一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置

摘要

本发明公开了一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置，圆柱形腔体；以及在该腔体内的油相流体、水相流体、以及均匀分布于油水两相流体界面的金属纳米颗粒。其中圆柱形腔体侧壁以及底部分别设置有两个独立电极，可通过电润湿原理调整水相流体在侧壁表面的浸润特性，从而实现对油水两相界面曲率的快速、可回复调整。此外，金属纳米颗粒分布呈现周期排列，通过利用表面等离子体选择性透射特定波长的光来输出所希望的颜色。由于透射波长受到金属纳米颗粒阵列排布密度的影响，因此可以通过电润湿原理，对金属纳米颗粒阵列排布密度进行快速、可回复的动态调整，从而实现所输出颜色的相应调整。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置。

背景技术

新型轻薄便携式光电器件技术的出现，例如平板显示技术对传统信息传输领域产生了深远的影响，器件结构可以变得更加轻薄、器件性能更加稳定可靠，具有更加重要的研究价值和商业化前景。

其中，LCD平板显示器件是一典型代表，具有优异的分辨率、彩色重现特性和画面质量。而滤色装置是构成彩色LCD显示非常重要的一个部件。

传统的滤色装置是由多个用于实现红色、绿色和蓝色(RGB)的子滤色器组成，每个子滤色器所能产生的颜色是确定的，不会随着不同需求发生改变。因此为了实现复杂的色彩显示，通常需要借助复杂的混色技术，例如空间混色、时间混色等。

同时，每个子滤色器是利用复杂的工艺来进行制造的，该工艺根据每种颜色而重复地进行着光刻胶涂覆、曝光、显影和硬化工艺，而且用于滤色器加工的生产线往往需要与用于其他部件加工的生产线分开，这在很大程度上增大了生产线成本。

此外，此类滤色器的透射率较低，极大影响背光源的透射亮度，从而降低器件效率。虽然工程技术人员提出通过表面等离子体替代传统滤色器来提高透射率，但是这些表面等离子体技术，均是基于特定的金属层结构，一旦加工制备完成，其能产生的颜色也被唯一确定下来，无法实现动态调色。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，基于表面等离子体技术，提出一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置。

技术方案：一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置，包括一个具有电润湿功能的圆柱形腔体，以及在该腔体内的油相流体、水相流体、以及均匀分布于油水两相流体界面的金属纳米颗粒；所述金属纳米颗粒分布呈现阵列排列，通过利用表面等离子体选择性透射特定波长的光来输出特定颜色；同时通过调整电润湿功能所施加电压的大小，对所述金属纳米颗粒阵列排布密度进行动态调整，实现所输出颜色的调整。

进一步的，所述具有电润湿功能的圆柱形腔体的内侧壁以及底部分别设置有独立电极，所述内侧壁的独立电极表面覆盖有疏水介质层。

进一步的，所述疏水介质层由单层疏水材料构成或由介质材料表面覆盖疏水材料构成。

进一步的，所述金属纳米颗粒通过表面亲水、疏水功能团的修饰，实现三角形点阵排列。

进一步的，金属纳米颗粒阵列中每个颗粒的尺寸均保持一致。

进一步的，所述油相流体为非水溶性的非极性流体，水相流体为非油溶性的极性流体。

进一步的，所述金属纳米颗粒由导电材料形成，所述导电材料包括铝，金，银，锌，钼，铂，镍，钯，铁，铜，铬，碳纳米管，掺杂半导体器件，导电塑料，富勒烯，以及导电复合材料，或其混合物中的至少一种。

有益效果：本发明的一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置，能够可通过电润湿原理调整水相流体在侧壁表面的浸润特性，从而实现对油水两相界面曲率的快速、可回复调整。此外，金属纳米颗粒分布呈现周期排列，通过利用表面等离子体选择性透射特定波长的光来输出所希望的颜色。由于透射波长受到金属纳米颗粒阵列排布密度的影响，因此可以通过电润湿原理，对金属纳米颗粒阵列排布密度进行快速、可回复的动态调整，实现滤色光波在宽光谱范围内快速、可回复调整。

附图说明

图1为本发明滤色装置的整体结构轴向剖面示意图；

图2为本发明滤色装置的分解结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1、2所示，一种可在宽光谱范围内实现滤色波长动态可调的滤色装置，包括了一个具有电润湿功能的圆柱形腔体10，以及在该圆柱形腔体10内的油相流体20、水相流体30、以及均匀分布于油水两相流体界面的金属纳米颗粒40。油相流体20为任意非水溶性的非极性流体；水相流体30为任意非油溶性的极性流体。水相流体的高度大于圆柱形腔体的半径。金属纳米颗粒40分布呈现阵列排列，通过利用表面等离子体选择性透射特定波长的光来输出所希望的特定颜色。同时通过调整电润湿功能所施加电压的大小，对金属纳米颗粒40排布密度进行快速、可回复的动态调整，从而实现所输出颜色的相应调整。

具体的，圆柱形腔体10的内侧壁11以及底部12分别设置有独立电极13和独立电极14，圆柱形腔体内侧壁的电极为环形电极，油相流体和水相流体形成的油水两相界面与环形电极的轴向对称面位于同一平面。内侧壁的环形电极表面覆盖有一层疏水介质层15，该疏水介质层15由单层疏水材料构成或者由介质材料表面覆盖疏水材料构成。底部的独立电极13可以为任意形状，优选为设置在底部12中央位置。疏水材料包括含氟聚合物，例如特氟龙；而介质材料包括二氧化硅，氮化硅，聚二甲基硅氧烷PDMS，SU-8等各类有机或者无机材料薄膜。

金属纳米颗粒40呈现三角形点阵排列，每个颗粒的尺寸均保持一致。金属纳米颗粒40由导电材料形成，导电材料包括铝Al，金Au，银Ag，锌Zn，钼Mo，铂Pt，镍Ni，钯Pd，铁Fe，铜Cu，铬Cr，碳纳米管，掺杂半导体器件，导电塑料，富勒烯，以及导电复合材料，或其混合物中的至少一种。

通过在独立电极13和独立电极14之间施加电压，在电润湿效应作用下，水相流体30在疏水介质层15表面的接触会发生减小，并且接触角的减小幅度与所施加的电压值成正相关。在未施加电压时，水相流体30在疏水介质层15表面的接触角接近180°，此时的油水两相界面微微向上凸起；随着电压的增加，水相流体30在疏水介质层15表面的接触角逐渐减小，油水两相界面从初始的微微向上凸起会逐渐下降，变成一个平面，继续施加电压，油水两相界面会往下凹。水相流体30在疏水介质层15表面的接触角能够逐步减小到90°，油水两相界面会往下凹形成半球面，此时油水两相界面的面积最大，其最大面积为最小面积的2倍，与此对应的，金属纳米颗粒三角形点阵在电润湿效应作用下三个边长发生等距变化，金属纳米颗粒40的最大间隔为最小间隔的1.4倍左右。当金属纳米颗粒40的间隔发生变化，通过表面等离子体透射的波长也会发生相应的变化。

我们可以通过选择油相流体20、水相流体30、以及金属纳米颗粒40的种类等参数，在间隔实现1.4倍调整的基础上，实现宽光谱的调节。与此同时，由于电润湿效应是纯电驱动，且流体形变反应速度很快，可以实现每秒50次以上的调节，因此具备实现动态调节滤色波长的功能，适用于视频彩色显示应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。