波导显示器衬底的偏置总厚度变化制造技术

一种多个波导显示器衬底，每个波导显示器衬底具有：圆柱形部分，其具有直径和平坦表面；弯曲部分，其与所述平坦表面相对，其限定跨所述衬底的厚度的非线性变化并且具有关于所述圆柱形部分的最大高度D；以及楔形部分，其在所述圆柱形部分与所述弯曲部分之间，其限定跨所述衬底的厚度的线性变化并且具有关于所述圆柱形部分的最大高度W。弯曲部分的目标最大高度D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】波导显示器衬底的偏置总厚度变化
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年2月14日提交的美国专利申请号62/805,832和于2019年3月19日提交的62/820,769的权益，其二者以整体内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及波导显示器衬底的偏置(biased)总厚度变化。

技术介绍

[0004]光学成像系统，诸如可穿戴头戴式系统，通常包括将投射图像呈现给用户的一个或多个目镜。目镜可以使用一种或多种折射材料的薄层构造。作为示例，目镜可以由高度折射玻璃、硅、金属、或聚合物衬底的一个或多个层构造。
[0005]在一些情况下，目镜层可以图案化(例如，有一个或多个光衍射纳米结构)，使得其显示从外部投影仪耦入的接收光。进一步地，多个目镜层(例如，“波导”)可以结合用来投射模拟三维图像。例如，多个波导—每个波导具有特定图案—可以是分层堆放的，并且每个波导可以中继体积图像的一部分的特定光信息(例如，波长或焦距)，使得在来自每个波导的特定光信息的集合中，整个相干体积图像是可视的。因此，目镜可以跨三维向用户共同呈现全色体积图像。这在例如向用户呈现“虚拟现实”环境时可以是有用的。
[0006]目镜的无意识变化可能降低投射图像的质量。这样的无意识变化的示例包括褶皱、不均匀厚度以及可能负面影响目镜性能的其他物理变形。

技术实现思路

[0007]第一总体方面包括多个波导显示器衬底，每个波导显示器衬底具有：圆柱形部分，其具有直径和平坦表面；弯曲部分，其与所述平坦表面相对，其限定跨所述衬底的厚度的非线性变化并且具有关于所述圆柱形部分的最大高度D；以及楔形部分，其在所述圆柱形部分与所述弯曲部分之间，其限定跨所述衬底的厚度的线性变化并且具有关于所述圆柱形部分的最大高度W。弯曲部分的目标最大高度D
t
是直径的10
‑7至10
‑6倍，D在D
t
的约70％与约130％之间，并且W小于D
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的约30％。针对所述多个波导显示器衬底，D的平均值是D
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，针对所述多个波导显示器衬底的最大值D是D
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，并且针对所述多个波导显示器衬底的最大值W是W
max
。
[0008]第二总体方面包括制造所述第一总体方面的多个波导显示器衬底。
[0009]第一和第二总体方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
[0010]在一些实施方式中，厚度的非线性变化是厚度的二次变化。所述弯曲部分可以以拱顶的形式。在一些情况下，所述拱顶是球形的。
[0011]所述多个波导显示器衬底的平均厚度通常在约200微米与约2000微米之间。所述多个波导显示器衬底的平均直径通常在约2厘米与约50厘米之间。W
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通常小于约0.3。D通常在约0.1微米
至约5微米的范围内。W通常在0至约1.5微米的范围内。所述多个衬底的平均总厚度变化通常在约0.1微米与约6.5微米之间。
[0012]在一些实施方式中，所述波导显示器衬底包括模制聚合物。在某些实施方式中，所述波导显示器衬底包括抛光玻璃、硅、或金属衬底。
[0013]第二总体方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
[0014]在一些情况下，制造所述多个波导显示器衬底可以包括抛光所述波导显示器衬底，其中，所述波导显示器衬底由玻璃、金属、或硅形成。在某些情况下，制造所述多个波导显示器衬底包括模制聚合波导显示器衬底。
[0015]第二总体方面还可以包括在所述波导显示器衬底中的每一个上形成一个或多个波导。所述一个或多个波导可以包括至少两个波导，并且所述波导可以在每个波导显示器衬底上以径向图案定位。
[0016]在附图和说明书中阐述本公开的主题的一个或多个实施例的细节。主题的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得显而易见。
附图说明
[0017]图1描绘了具有波导区域的样本波导显示器衬底。
[0018]图2A至图2C分别描绘了具有平、凸、和凹截面形状的抛光波导显示器衬底。
[0019]图3A和图3B描绘了波导显示器衬底的总厚度变化(TTV)比较。
[0020]图4描绘了具有凸表面的抛光的波导显示器衬底的TTV。
[0021]图5带出了具有线性(楔形)和非线性(拱顶)组件的带有偏置TTV的波导显示器衬底的剖面。
[0022]图6A至图6C示出了针对超低TTV波导显示器衬底的波导显示器衬底产量与TTV、拱顶高度、和楔形高度的关系。图6D至图6F示出了针对偏置TTV波导显示器衬底的波导显示器衬底产量与TTV、拱顶高度、和楔形高度的关系。
[0023]图7示出了具有300μm平均厚度和0nm“楔形”TTV的典型衍射波导显示器的6英寸波导显示器衬底上的球形波导显示器衬底的波导眼盒(eyebox)效率与“拱顶”高度TTV(nm)的关系。
具体实施方式
[0024]总厚度变化(TTV)是用于改进光波导的性能的一个度量。如本文所使用的，TTV通常指代波导或在其上形成波导的波导显示器衬底的厚度的最大值与最小值之间的差。当光通常通过全内反射穿过光波导时，厚度的变化改变(一个或多个)光传播路径。(一个或多个)光传播路径中的角度差异可能通过场失真、图像模糊、和锐度损失来影响图像质量。
[0025]波导制备和处理通常通过将指定区域的多个波导布置到波导显示器衬底(例如，晶圆)上发生。图1描绘了具有波导102的径向布置的波导显示器衬底100。TTV可以通过制造平坦波导显示器衬底(即，具有零TTV的波导显示器衬底)而降低，例如，通过抛光衬底(例如，金属、玻璃、或硅衬底)或者最初用高精度模制衬底(例如，聚合物衬底)。然而，抛光可以在波导显示器衬底和在其上形成的产生的波导上产生一定量的曲率。图2A描绘了抛光平坦波导显示器衬底200。图2B和图2C分别描绘了抛光的凸波导显示器衬底202和抛光的凹波导
显示器衬底204。虽然抛光可以产生凸或凹曲率，但是本文所描述的实施例参考凸曲率解释，诸如图2B所描绘的凸曲率。
[0026]由于要实现完全平坦的抛光或模制(诸如图2A所描绘的抛光或模制)要求多并且处理昂贵，因此一定程度的TTV通常被容许。利用针对波导显示器衬底的最低TTV过程(例如，20nm<TTV<2μm)，存在部分到部分变化(例如，随机地)的衬底的厚度形状或轮廓。此处，“厚度形状”通常指代衬底的顶面与底面之间的高度差的3D映射。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多个波导显示器衬底，每个波导显示器衬底具有：圆柱形部分，其具有直径和平坦表面；弯曲部分，其与所述平坦表面相对，其限定跨所述衬底的厚度的非线性变化并且具有关于所述圆柱形部分的最大高度D；以及楔形部分，其在所述圆柱形部分与所述弯曲部分之间，其限定跨所述衬底的厚度的线性变化并且具有关于所述圆柱形部分的最大高度W，其中，所述弯曲部分的目标最大高度D
t
是直径的10
‑7至10
‑6倍，D在D
t
的70％与约130％之间，并且W小于D
t
的30％，并且其中，针对所述多个波导显示器衬底，D的平均值是D
mean
，针对所述多个波导显示器衬底的最大值D是D
max
，针对所述多个波导显示器衬底的最小值D是D
min
，并且针对所述多个波导显示器衬底的最大值W是W
max
。2.根据权利要求1所述的多个波导显示器衬底，其中，所述厚度的非线性变化是厚度的二次变化。3.根据权利要求1所述的多个波导显示器衬底，其中，所述弯曲部分以拱顶的形式。4.根据权利要求1所述的多个波导显示器衬底，其中，所述拱顶是球形的。5.根据权利要求1所述的多个波导显示器衬底，其中，所述多个波导显示器衬底的平均厚度通常在约200微米与约2000微米之间。6.根据权利要求1所述的多个波导显示器衬底，其中，所述多个波导显示器衬底的平均直径在约2厘米与约50厘米之间。7.根据权利要求1所述的多个波导显示器衬底，其中，W
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【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：