[發明專利]一種具有保護眼睛功能的全色顯示超材料的實現方法

有效

• 申請號: 202110496544.1
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113156564B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 梁瑜章;高會軒;彭偉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G02B5/22
• 分類號: G02B5/22;G02B5/28;G02B5/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明公開了一種具有保護眼睛功能的全色顯示超材料的實現方法，通過將具有寬帶吸收特性的金屬與介質交替堆疊形成多層薄膜結構，利用多層薄膜結構中兩個級聯非對稱FP腔中的干涉相長在可見光區域形成反射峰并通過調節介質薄膜厚度調節反射峰位置實現寬色域、高飽和度、高亮度的全色顯示；同時利用金屬的寬帶固有吸收和兩個級聯非對稱FP腔中的干涉相消在短波紅外區域形成完美吸收從而導致較低的反射或者透射，在顏色顯示時起到近紅外波段屏蔽的功能，最終防止結構顏色顯示時短波紅外光線對眼睛的傷害。本發明提出的光學薄膜器件設計原理簡單和制備成本低廉，對于進一步擴展超材料的實際應用具有重要意義。

技術領域

本發明屬于微納光子學、功能材料和新型光學器件等技術領域，具體涉及一種具有保護眼睛功能的超材料結構色，該超材料由多層交替堆疊的納米級厚度金屬介質薄膜組成，同時展現了兩種異常光學特性：第一、超材料展現了寬色域、高飽和、高亮度的結構色；第二、在顏色顯示的同時能實現短波紅外光線的寬帶吸收，使其具有較低的反射或者透射，消除顏色顯示時短波紅外光線對眼睛的傷害。

背景技術

顏色在自然界中無處不在，豐富的顏色將世界裝扮得色散斑斕、多姿多彩。自然界所表現出的顏色都是其自身物質與光相互作用的結果，按照其與光作用的機制，顏色主要分為兩類：色素色和結構色。結構色，又稱物理色，是指光與微納結構相互作用而產生的顏色。相比于色素色，結構色由于其獨特的成色原理使其擁有不可比擬的優勢，如不褪色、環保、高飽和度、高亮度以及顏色的可調控性等。基于以上結構色所擁有的獨特優勢使其在裝飾、顯示、防偽等領域具有廣泛的應用前景。目前結構色的研究主要集中在以下三個方面：第一、通過對納米結構的精細設計提高結構色顯示的分辨率、色域范圍、亮度和飽和度；第二、探究納米結構色的加工制備技術實現低成本、大面積和規模化生產；第三、利用結構色研發性能優異的功能性器件，如全息彩印防偽標簽、可穿戴的智能裝備等。在日常生活中，我們對豐富多彩的結構色主要通過人體器官眼睛來感知。目前大部分結構色研究的光譜范圍主要集中在人體眼睛所感知的可見光波長390nm～760nm之內，很少關注結構色在近紅外區域的光譜特性。然而，研究發現人體眼球中的液體會對波長為760nm～1500nm之間的短波紅外光具有較強的吸收作用，如果眼睛長期處于較強的短波紅外線照射之下，人體眼球會因吸收較多短波紅外線發生反應，從而引發病變，尤其是白內障疾病的產生。因此，如果結構色在顯示豐富多彩的顏色同時還能對短波紅外光線完美吸收，從而防止短波紅外光線進入人體眼睛，這樣的結構色將對人體的眼睛起到長期有效的保護作用。

發明內容

本發明旨在提供一種具有保護眼睛功能的結構色超材料的實現方法，該超材料不僅在可見光區域能形成擁有寬色域、高飽和、高亮度的結構色，還能在顏色顯示時有效吸收短波紅外光線，從而起到保護眼睛的作用。

本發明的技術方案：

一種具有保護眼睛功能的全色顯示超材料的實現方法，該全色顯示超材料采用多層金屬介質交替堆疊薄膜結構設計，包括反射型結構色和透射型結構色；

反射型結構色由6層薄膜和結構基底7組成，具體為第一介質薄膜1、第一金屬薄膜2、第二介質薄膜3、第二金屬薄膜4、第三介質薄膜5、不透明金屬薄膜6以及結構基底7；

透射型結構色由5層薄膜和結構基底7組成，具體為第一介質薄膜1、第一金屬薄膜2、第二介質薄膜3、第二金屬薄膜4、第三介質薄膜5以及結構基底7；