【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学显示，具体涉及一种光波导模板及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在增强现实(augmented reality，ar)、混合现实(mixed reality，mr)领域，相比bird bath(bb，半反半透式)、虫眼(离轴反射式)、自由曲面棱镜等显示方案，光波导方案更轻薄、眼盒更大，因此有更广阔的应用前景。在光波导方案中，相比使用部分透反膜的阵列光波导，衍射光波导生产制备工艺难度更低，在实现二维扩瞳时不存在栅格状暗条纹，因此更受关注。目前，衍射光波导主要有基于一维光栅的光波导方案和基于二维光栅的光波导方案。
2、波导基底上的衍射光栅可以采用表面浮雕光栅和全息光栅的方式实现。对于表面浮雕光栅的方案，为了使得光栅的衍射效率更加均匀，通常将衍射光栅设计为具有多个不同光栅深度。现有技术中，表面浮雕光栅的模板是使用电子束曝光刻蚀工艺制备获得，当需要制备具有多个不同光栅深度的表面浮雕光栅时，需要使用包括多轮电子束曝光刻蚀的套刻工艺实现，每一轮曝光刻蚀依次包括涂胶、曝光、显影以及刻蚀等工序，每一轮对应一种光栅深度。当衍射光栅的不同光栅深度数量较多时，例如是10种以上不同光栅深度，甚至是光栅深度连续渐变时，使用套刻工艺存在制备工艺难度大且制备工艺周期长的问题，生产效率低。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种光波导模板及其制备方法，以降低光波导模板的制备工艺难度和缩短制备工艺周期，提高生产效率。
2、为了解决以上问题，本专利技术首
3、s1、提供一平板基底并在平板基底上形成光刻胶层；
4、s2、在所述光刻胶层设定n个曝光区a1～an；
5、s3、采用一次无掩膜灰度曝光工艺或多次紫外曝光工艺对所述光刻胶层进行曝光，使n个曝光区a1～an获得不完全相同的曝光剂量，在光刻胶层中形成具有不完全相同曝光深度的多个曝光区；
6、s4、对曝光结束后的所述光刻胶层进行显影，获得图形化的光刻胶层；
7、s5、以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述平板基底，在所述平板基底上形成顶部轮廓平齐且具有不同深度的微结构图案，获得所述光波导模板；
8、其中，n为2以上的整数。
9、优选地，所述步骤s3中，通过以下方法ⅰ或方法ⅱ或方法ⅲ使n个曝光区a1～an获得不完全相同的曝光剂量；
10、方法ⅰ：采用一次无掩膜灰度曝光工艺，包括以下子步骤：
11、s11、基于曝光区a1～an预设的曝光深度，在无掩膜灰度曝光系统中设置对应的n个曝光剂量p1～pn；n个曝光剂量p1～pn中至少有部分是不相同的；
12、s12、控制无掩膜灰度曝光系统在所述光刻胶层上进行扫描式曝光，并且在行进至曝光区an时，提供曝光剂量pn对曝光区an进行曝光；
13、方法ⅱ：采用多次紫外曝光工艺，包括以下子步骤：
14、s21、基于曝光区a1～an预设的曝光深度，在紫外曝光系统中设置对应的n个曝光剂量q1～qn，并提供与n个曝光区a1～an对应的n个紫外曝光掩膜m1～mn；n个曝光剂量q1～qn是互不相同的；
15、s22、控制紫外曝光系统在所述光刻胶层上依次进行n次曝光；其中，在进行第n次曝光时在所述光刻胶层上设置第n个紫外曝光掩膜mn，提供曝光剂量qn对曝光区an进行曝光；
16、方法ⅲ：采用多次紫外曝光工艺，包括以下子步骤：
17、s31、在紫外曝光系统中设置固定的曝光剂量q0并提供n个紫外曝光掩膜m1～mn；其中，第n个紫外曝光掩膜mn配置为能够对曝光区an～an同时进行曝光；
18、s32、控制紫外曝光系统在所述光刻胶层上依次进行n次曝光；其中，在进行第n次曝光时在所述光刻胶层上设置第n个紫外曝光掩膜mn，提供曝光剂量q0同时对曝光区an～an进行曝光；
19、其中，n＝1～n。
20、优选地，所述平板基底的材料选自硅、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、石英、氮化镓、砷化镓、磷化铟、铌酸锂和金属中的至少一种。
21、优选地，将所述光刻胶层划分为多个子分区，每个子分区独立或同步进行步骤s3的曝光工艺过程，以使得在所述平板基底上形成的微结构图案包含有多个子分区，不同子分区中的微结构图案存在差异化的结构特征。
22、优选地，所述方法ⅰ中，每一个曝光区设定为能够形成微结构图案中的一个以上的微结构单元；所述方法ⅱ或方法ⅲ中，每一个曝光区设定为能够形成微结构图案中的多个微结构单元；其中，通过设定所述n个曝光区a1～an在所述光刻胶层中的位置排布，使得在所述平板基底上形成的微结构图案中的微结构单元呈一维阵列排布或二维阵列排布。
23、优选地，通过调控各个曝光区所获得的曝光剂量的变化，使得在同一维度方向上排列的微结构单元的深度具有如下的变化趋势：微结构单元的深度逐步增大，或者是逐步减小，或者是先逐步增大再逐步减小，或者是先逐步减小再逐步增大，或者是按照位置关系的特定函数变化关系。
24、优选地，所述微结构单元的深度的变化系数在0.01nm/mm～100nm/mm之间；和/或，在同一维度方向上排列的微结构单元的具有变化的占空比，所述微结构单元的占空比的变化系数在0.01nm/mm～100nm/mm之间。
25、优选地，所述微结构图案为一维光栅或二维光栅；所述一维光栅的周期为200nm～500nm，所述二维光栅的周期为200nm～500nm；所述二维光栅的两个方向的周期是相同或者不相同的，所述二维光栅的最小单元的最小角在20°～90°之间。
26、为了解决以上问题，本专利技术还提供一种光波导模板，采用如上所述的制备方法制备获得，所述光波导模板包括平板基底以及在所述平板基底上形成的顶部轮廓平齐且具有不同深度的微结构图案。
27、进一步地，本专利技术还提供一种如上所述的光波导模板的应用，提供波导基底，通过压印工艺将所述光波导模板的微结构图案转移到所述波导基底上，制备获得光波导装置。
28、本专利技术实施例提供的光波导模板及其制备方法，在制备具有多个不同微结构单元深度的微结构图案时，采用无掩膜灰度曝光工艺进行一次扫描式曝光或者是采用紫外曝光工艺结合多个紫外曝光掩膜进行多次紫外曝光，曝光完成后仅需进行一次显影工艺和一次刻蚀工艺，即可制备获得具有不同深度的微结构图案，减少了工艺循环的次数，由此可以降低光波导模板的制备工艺难度和缩短制备工艺周期，提高了生产效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种光波导模板的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过以下方法Ⅰ或方法Ⅱ或方法Ⅲ使N个曝光区A1～AN获得不完全相同的曝光剂量；
3.根据权利要求2所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述平板基底的材料选自硅、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、石英、氮化镓、砷化镓、磷化铟、铌酸锂和金属中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，将所述光刻胶层划分为多个子分区，每个子分区独立或同步进行步骤S3的曝光工艺过程，以使得在所述平板基底上形成的微结构图案包含有多个子分区，不同子分区中的微结构图案存在差异化的结构特征。
5.根据权利要求2-4任一项所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述方法Ⅰ中，每一个曝光区设定为能够形成微结构图案中的一个以上的微结构单元；所述方法Ⅱ或方法Ⅲ中，每一个曝光区设定为能够形成微结构图案中的多个微结构单元；其中，通过设定所述N个曝光区A1～AN在所述光刻胶层中的位置排布，使得在所述平板基底上形成的微结构图案中的微结
6.根据权利要求5所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，通过调控各个曝光区所获得的曝光剂量的变化，使得在同一维度方向上排列的微结构单元的深度具有如下的变化趋势：微结构单元的深度逐步增大，或者是逐步减小，或者是先逐步增大再逐步减小，或者是先逐步减小再逐步增大，或者是按照位置关系的特定函数变化关系。
7.根据权利要求6所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述微结构单元的深度的变化系数在0.01nm/mm～100nm/mm之间；和/或，在同一维度方向上排列的微结构单元的具有变化的占空比，所述微结构单元的占空比的变化系数在0.01nm/mm～100nm/mm之间。
8.根据权利要求6所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述微结构图案为一维光栅或二维光栅；所述一维光栅的周期为200nm～500nm，所述二维光栅的周期为200nm～500nm；所述二维光栅的两个方向的周期是相同或者不相同的，所述二维光栅的最小单元的最小角在20°～90°之间。
9.一种光波导模板，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备获得，所述光波导模板包括平板基底以及在所述平板基底上形成的顶部轮廓平齐且具有多个不同深度的微结构图案。
10.一种如权利要求9所述的光波导模板的应用，其特征在于，提供波导基底，通过压印工艺将所述光波导模板的微结构图案转移到所述波导基底上，制备获得光波导装置。
...【技术特征摘要】
1.一种光波导模板的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，通过以下方法ⅰ或方法ⅱ或方法ⅲ使n个曝光区a1～an获得不完全相同的曝光剂量；
3.根据权利要求2所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述平板基底的材料选自硅、氮化硅、碳化硅、二氧化硅、石英、氮化镓、砷化镓、磷化铟、铌酸锂和金属中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，将所述光刻胶层划分为多个子分区，每个子分区独立或同步进行步骤s3的曝光工艺过程，以使得在所述平板基底上形成的微结构图案包含有多个子分区，不同子分区中的微结构图案存在差异化的结构特征。
5.根据权利要求2-4任一项所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，所述方法ⅰ中，每一个曝光区设定为能够形成微结构图案中的一个以上的微结构单元；所述方法ⅱ或方法ⅲ中，每一个曝光区设定为能够形成微结构图案中的多个微结构单元；其中，通过设定所述n个曝光区a1～an在所述光刻胶层中的位置排布，使得在所述平板基底上形成的微结构图案中的微结构单元呈一维阵列排布或二维阵列排布。
6.根据权利要求5所述的光波导模板的制备方法，其特征在于，通过调控各个曝光区所获得的曝光剂量的变...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵陈荻，李林欣，赖嘉杰，徐松，
申请(专利权)人：珠海莫界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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