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CN116256829A - 一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法 - Google Patents

一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法 Download PDF

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CN116256829A CN202310295930.3A CN202310295930A CN116256829A CN 116256829 A CN116256829 A CN 116256829A CN 202310295930 A CN202310295930 A CN 202310295930A CN 116256829 A CN116256829 A CN 116256829A
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grating waveguide
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imprinting
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李晓军
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Original Assignee
National Center for Nanosccience and Technology China
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Abstract

本发明公开一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，涉及近眼显示技术领域，方法包括：制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，然后进行钝化处理；将经过钝化处理后的纳米压印模板的衍射光栅波导图案，通过纳米压印工艺转印至多个转印模板，得到多个具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板；将每个转印模板上的衍射光栅波导图案的反图案通过纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导；转印模版为石英模板或聚合物的柔性模板；波导衬底为透明聚合物衬底且为曲面衬底；纳米压印工艺为热压印或紫外压印。本发明可用于近眼显示器衍射光栅波导的制备，解决了衍射光栅波导制备难度大、产量低、重复性差、无法进行大规模生产的问题。

Description

一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法
本发明是发明名称为“一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法”的分案申请，其中，母案的申请号为201910707421.0，申请日为2019.08.01。
技术领域
本发明涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法。
背景技术
增强现实技术(Augmented Reality，AR)是一种视觉体验和人机交互方式的革新，是将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。
近眼显示器是增强现实技术的关键部件，主要有棱镜、自由曲面、衍射光栅波导三种模式。其中，棱镜方式视场角极小，厚度大，无法满足大型工业化需求；自由曲面方式虽然具有较大的视场角，但是曲面的加工与设计难度大，体积笨重，无法做到轻量化以及便携化；对于衍射光栅波导镜片显示技术，其利用光栅的衍射作用实现光线的入射、转折和出射，利用全反射原理实现光线传输，将微显示器的图像传导至人眼，进而看到虚拟图像，由于衍射光栅波导显示技术采用和光纤技术一样的全反射原理，衍射光栅波导显示元件可以做的和普通眼镜镜片一样轻薄透明，并且具有更大的显示区域和大的视场角，便于集成与小型化、轻量化，具有广阔的应用前景。
传统的光栅加工技术主要有机械刻划法、全息干涉曝光法、激光直写法、聚焦离子束加工法和电子束曝光。其中，机械刻划法主要采用金刚石刀具在金属基底上进行光栅的制作，制作的光栅周期较大，难以制备亚微米周期的光栅，而且制备的光栅粗糙度比较大，容易产生鬼线，且无法在近眼显示所需的玻璃衬底上进行制作；全息干涉曝光法可以在玻璃衬底上制备大面积光栅，但是，其可重复性差、效率低；激光直写法、聚焦离子束加工法和电子束曝光的加工精度高，可以直接加工纳米级别的光栅，无需掩膜版，但是，其无法进行批量和大面积的衍射光栅加工，效率低，价格昂贵。
发明内容
本发明提供一种采用纳米压印工艺制备近眼显示器衍射光栅波导的方法，解决了现有技术中衍射光栅波导制备难度大、产量低、重复性差、无法进行大规模生产的问题。
为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，包括：
制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，并对所述纳米压印模板进行钝化处理；其中，制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板具体包括：提供一压印衬底，在压印衬底上均匀旋涂光刻胶；烘烤去除光刻胶中的光刻胶溶剂，采用曝光工艺对光刻胶层进行曝光至压印衬底表面，显影后在光刻胶上形成衍射光栅波导图案；采用刻蚀工艺对曝光后的压印衬底进行刻蚀，将衍射光栅波导图案从光刻胶转移到压印衬底，在压印衬底形成衍射光栅波导图案；所述压印衬底的材料为单晶硅、石英或玻璃；去除光刻胶，得到具有衍射光栅波导图案的压印模板；
将经过钝化处理后的纳米压印模板的衍射光栅波导图案，通过纳米压印工艺转印至多个转印模板，得到多个具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板；所述转印模版为石英模板或聚合物的柔性模板；
将每个转印模板上的衍射光栅波导图案的反图案通过所述纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导；所述波导衬底为透明聚合物衬底，且为曲面衬底，所述透明聚合物衬底的折射率大于1.75；所述纳米压印工艺为热压印或紫外压印。
可选地，所述制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，还包括：
所述曝光工艺为电子束曝光法、激光直写法和全息曝光法的其中之一；500nm周期以上的衍射光栅波导图案采用激光直写法或者全息曝光法；周期小于500nm的衍射光栅波导图案，采用电子束曝光法。
可选地，近眼显示器的衍射光栅波导包括入射光栅、出射光栅和转折光栅；
所述制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，还包括：
当衍射光栅波导中的入射光栅为二维矩形光栅或倾斜光栅，转折光栅和出射光栅为二维矩形光栅，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺进行刻蚀；
当衍射光栅波导中的入射光栅为闪耀光栅，转折光栅和出射光栅为二维矩形光栅，先采用离子束刻蚀工艺得到闪耀光栅，然后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺得到二维矩形光栅或倾斜光栅。
可选地，采用电子束曝光法对光刻胶层进行曝光至压印衬底表面，显影后在光刻胶上形成衍射光栅波导图案，具体包括：
提供一压印衬底；所述压印衬底为硅片；
采用RCA标准清洗法对硅片进行清洗，清洗后的压印衬底进行烘烤；
在烘烤后的压印衬底上旋涂ZEP520曝光胶，旋涂厚度为145nm～153nm；
经过烘烤，去除光刻胶层中的光刻胶溶剂；
采用电子束直写曝光机对光刻胶层进行曝光，写出衍射光栅波导图案；
曝光完毕的衬底经丁酮体积百分含量为1.5％的乙酸正戊酯溶液，对衬底显影，之后用异丙醇定影，用氮气吹干衬底，显影后在光刻胶层形成衍射光栅波导图案。
可选地，采用紫外压印的方式将压印模板的衍射光栅波导图案，通过纳米压印工艺转印至转印模板，具体包括：
提供一透明柔性衬底；
在透明柔性衬底朝向压印模板一侧旋涂紫外敏感胶；
将透明柔性衬底与压印模板贴合，施加压力使得紫外敏感胶填充至压印模板的衍射光栅波导图案中；
紫外敏感胶固化脱模，得到具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板。
可选地，采用紫外压印将转印模板的衍射光栅波导图案的反图案，通过纳米压印工艺转印至波导衬底，具体包括：
在清洗干净的玻璃片上旋涂紫外压印胶；所述紫外压印胶的厚度为1.2μm～1.6μm；
将转印模板覆盖在涂有紫外压印胶的波导衬底上，通过滚动施压的方式，使得紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中；其中，滚动施压的压强为0.6MPa～0.9MPa；
待紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中，采用UV照射的方式进行紫外压印胶的固化；其中，UV固化时间为22s～28s；
固化完毕后，进行脱模，然后通过刻蚀将紫外压印胶上的衍射光栅波导图案转移到波导衬底上，去除紫外压印胶，得到近眼显示器衍射光栅波导。
可选地，将转印模板上的衍射光栅波导图案的反图案通过所述纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导，具体包括：
通过电铸的方式将转印模板上衍射光栅波导图案的反图案转移至金属镍板；
将电铸的金属镍板置于透明聚合物衬底上；
通过热压印使得透明聚合物衬底进入金属镍板的衍射光栅波导图案，冷却脱模得到近眼显示器衍射光栅波导。
可选地，所述刻蚀工艺的条件为：压强0.3～0.5Pa，刻蚀ICP功率为380～410w，偏压功率为45～56w，CFH3流量为38～44sccm，Ar流量为12～16sccm，O2为4～6sccm，刻蚀时间为160～195s。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，在压印衬底上均匀旋涂光刻胶；烘烤去除光刻胶中的光刻胶溶剂，采用曝光工艺对光刻胶层进行曝光至压印衬底表面，显影后在光刻胶上形成衍射光栅波导图案；采用刻蚀工艺对曝光后的压印衬底进行刻蚀，将衍射光栅波导图案从光刻胶转移到压印衬底，在压印衬底形成衍射光栅波导图案；去除光刻胶，得到具有衍射光栅波导图案的压印模板，然后再进行钝化处理；将经过钝化处理后的纳米压印模板的衍射光栅波导图案，通过纳米压印工艺转印至多个转印模板，得到多个具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板；将每个转印模板上的衍射光栅波导图案的反图案通过所述纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导。
其中，压印衬底的材料为单晶硅、石英或玻璃；转印模版为石英模板或聚合物的柔性模板；波导衬底为透明聚合物衬底，透明聚合物衬底的折射率大于1.75，且为曲面衬底；纳米压印工艺为热压印或紫外压印。而纳米压印技术是一种采用压印模板，在已经具有抗蚀剂的衬底上通过热压或者紫外压印的方式得到图案的技术，具有加工精度高、重复性好、成本低廉、大批量、稳定性高等优点，所制备的近眼显示器衍射光栅波导性能优异，可以满足日趋成熟和快速发展的增强显示(AR)领域的近眼显示镜片的需要，可应用于工业、医疗、教育、娱乐、旅游等领域，市场前景广阔。
另外，本发明中，压印模板通过转印的方式得到转印模板(相应的石英模板或者聚合物的柔性模板)，从而避免直接采用压印模板进行近眼显示器的压印，采用同一压印模板可以制备多个转印模板，延长压印模板的寿命，降低成本，解决了现有技术中由于压印模板的制备工艺较为复杂，价格高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为衍射光栅波导的光栅分布图；
图2为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中压印模板的制备流程图；
图3为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中转印模板的制备流程图；
图4为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中基于纳米压印制备衍射光栅波导的制备流程图；
图5为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中基于纳米压印制备衍射光栅波导的另一种制备流程图；
图6为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中柔性模板在曲面衬底上制备衍射光栅波导的制备流程图；
图7为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中柔性模板在曲面衬底上制备衍射光栅波导的另一种制备流程图；
图8为本发明的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法中热压印制备轻质聚合物基衍射光栅波导的制备流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更好地了解衍射光栅波导，下面对衍射光栅波导进行介绍，近眼显示器的衍射光栅波导主要包括入射光栅和出射光栅，有些还可以包括转折光栅，参见图1。所谓衍射光栅波导图案是指具有衍射光栅波导相应光栅(入射光栅和出射光栅，或者，入射光栅、出射光栅和转折光栅)结构的图案。
本申请提供了一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，参见图1至图8，包括如下步骤：
步骤1：制备具有衍射光栅波导图案的压印模板，需要说明的是，上述压印模板可以是纳米级的，也就是说，上述压印模板可以为纳米压印模板。
步骤2：将压印模板的衍射光栅波导图案通过纳米压印工艺转印至转印模板，得到具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板。
步骤3：将转印模板的衍射光栅波导图案的反图案通过纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导。
与现有技术相比，本申请提供的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，采用纳米压印工艺(热压印、紫外压印或者辊压印)，纳米压印技术是一种采用压印模板，在已经具有抗蚀剂的衬底上通过热压或者紫外压印的方式得到图案的技术，具有加工精度高、重复性好、成本低廉、大批量、稳定性高等优点，所制备的近眼显示器衍射光栅波导性能优异，可以满足日趋成熟和快速发展的增强显示(AR)领域的近眼显示镜片的需要，可应用于工业、医疗、教育、娱乐、旅游等领域，市场前景广阔。
此外，由于压印模板的制备工艺较为复杂，价格加高，压印模板可以通过转印的方式得到转印模板(相应的石英模板或者聚合物的柔性模板)，从而避免直接采用压印模板进行近眼显示器的压印，采用同一压印模板可以制备多个转印模板，延长压印模板的寿命，降低成本。
对于步骤1，制备具有衍射光栅波导图案的压印模板可以包括如下步骤：提供一压印衬底，在压印衬底上均匀旋涂光刻胶，例如，PMMA光刻胶或ZEP520光刻胶等；烘烤去除光刻胶中的光刻胶溶剂，采用曝光工艺对光刻胶层进行曝光至压印衬底表面，显影后在光刻胶上形成衍射光栅波导图案；采用刻蚀工艺对曝光后的压印衬底进行刻蚀，将衍射光栅波导图案从光刻胶转移到压印衬底，在压印衬底形成衍射光栅波导图案；去除光刻胶，得到具有衍射光栅波导图案的压印模板，参见图2。
上述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压印模板的制备。例如，考虑到激光直写法或者全息曝光法的生产效率高，但是只适用于大尺寸光栅的生产，因此，500nm周期以上的衍射光栅波导图案可以采用激光直写法或者全息曝光法制备压印模板；对于周期小于500nm的衍射光栅波导图案，可以选择生产效率低但是适用于小尺寸光栅生产的电子束曝光法。
举例来说，采用电子束曝光法进行曝光和显影，具体工艺过程如下：提供一压印衬底，采用RCA标准清洗法对硅片进行清洗，清洗后的压印衬底经过100℃～115℃烘烤1min～3min；在烘烤后的压印衬底上旋涂光刻胶，选用耐抗刻蚀并且分辨率高的ZEP520曝光胶，旋涂厚度为145nm～153nm；经过175℃～182℃烘烤1min～2min，去除光刻胶层中的光刻胶溶剂；采用电子束直写曝光机对光刻胶层进行曝光，写出图1所示的衍射光栅波导图案，曝光剂量为286μC/cm2～310μC/cm2，电子束的束斑直径为0.8nm～1.2nm，束流为18nA～21nA，曝光完毕的衬底经丁酮体积百分含量为1.5％的乙酸正戊酯溶液，对衬底显影1.3min～1.8min，之后用异丙醇定影1.4min～1.7min，用氮气吹干衬底，显影后在光刻胶层形成衍射光栅波导图案，其中，入射光栅周期是200nm～280nm，转折光栅周期是220nm～246nm，出射光栅周期是236nm～260nm。
为了提高上述压印模板的制备适应性，压印模板(即压印衬底)的材料可以选择单晶硅、石英或玻璃等硅材料，采用硅作为压印模板的衬底材料，是因为硅衬底为上述几种压印模板加工工艺中的通用材料，适用性强，能够方便地采用上述几种加工工艺的组合进行加工。
需要说明的是，通常情况下，衍射光栅波导的入射光栅、转折光栅和出射光栅均为二维矩形光栅，但是，有时为了满足更佳的视觉体验，入射光栅还可以为闪耀光栅或者倾斜光栅。
示例性地，当衍射光栅波导中的入射光栅为二维矩形光栅或倾斜光栅，转折光栅和出射光栅为二维矩形光栅，可以采用感应耦合等离子体刻蚀工艺进行刻蚀，具体刻蚀工艺条件为衬底温度为0℃～2℃，ICP等离子体上功率130W～155W，下功率RF为18W～23W，压强为0.9Pa～1.2Pa，SF6流量为26sccm～33sccm，O2流量为4sccm～7sccm，Ar流量为6sccm～9sccm，刻蚀时间为12s～17s。刻蚀后的衬底经过丁酮超声8min～10min，去掉ZEP520残胶，得到具有衍射光栅波导图案的压印模板。
当衍射光栅波导中的入射光栅为闪耀光栅，转折光栅和出射光栅为二维矩形光栅，可以先采用离子束刻蚀工艺得到闪耀光栅，然后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺得到二维矩形光栅或倾斜光栅，从而得到具有衍射光栅波导图案的压印模板。离子束刻蚀工艺条件为曝光后的衬底上旋涂212nm～230nm的ZAP520A曝光胶层，烘烤温度为175℃～186℃，烘烤时间为1.5min～2min，曝光后显影，得到周期为220nm～239nm的具有闪耀光栅图案的曝光胶层，进行离子束刻蚀，离子束流30mA～35mA，氩气流量为28sccm～33sccm，离子束能量为580eV～623eV，离子束刻蚀倾斜角为40°～42°，刻蚀时间为2.5h～3.0h，刻蚀结束后去除残留曝光胶层，得到具有衍射光栅波导图案的压印模板。
为了降低压印模板的表面能，便于后续压印过程的脱模，上述步骤1还需要对具有衍射光栅波导图案的压印模板进行钝化处理，钝化处理包括如下步骤：清洗压印模板，将清洗后的压印模板在78℃～85℃下加热8min～11min，然后将硅模板置于真空干燥器中，将50微升全辛基氟硅烷滴于硅模板旁边的载玻片上，然后抽真空至30Pa，保压5h后取出钝化完毕的硅模板。
示例性地，步骤2中，上述转印模板可以为石英模板或柔性模板，为了能够得到不同弯曲曲率的近眼显示器衍射光栅波导，上述转印模板可以为柔性模板，例如，PET模板、PDMS模板或者氟塑料模板，采用这种软模板既可以在平坦的衬底上压印，也可以在弯曲的曲面上压印，从而得到各种不同弯曲曲率的近眼显示器，更容易得到符合人体工学的衍射光栅波导镜片。
对于步骤2，可以采用热压印或者紫外压印的方式将压印模板的衍射光栅波导图案转印至转印模板。
采用热压印的方式将压印模板的衍射光栅波导图案转印至转印模板可以包括如下步骤：将柔性衬底(例如，热塑性高分子聚合物衬底)置于压印模板具有衍射光栅波导图案的表面，将柔性衬底加热至玻璃化温度以上，施加压力，使得柔性衬底软化并填充至压印模板的衍射光栅波导图案中，冷却脱模，得到具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板，参见图3。
示例性地，将氟化树脂衬底置于压印模板上，加热至90℃～98℃，施加压强为26bar～33bar，保压时间为12min～19min，然后脱模得到相应的转印模板。
采用紫外压印的方式将压印模板的衍射光栅波导图案转印至转印模板可以包括如下步骤：提供一透明柔性衬底，在透明柔性衬底朝向压印模板一侧旋涂紫外敏感胶；将透明柔性衬底与压印模板贴合，施加压力使得紫外敏感胶填充至压印模板的衍射光栅波导图案中，采用紫外照射将紫外敏感胶固化脱模，得到具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板。
同样地，对于步骤3，可以采用热压印或者紫外压印将转印模板的衍射光栅波导图案的反图案转印至波导衬底。需要说明的是，紫外压印相对于热压印，可以施加更小的压力，复制速度快，并可以采用滚-片(roll-plate)的压印方式，实现衍射光栅波导近眼显示器的批量生产，实光栅的大面积快速复制。
采用紫外压印将转印模板的衍射光栅波导图案的反图案转印至波导衬底包括如下步骤：提供一波导衬底，在波导衬底朝向转印模板一侧旋涂紫外压印胶；将转印模板覆盖在涂有紫外压印胶的波导衬底上，通过气动均匀施压或者滚动施压的方式，使得紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中，采用紫外照射将紫外压印胶固化脱模，得到近眼显示器衍射光栅波导，参见图4。
具体压印工艺过程和参数如下：在清洗干净的波导衬底(例如，玻璃片)上旋涂紫外压印胶，紫外压印胶的厚度为1.2μm～1.6μm，将转印模板覆盖于匀胶的波导衬底上，采用滚压印施加压力，压强为0.6MPa～0.9MPa，待紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中，采用UV照射的方式进行紫外压印胶的固化，UV固化时间为22s～28s，固化完毕后，脱模便得到近眼显示器衍射光栅波导。
为了进一步提高显示效果，固化脱模后还可以包括如下步骤：通过刻蚀将紫外压印胶上的衍射光栅波导图案转移到波导衬底上，去除紫外压印胶，从而能够获得显示效果更佳的眼显示器衍射光栅波导，进一步提高衍射光栅波导温度范围、视场角、分辨率和清晰度，参见图5。具体刻蚀的工艺条件为：压强0.3Pa～0.5Pa，刻蚀ICP功率为380w～410w，偏压功率为45w～56w，CFH3流量为38sccm～44sccm，Ar流量为12sccm～16sccm，O2为4sccm～6sccm，刻蚀时间为160s～195s。
为了得到宽视角(FOV)的近眼显示器衍射光栅波导，可以采取高折射率(折射率大于1.8)的玻璃衬底作为波导衬底，采用高折射率(折射率大于1.7)的紫外光刻胶，固化后的紫外光刻胶具有较高的使用环境温度，可以满足近眼显示器衍射光栅波导的不同使用环境。
值得注意的是，为了制备更符合人体工学的近眼显示器，当转印模板为柔性模板时，可以采用曲面衬底作为波导衬底，在曲面衬底上制备近眼显示器衍射光栅波导，例如，带有弧度的近视眼镜片等。采用柔性模板，在曲面衬底上制备近眼显示器衍射光栅波导的具体工艺流程参见图6：提供一曲面衬底作为波导衬底，在曲面衬底朝向转印模板一侧通过狭缝刮涂工艺均匀地覆盖1.8μm～2.3μm的紫外压印胶，将转印模板覆盖在涂有紫外压印胶的曲面衬底上，通过气动均匀施压或者滚动施压的方式，施加压强为0.2MPa～0.5MPa，使得紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中，采用紫外照射将紫外压印胶固化22s～28s脱模，得到近眼显示器衍射光栅波导。为了保证光学性能，可以通过设计变周期的光栅结构，当柔性模板弯曲与曲面衬底贴合时，通过柔性模板弯曲使得光栅周期发生变化，以便得到符合光学性能的曲面衍射光栅波导近眼显示器。
为了进一步提高近眼显示器的性能，比如使用温度范围、视场角、分辨率和清晰度，步骤3中，固化脱模后还包括如下步骤：通过刻蚀将紫外压印胶上的衍射波导图案转移至曲面衬底，去除紫外压印胶，如图7所示，刻蚀的工艺条件为：压强0.5Pa，刻蚀ICP功率为500w，偏压功率为30w，CFH3流量为42sccm，Ar流量为15sccm，O2为5sccm，刻蚀时间为200s。
为了得到轻质、耐腐蚀及抗摔裂的近眼显示器衍射光栅波导，步骤3中，可以采用高折射率(大于1.75)的透明聚合物衬底(例如，改性的透明热塑性聚合物PMMA、PET等)作为波导衬底。
对于采用透明聚合物衬底制备衍射光栅波导的制备过程如图8所示：波导衬底材料可以采用改性的PMMA，将转印模板上的图形通过电铸转移到金属镍板，利用镍板进行热压印。具体是在转印模板上采用电子束蒸发镀膜等工艺沉积镍种子层，蒸发料为3N～6N的镍颗粒，沉积室压强抽至4.5～5.6×10-4Pa，电子束流为38mA～45mA，蒸发速率为0.1埃/秒～0.4埃/秒，厚度为85nm～150nm，需要说明的是，还可以采用原子层沉积或磁控溅射沉积镍种子层；电铸采用氨基磺酸镍为电铸液，电铸温度为43～46℃，电流密度为3.8A/dm2～4.4A/dm2，时间为2.5h～3.7h。将电铸的金属镍版置于波导衬底上，加热至120℃～140℃，压印的压强为5.5MPa～6.7MPa，保压时间为8min～11min，然后降温至63℃～69℃，脱模得到基于改性PMMA的近眼显示器衍射光栅波导。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，方法包括：
制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，并对所述纳米压印模板进行钝化处理；其中，制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板具体包括：提供一压印衬底，在压印衬底上均匀旋涂光刻胶；烘烤去除光刻胶中的光刻胶溶剂，采用曝光工艺对光刻胶层进行曝光至压印衬底表面，显影后在光刻胶上形成衍射光栅波导图案；采用刻蚀工艺对曝光后的压印衬底进行刻蚀，将衍射光栅波导图案从光刻胶转移到压印衬底，在压印衬底形成衍射光栅波导图案；所述压印衬底的材料为单晶硅、石英或玻璃；去除光刻胶，得到具有衍射光栅波导图案的压印模板；
将经过钝化处理后的纳米压印模板的衍射光栅波导图案，通过纳米压印工艺转印至多个转印模板，得到多个具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板；所述转印模版为石英模板或聚合物的柔性模板；
将每个转印模板上的衍射光栅波导图案的反图案通过所述纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导；所述波导衬底为透明聚合物衬底，且为曲面衬底，所述透明聚合物衬底的折射率大于1.75；所述纳米压印工艺为热压印或紫外压印。
2.根据权利要求1所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，所述制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，还包括：
所述曝光工艺为电子束曝光法、激光直写法和全息曝光法的其中之一；500nm周期以上的衍射光栅波导图案采用激光直写法或者全息曝光法；周期小于500nm的衍射光栅波导图案，采用电子束曝光法。
3.根据权利要求1所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，近眼显示器的衍射光栅波导包括入射光栅、出射光栅和转折光栅；
所述制备具有衍射光栅波导图案的纳米压印模板，还包括：
当衍射光栅波导中的入射光栅为二维矩形光栅或倾斜光栅，转折光栅和出射光栅为二维矩形光栅，采用感应耦合等离子体刻蚀工艺进行刻蚀；
当衍射光栅波导中的入射光栅为闪耀光栅，转折光栅和出射光栅为二维矩形光栅，先采用离子束刻蚀工艺得到闪耀光栅，然后采用感应耦合等离子体刻蚀工艺得到二维矩形光栅或倾斜光栅。
4.根据权利要求2所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，采用电子束曝光法对光刻胶层进行曝光至压印衬底表面，显影后在光刻胶上形成衍射光栅波导图案，具体包括：
提供一压印衬底；所述压印衬底为硅片；
采用RCA标准清洗法对硅片进行清洗，清洗后的压印衬底进行烘烤；
在烘烤后的压印衬底上旋涂ZEP520曝光胶，旋涂厚度为145nm～153nm；
经过烘烤，去除光刻胶层中的光刻胶溶剂；
采用电子束直写曝光机对光刻胶层进行曝光，写出衍射光栅波导图案；
曝光完毕的衬底经丁酮体积百分含量为1.5％的乙酸正戊酯溶液，对衬底显影，之后用异丙醇定影，用氮气吹干衬底，显影后在光刻胶层形成衍射光栅波导图案。
5.根据权利要求1所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，采用紫外压印的方式将压印模板的衍射光栅波导图案，通过纳米压印工艺转印至转印模板，具体包括：
提供一透明柔性衬底；
在透明柔性衬底朝向压印模板一侧旋涂紫外敏感胶；
将透明柔性衬底与压印模板贴合，施加压力使得紫外敏感胶填充至压印模板的衍射光栅波导图案中；
紫外敏感胶固化脱模，得到具有衍射光栅波导图案的反图案的转印模板。
6.根据权利要求1所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，采用紫外压印将转印模板的衍射光栅波导图案的反图案，通过纳米压印工艺转印至波导衬底，具体包括：
在清洗干净的玻璃片上旋涂紫外压印胶；所述紫外压印胶的厚度为1.2μm～1.6μm；
将转印模板覆盖在涂有紫外压印胶的波导衬底上，通过滚动施压的方式，使得紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中；其中，滚动施压的压强为0.6MPa～0.9MPa；
待紫外压印胶填充至转印模板的衍射光栅波导图案的反图案中，采用UV照射的方式进行紫外压印胶的固化；其中，UV固化时间为22s～28s；
固化完毕后，进行脱模，然后通过刻蚀将紫外压印胶上的衍射光栅波导图案转移到波导衬底上，去除紫外压印胶，得到近眼显示器衍射光栅波导。
7.根据权利要求1所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，将转印模板上的衍射光栅波导图案的反图案通过所述纳米压印工艺转印至波导衬底，得到近眼显示器衍射光栅波导，具体包括：
通过电铸的方式将转印模板上衍射光栅波导图案的反图案转移至金属镍板；
将电铸的金属镍板置于透明聚合物衬底上；
通过热压印使得透明聚合物衬底进入金属镍板的衍射光栅波导图案，冷却脱模得到近眼显示器衍射光栅波导。
8.根据权利要求1所述的近眼显示器衍射光栅波导的制备方法，其特征在于，所述刻蚀工艺的条件为：压强0.3～0.5Pa，刻蚀ICP功率为380～410w，偏压功率为45～56w，CFH3流量为38～44sccm，Ar流量为12～16sccm，O2为4～6sccm，刻蚀时间为160～195s。
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