本發(fā)明涉及光學效應結構，特別是光學涂層結構，當所述結構應用至物體表面或形成的結構，或應用至黑色/彩色著色物體上，所述結構用于賦予物體所需顏色或亞光效果，從而在環(huán)境-物體界面增強透射，或者使僅在窄部分可觀察到全方位反射時。

背景技術：

光學涂層結構由一個或多個材料薄層堆疊而成，所述材料以某種方式沉積在基片或物體上，從而改變了物體反射和透射光的方式。所述薄層沉積的厚度通常在10-200nm之間。

例如，已知四分之一波長多層反射體是光學薄膜產品的組件。這種多層反射體通常包括兩個或多個具有不同折射率的電介質材料的交替層，其中每層具有與反射光的四分之一主波長對應的光學厚度(例如，所述層的幾何厚度乘以所述層材料的折射率)。這里，反射光的波長隨入射角和反射角而改變，從而人們從不同視角可觀察到不同顏色；被稱為彩虹色的視覺效果。

以這種方式，可將光學涂層結構構造為準確地并有選擇性地反射可見光的某些波長，從而賦予物體所需顏色。不像油漆，其中顏色是由粘合劑結合在一起的色素或染料決定的，而光學涂層結構可在非常窄的波長范圍內實現從接近全反射到最大透射的轉變，能在不同波長產生精確差異。從而，盡管每種顏色僅在一個非常窄的范圍內可被觀察到，涂有這種結構的物體能呈現明顯和清晰的顏色。

已知JP-A-2005/153192提供一種光學涂層結構，包括一個基本結構，該結構會被刻蝕用于提供具有大量小裂縫(小于500nm)的表面，該表面具有沿垂直于所述結構的表面延伸的側面。在所述基本結構的頂部是由交替沉積在基片上的兩種聚合物層構成的涂層，其中一種聚合物層具有高折射率，另一種具有低折射率。沉積所述層，使其仿效所述基本結構的最上層表面，從而使包括所述結構的最上層的每層都具有相同的裂縫輪廓，側面沿垂直于所述結構的表面延伸。

JP-A-2005/153192公開的結構提供了顏色隨視角而改變的色原體，且提供了柔和的波長色散、深色調和高反射率。該裝置產生的視覺效果至少部分地由所述裝置的頂層與其它層上形成的裂縫引起的衍射效應產生。

然而，仍希望提供一種光學涂層結構，該結構能夠提供足夠明亮顏色和表現最小或有限彩虹色效果，即，在廣泛的視角范圍內顏色保持基本相同。

還期望提供能改變物體表面反射率的光學效應結構。

技術實現要素：

本發(fā)明提供具有散射結構的光學效應結構及其制造方法。

根據第一方面，可以看出本發(fā)明提供用于物體表面、包括散射結構，優(yōu)選細長散射結構的光學涂層結構。所述光學涂層結構可包括多層反射體，所述多層反射體優(yōu)選包括較高折射率材料和較低折射率材料交替堆疊的多個層。所述散射結構主要是亞微米級的尺寸。這是指散射結構的主要尺寸，例如，由結構的寬度和高度提供的橫截面尺寸應小于1.5μm，優(yōu)選小于1μm。所述散射結構可被引入多層反射體的基底層、上層或中間層，從而在所述多層反射體中產生一定程度的散射。計算散射程度，從而預先確定并設置散射程度，以便于在涂層中產生所需光學效應。選擇散射結構的具體排列以及所述散射結構的高度、長度、寬度、橫截面的輪廓以及間距，與選定的多層反射體(或物體)共同使用，以減少彩虹色和/或產生將在下面詳細描述的另外的光學效應。

所述散射結構優(yōu)選包括輪廓元件，所述輪廓元件誘導多層反射體的圓形或弧形彎曲。這些元件小、且具有引入其它平面發(fā)射層的細微的彎曲。優(yōu)選在連續(xù)的反射體層中無中斷，且與JP-A-2005/153192中已知的排列相比，輪廓元件設置為避免衍射效應。

所述輪廓元件優(yōu)選排列成二維圖形(pattern)，沿平行于物體的表面延伸。在某些情況下，所述圖形可被描述為2.5D，也就是它代表介于2D和3D之間的某物。所述輪廓元件可以隨機、偽隨機和非周期的方式排列。例如，在輪廓元件一種圖形中，輪廓元件平行排列，所述散射結構具有不同的長度，且間隔距離不等，從而在至少在尺寸小于1.5μm的方向上避免重復或周期性模式。從而能防止所述輪廓元件引起的顯著衍射。類似的，在所述輪廓元件不平行的實施例中，它們呈角度排列且彼此間隔開，從而在小于1.5μm的水平內基本沒有周期性。所述輪廓元件的任何周期性或重復元件應至少間隔2μm，從而使它們的距離足夠遠，而不會產生衍射效應。

所述輪廓元件優(yōu)選包括上部、凸起狀曲面。所述曲面優(yōu)選對稱地沿最高點的兩側延伸，其中它沿平行于下面的基片表面的方向延伸，且具有與基片一致的表面法線。沿著該曲面的點的表面法線下面基片的表面法線呈的銳角為0°-20°或更大，優(yōu)選30°。所述反射體隨后沉積層遵循所述輪廓元件的曲率，以在反射體結構中產生平滑起伏(undulation)，從而沿著各反射體層的點的表面法線包括相同的，或基本相同的，從與基片表面法線平行到20°或更大，優(yōu)選30°或更大的廣泛的角度范圍。所述輪廓元件優(yōu)選圓形的棒或桿的形式，優(yōu)選具有尺寸大致相同的，或在三個因子范圍以內的高度和寬度(0.33w＜h＜3w，其中w是所述輪廓元件的寬度，h是所述輪廓元件的高度)。

設置所述輪廓元件的間隔，以使引入反射體層中的起伏數量最大化，同時避免輪廓元件的彎曲效果相互干擾。理想情況下，在相鄰起伏之間應具有一個小區(qū)域的平面空間，在此處所述層呈現其原有的平面結構。該平面區(qū)域應足夠小，從而從較寬的視角不能明顯看到下一個顏色。優(yōu)選地，所述輪廓元件平均間距，P，大于d x n，其中d是沿著表面法線測定的每層的厚度，n是層的數量。在優(yōu)選實施例中，P＝2dn用作最小間距，以減少相鄰的起伏的影響和在它們之間提供小平面區(qū)域，P＝10dn用作最大間距，超出該間距，來自較小密度的起伏的較低量反射光的效應，以及可以看到的在反射光中開始變得更明顯的下一個顏色，將開始變得明顯。在更優(yōu)選地實施例中，所述最大間距限制為P＝6dn，更優(yōu)選地，所述最大間距設置為P<4dn。細長的優(yōu)選的棒和桿也有助于增加反射體層中細微起伏的填充，以及有助于在更廣泛的視角范圍提供更明顯的反射，產生視覺上更明顯的光學效應。

根據第二方面，本發(fā)明提供用于黑色/彩色著色物體的光學涂層結構，以在環(huán)境-物體界面增強透射或使僅從窄部分觀察到全方向(相對定向)反射。環(huán)境可以使空氣、水或其它與物體接觸的材料。所述散射結構主要是亞微米級的尺寸，意味著主要尺寸(例如高度、寬度)，特別是橫截面的尺寸，小于1.5μm，并以隨機、偽隨機或非周期的方式排列，以便于防止自身的明顯衍射。

在本說明書中，“偽隨機”被視為幾個相鄰結構的隨機排列，該隨機排列例如當使用傅里葉分析時可能顯示出在“較大的”(幾微米)區(qū)域上某種程度的順序，因此可能存在一些，但是并不排除，來自較大區(qū)域的相同波長的反射光線的相長干涉。因此，所述散射結構作用僅在于擴大多層反射體表面法線反射的光的波長角度范圍，或通過偏轉穿過表面而非離開表面的入射光，或通過將來自表面的原本束狀的(窄角)反射光散射至寬角反射光減少表面的反射率。在任何給定的時間，眼睛只能觀察到窄范圍的來自物體的潛在的反射角(除非非常接近物體)，聚集在視網膜上的總平均波長發(fā)生在窄的觀察范圍內。因此，這里描述的散射結構能提供視覺效果(ⅰ)很寬范圍角度內可觀察到的豐富、單一顏色(例如在表面法線的任一側高達45°，優(yōu)選60°)，即具有最小的彩虹色/顏色改變，與涂料或染料(適用于多層反射體)相比，具有稍亮外觀，或(ⅱ)豐富、啞光黑色/彩色(適用于黑色/彩色涂著物體)的視覺效果。

根據本發(fā)明的第三個方面，本發(fā)明提供用于物體表面的光學效應結構，所述結構包括構造為多個壁的多個散射結構，這些壁沿大致垂直于物體的表面延伸，所述多個壁按一圖形布置，從而大致防止反射光在與所述物體表面法線呈30°或大于30°的角度離開物體表面。所述壁可包括單個元件或它們可以連接起來界定封閉形狀，優(yōu)選作為規(guī)則或不規(guī)則的多邊形，優(yōu)選六邊形的側邊。在另一個實施例中，所述壁可界定隨機曲線，這些隨機曲線在非周期性的點匯合，形成非均勻空間。所述壁的高度將取決于壁的相對間距以及被防止離開表面的反射光的角度。在防止反射和產生光學效應成本中有一個折中。所述壁的高度h和平均間距s優(yōu)選滿足方程h>3.5s，從而防止與所述表面法線呈30°或更大角度的光逃逸，優(yōu)選的20°角的h>5.5s，更優(yōu)選地，對于10°角，h>11.3s，更優(yōu)選對于5°角，h>22.8s或更多。所述壁的高度優(yōu)選為500nm-5000nm，更優(yōu)選1000nm至4500nm，最優(yōu)選2000nm至4000nm。眼睛往往也不會觀察小于約30°的角，因為當從上面近處觀察物體時，觀察者的頭可能在錐形環(huán)境內(表面法線周圍)阻礙入射光。

根據第四方面，本發(fā)明提供一種形成光學涂層結構的方法，包括，將第一材料沉積至物體表面，以創(chuàng)造包含輪廓元件的圖形的基本結構，所述輪廓元件至少具有小于1.5μm的寬度和高度尺寸；將第二材料沉積至所述基本結構上，所述第二材料具有小于所述輪廓元件的折射率；將第三材料層沉積至所述第二材料的層上，所述第三材料具有與所述第二材料不同的折射率，其中所述第二和第三材料的層設置為提供多層反射體，所述多層反射體具有被所述基本結構的輪廓元件彎曲的層結構，以在各層上產生多個起伏。

通過印刷形成的所述輪廓元件是有優(yōu)點的，因為這傾向于更容易產生理想的圓形。所述輪廓元件也可通過壓印形成。所述輪廓元件優(yōu)選為離散元件，但是它們可以被在彼此間延伸的所述第一材料的網連接，例如，在壓印操作過程中形成。

優(yōu)選地，將另外的所述第二和第三材料的交替層沉積在所述光學涂層結構上，以形成更加復雜的、具有更多堆疊層的多層反射體。從而所述方法可包括將所述第二材料的第二層施加至所述第三材料上；將所述第三材料的第二層施加至所述第二材料上；重復上述步驟至少一次或更多次。其他材料的層也可以納入所述多層反射體。不同材料的一層或多層可施加至所述多層反射體的最上層。例如，所述方法可包括將光學活性材料的覆蓋層沉積至所述多層反射體的步驟。它還可以包括將切割晶片或刻花玻璃元件粘附至所述覆蓋層上的步驟。

根據第五方面，本發(fā)明提供形成光學效應涂層的方法，包括：提供具有表面的物體；將材料沉積至所述表面，并形成構造為壁的散射結構，所述壁沿大致垂直于所述物體的表面延伸，所述壁按圖形布置，從而大致防止反射光在與物體的表面法線呈30°或更大的角度離開物體表面。優(yōu)選地，所述散射結構通過壓印形成。

附圖說明

以下描述的附圖僅作說明用途。附圖不以任何方式限制申請人教導的范圍。

為更好地理解實施例以及更清楚地展示如何將其付諸實踐，現僅以示例的方式參考附圖，其中：

圖1,1A和1B是第一實施例中光學結構的基底層的透視圖和剖視圖；

圖2A為包含圖1的基底層的多層堆疊光學結構(stacked optical structure)的剖視圖，圖2B為包含基底層的多層堆疊光學結構的剖視圖，基底層設置有半球形桿的輪廓元件；

圖3A和3B是輪廓元件在設置有半球形桿的基底層上的優(yōu)選排列，彼此互成角度(圖3A)或彼此平行(圖3B)。

圖4,4A,5和5A是用于所述多層堆疊光學結構的另一基底層的剖視圖。

圖6是另一實施例的包括光學結構的薄片(flake)截面的透視圖。

圖7和7A是在另一實施例中，用于標準四分之一多層堆疊光學結構的具有偽隨機結構的頂層的透視圖和俯視圖。

圖8和8A是另一個實施例中，用于原本平滑的表面(亞微米級)的頂層的俯視圖和透視圖。

圖9和10是圖8中的另一種頂層的俯視圖。

圖11和11A是另一個實施例中的圖8的另一種頂層的俯視圖和剖視圖。

圖12和13是可將所述光學結構應用至其上的典型宏觀結構的剖視圖和俯視圖。

一般地，為了簡單和清楚的說明，附圖中所示的元件不需要按比例繪制。例如，為了清晰，相對于其它元件，部分元件的尺寸可能會被放大。但是，圖3A和3B所示半球形桿的形態(tài)是按比例繪制的。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的第一實施例的光學涂層結構2的基底層10的透視圖(如圖2A所示)。圖1A展示了大致沿圖1中x-x線的基底層10的剖視圖，圖1B展示了大致沿圖1中y-y線的基底層10的剖視圖。如下所述，基底層10包括輪廓元件12，它們以偽隨機分散圖形排列，從而沉積到基底層10上的層與層10大致相同的輪廓。

更具體地，光學涂層結構2包括多層沉積至基片5上的材料，以形成如圖2A所示的多層反射體?；?可以是任何物品，其上可施加所需顏色。例如，光學涂層結構2可應用至較大表面，例如玻璃或水晶飾品，玻璃、水晶、金屬或聚合物首飾，或應用至較小的表面，例如用于化妝品或油漆的小薄片。在基底層10上，結構2包括平層四分之一波長多層堆疊結構，所述多層堆疊結構包括具有不同折射率(n)、但相同光學厚度(實際或幾何厚度x n＝1/4λ)的兩種不同材料20,30的交替層。在所示實施例中，有5對這樣的層，但是根據應用，可使用或多或少的層。在一個替換實施例中，可使用具有不同厚度電介質層的啁啾多層堆疊結構(chirped stack)。眾所周知，這樣的啁啾空間可設計為反射在所述層20，30之間的不同波長的光。例如當所需顏色為金色或銀色時，優(yōu)選啁啾結構。

仍參考圖2A，在希望保護多層堆疊結構，以及防止多層堆疊結構與基片5分離時，光學涂層結構2還可包括光學活性的頂部覆蓋層40。層40優(yōu)選為透明和耐用的材料。所述層40可包括刻花水晶或刻花玻璃元件，以產生具有寶石的外觀的物體。當將覆蓋層施加至所述涂層上時，例如在最上層的彎曲部之間形成的傾角(dips)中沒有困住空氣是非常重要的，因為這會影響觀察到的光學效應。應該用具有與最上層或覆蓋層相匹配的折射率的材料填充這些缺口。

通常，所述光學涂層結構2中的層的具體尺寸將根據基片5的性質以及希望賦予的顏色而改變。例如，為了在水晶基片上賦予波長約為620nm的豐富紅色，在與表面法線呈0°-60°角的視角內具有最小彩虹色，使用以下尺寸。所述輪廓元件12可以塑形為在網格中排列的，具有不同長度和略微凸起狀曲邊的細長棒。

所述輪廓元件12典型的或平均基部寬度可為200nm至500nm，優(yōu)選250nm至450nm。在一個優(yōu)選實施例中，所述輪廓元件為350nm至450nm，更優(yōu)選425nm。在另一個優(yōu)選實施例中，所述輪廓元件為250nm和400nm，更優(yōu)選為310nm。所述輪廓元件的高度可以為50nm至250nm，更優(yōu)選100nm至200nm。已經發(fā)現對于紅色，高度在150nm至160nm，更優(yōu)選約155nm為宜。通常對于5層或更多層的多層反射體，當它們高度約為2-4層，更優(yōu)選3層高時，所述輪廓元件產生好的效果。所述輪廓元件的寬度通常約為高度的2至3倍。所述輪廓元件12的長度可有所不同，約為1000nm至5000nm，更優(yōu)選2100nm至3500nm。材料20,30的每層的真實厚度(d₂₀和d₃₀)約為50nm至150nm，以在可見光范圍內產生顏色，更優(yōu)選約為100nm，以根據使用的材料產生紅色，從而它們的光學厚度(d₂₀x n₂₀，或d₃₀x n₃₀)等于在表面法線(即，代表被觀察的所需顏色)上發(fā)射的光的四分之一波長。正如將被理解的，通過改變這些尺寸，可產生不同的顏色。例如通過減小尺寸，可產生較低波長的顏色(例如紫色)。

在材料方面，所述基底層的輪廓元件12可包括透明或黑色材料，具有與材料30明顯不同的折射率，例如，它可以具有至少0.4，更優(yōu)選0.5或更多的差異。用于層20和30的材料通常為電介質材料，如二氧化硅、二氧化鈦、硫化鋅、氟化鎂和五氧化二鉭。類似地，覆蓋層40可包括二氧化硅或各種(光學透明)玻璃。

可利用許多本領域已知的制作步驟，如印刷、離子束沉積、物理氣相沉積、分子束外延或濺射涂膜來生產所述光學涂層多層堆疊結構的各個層，并將其應用至基片5。基底層10和特別是輪廓元件12可通過例如材料的沉積來形成，如通過印刷技術、蝕刻技術(如光刻/光化學技術、或其它已知的用于硅芯片的方法)或通過壓印技術。

有利地，通過以偽隨機分散圖形排列所述輪廓元件12，多層堆疊結構的光學效應將降低隨角度改變而顏色改變的多層堆疊結構的性能，從而所述基片將呈現出可從寬范圍的角度看到單色，沒有或有很少的彩虹色。當呈現出非金屬類的微妙和豐富的外觀時，這樣的顏色通常比大部分顏料更加明亮。

以已知的方式，偽隨機數生成器(PRNG)可用于產生偽隨機或低差異序列，表現出統(tǒng)計上的隨機性(即使由確定性的因果過程產生)，以影響基底層10在基片5上的形成。事實上，如果所述輪廓元件12太整齊，它們將產生一些(不想要的)彩虹色(通過衍射引起的顏色隨角度的明顯改變)；如果所述輪廓元件12排列的太隨機，由于過度散射可導致單個、純色的丟失。如果所述輪廓元件完全隨機排列，所述輪廓元件足夠大且彼此不能太接近是很重要的。一旦具有充分無順序的圖形產生，即可產生用于壓印所述圖形的片(tile)，或用于沉積所述圖形的掩膜(mask)，且所述圖形可重復在物體表面壓印或沉積(順序在所述印記/掩膜的更大范圍內的重復對于光學效應不明顯)。

所述輪廓元件包括曲面，沿物體表面法線的任何一邊延伸。所述曲面可以是如圖1、1A和2A所示的略微凸起狀輪廓，可以是更加圓的棒(未示出)的更加橢圓的輪廓，或優(yōu)選如圖2B、3A和3B所示的細長桿的大致半球形表面，如下所述。

圖2B展示了一個實施例的橫截面，其中所述輪廓元件12為具有大致半圓形橫截面的細長桿/棒。在所示的光學涂層結構中，所述輪廓元件12已經沉積在多層反射體2下。所述多層反射體2包括8個四分之一層20,30，由具有不同折射率的兩種交替的材料制成。所述兩種材料的每種材料具有四層，一種材料具有較高的折射率，另一種具有較低的折射率，選擇各層20,30的厚度，以產生所需顏色。盡管此處展示了8層20,30，但是可以具有更少或更多的層，優(yōu)選為4至20層。所述反射體層由任何合適的材料制成，例如電介質材料，如硅氧化物或鈦氧化物，更具地為二氧化硅、二氧化鈦、硫化鋅、氟化鎂和五氧化二鉭。如果需要，可在所述多層反射體的頂部以與圖2A中相同的方式設置覆蓋層。如前所述，這種覆蓋層可包括刻花水晶或刻花玻璃。

如圖2B所示，實踐中，當多層反射體的層沉積至包含所述圓形輪廓元件的基底層或結構上時，所述反射體層20,30將變得彎曲，并在一定程度上將跟隨所述輪廓元件12的橫截面的彎曲形狀。層20,30中彎曲的輪廓優(yōu)選隨遠離(即高度方向上)所述輪廓元件12的方向尺寸逐漸增加。換句話說，該彎曲優(yōu)選影響更大的區(qū)域，因為它從所述基片5的表面將所述層20,30升起至多層反射體2的最上層。在如圖2B所示的實施例中，所述輪廓元件12的半圓形橫截面使所述層20,30在棒12之上，沿著對于遠離所述輪廓元件12的層具有逐漸增加的曲面半徑的曲面路徑而行。

如上所述，在任何給定的時間，眼僅能觀察到來自物體的窄范圍的反射光的潛在角度，聚集在視網膜的全平均波長在該窄觀察范圍內。已知，在特定角度觀察到的光的顏色將取決于光穿過的每個層12的光學距離。當沿著垂直于下基片5觀察多層反射體2時，光將通過具有與每層20,30相同厚度的每層的距離。結果，由于干擾效應和在眼睛中的全平均波長，觀察到的垂直于所述涂層的顏色將是由層的幾何厚度和層20，30各自的折射率確定的光的顏色。在標準四分之一波長多層膜(即沒有下面的輪廓元件)中，當從一個角度觀察時，從該角度眼睛觀察的光將進一步輕微穿過每層(距離大于每層的厚度)，從而光線運行的光學厚度將更大。具有更大波長的光將在引起彩虹色的更寬的視角內觀察到。

然而，下面輪廓元件12的存在使層20,30彎曲。因此在更寬的視角范圍，很大部分的產生觀察到的反射光的反射體層表面將以同時大致保持所述反射體層的預期厚度的方式更多地面向觀察者。結果，通過較寬范圍視角，眼睛觀察到的顏色相對固定。在所述彎曲的多層反射體結構中所述層的厚度保持的越平均，獲得的視覺效果就越好。

此外，下面的輪廓元件12彼此不要太靠近是重要的。如果所述輪廓元件12彼此太靠近，在層20，30中的彎曲將不能有角度的盡量延長，在從表面法線起較大的視角范圍內將不能看到所需顏色。

還有第二種效果。引入所述反射體層的起伏也將所述反射體的原本平坦的區(qū)域打碎成成較小的區(qū)域，在這些小區(qū)域中所述層仍然平坦。如果所述輪廓元件間距過大，那么其他顏色將在來自這些平坦區(qū)域的反射光中變得明顯。

對于看到的理想光學效應，輪廓元件12的優(yōu)選間距某種程度上取決于所述輪廓元件12的橫截面尺寸，以及所述多層反射體2的層厚度。例如，6-10層反射體的間距可以是300nm至2000nm，優(yōu)選500nm至1000nm，更優(yōu)選平均間距約為800nm。所述輪廓元件的平均間距P優(yōu)選設置的值為P＝dn(作為最小值)，其中d為沿法線的層的厚度，n為層的數量，P＝lOdn(作為最大值)；更優(yōu)選在P＝2dn和P＝4dn之間。

圖3A和3B展示了沉積在所述多層反射體2下的輪廓元件12的可能的圖形的平面圖。在一些實施例中，所述輪廓元件為具有大致半圓形橫截面的桿，其排列在二維平面陣列上，以提供2.5D圖形。這些圖每個都展示了一種排列，其中所述桿12以非有序的方式排列，從而所述輪廓元件自身不會產生任何明顯的衍射效應。在圖3A中，所述桿12成對角線排列(45°角)，且彼此平行，在圖3B中，所述桿12彼此平行排列。所述桿12可以彼此呈其它角度排列，例如彼此呈60°角，或者呈隨機角度或偽隨機角度排列。也可以使用角度的組合或不同角度的區(qū)域的組合。在圖3A和3B中，所述桿的寬度平均約300nm至320nm，優(yōu)選約310nm，所以具有155nm的半徑。圖3A中的桿12的長度約為1000nm至3500nm，優(yōu)選為1115nm至3100nm。圖3B中桿12的長度為1750nm至4500nm，優(yōu)選為1850nm至4470nm。這些尺寸優(yōu)選為用于產生紅色波長(約620nm)的多層反射體?？蓪λ鲈某叽邕M行調整，以產生不同的所需顏色。例如，所述輪廓元件12可以約為所述尺寸(高度和寬度)的三分之二，以產生紫色。

可使用納米油墨打印機或任何其他已知合適的打印裝置打印這些輪廓元件12。納米油墨印刷機的使用優(yōu)選作為液體油墨，將自然形成半球形狀?；蛘呖赏ㄟ^光掩模(平板印刷光掩模)、壓印(包括納米壓印)、平版印刷或其它方法制備所述基本結構。在如圖3A和3B的實施例中，壓印或掩膜可設置有凹痕或孔，例如與所示的桿的位置大致對應。只要在物體表面重復該壓印印記或通過掩膜產生的周期性明顯大于2μm，那么將引起其它的衍射效應。此外，也可制作所述基本結構的“凹部”，此時將所述輪廓元件12蝕刻至所述表面而不是添加。油墨的材料隨基片而改變。一種可能的基片材料可以是玻璃或硅。

也可以在基本結構上使用混合的輪廓元件12，例如棒和桿的混合，或桿/棒和其它輪廓形狀。輪廓元件的不同形狀可彼此混合起來，成片排列在物體上。所述輪廓元件12也不需要均勻排列在物體表面。相反，彼此位于不同角度的成片的輪廓元件可沉積在物體的表面。所述桿/棒等也不需要線性，而是可以在縱向方向上具有彎曲輪廓。例如，細長輪廓元件可以沿著彎曲或波浪狀橫跨物體表面。

圖4為基底層10的另一個替換例的平面剖視圖，其中所述輪廓元件為具有不同取向的、細長的橢圓形元件14。為了產生紅色光，所述輪廓元件14的平均長度l約為2200nm，高度h約為155nm，如圖4的側視圖所示。類似地，圖5展示了基底層10的另一個替換例，其中所述輪廓元件為具有不同取向的、更加細長的橢圓形元件16。在這種情況下，輪廓元件16的平均長度l約為3500nm，高度h約為155nm，以為基片賦予紅色。所示排列可用于具有一層或較少層的相對薄的反射體。對于較厚的多層反射體，所述輪廓元件需要更寬的間距。

在另一個實施例中，圖6為薄片結構3的橫截面的透視圖，該薄片結構包括一個3層四分之一多層膜，當與粘合劑基質(當在油漆或化妝品中)結合時，所述薄片結構適合作為結構色顏料，從而當在基質表面的水平位置應用和自組裝后，所述薄片被干燥時，它們遷移到基質表面(即相鄰薄片取向類似)。薄片3通?？梢允潜鈭A形(如圖所示)，在層19中可發(fā)現偽隨機結構，在一個實施例中，所述偽隨機結構可以是包含于固體透明材料18，如二氧化硅中的偽隨機尺寸的空氣腔。從而薄片結構3可替換顏料，并利用如上所述的寬角度光學結構顏色的相同原理反射所需顏色。正如將被理解的，圖6的實施例與如圖1-5所示的用于平面、無特征的片狀基片的光學結構不同，盡管后者薄片也可以類似的與粘合劑混合。所述散射結構優(yōu)選的厚度為50nm至250nm，更優(yōu)選100nm至200nm，周圍材料的厚度約為20nm至150nm，更優(yōu)選30nm至100nm。在如圖6所示的實施例中，如果使用的光學厚度為d₁＝55nm,d₂＝155nm,d₃＝55nm，那么所需顏色仍是紅色。所述薄片的直徑可高達2mm，優(yōu)選小于0.5mm，例如直徑為5nm至500nm。薄片結構也可設計為具有另外的反射體層，例如，與圖1至3B所示的實施例類似的反射體層。

在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖7和7A所示，具有偽隨機排列的輪廓元件的頂層140形成于標準多層反射體102，例如四分之一多層膜上(即具有平面層，而沒有圖2所示的基底層10)。在所述實施例的一個變更例中，頂層140的偽隨機結構也可有利地用于均勻的黑色/彩色著色/染料材料上，而不是用于多層反射體。

更具體地，圖7和7A分別為涂層140的透視圖和俯視圖，在該實施例中，層140包括偽隨機排列的輪廓元件142。在該實施例中，所述元件142形狀像豎直板，在紅色涂層的情況下，該豎直板的長可小于1250nm，優(yōu)選約1000nm，厚度為100nm至200nm，優(yōu)選150nm，以及高度500nm至1000nm，優(yōu)選約650nm。所述元件142可以由折射率約為1.5或更高的透明材料(例如二氧化硅或玻璃)制成。橫截面輪廓可以大致呈矩形(優(yōu)選具有如圖所示的圓形頂部邊緣)、三角形或梯形。急的傾斜面(例如在5℃內的表面法線)使所述元件142從壓印釋放。所述元件142有利地提供一定程度的入射光和反射光(在多層膜102的剩余部分)的散射，從而僅觀察到被所述多層反射體102法線反射的顏色(結果為在眼睛中的全平均)，從而在最有效的視角，最小化涂層制品的彩虹色(涂層制品或基片未在圖7中示出)。在該實施例中為了使層140更加耐用并防止受到磨損，輪廓元件142可被填充或被覆蓋在另一透明材料內(例如不同的高折射率的玻璃)，該材料的折射率比元件142的折射率至少高(或低)0.4，優(yōu)選高(或低)0.5，該填充材料的頂部平面可以光滑且平整。不使用所述填充材料，顏色將具有亞光外觀；而使用該填充材料(給定微米級的光滑表面)顏色將具有光澤外觀。也可設置額外的覆蓋層?；蛘撸绻皇褂盟鎏畛洳牧?，元件142可額外提供超疏水性或自清潔(當潤濕時)功能。

圖8-11描述了頂部覆蓋層240的不同結構，該頂部覆蓋層240適合用于例如具有黑色著色或染色表面的水晶等物體(未示出)。在該實施例中，所述結構改變表面的幾何角度，以防止光從物體表面反射，并使所有入射光穿過所述頂部覆蓋層240進入物體(通過鏡面反射)，從而被黑色顏料或染料吸收?；蛘?，它們也可起到散射原本束狀的表面反射光的作用，從而產生多方向反射光，僅由給定位置的眼睛最少量地觀察到(即僅收集非常窄范圍方向的反射)。因此，這些結構能夠提供具有豪華亞光黑色或而沒有發(fā)光或反光效果的外觀。此外，它們可用于彩色表面，例如紅色水晶，以提供亞光而非光澤外觀。

在一個變更例中，如圖8和8A的俯視圖和透視圖所示，頂部覆蓋層240包括作為所述輪廓元件的硬的、細長的透明纖維244，所述透明纖維被裝入支撐六邊形245，并以蜂巢狀排列，以向下反射所有的光(且可能反射至基片，以防止任何光線逃逸，或者使反射光呈現出多個方向，非常窄范圍的光線可被給定位置的眼睛觀察到)。纖維244優(yōu)選以偽隨機形式裝入或排列入六邊形245內，或者小于1-2微米的范圍內沒有廣泛的周期性(防止散射)，且根據應用和其它因素可改變形狀和尺寸。在一個實施例中，所述纖維和六邊形的高度可以約為2000nm至5000nm，優(yōu)選3000nm，六邊形245的每個邊的長度可以約為3000nm至7000nm，優(yōu)選5000nm。與例如圖7所示的未保護的元件142相比，所述六邊形也可提供耐久性或耐表面磨損性。一般而言，生產等邊六邊形是更加高效能的(在一些情況下，這樣的六邊形可以，至少部分可以自組裝-類似于橫向壓縮泡沫)，但是，不同數目的側邊的多邊形和其它封閉的形狀(例如圓形)也可用于獲得相似效果。這些結構，由于其較大的尺寸，使它們能夠很好的用于壓印生產技術。也可以將它們應用至需要降低反射率的任何物體，例如電子設備的顯示器、玻璃面板和珠寶首飾商品。

圖9和10展示了圖8的變更例的頂層240的俯視圖，其中支撐六邊形245由輪廓元件246替代，該輪廓元件246形成隨機的六邊形、五邊形和/或具有不同形狀和尺寸約為2500nm寬的其他多邊形(圖9)或在非周期點相遇、形成約為2500nm寬(圖10)的非均勻空間的隨機曲線247(在該實施例中)。當壁的尺寸減少時，為了避免衍射效應，隨機或減少壁的位置的順序性變得必要。這里所述輪廓元件具有與如圖8所示的六邊形的壁等同的相對高度和厚度，但是彼此更接近的壁不再需要存在于六邊形內的內部纖維。如圖所示，這些輪廓元件的形狀和尺寸沒有廣泛的周期性。

然而在如圖11(俯視圖)和11A(剖視圖)所示的覆蓋層240的另一個替換實施例中，所述層包括向上的圓錐體248的緊密排列的陣列，例如其直徑為1500-2000nm。在該尺寸下，防止廣泛的周期性不再重要，因為對于可視范圍的波長，事實上散射變得不重要。該結構也使基本上所有的入射光從斜邊、向下(經常通過多層反射體)反射出，被黑色或彩色顏料或染料的下方吸收。所述圓錐體可被認為是沉積物或凹部(depositions or indentations)。

一般而言，如圖8,9,10和11所示的覆蓋層240結構都有利地否定了平滑表面的高折射率，具體的在高角度使涂層物體呈現出豐富的亞光黑色(或其它)，它是“像天鵝絨般柔軟光滑的”而不是發(fā)光的。

上述所有的光學涂層微結構可被涂層、壓印或用于各種不同類型和尺寸的物體，例如水晶(例如小雕像或寶石)和小薄片(例如用于油漆或化妝品上)。還希望在一些應用中，將這些光學涂層結構與宏觀結構結合，例如模仿動物或植物的自然外觀的物體(此處，“宏觀”結構指的是能被肉眼看見的結構)。例如，模仿(通過夸張的形式)蝴蝶翅膀、樹葉或羽毛的橫截面的宏觀結構如圖12所示。在形成所述光學機構之前(通常為微觀或亞微觀尺寸)，在基片55的表面形成這樣的宏觀結構，可獲得理想的美學效果。例如，如圖13所示，通過沉積或打印或蝕刻具有合適的半圓形截面(例如，直徑約250微米)的脊(或分割線)，可在基片上形成模擬重疊的羽毛的邊緣和倒鉤的突起或凹陷的黑線的宏觀圖像。通過仔細選擇所需宏觀圖像的尺寸，可優(yōu)化其視覺效果，通常精確的設計也有所不同。

在其他實施例中，希望向物體表面引入圖形，所述物體包括其上可應用光學涂層結構的半球形突起部或類半球形凹部。可在基片，或者形成基底層的一部分的光學活性填充材料中制作凹部。所述凹部或突起部可制成約1微米級的平均周期(例如100nm至100μm)，利用使用噴砂清理法以提供理想水平的隨機性。

雖然上述說明書提供了本發(fā)明的實施例，可以理解的是在不脫離所述實施例的精神和操作原則的前提下，所述實施例的一些特點和/或功能進行容易當更改。因此，上面所描述的目的在于解釋本發(fā)明，而非限制，本領域技術人員可以理解，在不脫離有以下權利要求限定的本發(fā)明范圍的前提下，可做出修改和改進。