CN113985700A - 光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩 - Google Patents

光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩，首先提供光罩，其中光罩具有规律分布的挡光结构，并在第一透明基板上形成第一光硬化树脂层。接着，将光罩设于第一光硬化树脂层上，并以入射光透过光罩与挡光结构照射第一光硬化树脂层，以硬化第一光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第一硬化程度与其对应的呈周期性分布的第一折射率。最后，从第一光硬化树脂层上移离光罩，以利用具有呈周期性分布的第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导。

Description

光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩
技术领域
本发明涉及一种光学技术，且特别涉及一种光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩。
背景技术
在扩增实境中，将光耦合进入光波导的玻璃基底中，通过全反射原理将光传输到眼睛前方再释放影像信息，其中光波导的技术与制作通常以几何光波导、表面浮雕光栅波导和全息体光栅波导为主。藉此这些技术，制作出具有周期性折射率差或是产生周期性光程差的结构或是膜层，以耦合传导光的影像，将显示系统产生的光引导至人眼中。
几何光波导需以反射镜堆叠并排列成阵列，且将其以胶水贴合，反射镜需达至几十层才有功效。反射镜依所需角度切割出波导的形状。反射镜的表面的平行度与切割角度都会影响到成像质量。表面浮雕光栅波导需要母模与光蚀刻技术制作微结构，例如利用奈米压印制作出奈米级微结构，并利用多道制程修饰微结构，此些制程包括曝光、蚀刻与沉积制程，故制作程序较为复杂。全息体光栅波导利用两束雷射形成干涉条纹以改变光栅的材料特性，并形成周期性折射率差。因为全息体光栅波导需要光学曝光系统，故制作成本较高。
因此，本发明在针对上述的困扰，提出一种光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩，以解决习知所产生的问题。
发明内容
本发明提供一种光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩，其形成具有周期性变化的折射率的光硬化树脂层，并取代沉积与蚀刻制程，以增加表面浮雕光栅的性能。此制作方法具有低成本与简易制程的特点。
在本发明的一实施例中，一种光波导的制作方法，包括下列步骤：提供一光罩，其中光罩具有规律分布的挡光结构，并在一第一透明基板上形成一第一光硬化树脂层；将光罩设于第一光硬化树脂层上，并以入射光透过光罩与挡光结构照射第一光硬化树脂层，以硬化第一光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第一硬化程度与其对应的呈周期性分布的第一折射率；以及从第一光硬化树脂层上移离光罩，以利用具有呈周期性分布的第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成一光波导。
在本发明的一实施例中，入射光为紫外光。
在本发明的一实施例中，挡光结构具有吸收紫外光的氧化物、紫外光散射粒子或其组合。
在本发明的一实施例中，氧化物包括二氧化钛、氧化锌、二氧化铈或其组合。
在本发明的一实施例中，挡光结构吸收或屏蔽入射光的部分能量，并以入射光的其余能量施加在第一光硬化树脂层。
在本发明的一实施例中，挡光结构的氧化物的量与挡光结构吸收紫外光的能量呈正相关。
在本发明的一实施例中，挡光结构的紫外光散射粒子的量与挡光结构屏蔽紫外光的能量呈正相关。
在本发明的一实施例中，挡光结构的氧化物或紫外光散射粒子的量与其对应的第一光硬化树脂层的第一硬化程度呈负相关。
在本发明的一实施例中，第一光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
在本发明的一实施例中，第一光硬化树脂层包括丙烯酰胺基(AA)类光致聚合物、聚乙醇(PVA)类光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)类光致聚合物、硫醇-烃(Thiol-Ene)类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
在本发明的一实施例中，光罩还包括一第二透明基板，第二透明基板上设有挡光结构，挡光结构在横截面上呈多边形、圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形。
在本发明的一实施例中，多边形为正方形、长方形、平行四边形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
在本发明的一实施例中，在从第一光硬化树脂层上移离光罩的步骤后，与利用第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导的步骤前，执行至少一道光硬化流程，光硬化流程还包括下列步骤：在最新形成的光硬化树脂层上形成一第二光硬化树脂层；将光罩设于最新形成的第二光硬化树脂层上，并以入射光透过光罩与挡光结构照射最新形成的第二光硬化树脂层，以硬化最新形成的第二光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第二硬化程度与其对应的呈周期性分布的第二折射率；以及从最新形成的第二光硬化树脂层上移离光罩，在利用第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导的步骤中，利用具有第一硬化程度的第一光硬化树脂层、具有第二硬化程度的每一第二光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导。
在本发明的一实施例中，挡光结构的厚度与其对应的第二硬化程度呈负相关。
在本发明的一实施例中，第二硬化程度与其对应的第二折射率呈正相关或负相关。
在本发明的一实施例中，第一硬化程度与第二硬化程度在垂直第一透明基板的表面的方向上是相同或相异。
在本发明的一实施例中，第二光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
在本发明的一实施例中，第二光硬化树脂层包括丙烯酰胺基(AA)类光致聚合物、聚乙醇(PVA)类光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)类光致聚合物、硫醇-烃(Thiol-Ene)类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
在本发明的一实施例中，第一透明基板与第一光硬化树脂层之间设有彼此相隔的多个光栅。
在本发明的一实施例中，光栅与挡光结构在平行第一透明基板的表面的方向上的位置是相同或相异。
在本发明的一实施例中，挡光结构的厚度与其对应的第一光硬化树脂层的第一硬化程度呈负相关。
在本发明的一实施例中，第一硬化程度与其对应的第一折射率呈正相关或负相关。
在本发明的一实施例中，一种显示装置的制作方法，包括下列步骤：提供一光罩，其中光罩具有规律分布的挡光结构，并在一第一透明基板上形成一第一光硬化树脂层；将光罩设于第一光硬化树脂层上，并以入射光透过光罩与挡光结构照射第一光硬化树脂层，以硬化第一光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第一硬化程度与其对应的呈周期性分布的第一折射率；从第一光硬化树脂层上移离光罩，以利用具有呈周期性分布的第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成一光波导；以及利用一本体接合一显示模组与光波导，以形成一显示装置。
在本发明的一实施例中，本体为眼镜框架。
在本发明的一实施例中，入射光为紫外光。
在本发明的一实施例中，挡光结构具有吸收紫外光的氧化物、紫外光散射粒子或其组合。
在本发明的一实施例中，氧化物包括二氧化钛、氧化锌、二氧化铈或其组合。
在本发明的一实施例中，挡光结构吸收或屏蔽入射光的部分能量，并以入射光的其余能量施加在第一光硬化树脂层。
在本发明的一实施例中，挡光结构的氧化物的量与挡光结构吸收紫外光的能量呈正相关。
在本发明的一实施例中，挡光结构的紫外光散射粒子的量与挡光结构屏蔽紫外光的能量呈正相关。
在本发明的一实施例中，挡光结构的氧化物或紫外光散射粒子的量与其对应的第一光硬化树脂层的第一硬化程度呈负相关。
在本发明的一实施例中，第一光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
在本发明的一实施例中，第一光硬化树脂层包括丙烯酰胺基(AA)类光致聚合物、聚乙醇(PVA)类光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)类光致聚合物、硫醇-烃(Thiol-Ene)类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
在本发明的一实施例中，光罩还包括一第二透明基板，第二透明基板上设有挡光结构，挡光结构在横截面上呈多边形、圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形。
在本发明的一实施例中，多边形为正方形、长方形、平行四边形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
在本发明的一实施例中，在从第一光硬化树脂层上移离光罩的步骤后，与利用第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导的步骤前，执行至少一道光硬化流程，光硬化流程还包括下列步骤：在最新形成的光硬化树脂层上形成一第二光硬化树脂层；将光罩设于最新形成的第二光硬化树脂层上，并以入射光透过光罩与挡光结构照射最新形成的第二光硬化树脂层，以硬化最新形成的第二光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第二硬化程度与其对应的呈周期性分布的第二折射率；以及从最新形成的第二光硬化树脂层上移离光罩，在利用第一硬化程度的第一光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导的步骤中，利用具有第一硬化程度的第一光硬化树脂层、具有第二硬化程度的每一第二光硬化树脂层与第一透明基板形成光波导。
在本发明的一实施例中，挡光结构的厚度与其对应的第二硬化程度呈负相关。
在本发明的一实施例中，第二硬化程度与其对应的第二折射率呈正相关或负相关。
在本发明的一实施例中，第一硬化程度与第二硬化程度在垂直第一透明基板的表面的方向上是相同或相异。
在本发明的一实施例中，第二光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
在本发明的一实施例中，第二光硬化树脂层包括丙烯酰胺基(AA)类光致聚合物、聚乙醇(PVA)类光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)类光致聚合物、硫醇-烃(Thiol-Ene)类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
在本发明的一实施例中，第一透明基板与第一光硬化树脂层之间设有彼此相隔的多个光栅。
在本发明的一实施例中，光栅与挡光结构在平行第一透明基板的表面的方向上的位置是相同或相异。
在本发明的一实施例中，挡光结构的厚度与其对应的第一光硬化树脂层的第一硬化程度呈负相关。
在本发明的一实施例中，第一硬化程度与其对应的第一折射率呈正相关或负相关。
在本发明的一实施例中，一种光罩包括一透明基板与多个挡光结构。多个挡光结构规律分布并设于透明基板的表面上，其中每一挡光结构在横截面上呈几何形状。
在本发明的一实施例中，多个挡光结构具有吸收紫外光的氧化物、紫外光散射粒子或其组合。
在本发明的一实施例中，氧化物包括二氧化钛、氧化锌、二氧化铈或其组合。
在本发明的一实施例中，几何形状为多边形、圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形。
在本发明的一实施例中，多边形为正方形、长方形、平行四边形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
基于上述，光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩利用单一曝光制程形成具有呈周期性分布的硬化程度的光硬化树脂层，使此光硬化树脂层具有周期性变化的折射率。此外，亦可在表面浮雕光栅上形成此光硬化树脂层，以取代后续的沉积与蚀刻制程，并增加表面浮雕光栅的性能。此制作方法具有低成本与简易制程的特点。
附图说明
图1a至图1c为本发明的第一实施例的光波导的各步骤结构剖视图。
图1d为对应图1c的折射率分布图。
图2a为本发明的一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。
图2b与图2c为对应图2a的折射率分布图。
图3a为本发明的另一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。
图3b与图3c为对应图3a的折射率分布图。
图4a为本发明的再一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。
图4b与图4c为对应图4a的折射率分布图。
图5a为本发明的又一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。
图5b与图5c为对应图5a的折射率分布图。
图6a为本发明的又一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。
图6b与图6c为对应图6a的折射率分布图。
图7a至图7c为本发明的一实施例的光硬化流程的各步骤结构剖视图。
图8a至图8c为本发明的另一实施例的光硬化流程的各步骤结构剖视图。
图9a至图9c为本发明的第二实施例的光波导的各步骤结构剖视图。
图10a至图10c为本发明的第三实施例的光波导的各步骤结构剖视图。
图11为本发明的一实施例的显示装置的示意图。
附图标记为：
1…光罩 22…第二光硬化树脂层
10…挡光结构 23…光栅
11…第二透明基板 3…本体
2…光波导 4…显示模组
20…第一透明基板 100…显示装置
21…第一光硬化树脂层
具体实施方式
本发明的实施例将藉由下文配合相关附图进一步加以解说。尽可能的，于附图与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于附图中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于附图中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域的通常技术者可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。
当一个元件被称为『在…上』时，它可泛指所述元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在于两者的中。相反地，当一个元件被称为『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在于两者的中间。如本文所用，词汇『及/或』包括了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。
于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述系指关于至少一实施例内所相关连的一特定元件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
揭露特别以下述例子加以描述，这些例子仅用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。在通篇说明书与申请专利范围中，除非内容清楚指定，否则「一」以及「所述」的意义包括这一类叙述包括「一或至少一」所述元件或成分。此外，如本揭露所用，除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外，否则单数冠词亦包括复数个元件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部权利要求范围中时，除非内容清楚指定，否则「在其中」的意思可包括「在其中」与「在其上」。在通篇说明书与权利要求范围所使用的用词(terms)，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员(practitioner)在有关本揭露的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包括在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅用以举例说明，当然不限制本揭露或任何例示用词的范围与意义。同样地，本揭露并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
可了解如在此所使用的用词「包括(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包括(involving)」等等，为开放性的(open-ended)，即意指包括但不限于。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制发明作的申请专利范围。
以下提供一种光波导与显示装置的制作方法及其使用的光罩，其利用单一曝光制程形成具有呈周期性分布的硬化程度的光硬化树脂层，使此光硬化树脂层具有周期性变化的折射率。此外，亦可在光栅，例如表面浮雕光栅上形成此光硬化树脂层，以取代后续的沉积与蚀刻制程，并增加表面浮雕光栅的性能。此制作方法具有低成本与简易制程的特点。
图1a至图1c为本发明的第一实施例的光波导的各步骤结构剖视图，图1d为对应图1c的折射率分布图，以下介绍光波导的制作方法。如图1a所示，提供一光罩1，其中光罩1具有规律分布的多个挡光结构10，并在一第一透明基板20上形成一第一光硬化树脂层21。光罩1还可包括一第二透明基板11，第二透明基板11的表面上设有挡光结构10，其中挡光结构10可以等间隔设置，挡光结构10可以，但不限于沉积方式形成于第二透明基板11上。举例来说，第一透明基板20与第二透明基板11可为玻璃基板或其他透明基板。挡光结构10在横截面上呈几何形状。在第一实施例中，挡光结构10在横截面上可呈长方形，但本发明并不此以为限。接着，如图1b所示，将光罩1设于第一光硬化树脂层21上，并以入射光透过光罩1与挡光结构10照射第一光硬化树脂层21，以硬化第一光硬化树脂层21至具有呈周期性分布的第一硬化程度与其对应的呈周期性分布的第一折射率。入射光的方向以箭头表示，挡光结构10可以散射入射光或吸收入射光。第一光硬化树脂层21的空白区域代表完全硬化区域，第一光硬化树脂层21的点状区域代表被挡光结构10遮挡的区域。具体而言，挡光结构10吸收或屏蔽入射光的部分能量，并以入射光的其余能量施加在第一光硬化树脂层21。举例来说，入射光可为紫外光，第一光硬化树脂层21可为紫外光硬化树脂层，第一光硬化树脂层21可包括丙烯酰胺基(AA)类光致聚合物、聚乙醇(PVA)类光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)类光致聚合物、硫醇-烃(Thiol-Ene)类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合，挡光结构10可具有吸收紫外光的氧化物、金属氧化物、紫外光散射粒子或其组合，其中氧化物可包括二氧化钛、氧化锌、二氧化铈或其组合，紫外光散射粒子可具有不同粒径，紫外光散射粒子可包括二氧化硅、氧化铝、氟化镁、氟化钙、氟化锂、氧化镁或其组合。挡光结构10吸收或屏蔽紫外光的能量取决于挡光结构10的厚度或被掺杂的氧化物或紫外光散射粒子的多寡。氧化物或紫外光散射粒子可以，但不限于溶凝胶(Sol-gel)法掺杂于挡光结构10中。挡光结构10的氧化物的量与挡光结构10吸收紫外光的能量呈正相关。举例来说，当挡光结构10的氧化物的量分别为大、中与小时，挡光结构10可分别吸收紫外光的能量的75％、50％与25％。挡光结构10的紫外光散射粒子的量与挡光结构10屏蔽紫外光的能量呈正相关。举例来说，当挡光结构10的紫外光散射粒子的量分别为大、中与小时，挡光结构10可分别屏蔽紫外光的能量的75％、50％与25％。挡光结构10的氧化物或紫外光散射粒子的量与其对应的第一光硬化树脂层21的第一硬化程度呈负相关，挡光结构10的厚度与其对应的第一光硬化树脂层21的第一硬化程度呈负相关。也就是说，挡光结构10吸收或屏蔽紫外光的能量愈多，第一硬化程度愈低。挡光结构10吸收或屏蔽紫外光的能量愈少，第一硬化程度愈高。第一光硬化树脂层21的第一折射率与其对应的第一硬化程度会呈负相关或正相关，此根据需求而定。最后，如图1c所示，从第一光硬化树脂层21上移离光罩1，以利用具有呈周期性分布的第一硬化程度的第一光硬化树脂层21与第一透明基板20形成一光波导2。如图1c与图1d所示，由于第一光硬化树脂层21的完全硬化区域具有低折射率，第一光硬化树脂层21的点状区域具有高折射率，故第一光硬化树脂层21的折射率在沿着平行第一透明基板20的表面的水平方向的水平坐标上呈周期性分布，使第一光硬化树脂层21亦可用于形成绕射光学元件。由于第一光硬化树脂层21只要进行单一曝光制程即可具有呈周期性分布的第一硬化程度，故此光波导2的制程简单，成本也低。
图2a为本发明的一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。图2b与图2c为对应图2a的折射率分布图。图2a与图1b差别在于挡光结构10的形状。在图2a中，挡光结构10在横截面上呈平行四边形，第一光硬化树脂层21的阴影区域为被挡光结构10遮挡的区域。当入射光穿透挡光结构10的平行四边形的中间区域时，挡光结构10具有较高厚度。当入射光穿透挡光结构10的平行四边形的左侧或右侧时，挡光结构10具有较低厚度。因此，第一光硬化树脂层21的阴影区域的第一硬化程度会自中央往两侧连续递增，使此阴影区域的折射率自中央往两侧连续递减或递增，如图2b与图2c所示。举例来说，当入射光并未穿透挡光结构10时，表示入射光的能量并未被挡光结构10吸收，且此入射光照射的第一光硬化树脂层21的折射率可为1.5。当入射光穿透具有低厚度的挡光结构10时，表示入射光的能量的25％被挡光结构10吸收，且此入射光照射的第一光硬化树脂层21的折射率可为1.6。当入射光穿透具有中厚度的挡光结构10时，表示入射光的能量的50％被挡光结构10吸收，且此入射光照射的第一光硬化树脂层21的折射率可为1.7。当入射光穿透具有高厚度的挡光结构10时，表示入射光的能量的100％被挡光结构10吸收，且此入射光照射的第一光硬化树脂层21的折射率可为1.8。
图3a为本发明的另一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。图3b与图3c为对应图3a的折射率分布图。图3a与图2a差别在于挡光结构10的形状。在图3a中，挡光结构10在横截面上呈等腰梯形，第一光硬化树脂层21的阴影区域为被挡光结构10遮挡的区域。当入射光穿透挡光结构10的等腰梯形的中间区域时，挡光结构10具有较高厚度。当入射光穿透挡光结构10的等腰梯形的左侧或右侧时，挡光结构10具有较低厚度。因此，第一光硬化树脂层21的阴影区域的第一硬化程度会自中央往两侧连续递增，使此阴影区域的折射率自中央往两侧连续递减或递增，如图3b与图3c所示。
图4a为本发明的再一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。图4b与图4c为对应图4a的折射率分布图。图4a与图3a差别在于挡光结构10的形状。在图4a中，挡光结构10在横截面上呈直角三角形，第一光硬化树脂层21的阴影区域为被挡光结构10遮挡的区域。当入射光穿透挡光结构10的直角三角形的左侧时，挡光结构10具有较高厚度。当入射光穿透挡光结构10的直角三角形的右侧时，挡光结构10具有较低厚度。因此，第一光硬化树脂层21的阴影区域的第一硬化程度会自左侧往右侧连续递增，使此阴影区域的折射率自左侧往右侧连续递减或递增，如图4b与图4c所示。
图5a为本发明的又一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。图5b与图5c为对应图5a的折射率分布图。图5a与图4a差别在于挡光结构10的形状。在图5a中，挡光结构10在横截面上呈等腰三角形，第一光硬化树脂层21的阴影区域为被挡光结构10遮挡的区域。当入射光穿透挡光结构10的等腰三角形的中间区域时，挡光结构10具有较高厚度。当入射光穿透挡光结构10的等腰三角形的左侧或右侧时，挡光结构10具有较低厚度。因此，第一光硬化树脂层21的阴影区域的第一硬化程度会自中央往两侧连续递增，使此阴影区域的折射率自中央往两侧连续递减或递增，如图5b与图5c所示。
图6a为本发明的又一实施例的以紫外线照射光罩、第一光硬化树脂层与第一透明基板的结构剖视图。图6b与图6c为对应图6a的折射率分布图。图6a与图5a差别在于挡光结构10的形状。在图6a中，挡光结构10在横截面上呈半圆形，第一光硬化树脂层21的阴影区域为被挡光结构10遮挡的区域。当入射光穿透挡光结构10的半圆形的中间区域时，挡光结构10具有较高厚度。当入射光穿透挡光结构10的半圆形的左侧或右侧时，挡光结构10具有较低厚度。因此，第一光硬化树脂层21的阴影区域的第一硬化程度会自中央往两侧连续递增，使此阴影区域的折射率自中央往两侧连续递减或递增，如图6b与图6c所示。除了上述形状外，挡光结构10在横截面上亦可呈多边形、圆形、椭圆形、半椭圆形、正方形、梯形、直角梯形或三角形。
图7a至图7c为本发明的一实施例的光硬化流程的各步骤结构剖视图。在图1c的步骤后，进行执行至少一道光硬化流程。为了清晰与方便，本实施例以一道光硬化流程为例。如图7a所示，在最新形成的光硬化树脂层上形成一第二光硬化树脂层22。此最新形成的光硬化树脂层可为第一光硬化树脂层21。第二光硬化树脂层22可为紫外光硬化树脂层，第二光硬化树脂层22可包括丙烯酰胺基(AA)类光致聚合物、聚乙醇(PVA)类光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)类光致聚合物、硫醇-烃(Thiol-Ene)类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。接着，如图7b所示，将光罩1设于最新形成的第二光硬化树脂层22上，其中挡光结构10位于第一光硬化树脂层21的点状区域的正上方。以入射光透过光罩1与挡光结构10照射最新形成的第二光硬化树脂层22，以硬化最新形成的第二光硬化树脂层22至具有呈周期性分布的第二硬化程度与其对应的呈周期性分布的第二折射率。具体而言，挡光结构10吸收或屏蔽入射光的部分能量，并以入射光的其余能量施加在第二光硬化树脂层22。在此实施例中，第一硬化程度与第二硬化程度在垂直第一透明基板20的表面的方向上是相同的。箭头表示入射光的方向。第二光硬化树脂层22的空白区域代表完全硬化区域，第二光硬化树脂层22的点状区域代表被挡光结构10遮挡的区域。入射光亦以紫外光为例。挡光结构10的氧化物或紫外光散射粒子的量与其对应的第二光硬化树脂层22的第二硬化程度呈负相关，挡光结构10的厚度与其对应的第二光硬化树脂层22的第二硬化程度呈负相关。也就是说，挡光结构10吸收或屏蔽紫外光的能量愈多，第二硬化程度愈低。挡光结构10吸收或屏蔽紫外光的能量愈少，第二硬化程度愈高。第二光硬化树脂层22的第二折射率与其对应的第二硬化程度会呈负相关或正相关，此根据需求而定。最后，如图7c所示，从最新形成的第二光硬化树脂层22上移离光罩1，并利用具有第一硬化程度的第一光硬化树脂层21、具有第二硬化程度的每一第二光硬化树脂层22与第一透明基板20形成光波导2。
图8a至图8c为本发明的另一实施例的光硬化流程的各步骤结构剖视图。图8a至图8c的步骤分别与图7a至图7c的步骤相似，差别在于图8a至图8c中的第一硬化程度与第二硬化程度在垂直第一透明基板20的表面的方向上是相异的。图8a至图8c的其余技术特征已于前段叙述过，于此不再赘述。
图9a至图9c为本发明的第二实施例的光波导的各步骤结构剖视图。如图9a至图9c所示，第二实施例与第一实施例差别在于第二实施例的第一透明基板20与第一光硬化树脂层21之间设有彼此相隔的多个光栅23，例如表面浮雕光栅。所有光栅23与挡光结构10在平行第一透明基板20的表面的方向上的位置是相同的。所以第一光硬化树脂层21的完全硬化区域位于相邻两个光栅23之间。通过光罩1对第一光硬化树脂层21进行的单一曝光制程，能取代后续的沉积与蚀刻制程，并增加表面浮雕光栅的性能。
图10a至图10c为本发明的第三实施例的光波导的各步骤结构剖视图。如图10a至图10c所示，第三实施例与第二实施例差别在于第三实施例的所有光栅23与挡光结构10在平行第一透明基板20的表面的方向上的位置是相异的，使第一光硬化树脂层21的完全硬化区域位于光栅23的正上方。
图11为本发明的一实施例的显示装置的示意图。如图11所示，当上述实施例的光波导2制作出来后，利用一本体3接合一显示模组4与光波导2，以形成一显示装置100，例如穿戴式显示装置、扩增实境显示装置或虚拟现实显示装置。本体3以眼镜框架为例，但本发明不限于此。显示模组4可以是例如硅基液晶(liquid-crystal-on-silicon)显示模组、数位光处理模组、微发光二极体显示模组或是其他合适的显示模组。
根据上述实施例，光波导与显示装置的制作方法利用单一曝光制程形成具有呈周期性分布的硬化程度的光硬化树脂层，使此光硬化树脂层具有周期性变化的折射率。此外，亦可在表面浮雕光栅上形成此光硬化树脂层，以取代后续的沉积与蚀刻制程，并增加表面浮雕光栅的性能。此制作方法具有低成本与简易制程的特点。
以上所述，仅为本发明一优选实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (47)

1.一种光波导的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供光罩，其中所述光罩具有规律分布的挡光结构，并在第一透明基板上形成第一光硬化树脂层；
将所述光罩设于所述第一光硬化树脂层上，并以入射光透过所述光罩与所述挡光结构照射所述第一光硬化树脂层，以硬化所述第一光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第一硬化程度与其对应的呈周期性分布的第一折射率；以及
从所述第一光硬化树脂层上移离所述光罩，以利用具有呈周期性分布的所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层与所述第一透明基板形成光波导。
2.如权利要求1所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述入射光为紫外光。
3.如权利要求2所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构具有吸收所述紫外光的氧化物、紫外光散射粒子或其组合。
4.如权利要求3所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述氧化物包括二氧化钛、氧化锌、二氧化铈或其组合。
5.如权利要求3所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中在以所述入射光透过所述光罩与所述挡光结构照射所述第一光硬化树脂层的步骤中，所述挡光结构吸收或屏蔽所述入射光的部分能量，并以所述入射光的其余能量施加在所述第一光硬化树脂层。
6.如权利要求5所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的所述氧化物的量与所述挡光结构吸收所述紫外光的能量呈正相关。
7.如权利要求5所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的所述紫外光散射粒子的量与所述挡光结构屏蔽所述紫外光的能量呈正相关。
8.如权利要求5所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的所述氧化物或所述紫外光散射粒子的量与其对应的所述第一光硬化树脂层的所述第一硬化程度呈负相关。
9.如权利要求2所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第一光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
10.如权利要求9所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第一光硬化树脂层包括丙烯酰胺基类光致聚合物、聚乙醇类光致聚合物、丙烯酸酯类光致聚合物、硫醇-烃类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
11.如权利要求1所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述光罩还包括第二透明基板，所述第二透明基板上设有所述挡光结构，所述挡光结构在横截面上呈多边形、圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形。
12.如权利要求11所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述多边形为正方形、长方形、平行四边形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
13.如权利要求1所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中在从所述第一光硬化树脂层上移离所述光罩的步骤后，与利用所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层与所述第一透明基板形成所述光波导的步骤前，执行至少一道光硬化流程，所述至少一道光硬化流程还包括下列步骤：
在最新形成的所述光硬化树脂层上形成第二光硬化树脂层，其中所述最新形成的所述光硬化树脂层为所述第一光硬化树脂层；
将所述光罩设于最新形成的所述第二光硬化树脂层上，并以所述入射光透过所述光罩与所述挡光结构照射所述最新形成的所述第二光硬化树脂层，以硬化所述最新形成的所述第二光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第二硬化程度与其对应的呈周期性分布的第二折射率；以及
从所述最新形成的所述第二光硬化树脂层上移离所述光罩，，其中在利用所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层与所述第一透明基板形成所述光波导的步骤中，利用具有所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层、具有所述第二硬化程度的所述第二光硬化树脂层与所述第一透明基板形成所述光波导。
14.如权利要求13所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的厚度与其对应的所述第二硬化程度呈负相关。
15.如权利要求13所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第二硬化程度与其对应的所述第二折射率呈正相关或负相关。
16.如权利要求13所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第一硬化程度与所述第二硬化程度在垂直所述第一透明基板的表面的方向上是相同或相异。
17.如权利要求13所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第二光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
18.如权利要求17所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第二光硬化树脂层包括丙烯酰胺基类光致聚合物、聚乙醇类光致聚合物、丙烯酸酯类光致聚合物、硫醇-烃类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
19.如权利要求1所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第一透明基板与所述第一光硬化树脂层之间设有彼此相隔的多个光栅。
20.如权利要求19所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述光栅与所述挡光结构在平行所述第一透明基板的表面的方向上的位置是相同或相异。
21.如权利要求1所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的厚度与其对应的所述第一光硬化树脂层的所述第一硬化程度呈负相关。
22.如权利要求1所述的光波导的制作方法，其特征在于，其中所述第一硬化程度与其对应的所述第一折射率呈正相关或负相关。
23.一种显示装置的制作方法，其特征在于，其包括下列步骤：
提供光罩，其中所述光罩具有规律分布的挡光结构，并在第一透明基板上形成一第光硬化树脂层；
将所述光罩设于所述第一光硬化树脂层上，并以入射光透过所述光罩与所述挡光结构照射所述第一光硬化树脂层，以硬化所述第一光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第一硬化程度与其对应的呈周期性分布的第一折射率；
从所述第一光硬化树脂层上移离所述光罩，以利用具有呈周期性分布的所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层与所述第一透明基板形成光波导；以及
利用本体接合显示模组与所述光波导，以形成显示装置。
24.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述本体为眼镜框架。
25.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述入射光为紫外光。
26.如权利要求25所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构具有吸收所述紫外光的氧化物、紫外光散射粒子或其组合。
27.如权利要求26所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述氧化物包括二氧化钛、氧化锌、二氧化铈或其组合。
28.如权利要求26所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中在以所述入射光透过所述光罩与所述挡光结构照射所述第一光硬化树脂层的步骤中，所述挡光结构吸收或屏蔽所述入射光的部分能量，并以所述入射光的其余能量施加在所述第一光硬化树脂层。
29.如权利要求28所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的所述氧化物的量与所述挡光结构吸收所述紫外光的能量呈正相关。
30.如权利要求28所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的所述紫外光散射粒子的量与所述挡光结构屏蔽所述紫外光的能量呈正相关。
31.如权利要求28所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的所述氧化物或所述紫外光散射粒子的量与其对应的所述第一光硬化树脂层的所述第一硬化程度呈负相关。
32.如权利要求25所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第一光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
33.如权利要求32所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第一光硬化树脂层包括丙烯酰胺基类光致聚合物、聚乙醇类光致聚合物、丙烯酸酯类光致聚合物、硫醇-烃类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
34.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述光罩还包括第二透明基板，所述第二透明基板上设有所述挡光结构，所述挡光结构在横截面上呈多边形、圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形。
35.如权利要求34所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述多边形为正方形、长方形、平行四边形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
36.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中在从所述第一光硬化树脂层上移离所述光罩的步骤后，与利用所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层与所述第一透明基板形成所述光波导的步骤前，执行至少一道光硬化流程，所述至少一道光硬化流程还包括下列步骤：
在最新形成的所述光硬化树脂层上形成第二光硬化树脂层，其中所述最新形成的所述光硬化树脂层为所述第一光硬化树脂层；
将所述光罩设于最新形成的所述第二光硬化树脂层上，并以所述入射光透过所述光罩与所述挡光结构照射所述最新形成的所述第二光硬化树脂层，以硬化所述最新形成的所述第二光硬化树脂层至具有呈周期性分布的第二硬化程度与其对应的呈周期性分布的第二折射率；以及
从所述最新形成的所述第二光硬化树脂层上移离所述光罩，其中在利用所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层与所述第一透明基板形成所述光波导的步骤中，利用具有所述第一硬化程度的所述第一光硬化树脂层、具有所述第二硬化程度的所述第二光硬化树脂层与所述第一透明基板形成所述光波导。
37.如权利要求36所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的厚度与其对应的所述第二硬化程度呈负相关。
38.如权利要求36所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第二硬化程度与其对应的所述第二折射率呈正相关或负相关。
39.如权利要求36所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第一硬化程度与所述第二硬化程度在垂直所述第一透明基板的表面的方向上是相同或相异。
40.如权利要求36所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第二光硬化树脂层为紫外光硬化树脂层。
41.如权利要求40所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第二光硬化树脂层包括丙烯酰胺基类光致聚合物、聚乙醇类光致聚合物、丙烯酸酯类光致聚合物、硫醇-烃类光致聚合物、掺有奈米粒子的光致聚合物或其组合。
42.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第一透明基板与所述第一光硬化树脂层之间设有彼此相隔的多个光栅。
43.如权利要求42所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述光栅与所述挡光结构在平行所述第一透明基板的表面的方向上的位置是相同或相异。
44.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述挡光结构的厚度与其对应的所述第一光硬化树脂层的所述第一硬化程度呈负相关。
45.如权利要求23所述的显示装置的制作方法，其特征在于，其中所述第一硬化程度与其对应的所述第一折射率呈正相关或负相关。
46.一种光罩，其特征在于，包括：
透明基板；以及
多个挡光结构，规律分布并设于所述透明基板的表面上，其中每一个所述挡光结构在横截面上呈几何形状。
47.如权利要求46所述的光罩，其特征在于，其中所述多个挡光结构具有吸收紫外光的氧化物、紫外光散射粒子或其组合。
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