一种光栅结构及其制备方法与流程

1.本公开属于显示技术领域，具体涉及一种光栅结构及其制备方法。

背景技术：

2.随着“元宇宙热”所带来的增强现实(augmented reality，ar)、虚拟现实(virtual reality，vr)等技术的蓬勃发展，逐渐引起了人们的广泛关注，同时这些技术也在商品广告、移动购物、多屏互动、位置导航及游戏等领域广泛应用。表面浮雕光栅(surface relief grating，srg)衍射光波导方案由于其易于量产、性能优异被认为是未来最具有潜力的主流ar光波导镜片制备方案。
3.目前，srg衍射光波导技术的亟待解决问题主要设计视场角(field of view，fov)及光栅衍射效率的改善。常见的光栅种类有矩形光栅、倾斜光栅和闪耀光栅，其中闪耀光栅由于其优异的衍射效率而被广泛的关注。由于加工限制，对于闪耀光栅的研究仍待深入。

技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种光栅结构及其制备方法。
5.第一方面，本公开实施例提供一种光栅结构，其包括衬底基板，以及设置在所述衬底基板上的第一光栅，所述第一光栅为闪耀光栅，所述第一光栅包括间隔设置的多个第一子结构；其中，所述第一光栅满足以下条件至少之一：
6.所述第一光栅的材料的折射率为1.1～2.0；
7.所述第一光栅的周期为200～800nm；
8.所述第一光栅的占空比为0.1～0.9；
9.所述第一光栅的高度为200～600nm。
10.在一些实施例中，所述光栅结构还包括设置在所述第一光栅靠近所述衬底基板一侧的第二光栅；所述第二光栅包括间隔设置的多个第二子结构，所述第二子结构与所述第一子结构一一对应设置。
11.在一些实施例中，所述第二子结构包括矩形块。
12.在一些实施例中，所述第一光栅的材料和所述第二光栅的材料相同。
13.在一些实施例中，所述光栅结构还包括设置在所述第一光栅背离所述衬底基板一侧的第一膜层；所述第一膜层的材料的折射率不小于所述第一光栅的材料的折射率。
14.在一些实施例中，所述第一膜层的材料的折射率为2.0～4.0。
15.在一些实施例中，所述第一膜层的材料为二氧化钛。
16.第二方面，本公开实施例还提供了一种光栅结构的制备方法，其用于制备如上述实施例中任一项所述的光栅结构，所述光栅结构的制备方法包括：
17.提供一衬底基板；
18.在所述衬底基板上形成第一光栅；其中，所述第一光栅为闪耀光栅，所述第一光栅
包括间隔设置的多个第一子结构，所述第一光栅满足以下条件至少之一：
19.所述第一光栅的材料的折射率为1.1～2.0；
20.所述第一光栅的周期为200～800nm；
21.所述第一光栅的占空比为0.1～0.9；
22.所述第一光栅的高度为200～600nm。
23.在一些实施例中，所述在所述衬底基板上形成第一光栅，包括：
24.采用母模板，通过纳米压印的工艺在所述衬底基板上形成所述第一光栅。
25.在一些实施例中，制备所述母模板包括：
26.提供一辅助基板；
27.在所述辅助基板上形成第二膜层，对所述第二膜层进行曝光刻蚀、显影，以制备形成具有所述第一光栅的形状的主模板；
28.通过纳米压印进行翻模，将所述主模板的形状移至软模板上，以形成具有第一镂空图案的所述母模板，所述第一镂空图案与所述第一光栅的形状互补；
29.在一些实施例中，所述在所述衬底基板上形成第一光栅，包括：
30.在所述衬底基板上形成第三膜层，通过对所述第三膜层进行曝光刻蚀、显影，以制备所述第一光栅。
31.在一些实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：
32.在所述衬底基板上形成第二光栅；其中，所述第二光栅位于所述第一光栅靠近所述衬底基板的一侧，所述第二光栅包括间隔设置的多个第二子结构，所述第二子结构与所述第一子结构一一对应设置。
33.在一些实施例中，所述第二光栅和所述第一光栅采用一次工艺制备。
34.在一些实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：
35.在所述第一光栅背离所述衬底基板的一侧形成第一膜层，所述第一膜层的材料的折射率不小于所述第一光栅的材料的折射率。
附图说明
36.图1为本公开实施例提供的一种光栅结构示意图；
37.图2为本公开实施例提供的另一种光栅结构示意图；
38.图3为本公开实施例提供的另一种光栅结构示意图；
39.图4a～图4e为本公开实施例中一种纳米压印用母模板的制备示意图；
40.图4f～图4g为图4d中使用的软模板制备示意图；
41.图5a～图5d为本公开实施例提供的一种光栅结构制备示意图；
42.图5e为图5c中使用的母模板示意图；
43.图6a～图6c为本公开实施例提供的另一种光栅结构制备示意图；
44.图7a～图7e为本公开实施例提供的另一种光栅结构制备示意图；
45.图7f为图7c中使用的母模板示意图；
46.图8a～图8g为本公开实施例中另一种纳米压印用母模板的制备示意图；
47.图9a～图9c为本公开实施例提供的另一种光栅结构制备示意图。
48.其中附图标记为：衬底基板01；第一光栅10；第一子结构11；光栅常数d；狭缝宽度
a；不透光遮挡宽度b；第二光栅20；第二子结构21；第一膜层30；第三膜层40；母模板02；辅助基板03；第二膜层50；主模板04；软模板05；第一镂空图案06；第四膜层60。
具体实施方式
49.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本公开实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
50.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
51.在本公开中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
52.光波导方案采用平板波导作为光线传输介质，使用光栅作为波导耦入及耦出器件，以实现光线的传播。多缝光栅的光能主要集中在零级，而且不能把各种波长分开，而光栅的实际应用中则需要将尽可能多的光能集中在某一特定的级次上。因此需要设计衍射光栅的槽型，使大部分光能量集中在设计的衍射级次上。从设计方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀(blaze)，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀使得光栅的衍射效率得到极大的提高，用来作为光栅波导中的耦入器件，可以提高光栅波导的耦入效率。现有技术中，光栅的效率仍有待提高。
53.鉴于此，在本公开实施例中提供一种光栅结构及其制备方法。
54.需要说明的是，光栅衍射有0级、
±
1级等等，不同级的角度不同，能量也不同。通过设置光栅的参数，可以使得光线能量大部分聚集于某一个角度的级次，实现了对光线方向的控制。在本公开中，针对﹢1级进行说明。
55.第一方面，本公开实施例提供一种光栅结构，其通过对光栅结构的设计，以获得更高的衍射效率，同时简化制作工艺，降低生产成本。
56.具体的，图1为本公开实施例提供的一种光栅结构示意图，如图1所示，该光栅结构包括衬底基板01，以及设置在衬底基板01上的第一光栅10，第一光栅10为闪耀光栅，第一光栅10包括间隔设置的多个第一子结构11；其中，第一光栅10满足以下条件至少之一：第一光
栅10的材料的折射率为1.1～2.0；第一光栅10的周期为200～800nm；第一光栅10的占空比为0.1～0.9；第一光栅10的高度为200～600nm。
57.需要说明的是，当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角(blaze angle)。在本公开实施例中，第一光栅10为闪耀光栅，且为提高﹢1级衍射效率而设计，因此对第一光栅10的闪耀角不做特殊限定，只要可以使得光栅能量集中在﹢1级即可。
58.在本公开实施例中，第一光栅10的材料的折射率为1.1～2.0；第一光栅10的周期为200～800nm；第一光栅10的占空比为0.1～0.9；第一光栅10的高度为200～600nm。本公开实施例通过对光栅结构的第一光栅10的材料的折射率、周期、占空比和高度的设置，使得光栅结构具有更高的衍射效率，下面对本公开实施例中第一光栅10的周期、占空比和高度进行详细说明：第一光栅10的周期即光栅常数d，是狭缝宽度a与缝之间的不透光遮挡宽度b之和；第一光栅10的占空比为狭缝宽度a与光栅周期的比值；第一光栅10的高度为第一光栅10沿衬底基板01厚度方向上的高度；第一光栅10的材料可以是有机材料，也可以是无机材料，只要满足折射率为1.1～2.0即可。本公开实施例中，通过对光栅结构的第一光栅10的材料的折射率、周期、占空比和高度的设置，使得光栅结构具有更高的衍射效率，其中，只要对光栅结构的设置满足上述条件的任意一项，均可以达到提高光栅结构衍射效率的效果。
59.如图1所示，以第一光栅10包括间隔设置的五个第一子结构11为例；其中，第一子结构11为三角形。需要说明的是，为便于描述和理解，本公开实施例中的第一子结构11为直角三角形，即第一子结构11有一边垂直于衬底基板01，然而在实际生产过程中，第一子结构11也可以为锐角三角形，第一子结构11的三边也可以为弧形；另外，本公开对第一子结构11的数量不做限制。
60.在一些实施例中，第一光栅10的材料可以为无机材料，也可以为有机材料，例如第一光栅10的材料具体可以为光学树脂，从而提高第一光栅10对光线的衍射效率。
61.需要说明的是，本公开实施例中对于衬底基板01的材质不作限定，例如，衬底基板01为玻璃基板，为便于描述，下文均以衬底基板01为玻璃基板为例进行说明。
62.在一些实施例中，图2为本公开实施例提供的另一种光栅结构示意图，如图2所示，该光栅结构不仅包括上述结构，还包括设置在第一光栅10靠近衬底基板01一侧的第二光栅20；第二光栅20包括间隔设置的多个第二子结构21，第二子结构21与第一子结构11一一对应设置。
63.例如：如图2所示，第二光栅20包括间隔设置的五个第二子结构21，且一个第二子结构21与一个第一子结构11对应设置，从而有效提高光栅结构的衍射效率；另外，本公开对第二子结构21的数量和形状不做限制。
64.在一些实施例中，如图2所示，第二子结构21包括矩形块。第二子结构21设置为矩形块，也即第二光栅20为矩形光栅，这样设置可以使得光栅结构不但具有矩形光栅结构简单、易于加工、自由度高和均匀性较好的特点，而且具有闪耀光栅衍射效率较高的特点，从而进一步提升光栅结构的衍射效率和集成性。
65.在一些实施例中，第一光栅10的材料和第二光栅20的材料相同。本公开实施例中
第一光栅10和第二光栅20可以是相同材料制成的，也可以是不同材料制成的；当第一光栅10和第二光栅20是相同材料制成时，第一光栅10和第二光栅20可以是一体成型结构。
66.需要说明的是，在本公开实施例中，第二光栅20的光栅周期和占空比与第一光栅10一致，从而保证光栅结构的良好均匀性，同时进一步提升光栅结构的衍射效率和集成性。
67.在一些实施例中，图3为本公开实施例提供的另一种光栅结构示意图，如图3所示，光栅结构不仅包括上述结构，还包括设置在第一光栅10背离衬底基板01一侧的第一膜层30；第一膜层30的材料的折射率不小于第一光栅10的材料的折射率，这样设置可以在不影响原本的光栅结构的折射率的同时，由于高折射率膜层的加入，使得光栅结构具有更高的衍射效率。
68.在一些实施例中，第一膜层30的材料的折射率为2.0～4.0。由于第一光栅10的材料的折射率为1.1～2.0，第一膜层30的材料的折射率设置为2.0～4.0，可以在不影响原本的光栅结构的折射率的同时，使得光栅结构具有更高的衍射效率。
69.在一些实施例中，第一膜层30的材料为二氧化钛。第一膜层30的材料包括但不限于二氧化钛，例如，第一膜层30的材料可以为五氧化三钛、三氧化二钛、氧化铈、一氧化钛或五氧化二钽，以使高折射率膜层具有合理的折射率。
70.第二方面，基于同一发明构思，本公开实施例还提供了针对上述光栅结构的制备方法，具体步骤包括s11～s12：
71.s11、提供一衬底基板01。
72.s12、在衬底基板01上形成第一光栅10。
73.其中，第一光栅10为闪耀光栅，第一光栅10包括间隔设置的多个第一子结构11，第一光栅10满足以下条件至少之一：第一光栅10的材料的折射率为1.1～2.0；第一光栅10的周期为200～800nm；第一光栅10的占空比为0.1～0.9；第一光栅10的高度为200～600nm。
74.具体的，衬底基板01可以为玻璃基板，第一光栅10的材料可以是有机材料，也可以是无机材料，只要满足折射率为1.1～2.0即可；第一光栅10的周期即光栅常数d，是狭缝宽度a与缝之间的不透光遮挡宽度b之和；第一光栅10的占空比为狭缝宽度a与光栅周期的比值。
75.本公开实施例中，通过对光栅结构的第一光栅10的材料的折射率、周期、占空比和高度的设置，使得光栅结构具有更高的衍射效率。
76.在一些实施例中，在衬底基板01上形成第一光栅10的方法可以采用母模板02，通过纳米压印的工艺在衬底基板01上形成第一光栅10，图5a～图5d为本公开实施例提供的一种光栅结构制备示意图，图5e为图5c中使用的母模板示意图；如图5a～图5e所示，针对步骤s12，具体包括s12-1-1～s12-1-3：
77.s12-1-1、如图5a所示，提供一衬底基板01；
78.其中，衬底基板01可以为玻璃基板。
79.s12-1-2、如图5b所示，在衬底基板01上形成第三膜层40；
80.可以通过旋涂等方式在衬底基板01上沉积形成第三膜层40，其中，第三膜层40的材料可以为光学树脂。
81.s12-1-3、如图5c～图5e所示，将第三膜层40与母模板02进行纳米压印，最终脱模后形成第一光栅10。
82.纳米压印工艺具有超高分辨率、易量产、低成本、一致性高的技术优点，本公开实施例通过采用纳米压印的工艺在衬底基板01上形成第一光栅10，从而能够得到很高的分辨率。此外，通过纳米压印的工艺制备出的母模板02可以反复使用，从而大大降低了加工成本，同时也有效缩短了加工时间。
83.在一些实施例中，图4a～图4e为本公开实施例中一种纳米压印用母模板的制备示意图，图4f～图4g为图4d中使用的软模板制备示意图；如图4a～图4g所示，制备母模板02的步骤具体包括s12-1-3-1～s12-1-3-3：
84.s12-1-3-1、如图4a所示，提供一辅助基板03；
85.其中，辅助基板03可以为玻璃基板。
86.s12-1-3-2、如图4b所示，在辅助基板03上形成第二膜层50，如图4c所示，对第二膜层50进行曝光刻蚀、显影，以制备形成具有第一光栅10的形状的主模板04。
87.在一些示例中，步骤s12-1-3-2可以包括：通过旋涂等方式在辅助基板03上沉积形成第二膜层50，其中，第二膜层50可以为光刻胶层；对第二膜层50进行曝光刻蚀、显影时，可以采用电子束曝光(electron beam lithography，ebl)刻蚀、显影的方法，这样制备形成的具有第一光栅10的形状的主模板04图案分辨率高，且生产成本较低，在造价方面可大幅节省。
88.s12-1-3-3、如图4d～图4e、图4g所示，通过纳米压印进行翻模，将主模板04的形状移至软模板05上，脱模后形成具有第一镂空图案06的母模板02，第一镂空图案06与第一光栅10的形状互补。
89.其中，如图4f和图4g所示，软模板05是经由在另一辅助基板03上沉积形成第四膜层60制备形成的；其中，辅助基板03同样可以是玻璃基板，第四膜层60可以是光刻胶层，例如，第四膜层60的材料为聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)及其衍生物。这样制备的软模板05不但适于制作高精度、高分辨率的图案，同时工艺简单，大大节约了制作成本。通过纳米压印进行翻模，将主模板04的形状移至软模板05上，以形成具有第一镂空图案06的母模板02，第一镂空图案06与第一光栅10的形状互补。第一镂空图案06与第一光栅10互补指的是二者在几何形状上彼此匹配，且拼接在一起时形成一个完整的平面结构。可以采用纳米压印的工艺通过最终形成的具有第一镂空图案06的母模板02制备第一光栅10，这样制备出的第一光栅10精度高且衍射效率高。
90.在一些实施例中，上述在衬底基板01上形成第一光栅10的方法可以采用刻蚀工艺，在衬底基板01上形成第一光栅10，图6a～图6c为本公开实施例提供的另一种光栅结构制备示意图，如图6a～图6c所示，针对步骤s12，具体包括s12-2-1～s12-2-3：
91.s12-2-1、如图6a所示，提供一衬底基板01。
92.其中，衬底基板01可以为玻璃基板。
93.s12-2-2、如图6b所示，在衬底基板01上形成第三膜层40；
94.在一些示例中，步骤s12-2-2可以包括：通过旋涂等方式在衬底基板01上沉积形成第三膜层40，其中，第三膜层40的材料包括但不限于光学树脂。
95.s12-2-3、如图6c所示，对第三膜层40进行曝光刻蚀、显影，以制备形成第一光栅10。
96.其中，本公开实施例中，通过在衬底基板01上形成第三膜层40，之后对第三膜层40
进行曝光刻蚀、显影，制备第一光栅10，采用该种制备方式工艺简单，便于操作，同时可以提高光栅结构的衍射效率。
97.在一些实施例中，光栅结构不仅包括上述结构，还包括第二光栅20；对于该种光栅结构的制备方法不仅包括形成第一光栅10的步骤，还包括形成第二光栅20的步骤。
98.需要说明的是，通过纳米压印的工艺制备光栅结构时，在包括第一光栅10和第二光栅20的光栅结构中，第一光栅10和第二光栅20为一体形成时，该种光栅结构相较于不包括第二光栅20的光栅结构的制备方法而言，区别主要在于母模板02的不同；通过刻蚀工艺制备光栅结构时，上述两种光栅结构的制备方法的区别主要在于刻蚀图案的不同。下面对这两种情况分别进行详细说明。
99.图7d为本公开实施例提供的另一种光栅结构示意图，如图7d所示，光栅结构包括第一光栅10和第二光栅20，且第二光栅20和第一光栅10依次叠置在衬底基板01上。针对上述光栅结构的制备方法，具体步骤包括s11’～s12’：
100.s11’、提供一衬底基板01；
101.s12’、在衬底基板01上形成第一光栅10和第二光栅20。
102.其中，第一光栅10为闪耀光栅，第一光栅10包括间隔设置的多个第一子结构11，第一光栅10满足以下条件至少之一：第一光栅10的材料的折射率为1.1～2.0；第一光栅10的周期为200～800nm；第一光栅10的占空比为0.1～0.9；第一光栅10的高度为200～600nm。其中，第二光栅20位于第一光栅10靠近衬底基板01的一侧，第二光栅20包括间隔设置的多个第二子结构21，第二子结构21与第一子结构11一一对应设置。
103.如图7d所示，第二光栅20包括间隔设置的五个第二子结构21，且一个第二子结构21与一个第一子结构11对应设置，从而有效提高光栅结构的衍射效率；第二子结构21可以为矩形块，也即第二光栅20为矩形光栅，这样设置可以使得光栅结构不但具有矩形光栅结构简单、易于加工、自由度高和均匀性较好的特点，而且具有闪耀光栅衍射效率较高的特点，从而进一步提高光栅结构的衍射效率和集成性；本公开实施例中第一光栅10和第二光栅20可以是相同材料制成的，也可以是不同材料制成的；另外，本公开对第二子结构21的数量和形状不做限制。
104.需要说明的是，在本公开实施例中，第二光栅20的光栅周期和占空比与第一光栅10一致，从而保证光栅结构的良好均匀性，同时进一步提升光栅结构的衍射效率和集成性。
105.在一些实施例中，在衬底基板01上形成第一光栅10和第二光栅20的方法可以采用母模板02，通过纳米压印的工艺在衬底基板01上形成第一光栅10和第二光栅20，图7a～图7e为本公开实施例提供的另一种光栅结构制备示意图，图7f为图7c中使用的母模板示意图；如图7a～图7d、图7f所示，针对步骤s12’，具体包括s12
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1-1～s12
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1-3：
106.s12
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1-1、如图7a所示，提供一衬底基板01；
107.其中，衬底基板01可以为玻璃基板。
108.s12
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1-2、如图7b所示，在衬底基板01上形成第三膜层40；
109.可以通过旋涂等方式在衬底基板01上沉积形成第三膜层40，其中，第三膜层40的材料可以为光学树脂。
110.s12
’‑
1-3、如图7f、7c和图7d所示，将第三膜层40与母模板02进行纳米压印，最终脱模后形成第一光栅10和第二光栅20。
111.纳米压印工艺具有超高分辨率、易量产、低成本、一致性高的技术优点，本公开实施例通过采用纳米压印的工艺在衬底基板01上形成第一光栅10和第二光栅20，从而能够得到很高的分辨率。此外，通过纳米压印的工艺制备出的母模板02可以反复使用，从而大大降低了加工成本，同时也有效缩短了加工时间。
112.在一些实施例中，图8a～图8g为本公开实施例中另一种纳米压印用母模板的制备示意图，如图8a～图8g所示，制备母模板02的步骤具体包括s12
’‑
1-3-1～s12
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1-3-3：
113.s12
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1-3-1、如图8a所示，提供一辅助基板03；
114.其中，辅助基板03可以为玻璃基板。
115.s12
’‑
1-3-2、如图8b所示，在辅助基板03上形成第二膜层50，如图8c所示，对第二膜层50进行曝光刻蚀、显影，以制备形成具有第一光栅10和第二光栅20的形状的主模板04。
116.在一些示例中，步骤s12
’‑
1-3-2可以包括：通过旋涂等方式在辅助基板03上沉积形成第二膜层50，其中，第二膜层50可以为光刻胶层；对第二膜层50进行曝光刻蚀、显影时，可以采用ebl刻蚀、显影的方法，这样制备形成的具有第一光栅10和第二光栅20的形状的主模板04图案分辨率高，且生产成本较低，在造价方面可大幅节省。
117.s12
’‑
1-3-3、如图8d和图8e所示，通过纳米压印进行翻模，将主模板04的形状移至软模板05上，脱模后形成具有第一镂空图案06的母模板02，第一镂空图案06与第一光栅10和第二光栅20的形状互补。
118.其中，如图8f和图8g所示，软模板05是经由在另一辅助基板03上沉积形成第四膜层60制备形成的；其中，辅助基板03同样可以是玻璃基板，第四膜层60可以是光刻胶层，例如，第四膜层60的材料为pdms及其衍生物。这样制备的软模板05不但适于制作高精度、高分辨率的图案，同时工艺简单，大大节约了制作成本。通过纳米压印进行翻模，将主模板04的形状移至软模板05上，以形成具有第一镂空图案06的母模板02，第一镂空图案06与第一光栅10和第二光栅20的形状互补。第一光栅10和第二光栅20叠层设置时，组成了类似梯形的光栅形状，第一镂空图案06与第一光栅10和第二光栅20互补指的是第一镂空图案06与该类似梯形的组合光栅在几何形状上彼此匹配，且拼接在一起时形成一个完整的平面结构。可以采用纳米压印的工艺通过最终形成的具有第一镂空图案06的母模板02制备第一光栅10和第二光栅20，这样制备出的第一光栅10和第二光栅20精度高且衍射效率高。
119.在一些实施例中，上述在衬底基板01上形成第一光栅10和第二光栅20的方法可以采用刻蚀工艺，在衬底基板01上形成第一光栅10和第二光栅20，图9a～图9c为本公开实施例提供的另一种光栅结构制备示意图，如图9a～图9c所示，针对步骤s12’，具体包括s12
’‑
2-1～s12
’‑
2-3：
120.s12
’‑
2-1、如图9a所示，提供一衬底基板01。
121.其中，衬底基板01可以为玻璃基板。
122.s12
’‑
2-2、如图9b所示，在衬底基板01上形成第三膜层40；
123.在一些示例中，步骤s12
’‑
2-2可以包括：通过旋涂等方式在衬底基板01上沉积形成第三膜层40，其中，第三膜层40的材料包括但不限于光学树脂。
124.s12
’‑
2-3、如图9c所示，对第三膜层40进行曝光刻蚀、显影，以制备形成第一光栅10和第二光栅20。
125.其中，本公开实施例中，通过在衬底基板01上形成第三膜层40，之后对第三膜层40
进行曝光刻蚀、显影，制备第一光栅10和第二光栅20，采用该种制备方式工艺简单，便于操作，同时可以提高光栅结构的衍射效率。
126.在一些实施例中，第二光栅20和第一光栅10采用一次工艺制备。当第二光栅20和第一光栅10采用一次工艺制备时，例如：第二光栅20和第一光栅10均采用纳米压印的工艺制备；即在制备纳米压印用母模板02时，同时制备形成具有第一光栅10和第二光栅20的形状的主模板04，从而后续制备出与第一光栅10和第二光栅20的形状互补的第一镂空图案06，以用于后续光栅结构的制备。类似的，第二光栅20和第一光栅10均采用刻蚀工艺在衬底基板01上形成时，对第三膜层40进行曝光刻蚀、显影，以制备形成第一光栅10和第二光栅20，在此不再赘述。
127.在一些实施例中，光栅结构不仅包括上述结构，还可以包括第三光栅；对于该种光栅结构的制备方法不仅包括形成第一光栅10和第二光栅20的步骤，还包括形成第三光栅的步骤。本公开实施例中对于光栅结构的层数不做限制，只要满足上述对光栅的材料的折射率、周期、占空比和高度的设置条件的任意一项，可以达到提高光栅结构衍射效率的效果即可。
128.在一些实施例中，如图7e所示，光栅结构的制备方法不仅包括上述步骤，具体还包括s13：
129.s13、在第一光栅10背离衬底基板01的一侧形成第一膜层30，第一膜层30的材料的折射率不小于第一光栅10的材料的折射率。
130.其中，在第一光栅10背离衬底基板01的一侧形成第一膜层30的方法包括但不限于等离子体增强化学的气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，pecvd)、掩膜版(mask)遮挡在光栅区域进行膜层沉积等。
131.第一膜层30的材料的折射率不小于第一光栅10的材料的折射率，这样设置可以在不影响原本的光栅结构的折射率的同时，由于高折射率膜层的加入，使得光栅结构具有更高的衍射效率。其中，第一膜层30的材料包括但不限于二氧化钛，例如，第一膜层30的材料可以为五氧化三钛、三氧化二钛、氧化铈、一氧化钛或五氧化二钽，以使高折射率膜层具有合理的折射率。
132.需要说明的是，本公开的光栅结构不仅可以作为耦入光栅，也可以作为耦出光栅；本公开的光栅结构作为耦入光栅时，具有较高的耦入衍射效率，同时便于制备和集成，本公开的光栅结构作为耦出光栅时，具有良好的fov均一性，可以实现耦出区域的亮度均一性，并可以应用于ar领域中。
133.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种光栅结构，其包括衬底基板，以及设置在所述衬底基板上的第一光栅，所述第一光栅为闪耀光栅，所述第一光栅包括间隔设置的多个第一子结构；其中，所述第一光栅满足以下条件至少之一：所述第一光栅的材料的折射率为1.1～2.0；所述第一光栅的周期为200～800nm；所述第一光栅的占空比为0.1～0.9；所述第一光栅的高度为200～600nm。2.根据权利要求1所述的光栅结构，其中，所述光栅结构还包括设置在所述第一光栅靠近所述衬底基板一侧的第二光栅；所述第二光栅包括间隔设置的多个第二子结构，所述第二子结构与所述第一子结构一一对应设置。3.根据权利要求2所述的光栅结构，其中，所述第二子结构包括矩形块。4.根据权利要求2所述的光栅结构，其中，所述第一光栅的材料和所述第二光栅的材料相同。5.根据权利要求1-4中任一项所述的光栅结构，其中，所述光栅结构还包括设置在所述第一光栅背离所述衬底基板一侧的第一膜层；所述第一膜层的材料的折射率不小于所述第一光栅的材料的折射率。6.根据权利要求5所述的光栅结构，其中，所述第一膜层的材料的折射率为2.0～4.0。7.根据权利要求6所述的光栅结构，其中，所述第一膜层的材料为二氧化钛。8.一种光栅结构的制备方法，其中，包括：提供一衬底基板；在所述衬底基板上形成第一光栅；其中，所述第一光栅为闪耀光栅，所述第一光栅包括间隔设置的多个第一子结构，所述第一光栅满足以下条件至少之一：所述第一光栅的材料的折射率为1.1～2.0；所述第一光栅的周期为200～800nm；所述第一光栅的占空比为0.1～0.9；所述第一光栅的高度为200～600nm。9.根据权利要求8所述的光栅结构的制备方法，其中，所述在所述衬底基板上形成第一光栅，包括：采用母模板，通过纳米压印的工艺在所述衬底基板上形成所述第一光栅。10.根据权利要求9所述的光栅结构的制备方法，其中，制备所述母模板包括：提供一辅助基板；在所述辅助基板上形成第二膜层，对所述第二膜层进行曝光刻蚀、显影，以制备形成具有所述第一光栅的形状的主模板；通过纳米压印进行翻模，将所述主模板的形状移至软模板上，以形成具有第一镂空图案的所述母模板，所述第一镂空图案与所述第一光栅的形状互补。11.根据权利要求8所述的光栅结构的制备方法，其中，所述在所述衬底基板上形成第一光栅，包括：在所述衬底基板上形成第三膜层，通过对所述第三膜层进行曝光刻蚀、显影，以制备所述第一光栅。
12.根据权利要求8所述的光栅结构的制备方法，其中，所述光栅结构的制备方法还包括：在所述衬底基板上形成第二光栅；其中，所述第二光栅位于所述第一光栅靠近所述衬底基板的一侧，所述第二光栅包括间隔设置的多个第二子结构，所述第二子结构与所述第一子结构一一对应设置。13.根据权利要求12所述的光栅结构的制备方法，其中，所述第二光栅和所述第一光栅采用一次工艺制备。14.根据权利要求8-13中任一所述的光栅结构的制备方法，其中，所述光栅结构的制备方法还包括：在所述第一光栅背离所述衬底基板的一侧形成第一膜层，所述第一膜层的材料的折射率不小于所述第一光栅的材料的折射率。

技术总结

本公开提供一种光栅结构及其制备方法，属于显示技术领域。本公开的光栅结构，其包括衬底基板，以及设置在所述衬底基板上的第一光栅，所述第一光栅为闪耀光栅，所述第一光栅包括间隔设置的多个第一子结构；其中，所述第一光栅满足以下条件至少之一：所述第一光栅的材料的折射率为1.1～2.0；所述第一光栅的周期为200～800nm；所述第一光栅的占空比为0.1～0.9；所述第一光栅的高度为200～600nm。所述第一光栅的高度为200～600nm。所述第一光栅的高度为200～600nm。