CN111522092B - 光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学元件。该光学元件包括复数个金属栅、一第一图案化有机层、以及一第二图案化有机层。该第一图案化有机层包括一第一部分、一第二部分、一第三部分、以及复数个第四部分，该第一部分具有一第一厚度，该第二部分具有一第二厚度，该第三部分具有一第三厚度。该第一部分、该第二部分与该第三部分分别形成于该等金属栅之间，该等第四部分形成于该等金属栅上。该第一部分的该第一厚度大于该第二部分的该第二厚度，该第二部分的该第二厚度大于该第三部分的该第三厚度。该第二图案化有机层形成于该第一图案化有机层的该等第四部分上。

Description

光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学元件，特别涉及一种包括具有不同厚度或宽度的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件。
背景技术
光学元件包括许多结构形态。在具有复合金属栅(composite metal grid，CMG)结构的光学元件中，于彩色滤光片上，是需要设置微透镜的。而在具有波导彩色滤光片(waveguide color filter，WGCF)结构的光学元件中，则是使用包围彩色滤光片的低折射率材料取代原本的微透镜形成波导结构。
然而，在具有波导彩色滤光片(WGCF)结构的光学元件中，由于彩色滤光片中波导模式(guiding mode，GM)与平板局限模式(slab confinement mode，SCM)之间产生共振(或耦合)效应，使得入射光很容易被局限在彩色滤光片中，而导致像素的灵敏度或量子效率(QE)下降。
因此，开发一种可避免在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应的具有波导彩色滤光片(WGCF)结构的光学元件是众所期待的。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供一种光学元件。该光学元件包括：复数个金属栅、一第一图案化有机层、以及一第二图案化有机层。该第一图案化有机层包括一第一部分、一第二部分、一第三部分、以及复数个第四部分，该第一部分具有一第一厚度，该第二部分具有一第二厚度，该第三部分具有一第三厚度。该第一部分、该第二部分与该第三部分分别形成于该等金属栅之间，该等第四部分形成于该等金属栅上。该第一部分的该第一厚度大于该第二部分的该第二厚度，该第二部分的该第二厚度大于该第三部分的该第三厚度。该第二图案化有机层形成于该第一图案化有机层的该等第四部分上。
在部分实施例中，该第一图案化有机层的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，该第二图案化有机层的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，该第一图案化有机层的该第一部分的该第一厚度、该第二部分的该第二厚度、以及该第三部分的该第三厚度的其中任一者介于大约0.1微米至大约0.5微米之间。
在部分实施例中，本发明光学元件还包括复数个彩色滤光片，包括一红色滤光片、一绿色滤光片、以及一蓝色滤光片。该红色滤光片包括一主要部分，形成于该第一图案化有机层的该第一部分上，且为该第二图案化有机层所包围，该绿色滤光片包括一主要部分，形成于该第一图案化有机层的该第二部分上，且为该第二图案化有机层所包围，以及该蓝色滤光片包括一主要部分，形成于该第一图案化有机层的该第三部分上，且为该第二图案化有机层所包围。
在部分实施例中，该红色(R)滤光片的该主要部分的厚度大于该绿色(G)滤光片的该主要部分的厚度，以及该绿色(G)滤光片的该主要部分的该厚度大于该蓝色(B)滤光片的该主要部分的厚度。在部分实施例中，该蓝色(B)滤光片的该主要部分的该厚度大于或等于约1微米。
在部分实施例中，该红色(R)滤光片的该主要部分的宽度大于该绿色(G)滤光片的该主要部分的宽度，以及该绿色(G)滤光片的该主要部分的该宽度大于该蓝色(B)滤光片的该主要部分的宽度。
在部分实施例中，本发明光学元件还包括复数个突出部，形成于该第一图案化有机层的该第一部分、该第二部分、以及该第三部分上。在部分实施例中，该等突出部包括金字塔形、圆柱形、或拱形。在部分实施例中，形成于该第一部分上的该等相邻突出部的间距大于形成于该第二部分上的该等相邻突出部的间距，以及形成于该第二部分上的该等相邻突出部的该间距大于形成于该第三部分上的该等相邻突出部的间距。在部分实施例中，形成于该第一部分上的该等突出部的高度大于形成于该第二部分上的该等突出部的高度，以及形成于该第二部分上的该等突出部的该高度大于形成于该第三部分上的该等突出部的高度。
在部分实施例中，该红色滤光片还包括一延伸部分，延伸自该红色滤光片的该主要部分，形成于该第一图案化有机层中。该绿色滤光片还包括一延伸部分，延伸自该绿色滤光片的该主要部分，形成于该第一图案化有机层中。该蓝色滤光片还包括一延伸部分，延伸自该蓝色滤光片的该主要部分，形成于该第一图案化有机层中。在部分实施例中，该红色滤光片的该延伸部分的厚度大于该绿色滤光片的该延伸部分的厚度，以及该绿色滤光片的该延伸部分的该厚度大于该蓝色滤光片的该延伸部分的厚度。在部分实施例中，该红色滤光片的该延伸部分的宽度大于该绿色滤光片的该延伸部分的宽度，以及该绿色滤光片的该延伸部分的该宽度大于该蓝色滤光片的该延伸部分的宽度。
在部分实施例中，该红色滤光片的该延伸部分的该宽度小于该红色滤光片的该主要部分的该宽度，该绿色滤光片的该延伸部分的该宽度小于该绿色滤光片的该主要部分的该宽度，该蓝色滤光片的该延伸部分的该宽度小于该蓝色滤光片的该主要部分的该宽度。在部分实施例中，本发明光学元件还包括一平坦层，形成于该第二图案化有机层与该等彩色滤光片上。
在本发明中，通过调整红色/绿色/蓝色滤光片的厚度与宽度以避免在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，例如，调整红色滤光片的厚度，使其大于绿色滤光片的厚度，以及调整绿色滤光片的厚度，使其大于蓝色滤光片的厚度。并确保蓝色滤光片相对小的厚度至少大于或等于约1微米。通过在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊厚度，可改变红色/绿色/蓝色滤光片中的平板局限模式(SCM)，而避免在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，有助于光的穿透及提升像素的灵敏度或量子效应(QE)。
再者，调整红色滤光片的宽度，使其大于绿色滤光片的宽度，以及调整绿色滤光片的宽度，使其大于蓝色滤光片的宽度。并使蓝色滤光片相对小的宽度至少大于或等于一特定值。通过在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊宽度，可改变红色/绿色/蓝色滤光片中的波导模式(GM)，有效抑制在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间的共振(或耦合)效应。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例，一种光学元件的剖面示意图；
图2是根据本发明的一实施例，一种光学元件的剖面示意图；
图3是根据本发明的一实施例，一种光学元件的剖面示意图；
图4是根据本发明的一实施例，一种光学元件的剖面示意图；
图5是根据本发明的一实施例，显示光学元件不同的量子效率(QE)光谱；以及
图6是根据本发明的一实施例，显示光学元件不同的量子效率(QE)光谱。
附图标记说明：
10 光学元件
12 基板
14 金属栅
16 第一图案化有机层
16a 第一图案化有机层的第一部分
16b 第一图案化有机层的第二部分
16c 第一图案化有机层的第三部分
16d 第一图案化有机层的第四部分
18 第二图案化有机层
20 彩色滤光片
22 红色滤光片
22’ 红色滤光片的主要部分
22” 红色滤光片的延伸部分
24 绿色滤光片
24’ 绿色滤光片的主要部分
24” 绿色滤光片的延伸部分
26 蓝色滤光片
26’ 蓝色滤光片的主要部分
26” 蓝色滤光片的延伸部分
28 平坦层
30 突出部
30a 第一突出部
30b 第二突出部
30c 第三突出部
A 曲线(具有厚度大约600纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱；具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度小于金属栅的厚度)的光学元件的量子效率光谱)
B 曲线(具有厚度大约700纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱；具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度与金属栅的厚度相等)的光学元件的量子效率光谱)
C 曲线(具有厚度大约800纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱；具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约100纳米)的光学元件的量子效率光谱)
D 曲线(具有厚度大约900纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱；具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约200纳米)的光学元件的量子效率光谱)
E 曲线(具有厚度大约1,000纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱；具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约300纳米)的光学元件的量子效率光谱))
Ha 第一突出部的高度
Hb 第二突出部的高度
Hc 第三突出部的高度
Pa 第一突出部的间距
Pb 第二突出部的间距
Pc 第三突出部的间距
WB 蓝色滤光片的宽度
WG 绿色滤光片的宽度
WR 红色滤光片的宽度
Wb 蓝色滤光片的延伸部分的宽度
Wg 绿色滤光片的延伸部分的宽度
Wr 红色滤光片的延伸部分的宽度
Ta 第一图案化有机层的第一部分的厚度
Tb 第一图案化有机层的第二部分的厚度
Tc 第一图案化有机层的第三部分的厚度
TB 蓝色滤光片(主要部分)的厚度
TG 绿色滤光片(主要部分)的厚度
TR 红色滤光片(主要部分)的厚度
Tbl 蓝色滤光片的延伸部分的厚度
Tg 绿色滤光片的延伸部分的厚度
Tr 红色滤光片的延伸部分的厚度
具体实施方式
请参阅图1，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图1为光学元件10的剖面示意图。
在图1中，光学元件10包括基板12、复数个金属栅14、第一图案化有机层16、第二图案化有机层18、以及复数个彩色滤光片20。金属栅14形成于基板12上。第一图案化有机层16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及复数个第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分别形成于金属栅14之间，而第四部分16d形成于金属栅14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大于第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大于第三部分16c的第三厚度Tc(Ta>Tb>Tc)。第二图案化有机层18形成于第一图案化有机层16的第四部分16d上。彩色滤光片20包括红色(R)滤光片22、绿色(G)滤光片24、以及蓝色(B)滤光片26。彩色滤光片20形成于第一图案化有机层16上，且为第二图案化有机层18所包围。如图1所示，红色滤光片22形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上，且为第二图案化有机层18所包围。绿色滤光片24形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上，且为第二图案化有机层18所包围。蓝色滤光片26形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上，且为第二图案化有机层18所包围。
在部分实施例中，基板12为硅基板，其包括光电转换元件，例如光二极管。在部分实施例中，第一图案化有机层16的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第二图案化有机层18的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第一图案化有机层16与第二图案化有机层18的材料相同。在部分实施例中，第一图案化有机层16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介于大约0.1微米至大约0.5微米之间。
在图1中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色(R)滤光片22的厚度TR大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的厚度TG，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的厚度TG大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色(B)滤光片26的厚度TB(TR>TG>TB)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的厚度TB大于或等于约1微米。
在图1中，光学元件10还包括平坦层28，形成于第二图案化有机层18与彩色滤光片20上。在部分实施例中，平坦层28包括低折射率材料，可通过例如化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)所制备。
根据光在红色/绿色/蓝色滤光片中的散射特性，调整红色(R)滤光片22的厚度TR，使其大于绿色(G)滤光片24的厚度TG，以及调整绿色(G)滤光片24的厚度TG，使其大于蓝色(B)滤光片26的厚度TB(也就是，TR>TG>TB)。并确保蓝色滤光片26相对小的厚度TB至少大于或等于约1微米。通过在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊厚度，可改变红色/绿色/蓝色滤光片中的平板局限模式(slab confinement mode，SCM)，而避免在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(guiding mode，GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，有助于光的穿透及提升像素的灵敏度或量子效应(QE)。
将第一图案化有机层16的厚度设计在最佳范围内，例如，调整第一部分16a的第一厚度Ta，使其大于第二部分16b的第二厚度Tb，以及调整第二部分16b的第二厚度Tb，使其大于第三部分16c的第三厚度Tc(也就是，Ta>Tb>Tc)。且使第一厚度Ta、第二厚度Tb、以及第三厚度Tc的其中任一者介于大约0.1微米至大约0.5微米之间。通过第一图案化有机层16的特殊厚度设计，可使波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间的共振(或耦合)效应维持在第一图案化有机层16中，将光局限在第一图案化有机层16中，随后由基板12加以吸收，有助于提升像素的灵敏度或量子效应(QE)。
请参阅图2，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图2为光学元件10的剖面示意图。
在图2中，光学元件10包括基板12、复数个金属栅14、第一图案化有机层16、第二图案化有机层18、以及复数个彩色滤光片20。金属栅14形成于基板12上。第一图案化有机层16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及复数个第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分别形成于金属栅14之间，而第四部分16d形成于金属栅14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大于第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大于第三部分16c的第三厚度Tc(Ta>Tb>Tc)。第二图案化有机层18形成于第一图案化有机层16的第四部分16d上。彩色滤光片20包括红色(R)滤光片22、绿色(G)滤光片24、以及蓝色(B)滤光片26。彩色滤光片20形成于第一图案化有机层16上，且为第二图案化有机层18所包围。如图2所示，红色滤光片22形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上，且为第二图案化有机层18所包围。绿色滤光片24形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上，且为第二图案化有机层18所包围。蓝色滤光片26形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上，且为第二图案化有机层18所包围。
在部分实施例中，基板12为硅基板，其包括光电转换元件，例如光二极管。在部分实施例中，第一图案化有机层16的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第二图案化有机层18的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第一图案化有机层16与第二图案化有机层18的材料相同。在部分实施例中，第一图案化有机层16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介于大约0.1微米至大约0.5微米之间。
在图2中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色(R)滤光片22的厚度TR大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的厚度TG，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的厚度TG大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色(B)滤光片26的厚度TB(TR>TG>TB)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的厚度TB大于或等于约1微米。
在图2中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色(R)滤光片22的宽度WR大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的宽度WG，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的宽度WG大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色(B)滤光片26的宽度WB(WR>WG>WB)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的宽度WB大于或等于约0.5微米。
在图2中，光学元件10还包括平坦层28，形成于第二图案化有机层18与彩色滤光片20上。在部分实施例中，平坦层28包括低折射率材料，可通过例如化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)所制备。
在图2中，除了在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊厚度之外，亦调整红色(R)滤光片22的宽度WR，使其大于绿色(G)滤光片24的宽度WG，以及调整绿色(G)滤光片24的宽度WG，使其大于蓝色(B)滤光片26的宽度WB(也就是，WR>WG>WB)。并使蓝色滤光片26相对小的宽度WB至少大于或等于约0.5微米。通过在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊宽度，可改变红色/绿色/蓝色滤光片中的波导模式(GM)，而进一步抑制在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，有助于光的穿透及提升像素的灵敏度或量子效应(QE)。
请参阅图3，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图3为光学元件10的剖面示意图。
在图3中，光学元件10包括基板12、复数个金属栅14、第一图案化有机层16、第二图案化有机层18、以及复数个彩色滤光片20。金属栅14形成于基板12上。第一图案化有机层16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及复数个第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分别形成于金属栅14之间，而第四部分16d形成于金属栅14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大于第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大于第三部分16c的第三厚度Tc(Ta>Tb>Tc)。第二图案化有机层18形成于第一图案化有机层16的第四部分16d上。彩色滤光片20包括红色(R)滤光片22、绿色(G)滤光片24、以及蓝色(B)滤光片26。彩色滤光片20形成于第一图案化有机层16上，且为第二图案化有机层18所包围。如图3所示，红色滤光片22形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上，且为第二图案化有机层18所包围。绿色滤光片24形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上，且为第二图案化有机层18所包围。蓝色滤光片26形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上，且为第二图案化有机层18所包围。
在部分实施例中，基板12为硅基板，其包括光电转换元件，例如光二极管。在部分实施例中，第一图案化有机层16的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第二图案化有机层18的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第一图案化有机层16与第二图案化有机层18的材料相同。在部分实施例中，第一图案化有机层16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介于大约0.1微米至大约0.5微米之间。
在图3中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色(R)滤光片22的厚度TR大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的厚度TG，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的厚度TG大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色(B)滤光片26的厚度TB(TR>TG>TB)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的厚度TB大于或等于约1微米。
在图3中，光学元件10还包括复数个突出部30。突出部30包括第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c，分别形成于第一图案化有机层16的第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c上。如图3所示，第一突出部30a形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上，第二突出部30b形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上，第三突出部30c形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上。
在图3中，第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c的形状为金字塔形。在部分实施例中，第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c亦可包括其他适当形状，例如，圆柱形或拱形。值得注意的是，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上相邻的第一突出部30a的第一间距Pa大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上相邻的第二突出部30b的第二间距Pb，以及形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上相邻的第二突出部30b的第二间距Pb大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上相邻的第三突出部30c的第三间距Pc。再者，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上相邻的第一突出部30a的第一高度Ha大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上相邻的第二突出部30b的第二高度Hb，以及形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上相邻的第二突出部30b的第二高度Hb大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上相邻的第三突出部30c的第三高度Hc。
在图3中，光学元件10还包括平坦层28，形成于第二图案化有机层18与彩色滤光片20上。在部分实施例中，平坦层28包括低折射率材料，可通过例如化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)所制备。
分别形成于第一图案化有机层16的第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c上的第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c在彩色滤光片20与第一图案化有机层16之间提供了折射率渐进变化区间，有助于光的穿透。
请参阅图4，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图4为光学元件10的剖面示意图。
在图4中，光学元件10包括基板12、复数个金属栅14、第一图案化有机层16、第二图案化有机层18、以及复数个彩色滤光片20。金属栅14形成于基板12上。第一图案化有机层16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及复数个第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分别形成于金属栅14之间，而第四部分16d形成于金属栅14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大于第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大于第三部分16c的第三厚度Tc(Ta>Tb>Tc)。第二图案化有机层18形成于第一图案化有机层16的第四部分16d上。彩色滤光片20包括红色(R)滤光片22、绿色(G)滤光片24、以及蓝色(B)滤光片26。红色滤光片22包括主要部分22’以及自主要部分22’延伸的延伸部分22”。绿色滤光片24包括主要部分24’以及自主要部分24’延伸的延伸部分24”。蓝色滤光片26包括主要部分26’以及自主要部分26’延伸的延伸部分26”。如图4所示，红色滤光片22的主要部分22’形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上，且为第二图案化有机层18所包围。绿色滤光片24的主要部分24’形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上，且为第二图案化有机层18所包围。蓝色滤光片26的主要部分26’形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上，且为第二图案化有机层18所包围。
在部分实施例中，基板12为硅基板，其包括光电转换元件，例如光二极管。在部分实施例中，第一图案化有机层16的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第二图案化有机层18的折射率介于大约1.2至大约1.5之间。在部分实施例中，第一图案化有机层16与第二图案化有机层18的材料相同。在部分实施例中，第一图案化有机层16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介于大约0.1微米至大约0.5微米之间。
在图4中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色(R)滤光片22的主要部分22’的厚度TR大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的主要部分24’的厚度TG，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的主要部分24’的厚度TG大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色(B)滤光片26的主要部分26’的厚度TB(TR>TG>TB)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的主要部分26’的厚度TB大于或等于约1微米。
在图4中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色(R)滤光片22的主要部分22’的宽度WR大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的主要部分24’的宽度WG，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色(G)滤光片24的主要部分24’的宽度WG大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色(B)滤光片26的主要部分26’的宽度WB(WR>WG>WB)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的主要部分26’的宽度WB大于或等于约0.5微米。
在图4中，红色(R)滤光片22的延伸部分22”形成于第一图案化有机层16的第一部分16a中，并接触基板12与红色滤光片22的主要部分22’。绿色(G)滤光片24的延伸部分24”形成于第一图案化有机层16的第二部分16b中，并接触基板12与绿色滤光片24的主要部分24’。蓝色(B)滤光片26的延伸部分26”形成于第一图案化有机层16的第三部分16c中，并接触基板12与蓝色滤光片26的主要部分26’。
在图4中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a中的红色(R)滤光片22的延伸部分22”的厚度Tr大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b中的绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的厚度Tg，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b中的绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的厚度Tg大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c中的蓝色(B)滤光片26的延伸部分26”的厚度Tbl(Tr>Tg>Tbl)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c中的蓝色滤光片26的延伸部分26”的厚度Tbl大于或等于约0.2微米。
在图4中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a中的红色(R)滤光片22的延伸部分22”的宽度Wr大于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b中的绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的宽度Wg，且形成于第一图案化有机层16的第二部分16b中的绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的宽度Wg大于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c中的蓝色(B)滤光片26的延伸部分26”的宽度Wb(Wr>Wg>Wb)。在部分实施例中，形成于第一图案化有机层16的第三部分16c中的蓝色滤光片26的延伸部分26”的宽度Wb大于或等于约0.3微米。
在图4中，形成于第一图案化有机层16的第一部分16a中的红色(R)滤光片22的延伸部分22”的宽度Wr小于形成于第一图案化有机层16的第一部分16a上的红色滤光片22的主要部分22’的宽度WR。形成于第一图案化有机层16的第二部分16b中的绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的宽度Wg小于形成于第一图案化有机层16的第二部分16b上的绿色滤光片24的主要部分24’的宽度WG。形成于第一图案化有机层16的第三部分16c中的蓝色(B)滤光片26的延伸部分26”的宽度Wb小于形成于第一图案化有机层16的第三部分16c上的蓝色滤光片26的主要部分26’的宽度WB。
在图4中，光学元件10还包括平坦层28，形成于第二图案化有机层18与彩色滤光片20上。在部分实施例中，平坦层28包括低折射率材料，可通过例如化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)所制备。
在图4中，除了调整红色/绿色/蓝色滤光片中形成于第一图案化有机层上的主要部分的特殊厚度与宽度之外，亦调整红色(R)滤光片22的延伸部分22”的厚度Tr与宽度Wr，使其大于绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的厚度Tg与宽度Wg，以及调整绿色(G)滤光片24的延伸部分24”的厚度Tg与宽度Wg，使其大于蓝色(B)滤光片26的延伸部分26”的厚度Tbl与宽度Wb(也就是，Tr>Tg>Tbl以及Wr>Wg>Wb)。并使蓝色滤光片26的延伸部分26”其相对小的厚度Tbl至少大于或等于约0.2微米，以及使蓝色滤光片26的延伸部分26”其相对小的宽度Wb至少大于或等于约0.3微米。同样地，通过在设计阶段调整形成于第一图案化有机层中的红色/绿色/蓝色滤光片的延伸部分的特殊厚度与宽度，可进一步抑制在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，有助于光的穿透及提升像素的灵敏度或量子效应(QE)。
实施例1
本发明具有厚度增加的彩色滤光片的光学元件其量子效率光谱的提升
在本实施例中，通过增加光学元件中红色/绿色/蓝色滤光片厚度的方式已确认可提升量子效率(QE)。请参阅图5，曲线A显示具有厚度大约600纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱。曲线B显示具有厚度大约700纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱。曲线C显示具有厚度大约800纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱。曲线D显示具有厚度大约900纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱。曲线E显示具有厚度大约1,000纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件的量子效率光谱。
本发明包括具有厚度大约1,000纳米的红色/绿色/蓝色滤光片的光学元件所建立的量子效率光谱(曲线E)显示由于在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间的共振(或耦合)效应受到抑制，使得红色滤光片的量子效率峰值相较于曲线A中红色滤光片的量子效率峰值大幅提升约10％。同样地，曲线E中绿色滤光片的量子效率峰值亦相较于曲线A中绿色滤光片的量子效率峰值大幅提升约10％。此外，量子效率光谱(曲线E)亦显示彩色滤光片之间可维持低串音干扰。
实施例2
本发明具有厚度增加且位于彩色滤光片下方的有机层的光学元件其量子效率光谱的提升
在本实施例中，通过增加光学元件中位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层厚度的方式已确认可提升量子效率(QE)。请参阅图6，曲线A显示具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度小于金属栅的厚度)的光学元件的量子效率光谱。曲线B显示具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度与金属栅的厚度相等)的光学元件的量子效率光谱。曲线C显示具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约100纳米)的光学元件的量子效率光谱。曲线D显示具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约200纳米)的光学元件的量子效率光谱。曲线E显示具有位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约300纳米)的光学元件的量子效率光谱。
本发明包括位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层(其中有机层的厚度大于金属栅的厚度约300纳米)的光学元件所建立的量子效率光谱(曲线E)显示由于在位于红色/绿色/蓝色滤光片下方的有机层中可维持波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间的共振(或耦合)效应，使得红色滤光片的量子效率峰值相较于曲线A中红色滤光片的量子效率峰值大幅提升约10％。同样地，曲线E中绿色滤光片的量子效率峰值亦相较于曲线A中绿色滤光片的量子效率峰值大幅提升约10％。此外，量子效率光谱(曲线E)亦显示彩色滤光片之间可维持低串音干扰。
在本发明中，通过调整红色/绿色/蓝色滤光片的厚度与宽度以避免在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，例如，调整红色滤光片的厚度，使其大于绿色滤光片的厚度，以及调整绿色滤光片的厚度，使其大于蓝色滤光片的厚度。并确保蓝色滤光片相对小的厚度至少大于或等于约1微米。通过在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊厚度，可改变红色/绿色/蓝色滤光片中的平板局限模式(SCM)，而避免在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间产生共振(或耦合)效应，有助于光的穿透及提升像素的灵敏度或量子效应(QE)。
再者，调整红色滤光片的宽度，使其大于绿色滤光片的宽度，以及调整绿色滤光片的宽度，使其大于蓝色滤光片的宽度。并使蓝色滤光片相对小的宽度至少大于或等于一特定值。通过在设计阶段调整红色/绿色/蓝色滤光片的特殊宽度，可改变红色/绿色/蓝色滤光片中的波导模式(GM)，有效抑制在红色/绿色/蓝色滤光片中波导模式(GM)与平板局限模式(SCM)之间的共振(或耦合)效应。
上述实施例的特征有利于本技术领域中技术人员理解本发明。本技术领域中技术人员应理解可采用本发明作基础，设计并变化其他工艺与结构以完成上述实施例的相同目的及/或相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解，这些等效置换并未脱离本发明构思与范围，并可在未脱离本发明的构思与范围的前提下进行改变、替换、或变动。

Claims (11)

1.一种光学元件，包括：
复数个金属栅，形成于一基板上；
一第一图案化有机层，形成于该基板上，并与该复数个金属栅接触，该第一图案化有机层包括一第一部分、一第二部分、一第三部分、以及复数个第四部分，该第一部分具有一第一厚度，该第二部分具有一第二厚度，该第三部分具有一第三厚度，其中该第一部分、该第二部分与该第三部分分别形成于该复数个金属栅之间，该复数个第四部分形成于该复数个金属栅上，其中该第一部分的该第一厚度大于该第二部分的该第二厚度，该第二部分的该第二厚度大于该第三部分的该第三厚度；
一第二图案化有机层，形成于该第一图案化有机层的该复数个第四部分上；以及
复数个彩色滤光片，分别形成于该第一图案化有机层的该第一部分、该第二部分与该第三部分上，且为该第二图案化有机层所包围。
2.如权利要求1所述的光学元件，其中该第一图案化有机层的折射率介于1.2至1.5之间，该第二图案化有机层的折射率介于1.2至1.5之间，以及该第一图案化有机层的该第一部分的该第一厚度、该第二部分的该第二厚度、以及该第三部分的该第三厚度的其中任一者介于0.1微米至0.5微米之间。
3.如权利要求1所述的光学元件，还包括一平坦层，其中该复数个彩色滤光片包括一红色滤光片、一绿色滤光片、以及一蓝色滤光片，该红色滤光片包括一主要部分，形成于该第一图案化有机层的该第一部分上，该绿色滤光片包括一主要部分，形成于该第一图案化有机层的该第二部分上，该蓝色滤光片包括一主要部分，形成于该第一图案化有机层的该第三部分上，以及该平坦层形成于该第二图案化有机层与该复数个彩色滤光片上。
4.如权利要求3所述的光学元件，其中该红色滤光片的该主要部分的厚度大于该绿色滤光片的该主要部分的厚度，该绿色滤光片的该主要部分的该厚度大于该蓝色滤光片的该主要部分的厚度，以及该蓝色滤光片的该主要部分的该厚度大于或等于1微米。
5.如权利要求3所述的光学元件，其中该红色滤光片的该主要部分的宽度大于该绿色滤光片的该主要部分的宽度，以及该绿色滤光片的该主要部分的该宽度大于该蓝色滤光片的该主要部分的宽度。
6.如权利要求3所述的光学元件，还包括复数个突出部，形成于该第一图案化有机层的该第一部分、该第二部分、以及该第三部分上，其中该复数个突出部包括金字塔形、圆柱形、或拱形。
7.如权利要求6所述的光学元件，其中形成于该第一部分上的该复数个相邻突出部的间距大于形成于该第二部分上的该复数个相邻突出部的间距，以及形成于该第二部分上的该复数个相邻突出部的该间距大于形成于该第三部分上的该复数个相邻突出部的间距。
8.如权利要求6所述的光学元件，其中形成于该第一部分上的该复数个突出部的高度大于形成于该第二部分上的该复数个突出部的高度，以及形成于该第二部分上的该复数个突出部的该高度大于形成于该第三部分上的该复数个突出部的高度。
9.如权利要求5所述的光学元件，其中该红色滤光片还包括一延伸部分，延伸自该红色滤光片的该主要部分，形成于该第一图案化有机层中，该绿色滤光片还包括一延伸部分，延伸自该绿色滤光片的该主要部分，形成于该第一图案化有机层中，以及该蓝色滤光片还包括一延伸部分，延伸自该蓝色滤光片的该主要部分，形成于该第一图案化有机层中。
10.如权利要求9所述的光学元件，其中该红色滤光片的该延伸部分的厚度大于该绿色滤光片的该延伸部分的厚度，以及该绿色滤光片的该延伸部分的该厚度大于该蓝色滤光片的该延伸部分的厚度。
11.如权利要求10所述的光学元件，其中该红色滤光片的该延伸部分的宽度大于该绿色滤光片的该延伸部分的宽度，该绿色滤光片的该延伸部分的该宽度大于该蓝色滤光片的该延伸部分的宽度，该红色滤光片的该延伸部分的该宽度小于该主要部分的该宽度，该绿色滤光片的该延伸部分的该宽度小于该主要部分的该宽度，以及该蓝色滤光片的该延伸部分的该宽度小于该主要部分的该宽度。
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