[發明專利]具有納米微透鏡陣列的白光光子晶體及其制備方法

有效

• 申請號: 201110278460.7
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102331601A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 王培賢;蘇晉平
• 申請（專利權）人: 廣東昭信燈具有限公司
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/138
• 代理公司: 北京瑞恒信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11382
• 代理人: 王鳳華;苗青盛

技術領域

本發明涉及光學晶體技術，更具體地，涉及一種具有納米微透鏡陣列的白光光子晶體及其制備方法。

背景技術

光子晶體即光子禁帶材料，從材料結構上看，光子晶體是在光學尺度上具有周期性介電結構的人工設計和制造的晶體。光子晶體的結構正如半導體材料在晶格結點周期性的出現離子一樣，光子晶體是在高折射率材料的某些位置周期性的出現低折射率(如人工造成的空氣空穴)的材料。高低折射率的材料交替排列形成周期性結構，就可以產生光子晶體帶隙。而周期排列的低折射率位點的之間的距離大小相同，導致了一定距離大小的光子晶體只對一定頻率的光波產生能帶效應。

如果只在一個方向上存在周期性結構，那么光子帶隙只能出現在這個方向。如果在三個方向上都存在周期結構，那么可以出現全方位的光子帶隙，特定頻率的光進入光子晶體后將在各個方向都禁止傳播。因為光被禁止出現在光子晶體帶隙中，所以可以預見到能夠自由控制光的行為。例如，如果考慮引入一種光輻射層，該層產生的光和光子晶體中的光子帶隙頻率相同，那么由于光的頻率和帶隙一致則禁止光出現在該帶隙中這個原則就可以避免光輻射的產生。這就使可以控制以前不可避免的自發輻射。而如果通過引入缺陷破壞光子晶體的周期結構特性，那么在光子帶隙中將形成相應的缺陷能級。將僅僅有特定頻率的光可在這個缺陷能級中出現，這就可以用來制造單模發光二極管和零域值激光發射器。而如果產生了缺陷條紋，即沿著一定的路線引入缺陷，那么就可以形成一條光的通路，類似于電流在導線中傳播一樣，只有沿著″光子導線″(即缺陷條紋)傳播的光子得以順利傳播，其它任何試圖脫離導線的光子都將被完全禁止。

光子晶體的制備通常包括自頂向下方法，例如常規半導體工藝中的光刻法和離子束刻蝕法，或者有規律地布置具有均勻尺寸的納米粒子的自底向上方法。常規半導體工藝中的光刻法和離子束刻蝕法雖然可以制備復雜規則結構，但是具有非常高的制備費用和需要很長的制備周期；通過納米例子的自組裝制備光子晶體的方法雖然無需額外費用和設備，但是不能在短時間內制備大尺寸的光子晶體，而且良率較低。

另外，通過重力的沉積法利用將長時間分散高分子二氧化硅膠體的溶液靜置時粒子通過重力沉積到底部，然后自組裝。但是這種方法具有處理時間長并且光子晶體缺陷率高的缺陷。

發明內容

為克服現有缺陷，本發明提出一種具有納米微透鏡陣列的白光光子晶體及其制備方法。

根據本發明的一個方面，提出了一種具有納米微透鏡數組的白光光子晶體，包括：具有圖樣的石英材料的光刻掩膜板，其上布置鉻金屬層；光刻掩膜板上涂布負型光刻膠，負型光刻膠上布置鎳鐵合金電鍍液，形成具有納米級微透鏡的金屬屏蔽層；金屬屏蔽層的圖樣中布置經烘烤后形成紅、綠、藍三色納米微透鏡的紅綠藍三色透明熒光膠，紅綠藍三色透明熒光膠印刷至金屬屏蔽層的多重量子井上。

根據本發明的另一方面，提出了一種具有納米微透鏡數組的白光光子晶體的制備方法，包括：步驟1，使用電子束直寫方式制作光刻掩膜板，光刻掩膜板涂布負型光刻膠并置于深紫外光曝光系統中進行深紫外光曝光制程，之后進行顯影制程，通過反應性離子蝕刻對光刻掩膜板進行蝕刻，以鎳鐵合金電鍍液進行電鑄，然后進行剝膜和翻模，制作納米級微透鏡的金屬屏蔽層；步驟2，將紅、綠、藍三色耐高溫透明熒光膠，分別倒入排列圖樣不同的金屬屏蔽層上，并使用高精度的自動印刷機印刷到多重量子井的不同區域上；步驟3，進行烘烤，然后以脈沖式激光進行快速退火，制成制作二維光子晶體。

本發明的主要目是將納米級微透鏡數組應用到光子晶體中，通過納米微透鏡數組的設計，可以實現光子晶體的效應，并可以調整發光角度，且直接生成白光，進而降低納米壓印及后續封裝的成本，可應用于晶圓級封裝(WLP：Wafer?Level?Packaging)中。

附圖說明

圖1為具有納米微透鏡陣列的白光光子晶體的部分制備流程示意圖；

圖2為多重量子阱(Multi-Quantum?Well，MQW)紅、綠、藍三色納米微透鏡印刷區域的概念圖(二維光子晶體)；

圖3為低溫氧化銦錫鍍層上紅、綠、藍三色納米微透鏡印刷區域的概念圖(三維光子晶體)；

圖4為白光光子晶體的結構透視圖。

如圖所示，為了能明確實現本發明的實施例的結構，在圖中標注了特定的結構和器件，但這僅為示意需要，并非意圖將本發明限定在該特定結構、器件和環境中，根據具體需要，本領域的普通技術人員可以將這些器件和環境進行調整或者修改，所進行的調整或者修改仍然包括在后附的權利要求的范圍中。