CN117761829A - 一种光波导及其制备方法和头戴设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种光波导及其制备方法和头戴设备。该光波导的制备方法包括：提供光学塑料基体，所述光学塑料基体具有相背设置的第一表面和第二表面；在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜；在所述光学薄膜上形成压印胶层；提供压印模板，通过所述压印模板对所述压印胶层进行压印形成压印图案；固化所述压印胶层，并将所述压印模板从所述压印胶层上脱模，以形成光波导。
Description
技术领域
本申请实施例涉及光波导的制备技术领域，更具体地，本申请实施例涉及一种光波导及其制备方法和头戴设备。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，AR)是一种视觉体验和人机交互方式的革新，是将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。
近眼显示器是增强现实技术的关键部件，主要有棱镜、自由曲面、衍射光栅三种模式。对于衍射光栅镜片显示技术，其利用光栅的衍射作用实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像。
传统的光栅加工技术主要有机械刻划法、全息干涉曝光法等方法对光栅的表面进行加工处理。目前光波导的制备主要是将模板上的微纳结构转移到玻璃晶圆上，其中玻璃晶圆的高成本和易碎引发的安全性问题逐渐凸显，因此如何提供一种新型光波导是亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种光波导及其制备方法和头戴设备的新技术方案。
第一方面，本申请提供了一种光波导的制备方法。所述方法包括：
提供光学塑料基体，所述光学塑料基体具有相背设置的第一表面和第二表面；
在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜；
在所述光学薄膜上形成压印胶层；
提供压印模板，通过所述压印模板对所述压印胶层进行压印形成压印图案；
固化所述压印胶层，并将所述压印模板从所述压印胶层上脱模，以形成光波导。
可选地，在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜包括：
采用气相沉积或者原子层沉积方式在所述第一表面和/或所述第二表面上沉积光学薄膜。
可选地，固化所述压印胶层包括：采用紫外光固化方式或者热固化方式对所述压印胶层进行固化处理。
可选地，所述光学薄膜为增透膜或者减反膜。
可选地，所述光学薄膜为二氧化硅薄膜或者二氧化钛薄膜。
可选地，所述光学薄膜的厚度范围为：10nm-100nm。
可选地，所述光学薄膜的透射率为90％以上。
可选地，所述光学薄膜的折射率范围为1.5-2.5。
第二方面，提供了一种光波导。所述光波导为采用如第一方面所述的光波导的制备方法制备的光波导。
可选地，所述光波导包括：
光学塑料基体，所述光学塑料基体具有相背设置的第一表面和第二表面；
光学薄膜，在所述第一表面和/或所述第二表面上形成所述光学薄膜；
压印胶层，所述压印胶层设置在所述光学薄膜上，该压印胶层远离所述光学薄膜的表面上形成有压印图案。
第三方面，提供了一种头戴设备。所述头戴设备包括如第二方面所述的光波导。
根据本申请的实施例，提供了一种光波导的制备方法，其中光波导的基体为光学塑料基体，降低了光波导的制作成本，以及避免了玻璃晶圆的基体容易发生破碎的风险。
在本申请实施例提供的光波导的制备方法中，在对光学塑料基体进行压印之前，在光学塑料基体的表面上形成了光学薄膜，在光学薄膜上形成压印胶层，使得压印胶层涂覆的更加均匀，避免影响光波导的光学效果。
通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。
图1所示为光波导的制备方法的流程图。
图2所示为光波导的结构示意图。
附图标记说明：
1、光学塑料基体；2、光学薄膜；3、压印胶层。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在现有技术中，光波导的工艺制程中，一般会将玻璃晶圆作为光波导的基体，当将玻璃晶圆作为光波导的基体时，玻璃晶圆容易发生破碎的问题逐渐凸显，降低了用户的体验感；另外在光波导的工艺制程中，也会将塑料基底作为光波导的基体，但是目前的工艺制程中，均是将压印胶直接涂覆在塑料基底上，但是将压印胶直接涂覆在塑料基底上，容易影响光波导的光学衍射效果。
基于上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种光波导的制备方法，以解决现有技术中玻璃晶圆的基体容易破碎，以及在塑料基底上直接形成压印胶层容易影响光波导的光学效果的技术问题。
下面结合附图1和图2对本申请实施例提供的光波导的制备方法进行详细地描述。
参照图1所示，所述光波导的制备方法包括步骤S101-步骤S105。
步骤S101：提供光学塑料基体1，所述光学塑料基体1具有相背设置的第一表面和第二表面；
步骤S102：在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜2；
步骤S103：在所述光学薄膜2上形成压印胶层3，其中压印胶层3为未形成压印图案的压印胶层3；
步骤S104：提供压印模板，通过所述压印模板对所述压印胶层3进行压印形成压印图案；其中压印胶层3为未形成压印图案的压印胶层3，通过纳米压印方式在压印胶3上形成压印图案；
步骤S105：固化所述压印胶层3，并将所述压印模板从所述压印胶层3上脱模，以形成光波导。其中在对压印胶层3进行固化时，压印胶层3为已经形成有压印图案的压印胶层3。
在步骤S101中，提供光学塑料基体1，其中光学塑料基体1为光波导的本体。在光波导的制备过程中，通过压印模板在光波导本体的表面上形成了衍射光栅图案。其中在压印模板上形成的微纳米结构是对应于形成在光波导本体上的衍射光栅图案，以形成透射式衍射光栅或者反射式衍射光栅。
其中光学塑料基体1具有相对设置的第一表面和第二表面，在制备光波导的过程中，可以在光学塑料基体1的第一表面上形成衍射光栅图案，以及也可以在光学塑料基体1的第二表面上形成衍射光栅图案。例如光学塑料基体1可以是圆形结构、或者方形结构等。
其中光学塑料的材料可以包括：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚4-甲基戊烯-1(TPX)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、烯丙基二甘醇二碳酸酯(CR-39)。
在步骤S102中，在光学塑料基体1的第一表面和/或第二表面上形成了光学薄膜2。例如在一个实施例中，只在光学塑料基体1的第一表面上形成光学薄膜2；或者在另一个实施例中，只在光学塑料基体1的第二表面上形成光学薄膜2；或者在又一个实施例中，在光学塑料基体1的第一表面和第二表面上均形成光学薄膜2。
在步骤S103中，在光学薄膜2上形成了压印胶层3，因此在本申请实施例提供的光波导的制备方法中，并没有直接将压印胶层3形成在光学塑料基体1上，而是在光学塑料基体1的表面上形成光学薄膜2，再在光学薄膜2上形成压印胶层3。
具体地，若是将压印胶层3直接形成在光学塑料基体1上，光学塑料基体1和压印胶中的有机溶剂发生化学作用，导致压印胶在光学塑料基体1的表面上很难旋涂均匀。例如光学塑料基体1和压印胶都属于有机物，两者在材质和体系上都比较类似，两者很容易发生化学反应。
例如压印胶层3中的有机溶剂可以把光学塑料基体1的表面溶解掉，就会出现一些类似腐蚀(并不算真正地腐蚀,只是样子像)的现象。这种情况下，在光学塑料基体1上形成的压印胶会出现匀胶效果差的现象。另外甚至压印胶层3的有机溶剂会先把两个粘合面的一层先溶解掉一部分，然后在等到有机溶剂挥发以后，使两个再重新结合变硬达到粘合的目的。这种情况下，在光学塑料基体1上形成的压印胶也会出现匀胶效果差的现象。
另外当光学塑料基体1上形成的压印胶出现匀胶效果差的情况时，也会导致压印胶层3和光学塑料的界面不清晰，最终导致光波导的光学效果差。
因此在光学塑料基体1的表面上直接形成压印胶，压印胶会破坏光学塑料基体1的表面，最终影响光波导的光学效果。
为了避免上述现象的产生，本申请实施例先在光学塑料基体1的表面上形成光学薄膜2，再在光学薄膜2上形成压印胶层3。
具体地，在光学塑料基体1的表面上形成光学薄膜2，其中光学薄膜2起到了将光学塑料基体1和压印胶层3隔离开的效果，避免了直接在光学塑料基体1上形成压印胶层3，也就避免了压印胶容易破坏光学塑料基体1的表面的现象；另外在光学塑料基体1上形成了一层光学薄膜2，其中光学薄膜2的设置不影响光波导的光学效果。另外在光学薄膜2上形成压印胶，其中压印胶很难甚至不会与光学薄膜2产生化学反应。例如光学薄膜2属于无机材质、或者由小分子组成或者介质氧化物组成，两者之间不会存在相互溶解或者相互分解的风险。因此基于此，在光学薄膜2上形成压印胶层3，压印胶可以均匀地形成光学薄膜2上。
在步骤S104，提供压印模板，其中压印模板可以为软质纳米压印模板或者硬质纳米压印模板。在压印模板上预先形成压印结构，其中压印结构可以为纳米压印结构或者亚微纳米压印结构。
在该实施例中，通过纳米压印的方式对压印胶层3进行压印，以在压印胶层3上形成压印图案，其中压印图案对应于衍射光栅图案，例如可以衍射光栅图案可以是透射式衍射光栅图案或者反射式衍射光栅图案。
在该实施例中，例如可以只在光学塑料基体1的第一表面上形成了压印图案，或者可以只在光学塑料基体1的第二表面上形成了压印图案；或者可以在光学塑料基体1的第一表面上和第二表面上形成了压印图案。
在步骤S105中，当压印模板对压印胶层3进行压印之后，对形成有压印图案的压印胶层3进行固化处理，此时已经将压印模板上的压印结构转印至压印胶层3上。
对压印胶层3固化之后，压印模板从压印胶层3中脱模时，避免了压印模板上连带胶层的现象，以影响压印效果。
因此在本申请实施例中，提供了一种光波导的制备方法，其中光波导的基体为光学塑料基体1，降低了光波导的制作成本，以及避免了玻璃晶圆的基体容易发生破碎的风险。
在本申请实施例提供的光波导的制备方法中，在对光学塑料基体1进行压印之前，在光学塑料基体1的表面上形成了光学薄膜2，在光学薄膜2上形成压印胶层3，使得压印胶层3涂覆的更加均匀，避免影响光波导的光学效果。
在一个实施例中，在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜2包括：
采用气相沉积或者原子层沉积方式在所述第一表面和/或所述第二表面上沉积光学薄膜2。
在本申请实施例中，在光学塑料基体1上形成光学薄膜2的方式为：采用化学气相沉积或者物理气相沉积或者原子层沉积方式在第一表面和/或第二表面上沉积光学薄膜2，在光学塑料基体1的薄膜上形成致密和均匀的光学薄膜2。
在一个可选的实施例中，在所述光学薄膜2上形成压印胶层3包括：在所述光学薄膜2上涂覆压印胶以形成压印胶层3。采用旋涂方式在光学薄膜2上形成压印胶层3，使得压印胶更加均匀地形成在光学薄膜2的表面。
在一个实施例中，固化所述压印胶层3包括：采用紫外光固化方式或者热固化方式对所述压印胶层进行固化处理。
在一个具体的实施例中，其中相较于热固化方式，目前多采用紫外光固化方式对压印胶层进行固化处理。具体地，采用紫外光固化方式对压印胶层进行固化后，再对压印胶层进行烘烤处理，其中对所述压印胶层3进行烘烤时，其中烘烤的温度为80℃-150℃，烘烤的时间为10分钟-30分钟。
具体地，烘烤温度和时间是根据压印胶层3的性质决定的，不同的压印胶的胶材性质不同，烘烤条件是不一样的。另外在本申请实施例中，烘烤的温度和时间其实是需要考虑两个方面，一方面使得压印胶层3固化的温度和时间，另一方面还需要考虑光学塑料基体1的熔点的温度和达到熔点温度的时间。其中光学塑料基体1的熔点一般在160℃，因此在该实施例中，将烘烤的温度限定为80℃-150℃，烘烤的时间限定为10分钟-30分钟，在确保了压印胶层3固化的同时，避免了光学塑料基体1受到温度过高影响其结构的现象。
在一个实施例中，所述光学薄膜2为增透膜或者减反膜。
在该实施例中，光学薄膜2为功能膜，例如光学薄膜2可以为增透膜或者减反膜。例如在结合光波导对光线处理效果的情况下，使得光学薄膜2为增透膜或者减反膜，以减小光波导的反射，提高光波导的光学效果。
在一个可选的实施例中，光学薄膜2可以为偏振反射膜、半透半反膜等。
在一个实施例中，所述光学薄膜2为二氧化硅薄膜或者二氧化钛薄膜。
在该实施例中，光学薄膜2可以为二氧化硅(SiO2)薄膜或者二氧化钛(TiO2)薄膜。或者光学薄膜2还可以是氟化镁薄膜，三氧化二铝薄膜等。或者光学薄膜2可以是多层膜材料经过交叠沉积而形成。
在该实施例中，对光学薄膜2的材质进行限定，使得光学薄膜2可以不影响光波导的光学效果。
在一个实施例中，所述光学薄膜2的厚度范围为：10nm-100nm。
在该实施例中，对光学薄膜2的厚度进行限定，其中光学薄膜2的厚度在纳米级，例如光学薄膜2的厚度可以为10nm-40nm，或者光学薄膜2的厚度可以为40nm-80nm，或者光学薄膜2的厚度可以为80nm-100nm。
其中将光学薄膜2的厚度限定在此范围内，在不严重影响光波导的厚度情况下和光波导的光学效果的情况下，可以将光学塑料基体1和压印胶层3隔离。
在一个实施例中，所述光学薄膜2的透射率为90％以上。
在该实施例中，对光学薄膜2的透射率进行限定，其中光学薄膜2的透射率越高越好，本申请实施例中光学薄膜2的透射率为90％以上，使得外界光线可以透射光学薄膜2至光学塑料基体1，不影响光波导对光线的光学作用。
在一个实施例中，所述光学薄膜2的折射率范围为1.5-2.5。
在该实施例中，在结合光波导的光学设计考量，将光学薄膜2的折射率限定在此范围内，一方面不会影响光波导整体对光线的光学作用。另一方面将光学薄膜2的折射率限定在此范围内，对光线的透过率不会有太多降低，甚至有助于光线透过。
第二方面，提供了一种光波导。所述光波导采用如第一方面所述的光波导的制备方法制备的光波导。
在该实施例中，提供了一种光波导，采用上述的制备方法得到光波导，在不影响光波导对光线的光学效果的情况下，采用光学塑料基体1作为了光波导的基体，避免了光波导在使用中易碎的情况。
在一个实施例中，所述光波导包括：光学塑料基体1，所述光学塑料基体具有相背设置的第一表面和第二表面；光学薄膜2，在所述第一表面和/或所述第二表面上形成所述光学薄膜2；压印胶层3，所述压印胶层3设置在所述光学薄膜2上，所述压印胶层3远离所述光学薄膜2的表面上形成有压印图案。
在该实施例中，光波导包括了光学塑料基体1、光学薄膜2和压印胶层3，在不影响光波导对光线的光学效果的情况下，采用光学塑料基体1作为了光波导的基体，避免了光波导在使用中易碎的情况。
第三方面，提供了一种头戴设备，所述头戴设备包括了上述所述的光波导。例如光波导可以作为头戴设备的镜片，例如镜片为衍射光栅镜片。
在该实施例中，将本申请实施例提供的光波导应用到头戴设备中，在不影响头戴设备对光线的光学效果的情况下，采用光学塑料基体1作为了光波导的基体，避免了光波导在使用中易碎的情况。例如头戴设备可以是AR设备、或者VR设备等。
上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (11)
1.一种光波导的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供光学塑料基体(1)，所述光学塑料基体(1)具有相背设置的第一表面和第二表面；
在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜(2)；
在光学薄膜(2)上形成压印胶层(3)；
提供压印模板，通过压印模板对压印胶层(3)进行压印形成压印图案；
固化压印胶层(3)，并将压印模板从压印胶层(3)上脱模，以形成光波导。
2.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，在所述第一表面和/或所述第二表面上形成光学薄膜(2)包括：
采用气相沉积或者原子层沉积方式在所述第一表面和/或所述第二表面上沉积光学薄膜(2)。
3.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，固化所述压印胶层(3)包括：
采用紫外光固化方式或者热固化方式对所述压印胶层进行固化处理。
4.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述光学薄膜(2)为增透膜或者减反膜。
5.根据权利要求1或4所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述光学薄膜(2)为二氧化硅薄膜或者二氧化钛薄膜。
6.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述光学薄膜(2)的厚度范围为：10nm-100nm。
7.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述光学薄膜(2)的透射率为90％以上。
8.根据权利要求1所述的光波导的制备方法，其特征在于，所述光学薄膜(2)的折射率范围为1.5-2.5。
9.一种光波导，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的光波导的制备方法制备光波导。
10.根据权利要求9所述的光波导，其特征在于，所述光波导包括：
光学塑料基体(1)，所述光学塑料基体(1)具有相背设置的第一表面和第二表面；
光学薄膜(2)，在所述第一表面和/或所述第二表面上形成所述光学薄膜(2)；
压印胶层(3)，所述压印胶层(3)设置在所述光学薄膜(2)上，所述压印胶层(3)远离所述光学薄膜(2)的表面上形成有压印图案。
11.一种头戴设备，其特征在于，所述头戴设备包括如权利要求9或10所述的光波导。
Priority Applications (1)
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| CN202211139595.XA CN117761829A (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 一种光波导及其制备方法和头戴设备 |
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| CN202211139595.XA CN117761829A (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 一种光波导及其制备方法和头戴设备 |
Publications (1)
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| CN117761829A true CN117761829A (zh) | 2024-03-26 |
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