[发明专利]一种反射式彩色滤光片及应用

说明书

本发明提出一种反射式彩色滤光片，包括基底，所述基底上设置有金属层，所述金属层上设置介质层，在介质层上设置有金属光栅层，所述金属层的厚度小于可见光在金属层的趋肤深度；组成金属光栅层的金属光栅为一维金属光栅；所述基底和金属层之间还设置有第一介质层和第二介质层，第一介质层的折射率高于第二介质层的折射率。本发明利用减色原理，大幅度提高了光能的利用率，金属层厚度小于可见光在材料中的趋肤深度，节约了成本。通过对介质层厚度，金属光栅周期，占宽比以及金属层厚度的调节可以实现对不同颜色的调制，结构的反射光谱随偏振角呈规律性变化，可应用于防伪。

技术领域

本发明涉及滤光器件，具体是一种反射式彩色滤光片及应用。

背景技术

滤光片作为光学系统以及光电子器件中的重要部分，广泛应用于图像传感，光学显 示，光学检测以及光学调制等方面。传统的滤光片主要采用染色法来制备，包括染料着色和印刷等方法，此类滤光片经过长时间的紫外辐射和曝光后，性能会大幅度的降低， 随着微纳制造技术的发展，基于微纳结构的具有优异性能的可集成滤光片成为一种迫切 需求。

国内外的研究人员对基于微纳结构的滤光片进行了一系列的研究，并取得了一定的 进展。L.Jay Guo等人设计了一种基于金属-介质-金属的Fabry-Perot窄带反射型彩色滤 光片，这种结构利用高折射率的介质层对P型偏振光在0～80°的入射范围内可以保持中心波长不变，但这种结构需要受腔体长度的限制，不易于集成；Kening Mao等人在 2016年设计了一种基于金属-介质-金属的可以应用于白光的Fabry-Perot透射型彩色滤 光片，这种结构对P型和S型偏振光在0～60度的入射范围内都基本可以保持相同的中 心波长，但只有32％的透过率，且结构采用增色原理，大幅度降低了光能的利用率； YoshiakiKanamori等人利用圆柱形亚波长硅光栅设计了一种角度不敏感形反射式滤光 片，入射角在0～45°内变化时可以保持中心波长基本不变化，但大角度入射时反射率退 化严重；FeiCheng等人基于dipole共振的完美吸收原理设计了基于金属-介质-金属的圆 孔型微纳结构彩色印刷方法。这种结构具有色纯度高，串扰小，对入射角不敏感以及分 辨率高的优点，通过改变周期以及圆孔半径的大小可以实现对反射光颜色在可见光区的 大范围调制，但这种结构需要经过多次镀膜和刻蚀过程，增加了工艺的制作难度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种反射式彩色滤光片及 应用。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种反射式彩色滤光片，包括基底，所述基底上设置有金属层，所述金属层上设置介质层，在介质层上设置有金属光栅层，所 述金属层的厚度小于可见光在金属层的趋肤深度；组成金属光栅层的金属光栅为一维金 属光栅；所述基底和金属层之间还设置有第一介质层和第二介质层，第一介质层的折射 率高于第二介质层的折射率。

优选地，所述第一介质层为高折射率介质层，折射率为1.7-2.5；所述第二介质层为 低折射率介质层，折射率为1.3～1.6。

优选地，所述基底为柔性透明材料或石英。

优选地，所述金属层的材料为金、银或铝。

优选地，所述介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝。

优选地，所述金属光栅层的材料为金、银或铝。

优选地，所述金属光栅层的金属光栅为周期性或准周期性排列。

优选地，所述金属层的厚度小于40nm。

优选地，所述介质层的厚度为90nm～200nm。

本发明还提供一种液晶显示装置，包括偏振片和彩色滤光层，其特征在于：所述彩色滤光层由多个本发明的一种反射式彩色滤光片，所述多个反射式滤光片均布于偏振片的后方，偏振片的透振方向平行于金属光栅层的延伸方向，使入射到彩色滤光层的光为 TE光。