CN117742072A - 一种光波导的制备方法、光波导及增强现实设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学技术领域，提供一种光波导的制备方法、光波导及增强现实设备，其中，方法包括：提供一衬底；在衬底的一侧涂覆压印胶；将设有预设图案的压印模板与衬底涂覆压印胶的一侧贴合，压印模板远离衬底的一侧设置有遮光板，遮光板设置有透光区域；基于透过遮光板的透光区域以及压印模板的出射光，对衬底上的压印胶进行固化；对衬底进行脱膜和显影处理，得到光波导。本申请将压印模板和压印胶贴合，并通过透过遮光板的透光区域和压印模板上的出射光，固化压印胶，在压印模板开设有图案的基础上，本申请可以在遮光板上设置多个透光区域，并通过控制透光区域的大小、位置以及形状，从而可以获得不同大小、位置和形状压印图案的光波导。

Description

一种光波导的制备方法、光波导及增强现实设备

技术领域

本申请涉及光学技术领域，尤其涉及一种光波导的制备方法、光波导及增强现实设备。

背景技术

纳米压印技术，是指将模板上的纳米图案压印在衬底上的纳米图形复制方法，其特点具有超高分辨率和高产量。高分辨率是指其没有光学曝光中的衍射现象和电子束曝光中的散射现象。高产量是指其可以像光学曝光那样并行处理，同时制作成百上千个器件。此外，纳米压印技术不像光学曝光机那样需要复杂的光学系统，也不像电子束曝光机那样需要复杂的电磁聚焦系统。目前，纳米压印技术广泛应用在不同领域的各种纳米器件的生产。

衍射光波导通常采用纳米压印技术进行生产。在增强现实设备的设计和制作过程中，为了满足不同用户的需求，往往需要将出瞳尺寸扩大以兼容不同瞳距的用户。然而，扩大尺寸的出瞳将会导致衍射光波导的面积进一步增加，这将会进一步导致压印良率降低、光效降低、彩虹纹加剧等问题。基于此，为了针对不同瞳距的用户而设置位置和大小不同的出瞳区域，通常需要制作新的压印模板。

然而，纳米压印用的压印模板一旦制作好，其所压印得到的衍射光波导的位置和大小是固定的，如果制作多块压印模板则会大大增加产品生产成本。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种光波导的制备方法、光波导及增强现实设备，可以实现在采用单块压印模板情况下满足制备不同大小、位置、形状压印图案的光波导的需求。

第一方面，本申请提供一种光波导的制备方法，包括：

提供一衬底；

在所述衬底的一侧涂覆压印胶；

将设有预设图案的压印模板与所述衬底涂覆所述压印胶的一侧贴合，所述压印模板远离所述衬底的一侧设置有遮光板，所述遮光板设置有透光区域；

基于透过所述遮光板的所述透光区域以及所述压印模板的出射光，对所述衬底上的所述压印胶进行固化；

对所述衬底进行脱膜和显影处理，得到光波导。

可选地，所述遮光板和所述压印模板贴合。

可选地，所述遮光板和所述压印模板间隔预设距离。

可选地，所述遮光板和所述压印模板之间设置有投影光学系统。

可选地，还包括：

在多个候选的遮光板中选择所述遮光板，至少两个所述候选的遮光板上的透光区域不同；

将所述遮光板设置在所述压印模板远离所述衬底的一侧。

可选地，所述遮光板在不同位置设置有多个透光区域。

可选地，至少两个透光区域的尺寸和/或图案不同。

可选地，所述遮光板包括以下至少一种：掩膜版、可变光阑、固定光阑。

第二方面，本申请还提供一种光波导，所述光波导由第一方面所述的光波导的制备方法获得。

第三方面，本申请还提供一种增强现实设备，所述增强现实设备包括第二方面所述的光波导。

本申请提供一种光波导的制备方法、光波导及增强现实设备，其中，方法包括：提供一衬底；在所述衬底的一侧涂覆压印胶；将设有预设图案的压印模板与所述衬底涂覆所述压印胶的一侧贴合，所述压印模板远离所述衬底的一侧设置有遮光板，所述遮光板设置有透光区域；基于透过所述遮光板的所述透光区域以及所述压印模板的出射光，对所述衬底上的所述压印胶进行固化；对所述衬底进行脱膜和显影处理，得到光波导。本申请将压印模板和压印胶贴合，并通过透过遮光板的透光区域和压印模板上的出射光，固化压印胶，在压印模板开设有图案的基础上，本申请可以在遮光板上设置多个透光区域，并通过控制透光区域的大小、位置以及形状，从而可以获得不同大小、位置和形状压印图案的光波导。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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为本申请实施例提供的一种光波导的制备方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的接触式光固化的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的接近式光固化的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的投影式光固化的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的遮光板设有多个透光区域的示意图；

图6为本申请实施例提供的不同尺寸的压印结果示意图；

图7为本申请实施例提供的不同形状的压印结果示意图；

图8为本申请实施例提供的不同位置的压印结果示意图；

图9为本申请实施例提供的增强现实设备中不同光波导的示意图；

图10为本申请实施例提供的不同瞳距的示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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，都属于本申请保护的范围。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种光波导的制备方法的流程示意图。

如图1所示，该光波导的制备方法包括步骤S101至步骤S105。

步骤S101、提供一衬底103。

步骤S102、在衬底103的一侧涂覆压印胶102。

步骤S103、将设有预设图案的压印模板101与衬底103涂覆压印胶102的一侧贴合，压印模板101远离衬底103的一侧设置有遮光板104，遮光板104设置有透光区域。

本申请实施例中，将开设有预设图案的压印模板101与衬底3涂覆有压印胶103的一侧贴合，使得压印模板101上的图案可以印在压印胶103上，为了使印压印胶102上的图案可以固化，本申请实施例可以通过遮光板104上的透光区域控制压印胶102的固化情况。例如，可以在遮光板104上设置多个透光区域，也可以控制遮光板104上透光区域的大小、位置和形状。

步骤S104、基于透过遮光板104的透光区域以及压印模板101的出射光106，对衬底103上的压印胶102进行固化。

如图2、图3或图4所示，在遮光板104上设置有固化光源105，该固化光源105可以发出透过遮光板104的透光区域以及压印模板101的出射光106，以对衬底103上的压印胶102进行固化。

步骤S105、对衬底103进行脱膜和显影处理，得到光波导107。

透过遮光板104的透光区域以及压印模板101的出射光106可以对衬底103上的压印胶102进行固化，由于，与遮光板104的非透光区域对应的压印胶102没有被出射光106照射，即，与遮光板104的非透光区域对应的压印胶102没有固化，因此，可以通过对衬底103进行脱膜和显影处理，去除没有固化的压印胶102，以得到光波导107。

上述实施例提供的光波导的制备方法，包括：提供一衬底103；在所述衬底103的一侧涂覆压印胶102；将设有预设图案的压印模板101与所述衬底103涂覆所述压印胶102的一侧贴合，所述压印模板101远离所述衬底103的一侧设置有遮光板104，所述遮光板104设置有透光区域；基于透过所述遮光板104的所述透光区域以及所述压印模板101的出射光106，对所述衬底103上的所述压印胶102进行固化；对所述衬底103进行脱膜和显影处理，得到光波导107。本申请将压印模板101和压印胶102贴合，并通过透过遮光板104的透光区域和压印模板101上的出射光106，固化压印胶102，在一个设有图案的压印模板101的基础上，本申请可以在遮光板104上设置多个透光区域，并通过控制遮光板104透光区域的大小、位置以及形状，从而可以获得不同大小、位置和形状压印图案的光波导。

如图2、图3和图4所示，分别展示了不同光固化方式。

图2为本申请实施例提供的接触式光固化的流程示意图。其中，压印模板101、压印胶102、衬底103、遮光板104、固化光源105，固化光源105发出的出射光106、固化后得到的光波导107和显影清洗设备108，遮光板104和压印模板101直接接触。

图3为本申请实施例提供的接近式光固化的流程示意图。其中，压印模板101、压印胶102、衬底103、遮光板104、固化光源105，固化光源105发出的出射光106、固化后得到的光波导107和显影清洗设备108，遮光板104和压印模板101间隔预设距离。当然，该预设距离的大小可以根据实际情况进行设置。

图4为本申请实施例提供的投影式光固化的流程示意图。其中，压印模板101、压印胶102、衬底103、遮光板104、固化光源105，固化光源105发出的出射光106、固化后得到的光波导107、显影清洗设备108和投影光学系统109，遮光板104和压印模板101之间设有投影光学系统109。

实际应用中，在衬底103上涂覆压印胶102，压印模板101压合衬底103涂覆压印胶102的一侧，固化光源105发出的出射光106可以透过位于压印模板101一侧的遮光板104中的透光区域，以固化压印胶102，其他位置的压印胶102未固化。然后将压印模板101从压印胶102上移开，并通过显影清洗设备108将未固化的压印胶102去除，最后得到光波导107。本申请实施例可以基于一个压印模板101，通过改变遮光板104的透光区域，改变压印胶102被固化的尺寸、位置和形状，从而可以调整光波导107的尺寸、位置和形状。

在一示例性的实施方式中，所述遮光板104和所述压印模板101贴合。

如图2所示，光固化的方式可采用接触式。当采用接触式光固化时，遮光板104直接和压印模板101贴合，遮光板104和压印模板101之间无空隙，分辨率更高且节省了生产操作的空间范围，通过出射光106将遮光板104上透光区域的图案投到压印模板101上，以固化压印胶102。

在一示例性的实施方式中，所述遮光板104和所述压印模板101间隔预设距离。

如图3所示，光固化的方式还可以采用接近式。当采用接近式光固化时，遮光板104和压印模板101之间间隔预设距离，可以避免接触式光固化因直接接触压印模板101，而对压印模板101造成损伤。

在一示例性的实施方式中，所述遮光板104和所述压印模板101之间设置有投影光学系统109。

需要说明的是，接近式光固化会产生衍射反应，所以本申请实施例可以采用投影光学系统109形成投影式光刻。如图4所示，光固化方式还可以采用投影式，遮光板104与压印模板101之间设置有投影光学系统109，具体地，本申请实施例中的投影光学系统109可以将遮光板104上的透光区域的图案投影至压印模板101表面。投影光学系统109主要控制出射光106的聚焦和曝光时间。投影光学系统109可以由多个光学元件组成，例如凸透镜、反射镜、平凸透镜等，它们共同工作来实现高精度、高分辨率的图案投影。同时，投影光学系统109还需要具备高度的稳定性和可靠性，以确保整个光刻过程的精度和一致性。

在一示例性的实施方式中，还包括以下步骤：

在多个候选的遮光板104中选择所述遮光板104，至少两个所述候选的遮光板104上的透光区域不同；

将所述遮光板104设置在所述压印模板101远离所述衬底103的一侧。

举例而言，本实施例可以配置多个候选的遮光板104，每个候选的遮光板104的透光区域不同，因此，当需要制备不同形状、尺寸或者位置的光波导107时，可以更换遮光板104，从多个候选的遮光板104中选择，从而可以实现单个压印模板101即可制作出不同尺寸、位置、形状压印图案的光波导107，此外，也可以选用低成本的遮光板104，从而降低光波导107的生产成本。

在一示例性的实施方式中，所述遮光板104在不同位置设置有多个透光区域。

举例而言，如图5所示，本申请实施例可以在遮光板104上不同位置设置多个透光区域，具体地，在一个遮光板104上，分布式设置多个透光区域，从而可以实现通过一个遮光板104即可固化多个透光区域对应的的压印胶102。

在一示例性的实施方式中，至少两个透光区域的尺寸和/或图案不同。

本实施例中的每个遮光板104的透光区域可以是尺寸不同，也可以是图案不同，也可以是位置不同，或者同时存在尺寸和图案不同的情况。不同遮光板104的透光区域的尺寸可以不同，压印得到的光波导107的尺寸也是不同，如图6所示，图6中的A图案、B图案和C图案分别是在第一衬底201上大、中、小尺寸的第一光波导202。不同遮光板104的透光区域的形状也可以不同，压印得到的光波导的图案也是不同的，如图7所示，图7中的A图案、B图案和C图案分别是在第二衬底301上矩形、圆形、三角形的第二光波导302。此外，不同遮光板104的透光区域的位置也可以不同，因此，压印得到的光波导相对衬底的位置也不同。如图8所示，图8中的A图案、B图案和C图案分别是第三衬底401上位置居中、居左、居右的第三光波导402。本申请实施例可以仅通过一个压印模板101和遮光板104实现不同尺寸、不同位置、不同形状压印图案的光波导107，无需制作多个压印模板101，从而可以降低光波导107的制造成本。此外，针对瞳距不同的用户，本申请可以制备光栅区域不同的光波导107，有助于提升光波导107的光效率、改善彩虹纹现象。

在一示例性的实施方式中，遮光板104包括以下至少一种：掩膜版、可变光阑、固定光阑。

举例而言，遮光板104可以是掩膜版，也可以是可变光阑，还可以是固定光阑。需要说明的是，可变光阑和固定光阑的区别是通光孔径是否可调，在实际应用中，可以根据实际需要选用固定光阑或者可变光阑，以灵活控制通过光束的强弱。掩膜版的成本取决于掩膜版的精细程度，当然，也可以选用简单的掩膜版，即仅用于控制曝光区域的尺寸和图案，该类掩膜版的成本低，可以降低光波导107的制造成本。

如图9所示，增强现实设备中可以压印不同的光波导107，增强现实设备可以是AR眼镜。其中，第四衬底501可以包括由耦入光栅502、耦出光栅503组成的光波导107，也可以包括由耦入光栅502、耦出光栅503和转折光栅504组成的光波导107。通过遮光板104的不同透光区域的出射光106，可以调节光波导107的形状，例如，耦入光栅502可以为圆形，耦出光栅503和转折光栅504可以为矩形。当然，也可以调节光波导107的尺寸和形状。

如图10所示，图10中的A图案和B图案是用于不同瞳距的光波导，其中，本申请实施例可以通过改变遮光板104透光区域的位置，得到图10中A图案和B图案两种瞳距的光波导107，即耦出光栅503的位置不同，从而满足不同瞳距的用户需求。

本发明实施例还提供了一种光波导，该光波导由上述光波导的制备方法获得。可以理解的，由上述光波导的制备方法获得的光波导，可以实现仅通过一个压印模板和遮光板即可制备不同尺寸、不同位置、不同形状压印图案的光波导，并降低了光波导的制造成本。

本发明实施例还提供了一种增强现实设备，该增强现实设备包括上述的光波导。可以理解的，该增强现实设备具有如前文所述的光波导的全部技术效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光波导的制备方法，其特征在于，包括：

提供一衬底；

在所述衬底的一侧涂覆压印胶；

将设有预设图案的压印模板与所述衬底涂覆所述压印胶的一侧贴合，所述压印模板远离所述衬底的一侧设置有遮光板，所述遮光板设置有透光区域；

基于透过所述遮光板的所述透光区域以及所述压印模板的出射光，对所述衬底上的所述压印胶进行固化；

对所述衬底进行脱膜和显影处理，得到光波导。

2.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述遮光板和所述压印模板贴合。

3.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述遮光板和所述压印模板间隔预设距离。

4.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述遮光板和所述压印模板之间设置有投影光学系统。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的光波导的制备方法，其特征在于，还包括：

在多个候选的遮光板中选择所述遮光板，至少两个所述候选的遮光板上的透光区域不同；

将所述遮光板设置在所述压印模板远离所述衬底的一侧。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述遮光板在不同位置设置有多个透光区域。

7.根据权利要求6所述的光波导的制备方法，其特征在于，至少两个透光区域的尺寸和/或图案不同。

8.根据权利要求7所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述遮光板包括以下至少一种：掩膜版、可变光阑、固定光阑。

9.一种光波导，其特征在于，所述光波导由权利要求1至8任意一项所述的光波导的制备方法获得。

10.一种增强现实设备，其特征在于，所述增强现实设备包括权利要求9所述的光波导。