一种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，包括：通过等效层的方法，设计出与之对应的多孔氧化铝孔径和高折射率氧化物厚度；将洁净的铝箔电解抛光；阳极氧化；在有序排列的多孔氧化铝上通过原子层沉积填充不同厚度的高折射率氧化物；在经原子层沉积的多孔氧化铝上镀一层金属层，即可制备。本发明制备的基于多孔氧化铝的彩色滤光片，与传统的彩色滤光片不同，它利用的是光学干涉的原理，通过在不同的多孔氧化铝孔径中填充不同厚度的高折射率氧化物，使得中间介质层的等效光学厚度发生改变，从而调控不同颜色，制备出不同中心波长的彩色滤光片。本发明方法制备简单，成本低，便于大规模、批量化生产。
【专利说明】一种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及滤光片领域，具体涉及一种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法。
【背景技术】
[0002]由于纳米材料和纳米技术相对于宏观材料的优越性和独特性，可以在诸多不同的新领域发挥出大作用，因而近些年纳米材料和纳米技术全面快速发展，从而使得越来越小的结构尺寸被制备出，同时越来越多的领域被涉及到。在纳米材料结构中，有序的孔状周期排列结构被大量研究，应用于照明显示、探测传感、光谱分析等方向。而多孔氧化铝，其孔洞以六角晶格周期有序排列，由于其简单方便的制备方法，吸引了越来越多的研究人员对其进行深入的多样化的研究。
[0003]目前，多孔氧化铝的研究主要集中于对材料特性研究以及材料的物理结构应用的研究，例如纳米管的产生、孔状结构的转移、量子点结构的观察等等。但是对多孔氧化铝本身的物理性质引出的颜色效应研究较少。
[0004]原子层沉积(ALD)技术是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基底上化学吸附并反应而形成薄膜的一种方法。它由芬兰科学家于20世纪70年代提出。随着90年代中期微电子和深亚微米芯片技术的发展，ALD在半导体领域的应用愈发广泛。由于ALD表面反应的自限性，理论上ALD沉积的精度可以达到原子量级。此外，相对于传统的光学薄膜沉积方式而言，ALD生长的薄膜在沉积温度、聚集密度和保形性上有着不可比拟的优势，使得利用ALD制备光学薄膜逐渐成为人们研究的热点。
[0005]虽然基于多孔氧化铝和原子层沉积的结合的研究和应用不断被提出，但是通过在多孔氧化铝中使用原子层沉积填充高折射率氧化物以获取不同等效折射率的介质层从而进一步达到彩色滤光片的研究很少。而且，近年来通过微纳结构产生滤光片往往需要电子束曝光、激光直写或者纳米压印等技术实现，制备过程复杂，耗时较长，所需设备昂贵。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，制备简单，成本低，便于大规模、批量化生产。
[0007]—种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)对于预期特定中心波长的彩色滤光片，通过等效层的方法，设计出与之对应的多孔氧化铝孔径和高折射率氧化物厚度；
[0009]2)将洁净的铝箔电解抛光，然后清洗；
[0010]3)经阳极氧化制备有序排列的多孔氧化铝；
[0011]4)在有序排列的多孔氧化铝上通过原子层沉积填充不同厚度的高折射率氧化物；
[0012]5)在经原子层沉积的多孔氧化铝上镀一层金属层，完成彩色滤光片的制备。[0013]本发明基于多孔氧化铝的彩色滤光片，与传统的彩色滤光片不同，它利用的是光学干涉的原理，通过在不同的多孔氧化铝孔径中填充不同厚度的高折射率氧化物，使得中间介质层的等效光学厚度发生改变，从而调控不同颜色，制备出不同中心波长的彩色滤光片。
[0014]本发明基于多孔氧化铝的彩色滤光片是一种金属-电介质-金属的结构，可以通过在多孔氧化铝上一个简单的过程来实现颜色的调谐进行滤光。本发明中，彩色滤光片是三层薄膜的结构:铬/高折射率氧化物填充的多孔氧化铝/铝。自然光从空气侧入射，经过金属层，调制的多孔氧化铝层，最后在多孔氧化铝和铝之间的界面反射，原路返回，从而实现可见光波段的滤光。极薄金属层作为吸收层，必须满足n/k~I以获得最佳的带宽和截止效果。因此，我们最优选铬作为极薄金属层。而最底层薄膜铝，要求有足够的厚度来提供高反射率。高折射率氧化物填充的多孔氧化铝层作为匹配层，将膜系特定波长附近的反射率诱导至最大。由于该结构的光学特性对填充的多孔氧化铝层的光学厚度敏感，因此只需要改变该层的光学厚度就可以诱导不同中心波长的彩色滤光片。而对多孔氧化铝层的孔径和填充厚度的控制，就是对填充的多孔氧化铝层的折射率的控制，进而也是对光学厚度的控制。
[0015]具体地，由于结构足够小并且没有特别的电磁特性存在，高折射率氧化物(以二氧化钛为例)填充的多孔氧化铝可以被视为均匀的等效层。等效层的等效折射率定义如下:
【权利要求】
1.一种基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)对于预期特定中心波长的彩色滤光片，通过等效层的方法，设计出与之对应的多孔氧化铝孔径和高折射率氧化物厚度； 2)将洁净的铝箔电解抛光，然后清洗； 3)经阳极氧化制备有序排列的多孔氧化铝； 4)在有序排列的多孔氧化铝上通过原子层沉积填充不同厚度的高折射率氧化物； 5)在经原子层沉积的多孔氧化铝上镀一层金属层，完成彩色滤光片的制备。
2.根据权利要求1所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述洁净的铝箔分别经丙酮、乙醇中脱脂去油以及水洗后制备。
3.根据权利要求1所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述电解抛光的条件为:在由体积比为1:2?4的H4ClO4和无水乙醇形成的混合溶液中，电压14?20V,温度5?15°C,时间I?5min。
4.根据权利要求1所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤3)中，经阳极氧化制备有序排列的多孔氧化铝，包括:a)第一次阳极氧化:以0.1?0.5mol/L的草酸水溶液为电解液，控制氧化电极电压稳定在20?60V，氧化5?15h，氧化后清洗山)第二次阳极氧化:先在H3PO4和H2CrCV混合水溶液中浸泡以去除第一次阳极氧化生成的氧化层，然后清洗，再次放入0.1?0.5mol/L的草酸水溶液中电解氧化，电解氧化时间由所需孔深确定，多孔氧化铝的孔径由氧化电极电压确定，氧化完成后清洗，得到有序排列的多孔氧化铝。
5.根据权利要求4所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，所述有序排列的多孔氧化铝根据需要在H3PO4水溶液中浸泡不同时间进行扩孔后处理，所述H3PO4水溶液的质量百分数为3%?8%。
6.根据权利要求4所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述H3PO4和H2CrO4混合水溶液中，H3PO4的质量百分数为2%?10%，H2CrO4的质量百分数为0.5%?3%。
7.根据权利要求1所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述高折射率氧化物为二氧化钛、五氧化二钽或者二氧化铪。
8.根据权利要求7所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，所述高折射率氧化物为二氧化钛，所述原子层沉积的条件为:使用四氯化钛、H2O作为制备二氧化钛前躯体，反应过程中前躯体温度为20°C恒定,有序排列的多孔氧化铝的基板温度为120°C，反应腔真空度为3mbar，四氯化钛和H2O通入均为400ms，冲洗时间均为5s，通过不同的周期数，填充不同厚度高折射率氧化物。
9.根据权利要求1所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述金属层为铬层、镍层或者钨层。
10.根据权利要求1所述的基于多孔氧化铝的彩色滤光片的制备方法，其特征在于，步骤5)中，所述金属层通过电子束蒸发镀膜设备制备，蒸镀腔真空度为3X 10_3Pa，电子束蒸发一层6-15nm金属层。
【文档编号】C23C28/00GK103592715SQ201310505263
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】沈伟东, 杨陈楹, 章岳光, 叶志杰, 张兴, 李衎, 陈贝石, 刘旭 申请人:浙江大学