一种减反射结构体及其制作方法、光学器件与流程

1.本技术涉及光学技术领域，特别是涉及一种减反射结构体及其制作方法、光学器件。


背景技术：

2.当光线入射到两种介质的分界面时会发生菲涅尔反射，这种反射会对光能的传输和探测造成很大阻碍。为了增强抗反射效果，可以在基底的上表面设置锥体微结构阵列，锥体微结构阵列包括锥体微结构，多个锥体微结构呈规则的矩形排列或者蜂窝状排列，锥体微结构可以为圆锥体、抛物锥体、金字塔等等，锥体微结构阵列可以视为一层具有渐变折射率梯度分布的薄膜，其可以减少基底上表面与空气之间的折射率差值，从而实现宽带的抗反射效果。
3.当光线波长小于锥体微结构尺寸时，由于锥体微结构呈规则排列，光线会在锥体微结构阵列表面发生散射，散射光线在空间中分布不均匀，在特定角度会存在强烈的反射光线，也就是眩光。眩光具有较大的危害，例如，当眩光进入人眼，会对人眼造成不适、甚至伤害；当眩光进入光学器件，会导致光学器件造成损伤。
4.因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种减反射结构体及其制作方法、光学器件，以避免产生眩光。
6.为解决上述技术问题，本技术提供一种减反射结构体，包括：
7.基底；
8.位于所述基底的上表面的微结构阵列，所述微结构阵列包括多个微结构，多个所述微结构呈不规则的排列。
9.可选的，所述减反射结构体中，所述微结构的上表面为平面状。
10.可选的，所述减反射结构体中，所述基底和所述微结构的材料相同。
11.可选的，所述减反射结构体中，所述基底和所述微结构的材料不同。
12.可选的，所述减反射结构体中，所述微结构阵列呈螺旋排列、圆形排列、类矩形排列、拼接排列中的任一种。
13.可选的，所述减反射结构体中，所述微结构的形状为圆柱体、棱台、棱柱中的任一种。
14.可选的，所述减反射结构体中，微结构阵列的等效折射率的平方等于所述基底的折射率和空气的折射率的乘积。
15.本技术还提供一种减反射结构体的制作方法，包括：
16.获得基底；
17.在所述基底的上表面制备微结构阵列，其中，所述微结构阵列包括多个微结构，多
个所述微结构呈不规则的排列。
18.可选的，所述的减反射结构体的制作方法中，当所述微结构和所述基底的材料相同时，在所述基底的上表面制备微结构阵列包括：
19.在所述基底的上表面涂覆光刻胶，并烘烤所述光刻胶；
20.曝光所述光刻胶，并再次烘烤所述光刻胶；
21.显影所述光刻胶；
22.刻蚀所述基底形成所述微结构阵列，并去除所述光刻胶。
23.本技术还提供一种光学器件，所述光学器件包括上述任一种所述的减反射结构体。
24.本技术所提供的一种减反射结构体，包括：基底；位于所述基底的上表面的微结构阵列，所述微结构阵列包括多个微结构，多个所述微结构呈不规则的矩形排列。
25.可见，本技术中的减反射结构体包括基底和设置在基底上的微结构阵列，由于微结构阵列中多个微结构呈不规则的排列，微结构阵列可以使散射光线在空间中均匀分布，所有角度的反射光强均比较小，从而防止减反射结构体表面产生眩光。
26.此外，本技术还提供一种具有上述优点的减反射结构体制作方法和光学器件。
附图说明
27.为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例所提供的一种减反射结构体的截面示意图；
29.图2至图5为本技术实施例所提供的不同形状的微结构的示意图；
30.图6和图7为本技术所提供的微结构阵列的排列示意图；
31.图8为现有的微结构阵列的排列示意图；
32.图9至图11为本技术所提供的其他微结构阵列的排列示意图；
33.图12为本技术实施例所提供的另一种减反射结构体的截面示意图；
34.图13为本技术中的减反射结构体与现有传统的减反射结构体对不同波长光线的透过率的曲线图；
35.图14为本技术所提供的一种减反射结构体的制作方法的流程图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
38.正如背景技术部分所述，为了增强抗反射效果可以在基底的上表面设置锥体微结构阵列，锥体微结构阵列中的多个锥体微结构呈规则的矩形排列，当光线波长小于锥体微结构尺寸时，光线会在锥体微结构阵列表面发生散射，散射光线在空间中分布不均匀，在特定角度会存在强烈的反射光线，即眩光，眩光具有较大的危害。
39.有鉴于此，本技术提供了一种减反射结构体，请参考图1，图1为本技术实施例所提供的一种减反射结构体的结构示意图，包括：
40.基底1；
41.位于所述基底1的上表面的微结构阵列，所述微结构阵列包括多个微结构2，多个所述微结构2呈不规则的排列。
42.需要说明的是，本技术中对微结构2的形状不做具体限定，例如，所述微结构2的形状为圆柱体、棱台、圆台、棱柱(如图2所示)、截头锥体(如图3所示)、曲面截头锥体(如图4所示)、圆锥体(如图5所示)、抛物锥体、金字塔中的任一种。截头棱锥即棱锥去掉尖端的一部分。
43.还需要说明的是，本技术中对微结构阵列的排列方式不做具体限定，可自行设置。例如，所述微结构阵列呈螺旋排列、圆形排列、类矩形排列、拼接排列中的任一种。
44.所述微结构阵列呈类矩形排列时，如图6和图7所示，图6和图7所示的微结构阵列可以看成对图8(现有微结构阵列的排列示意图)所示的呈规则矩形排列的多个微结构2施加一定的位移，改变其位置，本技术中对施加的位移不做限定，可自行设置，例如位移可以为非周期性位移，如图6所示，或者位移为周期性位移，如图7所示。
45.所述微结构阵列规则的圆形排列时，微结构2呈多个同心圆排布，当排列形式为不规则的圆形排列时，即对规则的圆形排列中的多个微结构2施加一定的位移，改变其位置，本技术中对施加的位移不做限定，可自行设置，例如位移可以为非周期性位移或者周期性位移。
46.需要指出的是，微结构阵列的排列形式还可以为类圆形排列。
47.所述微结构阵列呈规则的螺旋排列时，如图9所示，该螺旋排列为阿基米德螺旋排列，但是螺旋排列并不限于这一种，其他形式的螺旋排列也包含在本技术中的范围内；当排列形式为非规则的螺旋排列时，即对规则的螺旋排列中的多个微结构2施加一定的位移，改变其位置，本技术中对施加的位移不做限定，可自行设置，例如位移可以为非周期性位移或者周期性位移，如图10所示。
48.所述微结构阵列呈拼接排列时，微结构阵列包括多块子阵列，子阵列的排列方式可以相同，可也以不同。当子阵列排列方式相同时，子阵列由同一个阵列旋转不同角度获得，如图11所示。当子阵列排列方式不同时，子阵列可以由周期和占空比接近的不同子阵列拼接而成。拼接方式越复杂，越有助于减少眩光的发生。
49.可选的，作为一种具体实施方式，所述基底1和所述微结构2的材料相同，可以简化减反射结构体的制作方法。但是，本技术中对此并不做限定，作为另一种具体实施方式，所述基底1和所述微结构2的材料不同。
50.需要指出的是，本技术中对基底1和微结构2的材料不做具体限定，根据光线的波长而定。在红外波段，基底1和微结构2的材料可以为硅、锗、蓝宝石、硫化锌、硒化锌等；在可见光、太赫兹或其他波段，基底1和微结构2的材料可以选取相应波段透过率较高的材料，比
如石英玻璃等。
51.需要说明的是，本技术中对微结构2的高度，也即为微结构阵列的高度不做限定，微结构2的高度一般在0.3um～4um，具体高度数值根据工作波段与基底1材料确定。
52.优选地，为了降低微结构阵列的反射率，增加透射率，所述微结构阵列的占空比在0.1至0.9。
53.微结构2圆心间距p(即周期p)选择范围是0.35um-5um；微结构2直径d的选择范围是0.2um-4um。
54.其中，占空比的定义如下：在基底表面1mm
×
1mm
×
微结构高度的范围，微结构的体积所占的比例，计算公式为：
[0055][0056]
式中，f为占空比，h为微结构的高度，v为在基底表面1mm
×
1mm范围内所有微结构的体积之和。
[0057]
本技术中的减反射结构体包括基底和设置在基底上的微结构阵列，由于微结构阵列中多个微结构呈不规则的排列，微结构阵列可以使散射光线在空间中均匀分布，所有角度的反射光强均比较小，从而防止减反射结构体表面产生眩光。
[0058]
请参考图12，图12为本技术实施例所提供的另一种减反射结构体的结构示意图。在上述实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，所述微结构的上表面为平面状。
[0059]
上表面为平面状的微结构的形状包括但不限于圆柱体、棱台、圆台、截头锥体、曲面截头锥体、棱柱中的任一种。
[0060]
当微结构的上表面为平面状时，在短波波段，微结构阵列可视为二维光栅，入射光线发生强烈的散射从减少透射；在长波波段，微结构阵列可视为均匀薄膜，入射光线发生透射，避免产生眩光。即减反射结构体具备短波截止，长波通过的前截止特性，可以应用于红外探测器窗口等领域。
[0061]
优选地，微结构的形状为圆柱体，相比于截头椎体形状的微结构阵列，圆柱体微结构的高度小于周期，制作工艺简单，制作成本降低，同时，圆柱体微结构形成的阵列的长波透射能力基本没有变化，短波波段的透射能力进一步下降，从而增强了前截止能力。
[0062]
本技术中的减反射结构体与现有传统的减反射结构体对不同波长光线的透过率请参见图13，横坐标为波长，纵坐标为透过率。在短波波段，本技术中的减反射结构体透过率几乎为零，光线基本不透过，在长波波段透过率较高；现有技术中的减反射结构体在短波波段透过率也很高，前截止性能很差。
[0063]
在上述实施例的基础上，在本技术的一个实施例中，微结构阵列的等效折射率的平方等于所述基底的折射率和空气的折射率的乘积，以增强微结构阵列的透射效果。
[0064]
请参考图14，图14为本技术所提供的一种减反射结构体的制作方法的流程图，该方法包括：
[0065]
步骤s101：获得基底。
[0066]
需要指出的是，基底为清洁干净的基底。将基底材料放入盛有丙酮溶液中进行超声波清洗15min，然后分别使用乙醇和去离子水各清洗15min，待基底清洗洁净后，用氮气枪吹干。
[0067]
步骤s102：在所述基底的上表面制备微结构阵列，其中，所述微结构阵列包括多个微结构，多个所述微结构呈不规则的排列。
[0068]
其中，微结构的形状包括排但不限于圆柱体、棱台、圆台、棱柱(如图2所示)、截头锥体、曲面截头锥体、圆锥体、抛物锥体、金字塔中的任一种。微结构阵列可以呈螺旋排列、圆形排列、类矩形排列、拼接排列中的任一种。
[0069]
可选的，所述微结构的上表面为平面状，以使得减反射结构体具有前截止能力。
[0070]
作为一种实施方式，当所述微结构和所述基底的材料相同时，在所述基底的上表面制备微结构阵列包括：
[0071]
步骤s11、在所述基底的上表面涂覆光刻胶，并烘烤所述光刻胶。
[0072]
采用旋涂法在基底表面旋涂光刻胶涂层，涂胶厚度为300nm～5um。涂胶之后，使用电热板对基底进行烘烤。
[0073]
步骤s12、曝光所述光刻胶，并再次烘烤所述光刻胶。
[0074]
将掩膜版至于基底之上，对基底上的光刻胶进行曝光，从而将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。
[0075]
曝光后再次进行烘烤，可以提高显影的质量。
[0076]
步骤s13、显影所述光刻胶。
[0077]
用显影剂进行显影，显影时间10s到120s，根据不同的图形参数而定。显影后，使用去离子水反复冲洗，可得需要的光刻胶图形。并使用电热板对基底再次进行烘烤。
[0078]
步骤s14、刻蚀所述基底形成所述微结构阵列，并去除所述光刻胶。
[0079]
使用反应离子刻蚀机对基底进行刻蚀，将光刻胶中的图形转移到基底，形成特定排列的微结构阵列；用除胶剂清洗基底表面，去掉光刻胶。
[0080]
作为另一种实施方式，当所述微结构和所述基底的材料相同时，还可以使用其他材料作为掩膜，在所述基底的上表面制备微结构阵列包括：
[0081]
步骤s21：在基底的上表面生长一层硬质掩膜。
[0082]
生长方式可以采用化学气相沉积。硬质掩膜的材料可以为氧化硅、氮化硅或其他材料。
[0083]
步骤s22：在硬质掩膜层上涂覆光刻胶，并烘烤光刻胶。
[0084]
采用旋涂法在基底表面旋涂光刻胶涂层，涂胶厚度为300nm～5um，使用电热板对基底进行烘烤。
[0085]
步骤s23：曝光光刻胶，并再次烘烤光刻胶。
[0086]
对光刻胶进行曝光，从而将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。
[0087]
步骤s24：显影光刻胶。
[0088]
用显影剂进行显影，显影时间10s到120s，根据不同的图形参数而定。然后使用去离子水反复冲洗，可得需要的光刻胶图形。并使用电热板对基底再次进行烘烤。
[0089]
步骤s25：刻蚀硬质掩膜形成掩膜图形，并去除光刻胶。
[0090]
使用反应离子刻蚀机对硬掩膜进行刻蚀，将光刻胶中的图形转移到硬掩膜上。
[0091]
步骤s26：刻蚀基底形成微结构阵列，并去除硬质掩膜。
[0092]
使用反应离子刻蚀机对基底材料进行刻蚀，将硬掩膜中的图形转移到基底上，得到需要的微结构阵列。
[0093]
需要指出的是，当微结构阵列与基底材料不同时，在得到基底后，在基底上先制作微结构材料层，然后对微结构材料层进行刻蚀，得到微结构阵列。具体过程可参考上述实施方式，此处不再详细赘述。
[0094]
本技术制得的减反射结构体包括基底和设置在基底上的微结构阵列，由于微结构阵列中多个微结构呈不规则的排列，微结构阵列可以使散射光线在空间中均匀分布，所有角度的反射光强均比较小，从而防止减反射结构体表面产生眩光。
[0095]
本技术还提供一种光学器件，所述光学器件包括上述任一种所述的减反射结构体。
[0096]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0097]
以上对本技术所提供的一种减反射结构体及其制作方法、光学器件进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。