CN103744138B - 一种入射角度不敏感的颜色滤光片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种入射角不敏感的颜色滤光片，包括基底，所述的基底上布置有若干圆柱形的光栅，所述光栅以正六边形排列，光栅材料为硅，基底材料为熔融石英。本发明还公开了上述滤光片的制备方法。本发明的入射角不敏感颜色滤光片，与传统的化学滤光片和传统的干涉滤光片不同，它采用二维光栅的结构，利用光栅层中产生的巨大的折射率差别，通过高低折射率差区域之间的耦合产生谐振，从而达到入射角不敏感的滤光效果。本发明入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，制备简单，成本低，便于大规模、批量化生产。因此该发明有望在液晶显示、彩色印刷、传感探测和防伪等领域广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元件，具体涉及一种入射角度不敏感的颜色滤光片及其制备方法，可应用于液晶显示、彩色印刷、传感探测和防伪等领域。
背景技术
具有角度不敏感特性的颜色滤光片在液晶显示、彩色印刷、传感探测和防伪等领域有重要的应用前景。传统的化学染料颜色滤光片利用染料分子中特殊的官能团对入射光选择性地吸收波长范围从而达到滤光效果，但是染料会引起材料特性的不稳定和显著的环境负担。光学薄膜干涉滤光片具有高峰值透光率，可调制的带宽，稳定的特性，但是有显著的蓝移现象，即光谱曲线会随着入射角的增大向短波方向移动，从而限制了其在大角度下的应用。近年来，随着亚波长光栅电磁理论研究的深入和微纳加工技术的发展，研究人员提出了各种由亚波长光栅结构构建的颜色滤光片。导模共振滤光片通过将光栅介质内的高级次泄露模与波导模式耦合，在很小范围内引起入射光能量在反射和透射间的切换，从而得到超窄带的滤光片，然而导模共振滤光片对入射角度极为敏感，即使可以通过结构优化等手段扩展其入射角容忍度，但还是很难以得到较大的入射角不敏感性。Kanamori等通过在石英衬底上制备硅的一维亚波长光栅，得到了红绿蓝三色的透射式彩色滤光片，但其特性会随着入射角度而变化（Fabrication of transmission color filters using silicon subwavelength gratings on quartz substrates，IEEE Photon.Technol.Lett.18,2126-2128(2006)）。此外，研究人员还提出了层叠的亚波长光栅结构，将两层一维或二维的亚波长光栅层叠起来，得到正入射下性能更佳的颜色滤光片。为了改善入射角度不敏感特性，Cheong等提出使用高折射率的硅作为二维亚波长光栅的材料实现强调制光栅，得到了具有较大角度不敏感特性的反射式滤光片（High angular tolerant color filter using subwavelength grating，Appl.Phys.Lett.94, 213104-3(2009)）。然而，其结构在以不同的方位角入射时，特性显著恶化，不适宜实际使用，并且其结构制备方法使用了电子束曝光的技术，成本高，耗时长，不易制备。
在纳米材料结构中，有序的孔状周期排列结构被大量研究，应用于众多研究领域方向。多孔氧化铝，其孔洞以六角晶格周期有序排列，由于其简单方便的制备方法，吸引了越来越多的研究人员对其进行深入的多样化的研究。目前，多孔氧化铝的研究主要集中于对材料特性研究以及材料的物理结构应用的研究，例如纳米管的产生、孔状结构的转移、量子点结构的观察等等。
原子层沉积(ALD)技术是通过将气相前聚体脉冲交替地通入反应器并在沉积基底上吸附并化学反应而形成薄膜的一种方法。它由芬兰科学家于20世纪70年代提出。随着90年代中期微电子和深亚微米芯片技术的发展，ALD在半导体领域的应用愈发广泛。由于ALD表面反应的自限性，理论上ALD沉积的精度可以达到原子量级。此外，相对于传统的光学薄膜沉积方式而言，ALD生长的薄膜在沉积温度、聚集密度和保形性上有着不可比拟的优势，使得利用ALD制备光学薄膜逐渐成为人们研究的热点。
虽然基于多孔氧化铝和原子层沉积的结合的研究和应用不断被提出，但是据我们所知，通过在多孔氧化铝中使用原子层沉积填充高折射率氧化物以此为模板制备入射角不敏感的彩色滤光片的研究从未被提出过。本发明提出的入射角不敏感的颜色滤光片制备过程简单，成本低。因此该发明有望在液晶显示、彩色印刷、传感探测和防伪等领域广泛应用。
发明内容
本发明提供了一种入射角不敏感的颜色滤光片，该滤光片结构简单，采用二维的光栅结构，对入射角不敏感，且性能稳定，环境友好。
本发明还提供了一种入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，该方法将多孔氧化铝制备技术和原子层沉积技术相结合，避免了电子束曝光、激光直写或者纳米压印等复杂技术，整个方法步骤简单，适于工业化生产。
为解决第一个技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种入射角不敏感的颜色滤光片，包括基底，所述的基底上布置有若干圆柱形的光栅，所述光栅以正六边形排列，光栅材料为硅，基底材料为熔融石英。
采用圆柱形的光栅，同时光栅采用正六边形排列，保证上述滤光片入射角不敏感，使得本发明的滤光片适于各种大角度入射场合的使用。
本发明的滤光片主要应用于波长为380-780nm的可见光使用，根据需要的中心波长，可设计不同规格光栅的滤光片，作为优选，所述光栅垂直于基底设置；光栅的厚度为70-200nm；光栅的圆柱半径为40-90nm；多个光栅的圆柱圆心距为100-280nm。
为解决第二个技术问题，本发明还提供了制备上述任意入射角不敏感颜色滤光片的制备方法，包括如下步骤：
（1）根据需要制作的滤光片的中心波长，优化得到光栅厚度、光栅的圆柱半径和光栅的圆柱圆心距；其中的优化过程可选用现有的方法进行；
（2）在熔融石英基底上沉积一层硅层，退火，其中硅层厚度等于光栅厚度；
（3）将铝箔进行预处理；
（4）将预处理后的铝箔进行二次阳极氧化，制备得到有序排列的多孔氧化铝，其中孔径等于光栅的圆柱半径，孔圆心距等于光栅的圆柱圆心距；该步骤中，孔径的深度需要满足步骤（12）刻蚀的需要即可；该步骤制备得到的多孔氧化铝包括具有孔径结构的多孔氧化铝部分以及没有孔径结构的铝基底部分。
（5）在多孔氧化铝上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯，作为去除铝基底的保护层；
（6）在硫酸铜和盐酸混合溶液中去除铝基底，清洗，得到包覆有保护层的多孔氧化铝模板框架；
（7）氧等离子轰击熔融石英基底的硅层，然后将多孔氧化铝模板框架固定于步骤（2）中熔融石英基底的硅层上；
（8）剥离多孔氧化铝模板框架上的聚甲基丙烯酸甲酯层；
（9）在有序排列的孔氧化铝模板框架上原子层沉积氧化物；
（10）利用反应离子刻蚀去除覆盖在多孔氧化铝表面的氧化物层；
（11）利用KOH溶液中去除多孔氧化铝模板框架，所需的二维光栅模板轮廓出现，由氧化物柱有序排列组成，氧化物柱以正六边形排列，氧化物柱为圆柱形；
（12）利用反应离子刻蚀同时对氧化物柱和硅层进行刻蚀处理，将二维光栅模板转移到底下的硅层，所需的二维光栅被制备出，湿法刻蚀去除剩余的氧化物柱，其中光栅以正六边形排列，光栅形状为圆柱形，光栅材料为硅，得到入射角不敏感的颜色滤光片。
步骤（2）中，为制备反射率更高的光栅，作为优选，退火条件为：在1000-1100℃快速退火15-25s，然后在550-650℃退火20-25h，最后在850-950℃退火15-25h。作为进一步优选：退火条件为：首先在1050℃快速退火20s，然后在600℃退火24h，最后在900℃退火20h。
为得到规则的圆柱形孔结构，作为优选，步骤（3）中，所述铝箔为纯度为99.999%的高纯铝箔。铝箔中杂质较多时，容易导致得到的圆柱形孔结构不规则，不利于后续光栅的制作。
所述的氧化物为二氧化钛、二氧化铪或五氧化二钽。上述这些氧化物的无毒且环境友好，同时在后续的步骤中容易去除。作为进一步优选，所述的氧化物为二氧化钛。
为保证得到目的规格的光栅结构，作为优选，步骤（10）中，所述的反应离子刻蚀条件为：CHF3的体积流速为50-60为sccm，O2的体积流速为5-10sccm；作为进一步优选，所述的CHF3的体积流速为55sccm，所述的O2的体积流速为5sccm。
作为优选，步骤（12）中，所述的反应离子刻蚀条件为：四氟化碳的体积流量为20-30sccm，氧气的体积流量为3-6sccm。反应离子刻蚀后，将二维光栅转移到底下的硅层，同时上层的氧化物柱被刻蚀，去除多余的氧化物柱后即可得到所需的二维光栅结构。作为进一步优选，所述的反应离子刻蚀条件为：四氟化碳的体积流量为25sccm，氧气的体积流量为3.1sccm。
本发明的入射角不敏感颜色滤光片，与传统的化学滤光片和传统的干涉滤光片不同，它采用二维光栅的结构，利用光栅层中产生的巨大的折射率差别，通过高低折射率差区域之间的耦合产生谐振，从而达到入射角不敏感的滤光效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
（1）本发明制备的入射角不敏感的颜色滤光片，基于多孔氧化铝结构，通过简便的操作控制其孔径大小以及原子层沉积高折射率氧化物的厚度，以达到制备特定二维光栅的作用，从而以此制备出入射角不敏感的颜色滤光片。这种方法巧妙结合了多孔氧化铝制备和原子层沉积技术，成功地回避了电子束曝光、激光直写或者纳米压印等复杂技术，适于大面积批量化地生产，从而使得入射角不敏感颜色滤光片成本大大降低。
（2）本发明入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，制备简单，成本低，便于大规模、批量化生产。因此该发明有望在液晶显示、彩色印刷、传感探测和防伪等领域广泛应用。
附图说明
图1a为本发明入射角不敏感的颜色滤光片的结构示意图。
图1b为图1a所示滤光片上光栅的布置图。
图2为本发明入射角不敏感的颜色滤光片制备方法流程图。
图3为本发明设计的蓝色滤光片的反射光谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地详细说明。
如图1a和图1b所示，一种入射角不敏感的颜色滤光片由基底2、以及固定在基底2上的单层二维光栅1组成，其中光栅1以正六边形排列，光栅1形状为圆柱形，光栅材料为硅，基底材料选用熔融石英。本发明的入射角不敏感颜色滤光片，与传统的化学滤光片和传统的干涉滤光片不同，它采用二维光栅的结构，利用光栅层中产生的巨大的折射率差别，通过高低折射率差区域之间的耦合产生谐振，从而达到入射角不敏感的滤光 效果。
如图2所示：一种入射角不敏感的颜色滤光片制备方法，包括以下步骤：
（1）对于预期特定中心波长的颜色滤光片，通过结构参数优化，设计出与之对应的光栅厚度、光栅圆柱半径和光栅圆柱的圆心距；光栅厚度一般为70-200nm、光栅圆柱半径一般为40-90nm和光栅圆柱的圆心距一般为100-280nm；优化过程可参见文献：Chenying Yang,Liang Hong,Weidong Shen,Yueguang Zhang,Xu Liu,and Hongyu Zhen,Design of reflective color filters with high angular tolerance by particle swarm optimization method,Opt.Express21,9315-9323(2013)。
（2）在洁净的熔融石英基底2上电子束蒸发沉积一层硅，形成硅层3，1050℃快速退火20s，600℃退火24h、900℃退火20h，采用该条件制备的光栅反射率高，其中沉积厚度等于光栅厚度；
（3）将高纯铝箔4（99.999%）经丙酮和乙醇中脱脂去油水洗后，然后在体积比为1:3的H4ClO4和无水乙醇混合溶液中，16～18V，10℃，3min条件下进行电解抛光。抛光后的铝箔用去离子水清洗。
（4）一次阳极氧化：以0.3mol/L的草酸溶液为电解液，控制氧化电极电压稳定在40V，氧化10h后，用去离子水清洗；二次阳极氧化：在（质量比）浓度为6%的H3PO4和1.5%的H2CrO4的混合溶液中浸泡以去除一次阳极氧化生成的氧化层，用去离子水清洗。再次放入0.3mol/L的草酸溶液中，氧化时间由所需孔深确定，氧化时间与孔深有直接的关联关系，一般可通过多次试验确定，确定两者的对应关系，这些操作均为现有技术，实际氧化时间根据多次试验结果确定。而控制氧化电极电压可改变其多孔氧化铝的孔径，氧化电极电压与氧化铝的孔径有直接的关联关系，一般可通过多次试验确定，确定两者的对应关系，这些操作均为现有技术，实际氧化时间根据多次试验结果确定。氧化完成后，用去离子水清洗，就可以得到亚波长量级的有序排列的多孔氧化铝5，其中孔半径等于光栅圆柱半径，孔圆心距等于光栅圆柱圆心距。多孔氧化铝5包括带有孔径结构的多孔氧化铝部分和没有孔径结构的铝基底部分。
（5）在多孔氧化铝5上的带有孔径结构的多孔氧化铝部分旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯6，具体分别为700r/s旋涂9s和3000r/s旋涂30s，90℃烘30min，作为剥离铝基底7的保护层；
（6）在0.1mol硫酸铜和（质量比）10%盐酸混合溶液（盐酸的体积保证多孔氧化铝5浸没即可）中浸泡30-40min，去除铝基底，清洗，得到包覆有保护层的多孔氧化铝模板框架8；
（7）氧等离子轰击基板（O2氧气气流为80sccm，氧气气压为80mTorr，功率150W），然后将多孔氧化铝置于步骤（2）中熔融石英基底的硅层3上，在范德华力的作用下进行键合；
（8）紫外光、臭氧、200℃处理30min，然后丙酮清洗、去离子水清洗，剥离最上层的聚甲基丙烯酸甲酯；
（9）在有序排列的多孔氧化铝模板框架8上原子层沉积高折射率氧化物层9，其中沉积厚度大于等于光栅圆柱半径。原子沉沉积填充的高折射率氧化物为二氧化钛（TiO2），也可根据需要选择二氧化铪，五氧化二钽，这些溶剂无毒，易去除。将制备的多孔氧化铝模板框架8放入原子层沉积设备中，使用四氯化钛（TiCl4）、H2O作为制备二氧化钛（TiO2）前聚体。反应过程中前聚体温度为20℃恒定，多孔氧化铝基板温度为120℃，反应腔真空度为3mbar。四氯化钛（TiCl4）和H2O通入时间均为400ms，冲洗时间均为5s。通过周期数，控制沉积厚度。
（10）反应离子刻蚀（四氟化碳CHF3体积流速为55sccm和O2体积流速为5sccm），去除覆盖在多孔氧化铝表面的高折射率氧化物层9；
（11）1mol KOH溶液中浸泡15min，去除多孔氧化铝8。所需的二维光栅轮廓出现，其中光栅（此时为氧化物柱10）以正六边形排列，光栅形状为圆柱形，此时光栅材料为高折射率氧化物；
（12）反应离子刻蚀（CF4体积流量为25sccm和O2体积流量为3.1sccm），将氧化物柱10和硅层3同时刻蚀，实现将二维光栅转移到底下的硅层，同时利用湿法刻蚀去除剩余的氧化物柱，所需的二维光栅1被制备出，其中光栅1以正六边形排列，光栅形状为圆柱形，光栅材料为硅。因而入射角不敏感的颜色滤光片被制备出。
以如下入射角不敏感颜色滤光片为例，预期中心波长为λ=440nm的蓝色滤光片，其对应的硅光栅厚度为91nm，光栅圆柱半径为48nm，光栅圆柱的圆心距为119nm，多孔氧化铝孔半径为48nm，孔圆心距为119nm，原子层沉积高折射率氧化物厚度为48nm，原子层沉积周期数为805周期。具体方法同具体实施方式中的入射角不敏感颜色滤光片的制备方法。制备得到的入射角不敏感颜色滤光片分别进行入射角为0°、15°、30°、45°、60°反射光谱实验，检测结果如图3所示，由图3结果可知，本发明的滤光片对入射角度不敏感。
Claims (9)
1.一种入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，所述颜色滤光片包括基底(2)，所述的基底(2)上布置有若干圆柱形的光栅(1)，所述光栅(1)以正六边形排列，光栅材料为硅，基底材料为熔融石英，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据需要制作的滤光片的中心波长，优化得到光栅厚度、光栅的圆柱半径和光栅的圆柱圆心距；
(2)在熔融石英基底上沉积一层硅层，退火，其中硅层厚度等于光栅厚度；
(3)将铝箔进行预处理；
(4)将预处理后的铝箔进行二次阳极氧化，制备得到有序排列的多孔氧化铝，其中孔径等于光栅的圆柱半径，孔圆心距等于光栅的圆柱圆心距；
(5)在多孔氧化铝上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯，作为去除铝基底的保护层；
(6)在硫酸铜和盐酸混合溶液中去除铝基底，清洗，得到包覆有保护层的多孔氧化铝模板框架；
(7)氧等离子轰击熔融石英基底的硅层，然后将多孔氧化铝模板框架固定于步骤(2)中熔融石英基底的硅层上；
(8)剥离多孔氧化铝模板框架上的聚甲基丙烯酸甲酯层；
(9)在有序排列的多孔氧化铝模板框架上原子层沉积氧化物；
(10)利用反应离子刻蚀去除覆盖在多孔氧化铝表面的氧化物层；
(11)利用KOH溶液去除多孔氧化铝模板框架，所需的二维光栅模板轮廓出现，由氧化物柱有序排列组成，氧化物柱以正六边形排列，氧化物柱为圆柱形；
(12)利用反应离子刻蚀同时对氧化物柱和硅层进行刻蚀处理，将二维光栅模板转移到底下的硅层，所需的二维光栅被制备出，湿法刻蚀去除剩余的氧化物柱，其中光栅以正六边形排列，光栅形状为圆柱形，光栅材料为硅，得到入射角不敏感的颜色滤光片。
2.根据权利要求1所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，所述光栅(1)垂直于基底(2)设置；光栅(1)的厚度为70-200nm；光栅(1)的圆柱半径为40-90nm；多个光栅(1)的圆柱圆心距为100-280nm。
3.根据权利要求1或2所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的退火条件为：首先在1000-1100℃快速退火15-25s，然后在550-650℃退火20-25h，最后在850-950℃退火15-25h。
4.根据权利要求3所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的退火条件为：首先在1050℃快速退火20s，然后在600℃退火24h，最后在900℃退火20h。
5.根据权利要求1或2所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述铝箔为纯度为99.999％的高纯铝箔。
6.根据权利要求1或2所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，所述的氧化物为二氧化钛、二氧化铪或五氧化二钽。
7.根据权利要求6所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，所述的氧化物为二氧化钛。
8.根据权利要求1或2所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤(12)中，所述的反应离子刻蚀条件为：四氟化碳的体积流量为20-30sccm，氧气的体积流量为3-6sccm。
9.根据权利要求8所述的入射角不敏感的颜色滤光片的制备方法，其特征在于，所述的反应离子刻蚀条件为：四氟化碳的体积流量为25sccm，氧气的体积流量为3.1sccm。
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (2)
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| Design of reflective color filters with high angular tolerance by particle swarm optimization method;Chenying Yang等;《OPTICS EXPRESS》;20130422;第21卷(第8期);第9315-9323页 * |
| 基于亚波长二维光栅的入射角不敏感颜色滤光片研究;洪亮等;《物理学报》;20130331;第62卷(第6期);第064204-1至064204-6页 * |
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