CN102854557A - 一种偏振无关窄带彩色滤光片及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种偏振无关窄带彩色滤光片及制作方法，从下到上包括基底层、两层薄膜层和一层光栅层，基底层为玻璃，两层薄膜层分别为透明导电膜和二氧化铪膜，最上面的光栅层为交替变化的光刻胶和入射介质。所述的彩色滤光片只需通过调节光栅周期，便可移动中心波长，从而得到不同颜色的滤光片。滤出光的颜色纯度高，重点是对入射光的偏振态不敏感，不同偏振态的入射光具有类似的滤光效果，从而提高了滤光片的光学品质及光能利用率。本发明实施方便，制作的彩色滤光片可广泛应用于彩色显示、图像传感等领域。

Description

一种偏振无关窄带彩色滤光片及制作方法

技术领域

本发明涉及一种彩色滤光片，特别涉及一种偏振无关窄带彩色滤光片。

背景技术

彩色滤光片是显示、图像传感等领域的关键元器件，尤其是在现在迅速发展的液晶显示技术中，彩色影像的显现主要通过红、绿、蓝三色滤光片滤出光的组合而实现的，因此彩色滤光片的性能就直接决定了再现彩色影像质量的优劣。

近年来，光栅结构的彩色滤光片的研究越来越多，相比于传统的彩色滤光片，其光能的利用率有所提高，且结构比较简单，结合现在比较成熟的光刻及光栅复制技术，可以符合大面积生产的需求。中国发明专利“一种亚波长光栅结构彩色滤光片及其制作方法”，申请号：200910028285.9采用简单的双层光栅结构得到了性能比较优越的彩色滤光片，但是依然存在着一些不足：1）该光栅结构对入射光的偏振性比较敏感，当入射光的偏振态发生改变时，中心波长会发生偏移，因此要得到适宜的透射光谱，入射光必须是线偏振光，普通光源发出的光要通过偏振片才可用作入射光源，降低了光能利用率；2）该光栅结构的透射光谱比较宽，因此滤出光颜色纯度较低，最终会影响到再现彩色图像的质量，限制了该滤光片的使用范围。由此可知，设计一种偏振无光的窄带滤光片是一个有着重要现实意义的问题。

发明内容

本发明是针对现在光栅结构的彩色滤光片透射光谱比较宽，滤出光颜色纯度较低的问题，提出了一种偏振无关窄带彩色滤光片及制作方法，结构比较简单，反射光谱对入射光的偏振态不敏感，光谱曲线带宽窄，旁带低，颜色纯度高，而且通过改变光栅周期可迅速实现对不同颜色光的滤波功能。

本发明的技术方案为：一种偏振无关窄带彩色滤光片，从下到上包括基底层、两层薄膜层和一层光栅层，基底层为玻璃，两层薄膜层分别为透明导电膜和二氧化铪膜，最上面的光栅层为交替变化的光刻胶和入射介质。

所述玻璃基底的折射率为1.47，透明导电膜和二氧化铪膜层作为波导层，其折射率分别为1.85和1.95，光栅层中光刻胶的占空比为0.35，折射率为1.6，入射介质为空气，折射率为1.0。

一种偏振无关窄带彩色滤光片的制作方法，具体包括如下步骤：

1）利用真空镀膜机在玻璃基底上蒸镀一层厚度为65-75nm的透明导电膜层；

2）在透明导电膜层上镀一层厚度为70-80nm的二氧化铪膜层；

3）利用旋涂机在二氧化铪膜层上旋涂厚度为98-106nm的光刻胶，通过显影曝光技术可得到光刻胶与入射介质交替的光栅结构，完成彩色滤光片的制作。

本发明的有益效果在于：本发明偏振无关窄带彩色滤光片，滤出光的颜色纯度高，重点是对入射光的偏振态不敏感，不同偏振态的入射光具有类似的滤光效果，从而提高了滤光片的光学品质及光能利用率。本发明实施方便，制作的彩色滤光片可广泛应用于彩色显示、图像传感等领域。

附图说明

图1为本发明偏振无关窄带彩色滤光片结构示意图；

图2为本发明偏振无关窄带彩色滤光片实施例红色滤光片的反射光谱特性曲线图；

图3为本发明偏振无关窄带彩色滤光片实施例绿色滤光片的反射光谱特性曲线图；

图4为本发明偏振无关窄带彩色滤光片实施例蓝色滤光片的反射光谱特性曲线图。

具体实施方式

如图1所示偏振无关窄带彩色滤光片结构示意图，从下到上包括基底层、两层薄膜层和一层光栅层，基底层为玻璃，两层薄膜层分别为透明导电膜12和二氧化铪膜13，最上面的光栅层为交替变化的光刻胶14和入射介质15。其中，透明导电膜12和二氧化铪膜13的厚度对反射效率曲线的旁带有着显著的影响，选取合适的厚度可以降低旁带，提高滤出光的纯度；而光栅层的厚度主要影响到中心波长处的峰值效率，适当的厚度可使峰值效率>99%。其具体制作步骤如下：首先利用真空镀膜机在玻璃基底11上蒸镀一层厚度为65-75nm的透明导电膜层12，接着在透明导电膜层12上镀一层厚度为70-80nm的二氧化铪膜层13，然后利用旋涂机在二氧化铪膜层13上旋涂厚度为98-106nm的光刻胶14，通过一定的显影曝光技术便可得到光刻胶14与入射介质15交替的光栅结构，从而完成彩色滤光片的制作。

实施例中的一些基本参数如下：玻璃基底11的折射率为1.47，透明导电膜12和二氧化铪膜层13作为波导层，其折射率分别为1.85和1.95，光栅层中光刻胶14的占空比为0.35，折射率为1.6，入射介质为空气15，折射率为1.0。

为了适应真彩色显示等领域需求，至少需要红、绿、蓝三色滤光片，本发明所述的彩色滤光片只需通过调节光栅周期，便可移动中心波长，从而得到不同颜色的滤光片。实施例中为得到红、绿、蓝三色滤光片，选用的光栅周期分别为481nm，393nm，297nm。

实施例中光线的入射角θ=45°，此处的入射角为入射光波矢k与z轴的夹角，方位角ɸ=90°，此处方位角为入射光波矢k在x-y平面内投影与x轴的夹角，对于上述的滤光片结构，在该入射条件下，改变入射光的偏振态，反射光谱的形状类似，从而实现彩色滤光片对入射光偏振态不敏感的功能，降低了入射光的要求，同时提高了光能利用率。

图2、3、4为红、绿、蓝三色滤光片的反射光谱特性曲线图，其中红色滤光片，中心波长为635nm；绿色滤光片，中心波长为546nm；蓝色滤光片，中心波长为435nm。图中的实线均表示入射光为TE偏振光（E矢量振动方向垂直于入射面，即α=90°），虚线均表示入射光为TM偏振光（E矢量振动方向平行于入射面，即α=0°），从图中可以看出，改变入射光的偏振态时，中心波长没有发生移动，且反射光谱特性曲线的形状没有发生大的变化，表明该结构对不同偏振态的入射光具有类似的滤光效果；此外从图中可以看出，中心波长处的反射率均接近100%，且带宽窄，旁带低，因此这种结构的彩色滤光片滤出光的单色性好，颜色纯度高，实用性强。结合附图可见，本发明成功实现了偏振无关窄带彩色滤光片的设计，从而提高了彩色滤光片的光学品质及光能利用率。

Claims (3)

1.一种偏振无关窄带彩色滤光片，其特征在于，从下到上包括基底层、两层薄膜层和一层光栅层，基底层为玻璃，两层薄膜层分别为透明导电膜和二氧化铪膜，最上面的光栅层为交替变化的光刻胶和入射介质。

2.根据权利要求1所述偏振无关窄带彩色滤光片，其特征在于，所述玻璃基底的折射率为1.47，透明导电膜和二氧化铪膜层作为波导层，其折射率分别为1.85和1.95，光栅层中光刻胶的占空比为0.35，折射率为1.6，入射介质为空气，折射率为1.0。

3.一种偏振无关窄带彩色滤光片的制作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）利用真空镀膜机在玻璃基底上蒸镀一层厚度为65-75nm的透明导电膜层；

2）在透明导电膜层上镀一层厚度为70-80nm的二氧化铪膜层；

3）利用旋涂机在二氧化铪膜层上旋涂厚度为98-106nm的光刻胶，通过显影曝光技术可得到光刻胶与入射介质交替的光栅结构，完成彩色滤光片的制作。

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