CN105487153B - 一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片 - Google Patents

一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片 Download PDF

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Abstract

一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，由透明基底(1)和超薄铝‑银复合金属薄膜构成，超薄铝‑银复合金属薄膜由超薄铝薄膜(2)和超薄银薄膜(3)构成，超薄铝‑银复合金属薄膜的总体厚度为5～19nm，其中超薄铝薄膜(2)的厚度为1～4nm，超薄银薄膜(3)的厚度为4～15nm；在超薄铝‑银复合金属薄膜上制备有亚波长周期纳米结构。本发明制备的滤光片具有很高的透射效率，易于制造和设备集成，在高温、高湿度和长期的辐射暴露下具有更高的可靠性。该滤光片适用于紫外光、可见光及近红外波段。

Description

一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片
技术领域
本发明属于光学领域，特别涉及一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片。
背景技术
传统的滤色片由于采用有机染料或化学颜料，容易受化学物质的腐蚀，在长时间的紫外线照射或高温下性能也会下降。此外，为了将各种像素单元排列成大面积阵列，必需进行高度精确的光刻对准，这显著增加了制造的复杂性和成本。近期出现的利用刻有周期性孔洞的单层金属膜制作的增色滤光片是克服上述局限性的一种途径。这种等离子滤光片选择性透过与表面等离子激元激发相关的频带，截止其他可见光。这些透射频带可以在整个可见光谱上通过简单地调节几何参数，如周期、形状和纳米孔的尺寸进行调谐，从而导致高色彩可调性，但其低透射率(在可见光波段仅为30％)仍是限制其商业应用的瓶颈。而有研究者通过金属-绝缘体-金属或金属-电介质结构的波导纳米谐振腔形成的等离子激元增色滤光片虽可实现50～80％的高透射率，但由于其复杂的多层设计，并不适合于低成本的纳米加工和设备集成。
公开号为CN103777264A的中国发明专利申请了一种适用于任意光的超高透射率减色滤光片及其制备方法，利用超薄银(20～30nm)薄膜实现了滤光片的峰值透射率高达60～70％；但是银薄膜的厚度仍然大于20nm，整体透光率低于70％。因此，需要发明一种低于20nm以下的超薄金属，实现更高透光率的减色滤光片。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述背景技术的不足，解决现有滤光片的透光率低、效率低的问题，而提供一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片。
本发明所涉及的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，由透明基底和超薄铝-银复合金属薄膜构成，超薄铝-银复合金属薄膜由超薄铝薄膜和超薄银薄膜构成，超薄铝-银复合金属薄膜的总体厚度为5～19nm，其中超薄铝薄膜的厚度为1～4nm，超薄银薄膜的厚度为4～15nm；在超薄铝-银复合金属薄膜上制备有亚波长周期纳米结构；
亚波长周期纳米结构是通过电子束曝光或者聚焦离子束直写或者纳米压印等方式在超薄铝-银膜表面加工形成的圆孔或者矩形孔或者线光栅或者其他多边形孔周期阵列，其特征尺寸为50～800nm，占空比为1:1；
超薄铝-银复合金属薄膜是通过真空蒸镀、电子束沉积或者磁控溅射沉积的方式在透明基底上沉积而成，其中超薄银薄膜位于超薄铝薄膜的上面；
透明基底材质为石英、普通玻璃、蓝宝石等透明材料形成刚性基底，或者是PET、PI、PDMS、PEN、PC等透明材料形成的柔性基底。
进一步，所述的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，可以通过改变亚波长周期纳米结构的周期大小，实现200～1100nm不同波段的减色滤光调谐作用。
本发明所涉及的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片结构简单、制备成本低，大大提高了减色滤光片的透光率和效率。
附图说明
图1是本发明的超高透射减色滤光片的剖面图，其中1为透明基底，2为超薄铝薄膜，3为超薄银薄膜；
图2是实施例一中的基于圆孔阵列的超高减色滤光片的俯视图；
图3是实施例二中的基于线光栅的超高减色滤光片的俯视图；
图4是实施例三中的基于矩形孔的超高减色滤光片的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，由透明基底1和超薄铝-银复合金属薄膜构成，超薄铝-银复合金属薄膜由超薄铝薄膜2和超薄银薄膜3构成，超薄铝-银复合金属薄膜的总体厚度为5～19nm，其中超薄铝薄膜2的厚度为1～4nm，超薄银薄膜3的厚度为4～15nm；在超薄铝-银复合金属薄膜上制备有亚波长周期纳米结构，其结构如图1所示。
本发明的基于复合超薄金属的高效率减色滤光片的制备方法如下：
步骤一：将透明基底1进行清洗并烘干；
步骤二：通过真空蒸镀、电子束沉积或者磁控溅射沉积的方式在透明基底1上沉积超薄铝薄膜2，厚度为1～4nm；在超薄铝薄膜2上沉积超薄银薄膜3，厚度为4～15nm，从而形成超薄铝-银膜，厚度为5～19nm；
步骤三：通过电子束曝光或者聚焦离子束直写或者纳米压印等方式在超薄铝-银膜表面加工出亚波长的圆孔或者矩形孔或者线光栅或者其他多边形孔结构，从而获得高效率的减色滤光片。
实施例一
本实施例是利用超薄铝-银薄膜制备亚波长周期圆孔实现的85％高透射率等离子激元减色滤光片；如图2所示。
本实施例中，减色滤光片克服现有滤光片的局限性，不仅具有超高透射率，而且结构简洁，其超薄超精细的微纳结构设计，使其具有亚微米的空间分辨率，能够制作出的像素，比现有商用图像传感器具有的最小像素更小，易于集成，成为集成滤光片，而集成滤光片是未来的显示器、图像传感器、数码摄像机、投影仪和其他光学测量仪器的重要组件；
本实施例中，在干净的石英玻璃表面，利用磁控溅射的方法，先沉积1nm的超薄铝薄膜2，再沉积4nm的超薄银薄膜3；
本实施例中，利用电子束直写技术在超薄铝-银薄膜制备亚波长周期线光栅；
本实施例中，亚波长圆孔阵列的的线宽为100～500nm，占空比为1:1。
实施例二
本实施例中是利用超薄铝-银薄膜制备亚波长周期线光栅阵列实现的90％高透射率等离子激元减色滤光片；如图3所示。
本实施例中，减色滤光片克服现有滤光片的局限性，不仅具有超高透射率，而且结构简洁，其超薄超精细的微纳结构设计，使其具有亚微米的空间分辨率，能够制作出的像素，比现有商用图像传感器具有的最小像素更小，易于集成，成为集成滤光片，而集成滤光片是未来的显示器、图像传感器、数码摄像机、投影仪和其他光学测量仪器的重要组件；
本实施例中，在干净的PET表面，利用电子束蒸镀的方法，先沉积2nm的超薄铝薄膜2，再沉积10nm的超薄银薄膜3；
本实施例中，利用电子束直写技术在超薄铝-银薄膜制备亚波长周期圆孔阵列；
本实施例中，亚波长线光栅的的孔径为100～500nm，占空比为2:1。
实施例三
本实施例中是利用超薄铝-银薄膜制备亚波长周期矩形孔阵列实现的92％高透射率等离子激元减色滤光片；如图3所示。
本实施例中，减色滤光片克服现有滤光片的局限性，不仅具有超高透射率，而且结构简洁，其超薄超精细的微纳结构设计，使其具有亚微米的空间分辨率，能够制作出的像素，比现有商用图像传感器具有的最小像素更小，易于集成，成为集成滤光片，而集成滤光片是未来的显示器、图像传感器、数码摄像机、投影仪和其他光学测量仪器的重要组件；
本实施例中，在干净的蓝宝石表面，利用电子束蒸镀的方法，先沉积4nm的超薄铝薄膜2，再沉积15nm的超薄银薄膜3；
本实施例中，利用电子束直写技术在超薄铝-银薄膜制备亚波长周期圆孔阵列；
本实施例中，亚波长线光栅的的孔径为100～500nm，占空比为3:1。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，其特征是：该滤光片由透明基底和超薄铝-银复合金属薄膜构成，超薄铝-银复合金属薄膜由超薄铝薄膜和超薄银薄膜构成，超薄铝-银复合金属薄膜的总体厚度为5～19nm，其中超薄铝薄膜的厚度为1～4nm，超薄银薄膜的厚度为4～15nm；在超薄铝-银复合金属薄膜上制备有亚波长周期纳米结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，其特征是：所述的亚波长周期纳米结构是通过电子束曝光或者聚焦离子束直写或者纳米压印方式在超薄铝-银膜表面加工形成的圆孔或者矩形孔或者线光栅或者其他多边形孔，特征尺寸为50～800nm，占空比为1:1～3:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，其特征在于所述超薄铝-银复合金属薄膜是通过真空蒸镀、电子束沉积或者磁控溅射沉积的方式在透明基底上沉积而成，其中超薄银薄膜位于超薄铝薄膜的上面。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，其特征在于所述透明基底材质为石英、普通玻璃或蓝宝石透明材料形成刚性基底，或者是PET、PI、PDMS、PEN或PC透明材料形成的柔性基底。
5.根据权利要求1所述的一种基于复合超薄金属的高效率减色滤光片，其特征在于可以通过改变亚波长周期纳米结构的周期大小，实现200～1100nm不同波段的减色滤光调谐作用。
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