本技术公开了一种基于光子晶体‑染料‑透明聚合物复合反射/透射一体彩色滤光片及其制备方法,彩色滤光片由纳米微球形成的蛋白石光子晶体模板和填充于蛋白石光子晶体模板空隙中的染料‑透明聚合物复合物组成,通过纳米微球、染料和透明聚合物的复合,其中光子晶体和染料可协同滤过特定波长的可见光,具备反射和透射两种滤光模式;染料的吸光特性可拓宽光子晶体吸收峰宽度,在反射模式下产生高纯度滤光效果;光子晶体的光子带隙可调整染料的光截止波段,在透射模式下形成高纯度滤光效果,最终实现高纯度颜色输出的光子晶体‑染料‑透明聚合物复合反射/透射一体彩色滤光片,且性质稳定,在显示和光学仪器等领域具有广泛的应用前景。
背景技术
在当今日益技术驱动的世界中,滤光片是一种简单光学调控设备。它广泛应用于激光实验、显示器、光谱分析和光学测量等方面(Nat.Nanotechnol.2012,7,557.;LabChip,2006,6,981-987)。具备高纯度滤光效果的滤光片不仅可以实现对生物样本的高精度成像和检测也被用于激光手术和激光治疗设备中,通过精确控制激光波长和功率,实现对病变组织的精确切割和修复(Sensor actuat B-chem.,2017,242,318-323)。另外,具备高纯度滤光效果的滤光片应用于显示器,不仅能够给人们带来身临其境的视觉享受体验,而且高品质的显示效果对人眼几乎无害。
滤光片主要分为染料吸收型滤光片与结构滤光片两大类(Adv.Opt.Mater.2020,8,2000317.)。染料吸收型滤光片基于染料对光的吸收以实现滤光效果。尽管染料滤光片具有高透射率,但染料结构分子设计复杂,且现有的基于传统染料或颜料的滤光片或涂层在长时间紫外线(UV)照射和高温下容易受到各种损害(Adv.Opt.Mater.2017,5,1700029.)。另一类滤光片为基于微纳米结构与光的衍射、干涉和散射效应开发微纳结构滤光片。其中,微纳结构包括光子晶体、全金属和全介质等结构,这种微纳结构产生的颜色通常在波长和半峰宽上可调,因此,微纳结构滤光片具颜色可调性和光、热稳定性等优势。然而介质折射率差值往往导致结构中光散射现象增加,大大削弱了滤光片的反射光纯度与强度,且其平均可见光透射率下降,在一定程度上限制器件颜色饱和度/纯度的提高。
因此,人们尝试将染料与结构色相结合协同构筑高纯度滤光片。例如,L.Jay Guo等人将超薄染料膜融入传统的介电-吸收体-介电-金属谐振器配置中生成高纯度反射结构色(Adv.Opt.Mater.2017,5,1700029.)。Yong Li等报道了一种具有双层结构的二向色染料掺杂柔性胆固醇聚合物薄膜光学滤光片的开发,该滤光片表现出出色的稳定性、高光密度和良好的可见度(Adv.Opt.Mater.2021,9,2001861.)。然而以上染料与结构色复合滤光片仅限于反射滤光片的制备。因此要实现具备高纯度滤光效果的反射/透射一体的彩色滤光片仍是一个挑战。
实现思路