CN117452551B - 一种衍射光波导的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种衍射光波导的制作方法，涉及光学技术领域，衍射光波导包括耦入光栅、耦出光栅或转折光栅，通过渐变的耦出光栅或转折光栅结构来调制计算喷墨打印压印胶的厚度，不同区域打印的压印胶厚度不同，实现分区精确控制；在本发明的基础上，根据光栅深度变化来确定预打印区域的压印胶厚度，使得本领域技术人员能够自由调控各区域的压印胶厚度，从而精确控制压印和刻蚀光栅结构的精度；另一方面相较于现有技术的匀胶方式，能够较大幅度地节约压印胶，减少压印成本，具有较好的经济效益。

Description

一种衍射光波导的制作方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种衍射光波导的制作方法。
背景技术
在现有的制备衍射光波导技术中，一方面，采用旋涂工艺将纳米压印胶均匀涂布在晶圆表面，然后通过纳米压印工艺将模具上的光栅结构转移到晶圆上的压印胶里，再将晶圆切割成一片一片具有AR眼镜镜片形状的光波导镜片。然而，匀胶只能制备厚度均匀的压印胶，当需要制备不同深度的光栅结构时，其依赖于光栅母版的制作，这对工艺的要求较高，无法通过匀胶的方式实现。更进一步，基于不同光栅高度的要求，往往匀胶的厚度较厚，在实际生产过程中，容易造成压印胶的浪费，不利于车间的降本增效。
另一方面，基于目前喷墨打印技术的发展，喷墨打印是一种将功能性材料涂覆在基板上的增材制造技术，通过喷墨打印的方式在晶圆或基底上打印压印胶，然而如何控制喷墨打印的方式以使得制备不同深度的光栅结构，保证打印胶层与压印、刻蚀的深度和所需深度的光栅高度是匹配的，并保证压印结构的精度，从而提高刻蚀精度以改善衍射光波导的性能，在现有技术中并不涉及，这对本领域技术人员而言，而这是重要的，是需要解决的重要技术问题，对改善现有的压印工艺而言，具有重要的意义。
本发明拟解决上述技术问题，提供一种衍射光波导的制作方法。
发明内容
本发明提供了一种衍射光波导的制作方法，拟解决现有技术中如何利用喷墨技术制备不同高度的光栅结构，并分别针对耦入和耦出光栅结构区域打印不同的压印胶胶层厚度实现分区控制，控制制作不同高度的光栅结构精度，进而改善衍射光波导的显示效果。
本发明请求保护一种衍射光波导的制作方法，所述衍射光波导包括耦入光栅和耦出光栅，所述耦出光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后沿所述耦出光栅的第一传播方向渐变；该方法包括如下步骤：
S1：确定所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的渐变光栅结构的光栅深度hout；得到所述耦出光栅渐变的所述光栅结构的深度最大值hout(max)和最小值hout(min)；
S2：根据所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的所述光栅结构的深度最大值hout(max)之间的关系确定所述耦入光栅所在区域的预打印区域的第一压印胶胶层厚度hin(print)和确定所述耦出光栅所在区域的预打印区域的第二压印胶胶层厚度hout(print)；得到所述耦入光栅区域的打印压印胶的第一压印胶胶层厚度hin(print)和所述耦出光栅区域的打印压印胶的第二压印胶胶层厚度hout(print)；
S3：提供一基底，在所述基底上沉积光栅材料层；
S4：根据步骤S2中确定的第一压印胶胶层厚度hin(print)和第二压印胶胶层厚度hout(print)，利用喷墨打印技术在所述光栅材料层的表面的不同区域分别打印不同厚度的压印胶胶层；形成所述耦入光栅的第一压印胶胶层和所述耦出光栅的第二压印胶胶层；
S5：基于压印母版的定位基准使得所述压印母版对准步骤S4中的所述第一压印胶胶层和所述第二压印胶胶层，压印所对应的区域，形成不同区域的压印图案；
S6：刻蚀步骤S5中确定的所述第一压印胶胶层和所述第二压印胶胶层的压印图案，将该压印图案复现在所述光栅材料层上，得到所述耦入光栅和渐变的所述耦出光栅。
在一些实施例中，所述耦出光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后的沿所述耦出光栅的第一传播方向渐变，具体限定为在所述耦出光栅所在平面以所述耦入光栅的中心为坐标原点建立坐标系，所述耦出光栅的深度渐变满足以下公式：
其中，H1(x,y)为所述耦出光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，Hdepth1为所述耦出光栅在坐标(x1,y1)处的光栅深度且为光栅深度渐变的起始深度；A1、B1、C1为自然系数，其中A1和C1的取值范围均为（-5~5），B1的取值范围为（-3~3）；为坐标系中X轴顺时针旋转至所述第一传播方向的角度，/>为坐标位置转换参数。
更进一步，在一些实施例中，在所述步骤S2中，根据所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的所述光栅深度的最大值hout(max)确定所述耦入光栅和所述耦出光栅所在区域的预打印区域的打印压印胶的厚度具体限定为：根据所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的所述光栅深度的最大值hout(max)判断在所述基底上压印的最大深度hmax，hmax=max(hin，hout(max))，则所述耦入光栅区域的打印第一压印胶胶层厚度hin(print)被限定为hin(print)=（hmax-hin）×刻蚀选择比+E；所述耦出光栅区域的打印第二压印胶胶层厚度hout(print)在不同位置被限定为hout(print)（x,y）=（hmax-H1(x,y)）×刻蚀选择比+E；
其中，hout(print)（x,y）指所述耦出光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的第二压印胶胶层厚度，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）。
在一些实施例中，还包括转折光栅，所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播，所述转折光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后沿所述转折光栅的第二传播方向渐变。
更进一步，转折光栅的光栅深度的渐变和/或耦出光栅的光栅深度的渐变满足目标优化函数的变化关系，目标优化函数包括空间距离的一次项和不定次项。其中，目标优化函数的自变量为空间距离，自变量的幂指数为一次的项为一次项，自变量的幂指数不为一次的项为不定次项，不定次项的次数可以是正数、负数或者零，也可以是整数或者非整数。
可实施地，在所述转折光栅所在平面以所述耦入光栅的中心为坐标原点建立坐标系，所述转折光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后的第二传播方向渐变满足以下公式：
其中，H2(x,y)为所述转折光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，Hdepth2为所述转折光栅在坐标(x2,y2)处的光栅深度且为光栅深度渐变的起始深度；A2、B2、C2为自然系数，其中A2和C2的取值范围均为（-5~5），B2的取值范围为（-3~3）；为坐标系中X轴顺时针旋转至所述第二传播方向的角度，/>为坐标位置转换参数。
在一些实施例中，在所述步骤S2中，进一步还包括通过所述耦入光栅的光栅深度hin、所述转折光栅的光栅结构的深度最大值hepe（max）和所述耦出光栅的所述光栅结构的深度最大值hout(max)确定所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅所在区域的预打印区域的打印压印胶的厚度；形成所述耦入光栅的第一压印胶胶层和所述耦出光栅的第二压印胶胶层，以及所述转折光栅的第三压印胶胶层；所述第二压印胶胶层的起伏表面适配于所述耦出光栅的深度渐变；所述第三压印胶胶层的起伏表面适配于所述转折光栅的深度渐变。
进一步，不同预打印区域的打印压印胶的厚度具体限定为：根据所述耦入光栅的光栅深度hin、所述转折光栅的光栅深度的最大值hepe（max）和所述耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)判断所述基底上压印的最大深度hmax，hmax=max(hin，hepe（max），hout(max))，则所述耦入光栅区域打印所述第一压印胶胶层厚度hin(print)被限定为hin(print)=（hmax-hin）×刻蚀选择比+E；所述转折光栅区域打印所述第三压印胶胶层厚度hepe（print）在不同坐标位置被限定为hepe(print)（x,y）=（hmax-H2(x,y)）×刻蚀选择比+E；
所述耦出光栅区域打印所述第二压印胶胶层厚度hout(print)在不同坐标位置被限定为hout(print)（x,y）=（hmax-H1(x,y)）×刻蚀选择比+E；
其中hepe(print)（x,y）指所述转折光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的压印胶的厚度，hout(print)（x,y）指所述耦出光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的压印胶的厚度，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）。
更进一步，在所述步骤S4中，还包括所述第一压印胶胶层厚度hin(print)变化是均一的，所述第二压印胶胶层厚度hout(print)和所述第三压印胶胶层hepe（print）变化呈弧形，且沿着光线传播的方向，其厚度逐渐降低。
在所述步骤S4中，在形成所述第一压印胶胶层和所述第二压印胶胶层时，控制喷墨打印喷头的数量和控制喷头的移动步长，利用喷头流出的液滴之间的表面张力实现不同厚度之间的控制。
本申请请求保护一种衍射光波导，该衍射光波导基于前述方法形成的。
同时，本发明请求保护一种显示设备，该显示设备包括前述方法所形成的衍射光波导。
本申请提供了一种衍射光波导的制作方法，包括耦入光栅、耦出光栅或转折光栅，通过渐变的耦出光栅或转折光栅结构来调制计算喷墨打印压印胶的厚度，不同区域打印的压印胶厚度不同，实现分区精确控制；在本发明的基础上，根据光栅深度变化来确定预打印区域的压印胶厚度，使得本领域技术人员能够自由调控各区域的压印胶厚度，从而精确控制压印和刻蚀光栅结构的精度；另一方面相较于现有技术的匀胶方式，能够较大幅度地节约压印胶，减少压印成本，具有较好的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本申请一种实施例提供的衍射光波导的制作方法的结构示意图一；
图2为本申请一种实施例提供的衍射光波导的制作方法的结构示意图二；
图3为本申请一种实施例提供的衍射光波导的结构示意图一；
图4为本申请一种实施例提供的衍射光波导的光栅结构区域示意图一；
图5为本申请另一种实施提供的制作方法的结构示意图；
图6为本申请另一种实施例提供的衍射光波导的制作方法的结构示意图三；
图7为本申请另一种实施例提供的衍射光波导的结构示意图二；
图8为本申请另一种实施例提供的衍射光波导的光栅结构区域示意图二；
图9为本申请一种实施例中衍射光波导参数渐变的设计示意图；
附图标识：
101：耦入区域；102：耦出区域；103：转折区域；104：第二传播方向；105：第一传播方向；
10：基底；20：光栅材料层；30：压印胶胶层。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明请求保护一种衍射光波导的制作方法，结合图1~图3，衍射光波导包括在基底10，在基底10上形成光栅材料层20，在光栅材料层20上形成压印胶胶层30，还包括在耦入区域101形成耦入光栅和在耦出区域102形成耦出光栅；在耦出区域102，如图3~图4所示，A表示耦入光栅的结构，B表示耦出光栅的结构；图4中的A、B为图3中所对应的A、B部分的局部放大结构；耦出光栅的光栅深度沿着光线经耦入光栅作用后沿耦出光栅的第一传播方向渐变，即光栅的深度满足一定的渐变规律；即根据衍射效率、视场均匀性、FOV等因素的考量，限定为该渐变规律具体为：
耦出光栅的光栅深度沿着光线经耦入光栅作用后的沿耦出光栅的第一传播方向渐变，如图9所示，在耦出光栅所在平面以耦入光栅的中心为坐标原点建立坐标系，X轴和Y轴方向如图9中所示，此时耦出光栅的光栅深度沿着光线经转折光栅偏转后的第一传播方向105渐变满足以下公式：
其中，H1(x,y)为所述耦出光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，Hdepth1为所述耦出光栅在坐标(x1,y1)处的光栅深度且为光栅深度渐变的起始深度；A1、B1、C1为自然系数，其中A1和C1的取值范围均为（-5~5），B1的取值范围为（-3~3）；为坐标系中X轴顺时针旋转至所述第一传播方向的角度，/>为坐标位置转换参数。
该衍射光波导的制作方法包括如下步骤：
S1：确定在耦入区域101的耦入光栅的光栅深度hin，如图4中（A）所示，耦入光栅的光栅深度hin在不同位置的深度相等，即深度保持不变，或其厚度变化是均一的，以及在耦出区域102的耦出光栅的渐变光栅结构的光栅深度hout，如图4中（B）所示，其包括多个不同的光栅深度，沿光线传播的方向其光栅深度hout逐渐增大，根据hout得到耦出光栅渐变的光栅结构的深度最大值hout(max)和最小值hout(min)；如图4中（B），其分别位于光栅结构的最右侧和最左侧。
S2：根据耦入区域101的耦入光栅的光栅深度hin和在耦出区域102的耦出光栅的光栅结构的深度最大值hout(max)之间的关系确定耦入光栅所在区域的预打印区域（如耦入区域101）的第一压印胶胶层厚度hin(print)和确定耦出光栅所在区域的预打印区域（如耦出区域102）的第二压印胶胶层厚度hout(print)；得到耦入光栅区域的打印压印胶的第一压印胶胶层厚度hin(print)和耦出光栅区域的打印压印胶的第二压印胶胶层厚度hout(print)。
具体地，在步骤S2中，如图4，根据耦入光栅的光栅深度hin和耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)确定耦入光栅和耦出光栅所在区域的预打印区域的打印压印胶的厚度具体限定为：根据耦入光栅的光栅深度hin和耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)判断在基底上压印的最大深度hmax，hmax=max(hin，hout(max))，即得到在基底上压印的最大深度hmax为在耦入光栅的光栅深度hin和耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)两者之间的最大值，并据此，判断得到耦入光栅区域的打印压印胶的厚度hin(print)被限定为hin(print)=（hmax-hin）×刻蚀选择比+E；如图1所示，在耦入区域限定打印压印胶的厚度，根据确定的hmax、hin及刻蚀选择比，计算出通过喷墨打印技术在耦入区域打印的压印胶厚度hin(print)=（hmax-hin）×刻蚀选择比+E，其中，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）。
进一步，在耦出光栅区域的打印压印胶的厚度hout(print)在不同位置被限定为hout(print)（x,y）=（hmax-H1(x,y)）×刻蚀选择比+E；如图1所示，耦出光栅区域的打印压印胶的厚度hout(print)在不同位置的高度是不同的，其依赖于被设计的耦出光栅的渐变高度；
其中，hout(print)（x,y）指耦出光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的压印胶的厚度，H1(x,y)为耦出光栅在坐标（x,y）处的光栅深度；结合图3~图4，即耦出光栅的深度满足一定的渐变规律，其规律如前所述；E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）。
S3：提供一基底，如基底10，在基底10上沉积光栅材料层20。
S4：根据步骤S2中确定的第一压印胶胶层厚度hin(print)和第二压印胶胶层厚度hout(print)，利用喷墨打印技术在光栅材料层20的表面的不同区域分别打印不同厚度的压印胶胶层，如图1所示，打印不同高度的压印胶；形成耦入光栅的第一压印胶胶层和耦出光栅的第二压印胶胶层。
通过这样的方式，根据不同区域的光栅结构要求，确定不同区域的打印压印胶厚度，通过控制打印喷嘴的数量和位置，确定不同区域的压印胶胶厚。
S5：基于压印母版的定位基准使得压印母版对准步骤S4中的第一压印胶胶层和第二压印胶胶层，压印所对应的区域，形成压印图案；如图2，在耦入区域101和耦出区域102分别形成所需要的压印图案，当然，图中仅示出了耦入光栅为闪耀结构，耦出光栅为直齿结构的情况，根据本发明的发明构思，限定选择包括如斜齿等光栅结构，也在本发明的光栅结构范围内。
S6：刻蚀步骤S5中确定的耦入光栅的第一压印胶胶层和耦出光栅的第二压印胶胶层的压印图案，将该压印图案复现在光栅材料层20上，得到耦入光栅和渐变的耦出光栅。
本发明通过限定耦出光栅的光栅深度沿着光线经耦入光栅作用后的沿耦出光栅的第一传播方向渐变，即光栅的深度满足一定的渐变规律，提高波导的衍射效率、视场均匀性、大视场FOV；在此基础上，确定不同区域的光栅深度，并基于不同区域的深度确定在基底上压印的最大深度hmax，通过渐变的形式确定在不同区域喷墨打印的深度，使得在压印和刻蚀后的光栅结构的高度更准确，保证打印胶层与压印、刻蚀的深度和所需深度的光栅高度是匹配的，并保证压印结构的精度，从而提高刻蚀精度以改善衍射光波导的性能；同时也能基于喷墨打印技术，根据设计要求打印不同区域的压印胶厚度，降低现有技术中在匀胶过程中的技术难度，以及能够减少压印胶的使用量，降低压印胶的浪费，具有一定的经济效益。
更进一步，在一些实施例中，如图5所示，衍射光波导还包括转折光栅，在转折区域103形成转折光栅，转折光栅用于将光线偏转向耦出光栅传播，转折光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后沿转折光栅的第二传播方向渐变。
具体地，继续参考图9，此时转折光栅的光栅深度沿着光线经转折光栅偏转后的第二传播方向104渐变满足以下公式：
其中，H2(x,y)为所述转折光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，Hdepth2为所述转折光栅在坐标(x2,y2)处的光栅深度且为光栅深度渐变的起始深度；A2、B2、C2为自然系数，其中A2和C2的取值范围均为（-5~5），B2的取值范围为（-3~3）；为坐标系中X轴顺时针旋转至所述第二传播方向的角度，/>为坐标位置转换参数。
需要说明的是，图9中示出的衍射光波导架构包括耦入光栅、转折光栅和耦出光栅，但其仅为示意，在另外的实施例中，衍射光波导也可不包括转折光栅，转折光栅的光栅深度的渐变与耦出光栅的光栅深度的渐变相互独立互不影响。转折光栅的光栅深度的渐变和/或耦出光栅的光栅深度的渐变满足目标优化函数的变化关系，目标优化函数包括空间距离的一次项和不定次项。其中，目标优化函数的自变量为空间距离，自变量的幂指数为一次的项为一次项，自变量的幂指数不为一次的项为不定次项，不定次项的次数可以是正数、负数或者零，也可以是整数或者非整数。具体的目标优化函数如前述实施例所示出。此外，本申请中参数的逐渐变化是指参数连续平滑变化。连续平滑变化不限于数学意义上的绝对连续，也包括参数的变化率在一定的不造成突变的允许范围内的情况。参数的变化率比如1%、2%、5%以及10%。而且，转折光栅的光栅参数的渐变与耦出光栅的光栅参数的渐变也相互独立。
本申请中前述参数的渐变满足目标优化函数的变化关系，该目标优化函数包括空间距离的一次项和不定次项，通过一次项和不定次项的结合，能够平衡并避免函数项数过多和自变量幂指数过大带来的不必要的运算量，又具有较好的灵活性，使得光栅参数的变化所带来的衍射效率的变化更符合预期而得到更佳的均匀性优化效果。而且相较于其他可能的复杂函数的变化关系，本申请中所采用的目标优化函数能够很好地灵活平衡衍射光波导性能优化的改善程度和优化运算量。
该衍射光波导的制作方法包括如下步骤：
S1：确定在耦入区域101的耦入光栅的光栅深度hin，如图8中（A）所示，耦入光栅的光栅深度hin在不同位置的深度相等，即深度保持不变，或其厚度变化是均一的，以及在耦出区域102的耦出光栅的渐变光栅结构的光栅深度hout，如图8中（B）所示，其包括多个不同的光栅深度，沿光线传播的方向其光栅深度hout逐渐增大；还包括在转折区域103形成的转折光栅，包括多个不同的光栅深度hepe，如图8中（C）所示，沿光线传播的方向其光栅深度hepe逐渐增大。
根据hout得到耦出光栅渐变的光栅深度的最大值hout(max)和最小值hout(min)，如图8中（B）所示，其分别位于耦出光栅结构的最右侧和最左侧；以及根据hepe得到转折光栅渐变的光栅深度的最大值hepe(max)和最小值hepe(min)，如图8中（C）所示，其分别位于转折光栅结构的最右侧和最左侧。
S2：根据耦入区域101的耦入光栅的光栅深度hin、在耦出区域102的耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)、在转折区域103的耦出光栅的光栅深度的最大值hepe(max)三者之间的关系确定耦入光栅所在区域的预打印区域（如耦入区域101）的第一压印胶胶层厚度hin(print)、确定耦出光栅所在区域的预打印区域（如耦出区域102）的第二压印胶胶层厚度hout(print)、确定转折光栅所在区域的预打印区域（如转折区域103）的第三压印胶胶层厚度hepe(print)；得到耦入光栅区域的打印压印胶的第一压印胶胶层厚度hin(print)、耦出光栅区域的打印压印胶的第二压印胶胶层厚度hout(print)和转折光栅区域的打印压印胶的第三压印胶胶层厚度hepe(print)；第二压印胶胶层的起伏表面适配于耦出光栅的深度渐变；第三压印胶胶层的起伏表面适配于所述转折光栅的深度渐变。
具体地，在步骤S2中，如图8，根据耦入区域101的耦入光栅的光栅深度hin、在耦出区域102的耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)、在转折区域103的耦出光栅的光栅深度的最大值hepe(max)三者之间的关系确定耦入光栅所在区域的预打印区域的第一压印胶胶层厚度hin(print)、确定耦出光栅所在区域的预打印区域的第二压印胶胶层厚度hout(print)、确定转折光栅所在区域的预打印区域的第三压印胶胶层厚度hepe(print)具体限定为：根据耦入光栅的光栅深度hin、耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)和转折光栅的光栅深度的最大值hepe(max)判断在基底上压印的最大深度hmax，hmax=max(hin，hout(max)，hepe(max))，即得到在基底上压印的最大深度hmax为在耦入光栅的光栅深度hin、耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)、转折光栅的光栅深度的最大值hepe(max)三者之间的最大值，并据此，判断得到耦入光栅区域的打印压印胶的第一压印胶胶层厚度hin(print)被限定为hin(print)=（hmax-hin）×刻蚀选择比+E；如图5所示，在耦入区域限定打印压印胶的厚度，根据确定的hmax、hin及刻蚀选择比，计算出通过喷墨打印技术在耦入区域打印的第一压印胶胶层厚度厚度hin(print)=（hmax-hin）×刻蚀选择比+E，其中，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）。
进一步，在耦出光栅区域的打印第二压印胶胶层厚度hout(print)在不同位置被限定为hout(print)（x,y）=（hmax-H1(x,y)）×刻蚀选择比+E；如图5所示，耦出区域102的打印的第二压印胶胶层厚度hout(print)在不同位置的高度是不同的，其依赖于被设计的耦出光栅的渐变高度。
其中，hout(print)（x,y）指耦出光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的压印胶的厚度，H1(x,y)为耦出光栅在坐标(x,y)处的光栅深度；结合图7~图8，即耦出光栅的深度满足一定的渐变规律，其规律如前所述；E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）；图7~图8中，A表示耦入光栅的结构，B表示耦出光栅的结构，C表示转折光栅的结构；图8中的A、B、C为图7中所对应的A、B、C部分的局部放大结构。
同时，转折光栅区域打印第三压印胶胶层厚度hepe（print）在不同坐标位置被限定为hepe(print)（x,y）=（hmax-H2(x,y)）×刻蚀选择比+E；如图5所示，在转折区域打印的转折光栅的深度满足一定的渐变规律，即满足H2(x,y)，H2(x,y)为转折光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，在转折区域103打印的第三压印胶胶层厚度hepe（print）在不同位置的高度是不同的，其依赖于被设计的转折光栅的渐变高度；E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为（0nm~10nm）。
S3：提供一基底，如基底10，在基底10上沉积光栅材料层20。
S4：根据步骤S2中确定的第一压印胶胶层厚度hin(print)、第二压印胶胶层厚度hout(print)和第三压印胶胶层厚度hepe(print)，利用喷墨打印技术在光栅材料层20的表面的不同区域分别打印不同厚度的压印胶胶层，如图5所示，打印不同高度的压印胶；形成耦入光栅的第一压印胶胶层、耦出光栅的第二压印胶胶层、转折光栅的第三压印胶胶层；
通过这样的方式，根据不同区域的光栅结构要求，确定不同区域的打印压印胶厚度，通过控制打印喷嘴的数量和位置，确定压印胶厚。
步骤S4中，如图5，限定第一压印胶胶层厚度hin(print)变化是均一的，第二压印胶胶层厚度hout(print)和第三压印胶胶层hepe（print）呈弧形变化，且沿着光线传播的方向，第二压印胶胶层厚度hout(print)和第三压印胶胶层hepe（print）厚度逐渐降低。
可选择地，利用喷墨打印技术在光栅材料层20的表面的不同区域分别打印不同厚度的第一压印胶胶层、第二压印胶胶层和第三压印胶胶层；在打印厚度变化的第二压印胶胶层和第三压印胶胶层时，控制不同区域喷墨打印喷头的数量和移动步长，利用不同喷头流出液滴之间的表面张力来实现“匀胶”操作，喷头流出压印胶液滴后，静置一段时间，通过液滴之间的表面张力实现不同厚度的控制。
S5：基于压印母版的定位基准使得压印母版对准步骤S4中的第一压印胶胶层、第二压印胶胶层和第三压印胶胶层，压印所对应的区域，形成压印图案；如图6，在耦入区域101、耦出区域102和转折区域103分别形成所需要的压印图案，当然，图中仅示出了耦入光栅为闪耀结构，耦出光栅为直齿结构的情况，根据本发明的发明构思，限定耦入光栅、转折光栅和耦出光栅选择包括如斜齿、闪耀等光栅结构，或者不同光栅结构的组合，也在本发明的光栅结构范围内。
S6：刻蚀步骤S5中确定的耦入光栅的第一压印胶胶层、耦出光栅的第二压印胶胶层的压印图案和转折光栅的第三压印胶胶层，将该压印图案复现在光栅材料层20上，得到耦入光栅、耦出光栅和转折光栅。
在本实施例中，提供了一种衍射光波导的制作方法，包括耦入光栅、耦出光栅和转折光栅，通过渐变的耦出光栅和转折光栅结构来调制计算喷墨打印压印胶的厚度，实现分区精确控制；在本发明的基础上，根据光栅深度变化来确定预打印区域的压印胶厚度，使得本领域技术人员能够自由调控各区域的压印胶厚度，从而精确控制压印和刻蚀光栅结构的精度；另一方面相较于现有技术的匀胶方式（现有技术中均胶厚度至少在200μm以上，且光栅材料层上不同区域的匀胶厚度相同，而本申请根据不同区域的光栅高度来确定不同区域的胶厚，最厚处控制在100μm左右，最薄处为几十μm，甚至为二三十微米，实现胶厚分区控制；与现有的匀胶厚度在200μm时，节约了较大体积的胶量），因此相较于现有技术能够较大幅度地节约压印胶，减少压印成本，具有较好的经济效益，对本领域技术人员而言，技术效果是明显的。
同时，本发明请求保护一种衍射光波导，该衍射光波导基于前述方法形成的。
同时，本发明请求保护一种显示设备，该显示设备包括前述方法所形成的衍射光波导。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述衍射光波导包括耦入光栅和耦出光栅，所述耦出光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后沿所述耦出光栅的第一传播方向渐变；该方法包括如下步骤：
S1：确定所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的渐变光栅结构的光栅深度hout；得到所述耦出光栅渐变的所述光栅结构的深度最大值hout(max)和最小值hout(min)；
S2：根据所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的所述光栅结构的深度最大值hout(max)之间的关系确定所述耦入光栅所在区域的预打印区域的第一压印胶胶层厚度hin(print)和确定所述耦出光栅所在区域的预打印区域的第二压印胶胶层厚度hout(print)；得到所述耦入光栅区域的打印压印胶的第一压印胶胶层厚度hin(print)和所述耦出光栅区域的打印压印胶的第二压印胶胶层厚度hout(print)；其中，hmax＝max(hin，hout(max))，hin(print)＝(hmax-hin)×刻蚀选择比+E，hout(print)(x,y)＝(hmax-H1(x,y))×刻蚀选择比+E；其中，H1(x,y)为所述耦出光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为(0nm～10nm)；
S3：提供一基底，在所述基底上沉积光栅材料层；
S4：根据步骤S2中确定的第一压印胶胶层厚度hin(print)和第二压印胶胶层厚度hout(print)，利用喷墨打印技术在所述光栅材料层的表面的不同区域分别打印不同厚度的压印胶胶层；形成所述耦入光栅的第一压印胶胶层和所述耦出光栅的第二压印胶胶层；
S5：基于压印母版的定位基准使得所述压印母版对准步骤S4中的所述第一压印胶胶层和所述第二压印胶胶层，压印所对应的区域，形成不同区域的压印图案；
S6：刻蚀步骤S5中确定的所述第一压印胶胶层和所述第二压印胶胶层的压印图案，将该压印图案复现在所述光栅材料层上，得到所述耦入光栅和渐变的所述耦出光栅。
2.根据权利要求1所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，所述耦出光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后沿所述耦出光栅的第一传播方向渐变，具体限定为在所述耦出光栅所在平面以所述耦入光栅的中心为坐标原点建立坐标系，所述耦出光栅的深度渐变满足以下公式：
d1＝cos(θ1)×(x-x1)+sin(θ1)×(y-y1)
其中，H1(x,y)为所述耦出光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，Hdepth1为所述耦出光栅在坐标(x1,y1)处的光栅深度且为光栅深度渐变的起始深度；A1、B1、C1为自然系数，其中A1和C1的取值范围均为(-5～5)，B1的取值范围为(-3～3)；θ1为坐标系中X轴顺时针旋转至所述第一传播方向的角度，d1为坐标位置转换参数。
3.根据权利要求2所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，在所述步骤S2中，根据所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的所述光栅深度的最大值hout(max)确定所述耦入光栅和所述耦出光栅所在区域的预打印区域的打印压印胶的厚度具体限定为：根据所述耦入光栅的光栅深度hin和所述耦出光栅的所述光栅深度的最大值hout(max)判断在所述基底上压印的最大深度hmax，hmax＝max(hin，hout(max))，则所述耦入光栅区域的打印第一压印胶胶层厚度hin(print)被限定为hin(print)＝(hmax-hin)×刻蚀选择比+E；所述耦出光栅区域的打印第二压印胶胶层厚度hout(print)在不同位置被限定为hout(print)(x,y)＝(hmax-H1(x,y))×刻蚀选择比+E；
其中，hout(print)(x,y)指所述耦出光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的第二压印胶胶层厚度，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为(0nm～10nm)。
4.根据权利要求2所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，还包括转折光栅，所述转折光栅用于将光线偏转向所述耦出光栅传播，所述转折光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后沿所述转折光栅的第二传播方向渐变。
5.根据权利要求4所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，在所述转折光栅所在平面以所述耦入光栅的中心为坐标原点建立坐标系，所述转折光栅的光栅深度沿着光线经所述耦入光栅作用后的第二传播方向渐变满足以下公式：
d2＝cos(θ2)×(x-x2)+sin(θ2)×(y-y2)
其中，H2(x,y)为所述转折光栅在坐标(x,y)处的光栅深度，Hdepth2为所述转折光栅在坐标(x2,y2)处的光栅深度且为光栅深度渐变的起始深度；A2、B2、C2为自然系数，其中A2和C2的取值范围均为(-5～5)，B2的取值范围为(-3～3)；θ2为坐标系中X轴顺时针旋转至所述第二传播方向的角度，d2为坐标位置转换参数。
6.根据权利要求5所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，在所述步骤S2中，进一步还包括通过所述耦入光栅的光栅深度hin、所述转折光栅的光栅结构的深度最大值hepe(max)和所述耦出光栅的所述光栅结构的深度最大值hout(max)确定所述耦入光栅、所述转折光栅和所述耦出光栅所在区域的预打印区域的打印压印胶的厚度；形成所述耦入光栅的第一压印胶胶层和所述耦出光栅的第二压印胶胶层，以及所述转折光栅的第三压印胶胶层；所述第二压印胶胶层的起伏表面适配于所述耦出光栅的深度渐变；所述第三压印胶胶层的起伏表面适配于所述转折光栅的深度渐变。
7.根据权利要求6所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，不同预打印区域的打印压印胶的厚度具体限定为：根据所述耦入光栅的光栅深度hin、所述转折光栅的光栅深度的最大值hepe(max)和所述耦出光栅的光栅深度的最大值hout(max)判断所述基底上压印的最大深度hmax，hmax＝max(hin，hepe(max)，hout(max))，则所述耦入光栅区域打印所述第一压印胶胶层厚度hin(print)被限定为hin(print)＝(hmax-hin)×刻蚀选择比+E；所述转折光栅区域打印所述第三压印胶胶层厚度hepe(print)在不同坐标位置被限定为hepe(print)(x,y)＝(hmax-H2(x,y))×刻蚀选择比+E；
所述耦出光栅区域打印所述第二压印胶胶层厚度hout(print)在不同坐标位置被限定为hout(print)(x,y)＝(hmax-H1(x,y))×刻蚀选择比+E；
其中hepe(print)(x,y)指所述转折光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的压印胶的厚度，hout(print)(x,y)指所述耦出光栅区域不同坐标位置的不同喷墨打印的压印胶的厚度，E为压印残留胶层厚度的修正值，其取值范围为(0nm～10nm)。
8.根据权利要求7所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，在所述步骤S4中，还包括所述第一压印胶胶层厚度hin(print)变化是均一的，所述第二压印胶胶层厚度hout(print)和所述第三压印胶胶层hepe(print)变化呈弧形，且沿着光线传播的方向，其厚度逐渐降低。
9.根据权利要求1所述的一种衍射光波导的制作方法，其特征在于，在所述步骤S4中，在形成所述第一压印胶胶层和所述第二压印胶胶层时，控制喷墨打印喷头的数量和控制喷头的移动步长，利用喷头流出的液滴之间的表面张力实现不同厚度之间的控制。
10.一种衍射光波导，其特征在于，所述衍射光波导使用如权利要求1-9中任一项所述的制作方法得到。
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