[发明专利]一种大角度宽波段减反射膜及其制作方法

说明书

本发明公开了一种大角度宽波段减反射膜，包括基底，还包括设于基底上的高/低折射率交替膜堆以及设于高/低折射率交替膜堆顶面的纳米结构超低折射率膜层。本发明基于成熟的薄膜沉积技术以及简单快速的水腐蚀法，通过简便的操作控制渐变折射率膜层的厚度以及等效折射率，结合多层膜结构来调整大角度下宽波段的剩余反射率，适于大面积批量化生产，从而使得减反射膜成本大大降低，有望在光学元件、传感器、成像光学系统和太阳能电池等产品中广泛应用，为我国国民经济、社会发展、科学技术和国防建设等领域作出贡献。

技术领域

本发明属于减反射膜加工技术领域，具体是涉及一种大角度宽波段减反射膜及其制作方法。

背景技术

减反射膜是光学系统中必不可少的光学元件，是目前使用率最高的光学薄膜。随着手机、安防、车载、精密测量等应用领域产品的升级，对光学成像系统的要求越来越高，系统中透镜数量的增多，大曲率表面的使用，使得大角度宽波段的减反射膜成为降低系统杂散光、提高成像质量的关键因素之一。在宽带减反膜的设计中，减反光谱范围的带宽和平均残余反射率之间总是存在矛盾，光谱范围的展宽将导致平均残余反射率的增加；与此同时，随着入射角的增大，空气与基板的导纳失配增大，也会导致反射率的增加。根据薄膜光学理论，最外层薄膜的折射率对宽波段多层减反膜的剩余反射率影响最大，但目前自然界中并没有天然的超低折射率材料用以匹配从而实现完美减反效果。为了实现大角度宽波段高效减反，研究人员引入了仿生微纳结构的低折射率膜层来优化减反膜，例如仿昆虫的复眼结构，仿蝴蝶翅膀结构，仿节肢动物的角质层结构，仿孔雀或蜂鸟的羽毛结构等。

与传统的多层膜堆减反膜结构相比，基于纳米结构的减反射膜具有以下优点:1)纳米结构减反膜可以通过控制工艺条件实现薄膜的占空比、周期、厚度等结构特征的有效调控，亦即调节其等效折射率从而获得低于常规材料折射率的超低折射率膜层，完美减反。2)部分纳米结构是具有空间变化的渐变折射率层，对光的入射方向以及减反波段敏感性显著降低，这使其在大角度宽波段减反中具有重要意义。3)微结构表面凹凸不平，该粗糙表面具有疏水特性，更利于薄膜的清洁工作。

近年来，纳米结构低折射率膜层与多层膜堆结构相结合被广泛应用于减反射膜的设计，但设计方法以及薄膜性能大有不同。多层膜结构多采用电子束蒸发和磁控溅射等方式，而纳米低折射率膜层采用反应离子刻蚀、静电自组装以及溶胶-凝胶法等，这些方法大多制备过程复杂，耗时较长，所需设备昂贵。

发明内容

本发明提出一种基于纳米结构和高低折射率交替膜堆的大角度宽波段减反射复合膜层，该减反膜制备简单，适于大幅面、批量化生产，也可用于复杂光学表面及大曲率光学元件等。

本发明提出一种基于纳米结构和高低折射率交替膜堆的大角度宽波段减反射复合膜层，在安防监控镜头、车载镜头、手机镜头、显微镜精密测量仪器等光学系统中有广泛的应用。

一种大角度宽波段减反射膜，包括基底，还包括设于基底上的高/低折射率交替膜堆以及设于高/低折射率交替膜堆顶面的纳米结构超低折射率膜层。

本发明中，所述“底面”是指高/低折射率交替膜堆紧靠基底的一侧，所述“顶面”是指背对底面的一侧，即接受入射光的一侧。

作为优选，所述纳米结构超低折射率膜层提供了一种与低折射率膜层相匹配的等效膜层(作为优选，最底侧纳米结构超低折射率膜层的等效折射率1.2～1.25)。

作为优选，所述纳米结构超低折射率膜层为草状氧化铝纳米结构层。作为优选，所述草状氧化铝纳米结构层为自外侧向内侧(靠近高/低折射率交替膜堆顶面)孔隙率逐渐减小的结构。

作为优选，所述纳米结构超低折射率膜层为去离子水处理氧化铝薄膜得到结构。作为优选，可以采用水浴加热的去离子水处理所述氧化铝薄膜得到所述纳米结构超低折射率膜层结构。作为进一步优选，所述的纳米结构超低折射率膜层为利用去离子水处理氧化铝薄膜得到渐变折射率层。