CN111033326A - 制造具有多个图案区域的模块的方法、根据该方法的具有多个图案区域的模块以及制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法 - Google Patents

制造具有多个图案区域的模块的方法、根据该方法的具有多个图案区域的模块以及制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的示例性实施方案提供了制造具有多个图案区域的模块的方法、根据该方法的具有多个图案区域的模块、以及制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法。

Description

制造具有多个图案区域的模块的方法、根据该方法的具有多 个图案区域的模块以及制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用 模具的方法
技术领域
本发明的示例性实施方案涉及制造具有多个图案区域的模块的方法、根据该方法的具有多个图案区域的模块、以及制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法。
背景技术
作为头戴式显示器(head mounted display,HMD)装置的实例,近来积极对这样的透视显示器或增强现实(AR)显示装置进行研究;在其中外部光原样通过并且通过微型光源输出装置输出的光可以通过复数个衍射光栅元件在光波导上传播,再到达使用者的眼睛瞳孔。
复数个衍射光栅元件具有亚微米间距的精细图案,用于有效地衍射可见光波长区域的光,并且每个衍射光栅元件的形状、结构、取向角等需要精确设计并且衍射光栅元件需要根据设计来制造。
为此,在现有技术中,需要在复数个衍射光栅元件中的每一者中重复伴随一系列复杂的电子束平版印刷术或光刻、蚀刻工艺等,因此花费长的时间并且需要高难度的工艺。
此外,即使在期望改变复数个衍射光栅元件中的仅一部分的设计时,由于复杂且困难的工艺,也会消耗大量的时间和成本。
发明内容
技术问题
本发明的示例性实施方案提供了制造具有多个图案区域的模块的方法、根据该方法的具有多个图案区域的模块、以及制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法。
本发明中要解决的目的不限于上述目的,并且本领域技术人员根据下面的描述将清楚地理解本文未提及的其他目的。
技术方案
本发明的一个方面提供了制造具有多个图案区域的模块的方法,所述具有多个图案区域的模块用于制造包括具有不同衍射光栅图案的第一衍射光栅元件和第二衍射光栅元件的衍射光栅模块,所述方法包括:(a)将形成有第一图案的第一基底设置在基础基底上;(b)在第一基底上形成第一切割线,所述第一切割线的布局对应于第一衍射光栅元件的布局;(c)在第一基底上形成第二切割线,所述第二切割线的布局对应于第二衍射光栅元件的布局;(d)从第一基底除去由第一切割线限定的第一区域和由第二切割线限定的第二区域中的任一者;(e)在从第一基底除去的被除去区域中设置第二基底,所述第二基底形成有与第一图案不同的第二图案并且具有对应于被除去区域的布局;以及(f)从基础基底除去第一基底而留下第一区域和第二区域。
第一衍射光栅元件与第二衍射光栅元件之间的对准关系在衍射光栅模块中可以被设定,并且在操作(b)和(c)中,第一切割线或第二切割线可以形成为对应于该对准关系。
第一切割线的布局可以为对应于第一衍射光栅元件的布局的图像,以及第二切割线的布局可以为对应于第二衍射光栅元件的布局的图像。
第一切割线的布局可以为相对于第一衍射光栅元件的布局的反转图像,以及第二切割线的布局可以为相对于第二衍射光栅元件的布局的反转图像。
衍射光栅模块可以包括第三衍射光栅元件,所述第三衍射光栅元件具有与第一衍射光栅元件和第二衍射光栅元件中的至少一者的衍射光栅图案不同的衍射光栅图案,以及所述方法还可以包括:(g)在第一基底上形成第三切割线,所述第三切割线的布局对应于第三衍射光栅元件的布局,以及可以由第三切割线限定第三区域,以及在操作(f)中,可以从基础基底除去第一基底而留下第一区域、第二区域和第三区域。
第一衍射光栅元件、第二衍射光栅元件和第三衍射光栅元件之间的对准关系在衍射光栅模块中可以被设定,以及在操作(b)、(c)和(g)中,第一切割线、第二切割线或第三切割线可以形成为对应于该对准关系。
第一切割线的布局可以为对应于第一衍射光栅元件的布局的图像,第二切割线的布局可以为对应于第二衍射光栅元件的布局的图像,以及第三切割线的布局可以为对应于第三衍射光栅元件的布局的图像。
第一切割线的布局可以为相对于第一衍射光栅元件的布局的反转图像,第二切割线的布局可以为相对于第二衍射光栅元件的布局的反转图像,以及第三切割线的布局可以为相对于第三衍射光栅元件的布局的反转图像。
第一切割线的布局可以为相对于第一衍射光栅元件的布局的反转图像,第二切割线的布局可以为相对于第二衍射光栅元件的布局的反转图像,以及第三切割线的布局可以为相对于第三衍射光栅元件的布局的反转图像。
本发明的另一方面提供了通过根据本发明的一个方面的制造方法制造的具有多个图案区域的模块。
具有多个图案区域的模块可以为用于制造包括具有不同衍射光栅图案的第一衍射光栅元件和第二衍射光栅元件的衍射光栅模块的衍射光栅模块用模具。
本发明的又一方面提供了制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法,所述方法包括:制备具有多个图案区域的模块;将树脂组合物施加在具有多个图案区域的模块上;通过使树脂组合物固化来形成对应于多个图案区域的相应图案区域;以及将具有多个图案区域的模块与相应图案区域分离。
有益效果
按照根据本发明的一个方面的制造方法,可以容易地调整和制造形成有复数个关于各区域的图案的模块。
按照根据本发明的一个方面的制造方法制造的形成有复数个图案的模块可以用作压印过程中可用的模具,使得可以容易地复制可以通过该模具制造的目标产品,并且可以制造大量的目标产品。
另外,在需要改变期望制造的衍射光栅模块中的衍射光栅元件的布局、对准关系和衍射光栅图案的间距中的至少一者的情况下,当使用根据本发明的第二方面的制造方法时,仅通过改变对应于需要改变的因素的切割线的布局、和对准关系,和/或改变成具有与现有基底不同的图案的基底,可以制造用于制造容易改变的衍射光栅模块的衍射光栅模块用模具。
当然,本发明的示例性实施方案的范围不受这些效果限制。
附图说明
图1是概念性地示出包括衍射光栅模块的显示装置和光的移动路径的透视图。
图2是概念性地示出根据本发明的第一方面的具有多个图案区域的模块的透视图。
图3是概念性地示出根据本发明的第二方面的制造具有多个图案区域的模块的方法的透视图。
图4是概念性地示出根据本发明的第三方面的制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法的图。
图5是概念性地示出通过根据本发明的第三方面的制造方法制造的衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的透视图。
附图标记说明
10:衍射光栅模块200:衍射光栅模块用二次模具
210:基础基底220:第一基底
230:第二基底P1':第一图案
P2':第二图案P3':第三图案
C1:第一切割线C2:第二切割线
C3:第三切割线DOE1:第一衍射光栅元件
DOE2:第二衍射光栅元件DOE3:第三衍射光栅元件
DOE1':第一区域DOE2':第二区域
DOE3':第三区域
具体实施方式
在下文中,将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方案。附图示出了本发明的说明性形式,并且仅提供用于详细地描述本发明,并且本发明的技术范围不受附图限制。此外,提供本发明的示例性实施方案是为了向本领域普通技术人员更完整地说明本发明。在附图中,为了更清楚地说明,元件的形状、尺寸等可能夸大。
在本发明的描述中,一个构件设置在另一构件“上”的情况包括一个构件与另一构件接触的情况以及在这两构件之间存在另一构件的情况。
在本发明的描述中,除非明确相反地描述,否则词“包含”以及诸如“包括”或“含有”的变体将理解为意味着包括所述元件但不排除任何其他元件。
图1是概念性地示出包括衍射光栅模块的显示装置和光的移动路径的透视图。
包括衍射光栅模块的显示装置可以为头戴式显示器(HMD)装置,并且可以为HMD装置中的这样的透视显示器或增强现实(AR)显示装置:在其中外部光原样通过并且通过微型光源输出装置输出的光可以通过复数个衍射光栅元件在光波导上传播,再到达用户的眼睛瞳孔。
参照图1,衍射光栅模块10可以包括:第一衍射光栅元件DOE1(例如通过微型光源输出元件1输出的光入射的元件),其包含由具有不同间距的数百个纳米级的图案形成的衍射光栅图案;和第二衍射光栅元件(例如这样的元件:执行所谓“出射光瞳扩展”功能,使得作为通过微型光源输出元件1输出的光的集合的小光学图像在使用者的眼睛瞳孔中具有扩展形式)。此外,衍射光栅模块10还可以包括第三衍射光栅元件DOE3(例如发射光并且使光到达并入射到瞳孔中的元件),其具有与第一衍射光栅元件DOE1和第二衍射光栅元件DOE2中的任一者的衍射光栅图案不同的衍射光栅图案。
可以将衍射光栅元件中包含的衍射光栅图案设置成使光衍射,使得到达衍射光栅元件的光在光波导中被全反射。
衍射光栅图案可以为凹槽图案,其中在与凹槽的纵向方向正交的方向上重复呈现具有深度的细长凹槽。在此,一个衍射光栅元件中包含的衍射光栅图案的深度可以是均匀的或者根据其中重复地呈现衍射光栅图案的纵向方向而改变。在此,一个衍射光栅元件中包含的衍射光栅图案的间距可以具有预定值。
第一衍射光栅元件DOE1可以具有第一衍射光栅图案P1,并且可以通过第一衍射光栅图案P1使从微型光源输出元件输出的光衍射并将光引导至光波导。第一衍射光栅元件DOE1的被引导至光波导的光被全反射并传播至第二衍射光栅元件DOE2。
第二衍射光栅元件DOE2可以具有第二衍射光栅图案P2,并且可以通过第二衍射光栅图案P2使从第一衍射光栅元件DOE1传播的光衍射并将光引导至光波导。第二衍射光栅元件DOE2的被引导至光波导的光被全反射并传播至第三衍射光栅元件DOE3。在此,第二衍射光栅图案P2可以为与第一衍射光栅图案P1的凹槽图案不同的凹槽图案,使得从第一衍射光栅元件DOE1传播的光被衍射并被引导至光波导并且光朝向第三衍射光栅元件DOE3传播,此外,由通过微型光源输出元件1输出的光形成的图像被更广大地形成(出射光瞳扩展)。例如,第二衍射光栅图案P2的间距和/或凹槽图案纵向方向可以与第一衍射光栅图案的那些不同。
第三衍射光栅元件DOE3可以具有第三衍射光栅图案P3,并且可以通过第三衍射光栅图案P3使从第二衍射光栅元件DOE2传播的光衍射并将光引导至光波导。第三衍射光栅元件DOE3的被引导至光波导的光被全反射并朝向使用者的眼睛E传播。在此,第三衍射光栅图案P3可以具有与第一衍射光栅图案P1和第二衍射光栅图案P2中的至少一者的凹槽图案不同的凹槽图案,使得从第二衍射光栅元件DOE2传播的光被衍射并被引导至光波导并且光传播至使用者的眼睛瞳孔。例如,第三衍射光栅图案P3的间距和/或凹槽图案纵向方向可以与第二衍射光栅图案P2的那些不同。在此,第三衍射光栅图案P3和第一衍射光栅图案P1可以具有相同的间距和/或相同的凹槽图案纵向方向,但是间距和/或凹槽图案纵向方向也可以根据因素(例如光入射至第一衍射光栅元件DOE1中的入射角、各衍射光栅元件的折射率、衍射光栅图案的图案间距、和根据对准角引导至衍射光栅元件中的光的角度、和考虑到因素之间的相互作用的衍射光栅元件的光学设计)而不同,使得间距和/或凹槽图案纵向方向基本上不限于此。
图2是概念性地示出根据本发明的第一方面的具有多个图案区域的模块的透视图。
根据本发明的第一方面的具有多个图案区域的模块可以为用于制造衍射光栅模块10(参见图1)的衍射光栅模块用模具。
衍射光栅模块10可以包括具有不同衍射光栅图案的第一衍射光栅元件DOE1和第二衍射光栅元件DOE2。在此,衍射光栅模块10中的第一衍射光栅元件DOE1和第二衍射光栅元件DOE2可以具有设定的对准关系。即,通过预期的几何/衍射光学设计参考来确定并设定:第二衍射光栅元件DOE2相对于第一衍射光栅元件DOE1的布局的布局的间隔距离、设置角度等以及衍射光栅元件DOE1和衍射光栅元件DOE2的形状和尺寸。
此外,衍射光栅模块10还可以包括第三衍射光栅元件DOE3,其具有与第一衍射光栅元件DOE1和第二衍射光栅元件DOE2中的至少一者的衍射光栅图案不同的衍射光栅图案。在这种情况下,衍射光栅模块10中的第一衍射光栅元件DOE1、第二衍射光栅元件DOE2和第三衍射光栅元件DOE3可以具有设定的对准关系。即,通过预期的几何/衍射光学设计参考来确定并设定:第二衍射光栅元件DOE2和第三衍射光栅元件DOE3各自相对于第一衍射光栅元件DOE1的布局的布局的间隔距离、设置角度等以及衍射光栅元件DOE1、衍射光栅元件DOE2和第三衍射光栅元件DOE3的形状和尺寸。
作为衍射光栅模块10的实例,第一衍射光栅元件DOE1和第三衍射光栅元件DOE3的衍射光栅图案的间距为405nm,第一衍射光栅图案P1与第二衍射光栅图案P2平行,第三衍射光栅元件DOE3的衍射光栅图案的间距为355nm,以及第一衍射光栅图案P1或第二衍射光栅图案P2与第三衍射光栅图案P3之间的角度可以为55°。
衍射光栅模块用模具可以分成包含一次图案的衍射光栅模块用一次模具和包含二次图案的衍射光栅模块用二次模具,所述一次模具能够通过压印过程图案化衍射光栅模块的复数个图案(例如,第一衍射光栅图案和第二衍射光栅图案),所述二次模具能够通过压印过程图案化具有衍射光栅模块的复数个图案的反转图像的复数个反转图像图案(例如,具有第一衍射光栅图案的反转图像的图案和具有第二衍射光栅图案的反转图像的图案)。
衍射光栅模块用一次模具的一次图案可以为衍射光栅模块的复数个图案的反转图像。当通过使用衍射光栅模块用一次模具进行压印过程时,可以直接图案化衍射光栅模块的复数个图案。
衍射光栅模块用二次模具的二次图案可以具有对应于衍射光栅模块的复数个图案的图像。当通过使用衍射光栅模块用二次模具进行压印过程,或者顺序地进行压印过程和蚀刻过程时,可以制造图案化衍射光栅模块的复数个图案的反转图像的衍射光栅模块用母模。衍射光栅模块用母模可以为衍射光栅模块用一次模具。
当通过使用衍射光栅模块用二次模具进行压印过程或者进行压印过程和蚀刻过程多次时,可以制造复数个衍射光栅模块用一次模具,并且当在一个基底上将如上所述制造的复数个衍射光栅模块用一次模具对准然后进行压印过程时,具有这样的优点:与通过使用单个衍射光栅模块用一次模具进行压印过程的情况相比,过程的次数减少,并且可以图案化大量衍射光栅模块的复数个图案。
图2是根据本发明的第一方面的具有复数个图案区域的模块的示例性实施方案,并且为了便于描述,假设图2的具有复数个图案区域的模块为根据上述的衍射光栅模块用二次模具200。例如,为了通过压印过程图案化图1所示的衍射光栅模块10的复数个图案,需要具有复数个图案区域的衍射光栅模块用一次模具100,其具有衍射光栅模块10的复数个图案区域的反转图像,并且根据示例性实施方案的衍射光栅模块用二次模具200可以为能够通过压印过程或者压印过程/蚀刻过程图案化衍射光栅模块用一次模具100的复数个图案区域的衍射光栅模块用模具。
衍射光栅模块用模具可以包括:基础基底210;以及设置在基础基底210上的第一区域部分DOE1'、第二区域部分DOE2'和第三区域部分DOE3'。
第一区域部分DOE1'可以为具有与衍射光栅模块10的第一衍射光栅图案P1相关的图案的部分,第二区域部分DOE2'可以为具有与衍射光栅模块10的第二衍射光栅图案P2相关的图案的部分,以及第三区域部分DOE3'可以为具有与衍射光栅模块10的第三衍射光栅图案P3相关的图案的部分。
图3是概念性地示出根据本发明的第二方面的制造具有多个图案区域的模块的方法的图。
首先,将基于制造衍射光栅模块用二次模具200的方法来描述根据本发明的第二方面的示例性实施方案,所述衍射光栅模块用二次模具200用于制造包括具有不同衍射光栅图案的第一衍射光栅元件DOE1和第二衍射光栅元件DOE2的衍射光栅模块10。
根据本发明的第二方面的示例性实施方案可以包括:(a)将形成有第一图案的第一基底设置在基础基底上;(b)在第一基底上形成第一切割线,所述第一切割线的布局对应于第一衍射光栅元件的布局;(c)在第一基底上形成第二切割线,所述第二切割线的布局对应于第二衍射光栅元件的布局;(d)从第一基底除去由第一切割线限定的第一区域和由第二切割线限定的第二区域中的任一者;(e)在从第一基底除去的被除去区域中设置第二基底,所述第二基底形成有与第一图案不同的第二图案并且具有对应于被除去区域的布局;以及(f)从基础基底除去第一基底而留下第一区域和第二区域。在本文中,各操作的顺序不限于(a)、(b)、(c)等的顺序。
首先,将描述将形成有第一图案P1'的第一基底220设置在基础基底210上的操作(a)(参见图3的(a)和(b))。
基础基底210可以为其中可以设置衍射光栅模块用模具的第一区域部分DOE1'和第二区域部分DOE2'的结构。此外,基础基底210可以为其中还可以设置衍射光栅模块用模具的第三区域部分DOE3'的结构。
在此,基础基底210可以包括具有粘性特性的粘性层211。根据本发明的示例性实施方案的制造衍射光栅模块用模具的方法伴随有:从基础基底210选择性地除去通过对基底进行切割而切割的对应于各衍射光栅元件的区域的过程、和/或在基础基底210上对被切割区域进行设置的过程,并且在选择性地除去被切割区域的过程中,需要被切割区域容易地与基础基底210分离,而在对被切割区域进行设置的过程中,需要被切割区域与基础基底210的固定力在预定范围内。因此,在选择性地除去被切割区域的过程和/或对被切割区域进行设置的过程中,可以根据操作者预期的设计方案确保被切割区域的对准精确度。粘性层211可以包括硅层和基于丙烯酸类和/或基于氨基甲酸酯的粘合层。粘性层211还可以包括具有缓冲特性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层以通过使用所制造的衍射光栅模块用模具在压印过程中对各压印区域(例如,第一区域部分DOE1'、第二区域部分DOE2'和第三区域部分DOE3')施加的压力的均匀特性来确保图案的均匀性。
基础基底210可以具有其中堆叠有具有稍高模量的复数个层的结构,以防止在使用所制造的衍射光栅模块用模具的压印过程中因下降或形状变形而引起的压印过程缺陷。即,为了使粘性层211的下降或形状变形最小化,基础基底210可以包括包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环烯烃聚合物(COP)和聚酰亚胺(PI)中的至少一者的增强层212,其能够提供机械特性。
基础基底210可以包括缓冲层213以另外地确保使用所制造的衍射光栅模块用模具在压印过程中图案化的图案的均匀性。例如,缓冲层213可以为多孔层,例如泡沫聚氨酯。
在此,第一基底220可以为塑料膜。例如,第一基底220可以为聚碳酸酯(PC)层221和设置在PC层上并且形成有图案的氨基甲酸酯丙烯酸酯层222。
在此,第一图案P1'可以通过压印过程设置在第一基底220上,并且根据示例性实施方案,第一图案P1'也可以为对应于第一衍射光栅元件DOE1的第一衍射光栅图案P1的凹槽图案,并且也可以为具有相对于第一衍射光栅图案P1的反转图像的凹槽图案。根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用二次模具200的方法,因此第一图案P1'为对应于第一衍射光栅图案P1的凹槽图案。当根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用一次模具的方法时,第一图案为具有相对于第一衍射光栅图案的反转图像的凹槽图案。
接着,将描述在第一基底220上形成第一切割线C1的操作(b)(参见图3的(c)),所述第一切割线C1的布局对应于第一衍射光栅元件DOE1的布局。
在本发明的描述中,形成切割线可以意指半切割:其中基础基底未被切割或者即使基础基底被切割,基础基底也没有以基础基底被完全切割的深度被切割,并且第一基底被切割。此外,用于形成切割线的装置可以为刀片或激光器,并且需要沿着为环状曲线的布局形成切割线,因此更优选使用激光器。
在此,根据示例性实施方案,“对应于第一衍射光栅元件的布局的布局”可以意指“对应于第一衍射光栅元件的布局的图像的布局”,并且也可以意指“具有相对于第一衍射光栅元件的布局的反转图像的布局”。根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用二次模具200的方法,因此第一切割线C1的布局为对应于第一衍射光栅元件DOE1的布局的图像。当根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用一次模具的方法时,第一切割线的布局可以为相对于第一衍射光栅元件的布局的反转图像。
接着,将描述在第一基底220上形成第二切割线C2的操作(c)(参见图3的(c)),所述第二切割线C2的布局的对应于第二衍射光栅元件DOE2布局。
在此,根据示例性实施方案,“对应于第二衍射光栅元件的布局的布局”可以意指“对应于第二衍射光栅元件的布局的布局”,并且也可以意指“具有相对于第二衍射光栅元件的布局的反转图像的布局”。根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用二次模具200的方法,因此第二切割线C2的布局为对应于第二衍射光栅元件DOE2的布局的图像。当根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用一次模具的方法时,第二切割线的布局可以为相对于第二衍射光栅元件的布局的反转图像。
接着,将描述从第一基底220除去由第一切割线C1限定的第一区域和由第二切割线C2限定的第二区域中的任一者的操作(d)(参见图3的(d))。
在根据本发明的第二方面的示例性实施方案中,第一图案P1'可以为具有与第一衍射光栅元件DOE1的第一衍射光栅图案P1的间距相同的间距的凹槽图案,并且可以为具有与第二衍射光栅元件DOE2的第二衍射光栅图案P2的间距不同的间距的凹槽图案。
因此,可以从第一基底220除去由第二切割线C2限定的第二区域。
在操作(b)和(c)中,第一切割线C1和第二切割线C2可以形成为对应于衍射光栅模块10中的第一衍射光栅元件DOE1与第二衍射光栅元件DOE2之间设定的对准关系。
接着,将描述在从第一基底220除去的被除去区域R中设置第二基底230的操作(e),第二基底230形成有与第一图案P1'不同的第二图案P2'并且具有对应于被除去区域R的布局(参见图3的(e))。
在此,第二基底230可以为与第一基底220相似的塑料膜。例如,第二基底230可以为聚碳酸酯(PC)层231和设置在PC层上并且形成有图案的氨基甲酸酯丙烯酸酯层232。
在此,第二图案P2'可以通过压印过程设置在第二基底230上,并且根据示例性实施方案,第二图案P2'可以为对应于第二衍射光栅元件的第二衍射光栅图案的凹槽图案,并且也可以为具有相对于第二衍射光栅图案的反转图像的凹槽图案。根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用二次模具200的方法,因此第二图案P2'为对应于第二衍射光栅图案P2的凹槽图案。当根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用一次模具的方法时,第二图案为具有相对于第二衍射光栅图案的反转图像的凹槽图案。
在此,“在被除去区域中设置第二基底”可以意指将第二基底插入被除去区域的布局中。这具有第二基底230因被除去区域R的布局而容易对准的优点。
接着,将描述从基础基底除去第一基底而留下第一区域和第二区域的操作(f)(参见图3的(f))。
在此,“留下第二区域”可以意指“留下设置在被除去区域R中的第二基底230”。
因此,可以制造具有这样的结构的具有多个图案区域的模块(在本示例性实施方案中为衍射光栅模块用二次模具):其中在基础基底210上设置有包含第一图案P1'并占据第一区域的第一基底DOE1'(下文中,被称为“第一区域部分”)和包含第二图案P2'并占据第二区域的第二基底DOE2'(下文中,被称为“第二区域部分”)。
在衍射光栅模块用二次模具200中,第一区域部分DOE1'用于通过压印过程或者压印过程/蚀刻过程形成衍射光栅模块用一次模具200'中的“具有第一衍射光栅图案的反转图像的图案”的目的。此外,在衍射光栅模块用二次模具200中,第二区域部分DOE2'用于通过压印过程或者压印过程/蚀刻过程形成衍射光栅模块用一次模具200'中的“具有第二衍射光栅图案的反转图像的图案”的目的。
当衍射光栅模块10包括具有与第一衍射光栅元件DOE1和第二衍射光栅元件DOE2中的至少一者不同的衍射光栅图案的第三衍射光栅元件DOE3时,根据本发明的第二方面的第二示例性实施方案可以为制造用于制造衍射光栅模块10的衍射光栅模块用二次模具200的方法。
与根据本发明的第二方面的示例性实施方案相比,根据本发明的第二方面的第二示例性实施方案还可以包括:(g)在第一基底220中形成第三切割线C3(参见图3的(c)),所述第三切割线C3的布局对应于第三衍射光栅元件DOE3的布局。
在操作(g)中,根据示例性实施方案,“对应于第三衍射光栅元件的布局的布局”可以意指“具有对应于第三衍射光栅元件的布局的图像的布局”,并且可以意指“具有对应于第三衍射光栅元件的布局的反转图像的布局”。根据本发明的第二方面的第二示例性实施方案为制造衍射光栅模块用二次模具200的方法,因此第三切割线C3的布局为对应于第三衍射光栅元件DOE3的布局的图像。当根据本发明的第二方面的示例性实施方案为制造衍射光栅模块用一次模具的方法时,第三切割线的布局可以为相对于第三衍射光栅元件的布局的反转图像。
在操作(b)、(c)和(g)中,第一切割线C1、第二切割线C2和第三切割线C3可以形成为对应于衍射光栅模块10中的第一衍射光栅元件DOE1、第二衍射光栅元件DOE2和第三衍射光栅元件DOE3之间设定的对准关系。
同时,可以由第三切割线C3限定第三区域。
在根据本发明的第二方面的第二示例性实施方案中,第一图案P1'可以为具有与第三衍射光栅元件DOE3的第三衍射光栅图案P3的间距相同的间距的凹槽图案,并且可以为具有与第二衍射光栅元件DOE2的第二衍射光栅图案P2的间距不同的间距的凹槽图案。
在这种情况下,在操作(f)中,可以从基础基底除去第一基底而留下第一区域、第二区域和第三区域(参见图3的(f))。
因此,可以制造具有这样的结构的具有多个图案区域的模块(在本示例性实施方案中为衍射光栅模块用二次模具):其中在基础基底210上设置有包含第一图案P1'并占据第一区域的第一基底DOE1'(下文中,被称为“第一区域部分”)、包含第二图案P2'并占据第二区域的第二基底DOE2'(下文中,被称为“第二区域部分”)和包含第一图案并占据第三区域的第一基底DOE3(下文中,被称为“第三区域部分”)。
在衍射光栅模块用二次模具200中,第一区域部分DOE1'用于通过压印过程或者压印过程/蚀刻过程形成衍射光栅模块用一次模具200'中的“具有第一衍射光栅图案的反转图像的图案”的目的。此外,在衍射光栅模块用二次模具200中,第二区域部分DOE2'用于通过压印过程或者压印过程/蚀刻过程形成衍射光栅模块用一次模具中的“具有第二衍射光栅图案的反转图像的图案”的目的。此外,在衍射光栅模块用二次模具200中,第三区域部分DOE3'用于通过压印过程或者压印过程/蚀刻过程形成衍射光栅模块用一次模具中的“具有第三衍射光栅图案的反转图像的图案”的目的。
在需要改变设计以改变期望制造的衍射光栅模块中的衍射光栅元件的布局、对准关系、和衍射光栅图案的间距中的至少一者的情况下,当使用根据本发明的一个方面的制造方法时,可以容易地制造用于制造衍射光栅模块的衍射光栅模块用模具,其中仅通过改变对应于需要改变的因素的切割线的布局、和对准关系,和/或改变成具有与现有基底不同的图案的基底而不改变不需要改变的因素来改变现有因素。
图4和5是概念性地描述根据本发明的第三方面的制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法的图。
根据本发明的第三方面的制造方法可以包括:制备根据本发明的第二方面制造的具有多个图案区域的模块;将树脂组合物施加在具有多个图案区域的模块上;通过使树脂组合物固化来形成对应于多个图案区域的相应图案区域;以及将具有多个图案区域的模块与相应图案区域分离。
当假设根据本发明的第二方面制造的具有多个图案区域的模块为衍射光栅模块用二次模具时,根据本发明的第三方面的制造方法的一个示例性实施方案可以相当于制造衍射光栅模块用于一次模具的方法。
首先,如图4的(a)所示,制备具有多个图案区域的衍射光栅模块用二次模具。在图4的(a)中,为了便于描述,省略了对第一区域部分DOE1'的图示,并且第二区域部分DOE2'的图案的间距与第三区域部分DOE3'的图案的间距不同,并且各图案的对准可以不平行,但省略了其表述。在此,衍射光栅模块用二次模具的多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3'是对应于衍射光栅模块10的衍射光栅元件DOE1、DOE2和DOE3的图像。
然后,将用于压印的树脂组合物施加在衍射光栅模块用二次模具200上。在这种情况下,可以将用于压印的基础基底310设置成面向衍射光栅模块用二次模具200的多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3',然后可以供给衍射光栅模块用二次模具200和用于压印的树脂组合物。在这种情况下,可以通过施加热或紫外线使衍射光栅模块用二次模具200的多个图案区域部分DOE1',DOE2'和DOE3'上的所有凹槽图案填充有用于压印的树脂组合物。用于压印的树脂组合物可以为例如通过以下制备的树脂:通过使用溶剂(例如PGMEA、MEK和MIBK)将二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)或氨基甲酸酯丙烯酸酯中的氧化锆(ZrO2)和二氧化钛(TiO2)的纳米级颗粒以预定比率稀释、混合并分散。此外,可以通过另外地包含少量的光引发剂来制备树脂组合物。
然后,通过使用于压印的树脂组合物固化来形成对应于多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3'的第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”。因此,可以在用于压印的基础基底310上设置形成有第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”的用于压印的抗蚀剂层320。因此,用于压印的抗蚀剂层320的第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”为相对于衍射光栅模块10的衍射光栅元件DOE1、DOE2和DOE3的反转图像。
然后,将衍射光栅模块用二次模具200与用于压印的抗蚀剂层320分离。
包括用于压印的基础基底310和用于压印的抗蚀剂层320的结构可以直接用作衍射光栅模块用一次模具(参见图4的(b))。
取而代之的是,为了增补耐久性等,通过使用形成在用于压印的抗蚀剂层320中的第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”对用于压印的基础基底310进行蚀刻,形成有对应于第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”的第二相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”的基础基底310也可以用作衍射光栅模块用一次模具。在这种情况下,用于压印的基础基底310可以包括第一蚀刻层311和第二蚀刻层312。第一蚀刻层311可以为包含铝(Al)的层,第二蚀刻层312可以为包含氧化硅(SiO2)的层。根据形成在用于压印的抗蚀剂层320中的第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”的图案以预定深度对位于用于压印的抗蚀剂层320下方的第一蚀刻层311进行蚀刻,然后除去用于压印的抗蚀剂层320(参见图4的(c))。根据蚀刻在第一蚀刻层311中的图案以预定深度对位于第一蚀刻层311下方的第二蚀刻层312进行蚀刻(参见图4的(d))。然后,除去第一蚀刻层311(参见图4的(e))。因此,在用于压印的基础基底310中,特别是在用于压印的基础基底310上的第二蚀刻层312中,可以形成对应于第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”'的第二相应图案区域部分DOE1”'、DOE2”'和DOE3”'。在此,根据第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”的图案蚀刻第二相应图案区域部分DOE1”'、DOE2”'和DOE3”',并图案化,因此与第一相应图案区域部分DOE1”、DOE2”和DOE3”类似,第二相应图案区域部分DOE1”'、DOE2”'和DOE3”'是相对于衍射光栅模块10的衍射光栅元件DOE1、DOE2和DOE3的反转图像。如上所述制造的用于压印的基础基底310的第二蚀刻层312可以用作衍射光栅模块用一次模具400。
图6是通过拍摄进行到图4的(c)所示的操作的结果而获得的图像。
图7是通过拍摄向通过进行到图4的(e)所示的操作的过程所制造的衍射光栅模块用一次模具400发射光的结果而获得的图像。
作为向对应于期望制造的衍射光栅模块10的第一衍射光栅元件DOE1的第二相应图案第一区域部分DOE1”'发射光的结果,可以确定,光在第一区域部分DOE1”'上被衍射并朝向对应于衍射光栅模块10的第二衍射光栅元件DOE2的第二相应图案第二区域部分DOE2”'前进,并且在光在向下方向上扩展的状态下,光在第二区域部分DOE2”'上朝向对应于衍射光栅模块10的第三衍射光栅元件DOE3的第二相应图案第三区域部分DOE3”'前进,并且光在第三区域部分DOE3”'上被衍射并前进至与光初始入射的一个表面相对的一侧。可以确定,通过使用衍射光栅模块用一次模具400,光在期望的路径上前进,使得通过使用衍射光栅模块用一次模具400经由压印过程制造的衍射光栅模块10也可以按照预期使光衍射,执行出射光瞳扩展,并使光到达使用者的瞳孔。
将描述通过使用衍射光栅模块用一次模具400经由压印过程制造衍射光栅模块10的方法。
首先,将用于压印的树脂组合物施加在衍射光栅模块用一次模具400上。在这种情况下,可以将衍射光栅模块基础基底510设置成面向衍射光栅模块用一次模具400的第二相应图案区域部分DOE1”'、DOE2”'和DOE”',然后,可以供给衍射光栅模块用一次模具400和用于压印的树脂组合物。在这种情况下,可以通过施加热或热使衍射光栅模块用一次模具400的第二相应图案区域部分DOE1”'、DOE2”'和DOE3”'上的所有凹槽图案填充有用于压印的树脂组合物。
然后,通过使用于压印的树脂组合物固化来形成对应于第二相应图案区域部分DOE1”'、DOE2”'和DOE3”'的衍射光栅图案P1、P2和P3。因此,可以在衍射光栅模块基础基底510上设置形成有衍射光栅图案P1、P2和P3的高折射率树脂层520(参见图4的(f))。
在此,用于压印的树脂组合物为用作其上形成有用于使入射光衍射的衍射光栅图案P1、P2和P3使得入射至衍射光栅模块10的光在光波导中被全反射的层的材料的材料,因此用于压印的树脂组合物可以为具有高折射率特性的树脂,以通过透视光学系统增加进入光瞳的虚像的尺寸和的视角。同时,其上形成有衍射光栅图案的层的折射率可以为与光的允许入射角以及衍射光栅图案的纳米级间距相关的值,在所述允许入射角下从微型光源输出元件输出的光可以进入衍射光栅模块和第一衍射光栅图案P1。因此,其上形成有衍射光栅图案的层的高折射率可以有助于扩大光的允许入射角的范围,并增加入射光通过衍射光栅图案在预期方向上的衍射和折射的比率。作为形成衍射光栅图案的层的材料,例如,使用以下中的至少一者的树脂可以是优选的:通过对含芳族基团的基于硫醇的硫化合物进行取代而形成的可固化的基于丙烯酸酯的树脂、其中间苯二甲酸二芳酯添加有二元醇的间苯二甲酸二芳酯、和二甘醇双芳基碳酸酯的共聚物;以及二甲苯二异氰酸酯、1,2-双巯基乙基-3-巯基丙烷和聚甲基丙烯酸甲酯的共聚物。为了获得更高的折射率,可以优选基于无机材料的杂化树脂。杂化树脂可以通过使用可固化树脂作为基体通过以预定比率混合50nm或更小的金属氧化物(锆氧化物、钛氧化物、钨氧化物、铪氧化物和铝氧化物)纳米颗粒来获得。因此,可固化聚合物基体特性可以使压印过程的可加工性容易,并且无机纳米颗粒特性可以使折射率的调节容易。在此,对于通过紫外线或热进行固化反应,可以根据方法添加少量的光敏剂材料或用于热固化的固化剂。
在此,衍射光栅模块基础基底510为充当光波导的部分,在其中通过衍射光栅模块10的衍射光栅图案P1、P2和P3衍射的光被全反射并前进,因此为了确保宽的视角,衍射光栅模块基础基底510的材料可以为具有与衍射光栅图案的折射率相同的折射率的透明玻璃或塑料材料。例如,作为用于衍射光栅模块基础基底中的塑料材料,可以使用通过使树脂热固化并进行膜流延和研磨而获得的具有高折射率特性的基底,所述树脂使用以下中的至少一者:通过对含芳族基团的基于硫醇的硫化合物进行取代而形成的可固化的基于丙烯酸酯的树脂、其中间苯二甲酸二芳酯添加有二元醇的间苯二甲酸二芳酯、和二甘醇双芳基碳酸酯的共聚物;以及二甲苯二异氰酸酯、1,2-双巯基乙基-3-巯基丙烷和聚甲基丙烯酸甲酯的共聚物。为了获得更高的折射率,可以使用包含以下的高折射率玻璃基底:选自TiO2、BaO2、LaO2和Bi2O3的高折射率氧化物;以及选自MgO、CaO、ZnO、ZrO2、Al2O3、K2O、Na2O、Li2O和SrO中的一种或更多种添加剂,并且可以优选在波长为550nm的可见光区域中折射率为1.6或更大且2.0或更小的玻璃基底。
另外,将衍射光栅模块用一次模具400、高折射率树脂层520和衍射光栅模块基础基底510彼此分离。
如上所述制造的包括高折射率树脂层520和衍射光栅模块基础基底510的结构可以为包括衍射光栅元件DOE1、DOE2和DOE3的衍射光栅模块10(参见图4的(g))。
同时,当假设根据第二方面制造的具有多个图案区域的模块为衍射光栅模块用一次模具时,根据本发明的第三方面的制造方法的一个示例性实施方案可以相当于制造衍射光栅模块的方法。
首先,如图5的(a)所示,制备作为具有多个图案区域的模块的衍射光栅模块用一次模具600。在图5的(a)中,为了便于描述,省略了第一区域部分DOE1'的图示,并且第二区域部分DOE2'的图案的间距与第三区域部分DOE3'的图案的间距不同,并且各图案的对准可以不平行,但省略了其表述。在此,衍射光栅模块用一次模具的多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3'是相对于衍射光栅模块10的衍射光栅元件DOE1、DOE2和DOE3的反转图像。
此外,将用于压印的树脂组合物施加在衍射光栅模块用一次模具600上。在这种情况下,可以将衍射光栅模块基础基底710设置成以面向衍射光栅模块用一次模具600的多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3',然后可以供给衍射光栅模块用一次模具600和用于压印的树脂组合物。在这种情况下,可以通过施加热或紫外线使衍射光栅模块用一次模具600的多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3'上的所有凹槽图案填充有用于压印的树脂组合物。
然后,通过使用于压印的树脂组合物固化来形成衍射光栅图案P1、P2和P3,衍射光栅图案P1、P2和P3是对应于衍射光栅模块用一次模具600的多个图案区域部分DOE1'、DOE2'和DOE3'的相应图案区域。因此,可以在衍射光栅模块基础基底710上设置形成有衍射光栅图案P1、P2和P3的高折射率树脂层720。在此,用于压印的树脂组合物用作其上形成有用于使入射光衍射的衍射光栅图案P1、P2和P3使得入射至衍射光栅模块10的光在光波导中被全反射的层的材料,因此用于压印的树脂组合物可以为具有高折射率特性的树脂,以通过透视光学系统增加进入光瞳的虚像的尺寸和视角。同时,其上形成有衍射光栅图案的层的折射率为与光的允许入射角以及衍射光栅图案的纳米级间距相关的值,在所述允许入射角下从微型光源输出元件输出的光可以进入衍射光栅模块和第一衍射光栅图案P1。因此,其上形成有衍射光栅图案的层的高折射率可以有助于扩大光的允许入射角的范围,并增加入射光通过衍射光栅图案在预期方向上的衍射和折射的比率。作为形成衍射光栅图案的层的材料,例如,使用以下中的至少一者的树脂可以是优选的:通过对含芳族基团的基于硫醇的硫化合物进行取代而形成的可固化的基于丙烯酸酯的树脂、其中间苯二甲酸二芳酯添加有二元醇的间苯二甲酸二芳酯、和二甘醇双芳基碳酸酯的共聚物;以及二甲苯二异氰酸酯、1,2-双巯基乙基-3-巯基丙烷和聚甲基丙烯酸甲酯的共聚物。为了获得更高的折射率,可以使用基于无机材料的杂化树脂。杂化树脂可以通过使用可固化树脂作为基体通过以预定比率混合50nm或更小的金属氧化物(锆氧化物、钛氧化物、钨氧化物、铪氧化物和铝氧化物)纳米颗粒来获得。因此,可固化聚合物基体特性可以使压印过程的可加工性容易,并且无机纳米颗粒特性可以使折射率的调节容易。在此,对于通过紫外线或热进行固化反应,可以根据方法添加少量的光敏剂材料或用于热固化的固化剂。
在此,衍射光栅模块基础基底710为充当光波导的部分,在其中通过衍射光栅模块10的衍射光栅图案P1、P2和P3衍射的光被全反射并前进,因此为了确保宽的视角,衍射光栅模块基础基底710的材料可以为具有与衍射光栅图案的折射率相同的折射率的透明玻璃或塑料材料。例如,作为用于衍射光栅模块基础基底中的塑料材料,可以使用通过使树脂热固化并进行膜流延和研磨而获得的具有高折射率特性的基底,所述树脂使用以下中的至少一者:通过对含芳族基团的基于硫醇的硫化合物进行取代而形成的可固化的基于丙烯酸酯的树脂、其中间苯二甲酸二芳酯添加有二元醇的间苯二甲酸二芳酯、和二甘醇双芳基碳酸酯的共聚物;以及二甲苯二异氰酸酯、1,2-双巯基乙基-3-巯基丙烷和聚甲基丙烯酸甲酯的共聚物。为了获得更高的折射率,可以使用包含以下的高折射率玻璃基底:选自TiO2、BaO2、LaO2和Bi2O3的高折射率氧化物;以及选自MgO、CaO、ZnO、ZrO2、Al2O3、K2O、Na2O、Li2O和SrO中的一种或更多种添加剂,并且可以优选在波长为550nm的可见光区域中折射率为1.6或更大且2.0或更小的玻璃基底。
然后,将衍射光栅模块用一次模具600、高折射率树脂层720和衍射光栅模块基础基底710彼此分离。
如上所述制造的包括高折射率树脂层720和衍射光栅模块基础基底710的结构可以为包括衍射光栅元件DOE1、DOE2和DOE3的衍射光栅模块10(参见图5的(b))。
在前述示例性实施方案中,描述了本技术精神的一些实例,并且本技术精神的范围不限于前述示例性实施方案,并且本领域技术人员可以在本技术精神的范围内进行各种改变、修改或替换。例如,在特定示例性实施方案中同时描述的配置和特性可以彼此分散并实现,并且在各不同示例性实施方案中描述的配置和特性可以以组合形式实现。类似地,在各权利要求中描述的配置和特性可以彼此分散并实现,或者组合并实现。此外,所有所实现的配置和特性应被认为属于本技术精神的范围。

Claims (11)

1.一种制造具有多个图案区域的模块的方法,所述具有多个图案区域的模块用于制造包括具有不同衍射光栅图案的第一衍射光栅元件和第二衍射光栅元件的衍射光栅模块,所述方法包括:
(a)将形成有第一图案的第一基底设置在基础基底上;
(b)在所述第一基底上形成第一切割线,所述第一切割线的布局对应于第一衍射光栅元件的布局;
(c)在所述第一基底上形成第二切割线,所述第二切割线的布局对应于第二衍射光栅元件的布局;
(d)从所述第一基底除去由所述第一切割线限定的第一区域和由所述第二切割线限定的第二区域中的任一者;
(e)在从所述第一基底除去的被除去区域中设置第二基底,所述第二基底形成有与所述第一图案不同的第二图案并且具有对应于所述被除去区域的布局;以及
(f)从所述基础基底除去所述第一基底而留下所述第一区域和所述第二区域。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一衍射光栅元件与所述第二衍射光栅元件之间的对准关系在所述衍射光栅模块中被设定,以及
在操作(b)和(c)中,所述第一切割线或所述第二切割线形成为对应于所述对准关系。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一切割线的所述布局为对应于所述第一衍射光栅元件的所述布局的图像,以及
所述第二切割线的所述布局为对应于所述第二衍射光栅元件的所述布局的图像。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一切割线的所述布局为相对于所述第一衍射光栅元件的所述布局的反转图像,以及
所述第二切割线的所述布局为相对于所述第二衍射光栅元件的所述布局的反转图像。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述衍射光栅模块包括第三衍射光栅元件,所述第三衍射光栅元件具有与所述第一衍射光栅元件和所述第二衍射光栅元件中的至少一者的衍射光栅图案不同的衍射光栅图案,以及
所述方法还包括:(g)在所述第一基底上形成第三切割线,所述第三切割线的布局对应于所述第三衍射光栅元件的布局,以及
由所述第三切割线限定第三区域,以及
在操作(f)中,从所述基础基底除去所述第一基底而留下所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述第一衍射光栅元件、所述第二衍射光栅元件和所述第三衍射光栅元件之间的对准关系在所述衍射光栅模块中被设定,以及
在操作(b)、(c)和(g)中,所述第一切割线、所述第二切割线或所述第三切割线形成为对应于所述对准关系。
7.根据权利要求5所述的方法,其中所述第一切割线的布局为对应于所述第一衍射光栅元件的布局的图像,
所述第二切割线的布局为对应于所述第二衍射光栅元件的布局的图像,以及
所述第三切割线的布局为对应于所述第三衍射光栅元件的布局的图像。
8.根据权利要求5所述的方法,其中所述第一切割线的布局为相对于所述第一衍射光栅元件的布局的反转图像,
所述第二切割线的布局为相对于所述第二衍射光栅元件的布局的反转图像,以及
所述第三切割线的布局为相对于所述第三衍射光栅元件的布局的反转图像。
9.一种具有多个图案区域的模块,通过根据权利要求1至8中任一项所述的制造方法来制造。
10.根据权利要求9所述的模块,其中所述具有多个图案区域的模块为用于制造包括具有不同衍射光栅图案的第一衍射光栅元件和第二衍射光栅元件的衍射光栅模块的衍射光栅模块用模具。
11.一种制造衍射光栅模块或衍射光栅模块用模具的方法,所述方法包括:
制备根据权利要求9所述的具有多个图案区域的模块;
将树脂组合物施加在所述具有多个图案区域的模块上;
通过使所述树脂组合物固化来形成对应于所述多个图案区域的相应图案区域;以及
将所述具有所述多个图案区域的模块与所述相应图案区域分离。
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