CN106990677A - 一种反射镜及曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反射镜及曝光装置，包括透明衬底基质，位于透明衬底基质入光表面的用于反射设定波长光线的全电介质反射膜；其中，透明衬底基质中分散有能够受激发射设定波长光线的粒子。在透明衬底基质表面设置全电介质反射膜可以对设定波长的光线高效反射；而在反射镜的透明衬底基质中分散可受激辐射的粒子，可以将光源中其它波长的光线转化为设定波长的光线，增加了设定波长光线的出射，提高了对光源出射光的利用率，避免能源浪费。

Description

一种反射镜及曝光装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种反射镜及曝光装置。
背景技术
反射镜是一种按照反射定律改变光学路径的一种光学元件，在光学系统、工艺制造甚至是日常生活中应用非常广泛。目前的光学反射镜一般可分为两类，一类是金属反射膜的光学反射镜，一类是全电介质反射膜的光学反射镜。此外，还有把两者结合起来的金属电介质反射膜的光学反射镜。金属反射膜的光学反射镜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽；缺点是光损大，反射率不可能很高。而全电介质反射镜是利用多光束干涉原理，增加光学表面的反射率。
而在工艺制造领域所使用的反射镜通常只需要其尽可能高地反射某一波段或者设定波长的光。例如，在液晶显示屏制造领域中曝光工艺所需要的光主要为365nm的紫外线，而在曝光工艺中所使用的光源——高压汞灯可发射1-800nm范围内的电磁波。除所需要的365nm的紫外光之外的其它波长的光在反射过程中大都转化为热能散失，因此，现阶段所使用的反射镜对设定波长光线的反射率不够高，导致了对光源的利用率小，能源浪费严重。
发明内容
本发明实施例提供了一种反射镜及曝光装置，用以提升光源出射光中设定波长光线的利用率。
第一方面，本发明实施例提供一种反射镜，包括：透明衬底基质，位于所述透明衬底基质入光表面的用于反射设定波长光线的全电介质反射膜；其中，
所述透明衬底基质中分散有能够受激发射所述设定波长光线的粒子。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，所述全电介质反射膜包括：多层交替堆叠的第一介质层和第二介质层；
所述第一介质层的折射率均大于所述第二介质层的折射率、所述透明衬底基质的折射率以及外界环境介质的折射率；
所述透明衬底基质的折射率大于所述第二介质层的折射率。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，与所述透明衬底基质相邻的介质层为所述第二介质层；距离所述透明衬底基质最远的介质层为所述第一介质层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，所述第一介质层的厚度满足以下关系式：
eH＝λ/4nH；其中，eH为所述第一介质层的厚度，λ为所述设定波长，nH为所述第一介质层的折射率；
所述第二介质层的厚度满足以下关系式：
eL＝λ/4nL；其中，eL为所述第二介质层的厚度，λ为所述设定波长，nL为所述第二介质层的折射率。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，分散在所述透明衬底基质中的能够受激发射所述设定波长光线的所述粒子为稀有金属粒子或稀土离子。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，所述透明衬底基质为光学玻璃。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，还包括：位于所述透明衬底基质背离所述全电介质反射膜一侧的光电转换层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，所述光电转换层包括：在所述透明衬底基质表面依次设置的N型半导体层和P型半导体层；或，
在所述透明衬底基质表面依次设置的P型半导体层和N型半导体层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述反射镜中，所述N型半导体层为N型磷掺杂单晶硅层；所述P型半导体层为P型硼掺杂单晶硅层。
第二方面，本发明实施例提供一种曝光装置，包括汞灯以及位于所述汞灯出光方向的上述任一反射镜；所述设定波长为365nm。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的反射镜及曝光装置，包括透明衬底基质，位于透明衬底基质入光表面的用于反射设定波长光线的全电介质反射膜；其中，透明衬底基质中分散有能够受激发射设定波长光线的粒子。在透明衬底基质表面设置全电介质反射膜可以对设定波长的光线高效反射；而在反射镜的透明衬底基质中分散可受激辐射的粒子，可以将光源中其它波长的光线转化为设定波长的光线，增加了设定波长光线的出射，提高了对光源出射光的利用率，避免能源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的反射镜的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的全电介质反射膜的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的能级跃迁原理图；
图4为本发明实施例提供的反射镜的结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的曝光装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的曝光装置的工作原理图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种反射镜及曝光装置，用以提升光源出射光中设定波长光线的利用率。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的反射镜及曝光装置。
如图1所示，本发明实施例提供的反射镜，包括：透明衬底基质11，位于透明衬底基质11入光表面的用于反射设定波长光线的全电介质反射膜12；其中，透明衬底基质11中分散有能够受激发射设定波长光线的粒子111。
本发明实施例提供的上述反射镜，通过在透明衬底基质表面设置全电介质反射膜可以对设定波长的光线高效反射；而在反射镜的透明衬底基质中分散可受激辐射的粒子，可以将光源中其它波长的光线转化为设定波长的光线，增加了设定波长光线的出射，提高了对光源出射光的利用率，避免能源浪费。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述反射镜中，如图2所示，全电介质反射膜12包括：多层交替堆叠的第一介质层121和第二介质层122。
其中，第一介质层121的折射率均大于第二介质层122的折射率、透明衬底基质11的折射率以及外界环境介质的折射率；透明衬底基质11的折射率大于第二介质层122的折射率。
本发明实施例提供的上述全电介质反射膜利用半波损失以及薄膜干涉的原理，对全电介质反射膜中的第一介质层和第二介质层的折射率以及厚度需要特殊设置。具体来说，光由光疏介质入射到光密介质时，反射光线相对于入射光线的相位相差180度的现象称为半波损失，而光由光密介质向光疏介质入射时则不存在半波损失。因此，根据薄膜干涉的原理，如果在光线经过全电介质反射膜的两个表面的反射光相干相长，则可以增强反射光的能量，减少透射光的能量。在具体实施时，全电介质反射膜中的第一介质层的折射率需要大于透明衬底基质的折射率，而第二介质层的折射率小于透明衬底基质的折射率，而仅设置一层反射膜的反射率并不理想，因此在实际应用中，采用多层第一介质层和第二介质层交替设置的方式可使设定波长的反射率达到99％以上。
具体地，如图2所示，与透明衬底基质11相邻的介质层为第二介质层122；距离透明衬底基质11最远的介质层为第一介质层121。由此，光线在由外界环境入射至全电介质反射膜12时，即为由光疏介质入射到光密介质中，在全电介质反射膜中各膜层的厚度设置适宜时，即可使反射光相干相长。而与透明衬底基质11相邻的介质层也为第二介质层122，且透明衬底基质11的折射率大于第二介质层122的折射率，因此光线最终由第二介质层122向透明衬底基质11中入射时也为由光疏介质向光密介质中入射，因此也可以具有增反的作用。
进一步地，在第一介质层121的厚度为光在该介质中的波长的1/4时，在第一介质层121的两个表面发生反射的两束反射光之间的光程差则相差一个波长，由此可以发生相长干涉，增加反射光的能量。
由此可知，第一介质层的厚度应满足以下关系式：
eH＝λ/4nH；其中，eH为第一介质层的厚度，λ为设定波长，nH为第一介质层的折射率；
同理，第二介质层的厚度应满足以下关系式：
eL＝λ/4nL；其中，eL为第二介质层的厚度，λ为设定波长，nL为第二介质层的折射率。
经过以上设置后，包含设定波长的光束在经过反射镜后，可以有效提高设定波长的反射率。在实际应用中，上述的第一介质层121可采用二氧化硅膜层，第二介质层122可采用氟化镁膜层等。此外，透明衬底基质可采用光学玻璃等材料。本发明实施例不对第一介质层、第二介质层以及透明衬底基质所采用的材料进行具体限定。
另一方面，在本发明实施例提供的上述反射镜中，透明衬底基质11中分散有可以受激发射设定波长光线的粒子111。这些粒子的能级应匹配发射上述设定波长的光。具体来说，如图3所示，如果原子的基态能级为E1，激发态能级为E2、E3、E4。当该原子吸收一个光子的能量，该原子的电子便能吸收该光子由基态跃迁到激发态高能级n，处于高能级n的电子由于不稳定，便会释放一定波长的光子回到较低能级。例如图3所示的能级图，分散在透明衬底基质中的粒子的原子通常情况下均处于基态E1，在吸收了波长小于设定波长的光线，例如波长小于365nm的波长的光子，即频率为ν1的光之后，可跃迁到激发态能级E3。而处于能级E3的原子可产生由E3到E2，再由E2到E1的能级跃迁，且在此过程中伴随光的发射。例如，E3-E2＝hν2，E2-E1＝hν3，其中，h为普朗史常数，ν1、ν2、ν3为光子的频率。也就是说，当能级结构为如图3所示的原子，可受激辐射出频率为ν2和ν3的光子。
在具体应用中，可根据以上原理在透明衬底基质中分散合适的稀有金属粒子或稀土离子以受激辐射出设定波长的光线。需要注意的是，在实际应用中所采用的能够受激辐射出设定波长光线的粒子需要选用不会被短波光源的光所电离的原子，在此前提下才可以发挥受激辐射的作用。
由透明衬底基质中的粒子111受激辐射的设定波长的光线向全电介质反射膜一侧出射时，由于透明衬底基质11的折射率大于第二介质层122的折射率，第二介质层122的折射率亦小于第一介质层121的折射率，且第一介质层121与第二介质层122的厚度满足上述的厚度设置，因此，设定波长的光线由透明衬底基质一侧向全电介质反射膜一侧出射时，该全电介质反射膜充当了增透膜的作用，可以使设定波长的光线高效率地向外出射，从而进一步提高了设定波长光线的出射效率。
进一步地，在本发明实施例提供的上述反射镜中，如图4所示，还包括：位于透明衬底基质11背离全电介质反射膜12一侧的光电转换层13。光电转换层13可以将入射其内部的光能转化为电能，进而在光电转换层上连接储能元件，即可将未被反射的光转化为电能待用，提高光源光线的利用率。
具体地，本发明实施例提供的光电转换层13，具体可以包括：在透明衬底基质表面依次设置的N型半导体层和P型半导体层；或，在透明衬底基质表面依次设置的P型半导体层和N型半导体层。
其中，N型半导体层可为N型磷掺杂单晶硅层；P型半导体层可为P型硼掺杂单晶硅层。此外，还可采用其它方式制作上述的光电转换层，在此不对光电转换层中各膜层的设置顺序以及采用的材料进行限定，只要在反射镜的基础上能够实现光电转换作用的功能性膜层均落入本发明的保护范围。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种曝光装置，如图5所示，本发明实施例提供的曝光装置，包括：汞灯200以及位于汞灯出光方向的上述任一反射镜100。本发明实施例提供的上述曝光装置可应用于液晶显示屏制作中的曝光工艺。
以下对上述曝光装置中反射镜的工作原理进行具体说明：
在曝光工艺中，汞灯作为光源所发射的光的波长为1-800nm，包括了紫外光和可见光波段。其中，波长为365nm的紫外光为曝光所需要的，则其它波长的光线作为杂光通常转化为热散失。在本发明实施例提供的上述曝光装置中，汞灯200的发射光先入射到反射镜100，经过反射镜100的反射作用到需要曝光处理的物质上。而反射镜100如上所述，包括透明衬底基质11(通常可为光学玻璃)、全电介质反射膜12以及光电转换层13；在透明衬底基质11中分散了可以受激辐射出365nm紫外光的粒子。且上述粒子(可为稀有金属粒子或稀土离子)的能级结构可为如图3所示的能级结构，该粒子的吸收波长小于365nm，即E3-E1>hc/365，其中，h为普朗克常数，c为光速。在跃迁的过程中由能级E2向能级E1跃迁所发射的光可为365nm的紫外光。此外，波长大于365nm的光，例如可见光波段(390-780nm)的光入射到光电转换层13之后，可以转换为电能储存到储能元件中。
由此，本发明实施例提供的上述反射镜100对各波长光线的作用，如图6所示，1-800nm的入射光在经过反射镜100的反射后，365nm的紫外光可被高效反射，波长小于365nm的光(即图6所示的短波光)在入射到透明衬底基质11中的粒子111时，可以进一步辐射365nm的紫外光，而大于365nm波段的光线(即图6所示的长波光)入射到光电转换层13之后，可以转化为电能待用。
综上所述，本发明实施例提供的上述反射镜可以有效提高设定波长(365nm)的光线的反射，并提高了光源出射光线的利用率。
本发明实施例提供的反射镜及曝光装置，包括透明衬底基质，位于透明衬底基质入光表面的用于反射设定波长光线的全电介质反射膜；其中，透明衬底基质中分散有能够受激发射设定波长光线的粒子。在透明衬底基质表面设置全电介质反射膜可以对设定波长的光线高效反射；而在反射镜的透明衬底基质中分散可受激辐射的粒子，可以将光源中其它波长的光线转化为设定波长的光线，增加了设定波长光线的出射，提高了对光源出射光的利用率，避免能源浪费。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种反射镜，其特征在于，包括：透明衬底基质，位于所述透明衬底基质入光表面的用于反射设定波长光线的全电介质反射膜；其中，
所述透明衬底基质中分散有能够受激发射所述设定波长光线的粒子。
2.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，所述全电介质反射膜包括：多层交替堆叠的第一介质层和第二介质层；
所述第一介质层的折射率均大于所述第二介质层的折射率、所述透明衬底基质的折射率以及外界环境介质的折射率；
所述透明衬底基质的折射率大于所述第二介质层的折射率。
3.如权利要求2所述的反射镜，其特征在于，与所述透明衬底基质相邻的介质层为所述第二介质层；距离所述透明衬底基质最远的介质层为所述第一介质层。
4.如权利要求2所述的反射镜，其特征在于，所述第一介质层的厚度满足以下关系式：
eH＝λ/4nH；其中，eH为所述第一介质层的厚度，λ为所述设定波长，nH为所述第一介质层的折射率；
所述第二介质层的厚度满足以下关系式：
eL＝λ/4nL；其中，eL为所述第二介质层的厚度，λ为所述设定波长，nL为所述第二介质层的折射率。
5.如权利要求1所述的反射镜，其特征在于，分散在所述透明衬底基质中的能够受激发射所述设定波长光线的所述粒子为稀有金属粒子或稀土离子。
6.如权利要求1-5任一项所述的反射镜，其特征在于，所述透明衬底基质为光学玻璃。
7.如权利要求1-5任一项所述的反射镜，其特征在于，还包括：位于所述透明衬底基质背离所述全电介质反射膜一侧的光电转换层。
8.如权利要求7所述的反射镜，其特征在于，所述光电转换层包括：在所述透明衬底基质表面依次设置的N型半导体层和P型半导体层；或，
在所述透明衬底基质表面依次设置的P型半导体层和N型半导体层。
9.如权利要求8所述的反射镜，其特征在于，所述N型半导体层为N型磷掺杂单晶硅层；所述P型半导体层为P型硼掺杂单晶硅层。
10.一种曝光装置，其特征在于，包括汞灯以及位于所述汞灯出光方向的如权利要求1-9任一项所述的反射镜；所述设定波长为365nm。
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