基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法。其中，该图像显示装置包括：衬底，该衬底为硅和二氧化硅组成的双层衬底；硅圆柱纳米结构，形成于该衬底上，且该硅圆柱纳米结构通过对光的米氏共振作用产生结构色；金属掩膜铬，覆盖于该硅圆柱纳米结构上；其中，该硅圆柱纳米结构和形成于其上的金属掩膜铬共同构成一个硅‑铬圆柱纳米结构，多个该硅‑铬圆柱纳米结构呈阵列排布形成一个圆柱纳米结构阵列。本发明专利技术提供的该基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法，采用周期纳米结构，对环境友好，与半导体工艺兼容，不褪色，改变纳米结构的尺寸和纳米结构阵列的间隙便可使结构色发生变化，容易观察。

【技术实现步骤摘要】
基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法
本专利技术涉及结构色超表面技术和显示
，具体地，涉及一种基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法。
技术介绍
结构色是由于物体本身结构的存在对光产生了反射、衍射、干涉等物理作用产生的颜色。结构色是一种无须用染料、颜料着色就能产生的颜色。相比于传统的染料，结构色由于拥有高分辨率、高信息存储密度、高集成性以及不会褪色等优势而受到人们的重视。实际应用中，向颜色显示的过渡不可避免，但也非常必要。在过去的几年中，纳米结构已经能够实现非常艳丽、广色域的颜色，且空间分辨率大大提高。只要知道单个像素的颜色，就可以通过适当的排列不同尺寸和不同周期或间隙的纳米结构阵列来呈现任何图像。与其他图像显示相比，基于结构色的图像显示可以实现对目标图像的单个像素的颜色排列来实现图像的显示，只要像素足够小，就能得到高质量的结构色图像显示。因此，基于这种超表面结构色的图像显示技术是绿色环保的，符合未来科技和社会发展的趋势和需要。有鉴于此，如何通过结构色实现图像成像，以及在完成该技术的具体实现方式上，比如材料的选择、空间的分配以及装置的成型等，均需有一套相对完整的技术方案，以实现这种绿色环保的图像显示。
技术实现思路
为解决上述的一个或多个技术问题，本专利技术提供了一种基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法，易于集成和制造，绿色环保，分辨率高。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于结构色的图像显示装置，包括：衬底，该衬底为硅和二氧化硅组成的双层衬底；硅圆柱纳米结构，形成于该双层衬底上，且该硅圆柱纳米结构通过对光的米氏共振作用产生结构色；金属掩膜铬，覆盖于该硅圆柱纳米结构上；其中，硅圆柱纳米结构和形成于其上的金属掩膜铬共同构成一个硅-铬圆柱纳米结构，多个硅-铬圆柱纳米结构呈阵列排布形成一个圆柱纳米结构阵列。进一步的，其中：一些实施例中，该双层衬底中二氧化硅的厚度为1微米。一些实施例中，该硅圆柱纳米结构的高度介于100纳米至200纳米之间。一些实施例中，该金属掩膜铬的厚度为30纳米。一些实施例中，该金属掩膜铬的直径介于70纳米至250纳米之间。一些实施例中，相邻的硅-铬圆柱纳米结构之间的间隙介于70纳米至250纳米之间。一些实施例中，不同的硅-铬圆柱纳米结构的面直径和/或高度不相同。一些实施例中，该圆柱纳米结构阵列呈周期排列，相邻该圆柱纳米结构阵列在x和y方向的排列周期均介于100纳米至500纳米之间。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于结构色的图像显示系统，包括：光源，发出探测光；上述的圆柱纳米结构阵列，接收该探测光并将其垂直出射，得到出射光；半反半透膜或分束器，设置于该出射光的光路上，将该出射光分为第一出射光和第二出射光；摄像机，接收第一出射光，和/或该摄像机还连接一显示器，基于该第一出射光实现成像；光探测器或光谱仪，接收第二出射光得到其反射谱；其中，圆柱纳米结构阵列接收探测光并将其垂直出射时，部分波长的探测光产生米氏共振。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种基于结构色的图像显示装置的制作方法，包括：提供衬底，该衬底为硅和二氧化硅组成的双层衬底；在该双层衬底上形成硅圆柱纳米结构；在该硅圆柱纳米结构的上表面覆盖一层金属掩膜铬，该金属掩膜铬和该硅圆柱纳米结构共同组成硅-铬圆柱纳米结构；制作多个不同大小的硅-铬圆柱纳米结构形成圆柱纳米结构阵列；其中，硅圆柱纳米结构通过对光的米氏共振作用产生结构色。本专利技术提供的该基于结构色的图像显示装置、系统及该装置的制作方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术结合设计该双层衬底和金属掩膜铬，提供了一种新的模式调节方法，能够将分离的电磁偶极子集总到同一波长处，能够很好地显示出饱和高亮的结构色；(2)本专利技术采用介电材料硅和二氧化硅的双层衬底，构成基于米氏共振的高折射率纳米结构器件，能够产生比传统的石英衬底的硅纳米结构更强的后向散射；(3)通过在顶层覆盖一层金属掩膜铬来调节电磁偶极子产生高质量的结构色；(4)图像显色的基本结构单元用硅来完成制作，相对于金属超表面来说，硅作为一种高折射率的电介质材料，在可见光范围内有着更少的损耗，硅纳米结构能够同时支持电偶极子和磁偶极子的米氏共振；(5)本专利技术设计圆柱纳米结构阵列，阵列中：单个硅圆柱纳米结构可产生米氏共振，通过改变单个硅圆柱纳米结构的尺寸可调谐米氏共振从而改变结构色得到宽色域的颜色；不同高度和半径的硅-铬圆柱纳米结构的反射谱特性不同，可以根据需要制作不同高度、直径的硅-铬圆柱纳米结构，和不同间隙和周期的圆柱纳米结构阵列，均可满足不同颜色的图形显示。且采用圆柱纳米结构阵列激发米氏共振产生的结构色，绿色环保，分辨率高，可通过显微镜和照相机初步观察到图像的色彩变化；(6)本专利技术公开的技术与传统的半导体工艺兼容，制造工艺简单。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚地讨论，各个部件的尺寸可以任意地增加或减少。图1为本专利技术实施例图像显示装置中圆柱纳米结构阵列的整体示意图；图2为本专利技术实施例图像显示装置中圆柱纳米结构阵列的剖面图；图3为本专利技术实施例图像显示装置中圆柱纳米结构阵列的俯视图；图4为本专利技术实施例基于结构色的图像显示系统的示意图；图5为本专利技术实施例图像显示系统中绿色结构色产生的测试反射谱；图6为本专利技术实施例图像显示系统中品红色结构色产生的测试反射谱；图7为本专利技术实施例基于结构色的图像显示装置的制作方法的流程图；图8至图12为与图7的流程图相对应的制作过程的示意图；图13是根据本专利技术一个实施例制备的圆柱纳米结构阵列的图案照片；图14是根据本专利技术另一个实施例制备的圆柱纳米结构阵列的图案照片。图中：硅1二氧化硅2硅圆柱纳米结构3金属掩膜铬4光源5半反半透膜6、7光探测器8摄像机9具体实施方式以下公开内容提供了多种不同实施例或实例，以实现本专利技术的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在...下方”、“在...下面”、“下部”、“在...上面”、“上部”等空间关系术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中示出的的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构色的图像显示装置，其特征在于，包括：/n衬底，所述衬底为硅和二氧化硅组成的双层衬底；/n硅圆柱纳米结构，形成于所述双层衬底上，且所述硅圆柱纳米结构通过对光的米氏共振作用产生结构色；/n金属掩膜铬，覆盖于所述硅圆柱纳米结构上；/n其中，所述硅圆柱纳米结构和形成于其上的金属掩膜铬共同构成一个硅-铬圆柱纳米结构，多个所述硅-铬圆柱纳米结构呈阵列排布形成一个圆柱纳米结构阵列。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于结构色的图像显示装置，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底为硅和二氧化硅组成的双层衬底；
硅圆柱纳米结构，形成于所述双层衬底上，且所述硅圆柱纳米结构通过对光的米氏共振作用产生结构色；
金属掩膜铬，覆盖于所述硅圆柱纳米结构上；
其中，所述硅圆柱纳米结构和形成于其上的金属掩膜铬共同构成一个硅-铬圆柱纳米结构，多个所述硅-铬圆柱纳米结构呈阵列排布形成一个圆柱纳米结构阵列。


2.根据权利要求2所述的图像显示装置，其特征在于，所述双层衬底中二氧化硅的厚度为1微米。


3.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述硅圆柱纳米结构的高度介于100纳米至200纳米之间。


4.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述金属掩膜铬的厚度为30纳米。


5.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，所述金属掩膜铬的直径介于70纳米至250纳米之间。


6.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，相邻的所述硅-铬圆柱纳米结构之间的间隙介于70纳米至250纳米之间。


7.根据权利要求1所述的图像显示装置，其特征在于，不同的所述硅-铬圆柱纳米结构的面直径和/或高度不相同。

【专利技术属性】
技术研发人员：史丽娜，李龙杰，牛洁斌，陈生琼，尚潇，谢常青，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11