通过气体的单电荷或多电荷离子束处理制备抗反射玻璃材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明的主题是通过气体的单电荷或多电荷离子束处理玻璃材料的方法；该方法 旨在长时间内在可见区的波长谱中降低反射和改进光透射。本发明方法尤其应用于透镜或 玻璃片的透明衬底的表面，使得所述表面获得特征在于可见光透射率大于98%的抗反射性 质。在这些条件下，所述表面在可见区显示出良好的抗反射性质。
【背景技术】
[0002] 众所周知，玻璃表面反射大约95. 5%的入射光，事实上降低了光电池的能效或使 得难以阅读电脑或手机平板屏幕。
[0003] 玻璃表面上的光反射更通常地通过Fresnel关系来解释，其为以90°入射角通过 屈光度的光射线给出了以下反射（R)和透射（T)系数：
[0004] R= ((n2_nl) / (n2+nl))2;T= 4nl*n2/ (n2+nl) 2
[0005] 其中nl和n2是通过屈光度区分的介质的反射指数。发现R+T= 1 (能量守恒）。 对于空气（nl= 1)和玻璃（n2 = 1. 54)，这些公式产生R= 0? 045和T= 1-R= 0? 955 (透 射95. 5%，只反射4.5% )。
[0006] 对于由两个表面组成的玻璃条，存在超过两倍的损失，2' 4.5%= 9%。该光能量 损失代表光电应用的无价值部分。
[0007] 存在由基于金属氧化物沉积组成的抗反射工艺，使用这种工艺相对复杂和昂贵。 例如，对于透镜，将提及在真空（10 5托）下精度约为一埃的沉积金属氧化物薄层的工艺。 在无尘室中，首先在洗涤线中清洗透镜，然后在超声下干燥。将它们放进将进入处理室的支 持体中。在所述室中施加真空以获得氧化物在较低温度下的蒸发（升华）。蒸发可以通过 焦耳效应通过加热氧化物或使用电子枪来进行。必需完美控制真空的质量和度量、蒸发率 和所沉积的层的厚度。当然，这些厚度应该是均匀的。存在其他类型的稍微便宜的PVD沉 积，例如氟化镁MgF2 (指数1. 38)和氟铝酸钠Na3AlF6 (指数1. 35)，其折射率接近理想指数 然而没有达到理想指数，如可通过本发明方法实现。
[0008] "玻璃"理解为是指易碎（脆性）且对可见光透明的硬质材料或合金。通常，玻璃由 二氧化硅（Si02)和主要成分是砂的焊剂组成。在所有类型的玻璃中，最普遍的是苏打-石 灰玻璃。从物理角度而言，玻璃是显示玻璃转化现象的无定形材料（也就是非结晶材料）。 低于其转变温度（其非常高），玻璃以玻璃态存在。
[0009] 这造成需要用于玻璃材料的表面处理以在非常长的时间内引入抗反射性质的方 法，优选地根据易于在工业规模上操作的方法，以便能够以大量和合理的成本提供这种玻 璃材料。
[0010] 文献US5 250 098公开了用于在玻璃材料的可见区进行持久抗反射处理的方 法，该方法是通过离子束轰击；所使用的离子是单电荷的。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的是提供用于处理玻璃材料的方法，该方法相对便宜且可以处理对应 于众多应用要求的表面。在这些应用中，将提及触摸屏、眼镜片、光学装置的透镜、建筑物的 窗户或光学纤维。
[0012] 因此，本发明提供用于在玻璃材料的可见区进行持久抗反射处理的方法，其由通 过经由电子回旋共振（ECR)源产生的气体的单电荷和多电荷离子束轰击组成，其中：
[0013] _用于处理玻璃材料的温度小于或等于玻璃化转变温度；
[0014]-注入每单位表面积的气体的单电荷和多电荷离子的剂量为1012个离子/cm2_1018 个离子/cm2,以便获得气体的单电荷和多电荷单电荷和多电荷离子的原子浓度，使得注入 层的折射率n约等于（nl*n2)1/2,其中nl是空气指数和n2是玻璃指数；
[0015]-加速电压为5kV-1000kV，以获得等于p*A/4*n的注入厚度t，其中t是对应于 注入范围的注入厚度，其中气体的单电荷和多电荷离子的原子浓度大于或等于1%，P是整 数，A是入射波长和n是注入层指数。
[0016] 发明人已经能够发现，包含通过经由电子回旋共振（ECR)源产生的气体的单电荷 和多电荷离子束轰击的用于在可见区进行持久抗反射处理的方法比包含通过气体的单电 荷离子束轰击的方法更有效。
[0017] 根据一种实施方式，气体的单电荷和多电荷离子束包含10 %的多电荷离子或大于 10%的多电荷离子。
[0018] 根据一种实施方式，离子束气体的单电荷和多电荷离子选自氦（He)、氖（Ne)、氩 (Ar)、氪（Kr)和氙（Xe)的"稀有"气体的元素的离子。
[0019] 根据另一种实施方式，离子束气体的单电荷和多电荷离子选自氮（N2)和氧（02)的 气体的离子。
[0020] 注入每单位表面积的气体的单电荷和多电荷离子的剂量为1〇12个离子/cm2-1018 个离子/cm2,以获得气体的单电荷和多电荷离子的原子浓度，使得注入层的折射率n约等 于（nl*n2)1/2,其中nl是空气指数和n2是玻璃指数；相对于基本上等于通过屈光度分离 的介质的指数产物的平方根的值，注入层的折射率获得降低。这通过以下公式反映m= (nl*n2)1/2,其中nl是空气指数（nl= 1)和n2是玻璃指数；在苏打-石灰玻璃（n2 = 1.54) 的情况下，注入层的指数（n)必须基本上等于1. 24。
[0021] 根据他们的计算，发明人估计，注入离子的原子浓度和所观察的光学指数的降低 之间应该存在比例关系。则该关系将大约如下：
[0022]N=nl*xl+n2*x2,其中xl+x2= 1
[0023] 其中xl对应于注入层中硅（其代表组成玻璃的大部分原子）的平均原子浓度；
[0024] 其中x2对应于注入层中存在的离子的平均原子浓度。
[0025] 也等于写为：
[0026]N=nl+(n2_nl) *x2〇
[0027] 为了接近指数n= 1. 24,根据该公式，将必需注入大约50%的离子（x2 = 0. 5)。
[0028] 发明人的实验结果表明为了获得该结果，少5倍的离子是必需的，即离子的原子 浓度约为10%。
[0029] 这等于写为以下经验公式：
[0030]N=nl+(n2_nl)*5*x2。
[0031] 没有超出太远，理论和实验之间的差异可能通过除了形成充满气体的纳米空腔之 外的缺口产生和凝聚，降低了介质的密度并事实上增强了折射率的降低来解释。
[0032] 根据一种实施方式，本发明方法建议实现气体的约10%的最大原子浓度，以获得 非常接近于（nl*n2)1/2的折射率（n)。
[0033] 因此气体的单电荷和多电荷离子的加速电压选自5kV(千伏）_1000kV(千伏），以 获得对应于入射波长的整倍数除以注入层的折射率的4倍的注入厚度。在所有下文中，注 入厚度是指其中离子的原子浓度大于或等于1 %的注入区域。
[0034] 这通过以下公式来反映：
[0035] t=p*A/4*n，其中t是注入厚度，p是整数，A是入射波长和n是注入层指数（等 于（nl*n2)1/2)。
[0036] 对于代表可见区的黄色单色波（波长等于560nm)，注入厚度必须约等于 p*(560/4*l. 24)，其中p是整数，换言之等于p*100nm。对于p= 1，注入厚度等于100nm，和 对于P= 2,注入厚度等于200nm。
[0037] 本发明方法建议的处理导致入射波的反射系数降低至少50%，事实上甚至至少 90%。这是因为，通过采用其中nl= 1(空气）和n= (n2)1/2的本发明方法的条件和通过 用以下公式R"= (n2-n2)V(n2+n2)2计算最小反射系数R"，可预期，通过调节参数，R"将反而 趋于0的理想值，换言之，无反射。
[0038] 为了比较，氟化镁（MgF2)沉积层的指数为1. 35 (略大于1. 24)。通过沉积1%匕的 抗反射处理将反射系数从4%降低到1. 2%，即反射系数降低60%。
[0039] 根据一种实施方式，所述玻璃材料用气体的单电荷和多电荷离子（称为"稀有"离 子，属于由氦（He)、氖（Ne)、氩（Ar)、氪（Kr)和氙（Xe)组成的元素列表）处理。该处理 的目的是产生一个范围，该范围内气体的单电荷和多电荷稀有离子具有降低玻璃密度的作 用。该层的特征在于其折射率低于基础健康玻璃。
[0040] 气体的单电荷和多电荷离子和根据本发明用这些气体的单电荷和多电荷离子轰 击的条件的选择可以有利地降低玻璃材料的折射率，其表示为反射系数降低和透