器面积最大可达10cmX10cm。
[0024] 如图2、3所示，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6、挡板7、二维平移样品台8。
[0025] 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(包括第一四 刀狭缝1、束^四刀狭缝4)、柱面镜(包括束一柱面镜2、束^柱面镜3)、光阔5。
[0026] 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。
[0027] 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。
[002引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10cmX10cm。
[0029] 同步福射软X射线通过四刀狭缝及光阔的配合获得高通量相干光；通过两个柱面 镜进行偏转聚焦，吸收热负载，截止高次谐波；照射到四光栅组形成衍射，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，对具有二维平移控制装置的样品台上玻璃 基底上的光刻化进行快速曝光，每完成一个单兀巧日400微米X400微米)的曝光后，通过精 确控制样品台的二维平移，实现快速大面积拼接曝光。曝光形成的微结构周期P和光栅周 期A之间的关系为
(1) 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。
[0030] 实施例240nm周期大面积超高透射率颜色滤波器的制备 首先通过商业软件抑TDSolutions进行理论仿真，金属材料为银，膜厚范围是10~50 纳米，步长5纳米，周期范围是140~360纳米，步长lOnm。仿真中用到的Ag的复折射率数据 来自抑TDSolutions内部材料库，是化1化等人在实验中测得的不同波长下Ag的n，k值。 数据在使用之前进行了拟合，拟合中共使用了 3个系数，拟合容差为0. 01。为了将散射光完 全吸收，防止其遇到边界后反射到结构上干扰仿真结果，仿真中用到了完美匹配层（PML)边 界条件。此外，为了实现周期性结构，减少运算时间，仿真中还用到了对称（Symmetricbe) 和反对称（Anti-symmetricbe)边界条件。仿真中用到的光源是400~750纳米波段的白光 平面波，FDTD仿真区域中的Xmi。、XmJi界设为反对称边界条件，ymi。、y。。,边界设为对称边界 条件，Zmi。、Zm"边界设为PML边界条件。
[0031] 根据仿真结果，要获得品红颜色滤波器，二维Ag柱微纳结构的周期应为240nm， 圆柱直径与周期之比为0. 5,柱高40nm，图4为该颜色滤波器的理论仿真透射光谱，最高透 射率达80%。根据公式（1)，选择实验制备所需的光栅，周期应为340nm。利用本发明的制 备方法，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；利用同步福射 软X射线照射光栅周期为340nm的四光栅组，通过挡板滤去其他衍射级次，只保留一级衍 射条纹形成干设图样，对玻璃基底上的光刻胶进行曝光；精确控制样品台的二维平移，实现 大于10cmX10cm面积的拼接曝光；利用电子束蒸锻技术将40nm厚的Ag蒸锻于孔，并 通过超声清洗机对光刻胶进行剥离，实现周期240nm，占空比0.5,柱高40nm的二维Ag柱 结构颜色滤波器的制备。图5为利用同步福射软X射线干设曝光蒸锻完Ag后孔状微纳结 构的扫描电子显微图。
【主权项】
1. 一种利用同步辐射大面积快速制备颜色滤波器的方法，其特征在于，包括以下步 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，利用同步辐射软X射线照射四光栅组，保留一级衍射条纹形成干涉图 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Λ之间的关系为其中λ为曝光所用软X射线波长，Θ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. 进行金属膜层蒸镀，对光刻胶进行剥离后得到颜色滤波器。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的同步辐射软X射线，波长为 8_15nm，曝光精度优于8nm。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的四光栅组中的每个光栅的面积大 于200微米X 200微米，光栅周期最小可达lOOnm。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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IOcm X 10cm。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的颜色滤波器的面积最大可达IOcm X IOcm06. -种利用同步辐射大面积快速制备颜色滤波器的装置，其特征在于，依次包括同步 辐射软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。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的同步辐射软X射线光源系统包括同 步辐射软X射线、四刀狭缝、柱面镜、光阑。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的同步辐射软X射线光源系统，波长 为8_15nm，曝光精度优于8nm。9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的四光栅组中的每个光栅的面积大 于200微米X 200微米，光栅周期最小可达100nm。10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，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IOcm X 10cm。
【专利摘要】本发明公开了一种利用同步辐射大面积快速制备颜色滤波器的方法及装置。本发明利用同步辐射软X射线照射四光栅组，通过挡板滤去其他衍射级次，只保留一级衍射条纹形成干涉图样，对玻璃基底上的光刻胶曝光形成周期性二维孔状微纳结构，通过精确控制样品台的二维平移，实现快速大面积拼接曝光。后续用电子束蒸镀技术将金属蒸镀于孔中，并通过超声清洗机剥离光刻胶实现玻璃基底上二维金属圆柱微纳结构阵列的颜色滤波器制备。本发明具有精度高、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。
【IPC分类】G03F7/20, G02B5/20
【公开号】CN104880914
【申请号】CN201510259584
【发明人】张冬仙, 吴青峻, 胡晓琳, 史斌, 孙理斌, 杨树敏, 王连升, 赵俊, 薛超凡, 吴衍青, 邰仁忠
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月21日