(57)【要約】  レーザを用いて光スぺクトルにおける透明固体の反射を低減する方法及びデバイス、透明固体を用いるコーティング及びデバイスが開示される。レーザを用いて、透明固体材料の温度を融解温度付近に上昇させることにより前記材料の表面を成形して、前記表面上に、所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを生成する。レーザフルエンス値、波長、繰返し数、パルス持続時間、及び焦点スポット当たりの連続レーザパルスの数が選択され、透明固体材料の表面上の所望の焦点スポット分布が特定される。透明固体材料は、相対移動され、所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成する。【選択図】図７
2021514853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明固体材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する方法であって、
前記透明固体材料をホルダ上に準備することと、
前記透明固体材料の前記表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定することと、
前記透明固体材料の前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定することと、
前記透明固体材料の融解温度を特定することと、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を選択することと、
波長、繰返し数、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ選択することと、
レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を選択することと、
前記透明固体材料の前記表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束されたレーザ放射に曝露して、透明材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、前記表面の少なくとも一部を成形し、前記所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成することと、
前記透明固体材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成することとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記透明固体材料の前記表面を、集束された円偏光レーザ放射に曝露することを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記透明固体材料の前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定することが、隣接する焦点スポットの、予め選択されるパーセンテージ分の重なりを特定することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記予め選択されるパーセンテージが、８９％以下である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
静止した透明固体材料上にレーザビームを走査及び／又はラスター（ｒａｓｔｅｒｉｎｇ）することを更に含む請求項１から４のいずれかに記載の成形方法。
【請求項６】
前記透明固体材料が、少なくともガラス片を含む請求項１から５のいずれかに記載の成形方法。
【請求項７】
前記透明固体材料を成形することが、電子デバイス上のガラス片を成形することを含み、前記電子デバイスが、太陽電池（ＳＣ）、ディスプレイ、スクリーン、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びセンサを含む請求項６に記載の成形方法。
【請求項８】
前記波長が、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲から選択される請求項１から７のいずれかに記載の成形方法。
【請求項９】
前記繰返し数が、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲から選択される請求項１から８のいずれかに記載の成形方法。
【請求項１０】
前記パルス持続時間が、最長１０ｐｓまでから選択される請求項１から９のいずれかに記載の成形方法。
【請求項１１】
前記レーザフルエンスが、３．８Ｊ／ｃｍ２〜１．４７Ｊ／ｃｍ２の範囲から選択される請求項１から１０のいずれかに記載の成形方法。
【請求項１２】
透明固体材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する製造構成であって、
照射モジュールと、
前記透明固体材料を保持するように構成されたホルダと、
コントローラとを含み、
前記照射モジュールが、
パルスレーザ源と、
前記パルスレーザ源からのレーザビームを集束させる光学システムとを有し、
前記コントローラが、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を設定することと、
レーザパルス波長、繰返し数、及び持続時間の範囲から、レーザパルス波長、レーザパルス繰返し数、及びレーザパルス持続時間をそれぞれ設定することと、
レーザ表面の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定することと、
前記パルスレーザ源からのレーザビームによるレーザ曝露中に、前記透明固体材料の相対移動シークエンス（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を設定して、所望のナノ構造二次元反射防止パターンアレイを生成することとを行うことを特徴とする製造構成。
【請求項１３】
前記光学システムが、前記パルスレーザ源からの前記レーザビームを前記透明固体材料に向ける少なくともミラーと、前記透明固体材料に前記レーザビームを集束させる少なくともレンズとを含むこと請求項１２に記載の製造構成。
【請求項１４】
前記パルスレーザ源が、ピコ秒又はフェムト秒レーザ源である請求項１２から１３のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１５】
移動モジュールが、前記照射モジュールが静止した状態で、透明固体材料ホルダを変位させるように構成される請求項１２から１４のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１６】
前記光学システムが、透明固体材料ホルダが静止した状態で、前記レーザビームを変位させるように構成される請求項１２から１５のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１７】
移動モジュールが、透明固体材料ホルダが静止した状態で、前記照射モジュールを変位させるように構成される請求項１２から１６のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１８】
請求項１から１１のいずれかに記載の成形方法を用いて成形され、表面にナノ構造二次元反射防止パターンアレイを含むことを特徴とする反射防止透明固体材料。
【請求項１９】
請求項１８に記載の反射防止透明固体材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項２０】
透明固体材料の表面を成形して、透明材料の表面の光スペクトルにおける反射を低減するためのシステムであって、
前記透明固体材料をホルダ上に準備するための手段と、
前記透明固体材料の前記表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定するための手段と、
前記透明固体材料の前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定するための手段と、
前記透明固体材料の融解温度を特定するための手段と、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を設定するための手段と、
波長、繰返し数、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ設定するための手段と、
レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定するための手段と、
前記透明固体材料の前記表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束されたレーザ放射に曝露して、透明材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、前記表面の少なくとも一部を成形し、前記所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成するための手段と、
前記透明固体材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成するための手段とを含むことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
照射構成に、透明固体材料の表面の成形を実行させる非一過性コンピュータプログラム製品であって、前記非一過性コンピュータプログラム製品が、
前記透明固体材料をホルダ上に準備すること、
前記透明固体材料の前記表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定すること、
前記透明固体材料の前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定すること、
前記透明固体材料の融解温度を特定すること、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を選択すること、
波長、繰返し数、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ選択すること、
レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を選択すること、
前記透明固体材料の前記表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束されたレーザ放射に曝露して、透明材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、前記表面の少なくとも一部を成形し、前記所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成すること、
前記透明固体材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成することを行わせる命令を有する非一過性コンピュータプログラム製品。
【請求項２２】
請求項１から１１のいずれかに記載の方法を照射構成に実行させるためのプログラム命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
【請求項２３】
記憶媒体で具現化される請求項２２に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項２４】
キャリア信号で搬送される請求項２２に記載のコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、反射を低減するための方法及びデバイスに関し、より詳細には、透明な固体の反射を低減するための方法及びデバイス、並びにそのような透明な固体を使用するコーティング及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
透明な固体上の反射防止コーティングは、太陽電池における集光を改善するために、又は光電子及び電気光学デバイスのための透明媒体の性能を向上させるために使用される。この目的に好適なコーティングは、表面反射を減少させ、透明な固体において、ブロードな光スペクトルに亘って透過率を上昇させるものである。
【０００３】
透明な固体にコートされた化学化合物は、関心のある表面上に１層以上の薄層を形成している。その結果、表面屈折率が滑らかに上昇することにより、被コート面の反射防止性が向上する。一方、これらの化合物は、環境に優しいものではなく、有毒な化学廃棄物を生成し、大表面積の工業的規模での利用が困難であり、製造コストが増大する。化学コーティングの別の欠点は、薄層の安定性の程度であり、これは、長期的に見れば、最終的に、コーティングの性能欠如及び劣化を引き起こし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、反射防止表面の簡便且つ効率的な製造方法を提供することである。透明な固体をレーザで処理することにより、（擬似）周期的なナノ構造を表面上に生成することができ、その結果、反射防止特性が向上する。提案される技術は、ワンステップの化学物質フリー技術であり、工業的な高電力及び反復可能レーザを使用して工業的規模に容易に適用することができる。
【０００５】
第１の態様では、透明固体材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する方法を提案する。本方法は、前記透明固体材料をホルダ上に準備することと、前記透明固体材料の表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定することと、前記透明固体材料の表面上の所望の焦点スポット分布を特定することと、前記透明固体材料の融解温度を特定することと、レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を選択することと、波長、繰返し数（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｒａｔｅｓ）、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ選択することと、レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を選択することと、前記透明固体材料の表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束されたレーザ放射に曝露して、透明材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、表面の少なくとも一部を成形し、所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成することと、前記透明固体材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成することとを含む。
【０００６】
レーザパルスで透明固体表面を加工することにより、自己組織化レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）を形成することができる。これらの構造を形成することにより、透明固体表面の反射を低減することができる。
【０００７】
いくつかの例では、透明固体材料の表面は、集束された円偏光レーザ放射に曝露される。透明な固体に円偏光レーザ放射を照射することにより、ナノリップル（ｎａｎｏ−ｒｉｐｐｌｅｓ）を、ガウシアン焦点スポットに沿う全ての方向に形成することができ、最終的に、処理後表面上にナノスパイク形成をもたらす。ナノスパイク構造体は、擬似周期的であり、表面に沿ってランダムに分布している。擬似周期性構造体の利点は、ナノリップル（入射面がナノリップル配向の方向に対して垂直であるときに反射防止特性を示す傾向がある）とは異なり、全ての面方向において反射防止特性を示すことである。
【０００８】
いくつかの例では、透明固体材料の表面上の所望の焦点スポット分布を特定することは、隣接する焦点スポットの、予め選択されるパーセンテージ分の重なりを特定することを含むことができる。予め選択されるパーセンテージは、８９％以下であることができる。
【０００９】
いくつかの例では、この方法は、静止した透明固体材料上にレーザビームを走査及び／又はラスター（ｒａｓｔｅｒｉｎｇ）することを更に含むことができる。１パス当たり少数のパルス（例えば、３〜５回）を用いて、高速で多数回の走査で走査することにより、材料が融解・再固化して、構造体を形成せずに非常に小さい表面粗さを形成する。この段差（ｓｔｅｐ）は、スポット径近傍に設定することができる。
【００１０】
いくつかの例では、透明固体材料は、少なくともガラス片を含むことができる。ガラス片は、電子デバイス上にあってもよい。電子デバイスは、太陽電池（ＳＣ）、ディスプレイ、スクリーン、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及び／又はセンサを含むことができる。
【００１１】
いくつかの例では、入射ビームの波長は、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲から選択することができる。これは、成形される材料に依存し得る。
【００１２】
いくつかの例では、レーザフルエンスは、３．８Ｊ／ｃｍ２〜１．４７Ｊ／ｃｍ２の範囲で選択することができる。繰返し数は、１ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲から選択することができ、パルス持続時間は、最長１０ｐｓまで選択することができる。この組合せは、選択されるレーザフルエンス、形成されるナノ構造体の高さ、及び表面材料の融点に依存し得る。
【００１３】
別の態様では、透明固体材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する製造構成が開示される。製造構成は、照射モジュールを含むことができる。照射モジュールは、パルスレーザ源と、パルスレーザ源からのレーザビームを集束させる光学システムとを有することができる。製造構成は、透明固体材料を保持するように構成されたホルダを更に備えることができる。製造構成はまた、以下を行うコントローラを含むことができる。即ち、レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を設定すること、レーザパルス波長、繰返し数、及び持続時間の範囲から、レーザパルス波長、レーザパルス繰返し数、及びレーザパルス持続時間をそれぞれ設定すること、レーザ表面の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定すること、及びパルスレーザ源からのレーザビームによるレーザ曝露中に、透明固体材料の相対移動シークエンス（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を第１の方向に設定して、所望のナノ構造二次元反射防止パターンアレイを生成することを行うコントローラを含むことができる。
【００１４】
いくつかの例では、光学システムは、パルスレーザ源からのレーザビームを透明固体材料に向ける少なくともミラーと、透明固体材料にレーザビームを集束させる少なくともレンズとを含むことができる。いくつかの例では、パルスレーザ源は、ピコ秒又はフェムト秒レーザ源であることができる。
【００１５】
いくつかの例では、移動モジュールは、照射モジュールが静止した状態で、透明固体材料ホルダを変位させるように構成することができる。他の例では、光学システムは、透明固体材料ホルダが静止した状態で、レーザビームを変位させるように構成することができる。更に他の例では、移動モジュールは、透明固体材料ホルダが静止した状態で、照射モジュールを変位させるように構成することができる。
【００１６】
別の態様では、反射防止透明固体材料が開示される。反射防止透明固体材料は、本明細書に開示される例にしたがう成形方法を使用して成形することができ、表面上にナノ構造二次元反射防止パターンアレイを含むことができる。
【００１７】
更に別の態様では、デバイスが開示される。デバイスは、本明細書に開示される例にしたがう反射防止透明固体材料を含むことができる。
【００１８】
更に別の態様では、透明固体材料の表面を成形して、透明材料の表面の光スペクトルにおける反射を低減するためのシステムを開示する。本システムは、前記透明固体材料をホルダ上に準備するための手段と、前記透明固体材料の表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定するための手段と、前記透明固体材料の表面上の所望の焦点スポット分布を特定するための手段と、前記透明固体材料の融解温度を特定するための手段と、レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を設定するための手段と、波長、繰返し数、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ設定するための手段と、レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定するための手段と、前記透明固体材料の表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束されたレーザ放射に曝露して、透明材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、表面の少なくとも一部を成形し、所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成するための手段と、前記透明固体材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成するための手段とを含むことができる。
【００１９】
更に別の態様では、照射構成に、透明固体材料の表面の成形を実行させる非一過性コンピュータプログラム製品を開示する。非一過性コンピュータプログラム製品は、以下を行わせる命令を有することができる。即ち、前記透明固体材料をホルダ上に準備すること、前記透明固体材料の表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定すること、前記透明固体材料の表面上の所望の焦点スポット分布を特定すること、前記透明固体材料の融解温度を特定すること、レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を選択すること、波長、繰返し数、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ選択すること、レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を選択すること、前記透明固体材料の表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束されたレーザ放射に曝露して、透明材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、表面の少なくとも一部を成形し、所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成すること、前記透明固体材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成することを行わせる命令を有することができる。
【００２０】
更に別の態様では、コンピュータプログラム製品が開示される。コンピュータプログラム製品は、本明細書に開示される例に係る透明固体材料の表面を成形する方法を、照射構成に実行させるためのプログラム命令を含むことができる。
【００２１】
コンピュータプログラム製品は、記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＵＳＢドライブ、コンピュータメモリ上、又は読み取り専用メモリ上）で具現化させる、又はキャリア信号（例えば、電気又は光キャリア信号）で実行させることができる。
【００２２】
コンピュータプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、コード中間ソース、及びオブジェクトコードの形態、例えば、部分的にコンパイルされた形態、又はプロセスの実行における使用に適した任意の他の形態であることができる。キャリアは、コンピュータプログラムを搬送することができる任意のエンティティ又はデバイスであることができる。
【００２３】
例えば、キャリアは、ＲＯＭ、例えば、ＣＤ  ＲＯＭ又は半導体ＲＯＭ、又は磁気記録媒体、例えば、ハードディスクなどの記憶媒体を含むことができる。更に、キャリアは、電気又は光信号などの伝達可能なキャリアであってもよく、これらの信号は、電気又は光ケーブルを介して、又は無線又は他の手段によって伝達されることができる。
【００２４】
コンピュータプログラムが、ケーブル又は他のデバイス若しくは手段によって直接伝達され得る信号に具現化されるとき、キャリアは、そのようなケーブル又は他のデバイス若しくは手段によって構成することができる。
【００２５】
或いは、キャリアは、コンピュータプログラムが埋め込まれた集積回路であってもよく、集積回路は、関連する方法を実行するか、又はその実行の際の使用に適合されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本開示の非限定的な例を、添付図面を参照して、以下に説明する。
【００２７】
【図１】図１は、一例に係る、多数回の走査後のナノスパイク形成までの過程を概略的に示す図である。
【図２】図２は、一例に係る、透明固体材料の表面を成形して、光学スペクトルにおける反射を低減する方法のフロー図である。
【図３Ａ】図３Ａは、成形された溶融シリカ表面上の走査電子顕微鏡像を概略的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの表面の断面のピクセル強度を概略的に示す図である。
【図４】図４は、シェード領域がスポットの重なりを示している、ガウシアン形状の超高速レーザパルスによる面走査の表現を概略的に示す図である。
【図５】図５は、一例に係る、成形方法を使用して成形された反射防止透明固体材料を概略的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、平坦な溶融シリカ及びナノ構造の溶融シリカ表面の透過率スペクトルを概略的に示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、平坦な溶融シリカ及びナノ構造の溶融シリカ表面の反射率スペクトルを概略的に示す図である。
【図７】図７は、一例に係る、製造構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、一例に係る、多数回の走査後のナノスパイク形成までの過程を概略的に示す。第１の走査Ａにおいて、超高速レーザパルスが透明な固体を照射する。この第１のパスの間に、固体の温度が上昇し得るが、融点に達しない場合がある。したがって、固体表面の相変化は、依然として生じていないことがあり、ナノ構造体も、依然として形成されていないことがある。更なる走査Ｂの間に、レーザパルスが特定のスポットを標的にすると、既に高温の表面が溶けて、レーザビームがスポットから遠去かるにつれて再固化し、構造体を形成せずに非常に小さな表面粗さを形成する。次の走査Ｃを続行すると、表面が再度照射され、以前に形成された粗さがナノスパイクの一次形成を促進する。走査を継続するにつれて、ナノスパイクは、それらの望ましい形状とサイズに徐々に形成され、表面に反射防止特性を提供する。走査Ｄに示されるように表面が十分且つ均一に構造体化されるまで、同一手順を多数回行う。
【００２９】
図２は、一例に係る、透明固体材料の表面を成形して、光学スペクトルにおける反射を低減する方法のフロー図である。ブロック２０５において、透明固体材料をホルダ上に準備する。ブロック２１０において、所望の標的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを、透明固体材料の表面上で特定する。ブロック２１５において、透明固体材料の表面上の所望の焦点スポット分布を特定する。ブロック２２０において、透明固体材料の融解温度を特定する。ブロック２２５において、レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を選択する。ブロック２３０において、波長、繰返し数、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ選択する。ブロック２３５において、レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を選択する。ブロック２４０において、透明固体材料の表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束レーザ放射に曝露し、透明材料の温度を融解温度付近まで上昇させ、表面の少なくとも一部を成形して、所望の標的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を形成する。ブロック２４５において、透明固体材料を相対移動させて、所望のナノ構造二次元パターンアレイを形成する。
【００３０】
図３Ａは、成形された溶融シリカ表面上の走査電子顕微鏡像を概略的に示す。図３Ａの例において、表面は、１０２６ｎｍで６０ｋＨｚの繰返し数で直線偏光（白色の両端矢印は、レーザビームの偏光方向を示す）を、フルエンスＦｌ＝３．４Ｊ／ｃｍ２、パルス数ＮＰ＝１５、パルス持続時間ＰＤ＝１７０ｆｓで照射した後の生成物である。このプロセスにより、図３Ａに示されるような自己組織化レーザ誘起周期的表面構造（ＬＩＰＳＳ）が形成される。図３Ｂは、図３Ａの表面の断面のピクセル強度を概略的に示す。
【００３１】
これらの構造体の周期性は、図３Ｂに示すように、２つ以上の連続した構造体間の距離として定義される。ＬＩＰＳＳの形成は、照射中及び照射直後の溶融材料の流体運動を説明する流体力学と共に、粗い表面の不均一なエネルギー吸収によって記述することができる。
【００３２】
自然界では、サブマイクロメートル領域のサイズの表面構造は、屈折率が徐々に空間的に上昇するため、可視スペクトルにおける効率的な反射防止特性を生成できると同時に、物質は透明なままである。注目すべき例は、蝶のＧｒｅｔａ  Ｏｔｏの翼の反射防止であり、その表面は、サブマイクロメートルサイズのナノピラーで装飾されている。
【００３３】
反射防止ナノ構造を作成するための重要なパラメータは、入射ビームの偏光状態である。ガウシアン形状の直線偏光超高速レーザパルスを透明固体に照射することにより、前述したように、ナノリップルが表面に形成され、これらの構造体の方向は、入射電界方向に対して垂直である。円偏光を使用すると、ガウシアンスポットに沿う全ての方向にナノリップルが形成され、最終的に、ナノスパイクが処理後表面に形成される。ナノスパイク構造体は、疑似周期的であり、表面に沿ってランダムに分布する。疑似周期構造の利点は、入射面がナノリップルの配向に垂直であるときに反射防止特性を示す傾向があるナノリップルとは異なり、全ての面方向に反射防止特性を示すことである。
【００３４】
ナノスパイクのサイズと周期性は、レーザパラメータによって制御することができる。フルエンスとパルス数は影響が小さいが、ナノスパイクのサイズと周期性は、入射ビームの波長に強く依存する。ナノスパイクのサイズと周期性は、最終的に、構造化表面が反射防止挙動を示すスペクトル範囲を決定することができる。したがって、用途によっては、反射防止スペクトル範囲を適切に調節できるので、この技法は高い汎用性を示す。
【００３５】
大表面積でのナノスパイクの生成には、試料を複数のラインで走査するために、透明固体を電動ｘ−ｙ−ｚステージに配置し、固定して水平にする。或いは、加工時間を早めるために、電動ステージに代えてＧａｌｖｏシステムを使用することができる。入射ビームは表面に集束され、フルエンスは、材料のアブレーション閾値近傍に設定され、表面は複数ライン状に照射される。焦点が表面の下方又は上方にある場合には、表面不純物による自己集束状態が表面を著しく損傷することがある。損傷した表面という用語は、材料の破片が表面から離脱し、クレータ形成をもたらす場合を意味する。これらのクレータは、局所的な吸収と光の散乱を増加させ、最終的に、表面粗さの上昇と透過率の低下をもたらす。
【００３６】
大表面積の加工には、滑らかでクリーンなナノ構造化表面の作成に重要なパラメータが導入される。図４は、シェード領域がスポットの重なりを示している、ガウシアン形状の超高速レーザパルスによる面走査の表現を概略的に示す。走査速度は、ステージが軸に沿って移動する速度である。走査速度に応じて、２つのパルスの中心間の距離が可変であり、以下のように定義される。
【数１】
2021514853.tif 000003
式中、ｖは、走査速度であり、ＲＲは、レーザ繰返し数である。したがって、距離は、走査速度に比例し、図４に示されるように、異なる重なりをもたらす。別のパラメータは、図４に示されるように、照射されたライン間の距離を記述する段差である。段差は、スポット直径よりも小さいことがある。
【００３７】
スポット領域当たりのパルス数が３以上の場合、ナノスパイクが形成される。（連続するレーザパルス間の）重なりが大きいため、温度が表面の融点を超えて上昇するものの、損傷が発生し得る領域は小さい。損傷面積を最小限に抑えるために使用できるパルス数は３未満である。しかし、３未満のパルスの場合、より低いパルスの重なりにより、構造体は形成されない。多数回の走査と組み合わされる少数回のパルスは、段差がスポット径近傍に設定されている場合、この問題の解決策である。
【００３８】
可視スペクトルにおける反射防止表面は、図５及び図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、この技法を使用して形成することができる。図５は、一例に係る、成形方法を使用して成形された反射防止透明固体材料を概略的に示す。図６は、平坦な溶融シリカ及びナノ構造化溶融シリカ表面の透過率及び反射率スペクトルを概略的に示す。透明固体の反射処理されていない平坦なフレームを図５の（Ａ）に示し、（Ｂ）は、材料が白色光源下に配置された反射防止レーザ加工領域を示す。図５の（Ｃ）〜（Ｅ）は、ナノ構造体（ナノスパイク）を有する例示的な溶融シリカ表面のＳＥＭ画像である。表面に形成されたナノスパイクの特性は、３回の走査の場合、２００〜４００ｎｍの周期性、６０〜１００ｎｍの半径、及び２００〜３００ｎｍの高さである。１回目の走査において、形成されたナノスパイクの高さは、３回目の走査と比較して３２±５％であり、２回目の走査では、３回目の走査と比較して８５±１０％であった。更に、光学分析により、材料が、図６に示されるように、可視及び近ＩＲスペクトルの反射防止特性を示すことが示された。実際に、図６Ｂに示すように、反射防止特性は、図６Ａに示される未処理表面の特性と比較して改善され、これは２５０〜１２００ｎｍのスペクトル範囲における材料反射率を低下させることにより達成される。同時に、透過率は、５００〜１２００ｎｍのスペクトル範囲で２〜３％上昇する一方、ＵＶ領域では透過率が低下する。
【００３９】
図７は、一例に係る、透明固体材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する製造構成を概略的に示す。製造構成７００は、照射モジュール７０５を含むことができる。照射モジュール７０５は、レーザビームを生成するパルスレーザ源７１０と、パルスレーザ源７１０からのレーザビーム又はパルス７１２を集束させるための光学システム７１５とを含むことができる。製造構成７００は、透明固体材料７２５を保持するように構成されたホルダ７２０を更に含むことができる。コントローラ７３０は、照射モジュール７０５及びホルダ７２０に連結することができる。コントローラ７３０は、メモリ７３５及びプロセッサ７４０を含むことができる。メモリ７３５に格納され且つ透明固体材料７２５に関連付けられたレーザフルエンス値の範囲から、照射モジュール７０５のレーザフルエンス値を設定することができる。更に、コントローラは、同様にメモリ７３５に格納され且つ透明固体材料７２５に関連付けられたレーザパルス波長、繰返し数、及び持続時間の範囲からレーザパルス波長、レーザパルス繰返し数、及びレーザパルス持続時間を設定すると共に、透明固体材料７２５上に形成されるナノ構造パターンに基づいて、レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定することができる。最後に、コントローラ７３０は、例えば、ホルダ７２０の動きを制御して、透明固体材料の相対移動シークエンスをパルスレーザ源７１０からのレーザビームによるレーザビームへの曝露中に設定して、透明固体材料７２５の表面上に所望のナノ構造二次元反射防止パターンアレイを生成することができる。
【００４０】
本明細書ではいくつかの例しか開示されていないが、その他の代替、修正、使用、及び／又はそれらの等価物が可能である。更に、記載された例について、全ての可能な組合せも包含される。したがって、本開示の範囲は、特定の例によって限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲を公正に読むことによってのみ決定されるべきである。図面に関連する参照符号がクレーム中に括弧付きで記載されている場合、それらはクレームの理解度を高めることのみを意図するためのものであり、クレームの範囲を限定するものと解釈されるものではない。
【００４１】
更に、図面を参照して説明した例は、計算装置／システム、及び計算装置／システムにおいて実行されるプロセスを含むが、本発明は、システムを実施するように適合されたコンピュータプログラム、特にキャリア上又はキャリア内のコンピュータプログラムにも及ぶ。
【図１】
2021514853.tif 000004
【図２】
2021514853.tif 000005
【図３Ａ】
2021514853.tif 000006
【図３Ｂ】
2021514853.tif 000007
【図４】
2021514853.tif 000008
【図５】
2021514853.tif 000009
【図６Ａ】
2021514853.tif 000010
【図６Ｂ】
2021514853.tif 000011
【図７】
2021514853.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月12日(2020.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光透過性の固体状の材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する方法であって、
前記材料をホルダ上に準備することと、
前記表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定することと、
前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定することと、
前記材料の融解温度を特定することと、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を選択することと、
波長の範囲、１ｋＨｚから１ＭＨｚの繰返し数の範囲、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ選択することと、
レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を選択することと、
前記表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束された円偏光レーザ放射に曝露して、前記材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、前記表面の少なくとも一部を成形し、前記所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成することと、
前記材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成することとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定することが、隣接する焦点スポットの、予め選択されるパーセンテージ分の重なりを特定することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記予め選択されるパーセンテージが、８９％以下である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
静止した材料上にレーザビームを走査及び／又はラスター（ｒａｓｔｅｒｉｎｇ）することを更に含む請求項１から３のいずれかに記載の成形方法。
【請求項５】
前記材料が、少なくともガラス片を含む請求項１から４のいずれかに記載の成形方法。
【請求項６】
前記材料を成形することが、電子デバイス上のガラス片を成形することを含み、前記電子デバイスが、太陽電池（ＳＣ）、ディスプレイ、スクリーン、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びセンサを含む請求項５に記載の成形方法。
【請求項７】
前記波長が、２００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲から選択される請求項１から６のいずれかに記載の成形方法。
【請求項８】
前記パルス持続時間が、最長１０ｐｓまでから選択される請求項１から７のいずれかに記載の成形方法。
【請求項９】
前記レーザフルエンスが、３．８Ｊ／ｃｍ２〜１．４７Ｊ／ｃｍ２の範囲から選択される請求項１から８のいずれかに記載の成形方法。
【請求項１０】
可視光透過性の固体状の材料の表面を成形して、光スペクトルにおける反射を低減する製造構成であって、
照射モジュールと、
前記材料を保持するように構成されたホルダと、
コントローラとを含み、
前記照射モジュールが、
円偏光レーザ放射を生成するパルスレーザ源と、
前記パルスレーザ源からのレーザビームを集束させる光学システムとを有し、
前記コントローラが、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を設定することと、
レーザパルス波長の範囲、１ｋＨｚから１ＭＨｚの繰返し数の範囲、及び持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ設定することと、
レーザ表面の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定することと、
前記パルスレーザ源からのレーザビームによるレーザ曝露中に、前記材料の相対移動シークエンス（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を設定して、所望のナノ構造二次元反射防止パターンアレイを生成することとを行うことを特徴とする製造構成。
【請求項１１】
前記光学システムが、前記パルスレーザ源からの前記レーザビームを前記透明固体材料に向ける少なくともミラーと、前記透明固体材料に前記レーザビームを集束させる少なくともレンズとを含むこと請求項１０に記載の製造構成。
【請求項１２】
前記パルスレーザ源が、ピコ秒又はフェムト秒レーザ源である請求項１０から１１のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１３】
移動モジュールが、前記照射モジュールが静止した状態で、前記ホルダを変位させるように構成される請求項１０から１２のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１４】
前記光学システムが、前記ホルダが静止した状態で、前記レーザビームを変位させるように構成される請求項１０から１３のいずれかに記載の製造構成。
【請求項１５】
請求項１から９のいずれかに記載の成形方法を用いて成形され、表面にナノ構造二次元反射防止パターンアレイを含むことを特徴とする反射防止透明固体材料。
【請求項１６】
表面にナノ構造二次元反射防止パターンアレイを含み、
前記パターンが、２００ｎｍ〜４００ｎｍの擬似周期性、６０ｎｍ〜１００ｎｍの半径、及び２００ｎｍ〜３００ｎｍの高さを有するナノスパイクを含むことを特徴とする反射防止透明固体材料。
【請求項１７】
請求項１５から１６のいずれかに記載の反射防止透明固体材料を含むことを特徴とするデバイス。
【請求項１８】
可視光透過性の固体状の材料の表面を成形して、透明材料の表面の光スペクトルにおける反射を低減するためのシステムであって、
前記材料をホルダ上に準備するための手段と、
前記表面上の所望の目的ナノ構造二次元反射防止パターンアレイを特定するための手段と、
前記表面上の所望の焦点スポット分布を特定するための手段と、
前記材料の融解温度を特定するための手段と、
レーザフルエンス値の範囲からレーザフルエンス値を設定するための手段と、
波長の範囲、１ｋＨｚから１ＭＨｚの繰返し数の範囲、及びパルス持続時間の範囲から、レーザパルスの波長、繰返し数、及びパルス持続時間をそれぞれ設定するための手段と、
レーザ表面上の焦点スポット当たりに印加される連続レーザパルスの数を設定するための手段と、
前記表面を、選択された波長、繰返し数、パルス持続時間、及び連続レーザパルスの数を有する集束された円偏光レーザ放射に曝露して、前記材料の温度を前記融解温度付近に上昇させて、前記表面の少なくとも一部を成形し、前記所望の目的ナノ構造二次元パターンアレイの少なくとも一部を生成するための手段と、
前記材料を相対移動させて、前記所望のナノ構造二次元パターンアレイを生成するための手段とを含むことを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
2021514853.tif 000013
2021514853.tif 000014
2021514853.tif 000015