專利名稱：一種基于互補(bǔ)金屬膜光柵的濾波結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于金屬膜光柵的濾波結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)金屬膜光柵層的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以形成不同顔色的濾波結(jié)構(gòu)，可用于三維/動(dòng)態(tài)顯示、防偽領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從上世紀(jì)90年代開始，三維顯示、防偽等技術(shù)便得到了迅速發(fā)展，主要是以激光全息圖為主，但這種技術(shù)已經(jīng)半公開，防偽功能受到挑戰(zhàn)。此外還有諸如水印防偽等技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展了很長時(shí)間，基本原理及實(shí)現(xiàn)方法也已經(jīng)基本被大眾所了解。迫切需要發(fā)展新的防偽技術(shù)。為此人們提出了基于光學(xué)原理的放大顯示防偽方法，這種方法的原理是在正常 照明條件下，人眼的極限分辨カ為I分，在明視距離250mm條件下，人眼的極限分辨カ為
O.072mm。一般來說為使眼睛不疲勞，人眼的視角在4分左右，即可以分辨距離為O. 3mm左右的兩個(gè)點(diǎn)。在一般情況下，10X 10個(gè)點(diǎn)刻組成簡單圖案，其大小約在4_X4_左右，其它細(xì)小的物體必須采用放大鏡或顯微鏡進(jìn)行放大才能看清其細(xì)微結(jié)構(gòu)。對于小于該尺度的圖案必須采用顯微鏡等輔助工具，這個(gè)觀察帶來很大不便。隨后，人們又開發(fā)出了基于微透鏡陣列的三維、動(dòng)態(tài)顯示和防偽技術(shù)，然而上述技術(shù)受到現(xiàn)有像素尺度(150微米)的限制，很難獲得流暢的動(dòng)態(tài)顯示效果和纖薄的厚度。同理，在三維電視中，也存在上述問題，采用現(xiàn)有像素，三維圖像的顯示隨觀測角度成階段性變化，只有采用更加微小的像素尺寸方可獲得流暢的三維動(dòng)態(tài)效果。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述考慮，本發(fā)明提出ー種基于互補(bǔ)金屬膜光柵的濾波結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可形成微米量級的濾波器，通過在不同區(qū)域加工具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的濾波器，及，即可獲得由微米尺度像素構(gòu)成的圖案。本發(fā)明的技術(shù)解決方案通過以下步驟完成一種基于微光學(xué)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，其特征在于包括以下步驟I、它主要由介質(zhì)層I、金屬膜光柵層I、介質(zhì)層2、金屬膜光柵層2、介質(zhì)層3.反射金屬層依次組成；金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2在金屬膜層所在的兩維尺度內(nèi)具有互補(bǔ)特征。即將金屬膜層I沿垂直金屬膜層方向進(jìn)行平移后，可與金屬膜層2組成完整的金屬層；介質(zhì)層I、介質(zhì)層2與介質(zhì)層3分別填充于金屬膜光柵層I前方、金屬膜光柵層I與金屬光柵層2之間以及金屬光柵層2后方的區(qū)域；2、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，金屬膜光柵層I可以為ー維、兩維金屬光柵；其子単元可以為矩形，也可以為圓形、三角形等任意圖形；金屬膜光柵層2為與金屬膜光柵層互補(bǔ)的ー維或兩維金屬光柵；金屬膜光柵層I下表面與金屬膜光柵層2上表面的垂直間距H為O IOOOnm范圍，優(yōu)選值在O IOOnm之間；金屬膜光柵層I厚度為5 300nm范圍，優(yōu)選值在5 50nm之間；金屬膜光柵層2厚度為5 300nm范圍，優(yōu)選值在O 50nm之間；3、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在干，反射金屬層距離金屬膜光柵層2的距離K為O 10 μ m,優(yōu)選值在5 400nm之間；反射金屬層為厚度Onm 300nm的金屬層，優(yōu)選值在5 80nm之間；4、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在干，構(gòu)成金屬膜光柵層I、金屬膜光柵層2與反射金屬層的金屬材料為金、銀、鋁、銅等金屬。5、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2具有相同的周期T，金屬膜光柵層I占空比Al與金屬膜光柵層2占空比A2之和等于I ;6、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2可以是兩層獨(dú)立的金屬光柵；也可以通過垂直的金屬膜將二者邊界連接，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2形成ー個(gè)” S”型的整體金屬光柵層結(jié)構(gòu)。垂直的金屬膜厚度范 圍為O IOOnm,優(yōu)選值為O IOnm ；7、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，通過調(diào)節(jié)金屬膜光柵層I的光柵周期T、占空比Al和/或金屬膜光柵層I下表面與金屬膜光柵層2上表面的垂直間距H實(shí)現(xiàn)對不同的入射波長的反射率和透射率進(jìn)行調(diào)節(jié)；8、如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2之間的介質(zhì)層2可以是ー層介質(zhì)，也可以是由介質(zhì)層I材質(zhì)與介質(zhì)層2材質(zhì)構(gòu)成的光柵結(jié)構(gòu)；9、通過在水平面內(nèi)不同的位置處，加工具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和濾波功能的結(jié)構(gòu)，可獲得由微米量級像素構(gòu)成的圖案，與微透鏡陣列等微光學(xué)元件配合可形成動(dòng)態(tài)、三維顯示效果，可應(yīng)用于顯示、防偽等領(lǐng)域。本發(fā)明的原理是通過設(shè)置不同的金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2結(jié)構(gòu)參數(shù)，將特定頻率的入射光波轉(zhuǎn)換為表面等離子體，并通過與反射金屬層之間的耦合，實(shí)現(xiàn)該頻率光波的強(qiáng)烈吸收或透過；而其他頻率的入射光波則被反射，進(jìn)而形成具有特定色彩的顯示單元；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、該濾波器主要利用周期在百納米尺度的金屬膜光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾波，因此可獲得接近微米尺度的顯示單元；傳統(tǒng)的印刷技術(shù)只能獲得幾百微米尺度的色彩単元；2、傳統(tǒng)打印技術(shù)所形成的顏色必須通過“紅、綠、藍(lán)”三基色混合而成，而本技術(shù)可以直接形成各種復(fù)雜的顔色，并不需要基本的“紅、綠、藍(lán)”三種色元合成。3、本技術(shù)采用普通的エ業(yè)化金屬膜蒸鍍及濺射等エ藝即可完成，因此實(shí)現(xiàn)非常容易，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化。4、通過對顯示微元件結(jié)合、可獲得動(dòng)態(tài)、立體顯示效果。5、美觀、實(shí)用、攜帯方便，可制作成薄片結(jié)構(gòu)，具有良好市場前景。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I為介質(zhì)層I ;2為金屬膜光柵層1，3為介質(zhì)層2 ；4為金屬膜光柵層2, 5為反射金屬層；6為介質(zhì)層3。H為金屬膜光柵層I下表面與金屬膜光柵層2上表面的垂直間距，K為反射金屬層距離金屬膜光柵層2的距離；T為金屬膜光柵層I的周期，同樣也是金屬膜光柵層2的周期；Α為金屬膜光柵層I的寬度。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中用于激發(fā)和耦合特定波長的ー維的金屬膜光柵層1，即圖I中標(biāo)注為2的金屬膜光柵層I。T為金屬膜光柵層I的周期；A為金屬膜光柵層I的寬度。圖3是本發(fā)明實(shí)施例I中用于激發(fā)和耦合特定波長的ー維的金屬膜光柵層2，通過平移金屬膜光柵層2，可以與圖2所示的金屬膜光柵層I共同組成完整的金屬膜層，即金屬膜光柵層2與圖2所示的金屬膜光柵層I互補(bǔ)。即圖I中標(biāo)注為4的金屬膜光柵層2。圖4是本發(fā)明中實(shí)施例三中通過垂直的金屬膜將金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2連接起來后的濾波結(jié)構(gòu)，圖中I為介質(zhì)層I ;2為金屬膜光柵層1，3為介質(zhì)層2 ；4為金屬膜光柵層2, 5為反射金屬層；6為介質(zhì)層3, 7為連接金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2邊界的垂直金屬膜。圖5是本發(fā)明實(shí)施例4中用于激發(fā)和耦合特定波長的ニ維的金屬膜光柵層I。
圖6是本發(fā)明實(shí)施例4中用于激發(fā)和耦合特定波長的ニ維的金屬膜光柵層2，通過平移該金屬膜光柵層2，可以與圖5所示的金屬膜光柵層I共同組成完整的金屬膜層，即該金屬膜光柵層2與圖5所示的金屬膜光柵層I互補(bǔ)。圖7是本發(fā)明實(shí)施例5中用于激發(fā)和耦合特定波長的ニ維的金屬膜光柵層I。圖8是本發(fā)明實(shí)施例5中用于激發(fā)和耦合特定波長的ニ維的金屬膜光柵層2。圖9是本發(fā)明實(shí)施例6中的基于金屬光柵膜的濾波結(jié)構(gòu)，圖中標(biāo)注31代表介質(zhì)層2中與介質(zhì)層I材質(zhì)相同的部分，標(biāo)注32代表介質(zhì)層2中與介質(zhì)層3材質(zhì)相同的部分。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，利用ー維金屬膜光柵層結(jié)構(gòu)對波長為500nm±50nm的可見光反射波進(jìn)行吸收濾波，其它波長的電磁能量得到有效反射，反射光形成呈現(xiàn)出紅色的效果；圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I為介質(zhì)層I ;2為金屬膜光柵層1，3為介質(zhì)層2 ；4為金屬膜光柵層2,5為反射金屬層；6為介質(zhì)層3。本實(shí)施例中，首先確定介質(zhì)層I、介質(zhì)層2和介質(zhì)層3為折射率為I. 45的透明材料，并通過對周期取100 500n m的不同值，金屬膜光柵層I占空比A/T從10% 90%的不同值，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H從O IOOnm的不同值,反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K從O 500n m的不同值，以及金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2的厚度取不同值，分別進(jìn)行量化后用FDTD數(shù)值計(jì)算。本專利提出的這種基于具有互補(bǔ)特性的雙層金屬膜光柵層首先可以有效地將特定波長(如本例中500nm±50nm)的光波轉(zhuǎn)化為表面等離子體，同時(shí)轉(zhuǎn)化后的表面等離子體將在金屬膜光柵層I、金屬膜光柵層2與反射金屬層之間相互耦合；在耦合過程中，部分能量被高效吸收，部分能量被按照透射，部分能量被反射；而在此過程中其它波長(波長大于550nm和小于450nm的光波)的光波則由于不能激發(fā)等離子體或者不能高效的激發(fā)等離子體，而不會(huì)發(fā)生上述耦合過程。這將導(dǎo)致其它波長(與計(jì)算結(jié)構(gòu)不匹配的波長)與(與計(jì)算結(jié)構(gòu)匹配的波長)特定波長必然具有完全不同的透射、反射和吸收特性。本實(shí)施例中，根據(jù)FDTD計(jì)算結(jié)果，選擇如下最佳參數(shù)，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的周期為250nm，并取金屬膜光柵層I占空比A/T = 60%金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的厚度均為20nm,米用Ag銀作為金屬材料,金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H = 40nm,反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K = 400nm作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，反射金屬層厚度20nm,并采用I. 45的透明材料作為介質(zhì)I、介質(zhì)2及介質(zhì)3。金屬膜光柵層I俯視圖見圖2，金屬膜光柵層2俯視圖見圖3。在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)后，我們首先在石英基片表面蒸鍍20nm銀作為反射金屬層，并在其表面涂布或蒸鍍400nm的折射率為I. 45的透明材料；隨后采用周期為250nm，占空比60%，深度為40+20 = 60nm的納米壓印模板在上述透明材料表面壓制上述納米壓印模板上的光柵結(jié)構(gòu)；壓制完成后，采用蒸鍍的方法在石英基片表面上的壓印圖形ー側(cè)垂直蒸鍍金屬銀，厚度為20nm ;最后再在上述結(jié)構(gòu)表面蒸鍍或旋涂折射率為I. 45的有機(jī)材料即完成上述結(jié)構(gòu)的制作。
當(dāng)入射光照射到該結(jié)構(gòu)表面后，波長接近500nm的光波被轉(zhuǎn)化為表面等離子體，并被耦合吸收。而波長遠(yuǎn)離500n m的光波則能夠被有效反射。因此，從反射效果看，該結(jié)構(gòu)能夠呈現(xiàn)出紅色。實(shí)施例2，利用ー維金屬膜光柵層結(jié)構(gòu)對波長為600nm±50nm的可見光反射波進(jìn)行吸收濾波，其它波長的電磁能量得到有效反射，反射光形成呈現(xiàn)出藍(lán)綠色的效果；本實(shí)施例實(shí)施過程如實(shí)施例一，根據(jù)FDTD計(jì)算結(jié)果，選擇如下最佳參數(shù)，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的周期為250nm,并取金屬膜光柵層I占空比A/T = 60%金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的厚度均為20nm,米用Ag銀作為金屬材料,金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H = 60nm,反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K = 400n m作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，反射金屬層厚度20nm,并采用I. 45的透明材料作為介質(zhì)I、介質(zhì)2及介質(zhì)3。在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)后，我們首先在石英基片表面蒸鍍20nm銀作為反射金屬層，并在其表面涂布或蒸鍍400nm的折射率為I. 45的透明材料；隨后采用周期為250nm，占空比60%，深度為60+20 = 80nm的納米壓印模板在上述透明材料表面壓制上述納米壓印模板上的光柵結(jié)構(gòu)；壓制完成后，采用蒸鍍的方法在石英基片表面上的壓印圖形ー側(cè)垂直蒸鍍金屬銀，厚度為20nm ;最后再在上述結(jié)構(gòu)表面蒸鍍或旋涂折射率為I. 45的有機(jī)材料即完成上述結(jié)構(gòu)的制作。當(dāng)入射光照射到該結(jié)構(gòu)表面后，波長接近600nm的光波被轉(zhuǎn)化為表面等離子體，并被耦合吸收H或透射。而波長遠(yuǎn)離600nm的光波則能夠被有效反射。因此，從反射效果看，該結(jié)構(gòu)能夠呈現(xiàn)出藍(lán)綠色的效果；實(shí)施例3，利用ー維光柵對波長為700nm±50nm的可見光反射波進(jìn)行吸收濾波，其它波長的電磁能量得到有效反射，反射光形成呈現(xiàn)出藍(lán)綠色的效果；本實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖見圖4，實(shí)施過程如實(shí)施例一所示，首先確定介質(zhì)層I、介質(zhì)層2和介質(zhì)層3為折射率為I. 45的透明材料，并通過對周期取100 500nm的不同值，金屬膜光柵層I占空比A/T從10% 90%的不同值，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H從O IOOnm的不同值,反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K從O 500nm的不同值，以及金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2的厚度取不同值，分別進(jìn)行量化；另外，連接金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2邊界處的垂直的金屬膜層(見圖4中標(biāo)注為7的膜層)的厚度分別取5nm, IOnm, 15nm三種不同值,最后用FDTD數(shù)值計(jì)算根據(jù)FDTD計(jì)算結(jié)果，選擇如下最佳參數(shù)，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的周期為300nm,并取金屬膜光柵層I占空比A/T = 50%金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的厚度均為40nm,米用Ag銀作為金屬材料,金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H = 50nm,反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K = 400nm作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，反射金屬層厚度20nm，并采用I. 45的透明材料作為介質(zhì)I、介質(zhì)2及介質(zhì)3。金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2邊界處的垂直金屬膜層(見圖4中標(biāo)注為7的膜層)的厚度取10nm。在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)后，我們首先在石英基片表面蒸鍍20nm銀作為反射金屬層，并在其表面涂布或蒸鍍400nm的折射率為I. 45的透明材料；隨后采用周期為300nm，占空比50%，深度為90nm的納米壓印模板在上述透明材料表面壓制上述納米壓印模板上的光柵結(jié)構(gòu)；壓制完成后，采用濺射的方法在石英基片表面上的壓印圖形一側(cè)濺射金屬銀，厚度為40nm ;最后再在上述結(jié)構(gòu)表面蒸鍛或旋涂折射率為I. 45的有機(jī)材料即完成上述結(jié)構(gòu)的制作。當(dāng)入射光照射到該結(jié)構(gòu)表面后，波長接近700nm的光波被轉(zhuǎn)化為表面等離子體，并被耦合吸收H或透射。而波長遠(yuǎn)離700nm的光波則能夠被有效反射，形成獨(dú)特的反射顏色。
實(shí)施例4,利用ニ維光柵對波長為550nm±50nm的可見光反射波進(jìn)行吸收濾波,其它波長的電磁能量得到有效反射，反射光形成呈現(xiàn)出接近橙色的效果；本實(shí)施例中濾波結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1，金屬膜光柵層I俯視圖見圖5，金屬膜光柵層2俯視圖見圖6。實(shí)施過程如實(shí)施例一所示，首先確定各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)并用FDTD數(shù)值計(jì)算。根據(jù)FDTD計(jì)算結(jié)果，選擇最佳參數(shù)，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的周期為270nm，并取金屬膜光柵層I占空比A/T = 50%，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的厚度均為30nm，采用Al鋁作為金屬材料，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H = 30nm，反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K = 400nm作為結(jié)構(gòu)參數(shù),反射金屬層厚度20nm,并米用
I.45的透明材料作為介質(zhì)I、介質(zhì)2及介質(zhì)3。在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)后，我們首先在石英基片表面蒸鍍20nm銀作為反射金屬層，并在其表面涂布或蒸鍍400nm的折射率為I. 45的透明材料；隨后采用周期為270nm，占空比50%，深度為30+30 = 60nm的兩維納米壓印模板在透明材料表面壓制上述光柵結(jié)構(gòu)；壓制完成后，采用蒸鍍的方法在石英基片表面上的壓印圖形一側(cè)蒸鍍金屬銀，厚度為30nm;最后再在上述結(jié)構(gòu)表面蒸鍍或旋涂折射率為1.45的有機(jī)材料即完成上述結(jié)構(gòu)的制作。當(dāng)入射光照射到該結(jié)構(gòu)表面后，波長接近550nm的光波被轉(zhuǎn)化為表面等離子體，并被耦合吸收H或透射。而波長遠(yuǎn)離550nm的光波則能夠被有效反射，形成獨(dú)特的反射顏色。實(shí)施例5,利用子單兀為圓形的ニ維光柵對波長為550nm±50nm的可見光反射波進(jìn)行吸收濾波，其它波長的電磁能量得到有效反射，反射光形成呈現(xiàn)出橙色的效果；本實(shí)施例中濾波結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1，金屬膜光柵層I俯視圖見圖7，金屬膜光柵層
2俯視圖見圖8。實(shí)施過程如實(shí)施例一所示，首先在權(quán)利要求書所述的參量范圍內(nèi)，對圓形子単元半徑、金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2及反射金屬層的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行量化，并用FDTD數(shù)值計(jì)算。根據(jù)FDTD計(jì)算結(jié)果，選擇最佳參數(shù)，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的周期為270nm,即圓形子単元的周期270nm，圓形子単元半徑lOOnm，金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的厚度均為30nm，采用Al鋁作為金屬材料，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H =30nm,反射金屬層與金屬膜光柵層2間距K = 400nm作為結(jié)構(gòu)參數(shù)，反射金屬層厚度20nm,并采用I. 45的透明材料作為介質(zhì)I、介質(zhì)2及介質(zhì)3。
在確定結(jié)構(gòu)參數(shù)后，我們首先在石英基片表面蒸鍍20nm銀作為反射金屬層，并在其表面涂布或蒸鍍400nm的折射率為I. 45的透明材料；隨后采用周期為270nm，子單元為圓形，半徑為lOOnm，深度為金屬膜光柵層2厚度與H之和，即30+30 = 60nm的兩維納米壓印模板在透明材料表面壓制上述光柵結(jié)構(gòu)；壓制完成后，采用蒸鍍的方法在石英基片表面上的壓印圖形一側(cè)蒸鍍金屬銀，厚度為30nm ;最后再在上述結(jié)構(gòu)表面蒸鍍或旋涂折射率為
I.45的有機(jī)材料即完成上述結(jié)構(gòu)的制作。當(dāng)入射光照射到該結(jié)構(gòu)表面后，波長接近550nm的光波被轉(zhuǎn)化為表面等離子體，并被耦合吸收H或透射。而波長遠(yuǎn)離550nm的光波則能夠被有效反射，形成獨(dú)特的反射顏色。 實(shí)施例6，利用介質(zhì)光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)成介質(zhì)層2，使得白光入射到該濾波器結(jié)構(gòu)后，反射光與透射光顏色不同。本實(shí)施例中濾波結(jié)構(gòu)剖面圖如圖9，金屬膜光柵層I厚度為Onm，金屬膜光柵層2厚度20nm，周期250nm。金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2間距H = 30nm,為獲得較好的透射效果，反射金屬層厚度為Onm，并采用折射率I. 45的有機(jī)透明材料作為介質(zhì)層1，折射率為2. 3的ZnS作為介質(zhì)層3，介質(zhì)層2則由折射率為I. 45的有機(jī)材料和折射率為2. 3的ZnS組成的介質(zhì)光柵構(gòu)成(見圖9)。圖中標(biāo)注31代表介質(zhì)層2中與介質(zhì)層I材質(zhì)相同的部分，標(biāo)注32代表介質(zhì)層2中與介質(zhì)層3材質(zhì)相同的部分。當(dāng)入射光照射到該結(jié)構(gòu)表面后，由于介質(zhì)層2由兩種介質(zhì)組成，因此電磁波位相和強(qiáng)度將在介質(zhì)層2的出射面(即金屬光柵層2表面)產(chǎn)生強(qiáng)烈的變化，因此對入射電磁波的波長接近450nm的光波被轉(zhuǎn)化為表面等離子體，并被耦合透射，透射光具有偏藍(lán)色調(diào)。而波長遠(yuǎn)離450nm的光波由于不能被有效耦合，因此都被反射，反射光形成偏紅色調(diào)。通過調(diào)節(jié)金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2的周期、占空比以及金屬膜光柵層I和金屬膜光柵層2間距等參數(shù)，可以對透射光和反射光的顏色進(jìn)行有效調(diào)控。
本專利申請公開的技術(shù)點(diǎn)及內(nèi)容以及以本專利相關(guān)技術(shù)點(diǎn)及內(nèi)容為核心進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)相應(yīng)調(diào)整后產(chǎn)生的結(jié)果均屬于本專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.它主要由介質(zhì)層I、金屬膜光柵層I、介質(zhì)層2、金屬膜光柵層2、介質(zhì)層3、反射金屬層依次組成；金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2在金屬膜層所在的兩維尺度內(nèi)具有互補(bǔ)特征。即將金屬膜層I沿垂直金屬膜層方向進(jìn)行平移后，可與金屬膜層2組成完整的金屬層；介質(zhì)層I、介質(zhì)層2與介質(zhì)層3分別填充于金屬膜光柵層I前方、金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2之間以及金屬膜光柵層2后方的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，金屬膜光柵層I可以為ー維、兩維金屬光柵；其子単元可以為矩形，也可以為圓形、三角形等任意圖形；金屬膜光柵層2為與金屬膜光柵層互補(bǔ)的ー維或兩維金屬光柵；金屬膜光柵層I下表面與金屬膜光柵層2上表面的垂直間距H為O IOOOnm范圍，優(yōu)選值在0 IOOnm之間；金屬膜光柵層I厚度為5 300nm范圍，優(yōu)選值在5 50nm之間；金屬膜光柵層2厚度為5 300nm范圍，優(yōu)選值在0 50nm之間。
3.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在干，反射金屬層距離金屬膜光柵層2的距離K為0 10 ii m,優(yōu)選值在5 400nm之間；反射金屬層為厚度Onm 300nm的金屬層,優(yōu)選值在5 80nm之間。
4.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，構(gòu)成金屬膜光柵層I、金屬膜光柵層2與反射金屬層的金屬材料為金、銀、鋁、銅等金屬。
5.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在干，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2具有相同的周期T，金屬膜光柵層I占空比Al與金屬膜光柵層2占空比A2之和等于I。
6.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2可以是兩層獨(dú)立的金屬光柵；也可以通過垂直的金屬膜將二者邊界連接，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2形成ー個(gè)”S”型的整體金屬光柵層結(jié)構(gòu)。垂直的金屬膜厚度范圍為0 lOOnm，優(yōu)選值為0 10nm。
7.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在于，通過調(diào)節(jié)金屬膜光柵層I的光柵周期T、占空比Al和/或金屬膜光柵層I下表面與金屬膜光柵層2上表面的垂直間距H實(shí)現(xiàn)對不同的入射波長的反射率和透射率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求I所述濾波器，其特征在干，金屬膜光柵層I與金屬膜光柵層2之間的介質(zhì)層2可以是ー層介質(zhì)，也可以是由介質(zhì)層I材質(zhì)與介質(zhì)層2材質(zhì)構(gòu)成的光柵結(jié)構(gòu)。
9.通過在水平面內(nèi)不同的位置處，加工具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和濾波功能的結(jié)構(gòu)，可獲得由微米量級像素構(gòu)成的圖案，與微透鏡陣列等微光學(xué)元件配合可形成動(dòng)態(tài)、三維顯示效果，可應(yīng)用于顯示、防偽等領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于互補(bǔ)金屬膜光柵的濾波結(jié)構(gòu)，它主要由介質(zhì)層1、金屬膜光柵層1、介質(zhì)層2、金屬膜光柵層2、介質(zhì)層3、反射金屬層依次組成；金屬膜光柵層1與金屬膜光柵層2在金屬膜層所在的兩維尺度內(nèi)具有互補(bǔ)特征。通過調(diào)節(jié)金屬膜光柵層1與金屬膜光柵層2膜厚以及二者間的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對特定光波的有效反射。
文檔編號G02B5/18GK102650708SQ201110045650
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者趙建平 申請人:趙建平