[发明专利]使用纳米多孔结晶材料的光学薄膜层之结构及方法

说明书

相关申请

本申请要求美国临时申请No.61/582,829的权益，其申请日为2012年1月4日，并被加入此文中作为参考。

技术领域

本发明大体涉及滤光镜。本发明尤其涉及一种具有纳米多孔结晶层的滤光镜。

背景技术

滤光镜被应用在许多领域，包括光学显微技术、光窗、大功率照明系统以及光电子学。滤光镜通过引入高反射性、半反射性及抗反射(anti-reflective)性的光学薄膜层而产生。现存许多方法用于制备滤光镜。

用于制备薄膜滤光镜的最常见的方法包括使用高密度的薄膜层，在薄膜层中每一层包含一具有特定折射率(refractive index)的特定材料。通过使用具有不同折射率值的薄膜层，可实现具有抗反射性和高反射性的光学薄膜层。然而，由于在高密度光学薄膜中折射率选择的限制(受到可用材料及选择的限制)，这些传统薄膜涂层的光学性能是受到限制的。为了补偿这一不足，传统的高密度薄膜滤光镜包含多种不同层及材料从而获得所需的光学性能。可惜的是，多种材料涂覆层及涂覆厚度大使得成本提高，且影响到滤光镜的鲁棒性(robustness)。

制备抗反射滤光镜的另一选择是使用蛾眼(moth-eye)表面结构。其表面特征可接近于一折射率渐进层，在该层中，折射率作为距离基材的距离的函数而减小。虽然对于经蛾眼结构处理的基材来说，可显示宽带抗反射(AR)性，但是其性能及实施受到限制。纳米或微米蛾眼结构的制备包括精确的光刻和蚀刻步骤，其通常是一代价高的过程。此外，由于其厚度及折射率的控制的缺乏，蛾眼结构无法实现理想的渐进折射率。

纳米多孔薄膜滤光镜的使用，相较传统的高密度薄膜滤光镜，可提供较高的光学性能。纳米多孔薄膜材料的精确厚度和折射率的可调性，使得接近理想的光学结构可被实现。通过在基材上制备纳米多孔薄膜，可实现高反射或抗反射涂层。然而，现存多孔薄膜滤光镜缺乏鲁棒性及光学性能不理想限制了其在光学领域的使用及影响。

发明内容

本发明中的至少一实施例公开了一设计及制备方法，用于制造在滤光镜中的鲁棒、纳米多孔结晶层。光学薄膜滤光镜通过鲁棒光学薄膜的创造而实现，鲁棒光学薄膜由在基材、光窗、光源或探测器上的至少一层或多层纳米多孔结晶层而赋予。结晶纳米多孔特征可为在紫外线(UV)、可见光或红外(IR)光谱中透明的。纳米多孔结晶薄膜滤光镜在基材、光窗、光源或探测器上沉积或生长。鲁棒多孔结晶层可被制备从而增强滤光镜的整体鲁棒性及光学性能。在许多应用和领域中，包括光学系统，太阳能系统以及视觉系统中都需要鲁棒和高性能滤光镜。

在一个实施例中，通过高温遮蔽沉积的使用，而揭露出制备方法。在结晶纳米遮蔽期间的高温或高能创造出结晶纳米多孔层。相较传统的高密度滤光镜或其他多孔滤光镜，这些鲁棒纳米多孔结晶层在提供较高的光学性能的同时，赋予了薄膜滤光镜实质的鲁棒性改进，包括磨损改进、粘附改进、渗透改进以及耐温改进。用于生产纳米多孔结晶层所需的生产步骤简单，使得生产成本低。

在另一个实施例中，在一个滤光镜中整合有鲁棒多孔结晶层以及高密度层。高密度层有助于光学性能及机械性能。高密度层相较鲁棒多孔结晶层，具有更高的有效折射率。可加入抗刮硬涂层从而提高传统的环境鲁棒性及机械鲁棒性。高密度及纳米多孔结晶层可形成光学薄膜对，可用于不同的滤光镜设计中。高密度层可沉积或生长在纳米多孔结晶层的顶部，下方或其之间。

在另一个实施例中，在一个滤光镜中整合有鲁棒多孔结晶层以及非结晶层。纳米多孔非结晶层可被使用从而提高材料的范围以及滤光镜中所需的折射率值。纳米多孔非结晶层可沉积或生长在纳米多孔结晶层的顶部，下方或其之间。

根据一实施例，一设备被提供。该设备包括一透光基材(light transmitting substrate)以及一光学涂层(optical coating)。光学涂层沉积在透光基材上。光学涂层包括至少一结晶纳米特征层。至少一结晶纳米特征层通过高温斜角沉积法沉积，并具有相较透光基材的折射率更低的折射率。

根据另一实施例，另一设备被提供。该设备包括一透光基材以及一光学涂层。光学涂层沉积在透光基材顶部。光学涂层包括复数对交替薄膜层。每一对交替薄膜层中的至少一薄膜层是使用高温斜角沉积法沉积的结晶纳米特征层。每一对交替薄膜层具有两个不同折射率的薄膜层。