栅结构呈色元件(图1-7所示的结构呈色元件I)的TE和TM模光的特征光谱图。对于入射的TE模白光7，所述呈色元件I在整个可见光波段内拥有很好的透光性能，透射效率最低值不低于75%、反射光效率最大值不高于20% ;但对于入射的TM模白光7，所述呈色元件I拥有优良的透射带阻滤波性能，透射光谱拥有唯一的效率不高于10%且带宽约为0.05μπι的光谱低谷，这在外貌上表现为鲜艳明亮的黄色，而反射光谱具有峰效率接近60 %的单峰，在颜色上为透射光的补色。因此所述呈色元件I具有优良的黄色减色滤波性能，可作为成像设备的感光基色像素、偏振光色变防伪元件等使用，尤其可以作为黄色减色基色像素用于透明显示领域的彩色成像。
[0065]实施例五:
[0066]参见图1-2，di = 0.022ym，d2 = 0.01ym，d3 = 0.2ym，d4 = 0.Ιμπι, A =0.15μηι, A '为0.1-0.2841114为0.35-0.85，^和产为0.3-0.7，Δ < A7 , Δ7 < f〃 Λ '/2 ;Metal 为 Ag;介质m、112折射率为1.2-2.6，介质n3、ru为1.2-2.0，介质Y 3、Y 4折射率为1.8_2.6;入射光波长为0.4-0.7“111，11)和9为0° ο
[0067]图12为本发明实施例五中的亚波长光栅结构呈色元件(图1-7所示的结构呈色元件I)的TE和TM模光的特征光谱图。对于入射的TE模白光7，所述呈色元件I在整个可见光波段内均拥有很好的透光性能，透光效率最低值不低于75%、反射光效率均不高于20%;但对于入射的TM模白光7，所述呈色元件I拥有优良的透射带阻滤波性能，透射光谱具有效率不高于5%且带宽约为0.Ιμπι的唯一光谱低谷，这在外貌上表现为鲜艳明亮的品红色，而反射光谱拥有峰效率不低于70%的单峰，在颜色上表现为透射光的补色。因此所述呈色元件I具有优良的品红色减色滤波性能，可作为成像设备的感光基色像素、偏振光色变防伪元件等使用，尤其可以作为品红色减色基色像素用于透明显示领域的彩色成像。
[0068]实施例六:
[0069]参见图l-2，di为0.002-0.015ym，d2 = 0.01ym，d3 = d4 = 0.1ym，Λ 为0.2-0.35μπι，A'S0.lUSynuf^0.SS-0.SSjmf^S0.S-0.?，Δ < A7 , Δ7 < f〃 Λ '/2 ;Metal 为 Ag;介质m、112折射率为1.2-2.6，介质n3、ru为1.2-2.0，介质Y 3、1^ 4折射率为1.8-2.6;入射光波长为0.4-0.7μηι，Φ和Θ 为O。。
[0070]图13为本发明实施例六中的亚波长光栅结构呈色元件(图1-7所示的结构呈色元件I)的TE和TM模光的特征光谱图。对于入射的TE模白光7，所述呈色元件I在整个可见光波段内拥有很好的透光性能，透光效率不低于75%、反射光效率均不高于20%;但对于入射的TM模白光7，所述呈色元件I拥有优良的透射带阻滤波性能，透射光谱具有效率不高于5%且带宽约为0.1wn的唯一光谱低谷，这在外貌上表现为鲜艳明亮的青色，而反射光谱拥有峰效率接近70 %的单峰，在颜色上为透射光的补色。因此所述呈色元件I具有优良的品红色减色滤波性能，可作为成像设备的感光基色像素、偏振光色变防伪元件等使用，尤其可以作为青色减色基色像素用于透明显示领域的彩色成像。
[0071]对于实施例4-6所述的呈色元件I，通过调控其结构功能层1-4的结构和材料参数，能够使之TE模光在整个可见光波段(0.4-0.7μπι)拥有优良的透光性能，此时其反射光谱的共振波长位于紫外波段，不能够产生颜色效应;而TM模光在0.4-0.7μπι内拥有性能优良透射带阻滤波性能，透射光谱的低谷效率不高于10%、带阻带宽不小于0.05μπι，该低谷位置及带宽主要受所述呈色元件I的参数Λ、cU及.f的调控，用之能够创建由黄色—品红色—青色的系列减色结构色效果。因此利用所述的呈色元件1，能够创建由黄色到青色的系列透射减色滤波器，也可作为彩色成像设备的颜色复制三原色(青色、品色、黄色)用于透明显示、图像复制以及光学防伪等领域。
[0072]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种亚波长光栅结构呈色元件，该结构呈色元件由下至上依次包括四个结构功能层:亚波长金属-介质光栅层2、透明介质层3、亚波长介质光栅层4和亚波长介质光栅层5;其特征在于: 所述结构功能层2由透明介质m和等离子金属沿X轴方向间隔排列构成，材料排列周期A为0.05-0.35μπι且介质m的宽度与Λ的比值f为0.35-0.85，层2的深度为0.002-0.045ym，层2相对层5的水平移位Δ < Λ ';所述结构功能层3由透明介质Π2构成，深度为Ο.ΟΟΙ-ΙΟμηι;所述的介质ndPn2的折射率为1.2-2.6; 所述结构功能层4和5分别由低折射率透明介质Π3、高折射率透明介质r/ 3，和高折射率透明介质Y 4、低折射率透明介质114，沿X轴方向间隔排列构成，材料排列周期Λ 7为0.1-0.4μ111，介质113(和1/ 4)宽度与Λ '比值f (和；0为0.3-0.7，介质1/3、113以及介质1/ 4、Π4之间的折射率差均不小于0.35，层4相对层5的水平移位Δ ' < f〃 Λ ' /2，层4和5的深度d3、d4为0.05-0.2ynLEid3+d4介于0.15-0.3μηι间；所述介质r/ 4'r/ 3和ru、n3的折射率分别为1.8-2.6和1.2-2.0。2.根据权利要求1所述的亚波长光栅结构呈色元件，其特征在于:所述的等离子金属，优选地，为铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)及其合金。3.根据权利要求1-2中任一项所述的亚波长光栅结构呈色元件，其特征在于:所述的亚波长光栅结构呈色元件还包括覆盖在层5上方的透明介质保护层6。4.根据权利要求1-2中任一项所述的亚波长光栅结构呈色元件，其特征在于:所述的亚波长光栅结构呈色元件还包括位于层2下面的介质基材7，包括透明基材、不透明基材以及彩色基材。5.根据权利要求1-2中任一项所述的亚波长光栅结构呈色元件，其特征在于:所述的亚波长光栅结构呈色元件还包括覆盖在层5上面的透明介质保护层6和位于层2下面的介质基材7 06.根据权利要求1-2中任一项所述的亚波长光栅结构呈色元件，其特征在于:所述的亚波长光栅结构呈色元件还包括将该呈色元件埋入到透明介质8中所形成的嵌入或埋入式亚波长光栅结构呈色元件。7.—种呈色产品，包括根据权利要求1-6中任一项所述的亚波长光栅结构呈色元件。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G02B5/18
【公开号】CN105549137
【申请号】CN201610057595
【发明人】陈永利, 刘文霞, 李龙成
【申请人】天津科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月28日