现今的AR增强现实领域,还没有一种完美的方案能够实现高透明度,低厚度,大出瞳,大视场,关键又能低成本量产的方案。高透明度,低厚度,大出瞳这些性能衍射光波导现在能胜任大家无异议,大视场现在的自由曲面REALMAX的130度,耐德佳的120度;digilens的双目150度和微软的140度视场停留在概念设计阶段,这些,不是今天我们讨论的重点。我们今天来单独聊聊表面浮雕衍射光波导光栅的一个低成本复制问题。这就涉及到半导体的相关制程和技术。

光刻技术原理
利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光,光刻胶见光后会发生性质变化,从而使光罩上得图形复印到薄片上,从而使薄片具有电子图的作用。这就是光刻的作用,类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上,而光刻刻的不是照片,而是电路图和其他电子元件。光刻技术是一种精密的微细加工技术。常规光刻技术是采用波长为2000~4500埃的紫外光作为图像信息载体,以光致抗光刻技术蚀剂为中间(图像记录)媒介实现图形的变换、转移和处理,最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺。在广义上,光刻包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面:
1、光复印工艺:经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置,精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。
2、刻蚀工艺:利用化学或物理方法,将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去,从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。

紫外压印光刻示意图

然而,表面浮雕衍射光波导的槽型是这样的,在一个亚微米级的槽型上要做这样斜度的规整,难度可想而知,而再以此去做金属模板再去低成本复制,中间再多几个复制的制程,如光刻模板(玻璃)---玻璃模板加导电涂层银化物---金属母版---金属上机版---UV复制,效果可想而知。
那另外一种非斜光栅类的明星企业的纳米柱透镜的企业Waveoptics的低成本复制情况是如何呢

Waveoptics表面浮雕衍射光波导的微结构图
这种微纳结构简单,对制造设备和前端母版工艺要求相对较低。但面临的挑战也不可小觑。
首先的硬伤,结构过于特殊,导致其性能优化自由度低,色散较大,波导的传输效率较低。
我们先看制程。
第一种示意图如下

如果这样做的话,光刻的模板因为不断的用光刻胶固化再脱模,沟槽容易变形,用不了几次就得报废了,利用率不高,意味着成本下不来。(先不考虑具体的效果)
玻璃基板上的槽型结构比较脆弱,那先复制到金属板上面呢,如前所表述
光刻模板(玻璃)---玻璃模板加导电涂层银化物---金属母版---金属上机版---UV复制
或者(热压复制) 如果真能实现,那Waveoptics波导光栅片卖100元人民币吧,都是玻璃的成本。所以现在Waveoptics波导光栅一个是低成本量产性不好,一个是整体色散,衍射率比较差。
凡事都怕但是,呵呵。复制过多次 槽型容易乱!!! 你看下图,有几个高精细的微纳器件热压过后不需要整理槽型结构的?
