一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备
专利汇可以提供一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开提供了一种批量化生产AR衍射光 波导 的方法和设备，本公开可以实现任意形状大面积AR衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)低成本批量化生产，采用双 光子 聚合微纳3D打印实现任意形状倾斜光栅大面积母版的制造(一方面解决了任意形状倾斜光栅母版制造的难题，另一方面能实现大尺寸 晶圆 级母版的直接制造，而且还具有制造成本低和生产效率高的优势)。采用复合 纳米压印 光刻 技术(结合压印特有适合倾斜光栅压印工艺和复合软模具)，解决了大倾斜 角 、大槽深倾斜光栅无法脱模导致无法制造的难题，实现了倾斜光栅无约束(几何形状和尺寸)制造。，下面是一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备专利的具体信息内容。
1.一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)制造聚合物母版：采用双光子聚合微纳3D打印制造聚合物母版；
(2)制造金属母模：利用步骤(1)制造的聚合物母版，结合精密微电铸技术，制造倾斜光栅金属镍母模；
(3)制造工作软模具：确定支撑层和图形层材料，以步骤(2)制造的倾斜光栅金属镍母模为模具，采用工作软模具复制设备，批量化复制工作软模具；
(4)复合纳米压印光刻制造表面浮雕倾斜光栅：选定压印材料和压印基材，利用步骤(3)制备的工作软模具为压印模具，利用复合纳米压印技术，覆模时，保证工作软模具覆模的方向与工作软模具上的倾斜光栅的方向相反，使倾斜光栅结构顺向压印、转移复制至压印材料上；压印时，采用两次压印，并且两次压印时压印的方向与工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反；脱模时，采用“揭开式”脱模，脱模的方向与工作软模具上的倾斜光栅的方向一致，完成晶圆级倾斜光栅的制造；
(5)通过激光划片技术，将制造的晶圆级级表面浮雕倾斜光栅切割成AR眼镜所需要的表面浮雕倾斜光栅，完成AR衍射光波导的制造。
2.如权利要求1所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：完成第一轮生产循环后，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)与步骤(4)和步骤(5)并行运行；
或/和，所述步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)是串行生产；步骤(4)和步骤(5)是串行生产。
3.如权利要求1所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述步骤(1)中，聚合物母版的制造步骤具体包括：
根据所设计倾斜光栅几何形状和尺寸，利用数据处理软件将其转换成加工文件；随后，将加工文件输入到双光子聚合微纳3D打印机；
根据设计数据，逐层打印，直至完成整个倾斜光栅的打印；
从打印机的打印平台上取下制造的倾斜光栅，去除支撑结构，进一步后固化处理，制备出倾斜光栅聚合物母版。
4.如权利要求1所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述步骤(2)中，制造金属母模的方法：
采用倾斜溅射的方式，在倾斜光栅聚合物母版表溅射沉积种子层Cr/Cu；
采用精密微电铸工艺，成形复制出倾斜光栅镍母模；
倾斜光栅镍母模与聚合物母版分离，完全去除镍母模上粘附的聚合物母版残留结构和材料，对镍母模倾斜光栅表面处理，以减小表面粗糙度，提高倾斜光栅表面质量。
5.如权利要求1所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述步骤(3)中，批量化复制工作软模具的步骤具体包括：
在金属母模先涂覆一层脱模剂，采用精密涂布方式，再涂覆一层液态工作软模具图形层材料，将涂覆有图形层材料的金属母模置于工作软模具复制设备的承片台上，并通过真空吸附予以固定，将支撑层材料吸附包裹在工作软模具复制设备上的滚轮外表面上；
利用工作软模具复制设备，使支撑层材料吸附固定在主动辊轮辊面上，渐进式线接触铺放并覆盖在涂有图形层材料的金属母模上，使两者完全贴合；
使用工作软模具复制设备的主动辊轮，辊轮旋转，同时配合工作平台同步移动，在支撑层上通过线接触的方式进行压印，完成首次施压；在工作平台不动的情况下，主动辊轮进行一定角度的错位旋转，然后辊轮旋转并配合工作平台同步移动，完成后续施压，保证支撑层和图形层粘合并降低气泡缺陷产生的概率，再使图形层热固化成型；
利用工作软模具复制设备，并采用揭开式方式把黏附有图形层的支撑层与金属母模分离，制造出双层复合工作软模具。
6.如权利要求5所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述揭开式方式脱模时，分离工作软模具与金属母模的方向关系为：辊轮旋转的方向与金属母模倾斜光栅的倾斜方向一致。
7.如权利要求5所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述支撑层材料为PDMS、PET或PC；
所述图形层材料为h-PDMS、或者PDMS、或者低表面能和高弹性模量氟聚合物基材料、或者ETFE；
或，图形层的厚度范围是10-100μm，支撑层的厚度范围是100-3000μm；
或，所述支撑层进行表面改性处理，或者涂覆一层透明的偶联剂材料。
8.如权利要求1所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述步骤(4)中，复合纳米压印光刻制造表面浮雕倾斜光栅，覆模时，工作软模具覆模的方向，或辊轮旋转方向，与工作软模具上的倾斜光栅的方向相反；压印时，辊轮旋转方向工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反；脱模时，辊轮旋转方向与工作软模具上的倾斜光栅的方向一致；压印时采用两次压印，工作软模具上通过线接触的方式进行压印，完成首次施压；随后，辊轮进行错位旋转，轮旋转并配合工作平台同步移动，完成二次施压压印；固化时，辊轮向上抬起升高一定高度，确保辊轮与工作软模具脱离，工作台执行一次或者多次往返运动，压印材料完全固化。
9.如权利要求1所述的一种批量化生产AR衍射光波导的方法，其特征是：所述步骤(4)中，复合纳米压印光刻制造表面浮雕倾斜光栅的具体过程包括：
在高折射率的玻璃衬底上涂铺一层液态高折射率的聚合物材料，将玻璃衬底置于承片台上，并通过真空吸附方式将涂铺压印材料的玻璃衬底吸附固定在承片台上；将工作软模具包裹在辊轮外表面，用真空管路为辊轮侧面进气孔通入负压，将工作软模具吸附在辊轮外表面；工作台水平移动带动承片台从初始工位移动到压印工位，压印机构带动辊轮和工作软模具从初始工位移动到压印工位；
辊轮旋转并且一侧的气孔依次由负压切换为正压，同时配合工作平台的同步向左水平移动，使工作软模具以“渐进式”线接触铺放到涂有压印材料的玻璃衬底上；
驱动辊轮旋转，并配合工作平台同步移动，在工作软模具上通过线接触的方式进行压印，完成首次施压，接着，在工作平台不动的情况下，辊轮进行一定角度的错位旋转，然后辊轮旋转并配合工作平台同步移动，完成后续施压，工作软模具在辊轮均匀施压下与玻璃衬底完全共形接触，不同次的压印，辊轮旋转方向工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反；
将压印材料完全固化；
辊轮旋转并且一侧的气孔依次由常压切换为负压，同时配合工作平台的同步向右水平移动，使工作软模具吸附固定在辊轮辊面上，以揭开式的方式与压印衬底分离，脱模时辊轮旋转方向与工作软模具上的倾斜光栅的方向一致。
10.一种批量化生产AR衍射光波导的设备，包括：双光子聚合微纳3D打印机、精密微电铸设备、工作软模具复制设备、复合纳米压印光刻设备和激光划片机，其特征是：各设备被配置为执行权利要求1-9中任一项所述的方法的相应步骤。
一种批量化生产AR衍射光波导的方法和设备
技术领域
导(表面浮雕倾斜光栅)低成本批量化生产的方法和设备。
背景技术
元件的组合。其中光波导被认为是AR眼镜走向消费级的最理想的解决方案。AR光波导分为
几何光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(Diffractive Waveguide)两种。几何光
波导就是阵列光波导，它通过阵列反射镜堆叠实现图像的输出和动眼框的扩大。几何光波
导需要在镜面阵列中的每个镜面上镀不同反射透射比(R/T)比的多层膜，来实现每个出瞳
的出光均匀，生产工艺繁冗导致总体良率较低。当前AR眼镜国际大公司所采用的技术方案
上来看，衍射光波导已经显示出更好和更广泛的工业化应用前景。
(平压平工艺技术，在玻璃基底(即波导片)涂铺可见光波段透明度很高和高折射率指数的
树脂材料上压印出倾斜光栅光波导结构。该方案无论是在母模制造、还是倾斜光栅光波导
制造方面等面临很大的限制和约束，例如，电子束光刻和刻蚀工艺相结合只能制造非常小
面积的母版，而且对于所制造的倾斜光栅只能限定一定几何特征尺寸(倾斜角度较小和槽
深较小等)，尤其还面临制造成本高和生产周期长的问题。此外，现有的纳米压印技术也只适合倾斜角度较小和槽深较小的倾斜光栅结构，较大倾斜角、较大槽深的倾斜光栅面临脱
模困难甚至无法脱模，完全无法制造出。而且还存在压印的面积较小，模具易损坏、脱模缺陷多等问题。因此，无论是对于倾斜光栅设计、还是量产制造都面临难以解决的难题。
发明内容
向压印、转移复制至压印材料上；压印时，采用两次压印方法，并且两次压印时压印的方向(辅助辊轮旋转方向)与工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反；脱模时，采用“揭开式”脱模，脱模的方向(辅助辊轮旋转方向)与工作软模具上的倾斜光栅的方向一致，完成晶圆
级倾斜光栅的制造；
的优势。
共形接触。两次压印时，辊轮旋转方向工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反，确保使用非常小的压印力就能实现压印材料对于工作软模具倾斜光栅完全填充。一方面减小压印
力，减小工作软模具的变形，提高压印精度和质量；另一方面，保护工作软模具，延长其工作寿命，尤其是还能避免过大的压印力导致易碎玻璃衬底的损坏。脱模时，以“揭开式”的方式与压印衬底分离，脱模时辊轮旋转方向与工作软模具上的倾斜光栅的方向一致。解决传统
纳米压印平行式脱模无法实现倾斜光栅结构脱模的难题，尤其是脱模方向与倾斜光栅的方
向一致使用很小的脱模力就能实现工作软模具与压印光栅结构的分离，而且还能避免脱模
缺陷，延长工作软模具的使用寿命。通过公开的复合纳米压印工艺解决了大倾斜角、大槽深倾斜光栅无法脱模导致无法制造的难题，实现了倾斜光栅无约束(几何形状和尺寸)制造。
符合必须具有透视功能的AR眼镜的要求。
过真空吸附予以固定，将支撑层材料吸附包裹在工作软模具复制设备上的滚轮外表面上；
软模具包裹在辊轮外表面，用真空管路为辊轮侧面进气孔通入负压，将工作软模具吸附在
辊轮外表面；工作台水平移动带动承片台从初始工位移动到压印工位，压印机构带动辊轮
和工作软模具从初始工位移动到压印工位；
璃衬底完全共形接触，不同次的压印，辊轮旋转方向工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向
相反；
米压印光刻并结合提出的压印工艺(压印方向和脱模方向)，解决了大倾斜角、大槽深倾斜
光栅无法脱模导致无法制造的难题，实现了倾斜光栅无约束制造。
倾斜光栅母版制造成本低和效率高，而且还能实现大尺寸晶圆级表面浮雕倾斜光栅衍射直
接制造。使用复合纳米压印光刻并结合提出的压印方向和脱模方向，克服了传统纳米压印
和脱模过程中由于倾斜光栅特殊结构造成软模具的易于损伤，寿命短，导致生产成本高、效率低的问题。
斜光栅的结构的制造，此外，结合透明高折射率的压印材料和平滑的侧壁等，它能制备出高性能表面浮雕倾斜光栅衍射光波导，尤其是实现大视场和超轻超博的衍射光波导制造，突
破了消费级AR眼镜的制造难题。
的倾斜光栅的方向相反。这样一方面采用较小的力就能确保工作软模具上倾斜光栅压入压
印材料中，另一方面保护工作软模具上的倾斜光栅，避免垂直施压或者逆向施压(辊轮旋转方向与倾斜光栅倾斜的方向相同)导致工作软模具损坏和难以完全压入压印材料中。两次
压印时，辊轮旋转方向工作软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反，确保使用非常小的压印
力就能实现压印材料对于工作软模具倾斜光栅完全填充。一方面减小压印力，减小工作软
模具的变形，提高压印精度和质量；另一方面，保护工作软模具，延长其工作寿命，尤其是还能避免过大的压印力导致易碎玻璃衬底的损坏。固化时，采用软模具释放，确保复形的精度和质量。脱模时，以“揭开式”的方式与压印衬底分离。脱模时辊轮旋转方向与工作软模具上的倾斜光栅的方向一致。解决传统纳米压印平行式脱模无法实现倾斜光栅结构脱模的难
题，尤其是脱模方向与倾斜光栅的方向一致使用很小的脱模力就能实现工作软模具与压印
光栅结构的分离，而且还能避免脱模缺陷，延长工作软模具的使用寿命)，综合多种策略，减少压印、固化、脱模每个工步的缺陷，大大提高了面浮雕倾斜光栅衍射光波导良率。满足了消费级AR眼镜生产的要求。
构也极易损坏模具和已经压印特征结构。现有的各种制造技术都无法实现低成本批量化生
产。
意形状大面积AR衍射光波导(表面浮雕倾斜光栅)低成本批量化生产的方法和设备。本发明
采用双光子聚合微纳3D打印实现任意形状倾斜光栅大面积母版的制造(一方面解决了任意
形状倾斜光栅母版制造的难题，另一方面能实现大尺寸晶圆级母版的直接制造，而且还具
有制造成本低和生产效率高的优势)。采用复合纳米压印光刻技术(结合压印特有适合倾斜
光栅压印工艺和复合软模具)，解决了大倾斜角、大槽深倾斜光栅无法脱模导致无法制造的难题，实现了倾斜光栅无约束(几何形状和尺寸)制造。
液的温度40℃，电铸液PH值3.8-4.0。脉冲电流频率1000Hz。
过使用丙酮、酒精和去离子水等多次超声震洗，完全去除镍母模上粘附的聚合物母版残留
结构和材料，并用氮气吹干。随后，对镍母模倾斜光栅表面抛光处理，减小表面粗糙度，提高倾斜光栅表面质量。
工艺，在金属母模涂覆厚度为30μm的液态h-PDMS材料(工作软模具图形层材料)。将涂覆有h-PDMS的金属母模置于工作软模具复制设备的承片台上，并通过真空吸附予以固定。将厚
度200μmPET(工作软模具支撑层材料)吸附包裹在工作软模具复制设备上的滚轮外表面上。
PDMS之间产生气泡，使两者完全贴合(在贴合之前，可对PET表面进行等离子轰击处理，提高PET与h-PDMS之间的黏结力)。ii使用工作软模具复制设备的主动辊轮，辊轮旋转，同时配合工作平台同步移动，在支撑层PET上通过线接触的方式进行压印，完成首次施压。接着，在工作平台不动的情况下，主动辊轮进行30°的错位旋转，然后辊轮旋转并配合工作平台同步移动，完成二次施压，保证PET与h-PDMS更好地粘合并降低气泡缺陷产生的概率。iii开启承片台的加热模块，使h-PDMS热固化，加热固化温度80℃，固化时间2小时。确保h-PDMS完全固化成型。
复合工作软模具。
涂铺聚合物压印材料的玻璃衬底吸附固定在承片台上；将工作软模具PET/h-PDMS包裹在辊
轮外表面，用真空管路为辊轮侧面进气孔通入负压，将工作软模具PET/h-PDMS吸附在辊轮
外表面；工作台水平移动带动承片台从初始工位移动到压印工位，压印机构带动辊轮和工
作软模具PET/h-PDMS从初始工位移动到压印工位。
在主动辊轮辊面上)“渐进式”线接触铺放到涂有聚合物压印材料的玻璃衬底上，线接触的方式降低了大面积压印气泡缺陷的产生概率，甚至消除气泡。工作软模具PET/h-PDMS覆模
的方向(辊轮旋转方向)与工作软模具PET/h-PDMS上的倾斜光栅的方向(倾斜角度)相反。这
样一方面采用较小的力就能确保工作软模具PET/h-PDMS上倾斜光栅压入聚合物压印材料
中，另一方面保护工作软模具PET/h-PDMS上的倾斜光栅，避免垂直施压或者逆向施压(辊轮旋转方向与倾斜光栅倾斜的方向相同)导致工作软模具PET/h-PDMS损坏和难以压入压印聚
合物材料中。
匀，采用错位旋转辊轮的方法降低吸附槽所带来的不利影响，进行二次压印)，工作软模具PET/h-PDMS在辊轮均匀施压下与玻璃衬底完全共形接触。两次压印时，辊轮旋转方向工作
软模具上的倾斜光栅的倾斜方向相反，确保使用非常小的压印力就能实现压印材料对于工
作软模具倾斜光栅完全填充。一方面减小压印力，减小工作软模具的变形，提高压印精度和质量；另一方面，保护工作软模具PET/h-PDMS，延长其工作寿命，尤其是还能避免过大的压印力导致易碎玻璃衬底的损坏。
一致。解决传统纳米压印平行式脱模无法实现倾斜光栅结构脱模的难题，尤其是脱模方向
与倾斜光栅的方向一致使用很小的脱模力就能实现工作软模具与压印光栅结构的分离，而
且还能避免脱模缺陷，延长工作软模具的使用寿命。
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