CN116778810A - 结构色显示器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种结构色显示器件的制作方法、制作装置以及结构色显示器件，该方法包括在测试衬底层上制作多个纳米柱阵列单元以获得纳米柱的高度、线宽和周期与显示颜色对应的加工参数表；确定目标图像的每个像素对应的结构色，由此根据加工参数表确定与每个像素对应的纳米柱阵列单元的加工量；在目标衬底层上制作超表面层以制成显示目标图像的结构色显示器件。该方法通过对纳米柱阵列单元高度、线宽与周期的多维控制，从而扩展了像素颜色丰富度和控制精确度，同时大幅缩小了像素面积。
Description
技术领域
本申请涉及微纳加工与微纳显示领域，具体地，涉及一种结构色显示器件及其制作方法。
背景技术
微纳加工技术指尺度为亚毫米、微米和纳米量级元件以及由这些元件构成的部件或系统的优化设计、加工、组装、系统集成与应用技术。结构色作为物体在微纳尺度的结构构型所带来的颜色响应，相比于化学色具有不易褪色、色彩鲜明以及像素尺寸更小的特点，从而在微纳可集成成像系统中具有非常广阔的应用前景。结构色显示器件的显色能力来自其微观尺度上构造的超表面结构，超表面结构的结构单元具有亚波长的超强的光场振幅调制能力，能够使得每个单元反射特定波长的可见光或不可见光到观察表面。结构色天然具有更高分辨率和更长保质期，为彩色显示器件，尤其是适用于微观或介观尺度的彩色显示器件，提供了全新的选择。因此，拓展结构色器件的应用范围、提高其显示效果具有重要应用价值。由于微纳加工的困难，使得结构色显示器件难以被大面积高精度的加工。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请的第一方面提供了一种结构色显示器件的制作方法，其中所述结构色显示器件包括衬底层和位于其上的多个纳米柱阵列单元，所述纳米柱阵列单元具有高出于所述衬底层的多个纳米柱；所述方法包括：
确定目标图像的每个像素对应的结构色，由此根据加工参数表确定与所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量，其中所述加工参数表表示纳米柱阵列单元所显示结构色与对应的加工量的关系，所述加工量包括纳米柱的高度、线宽和周期，其中所述高度表示所述纳米柱高出于所述衬底层的高度，所述线宽表示所述纳米柱沿着所述衬底层的横截尺寸，所述周期表示相邻两个所述纳米柱中心到中心的距离；
根据所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量，在目标衬底层上制作超表面层以制成能够用于显示所述目标图像的所述结构色显示器件，其中所述超表面层由所述目标图像对应的全部纳米柱阵列单元构成。
优选的，所述结构色显示器件的制作方法，其中还包括在所述目标衬底层上先制作光反射层，在所述光反射层上再制作所述超表面层，其中所述光反射层对从所述超表面层透射的光具有反射作用。
优选的，所述结构色显示器件的制作方法，其中所述在测试衬底层上制作多个具有不同加工量的多个纳米柱阵列单元包括：
至少通过调节所述纳米柱高度改变所述纳米柱阵列单元的结构色亮度；
至少通过调节所述纳米柱周期改变所述纳米柱阵列单元的结构色色相；
至少通过调节所述纳米柱线宽改变所述纳米柱阵列单元的结构色饱和度。
本申请的第二方面提供一种结构色显示器件，包括衬底层和位于其上的超表面层，其中，
所述超表面层包括多个纳米柱阵列单元，所述纳米柱阵列单元具有构成矩形阵列的多个纳米柱；所述纳米柱阵列单元用于接收并且调制入射光，由此使得出射光具有特定振幅和频率并显示特定结构色；以及，其中
所述纳米柱阵列单元被配置为根据其中的纳米柱的高度、线宽和周期来确定出射光的所述特定振幅和频率，其中所述线宽表示所述纳米柱的横截尺寸，所述周期表示相邻两个所述纳米柱的距离。
优选的，所述结构色显示器件还包括布置在所述衬底层和所述超表面层之间的光反射层，其中所述光反射层对从所述超表面层透射的光具有反射作用以使得所述透射的光第二次经过所述超表面层的纳米柱阵列单元并在其中被调制以提高所述特定振幅和频率的出射光的比例。
优选的，所述结构色显示器件中，所述衬底层被配置为能为超表面层提供支撑，所述衬底层为熔融石英、蓝宝石片、硅片、砷化镓片、由网格支撑的SiNx薄膜材料窗口或者SiO2薄膜材料窗口其中之一；以及
所述衬底层厚度能够被配置为在100nm至1μm之间，1μm至500μm之间或者500μm至1mm之间。
优选的，所述结构色显示器件中，所述纳米柱阵列单元的尺寸能够被配置为在1μm-3μm之间并使得所述结构色显示器件的分辨率在6.4×108dpi-7.2×107dpi之间。
优选的，所述结构色显示器件中，构成所述纳米柱的材料包括SiO2、SiNx、TiO2、金和铝中的至少一种；以及
所述纳米柱的高度被配置为在0-1μm之间，所述纳米柱的线宽被配置为在50nm-500nm之间，所述纳米柱的周期被配置为在100nm-3μm之间，所述纳米柱的横截面为圆形、椭圆、多边形中的一种。
优选的，所述结构色显示器件中，构成所述光反射层的材料为如金、银和铝中的至少一种以具有对光的高反射能力，其厚度被配置为在50nm-1μm之间。
本申请的第三方面提供一种根据本申请第一方面所述方法制作结构色显示器件的装置，包括控制单元和加工单元，其中，
所述控制单元储存有预先确定的所述加工参数表，
所述控制单元被配置为确定所述目标图像的每个像素对应的结构色，由此根据所述加工参数表确定与所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量；
所述控制单元被配置为根据所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量，控制所述加工单元在目标衬底层上制作超表面层以制成用于显示所述目标图像的所述结构色显示器件，其中所述超表面层由所述目标图像对应的全部纳米柱阵列单元构成。
在本申请的一种基于高度梯度超表面的多维可控结构色显示器件中，可以通过对结构高度、平面尺寸与周期的多维控制，从而实现像素颜色的任意调控；与传统的结构色器件相比，该器件通过高度方向的自由度大大提高了器件的色彩显示自由度，提高了图像显示质量，在微纳显示领域与光学加密器件中展现出广阔的应用前景。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1和图2示例性地示出了结构色显示器件的结构的俯视图和侧视图；
图3示例性地示出了在由纳米柱阵列单元中的高度、周期和线宽三个变量组成的正交坐标系中的由实验测得的一系列位点对应的纳米柱阵列单元所显示出的颜色；
图4示出了HSB空间中表示出的纳米柱阵列单元的高度、周期和线宽对应测得的颜色点值；
图5示例性地给出了一幅布置在结构色显示器件上的彩色图画；
图6示出了对图5所示的彩色图画的其中一个像素点附近的超表面的微观结构进行放大的SEM图；
图7给出了一个显示特定颜色的纳米柱阵列单元的侧视图；
图8示出了几种典型的颜色以及实现该颜色的纳米柱阵列单元。
具体实施方式
下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。
发明人认识到，将高度梯度引入到结构色显示领域，利用结构的高度、平面尺寸(或称线宽)与周期的协同调制实现图像色彩的多维控制，为微纳可集成彩色显示器件的实现提出了全新的可能性。因此，提出一种基于高度梯度超表面的多维可控结构色显示器件，有助于微纳显示系统以及光学加密设备的体积减小与高密度集成。
本申请的第一实施例提供一种结构色显示器件，其显示机制基于高度梯度超表面结构反射以及吸收光的波长、强度不同导致的特定结构色。结构色显示器件具有超表面层和衬底层，其中所述超表面层布置在衬底层上。衬底层为具有一定厚度的硬质支撑材料，作为超薄厚度结构色显示薄膜的支撑。结构色显示器件的超表面层面向观测者的外表面，所述超表面层由衬底层上的多个纳米柱阵列单元组成，每个纳米柱阵列单元可根据设定显示相应颜色以作为一个最小像素，通过与入射光相互作用实现反射光振幅和频率调制，从而产生结构色显示功能。纳米柱阵列单元布置在结构色显示器件的超表面层面向观测者的外表面上，每个纳米柱阵列单元由m×n个纳米柱构成矩形阵列，m和n为整数，可以相等或不等。
图1和图2示例性地示出了结构色显示器件的结构的俯视图和侧视图。为了简单说明起见，图1和图2示出的结构色显示器件100具有一个3×3矩形阵列的纳米柱阵列单元，9个纳米柱101的每一个被示出为方柱并具有一致的尺寸和间隔，纳米柱101布置在衬底层102上。该纳米柱阵列单元的构型中的可调节参量包括：高度、周期和线宽；其中，本申请各实施例中统一约定高度表示纳米柱高出并远离衬底层的距离，如图2所示的高度h；周期表示每两个相邻纳米柱中心到中心的间距，如图2所示出的周期T；线宽表示单个纳米柱的沿衬底的横截尺寸，例如图2中方柱的底边边长s，然而在纳米柱被成形为圆柱体、棱柱体或椭圆柱体的其他实施例中，线宽也可以表示单个柱体横截面的直径或长轴、长边。此外，附加的可调节参量还包括纳米柱阵列单元m和n的数量，以及两个阵列单元之间的间距，但考虑到一个纳米柱阵列单元通常能被看作是一个最小像素单元，为了使像素密度较高，单个纳米柱阵列单元不宜布置太多的纳米柱。图1和图2中示出的结构色显示器件仅具有一个纳米柱阵列单元，这仅仅是示例性的，通常结构色显示器件上的单个纳米柱阵列单元用于显示一个像素的颜色，而用于显示一幅完整图像的结构色显示器件根据需求将会包含数十个、数万个或数百万个甚至更多的像素。
发明人令人惊讶地发现，通过对一个纳米柱阵列单元中的高度、周期和线宽这三个变量在各自维度上进行变换，能够使得该变量组合对应的该单元的结构色的色相、饱和度和亮度这三个色彩参量相应地在各自变化域内变化。即，通过组合地调节纳米柱阵列单元的高度、周期和线宽，能够同时调节上述三个色彩参量以遍历颜色的HSB空间(即色相Hue、饱和度Saturation以及亮度Brightness组成的色彩表示空间)的各个点。发明人在进一步的实验中通过分析高度、周期和线宽这三个变量与其所对应颜色的大量数据验证了这一判断。
图3示例性地示出了在由纳米柱阵列单元中的高度、周期和线宽三个变量组成的正交坐标系中的由实验测得的一系列位点对应的纳米柱阵列单元所显示出的颜色。图3显示丰富度基本涵盖了常见的颜色的色相、饱和度和亮度的取值范围。在确定了该调控变量与颜色的映射关系后，经研究发明人进一步发现了以下规律：1)对纳米柱阵列单元中的高度变化较大程度影响了该单元的结构色亮度，总趋势为：高度越高亮度越低；此外，高度的变化还在一定程度上改变该单元结构色的色相和饱和度。2)对纳米柱阵列单元中的周期的调控能够有效改变该单元的结构色色相，并且还在一定程度上改变该单元结构色的亮度和饱和度。3)对纳米柱阵列单元中的线宽的调控能够有效改变该单元的结构色饱和度，并且还在一定程度上改变该单元结构色的亮度和色相。
图4示出了HSB空间中表示出的纳米柱阵列单元的高度、周期和线宽对应测得的颜色点值。结合图3和图4可知，在积累足够多的上述变量所测试获得的颜色量之后，HSB空间的任意颜色都能够找到与其直接对应的或者最接近的纳米柱阵列单元高度、周期和线宽。因此能够采用查表的方式根据一幅图像逐像素转译生成加工参数表，该加工参数表在每一个像素点上标注了该像素颜色值对应的纳米柱阵列单元应当具有的高度、周期和线宽。此后加工装置的控制单元就能够根据加工参数表在目标表面加工出类似图2所示的超表面结构。
图5示例性地给出了一幅布置在结构色显示器件上的彩色图画。其中每一个像素的颜色均是由具有相对应高度、周期和线宽纳米柱阵列单元反射出的结构光显示的。其像素宽度为1.5μm，成像分辨率为2.9×108dpi。
图6示出了对图5所示的彩色图画的其中一个像素点附近的超表面的微观结构进行放大的SEM图。图6示出了多个构型不同的纳米柱阵列单元，其分别被配置为用于显示不同颜色。可以看出每个像素对应的纳米柱阵列单元的线宽、高、周期均不同。根据加工精度和实际需求，单像素尺寸可以在1μm-3μm之间任意选择，相应地，图像分辨率可以在6.4×108dpi-7.2×107dpi之间任意选择。
由于对纳米柱高度的调控并不导致单个纳米柱阵列单元沿着表面的总面积增加，因此能够将表现色彩的最小单个像素的总面积控制在较小值，因此像素密度显著提升。由于高度、周期和线宽的组合调节展示出了更多的结构色的色相、饱和度和亮度可取值范围，因此能够精准并且快速的确定目标像素点的纳米柱阵列单元的构型。
本申请的第二实施例给出了另一结构色显示器件的示例。结构色显示器件从观察表面向下依次布置有超表面层、光反射层和衬底层。超表面层由具有不同高度梯度的纳米柱阵列单元构成，通过与入射光相互作用实现反射光振幅和频率调制，吸收一部分特定振幅和频率的波长并反射其他特定振幅和频率的波长，由此在观察表面产生颜色响应并产生结构色显示功能。与第一实施例不同的是，本实施例的结构色显示器件还包括光反射层，为具有高反射率的金属薄膜，用于反射从观察表面入射并透射穿过超表面层的光，将其反射回超表面中并在该纳米柱阵列单元中对其进行第二次光调制。衬底层为具有一定厚度的硬质支撑材料。其中所述纳米柱阵列单元由纳米柱组成，所述纳米柱从光反射层表面向外部(即向光入射的观察方向)升高并延伸。
图7给出了一个显示特定颜色的纳米柱阵列单元的侧视图。图7仅示出了结构色显示器件200的其中一个纳米柱阵列单元201，然而结构色显示器件200可能包含大量的纳米柱阵列单元，这些纳米柱阵列单元所构成的层被称为超表面层。该示例性纳米柱阵列单元201被成形为一个3×3阵列的TiO2纳米方柱结构，其线宽s、高度h与周期T的定义与第一实施例一致，参数为s＝200nm、h＝800nm与T＝400nm。光反射层204为具有100nm厚度的铝膜；衬底层206为具有500μm厚度的熔融石英片，作为超表面层上的纳米柱阵列单元201和反射层204的支撑。
图8示出了几种典型的颜色以及实现该颜色的纳米柱阵列单元。图8左起第一张图为显示黄色结构色的阵列，为3×3结构；左起第二张图为显示蓝色结构色的阵列，为3×4结构；左起第三张图为显示绿色结构色的阵列，为2×2结构；左起第四张图为显示红色结构色的阵列，为4×4结构。其中，纳米柱阵列单元尺寸(或称为单像素尺寸)为1.5μm×1.5μm。
衬底层除了熔融石英片之外还可以是能为超表面层与光反射层提供硬质支撑的任意材料，如蓝宝石片等透明材料，硅片、砷化镓片等不透明材料，或由网格支撑的SiNx、SiO2等薄膜材料窗口等。衬底层厚度可以是100nm以上的任意厚度，如1μm-1000μm、1mm-1000mm。
纳米柱阵列单元的结构并不意欲限定为具有200nm线宽的方柱，而可以为具有规则截面(如圆形、三角形、矩形、椭圆、正多边形等)的柱体等，其半径或边长可以在50nm-500nm之间根据加工需要而选择，高度可以在0-1μm之间任意选择。纳米柱的周期并不意欲限定为400nm，还可以是100nm-3μm的任意数值。纳米柱的材料并不意欲限定为TiO2，还可以是SiO2、SiNx等介质材料，或是金、铝等金属材料。光反射层并不意欲限定为100nm厚的铝膜，而可以是任意具有高光反射能力的金属材料形成的薄层，如金、银、铝等形成的薄层，优选为铝，厚度可以在50nm-1μm之间。
具有不同颜色的纳米柱阵列单元(单个像素)的周期、线宽(或直径)、高度至少有一个是不同的。纳米柱阵列单元的结构色由此能够被独立的调制。
本申请的第三实施例给出了一种结构色显示器件的制作方法。该制作方法包括：
步骤1，获得纳米柱阵列单元的加工量与其对应的显示颜色的加工参数表。其中所述加工量包括纳米柱阵列单元的高度、线宽和周期。
该步骤包括，在衬底上制作多个纳米柱阵列单元，使得所述多个纳米柱阵列单元的高度、线宽和周期参量中的至少一个不同。使用可见波段的光照射所述多个纳米柱阵列单元，并采用显微镜观察记录某一纳米柱阵列单元所显示的结构色。由此获得纳米柱阵列单元的加工量(即高度、线宽和周期)与所显示颜色一一对应的加工参数表。其中，在实验条件允许的情况下可以制作足够多的纳米柱阵列单元以使得所显示的结构色尽可能多的覆盖HSB空间。此外，加工量还应当包括纳米柱阵列单元的m×n构型中m和n的数值(其对该像素点颜色基本没有影响)，优选的可以在m和n小于10的范围内选取，更优选地在在m和n小于5的范围内选取，为了使得制成的各个不同结构色的纳米柱阵列单元尽量保持一致的单像素尺寸，可以将线宽和周期总和较大的纳米柱阵列单元配置为具有较小的m和n，如2×2或2×3等，而线宽和周期总和较小的纳米柱阵列单元配置为具有较大的m和n，如3×3、3×4或4×4等。
步骤2，根据目标图像逐像素在所述加工参数表上确定与之对应的(即与之相同的或者与之最接近的结构色)，由此确定与该图像对应的超表面上各个纳米柱阵列单元的加工量。示例性的，对于一个k×k个像素构成的目标图像中的第(i,j)个像素点，获得该像素点的颜色，并在加工参数表中找到与该颜色对应的加工量，由此第(i,j)个像素点的纳米柱阵列单元的加工量被确定。
步骤3，在预定尺寸的衬底上按照目标图像每个像素点对应的纳米柱阵列单元的加工量制作该位置处的纳米柱阵列单元，由此根据目标图像全部像素对应生成排列在衬底表面上的超表面层。在加工纳米柱阵列单元时例如可采用灰度电子束曝光方法及原子层沉积方法，但所述方法仅为举例，还可以使用本领域已知的其他微纳加工方法。所述预定尺寸的衬底上制作的超表面层在可见光照射下由于各个纳米柱阵列单元按预定的排列反射特定振幅和频率的可见光，因此在观察表面能够形成预期的类似图5所示出的彩色固定图案。
本申请的第四实施例提供一种制作结构色显示器件的装置，该装置包括控制单元和加工单元，其中所述加工单元可以是本领域常用的微纳结构加工单元。
控制单元储存有预先确定的所述加工参数表，所述加工参数表例如可以是由前期大量制作的具有不同加工量的纳米柱阵列单元的测量而获得的特定颜色与实现该颜色的特定纳米柱阵列单元的加工量的一一对应表。
在获取一个希望加工在结构色显示器件上的目标图像后，所述控制单元被配置为确定目标图像的每个像素点的预期颜色，根据其确定每个像素点对应的结构色(该结构色与预期颜色应当尽量接近)，由此根据所述加工参数表确定与所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量；
所述控制单元被配置为根据所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量，控制所述加工单元在目标衬底层上制作超表面层以制成用于显示所述目标图像的所述结构色显示器件，其中所述超表面层由所述目标图像对应的全部纳米柱阵列单元构成。
本申请各个实施例所述的方法或装置基于结构高度、宽度与周期同时调控带来的结构色多维调控。与之相比，传统构成结构色器件的微纳结构只在平面方向上具有可调的结构特征，因此，其难以实现丰富的结构色显示能力，如实现结构色色相、饱和度与亮度的同时调控。另外，传统的显示器件虽然具有较丰富的颜色，但是其像素尺寸一般较大，难以应用在微型显示器件以及高分辨率器件中。本实施例所述的方法克服了上述困难，高度梯度结构的引入，大大提高了结构的可控维度，实现了结构色色相、饱和度、亮度的同时调控。本实施例所述的方法使得结构像素尺寸显著减小，大大提高了图像的显示分辨率。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
本申请中涉及的器件、结构、方法、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
Claims (9)
1.一种结构色显示器件的制作方法，其中所述结构色显示器件包括衬底层和位于其上的多个纳米柱阵列单元，所述纳米柱阵列单元具有高出于所述衬底层的多个纳米柱，所述方法包括：
确定目标图像的每个像素对应的结构色，由此根据加工参数表确定与所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量，其中所述加工参数表表示所述纳米柱阵列单元所显示结构色与对应的加工量的关系，所述加工量包括纳米柱的高度、线宽和周期，其中所述高度表示所述纳米柱高出于所述衬底层的高度，所述线宽表示所述纳米柱沿着所述衬底层的横截尺寸，所述周期表示相邻两个所述纳米柱中心到中心的距离；
根据所述每个像素对应的纳米柱阵列单元的所述加工量，在目标衬底层上制作超表面层以制成能够用于显示所述目标图像的所述结构色显示器件，其中所述超表面层由所述目标图像对应的全部纳米柱阵列单元构成。
2.根据权利要求1所述的结构色显示器件的制作方法，其中还包括在所述目标衬底层上先制作光反射层，在所述光反射层上再制作所述超表面层，其中所述光反射层对从所述超表面层透射至其上的光具有反射作用。
3.一种根据权利要求1或2所述的加工参数表的获取方法，其中所述加工参数表通过在测试衬底层上制作多个具有不同加工量的多个纳米柱阵列单元，并且观测各个纳米柱阵列单元所显示结构色而确定；其中
所述在测试衬底层上制作多个具有不同加工量的多个纳米柱阵列单元包括：
至少通过调节所述纳米柱高度改变所述纳米柱阵列单元的结构色亮度；
至少通过调节所述纳米柱周期改变所述纳米柱阵列单元的结构色色相；以及
至少通过调节所述纳米柱线宽改变所述纳米柱阵列单元的结构色饱和度。
4.一种结构色显示器件，包括衬底层和位于其上的超表面层，其特征在于，
所述超表面层包括多个纳米柱阵列单元，所述纳米柱阵列单元具有构成矩形阵列的多个纳米柱；所述纳米柱阵列单元能够接收并且调制入射光，由此使得出射光具有特定频率并显示特定结构色；以及，其中
所述纳米柱阵列单元被配置为根据其中的纳米柱的高度、线宽和周期来确定出射光的所述特定频率，其中所述高度表示所述纳米柱高出于所述衬底层的高度，所述线宽表示所述纳米柱沿着所述衬底层的横截尺寸，所述周期表示相邻两个所述纳米柱中心到中心的距离。
5.根据权利要求4所述的结构色显示器件，其特征在于，还包括布置在所述衬底层和所述超表面层之间的光反射层，其中所述光反射层对从所述超表面层透射至其上的光具有反射作用以使得所述透射的光第二次经过所述超表面层的纳米柱阵列单元并在其中被调制以提高所述特定频率的出射光的比例。
6.根据权利要求4所述的结构色显示器件，其特征在于，
所述衬底层被配置为能为超表面层提供支撑，所述衬底层为熔融石英、蓝宝石片、硅片、砷化镓片、由网格支撑的SiNx薄膜材料窗口或者SiO2薄膜材料窗口其中之一；以及
所述衬底层厚度能够被配置为在100nm至1μm之间，1μm至500μm之间或者500μm至1mm之间。
7.根据权利要求4所述的结构色显示器件，其特征在于，所述纳米柱阵列单元的尺寸在1μm-3μm之间，使得所述结构色显示器件的分辨率在6.4×108dpi-7.2×107dpi之间。
8.根据权利要求4所述的结构色显示器件，其特征在于，
构成所述纳米柱的材料包括SiO2、SiNx、TiO2、金和铝中的至少一种；以及
所述纳米柱的高度被配置为在0-1μm之间，所述纳米柱的线宽被配置为在50nm-500nm之间，所述纳米柱的周期被配置为在100nm-3μm之间，所述纳米柱的横截面为圆形、椭圆、多边形中的一种。
9.根据权利要求5所述的结构色显示器件，其特征在于，构成所述光反射层的材料为如金、银和铝中的至少一种以具有对光的高反射能力，其厚度被配置为在50nm-1μm之间。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310730730.6A CN116778810A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 结构色显示器件及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202310730730.6A CN116778810A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 结构色显示器件及其制作方法 |
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| CN116778810A true CN116778810A (zh) | 2023-09-19 |
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Family Applications (1)
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| CN202310730730.6A Pending CN116778810A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 结构色显示器件及其制作方法 |
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2023
- 2023-06-20 CN CN202310730730.6A patent/CN116778810A/zh active Pending
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