TW202115460A - 繞射光學元件之製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種繞射光學元件與繞射光學元件之製造方法。此繞射光學元件包含基材、第一繞射結構層以及第二繞射結構層。此基材具有第一表面以及相對第一表面之第二表面。第一繞射結構層係設置於基材之第一表面上。第二繞射結構層係設置於基材之第二表面上。在繞射光學元件之製造方法中，首先提供基材。然後，形成第一膠材層/第一半導體層於基材之第一表面上，並對其圖案化。接著，形成第二膠材層/第二半導體層於基材之第二表面上，並對其圖案化。

Description

繞射光學元件與繞射光學元件之製造方法
本發明是有關於一種繞射光學元件與繞射光學元件之製造方法。
繞射光學元件是眾所皆知的光學元件，其係利用光的繞射現象來實現各種不同的光學功能，例如聚光功能、散光功能、光強度分配功能、濾波功能、以及分光功能。具體而言，在結構光(structured-light)投射器中，會使用繞射光學元件來接收光束並產生光學圖案於目標物上。然而，此繞射光學元件通常具有較高的光損(light loss)率(大約40%)。
因此，需要一種具有較小光損率的繞射光學元件。
本發明之實施例提出一種具有較小光損率的繞 射光學元件。此繞射光學元件包含基材、第一繞射結構層以及第二繞射結構層。此基材具有第一表面以及相對第一表面之第二表面。第一繞射結構層係設置於基材之第一表面上。第二繞射結構層係設置於基材之第二表面上。
在一些實施例中，上述之繞射光學元件更包含保護層，其係設置於第一繞射結構層上，其中第一繞射結構層之折射率與保護層之折射率之間的差值係大於0.25。
在一些實施例中，第一繞射結構層之折射率小於保護層之折射率。
在一些實施例中，第一繞射結構層以及第二繞射結構層為半導體層。
在一些實施例中，第一繞射結構層以及該第二繞射結構層之材料包含氧化矽(Silicon Oxide)或氮化矽(Silicon Nitride)。
在一些實施例中，第一繞射結構層以及第二繞射結構層為膠材層。
在一些實施例中，第一繞射結構層以及第二繞射結構層之一者係配置以抑制零階(zero order)雜訊。
在一些實施例中，基材為玻璃基材。
在另一方面，本發明之實施例提出一種繞射光學元件之製造方法。在此方法中，首先提供基材，其中此基材具有第一表面以及相對於第一表面之第二表面。然後，形成第一膠材層於基材之第一表面上。接著，圖案化第一膠材層來形成第一繞射結構層於基材之第一表面上。然後，形成 保護層於第一繞射結構層上。接著，形成第二膠材層於基材之第二表面上。然後，圖案化第二膠材層來形成第二繞射結構層於基材之第二表面上。
在一些實施例中，前述之繞射光學元件之製造方法更包含：於形成第二膠材層之前，翻轉基材，其中配置以形成第二膠材層之設備機台的平台係與保護層接觸，以於基材翻轉後來支撐基材。
在一些實施例中，圖案化第一膠材層和第二膠材層之步驟係利用奈米轉印(nonoimprint)技術來進行。
在一些實施例中，第一繞射結構層之折射率與保護層之折射率之間的差值係大於0.25。
在一些實施例中，第一繞射結構層之折射率小於保護層之折射率。
在一些實施例中，第一繞射結構層以及第二繞射結構層之一者係配置以抑制零階雜訊。
在一些實施例中，基材為玻璃基材。
在又一方面，本發明之實施例提出一種繞射光學元件之製造方法。在此方法中，首先提供基材，其中此基材具有第一表面以及相對於第一表面之第二表面。然後，形成第一半導體層於基材之第一表面上。接著，圖案化第一半導體層來形成第一繞射結構層於基材之第一表面上。然後，形成保護層於第一繞射結構層上。接著，形成第二半導體層於基材之第二表面上。然後，圖案化第二半導體層來形成一第二繞射結構層於基材之第二表面上。
在一些實施例中，前述之繞射光學元件之製造方法更包含：於形成第二半導體層之前，翻轉基材，其中配置以形成第二半導體層之設備機台的平台係與保護層接觸，以於基材翻轉後來支撐基材。
在一些實施例中，圖案化第一半導體層和第二半導體層之步驟係利用奈米轉印技術來進行。
在一些實施例中，第一繞射結構層以及第二繞射結構層之一者係配置以抑制零階雜訊。
在一些實施例中，基材為玻璃基材，而第一繞射結構層以及第二繞射結構層之材料包含氧化矽或氮化矽。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧繞射光學元件
110‧‧‧基材
110a‧‧‧第一表面
110b‧‧‧第二表面
120‧‧‧第一繞射結構層
121‧‧‧主體部
122‧‧‧開口
122d‧‧‧深度
130‧‧‧保護層
140‧‧‧第二繞射結構層
141‧‧‧主體部
142‧‧‧開口
142d‧‧‧深度
200‧‧‧繞射光學元件的製造方法
210-260‧‧‧步驟
310‧‧‧基材
310a‧‧‧第一表面
310b‧‧‧第二表面
320‧‧‧第一膠材層
321‧‧‧主體部
322‧‧‧開口
322d‧‧‧深度
330‧‧‧保護層
340‧‧‧第二膠材層
341‧‧‧主體部
342‧‧‧開口
342d‧‧‧深度
[圖1]係繪示根據本發明實施例之繞射光學元件。
[圖2]係繪示根據本發明實施例之繞射光學元件的製造方法的流程示意圖。
[圖3A]至[圖3F]係繪示根據本發明實施例之繞射光學元件的製造方法的流程示意圖。
下文是以實施方式配合附圖作詳細說明，但所提供的實施方式並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構 運作的描述非用以限制其執行的順序，任何由元件重新組合的結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。此外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。
關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。
圖1係繪示根據本發明實施例之繞射光學元件(DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENT；DOE)100。繞射光學元件100包含基材110、第一繞射結構層120、保護層130以及第二繞射結構層140。基材110具有第一表面110a以及相對第一表面110a之第二表面110b。在本實施例中，基材110為玻璃基材，然而本發明之實施例並不受限於此。
第一繞射結構層120係設置於基材110之第一表面110a上。第一繞射結構層120具有複數個微結構，其包含複數個主體部121以及位於主體部121之間的開口122。每一開口122具有深度122d。類似地，第二繞射結構層140係設置於基材110之第二表面110b上。第二繞射結構層140具有複數個微結構，其包含複數個主體部141以及位於主體部141之間的開口142。每一開口142具有深度142d。
在一些實施例中，第一繞射結構層120、保護層130以及第二繞射結構層140係以膠材製成，膠材可例如為環氧樹脂(Epoxy)類膠材、壓克力(Acrylic)類膠材或矽利康(silicone)類膠材。在一些實施例中，第一繞射結 構層120以及第二繞射結構層140為半導體層，其由氧化矽(Silicon Oxide)或氮化矽(Silicon Nitride)製成。在一些實施例中，第一繞射結構層120之折射率(refractive index)與保護層130之折射率之間的差值係大於0.25，且第一繞射結構層120之折射率小於保護層130之折射率。
在一些實施例中，第一繞射結構層120和第二繞射結構層140之一者係配置來抑制零階(zero order)雜訊，而第一繞射結構層120和第二繞射結構層140之另一者則配置以產生所需的光線圖案於目標物上。例如，第一繞射結構層120係配置以抑制零階雜訊，而第二繞射結構層140係配置以所需的光線圖案於目標物上。
在一些實施例中，第一繞射結構層120和第二繞射結構層140之一者係配置來產生所需光線圖案的一部分，而第一繞射結構層120和第二繞射結構層140之另一者則配置來產生所需光線圖案的其他部分，藉此可使得繞射光學元件100產生所需的光線圖案於目標物上。
在一些實施例中，第一繞射結構層120的開口122與第二繞射結構層140的開口142對準，且第一繞射結構層120之每一主體部121的尺寸與第二繞射結構層140之每一主體部141的尺寸相等。在一實施例中，開口122和/或開口142係以微影製程所允許之最大深度來形成。例如，當微影製程所允許的最大深度為D時，每一開口122可具有D的深度，而每一開口142可具有D/2的深度。然而，本發明之實施例並不受限於此。在一些實施例中，每一開口122 和144可具有D的深度。
請參照圖2，其係繪示根據本發明實施例之繞射光學元件100的製造方法200的流程示意圖。在方法200中，首先進行步驟210來提供基材310，如圖3A所示。基材310具有第一表面310a(上表面)以及相對第一表面310a之第二表面310b(下表面)。在本實施例中，基材310為玻璃基材，但本發明之實施例並不受限於此。
然後，進行步驟220，以形成第一膠材層320於基材310之第一表面310a上，如圖3B所示。在本實施例中，第一膠材層320係由例如環氧樹脂類膠材、壓克力類膠材或矽利康類膠材所製成，但本發明之實施例並不受限於此。步驟220係利用一設備機台來進行，此設備機台具有配置來支撐基材310之平台。當進行步驟220時，此平台與基材310之第二表面310b接觸，以支撐基材310。
接著，進行步驟230來圖案化第一膠材層320，以形成第一繞射結構層(圖案化的第一膠材層320)，如圖3C所示。第一繞射結構層具有複數個微結構，其包含複數個主體部321以及位於主體部321之間的開口322。每一開口322具有深度322d。第一膠材層320可利用微影技術，例如奈米轉印技術來圖案化。然而，本發明之實施例並不受限於此。
在一些實施例中，這些微結構係設計來抑制零階雜訊。在一些實施例中，這些微結構係設計來產生所需的光線圖案於目標物上。然後，進行步驟240來形成保護層330於第一繞射結構層上，以保護第一繞射結構層，如圖3D所 示。在本實施例中，保護層330係由例如環氧樹脂類膠材、壓克力類膠材或矽利康類膠材所製成，但本發明之實施例並不受限於此。再者，在一些實施例中，第一繞射結構層(第一膠材層320)之折射率與保護層330之折射率之間的差值係大於0.25，且第一繞射結構層之折射率小於保護層330之折射率。
然後，進行步驟250，以形成第二膠材層340於基材310之第二表面310b上，如圖3E所示。在本實施例中，第二膠材層340係由例如環氧樹脂類膠材、壓克力類膠材或矽利康類膠材所製成，但本發明之實施例並不受限於此。在步驟250中，基材310被翻轉後再置放於前述之設備機台的平台上，以便形成第二膠材層340於第二表面310b上。由於保護層330覆蓋形成於第一表面310a上的第一繞射結構層，設備機台的平台係接觸保護層330來支撐基材310，如此避免了設備機台的平台損傷第一繞射結構層。
接著，進行步驟260，以圖案化第二膠材層340，以形成第二繞射結構層(圖案化的第二膠材層340)，如圖3F所示。第二繞射結構層具有複數個微結構，其包含複數個主體部341以及位於主體部341之間的開口342。每一開口342具有深度342d。第一膠材層320可利用微影技術，例如奈米轉印技術來圖案化。然而，本發明之實施例並不受限於此。在一些實施例中，這些微結構係設計來抑制零階雜訊。在一些實施例中，這些微結構係設計來產生所需的光線圖案於目標物上。
再者，在一些實施例中，可利用第一半導體層來替換第一膠材層320，以及利用第二半導體層來替換第二膠材層340。例如，第一半導體層可形成在基材310的第一表面310a上，然後被圖案化來形成前述具有微結構之第一繞射結構層。再例如，第二半導體層可形成在基材310的第二表面310b上，然後被圖案化來形成前述具有微結構之第二繞射結構層。在一些實施例中，第一半導體層和第二半導體層之材料可包含透明的半導體材料，例如氧化矽或氮化矽，但本發明之實施例並不受限於此。
另外，因為第一半導體層比第一膠材層320更為強固，故用來形成保護層330的步驟240可被省略。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧繞射光學元件
110‧‧‧基材
110a‧‧‧第一表面
110b‧‧‧第二表面
120‧‧‧第一繞射結構層
121‧‧‧主體部
122‧‧‧開口
122d‧‧‧深度
130‧‧‧保護層
140‧‧‧第二繞射結構層
141‧‧‧主體部
142‧‧‧開口
142d‧‧‧深度

Claims (20)

  1. 一種繞射光學元件，包含：
    一基材，具有一第一表面以及相對於該第一表面之一第二表面；
    一第一繞射結構層，設置於該基材之該第一表面上；以及
    一第二繞射結構層，設置於該基材之該第二表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光學元件，更包含一保護層，設置於該第一繞射結構層上，其中該第一繞射結構層之折射率與該保護層之折射率之間的差值係大於0.25。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之繞射光學元件，其中該第一繞射結構層之折射率小於該保護層之折射率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光學元件，其中該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層為半導體層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之繞射光學元件，其中該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層之材料 包含氧化矽(Silicon Oxide)或氮化矽(Silicon Nitride)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光學元件，其中該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層為膠材層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光學元件，其中該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層之一者係配置以抑制零階(zero order)雜訊。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之繞射光學元件，其中該基材為玻璃基材。
  9. 一種繞射光學元件之製造方法，包含：
    提供一基材，其中該基材具有一第一表面以及相對於該第一表面之一第二表面；
    形成一第一膠材層於該基材之該第一表面上；
    圖案化該第一膠材層來形成一第一繞射結構層於該基材之該第一表面上；
    形成一保護層於該第一繞射結構層上；
    形成一第二膠材層於該基材之該第二表面上；以及
    圖案化該第二膠材層來形成一第二繞射結構層於該基材之該第二表面上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之繞射光學元件之製造方法，更包含：
    於形成該第二膠材層之前，翻轉該基材，其中配置以形成該第二膠材層之一設備機台的平台係與該保護層接觸，以於該基材翻轉後來支撐該基材。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之繞射光學元件之製造方法，其中圖案化該第一膠材層和該第二膠材層之步驟係利用奈米轉印(nonoimprint)技術來進行。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之繞射光學元件之製造方法，其中該第一繞射結構層之折射率與該保護層之折射率之間的差值係大於0.25。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之繞射光學元件之製造方法，其中該第一繞射結構層之折射率小於該保護層之折射率。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之繞射光學元件之製造方法，其中該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層之一者係配置以抑制零階雜訊。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之繞射光學 元件之製造方法，其中該基材為玻璃基材。
  16. 一種繞射光學元件之製造方法，包含：
    提供一基材，其中該基材具有一第一表面以及相對於該第一表面之一第二表面；
    形成一第一半導體層於該基材之該第一表面上；
    圖案化該第一半導體層來形成一第一繞射結構層於該基材之該第一表面上；
    形成一保護層於該第一繞射結構層上；
    形成一第二半導體層於該基材之該第二表面上；以及
    圖案化該第二半導體層來形成一第二繞射結構層於該基材之該第二表面上。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之繞射光學元件之製造方法，更包含：
    於形成該第二半導體層之前，翻轉該基材，其中配置以形成該第二半導體層之一設備機台的平台係與該保護層接觸，以於該基材翻轉後來支撐該基材。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之繞射光學元件之製造方法，其中圖案化該第一半導體層和該第二半導體層之步驟係利用奈米轉印技術來進行。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之繞射光學 元件之製造方法，其中該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層之一者係配置以抑制零階雜訊。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之繞射光學元件之製造方法，其中該基材為玻璃基材，而該第一繞射結構層以及該第二繞射結構層之材料包含氧化矽或氮化矽。
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