【摘要】：色彩是視覺體驗(yàn)的一個重要成分,現(xiàn)今電子產(chǎn)品屏幕基本已由原始的黑白色變?yōu)椴噬@示,彩色顯示給予我們更好的視覺體驗(yàn)。目前大多數(shù)電子產(chǎn)品比如液晶顯示器所呈現(xiàn)的色彩都是采用傳統(tǒng)的染料著色劑吸收某特定波長光而呈現(xiàn)出某種色彩,這種基于染料吸收顯色稱為化學(xué)色,但是基于化學(xué)色的方法所制備的器件無法承受高溫照射或紫外輻射,隨著時間的推移色彩褪色嚴(yán)重,并且工藝上需要多步對準(zhǔn)光刻技術(shù),制備過程非常復(fù)雜�？茖W(xué)家們得益于自然界的生物現(xiàn)象,比如五彩繽紛的蝴蝶翅膀,揭開了一種機(jī)理與傳統(tǒng)顯色完全不同的方法,即物理色,也稱之為結(jié)構(gòu)色。結(jié)構(gòu)色來自于自然光與微納米結(jié)構(gòu)的相互作用,通常呈現(xiàn)于干涉、衍射、散射等光學(xué)現(xiàn)象中。結(jié)構(gòu)色可以克服傳統(tǒng)的化學(xué)色的缺點(diǎn),即可以實(shí)現(xiàn)一步工藝的簡單制備,極大的縮小器件的尺寸,經(jīng)久不褪色,綠色環(huán)保,同時也對多功能器件集成和新原理器件應(yīng)用提供了新的思路。本論文主要研究微納米結(jié)構(gòu)中表面等離子體共振和導(dǎo)模共振兩個納米光學(xué)效應(yīng),并分析基于此兩種機(jī)制的結(jié)構(gòu)色特性,分別在圖像傳感器和比色傳感器兩個應(yīng)用背景下具體研究了結(jié)構(gòu)色器件的特點(diǎn)與性能,為發(fā)展下一代高分辨率圖像傳感器和高靈敏的便攜式比色傳感器提供新的思路。具體可分為以下幾個部分:第一章對論文的背景進(jìn)行一個概述。包括課題來源;表面等離子共振效應(yīng);導(dǎo)模共振效應(yīng);CIE三原色的介紹;論文的主要研究內(nèi)容。第二章詳細(xì)的研究了基于表面等離子體共振效應(yīng)的彩色濾波器集成到CMOS圖像傳感器中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)色濾波器,并定量計算其空間光學(xué)串?dāng)_的大小。提出將彩色濾波器集成到距離底部感光區(qū)500nm附近的位置可極大地降低空間光學(xué)串?dāng)_提高器件的成像質(zhì)量。第三章主要是研究基于表面等離子體共振效應(yīng)的彩色濾波器在比色折射率傳感器中的應(yīng)用研究。理論上可實(shí)現(xiàn)當(dāng)周圍媒質(zhì)折射率改變0.01時色差改變4.17。且實(shí)驗(yàn)上通過無需光刻技術(shù)納米球自組裝的半導(dǎo)體工藝制備出納米結(jié)構(gòu)其得到475nm/RIU的靈敏度,在樣品滴加無水乙醇后,樣品表面由鮮綠色變?yōu)辄S綠色,實(shí)現(xiàn)比色傳感功能。第四章主要是研究基于導(dǎo)模共振效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色濾波器及其在比色傳感器中的應(yīng)用。分別包括兩種比色傳感器的應(yīng)用,一種是比色折射率傳感器,重點(diǎn)研究了光譜分布與空間光場分布對比色靈敏度的影響,利用波導(dǎo)的多個波導(dǎo)模式實(shí)現(xiàn)高靈敏度的比色傳感器,當(dāng)周圍媒質(zhì)折射率改變0.01時色差改變3.33。另一種是比色偏振傳感器的應(yīng)用,利用非對稱介質(zhì)光柵的偏振特性及介質(zhì)的無損特性,設(shè)計高色彩飽和度的RGB全色域的比色偏振傳感器。實(shí)現(xiàn)了入射光0-90度偏振改變時色差改變62,偏振角平均改變5度范圍內(nèi)的色差平均值可達(dá)到3.1。第五章為論文的總結(jié)與展望�？偨Y(jié)了本論文的主要研究內(nèi)容,即結(jié)構(gòu)色濾波器及其在圖像傳感器與比色傳感器中的應(yīng)用,并總結(jié)了本論文的三個創(chuàng)新點(diǎn)。對本論文工作存在的不足和后續(xù)工作的計劃做了展望。目前的工作已經(jīng)基本闡明了結(jié)構(gòu)色在圖像傳感器與比色傳感器中應(yīng)用的可行性和有效性,下一步工作將進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)色濾波器的光學(xué)效率、角度靈敏性、光場局域等方面的特性,并發(fā)展更有效的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù),推動其在圖像傳感器、比色生物傳感器和比色偏振傳感器中的應(yīng)用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN713;TP212

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