CN112526660A - 在弯曲表面上制造纳米光栅的方法、光学器件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供了一种在弯曲表面上制造纳米光栅的方法、光学器件及电子设备。该方法包括：在原始衬底的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构；将纳米光栅薄膜结构转移到承载衬底，其中，承载衬底是能够弯曲的；以及将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面。

Description

在弯曲表面上制造纳米光栅的方法、光学器件及电子设备

技术领域

本说明书涉及光学器件技术领域，更具体地，涉及一种在弯曲表面上制造纳米光栅的方法、光学器件及电子设备。

背景技术

在诸如微机电系统器件、电子设备、光学器件等的装置中，需要在弯曲表面上制造纳米光栅。例如，在增强现实(AR)装置中，需要在弯曲的镜片表面上形成衍射光栅。

通常，通过纳米压印光刻技术，在弯曲表面上形成纳米光栅。具体来说，将具有纳米光栅结构的模具按压在弯曲表面的液态衍射光栅材料上，并对液态衍射光栅材料进行固化，以形成纳米光栅。液态衍射光栅材料例如可以是树脂、光刻胶等。由于弯曲表面的结构限制，很难形成高质量的纳米光栅。例如，当在弯曲表面上制造纳米光栅时，光刻胶/树脂涂层可能会产生不均匀性。紫外线UV的曝光可能也是不均匀的。按压模具的力量也很难保持均匀。形成纳米光栅的过程中，液态衍射光栅材料的温度也很难保持均匀。此外，制造具有弯曲光栅表面的模具也很困难。

例如，在文献Yung-Pin Chen,et al,Fabrication of concave gratings bycurved surface UV-nanoimprint lithography,J.Vac.Sci.Technol.B 26(5),pp1690-1695,Sep/Oct 2008中，公开了一种通过凹面纳米压印光刻制造凹面光栅的方案。该文献在此全部引入作为参考。

例如，在文献Dengying Zhang,et al,Fabrication of diffractive opticalelements on 3-D curved surfaces by capillary force lithography,5July 2010/Vol.18,No.14/OPTICS EXPRESS pp15009-15016中，公开了一种通过毛细力光刻在三维弯曲表面上制造衍射光栅的方案。该文献在此全部引入作为参考。

例如，在文献Haixiong Ge,et al,Nanopatterning highly curved surfacesusing hybrid nanoimprint lithography,https://spie.org/news/4684,22February2013中，公开了一种使用混合纳米压印光刻在高度弯曲的表面上实现纳米图案的方案。该文献在此全部引入作为参考。

在美国专利申请US2012/0140214A1中，公开了一种分光模块及其制造方法。该专利申请在此全部引入作为参考。

在美国专利申请US9,709,714B2中，公开了一种曲面衍射光栅的制造方法、曲面衍射光栅的模具以及利用它们形成的曲面衍射光栅。该专利在此全部引入作为参考。

发明内容

本说明书的实施例提供用于在弯曲表面上制造纳米光栅的新技术方案。

根据本说明书的第一方面，提供了一种在弯曲表面上制造纳米光栅的方法，包括：在原始衬底的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构；将纳米光栅薄膜结构转移到承载衬底，其中，承载衬底是能够弯曲的；以及将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面。

根据本说明书的第二方面，提供了一种光学器件，包括具有弯曲表面的接收衬底，其中，在所述弯曲表面上具有使用根据实施例的方法制造的纳米光栅薄膜结构。

根据本说明书的第三方面，提供了一种电子设备，包括根据实施例的光学器件。

在不同实施例中，可以提高弯曲表面上形成的纳米光栅的质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书实施例。

此外，本说明书实施例中的任一实施例并不需要达到上述的全部效果。

通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的实施例的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书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说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据一个实施例的在弯曲表面上制造纳米光栅的方法的示意性流程图。

图2-8示出了根据不同实施例的在弯曲表面上制造纳米光栅的过程的示意图。

图9示出了根据根据一个实施例的电子设备的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述各种示例性实施例。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面，参照附图描述本说明书的不同实施例和例子。

图1示出了根据一个实施例的在弯曲表面上制造纳米光栅的方法的示意性流程图。

如图1所示，在步骤S12，在原始衬底的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构。

在步骤S14，将纳米光栅薄膜结构转移到承载衬底，其中，承载衬底是能够弯曲的。

在步骤S16将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面。

在这里，例如使用纳米压印光刻技术，在衬底的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构。相对于直接在弯曲表面上形成的纳米光栅，这样形成的纳米光栅薄膜结构可以具有较高的质量。例如，纳米结构特征的尺寸可以是10nm，可以形成双极/倾斜/钎焊纳米光栅结构。这样形成的纳米光栅结构的深度和角度都是可控制的。

由于纳米光栅薄膜结构的厚度较薄，因此，纳米光栅薄膜结构具有一定的挠度并可以被直接转移到接收衬底的弯曲表面。

由于纳米光栅薄膜结构是已经固化的结构，因此，不会在接收衬底的弯曲表面上发生流动，从而造成纳米光栅的不均匀性。

此外，通过这种方式不需要制造弯曲的光栅模具。另外，通过这种方式也不需要在弯曲表面上执行纳米压印光刻。

因此，几乎可以在任意衬底材料上，在任意弯曲表面上形成高质量的纳米光栅结构。所述衬底材料例如可以包括轻重量的塑料/弹性体、玻璃/石英/蓝宝石/SiC等。

这样，可以简化具有弯曲表面的光学器件的制造工艺。这样制造的纳米光栅结构可以直接转移到现有的近视或远视眼镜镜片上，并成本较低。

下面参照图2-8说明根据一个实施例的在弯曲表面上制造纳米光栅的过程。

如图2所示，可以在原始衬底21的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构23。例如，首先在原始衬底21的平整表面上涂敷保护层22。原始衬底21例如可以是诸如玻璃衬底的透明衬底。保护层22可以是诸如铝的金属层，厚度可以是50～200nm。然后，在保护层22上形成纳米光栅薄膜结构23。

如图2所示，在在承载衬底25上形成临时键合层24。例如，通过涂敷的方式在承载衬底25上涂敷临时接合薄膜作为临时键合层24。临时接合薄膜24例如可以包括固化的PDMS膜、3MLG5200膜、紫外线或热可释放胶带等。纳米光栅薄膜结构23例如可以通过保护层22与原始衬底21接合。承载衬底25是柔软弹性衬底，以便配合接收衬底的弯曲表面。

如图3所示，通过临时键合层24将纳米光栅薄膜结构23和承载衬底25临时键合。例如，可以在室温下，通过施加压力的方式、真空方式或紫外线固化的方式，将纳米光栅薄膜结构23和承载衬底25临时键合。

接着，如图4所示，通过激光剥离将原始衬底21与保护层22剥离。在图4中，从透明衬底21照射激光26，从而破坏原始衬底21与保护层22之间的界面，从而实现剥离。保护层22的主体部分仍然保留在纳米光栅薄膜结构23上，从而保护纳米光栅薄膜结构23。

这里，采用激光剥离的方式来剥离纳米光栅薄膜结构23，原因在于，激光剥离可以较好地控制执行剥离的位置，而对纳米光栅薄膜结构23和承载衬底25之间的临时键合影响较小。此外，保护层22也对纳米光栅薄膜结构23起到保护作用。当然，本领域技术人员应当明白，还可以采用其他剥离方式，例如，热剥离等。

如图5所示，从纳米光栅薄膜结构23上剥除保护层22。可以机械地去除原始衬底21。然后，例如通过湿法化学蚀刻的方式，从纳米光栅薄膜结构23。

接着，如图6所示，将纳米光栅薄膜结构23从承载衬底25转移到接收衬底28的弯曲表面。这里，可以对承载衬底25上的纳米光栅薄膜结构23和接收衬底28的弯曲表面中的至少一个执行表面处理，以便进行永久键合。例如，可以对弯曲表面和纳米光栅薄膜结构23的下表面执行等离子处理，在接收衬底28的弯曲表面上涂敷中间键合层27等。

这里，在转移过程中，接收衬底28可以被放置在软性支撑件29上。

如图7所示，对承载衬底25上的纳米光栅薄膜结构23和接收衬底28的弯曲表面进行永久键合。

可以在承载衬底25上施加均匀的压力，以使得承载衬底25弯曲，从而令纳米光栅薄膜结构23与接收衬底28接合在一起，以实现永久键合。例如，可以在室温下，通过真空方式，施加压力。在施加压力的同时，可以对永久键合层28进行固化。

例如，承载衬底25是透明衬底，纳米光栅薄膜结构23和承载衬底25之间的临时键合层24是紫外线可释放层，纳米光栅薄膜结构23和接收衬底29之间的永久键合层28是紫外线固化层。在这种情况下，可以从承载衬底25侧照射紫外线30，以释放临时键合层24并固化永久键合层27。通过这种方式，可以简化工艺。

接着，如图8所示，剥离承载衬底25。此外，从软性支撑件29分离具有纳米光栅薄膜结构23的接收衬底28。

诸如增强现实AR眼镜的光学器件可以包括接收衬底28。在接收衬底28的弯曲表面上具有纳米光栅薄膜结构23。通过这种方式制造的纳米光栅的物理性质与直接在弯曲表面压印的纳米光栅的物理性质是不同的。例如，与在弯曲表面压印的纳米光栅相比，纳米光栅薄膜结构23的内部应力、纳米光栅薄膜结构23与接收衬底28的接合方式等是不同的。

图9示出了根据根据一个实施例的电子设备的示意图，电子设备包括上面描述的光学器件。在图9中，以增强现实AR眼镜为例来说明电子设备，但是，本领域技术人员应当理解，这里的电子设备不限于AR眼镜。如图9所示，AR眼镜40包括镜片42。在镜片42上设置纳米光栅结构44。AR眼镜40还可以包括电路部分46。

以上所述仅是本说明书实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本说明书实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本说明书实施例的保护范围。

Claims (9)

1.一种在弯曲表面上制造纳米光栅的方法，包括：

在原始衬底的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构；

将纳米光栅薄膜结构转移到承载衬底，其中，承载衬底是能够弯曲的；以及

将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，原始衬底是透明衬底，以及在原始衬底的平整表面上形成纳米光栅薄膜结构包括：

在平整表面上涂敷保护层，以及

在保护层上形成纳米光栅薄膜结构；

其中，将纳米光栅薄膜结构转移到承载衬底包括：

在承载衬底上形成临时键合层；

通过临时键合层将纳米光栅薄膜结构和承载衬底临时键合；

通过激光剥离将原始衬底与保护层剥离；以及

从纳米光栅薄膜结构上剥除保护层。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面包括：

对承载衬底上的纳米光栅薄膜结构和接收衬底的弯曲表面中的至少一个执行表面处理，以便进行永久键合；

对承载衬底上的纳米光栅薄膜结构和接收衬底的弯曲表面进行永久键合；以及

剥离承载衬底。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面还包括：

在转移过程中，将接收衬底放置在软性支撑件上；

其中，所述方法还包括：

从软性支撑件分离具有纳米光栅薄膜结构的接收衬底。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，承载衬底是透明衬底，纳米光栅薄膜结构和承载衬底之间的临时键合层是紫外线可释放层，纳米光栅薄膜结构和接收衬底之间的永久键合层是紫外线固化层，

其中，将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面包括：

从承载衬底侧照射紫外线，以固化永久键合层并释放临时键合层。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，承载衬底是柔软弹性衬底。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将纳米光栅薄膜结构从承载衬底转移到接收衬底的弯曲表面包括：

在承载衬底上施加均匀的压力，以使得承载衬底弯曲，从而令纳米光栅薄膜结构与接收衬底接合在一起。

8.一种光学器件，包括具有弯曲表面的接收衬底，其中，在所述弯曲表面上具有使用根据权利要求1所述的的方法制造的纳米光栅薄膜结构。

9.一种电子设备，包括根据权利要求8所述的光学器件。

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