渐变折射率材料制备方法

摘要

本发明提供一种渐变折射率材料制备方法，包括步骤：提供一基底，采用掠入射角镀膜或者化学腐蚀方式在所述基底表面镀渐变折射率层，所述渐变折射率层是以传统光学材料为基础，通过改变结构中材料与空隙的体积比，从而调节所述渐变折射率层的有效折射率。本发明采用掠入射角镀膜的方法制备渐变折射率材料并采用该材料形成新型高效光学结构。由于采用渐变折射率材料，新型的光学结构的光学性能更好，同时能够有效的和不同的衬底或基板集成，显著降低生产成本，提高该器件的光学性能，促进该光学结构的应用。

权利要求

1.一种渐变折射率材料制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括：

提供一基底，采用掠入射角镀膜方式在所述基底表面镀渐变折射率层，所述掠入射角镀膜方式的入射角不断增大；所述渐变折射率层是以传统光学材料为基础，通过改变结构中材料与空隙的体积比，从而调节所述渐变折射率层的有效折射率，所述渐变折射率层呈纳米螺旋或者Z型纳米线结构，通过调节镀膜工艺来调节其密度、尺寸和取向；采用掠入射角镀膜工艺在所述渐变折射率层表面制备顶盖层，所述顶盖层的厚度范围为5～200nm。

2.根据权利要求1所述的渐变折射率材料制备方法，其特征在于：所述基底为发光二极管芯片、玻璃或者硅片。

3.根据权利要求1所述的渐变折射率材料制备方法，其特征在于：所述渐变折射率层为单层、双层或多层。

4.根据权利要求3所述的渐变折射率材料制备方法，其特征在于：所述渐变折射率层的单层厚度范围为10～10000nm。

5.根据权利要求1所述的渐变折射率材料制备方法，其特征在于：所述渐变折射率层的折射率随位置不同，呈阶梯分布或渐变分布。

6.根据权利要求1所述的渐变折射率材料制备方法，其特征在于：所述渐变折射率材料层为介质材料或导电材料。

7.根据权利要求6所述的渐变折射率材料制备方法，其特征在于：所述介质材料选自TiO2、SiO2、Ta2O3或Si3N4中的一种或两种的组合，所述导电材料选自ITO、FTO或掺杂的氧化锌中的一种或两种的组合。

说明书

渐变折射率材料制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料制备加工领域，特别是涉及一种渐变折射率材料制备方法。

背景技术

[0002] 光学材料是用于光学实验和光学仪器中的具有一定光学性质和功能的材料的统称。光学材料包括无机和有机化合物，以无机物为主。按照其效能可分为两大类，即光介质材料和光功能材料。光介质材料是传输光线的材料，入射的光线经过折射、反射会改变光线的方向、相位和偏振态，还可经过吸收或散射改变光线的强度和光谱成分。光学材料在工业界中有着广泛的应用，但是由于每种材料的光学性质，特别是折射率是一定的，因此在一些特定应用中，就无法找到理想的光学性质完全满足要求的材料。

[0003] 我们对真空镀膜工艺的改进，开发出渐变折射率材料。通过改变材料的结构，调整其有效折射率，从而实现其折射率渐变从最高折射率和体折射率一致，到最低有效折射率接近1。通过采用新型渐变折射率材料，可以充分满足各种应用中对光学材料折射率匹配的需求，并能够使得一些新的应用成为可能。

发明内容

[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种渐变折射率材料的制备方法，用于解决现有技术中光学材料光学性质单一、不可调节的问题。

[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种渐变折射率材料制备方法，所述制备方法至少包括步骤：

[0006] 提供一基底，采用掠入射角镀膜或者化学腐蚀的方式在所述基底表面镀渐变折射率层，所述渐变折射率层示意传统光学材料为基础，通过改变结构中材料与空隙的体积比，从而调节所述渐变折射率层的有效折射率。

[0007] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述基底为发光二极管芯片、玻璃或者硅片。

[0008] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述渐变折射率层为单层、双层或多层。

[0009] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述渐变折射率层的单层厚度范围为10～1000nm。

[0010] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述过渡层渐变折射率层的折射率随位置不同，呈阶梯分布或渐变分布。

[0011] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述渐变折射率层呈纳米柱、纳米螺旋或者Z型纳米线结构，通过调节镀膜工艺来调节其密度、尺寸和取向。

[0012] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述制备方法还包括采用掠入射角镀膜工艺在所述渐变折射率层表面制备顶盖层的步骤，所述顶盖层的厚度范围为5～200nm。

[0013] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述渐变折射率材料层为介质材料或导电材料。

[0014] 作为本发明渐变折射率材料制备方法的一种优化的方案，所述介质材料选自TiO2、SiO2、Ta2O3或Si3N4中的一种或两种的组合，所述导电材料选自ITO、FTO或掺杂的氧化锌中的一种或两种的组合。

[0015] 如上所述，本发明的渐变折射率材料制备方法，包括步骤：提供一基底，采用掠入射角镀膜或者化学腐蚀方式在所述基底表面镀渐变折射率层，所述渐变折射率层是以传统光学材料为基础，通过改变结构中材料与空隙的体积比，从而调节所述渐变折射率层的有效折射率。本发明采用掠入射角镀膜的方法制备渐变折射率材料并采用该材料形成新型高效光学结构。由于采用渐变折射率材料，新型的光学结构其光学性能更好，同时能够很有效的和不同的衬底或基板集成，显著降低生产成本，提高该器件的光学性能，促进该光学结构的应用。

附图说明

[0016] 图1为本发明渐变折射率材料制备方法制备的结构示意图。

[0017] 图2为本发明渐变折射率材料随膜厚的变化曲线。

[0018] 元件标号说明

[0019] 101             基底

[0020] 102，103         渐变折射率层

[0021] 104             顶盖层

具体实施方式

[0022] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[0023] 请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

[0024] 本发明提供一种渐变折射率材料制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

[0025] 提供一基底101，采用掠入射角镀膜或者化学腐蚀方式在所述基底101表面镀渐变折射率层102、103，所述渐变折射率层102、103是以传统光学材料为基础，通过改变结构中材料与空隙的体积比，从而调节所述渐变折射率层的有效折射率。

[0026] 所述基底101可以是LED芯片或者玻璃等透明基底，当然，所述基底101也可以是其他合适的透明或不透明材料，不透明基底例如可以是硅片。本实施例中，所述基底101选择为硅片。

[0027] 作为示例，所述渐变折射率材层102、103可以是单层、双层或多层，即，渐变折射率层可以是一层渐变折射率薄膜，也可以是多层渐变折射率薄膜的叠加。而渐变折射率层的折射率随纵向高度不同，可以呈阶梯分布或者渐变分布。

[0028] 所述掠入射角镀膜工艺包括电子束镀膜、热蒸发、磁控溅射、脉冲激光镀膜等物理气相镀膜工艺。本实施例中，采用电子束镀膜工艺制备渐变折射率层。

[0029] 作为示例，所述渐变折射率层的单层厚度范围可以控制在10～10000nm范围内。本实施例中，所述渐变折射率层的单层厚度暂选为800nm。在其他实施例中，所述渐变折射率层的厚度也可以是100nm、1000nm、1500nm、2000nm、5000nm或者7000nm等等。

[0030] 进一步地，所述渐变折射率层的材料可以是介质材料也可以是导电材料，若为导电材材料，则对应的渐变折射率层具有导电性。所述介质材料可以选自TiO2、SiO2、Ta2O3或Si3N4中的一种或两种的组合，当然，也可以是其他合适的介质材料。所述导电材料可以选自ITO、FTO或掺杂的氧化锌中的一种或两种的组合，也可以是其他合适的导电材料，在此不限。

[0031] 所述折射率材料层可以为同一种材料，也可以是不同材料。通过改变镀膜过程中的工艺参数，改变材料的有效折射率，满足折射率不同的分布要求。

[0032] 掠入射角沉积镀膜工艺是采用改变材料源入射角度的方法，镀成空隙率不同的渐变折射率层，所述渐变折射率层呈纳米柱、纳米螺旋或者Z型纳米线结构，通过调节镀膜工艺来调节其密度、尺寸和取向，充分满足各种应用中对光学材料折射率匹配的需求，使一些新的应用成为可能。

[0033] 具体地，本实施例中，渐变折射率层为四层，采用电子束蒸发镀膜的工艺在太阳能电池表面制备渐变折射率材料层SiO2，入射源材料为纯的SiO2，将入射源的入射方向与基底的法线之间的入射角设置成不断增大，工艺腔压力设置为2×10-6托，沉积速度设置为0.5nm/s。

[0034] 在另一实施例中，采用化学腐蚀的方式制备渐变折射率层，具体为：将光学材料放置在腐蚀溶液中，所述腐蚀溶液可以是酸或者碱溶液，例如草酸溶液，通过腐蚀不同的时间，获得不同的孔隙率的光学材料。

[0035] 需要说明的是，在所述渐变折射率层表面还制作有顶盖层104，用于保护渐变折射率层102、103的结构和光学特性的稳定。所述顶盖层104也可以采用掠入射角镀膜的工艺实现。如图1所示，渐变折射率层102显示的是致密材料或者掠入射角角度小的镀膜工艺制备的结果，渐变折射率层103显示的是自下而上随着掠入射角的工艺改变，材料的空隙比重越来越大，其有效折射率越来越小，有效折射率的分布可以按照设计精确控制，以达到最佳光学效果。根据具体工艺的需要，所述顶盖层的厚度范围优选在5～200nm范围内，本实施例中，所述顶盖层的厚度暂选为100nm。

[0036] 渐变折射率材料的有效折射率可以通过以下公式计算：neff＝a*nmaterial+(1-a)*nair，其中，neff是有效折射率，nmaterial是光学材料的体折射率，a是光学材料在薄膜中所占的体积比，nair是空气的折射率。图2显示的是渐变折射率材料的有效折射率的分布，可以看出，掠入射角镀膜工艺可以成功实现光学材料折射率的连续可调，为制备高性能光学薄膜提供了新方法。基于有效折射率的分布，该光学结构可以实现抗反射特性，增加光学结构对光的吸收。

[0037] 还需要说明的是，除了光学材料，掠入射角镀膜工艺还可以用在镀金属、半导体等材料，通过调节镀膜工艺，可以连续改变材料的光学、电学、机械性能，从而制备出可调节的新材料。

[0038] 综上所述，本发明提供一种渐变折射率材料制备方法，包括步骤：提供一基底，采用掠入射角镀膜或者化学腐蚀方式在所述基底表面镀渐变折射率层，所述渐变折射率层是以传统光学材料为基础，通过改变结构中材料与空隙的体积比，从而调节所述渐变折射率层的有效折射率。本发明采用掠入射角镀膜的方法制备渐变折射率材料并采用该材料形成新型高效光学结构。由于采用渐变折射率材料，新型的光学结构其光学性能更好，同时能够很有效的和不同的衬底或基板集成，显著降低生产成本，提高该器件的光学性能，促进该光学结构的应用。

[0039] 所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

[0040] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。