[發明專利]用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器及方法

有效

• 申請號: 202010719177.2
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111812908B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 蔣向東;李明成;許文瑞;王繼岷;李偉
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/21
• 分類號: G02F1/21;G02F1/23;G02F1/00;G02F1/01
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發明提供一種用于動態色彩調控的法布里?珀羅腔濾波器及制備方法和調諧方法，從上至下依次包括第一層金屬薄膜層、第二層非導電電介質層、第三層透明導電氧化物層、第四層金屬層、第五層襯底層；所述第二層非導電電介質層作為阻擋層阻擋介電常數趨于0的材料發生電化學金屬化后的金屬離子遷移；所述第三層透明導電氧化物層為介電常數趨于0的材料，在電場作用下能實現折射率的改變，從而調節法布里?珀羅腔腔體的折射率；本發明基于ECM效應實現ENZ材料的有效折射率的改變，從而改變FP腔的共振波長，能有效解決上述問題，并且能夠在撤去電壓的同時，完成對共振條件的記憶。

技術領域

本發明屬于顯示技術領域，具體是涉及一種用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器及其制備方法和調諧方法。

背景技術

在顯示技術領域中，我們可以采用等離子體結構來產生不同的色彩，但是一旦結構確定，其產生的色彩也就固定不變。等離子體結構在顯示技術中具有結構薄、穩定、分辨率高等特點。如何動態調節等離子體色彩是目前研究的熱點，動態調節的思想大多都為改變等離子體結構從而調節其強度或者波長，目前主要的調控方式主要基于：直接電化學控制、可逆電化學沉積、偏振控制、可拉升嵌入式結構、相變材料、機電控制法布里-珀羅(FP)腔兩金屬之間的距離。本發明主要基于FP腔實現色彩的動態調節。

FP腔一般是由兩個高反射率的金屬層和中間層腔體形成的一種特殊的光學結構。入射光束在腔內可發生多光束干涉效應，滿足相位匹配條件的光波則會產生共振，共振波長和腔體長度和腔體折射率有關。

然而大多數FP腔選擇采用調節腔體長度來調節共振波長，主要方式有兩種：第一種是通過制備不同腔體長度的FP腔，但是這樣無法實現真正意義上的動態調節，第二種是靜電調節兩金屬板之間的距離，但是這種裝置制作昂貴且制作方法復雜，并且機械裝置壽命會隨著使用時間而減小。

通過改變腔體折射率來改變共振波長的FP腔鮮有報道，究其原因，是因為可作為FP腔體材料的折射率不易改變。介電常數趨于0的材料(Epsilon-near-zero)ENZ材料是指在特定波長區間，材料的介電常數實部趨于0的材料。基于材料折射率的改變Δn＝Δε/2(2√ε),當ε趨于0時，理論上有限的介電常數變化就可以獲得極大的折射率變化。偏壓下的ENZ材料中的金屬離子，由于發生電化學金屬化(ECM)，還能實現折射率的動態調節和記憶。因此基于上述技術，考慮設計一種基于ENZ材料的FP腔，可以通過改變共振波長來實現動態調控色彩的功能。

發明內容

本發明針對上述法布里-珀羅(FP)腔通過調節腔體長度來調節共振波長和共振強度的問題，提出了一種利用介電常數趨于0的材料(ENZ材料)作為腔體材料的FP腔，通過施加電壓動態調節ENZ材料折射率而調節共振波長和共振強度，以達到調節色彩的目的，并在撤掉電壓之后完成色彩的記憶。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種用于動態色彩調控的法布里-珀羅腔濾波器，從上至下依次包括第一層金屬薄膜層11、第二層非導電電介質層12、第三層透明導電氧化物層13、第四層金屬層14、第五層襯底層15；

其中，所述第一層金屬薄膜層11用于將入射光引入法布里-珀羅腔，并作為法布里-珀羅腔的金屬-絕緣體-金屬結構中的上層金屬層；

所述第二層非導電電介質層作12為法布里-珀羅腔的金屬-絕緣體-金屬結構中的中間電介質層，并作為阻擋層阻擋介電常數趨于0的材料(ENZ材料)發生電化學金屬化后的金屬離子遷移；

所述第三層透明導電氧化物層13為介電常數趨于0的材料，在電場作用下能實現折射率的改變，從而調節法布里-珀羅腔腔體的折射率；

所述第四層金屬層14作為法布里-珀羅腔金屬-絕緣體-金屬結構中的下層金屬層；

最下面為第五層襯底層15，在襯底上制備上述結構；