用于rgb和cmyk彩色显示的纳米结构阵列衍射光学元件的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 在先申请
[0002]本申请涉及申请日为2013年5月10日的、美国临时专利申请61/822,166并请求其 优先权，其内容在此整体引作参考。
技术领域
[0003] 本发明整体涉及光学显示，具体来说，本发明涉及使用纳米结构阵列的全色光学 安全显示以及其制造和使用方法。
【背景技术】
[0004] 衍射光栅
[0005] 根据现有技术的一方面，由周期性结构构成的衍射光栅是已知的，所述周期性结 构导致入射光衍射。在这些情形，衍射可能以穿透模式（例如棱镜）或反射模式（例如CD和 DVD)进行，所述衍射可能是因为包括所述周期性结构的基体的透射或反射特性。在这一情 形，所述周期性结构的周节或间隔，通常被称作光栅周期，对漫射角具有逆效应。
[0006] 在现有技术的这一方面中，具有可见光谱(λ)周期率和孔直径小于λ/2的纳米孔阵 列也可以衍射以产生结构色。在一个这样的方面中，纳米特征的物理设置以及点阵类型和 周期率可以限定衍射波长的强度，所述强度可以比利用现有的传统的微尺度光栅所获得的 波长基本上高。对于任何衍射光栅，透射或反射的峰值强度随给定区域的狭缝数(Ν)的函数 而增加，尤其随Ν 2而增加。在一级峰值看到的颜色变得更容易区分，导致更高的色分辨率， 即更鲜艳、更清晰的颜色。例如，带有间隔500nm(纳米)的衍射光栅与间隔lOOOnm(纳米）的 光栅相比呈现四倍的强度，同时产生更清楚区分的彩条。视觉上，纳米级特征显得更亮，在 光线较暗的时候尤其明显，它们特定的颜色随着视角的变化显得更纯色（即颜色较少地呈 "彩虹状"）。衍射光栅将白光分成多个颜色。这些颜色的强度（I)和色分辨率取决于在给定 区域的狭缝的大小和密度，如下式：
[0007]
[0008] 因为它们独特的明亮光学效果，这些纳米级光栅已经用于一些应用中来替代全息 图，例如现有技术的一些安全应用中。
[0009] 彩色显示
[0010] 根据现有技术的另一方面，已知的是，使用一种或多种颜色限定体系来提供宽范 围颜色的彩色光学显示。在一个这一方面，RGB颜色体系或模型使用单独的红、绿、蓝子像素 在电子显示器叠加式限定每一种RGB复合像素的颜色。根据现有技术的又一方面，CMYK颜色 体系或模型使用单独的蓝绿色、品红色、黄色和墨色（或黑色）墨水或子像素在电子显示中 或者在背光或白色基体上印刷显示中删减式限定每一种CMYK像素的颜色或图像子区域。
【发明内容】
[0011]根据本发明的一个实施例，在此公开的一些特征、方面和实例涉及利用纳米结构 阵列的RGB和CMYK全色显示。根据本发明的另一个实施例，一些特征、方面和实例涉及利用 纳米结构阵列制造 RGB和CMYK全色显示的方法。另外的特征、方面和实例在此会详细讨论。 [0012]根据本发明的第一方面，提供一种RGB和/或CMYK全色光学显示装置，其包括多个 纳米结构阵列，这些纳米阵列设置为提供对应图像的多个像素或子区域的宽范围颜色的显 示，其中所述多个纳米结构阵列形成在一个单个的基体层上。
[0013] 根据本发明的另一方面，通过一种光学显示装置，其包括具有一表面的基体和彩 色图像的一第一像素，所述第一像素包括根据叠加式和删减式颜色体系中至少一个的第一 和第二子像素，其中，所述第一子像素包括形成在所述基体之上或之内的一第一光学亚波 长纳米结构阵列，所述第二子像素包括形成在所述基体之上或之内的一第二光学亚波长纳 米结构阵列。
[0014] 在本发明又一辅助方面中，所述光学显示装置可以包括一光学安全装置，所述彩 色图像包括多个光学可见特征并可以操作以验证包括所述光学安全装置的物品。在又一方 面中，所述光学显示装置可以包括一第一纳米结构阵列和一第二纳米结构阵列，所述第一 纳米结构阵列可以操作以衍射一入射光源以限定所述第一子像素的一第一颜色，所述第二 纳米结构阵列可以操作以衍射一入射光源以限定所述第二子像素的一第二颜色。根据本发 明又一方面，所述光学显示装置包括一第一纳米结构阵列和一第二纳米结构阵列，所述第 一纳米结构阵列包括设置为具有纳米结构之间的一第一周期性间隔的一第一周期性点阵 的多个纳米结构，所述第二纳米结构阵列包括设置为具有纳米结构之间的一第二周期性间 隔的一第二周期性点阵的多个纳米结构，其中所述第一周期性间隔不同于所述第二周期性 间隔。
[0015] 根据本发明一辅助方面，提供一种制造 RGB和/或CMYK全色光学显示装置的方法， 所述装置多个纳米结构阵列，所述纳米结构阵列设置为提供对应图像的多个子像素或子区 域的、宽范围颜色的显示。
[0016] 在一特定方面，提供一种制造光学显示装置的方法，包括提供一包括一表面的基 体，在所述基体表面上形成一第一光学亚波长纳米结构阵列以形成彩色图像的一第一像素 的一第一子像素，在所述基体表面上形成一第二光学亚波长纳米结构阵列以形成彩色图像 的一第一像素的一第二子像素，其中，所述第一和第二子像素根据添加式或删减式颜色体 系限定所述彩色图像的所述第一像素的一颜色。
[0017] 在根据本发明的一方面制造光学显示装置的辅助方法中，形成所述第一和第二纳 米结构阵列包括在所述基体表面之内或之上印制、印刷、浮雕、压花、模制、刻蚀或雕刻中的 一种或多种。
[0018] 结合附图和详细描述，本发明的进一步的实施例和优点会显而易见。
【附图说明】
[0019] 现在参考附图描述根据本发明的、使用纳米结构阵列的RGB和/或CMYK全色显示以 及其制造方法，所述显示例如是光学显示装置，附图中：
[0020] 图1示出了根据本发明一个实施例的示例性RGB彩色显示的示意图，其包括多个纳 米结构阵列，所述纳米结构阵列设置为通过衍射反射的或透射的入射白光而产生一 RGB子 像素或图像子区域的红、绿、蓝组成色中的每一个。
[0021] 图2示出了根据本发明一个实施例的示例性纳米结构阵列的示意图，所述纳米结 构阵列提供对入射光的选择性衍射以形成全色RGB和/或CMYK显示的多个颜色。
[0022]图3示出了根据本发明一个实施例的、示例性全色RGB和/或CMYK纳米结构显示的 示意图，其显示包括多个单独像素或图像子区域的全色图像，每一像素包括设置为一个或 多个预定设置的多个纳米结构阵列，以提供每一像素的一理想颜色。
[0023] 图4示出了根据本发明一个实施例的、示例性颜色像素图，其显示由在一预定设置 的多个带状纳米结构阵列颜色条形成的多个RGB和/或CMYK子像素颜色，以显示理想的子像 素颜色。
[0024] 图5示出了根据本发明一个示例性实施例的、示例性正方形和六边形点阵纳米结 构阵列的示意图，用于提供在不同波长、颜色和强度对入射光的选择性衍射。
[0025]图6示出了示例性衍射光栅61和示例性纳米孔阵列62的立体图。
【具体实施方式】
[0026]根据本发明的一个实施例，根据本发明一个方面的全色RGB和/或CMYK彩色显示可 以包括一光学显示装置，其包括一基体，其中所述基体的一表面印制或浮雕(或者其他方式 成型)有多个光学亚波长纳米阵列诸如纳米孔阵列，以利用衍射反射的和/或透射的入射光 来产生高分辨率的图像。在另一实施例中，全色RGB和/或CMYK彩色显示可以应用作为光学 安全装置，所述全色RGB和/或CMYK彩色显示例如是光学显示装置，