CN112578491A - 衍射光学元件与衍射光学元件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种衍射光学元件与衍射光学元件的制造方法。此衍射光学元件包含基底、第一衍射结构层以及第二衍射结构层。此基底具有第一表面以及相对第一表面的第二表面。第一衍射结构层设置于基底的第一表面上。第二衍射结构层设置于基底的第二表面上。在衍射光学元件的制造方法中，首先提供基底。然后，形成第一胶材层/第一半导体层于基底的第一表面上，并对其图案化。接着，形成第二胶材层/第二半导体层于基底的第二表面上，并对其图案化。

Description

衍射光学元件与衍射光学元件的制造方法
【技术领域】
本发明是有关于一种衍射光学元件与衍射光学元件的制造方法。
【先前技术】
衍射光学元件是众所皆知的光学元件，其是利用光的衍射现象来实现各种不同的光学功能，例如聚光功能、散光功能、光强度分配功能、滤波功能、以及分光功能。具体而言，在结构光(structured-light)投射器中，会使用衍射光学元件来接收光束并产生光学图案于目标物上。然而，此衍射光学元件通常具有较高的光损(light loss)率(大约40％)。
因此，需要一种具有较小光损率的衍射光学元件。
【发明内容】
本发明的实施例提出一种具有较小光损率的衍射光学元件。此衍射光学元件包含基底、第一衍射结构层以及第二衍射结构层。此基底具有第一表面以及相对第一表面的第二表面。第一衍射结构层设置于基底的第一表面上。第二衍射结构层设置于基底的第二表面上。
在一些实施例中，上述的衍射光学元件还包含保护层，其设置于第一衍射结构层上，其中第一衍射结构层的折射率与保护层的折射率之间的差值大于0.25。
在一些实施例中，第一衍射结构层的折射率小于保护层的折射率。
在一些实施例中，第一衍射结构层以及第二衍射结构层为半导体层。
在一些实施例中，第一衍射结构层以及该第二衍射结构层的材料包含氧化硅(Silicon Oxide)或氮化硅(Silicon Nitride)。
在一些实施例中，第一衍射结构层以及第二衍射结构层为胶材层。
在一些实施例中，第一衍射结构层以及第二衍射结构层之一被配置以抑制零阶(zero order)噪声。
在一些实施例中，基底为玻璃基底。
在另一方面，本发明的实施例提出一种衍射光学元件的制造方法。在此方法中，首先提供基底，其中此基底具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面。然后，形成第一胶材层于基底的第一表面上。接着，图案化第一胶材层来形成第一衍射结构层于基底的第一表面上。然后，形成保护层于第一衍射结构层上。接着，形成第二胶材层于基底的第二表面上。然后，图案化第二胶材层来形成第二衍射结构层于基底的第二表面上。
在一些实施例中，前述的衍射光学元件的制造方法还包含：在形成第二胶材层之前，翻转基底，其中配置以形成第二胶材层的设备机台的平台与保护层接触，以在基底翻转后来支撑基底。
在一些实施例中，图案化第一胶材层和第二胶材层的步骤是利用纳米转印(nonoimprint)技术来进行。
在一些实施例中，第一衍射结构层的折射率与保护层的折射率之间的差值大于0.25。
在一些实施例中，第一衍射结构层的折射率小于保护层的折射率。
在一些实施例中，第一衍射结构层以及第二衍射结构层之一被配置以抑制零阶噪声。
在一些实施例中，基底为玻璃基底。
在又一方面，本发明的实施例提出一种衍射光学元件的制造方法。在此方法中，首先提供基底，其中此基底具有第一表面以及相对于第一表面的第二表面。然后，形成第一半导体层于基底的第一表面上。接着，图案化第一半导体层来形成第一衍射结构层于基底的第一表面上。然后，形成保护层于第一衍射结构层上。接着，形成第二半导体层于基底的第二表面上。然后，图案化第二半导体层来形成一第二衍射结构层于基底的第二表面上。
在一些实施例中，前述的衍射光学元件的制造方法还包含：在形成第二半导体层之前，翻转基底，其中配置以形成第二半导体层的设备机台的平台与保护层接触，以在基底翻转后来支撑基底。
在一些实施例中，图案化第一半导体层和第二半导体层的步骤是利用纳米转印技术来进行。
在一些实施例中，第一衍射结构层以及第二衍射结构层之一被配置以抑制零阶噪声。
在一些实施例中，基底为玻璃基底，而第一衍射结构层以及第二衍射结构层的材料包含氧化硅或氮化硅。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
【附图说明】
图1图示根据本发明实施例的衍射光学元件。
图2图示根据本发明实施例的衍射光学元件的制造方法的流程示意图。
图3A至图3F图示根据本发明实施例的衍射光学元件的制造方法的流程示意图。
【符号说明】
100…衍射光学元件
110…基底
110a：第一表面
110b：第二表面
120…第一衍射结构层
121...主体部
122...开口
122d...深度
130…保护层
140...第二衍射结构层
141...主体部
142...开口
142d...深度
200...衍射光学元件的制造方法
210-260...步骤
310…基底
310a：第一表面
310b：第二表面
320…第一胶材层
321...主体部
322...开口
322d...深度
330…保护层
340...第二胶材层
341...主体部
342...开口
342d...深度
【具体实施方式】
下文是以具体实施方式配合附图作详细说明，但所提供的具体实施方式并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指次序或顺位的意思，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
图1图示根据本发明实施例的衍射光学元件(DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT；DOE)100。衍射光学元件100包含基底110、第一衍射结构层120、保护层130以及第二衍射结构层140。基底110具有第一表面110a以及相对第一表面110a的第二表面110b。在本实施例中，基底110为玻璃基底，然而本发明的实施例并不受限于此。
第一衍射结构层120设置于基底110的第一表面110a上。第一衍射结构层120具有多个微结构，其包含多个主体部121以及位于主体部121之间的开口122。每一开口122具有深度122d。类似地，第二衍射结构层140设置于基底110的第二表面110b上。第二衍射结构层140具有多个微结构，其包含多个主体部141以及位于主体部141之间的开口142。每一开口142具有深度142d。
在一些实施例中，第一衍射结构层120、保护层130以及第二衍射结构层140是以胶材制成，胶材可例如为环氧树脂(Epoxy)类胶材、压克力(Acrylic)类胶材或硅树脂(silicone)类胶材。在一些实施例中，第一衍射结构层120以及第二衍射结构层140为半导体层，其由氧化硅(Silicon Oxide)或氮化硅(Silicon Nitride)制成。在一些实施例中，第一衍射结构层120的折射率(refractive index)与保护层130的折射率之间的差值大于0.25，且第一衍射结构层120的折射率小于保护层130的折射率。
在一些实施例中，第一衍射结构层120和第二衍射结构层140之一被配置来抑制零阶(zero order)噪声，而第一衍射结构层120和第二衍射结构层140的另一者则配置以产生所需的光线图案于目标物上。例如，第一衍射结构层120被配置以抑制零阶噪声，而第二衍射结构层140被配置以产生所需的光线图案于目标物上。
在一些实施例中，第一衍射结构层120和第二衍射结构层140之一被配置来产生所需光线图案的一部分，而第一衍射结构层120和第二衍射结构层140的另一者则配置来产生所需光线图案的其他部分，借此可使得衍射光学元件100产生所需的光线图案于目标物上。
在一些实施例中，第一衍射结构层120的开口122与第二衍射结构层140的开口142对准，且第一衍射结构层120的每一主体部121的尺寸与第二衍射结构层140的每一主体部141的尺寸相等。在一实施例中，开口122和/或开口142以微影制程所允许的最大深度来形成。例如，当微影制程所允许的最大深度为D时，每一开口122可具有D的深度，而每一开口142可具有D/2的深度。然而，本发明的实施例并不受限于此。在一些实施例中，每一开口122和144可具有D的深度。
请参照图2，其图示根据本发明实施例的衍射光学元件100的制造方法200的流程示意图。在方法200中，首先进行步骤210来提供基底310，如图3A所示。基底310具有第一表面310a(上表面)以及相对第一表面310a的第二表面310b(下表面)。在本实施例中，基底310为玻璃基底，但本发明的实施例并不受限于此。
然后，进行步骤220，以形成第一胶材层320于基底310的第一表面310a上，如图3B所示。在本实施例中，第一胶材层320由例如环氧树脂类胶材、压克力类胶材或硅树脂类胶材所制成，但本发明的实施例并不受限于此。步骤220是利用一设备机台来进行，此设备机台具有配置来支撑基底310的平台。当进行步骤220时，此平台与基底310的第二表面310b接触，以支撑基底310。
接着，进行步骤230来图案化第一胶材层320，以形成第一衍射结构层(图案化的第一胶材层320)，如图3C所示。第一衍射结构层具有多个微结构，其包含多个主体部321以及位于主体部321之间的开口322。每一开口322具有深度322d。第一胶材层320可利用微影技术，例如纳米转印技术来图案化。然而，本发明的实施例并不受限于此。
在一些实施例中，这些微结构被设计来抑制零阶噪声。在一些实施例中，这些微结构被设计来产生所需的光线图案于目标物上。然后，进行步骤240来形成保护层330于第一衍射结构层上，以保护第一衍射结构层，如图3D所示。在本实施例中，保护层330由例如环氧树脂类胶材、压克力类胶材或硅树脂类胶材所制成，但本发明的实施例并不受限于此。再者，在一些实施例中，第一衍射结构层(第一胶材层320)的折射率与保护层330的折射率之间的差值大于0.25，且第一衍射结构层的折射率小于保护层330的折射率。
然后，进行步骤250，以形成第二胶材层340于基底310的第二表面310b上，如图3E所示。在本实施例中，第二胶材层340由例如环氧树脂类胶材、压克力类胶材或硅树脂类胶材所制成，但本发明的实施例并不受限于此。在步骤250中，基底310被翻转后再置放于前述的设备机台的平台上，以便形成第二胶材层340于第二表面310b上。由于保护层330覆盖形成于第一表面310a上的第一衍射结构层，设备机台的平台接触保护层330来支撑基底310，如此避免了设备机台的平台损伤第一衍射结构层。
接着，进行步骤260，以图案化第二胶材层340，以形成第二衍射结构层(图案化的第二胶材层340)，如图3F所示。第二衍射结构层具有多个微结构，其包含多个主体部341以及位于主体部341之间的开口342。每一开口342具有深度342d。第一胶材层320可利用微影技术，例如纳米转印技术来图案化。然而，本发明的实施例并不受限于此。在一些实施例中，这些微结构被设计来抑制零阶噪声。在一些实施例中，这些微结构被设计来产生所需的光线图案于目标物上。
再者，在一些实施例中，可利用第一半导体层来替换第一胶材层320，以及利用第二半导体层来替换第二胶材层340。例如，第一半导体层可形成在基底310的第一表面310a上，然后被图案化来形成前述具有微结构的第一衍射结构层。再例如，第二半导体层可形成在基底310的第二表面310b上，然后被图案化来形成前述具有微结构的第二衍射结构层。在一些实施例中，第一半导体层和第二半导体层的材料可包含透明的半导体材料，例如氧化硅或氮化硅，但本发明的实施例并不受限于此。
另外，因为第一半导体层比第一胶材层320更为强固，故用来形成保护层330的步骤240可被省略。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种衍射光学元件，包含：
基底，具有第一表面以及相对于所述第一表面的第二表面；
第一衍射结构层，设置于所述基底的所述第一表面上；以及
第二衍射结构层，设置于所述基底的所述第二表面上。
2.根据权利要求1所述的衍射光学元件，还包含保护层，设置于所述第一衍射结构层上，其中所述第一衍射结构层的折射率与所述保护层的折射率之间的差值大于0.25。
3.根据权利要求2所述的衍射光学元件，其中所述第一衍射结构层的折射率小于所述保护层的折射率。
4.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层为半导体层。
5.根据权利要求4所述的衍射光学元件，其中所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层的材料包含氧化硅或氮化硅。
6.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层为胶材层。
7.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层之一被配置以抑制零阶噪声。
8.根据权利要求1所述的衍射光学元件，其中所述基底为玻璃基底。
9.一种衍射光学元件的制造方法，包含：
提供基底，其中所述基底具有第一表面以及相对于所述第一表面的第二表面；
形成第一胶材层于所述基底的所述第一表面上；
图案化所述第一胶材层来形成第一衍射结构层于所述基底的所述第一表面上；
形成保护层于所述第一衍射结构层上；
形成第二胶材层于所述基底的所述第二表面上；以及
图案化所述第二胶材层来形成第二衍射结构层于所述基底的所述第二表面上。
10.根据权利要求9所述的衍射光学元件的制造方法，还包含：
在形成所述第二胶材层之前，翻转所述基底，其中配置以形成所述第二胶材层的设备机台的平台与所述保护层接触，以在所述基底翻转后来支撑所述基底。
11.根据权利要求9所述的衍射光学元件的制造方法，其中图案化所述第一胶材层和所述第二胶材层的步骤是利用纳米转印技术来进行。
12.根据权利要求9所述的衍射光学元件的制造方法，其中所述第一衍射结构层的折射率与所述保护层的折射率之间的差值大于0.25。
13.根据权利要求12所述的衍射光学元件的制造方法，其中所述第一衍射结构层的折射率小于所述保护层的折射率。
14.根据权利要求9所述的衍射光学元件的制造方法，其中所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层之一被配置以抑制零阶噪声。
15.根据权利要求9所述的衍射光学元件的制造方法，其中所述基底为玻璃基底。
16.一种衍射光学元件的制造方法，包含：
提供基底，其中所述基底具有第一表面以及相对于所述第一表面的第二表面；
形成第一半导体层于所述基底的所述第一表面上；
图案化所述第一半导体层来形成第一衍射结构层于所述基底的所述第一表面上；
形成保护层于所述第一衍射结构层上；
形成第二半导体层于所述基底的所述第二表面上；以及
图案化所述第二半导体层来形成第二衍射结构层于所述基底的所述第二表面上。
17.根据权利要求16所述的衍射光学元件的制造方法，还包含：
在形成所述第二半导体层之前，翻转所述基底，其中配置以形成所述第二半导体层的设备机台的平台与所述保护层接触，以在所述基底翻转后来支撑所述基底。
18.根据权利要求16所述的衍射光学元件的制造方法，其中图案化所述第一半导体层和所述第二半导体层的步骤是利用纳米转印技术来进行。
19.根据权利要求16所述的衍射光学元件的制造方法，其中所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层之一被配置以抑制零阶噪声。
20.根据权利要求16所述的衍射光学元件的制造方法，其中所述基底为玻璃基底，而所述第一衍射结构层以及所述第二衍射结构层的材料包含氧化硅或氮化硅。
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