TWI807498B - 光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩 - Google Patents

光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩 Download PDF

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Abstract

本發明係揭露一種光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩，首先提供一光罩，其中光罩具有規律分佈之擋光結構，並在一第一透明基板上形成一第一光硬化樹脂層。接著，將光罩設於第一光硬化樹脂層上，並以入射光透過光罩與擋光結構照射第一光硬化樹脂層，以硬化第一光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第一硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第一折射率。最後，從第一光硬化樹脂層上移離光罩，以利用具有呈週期性分佈之第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成一光波導。

Description

光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩
本發明係關於一種光學技術，且特別關於一種光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩。
在擴增實境中，將光耦合進入光波導之玻璃基底中，通過全反射原理將光傳輸到眼睛前方再釋放影像資訊，其中光波導的技術與製作通常以幾何光波導、表面浮雕光柵波導和全息體光柵波導為主。藉此這些技術，製作出具有週期性折射率差或是產生週期性光程差的結構或是膜層，以耦合傳導光的影像，將顯示系統產生的光引導至人眼中。
幾何光波導需以反射鏡堆疊並排列成陣列，且將其以膠水貼合，反射鏡需達至幾十層才有功效。反射鏡依所需角度切割出波導的形狀。反射鏡之表面的平行度與切割角度都會影響到成像品質。表面浮雕光柵波導需要母模與光蝕刻技術製作微結構，例如利用奈米壓印製作出奈米級微結構，並利用多道製程修飾微結構，此些製程包括曝光、蝕刻與沈積製程，故製作程序較為複雜。全息體光柵波導利用兩束雷射形成干涉條紋以改變光柵之材料特性，並形成週期性折射率差。因為全息體光柵波導需要光學曝光系統，故製作成本較高。
因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩，以解決習知所產生的問題。
本發明提供一種光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩，其形成具有週期性變化的折射率之光硬化樹脂層，並取代沈積與蝕刻製程，以增加表面浮雕光柵之性能。此製作方法具有低成本與簡易製程之特點。
在本發明之一實施例中，一種光波導之製作方法，包括下列步驟：提供一光罩，其中光罩具有規律分佈之擋光結構，並在一第一透明基板上形成一第一光硬化樹脂層；將光罩設於第一光硬化樹脂層上，並以入射光透過光罩與擋光結構照射第一光硬化樹脂層，以硬化第一光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第一硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第一折射率；以及從第一光硬化樹脂層上移離光罩，以利用具有呈週期性分佈之第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成一光波導。
在本發明之一實施例中，入射光為紫外光。
在本發明之一實施例中，擋光結構具有吸收紫外光之氧化物、紫外光散射粒子或其組合。
在本發明之一實施例中，氧化物包括二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鈰或其組合。
在本發明之一實施例中，擋光結構吸收或屏蔽入射光之部分能量，並以入射光之其餘能量施加在第一光硬化樹脂層。
在本發明之一實施例中，擋光結構之氧化物之量與擋光結構吸收紫外光的能量呈正相關。
在本發明之一實施例中，擋光結構之紫外光散射粒子之量與擋光結構屏蔽紫外光的能量呈正相關。
在本發明之一實施例中，擋光結構之氧化物或紫外光散射粒子之量與其對應之第一光硬化樹脂層之第一硬化程度呈負相關。
在本發明之一實施例中，第一光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
在本發明之一實施例中，第一光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基（AA）類光致聚合物、聚乙醇（PVA）類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
在本發明之一實施例中，光罩更包括一第二透明基板，第二透明基板上設有擋光結構，擋光結構在橫截面上呈多邊形、圓形、半圓形、橢圓形或半橢圓形。
在本發明之一實施例中，多邊形為正方形、長方形、平行四邊形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
在本發明之一實施例中，在從第一光硬化樹脂層上移離光罩之步驟後，與利用第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成光波導之步驟前，執行至少一道光硬化流程，光硬化流程更包括下列步驟：在最新形成之光硬化樹脂層上形成一第二光硬化樹脂層；將光罩設於最新形成之第二光硬化樹脂層上，並以入射光透過光罩與擋光結構照射最新形成之第二光硬化樹脂層，以硬化最新形成之第二光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第二硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第二折射率；以及從最新形成之第二光硬化樹脂層上移離光罩，在利用第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成光波導之步驟中，利用具有第一硬化程度的第一光硬化樹脂層、具有第二硬化程度的每一第二光硬化樹脂層與第一透明基板形成光波導。
在本發明之一實施例中，擋光結構之厚度與其對應之第二硬化程度呈負相關。
在本發明之一實施例中，第二硬化程度與其對應之第二折射率呈正相關或負相關。
在本發明之一實施例中，第一硬化程度與第二硬化程度在垂直第一透明基板之表面的方向上是相同或相異。
在本發明之一實施例中，第二光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
在本發明之一實施例中，第二光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基（AA）類光致聚合物、聚乙醇（PVA）類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
在本發明之一實施例中，第一透明基板與第一光硬化樹脂層之間設有彼此相隔之多個光柵。
在本發明之一實施例中，光柵與擋光結構在平行第一透明基板之表面的方向上的位置是相同或相異。
在本發明之一實施例中，擋光結構之厚度與其對應之第一光硬化樹脂層之第一硬化程度呈負相關。
在本發明之一實施例中，第一硬化程度與其對應之第一折射率呈正相關或負相關。
在本發明之一實施例中，一種顯示裝置之製作方法，包括下列步驟：提供一光罩，其中光罩具有規律分佈之擋光結構，並在一第一透明基板上形成一第一光硬化樹脂層；將光罩設於第一光硬化樹脂層上，並以入射光透過光罩與擋光結構照射第一光硬化樹脂層，以硬化第一光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第一硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第一折射率；從第一光硬化樹脂層上移離光罩，以利用具有呈週期性分佈之第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成一光波導；以及利用一本體接合一顯示模組與光波導，以形成一顯示裝置。
在本發明之一實施例中，本體為眼鏡框架。
在本發明之一實施例中，入射光為紫外光。
在本發明之一實施例中，擋光結構具有吸收紫外光之氧化物、紫外光散射粒子或其組合。
在本發明之一實施例中，氧化物包括二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鈰或其組合。
在本發明之一實施例中，擋光結構吸收或屏蔽入射光之部分能量，並以入射光之其餘能量施加在第一光硬化樹脂層。
在本發明之一實施例中，擋光結構之氧化物之量與擋光結構吸收紫外光的能量呈正相關。
在本發明之一實施例中，擋光結構之紫外光散射粒子之量與擋光結構屏蔽紫外光的能量呈正相關。
在本發明之一實施例中，擋光結構之氧化物或紫外光散射粒子之量與其對應之第一光硬化樹脂層之第一硬化程度呈負相關。
在本發明之一實施例中，第一光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
在本發明之一實施例中，第一光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基（AA）類光致聚合物、聚乙醇（PVA）類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
在本發明之一實施例中，光罩更包括一第二透明基板，第二透明基板上設有擋光結構，擋光結構在橫截面上呈多邊形、圓形、半圓形、橢圓形或半橢圓形。
在本發明之一實施例中，多邊形為正方形、長方形、平行四邊形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
在本發明之一實施例中，在從第一光硬化樹脂層上移離光罩之步驟後，與利用第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成光波導之步驟前，執行至少一道光硬化流程，光硬化流程更包括下列步驟：在最新形成之光硬化樹脂層上形成一第二光硬化樹脂層；將光罩設於最新形成之第二光硬化樹脂層上，並以入射光透過光罩與擋光結構照射最新形成之第二光硬化樹脂層，以硬化最新形成之第二光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第二硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第二折射率；以及從最新形成之第二光硬化樹脂層上移離光罩，在利用第一硬化程度的第一光硬化樹脂層與第一透明基板形成光波導之步驟中，利用具有第一硬化程度的第一光硬化樹脂層、具有第二硬化程度的每一第二光硬化樹脂層與第一透明基板形成光波導。
在本發明之一實施例中，擋光結構之厚度與其對應之第二硬化程度呈負相關。
在本發明之一實施例中，第二硬化程度與其對應之第二折射率呈正相關或負相關。
在本發明之一實施例中，第一硬化程度與第二硬化程度在垂直第一透明基板之表面的方向上是相同或相異。
在本發明之一實施例中，第二光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
在本發明之一實施例中，第二光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基（AA）類光致聚合物、聚乙醇（PVA）類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
在本發明之一實施例中，第一透明基板與第一光硬化樹脂層之間設有彼此相隔之多個光柵。
在本發明之一實施例中，光柵與擋光結構在平行第一透明基板之表面的方向上的位置是相同或相異。
在本發明之一實施例中，擋光結構之厚度與其對應之第一光硬化樹脂層之第一硬化程度呈負相關。
在本發明之一實施例中，第一硬化程度與其對應之第一折射率呈正相關或負相關。
在本發明之一實施例中，一種光罩包括一透明基板與多個擋光結構。多個擋光結構規律分佈並設於透明基板之表面上，其中每一擋光結構在橫截面上呈幾何形狀。
在本發明之一實施例中，多個擋光結構具有吸收紫外光之氧化物、紫外光散射粒子或其組合。
在本發明之一實施例中，氧化物包括二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鈰或其組合。
在本發明之一實施例中，幾何形狀為多邊形、圓形、半圓形、橢圓形或半橢圓形。
在本發明之一實施例中，多邊形為正方形、長方形、平行四邊形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
基於上述，光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩利用單一曝光製程形成具有呈週期性分佈之硬化程度的光硬化樹脂層，使此光硬化樹脂層具有週期性變化的折射率。此外，亦可在表面浮雕光柵上形成此光硬化樹脂層，以取代後續之沈積與蝕刻製程，並增加表面浮雕光柵之性能。此製作方法具有低成本與簡易製程之特點。
茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『及/或』包括了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包括這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包括「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包括在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
可了解如在此所使用的用詞「包括(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包括(involving)」等等，為開放性的(open-ended)，即意指包括但不限於。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制發明作之申請專利範圍。
以下提供一種光波導與顯示裝置之製作方法及其使用之光罩，其利用單一曝光製程形成具有呈週期性分佈之硬化程度的光硬化樹脂層，使此光硬化樹脂層具有週期性變化的折射率。此外，亦可在光柵，例如表面浮雕光柵上形成此光硬化樹脂層，以取代後續之沈積與蝕刻製程，並增加表面浮雕光柵之性能。此製作方法具有低成本與簡易製程之特點。
第1(a)圖至第1(c)圖為本發明之第一實施例之光波導之各步驟結構剖視圖，第1(d)圖為對應第1(c)圖之折射率分佈圖，以下介紹光波導之製作方法。如第1(a)圖所示，提供一光罩1，其中光罩1具有規律分佈之多個擋光結構10，並在一第一透明基板20上形成一第一光硬化樹脂層21。光罩1更可包括一第二透明基板11，第二透明基板11之表面上設有擋光結構10，其中擋光結構10可以等間隔設置，擋光結構10可以，但不限於沈積方式形成於第二透明基板11上。舉例來說，第一透明基板20與第二透明基板11可為玻璃基板或其他透明基板。擋光結構10在橫截面上呈幾何形狀。在第一實施例中，擋光結構10在橫截面上可呈長方形，但本發明並不此以為限。接著，如第1(b)圖所示，將光罩1設於第一光硬化樹脂層21上，並以入射光透過光罩1與擋光結構10照射第一光硬化樹脂層21，以硬化第一光硬化樹脂層21至具有呈週期性分佈之第一硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第一折射率。入射光之方向以箭頭表示，擋光結構10可以散射入射光或吸收入射光。第一光硬化樹脂層21之空白區域代表完全硬化區域，第一光硬化樹脂層21之點狀區域代表被擋光結構10遮擋之區域。具體而言，擋光結構10吸收或屏蔽入射光之部分能量，並以入射光之其餘能量施加在第一光硬化樹脂層21。舉例來說，入射光可為紫外光，第一光硬化樹脂層21可為紫外光硬化樹脂層，第一光硬化樹脂層21可包括丙烯醯胺基（AA）類光致聚合物、聚乙醇（PVA）類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合，擋光結構10可具有吸收紫外光之氧化物、金屬氧化物、紫外光散射粒子或其組合，其中氧化物可包括二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鈰或其組合，紫外光散射粒子可具有不同粒徑，紫外光散射粒子可包括二氧化矽、氧化鋁、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰、氧化鎂或其組合。擋光結構10吸收或屏蔽紫外光之能量取決於擋光結構10之厚度或被摻雜之氧化物或紫外光散射粒子之多寡。氧化物或紫外光散射粒子可以，但不限於溶凝膠(Sol-gel)法摻雜於擋光結構10中。擋光結構10之氧化物之量與擋光結構10吸收紫外光的能量呈正相關。舉例來說，當擋光結構10之氧化物之量分別為大、中與小時，擋光結構10可分別吸收紫外光的能量之75%、50%與25%。擋光結構10之紫外光散射粒子之量與擋光結構10屏蔽紫外光的能量呈正相關。舉例來說，當擋光結構10之紫外光散射粒子之量分別為大、中與小時，擋光結構10可分別屏蔽紫外光的能量之75%、50%與25%。擋光結構10之氧化物或紫外光散射粒子之量與其對應之第一光硬化樹脂層21之第一硬化程度呈負相關，擋光結構10之厚度與其對應之第一光硬化樹脂層21之第一硬化程度呈負相關。也就是說，擋光結構10吸收或屏蔽紫外光之能量愈多，第一硬化程度愈低。擋光結構10吸收或屏蔽紫外光之能量愈少，第一硬化程度愈高。第一光硬化樹脂層21之第一折射率與其對應之第一硬化程度會呈負相關或正相關，此根據需求而定。最後，如第1(c)圖所示，從第一光硬化樹脂層21上移離光罩1，以利用具有呈週期性分佈之第一硬化程度的第一光硬化樹脂層21與第一透明基板20形成一光波導2。如第1(c)圖與第1(d)圖所示，由於第一光硬化樹脂層21之完全硬化區域具有低折射率，第一光硬化樹脂層21之點狀區域具有高折射率，故第一光硬化樹脂層21之折射率在沿著平行第一透明基板20之表面的水平方向之水平座標上呈週期性分佈，使第一光硬化樹脂層21亦可用於形成繞射光學元件。由於第一光硬化樹脂層21只要進行單一曝光製程即可具有呈週期性分佈之第一硬化程度，故此光波導2之製程簡單，成本也低。
第2(a)圖為本發明之一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。第2(b)圖與第2(c)圖為對應第2(a)圖之折射率分佈圖。第2(a)圖與第1(b)圖差別在於擋光結構10之形狀。在第2(a)圖中，擋光結構10在橫截面上呈平行四邊形，第一光硬化樹脂層21之陰影區域為被擋光結構10遮擋之區域。當入射光穿透擋光結構10之平行四邊形之中間區域時，擋光結構10具有較高厚度。當入射光穿透擋光結構10之平行四邊形之左側或右側時，擋光結構10具有較低厚度。因此，第一光硬化樹脂層21之陰影區域之第一硬化程度會自中央往兩側連續遞增，使此陰影區域之折射率自中央往兩側連續遞減或遞增，如第2(b)圖與第2(c)圖所示。舉例來說，當入射光並未穿透擋光結構10時，表示入射光之能量並未被擋光結構10吸收，且此入射光照射的第一光硬化樹脂層21之折射率可為1.5。當入射光穿透具有低厚度之擋光結構10時，表示入射光之能量的25%被擋光結構10吸收，且此入射光照射的第一光硬化樹脂層21之折射率可為1.6。當入射光穿透具有中厚度之擋光結構10時，表示入射光之能量的50%被擋光結構10吸收，且此入射光照射的第一光硬化樹脂層21之折射率可為1.7。當入射光穿透具有高厚度之擋光結構10時，表示入射光之能量的100%被擋光結構10吸收，且此入射光照射的第一光硬化樹脂層21之折射率可為1.8。
第3(a)圖為本發明之另一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。第3(b)圖與第3(c)圖為對應第3(a)圖之折射率分佈圖。第3(a)圖與第2(a)圖差別在於擋光結構10之形狀。在第3(a)圖中，擋光結構10在橫截面上呈等腰梯形，第一光硬化樹脂層21之陰影區域為被擋光結構10遮擋之區域。當入射光穿透擋光結構10之等腰梯形之中間區域時，擋光結構10具有較高厚度。當入射光穿透擋光結構10之等腰梯形之左側或右側時，擋光結構10具有較低厚度。因此，第一光硬化樹脂層21之陰影區域之第一硬化程度會自中央往兩側連續遞增，使此陰影區域之折射率自中央往兩側連續遞減或遞增，如第3(b)圖與第3(c)圖所示。
第4(a)圖為本發明之再一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。第4(b)圖與第4(c)圖為對應第4(a)圖之折射率分佈圖。第4(a)圖與第3(a)圖差別在於擋光結構10之形狀。在第4(a)圖中，擋光結構10在橫截面上呈直角三角形，第一光硬化樹脂層21之陰影區域為被擋光結構10遮擋之區域。當入射光穿透擋光結構10之直角三角形之左側時，擋光結構10具有較高厚度。當入射光穿透擋光結構10之直角三角形之右側時，擋光結構10具有較低厚度。因此，第一光硬化樹脂層21之陰影區域之第一硬化程度會自左側往右側連續遞增，使此陰影區域之折射率自左側往右側連續遞減或遞增，如第4(b)圖與第4(c)圖所示。
第5(a)圖為本發明之又一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。第5(b)圖與第5(c)圖為對應第5(a)圖之折射率分佈圖。第5(a)圖與第4(a)圖差別在於擋光結構10之形狀。在第5(a)圖中，擋光結構10在橫截面上呈等腰三角形，第一光硬化樹脂層21之陰影區域為被擋光結構10遮擋之區域。當入射光穿透擋光結構10之等腰三角形之中間區域時，擋光結構10具有較高厚度。當入射光穿透擋光結構10之等腰三角形之左側或右側時，擋光結構10具有較低厚度。因此，第一光硬化樹脂層21之陰影區域之第一硬化程度會自中央往兩側連續遞增，使此陰影區域之折射率自中央往兩側連續遞減或遞增，如第5(b)圖與第5(c)圖所示。
第6(a)圖為本發明之又一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。第6(b)圖與第6(c)圖為對應第6(a)圖之折射率分佈圖。第6(a)圖與第5(a)圖差別在於擋光結構10之形狀。在第6(a)圖中，擋光結構10在橫截面上呈半圓形，第一光硬化樹脂層21之陰影區域為被擋光結構10遮擋之區域。當入射光穿透擋光結構10之半圓形之中間區域時，擋光結構10具有較高厚度。當入射光穿透擋光結構10之半圓形之左側或右側時，擋光結構10具有較低厚度。因此，第一光硬化樹脂層21之陰影區域之第一硬化程度會自中央往兩側連續遞增，使此陰影區域之折射率自中央往兩側連續遞減或遞增，如第6(b)圖與第6(c)圖所示。除了上述形狀外，擋光結構10在橫截面上亦可呈多邊形、圓形、橢圓形、半橢圓形、正方形、梯形、直角梯形或三角形。
第7(a)圖至第7(c)圖為本發明之一實施例之光硬化流程之各步驟結構剖視圖。在第1(c)圖之步驟後，進行執行至少一道光硬化流程。為了清晰與方便，本實施例以一道光硬化流程為例。如第7(a)圖所示，在最新形成之光硬化樹脂層上形成一第二光硬化樹脂層22。此最新形成之光硬化樹脂層可為第一光硬化樹脂層21。第二光硬化樹脂層22可為紫外光硬化樹脂層，第二光硬化樹脂層22可包括丙烯醯胺基（AA）類光致聚合物、聚乙醇（PVA）類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。接著，如第7(b)圖所示，將光罩1設於最新形成之第二光硬化樹脂層22上，其中擋光結構10位於第一光硬化樹脂層21之點狀區域之正上方。以入射光透過光罩1與擋光結構10照射最新形成之第二光硬化樹脂層22，以硬化最新形成之第二光硬化樹脂層22至具有呈週期性分佈之第二硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第二折射率。具體而言，擋光結構10吸收或屏蔽入射光之部分能量，並以入射光之其餘能量施加在第二光硬化樹脂層22。在此實施例中，第一硬化程度與第二硬化程度在垂直第一透明基板20之表面的方向上是相同的。箭頭表示入射光之方向。第二光硬化樹脂層22之空白區域代表完全硬化區域，第二光硬化樹脂層22之點狀區域代表被擋光結構10遮擋之區域。入射光亦以紫外光為例。擋光結構10之氧化物或紫外光散射粒子之量與其對應之第二光硬化樹脂層22之第二硬化程度呈負相關，擋光結構10之厚度與其對應之第二光硬化樹脂層22之第二硬化程度呈負相關。也就是說，擋光結構10吸收或屏蔽紫外光之能量愈多，第二硬化程度愈低。擋光結構10吸收或屏蔽紫外光之能量愈少，第二硬化程度愈高。第二光硬化樹脂層22之第二折射率與其對應之第二硬化程度會呈負相關或正相關，此根據需求而定。最後，如第7(c)圖所示，從最新形成之第二光硬化樹脂層22上移離光罩1，並利用具有第一硬化程度的第一光硬化樹脂層21、具有第二硬化程度的每一第二光硬化樹脂層22與第一透明基板20形成光波導2。
第8(a)圖至第8(c)圖為本發明之另一實施例之光硬化流程之各步驟結構剖視圖。第8(a)圖至第8(c)圖之步驟分別與第7(a)圖至第7(c)圖之步驟相似，差別在於第8(a)圖至第8(c)圖中的第一硬化程度與第二硬化程度在垂直第一透明基板20之表面的方向上是相異的。第8(a)圖至第8(c)圖之其餘技術特徵已於前段敘述過，於此不再贅述。
第9(a)圖至第9(c)圖為本發明之第二實施例之光波導之各步驟結構剖視圖。如第9(a)圖至第9(c)圖所示，第二實施例與第一實施例差別在於第二實施例之第一透明基板20與第一光硬化樹脂層21之間設有彼此相隔之多個光柵23，例如表面浮雕光柵。所有光柵23與擋光結構10在平行第一透明基板20之表面的方向上的位置是相同的。所以第一光硬化樹脂層21之完全硬化區域位於相鄰兩個光柵23之間。通過光罩1對第一光硬化樹脂層21進行之單一曝光製程，能取代後續之沈積與蝕刻製程，並增加表面浮雕光柵之性能。
第10(a)圖至第10(c)圖為本發明之第三實施例之光波導之各步驟結構剖視圖。如第10(a)圖至第10(c)圖所示，第三實施例與第二實施例差別在於第三實施例之所有光柵23與擋光結構10在平行第一透明基板20之表面的方向上的位置是相異的，使第一光硬化樹脂層21之完全硬化區域位於光柵23之正上方。
第11圖為本發明之一實施例之顯示裝置之示意圖。如第11圖所示，當上述實施例之光波導2製作出來後，利用一本體3接合一顯示模組4與光波導2，以形成一顯示裝置100，例如穿戴式顯示裝置、擴增實境顯示裝置或虛擬實境顯示裝置。本體3以眼鏡框架為例，但本發明不限於此。顯示模組4可以是例如矽基液晶(liquid-crystal-on-silicon)顯示模組、數位光處理模組、微發光二極體顯示模組或是其他合適的顯示模組。
根據上述實施例，光波導與顯示裝置之製作方法利用單一曝光製程形成具有呈週期性分佈之硬化程度的光硬化樹脂層，使此光硬化樹脂層具有週期性變化的折射率。此外，亦可在表面浮雕光柵上形成此光硬化樹脂層，以取代後續之沈積與蝕刻製程，並增加表面浮雕光柵之性能。此製作方法具有低成本與簡易製程之特點。
以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1…光罩 10…擋光結構 11…第二透明基板 2…光波導 20…第一透明基板 21…第一光硬化樹脂層 22…第二光硬化樹脂層 23…光柵 3…本體 4…顯示模組 100…顯示裝置
第1(a)圖至第1(c)圖為本發明之第一實施例之光波導之各步驟結構剖視圖。 第1(d)圖為對應第1(c)圖之折射率分佈圖。 第2(a)圖為本發明之一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。 第2(b)圖與第2(c)圖為對應第2(a)圖之折射率分佈圖。 第3(a)圖為本發明之另一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。 第3(b)圖與第3(c)圖為對應第3(a)圖之折射率分佈圖。 第4(a)圖為本發明之再一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。 第4(b)圖與第4(c)圖為對應第4(a)圖之折射率分佈圖。 第5(a)圖為本發明之又一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。 第5(b)圖與第5(c)圖為對應第5(a)圖之折射率分佈圖。 第6(a)圖為本發明之又一實施例之以紫外線照射光罩、第一光硬化樹脂層與第一透明基板之結構剖視圖。 第6(b)圖與第6(c)圖為對應第6(a)圖之折射率分佈圖。 第7(a)圖至第7(c)圖為本發明之一實施例之光硬化流程之各步驟結構剖視圖。 第8(a)圖至第8(c)圖為本發明之另一實施例之光硬化流程之各步驟結構剖視圖。 第9(a)圖至第9(c)圖為本發明之第二實施例之光波導之各步驟結構剖視圖。 第10(a)圖至第10(c)圖為本發明之第三實施例之光波導之各步驟結構剖視圖。 第11圖為本發明之一實施例之顯示裝置之示意圖。
2…光波導 20…第一透明基板 21…第一光硬化樹脂層

Claims (43)

  1. 一種光波導之製作方法，包括下列步驟：提供一光罩，其中該光罩具有規律分佈之擋光結構，並在一第一透明基板上形成一第一光硬化樹脂層；將該光罩設於該第一光硬化樹脂層上，並以入射光透過該光罩與該擋光結構照射該第一光硬化樹脂層，以硬化該第一光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第一硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第一折射率；以及從該第一光硬化樹脂層上移離該光罩，以利用具有呈週期性分佈之該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層與該第一透明基板形成一光波導；其中，在從該第一光硬化樹脂層上移離該光罩之步驟後，與利用該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層與該第一透明基板形成該光波導之步驟前，執行至少一道光硬化流程，該至少一道光硬化流程更包括下列步驟：在最新形成之該光硬化樹脂層上形成一第二光硬化樹脂層；將該光罩設於最新形成之該第二光硬化樹脂層上，並以該入射光透過該光罩與該擋光結構照射該最新形成之該第二光硬化樹脂層，以硬化該最新形成之該第二光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第二硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第二折射率；以及從該最新形成之該第二光硬化樹脂層上移離該光罩，在利用該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層與該第一透明基板形成該光波導之步驟中，利用具有該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層、具有該第二硬化程度的該第二光硬化樹脂層與該第一透明基板形成該光 波導。
  2. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該入射光為紫外光。
  3. 如請求項2所述之光波導之製作方法，其中該擋光結構具有吸收該紫外光之氧化物、紫外光散射粒子或其組合。
  4. 如請求項3所述之光波導之製作方法，其中該氧化物包括二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鈰或其組合。
  5. 如請求項3所述之光波導之製作方法，其中在以該入射光透過該光罩與該擋光結構照射該第一光硬化樹脂層之步驟中，該擋光結構吸收或屏蔽該入射光之部分能量，並以該入射光之其餘能量施加在該第一光硬化樹脂層。
  6. 如請求項5所述之光波導之製作方法，其中該擋光結構之該氧化物之量與該擋光結構吸收該紫外光的能量呈正相關。
  7. 如請求項5所述之光波導之製作方法，其中該擋光結構之該紫外光散射粒子之量與該擋光結構屏蔽該紫外光的能量呈正相關。
  8. 如請求項5所述之光波導之製作方法，其中該擋光結構之該氧化物或該紫外光散射粒子之量與其對應之該第一光硬化樹脂層之該第一硬化程度呈負相關。
  9. 如請求項2所述之光波導之製作方法，其中該第一光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
  10. 如請求項9所述之光波導之製作方法，其中該第一光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基(AA)類光致聚合物、聚乙醇(PVA)類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
  11. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該光罩更包括一第 二透明基板，該第二透明基板上設有該擋光結構，該擋光結構在橫截面上呈多邊形、圓形、半圓形、橢圓形或半橢圓形。
  12. 如請求項11所述之光波導之製作方法，其中該多邊形為正方形、長方形、平行四邊形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
  13. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該擋光結構之厚度與其對應之該第二硬化程度呈負相關。
  14. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該第二硬化程度與其對應之該第二折射率呈正相關或負相關。
  15. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該第一硬化程度與該第二硬化程度在垂直該第一透明基板之表面的方向上是相同或相異。
  16. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該第二光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
  17. 如請求項16所述之光波導之製作方法，其中該第二光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基(AA)類光致聚合物、聚乙醇(PVA)類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
  18. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該第一透明基板與該第一光硬化樹脂層之間設有彼此相隔之多個光柵。
  19. 如請求項18所述之光波導之製作方法，其中該些光柵與該擋光結構在平行該第一透明基板之表面的方向上的位置是相同或相異。
  20. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該擋光結構之厚度與其對應之該第一光硬化樹脂層之該第一硬化程度呈負相關。
  21. 如請求項1所述之光波導之製作方法，其中該第一硬化程度與 其對應之該第一折射率呈正相關或負相關。
  22. 一種顯示裝置之製作方法，其係包括下列步驟：提供一光罩，其中該光罩具有規律分佈之擋光結構，並在一第一透明基板上形成一第一光硬化樹脂層；將該光罩設於該第一光硬化樹脂層上，並以入射光透過該光罩與該擋光結構照射該第一光硬化樹脂層，以硬化該第一光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第一硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第一折射率；從該第一光硬化樹脂層上移離該光罩，以利用具有呈週期性分佈之該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層與該第一透明基板形成一光波導；以及利用一本體接合一顯示模組與該光波導，以形成一顯示裝置；其中，在從該第一光硬化樹脂層上移離該光罩之步驟後，與利用該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層與該第一透明基板形成該光波導之步驟前，執行至少一道光硬化流程，該至少一道光硬化流程更包括下列步驟：在最新形成之該光硬化樹脂層上形成一第二光硬化樹脂層；將該光罩設於最新形成之該第二光硬化樹脂層上，並以該入射光透過該光罩與該擋光結構照射該最新形成之該第二光硬化樹脂層，以硬化該最新形成之該第二光硬化樹脂層至具有呈週期性分佈之第二硬化程度與其對應之呈週期性分佈之第二折射率；以及從該最新形成之該第二光硬化樹脂層上移離該光罩，在利用該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層與該第一透明基板形成該光波導之步驟中，利用具有該第一硬化程度的該第一光硬化樹脂層、具有 該第二硬化程度的該第二光硬化樹脂層與該第一透明基板形成該光波導。
  23. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該本體為眼鏡框架。
  24. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該入射光為紫外光。
  25. 如請求項24所述之顯示裝置之製作方法，其中該擋光結構具有吸收該紫外光之氧化物、紫外光散射粒子或其組合。
  26. 如請求項25所述之顯示裝置之製作方法，其中該氧化物包括二氧化鈦、氧化鋅、二氧化鈰或其組合。
  27. 如請求項25所述之顯示裝置之製作方法，其中在以該入射光透過該光罩與該擋光結構照射該第一光硬化樹脂層之步驟中，該擋光結構吸收或屏蔽該入射光之部分能量，並以該入射光之其餘能量施加在該第一光硬化樹脂層。
  28. 如請求項27所述之顯示裝置之製作方法，其中該擋光結構之該氧化物之量與該擋光結構吸收該紫外光的能量呈正相關。
  29. 如請求項27所述之顯示裝置之製作方法，其中該擋光結構之該紫外光散射粒子之量與該擋光結構屏蔽該紫外光的能量呈正相關。
  30. 如請求項27所述之顯示裝置之製作方法，其中該擋光結構之該氧化物或該紫外光散射粒子之量與其對應之該第一光硬化樹脂層之該第一硬化程度呈負相關。
  31. 如請求項24所述之顯示裝置之製作方法，其中該第一光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
  32. 如請求項31所述之顯示裝置之製作方法，其中該第一光硬化 樹脂層包括丙烯醯胺基(AA)類光致聚合物、聚乙醇(PVA)類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
  33. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該光罩更包括一第二透明基板，該第二透明基板上設有該擋光結構，該擋光結構在橫截面上呈多邊形、圓形、半圓形、橢圓形或半橢圓形。
  34. 如請求項33所述之顯示裝置之製作方法，其中該多邊形為正方形、長方形、平行四邊形、梯形、直角梯形、等腰梯形、三角形、直角三角形或等腰三角形。
  35. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該擋光結構之厚度與其對應之該第二硬化程度呈負相關。
  36. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該第二硬化程度與其對應之該第二折射率呈正相關或負相關。
  37. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該第一硬化程度與該第二硬化程度在垂直該第一透明基板之表面的方向上是相同或相異。
  38. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該第二光硬化樹脂層為紫外光硬化樹脂層。
  39. 如請求項38所述之顯示裝置之製作方法，其中該第二光硬化樹脂層包括丙烯醯胺基(AA)類光致聚合物、聚乙醇(PVA)類光致聚合物、丙烯酸酯(Acrylate)類光致聚合物、硫醇-烴(Thiol-Ene)類光致聚合物、摻有奈米粒子之光致聚合物或其組合。
  40. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該第一透明基板與該第一光硬化樹脂層之間設有彼此相隔之多個光柵。
  41. 如請求項40所述之顯示裝置之製作方法，其中該些光柵與該 擋光結構在平行該第一透明基板之表面的方向上的位置是相同或相異。
  42. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該擋光結構之厚度與其對應之該第一光硬化樹脂層之該第一硬化程度呈負相關。
  43. 如請求項22所述之顯示裝置之製作方法，其中該第一硬化程度與其對應之該第一折射率呈正相關或負相關。
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