[发明专利]柔性、超薄、混合型吸收-反射式薄膜滤波器及其制造方法

说明书

一种混合光学滤波器，包括彼此层压的多个膜层。这使得滤波器足够柔性以使其可弯曲并且在单个混合光学滤波器中实现至少两种不同的依赖于波长的光学过滤特性的组合。两种或更多种光学过滤特性可能是由不同波长范围的光的基于干涉的阻挡引起的。附加地或替代地，光学过滤特性中的至少一种可以是第一波长范围的光的吸收性阻挡，并且光学过滤特性中的至少另一种是第二波长范围的光的基于干涉的阻挡。第一波长范围和第二波长范围可以重叠以提供被阻挡的波长的定制范围。

技术领域

本申请涉及一种用于各种光学应用的混合光学滤波器。

背景技术

干涉光学滤波器固有地复杂并且制造昂贵，部分原因是获得高光密度需要复杂的层结构。微调过滤光的光谱形状的能力是干涉滤波器的优点之一。相比之下，吸收性滤波器可以容易实现相对较高的光密度，但缺乏微调过滤光的光谱形状的能力。吸收式滤波器也缺乏困扰干扰滤波器的频谱角度偏移。结合吸收和干涉技术来创建单个光学滤波器同时获得两种滤波器的优势。

传统上，这种混合吸收性干涉滤波器是通过透明薄膜光学层在有色塑料或玻璃的基质上的真空沉积而制成的。光学薄膜层形成混合滤波器的干涉成分，并与基质中的吸收性元素互补，以产生更宽的阻挡范围，更高的阻挡光密度，或使滤波器的透射曲线的某些部分与入射角无关。

但是，这种传统方法有一些缺点。着色的基质材料通常必须为几毫米厚，以提供高的光密度，更重要的是，以便对于真空镀膜工艺是实用的。此外，事实证明，真空镀膜工艺在低成本时可扩展性不足，无法为此类高性能混合滤波器的快速增长的消费者应用提供经济的解决方案。而且，传统的真空镀膜混合滤波器仅限于平面几何形状，而多个技术领域可受益于柔性或弯曲滤波器。例如，在显示和照明应用中使用的LED光源总是显示出一定的角度发散。当将扁平滤波器放在这些光源上或这些光源的前面时，发射光的各个部分会经历滤波器的各种移位光谱，从而限制了系统的锥半角(CHA：Cone-Half Angle)。柔性或弯曲滤波器可以通过曲率补偿这种影响，该曲率可使滤波器表面在更大的角度范围内垂直于光源的波阵面。

美国专利公开US 2014/0242329 A1描述了一种使用结构化预成型坯的热拉伸生产薄膜滤波器的方法。该方法允许生产全塑料柔性超薄膜和片形式的薄膜干涉滤波器。该方法通过提供明显更高的可扩展性并且还提供可以弯曲并符合曲面的超薄滤波器来解决传统真空镀膜式薄膜滤波器的两个主要缺点，以实现上述技术优势。

但是，全塑料滤波器的各子层之间的折射率对比度很小，限制了在宽光谱范围内可达到的光密度。通常需要几千个层才能以高于3的光密度阻挡几百纳米的可见光谱。在预成型坯和滤波器中包括如此大量的层实际上是困难且昂贵的。另外，具有数千个子层的热拉伸滤波器通常太厚而不能提供足够的柔性以实现上述优点。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种混合光学滤波器包括彼此层压的多个膜层。这使得滤波器足够柔性以使其可弯曲并且在单个混合光学滤波器中实现至少两种不同的依赖于波长的光学过滤特性的组合。

例如，两种或更多种光学过滤特性可能是由不同波长范围的光的基于干涉的阻挡引起的。

附加地或替代地，光学过滤特性中的至少一种可以是第一波长范围的光的吸收性阻挡，并且光学过滤特性中的至少另一种是第二波长范围的光的基于干涉的阻挡。

第一波长范围和第二波长范围可以重叠以提供被阻挡的波长的定制范围。

为了精确地形成阻挡侧面，相比于第一波长范围的吸收性阻挡的光谱第一阻挡侧面，第二波长范围的基于干涉的阻挡形成更陡峭的光谱第二阻挡侧面。这允许经由吸收性滤波器阻挡大范围的波长，并经由干涉滤波器(也称为二向色滤波器)实现精确的截止侧面。

优选地，倾斜的光谱第一阻挡侧面在被基于干涉的阻挡所阻挡的波长范围内延伸，使得干涉滤波器可以替代地提供被阻挡波长范围的侧面的陡峭边缘。