专利名称：一种亚波长光栅真彩元件及含有该元件的呈色产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种亚波长光栅真彩元件及含有该元件的呈色产品，可应用于彩色装饰、光学防伪和结构色成像等领域。
背景技术：
颜色通常是由颜料或染料对入射光特定波段的吸收引起的，然而它也可由有序及无序排列的微结构如光栅、多层膜等对入射光的衍射、干涉及散射产生，此时的颜色常被称为结构色。与传统的颜料呈色相比，结构色的种类更丰富、饱和度更高、颜色更稳定，此外还能展现独特的颜色变化特性如光色变、偏振色变等，这使得它在彩色装饰、高端光学防伪和彩色成像等领域有很好的应用前景。构成激光全息图光栅的周期约为I μ m，它是用之衍射的一级光工作的；但当周期小于入射光波长时，则仅有零级反射光及透射光能够传播，此时的光栅被称为亚波长光栅，它有独特的腔共振和等离子共振特性，用之可创造出颜色及外貌变化非常特殊的结构色光栅微结构。
中国专利申请200410009039. 6公开了一种塑钞亚波长光栅导模共振防伪标记，它由结构单一的一维亚波长介质光栅构成，在s偏振光照射下能产生单色标记；中国专利申请200810126806. X公开了一种安全线，它由基层和一个一维介质光栅层构成， 在光照条件下能呈现一定的颜色及颜色变化效果且反射光是线偏振光。中国专利申请 200910028285.9公开了一种亚波长光栅结构彩色滤光片及制作方法，该滤光片由透明基底和位于基底上的光栅阵列构成，能够透射过滤入射光中的红、绿、蓝光，产生带宽为 O. 08-0. 12 μ m的透射光谱。中国专利申请200910209648. 9公开了一种光学防伪元件，它由基层和一个二维介质光栅层(具有二维表面浮雕光栅的单层介质膜)构成，在偏振镜下观察它具有颜色变化效果，但由于采用了单层介质膜结构，致使其颜色种类及变化效果单一， 仅有红绿变化。中国专利申请201110410055. 6公开了一种光学防伪元件，它由基材、基材上的亚波长浮雕结构和浮雕上的多层介质膜层构成，用以解决现有光学防伪元件颜色种类不够丰富的问题。发明内容
本发明的目的是提供一种亚波长光栅真彩元件，只需改变该元件的周期及少数几个结构层的深度参数，即能使之在s和P偏振白光及非偏振白光下呈现种类丰富的真彩色外貌，并具有与众不同的光色变效果。
本发明的另一目的是提供一种包含上述真彩元件的呈色产品。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种亚波长光栅真彩元件，由下至上依次包括介质层5、介质光栅层6、介质层7、介质-金属光栅层8、介质光栅层9、介质-金属光栅层10和介质层11，所述介质层5、7由透明介质构成，所述介质光栅层6、9和介质-金属光栅层8、10分别由 透明介质与透明介质，和透明介质和金属材料，间隔排列构成。
在上述技术方案中，所述金属Metal为Ag ;所述透明介质包括折射率为1. 8-2. 4的高折射率介质n' 2、n' 3>n/ 4、n' 5和折射率为1. 38_1. 65的低折射率介质r^、n2、n5、 n6、n7 ;所述介质光栅层6、9及介质-金属光栅层8、10的周期相同，为O. 2-0. 4 μ m ;所述介质-金属光栅层8、10的深度相等，为O. 005-0. 025 μ m,且10内金属Metal与8内介质n' 4 的宽度相等，其与周期Λ的比值f为O. 4-0. 6;所述介质光栅层9内介质n' 5的宽度与Λ 的比值为f ;所述介质光栅层6的深度d2 = d4+d5为O. 04-0. 16 μ m,介质n2的宽度与Λ的比值为f ;所述介质光栅层6和介质层7的总深度d2+d3为O. 05-0. 28 μ m ;所述介质层5、11 的深度为O. 01-1 μ m。
上述技术方案中，优选地，所述介质Y 2、Y 3、Υ 4和Y 5的折射率为2. 0-2. 3 ; 所述介质Iiprvrvn6和η7的折射率为1. 45-1. 55 ;所述介质光栅层6、9及介质-金属光栅层8、10的周期为O. 25-0. 35 μ m ;所述占宽比f为O. 45-0. 55 ;所述介质-金属光栅层8、10 的深度为O. 015-0. 02 μ m ;所述介质光栅层6的深度为O. 06-0. 12 μ m ;所述介质光栅层6和介质层7的总深度为O. 06-0. 15 μ m ;所述介质层5、11的深度为O. 1-0. 8 μ m。
在实际应用中，所述亚波长光栅真彩元件可进一步包括用以全部吸收或部分吸收透射光的吸收层，所述吸收层形成为覆盖所述介质层5的至少一部分。此外，所述吸收层上可以形成有能够被分辨的文字、符号和图案。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有呈色技术相比具有下列优点
1.本发明的真彩兀件,含有亚波长介质光栅和亚波长介质-金属光栅结构层,它的种类丰富的颜色外貌主要源于这些光栅的腔共振和等离子共振特性，在外观上表现为反射光呈现特殊的颜色及光色变效果。
2.本发明的真彩元件，具有四个关联的光栅结构层，深度满足d4 = d6，d2 = d4+d5， 这使之能产生种类丰富的颜色外貌，该外貌主要由之深度和周期及介质层7的深度参数控制。
3.本发明的真彩元件，可以通过调整透明介质的折射率及七个结构层的结构参数来优化反射光谱的形状和带宽，从而达到改善其颜色的饱和度和亮度的目的。
4.本发明的真彩元件，在s和P偏振白光及非偏振白光照射下，能够产生相同的， 和/或不同的，真彩色外貌，可用于彩色装饰、光学防伪和结构色成像等领域。用于前两者时，可使该元件(或由之组成的文字、图形和图案)在某偏振光下的颜色外貌和其在非偏振光下的相同而在另一偏振光下的颜色却与之不同，这样就能实现基于偏振光的信息隐藏及偏振光色变。而用于结构色成像时，可先设计多种颜色的真彩元件，然后用之作为呈色介质来复制彩色图像，此时的图像会有与众不同的颜色外貌和光色变效果。
图2为本发明实施例中亚波长光栅真彩元件的结构示意图。
图3为本发明实施例一中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱图4为本发明实施例二中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱
与色品图。
图与色品图。5为本发明实施例三中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱
图1为入射光照射及反射光检测的示意图。与色品图。
图6为本发明实施例四中亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图7为本发明实施例五中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图8为本发明实施例六中亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图9为本发明实施例七中亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图10为本发明实施例八中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图11为本发明实施例九中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图12为本发明实施例十中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图13为本发明实施例^ 中亚波长光栅真彩兀件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
图14为本发明实施例十二中亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见附图1，为入射光照射及反射光检测的示意图。入射平面I与光栅4所在的平面垂直且与X轴的夹角Ψ为0°或90° ;入射光2位于入射平面I内且与Z轴的夹角Θ 为0-30° ;反射光3为待检测的光,位于I内且与z轴的夹角为Θ ;s (和P)偏振光指振动方向与光栅4沟槽平行(和垂直)的入射光2。
参见附图2，为亚波长光栅真彩元件的结构示意图。该元件含有七个结构层 (5-11) :5、7和11为介质层,6和9为介质光栅层,8和10为介质-金属光栅层，其深度分别为d” d2、d3、d4、d5、d6和d7,且满足d2 = d4+d5, d4 = d6 ;结构层6、8、9和10的周期相同 (为Λ)，f为占宽比；金属“Metal”为Ag ;透明介质n' 2、n' 3、n' JPn' 5可选用二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、硫化锌(ZnS)、五氧化二钽(Ta2O5)、五氧化二锆(Zr2O5)和三氧化二铝(Al2O3);透明介质Iiprvrvn6和n7可以选用氟化镁(MgF2)、二氧化硅(SiO2)、聚对苯二甲酸已二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚丙烯(BOPP)及各种树脂材料。
实施例一
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 O. 5 μ m、0. 08 μ m、0. 055 μ m、0. 02 μ m、 0· 06 μ m、0. 02 μ m 和 0· 6 μ m ;周期 A 为 O. 33 μ m, f 为 O. 5 ;材料“Metal ”为 Ag ;介质 Ii1 和 n2 为卩遍仏(1.49);介质115、116和117为8(^(1.5);介质11/ 2、n' 3、n' 4和11' 5为1102(2.3); 入射光波长为O. 38-0. 8 μ m，入射角Θ为5° 。
图3为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图3，s偏振光的光谱在O. 608 μ m附近有显著的峰(效率接近95% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 54，O. 43)，即橙红色(RGB值为255、74和O) ；p偏振光的光谱在 O. 512 μ m和O. 635 μ m附近有尖锐的峰(效率接近50% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 36，O. 54)，即黄绿色(RGB值为118、255和O);非偏振光的光谱为s和p偏振光的叠加(在O. 5-0. 7μπι间有峰)，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 51，O. 46)， 即橙红色(RGB值为255、108和O)。
实施例二
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 O. 5μπι、0· 06μπι、0· 09μπι、0· 015 μ m、 O. 045μπι、0· 015μπι 和 O. 6μπι ;周期 Λ 为 O. 25 μ m，f 为 O. 5 ;材料“]^七&1” 为 Ag ;介质 Ii1 和 n2 为 SiO2Q. 46);介质 n5、n6 和 n7 为 MgF2Q. 38);介质 n' 2、n' 3、n' Jn' 5为 ZrO2 (2. O);入射光波长为O. 38-0. 8 μ m，入射角Θ为5°。
图4为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图 4，s偏振光的光谱在有O. 428 μ m附近有尖锐的峰(效率接近80% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 25，O. 16)，即蓝紫色(RGB值为116、39和255) ；p偏振光的光谱在 O. 6-0. 8 μ m间有较高的效率值，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 51，O. 36)，即红色(RGB值为255、47和25);非偏振光的光谱为s和p偏振光的叠加且在O. 508 μ m附近出现低谷，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 36，O. 25)，即粉红色(RGB值为255、 57 和 164)。
实施例三
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 O. 8μπι、0· 12μπι、0· 16μπι、0· 025 μ m、 O. 095μπι、0· 025μπι和 O. 8μ m ;周期 Λ 为 O. 31 μ m，f 为 O. 55 ;材料“]^丨&1” 为 Ag ;介质 Ii1 和 n2 为 PVC(1. 54);介质 n5、n6 和 n7 为 Si02(l. 46);介质 n' 2、n' 3、n' jPn' 5为 Zr2O5 (2. 0);入射光波长为0.38-0. 8 μ m，入射角Θ为O。。
图5为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图5，s偏振光的光谱在O. 508 μ m附近有显著的峰(效率接近93% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 24，O. 54)，即嫩绿色(RGB值为0、255和45) ；p偏振光的光谱虽在O. 46 μ m和O. 56 μ m附近有峰但效率较低(不高于45% )而O. 6-0. 8 μ m波段的效率却较高，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 44，O. 38)，即红色(RGB值为255、94和 41);非偏振光的光谱为s和P偏振光的叠加且在O. 45-0. 55 ym波段有峰，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 32，O. 47)，即黄绿色(RGB值为98,255和59)。
实施例四
参见2,结构层 5 -11 的深度依次为 O. 8 μ m、0. 16 μ m、0. 01 μ m、0. 01 μ m、0. 05 μ m、 0· 01 μ m 和 0· 8 μ m ;周期 A 为 O. 2 μ m, f 为 O. 55 ;材料“Metal” 为 Ag ;介质和 n7 SPET (1. 65);介质 Y 2、n' 3、n' 4和11' 5 为 ZnS (2. 4);入射光波长为 O. 38-0. 8 μ m， 入射角Θ为0°。
图6为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图6，s偏振光的光谱在O. 446 μ m附近有显著的峰(效率接近93% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 17，O. 14)，即蓝色(RGB值为0、48和255) ；p偏振光的光谱在O. 6-0. 8 μ m波段的效率由20%缓慢增加到80%，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为 (O. 36，O. 30)，即浅红色(RGB值为255、102和139);非偏振光的光谱为s和p偏振光的叠加(O. 4-0. 5 μ m间有峰)，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 22，O. 18)，即蓝紫色(RGB 值为 66、69 和 255)。
实施例五
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 O.1 μ m,0. 04 μ m,0. 01 μ m,0. 005 μ m, 0. 035μπι、0. 005μπι 和 O. 9μπι;周期 Λ 为 O. 4 μ m，f 为 O. 45 ;MW“Metal” 为 Ag ;介质 Ii1 和 n2 为 MgF2(l. 38);介质 n5、n6 和 n7 为 PVC(1. 54);介质 n' 2、n' 3、n' jPn' 5为 Ta2O5 (2.1);入射光波长为0.38-0. 8 μ m，入射角Θ为10°。
图7为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图7，s偏振光的光谱在近红外波段有显著的峰(效率接近97%)且O. 6-0. 7 μ m波段的效率不低于30%，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 56，O. 40)，即红色(RGB值为 255,46和O) ；p偏振光的光谱在O. 6-0. 8 μ m波段有尖锐的双峰，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 52，O. 42)，即橙红色(RGB值为255、72和O);非偏振光的光谱为s和p 偏振光的叠加(O. 61-0. 8 μ m波段效率不低于40% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 54，O. 41)，即红色(RGB 值为 255、55 和 O)。
实施例六
参见图2,结构层 5-11 的深度为 O.1 μ m、0. 04 μ m、0. 02 μ m、0. 005 μ m、0. 035 μ m、 0. 005 μ m 和 0· 8 μ m ;周期 A 为 0· 31 μ m, f 为 0· 45 ;材料“Metal ” 为 Ag ;介质 n7SPE(l. 52);介质 n' 2、n' 3、n' 4和11' 5 为 Al2O3 (L 76);入射光波长为(λ 38-0. 8 μ m， 入射角Θ为10°。
图8为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图 8，s偏振光的光谱在O. 55 μ m附近有显著的单峰(效率接近95%)且近红外波段的效率较高，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 43，O. 53)，即黄色(RGB值为255、251和 O) ；p偏振光的光谱在O. 48 μ m和O. 61 μ m附近有明显的峰(效率不低于45% )，CIE x-y 色品图上与之对应的颜色位置为(O. 4025，O. 4221)，即深黄色(RGB值为255、184和55);非偏振光的光谱为s和P偏振光的叠加且在O. 5-0. 8 μ m波段的效率较高，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 4278，O. 5018)，即黄色(RGB值为255,233和O)。
实施例七
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 O. 9μπι、0· 08μπι、0· 02μπι、0· 02 μ m、 O. 06 μ m、0. 02 μ m 和 I μ m ;周期 Λ 为 O. 3 μ m, f 为 O. 6 ;材料 “Metal” 为 Ag ;介质叫、n2、 115、116和117为？0(1.58);介质 n' 2 为 TiO2 (2. 3);介质 η ' 3 为 ZrO2 (2. O);介质 η ' 4为 Ta2O5 (2.1);介质n' 5为ZnS (2. 4);入射光波长为O. 38-0. 8 μ m，入射角Θ为15°。
图9为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图 9，s偏振光的光谱在O. 45-0. 6 μ m波段有显著的峰(效率接近97% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 24，O. 52)，即深绿色(RGB值为0,255和51) ；p偏振光的光谱在 O. 45-0. 61 μ m波段有三个峰且大于O. 6 μ m波长的效率较高，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 36，O. 38)，即土黄色(RGB值为255,203和103);非偏振光的光谱为s和p 偏振光的叠加且在O. 45-0. 6 μ m波段有显著的峰，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 2886，O. 4719)，即绿色(RGB 值为 38、255 和 72)。
实施例八
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 1μπι、0·08μπι、0·02μπι、0·02μπι、0·06μπι、 O. 02 μ m 和 O. 9 μ m ;周期 A 为 O. 28 μ m，f 为 O. 6 ;材料 “Metal ” 为 Ag ;介质叫和 n2 为8(^(1.52);介质115、116和117为？_\(1.49);介质11' 2 为 ZrO2 (2. O);介质 η ' 3为 TiO2 (2. 3);介质 n' 4 为 Al2O3 (L 76);介质 n' 5 为 Ta2O5 (2.1);入射光波长为 O. 38-0. 8 μ m， 入射角Θ为15°。
图10为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图10，S偏振光的光谱在O. 5 μ m附近有显著的单峰(效率接近96% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 17，O. 37)，即青色(RGB值为0、255和194) ；p偏振光的光谱在 O. 45-0. 6 μ m波段变化平缓且近红外波段的效率较高，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 33，O. 34)，即粉红色(RGB值为255、206和191);非偏振光的光谱在O. 5 μ m附近有显著的峰，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 23，O. 35)，即青色(RGB值为0、255 和 204)。
实施例九
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 1μπι、0·08μπι、0·02μπι、0·02μπι、0·06μπι、 O. 02 μ m 和 O.1 μ m ;周期 A 为 O. 25 μ m, f 为 O. 5 ;材料 “Metal ” 为 Ag ;介质 Ii1、n5 和 n6 为 SiO2 (1. 46);介质 n2 为 MgF2 (1. 38);介质 n7 为 BOPP (1. 5);介质 η ' 2 为 Ta2O5 (2.1);介质 n' 3和n' 4为ZnS (2.4);介质η' 5为Zr2O5 (2. O);入射光波长为O. 38-0. 8 μ m，入射角Θ 为 20。。
图11为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图11，S偏振光的光谱在O. 38-0. 45 μ m波段有尖锐的峰(效率接近90% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 37，O. 23)，即粉红色(RGB值为255,40和152) ；p偏振光的光谱在近红外波段有较大的效率，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(0.48，0. 35)， 即深红色(RGB值为255、54和34);非偏振光的光谱在O. 5 μ m附近有低谷，CIE χ-y色品图上相应的颜色位置为(O. 43，O. 30)，即红色(RGB值为255,49和74)。
实施例十
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 0·01μπι、0·08μπι、0·055μπι、0·02μπι、 O. 06μ 、0· 02μ 和 O. 01 μ ;周期 A 为 O. 35 μ m，f 为 O. 4 ;材料“]^七&1”为 Ag ;介质叫为 PMMAd. 5);介质 112为 Si02(1.46);介质 n5 和 n6 为 MgF2 (1. 38);介质 n7 为 PVC (1. 54);介质 n' 2 SZnS (2. 4);介质 η' 3 为 Al2O3 (1. 76);介质 n' 4和11' 5 为 TiO2 (2. 3);入射光波长为 O. 38-0. 8 μ m，入射角 Θ 为 20°。
图12为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与和色品图。参见图12，s偏振光的光谱在0.61 μ m附近有显著的峰(效率接近96% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 55，O. 43)，即深橙红色(RGB值为255、69和O) ；p偏振光的光谱在 O. 532 μ m和O. 652 μ m附近有尖锐的峰，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(0.41， O. 55)，即金黄色(RGB值为179、255和O);非偏振光的光谱在O. 53-0. 8 μ m波段有较高的效率且峰位于O. 62 μ m附近，CIE χ-y色品图上与相应的颜色位置为(O. 51，O. 46)，即橙红色(RGB 值为 255、102 和 O)。
实施例^^一
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 Ο.ΟΙμπκΟ. 16 μ m、0. 04 μ m、0. 02 μ m、 O. 14 μ m、0. 02 μ m 和 O. 08 μ m ;周期 A 为 0· 4 μ m, f■为 0· 4 ;材料“Metal” 为 Ag ;介质 Ii1 为 PC (1. 58);介质 n2 SPMMA(1. 5);介质 n5 和 n6 为 SiO2 (1. 46);介质 n7 为 PE (1. 52);介质 n' 2和11' 4 SZr2O5(2. O);介质 η' 3 为 Ta2O5(2.1);介质 n' 5 为 Al2O3(1. 76);入射光波长为O. 38-0. 8 μ m，入射角Θ为30°。
图13为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图13，s偏振光的光谱在O. 62 μ m附近有显著的峰(效率接近98% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 42，O. 41)，即深橙色(RGB值为255、140和39) ；p偏振光的光谱较为复杂但在O. 6-0. 7 μ m波段的效率较高(不低于80% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 44，O. 43)，即深橙色(RGB值为255、143和24);非偏振光的光谱形状与s及p 偏振光的相似，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 43，O. 42)，即橙红色(RGB值为 255、142 和 32)。
实施例十二
参见图2，结构层 5-11 的深度依次为 O. 08 μ m、0. 08 μ m、0. 075 μ m、0. 02 μ m、0.06μ 、0· 02μ 和 O. 6μ ;周期 Λ 为 O. 25 μ m，f 为 O. 5 ;材料“]^七&1” 为 Ag ;介质叫为 PVC (1. 54);介质 Ii2SPE (1. 52) ;介质 n5 和 n6 为 MgF2 (1. 38);介质 n7 为 PMMA (1. 49);介质 n' 2 SAl2O3(1. 76);介质 η' 3 为 Ta2O5 (2.1);介质 η' 4和11' 5 为 TiO2 (2. 3);入射光波长为O. 38-0. 8 μ m，入射角Θ为30°。
图14为亚波长光栅真彩元件的s和P偏振光及非偏振光的光谱与色品图。参见图14，s偏振光的光谱在O. 4 μ m和O. 5 μ m附近有尖锐的峰(效率接近98% )，CIE χ-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 32，O. 50)，即绿色(RGB值为76、255和40) ；p偏振光的光谱在近红外波段有较高的效率，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(0.41，0.33)， 即红色(RGB值为255、86和84);非偏振光的光谱在O. 48-0. 8ym波段有较高的效率，CIE x-y色品图上与之对应的颜色位置为(O. 35，O. 44)，即金黄色(RGB值为192,255和76)。
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。
权利要求
1.一种亚波长光栅真彩元件，由下至上依次包括介质层5、介质光栅层6、介质层7、介质-金属光栅层8、介质光栅层9、介质-金属光栅层10和介质层11，其特征在于所述介质层5、7和11由透明介质构成，所述介质光栅层6、9和介质-金属光栅层8、10分别由透明介质与透明介质，和透明介质与金属材料，间隔排列构成。
2.根据权利要求1所述的亚波长光栅真彩元件，其特征在于所述透明介质包括高折射率介质n' 2>n/ 3、n' 4、n' 5和低折射率介质n1、rV rV ne、rV ;所述介质光栅层6、9及介质-金属光栅层8、10的光栅周期Λ相同；所述介质-金属光栅层8、10的深度相等，10 内金属Metal和8内介质n' 4的宽度相等且与Λ的比值f为O. 45_0. 55 ;所述介质光栅层 6的深度d2为d2 = d4+d5,介质n2的宽度与Λ的比值为f ;所述介质光栅层9内介质n' 5 的宽度与Λ的比值为f。
3.根据权利要求2所述的亚波长光栅真彩元件，其特征在于所述介质-金属光栅层8、10的金属材料为Ag ;所述介质η' 2> n' 3、n' ‘和]!' 5的折射率为1. 76-2. 4,优选值为2. 0-2. 3 ;所述介质r^rvrvndP n7的折射率为1. 38-1. 65，优选值为1.46-1.54。
4.根据权利要求3所述的亚波长光栅真彩元件，其特征在于所述介质-金属光栅层8、10的深度为O. 005-0. 025 μ m,优选值为O. 015-0. 02 μ m ;所述介质光栅层6、9及介质-金属光栅层8、10的光栅周期为O. 2-0. 4 μ m,优选值为O. 25-0. 35 μ m ;所述介质光栅层6的深度为O. 04-0. 16 μ m,优选值为O. 06-0. 12 μ m ;所述介质光栅层6和介质层7的总深度d2+d3 为O. 05-0. 28 μ m,优选值为O. 06-0. 15 μ m ;所述介质层5、11的深度为O. 01-1 μ m,优选值为 O. 1-0. 8 μ m。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的亚波长光栅真彩元件，进一步包括用于全部吸收或部分吸收透射光的吸收层，所述吸收层形成为覆盖所述介质层5的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的亚波长光栅真彩元件，所述吸收层上可以形成有能够被分辨的文字、符号和图案。
7.—种呈色产品，包括根据权利要求1-6中任一项所述的呈色产品。
全文摘要
本发明提供了一种亚波长光栅真彩元件及含有该元件的呈色产品，该亚波长光栅真彩元件由七个结构层构成，由下至上依次为介质层、介质光栅层、介质层、介质-金属光栅层、介质光栅层、介质-金属光栅层和介质层，所述的介质层为由透明介质构成的均匀薄层，所述的介质光栅层和介质-金属光栅层分别为由透明介质与透明介质，和透明介质与金属材料，间隔排列构成的亚波长光栅层。只需改变该亚波长光栅真彩元件的周期及少数几个结构层的深度参数，就能使之在s和p偏振白光及非偏振白光下呈现种类丰富的彩色外貌并具有特殊的光色变效果，可用于彩色装饰、光学防伪和结构色成像等领域。
文档编号G02B5/18GK103048719SQ20131002730
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者陈永利, 刘文霞, 陈蕴智, 蔡圣燕, 赵小梅 申请人:天津科技大学