等离激元滤色器转让专利
申请号 : CN202010748149.3
文献号 : CN111736245B
文献日 : 2022-01-28
发明人 : 郑梦洁 , 董君
申请人 : 季华实验室
摘要 :
权利要求 :
1.等离激元滤色器,包括若干个滤色单元,其特征是,每个滤色单元包括纵向依序层叠的反射层、中间层和谐振体,谐振体由在可见光波段具有反常色散光学特性的材料制成。
2.如权利要求1所述的等离激元滤色器,其特征是,谐振体由锗制成。
3.如权利要求1所述的等离激元滤色器,其特征是,中间层由尺寸可受控变化的材料制成,以使中间层的纵向厚度可受控变化。
4.如权利要求3所述的等离激元滤色器,其特征是,还包括电控装置,中间层由PEG的二硫基改性物的有机分子材料或硫化镉压电材料制成,电控装置与中间层连接以可通过电控方式改变中间层的厚度。
5.如权利要求1所述的等离激元滤色器,其特征是,谐振体的横截面是圆形的。
6.如权利要求5所述的等离激元滤色器,其特征是,若干个滤色单元沿X方向排列多行,且沿Y方向排列形成多列,每行中任意两个相邻的滤色单元的周期与该两个滤色单元的谐振体的所述横截面的直径之比均为2:1,每列中任意两个相邻的滤色单元的周期与该两个滤色单元的谐振体的所述横截面的直径之比均为2:1,所述周期为该两个相邻的滤色单元的谐振体的所述横截面的中心之间的距离,X方向与Y方向相互垂直,被X方向与Y方向共同确定的平面为基准面,所述横截面为被基准面或与基准面平行的平面截取的截面。
7.如权利要求5所述的等离激元滤色器,其特征是,所述横截面的直径大于等于40nm且小于等于100nm。
8.如权利要求7所述的等离激元滤色器,其特征是,谐振体的纵向厚度为60nm。
9.如权利要求1所述的等离激元滤色器,其特征是,还包括透光的衬底,在每个滤色单元中,衬底、谐振体、中间层、反射层依序层叠。
10.如权利要求1所述的等离激元滤色器,其特征是,所有滤色单元的反射层为一体的。
11.如权利要求1所述的等离激元滤色器,其特征是,所有滤色单元的中间层为一体的。
说明书 :
等离激元滤色器
技术领域
背景技术
亚波长结构表面等离激元效应的滤色器,可以突破传统光学衍射极限,在纳米尺度上实现
对光的操控,获得更高的光学分辨率,因此在有超高分辨率显示需求的领域内具有良好的
应用前景。
光学特性的材料制作谐振体,光谱调谐的灵敏度较低。
发明内容
的表面等离激元。当可见光波段入射光从谐振体一侧照射到该结构体系上,能量被高度局
域在中间层(即谐振体与反射层之间的间隙)中,间隙等离激元共振被激发,从而实现可见
光波段内特定波段的选择性吸收,最后剩余的光被反射回去,这些反射光组成人眼可识别
的颜色,从而达到滤色的目的。
的间隙)的变化的响应更剧烈,即间隙变化同样的尺度,可造成在可见光范围内更大幅度的
光谱调制,由此提高光谱调谐灵敏度。
改变时,间隙等离激元共振吸收峰(被选择性吸收的波段)的位置会发生变化,使得频谱出
现红移或者蓝移,从而实现光谱动态调谐(即动态调色)的目的。
改变中间层的厚度。PEG的二硫基改性物的有机分子材料、硫化镉压电材料均为已知的尺寸
可受控变化的材料。
所述横截面的直径之比均为2:1,每列中任意两个相邻的滤色单元的周期与该两个滤色单
元的谐振体的所述横截面的直径之比均为2:1,
截面直径可以使得等离激元共振峰位发生变化,采用微纳加工工艺制作后谐振体横截面直
径是固定的,利用这种静态架构可以实现全彩图,即在全彩图中每个像素处填充对应所需
颜色的不同周期、不同谐振体横截面直径的滤色单元阵列。
种反向构型中的反射层是最后进行制作的,由于制作反射层时须在真空环境中进行,反射
层与中间层的接触面是在真空环境中形成的,从而避免与中间层接触的反射层氧化而改变
谐振体与反射层之间的间隙,保证滤色的准确性。
附图说明
具体实施方式
括反射层11、中间层12和谐振体13,在纵向方向上,反射层11、中间层12和谐振体13依序层
叠,组成(类)金属‑介质‑(类)金属复合结构,这里的纵向即为Z轴方向,Z轴与X轴、Y轴组成
一个三维直角坐标系。谐振体13由在可见光波段具有反常色散光学特性的材料制成,本实
施例中,谐振体13由锗制成,谐振体13在可见光波段的反常色散光学特性会增强滤色单元1
这种结构体系的间隙等离激元共振,从而对于中间层12的厚度(即谐振体13与反射层11之
间的间隙)的变化的响应更剧烈,即间隙变化同样的尺度,可造成在可见光范围内更大幅度
的光谱调制,由此提高光谱调谐灵敏度。
改变自身尺寸,从而改变中间层12的纵向厚度,因此还需设置电控装置(图中未示出)来控
制中间层12的纵向厚度。中间层12的纵向厚度(即谐振体13与反射层11之间的间隙)发生改
变时,间隙等离激元共振吸收峰(被选择性吸收的波段)的位置会发生变化,使得频谱出现
红移或者蓝移,从而实现光谱动态调谐(即动态调色)的目的。
光谱调谐灵敏度。换言之,中间层12的纵向厚度变化同样尺度的情况下,可实现更大范围的
颜色变化。
1的中间层12是这个整体中的一个部分。
体13在中间层12、反射层11的沿Z轴方向的投影区域(即图2、图3中的虚线示出的部分)构成
一个滤色单元1,沿X轴方向排列的每行中,任意两个相邻的滤色单元1的周期与谐振体13的
直径之比均为2:1,所述周期为该两个相邻的滤色单元1的谐振体13的所述横截面的中心之
间的距离,图1中,L1、L2即为周期,结合图1,L1:D1=2:1,L1:D2=2:1,L1:D3=2:1,L1:D4=
2:1,L2:D1=2:1,L2:D3=2:1,L2:D2=2:1,L2:D4=2:1。如图1所示,本实施例中,40nm≤谐
振体13的横截面的直径(D1、D2、D3、D4)≤100nm,谐振体13的纵向厚度H1为60nm。滤色单元1
排列过密,相邻滤色单元1之间可能会发生耦合,导致更高模式的引入及光谱红移;排列过
稀,则颜色效率过低,颜色过淡。
层11的纵向厚度大约在100nm,不同材料制成的反射层11的纵向厚度不同,满足光的透过率
为零即可。反射层11的厚度是纳米级的,一般是采用真空镀膜工艺在衬底2上进行制作,制
成反射层11后,再将中间层12、谐振体13制作上去即可。谐振体13利用微纳加工工艺制成。
空环境中取出了,对于容易氧化的材料,例如银,裸露在空气中的表面就会自然氧化,导致
反射层11与中间层12的接触面氧化形成一层氧化膜,该层氧化膜成为介质,变成中间层12
的一部分,进而改变谐振体13与反射层11之间的间隙,影响滤色的准确性。
层12、反射层11、衬底2,图3的实施例中,则为反射层11、中间层12、谐振体13、衬底2。这样,
在制作过程中,反射层11是最后被制作的,在真空环境中,反射层11直接形成在中间层12的
表面,因此可避免与中间层12接触的反射层11氧化而改变谐振体13与反射层11之间的间
隙,保证滤色的准确性。
可不相互垂直。滤色单元1的排列方式不限于本实施例中的正交方式,还可以是正六边形晶
格结构等排列方式。
当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实
质和范围。