本發(fā)明大體上涉及回填表面浮雕光柵并更具體地回填排空周期性結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、波導(dǎo)可稱(chēng)作具有限制和引導(dǎo)波(即限制波可傳播的空間區(qū)域)的能力的結(jié)構(gòu)。一個(gè)子類(lèi)包括光波導(dǎo)，其是可引導(dǎo)電磁波，典型地是在可見(jiàn)光譜中的那些電磁波的結(jié)構(gòu)。波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可被設(shè)計(jì)成使用多種不同的機(jī)制來(lái)控制波的傳播路徑。例如，平面波導(dǎo)可被設(shè)計(jì)為利用衍射光柵來(lái)將入射光衍射并耦合到波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，使得入耦合(in-coupled)光可經(jīng)由全內(nèi)反射(tir)在平面結(jié)構(gòu)內(nèi)行進(jìn)。

2、波導(dǎo)的制造可包括使用允許在波導(dǎo)內(nèi)或波導(dǎo)的表面上記錄全息光學(xué)元件的材料體系。一類(lèi)這樣的材料包括聚合物分散液晶(pdlc)混合物，其為含有可光聚合的單體和液晶的混合物。另外的子類(lèi)的這樣的混合物包括全息聚合物分散液晶(hpdlc)混合物?？赏ㄟ^(guò)用兩束或更多束互相相干激光束照射材料在這樣的液體混合物中來(lái)記錄全息光學(xué)元件例如體積相位光柵。在記錄過(guò)程期間，單體聚合，并且混合物經(jīng)歷光聚合引發(fā)的相分離，從而產(chǎn)生由液晶(lc)微滴密集分布的區(qū)域，散布有透明聚合物的區(qū)域。交替的富液晶區(qū)域和貧液晶區(qū)域形成光柵的條紋面。

3、波導(dǎo)光學(xué)元件(例如以上描述的那些)可被考慮用于一系列顯示系統(tǒng)和傳感器應(yīng)用。在許多應(yīng)用中，可使用各種波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和材料體系來(lái)實(shí)現(xiàn)含有一個(gè)或多個(gè)表達(dá)多種光學(xué)功能的光柵層的波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(ar)和虛擬現(xiàn)實(shí)(vr)的近眼顯示器、用于航空和道路運(yùn)輸?shù)木o湊型平視顯示器(hud)和用于生物測(cè)量和激光雷達(dá)(lidar)應(yīng)用的傳感器的新創(chuàng)新。因?yàn)檫@些應(yīng)用中的許多涉及消費(fèi)產(chǎn)品，所以對(duì)于大量制造全息波導(dǎo)的高效低成本方式存在不斷增加的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及用于記錄光柵結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：將全息混合物沉積至第一基材上，所述全息混合物含有單體與惰性材料的混合物；將全息混合物暴露于全息記錄光束以形成包括富聚合物區(qū)域和富惰性材料區(qū)域的體積光柵；從富惰性材料區(qū)域去除惰性材料以形成包括富聚合物區(qū)域和含有殘余聚合物網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域的排空周期性結(jié)構(gòu)；將灰化工藝應(yīng)用于含有殘余聚合物網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域以形成包括富聚合物區(qū)域和空氣區(qū)域的灰化光柵；將涂層材料沉積至灰化光柵上以形成最終光柵，其中涂層材料回填空氣區(qū)域并涂覆(overcoat)富聚合物區(qū)域。

2、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層材料是硅和氮的化學(xué)化合物。

3、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層材料是以最小厚度大于200nm施加的氮化硅(si3n4)。

4、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層材料的折射率大于聚合物的折射率。

5、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層材料的折射率低于聚合物的折射率。

6、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層材料是多于一種材料的復(fù)合材料。

7、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積涂層材料包括多于一個(gè)涂覆步驟。

8、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層材料包括納米顆粒。

9、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中最后光柵是傾斜光柵。

10、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中最后光柵是光子晶體。

11、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括將減反射涂層沉積至最終光柵。

12、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積涂層材料包括等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)工藝。

13、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括用第二基材覆蓋涂層材料，其中上表面與空氣接觸和下表面支撐與涂層材料接觸放置的釋放層(releaselayer)。

14、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積涂層材料包括原子層沉積(ald)工藝。

15、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積涂層材料包括將涂層材料的一部分布滿(mǎn)至富聚合物區(qū)域內(nèi)含有的孔中。

16、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中最終光柵包括體積相位光柵(vpg)，所述體積相位光柵包括交替的富聚合物區(qū)域和富涂層材料區(qū)域，被由涂層材料形成的表面浮雕光柵(srg)覆蓋，其中srg的最大值覆蓋vpg的富聚合物區(qū)域，并且其中srg的最小值覆蓋vpg的富涂層材料區(qū)域。

17、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中vpg是體布拉格光柵(vbg)。

18、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中通過(guò)選自以下的至少一者來(lái)改性接觸第一基材的表面的全息混合物：納米結(jié)構(gòu)化、化學(xué)功能化和涂覆。

19、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層部分回填空氣區(qū)域，使得在覆蓋相鄰富聚合物區(qū)域的涂層的相鄰部分之間仍存在空氣區(qū)域的一部分。

20、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層在相鄰富聚合物區(qū)域之間的區(qū)段中接觸第一基材。

21、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其還包括將回填材料沉積至在相鄰富聚合物區(qū)域之間的區(qū)段中接觸第一基材的涂層之上，以回填涂層的相鄰部分之間的空氣區(qū)域。

22、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中回填材料部分回填涂層的相鄰部分之間的空氣區(qū)域，使得在回填材料之上涂層的相鄰部分之間仍存在空氣區(qū)域。

23、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中回填材料包括高折射率樹(shù)脂。

24、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積回填材料包括滴涂(dropcasting)、旋涂、狹縫涂布(slot-die?coating)或噴涂。

25、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括將沉積的回填材料固化。

26、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層包括無(wú)機(jī)材料。

27、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中涂層包括al2o3、tio2和/或hfo2。

28、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積涂層材料包括原子層沉積技術(shù)。

29、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其包括：基材；位于基材上的聚合物區(qū)域的重復(fù)圖案；共形涂覆基材和聚合物區(qū)域的暴露表面的涂層；和占據(jù)涂層的相鄰部分之間區(qū)域的回填材料。

30、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層在相鄰聚合物區(qū)域之間的區(qū)段中接觸基材。

31、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中回填材料部分回填涂層的相鄰部分之間的區(qū)域，使得在回填材料之上涂層的相鄰部分之間存在空氣區(qū)域。

32、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中回填材料包括高折射率樹(shù)脂。

33、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其包括：基材；位于基材上的聚合物區(qū)域的重復(fù)圖案；共形涂覆基材和聚合物區(qū)域的暴露表面的涂層，其中涂層完全填充聚合物區(qū)域之間的區(qū)段并延伸超出聚合物區(qū)域的頂部，使得形成包括體積相位光柵(vpg)的最終光柵，所述體積相位光柵包括交替的富聚合物區(qū)域和富涂層材料區(qū)域，被由涂層材料形成的表面浮雕光柵(srg)覆蓋，其中srg的最大值覆蓋vpg的富聚合物區(qū)域，并且其中srg的最小值覆蓋vpg的富涂層材料區(qū)域。

34、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層是硅和氮的化學(xué)化合物。

35、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層材料是以最小厚度大于200nm施加的氮化硅(si3n4)。

36、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層的折射率大于聚合物區(qū)域的折射率。

37、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層的折射率低于聚合物區(qū)域的折射率。

38、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層是多于一種材料的復(fù)合材料。

39、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層包括納米顆粒。

40、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中聚合物區(qū)域被傾斜以產(chǎn)生傾斜光柵。

41、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，還包括覆蓋涂層的減反射。

42、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，還包括第二基材，其中上表面與空氣接觸和下表面支撐與涂層材料接觸放置的釋放層。

43、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及光柵結(jié)構(gòu)，其中涂層被布滿(mǎn)到聚合物區(qū)域內(nèi)含有的孔中。

44、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及用于制造衍射波導(dǎo)的方法，其包括以下步驟：將全息混合物涂覆至第一基材上，所述全息混合物包括惰性組分和單體組分；將全息混合物暴露于全息記錄光束以形成包括由惰性組分區(qū)域隔開(kāi)的富聚合物區(qū)域的體積光柵；從體積光柵去除至少一部分的惰性組分以形成包括由空氣區(qū)域隔開(kāi)的富聚合物區(qū)域的排空周期性結(jié)構(gòu)；使用干沉積工藝將第一高折射率材料沉積至聚合物結(jié)構(gòu)上；和使用液體沉積工藝將第二高折射率材料沉積至第一高折射率材料上。

45、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中聚合物結(jié)構(gòu)是表面浮雕衍射結(jié)構(gòu)。

46、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中惰性組分包括液晶、惰性流體和/或納米顆粒。

47、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第一高折射率材料是無(wú)機(jī)的。

48、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第一高折射率材料包括多個(gè)層。

49、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中多個(gè)層包括不同材料。

50、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中多個(gè)層包括不同厚度。

51、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中干沉積工藝是選自以下的一者：原子層沉積(ald)、化學(xué)氣相沉積(cvd)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)、和金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積(mocvd)。

52、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第二高折射率材料是樹(shù)脂。

53、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中液體沉積工藝選自以下：滴涂、旋涂、狹縫涂布和噴涂。

54、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中沉積第二高折射率材料包括使用包括溶劑的溶液。

55、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第二高折射率材料涂覆至由將干沉積工藝應(yīng)用于聚合物材料產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)上以在由第一高折射率材料的相鄰部分圍繞的第二高折射率材料之上提供空氣空間。

56、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第二高折射率材料至少部分填充在將干沉積工藝應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)之后存在的第一高折射率材料的相鄰區(qū)域之間的空氣間隙。

57、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第二高折射率材料完全浸沒(méi)由將干沉積工藝應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。

58、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，其中第二高折射率材料使由將干沉積工藝應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)平面化。

59、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括將第二基材定位在第二高折射率材料上，其中第二高折射率材料將第二基材結(jié)合到由將干沉積和液體沉積工藝應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。

60、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括在由將干沉積和液體沉積工藝應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)之上覆蓋第二基材。

61、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括將釋放層沉積到第二基材上，這有利于第二基材的去除。

62、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及方法，還包括將熱回流工藝應(yīng)用于聚合物結(jié)構(gòu)。

63、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其包括：第一基材；在第一基材上形成的包括聚合物條紋的聚合物結(jié)構(gòu)；共形涂覆聚合物條紋的第一高折射率材料層；占據(jù)第一高折射率材料層的相鄰部分之間的空間的第二高折射率材料層。

64、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中第二高折射率材料完全填充第一高折射率材料層的相鄰部分之間的區(qū)段，并且包括第一高折射率材料高度之上的平面化層，以使聚合物結(jié)構(gòu)平面化。

65、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，還包括覆蓋第二高折射率材料的平面表面的第二基材。

66、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中第一高折射率材料層包括無(wú)機(jī)材料和第二高折射率材料層包括有機(jī)材料。

67、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中第一高折射率材料和第二高折射率材料具有比聚合物結(jié)構(gòu)更高的衍射指數(shù)。

68、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中聚合物條紋是傾斜的。

69、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中聚合物條紋的深度在1-3微米范圍內(nèi)，和條紋間距在0.35至0.80微米范圍內(nèi)。

70、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中聚合物條紋的深度與條紋間距之比在1:1至5:1的范圍內(nèi)。

71、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其包括：第一基材；在第一基材上形成的包括聚合物條紋的聚合物結(jié)構(gòu)；占據(jù)相鄰聚合物條紋之間的空間的第一高折射率材料層；和共形涂覆第一高折射率材料層和聚合物條紋的暴露部分的第二高折射率材料層。

72、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及衍射波導(dǎo)，其中第一高折射率材料包括有機(jī)材料和第二高折射率材料層包括無(wú)機(jī)材料。

73、在一些方面，本文描述的技術(shù)涉及用于制造衍射波導(dǎo)的方法，其包括以下步驟：將全息混合物涂覆至第一基材上，所述全息混合物包括惰性組分和單體組分；將全息混合物暴露于全息記錄光束以形成包括由惰性組分區(qū)域隔開(kāi)的富聚合物區(qū)域的體積光柵；從體積光柵去除至少一部分的惰性組分以形成包括由空氣區(qū)域隔開(kāi)的富聚合物區(qū)域的排空周期性結(jié)構(gòu)；使用液體沉積工藝將第一高折射率材料沉積至聚合物結(jié)構(gòu)上；和使用干沉積工藝將第二高折射率材料沉積至第一高折射率材料上。