[发明专利]用于运动和动画显示的纳米结构阵列衍射光学元件

说明书

在先申请

本申请涉及申请日为2013年5月9日的、美国临时专利申请61/821,714和申请日为2013年5月10日的、美国临时专利申请61/822,166并请求它们的优先权，它们的内容在此整体引作参考。

技术领域

本发明整体涉及光学安全显示，具体来说，本发明涉及使用纳米结构阵列的光学安全运动和动画显示以及其制造和使用方法。

背景技术

衍射光栅

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，通常被称作点阵周期，对漫射角具有逆效应。

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光以产生结构色。在一个这样的方面中，纳米特征的物理设置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(N)的函数而增加，尤其随N²而增加。在一级峰值看到的颜色变得更容易区分，导致过高的色分辨率，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1000nm(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：

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。

运动和动画显示

根据现有技术的另一方面，已知的是，运动和动画光学显示提供这样的显示或运动错觉，使用在不同位置的多帧类似的或相关的图像并一次呈献一帧给观看者。在一个这一方面，一遮板或光栅层可以在一第二层上移动，显示彼此形成夹层的多个重叠的帧以显示连续多帧给观看者，例如以“浏览动画”型的遮板动画显示。根据现有技术的又一方面，衍射光栅次级层、极化次级层、透镜镜头、全息干涉图像和/或光波干涉中的一种或多种可以用于在其他运动和动画显示中交替或选择性浏览多幅单独的图像帧。

发明内容

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运动和动画显示。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运动和动画显示的方法。另外的特征、方面和实例在此会详细讨论。

根据本发明的第一方面，提供一种运动和动画显示，其包括多个纳米结构阵列，这些纳米结构阵列朝向为对应一个动画图像的多个帧的多个不同旋转角，其中所述多个纳米结构阵列形成在一个单个的基体层上。

根据本发明的另一方面，提供一种光学显示装置，其包括一具有一表面的基体、动画图像的一第一帧和动画图像的一第二帧，所述动画图像的第一帧包括一形成在所述基体的所述表面之上或之内的第一光学亚波长纳米结构阵列，所述动画图像的第二帧包括一形成在所述基体的所述表面之上或之内的第二光学亚波长纳米结构阵列，其中，所述第二纳米结构阵列相对所述第一纳米结构阵列旋转了一第一相对旋转角。

根据本发明的一补充方面，所述光学显示装置可以包括一光学安全装置，所述动画图像包括多个光学可见的特征并可以操作以视觉验证包括所述光学安全装置的物品。在另一方面，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相对于所述基体的一第一可视角度衍射入射光，所述第二纳米结构阵列可以操作以相对于所述基体的一第二可视角度衍射入射光，使得所述动画图像的所述第一帧能够在所述第一可视角度看到而所述动画图像的所述第二帧能够在所述第二可视角度看到。在本发明又一方面，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一第二周期性点阵的多个纳米结构，其中，所述第二周期性点阵相对所述第一周期性点阵旋转以一第一相对旋转角。