[发明专利]一种全息光栅模板及其制备方法

说明书

本发明提供一种全息光栅模板及其制备方法，全息光栅模板的制备方法包括：提供一衬底，衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，光刻胶层具有图形；以图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀硬掩模层，将图形复制至硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；对衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；刻蚀硬掩模层并暴露出衬底；刻蚀衬底的非离子注入区，以暴露出光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。通过离子注入工艺得到所需形状的光栅结构区，经过高刻蚀选择比刻蚀保留光栅结构区，从而得到全息光栅模板，工艺难度较低，工艺可行性高；通过在衬底上直接形成光栅结构区，避免了光刻工艺的转版步骤，减少了工艺步骤，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及显示设备技术领域，特别是涉及一种全息光栅模板及其制备方法。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术也被称为扩增现实，是促使真实世界信息和虚拟世界信息综合得到的一种较新的技术。AR技术通过将现实世界中比较难以体验的空间范围的实体信息，在电脑等科学技术的基础上进行了模拟仿真和叠加，使得虚拟信息在真实世界中得到有效应用，并且在这一过程中能够被人类所感知，从而实现了超越现实的感官体验。在真实环境和虚拟物体之间重叠之后，使得二者能够在同一个画面以及空间同时存在。AR技术广泛应用于虚拟训练、娱乐与艺术，医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域。

全息波导显示技术(Head Mounted Display，HMD)是AR技术的关键组成技术。HMD的基本原理是光的全反射和衍射，全息波导显示系统主要包括微显示器、全息光栅和平板波导，所述微显示器产生了图像，该图像经过微型准直透镜后变成平行光进入光波导，再到达全息光栅后，由于全息光栅的衍射效应使平行光改变传输方向从而满足全反射条件并沿波导方向向前无损传播，当平行光传播到全息光栅时，全反射条件被破坏从而使平行光从全息波导出射，并进入人眼成像。专利CN104614858A，CN108828780A，CN108398791A都是基于该系统的发明。

而全息光栅作为HMD的关键元件，其主要起到输入光耦合和输出光耦合显像的作用，全息光栅的设计主要包括光栅的栅格形状，衍射效率的设计以及光栅整体结构的设计。为了得到全息光栅中呈斜锯齿形的光栅，现有的方法例如专利CN10642397A描述的制备全息波导树脂镜片的光栅模板的主要思路是：利用光刻工艺在光刻胶上形成光栅图形，然后利用转版技术把光栅图形从比较软的光刻胶上转移到较硬的材料上，以便形成硬度足够、耐磨性好的光栅模板，或者利用机械精密加工方案直接在有机材料或石英、硅片、镍金属等衬底上进行光栅制作。该专利中形成光栅模板的几种方法讲述的均比较笼统，且专利中的这些方法难以实施，例如光刻工艺不能形成倾斜的光刻胶图形形貌(即使采用灰度掩膜技术，也很难形成专利中所说的斜锯齿形光栅图形)，也不能进行图形的转版转移；又例如使用机械精密加工方案，其纳米加工的工艺精度很难保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全息光栅模板及其制备方法，能够降低工艺难度，还可以提高工艺可行性。

为了解决上述问题，本发明提供了一种全息光栅模板的制备方法，包括以下步骤：

提供一衬底，所述衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，所述光刻胶层具有图形；

以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述硬掩模层，将所述图形复制至所述硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；

对所述衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；

刻蚀所述硬掩模层并暴露出所述衬底；以及

刻蚀所述衬底的非离子注入区，以暴露出所述光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。

可选的，所述衬底包括基底和外延层，所述外延层形成于所述基底上。

进一步的，对所述衬底执行离子注入工艺，以得到光栅模板图形区包括：