TWI706167B - 光學元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學元件。該光學元件包括：一中心區，具有複數個中心畫素；一第一區，具有複數個第一畫素；一第二區，具有複數個第二畫素；一有機層，形成於該中心區、該第一區與該第二區中；以及一光收集層，包括一第一光收集元件與一第二光收集元件，由該有機層所包圍，形成於該第一區與該第二區中，其中該第一光收集元件形成於該第一畫素中，該第二光收集元件形成於該第二畫素中。該中心區、該第一區與該第二區彼此分隔沿著一排列方向排列，且該第一區較該第二區鄰近該中心區。該第一光收集元件不同於該第二光收集元件。

Description

光學元件
本發明係有關於一種光學元件，特別是有關於一種具有形成於彩色濾光片上包括不同尺寸、位置的光收集元件的光學元件。
在具有複合金屬柵(composite metal grid，CMG)結構的光學元件中，於彩色濾光片上，是需要設置微透鏡的。而在具有波導彩色濾光片(wave guide color filter，WGCF)結構的光學元件中，則是使用包圍彩色濾光片的低折射率材料取代微透鏡形成波導結構。
然而，在具有波導彩色濾光片(WGCF)結構的光學元件中，由於金屬柵會吸收斜向光線，導致畫素的量子效率(QE)下降，特別對於位在基板邊緣區的畫素來說更是如此。
因此，開發一種可提升量子效率光譜的具有波導彩色濾光片(WGCF)結構的光學元件是眾所期待的。
根據本發明的一實施例，提供一種光學元件。該光學元件包括：一中心區，具有複數個中心畫素；一第一區，具有複數個第一畫素；一第二區，具有複數個第二畫素；一有機層，形成於該中心區、該第一區與該第二區中；以及一光收集層(light collection layer)，包括一第一光收集元件與一第二光收集元件，由該有機層所包圍，形成於該第一區與該第二區中，其中該第一光收集元件形成於該第一畫素中，該第二光收集元件形成於該第二畫素中。該中心區、該第一區與該第二區彼此分隔沿著一排列方向排列。該第一區較該第二區鄰近該中心區。該第一光收集元件不同於該第二光收集元件。
在部分實施例中，該第一畫素的中心與該第一光收集元件的中心之間形成一第一距離，以及該第二畫素的中心與該第二光收集元件的中心之間形成一第二距離。在部分實施例中，該第二距離大於該第一距離，該第一光收集元件的該中心沿著與該中心區、該第一區與該第二區的該排列方向相反的方向自該第一畫素的該中心遠離，以及該第二光收集元件的該中心沿著與該中心區、該第一區與該第二區的該排列方向相反的方向自該第二畫素的該中心遠離。
在部分實施例中，該第一距離與該第二距離相同。在部分實施例中，該第二光收集元件的寬度大於該第一光收集元件的寬度。在部分實施例中，該第一光收集元件的寬度大於0，以及該第二光收集元件的寬度小於該第二畫素的寬度。在部分實施例中，該第二光收集元件的上表面積大於該第一光收集元件的上表面積。在部分實施例中，該第二光收集元件的厚度大於該第一光收集元件的厚度。在部分實施例中，該第二光收集元件的厚度大於該有機層的厚度。在部分實施例中，該第一光收集元件與該第二光收集元件更由該有機層所覆蓋。在部分實施例中，一部分的該第二光收集元件更延伸進入位於該第二光收集元件下方的一彩色濾光片中。在部分實施例中，該第二光收集元件延伸進入該彩色濾光片中的該部分的厚度小於該彩色濾光片的厚度的三分之一。
在部分實施例中，該第二光收集元件的寬度大於該第一光收集元件的寬度，以及該第二光收集元件的厚度大於該第一光收集元件的厚度。在部分實施例中，該第二光收集元件更延伸覆蓋一圖案化有機層，該圖案化有機層包圍位於該第二光收集元件下方的一彩色濾光片。在部分實施例中，該圖案化有機層的折射率介於1.2至1.45之間。
在部分實施例中，該第一光收集元件與該第二光收集元件的折射率大於分別位於該第一光收集元件與該第二光收集元件下方的彩色濾光片的折射率。在部分實施例中，該第一光收集元件與該第二光收集元件的折射率介於1.6至1.9之間。在部分實施例中，本發明光學元件更包括一抗反射層(anti-reflection layer)，形成於該有機層、該第一光收集元件與該第二光收集元件上。在部分實施例中，該第一光收集元件與該第二光收集元件的折射率大於該抗反射層的折射率。
在本發明中，將具有特定尺寸或位置的高折射率(n=1.6-1.9)光收集元件設置於彩色濾光片上。對於尺寸的要求上，設置於遠離中心畫素的光收集元件的寬度(或厚度)需大於設置於鄰近中心畫素的光收集元件的寬度(或厚度)。對於位置的要求上，遠離中心畫素的光收集元件中心點與其所在畫素中心點之間的距離(也就是，光收集元件偏離所在畫素中心點的距離)需大於鄰近中心畫素的光收集元件中心點與其所在畫素中心點之間的距離。值得注意的是，光收集元件的偏離方向與畫素排列方向是相反的。再者，根據不同的畫素排列方向，可對應改變畫素中光收集元件的偏離方向。此外，光收集元件的折射率大於相鄰材料的折射率。本發明藉由設置特定的光收集元件，可因此大幅提升彩色濾光片的量子效率(QE)峰值，特別是可提升位於基板邊緣區畫素的量子效率峰值。
請參閱第1-3圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第1圖為光學元件10的畫素排列的上視圖。第2圖為光學元件10的畫素結構的上視圖。第3圖為光學元件10的畫素結構的剖面示意圖。
在第1、2圖中，光學元件10包括基板12，其包括中心區14、第一區16、第二區18、以及第三區20。中心區14、第一區16、第二區18、以及第三區20彼此分隔。第一區16較第二區18鄰近中心區14。第二區18較第三區20鄰近第一區16。中心區14具有複數個中心畫素，例如14a、14b、14c、14d。第一區16具有複數個第一畫素，例如16a、16b、16c、16d。第二區18具有複數個第二畫素，例如18a、18b、18c、18d。第三區20具有複數個第三畫素，例如20a、20b、20c、20d。中心區14的中心畫素(14a、14b、14c、14d)、第一區16的第一畫素(16a、16b、16c、16d)、第二區18的第二畫素(18a、18b、18c、18d)、以及第三區20的第三畫素(20a、20b、20c、20d)沿著一畫素排列方向排列。此畫素排列方向為自基板12的中心12a朝向邊緣12b的方向，例如包括各式不同的畫素排列方向(22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h)，如第1圖所示。畫素排列方向22a表示畫素自基板12的中心至左下側的對角排列方向。畫素排列方向22b表示畫素自基板12的中心至左側的水平排列方向(沿X軸)。畫素排列方向22c表示畫素自基板12的中心至左上側的對角排列方向。畫素排列方向22d表示畫素自基板12的中心至上側的垂直排列方向(沿Y軸)。畫素排列方向22e表示畫素自基板12的中心至右上側的對角排列方向。畫素排列方向22f表示畫素自基板12的中心至右側的水平排列方向(沿X軸)。畫素排列方向22g表示畫素自基板12的中心至右下側的對角排列方向。畫素排列方向22h表示畫素自基板12的中心至下側的垂直排列方向(沿Y軸)。此處，中心畫素(14a、14b、14c、14d)、第一畫素(16a、16b、16c、16d)、第二畫素(18a、18b、18c、18d)、以及第三畫素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以畫素排列方向22a為例作說明。
在第2圖中，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括綠色(G)濾光片22。中心畫素14b、第一畫素16b、第二畫素18b、以及第三畫素20b包括紅色(R)濾光片24。中心畫素14c、第一畫素16c、第二畫素18c、以及第三畫素20c包括藍色(B)濾光片26。中心畫素14d、第一畫素16d、第二畫素18d、以及第三畫素20d包括綠色(G)濾光片22。在部分實施例中，綠色(G)濾光片22、紅色(R)濾光片24與藍色(B)濾光片26在畫素中的其他排列方式亦適用於本發明。此處，以中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a為例說明其之間不同的畫素結構。
請參閱第2、3圖，中心畫素14a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、以及第二有機層34。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上。每一第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、第二有機層34、以及光收集元件(light collection element) 36。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上，並包圍光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大於第二有機層34的折射率。此處，並未有光收集元件設置於中心畫素14a。此外，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第一距離D1，第二畫素18a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第二距離D2，以及第三畫素20a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第三距離D3。
在第2、3圖中，第一距離D1、第二距離D2、以及第三距離D3均不同。請參閱第2圖，第一畫素16a中，光收集元件36的中心點P L沿著方向42自第一畫素16a的中心點P S遠離。第二畫素18a中，光收集元件36的中心點P L沿著方向42自第二畫素18a的中心點P S遠離。第三畫素20a中，光收集元件36的中心點P L沿著方向42自第三畫素20a的中心點P S遠離。值得注意的是，遠離方向42表示光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向右上側的對角遠離方向。此處，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22a (也就是，畫素自基板12的中心至左下側的對角排列方向)排列，如第1圖所示。因此，光收集元件36的遠離方向42與畫素排列方向22a相反。
根據不同的畫素排列方向，可對應改變光收集元件36的遠離方向42，以確保光收集元件的遠離方向與畫素排列方向相反。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22b (也就是，畫素自基板12的中心至左側的水平排列方向(沿X軸))排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向右側的水平方向遠離。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22c (也就是，畫素自基板12的中心至左上側的對角排列方向)排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向右下側的對角方向遠離。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22d (也就是，畫素自基板12的中心至上側的垂直排列方向(沿Y軸))排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向下側的垂直方向遠離。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22e (也就是，畫素自基板12的中心至右上側的對角排列方向)排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向左下側的對角方向遠離。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22f (也就是，畫素自基板12的中心至右側的水平排列方向(沿X軸))排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向左側的水平方向遠離。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22g (也就是，畫素自基板12的中心至右下側的對角排列方向)排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向左上側的對角方向遠離。在部分實施例中，當中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22h (也就是，畫素自基板12的中心至下側的垂直排列方向(沿Y軸))排列時，光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向上側的垂直方向遠離。
在第2、3圖中，第三畫素20a中的第三距離D3大於第二畫素18a中的第二距離D2。第二畫素18a中的第二距離D2大於第一畫素16a中的第一距離D1。第一畫素16a中的第一距離D1大於0。
在部分實施例中，圖案化第一有機層30的折射率大約介於1.2至1.45之間。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於彩色濾光片32的折射率。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大約介於1.6至1.9之間。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括氧化層38，覆蓋金屬柵28。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括抗反射層(anti-reflection layer) 40，形成於第二有機層34上。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於抗反射層40的折射率。
請參閱第1、4、5圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第4圖為光學元件10的畫素結構的上視圖。第5圖為光學元件10的畫素結構的剖面示意圖。
在第1圖中，同樣地，中心畫素(14a、14b、14c、14d)、第一畫素(16a、16b、16c、16d)、第二畫素(18a、18b、18c、18d)、以及第三畫素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以畫素排列方向22a為例作說明。
在第4圖中，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括綠色(G)濾光片22。中心畫素14b、第一畫素16b、第二畫素18b、以及第三畫素20b包括紅色(R)濾光片24。中心畫素14c、第一畫素16c、第二畫素18c、以及第三畫素20c包括藍色(B)濾光片26。中心畫素14d、第一畫素16d、第二畫素18d、以及第三畫素20d包括綠色(G)濾光片22。在部分實施例中，綠色(G)濾光片22、紅色(R)濾光片24與藍色(B)濾光片26在畫素中的其他排列方式亦適用於本發明。此處，以中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a為例說明其之間不同的畫素結構。
請參閱第4、5圖，中心畫素14a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、以及第二有機層34。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上。每一第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、第二有機層34、以及光收集元件(light collection element) 36。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上，並包圍光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大於第二有機層34的折射率。此處，並未有光收集元件設置於中心畫素14a。此外，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義第一畫素16a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第一距離，第二畫素18a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第二距離，以及第三畫素20a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第三距離。
在第4、5圖中，第一距離、第二距離、以及第三距離均為0。請參閱第4圖，第一畫素16a中，光收集元件36的中心點P L與第一畫素16a的中心點P S重合。第二畫素18a中，光收集元件36的中心點P L與第二畫素18a的中心點P S重合。第三畫素20a中，光收集元件36的中心點P L與第三畫素20a的中心點P S重合。也就是，光收集元件36的中心點P L與第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S之間並未產生偏離。
在第4、5圖中，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一寬度W1，第二畫素18a的光收集元件36的第二寬度W2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三寬度W3。值得注意的是，第三畫素20a的光收集元件36的第三寬度W3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二寬度W2。第二畫素18a的光收集元件36的第二寬度W2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一寬度W1。在部分實施例中，第一畫素16a的光收集元件36的第一寬度W1大於0。第三畫素20a的光收集元件36的第三寬度W3小於第三畫素20a的寬度W。此外，亦定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一面積A1，第二畫素18a的光收集元件36的第二面積A2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三面積A3。類似地，第三畫素20a的光收集元件36的第三面積A3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二面積A2，第二畫素18a的光收集元件36的第二面積A2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一面積A1。
在部分實施例中，圖案化第一有機層30的折射率大約介於1.2至1.45之間。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於彩色濾光片32的折射率。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大約介於1.6至1.9之間。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括氧化層38，覆蓋金屬柵28。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括抗反射層(anti-reflection layer) 40，形成於第二有機層34上。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於抗反射層40的折射率。
請參閱第1、6、7圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第6圖為光學元件10的畫素結構的上視圖。第7圖為光學元件10的畫素結構的剖面示意圖。
在第1圖中，同樣地，中心畫素(14a、14b、14c、14d)、第一畫素(16a、16b、16c、16d)、第二畫素(18a、18b、18c、18d)、以及第三畫素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以畫素排列方向22a為例作說明。
在第6圖中，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括綠色(G)濾光片22。中心畫素14b、第一畫素16b、第二畫素18b、以及第三畫素20b包括紅色(R)濾光片24。中心畫素14c、第一畫素16c、第二畫素18c、以及第三畫素20c包括藍色(B)濾光片26。中心畫素14d、第一畫素16d、第二畫素18d、以及第三畫素20d包括綠色(G)濾光片22。在部分實施例中，綠色(G)濾光片22、紅色(R)濾光片24與藍色(B)濾光片26在畫素中的其他排列方式亦適用於本發明。此處，以中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a為例說明其之間不同的畫素結構。
請參閱第6、7圖，中心畫素14a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、以及第二有機層34。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上。每一第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、第二有機層34、以及光收集元件(light collection element) 36。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上，並包圍光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大於第二有機層34的折射率。此處，並未有光收集元件設置於中心畫素14a。此外，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義第一畫素16a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第一距離，第二畫素18a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第二距離，以及第三畫素20a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第三距離。
在第6、7圖中，第一距離、第二距離、以及第三距離均為0。請參閱第6圖，第一畫素16a中，光收集元件36的中心點P L與第一畫素16a的中心點P S重合。第二畫素18a中，光收集元件36的中心點P L與第二畫素18a的中心點P S重合。第三畫素20a中，光收集元件36的中心點P L與第三畫素20a的中心點P S重合。也就是，光收集元件36的中心點P L與第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S之間並未產生偏離。
在第7圖中，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一厚度T1，第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三厚度T3。值得注意的是，第三畫素20a的光收集元件36的第三厚度T3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2。第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一厚度T1。此外，在第7圖中，第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2大於第二有機層34的厚度T L。在部分實施例中，第二有機層34可進一步覆蓋分別位於第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中的光收集元件36 (未圖示)。
在部分實施例中，圖案化第一有機層30的折射率大約介於1.2至1.45之間。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於彩色濾光片32的折射率。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大約介於1.6至1.9之間。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括氧化層38，覆蓋金屬柵28。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括抗反射層(anti-reflection layer) 40，形成於第二有機層34上。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於抗反射層40的折射率。
請參閱第1、8、9圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第8圖為光學元件10的畫素結構的上視圖。第9圖為光學元件10的畫素結構的剖面示意圖。
在第1圖中，同樣地，中心畫素(14a、14b、14c、14d)、第一畫素(16a、16b、16c、16d)、第二畫素(18a、18b、18c、18d)、以及第三畫素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以畫素排列方向22a為例作說明。
在第8圖中，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括綠色(G)濾光片22。中心畫素14b、第一畫素16b、第二畫素18b、以及第三畫素20b包括紅色(R)濾光片24。中心畫素14c、第一畫素16c、第二畫素18c、以及第三畫素20c包括藍色(B)濾光片26。中心畫素14d、第一畫素16d、第二畫素18d、以及第三畫素20d包括綠色(G)濾光片22。在部分實施例中，綠色(G)濾光片22、紅色(R)濾光片24與藍色(B)濾光片26在畫素中的其他排列方式亦適用於本發明。此處，以中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a為例說明其之間不同的畫素結構。
請參閱第8、9圖，中心畫素14a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、以及第二有機層34。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上。每一第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、第二有機層34、以及光收集元件(light collection element) 36。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上，並包圍光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大於第二有機層34的折射率。此處，並未有光收集元件設置於中心畫素14a。此外，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義第一畫素16a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第一距離，第二畫素18a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第二距離，以及第三畫素20a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第三距離。
在第8、9圖中，第一距離、第二距離、以及第三距離均為0。請參閱第8圖，第一畫素16a中，光收集元件36的中心點P L與第一畫素16a的中心點P S重合。第二畫素18a中，光收集元件36的中心點P L與第二畫素18a的中心點P S重合。第三畫素20a中，光收集元件36的中心點P L與第三畫素20a的中心點P S重合。也就是，光收集元件36的中心點P L與第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S之間並未產生偏離。
請參閱第9圖，在第二畫素18a中，一部分的光收集元件36更延伸進入彩色濾光片32。同樣地，在第三畫素20a中，一部分的光收集元件36亦延伸進入彩色濾光片32。在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一厚度T1，第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三厚度T3。值得注意的是，第三畫素20a的光收集元件36的第三厚度T3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2。第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一厚度T1。在部分實施例中，光收集元件36延伸進入彩色濾光片32的部分的厚度T3 L小於彩色濾光片32的厚度T CF的三分之一。
在部分實施例中，圖案化第一有機層30的折射率大約介於1.2至1.45之間。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於彩色濾光片32的折射率。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大約介於1.6至1.9之間。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括氧化層38，覆蓋金屬柵28。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括抗反射層(anti-reflection layer) 40，形成於第二有機層34上。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於抗反射層40的折射率。
請參閱第1、10、11圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第10圖為光學元件10的畫素結構的上視圖。第11圖為光學元件10的畫素結構的剖面示意圖。
在第1圖中，同樣地，中心畫素(14a、14b、14c、14d)、第一畫素(16a、16b、16c、16d)、第二畫素(18a、18b、18c、18d)、以及第三畫素(20a、20b、20c、20d)的排列方向以畫素排列方向22a為例作說明。
在第10圖中，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括綠色(G)濾光片22。中心畫素14b、第一畫素16b、第二畫素18b、以及第三畫素20b包括紅色(R)濾光片24。中心畫素14c、第一畫素16c、第二畫素18c、以及第三畫素20c包括藍色(B)濾光片26。中心畫素14d、第一畫素16d、第二畫素18d、以及第三畫素20d包括綠色(G)濾光片22。在部分實施例中，綠色(G)濾光片22、紅色(R)濾光片24與藍色(B)濾光片26在畫素中的其他排列方式亦適用於本發明。此處，以中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a為例說明其之間不同的畫素結構。
請參閱第10、11圖，中心畫素14a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、以及第二有機層34。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上。每一第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a包括複數個金屬柵28、圖案化第一有機層30、彩色濾光片32、第二有機層34、以及光收集元件(light collection element) 36。金屬柵28形成於基板12上。圖案化第一有機層30形成於金屬柵28上，並包圍彩色濾光片32。第二有機層34形成於圖案化第一有機層30與彩色濾光片32上，並包圍光收集元件36。值得注意的是，光收集元件36的折射率大於第二有機層34的折射率。此處，並未有光收集元件設置於中心畫素14a。此外，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第一距離D1，第二畫素18a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第二距離D2，以及第三畫素20a的中心點P S與光收集元件36的中心點P L的距離為第三距離D3。
在第10、11圖中，第一距離D1、第二距離D2、以及第三距離D3均不同。請參閱第10圖，第一畫素16a中，光收集元件36的中心點P L沿著方向42自第一畫素16a的中心點P S遠離。第二畫素18a中，光收集元件36的中心點P L沿著方向42自第二畫素18a的中心點P S遠離。第三畫素20a中，光收集元件36的中心點P L沿著方向42自第三畫素20a的中心點P S遠離。值得注意的是，遠離方向42表示光收集元件36的中心點P L分別自第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a的中心點P S朝向右上側的對角遠離方向。此處，中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a沿著畫素排列方向22a (也就是，畫素自基板12的中心至左下側的對角排列方向)排列，如第1圖所示。因此，光收集元件36的遠離方向42與畫素排列方向22a相反。
在第10、11圖中，第三畫素20a中的第三距離D3大於第二畫素18a中的第二距離D2。第二畫素18a中的第二距離D2大於第一畫素16a中的第一距離D1。第一畫素16a中的第一距離D1大於0。
在第10、11圖中，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一寬度W1，第二畫素18a的光收集元件36的第二寬度W2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三寬度W3。值得注意的是，第三畫素20a的光收集元件36的第三寬度W3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二寬度W2。第二畫素18a的光收集元件36的第二寬度W2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一寬度W1。在部分實施例中，第一畫素16a的光收集元件36的第一寬度W1大於0。第三畫素20a的光收集元件36的第三寬度W3小於第三畫素20a的寬度W。第三畫素20a的光收集元件36更延伸覆蓋圖案化第一有機層30，如第11圖所示。此外，亦定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一面積A1，第二畫素18a的光收集元件36的第二面積A2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三面積A3。類似地，第三畫素20a的光收集元件36的第三面積A3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二面積A2，第二畫素18a的光收集元件36的第二面積A2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一面積A1。
在第11圖中，在第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中，定義出第一畫素16a的光收集元件36的第一厚度T1，第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2，以及第三畫素20a的光收集元件36的第三厚度T3。值得注意的是，第三畫素20a的光收集元件36的第三厚度T3大於第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2。第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2大於第一畫素16a的光收集元件36的第一厚度T1。此外，在第11圖中，第二畫素18a的光收集元件36的第二厚度T2大於第二有機層34的厚度T L。在部分實施例中，第二有機層34可進一步覆蓋分別位於第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a中的光收集元件36 (未圖示)。
在部分實施例中，圖案化第一有機層30的折射率大約介於1.2至1.45之間。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於彩色濾光片32的折射率。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大約介於1.6至1.9之間。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括氧化層38，覆蓋金屬柵28。在部分實施例中，每一中心畫素14a、第一畫素16a、第二畫素18a、以及第三畫素20a更包括抗反射層(anti-reflection layer) 40，形成於第二有機層34上。在部分實施例中，光收集元件36的折射率大於抗反射層40的折射率。
在本發明中，將具有特定尺寸或位置的高折射率(n=1.6-1.9)光收集元件設置於彩色濾光片上。對於尺寸的要求上，設置於遠離中心畫素的光收集元件的寬度(或厚度)需大於設置於鄰近中心畫素的光收集元件的寬度(或厚度)。對於位置的要求上，遠離中心畫素的光收集元件中心點與其所在畫素中心點之間的距離(也就是，光收集元件偏離所在畫素中心點的距離)需大於鄰近中心畫素的光收集元件中心點與其所在畫素中心點之間的距離。值得注意的是，光收集元件的偏離方向與畫素排列方向是相反的。再者，根據不同的畫素排列方向，可對應改變畫素中光收集元件的偏離方向。此外，光收集元件的折射率大於相鄰材料的折射率。本發明藉由設置特定的光收集元件，可因此大幅提升彩色濾光片的量子效率(QE)峰值，特別是可提升位於基板邊緣區畫素的量子效率峰值。
實施例1
光學元件量子效率峰值的提升
在本實施例中，藉由在光學元件中設置具有特定尺寸的光收集元件(即高折射率層)的方式已確認可提升量子效率(QE)峰值，特別是可提升位於基板邊緣區畫素的量子效率峰值。請參閱第12圖，柱狀圖形A顯示其內未設置光收集元件的波導彩色濾光片(WGCF)型光學元件的量子效率峰值，柱狀圖形B顯示設置有寬度0.3微米的光收集元件的波導彩色濾光片(WGCF)型光學元件的量子效率峰值，而柱狀圖形C則是顯示設置有寬度0.7微米的光收集元件的波導彩色濾光片(WGCF)型光學元件的量子效率峰值。由設置有較寬光收集元件的波導彩色濾光片(WGCF)型光學元件所建立的量子效率峰值(柱狀圖形C)顯示該光學元件的量子效率峰值較柱狀圖形B的量子效率峰值約提升1.3%，而較柱狀圖形A的量子效率峰值約提升2.0%。
上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。
10:光學元件 12:基板 12a:基板的中心 12b:基板的邊緣 14:基板的中心區 14a、14b、14c、14d:中心畫素 16:基板的第一區 16a、16b、16c、16d:第一畫素 18:基板的第二區 18a、18b、18c、18d:第二畫素 20:基板的第三區 20a、20b、20c、20d:第三畫素 22:綠色濾光片 22a、22b、22c、22d、22e、22f、22g、22h:畫素排列方向 24:紅色濾光片 26:藍色濾光片 28:金屬柵 30:圖案化第一有機層 32:彩色濾光片 34:第二有機層 36:光收集元件 38:氧化層 40:抗反射層 42:(遠離)方向 A1:光收集元件的第一面積 A2:光收集元件的第二面積 A3:光收集元件的第三面積 D1:第一距離 D2:第二距離 D3:第三距離 P L:光收集元件的中心點 P S:第一/第二/第三畫素的中心點 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 T3 L:光收集元件延伸進入彩色濾光片的厚度 T CF:彩色濾光片的厚度 T L:第二有機層的厚度 W:第三畫素的寬度 W1:光收集元件的第一寬度 W2:光收集元件的第二寬度 W3:光收集元件的第三寬度
第1圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素排列的上視圖； 第2圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的上視圖； 第3圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的剖面示意圖； 第4圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的上視圖； 第5圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的剖面示意圖； 第6圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的上視圖； 第7圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的剖面示意圖； 第8圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的上視圖； 第9圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的剖面示意圖； 第10圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的上視圖； 第11圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的畫素結構的剖面示意圖；以及 第12圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的量子效率(QE)峰值。
10:光學元件
14:基板的中心區
14a、14b、14c、14d:中心畫素
16:基板的第一區
16a、16b、16c、16d:第一畫素
18:基板的第二區
18a、18b、18c、18d:第二畫素
20:基板的第三區
20a、20b、20c、20d:第三畫素
22:綠色濾光片
24:紅色濾光片
26:藍色濾光片
36:光收集元件
42:(遠離)方向
D1:第一距離
D2:第二距離
D3:第三距離
PL:光收集元件的中心點
PS:第一/第二/第三畫素的中心點

Claims (10)

  1. 一種光學元件，包括：一中心區，具有複數個中心畫素；一第一區，具有複數個第一畫素；一第二區，具有複數個第二畫素，其中該中心區、該第一區與該第二區彼此分隔沿著一排列方向排列，且該第一區較該第二區鄰近該中心區；一有機層，形成於該中心區、該第一區與該第二區中；以及一光收集層，包括一第一光收集元件與一第二光收集元件，由該有機層所包圍，形成於該第一區與該第二區中，其中該第一光收集元件形成於該第一畫素中，該第二光收集元件形成於該第二畫素中，且該第一畫素的中心與該第一光收集元件的中心之間形成一第一距離，該第二畫素的中心與該第二光收集元件的中心之間形成一第二距離，該第二距離大於或等於該第一距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該第一光收集元件的該中心沿著與該中心區、該第一區與該第二區的該排列方向相反的方向自該第一畫素的該中心遠離，以及該第二光收集元件的該中心沿著與該中心區、該第一區與該第二區的該排列方向相反的方向自該第二畫素的該中心遠離。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該第二光收集元件的寬度大於該第一光收集元件的寬度，該第一光收集元件的寬度大於0，該第二光收集元件的寬度小於該第二畫素的寬度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該第 二光收集元件的上表面積大於該第一光收集元件的上表面積。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該第二光收集元件的厚度大於該第一光收集元件的厚度，該第二光收集元件的厚度大於該有機層的厚度，該第一光收集元件與該第二光收集元件更由該有機層所覆蓋。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中一部分的該第二光收集元件更延伸進入位於該第二光收集元件下方的一彩色濾光片中，該第二光收集元件延伸進入該彩色濾光片中的該部分的厚度小於該彩色濾光片的厚度的三分之一。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的光學元件，其中該第二光收集元件的寬度大於該第一光收集元件的寬度，以及該第二光收集元件的厚度大於該第一光收集元件的厚度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的光學元件，其中該第二光收集元件更延伸覆蓋一圖案化有機層，該圖案化有機層包圍位於該第二光收集元件下方的一彩色濾光片，該圖案化有機層的折射率介於1.2至1.45之間。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該第一光收集元件與該第二光收集元件的折射率大於分別位於該第一光收集元件與該第二光收集元件下方的彩色濾光片的折射率，該第一光收集元件與該第二光收集元件的折射率介於1.6至1.9之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，更包括一抗反射層，形成於該有機層、該第一光收集元件與該第二光收集元件上，該第一光收集元件與該第二光收集元件的折射率大於該抗反射層的折射率。
TW108124621A 2019-04-01 2019-07-12 光學元件 TWI706167B (zh)

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