CN111769136A - 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：一中心区，具有多个中心像素；一第一区，具有多个第一像素；一第二区，具有多个第二像素；一有机层，形成于该中心区、该第一区与该第二区中；以及一光收集层，包括一第一光收集元件与一第二光收集元件，由该有机层所包围，形成于该第一区与该第二区中，其中该第一光收集元件形成于该第一像素中，该第二光收集元件形成于该第二像素中。该中心区、该第一区与该第二区彼此分隔沿着一排列方向排列，且该第一区较该第二区邻近该中心区。该第一光收集元件不同于该第二光收集元件。

Description

光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学元件，特别涉及一种具有形成于彩色滤光片上包括不同尺寸、位置的光收集元件的光学元件。
背景技术
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(wave guide 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，由于金属栅会吸收斜向光线，导致像素的量子效率(QE)下降，特别对于位在基板边缘区的像素来说更是如此。
因此，开发一种可提升量子效率光谱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：一中心区，具有多个中心像素；一第一区，具有多个第一像素；一第二区，具有多个第二像素；一有机层，形成于该中心区、该第一区与该第二区中；以及一光收集层(light collection layer)，包括一第一光收集元件与一第二光收集元件，由该有机层所包围，形成于该第一区与该第二区中，其中该第一光收集元件形成于该第一像素中，该第二光收集元件形成于该第二像素中。该中心区、该第一区与该第二区彼此分隔沿着一排列方向排列。该第一区较该第二区邻近该中心区。该第一光收集元件不同于该第二光收集元件。
在部分实施例中，该第一像素的中心与该第一光收集元件的中心之间形成一第一距离，以及该第二像素的中心与该第二光收集元件的中心之间形成一第二距离。在部分实施例中，该第二距离大于该第一距离，该第一光收集元件的该中心沿着与该中心区、该第一区与该第二区的该排列方向相反的方向自该第一像素的该中心远离，以及该第二光收集元件的该中心沿着与该中心区、该第一区与该第二区的该排列方向相反的方向自该第二像素的该中心远离。
在部分实施例中，该第一距离与该第二距离相同。在部分实施例中，该第二光收集元件的宽度大于该第一光收集元件的宽度。在部分实施例中，该第一光收集元件的宽度大于0，以及该第二光收集元件的宽度小于该第二像素的宽度。在部分实施例中，该第二光收集元件的上表面积大于该第一光收集元件的上表面积。在部分实施例中，该第二光收集元件的厚度大于该第一光收集元件的厚度。在部分实施例中，该第二光收集元件的厚度大于该有机层的厚度。在部分实施例中，该第一光收集元件与该第二光收集元件更由该有机层所覆盖。在部分实施例中，一部分的该第二光收集元件更延伸进入位于该第二光收集元件下方的一彩色滤光片中。在部分实施例中，该第二光收集元件延伸进入该彩色滤光片中的该部分的厚度小于该彩色滤光片的厚度的三分之一。
在部分实施例中，该第二光收集元件的宽度大于该第一光收集元件的宽度，以及该第二光收集元件的厚度大于该第一光收集元件的厚度。在部分实施例中，该第二光收集元件更延伸覆盖一图案化有机层，该图案化有机层包围位于该第二光收集元件下方的一彩色滤光片。在部分实施例中，该图案化有机层的折射率介于1.2至1.45之间。
在部分实施例中，该第一光收集元件与该第二光收集元件的折射率大于分别位于该第一光收集元件与该第二光收集元件下方的彩色滤光片的折射率。在部分实施例中，该第一光收集元件与该第二光收集元件的折射率介于1.6至1.9之间。在部分实施例中，本发明光学元件还包括一抗反射层(anti-reflection layer)，形成于该有机层、该第一光收集元件与该第二光收集元件上。在部分实施例中，该第一光收集元件与该第二光收集元件的折射率大于该抗反射层的折射率。
在本发明中，将具有特定尺寸或位置的高折射率(n＝1.6～1.9)光收集元件设置于彩色滤光片上。对于尺寸的要求上，设置于远离中心像素的光收集元件的宽度(或厚度)需大于设置于邻近中心像素的光收集元件的宽度(或厚度)。对于位置的要求上，远离中心像素的光收集元件中心点与其所在像素中心点之间的距离(也就是，光收集元件偏离所在像素中心点的距离)需大于邻近中心像素的光收集元件中心点与其所在像素中心点之间的距离。值得注意的是，光收集元件的偏离方向与像素排列方向是相反的。再者，根据不同的像素排列方向，可对应改变像素中光收集元件的偏离方向。此外，光收集元件的折射率大于相邻材料的折射率。本发明通过设置特定的光收集元件，可因此大幅提升彩色滤光片的量子效率(QE)峰值，特别是可提升位于基板边缘区像素的量子效率峰值。
附图说明
图1是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素排列的上视图；
图2是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的上视图；
图3是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的剖面示意图；
图4是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的上视图；
图5是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的剖面示意图；
图6是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的上视图；
图7是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的剖面示意图；
图8是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的上视图；
图9是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的剖面示意图；
图10是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的上视图；
图11是根据本发明的一实施例，一种光学元件的像素结构的剖面示意图；以及
图12是根据本发明的一实施例，一种光学元件的量子效率(QE)峰值。
附图标记说明：
10 光学元件
12 基q板
12a 基板的中心
12b 基板的边缘
14 基板的中心区
14a、14b、14c、14d 中心像素
16 基板的第一区
16a、16b、16c、16d 第一像素
18 基板的第二区
18a、18b、18c、18d 第二像素
20 基板的第三区
20a、20b、20c、20d 第三像素
22 绿色滤光片
22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h 像素排列方向
24 红色滤光片
26 蓝色滤光片
28 金属栅
30 图案化第一有机层
32 彩色滤光片
34 第二有机层
36 光收集元件
38 氧化层
40 抗反射层
42 (远离)方向
A1 光收集元件的第一面积
A2 光收集元件的第二面积
A3 光收集元件的第三面积
D1 第一距离
D2 第二距离
D3 第三距离
PL 光收集元件的中心点
PS 第一/第二/第三像素的中心点
T1 光收集元件的第一厚度
T2 光收集元件的第二厚度
T3 光收集元件的第三厚度
T3L 光收集元件延伸进入彩色滤光片的厚度
TCF 彩色滤光片的厚度
TL 第二有机层的厚度
W 第三像素的宽度
W1 光收集元件的第一宽度
W2 光收集元件的第二宽度
W3 光收集元件的第三宽度
具体实施方式
请参阅图1-图3，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的像素排列的上视图。图2为光学元件10的像素结构的上视图。图3为光学元件10的像素结构的剖面示意图。
在图1、图2中，光学元件10包括基板12，其包括中心区14、第一区16、第二区18、以及第三区20。中心区14、第一区16、第二区18、以及第三区20彼此分隔。第一区16较第二区18邻近中心区14。第二区18较第三区20邻近第一区16。中心区14具有多个中心像素，例如14a、14b、14c、14d。第一区16具有多个第一像素，例如16a、16b、16c、16d。第二区18具有多个第二像素，例如18a、18b、18c、18d。第三区20具有多个第三像素，例如20a、20b、20c、20d。中心区14的中心像素(14a、14b、14c、14d)、第一区16的第一像素(16a、16b、16c、16d)、第二区18的第二像素(18a、18b、18c、18d)、以及第三区20的第三像素(20a、20b、20c、20d)沿着一像素排列方向排列。此像素排列方向为自基板12的中心12a朝向边缘12b的方向，例如包括各式不同的像素排列方向(22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h)，如图1所示。像素排列方向22a表示像素自基板12的中心至左下侧的对角排列方向。像素排列方向22b表示像素自基板12的中心至左侧的水平排列方向(沿X轴)。像素排列方向22c表示像素自基板12的中心至左上侧的对角排列方向。像素排列方向22d表示像素自基板12的中心至上侧的垂直排列方向(沿Y轴)。像素排列方向22e表示像素自基板12的中心至右上侧的对角排列方向。像素排列方向22f表示像素自基板12的中心至右侧的水平排列方向(沿X轴)。像素排列方向22g表示像素自基板12的中心至右下侧的对角排列方向。像素排列方向22h表示像素自基板12的中心至下侧的垂直排列方向(沿Y轴)。此处，中心像素(14a、14b、14c、14d)、第一像素(16a、16b、16c、16d)、第二像素(18a、18b、18c、18d)、以及第三像素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以像素排列方向22a为例作说明。
在图2中，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括绿色(G)滤光片22。中心像素14b、第一像素16b、第二像素18b、以及第三像素20b包括红色(R)滤光片24。中心像素14c、第一像素16c、第二像素18c、以及第三像素20c包括蓝色(B)滤光片26。中心像素14d、第一像素16d、第二像素18d、以及第三像素20d包括绿色(G)滤光片22。在部分实施例中，绿色(G)滤光片22、红色(R)滤光片24与蓝色(B)滤光片26在像素中的其他排列方式亦适用于本发明。此处，以中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a为例说明其之间不同的像素结构。
请参阅图2、图3，中心像素14a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、以及第二有机层34。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上。每一第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、第二有机层34、以及光收集元件(light collection element)36。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上，并包围光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大于第二有机层34的折射率。此处，并未有光收集元件设置于中心像素14a。此外，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第一距离D1，第二像素18a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第二距离D2，以及第三像素20a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第三距离D3。
在图2、图3中，第一距离D1、第二距离D2、以及第三距离D3均不同。请参阅图2，第一像素16a中，光收集元件36的中心点PL沿着方向42自第一像素16a的中心点PS远离。第二像素18a中，光收集元件36的中心点PL沿着方向42自第二像素18a的中心点PS远离。第三像素20a中，光收集元件36的中心点PL沿着方向42自第三像素20a的中心点PS远离。值得注意的是，远离方向42表示光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向右上侧的对角远离方向。此处，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22a(也就是，像素自基板12的中心至左下侧的对角排列方向)排列，如图1所示。因此，光收集元件36的远离方向42与像素排列方向22a相反。
根据不同的像素排列方向，可对应改变光收集元件36的远离方向42，以确保光收集元件的远离方向与像素排列方向相反。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22b(也就是，像素自基板12的中心至左侧的水平排列方向(沿X轴))排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向右侧的水平方向远离。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22c(也就是，像素自基板12的中心至左上侧的对角排列方向)排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向右下侧的对角方向远离。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22d(也就是，像素自基板12的中心至上侧的垂直排列方向(沿Y轴))排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向下侧的垂直方向远离。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22e(也就是，像素自基板12的中心至右上侧的对角排列方向)排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向左下侧的对角方向远离。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22f(也就是，像素自基板12的中心至右侧的水平排列方向(沿X轴))排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向左侧的水平方向远离。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22g(也就是，像素自基板12的中心至右下侧的对角排列方向)排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向左上侧的对角方向远离。在部分实施例中，当中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22h(也就是，像素自基板12的中心至下侧的垂直排列方向(沿Y轴))排列时，光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向上侧的垂直方向远离。
在图2、图3中，第三像素20a中的第三距离D3大于第二像素18a中的第二距离D2。第二像素18a中的第二距离D2大于第一像素16a中的第一距离D1。第一像素16a中的第一距离D1大于0。
在部分实施例中，图案化第一有机层30的折射率大约介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于彩色滤光片32的折射率。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大约介于1.6至1.9之间。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括氧化层38，覆盖金属栅28。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括抗反射层(anti-reflection layer)40，形成于第二有机层34上。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于抗反射层40的折射率。
请参阅图1、图4、图5，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的像素结构的上视图。图5为光学元件10的像素结构的剖面示意图。
在图1中，同样地，中心像素(14a、14b、14c、14d)、第一像素(16a、16b、16c、16d)、第二像素(18a、18b、18c、18d)、以及第三像素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以像素排列方向22a为例作说明。
在图4中，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括绿色(G)滤光片22。中心像素14b、第一像素16b、第二像素18b、以及第三像素20b包括红色(R)滤光片24。中心像素14c、第一像素16c、第二像素18c、以及第三像素20c包括蓝色(B)滤光片26。中心像素14d、第一像素16d、第二像素18d、以及第三像素20d包括绿色(G)滤光片22。在部分实施例中，绿色(G)滤光片22、红色(R)滤光片24与蓝色(B)滤光片26在像素中的其他排列方式亦适用于本发明。此处，以中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a为例说明其之间不同的像素结构。
请参阅图4、图5，中心像素14a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、以及第二有机层34。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上。每一第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、第二有机层34、以及光收集元件(light collection element)36。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上，并包围光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大于第二有机层34的折射率。此处，并未有光收集元件设置于中心像素14a。此外，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义第一像素16a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第一距离，第二像素18a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第二距离，以及第三像素20a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第三距离。
在图4、图5中，第一距离、第二距离、以及第三距离均为0。请参阅图4，第一像素16a中，光收集元件36的中心点PL与第一像素16a的中心点PS重合。第二像素18a中，光收集元件36的中心点PL与第二像素18a的中心点PS重合。第三像素20a中，光收集元件36的中心点PL与第三像素20a的中心点PS重合。也就是，光收集元件36的中心点PL与第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS之间并未产生偏离。
在图4、图5中，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的光收集元件36的第一宽度W1，第二像素18a的光收集元件36的第二宽度W2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三宽度W3。值得注意的是，第三像素20a的光收集元件36的第三宽度W3大于第二像素18a的光收集元件36的第二宽度W2。第二像素18a的光收集元件36的第二宽度W2大于第一像素16a的光收集元件36的第一宽度W1。在部分实施例中，第一像素16a的光收集元件36的第一宽度W1大于0。第三像素20a的光收集元件36的第三宽度W3小于第三像素20a的宽度W。此外，亦定义出第一像素16a的光收集元件36的第一面积A1，第二像素18a的光收集元件36的第二面积A2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三面积A3。类似地，第三像素20a的光收集元件36的第三面积A3大于第二像素18a的光收集元件36的第二面积A2，第二像素18a的光收集元件36的第二面积A2大于第一像素16a的光收集元件36的第一面积A1。
在部分实施例中，图案化第一有机层30的折射率大约介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于彩色滤光片32的折射率。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大约介于1.6至1.9之间。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括氧化层38，覆盖金属栅28。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括抗反射层(anti-reflection layer)40，形成于第二有机层34上。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于抗反射层40的折射率。
请参阅图1、图6、图7，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图6为光学元件10的像素结构的上视图。图7为光学元件10的像素结构的剖面示意图。
在图1中，同样地，中心像素(14a、14b、14c、14d)、第一像素(16a、16b、16c、16d)、第二像素(18a、18b、18c、18d)、以及第三像素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以像素排列方向22a为例作说明。
在图6中，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括绿色(G)滤光片22。中心像素14b、第一像素16b、第二像素18b、以及第三像素20b包括红色(R)滤光片24。中心像素14c、第一像素16c、第二像素18c、以及第三像素20c包括蓝色(B)滤光片26。中心像素14d、第一像素16d、第二像素18d、以及第三像素20d包括绿色(G)滤光片22。在部分实施例中，绿色(G)滤光片22、红色(R)滤光片24与蓝色(B)滤光片26在像素中的其他排列方式亦适用于本发明。此处，以中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a为例说明其之间不同的像素结构。
请参阅图6、图7，中心像素14a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、以及第二有机层34。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上。每一第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、第二有机层34、以及光收集元件(light collection element)36。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上，并包围光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大于第二有机层34的折射率。此处，并未有光收集元件设置于中心像素14a。此外，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义第一像素16a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第一距离，第二像素18a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第二距离，以及第三像素20a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第三距离。
在图6、图7中，第一距离、第二距离、以及第三距离均为0。请参阅图6，第一像素16a中，光收集元件36的中心点PL与第一像素16a的中心点PS重合。第二像素18a中，光收集元件36的中心点PL与第二像素18a的中心点PS重合。第三像素20a中，光收集元件36的中心点PL与第三像素20a的中心点PS重合。也就是，光收集元件36的中心点PL与第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS之间并未产生偏离。
在图7中，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的光收集元件36的第一厚度T1，第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三厚度T3。值得注意的是，第三像素20a的光收集元件36的第三厚度T3大于第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2。第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2大于第一像素16a的光收集元件36的第一厚度T1。此外，在图7中，第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2大于第二有机层34的厚度TL。在部分实施例中，第二有机层34可进一步覆盖分别位于第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中的光收集元件36(未图示)。
在部分实施例中，图案化第一有机层30的折射率大约介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于彩色滤光片32的折射率。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大约介于1.6至1.9之间。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括氧化层38，覆盖金属栅28。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括抗反射层(anti-reflection layer)40，形成于第二有机层34上。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于抗反射层40的折射率。
请参阅图1、图8、图9，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图8为光学元件10的像素结构的上视图。图9为光学元件10的像素结构的剖面示意图。
在图1中，同样地，中心像素(14a、14b、14c、14d)、第一像素(16a、16b、16c、16d)、第二像素(18a、18b、18c、18d)、以及第三像素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以像素排列方向22a为例作说明。
在图8中，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括绿色(G)滤光片22。中心像素14b、第一像素16b、第二像素18b、以及第三像素20b包括红色(R)滤光片24。中心像素14c、第一像素16c、第二像素18c、以及第三像素20c包括蓝色(B)滤光片26。中心像素14d、第一像素16d、第二像素18d、以及第三像素20d包括绿色(G)滤光片22。在部分实施例中，绿色(G)滤光片22、红色(R)滤光片24与蓝色(B)滤光片26在像素中的其他排列方式亦适用于本发明。此处，以中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a为例说明其之间不同的像素结构。
请参阅图8、图9，中心像素14a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、以及第二有机层34。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上。每一第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、第二有机层34、以及光收集元件(light collection element)36。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上，并包围光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大于第二有机层34的折射率。此处，并未有光收集元件设置于中心像素14a。此外，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义第一像素16a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第一距离，第二像素18a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第二距离，以及第三像素20a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第三距离。
在图8、图9中，第一距离、第二距离、以及第三距离均为0。请参阅图8，第一像素16a中，光收集元件36的中心点PL与第一像素16a的中心点PS重合。第二像素18a中，光收集元件36的中心点PL与第二像素18a的中心点PS重合。第三像素20a中，光收集元件36的中心点PL与第三像素20a的中心点PS重合。也就是，光收集元件36的中心点PL与第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS之间并未产生偏离。
请参阅图9，在第二像素18a中，一部分的光收集元件36更延伸进入彩色滤光片32。同样地，在第三像素20a中，一部分的光收集元件36亦延伸进入彩色滤光片32。在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的光收集元件36的第一厚度T1，第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三厚度T3。值得注意的是，第三像素20a的光收集元件36的第三厚度T3大于第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2。第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2大于第一像素16a的光收集元件36的第一厚度T1。在部分实施例中，光收集元件36延伸进入彩色滤光片32的部分的厚度T3L小于彩色滤光片32的厚度TCF的三分之一。
在部分实施例中，图案化第一有机层30的折射率大约介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于彩色滤光片32的折射率。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大约介于1.6至1.9之间。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括氧化层38，覆盖金属栅28。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括抗反射层(anti-reflection layer)40，形成于第二有机层34上。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于抗反射层40的折射率。
请参阅图1、图10、图11，根据本发明的一实施例，提供一种光学元件10。图10为光学元件10的像素结构的上视图。图11为光学元件10的像素结构的剖面示意图。
在图1中，同样地，中心像素(14a、14b、14c、14d)、第一像素(16a、16b、16c、16d)、第二像素(18a、18b、18c、18d)、以及第三像素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以像素排列方向22a为例作说明。
在图10中，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括绿色(G)滤光片22。中心像素14b、第一像素16b、第二像素18b、以及第三像素20b包括红色(R)滤光片24。中心像素14c、第一像素16c、第二像素18c、以及第三像素20c包括蓝色(B)滤光片26。中心像素14d、第一像素16d、第二像素18d、以及第三像素20d包括绿色(G)滤光片22。在部分实施例中，绿色(G)滤光片22、红色(R)滤光片24与蓝色(B)滤光片26在像素中的其他排列方式亦适用于本发明。此处，以中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a为例说明其之间不同的像素结构。
请参阅图10、图11，中心像素14a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、以及第二有机层34。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上。每一第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a包括多个金属栅28、图案化第一有机层30、彩色滤光片32、第二有机层34、以及光收集元件(light collection element)36。金属栅28形成于基板12上。图案化第一有机层30形成于金属栅28上，并包围彩色滤光片32。第二有机层34形成于图案化第一有机层30与彩色滤光片32上，并包围光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大于第二有机层34的折射率。此处，并未有光收集元件设置于中心像素14a。此外，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第一距离D1，第二像素18a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第二距离D2，以及第三像素20a的中心点PS与光收集元件36的中心点PL的距离为第三距离D3。
在图10、图11中，第一距离D1、第二距离D2、以及第三距离D3均不同。请参阅图10，第一像素16a中，光收集元件36的中心点PL沿着方向42自第一像素16a的中心点PS远离。第二像素18a中，光收集元件36的中心点PL沿着方向42自第二像素18a的中心点PS远离。第三像素20a中，光收集元件36的中心点PL沿着方向42自第三像素20a的中心点PS远离。值得注意的是，远离方向42表示光收集元件36的中心点PL分别自第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a的中心点PS朝向右上侧的对角远离方向。此处，中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a沿着像素排列方向22a(也就是，像素自基板12的中心至左下侧的对角排列方向)排列，如图1所示。因此，光收集元件36的远离方向42与像素排列方向22a相反。
在图10、图11中，第三像素20a中的第三距离D3大于第二像素18a中的第二距离D2。第二像素18a中的第二距离D2大于第一像素16a中的第一距离D1。第一像素16a中的第一距离D1大于0。
在图10、图11中，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的光收集元件36的第一宽度W1，第二像素18a的光收集元件36的第二宽度W2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三宽度W3。值得注意的是，第三像素20a的光收集元件36的第三宽度W3大于第二像素18a的光收集元件36的第二宽度W2。第二像素18a的光收集元件36的第二宽度W2大于第一像素16a的光收集元件36的第一宽度W1。在部分实施例中，第一像素16a的光收集元件36的第一宽度W1大于0。第三像素20a的光收集元件36的第三宽度W3小于第三像素20a的宽度W。第三像素20a的光收集元件36更延伸覆盖图案化第一有机层30，如图11所示。此外，亦定义出第一像素16a的光收集元件36的第一面积A1，第二像素18a的光收集元件36的第二面积A2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三面积A3。类似地，第三像素20a的光收集元件36的第三面积A3大于第二像素18a的光收集元件36的第二面积A2，第二像素18a的光收集元件36的第二面积A2大于第一像素16a的光收集元件36的第一面积A1。
在图11中，在第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中，定义出第一像素16a的光收集元件36的第一厚度T1，第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2，以及第三像素20a的光收集元件36的第三厚度T3。值得注意的是，第三像素20a的光收集元件36的第三厚度T3大于第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2。第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2大于第一像素16a的光收集元件36的第一厚度T1。此外，在图11中，第二像素18a的光收集元件36的第二厚度T2大于第二有机层34的厚度TL。在部分实施例中，第二有机层34可进一步覆盖分别位于第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a中的光收集元件36(未图示)。
在部分实施例中，图案化第一有机层30的折射率大约介于1.2至1.45之间。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于彩色滤光片32的折射率。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大约介于1.6至1.9之间。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括氧化层38，覆盖金属栅28。在部分实施例中，每一中心像素14a、第一像素16a、第二像素18a、以及第三像素20a还包括抗反射层(anti-reflection layer)40，形成于第二有机层34上。在部分实施例中，光收集元件36的折射率大于抗反射层40的折射率。
在本发明中，将具有特定尺寸或位置的高折射率(n＝1.6～1.9)光收集元件设置于彩色滤光片上。对于尺寸的要求上，设置于远离中心像素的光收集元件的宽度(或厚度)需大于设置于邻近中心像素的光收集元件的宽度(或厚度)。对于位置的要求上，远离中心像素的光收集元件中心点与其所在像素中心点之间的距离(也就是，光收集元件偏离所在像素中心点的距离)需大于邻近中心像素的光收集元件中心点与其所在像素中心点之间的距离。值得注意的是，光收集元件的偏离方向与像素排列方向是相反的。再者，根据不同的像素排列方向，可对应改变像素中光收集元件的偏离方向。此外，光收集元件的折射率大于相邻材料的折射率。本发明通过设置特定的光收集元件，可因此大幅提升彩色滤光片的量子效率(QE)峰值，特别是可提升位于基板边缘区像素的量子效率峰值。
实施例1
光学元件量子效率峰值的提升
在本实施例中，通过在光学元件中设置具有特定尺寸的光收集元件(即高折射率层)的方式已确认可提升量子效率(QE)峰值，特别是可提升位于基板边缘区像素的量子效率峰值。请参阅图12，柱状图形A显示其内未设置光收集元件的波导彩色滤光片(WGCF)型光学元件的量子效率峰值，柱状图形B显示设置有宽度0.3微米的光收集元件的波导彩色滤光片(WGCF)型光学元件的量子效率峰值，而柱状图形C则是显示设置有宽度0.7微米的光收集元件的波导彩色滤光片(WGCF)型光学元件的量子效率峰值。由设置有较宽光收集元件的波导彩色滤光片(WGCF)型光学元件所建立的量子效率峰值(柱状图形C)显示该光学元件的量子效率峰值较柱状图形B的量子效率峰值约提升1.3％，而较柱状图形A的量子效率峰值约提升2.0％。
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：
一中心区，具有多个中心像素；
一第一区，具有多个第一像素；
一第二区，具有多个第二像素，其中该中心区、该第一区与该第二区彼此分隔沿着一排列方向排列，且该第一区较该第二区邻近该中心区；
一有机层，形成于该中心区、该第一区与该第二区中；以及
一光收集层，包括一第一光收集元件与一第二光收集元件，由该有机层所包围，形成于该第一区与该第二区中，其中该第一光收集元件形成于该第一像素中，该第二光收集元件形成于该第二像素中，且该第一光收集元件不同于该第二光收集元件。
2.如权利要求1所述的光学元件，其中该第一像素的中心与该第一光收集元件的中心之间形成一第一距离，该第二像素的中心与该第二光收集元件的中心之间形成一第二距离，该第二距离大于该第一距离，且该第一光收集元件的该中心沿着与该中心区、该第一区与该第二区的该排列方向相反的方向自该第一像素的该中心远离，以及该第二光收集元件的该中心沿着与该中心区、该第一区与该第二区的该排列方向相反的方向自该第二像素的该中心远离。
3.如权利要求1所述的光学元件，其中该第一像素的中心与该第一光收集元件的中心之间形成一第一距离，该第二像素的中心与该第二光收集元件的中心之间形成一第二距离，该第一距离与该第二距离相同。
4.如权利要求3所述的光学元件，其中该第二光收集元件的宽度大于该第一光收集元件的宽度，该第一光收集元件的宽度大于0，该第二光收集元件的宽度小于该第二像素的宽度。
5.如权利要求3所述的光学元件，其中该第二光收集元件的上表面积大于该第一光收集元件的上表面积。
6.如权利要求3所述的光学元件，其中该第二光收集元件的厚度大于该第一光收集元件的厚度，该第二光收集元件的厚度大于该有机层的厚度，该第一光收集元件与该第二光收集元件更由该有机层所覆盖。
7.如权利要求3所述的光学元件，其中一部分的该第二光收集元件更延伸进入位于该第二光收集元件下方的一彩色滤光片中，该第二光收集元件延伸进入该彩色滤光片中的该部分的厚度小于该彩色滤光片的厚度的三分之一。
8.如权利要求2所述的光学元件，其中该第二光收集元件的宽度大于该第一光收集元件的宽度，以及该第二光收集元件的厚度大于该第一光收集元件的厚度。
9.如权利要求8所述的光学元件，其中该第二光收集元件更延伸覆盖一图案化有机层，该图案化有机层包围位于该第二光收集元件下方的一彩色滤光片，该图案化有机层的折射率介于1.2至1.45之间。
10.如权利要求1所述的光学元件，其中该第一光收集元件与该第二光收集元件的折射率大于分别位于该第一光收集元件与该第二光收集元件下方的彩色滤光片的折射率，该第一光收集元件与该第二光收集元件的折射率介于1.6至1.9之间。
11.如权利要求1所述的光学元件，还包括一抗反射层，形成于该有机层、该第一光收集元件与该第二光收集元件上，该第一光收集元件与该第二光收集元件的折射率大于该抗反射层的折射率。
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