ES2953102T3

ES2953102T3 - Uso de láseres para reducir la reflexión de sólidos transparentes, recubrimientos y dispositivos que emplean sólidos transparentes

Info

Publication number: ES2953102T3
Application number: ES18716330T
Authority: ES
Inventors: Emmanouil Stratakis; Evangelos Skoulas; Antonios Papadopoulos
Original assignee: Biomimetic Private Co
Current assignee: Biomimetic Private Co
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: EP3759529C0; WO2019166836A1; US12076808B2; CN111801602A; EP3759529B8; EP3759529B1; EP3759529A1; US20210138577A1; JP2021514853A; JP7232840B2; CN121142686A

Abstract

Se divulgan métodos y dispositivos que usan láseres para reducir la reflexión de sólidos transparentes en el espectro óptico, recubrimientos y dispositivos que emplean sólidos transparentes. Los láseres se utilizan para dar forma a las superficies de los materiales sólidos transparentes elevando la temperatura del material hasta aproximadamente la temperatura de fusión y, de este modo, generan matrices de patrones antirreflectantes bidimensionales de nanoestructura objetivo deseadas en las superficies. Se seleccionan el valor de fluencia del láser, la longitud de onda, la tasa de repetición, la duración del pulso y el número de pulsos de láser consecutivos por punto de enfoque, y se identifica una distribución de punto de enfoque deseada sobre la superficie del material sólido transparente. El material sólido transparente se traslada relativamente para generar la matriz de patrones bidimensionales de nanoestructura deseada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Uso de láseres para reducir la reflexión de sólidos transparentes, recubrimientos y dispositivos que emplean sólidos transparentes

La presente descripción se refiere a métodos y a dispositivos para reducir la reflexión y, más específicamente, a métodos y a dispositivos para reducir la reflexión de sólidos transparentes, recubrimientos y dispositivos que emplean sólidos transparentes.

Antecedentes

Los recubrimientos antirreflectantes sobre sólidos transparentes se utilizan para mejorar la captación de luz en las células solares o para mejorar el rendimiento de los medios transparentes, para dispositivos optoelectrónicos y electroópticos. Los recubrimientos adecuados para este propósito son aquellos que disminuyen la reflexión de la superficie y aumentan la transmitancia sobre amplios espectros de luz en sólidos transparentes.

Los compuestos químicos que recubren sólidos transparentes emplean una o más capas delgadas en la superficie de interés. Como resultado, las superficies recubiertas exhiben propiedades antirreflectantes aumentadas debido al incremento suave del índice de refracción de la superficie. Por otro lado, no son respetuosos con el medio ambiente, producen residuos químicos tóxicos y son de difícil integración a escala industrial para grandes superficies, lo que se traduce en un aumento de los costes de producción. Otro inconveniente del recubrimiento químico es el rendimiento de la estabilidad de las capas delgadas, lo que eventualmente puede causar falta de rendimiento y degradación del recubrimiento a largo plazo. El documento CN 106526716 describe la formación de una capa de grafeno por deposición química de vapor (CVD) sobre una capa de óxido de silicio con agujeros dispuestos sobre un sustrato. En MENG GE ET AL: "Dual-scale nanoripple/nanoparticle-covered microspikes on silicon by femtosecond double pulse train irradiation in water", APPLIED SURFACE SCIENCE, ELSEVIER, ÁMSTERDAM, N^l, vol. 410, 9 de marzo de 2017, págs. 22-28, XP029983069, ISSN: 0169-4332, DOI: 10.1016/ J.APSUSC.2017.03.079, se describen estructuras a nanoescala de doble escala obtenidas mediante la irradiación en un solo paso de tren de pulsos dobles de femtosegundos de silicio en agua. Las estructuras de doble escala consisten en micropuntas de ~2 μm de ancho y ~0,5 μm de altura, y nanoondas con un período medio de 146 nm o nanopartículas con un diámetro medio de 90 nm que cubren por completo las micropicos, para láser de femtosegundo polarizado linealmente o polarizado circularmente, respectivamente.

Compendio

El objetivo de esta invención es proporcionar un método simple y eficaz para producir superficies antirreflectantes. Al procesar sólidos transparentes con láser, se pueden producir nanoestructuras (pseudo)periódicas en la superficie, lo que resulta en un aumento de las propiedades antirreflectantes. La técnica propuesta es una técnica libre de químicos de un solo paso y puede integrarse fácilmente a escala industrial utilizando láseres industriales de alta potencia y repetibilidad.

La invención está definida en las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones de la invención.

Un método para conformar una superficie de un material sólido transparente para reducir la reflexión en el espectro óptico comprende proporcionar el material sólido transparente en un portador; identificar una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura objetivo deseada en la superficie del material sólido transparente; identificar una distribución de puntos focales deseada en la superficie del material sólido transparente; identificar una temperatura de fusión del material sólido transparente; seleccionar un valor de fluencia de láser de un intervalo de valores de fluencia de láser; seleccionar una longitud de onda, una tasa de repetición y una duración de pulso de un pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda, tasas de repetición de un intervalo de 1 kHz a 1 MHz y duraciones de pulso, respectivamente; seleccionar un número de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie de láser; exponer la superficie del material sólido transparente a una radiación láser enfocada con la longitud de onda seleccionada, la tasa de repetición, la duración del pulso y el número de pulsos de láser consecutivos para elevar la temperatura del material transparente a aproximadamente la temperatura de fusión para conformar al menos a una parte de la superficie y generar al menos parte de la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura objetivo deseada; trasladar relativamente el material sólido transparente para generar la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura deseada.

Al procesar las superficies sólidas transparentes con pulsos de láser, se pueden formar estructuras superficiales periódicas inducidas por láser (LIPSS) de autoensamblaje. La formación de estas estructuras da como resultado la reducción de la reflexión de la superficie sólida transparente.

En algunos ejemplos, la superficie del material sólido transparente se expone a una radiación láser polarizada circularmente enfocada. Al irradiar sólidos transparentes con radiación láser polarizada circularmente, se pueden formar nanoondas en todas las direcciones a lo largo de un punto focal gaussiano que eventualmente conduce a la formación de nanopicos en la superficie tratada. Las estructuras de nanopicos son pseudoperiódicas y se distribuyen aleatoriamente a lo largo de la superficie. La ventaja de las estructuras pseudoperiódicas es que presentan propiedades antirreflectantes en todas las direcciones planas, a diferencia de las nanoondas, que tienden a exhibir propiedades antirreflectantes cuando el plano de incidencia es perpendicular a la dirección de orientación de las nanoondas.

En algunos ejemplos, la identificación de una distribución de puntos focales deseada en la superficie del material sólido transparente puede comprender la identificación de un solapamiento mediante un porcentaje preseleccionado de puntos focales vecinos. El porcentaje de superposición preseleccionado puede ser del 89 % o inferior.

En algunos ejemplos, el método puede comprender, además, escanear y/o rasterizar el rayo láser sobre un material sólido transparente estacionario. Al escanear con múltiples escaneos a alta velocidad usando una pequeña cantidad de pulsos (p. ej., de tres a cinco) por pasada, el material se derrite y se vuelve a solidificar creando una rugosidad superficial muy pequeña sin ninguna formación estructural. El paso puede establecerse cerca del diámetro del punto.

En algunos ejemplos, el material sólido transparente puede comprender al menos una pieza de vidrio. La pieza de vidrio puede estar en un dispositivo electrónico. El dispositivo electrónico puede incluir una célula solar (CS), un elemento de visualización, una pantalla, un diodo emisor de luz (LED) y/o un sensor.

En algunos ejemplos, la longitud de onda del rayo incidente puede seleccionarse en un intervalo de 200 nm a 1100 nm. Esto puede depender del material a moldear.

En algunos ejemplos, la fluencia del láser se puede seleccionar en un intervalo de 3,8 J/cm2 a 1,47 J/cm2. La duración del pulso se puede seleccionar hasta 10 ps. La combinación puede depender de la fluencia de láser seleccionada, la altura de las nanoestructuras a formar y el punto de fusión del material superficial.

Una configuración de fabricación para conformar una superficie de un material sólido transparente para reducir la reflexión en el espectro óptico puede comprender un módulo de irradiación. El módulo de irradiación puede tener una fuente de láser pulsado y un sistema óptico para enfocar un rayo láser procedente de la fuente de láser pulsado. La configuración de fabricación puede comprender, además, un portador configurado para albergar el material sólido transparente. La configuración de fabricación también puede comprender un controlador para: establecer un valor de fluencia de láser a partir de un intervalo de valores de fluencia de láser; establecer una longitud de onda de pulso de láser, una tasa de repetición de pulso de láser y una duración de pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda de pulso de láser, tasas de repetición y duraciones, respectivamente; establecer una cantidad de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie de láser; establecer una secuencia de traslación relativa del material sólido transparente en una primera dirección durante una exposición láser con un rayo láser de la fuente de láser pulsado para generar una matriz de patrón antirreflejo bidimensional de nanoestructura deseada.

En algunos ejemplos, el sistema óptico puede comprender al menos un espejo para dirigir el rayo láser desde la fuente de láser pulsado al material sólido transparente y al menos una lente para enfocar el rayo láser sobre el material sólido transparente.

En algunos ejemplos, la fuente de láser pulsado puede ser una fuente de láser de picosegundos o de femtosegundos.

En algunos ejemplos, el módulo de traslación puede configurarse para desplazar el portador de material sólido transparente mientras el módulo de irradiación permanece estacionario. En otros ejemplos, el sistema óptico puede configurarse para desplazar el rayo láser mientras el portador de material sólido transparente permanece estacionario. En otros ejemplos más, el módulo de traslación puede configurarse para desplazar el módulo de irradiación mientras el portador de material sólido transparente permanece estacionario.

Un material sólido transparente antirreflectante puede moldearse usando un método de conformación según los ejemplos descritos en el presente documento y puede comprender una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura en una superficie.

Un dispositivo puede comprender un material sólido transparente antirreflectante según los ejemplos descritos en el presente documento.

Un sistema para conformar una superficie de un material sólido transparente para reducir la reflexión en el espectro óptico de una superficie de un material transparente puede comprender medios para proporcionar el material sólido transparente en un portador; medios para identificar una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura objetivo deseada en la superficie del material sólido transparente; medios para identificar una distribución deseada de puntos focales sobre la superficie del material sólido transparente; medios para identificar una temperatura de fusión del material sólido transparente; medios para establecer un valor de fluencia de láser a partir de un intervalo de valores de fluencia de láser; medios para establecer una longitud de onda, una tasa de repetición y una duración de pulso de un pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda, tasas de repetición y duraciones de pulso, respectivamente; medios para establecer un número de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie del láser; medios para exponer la superficie del material sólido transparente a una radiación láser enfocada con la longitud de onda seleccionada, la tasa de repetición, la duración del pulso y el número de pulsos de láser consecutivos para elevar la temperatura del material transparente a aproximadamente la temperatura de fusión para conformar al menos a una parte de la superficie y generar al menos parte de la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura objetivo deseada; y medios para trasladar relativamente el material sólido transparente para generar la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura deseada.

Un producto de programa informático no transitorio que hace que una configuración de irradiación realice la conformación de una superficie de un material sólido transparente puede tener instrucciones para: proporcionar el material sólido transparente en un portador; identificar una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura objetivo deseada en la superficie del material sólido transparente; identificar una distribución de puntos focales deseada en la superficie del material sólido transparente; identificar una temperatura de fusión del material sólido transparente; seleccionar un valor de fluencia de láser de un intervalo de valores de fluencia de láser; seleccionar una longitud de onda, una tasa de repetición y una duración de pulso de un pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda, tasas de repetición y duraciones de pulso, respectivamente; seleccionar un número de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie de láser; exponer la superficie del material sólido transparente a una radiación láser enfocada con la longitud de onda seleccionada, la tasa de repetición, la duración del pulso y el número de pulsos de láser consecutivos para elevar la temperatura del material transparente a aproximadamente la temperatura de fusión para conformar al menos a una parte de la superficie y generar al menos parte de la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura objetivo deseada; trasladar relativamente el material sólido transparente para generar la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura deseada.

Un producto de programa informático puede comprender instrucciones de programa para hacer que una configuración de irradiación realice un método para conformar una superficie de un material sólido transparente según los ejemplos descritos en el presente documento.

El producto del programa informático puede incorporarse en un medio de almacenamiento (por ejemplo, un CD-ROM, un DVD, una unidad USB, en una memoria de ordenador o en una memoria de solo lectura) o transportada en una señal portadora (por ejemplo, en una señal portadora eléctrica u óptica).

El programa informático puede estar en forma de código fuente, código de objeto, un código fuente intermedio y código objeto tal como en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para su uso en la implementación de los procesos. El portador puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de transportar el programa informático.

Por ejemplo, el portador puede comprender un medio de almacenamiento, como una ROM, por ejemplo, un CD ROM o una ROM de semiconductores, o un medio de grabación magnético, por ejemplo, un disco duro. Además, el portador puede ser un portador transmisible tal como una señal eléctrica u óptica, que pueden transmitirse por cable eléctrico u óptico o por radio u otros medios.

Cuando el programa informático esté incorporado en una señal que pueda ser transmitida directamente por un cable u otro dispositivo o medio, el portador puede estar constituido por dicho cable u otro dispositivo o medio.

Como alternativa, el portador puede ser un circuito integrado en el que está incrustado el programa informático, el circuito integrado está adaptado para realizar, o para usar en la realización de, los métodos pertinentes.

Breve descripción de los dibujos

Los ejemplos no limitantes de la presente descripción se describirán a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 ilustra esquemáticamente una evolución de la formación de nano-picos después de múltiples escaneos, según un ejemplo.

La Fig. 2 es un diagrama de flujo de un método para conformar una superficie de un material sólido transparente para reducir la reflexión en el espectro óptico, según un ejemplo.

La Fig. 3A ilustra esquemáticamente una imagen de microscopio electrónico de barrido sobre una superficie de sílice fundida conformada.

La Fig. 3B ilustra esquemáticamente una intensidad de píxel para una sección transversal de la superficie de la Fig. 3A.

La Fig. 4 ilustra esquemáticamente una representación de una exploración de área con pulsos de láser ultrarrápidos de forma gaussiana donde las áreas sombreadas indican una superposición de puntos.

La Fig. 5 ilustra esquemáticamente un material sólido transparente antirreflectante conformado usando un método de conformación, según un ejemplo.

Las Figs. 6A y 6B ilustran esquemáticamente el espectro de transmitancia y reflectancia de la superficie de sílice fundida plana y sílice fundida nanoestructurada.

La Fig. 7 ilustra esquemáticamente una configuración de fabricación según un ejemplo.

Descripción detallada de los ejemplos

La Fig. 1 ilustra esquemáticamente una evolución de la formación de nano-picos después de múltiples escaneos, según un ejemplo. Durante un primer escaneo A pulsos de láser ultrarrápidos irradian un sólido transparente. Durante ese primer paso, la temperatura del sólido puede aumentar, pero no alcanzar el punto de fusión. Por lo tanto, aún no puede tener lugar ningún cambio de fase de la superficie del sólido y aún no pueden formarse nanoestructuras. Durante un escaneo adicional B, la superficie ya caliente puede derretirse cuando los pulsos de láser apuntan a un punto en particular y volver a solidificarse a medida que el rayo láser se aleja del punto creando una rugosidad de superficie muy pequeña sin ninguna formación estructural. Continuando en un próximo escaneo C la superficie puede ser irradiada nuevamente donde la rugosidad previamente formada favorece la formación primaria de nanopicos. A medida que continúan los escaneos, los nanopicos se pueden formar gradualmente en la forma y el tamaño deseados para proporcionar propiedades antirreflectantes a la superficie. Se sigue el mismo procedimiento varias veces hasta que la superficie está estructurada completa y homogéneamente como se muestra en el escaneo D.

La Fig. 2 es un diagrama de flujo de un método para conformar una superficie de un material sólido transparente para reducir la reflexión en el espectro óptico, según un ejemplo. En el bloque 205, el material sólido transparente se proporciona en un portador.

En el bloque 210, una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura objetivo deseada se identifica en la superficie del material sólido transparente. En el bloque 215, se identifica una distribución deseada de puntos focales sobre la superficie del material sólido transparente. En el bloque 220, se identifica una temperatura de fusión del material sólido transparente. En el bloque 225, se selecciona un valor de fluencia de láser de un intervalo de valores de fluencia de láser. En el bloque 230, una longitud de onda, una tasa de repetición y una duración de pulso de un pulso de láser se seleccionan de un intervalo de longitudes de onda, tasas de repetición y duraciones de pulso, respectivamente. En el bloque 235, se selecciona un número de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie. En el bloque 240, la superficie del material sólido transparente se expone a una radiación láser enfocada con la longitud de onda seleccionada, la tasa de repetición, la duración del pulso y el número de pulsos de láser consecutivos para elevar la temperatura del material a aproximadamente la temperatura de fusión del material y para conformar al menos a una parte de la superficie y generar al menos parte de la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura objetivo deseada. En el bloque 245, el material sólido transparente se traslada relativamente para generar la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura deseada.

La Fig. 3A ilustra esquemáticamente una imagen de microscopio electrónico de barrido sobre una superficie de sílice fundida conformada. En el ejemplo de la Fig. 3A, la superficie es el producto después de la irradiación a 1026 nm y una frecuencia de repetición de 60 kHz con polarización lineal (la flecha blanca de dos puntas indica la dirección de polarización del rayo láser), con fluencia FI = 3,4 J/cm2, número de pulsos NP=15 y duración del pulso PD = 170 fs. Este proceso da como resultado la formación de estructuras superficiales periódicas inducidas por láser (LIPSS) de autoensamblaje, como se muestra en la Fig. 3A. La Fig. 3B ilustra esquemáticamente una intensidad de píxel a lo largo de una sección transversal de la superficie de la Fig. 3A.

La periodicidad de esas estructuras se define como la distancia entre dos o más estructuras consecutivas como se muestra en la Fig. 3B. La formación de LIPSS se puede describir por la absorción de energía no homogénea de una superficie rugosa junto con la hidrodinámica que explica el movimiento fluido del material fundido durante e inmediatamente después de la irradiación.

En la naturaleza, las estructuras superficiales con tamaño en el régimen submicrométrico pueden producir propiedades antirreflectantes eficientes en el espectro visible, debido al incremento espacial gradual del índice de refracción, mientras que, al mismo tiempo, el material permanece transparente. Un ejemplo notable es el antirreflejo de las alas de la mariposa Greta Oto, donde su superficie está decorada con nanopilares de tamaño submicrométrico.

El parámetro clave para la producción de nanoestructuras antirreflectantes es el estado de polarización del haz incidente. Al irradiar sólidos transparentes con pulsos láser ultrarrápidos polarizados lineales en forma de Gauss, se forman nanoondas en la superficie, como se describió previamente, donde la dirección de esas estructuras es perpendicular a la dirección del campo eléctrico incidente. Usando polarización circular, se forman nanoondas en todas las direcciones a lo largo del punto gaussiano, lo que eventualmente conduce a la formación de nanopicos en la superficie tratada. Las estructuras de nanopicos son pseudoperiódicas y se distribuyen aleatoriamente a lo largo de la superficie. La ventaja de las estructuras pseudoperiódicas es que presentan propiedades antirreflectantes en todas las direcciones planas, a diferencia de las nanoondas, que tienden a exhibir propiedades antirreflectantes cuando el plano de incidencia es perpendicular a la dirección de orientación de las nanoondas.

El tamaño y la periodicidad de los nanopicos se pueden controlar mediante los parámetros del láser. Sin embargo, la fluencia y el número de pulsos tienen una pequeña influencia, el tamaño y la periodicidad de los nanopicos dependen en gran medida de la longitud de onda del haz incidente. El tamaño y la periodicidad de los nanopicos pueden eventualmente determinar el intervalo espectral en el que la superficie estructurada exhibirá un comportamiento antirreflectante. De este modo, dependiendo de la aplicación, esta técnica muestra una gran versatilidad ya que el intervalo espectral antirreflectante se puede ajustar adecuadamente.

Para la producción de nanopicos en una gran superficie se coloca, el sólido transparente, se fija y se nivela en una platina motorizada x-y-z para escanear la muestra en líneas. Como alternativa, se puede usar un sistema Galvo en lugar de etapas motorizadas para un tiempo de procesamiento más rápido. El rayo incidente se enfoca en la superficie, la fluencia se establece cerca del umbral de ablación del material y la superficie se irradia en líneas. En el caso de que el punto focal esté por debajo o por encima de la superficie, la condición de autoenfoque debido a las impurezas de la superficie puede dañar significativamente la superficie. Por el término superficie dañada, nos referimos al caso en que se desprenden piezas de material de la superficie, lo que conduce a formaciones de cráteres. Esos cráteres aumentan la absorción local y la dispersión de la luz, lo que eventualmente conduce al incremento de la rugosidad de la superficie y la reducción de la transmitancia.

El procesamiento de grandes áreas de superficie introduce parámetros que son importantes para la producción de superficies nanoestructuradas suaves y limpias. La Fig. 4 ilustra esquemáticamente una representación de una exploración de área con pulsos de láser ultrarrápidos de forma gaussiana donde las áreas sombreadas indican una superposición de puntos. La velocidad de exploración es la velocidad con la que la platina se mueve a lo largo de un eje. Dependiendo de la velocidad de escaneo, la distancia d, entre los centros de dos pulsos es variable y se define como:

donde v es la velocidad de escaneo y RR la tasa de repetición del láser. Por lo tanto, la distancia es proporcional a la velocidad de escaneo, lo que conduce a una superposición diferente, como se muestra en la Fig. 4. Otro parámetro es el paso que describe la distancia entre las líneas irradiadas como se muestra en la Fig.4. El paso puede ser menor que el diámetro del punto.

Para tres o más pulsos por área de punto, se forman nanopicos. Aunque debido a la alta superposición (entre pulsos de láser consecutivos) y, por lo tanto, la temperatura aumenta por encima del punto de fusión en la superficie, es probable que se produzcan daños en regiones pequeñas. Se pueden emplear menos de tres pulsos para minimizar las áreas dañadas. Pero, para menos de tres pulsos, no se forman estructuras debido a la superposición de los pulsos inferiores. Una pequeña cantidad de pulsos combinados con escaneos múltiples es la solución para este problema donde el paso se establece cerca del diámetro de punto.

Las superficies antirreflectantes en el espectro visible se pueden producir utilizando esta técnica, como se muestra en la Fig. 5 y la Fig. 6A-6B. La Fig.5 ilustra esquemáticamente un material sólido transparente antirreflectante conformado usando un método de conformación, según un ejemplo. La Fig. 6A y la Fig. 6B ilustran esquemáticamente el espectro de transmitancia y reflectancia, respectivamente, de sílice plana fundida y una superficie nanoestructurada de sílice fundida. El marco plano reflectante sin tratar del sólido transparente se muestra en la Fig. 5 (A) mientras que (B) muestra el área procesada con láser antirreflectante donde el material se coloca bajo una fuente de luz blanca. Las Fig.s 5 (C) -(E) son imágenes SEM de un ejemplo de superficie de sílice fundida con nanoestructuras (nanopicos). Las características de los nanopicos formados en las superficies son una periodicidad de 200-400 nm, un radio de 60 100 nm y una altura de 200-300 nm para tres escaneos.

En el primer escaneo, la altura de los nanopicos formados fue del 32 ± 5 % en comparación con el tercer escaneo y para el segundo escaneo, su altura fue del 85 ± 10 % en comparación con el tercer escaneo. Además, el análisis óptico muestra que el material presenta propiedades antirreflectantes en el espectro visible e IR cercano, como se muestra en la Fig. 6. En realidad, como se muestra en la Figura 6B, las propiedades antirreflectantes mejoran en comparación con las propiedades de la superficie no tratada, como se muestra en la Fig. 6A, y esto se logra reduciendo la reflectancia del material en el intervalo espectral de 250-1200 nm. Al mismo tiempo, la transmitancia aumenta en un 2-3 % en el intervalo espectral de 500-1200 nm, mientras que en la región UV la transmitancia disminuye.

La Fig. 7 ilustra esquemáticamente una configuración de fabricación para conformar una superficie de un material sólido transparente para reducir la reflexión en el espectro óptico según un ejemplo. La configuración de fabricación 700 comprende un módulo de irradiación 705. El módulo de irradiación 705 incluye una fuente de láser pulsado 710 para generar un rayo láser y un sistema óptico 715 para enfocar un rayo láser o pulso 712 desde la fuente de láser pulsado 710. La configuración de fabricación 700 comprende, además, un portador 720 configurado para albergar el material sólido transparente 725. Se puede acoplar un controlador 730 al módulo de irradiación 705 y al portador 720. El controlador 730 puede comprender una memoria 735 y un procesador 740. El controlador 730 establece un valor de fluencia de láser del módulo de irradiación 705 a partir de un intervalo de valores de fluencia de láser almacenados en la memoria 735 y asociados con el material sólido transparente 725. Asimismo, el controlador establece una longitud de onda de pulso de láser, una tasa de repetición de pulso de láser y una duración de pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda de pulso de láser, tasas de repetición y duraciones, respectivamente, almacenados de manera similar en la memoria 735 y asociados con el material sólido transparente 725, y establece una cantidad de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie del láser en función del patrón de nanoestructura que se formará en el material sólido transparente 725. Por último, el controlador 730 establece una secuencia de traslación relativa del material sólido transparente, p. ej., controlar el movimiento del portador 720, durante una exposición láser con un rayo láser de la fuente de láser pulsado 710 para generar una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura deseada en la superficie del material sólido transparente 725.

Aunque solo se han descrito unos cuantos ejemplos en este documento, son posibles otras alternativas, modificaciones, usos y/o equivalentes de los mismos. Asimismo, también se cubren todas las combinaciones posibles de los ejemplos descritos. De este modo, el alcance de la presente descripción no debe estar limitado por ejemplos particulares, sino que debe determinarse solo mediante una lectura justa de las siguientes reivindicaciones. Si los signos de referencia relacionados con los dibujos se colocan entre paréntesis en una reivindicación, son únicamente para intentar aumentar la inteligibilidad de la reivindicación, y no se interpretarán como una limitación del alcance de la reivindicación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para conformar una superficie de un material sólido transparente, el cual es transparente en el espectro visible, para reducir la reflexión en el espectro óptico, que comprende:

proporcionar el material en un portador;

identificar una matriz de patrón antirreflectante de nanoestructura bidimensional objetivo deseada en la superficie; identificar una distribución de puntos focales deseada en la superficie;

identificar una temperatura de fusión del material;

seleccionar un valor de fluencia de láser de un intervalo de valores de fluencia de láser;

seleccionar una longitud de onda, una tasa de repetición y una duración de pulso de un pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda, un intervalo de tasas de repetición de 1 kHz a 1 MHz y un intervalo de duraciones de pulso, respectivamente;

seleccionar un número de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie;

exponer la superficie a una radiación láser enfocada con la longitud de onda seleccionada, la tasa de repetición, la duración del pulso y el número de pulsos de láser consecutivos para elevar la temperatura del material a aproximadamente la temperatura de fusión del material y para conformar al menos a una parte de la superficie y generar al menos parte de la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura objetivo deseada;

trasladar relativamente el material para generar la matriz de patrón bidimensional de nanoestructura deseada por lo que el material sólido transparente es una pieza de vidrio que es transparente en el espectro visible.

2. El método según la reivindicación 1, que comprende, además, exponer la superficie del material sólido transparente a una radiación láser polarizada circularmente enfocada.

3. El método según la reivindicación 1, en donde identificar una distribución de puntos focales deseada en la superficie comprende identificar una superposición en un porcentaje preseleccionado de puntos focales vecinos.

4. El método según la reivindicación 3, en donde el porcentaje preseleccionado es del 89 % o inferior.

5. El método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, escanear y/o rasterizar el rayo láser sobre un material estacionario.

6. El método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material sólido transparente comprende al menos la pieza de vidrio.

7. El método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde conformar la superficie del material comprende conformar la pieza de vidrio en un dispositivo electrónico, incluyendo el dispositivo electrónico una célula solar (CS), un elemento de visualización, una pantalla, un diodo emisor de luz (LED) y un sensor.

8. El método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la longitud de onda se selecciona de un intervalo de 200 nm a 1100 nm.

9. El método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la duración del pulso se selecciona hasta 10 ps.

10. El método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fluencia del láser se selecciona de un intervalo de 3,8 J/cm2 a 1,47 J/cm2.

11. Una configuración de fabricación para conformar una superficie de un material sólido transparente, el cual es transparente en el espectro visible, para reducir la reflexión en el espectro óptico, que comprende:

un módulo de irradiación que tiene:

una fuente de láser pulsado;

un sistema óptico para enfocar un rayo láser desde la fuente de láser pulsado;

un portador configurado para albergar el material;

un controlador para:

establecer un valor de fluencia de láser a partir de un intervalo de valores de fluencia de láser;

establecer una longitud de onda, una tasa de repetición y una duración de pulso de un pulso de láser de un intervalo de longitudes de onda, un intervalo de tasas de repetición de 1 kHz a 1 MHz y un intervalo de duraciones, respectivamente;

establecer una cantidad de pulsos de láser consecutivos aplicados por punto focal en la superficie;

establecer una secuencia de traslación relativa del material durante una exposición láser con un rayo láser de la fuente de láser pulsado para generar una matriz de patrón antirreflejo bidimensional de nanoestructura deseada

por lo que el material sólido transparente es una pieza de vidrio que es transparente en el espectro visible.

12. La configuración de fabricación según la reivindicación 11, en donde el sistema óptico comprende al menos un espejo para dirigir el rayo láser desde la fuente de láser al material y al menos una lente para enfocar el rayo láser sobre el material.

13. La configuración de fabricación según la reivindicación 11 o 12, en donde la fuente de láser pulsado es una fuente de láser de picosegundos o femtosegundos.

14. La configuración de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, con un módulo de traslación configurado para desplazar el portador o el módulo de irradiación mientras el módulo de irradiación o el portador, respectivamente, permanece estacionario.

15. La configuración de fabricación según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde el sistema óptico está configurado para desplazar el rayo láser mientras el portador permanece estacionario.

16. Un material sólido transparente antirreflectante que comprende una pieza de vidrio, el cual es transparente en el espectro visible, conformado usando un método de conformación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 y que comprende una matriz de patrón antirreflectante bidimensional de nanoestructura en una superficie de la pieza de vidrio, matriz de patrón que comprende nano-picos que son estructuras superficiales periódicas inducidas por láser de autoensamblaje.

17. Un material sólido transparente antirreflectante según la reivindicación 16, por lo que el patrón antirreflectante incluye nano-picos con una periodicidad de 200-400 nm, 60-100 nm de radio y 200-300 nm de altura.

18. Un dispositivo que comprende un material sólido transparente antirreflectante según la reivindicación 16 o la reivindicación 17.

19. La configuración de fabricación según la reivindicación 11, en donde el controlador comprende un programa informático que comprende instrucciones de programa para controlar el módulo de irradiación para realizar un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.