專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多通道集成濾光片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜及工程光學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種多通道集成濾光片的制作方法。
背景技術(shù)：
多譜成像光譜技術(shù)正在向光譜通道更多、集成度更高、體積小和重量更輕的方向發(fā)展，而用于分光的多通道濾光片是其關(guān)鍵的光學(xué)器件，因此需要發(fā)展相應(yīng)的新型多光譜集成濾光片制備技術(shù)。目前已有很多多通道分光濾光片制造技術(shù)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在多通道濾光片制作上主要有以下幾種方法I.法布里-拍洛窄帶濾光片(F-P narrow bandpass filter)
該方法是以法布里-珀羅(F-P)結(jié)構(gòu)原理為基礎(chǔ)，通過(guò)多次套刻的方式制作濾光片。F-B腔是在2個(gè)平行的平板反射鏡中間間隔一個(gè)空腔，當(dāng)2個(gè)反射鏡具有同樣的高反射率時(shí)，干涉儀對(duì)某一波段的波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)高透。改變微調(diào)空腔的厚度可以改變透過(guò)的波長(zhǎng)。實(shí)際應(yīng)用中，空腔由一層介質(zhì)膜構(gòu)成(間隔層)，間隔層的兩面分別鍍有一個(gè)多層膜的膜系，相當(dāng)于上面提到的2個(gè)反射鏡。只要改變間隔層的厚度，就可以調(diào)控透射光的波長(zhǎng)。林炳等人(期刊論文，題目16通道微型集成濾光片制備技術(shù)的研究，期刊紅外與毫米波學(xué)報(bào)，第25卷第4期，2006年8月)通過(guò)該方法，經(jīng)過(guò)多次刻蝕，完成了 16通道紅外波段的濾光片制作。由于法布里-珀羅(F-P)濾光片本身性質(zhì)的缺點(diǎn)，它在可見(jiàn)光沒(méi)有較寬的截止深度，所以該濾光片不適合在可見(jiàn)光波段實(shí)現(xiàn)多通道濾光，極大地限制了它的應(yīng)用范圍。2.光阻劑法
該方法是制作液晶顯示器濾光片的常用方法，它是用不同顏色光阻劑來(lái)實(shí)現(xiàn)濾光片的制作。Ram ff. Sabnis 等人(期刊論文，題目Color filter technology for liquidcrystal displays,期刊:Displays 20 (1999) 119 - 129)介紹了用于液晶顯示器的彩色濾光片制作方法，主要有顏料分散法、染色法、印刷法和電鑄法等。但是由于彩色光阻劑種類(lèi)的限制，該方法只能對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行有限種類(lèi)的光譜分離，無(wú)法實(shí)現(xiàn)近紅外和近紫外的多通道濾光。并且，利用光阻劑制作的濾光片有很寬的帶寬，因此它沒(méi)有介質(zhì)膜層分光性能好，對(duì)每種顏色的分光分辨率不高。3.其他分光技術(shù)
Zhanshan Wang 等人(期干丨J 論文，題目Multiple channeled phenomena inheterostructures with defects mode ,期刊Appl. Phys. Lett. 84, 1629 ,2004)介紹了一種以“具有缺陷的多異質(zhì)結(jié)構(gòu)”(multiple heterostructures with defects)為基礎(chǔ)，通過(guò)膜層中設(shè)置缺陷結(jié)構(gòu)，使得該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)缺陷通帶，具有很好的分光性能。同時(shí)該小組(期刊論文，題目Guided-mode resonance Brewster filters with multiplechannels，期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS 88，251115，2006)還介紹了一種利用導(dǎo)膜共振(guided-mode resonance)來(lái)設(shè)計(jì)濾光片的方法,該方法利用波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的共振效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾光，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)、兩個(gè)、甚至多個(gè)窄帶通濾光。但是，以這些分光技術(shù)制作的濾光片，只能實(shí)現(xiàn)較窄的帶寬內(nèi)某種或某幾種光的同時(shí)帶通，不能達(dá)到對(duì)多種光線(xiàn)的單獨(dú)濾光，滿(mǎn)足不了現(xiàn)在的多譜成像系統(tǒng)要求。綜上所述，目前，由已有方法制作的多通道濾光片，都只能在某一個(gè)比較窄波段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多通道濾光，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了多通道光譜成像系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種多通道集成濾光片的制作方法，能實(shí)現(xiàn)近紫外膜系、可見(jiàn)光膜系和近紅外膜系的濾光片制備，相比傳統(tǒng)的多通道濾光片制作方法，采用該方法制作的濾光片具有更廣的工作范圍和更高的集成度。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種多通道集成濾光片的制作方法，該方法包括以下步驟
A.在基底上制作一保護(hù)區(qū)域；
B.布置好所述保護(hù)區(qū)域的膜層結(jié)構(gòu)；
C.在所述保護(hù)區(qū)域上鍍制一種功能的濾光薄膜；
D.重復(fù)步驟A C，在基底上鍍制其它功能的濾光薄膜。優(yōu)選地,所述步驟A,其包括
Al.預(yù)處理，對(duì)基底進(jìn)行清洗和等離子體處理；
A2.旋涂和前烘，將光刻膠旋涂在基底上并進(jìn)行前烘；
A3.曝光，將經(jīng)前烘后的基底置于掩膜板下進(jìn)行紫外曝光；
A4.顯影，將紫外曝光區(qū)域內(nèi)的光刻膠在顯影液下去除掉。優(yōu)選地，所述步驟C中的濾光薄膜最終組成可見(jiàn)光膜系、近紫外膜系和近紅外膜系O優(yōu)選地，所述可見(jiàn)光膜系也可以采用顏色光阻劑法制備，所述顏色光阻劑法包括以下步驟
S I.甩膠和前烘，用甩膠機(jī)將顏色光阻劑旋涂于基底上并進(jìn)行前烘；
S 2.曝光，在掩膜板下紫外曝光出一保護(hù)區(qū)域；
S 3.顯影和顯影后烘，將曝光后的基底經(jīng)過(guò)顯影和顯影后烘后制得可見(jiàn)光膜系的單色濾光薄膜；
S 4.重復(fù)步驟S I S 3，完成可見(jiàn)光膜系濾光薄膜的制備。優(yōu)選地，所述可見(jiàn)光膜系和近紫外膜系均為帶通膜系，所述近紅外膜系為高通膜系O優(yōu)選地，所述步驟C中鍍制的濾光薄膜是根據(jù)步驟B所布置好的膜層結(jié)構(gòu)，通過(guò)濺射鍍膜的方式鍍制。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的方法將不同膜系的濾光膜層集成到一塊濾光片的基底上，大大提高了濾光片的集成度。另外，在布置膜層結(jié)構(gòu)前可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)不同的膜系，因此能進(jìn)一步擴(kuò)展濾光片的工作范圍。


圖I為本發(fā)明多通道集成濾光片的制作方法的步驟流程圖；圖2為本發(fā)明步驟A的具體步驟流程 圖3為本發(fā)明的多通道濾光片加工流程示意 圖4為彩色光阻劑法制作可見(jiàn)光膜系濾光薄膜的工藝流程示意 圖5為本發(fā)明彩色光阻劑法的具體步驟流程圖。附圖標(biāo)記1.基底；2.光刻膠；3.掩膜板；4.紫外曝光區(qū)域；5.保護(hù)區(qū)域；6. 一種功能的濾光薄膜；7.多通道濾光片；8.顏色光阻劑；9.單色濾光薄膜；10.彩色光阻劑制備的三通道可見(jiàn)光濾光薄膜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說(shuō)明
如圖I所示的一種多通道集成濾光片的制作方法，該方法包括以下步驟
A.在基底I上制作一保護(hù)區(qū)域5；
B.布置好所述保護(hù)區(qū)域5的膜層結(jié)構(gòu)；
C.在所述保護(hù)區(qū)域5上鍍制一種功能的濾光薄膜；
D.重復(fù)步驟A C，在基底I上鍍制其它功能的濾光薄膜。其中，制作一保護(hù)區(qū)域5的含義是指在基底I的特定區(qū)域(即在需要鍍膜的地方)制作出鍍膜區(qū)域。作為進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟A，其包括
Al.預(yù)處理，對(duì)基底I進(jìn)行清洗和等離子體處理；
A2.旋涂和前烘，將光刻膠2旋涂在基底上并進(jìn)行前烘；
A3.曝光，將經(jīng)前烘后的基底I置于掩膜板3下進(jìn)行紫外曝光；
A4.顯影，將紫外曝光區(qū)域4內(nèi)的光刻膠在顯影液下去除掉。本發(fā)明的多通道濾光片加工流程示意圖如圖3所示，其包括以下五步
(I)取一片透光率高和表面平整的玻璃片作為基底I，先將玻璃片用清水和丙酮清洗，然后將其置于烘箱中，在130°c下烘烤10分鐘以除去水汽和殘余丙酮。接著對(duì)玻璃片進(jìn)行氧氣等離子體處理，從而增加玻璃的表面能。所述氧氣等離子體處理的真空度為25 Pa，功率為60 W，轟擊時(shí)間為90秒。( 2 )將光刻膠2 (如AZ正光刻膠)旋涂于清洗好的玻璃片上，經(jīng)過(guò)前烘后，將帶有光刻膠2的基底I置于事先制作好的掩膜板3下進(jìn)行紫外曝光。曝光的時(shí)間和劑量由光刻膠層的厚度和光強(qiáng)決定。( 3 )將曝光過(guò)的基底I置于質(zhì)量百分比5%的氫氧化鈉溶液中，從而顯影出一保護(hù)區(qū)域5。( 4 )將設(shè)計(jì)好的膜層結(jié)構(gòu)通過(guò)濺射鍍膜的方式鍍制在該保護(hù)區(qū)域5上，最后用丙酮清除起保護(hù)作用的光刻膠。至此一種功能的濾光薄膜6的制作完成。( 5 )重復(fù)程(I ) (4 )，制作出不同的保護(hù)區(qū)域5，接著鍍制其他功能的濾光薄膜，最終可以制得近紫帶通、可見(jiàn)光帶通和近紅外高通的多通道濾光片7。作為進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟C中的濾光薄膜最終組成可見(jiàn)光膜系、近紫外膜系和近紅外膜系。作為進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述可見(jiàn)光膜系采用顏色光阻劑法制備，如圖3所示，所述顏色光阻劑法包括以下步驟
S I .甩膠和前烘，用甩膠機(jī)將顏色光阻劑8旋涂于基底I上并進(jìn)行前烘；
S 2.曝光，在掩膜板3下紫外曝光出一保護(hù)區(qū)域5;
S 3.顯影和顯影后烘，將曝光后的基底I經(jīng)過(guò)顯影和顯影后烘后制得可見(jiàn)光膜系的單色濾光薄膜9 ；
S4.重復(fù)步驟S I S 3，完成可見(jiàn)光膜系濾光薄膜的制備。本發(fā)明的彩色光阻劑法制作可見(jiàn)光多通道濾光薄膜的工藝流程如圖4所示，其包括以下五步
(I )用甩膠機(jī)將顏色光阻劑8旋涂于清洗干凈的基底I上，經(jīng)過(guò)前烘，完成濾光片制作的準(zhǔn)備工作。 ( 2)在事先制作好的掩膜板3下紫外曝光出一保護(hù)區(qū)域5 (即需要保留的濾光區(qū)域)。曝光過(guò)的顏色光阻劑性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，不能溶解在專(zhuān)門(mén)的顯影液中。( 3 )將曝光后的基底I在專(zhuān)門(mén)的顯影液中顯影掉多余的未曝光顏色光阻劑，從而制得某種顏色的濾光薄膜9。( 4 )在烘箱內(nèi)烘烤進(jìn)一步固化顏色光阻劑8，提高顏色光阻劑8的穩(wěn)定性。( 5 )重復(fù)步驟(I ) (4 )，在基底I的其它位置制作其它顏色的濾光片。最終完成紅、綠、藍(lán)三通道可見(jiàn)光濾光薄膜10的制備。對(duì)于近紫外和近紅外區(qū)域仍然需要用到之前提到的多次鍍膜方式完成。這樣，最終可制得多通道濾光片7。作為進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述可見(jiàn)光膜系和近紫外膜系均為帶通膜系，所述近紅外膜系為高通膜系。作為進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述步驟C中鍍制的濾光薄膜是根據(jù)步驟B所布置好的膜層結(jié)構(gòu)，通過(guò)濺射鍍膜的方式鍍制。本發(fā)明中，濾光薄膜的膜層結(jié)構(gòu)是根據(jù)已有濾光膜層設(shè)計(jì)原理來(lái)設(shè)計(jì)的。在布置保護(hù)區(qū)域的膜層結(jié)構(gòu)之前要完成相應(yīng)的膜層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)可見(jiàn)光帶通膜系和近紫外帶通膜系的膜層結(jié)構(gòu)時(shí)，采用的是誘導(dǎo)透射設(shè)計(jì)法，這種方法設(shè)計(jì)的濾光薄膜有著很高的峰值透射率和寬的截止區(qū)。表I 6分別給出了紫光、藍(lán)光、青光、綠光、黃光、紅光這六種可見(jiàn)光膜系濾光薄膜的膜層結(jié)構(gòu)(沒(méi)有給出橙光濾光薄膜的膜層結(jié)構(gòu)主要是因?yàn)槌裙鉃V光薄膜與黃光濾光薄膜結(jié)構(gòu)相近)，表7給出了近紫外膜系濾光薄膜的一種膜層結(jié)構(gòu)的例子。在設(shè)計(jì)時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)更多濾光性能的濾光薄膜。
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I................................................................iljilti.......................................I..................................................................TUh.............................................1.............................................................................30.................................................權(quán)利要求
1.一種多通道集成濾光片的制作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 A.在基底(I)上制作一保護(hù)區(qū)域(5 )； B.布置好所述保護(hù)區(qū)域(5)的膜層結(jié)構(gòu)； C.在所述保護(hù)區(qū)域(5)上鍍制ー種功能的濾光薄膜； D.重復(fù)步驟A C，在基底(I)上鍍制其它功能的濾光薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多通道集成濾光片的制作方法，其特征在于，所述步驟A,其包括 Al.預(yù)處理，對(duì)基底(I )進(jìn)行清洗和等離子體處理； A2.旋涂和前烘，將光刻膠(2 )旋涂在基底(I )上并進(jìn)行前烘； A3.曝光，將經(jīng)前烘后的基底(I )置于掩膜板(3 )下進(jìn)行紫外曝光； A4.顯影，將紫外曝光區(qū)域(4)內(nèi)的光刻膠在顯影液下去除棹。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多通道集成濾光片的制作方法，其特征在于，所述步驟C中的濾光薄膜最終組成可見(jiàn)光膜系、近紫外膜系和近紅外膜系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種多通道集成濾光片的制作方法，其特征在于，所述可見(jiàn)光膜系采用顏色光阻劑法制備，所述顏色光阻劑法包括以下步驟 S I .甩膠和前烘，用甩膠機(jī)將顏色光阻劑(8 )旋涂于基底(I )上并進(jìn)行前烘； S 2.曝光，在掩膜板(3)下紫外曝光出一保護(hù)區(qū)域(5); S 3.顯影和顯影后供，將曝光后的基底(I )經(jīng)過(guò)顯影和顯影后烘后制得可見(jiàn)光膜系的單色濾光薄膜(9 ); S 4.重復(fù)步驟S I S 3，完成可見(jiàn)光膜系濾光薄膜的制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種多通道集成濾光片的制作方法，其特征在于，所述可見(jiàn)光膜系和近紫外膜系均為帶通膜系，所述近紅外膜系為高通膜系。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種多通道集成濾光片的制作方法，其特征在于，所述步驟C中鍍制的濾光薄膜是根據(jù)步驟B所布置好的膜層結(jié)構(gòu)，通過(guò)濺射鍍膜的方式鍍制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多通道集成濾光片的制作方法，該方法包括以下步驟A.在基底上制作一保護(hù)區(qū)域；B.布置好所述保護(hù)區(qū)域的膜層結(jié)構(gòu)；C.在所述保護(hù)區(qū)域上鍍制一種功能的濾光薄膜；D.重復(fù)步驟A～C，在基底上鍍制其它功能的濾光薄膜。本發(fā)明將不同膜系的濾光膜層集成到一個(gè)基底上，大大提高了濾光片的集成度。另外，在布置膜層結(jié)構(gòu)前可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)不同的膜系，因此能進(jìn)一步擴(kuò)展濾光片的工作范圍。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于薄膜及工程光學(xué)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B5/20GK102819058SQ20121031446
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者金建, 邸思, 姚豫培, 陳賢帥, 杜如虛 申請(qǐng)人:廣州中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究所