用于太阳光管理的ir反射器的制造方法

用于太阳光管理的ir反射器的制造方法
【专利摘要】一种结构（100），包括具有表面（104）的透明衬底（110），该表面（104）具有由至少两个表面波（312，314，316）的组合形成的三维图形（310）。该至少两个表面波（312，314，316）在波长上，以该至少两个表面波（312，314，316）中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%。该至少两个波（312，314，316）的每个波长选自200nm到900nm的范围。该结构（100）可以被集成到塑料膜或片或者玻璃制品中，尤其用于光管理的目的。
【专利说明】用于太阳光管理的IR反射器
【技术领域】
[0001]本发明涉及辐射的管理，更具体地涉及结构在被电磁波辐射时的反射特性的控制，例如在太阳光管理中使用的结构。此外，本发明涉及具有限定的反射特性(特别地，在IR区域中)的结构的制造方法。
【背景技术】
[0002]根据现有技术，在被电磁波辐射时提供滤波器或光栅来影响这些电磁波反射的结构是已知的。这些结构被用于几种不同的应用中，像安全装置(例如，用于钞票、信用卡、护照、票等等)、热反射窗格或窗以及光谱选择性反射颜料。
[0003]在US4，484，797中，描述了在验证或安全装置中使用的零阶衍射滤波器。即使用非偏振的多色光辐射，基于旋转这样的装置会显示出独特的色彩效果，因此能够被明显地识别。由于这些滤波器是基于漏泄波导的共振反射的事实，它们具有窄的反射峰。改变色彩效果的可能性有限。
[0004]W02005/064365中描述了在用于波长分割的外腔可调谐激光器中用作可调谐镜的可调谐零阶衍射滤波器。该滤波器包括衍射光栅、平面波导以及用于该波导的可调谐覆层。后者由透光材料制成，该透光材料具有可选择性变化的折射率以允许该滤波器的调谐。
[0005]在EP-A-1767964中，一种热反射窗格被描述为具有适当的参数以便控制红外以及可见电磁辐射的透射、吸收和/或反射的零阶衍射滤波器。在必须对太阳能向建筑物或车辆中的透射进行控制的阳光控制应用中，该窗格被用于IR管理目的。该滤波器的功能通过提供一种具有波形表面的结构得以实现，该波形表面仅提供一种波长。
[0006]在本领域中，零阶衍射滤波器有时被描述为不同的名称，比如导模(guided-mode)谐振滤波器、谐振波导滤波器或者谐振亚波长光栅滤波器。
[0007]在EP-A-1862827中，一种衍射滤波器被用来对电磁辐射的透射进行控制。目的与EP1767964中的相同；然而，其结构不同，因为波形表面附加地由窄化该滤波器反射带的纳
米结构覆盖。
[0008]US-2005-153464描述了一种通过将利用全息光刻(holographic lithography)形成的图像转移到固态材料上，比如光学半导体，而构图该材料的方法。
[0009]W010/102643公开了一种基于二维波形结构化(wave-structured)表面的光学导模谐振滤波器，其在两个平行于该表面的方向上波长不同，该滤波器可以通过绕垂直于该表面的轴转动而调谐。
[0010]所提到的所有滤波器显示出用以与特定范围的电磁波进行相互作用的良好限定的结构。这些不同的结构具有共同点，它们均提供了波形的表面，在一个方向上具有精确的一个波长。有时，这种波形的表面被附加的结构覆盖。由于在这种波形结构中仅提供一个波长，透射控制受到了限制。为了在多个波长区域内反射或吸收电磁波，不得不接连应用若干个滤波器。由于每个滤波器对整个电磁波谱具有不同的吸收特性，会使由此产生的透射不仅仅在期望的范围内受到影响。
【发明内容】

[0011]本发明的一个目标在于，减轻上面提到的现有技术的缺点中的至少一部分。另一目标是，提供一种结构，其允许在变化的波长区域内对电磁辐射的透射进行控制。生产这种结构的方法也是本发明的目标之一。
[0012]这些目标通过独立权利要求中所限定的结构以及生产结构的方法得以实现。优选地，本发明的有益的或可供选择的特征在各从属权利要求中得以描述。此外，关于结构的解释同样适用于方法，反之亦然。
[0013]在第一方面，本发明提供了一种结构，该结构包括具有表面的透明衬底；其中所述表面具有由至少两个表面波的组合而形成的三维图形，其中所述表面波中的至少两个在波长上，以所述表面波中所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%，优选地在1%到50%的范围内，更优选地在3%到45%的范围内，更加优选地在5%到40%的范围内，其中所述至少两个波的每个波长选自200nm到900nm的范围。所述至少两个表面波的组合提供了三维图形，该三维图形由在相同方向上取向的所述至少两个波的叠加产生(图形常被称为“拍波(beat wave)”)。
[0014]该结构通常可以是任何形式或材料，只要它对于至少一部分太阳电磁辐射是透明的；术语“透明”特别地代表下面针对介质所限定的特性。该结构包括至少一个衬底，优选为电介质或电绝缘体。该衬底可以是本领域技术人员知道的用来提供这样的透明衬底的任何材料。该衬底可以是挠性或刚性的。该衬底可以包含金属化合物，该金属化合物选自由金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物以及陶瓷或者它们中的两个或多个构成的组。该结构的形状可以为箔(foil)或者箔片的至少一部分的形式。该结构的二维延伸可以在几毫米与几米到数公里之间。在第三个方向上的延伸优选地在IOnm和Imm之间，更优选地在50nm和Iym之间,最优选地在IOOnm和500nm之间。除了衬底,该结构可以包括另外的材料,像聚合物层或另外的层。例如，该介质可以为聚合物层。如果该结构包括至少一种衬底之外的材料，其被称为层状结构。
[0015]根据本发明，该结构包括具有表面的衬底，其中所述表面具有三维图形。该表面优选地在该结构的两个较宽的维度上延伸，由此该三维图形通过该表面的变化而被构建到该结构的第三维度中。该三维图形是由在衬底表面上的至少两个表面波的组合而形成的。通过将这些至少两个波提供到衬底的表面中或衬底的表面上，该表面的结构优选被固定(fixed)。这与在像液体或气体或者它们的混合物的流体介质中或流体介质上的动态波形成对照，这些波随着时间改变它们在介质中或者介质上的位置。这意味着，在通常条件下，比如室温、正常压力以及正常湿度，该结构的表面优选不会变形或者自行改变形状。该表面波具有跨表面的周期形式的延伸。如上所述，该三维图形是至少两个波的固定叠加(overlay)，每个波具有限定的波长和幅度。所述表面波中的至少两个在波长上，以所述表面波中所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%，优选地在1%到50%的范围内，更优选地在3%到45%的范围内，更加优选地在5%到40%的范围内。
[0016]通过根据本发明来限制该至少两个波的波长的差异，能够实现，产生的辐射的电磁波的反射效应被加宽了，而不是像EP1，862，827中针对具有波长的成倍(multiple)差异的两个波的叠加所描述的那样被变窄。因为根据本发明的结构的所述至少两个波的每个波长选自200nm到900nm的范围，两个不同的波在波长上不会相差超过450nm。
[0017]单个波可以具有不同的形式，像矩形或者正弦的波形或者它们的组合。通过对这些至少两个波进行叠加，由此产生的三维图形显示出与至少两个表面波的干涉结构的相似性。由此产生的该至少两个表面波的图形与所述至少两个单个的波中的每一个相比具有不同的形状以及新的周期性。
[0018]本发明的结构通常实现零阶衍射滤波器的功能。
[0019]通过辐射这种具有所述三维图形的结构，正如通常利用太阳辐射所进行的，实现了辐射光的衍射。所述衍射通常导致光朝向该结构的透射减小而反射增加。本发明的结构尤其导致光中较长波长部分的反射增加，比如红外辐射，并因此导致红外辐射透射的减小。因此，本发明的结构优选地在热管理方面发现用途，优选地作为片或者屏(例如玻璃屏幕、风挡、建筑物窗户、太阳能电池、例如用于农业或封装的塑料膜或塑料片)的集成部分。
[0020]因此，本发明进一步涉及用来减少太阳光透射过例如上面提到的透明元件的方法，或者更特别地涉及用来减少700nm到1200nm范围的红外辐射透射过例如上面提到的透明元件的方法。本发明的方法包括将上述结构、包含所述结构的装置集成到所述透明元件中。
[0021]根据本发明的结构可以主要应用于能量管理领域。出于这种原因，该结构的三维图形优选地以如下的方式构造，即，其反射700nm到1200nm、优选700nm到llOOnm、更优选750nm到IOOOnm范围内的电磁辐射的至少10%，优选至少30%，更优选至少50%，甚至最优选至少70%。
[0022]在优选的实施例中，所述衬底至少部分地被介质包围，其中所述表面被设置在所述衬底与所述介质之间，其中所述衬底与所述介质折射率不同并且通常彼此直接接触。在本发明的意义上，这种衬底至少部分地被介质包围的构造被称为层状结构。这样的层状结构包括至少两种具有不同折射率的不同材料。
[0023]所述层状结构的介质能够实现不同的功能。一种功能是，防止其上具有三维图形的衬底表面的毁坏。因此，介质可以完全地或者至少部分地包围衬底。在优选的实施例中，介质仅覆盖提供三维图形的表面。这样做的优点是，只有两层材料与传播的电磁波相互作用。介质的另外的功能是，在衬底与介质之间引起较高的折射率差。两种接触的材料的折射率的差越高，电磁光束被衍射得越大。通过这种效应，该结构的反射特性可以在期望的方向上被影响。
[0024]在优选的实施例中，提供了一种结构，其中所述衬底具有比所述介质更高的折射率。辐射到该结构上的电磁波的衍射，一方面导致在衬底与介质的界面处一部分电磁波的反射。另一方面，辐射的电磁波的一部分耦合进入衬底，衬底由此起波导的作用。因此，该衬底一般可以具有高至几个微米的厚度；优选的衬底厚度在20nm到1500nm的范围内，尤其在50nm到IOOOnm的范围内。当介质具有比衬底低的折射率时尤其是这样。衬底材料的选择还对衬底的波导属性有影响。具有金属成分的衬底相比没有金属化合物的材料具有更好地引导辐射的能力。
[0025]在优选的实施例中，所述的三维图形显示出高至500nm的范围内的最大幅度，优选地在50nm到400nm范围内，更优选地在IOOnm到350nm的范围内。如果该三维图形的幅度高于衬底的厚度，该衬底的相对的表面同样并入波形图形。该波形图形与相对的三维图形相反。整个衬底以其厚度跟随该三维图形的形状是可能的。该三维图形的幅度同样是这两个波组合的结果。一般而言，单个波的幅度低于该三维图形的幅度或者与该三维图形的幅度在相同的范围内。通过组合，例如干涉，至少两个具有不同波长但是具有相近幅度的波形，产生了三维图形，该图形具有含有变化幅度的区域的波。具有这种组合图形的表面可以反射宽区域的波长。
[0026]三维图形同样可以被看作光栅，例如零阶光栅。光栅能够衍射入射光。取决于它们的形状，可以将一阶光栅和多阶光栅区别开。一阶光栅一般被定义为具有仅有一个波长(也被称为光栅周期)的三维图形。多周期光栅一般被定义为具有提供了多于一个波长的三维图形。零阶光栅主要与以垂直于衬底表面的方式到达该结构的辐射光束相互作用。通过零阶光栅，入射辐射中具有最高能量载荷的部分能够被过滤。
[0027]与该结构相互作用的电磁波的传播特性还取决于辐射的波的辐射角度和波长。对于具有与三维图形相对应的波长并且朝向该结构以特定角度传播的波来说，该结构的三维图形可以起到光栅耦合器的作用。耦合入该衬底的这部分电磁波在衬底中传播特定距离并由于与各个表面相互作用而释放(loose)能量。由于这种能量损失，我们假定该电磁波更可能在它来的方向上耦合出衬底。因此，这部分电磁波被该结构额外地反射。除了其他因素，耦合入衬底的这部分电磁波取决于衬底的表面图形。如果该三维图形仅含有具有一个波长和一个幅度的一种波，那么只有一种电磁波可以在该结构处反射或者耦合入该结构。本发明已经发现，在衬底中存在具有多于一个波长或幅度的多于一种表面波的情况下，辐射的多于一个波长被反射并因此可以被阻止透过该衬底。
[0028]与衬底类似，介质对于来自太阳光主要范围(一般的波长范围从ca.300nm 一直到ca.2500nm)的电磁波通常是透明的，因此允许至少10%的太阳辐射能量透射，优选地至少30%，更优选地至少50%，尤其是对于可见光范围(400nm到800nm)。优选地，这种透明度存在于300nm到1200nm的范围，更优选地在300到800nm的范围。对于在窗户上的应用，比如车辆的风挡，例如该介质至少应该在范围从300nm到800nm的可见光区域内是透明的，尤其是400nm到800nm。然而,风挡所使用的材料,例如玻璃或塑料通常也透射一直到IOOOnm或1200nm的较宽区域的电磁波。该介质可以包括或者由本领域技术人员会用来提供前面提到的介质的用途的任何材料构成。优选地，该介质至少在与衬底接触之后为固体。优选地，该介质能够被I禹合至衬底而不会破坏该三维图形。该介质的材料可以选自由聚合物、玻璃、金属以及陶瓷或者它们中的两个或多个构成的组。在优选的实施例中，介质包含聚合物层。该聚合物层优选地包含大于20重量％的聚合物，更优选地大于50重量％，更加优选地该聚合物层为聚合物。介质或聚合物层可以具有IOOnm到Imm范围内的厚度，优选地在500nm到0.5mm的范围内，更优选地在800nm到200 μ m的范围内。正如随后将更加详细描述的，可以首先在介质的表面上设置三维图形，由此该衬底被放置在该结构上以便提供层状结构。
[0029]在优选的实施例中，该介质包括至少一种热塑性聚合物。该热塑性聚合物优选包括重量超过20%的热塑性聚合物，更优选地重量超过50%，更加优选地该热塑性聚合物层为热塑性聚合物。该结构的介质优选包括可热压印的(hot embossable)聚合物或者可紫外固化的树脂，或者它们中的至少两种。优选地，该结构的介质包括选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲醒(poly-oxy-methylene)、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醒(polyvinylbutyral)或者它们中的两个或多个构成的组中的聚合物。
[0030]同样地，衬底与介质之间折射率的差异被认为在电磁波的光束辐射到该结构上时对该电磁波光束的特性有影响。所以，对衬底与介质的材料连同三维图形的形状的选择一起影响电磁波穿过该结构的传播特性。优选地，该结构被设置为，衬底与介质在折射率方面相差至少0.3，优选地至少0.5，更优选地至少0.9。 [0031 ] 正如已经提到的，透明的衬底可以由在宽的电磁波的光谱范围内透明的材料组成。该结构包括至少20重量％、优选大于40重量％、更优选大于60重量％的透明衬底。在优选的实施例中，该衬底包括金属氧化物或金属硫化物，或者两者都包括。该衬底优选地包括大于重量20%、优选地重大于量50%、更优选地大于重量80%的金属氧化物或金属硫化物或二者。在优选的实施例中，该衬底选自由Ti02、ZnS、Ta2O5, ZrO2, SnN、Si3N4, A1203> Nb2O5,HfO2^AlN或它们中的两个或多个构成的组。
[0032]此外，该结构或层状结构可以包括另外的层，例如以另外的聚合物层的形式。该另外的层可以在材料以及特性方面与介质不同。例如，该另外的层可以为该结构提供更硬性的构造以便特别地防止三维图形遭受机械力的破坏。
[0033]在另一方面中，本发明涉及一种方法，其提供了一种方式来形成如前面所描述的形式的层状结构。该用于制造根据本发明的层状结构的方法包括以下步骤:
[0034]1.提供包括树脂表面的树脂，
[0035]i1.在所述树脂表面上形成树脂波形图像，
[0036]ii1.将该树脂波形图像转换到介质的表面上，获得由至少两个表面波的组合形成的三维图形，
[0037]iv.在所述三维图形的至少一部分上沉积透明衬底，
[0038]其中，该树脂波形图像通过将来自第一方向的第一辐射光束以及来自不同于所述第一方向的另一方向的另外的辐射光束施加到所述树脂表面上而形成，其中所述第一辐射光束和所述另外的辐射光束形成角度Θ，改变朝向所述树脂表面的所述第一光束或所述另外的光束的至少一个方向。通过本方法获得的层状结构优选为本发明第一方面中所描述的结构。
[0039]该树脂可以由本领域技术人员所知的能够通过热或机械处理在其表面处被结构化(structured)的任何材料形成。这可以例如是根据光致抗蚀技术公知的抗蚀剂。所述抗蚀剂被用于微电子学以及微系统【技术领域】。该树脂形式的抗蚀剂可以由聚合物形成，例如丙烯酸聚合物，像聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环氧树脂或两者。在所述树脂表面上形成树脂波形图像的步骤可以包括几个另外的步骤。形成树脂波形图像的优选方法是公知的产生全息图形(全息光刻(holographic lithography))的方法。首先，以主表面图形的形式生成主表面浮雕(relief)结构。这可以通过用辐射光束写入过程处理树脂表面来进行，该辐射光束例如为激光或电子束。在这两种情况下，抗蚀剂或者被暴露于光子或电子。
[0040]通过照射树脂表面的至少一部分，如果聚合物之前是软的，会被硬化，反之亦然。在用来自第一方向的第一辐射光束以及来自另一方向(不同于所述第一方向)的另外的辐射光束辐射该树脂时，树脂波形图像得以形成。该第一辐射光束和另外的辐射光束形成角度Θ并构成光束对。辐射光束的数量是不受限制的。通过改变所述第一光束或所述另外的光束朝向所述树脂表面的至少一个方向，该树脂波形图像可以在形状上受到影响。形成的波形图像的形状取决于该至少两个辐射光束的相互作用。
[0041]这种相互作用接着取决于波长和幅度以及该至少两个辐射光束相对彼此的角度Θ。在该树脂的表面上，建立了图像，该图像是由同时或者相继施加的不同辐射光束的组合形成的。由于每个辐射光束具有限定的周期性，如果该至少两个辐射光束的周期性不同，由此形成的树脂波形图像也具有不同于初始周期性的周期性。如果两个辐射光束具有相同的波长，则形成的树脂波形图像的周期取决于曝光辐射光束的波长以及各个辐射光束之间的角度Θ:
[0042]Ρ=λ /2sin θ(I)
[0043]其中，P是光栅的周期，λ是辐射光束的波长，Θ是两个辐射光束之间的角度。
[0044]为了通过产生多周期光栅的至少两个组合的波来生成树脂波形图像，利用全息技术对光致抗蚀剂层进行多次曝光是有利的。在该多次曝光期间，辐射光束的方向可以被改
变。
[0045]在优选的实施例中，公开了该方法，其中所述第一光束或所述另外的光束的至少一个方向的所述改变导致所述角度Θ的变化。改变该角度Θ的一种可能是在该树脂表面上使用具有第二曝光角度92的第二光束对。在优选的实施例中，至少四个辐射光束被用来创建树脂波形图像。这四个辐射光束形成两个辐射光束对。辐射光束的曝光通常分两个步骤进行。在第一步中，在第一光束对的角度Q1下的曝光得以建立，导致具有周期P1的潜在光栅。在完成了本次曝光或者在本次曝光期间，第二光束对的第二次曝光在角度02下得以建立，导致具有周期匕的潜在光栅。当树脂表面在显影步骤中显影之后，可以观察到以组合的方式存在的两个光栅。树脂的表面被四个辐射光束调制，所以产生的光栅具有根据如下等式得到的周期:
[0046]P^d/Pi+l/P^(2)
[0047]其中P12是平均光栅周期，P1是第一辐射光束对的周期性，P2是第二辐射光束对的周期性。通过同样的方式，可以计算由三个以及更多不同的波组合所形成的光栅周期。
[0048]一种在树脂表面上形成这样的组合图形的备选方法为使用在辐射光束之间具有角度Θ !的一个辐射光束对，由此树脂的表面被倾斜朝向该辐射光束对。
[0049]在优选的实施例中，提供了该方法，其中所述第一光束或所述另一光束的至少一个方向的改变通过相对于所述第一光束或所述另一光束的方向倾斜该树脂表面而引起。对于倾斜该树脂的方法，可以为树脂提供能够在任何方向上倾斜的支撑物。优选地，该支撑物在第三方向上的位置也可以改变。是倾斜树脂更加可行，还是改变辐射光束的位置更加可行，取决于树脂的形状和尺寸。两种方法都能导致树脂中由三维图形表示的相同的波形图像。
[0050]在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中所述第一辐射光束和所述另外的辐射光束每个具有在200nm至600nm范围内的波长，优选在300nm至600nm范围内，更加优选在420nm至600nm范围内。通过在该范围内选择这些辐射光束的波长，在该结构上获得了优选地在红外区域内反射辐射光线的三维图形。该构图的结构可以被用来在控制向由所述结构保护的空间中输入的能量，尤其用于热控制。在另一优选的实施例中，提供了该方法，其中第一以及另外的福射光束选自由激光光束和电子束或者它们两者构成的组。在激光处理时，光子与树脂的表面相互作用，而应用电子束时，使用电子。激光器的实例是HeCd激光器。电子束处理涉及利用高能电子束加速器对产品进行辐射(处理)。电子束是在真空中观测到的电子流。对于电子束的应用，参见Bly, J.H.的文章,Electron Beam Processing(电子束处理)，Yardley,PA:国际信息协会(International Information Associates), 1988。
[0051]在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中所述第一辐射光束的波长不同于所述另外的辐射光束的波长。由于辐射光束的波长对所形成的树脂的表面结构有影响，通过选择适当的波长以及尤其通过选择各个辐射光束的不同波长可以建立所计划的树脂的结构化。
[0052]在对树脂进行辐射之后，可以建立抗蚀剂的显影步骤，该步骤固定树脂波形表面的形状。在该显影步骤中，树脂的硬化或软化的部分可以例如通过溶剂被与软化的或硬化的聚合物结构分离开。该显影步骤的结果可以是连续的表面浮雕(relief)结构，具有例如正弦横截面或者几个正弦和/或矩形波的组合的横截面。暴露于电子束的抗蚀剂通常导致二元的表面结构，典型地对于矩形波形。连续的且二元的表面浮雕结构导致非常相似的光学特性。通过流电(galvanic)步骤,典型地软的抗蚀剂材料被转变为硬的且坚固(robust)的金属表面，例如，转变为镍垫片(Nickel shim)。该金属表面可以被用作压印工具。利用该提供了底版(master)表面的压印工具，可以对聚合物层或箔形式的介质进行压印。具有压印的三维图形的介质用作对层状结构的衬底进行沉积的基础。该沉积步骤可以通过不同的方法进行，例如，真空气相沉积、溅射、印刷、铸造或冲压，或者这些方法中至少两种的组合。优选地，通过真空气相沉积来沉积该衬底，因为就沉积的材料的厚度而言，这种方法具有高精确性。
[0053]此外，另外的材料可以被沉积到衬底和/或介质上。这可以是保护该结构免于机械应力的聚合物层。
[0054]对于复杂的结构，表面浮雕可以比较容易地利用电子束写入器而写入。可以在适当的模拟和优化计算中确定电子束的尺寸以及二元特性。
[0055]在本发明的另一方面中，提供了一种用于制造结构的方法，包括以下步骤:
[0056]1.提供包括表面的介质，
[0057]i1.将所述表面的至少一部分转换为由至少两个表面波的组合而形成的三维图形，
[0058]ii1.在所述三维图形的至少一部分上沉积透明衬底，
[0059]其中，所述表面波中的至少两个在波长上，以所述表面波中的所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%，优选地在1%到50%的范围内，更优选地在3%到45%的范围内，更加优选地在5%到40%的范围内，其中所述至少两个表面波的每个波长选自从200nm到900nm的范围。通过本方法获得的结构优选地是本发明第一方面中所描述的结构。
[0060]该方法包括提供包括表面的介质的步骤。该介质可以是前面针对该结构提到的任何材料。该介质可以以平面结构的形式提供，例如箔或层或者只是它们的一部分。该介质的形状和尺寸可以如前面针对该结构所描述的那样进行选择。取决于组成材料，该有利的平面结构可以是挠性或刚性的。在该结构的一个表面上，以转换步骤的形式沉积三维图形。通过在该三维图形的至少一部分上沉积透明衬底，表面波在两种材料之间形成界面。在优选的实施例中，提供了该方法，其中转换步骤选择由压印、冲压以及印刷构成的组。这些方法对于本领域技术人员而言是公知的。
[0061]在优选的实施例中，提供了该方法，其中所述三维图形显示出高至500nm的范围内的最大幅度，优选地在50nm至400nm的范围内，更优选地在IOOnm至350nm的范围内。通过在与衬底的厚度相同的范围内选择幅度，提供了跨过衬底的整个厚度扩展的三维图形。这样小的衬底层的优势在于，在透过衬底传播的辐射光束的可见光区域内的高透明度。
[0062]在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中介质包括聚合物层。该聚合物层可以具有IOOnm至Imm范围内的厚度，优选地在500nm至0.5mm的范围内，更加优选地在800nm至200 μ m的范围内。在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中该聚合物层包括至少一种热塑性聚合物。
[0063]在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中该介质包括选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛或者它们中的两个或多个构成的组中的聚合物。该介质还可以包括其它材料，优选为任何类型的可热压印的聚合物或可紫外固化的树脂，或者它们中的至少两种。
[0064]在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中该衬底与该介质在其折射率方面的差异至少为0.3，优选地至少为0.5，更优选地至少为0.9。
[0065]在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中该衬底包括金属氧化物或金属硫化物。在另外的优选实施例中，提供了该方法，其中该衬底选自由Ti02、ZnS、Ta2O5, ZrO2, SnN、Si3N4, A1203、Nb2O5, HfO2^AlN或者它们中的两个或多个构成的组。
[0066]在本发明的另一方面中，提供了一种可以通过任何所描述的方法获得的结构。
[0067]在另外的优选实施例 中，提供了该结构，其中所述结构至少包括另外的层。该另外的层可以由本领域技术人员所知的、用以提供对上面提到的太阳电磁波谱的至少一部分透明的层状结构的任何材料构成。该另外的层包括与该介质相同的材料。在优选的实施例中，所述另外的层包括至少50重量％的聚合物，优选地至少70重量％，更优选地至少90重量％。该聚合物可以选自之前引用过的材料。该另外的层还可以被称为叠层(lamination)或包封层。优选地，该另外的层包括选自由可热压印的聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛构成的组的聚合物，并且该组还包括可紫外固化的树脂。
[0068]在另外的优选实施例中，提供了该结构，其中所述结构选自由颜料、比如风挡的玻璃屏幕、建筑物窗户、太阳能电池或光伏电池构成的组。该结构的材料可以是任何之前描述过的材料。该结构可以以用于不同的目标及用途的不同的形状提供。在颜料的情况下，该结构可以以小颗粒的方式形成。这些颗粒的尺寸可以在Iym到几毫米之间变化。在玻璃屏幕的情况下，该结构的形状可以是在两个维度上比第三个维度延伸大得多的箔的形式。该箔可以具有从Inm到几毫米范围的厚度，几毫米到几米的长度和宽度。用于太阳能电池或光伏电池的结构可以与针对玻璃或窗户的应用所描述的箔在相同的区域，但是宽度和长度通常更小，在几μ m到几厘米的范围内。在本发明的另一方面，提供了之前描述的结构在颜料、比如风挡的玻璃屏幕、比如窗户的建筑结构、在太阳能电池或光伏电池中的用途。为了这些用途，该结构可以与具有不同形状和尺寸的、诸如墨、玻璃或塑料的，另外的材料组合。为了使该结构与这些目标接触，可以如本领域技术人员公知的那样应用用于这些目的的各种组合步骤。实例是覆盖、粘合或者沉积。
[0069]前面提到的结构均具有的共同之处是，它们优选地适于反射700nm至1000nm区域的辐射的至少一部分。优选地，该结构在可见光区域中大体上是透明的。所述结构的用途可以如已经提到的那样被复制(manifold)。根据本发明的结构可以主要地被应用于能量管理领域。出于这种原因，该结构的三维图形优选地以如下方式构造，从而其反射700nm到1200nm区域,优选地700nm到IlOOnm,更优选地750nm到1000nm,内的电磁福射的至少10%,优选至少30%，更优选至少50%，甚至最优选至少70%。
[0070]因此，本发明包括如下主题:
[0071][I] 一种结构(10，100)，包括具有表面(112)的透明衬底(110);其中所述表面(112)具有由至少两个表面波(312，314，316)的组合形成的三维图形(310)，
[0072]其中所述表面波(312，314，316)中的至少两个在波长上，以所述表面波(312，314，316)中的所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%，
[0073]其中所述至少两个波(312，314，316)的每个波长选自200nm到900nm的范围。
[0074][2]所述结构[1]，其中所述衬底至少部分地由介质(102)包围；其中所述表面
(112)设置在所述衬底(110)和所述介质(102)之间；其中所述衬底(110)与所述介质(102)折射率不同。
[0075][3]上述结构中 的一种，其中所述衬底(110)具有比所述介质(102)更高的折射率。
[0076][4]上述结构中的一种，其中所述三维图形(310)显示出高至500nm的范围内的最
大幅度。
[0077][5]上述结构中的一种，其中所述介质(102)包括聚合物层(102)。
[0078][6] 一种根据上面[5]的结构，其中所述介质(102)包括至少一种热塑性聚合物。
[0079][7]上述结构中的一种，其中所述介质(102)包括选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛或者它们中的两个或多个构成的组中的聚合物。
[0080][8]上述结构中的一种，其中所述衬底(110)和所述介质(102)在折射率上相差至少 0.3。
[0081][9]上述结构中的一种，其中所述衬底(110)包括金属氧化物或金属硫化物，或者两者都包括。
[0082][10] 一种根据上面[9]的结构，其中所述衬底(110)选自由Ti02、ZnS、Ta205、Zr02、SnN、Si3N4, A1203、Nb2O5, HfO2^AlN或它们中的两个或多个构成的组。
[0083][11] 一种用于制造层状结构(100)的方法，包括以下步骤:
[0084]1.提供包括树脂表面(204)的树脂(202)，
[0085]i1.在所述树脂表面(204)上形成树脂波形图像(214)，
[0086]ii1.将所述树脂波形图像(214)转换到介质(102)的表面(104)上，获得由至少两个表面波(312，314，316)的组合形成的三维图形(310)，
[0087]iv.在所述三维图形(310)的至少一部分上沉积透明衬底(110)，[0088]其中，通过将来自第一方向的第一辐射光束(206)以及来自不同于所述第一方向的另一方向的另外的辐射光束(208，302，304)施加到所述树脂表面(204)上而形成所述树脂波形图像(214)，
[0089]其中所述第一辐射光束(206)和所述另外的辐射光束(208，302，304)形成角度Θ(212,300),
[0090]改变朝向所述树脂表面(204)的所述第一光束(206)或所述另外的光束(208，302,304)的至少一个方向。
[0091][12]根据主题[11]所述的方法，其中所述第一光束(206)或所述另外的光束(208，302，304)的至少一个方向的所述改变导致所述角度Θ (212，300)的变化。
[0092][13]根据主题[11]或[12]中任意一项所述的方法，其中通过相对于所述第一光束(206 )或所述另外的光束(208，302，304)的方向倾斜所述树脂表面(204)来引起所述第一光束(206)或所述另外的光束(208，302，304)的至少一个方向的所述改变。
[0093][14]根据主题[11]至[13]中任意一项所述的方法，其中所述第一辐射光束(206，210)和所述另外的辐射光束(208，302，304)每个具有200nm至600nm范围内的波长。
[0094][15]根据主题[11]至[14]中任意一项所述的方法，其中所述第一和另外的辐射光束(206，208，302，304)选自激光光束和电子束或者它们二者。
[0095][16]根据主题[11]至[15]中任意一项所述的方法，其中所述第一辐射光束(206,210)的波长不同于所述另外的辐射光束(208，302，304)的波长。
[0096][17] 一种用于制造结构(100)的方法，包括以下步骤:
[0097]1.提供包括表面(104)的介质(102)，
[0098]i1.将所述表面(104)的至少一部分转换为由至少两个表面波(312，314，316)的组合形成的三维图形(310)，
[0099]ii1.在所述三维图形(310)的至少一部分上沉积透明衬底(110)，
[0100]其中，所述表面波(312，314，316)中的至少两个在波长上，以所述表面波(312，314，316)中的所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%，其中所述至少两个表面波(312，314，316)的每个波长选自从200nm到900nm的范围。
[0101][18]根据主题[11]至[17]中任意一项所述的方法，其中所述转换步骤选自由压印、冲压以及印刷构成的组。
[0102][19]根据主题[11]至[18]中任意一项所述的方法，其中所述三维图形(310)显不出闻至500nm的范围内的最大幅度。
[0103][20]根据主题[11]至[19]中任意一项所述的方法，其中所述介质(102)包括聚合物层(102)。
[0104][21]根据主题[11]至[20]中任意一项所述的方法，其中所述聚合物层(102)包括至少一种热塑性聚合物。
[0105][22]根据主题[11]至[21]中任意一项所述的方法，其中所述介质(102)包括选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛或者它们中的两个或多个构成的组中的聚合物。
[0106][23]根据主题[11]至[22]中任意一项所述的方法，其中所述衬底(110)与所述介质(102)的折射率相差至少0.3。
[0107][24]根据主题[11]至[23]中任意一项所述的方法，其中所述衬底(110)包括金属氧化物或者金属硫化物。
[0108][25]根据主题[11]至[24]中任意一项所述的方法，其中所述衬底(110)选自由TiO2, ZnS、Ta2O5, ZrO2, SnN、Si3N4, A1203、Nb2O5, HfO2, AlN 或者它们中的两个或多个构成的组。
[0109][26] 一种结构(100)，能够通过根据主题[11]至[25]中任意一项所述的方法获得。
[0110][27]根据主题[I]至[10]或[26]中任意一项所述的结构(10，100)，其中所述结构包括至少另外的层(114)。
[0111][28]根据主题[I]至[10]或[26]或[27]中任意一项所述的结构(10，100)，其中所述结构选自诸如风挡的玻璃屏幕、建筑物窗户或者太阳能电池。
[0112][29]根据主题[I]至[10]或[26]至[28]中任意一项所述的结构(10，100)在诸如风挡的玻璃屏幕、建筑物窗户或者太阳能电池中的用途。
[0113][30]根据主题[I]至[10]或[26]至[28]中任意一项所述的结构(10，100)，或者包含所述结构的装置，例如聚合物膜或者塑料屏幕或板或者玻璃屏幕，作为太阳辐射尤其是红外辐射的反射器的用途。
[0114][31]根据主题[I]至[10]或[26]至[28]中任意一项所述的结构(10，100)，或者包含所述结构的装置，例如聚合物膜或者塑料屏幕或板或者玻璃屏幕，用于热管理的用途，尤其是在车辆或建筑物或诸如太阳能电池的技术装置中的用途。
[0115][32]包含根据主题[I]至[10]或[26]至[28]中任意一项所述的结构(10，100)
的装置。
[0116][33]根据主题[32]所述的装置，选自聚合物膜、塑料屏幕、塑料片、塑料板以及玻璃屏幕，尤其用于热管理。
[0117][34]根据主题[33]所述的装置，包括三层或更多层。
[0118]根据下面通过举例的方式参照附图对本发明各个实施例的描述，本发明的上述以及其它特征和优点是显而易见的。
【专利附图】

【附图说明】
[0119]图1a):传统的基于亚波长光栅的反射器的不意图；
[0120]图1b):具有I光栅周期的现有技术谐振光栅的反射/透射；
[0121]图2:两个辐射源与聚合物抗蚀剂的典型布置的示意图；
[0122]图3:多个辐射源与聚合物树脂组合的示意图；
[0123]图4a):辐射源与聚合物树脂的旋转布置的示意图；
[0124]图4b):通过将抗蚀剂波形图像转换为介质波形图像的步骤来生产多周期光栅的方法的示意图；
[0125]图5a_c)具有a)单周期光栅、b) 二周期光栅以及c)三周期光栅的、基于由高折射率(index)涂布的亚波长结构的反射器的示意图；
[0126]图6:具有二周期光栅的表面轮廓的扫描式电子显微镜(SEM)图像的横截面图；[0127]图7:具有二周期光栅的轮廓的俯视图；
[0128]图8:具有二周期光栅的装置的透射谱的示意性视图；
[0129]图9:具有三周期光栅的轮廓的俯视图；
[0130]图1Oa-C): —个维度上的二元光栅图形的示意图；
[0131]图1la)和Ilb):两个维度上的二元光栅图形的示意图；
[0132]图12a):正弦波的示意图(现有技术);
[0133]图12b):图12a)的波的傅里叶变换的视图；
[0134]图13a):矩形波的示意图(现有技术);
[0135]图13b):图13a)的波的傅里叶变换的视图；
[0136]图14a):叠加有正弦波的矩形波的示意图(现有技术);
[0137]图14b):图14a)的波的傅里叶变换的视图；
[0138]图15a):两个合并的正弦波的示意图；
[0139]图15b):图15a)的正弦波的傅里叶变换的视图；
【具体实施方式】
[0140]图1a)示出了具有透明衬底110的结构10。透明衬底110具有表面112，也称为衬底表面112。表面112显示出由至少两个表面波312、314、316组合而形成的三维图形310。与表面112相对,衬底具有另一表面113,该表面具有相反的三维图形310。结构10的表面112形成了第一界面108，在这里入射的辐射光束120与表面波312、314以及316相互作用。取决于辐射光束120的波长以及辐射光束120朝向衬底110的表面112的角度，辐射光束120被该结构10反射、耦合进入衬底110或者透射穿过结构10。在辐射光束120耦合进入衬底110的情况下，该结构10可以被称为光学衍射光栅。所述结构10可以是如图1b)所示的层状结构100的基础。
[0141]在图1b)中，示出了形式为层状结构100的典型的亚波长光栅，由形式上为具有聚合物表面104的聚合物层102的介质102形成。聚合物层102材料的实例是，聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯或其它聚合物，或者它们的混合物。介质波形图像106已经例如通过图2所示的方法形成于聚合物表面104上。介质波形图像106形成了经过衬底表面112、与透明衬底110的第二界面109。因此，两个表面104和112通过介质波形图像106经过第二界面109彼此连接。用于衬底110的材料的实例是，Ti02、ZnS或Ta2O5，或者它们的混合物。箭头120、130和140代表辐射光束120、反射光束130以及透射光束140，说明了当结构100被从一侧辐射时的情形。反射光束130和透射光束140是由辐射光束120与层状结构100的介质波形图像106相互作用而形成的。反射光谱150和透射光谱160是如图1b)所示的一周期亚波长光栅的特性。这些光谱150和160的特征是，只有对应于波形图像190的光栅周期190的辐射光束120的一个波长以被反射的方式与波形图像106的结构相互作用。衬底110和聚合物层102在宽的辐射范围内都是透明的。因此，被反射的辐射是由辐射与波形图像106在第二界面109处的相互作用导致的，具有不同折射率的表面104和112在第二界面处连接起来。在这种一周期光栅中，只有在特定波长区域内的辐射光束被波形图像106反射，因为该波形图像106仅包括一个具有一种周期性重复波形的波312。该第一波312可以是矩形或正弦形式，或者是两者的组合。一周期光栅的这种波形的特性是，对于整个层状结构100波形图像106的波长和幅度是相同的。这种层状结构100还可以包括衬底Iio上的另外的层114。该层114能够防止层状结构100由于灰尘或者机械暴露造成的破坏。这种层状结构100同样可以通过包括如图3、4和5所示的三维图形310的波形图像106来形成。图1b)中示出的层状结构100的架构，就后续附图所讨论的各层取向的方式而言，对于一、二、三至η周期光栅来说是示例性的。
[0142]介质波形图像106可以通过将树脂波形图像214，也称为抗蚀剂波形图像214，的主表面图形压印(emboss)到介质102的表面104上来构建。树脂波形图像214可以通过经典的全息方法或通过电子束书写来构建。原理性的方式是，辐射树脂202的表面204，例如图2中示出的抗蚀剂202。或者通过激光，或者通过电子束，抗蚀剂202或者被暴露于例如激光的光子，或者被暴露于电子束的电子。图2示出了一个实例，说明怎样才能在抗蚀剂202的抗蚀剂表面204上生成波形图像106。该抗蚀剂表面204由具有特定波长λ:210的两个激光光束206和208处理。波形图像106的结构是由激光器206和208对抗蚀剂表面204的这种处理导致的。由此产生的波形图像106的形状取决于波长λ 210以及第一激光光束206与第二激光光束208在抗蚀剂表面204上的角度0^12。由此产生的波形图像106承载(host)着具有特征光栅周期长度192的光栅周期PJ90。在图2的实例中，抗蚀剂波形图像214仅仅显示出一个第一波312，因为只有一对具有相同波长的激光206和208被施加于该抗蚀剂表面204。 [0143]由于本发明的一个目标在于形成具有多于一个波的三维图形310，必须以不同于图2所示的方式对抗蚀剂202进行处理。
[0144]图3中示出了一种方式，图4a)中示出了另一种方式。在图3中，多于两个的激光光束206和208被施加于抗蚀剂表面204。这就是激光光束302和304。这些激光光束302和304的波长可以在彼此之间变化,并且可以不同于第一激光光束206和/或第二激光光束208，或者可以具有相同的波长。正如已经提到的，光束206、208、302、304位于300nm至1600nm的范围内。对于示出的实例，波长位于400nm到500nm的范围内。为了形成有规则构图的波形图像106，将两对激光光束施加于抗蚀剂表面204是有用的。作为实例，第一激光光束206和第二激光光束208构成激光对，并可以保持波长λ:210以及彼此间的角度θ Ρ12，而作为第二激光对的第三激光光束302和第四激光光束304，保持波长λ2510以及彼此间的角度θ 2300。波长λρ?Ο可以与波长λ2510不同或者相同。通过选择激光光束对206和208之间的第一角度Θ:212以及第二激光光束对302和304的不同角度Θ 1300，形成了波形图像106，其包括至少两个光栅周期PJ06和Ρ2308，每个光栅周期具有重复的三维图形310。所述图形310包括两个波312和314，每个的幅度或波长318、320不同，或者幅度和波长均不同。优选地，激光光束对206、208和302、304被先后施加以便防止抗蚀剂202熔化。还可以将具有相同的波长但不同角度Θ的第一对光束206、208施加于抗蚀剂。
[0145]创建三维图形310的备选方式是，只使用一对激光光束206和208或302和304。激光光束206和208或302和304可以相对抗蚀剂表面204旋转。这可以通过将激光光束206和208或302和304或者具有抗蚀剂表面204的抗蚀剂202旋转或倾斜角度Y 402来实现。抗蚀剂202例如可以通过倾斜装置400进行倾斜。
[0146]以期望的成角度的方式朝向抗蚀剂表面204施加激光光束206、208、302、304的步骤可以通过现有技术中已知的、用以形成全息图的程序来计算。[0147]具有抗蚀剂波形图像214的抗蚀剂202的抗蚀剂表面204可以用来被转换到形式例如为聚合物层102的介质102的表面104上，以形成如图4b)所示的介质波形图像106。这种波形图像214到介质102的转换被称为转换步骤或转换过程250。该转换过程250可以通过将通过上述步骤获得的抗蚀剂202的抗蚀剂波形图像214压印(embossing)或冲压(stamping)到聚合物表面104上而实现。为了增强该转换过程，在转换步骤250之前可以对聚合物表面104进行热处理。然后，就像作为图4b)中涂覆步骤260的一部分所说明的，透明衬底110被至少沉积在波形图像106上。可选地，在涂覆步骤260中，另外的层114可以被涂覆于整个层状结构100上或者仅涂覆在层状结构的一侧上。为了达到期望的结果，即通过层状结构100的波形图像106反射辐射光束120的特定范围的波长，聚合物层102和衬底110的折射率应该彼此不同。这种折射率的差异优选地应该至少为0.5，更好地至少为0.7，甚至更好地至少为0.9。所描述的过程导致了如图1和图5a-c)所示的层状结构100。
[0148]所描述的用来形成抗蚀剂波形图像214的步骤可以在同一抗蚀剂表面204上施加多次，以便获得三维图形310。所以，不同的激光光束206、208、302、304可以通过至少一个或几个步骤应用，以便创建具有不同光栅周期长度(192、308、502)的不同的光栅周期(190、306、500)。因此，第一光栅周期P1WCK第二光栅周期P2306以及可选地第三光栅周期P3500和另外的光栅周期可以被单独地或者组合地应用于抗蚀剂表面204。通过将多于一个光栅周期190、306、500施加于抗蚀剂表面204，获得了由此形成的、三维图形310形式的抗蚀剂波形图像214。然后，该抗蚀剂图像214被转换到聚合物层102的聚合物表面104，具有如图5b)和5c)所示的由此形成的光栅周期Px518以及由此形成的周期长度Px520。图5a-c)每个示出了在聚合物表面104上具有不同类型的波形图像106的层状结构100。在图5b)中，两个光栅周期PJ06和光栅周期P2308已经被施加，由此形成如图5b)所示的三维图形310。该三维图形310示出了具有三种类型的波(312、314、316)的波形图像106。第一波312具有比第二波314大的幅度。接着，第二波314具有比第三波316大的幅度。第一波312的波长λ J18不同于第二波314的波长λ 2320，也不同于第三波316的波长λ 3322。在图5c)中，示出了具有由此形成的光栅周期Px的三周期光栅的实例，其由施加于抗蚀剂表面204上的三个不同的光栅周期产生。该三个不同的光栅周期190、306、500已通过为激光光束206、208、302、304选择三个不同的角度Θ或者不同的波长λ或者两者均不同而被施加。在这种由此产生的光栅周期Px中，第一波312、第二波314以及第三波316的幅度彼此不同。同样地，波长XJIS、波长λ 2320以及波长λ 3322也彼此不同。取决于多少个不同的光栅周期被施加于抗蚀剂表面204，由此形成的介质波形图像106能够反射辐射光束120的一个、两个或者更多的波长区域。由此形成的图5a)中的一周期光栅的透射光谱160仅显示出一个反射波长，而图5b)中的二周期光栅的透射光谱160则显示出两个反射波长。因此，图5c)中的三周期光栅在与波形图像106的光栅周期对应的光谱160中显示出三个反射波长。
[0149]图6示出了具有二周期光栅的表面轮廓的、由原子力光谱仪(AFS)形成的扫描电子显微镜(SEM)图像。该二周期光栅是450nm光栅和488nm光栅组合的结果。该产生的光栅周期Px518具有一半的为约6.4μ m的周期长度Px520，如图6中以箭头600所示出的那样。在表面104上，两个合并的波312、314是可见的。对于这个二周期光栅的实例，Imm厚、直径为5英寸的玻璃晶片已经被涂覆有希普利(Shipley)光致抗蚀剂S1805。用于光致抗蚀剂曝光的蓝光光源为具有442nm波长的HeCd激光器。激光曝光已根据图3中不出的配置进行操作，利用四个激光光束206、208、302、304以两个不同的角度，角度Θ-12和角度Θ 2300，进行两次连续的曝光。已对曝光角度,角度Θρ?2和角度Θ 2300，进行调节，从而产生450nm的光栅周期PJ90和488nm的第二光栅周期P2306。在对经激光曝光的光致抗蚀剂进行显影之后，产生了形式上为抗蚀剂波形图像214的表面轮廓以及468nm的幅度调制的表面光栅Px518以及11.5μπι的光栅周期的长度520。
[0150] 在进一步的步骤中，光致抗蚀剂202的表面轮廓204被复制到透明的紫外交联剂树脂102、104中。出于此种目的，来自微抗蚀剂技术股份有限公司(micro resisttechnology GmbH)的Ormocor Ormocomp已被使用。Ormocomp复制品在Imm的玻璃上制备。之后，通过Balzers BAE250机器将高折射率材料ZnS涂覆于树脂表面102上。在图6示出的实例中，厚度为IlOnm的ZnS膜已被涂覆在已形成图形的Ormocomp表面上。最后，结构100通过另一片玻璃以Ormocomp作为密封胶进行包封。
[0151]图7中示出了图6所示出的光栅的俯视图。较暗的区域为波312、314的谷，而较亮的区域为波312、314的峰。两个光栅周期190和306的长度为192P1=450nm，308P2=488nm。
[0152]在图8中，示出了具有二周期光栅的结构100的透射光谱。表征已经通过来自于Perkin Elmer的光谱仪(photospectrometer) Lamda9建立。当由来自白光福射源的福射辐射时，该二周期光栅导致了双峰透射光谱。该测量是通过使用偏振器建立的，并且偏振被调节到与光栅周期的线的延伸平行。能够看到大约在SOOnm和950nm的两个明显的峰。该表面结构是基于450nm和550nm的光栅周期的组合,并且IlOnm的ZnS涂层作为衬底被以针对图6所描述的方式处理。
[0153]图9为三周期光栅的俯视图，初始光栅周期为453nm处的处的P2以及490nm处的P3。对于该光栅，已经应用了与图6中的结构相同的材料以及相同的条件。
[0154]将光栅结构的信息保存为如图10和11中示出的聚合物层102、114上的二元光栅图形720是有可能的。在图10中，该二元光栅图形720仅具有一个第一维度700上的光栅信息，而图11中的光栅的光栅图形720则具有两个维度700和710上的光栅信息，即第一维度700和第二维度710。在图1Oa)中，一周期光栅730的光栅信息被保存了，而在图1Ob)中，二元光栅图形720保存了二周期光栅740的信息。此外，图10c)示出了三周期光栅的光栅图形信息。
[0155]分别地，图1la)示出了二维一周期光栅760的光栅图形720信息，而图1lb)示出了二维周期光栅770的光栅图形720信息。
[0156]在图12至14中，示出了现有技术中已知的不同的波形，后面跟着它们的经过傅里叶变换的原子力频谱1206。例如，在图12a)中示出了正弦波1200的示意图，其中波1200的强度由y轴1202指出，波长则有X轴1204指出。在图12b)中示出了图12a)中的波1200的经过傅里叶变换的原子力频谱(FT-AFS) 1206。该FT-AFS1206最具特点的信息是，由于图12a)中的波1200的波谱中只存在一个频率，在FT-AFS1206中只在2 μm-1处存在唯一的基线(BL) 1208。该BL1208可以通过公式f=l/A进行计算，其中f为在x轴1204上指出的频率，λ为图12a)中在X轴1204上指出的波1200的波长。
[0157]已针对图13a)中的矩形波1300进行了类似的转换过程，同样地，波1300的强度由y轴1202指出，波长由X轴1204指出。该波1300的FT-AFS1206在图13b)中示出。这里，除了 BL1308，可以发现几个具有不同幅度的谐波(overtone)。BL1308的幅度1216已被以箭头表示，而图13a)中并未标记出各个谐波的幅度。这些谐波1310、1312和1314等出现在BL1308的多倍频率处。它们出现自距BL1308为将BL值的两倍加到前一值上所得到的距离δ 1316处。在这种情况下，BL1308的频率值f为lf=2 μ m-1，因此，第一谐波1310出现在3f=6 μ m-1处，到BL1308的距离δ 1316为2f。下一个谐波1312出现在5f=10 μm-1处，到第一谐波1310的距离δ ’为2f，再下一个谐波1314在7f=14 μ m-1处，到第二谐波1312的距离δ "为2f,以此类推。这些距离δ 1316、δ ’ 1317以及δ " 1318是在谐波1310、1312和1314峰的最大值之间测得。所以，谐波1310、1312和1314具有距离δ 1316、δ ’ 1317以及δ" 1318，它们每个都大于BL1308本身的频率值。具有谐波1310、1312、1314等的矩形波1300的FT-AFS1206的进一步的特征是，谐波1310、1312、1314的幅度从BL1308的BL值开始以指数方式减小。
[0158]在图14a)中，示出了第二正弦波1400与第二矩形波1402的叠加。两个波1400和1402具有不同的波长，这可以从X轴1204上读出。波1400具有60nm的波长，而波1402具有500nm的波长。由于具有较短波长的波1400被叠加在波1402的形状上，每个波1400和1402的图形仍然是可见的。波1400和1402的波长以及幅度并不会由于该叠加过程而变化，所以不存在组合效应。
[0159]这同样可以在图14b)中示出的叠加的波1400和1402的FT-AFS1206中看出。这里，具有频率?^μm-1的矩形波1402的BL1308与它们的谐波1310、1312和1314—起，仍然具有与图13a)和13b)中具有相同的500nm波长的波1300的FT-AFS1206相同的频率值。除了该BL1308，可以在频率fzie^ynT1处发现另外的BL1408。这两个基线BL1308和BL1408之间的距离被称为第一基线距离Λ #20。该BL距离AJ320为距离δ 1316、δ ’ 1317以及δ " 1318等的倍数。
[0160]图15a)中示出了具有彼此合并的三个波的三周期光栅的三维图形310。与图14a)中示出的几个波的叠加形成对照，图15a)中示出的根据本发明的三个波的合并，导致了图15b)中示出的FT-AFS1206中的较小的第一 BL距离Ail320以及第二 BL距离Λ21330。在图15a)的三维图形310的AFS1206中，可以看到三个基线，第一 BL1208、第二 BL1508以及第三BL1510。这些基线属于图15a)中三维图形310的三个合并的波312、314、316。在图15a)中作为干涉波1500示出的三个组合的波312、314以及316的基线距离Ail320和Δ21330仅仅是每个BL1208和1508本身的BL值的分数。与叠加形成对照，这是两个波真实干涉(real interference)的结果。[0161]附图标记列表
[0162]10 结构400 倾斜装置
[0163]100 层状结构402 角度Y
[0164]102 介质/聚合物层500 光栅周期P3
[0165]104 表面/聚合物表面502 P3的长度
[0166]106 介质波形图像510 波长X2
[0167]108 第一界面512 波长入3
[0168]109 第二界面518 形成的光栅周期Px[0169]110透明衬底520Px的长度
[0170]112衬底表面700第一维度
[0171]113相对的表面710第二维度
[0172]114另外的层720二元光栅图形
[0173]120辐射光束730—周期光栅
[0174]130反射光束740二周期光栅
[0175]140透射光束750三周期光栅
[0176]150反射光谱760二维一周期光栅
[0177]160透射光谱770二维二周期光栅
[0178]190光栅周期P11200正弦波
[0179]192光栅周期P1的长度 1202`y轴
[0180]202树脂、抗蚀剂1204x轴
[0181]204树脂表面、抗蚀剂表面 1206原子力谱
[0182]206第一激光光束1208正弦波的基线
[0183]208第二激光光束1216BL的幅度
[0184]210波长λ I1300矩形波
[0185]212角度θι1308矩形波的基线
[0186]214树脂或抗蚀剂波形图像 1310第一谐波
[0187]250转换步骤1312第二谐波
[0188]260涂覆步骤1314第三谐波
[0189]300角度θ2.1316谐波距离δ
[0190]302 第三激光光束1317谐波距离δ’
[0191]304 第四激光光束1318谐波距离δ "
[0192]306 光栅周期P21320第一 BL距离Λ i
[0193]308 P2 的长度1330第二 BL 距离 A2
[0194]310 三维图形1400第二正弦波
[0195]312 第一波1402第二矩形波
[0196]314 第二波1408另外的 BL
[0197]316 第三波1500干涉波
[0198]318 第一波的波长1508第二 BL
[0199]320 第二波的波长1510第三BL
[0200]322 第三波的波长
【权利要求】
1.一种结构(10，100)，包括: 具有表面(112)的透明衬底(110)； 其中所述表面(112)具有由至少两个表面波(312，314，316)的组合形成的三维图形(310)， 其中所述表面波(312，314，316)中的至少两个在波长上，以所述表面波(312，314，316)中的所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%， 其中所述至少两个波(312，314，316)的每个波长选自200nm到900nm的范围。
2.根据权利要求1所述的结构，或者包括根据权利要求1所述的结构的装置，其中所述衬底至少部分地由介质(102)包围； 其中所述表面(112)被设置在所述衬底(110)和所述介质(102)之间； 其中所述衬底(110)与所述介质(102)折射率不同，尤其是相差至少0.3，和/或所述衬底(110)优选地具有比所述介质(102)更高的折射率。
3.根据权利要求1或2所述的结构(10，100)或装置，其中所述衬底(110)对于太阳光辐射是透明的，特别是从300nm直到2500nm范围的太阳光辐射，而且所述三维图形(310 )对应于在相同方向上取向的所述至少两个表面波的叠加。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的结构(10，100)或装置，其中所述三维图形(310)显不出闻至500nm的范围内的最大幅度。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的结构(10，100)或装置，其中所述介质(102)为固体介质，尤其包括聚合物层(102 )。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的结构(10，100)或装置，其中所述介质(102)包括至少一种热塑性聚合物，尤其是选自由聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛或者它们中的两个或多个构成的组。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的结构(10，100)或装置，其中所述衬底(110)包括金属氧化物或金属硫化物，或者两者都包括；或者其中所述衬底(110)基本上由选自由TiO2, ZnS, Ta2O5, ZrO2, SnN, Si3N4, Al2O3^Nb2O5, HfO2^AlN 或它们中的两个或多个构成的组中的材料组成。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的结构或装置，其中所述衬底作为波导，并且在与所述表面(112)垂直的方向上具有从20nm到1500nm范围内的厚度。
9.一种用于制造层状结构(100)的方法，包括以下步骤: （ 1）.提供包括树脂表面(204)的树脂(202)， 在所述树脂表面(204)上形成树脂波形图像(214)， ii1.将所述树脂波形图像(214)转换到介质(102)的表面(104)上，获得由至少两个表面波(312，314，316)的组合形成的三维图形(310)， iv.在所述三维图形(310)的至少一部分上沉积透明衬底(110), 其中，所述树脂波形图像(214)通过将来自第一方向的第一辐射光束(206)以及来自不同于所述第一方向的另一方向的另外的福射光束(208302, 施加到所述树脂表面(204)上而形成， 其中所述第一辐射光束(206)和所述另外的辐射光束(208，302，304)形成角度Θ(212,300), 改变朝向所述树脂表面(204)的所述第一光束(206)或所述另外的光束(208，302，304)的至少一个方向，尤其是通过改变所述角度Θ (212，300)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过相对于所述第一光束(206)或所述另外的光束(208，302，304)的方向倾斜所述树脂表面(204)来引起所述第一光束(206)或所述另外的光束(208，302，304)的至少一个方向的所述改变；和/或 其中所述第一和另外的辐射光束(206，208，302，304)选自激光光束和电子束或者其二者；例如，其中所述第一辐射光束(206，210)和所述另外的辐射光束(208，302，304)每个具有200nm至600nm范围内的波长。
11.一种用于制造根据权利要求1至8中任意一项所述的结构(100)的方法，包括以下步骤: i.提供包括表面(104)的介质(102)， i1.将所述表面(104)的至少一部分转换为由至少两个表面波(312，314，316)的组合形成的三维图形(310)， ii1.在所述三维图形(310)的至少一部分上沉积透明衬底(110), 其中，所述表面波(312，314，316)中的至少两个在波长上，以所述表面波(312，314，316)中的所述至少两个中具有较大波长的波的波长为基础，最大相差50%，其中所述至少两个表面波(312，314，316)的每个波长选自200nm到900nm的范围。
12.根据权利要求9至11中任意一项所述的方法，其中所述转换步骤选自由压印、冲压以及印刷构成的组。
13.—种能够通过根据权利要求9至12中任意一项所述的方法获得的结构(100)。
14.根据权利要求1至8或13中任意一项所述的结构(10，100)或装置，其中所述结构或装置包括至少一个另外的层(114)，尤其是聚合物层和/或玻璃层。
15.根据权利要求1至8或13或14中任意一项所述的结构(10，100)或装置，其中所述结构为尤其选自由诸如风挡的玻璃屏幕、建筑物窗户、太阳能电池构成的组的片或屏幕的一部分。
16.根据权利要求1至8或13至15中任意一项所述的结构(10，100)或装置用于热管理的用途，尤其是用于减小太阳光辐射透射穿过塑料膜、塑料片或诸如风挡的玻璃屏幕、建筑物窗户或者太阳能电池。
17.用于减少太阳光，或者尤其是来自700nm至1200nm范围的IR辐射，透射穿过诸如聚合物膜、塑料屏幕、塑料片、塑料板、玻璃屏幕的透明元件的方法，所述透明元件尤其来自用于车辆或建筑物的窗户以及建筑玻璃元件，所述方法包括将根据权利要求1至8或13至15中任意一项所述的结构(10，100)或装置集成到所述透明元件中。
【文档编号】G02B5/18GK103620451SQ201280030866
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年4月27日 优先权日:2011年4月28日
【发明者】M·斯塔尔德 申请人:巴斯夫欧洲公司