利用同步辐射大面积快速制备颜色滤波器的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光学微器件制备技术，特别设及一种利用同步福射技术快速制备大面 积颜色滤波器的方法。
【背景技术】
[0002] 颜色滤波器是显示器、图像传感器、数码摄像仪、投影机和其他一些光学测量仪器 中的重要光学元件。传统的颜色滤波器采用有机染料或化学颜料制备，有不稳定、易分解、 易失效、制备复杂，成本高昂等缺点，在应用上受到一些限制。近年来，基于表面等离子激元 的颜色滤波器引起了人们的极大兴趣。该种滤波器，通常是在单层光学厚度金属薄膜上刻 蚀周期性微纳结构，可W简单地通过调节膜层材料和微纳结构的几何参数，在全可见光范 围内实现颜色的精确调控，相比于传统的滤波器具有结构简单、易于集成W及在高温、高湿 和长期光照下具有更大可靠性等优点。
[0003] 在已经公开的专利及文献中，普通的光刻技术制备的微结构，精度低，很难达到亚 波长的精度要求，因此基于表面等离子激元的颜色滤波器通常采用聚焦离子束刻蚀技术 (FIB)和电子束曝光技术（E化)等来制备，然而，该两种技术虽然具有高分辨率的优点，但由 于其工作原理的局限性，所制备的微结构面积非常有限，FIB技术制备的面积一般小于10 微米X10微米，E化技术曝光的面积一般也小于200微米X200微米且用时通常需要几 个至几十个小时之久。因此发展一种高分辨率、大面积快速制备颜色滤波器的方法显得尤 为迫切。
【发明内容】
[0004] 为了克服了现有技术的不足，本发明提供了一种利用同步福射大面积快速制备颜 色滤波器的方法及装置。
[0005] -种利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器的方法，包括W下步骤： a. 将甩有光刻胶的玻璃基底置于具有二维平移控制装置的样品台上； b. 根据所需颜色对应的微结构参数，所述的微结构参数包括周期、膜厚、占空比，选择 所需的四光栅组，利用同步福射软X射线照射四光栅组，保留一级衍射条纹形成干设图 样，通过挡板滤去其他衍射级次，对玻璃基底上的光刻胶进行曝光；曝光形成的微结构周期 P和光栅周期A之间的关系为
U) 其中A为曝光所用软X射线波长，0为相对的两光栅一级衍射光夹角； C.控制样品台的二维平移，实现拼接曝光； d.进行金属膜层蒸锻，对光刻胶进行剥离后得到颜色滤波器。
[0006] 所述的同步福射软X射线，波长为8-15皿，曝光精度优于8皿。
[0007] 所述的四光栅组中的每个光栅的面积大于200微米X200微米，光栅周期最小可 达lOOnm。
[000引所述的二维平移，X，Y方向平移精度优于1微米，可平移范围10cmX10cm。
[0009] 所述的颜色滤波器面积最大可达10cmX10cm。
[0010] 一种利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器的装置，依次包括同步福射软X射 线光源系统、四光栅组、挡板、具有二维平移控制装置的样品台。
[0011] 所述的同步福射软X射线光源系统包括同步福射软X射线、四刀狭缝、柱面镜、光 阔。
[0012] 所述的同步福射软X射线光源系统，波长为8-15nm，曝光精度优于8nm。
[0013] 所述的四光栅组中的每个光栅的面积大于200微米X200微米，光栅周期最小可 达lOOnm。
[0014] 所述的二维平移控制装置；X，Y方向平移精度优于1微米，可平移范围10cmX 10cm。
[0015] 本发明的有益效果；本发明的制备方法具有精度高、速度快、装置结构简单、易于 操作等优点。制备出的滤波器具有大面积、偏振无关、超高透射率等特点，在色彩合成图像 显示、图像传感器、数码摄像机、投影仪等领域的实际应用中具有重要作用。本发明利用同 步福射软X射线干设光刻技术，精度优于8nm，结合二维平移控制装置，最大曝光面积可达 10cmX10cm,同时单次曝光400微米X400微米面积仅需10秒时间，具有高分辨率、大 面积、快速等特点，极大地提高了制备效率。
【附图说明】
[0016] 图1是利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器方法的系统框图； 图2是利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器方法的软X射线干设光刻系统示意 图； 图3是利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器方法的光栅设计及具有高精度二维 平移控制装置的样品台示意图； 图4是利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器的理论仿真透射光谱； 图5是本发明实施例中利用同步福射软X射线干设曝光蒸锻完金属银后孔状微纳结构 的扫描电子显微图； 其中，图标1-第一四刀狭缝，2-第一柱面镜，3-第二柱面镜，4-第二四刀狭缝，5-光 阔，6-四光栅组，7-挡板，8-二维平移样品台。
【具体实施方式】
[0017]本发明提出了利用同步福射产生的软X射线具有高亮度、高相干性和低发射度的 优点，通过多光栅无色差干设，结合高精度二维平移控制装置，达到了快速大面积制备高分 辨率、严格周期性颜色滤波器的目的。该种颜色滤波器利用光与金属表面微纳结构阵列的 相互作用产生表面等离子体激元效应，白光照射到微纳结构阵列上，在光谱的某个波段会 产生透射率极小值，相应的该颜色滤波器会呈现出该极小值波长所对应颜色的补色，而对 该波长W外的光具有超高透射率。
[001引 W下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0019] 如图1所示，一种利用同步福射大面积快速制备颜色滤波器的方法，包括W下步 骤： a. 准备样品：将甩有光刻胶的玻璃基底置于具有二维平移控制装置的二维平移样品台 8上； b. 干设曝光；根据所需颜色对应的微结构参数，所述的微结构参数包括周期、膜厚、占 空比，选择所需的四光栅组6,其中的光栅周期，可根据FDTD方法仿真得到所需微结构周期 后通过公式计算得到；利用同步福射软X射线照射四光栅组6,保留一级衍射条纹形成干设 图样，通过挡板7滤去其他衍射级次，对玻璃基底上的光刻胶进行曝光； C.平移拼接；每完成一个单元巧日400微米X400微米）的曝光，控制样品台的二维平 移，实现大面积拼接曝光； d.蒸锻剥离：进行金属膜层蒸锻设日利用电子束蒸锻技术)，对光刻胶进行剥离后巧曰利 用超声清洗机）得到颜色滤波器。
[0020] 所述的同步福射软X射线，波长为8-15皿，曝光精度优于8皿。
[0021] 所述的四光栅组6中的每个光栅的面积大于200微米X200微米，光栅周期最小 可达lOOnm。
[0022] 所述的二维平移，X，Y方向平移精度优于1微米，可平移范围10cmX10cm。
[0023] 所述的颜色滤波