CN113500801B - 一种衍射抑制光学元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种衍射抑制光学元件及其制造方法，所述衍射抑制光学元件包括透明基底和形成在所述透明基底上的多个遮光区域，所述方法包括：提供压印模版；利用压印模版对涂覆于透明基底上的透明材料进行压印，从而在透明材料上形成多个凹槽；以及在压印之后的透明材料上施加吸光材料，使得吸光材料填充在多个凹槽中并且露出其余部位的透明材料。根据本发明实施例，只需要一片压印模版就可以使用微纳米压印复制工艺不断地生产产品，可以实现批量、快速生产，产能易提升；而且，可以避免使用超高平整度玻璃以及昂贵的半导体工艺所需设备，有利于大大降低成本。
Description
技术领域
本发明总体上涉及显示屏技术，特别是涉及用于消除透明显示屏的衍射效应的衍射抑制光学元件及其制造方法。
背景技术
随着透明显示屏技术的发展，屏下投影及屏下摄像技术的普及程度越来越高。摄像头/投射器被放置在透明显示屏下方，显示屏外观完整，达到真正的全面屏效果。然而，由于显示屏像素的周期排列特征，光线在经过透明显示屏时发生衍射，影响成像或投影的质量。为保证屏下投影及屏下成像的质量，需要增加抑制衍射的结构单元。
一种抑制衍射方案是在显示屏与摄像头之间增加一个衍射抑制光学元件。穿过显示屏的光线受到像素阵列的衍射后，经过衍射抑制光学元件并被再次调节，衍射效应会显著减少，从而可在图像传感器上得到清晰的图像。
可见光的波长在390nm-780nm。相应地，上述衍射抑制光学元件的结构也在亚微米级。如图1所示，一种制造这种衍射抑制光学元件的方法是使用半导体工业中制作掩模版的工艺，在玻璃基片1上镀一定厚度的连续的Cr层2，并在Cr层2的表面旋涂光刻胶3；经过曝光和显影得到图案化的光刻胶3’，然后利用图案化的光刻胶3’刻蚀Cr层2，得到图案化的Cr层2’，图案化的Cr层2’的图案对应于衍射光学元件的透过率振幅分布，其中被刻蚀掉Cr的区域3a透光，未被刻蚀的Cr区域(即图案化的Cr层2’)则无法透光。
发明内容
本发明的目的是提供一种衍射抑制光学元件及其制造方法，其至少部分地克服了现有技术中的不足。
根据本发明的一个方面，提供了一种衍射抑制光学元件的制造方法，所述衍射抑制光学元件包括透明基底和形成在所述透明基底上的多个遮光区域，所述方法包括：
(1)提供压印模版，所述压印模版形成有对应于所述多个遮光区域的多个凸起结构；
(2)利用所述压印模版对涂覆于所述透明基底上的透明材料进行压印，从而在所述透明材料上形成对应于所述多个凸起结构的多个凹槽；以及
(3)在压印之后的所述透明材料上施加吸光材料，使得吸光材料填充在所述多个凹槽中并且露出其余部位的所述透明材料。
所述吸光材料可以为吸光油墨。优选地，所述吸光材料为对可见光的吸收系数α≥104cm-1的吸光油墨。
优选地，所述透明材料为能够被热固化或紫外固化的聚合物材料。
优选地，所述透明基底为玻璃或PET基底。
有利地，所述多个凹槽中的至少两个凹槽可以具有不同的深度，使得所述吸光材料填充在所述至少两个凹槽中所形成的遮光区域具有不同的透过率。
有利地，所述多个凹槽中的至少一个凹槽的底面可以是倾斜的，使得所述吸光材料填充在所述至少一个凹槽中形成的遮光区域具有变化的透过率。
有利地，所述在压印之后的所述透明材料上施加吸光材料包括：
(1)将吸光材料涂覆在所述透明材料的表面上，形成连续的涂层；以及，
(2)去除所述连续的涂层，使得所述吸光材料只存留在所述多个凹槽中，而将其余部位的所述透明材料露出。
有利地，所述压印模版可以为硅基模版。
有利地，所述压印模版可以为基于一硅基模版通过压印或浇注工艺形成的柔性模版。
有利地，所述提供压印模版可以包括利用半导体光刻和刻蚀工艺制作所述硅基模版。
有利地，所述提供压印模版可以包括利用激光直写曝光制作所述硅基模版。
根据本发明的另一个方面，提供了一种衍射抑制光学元件，其包括透明基底和形成在所述透明基底上的一层透明材料，所述透明材料上形成有多个凹槽，所述多个凹槽中填充有吸光材料，以形成多个遮光区域。
优选地，所述吸光材料只填充在所述多个凹槽中，而将其余部位的所述透明材料露出。
有利地，所述吸光材料可以为吸光油墨。
有利地，所述透明材料为能够被热固化或紫外固化的聚合物材料。
根据本发明实施例，只需要一片压印模版就可以使用微纳米压印复制工艺不断地生产产品，可以实现批量、快速生产，产能易提升；而且，可以避免使用超高平整度玻璃以及昂贵的半导体工艺所需设备，有利于大大降低成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种制造振幅型衍射抑制光学元件的方法的示意图；
图2为根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法的示意性总流程图；
图3示意性地图解了图2所示的衍射抑制光学元件制造方法的不同阶段；
图4为根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法的一个具体示例的示意性流程图；
图5示意性地图解了图4所示衍射抑制光学元件制造方法中的制作硅基模版的处理；
图6示意性地图解了图4所示衍射抑制光学元件制造方法中的压印和施加吸光材料的处理；以及
图7示意性地示出了根据本发明实施例的具有变化的透过率的衍射光学元件及其制造过程中压印得到的结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明的发明人发现，如图1所示的制造衍射抑制光学元件的方法存在以下问题：
1.基片使用的是玻璃材质，而适用于半导体工艺的具有超高平整度的玻璃非常昂贵；
2.N片衍射抑制光学元件的生产需要经过N次Cr镀膜+N次光刻的半导体工艺，工艺复杂度高，工时长，对昂贵设备的依赖性大，产出效率很低。
鉴于上述发现，发明人做出了本发明。
下面参照图2和图3介绍根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法100，其中图2示出了制造方法100的总流程图，图3示意性地图解了制造方法100的不同阶段。
根据本发明实施例的制造方法100用于制造包括透明基底和形成在透明基底上的多个遮光区域的衍射抑制光学元件(见图3中的衍射抑制光学元件10)。如图2所示，制造方法100包括：
S110：提供压印模版；
S120：利用压印模版对涂覆于透明基底上的透明材料进行压印，在透明材料上形成多个凹槽；以及
S130：在压印之后的透明材料上施加吸光材料，使得吸光材料填充在多个凹槽中并且露出其余部位的透明材料。
处理S110中提供的压印模版例如可以是图3的图形(3a)中所示的压印模版20，其具有多个凸起结构20a。该多个凸起结构20a与希望形成在衍射光学元件10中的多个遮光区域10a(见图3的图形(3c))对应。
在处理S120中，如图3的图形(3a)中所示，利用压印模版20对涂覆于透明基底11上的透明材料12进行压印，从而在透明材料12上形成对应于多个凸起结构20a的多个凹槽12a，如图3的图形(3b)中所示。透明基底11例如可以采用玻璃基底或PET基底。透明材料12优选为能够被热固化或紫外固化的聚合物材料。
接下来，在处理S130中，如图3的图形(3c)所示，在压印之后的透明材料12上施加吸光材料13，使得吸光材料13填充在透明材料12的多个凹槽12a中，并露出其余部位的透明材料。吸光材料13可以为吸光油墨，优选为对可见光的吸收系数α≥104cm-1的吸光油墨。此外，优选吸光材料优选为可固化的吸光油墨。
利用上述制造方法100可以得到根据本发明实施例的衍射抑制光学元件10。如图3的图形(3c)所示，衍射抑制光学元件10包括透明基底11和形成在透明基底11上的一层透明材料12，透明材料12上形成有多个凹槽12a，多个凹槽12a中填充有吸光材料13，以形成多个遮光区域10a。
根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法，只需要一片压印模版就可以使用微纳米压印复制工艺不断地生产产品，可以实现批量、快速生产，产能易提升。而且，可以避免使用超高平整度玻璃，因为微纳米压印工艺中使用的透明基底无需具有很高平整度，而为了提供压印模版，可以采用例如Si基板，Si基板制造工艺成熟、价格较低。这样有利于大大降低成本。此外，相对于半导体镀膜、光刻、刻蚀等工艺所需的设备，根据本发明实施例的制造方法中使用的微纳米压印设备的造价低廉，调试简单，有利于进一步降低成本。
为了便于理解，下面将参照图4、图5和图6介绍衍射抑制光学元件制造方法的一个具体示例，即制造方法200。图4为衍射抑制光学元件制造方法200的示意性流程图，图5示意性地图解了制造方法200中制作硅基模版的处理，图6则示意性地图解了制造方法200中的压印和施加吸光材料的处理。
如图4所示，制造方法200包括以下处理：
S210：制作硅基模版；
S220：基于硅基模版形成压印模版；
S230：利用压印模版对涂覆于透明基底上的透明材料进行压印，在透明材料上形成多个凹槽；
S240：将吸光材料涂覆在透明材料的表面上，形成连续的涂层；以及，
S250：去除连续的涂层，使得吸光材料只存留在多个凹槽中，而将其余部位的透明材料露出。
上述处理S210和S220是为了实现图2所示方法100中的处理S110“提供压印模版”。在处理S210中，可以利用半导体光刻和刻蚀工艺来制作硅基模版，也可以利用激光直写曝光制作硅基模版。
下面参照图5来介绍利用半导体光刻和刻蚀工艺制作硅基模版的一个示例。如图5所示，首先在硅基板31上旋涂光刻胶32；利用根据希望在硅基板31上形成的图案而设计和制作的原始掩模33对光刻胶32进行曝光，并经过显影，去除部分光刻胶32a，露出光刻胶底部的硅基板31，从而形成图案化的光刻胶32’；然后通过刻蚀，在未被图案化的光刻胶32’所覆盖的硅基板31的表面上刻蚀一定深度；最后去除硅基板31表面的光刻胶32’，得到硅基模版30。
返回参照图4，在图4所示示例中，处理S220中利用硅基模版进一步形成压印模版。例如，可以基于硅基模版(例如图5所示硅基模版30)通过压印或浇注工艺形成柔性模版，将该柔性模版作为压印模版。应该理解的是，作为替代，也可以直接将处理S210中制作得到的硅基模版用作压印模版。相应地，可以省略方法200中的处理S220。
通过方法200的处理S210、S220所提供的压印模版例如可以是图6的图形(6a)中所示的压印模版20，其具有多个凸起结构20a。该多个凸起结构20a与希望形成在衍射光学元件10中的多个遮光区域10a(见图6的图形(6d))对应。
结合参照图4和图6，在获得压印模版之后，可以继续进行处理S230，其中，如图6中图形(6a)所示，利用压印模版20对涂覆于透明基底11上的透明材料12进行压印，从而在透明材料12上形成对应于多个凸起结构20a的多个凹槽12a(参见图3的图形(3b))。透明基底11例如可以采用玻璃基底或PET基底。透明材料12优选为能够被热固化或紫外固化的聚合物材料。
接下来，在处理S240中，如图6的图形(6c)所示，将吸光材料13涂覆在在压印之后的透明材料12的表面上，形成连续的涂层13a。此时，如图所示，吸光材料13不仅填充在透明材料12的多个凹槽12a中，还覆盖透明材料12的其余部位，从而形成连续的图层13a。与以上介绍的方法100中相同，吸光材料13可以采用吸光油墨。优选吸光油墨对可见光的吸收系数α≥104cm-1，这样几微米厚度的吸光油墨就能够将入射的可见光全部吸收，达到优异的遮光目的。此外，吸光材料优选为可固化的。
然后，在处理S250中，去除吸光材料的连续涂层13a，使得吸光材料13只存留在多个凹槽12a中，而将其余部位的透明材料12露出。作为示例而非限制性的，可以通过利用刮刀(优选柔性的刮刀)将透明材料12表面的吸光材料连续涂层13a刮掉。这种情况下，可以在用刮刀刮掉连续涂层13a之后对吸光材料/吸光油墨13进行固化。作为替代，也可以在将吸光材料/吸光油墨13固化之后通过切割或抛光将连续涂层13a去除。最后得到如图6的图形(6d)中所示的衍射抑制光学元件10。这里，衍射抑制光学元件10可以与参照图3介绍的衍射抑制光学元件10具有相同的结构，在此不再赘述。
下面将参照图7介绍根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法的一些可扩展的实现方式。
图7的图形(7a)示意性地示出了透明基底11上的透明材料12在经过压印之后形成的凹槽12a的不同示例，图7的图形(7b)示意性地示出了最终获得的衍射抑制光学元件10’的结构，其中形成有对图形(7a)中的凹槽12a对应的遮光部分10a。
如图7所示，根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法中，可以提供适当的压印模版，以在透明材料12上形成具有不同深度的凹槽12a-1、12a-1。不仅如此，可以看到，在同一凹槽中，可以形成二级台阶或多级台阶的表面形貌(即同一凹槽中具有有着不同深度的台阶状底面)。相应地，如图7的图形(7b)所示，在所得到的衍射抑制光学元件10’中，吸光材料13填充在凹槽12a-1、12a-1中所形成的不同遮光区域10a-1、10a-1可以具有不同的透过率，以及/或者所形成的同一遮光区域10a-1可以具有变化的透过率。
作为替代或补充，如图7所示，根据本发明实施例的衍射抑制光学元件制造方法中，可以提供适当的压印模版，以在透明材料12上形成具有倾斜底面的凹槽12a-2、12a-2，使得吸光材料13填充在凹槽12a-2、12a-2中形成的遮光区域10a-2、10a-2各自具有变化的透过率(例如渐变的透过率)。
应该理解的是，在图7中为了简便，将不同可扩展的实现方式示出为实现在同一衍射抑制光学元件及其制造方法中；但是，本领域技术人员容易理解，以上结合图7介绍的二级或多级台阶表面形貌和倾斜的凹槽底面可以单独地或以不同方式组合在一起实现，本发明在此方面不受限制。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (15)
1.一种衍射抑制光学元件的制造方法，所述衍射抑制光学元件用于与透明显示屏结合使用以抑制所述透明显示屏造成的衍射效应，其包括透明基底和形成在所述透明基底上的多个亚微米级尺寸的遮光区域，所述方法包括：
提供压印模版，所述压印模版形成有对应于所述多个遮光区域的多个凸起结构；
利用所述压印模版对涂覆于所述透明基底上的透明材料进行压印，从而在所述透明材料上形成对应于所述多个凸起结构的多个凹槽；以及
在压印之后的所述透明材料上施加吸光材料，使得吸光材料填充在所述多个凹槽中并且露出其余部位的所述透明材料。
2.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述吸光材料为吸光油墨。
3.如权利要求2所述的制造方法，其中，所述吸光材料为对可见光的吸收系数α≥104cm-1的吸光油墨。
4.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述透明材料为能够被热固化或紫外固化的聚合物材料。
5.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述透明基底为玻璃或PET基底。
6.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述多个凹槽中的至少两个凹槽具有不同的深度，使得所述吸光材料填充在所述至少两个凹槽中所形成的遮光区域具有不同的透过率。
7.如权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其中，所述多个凹槽中的至少一个凹槽的底面是倾斜的，使得所述吸光材料填充在所述至少一个凹槽中形成的遮光区域具有变化的透过率。
8.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述在压印之后的所述透明材料上施加吸光材料包括：
将吸光材料涂覆在所述透明材料的表面上，形成连续的涂层；以及，
去除所述连续的涂层，使得所述吸光材料只存留在所述多个凹槽中，而将其余部位的所述透明材料露出。
9.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述压印模版为硅基模版。
10.如权利要求1所述的制造方法，其中，所述压印模版为基于一硅基模版通过压印或浇注工艺形成的柔性模版。
11.如权利要求9或10所述的制造方法，其中，所述提供压印模版包括利用半导体光刻和刻蚀工艺制作所述硅基模版。
12.如权利要求9或10所述的制造方法，其中，所述提供压印模版包括利用激光直写曝光制作所述硅基模版。
13.一种衍射抑制光学元件，用于与透明显示屏结合使用以抑制所述透明显示屏造成的衍射效应，其包括透明基底和形成在所述透明基底上的透明材料，所述透明材料上形成有多个亚微米级尺寸的凹槽，所述多个凹槽中填充有吸光材料，以形成多个遮光区域，所述吸光材料只填充在所述多个凹槽中，而将其余部位的所述透明材料露出。
14.如权利要求13所述的衍射抑制光学元件，其中，所述吸光材料为吸光油墨。
15.如权利要求13所述的衍射抑制光学元件，其中，所述透明材料为能够被热固化或紫外固化的聚合物材料。
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