CN113811796A - 制造具有图案化基于锂的过渡金属氧化物的显示设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开一般地涉及显示系统，更具体地说，涉及增强现实显示系统及其制造方法。一种制造显示设备的方法包括提供包括锂(Li)基氧化物的基板以及形成暴露基板的区域的蚀刻掩模图案。该方法另外包括使用包含CHF3的气体混合物对基板的暴露区域进行等离子体蚀刻以形成衍射光学元件，其中所述衍射光学元件包括被配置为衍射入射在其上的可见光的Li基氧化物特征。

Description

制造具有图案化基于锂的过渡金属氧化物的显示设备的方法
相关申请相互参照
本申请主张2019年3月12日提交的题为“METHOD OF FABRICATING DISPLAYDEVICE HAVING PATTERNED LITHIUM-BASED TRANSITION METAL OXIDE(制造具有图案化Li基过渡金属氧化物的显示设备的方法)”的美国临时专利申请号62/817,393的优先权，该申请的全部内容在此纳入作为参考。
合并引用
本申请纳入以下每个专利申请的全部内容作为参考：2014年11月27日提交的美国申请号14/555,585，2015年7月23日作为美国公开号2015/0205126公布；2015年4月18日提交的美国申请号14/690,401，2015年10月22日作为美国公开号2015/0302652公布；2014年3月14日提交的美国申请号14/212,961，现为2016年8月16日公布的美国专利号9,417,452；以及2014年7月14日提交的美国申请号14/331,218，2015年10月29日作为美国公开号2015/0309263公布。
技术领域
本公开涉及显示系统，更具体地说，涉及增强和虚拟现实显示系统。
背景技术
现代计算和显示技术促进了所谓“虚拟现实”或“增强现实”体验系统的开发，其中数字再现的图像或其一部分以它们看上去或可被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，但对其他真实世界的视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现数字或虚拟图像信息作为对用户周围实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种AR场景，通常涉及集成到自然世界以及对自然世界做出响应的虚拟对象。例如，在MR场景中，AR图像内容可能为被真实世界中的对象阻挡或被感知为与真实世界中的对象交互。
参考图1，其中描绘了增强现实场景10。其中AR技术用户看到以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台30为特征的真实世界公园式环境20。除了这些项目之外，AR技术的用户还感知到他“看到”了“虚拟内容”，例如站在真实世界的平台30上的机器人雕像40，还有一只飞舞的卡通化身角色50，它似乎是一只人形大黄蜂，即使这些元素40、50在真实世界中不存在。由于人类视觉感知系统很复杂，因此产生促进虚拟图像元素在其他虚拟或真实世界图像元素当中舒适、自然、丰富地呈现的AR技术具有挑战性。
本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。
发明内容
因此，本文公开的许多设备、系统、结构和方法一般地涉及显示系统，更具体地说，涉及增强现实显示系统及其制造方法。
例如，制造显示设备的示例方法包括提供包括锂(Li)基氧化物的基板，以及形成暴露基板的区域的蚀刻掩模图案。该方法另外包括使用包含CHF3的气体混合物对基板的暴露区域进行等离子体蚀刻以形成衍射光学元件，其中衍射光学元件包括被配置为衍射入射在其上的可见光的Li基氧化物特征。
制造显示设备的另一示例方法包括提供锂(Li)基氧化物的基板，以及形成包括基板的暴露区域的蚀刻掩模图案。该方法另外包括使用包含CHF3和H2的气体混合物对基板的暴露区域进行等离子体蚀刻以形成图案化的Li基氧化物结构。
附图说明
图1示出了用户通过AR设备看到的增强现实(AR)的视图。
图2示出了用于为用户模拟三维图像的常规显示系统。
图3A至图3C示出了曲率半径和焦半径之间的关系。
图4A示出了人类视觉系统的调节-聚散响应的表示。
图4B示出了用户的一双眼睛的不同调节状态和聚散状态的示例。
图4C示出了经由显示系统观看内容的用户的俯视图的表示的示例。
图4D示出了经由显示系统观看内容的用户的俯视图的表示的另一示例。
图5示出了通过修改波前发散来模拟三维图像的方法的一些方面。
图6示出了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。
图7示出了由波导输出的出射光束的示例。
图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。
图9A示出了一组堆叠波导的示例的横截面侧视图，每个堆叠波导包括耦入光学元件。
图9B示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。
图9C示出了图9A和图9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。
图9D示出了可穿戴显示系统的示例。
图10A示出了其上设置有衍射光栅的波导的截面图，示出了波导的视场(FOV)Δα。
图10B示意性地示出了其上设置有包括Li基氧化物的衍射光栅的波导的一部分的截面图。
图10C示意性地示出了其上设置有包括Li基氧化物的衍射光栅的波导的一部分的截面图。
图11示意性地示出了制造周期性重复的Li基氧化物结构的方法。
图12A至图12C是用于制造周期性重复的Li基氧化物结构的使用光刻工艺的形成蚀刻掩模图案的各个阶段的中间结构的截面图。
图13A至图13C是用于制造周期性重复的Li基氧化物结构的使用纳米压印工艺的形成蚀刻掩模图案的各个阶段的中间结构的截面图。
图14示意性地示出了被配置用于制造周期性重复的Li基氧化物结构的等离子体反应器。
图15是使用根据图12A至图12C或图13A至图13C中所示的方法形成的蚀刻掩模蚀刻Li基氧化物基板以形成Li基氧化物特征之后的中间结构的截面图。
图16A至图16D是在形成蚀刻掩模图案并使用包含CHF3的等离子体蚀刻Li基氧化物基板之后的中间结构的横截面扫描电子显微照片。
图17是在形成蚀刻掩模图案并使用包含H2和CHF3的等离子体蚀刻Li基氧化物基板之后的中间结构的横截面扫描电子显微照片。
图18是在形成蚀刻掩模图案并使用包含H2和CHF3的等离子体蚀刻Li基氧化物基板之后的中间结构的横截面扫描电子显微照片。
图19A是在形成蚀刻掩模图案并使用包含H2和CHF3的等离子体蚀刻Li基氧化物基板之后的中间结构的横截面扫描电子显微照片。
图19B是图19A所示的中间结构在干蚀刻后的平面图扫描电子显微照片。
图19C是图19B所示的中间结构在湿法清洁之后的平面图扫描电子显微照片。
在整个附图中，可以重复使用参考标号来指示所引用元素之间的对应关系。提供附图是为了说明本文描述的示例实施例并且不旨在限制本公开的范围。
具体实施方式
AR系统可以向用户或观看者显示虚拟内容，同时仍允许用户观看其周围世界。优选地，该内容显示在例如作为眼镜的一部分的头戴式显示器上，该头戴式显示器将图像信息投射到用户的眼睛。此外，显示器还可以将来自周围环境的光传输到用户的眼睛，以允许查看周围环境。如这里所使用的，应当理解，“头戴式”或“可头戴的”显示器是可以安装在观看者或用户的头部上的显示器。
在一些AR系统中，具有相对高视场(FOV)的虚拟/增强/混合显示器可以增强观看体验。显示器的FOV取决于目镜波导输出的光的角度，观看者通过该目镜看到投射到他或她眼睛中的图像。具有相对高折射率(例如，2.0或更大)的波导可以提供相对高的FOV。然而，为了有效地将光耦合到高折射率波导中，衍射光学耦合元件也应该具有相应的高折射率。为了实现该目标，除其他优点外，根据本文描述的实施例的AR系统的一些显示器包括波导，该波导包括相对高折射率(例如，大于或等于2.0)材料，其中该波导上形成有具有相应高的折射率的衍射光栅，例如由Li基氧化物形成的衍射光栅。例如，通过对由Li基氧化物形成的波导的表面部分进行图案化，可以在Li基氧化物波导上直接形成衍射光栅。
有利地，为了制造这样的衍射光栅，一种制造包含Li基氧化物的衍射光栅的方法包括使用蚀刻掩模图案来周期性地暴露包含Li基氧化物的下层基板，以及在等离子体蚀刻条件下，在包含CHF3的气体混合物中进行等离子体蚀刻，使得基板的暴露区域被蚀刻以形成表面形成有Li基氧化物特征的图案化Li基氧化物结构。根据各种实施例，图案化Li基氧化物特征可以包括被间隔分开并且在横向方向上周期性地重复的线，使得所得到的结构可被配置为衍射光栅，该衍射光栅可通过在相对宽的FOV上衍射入射在其上的光来耦入或耦出该光。
现在将参考附图，其中相同的参考标号始终指代相同的部件。除非另有说明，否则附图是示意性的并且不一定按比例绘制。
图2示出了用于为用户模拟三维图像的常规显示系统。应当理解，用户的眼睛是间隔开的，并且当观看空间中的真实对象时，每只眼睛具有稍微不同的对象图像，并且可以在每只眼睛的视网膜上的不同位置处形成对象的图像。这可被称为双眼视差，并且可以被人类视觉系统用于提供深度感知。常规显示系统通过呈现具有同一虚拟对象的略微不同视图的完全两个不同图像190、200来模拟双目视差，其中每只眼睛210、220对应一个图像，这些图像对应于被每只眼睛看成所需深度处的真实对象的虚拟对象的视图。这些图像提供双眼线索，用户的视觉系统可以解释该双眼线索以获得深度感知。
继续参考图2，图像190、200与眼睛210、220在z轴上间隔开距离230。z轴平行于眼睛注视观看者正前方的光学无限远处的对象的观看者的光轴。图像190、200是平坦的并且与眼睛210、220保持固定距离。基于分别呈现给眼睛210、220的图像中的虚拟对象的略微不同的视图，眼睛可以自然地旋转，使得对象的图像落在每只眼睛的视网膜上的相应点上，以保持单一双眼视觉。该旋转可以使得每只眼睛210、220的视线会聚到虚拟对象被感知存在的空间点上。因此，提供三维图像通常涉及提供双眼线索，这些线索可以操纵用户眼睛210、220的聚散度，并且被人类视觉系统解释以提供深度感知。
然而，产生逼真且舒适的深度感知是具有挑战性的。应当理解，来自与眼睛间隔不同距离的对象的光具有发散量不同的波前。图3A至图3C示出了距离和光线发散之间的关系。对象和眼睛210之间的距离按照距离减小的顺序R1、R2和R3表示。如图3A至图3C所示，随着到对象的距离减小，光线变得更加发散。相反，随着距离的增加，光线变得更加准直。换句话说，可以认为由点(对象或对象的一部分)产生的光场具有球面波前曲率，其是该点离用户眼睛多远的函数。曲率随着对象和眼睛210之间的距离的减小而增加。虽然为了清楚地说明在图3A至图3C和本文的其它图中仅示出了单个眼睛210，但是关于眼睛210的讨论可以应用于观看者的眼睛210和220。
继续参考图3A至图3C，来自观看者的眼睛注视的对象的光可具有不同程度的波前发散。由于波前发散量不同，光可通过眼睛的晶状体不同地聚焦，这反过来可能需要晶状体呈现不同的形状以在眼睛的视网膜上形成聚焦图像。在视网膜上没有形成聚焦图像的情况下，所产生的视网膜模糊充当调节线索，该调节引起眼睛晶状体形状的改变，直到在视网膜上形成聚焦图像。例如，调节线索可以触发眼睛晶状体周围的睫状肌松弛或收缩，这样，调节施加到保持晶状体的悬韧带的力，使眼睛晶状体的形状改变，直到消除或最小化注视对象的视网膜模糊，从而在眼睛的视网膜(例如，中央凹)形成注视的对象的聚焦图像。眼睛的晶状体改变形状的过程可被称为调节，并且可以在眼睛的视网膜(例如，中央凹)上形成注视的对象的聚焦图像所需的眼睛晶状体形状被称为调节状态。
现在参考图4A，其中示出了人类视觉系统的调节-聚散响应的表示。眼睛移动以注视对象导致眼睛接收来自对象的光，其中光在眼睛的每个视网膜上形成图像。在视网膜上形成的图像中存在视网膜模糊可以提供调节线索，并且视网膜上的图像的相对位置可以提供聚散线索。调节线索导致调节发生，从而导致眼睛的晶状体各自呈现特定的调节状态，该状态在眼睛的视网膜(例如，中央凹)形成对象的聚焦图像。另一方面，聚散线索导致聚散运动(眼睛旋转)发生，使得在每只眼睛的每个视网膜上形成的图像处于保持单个双眼视觉的相应视网膜点处。在这些位置，可以认为眼睛已经处于特定的聚散状态。继续参考图4A，调节可以被理解为眼睛实现特定调节状态的过程，并且聚散可以被理解为眼睛实现特定聚散状态的过程。如图4A所示，如果用户注视另一对象，则眼睛的调节和聚散状态可以改变。例如，如果用户注视z轴上的不同深度处的新对象，则调节状态可以改变。
不受理论的限制，可以认为对象的观看者可能由于聚散和调节的组合而将对象感知为“三维的”。如上所述，两只眼睛相对于彼此的聚散运动(例如，眼睛旋转，使得瞳孔朝向或远离彼此移动以使眼睛的视线通过会聚注视对象)与眼睛晶状体的调节紧密相关。在正常情况下，根据被称为“调节-聚散反射”的关系，改变眼睛晶状体形状以将焦点从一个对象改变到不同距离处的另一对象将自动导致到同一距离的聚散的变化。同样，在正常条件下，聚散的变化将触发晶状体形状的匹配变化。
现在参考图4B，其中示出了眼睛的不同调节和聚散状态的示例。一对眼睛222a注视光学无限远处的对象，而一对眼睛222b注视小于光学无限远处的对象221。值得注意的是，每对眼睛的聚散状态是不同的，一对眼睛222a望向正前方，而一对眼睛222聚集在对象221上。形成每对眼睛222a和222b的眼睛的调节状态是也可以不同，如晶状体210a、220a的不同形状所示。
不希望地，常规“3D”显示系统的许多用户发现这样的传统系统由于这些显示器中调节和聚散状态之间的失配而令人感到不舒服或者根本不能感知深度。如上所述，许多立体或“3D”显示系统通过向每只眼睛提供略微不同的图像来显示场景。这样的系统对于许多观看者来说是不舒服的，因为它们仅提供场景的不同呈现并且引起眼睛聚散状态的改变，但是这些眼睛的调节状态未发生相应的变化。相反，图像由相对于眼睛的固定距离处的显示器示出，使得眼睛在单个调节状态下查看所有图像信息。这种安排通过在调节状态未发生匹配变化的情况下引起聚散状态改变来应对“调节-聚散”。这种失配被认为会引起观看者的不适。在调节和聚散之间提供更好匹配的显示系统可以形成更逼真和舒适的三维图像模拟。
不受理论的限制，可以认为人眼通常可以解释有限数量的深度平面以提供深度感知。因此，可通过向眼睛提供与这些有限数量的深度平面中的每一个相对应的不同图像呈现来实现高度可信的感知深度模拟。在一些实施例中，不同的呈现可以同时提供聚散线索和匹配的调节线索，从而提供生理上正确的调节-聚散匹配。
继续参考图4B，其中示出了两个深度平面240，这两个深度平面对应于相对于眼睛210、220的不同空间距离。对于给定深度平面240，可通过为每只眼睛210、220显示具有适当不同的视角的图像来提供聚散线索。此外，对于给定深度平面240，形成提供给每只眼睛210、220的图像的光可具有与该深度平面240的距离处的点所产生的光场对应的波前发散。
在所示实施例中，包含点221的深度平面240沿z轴的距离是1米。如本文所使用的，可以利用位于用户眼睛出射光瞳处的零点来测量沿z轴的距离或深度。因此，位于1米深度处的深度平面240对应于这些眼睛的光轴上的距离用户眼睛出射光瞳1米的位置，其中眼睛看向光学无限远。作为近似，沿z轴的深度或距离可以从用户眼睛前方的显示器(例如，从波导的表面)测量，加上装置和用户眼睛出射光瞳之间的距离的值。该值可被称为出瞳距离并且对应于用户眼睛出射光瞳与用户在眼睛前方穿戴的显示器之间的距离。在实践中，出瞳距离的值可以是一般用于所有观看者的标准化值。例如，可以假设出瞳距离是20mm，并且深度为1米的深度平面可以在显示器前面980mm的距离处。
现在参考图4C和图4D，其中分别示出了匹配的调节-聚散距离和失配的调节-聚散距离的示例。如图4C所示，显示系统可以向每只眼睛210、220提供虚拟对象的图像。这些图像可以使眼睛210、220呈现聚散状态，在此状态下，眼睛会聚在深度平面240上的点15处。此外，图像可以由具有与该深度平面240处的真实对象相对应的波前曲率的光形成。结果，眼睛210、220呈现调节状态，在此状态下，图像聚焦在这些眼睛的视网膜上。因此，用户可以感知虚拟对象感知位于深度平面240上的点15处。
应当理解，眼睛210、220的调节和聚散状态中的每一个与z轴上的特定距离相关联。例如，距眼睛210、220特定距离处的对象使得这些眼睛基于对象的距离呈现特定调节状态。与特定调节状态相关联的距离可被称为调节距离Ad。类似地，存在与特定聚散状态相关联的特定聚散距离Vd或相对于彼此的位置。在调节距离和聚散距离匹配的情况下，可以认为调节和聚散之间的关系在生理学上是正确的。这被认为是对于观看者最舒适的场景。
然而，在立体显示器中，调节距离和聚散距离可能不总是匹配。例如，如图4D所示，显示给眼睛210、220的图像可通过对应于深度平面240的波前发散显示，并且眼睛210、220可以呈现特定调节状态，在此状态下，该深度平面上的点15a、15b聚焦。然而，显示给眼睛210、220的图像可以提供聚散线索，此线索导致眼睛210、220会聚在不位于深度平面240上的点15处。因此，在一些实施例中，调节距离对应于从眼睛210、220的出射光瞳到深度平面240的距离，而聚散距离对应于从眼睛210、220的出射光瞳到点15的较大距离。调节距离不同于聚散距离。因此，存在调节-聚散失配。这种失配被认为是不合需要的并且可能引起用户的不适。应当理解，失配对应于距离(例如，Vd-Ad)并且可以使用屈光度来表征。
在一些实施例中，应当理解，可以使用眼睛210、220的出射光瞳之外的参考点确定距离，从而确定调节-聚散失配，只要相同的参考点用于调节距离和聚散距离即可。例如，可以测量从角膜到深度平面，从视网膜到深度平面，从目镜(例如，显示设备的波导)到深度平面的距离等等。
不受理论的限制，可以认为用户仍然可以感知到在生理上正确的高达约0.25屈光度，高达约0.33屈光度和高达约0.5屈光度的调节-聚散失配，其中失配本身不导致明显不适。在一些实施例中，本文公开的显示系统(例如，图6中的显示系统250)向观看者呈现具有约0.5屈光度或更小的调节-聚散失配的图像。在一些其他实施例中，由显示系统提供的图像的调节-聚散失配约为0.33屈光度或更小。在另外的实施例中，由显示系统提供的图像的调节-聚散失配约为0.25屈光度或更小(包括约0.1屈光度或更小)。
图5示出了用于通过修改波前发散来模拟三维图像的方法的一些方面。显示系统包括波导270，波导270被配置为接收用图像信息编码的光770，并将该光输出到用户的眼睛210。波导270可以输出具有限定量的波前发散的光650，该波前发散与所需深度平面240上的点产生的光场的波前发散对应。在一些实施例中，为在该深度平面上呈现的所有对象提供相同量的波前发散。另外，将说明可以向用户的另一只眼睛提供来自类似波导的图像信息。
在一些实施例中，单个波导可被配置为输出具有对应于单个或有限数量的深度平面的设定量波前发散的光，和/或波导可被配置为输出有限波长范围的光。因此，在一些实施例中，可以利用多个波导或波导堆叠来为不同深度平面提供不同量的波前发散和/或输出不同波长范围的光。如本文所使用的，应当理解，深度平面可以是平坦的，也可以遵循曲面的轮廓。
图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。显示系统250包括一叠波导或堆叠波导组件260，其可用于使用多个波导270、280、290、300、310向眼睛/大脑提供三维感知。应当理解，在一些实施例中，显示系统250可以被视为光场显示器。此外，波导组件260也可被称为目镜。
在一些实施例中，显示系统250可被配置为提供基本连续的聚散线索和多个离散的调节线索。聚散线索可通过向用户的每只眼睛显示不同的图像来提供，调节线索可通过输出形成图像的光来提供，该光具有可选的离散波前发散量。换言之，显示系统250可被配置为输出具有可变的波前发散水平的光。在一些实施例中，每个离散的波前发散水平对应于特定深度平面，并且可以由波导270、280、290、300、310中的特定一个提供。
继续参考图6，波导组件260还可包括位于波导之间的多个特征320、330、340、350。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以是一个或多个透镜。波导270、280、290、300、310和/或多个透镜320、330、340、350可被配置为以各种水平的波前曲率或光线发散度向眼睛发送图像信息。每个波导水平可以与特定深度平面相关联，并且可被配置为输出对应于该深度平面的图像信息。图像注入装置360、370、380、390、400可以用作波导的光源，并且可用于将图像信息注入波导270、280、290、300、310，如本文所述，每个波导可被配置将入射光分布在每个相应的波导上以便朝着眼睛210输出。光从图像注入装置360、370、380、390、400的输出表面410、420、430、440、450射出，并且注入波导270、280、290、300、310的相应输入表面460、470、480、490、500。在一些实施例中，输入表面460、470、480、490、500中的每一个可以是相应波导的边，或者可以是相应波导的主表面的一部分(即，直接面朝世界510或观看者眼睛210的波导表面中的一个)。在一些实施例中，可以将单个光束(例如准直光束)注入每个波导以输出整个克隆的准直光束场，这些准直光束以对应于与特定波导相关联的深度平面的特定角度(和发散量)指向眼睛210。在一些实施例中，图像注入装置360、370、380、390、400的一个可以与多个(三个)波导270、280、290、300、310相关联以及将光注入这些波导。
在一些实施例中，图像注入装置360、370、380、390、400是分立的显示器，每个显示器产生用于分别注入相应波导270、280、290、300、310的图像信息。在一些其他实施例中，图像注入装置360、370、380、390、400是单个多路复用显示器的输出端，这些显示器例如可以经由一个或多个光学导管(例如光纤电缆)将图像信息管道传输到图像注入装置360、370、380、390、400中的每一个。应当理解，由图像注入装置360、370、380、390、400提供的图像信息可包括不同波长或颜色(例如，本文所讨论的不同的分量颜色)的光。
在一些实施例中，注入波导270、280、290、300、310的光由光投影仪系统520提供，光投影仪系统520包括光模块530，其可包括诸如发光二极管(LED)之类的光发射器。来自光模块530的光可以经由光束分离器550被光调制器540(例如，空间光调制器)引导和修改。光调制器540可被配置为改变注入波导270、280、290、300、310的光的感知强度以利用图像信息编码光。空间光调制器的示例包括液晶显示器(LCD)，其包括硅基液晶(LCOS)显示器。应当理解，图像注入装置360、370、380、390、400被示意性地示出，并且在一些实施例中，这些图像注入装置可以表示公共投射系统中的不同光路和位置，该公共投射系统被配置为将光输出到波导270、280、290、300、310中关联的一个。在一些实施例中，波导组件260的波导可以用作理想透镜，同时将注入波导的光中继出用户的眼睛。在该概念中，对象可以是空间光调制器540，并且图像可以是深度平面上的图像。
在一些实施例中，显示系统250可以是扫描光纤显示器，其包括一个或多个扫描光纤，这些扫描光纤被配置为以各种图案(例如，光栅扫描、螺旋扫描、利萨如图案等)将光投射到一个或多个波导270、280、290、300、310中并最终投射到观看者的眼睛210。在一些实施例中，所示图像注入装置360、370、380、390、400可示意性地表示单个扫描光纤或一束扫描光纤，这些光纤被配置为将光注入一个或多个波导270、280、290、300、310。在一些其他实施例中，所示的图像注入装置360、370、380、390、400可以示意性地表示多个扫描光纤或扫描光纤束，这些扫描光纤或光纤束中的每一个被配置为将光注入波导270、280、290、300、310中关联的一个。应当理解，一个或多个光纤可被配置为将光从光模块530传输到一个或多个波导270、280、290、300、310。应当理解，可以在一个或多个扫描光纤与一个或多个波导270、280、290、300、310之间提供一个或多个中间光学结构，以例如将从扫描光纤射出的光重定向到一个或多个波导270、280、290、300、310。
控制器560控制堆叠波导组件260中的一个或多个的操作，其中包括图像注入装置360、370、380、390、400、光源530和光调制器540的操作。在一些实施例中，控制器560是本地数据处理模块140的一部分。控制器560包括编程(例如，非暂时性介质中的指令)，其根据例如本文公开的任何多种的方案调节图像信息到波导270、280、290、300、310的定时和提供。在一些实施例中，控制器可以是单个集成设备，或者是通过有线或无线通信信道连接的分布式系统。在一些实施例中，控制器560可以是处理模块140或150(图9D)的一部分。
继续参考图6，波导270、280、290、300、310可被配置为通过全内反射(TIR)在每个相应的波导内传播光。波导270、280、290、300、310可以分别是平面的或具有另一形状(例如，弯曲的)，其具有主要的顶部和底部表面以及在这些主要的顶部与底部表面之间延伸的边。在所示的配置中，波导270、280、290、300、310可分别包括耦出光学元件570、580、590、600、610，这些元件被配置为通过将在每个相应的波导内传播的光重定向出波导来从波导中提取光，从而向眼睛210输出图像信息。所提取的光也可被称为耦出光，并且耦出光学元件也可被称为光提取光学元件。在波导内传播的光照射光提取光学元件的位置处，可以由波导输出所提取的光束。耦出光学元件570、580、590、600、610例如可以是光栅，其中包括本文进一步所讨论的衍射光学特征。尽管为了便于描述和描绘清楚而示出了设置在波导270、280、290、300、310的底部主表面上，但是在一些实施例中，如本文进一步所讨论的，耦出光学元件570、580、590、600、610可以设置在顶部和/或底部主表面上，和/或可以直接设置在波导270、280、290、300、310的体中。在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610可以在连接到透明基板的材料层中形成，从而形成波导270、280、290、300、310。在一些其他实施例中，波导270、280、290、300、310可以是整块材料，并且耦出光学元件570、580、590、600、610可以形成在该块材料的表面上和/或内部。
继续参考图6，如本文所讨论的，每个波导270、280、290、300、310被配置为输出光以形成对应于特定深度平面的图像。例如，最靠近眼睛的波导270可被配置为将注入这种波导270的准直光传送到眼睛210。准直光可以代表光学无限远焦平面。下一波导280可被配置为发出在到达眼睛210之前通过第一透镜350(例如，负透镜)的准直光；这样的第一透镜350可被配置为产生微凸的波前曲率，使得眼睛/大脑将来自下一波导280的光解释为来自从光学无限远向内更接近眼睛210的第一焦平面。类似地，下一第三波导290使其输出光在到达眼睛210之前通过第一透镜350和第二透镜340。第一透镜350和第二透镜340的组合光焦度可被配置为产生另一波前曲率增量，使得眼睛/大脑将来自第三波导290的光解释为来自第二焦平面的光，该来自第二焦平面的光从光学无限远向内比来自下一波导280的光更接近人。
其它波导层300、310和透镜330、320被类似地配置，其中堆叠中的最高波导310通过其与眼睛之间的所有透镜发送其输出，以获得代表与人最接近的焦平面的总焦度。为了在观察/解释来自堆叠波导组件260的另一侧上的世界510的光时补偿透镜堆叠320、330、340、350，可以在堆叠的顶部设置补偿透镜层620以补偿下面的透镜堆叠320、330、340、350的总焦度。这种配置提供与可用的波导/透镜配对一样多的感知焦平面。波导的耦出光学元件和透镜的聚焦方面都可以是静态的(即，不是动态的或电活性的)。在一些备选实施例中，通过使用电活性特征，它们中的一个或全部两个可以是动态的。
在一些实施例中，波导270、280、290、300、310中的两者或更多者可具有相同的关联深度平面。例如，多个波导270、280、290、300、310可被配置为将图像集输出到相同的深度平面，或者波导270、280、290、300、310的多个子集可被配置为将图像集输出到相同的多个深度平面，每个深度平面一个图像集。这可以提供形成平铺图像以在那些深度平面上提供扩展视场的优势。
继续参考图6，耦出光学元件570、580、590、600、610可被配置为将光重定向出它们各自的波导并且针对与波导相关联的特定深度平面以适当的发散量或准直度输出该光。因此，具有不同相关深度平面的波导可具有不同的耦出光学元件570、580、590、600、610的配置，这些元件根据相关联的深度平面以不同的发散量输出光。在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610可以是体特征或表面特征，其可被配置为以特定角度输出光。例如，耦出光学元件570、580、590、600、610可以是体全息图、表面全息图和/或衍射光栅。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以不是透镜；相反，它们可以仅仅是间隔物(例如，包层和/或用于形成气隙的结构)。
在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610是形成衍射图案的衍射特征，或“衍射光学元件”(在本文中也被称为“DOE”)。优选地，DOE具有足够低的衍射效率，使得只有一部分光束随着DOE的每个交叉朝着眼睛210偏转，而其余部分经由TIR继续通过波导。因此，携带图像信息的光被分成多个相关的出射光束，这些出射光束在多个位置处离开波导，结果是针对在波导内四处弹跳的特定准直光束，形成朝着眼睛210的相当均匀的出射图案。
在一些实施例中，一个或多个DOE可以在主动衍射的“接通”状态与不明显衍射的“关断”状态之间切换。例如，可切换的DOE可包括聚合物分散液晶层，其中微滴在主体介质中包括衍射图案，并且微滴的折射率可以切换为基本匹配主体材料的折射率(在这种情况下，图案不会明显地衍射入射光)或者微滴可以切换到与主体介质的折射率不匹配的折射率(在这种情况下，图案主动地衍射入射光)。
在一些实施例中，可提供相机组件630(例如，数码相机，包括可见光和红外光相机)以捕获眼睛210和/或眼睛210周围的组织的图像，从而例如检测用户输入和/或监测用户的生理状态。如本文所使用的，相机可以是任何图像捕获设备。在一些实施例中，相机组件630可包括图像捕获设备和光源，以将光(例如，红外光)投射到眼睛，然后光可以由眼睛反射并由图像捕获设备检测到。在一些实施例中，相机组件630可以附接到框架80(图9D)并且可以与处理模块140和/或150电连通，处理模块140和/或150可以处理来自相机组件630的图像信息。在一些实施例中，可以针对每只眼睛使用一个相机组件630以分别监测每只眼睛。
现在参考图7，其中示出了由波导输出的出射光束的示例。示出了一个波导，但是应当理解，波导组件260(图6)中的其它波导可以发挥类似的作用，其中波导组件260包括多个波导。光640在波导270的输入表面460处注入波导270，并通过TIR在波导270内传播。在光640照射在DOE570上的点处，一部分光作为出射光束650离开波导。出射光束650被示为基本平行，但是如本文所讨论的，它们也可以被重定向为以一定角度(例如，形成发散的出射光束)传播到眼睛210，该角度取决于与波导270相关联的深度平面。可以理解，基本平行的出射光束可以指示具有耦出光学元件的波导，该光学元件将光耦出以形成看起来设置在距离眼睛210较远距离(例如，光学无限远)的深度平面上的图像。其它波导或其它组耦出光学元件可以输出更加发散的出射光束图案，这将需要眼睛210调节到更近的距离以聚焦在视网膜上，并且这些光束图案可以被大脑解释为来自比光学无限远更接近眼睛210的距离的光。
在一些实施例中，可通过在每种分量颜色(例如，三种或更多种分量颜色)中叠加图像来在每个深度平面处形成全彩图像。图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。所示的实施例示出了深度平面240a至240f，但也可以设想更多或更少的深度。每个深度平面可具有与其相关联的三种或更多种分量颜色图像，其中包括：第一颜色G的第一图像；第二颜色R的第二图像；以及第三颜色B的第三图像。不同的深度平面在图中通过字母G、R和B之后的不同屈光度(dpt)指示。例如，每个字母后面的数字指示屈光度(1/m)，或深度平面与观看者的反距离，并且图中的每个框表示单独的分量颜色图像。在一些实施例中，为了解决眼睛对不同波长的光的聚焦的差异，不同分量颜色的深度平面的精确放置可以变化。例如，给定深度平面的不同分量颜色图像可以放置在与相对于用户的不同距离对应的深度平面上。这样的布置可以增加视敏度和用户舒适度和/或可以减少色差。
在一些实施例中，每种分量颜色的光可以由单个专用波导输出，因此，每个深度平面可具有与其相关联的多个波导。在这样的实施例中，图中包括字母G、R或B的每个框可以被理解为表示单独的波导，并且可以为每个深度平面提供三个波导，其中为每个深度平面提供三种分量颜色图像。虽然为了便于描述，在该图中示出了与每个深度平面相关联的波导彼此相邻，但是应当理解，在物理设备中，波导可以全部布置成每层具有一个波导的堆叠。在一些其他实施例中，多种分量颜色可以由相同的波导输出，使得例如可以为每个深度平面仅提供单个波导。
继续参考图8，在一些实施例中，G是绿色，R是红色，B是蓝色。在一些其他实施例中，除了红色、绿色或蓝色之外，可以使用与其它波长的光相关联的其它颜色(包括品红色和青色)，或者可以替换红色、绿色或蓝色中的一种或多种。
应当理解，本公开通篇对给定颜色的光的引用将被理解为包括被观看者感知为具有该给定颜色的光波长范围内的一个或多个波长的光。例如，红色光可包括在约620至780nm范围内的一个或多个波长的光，绿色光可包括在约492至577nm范围内的一个或多个波长的光，蓝色光可包括一个或多个波长在约435至493nm的范围内。
在一些实施例中，光源530(图6)可被配置为发射观看者视觉感知范围之外的一个或多个波长(例如，红外和/或紫外波长)的光。此外，显示器250的波导的耦入、耦出和其它光重定向结构可被配置为将该光从显示器引导出并朝着用户的眼睛210发射，例如用于成像和/或用户刺激应用。
现在参考图9A，在一些实施例中，可能需要将入射在波导上的光重定向以将该光耦入波导。可以使用耦入光学元件将光重定向并且将光耦入其相应的波导。图9A示出了多个或一组660堆叠波导的示例的横截面侧视图，其中每个堆叠波导包括耦入光学元件。每个波导可被配置为输出一个或多个不同波长的光，或一个或多个不同波长范围的光。应当理解，堆叠660可对应于堆叠260(图6)，并且所示的堆叠660的波导可对应于多个波导270、280、290、300、310的一部分，只是来自图像注入装置360、370、380、390、400中的一个或多个的光从需要重定向光以耦入的位置注入波导。
所示的堆叠波导组660包括波导670、680和690。每个波导包括关联的耦入光学元件(其也可以称为波导上的光输入区域)，例如，设置在波导670的主表面(例如，顶部主表面)上的耦入光学元件700、设置在波导680的主表面(例如，顶部主表面)上的耦入光学元件710，以及设置在波导690的主表面(例如，顶部主表面)上的耦入光学元件720。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720中的一个或多个可以设置在相应波导670、680、690的底部主表面上(特别是在一个或多个耦入光学元件是反射的偏转光学元件的情况下)。如图所示，耦入光学元件700、710、720可以设置在其相应波导670、680、690(或下一层波导的顶部)的顶部主表面上，特别是在这些耦入光学元件是透射的偏转光学元件的情况下。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以设置在相应波导670、680、690的主体中。在一些实施例中，如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720具有波长选择性，使其选择性地重定向一个或多个波长的光，同时透射其它波长的光。虽然示出为在其相应波导670、680、690的一侧或角上，但是应当理解，在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以设置在其相应波导670、680、690的其它区域中。
如图所示，耦入光学元件700、710、720可以彼此横向偏移。在一些实施例中，每个耦入光学元件可以发生偏移，使得其接收不通过另一耦入光学元件的光。例如，每个耦入光学元件700、710、720可被配置为从不同的图像注入装置360、370、380、390和400接收光，如图6所示，并且可以与其它耦入光学元件700、710、720分开(例如，横向地隔开)，使其基本不接收来自耦入光学元件700、710、720中的其它光学元件的光。
每个波导还包括相关联的光分布元件，例如，设置在波导670的主表面(例如，顶部主表面)上的光分布元件730、设置在波导680的主表面(例如，顶部主表面)上的光分布元件740、以及设置在波导690的主表面(例如，顶部主表面)上的光分布元件750。在一些其他实施例中，光分布元件730、740、750可以分别设置在关联波导670、680、690的底部主表面上。在一些其他实施例中，光分布元件730、740、750可以分别设置在关联波导670、680、690的顶部主表面和底部主表面上；或者，光分布元件730、740、750可以分别设置在不同的关联波导670、680、690中的不同的顶部主表面和底部主表面上。
波导670、680、690可以由例如气体、液体和/或固体材料层间隔开以及分开。例如，如图所示，层760a可以隔开波导670和680；层760b可以隔开波导680和690。在一些实施例中，层760a和760b由低折射率材料(即，该材料的折射率低于形成波导670、680、690中的紧邻波导的材料)形成。优选地，形成层760a、760b的材料的折射率是0.05或大于形成波导670、680、690的材料的折射率，或者是0.10或小于形成波导670、680、690的材料的折射率。有利地，低折射率层760a、760b可以作为包层，其促进光通过波导670、680、690的全内反射(TIR)(例如，每个波导的顶部主表面与底部主表面之间的TIR)。在一些实施例中，层760a、760b由空气形成。尽管未示出，但应理解，所示的波导组660的顶部和底部可包括紧邻的包层。
优选地，为了便于制备和出于其它考虑，形成波导670、680、690的材料相似或相同，并且形成层760a、760b的材料相似或相同。在一些实施例中，形成波导670、680、690的材料在一个或多个波导之间可以是不同的，和/或形成层760a、760b的材料可以是不同的，同时仍然保持上述各种折射率关系。
继续参考图9A，光线770、780、790入射到波导组660上。应当理解，光线770、780、790可通过一个或多个图像注入装置360、370、380、390、400(图6)注入波导670、680、690。
在一些实施例中，光线770、780、790具有不同的特性，例如，不同的波长或不同的波长范围，这些波长或波长范围可对应于不同的颜色。耦入光学元件700、710、720分别偏转入射光，使得光通过TIR在波导670、680、690中的相应一个内传播。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720分别选择性地偏转一个或多个特定波长的光，同时将其它波长透射到下面的波导和关联的耦入光学元件。
例如，耦入光学元件700可被配置为偏转具有第一波长或波长范围的光线770，同时分别透射具有不同的第二和第三波长或波长范围的光线780和790。透射光线780照射在耦入光学元件710上并被其偏转，该耦入光学元件710被配置为偏转第二波长或波长范围的光。光线790被耦入光学元件720偏转，该耦入光学元件720被配置为选择性地偏转第三波长或波长范围的光。
继续参考图9A，偏转的光线770、780、790被偏转，使其在相应的波导670、680、690内传播；也就是说，每个波导的耦入光学元件700、710、720将光偏转到相应的波导670、680、690中，以将光耦入相应的波导。光线770、780、790以一定角度偏转，这些角度使光通过TIR在相应的波导670、680、690内传播。光线770、780、790通过TIR在相应的波导670、680、690内传播，直到照射到波导的相应光分布元件730、740、750。
现在参考图9B，其中示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。如上所述，耦入光线770、780、790分别被耦入光学元件700、710、720偏转，然后分别通过TIR在波导670、680、690内传播。然后，光线770、780、790分别照射在光分布元件730、740、750上。光分布元件730、740、750使光线770、780、790偏转，使其分别朝着耦出光学元件800、810、820传播。
在一些实施例中，光分布元件730、740、750是正交光瞳扩展器(OPE)。在一些实施例中，OPE将光偏转或分布到耦出光学元件800、810、820，并且在一些实施例中，还可以在光传播到外出光学元件时增加该光的光束或光点尺寸。在一些实施例中，可以省略光分布元件730、740、750，并且可以将耦入光学元件700、710、720配置为将光直接偏转到耦出光学元件800、810、820。例如。参考图9A，光分布元件730、740、750可分别用耦出光学元件800、810、820代替。在一些实施例中，耦出光学元件800、810、820是出射光瞳(EP)或出射光瞳扩展器(EPE)，其引导观看者眼睛210(图7)中的光。应当理解，OPE可被配置为在至少一个轴上增加眼动范围(eye box)的尺寸，并且EPE可以在与OPE的轴相交(例如正交)的轴上增加眼动范围的尺寸。例如，每个OPE可被配置为将照射OPE的光的一部分重定向到相同波导的EPE，同时允许光的剩余部分继续沿波导传播。当再次照射OPE时，剩余光的另一部分被重定向到EPE，并且该部分的剩余部分继续沿波导进一步传播，以此类推。类似地，在照射EPE时，照射光的一部分朝着用户被引导出波导，并且该光的剩余部分继续在波导内传播，直到它再次照射EP，此时照射光的另一部分被引导出波导，以此类推。因此，每当光的一部分被OPE或EPE重定向时，可以“复制”单束耦合光，从而形成克隆光束的场，如图6所示。在一些实施例中，OPE和/或EPE可被配置为修改光束的大小。
因此，参考图9A和图9B，在一些实施例中，波导组660包括用于每种分量颜色的波导670、680、690；耦入光学元件700、710、720；光分布元件(例如，OPE)730、740、750；以及耦出光学元件(例如，EP)800、810、820。波导670、680、690可以进行堆叠，并且中间包括气隙/包层。耦入光学元件700、710、720将入射光(通过接收不同波长的光的不同耦入光学元件)重定向或偏转到其波导中。然后光以将导致相应波导670、680、690内的TIR的角度传播。在所示的示例中，光线770(例如，蓝色光)以先前描述的方式被第一耦入光学元件700偏转，然后继续沿波导反弹，与光分布元件(例如，OPE)730和外出光学元件(例如，EP)800相互作用。光线780和790(例如，分别为绿色光和红色光)将穿过波导670，光线780照射在耦入光学元件710上并被耦入光学元件710偏转。光线780然后经由TIR沿波导680反弹，继续到其光分布元件(例如，OPE)740，然后到达耦出光学元件(例如，EP)810。最后，光线790(例如，红色光)穿过波导690照射在波导690的耦入光学元件720上。耦入光学元件720偏转光线790，使得光线通过TIR传播到光分布元件(例如，OPE)750，然后通过TIR传播到耦出光学元件(例如，EP)820。然后，耦出光学元件820最终将光线790耦出到观看者，观看者还接收来自其它波导670、680的耦出光。
图9C示出了图9A和图9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。如图所示，波导670、680、690以及每个波导的关联光分布元件730、740、750和关联耦出光学元件800、810、820可以垂直对准。然而，如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720不是垂直对准的；相反，耦入光学元件优选地是不重叠的(例如，如俯视图中所示，横向地间隔开)。如本文进一步所讨论的，该不重叠空间布置有助于将来自不同资源的光一对一地注入不同的波导，从而允许特定光源唯一地耦合到特定波导。在一些实施例中，包括不重叠空间分离的耦入光学元件的布置可被称为移位光瞳系统，并且这些布置内的耦入光学元件可对应于子光瞳。
图9D示出了其中可以集成本文公开的各种波导和相关系统的可穿戴显示系统60的示例。在一些实施例中，显示系统60是图6的系统250，其中图6示意性地更详细示出系统60的某些部件。例如，图6的波导组件260可以是显示器70的一部分。
继续参考图9D，显示系统60包括显示器70，以及支持该显示器70的功能的各种机械和电子模块和系统。显示器70可以连接到框架80，该框架可由显示系统用户或观看者90穿戴，并且被配置为将显示器70定位在用户90的眼前。在一些实施例中，显示器70可以被视为眼镜。在一些实施例中，扬声器100连接到框架80并且被配置为定位在用户90的耳道附近(在一些实施例中，另一扬声器(未示出)可选择性地定位在用户的另一耳道附近以提供立体声/可成形的声音控制)。显示系统60还可包括一个或多个麦克风110或其它检测声音的设备。在一些实施例中，麦克风被配置为允许用户向系统60提供输入或命令(例如，语音菜单命令的选择、自然语言问题等)和/或可以允许与其他人(例如，与类似显示系统的其他用户)进行音频通信。麦克风还可被配置为外围传感器以收集音频数据(例如，来自用户和/或环境的声音)。在一些实施例中，显示系统还可包括外围传感器120a，其可以与框架80分离并且附接到用户90的身体(例如，用户90的头部、躯干、四肢等上)。在一些实施例中，外围传感器120a可被配置为获取表征用户90的生理状态的数据。例如，传感器120a可以是电极。
继续参考图9D，显示器70通过通信链路130(例如通过有线引线或无线连接)可操作地连接到本地数据处理模块140，本地数据处理模块140可以以各种配置安装，例如固定地附接到框架80，固定地附接到用户戴的头盔或帽子，嵌入耳机中，或以其它方式可移除地附接到用户90(例如，采取背包式配置，采取束带连接式配置)。类似地，传感器120a可通过通信链路120b(例如通过有线引线或无线连接)可操作地连接到本地处理和数据模块140。本地处理和数据模块140可包括硬件处理器，以及数字存储器，诸如非易失性存储器(例如，闪存或硬盘驱动器)，这两者都可用于辅助处理、缓存和数据存储。可选地，本地处理和数据模块140可包括一个或多个中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用处理硬件等等。这些数据可包括a)通过传感器(其例如可以可操作地连接到框架80或以其它方式附接到用户90)捕获的数据，这些传感器诸如图像捕获设备(如相机)、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备、陀螺仪和/或此处公开的其它传感器；和/或b)使用远程处理模块150和/或远程数据存储库160获取和/或处理的数据(包括有关虚拟内容的数据)，这些数据可以在被执行完上述处理或检索之后传送到显示器70。本地处理和数据模块140可通过通信链路170、180(诸如经由有线或无线通信链路)可操作地连接到远程处理模块150和远程数据存储库160，使得这些远程模块150、160可操作地彼此相连，并且作为资源可用于本地处理和数据模块140。在一些实施例中，本地处理和数据模块140可包括图像捕获设备、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备和/或陀螺仪中的一个或多个。在一些其他实施例中，这些传感器中的一个或多个可以附接到框架80，或者可以是通过有线或无线通信路径与本地处理和数据模块140通信的独立结构。
继续参考图9D，在一些实施例中，远程处理模块150可包括被配置为分析和处理数据和/或图像信息的一个或多个处理器，例如，包括一个或多个中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用处理硬件等等。在一些实施例中，远程数据存储库160可包括数字数据存储设施，该设施可通过因特网或“云”资源配置中的其它网络配置获得。在一些实施例中，远程数据存储库160可包括一个或多个远程服务器，这些服务器向本地处理和数据模块140和/或远程处理模块150提供信息，例如用于生成增强现实内容的信息。在一些实施例中，所有数据都被存储，所有计算都在本地处理和数据模块中执行，允许从远程模块完全自主地使用。可选地，包括CPU、GPU等的外部系统(例如，一个或多个处理器、一个或多个计算机的系统)可以执行至少一部分处理器(例如，生成图像信息，处理数据)，并且例如经由无线或有线连接向模块140、150、160提供信息，以及从这些模块接收信息。
适用于宽视场的显示器的高折射率波导和光学元件
向基于波导的显示系统(例如，被配置用于上述虚拟/增强/混合显示应用的各种半透明或透明显示系统)的用户提供身临其境的体验尤其取决于耦入这里描述的显示系统的波导的光的各种特性。例如，具有相对高的视场(FOV)的虚拟/增强/混合显示器可以增强观看体验。显示器的FOV取决于由目镜波导输出的光的角度，观看者通过该目镜观看投射到他或她眼睛中的图像。从波导输出的光的角度又可以至少部分地取决于波导支持的角度范围。如上所述，通过改变光行进的方向使得光可通过全内反射在波导内传播，可以采用诸如耦入衍射光栅之类的耦入光学元件来将光耦入波导。通常，有限角度范围内的光可通过诸如光栅之类的耦入光学元件耦入波导。有限角度范围可以由临界角定义，临界角尤其取决于基板材料的折射率。通常，较高的折射率可能会产生较大FOV。波导接受光的较小角度也可能限制波导输出到穿戴者眼睛中的角度范围，并因此潜在地减小穿戴者的FOV。具有相对高的折射率(例如2.0或更大)的波导可以提供相对高的FOV。
衍射光栅可以确定光耦入到波导中的效率。然而，低折射率衍射光栅在掠射角处可能具有低效率，使得有效FOV减小。因此，为了有效地将光耦入高折射率波导，衍射光学耦合元件也应该具有相应的高折射率。在下文中，描述了能够实现相对宽的视场(FOV)的具有相对高(例如>2.0)的折射率的衍射光栅(例如基于锂基氧化物的衍射光栅)及其制造方法。
如上文例如参考图6和图7所述，根据本文所述的各种实施例的显示系统可包括光学元件，例如耦入光学元件、耦出光学元件和光分布元件，这些光学元件可以包括衍射光栅。例如，如上文参考图7所述，在波导270的输入表面460处注入波导270的光640通过全内反射(TIR)在波导270内传播。在光640入射到耦出光学元件570上的点处，一部分光作为子束650离开波导。在一些实现中，光学元件570、580、590、600、610中的任一个可被配置为衍射光栅。
为了实现将光耦入波导270、280、290、300、310(或从中耦出光)的期望特性，被配置为衍射光栅的光学元件570、580、590、600、610可以由合适的材料形成，例如与基板集成的光致抗蚀剂或光栅图案，并且具有用于控制各种光学特性(包括衍射特性)的合适结构。期望的衍射特性包括光谱选择性、角度选择性、偏振选择性、高光谱带宽和高或梯度衍射效率以及宽视场(FOV)等特性。
为了实现这些和其他优点中的一个或多个(包括相对高的FOV)，本文描述的各种示例包括包含相对高折射率(例如大于或等于2.0)材料的波导，该材料例如有Li基氧化物，在其上形成有具有相应高的折射率的各种衍射光栅，例如Li基氧化物。例如，通过对由Li基氧化物形成的波导的表面部分进行图案化，可以在Li基氧化物波导上直接形成衍射光栅。
衍射光栅被配置为将入射在其上的可见光和/或红外光衍射到相应的波导中，使得衍射到波导中的光例如通过全内反射(TIR)在每个波导内传播。衍射光栅被配置为当光在相应的角度范围内入射到其上时将光衍射到相应的波导中。
图10A示出了根据一些实施例的显示设备1000的一部分的截面图，显示设备1000包括高折射率波导1004和形成在波导1004上的包括Li基氧化物的高折射率衍射光栅1008。衍射光栅1008被配置为衍射光，使得光通过TIR在波导1004内被引导。例如，波导1004可以对应于上文关于图9A至图9C描述的波导670、680、690之一。衍射光栅1008可以对应于例如耦入光学元件(700、710、720，图9A至图9C)。例如，显示设备1000另外包括光学元件，例如光分布元件730、740、750(参见图9A至图9C)，或者例如耦出光学元件之一(800、810、820，参见图9A至图9C)。
在操作中，当入射光束1016，例如可见光，以相对于与在y-x平面中延伸的表面1008S垂直或正交的平面法线1002测量的入射角α入射到包括Li基氧化物的衍射光栅1008上时，包括Li基氧化物的衍射光栅1008以相对于平面法线1002测量的衍射角θ至少部分地衍射入射光束1016作为衍射光束1024，同时至少部分地透射入射光作为透射光束1020。如本文所述，所述实施例中相对于平面法线1002以沿着顺时针方向的一定角度入射的光束(即，在平面法线1002的右侧)被称为具有负α(α＜0)，而相对于平面法线1002以沿着逆时针方向的一定角度入射的光束(即，在平面法线1002的左侧)被称为具有正α(α＞0)。当衍射光束1024以超过在波导1004中发生全内反射的临界角θTIR的衍射角θ衍射时，衍射光束1024经由全内反射(TIR)沿x轴在波导1004中传播，直到衍射光束1024到达例如光分布元件730、740、750之一，或例如耦出光学元件之一(800、810、820，图9A至图9C)。
如说明书中其他地方进一步描述的，可以选择高折射率材料和衍射光栅1008的结构的合适组合，从而获得在本文中称为接受角范围或视场(FOV)的入射角α的特定范围的(△α)。根据各种实施例，包括Li基氧化物的衍射光栅1008和波导1004被布置为使得△α超过40度(例如，+/-20度)、60度(例如，+/-30度)、80度(例如，+/-40度)或100度(例如，+/-50度)，或者在由这些值中的任一个定义的角度范围内，包括关于平面法线1002(例如，在0度处)的对称和不对称范围。如本文所述。期望的范围△α可通过跨越负α值和/或正α值的角度范围来描述，在此范围之外，衍射效率相对于α＝0处的衍射效率下降超过10％、25％、超过50％或超过75％。使△α处于衍射效率相对较高且恒定的范围内是期望的，例如，在△α内需要均匀强度的衍射光。因此，△α与衍射光栅1008的角带宽相关联，使得△α内的入射光束1016被衍射光栅1008以相对于表面法线1002(例如，y-z平面)的衍射角θ(超过θTIR的)有效地衍射，并且衍射光在全内反射(TIR)下在波导1004内传播。应当理解，本文所述的△α转换为全内反射下波导1004内的反射角，并最终转换为耦出波导的角度，并因此转换为用户所体验的视场(FOV)。
在下文中，在各种实施例中，衍射光栅1008由包括相对高的折射率(n1)的Li基氧化物形成，该折射率例如大于2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6或在由这些值中的任一个定义的任何范围内。根据各种实施例，n1可大于、等于或小于波导1004的折射率n2，该折射率例如可以是1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5或在由这些值中的任一个限定的范围内；例如n1≥n2。在一些实施例中，波导1004可以对应于例如波导310、300、290、280、270(图6)，和/或例如波导670、680和690(图9A至图9C)。
图10B和图10C分别示意性地示出了图案化Li基氧化物结构1000A和1000B的截面图，其可以表示上面设置有包括Li基氧化物的衍射光栅1008(图10A)的波导的一部分。
参考图10B，在一些实施例中，图案化Li基氧化物结构1000A包括形成在基板1004A上的Li基氧化物特征1008A，例如线，基板1004A由不同于Li基氧化物特征1008A的材料形成。例如，基板1004A可以包括基于石英玻璃(例如，掺杂石英玻璃)、氧氮化硅、过渡金属氧化物(例如，氧化铪、氧化钽、氧化锆、氧化铌、铌酸锂、氧化铝(例如，蓝宝石))、塑料、聚合物的材料或其他对可见光光学透明的材料，这些材料具有例如上述不同于Li基氧化物特征1008A的材料的合适的折射率。
返回参考图10C，在一些其他实施例中，图案化Li基氧化物结构1000B包括Li基氧化物特征1008B和基板1004B，两者均包含Li基氧化物。在一些实施例中，Li基氧化物结构1000B包括直接图案化到基板1004B中的Li基氧化物特征1008B，使得Li基氧化物特征1008B和基板1004B形成单件制品或单片集成结构。在这些实施例中，Li基氧化物结构1000B可被配置为使得体Li基氧化物材料可以在表面区域被图案化以形成衍射光栅，而衍射光栅下方的Li基氧化物材料可以形成波导。在又一些其他实施例中，被图案化以形成Li基氧化物特征1008B的体或基板区域和表面区域包括不同的Li基氧化物。例如，在表面区域图案化以形成Li基氧化物特征1008B的体Li基氧化物材料可以由第一Li基氧化物材料形成，而Li基氧化物特征1008B下方的Li基氧化物材料(形成基板1004B或基板区域)可由不同于第一Li基氧化物材料的第二Li基氧化物材料形成。
参考图10B和图10C，根据各种实施例，当被配置为衍射光栅时，Li基氧化物特征1008A和1008B具有各种尺寸。例如，根据实施例，Li基氧化物特征1008A、1008B具有5nm至10nm、10nm至50nm、50nm至100nm、100nm至150nm、150nm至200nm、200nm至250nm的高度(H1)或由这些值中的任一个限定的范围内的高度。根据各种实施例，Li基氧化物特征1008A、1008B以100nm至200nm、200nm至300nm、300nm至400nm、400nm至500nm、500nm至600nm、600nm至700nm、700nm至800nm、800nm至900nm、900nm至1μm的栅距(pitch)，或由这些值中的任一个限定的任何范围内的间距周期性地重复。根据实施例，Li基氧化物特征1008A、1008B具有宽度(W1)并且被间隔1012隔开，使得它们以0.1至0.2、0.2至0.3、0.3至0.4、0.4至0.5、0.5至0.6、0.6至0.7、0.7至0.8、0.8至0.9的占空比或由这些值中的任一个限定的任何范围内的占空比值周期性地重复。Li基氧化物特征1008A、10008B具有约70°、75°、80°、85°、89°或由这些值限定的范围内的任何值的侧壁角。这些范围之外的值也是可能的。
根据各种实施例，当配置为耦入光学元件或耦入衍射光栅时，Li基氧化物特征1008A、1008B可以衍射地耦合入射到基板1004A、1004B中的光，这些基板可以是如上所述的波导。另一方面，当配置为耦出光学元件时，Li基氧化物特征1008A、1008B可以衍射地耦合来自基板1004的光，该基板可以是如上所述的波导，并且可以为用户提供增加的视场。
应当理解，Li基氧化物特征1008A、1008B可被配置为各种其他结构中之一，包括仅作为几个例子的基准(fiducial)标记、边缘特征、粘附涂层和间隔物。
图案化Li基氧化物的方法
如上所述，具有高折射率的衍射光栅1008和波导1004可使显示设备具有宽视场(FOV)。特别合适的材料是Li基氧化物，例如LiNbO3。然而，通过图案化Li基氧化物来制造周期性结构一直具有挑战性，因为一些Li基氧化物(例如LiNbO3)相对惰性，并且通过蚀刻(例如等离子体蚀刻)进行传统图案化一直很困难。因此，用于图案化Li基氧化物的技术通常涉及实施起来缓慢且昂贵的复杂工艺。虽然已经开发了一些使用含氟等离子体形成挥发性氟化铌物种的Li基氧化物蚀刻工艺，但在蚀刻过程中形成和再沉积氟化锂(LiF)会导致各种问题，包括蚀刻速率降低、蚀刻结构的非垂直侧壁轮廓和高侧壁粗糙度。此外，现有的图案化技术仅限于形成相对大的特征尺寸和/或具有低特征密度的结构。此外，当制造具有相对小特征尺寸(例如小于1μm)和/或相对高特征密度的结构(例如可被配置为衍射光栅的图案化的周期性重复的Li基氧化物结构)时，与LiF再沉积相关联的问题变得更加明显。这是因为，随着相邻特征之间的间距减小和/或空间的纵横比增加，LiF再沉积的负面影响变得更加明显，原因之一是LiF分子进入和逸出的位置线(line of site)减小。因此，所得到的蚀刻结构的轮廓，例如线条，在小尺寸和/或更高的特征密度下变得越来越不规则。在认识到与图案化小尺寸和/或高密度Li基氧化物特征相关联的这些和其他问题之后，发明人开发了根据各种实施例的特别适合于形成周期性重复的图案化锂(Li)基氧化物结构(例如，具有相对较小的特征尺寸和周期性的衍射光栅结构)的方法。
图11示出了制造图案化Li基氧化物结构1000A、1000B的方法1100的概览。参考图11，制造图案化Li基氧化物结构1000A、1000B的方法1100包括提供1104包括Li基氧化物的基板。该方法另外包括在基板上形成1108暴露基板的区域的蚀刻掩模图案。当蚀刻掩模图案用于形成诸如衍射光栅之类的光学元件时，蚀刻掩模图案可以周期性地暴露下层基板。该方法还包括用一种或多种蚀刻剂等离子蚀刻1112基板的暴露区域，例如基板的周期性暴露区域。在等离子体蚀刻条件下，在使用包含CHF3的气体混合物产生的等离子体中执行将基板暴露于一种或多种蚀刻剂，使得基板的暴露区域被蚀刻以形成图案化Li基氧化物结构。因此，图案化Li基氧化物结构可以包括在横向方向上周期性地重复的Li基氧化物线。根据各种实施例，图案化Li基氧化物特征可以包括被间隔1012(图10B、图10C)分隔并且在横向方向(例如，x-方向)上周期性地重复的线1008A(图10B)、1008C(图10C)，这样得到的结构可被配置为衍射光栅，该衍射光栅可通过衍射入射在其上的光耦入或耦出波导。在一些实施例中，Li基氧化物特征可以包括在两个方向(例如，x方向和y方向)上具有周期性的图案。进一步的实施例可以包括具有逐渐增大或减小的间距、高度、线宽和形状的特征的图案，以调整波导上各个位置的衍射效率。
在下文中，详细描述了制造Li基氧化物结构1000A(图10B)、1000B(图10C)的方法1100(图11)的一些方面。根据一些实施例，Li基氧化物特征1008A、1008B和/或基板1004A、1004B的Li基氧化物可以是铌酸锂(LiNbO3)基氧化物。如本文所述，将理解，LiNbO3基氧化物可具有偏离精确化学计量值的化学计量，只要所得结构可用作如本文所公开的衍射光栅和/或波导即可。例如，如本文所述，LiNbO3基氧化物可具有45％-55％、47％-53％、49-51％、49.5％-50.5％的Li/(Li+Nb)比，或由这些值中的任一个限定的任何范围内的比率。这些范围之外的值也是可能的。例如，因为具有化学计量组成的LiNbO3熔化不一致，而LiNbO3对于大约48.6％的Li/(Li+Nb)的非化学计量组成熔化一致，因此使用熔体生长方法(如Czochralski(Cz)技术)的铌酸锂单晶可能在上述Li/(Li+Nb)比率内具有贫锂的非化学计量组成。
此外，如本文所述，LiNbO3基氧化物可具有与Li、Nb或O相关联的有意或无意缺陷，这些缺陷可以是空位或诸如掺杂剂之类的杂质。例如，LiNbO3基氧化物可以掺杂MgO，这可以增加其对光学损伤的抵抗力。LiNbO3基氧化物可以掺杂的其他杂质包括仅作为几个例子的Fe、Zn、Hf、Cu、Gd、Er、Y、Mn和B。
根据一些其他实施例，Li基氧化物特征1008A、1008B和/或基板1004A、1004B的Li基氧化物可以是钽酸锂(LiTaO3)基氧化物。如本文所述，将理解，LiTaO3基氧化物可具有偏离精确化学计量值的化学计量，只要所得结构可用作如本文所公开的衍射光栅和/或波导即可。例如，如本文所述，LiTaO3基氧化物可具有45％-55％、47％-53％、49-51％、49.5％-50.5％的Li/(Li+Ta)比率，或由这些值中的任一个限定的范围内的比率。这些范围之外的值也是可能的。此外，根据实施例的LiTaO3基氧化物可以掺杂有与上文关于LiNbO3所述类似的元素。
图12A至图12C以及图13A至图13C示出了用于执行蚀刻以形成上述Li基氧化物结构的蚀刻掩模图案1220。蚀刻掩模图案1220(可以包括线1220a、1220b和位于其间的暴露的基板区域)可以使用合适的工艺形成，包括光刻工艺(图12A至图12C)和纳米压印工艺(图13A至图13C)，如下面所描述的。在一些实施例中，如关于图12A至图12C所描述的，形成蚀刻掩模图案1220可通过沉积合适的毯覆(blanket)蚀刻掩模层材料，随后使用光刻和蚀刻工艺图案化蚀刻掩模层来执行。在一些其他实施例中，如关于图13A至图13C所描述的，形成蚀刻掩模图案1220可通过沉积合适的毯覆压印掩模层，随后使用纳米压印技术图案化压印掩模层来执行。
图12A至图12C分别示出了根据实施例的在使用光刻工艺形成蚀刻掩模图案1220的各个阶段的中间结构1200A-1200C的截面图。参考图12A的中间结构1200A，该方法包括提供如上所述的基板1004。该方法另外包括在基板1004上形成毯覆蚀刻掩模层1208。毯覆蚀刻掩模层1208在被图案化时适于用作可用于图案化Li基氧化物结构的蚀刻掩模，如上文参考图10B和图10C所述。
在一些实施例中，毯覆蚀刻掩模层1208可以由合适的材料形成以用作用于形成Li基氧化物特征1008A、1008B(图10B、图10C)的蚀刻掩模。虽然许多因素可以决定蚀刻掩模层1208的材料的适用性，但其中一个这样的因素是，毯覆蚀刻掩模层1208的材料相对于基板1004的蚀刻选择性。毯覆蚀刻掩模层1208相对于基板1004的蚀刻选择性可以使得对于毯覆蚀刻掩模层1208的合适厚度，蚀刻掩模层1208的至少一部分在图案化之后保持位于基板1004的掩模区域中。当蚀刻选择性适当地高和/或蚀刻深度相对小时，毯覆蚀刻掩模层1208可以由基于聚合物的光致抗蚀剂形成。当毯覆蚀刻掩模层1208由光致抗蚀剂层形成时，它可通过旋涂沉积，然后被执行后期烘烤。然而，实施例不限于此。在一些情况下，仅由光致抗蚀剂形成的毯覆蚀刻掩模层1208可能无法提供足够的对基板1004的选择性。例如，当要图案化的特征的深度相对较厚时，可以达到所需的蚀刻特征厚度时基本去除蚀刻掩模层1208。在这些情况下，可以使用光致抗蚀剂和硬掩模层的组合作为毯覆蚀刻掩模层1208。因此，在一些实施例中，代替直接用作蚀刻掩模图案1220的单层光致抗蚀剂，毯覆蚀刻掩模层1208可以形成为层堆叠，其包括形成在基板1004上的硬掩模层和形成在硬掩模层上的光致抗蚀剂层。与光致抗蚀剂相比，合适的硬掩模层可以具有较低的蚀刻速率，从而相对于硬掩模提供更高的基板1004的蚀刻选择性。在一些实施例中，合适的硬掩模层包括无机介电材料，例如仅作为几个例子的SiOx、TiOx、SiNx和AlOx。在一些其他实施例中，合适的硬掩模层包括有机/无机复合介电材料，例如具有分子式[RSiO3/2]n的倍半硅氧烷，其中R包括有机或无机基团，例如仅作为几个例子的氢、烷基、卤化物或醇盐。在又一些其他实施例中，合适的硬掩模层包括金属或合金，包括仅作为几个例子的铬、镍和铜。
参考图12B的中间结构1200B，在可以包括如上所述的单层或层堆叠的毯覆蚀刻掩模层1208的沉积和沉积后烘烤之后，该方法继续选择性地将毯覆蚀刻掩模层1208的部分暴露给由光掩模1216产生的光图案。如图所示，光掩模1216可以是适用于正性光致抗蚀剂的正性光掩模，并且可被配置为在保留基础聚合物层1208的区域中让光通过。当光掩模1216是适用于负性光致抗蚀剂的负性光掩模时，光掩模可被相反地配置以在去除基础聚合物层1208的区域中让光通过。
暴露于光1212(例如相干UV光或电子束)引起化学变化，例如，毯覆蚀刻掩模层1208中的聚合物交联，例如毯覆蚀刻掩模层1208的光致抗蚀剂。这种化学变化反过来允许使用包括或用作正性光致抗蚀剂的用于毯覆蚀刻掩模层1208的显影剂溶液选择性地去除毯覆蚀刻掩模层1208的暴露部分，或者允许使用包括或用作负性光致抗蚀剂的用于毯覆蚀刻掩模层1208的显影剂溶液选择性地去除毯覆蚀刻掩模层1208的未暴露部分。
参考图12C的中间结构1200C，在选择性地去除毯覆蚀刻掩模层1208的一部分之后，所得的蚀刻掩模图案1220保留在基板1004上，从而用作用于后续图案化基板1004的表面区域的模板。蚀刻掩模图案1220可以包括一组在第一横向方向(例如，x方向)上周期性地重复，在第二横向方向(例如，y方向)上伸长的蚀刻掩模线1220a。替代地或另外地，蚀刻掩模图案1220可以包括一组在第二横向方向(例如，y方向)上周期性地重复，在第二方向(例如，x方向)上伸长的蚀刻掩模线1220b。蚀刻掩模线也可能在其他方向上伸长。
图13A至图13C分别示出了在使用纳米压印工艺形成蚀刻掩模图案1220的各个阶段的中间结构1300A-1300C的截面图。在所示示例中，形成中间结构1300A的方法类似于形成图12A的中间结构1200A的方法。然而，分别形成图13B和图13C的中间结构1300B和1300C的方法与分别形成图12B和图12C的中间结构1200B和1200C的方法不同，其差异描述如下。
参考图13B的中间结构1300B，与以上参考图12B描述的方法不同，替代通过使用光或电子束和显影剂溶液选择性地曝光和去除毯覆蚀刻掩模层1208的一部分来图案化毯覆蚀刻掩模层1208，而是在所示示例中，使具有根据蚀刻掩模图案1220的形成的预定拓扑图案的纳米压印模板1316或纳米压印模与毯覆蚀刻掩模层1208接触。随后，模板1316压入毯覆蚀刻掩模层1208中，毯覆蚀刻掩模层1208可以包括在一定温度(例如，高于毯覆蚀刻掩模层1208的玻璃化转变(glass translation)温度)下热塑性聚合物，从而将模板1316的图案转移到软化的毯覆蚀刻掩模层1208中，由此形成蚀刻掩模图案1220。冷却后，模板1316与蚀刻掩模图案1220分离，并且蚀刻掩模特征(例如线1220a、1220b)留在基板1004上。在一些其他方法中，在被压入基础聚合物层1208之后，蚀刻掩模图案1208通过UV光下的交联而硬化。
根据实施例，在形成蚀刻掩模图案1220之后，将中间结构1200C(图12C)、1300C(图13C)放置在被配置用于气相等离子体处理的等离子体反应器1400中。等离子体反应器1400包括至少一个电极，该电极可被通电以将能量赋予中间结构1200C、1300C的表面上方的气相原子或分子以产生等离子体。
所示的等离子体反应器1400可以是电感耦合等离子体(ICP)反应离子蚀刻(RIE)反应器，其被配置为通过将来自RF天线1404或线圈的等离子体产生ICP功率电感耦合到反应器1400内的气体体积来产生高密度等离子体。位于等离子体产生区附近的RF天线1404产生交变RF磁场并感应RF电场，这些感应电场激励参与低压力下的气体分子和原子电离的电子。单独的离子偏置RF电源1408可以连接到阴极或基板以产生DC偏压并将离子吸引到基板。根据配置，可以分离施加到基板的离子电流和离子能量。因此，在低压力条件下使用化学反应等离子体来蚀刻中间结构1200C、1300C的表面区域，其中可能结合离子诱导蚀刻。
反应器1400被配置为通过连接到反应器1400的一个或多个气体入口1412接收至少一种用于产生气相等离子体的气体种(species)。反应器还可以连接真空泵以控制反应器内的压力。具体地，反应器被配置为控制反应器内部的压力并保持所有气体种类的合适分压。例如，反应器可被配置为在低于大气压和大气压的条件下产生和维持等离子体，例如通过控制和维持合适的压力。在通过气体入口1412中的至少一个接收至少一种气体种类之后，通过RF天线将ICP功率施加到基板表面上方的气体体积，从而产生等离子体1416。
虽然所示的反应器1400被配置为ICP RIE反应器，但实施例不限于此，并且可以采用其他类型的等离子体生成。在一些实施例中，等离子体反应器1400可以是电容耦合等离子体(CCP)反应器，其可以是DC或AC等离子体反应器，其中分别在两个电极之间施加DC功率或AC功率以形成电容耦合等离子体放电。在等离子体反应器是DC等离子体反应器的实施例中，等离子体反应器可被配置为脉冲DC等离子体反应器，其中可以以脉冲形式施加DC功率。脉冲DC电压可以是双极的或单极的。当是双极的时，DC电压在相反极性的幅度上可以是对称的或不对称的。可通过两个电极中的一个或两个来施加DC或AC功率，这两个电极可以由相同或不同的电源驱动。在一些实施例中，每个电极都连接到电源，而在一些其他实施例中，两个电极中只有一个可以是“热的”，而另一电极电接地或浮动。在一些其他实施例中，当两个电极中的一个是“热的”并且接收脉冲DC或AC功率时，另一电极可以被置于偏压下，例如DC偏压，使得带电物种可以朝着基板加速。在又一些其他实施例中，电极可以用双频率驱动，其中一个电极以较高的RF频率驱动以向电子供电以控制等离子体密度，而另一电极以较低的RF频率驱动以控制朝着基板的离子轰击。
然而，其他类型的等离子体反应器也是可能的，例如电子回旋共振(ECR)等离子体反应器，其中能量由时变磁场产生的电流提供，这在某些情况下可以提高等离子体的密度。
因此，中间结构1200C、1300C的暴露基板区域通过上述等离子体反应器配置中的任一种或使用其他配置进行蚀刻。下面关于图15描述了蚀刻参数的详细信息，图15示出了蚀刻期间的中间结构1500。在下文中，描述了根据实施例的各种蚀刻条件。
在一些实施例中，在撞击或产生等离子体1416之前，通过一个或多个气体入口1412将一种或多种气体引入等离子体反应器1400来调节等离子体反应器1400中的气体成分。在各种实施例中，所产生的等离子体1416中的气体混合物包括含CHF3和分子氢(H2)的碳氟化合物气体。在一些实施例中，一定体积的气体可另外包括惰性气体，例如He、Ar、Ne和Xe或其混合物。在一些实施例中，气体混合物基本上由H2、CHF3和Ar组成。在各种实施例中，气体混合物中CHF3与H2的比率在由10:1、10:3、10:5、10:7、10:10、7:10、5:10、3:10和1:10中的任意两项限定的包括这些比率的范围内。在各种实施例中，气体混合物中的惰性气体在由10％、30％、50％、70％和90％中的任意两项限定的包括这些百分比的范围内。这些范围之外的值是可能的。不受任何理论的束缚，气体混合物可有效减少暴露表面(包括沟槽的底部和侧壁表面)上非易失性LiF的产生和/或再沉积，使得所得的图案化Li基氧化物特征(包括由空间1012分隔的线1008)适合作为衍射光栅，该衍射光栅可通过衍射入射在其上的光来耦入或耦出光。
在一些实施例中，在蚀刻期间，反应器1400可以保持在恒定压力。不受任何理论的束缚，通过增加平均自由程，相对较低的压力可以提供相对较高的离子方向性，这会导致更陡峭的侧壁轮廓。另一方面，相对较高的压力会增加反应物的分压和浓度，这会导致蚀刻速率增加。发明人已经确定，可以在离子的平均自由程和反应物的可得性之间实现合适的平衡以获得期望的蚀刻速率和分布。取决于具体工艺，根据各种实施方案，反应器1400可以保持在恒定压力，该恒定压力位于由1毫托、10毫托、20毫托、30毫托、40毫托、50毫托、60毫托、60毫托、70毫托、80毫托、90毫托和100毫托中的至少两项限定的包括这些压力的范围内。这些范围之外的值是可能的。
在反应器1400中施加足够的RF功率以提供合适的等离子体密度等。根据各种实施例，通过例如图14所示的ICP RF天线1404或线圈1404传输到基板上方气体体积的产生等离子体的ICP RF功率在由50W、100W、200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W、900W和1000W中的任意两项限定的包括这些功率的范围内。这些范围之外的值是可能的。如上所述，产生等离子体的ICP RF功率可以控制等离子体密度等。根据各种实施例，除了产生等离子体的ICPRF功率之外，离子偏置RF功率也可通过例如阴极RF电源1408(图14)传输到阴极，所述阴极RF功率在由50W、100W、200W、300W、400W、500W、600W、700W、800W、900W和1000W中的任意两项限定的包括这些功率的范围内。这些范围之外的值是可能的。如上所述，离子偏置RF功率可以控制轰击基板的离子能量等。ICP RF功率和阴极RF功率的频率可以是例如13.56MHz的调节RF频率，或2.45GHz的调节微波频率，或其他频率。产生等离子体的RF功率和离子偏置RF功率可以单独或组合地改变蚀刻速率。应当理解，在某些情况下，较高的蚀刻速率可导致相对于蚀刻掩模层的较低的蚀刻选择性。
本发明人已经发现，通过控制诸如压力、RF功率和气体流量/比率之类的各种反应器参数，用于控制LiF产生和/或再沉积速率，以及最终的蚀刻轮廓的各种蚀刻参数都是可控的。例如，如上所述，各种工艺参数会影响蚀刻速率。根据实施例，通过控制这些参数中的一个或多个，蚀刻速率被控制在某个速率，该速率处于由1nm/分钟、5nm/分钟、10nm/分钟、15nm/分钟、20nm/分钟、25nm/分钟、30nm/分钟中的任意两项限定的包括这些速率的范围内。这些范围之外的值是可能的。另外，由Li基氧化物的去除率限定蚀刻选择性：蚀刻掩模层的去除率可以控制在一比率，该比率处于由10:1、5:1、2:1、1:1、1:2、1:5和1:10中的任意两项限定的包括这些比率的范围内。这些范围之外的值是可能的。
所得的中间结构1500在图15中示出。中间结构1500包括使用蚀刻掩模特征1220图案化的Li基氧化物特征1008A、1008B。以此方式制造的Li基氧化物特征1008a、1008B具有上面关于图10B和图10C所述的各种尺寸。随后，可以使用合适的干法和/或湿法工艺去除蚀刻掩模特征1220。例如，当蚀刻掩模特征1220由光致抗蚀剂形成时，蚀刻掩模特征1220可通过抗蚀剂剥离或灰化工艺去除，在这些工艺中，氧化反应性物质(例如活性氧)或氟物质(例如氧或氟自由基)用于形成挥发性气体并被抽走。在一些实施例中，灰化或剥离工艺在相对较高的温度下执行以去除大部分光致抗蚀剂，然后执行除渣工艺以去除沟槽中的残留光致抗蚀剂。
在一些实施例中，蚀刻掩模特征1220通过在反应器1400(图14)中产生的等离子体原位去除。在一些其他实施例中，蚀刻掩模特征1220在单独的工具中去除，例如，其中可以使用远端或下游等离子体发生器形成诸如活性氧之类的氧化物质或氟物质。
在蚀刻掩模特征1220包括位于光致抗蚀剂下的硬掩模的实施例中，在去除光致抗蚀剂之后，可以根据硬掩模的材料使用合适的干法或湿法去除工艺去除剩余的硬掩模层。
在去除蚀刻掩模特征1220之后，可以在合适的湿法清洁溶液中清洁中间结构1500。例如，中间结构1500可通过在室温下浸入基础食人鱼(piranha)溶液15分钟至240分钟或更长时间来清洁，其中食人鱼溶液包含比例为2:2:1的氢氧化铵、过氧化氢和水的混合物。
示例工艺条件
执行在下表1中总结的实验蚀刻矩阵以说明各种工艺参数的影响。
表1
Figure BDA0003344690920000381
Figure BDA0003344690920000391
图16A至图16D是横截面扫描电子显微照片，分别说明了通过使用根据表1中的示例4-7的工艺配方蚀刻LiNbO3基板获得的蚀刻轮廓，其中CFH3和Ar流动，但没有H2在蚀刻过程中流入腔室。相比之下，图17、图18和图19A分别说明了通过使用根据表1中的示例1-3的工艺配方蚀刻LiNbO3基板获得的蚀刻轮廓截面，其中CFH3、Ar和H2在蚀刻过程中流入腔室。如蚀刻轮廓截面所示，CFH3和H2的共同存在会提高蚀刻速率和选择性。
图19B和图19C示出了自上而下的扫描电子显微照片，其说明了在基础食人鱼溶液中湿法清洁蚀刻后的样品的效果。图19B示出清洁前图19A所示的样品的扫描电子显微照片平面图，图19C示出清洁后图19B所示的样品的扫描电子显微照片平面图。图19B中可见的白色残留物的去除表明使用基础食人鱼溶液的湿法清洁工艺的有效性。
附加示例
1.一种制造显示设备的方法，所述方法包括：
提供包括锂(Li)基氧化物的基板；
形成暴露所述基板的区域的蚀刻掩模图案；以及
使用包括CHF3的气体混合物对所述基板的所述暴露区域进行等离子体蚀刻以形成衍射光学元件，
其中所述衍射光学元件包括被配置为衍射入射在其上的可见光的Li基氧化物特征。
2.根据示例1所述的方法，其中所述衍射光学元件包括衍射光栅。
3.根据示例1或2所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案周期性地暴露所述基板，使得所述Li基氧化物特征在横向方向上周期性地重复。
4.根据上述任一示例所述的方法，其中所述气体混合物还包含H2和惰性气体。
5.根据上述任一示例所述的方法，其中所述气体混合物中CHF3与H2的体积比在10:1至1:10的范围内。
6.根据上述任一示例所述的方法，其中所述气体混合物中的惰性气体占所述气体混合物总体积的10％至90％。
7.根据上述任一示例所述的方法，其中所述气体混合物主要由H2、CHF3和Ar组成。
8.根据上述任一示例所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1nm/分钟至30nm/分钟范围内的速率进行蚀刻。
9.根据上述任一示例所述的方法，其中等离子体蚀刻包括使用由双RF频率产生的等离子体进行蚀刻。
10.根据上述任一示例所述的方法，其中等离子体蚀刻包括使用由50W至500W范围内的RF功率产生的等离子体的蚀刻。
11.根据上述任一示例所述的方法，其中等离子体蚀刻包括在反应室中10毫托至50毫托的压力下的蚀刻。
12.根据上述任一示例所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1:0.1至1:5范围内的蚀刻速率选择比相对所述蚀刻掩模图案选择性地蚀刻所述基板。
13.根据上述任一示例所述的方法，其中形成所述蚀刻掩模图案包括使用光刻技术的形成。
14.根据上述任一示例所述的方法，其中形成所述蚀刻掩模图案包括使用纳米压印技术的形成。
15.根据上述任一示例所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案由光致抗蚀剂、介电材料、金属或复合材料形成。
16.根据上述任一示例所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案由金属或金属合金形成。
17.根据上述任一示例所述的方法，还包括在等离子体蚀刻之后，在包含氢氧化铵、过氧化氢和水的溶液中对所述基板进行湿法清洁。
18.根据上述任一示例所述的方法，其中所述Li基氧化物特征具有大于2.0的折射率。
19.根据上述任一示例所述的方法，其中所述Li基氧化物特征包括铌酸锂或钽酸锂。
20.根据上述任一示例所述的方法，其中所述Li基氧化物特征具有10nm至200nm范围内的高度。
21.根据上述任一示例所述的方法，其中所述Li基氧化物特征以200nm至1μm范围内的间距周期性地重复。
22.根据上述任一示例所述的方法，其中所述Li基氧化物特征具有0.1至0.9范围内的占空比。
23.根据上述任一示例所述的方法，其中形成所述衍射光学元件包括在波导上形成，所述波导被配置为在横向方向上引导所述可见光。
24.根据上述任一示例所述的方法，其中形成所述衍射光学元件包括在包括所述Li基氧化物的波导上形成。
25.根据上述任一示例所述的方法，其中所述衍射光学元件被形成在包括波导的所述基板上，并且其中所述波导与所述衍射光学元件集成为单片集成结构。
26.根据上述任一示例所述的方法，其中所述衍射光学元件形成在波导上，并且其中所述波导包括不同于所述Li基氧化物的材料。
27.根据上述任一示例所述的方法，其中所述衍射光学元件用作形成在用作波导的所述基板上的耦入元件以将光耦入所述波导。
28.根据上述任一示例所述的方法，其中所述衍射光学元件用作形成在用作波导的所述基板上的耦出元件以将光耦出所述波导。
29.根据上述任一示例所述的方法，其中所述衍射光学元件形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为引导由所述衍射光学元件耦入或耦出的具有可见光谱中的任何波长的可见光。
30.根据上述任一示例所述的方法，其中所述衍射光学元件形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为经由全内反射引导由所述衍射光学元件耦入或耦出的可见光。
31.一种制造显示设备的方法，所述方法包括：
提供包括锂(Li)基氧化物的基板；
形成包括所述基板的暴露区域的蚀刻掩模图案；以及
使用包括CHF3和H2的气体混合物对所述基板的所述暴露区域进行等离子体蚀刻以形成图案化Li基氧化物结构。
32.根据实施例31所述的方法，其中所述气体混合物中CHF3与H2的比在10:1至1:10的范围内。
33.根据示例31或32所述的方法，还包括所述气体混合物中占所述气体混合物总体积的10％至90％的惰性气体。
34.根据31至33中任一项所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1nm/分钟至30nm/分钟的速率进行蚀刻。
35.根据31至34中任一项所述的方法，其中等离子体蚀刻包括在电感耦合等离子体反应器中进行蚀刻。
36.根据31至35中任一项所述的方法，其中等离子体蚀刻包括施加由50W至500W范围内的感应RF功率产生的等离子体。
37.根据31至36中任一项所述的方法，其中等离子体蚀刻还包括向所述基板施加50W至500W范围内的RF功率。
38.根据31至37中任一项所述的方法，其中等离子体蚀刻包括在反应室中在10毫托至50毫托范围内的压力下的蚀刻。
39.根据31至38中任一项所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1:0.1至0.1:1的蚀刻速率选择比相对所述蚀刻掩模图案选择性地蚀刻所述基板。
40.根据31至39中任一项所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案周期性地暴露所述基板的区域，使得等离子体蚀刻形成包括在横向方向上周期性地重复的Li基氧化物特征的衍射光栅。
41.根据示例40所述的方法，其中在包括波导的基板上形成衍射光栅，并且其中将波导与衍射光栅集成为单片结构。
42.根据示例40-42中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅形成在波导上，并且其中所述波导包括不同于所述Li基氧化物的材料。
43.根据示例40-42中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅包括形成在包括波导的基板上的耦入元件或耦出元件。
44.根据示例40-43中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅被形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为引导由所述衍射光学元件耦入或耦出的具有可见光谱中的波长的可见光。
45.根据示例40-44中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅被形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为经由全内反射引导由所述衍射光栅耦入或耦出的可见光。
46.根据示例31-39中任一项所述的方法，其中所述图案化Li基氧化物结构包括基准标记、边缘特征、粘附涂层和间隔物中的一种或多种。
附加考虑事项
在上述说明书中，已经参考本发明的具体实施例描述了本发明。然而，很明显，在不脱离本发明更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
实际上，应当理解，本公开的系统和方法各自具有若干创新性方面，它们不能独立地单独构成本文公开的所需属性。上述各种特征和处理可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式进行组合。所有可能的组合和子组合均旨在落入本公开的范围内。
本说明书中通过分开的实施例的上下文描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施，或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以像上文描述的那样以特定组合起作用，甚至最初以此方式要求保护，但是所要求保护的组合中的一个或多个特征在某些情况下可以从该组合中剔除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。对于每个实施例而言，没有任何单个特征或特征组是必需的或不可或缺的。
将理解，除非另有明确说明，或者在所使用的上下文中以其它方式理解，否则在此使用的诸如“可”、“可以”、“可能”、“能够”、“例如”等之类的条件语言通常旨在表达某些实施例包括，而其它实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或步骤在任何方面都是一个或多个实施例所必需的，也不意在暗示在有或者没有作者输入或提示的情况下，一个或多个实施例必然包括用于决定是否包括这些特征、元素和/或步骤或否是在任何特定实施例中执行这些特征、元素和/或步骤的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放的方式包含性地使用，并且不排除其它元素、特征、动作、操作等等。此外，术语“或”在使用时具有包含性含义(而非排他性含义)，因此，当用于例如连接元素列表时，术语“或”表示一个、部分或全部列表元素。另外，除非另有说明，否则在本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一”、“一个”和“所述”应被解释为表示“一个或多个”或“至少一个”。
类似地，尽管操作在附图中示出为采取特定顺序，但应认识到，这些操作不需要以所示的特定顺序或按顺序执行，或者执行所有示出的操作以实现所需的结果。此外，附图可以以流程图的形式示意性地示出一个或多个示例处理。然而，其它未示出的操作可以并入示意性说明的示例方法和处理中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示的操作之前、之后、之间执行，或者与其并行地执行。另外，在其它实施例中，操作可以重新排列或排序。在某些情况下，多任务和并行处理是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应该被理解为在所有实施例中都需要这种分离，需要理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。另外，其它实施例在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中列出的动作可以以不同的顺序执行并且仍能实现所需的结果。
因此，权利要求不旨在限于本文所示的实施例，而是符合与本公开、本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (46)

1.一种制造显示设备的方法，所述方法包括：
提供包括锂(Li)基氧化物的基板；
形成暴露所述基板的区域的蚀刻掩模图案；以及
使用包括CHF3的气体混合物对所述基板的所述暴露区域进行等离子体蚀刻以形成衍射光学元件，
其中所述衍射光学元件包括被配置为衍射入射在其上的可见光的Li基氧化物特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衍射光学元件包括衍射光栅。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案周期性地暴露所述基板，使得所述Li基氧化物特征在横向方向上周期性地重复。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体混合物还包括H2和惰性气体。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述气体混合物中CHF3与H2的体积比在10:1至1:10的范围内。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述气体混合物中的惰性气体占所述气体混合物总体积的10％至90％。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述气体混合物主要由H2、CHF3和Ar组成。
8.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1nm/分钟至30nm/分钟的速率进行蚀刻。
9.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体蚀刻包括使用由双RF频率产生的等离子体的蚀刻。
10.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体蚀刻包括使用由50W至500W范围内的RF功率产生的等离子体的蚀刻。
11.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体蚀刻包括在反应室中在10毫托至50毫托的压力下的蚀刻。
12.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1:0.1至1:5的蚀刻速率选择比相对所述蚀刻掩模图案选择性地蚀刻所述基板。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中形成所述蚀刻掩模图案包括使用光刻技术的形成。
14.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中形成所述蚀刻掩模图案包括使用纳米压印技术的形成。
15.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案由光致抗蚀剂、介电材料、金属或复合材料形成。
16.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案由金属或金属合金形成。
17.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，还包括在等离子体蚀刻之后，在包含氢氧化铵、过氧化氢和水的溶液中对所述基板进行湿法清洁。
18.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述Li基氧化物特征具有大于2.0的折射率。
19.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述Li基氧化物特征包括铌酸锂或钽酸锂。
20.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述Li基氧化物特征具有10nm至200nm的高度。
21.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述Li基氧化物特征以200nm至1μm范围内的栅距周期性地重复。
22.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述Li基氧化物特征具有0.1至0.9的占空比。
23.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中形成所述衍射光学元件包括在波导上形成，所述波导被配置为在与可见光的方向交叉的横向方向上引导所述可见光。
24.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中形成所述衍射光学元件包括在包括所述Li基氧化物的波导的形成。
25.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述衍射光学元件被形成在包括波导的所述基板上，并且其中所述波导与所述衍射光学元件集成为单片集成结构。
26.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述衍射光学元件被形成在波导上，并且其中所述波导包括不同于所述Li基氧化物的材料。
27.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述衍射光学元件用作形成在用作波导的所述基板上的耦入光学元件以将光耦入所述波导。
28.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述衍射光学元件用作形成在用作波导的所述基板上的耦出光学元件以将光耦出所述波导。
29.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述衍射光学元件形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为引导由所述衍射光学元件耦入或耦出的具有可见光谱中的任何波长的可见光。
30.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述衍射光学元件被形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为经由全内反射引导由所述衍射光学元件耦入或耦出的可见光。
31.一种制造显示设备的方法，所述方法包括：
提供包括锂(Li)基氧化物的基板；
形成包括所述基板的暴露区域的蚀刻掩模图案；以及
使用包括CHF3和H2的气体混合物对所述基板的所述暴露区域进行等离子体蚀刻以形成图案化Li基氧化物结构。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述气体混合物中CHF3与H2的比在10:1至1:10的范围内。
33.根据权利要求31所述的方法，还包括所述气体混合物中占所述气体混合物总体积的10％至90％的惰性气体。
34.根据权利要求31所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1nm/分钟至30nm/分钟的速率进行蚀刻。
35.根据权利要求31所述的方法，其中等离子体蚀刻包括在电感耦合等离子体反应器中的蚀刻。
36.根据权利要求31所述的方法，其中等离子体蚀刻包括施加由50W至500W范围内的感应RF功率产生的等离子体。
37.根据权利要求31所述的方法，其中等离子体蚀刻还包括向基板施加50W至500W范围内的RF功率。
38.根据权利要求31所述的方法，其中等离子体蚀刻包括在反应室中在10毫托至50毫托范围内的压力下的蚀刻。
39.根据权利要求31所述的方法，其中等离子体蚀刻包括以1:0.1至0.1:1的蚀刻速率选择比相对所述蚀刻掩模图案选择性地蚀刻所述基板。
40.根据权利要求31中任一项所述的方法，其中所述蚀刻掩模图案周期性地暴露所述基板的区域，使得等离子体蚀刻形成包括在横向方向上周期性地重复的Li基氧化物特征的衍射光栅。
41.根据权利要求40所述的方法，其中在包括波导的所述基板上形成所述衍射光栅，并且其中将所波导与所衍射光栅集成为单片结构。
42.根据权利要求40-42中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅被形成在波导上，并且其中所述波导包括不同于所述Li基氧化物的材料。
43.根据权利要求40-42中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅包括形成在包括波导的所述基板上的耦入光学元件或耦出光学元件。
44.根据权利要求40-42中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅被形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为引导由所述衍射光学元件耦入或耦出的具有所述可见光谱中的波长的可见光。
45.根据权利要求40-42中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅被形成在包括波导的所述基板上，所述波导被配置为经由全内反射引导由所述衍射光栅耦入或耦出的可见光。
46.根据权利要求31所述的方法，其中所述图案化Li基氧化物结构包括基准标记、边缘特征、粘附涂层和间隔物中的一种或多种。
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