无机基质纳米压印光刻体及其制造方法技术

本申请涉及无机基质纳米压印光刻体及其制造方法。本公开内容提供了高折射率陶瓷材料纳米压印光刻(NIL)光栅，以及制造和使用该光栅的方法，和包括这样的光栅的装置，该高折射率陶瓷材料纳米压印光刻(NIL)光栅与传统的NIL光栅相比具有相对较低量的碳。陶瓷材料包括氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钨、锌碲、磷化镓或其任何组合或衍生物中的一种或更多种。或其任何组合或衍生物中的一种或更多种。或其任何组合或衍生物中的一种或更多种。

【技术实现步骤摘要】
无机基质纳米压印光刻体及其制造方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年7月14日提交的美国临时专利申请序号63/051,761和2021年6月30日提交的美国非临时专利申请序号17/364,678的权益和优先权，这两个专利申请通过引用以其整体并入本文。
[0003]背景
[0004]诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统的人工现实系统通常包括近眼显示器(例如，头戴式装置(headset)或一副眼镜)，该近眼显示器被配置为经由电子或光学显示器在用户的眼睛前方例如约10mm
‑
20mm内向用户呈现内容。如在虚拟现实(VR)应用、增强现实(AR)应用或混合现实(MR)应用中，近眼显示器可以显示虚拟对象或者将真实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在AR系统中，用户可以通过例如透过透明的显示眼镜或透镜(通常被称为光学透视(optical see
‑
through))来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围环境两者。
[0005]一个示例性的光学透视AR系统可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以被耦合到波导(例如，基底)中，在波导内传播，并且在不同位置处从波导耦合出去。在一些实施方式中，可以使用衍射光学元件诸如倾斜的表面浮雕光栅(surface
‑
relief grating)将投影图像的光耦合到波导中或从波导耦合出去。为了获得期望的性能，诸如高效率、低伪像和角度选择性，可以使用具有大倾斜角和宽范围的光栅占空比(duty cycle)的深表面浮雕光栅。然而，以高制造速度和高产量制造具有期望的轮廓(profile)的倾斜的表面浮雕光栅仍然是具有挑战性的任务。
[0006]概述
[0007]本公开内容总体上涉及基于波导的近眼显示器系统。更具体地，本公开内容涉及具有高折射率的可固化制剂及其在包括但不限于UV
‑
NIL技术的纳米压印光刻(NIL)技术中用于制造表面浮雕结构的应用，所述表面浮雕结构诸如用于近眼显示器系统的倾斜的或非倾斜的表面浮雕光栅。
[0008]本公开内容提供了一种纳米压印光刻(NIL)光栅，该光栅包括具有约10％或更少的相对量的碳的陶瓷材料。在一些实施方案中，陶瓷材料中碳的相对量为约9％或更少、约8％或更少、约7％或更少、约6％或更少、约5％或更少、约4％或更少、约3％或更少、约2％或更少、或约1％或更少。在一些实施方案中，陶瓷材料基本上不含有机材料。在一些实施方案中，陶瓷材料包括氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钨、锌碲(zinc tellurium)、磷化镓或其任何组合或衍生物中的一种或更多种。在一些实施方案中，光栅具有在从10％至90％范围内的占空比。在一些实施方案中，光栅具有在从30％至90％范围内的占空比。在一些实施方案中，光栅具有在从35％至90％范围内的占空比。在一些实施方案中，光栅是非倾斜的光栅。在一些实施方案中，光栅是倾斜的光栅。在一些实施方案中，倾斜角在从大于0
°
至约70
°
的范围内。在一些实施方案中，倾斜角大于30
°
。在一些实施方案中，倾斜角大于35
°
。在一些实施方案中，光栅具有从30nm至450nm的深度。在一些实施方案中，光栅具有从50nm至350nm的深度。在一些实施方案中，光栅具有从75nm至250nm的深度。在一些实施方案中，光栅具有大
于100nm且小于500nm的深度。在一些实施方案中，光栅具有从0.5:1至6:1的纵横比。在一些实施方案中，光栅具有从1:1至5:1的纵横比。在一些实施方案中，光栅具有大于3:1且小于8:1的纵横比。在一些实施方案中，陶瓷材料具有在从1.90至2.25范围内的折射率。在一些实施方案中，折射率在460nm被测量。
[0009]本公开内容还提供了一种用于制造本文描述的NIL光栅的工艺，该工艺包括：提供包含基础树脂组分和多于一个纳米颗粒的前体材料；将前体材料压印到第一前体NIL光栅中；任选地，使第一前体NIL光栅经历另外的处理步骤，以产生一个或更多个后续的前体NIL光栅；以及使第一前体NIL光栅或一个或更多个后续的前体NIL光栅经历至少升高的温度。在一些实施方案中，基础树脂组分是UV可固化的。在一些实施方案中，基础树脂组分是光敏的。在一些实施方案中，基础树脂组分包括有机材料。在一些实施方案中，基础树脂组分包括一种或更多种可交联单体、一种或更多种可聚合单体或两者。在一些实施方案中，可交联单体或可聚合单体包含一个或更多个可交联部分或可聚合部分。在一些实施方案中，可交联部分或可聚合部分选自烯属不饱和基团、环氧乙烷环和杂环基团。在一些实施方案中，可交联部分或可聚合部分选自乙烯基、烯丙基、环氧化物、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。在一些实施方案中，可交联部分或可聚合部分选自任选地被取代的烯基、任选地被取代的环烯基、任选地被取代的炔基、任选地被取代的丙烯酸酯、任选地被取代的甲基丙烯酸酯、任选地被取代的苯乙烯、任选地被取代的环氧化物、任选地被取代的环硫乙烷、任选地被取代的内酯和任选地被取代的碳酸酯。在一些实施方案中，可交联单体或可聚合单体包含一个或更多个选自以下的连接基团：
‑
C1‑
10
烷基
‑
、
‑
O
‑
C1‑
10
烷基
‑
、
‑
C1‑
10
烯基
‑
、
‑
O
‑
C1‑
10
烯基
‑
、
‑
C1‑
10
环烯基
‑
、
‑
O
‑
C1‑
10
环烯基
‑
、
‑
C1‑
10
炔基
‑
、
‑
O
‑
C1‑
10
炔基
‑
、
‑
C1‑
10
芳基
‑
、
‑
O
‑
C1‑
10
‑
、
‑
芳基
‑
、
‑
O
‑
、
‑
S
‑
、
‑
C(O)
‑
、C(O)O
‑
、
‑
OC(O)
‑
、
‑
OC(O)O
‑
、
‑
N(R
b
)
‑
、
‑
C(O)N(R
b
)
‑
、
‑
N(R
b
)C(O)
‑
、
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米压印光刻(NIL)光栅，包括具有约10％或更少的相对量的碳的陶瓷材料。2.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中所述陶瓷材料中的碳的相对量为约9％或更少、约8％或更少、约7％或更少、约6％或更少、约5％或更少、约4％或更少、约3％或更少、约2％或更少、或约1％或更少。3.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中所述陶瓷材料基本上不含有机材料。4.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中陶瓷材料包括氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化钨、锌碲、磷化镓或其任何组合或衍生物中的一种或更多种。5.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中所述光栅具有在从10％至90％范围内的占空比。6.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中所述光栅具有在从30％至90％范围内的占空比。7.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中所述光栅是非倾斜的光栅。8.根据权利要求1所述的NIL光栅，其中所述光栅是倾斜的光栅。9.根据权利要求8所述的NIL光栅，其中倾斜角在从大于0
°
至约70
°
的范围内。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱塞佩，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：