一種基于多層金屬膜結(jié)構(gòu)的濾波器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于多層金屬膜結(jié)構(gòu)的濾波器，通過(guò)調(diào)節(jié)金屬膜光柵層和介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以形成不同顏色的濾波結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于三維/動(dòng)態(tài)顯示、防偽等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]從上世紀(jì)90年代開(kāi)始，三維顯示、防偽等技術(shù)便得到了迅速發(fā)展，主要是以激光全息圖為主，但這種技術(shù)已經(jīng)半公開(kāi)，防偽功能受到挑戰(zhàn)。此外還有諸如水印防偽等技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展了很長(zhǎng)時(shí)間，基本原理及實(shí)現(xiàn)方法也已經(jīng)基本被大眾所了解。迫切需要發(fā)展新的防偽技術(shù)。為此人們提出了基于光學(xué)原理的放大顯示防偽方法，這種方法的原理是:在正常照明條件下，人眼的極限分辨力為I分，在明視距離250mm條件下，人眼的極限分辨力為0.072mm。一般來(lái)說(shuō)為使眼睛不疲勞，人眼的視角在4分左右，即可以分辨距離為0.3mm左右的兩個(gè)點(diǎn)。在一般情況下，1X 10個(gè)點(diǎn)刻組成簡(jiǎn)單圖案，其大小約在4_X4mm左右，其它細(xì)小的物體必須采用放大鏡或顯微鏡進(jìn)行放大才能看清其細(xì)微結(jié)構(gòu)。對(duì)于小于該尺度的圖案必須采用顯微鏡等輔助工具，這個(gè)觀察帶來(lái)很大不便。
[0003]隨后，人們又開(kāi)發(fā)出了基于微透鏡陣列的三維、動(dòng)態(tài)顯示和防偽技術(shù)，然而上述技術(shù)受到現(xiàn)有像素尺度(150微米)的限制，很難獲得流暢的動(dòng)態(tài)顯示效果和纖薄的厚度。1998年，Ebbesen發(fā)現(xiàn)了高深寬比金屬孔可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)有效選擇(nature，391，667-669，1998)，其結(jié)構(gòu)為:在厚度為500nm左右的金屬膜上打尺度為幾十納米的孔，形成類(lèi)似篩子狀的金屬孔陣列濾波器；其機(jī)理主要是:與金屬孔陣列周期匹配的某個(gè)頻率入射光波在金屬孔結(jié)構(gòu)表面被轉(zhuǎn)化為了表面等離子體波(簡(jiǎn)稱(chēng)SPP)，SPP具有很短的波長(zhǎng)，因此通過(guò)耦合可以傳遞到金屬孔陣列的另一面，而其它波長(zhǎng)則無(wú)法在金屬孔陣列表面激發(fā)SPP波，因此也無(wú)法通過(guò)金屬孔陣列。通過(guò)選擇合適的金屬孔陣列周期，透射光可以實(shí)現(xiàn)在不同波長(zhǎng)間的轉(zhuǎn)換。后來(lái)，中國(guó)科技大學(xué)明海教授等人在中國(guó)申請(qǐng)了該方面的實(shí)用新型專(zhuān)利；然而上述結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中存在嚴(yán)重困難，1、該結(jié)構(gòu)為高深款比金屬孔，即孔的深度比2倍的孔寬度還大！這對(duì)于現(xiàn)有加工技術(shù)是根本無(wú)法完成的；2、該結(jié)構(gòu)采用孔陣列周期進(jìn)行顏色控制，因此不同的圖案必須制作周期不同的納米孔模板。巨大的成本嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用；3、該金屬孔陣列結(jié)構(gòu)透過(guò)率僅為5%，即該結(jié)構(gòu)雖然實(shí)現(xiàn)了透射光波的選擇，但能量極其微弱，根本無(wú)法實(shí)用。
[0004]為了克服上述三點(diǎn)問(wèn)題，我們提出了基于多層膜結(jié)構(gòu)的新型濾波器，本實(shí)用新型濾波器中，采用介質(zhì)膜與金屬膜光柵層多層結(jié)構(gòu)代替原有的高深寬比結(jié)構(gòu)，利用兩層尺度為幾十納米的金屬膜光柵層代替Ebbesen結(jié)構(gòu)中金屬孔陣列的上表面和下表面，中間采用介質(zhì)層與金屬膜光柵層相互疊合德三明治結(jié)構(gòu)，不僅同樣可以對(duì)特定波長(zhǎng)入射光波的SPP激發(fā)。同時(shí)，在透射/反射光效率方面達(dá)到大幅提升，最高可以達(dá)到80%，更重要的是，本實(shí)用新型專(zhuān)利中無(wú)論介質(zhì)層還是金屬膜光柵層都是多層薄膜結(jié)構(gòu)形式的，因此，采用現(xiàn)有通用的鍍膜工藝即可加以實(shí)現(xiàn)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值?！緦?shí)用新型內(nèi)容】:
[0005]基于上述考慮，本實(shí)用新型提出一種基于多層金屬膜結(jié)構(gòu)的濾波器:由3層介質(zhì)層、2層金屬膜光柵層、反射金屬層依次組成；3層介質(zhì)層與2層金屬膜光柵層按照介質(zhì)層、金屬膜光柵層相互交錯(cuò)的方式構(gòu)成濾波器，并在第3層介質(zhì)層下方加載反射金屬層。
[0006]η層金屬膜光柵層可以具有相同的周期，也可以具有不同的周期，也可以是非周期的金屬膜層結(jié)構(gòu)；對(duì)于周期光柵形式的η層金屬膜光柵層，每層金屬膜光柵層的光柵周期在400nm?100nm之間，優(yōu)選值在600nm?800nm之間，針對(duì)不同顏色的濾波器可以但不限于采用相同周期的金屬膜光柵層。
[0007]相鄰金屬膜光柵層無(wú)重疊結(jié)構(gòu)，即相鄰金屬膜光柵層通過(guò)沿金屬膜光柵層法線方向進(jìn)行平移，當(dāng)兩層金屬膜光柵層位于同一平面時(shí)，金屬部分沒(méi)有任何重合。
[0008]通過(guò)調(diào)節(jié)η層金屬膜光柵層中每一層的厚度和/或介質(zhì)層折射率和/或介質(zhì)層厚度，實(shí)現(xiàn)對(duì)人射光波的透過(guò)率、反射率及透射和反射光波顏色的選擇。
[0009]每一層介質(zhì)層可以由同一種材料構(gòu)成，也可以由不同種類(lèi)材料在介質(zhì)層所在平面方向交錯(cuò)排列組成等效介質(zhì)材料，構(gòu)成介質(zhì)層。
[0010]通過(guò)加工具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和濾波功能的結(jié)構(gòu)，可獲得由微米量級(jí)像素構(gòu)成的圖案，如果與微透鏡陣列等微光學(xué)元件配合還可形成動(dòng)態(tài)、三維顯示效果，可應(yīng)用于顯示、防偽等領(lǐng)域。本實(shí)用新型的原理是:通過(guò)對(duì)金屬膜光柵層及介質(zhì)層設(shè)置不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，將特定頻率的入射光波轉(zhuǎn)換為表面等離子體，利用決定于相鄰金屬膜光柵層之間光程差的表面等離子體頻率選擇特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率光波的強(qiáng)烈吸收或透過(guò)；而其他頻率的入射光波則被反射，進(jìn)而形成具有特定色彩的顯示單元；在此基礎(chǔ)上通過(guò)融合多層結(jié)構(gòu)可以對(duì)透射和反射光波的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0011]本實(shí)用新型最大的特點(diǎn)在于:采用該技術(shù)可獲得與光柵完全不同的顏色效果，光柵是將不同波長(zhǎng)的入射光波從不同的方向反射，因此在不同的角度將看到不同的顏色。從本質(zhì)上講，光柵不存在某個(gè)波長(zhǎng)能量被吸收的過(guò)程，光柵衍射是將不同波長(zhǎng)的光波在不同的方向進(jìn)行了重新分布。而本實(shí)用新型提出的方法從原理上講就與光柵不同。1、在本實(shí)用新型中，我們利用多層金屬膜光柵層將特定頻率的光波轉(zhuǎn)換為表面等離子體波，并對(duì)其進(jìn)行吸收。該波長(zhǎng)光波從出射光波中已經(jīng)消失了。2、本實(shí)用新型濾波器結(jié)構(gòu)無(wú)論從哪個(gè)方向看都只有一個(gè)顏色，而不像光柵結(jié)構(gòu)，不同的角度看起來(lái)具有不同的顏色。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、該濾波器主要利用周期在百納米尺度的金屬膜光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)濾波，因此可獲得接近微米尺度的顯示單元；傳統(tǒng)的印刷技術(shù)只能獲得幾百微