光波导治具及光波导的制备方法与流程

1.本技术涉及光波导制造技术领域，特别是涉及一种光波导治具及光波导的制备方法。


背景技术：

2.光波导(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。作为目前增强现实(augmented reality，简称为ar)设备的主要技术方案，光波导可以将微型投影机投射的光传导到ar眼镜的前方，在人眼前方的实像之上叠加一个虚像，即具有增强现实的功能。在传统技术中，通常采用纳米转印技术制作光波导，然而，传统技术的模具在压印过程中，对光波导的厚度控制不精准，降低了光波导制程良率。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对传统技术中光波导厚度控制不精准的问题，提供一种光波导治具及光波导的制备方法。
4.本技术实施例第一方面提供一种光波导治具，用于制备光波导，所述光波导治具包括层叠设置的第一模具和第二模具；
5.所述第一模具靠近所述第二模具的一侧具有图案部以及位于所述图案部外围的第一止挡部，所述图案部具有第一表面；
6.所述第二模具靠近所述第一模具的一侧具有支撑部以及位于所述支撑部外围的第二止挡部；所述第二止挡部在所述第一模具上的至少部分正投影与所述第一止挡部重合；所述支撑部具有第二表面，所述第二表面朝向所述第一表面，所述第二表面用于承载所述光波导；
7.其中，所述第一止挡部与所述第二止挡部抵接，所述第一表面与所述第二表面之间具有第一间隙。
8.在其中一个实施例中，所述图案部设置有若干个间隔排布的沟槽，相邻所述沟槽之间具有槽壁，所有所述槽壁的靠近所述支撑部一侧的表面均位于第一表面上，所述第一表面与所述第二表面之间的距离处处相等。
9.在其中一个实施例中，所述第一表面和所述第二表面均为平面，或，所述第一表面和所述第二表面均为弧面。
10.在其中一个实施例中，所述第二模具靠近所述第一模具的一侧设置有第三止挡部，所述第三止挡部位于所述第二止挡部远离所述支撑部的一侧，所述第一止挡部的侧壁与所述第三止挡部的侧壁抵接。
11.在其中一个实施例中，所述第一模具靠近所述第二模具的一侧设置有第三止挡部，所述第三止挡部位于所述第一止挡部远离所述图案部的一侧，所述第二止挡部的侧壁与所述第三止挡部的侧壁抵接。
12.在其中一个实施例中，所述第二模具靠近所述第一模具的一侧设置有一圈凹槽，
所述凹槽位于所述支撑部的外围；
13.所述第一止挡部朝靠近所述第二模具的方向延伸，且至少部分所述第一止挡部位于所述凹槽内；
14.其中，所述凹槽的底壁形成所述第二止挡部，所述凹槽远离所述支撑部一侧的侧壁形成所述第三止挡部。
15.在其中一个实施例中，所述第一止挡部的侧壁与所述支撑部的侧壁之间具有第二间隙。
16.在其中一个实施例中，所述光波导治具还包括：
17.第一盖板，所述第一盖板位于所述第一模具远离所述第二模具的一侧，所述第一盖板具有第一卡槽，至少部分所述第一模具位于所述第一卡槽内；
18.第二盖板，所述第二盖板位于所述第二模具远离所述第一模具的一侧，所述第二盖板具有第二卡槽，至少部分所述第二模具位于所述第二卡槽内；
19.其中，所述第一盖板和所述第二盖板可拆卸地连接。
20.在其中一个实施例中，所述第一模具为透光件。
21.上述光波导治具，通过在第一模具和第二模具上分别设置第一止挡部和第二止挡部，这样，在压印的过程中，第一止挡部和第二止挡部抵接，可以使图案部的第一表面和支撑部的第二表面之间具有第一间隙，从而使光波导的栅底具有预设厚度，实现了对光波导的厚度的精准控制，提高了光波导制程良率。
22.本技术实施例第二方面提供一种光波导的制备方法，所述光波导通过光波导治具制备，其特征在于，所述光波导治具包括层叠设置的第一模具和第二模具，所述第一模具靠近所述第二模具的一侧具有图案部以及位于所述图案部外围的第一止挡部，所述图案部具有第一表面；
23.所述第二模具靠近所述第一模具的一侧具有支撑部以及位于所述支撑部外围的第二止挡部；所述第二止挡部在所述第一模具上的至少部分正投影与所述第一止挡部重合；所述支撑部具有第二表面，所述第二表面朝向所述第一表面；
24.所述光波导的制备方法包括：
25.在所述支撑部的所述第二表面形成胶层，并将所述第一模具与所述第二模具盖合；其中，所述第一止挡部与所述第二止挡部抵接，所述第一表面与所述第二表面之间具有第一间隙；
26.曝光所述胶层，以使所述胶层硬化并形成光波导；
27.分离所述光波导与所述光波导治具。
28.上述光波导的制备方法，在压印的过程中，第一止挡部和第二止挡部抵接，可以使图案部的第一表面和支撑部的第二表面之间具有第一间隙，从而使光波导的栅底具有预设厚度，实现了对光波导的厚度的精准控制，提高了光波导制程良率。
29.在其中一个实施例中，所述在所述支撑部的所述第二表面形成胶层，并将所述第一模具与所述第二模具盖合的步骤中，还包括以下步骤：
30.对所述光波导治具的外部环境腔体抽真空。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1a为传统技术中光波导制备不良的一种示意图；
33.图1b为传统技术中光波导制备不良的另一种示意图；
34.图1c为传统技术中光波导制备不良的再一种示意图；
35.图1d为传统技术中光波导制备不良的又一种示意图。
36.图2为本技术一实施例提供的一种光波导治具的结构示意图；
37.图3为图2中的光波导治具和光波导的结构示意图；
38.图4为本技术一实施例提供的另一种光波导治具在盖合前的结构示意图；
39.图5为图4中的光波导治具在盖合后的结构示意图；
40.图6为本技术一实施例提供的再一种光波导治具的结构示意图；
41.图7为本技术一实施例提供的又一种光波导治具的爆炸图；
42.图8为图7中的光波导治具在组合状态下的剖视图；
43.图9为图7中的光波导治具的第一模具和第二模具的透视图；
44.图10为图7中的光波导治具的第一盖板的结构示意图；
45.图11为本技术一实施例提供的光波导的制备方法的流程图；
46.图12a为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中胶层形成后的剖面示意图；
47.图12b为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中胶层形成后的立体图；
48.图13a为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中抽真空后的示意图；
49.图13b为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中抽真空后的立体图；
50.图14a为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中曝光胶层的示意图；
51.图14b为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中曝光胶层的立体图；
52.图15a为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中剥离光波导时的示意图；
53.图15b为本技术一实施例提供的光波导的制备方法中剥离光波导时的立体图；
54.图16a为本技术一实施例提供的一种光波导在制备前的模拟效果图；
55.图16b为本技术一实施例提供的一种光波导在制备后的模拟效果图；
56.图17a为本技术一实施例提供的另一种光波导在制备前的模拟效果图；
57.图17b为本技术一实施例提供的另一种光波导在制备后的模拟效果图。
58.附图标记：
59.1-上模具；2-下模具；3-光波导；31-栅体；32-栅底；
60.10-光波导治具；110-第一模具；111-图案部；111a-第一表面；1111-沟槽；1112-槽壁；112-第一止挡部；113-第三止挡部；120-第二模具；121-支撑部；121a-第二表面；122-第二止挡部；123-第三止挡部；124-凹槽；130-第一盖板；131-第一卡槽；132-透光孔；140-第二盖板；141-第二卡槽；20-光波导；210-栅体；220-栅底；30-胶层；w1-第一间隙；w2-第二间隙。
具体实施方式
61.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
62.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
63.此外，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至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
64.在本技术中，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，除非另有明确的限定。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技术中的具体含义。
65.在本技术中，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小于第二特征。
66.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
67.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
68.正如背景技术所述，如图1a所示，传统技术中的上模具1和下模具2在压印的过程中，对栅底32的厚度h控制不精准，易使栅底32的厚度h过厚，导致光波导3较厚。此外，传统技术还存在如下问题：如图1b所示，上模具1和下模具2对位不准导致栅体31歪斜；如图1c所示，由于压印过程中压力不均，导致栅底32每个点受力不相同，使栅底32产生波浪状；如图1d所示，栅体31上表面未完全接触导致光波导3结构受损。
69.为了解决传统技术中光波导厚度控制不精准的问题，本技术实施例提供一种光波导治具及光波导的制备方法。
70.本技术实施例第一方面提供一种光波导治具，该光波导治具用于制备光波导，其中，通过光波导治具对胶层压印后形成光波导，胶层可以包括光刻胶。
71.如图2和图3所示，光波导治具10包括层叠设置的第一模具110和第二模具120。第一模具110靠近第二模具120的一侧具有图案部111以及位于图案部111外围的第一止挡部112，图案部111具有第一表面111a。其中，图案部111上的图案可以被转印到胶层30上，用于形成光波导20。在这里，第一表面111a指图案部111靠近第二模具120一侧的表面。
72.第二模具120靠近第一模具110的一侧具有支撑部121以及位于支撑部121外围的第二止挡部122。第二止挡部122在第一模具110上的至少部分正投影与第一止挡部112重合，并且，支撑部121在第一模具110上的正投影覆盖图案部111。支撑部121具有第二表面121a，第二表面121a朝向第一表面111a，第二表面121a用于承载光波导20。在这里，第二表面121a指支撑部121靠近第一模具110一侧的表面。
73.在制备光波导20的过程中，首先在支撑部121上形成胶层30，然后将第一模具110和第二模具120盖合进行压印，图案部111上的图案可以转印到胶层30上。其中，第一止挡部112与第二止挡部122抵接后，第一模具110和第二模具120完全压合，这时，第一表面111a与第二表面121a之间具有第一间隙w1，该第一间隙w1保证了光波导20的栅底220具有预设厚度(等于第一间隙w1)，从而可以实现对光波导20的厚度的精准控制，提高了光波导20制程良率。可以理解的是，第一间隙w1的数值可以根据实际需要进行调整，从而使光波导20的栅底220具有预设厚度。
74.需要说明的是，第一模具110上最少应该设置两个第一止挡部112，并且两个第一止挡部112位于图案部111的相对两侧，同样的，第二模具120上最少应该设置两个第二止挡部122，并且两个第二止挡部122位于支撑部121的相对两侧。可以理解的是，第一止挡部112和第二止挡部122还可以为圆环状，并且分别围设在图案部111和支撑部121的外围。本技术实施例对第一止挡部112和第二止挡部122的设置方式不做限定。
75.在其中一个实施例中，如图2、图3和图4所示，图案部111设置有若干个间隔排布的沟槽1111，相邻沟槽1111之间具有槽壁1112，所有槽壁1112的靠近支撑部121一侧的表面均位于第一表面111a上，第一表面111a与第二表面121a之间的距离处处相等。可以理解的是，在转印时，沟槽1111内的胶层30可以形成光波导20的栅体210，第一表面111a和第二表面121a之间的胶层30可以形成光波导20的栅底220。第一表面111a与第二表面121a之间的距离处处相等，可以使光波导20的栅底220的厚度均匀。
76.在其中一个实施例中，如图2和图3所示，第一表面111a和第二表面121a均为平面，这样，光波导治具10可以制备平面光波导20。
77.在其中另一个实施例中，如图4和图5所示，第一表面111a和第二表面121a均为弧面，这样，光波导治具10可以制备曲面光波导20。
78.在其中一个实施例中，如图4和图5所示，第二模具120靠近第一模具110的一侧设置有第三止挡部123，第三止挡部123位于第二止挡部122远离支撑部121的一侧，第一止挡部112的侧壁与第三止挡部123的侧壁抵接。
79.以图4中的方位为例，在盖合第一模具110和第二模具120时，可以通过第三止挡部
123对第一止挡部112在水平方向上进行限位，从而便于第一模具110和第二模具120的对位，避免第一模具110和第二模具120对位不准，导致光波导20的栅体210歪斜，提高光波导20制程良率。
80.在其中一个实施例中，如图6所示，第一模具110靠近第二模具120的一侧设置有第三止挡部113，第三止挡部113位于第一止挡部112远离图案部111的一侧，第二止挡部122的侧壁与第三止挡部113的侧壁抵接。
81.以图6中的方位为例，在盖合第一模具110和第二模具120时，可以通过第三止挡部113对第二止挡部122在水平方向上进行限位，从而便于第一模具110和第二模具120的对位，避免第一模具110和第二模具120对位不准，导致光波导20的栅体210歪斜，提高光波导20制程良率。
82.需要说明的是，在本技术的后续实施例中，第三止挡部的设置方式主要以图4中所示为例进行说明。
83.在其中一个实施例中，如图4所示，第二模具120靠近第一模具110的一侧设置有一圈凹槽124，凹槽124围设在支撑部121的外围。第一止挡部112朝靠近第二模具120的方向延伸，且部分第一止挡部112位于凹槽124内。其中，凹槽124的底壁形成第二止挡部122，凹槽124远离支撑部121一侧的侧壁形成第三止挡部123。
84.这样，通过设置凹槽124，并且将第一止挡部112卡设在凹槽124内，一方面可以使第一表面111a和第二表面121a之间具有第一间隙w1，保证了光波导20的栅底220具有预设厚度，可以实现对光波导20的厚度的精准控制；另一方面可以使第一模具110和第二模具120对位精准，避免第一模具110和第二模具120对位不准，导致光波导20的栅体210歪斜。
85.在其中一个实施例中，如图2所示，第一止挡部112靠近支撑部121一侧的侧壁与支撑部121靠近第一止挡部112一侧的侧壁之间具有第二间隙w2。
86.这样，在压印时，可以使胶层30中的部分胶体流入第二间隙w2中，防止溢胶。
87.在其中一个实施例中，如图7、图8、图9和图10所示，光波导治具10还可以包括：第一盖板130和第二盖板140，第一盖板130位于第一模具110远离第二模具120的一侧，第二盖板140位于第二模具120远离第一模具110的一侧。第一盖板130和第二盖板140可以将第一模具110和第二模具120夹持在二者中间，用于维持第一模具110和第二模具120的盖合状态。
88.具体的，第一盖板130可以具有第一卡槽131，部分第一模具110位于第一卡槽131内，第二盖板140可以具有第二卡槽141，部分第二模具120位于第二卡槽141内。这样，可以使第一模具110和第二模具120被夹持地更牢固，在水平方向不易发生偏移。第一盖板130和第二盖板140可拆卸地连接，示例性的，第一盖板130和第二盖板140可以通过螺栓连接或粘接的方式进行连接。
89.在其中一个实施例中，第一模具110为透光件，第一盖板130上设置有透光孔132，第一模具110在第一盖板130上的至少部分正投影与透光孔132重合。这样，当形成光波导20后，可以透过透光孔132和第一模具110对光波导20进行曝光，使光波导20硬化，便于将光波导20从光波导治具10中剥离。
90.本技术实施例第二方面提供一种光波导的制备方法，光波导通过光波导治具制备，光波导治具可以是第一方面中所述的光波导治具。
91.具体的，参照图2所示，光波导治具10包括层叠设置的第一模具110和第二模具120，第一模具110靠近第二模具120的一侧具有图案部111以及位于图案部111外围的第一止挡部112，图案部111具有第一表面111a。第二模具120靠近第一模具110的一侧具有支撑部121以及位于支撑部121外围的第二止挡部122。第二止挡部122在第一模具110上的至少部分正投影与第一止挡部112重合。支撑部121具有第二表面121a，第二表面121a朝向第一表面111a。
92.参照图11所示，光波导的制备方法包括：
93.s10：在支撑部的第二表面形成胶层，并将第一模具与第二模具盖合。其中，第一止挡部112与第二止挡部122抵接，第一表面111a与第二表面121a之间具有第一间隙w1。胶层30形成后的示意图如图12a和图12b所示。
94.这样，在压印的过程中，第一止挡部112和第二止挡部122抵接，可以使图案部111的第一表面111a和支撑部121的第二表面121a之间具有第一间隙w1，从而使光波导20的栅底220具有预设厚度，实现了对光波导20的厚度的精准控制，提高了光波导20制程良率。
95.s20：曝光胶层，以使胶层硬化并形成光波导。具体的，提供紫外光，使紫外光透过第一模具110，并照射胶层30。胶层30曝光的示意图如图14a和图14b所示。
96.s30：分离光波导与光波导治具。具体的，打开第一模具110和第二模具120，将光波导20从光波导治具10中剥离。剥离光波导20时的示意图如图15a和图15b所示。
97.在其中一个实施例中，s10，还包括以下步骤：
98.s11：对光波导治具的外部环境腔体抽真空。抽真空后的示意图如图13a和图13b所示。可以理解的是，在压印的过程中，可以将光波导治具10放置在一个封闭腔体中，在压印时，将封闭腔体抽真空，第一模具110和第二模具120之间的区域与封闭腔体压力不同，第一模具110和第二模具120之间的气体被封闭腔体的真空力吸出，胶层30均匀流动到第一模具110的沟槽1111中，从而形成均匀的栅体210，防止胶层30与沟槽1111未完全接触而导致的栅体210不完整。
99.需要说明的是，参照图16a、图16b、图17a和图17b所示，发明人采用本技术实施例中的光波导的制备方法，对平面光波导20和曲面光波导20的制备过程分别进行模拟，通过模拟结果可知，在制备完成后，胶层30能够与沟槽1111充分接触，均匀地形成光波导20，并且光波导20的栅体没有明显的缺陷。
100.应该理解的是，虽然图11的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图11中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
101.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征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描述不一定指的是相同的实施例或示例。
102.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实
施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
103.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。