CN115128794A - 匀光元件 - Google Patents

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Abstract

一种匀光元件具有入光面与至少一个扩散面，包括：第一基板、承载层、压电薄膜、驱动电极、透光层以及多个光扩散微结构。第一基板具有相对的第一表面与第二表面，并具有第一腔体，其中第一腔体从第一表面贯穿至第二表面。承载层位于第一基板的第一表面上且具有贯穿承载层的光通区域，并具有围成光通区域的凸伸结构。驱动电极与压电薄膜位于承载层上。驱动电极施加驱动电压至压电薄膜，以使压电薄膜产生伸缩形变并拉动凸伸结构弯曲形变。透光层重叠设置于凸伸结构，且透光层覆盖光通区域的表面为入光面。多个光扩散微结构设置于至少一个扩散面，且多个光扩散微结构于透光层上的投影位于光通区域中。本发明的匀光元件具有小体积与低振动量的优点。

Description

匀光元件
技术领域
本发明是有关于一种光学元件，且特别是有关于一种匀光元件。
背景技术
以激光作为光源的显示器虽可具有较佳的色彩表现(例如广色域)，但激光的散斑(speckle)现象会使呈现的影像具有颗粒感或局部亮度不均的情况，造成使用者在观赏时的感受不佳。为了抑制激光光源因具有高同调性干涉所产生的散斑现象，较常见的技术手段有角度多样性(angular diversity)、偏振多样性(polarization diversity)与波长多样性(wavelength diversity)。
举例来说，由于波长多样性的解决方案必须采用多光源或宽频光源，容易增加整体机构的体积与重量，甚至会降低色域的表现。另一方面，由于角度多样性的解决方案必须利用可动式扩散元件(diffuser)来使激光光源的亮度分布均匀化，会造成整体机构的振动量过大，导致光路的稳定性下降。此外，上述的解决方案都不适用于穿戴式显示器。因此，如何解决激光光源的散斑现象，又能确保其微型化的可能性是相关厂商的研发重点之一。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的习知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种匀光元件，具有小体积与低振动量的优点。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述的一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种匀光元件。匀光元件具有入光面与至少一个扩散面，匀光元件包括：第一基板、承载层、压电薄膜、驱动电极、透光层以及多个光扩散微结构。第一基板具有相对的第一表面与第二表面，第一基板具有第一腔体，其中第一腔体从第一表面贯穿至第二表面。承载层位于第一基板的第一表面上且具有贯穿承载层的光通区域，承载层具有凸伸结构，凸伸结构围成光通区域。压电薄膜位于承载层上。驱动电极位于承载层上，用于驱动压电薄膜，其中驱动电极施加驱动电压至压电薄膜，以使压电薄膜产生伸缩形变并拉动凸伸结构弯曲形变。透光层重叠设置于凸伸结构，透光层覆盖光通区域的表面为入光面。多个光扩散微结构设置于至少一个扩散面，且多个光扩散微结构于透光层上的投影位于光通区域中。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，通过控制两驱动电极间的电压差随时间变化，即可在时序上快速地切换入光面的面形，如此，可使通过匀光元件的光束的光路的偏折方向随着时间而改变。如此一来，当匀光元件被应用至具有激光光源的光学装置中，即可用以使激光光源的光斑产生时序上的变化，并可有效降低散斑对比值，有助于提升光束的亮度分布的均匀性。并且，透过入光面的经时形变与光扩散微结构的配置，入射匀光元件而于光学液体中传递的光束在通过光扩散微结构后，其偏折角度的多样性可进一步增加，而可进一步提升光束在通过匀光元件后的亮度分布的均匀性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A是依照本发明的实施例的一种匀光元件的局部剖视示意图。
图1B是图1A的匀光元件的俯视示意图。
图2是图1A的匀光元件被施加驱动电压而变形的局部剖视示意图。
图3是依照本发明的实施例的另一种匀光元件的局部剖视示意图。
图4至图6是依照本发明的实施例的不同匀光元件的局部剖视示意图。
图7A是依照本发明的实施例的又一种匀光元件的俯视示意图。
图7B是图7A的匀光元件的局部剖视示意图。
图8是依照本发明的实施例的另一种匀光元件的局部俯视示意图。
图9至图13是依照本发明的实施例的不同匀光元件的局部剖视示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1A是依照本发明的实施例的一种匀光元件的局部剖视示意图。图1B是图1A的匀光元件的俯视示意图。图2是图1A的匀光元件被施加驱动电压而变形的局部剖视示意图。请参照图1A，本实施例的匀光元件100包括第一基板110、压电薄膜120、承载层140、驱动电极150、透光层160以及多个光扩散微结构190。应注意的是，为了凸显本发明的重要技术特征，图式仅表示示意图，并非以比例来绘制。在本实施例中，第一基板110的材质例如为硅(Silicon)，但本发明不局限于此。在本实施例中，压电薄膜120为透光材质，例如可为单晶(single crystal)材料的压电薄膜，但本发明亦不局限于此，在其他实施例中，压电薄膜120可为非透光材料。透光层160的材质例如包含有机分子材料、高分子材料或玻璃(氧化硅)的透明材料，但本发明不局限于此。
具体而言，如图1A所示，在本实施例中，第一基板110具有相对的第一表面111与第二表面112，且第一基板110具有第一腔体113，例如第一腔体113位于第一基板110的中央处，其中第一腔体113贯穿第一表面111与第二表面112。此外，在本实施例中，匀光元件100还包括第二基板170，第二基板170位于第一基板110的第二表面112上，其中第二基板170具有至少一个第二腔体171。举例而言，如图1A与图1B所示，在本实施例中，至少一个第二腔体171包含多个圆柱状腔体CH，其中至少一个第二腔体171与第一基板110的第一腔体113连通，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，第二腔体171可为三角柱、四角柱或其他外型的腔体，本发明不特别限制。
进一步而言，如图1A所示，在本实施例中，匀光元件100还包括光学液体130，光学液体130用于填满第一腔体113，且光学液体130亦会填满至少一个第二腔体171。在本实施例中，匀光元件100还包括弹性膜180，第二基板170位于弹性膜180与第一基板110的第二表面112之间，弹性膜180覆盖第二基板170与至少一个第二腔体171，以密封光学液体130。另一方面，透光层160位于第一基板110的第一表面111上，而填满第一腔体113与第二腔体171的光学液体130会直接接触透光层160与弹性膜180。在本实施例中，光学液体130的材料为本领域技术领域人员可知道的透光材料，在此即不赘述。第二基板170的材质例如为玻璃，弹性膜180的材质例如为聚对二甲苯(Parylene)或聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)，但本发明不局限于此。
另一方面，如图1A所示，在本实施例中，承载层140位于第一基板110的第一表面111上。更具体而言，如图1A所示，在本实施例中，承载层140包括第一绝缘层IL1、第二绝缘层IL2以及晶圆层WF。第二绝缘层IL2与第一绝缘层IL1重叠设置。晶圆层WF位于第一绝缘层IL1与第二绝缘层IL2之间。举例而言，在本实施例中，晶圆层WF的材质例如为硅(Silicon)，第一绝缘层IL1与第二绝缘层IL2的材质例如为硅氧化物。如此，承载层140可应用绝缘层上覆硅(Silicon-on-Insulator；SOI)的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易。
如图1A与图1B所示，在本实施例中，承载层140具有贯穿承载层140的光通区域CA。进一步而言，承载层140具有凸伸结构PS，凸伸结构PS围成光通区域CA，其中凸伸结构PS在光通区域CA的径向方向R上自第一基板110的第一表面111向光通区域CA的中心延伸，意即，承载层140完全覆盖第一基板110的第一表面111并向光通区域CA的中心延伸，延伸的部分即为凸伸结构PS。换句话说，光通区域CA在弹性膜180的投影面积小于第一腔体113在弹性膜180的投影面积。特别说明的是，在本实施例中，承载层140的凸伸结构PS由晶圆层WF及第一绝缘层IL1所组成(意即，第二绝缘层IL2的边界与第一基板110的边界相同)，但本发明不局限于此。在其他实施例中，承载层140可为单一层结构，承载层140向光通区域CA的中心延伸而形成凸伸结构PS，承载层140可例如为绝缘层或半导体层。
如图1A所示，压电薄膜120位于承载层140上，其中压电薄膜120设置于第一绝缘层IL1上，且透光层160位于压电薄膜120上。但本发明亦不局限于此，在其他实施例中，亦可将透光层160设置于压电薄膜120与承载层140之间，或是通过其他的叠构方式来形成压电薄膜120与透光层160。压电薄膜120具有开孔区域OA，且开孔区域OA的边界与光通区域CA的边界相同，但本发明不局限于此。在其他实施例中，压电薄膜120的开孔区域OA在弹性膜180的投影面积可大于或等于光通区域CA在弹性膜180的投影面积。如图1A所示，在本实施例中，透光层160重叠设置于压电薄膜120与承载层140的凸伸结构PS上，且透光层160覆盖光通区域CA。
更具体而言，同时参照图1A与图1B，在本实施例中，透光层160在弹性膜180上的投影范围会完全覆盖光通区域CA在弹性膜180的投影范围，而光通区域CA在弹性膜180的投影区域与第一腔体113在弹性膜180的投影区域重叠。此外，如图1B所示，在本实施例中，第一腔体113在第一基板110上的弹性膜180与至少一个第二腔体171在第一基板110上的弹性膜180至少部分重叠。特别说明的是，第二腔体171在弹性膜180上的投影范围与光通区域CA在弹性膜180上的投影范围不会重叠，如此可以确保第二腔体171的设置不会影响光线通过光通区域CA的光学表现。
接着，请继续参照图1A与图1B，在本实施例中，驱动电极150位于承载层140上，用于驱动压电薄膜120。举例而言，如图1A所示，在本实施例中，压电薄膜120分别被对应的驱动电极150夹持。这些驱动电极150包括驱动电极151与驱动电极152，其中驱动电极151、压电薄膜120、驱动电极152自下而上依序相叠于承载层140上。更详细而言，如图1A所示，在本实施例中，压电薄膜120具有相对的外表面120a与内表面120b，其中外表面120a面向透光层160，内表面120b面向承载层140。驱动电极151位于承载层140与压电薄膜120的内表面120b之间。驱动电极152位于压电薄膜120的外表面120a与透光层160之间。举例而言，驱动电极151与驱动电极152的材质分别可为铂与金。并且，如图1B所示，驱动电极150的形状为环状，而驱动电极150环绕光通区域CA。
如此，当驱动电极150施加驱动电压至压电薄膜120，压电薄膜120受电场会产生压缩或拉伸形变(例如压电薄膜120在平行于第一基板110的方向上被压缩或拉伸)，拉动凸伸结构PS变曲形变(例如凸伸结构PS往平行于第一基板110的法线方向上弯曲)，并带动透光层160产生形变，而达到光学变焦的目的。在本实施例中，压电薄膜120受电场影响而产生形变，使得承载层140的凸伸结构PS与透光层160皆会受力变形，且因承载层140的凸伸结构PS的弹性系数较大，可增强弹性系数较小的透光层160的结构强度。因此随着电场变化，透光层160可远离第一腔体113或者朝向第一腔体113弯曲而形成凸状球面或凹状球面的形变，达到变焦的目的。
另一方面，在本实施例中，弹性膜180的弹性系数小于透光层160的弹性系数。如此，可借由弹性系数相对较小的弹性膜180的设置，而能吸收透光层160变形时的体积变化量，进而使位于光通区域CA内的透光层160在压电薄膜120被施加驱动电压时仍能保持近似于球面的形状，而有效维持匀光元件100的光学品质。
举例而言，在本实施例中，第一基板110、透光层160、第二基板170以及弹性膜180的长度和宽度皆约为3-13毫米(mm)，而第一基板110、透光层160、第二基板170以及弹性膜180的厚度分别约为10微米、25微米、300微米以及10微米。第一腔体113的直径约为4毫米，第二腔体171的直径约为1.8毫米。应注意的是，此处的数值范围皆仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
另一方面，在本实施例中，驱动电极150的外径约为2-10毫米，内径约为0.5-6毫米，光通区域CA的直径约为0.5-6毫米，而承载层140的凸伸结构PS的尺寸约为0.5-4毫米。特别说明的是，依据凸伸结构PS尺寸的变化，弹性系数亦有所差异，透光层160凸起幅度也会有所变异。如此，当驱动电极150施加适当的驱动电压至压电薄膜120时，压电薄膜120所产生伸缩形变的拉力将可使凸伸结构PS以及透光层160所产生的形变维持在所需的范围内。如此一来，在上述配置下，通过光学液体130、压电薄膜120、承载层140的凸伸结构PS以及透光层160的应变作用，匀光元件100可对光通区域CA内的透光层160的曲率半径进行调变，进而达到改变焦距的功效。以下将搭配图2，对此进行进一步地解说。
图2是图1A的匀光元件100被施加驱动电压的局部剖视示意图。具体而言，如图2所示，压电薄膜120被施加驱动电压，进而带动透光层160产生形变，而承载层140、压电薄膜120、驱动电极150及透光层160可共同围成可变焦腔体，且可变焦腔体与第一腔体113连通。特别说明的是，由于压电薄膜120及驱动电极150的厚度可远小于承载层140的厚度，因此光通区域CA及透光层160围成的区域亦可直接视为可变焦腔体，另外第一腔体113的范围会因承载层140的变形而改变，但可变焦腔体仍维持与第一腔体113连通。
在本实施例中，当透光层160产生形变时，由于第一腔体113、第二腔体171与可变焦腔体围成一密封空间，填满在上述腔体内的光学液体130的体积会保持恒定，因此光学液体130会在第一腔体113、第二腔体171与可变焦腔体内流动，由于弹性膜180的弹性系数远小于透光层160，因此能调配透光层160变形时的容积变化，而此时覆盖于第二基板170的第二腔体171的弹性膜180亦会随之变形，而可使光学液体130可顺利地流动，而不会引起不需要的形变，换句话说，若无设置弹性膜180，则将影响透光层160的变形量，而借由弹性膜180的设置，透光层160的表面的形状变形量能符合预期的变形而维持匀光元件100的光学品质。如此，借由弹性系数相对较小的弹性膜180的设置，即可使位于光通区域CA内的透光层160在施加驱动电压时仍能保持近似于球面的形状，而有效维持匀光元件100的光学品质。
在本实施例中，形变后的透光层160的横截面轮廓为自第一基板110的第一表面111外凸的曲线，且此曲线的曲率可透过驱动电极151与驱动电极152所施加的电压差来控制。换句话说，匀光元件100的入光面(即透光层160的表面)的面形可透过两驱动电极间的电压差来改变。举例而言，在本发明中，驱动电压的范围介于0至50伏特之间，但本发明不局限于此。
并且，进一步而言，在本实施例中，当控制两驱动电极间的电压差随时间变化时，即可在时序上快速地切换入光面的面形，如此，可使通过匀光元件100的透光层160的光束的光路的偏折方向随着时间而改变。如此一来，当匀光元件被应用至具有激光光源的光学装置中，即可用以使激光光源的光斑产生时序上的变化，并可有效降低散斑对比值(speckle contrast)，有助于提升光束的亮度分布的均匀性。
值得一提的是，本实施例的匀光元件100是以压电效应驱动其入光面的形变，因此具有高达数十千赫兹(kHz)以上的响应速率，且可采用微机电制程(micro electromechanical system，MEMS)进行制作。换句话说，本实施例的匀光元件100具有响应快、无声作动以及可微形化的优势。虽然本实施例是采用压电效应(piezoelectricity)的原理进行匀光元件100的入光面的面形调整，但本发明并不局限于此。在其他实施例中，匀光元件也可采用电磁线圈(coil)或电活性聚合物(electroactive polymer)的作动方式来调整其入光面的面形。
进一步而言，如图1A与图2所示，匀光元件100还具有至少一个扩散面DS，而部分光学液体130位于入光面(即透光层160的表面)与至少一个扩散面DS之间。并且，匀光元件100的多个光扩散微结构190设置于至少一个扩散面DS，且多个光扩散微结构190于透光层160上的投影位于光通区域CA中，而与至少一个第二腔体171不重叠。换言之，光扩散微结构190是设置在通过匀光元件100的光束的传递路径上。更具体而言，在本实施例中，至少一个扩散面DS为第二基板170接触光学液体130的部分表面，此一部分表面在透光层160上的投影位于光通区域CA中，而光学液体130接触多个光扩散微结构190。如此，从透光层160入射并于光学液体130中传递的光束在通过这些光扩散微结构190所处的扩散面DS后，其偏折角度的多样性(diversity)可进一步增加。换句话说，通过入光面的经时形变与扩散面DS上的光扩散微结构190的配置，可进一步提升通过匀光元件的光束的亮度分布的均匀性。
在本实施例中，光扩散微结构190例如是微透镜(micro lens)形式的周期性结构，但本发明不局限于此。在其他实施例中，光扩散微结构190也可以是微棱镜(micro prism)或微金字塔(micro pyramid)形式的周期性结构，或者是采用类似绕射光学元件(diffractive optical element，DOE)或具有扩散粒子的扩散层(diffuser)的表面微结构来实施。
以下将列举另一些实施例以详细说明本发明，其中相同的构件将标示相同的符号，并且省略相同技术内容的说明，省略部分请参考前述实施例，以下不再赘述。
图3是依照本发明的实施例的另一种匀光元件的局部剖视示意图。请参照图3，本实施例的匀光元件300与图1的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。其主要差异在于：匀光元件300的光扩散微结构390的配置位置与匀光元件100的光扩散微结构190的配置位置不同。具体而言，匀光元件300的光扩散微结构390是设置在弹性膜180远离第二基板170的一侧，扩散面DS背向第二基板170。换句话说，本实施例的弹性膜180位于光扩散微结构390与第二基板170之间。此外，匀光元件300还可选择性地包括第三基板DB。第三基板DB设置于弹性膜180与光扩散微结构390之间，且于透光层160上的投影位于光通区域CA中。
更具体地说，光扩散微结构390是设置在第三基板DB背离弹性膜180的一侧表面(即扩散面DS)上。在本实施例中，第三基板DB的材质可包括聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、或聚碳酸酯(polycarbonate，PC)，但不局限于此。
具体而言，如图3所示，第三基板DB仅设置在匀光元件300的光通区域CA内，且在垂直入光面的方向上不重叠于第二腔体171。也就是说，设有光扩散微结构390的第三基板DB不接触弹性膜180覆盖第二腔体171的部分。然而，本发明不限于此，在其他实施例，设有光扩散微结构390的第三基板DB与弹性膜180之间也可具有间隙，例如将扩散板设置于一固定机构或胶体上，使其与弹性膜180之间保持一预定间距。
与光扩散微结构190类似，这些光扩散微结构390在垂直入光面的方向上也重叠于第一腔体113。也就是说，光扩散微结构390是设置在通过匀光元件300的光束的传递路径上。如此，从透光层160入射并于光学液体130中传递的光束在通过这些光扩散微结构390所处的扩散面DS后，其偏折角度的多样性(diversity)可进一步增加。换句话说，通过匀光元件300的入光面的经时形变与扩散面DS上的光扩散微结构390的配置，可进一步提升通过匀光元件300的光束的亮度分布的均匀性。
图4至图6是依照本发明的实施例的不同匀光元件的局部剖视示意图。请参照图4至图6，本实施例的匀光元件400、500、600与图1的匀光元件100类似，而差异如下所述。其主要差异在于：匀光元件400的光扩散微结构490、590、690的配置位置与匀光元件100的光扩散微结构190的配置位置不同。
具体而言，如图4所示，在图4的实施例中，匀光元件400的至少一个扩散面DS为弹性膜480位于光通区域CA中的一微结构表面，且该微结构表面背向第二基板170，亦即，扩散面DS背向第二基板170。更具体地说，本实施例的多个光扩散微结构490与弹性膜480为一体成型，而可通过多个光扩散微结构490形成扩散面DS。
另一方面，如图5所示，在图5的实施例中，匀光元件500的多个光扩散微结构590位于第二基板170与弹性膜580之间，至少一个扩散面DS为第二基板170接触弹性膜580的部分表面，且弹性膜580直接覆盖多个光扩散微结构590。
如图6所示，在图6的实施例中，多个光扩散微结构690的一部分位于第二基板170的一侧，多个光扩散微结构690的另一部分位于第二基板170的另一侧，并对应多个光扩散微结构690的一部分而设置。换言之，匀光元件600具有两个扩散面。举例而言，匀光元件600的多个光扩散微结构690包括多个第一光扩散微结构691与多个第二光扩散微结构692。第一光扩散微结构691与第二光扩散微结构692分别设置于第一扩散面DS1与第二扩散面DS2，而第一扩散面DS1为第二基板170接触光学液体130的部分表面，第二扩散面DS2为第二基板170接触弹性膜580的部分表面。
如此，在图4至图6的实施例中，从透光层160入射并于光学液体130中传递的光束在通过这些光扩散微结构490、590、690后，其偏折角度的多样性(diversity)可进一步增加。换句话说，透过入光面的经时形变与光扩散微结构490、590、690的配置，可有效提升光束在通过匀光元件400、500、600后的亮度分布的均匀性。
图7A是依照本发明的实施例的又一种匀光元件的俯视示意图。图7B是图7A的匀光元件的局部剖视示意图。请参照图7A及图7B，本实施例的匀光元件700与图1的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。其主要差异在于：驱动电极的配置与驱动方式不同。具体而言，如图7A及图7B所示，在本实施例中，驱动电极750包含多个圆弧状电极750a、750b、750c、750d，圆弧状电极750a、750b、750c、750d排列在圆环区域CR上，圆环区域CR环绕光通区域CA，且圆弧状电极750a、750b、750c、750d以环绕第一腔体113的方式设置在压电薄膜120的外表面120a上，且彼此间隔开来。圆弧状电极750a(圆弧状电极750b、圆弧状电极750c或圆弧状电极750d)分别也包括驱动电极751a(驱动电极751b、驱动电极751c或驱动电极751d)与驱动电极752a(驱动电极752b、驱动电极752c或驱动电极752d)，其中驱动电极751a(驱动电极751b、驱动电极751c或驱动电极751d)、压电薄膜120、驱动电极752a(驱动电极752b、驱动电极752c或驱动电极752d)自下而上依序相叠于承载层140上。并且，在本实施例中，圆弧状电极750a、750b、750c、750d的任一者所施加的驱动电压的极性方向与相邻的圆弧状电极所施加的驱动电压的极性方向相反，例如，圆弧状电极750a所施加的驱动电压的极性方向与圆弧状电极750b所施加的驱动电压的极性方向相反。举例来说，本实施例的压电薄膜120在这些驱动电极的分时驱动下，可使透光层160的表面形成倾斜于第一基板110的第一表面111的一平面，且此平面的倾斜角可随着时间而改变。在本实施例中，入光面与第一基板110的第一表面111之间的夹角θ(即倾斜角)可介于0.5度至20度的范围，但不局限于此。
如此，透过在时序上快速地切换入光面的倾斜角，可使来自光源(例如激光光源)的光束在通过匀光元件700的透光层160后，其光路的偏折方向也会随着时间而改变。也因此，透过激光光源的散斑(speckle)现象在时序上的变化，可有效降低散斑对比值(specklecontrast)，有助于提升光束的亮度分布的均匀性。
图8是依照本发明的实施例的又一种匀光元件的局部剖视示意图。请参照图8，本实施例的匀光元件800与图1的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。其主要差异在于：匀光元件800还包括多个光学微粒PA。具体而言，如图8所示，在本实施例中，光学微粒PA分散地设置于光学液体130中，且光学微粒PA的折射率不同于光学液体130的折射率。如此，从透光层160入射并于光学液体130中传递的光束在通过这些光学微粒PA后，其光路的偏折角度的多样性可进一步增加。换句话说，可进一步提升光束在通过匀光元件800后的亮度分布的均匀性。
图9至图13是依照本发明的实施例的不同匀光元件的局部剖视示意图。请参照图9，本实施例的匀光元件900与图1A的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。如图9所示，在本实施例中，透光层960设置于压电薄膜920与承载层940之间。举例来说，透光层960可由图1A的第一绝缘层IL1形成，其材质为硅氧化物且具有透光性，而承载层940则仅包括第二绝缘层IL2以及晶圆层WF。具体而言，如图9所示，在本实施例中，透光层960(第一绝缘层IL1)叠设于晶圆层WF上，且晶圆层WF位于第二绝缘层IL2与透光层960之间。
如此，承载层940与透光层960的制作可应用绝缘层上覆硅(Silicon-on-Insulator；SOI)的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，承载层940同样仅包括第二绝缘层IL2以及晶圆层WF，第二绝缘层IL2位于第一基板110与晶圆层WF之间，透光层960位于晶圆层WF与压电薄膜920之间，且压电薄膜920覆盖光通区域CA，其材料可选择性地包含高分子材料或玻璃。此外，如图9所示，在本实施例中，压电薄膜920可选择性地覆盖光通区域CA。
如此，本实施例的匀光元件900亦可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜920，以使压电薄膜920产生伸缩应力变形，进而带动承载层940的凸伸结构PS以及透光层960产生形变。在本实施例中，由于匀光元件900与匀光元件100同样具有光扩散微结构190的结构，因此匀光元件900具有匀光元件100所提及的优点，在此亦不再赘述。
请参照图10，本实施例的匀光元件1000与图1A的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。如图10所示，在本实施例中，承载层1040仅包括第一绝缘层IL1以及晶圆层WF，透光层1060可由图1A的第二绝缘层IL2形成，且具有透光性，其材质为硅氧化物。具体而言，如图10所示，晶圆层WF位于第一绝缘层IL1与透光层1060之间，透光层1060位于第一基板110与晶圆层WF之间。在本实施例中，匀光元件100可选择性地还包括辅助压电薄膜AP，辅助压电薄膜AP设置于透光层1060上，且可选择性地仅覆盖通光区域，以提高透光层1060的稳定性，并且辅助压电薄膜AP不会因驱动电压而产生伸缩应力变形。在本实施例中，由于匀光元件1000与匀光元件100同样具有光扩散微结构190的结构，因此匀光元件1000具有匀光元件100所提及的优点，在此亦不再赘述。
请参照图11，本实施例的匀光元件1100与图1A的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。如图11所示，在本实施例中，图1A的承载层即为透光层1160，且由绝缘层形成，其材质为硅氧化物或可为玻璃，其中第一基板110与透光层1160可为硅玻璃键合的晶圆(SOGwafer)。在本实施例中，匀光元件1100的透光层1160中同于图1A的承载层的凸伸结构(承载层)可向光通区域CA的中心延伸并相互连接而不具有贯通承载层的通孔。具体而言，如图11所示，透光层1160位于第一基板110与压电薄膜120之间。如此，本实施例的匀光元件1100亦可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜120，以使压电薄膜120产生伸缩应力变形，进而带动透光层1160产生形变。在本实施例中，匀光元件1100与匀光元件100具有类似的压电薄膜伸缩应力变形，并且，匀光元件1100与匀光元件100同样具有光扩散微结构190的结构，因此匀光元件1100具有匀光元件100所提及的优点，在此亦不再赘述。
请参照图12，本实施例的匀光元件1200与图9的匀光元件900类似，而两者的差异如下所述。如图12所示，在本实施例中，驱动电极1250的数量可以是四个，分别为驱动电极1251、驱动电极1252、驱动电极1253与驱动电极1254，其中驱动电极1251与驱动电极1252的配置方式相似于匀光元件900的驱动电极151、驱动电极152(如图9所示)，于此便不再重述。进一步而言，匀光元件1200的驱动电极1253与驱动电极1254是设置在驱动电极1251(或驱动电极1252)所围绕的区域范围内，且压电薄膜120夹设于驱动电极1253与驱动电极1254之间。
举例而言，当驱动电极1251、驱动电极1252、驱动电极1253与驱动电极1254分别施加不同的驱动电压至压电薄膜120时，压电薄膜120会产生相应的弯曲形变，致使通过压电薄膜120的光束产生偏折。值得注意的是，此时，匀光元件1200的压电薄膜120的外表面120a(即入光面)的横截面轮廓为波浪状。据此，可进一步增加光束在通过压电薄膜120后的偏折角度的多样性，而能具有与匀光元件100所提及的类似优点，在此亦不再赘述。
请参照图13，本实施例的匀光元件1300与图1A的匀光元件100类似，而两者的差异如下所述。如图13所示，在本发明的一实施例中，匀光元件130还包括一扩散板1390，弹性膜180设置于扩散板1390与第二基板170之间，且对应至至少一个第二腔体171的弹性膜180没有接触扩散板1390，其中扩散板1390例如可透过胶层AD固定于弹性膜180对应至第二基板1390之处或至少与对应至第二基板1390的部分重叠。
如此，从透光层160入射并于光学液体130中传递的光束在通过这些光扩散微结构190后，再次通过扩散板1390而进一步扩散，其偏折角度的多样性(diversity)可进一步增加。换句话说，透过入光面的经时形变与光扩散微结构190以及扩散板1390的配置，可有效提升光束在通过匀光元件1300后的亮度分布的均匀性。
前述的光扩散微结构390、490、590、690亦能取代图7B至图13的实施例的光扩散微结构190，而应用至前述的匀光元件700、800、900、1000、1100、1200、1300中，而亦能使匀光元件700、800、900、1000、1100、1200、1300达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，通过控制两驱动电极间的电压差随时间变化，即可在时序上快速地切换入光面的面形，如此，可使通过匀光元件的光束的光路的偏折方向随着时间而改变。如此一来，当匀光元件被应用至具有激光光源的光学装置中，即可用以使激光光源的光斑产生时序上的变化，并可有效降低散斑对比值，有助于提升光束的亮度分布的均匀性。并且，透过入光面的经时形变与光扩散微结构的配置，入射匀光元件而于光学液体130中传递的光束在通过光扩散微结构后，其偏折角度的多样性可进一步增加，而可进一步提升光束在通过匀光元件后的亮度分布的均匀性。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作是简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖是范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明
100、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300：匀光元件
110：第一基板
111：第一表面
112：第二表面
113：第一腔体
120、920：压电薄膜
120a：外表面
120b：内表面
130：光学液体
140、940、1040：承载层
150、151、152、1251、1252、1253、1254、751a、751b、751c、751d、752a、752b、752c、752d：驱动电极
160、960、1060、1160：透光层
170：第二基板
171：第二腔体
180、480、580：弹性膜
190、390、490、590、690：光扩散微结构
691：第一光扩散微结构
692：第二光扩散微结构
750a、750b、750c、750d：圆弧状电极
1390：扩散板
AD：胶层
AP：辅助压电薄膜
CA：光通区域
CH：圆柱状腔体
CR：圆环区域
DS1：第一扩散面
DS2：第二扩散面
DB：第三基板
DS：扩散面
IL1：第一绝缘层
IL2：第二绝缘层
OA：开孔区域
PA：光学微粒
PS：凸伸结构
WF：晶圆层
θ：夹角。

Claims (17)

1.一种匀光元件，其特征在于，所述匀光元件具有入光面与至少一个扩散面，所述匀光元件包括：第一基板、承载层、压电薄膜、驱动电极、透光层以及多个光扩散微结构；其中，
所述第一基板具有相对的第一表面与第二表面，所述第一基板具有第一腔体，其中所述第一腔体从所述第一表面贯穿至所述第二表面；
所述承载层位于所述第一基板的所述第一表面上且具有贯穿所述承载层的光通区域，所述承载层具有凸伸结构，所述凸伸结构围成所述光通区域；
所述压电薄膜位于所述承载层上；
所述驱动电极位于所述承载层上，用于驱动所述压电薄膜，其中所述驱动电极施加驱动电压至所述压电薄膜，以使所述压电薄膜产生伸缩形变并拉动所述凸伸结构弯曲形变；
所述透光层重叠设置于所述凸伸结构，所述透光层覆盖所述光通区域的表面为所述入光面；以及
所述多个光扩散微结构设置于所述至少一个扩散面，且所述多个光扩散微结构于所述透光层上的投影位于所述光通区域中。
2.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述匀光元件还包括光学液体，用于填满所述第一腔体，其中所述透光层直接接触所述光学液体，且部分所述光学液体位于所述入光面与所述至少一个扩散面之间。
3.根据权利要求2所述的匀光元件，其特征在于，所述匀光元件还包括第二基板以及弹性膜，所述第二基板位于所述第一基板的所述第二表面上且具有至少一个第二腔体，所述至少一个第二腔体与所述第一基板的所述第一腔体连通，以及所述第二基板位于所述弹性膜与所述第一基板之间，所述弹性膜覆盖所述第二基板。
4.根据权利要求3所述的匀光元件，其特征在于，所述至少一个扩散面为所述第二基板的部分表面，且所述部分表面在所述透光层上的投影位于所述光通区域中。
5.根据权利要求4所述的匀光元件，其特征在于，所述光学液体接触所述多个光扩散微结构。
6.根据权利要求4所述的匀光元件，其特征在于，所述多个光扩散微结构位于所述第二基板与所述弹性膜之间，且所述弹性膜直接覆盖所述多个光扩散微结构。
7.根据权利要求4所述的匀光元件，其特征在于，所述多个光扩散微结构的一部分位于所述第二基板的一侧，所述多个光扩散微结构的另一部分位于所述第二基板的另一侧，并对应所述多个光扩散微结构的所述一部分而设置。
8.根据权利要求3所述的匀光元件，其特征在于，所述至少一个扩散面背向所述第二基板。
9.根据权利要求3所述的匀光元件，其特征在于，所述至少一个扩散面为所述弹性膜位于所述光通区域中的一微结构表面。
10.根据权利要求2所述的匀光元件，其特征在于，所述多个光扩散微结构与所述至少一个第二腔体不重叠。
11.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述驱动电极的形状为环状，且所述驱动电极环绕所述光通区域。
12.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述驱动电极包含多个圆弧状电极，所述多个圆弧状电极排列在圆环区域上，所述圆环区域环绕所述光通区域，且所述多个圆弧状电极的任一者所施加的驱动电压的极性方向与相邻的所述多个圆弧状电极的另一者所施加的驱动电压的极性方向相反。
13.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述压电薄膜具有开孔区域，且所述开孔区域的边界与所述光通区域的边界相同。
14.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述入光面的横截面轮廓为波浪状。
15.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述入光面为平面，且所述入光面与所述第一基板的所述第一表面之间的夹角介于0.5度至20度的范围。
16.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述匀光元件还包括多个光学微粒，分布于所述光学液体中，其中所述多个光学微粒的折射率不同于所述光学液体的折射率。
17.根据权利要求1所述的匀光元件，其特征在于，所述匀光元件还包括扩散板，所述弹性膜设置于所述扩散板与所述第二基板之间，且对应至所述至少一个第二腔体的所述弹性膜没有接触所述扩散板。
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