TWI699585B - 電調控光學相位調制元件 - Google Patents

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Abstract

電調控光學相位調制元件包含第一基板、第二基板、液晶層、透明層以及第一補償層。第二基板相對第一基板設置。液晶層位於第一基板與第二基板之間。透明層位於第一基板與液晶層之間。透明層具有第一部分以及第二部分。第一補償層位於透明層的第一部分與第二部分之間。第一補償層具有鄰近該液晶層的一平坦表面。

Description

電調控光學相位調制元件
本發明係關於一種電控光學相位調制元件。
電調控光學相位調制器包含光電材料層(例如液晶材料)，光電材料層具有可隨電場調整的折射率。藉由適當設計電極形狀，當特定電壓施加於電極上時，可以使光電材料層的相位差分布足以實現各種光學效果。舉例而言，光電材料層可模仿光學元件，例如透鏡、光柵以及開關。
然而，在目前用於產生電場的電極設計下，由於電極以及電極間的間隙會導致不連續的折射率分布，而會有繞射效應。繞射效應會降低光學調制器的光學效率。更甚者，電極具有不平坦的表面形貌，而導致設置於此不平坦表面上的光電材料層可能有局部的折射率變化，而在整層的光電材料層引發折射率差異，這會增強繞射效應。因此，目前的光學調制器存在降低繞射效應的需求。
根據本發明之部分實施方式，電調控光學相位調制元件包含第一基板、第二基板、液晶層、透明層以及第一補 償層。第二基板相對第一基板設置。液晶層位於第一基板與第二基板之間。透明層位於第一基板與液晶層之間。透明層具有第一部分以及第二部分。第一補償層位於透明層的第一部分與第二部分之間。第一補償層具有鄰近該液晶層的一平坦表面。
於本發明之部分實施方式中，第一補償層的平坦表面與透明層鄰近液晶層的表面共平面。
於本發明之部分實施方式中，電調控光學相位調制元件更包含第二補償層，位於第一補償層以及透明層上。
於本發明之部分實施方式中，第一補償層具有鄰近第二補償層的一層，第一補償層的層是由不同於第二補償層的材料所製成。
於本發明之部分實施方式中，第一補償層具有鄰近第二補償層的一層，第一補償層的層是由相同於第二補償層的材料所製成。
於本發明之部分實施方式中，第一補償層以及第二補償層具有一介面於其中，該介面與該透明層鄰近液晶層的表面共平面。
於本發明之部分實施方式中，透明層的第一部分的表面以及透明層的第二部分的表面共平面。
於本發明之部分實施方式中，第一補償層包含複數個層，第一補償層的層的至少二個具有不同的折射率。
於本發明之部分實施方式中，透明層是由導電材料所製成。
於本發明之部分實施方式中，在一應用波長範圍 內，第一補償層與透明層的折射率差異小於0.1。
於本發明之部分實施方式中，第一基板具有第一區域以及第二區域，透明層位於第一區域且不位於第二區域，電調控光學相位調制元件在第一區域的反射率以及電調控光學相位調制元件在第二區域的反射率之間的差異小於0.1。
於本發明之部分實施方式中，電調控光學相位調制元件更包含圖案化透明導電層，位於透明層與第一基板之間，其中圖案化透明導電層具有第一電極以及第二電極，第一電極與第二電極被一間隙分隔開來，且透明層的第一部分與第二部分分別位於圖案化透明導電層的第一電極以及第二電極上。
於本發明之部分實施方式中，在一應用波長範圍內，第一補償層以及圖案化透明導電層的折射率差異小於0.1。
於本發明之部分實施方式中，第一基板具有第一區域以及第二區域，圖案化透明導電層位於第一區域且不位於第二區域，電調控光學相位調制元件在第一區域的反射率以及電調控光學相位調制元件在第二區域的反射率之間的差異小於0.1。
於本發明之部分實施方式中，電調控光學相位調制元件更包含防馬賽克層，位於液晶層與第一基板之間。
於本發明之部分實施方式中，電調控光學相位調制元件更包含對向透明導電層，位於該第二基板與該液晶層之間。
基於以上討論，通過減小不同位置的折射率差 異，減少繞射效應。藉由使鄰近液晶層的表面變得平坦，來進一步降低繞射效應。
應了解到，前述概略的描述以及以下詳細的描述為範例性，且意圖提供申請專利範圍的揭露進一步的說明。
100:電調控光學相位調制元件
110:第一基板
120:第二基板
130:液晶層
140:透明導電層
140’:透明層、透明導電層
141~144:部分、電極
140TS:表面
150:補償層
150’:補償層
230:液晶層
240:透明導電層
241~244:電極
240TS:表面
250、250’:透明介電層
252:中間層
252a、252b:部分
254:中間層
254a、254b:部分
254TS:表面
260、260’:補償層
150”:補償層
150A:第一部分
150B:第二部分
150TS:表面
152~156:層
160:補償層
160TS:表面
170:控制器
180、180’:透明導電層
180TS:表面
181~184:電極
192:防馬賽克層
200:電調控光學相位調制元件
210:第一基板
220:第二基板
260TS:表面
262~266:層
270:補償層
270TS:表面
280:透明導電層
281~284:電極
GA、GB:間隙
R1:間隙
A1、A2:區域
PL:光阻層
PL1:未遮蔽區域
PL2:遮蔽區域
PLO:開口
PM:圖案化遮罩
S1:介面
CL:連接線
圖1為依據本揭露之第一實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
圖2A至圖2C繪示根據多種實施方式之圖案化透明導電層的上視圖。
圖3A至圖3G為本揭露之部分實施方式之電調控光學相位調制元件的製作方法於各個階段的剖面示意圖。
圖4為依據本揭露之第二實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
圖5為依據本揭露之第三實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
圖6為依據本揭露之第四實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
圖7為依據本揭露之第五實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
圖8為依據本揭露之第六實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
圖9為依據本揭露之第七實施方式之電調控光學相位調制 元件的剖面示意圖。
圖10為依據本揭露之第八實施方式之電調控光學相位調制元件的剖面示意圖。
以下將以圖式揭露本發明之多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式為之。
圖1為依據本揭露之第一實施方式之電調控光學相位調制元件100的剖面示意圖。電調控光學相位調制元件100包含第一基板110、第二基板120、液晶層130、透明層140’、補償層150’、補償層160以及控制器170(參照圖2A-2C)。
第一基板110與第二基板120相對設置。第一基板110與第二基板120可以是剛性以及/或可撓性基板。舉例而言，第一基板110與第二基板120由適當透明絕緣材料所製成，例如玻璃、石英或聚合物材料。液晶層130位於第一基板110與第二基板120之間。在本揭露的部分實施方式中，液晶層130的材料包含膽固醇液晶(cholesteric liquid crystals)、高分子分散液晶(polymer-dispersed liquid crystals)、藍相液晶(blue-phase liquid crystals)或向列型液晶(nematic liquid crystals)。然而，本揭露不限於此，也可以使用其他適當液晶材料。
透明層140’位於第一基板110與液晶層130之間。在此第一實施方式中，透明層140’也可以稱為圖案化透明導電層140’。圖案化透明導電層140’可由適當透明導電材料製成，例如氧化銦錫(indium tin oxide；ITO)或氧化錫銻(antimony tin oxide；ATO)。詳細而言，本實施方式中，圖案化透明導電層140’的穿透率設計為大於60%，更佳地，大於80%。或者，在其他實施方式中，圖案化透明導電層140’可由半透明電極所製成。圖案化透明導電層140’可具有多個部分(例如電極141~144)，其可例如經由間隙GA互相分隔開來。在部分實施方式中，電極141~144的表面互相共平面且稱為表面140TS。
補償層150’位於圖案化透明導電層140’的相鄰兩個部分(例如電極141~144)之間。舉例而言，補償層150’填滿電極141與142之間的間隙GA、電極142與143之間的間隙GA以及電極143與144之間的間隙GA之至少一者。設計補償層150’，以使補償層150’在應用波長範圍內的折射率與圖案化透明導電層140’在應用波長範圍內的折射率之間的差異小於0.1。經由此設計，從電極141至電極144的折射率保持實質相同的。換句話說，在多個不同的位置上，圖案化透明導電層140’與補償層150’的組合具有實質相同的等效折射率(effective refractive index)。經由此設計，可以降低或消除因電極141~144以及間隙GA的折射率差異引發的繞射效 應。
舉例而言，當電調控光學相位調制元件100在590奈米的波段運作時，圖案化透明導電層140’的折射率為大約1.9，且補償層150’的折射率被設計為在590奈米的波段時在1.8至2範圍內。在部分實施方式中，取決於實際應用，此應用波長範圍可以從300奈米至1570奈米。舉例而言，當此電調控光學相位調制元件100是針對人眼使用時，例如用於顯示器或液晶透鏡時，此應用波長範圍可以是可見光波段(例如400奈米至700奈米)。或者，當此電調控光學相位調制元件100與光纖一起使用時，此應用波長範圍可以是光學通訊波段(例如850奈米至1550奈米)。
更甚者，補償層150’具有鄰近液晶層130的一平坦表面150TS。補償層150’的平坦表面150TS與圖案化透明導電層140’的表面140TS共平面。在部分實施方式中，可以選擇地在補償層150’的平坦表面150TS以及圖案化透明導電層140’的表面140TS上形成補償層160，而具有一平坦表面160TS。經由這些平坦表面的設置，液晶層130的分子分布免於被圖案化透明導電層140’的表面形貌影響，而使得液晶層130的折射率不會因圖案化透明導電層140’的表面形貌而有局部變化。因此，繞射效應不會被圖案化透明導電層140’的表面形貌影響而增強。
本文中使用的術語「共平面」具有關於液晶元件應用的相對涵義。舉例而言，如果液晶元件可以承受5奈米的階梯高度差，則它是共平面的。舉例而言，如果第一表面(例 如平坦表面150TS)與第二表面(例如表面140TS)之間的高度差小於5奈米，則第一表面和第二表面(例如表面140TS和150TS)是共平面的。術語「共平面」還可以表示從第一表面(例如平坦表面150TS)到第二表面(例如，表面140TS)是實質平順的轉變，沒有生硬的階梯形狀。此平順的過轉變可以粗略地定義為沒有銳角的表面，以增強液晶元件的可靠度。
補償層150’以及160可由適當透明介電材料形成，例如Ta2O5、TiO2以及SiO2。補償層150’以及160的材料可以是相同的或不同的。於本實施方式中，補償層150’以及160的穿透率設計為大於60%，更佳地，大於80%。在部分實施方式中，不同於補償層150’，補償層160具有均勻的厚度，且補償層160的折射率設計可無關於電極141~144的折射率。補償層160的折射率可以針對電極141~144以及液晶層130之間的折射率不匹配而設計，且在應用波長範圍內，此補償層160的折射率以及電極141~144的折射率差異可以大於0.1。
在本實施方式中，設計圖案化透明導電層140’以及液晶層130，使液晶層130在各個不同位置的等效折射率會隨著施加於圖案化透明導電層140’上的電壓而變化。在本揭露的部分實施方式中，控制器170(參照圖2A至2C)電性連接圖案化透明導電層140’的電極141~144的至少一個。控制器170(參照圖2A至2C)可提供電極141~144適當的電壓，且經由控制電場分布，可以操作液晶層130以在光學主動區內有期望的效果，例如透鏡效果或繞射光柵效果。
圖2A至圖2C繪示根據多種實施例之圖案化透明 導電層140’的上視圖。同時參考圖1與圖2A至圖2C。舉例而言，如同圖2A與圖2B所示，電極141~144可以是條狀的。條狀電極141~144可用以控制相位延遲並實現稜鏡或柱狀透鏡。如同圖2A所示，條狀電極141~144可以彼此斷開，使得控制器170分別提供電極141~144合適的電壓。在部分其他實施方式中，如圖2B所示，條狀電極141~144中的至少兩個通過主幹電極145連接到控制器170，使得控制器170向電極141~144提供相同的電壓。
在部分實施例中，如同圖2C所示，電極141~144是圓形，以提供透鏡效果且實現液晶透鏡。如同圖2C所示，電極141與144是相連的，電極142與143是相連的，且電極141與144不連接電極142與143。在部分實施例中，控制器170經由連接線CL提供電極141與144第一電壓，提供電極142與143第二電壓，第二電壓大於第一電壓，如此一來，可以產生一不均勻電場，且液晶層130的相位差分布可以模仿透鏡的相位差分布。
值得注意的是，圖中所示的圖案化透明導電層140’的圖案或電極141~144的設置不應限制本揭露的範圍；圖案化透明導電層140’可以根據實際需求而設計。
在部分實施方式中，控制器170可以是適當的軟體或硬體。舉例而言，控制器170可以是特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit；ASIC)、進階精簡指令集機器(advanced RISC machine；ARM)、中央處理器(central processing unit；CPU)、單個積體電路裝 置或其他適用於進行計算或執行指令的裝置。這些列舉的裝置不應限制本揭露的範圍。
再回到圖1。電調控光學相位調制元件100可選擇地包含對向透明導電層180，位於第二基板120與液晶層130之間。對向透明導電層180可由與圖案化透明導電層140’相同的材料所製成。對向透明導電層180可由適當透明導電材料所製成，例如氧化銦錫或氧化錫銻。在部分其他實施方式中，可以省略對向透明導電層180。
在部分實施方式中，第一基板110具有第一區域A1以及第二區域A2，透明層140’位於第一區域A1且不位於第二區域A2，且第一區域A1與第二區域A2皆在電調控光學相位調制元件100的一光學主動區內。在部分實施方式中，電調控光學相位調制元件100在第一區域A1的反射率以及電調控光學相位調制元件100在第二區域A2的反射率之間的差異小於0.1。舉例而言，在本實施方式中，基板110與120、液晶層130、透明層140’、補償層150’、補償層160、對向透明導電層180以及其他層體(例如配向層)的組合在不同位置(例如區域A1與A2)的反射率的差異小於0.1。
圖3A至圖3G為本揭露之部分實施方式之電調控光學相位調制元件的製作方法於各個階段的剖面示意圖。
參照圖3A，透明導電層140設置在第一基板110上。如前所述，透明導電層140由合適的透明導電材料製成，例如氧化銦錫或氧化錫銻。其後，在透明導電層140上塗覆光阻層PL。光阻層PL可包含正型光阻或負型光阻。舉例而言， 光阻層PL可以由光敏有機材料製成，例如聚合物。
參照圖3B，接著，在光阻層PL上或上方形成圖案化遮罩PM，並遮蔽光阻層PL的一部分(例如遮蔽區域PL2)。藉由光阻層PL的配置，光阻層PL的未遮蔽區域PL1暴露於光線，而光阻層PL的遮蔽區域PL2不會被光線照射。
參照圖3C，然後將顯影劑施加到光阻層PL上。在正型光阻的情況下，光阻層PL被光降解，並且顯影劑將溶解掉光阻層PL的未遮蔽區域PL1(參見圖3B)，留下光阻層PL的遮蔽區域PL2(參見圖3B)。剩餘的光阻層PL(即圖3B中的光阻層PL的遮蔽區域PL2)具有開口PLO，而露出透明導電層140的部分。
參照圖3D，施加蝕刻劑以蝕刻掉透明導電層140的外露部分(參見圖3C)，使得透明導電層140(參考圖3C)被圖案化為圖案化的透明導電層140’。圖案化透明導電層140’包含保留部分141~144，並且間隙GA形成在部分141~144之間。光阻層PL對蝕刻劑的蝕刻抗性高於透明導電層140’的抗蝕刻性。由於光阻層PL的保護，圖案化的透明導電層140’(即部分141~144)保持未變的。值得注意的是，光阻層PL也保持在圖案化透明導電層140’上，而圖案化透明導電層140’的間隙GA和光阻層PL的開口PLO露出第一基板110的部分。
參考圖3E，在圖3D所示的結構上共形地形成補償層150。於此，由於圖案化透明導電層140’的存在，將要形成補償層150於其上的表面是不平順的。因此，補償層150分 別在光阻層PL具有第一部分150A以及第二部分150B，第一部分150A分別位於間隙GA中，第二部分150B位於光阻層PL上。
在部分實施方式中，補償層150的厚度被調整為實質上等同於間隙GA的深度，使得補償層150的第一部分150A的表面150TS與圖案化透明導電層140’的表面140TS共平面。然而，不應該以此限制本揭露的範圍，在部分其他實施例中，補償層150的厚度可以與間隙GA的深度不同，使得補償層150可以滿溢出間隙GA或者不填滿間隙GA。
參考圖3F，從圖案化透明導電層140’上剝離光阻層PL，因此也去除其上的補償層150的第二部分150B。補償層150的第一部分150A保持不變的，並且在後文中也稱為補償層150’。
在補償層150的厚度被精準地調整為實質等同於間隙GA的深度的部分實施方式中，補償層150’的表面150TS與圖案化透明導電層140’的表面140TS共面。
在補償層150的厚度不同於間隙GA的深度的部分其他實施方式中，可以可選擇地進行化學機械研磨(chemical-mechanical polish；CMP)製程以平坦化補償層150’的表面150TS與圖案化透明導電層140’的表面140TS。
參考圖3G，補償層160可以共形地形成在圖3F所示的結構上。補償層150’和160處於重疊關係。在部分實施方式中，由於補償層150’的表面150TS與圖案化透明導電層140的表面140TS共平面，因此在其上形成的補償層160也具有平坦表面160TS。
每一補償層150’和160中可以包含一或多個層，並且補償層150’和160的每個層可以包含相同或不同的材料。舉例而言，補償層150’和160的層的材料可以是Ta2O5、TiO2和SiO2。在部分實施方式中，補償層150’和160由相同的材料製成。在部分其他實施方式中，補償層150’和160由不同材料製成。
在部分實施方式中，由於補償層150’和160以不同的步驟形成，因此在補償層150’和160之間可以存在介面S1。介面S1可以與圖案化透明導電層140’的表面共平面。在補償層150’和160由相同材料製成的部分實施方式中，可能不容易察覺到它們之間的介面。在補償層150’和160由不同材料製成的部分實施方式中，可以容易地察覺到它們之間的介面S1。值得注意的是，補償層160的配置不是必需的，並且在部分其他實施方式中，可以省略補償層160。
圖4為依據本揭露之第二實施方式之電調控光學相位調制元件100的剖面示意圖。第二實施方式類似於圖1的第一實施方式，並且第二實施方式與圖1的第一實施方式之間的區別在於：第二實施方式的補償層150’包含多個層152~156。為了更好地說明，在本文中，圖案化透明導電層140的折射率可以稱為nito。於此，層152~156在應用波長范圍內的有效折射率實質上等於nito，容許偏差為0.1。在進一步的實施方案中，容許偏差可小於0.1，例如為0.08或0.05。也就是說，層152~156在應用波長范圍內的有效折射率在(nito-0.1)至(nito+0.1)的範圍內。在部分其他實施方式中，在應用波 長范圍內每個層152~156的折射率在(nito-0.1)至(nito+0.1)的範圍內。
在部分實施方式中，為了折射率匹配，層152~156和補償層160可以由不同的材料製成。在部分實施方式中，層152~156和補償層160的折射率可以從第一基板110朝向液晶層130逐漸減小。或者，在部分實施方式中，層152~156和補償層160的折射率可以從第一基板110朝向液晶層130逐漸增大。在部分其他實施方式中，補償層150’的層152~156中的至少一個可以具有與補償層160的材料相同的材料。在部分實施方式中，補償層150’鄰近補償層160的一層(例如層156)是由相同於補償層160的材料所製成，其中的介面S1可能是難以察覺的。在部分實施方式中，補償層150’鄰近補償層160的一層(例如層156)是由不同於補償層160的材料所製成，而可以容易地察覺它們之間的介面S1。本實施方式的其他細節與上述實施方式類似，此處不再贅述。
圖5為依據本揭露之第三實施方式之電調控光學相位調制元件100的剖面示意圖。第三實施方式類似於圖1的第一實施方式，並且圖1的第三實施方式與第一實施方式的區別在於：在第三實施方式中，對向透明導電層180被圖案化並稱為對向透明導電層180’，並且電調控光學相位調制元件100還包含在基板120上的另一補償層150”。
詳細而言，圖案化透明導電層180’可以具有彼此間隔開的部分(即電極181~184)。補償層150”位於圖案化透明導電層180’的兩個相鄰部分(即電極181~184)之間。如 同補償層150’的結構，補償層150”具有表面150TS，其與電極181~184的表面180TS共平面，從而提供平坦的表面形貌。在部分實施方式中，可選擇地，在補償層150”的平坦表面150TS和圖案化透明導電層180’的表面180TS上形成另一補償層160，因此具有平坦表面160TS。基板120上的元件(例如補償層150”和補償層160)的結構和材料配置與基板110上的元件(例如，補償層150’和補償層160)的結構和材料配置實質相同，因此在此不再重複。第三實施例的其他細節與前述相似，在此不再重複。
圖6為依據本揭露之第四實施方式之電調控光學相位調制元件100的剖面示意圖。第四實施方式類似於圖1的第一實施方式，第四實施方式與圖1的第一實施方式的不同之處在於：在第四實施方式中，省略了補償層160，並且補償層150’的表面150TS是平坦的且與圖案化透明導電層140鄰近液晶層130的表面140TS共平面。第四實施方式的其他細節與上述相似，在此不再贅述。
圖7為依據本揭露之第五實施方式之電調控光學相位調制元件100的剖面示意圖。第五實施方式類似於圖1的第一實施方式，第五實施方式與圖1的第一實施方式的不同之處在於：在第五實施方式中，電調控光學相位調制元件100還包含防馬賽克層192，由介電質或半導體材料製成。舉例而言，防馬賽克層192可以包含含金屬的化合物，例如鈦、鋅、錫或銦的氧化物。防馬賽克層192位於液晶層130和補償層150’之間。防馬賽克層192可以使電極141~144產生的電場平滑，從 而實現更好的性能，例如更好的透鏡效果。
在本實施方式中，防馬賽克層192是完全覆蓋光學主動區域的單個層體。然而，本揭露不限於此，且在部分其他實施方式中，可以根據電極141~144的圖案來圖案化防馬賽克層192。舉例而言，防馬賽克層192可以被圖案化成條紋形式或圓形形式。本實施方式的其他細節與上述相似，在此不再贅述。
圖8為依據本揭露之第六實施方式之電調控光學相位調制元件100的剖面示意圖。第六實施方式與圖1的第一實施方式類似，第六實施方式與圖1的第一實施方式的不同之處在於：在第六實施方式中，電調控光學相位調制元件100還包含：防馬賽克層192。防馬賽克層192位於第一基板110和補償層150’之間。防馬賽克層192的材料和功能可以與前述四實施方式中的相同。本實施方式的其他細節與前面提到的相似，這裡不再重複。
圖9為依據本揭露之第七實施方式之電調控光學相位調制元件200的剖面示意圖。電調控光學相位調制元件100包含第一基板210、第二基板220、液晶層230、圖案化透明導電層240、透明介電層250、補償層260和控制器(未示出)。如在第一實施方式中提到的，第一基板210和第二基板120彼此相對。液晶層230位於第一基板210和第二基板220之間。圖案化透明導電層240位於液晶層230和第一基板210之間。藉由控制電場分佈，可以操作液晶層230以在光學主動區中具有期望的效果，例如透鏡效應或繞射光柵效應。
在本實施方式中，透明介電層250位於液晶層230與圖案化透明導電層240之間。透明介電層250的透光率可設計為大於60%，較佳地大於80%。透明介電層250可以具有與圖案化透明導電層240的表面形貌對應的表面形貌。舉例而言，當圖案化透明導電層240具有電極241~244時，透明介電層250具有對應於電極241~244的部分254b。舉例而言，透明介電層250的多個部分254b分別位於電極241~244之上。在部分實施方式中，電極241~244的表面彼此共平面且稱為表面240TS，部分254b的表面彼此共平面且被稱為表面254TS。於此，透明介電層250可以共形地形成在圖案化透明導電層240上，使得電極241~244之間的間隙GB可以具有與部分254b之間的間隙R1的深度相同的深度。然而，在部分其他實施方式中，透明介電層250可以不是共形地形成的，因此間隙GB和間隙R1可以具有不同的深度。
補償層260位於透明介電層250的兩個相鄰部分(即部分254b)之間。舉例而言，補償層260填滿部分254b之間的間隙R1中的至少一個。設計補償層260，以使補償層260在應用波長範圍內的折射率與圖案化透明導電層240在應用波長範圍內的折射率之間的差異小於0.1。經由此設計，從電極241到電極244的折射率保持實質相同的。換句話說，在多個不同的位置上，圖案化透明導電層240、透明介電層250和補償層260的組合具有實質相同的等效折射率。經由該配置，可以減輕或消除由電極241~244和間隙GB的折射率差異引起的繞射效應。
更甚者，補償層260具有鄰近液晶層230的平坦表面260TS。平坦表面260TS與透明介電層250的部分254b鄰近液晶層230的表面254TS共平面。藉由此配置，防止液晶層230的 分子分佈受到圖案化透明導電層240的表面形貌的影響，使得液晶層230的折射率不會因圖案化透明導電層240的表面形貌而有局部變化。因此，圖案化透明導電層240的表面形貌不會增強繞射效果。
如前所述，如果第一表面(例如平坦表面254TS)與第二表面(例如表面260TS)之間的高度差小於5奈米，則第一表面和第二表面(例如表面254TS和260TS)是共平面的。
在部分實施方式中，透明介電層250可包含多個層，其可由相同或不同的材料製成。舉例而言，於此，透明介電層250具有中間層252和254，它們共形地形成在圖案化的透明導電層240上。詳細而言，中間層252具有位於電極241~244之間的第一部分252a以及位於電極241~244上的第二部分252b。第一部分252a將兩個相鄰的第二部分252b彼此連接，並且第一部分252a和第二部分252b可以具有相同的厚度。中間層254共形地形成在中間層252上，其中中間層254具有位於第二部分252b之間的第一部分254a和位於第二部分252b上方的第二部分254b。第一部分254a將兩個相鄰的第二部分254b彼此連接，並且第一部分254a和第二部分254b可以具有相同的厚度。中間層252和254可以由合適的透明介電材料製成，例如Ta2O5、TiO2和SiO2。在部分實施方式中，每個中間層252和254的穿透率設計為大於60%，較佳地大於80%。
在部分實施方式中，電調控光學相位調制元件200包含在表面260TS和表面254TS上的補償層270，因此具有與液晶層230相鄰的平坦表面270TS。每個補償層260和270 可以包含一或多個層，並且補償層260和270的每個層可以包含相同或不同的材料。在部分實施方式中，補償層260和270由相同的材料製成。在部分實施方式中，補償層260和270由不同材料製成。舉例而言，補償層260可以包含由不同材料製成的層262~266。
在本實施方式中，補償層260和270以及中間層252和254可以通過化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)、塗覆或其他合適的沉積製程形成。中間層252和254可以由前述合適的介電材料製成。中間層252和254可以由相同或不同的材料製成。形成補償層260和270的方法類似於圖3A-3G所示的方法，在此不再贅述。
第一基板210、第二基板220、液晶層230和圖案化透明導電層240的結構和材料與圖1的第一實施方式中的第一基板110、第二基板120、液晶層130以及圖案化透明導電層140相同，在此不再贅述。補償層260和270的材料與圖1的第一實施方式中的補償層150’和160相同，在此不再贅述。
在部分實施方式中，第一基板210具有第一區域A1和第二區域A2，圖案化透明導電層240位於第一區域A1，第二區域A2未圖案化透明導電層240，第一區域A1與第二區域A2皆在電調控光學相位調制元件100的一光學主動區內。在部分實施方式中，電調控光學相位調制元件100在第一區域A1的反射率以及電調控光學相位調制元件100在第二區域A2的反射率之間的差異小於0.1。舉例而言，在本實施方式中，基 板210和220、液晶層230、圖案化透明導電層240、透明介電層250、補償層260、補償層270、對向透明導電層280以及其他層(例如配向層)的組合在不同位置(例如區域A1和A2)的反射率的變化量小於0.1。本實施方式的其他細節與上述相似，在此不再贅述。
圖10為依據本揭露之第八實施方式之電調控光學相位調制元件200的剖面示意圖。第八實施方式類似於圖9的第七實施方式，第八實施方式與圖9的七個實施方式的不同之處在於：在第八實施方式中，對向透明導電層280被圖案化，並且電調控光學相位調制元件200還包含基板220上的透明介電層250’和補償層260’。
詳細而言，圖案化透明導電層280可以具有彼此間隔開的部分(即電極281~284)。透明介電層250’具有對應於電極281~284的部分254b。補償層260’位於透明介電層250的兩個相鄰部分(即部分254b)之間。補償層260’的平坦表面260TS與透明介電層250的部分254b鄰近的液晶層230的表面254TS共平面。在部分實施方式中，可選擇地，在補償層260’的平坦表面260TS和透明介電層250’的表面254TS上形成另一補償層270，因此具有平坦表面270TS。基板220上的元件(例如透明介電層250’、補償層260’和補償層270)的結構和材料配置與基板210上的元件(例如透明介電層250、補償層260和補償層270)的結構和材料配置實質相同，於此不再重複。本實施方式的其他細節與前述的相似，於此不再重複。
基於以上討論，可以看出本揭露明提供了液晶裝 置的多個優點。然而，應該理解，其他實施方式可以提供額外的優點，並且並非所有優點都必須在此公開，並且並非所有實施方式都需要特定優點。本案的優點之一是通過減小不同位置的有效折射率差異來減少繞射效應。本案的另一個優點是藉由使鄰近液晶層的表面變得平坦，來進一步降低繞射效應。
於本揭露之部分實施方式中，雖然本揭露已以多種實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電調控光學相位調制元件
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第二基板
130‧‧‧液晶層
140’‧‧‧透明導電層
141~144‧‧‧電極
140TS‧‧‧表面
150’‧‧‧補償層
150TS‧‧‧表面
160‧‧‧補償層
160TS‧‧‧表面
180‧‧‧透明導電層
GA‧‧‧間隙
A1、A2‧‧‧區域

Claims (14)

  1. 一種電調控光學相位調制元件，包含：一第一基板；一第二基板，相對該第一基板設置；一液晶層，位於該第一基板與該第二基板之間；一透明電極層，位於該第一基板與該液晶層之間，其中該透明電極層具有一第一電極以及一第二電極；以及一第一補償層，位於該透明電極層的該第一電極與該第二電極之間，其中該第一補償層具有鄰近該液晶層的一平坦表面，其中該第一補償層的該平坦表面與該透明電極層鄰近該液晶層的一表面共平面。
  2. 如請求項第1項所述之電調控光學相位調制元件，更包含：一第二補償層，位於該第一補償層以及該透明電極層上，且位於該第一補償層以及該液晶層之間。
  3. 如請求項第2項所述之電調控光學相位調制元件，其中該第一補償層具有鄰近該第二補償層的一層，該第一補償層的該層是由不同於該第二補償層的材料所製成。
  4. 如請求項第2項所述之電調控光學相位調制元件，其中該第一補償層具有鄰近該第二補償層的一層，該第一補償層的該層是由相同於該第二補償層的材料所製成。
  5. 如請求項第2項所述之電調控光學相位調制元件，其中該第一補償層以及該第二補償層具有一介面於其中，該介面與該透明電極層鄰近該液晶層的一表面共平面。
  6. 如請求項第1項所述之電調控光學相位調制元件，其中該透明電極層的該第一電極的一表面以及該透明電極層的該第二電極的一表面共平面。
  7. 如請求項第1項所述之電調控光學相位調制元件，其中該第一補償層包含複數個層，該第一補償層的該些層的至少二個具有不同的折射率。
  8. 如請求項第1項所述之電調控光學相位調制元件，其中在一應用波長範圍內，該第一補償層與該透明電極層的折射率差異小於0.1。
  9. 如請求項第1項所述之電調控光學相位調制元件，其中該第一基板具有一第一區域以及一第二區域，該透明電極層位於該第一區域且不位於該第二區域，該電調控光學相位調制元件在該第一區域的一反射率以及該電調控光學相位調制元件在該第二區域的一反射率之間的差異小於0.1。
  10. 一種電調控光學相位調制元件，包含：一第一基板；一第二基板，相對該第一基板設置；一液晶層，位於該第一基板與該第二基板之間；一圖案化透明導電層，位於該液晶層與該第一基板之間，其中該圖案化透明導電層具有一第一電極以及一第二電極，該第一電極與該第二電極被一間隙分隔開來；一透明介電層，具有一第一部分與一第二部分，分別位於該圖案化透明導電層的該第一電極以及該第二電極上；以及一第一補償層，位於該透明介電層的該第一部分與該第二部分之間，其中該第一補償層具有鄰近該液晶層的一平坦表面，其中該第一補償層的該平坦表面與該透明介電層鄰近該液晶層的一表面共平面。
  11. 如請求項第10項所述之電調控光學相位調制元件，其中在一應用波長範圍內，該第一補償層以及該圖案化透明導電層的折射率差異小於0.1。
  12. 如請求項第10項所述之電調控光學相位調制元件，其中該第一基板具有一第一區域以及一第二區域，該圖案化透明導電層位於該第一區域且不位於該第二區域，該電調控光學相位調制元件在該第一區域的一反射率以及該電調控光學相位調制元件在該第二區域的一反射率之間的差異小於0.1。
  13. 如請求項第1項或第10項所述之電調控光學相位調制元件，更包含：一防馬賽克層，位於該液晶層與該第一基板之間。
  14. 如請求項第1項或第10項所述之電調控光學相位調制元件，更包含：一對向透明導電層，位於該第二基板與該液晶層之間。
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