なものであり、他の誘電性材料、例えば、高屈折率材料にはＴｉＯ２、そして低屈折率材料にはＳｉＯ２を使用することができる。多くのその他の適当な材料がよく知られており、様々な組合せで使用することができる。本明細書で使用する場合、高屈折率材料は、約１．６５より大きく、好ましくは約２より大きい屈折率を有しており、低屈折率材料は、約１．６５未満の屈折率を有する。各高屈折率層が同一の高屈折率材料製であること、または各低屈折率層が同一の低屈折率材料製であることは必要ではなく、材料は、層内で取り合わせたり、または混合することができる。
【００１６】
この５層の光学設計は、ｍｍ当り１３００から３０００本の溝の数を有する直線状格子付きホイル上に置かれたときに強い回折の色効果を示す。光学薄膜層は、パターンづけされたホイルから取り除き、顔料フレークに加工する。この特別の顔料を白く塗装した物体に適用すると、散光（例えば曇りの日）の中で観察される色は、物体の白色が占めるが、高度に方向性の照明条件（例えば太陽光）においては、その物体は、回折レインボー効果を示す。同じ光学設計を、５３０ｎｍからそれより低い波長または高い波長にシフトしたときは、その顔料は、それぞれ、反射により青味がかったまたは赤味がかった色合いを示し、透過により黄味がかったまたは緑がかった色合いを示す。
【００１７】
不透明な金属反射物による回折顔料は、白色の背景に適用したときは色を与える。例えば、そのような顔料は、白色の回折効果ではなく、アルミニウムの反射物の場合は、銀色または灰色の回折効果を、ニッケルの反射物の場合は黄色の効果を、そして銅の反射物の場合は、赤の効果を、たいてい提供する。同様に、金属反射物の回折顔料を、着色した背景に適用した場合は、その金属反射層がたとえ半透明であったとしても、その回折顔料は、背景色を希薄化する。例えば、金属回折顔料を赤の背景に適用することにより、赤の回折効果よりもむしろピンクの回折効果が生じる。そうして、本発明の実施形態による全誘電性回折顔料は、予め塗装または別の方法で着色した物体に適用して、回折効果を与えると同時にその物体の色を基本的に保存する回折効果を提供することができる。その回折効果は、特定の背景色と共に作用して特有の効果を獲得するように選択（設計）することができる。
【００１８】
薄膜干渉構造は、透明な（無色または着色した）カラー・シフト回折顔料を提供するために全誘電性回折構造と組み合わせることができる。その薄膜干渉構造は、基本的に誘電性薄膜スタックであり、ファブリ・ペロー・タイプの干渉構造で一般に使用される金属反射物層のタイプは有していない。したがって、その誘電性薄膜スタックは、透明であり、一般的に、顔料フレークまたはホイルの回折効果と共に作用して独特の視覚効果を提供する特徴あるカラー・シフトを伴うことができる。
【００１９】
ＩＩ．典型的なフレーク
図１Ａは、本発明の一実施形態による基板１０２上に形成された一般的な多層誘電体ホイル１００の簡略化した断面である。回折ホイル１００の一部ではない基板は、回折構造１０３によりパターンづけ（回折格子パターン）されており、誘電体材料の層がそのパターンづけされた基板上に置かれている。そのパターンは、単純な回折パターン、または、例えばホログラフィー像のパターンであることができる。その基板は、エンボス加工したプラスチック・シート、例えばポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ］）の巻物であることができ、薄膜層を、例えばロール被覆方式で乗せることができる。その基板は、また、エンボス加工した金属ホイルもしくは積層板、またはエンボス加工したウエハー、スライド、もしくは白紙であり得る。
【００２０】
本発明の実施形態による顔料フレークを製造するために適する１つの技術は、パターンづけしたＰＥＴの巻物に連続した薄膜層を乗せて回折誘電体スタックを形成させることを必要とする。その誘電体スタックを、ＰＥＴ基板または「ウェブ」から分離し、粉砕および仕分け等をすることにより顔料フレークに加工する。適切な顔料フレークは、一般的に、直径で約１０〜１，０００ミクロン、厚さで約１〜２ミクロンの範囲であるが、これらの寸法は、単なる例示であって、ある実施形態においては、顔料は一般に直径で１００ミクロン未満である。
【００２１】
堆積させた層の基板からの除去を容易にするために、場合によっては、剥離層１０４を基板１０２上に形成することができる。その剥離層は、ＣａＯ、ＣａＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６（氷晶石）、ＮａＮＯ３、およびＮａＣｌであり得る。有機材料、金属、および半導体を含むその他の材料を、剥離層用に使用することができるかもしれない。ＮａＣｌ（「塩」）の使用は、剥離層を水で動かすことが可能であるが、他の材料は、酸溶液、塩基溶液、または有機溶媒を含むその他の溶媒を使用することにより剥離することができる。
【００２２】
誘電性薄膜光学スタック１０５は、基板１０２および任意の剥離層１０４の上に、高い屈折率（Ｈ）材料１０６、１１０、および低い屈折率（Ｌ）材料１０８、１１２の複数の交互になっている誘電体層を有する誘電体光学スタックにより形づくられている。その交互になっている高屈折率および低屈折率の層の誘電体光学スタックは、ｎが１から１００の整数、一般的には２〜４、そしてＬ層とＨ層が、それぞれ、選択された設計波長におけるＱＷＯＴである、（ＨＬ）ｎ、（ＬＨ）ｎ、（ＬＨＬ）ｎ、および（ＨＬＨ）ｎ、ならびにこれらの組合せなど様々な構成で基板１０２上に形成することができる。その他の適当な光学設計も、また、ＨおよびＬコーティングの異なる光学的厚さとの組合せにより得ることができ、ある設計においては、層のいくつかは、同じ波長のＱＷＯＴを持たなくてもよい。同様に、ある光学設計は、Ｈ（ＬＨ）ｎのような対称的なものであり得る。
【００２３】
その回折基板ホイルは、直線、十字型、またはその他の形の溝のものを製造することができる。その溝の形状は、三角形、正弦曲線、矩形波、その他であり得る。この種の顔料においては、コートした物体の視覚的な外観は、ゼロ次以上の回折効果に強く依存する。様々な次数の効果的な働きは、溝の、深さ、形状、およびホイル基板回折格子の刻線数を選択することによって達成される。
【００２４】
薄膜層は、基板から除去し、フィルムとして貼り合せるか、塗料、インク、粉体塗料、化粧品、およびプラスチック成型物もしくは鋳造物に使用するための顔料フレークに加工することができる。その薄膜層は、基板から剥離する前に転移基板または裏材に接着させることができる。
【００２５】
図１Ｂは、本発明の一実施形態による全誘電性回折顔料フレーク１２０の簡略化した断面である。パターンづけした誘電体フレーク基板１２２は、外側の誘電体層１２４によりカプセル化されており、塗料媒介物またはインク媒介物等の担体１２６中に分散している。別法では、外側の誘電体層はフレーク基板をカプセル化する必要がない。
【００２６】
パターンづけされている誘電性フレーク基板は、回折界面１２８を確立するための外側の誘電体層とは十分に異なる屈折率を有する。その誘電性顔料フレークは、３層を有するのみであるが、４つの回折界面、１２８、１３０、１３２、１３４を引き起こす。担体１２６と外側の誘電体層１２４との間の第１の回折界面１３０、外側の層とフレーク基板１２２との間の第２の回折界面１２８、フレーク基板と外側の誘電体層の他の側との間の第３の回折界面１３２、および外側の誘電体層の他の側と担体との間の第４の回折界面１３４である。各回折界面は、そのフレークが全誘電性であり、上の界面によって回折されない光を下の界面によって回折することを可能にするためにその顔料の回折効果に寄与することができる。従来の金属反射物層による回折フレークにおいては、覆っている誘電体層からの回折効果が、著しく寄与することはなく、それは、誘電体層と周りの担体との間の屈折率の差が十分に大きくはなく、層が、一般的には回折効果に寄与するほどの厚さではないためである。
【００２７】
適当な担体中に分散した３層の誘電体スタックは、一般的に、２０〜４０％の範囲の反射率を得ることができる。そのような低反射率の回折顔料は、例えば画像を重ね刷りするときのような顔料中の高度の透過が望ましい用途で使用するときに望ましい。比較的低い反射率の全誘電性顔料フレークを使用するときは、その顔料フレークの重なり合いは避けるべきである。なぜなら、上のフレークを透過した光は、下のフレークを離れて回折し、２つのフレークを離れて回折した光が干渉して回折「レインボー」効果を減損させる可能性があるからである。そのような低反射率のフレークは、比較的低濃度で使用するか、または誘電性回折顔料フレークの重なり合いを避けるように適用して使用すればよい。
【００２８】
外側の誘電体層は、ゾル・ゲル法、または様々なプラズマの助けを借りた真空蒸着法を含む真空蒸着法、あるいはその他の方法を用いて、適用すればよい。特定の実施形態において、担体は、低い屈折率を有しており、外側の誘電体層は、高い屈折率を有している。他の実施形態において、外側の誘電体層は、回折に寄与しない平滑な表面を有することができる。その場合、例えば低屈折率の担体中で低屈折率の外層を使用することにより、担体との反射界面が形成されるのを避けるのが望ましい。いくつかの例において、担体中に分散している回折格子がパターンづけされている単層の誘電体フレークは、低屈折率担体中での高屈折率のパターンづけしたフレーク、またはその逆のような回折効果を引き起こす。
【００２９】
図１Ｃは、本発明の他の実施形態による全誘電性回折顔料フレーク１４０の簡略化した断面である。外側の層１４２、１４４は、中央の層１４６と同様高屈折率材料であり、中間層１４８、１５０は、低屈折率の層であって、一般にＨＬＨＬＨとして知られている光学設計を提供する。すなわち、高屈折率の層は、高い屈折率を有する材料（１つまたは複数）でできており、低屈折率の層は、低い屈折率を有する材料（１つまたは複数）でできている。本発明の他の実施形態による類似の顔料フレークは、より多くの層、またはより少ない層を持つことができる。奇数の層を有するこの設計および他の設計は、両方とも高屈折率の層である外層１４２、１４４を提供する。このタイプの構成は、低屈折率の担体中に分散するフレークにとっては望ましい。なぜなら、両方の外層が、その外層の外側表面に回折格子のパターンづけがなされている場合に担体中に回折界面を提供するためである。低屈折率の外層は、たとえそれが空気中に反射界面を生ずるとしても、低屈折率の担体中で「消滅」してしまう。別法では、５層のフレークは、例えば、高屈折率担体中で使用するためのＬＨＬＨＬの光学設計を有することができる。
【００３０】
できるだけ少ない層の中に所望の顔料効果を得ることが一般に望ましい。層の数は、その顔料フレークに望まれる反射率によって選択することができる。高〜低の誘電体スタックにおける通常の材料を使用して、３層のスタックは、一般的に空気中で約２０〜４０％の平均反射率を得ることができ、５層のスタックは、一般的には、約７０％の反射率をもち、そして１１層のスタックは、一般的に約９０％の反射率をもつ。白色回折顔料の例では、適当な回折効果を提供するためには約２０％の空気中の平均反射率が望ましく、一方、いくつかの実施形態においては、強い回折効果を提供し、さらに下にある基板を往復するある程度の透過を可能にするためには９０％未満の空気中の平均反射率が望ましい。誘電体スタックが完全な反射に接近するまでは一般に層が多いほどより多い反射を生ずる。したがって、ほんのわずかの誘電体層を有する顔料フレークにより、望ましい回折効果のために適当な反射率を獲得することができる。勿論、その反射率は、変化させるものが数ある中で、特定の波長を有する光と関係し、使用する材料に依存する。
【００３１】
誘電体スタックの層の厚さは、１つの色の光が反射し、他の色の光がそのスタックを透過する２色性効果を提供するように選択することができる。そのような２色性スタックは、しばしば一般に色移動として知られるものを示す。色移動とは、視角（または照明の角度）が変化するときに感知される色の変化である。２色性効果と誘電性回折構造との組合せは、低から中程度の反射率を有する誘電性回折フレークの重なりからくる相殺的干渉を避けるために特に望ましい。２色性の設計は、実質的にフィルタとして作用する。白色回折顔料（可視スペクトルを中心とする）と比較して、２色性の効果を有する回折顔料は、可視スペクトルの一部を示して、他の部分をフィルタにかける。回折顔料は、光学設計を可視スペクトルの中央（白色）に中心を置くか、または顕著な薄膜干渉を生ずることなくそれでいて回折効果を引き起こす反射界面を提供する誘電性薄膜スタックを使用することにより、色移動を殆んど示さない薄膜スタックにより製造することができる。
【００３２】
ＩＩＩ．実験結果
本発明の実施形態による多数の異なるタイプの誘電性回折顔料フレークを製造し、試験をした。顔料フレークは、透明な塗料バインダ中に０．３：３．９（顔料：バインダ）の割合で組み込み、塗料配合物を形成した。その塗料配合物を、ドクター・ブレードを用いて、ＬＥＮＥＴＡ（商標）カード（一般に、白の領域と黒の領域を有するカード）にその顔料を引き延ばした。インクまたは塗料を引き延ばすことにより、顔料フレークは、一般に、そのカードの表面の平面の中で平らになる。塗料またはインクは、吹き付け、刷毛塗り、シルク・スクリーン印刷、または凹版印刷等実質的に基板の平面にフレークをそろえるような他の技法を用いて適用することもできる。
【００３３】
反射率測定は、拡散照明下で、ＤＡＴＡＣＯＬＯＲ  ＳＦ６００＋積分球を併用する分光光度計により行った。
ゴニオ分光光度（「色移動」）の測定は、標準ＣＩＥ（商標）カラーメトリック・コンベンションに従い、黒のＬＥＮＥＴＡ（商標）カード領域上に−３２度から８０度まで４５度の入射で行った。
【００３４】
背景色の中で基本的に無色に見えるいくつかの試料を作製した。その顔料は、白色回折効果を得るために白い物体の上に使用することができる。同様に透明な全誘電性顔料を、実質的にベースの色を変えずに回折効果を提供するように着色した物体に使用することができる。例えば、赤の回折効果を得るためには赤の物体の上に透明な回折顔料フレークを適用すればよい。金属反射物を使用する回折顔料は、一般に不透明な金属層のために、下にある物体の色を一般に薄くするか、あるいは目立たなくする。
【００３５】
図２Ａは、本発明の実施形態による３つの異なる光学設計に対して測定した反射率対波長の一群の簡略化したプロットである。第１のプロット２００は、高屈折率材料としてＺｎＳ、低屈折率材料としてＭｇＦ２を使用した、４５０ｎｍの設計波長における５層設計（ＨＬＨＬＨ）に対するものである。その回折格子は、２，０００本／ｍｍであった。この光学設計は、反射される中で見たとき、背景色として青味がかった色合いを有していた。
【００３６】
第２のプロット２０２は、５００ｎｍにおけるＺｎＳの１ＱＷＯＴの第１層、４９５ｎｍにおけるＭｇＦ２の２ＱＷＯＴの第２層、５００ｎｍにおけるＺｎＳの１ＱＷＯＴの第３層、４９５ｎｍにおけるＭｇＦ２の１ＱＷＯＴの第４層、４００ｎｍにおけるＺｎＳの１ＱＷＯＴの第５層、３９７ｎｍにおけるＭｇＦ２の２ＱＷＯＴの第６層、４００ｎｍにおけるＺｎＳの２ＱＷＯＴの第７層、３９７ｎｍにおけるＭｇＦ２２ＱＷＯＴの第８層、および４００ｎｍにおけるＺｎＳの２ＱＷＯＴの第９層を有する９層設計に対するものである。その回折格子は、１，４００本／ｍｍの線間隔を有していた。この光学設計は、色がほとんど無色であった。
【００３７】
第３のプロット２０４は、４３４ｎｍにおけるＺｎＳの２ＱＷＯＴの第１層、３７５ｎｍにおけるＭｇＦ２の２ＱＷＯＴの第２層、３９１ｎｍにおけるＺｎＳの２ＱＷＯＴの第３層、３５４ｎｍにおけるＭｇＦ２の２ＱＷＯＴの第４層、３９１ｎｍにおけるＺｎＳの２ＱＷＯＴの第５層、３７５ｎｍにおけるＭｇＦ２の２ＱＷＯＴの第６層、および４３４ｎｍにおけるＺｎＳの２ＱＷＯＴの第７層を有する９層設計に対するものである。その回折格子は、１，４００本／ｍｍの線間隔を有していた。この光学設計は、反射される中で見たとき、背景色として金色がかった色合いを有していた。
【００３８】
図２Ｂは、図２Ａと併せて検討した試料の一群の簡略化したゴニオ分光光度のプロットである。第１のプロット２０６は、図２Ａの第１のプロット２００に関連して検討した青味がかった試料の色移動を示す。第２のプロット２０８は、図２Ａの第２のプロット２０２に関連して検討した無色の試料の色移動を示す。第３のプロット２１０は、図２Ａの第３のプロット２０６に関連して検討した金色がかった試料の色移動を示す。その他の背景色に対するその他の設計は、同様に設計され作製される。
【００３９】
図２Ａに示されている反射率のプロットは、スペクトルの一部分において他より高い反射率を有するという典型的な特徴を示している。全誘電性フレークの可視スペクトル内の平均反射率は、約４００〜７００ｎｍの間で平均された反射率である。全誘電性回折フレークについて、反射されない光は、一般にフレーク内を透過する。したがって、透過特性のプロットは、反射率プロットの逆となろう。平均反射率は、フレークの反射率と透過率との間のバランス表示を提供する。本発明の一実施形態において、望ましい回折効果を提供するためには、全誘電性顔料フレークの可視スペクトル内の平均反応率は、少なくとも２０％（空気中で測定して）である。他の実施形態において、回折顔料フレークを通って下にある基板までの光の透過を可能にし、下の基板に印刷されている色または画像が見られるようにするためには、全誘電性顔料フレークの可視スペクトル内の平均反射率は９０％以下（空気中で測定して）である。
【００４０】
図３Ａは、３つの異なる無色の光学設計に対して測定した反射率対波長の簡略化した一群のプロットである。異なる層の数（「層数」）は、顔料の全体の反射率に影響する。これらの設計は、それぞれ、独特の背景色を示すことを避けるために、可視領域の中間に中心を置いている。３つの例はすべて、１，４００本／ｍｍの回折格子パターンをもち、各試料は、高屈折率材料にはＺｎＳ、低屈折率材料にはＭｇＦ２が使用された。第１のプロット３００は、各層が５５０ｎｍにおいて１ＱＷＯＴである３層設計（ＨＬＨ）の反射率性能を示している。３層の誘電体スタックをもつ単一の顔料フレークにより、２０〜４０％の反射率を獲得することはできるが、ここでのそれより高い反射率は、明るい背景上に、全体の反射率に寄与するフレークの多層膜をもつ顔料フレークの多数の層によるものと考えられる。第２のプロット３０２は、７層設計：５００ｎｍにおける（ＨＬＨ）、５５０ｎｍにおける（Ｌ）、および６００ｎｍにおける（ＨＬＨ）、に対する反射率性能を示している。第３のプロット３０４は、１１層設計：５００ｎｍにおける（ＨＬＨＬＨ）、５５０ｎｍにおける（Ｌ）、および６００ｎｍにおける（ＨＬＨＬＨ）、に対する反射率性能を示している。
【００４１】
図３Ｂは、図３Ａに示した試料の一群の簡略化したゴニオ分光光度のプロットである。図２Ｂに示されている一群のスポットより規模が異なること、および色移動が一般に少ないことに注目されたい。第１のプロット３０６は、３層設計に対するもの、第２のプロット３０８は、７層設計に対するもの、第３のプロット３１０は、１１層設計に対するものである。これらの試料は、比較的色移動が少なく、一部の用途においては望ましい可能性がある。
【００４２】
ＩＶ．回折および非回折顔料フレークの比較
ポリマーのウェブ基板の表面に重ねた剥離層上に薄膜層を堆積することによって誘電性回折顔料を形成した。２つのポリマーのウェブ基板に回折格子のパターンづけをした。誘電性回折顔料フレークの１つの試料は、１，４００本／ｍｍの刻線数を有する回折格子のパターンづけをした基板上に作製し、フレークの他の試料は、２，０００本／ｍｍの刻線数を有する回折格子のパターンづけをした基板上に作製した。非回折全誘電性顔料は、平滑な（パターンづけしてない）ポリマーのウェブ基板の表面に重なる剥離層上に同じ薄膜層を堆積することによって作製した。インクの担体と混合し、黒の背景に対して適用したとき、回折格子のない顔料フレークは、回折の視覚的効果のない単なる青から紫（「カラー・シフト」）色を示し、一方、１，４００本／ｍｍの回折格子を有する顔料フレークおよび２，０００本／ｍｍの回折格子を有する顔料フレークは、両方とも、シフトする青から紫の背景色に加えて回折の視覚的効果を示した。これら３つのカラー・シフトする試料を以下「青２色性」試料と呼ぶ。
【００４３】
３つの青２色性顔料フレーク試料のすべてを作製するのに使用したコーティングの設計は、以下の通りであった：
４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＭｇＦ２／４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＺｎＳ／４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＭｇＦ２／４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＺｎＳ／４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＭｇＦ２／４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＺｎＳ／４４０ｎｍにおける１ＱＷＯＴのＭｇＦ２／４４０ｎｍにおける３ＱＷＯＴのＺｎＳ。
【００４４】
図４Ａは、拡散８度積分球を使用して測定した３つの青２色性顔料の試料に対する反射率の曲線を示している。各青２色性顔料の試料は、透明な担体と混合し、黒のカード上に引き延ばした。第１の曲線４００は、１，４００本／ｍｍを有する青２色性回折顔料フレークにより作製した試料に対する反射率を示す。第２の曲線４０２は、２，０００本／ｍｍを有する青２色性回折顔料フレークにより作製した試料に対する反射率を示し、第３の曲線４０４は、非回折青２色性試料に対する反射率を示す。この反射率の色データは、当該顔料を引き延ばした試料が青味の強い色を与えたことを示している。
【００４５】
図４Ｂ〜４Ｄは、上で述べた１，４００本／ｍｍ、２，０００本／ｍｍ、および「平面」（非回折性）の試料の簡略化したゴニオ分光光度の色軌跡および色度のプロットの群である。色移動のプロット（一般に、ａ＊ｂ＊図として知られる）および反射率のデータは、ＭＵＲＡＫＡＭＩゴニオ分光光度計を用いて得た。ａ＊ｂ＊図は、顔料フレーク組成物をコートした固定試料物体の色（ａ＊，ｂ＊座標）の変化を示す。
【００４６】
図４Ｂは、１，４００本／ｍｍの回折格子で作製した青の２色性顔料フレーク試料の照明角度を変化させたときの異なる角度における色の軌跡を示している。これらの色の軌跡は、観測者がその顔料をコート（例えば塗装）してある曲がった物体を見るときに経験する色の変化を理解する助けとなる。各色軌跡は、一連の照明角度に対して測定したデータ点（明度）を結ぶ軌跡の連続した線を有する一定の視角を表している。
【００４７】
顔料をコートした曲がった物体の観測者の認知を正しく評価するためには、観測者の角度および照明角度が両方とも変化するので、単一の軌跡では不十分である。観測者および照明条件の漸進的変化と共にあちこち移動するａ＊ｂ＊図における色空間は、本発明の実施形態による塗料またはインクを曲がった表面にコートすることによって得られる視覚的効果を理解する助けとなる。本発明の顔料およびその塗料における使用の１つの利点は、一連の照明条件を通して物体の湾曲部分を際立たせることである。その色空間は、軌跡上の移動が表面の法線に対する照明源の勾配の変化を表すその最初の軌跡上の任意の点にプロットまたは誘導することができる。隣接する軌跡は、固定した観測者が物体の湾曲部を見るときに起こるような見る人の方位の変化に対応するようにプロットすることができる。
【００４８】
図４Ｂのａ＊ｂ＊図における第１の曲線（色軌跡）４０３は、１２度の固定された視角を表し、第２の曲線４０５は、２０度の固定された視角を表し、第３の曲線４０７は、３０度の固定された視角を表し、第４の曲線４０９は、４０度の固定された視角を表し、第５の曲線４１１は、５０度の固定された視角を表し、第６の曲線４１３は、６０度の固定された視角を表し、第７の曲線４１５は、７０度の固定された視角を表し、そして第８の曲線４１７は、８０度の固定された視角を表す。
【００４９】
図４Ｃは、２，０００本／ｍｍの回折格子により作製した青の２色性顔料フレーク試料に対する色軌跡を示す。図４Ｃのａ＊ｂ＊図における第１の曲線（色軌跡）４０３’は、１２度の固定された視角を表し、第２の曲線４０５’は、２０度の固定された視角を表し、第３の曲線４０７’は、３０度の固定された視角を表し、第４の曲線４０９’は、４０度の固定された視角を表し、第５の曲線４１１’は、５０度の固定された視角を表し、第６の曲線４１３’は、６０度の固定された視角を表し、第７の曲線４１５’は、７０度の固定された視角を表し、そして第８の曲線４１７’は、８０度の固定された視角を表す。
【００５０】
図４Ｄは、回折パターンなしで作製した平坦な青の２色性顔料フレーク試料に対する色軌跡を表す。図４Ｄのａ＊ｂ＊図における第１の曲線（色軌跡）４０３”は、１２度の固定された視角を表し、第２の曲線４０５”は、２０度の固定された視角を表し、第３の曲線４０７”は、３０度の固定された視角を表し、第４の曲線４０９”は、４０度の固定された視角を表し、第５の曲線４１１”は、５０度の固定された視角を表し、第６の曲線４１３”は、６０度の固定された視角を表し、第７の曲線４１５”は、７０度の固定された視角を表し、そして第８の曲線４１７”は、８０度の固定された視角を表す。
【００５１】
図４Ｂ〜４Ｄにおけるカラー・コーディネートは、装置の照明源の方位が、各視角に対して試料の法線に対して０度から７０度まで１０度ずつ段階的に増加していくときの顔料の全スペクトル応答から計算した。したがって、各曲線上の各データ・ポイントは、照明源の方位の１０度ずつの段階を表している。したがって、各データ・ポイントにおける照明源の角度の値は、図の中に０または７０のいずれかの標識が付いている端末側終端の始めまたは終わりのいずれかから数えることによって決定することができる。したがって、試料表面に対して５０度の視角に対しては、照明源を入射角度の法線方向から７０度まで向けることにより、軌跡に対応する色が観察される結果となる。
【００５２】
図４Ｅは、図４Ａ〜４Ｃについて上で検討した３つの青の２色性試料に対する５０度の視角における一群の色移動のプロットである。第１のプロット４１８は、照明角度が、試料に対する法線から０〜７０度変化するときの１，４００本／ｍｍの青の２色性顔料の試料を表し、第２のプロット４２０は、２，０００本／ｍｍの青の２色性顔料の試料を表し、第３のプロット４２２は、平坦な（パターンづけしてない）非回折性青の顔料の試料を表わす。
【００５３】
非回折性青の顔料に対して、図４Ｅのａ＊ｂ＊図中に示されている色軌跡４２２は、鏡の条件に近いような頂点４２８を有する楕円に似た形状を形づくり、反対側の頂点４１０を始点にもち、反時計回りの形で進行するが、それは、上記の非回折２色性顔料フレークの典型的な軌跡の進路である。このタイプの色軌跡は、非回折２色性顔料の他の照明角度および視角における色軌跡を予言するものである。
【００５４】
回折性の青の２色性顔料について、図４Ｅのａ＊ｂ＊図中に示されている軌跡４１８、４２０は、一般に２色性顔料と関連する通常の色軌跡は形成しない。これらの軌跡の不規則な進路は、色空間のより広い領域を最少の重なり合いでカバーし、曲面に沿った独特の色と共により高い色の対比を提供する。したがって、回折性カラー・シフトをする青の２色性顔料をコートした曲面に沿った様々な領域は、回折構造をもたない類似のカラー・シフトをする２色性顔料をコートした表面と比較して異なる一連の色を示す。
【００５５】
視覚的回折効果および干渉効果が組み合わさった場合、彩色の範囲は、点の周りに対称的になるのではなく、むしろ各観測者および照明の位置に固有のものとなる。カラー・シフト効果を回折色と組み合わせることにより、物体の湾曲部および深みが、拡散および高度に平行になった照明条件の両方の中で変化する独特の色彩の配合で目立つようになる。図４Ｅは、入射光を０度と７９度の間で１０度の間隔で変化させて５０度で見たときの試料の色軌跡を示している。非回折試料の最高の色度は、正反射（５０度入射）４２８に近い。しかしながら、１，４００本／ｍｍの刻線数の回折顔料の場合、最高の色度は、法線から約１０度の照明の方向において得られる。２，０００本／ｍｍの試料の場合、０度（法線）の照明４０８が、最高の色度を生み出す条件である。勿論その他の溝の刻線数、形状、深さ、その他も、以前には見られなかった新たな異なる方式で色軌跡を変化させるであろう。
【００５６】
Ｖ．応用
図５は、本発明の一実施形態による物品５００の一部の簡略化した断面である。物体または基板５０２は、通常の塗料５０４の層を塗装してあるか、さもなければコートまたは着色してある。例えば、ある実施形態では、その基板が白色で塗料の層は省かれていることもあり得る。本発明の実施形態による塗料５０６の層は物体に適用されている。この塗料は、塗料媒介物またはインク媒介物等の担体５１０中に分散された全誘電性回折顔料フレーク５０８を含む。１つの実施形態において、その担体は透明であり、別の実施形態においては、それは着色されているがそれは顔料フレークの回折特性を利用するために一般に光透過性である。着色した２色性回折顔料組成物を使用して、白い物体上に「白色の」（無色の）回折顔料組成物を使用するのと類似した回折効果を得ることができる。例えば、赤の２色性回折顔料組成物を赤い物体に適用して、赤の回折効果を得ることができる。
【００５７】
特定の実施形態においては、物体を白色の塗料で塗装し、次いで本発明の実施形態による塗料を重ね塗りする。回折顔料フレークが無色である場合、これはその物体に白色の回折効果を与え、それによりその物体の曲面を格段に目立つようにすることができる。他の実施形態においては、その回折顔料は、第１の視角から見たときは感知できるほどの背景色を与えないが、第２の視角から見たときは、回折色（１つまたは複数）のほかに背景色も与える。
【００５８】
ＶＩ．典型的な方法
図６は、本発明の一実施形態による回折効果を有する物品を製造する方法６００の簡略化したフローチャートである。背景色を有する物体を用意する（ステップ６０２）。その背景色は、その物体に通常の塗料を塗装してもよいし、その物体を製造する材料の色であってもよい。特定の実施形態において、その背景色は白である。全誘電性回折顔料フレークを含有する塗料をその物体に適用する（ステップ６０４）。その塗料は透明または染色した担体を有することができ、その他の顔料を含有することもできる。回折顔料フレークは、回折性であることに加えて、２色性であるかまたは薄膜干渉を提供することを含むことができる。
【００５９】
本発明は、その精神または基本的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態で具体化することができる。上で説明した実施形態は、あらゆる点で単に説明のためであり、限定するものではないものと考えるべきである。本発明の範囲は、したがって、これまでの説明によるよりむしろ添付の特許請求の範囲によって示される。特許請求の範囲と同等の意味と範囲に入るすべての変更は、それらの適用範囲に包含されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるパターンづけされた基板上に形成された一般的な多層誘電体スタックの簡略化した断面を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による全誘電性回折顔料フレークの簡略化した断面を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の他の実施形態による全誘電性回折顔料フレークの簡略化した断面を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による３つの異なる光学設計に対して測定した反射率対波長の一群の簡略化したプロットを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａと併せて検討した試料の一群の簡略化したゴニオ分光光度のプロットを示す図である。
【図３Ａ】３つの異なる無色の光学設計に対して測定した反射率対波長の一群の簡略化したプロットを示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示した試料の一群のゴニオ分光光度のプロットを示す図である。
【図４Ａ】回折試料および非回折試料を比較した反射率対波長の一群の簡略化したプロットを示す図である。
【図４Ｂ】全誘電性顔料の３つの異なる試料の様々な視角における簡略化したゴニオ分光光度の色軌跡および色度のプロットの群を示す図である。
【図４Ｃ】全誘電性顔料の３つの異なる試料の様々な視角における簡略化したゴニオ分光光度の色軌跡および色度のプロットの群を示す図である。
【図４Ｄ】全誘電性顔料の３つの異なる試料の様々な視角における簡略化したゴニオ分光光度の色軌跡および色度のプロットの群を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｂ〜４Ｄで示した試料の共通の視角におけるゴニオ分光光度のプロットの比較を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による塗装した物品の簡略化した断面を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による１方法の簡略化したフローチャートを示す図である。
【図１Ａ】
2005528503.tif 000003
【図１Ｂ】
2005528503.tif 000004
【図１Ｃ】
2005528503.tif 000005
【図２Ａ】
2005528503.tif 000006
【図２Ｂ】
2005528503.tif 000007
【図３Ａ】
2005528503.tif 000008
【図３Ｂ】
2005528503.tif 000009
【図４Ａ】
2005528503.tif 000010
【図４Ｂ】
2005528503.tif 000011
【図４Ｃ】
2005528503.tif 000012
【図４Ｄ】
2005528503.tif 000013
【図４Ｅ】
2005528503.tif 000014
【図５】
2005528503.tif 000015
【図６】
2005528503.tif 000016
【国際調査報告】
2005528503.tif 000017
2005528503.tif 000018
2005528503.tif 000019