TWI741384B - 光學元件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種光學元件。該光學元件包括複數個金屬柵、一第一圖案化有機層、以及一第二圖案化有機層。該第一圖案化有機層包括一第一部分、一第二部分、一第三部分、以及複數個第四部分，該第一部分具有一第一厚度，該第二部分具有一第二厚度，該第三部分具有一第三厚度。該第一部分、該第二部分與該第三部分分別形成於該等金屬柵之間，該等第四部分形成於該等金屬柵上。該第一部分的該第一厚度大於該第二部分的該第二厚度，該第二部分的該第二厚度大於該第三部分的該第三厚度。該第二圖案化有機層形成於該第一圖案化有機層的該等第四部分上。

Description

光學元件
本發明係有關於一種光學元件，特別是有關於一種包括具有不同厚度或寬度的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件。
光學元件包括許多結構型態。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原本的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，由於彩色濾光片中波導模式(guiding mode，GM)與平板侷限模式(slab confinement mode，SCM)之間產生共振(或耦合)效應，使得入射光很容易被侷限在彩色濾光片中，而導致畫素的靈敏度或量子效率(QE)下降。
因此，開發一種可避免在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應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：複數個金屬柵、一第一圖案化有機層、以及一第二圖案化有機層。該第一圖案化有機層包括一第一部分、一第二部分、一第三部分、以及複數個第四部分，該第一部分具有一第一厚度，該第二部分具有一第二厚度，該第三部分具有一第三厚度。該第一部分、該第二部分與該第三部分分別形成於該等金屬柵之間，該等第四部分形成於該等金屬柵上。該第一部分的該第一厚度大於該第二部分的該第二厚度，該第二部分的該第二厚度大於該第三部分的該第三厚度。該第二圖案化有機層形成於該第一圖案化有機層的該等第四部分上。
在部分實施例中，該第一圖案化有機層的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，該第二圖案化有機層的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，該第一圖案化有機層的該第一部分的該第一厚度、該第二部分的該第二厚度、以及該第三部分的該第三厚度的其中任一者介於大約0.1微米至大約0.5微米之間。
在部分實施例中，本發明光學元件更包括複數個彩色濾光片，包括一紅色濾光片、一綠色濾光片、以及一藍色濾光片。該紅色濾光片包括一主要部分，形成於該第一圖案化有機層的該第一部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍，該綠色濾光片包括一主要部分，形成於該第一圖案化有機層的該第二部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍，以及該藍色濾光片包括一主要部分，形成於該第一圖案化有機層的該第三部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍。
在部分實施例中，該紅色(R)濾光片的該主要部分的厚度大於該綠色(G)濾光片的該主要部分的厚度，以及該綠色(G)濾光片的該主要部分的該厚度大於該藍色(B)濾光片的該主要部分的厚度。在部分實施例中，該藍色(B)濾光片的該主要部分的該厚度大於或等於約1微米。
在部分實施例中，該紅色(R)濾光片的該主要部分的寬度大於該綠色(G)濾光片的該主要部分的寬度，以及該綠色(G)濾光片的該主要部分的該寬度大於該藍色(B)濾光片的該主要部分的寬度。
在部分實施例中，本發明光學元件更包括複數個突出部，形成於該第一圖案化有機層的該第一部分、該第二部分、以及該第三部分上。在部分實施例中，該等突出部包括金字塔形、圓柱形、或拱形。在部分實施例中，形成於該第一部分上的該等相鄰突出部的間距大於形成於該第二部分上的該等相鄰突出部的間距，以及形成於該第二部分上的該等相鄰突出部的該間距大於形成於該第三部分上的該等相鄰突出部的間距。在部分實施例中，形成於該第一部分上的該等突出部的高度大於形成於該第二部分上的該等突出部的高度，以及形成於該第二部分上的該等突出部的該高度大於形成於該第三部分上的該等突出部的高度。
在部分實施例中，該紅色濾光片更包括一延伸部分，延伸自該紅色濾光片的該主要部分，形成於該第一圖案化有機層中。該綠色濾光片更包括一延伸部分，延伸自該綠色濾光片的該主要部分，形成於該第一圖案化有機層中。該藍色濾光片更包括一延伸部分，延伸自該藍色濾光片的該主要部分，形成於該第一圖案化有機層中。在部分實施例中，該紅色濾光片的該延伸部分的厚度大於該綠色濾光片的該延伸部分的厚度，以及該綠色濾光片的該延伸部分的該厚度大於該藍色濾光片的該延伸部分的厚度。在部分實施例中，該紅色濾光片的該延伸部分的寬度大於該綠色濾光片的該延伸部分的寬度，以及該綠色濾光片的該延伸部分的該寬度大於該藍色濾光片的該延伸部分的寬度。
在部分實施例中，該紅色濾光片的該延伸部分的該寬度小於該紅色濾光片的該主要部分的該寬度，該綠色濾光片的該延伸部分的該寬度小於該綠色濾光片的該主要部分的該寬度，該藍色濾光片的該延伸部分的該寬度小於該藍色濾光片的該主要部分的該寬度。在部分實施例中，本發明光學元件更包括一平坦層，形成於該第二圖案化有機層與該等彩色濾光片上。
在本發明中，藉由調整紅色/綠色/藍色濾光片的厚度與寬度以避免在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，例如，調整紅色濾光片的厚度，使其大於綠色濾光片的厚度，以及調整綠色濾光片的厚度，使其大於藍色濾光片的厚度。並確保藍色濾光片相對小的厚度至少大於或等於約1微米。藉由在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊厚度，可改變紅色/綠色/藍色濾光片中的平板侷限模式(SCM)，而避免在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，有助於光的穿透及提升畫素的靈敏度或量子效應(QE)。
再者，調整紅色濾光片的寬度，使其大於綠色濾光片的寬度，以及調整綠色濾光片的寬度，使其大於藍色濾光片的寬度。並使藍色濾光片相對小的寬度至少大於或等於一特定值。藉由在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊寬度，可改變紅色/綠色/藍色濾光片中的波導模式(GM)，有效抑制在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間的共振(或耦合)效應。
請參閱第1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的剖面示意圖。
在第1圖中，光學元件10包括基板12、複數個金屬柵14、第一圖案化有機層16、第二圖案化有機層18、以及複數個彩色濾光片20。金屬柵14形成於基板12上。第一圖案化有機層16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及複數個第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分別形成於金屬柵14之間，而第四部分16d形成於金屬柵14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大於第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大於第三部分16c的第三厚度Tc (Ta>Tb>Tc)。第二圖案化有機層18形成於第一圖案化有機層16的第四部分16d上。彩色濾光片20包括紅色(R)濾光片22、綠色(G)濾光片24、以及藍色(B)濾光片26。彩色濾光片20形成於第一圖案化有機層16上，且為第二圖案化有機層18所包圍。如第1圖所示，紅色濾光片22形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上，且為第二圖案化有機層18所包圍。綠色濾光片24形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上，且為第二圖案化有機層18所包圍。藍色濾光片26形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上，且為第二圖案化有機層18所包圍。
在部分實施例中，基板12為矽基板，其包括光電轉換元件，例如光二極體。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第二圖案化有機層18的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第一圖案化有機層16與第二圖案化有機層18的材料相同。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介於大約0.1微米至大約0.5微米之間。
在第1圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色(R)濾光片22的厚度TR 大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的厚度TG ，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的厚度TG 大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色(B)濾光片26的厚度TB (TR >TG >TB )。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的厚度TB 大於或等於約1微米。
在第1圖中，光學元件10更包括平坦層28，形成於第二圖案化有機層18與彩色濾光片20上。在部分實施例中，平坦層28包括低折射率材料，可藉由例如化學氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)所製備。
根據光在紅色/綠色/藍色濾光片中的散射特性，調整紅色(R)濾光片22的厚度TR ，使其大於綠色(G)濾光片24的厚度TG ，以及調整綠色(G)濾光片24的厚度TG ，使其大於藍色(B)濾光片26的厚度TB (也就是，TR >TG >TB )。並確保藍色濾光片26相對小的厚度TB 至少大於或等於約1微米。藉由在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊厚度，可改變紅色/綠色/藍色濾光片中的平板侷限模式(slab confinement mode，SCM)，而避免在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(guiding mode，GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，有助於光的穿透及提升畫素的靈敏度或量子效應(QE)。
將第一圖案化有機層16的厚度設計在最佳範圍內，例如，調整第一部分16a的第一厚度Ta，使其大於第二部分16b的第二厚度Tb，以及調整第二部分16b的第二厚度Tb，使其大於第三部分16c的第三厚度Tc (也就是，Ta>Tb>Tc)。且使第一厚度Ta、第二厚度Tb、以及第三厚度Tc的其中任一者介於大約0.1微米至大約0.5微米之間。藉由第一圖案化有機層16的特殊厚度設計，可使波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間的共振(或耦合)效應維持在第一圖案化有機層16中，將光侷限在第一圖案化有機層16中，隨後由基板12加以吸收，有助於提升畫素的靈敏度或量子效應(QE)。
請參閱第2圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第2圖為光學元件10的剖面示意圖。
在第2圖中，光學元件10包括基板12、複數個金屬柵14、第一圖案化有機層16、第二圖案化有機層18、以及複數個彩色濾光片20。金屬柵14形成於基板12上。第一圖案化有機層16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及複數個第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分別形成於金屬柵14之間，而第四部分16d形成於金屬柵14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大於第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大於第三部分16c的第三厚度Tc (Ta>Tb>Tc)。第二圖案化有機層18形成於第一圖案化有機層16的第四部分16d上。彩色濾光片20包括紅色(R)濾光片22、綠色(G)濾光片24、以及藍色(B)濾光片26。彩色濾光片20形成於第一圖案化有機層16上，且為第二圖案化有機層18所包圍。如第2圖所示，紅色濾光片22形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上，且為第二圖案化有機層18所包圍。綠色濾光片24形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上，且為第二圖案化有機層18所包圍。藍色濾光片26形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上，且為第二圖案化有機層18所包圍。
在部分實施例中，基板12為矽基板，其包括光電轉換元件，例如光二極體。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第二圖案化有機層18的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第一圖案化有機層16與第二圖案化有機層18的材料相同。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介於大約0.1微米至大約0.5微米之間。
在第2圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色(R)濾光片22的厚度TR 大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的厚度TG ，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的厚度TG 大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色(B)濾光片26的厚度TB (TR >TG >TB )。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的厚度TB 大於或等於約1微米。
在第2圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色(R)濾光片22的寬度WR 大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的寬度WG ，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的寬度WG 大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色(B)濾光片26的寬度WB (WR >WG >WB )。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的寬度WB 大於或等於約0.5微米。
在第2圖中，光學元件10更包括平坦層28，形成於第二圖案化有機層18與彩色濾光片20上。在部分實施例中，平坦層28包括低折射率材料，可藉由例如化學氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)所製備。
在第2圖中，除了在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊厚度之外，亦調整紅色(R)濾光片22的寬度WR ，使其大於綠色(G)濾光片24的寬度WG ，以及調整綠色(G)濾光片24的寬度WG ，使其大於藍色(B)濾光片26的寬度WB (也就是，WR >WG >WB )。並使藍色濾光片26相對小的寬度WB 至少大於或等於約0.5微米。藉由在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊寬度，可改變紅色/綠色/藍色濾光片中的波導模式(GM)，而進一步抑制在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，有助於光的穿透及提升畫素的靈敏度或量子效應(QE)。
請參閱第3圖，根據本發明的一實施例，提供一種光學元件10。第3圖為光學元件10的剖面示意圖。
在第3圖中，光學元件10包括基板12、複數個金屬柵14、第一圖案化有機層16、第二圖案化有機層18、以及複數個彩色濾光片20。金屬柵14形成於基板12上。第一圖案化有機層16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及複數個第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分別形成於金屬柵14之間，而第四部分16d形成於金屬柵14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大於第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大於第三部分16c的第三厚度Tc (Ta>Tb>Tc)。第二圖案化有機層18形成於第一圖案化有機層16的第四部分16d上。彩色濾光片20包括紅色(R)濾光片22、綠色(G)濾光片24、以及藍色(B)濾光片26。彩色濾光片20形成於第一圖案化有機層16上，且為第二圖案化有機層18所包圍。如第3圖所示，紅色濾光片22形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上，且為第二圖案化有機層18所包圍。綠色濾光片24形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上，且為第二圖案化有機層18所包圍。藍色濾光片26形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上，且為第二圖案化有機層18所包圍。
在部分實施例中，基板12為矽基板，其包括光電轉換元件，例如光二極體。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第二圖案化有機層18的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第一圖案化有機層16與第二圖案化有機層18的材料相同。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介於大約0.1微米至大約0.5微米之間。
在第3圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色(R)濾光片22的厚度TR 大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的厚度TG ，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的厚度TG 大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色(B)濾光片26的厚度TB (TR >TG >TB )。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的厚度TB 大於或等於約1微米。
在第3圖中，光學元件10更包括複數個突出部30。突出部30包括第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c，分別形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c上。如第3圖所示，第一突出部30a形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上，第二突出部30b形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上，第三突出部30c形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上。
在第3圖中，第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c的形狀為金字塔形。在部分實施例中，第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c亦可包括其他適當形狀，例如，圓柱形或拱形。值得注意的是，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上相鄰的第一突出部30a的第一間距Pa大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上相鄰的第二突出部30b的第二間距Pb，以及形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上相鄰的第二突出部30b的第二間距Pb大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上相鄰的第三突出部30c的第三間距Pc。再者，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上相鄰的第一突出部30a的第一高度Ha大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上相鄰的第二突出部30b的第二高度Hb，以及形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上相鄰的第二突出部30b的第二高度Hb大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上相鄰的第三突出部30c的第三高度Hc。
在第3圖中，光學元件10更包括平坦層28，形成於第二圖案化有機層18與彩色濾光片20上。在部分實施例中，平坦層28包括低折射率材料，可藉由例如化學氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)所製備。
分別形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c上的第一突出部30a、第二突出部30b、以及第三突出部30c在彩色濾光片20與第一圖案化有機層16之間提供了折射率漸進變化區間，有助於光的穿透。
請參閱第4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的剖面示意圖。
在第4圖中，光學元件10包括基板12、複數個金屬柵14、第一圖案化有機層16、第二圖案化有機層18、以及複數個彩色濾光片20。金屬柵14形成於基板12上。第一圖案化有機層16包括第一部分16a、第二部分16b、第三部分16c、以及複數個第四部分16d。第一部分16a、第二部分16b、以及第三部分16c分別形成於金屬柵14之間，而第四部分16d形成於金屬柵14上。值得注意的是，第一部分16a的第一厚度Ta大於第二部分16b的第二厚度Tb，且第二部分16b的第二厚度Tb大於第三部分16c的第三厚度Tc (Ta>Tb>Tc)。第二圖案化有機層18形成於第一圖案化有機層16的第四部分16d上。彩色濾光片20包括紅色(R)濾光片22、綠色(G)濾光片24、以及藍色(B)濾光片26。紅色濾光片22包括主要部分22’以及自主要部分22’延伸的延伸部分22’’。綠色濾光片24包括主要部分24’以及自主要部分24’延伸的延伸部分24’’。藍色濾光片26包括主要部分26’以及自主要部分26’延伸的延伸部分26’’。如第4圖所示，紅色濾光片22的主要部分22’形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上，且為第二圖案化有機層18所包圍。綠色濾光片24的主要部分24’形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上，且為第二圖案化有機層18所包圍。藍色濾光片26的主要部分26’形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上，且為第二圖案化有機層18所包圍。
在部分實施例中，基板12為矽基板，其包括光電轉換元件，例如光二極體。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第二圖案化有機層18的折射率介於大約1.2至大約1.5之間。在部分實施例中，第一圖案化有機層16與第二圖案化有機層18的材料相同。在部分實施例中，第一圖案化有機層16的第一部分16a的第一厚度Ta、第二部分16b的第二厚度Tb、以及第三部分16c的第三厚度Tc的其中任一者介於大約0.1微米至大約0.5微米之間。
在第4圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色(R)濾光片22的主要部分22’的厚度TR 大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的主要部分24’的厚度TG ，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的主要部分24’的厚度TG 大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色(B)濾光片26的主要部分26’的厚度TB (TR >TG >TB )。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的主要部分26’的厚度TB 大於或等於約1微米。
在第4圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色(R)濾光片22的主要部分22’的寬度WR 大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的主要部分24’的寬度WG ，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色(G)濾光片24的主要部分24’的寬度WG 大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色(B)濾光片26的主要部分26’的寬度WB (WR >WG >WB )。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的主要部分26’的寬度WB 大於或等於約0.5微米。
在第4圖中，紅色(R)濾光片22的延伸部分22’’形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a中，並接觸基板12與紅色濾光片22的主要部分22’。綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b中，並接觸基板12與綠色濾光片24的主要部分24’。藍色(B)濾光片26的延伸部分26’’形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c中，並接觸基板12與藍色濾光片26的主要部分26’。
在第4圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a中的紅色(R)濾光片22的延伸部分22’’的厚度Tr大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b中的綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的厚度Tg，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b中的綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的厚度Tg大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c中的藍色(B)濾光片26的延伸部分26’’的厚度Tbl (Tr>Tg>Tbl)。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c中的藍色濾光片26的延伸部分26’’的厚度Tbl大於或等於約0.2微米。
在第4圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a中的紅色(R)濾光片22的延伸部分22’’的寬度Wr大於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b中的綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的寬度Wg，且形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b中的綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的寬度Wg大於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c中的藍色(B)濾光片26的延伸部分26’’的寬度Wb (Wr>Wg>Wb)。在部分實施例中，形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c中的藍色濾光片26的延伸部分26’’的寬度Wb大於或等於約0.3微米。
在第4圖中，形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a中的紅色(R)濾光片22的延伸部分22’’的寬度Wr小於形成於第一圖案化有機層16的第一部分16a上的紅色濾光片22的主要部分22’的寬度WR 。形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b中的綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的寬度Wg小於形成於第一圖案化有機層16的第二部分16b上的綠色濾光片24的主要部分24’的寬度WG 。形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c中的藍色(B)濾光片26的延伸部分26’’的寬度Wb小於形成於第一圖案化有機層16的第三部分16c上的藍色濾光片26的主要部分26’的寬度WB 。
在第4圖中，光學元件10更包括平坦層28，形成於第二圖案化有機層18與彩色濾光片20上。在部分實施例中，平坦層28包括低折射率材料，可藉由例如化學氣相沉積法(chemical vapor deposition，CVD)所製備。
在第4圖中，除了調整紅色/綠色/藍色濾光片中形成於第一圖案化有機層上的主要部分的特殊厚度與寬度之外，亦調整紅色(R)濾光片22的延伸部分22’’的厚度Tr與寬度Wr，使其大於綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的厚度Tg與寬度Wg，以及調整綠色(G)濾光片24的延伸部分24’’的厚度Tg與寬度Wg，使其大於藍色(B)濾光片26的延伸部分26’’的厚度Tbl與寬度Wb (也就是，Tr>Tg>Tbl以及Wr>Wg>Wb)。並使藍色濾光片26的延伸部分26’’其相對小的厚度Tbl至少大於或等於約0.2微米，以及使藍色濾光片26的延伸部分26’’其相對小的寬度Wb至少大於或等於約0.3微米。同樣地，藉由在設計階段調整形成於第一圖案化有機層中的紅色/綠色/藍色濾光片的延伸部分的特殊厚度與寬度，可進一步抑制在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，有助於光的穿透及提升畫素的靈敏度或量子效應(QE)。
實施例1
本發明具有厚度增加的彩色濾光片的光學元件其量子效率光譜的提升
在本實施例中，藉由增加光學元件中紅色/綠色/藍色濾光片厚度的方式已確認可提升量子效率(QE)。請參閱第5圖，曲線A顯示具有厚度大約600奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜。曲線B顯示具有厚度大約700奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜。曲線C顯示具有厚度大約800奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜。曲線D顯示具有厚度大約900奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜。曲線E顯示具有厚度大約1,000奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜。
本發明包括具有厚度大約1,000奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件所建立的量子效率光譜(曲線E)顯示由於在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間的共振(或耦合)效應受到抑制，使得紅色濾光片的量子效率峰值相較於曲線A中紅色濾光片的量子效率峰值大幅提升約10%。同樣地，曲線E中綠色濾光片的量子效率峰值亦相較於曲線A中綠色濾光片的量子效率峰值大幅提升約10%。此外，量子效率光譜(曲線E)亦顯示彩色濾光片之間可維持低串音干擾。
實施例2
本發明具有厚度增加且位於彩色濾光片下方的有機層的光學元件其量子效率光譜的提升
在本實施例中，藉由增加光學元件中位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層厚度的方式已確認可提升量子效率(QE)。請參閱第6圖，曲線A顯示具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度小於金屬柵的厚度)的光學元件的量子效率光譜。曲線B顯示具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度與金屬柵的厚度相等)的光學元件的量子效率光譜。曲線C顯示具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約100奈米)的光學元件的量子效率光譜。曲線D顯示具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約200奈米)的光學元件的量子效率光譜。曲線E顯示具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約300奈米)的光學元件的量子效率光譜。
本發明包括位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約300奈米)的光學元件所建立的量子效率光譜(曲線E)顯示由於在位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層中可維持波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間的共振(或耦合)效應，使得紅色濾光片的量子效率峰值相較於曲線A中紅色濾光片的量子效率峰值大幅提升約10%。同樣地，曲線E中綠色濾光片的量子效率峰值亦相較於曲線A中綠色濾光片的量子效率峰值大幅提升約10%。此外，量子效率光譜(曲線E)亦顯示彩色濾光片之間可維持低串音干擾。
在本發明中，藉由調整紅色/綠色/藍色濾光片的厚度與寬度以避免在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，例如，調整紅色濾光片的厚度，使其大於綠色濾光片的厚度，以及調整綠色濾光片的厚度，使其大於藍色濾光片的厚度。並確保藍色濾光片相對小的厚度至少大於或等於約1微米。藉由在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊厚度，可改變紅色/綠色/藍色濾光片中的平板侷限模式(SCM)，而避免在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間產生共振(或耦合)效應，有助於光的穿透及提升畫素的靈敏度或量子效應(QE)。
再者，調整紅色濾光片的寬度，使其大於綠色濾光片的寬度，以及調整綠色濾光片的寬度，使其大於藍色濾光片的寬度。並使藍色濾光片相對小的寬度至少大於或等於一特定值。藉由在設計階段調整紅色/綠色/藍色濾光片的特殊寬度，可改變紅色/綠色/藍色濾光片中的波導模式(GM)，有效抑制在紅色/綠色/藍色濾光片中波導模式(GM)與平板侷限模式(SCM)之間的共振(或耦合)效應。
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 14:金屬柵 16:第一圖案化有機層 16a:第一圖案化有機層的第一部分 16b:第一圖案化有機層的第二部分 16c:第一圖案化有機層的第三部分 16d:第一圖案化有機層的第四部分 18:第二圖案化有機層 20:彩色濾光片 22:紅色濾光片 22’:紅色濾光片的主要部分 22’’:紅色濾光片的延伸部分 24:綠色濾光片 24’:綠色濾光片的主要部分 24’’:綠色濾光片的延伸部分 26:藍色濾光片 26’:藍色濾光片的主要部分 26’’:藍色濾光片的延伸部分 28:平坦層 30:突出部 30a:第一突出部 30b:第二突出部 30c:第三突出部 A:曲線(具有厚度大約600奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜；具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度小於金屬柵的厚度)的光學元件的量子效率光譜) B:曲線(具有厚度大約700奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜；具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度與金屬柵的厚度相等)的光學元件的量子效率光譜) C:曲線(具有厚度大約800奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜；具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約100奈米)的光學元件的量子效率光譜) D:曲線(具有厚度大約900奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜；具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約200奈米)的光學元件的量子效率光譜) E:曲線(具有厚度大約1,000奈米的紅色/綠色/藍色濾光片的光學元件的量子效率光譜；具有位於紅色/綠色/藍色濾光片下方的有機層(其中有機層的厚度大於金屬柵的厚度約300奈米)的光學元件的量子效率光譜)) Ha:第一突出部的高度 Hb:第二突出部的高度 Hc:第三突出部的高度 Pa:第一突出部的間距 Pb:第二突出部的間距 Pc:第三突出部的間距 WB:藍色濾光片的寬度 WG:綠色濾光片的寬度 WR:紅色濾光片的寬度 Wb:藍色濾光片的延伸部分的寬度 Wg:綠色濾光片的延伸部分的寬度 Wr:紅色濾光片的延伸部分的寬度 Ta:第一圖案化有機層的第一部分的厚度 Tb:第一圖案化有機層的第二部分的厚度 Tc:第一圖案化有機層的第三部分的厚度 TB:藍色濾光片(主要部分)的厚度 TG:綠色濾光片(主要部分)的厚度 TR:紅色濾光片(主要部分)的厚度 Tbl:藍色濾光片的延伸部分的厚度 Tg:綠色濾光片的延伸部分的厚度 Tr:紅色濾光片的延伸部分的厚度
第1圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的剖面示意圖； 第2圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的剖面示意圖； 第3圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的剖面示意圖； 第4圖係根據本發明的一實施例，一種光學元件的剖面示意圖； 第5圖係根據本發明的一實施例，顯示光學元件不同的量子效率(QE)光譜；以及 第6圖係根據本發明的一實施例，顯示光學元件不同的量子效率(QE)光譜。
10:光學元件
12:基板
14:金屬柵
16:第一圖案化有機層
16a:第一圖案化有機層的第一部分
16b:第一圖案化有機層的第二部分
16c:第一圖案化有機層的第三部分
16d:第一圖案化有機層的第四部分
18:第二圖案化有機層
20:彩色濾光片
22:紅色濾光片
24:綠色濾光片
26:藍色濾光片
28:平坦層
Ta:第一圖案化有機層的第一部分的厚度
Tb:第一圖案化有機層的第二部分的厚度
Tc:第一圖案化有機層的第三部分的厚度
TB:藍色濾光片的厚度
TG:綠色濾光片的厚度
TR:紅色濾光片的厚度

Claims (11)

  1. 一種光學元件，包括：複數個金屬柵；一第一圖案化有機層，包括一第一部分、一第二部分、一第三部分、以及複數個第四部分，該第一部分具有一第一厚度，該第二部分具有一第二厚度，該第三部分具有一第三厚度，其中該第一部分、該第二部分與該第三部分分別形成於該等金屬柵之間，該等第四部分形成於該等金屬柵上，其中該第一部分的該第一厚度大於該第二部分的該第二厚度，該第二部分的該第二厚度大於該第三部分的該第三厚度；一第二圖案化有機層，形成於該第一圖案化有機層的該等第四部分上；以及複數個彩色濾光片，分別形成於該第一圖案化有機層的該第一部分、該第二部分與該第三部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中該第一圖案化有機層的折射率介於1.2至1.5之間，該第二圖案化有機層的折射率介於1.2至1.5之間，以及該第一圖案化有機層的該第一部分的該第一厚度、該第二部分的該第二厚度、以及該第三部分的該第三厚度的其中任一者介於0.1微米至0.5微米之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，更包括一平坦層，其中該等彩色濾光片包括一紅色濾光片、一綠色濾光片、以及一藍色濾光片，該紅色濾光片包括一主要部分，形成於該第一圖案化有機層的該第一部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍， 該綠色濾光片包括一主要部分，形成於該第一圖案化有機層的該第二部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍，該藍色濾光片包括一主要部分，形成於該第一圖案化有機層的該第三部分上，且為該第二圖案化有機層所包圍，以及該平坦層形成於該第二圖案化有機層與該等彩色濾光片上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光學元件，其中該紅色濾光片的該主要部分的厚度大於該綠色濾光片的該主要部分的厚度，該綠色濾光片的該主要部分的該厚度大於該藍色濾光片的該主要部分的厚度，以及該藍色濾光片的該主要部分的該厚度大於或等於1微米。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的光學元件，其中該紅色濾光片的該主要部分的寬度大於該綠色濾光片的該主要部分的寬度，以及該綠色濾光片的該主要部分的該寬度大於該藍色濾光片的該主要部分的寬度。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的光學元件，更包括複數個突出部，形成於該第一圖案化有機層的該第一部分、該第二部分、以及該第三部分上，其中該等突出部包括金字塔形、圓柱形、或拱形。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的光學元件，其中形成於該第一部分上的該等相鄰突出部的間距大於形成於該第二部分上的該等相鄰突出部的間距，以及形成於該第二部分上的該等相鄰突出部的該間距大於形成於該第三部分上的該等相鄰突出部的間距。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的光學元件，其中形成於該第一部分上的該等突出部的高度大於形成於該第二部分上的該 等突出部的高度，以及形成於該第二部分上的該等突出部的該高度大於形成於該第三部分上的該等突出部的高度。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的光學元件，其中該紅色濾光片更包括一延伸部分，延伸自該紅色濾光片的該主要部分，形成於該第一圖案化有機層中，該綠色濾光片更包括一延伸部分，延伸自該綠色濾光片的該主要部分，形成於該第一圖案化有機層中，以及該藍色濾光片更包括一延伸部分，延伸自該藍色濾光片的該主要部分，形成於該第一圖案化有機層中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的光學元件，其中該紅色濾光片的該延伸部分的厚度大於該綠色濾光片的該延伸部分的厚度，以及該綠色濾光片的該延伸部分的該厚度大於該藍色濾光片的該延伸部分的厚度。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的光學元件，其中該紅色濾光片的該延伸部分的寬度大於該綠色濾光片的該延伸部分的寬度，該綠色濾光片的該延伸部分的該寬度大於該藍色濾光片的該延伸部分的寬度，該紅色濾光片的該延伸部分的該寬度小於該主要部分的該寬度，該綠色濾光片的該延伸部分的該寬度小於該主要部分的該寬度，以及該藍色濾光片的該延伸部分的該寬度小於該主要部分的該寬度。
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