CN110082849A - 近红外窄带滤光片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种近红外窄带滤光片及制作方法。上述滤光片包括：基板；窄带通膜系，窄带通膜系设置在基板的第一侧；以及宽带通膜系或长波通膜系，其中，宽带通膜系设置在基板的与第一侧相对的第二侧，宽带通膜系的通带宽于窄带通膜系的通带，长波通膜系设置在基板的与第一侧相对的第二侧，长波通膜系的通带宽于窄带通膜系的通带，其中，窄带通膜系包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层，以及其中，近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：x<0.509；y<0.363；以及z<50％。本申请的技术方案可得到多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的近红外窄带滤光片，满足手机全面屏中的屏下器件及车载器件应用需求。
Description
技术领域
本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种近红外窄带滤光片及制作方法。
背景技术
随着科技的进步与发展，滤光片在一些具有人脸识别或手势识别功能的终端上得到广泛应用，比如智能手机、车载激光雷达、安防门禁、智能家居、虚拟现实/增强现实/混合现实、3D体感游戏、3D摄像与显示等终端设备。
而现有的滤光片在终端设备具有应用时，会出现光线反射的问题，因此需要性能更加优良的滤光片，以更好的应用于终端设备。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本申请实施例提供一种近红外窄带滤光片及制作方法。
第一方面，本申请实施例提供一种近红外窄带滤光片，包括：基板；窄带通膜系，所述窄带通膜系设置在所述基板的第一侧；以及宽带通膜系或长波通膜系，其中，所述宽带通膜系设置在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧，所述宽带通膜系的通带宽于所述窄带通膜系的通带，所述长波通膜系设置在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧，所述长波通膜系的通带宽于窄带通膜系的通带，其中，所述窄带通膜系包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层，以及其中，所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：x<0.509；y<0.363；以及z<50％。
根据本申请实施方式，所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：x<0.509；y<0.363；以及z<30％。
根据本申请实施方式，所述窄带通膜系还包括中折射率层，其中：所述中折射率层的折射率介于所述高折射率层的折射率与所述低折射率层的折射率之间。
根据本申请实施方式，所述高折射率层由氢化硅、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质形成，或所述高折射率锗基层由氢化锗、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质形成。
根据本申请实施方式，所述低折射率层由SiO2、Si3N4、SiOxNy、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN和SiC中的一种或多种物质形成。
根据本申请实施方式，还包括：在780～3000nm的波长范围内的折射率介于1.7～4.5的多个中折射率层。
根据本申请实施方式，所述中折射率层由氢化非晶氧化硅(a-SiOx:Hy)、氢化非晶氮化硅(a-SiNx:Hy)、氢化非晶氧化锗(a-GeOx:Hy)、氢化非晶氮化锗(a-GeNx:Hy)、氢化非晶氧化硅锗(a-SizGe1-zOx:Hy)和氢化非晶氮化硅锗(a-SizGe1-zNx:Hy)中的一种或多种物质形成。
根据本申请实施方式，当入射光线以0度至30度之间入射至所述近红外窄带滤光片中时，所述窄带通膜系的通带的中心波长漂移量在16nm以下。
根据本申请实施方式，所述近红外窄带滤光片的p光和s光的中心波长漂移在5nm以下。
根据本申请实施方式，所述窄带通膜系和所述宽带通膜系或所述长波通膜系的总厚度小于15μm。
第二方面，本申请实施例提供一种近红外窄带滤光片的制作方法，包括：在基板的第一侧依次交替镀制低折射率层以及高折射率层，以形成窄带通膜系，以及在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧镀制宽带通膜系或长波通膜系，其中：所述宽带通膜系或所述长波通膜系的通带宽于所述窄带通膜系的通带；所述窄带通膜系包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层；以及所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：x<0.509；y<0.363；以及z<50％。
根据本申请实施方式，该制作方法是通过溅射镀膜或蒸发镀膜的镀膜方法。
根据本申请实施方式，形成窄带通膜系还包括：镀制中折射率层，所述中折射率层的折射率介于所述高折射率层的折射率与所述低折射率层的折射率之间。
根据本申请实施方式，所述方法还包括：基于硅、锗、氩气、氢气以及氧气，通过辉光放电得到的带电离子束轰击靶材以镀制所述中折射率层，所述中折射率层包括a-SiOx:Hy、a-SiNx:Hy、a-GeOx:Hy、a-GeNx:Hy、a-SizGe1-zOx:Hy和a-SizGe1-zNx:Hy中的一种或多种物质。
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片及制作方法在基板的第一侧设置有具有在780～3000nm折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层的窄带通膜系，在基板的第二侧设置有具有在780～3000nm折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层的宽带通膜系，且宽带通膜系的通带宽于所述窄带通膜系的通带，以形成滤光片镀膜结构中满足暗反射色条件为z<50％且x<0.509和y<0.363的窄带通面膜系和长波通面膜系，得到多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的近红外窄带滤光片，满足手机全面屏中的屏下器件及车载器件应用需求。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法流程图；
图3a为本申请实施例一提供的亮反射色窄带滤光片反射率和波长关系图；
图3b为本申请实施例一提供的暗反射色窄带滤光片反射率和波长关系图；
图4a为本申请实施例二提供的亮反射色窄带滤光片的反射率和波长关系图；
图4b为本申请实施例二提供的暗反射色窄带滤光片的反射率和波长关系图；
图5a为本申请实施例三提供的亮反射色窄带滤光片的反射率和波长关系图；
图5b为本申请实施例三提供的暗反射色窄带滤光片的反射率和波长关系图；
图6a为本申请实施例四提供的暗反射色窄带滤光片的反射率和波长关系图；
图6b为本申请实施例四提供的暗反射色窄带滤光片的反射率和波长关系图；
图7为本申请实施例提供的光学系统结构图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一侧也可被称作第二侧。反之亦然。
在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，第一膜系的厚度与长度之间的比例并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
在本文中，膜层的厚度指是指背离基底的方向的厚度。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
现有近红外窄带滤光片利用干涉原理，并结合材料的吸收特性来实现特定的窄带特性指标，如通带带宽、通带反射率、高截止度、中心波长的低角度漂移。例如结合高折射率Si:H在可见光区域的高吸收性以及近红外波段780nm～1100nm高折射率、低吸收率的特性制作相应的滤光片。
而现有近红外窄带滤光片在可见区域反射率平均值大于25％，甚至部分波段高达90％以上，以至于滤光片呈现红(品红、深红、紫红等)、绿(墨绿)，其反射光强度大、反射色亮度高。而手机全面屏中的屏下器件及车载器件在具体应用时需要多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的滤光片。
为了满足上述手机终端或车载终端的滤光片应用需求，本申请实施例提供了一种近红外窄带滤光片，图1为本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的结构示意图，如图1所示，该近红外窄带滤光片包括：
基板11、设置在所述基板11的第一侧的窄带通膜系12以及宽带通膜系或长波通膜系13，所述宽带通膜系或长波通膜系13设置在所述基板11的与所述第一侧相对的第二侧，所述宽带通膜系或长波通膜系13的通带宽于所述窄带通膜系12的通带，所述窄带通膜系12包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层。所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：x<0.509；y<0.363；以及z<50％。
具体地，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片在基板的第一侧设置有具有在780～3000nm折射率大于3的高折射率层121以及折射率小于3的低折射率层122的窄带通膜系，在基板的第二侧设置有具有在780～3000nm折射率大于3的高折射率层131或高折射率锗基层131以及折射率小于3的低折射率层132的宽带通膜系，并使得上述具有窄带通膜系和宽带通膜系的近红外窄带滤光片满足z<50％且x<0.509和y<0.363的暗反射色条件，从而获得满足手机终端或车载终端应用的多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的近红外窄带滤光片。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片中的所述窄带通膜系还可包括中折射率层。所述中折射率层的折射率介于所述高折射率层的折射率与所述低折射率层的折射率之间，使得近红外窄带滤光片的所述窄带通膜系可具有3层不同折射率的折射层，从而得到多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的近红外窄带滤光片，满足手机全面屏中的屏下器件及车载器件应用需求。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片中的所述高折射率层由氢化硅、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质形成，或所述高折射率锗基层由氢化锗、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质形成。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片在形成具有高折射率层的膜系时，该高折射率层可选用氢化硅、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质混合镀制；当形成具有高折射率锗基层的膜系时，该高折射率锗基层由氢化锗、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质混合镀制。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片中的所述低折射率层由SiO2、Si3N4、SiOxNy、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN和SiC中的一种或多种物质形成。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片用于形成两个膜系的低折射率层可选用SiO2、Si3N4、SiOxNy、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN和SiC中的一种或多种物质混合镀制。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片还包括：在780～3000nm的波长范围内的折射率介于1.7～4.5的多个匹配层。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片还包括多个匹配层。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片中的所述中折射率层由a-SiOx:Hy、a-SiNx:Hy、a-GeOx:Hy、a-GeNx:Hy、a-SizGe1-zOx:Hy和a-SizGe1-zNx:Hy中的一种或多种物质形成。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片中的所述中折射率层可选用a-SiOx:Hy、a-SiNx:Hy、a-GeOx:Hy、a-GeNx:Hy、a-SizGe1-zOx:Hy和a-SizGe1-zNx:Hy中的一种或多种物质混合镀制。
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片在两侧镀制完成窄带通膜系和宽带通膜系或长带通膜系后，形成近红外窄带滤光片中的反射色在CIE xyz坐标系下可满足：x<0.509；y<0.363；以及z<30％。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片在两侧镀制完成窄带通膜系和宽带通膜系后，形成近红外窄带滤光片中的反射色在CIE xyz坐标系下满足：反射条件x<0.509；y<0.363；以及z<30％，则得到的近红外窄带滤光片能更好的满足手机全面屏中的屏下器件及车载器件中的近红外窄带滤光片多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的应用需求。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的所述近红外窄带滤光片，当入射光线以0度至30度之间入射至所述近红外窄带滤光片中时，所述窄带通膜系的通带的中心波长漂移量在16nm以下，即通带波段的中心波长漂移幅度小于16nm。即本申请实施例提供的所述近红外窄带滤光片在使用的时候，入射光线以0度至30度之间入射至所述近红外窄带滤光片中时，所述窄带通膜系的通带的中心波长漂移量在16nm以下，以获得镀制性能更加优良的近红外窄带滤光片。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的所述近红外窄带滤光片的p光和s光的中心波长漂移在5nm以下。即本申请实施例提供的所述近红外窄带滤光片在使用的时候，p光和s光的中心波长漂移在5nm以下，以获得镀制性能更加优良的近红外窄带滤光片。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片中的所述窄带通膜系和所述宽带通膜系的总厚度小于15μm。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片在两侧膜系镀制完成后，窄带通膜系和宽带通膜系的总厚度小于15μm，使得近红外窄带滤光片厚度较薄，便于使用。
本申请实施例还提供一种近红外窄带滤光片的制作方法，图2为本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法流程图，如图2所示，该方法包括：
步骤21)在基板的第一侧依次交替镀制低折射率层以及高折射率层，以形成窄带通膜系，以及
步骤22)在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧镀制宽带通膜系或长波通膜系，其中：所述宽带通膜系或所述长波通膜系的通带宽于所述窄带通膜系的通带；所述窄带通膜系包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层；以及所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：x<0.509；y<0.363；以及z<50％。
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法，通过在基板两侧分别镀制具有在780～3000nm折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层的窄带通膜系和宽带通膜系，获得反射色在CIE xyz坐标系下满足暗反射色条件z<50％且x<0.509和y<0.363的近红外窄带滤光片，以满足手机全面屏中的屏下器件及车载器件对近红外窄带滤光片多样化反射色、低反射能量强度、低反射色亮度的应用需要。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法还包括：通过溅射镀膜或蒸发镀膜的镀膜方法，在所述基板的两侧镀制所述高折射率层以及所述低折射率层。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法在进行基板镀膜时，可以采用溅射镀膜或蒸发镀膜的镀膜工艺，在基板两侧分别镀制高折射率层或所述低折射率层，并形成相应的膜系，方法简单、操作方便，镀制精确。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法还包括：在所述窄带通膜系一侧镀制中折射率层，其中：所述中折射率层的折射率介于所述高折射率层的折射率与所述低折射率层的折射率之间。即本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法在对基板进行镀膜，可以采用上述2层膜料镀制(高折射率层与低折射率层)，获得窄带通膜系和宽带通膜系或长波通膜系，也可以采用3层膜料，即高折射率层、中折射率层和低折射率层形成宽带通膜系或长波通膜系，操作灵活，镀制精确。
在上述实施例的基础上，本申请实施例提供的近红外窄带滤光片的制作方法还包括：基于硅、锗、氩气、氢气以及氧气，通过辉光放电得到的带电离子束轰击靶材以镀制所述中折射率层，所述中折射率层包括a-SiOx:Hy、a-SiNx:Hy、a-GeOx:Hy、a-GeNx:Hy、a-SizGe1- zOx:Hy和a-SizGe1-zNx:Hy中的一种或多种物质。即在辉光放电前，先将沉积室温抽真空到小于5*10^-5torr，在辉光放电沉积过程中，通入流量介于10sccm～300sccm的氩气用做反应气体，并依次通入流量小于80sccm的氢气、流量小于60sccm的氧气；在氢化反应过程中，让氧原子掺杂入非晶硅薄膜中，使氧原子在非晶硅中与Si形成新键，形成氢化非晶氧化硅(a-SiOx:Hy)、氢化非晶氧化锗(a-GeOx:Hy)和氢化非晶氧化硅锗(a-SizGe1-zOx:Hy)，从而获得镀制中折射率层的相应物质。
为了更好的说明本申请中近红外窄带滤光片膜系的镀制结构，现提供以下实施例做进一步说明。
实施例一
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片，其第二侧可镀有宽带通膜系或长带通膜系。表1a为宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片宽带通膜系或长带通膜系的膜层结构，通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，以形成所需要的膜系结构。在表1a所示的结构中，SiO2是低折射率介电质材料，Si:H是高折射率硅基材料。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有亮反射色窄带通膜系时，可参照以下表1b所示的结构。表1b为亮反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的亮反射色窄带膜系的膜层结构，也是通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构，其中，高折射率硅基材料为a-Si:H，低折射率介电质材料为SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表1a和表1b制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.351，0.324，53.03％)和(0.356，0.315，49.09％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图3a为本申请实施例一提供的镀有亮反射色窄带通膜系的滤光片反射率和波长关系图。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有暗反射色窄带通膜系时，可参照以下表1c所示的结构。表1c为暗反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的暗反射色窄带膜系的膜层结构，该膜系膜层通过三种膜料来镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构。在表1c中，三种膜料为：高折射率材料a-Si:H；低折射率材料SiO2；以及中折射率材料a-SiOx:Hy。按1931 CIE xyz系统表征，基于表1a和表1c制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.192，0.077，3.8％)和(0.216，0.08，3.9％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图3b为本申请实施例一提供的镀有暗反射色窄带通膜系的滤光片的反射率和波长关系图。
表1a：宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度，单位：nm
表1b：亮反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 148.86 | 385.37 | 60.57 | 498.56 | 133.63 |
| 层号 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 148.47 | 58.19 | 146.02 | 389.75 | 168.05 |
| 层号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 77.19 | 107.45 | 399.35 | 116.46 | 83.12 |
| 层号 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 125.35 | 404.06 | 54.76 | 98.94 | 130.29 |
| 层号 | 21 | 22 | 23 | 24 | |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | |
| 膜厚 | 501.89 | 230.75 | 100.12 | 459.47 |
表1c：暗反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-SiO<sub>x</sub>:H<sub>y</sub> |
| 膜厚 | 158.5 | 372.09 | 66.79 | 397.77 | 142.05 |
| 层号 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-SiO<sub>x</sub>:H<sub>y</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 427.94 | 4.81 | 226.16 | 387.64 | 179.16 |
| 层号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 78.18 | 52.78 | 408.53 | 143.7 | 79.69 |
| 层号 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 93.16 | 415.52 | 54.15 | 77.91 | 191.01 |
| 层号 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | a-SiO<sub>x</sub>:H<sub>y</sub> | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 512.57 | 211.45 | 144.32 | 69.51 | 548.39 |
实施例二
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片，其第二侧可镀有宽带通膜系或长带通膜系。表2a为宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片宽带通膜系或长带通膜系的膜层结构，通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，以形成所需要的膜系结构。在表2a所示的结构中，SiO2是低折射率介电质材料，TiO2是高折射率材料。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有亮反射色窄带通膜系时，可参照以下表2b所示的结构。表2b为亮反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的亮反射色窄带膜系的膜层结构，也是通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构，其中，高折射率硅基材料为a-Si:H，低折射率介电质材料为SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表2a和表2b制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.351，0.324，53.03％)和(0.356，0.315，49.09％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图4a为本申请实施例二提供的镀有亮反射色窄带通膜系的滤光片反射率和波长关系图。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有暗反射色窄带通膜系时，可参照以下表2c所示的结构。表2c为暗反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的暗反射色窄带膜系的膜层结构，也是通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构，其中，高折射率硅基材料a-Si:H，低折射率介电质材料SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表2a和表2c制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.301，0.319，35.22％)和(0.276，0.309，29.66％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图4b为本申请实施例二提供的镀有暗反射色窄带通膜系的滤光片的反射率和波长关系图。
表2a：宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度，单位：nm
表2b：亮反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 148.86 | 385.37 | 60.57 | 498.56 | 133.63 |
| 层号 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 148.47 | 58.19 | 146.02 | 389.75 | 168.05 |
| 层号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 77.19 | 107.45 | 399.35 | 116.46 | 83.12 |
| 层号 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 125.35 | 404.06 | 54.76 | 98.94 | 130.29 |
| 层号 | 21 | 22 | 23 | 24 | |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | |
| 膜厚 | 501.89 | 230.75 | 100.12 | 459.47 |
表2c：暗反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 149.59 | 386.15 | 55.34 | 523.36 | 133.76 |
| 层号 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 114.26 | 71.4 | 170.76 | 395.02 | 104.98 |
| 层号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 68.05 | 166.6 | 397.26 | 100.06 | 70.54 |
| 层号 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 148.01 | 413.09 | 47.19 | 73.44 | 170.98 |
| 层号 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | - |
| 膜厚 | 514.17 | 197.5 | 127.25 | 475.28 | - |
实施例三
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片，其第二侧可镀有宽带通膜系或长带通膜系。表3a为宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片宽带通膜系或长带通膜系的膜层结构，通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，以形成所需要的膜系结构。在表1a所示的结构中，SiO2是低折射率介电质材料，Si:H是高折射率硅基材料。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有亮反射色窄带通膜系时，可参照以下表3b所示的结构。表3b为亮反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的亮反射色窄带膜系的膜层结构，也是通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构，其中，高折射率硅基材料为a-Si:H，低折射率介电质材料为SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表3a和表3b制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.366，0.292，49.80％)和(0.372，0.288，49.47％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图5a为本申请实施例三提供的镀有亮反射色窄带通膜系的滤光片反射率和波长关系图。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有暗反射色窄带通膜系时，可参照以下表3c所示的结构。表3c为暗反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的暗反射色窄带膜系的膜层结构，该膜系膜层通过两种膜料来镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构，其中，两种膜料为高折射率锗基材料Ge:H，低折射率介电质材料SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表3a和表3c制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.339，0.226，26.65％)和(0.361，0.246，28.07％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图5b为本申请实施例三提供的镀有暗反射色窄带通膜系的滤光片的反射率和波长关系图。
表3a：宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H |
| 膜厚 | 32.42 | 27.09 | 92.93 | 37.22 | 83.78 | 75.25 |
| 层号 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H |
| 膜厚 | 85.01 | 45.84 | 60 | 55.06 | 125.72 | 76.15 |
| 层号 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H |
| 膜厚 | 60.96 | 45.69 | 63.42 | 65.25 | 117.06 | 72.66 |
| 层号 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H |
| 膜厚 | 61.09 | 45.85 | 61.81 | 71.56 | 107.26 | 71.04 |
| 层号 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H |
| 膜厚 | 61.87 | 47.55 | 52.23 | 73.93 | 131.17 | 69.77 |
| 层号 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | - |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | Si:H | SiO<sub>2</sub> | - |
| 膜厚 | 50.78 | 37.72 | 89.25 | 89.18 | 93.91 | - |
表3b：亮反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
表3c：暗反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | Ge:H | SiO<sub>2</sub> | Ge:H | SiO<sub>2</sub> | Ge:H |
| 膜厚 | 94.5 | 66.27 | 146.33 | 112.37 | 84.16 |
| 层号 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Ge:H | SiO<sub>2</sub> | Ge:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 126.13 | 105.98 | 20.95 | 282.78 | 114.81 |
| 层号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | Ge:H | SiO<sub>2</sub> | Ge:H | SiO<sub>2</sub> | Ge:H |
| 膜厚 | 79.45 | 137.63 | 404.19 | 53.8 | 226.65 |
| 层号 | 16 | 17 | 18 | - | - |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | Ge:H | SiO<sub>2</sub> | - | - |
| 膜厚 | 126.6 | 524.32 | 274.33 | - | - |
实施例四
本申请实施例提供的近红外窄带滤光片，其第二侧可镀有宽带通膜系或长带通膜系。表4a为宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片宽带通膜系或长带通膜系的膜层结构，通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，以形成所需要的膜系结构。在表4a所示的结构中，SiO2是低折射率材料，Si:H是高折射率材料。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有亮反射色窄带通膜系时，可参照以下表4b所示的结构。表4b为亮反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的亮反射色窄带膜系的膜层结构，也是通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构，其中，高折射率硅基材料为a-Si:H，低折射率介电质材料为SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表4a和表4b制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.366，0.292，49.80％)和(0.372，0.288，49.47％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图6a为本申请实施例四提供的镀有亮反射色窄带通膜系的滤光片反射率和波长关系图。
当在近红外窄带滤光片的第一侧镀有暗反射色窄带通膜系时，可参照以下表4c所示的结构。表4c为暗反射色窄带通膜系膜层厚度表，该表体现了本申请近红外窄带滤光片窄带通膜系的亮反射色窄带膜系的膜层结构，也是通过两种膜料交替镀制不同厚度的膜层，来形成相应的膜系结构。其中，两种膜料分别为高折射率材料SixGe1-x:H，低折射率介电质材料SiO2。按1931 CIE xyz系统表征，基于表4a和表4c制备的双面镀膜的滤光片在入射光0°和30°的入射下，分别表征为(0.222，0.179，12.33％)和(0.232，0.183，11.97％)。其中x、y表示颜色的色度坐标，z表示颜色的亮度。图6b为本申请实施例四提供的镀有暗反射色窄带通膜系的滤光片的反射率和波长关系图。
表4a：宽带通膜系或长带通膜系膜层厚度，单位：nm
表4b：亮反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
| 层号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 271.34 | 103.33 | 313.14 | 52.95 | 423.24 |
| 层号 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 161.06 | 359.67 | 121.13 | 325.95 | 229.85 |
| 层号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 67.6 | 120.61 | 230.7 | 71.12 | 153.94 |
| 层号 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 269.59 | 51.55 | 106 | 116.26 | 62.54 |
| 层号 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 161.77 | 261.54 | 131.1 | 99.22 | 74.22 |
| 层号 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 104.2 | 108.34 | 259.53 | 220.66 | 30.75 |
| 层号 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 |
| 膜料 | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> |
| 膜厚 | 117.28 | 7.85 | 146.55 | 165.16 | 72.64 |
| 层号 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 |
| 膜料 | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H | SiO<sub>2</sub> | a-Si:H |
| 膜厚 | 32.5 | 248 | 131.47 | 319.05 | 129.39 |
表4c：暗反射色窄带通膜层厚度，单位：nm
本申请实施例还提供一种光学系统，该光学系统包括红外图像传感器和前述的滤光片5，滤光片5设置于红外图像传感器的感光侧。
请参照图7，图7为本申请实施例提供的光学系统结构图，如图7所示，包括红外(Infrared Radiation，简称IR)光源2，第一镜头组件3，第二镜头组件4，滤光片5和三维传感器6。红外光源2发出的光经第一镜头组件3照射到待测物1的表面，待测物1表面反射的光经第二镜头组件4照射到滤光片5，环境光线被滤光片5截止，而红外线或者部分红光透过滤光片5照射到三维传感器6的感光侧，以形成可供处理的图像数据。滤光片5对应不同方向的倾斜光线具有较低的中心波长偏移量，透过的红外线信噪比高，继而形成的图像质量好。
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (14)
1.一种近红外窄带滤光片，其特征在于，所述近红外窄带滤光片包括：
基板；
窄带通膜系，所述窄带通膜系设置在所述基板的第一侧；以及
宽带通膜系或长波通膜系，其中，所述宽带通膜系设置在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧，所述宽带通膜系的通带宽于所述窄带通膜系的通带，所述长波通膜系设置在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧，所述长波通膜系的通带宽于窄带通膜系的通带，
其中，所述窄带通膜系包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层，以及
其中，所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：
x<0.509；
y<0.363；以及
z<50％。
2.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：
x<0.509；
y<0.363；以及
z<30％。
3.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述窄带通膜系还包括中折射率层，其中：
所述中折射率层的折射率介于所述高折射率层的折射率与所述低折射率层的折射率之间。
4.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述高折射率层由氢化硅、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质形成，或所述高折射率锗基层由氢化锗、SixGe1-x和SixGe1-x：H中的一种或多种物质形成。
5.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述低折射率层由SiO2、Si3N4、SiOxNy、Ta2O5、Nb2O5、TiO2、Al2O3、SiCN和SiC中的一种或多种物质形成。
6.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，还包括：
在780～3000nm的波长范围内的折射率介于1.7～4.5的多个中折射率层。
7.根据权利要求3所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述中折射率层由a-SiOx:Hy、a-SiNx:Hy、a-GeOx:Hy、a-GeNx:Hy、a-SizGe1-zOx:Hy和a-SizGe1-zNx:Hy中的一种或多种物质形成。
8.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，当入射光线以0度至30度之间入射至所述近红外窄带滤光片中时，所述窄带通膜系的通带的中心波长漂移量在16nm以下。
9.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述近红外窄带滤光片的p光和s光的中心波长漂移在5nm以下。
10.根据权利要求1所述的近红外窄带滤光片，其特征在于，所述窄带通膜系和所述宽带通膜系或所述长波通膜系的总厚度小于15μm。
11.一种近红外窄带滤光片的制作方法，其特征在于，包括：
在基板的第一侧依次交替镀制低折射率层以及高折射率层，以形成窄带通膜系，以及
在所述基板的与所述第一侧相对的第二侧镀制宽带通膜系或长波通膜系，其中：
所述宽带通膜系或所述长波通膜系的通带宽于所述窄带通膜系的通带；
所述窄带通膜系包括在780～3000nm的波长范围内折射率大于3的高折射率层以及折射率小于3的低折射率层；以及
所述近红外窄带滤光片的反射色在CIE xyz坐标系下满足：
x<0.509；
y<0.363；以及
z<50％。
12.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，该制作方法是通过溅射镀膜或蒸发镀膜的镀膜方法。
13.根据权利要求11所述的制作方法，其特征在于，形成窄带通膜系还包括镀制中折射率层，所述中折射率层的折射率介于所述高折射率层的折射率与所述低折射率层的折射率之间。
14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，还包括：
基于硅、锗、氩气、氢气以及氧气，通过辉光放电得到的带电离子束轰击靶材以镀制所述中折射率层，所述中折射率层包括a-SiOx:Hy、a-SiNx:Hy、a-GeOx:Hy、a-GeNx:Hy、a-SizGe1- zOx:Hy和a-SizGe1-zNx:Hy中的一种或多种物质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190802 |