[发明专利]基于圆形孔阵列的表面等离子体显示像素结构

说明书

本发明涉及微纳光子器件领域，特别是涉及一种基于周期性亚波长圆形孔阵列的表面等离子体显示像素结构，所述显示像素结构包括模板和纳米颗粒两个部分，通过将不同形状或尺寸的纳米颗粒添加到模板，控制可见光波段透射峰的移动，达到呈现不同颜色的目的；本发明具有如下优点：1、本发明仅包括电介质基底、具有周期性阵列排布的透光单元的金属薄膜和结构简单的纳米颗粒，结构简单、制作工艺要求低、尺寸小便于集成。2、本发明通过在圆形孔内添加不同形状或尺寸的纳米颗粒，能实现不同颜色的功能。且能够通过改变纳米颗粒的几何参数对该器件的性能参数进行调节，从而满足不同环境下该器件的使用要求，且成像分辨率高。

技术领域

本发明涉及微纳光子器件领域，特别是涉及一种基于周期性亚波长圆形孔阵列的表面等离子体显示像素结构。

背景技术

颜色是对眼睛，大脑和我们的生活经验产生的光的视觉效果。通过物体对光的反射，衍射，散射和吸收为我们提供了极其生动的信息，尤其是色彩信息。

表面等离子体(Surface Plasmon,SP)具有亚波长、电场高度局域化以及局域场增强等优良特性。表面等离子体器件通过控制外部因素改变结构中SP的激发或传输，进而调控光的传输，从而实现对光的可控操作。它使特定波长范围内的光被吸收或辐射，并且材料对于人眼来说呈现出不同的颜色。由于表面等离子体材料的共振频率很大程度上取决于其结构和尺寸，因此我们可以通过更改结构的三维尺寸和图案来对其进行调整。随着微纳米加工技术和表征方法的发展，近年来通过人工产生金属纳米微结构来产生颜色已成为产生结构色的主要方法。与化学染料相比，人造微结构材料是可回收的，易于制造和耐用。另外，其局部场增强作用可以突破衍射极限并提高成像分辨率。这些特性使表面等离子体结构在超高分辨率成像，反向设计，CMOS数字集成电路，发光二极管，隐写术以及许多其他领域中具有重要应用。人们通常会改变微纳米结构的周期和材料，以调整共振频率的位置。因此，基于表面等离子体的增强光透射(EOT)效果的器件可以实现更好的性能。尽管改变结构周期和材料的种类可以实现不同颜色的呈现，但制造成本昂贵和可重复使用性低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种基于周期性亚波长圆形孔阵列的表面等离子体显示像素结构，通过在金属薄膜上周期性地设置亚波长圆形孔阵列，然后在圆形孔内填充不同结构的单一纳米颗粒，使得可见光波段透射峰发生移动，从而呈现不同的颜色。该表面等离子体显示像素结构简单，尺寸小便于集成，而且能够极大地提高成像分辨率。

本发明的技术方案是：一种基于周期性亚波长圆形孔阵列的表面等离子体显示像素结构，包括模板和纳米颗粒两个部分，通过将不同形状或尺寸的纳米颗粒添加到模板，控制可见光波段透射峰的移动，达到呈现不同颜色的目的；其中，模板由厚度为h₂的电介质基底和设于电介质基底上用于产生表面等离子体的厚度为h₁的金属薄膜构成，金属薄膜上设有N个透光单元，所述的透光单元为一个周期为Px,Py的矩形，矩形中心开有一个贯穿金属薄膜厚度方向的半径为R的圆孔，Rmin(Px,Py)；所述的N个透光单元周期性阵列排列；纳米颗粒由与模板相同材质的金属构成，放置于圆孔中心位置的石英基底表面；每N个周期性排列的透光单元组成一个颜色像素点，在每个颜色像素点的所有透光单元内均填充相同的纳米颗粒，使每个颜色像素点呈现出单一的颜色效果。

进一步地，所述电介质基底的电介质材料为石英，所述电介质的厚度h₂为100nm。

进一步地，所述金属薄膜的材料为金属铝，所述金属薄膜的厚度h₁为50nm。

进一步地，所述透光单元的形状为正方形，其排列周期Px，Py均为200nm。

进一步地，所述透光单元的数量N＝9。