[發(fā)明專利]一種反射式彩色濾光片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110136699.0
• 申請日: 2011-05-25
• 公開（公告）號: CN102798918A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周云;陳林森;申溯;葉燕;浦東林;周小紅;方宗豹;張恒;魏國軍;胡進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué);蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司
• 主分類號: G02B5/26
• 分類號: G02B5/26;G02B1/10
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)濾光元件，具體涉及一種反射式彩色濾光片，可應(yīng)用于無油墨印刷領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的印刷技術(shù)是在紙張、塑料等材料表面通過不同顏色的油墨印刷出圖像和色彩。存在的問題是：油墨中包括芳香烴、重金屬、苯、酮類等有害物質(zhì)，在油墨的生產(chǎn)和印刷的過程中，對操作人員和環(huán)境的危害性很高。因此，近幾年全球開始倡導(dǎo)綠色環(huán)保無油墨印刷。

自然界中蝴蝶翅膀由于其表面的微納結(jié)構(gòu)，顯示出隨視角變化的五顏六色。在納米結(jié)構(gòu)金屬光柵上也觀察到了類似的不用顏料而產(chǎn)生顏色的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象給了人們靈感，人們嘗試采用微納結(jié)構(gòu)實現(xiàn)顏色，且這種顏色必須具有較寬的角度敏感性，才可以替代油墨，最終實現(xiàn)綠色環(huán)保無油墨印刷。

基于傳統(tǒng)的法布里-珀羅(FP)腔結(jié)構(gòu)的反射式彩色濾光片，主要由高反金屬層、介質(zhì)層和半反半透金屬層組成。介質(zhì)層一般為氧化物，如SiO2、Al2O3，通過控制介質(zhì)層的厚度，可以得到不同顏色的反射濾光效果。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是反射效率高，缺點(diǎn)是帶寬較寬，為100-150nm，且旁帶反射率比較高，大于20％。這將導(dǎo)致RGB三基色反射光譜重疊，彩色顯示效果受到影響。

參見圖1，為基于傳統(tǒng)的法布里-珀羅(FP)腔結(jié)構(gòu)的反射式彩色濾光片的結(jié)構(gòu)示意圖，由基底11、高反金屬層12、介質(zhì)層13和半反半透金屬層14構(gòu)成。高反金屬層12的厚度為h1，介質(zhì)層13的厚度為h2，半反半透金屬層14的厚度為h3?；?1為柔性材料，12為鋁，13為PMMA(折射率為1.48)，14為鎳。其中h1＝0.03um，h3＝0.02um。當(dāng)h2分別為0.2um、0.17um、0.13um時，分別反射紅、綠、藍(lán)三色。圖2表示基于傳統(tǒng)的法布里-珀羅(FP)腔結(jié)構(gòu)的反射式彩色濾光片紅、綠、藍(lán)三色的TM光的反射效率與入射波長的關(guān)系圖。圖3為圖2中的紅色濾波器在入射角從0度到30度變化時反射效率與入射波長的關(guān)系圖。從圖2和圖3中可以看出，此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是反射效率高，缺點(diǎn)是帶寬較寬，100-150nm，旁帶反射率比較高，約20％，導(dǎo)致RGB三基色反射光譜重疊，另外隨著入射角度的增加，反射光譜藍(lán)移比較明顯。

已經(jīng)證實，亞波長金屬光柵在濾光方面具有低角敏的特性。這是因為金屬光柵在一定的條件下能夠激發(fā)表面等離子共振，同時金屬本身特有的色散特性可以降低角度對共振條件的影響。但是現(xiàn)有的金屬光柵由于其傳導(dǎo)特性被大多數(shù)運(yùn)用在了透射型彩色濾光片中，而對于反射式彩色濾光片的運(yùn)用則非常少。

因此，本發(fā)明主要解決的問題是：在傳統(tǒng)的法布里-珀羅(FP)腔結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層上增加了亞波長介質(zhì)線柵結(jié)構(gòu)，形成線柵共振腔層，降低了旁帶反射效率，減小了帶寬，且該結(jié)構(gòu)具有低角敏性。這將改變必須使用顏料才能實現(xiàn)彩色印刷的傳統(tǒng)觀念，為無油墨印刷提供了解決方案。它的優(yōu)點(diǎn)在于：1)通過設(shè)計優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料，可以獲得低角敏、低旁帶的濾光效果。而且利用納米壓印技術(shù)可以實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的制作，快速高效；2)由于微納結(jié)構(gòu)中包括的金屬層厚度很薄(＜60nm)，僅僅是傳統(tǒng)的顏料或染料中金屬含量的幾百分之一，可以做到綠色無污染或者少污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種反射式彩色濾光片，該濾光片的帶寬適中(約100nm)，旁帶反射率低，在30度視角范圍內(nèi)顏色變化不敏感。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種反射式彩色濾光片，包括：基底、高反金屬層、共振腔層以及半反半透金屬層。其中，共振腔層和半反半透金屬層的交界面處為線柵結(jié)構(gòu)，半反半透金屬層覆蓋在該線柵結(jié)構(gòu)上，形成金屬光柵，該金屬光柵的周期小于400nm。通過調(diào)整線柵共振腔的厚度、線柵的占寬比、半反半透金屬層的厚度和覆蓋層的厚度等參數(shù)，可以獲得低角敏、帶寬合適且旁帶反射率低的反射式彩色濾光片，且可實現(xiàn)不同顏色的反射濾波，設(shè)計很靈活。同時可以在半反半透金屬層的外面增加一層覆蓋層，可以起保護(hù)作用，同時其厚度對旁帶反射率也產(chǎn)生影響。

上述技術(shù)方案中，所述透明基底是柔性材料，如聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(BOPP)等。線柵可以是一維或者兩維線柵結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，高反金屬層的厚度為30nm左右，半反半透金屬層的厚度為10～30nm。共振腔層為可壓印的塑性材料，如：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通過壓印形成臺階線柵結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，線柵包括一維和兩維線柵結(jié)構(gòu)。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：