装飾フィルムの色

フィルム自体は入射光を選択的に反射または吸収し、その色はフィルムの光学特性によって決まります。薄膜の色は反射光によって生成されるため、2つの側面を考慮する必要があります。1つは、不透明な薄膜材料の可視光スペクトルに対する吸収特性によって生成される固有色、もう1つは、透明またはわずかに吸収する薄膜材料の多重反射によって生成される干渉色です。

1. 固有の色

不透明薄膜材料の可視光スペクトルへの吸収特性は、固有の色の出現につながり、最も重要なプロセスは電子によって吸収される光子エネルギーの遷移です。導電性材料の場合、電子は部分的に満たされた価電子帯で光子エネルギーを吸収し、フェルミ準位より上の満たされていない高エネルギー状態に遷移します。これはバンド内遷移と呼ばれます。半導体または絶縁体の場合、価電子帯と伝導帯の間にエネルギーギャップがあります。エネルギーギャップの幅よりも大きな吸収エネルギーを持つ電子のみがギャップを越えて価電子帯から伝導帯に遷移できます。これはバンド間遷移と呼ばれます。どのような遷移でも、反射光と吸収光の間に不一致が生じ、材料が固有の色を示すことになります。3.5eVを超えるような、可視紫外線限界よりも広いバンドギャップ幅を持つ材料は、人間の目には透明です。狭バンドギャップ材料のバンドギャップ幅は可視スペクトルの赤外限界よりも狭く、1.7eV未満の場合、黒く見えます。中間領域のバンド幅を持つ材料は、特徴的な色を呈することがあります。ドーピングは、エネルギーギャップの広い材料にバンド間遷移を引き起こす可能性があります。ドーピング元素は、エネルギーギャップ間にエネルギー準位を作り出し、ギャップを2つの小さなエネルギー間隔に分割します。より低いエネルギーを吸収する電子も遷移を起こす可能性があり、その結果、本来透明な材料が色を呈するようになります。

1.干渉色

透明またはわずかに吸収性のある薄膜材料は、光の多重反射により干渉色を示します。干渉とは、波の重ね合わせ後に発生する振幅の変化です。実世界では、水たまりの表面に油膜がある場合、油膜が虹色に輝くのが観察されます。これは、典型的な膜干渉によって生成される色です。金属基板上に透明な酸化膜の薄層を堆積すると、干渉によって多くの新しい色を得ることができます。大気から透明層の表面に単一波長の光が入射すると、その一部は薄膜表面で反射され、大気中に直接戻ります。他の部分は透明膜で屈折し、膜基板界面で反射します。その後、透明膜を透過し続け、膜と大気の界面で屈折してから大気中に戻ります。この2つにより、光路差と重ね合わせ干渉が発生します。