BR112020002425A2

BR112020002425A2 - filtros de interferência óptica de película delgada ultradelgados

Info

Publication number: BR112020002425A2
Application number: BR112020002425-2A
Authority: BR
Inventors: Esmaeil Banaei
Original assignee: Everix, Inc.
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-07-28
Also published as: EP3665517A1; US11906765B2; JP2025107359A; US20200233131A1; JP2020530134A; JP7679433B2; WO2019032499A1; CA3072295A1; CN111108415A; JP2023178283A; EP3665517A4

Abstract

Filtro de interferência de película delgada tem uma pilha de multicamadas de interferência de película delgada composta de camadas de película delgada individuais dispostas em grupos para formar uma pluralidade de blocos de unidade de repetição. Filtro de interferência de película delgada é flexível bastante para ser dobrável a um raio de curvatura de 250 mm ou ainda menor sem danificar permanentemente o filtro de interferência de película delgada. Filtro de interferência de película delgada pode ter uma segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada composta de camadas de película delgada individuais dispostas em blocos de unidade de repetição podendo ter um espectro de transmissão óptica diferente. Pelo menos uma camada intermediária entre a primeira pilha de multicamadas de interferência de película delgada e a segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada pode bloquear uma faixa de comprimentos de onda de luz infravermelha, visível, ou ultravioleta. Uma camada com defeito de uma espessura óptica diferente do que camadas de película delgada vizinhas que formam os blocos de unidade de repetição, desse modo, criando uma cavidade de ressonância de Fabry Pérot.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FIL- TROS DE INTERFERÊNCIA ÓPTICA DE PELÍCULA DELGADA UL- TRADELGADOS".

CAMPO TÉCNICO

[001] O presente pedido refere-se a filtros de interferência óticos, em particular, filtros de película delgada de multicamadas.

ANTECEDENTES

[002] Filtros de interferência óticos são inerentemente complica- dos e custosos de produzir por causa das estruturas de camada com- plexas requeridas para obter alta densidade óptica (O.D.), enquanto que mantendo um alto grau de seletividade espectral. A capacidade de sintonia fina da forma espectral da luz filtrada é uma das desvantagens dos filtros de interferência.

[003] Tradicionalmente, tais filtros de interferência são produzidos através de deposição de vácuo de camadas ópticas de película delga- da transparente em um substrato de plástico ou vidro. Os substratos, nos quais as camadas de película delgada são depositadas, são tipi- camente na faixa de espessura de 0,5 a 10 mm. Revestimento cama- da-por-camada e corte subsequente do filtro induz tensões na pilha de película delgada que frequentemente causa encurvamento e rachadu- ra no filtro de película delgada, especialmente se o substrato é muito delgado. Este problema é mais significante para filtros com um grande número de camadas de modo a alcançar alto desempenho ótico. Para obtenção de uma alta densidade óptica, um grande número de cama- das é requerido. Faixas espectrais amplas de bloqueio requereriam grandes números de camadas. Bordas de transição afiadas entre alto e baixo nível de transmissão frequentemente requerem estruturas de camada complexas com um grande número de camadas com vários índices de refração. Similarmente, a supressão de bandas de reflexão lateral de modo a criar curvas de transmissão planas frequentemente requer estruturas de camada complexas e grandes números de cama- das com vários índices de refração.

[004] As películas de filtro à base de plástico delgadas foram pre- viamente produzidas principalmente através de três abordagens:

[005] 1. Co-extrusão: Nesta abordagem, dois ou mais materiais tipicamente escoam através de um bloco de alimentação e formam uma pilha de pouca camada de material. Este fluxo de pouca camada de material é, em seguida, forçado através de uma série de multiplica- dores de camada onde a pilha em camadas original é dividida em uma direção em vários modos, e recombinada em uma direção perpendicu- lar de modo a dobrar o número de camadas, enquanto que mudando a largura ou altura da pilha. O fluxo de multicamada final é, em seguida, forçado através de um molde para espalhar a pilha de multicamadas em uma película de multicamada. Esta abordagem tem certas limita- ções. A) as películas de multicamada são limitadas para repetir perio- dicamente blocos de unidade de camadas. Em outras palavras, a mesma pilha de pouca camada que sai do bloco de alimentação é mul- tiplicada periodicamente. No mínimo, os multiplicadores podem ter proporções de divisão e de recombinação variantes tal que as propor- ções de espessura mudam de um multiplicador para o próximo. A cus- tomização de camadas individuais não é viável. B) Esta abordagem somente opera para filtros todo de plástico que podem ser processa- dos em equipamento de co-extrusão. Por exemplo, camadas de vidro não podem ser introduzidas.

[006] 2. Revestimento em substratos flexíveis: O processo de re- vestimento de trama é amplamente usado na indústria de película de janela, onde rolos de películas plásticas são alimentados em câmaras de vácuo para depositar camadas de película delgada. Existem fre- quentemente múltiplas fontes de deposição em uma série, tal que ca- da fonte de deposição deposita uma camada em um tempo. Este mé-

todo é frequentemente usado para estruturas de camada simples para somente umas poucas camadas de camadas anti-refletivas, de prote- ção de arranhão, ou de rejeição de calor com um máximo de 20 ca- madas de revestimento. Dada a brutalidade dos materiais de fonte de revestimento para camadas de película delgada, grandes números de camada causarão rachadura da pilha de película delgada à medida que o substrato flexível se encurva. Por esta razão, filtros de película delgada complexos não podem ser formados nos substratos flexíveis com esta abordagem. Uma abordagem similar inclui chapas de mon- tagem de substratos flexíveis em um tambor ou uma fixação dentro de uma câmara de vácuo fechada. Esta abordagem produz quantidades muito menores de produtos, mas permite filtros um tanto mais comple- xos com mais número de camadas construída. Apesar da natureza frágil das camadas e capacidades de encurvamento limitadas, estes produtos têm aplicações limitadas. Estas duas abordagens para cres- cimento de filtros de multicamada nos substratos flexíveis são também usadas para criação de partículas de tamanho pequeno de filtros de multicamada por rachadura intencionalmente das camadas de filtro de multicamada uma vez que elas são crescidas em um substrato flexível. O substrato flexível torna mais fácil criar partículas de tais filtros.

[007] 3. Nano-laminação: Nesta abordagem, camadas de nano- escala de materiais com vários índices de refração são laminadas dire- tamente em um substrato flexível em uma maneira rolo-a-rolo. O pro- blema maior deste método e os produtos resultantes é a falta de uni- formidade e controlabilidade de sub-camadas individuais em escala de sub-mícron. Portanto, os produtos de filtro resultantes não têm um bom desempenho como filtros altamente seletivos.

[008] A Publicação de Patente US 2014/0242329 A1 descreve um método de produção de filtros óticos de película delgada usando extração térmica de blocos de pré-forma estruturados. Este método permite a produção de filtros de interferência óticos de película delga- da na forma de películas ultra-delgadas flexíveis toda de plástico e chapas. Este método soluciona dois problemas maiores dos filtros de película delgada revestidos por vácuo tradicional por provisão de esca- labilidade significantemente mais alta, e provisão de filtros de película delgada que podem encurvar e conformar a superfícies curvadas, en- quanto que demonstrando alto desempenho. A descrição da US 2014/0242329 A1 é aqui incorporada por referência em sua totalidade com relação ao método de extração térmica de filtros de película del- gada.

SUMÁRIO

[009] A presente invenção introduz um filtro de interferência de película delgada tendo uma primeira pilha de multicamadas de interfe- rência de película delgada composta de camadas de película delgada individuais dispostas em grupos para formar uma pluralidade de pri- meiros blocos de unidade de repetição, em que o filtro de interferência de película delgada é flexível bastante para ser dobrável a um raio de curvatura de 250 mm ou ainda menor, sem permanentemente danifi- car, deformar ou rachar o filtro de interferência de película delgada como um todo, ou as camadas de película delgada na pelo menos uma pilha de multicamadas.

[0010] Uma segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada composta de camadas de película delgada individuais dispostas em grupos para formar uma pluralidade de segundos blocos de unidade de repetição pode ter um espectro de transmissão óptica diferente do que a primeira pilha de multicamadas de interferência de película delgada.

[0011] Pelo menos uma camada intermediária entre a primeira pi- lha de multicamadas de interferência de película delgada e a segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada tendo uma espessura, que é 10 – 1000 vezes mais espessa do que aquela de ca- da camada de película delgada individual na primeira pilha de multi- camadas de interferência de película delgada. A camada intermediária pode ser uma camada de absorção para bloquear uma faixa de com- primentos de onda de luz infravermelha, visível, ou ultravioleta para absorção efetiva de comprimentos de onda seletivos.

[0012] Camadas de jaqueta, entre as quais a pilha de multicama- das de interferência de película delgada ou pilhas são dispostas, po- dem ser providas para proteção física da pilha de multicamadas de interferência de película delgada, ou pilhas.

[0013] Ainda, 1 a 15 camadas de camadas de película delgada de antirreflexo em uma superfície externa de pelo menos uma da primeira camada de jaqueta ou da segunda camada de jaqueta aperfeiçoam as propriedades ópticas do filtro. As camadas de película delgada de an- tirreflexo podem ser à base de polimérico ou vidro, e podem ser pro- duzidas por coextração com a primeira camada de jaqueta e a primeira pilha de multicamadas de interferência de película delgada em um processo de extração térmica. Alternativamente, pelo menos algumas das camadas de película delgada de antirreflexo podem ser produzi- das por revestimento da primeira camada de jaqueta após o processo de extração térmica.

[0014] Para proteção efetiva, a primeira camada de jaqueta e a segunda camada de jaqueta têm uma espessura de 10 – 1000 vezes mais espessa do que cada camada de película delgada individual na primeira pilha de multicamadas de interferência de película delgada. Pelo menos uma da primeira camada de jaqueta ou da segunda ca- mada de jaqueta pode ter uma função dupla por também sendo uma camada de absorção que bloqueia uma faixa de comprimentos de on- da de luz infravermelha, visível, ou ultravioleta.

[0015] Cada camada de película delgada individual na primeira pilha de multicamadas tem uma espessura na faixa de 5 nm a 5.000 nm, e o filtro de interferência de película delgada pode ter uma espes- sura total dentro da faixa de 0,01 mm a 1 mm.

[0016] O filtro de interferência de película delgada tem um espec- tro de transmissão que varia entre uma baixa transmissão de no má- ximo 20% de luz incidente de um primeiro comprimento de onda, e uma alta transmissão de pelo menos 80% de luz incidente de um se- gundo comprimento de onda. Pelo menos uma borda de transição en- tre a baixa transmissão e a alta transmissão tem uma largura de no máximo 5% de um terceiro comprimento de onda entre o primeiro e o segundo comprimento de onda, em que o filtro de interferência de pe- lícula delgada transmite 50% de luz incidente.

[0017] Detalhes adicionais e benefícios do presente pedido tornar- se-ão aparentes a partir da seguinte descrição dos desenhos acompa- nhantes. Os desenhos são aqui providos somente para proposta ilus- trativa e não são previstos para limitar o escopo da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] A Fig. 1 mostra um corte transversal de um filtro de interfe- rência ótico de película delgada multicamada com duas camadas de jaqueta;

[0019] A Fig. 2 mostra um detalhe parcial da Fig. 1;

[0020] A Fig 3 mostra um detalhe parcial de uma pilha de multica- madas de película delgada composta de blocos de unidade de repeti- ção;

[0021] A Fig. 4 mostra um corte transversal de um filtro de interfe- rência ótico de película delgada multicamada com duas camadas de jaqueta e uma camada intermediária disposta entre duas pilhas de multicamada;

[0022] A Fig. 5 mostra um corte transversal de um filtro de interfe- rência ótico de película delgada multicamada com duas camadas de jaqueta e camadas antirefletivas em uma das camadas de jaqueta;

[0023] A Fig. 6 mostra um espectro de transmissão com uma bor- da de transição de baixa transmissão a alta transmissão;

[0024] A Fig. 7 mostra um espectro de transmissão com quatro bordas de transição que formam duas bandas de bloqueio;

[0025] A Fig. 8 mostra um bloco de unidade de cinco materiais di- ferentes em cinco camadas;

[0026] A Fig. 9 mostra vários traçados de espessuras de bloco de unidade, onde os blocos de unidade são estruturados iguais, mas es- pessuras de bloco de unidade diferem entre si por fatores de escala;

[0027] A Fig. 10 mostra um espectro de transmissão modelado de um filtro que inclui dois conjuntos de pilhas de camada de quarto de onda para comprimentos de onda diferentes sem uma camada inter- mediária (ou com uma camada intermediária transparente) entre as mesmas;

[0028] A Fig. 11 mostra um espectro de transmissão modelado de um filtro que constitui um filtro passa-banda;

[0029] A Fig. 12 mostra um espectro de transmissão modelado de um filtro com uma camada com defeito incorporada; e

[0030] A Fig. 13 mostra um espectro de transmissão modelado de um filtro com várias camadas de defeito incorporadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0031] Através de toda a seguinte descrição, a palavra "ou" é usa- da como um termo inclusivo, referenciando uma ou a outra, ou ambas opções, a menos que de outro modo especificado. Consequentemen- te, características individuais descritas, tais como camadas de absor- ção, defeitos, blocos de unidade, camadas de jaqueta variando índices de refração, espessuras da camada variadas, etc., podem ser combi- nadas dentro de uma única multicamada de filtro de interferência ótico de película delgada. Algumas das camadas podem ser co-extraídas através de uma fornalha, outras camadas podem ser aplicadas por re- vestimento no interior do mesmo filtro.

[0032] A presente invenção introduz vários tipos de filtro e estrutu- ras de camada com características e especificações físicas relaciona- das a sua flexibilidade e desempenho ótico:

[0033] Em um primeiro exemplo mostrado na Fig. 1, um filtro de interferência ótico de película delgada multicamada 10 inclui duas ca- madas de jaqueta 12 e, intercalada entre as camadas de jaqueta 12, uma pilha de multicamada 16 composta de dúzias de camadas de pe- lícula delgada 18 que são mostradas em uma vista em detalhe parcial na Fig. 2. As camadas de jaqueta podem ser transparentes sobre a faixa total de comprimentos de onda de luz infravermelha (IR), visível, e ultravioleta (UV), ou pelo menos através de todos os comprimentos de ondas transmitidos pela pilha de multicamada 16 de modo que as camadas de jaqueta 12 não afetam substancialmente as propriedades ópticas do filtro de película delgada. Substancialmente conforme usa- do no presente pedido significa dentro de uma faixa de 10%. Alterna- tivamente, uma ou ambas das camadas de jaqueta 12 podem constitu- ir camadas de absorção que bloqueiam uma ou mais faixas de com- primentos de onda que, de outro modo, seriam transmitidas pela pilha de multicamada 16. Neste pedido, a menos que indicado de outro mo- do, o termo bloqueio envolve uma transmissão de menos do que 50% da energia de luz incidente, enquanto que absorvendo mais do que 50% da energia de luz incidente. Cada camada de jaqueta 12, respec- tivamente, tem uma espessura na faixa de 10 – 1000 vezes mais es- pessa do que cada camada de película delgada individual 18 na pilha de multicamadas 16.

[0034] Em uma concretização geral, o filtro de interferência de pe- lícula delgada 10 inclui uma combinação de multi camadas de interfe- rência de camada delgada 18 e camadas intermediárias de absorção ou transparente 20 que são 10 – 1000 vezes mais espessas do que as camadas de película delgada individuais na pilha de multicamadas 16, e esta combinação é circundada de ambos os lados com camadas 12 de materiais de jaqueta cada na faixa 10 – 1000 vezes mais espes- sa do que cada camada de película delgada individual na pilha de mul- ticamadas 16. A película de interferência de multicamada da Fig. 4, por exemplo, inclui duas pilhas de multicamada 16 suportadas por duas camadas de jaqueta. Entre as duas pilhas de multicamada 16, uma camada adicional 20 é disposta que é mais espessa do que a espes- sura de cada camada de película delgada individual 18 das pilhas de multicamada 16. Esta camada mais espessa 20 pode ser uma camada de absorção, ou uma camada transparente.

[0035] As camadas 18 nas pilhas de multicamada 16 são na faixa de espessura de 5 nm a 5.000 nm, dependendo dos comprimentos de onda alvos para filtragem, o índice de refração do material e desem- penho ótico do filtro que depende das estruturas de camada e distri- buições de espessura entre camadas para encontrar as condições pa- ra interferência destrutiva ou interferência construtiva. A espessura to- tal da película de filtro 10 incluindo as camadas de jaqueta protetoras 12 em ambos os lados e, onde presente, quaisquer camadas interme- diárias 20, está na faixa 0,05 mm a 1 mm.

[0036] A película de filtro 10 é flexível tal que ela pode ser encur- vada a um raio de curvatura na faixa 3 mm a 250 mm, dependendo da espessura do filtro e materiais constituintes, sem danificar permanen- temente, deformando ou fissurando o filtro 10 como um todo, ou suas camadas de película delgada 18 na pilha de multicamadas 16.

[0037] A estrutura de filtro pode também incluir até 15 camadas de películas delgadas anti-refletivas 22 no lado externo de quaisquer ca- madas de jaqueta 12 responsáveis pela redução da refletividade con- forme indicado na Fig. 5. Uma pilha de multicamada 16 é intercalada entre duas camadas de jaqueta 12. No lado externo de uma camada de jaqueta 12, várias camadas antirefletivas 22 estão presentes para intensificar a transmissão de luz. Estas camadas anti-refletivas 22 po- dem ser à base de polimérico ou vidro, produzidas com o processo de extração térmica, ou revestidas na película de filtros após submonta- gens de filtro incluindo todas as outras camadas 18, e, opcionalmente, 12 ou 22 são produzidas. Desempenho ótico geral dos dispositivos de filtro

[0038] Os filtros óticos 10 aqui descritos bloqueiam partes da faixa de comprimento de onda espectral entre 300 nm e 25 mícrons para aplicações ópticas de UV através do espectro de luz visível ao IR. Através de toda a descrição, os termos "aproximadamente" e "cerca de" descrevem um desvio de até ± 15%, de preferência, ±5%.

[0039] Os filtros 10 têm um espectro de transmissão com pelo me- nos uma borda de transição entre baixa e alta transmissão. Para as propostas se este exemplo específico, alta transmissão é definida co- mo transmissão maior do que 80% da luz incidente. Baixa transmissão é definida como transmissão de no máximo 20% da luz incidente. Um exemplo de uma borda de transição é mostrado na Fig. 6. A Fig. 6 mostra um espectro de transmissão com uma borda de transição 24 de baixa transmissão a alta transmissão com aumento do comprimen- to de onda λ. A inclinação de borda de pelo menos uma tal borda de transição 24 entre baixa e alta transmissão está na faixa 0,02% - 5%. Isto significa que a diferença Δλ entre o comprimento de onda λ80, em que a transmissão alcança 80% mais próxima à alta faixa de transmis- são e o comprimento de onda λ20 em que a transmissão alcança 20% mais próxima à baixa faixa de transmissão está na faixa 0,02% - 5% do comprimento de onda λ50 em que a transmissão se iguala a 50% na borda ascendente entre os dois pontos. A diferença de comprimen- to de onda Δλ para a borda de transição é, por exemplo, menos do que 0,05% dos 50% de comprimento de onda de transmissão λ50 on- de uma própria banda de transmissão somente tem uma largura Δλ de 0,1 nm (por exemplo, conforme representado nas Figs. 12 e 13), en- quanto que a borda de transição pode se extender sobre vários por cento dos 50% do comprimento de onda de transmissão λ50 para bandas mais largas (como, por exemplo, mostrado nas Figs. 7, 10, e 11).

[0040] A borda transicional pode ser definida entre níveis de transmissão diferentes do que mostrados neste exemplo, por exemplo, entre 20% e 50% de transmissão, onde a transmissão em uma passa banda, por exemplo, não alcança um nível de transmissão mais alto. Neste caso, o comprimento de onda de referência λ50 é o comprimen- to de onda em que a transmissão se iguala a 50% do nível de trans- missão mais alto da borda transicional.

[0041] Enquanto que o nível de transmissão pode flutuar, até 94% de transmissão pode ser alcançado para comprimentos de onda de alta transmissão sem camadas anti-refletivas nas superfícies do filtro, com ar ambiente tendo um índice de refração de aproximadamente 1. Com camadas anti-refletivas adicionais, a transmissão para compri- mentos de onda de alta transmissão pode alcançar até 99% sob as mesmas condições ambientes.

[0042] O espetro de filtro pode ter até 20 bordas de transição de alta a baixa e de baixa a alta transmissão para proporcionar múltiplas faixas de transmissão e de bloqueio entre bordas de transição adja- centes. As Figs. 7 e 12, por exemplo, mostram um total de quatro bor- das de transição 24 com duas bandas de bloqueio, e a Fig. 13 mostra um total de oito bordas de transição com quatro bandas de bloqueio, metade das quais são bordas de transmissão baixa para alta, e a outra metade das quais são bordas de transmissão alta para baixa, respecti- vamente. A largura total de uma banda na metade máxima λ50

(FWHM) de cada banda de transmissão ou banda de bloqueio pode ser na faixa 0,1% a 75% do comprimento de onda de centro da mesma banda. O limite inferior de 0,1% corresponde a filtros de entalhe ou de passa banda muito estreitos, conforme será descrito abaixo para cavi- dades de ressonância de Fabry Pérot com espectro mostrado nas Figs. 12 e 13, enquanto que o nível superior corresponde a filtros am- plos de entalhe ou de passa banda. Detalhes adicionais sobre estrutu- ras de camada que proporcionam tais curvas de transmissão estão abaixo.

[0043] A transmissão em faixas de baixa transmissão pode alcan- çar no mínimo 0,1%, 0,01%, 0,001%, 0,0001%, ou mesmo 0,00001% pelo uso de um número suficiente de camadas de interferência 18, ou pela adição de uma camada de absorção 20, ou 12 bloqueio de uma faixa de comprimentos de onda. Várias estruturas de camada dos dispositivos de filtro

[0044] Conforme esquematicamente indicado na Fig. 3, a pilha de multicamadas de película delgada 16 na película de filtro pode ser composta de blocos de unidade 14 que repetem tempos múltiplos na pilha 16. Cada bloco de unidade pode ser produzido de até 12 subca- madas de até 5 materiais diferentes. Subcamadas internas de cada bloco de unidade de repetição podem estar na faixa de espessura 1% a 75% da espessura física total do bloco de unidade de repetição 14. A Fig. 3 mostra blocos de unidade 14 com três camadas 18 de espessu- ra idêntica δ1 e materiais diferentes com índices de refração diferen- tes, resultando em comprimentos de trajetória óptica iguais ou diferen- tes ou espessuras ópticas. Alternativamente, a Fig. 8 mostra um bloco de unidade de cinco materiais diferentes em cinco camadas que tam- bém diferem em suas espessuras δ1, δ2, δ3, δ4, e δ5.

[0045] Espessuras ópticas das subcamadas internas podem variar até 90% mais baixas ou mais altas do que a espessura óptica média de todas as camadas 18 no bloco de unidade 14 devido a ou índice de refração ou diferenças de espessura entre subcamadas. A espessura óptica é definida como o produto de espessura física, tal como δ1, δ2, δ3, δ4, e δ5, e índice de refração ótico do material que pode variar com o comprimento de onda.

[0046] Por exemplo, a espessura óptica de blocos de unidade indi- viduais 14 pode ser variada em tais pequenos incrementos tais como espessuras ópticas ou índice de refração como uma função de espes- sura (posição) através da pilha de multicamadas pode ser aproximado para seguir uma curva sinusoidal ou geralmente periódica. Isto cria uma estrutura quase-rugada sem ter que proporcionar um índice de refração que muda continuamente de uma estrutura rugada através de toda a espessura da pilha de multicamada 16. Na forma mais simples, somente três índices de refração diferentes podem formar uma função de índice de refração periódica que é similar a uma função de dente de serra como uma aproximação discreta a uma função sinusoidal.

[0047] Uma película de filtro 10 pode ter um mínimo de 5 blocos de unidade de repetição 14, ou um máximo de 1000 blocos de unidade 14, nem todos dos quais necessitam serem idênticos. Os blocos de unidade 14 podem ser dispostos em vários modos na pilha de multi- camadas 16 do filtro de película delgada 10. Em uma concretização, em um caso simples, eles podem todos terem as mesmas espessuras totais. Em outras concretizações ilustradas nos traçados 101 a 106 na Fig. 9, os blocos de unidade 14 em uma pilha de filtro 16 podem ser idênticos em material e ordem de camadas 18, exceto para um fator de escala em suas espessuras totais. Esta variação pode ser em um modo linear conforme mostrado no traçado 101, ou em um modo não- linear conforme mostrado nos traçados 102 e 103, aumento de uma extremidade de uma pilha de multicamadas 16 para a outra extremi- dade. Em outra concretização, o fator de escala pode diminuir de um valor mais alto em uma extremidade da pilha 16 para um valor mais baixo, e aumenta de volta para um valor mais alto conforme esquema- ticamente indicado no traçado 104, ou vice-versa, conforme esquema- ticamente indicado no traçado 105. Podem existir ciclos múltiplos de flutuações lineares ou não-lineares no fator de escala das espessuras do bloco de unidade através da pilha de multicamadas 16 conforme esquematicamente indicado no traçado 106.

[0048] Outra concretização pode incluir uma combinação de pelo menos duas configurações de bloco de unidade de traçados 101-106 (ou outros traçados). As espessuras dos blocos de unidade 14 con- forme representadas na Fig. 9 não são uma lista exaustiva de varia- ções de espessura, e o número de blocos de unidade esquematica- mente representados é mantido baixo para simplicidade. Filtros de pe- lícula delgada típicos 10 terão dezenas a centenas de blocos de uni- dade 14.

[0049] Por exemplo, a Fig. 10 representa o espectro de transmis- são de um filtro que inclui dois conjuntos de pilhas de camada de quar- to de onda 16, cada para um comprimento de onda diferente. No exemplo representativo, cada pilha de camada de quarto de onda 16 tem 126 bicamadas, onde cada bicamada é um bloco de unidade de duas camadas, ou várias bicamadas podem formar um bloco de uni- dade único, correspondendo a 252 camadas por pilha de multicama- das 16 compostas de Poli Metil Metacrilato (PMMA), e um segundo polímero termoplástico cujo índice de refração é diferente daquele do PMMA. As camadas 18 em uma pilha 16 têm uma espessura de apro- ximadamente 81 nm cada, e as camadas 18 na segunda pilha 16 têm uma espessura de aproximadamente 108 nm cada. Este arranjo pro- porciona uma curva de transmissão com dois entalhes.

[0050] O filtro 10 usado para o espectro de transmissão na Fig. 10 tem uma camada intermediária 22 de 0,025 mm de espessura de

PMMA entre as duas pilhas 16, e uma camada de 0,025 mm de es- pessura de PMMA em qualquer lado do dispositivo como camadas de jaqueta protetoras 12. A espessura total deste filtro corta-faixa duplo 10 é aproximadamente 0,122 mm. A curva de transmissão deste dis- positivo proporciona um bloqueio em excesso de 99,9% de duas faixas de comprimento de onda ao redor de 488 nm e 647 nm sobre uma lar- gura de banda de bloqueio de cerca de 30 nm a 40nm e uma inclina- ção de transição menor do que 3%, conforme definida acima.

[0051] Se o número de bicamadas em cada pilha 16 é reduzido para 36, o filtro resultante ainda seria capaz de bloquear até 99% das mesmas faixas de comprimento de onda. Por coextração, as camadas de filtro, contudo, podem ser uma multiplicidade de bicamadas produ- zidas sem requerer processos de revestimento custosos.

[0052] A Fig. 11 descreve um exemplo adicional de um filtro que constitui um filtro passa-banda. O exemplo mostrado é um espectro de transmissão de um filtro com um total de 580 bicamadas dos mesmos materiais poliméricos conforme mencionado no exemplo acima, com espessuras da camada individual variando na faixa entre 138 nm e 243 nm, e 0,025 mm de espessura fora das camadas de jaqueta prote- toras. Este filtro tem uma espessura total de aproximadamente 0,27 mm.

[0053] Bandas seletivas de alta e baixa transmissão incluindo as bandas reveladas nos exemplos descritos acima, podem ser criadas por empilhamento de muitas chapas mais espessas do que as cama- das finais 18 e opcionalmente 12 e 22, mas das mesmas proporções de espessura relativas como as camadas finais, em uma pré-forma que é subsequentemente extraída através de uma fornalha, possivel- mente repetidamente, a ser estirada na direção longitudinal até que as espessuras da camada são reduzidas a medida que elas tenham al- cançado as dimensões desejadas, enquanto que mantendo suas pro-

porções de espessura.

[0054] Em um exemplo adicional, a periodicidade dos blocos de unidade 14 com as variações de fator de escala conforme mencionado acima pode ser interrompida com pelo menos uma camada com defei- to produzida de pelo menos um dos materiais constituintes, ou um ma- terial diferente, de tal modo que a espessura da pelo menos uma ca- mada com defeito não segue o padrão periódico dos blocos de unida- de 14 do restante da pilha de multicamadas 16. Este arranjo cria uma cavidade de ressonância de Fabry Pérot que produz uma banda muito estreita de alta transmissão.

[0055] A Fig. 12 mostra um exemplo representativo de um espec- tro de transmissão de um filtro 10 com um total de 1800 camadas compostas de blocos de unidade 14 com espessuras de camada mé- dias em cada bloco de unidade 14 variando na faixa de 64 nm a 114 nm. Uma camada com defeito 22 que é de 178 nm de espessura inter- rompe a periodicidade das espessuras da camada proporciona uma curva de transmissão óptica representando um filtro de passa-banda estreito. O filtro usado do exemplo da Fig. 12 tem camadas de jaqueta protetoras de 0,025 mm de espessura em qualquer lado do filtro com uma espessura de filtro total de aproximadamente 0,21 mm.

[0056] A Fig. 13 mostra o espectro de transmissão de um filtro com três camadas de defeito 22 de espessuras diferentes que inter- rompem a periodicidade da camada três vezes. O filtro usado para a Fig. 13 tem camadas de jaqueta protetoras similares 12 de 0,025 mm de espessura em ambos os lados do filtro com uma espessura de filtro total de aproximadamente 0,211 mm.

[0057] Como uma alternativa ao PMMA, Policarbonato pode ser usado como polímero matriz maior em conjunto com outros polímeros termoplásticos com índices de refração diferentes do que aquele do Policarbonato. Materiais vítreos de calcogeneto contendo várias pro-

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Filtro de interferência de película delgada, caracterizado pelo fato de compreender: uma primeira pilha de multicamadas de interferência de pe- lícula delgada composta de camadas de película delgada individuais dispostas em grupos para formar uma pluralidade de primeiros blocos de unidade de repetição, em que o filtro de interferência de película delgada é flexível bastante para ser dobrável a um raio de curvatura de 250 mm ou ainda menor sem danificar permanentemente, deformando ou rachando o filtro de interferência de película delgada como um todo, ou as cama- das de película delgada na pelo menos uma pilha de multicamadas.

2. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: uma segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada composta de camadas de película delgada individuais dispostas em grupos para formar uma pluralidade de segundos blocos de unidade de repetição, em que a segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada tem um espectro de transmissão óp- tica diferente do que a primeira pilha de multicamadas de interferência de película delgada.

3. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos uma camada intermediária entre a primeira pi- lha de multicamadas de interferência de película delgada e a segunda pilha de multicamadas de interferência de película delgada, em que a pelo menos uma camada intermediária tem uma espessura, que é 10 – 1000 vezes mais espessa do que aquela de ca- da camada de película delgada individual na primeira pilha de multi- camadas de interferência de película delgada.

4. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da pelo menos uma camada intermediária é uma camada intermediária de absorção que bloqueia uma faixa de comprimentos de onda de luz infravermelha, visível, ou ultravioleta.

5. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: uma primeira camada de jaqueta e uma segunda camada de jaqueta, entre as quais a primeira pilha de multicamadas de interfe- rência de película delgada é disposta.

6. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de ainda compreender: 1 a 15 camadas de camadas de película delgada de antirre- flexo em uma superfície externa das pelo menos uma das primeira ou segunda camadas de jaqueta.

7. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as 1 a 15 camadas de camadas de película delgada de antirreflexo são à base de polimé- rico ou vidro.

8. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as 1 a 15 camadas de camadas de película delgada de antirreflexo produzidas por coex- tração com a primeira camada de jaqueta e a primeira pilha de multi- camadas de interferência de película delgada em um processo de ex- tração térmica.

9. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as 1 a 15 camadas de camadas de película delgada de antirreflexo produzidas por reves- timento da primeira camada de jaqueta após um processo de extração térmica.

10. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que cada da primeira camada de jaqueta e da segunda camada de jaqueta tem uma espes- sura de 10 – 1000 vezes mais espessa do que cada camada de pelí- cula delgada individual na primeira pilha de multicamadas de interfe- rência de película delgada.

11. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma da primeira camada de jaqueta ou da segunda camada de jaqueta é uma camada de absorção que bloqueia uma faixa de comprimentos de onda de luz infravermelha, visível, ou ultravioleta.

12. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada camada de película delgada individual nas primeiras pilhas de multicamada tem uma espessura na faixa de 5 nm a 5.000 nm.

13. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que possui uma es- pessura total dentro da faixa 0,01 mm a 1 mm.

14. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que possui um es- pectro de transmissão variando entre uma baixa transmissão de no máximo 20% de luz incidente de um primeiro comprimento de onda, e uma alta transmissão de pelo menos 80% de luz incidente de um se- gundo comprimento de onda.

15. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o espectro de transmissão tem pelo menos uma borda de transição entre a baixa transmissão e a alta transmissão, em que a borda de transição tem uma largura de no máximo 5% de um terceiro comprimento de onda entre o primeiro e o segundo comprimento de onda, em que o filtro de interferência de película delgada transmite 50% de luz incidente.

16. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro de interfe- rência de película delgada tem um espectro de transmissão com pelo menos uma borda de transição entre uma alta transmissão de pelo menos 50% de luz incidente de um primeiro comprimento de onda, e uma baixa transmissão de no máximo 20% de luz incidente de um se- gundo comprimento de onda, em que a borda de transição tem uma largura de no máximo 5% do primeiro comprimento de onda, na qual o filtro de interferência de película delgada transmite 50% de uma transmissão máxima adjacente à borda de transição.

17. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender: pelo menos uma camada com defeito de uma espessura óptica diferente do que camadas de película delgada individuais vizi- nhas imediatas que formam os blocos de unidade de repetição.

18. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas das camadas de película delgada individuais dentro de cada dos pri- meiros blocos de unidade de repetição diferem em pelo menos uma de uma espessura e um índice de refração para um comprimento de onda específico.

19. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas das camadas de película delgada individuais diferem em espes- sura óptica para o comprimento de onda específico definido como um produto da espessura multiplicado pelo índice de refração.

20. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que as camadas de película delgada individuais subsequentes variam em espessura óptica ou índice de refração entre si por pequenas etapas de incremento para formar um filtro quase rugado com índices de refração das subsequen- tes camadas de película delgada seguindo uma forma sinusoidal dis- creta.

21. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as camadas de película delgada individuais de pelo menos dois dos blocos de unidade de repetição são dispostas em ordens idênticas de índices de refração.

22. Filtro de interferência de película delgada, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que as camadas de película delgada individuais de pelo menos dois dos blocos de unidade são dispostas em ordens idênticas de espessuras, em que cada das camadas de película delgada individuais de um bloco de unidade tem uma espessura diferente de uma respectiva camada de película del- gada individual de outro bloco de unidade por um fator de escala cons- tante tal que um bloco de unidade difere do outro bloco de unidade pe- lo fator de escala constante.