[發明專利]一種入射角度不敏感的顏色濾光片及其制備方法

有效

• 申請號: 201310689440.8
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103744138A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 沈偉東;楊陳楹;章岳光;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B5/20
• 分類號: G02B5/20;G02B5/18
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種光學元件，具體涉及一種入射角度不敏感的顏色濾光片及其制備方法，可應用于液晶顯示、彩色印刷、傳感探測和防偽等領域。

背景技術

具有角度不敏感特性的顏色濾光片在液晶顯示、彩色印刷、傳感探測和防偽等領域有重要的應用前景。傳統的化學染料顏色濾光片利用染料分子中特殊的官能團對入射光選擇性地吸收波長范圍從而達到濾光效果，但是染料會引起材料特性的不穩定和顯著的環境負擔。光學薄膜干涉濾光片具有高峰值透光率，可調制的帶寬，穩定的特性，但是有顯著的藍移現象，即光譜曲線會隨著入射角的增大向短波方向移動，從而限制了其在大角度下的應用。近年來，隨著亞波長光柵電磁理論研究的深入和微納加工技術的發展，研究人員提出了各種由亞波長光柵結構構建的顏色濾光片。導模共振濾光片通過將光柵介質內的高級次泄露模與波導模式耦合，在很小范圍內引起入射光能量在反射和透射間的切換，從而得到超窄帶的濾光片，然而導模共振濾光片對入射角度極為敏感，即使可以通過結構優化等手段擴展其入射角容忍度，但還是很難以得到較大的入射角不敏感性。Kanamori等通過在石英襯底上制備硅的一維亞波長光柵，得到了紅綠藍三色的透射式彩色濾光片，但其特性會隨著入射角度而變化（Fabrication?of?transmission?color?filters?using?silicon?subwavelength?gratings?on?quartz?substrates，IEEE?Photon.Technol.Lett.18,2126-2128(2006)）。此外，研究人員還提出了層疊的亞波長光柵結構，將兩層一維或二維的亞波長光柵層疊起來，得到正入射下性能更佳的顏色濾光片。為了改善入射角度不敏感特性，Cheong等提出使用高折射率的硅作為二維亞波長光柵的材料實現強調制光柵，得到了具有較大角度不敏感特性的反射式濾光片（High?angular?tolerant?color?filter?using?subwavelength?grating，Appl.Phys.Lett.94,213104-3(2009)）。然而，其結構在以不同的方位角入射時，特性顯著惡化，不適宜實際使用，并且其結構制備方法使用了電子束曝光的技術，成本高，耗時長，不易制備。

在納米材料結構中，有序的孔狀周期排列結構被大量研究，應用于眾多研究領域方向。多孔氧化鋁，其孔洞以六角晶格周期有序排列，由于其簡單方便的制備方法，吸引了越來越多的研究人員對其進行深入的多樣化的研究。目前，多孔氧化鋁的研究主要集中于對材料特性研究以及材料的物理結構應用的研究，例如納米管的產生、孔狀結構的轉移、量子點結構的觀察等等。

原子層沉積(ALD)技術是通過將氣相前聚體脈沖交替地通入反應器并在沉積基底上吸附并化學反應而形成薄膜的一種方法。它由芬蘭科學家于20世紀70年代提出。隨著90年代中期微電子和深亞微米芯片技術的發展，ALD在半導體領域的應用愈發廣泛。由于ALD表面反應的自限性，理論上ALD沉積的精度可以達到原子量級。此外，相對于傳統的光學薄膜沉積方式而言，ALD生長的薄膜在沉積溫度、聚集密度和保形性上有著不可比擬的優勢，使得利用ALD制備光學薄膜逐漸成為人們研究的熱點。

雖然基于多孔氧化鋁和原子層沉積的結合的研究和應用不斷被提出，但是據我們所知，通過在多孔氧化鋁中使用原子層沉積填充高折射率氧化物以此為模板制備入射角不敏感的彩色濾光片的研究從未被提出過。本發明提出的入射角不敏感的顏色濾光片制備過程簡單，成本低。因此該發明有望在液晶顯示、彩色印刷、傳感探測和防偽等領域廣泛應用。

發明內容

本發明提供了一種入射角不敏感的顏色濾光片，該濾光片結構簡單，采用二維的光柵結構，對入射角不敏感，且性能穩定，環境友好。

本發明還提供了一種入射角不敏感的顏色濾光片的制備方法，該方法將多孔氧化鋁制備技術和原子層沉積技術相結合，避免了電子束曝光、激光直寫或者納米壓印等復雜技術，整個方法步驟簡單，適于工業化生產。

為解決第一個技術問題，本發明提供的技術方案為：

一種入射角不敏感的顏色濾光片，包括基底，所述的基底上布置有若干圓柱形的光柵，所述光柵以正六邊形排列，光柵材料為硅，基底材料為熔融石英。

采用圓柱形的光柵，同時光柵采用正六邊形排列，保證上述濾光片入射角不敏感，使得本發明的濾光片適于各種大角度入射場合的使用。