[发明专利]一种具有保护眼睛功能的全色显示超材料的实现方法

说明书

本发明公开了一种具有保护眼睛功能的全色显示超材料的实现方法，通过将具有宽带吸收特性的金属与介质交替堆叠形成多层薄膜结构，利用多层薄膜结构中两个级联非对称FP腔中的干涉相长在可见光区域形成反射峰并通过调节介质薄膜厚度调节反射峰位置实现宽色域、高饱和度、高亮度的全色显示；同时利用金属的宽带固有吸收和两个级联非对称FP腔中的干涉相消在短波红外区域形成完美吸收从而导致较低的反射或者透射，在颜色显示时起到近红外波段屏蔽的功能，最终防止结构颜色显示时短波红外光线对眼睛的伤害。本发明提出的光学薄膜器件设计原理简单和制备成本低廉，对于进一步扩展超材料的实际应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于微纳光子学、功能材料和新型光学器件等技术领域，具体涉及一种具有保护眼睛功能的超材料结构色，该超材料由多层交替堆叠的纳米级厚度金属介质薄膜组成，同时展现了两种异常光学特性：第一、超材料展现了宽色域、高饱和、高亮度的结构色；第二、在颜色显示的同时能实现短波红外光线的宽带吸收，使其具有较低的反射或者透射，消除颜色显示时短波红外光线对眼睛的伤害。

背景技术

颜色在自然界中无处不在，丰富的颜色将世界装扮得色散斑斓、多姿多彩。自然界所表现出的颜色都是其自身物质与光相互作用的结果，按照其与光作用的机制，颜色主要分为两类：色素色和结构色。结构色，又称物理色，是指光与微纳结构相互作用而产生的颜色。相比于色素色，结构色由于其独特的成色原理使其拥有不可比拟的优势，如不褪色、环保、高饱和度、高亮度以及颜色的可调控性等。基于以上结构色所拥有的独特优势使其在装饰、显示、防伪等领域具有广泛的应用前景。目前结构色的研究主要集中在以下三个方面：第一、通过对纳米结构的精细设计提高结构色显示的分辨率、色域范围、亮度和饱和度；第二、探究纳米结构色的加工制备技术实现低成本、大面积和规模化生产；第三、利用结构色研发性能优异的功能性器件，如全息彩印防伪标签、可穿戴的智能装备等。在日常生活中，我们对丰富多彩的结构色主要通过人体器官眼睛来感知。目前大部分结构色研究的光谱范围主要集中在人体眼睛所感知的可见光波长390nm～760nm之内，很少关注结构色在近红外区域的光谱特性。然而，研究发现人体眼球中的液体会对波长为760nm～1500nm之间的短波红外光具有较强的吸收作用，如果眼睛长期处于较强的短波红外线照射之下，人体眼球会因吸收较多短波红外线发生反应，从而引发病变，尤其是白内障疾病的产生。因此，如果结构色在显示丰富多彩的颜色同时还能对短波红外光线完美吸收，从而防止短波红外光线进入人体眼睛，这样的结构色将对人体的眼睛起到长期有效的保护作用。

发明内容

本发明旨在提供一种具有保护眼睛功能的结构色超材料的实现方法，该超材料不仅在可见光区域能形成拥有宽色域、高饱和、高亮度的结构色，还能在颜色显示时有效吸收短波红外光线，从而起到保护眼睛的作用。

本发明的技术方案：

一种具有保护眼睛功能的全色显示超材料的实现方法，该全色显示超材料采用多层金属介质交替堆叠薄膜结构设计，包括反射型结构色和透射型结构色；

反射型结构色由6层薄膜和结构基底7组成，具体为第一介质薄膜1、第一金属薄膜2、第二介质薄膜3、第二金属薄膜4、第三介质薄膜5、不透明金属薄膜6以及结构基底7；

透射型结构色由5层薄膜和结构基底7组成，具体为第一介质薄膜1、第一金属薄膜2、第二介质薄膜3、第二金属薄膜4、第三介质薄膜5以及结构基底7；