用于灰度级着色的纳米结构化的表面的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米结构化的表面，特别是涉及通过使用这种表面的结构着色。
【背景技术】
[0002]已知的是通过用着色涂料材料涂色来装饰塑料物体。涂料将在其变干后粘合至物体上。存在用于向塑料物体提供着色装饰的其他方法。通常地，因为除了形成塑料物体以外该工艺还包括用于应用装置的各种步骤，因此这种方法使塑料物体的制造工艺变得复杂。
[0003]此外，因为涂料可能以其他方式对回收利用的材料添加不期望的着色(例如，主要材料的白色将被黑色涂料污染)，因此在回收利用主要物体之前需要移除涂料，由此涂色的产品使回收利用这种产品变得复杂。
[0004]相应地，需要可不受上述问题影响或提供其它优点的用于装饰物体的其他着色工
-H-
O
[0005]W02013039454公开了光学布置，其中，该光学布置包括基板和从基板的表面延伸的多个相隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构包括位于远离基板的表面的端部上的金属层。本发明也涉及用于形成光学布置的方法。
【发明内容】
[0006]在用于装饰金属或聚合物物体的方法内实现改善将是有利的。尤其是可见，本发明的目的在于提供解决现有技术中的涉及着色和/或回收利用的上述问题或其他问题的方法。
[0007]为了较佳地解决这些顾虑中的一个或多个，在本发明的第一方面中揭示了具有结构性着色表面的纳米结构化的产品，包括:
[0008]-基板，包括包含有升起或凹陷的纳米结构的纳米结构化的表面;以及
[0009]-金属层，至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率。
[0010]例如，如玩具的塑料物体可包括根据第一方面的纳米结构化的产品。塑料物体和基板可由不同的材料或相同的材料制成，以使得仅金属层需要被添加至物体以用着色(此处为暗色，例如灰色或黑色)装饰物体。因为仅薄的金属层(但无附加的颜色)引入到物体或基板中以生成期望的着色，所以物体可被回收利用许多次，例如百次或更多次，而不破坏物体或基板的原始颜色。
[0011 ] 金属层在可视光谱范围的光谱范围(即，涵盖380至700纳米的可视范围的至少100纳米的范围)中生成吸收。实际上，金属层应在整个或基本上整个可视范围上生成吸收以生成宽频带吸收。相应地，宽频带吸收可被定义为在380至700纳米的可视范围内至少10nm的光谱范围中的吸收。该吸收可在可视光谱范围上或在可视范围内的至少10nm的子范围上平均大于20%。书籍“光学材料:选择和应用介绍，光学工程第6卷，1985，由So 1monMusikant著作，由Marcel Dekker，Inc.出片反(Optical Materials: An Introduct1n toSelect1n and Applicat1n , Optical Engineering volume 6 ,1985, by SolomonMusikant ,published by Marcel Dekker，Inc.)”提供了宽频带减反射过滤器的若干示例。在第162页给出了在400至740nm的光谱范围中有效的宽频带AR涂覆。
[0012]纳米结构化的表面通常地覆盖大于至少4平方毫米的面积。由此，在相对大的面积(例如，至少4平方毫米)上，纳米结构化的表面具有与吸收相关的相同或基本相同的光学性质。纳米结构着色可被提供到不透明基板或透明基板上。在实施方式中，基板为塑料或聚合物。在替代性实施方式中，基板为金属上的氧化物层。
[0013]在实施方式中，可视光谱范围中的光的平均宽频带吸收在可视光谱范围上平均大于20 %。入射光功率在基板上的20%的吸收可足以生成按表面。
[0014]在实施方式中，位于纳米结构化的表面上的金属层在可视光谱范围上具有平均小于20%的可视光谱范围中的光的反射率。入射光功率在基板上的20%的吸收改善纳米结构化的表面的暗度。
[0015]优选地，金属层符合纳米结构化的表面以使得金属层包括包含有与基板的纳米结构化的表面相似的升起或凹陷的结构的纳米结构化的表面。
[0016]在实施方式中，基板的升起或凹陷的纳米结构从基础表面凸出，以使得相符合的金属层的升起或凹陷的纳米结构也从金属层的基础表面凸出，其中金属层的升起或凹陷的结构相对于金属层的基础表面的覆盖范围大于30%。
[0017]在实施方式中，基板还包括散射表面。散射表面可包括具有长到足以散射进入的可视光的尺寸的结构。
[0018]散射表面可定位成与纳米结构化的表面相邻，以提供对于暗纳米结构化的表面的对比。
[0019]基板可包括多个散射表面和多个纳米结构化的表面，其中多个散射表面与多个纳米结构化的表面布置成交替图案。这种图案可用于生成特定的灰色级。
[0020]在实施方式中，基板还包括由金属层覆盖的非结构化表面。非结构化表面可用于生成反射表面，该反射表面例如与纳米结构暗表面相邻。
[0021]在实施方式中，基板为箔，其中金属层定位在箔的背面上，以及其中背面配置成连接至物体。在实施方式中，金属层被保护性透明层覆盖。这种保护性层可有利地用于保护基板和金属层中的纳米结构。
[0022]本发明的第二方面涉及显示器，该显示器包括:
[0023]-根据第一方面的纳米结构化的产品；以及
[0024 ]-光源，布置成朝着纳米结构化的产品发射光。
[0025]光源可为能够朝着纳米结构化的产品直接或间接地发射光的任意光源。例如，光源可朝着纳米结构化的产品直接地发射光束。可选地，光源可配置成朝着纳米结构化的产品间接地发射光(例如，通过朝着反射或散射层发射光)以朝着纳米结构化的产品引导反射或散射光。
[0026]光源可配置成将朝着纳米结构化的产品引导光束(例如，具有均匀束强度的光束)，或者朝向纳米结构化的产品引导不同光强度和/或颜色的图案(例如，由LCD屏幕生成的图案)。
[0027]本发明的第三方面涉及用于制造根据第一方面的纳米结构化的产品的工艺，该工艺包括:
[0028]使用模具或压花工具由成型或压花形成塑料物体，其中模具或压花工具的表面提供有纳米结构化的表面以使得该形成生成塑料物体的纳米结构化的表面;以及
[0029]用金属层覆盖塑料物体的纳米结构化的表面以使得金属层至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面，以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸收。
[0030]综上，本发明涉及具有结构性着色表面的纳米结构化的产品。结构性着色表面通过在基板上提供纳米结构化的表面并且在纳米结构化的表面上提供覆盖的金属层而获得，其中，基板可为塑料材料。金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率以使得结构性着色表面显得暗，例如，显得具有灰色或黑色。
[0031]通常，本发明的各种方面可在本发明的方面内可能的任意方式组合并结合。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将通过下文中描述的实施方式和参照下文中描述的实施方式阐述的内容而变得明确。
【附图说明】
[0032]将参照附图仅以示例的方式对本发明实施方式进行描述，在附图中:
[0033 ]图1示出了纳米结构化的产品100中的纳米结构103，
[0034]图2示出了经测量的纳米结构化的表面102和金属层105，
[0035]图3A示出了升起的纳米结构103的不同的主要形状的剖视图，
[0036]图3B示出了图3A的剖视图中对于点状结构321和细长结构322的俯视图，
[0037]图4A至图4C示出了实验性获得的吸光率值401和反射率值402，
[0038]图5示出了纳米结构化的表面102的替代性实施方式，其中纳米结构以二位图案布置，
[0039]图6至图10示出了测量结果，以及
[0040]图1IA至图1IB示出了纳米结构化的产品100在显示器10中的应用。
【具体实施方式】
[0041 ]图1主要地示出了具有结构性着色表面的纳米结构化的产品100 ο产品100包括衬底101，衬底101包括具有升起或凹陷的纳米结构103的纳米结构化的表面102。纳米结构103可被视为从基板凸出或凸入基板中的细长结构，例如，针或孔。纳米结构化的表面定义了基础表面104，基础表面104可为总体平坦的表面或弯曲的表面，而纳米结构103凸入基础表面104或从纳米结构103基础表面104凸出。
[0042]结构着色是指因纳米结构而由光学效应引起的着色，而不是由有色颜料引起的着色。
[0043]纳米结构化的表面102提供有金属层105，金属层105至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面。金属层通常地吸收小量的光能并且反射或散射相对大量的光能。然而，当金属层105根据本文中的实施方式纳米结构化时，光的吸收率显著增加而反射率也显著减小，由此金属层105将显得暗。根据本发明的实施方式，纳米结构化的表面102主要配置成在可视光谱范围(S卩，从300至700nm的光谱范围)中增加吸光率。
[0044]通常，纳米结构化的产品100可为膜、箔、最终产品的一部分或最终产品。纳米结构化的产品100的具体示例包括车辆的内部部分、玩具、家用电器等。例如，车辆的内部部分的表面可提供有结构性着色的装饰，并且玩具可提供有通过在玩具的表面上形成纳米结构化的表面102而形成的装饰。
[0045]基板可为能够被纳米结构化的聚合物、玻璃材料、氧化物层(例如，经阳极化处理的铝)或其他介质材料。能够被纳米结构化的任意金属或其他导电材料也可用作基板，但在这种情况下，不需要位于纳米结构化的导电表面上的金属层105。相应地，整个产品100可由相同基板材料制成，其中相同基板材料仅提供有薄金属层105并且可能地提供有透明保护层。由此，可能能够用通过使用结构着色用图形或文
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米结构化的表面，特别是涉及通过使用这种表面的结构着色。
【背景技术】
[0002]已知的是通过用着色涂料材料涂色来装饰塑料物体。涂料将在其变干后粘合至物体上。存在用于向塑料物体提供着色装饰的其他方法。通常地，因为除了形成塑料物体以外该工艺还包括用于应用装置的各种步骤，因此这种方法使塑料物体的制造工艺变得复杂。
[0003]此外，因为涂料可能以其他方式对回收利用的材料添加不期望的着色(例如，主要材料的白色将被黑色涂料污染)，因此在回收利用主要物体之前需要移除涂料，由此涂色的产品使回收利用这种产品变得复杂。
[0004]相应地，需要可不受上述问题影响或提供其它优点的用于装饰物体的其他着色工
-H-
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[0005]W02013039454公开了光学布置，其中，该光学布置包括基板和从基板的表面延伸的多个相隔开的细长纳米结构，其中每个细长纳米结构包括位于远离基板的表面的端部上的金属层。本发明也涉及用于形成光学布置的方法。
【发明内容】
[0006]在用于装饰金属或聚合物物体的方法内实现改善将是有利的。尤其是可见，本发明的目的在于提供解决现有技术中的涉及着色和/或回收利用的上述问题或其他问题的方法。
[0007]为了较佳地解决这些顾虑中的一个或多个，在本发明的第一方面中揭示了具有结构性着色表面的纳米结构化的产品，包括:
[0008]-基板，包括包含有升起或凹陷的纳米结构的纳米结构化的表面;以及
[0009]-金属层，至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率。
[0010]例如，如玩具的塑料物体可包括根据第一方面的纳米结构化的产品。塑料物体和基板可由不同的材料或相同的材料制成，以使得仅金属层需要被添加至物体以用着色(此处为暗色，例如灰色或黑色)装饰物体。因为仅薄的金属层(但无附加的颜色)引入到物体或基板中以生成期望的着色，所以物体可被回收利用许多次，例如百次或更多次，而不破坏物体或基板的原始颜色。
[0011 ] 金属层在可视光谱范围的光谱范围(即，涵盖380至700纳米的可视范围的至少100纳米的范围)中生成吸收。实际上，金属层应在整个或基本上整个可视范围上生成吸收以生成宽频带吸收。相应地，宽频带吸收可被定义为在380至700纳米的可视范围内至少10nm的光谱范围中的吸收。该吸收可在可视光谱范围上或在可视范围内的至少10nm的子范围上平均大于20%。书籍“光学材料:选择和应用介绍，光学工程第6卷，1985，由So 1monMusikant著作，由Marcel Dekker，Inc.出片反(Optical Materials: An Introduct1n toSelect1n and Applicat1n , Optical Engineering volume 6 ,1985, by SolomonMusikant ,published by Marcel Dekker，Inc.)”提供了宽频带减反射过滤器的若干示例。在第162页给出了在400至740nm的光谱范围中有效的宽频带AR涂覆。
[0012]纳米结构化的表面通常地覆盖大于至少4平方毫米的面积。由此，在相对大的面积(例如，至少4平方毫米)上，纳米结构化的表面具有与吸收相关的相同或基本相同的光学性质。纳米结构着色可被提供到不透明基板或透明基板上。在实施方式中，基板为塑料或聚合物。在替代性实施方式中，基板为金属上的氧化物层。
[0013]在实施方式中，可视光谱范围中的光的平均宽频带吸收在可视光谱范围上平均大于20 %。入射光功率在基板上的20%的吸收可足以生成按表面。
[0014]在实施方式中，位于纳米结构化的表面上的金属层在可视光谱范围上具有平均小于20%的可视光谱范围中的光的反射率。入射光功率在基板上的20%的吸收改善纳米结构化的表面的暗度。
[0015]优选地，金属层符合纳米结构化的表面以使得金属层包括包含有与基板的纳米结构化的表面相似的升起或凹陷的结构的纳米结构化的表面。
[0016]在实施方式中，基板的升起或凹陷的纳米结构从基础表面凸出，以使得相符合的金属层的升起或凹陷的纳米结构也从金属层的基础表面凸出，其中金属层的升起或凹陷的结构相对于金属层的基础表面的覆盖范围大于30%。
[0017]在实施方式中，基板还包括散射表面。散射表面可包括具有长到足以散射进入的可视光的尺寸的结构。
[0018]散射表面可定位成与纳米结构化的表面相邻，以提供对于暗纳米结构化的表面的对比。
[0019]基板可包括多个散射表面和多个纳米结构化的表面，其中多个散射表面与多个纳米结构化的表面布置成交替图案。这种图案可用于生成特定的灰色级。
[0020]在实施方式中，基板还包括由金属层覆盖的非结构化表面。非结构化表面可用于生成反射表面，该反射表面例如与纳米结构暗表面相邻。
[0021]在实施方式中，基板为箔，其中金属层定位在箔的背面上，以及其中背面配置成连接至物体。在实施方式中，金属层被保护性透明层覆盖。这种保护性层可有利地用于保护基板和金属层中的纳米结构。
[0022]本发明的第二方面涉及显示器，该显示器包括:
[0023]-根据第一方面的纳米结构化的产品；以及
[0024 ]-光源，布置成朝着纳米结构化的产品发射光。
[0025]光源可为能够朝着纳米结构化的产品直接或间接地发射光的任意光源。例如，光源可朝着纳米结构化的产品直接地发射光束。可选地，光源可配置成朝着纳米结构化的产品间接地发射光(例如，通过朝着反射或散射层发射光)以朝着纳米结构化的产品引导反射或散射光。
[0026]光源可配置成将朝着纳米结构化的产品引导光束(例如，具有均匀束强度的光束)，或者朝向纳米结构化的产品引导不同光强度和/或颜色的图案(例如，由LCD屏幕生成的图案)。
[0027]本发明的第三方面涉及用于制造根据第一方面的纳米结构化的产品的工艺，该工艺包括:
[0028]使用模具或压花工具由成型或压花形成塑料物体，其中模具或压花工具的表面提供有纳米结构化的表面以使得该形成生成塑料物体的纳米结构化的表面;以及
[0029]用金属层覆盖塑料物体的纳米结构化的表面以使得金属层至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面，以使得金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸收。
[0030]综上，本发明涉及具有结构性着色表面的纳米结构化的产品。结构性着色表面通过在基板上提供纳米结构化的表面并且在纳米结构化的表面上提供覆盖的金属层而获得，其中，基板可为塑料材料。金属层在可视光谱范围中生成光的宽频带吸光率以使得结构性着色表面显得暗，例如，显得具有灰色或黑色。
[0031]通常，本发明的各种方面可在本发明的方面内可能的任意方式组合并结合。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将通过下文中描述的实施方式和参照下文中描述的实施方式阐述的内容而变得明确。
【附图说明】
[0032]将参照附图仅以示例的方式对本发明实施方式进行描述，在附图中:
[0033 ]图1示出了纳米结构化的产品100中的纳米结构103，
[0034]图2示出了经测量的纳米结构化的表面102和金属层105，
[0035]图3A示出了升起的纳米结构103的不同的主要形状的剖视图，
[0036]图3B示出了图3A的剖视图中对于点状结构321和细长结构322的俯视图，
[0037]图4A至图4C示出了实验性获得的吸光率值401和反射率值402，
[0038]图5示出了纳米结构化的表面102的替代性实施方式，其中纳米结构以二位图案布置，
[0039]图6至图10示出了测量结果，以及
[0040]图1IA至图1IB示出了纳米结构化的产品100在显示器10中的应用。
【具体实施方式】
[0041 ]图1主要地示出了具有结构性着色表面的纳米结构化的产品100 ο产品100包括衬底101，衬底101包括具有升起或凹陷的纳米结构103的纳米结构化的表面102。纳米结构103可被视为从基板凸出或凸入基板中的细长结构，例如，针或孔。纳米结构化的表面定义了基础表面104，基础表面104可为总体平坦的表面或弯曲的表面，而纳米结构103凸入基础表面104或从纳米结构103基础表面104凸出。
[0042]结构着色是指因纳米结构而由光学效应引起的着色，而不是由有色颜料引起的着色。
[0043]纳米结构化的表面102提供有金属层105，金属层105至少部分地覆盖纳米结构化的表面并且至少部分地符合纳米结构化的表面。金属层通常地吸收小量的光能并且反射或散射相对大量的光能。然而，当金属层105根据本文中的实施方式纳米结构化时，光的吸收率显著增加而反射率也显著减小，由此金属层105将显得暗。根据本发明的实施方式，纳米结构化的表面102主要配置成在可视光谱范围(S卩，从300至700nm的光谱范围)中增加吸光率。
[0044]通常，纳米结构化的产品100可为膜、箔、最终产品的一部分或最终产品。纳米结构化的产品100的具体示例包括车辆的内部部分、玩具、家用电器等。例如，车辆的内部部分的表面可提供有结构性着色的装饰，并且玩具可提供有通过在玩具的表面上形成纳米结构化的表面102而形成的装饰。
[0045]基板可为能够被纳米结构化的聚合物、玻璃材料、氧化物层(例如，经阳极化处理的铝)或其他介质材料。能够被纳米结构化的任意金属或其他导电材料也可用作基板，但在这种情况下，不需要位于纳米结构化的导电表面上的金属层105。相应地，整个产品100可由相同基板材料制成，其中相同基板材料仅提供有薄金属层105并且可能地提供有透明保护层。由此，可能能够用通过使用结构着色用图形或文
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