使用納米多孔結(jié)晶材料的光學(xué)薄膜層之結(jié)構(gòu)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開應(yīng)用于具有魯棒納米多孔結(jié)晶層的技術(shù)。根據(jù)至少一個實施例，濾光鏡包括透光基材、以及光學(xué)涂層。光學(xué)涂層沉積在透光基材上。光學(xué)涂層包括至少一結(jié)晶納米特征層。該至少一結(jié)晶納米特征層通過高溫斜角沉積法沉積，其具有相較透光基材的折射率更低的折射率。
【專利說明】使用納米多孔結(jié)晶材料的光學(xué)薄膜層之結(jié)構(gòu)及方法 相關(guān)申請
[0001] 本申請要求美國臨時申請No. 61/582,829的權(quán)益，其申請日為2012年1月4日， 并被加入此文中作為參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明大體涉及濾光鏡。本發(fā)明尤其涉及一種具有納米多孔結(jié)晶層的濾光鏡。

【背景技術(shù)】
[0003] 濾光鏡被應(yīng)用在許多領(lǐng)域，包括光學(xué)顯微技術(shù)、光窗、大功率照明系統(tǒng)以及光電子 學(xué)。濾光鏡通過引入高反射性、半反射性及抗反射（anti-reflective)性的光學(xué)薄膜層而 產(chǎn)生?，F(xiàn)存許多方法用于制備濾光鏡。
[0004] 用于制備薄膜濾光鏡的最常見的方法包括使用高密度的薄膜層，在薄膜層中每一 層包含一具有特定折射率（refractive index)的特定材料。通過使用具有不同折射率值 的薄膜層，可實現(xiàn)具有抗反射性和高反射性的光學(xué)薄膜層。然而，由于在高密度光學(xué)薄膜中 折射率選擇的限制（受到可用材料及選擇的限制），這些傳統(tǒng)薄膜涂層的光學(xué)性能是受到 限制的。為了補償這一不足，傳統(tǒng)的高密度薄膜濾光鏡包含多種不同層及材料從而獲得所 需的光學(xué)性能。可惜的是，多種材料涂覆層及涂覆厚度大使得成本提高，且影響到濾光鏡的 魯棒性（robustness)。
[0005] 制備抗反射濾光鏡的另一選擇是使用蛾眼（moth-eye)表面結(jié)構(gòu)。其表面特征可 接近于一折射率漸進層，在該層中，折射率作為距離基材的距離的函數(shù)而減小。雖然對于經(jīng) 蛾眼結(jié)構(gòu)處理的基材來說，可顯示寬帶抗反射（AR)性，但是其性能及實施受到限制。納米 或微米蛾眼結(jié)構(gòu)的制備包括精確的光刻和蝕刻步驟，其通常是一代價高的過程。此外，由于 其厚度及折射率的控制的缺乏，蛾眼結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)理想的漸進折射率。
[0006] 納米多孔薄膜濾光鏡的使用，相較傳統(tǒng)的高密度薄膜濾光鏡，可提供較高的光學(xué) 性能。納米多孔薄膜材料的精確厚度和折射率的可調(diào)性，使得接近理想的光學(xué)結(jié)構(gòu)可被實 現(xiàn)。通過在基材上制備納米多孔薄膜，可實現(xiàn)高反射或抗反射涂層。然而，現(xiàn)存多孔薄膜濾 光鏡缺乏魯棒性及光學(xué)性能不理想限制了其在光學(xué)領(lǐng)域的使用及影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明中的至少一實施例公開了一設(shè)計及制備方法，用于制造在濾光鏡中的魯 棒、納米多孔結(jié)晶層。光學(xué)薄膜濾光鏡通過魯棒光學(xué)薄膜的創(chuàng)造而實現(xiàn)，魯棒光學(xué)薄膜由在 基材、光窗、光源或探測器上的至少一層或多層納米多孔結(jié)晶層而賦予。結(jié)晶納米多孔特征 可為在紫外線（UV)、可見光或紅外（IR)光譜中透明的。納米多孔結(jié)晶薄膜濾光鏡在基材、 光窗、光源或探測器上沉積或生長。魯棒多孔結(jié)晶層可被制備從而增強濾光鏡的整體魯棒 性及光學(xué)性能。在許多應(yīng)用和領(lǐng)域中，包括光學(xué)系統(tǒng)，太陽能系統(tǒng)以及視覺系統(tǒng)中都需要魯 棒和高性能濾光鏡。
[0008] 在一個實施例中，通過高溫遮蔽沉積的使用，而揭露出制備方法。在結(jié)晶納米遮蔽 期間的高溫或高能創(chuàng)造出結(jié)晶納米多孔層。相較傳統(tǒng)的高密度濾光鏡或其他多孔濾光鏡， 這些魯棒納米多孔結(jié)晶層在提供較高的光學(xué)性能的同時，賦予了薄膜濾光鏡實質(zhì)的魯棒性 改進，包括磨損改進、粘附改進、滲透改進以及耐溫改進。用于生產(chǎn)納米多孔結(jié)晶層所需的 生產(chǎn)步驟簡單，使得生產(chǎn)成本低。
[0009] 在另一個實施例中，在一個濾光鏡中整合有魯棒多孔結(jié)晶層以及高密度層。高密 度層有助于光學(xué)性能及機械性能。高密度層相較魯棒多孔結(jié)晶層，具有更高的有效折射率。 可加入抗刮硬涂層從而提高傳統(tǒng)的環(huán)境魯棒性及機械魯棒性。高密度及納米多孔結(jié)晶層可 形成光學(xué)薄膜對，可用于不同的濾光鏡設(shè)計中。高密度層可沉積或生長在納米多孔結(jié)晶層 的頂部，下方或其之間。
[0010] 在另一個實施例中，在一個濾光鏡中整合有魯棒多孔結(jié)晶層以及非結(jié)晶層。納米 多孔非結(jié)晶層可被使用從而提高材料的范圍以及濾光鏡中所需的折射率值。納米多孔非結(jié) 晶層可沉積或生長在納米多孔結(jié)晶層的頂部，下方或其之間。
[0011] 根據(jù)一實施例，一設(shè)備被提供。該設(shè)備包括一透光基材（light transmitting substrate)以及一光學(xué)涂層（optical coating)。光學(xué)涂層沉積在透光基材上。光學(xué)涂層 包括至少一結(jié)晶納米特征層。至少一結(jié)晶納米特征層通過高溫斜角沉積法沉積，并具有相 較透光基材的折射率更低的折射率。
[0012] 根據(jù)另一實施例，另一設(shè)備被提供。該設(shè)備包括一透光基材以及一光學(xué)涂層。光 學(xué)涂層沉積在透光基材頂部。光學(xué)涂層包括復(fù)數(shù)對交替薄膜層。每一對交替薄膜層中的至 少一薄膜層是使用高溫斜角沉積法沉積的結(jié)晶納米特征層。每一對交替薄膜層具有兩個不 同折射率的薄膜層。
[0013] 根據(jù)另一實施例，又一設(shè)備被提供。該設(shè)備包括一透光基材以及一光學(xué)涂層。光 學(xué)涂層沉積在透光基材上。光學(xué)涂層包括結(jié)晶納米特征層。結(jié)晶納米特征層通過一過程沉 積，該過程包括：通過沉積系統(tǒng)產(chǎn)生一材料流（material flux)，該沉積系統(tǒng)具有朝著基材 的額定流方向（flux direction)，其中額定流方向及基材的平面法相量之間的傾斜角實質(zhì) 大于零，通過材料流在基材上沉積材料從而使納米多孔特征生長，將基材加熱至一預(yù)定溫 度，從而基材上的納米多孔特征至少部分結(jié)晶化。
[0014] 納米多孔結(jié)晶層的光學(xué)透明度以及光學(xué)性能優(yōu)于無定形納米多孔層。相較無定型 的納米多孔層，納米多孔結(jié)晶層在光學(xué)吸收上具有更少的缺陷。相較現(xiàn)存的工藝現(xiàn)狀的技 術(shù)，其將導(dǎo)致更優(yōu)的薄膜濾光鏡。
[0015] 此處公開的發(fā)明在基材上使用一個或多個高魯棒納米多孔結(jié)晶層。由于納米特征 可在不增加壓力的情況下擴展至層上或?qū)酉?，故這些結(jié)晶納米多孔可耐高溫。這將釋放出 由處于納米多孔結(jié)晶層頂部及下方的材料間的熱膨脹的系數(shù)錯配而引出的壓力。其可確保 光學(xué)薄膜層無裂口及無壓力。
[0016] 高魯棒納米多孔薄膜濾光鏡的使用，例如在光窗口或基材上使用部分或完全結(jié)晶 的納米多孔層，提供了與光窗及基材較強的粘附性。
[0017] 此處公開的發(fā)明提供了一種魯棒制備設(shè)計及制造方法，由于強勁的納米多孔結(jié)晶 層，其允許在機械性能不降低或結(jié)構(gòu)不損傷的情況下，允許納米多孔層的嵌入。其將大大擴 大高魯棒濾光鏡可被實施的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0018] 此處公開的發(fā)明提供了使用傳統(tǒng)半導(dǎo)體制備方法，達到高魯棒性及高光學(xué)性能的 相對簡單的方法。因而，這種魯棒光窗的制備成本預(yù)計將較低。
[0019] 此處介紹的技術(shù)的其他方面，通過以下附圖及具體說明將更清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 借由以下詳細說明，并結(jié)合權(quán)利要求及附圖，這些內(nèi)容共同組成說明書的一部分， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可更清楚地了解本發(fā)明的主體、特征及特性。
[0021] 圖1示出了一基本的濾光鏡，其具有位于基材上的納米多孔結(jié)晶層。
[0022] 圖2A示出了通過高溫遮蔽沉積形成的納米多孔結(jié)晶層。
[0023] 圖2B示出了在低溫下形成的無定型的納米多孔層。
[0024] 圖2C示出了在高溫下形成的高密度結(jié)晶層。
[0025] 圖3示出了用于實現(xiàn)納米多孔結(jié)晶層，高溫遮蔽沉積方法的制備方法。
[0026] 圖4A為一納米多孔結(jié)晶ZnSe層的掃描電鏡照片。
[0027] 圖4B為一無定型的納米多孔ZnSe層的掃描電鏡照片。
[0028] 圖5A示出了一基本的濾光鏡，其具有位于納米多孔結(jié)晶層上的高密度層。
[0029] 圖5B示出了一基本的濾光鏡，其顯示出多層結(jié)構(gòu)的納米多孔結(jié)晶層。
[0030] 圖5C示出了一基本的濾光鏡，其顯示出位于高密度層上的納米多孔結(jié)晶層。
[0031] 圖6A示出了一基本的濾光鏡，其具有位于納米多孔結(jié)晶層上的高密度層，納米多 孔結(jié)晶層具有與基材相同的組分或材料。
[0032] 圖6B示出了一基本的濾光鏡，其具有位于納米多孔結(jié)晶層上的多層結(jié)構(gòu)，多層納 米多孔結(jié)晶層具有與基材相同的組分或材料。
[0033] 圖6C示出了一基本的濾光鏡，其具有位于納米多孔結(jié)晶層及基材間的高密度層， 納米多孔結(jié)晶層具有與基材相同的組分或材料。
[0034] 圖7A示出了一基本的濾光鏡，其具有任意形狀的納米多孔結(jié)晶層及位于頂部的 高密度層。
[0035] 圖7B示出了一基本的濾光鏡，其顯示出任意形狀的多層的納米多孔結(jié)晶層。
[0036] 圖7C示出了一基本的濾光鏡，其顯示出位于高密度層頂部的任意形狀的納米多 孔結(jié)晶層。
[0037] 圖8示出了一濾光鏡，其具有納米多孔結(jié)晶層的交替秩序。
[0038] 圖9示出了一基本的濾光鏡，其顯示出具有高密度層的納米多孔結(jié)晶層的交替秩 序。
[0039] 圖10示出了含有納米多孔結(jié)晶層的濾光鏡的折射率分布。
[0040] 圖11示出了一濾光鏡，其具有多層納米多孔結(jié)晶層，其中每一連續(xù)層的折射率降 低。
[0041] 圖12示出了一濾光鏡，其含有納米多孔結(jié)晶層，具有傾斜的折射率分布。
[0042] 圖13A示出了一濾光鏡，其具有插入在納米多孔結(jié)晶層頂部的納米多孔非結(jié)晶 層。
[0043] 圖13B示出了一濾光鏡，其具有插入在納米多孔結(jié)晶層間的納米多孔非結(jié)晶層。
[0044] 圖13C示出了一濾光鏡，其具有插入在納米多孔結(jié)晶層下方的納米多孔非結(jié)晶 層。
[0045] 圖14A示出了一濾光鏡，其含有復(fù)數(shù)層納米多孔結(jié)晶層，且每一連續(xù)層的孔隙率 并不提1?。
[0046] 圖14B示出了一濾光鏡，其含有復(fù)數(shù)層納米多孔結(jié)晶層，且納米多孔結(jié)晶層間插 入有一高密度層。
[0047] 圖15示出了一濾光鏡，其具有在基材一側(cè)的納米多孔結(jié)晶層，而基材的另一側(cè)上 與一高折射率材料間設(shè)有高密度層。
[0048] 圖16示出了一濾光鏡，顯示出具有納米多孔結(jié)晶層的交替秩序，且在基材多側(cè)上 設(shè)有高密度層。
[0049] 圖17示出了一濾光鏡，其具有納米多孔結(jié)晶層的復(fù)數(shù)層，其中隨在基材兩側(cè)的每 一連續(xù)層，孔隙率提高。
[0050] 圖18示出了兩個不同的濾光鏡，其在基材的不同兩側(cè)使用納米多孔結(jié)晶層。

【具體實施方式】
[0051] 在說明書中對"一個實施例"、"某一實施例"或其他類似表達的參考指的是結(jié)合該 實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或性能被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。出現(xiàn)在說明書的 此種詞匯不一定全部指的是同一實施例。 本發(fā)明中的至少一個實施例顯示出用于濾光鏡的結(jié)構(gòu)及制備方法，其在基材上具有魯 棒結(jié)晶納米多孔光學(xué)薄膜?；目蔀榫哂幸槐砻娴娜魏尾牧?，該表面可被涂覆一濾光鏡，例 如光窗、檢測器表面、光源表面或任何具有表面的材料?；募捌浔砻婵梢杂扇魏尾牧现?成，包括但不限于介電材料、金屬材料、半導(dǎo)體材料、有機材料以及無機材料，例如但不限于 鋁、銅、鈦、不銹鋼、玻璃、石英、熔凝硅石、Si0 2、SiO、Ti02、MgF2、A1203、BaF 2、CaF2、Si, Si3N4、 GaN、AIN、InN、AlGaN、GalnN、ITO、Sn02、ln203、TiNbO、ZnO、Zr0 2、Ge、GaAs、AlAs、AlGaAs、 ZnSe、PET、聚碳酸酯、PMMA、亞克力玻璃或它們的任意組合?；谋砻婵墒瞧降?、彎曲的、圖 形化的、納米圖形化的、微米圖形化的、粗糙的、蝕刻的、平滑的或它們的任意組合。 如附圖1所示，為魯棒納米多孔結(jié)晶濾光鏡的基本結(jié)構(gòu)?；脑诟信d趣的光譜，例如紫 外光、可見光和/或紅外光中，優(yōu)選的是透明的。然而，基材同樣也可是反射的、不透明的、 吸收的、擴散的或半透明的。濾光鏡100包括基材110。在基材110上，沉積或生長有薄膜濾 光鏡，其包括有結(jié)晶納米特征121的至少一個或多個納米多孔結(jié)晶層120。納米多孔結(jié)晶層 120 可自任何光學(xué)材料中，例如但不限于，Si02、Si0、Ti02、MgF2、Al 203、BaF2、CaF2、Si、Si3N 4、 GaN、AIN、InN、AlGaN、GalnN、ITO、Sn02、ln203、TiNbO、ZnO、Zr0 2、Ge、GaAs、AlAs、AlGaAs、 ZnSe、PMMA，使用高溫遮蔽沉積法沉積。納米多孔結(jié)晶層可包含納米等級、微米等級或其組 合的空隙?？杀焕斫獾氖?，短語結(jié)晶納米多孔特征可同樣包括結(jié)晶微米多孔特征。納米多 孔結(jié)晶層120優(yōu)選的是在基材110上結(jié)晶的，例如多晶材料、微米晶材料、納米晶材料或單 晶材料。結(jié)晶納米特征121間的空間，以及納米多孔結(jié)晶層120中的空間由真空或空氣組 成。納米多孔結(jié)晶層同樣也可插入在不同的周圍材料，在其中結(jié)晶納米特征間的空間可使 用任何基質(zhì)填充，例如但不限于氣體、液體、高分子、封裝材料、環(huán)氧樹脂或硅。 附圖2A所示，通過高溫遮蔽沉積法形成納米多孔結(jié)晶層。由顆粒，例如原子、分子、離 子或其他形式的顆粒構(gòu)成的蒸汽流在高溫下射到基材上。這些蒸汽流顆粒在基材上形成沉 積、成核區(qū)域（nucleation site)或島（island)。由于相對基材表面法線，沖擊角度的偏 離，以及蒸汽流的方向性，在沉積、成核區(qū)域或島間形成遮蔽區(qū)域。由于其較低的表面遷移 率，蒸汽流顆粒并不在遮蔽區(qū)域擴散。蒸汽流顆粒在遮蔽區(qū)域擴散的缺乏使得在結(jié)晶納米 多孔特征間形成空隙。這些納米或微米尺寸的空隙穿過光學(xué)層造成多孔層。在高溫遮蔽沉 積中，在基材表面上的蒸汽流顆粒接收來自高溫基材的能量從而其具有足夠高的表面遷移 率以及足夠的能量用于局部緊密壓縮（locally tightly pack),甚至可用于局部結(jié)晶形成 結(jié)晶的納米多孔特征。結(jié)晶的納米多孔特征可為部分或完全結(jié)晶。局部結(jié)晶相并非一定被 基材材料所影響，且在溫度更高的高溫工藝，例如退火、外延或晶體生長中，并非將完全重 結(jié)晶化。在這些溫度，結(jié)晶使得納米多孔特征在高能顆粒并未遷移到遮蔽區(qū)域的情形下結(jié) 晶化。例如，在高溫遮蔽沉積中，氟化物材料，例如為MgF 2、CaF2和BaF2可在100°C _400°C 范圍內(nèi)的高溫下，形成結(jié)晶的納米多孔特征。在高溫遮蔽沉積中，另一種材料ZnSe可在 100°C _350°C范圍內(nèi)的高溫下，結(jié)晶?？梢灶A(yù)期的是，其他許多材料也可在這樣的較低溫度 范圍下結(jié)晶。雖然事實上，這些溫度范圍遠遠低于材料的預(yù)定重結(jié)晶溫度范圍（與材料的 熔點接近），仍可顯示出結(jié)晶的納米多孔特征。相較為結(jié)晶的納米多孔層，高密度且結(jié)晶的 納米多孔特征可使得納米多孔層魯棒。如果高能顆粒的表面遷移率過低，且如圖2B所示， 將不會產(chǎn)生局部結(jié)晶。高能顆粒不具有足夠的表面遷移率以及足夠的能量用于局部結(jié)晶從 而產(chǎn)生了非結(jié)晶的納米多孔特征。對于可發(fā)生完整重結(jié)晶的高能過程，高能顆粒的表面遷 移率足夠高從而在遮敝區(qū)擴散。在這些高溫下，不存在結(jié)晶納米特征221，取而代之地，出現(xiàn) 如附圖2C所示的高密度薄膜層。在高溫遮蔽沉積中，在其上將出現(xiàn)納米多孔結(jié)晶層的形成 的基材的溫度，是由材料決定的。對每一材料，溫度的選擇應(yīng)為足夠高的值，從而如附圖2A 所示的，允許局部結(jié)晶，但也應(yīng)是足夠低的值，從而如附圖2C所示，避免擴散區(qū)域中顆粒擴 散。 用于高溫遮蔽沉積的優(yōu)選制備過程300,如附圖3所示。使用能量源305加熱基材以及 在基材上的高能顆粒至一高溫。能量源305的溫度或能量控制來源自蒸汽流303的高能顆 粒的表面擴散。能量源305可為可產(chǎn)生高溫的任何來源，例如紅外源、石英燈加熱器、或電 阻加熱器。能量源305可為與基材310相接觸，也可為與基材310相分離。能量源305可 通過對流、傳導(dǎo)或輻射傳遞能量。在沉積過程中，基材可為固定的，沒有任何運動，或為運動 的，例如旋轉(zhuǎn)。源材料302產(chǎn)生蒸汽流303。蒸汽流303可通過沉積系統(tǒng)，例如熱蒸發(fā)系統(tǒng) 或電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、離子輔助蒸發(fā)器、濺射系統(tǒng)或脈沖激光沉積系統(tǒng)產(chǎn)生。蒸汽流可為各向 同性的（isotropic),定向的或以上任意組合?；?10相對蒸汽流303的傾斜角造成了具 有結(jié)晶納米特征321的納米多孔結(jié)晶層320中的孔隙。通過改變基材310相對蒸汽流303 的傾斜角，可改變納米多孔結(jié)晶層320中的孔隙。因而，多種孔隙的納米多孔結(jié)晶層320可 產(chǎn)生各種不同的折射率。 如附圖4A所示，為通過高溫遮蔽沉積制得的納米多孔ZnSe結(jié)晶層420的掃描電鏡照 片。納米多孔結(jié)晶層420中觀察到結(jié)晶面，其顯示出納米多孔結(jié)晶層420已至少部分結(jié)晶。 相反地，基材410上的無定形的納米多孔層的掃描電鏡照片如附圖4B所示。無定形的納米 多孔ZnSe層的制備不需附圖3中所示的能量源。由于低溫沉積或生長方法，附圖4B中所 示的納米多孔特征為無定形的，且不產(chǎn)生結(jié)晶。 另一基本濾光鏡可包括具有至少兩個或多個納米多孔結(jié)晶層的多層光學(xué)薄膜。在附圖 5A中，示出了具有一個或多個高密度層的至少一納米多孔結(jié)晶層。用于納米多孔結(jié)晶層制 備的方法為高溫遮蔽沉積。高密度層的制備方法可為任何沉積或生長方法，例如但不限于 化學(xué)蒸汽沉積、物理蒸汽沉積、原子層沉積、或外延生長。高密度層可為無定形的、非結(jié)晶 的、結(jié)晶的或以上任意組合。高密度層可由與納米多孔結(jié)晶層520相同或不同的材料構(gòu)成。 這些高密度層可為硬涂層、抗刮涂層、抗污涂層、疏油涂層、疏水涂層、親水涂層、抗霧涂層、 光學(xué)涂層以及增黏層。另一優(yōu)選的基本濾光鏡結(jié)構(gòu)如附圖5B所示。納米多孔結(jié)晶層可由 與另一納米多孔結(jié)晶層相同或不同的材料構(gòu)成。相較另一納米多孔結(jié)晶層，納米多孔結(jié)晶 層的孔隙率可為相同的或不同的，另一優(yōu)選的基本濾光鏡結(jié)構(gòu)如附圖5C所示，最靠近基材 510處沉積或生長有高密度層，并在高密度層上形成有納米多孔結(jié)晶層520。這些多層光學(xué) 薄膜可嵌入任何多層薄膜堆疊（stack)中。例如，在多層光學(xué)薄膜之上或之下可存在或不 存在額外的如附圖5A、5B及5C中所示的點狀光學(xué)層。這些額外的光學(xué)層可為無定形的、非 結(jié)晶的、結(jié)晶的、高密度的、納米多孔的、多孔的、或以上任意組合。 另一魯棒結(jié)晶納米多孔濾光鏡的例子如圖6A所示。濾光鏡600與圖1中的基本濾光 鏡100類似，除了納米多孔結(jié)晶層620與基材610所使用的材料相同。多層薄膜濾光鏡包 括一個或多個納米多孔結(jié)晶層620,納米多孔結(jié)晶層620包括在基材610上的結(jié)晶納米特征 621。用于納米多孔結(jié)晶層的制備方法是高溫遮蔽沉積法。高密度層制備方法可為任何沉積 或生長方法。高密度層可為無定形的、非結(jié)晶的、結(jié)晶的、或以上任意組合。另一基本濾光 鏡的優(yōu)選結(jié)構(gòu)圖附圖6B所示。納米多孔結(jié)晶層可由與另一納米多孔結(jié)晶層相同或不同的 材料構(gòu)成。相較另一納米多孔結(jié)晶層，納米多孔結(jié)晶層的孔隙率可為相同的或不同的。另 一優(yōu)選的濾光鏡設(shè)計如附圖6C所示，在其中，最靠近基材610處首先沉積或生長有高密度 層630,隨后在高密度層上形成有納米多孔結(jié)晶層620。這些多層光學(xué)薄膜可為如附圖6A、 6B及6C中所示的嵌入任何多層薄膜堆疊中。 另一魯棒結(jié)晶納米多孔濾光鏡的例子如圖7A所示。在基材710上，薄膜濾光鏡包括 至少一個或多個結(jié)晶納米特征721的納米多孔結(jié)晶層720。濾光鏡700與圖5中的濾光鏡 500類似，除了納米多孔結(jié)晶層720具有無定形形狀的結(jié)晶納米多孔特征721。改變結(jié)晶納 米多孔特征720的形狀的方法包括在濾光鏡700暴露在蒸汽流303時，改變結(jié)晶納米多孔 特征721的沉積條件，如附圖3所示。沉積條件的改變將導(dǎo)致多種不同的結(jié)晶納米多孔特 征721的改變，包括基材旋轉(zhuǎn)、基材溫度的改變、沉積速率的改變、壓強的改變、基材斜率或 以上任意組合?？赏ㄟ^相較基材710的表面法線，垂直、平行或任意組合旋轉(zhuǎn)基材710,可實 現(xiàn)結(jié)晶納米多孔特征721。結(jié)晶納米多孔特征721可為任何形狀，例如但不限于，斜的納米 桿、鋸齒狀的納米桿、納米螺旋以及以上任意組合。例如，如附圖7A所示，在高密度層后，在 高溫遮蔽沉積期間可通過基材旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn)結(jié)晶納米多孔特征721。在圖7B中納米多孔結(jié) 晶層的孔隙率和/或形狀隨著厚度函數(shù)而改變。納米多孔結(jié)晶層可由與另一納米多孔結(jié)晶 層相同或不同的材料構(gòu)成。相較另一納米多孔結(jié)晶層，納米多孔結(jié)晶層的孔隙率可為相同 的或不同的。此外，如附圖7C所示，高密度層可嵌入基材710和納米多孔結(jié)晶層720之間。 這些多層光學(xué)薄膜可為如附圖5A、5B及5C中所示的嵌入任何多層薄膜堆疊中。 另一濾光鏡800的設(shè)計如圖8所示。濾光鏡800可被用于一系列光學(xué)功能，包括反射 器、分布布拉格反射器（distributed Bragg reflector)、帶通濾波器、分色濾光鏡或抗反 射涂層。濾光鏡800顯示出在基材810上，納米多孔結(jié)晶層820、840與納米多孔結(jié)晶層831、 851間的交替秩序。納米多孔結(jié)晶層831、851具有相似的材料、孔隙率或折射率值。納米 多孔結(jié)晶層820、840具有相似的材料、孔隙率或折射率值。相較納米多孔結(jié)晶層820、840， 納米多孔結(jié)晶層831、851具有不同的材料、孔隙率或折射率值。層820、831、840、851內(nèi)的 納米多孔結(jié)晶特征可朝著相同的方向傾斜，或指向相同方向，或其也可附圖8所示，反向交 替，或者也可是無序的，或任何方向的。層820、831、840、851通過高溫遮蔽沉積法沉積在基 材810上。納米多孔結(jié)晶層的交替圖案，例如在納米多孔結(jié)晶層831后的不同材料和/或不 同孔隙率的納米多孔結(jié)晶層820,可不重復(fù)、重復(fù)一次、多次、不確定次數(shù)或不重復(fù)。層820、 831、840、851可涂覆在基材810的部分面、一面或所有面上。 另一濾光鏡900的設(shè)計如圖9所示。濾光鏡900可被用于一系列光學(xué)功能，包括反射 器、分布布拉格反射器、帶通濾波器、分色濾光鏡或抗反射涂層。濾光鏡900包括基材910， 隨后包括一納米多孔結(jié)晶層920, 一高密度層930,隨后又包括一納米多孔結(jié)晶層940, 一高 密度層950。濾光鏡900顯示出納米多孔結(jié)晶層920、940與高密度層930、950間的交替秩 序。在層920、940中的納米多孔結(jié)晶層可朝著相同的方向傾斜，或指向相同方向，或反向交 替，或者也可是無序的，或任何方向的。濾光鏡900可包括一對或多對交替的納米多孔結(jié)晶 層920及高密度層930。納米多孔結(jié)晶層920、940通過高溫遮蔽沉積法沉積在基材910上。 高密度層可通過任何沉積或生產(chǎn)方法制備。高密度層930、950可為無定形的、非結(jié)晶的、結(jié) 晶的或以上任意組合。 圖10示出了含有納米多孔結(jié)晶層的濾光鏡的折射率分布。納米多孔結(jié)晶層的數(shù)量可 相較附圖10中的7層要多、要少或相同。納米多孔結(jié)晶層形成的折射率分布，其在基材的 指標(biāo)以及環(huán)繞周圍基質(zhì)，例如空氣、真空、氣體、液體、商分子、環(huán)氧樹脂、娃或封裝材料，的 指標(biāo)之間，具有數(shù)量級的差異。納米多孔結(jié)晶層的優(yōu)選折射率分布是任何階梯折射率分布 的例如為線性的、立方的、五次方的、修正五次方的。在圖10中，在空氣氛圍中，基材具有包 括有納米多孔結(jié)晶層的多層光學(xué)薄膜。在圖10中的光學(xué)層的折射率遵循梯度分布，例如修 正的五次方分布。七層濾光鏡的例子遵循階梯式的折射率分布，其為分離的折射率級。如 圖10所示，距離基材最近的層的折射率最高，而距離基材最遠的層的折射率最低。光學(xué)層 的折射率可同樣遵循階梯式-指標(biāo)或梯度式-指標(biāo)分布。 另一濾光鏡1100的設(shè)計如圖11所不。濾光鏡1100可被用于一系列光學(xué)功能，但用于 抗反射涂層特別有用?？狗瓷渫繉涌杀辉O(shè)計用于紫外光譜、可見光譜和/或紅外光譜。濾 光鏡1100包括基材1110,隨后包括一納米多孔結(jié)晶層1120、1130、1140,其分別具有結(jié)晶納 米特征1121、1131、1141。濾光鏡可包括，相較三層，更多、更少或相等的納米多孔結(jié)晶層，只 要其指標(biāo)分布為梯度指標(biāo)分布。納米多孔結(jié)晶層1120、1130、1140的折射率如附圖10所示 遵循梯度折射率分布。納米多孔結(jié)晶層1120、1130、1140通過高溫遮蔽沉積法沉積至基材 1110。納米多孔結(jié)晶層1120可由與基材1110相同或不同的材料構(gòu)成。納米多孔結(jié)晶層可 由與另一納米多孔結(jié)晶層相同或不同的材料構(gòu)成。相較另一納米多孔結(jié)晶層，納米多孔結(jié) 晶層的孔隙率可為相同的或不同的。例如，納米多孔結(jié)晶層的一層可為MgF 2，而另一結(jié)晶層 可為BaF2。每一納米多孔結(jié)晶層的空隙可通過每一納米多孔結(jié)晶層的折射率隨連續(xù)納米多 孔結(jié)晶層逐一減小而改變。作為第一個例子，在BaF 2的高溫遮蔽沉積期間，對于第一納米多 孔結(jié)晶層，傾斜角度為45°，而對于第二BaF2m米多孔結(jié)晶層，傾斜角改為65°。在第二 個例子中，對于第一納米多孔結(jié)晶層，8 &&在45°沉積，而隨后對于第二納米多孔結(jié)晶層， 18&在45°沉積。在這兩個例子中，第二納米多孔結(jié)晶層的折射率相較第一納米多孔結(jié)晶 層更低。對于所有層，結(jié)晶納米多孔特征的朝向可朝著同一方向傾斜，或指向同一方向，反 向交替或無序的或任意方向的。 具有一個或多個坡度納米多孔結(jié)晶層的濾光鏡如圖12所示。納米多孔結(jié)晶層的折射 率可如附圖10遵循坡度式折射率分布。如圖12所示，坡度折射率分布是從基材至外圍間 變化的平滑連續(xù)折射率。坡度折射率分布包括任何以厚度為函數(shù)連續(xù)下降的折射率分布， 包括但不限于線性、立方的、五次方的、高斯型的、修成的五次方的分布或以上任何組合。最 靠近基材的坡度式納米多孔結(jié)晶層的折射率是最大的，并以遠離基材的厚度函數(shù)下降。優(yōu) 選地，坡度納米多孔結(jié)晶層有與坡度層相同的材料制成，但可包括不同的材料。坡度納米多 孔結(jié)晶層的形狀可為任何形狀，其折射率值緊跟坡度折射率。 另一濾光鏡1300的設(shè)計如圖13A所示。附圖11中的基本濾光鏡的結(jié)構(gòu)與附圖13A中 的相同，但是有額外的納米多孔層1340。最初，分別具有納米特征1321U331的納米多孔 結(jié)晶層1320、1330在基材1310上通過高溫遮蔽沉積法沉積。納米多孔結(jié)晶層1320、1330 可包括一個或多個納米多孔結(jié)晶層。隨后，為了達到進一步的光學(xué)效果，在納米多孔結(jié)晶 層1320、1330之上可沉積有一個或多個納米多孔層1340。納米多孔層1340可通過任何方 法沉積或生長，且不需要一定為結(jié)晶。納米多孔層1340具有納米特征1341，其中納米多孔 層1340可具有與納米多孔結(jié)晶層1330U320相同或不同的孔隙率、折射率值、或材料。例 如，在抗反射涂層設(shè)計中，需要使用相較納米多孔結(jié)晶層1330更低的折射率值的納米多孔 層1340。此外，納米多孔層1340可作為表面調(diào)節(jié)劑，例如可改變?yōu)V光鏡1300特性的疏水的 或親水的涂層。納米多孔層1340可同樣被使用從而提高濾光鏡1300的機械性能。另一濾 光鏡1300的設(shè)計如圖13B所示，其中一個或多個納米多孔結(jié)晶層1340嵌入一個或多個納 米多孔結(jié)晶層1320、1330之間。在圖13C中，濾光鏡1300包括一個或多個直接沉積在基材 1310上或靠近基材1310沉積的納米多孔結(jié)晶層1340。納米多孔結(jié)晶層1320、1330通過高 溫遮蔽法沉積在納米多孔層1340上?？梢岳斫獾氖?，濾光鏡1300可包含任何數(shù)量不結(jié)晶 的納米多孔層1340。納米多孔層1340可沉積或生長在納米多孔結(jié)晶層1320、1330的上方、 納米多孔結(jié)晶層1320、1330之間，納米多孔結(jié)晶層1320、1330的下方或以上任何組合。 另一濾光鏡1400的設(shè)計如圖14A所示。圖14A所示為圖1及圖5中所示的基本濾 光鏡元素的使用，從而形成多種多樣的濾光鏡設(shè)計。濾光鏡1400所示濾光鏡設(shè)計包括，基 材1410,隨后是納米多孔結(jié)晶層1420、1430、1440，其分別具有結(jié)晶納米特征1420、1430、 1441。如圖11所示的濾光鏡1100與圖14A中的濾光鏡1400不同之處在于，納米多孔層 1420、1430、1440的孔隙率并不連續(xù)增大。例如，上方的納米多孔結(jié)晶層1440具有相較納 米多孔結(jié)晶層1430更低的孔隙率。這是基于濾光鏡設(shè)計有意而為之。在圖14B中，高密度 層嵌入在納米多孔結(jié)晶層143、1440之間從而相較圖14A中的光學(xué)設(shè)計，達到不同的濾光效 果?？蔀槔斫獾氖牵褂弥辽僖粋€或多個納米多孔結(jié)晶層，存在許多其他濾光鏡組合。 一濾光鏡的設(shè)計如圖15所示。基本濾光鏡1500包括至少一在透明基材一側(cè)的納米多 孔結(jié)晶層，透明基材例如為玻璃，且至少一個或多個高密度層在透明基材的另一側(cè)。遵循階 梯指標(biāo)分布的納米多孔結(jié)晶層由高溫遮蔽沉積而制備在基材的一側(cè)。在基材的另一側(cè)，通 過任何沉積或生長方法，制備有至少一個或多個遵循階梯指標(biāo)分布的高密度層。至少一高 密度層1522存在介于基材1515及高指標(biāo)材料1543之間的折射率值。優(yōu)選地，使用遵循階 梯指標(biāo)分布的復(fù)數(shù)個高密度層從而在基材1515及高指標(biāo)材料1543間，每一連續(xù)層的折射 率值增大。在圖15中，高密度層1522的折射率相較高密度層1532的指標(biāo)低，而最高指標(biāo)的 是高密度層1542。每一高密度層的材料或組分將為不同的從而達到所需的折射率值?；?1515上的高密度層1522、1532、1542可與高指標(biāo)材料1543的表面連接，高指標(biāo)材料例如形 成在發(fā)光二極管、OLED、激光器、共振腔、光學(xué)基質(zhì)、光導(dǎo)管、光纖束、波導(dǎo)管、娃、環(huán)氧樹脂、 高分子、摻膦基質(zhì)、摻量子點（quantum-dot)基質(zhì)或以上任意組合。高指標(biāo)材料1543可同樣 為封裝材料或使用透明材料制備的透鏡，例如硅、環(huán)氧樹脂、高分子、玻璃、石英、聚碳酸酯、 PET、塑料、高分子或特氟龍、高指標(biāo)材料1543的形狀可為任何形狀，包括半球的、半-半球 的、凹的、凸的、立方體的、或以上任意組合。 在附圖16中所示，為濾光鏡，在基材上的至少兩側(cè)，交替的納米多孔結(jié)晶層1620、 1640,具有高密度層1630、1650?；?610可為光源，其可包括一個或多個光發(fā)射器或光 源，例如發(fā)光二極管、0LED、激光器、光諧振腔、光基質(zhì)、光導(dǎo)管、光纖束、波導(dǎo)管、或可發(fā)射光 穿過包括UV光波長、可見光波長、IR光波長的光譜的任何物體或基質(zhì)。與圖9中相似的濾 光鏡在附圖16中，于基材1610兩側(cè)被涂覆?；?610兩側(cè)的濾光鏡可為互相相同的或 不同的。濾光鏡可作用為對稱的或不對稱的反射器。兩種濾光鏡可具有高反射性或部分反 射性。濾光鏡1600可同樣具有第一高密度層1630、1650,分別跟有納米多孔結(jié)晶層1620、 1640的交替秩序，其中高密度層1630是第一個被沉積在基材1610上的。在基材一側(cè)上的 濾光鏡可具有相較在基材1610另一側(cè)上的濾光鏡，相同或不同數(shù)量的層、相同或不同的層 厚度、相同或不同的折射率值、相同或不同的材料。 具有復(fù)數(shù)層納米多孔結(jié)晶層1720、1730、1740、1722、1732以及1744的濾光鏡沉積在基 材1710的兩側(cè)。納米多孔結(jié)晶層的數(shù)量相較圖17中的三層，可更多、更少或相等。與圖11 中相似的濾光鏡在附圖17中，于基材1710兩側(cè)被涂覆。如圖11所示，當(dāng)與抗反射涂層涂 覆在兩側(cè)時，濾光鏡1700作為透明光窗特別有用?？狗瓷渫繉涌杀辉O(shè)計用于紫外光譜、可 見光譜和/或紅外光譜。在基材的每一側(cè)涂覆的納米多孔結(jié)晶層，就層數(shù)量、層厚度、折射 率值、或材料而言，可以是相同的或不同的。納米多孔結(jié)晶層可由相較另一納米多孔結(jié)晶層 相同或不同的材料構(gòu)成。納米多孔結(jié)晶層相較另一納米多孔結(jié)晶層可具有相同或不同的孔 隙率。相較基材，納米多孔結(jié)晶的材料可為相同的或不同的。兩側(cè)上的涂層可相對彼此為 對稱的或非對稱的。如附圖10所示，納米多孔結(jié)晶層的優(yōu)選折射率分布可為任何階梯折射 率分布或坡度折射率分布。濾光鏡的一個例子可為在玻璃、石英、或熔凝硅基材兩側(cè)的三層 MgF2納米多孔結(jié)晶涂層。另一例子可為在硅基材兩側(cè)的兩層納米多孔結(jié)晶硅涂層，其在紅 外光譜中為透明的。另一例子為在ZnSe基材兩側(cè)的七層納米多孔結(jié)晶ZnSe涂層，其在紅 外光譜中為透明的。
[0052] 另一濾光鏡1800的設(shè)計如圖18所示。如圖11所示，濾光鏡1800示出了一用于 結(jié)合多個濾光鏡功能及抗反射光學(xué)涂層的設(shè)計，濾光鏡功能例如為反射器、帶通濾波器、分 色濾光鏡。濾光鏡1800包括基材1815,隨后是在基材1815 -側(cè)的納米多孔結(jié)晶層1820、 1830、1840,其分別具有結(jié)晶納米特征1821、1831、1841。在基材1815的另一側(cè)，第一納米多 孔結(jié)晶層1822的涂層后接高密度層1832后接另一納米多孔結(jié)晶層1842最后接高密度層 1852。通過高溫遮蔽沉積，基材1815上沉積有層1820、1830、1840、1842。
[0053] 除以上所述例子之外，在不脫離本發(fā)明的情況下，可能還存在其他多種本發(fā)明的 變形或變體。相應(yīng)地，以上文本并非視為限制，且權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被解釋為囊括本發(fā)明的所有 范圍及本質(zhì)機理。
【權(quán)利要求】
1. 一設(shè)備，包括 一透光基材，以及 一光學(xué)涂層，光學(xué)涂層沉積在透光基材上，光學(xué)涂層包括至少一結(jié)晶納米特征層； 其中，至少一結(jié)晶納米特征層通過高溫斜角沉積法沉積，并具有相較透光基材的折射 率更低的折射率。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中光學(xué)涂層包括復(fù)數(shù)個結(jié)晶納米特征層，且復(fù)數(shù)個結(jié) 晶納米特征層的每一層具有相較緊鄰的結(jié)晶納米特征層的折射率不同的折射率。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至少一結(jié)晶納米特征層是光學(xué)透明的。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至少一結(jié)晶納米特征層的折射率相較空氣的折射率 更高。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至少一結(jié)晶納米特征層包括結(jié)晶納米特征。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至少一結(jié)晶納米特征層包括具有傾斜角的結(jié)晶納米 特征，且相較彼此，結(jié)晶納米特征的傾斜角偏離不超過10°。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中光學(xué)涂層包括復(fù)數(shù)個薄膜層，復(fù)數(shù)個薄膜層包括至 少一結(jié)晶納米多孔層，且其中復(fù)數(shù)個薄膜層的每一薄膜層具有折射率，且復(fù)數(shù)個薄膜層的 折射率隨透光基材及相應(yīng)薄膜的距離增大時減小。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中與復(fù)數(shù)個薄膜層的透光基材直接接觸的薄膜層的折 射率相較透光基材的折射率更低。
8. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中在復(fù)數(shù)個薄膜層中距離透光基材最遠的薄膜層的折 射率相較空氣的折射率更高。
9. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中至少一結(jié)晶納米特征層為坡度指標(biāo)層，其具有一坡 度折射率，且其中層的坡度折射率隨距離透光基材的距離的增大而減小。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中坡度折射率具有折射率分布，其相較距離透光基材 的距離呈線性函數(shù)、五次方函數(shù)、或高斯函數(shù)。
11. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中坡度指標(biāo)函數(shù)進一步具有坡度孔隙率，且其中層的 坡度孔隙率隨距離透光基材的距離的增大而增大。
12. -設(shè)備，包括， 一透光基材以及 沉積在透光基材上方的光學(xué)涂層，光學(xué)涂層包括復(fù)數(shù)對交替薄膜層； 其中，每一對交替薄膜層中的至少一薄膜層是使用高溫斜角沉積法沉積的結(jié)晶納米特 征層，且 其中，每一對交替薄膜層具有兩個不同折射率的薄膜層。
13. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中每一對交替薄膜層包括結(jié)晶納米特征層及高密度 薄膜。
14. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中每一對交替薄膜層包括具有兩個不同孔隙率的兩 個結(jié)晶納米特征層。
15. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中每一對交替薄膜層包括兩個結(jié)晶納米特征層，兩 個結(jié)晶納米特征層中的一個包括一材料，其與另一層的另一材料不同。
16. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中每一對交替薄膜層包括一結(jié)晶納米特征層以及一 非結(jié)晶納米特征層。
17. -設(shè)備，包括： 一透光基材以及 一沉積在透光基材上的光學(xué)涂層，光學(xué)涂層包括結(jié)晶納米特征層， 其中，結(jié)晶納米特征層通過一過程沉積，該過程包括： 通過沉積系統(tǒng)產(chǎn)生一材料流，該沉積系統(tǒng)具有朝著基材的額定流方向，其中額定流方 向及基材的平面法相量之間的傾斜角實質(zhì)大于零， 通過材料流在基材上沉積材料從而生長納米多孔特征，并且 將基材加熱至一預(yù)定溫度，從而基材上的納米多孔特征至少部分結(jié)晶化。
18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中加熱包括： 加熱基材至一預(yù)定溫度，從而基材上的納米多孔特征結(jié)晶化。
19. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中產(chǎn)生、沉積及加熱被同時實施。
20. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中過程進一步包括：旋轉(zhuǎn)基材。
21. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中材料流包括Si02、Si0、Ti02、MgF2、Al 203、BaF2、CaF2、 Si、Si3N4、GaN、AIN、InN、AlGaN、GalnN、ITO、Sn02、ln 203、TiNbO、ZnO、Zr02、Ge、GaAs、AlAs、 AlGaAs、ZnSe、PMMA或亞克力玻璃。
22. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中沉積系統(tǒng)是熱蒸發(fā)系統(tǒng)、電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、濺射系 統(tǒng)或脈沖激光沉積系統(tǒng)。
【文檔編號】G02B6/13GK104160311SQ201380012413
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月4日
【發(fā)明者】蒙特·弗蘭克, 奚靜群 申請人:瑞達克斯科技有限公司