用于rgb和cmyk彩色顯示的納米結(jié)構(gòu)陣列衍射光學(xué)元件的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 在先申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)涉及申請(qǐng)日為2013年5月10日的、美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/822,166并請(qǐng)求其 優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此整體引作參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明整體涉及光學(xué)顯示，具體來說，本發(fā)明涉及使用納米結(jié)構(gòu)陣列的全色光學(xué) 安全顯示以及其制造和使用方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 衍射光柵
[0005] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一方面，由周期性結(jié)構(gòu)構(gòu)成的衍射光柵是已知的，所述周期性結(jié) 構(gòu)導(dǎo)致入射光衍射。在這些情形，衍射可能以穿透模式（例如棱鏡）或反射模式（例如CD和 DVD)進(jìn)行，所述衍射可能是因?yàn)榘ㄋ鲋芷谛越Y(jié)構(gòu)的基體的透射或反射特性。在這一情 形，所述周期性結(jié)構(gòu)的周節(jié)或間隔，通常被稱作光柵周期，對(duì)漫射角具有逆效應(yīng)。
[0006] 在現(xiàn)有技術(shù)的這一方面中，具有可見光譜(λ)周期率和孔直徑小于λ/2的納米孔陣 列也可以衍射以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色。在一個(gè)這樣的方面中，納米特征的物理設(shè)置以及點(diǎn)陣類型和 周期率可以限定衍射波長(zhǎng)的強(qiáng)度，所述強(qiáng)度可以比利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)的微尺度光柵所獲得的 波長(zhǎng)基本上高。對(duì)于任何衍射光柵，透射或反射的峰值強(qiáng)度隨給定區(qū)域的狹縫數(shù)(Ν)的函數(shù) 而增加，尤其隨Ν 2而增加。在一級(jí)峰值看到的顏色變得更容易區(qū)分，導(dǎo)致更高的色分辨率， 即更鮮艷、更清晰的顏色。例如，帶有間隔500nm(納米)的衍射光柵與間隔lOOOnm(納米）的 光柵相比呈現(xiàn)四倍的強(qiáng)度，同時(shí)產(chǎn)生更清楚區(qū)分的彩條。視覺上，納米級(jí)特征顯得更亮，在 光線較暗的時(shí)候尤其明顯，它們特定的顏色隨著視角的變化顯得更純色（即顏色較少地呈 "彩虹狀"）。衍射光柵將白光分成多個(gè)顏色。這些顏色的強(qiáng)度（I)和色分辨率取決于在給定 區(qū)域的狹縫的大小和密度，如下式：
[0007]
[0008] 因?yàn)樗鼈儶?dú)特的明亮光學(xué)效果，這些納米級(jí)光柵已經(jīng)用于一些應(yīng)用中來替代全息 圖，例如現(xiàn)有技術(shù)的一些安全應(yīng)用中。
[0009] 彩色顯示
[0010] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的另一方面，已知的是，使用一種或多種顏色限定體系來提供寬范 圍顏色的彩色光學(xué)顯示。在一個(gè)這一方面，RGB顏色體系或模型使用單獨(dú)的紅、綠、藍(lán)子像素 在電子顯示器疊加式限定每一種RGB復(fù)合像素的顏色。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的又一方面，CMYK顏色 體系或模型使用單獨(dú)的藍(lán)綠色、品紅色、黃色和墨色（或黑色）墨水或子像素在電子顯示中 或者在背光或白色基體上印刷顯示中刪減式限定每一種CMYK像素的顏色或圖像子區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在此公開的一些特征、方面和實(shí)例涉及利用納米結(jié)構(gòu) 陣列的RGB和CMYK全色顯示。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一些特征、方面和實(shí)例涉及利用 納米結(jié)構(gòu)陣列制造 RGB和CMYK全色顯示的方法。另外的特征、方面和實(shí)例在此會(huì)詳細(xì)討論。 [0012]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種RGB和/或CMYK全色光學(xué)顯示裝置，其包括多個(gè) 納米結(jié)構(gòu)陣列，這些納米陣列設(shè)置為提供對(duì)應(yīng)圖像的多個(gè)像素或子區(qū)域的寬范圍顏色的顯 示，其中所述多個(gè)納米結(jié)構(gòu)陣列形成在一個(gè)單個(gè)的基體層上。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通過一種光學(xué)顯示裝置，其包括具有一表面的基體和彩 色圖像的一第一像素，所述第一像素包括根據(jù)疊加式和刪減式顏色體系中至少一個(gè)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體之上或之內(nèi)的一第一光學(xué)亞波 長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)陣列，所述第二子像素包括形成在所述基體之上或之內(nèi)的一第二光學(xué)亞波長(zhǎng)納 米結(jié)構(gòu)陣列。
[0014] 在本發(fā)明又一輔助方面中，所述光學(xué)顯示裝置可以包括一光學(xué)安全裝置，所述彩 色圖像包括多個(gè)光學(xué)可見特征并可以操作以驗(yàn)證包括所述光學(xué)安全裝置的物品。在又一方 面中，所述光學(xué)顯示裝置可以包括一第一納米結(jié)構(gòu)陣列和一第二納米結(jié)構(gòu)陣列，所述第一 納米結(jié)構(gòu)陣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顏色，所述第二 納米結(jié)構(gòu)陣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顏色。根據(jù)本發(fā) 明又一方面，所述光學(xué)顯示裝置包括一第一納米結(jié)構(gòu)陣列和一第二納米結(jié)構(gòu)陣列，所述第 一納米結(jié)構(gòu)陣列包括設(shè)置為具有納米結(jié)構(gòu)之間的一第一周期性間隔的一第一周期性點(diǎn)陣 的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，所述第二納米結(jié)構(gòu)陣列包括設(shè)置為具有納米結(jié)構(gòu)之間的一第二周期性間 隔的一第二周期性點(diǎn)陣的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，其中所述第一周期性間隔不同于所述第二周期性 間隔。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明一輔助方面，提供一種制造 RGB和/或CMYK全色光學(xué)顯示裝置的方法， 所述裝置多個(gè)納米結(jié)構(gòu)陣列，所述納米結(jié)構(gòu)陣列設(shè)置為提供對(duì)應(yīng)圖像的多個(gè)子像素或子區(qū) 域的、寬范圍顏色的顯示。
[0016] 在一特定方面，提供一種制造光學(xué)顯示裝置的方法，包括提供一包括一表面的基 體，在所述基體表面上形成一第一光學(xué)亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)陣列以形成彩色圖像的一第一像素 的一第一子像素，在所述基體表面上形成一第二光學(xué)亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)陣列以形成彩色圖像 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據(jù)添加式或刪減式顏色體 系限定所述彩色圖像的所述第一像素的一顏色。
[0017] 在根據(jù)本發(fā)明的一方面制造光學(xué)顯示裝置的輔助方法中，形成所述第一和第二納 米結(jié)構(gòu)陣列包括在所述基體表面之內(nèi)或之上印制、印刷、浮雕、壓花、模制、刻蝕或雕刻中的 一種或多種。
[0018] 結(jié)合附圖和詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯而易見。
【附圖說明】
[0019] 現(xiàn)在參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的、使用納米結(jié)構(gòu)陣列的RGB和/或CMYK全色顯示以 及其制造方法，所述顯示例如是光學(xué)顯示裝置，附圖中：
[0020] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性RGB彩色顯示的示意圖，其包括多個(gè)納 米結(jié)構(gòu)陣列，所述納米結(jié)構(gòu)陣列設(shè)置為通過衍射反射的或透射的入射白光而產(chǎn)生一 RGB子 像素或圖像子區(qū)域的紅、綠、藍(lán)組成色中的每一個(gè)。
[0021] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性納米結(jié)構(gòu)陣列的示意圖，所述納米結(jié) 構(gòu)陣列提供對(duì)入射光的選擇性衍射以形成全色RGB和/或CMYK顯示的多個(gè)顏色。
[0022]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、示例性全色RGB和/或CMYK納米結(jié)構(gòu)顯示的 示意圖，其顯示包括多個(gè)單獨(dú)像素或圖像子區(qū)域的全色圖像，每一像素包括設(shè)置為一個(gè)或 多個(gè)預(yù)定設(shè)置的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)陣列，以提供每一像素的一理想顏色。
[0023] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的、示例性顏色像素圖，其顯示由在一預(yù)定設(shè)置 的多個(gè)帶狀納米結(jié)構(gòu)陣列顏色條形成的多個(gè)RGB和/或CMYK子像素顏色，以顯示理想的子像 素顏色。
[0024] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的、示例性正方形和六邊形點(diǎn)陣納米結(jié) 構(gòu)陣列的示意圖，用于提供在不同波長(zhǎng)、顏色和強(qiáng)度對(duì)入射光的選擇性衍射。
[0025]圖6示出了示例性衍射光柵61和示例性納米孔陣列62的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的全色RGB和/或CMYK彩色顯示可 以包括一光學(xué)顯示裝置，其包括一基體，其中所述基體的一表面印制或浮雕(或者其他方式 成型)有多個(gè)光學(xué)亞波長(zhǎng)納米陣列諸如納米孔陣列，以利用衍射反射的和/或透射的入射光 來產(chǎn)生高分辨率的圖像。在另一實(shí)施例中，全色RGB和/或CMYK彩色顯示可以應(yīng)用作為光學(xué) 安全裝置，所述全色RGB和/或CMYK彩色顯示例如是光學(xué)顯示裝置，