專利名稱：一種無基底濾光片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾光片制作，特別涉及到一種新型無基底濾光片的制作工藝。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著鍍膜技術(shù)的提高和成本的降低，光學(xué)薄膜應(yīng)用越來越廣。以高低折 射率為材料，根據(jù)不同膜系設(shè)計(jì)可制備不同光譜特性的光學(xué)薄膜，可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。如光 通訊領(lǐng)域類產(chǎn)品=FTTH光纖到戶濾波片、光纖頭鍍增透膜、GFF光纖增益平坦濾波片、DffDM 密集波分復(fù)用濾波片、CWDM全波段粗波分復(fù)用濾波片、單纖雙向、單纖三向、Red/Blue紅藍(lán) 帶通濾波片、分光膜、高反膜等；生物醫(yī)療分析儀器熒光顯微鏡濾光片、激光譜線濾光片、 喇曼分析濾光片；數(shù)碼光學(xué)成像產(chǎn)品投影儀濾光片、紫外紅外截止濾波片、低通濾波片， 安防攝像機(jī)濾光片，日夜兩用濾光片，光敏電阻用干涉濾光片；精密光學(xué)及激光光學(xué)鍍膜 高隔離度長短通濾波片、激光晶體鍍膜、抗高閥值激光膜、分光鏡、高反鏡、增透膜、衰減片、 偏振分光膜等。一般情況下，光學(xué)膜鍍制在特定基底上，如玻璃D263T、BK7，在使用的過程中連同 基底一起使用。但隨著器件的微型化以及一些特殊器件的需要，如波導(dǎo)薄膜濾光片，對該類 產(chǎn)品要求較小的尺寸。極薄基底的出現(xiàn)(如肖特玻璃厚度0.1mm)，在一定程度上縮小了光 學(xué)薄膜產(chǎn)品的尺寸。但由于薄膜應(yīng)力的影響，膜層達(dá)到一定厚度后，基片變形嚴(yán)重，在鍍膜 環(huán)節(jié)基片易開裂，從而嚴(yán)重影響產(chǎn)品的良率和性能。無基底光學(xué)薄膜，由于沒有基底厚度， 對于減小尺寸具有更大優(yōu)勢。同時(shí)，由于薄膜和基底進(jìn)行了分離，在鍍膜過程中可使用較厚 的玻璃減小了鍍膜過程中的變形。在日本的專利2007-219201中提出在玻璃基底上采用真空沉積福樂烯(C60)作為 剝離層，然后鍍制光學(xué)濾光片，最后通過真空加熱40(TC剝離碳分子，從而使得濾光片和基 底分離。另外，Kunihiko Yoshino等人在US2007/0196586A1中報(bào)道了一種化學(xué)剝離方法， 采用Al作為可剝離層，NaOH作為剝離液，實(shí)現(xiàn)濾光片的制備。但作為最常見的低折射率材 料SiO2會與強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)，從而影響光譜，尤其是光譜隨厚度變化敏感的膜系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種新的無基底濾光片的 制作工藝。本發(fā)明的制作方法制造的濾光片不存在基底厚度，便于小尺寸濾光片的制作，減 小鍍膜過程中使用較厚玻璃所帶來的變形。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下—種無基底濾光片的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟①在玻璃基底上鍍制可剝離層，該可剝離層采用活潑金屬形成的金屬單層；②在所述的金屬單層上，鍍制濾光片的膜系，該膜系由低折射率材料和高折射率 材料相間組成，其中膜系的底層和頂層均為低折射率材料；③將上述結(jié)構(gòu)的材料按照產(chǎn)品的最終尺寸切割；
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④將切割后的小片在酸性溶液進(jìn)行刻蝕，剝離層的活潑金屬在酸性溶液中腐蝕和 溶解，直至金屬單層被刻蝕完成；⑤待濾光片和玻璃基底實(shí)現(xiàn)分離后，取出分離后的濾光片清潔干凈，得到無基底 濾光片產(chǎn)品。在本發(fā)明的方法中，所述步驟①中的活潑金屬或?yàn)殇X、或?yàn)殍F、或?yàn)殂~。普通的活 潑金屬材料制作金屬單層，一方面易于與酸發(fā)生反應(yīng)，一方面降低材料的使用成本。在本發(fā)明中，所述步驟①中鍍制可剝離層的工藝為真空鍍膜，采用磁控濺射、電子 槍蒸發(fā)或者阻蒸。在本發(fā)明中，所述步驟②中的低折射率材料為SiO2,所述高折射率材料為滿足光 譜設(shè)計(jì)要求的材料，選擇Ta205、Nb2O5和TiO2中的一種。SiO2的化學(xué)性能穩(wěn)定，不與一般的 酸發(fā)生反應(yīng)，高折射率材料是為了滿足光譜設(shè)計(jì)的需要。在本發(fā)明中，所述步驟④的剝離過程中，對剝離液進(jìn)行加熱，加熱溫度< 100°C，加 熱刻蝕液的目的是為了提高刻蝕速度?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本發(fā)明的無基底濾光片的制作方法較現(xiàn)有技術(shù)的方法具有如 下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)①本發(fā)明的方法中采用酸作為刻蝕溶液，SiO2作為膜系的底層和頂層，產(chǎn)品光譜 性能更穩(wěn)定。②本發(fā)明的方法在濾光片制作的刻蝕和剝離過程所用材料成本低，并且與真空加 熱相比操作過程相對簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。③本發(fā)明的方法中，先制作金屬單層后再鍍膜，并按照最終產(chǎn)品的形狀切割，然后 再刻蝕和剝離，另一方面還可以使用較厚的玻璃基底，從而有效地克服了基片的變形所帶 來的不利因素，提高產(chǎn)品的良品率。


圖1是本發(fā)明一種無基底濾光片的制備方法中濾光片在剝離之前的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明一種無基底濾光片的制備方法中濾光片在剝離之后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是為理論設(shè)計(jì)曲線和剝離后實(shí)際曲線的比較、采用酸剝離和不同溫度堿剝離 后無基底濾光片光譜比較圖。
具體實(shí)施例方式下面我們結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來對本發(fā)明的無基底濾光片的制備方法做進(jìn) 一步的詳細(xì)闡述，以求更為清楚明了地描述本發(fā)明的工藝和結(jié)果，但不能以此來限制本發(fā) 明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的無基底濾光片的制備方法中需要在玻璃基底上鍍制由金屬單層構(gòu)成的 可剝離層，可剝離層采用普通的活潑金屬如Al、Fe、Cu等。鍍制可剝離層的工藝是采用真 空鍍膜，如磁控濺射、電子槍蒸發(fā)、阻蒸等。采用活潑普通的金屬，以便能快速和剝離液發(fā)生 反應(yīng)，同時(shí)這些普通金屬材料的價(jià)格便宜，工藝操作簡單，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。在金屬單層上，采用磁控濺射、離子濺射或電子蒸發(fā)鍍制濾光片膜系。膜系設(shè)計(jì)為 L/H/L/H···/L，其中L表示低折射率材料，H為高折射率材料，膜系的底層和頂層均為低折射
4率材料。實(shí)踐中，低折射率材料采用SiO2，分別位于膜系的底層和頂層。SiO2位于膜系的底 層和頂層的主要原因?yàn)镾iO2化學(xué)性能穩(wěn)定，不與一般的酸發(fā)生反應(yīng)。高折射率材料為滿足 光譜設(shè)計(jì)要求的材料，如Ta205、Nb2O5和TiO2中的一種。由于高折射率材料位于低折射率 中間，有效區(qū)域被SiO2保護(hù)而不參與化學(xué)反應(yīng)，因此，可選擇能夠滿足濾光片要求的材料。將上述結(jié)構(gòu)按產(chǎn)品最終尺寸需求進(jìn)行切割。在剝離前進(jìn)行切割有兩個(gè)目的。1.便 于切割加工在剝離之前方便加工，便于按產(chǎn)品需求進(jìn)行切割。2.便于剝離剝離是將帶有 基底、剝離層、濾光片浸泡在溶液中，剝離液沿橫向?qū)冸x層進(jìn)行剝離，面積越大，剝離時(shí)間 越長。切割后，小片的剝離時(shí)間短。另外，較大尺寸的無基底薄膜在剝離和后續(xù)操縱中容易 碎片。切割方法采用高精度DISCO機(jī)進(jìn)行機(jī)械切割。將切割后的小片放在特定酸性溶液中進(jìn)行刻蝕。由于剝離層的金屬單層為普通 金屬，在酸性溶液中容易被腐蝕和溶解。濾光片的基底材料為玻璃，而玻璃的主要成分為 SiO2，濾光片上膜層的底層和頂層為SiO2，它們均不與酸發(fā)生反應(yīng)(但是，除HF以外)。因 此，濾光片將不會受酸浸泡而影響性能。當(dāng)金屬單層被刻蝕完后，濾光片和玻璃基底實(shí)現(xiàn)了 分離。在剝離過程中，為加快剝離進(jìn)度，可對剝離液進(jìn)行加熱，加熱溫度小于100°C。這樣 就將無基底濾光片分離出來，清潔干凈，即得無基底濾光片產(chǎn)品。實(shí)施例1本實(shí)施例中的濾光片結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1是本發(fā)明一種無基底濾光片的制備方 法中濾光片在剝離之前的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實(shí)施例濾光片在剝離之前，采用0. 7mm 厚玻璃為基底3。利用反應(yīng)磁控濺射的方法在玻璃3上鍍Al單層2，其厚度為lOOnm。采用 磁控濺射在Al單層2上沉積濾光片膜層1。其中，低折射率材料L為SiO2,高折射率材料H 為Ta2O5，低折射率材料SiO2作為濾光片膜系的底層和頂層。采用DISCO機(jī)將上述加工完成的結(jié)構(gòu)切割成IXlmm小片。選用的刻蝕液采用鹽 酸溶液，將切割完成的小片浸泡在鹽酸溶液中。為了提高刻蝕速度，將刻蝕液的溫度加熱到 60°C。在這個(gè)過程中，待Al單層完全溶解后，玻璃和濾光片薄膜就實(shí)現(xiàn)了分離，如圖2所示， 圖2是本發(fā)明一種無基底濾光片的制備方法中濾光片在剝離之后的結(jié)構(gòu)示意圖。作為比較，我們還在試驗(yàn)中采用了 KOH溶液作為刻蝕液，刻蝕溫度分別為室溫和 50°C，其他結(jié)構(gòu)和條件不變。上述三種情況下，得到的無基底濾光片測試光譜如圖3所示。由圖可以看出，采用 酸剝離后無基底濾光片和理論設(shè)計(jì)光譜形狀不變，基本重合，而采用KOH堿溶液剝離后，光 譜變形較大。究其原因，因?yàn)镵OH和膜層中的SiO2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，通過采用本發(fā)明的方法制作無基底濾光片，其膜系中采用酸 作為刻蝕液所得無基底濾光片的性能優(yōu)良。
權(quán)利要求
一種無基底濾光片的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟①在玻璃基底上鍍制可剝離層，該可剝離層采用活潑金屬形成金屬單層；②在所述的金屬單層上，鍍制濾光片的膜系，該膜系由低折射率材料和高折射率材料相間組成，其中膜系的底層和頂層均為低折射率材料；③將上述結(jié)構(gòu)的材料按照產(chǎn)品的最終尺寸切割；④將切割后的小片在酸性溶液進(jìn)行刻蝕，剝離層的活潑金屬在酸性溶液中腐蝕和溶解，直至金屬單層被刻蝕完成；⑤待濾光片和玻璃基底實(shí)現(xiàn)分離后，取出分離后的濾光片清潔干凈，得到無基底濾光片產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無基底濾光片的制備方法，其特征在于，所述步驟①中 的活潑金屬或?yàn)殇X、或?yàn)殍F、或?yàn)殂~。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無基底濾光片的制備方法，其特征在于，所述步驟①中 鍍制可剝離層的工藝為真空鍍膜，采用磁控濺射、電子槍蒸發(fā)或者阻蒸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無基底濾光片的制備方法，其特征在于，所述步驟②中 的低折射率材料為SiO2，所述高折射率材料為滿足光譜設(shè)計(jì)要求的材料，選擇Ta205、Nb2O5 和TiO2中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無基底濾光片的制備方法，其特征在于，所述步驟④的 剝離過程中，可對剝離液進(jìn)行加熱以縮短剝離時(shí)間，加熱溫度< 100°c。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無基底濾光片的制備方法，該方法包括如下步驟①在玻璃基底上鍍制可剝離層，該可剝離層采用活潑金屬形成金屬單層；②在所述的金屬單層上，鍍制濾光片的膜系，該膜系由低折射率材料和高折射率材料相間組成，其中膜系的底層和頂層均為低折射率材料；③將上述結(jié)構(gòu)的材料按照產(chǎn)品的最終尺寸切割；④將切割后的小片在酸性溶液進(jìn)行刻蝕，剝離層的活潑金屬在酸性溶液中腐蝕和溶解，直至金屬單層被刻蝕完成；⑤待濾光片和玻璃基底實(shí)現(xiàn)分離后，取出分離后的濾光片清潔干凈，得到無基底濾光片產(chǎn)品。本發(fā)明的制作方法制造的濾光片不存在基底厚度，便于小尺寸濾光片的制作，使用較厚玻璃基底減小鍍膜過程中所帶來的變形，從而提高產(chǎn)品良率。
文檔編號G02B5/20GK101915951SQ201010237599
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者劉毅楠, 孔德恒, 楊光, 班超, 程春生, 胡小鋒, 趙浩 申請人:平湖中天合波通信科技有限公司