De film zelf reflecteert of absorbeert selectief invallend licht, en de kleur ervan is het resultaat van de optische eigenschappen van de film. De kleur van dunne films wordt gegenereerd door gereflecteerd licht, dus er moet rekening worden gehouden met twee aspecten: de intrinsieke kleur die wordt gegenereerd door de absorptie-eigenschappen van niet-transparante dunne filmmaterialen voor het zichtbare lichtspectrum, en de interferentiekleur die wordt gegenereerd door meervoudige reflecties van transparante of licht absorberende dunne filmmaterialen.
1. Intrinsieke kleur
De absorptie-eigenschappen van ondoorzichtige dunnefilmmaterialen voor het zichtbare lichtspectrum leiden tot het ontstaan van intrinsieke kleuren, waarbij de belangrijkste rol van elektronen in de energieoverdracht van geabsorbeerde fotonen speelt. Bij geleidende materialen absorberen elektronen fotonenenergie in de gedeeltelijk gevulde valentieband en gaan ze over naar een ongevulde, hogere energietoestand boven het Fermi-niveau. Dit wordt een bandovergang genoemd. Bij halfgeleiders of isolerende materialen bestaat er een energiekloof tussen de valentieband en de geleidingsband. Alleen elektronen met een geabsorbeerde energie groter dan de breedte van de energiekloof kunnen deze kloof overbruggen en van de valentieband naar de geleidingsband overgaan. Dit wordt een interbandovergang genoemd. Ongeacht het type overgang, zal er een verschil ontstaan tussen gereflecteerd en geabsorbeerd licht, wat de intrinsieke kleur van het materiaal verklaart. Materialen met een bandkloof die groter is dan de zichtbare ultraviolette limiet, bijvoorbeeld groter dan 3,5 eV, zijn transparant voor het menselijk oog. De bandbreedte van materialen met een smalle bandbreedte is kleiner dan de infraroodlimiet van het zichtbare spectrum, en als deze kleiner is dan 1,7 eV, lijken ze zwart. Materialen met bandbreedtes in het middenbereik kunnen karakteristieke kleuren vertonen. Dotering kan interbandovergangen veroorzaken in materialen met brede energiebandkloven. Doteringselementen creëren een energieniveau tussen de energiebandkloven, waardoor deze worden verdeeld in twee kleinere energie-intervallen. Elektronen die lagere energie absorberen, kunnen ook overgangen ondergaan, waardoor het oorspronkelijk transparante materiaal een kleur krijgt.
1. Interferentiekleur
Transparante of licht absorberende dunne filmmaterialen vertonen interferentiekleuren als gevolg van meervoudige reflectie van licht. Interferentie is de verandering in amplitude die optreedt na de superpositie van golven. In het dagelijks leven is bijvoorbeeld te zien dat een oliefilm op het oppervlak van een plas water iriserend is, een kleur die ontstaat door typische filminterferentie. Door een dunne laag transparante oxidefilm op een metalen substraat aan te brengen, kunnen veel nieuwe kleuren worden verkregen door interferentie. Als een enkele golflengte licht vanuit de atmosfeer op het oppervlak van de transparante laag valt, wordt een deel ervan gereflecteerd door het oppervlak van de dunne film en keert direct terug naar de atmosfeer; het andere deel breekt door de transparante film en reflecteert aan het grensvlak tussen de film en het substraat. Vervolgens wordt het licht door de transparante film geleid en breekt het opnieuw aan het grensvlak tussen de film en de atmosfeer voordat het terugkeert naar de atmosfeer. Deze twee processen resulteren in een optisch padverschil en gesuperponeerde interferentie.
Geplaatst op: 30 juni 2023