[發(fā)明專利]基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910713194.2
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110501772A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳文靜;李陽;高嵩;張春偉;付小倩
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20
• 代理公司: 37221 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 鄭平<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國

本發(fā)明涉及超高分辨率彩色濾光片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片及其制備方法和應(yīng)用。包括：透明襯底、介質(zhì)超表面和透明覆蓋層；其中，所述介質(zhì)超表面為納米柱結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅，其呈陣列式結(jié)構(gòu)分布在透明襯底表面；所述透明覆蓋層覆蓋在介質(zhì)超表面上，從而將介質(zhì)超表面密封在透明覆蓋層中。本發(fā)明的彩色濾光片能同時工作在透射和反射模式下，顯著提高光利用效率；同時，通過簡單調(diào)整超表面中單個亞波長結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)全彩色超高分辨率彩色打印。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超高分辨率彩色濾光片技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

本發(fā)明背景技術(shù)中，公開的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

彩色濾光片是一種通過對可見光頻譜范圍內(nèi)特定波長進(jìn)行選擇性反射或透射而呈現(xiàn)不同顏色的常用光學(xué)元件，被廣泛地應(yīng)用到顯示成像、傳感探測、光伏器件、彩色全息、無油墨彩色打印等領(lǐng)域中。相比與傳統(tǒng)基于化學(xué)染料的彩色濾光片，基于納米結(jié)構(gòu)的彩色濾光片具有環(huán)保、低成本、高穩(wěn)定性、高分辨率、與半導(dǎo)體加工工藝兼容等優(yōu)點。

基于薄膜干涉和衍射光柵的傳統(tǒng)光學(xué)元件受制于衍射極限，無法進(jìn)一步提高器件的分辨率。等離子體超表面的出現(xiàn)成功解決了上述問題，能夠?qū)崿F(xiàn)超越衍射極限的超高分辨率。但是，等離子體超表面中金屬會產(chǎn)生不可避免的傳導(dǎo)損耗，從而難以實現(xiàn)高效的透射型彩色濾光片，導(dǎo)致目前報道的高效超表面彩色濾光片只工作在反射模式。

基于高折射率硅的介質(zhì)超表面具有和等離子體超表面一樣的靈活電磁調(diào)控特性，能夠?qū)崿F(xiàn)超高分辨率彩色濾光片。并且，由于介質(zhì)超表面沒有傳導(dǎo)損耗，被認(rèn)為是取代等離子體超表面實現(xiàn)高效透射型彩色濾光片的最佳結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明人認(rèn)為：目前開發(fā)的基于介質(zhì)超表面的彩色濾光片仍然主要工作在反射模式下。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明人認(rèn)為：造成該結(jié)果的原因主要來自于主流硅(包括晶體硅和非晶硅)的材料特性，主要表現(xiàn)在：晶體硅在可見光頻譜范圍內(nèi)具有低光吸收損耗的優(yōu)異光學(xué)特性，但是無法實現(xiàn)在透明基板等異質(zhì)基板上的沉積；非晶硅能夠在低溫下沉積到玻璃等透明基板上，但是在短波長處(尤其在波長小于450nm范圍內(nèi))具有很高的光吸收損耗，因此難以實現(xiàn)反射和透射模式下藍(lán)色和黃色的濾出。為此，本發(fā)明提出基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的彩色濾光片能同時工作在透射和反射模式下，顯著提高光利用效率；同時，通過簡單調(diào)整超表面中單個亞波長結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，還能夠?qū)崿F(xiàn)全彩色超高分辨率彩色打印。

本發(fā)明第一目的：提供基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片。

本發(fā)明第二目的：提供基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片的制備方法。

本發(fā)明第三目的：提供所述基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片及其制備方法的應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了下述技術(shù)方案：

首先，本發(fā)明公開基于氫化非晶硅超表面的超高分辨率彩色濾光片，包括：透明襯底、介質(zhì)超表面和透明覆蓋層；其中，所述介質(zhì)超表面為納米柱結(jié)構(gòu)的氫化非晶硅，其呈陣列式結(jié)構(gòu)分布在透明襯底表面；所述透明覆蓋層覆蓋在介質(zhì)超表面上，從而將介質(zhì)超表面密封在透明覆蓋層中。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述透明襯底的材質(zhì)為具有高透射率的玻璃、石英，或者采用柔性襯底PMMA，以便于實現(xiàn)與其他柔性器件的集成。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述透明覆蓋層的材質(zhì)為透明PDMS或者PMMA。透明覆蓋層不僅可以用來保護(hù)超表面結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)彩色濾光片的穩(wěn)定性，還保證了折射率匹配，增強(qiáng)超表面共振模的激發(fā)。

作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述納米柱的高度在80nm到120nm的范圍內(nèi)選擇。