[发明专利]一种亚波长光栅结构呈色元件及含有该元件的呈色产品

说明书

本发明提供了一种亚波长光栅结构呈色元件及含有该元件的呈色产品，该呈色元件由下至上依次包括四个结构功能层：金属‑介质光栅层2、透明介质层3、介质光栅层4和5。所述的功能层2由透明介质和等离子金属间隔排列构成，排列周期为0.05‑0.35μm且层深度为0.002‑0.045μm；所述的功能层4和5由高、低折射率透明介质间隔排列构成，排列周期为0.1‑0.4μm，深度为0.05‑0.2μm且两层总深度为0.15‑0.3μm。通过四个功能层的参数匹配，可实现对任意波长及波段TE、TM以及TE和TM模光的光谱滤波调控，呈现特殊的颜色、颜色变化和/或偏振特性，用于彩色装饰、光学防伪、彩色显示和成像等领域。

技术领域

本发明涉及一种亚波长光栅结构呈色元件及含有该元件的呈色产品，隶属于人造结构色和微纳米光学的技术范畴，可应用于结构色彩色装饰、光学防伪、透明显示、彩色显示和成像等领域。

背景技术

通过入射光与物质材料结构的相互作用包括干涉、衍射、散射等而非吸收所呈现的颜色被称为结构色。结构色现象广泛存在于自然界中并被众多动植物所利用，这是大自然的杰作。而在人类社会中，利用特征尺寸接近或小于入射光波长的微纳米结构对入射光波进行调控，也能够创建(人造)结构色并使之具有与自然界中的结构色相似或不同的特殊光色现象。由于结构色拥有颜色鲜艳、永不褪色、光色可变等诸多优点，使得它在彩色装饰、光学防伪、透明显示、彩色显示和成像等领域具有很好的市场应用价值。

专利CN200810036676.0公开了一种多峰窄带反射滤光片，该滤光片由多层介质材料交叠构成，可控制反射光谱峰的宽度和位置；专利CN200910028285.9公开了一种亚波长光栅结构彩色滤光片，该滤光片由透明基底和两个介质光栅层构成，能够使透过的光具有光谱峰及宽波段滤波功能；专利CN200910209648.9公开了一种包括介质光栅层的光学防伪元件，可使之反射光拥有颜色变化特征；专利CN201110410055.6公开了一种包括亚波长浮雕结构的光学防伪元件，能够产生颜色及颜色变化特征；专利CN201110377643.4公开了一种包括亚波长金属-介质光栅的反射偏振光变膜，其反射光具有偏振光变性能；专利申请CN201210388245.7公开了一种偏振无关的窄带彩色滤光片，它由基底层、两层薄膜层和单层介质光栅构成，其反射光谱具有峰及窄带滤波性能；专利申请CN201310027301.9公开了一种具有七个结构层的亚波长光栅真彩元件，能够产生较为丰富的颜色外貌；专利CN201310689440.8公开了一种对入射角度不敏感的颜色介质滤光片，包括基底和基底上布置的正六边形排列的圆柱形光栅，该滤光片利用二维介质光栅的谐振效应使之反射光谱具有峰及窄带滤波特性；专利申请CN201410693385.4公开了一种由金属和介质构成的具有全方向结构色特征的多层叠层；专利申请CN201410196066.2提供了一种亚波长光栅波导结构真彩元件，该元件由介质材料构成，包括衬底层、薄膜层和单光栅层，能够从入射的自然光中分离出红、绿、蓝反射光三基色；专利申请CN201410059313.4公开了一种亚波长光栅结构红外双波段马赛克阵列滤光片，该滤光片由硅基底和位于基底上的亚波长光栅阵列构成，能够使透过的光拥有光谱峰及窄带滤波特征。

近些年，光学矢量衍射理论的逐步完善和微结构精加工技术的快速发展，使得人造结构色的创建和实际应用，无论是在理论建模设计上还是在制作上，逐步成为可能。如何利用尺寸极小的微纳米结构的特殊光学效应，使之展现与众不同且可控的结构呈色颜色现象，无论是利用波导共振还是表面等离子激励以及光子晶体效应，目前来看，仍然是一个很具有挑战性的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种亚波长光栅结构呈色元件。通过对该元件内不同结构功能层微结构的参数设计和匹配，能够实现对可见光波段(0.4-0.7μm)内任意波长及波段的TE和TM模光的光谱进行分别滤波调控，以及对TE和TM模光的光谱进行滤波综合调控，获得呈色质量高、种类丰富、效果特殊的可控人造结构色效应。

本发明的另一目的是提供一种呈色产品，包括上述的亚波长光栅结构呈色元件。