一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的濾色片由于采用有機染料或化學(xué)顏料，容易受化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，在長時間的紫外線照射或高溫下性能也會下降。此外，為了將各種像素單元排列成大面積陣列，必需進行高度精確的光刻對準，這顯著增加了制造的復(fù)雜性和成本。近期出現(xiàn)的利用刻有周期性孔洞的單層金屬膜制作的增色濾光片是克服上述局限性的一種途徑。這種等離子濾光片選擇性透過與表面等離子激元激發(fā)相關(guān)的頻帶，截止其他可見光。這些透射頻帶可以在整個可見光譜上通過簡單地調(diào)節(jié)幾何參數(shù)，如周期、形狀和納米孔的尺寸進行調(diào)諧，從而導(dǎo)致高色彩可調(diào)性，但其低透射率(在可見光波段僅為30%)仍是限制其商業(yè)應(yīng)用的瓶頸。而有研究者通過金屬-絕緣體-金屬或金屬-電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)納米諧振腔形成的等離子激元增色濾光片雖可實現(xiàn)50?80%的高透射率，但由于其復(fù)雜的多層設(shè)計，并不適合于低成本的納米加工和設(shè)備集成。
[0003]公開號為CN103777264A的中國發(fā)明專利申請了一種適用于任意光的超高透射率減色濾光片及其制備方法，利用超薄銀(20?30nm)薄膜實現(xiàn)了濾光片的峰值透射率高達60?70%;但是銀薄膜的厚度仍然大于20nm，整體透光率低于70%。因此，需要發(fā)明一種低于20nm以下的超薄金屬，實現(xiàn)更高透光率的減色濾光片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述【背景技術(shù)】的不足，解決現(xiàn)有濾光片的透光率低、效率低的問題，而提供一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片。
[0005]本發(fā)明所涉及的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，由透明基底和超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜構(gòu)成，超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜由超薄鋁薄膜和超薄銀薄膜構(gòu)成，超薄招-銀復(fù)合金屬薄膜的總體厚度為5?19nm，其中超薄招薄膜的厚度為1?4nm，超薄銀薄膜的厚度為4?15nm;在超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜上制備有亞波長周期納米結(jié)構(gòu)；
[0006]亞波長周期納米結(jié)構(gòu)是通過電子束曝光或者聚焦離子束直寫或者納米壓印等方式在超薄鋁-銀膜表面加工形成的圓孔或者矩形孔或者線光柵或者其他多邊形孔周期陣列，其特征尺寸為50?800nm，占空比為1:1;
[0007]超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜是通過真空蒸鍍、電子束沉積或者磁控濺射沉積的方式在透明基底上沉積而成，其中超薄銀薄膜位于超薄鋁薄膜的上面；
[0008]透明基底材質(zhì)為石英、普通玻璃、藍寶石等透明材料形成剛性基底，或者是PET、P1、PDMS、PEN、PC等透明材料形成的柔性基底。
[0009]進一步，所述的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，可以通過改變亞波長周期納米結(jié)構(gòu)的周期大小，實現(xiàn)200?llOOnm不同波段的減色濾光調(diào)諧作用。
[0010]本發(fā)明所涉及的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片結(jié)構(gòu)簡單、制備成本低，大大提高了減色濾光片的透光率和效率。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的超高透射減色濾光片的剖面圖，其中1為透明基底，2為超薄鋁薄膜，3為超薄銀薄膜；
[0012]圖2是實施例一中的基于圓孔陣列的超高減色濾光片的俯視圖；
[0013]圖3是實施例一■中的基于線光棚■的超尚減色濾光片的俯視圖；
[0014]圖4是實施例三中的基于矩形孔的超高減色濾光片的俯視圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0016]本發(fā)明的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，由透明基底1和超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜構(gòu)成，超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜由超薄鋁薄膜2和超薄銀薄膜3構(gòu)成，超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜的總體厚度為5?19nm，其中超薄招薄膜2的厚度為1?4nm，超薄銀薄膜3的厚度為4?15nm;在超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜上制備有亞波長周期納米結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所不ο
[0017]本發(fā)明的基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片的制備方法如下:
[0018]步驟一:將透明基底1進行清洗并烘干；
[0019]步驟二:通過真空蒸鍍、電子束沉積或者磁控濺射沉積的方式在透明基底1上沉積超薄鋁薄膜2，厚度為1?4nm;在超薄鋁薄膜2上沉積超薄銀薄膜3，厚度為4?15nm，從而形成超薄鋁-銀膜，厚度為5?19nm;
[0020]步驟三:通過電子束曝光或者聚焦離子束直寫或者納米壓印等方式在超薄鋁-銀膜表面加工出亞波長的圓孔或者矩形孔或者線光柵或者其他多邊形孔結(jié)構(gòu)，從而獲得高效率的減色濾光片。
[0021 ] 實施例一
[0022]本實施例是利用超薄鋁-銀薄膜制備亞波長周期圓孔實現(xiàn)的85%高透射率等離子激元減色濾光片;如圖2所示。
[0023]本實施例中，減色濾光片克服現(xiàn)有濾光片的局限性，不僅具有超高透射率，而且結(jié)構(gòu)簡潔，其超薄超精細的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有亞微米的空間分辨率，能夠制作出的像素，比現(xiàn)有商用圖像傳感器具有的最小像素更小，易于集成，成為集成濾光片，而集成濾光片是未來的顯示器、圖像傳感器、數(shù)碼攝像機、投影儀和其他光學(xué)測量儀器的重要組件；
[0024]本實施例中，在干凈的石英玻璃表面，利用磁控濺射的方法，先沉積lnm的超薄鋁薄膜2，再沉積4nm的超薄銀薄膜3;
[0025]本實施例中，利用電子束直寫技術(shù)在超薄鋁-銀薄膜制備亞波長周期線光柵；
[0026]本實施例中，亞波長圓孔陣列的的線寬為100?500nm，占空比為1:1。
[0027]實施例二
[0028]本實施例中是利用超薄鋁-銀薄膜制備亞波長周期線光柵陣列實現(xiàn)的90%高透射率等離子激元減色濾光片;如圖3所示。
[0029]本實施例中，減色濾光片克服現(xiàn)有濾光片的局限性，不僅具有超高透射率，而且結(jié)構(gòu)簡潔，其超薄超精細的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有亞微米的空間分辨率，能夠制作出的像素，比現(xiàn)有商用圖像傳感器具有的最小像素更小，易于集成，成為集成濾光片，而集成濾光片是未來的顯示器、圖像傳感器、數(shù)碼攝像機、投影儀和其他光學(xué)測量儀器的重要組件；
[0030]本實施例中，在干凈的PET表面，利用電子束蒸鍍的方法，先沉積2nm的超薄鋁薄膜2，再沉積10nm的超薄銀薄膜3;
[0031]本實施例中，利用電子束直寫技術(shù)在超薄鋁-銀薄膜制備亞波長周期圓孔陣列；
[0032]本實施例中，亞波長線光柵的的孔徑為100?500nm，占空比為2:1。
[0033]實施例三
[0034]本實施例中是利用超薄鋁-銀薄膜制備亞波長周期矩形孔陣列實現(xiàn)的92%高透射率等離子激元減色濾光片;如圖3所示。
[0035]本實施例中，減色濾光片克服現(xiàn)有濾光片的局限性，不僅具有超高透射率，而且結(jié)構(gòu)簡潔，其超薄超精細的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其具有亞微米的空間分辨率，能夠制作出的像素，比現(xiàn)有商用圖像傳感器具有的最小像素更小，易于集成，成為集成濾光片，而集成濾光片是未來的顯示器、圖像傳感器、數(shù)碼攝像機、投影儀和其他光學(xué)測量儀器的重要組件；
[0036]本實施例中，在干凈的藍寶石表面，利用電子束蒸鍍的方法，先沉積4nm的超薄鋁薄膜2，再沉積15nm的超薄銀薄膜3;
[0037]本實施例中，利用電子束直寫技術(shù)在超薄鋁-銀薄膜制備亞波長周期圓孔陣列；
[0038]本實施例中，亞波長線光柵的的孔徑為100?500nm，占空比為3:1。
[0039]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，其特征是:該濾光片由透明基底和超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜構(gòu)成，超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜由超薄鋁薄膜和超薄銀薄膜構(gòu)成，超薄招-銀復(fù)合金屬薄膜的總體厚度為5?19nm，其中超薄招薄膜的厚度為1?4nm，超薄銀薄膜的厚度為4?15nm;在超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜上制備有亞波長周期納米結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，其特征是:所述的亞波長周期納米結(jié)構(gòu)是通過電子束曝光或者聚焦離子束直寫或者納米壓印等方式在超薄鋁-銀膜表面加工形成的圓孔或者矩形孔或者線光柵或者其他多邊形孔，特征尺寸為50?800nm，占空比為1:1?3:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，其特征在于所述超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜是通過真空蒸鍍、電子束沉積或者磁控濺射沉積的方式在透明基底上沉積而成，其中超薄銀薄膜位于超薄鋁薄膜的上面。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，其特征在于所述透明基底材質(zhì)為石英、普通玻璃、藍寶石等透明材料形成剛性基底，或者是PET、P1、PDMS、PEN、PC等透明材料形成的柔性基底。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，其特征在于可以通過改變亞波長周期納米結(jié)構(gòu)的周期大小，實現(xiàn)200?llOOnm不同波段的減色濾光調(diào)諧作用。
【專利摘要】一種基于復(fù)合超薄金屬的高效率減色濾光片，由透明基底(1)和超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜構(gòu)成，超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜由超薄鋁薄膜(2)和超薄銀薄膜(3)構(gòu)成，超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜的總體厚度為5～19nm，其中超薄鋁薄膜(2)的厚度為1～4nm，超薄銀薄膜(3)的厚度為4～15nm；在超薄鋁-銀復(fù)合金屬薄膜上制備有亞波長周期納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的濾光片具有很高的透射效率，易于制造和設(shè)備集成，在高溫、高濕度和長期的輻射暴露下具有更高的可靠性。該濾光片適用于紫外光、可見光及近紅外波段。
【IPC分類】G02B5/20
【公開號】CN105487153
【申請?zhí)枴緾N201510976635
【發(fā)明人】楊俊 , 湯林龍, 王婧, 彭進才, 魏興戰(zhàn), 史浩飛, 杜春雷
【申請人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月23日