装飾フィルムの色

薄膜自体は入射光を選択的に反射または吸収し、その色は薄膜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じるため、考慮すべき点は2つあります。1つは、可視光スペクトルにおける不透明な薄膜材料の吸収特性によって生じる固有の色、もう1つは、透明またはわずかに光を吸収する薄膜材料の多重反射によって生じる干渉色です。

1. 本来の色

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は、固有色の出現につながり、最も重要なプロセスは、電子が吸収した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。半導体または絶縁材料の場合、価電子帯と伝導帯の間には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することができ、これはバンド間遷移として知られています。どのような種類の遷移であっても、反射光と吸収光の間に不一致が生じ、材料が固有色を示す原因となります。バンドギャップ幅が可視紫外線限界よりも大きい材料、例えば3.5eVを超える材料は、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線限界よりも小さく、1.7eV未満であれば黒く見える。中間のバンドギャップを持つ材料は、特徴的な色を示すことがある。ドーピングによって、広いエネルギーギャップを持つ材料にバンド間遷移が生じる。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、それらを2つのより小さなエネルギー間隔に分割する。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、元々透明だった材料が色を帯びるようになる。

1.干渉色

透明またはわずかに光を吸収する薄膜材料は、光の多重反射により干渉色を示します。干渉とは、波の重ね合わせによって生じる振幅の変化のことです。日常生活では、水たまりの表面に油膜があると、油膜が虹色に輝くのが観察できます。これは典型的な膜干渉によって生じる色です。金属基板上に透明な酸化膜の薄膜を成膜すると、干渉によって多くの新しい色が得られます。大気から透明層の表面に単一波長の光が入射すると、その一部は薄膜の表面で反射され、直接大気に戻ります。残りの部分は透明膜を屈折して膜と基板の界面で反射します。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に戻ります。この2つの現象によって光路差が生じ、干渉が重なり合います。