TW202243270A - 奈米粒子光學裝置結構的非晶形高折射率封裝 - Google Patents

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Abstract

本文提供的實施例提供了用於光學裝置的奈米粒子壓印膜的非晶形封裝。在本文提供的一個實施例中，提供了一種裝置。該裝置包括設置在基板表面上的複數個光學裝置結構。該複數個光學裝置結構包括奈米粒子壓印材料。該複數個光學裝置結構進一步包括封裝層，該封裝層設置在複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的至少頂表面和一個側壁上方。該封裝層是非晶形的或基本上非晶形的。該封裝層包括氧化鈮。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。

Description

奈米粒子光學裝置結構的非晶形高折射率封裝
本揭露案的實施例大體而言係關於用於擴增現實、虛擬現實及混合現實的光學裝置。更特定言之，本文所述的實施例提供了用於光學裝置的奈米粒子壓印膜的非晶形封裝。
虛擬現實通常被認為是電腦生成的模擬環境，其中使用者具有表觀實體存在。虛擬現實體驗可以以3D形式生成，並使用頭戴式顯示器(head-mounted display, HMD)，例如眼鏡或其他可穿戴顯示設備觀看，該等其他可穿戴顯示設備具有接近眼睛的顯示面板作為透鏡來顯示替代實際環境的虛擬現實環境。
然而，擴增現實使得能夠實現如此的體驗，在該體驗中使用者仍然可以經由眼鏡或其他HMD設備的顯示透鏡看到周圍的環境，亦可以看到被生成以作為環境的一部分出現的虛擬對象的圖像。擴增現實可包括任何類型的輸入，諸如音訊及觸覺輸入，以及加強或增強使用者體驗的環境的虛擬圖像、圖形及視訊。作為一種新興技術，擴增現實面臨許多挑戰及設計約束。
一種此類挑戰是顯示重疊在周圍環境上的虛擬圖像。使用包括波導組合器（諸如擴增現實波導組合器）的光學裝置及平面光學裝置（諸如超穎表面）來幫助重疊圖像。使產生的光傳播穿過光學裝置，直到該光離開光學裝置並重疊在周圍環境上。
光學裝置可包括設置在光學裝置結構的頂表面和至少一個側壁上的封裝層。在一些情況下，封裝層必須具有大於或等於2.0的折射率，亦即高折射率。然而，當封裝層設置在由奈米粒子壓印膜形成的結晶或奈米結晶光學裝置結構上時，可能在封裝層中形成裂紋。高折射率封裝層中的裂紋可降低光學裝置的功能性。
因此，本領域需要具有非晶形或基本上非晶形的封裝層的光學裝置以及形成具有非晶形或基本上非晶形的封裝層的光學裝置的方法。
在一個實施例中，提供了一種裝置。該裝置包括設置在基板表面上的複數個光學裝置結構。該複數個光學裝置結構包括奈米粒子壓印材料。該複數個光學裝置結構進一步包括封裝層，該封裝層設置在複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的至少頂表面和一個側壁上方。該封裝層是非晶形的或基本上非晶形的。該封裝層包括氧化鈮。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。
在另一個實施例中，提供了一種裝置。該裝置包括設置在基板上的複數個光學裝置結構。該複數個光學裝置結構包括奈米粒子壓印材料。該複數個光學裝置結構進一步包括緩衝層，該緩衝層設置在複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的頂表面和至少一個側壁上方。該複數個光學裝置結構進一步包括設置在緩衝層上方的封裝層。該封裝層包含折射率大於或等於2.0的材料。
在又一實施例中，提供了一種方法。該方法包括將印模壓印到設置在基板的表面上的奈米粒子壓印材料中，以形成複數個光學裝置結構。該方法進一步包括對奈米粒子壓印材料進行固化製程。該方法進一步包括從奈米粒子壓印材料釋放印模。該方法進一步包括在該複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的至少頂表面和一個側壁上設置待共形的封裝層。該封裝層是非晶形的或基本上非晶形的。該封裝層包括氧化鈮。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。
本揭露案的實施例大體而言係關於用於擴增現實、虛擬現實及混合現實的光學裝置。更特別地，本文所述的實施例提供了具有非晶形或基本上非晶形的封裝層的光學裝置以及形成具有非晶形或基本上非晶形的封裝層的光學裝置的方法。在一個實施例中，提供了一種裝置。該裝置包括設置在基板表面上的複數個光學裝置結構。該複數個光學裝置結構包括奈米粒子壓印材料。該複數個光學裝置結構進一步包括封裝層，該封裝層設置在複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的至少頂表面和一個側壁上方。該封裝層是非晶形的或基本上非晶形的。該封裝層包括氧化鈮。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。
第1A圖為光學裝置100A的示意性俯視圖。第1B圖是光學裝置100B的示意性俯視圖。應當理解的是，下面描述的光學裝置100A和100B是示例性的光學裝置。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，光學裝置100A是波導組合器，諸如擴增現實波導組合器。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，光學裝置100B是平坦的光學裝置，諸如超穎表面。
光學裝置100A和100B包括設置在基板101的表面103上的複數個光學裝置結構102。該光學裝置結構102可以是具有亞微米尺寸，例如奈米大小的尺寸的奈米結構。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，光學裝置結構102的區域對應於一或多個光柵104，諸如第一光柵104a、第二光柵104b及第三光柵104c。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，光學裝置100A是波導組合器，該波導組合器至少包括與輸入耦合光柵對應的第一光柵104a及與輸出耦合光柵對應的第三光柵104c。根據該實施例的波導組合器可以與本文所述的其他實施例組合，包括與中間光柵對應的第二光柵104b。儘管第1B圖將光學裝置結構102描繪為具有正方形或矩形形狀的橫截面，但是光學裝置結構102的橫截面可以具有其他形狀，包括但不限於圓形、三角形、橢圓形、規則多邊形、不規則多邊形和/或不規則形狀的橫截面。在可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例中，單個光學裝置100B上的光學裝置結構102的橫截面是不同的。
基板101可由任何合適的材料形成，前提條件是基板101可充分透射所需波長或波長範圍內的光，並可用作本文所述的光學裝置100A和光學裝置100B的充分支撐件。在可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例中，與複數個光學裝置結構102的折射率相比，基板101的材料具有相對較低的折射率。基板選擇可包括任何合適材料的基板，包括但不限於無定形介電質、非無定形介電質、晶體介電質、氧化矽、聚合物及其組合。在可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例中，基板101包含透明材料。在一個實例中，基板101包含矽(Si)、二氧化矽(SiO 2)、鍺(Ge)、矽鍺(SiGe)、InP、GaAs、GaN、熔融矽石、石英、藍寶石和高折射率透明材料（諸如高折射率玻璃）。
第2A圖至第2D圖是沿第1A圖或第1B圖的剖面線1-1截取的光學裝置的一部分的示意性剖視圖。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，複數個光學裝置結構102對應於光學裝置100A的第一光柵104a、第二光柵104b或第三光柵104c。該複數個光學裝置結構102設置在基板101的表面103上。該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102具有光學裝置結構寬度202。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，至少一個光學裝置結構寬度202可以不同於另一個光學裝置結構寬度202。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，該複數個光學裝置結構102的每個光學裝置結構寬度202基本上等於每個其他光學裝置結構寬度202。
該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102具有深度204。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，該複數個光學裝置結構102的至少一個深度204不同於其他光學裝置結構102的深度204。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，該複數個光學裝置結構102的每個深度204基本上等於相鄰的光學裝置結構102。
該複數個光學裝置結構102最初由可鍛奈米粒子壓印材料210A形成，如第5A圖和第5B圖所示。該可鍛奈米粒子壓印材料210A經固化，使得該複數個光學裝置結構102由不可鍛的奈米粒子壓印材料210B組成。由於不可鍛的奈米粒子壓印材料110B，該複數個光學裝置結構102是結晶或奈米結晶的。在可以與本文所述的其他實施例組合的一些實施例中，由不可鍛的奈米粒子壓印材料210B形成的該複數個光學裝置102具有大於約1.5的折射率。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，由不可鍛的奈米粒子壓印材料210B形成的該複數個光學裝置102具有介於約1.8與約2.1之間的折射率。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，由不可鍛的奈米粒子壓印材料210B形成的該複數個光學裝置102具有介於約3.5與約4.0之間的折射率。
在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，可鍛奈米粒子壓印材料210A和不可鍛的奈米粒子壓印材料210B包括但不限於旋塗玻璃(spin on glass, SOG)、可流動SOG、有機、無機、混合有機和無機可奈米壓印材料中的一者或多者。可鍛奈米粒子壓印材料210A和不可鍛的奈米粒子壓印材料210B可包括含碳氧化矽(SiOC)、二氧化鈦(TiO 2)、二氧化矽(SiO 2)、氧化釩(IV)(VO 2)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、五氧化二鉭(Ta 2O 5)、氮化矽(Si 3N 4)、氮化鈦(TiN)或二氧化鋯(ZrO 2)的材料。
該複數個光學裝置結構102係以裝置角ϑ形成的。該裝置角ϑ是基板101的表面103與光學裝置結構102的側壁208之間的角度。如第2A圖和第2C圖所示，該複數個光學裝置102是豎直的，亦即裝置角ϑ是90度。如第2B圖和第2D圖所示，該複數個光學裝置102相對於基板101的表面103成角度。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，每個光學裝置結構102的每個相應的裝置角ϑ基本上相等。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，該複數個光學裝置結構102的至少一個相應裝置角ϑ不同於該複數個光學裝置結構102的另一個裝置角ϑ。
如第2A圖和第2B圖所示，包含氧化鈮的封裝層214設置在該複數個光學裝置結構102和基板101的表面103上方。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。Nb 3n+1O 8n-2的實例包括Nb 8O 19和Nb 16O 38。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，包含氧化鈮的封裝層214具有介於約2.1與約2.5之間的折射率。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，封裝層214經沉積為使得封裝層214設置在該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102的至少頂表面206和一個側壁208上方。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，封裝層214設置在該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102的頂表面206和兩個側壁208上方以及在基板101的表面103上方。封裝層214可以使用液體材料澆注鑄造製程、旋塗塗佈製程、液體噴塗製程、乾粉塗覆製程、絲網印刷製程、刮塗製程、PVD製程、CVD製程、FCVD製程、PECVD製程、或ALD製程來設置。
如第2C圖和第2D圖所示，封裝層215包含一種或多種折射率大於或等於2.0（亦即，高折射率）的材料。該等材料可包括含碳氧化矽、氧化鈦、氧化矽、氧化釩、氧化鋁、鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、二氧化錫、氧化鋅、五氧化二鉭、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋯、氧化鈮、錫酸鎘或碳氮化矽的材料中的一者或多者。封裝層215沉積在緩衝層212上方。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，緩衝層212沉積在該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102的頂表面206和至少一個側壁208上方。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，封裝層214設置在該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102的頂表面206和兩個側壁208上方以及在基板101的表面103上方。
緩衝層212可以使用液體材料澆注鑄造製程、旋塗塗佈製程、液體噴塗製程、乾粉塗覆製程、絲網印刷製程、刮塗製程、PVD製程、CVD製程、FCVD製程、PECVD製程、或ALD製程來設置。緩衝層212包含但不限於含碳氧化矽、氧化鈦、氧化矽、氧化釩、氧化鋁、鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、二氧化錫、氧化鋅、五氧化二鉭、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋯、氧化鈮、錫酸鎘或碳氮化矽的材料或其組合中的至少一者或多者。
在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，具有氧化鈦材料的緩衝層212或封裝層215的折射率介於約2.3與約2.7之間。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，具有五氧化二鉭材料的緩衝層212或封裝層215的折射率介於約2.0與約2.2之間。在可與本文所述的其他實施例組合的又一實施例中，具有氧化鋯材料的緩衝層212或封裝層215的折射率介於約2.0與約2.2之間。
緩衝層的折射率大於或等於約1.8。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，緩衝層212和複數個光學裝置結構102具有相同的折射率。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，緩衝層212和封裝層215具有相同的折射率。在可與本文所述的其他實施例組合的又一實施例中，緩衝層212的折射率在複數個光學裝置結構102的折射率與封裝層115的折射率之間。
第3A圖是具有封裝層215的光學裝置結構102的剖視圖。第3C圖是具有封裝層215的光學裝置結構102的一部分221的剖視圖。封裝層215包含一種或多種折射率大於或等於2.0（亦即，高折射率）的材料。該等材料可包括含碳氧化矽、氧化鈦、氧化矽、氧化釩、氧化鋁、鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、二氧化錫、氧化鋅、五氧化二鉭、氮化矽、氧化鋯、氧化鈮、錫酸鎘或碳氮化矽的材料中的一者或多者。第3B圖是具有封裝層214的光學裝置結構102的一部分220的剖視圖。封裝層214包含氧化鈮。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。Nb 3n+1O 8n-2的實例包括Nb 8O 19和Nb 16O 38。
該複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102包含不可鍛的奈米粒子壓印材料210B。該不可鍛的奈米粒子壓印材料210B具有複數個奈米粒子302。該複數個奈米粒子302是結晶或奈米結晶，該等結晶或奈米結晶可導致在複數個光學裝置102上方的後續沉積中的結晶形成。該複數個奈米粒子302中的相鄰奈米粒子302限定了複數個晶界304。該複數個晶界304中的某一晶界304存在於相鄰奈米粒子302之間的任何界面處。
如第3A圖所示，封裝層215包含氧化鈦材料。封裝層215包括複數個裂紋306。裂紋306由不可鍛的奈米粒子壓印材料210B中的相鄰晶界304引起。當封裝層215是非晶形時，複數個晶界304傳播到封裝層215中以形成裂紋306。裂紋306導致下伏複數個光學裝置結構102劣化，並降低光學裝置100A或光學裝置100B的功能性。
如第3B圖所示，包含氧化鈮的封裝層214沒有或基本上沒有裂紋306。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，包含氧化鈮的封裝層214具有介於約2.1與約2.5之間的折射率。氧化鈮是非晶形的或者基本上非晶形的，使得在封裝層214中不會引發複數個晶界304。包含氧化鈮的封裝層214提供了更高的封裝品質，因為非晶形或基本上非晶形的性質導致更平滑的封裝層214並且提供了下伏光學裝置結構102的光學性質的更小變化。此外，與封裝層215相比，包含氧化鈮的封裝層214對溫度實質上更不敏感。因此，具有封裝層214的光學裝置100A和100B將導致更高的生產量。
如第3C圖所示，封裝層215包含一種或多種折射率大於或等於2.0（亦即，高折射率）的材料。封裝層215設置在緩衝層212上方。緩衝層212在複數個奈米粒子302與封裝層215之間提供阻障層，使得在封裝層215中不會形成裂紋306。
第4圖是形成如第5A圖至第5C圖所示的光學裝置100A和100B的方法400的流程圖。第5A圖至第5D圖是光學裝置100A或光學裝置100B的一部分105的示意性剖視圖。如第5A圖所示，在操作401處，將可鍛奈米粒子壓印材料210A沉積在基板101的表面103上。使用沉積製程沉積可鍛奈米粒子壓印材料210A。沉積製程可包括旋塗製程、液體材料澆注鑄造製程、液體噴塗製程、乾粉塗佈製程、絲網印刷製程、刮塗製程、PVD製程、CVD製程、FCVD製程、或ALD製程。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，使用旋塗製程來沉積可鍛奈米粒子壓印材料210A。
在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，可鍛奈米粒子壓印材料210A包括但不限於旋塗玻璃(SOG)、可流動SOG、有機、無機、混合有機和無機奈米壓印材料中的一者或多者。可鍛奈米粒子壓印材料210A可包括含碳氧化矽(SiOC)、二氧化鈦(TiO 2)、二氧化矽(SiO 2)、氧化釩(IV)(VO 2)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、五氧化二鉭(Ta 2O 5)、氮化矽(Si 3N 4)、氮化鈦(TiN)或二氧化鋯(ZrO 2)的材料。
如第5B圖所示，在操作402中處，將印模502壓印到可鍛奈米粒子光阻劑材料210A中。在一個實施例中，在壓印印模502之前，將可鍛奈米粒子壓印材料210A加熱至預熱溫度。印模502具有複數個反向結構504。將該複數個反向結構504壓印到可鍛奈米粒子壓印材料210A中，以形成複數個光學裝置結構102。該複數個光學裝置結構102具有裝置角ϑ。該裝置角ϑ是基板101的表面103與光學裝置結構102的側壁208之間的角度。印模502被模製為使得該複數個反向結構504處於印模角φ。印模角φ是平行於表面103的平面506與複數個反向結構504的側壁508之間的角度。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，當印模502被壓印到奈米粒子光阻劑材料210A中時，印模角φ將對應於裝置角ϑ。
印模502係由母版模製而成，並且可由半透明材料（諸如熔融矽石或聚二甲基矽氧烷(PDMS)材料）或透明材料（諸如玻璃材料或塑膠材料）製成，以允許奈米壓印光阻劑藉由暴露於電磁輻射（諸如紅外(infrared, IR)輻射或紫外(ultraviolet, UV)輻射）而固化。在一個實施例中，印模502可以塗覆有單層防黏表面處理塗層，諸如氟化塗層，使得印模502可以藉由機械工具或藉由手動剝離來機械移除。儘管第5B圖和第5C圖將印模502的複數個反向結構504和複數個光學裝置結構102圖示為相對於基板101的表面103成某一角度，但是該複數個反向結構504和該複數個光學裝置結構102可以是豎直的，亦即印模角φ和裝置角ϑ為90°，如第2A圖和第2C圖所示。
在操作403處，對可鍛奈米粒子壓印材料210A進行固化製程。在一個實施例中，對可鍛奈米粒子壓印材料210A進行固化製程以形成不可鍛的奈米粒子壓印材料210B。該固化製程包括將奈米粒子壓印材料210暴露於電磁輻射，諸如紅外(IR)輻射或紫外(UV)輻射。不可鍛的奈米粒子壓印材料210B是剛性的，使得不可鍛的奈米粒子壓印材料210B是結晶或奈米結晶的。
在操作404處，如第5C圖所示，釋放印模502。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，將印模502以相對於基板101的表面103的釋放角度剝離。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，印模502係藉由機器工具以釋放角度機械剝離的。在又一實施例中，印模502係藉由手以釋放角度剝離的。釋放角為約0°至約180°。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，在操作404之後，對不可鍛的奈米粒子壓印材料210B進行退火製程。退火製程包括將奈米粒子壓印材料210暴露於電磁輻射，諸如紅外(IR)輻射或紫外(UV)輻射，直到不可鍛的奈米粒子壓印材料210B達到退火狀態。
在操作405處，如第2B圖所示，設置封裝層214。封裝層214設置在複數個光學裝置結構102上方。封裝層214設置在複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102的頂表面206和至少一個側壁208上方。封裝層214係使用液體材料澆注鑄造製程、旋塗塗佈製程、液體噴塗製程、乾粉塗覆製程、絲網印刷製程、刮塗製程、PVD製程、CVD製程、FCVD製程、PECVD製程、或ALD製程來設置。封裝層214包含氧化鈮。氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。Nb 3n+1O 8n-2的實例包括Nb 8O 19和Nb 16O 38。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，包含氧化鈮的封裝層214具有介於約2.1與約2.5之間的折射率。
在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，包含氧化鈮的封裝層214將沉積到不可鍛的奈米粒子壓印材料210B上。封裝層214是非晶形的或基本上非晶形的，使得不可鍛的奈米粒子壓印材料210B中的複數個晶界304不會傳播到封裝層114。
第6圖是形成第7A圖至第7D圖所示的光學裝置100A和100B的方法600的流程圖。第7A圖至第7D圖是光學裝置100A或光學裝置100B的一部分105的示意性剖視圖。如第7A圖所示，在操作601處，將可鍛奈米粒子壓印材料210A沉積在基板101的表面103上。
如第7B圖所示，在操作602中處，將印模702壓印到可鍛奈米粒子光阻劑材料210A中。在一個實施例中，在壓印印模502之前，將可鍛奈米粒子壓印材料210A加熱至預熱溫度。印模702具有複數個反向結構704。將該複數個反向結構704壓印到可鍛奈米粒子壓印材料210A中，以形成複數個光學裝置結構102。該複數個光學裝置結構102具有裝置角ϑ。該裝置角ϑ是基板101的表面103與光學裝置結構102的側壁208之間的角度。印模702被模製為使得該複數個反向結構704處於印模角φ。印模角φ是平行於表面103的平面706與複數個反向結構704的側壁708之間的角度。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，當印模702被壓印到奈米粒子光阻劑材料210A中時，印模角φ將對應於裝置角ϑ。
印模702係由母版模製而成，並且可由半透明材料（諸如熔融矽石或聚二甲基矽氧烷(PDMS)材料）或透明材料（諸如玻璃材料或塑膠材料）製成，以允許奈米壓印光阻劑藉由暴露於電磁輻射（諸如紅外(infrared, IR)輻射或紫外(ultraviolet, UV)輻射）而固化。在一個實施例中，印模702可以塗覆有單層防黏表面處理塗層，諸如氟化塗層，使得印模702可以藉由機械工具或藉由手動剝離來機械移除。儘管第7B圖和第7C圖將印模702的複數個反向結構704和複數個光學裝置結構102圖示為相對於基板101的表面103成某一角度，但是該複數個反向結構704和該複數個光學裝置結構102可以是豎直的，亦即印模角φ和裝置角ϑ為90°，如第2A圖和第2C圖所示。
在操作603處，對可鍛奈米粒子壓印材料210A進行固化製程。在一個實施例中，對可鍛奈米粒子壓印材料210A進行固化製程以形成不可鍛的奈米粒子壓印材料210B。該固化製程包括將奈米粒子壓印材料210暴露於電磁輻射，諸如紅外(IR)輻射或紫外(UV)輻射。不可鍛的奈米粒子壓印材料210B是剛性的，使得不可鍛的奈米粒子壓印材料210B是結晶或奈米結晶的。
在操作604處，如第7C圖所示，釋放印模502。在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，將印模502以相對於基板101的表面103的釋放角度剝離。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，印模502係藉由機器工具以釋放角度機械剝離的。在又一實施例中，印模502係藉由手以釋放角度剝離的。釋放角為約0°至約180°。在可以與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，在操作404之後，對不可鍛的奈米粒子壓印材料210B進行退火製程。退火製程包括將奈米粒子壓印材料210暴露於電磁輻射，諸如紅外(IR)輻射或紫外(UV)輻射，直到不可鍛的奈米粒子壓印材料210B達到退火狀態。
在操作605處，設置緩衝層212。緩衝層212設置在複數個光學裝置結構102上方。緩衝層212沉積在複數個光學裝置結構102中的每個光學裝置結構102的頂表面206和至少一個側壁208上方。緩衝層是使用液體材料澆注鑄造製程、旋塗塗佈製程、液體噴塗製程、乾粉塗覆製程、絲網印刷製程、刮塗製程、PVD製程、CVD製程、FCVD製程、PECVD製程、或ALD製程來沉積的。
在操作606處，如第2D圖所示，設置封裝層215。封裝層215設置在緩衝層212上方。封裝層215包含高折射率材料，諸如氧化鈦(TiO)或氧化鋯(ZrO)材料。緩衝層212在不可鍛的奈米粒子壓印材料210B與封裝層215之間提供阻障層。因此，封裝層215將沒有或基本上沒有複數個裂紋306。
在可以與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，包含氧化鈮的封裝層214將沉積到不可鍛的奈米粒子壓印材料210B上。封裝層214將沒有或基本上沒有複數個裂紋306。封裝層214是非晶形的或基本上非晶形的，使得不可鍛的奈米粒子壓印材料210B中的複數個晶界304不會傳播到封裝層114。
總之，本文描述了具有非晶形或基本上非晶形的封裝層的光學裝置和形成具有非晶形或基本上非晶形的封裝層的光學裝置的方法。包含氧化鈮的封裝層沉積在複數個光學裝置結構上方。如本文所述，包含氧化鈮的封裝層是非晶形的或基本上非晶形的，使得封裝層不易於在封裝層中形成裂紋。另外，緩衝層可以設置在複數個光學裝置結構上方以在光學裝置結構與封裝層之間提供阻障層，從而防止封裝層中的裂縫。因此，由於非晶形的封裝層，光學裝置的封裝品質得到了提高。
儘管前面針對本揭示案的實例，但是在不脫離本揭示案的基本範疇的情況下可以設計本揭示案的其他和進一步實例，並且本揭示案的範疇由所附申請專利範圍確定。
100A:光學裝置 100B:光學裝置 101:基板 102:光學裝置結構 103:表面 104:光柵 104a:第一光柵 104b:第二光柵 104c:第三光柵 202:光學裝置結構寬度 204:深度 206:頂表面 208:側壁 210A:可鍛奈米粒子壓印材料 210B:不可鍛的奈米粒子壓印材料 212:緩衝層 214:封裝層 215:封裝層 220:部分 221:部分 302:奈米粒子 304:晶界 306:裂紋 400:方法 401:操作 402:操作 403:操作 404:操作 405:操作 502:印模 504:反向結構 506:平面 508:側壁 600:方法 601:操作 602:操作 603:操作 604:操作 605:操作 606:操作 702:印模 704:反向結構 706:平面 708:側壁 θ:裝置角 φ:印模角
為了能夠詳細理解本揭示案的上述特徵，可以參考實施例對以上簡要概述的本揭示案進行更特別的描述，實施例中的一些實施例在附圖中圖示。然而，應當注意的是，附圖僅圖示了示例性實施例，並且因此不應被視為是對其範疇的限制，並且可以允許其他同等有效的實施例。
第1A圖是根據實施例的光學裝置的示意性俯視圖。
第1B圖是根據實施例的光學裝置的示意性俯視圖。
第2A圖至第2D圖是根據實施例的光學裝置的一部分的示意性剖視圖。
第3A圖至第3C圖是根據實施例的光學裝置結構的一部分的剖視圖。
第4圖是根據實施例用於形成光學裝置的方法的流程圖。
第5A圖至第5C圖是根據實施例的光學裝置的一部分的示意性剖視圖。
第6圖是根據實施例用於形成光學裝置的方法的流程圖。
第7A圖至第7D圖是根據實施例的光學裝置的一部分的示意性剖視圖。
為了促進理解，在可能的情況下，使用相同的附圖標記來表示附圖中共用的元件。預期一個實施例的元件和特徵可以有益地結合到其他實施例中，而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
101:基板
102:光學裝置結構
103:表面
202:光學裝置結構寬度
204:深度
206:頂表面
208:側壁
210B:不可鍛的奈米粒子壓印材料
214:封裝層
220:部分
θ:裝置角

Claims (20)

  1. 一種裝置，包括： 複數個光學裝置結構，該複數個光學裝置結構設置在一基板的一表面上，該複數個光學裝置結構包含一奈米粒子壓印材料；以及 一封裝層，該封裝層設置在該複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的至少一頂表面和一個側壁上方，該封裝層係非晶形的或基本上非晶形的，該封裝層包含氧化鈮，該氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該奈米粒子壓印材料包括一旋塗玻璃(SOG)、可流動SOG、有機、無機、混合有機和無機奈米壓印材料中的一者或多者。
  3. 如請求項2所述之裝置，其中該奈米粒子壓印材料進一步包括含碳氧化矽(SiOC)、二氧化鈦(TiO 2)、二氧化矽(SiO 2)、氧化釩(IV)(VO 2)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、五氧化二鉭(Ta 2O 5)、氮化矽(Si 3N 4)、氮化鈦(TiN)和二氧化鋯(ZrO 2)的材料。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該奈米粒子壓印材料包括複數個奈米粒子，並且該複數個奈米粒子中的相鄰奈米粒子限定一晶界。
  5. 如請求項1所述之裝置，其中該複數個光學裝置結構具有大於約1.5的一折射率。
  6. 如請求項1所述之裝置，其中該封裝層具有介於約2.1至約2.5之間的一折射率。
  7. 如請求項1所述之裝置，其中該封裝層係使用一液體材料澆注鑄造製程、一旋塗塗佈製程、一液體噴塗製程、一乾粉塗覆製程、一絲網印刷製程、一刮塗製程、一PVD製程、一CVD製程、一FCVD製程、一PECVD製程、或一ALD製程來設置。
  8. 一種裝置，包括： 複數個光學裝置結構，該複數個光學裝置結構設置在一基板上，該複數個光學裝置結構包含一奈米粒子壓印材料； 一緩衝層，該緩衝層設置在該複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的一頂表面和至少一個側壁上方；以及 一封裝層，該封裝層設置在該緩衝層上方，該封裝層包含一折射率大於或等於2.0的材料。
  9. 如請求項8所述之裝置，其中該奈米粒子壓印材料包括一旋塗玻璃(SOG)、可流動SOG、有機、無機、混合有機和無機奈米壓印材料中的一者或多者。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該奈米粒子壓印材料進一步包括含碳氧化矽(SiOC)、二氧化鈦(TiO 2)、二氧化矽(SiO 2)、氧化釩(IV)(VO 2)、氧化鋁(Al 2O 3)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、五氧化二鉭(Ta 2O 5)、氮化矽(Si 3N 4)、氮化鈦(TiN)和二氧化鋯(ZrO 2)的材料。
  11. 如請求項8所述之裝置，其中該奈米粒子壓印材料包括複數個奈米粒子，並且該複數個奈米粒子中的相鄰奈米粒子限定一晶界。
  12. 如請求項8所述之裝置，其中該複數個光學裝置結構具有大於約1.5的一折射率。
  13. 如請求項8所述之裝置，其中該封裝層的該等材料包括碳氧化矽、氧化鈦、氧化矽、氧化釩、氧化鋁、鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦錫、二氧化錫、氧化鋅、五氧化二鉭、氮化矽、氮氧化矽、氧化鋯、氧化鈮、錫酸鎘或碳氮化矽中的一者或多者。
  14. 如請求項8所述之裝置，其中該封裝層係使用一液體材料澆注鑄造製程、一旋塗塗佈製程、一液體噴塗製程、一乾粉塗覆製程、一絲網印刷製程、一刮塗製程、一PVD製程、一CVD製程、一FCVD製程、一PECVD製程、或一ALD製程來設置。
  15. 如請求項8所述之裝置，其中該緩衝層的一折射率大於或等於約1.8。
  16. 一種方法，包括以下步驟： 將一印模壓印到設置在一基板的一表面上的一奈米粒子壓印材料中，以形成複數個光學裝置結構； 對該奈米粒子壓印材料進行一固化製程； 從該奈米粒子壓印材料釋放該印模；以及 在該複數個光學裝置結構中的每個光學裝置結構的至少一頂表面和一個側壁上方設置一待共形的封裝層，該封裝層係非晶形的或基本上非晶形的，該封裝層包含氧化鈮，該氧化鈮選自由以下項組成的群組：一氧化鈮(NbO)、二氧化鈮(NbO 2)、五氧化鈮(Nb 2O 5)、Nb 12O 29、Nb 47O 116、或Nb 3n+1O 8n-2，其中n為5至8。
  17. 如請求項16所述之方法，其中對該奈米粒子壓印材料進行一固化製程之步驟包括以下步驟：在該奈米粒子壓印材料中形成複數個奈米粒子，並且該複數個奈米粒子中的相鄰奈米粒子限定晶界。
  18. 如請求項16所述之方法，進一步包括以下步驟：在釋放該印模之後的一退火製程。
  19. 如請求項16所述之方法，其中氧化鈮進一步包括Nb 8O 19和Nb 16O 38。
  20. 如請求項16所述之方法，其中設置該封裝層包括使用一液體材料澆注鑄造製程、一旋塗塗佈製程、一液體噴塗製程、一乾粉塗覆製程、一絲網印刷製程、一刮塗製程、一PVD製程、一CVD製程、一FCVD製程、一PECVD製程、或一ALD製程。
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