CN107870383A - 二元滤光片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二元滤光片，包括基底、以及在基底的两个相对的表面上阵列设置的多个第一滤光单元和多个第二滤光单元；其中，多个第一滤光单元和多个第二滤光单元在第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。根据本发明的二元滤光片具有不同滤光功能的特性，可与微型光学检测系统相结合，从而应用在医疗诊断、大气、空间、海洋等领域。本发明还公开了上述二元滤光片的制作方法，包括：选取一个基底；在基底的两个相对的表面上分别制备形成阵列分布的多个第一滤光单元和阵列分布的多个第二滤光单元；其中，多个第一滤光单元和多个第二滤光单元在第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。根据本发明的制作方法工艺简单、集成度高。

Description

二元滤光片及其制作方法

技术领域

本发明属于光学滤光片技术领域，具体地讲，涉及一种二元滤光片及其制作方法。

背景技术

为适应光电仪器的小型化发展，薄膜滤光片也向着尺寸更小、集成度更高的方向发展，在制备技术方面也越来越有挑战性。目前在集成滤光片的制作中，多采用半导体微纳加工技术，在基底表面利用光刻或刻蚀技术对第一滤光膜进行图形化，然后再进行第二滤光膜的制备，重复上述的图形化步骤，在同一表面排布具有不同滤光功能的阵列图形。

上述方法在对第二滤光膜进行图形化的过程中，会对第一滤光膜的性能带来不良影响。参照图1-图2，当采用光刻剥离工艺制备集成滤光片时，当基底100上的第一滤光膜210图形化完成后，需要利用光刻胶300覆盖第一滤光膜210，起到保护作用，然后进行第二滤光膜220的制备，第二滤光膜220在制备过程中会长时间处于高温状态下，并且伴随有离子束的轰击，导致光刻胶300变性，很难去除，这样就会在第一滤光膜210的表面留有残胶300a(如图2)，从而导致第一滤光膜210的性能下降，降低了整个集成滤光片样品的成品率。或是参照图3-图5，当采用刻蚀工艺制备集成滤光片时，当基底100上的第一滤光膜210图形化完成后，直接制备第二滤光膜220，如此在刻蚀过程中很难精确控制刚好将第二滤光膜220刻蚀干净，易造成过刻蚀(如图4)或未刻蚀完全(如图5)的问题，造成第一滤光膜210被减薄或在第一滤光膜210的表面留有部分第二滤光膜220，这也会造成第一滤光膜210的性能下降。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种二元滤光片及其制作方法，该二元滤光片通过在基底的相对的两表面上设置交叉分布的第一滤光膜阵列及第二滤光膜阵列即可，工艺简单、集成度高。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种二元滤光片，包括基底，所述基底的第一表面上阵列设置有多个第一滤光单元，所述基底的与第一表面相对的第二表面上阵列设置有多个第二滤光单元；其中，所述多个第一滤光单元和所述多个第二滤光单元在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

进一步地，所述第一滤光单元和/或所述第二滤光单元由若干具有不同折射率的材料依次叠层形成。

进一步地，所述第一滤光单元和/或所述第二滤光单元在平行于所述基底方向上的截面形状为正方形。

进一步地，所述正方形的边长大于2μm。

进一步地，所述基底的透光区处于190nm～12μm的波长范围内。

进一步地，所述基底的材料选自玻璃、石英、柔性有机材料、硫化锌、硅、锗中的任意一种。

本发明的另一目的还在于提供一种如上所述的二元滤光片的制作方法，包括：选取一个基底；在所述基底的第一表面上制备形成阵列分布的多个第一滤光单元；在所述基底的与第一表面相对的第二表面上植被形成阵列分布的多个第二滤光单元；其中所述多个第一滤光单元和所述多个第一滤光单元在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

进一步地，在所述基底的第一表面上制备形成阵列排布的多个第一滤光单元的方法具体包括：在所述基底的第一表面上制备形成一层第一滤光膜层；在所述第一滤光膜层上涂覆一层第一压印胶，采用压印工艺对所述第一压印胶进行图形化获得第一压印胶掩膜；在所述第一压印胶掩膜的保护下刻蚀所述第一滤光膜层，形成阵列分布的多个第一滤光单元；在所述基底的第二表面制备形成阵列分布的多个第二滤光单元的方法具体包括：在所述基底的第二表面上制备形成一层第二滤光膜层；在所述第二滤光膜层上涂覆一层第二压印胶，采用压印工艺对所述第二压印胶进行图形化获得第二压印胶掩膜；在所述第二压印胶掩膜的保护下刻蚀所述第二滤光膜层，形成阵列分布的多个第二滤光单元；其中，所述多个第一滤光单元和所述多个第二滤光单元在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

进一步地，所述第一滤光膜层和/或所述第二滤光膜层的制作方法选自物理气相沉积、化学气相沉积中的至少一种。

进一步地，采用压印工艺对所述第一压印胶进行图形化的方法具体包括：将第一压印模具放置于所述第一压印胶的表面；其中，所述第一压印模具的凹部的形状与所述多个第一滤光单元的形状相匹配；向所述基底的方向按压所述第一压印模具，在所述第一滤光膜层上获得所述第一压印胶掩膜；采用压印工艺对所述第二压印胶进行图形化的方法具体包括：将第二压印模具放置于所述第二压印胶的表面；其中所述第二压印模具的凹部的形状与所述多个第二滤光单元的形状相匹配，且所述第二压印模具的凹部与所述第一压印模具的凹部在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布；向所述基底的方向按压所述第二压印模具，在所述第二滤光膜层上获得所述第二压印胶掩膜。

本发明通过在基底的相对的两表面上制作呈交叉排布的多个第一滤光单元及多个第二滤光单元，即可获得其中滤光膜的功能互不影响的微型二元滤光片。本发明的制作方法在确保滤光单元的功能的同时，避开了后一滤光单元在制备过程中对前一滤光单元的不良影响，有效克服了现有技术中存在的残胶问题、以及过刻蚀或未刻蚀完全的问题。根据本发明的二元滤光片具有不同滤光功能的特性，可与微型光学检测系统相结合，在医疗诊断、大气、空间、海洋等领域具有广泛的用途。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1-图2是现有技术中采用光刻剥离工艺制备集成滤光片时的结构示意图。

图3-图5是现有技术中采用刻蚀工艺制备集成滤光片时的结构示意图。

图6是根据本发明的实施例的二元滤光片的结构示意图。

图7-图11是根据本发明的实施例的二元滤光片的制备方法的结构示意图。

图12是根据本发明的实施例的二元滤光片的滤光过程示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开来。

本发明的实施例公开了一种二元滤光片，具体参照图6，该二元滤光片包括基底1以及分别设置在该基底1的相对设置的第一表面和第二表面上的多个第一滤光单元2和多个第二滤光单元3。

在本实施例中，所述第一表面和第二表面分别为该基底1的上、下表面。

具体来讲，多个第一滤光单元2和多个第二滤光单元3在基底1表面上的垂直投影完全没有重叠。换句话说，即多个第一滤光单元2与多个第二滤光单元3在基底1的第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

更为具体地，多个第一滤光单元2以及多个第二滤光单元3是由多层具有不同折射率的材料依次叠层形成的。

第一滤光单元2和/或第二滤光单元3优选在平行于基底1方向上的截面形状为正方形，且该正方形的边长大于2μm。

进一步地，基底1的透光区处于190nm～12μm的波长范围内，也就是说，基底1允许波长在190nm～12μm范围内的光透过；基底1的材料优选自玻璃、石英、柔性有机材料、硫化锌、硅、锗中的任意一种。

本实施例还公开了上述二元滤光片的制作方法，具体结合图7-图11所示。二元滤光片的制作方法包括下述步骤：

步骤一：选取一个基底1。

在本实施例中，基底1的材质为石英。

将该石英基底依次置于丙酮、乙醇中进行超声清洗5min以上，以去除基底1表面的有机、无机各种杂质。

步骤二：在基底1的上表面和下表面上分别形成第一滤光膜层2a和第二滤光膜层3a，如图7所示。

具体来讲，将该基底1置于电子束蒸发设备中，首先在基底1的上表面上交替蒸镀高低折射率材料TiO₂和SiO₂，最终形成厚度为5μm的第一滤光膜层2a，该第一滤光膜层2a允许波长λ1为850nm的光通过；然后在该基底1的下表面上交替蒸镀上述高低折射率材料TiO₂和SiO₂，最终形成厚度为3μm的第二滤光膜层3a，该第二滤光膜层3a允许波长λ2为650nm的光通过。

当然，上述第一滤光膜层2a和第二滤光膜层3a的制作方法还可以是其他物理气相沉积、化学气相沉积、或物理气相沉积与化学气相沉积相结合中的任意一种，此处不再赘述。

步骤三：采用压印工艺分别在第一滤光膜层2a的上表面和第二滤光膜层3a的下表面进行图形化处理，且使第一滤光膜层2a上表面的形状与第二滤光膜层3a下表面的形状呈相互匹配。

首先，分别在第一滤光膜层2a的上表面和第二滤光膜层3a的下表面涂覆压印胶4a，如图8所示。

然后，将第一压印模板51和第二压印模板52分别置于两层压印胶4a的外侧，并且保证第一压印模板51和第二压印模板52呈相互交错的位置关系，如图9；也就是说，第一压印模板51上的凸部和凹部分别垂直对应于第二压印模板52的凹部和凸部。如此，即可保证压印胶4a后续分别对第一滤光膜层2a及第二滤光膜层3a所形成的保护区域呈相互交叉分布的状态，即两部分的保护区域在垂直方向上的投影没有交叉。

最后，向基底1的方向按压第一压印模板51和第二压印模板52，对应分别获得第一压印胶掩膜41和第二压印胶掩膜42，如图10。

步骤四：分别在第一压印胶掩膜41和第二压印胶掩膜42的保护下，采用等离子干法工艺分别刻蚀未被第一压印胶掩膜41保护的第一滤光膜层2a以及未被第二压印胶掩膜42保护的第二滤光膜层3a，直至基底1的表面露出，如图11。

步骤五：去除第一压印胶掩膜41和第二压印胶掩膜42，获得二元滤光片。

优选地，可选用去胶液去除第一压印胶掩膜41和第二压印胶掩膜42，即获得如图6所示的二元滤光片。

可以看出，上述步骤二-步骤五即在基底1的相对的两表面上形成交叉排布的多个第一滤光单元2和多个第二滤光单元3的过程。鉴于第一滤光单元2以及第二滤光单元3的结构及其材质，具体参照图12，可以看出，当一束光线照射至该二元滤光片上后，其中波长为850nm的光依次穿过第一滤光单元2及基底1从而出射，或穿过基底1并被第二滤光单元3阻挡；而其中波长为650nm的光依次穿过基底1及第二滤光单元3从而出射，或被第一滤光单元2阻挡。如此，即实现了该二元滤光片的具有不同滤光功能的特性，从而可与微型光学检测系统相结合，在医疗诊断、大气、空间、海洋等领域具有广泛的用途。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (10)

1.一种二元滤光片，包括基底，其特征在于，所述基底的第一表面上阵列设置有多个第一滤光单元，所述基底的与第一表面相对的第二表面上阵列设置有多个第二滤光单元；其中，所述多个第一滤光单元和所述多个第二滤光单元在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

2.根据权利要求1所述的二元滤光片，其特征在于，所述第一滤光单元和/或所述第二滤光单元由若干具有不同折射率的材料依次叠层形成。

3.根据权利要求1或2所述的二元滤光片，其特征在于，所述第一滤光单元和/或所述第二滤光单元在平行于所述基底方向上的截面形状为正方形。

4.根据权利要求3所述的二元滤光片，其特征在于，所述正方形的边长大于2μm。

5.根据权利要求1所述的二元滤光片，其特征在于，所述基底的透光区处于190nm～12μm的波长范围内。

6.根据权利要求5所述的二元滤光片，其特征在于，所述基底的材料选自玻璃、石英、柔性有机材料、硫化锌、硅、锗中的任意一种。

7.一种如权利要求1-6任一所述的二元滤光片的制作方法，其特征在于，包括：

选取一个基底；

在所述基底的第一表面上制备形成阵列分布的多个第一滤光单元；

在所述基底的与第一表面相对的第二表面上制备形成阵列分布的多个第二滤光单元；

其中，所述多个第一滤光单元和所述多个第二滤光单元在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述基底的第一表面上制备形成阵列分布的多个第一滤光单元的方法具体包括：

在所述基底的第一表面上制备形成一层第一滤光膜层；

在所述第一滤光膜层上涂覆一层第一压印胶，采用压印工艺对所述第一压印胶进行图形化，获得第一压印胶掩膜；

在所述第一压印胶掩膜的保护下刻蚀所述第一滤光膜层，形成阵列分布的多个第一滤光单元；

在所述基底的第二表面制备形成阵列分布的多个第二滤光单元的方法具体包括：

在所述基底的第二表面上制备形成一层第二滤光膜层；

在所述第二滤光膜层上涂覆一层第二压印胶，采用压印工艺对所述第二压印胶进行图形化，获得第二压印胶掩膜；

在所述第二压印胶掩膜的保护下刻蚀所述第二滤光膜层，形成阵列分布的多个第二滤光单元；

其中，所述多个第一滤光单元和所述多个第二滤光单元在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述第一滤光膜层和/或所述第二滤光膜层的制作方法选自物理气相沉积、化学气相沉积中的至少一种。

10.根据权利要求7或8所述的制作方法，其特征在于，采用压印工艺对所述第一压印胶进行图形化的方法具体包括：

将第一压印模具放置于所述第一压印胶的表面；其中，所述第一压印模具的凹部的形状与所述多个第一滤光单元的形状相匹配；

向所述基底的方向按压所述第一压印模具，在所述第一滤光膜层上获得所述第一压印胶掩膜；

采用压印工艺对所述第二压印胶进行图形化的方法具体包括：

将第二压印模具放置于所述第二压印胶的表面；其中所述第二压印模具的凹部的形状与所述多个第二滤光单元的形状相匹配，且所述第二压印模具的凹部与所述第一压印模具的凹部在所述第一表面或第二表面上的投影呈相互交叉分布；

向所述基底的方向按压所述第二压印模具，在所述第二滤光膜层上获得所述第二压印胶掩膜。