CN111983751A - 光波导制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光波导制备方法，其中，所述光波导制备方法包括以下步骤：提供一衬底；于所述衬底上涂覆纳米压印胶，对所述纳米压印胶进行纳米压印，以形成光栅图形；于所述光栅图形背向所述衬底的表面制作光栅层，所述光栅层为无机材料制成；保留所述光栅图形的光栅凹槽内的光栅层，除去所述光栅图形的纳米压印胶以及纳米压印胶表面的光栅层，以使保留的光栅层形成目标光栅。本发明通过采用无机材料制成光栅层，形成目标光栅之后，可以使目标光栅具有更好的耐高温性能，不会出现长期使用后产生变色的问题；无机材料构成的目标光栅相对硬度较高，不需要单独设置用于保护目标光栅的结构，进而可以简化光波导的结构。

Description

光波导制备方法

技术领域

本发明涉及增强现实技术领域，特别涉及一种光波导制备方法。

背景技术

现有的AR光波导制备方法主要是在玻璃衬底上涂覆纳米压印胶，再通过纳米压印的方式直接在纳米压印胶上形成光栅图案。由于光栅图形直接形成于纳米压印胶上，光栅的性能与纳米压印胶的性能一致，纳米压印胶通常为高分子材料制成，在受热或长期使用之后，会产生变黄的问题，影响光栅的视觉效果。由于纳米压印胶不耐高温高湿，在长期使用之后，有可能影响光栅的正常光学性能，进而直接影响光波导的光学性能。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种光波导制备方法，旨在改善现有纳米压印胶上形成光栅存在的容易变黄、光学性能差的问题。

为实现上述目的，本发明提出的光波导制备方法，所述光波导制备方法包括以下步骤：

提供一衬底；

于所述衬底上涂覆纳米压印胶，对所述纳米压印胶进行纳米压印，以形成光栅图形；

于所述光栅图形背向所述衬底的表面制作光栅层，所述光栅层为无机材料制成；

保留所述光栅图形的光栅凹槽内的光栅层，除去所述光栅图形的纳米压印胶以及纳米压印胶表面的光栅层，以使保留的光栅层形成目标光栅。

可选地，所述光栅层的折射率大于所述衬底的折射率。

可选地，所述光栅层为透明金属氧化物制成。

可选地，所述衬底的折射率大于或等于1.7。

可选地，在执行所述于所述衬底上涂覆纳米压印胶，对所述纳米压印胶进行纳米压印，以形成光栅图形的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

除去所述光栅图形的光栅凹槽内的残胶。

可选地，所述于所述光栅图形背向所述衬底的表面制作光栅层的步骤包括：

对所述光栅图形背向所述衬底的表面镀膜，以使所述光栅图形表面形成所述光栅层。

可选地，所述目标光栅为透射式光栅或反射式光栅。

可选地，所述目标光栅为反射式光栅时，所述目标光栅包括耦入光栅和耦出光栅，在执行保留所述光栅图形的光栅凹槽内的光栅层，除去所述光栅图形的纳米压印胶以及纳米压印胶表面的光栅层，以使保留的光栅层形成目标光栅的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

于所述耦入光栅表面形成反射层。

本发明技术方案通过采用衬底形成光栅图形，由于光栅图形具有光栅凹槽，当将纳米压印胶以及纳米压印胶表面的光栅层除去之后，在光栅凹槽内的光栅层形成目标光栅，进而可以实现以增量的方式在衬底上形成预设参数的目标光栅；由于光栅层为无机材料制成，可以具有更好的耐高温性能，不会出现长期使用后产生变色的问题；在形成目标光栅之后，由于无机材料构成的目标光栅相对硬度较高，不需要单独设置用于保护目标光栅的结构，进而可以简化光波导产品的结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的终端结构示意图；

图2为本发明光波导制备方法的一实施例的流程示意图；

图3为本发明除去光栅凹槽残胶的一实施例的流程示意图；

图4为本发明形成反射层的一实施例的流程示意图；

图5为本发明光波导制备过程一实施例的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1001	控制器	1002	存储器
1003	通信总线	1004	用户接口
				1005	网络接口	10	衬底
20	纳米压印胶	21	光栅图形
				22	残胶	30	光栅层
40	目标光栅

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的装置结构示意图，该装置可以包括：控制器1001，例如CPU，网络接口1005，用户接口1004，存储器1002，通信总线1003。其中，通信总线1003用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1004可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1004还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1005可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。存储器1002可以是高速RAM存储器1002，也可以是稳定的存储器1002（non-volatilememory），例如磁盘存储器1002。存储器1002可选的还可以是独立于前述控制器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的装置结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

请参阅图1和图5，作为一种计算机存储介质的存储器1002中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口1004模块以及应用程序。网络接口1005主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1004主要用于连接客户端（用户端），与客户端进行数据通信；而控制器1001可以用于调用存储器1002中存储的应用程序，还执行以下操作：

提供一衬底10；

于所述衬底10上涂覆纳米压印胶20，对所述纳米压印胶20进行纳米压印，以形成光栅图形21；

于所述光栅图形21背向所述衬底10的表面制作光栅层30，所述光栅层30为无机材料制成；

保留所述光栅图形21的光栅凹槽内的光栅层30，除去所述光栅图形21的纳米压印胶20以及纳米压印胶20表面的光栅层30，以使保留的光栅层30形成目标光栅40。

进一步地，控制器1001可以用于调用存储器1002中存储的应用程序，还执行以下操作：

在执行所述于所述衬底10上涂覆纳米压印胶20，对所述纳米压印胶20进行纳米压印，以形成光栅图形21的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

除去所述光栅图形21的光栅凹槽内的残胶22。

进一步地，控制器1001可以用于调用存储器1002中存储的应用程序，还执行以下操作：

对所述光栅图形21背向所述衬底10的表面镀膜，以使所述光栅图形21表面形成所述光栅层30。

需要说明的是，控制器1001执行上述操作可以理解为借助一定的生产设备或者工具执行相应的控制操作，例如于所述衬底10上涂覆纳米压印胶20具体可以是控涂胶机于所述衬底10上涂覆纳米压印胶20，对所述纳米压印胶20进行纳米压印具体是控制纳米压印机实现纳米压印的操作。

本发明提出一种光波导制备方法：

请参阅图2和图5，所述光波导制备方法包括以下步骤：

S100：提供一衬底10。

所述衬底10可以为玻璃衬底10，所述衬底10的其中一个表面用于形成目标光栅40。在选取所述衬底10时，可以选取折射率大于或等于1.7的玻璃，例如，可以选择晶圆玻璃作为衬底10，晶圆玻璃的折射率可达1.9，可以用于制备光波导。

S200：于所述衬底10上涂覆纳米压印胶20，对所述纳米压印胶20进行纳米压印，以形成光栅图形21。

可以通过旋涂、喷涂、辊涂等工艺，将所述纳米压印胶20涂覆在所述衬底10上，以形成一层纳米压印胶层。由于在进行纳米压印时，需要纳米压印胶20与衬底10之间有较好的粘着性，一般可以采用高分子有机物作为所述纳米压印胶20。涂覆所述纳米压印胶20的厚度，可以根据具体制备工艺选择。

在进行纳米压印前，采用具有高硬度、大压缩强度的硅、二氧化硅、氮化硅、金刚石等材料制备形成压模，使压模与目标光栅40形状相适配，在纳米压印胶20上采用盖章的方式形成光栅图形21。所述纳米压印工艺，可以采用热压印或紫外压印的方式，以在所述衬底10上形成目标光栅40形状。

S300：于所述光栅图形21背向所述衬底10的表面制作光栅层30，所述光栅层30为无机材料制成。

在本发明的一个实施例中，所述光栅层30可以采用ZrO₂、TiO₂、Ta₂O₅、HfO₂、TiO、Ti₃O₅ 等透明金属氧化物制成，也可以选择其他折射率大于1.7的金属氧化物，以使形成的目标光栅40具有高折射率。所述光栅层30的折射率大于所述衬底10的折射率，以使形成的目标光栅40能够具有良好的光学性能。

由于光栅图形21具有与预设的压模对应的光栅凹槽，所述光栅图形21所形成的光栅凹槽与目标光栅40具有对应关系。所述光栅层30覆盖在所述光栅凹槽内的衬底10上，以及纳米压印胶20远离所述衬底10的一侧表面。其中，位于光栅凹槽内的光栅层30与目标光栅形成相互对应关系，可以根据所要形成的目标光栅的形态，预设压模的形态，以生成需要的光栅参数。

在本发明的一个实施例中，公开了一种形成所述光栅层30的可选方式，可选地，对所述光栅图形21背向所述衬底10的表面镀膜，以使所述光栅图形21表面形成所述光栅层30。可以通过电子束蒸镀、磁控溅射镀膜、等离子体增强化学的气相沉积法等工艺实现所述光栅层30的成型。通过采用镀膜的方式形成所述光栅层30，制备工艺相对更加简单易控，能够方便形成目标光栅40，使光波导的制备更加可控。

S400：保留所述光栅图形21的光栅凹槽内的光栅层30，除去所述光栅图形21的纳米压印胶20以及纳米压印胶20表面的光栅层30，以使保留的光栅层30形成目标光栅40。

可以通过刻蚀的方式，除去光栅图形21中的纳米压印胶20以及纳米压印胶20背向所述衬底10一侧的光栅层30，仅保留光栅图形21中的光栅凹槽内的光栅层30，当将纳米压印胶20完全去除之后，所述衬底10上仅形成无机物构成的目标光栅40。

由于所述光栅层30为无机物构成，在制备形成目标光栅40之后，目标光栅40整体为无机物构造，相比现有的高分子有机物纳米压印胶20构成的光栅，无机物形成的目标光栅40具有更高的硬度，所形成的光波导不需要单独为目标光栅40设置保护结构，有助于减小光波导的整体厚度和体积，进而简化制备步骤。由于无机物形成光栅具有更好耐高温耐变形性能，不容易出现黄化的问题，进而可以使光栅保持较好的使用状态，避免对光波导产品的视觉效果产生影响。利用无机物的不容易变形的性能，可以使光栅保持预设形态，相比直接采用纳米压印胶20纳米压印形成的光栅，本实施例中所形成的光栅在衍射效率、响应波长带宽和角度带宽方面，均具有更优的特点。

在采用透明金属氧化物制成所述光栅层30时，由于具有更好的附着力，能够使目标光栅40与衬底10之间具有更好的粘着性，有助于保持光波导质量，防止光栅脱落。

在步骤S400中，将光栅图形21的纳米压印胶20以及纳米压印胶20表面的光栅层30除去之后，在衬底10上仅保留的光栅层形成目标光栅40，由于目标光栅40为设置在衬底10上的光栅层30所形成的，而对衬底10本身不进行刻蚀，能够通过光栅图形21来形成目标光栅40的形态，使光栅凹槽内的光栅层30能够按照预设形态成型。通过在衬底10上采用增量的方式形成目标光栅40，相比现有的直接在衬底10上进行刻蚀的工艺，对于目标光栅40的成型更加可控，制备成本也相对更低。

本实施例中，可以采用纳米压印机制作所述纳米压印母模40，采用刻蚀机除去所述光栅图形21的纳米压印胶20以及纳米压印胶20表面的光栅层30。

请参阅图3，在本发明的一个实施例中，在执行所述于所述衬底10上涂覆纳米压印胶20，对所述纳米压印胶20进行纳米压印，以形成光栅图形21的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

S210：除去所述光栅图形21的光栅凹槽内的残胶22。

请结合参阅图5，由于纳米压印过程中，容易出现光栅凹槽内残留纳米压印胶20的问题，可以通过无掩模刻蚀除去光栅凹槽内的残胶22，以使形成的光栅层30能够完全附着在所述衬底10上。通过除去光栅凹槽内的残胶22，使光栅层30能够与光栅凹槽所形成的形状相适配，以形成预设形态的目标光栅40，有助于提升目标光栅40的质量。

在本发明的一个实施例中，所述目标光栅40为透射式光栅或反射式光栅。可以根据具体工艺来实现不同目标光栅40的制备。

请参阅图4，进一步可选的，当所述目标光栅40为反射式光栅时，所述目标光栅40包括耦入光栅和耦出光栅，在执行保留所述光栅图形21的光栅凹槽内的光栅层30，除去所述光栅图形21的纳米压印胶20以及纳米压印胶20表面的光栅层30，以使保留的光栅层30形成目标光栅40的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

S500：于所述耦入光栅表面形成反射层。

可以将金属加镀到所述耦入光栅的表面，以形成反射层。所述耦入光栅和所述耦出光栅同时设置在所述衬底10上，光束自所述耦入光栅进入所述衬底10形成的波导层，在所述波导层内进行全反射，并自所述耦出光栅射出进入人眼。所述金属层用于将射向所述耦入光栅方向的衍射光反射向所述耦出光栅的方向。

所述金属层可以为Al、Ag等金属制成。由所述耦入光栅进入所述波导层内时，会发生衍射现象，衍射光逐渐向所述耦入光栅方向运动，随着衍射光向耦入光栅方向运动，会减少传输至所述耦出光栅一侧的光能量，造成人眼接收到的光能量减少，降低人眼所能够接收到的光的亮度。本实施例中，部分衍射光会朝向耦入光栅方向反射，在所述金属层的作用下，被再次反射进入波导层内，进而被再次利用，使更多的光能量能够向所述耦出光栅方向运动，以提高人眼所能够接收到的光能量，进而提升光波导的显示效果。

本发明在上述光波导制备方法的基础上，提出一种光波导的实施例，所述光波导由如上述任一实施例所述的光波导制备方法制备得到。

本发明在上述光波导的基础上，提出一种增强现实显示装置的实施例，所述增强现实显示装置包括如上述所述的光波导。

在一些可选的实施方式中，所述控制器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述控制器可以用于控制所述纳米压印机和刻蚀机，以实现对所述纳米压印胶20进行纳米压印，以及刻蚀形成所述目标光栅40。

所述存储器1002可以是设备的内部存储单元，例如设备的硬盘或内存。所述存储器1002也可以是设备的外部存储设备，例如设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器1002还可以既包括设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1002用于存储所述计算机程序以及设备所需的其它程序和数据。所述存储器1002还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种光波导制备方法，其特征在于，所述光波导制备方法包括以下步骤：

提供一衬底；

于所述衬底上涂覆纳米压印胶，对所述纳米压印胶进行纳米压印，以形成光栅图形；

于所述光栅图形背向所述衬底的表面制作光栅层，所述光栅层为无机材料制成；

保留所述光栅图形的光栅凹槽内的光栅层，除去所述光栅图形的纳米压印胶以及纳米压印胶表面的光栅层，以使保留的光栅层形成目标光栅。

2.如权利要求1所述的光波导制备方法，其特征在于，所述光栅层的折射率大于所述衬底的折射率。

3.如权利要求2所述的光波导制备方法，其特征在于，所述光栅层为透明金属氧化物制成。

4.如权利要求2所述的光波导制备方法，其特征在于，所述衬底的折射率大于或等于1.7。

5.如权利要求1所述的光波导制备方法，其特征在于，在执行所述于所述衬底上涂覆纳米压印胶，对所述纳米压印胶进行纳米压印，以形成光栅图形的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

除去所述光栅图形的光栅凹槽内的残胶。

6.如权利要求1所述的光波导制备方法，其特征在于，所述于所述光栅图形背向所述衬底的表面制作光栅层的步骤包括：

对所述光栅图形背向所述衬底的表面镀膜，以使所述光栅图形表面形成所述光栅层。

7.如权利要求1所述的光波导制备方法，其特征在于，所述目标光栅为透射式光栅或反射式光栅。

8.如权利要求7所述的光波导制备方法，其特征在于，所述目标光栅为反射式光栅时，所述目标光栅包括耦入光栅和耦出光栅，在执行保留所述光栅图形的光栅凹槽内的光栅层，除去所述光栅图形的纳米压印胶以及纳米压印胶表面的光栅层，以使保留的光栅层形成目标光栅的步骤之后，所述光波导制备方法还包括：

于所述耦入光栅表面形成反射层。

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