具有最小角度依賴性的用于可視顯示器和成像的光譜濾光的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有降低的角度依賴性的光譜濾光裝置例如濾色器，該光譜濾光裝置包括包含高折射率電介質(zhì)材料的干涉濾光器組合件，例如基于法布里-珀羅的共振器結(jié)構(gòu)。濾光器組合件能夠使電磁譜的一部分透射至電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生當(dāng)從垂直（0°）至90°的入射角范圍觀察時，顯示出最小角度依賴性的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出。還提供了制造最小角度依賴性的光譜濾光器以及降低該裝置的角度依賴性的方法。
【專利說明】具有最小角度依賴性的用于可視顯示器和成像的光譜濾光
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]該申請要求于2012年4月20日提交的美國專利申請第13/452，313號以及于2011年4月20日提交的美國臨時申請第61/477，554號的優(yōu)先權(quán)。通過引用將以上申請的全部公開內(nèi)容并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開內(nèi)容涉及用于可視顯示器的、從觀察方向上具有最小角度依賴性的光譜濾光器，例如基于法布里-珀羅(Fabry-Perot)的光譜濾光器。本公開內(nèi)容還涉及制造這樣的具有最小角度依賴性的光譜濾光器的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]該部分提供與本公開內(nèi)容相關(guān)的并非必然為現(xiàn)有技術(shù)的背景信息。
[0005]電磁譜濾光器(例如濾色器)對于包括平板顯示器、液晶顯示器、投影顯示器、眼鏡顯示器、互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器、發(fā)光二極管等的各種顯示技術(shù)是重要部件。例如，透射光譜濾光器廣泛地用在例如液晶顯示(LCD)面板的應(yīng)用中。常規(guī)光學(xué)濾光器使用顏料分散體來通過吸收互補色產(chǎn)生紅綠藍(RGB)色。
[0006]然而，這樣的常規(guī)光學(xué)基于顏料的濾光器通過四個單獨的工藝制造，其不但使制造工藝變復(fù)雜并且增加成本，而且還在工藝中浪費大量的化學(xué)材料。雖然已經(jīng)提出基于法布里-珀羅的標準具濾色器，但是常規(guī)的基于法布里-珀羅的濾光器仍然存在關(guān)于不期望的角度依賴性的問題，角度依賴性是指離開濾光器裝置的濾光波長依賴于觀察角度經(jīng)受顯著的波長偏移以及因此的顏色偏移。這樣的角度依賴性在各種成像和顯示應(yīng)用中是不期望的。
[0007]因此，需要可生產(chǎn)在可見或近紅外范圍內(nèi)的濾光器的新光譜濾光器技術(shù)(如濾色器)，例如具有高透射效率和最小角度依賴性以及降低的制造復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]該部分也提供了本公開內(nèi)容的一般性概括，不是其全部范圍或其所有特征的全面公開內(nèi)容。根據(jù)本教導(dǎo)的原理，光譜濾光裝置被設(shè)置為具有最小化的角度依賴。本技術(shù)提供了對于透射型和反射型兩者實現(xiàn)光譜濾光功能的金屬-電電介質(zhì)-金屬共振器結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整電介質(zhì)層厚度，透射或反射峰覆蓋了預(yù)定波長范圍例如可見或近紅外(近IR)范圍。在某些方面，不同的顏色像素可以通過使用具有不同圖案深度的模具的壓印技術(shù)來制造?？梢耘c蝕刻技術(shù)結(jié)合以將厚度對比度轉(zhuǎn)化至任意期望的電介質(zhì)層。
[0009]在某些方面，本公開內(nèi)容提供了包括干涉濾光器組合件的光譜濾光裝置。干涉濾光器組合件包括布置在一對平行反射表面之間的折射率大于約1.5的電介質(zhì)材料。每個反射表面可選地包含金屬。濾光器組合件能夠透射電磁譜的一部分以產(chǎn)生理想地顯示出最小角度依賴性的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出。[0010]在其它一些方面，本公開內(nèi)容提供了包括干涉濾光器組合件的光譜濾光裝置。干涉濾光器組合件包括布置在一對平行反射表面之間的折射率大于約1.5的電介質(zhì)材料。每個反射表面包含金屬。濾光器組合件能夠使電磁譜的一部分透射至電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生離開所述濾光器組合件的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出，其中所述濾波輸出具有預(yù)定波長范圍并且顯示出最小角度依賴性，使得從0°入射角至90°入射角變化時，所述預(yù)定波長范圍變化小于或等于約50nm。
[0011]在其它又一些方面，本公開內(nèi)容提供了包括包含布置在一對平行反射表面之間的高折射率電介質(zhì)材料的干涉濾光器組合件的光譜濾光裝置。每個反射表面可選地包含分布式布拉格反射器(DBR)或I維光子晶體。這樣的濾光器組合件能夠使電磁譜的一部分透射至電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生離開所述濾光器組合件的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出。來自濾光器組合件的濾波輸出具有預(yù)定波長范圍并且顯示出最小角度依賴性。
[0012]在其它一些方面，本教導(dǎo)提供了制造具有最小角度依賴性的光譜濾光裝置的方法。該方法包括將聚合物抗蝕劑材料施加到折射率大于約1.5并且在某些變化方案中可選地大于約2的電介質(zhì)材料。然后將聚合物抗蝕劑與具有預(yù)定高度的模具接觸。然后蝕刻聚合物抗蝕劑和電介質(zhì)材料?？梢詫⒔饘偈┘拥绞Ｓ嚯娊橘|(zhì)材料上以形成包括布置在一對平行反射表面之間的電介質(zhì)材料的干涉濾光器組合件。在某些變化方案中，電介質(zhì)材料具有大于或等于約2的有效折射率。來自干涉濾光器組合件的濾波輸出產(chǎn)生顯示出最小角度依賴性的預(yù)定波長范圍。
[0013]在其它一些方面，通過本教導(dǎo)提供了降低光譜濾光裝置的角度依賴性的方法。在一個變化方案中，該方法包括將折射率大于約1.5的電介質(zhì)材料引入到包括一對平行反射表面的干涉濾光器組合件中。每個反射表面包含金屬。因而，濾光器組合件產(chǎn)生具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出，當(dāng)從0°至90°的入射角觀察濾光器組合件時，預(yù)定波長范圍偏離小于或等于50nm。
[0014]在其它一些方面，本公開內(nèi)容還提供了光譜濾光裝置。該光譜濾光裝置包括顯出最小角度依賴性的共振濾光器組合件。在某些變化方案中，顯出最小角度依賴性的共振濾光器組合件包括包含形成光學(xué)超材料的導(dǎo)電金屬光柵結(jié)構(gòu)的共振器結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電金屬光柵結(jié)構(gòu)包括至少兩個開口。在某些方面，所述至少兩個開口可以為亞波長的。在某些變化方案中，共振器結(jié)構(gòu)可選地包含嵌入開口中的電介質(zhì)材料。光譜濾光裝置能夠透射電磁譜的一部分以經(jīng)由光學(xué)共振產(chǎn)生具有預(yù)定波長范圍的經(jīng)濾波和偏振的輸出。
[0015]適用性的其它范圍從本文中所提供的說明中將變得明顯。在該
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體實例僅僅旨在說明的目的并且無意于限制本公開內(nèi)容的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本文所描述的附圖僅用于說明所選擇的實施方案而不是所有可能的實施方案的目的，并且無意于限制本公開內(nèi)容的范圍。
[0017]圖1是根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面制備的示例性光學(xué)濾光器組合件的透視圖；
[0018]圖2為沿圖1的示例性光學(xué)濾光器組合件的線2-2所截取的截面圖；
[0019]圖3示出基于法布里-珀羅的標準具干涉濾光器的工作原理的示意圖；
[0020]圖4A至圖4D是示出在基于法布里-珀羅的濾光器中濾光波長偏移對入射角(Θ )和電介質(zhì)折射率(η)的依賴性的曲線圖，其中圖4Α具有折射率為1.0的電介質(zhì)材料，圖4Β具有折射率為1.5的電介質(zhì)材料，圖4C具有折射率為2.0的電介質(zhì)材料，圖4D具有折射率為2.5的電介質(zhì)材料；
[0021]圖5示出根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面制備的具有對稱層構(gòu)造的示例性光學(xué)濾光器組合件的截面圖；
[0022]圖6Α至圖6Β示出將對于低折射率電介質(zhì)材料(SiO2)(圖6Β)和高折射率電介質(zhì)材料(Si3N4)(圖6Α)兩者的波長對透射進行比較的模擬；
[0023]圖7Α至圖7Β示出根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面制備的示例性光學(xué)透射濾光器組合件的截面圖，其中圖7Α具有非對稱層構(gòu)造而圖7Β具有對稱層構(gòu)造；
[0024]圖8Α至圖SC為示出將對于透射型濾光器組合件的波長對透射進行比較以表明經(jīng)濾波的綠光輸出的角度依賴性的模擬的曲線圖。圖8Α具有厚度為約130nm的低折射率電介質(zhì)材料(SiO2)以提供經(jīng)濾波的綠光輸出；圖8B具有厚度為約50nm的包含折射率為約2.5的硒化鋅(ZnSe)的電介質(zhì)材料以提供綠光；圖8C包括厚度為約80nm的高折射率電介質(zhì)材料(Si3N4)以提供綠光；
[0025]圖9示出對于兩個透射型濾光器的波長對透射進行的比較，其中第一濾光器具有對稱層構(gòu)造而第二濾光器具有非對稱層構(gòu)造；
[0026]圖1OA至圖1OD比較了示例性的紅-綠-藍透射濾光器，其中圖1OA至圖1OC對于透射型濾光器組合件的波長對透射進行比較。圖1OD示出在濾光器組合件中的為實現(xiàn)藍色、綠色、以及紅色濾光的每種電介質(zhì)材料的相應(yīng)厚度。圖1OA示出對于低折射率電介質(zhì)材料(SiO2)的紅色、綠色以及藍色濾光。圖1OB示出對于ZnSe電介質(zhì)材料的紅色、綠色以及藍色濾光，而圖1OC示出電介質(zhì)材料為高折射率材料(Si3N4)的紅色、綠色以及藍光色濾光；
[0027]圖1lA至圖1lC為示出將對于反射型光學(xué)濾光器組合件的波長對透射進行比較以表明經(jīng)濾波的品紅光輸出的角度依賴性的模擬曲線圖；圖1lA具有厚度為約130nm的低折射率電介質(zhì)材料(SiO2)以提供經(jīng)濾波的品紅光輸出(入射角在從O至80°的范圍內(nèi))。圖1lB具有厚度為約50nm的包含ZnSe (折射率，n=2.5)的具有高折射率的電介質(zhì)材料以提供經(jīng)濾波的品紅光輸出(入射角在從O至80°的范圍內(nèi))。圖1lC包括厚度為約80nm的高折射率電介質(zhì)材料(Si3N4)(折射率，n=2.0)以提供經(jīng)濾波的品紅光輸出(入射角在從O至80。的范圍內(nèi))；
[0028]圖12A至圖12D比較了具有非對稱層構(gòu)造的示例性黃-品紅-青反射濾光器，其中圖12A至圖12C對于反射型光學(xué)濾光器組合件(其中兩個反射層均包含銀)的波長對反射進行比較。圖12D示出在濾光器組合件中的為實現(xiàn)黃色、品紅色以及青色濾光的每種電介質(zhì)材料的相應(yīng)厚度。圖12A示出對于低折射率電介質(zhì)材料(SiO2)的黃色、品紅色以及青色濾光。圖12B示出對于高折射率ZnSe電介質(zhì)材料的黃色、品紅色以及青色濾光，而圖12C示出電介質(zhì)材料為高折射率材料(Si3N4)的黃色、品紅色以及青色濾光。
[0029]圖13A至圖13D比較了具有非對稱層構(gòu)造的示例性黃-品紅-青反射濾光器，其中圖13A至圖13C對于反射型光學(xué)濾光器組合件(其中第一反射層包含銀，第二反射層包含鋁)的波長對反射進行比較。圖13D示出在濾光器組合件中為實現(xiàn)黃色、品紅色以及青色濾光的每種電介質(zhì)材料的相應(yīng)厚度。圖13A示出對于低折射率電介質(zhì)材料(SiO2)的黃色、品紅色以及青色濾光。圖13B示出對于高折射率電介質(zhì)材料ZnSe的黃色、品紅色以及青色濾光，而圖13C示出電介質(zhì)材料為高折射率材料(Si3N4)的黃色、品紅色以及青色濾光；
[0030]圖14A至圖14B示出根據(jù)本公開內(nèi)容某些方面的具有非對稱層構(gòu)造的透射和反射濾光器組合件，其中電介質(zhì)材料為高折射率材料(Si3N4)并且反射層包含銀。圖14A示出紅-藍-綠透射濾光，圖14B不出黃_品紅_青反射濾光；
[0031]圖15示出用于制造根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面的用于可視顯示器的具有不同顏色像素的濾光器組合件的工藝；
[0032]圖16示出對于根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面制備的包括液晶電介質(zhì)的透射型的可調(diào)的基于法布里-珀羅光譜濾光器的波長對透射；
[0033]圖17示出對于根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面的用作在可調(diào)的基于法布里-珀羅的光譜濾光器中的電介質(zhì)材料的液晶折射率對外加電壓；
[0034]圖18示出根據(jù)本教導(dǎo)的某些可替代的實施方案制備的具有最小角度依賴性的示例性光學(xué)濾光器組合件的截面圖，該光學(xué)濾光器組合件具有在光柵開口中具有嵌入的電介質(zhì)材料的高折射率光柵結(jié)構(gòu)；
[0035]圖19A至圖19B示出根據(jù)本教導(dǎo)的某些變化方案制備的具有相對最小角度獨立性的反射彩色濾光器。圖19A示出在具有220nm的周期(比例尺為400nm)的狹縫開口特征的基底上由銀制造的示例性高折射率導(dǎo)電網(wǎng)狀光柵納米結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖19B不出在45°、55° >65°和75°的不同入射角下的橫磁(TM)偏振光的波長對反射的曲線圖；
[0036]圖20A至圖20B示出根據(jù)本教導(dǎo)的某些變化方案制備的另一個具有最小角度獨立性的反射彩色濾光器。圖20A示出在具有180nm的周期(比例尺為300nm)的狹縫開口特征的基底上由銀制造的示例性高折射率導(dǎo)電網(wǎng)狀光柵納米結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖20B示出在45°、55°、65°和75°的不同入射角下的橫磁(TM)偏振光的波長對反射的曲線圖；
[0037]圖21示出將對于具有最小角度依賴性的光學(xué)濾光器組合件(其具有與圖19所示類似的構(gòu)造)的波長對透射進行比較的模擬；
[0038]圖22是類似于圖21中的具有角度獨立性顏色過濾的光學(xué)濾光器組合件的反射的計算圖，該光學(xué)濾光器組合件被設(shè)計為表現(xiàn)出最高達至少約60度的入射角的強的角度容差(當(dāng)入射角改變時，示出相對小的偏移)的紅色濾色器。
[0039]圖23示出用于光學(xué)濾光器組合件的導(dǎo)電光柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理的示意圖，其中導(dǎo)電光柵結(jié)構(gòu)為亞波長的，表現(xiàn)出大的有效折射率，并且能夠透射橫磁(TM)偏振光，同時反射橫電(TE )偏振光波。
[0040]在整個附圖的多個圖中，相應(yīng)的附圖標記表不相應(yīng)部分。
【具體實施方式】
[0041]提供示例性實施方案使得該公開內(nèi)容將完全地，并且將充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。列出大量的具體細節(jié)(例如具體的部件、裝置以及方法的實例)以提供對本公開內(nèi)容的實施方案的徹底理解。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是:不需要采用具體的細節(jié)；示例性實施方案可以以許多不同形式實施并且兩者都不應(yīng)該解釋為限制本公開內(nèi)容的范圍。在一些示例性實施方案中，對公知的工藝、公知的裝置結(jié)構(gòu)以及公知的技術(shù)未進行詳細地描述。
[0042]本文中所使用的術(shù)語僅用于描述具體的示例性實施方案并且無意于進行限制。除非上下文清楚地另有說明，否則如本文中所使用的單數(shù)形式可以旨在同時包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語“包括”、“包含”、“包括有”以及“具有”為包容性的，因而指定所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或更多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。除非明確指出執(zhí)行的順序，否則本文中所描述的方法步驟、工藝以及操作不解釋為必需要求它們以所討論或示出的特定順序執(zhí)行。還要理解的是可以使用附加的或可替代的步驟。
[0043]當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在…上” “接合到”、“連接到”或“耦合到”另一個元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由稀⒔雍系?、連接到或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在中間元件或?qū)?。相反，?dāng)元件被稱為“直接地在…上”、“直接地接合到”、“直接地連接到”或“直接地耦合到”另一個元件或?qū)訒r，可沒有中間元件或?qū)哟嬖?。?yīng)該以類似方式理解用于描述元件之間的關(guān)系的其它詞語(例如，“在…之間”與“直接地在…之間”、“相鄰”與“直接地相鄰”等)。如在本文中所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)地列出的術(shù)語中的任意的和所有的組合。
[0044]雖然可以在本文中使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該由這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可以僅用來將一個元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一個區(qū)域、層或部分進行區(qū)別。除非上下文清楚地表示，否則例如“第一”、“第二”的術(shù)語以及其它數(shù)字術(shù)語當(dāng)在本文中使用時不意味次序或順序。因而，在不脫離本示例性實施方案的教導(dǎo)下，以下所討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或部分。
[0045]在本文中可以使用空間關(guān)系術(shù)語(例如“內(nèi)部”、“外部”、“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”等)以便于描述如圖所示的一個元件或特征與另一個或多個元件或者另一個或多個特征的關(guān)系。空間關(guān)系術(shù)語可以意旨包括裝置在使用或操作時的除圖中所示的方向之外的不同方向 。例如，如果將圖中的裝置反轉(zhuǎn)，描述為在其它元件或特征“下方”或者“之下”的元件隨后將被定向為在其它元件或特征“上方”。因而，示例性術(shù)語“在…下方”可以包括在…上方和在…下方的兩個方向。裝置可以以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或以其它方向)并且相應(yīng)地理解本文中所使用的空間關(guān)系描述語。
[0046]在整個公開內(nèi)容中，數(shù)字值表示對范圍的近似的測量或限定以包括從給定值(以及具有大約為所提及的值的實施方案和具有剛好為所提及的值的實施方案)的較小偏差。除了在具體說明書的結(jié)尾處所提供的工作實例中之外，在該說明書(包括所附權(quán)利要求)中的參數(shù)(例如，數(shù)量或條件)的所有數(shù)字值應(yīng)該理解為在所有示例中由術(shù)語“約”進行修飾，無論“約”是否實際上出現(xiàn)在數(shù)字值之前?！凹s”表示所述的數(shù)字值允許一些輕微的不精確度(數(shù)值精確度的一些近似值；大致或合理地接近數(shù)值；幾乎)。如果由“約”所提供的不精確度在本【技術(shù)領(lǐng)域】中沒有以它的其它普通含義來理解，那么本文中所使用的“約”至少表示可能由于測量并使用這樣的參數(shù)的普通方法而產(chǎn)生的變化。
[0047]另外，范圍的公開包括所有值以及在整個范圍之內(nèi)進一步劃分的范圍(包括對于范圍給出的端點)?，F(xiàn)在將參照附圖更全面地描述示例性實施方案。
[0048]公開了基于光學(xué)干涉效應(yīng)而不是通過著色劑材料的光學(xué)吸收而產(chǎn)生光譜過濾(例如顏色過濾)的新結(jié)構(gòu)。在某些方面，本教導(dǎo)提供包括干涉濾光器組合件的光譜濾光器裝置，該干涉濾光器組合件產(chǎn)生具有最小角度依賴性的經(jīng)濾波的電磁能量輸出。通過非限制性實例的方式，這樣的干涉濾光器裝置可以是對光進行過濾的法布里-珀羅標準具裝置，同時還具有根據(jù)本教導(dǎo)的高折射率電介質(zhì)層以使經(jīng)過濾的光的角度依賴性最小。
[0049]透射和反射顏色過濾兩者都可通過根據(jù)本教導(dǎo)制備的濾光器裝置實現(xiàn)。因而，在某些變化方案中，光譜濾光裝置可以為透射型濾光器，而在其它變化方案中，光譜濾光裝置可以為反射型濾光器。在又一變化方案中，光譜濾光裝置同時表現(xiàn)為透射型和反射型濾光器兩者。
[0050]干涉濾光器組合件包含電介質(zhì)材料。在某些變化方案中，這樣的電介質(zhì)材料具有相對高的折射率，例如大于約1.4。在某些方面，電介質(zhì)材料具有相對高的折射率，優(yōu)選大于約1.5、可選地大于或等于2、可選地大于或等于約3，并且在某些變化方案中大于或等于約
4。在某些變化方案中，干涉濾光器組合件還包括一對平行反射表面，其中每個反射表面包含金屬。電介質(zhì)材料被布置在一對平行反射表面之間。
[0051]在某些方面中，濾光器組合件能夠使電磁譜的一部分透射至電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生離開濾光器組合件的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出。任意非透射光主要(非常小部分的光由金屬吸收)被反射從而可再循環(huán)。濾波輸出期望顯示出最小角度依賴性，使其特別有利于在顯示裝置中用作像素(以非限制性實例的方式)?？梢詫⒐庾V濾光器或濾色器制造成與偏振無關(guān)的。這樣的光譜濾光裝置濾光器比傳統(tǒng)的基于顏料的濾光器更為能量高效的，并且此外可以經(jīng)受高輸出光功率。
[0052]參照圖1和圖2，光譜濾光裝置20的一個實施方案包括濾光器組合件30。濾光器組合件30限定第一側(cè)32和相反的第二側(cè)34。濾光器組合件30包括第一透射基底或?qū)?0，布置成與透射層40相鄰的第一反射表面42。濾光器組合件30還包括至少一個與第一反射表面42相鄰的電介質(zhì)材料層44。第二反射表面46被布置為在與第一反射表面42相反的一側(cè)上與電介質(zhì)材料層44相鄰。第一反射表面42與第二反射表面46 —起形成將電介質(zhì)材料層44夾在中間的一對平行反射表面。如在圖1和圖2中所示，可選的第二透射層48被布置為與第二反射表面46相鄰。光學(xué)第二透射層48可以為例如覆層。這樣的濾光器組合件30具有“對稱構(gòu)造”，其中第一透射層40在位于電介質(zhì)材料層44的兩側(cè)的一對平行反射表面42、46的另一側(cè)34上具有匹配的第二透射層48。雖然未在圖1中示出，但是如果忽略第二透射層48，則濾光器組合件30將具有非對稱構(gòu)造，原因是第二反射表面46將與空氣56或其它外部介質(zhì)而不是第二透射層48相接(從而，組合件構(gòu)造將為非對稱的)。
[0053]在圖1中，第二透射層48限定可見表面50。將電磁輻射的源52沿著第一側(cè)32朝向光譜濾光裝置20的濾光器組合件30。濾光器組合件30能夠使來自源52的電磁輻射譜的一部分透射至組合件30中。因而，電磁輻射的一部分進入穿過第一透射層40并且穿過第一反射層42以進入電介質(zhì)材料層44。干涉濾光器內(nèi)部的電磁輻射的路徑依賴于光譜濾光器裝置20是被設(shè)計為透射型濾光器、反射型濾光器、還是透射和反射型濾光器。如圖1的透射型基于法布里-珀羅的濾光器中所示，進入電介質(zhì)材料44的電磁能量的部分在一對平行反射表面之間共振(類似于基于法布里-珀羅的標準具干涉濾光器)。電磁能量的一部分透射穿過第二反射表面46以及第二透射層48以產(chǎn)生離開濾光器組合件30的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出60。[0054]作為背景，在圖3中示出基于法布里-珀羅的濾光器的一般操作原理并且將在本文中進行討論。電磁波100以入射角Q1接近第一反射表面102。電介質(zhì)材料104被布置為與第一反射表面102相鄰?；酒叫械牡诙瓷浔砻?06被布置在電介質(zhì)材料104的相反側(cè)上。電介質(zhì)材料104的厚度(也是第一和第二平行反射表面102、106之間的距離)由d表示，電介質(zhì)材料的折射率由η表示。值得注意的是，對于干涉濾光器(例如基于法布里-珀羅的標準具)，d小于在結(jié)構(gòu)中的待進行濾波的目標波長，使得d為亞波長的。電磁波100的被反射的每個部分表示為Rn，其中η為整數(shù)，電磁波100的每個透射部分表示為Tn，其中η為整數(shù)。每個隨后透射的光束之間的相差(例如！\、T2等)為:
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種光譜濾光裝置，包括: 干涉濾光器組合件，所述干涉濾光器組合件包括布置在一對平行反射表面之間的折射率大于約1.5的電介質(zhì)材料；其中所述濾光器組合件能夠透射電磁譜的一部分以產(chǎn)生具有顯示出最小角度依賴性的預(yù)定波長范圍的濾波輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述平行反射表面中的每一個均包含選自以下的金屬:銀、鋁以及其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述平行反射表面中的每一個均包含具有折射率對比度的電介質(zhì)層的堆疊體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述電介質(zhì)材料形成有效折射率大于或等于約2的光學(xué)超材料的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜濾光裝置，其中所述光學(xué)超材料包括包含多個亞波長的狹縫的金屬光柵結(jié)構(gòu)，其中所述電介質(zhì)材料嵌入所述亞波長的狹縫中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述光譜濾光裝置為透射濾光器，使得所述濾光器組合件能夠使所述電磁譜的一部分穿過所述一對平行反射表面之一透射到所述電介質(zhì)材料中，到達所述一對平行反射表面中的另一表面，在所述另一表面處被透射，使得所述電磁譜的所述部分在所述濾光器組合件的第一側(cè)進入而所述濾波輸出在與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)離開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光譜濾光裝置，其中離開所述濾光器組合件的所述濾波輸出的所述預(yù)定波長范圍在可見光范圍內(nèi)并且具有選自下列的顏色:紅色、綠色以及藍色。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述光譜濾光裝置為反射濾光器，使得所述濾光器組合件能夠使所述·電磁譜的所述一部分穿過所述一對平行反射表面之一透射到所述電介質(zhì)材料中，到達所述一對平行反射表面中的另一表面，在所述另一表面處被反射，使得所述電磁譜的所述一部分在所述濾光器組合件的第一側(cè)進入并且所述濾波輸出在所述濾光器組合件的所述第一側(cè)離開。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光譜濾光裝置，其中離開所述濾光器組合件的所述濾波輸出的所述預(yù)定波長范圍在可見光范圍內(nèi)并且具有選自以下的顏色:青色、品紅色以及黃色。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述電介質(zhì)材料選自:氧化鋁(A1203)、氮化硅(Si3N4)、硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅(ZnO)、氧化鋯(ZrO2)以及氧化鈦(TiO2X
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中離開所述濾光器組合件的所述濾波輸出的所述預(yù)定波長范圍在紅外光譜范圍內(nèi)，并且所述電介質(zhì)材料選自:硅(Si)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)以及硫化鎘(CdS)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述一對平行反射表面包括第一反射表面，并且所述濾光器組合件還包括限定相鄰于所述電介質(zhì)材料的第一側(cè)的透射基底，其中所述第一反射表面布置在所述透射基底的所述第一側(cè)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光譜濾光裝置，其中所述濾光器組合件的構(gòu)造為對稱的以增強所述濾波輸出的透射或反射。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光譜濾光裝置，其中所述一對平行反射表面包括將所述電介質(zhì)材料夾在中間的第一反射表面和第二反射表面，其中從與所述第一反射表面相鄰的一側(cè)到與所述第二反射表面相鄰的相反側(cè)測得的所述電介質(zhì)材料的厚度確定透過所述濾光器組合件的所述預(yù)定波長范圍。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述濾光器組合件用作用于顯示裝置或成像裝置的濾色器，并且所述最小角度依賴性對應(yīng)于:相對于濾光器組合件入射角在從0°至90°之間變化時，所述預(yù)定波長范圍的變化小于或等于50nm。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述濾光器組合件為可調(diào)結(jié)構(gòu)并且包括具有電場可調(diào)特性的電介質(zhì)材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜濾光裝置，其中所述電介質(zhì)材料的折射率大于或等于約3。
18.一種光譜濾光裝置，包括: 干涉濾光器組合件，所述干涉濾光器組合件包括布置在一對平行反射表面之間的折射率大于約1.5的電介質(zhì)材料；其中每個所述反射表面包含金屬；以及 其中所述濾光器組合件能夠使電磁譜的一部分透射到所述電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生離開所述濾光器組合件的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出，其中所述濾波輸出具有預(yù)定波長范圍并且顯示出最小角度依賴性，使得從0°入射角至90°入射角變化時，所述預(yù)定波長范圍的變化小于或等于約50nm。
19.一種光譜濾光裝置，包括: 干涉濾光器組合件，所述干涉濾光器組合件包括布置在一對平行反射表面之間的高折射率電介質(zhì)材料，其中每個所述反射表面包含分布式布拉格反射器(DBR)或I維光子晶體；以及 其中所述濾光器組合件能夠使電 磁譜的一部分透射到電介質(zhì)材料中以產(chǎn)生離開所述濾光器組合件的具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出，其中所述濾波輸出具有預(yù)定波長范圍并且顯示出最小角度依賴性。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光譜濾光裝置，其中從0°入射角至90°入射角變化時，所述預(yù)定波長范圍變化小于或等于約50nm。
21.一種制造具有最小角度依賴性的光譜濾光裝置的方法，所述方法包括: 將聚合物抗蝕劑材料施加到折射率大于約2的電介質(zhì)材料并且將所述聚合物抗蝕劑與具有預(yù)定高度的模具接觸； 蝕刻所述聚合物抗蝕劑和電介質(zhì)材料；以及 將金屬施加到剩余電介質(zhì)材料上以形成折射率大于約2的包括一對平行反射表面的干涉濾光器組合件，其中來自所述干涉濾光器組合件的濾波輸出產(chǎn)生顯示出最小角度依賴性的預(yù)定波長范圍。
22.—種降低光譜濾光裝置的角度依賴性的方法，所述方法包括: 將折射率大于約1.5的電介質(zhì)材料引入到包括一對平行反射表面的干涉濾光器組合件中，其中每個所述反射表面包含金屬；使得所述濾光器組合件產(chǎn)生具有預(yù)定波長范圍的濾波輸出，當(dāng)從0°至90°范圍的入射角觀察所述濾光器組合件時，所述預(yù)定波長范圍偏離小于或等于50nm。
23.一種光譜濾光裝置，包括: 顯示出最小角度依賴性的包括共振器結(jié)構(gòu)的共振濾光器組合件，所述共振器結(jié)構(gòu)包括形成光學(xué)超材料的導(dǎo)電金屬光柵結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電金屬光柵結(jié)構(gòu)包括至少兩個開口，所述至少兩個開口能夠透射電磁譜的一部分以經(jīng)由光學(xué)共振產(chǎn)生具有預(yù)定波長范圍的經(jīng)濾波和偏振的輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求23 所述的光譜濾光裝置，其中所述至少兩個開口為亞波長的，并且包括所述導(dǎo)電金屬光柵結(jié)構(gòu)的所述共振器結(jié)構(gòu)還包括嵌入所述至少兩個開口中的電介質(zhì)材料。
【文檔編號】G02F1/1335GK103547948SQ201280024695
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】郭凌杰, 徐挺 申請人:密執(zhí)安州立大學(xué)董事會