CN220188750U - 压印母版、耦出结构、扩瞳结构、衍射光波导及ar设备 - Google Patents
压印母版、耦出结构、扩瞳结构、衍射光波导及ar设备 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种压印母版,所述压印母版用于制备光栅结构，所述压印母版包括：基底，所述基底的第一表面不同位置设置有第一图形区域，所述第一图形区域具有起伏不平的表面轮廓，以使得位于所述第一图形区域内的不同位置的基底的厚度连续变化,所述光栅结构的图形与所述第一图形区域的图形相匹配，使得形成的光栅结构的厚度呈连续变化。本实用新型提供的技术方案，可以解决如何研发一种压印母版，以制作深度连续变化的光栅结构的问题。本申请还提供一种耦出结构、扩瞳结构、衍射光波导及AR设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及衍射波导领域，尤其涉及一种压印母版、耦出结构、扩瞳结构、衍射光波导及AR设备。
背景技术
传统的衍射波导中，为了使得耦出光栅或扩瞳光栅出射的光束更均匀，通常会设置不同深度的光栅单元，而不同深度的光栅结构的制作工艺难度较大，为了制作不同深度的光栅结构，现有技术中，通常有刻蚀路线和压印路线两类工艺方法，在刻蚀工艺中，为制备不同深度的光栅结构常需要多次刻蚀工艺，导致相同的刻蚀工艺参数在不同批次的光栅结构中存在一定的差异性，该差异性值超过容错率的范围，使得多次刻蚀工艺的可重现性较差。
实用新型内容
本实用新型提供一种压印母版、耦出结构、扩瞳结构、衍射光波导及AR设备，以解决如何研发一种压印母版，以制作深度连续变化的光栅结构的问题，减少刻蚀工艺，提高刻蚀工艺在不同批次的光栅结构中的可重现性，容错率较小，实现单次刻蚀即可制备不同深度的光栅结构。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种压印母版,所述压印母版用于制备光栅结构，所述压印母版包括：
基底，所述基底的第一表面不同位置设置有第一图形区域，所述第一图形区域具有起伏不平的表面轮廓，以使得位于所述第一图形区域内的不同位置的基底的厚度连续变化,所述光栅结构的图形与所述第一图形区域的图形相匹配，使得形成的光栅结构的厚度呈连续变化。
可选的，所述第一图形区域的表面轮廓包括至少沿着两个方向起伏不平的表面轮廓，所述两个方向平行于所述基底的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对设置。
可选的，所述起伏不平的表面轮廓包括在至少两个方向上形成台阶状变化的表面轮廓，且所述基底的厚度连续变化表征为相邻两台阶的厚度差不大于10％。
可选的，各所述台阶的台阶面相互平行，以使得在用于压印时与压印对象的基底表面平行。
可选的，所述第一图形区域的形状为曲线和/或直线围成的封闭形状。
可选的，所述基底的材质为SiO2、Si、高折玻璃或树脂。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种耦出结构，利用本实用新型第一方面的任一项所述的压印母版制作而成。
根据本实用新型的第三方面，提供了一种扩瞳结构，利用本实用新型第一方面的任一项所述的压印母版制作而成。
根据本实用新型的第四方面，提供了一种衍射光波导，包括本实用新型第二方面所述的耦出结构，和/或，包括本实用新型第三方面所述的扩瞳结构。
根据本实用新型的第五方面，提供了一种AR设备，包括本实用新型的第四方面所述的衍射光波导。
本实用新型提供的技术方案，创造性的提出了一种利用表面平坦且厚度非均匀化的压印母版，以用于制作不同深度且连续变化的光栅结构的新的技术方案，能够减少现有技术中刻蚀的次数，克服多次刻蚀过程中由于相同工艺的刻蚀参数在不同基底的刻蚀过程中所带来的差异性，可保证不同工艺批次的光栅结构的一致性，实现工艺的可重复性，保证了光栅及波导结构性能的稳定性，单次刻蚀工艺即可制备不同深度的光栅单元，效率较高同时有利于批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型一实施例提供的一种压印母版；
图2-6是本实用新型一实施例提供的利用压印母版的制作的不同工艺阶段的器件结构示意图；
附图标记说明：
101-压印母版；
102-基底；
103-图形化的掩模层；
104-压印胶层；
105-表面起伏不平的压印胶层；
106-目标耦出结构或目标扩瞳结构。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)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，以便这里描述的本实用新型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。
传统的衍射波导中，为了使得耦出光栅或扩瞳光栅出射的光束更均匀，通常会设置不同深度的光栅单元，而不同深度的光栅单元的制作工艺难度较大，现有技术中利用刻蚀常规刻蚀工艺刻蚀形成深度调制的压印母版，将压印母版压印到压印胶上，以制备不同深度的光栅结构；常规刻蚀工艺不容易实现光栅结构的深度连续变化，且工艺复杂，同时相同的刻蚀工艺参数在不同批次的光栅结构中存在一定的差异性，该差异性值超过容错率的范围。
有鉴于此，本申请巧妙使用半导体定域气团腐蚀工艺，以粒子束的束斑大小为基准，通过气体的化学作用，并以该基准进行分时分区腐蚀，控制束斑大小和移动步长，基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值，对基底表面进行修整，使得平坦表面厚度非均匀化，以形成深度连续变化的压印母版，利用压印母版进行压印工艺，以形成深度连续变化的光栅结构，能够减少后期刻蚀工艺的次数，以单次刻蚀即可制备不同深度的光栅单元。
其中，定域气团腐蚀指以粒子束的束斑大小为基准，通过气体的化学作用，并以该基准进行分区腐蚀。
基于定域气团腐蚀可实现分时分区域单独处理，它的工艺原理、过程与常规刻蚀光栅工艺存在实质性区别，且定域气团腐蚀在处理过程中其能量保持恒定，基于光栅深度要求控制不同区域的基底处理时间，能够得到可重现性的起伏不平的不同基底。
可见，本实用新型提供的技术方案，创造性的提出了一种利用表面平坦且厚度非均匀化的压印母版，制作不同深度的光栅结构的新的技术方案，且有利于批量生产。
下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
请参考图1，根据本实用新型的一实施例，提供了一种压印母版,所述压印母版用于制备光栅结构，所述压印母版包括：
基底，所述基底的第一表面不同位置设置有第一图形区域，所述第一图形区域具有起伏不平的表面轮廓，以使得位于所述第一图形区域内的不同位置的基底的厚度连续变化,所述光栅结构的图形与所述第一图形区域的图形相匹配，使得形成的光栅结构的厚度呈连续变化，如图1所示；一种具体实施例中，通过气体的化学作用，并以该基准对基底进行分时分区腐蚀，控制束斑大小和移动步长，所述基底的材质为SiO2、Si或高折玻璃、树脂等。气体指C4F8、NF3、He、O2、Ar等；其中，束斑大小可以是指设备产生气团初始的尺寸。
本实用新型提供的压印母版，可以制作深度连续变化的光栅结构，以调节光栅结构出射的光线的衍射效率，且利用压印母版制作深度连续变化的光栅结构，工艺简单，较少刻蚀次数，效率较高，有利于批量生产。
一种实施例中，所述第一图形区域的表面轮廓包括至少沿着两个方向起伏不平的表面轮廓，所述两个方向平行于所述基底的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对设置。
一种实施例中，所述起伏不平的表面轮廓包括在至少两个方向上形成台阶状变化的表面轮廓，且所述基底的厚度连续变化表征为相邻两台阶的厚度差不大于10％，如图1所示，应当知道的是：图中只示出了起伏不平的变化趋势，未示出详细的台阶结构，实际中，起伏不平的表面轮廓是若干厚度连续变化的台阶形成的。
一种实施例中，各所述台阶的台阶面相互平行，以使得在用于压印时与压印对象的基底表面平行。
一种实施例中，所述第一图形区域的形状为曲线和/或直线围成的封闭形状。
其次，根据本实用新型的一实施例，还提供了一种耦出结构，利用本实用新型前述实施例的任一项所述的压印母版制作而成。
再次，根据本实用新型的一实施例，还提供了一种扩瞳结构，利用本实用新型前述实施例的任一项所述的压印母版制作而成。
一种具体实施例中，利用本申请提供的压印母版制作耦出结构或扩瞳结构的工艺具体包括：
S11：提供一压印母版101；压印母版101通过定域气团腐蚀工艺制作而成；其中，压印母版101的第一表面不同位置形成有起伏不平的表面轮廓，且起伏不平的表面轮廓被设计为适配于目标耦出结构或目标扩瞳结构106；目标耦出结构或目标扩瞳结构106指的是希望利用压印母版101制作的耦出结构或扩瞳结构，如图1所示；
S12：提供一基底102，如图2所示；
S13：在基底102上依次形成图形化的掩模层103与压印胶层104，如图3所示；
S14：将压印母版101的第一表面的起伏不平的表面轮廓压印到压印胶层104上，形成表面起伏不平的压印胶层105，如图4所示；
S15：分离压印母版101与基底102，如图5所示；
S16：以表面起伏不平的压印胶层105与图形化的掩模层103为掩模刻蚀基底102，以在基底102上形成起伏不平的表面轮廓(即形成深度连续变化的目标耦出结构或目标扩瞳结构106)，如图6所示。
另外，根据本实用新型的一实施例，还提供了一种衍射光波导，包括本实用新型前述实施例所述的耦出结构，和/或，包括本实用新型前述实施例所述的扩瞳结构。
最后，根据本实用新型的一实施例，还提供了一种AR设备，包括本实用新型的前述实施例所述的衍射光波导。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种压印母版,所述压印母版用于制备光栅结构，其特征在于，所述压印母版包括：
基底，所述基底的第一表面不同位置设置有第一图形区域，所述第一图形区域具有起伏不平的表面轮廓，以使得位于所述第一图形区域内的不同位置的基底的厚度连续变化,所述光栅结构的图形与所述第一图形区域的图形相匹配，使得形成的光栅结构的厚度呈连续变化。
2.根据权利要求1所述的压印母版，其特征在于，所述第一图形区域的表面轮廓包括至少沿着两个方向起伏不平的表面轮廓，所述两个方向平行于所述基底的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对设置。
3.根据权利要求2所述的压印母版，其特征在于，所述起伏不平的表面轮廓包括在至少两个方向上形成台阶状变化的表面轮廓，且所述基底的厚度连续变化表征为相邻两台阶的厚度差不大于10％。
4.根据权利要求3所述的压印母版，其特征在于，各所述台阶的台阶面相互平行，以使得在用于压印时与压印对象的基底表面平行。
5.根据权利要求1所述的压印母版，其特征在于，所述第一图形区域的形状为曲线和/或直线围成的封闭形状。
6.根据权利要求1所述的压印母版，其特征在于，所述基底的材质为SiO2、Si、高折玻璃或树脂。
7.一种耦出结构，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的压印母版制作而成。
8.一种扩瞳结构，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的压印母版制作而成。
9.一种衍射光波导，其特征在于，包括权利要求7所述的耦出结构，和/或，包括权利要求8所述的扩瞳结构。
10.一种AR设备，其特征在于，包括权利要求9所述的衍射光波导。
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