CN112346156B - 结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置，该结构色基板包括衬底、多个像素墙结构以及多个纳米凸起，多个像素墙结构相互平行的设置在衬底上，相邻的两个像素墙结构限定出像素带；各像素带中分别独立地设置有多个纳米凸起，且像素带中的多个纳米凸起阵列排布。通过像素墙结构限定出像素带，各像素带中设置有多个纳米凸起，各像素带中的多个纳米凸起呈周期性排布，通过调节纳米凸起间距周期，可选择加强某波长的色调，从而达到调节衍射颜色的色调。由于纳米凸起为物理结构，稳定可靠，避免了传统的胶体墨水中胶体晶体粒子胶粒间距很难控制的问题。

Description

结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置

技术领域

本发明涉及结构色显示技术领域，特别是涉及一种结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置。

背景技术

通常的颜色再现过程需要采用油墨、颜料、染料等材料，这种颜色再现过程是依靠色素分子在外界光照下选择性的吸收、反射和透射某一特定可见光波范围的波长而显现不同的颜色感觉，这些颜色属于色素色。而这种色料的颜色会随着时间、环境等外界条件不断退化，难以长期存在，而且通常这种色料具有生物毒性，生物、环境相容性较差。

相对于色素着色，与微观结构密切相关的结构色是完全不同的一种颜色显示再现。结构色是由于光线经过周期性微观结构使得光线选择性干涉(折射、漫反射、衍射或干涉)加强而产生的颜色。结构色具有高彩度、色彩永久保持、虹彩现象、偏振效应等优异特点，其没有色素分子的影响，是一种非常环保的成色体系。传统的获得结构色的方法是使用胶体墨水，但由于胶粒间距难以控制，存在形成颜色不鲜艳等问题，难以进行大范围推广。

因此，目前的结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置，仍有待改进。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置，以解决传统的使用胶体墨水的获得结构色的方法胶粒间距难以控制而存在形成颜色不鲜艳的问题。

一种结构色基板，包括：

衬底；

多个像素墙结构，多个所述像素墙结构相互平行的设置在所述衬底上，相邻的两个所述像素墙结构限定出像素带；

多个纳米凸起，各所述像素带中分别独立地设置有多个所述纳米凸起，且所述像素带中的多个所述纳米凸起阵列排布。

在其中一个实施例中，所述像素带分为第一类像素带、第二类像素带和第三类像素带；

其中，在所述第一类像素带中，相邻的所述纳米凸起之间的距离为600～750nm，所述纳米凸起的峰底面的直径400～600nm，峰高为650～800nm；

在所述第二类像素带中，相邻的所述纳米凸起之间的距离为500～600nm，所述纳米凸起的峰底面的直径300～480nm，峰高为600～750nm；

在所述第三类像素带中，相邻的所述纳米凸起之间的距离为400～500nm，所述纳米凸起的峰底面的直径270～430nm，峰高为550～650nm。

在其中一个实施例中，所述第一类像素带、所述第二类像素带和所述第三类像素带依次交替排列。

在其中一个实施例中，所述像素墙结构的高度不低于所述纳米凸起的高度。

在其中一个实施例中，相邻的所述像素墙结构之间的距离为100～400μm。

在其中一个实施例中，所述像素墙结构的宽度为15～30μm。

在其中一个实施例中，所述像素墙结构的高度为1.5～3μm。

一种光学元件，包括：

上述任一实施例所述的结构色基板；

反射层，所述反射层覆盖至少一个所述纳米凸起的至少一部分表面；

透明折射层，所述透明折射层设置在所述反射层远离所述结构色基板的一侧。

在其中一个实施例中，所述光学元件进一步包括：

封装层，所述封装层覆盖所述透明折射层以及所述像素墙结构。

在其中一个实施例中，形成所述反射层的材料包括银、金、铜、钌、锇、铱和铂中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述反射层的厚度为100～300nm。

在其中一个实施例中，所述透明折射层的折射率不小于1.5。

在其中一个实施例中，所述透明折射层的厚度为1.5～5μm。

在其中一个实施例中，所述反射层覆盖部分所述纳米凸起，不同的所述纳米凸起上覆盖的所述反射层的厚度不完全相同。

一种光学元件的制作方法，包括以下步骤：

提供上述任一实施例所述的结构色基板；

获取目标图案的图像颜色参数；

根据所述图像颜色参数、打印路径，在所述结构色基板上打印纳米金属墨水，以形成图案化的所述结构色基板；

对所述图案化的所述结构色基板进行干燥处理，以获得所述光学元件。

在其中一个实施例中，所述目标图案的图像颜色参数是通过以下方式获得的：

对所述目标图案进行栅格化处理，以获得数字化参数；

根据数字化参数确定打印纳米金属墨水滴数的所述图像颜色参数。

在其中一个实施例中，在所述结构色基板上打印所述纳米金属墨水时，通过控制所述结构色基板上各区域上打印的所述纳米金属墨水的量，实现图案颜色的灰阶变化。

一种显示装置，该显示装置包括前面描述的光学元件或前面描述的方法制作的光学元件。

与现有方案相比，上述结构色基板、光学元件及其制作方法、显示装置具有以下有益效果：

上述结构色基板通过像素墙结构限定出像素带，各像素带中分别独立地设置有多个纳米凸起，且像素带中的多个纳米凸起阵列排布。通过调节同一像素带中相邻的纳米凸起之间的距离，可选择加强某波长的色调，从而达到调节衍射颜色的色调。每个像素带中，相邻的多个纳米凸起可以构成一个子像素单元，由此，每个像素带可视为在纵向方向上排列的多个相同的子像素单元，相同的子像素单元可以显示同一色调。由于多个像素带为相互平行设置，即在结构色基板上形成阵列排布的多个子像素单元，其中，同一像素带中的多个子像素单元相同。进一步地，在横向方向上相邻的若干子像素单元中，可以构成一个像素单元，例如横向上相邻的三个子像素单元可以构成一个像素单元，第一子像素单元、第二子像素单元、第三子像素单元构成一个像素单元，通过三个不同子像素单元的配合可以使形成的像素单元显示所需的色调。由此，结构色基板上可以形成阵列排布的多个像素单元，通过多个像素单元之间的配合最终形成所需的图案显示。即通过控制每个子像素单元是否参与衍射发光，可控制整体形成特定的图案显示。由于纳米凸起为物理结构，稳定可靠，避免了传统的胶体墨水中胶体晶体粒子胶粒间距很难控制的问题。

上述光学元件及其制作方法，在纳米凸起的表面上形成反射层，对入射光线选择性干涉加强而产生结构色，在反射层上形成透明折射层，透明折射层的折射率大于反射层的折射率，增大结构色显示的折射率差异，产生光子晶体结构，从而增强颜色显示，使得结构显色实用化。由于纳米凸起为物理结构，稳定可靠，避免了传统的胶体墨水中胶体晶体粒子胶粒间距很难控制的问题。

上述显示装置包括前面描述的光学元件或前面描述的方法制作的光学元件，由此可以具有前面描述的光学元件或方法所具有的全部特征以及优点。

附图说明

图1为一实施例的结构色基板的结构示意图；

图2为在图1所示结构色基板上形成反射层的示意图；

图3为包括图1所示结构色基板的光学元件的结构示意图。

附图标记：

100：结构色基板；110：衬底；120：像素墙结构；140：纳米凸起。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例的结构色基板100，包括衬底110、像素墙结构120以及纳米凸起140。

其中，像素墙结构120有多个，多个像素墙结构120相互平行设置在衬底110上。相邻的两个像素墙结构120限定出像素带，各像素带中分别独立地设置有多个纳米凸起140，且像素带中的多个纳米凸起140阵列排布。

同一像素带中阵列排布的多个纳米凸起140之间的距离相同，即呈现周期性排布。在本发明中同一像素带中纳米凸起140之间的距离指周期间距，例如相邻纳米凸起的底面中心点之间的距离。不同的像素带中阵列排布的多个纳米凸起140之间的距离可以不相同。

纳米凸起140为纳米尺度，例如相邻的纳米凸起140之间的距离即纳米凸起间距周期为400～700nm。

当尺度进行到介观范围，材料的尺寸与光波可相比拟，其对光波的传输具有调制作用，使得光波具有相加相长或相加相消的效果。通过调节材料微结构的尺寸，会得到不同波长加强的光波，从而得到从蓝光到红光一系列的颜色。颜色的色调与微结构的尺寸相对应：在能产生与结构尺寸对应的结构色的微结构范围，微结构尺寸越大，其产生的颜色波长越长，即越红；微结构尺寸越小，其产生的颜色波长越短，即越蓝。因此，可以得到与颜色色调一一对应的微结构阵列尺寸。本发明通过调节纳米凸起间距周期可选择加强某波长的色调，从而实现衍射颜色色调的调节。

如图2所示，上述结构色基板100可通过喷墨打印等方式在部分或者全部纳米凸起140上形成反射层20，对入射光线选择性干涉加强而产生结构色，“点亮”特定位置的微结构，相当于构成“发光的”像素区域。

上述结构色基板100通过像素墙结构120限定出像素带，各像素带中设置有多个纳米凸起140，各像素带中分别独立地设置有多个纳米凸起140，且像素带中的多个纳米凸起阵列排布，且同一像素带中的多个纳米凸起140之间的距离相同，通过调节同一像素带中相邻的纳米凸起之间的距离，可选择加强某波长的色调，从而达到调节衍射颜色的色调。每个像素带中，相邻的多个纳米凸起可以构成一个子像素单元，由此，每个像素带可视为在纵向方向上排列的多个相同的子像素单元，相同的子像素单元可以显示同一色调。由于多个像素带为相互平行设置，即在结构色基板上形成阵列排布的多个子像素单元，其中，同一像素带中的多个子像素单元相同。进一步地，在横向方向上相邻的若干子像素单元中，可以构成一个像素单元，例如横向上相邻的三个子像素单元可以构成一个像素单元，第一子像素单元、第二子像素单元、第三子像素单元构成一个像素单元，通过三个不同子像素单元的配合可以使形成的像素单元显示所需的色调。由此，结构色基板上可以形成阵列排布的多个像素单元，通过多个像素单元之间的配合最终形成所需的图案显示。即通过控制每个子像素单元是否参与衍射发光，可控制整体形成特定的图案显示。由于纳米凸起140为物理结构，稳定可靠，避免了传统的胶体墨水中胶体晶体粒子胶粒间距很难控制的问题。

本发明中结构色基板显示通过微结构形貌来调控其特定色调，包括纳米凸起的凸起峰的高度、凸起峰间距、凸起峰本身的尺寸、形状等都会影响产生结构色的纯度(色彩饱和度)。对于结构色的产生，纳米凸起140的间距、峰高、峰底直径相互制约底面直径和峰高对于产生颜色的饱和度影响较大，太高或太低都不利于产生纯度很高的色彩。

如图1所示，在其中一个示例中，像素带分为第一类像素带131、第二类像素带132和第三类像素带133。同一类像素带中的多个纳米凸起之间的距离相同。

在第一类像素带131中，相邻的纳米凸起140之间的距离为600～750nm，峰底面的直径为400～600nm，峰高为650～800nm，衍射颜色呈现红色。

在第二类像素带132中，相邻的纳米凸起140之间的距离为500～600nm，峰底面的直径300～480nm，峰高为600～750nm，衍射颜色呈现绿色。

在第三类像素带133中，相邻的纳米凸起140之间的距离为400～500nm，峰底面的直径为270～430nm，峰高为550～650nm，衍射颜色呈现蓝色。

在图1所示的具体示例中，在第一类像素带131内，相邻的纳米凸起140之间的距离为650nm，纳米凸起140峰底面的直径为500nm，峰高为750nm。在第二类像素带132内，相邻的纳米凸起140之间的距离为550nm，纳米凸起140峰底面的直径400nm，峰高为670nm。在第三类像素带133内，相邻的纳米凸起140之间的距离为450nm，纳米凸起140峰底面的直径为365nm，峰高为570nm。

第一类像素带131、第二类像素带132和第三类像素带133依次交替排列。这种原色微结构阵列单元在衬底110作为一个重复单元，可以无限重复形成整个画面的显示基础结构。

每个条带状的像素带可视为多个子像素在纵向上紧密排列形成。在图1所示的具体示例中，一个第一类像素带131可视为多个红色子像素在纵向上紧密排列形成，一个第二类像素带132可视为多个绿色子像素在纵向上紧密排列形成，一个第三类像素带133可视为多个蓝色子像素在纵向上紧密排列形成，横向上相邻的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素可以构成一个RGB像素单元，即在相邻的三个像素带中，可有多个在纵向上排列的RGB像素单元，由此，可以形成阵列排布的多个RGB像素单元。进一步地，通过控制每个子像素是否参与衍射发光，可控制整体形成特定的图案显示。

通过三种不同周期的纳米凸起140显示三原色的搭配，可以方便显示更多颜色。在其他示例中，也可以形成单一周期的纳米凸起140呈现其他颜色，如以红、橙、黄、绿、青、蓝、紫作为原色。在色品图上，任意三点(不在同一直线上)或多点构成凸多边形，其由凸多边形为顶点的色调通过某种混合比例可以合成出凸多边形内部范围内所有的颜色。凸多边形顶点的色调即称为原色，最常见的有红绿蓝RGB三原色，CMYK四原色(Cyan、Magenta、Yellow、black)等。本发明以RGB三色为例来说明结构色基板，但保护的范围远超于此，任何只要在色品图上能够围成凸多边形的色调均能成为原色，而显示原色数量也不限于三种。不管是几原色显示，其制备过程及实现方法、显示原理是相似的。

像素墙结构120的高度不低于纳米凸起140的高度。

在其中一个示例中，像素墙结构120的高度高于纳米凸起140的高度。不同周期的纳米凸起140之间通过像素墙结构120分开，像素墙结构120的高度高于纳米凸起140，在后续工艺过程中，限制滴落的纳米金属墨水液滴的流动，避免由于墨水流动而在不同纳米凸起之间的混合，尽量避免因墨水流动而造成后续显示偏差等缺陷。

在本示例中，通过这种条状的像素墙结构120，不仅节省制作工序，而且降低了喷墨打印的难度，同时墨水材料被限制在所规定的区域不易活动，可实现超高分辨精细打印。

这样，在这个显示***中存在2种阵列：一个是周期不同的纳米凸起140形成的阵列，另一个是分隔不同纳米凸起140的像素墙结构120形成的阵列。纳米凸起140为纳米尺度加工，可用电子束光刻、纳米压印等方法实现。例如，在石英等基底表面通过蒸镀一层金属，随后在其上旋涂电子束光刻胶，烘烤后形成薄膜。然后对薄膜运用电子束光刻***进行图案化，形成图案化的光刻胶微结构。随后通过干法刻蚀对基底进行刻蚀，形成精度很高的纳米凸起，作为纳米压印的模具。然后通过纳米压印的工艺便可实现纳米凸起的制作。

像素墙结构120为微米量级加工，可用光刻、湿刻、丝网印刷等方法实现。可以选择的工艺类别和窗口较宽，一般的光刻都可以完成，比如可以直接在制作了纳米凸起140的衬底110上制作具有光敏性质的材料作为像素墙结构120，也可以通过较复杂的光刻工艺先形成像素墙结构120，然后再经过纳米压印在像素墙结构120之间形成纳米凸起140。此外，也可以选择合适的工艺，用电子束光刻***纳米压印一次性制作出带有像素墙结构的纳米凸起阵列。

在其中一个示例中，像素墙结构120的宽度在15～30μm之间，高度为1.5～3μm。

在其中一个示例中，相邻的所述像素墙结构之间的距离为100～400μm。

进一步地，如图3所示，本发明还提供一种光学元件200，包括上述任一示例的结构色基板、反射层210以及透明折射层220。由此，该光学元件可以具有前面描述的结构色基板所具有的全部特征以及优点。

反射层210覆盖至少一个纳米凸起140的至少一部分表面，即反射层210覆盖于部分或全部纳米凸起140的表面上，透明折射层220设置在反射层210上。

在其中一个示例中，透明折射层220的折射率大于反射层210的折射率。

在其中一个示例中，反射层210的材质为金属，如金属银、金、铜、钌、锇、铱和铂中的至少一种。在一个具体的示例中，反射层210的材质为银。反射层210可通过在纳米凸起140上打印纳米金属墨水，烧结成膜。其中，纳米银可以方便制备成纳米墨水，更容易实现在纳米凸起140上形成膜层。

光学元件200显示的颜色可以通过反射层210的有无或厚度来精确控制，反射层210的有无控制色调，反射层210的厚度控制灰度。通过控制反射层210的厚度，从而调控光反射，即控制颜色的亮度，形成图像的灰阶变化。

在其中一个示例中，反射层210的厚度为100～300nm。

结构色的产生核心是产生光子晶体结构，这种结构需要光波在各种介质之间传输时，折射率差异需要较大。通过在反射层210之上设置高折射率的透明电介质材料，可实现结构色的显示。

在其中一个示例中，透明折射层220包括聚合物基体以及分散于聚合物基体中的无机纳米颗粒。其中，无机纳米颗粒具有高折射率，可以是但不限于二氧化钛、氧化锆中的一种或多种。

在其中一个示例中，透明折射层220的折射率不小于1.5。在其中一个示例中，透明折射层220的折射率为1.5～2。

在其中一个示例中，透明折射层220的厚度为1.5～5μm。在一些具体的示例中，透明折射层220的厚度为2μm、3μm、4μm。

如图3所示，在其中一个示例中，光学元件200还包括封装层230，封装层230覆盖透明折射层220以及像素墙结构120。即封装层230设置在透明折射层220之上。

进一步地，本发明还提供一种光学元件200的制作方法，包括以下步骤：

步骤S100，提供上述任一示例的结构色基板100；

步骤S200，获取目标图案的图像颜色参数；

步骤S300，根据所述图像颜色参数、打印路径，在结构色基板100上打印纳米金属墨水，以形成图案化的所述结构色基板；

步骤S400，对图案化的结构色基板进行干燥处理，以获得所述光学元件。

在其中一个示例中，步骤S100包括：

步骤S101，制作或提供衬底110；

步骤S102，在衬底110上制作多个像素墙结构120，多个像素墙结构120相互平行设置，相邻的两个像素墙结构120限定出像素带；

步骤S103，在各像素带中制作多个纳米凸起140，各像素带中的多个纳米凸起140阵列排布，且同一像素带中的多个纳米凸起140之间的距离相同。

在其中一个示例中，可用光刻、湿刻或丝网印刷制作。具体地，可以选择的工艺类别和窗口较宽，一般的光刻都可以完成，比如可以直接在制作了纳米凸起140的衬底110上制作具有光敏性质的材料作为像素墙结构120，也可以通过较复杂的光刻工艺先形成像素墙结构120，然后再经过纳米压印在像素墙结构120之间形成纳米凸起140。此外，也可以选择合适的工艺，用电子束光刻***纳米压印一次性制作出带有像素墙结构的纳米凸起阵列。

在其中一个示例中，制作纳米凸起140方法是对衬底110进行光刻或纳米压印。例如，在石英等基底表面通过蒸镀一层金属，随后在其上旋涂电子束光刻胶，烘烤后形成薄膜。然后对薄膜运用电子束光刻***进行图案化，形成图案化的光刻胶微结构。随后通过干法刻蚀对基底进行刻蚀，形成精度很高的纳米凸起，作为纳米压印的模具。然后通过纳米压印的工艺便可实现纳米凸起的制作。

在其中一个示例中，目标图案的图像颜色参数是通过以下方式获得的：

对所述目标图案进行栅格化处理，以获得数字化参数；

根据数字化参数确定打印纳米金属墨水滴数的所述图像颜色参数。

例如，通过对目标图案进行栅格化处理，可获得目标图案上各区域位点的RGB值，根据这些各区域位点的RGB值通过内部计算打印路径，在结构色基板100上各区域打印相应滴数的纳米金属墨水，相当于“点亮”相应的子像素单元，宏观尺度上得到颜色混合后整体的眼睛感知的颜色结果。

更具体地，显示的颜色可以通过单位面积打印纳米金属墨水的有无或多少来精确控制，有无控制色调，多少控制灰度。通过控制纳米金属墨水打印墨滴数量，可以控制反射层210的厚度，从而调控光反射，即控制颜色的亮度，即可形成图像的灰阶变化。根据所需图像的颜色需求不同，对基板进行图案化，再转化成所需纳米金属墨水的打印量，这样就得到了打印纳米金属墨水滴数的图案化数据，喷墨打印设备随即根据墨水的图案化数据经内部计算打印路径，打印出图案化的墨水，体现出了原图像所需的色度、亮度、饱和度、灰度等颜色值，从而实现原设计的颜色再现。

在其中一个示例中，衬底110上各区域打印银墨水体积为0～0.001pL/μm²，通过控制微液滴体积与体积台阶，每种颜色可实现10～50级不同灰度再现。例如20级不同灰度，则体积台阶为0.0005pL/μm²。

在图示的具体示例中，在一个原色微结构阵列里，每两条像素墙结构120之间形成同一种颜色，这种设计可有效提高喷墨打印的效率，降低工艺成本。喷墨打印过程中要用到很多的喷嘴，有些喷嘴喷射的体积、速度及角度等难免会偏离目标值，造成落滴位置不准等打印的缺陷。在本示例中，可运用所有的喷嘴在打印测试基板上进行打印出一整列墨滴，根据打印结果墨滴所成曲线的形貌自动校准每个喷嘴的喷墨波形以及喷墨时序，通过几次补偿，喷墨落滴位置即被校正到一条直线上，在另一方向上则不需要这样的校正，墨水会自动流平，形成均匀的像素，减少了工艺复杂度，利于墨滴的精准沉积。通过这种打印方式匹配这种条状的像素墙结构120，可大大提高打印生产效率，降低喷墨打印等技术的实现难度。在保证打印分辨率的同时，既提高了打印效率，又降低了打印难度。

在其中一个示例中，上述纳米金属墨水包含以下原料：纳米金属颗粒10wt％、乙二醇50wt％、三乙二醇单甲醚20wt％、异丙醇20wt％。在其中一个示例中，纳米金属颗粒采用纳米银，其粒径小于50nm。在打印过程中，保持打印平台温度为40℃～50℃，使得打印过程中溶剂较快挥发，最后经UV固化，烘烤干燥后形成银膜层。需要说明的是，该纳米金属颗粒可以是前面描述的形成反射层的材料，即该纳米金属颗粒可以包括银、金、铜、钌、锇、铱和铂中的至少一种。

在其中一个示例中，在反射层210上形成透明折射层220的方法是在反射层210上涂布一层可UV或高温交联的含有高折射率无机纳米颗粒的聚合物材料，固化形成一层高折射率材料，涂布的方式可以是滴涂、刮涂或狭缝涂布等。

在一个具体的示例中，透明折射层220采用Norland NOA170紫外固化胶涂布形成，其核心材料为氧化锆纳米晶材料，其折射率为1.7。

上述结构色RGB显示原理与传统显示RGB相似，也是通过图案化选择让RGB在微小范围内不同亮度混合，从而在宏观尺度上得到颜色混合后整体的眼睛感知的颜色结果。本申请所述的结构色显示基板在前期制作显示实质物质的时候就已经通过喷墨打印银墨水实现了显示图像的潜影，再经过干燥等工艺置于白光环境下在特定角度使得图像显现出来，可在不同角度会出现不同色调的显示图案，后续图像也不会改变，属于静态图像显示，由于图像可随着角度而呈现不同的颜色感觉，可应用于防伪、家用涂装、传感器等领域。

不同于传统RGB显示方案(通过在实际显示过程中，电压或电流来控制RGB子像素的各自亮度，从而实现在一个像素不同比例RGB混合产生一种特定颜色)，预先制备出与三原色对应的微结构，随后通过喷墨打印技术的图案化方法选择性的“点亮”特定位置的微结构，从而使得特定位置的某种颜色显现出来。子像素单位面积上的打印墨水体积的多少来决定其子像素的亮度，通过用喷墨打印在特定位置上的特定子像素上滴落特定的墨水，则可实现在显示过程中不同比例RGB混合的目的，达到不同色调的显示。从而实现图像显示。

上述光学元件200及其制作方法，在纳米凸起140的表面上形成反射层210，对入射光线选择性干涉加强而产生结构色，在反射层210上形成透明折射层220，透明折射层220的折射率大于反射层210的折射率，增大结构色显示的折射率差异，产生光子晶体结构，从而增强颜色显示，使得结构显色实用化。由于纳米凸起140为物理结构，稳定可靠，避免了传统的胶体墨水中胶体晶体粒子胶粒间距很难控制的问题。

本申请的光学元件200以及喷墨印刷方法所形成的颜色显示，可应用于发光显示领域，只要能够实现寻址，便可以用于动态显示，显示出视频图像。

进一步地，本发明还提供一种显示装置，该显示装置包括前面描述的光学元件或前面描述的方法制作的光学元件。由此，该显示装置可以具有前面描述的光学元件或方法所具有的全部特征以及优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种结构色基板，其特征在于，包括：

衬底；

多个像素墙结构，多个所述像素墙结构相互平行的设置在所述衬底上，相邻的两个所述像素墙结构限定出像素带；

多个纳米凸起，各所述像素带中分别独立地设置有多个所述纳米凸起，且所述像素带中的多个所述纳米凸起阵列排布；

所述像素带分为第一类像素带、第二类像素带和第三类像素带，所述第一类像素带、所述第二类像素带和所述第三类像素带依次交替排列；

其中，在所述第一类像素带中，相邻的所述纳米凸起之间的距离为600～750nm，所述纳米凸起的峰底面的直径400～600nm，峰高为650～800nm；

在所述第二类像素带中，相邻的所述纳米凸起之间的距离为500～600nm，所述纳米凸起的峰底面的直径300～480nm，峰高为600～750nm；

在所述第三类像素带中，相邻的所述纳米凸起之间的距离为400～500nm，所述纳米凸起的峰底面的直径270～430nm，峰高为550～650nm；

反射层，所述反射层覆盖部分所述纳米凸起，不同的所述纳米凸起上覆盖的所述反射层的厚度不完全相同。

2.如权利要求1所述的结构色基板，其特征在于，所述像素墙结构的高度不低于所述纳米凸起的高度。

3.如权利要求1所述的结构色基板，其特征在于，相邻的所述像素墙结构之间的距离为100～400μm。

4.如权利要求1～3任一项所述的结构色基板，其特征在于，

所述像素墙结构的宽度为15～30μm；和/或

所述像素墙结构的高度为1.5～3μm。

5.一种光学元件，其特征在于，包括：

如权利要求1～4任一项所述的结构色基板；

透明折射层，所述透明折射层设置在所述反射层远离所述结构色基板的一侧。

6.如权利要求5所述的光学元件，其特征在于，进一步包括：

封装层，所述封装层覆盖所述透明折射层以及所述像素墙结构。

7.如权利要求6所述的光学元件，其特征在于，形成所述反射层的材料包括银、金、铜、钌、锇、铱和铂中的至少一种；和/或

所述反射层的厚度为100～300nm；和/或

所述透明折射层的折射率不小于1.5；和/或

所述透明折射层的厚度为1.5～5μm。

8.一种光学元件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供权利要求1～4任一项所述的结构色基板；

获取目标图案的图像颜色参数；

根据所述图像颜色参数、打印路径，在所述结构色基板上打印纳米金属墨水，以形成图案化的所述结构色基板；

对图案化的所述结构色基板进行干燥处理，以获得所述光学元件。

9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述目标图案的图像颜色参数是通过以下方式获得的：

对所述目标图案进行栅格化处理，以获得数字化参数；

根据数字化参数确定打印纳米金属墨水滴数的所述图像颜色参数。

10.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，在所述结构色基板上打印所述纳米金属墨水时，通过控制所述结构色基板上各区域上打印的所述纳米金属墨水的量，实现图案颜色的灰阶变化。

11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求5～7任一项所述的光学元件或如权利要求8～10任一项所述的方法制作的光学元件。

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