CN111257997B - 一种批量制作增强现实光栅波导的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种批量制作增强现实光栅波导的方法，该方法包括：制备具有预设图案的压印母版；在所述压印母版上涂覆压印胶，并通过纳米压印工艺将光栅波导图案转印到软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜；将具有光栅波导图案的软膜直接贴到波导衬底上，得到增强现实光栅波导。本发明将两次纳米压印缩减为一次纳米压印，使单片光栅波导生产效率得到提升，便于批量快速生产；另一方面，粘贴到波导衬底上的软膜衬底或压印胶均是柔性材料，使得具有光栅波导图案的软膜或压印胶既可以粘贴在平整的波导衬底上，也可以粘贴在弯曲的曲面上，从而得到各种不同曲率的光栅波导，更容易得到符合人体工程学的光栅波导。

Description

一种批量制作增强现实光栅波导的方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种批量制作增强现实光栅波导的方法。

背景技术

增强现实是一种把虚拟世界的图像和现实世界的场景有机融合在一起的技术，具有极为广阔的应用场景。增强现实既要看到真实的外部世界，也要看到虚拟信息，所以成像***不能挡在视线前方，因此需要多加一个或一组光学组合器，通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体，互相补充，互相增强。光栅波导是一种增强现实显示方案，这种技术通过光学衍射效应突破传统光学的束缚，可以做到极致轻薄。

目前，光栅波导可以采用纳米压印工艺进行批量制备，但是现有技术中目前纳米压印制备光栅波导的工艺中需要进行两次结构转印，即先将母版上的结构转印至软膜，再将软膜上的结构转印至波导衬底。两次转印都需要进行匀胶、压印、固化、脱模的过程，会造成不必要的时间和材料的浪费，生产效率还有进一步提升的空间。此外，现有技术中使用的是平面对平面的压印方式，使用这种方式制作曲面的光栅波导会存填充率变低、填充不均匀等一系列问题。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种批量制作增强现实光栅波导的方法，解决现有技术中批量加工增强现实光栅波导时因多次转印造成加工效率低以及较难在曲面上制作光栅波导结构的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种批量制作增强现实光栅波导的方法，包括：

S1：制备具有预设图案的压印母版；

S2：在所述压印母版上涂覆压印胶，并通过纳米压印工艺将光栅波导图案转印到软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜；

S3：将具有光栅波导图案的软膜直接贴到波导衬底上，得到增强现实光栅波导。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S1中的所述预设图案与增强现实光栅波导上的光栅波导图案的凹凸相反。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S1包括：

S11：在母版衬底上均匀涂覆光刻胶；

S12：采用曝光工艺对母版衬底上的光刻胶进行曝光、显影，在母版衬底上形成具有预设图案的光刻胶；

S13：根据所述具有预设图案的光刻胶对所述母版衬底进行部分刻蚀，在母版衬底形成预设图案；

S14：去除光刻胶，得到具有预设图案的压印母版。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S1中压印母版的材料为硅、石英或玻璃其中之一。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S2中纳米压印为紫外压印或热压印或其他压印方式中的一种。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S2包括：

S21：在所述压印母版上均匀旋涂压印胶；

S22：将软膜衬底与压印母版贴合，施加压力使得压印胶填充至所述压印母版的所述光栅波导图案中；

S23：利用紫外光或热固化、脱模，将具有光栅波导图案的压印胶转移到所述软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S2中所述软膜衬底的材料为PET材料、PDMS材料或者氟塑料材料其中之一，所述压印胶为柔性材料。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S3包括：

S31：利用紫外线照射所述具有光栅波导图案的软膜，在与所述波导衬底贴合的表面进行等离子氧化；

S32：将软膜等离子氧化后的表面与所述波导衬底进行粘贴，得到增强现实光栅波导。

在本发明的一种示例性实施例中，所述具有光栅波导图案的软膜包括软膜衬底和具有光栅波导图案的压印胶，步骤S3包括：

S31’：将固化后具有光栅波导图案的压印胶从所述软膜衬底上剥离；

S32’：将剥离后具有光栅波导图案的压印胶直接粘贴到所述波导衬底上，得到增强现实光栅波导。

在本发明的一种示例性实施例中，所述波导衬底为平面衬底或曲面衬底。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的批量制作增强现实光栅波导的方法，一方面，将两次纳米压印缩减为一次纳米压印，使单片光栅波导生产效率得到提升，便于批量快速生产；另一方面，粘贴到波导衬底上的软膜衬底或压印胶均是柔性材料，使得具有光栅波导图案的软膜或压印胶既可以粘贴在平整的波导衬底上，也可以粘贴在弯曲的曲面上，从而得到各种不同曲率的光栅波导，更容易得到符合人体工程学的光栅波导。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种批量制作增强现实光栅波导的方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中光栅波导的一种结构示意图；

图3为本发明实施例中步骤S1的流程图；

图4为本发明实施例中步骤S1制作过程示意图；

图5为本发明实施例中步骤S2的流程图；

图6为本发明实施例中步骤S2制作过程示意图；

图7为本发明实施例中步骤S3一种加工方式的流程图；

图8为本发明实施例中步骤S3一种加工方式的制作过程示意图；

图9为本发明实施例中步骤S3另一种加工方式的流程图；

图10为本发明实施例中步骤S3另一种加工方式的制作过程示意图。

附图标记说明：

21：耦入光栅；

22：耦出光栅。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本发明相关实施例中采用纳米压印工艺进行批量制备光栅的方法包括以下步骤：

步骤1：制备具有预设图案的压印母版。

步骤2：将压印母版的光栅波导图案通过纳米压印工艺转印至软膜，在软膜上得到具有光栅波导图案的反图案。

步骤3：将软膜上的光栅波导图案的反图案再次通过纳米压印工艺转印至波导衬底，最终得到光栅波导产品。

其中压印母版的材质往往是硅或石英等硬性材料，先将母版上的光栅波导结构转印到柔性的软膜上是为了保护硬性母版，避免母版在脱模过程中发生结构损坏，从而增加母版的使用次数。但是经过两次结构转印，时间较长，生成效率有待提高，且还会造成加工材料的浪费。另一方面，由于现在的压印方式是面压印，如果基底材料是曲面，现有的压印方式会导致填充率降低、填充不均匀等一系列问题。

基于上述，本发明提供一种批量制作增强现实光栅波导的方法，图1为本发明实施例提供的一种批量制作增强现实光栅波导的方法的步骤流程图，如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤S1：制备具有预设图案的压印母版；

步骤S2：在所述压印母版上涂覆压印胶，并通过纳米压印工艺将光栅波导图案转印到软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜；

步骤S3：将具有光栅波导图案的软膜直接贴到波导衬底上，得到增强现实光栅波导。

基于上述制备方法，适用于批量快速生产增强现实光栅波导的场景，可以省略软膜结构向波导衬底上再次转印的步骤，从而将两次纳米压印缩减为一次纳米压印，使得单片增强现实光栅波导的生产效率得到提升，便于批量快速生产，且由于压印次数的减少，生产材料也能得到节省。另一方面，上述制备方法可以使得压印技术不再依赖于基板形状，具有光栅波导图案的软膜或压印胶既可以粘贴在平整的波导衬底上，也可以粘贴在弯曲的曲面上，从而得到各种不同曲率的光栅波导，更容易得到符合人体工程学的光栅波导。

以下结合图1所示步骤对批量制作增强现实光栅波导的方法进行详细介绍：

步骤S1中需要制备具有预设图案的压印母版。

图2为本发明实施例中光栅波导的一种结构示意图，光栅波导主要包括耦入光栅21和耦出光栅22，如图2所示，其中耦入光栅21具有一维光栅结构，耦出光栅22具有二维光栅结构。相应的，光栅波导图案是指光栅波导上相应光栅的机构形状，即本实施例中的光栅波导图案包括耦入光栅和耦出光栅的结构形状。需要说明的是，本实施例中光栅波导的结构仅为示例，在本发明其他实施例中，光栅波导的结构不限于图2所示的光栅结构。

图3为本发明实施例中步骤S1的流程图，图4为本发明实施例中步骤S1制作过程示意图，如图3所示，步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11：在母版衬底上均匀涂覆光刻胶，例如采用旋涂的方式涂覆光刻胶。该步骤中为了提高压印母版的制备适应性，母版衬底的材料可以为硅、石英或玻璃等材料其中之一。

步骤S12：采用曝光工艺对母版衬底上的光刻胶进行曝光、显影，在母版衬底上形成具有预设图案的光刻胶。该步骤中的曝光工艺可以选择电子束曝光法、激光直写法或全息曝光法等方式，为了提高效率降低成本，也可以采用以上工艺相组合的方式进行曝光以完成压印母版的制备。在该步骤中利用预设掩膜版制作形成具有预设图案的光刻胶。

步骤S13：根据所述具有预设图案的光刻胶对所述母版衬底进行刻蚀，在母版衬底形成预设图案。

步骤S14：去除光刻胶，得到具有预设图案的压印母版。其中预设图案与增强现实光栅波导上的光栅波导图案的凹凸相反，因此该步骤中得到的具有预设图案的压印母版具体为：光栅波导中凸出的部分在压印母版上是与之刚好相反的下凹结构，反之，光栅波导中下凹的部分在压印母版上是与之刚好匹配的凸出结构。

基于上述，步骤S1中得到的具有预设图案的压印母版的材料也为硅、石英或玻璃其中之一。

步骤S2中通过一次纳米压印工艺制备具有光栅波导图案的软膜，本实施例中的纳米压印采用复制速度快的紫外压印，由于纳米压印的过程快，提高生产效率，有利于实现光栅波导的批量生产。但是在本发明的其他实施例中，纳米压印除了采用紫外压印，还可以采用热压印或紫外压印与热压印二者的混合工艺。

图5为本发明实施例中步骤S2的流程图，图6为本发明实施例中步骤S2制作过程示意图，如图5所示，步骤S2具体包括以下步骤：

步骤S21：在所述压印母版上均匀旋涂压印胶。其中压印胶为柔性材料，该步骤中用于紫外压印的压印胶具有粘度小、光固化速率快、脱模性能优以及抗干法刻蚀能力优的特点。例如可以采用丙烯酸酯紫外压印胶，由有机单体、含硅单体、交联剂和自由基引发剂等组成；还可以采用环氧型紫外压印胶、乙烯醚型紫外压印胶等。该步骤的压印胶不限于紫外胶，也可以是热固型压印胶，例如有机硅类材料，或紫外压印与热固压印的混合。

步骤S22：将软膜衬底与压印母版贴合，施加压力使得压印胶填充至所述压印母版的所述光栅波导图案中。由于步骤S21旋涂后的压印胶无法完全填充到压印母版的光栅波导图案中，必须在软膜衬底贴合后在外部施加压力，压印胶才能挤出光栅波导图案中残留的空气，完全填充至压印母版的光栅波导图案中。该步骤中软膜衬底可以PET材料、PDMS材料或者氟塑料材料其中之一，采用这种软膜衬底可以降低脱模过程中对母版的损伤风险。

步骤S23：利用紫外光固化、脱模，将具有光栅波导图案的压印胶转移到所述软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜。

如图6所示，经过加压和UV固化后，压印胶因挤压形成具有光栅波导图案，通过脱模后得到具有光栅波导图案的软膜，以图6所示为例，该具有光栅波导图案的软膜由上至下包括软膜衬底和具有光栅波导图案的压印胶。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S3可以将脱模后的压印胶和软膜衬底(即上述具有光栅波导图案的软膜)一起粘贴在波导衬底上，或者将固化后的压印胶与软膜衬底分离后，再将具有光栅波导图案的反图案压印胶单独粘贴在波导衬底上。

图7为本发明实施例中步骤S3一种加工方式的流程图，图8为本发明实施例中步骤S3一种加工方式的制作过程示意图，如图7所示，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：利用紫外线照射所述具有光栅波导图案的软膜，软膜在与所述波导衬底贴合的表面进行等离子氧化；

步骤S32：将软膜等离子氧化后的表面与所述波导衬底进行粘贴，得到增强现实光栅波导。

步骤S32中的粘贴为永久性粘贴步骤，即用紫外线照射软膜，使软膜与波导衬底的接触面等离子氧化，软膜等离子氧化后与波导衬底高强度的永久性粘合，采用这种粘合方式，粘合结构牢固，强度高，不容易脱落。

其中所述波导衬底可以为平面衬底或曲面衬底，如图8所示，图8(a)为平面粘贴的情况，图8(b)为曲面粘贴的情况。由于软膜是柔性材料，既可以粘贴在平整的波导衬底上，也可以粘贴在弯曲的曲面衬底上，且可以适用于不同曲率大小的曲面衬底，从而得到各种不同曲率的光栅波导，更容易得到符合人体工程学的光栅波导，适用范围更加广泛。

另外，图9为本发明实施例中步骤S3另一种加工方式的流程图，图10为本发明实施例中步骤S3另一种加工方式的制作过程示意图，如图9所示，步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31’：将固化后具有光栅波导图案的压印胶从所述软膜衬底上剥离；

步骤S32’：将剥离后具有光栅波导图案的压印胶直接粘贴到所述波导衬底上，得到增强现实光栅波导。例如，由于压印胶与衬底的粘附力较好，可以在具有光栅波导图案的压印胶与波导衬底粘贴的表面涂布一层增粘剂即可直接粘贴到波导衬底上，无需进行紫外照射，也能够减少工艺流程。

根据图9和图10所示的另一种加工方式，为了减少最终产品的厚度，实现最终产品的轻便化，可以先将固化后的压印胶先从软膜衬底上剥离下来，再将剥离下来的压印胶粘贴到波导衬底上，而不将软膜衬底贴到波导衬底上，如图10所示。这样，最终增强现实光栅波导产品的厚度仅仅是波导衬底的厚度与压印胶的厚度之和，省去了软膜衬底的厚度，实现产品的轻薄化，适用更多对产品厚度有要求的场景。

同理，采用图9所示流程中的波导衬底也可以为平面衬底或曲面衬底，由于剥离下来的压印胶同样是柔性材料，既可以粘贴在平整的波导衬底上，也可以粘贴在弯曲的曲面衬底上，且可以适用于不同曲率大小的曲面衬底，从而得到各种不同曲率的光栅波导，更容易得到符合人体工程学的光栅波导，适用范围更加广泛。图10中仅示出剥离下来的压印胶粘贴到平面衬底的情况，对于粘贴到曲面衬底的情况相类似，本文不再赘述。

需要说明的是，本文中的制作方法是以制作光栅波导为例进行介绍，但是还可以适用并不限于光栅的批量制作，因此对平面或曲面类型的光栅在批量制作过程中也可以采用本发明的制作方法进行加工，得到各种不同曲率的光栅，制得的光栅具有更加广泛的适用场景。

综上所述，采用本发明实施例提供的一种批量制作增强现实光栅波导的方法，具有以下效果：

一方面，该方法中软膜图案压印完成后直接把软膜或从软膜衬底上剥离下来的压印胶贴到波导衬底上，得到增强现实光栅波导产品，而不需要传统工艺中将软膜上的光栅波导图案再次通过纳米压印工艺转印至波导衬底。从加工工艺方面，省略了软膜结构向波导衬底上转移的步骤，从而将两次纳米压印缩减为一次纳米压印，使单片光栅波导生产效率得到提升；从加工原料方面，省略一次纳米压印，也能节省生产材料，有利于降低加工成本。

另一方面，由于粘贴到波导衬底上的软膜衬底或压印胶均是柔性材料，使得具有光栅波导图案的软膜或压印胶既可以粘贴在平整的波导衬底上，也可以粘贴在弯曲的曲面上，从而得到各种不同曲率的光栅波导，更容易得到符合人体工程学的光栅波导。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，包括：

S1：制备具有预设图案的压印母版；

S2：在所述压印母版上涂覆压印胶，并通过纳米压印工艺将光栅波导图案转印到软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜，其中所述具有光栅波导图案的软膜包括软膜衬底和具有光栅波导图案的压印胶；

S3：将具有光栅波导图案的软膜直接贴到波导衬底上，得到增强现实光栅波导。

2.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S1中的所述预设图案与增强现实光栅波导上的光栅波导图案的凹凸相反。

3.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S1包括：

S11：在母版衬底上均匀涂覆光刻胶；

S12：采用曝光工艺对母版衬底上的光刻胶进行曝光、显影，在母版衬底上形成具有预设图案的光刻胶；

S13：根据所述具有预设图案的光刻胶对所述母版衬底进行部分刻蚀，在母版衬底形成预设图案；

S14：去除光刻胶，得到具有预设图案的压印母版。

4.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S1中压印母版的材料为硅、石英或玻璃其中之一。

5.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S2中纳米压印为紫外压印或热压印或二者的混合工艺。

6.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S2包括：

S21：在所述压印母版上均匀旋涂压印胶；

S22：将软膜衬底与压印母版贴合，施加压力使得压印胶填充至所述压印母版的所述光栅波导图案中；

S23：利用紫外光固化、脱模，将具有光栅波导图案的压印胶转移到所述软膜衬底上，得到具有光栅波导图案的软膜。

7.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S2中所述软膜衬底的材料为PET材料、PDMS材料或者氟塑料材料其中之一，所述压印胶为柔性材料。

8.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31：利用紫外线照射所述具有光栅波导图案的软膜，在与所述波导衬底贴合的表面进行等离子氧化；

S32：将软膜等离子氧化后的表面与所述波导衬底进行粘贴，得到增强现实光栅波导。

9.如权利要求1所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，步骤S3包括：

S33：将固化后具有光栅波导图案的压印胶从所述软膜衬底上剥离；

S34：将剥离后具有光栅波导图案的压印胶直接粘贴到所述波导衬底上，得到增强现实光栅波导。

10.如权利要求1-9中任一项所述的批量制作增强现实光栅波导的方法，其特征在于，所述波导衬底为平面衬底或曲面衬底。

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