CN115176182A - 用于复制大型全息光学元件的方法和由此复制的大型全息光学元件 - Google Patents

用于复制大型全息光学元件的方法和由此复制的大型全息光学元件 Download PDF

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Abstract

本公开内容涉及用于复制全息光学元件的方法和由此复制的全息光学元件，具体地，涉及用于复制这样的全息光学元件的方法：所述全息光学元件大于母版，同时具有通过用激光束照射其上形成有特定衍射光栅图案的母版而产生的反射、衍射或透射光束的干涉而在母版上产生的全息光栅图案。

Description

用于复制大型全息光学元件的方法和由此复制的大型全息光 学元件
技术领域
本申请要求于2020年8月25日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0107292号的申请日的权益，其全部内容通过引用并入本文。本公开内容涉及用于复制全息光学元件的方法和由此复制的全息光学元件，更具体地，涉及用于复制这样的全息光学元件的方法：所述全息光学元件大于母版(master)，同时具有通过用激光束照射其上形成有特定衍射光栅图案的母版而产生的反射、衍射或透射光束的干涉而在母版上产生的全息光栅图案。
背景技术
全息光学元件是具有由参考光束和物体光束形成的特定光栅图案的元件，并且是记录和再现全息图所必需的元件。
当用参考光束照射该全息光学元件时，可以再现全息图。在常规技术中，作为利用该全息光学元件的特性的方法，存在通过使用所述全息光学元件作为母版来制造具有相同全息光栅图案的另一全息光学元件的复制技术。
这种复制全息光学元件的方法的特征在于，工艺方法本身相对简单，因此即使以低成本也可以大量生产全息光学元件。仅当待复制的母版的品质均匀且长时间保持时，即使反复复制也可以生产出具有恒定品质的全息光学元件。
随着增强现实(augmented reality，AR)显示装置的发展，可以使用其上形成有纳米图案光栅的衍射导光板来制造这样的装置。衍射导光板包括衍射光学元件和全息光学元件。随着增强现实装置例如车辆平视显示器(head-up display，HUD)得到发展以及其用途已经多样化，需要大尺寸的衍射导光板。然而，当使用通过纳米压印光刻法制造的母版时，由于难以将母版制造成具有大尺寸，因此出现大尺寸的衍射导光板不适用的问题。当使用通过纳米压印光刻法制造的表面浮雕光栅(surface-relief grating，SRG)型衍射光学元件(diffractive optical element，DOE)实现AR显示装置时，由于光栅的折射率之差高达0.5，因此用户的视线可能因外部光衍射而受到阻碍。
因此，需要能够复制大型全息光学元件的技术，所述技术即使在使用通过纳米压印光刻法制造的母版时也引起较少的由于外部光衍射造成的视觉阻碍。
上述背景技术是本发明人为得出本公开内容的实施方案而保留的或在得出本公开内容的实施方案的过程中获得的技术信息，并且在提交本公开内容的实施方案之前可以不被视为为一般公众所知的公知技术。
发明内容
技术问题
本公开内容是为了解决上述问题而做出的，并且本公开内容的一个目的是提供用于复制全息光学元件的方法，所述方法即使在使用以下衍射光学元件作为母版时也能够复制大型全息光学元件：所述衍射光学元件通过纳米压印光刻法制造，比常规的全息光学元件更容易制造和管理，并且具有更好的耐久性。
然而，本公开内容的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员将从以下描述中清楚地理解本文未提及的其他目的。
技术方案
本公开内容的一个实施方案提供了用于复制大型全息光学元件的方法，所述方法包括：放置母版和可光固化面板的放置步骤，所述母版由具有待作为全息光栅图案转印至全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件(DOE)组成，所述可光固化面板具有比母版更大的面积，并且由衍射光栅图案形成的全息光栅图案待转印至所述可光固化面板；通过使从光源发射的参考光束入射到母版上而在可光固化面板上形成全息光栅图案的光栅形成步骤；以及在参考光束的入射期间在可光固化面板上在比母版更大的面积上形成全息光栅图案，同时使光源和母版同时移动或者仅移动可光固化面板的移动步骤。
根据本公开内容的一个实施方案，可以在母版与可光固化面板之间施加折射率匹配液。
根据本公开内容的一个实施方案，每当同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板时，可以向作为可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液。
根据本公开内容的一个实施方案，所述方法还包括折射率匹配液施加装置，所述折射率匹配液施加装置放置在转印区域的相对于转印区域的移动方向上并且配置成施加折射率匹配液，并且每当转印区域改变时可以施加折射率匹配液。
根据本公开内容的一个实施方案，所施加的折射率匹配液的量可以基于转印区域的面积和可光固化面板的移动速度来确定。
根据本公开内容的一个实施方案，母版可以是其上通过纳米压印光刻(nanoimprint lithography，NIL)工艺形成有对应于衍射光栅图案的表面浮雕光栅(SRG)图案的面板。
根据本公开内容的一个实施方案，母版可以通过以下步骤制造：通过使用在其表面上具有对应于表面浮雕光栅图案的图案的母版印模在用于母版的材料面板上压印表面浮雕光栅图案；以及使其上压印有表面浮雕光栅图案的材料面板固化。
根据本公开内容的一个实施方案，母版可以允许由母版产生的再现光束在单个倾斜方向上行进。
根据本公开内容的一个实施方案，所述方法在放置步骤之前还可以包括：考虑大型全息光学元件的水平长度和垂直长度中的每一者来确定母版的尺寸的母版尺寸确定步骤；以及根据所确定的母版的尺寸来制造母版的步骤。
根据本公开内容的一个实施方案，所述方法在放置步骤之前还可以包括：确定母版的尺寸使得大型全息光学元件的水平长度成为母版的水平长度的倍数并且大型全息光学元件的垂直长度成为母版的垂直长度的倍数的母版尺寸确定步骤；以及根据所确定的母版的尺寸来制造母版的步骤。
根据本公开内容的一个实施方案，移动步骤中光源和母版同时移动或者仅可光固化面板移动的次数可以是通过从通过将大型全息光学元件的面积除以母版的面积获得的值中减去1而获得的值。
根据本公开内容的一个实施方案，大型全息光学元件可以为反射型全息光学元件，放置步骤可以是将可光固化面板放置在从其发射参考光束的光源与母版之间的步骤，以及光栅形成步骤可以是通过由母版反射并到达可光固化面板的反射光束和在到达母版之前到达可光固化面板的参考光束形成全息光栅图案的步骤。
根据本公开内容的一个实施方案，大型全息光学元件可以为透射型全息光学元件，放置步骤可以是将母版放置在从其发射参考光束的光源与可光固化面板之间的步骤，以及光栅形成步骤可以是通过穿过母版并到达可光固化面板的透射光束和被母版衍射并到达可光固化面板的衍射光束形成全息光栅图案的步骤。
根据本公开内容的一个实施方案，所述方法还可以包括通过用波长在紫外-可见(UV-可见)波长范围内的光照射来将可光固化面板漂白的步骤。
本公开内容的另一个实施方案提供了用于复制大型全息光学元件的设备，所述设备包括：光源单元，所述光源单元包括被配置成用参考光束照射母版的光源，所述母版由具有待作为全息光栅图案转印至全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件组成；放置单元，所述放置单元被配置成放置母版和可光固化面板，所述可光固化面板具有比母版更大的面积，并且由衍射光栅图案形成的全息光栅图案待转印至所述可光固化面板；以及移动控制单元，所述移动控制单元被配置成同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板，以在参考光束入射到母版上期间在可光固化面板上在比母版更大的面积上形成全息光栅图案。
根据本公开内容的一个实施方案，每当同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板时，可以向作为可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液。
根据本公开内容的一个实施方案，所述设备还可以包括放置在转印区域的相对于转印区域的移动方向上并且被配置成每当转印区域改变时施加折射率匹配液的折射率匹配液施加装置，并且所施加的折射率匹配液的量可以基于转印区域的面积、光源和母版的移动速度、或可光固化面板的移动速度来确定。
根据本公开内容的一个实施方案，母版可以允许由母版产生的再现光束在单个倾斜方向上行进。
根据本公开内容的一个实施方案，光源和母版同时移动或者仅可光固化面板移动的次数可以是通过从通过将大型全息光学元件的面积除以母版的面积获得的值中减去1而获得的值。
根据本公开内容的一个实施方案，当大型全息光学元件为反射型全息光学元件时，可光固化面板可以被放置在光源与母版之间，并且全息光栅图案可以通过由母版反射并到达可光固化面板的反射光束和在到达母版之前到达可光固化面板的参考光束形成，以及当大型全息光学元件为透射型全息光学元件时，母版可以被放置在光源与可光固化面板之间，并且全息光栅图案可以通过穿过母版并到达可光固化面板的透射光束和被母版衍射并到达可光固化面板的衍射光束形成。
本公开内容的又一个实施方案提供了通过所述用于复制大型全息光学元件的方法复制的大型全息光学元件。
根据本公开内容的一个实施方案，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的各接缝的宽度可以为0μm至800μm。
根据本公开内容的一个实施方案，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的接缝的面积可以为大型全息光学元件的总面积的0％至15％。
关于另外的实施方案的具体细节包括在具体实施方式和附图中。
有益效果
根据本公开内容的一个实施方案的用于复制大型全息光学元件的方法的有效之处在于，即使在使用通过纳米压印光刻(NIL)工艺制造的衍射光学元件作为母版时，也可以复制大型全息光学元件，因此在可以以大面积制造全息光学元件的同时提高了复制方法的精确性和均匀性。
根据本公开内容的一个实施方案的用于复制大型全息光学元件的设备可以在制造具有大面积的衍射光学元件的同时提高复制方法的精确性和均匀性。
根据本公开内容的一个实施方案的大型全息光学元件的有效之处在于提高了制造和管理用于复制的母版的容易性。
本公开内容的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员从本说明书和附图中将清楚地理解本文未提及的效果。
附图说明
图1是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于复制大型全息光学元件的方法的流程图。
图2是示出根据本公开内容的一个实施方案复制全息光学元件的图。
图3是示出根据本公开内容的一个实施方案复制全息光学元件的图。
图4是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于复制反射型全息光学元件的方法的图。
图5是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于复制透射型全息光学元件的方法的图。
图6是示出根据本公开内容的一个实施方案复制大型全息光学元件的情况的图。
图7是示出根据本公开内容的一个实施方案复制大型全息光学元件的情况的图。
图8是任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另一全息光栅图案之间的接缝的放大照片。
图9是为检查接缝的面积百分比而制造的大型全息光学元件的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本文公开的实施方案，其中相同的附图标记用于表示相同或相似的组件，并且将省略其冗余描述。以下描述中使用的用于组件的后缀“模块”和“单元”仅是为了便于说明书的起草而给出或一起使用，后缀本身并不旨在给出任何不同的含义或功能。此外，在本文公开的实施方案的以下描述中，当公知的相关技术的详细描述使实施方案的主题模糊时，可以将其省略。此外，附图仅旨在帮助理解本文公开的实施方案，应当理解，本文公开的技术精神不受附图的限制，并且在不脱离本公开内容的精神和技术范围的情况下，任何修改、等同方案或替代方案是可能的。
应当理解，尽管在本文中可以使用包括诸如第一、第二等的序数的术语来描述各个组件，但是组件不受所述术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另外的组件区分开的目的。
应当理解，当任一组件被称为“连接”或“耦接”至另一组件时，其可以直接连接或耦接至另一组件，但也可以在其间存在另外的中间组件。另一方面，应当理解，当任一组件被称为直接“连接”或“耦接”至另一组件时，在其间不存在另外的中间组件。
除非上下文另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。
在本说明书中，应当理解，诸如“包括”和“具有”的术语旨在表示存在所述特征、数量、步骤、操作、组件、部件或其组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、组件、部件或其组合的可能性。
在下文中，将详细描述本公开内容。
其上记录有纳米图案衍射光栅的导光板可以用于实现增强现实眼镜、头戴式显示器(head mounted display，HMD)、平视显示器(HUD)等，这些是用于同时查看现实世界对象和背景以及虚拟现实对象的增强现实(AR)显示装置。该导光板可以被称为各种名称，例如衍射导光板、光学元件、衍射光学元件、光栅图案元件、全息图光学元件和全息光学元件。
当用各种光束照射该衍射导光板时，可以在三个维度上输出用户所期望的各种图像，并且用户可以同时看到透过衍射导光板的光束和从衍射导光板衍射的光束。
该衍射导光板的实例包括其中已通过纳米压印光刻(NIL)工艺形成对应于衍射光栅图案的表面浮雕光栅(SRG)图案的衍射光学元件(DOE)。此外，衍射导光板的实例还包括通过经由使用激光(其为相干光源)的干涉光刻在光聚合物(其为可光固化聚合物树脂)上记录体全息光栅(volume holographic grating，VHG)的方法制造的全息光学元件(HOE)。
用于复制全息光学元件的技术可以使用全息光学元件或衍射光学元件作为待复制的母版。基于在用参考光束照射母版时产生物体光束的原理，通过将作为参考光束与物体光束之间的干涉图案的全息光栅图案记录在光聚合物上来复制全息光学元件。
为了大量生产AR显示装置，需要大量生产全息光学元件，并且为此目的需要用于复制全息光学元件的技术。复制该全息光学元件的过程相对简单，因此大量生产全息光学元件是可能的。为了精确且均匀的复制过程，母版的品质应当长时间保持在均匀的状态。鉴于这方面，作为母版，优选使用通过纳米压印光刻(NIL)法制造的衍射光学元件，而不是通过体全息光栅(VHG)记录法制造的全息光学元件。
随着增强现实装置例如车辆平视显示器(HUD)得到发展以及其用途已经多样化，需要大尺寸的衍射导光板，但当使用通过纳米压印光刻(NIL)法制造的母版时，由于难以将母版制造成具有大尺寸，因此出现难以将大尺寸的衍射导光板应用于大型全息光学元件的复制的问题。此外，当使用通过纳米压印光刻法制造的表面浮雕光栅(SRG)型衍射光学元件(DOE)来实现AR显示装置时，由于光栅的折射率之差高达0.5，因此用户的视线可能因外部光衍射而受到阻碍。
即使在使用以下衍射光学元件作为母版时，根据本公开内容的用于复制大型全息光学元件的方法也使得可以通过母版的平铺复制来复制具有通过母版实现的全息光栅图案的大型全息光学元件：所述衍射光学元件通过纳米压印光刻法制造，比常规的全息光学元件更容易制造和管理，并且具有更好的耐久性。因此，可以通过简化复制衍射导光板的过程来减少过程时间和成本。此外，即使在使用通过纳米压印光刻法制造的母版时也可以复制引起较少的由于外部光衍射而造成的视觉阻碍的大型全息光学元件。由于全息光学元件具有相对高的角度选择性，因此可以减少因外部光衍射而造成的视觉阻碍的程度。此外，由于使用通过纳米压印光刻工艺制造的衍射光学元件作为用于复制过程的母版，因此可以长时间维持全息光学元件的更精确复制与均匀的品质。通过经由斜度蚀刻在石英等上形成压纹表面浮雕光栅图案，并将压纹表面浮雕光栅图案压印在聚合物上以形成与其对应的雕刻表面光栅图案来制造母版印模。其后，通过将母版印模压印在聚合物上以形成与形成在石英等的表面上的压纹表面浮雕光栅图案相同的表面浮雕光栅图案来制造母版。制造的母版(即衍射光学元件)可以将衍射光束聚焦在一个方向上，因此可以用作用于复制全息光学元件的过程的母版。由于母版是通过纳米压印光刻工艺制造的，因此存在的优点是易于控制母版的间距，并且由于由单一基体而没有另外的基体形成的印模成为母版，因此母版具有优异的耐久性并且可以在较长时间段内保持相同的复制品品质。
在下文中，将参照各附图详细描述根据本公开内容的用于复制大型全息光学元件的方法和用于该方法的各组件。
图1是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于复制大型全息光学元件的方法的流程图。图2和图3是示出根据本公开内容的一个实施方案复制全息光学元件的图。在下文中，将参照图1至图3描述用于复制大型全息光学元件的方法。
根据本公开内容的用于复制大型全息光学元件的方法可以包括：放置母版和可光固化面板的放置步骤S30，所述母版由具有待作为全息光栅图案转印至全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件(DOE)组成，所述可光固化面板具有比母版更大的面积，并且由衍射光栅图案形成的全息光栅图案待转印至所述可光固化面板；通过使从光源发射的参考光束入射到母版上而在可光固化面板上形成全息光栅图案的光栅形成步骤S40、S50和S60；以及在参考光束的入射期间在可光固化面板上在比母版更大的面积上形成全息光栅图案，同时使光源和母版同时移动或者仅移动可光固化面板的移动步骤S70。此外，根据本公开内容的用于复制大型全息光学元件的方法在放置步骤S30之前还可以包括确定母版尺寸的步骤S10和制造母版的步骤S20。此外，根据本公开内容的用于复制大型全息光学元件的方法在完成移动步骤S70之后还可以包括对可光固化面板进行紫外-可见(UV-可见)漂白，即通过用波长在UV-可见波长区域内的光照射来将可光固化面板漂白的步骤S80。在下文中，在描述本公开内容中包括的各步骤之前，将参照图2和图3描述可光固化面板120和母版110。
可光固化面板120可以是由可光固化树脂(通过接收光能交联并固化的合成有机材料)构成的面板型材料。例如，可光固化面板120可以由光聚合物构成。可以将通过两个或更多个光束之间的干涉形成的全息光栅图案记录在可光固化面板120上。可以通过将由两个或更多个光束之间的干涉形成的图案记录在可光固化面板120上来制造全息光学元件。
母版110可以是具有可以实现待复制的全息光栅图案的衍射光栅图案的衍射导光板。在本公开内容的一个实施方案中，母版110可以由衍射光学元件组成。母版110可以是其上已通过纳米压印光刻(NIL)工艺形成对应于衍射光栅图案的表面浮雕光栅(SRG)的面板。由于母版110是通过纳米压印光刻(NIL)工艺制造的面板，因此与通过多个光束之间的干涉制造的全息光学元件相比，其具有更好的精确性、均匀性和耐久性的优点。即，由于母版110由通过纳米压印光刻(NIL)工艺制造的衍射光学元件组成，因此与使用全息光学元件作为母版110的常规复制方法相比，根据本公开内容的复制方法具有更好的精确性、均匀性和耐久性的优点。此外，当通过纳米压印光刻工艺制造衍射光学元件时，根据本公开内容的复制方法还具有可以容易且精确地控制衍射光学元件的间距的优点。因此，在这种情况下，所述复制方法可以更精确地制造具有可以实现期望的待复制的全息光栅图案的衍射光栅图案的母版110。
母版110可以通过以下步骤制造：通过使用在其表面上具有对应于衍射光栅图案的表面浮雕光栅图案的母版110的印模在用于母版110的材料面板上压印衍射光栅图案；以及使转印有衍射光栅图案的材料面板固化。母版110的印模可以是具有对应于待形成在母版110上的衍射光栅图案的表面浮雕光栅图案以便制造母版110的印模。用于母版110的材料面板可以是由单一材料构成的面板。另一方面，用于压印以制造母版110的印模的材料面板可以是由石英作为单一材料构成的面板。在使其上压印有衍射光栅图案的材料面板固化之后，完成了待用于复制的母版110的制造。以这种方式制造的母版110可以呈其上形成有衍射光栅图案的单一材料的形式。
可以在母版110上形成衍射光栅图案。具体地，形成在母版110上的衍射光栅图案可以允许由母版110产生的衍射光或反射光在单个倾斜方向上行进。在复制全息光学元件的过程中，将由参考光束RB与物体光束OB之间的干涉形成的图案记录在可光固化面板120上。然而，在形成在母版110上的图案不是衍射光栅图案的情况下，与图2和图3所示的实施方案不同，入射到母版110上的参考光束RB在两个方向上衍射，使得通过三个定向光束(穿过母版110的一个参考光束RB和在两个方向上衍射的两个定向光束)将干涉图案记录在光聚合物上，因此可能进行不精确的复制。当在母版110上形成衍射光栅图案时，入射到母版110上的参考光束RB仅在单个方向上衍射，使得通过两个定向光束(穿过母版110的参考光束RB和在单个方向上衍射的光束)将干涉图案记录在光聚合物上，并且可以进行精确复制。在本公开内容的一个实施方案中，衍射光栅图案可以呈母版110的表面浮雕光栅的形式，使得由母版110产生的物体光束OB的行进方向在单个方向上倾斜。
母版110可以通过用具有通过斜度蚀刻形成的表面浮雕光栅图案的单一材料母版模具压印聚合物以制造其上形成有表面浮雕光栅图案的母版印模(母版复制模具)，并用母版印模压印聚合物来制造。此外，母版模具可以由石英制成。
另一方面，母版110可以使用其上已通过斜度蚀刻形成对应于衍射光栅图案的表面浮雕光栅图案的单一材料母版印模来制造。即，母版110的印模不是由纳米压印光刻工艺产生的最终压印样品，而是可以是具有通过蚀刻形成的表面浮雕光栅的印模。由于仅在使印模另外经受软模工艺时才可以制造最终的压印样品，因此与印模不同，其还需要压印图案的过程。当进行该过程时，作为母版110的品质可能降低，并且制造母版110所需的成本和时间可能增加。此外，印模由单一基底构成(例如，印模的材料可以为石英)，而压印样品包括涂覆有压印抗蚀剂的玻璃或塑料基底，因此还具有其洗涤、管理和处理的容易性较差的问题。因此，作为母版110，石英印模可以比压印样品更优选。
例如，母版110的具体规格可以如下。母版110可以具有通过斜度蚀刻形成的线图案并且可以仅由石英构成。在这种情况下，石英材料的折射率可以为1.46。当通过纳米压印光刻工艺制造母版110时，还存在易于控制母版110的间距的优点。例如，当参考光束RB是具有532nm的单一波长的激光束时，可以将母版110的间距控制为405nm。例如，应用于根据本公开内容的用于复制全息光学元件的方法的记录条件可以如下。参考光束RB可以为具有单一波长的激光束。例如，参考光束RB可以为具有532nm的单一波长(绿色)的激光束。可以使参考光束RB以预定强度入射到母版110上持续预定暴露时间。例如，参考光束RB的预定强度可以为1mW/cm2，以及预定暴露时间可以为5秒、10秒、15秒和20秒中的任一者。在这种情况下，可光固化面板120(光聚合物)的厚度可以为8μm、15μm和30μm中的任一者。在下文中，将详细描述根据本公开内容的方法的各步骤。
图1中的步骤S10是确定母版110的尺寸的步骤。母版110的尺寸可以考虑大型全息光学元件的水平长度和垂直长度中的每一者来确定。具体地，可以确定母版110的尺寸使得待制造的大型全息光学元件的水平长度成为母版110的水平长度的倍数并且大型全息光学元件的垂直长度成为母版110的垂直长度的倍数。参照图7，可光固化面板120的水平长度为母版110的水平长度的四倍，以及可光固化面板120的垂直长度为母版110的垂直长度的三倍。当以这种方式确定母版110的水平长度和垂直长度时，由于母版110或可光固化面板120仅需移动整数次以制造大型全息光学元件，因此获得了减少制造时间并提高制造效率的效果。因此，在移动步骤S70中，光源和母版110同时移动或者仅可光固化面板120移动的次数，即“光源和母版110”或“可光固化面板120”的移动次数可以是通过从通过将大型全息光学元件的面积除以母版110的面积获得的值中减去1而获得的值。在这种情况下，大型全息光学元件可以使用最少的移动次数来制造，并因此减少制造时间并提高制造效率。
图1中的步骤S20是制造母版110的步骤。制造母版110的步骤可以包括以下步骤：通过使用具有待压印在母版上的衍射光栅图案(即表面浮雕光栅图案)的母版印模在用于母版110的材料面板上压印衍射光栅图案；以及使其上压印有衍射光栅图案的材料面板固化。因此，可以在母版110上形成衍射光栅图案，使得由母版110产生的再现光束可以在单个倾斜方向上行进。在图3中的母版110的顶部出现衍射光栅图案。母版印模可以是通过用其上已通过蚀刻石英等的表面而形成有对应于上述表面浮雕光栅图案的表面浮雕光栅图案的母版模具压印聚合物而获得的母版印模。另一方面，母版印模可以是其上已通过蚀刻石英等的表面而形成有对应于衍射光栅图案的表面浮雕光栅图案的母版印模。
图1中的步骤S30是放置可光固化面板120和母版110的步骤。将可光固化面板120和母版110并排放置，在大面积上彼此紧密接触，并在母版110与可光固化面板120之间放置折射率匹配液(或折射率匹配油)130。在本公开内容中，由于可光固化面板120和母版110彼此分开移动，因此它们处于紧密接触状态，而不是处于附接状态，并且可光固化面板120与母版110彼此稍微间隔开，使得可以在其间施加折射率匹配液130。
参照图2至图5，可以以多种方式放置可光固化面板120和母版110。根据图2和图3的实施方案，当参考光束RB入射到母版110的顶部时，可以将可光固化面板120放置成与母版110的下表面紧密接触。根据图4所示的实施方案，当参考光束RB入射到母版110的顶部时，可以将可光固化面板120放置在母版110上方，并且可以在母版110与可光固化面板120之间以与其紧密接触来放置折射率匹配液130。根据图5所示的实施方案，当参考光束RB入射到母版110的顶部时，可以将可光固化面板120放置在母版110的下方，并且可以在母版110与可光固化面板120之间以与其紧密接触来放置折射率匹配液130。
在图1所示的步骤S40中，使参考光束RB从光源入射到母版110和可光固化面板120上。光源可以为激光光源。在本公开内容中使用的光源优选发射高度相干光。在这种情况下，可以顺利发生各光束之间的干涉。参照图2和图3，可以确定参考光束RB入射到母版110上。
在图1所示的步骤S50中，当从光源发射的参考光束RB到达母版110时，由母版110产生再现光束(物体光束OB)。当参考光束RB到达母版110时，再现光束OB可以由于因在母版110上进行的斜度蚀刻而产生的图案而生成。再现光束OB可以是通过已到达母版110的参考光束RB中的一部分的反射或衍射而产生的行进光束。母版110产生在单个倾斜方向上行进的再现光束OB。因此，通过两个定向光束(穿过母版110的参考光束RB和在一个方向上衍射的衍射光束)将干涉图案记录在可光固化面板120上，并且可以进行精确复制。参照图2和图3，可以确定由母版110产生再现光束OB。在该实施方案中，由于在母版110上进行的斜度蚀刻，因此再现光束OB在单个倾斜方向上行进。行进穿过母版110的透射光束RB2以与参考光束RB相同的方向到达可光固化面板120。
在图1所示的步骤S60中，在将从光源发射的参考光束RB与由母版110产生的再现光束(物体光OB)之间的干涉图案记录在可光固化面板120上时，在可光固化面板120上形成光栅图案。在这种情况下，所形成的光栅图案是形成在母版110上的光栅图案的复制品。
在图1所示的步骤S70中，在可光固化面板120上在比母版110更大的面积上形成光栅图案，同时使光源和母版同时移动或者仅移动可光固化面板。即，在参考光束的入射期间在可光固化面板120上在比母版110更大的面积上形成光栅图案，同时移动“光源和母版110”或“可光固化面板120”。为此，在根据本公开内容的复制方法中，可以使用移动“光源和母版110”或“可光固化面板120”的装置。当“光源和母版110”移动时，“可光固化面板120”固定，而当“可光固化面板120”移动时，“光源和母版110”固定。即使“光源和母版110”以及“可光固化面板120”中的任一者移动，都出现相同的效果。当“光源和母版110”移动时，在本公开内容中可以提供和使用用于移动“光源和母版110”的装置以及用于固定可光固化面板120的装置。当可光固化面板120移动时，在本公开内容中可以提供和使用用于固定“光源和母版110”的装置以及用于移动可光固化面板120的装置。根据复制反射型全息光学元件的情况和复制透射型全息光学元件的情况，这样的装置可以具有不同的配置和功能。
在母版110与可光固化面板120之间施加折射率匹配液(或折射率匹配油)130。仅当在母版110与可光固化面板120之间施加折射率匹配液130时，“光源和母版110”或“可光固化面板120”才可以在母版110和可光固化面板120彼此紧密接触的状态下移动。根据本公开内容的一个实施方案，可以一次向整个可光固化面板120施加折射率匹配液130。根据本公开内容的另一个实施方案，每当“光源和母版110”或“可光固化面板120”移动时，可以向作为可光固化面板120的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液130。具体地，每当同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板时，可以向作为可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液。即，在该实施方案中，折射率匹配液130不是一次施加至可光固化面板120，而是每当“光源与母版110”或“可光固化面板120”移动时可以施加至新出现的转印区域。为此，根据本公开内容的用于制造大型全息光学元件的设备还可以包括用于施加折射率匹配液130的装置。将用于施加折射率匹配液130的装置放置在转印区域的相对于转印区域的移动方向上，并且每当转印区域改变时施加折射率匹配液130。具体地，参照图6，可以将用于施加折射率匹配液130的装置放置在母版110的侧面，使得每当母版110或可光固化面板120移动时其可以施加折射率匹配液130。与图6所示的实施方案不同，可以将用于施加折射率匹配液130的装置放置成围绕母版110。所施加的折射率匹配液130的量可以基于转印区域的面积和可光固化面板120的移动速度来确定。例如，所施加的折射率匹配液130的量可以与转印区域的面积和可光固化面板120的移动速度成比例地改变。例如，所施加的折射率匹配液130的量可以随着转印区域的面积或可光固化面板120的移动速度增加而增加。
当参考光束入射时，“光源和母版110”或“可光固化面板120”可以移动使得可以在整个目标区域上形成光栅图案。本公开内容中使用的可光固化面板120的面积可以与待制造的大型全息光学元件的面积相同，但在另一些情况下，“光源和母版110”或“可光固化面板120”的移动路径将基于待制造的大型全息光学元件的面积来确定。在图7所示的实施方案中，作为可光固化面板120的光聚合物以之字形方式移动，因此，母版110在可光固化面板120上的位置以之字形方式改变。该移动路径是根据母版110的形状和尺寸以及待制造的大型全息光学元件的形状和尺寸确定的。在确定母版110的尺寸的步骤S10中，确定母版110的尺寸使得大型全息光学元件的水平长度成为母版110的水平长度的倍数并且大型全息光学元件的垂直长度成为母版110的垂直长度的倍数。因此，在移动步骤S70中，“光源和母版110”或“可光固化面板120”可以移动对应于通过从通过将大型全息光学元件的面积除以母版110的面积获得的值中减去1而获得的值的次数。“光源和母版110或“可光固化面板120”不连续移动，而是在母版110定位在其中尚未形成光栅图案的区域中之后以静止状态进行转印。在转印完成之后，“光源和母版110”或“可光固化面板120”移动至其中尚未形成光栅图案的区域中的下一个位置。在本公开内容中，这种类型的复制固定被称为平铺型复制过程。具体的移动路径可以各种各样地设置，例如在水平方向上的之字形路径、在垂直方向上的之字形路径、和螺旋路径。
在图1所示的步骤S80中，对其上完全形成有全息光栅图案的可光固化面板120进行紫外-可见(UV-可见)漂白。具体地，进行通过用波长在UV-可见波长范围内的光照射来将可光固化面板漂白的步骤。因此，可以将大型全息光学元件记录在可光固化面板120上。
图4是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于复制反射型全息光学元件的方法的图。
在图4所示的实施方案中，待复制的全息光学元件为反射型全息光学元件。在这种情况下，母版110可以是反射型衍射光学元件。
在用于复制反射型全息光学元件的方法中，放置步骤可以是将可光固化面板120放置在母版110与从其发射参考光束RB的光源之间的步骤。在这种情况下，可以在母版110与可光固化面板120之间放置用于使折射最小化的折射率匹配液130。在该实施方案中，反射光束为物体光束OB。
在用于复制反射型全息光学元件的方法中，形成光栅图案的步骤是通过由母版110反射并到达可光固化面板120的反射光束(物体光束OB)和在到达母版110之前到达可光固化面板120的参考光束RB形成光栅图案的步骤。从光源发射的参考光束RB到达可光固化面板120。由母版110产生的反射光束(物体光束OB)沿倾斜方向到达可光固化面板120。已到达可光固化面板120的参考光束RB和反射光束(物体光束OB)引起干涉，并且干涉图案被记录在可光固化面板120上。在该实施方案中，穿过母版110的透射光束RB2不产生其他作用。
母版110可以具有使得反射光束(物体光束OB)与参考光束RB之间的光束比BR为1:1的衍射效率。在这种情况下，母版110可以具有最高的衍射效率。
图5是示出根据本公开内容的一个实施方案的用于复制透射型全息光学元件的方法的图。
在图5所示的实施方案中，待复制的全息光学元件为透射型全息光学元件。在这种情况下，母版110可以是透射型衍射光学元件。
在用于复制透射型全息光学元件的方法中，放置步骤是将母版110放置在可光固化面板120与从其发射参考光束RB的光源之间的步骤。在这种情况下，可以在母版110与可光固化面板120之间放置用于使折射最小化的折射率匹配液130。在该实施方案中，物体光OB是在穿过母版110时被衍射并在倾斜方向上行进的衍射光束。
在用于复制透射型全息光学元件的方法中，形成光栅图案的步骤是通过穿过母版110并到达可光固化面板120的透射光束RB2和被母版110衍射并到达可光固化面板120的衍射光束形成光栅图案的步骤。从光源发射的参考光束RB在到达可光固化面板120之前到达母版110。其后，产生沿与参考光束RB相同的方向穿过母版110的透射光束RB2和被母版110衍射并沿倾斜方向行进的衍射光束(物体光束OB)。透射光束RB2和衍射光束(物体光束OB)到达可光固化面板120。已到达可光固化面板120的透射光束RB2和衍射光束(物体光束OB)引起干涉，并且干涉图案被记录在可光固化面板120上。
母版110可以具有使得反射光束(物体光束OB)与参考光束RB之间的光束比(BR)为1:1的衍射效率。在这种情况下，可以通过实验来确定母版110的衍射效率。
图6和图7是各自示出根据本公开内容的一个实施方案复制大型全息光学元件的情况的图。
在图6所示的实施方案中，用于进行本公开内容的复制方法的设备可以包括激光光源、各种透镜和荫罩。在该实施方案中，将这些装置统称为光源装置。光源装置允许从激光光源发射的参考光束入射到母版110和可光固化面板120上。在图6所示的实施方案中，可光固化面板120向右移动，并且母版110与光源装置处于固定状态。在另一方面，当母版110和光源移动时，母版110和光源可以向左移动，并且可光固化面板120可以处于固定状态。随着根据本公开内容的方法进行，在可光固化面板120上存在其中已经形成光栅图案的区域120a。可光固化面板120可以向右移动，使得母版110可以被放置在紧邻其中已经形成光栅图案的区域120a的其中尚未形成光栅图案的区域上。当可光固化面板120移动时，通过用于施加折射率匹配液的装置施加折射率匹配液130，并将折射率匹配液130放置在可光固化面板120的暴露区域中。由于施加了折射率匹配液130，当可光固化面板120移动时，可光固化面板120可以在不改变折射率的情况下保持与母版110紧密接触。在完成母版110的放置之后，使参考光束入射，直至在相应区域中形成光栅图案。在这种情况下，可以使参考光束入射预定的时间。在完成光栅图案的形成之后，可光固化面板120再次移动，使得可以将母版110放置在尚未形成光栅图案的区域上。
在图7所示的实施方案中，由光聚合物制成的可光固化面板120以之字形方式移动，因此，母版110在可光固化面板120上的位置以之字形方式改变。在该实施方案中，待制造的大型全息光学元件的水平长度为母版110的水平长度的四倍，并且大型全息光学元件的垂直长度是母版110的垂直长度的三倍。因此，可光固化面板120移动总共11次以复制一个大型全息光学元件。可光固化面板120移动，使得在可光固化面板120的整个区域中形成母版110的光栅图案。在可光固化面板120的整个区域中形成母版110的光栅图案之后，进行紫外-可见(UV-可见)漂白，并完成全息光学元件的复制。
本公开内容的一个实施方案提供了用于复制大型全息光学元件的设备，所述设备包括：包括配置成用参考光束照射母版110的光源的光源单元100，所述母版110由具有待作为全息光栅图案转印至全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件组成；配置成放置母版110和可光固化面板120的放置单元140，所述可光固化面板120具有比母版110更大的面积，并且由衍射光栅图案形成的全息光栅图案待转印至所述可光固化面板120；以及移动控制单元(未示出)，所述移动控制单元被配置成同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板，以在参考光束入射到母版上期间在可光固化面板上在比母版更大的面积上形成全息光栅图案。
根据本公开内容的一个实施方案的用于复制大型全息光学元件的设备可以在制造具有大面积的衍射光学元件的同时提高复制方法的精确性和均匀性。
在整个本说明书中，将省略与以上关于用于复制全息光学元件的方法所描述的内容重复的内容。
根据本公开内容的一个实施方案，所述设备包括光源单元100，所述光源单元100包括配置成用参考光束照射母版110的光源，所述母版110由具有待作为全息光栅图案转印至全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件组成。具体地，光源单元100可以包括：光源，所述光源发射参考光束以用参考光束照射母版110；透镜，所述透镜扩散参考光束，使得在发射光源透过透镜时可以扩散平行光束；以及狭缝，所述狭缝控制光束穿过狭缝时其透过透镜的面积。如上所述，当用从光源单元100发射的光束照射由具有待转印的衍射光栅图案的衍射光学元件组成的母版110时，穿过母版110的透射光束充当参考光束，由母版衍射的再现光束充当物体光束，由此复制由物体光束与参考光束之间的干涉形成的全息光栅图案。如上所述，所述设备包括光源单元100，所述光源单元100包括配置成用参考光束照射母版110的光源，所述母版110由具有待作为全息光栅图案转印至全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件组成，因此所述设备可以在控制图案的同时提高待复制的全息光栅图案的精确性。
根据本公开内容的一个实施方案，所述设备包括配置成放置母版110和可光固化面板120的放置单元140，所述可光固化面板120具有比母版110更大的面积，并且由衍射光栅图案形成的全息光栅图案待转印至所述可光固化面板120。具体地，为了复制母版的衍射光栅图案，可光固化面板120或母版110必须放置在特定位置处，因此可以将其设置在放置单元140上。在将可光固化面板120放置并固定在放置单元140上的情况下，当母版110移动时全息光栅图案可以转印至可光固化面板120，在将可光固化面板120放置在放置单元140上并将母版110固定在放置单元140上的情况下，当可光固化面板120移动时可以转印全息光栅图案。此外，可光固化面板120可以被配置成具有比母版110更大的面积，使得母版110的衍射光栅图案可以在更大的面积上被复制到可光固化面板上。由于所述设备包括如上所述的放置单元140，因此可以固定可光固化面板120或母版110，并且可以将由衍射光栅图案形成的全息光栅图案复制在可光固化面板120上。
根据本公开内容的一个实施方案，所述设备包括移动控制单元(未示出)，所述移动控制单元同时移动光源单元100和母版110或者仅移动可光固化面板120，以在参考光束入射到母版上期间在可光固化面板120上在比母版更大的面积上形成全息光栅图案。具体地，通过移动控制单元来同时移动光源单元100和母版110或者仅移动可光固化面板120的过程可以以与以上关于用于复制大型全息光学元件的方法描述的相同的方式来实施。如上所述，当移动控制单元(未示出)同时移动光源单元100和母版110或者通过仅移动可光固化面板120时，可以提高待转印的全息光栅图案的精确性和均匀性。
根据本公开内容的一个实施方案，每当同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板时，可以向作为可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液。如上所述，由于每当同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板时向作为可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液，因此可以使母版和可光固化面板的移动期间产生的振动最小化，并使母版与可光固化面板之间的摩擦最小化。
根据本公开内容的一个实施方案，所述设备还可以包括放置在转印区域的相对于转印区域的移动方向上并且每当转印区域改变时施加折射率匹配液的折射率匹配液施加装置，并且所施加的折射率匹配液的量可以基于转印区域的面积、以及光源和母版的移动速度、或可光固化面板的移动速度来确定。如上所述，由于所述设备还包括放置在转印区域的相对于转印区域的移动方向上并且每当转印区域改变时施加折射率匹配液的折射率匹配液施加装置，以及由于所施加的折射率匹配液的量基于转印区域的面积、以及光源和母版的移动速度、或可光固化面板的移动速度来确定，因此可以解决由过度施加折射率匹配液引起的问题。
具体地，在母版110与可光固化面板120之间施加折射率匹配液(或折射率匹配油)130。仅当在母版110与可光固化面板120之间施加折射率匹配液130时，“光源和母版110”或“可光固化面板120”才可以在母版110和可光固化面板120彼此紧密接触的状态下移动。根据本公开内容的一个实施方案，可以一次向整个可光固化面板120施加折射率匹配液130。根据本公开内容的另一个实施方案，每当“光源和母版110”或“可光固化面板120”移动时，可以向作为可光固化面板120的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液130。具体地，每当同时移动光源和母版或者仅移动可光固化面板时，可以向作为可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液。即，在该实施方案中，折射率匹配液130不是一次施加至可光固化面板120，而是每当“光源和母版110”或“可光固化面板120”移动时可以施加至新出现的转印区域。为此，根据本公开内容的用于制造大型全息光学元件的设备还可以包括用于施加折射率匹配液130的装置。将用于施加折射率匹配液130的装置放置在转印区域的相对于转印区域的移动方向上，并且每当转印区域改变时施加折射率匹配液130。具体地，参照图6，可以将用于施加折射率匹配液130的装置放置在母版110的侧面，使得每当母版110或可光固化面板120移动时其可以施加折射率匹配液130。与图6所示的实施方案不同，可以将用于施加折射率匹配液130的装置放置成围绕母版110。所施加的折射率匹配液130的量可以基于转印区域的面积和可光固化面板120的移动速度来确定。例如，所施加的折射率匹配液130的量可以与转印区域的面积和可光固化面板120的移动速度成比例地改变。例如，所施加的折射率匹配液130的量可以随着转印区域的面积或可光固化面板120的移动速度增加而增加。
根据本公开内容的一个实施方案，母版可以允许由母版产生的再现光在单个倾斜方向上行进。如上所述，由于母版允许由母版产生的再现光在单个倾斜方向上行进，因此可以提高被转印的全息光栅图案的精确性。
根据本公开内容的一个实施方案，光源和母版110同时移动或者仅可光固化面板120移动的次数可以是通过从通过将大型全息光学元件的面积除以母版110的面积获得的值中减去1而获得的值。如上所述，由于光源和母版110同时移动或者仅可光固化面板120移动的次数被设定为通过从通过将大型全息光学元件的面积除以母版110的面积获得的值中减去1而获得的值，因此可以通过使光源和母版同时移动或者仅可光固化面板移动的次数最小化来使复制全息光学元件所花费的时间最小化。
根据本公开内容的一个实施方案，在大型全息光学元件为反射型全息光学元件的情况下，可光固化面板可以被放置在光源与母版之间，并且全息光栅图案可以通过由母版反射并到达可光固化面板的反射光束和在到达母版之前到达可光固化面板的参考光束形成。在大型全息光学元件为透射型全息光学元件的情况下，母版可以被放置在光源与可光固化面板之间，并且全息光栅图案可以通过穿过母版并到达可光固化面板的透射光束和被母版衍射并到达可光固化面板的衍射光束形成。由于如上所述控制发射光，因此可以容易地制造期望的全息光学元件。
本公开内容的又一个实施方案提供了通过所述用于复制大型全息光学元件的方法复制的大型全息光学元件。
根据本公开内容的一个实施方案的大型全息光学元件的有效之处在于提高了制造和管理用于复制的母版的容易性。
根据本公开内容的一个实施方案，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的各接缝的宽度可以为0μm至800μm。图8是任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另一全息光栅图案之间的接缝的放大照片。参照图8，如整个说明书中所使用的术语“接缝”可以指任一全息光栅图案与形成在所述任一全息图案周围的另外的全息光栅图案之间的间距，即，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的间距。具体地，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的各接缝的宽度可以为0μm至790μm、0μm至780μm、0μm至770μm、0μm至760μm、0μm至750μm、0μm至740μm、0μm至730μm、0μm至720μm、或0μm至710μm。在复制大型全息光学元件之后，可以使用光学显微镜(Olympus，BX51，×5放大倍数)测量接缝的宽度。当将接缝的宽度控制在上述范围内时，可以提高大型全息光学元件的精确性和均匀性。
根据本公开内容的一个实施方案，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的接缝的面积可以为大型全息光学元件的总面积的0％至15％。具体地，任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的接缝的面积可以为大型全息光学元件的总面积的0％至14％、0％至13％、0％至12％、0％至11％、0％至10％、0％至9％、0％至8％、0％至7％、0％至6％、0％至5％、0％至4％、0％至3％、0％至2％、或0％至1％。当将接缝的面积控制在上述范围内时，可以提高大型全息光学元件的精确性和均匀性。此外，当将接缝的宽度控制在上述范围内时，可以控制接缝的面积。
发明实施方式
<实施例>
图9是为检查接缝的面积百分比而制造的大型全息光学元件的示意图。如图9所示，按照根据本公开内容的用于复制大型全息光学元件的方法，使用折射率匹配液复制具有各自具有5cm×5cm的尺寸的四个全息光栅图案的大型全息光学元件。使用光学显微镜(Olympus，BX51，×5放大倍数)测量全息光栅图案之间的接缝的宽度和面积百分比，并将测量结果汇总于下表1中。
<比较例>
如图9所示，通过附接待转印的母版，复制全息光栅图案，然后去除母版的方法，在不使用折射率匹配液的情况下复制具有各自具有5cm×5cm的尺寸的四个全息光栅图案的大型全息光学元件。使用光学显微镜(Olympus，BX51，×5放大倍数)测量全息光栅图案之间的接缝的宽度和面积百分比，并将测量结果汇总于下表1中。
[表1]
区分 接缝的宽度 接缝的面积百分比
实施例 700μm 13％
比较例 大于900μm 大于16％
参照上表1，确定了在实施例的情况下，通过减小各接缝的宽度减小了接缝的面积百分比，表明大型全息光学元件的精确性和均匀性提高。
另一方面，确定了在其中通过附接待转印的母版，复制全息光栅图案，然后去除母版的方法在不使用折射率匹配液的情况下制造大型全息光学元件的比较例的情况下，各接缝的宽度过度增加，并且由于这个原因接缝的面积百分比增加，表明大型全息光学元件的精确性和均匀性降低。
总之，按照根据本公开内容的一个实施方案的用于复制大型全息光学元件的方法和由此复制的大型全息光学元件，即使在使用以下衍射光学元件作为母版时，也可以复制大型全息光学元件，并且可以提高大型全息光学元件的精确性和均匀性，所述衍射光学元件通过纳米压印光刻法制造，比常规的全息光学元件更容易制造和管理并且具有更好的耐久性。
以上详细描述应被认为在所有方面都是说明性的而非限制性的。本公开内容的范围应当通过对所附权利要求的合理解释来确定，并且在本公开内容的等同范围内的所有改变都包括在本公开内容的范围内。尽管已经参照上述优选实施方案描述了本公开内容，但在不脱离本公开内容的主题和范围的情况下，各种修改和变化都是可能的。因此，本公开内容旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的这样的修改和变化。
[附图标记说明]
100：光源单元
110：母版
120：可光固化面板
120a：转印的可光固化面板
130：折射率匹配液
140：放置单元
RB：参考光(或基准光)
RB2：透射光
OB：物体光(或再现光)

Claims (23)

1.一种用于复制大型全息光学元件的方法，所述方法包括：
放置母版和可光固化面板的放置步骤，所述母版由具有待作为全息光栅图案转印至所述全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件组成，所述可光固化面板具有比所述母版更大的面积，并且由所述衍射光栅图案形成的所述全息光栅图案待转印至所述可光固化面板；
通过使从光源发射的参考光束入射到所述母版上而在所述可光固化面板上形成所述全息光栅图案的光栅形成步骤；以及
在所述参考光束的入射期间在所述可光固化面板上在比所述母版更大的面积上形成所述全息光栅图案，同时使所述光源和所述母版同时移动或者仅移动所述可光固化面板的移动步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述母版与所述可光固化面板之间施加折射率匹配液。
3.根据权利要求2所述的方法，其中每当同时移动所述光源和所述母版或者仅移动所述可光固化面板时，向作为所述可光固化面板的暴露区域的转印区域施加所述折射率匹配液。
4.根据权利要求3所述的方法，
所述方法还包括折射率匹配液施加装置，所述折射率匹配液施加装置放置在所述转印区域的相对于所述转印区域的移动方向上并且配置成施加所述折射率匹配液，
其中每当所述转印区域改变时，施加所述折射率匹配液。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所施加的折射率匹配液的量基于所述转印区域的面积和所述可光固化面板的移动速度来确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述母版是其上通过纳米压印光刻(NIL)工艺形成有对应于所述衍射光栅图案的表面浮雕光栅(SRG)图案的面板。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述母版通过以下步骤制造：
通过使用在其表面上具有对应于所述表面浮雕光栅图案的图案的母版印模在用于所述母版的材料面板上压印所述表面浮雕光栅图案；以及
使其上压印有所述表面浮雕光栅图案的所述材料面板固化。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述母版允许由所述母版产生的再现光束在单个倾斜方向上行进。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法在所述放置步骤之前还包括：
考虑所述大型全息光学元件的水平长度和垂直长度中的每一者来确定所述母版的尺寸的母版尺寸确定步骤；以及
根据所确定的所述母版的尺寸来制造所述母版的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法在所述放置步骤之前还包括：
确定所述母版的尺寸使得所述大型全息光学元件的所述水平长度成为所述母版的水平长度的倍数并且所述大型全息光学元件的所述垂直长度成为所述母版的垂直长度的倍数的母版尺寸确定步骤；以及
根据所确定的所述母版的尺寸来制造所述母版的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述移动步骤中所述光源和所述母版同时移动或者仅所述可光固化面板移动的次数是通过从通过将所述大型全息光学元件的面积除以所述母版的面积获得的值中减去1而获得的值。
12.根据权利要求1所述的方法，其中
所述大型全息光学元件为反射型全息光学元件，
所述放置步骤是将所述可光固化面板放置在发射所述参考光束的所述光源与所述母版之间的步骤，以及
所述光栅形成步骤是通过由所述母版反射并到达所述可光固化面板的反射光束和在到达所述母版之前到达所述可光固化面板的所述参考光束形成所述全息光栅图案的步骤。
13.根据权利要求1所述的方法，其中
所述大型全息光学元件为透射型全息光学元件，
所述放置步骤是将所述母版放置在发射所述参考光束的所述光源与所述可光固化面板之间的步骤，以及
所述光栅形成步骤是通过穿过所述母版并到达所述可光固化面板的透射光束和被所述母版衍射并到达所述可光固化面板的衍射光束形成所述全息光栅图案的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括通过用波长在紫外-可见(UV-可见)波长范围内的光照射来将所述可光固化面板漂白的步骤。
15.一种用于复制大型全息光学元件的设备，所述设备包括：
光源单元，所述光源单元包括被配置成用参考光束照射母版的光源，所述母版由具有待作为全息光栅图案转印至所述全息光学元件的衍射光栅图案的衍射光学元件组成；
放置单元，所述放置单元被配置成放置所述母版和可光固化面板，所述可光固化面板具有比所述母版更大的面积，并且由所述衍射光栅图案形成的所述全息光栅图案待转印至所述可光固化面板；以及
移动控制单元，所述移动控制单元被配置成同时移动所述光源和所述母版或者仅移动所述可光固化面板，以在所述参考光束入射到所述母版上期间在所述可光固化面板上在比所述母版更大的面积上形成所述全息光栅图案。
16.根据权利要求15所述的设备，其中每当同时移动所述光源和所述母版或者仅移动所述可光固化面板时，向作为所述可光固化面板的暴露区域的转印区域施加折射率匹配液。
17.根据权利要求16所述的设备，
所述设备还包括折射率匹配液施加装置，所述折射率匹配液施加装置放置在所述转印区域的相对于所述转印区域的移动方向上并且被配置成每当所述转印区域改变时施加所述折射率匹配液，
其中所施加的折射率匹配液的量基于所述转印区域的面积、所述光源和所述母版的移动速度、或所述可光固化面板的移动速度来确定。
18.根据权利要求15所述的设备，其中所述母版允许由所述母版产生的再现光束在单个倾斜方向上行进。
19.根据权利要求15所述的设备，其中所述光源和所述母版同时移动或者仅所述可光固化面板移动的次数是通过从通过将所述大型全息光学元件的面积除以所述母版的面积获得的值中减去1而获得的值。
20.根据权利要求15所述的设备，其中，
当所述大型全息光学元件为反射型全息光学元件时，所述可光固化面板被放置在所述光源与所述母版之间，并且所述全息光栅图案通过由所述母版反射并到达所述可光固化面板的反射光束和在到达所述母版之前到达所述可光固化面板的所述参考光束形成；以及
当所述大型全息光学元件为透射型全息光学元件时，所述母版被放置在所述光源与所述可光固化面板之间，并且所述全息光栅图案通过穿过所述母版并到达所述可光固化面板的透射光束和被所述母版衍射并到达所述可光固化面板的衍射光束形成。
21.一种通过根据权利要求1所述的用于复制大型全息光学元件的方法复制的大型全息光学元件。
22.根据权利要求21所述的大型全息光学元件，其中任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的各接缝的宽度为0μm至800μm。
23.根据权利要求21所述的大型全息光学元件，其中任一全息光栅图案与相邻于所述任一全息光栅图案的另外的全息光栅图案之间的接缝的面积为所述大型全息光学元件的总面积的0％至15％。
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