TW202219554A - 用於光學裝置的積體導電孔 - Google Patents
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Abstract
本揭示的實施例大體係關於光學裝置。具體地，本揭示的實施例係關於具有一或多個光學部件電路的光學裝置。包括一或多個光學部件電路的光學裝置防止當導電路徑經由孔破壞中斷時使用者暴露於光，例如，防止使用者掉落基板，或防止使用者掉落光學裝置。導電路徑允許電流從電源穿過孔流動到一或多個光源及在一些實施例中一或多個光偵測器。孔破壞導致導電路徑中斷防止將電流提供到一或多個光源及/或一或多個光偵測器以防止（例如，自動防止）光暴露於使用者。
Description
本揭示的實施例大體係關於光學裝置。具體地，本揭示的實施例係關於具有一或多個光學部件電路的光學裝置。
光學裝置可用於操控光的傳播。光學裝置的一個實例係平坦光學裝置，諸如超穎表面。光學裝置的另一實例係波導組合器，諸如擴增實境波導組合器。可見及近紅外光譜中的光學裝置可能需要在具有巨觀尺寸的基板表面上設置的結構，諸如奈米結構。然而，作為新興技術，處理透明基板以形成光學裝置係複雜且具有挑戰性的。處理透明基板的複雜性及挑戰性對改進的安全性及系統耐久性提出特定需求。例如，可能期望在光學裝置可能被潛在地損壞的情況下迅速防止至少一個光學裝置及使用者暴露於光。由此，在本領域中需要與光學部件電路整合的光學裝置，若光學裝置可能被潛在地損壞，則該等光學部件電路立即關閉光學部件電路的光源及/或光偵測器。
在一個實施例中，提供了一種光學裝置。光學裝置包括在光學裝置的基板的第一表面上方設置的複數個結構。光學裝置進一步包括圍繞複數個結構且與複數個結構整合的導電孔。導電孔在第一表面上方或在與第一表面相對的第二表面上方設置。導電孔包括第一孔接觸點及第二孔接觸點。第一孔接觸點可操作為連接到光源或光偵測器中的至少一者。第二孔接觸點可操作為連接到電源。電源可操作為在電源接觸點處連接到光源或光偵測器。
在另一實施例中，提供了一種光學裝置。光學裝置包括在光學裝置的基板的第一表面上方設置的複數個結構。光學裝置進一步包括圍繞複數個結構且與複數個結構整合的導電孔。導電孔在第一表面上方或在與第一表面相對的第二表面上方設置。導電孔包括第一孔接觸點及第二孔接觸點。第一孔接觸點可操作為連接到光源或光偵測器中的至少一者。第二孔接觸點可操作為連接到電源。電源可操作為在電源接觸點處連接到光源或光偵測器，使得當導電孔的至少一部分被破壞時，電力從光源及光偵測器斷開。
在又一實施例中，提供了一種裝置。裝置包括一或多個光學裝置。每個光學裝置包括在基板的第一表面上方設置的複數個結構及導電孔。導電孔圍繞複數個結構並且在第一表面上方或在與第一表面相對的第二表面上方設置。導電孔包括第一孔接觸點及第二孔接觸點。裝置進一步包括連接到第一孔接觸點的光源或偵測器中的至少一者。裝置進一步包括在電源接觸點處連接到第二孔並且連接到光源或光偵測器的電源。
本文描述的實施例大體係關於具有一或多個光學部件電路的光學裝置。本文描述的具有一或多個光學部件電路的光學裝置防止當光學部件電路的導電路徑中斷時光學裝置及使用者暴露於來自光源及/或光偵測器的光。本文描述的光學裝置的實施例包括在基板的第一表面上方設置的複數個結構、及圍繞複數個結構並且與複數個結構整合的導電孔，導電孔在第一表面上方或在與第一表面相對的第二表面上方設置。
第1A圖及第1B圖係示出具有至少一個光學部件電路102的兩個光學裝置100的基板的示意性俯視圖。將理解，儘管圖示兩個光學裝置100，但預期更多或更少的光學裝置。儘管第1A圖及第1B圖描繪了可耦接到單獨的光學部件電路102的光學裝置100中的每一者，本文描述的光學裝置100中的每一者可耦接到相同的光學部件電路102。基板101包括具有長度107及寬度109的表面103。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，基板101的表面103可具有巨觀尺寸，諸如，大於約2公分(cm)的長度107及大於約2 cm的寬度109。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，基板的表面103可具有巨觀尺寸，諸如，大於約0.5毫米(mm)的長度107及大於約0.5 mm的寬度。
基板101亦可經選擇以發射適宜量的期望波長或波長範圍的光，諸如從約100奈米(nm)至約3000 nm的一或多個波長。不作限制，在一些實施例中，基板101經構造為使得基板101發射光譜的紅外(IR)至紫外(UV)區域的大於或等於約50%至約100%。若基板101可以充分地發射期望波長或波長範圍的光，並且可以用作本文描述的一或多個光學裝置100的充分支撐件，則基板101可由任何適宜材料形成。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，與一或多個光學裝置100的複數個結構112a、112b的結構材料的折射率相比，基板101的材料具有相對低的折射率。在可以與本文描述的其他實施例相結合的其他實施例中，基板101的材料具有與一或多個光學裝置100的複數個結構112a、112b的結構材料的折射率類似的折射率。
基板選擇可包括任何適宜材料的基板，包括但不限於無定形介電質、非無定形介電質、結晶介電質、氧化矽、聚合物、及其組合。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，基板101包括透明材料。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，基板101係透明的，吸收係數小於0.001。適宜實例可包括氧化物、硫化物、磷化物、碲化物或其組合。在一個實例中，基板101包括矽(Si)、二氧化矽(SiO
2)、氮化矽(SiN)、熔融矽石、石英、碳化矽(SiC)、鍺(Ge)、鍺矽(SiGe)、磷化銦 (InP)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、藍寶石、高折射率透明材料（諸如高折射率玻璃）、或其組合。
本文描述的實施例提供了一或多個光學裝置100，諸如第1A圖及第1B圖所示的光學裝置100A、100B。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，光學裝置100A、100B係平坦光學裝置，諸如超穎表面。在可與本文描述的其他實施例相結合的其他實施例中，光學裝置100A、100B係波導組合器，諸如擴增實境波導組合器。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，一或多個光學裝置100可用於擴散器應用。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，一或多個光學裝置100可用作照相機的一或多個透鏡，諸如用於可包括但不限於使用者識別或影像獲取的應用的蜂巢電話照相機。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，一或多個光學裝置100可在3D感測應用中使用。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，一或多個光學裝置100可在飛行時間感測應用中使用。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，一或多個光學裝置100可用作擴增實境裝置的一或多個透鏡或光學元件。
在一個實施例中，光學裝置100A、100B包括複數個結構112a、112b及孔114a、114b。孔114a、114b圍繞複數個結構112a、112b，例如，鄰近複數個結構112a、112b設置。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，孔114a、114b（第1C圖至第1F圖中圖示）在基板101的表面103上方設置。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，孔114a、114b（第1G圖中圖示）在與表面103相對的基板101的表面113上設置。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，基板101的表面103的輔助部分105包括在輔助部分上設置或與輔助部分整合的一或多個輔助結構（例如，虛設結構）。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，孔114a、114b係暗場遮罩並且在輔助部分105上方設置。
結構112a、112b可係具有次微米尺寸（例如，奈米大小尺寸）的奈米結構，諸如臨界尺寸116（第1C圖至第1G圖中圖示）小於1微米(μm)。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，臨界尺寸116係約20奈米(nm)至約900 nm。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，如第1C圖至第1G圖所示，結構112a的至少一者具有與結構112a的其他臨界尺寸116不同的臨界尺寸116。在其他實施例中，結構112a中的每一者具有相同的臨界尺寸116。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，光學裝置100A的結構112a及光學裝置100A的結構112b係相同的。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，光學裝置100A的結構112a及光學裝置100A的結構112b係不同的。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，結構112a、112b由基板材料形成。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，結構112a、112b的結構包括一或多種結構材料。儘管第1A圖及第1B圖將結構112a、112b描繪為具有圓形或卵形橫截面，但結構112a、112b的橫截面可具有其他形狀，包括但不限於方形、矩形、三角形、及/或不規則形狀的橫截面。儘管第1A圖及第1B圖將結構112a、112b描繪為以矩形圖案佈置，但結構112a、112b可以其他圖案佈置，諸如方形、圓形、卵形、三角形、及/或不規則形狀的圖案。儘管第1A圖及第1B圖將孔114a、114b描繪為具有圓形形狀，孔114a、114b可具有其他形狀，諸如矩形、方形、圓形、卵形、三角形、及/或不規則形狀。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，孔114a、114b係與結構112a、112b的圖案不同的形狀。
在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，結構112a、112b的結構材料包括不導電材料，諸如介電材料。介電材料可包括無定形介電質、非無定形介電質、及結晶介電質。介電材料的實例包括但不限於含矽材料，諸如Si、氮化矽(Si
3N
4)、氮氧化矽、及二氧化矽。矽可係結晶矽、多晶矽、及/或無定形矽(非晶矽)。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，結構112a、112b的結構材料包括含金屬的介電材料。含金屬的介電材料的實例包括但不限於含有二氧化鈦(TiO
2)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO
2)、鋁摻雜的氧化鋅(AZO)、氟摻雜的氧化錫(fluorine-doped tin oxide; FTO)、氧化鎘錫(Cd
2SnO
4)、氧化鋅錫(SnZnO
3)、及氧化鈮(Nb
2O
5)的材料。
如所描述，孔114a、114b圍繞複數個結構112a、112b，例如，鄰近複數個結構112a、112b設置。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，光學裝置100A、100B可包括除了孔114a、114b之外的一或多個額外孔。孔114a、114b具有寬度118。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，寬度118在整個孔114a、114b中係相同的。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，孔114a、114b的至少一部分的寬度118係不同的。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，寬度118係約10 μm至約1000 μm。在可以與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，孔114a、114b形成封閉迴路。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，孔114a、114b含有開口。孔114a、114b包括一或多種孔材料。一或多種孔材料包括至少一種導電材料。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，一或多種孔材料亦可包括不透明材料，使得不發射在約100至約3000 nm的範圍中的一或多個波長。不透明孔114a、114b可防止雜散光（亦即，入射光束的光大於結構112a、112b的表面積）劣化光學裝置102a、102b的功能。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，一或多種孔材料亦可包括透明材料，使得發射在約100至約3000 nm的範圍中的一或多個波長。一或多種孔材料（亦即，孔的材料）包括但不限於含有鉻(Cr)、氮化鈦(TiN)、非晶矽、鈦(Ti)、氧化鈦(TiO
2)、氧化銦錫(indium tin oxide; ITO)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、及鋁(Al)的材料。
第1C圖至第1E圖係光學裝置100A的示意性橫截面圖。如第1C圖所示，在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，光學裝置100A包括孔114a及在基板101的表面103上設置的結構112a。如第1D圖所示，在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，光學裝置100A包括在基板101的表面103上設置的結構112a，並且孔114a在結構112a的周邊結構126上設置。如第1E圖所示，在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，光學裝置100A包括在基板101的表面103上設置的結構112a，並且孔114a在結構112a的周邊結構126上設置的硬遮罩128的剩餘部分上設置。硬遮罩128可在製造光學裝置100A期間利用，並且硬遮罩128的剩餘部分可餘留在孔114a下方。在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，硬遮罩128的剩餘部分可用作孔。如第1F圖所示，在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，光學裝置100A包括在基板101的表面103上設置的結構112a，並且孔114a在結構112a上方設置的封裝層130上設置。如第1G圖所示，在可與本文描述的其他實施例相結合的一個實施例中，結構112a在表面103上設置，並且孔114a在與基板101的表面103相對的基板101的表面113上設置。
光學部件電路102包括一或多個光源106中的一者。在可與本文描述的其他實施例相結合的另一實施例中，光學部件電路102亦包括一或多個光偵測器108。一或多個光源106及/或一或多個光偵測器108中的一者可在一或多個光學裝置100的傳播方向上定位。一或多個光源106包括但不限於顯示器（例如，微顯示器）及/或發光裝置。顯示器包括但不限於液晶顯示器(liquid crystal display; LCD)或可與一或多個光學裝置100一起操作的任何其他顯示器。發光裝置包括但不限於發光二極體(light-emitting diode; LED)、雷射器、垂直空腔表面發射雷射器(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL)、非VCSEL雷射器、或任何光發射器。一或多個光偵測器108包括但不限於互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor; CMOS)偵測器或可與一或多個光學裝置100一起操作的任何其他光偵測器。
一或多個光源106及在一些實施例中光學部件電路102的一或多個光偵測器108在第一孔接觸點120a處電氣連接到孔114a、114b並且在電源接觸點122處電氣連接到電源104。一或多個光源106及在一些實施例中一或多個光偵測器108經由一或多個接線110電氣連接。電源104包括但不限於電池、致動器、或可操作以將電力提供到一或多個光源106及在一些實施例中一或多個光偵測器108的任何其他電源。電源104經由接線110電氣連接。電源104在第二孔接觸點120b處電氣連接到孔114a、114b以完成光學部件電路102。光學部件電路102提供了用於電流從電源104穿過孔114a、114b流動到一或多個光源106及在一些實施例中一或多個光偵測器108的導電路徑124。
如第1A圖所示，當孔114a未被破壞時，光學裝置100A的光學部件電路102提供了導電路徑124。當孔114a的一部分被破壞時，一或多個光源106及在一些實施例中一或多個光偵測器108未經供電。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，利用可耦接到相同光學部件電路102的光學裝置100A、100B中的每一者，若孔114a及孔114b中的一者被破壞，則電流不流動到光學裝置100A、100B的一或多個光源106及/或一或多個光偵測器108。在可與本文描述的其他實施例相結合的一些實施例中，利用可耦接到單獨的光學部件電路102的光學裝置100A、100B中的每一者，如第1B圖所示，若孔114a被破壞，則電流不流動到光學裝置100A的一或多個光源106及/或一或多個光偵測器108，同時電流流動到光學裝置100B的一或多個光源106及/或一或多個光偵測器108。
總而言之，提供了具有一或多個光學部件電路與102的光學裝置100。本文描述的具有一或多個光學部件電路102的光學裝置100防止當導電路徑124經由孔破壞而中斷時使用者暴露於光，例如，防止使用者掉落基板101，或防止使用者掉落光學裝置100A、100B。孔破壞導致導電路徑124中斷防止將電流提供到一或多個光源106及/或一或多個光偵測器108以防止（例如，自動防止）光暴露於使用者。
儘管上述內容涉及本揭示的實施例，可在不脫離其基本範疇的情況下設計本揭示的其他及進一步實施例，並且其範疇由以下申請專利範圍決定。
100:光學裝置
100A:光學裝置
100B:光學裝置
101:基板
102:光學部件電路
103:表面
104:電源
105:輔助部分
106:光源
107:長度
108:光偵測器
109:寬度
110:接線
112a:結構
112b:結構
113:表面
114a:孔
114b:孔
116:臨界尺寸
118:寬度
120a:第一孔接觸點
120b:第二孔接觸點
122:電源接觸點
124:導電路徑
126:周邊結構
128:硬遮罩
130:封裝層
為了能夠詳細理解本揭示的上述特徵所用方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本揭示的更特定描述，一些實施例在附圖中示出。然而，將注意，附圖僅示出本揭示的典型實施例，並且由此不被認為限制其範疇，因為本揭示可允許其他等同有效的實施例。
第1A圖及第1B圖係根據一實施例示出具有至少一個光學部件電路的兩個光學裝置的基板的示意性俯視圖。
第1C圖至第1G圖係根據實施例的光學裝置的示意性橫截面圖。
為了便於理解，相同元件符號在可能的情況下已經用於標識圖中共有的相同元件。將預期，在一個實施例揭示的元件可有利地併入其他實施例中，而無具體敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:光學裝置
100A:光學裝置
100B:光學裝置
101:基板
102:光學部件電路
103:表面
104:電源
105:輔助部分
106:光源
107:長度
108:光偵測器
109:寬度
110:接線
112a:結構
112b:結構
114a:孔
114b:孔
120a:第一孔接觸點
120b:第二孔接觸點
122:電源接觸點
124:導電路徑
Claims (20)
- 一種光學裝置，包含： 複數個結構，在該光學裝置的一基板的一第一表面上方設置； 一導電孔，圍繞該複數個結構並且與該複數個結構整合，該導電孔在該第一表面上方或在與該第一表面相對的一第二表面上方設置，該導電孔具有一第一孔接觸點及一第二孔接觸點，其中： 該第一孔接觸點可操作為連接到下列中的至少一者： 一光源；或 一光偵測器；以及 該第二孔接觸點可操作為連接到一電源，該電源可操作為在一電源接觸點處連接到該光源或該光偵測器。
- 如請求項1所述的光學裝置，其中該導電孔在該複數個結構的一周邊結構上設置。
- 如請求項2所述的光學裝置，其中該導電孔在該複數個結構的該周邊結構上設置的一硬遮罩的剩餘部分上設置。
- 如請求項1所述的光學裝置，其中一封裝層在該複數個結構及該基板的該第一表面上方設置並且該導電孔在該封裝層上設置。
- 如請求項1所述的光學裝置，其中該導電孔具有一圓形、矩形、方形、圓形、卵形、三角形、或不規則形狀。
- 如請求項1所述的光學裝置，其中該導電孔的孔材料包括含有鉻(Cr)、氮化鈦(TiN)、非晶矽、鈦(Ti)、氧化鈦(TiO 2)、氧化銦錫(ITO)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、鋁(Al)的材料、或其組合。
- 一種光學裝置，包含： 複數個結構，在該光學裝置的一基板的一第一表面上方設置； 一導電孔，圍繞該複數個結構並且與該複數個結構整合，該導電孔在該第一表面上方或在與該第一表面相對的一第二表面上方設置，該導電孔具有一第一孔接觸點及一第二孔接觸點，其中： 該第一孔接觸點可操作為連接到下列中的至少一者： 一光源；或 一光偵測器；以及 該第二孔接觸點可操作為連接到一電源，該電源可操作為在一電源接觸點處連接到該等光源或該等光偵測器，使得當該導電孔的至少一部分被破壞時，電力從該光源及該光偵測器斷開。
- 如請求項7所述的光學裝置，其中該導電孔在該複數個結構的一周邊結構上設置。
- 如請求項8所述的光學裝置，其中該導電孔在該複數個結構的該周邊結構上設置的一硬遮罩的剩餘部分上設置。
- 如請求項8所述的光學裝置，其中一封裝層在該複數個結構及該基板的該第一表面上方設置並且該導電孔在該封裝層上設置。
- 如請求項8所述的光學裝置，其中該導電孔具有一圓形、矩形、方形、圓形、卵形、三角形、或不規則形狀。
- 如請求項8所述的光學裝置，其中該導電孔的孔材料包括含有鉻(Cr)、氮化鈦(TiN)、非晶矽、鈦(Ti)、氧化鈦(TiO 2)、氧化銦錫(ITO)、金(Au)、銅(Cu)、鎢(W)、鋁(Al)的材料、或其組合。
- 如請求項8所述的光學裝置，其中該複數個結構的結構材料包括含有二氧化鈦(TiO 2)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO 2)、鋁摻雜的氧化鋅(AZO)、氟摻雜的氧化錫(FTO)、錫酸鎘(Cd 2SnO 4)、錫酸鎘（氧化錫）(CTO)、錫酸鋅(SnZnO 3)、及氧化鈮(Nb 2O 5)、Si、氮化矽(Si 3N 4)、氮氧化矽、二氧化矽的材料、或其組合。
- 一種裝置，包含： 一或多個光學裝置，每個光學裝置包含： 複數個結構，在一基板的一第一表面上方設置；以及 一導電孔，圍繞該複數個結構，該導電孔在該第一表面上方或在與該第一表面相對的一第二表面上方設置，該導電孔包括一第一孔接觸點及一第二孔接觸點； 一光源或一偵測器中的至少一者，連接到該第一孔接觸點；以及 一電源，該電源連接到該第二孔接觸點並且在一電源接觸點處連接到該光源或該偵測器。
- 如請求項14所述的裝置，其中每個光學裝置進一步包含用於電流從該電源穿過該導電孔流動到該光源或該偵測器的一導電路徑。
- 如請求項15所述的裝置，其中該導電路徑可操作為中斷以防止該電流從該電源到該光源或該偵測器的該流動。
- 如請求項16所述的裝置，其中一第一光學裝置的一第一導電路徑中斷並且一第二光學裝置的一第二導電路徑可操作以使該電流從該電源穿過該導電孔流動到該光源或該偵測器。
- 如請求項14所述的裝置，其中該複數個結構可係具有小於約1微米(μm)的次微米尺寸的奈米結構。
- 如請求項14所述的裝置，其中該導電孔的一寬度係在約10 μm與約1000 μm之間。
- 如請求項14所述的裝置，其中該一或多個光源包括一顯示器或一發光裝置。
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