[发明专利]一种反射式彩色滤光片

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学滤光元件，具体涉及一种反射式彩色滤光片，可应用于无油墨印刷领域。

背景技术

传统的印刷技术是在纸张、塑料等材料表面通过不同颜色的油墨印刷出图像和色彩。存在的问题是：油墨中包括芳香烃、重金属、苯、酮类等有害物质，在油墨的生产和印刷的过程中，对操作人员和环境的危害性很高。因此，近几年全球开始倡导绿色环保无油墨印刷。

自然界中蝴蝶翅膀由于其表面的微纳结构，显示出随视角变化的五颜六色。在纳米结构金属光栅上也观察到了类似的不用颜料而产生颜色的现象。这些现象给了人们灵感，人们尝试采用微纳结构实现颜色，且这种颜色必须具有较宽的角度敏感性，才可以替代油墨，最终实现绿色环保无油墨印刷。

基于传统的法布里-珀罗(FP)腔结构的反射式彩色滤光片，主要由高反金属层、介质层和半反半透金属层组成。介质层一般为氧化物，如SiO2、Al2O3，通过控制介质层的厚度，可以得到不同颜色的反射滤光效果。此结构的优点是反射效率高，缺点是带宽较宽，为100-150nm，且旁带反射率比较高，大于20％。这将导致RGB三基色反射光谱重叠，彩色显示效果受到影响。

参见图1，为基于传统的法布里-珀罗(FP)腔结构的反射式彩色滤光片的结构示意图，由基底11、高反金属层12、介质层13和半反半透金属层14构成。高反金属层12的厚度为h1，介质层13的厚度为h2，半反半透金属层14的厚度为h3。基底11为柔性材料，12为铝，13为PMMA(折射率为1.48)，14为镍。其中h1＝0.03um，h3＝0.02um。当h2分别为0.2um、0.17um、0.13um时，分别反射红、绿、蓝三色。图2表示基于传统的法布里-珀罗(FP)腔结构的反射式彩色滤光片红、绿、蓝三色的TM光的反射效率与入射波长的关系图。图3为图2中的红色滤波器在入射角从0度到30度变化时反射效率与入射波长的关系图。从图2和图3中可以看出，此结构的优点是反射效率高，缺点是带宽较宽，100-150nm，旁带反射率比较高，约20％，导致RGB三基色反射光谱重叠，另外随着入射角度的增加，反射光谱蓝移比较明显。

已经证实，亚波长金属光栅在滤光方面具有低角敏的特性。这是因为金属光栅在一定的条件下能够激发表面等离子共振，同时金属本身特有的色散特性可以降低角度对共振条件的影响。但是现有的金属光栅由于其传导特性被大多数运用在了透射型彩色滤光片中，而对于反射式彩色滤光片的运用则非常少。

因此，本发明主要解决的问题是：在传统的法布里-珀罗(FP)腔结构的介质层上增加了亚波长介质线栅结构，形成线栅共振腔层，降低了旁带反射效率，减小了带宽，且该结构具有低角敏性。这将改变必须使用颜料才能实现彩色印刷的传统观念，为无油墨印刷提供了解决方案。它的优点在于：1)通过设计优化结构参数和材料，可以获得低角敏、低旁带的滤光效果。而且利用纳米压印技术可以实现该结构的制作，快速高效；2)由于微纳结构中包括的金属层厚度很薄(＜60nm)，仅仅是传统的颜料或染料中金属含量的几百分之一，可以做到绿色无污染或者少污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种反射式彩色滤光片，该滤光片的带宽适中(约100nm)，旁带反射率低，在30度视角范围内颜色变化不敏感。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种反射式彩色滤光片，包括：基底、高反金属层、共振腔层以及半反半透金属层。其中，共振腔层和半反半透金属层的交界面处为线栅结构，半反半透金属层覆盖在该线栅结构上，形成金属光栅，该金属光栅的周期小于400nm。通过调整线栅共振腔的厚度、线栅的占宽比、半反半透金属层的厚度和覆盖层的厚度等参数，可以获得低角敏、带宽合适且旁带反射率低的反射式彩色滤光片，且可实现不同颜色的反射滤波，设计很灵活。同时可以在半反半透金属层的外面增加一层覆盖层，可以起保护作用，同时其厚度对旁带反射率也产生影响。

上述技术方案中，所述透明基底是柔性材料，如聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯(BOPP)等。线栅可以是一维或者两维线栅结构。

上述技术方案中，高反金属层的厚度为30nm左右，半反半透金属层的厚度为10～30nm。共振腔层为可压印的塑性材料，如：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通过压印形成台阶线栅结构。

上述技术方案中，线栅包括一维和两维线栅结构。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：