[发明专利]一种亚波长金属-介质光栅反射偏振光变膜及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射光变膜，具体涉及一种基于亚波长金属-介质光栅的反射偏振光变膜及制作方法。

背景技术

颜色通常由颜料或染料对入射白光的选择性吸收引起。然而，它也可由微结构对入射光的衍射及散射产生，这往往表现为光色变效果，即颜色随观察条件如角度、方位等改变，在装饰、防伪等领域有很好的市场。激光全息、干涉光变薄膜及光变色油墨是目前该技术的主流产品。激光全息的微结构是周期约为1μm的一维光栅，用之衍射的一级光呈现虹彩光色变效果；干涉光变薄膜为由高、低折射率介质材料，或金属、介质材料，构成的周期性多层膜结构，多光束干涉是使之反射或透射光呈色的机理，通常表现为薄膜倾斜时呈现色变效果，但旋转之并不能引起颜色的改变；光变色油墨的呈色机制及色变特性与光变薄膜的相似。这些已为人们的日常生活(装饰)及社会的稳定(防伪)做出了巨大的贡献。然而，随着人们对之物质、审美及反造假技术要求的不断提高，研发一种技术含量高、有独占性和唯一性的新型光变色技术，成为社会发展的迫切需求。

研究表明，用亚波长光栅能产生与现有变色技术不同的色变效果。由于该光栅的周期小于入射白光的波长，仅有反射及透射光能够传播，设计后它能使之反射或透射光产生强烈的偏振及共振性能，可以产生光色变效果。中国专利200410009039.6公开了一种塑钞亚波长光栅导模共振防伪标记及其制作方法，该标记的防伪区域由周期为0.25～0.75μm的一维亚波长光栅构成，在TE偏振白光照射下可在标记前方±15°范围内产生单色或彩色图案；中国专利200810126806.X公开了一种安全线，该安全线包括基层和周期为0.1～2.0μm的一维光栅层，若安全线被旋转90°，可使之反射光呈现颜色变化且再现光是线偏振光；中国专利200910209648.9公开了一种光学防伪元件及包含该光学防伪元件的光学防伪产品，该元件包括基层和周期为0.1～2.0μm的二维光栅层，当元件被转动时可使之反射光产生第一颜色变化，当元件与一偏振光学器件之间发生相对转动时通过偏振元件即可看到第二颜色变化。上述专利的光栅层均为介质光栅，其内不含任何金属材料，主要用之导波共振机制呈现颜色。

中国专利200810123710.8公开了一种亚波长光栅结构偏振片及制作方法，该偏振片包括透明基底、介质光栅、第一金属层和第二金属层，并通过在透明基底和介质光栅之间增加高折射率介质层，提高偏振片偏振(TM)光的透射效率和消光比；中国专利200910028285.9公开了一种亚波长光栅结构彩色滤光片及其制作方法，该滤光片包括透明基底和位于基底上的三色像素阵列，其特征在于：三色像素阵列由光栅阵列(由介质层和金属层构成，金属层位于介质层的外面)构成，三种周期的光栅：0.36～0.41μm、0.3～0.35μm、0.22～0.26μm，分别用于对入射光中的红、绿、蓝三色进行透射滤光，产生带宽为0.08～0.12μm的透射光谱；中国专利201110049965.6公开了一种高反射率高带宽的亚波长光栅反射镜的制作方法，其先在衬底上依次生长材料层、介质层和金属层，依靠在介质层和金属层界面处激发的表面等离子体模式，用等离子体刻蚀或剥离技术依次将金属层、介质层和材料层刻蚀，形成周期性的条纹光栅结构。上述专利的光栅层内均含有金属，主要用于透射光的偏振及彩色滤光功能。到目前为止，还没有发现用亚波长金属-介质光栅(光栅层由金属和介质材料构成)操控入射的白光使之反射光呈现颜色及与众不同光色变的技术报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的反射偏振光变膜。为了描述方便，当光的振动方向与光栅的栅线平行时，称之为“s”偏振光，当其垂直时称之为“p”偏振光。该光变膜的偏振光变性能来源于其内的亚波长金属-介质光栅，主要依靠其偏振分裂特性使之s(光的振动方向平行于光栅沟槽)和p(光的振动方向垂直于光栅沟槽)反射偏振光呈现不同的颜色。当入射白光照射时，其反射光为第一颜色；若用一线偏振片覆盖该光变膜，当偏振片的偏振方向与金属-介质光栅的沟槽平行时(s偏振光)反射光呈现第二颜色，再旋转偏振片90°(p偏振光)，则产生第三色。上述的第一颜色、第二颜色及第三颜色互不相同，第一颜色为第二颜色和第三颜色的颜色合成。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种亚波长金属-介质光栅反射偏振光变膜，由下向上依次包括：介质基底层、金属层、光栅层，透明介质层、半透明金属层、透明保护层，所述光栅层为金属材料和介质材料构成的亚波长金属-介质光栅，所述的金属材料和介质材料间隔排列。