一种角度不敏感的颜色传感器

1.本发明涉及传感与显示领域，尤其涉及一种角度不敏感的颜色传感器。


背景技术：

2.颜色传感器有广泛的应用领域，例如在传感、防伪等研究领域，能够对不同的外部环境产生不同的颜色响应。通过在光学共振系统中使用合适的材料，可以设计结构色滤波器，使其在视觉上对不同的外部环境变化做出反应。但由于颜色传感器对于外部环境变化产生的颜色响应，但在不同的观察角下产生的颜色响应有很大区别，这严重制约了颜色传感器的研究和使用，所以，角度不敏感特性对于颜色传感器的进一步研究和使用是十分重要的。
3.在先技术中有一种传感器，中国发明专利“基于金属纳米间隙表面等离激元本征辐射的折射率传感器”，专利号：zl202110727792.2。该传感器具有很多优点，但是，仍然存在一些本质不足：1)该传感器不能在视觉上直接对外部环境变化做出反应；2)传感器观察角受限，且实施复杂，限制了滤光片的使用范围。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种角度不敏感的颜色传感器，包括基底、银盘阵列和背景环境，所述基底为石英衬底，所述银盘阵列包括多个圆盘，多个所述圆盘设于所述石英衬底上，且多个所述圆盘于所述石英衬底上呈周期性排列，所述背景环境为独自存在的各种媒介，当光源照射所述媒介时，所述传感器能够根据不同的媒介呈现出不同的颜色，且传感器所呈现出的颜色在45度入射角内不会发生明显变化。
5.进一步地，所述圆盘为银圆盘，所述银圆盘的直径、周期和厚度分别为：100nm、200nm和40nm,所述银圆盘的占空比为0.5。
6.一种颜色传感器的制作方法，包括如下步骤：
7.步骤1、通过电子蒸发法在石英衬底上镀一层均匀银层；
8.步骤2、在银层上镀一层光刻胶并烘干；
9.步骤3、在光刻胶层上制作圆盘阵列；
10.步骤4、对所述圆盘阵列聚焦离子刻蚀得到银盘阵列，然后去除光刻胶，得到颜色传感器。
11.进一步地，所述步骤2中，通过旋涂法旋涂光刻胶，所述光刻胶的厚度为500nm。
12.进一步地，所述步骤3中，在光刻胶上，通过掩膜版曝光和显影技术制作圆盘阵列。
13.进一步地，所述步骤3中，圆盘阵列的高低折射率材料为光刻胶和空气。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：基于局域表面等离子体共振效应设计的颜色传感器对不同的周围环境具有广泛的颜色响应，且具有45
°
的高角容限，具有实施方便、角度不敏感，可广泛应用于传感、防伪和动态显示等领域。
附图说明
15.图1为本发明一种角度不敏感的颜色传感器的结构示意图；
16.图2为本发明在不同背景折射率下的透射光谱扫描图；
17.图3为本发明在不同背景折射率下的透射光谱相对应色度坐标；
18.图4为本发明在空气、水、二甲亚砜和二硫化碳中随入射角从0
°
增加到45
°
的透射光谱。
19.图中，1、基底；2、银盘阵列；3、环境背景。
具体实施方式
20.下面将结合示意图对本发明一种角度不敏感的颜色传感器进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果，因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围
22.如图1所示，一种角度不敏感的颜色传感器，包括基底、银盘阵列和背景环境，基底为石英衬底，银盘整列包括若干个银制圆盘，若干个银制圆盘在石英衬底上于x和y方向均成周期性排列。其中，圆盘的直径为100nm,周期为200nm，占空比为0.5，厚度为40nm。背景环境为单独存在并可切换的各种媒介，通过切换媒介调节背景环境的折射率。所提出的传感器能够根据不同的背景环境呈现出不同的颜色，且传感器所呈现出的颜色在45度入射角内不会发生明显变化。
23.本发明的制作方法包括如下步骤：
24.1.用电子蒸发法在基底层1上镀上一层厚度为40nm的均匀银层。
25.2.用旋涂法在银膜层上镀上一层厚度为500nm的光刻胶并烘干。
26.3.在光刻胶层上用掩膜版曝光和显影技术制作高低折射率材料为光刻胶和空气的圆盘阵列。
27.4.通过聚焦离子束刻蚀得到40nm的银盘阵列并去除光刻胶。
28.这样得到如图1所示的角度不敏感的颜色传感器的结构。
29.本发明实施例的媒介包括空气、水、二甲亚砜和二硫化碳，参考图2，图2是本发明的角度不敏感的颜色传感器在不同背景折射率下的透射光谱扫描图。图中白色虚线代表该颜色传感器的透射谷波长随着背景环境变化的曲线。黑色三角形代表颜色传感器在空气(air)、水(water)、二甲亚砜(dmso)和二硫化碳(cs2)中的透射谷值。伴随背景环境从空气(n＝1)变化到水(n＝1.333)到二甲亚砜(n＝1.4795)和二硫化碳(n＝1.6276)，相应的透射谷波长从515nm移动到572nm到599nm和623nm。
30.图3是本发明的角度不敏感的颜色传感器在不同折射率下的透射光谱相对应色度坐标。白色实线表示该颜色传感器从洋红色到蓝色的滤色范围，箭头表示方向。黑星代表该
颜色传感器在空气、水、二甲亚砜和二硫化碳中透射光谱对应的色度坐标。如图3所示，随着背景环境中折射率的变化，该传感器呈现出不同的颜色变化。这种可视的颜色变化使得人们可以直接通过呈现的颜色判断背景环境的折射率。
31.图4是本发明的角度不敏感的颜色传感器在空气、水、二甲亚砜和二硫化碳中随入射角从0
°
增加到45
°
的透射光谱。该颜色传感器的透射谷波长随入射角从0
°
增加到45
°
而略有偏移；相对共振波长位移不超过3％。如图4所示，该传感器在不同环境中呈现的颜色变化不会随着角度的变化而变化。这使得人眼可以通过大的观察视角内，均可以呈现的颜色获得相同的近似的颜色响应。
32.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种角度不敏感的颜色传感器，其特征在于，包括基底、银盘阵列和背景环境，所述基底为石英衬底，所述银盘阵列包括多个圆盘，多个所述圆盘设于所述石英衬底上，且多个所述圆盘于所述石英衬底上呈周期性排列，所述背景环境为独自存在的各种媒介，当光源照射所述媒介时，所述传感器能够根据不同的媒介呈现出不同的颜色，且传感器所呈现出的颜色在45度入射角内不会发生明显变化。2.根据权利要求1所述的一种角度不敏感的颜色传感器，其特征在于，所述圆盘为银圆盘，所述银圆盘的直径、周期和厚度分别为：100nm、200nm和40nm,所述银圆盘的占空比为0.5。3.一种颜色传感器的制作方法，基于如权利要求书1或2所述的一种角度不敏感的颜色传感器，包括如下步骤：步骤1、通过电子蒸发法在石英衬底上镀一层均匀银层；步骤2、在银层上镀一层光刻胶并烘干；步骤3、在光刻胶层上制作圆盘阵列；步骤4、对所述圆盘阵列聚焦离子刻蚀得到银盘阵列，然后去除光刻胶，得到颜色传感器。4.根据权利要求3所述的一种银盘阵列的制作方法，其特征在于，所述所述步骤2中，通过旋涂法旋涂光刻胶，所述光刻胶的厚度为500nm。5.根据权利要求3所述的一种银盘阵列的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，在光刻胶上，通过掩膜版曝光和显影技术制作圆盘阵列。6.根据权利要求3所述的一种银盘阵列的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，圆盘阵列的高低折射率材料为光刻胶和空气。

技术总结
本发明公开一种角度不敏感的颜色传感器，该颜色传感器采用在二氧化硅衬底上二维分布的银纳米盘阵列结构，所述的颜色传感器能够依据不同的周围环境输出不同的颜色，由于金属纳米圆盘中激发的弱耦合局域表面等离子体共振，所提出的颜色传感器提供了45


技术研发人员：王琦 高旭峰 张大伟 张世杰 罗娜 洪瑞金
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/5/31