TWI825349B - 光學元件和晶圓級光學模組 - Google Patents
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Abstract
一種光學元件包括基板、第一光學膜層和第二光學膜層。第一光學膜層和第二光學膜層設置在基板的至少一側，並且形成在基板上。第一光學膜層具有背離基板的第一表面和設置在第一表面上的多個第一光學微結構。第二光學膜層具有背離基板的第二表面和設置在第二表面上的多個第二光學微結構。第一光學微結構在基板上的正交投影不重疊於第二光學微結構在基板上的正交投影。一種採用光學元件的晶圓級光學模組亦被提出。
Description
本發明是有關於光學元件和光學模組，特別是有關於光學元件和晶圓級光學模組。
近年來，隨著模組微型化的需求以及電子產品低價化的趨勢，晶圓級模組（WLM）技術引起了人們的關注。晶圓級模組技術主要是利用晶圓級製造技術來最小化電子產品的體積並降低其成本。舉例來說，相較於傳統的鏡頭模組，採用上述技術所製造的晶圓級光學（WLO）鏡頭模組可具有較小的體積，且適於應用在例如智慧型手機、平板電腦等可攜式電子產品的相機模組中。
然而，隨著人們對於電子產品的光學功能性的需求不斷增長，晶圓級光學模組所配置的光學組件（例如，點陣投影器、泛光照明器和近接感測器）數量勢必增加。也因此，增加了晶圓級光學模組的結構複雜性，致使晶圓級光學模組的微型化變得更加困難。
本發明提供一種具有多功能的光學元件。
本發明提供一種具有高整合度及功能性較佳的晶圓級光學模組。
本發明的光學元件，包括基板、第一光學膜層和第二光學膜層。第一光學膜層和第二光學膜層設置在基板的至少一側，並且形成在基板上。第一光學膜層具有背離基板的第一表面和設置在第一表面上的多個第一光學微結構。第二光學膜層具有背離基板的第二表面和設置在第二表面上的多個第二光學微結構。第一光學微結構在基板上的正交投影不重疊於第二光學微結構在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件的基板具有彼此相對的第一側和第二側。第一光學膜層和第二光學膜層分別設置在基板的第一側和第二側。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件更包括緩衝層。緩衝層設置在基板和第二光學膜層之間。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件的緩衝層在基板上的正交投影不重疊於這些第一光學微結構在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件更包括折射率匹配層，設置在基板和第一光學膜層之間。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件的折射率匹配層在基板上的正交投影不重疊於這些第二光學微結構在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件的第一光學膜層在基板上的正交投影不重疊於第二光學膜層在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件的第一光學膜層和第二光學膜層位於基板的同一側。第一光學膜層位於基板和第二光學膜層之間。這些第一光學微結構為多個凸起結構，且這些第二光學微結構為多個凹陷結構。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件更包括折射率匹配層，設置在基板和第一光學膜層之間。
在本發明的一實施例中，上述的光學元件更包括緩衝層，設置在基板和第二光學膜層之間。
本發明的一晶圓級光學模組包括光學元件和光發射器。光學元件包括基板、第一光學膜層和第二光學膜層。第一光學膜層和第二光學膜層設置在基板的至少一側，並形成在基板上。第一光學膜層具有背離基板的第一表面和設置在第一表面上的多個第一光學微結構。第二光學膜層具有背離基板的第二表面和設置在第二表面上的多個第二光學微結構。這些第一光學微結構在基板上的正交投影不重疊於這些第二光學微結構在基板上的正交投影。光發射器具有至少兩個發光元件。光學元件設置在光發射器的光路上。至少兩個發光元件的其中一者重疊於這些第一光學微結構，且至少兩個發光元件的其中另一者重疊於這些第二光學微結構。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組的至少兩個發光元件是垂直共振腔面射型雷射陣列。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組更包括控制電路板。控制電路板電連接至少兩個發光元件。這些發光元件可被控制電路板獨立地控制。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組的基板具有彼此相對的第一側和第二側。第一光學膜層和第二光學膜層分別設置在基板的第一側和第二側。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組的第一光學膜層在基板上的正交投影不重疊於第二光學膜層在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組更包括折射率匹配層和緩衝層。折射率匹配層設置在基板和第一光學膜層之間。緩衝層設置在基板和第二光學膜層之間。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組的緩衝層在基板上的正交投影不重疊於這些第一光學微結構在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組的折射率匹配層在基板上的正交投影不重疊於這些第二光學微結構在基板上的正交投影。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組的第一光學膜層和第二光學膜層位於基板的同一側。第一光學膜層位於基板和第二光學膜層之間。這些第一光學微結構是多個凸起結構。這些第二光學微結構是多個凹陷結構。
在本發明的一實施例中，上述的晶圓級光學模組更包括折射率匹配層和緩衝層。折射率匹配層設置在基板和第一光學膜層之間。緩衝層設置在第一光學膜層和第二光學膜層之間。
基於上述，在根據本發明的一實施例的光學元件和晶圓級光學模組中，兩個光學膜層設置在基板的至少一側並且形成在基板上，從而可以有效地縮減光學元件的整體厚度。另一方面，每個光學膜層具有多個光學微結構。其中一個光學膜層的光學微結構不重疊於另一個光學膜層的光學微結構，從而使光學元件具有更多的光學功能。也因此，可以提高晶圓級光學模組的整合度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在下列較佳實施例的詳細描述中，參考了構成實施例一部分的所附圖式，並且，在圖式中，以繪示可以實踐本發明的特定實施例的方式來呈現。在這方面，方向性術語諸如「頂部」、「底部」、「前面」、「背面」等是參考所描述的圖式的方向來使用的。本發明的部件可以許多不同的方向定位。如此一來，方向性術語是用於說明的目的，絕不是限制性的。另一方面，圖式僅是示意性的，並且為了清楚起見可能放大了部件的尺寸。應當理解，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以利用其他實施例並且可以進行結構上的改變。另外，應當理解，本文所使用的措詞和術語是出於描述的目的，而不應被視為限制。本文中「包括」、「包含」或「具有」及其變體的使用意在涵蓋其後列出的項目及其等同物以及其他項目。除非另有限制，否則本文中的術語「連接」、「耦接」和「安裝」及其變體被廣義地使用，並且涵蓋直接的和間接的連接、耦接和安裝。同樣地，本文中的術語「面對」、「面向」及其變體被廣義地使用並涵蓋直接的和間接的面對，並且，本文中的「相鄰於」及其變體被廣義地使用並涵蓋直接的和間接的「相鄰於」。因此，本文中面向“B”組件的“A”組件的描述可能包含“A”組件直接面對“B”組件或有一個或多個其他組件位於“A”組件和“B”組件之間的情況。此外，本文中「鄰近」“B”組件的“A”組件的描述可能包含以下情況：“A”組件直接「鄰近」“B”組件或是有一個或多個其他組件在“A”組件與“B”組件之間。因此，本質上將圖式以及描述認為是說明性的而不是限制性的。
圖1是根據本發明的第一實施例的晶圓級光學模組的示意性截面圖。圖2是圖1中的晶圓級光學模組的示意性俯視圖。特別說明的是，為了清楚呈現及說明起見，圖2省略了圖1的第一電極E1、第二電極E2、磊晶結構ES、控制電路板210、接墊230和接合線240的繪示。
請參照圖1和圖2，晶圓級光學模組1包括光學元件100和光發射器200。光學元件100設置在光發射器200的光路上。具體地說，光發射器200具有多個出光孔，例如，出光孔EA1和出光孔EA2。光學元件100與這些出光孔重疊。舉例來說，在本實施例中，光學元件100具有第一光學區域OR1和第二光學區域OR2。應注意的是，第一光學區域OR1和第二光學區域OR2分別重疊於光發射器200的出光孔EA1和出光孔EA2。
詳細而言，光學元件100包括基板101、第一光學膜層110和第二光學膜層120。在本實施例中，基板101具有彼此相對的第一側101a與第二側101b，且第一光學膜層110和第二光學膜層120分別設置在基板101的第一側101a與第二側101b。據此，可有效地縮減光學元件100的整體厚度。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，兩個光學膜層也可以設置在基板101的同一側。基板101的材料包括玻璃、石英或聚合物材料（例如，聚碳酸酯、聚酰亞胺或丙烯酸），但本發明不以此為限。第一光學膜層110和第二光學膜層120的材料包括光固化材料（例如，紫外線固化樹脂）、熱固化材料或其組合，但本發明不以此為限。
進一步而言，第一光學膜層110具有背離基板101的第一表面110s和設置在第一表面110s上的多個第一光學微結構MS1。第二光學膜層120具有背離基板101的第二表面120s和設置在第二表面120s上的多個第二光學微結構MS2。值得注意的是，在本實施例中，光學元件100的第一光學區域OR1是由第一光學微結構MS1所定義出，光學元件100的第二光學區域OR2是由第二光學微結構MS2所定義出。
舉例來說，本實施例的第一光學微結構MS1是從第一表面110s凸出的條狀圖案（即，第一光學微結構MS1是多個凸起結構）。這些條紋圖案沿著方向X設置並且在方向Y上延伸，其中方向X相交於方向Y。然而，本發明不限於此。根據其他實施例，第一光學微結構MS1在第一表面110s上的正交投影可以是同心圓圖案。在本實施例中，在方向X上的條狀圖案的寬度或相鄰的兩條狀圖案之間的間距可以在0.2微米至200微米的範圍內，但本發明不以此為限。
另一方面，第二光學微結構MS2是從第二表面120s凹陷的凹透鏡結構（即，第二光學微結構MS2是多個凹陷結構）。這些凹透鏡結構在第二表面120s上的正交投影輪廓為圓形。第二光學微結構MS2沿方向X和方向Y排列成多行和多列。亦即，第二光學微結構MS2以陣列形式排列在第二表面120s上，但本發明不以此為限。根據其他實施例，第二光學微結構MS2也可以蜂巢狀的方式設置。在本實施例中，凹透鏡結構的寬度或相鄰的兩凹透鏡結構之間的間距可以在10微米至100微米的範圍內，但本發明不以此為限。
在本實施例中，第一光學膜層110的第一光學微結構MS1的形成可以透過在熱固化膠層上的熱壓成型製程來進行，而第二光學膜層120的第二光學微結構MS2的形成可以透過在光固化膠層上的壓印製程來進行。熱固化膠層和光固化膠層的塗覆製程可包括噴塗（spraying）製程、旋塗（spin-coating）製程或塗佈（dispensing）製程。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，第一光學膜層110的材料和第二光學膜層120的材料也可根據光學元件的實際光學設計及/或製程需求而調整為相同。應當理解的是，第一光學膜層110和第二光學膜層120的形成方法也可根據光學膜層的材料選擇和光學微結構的實際設計條件進行調整。
需說明的是，在圖2的實施例中，第一光學微結構MS1的數量和第二光學微結構MS2的數量分別是以五個和九個為例進行示範性地說明，並不表示本發明以圖式揭示內容為限制。在其他實施例中，第一光學微結構MS1的數量和第二光學微結構MS2的數量也可以根據光學元件的實際設計需求而調整。
光發射器200包括控制電路板210和兩個發光元件220（例如，發光元件221和發光元件222）。這些發光元件220設置在控制電路板210上並且電耦合至控制電路板210。控制電路板210具有多個接墊230，且這兩個發光元件220各自透過接合線240電連接到接墊230。應注意的是，這些發光元件220可被控制電路板210獨立地控制。需說明的是，在本實施例中，發光元件220的數量是以兩個為例進行示範性地說明，並不表示本發明以圖式揭示內容為限制。在其他實施例中，發光元件220的數量也可根據實際的光學設計而調整為兩個以上。
詳細而言，發光元件220具有第一電極E1、第二電極E2和磊晶結構ES。第一電極E1和第二電極E2分別設置在磊晶結構ES的相對兩側。在本實施例中，第一電極E1可以是環形結構，並定義出光發射器200的出光孔。舉例來說，發光元件221的第一電極E1和發光元件222的第一電極E1可分別定義出出光孔EA1和出光孔EA2。發光元件221和發光元件222可被控制電路板210獨立地控制並分別發出光束LB1和光束LB2。
自出光孔EA1射出的光束LB1被傳遞至第一光學微結構MS1。自出光孔EA2射出的光束LB2被傳遞至第二光學微結構MS2。從另一觀點來說，光學元件100的第一光學區域OR1（或第一光學微結構MS1）不能被從出光孔EA2出射的光束LB2照射，且光學元件100的第二光學區域OR2（或第二光學微結構MS2）不能被從出光孔EA1出射的光束LB1照射。
值得注意的是，透過第一光學微結構MS1在基板101上的正交投影不重疊於第二光學微結構MS2在基板101上的正交投影，可使光學元件100具有更多的光學功能。也因此，還可提升晶圓級光學模組1的整合度（integration degree）。
舉例來說，第一光學膜層110的第一光學微結構MS1可作為繞射光學元件（DOE），且發光元件221和第一光學微結構MS1的組合可以是泛光照明器（flood illuminator）。另一方面，第二光學膜層120的第二光學微結構MS2可作為複眼透鏡（fly-eye lens），且發光元件222和第二光學微結構MS2的組合可以是點陣投影器（dot projector）。也就是說，本實施例的晶圓級光學模組1可以是3D感測器模組，但本發明不以此為限。
在本實施例中，發光元件220可以是垂直共振腔面射型雷射（vertical cavity surface emitting laser，VCSEL）。在其他實施例中，兩個以上的發光元件220可以形成VCSEL陣列。然而，本發明不限於此。根據其他實施例，發光元件220也可以是微發光二極體（micro-LED）或次毫米發光二極體（mini-LED）。
在本實施例中，發光元件200的磊晶結構ES彼此連接。也就是說，發光元件221的磊晶結構ES和發光元件222的磊晶結構ES可以形成在同一個磊晶基板（例如，GaAs基板或藍寶石基板）上，但本發明不以此為限。
在下文中，提供了其他實施例來詳細地解釋本發明，其中，相同的部件將由相同的元件符號來表示，並且將省略對相同技術內容的描述。對於省略的部分，請參考前述實施例，而不在下文中贅述。
圖3是根據本發明的第二實施的光學元件的示意性截面圖。請參照圖3，本實施例的光學元件100A與圖1的光學元件100之間的差異在於：光學元件的組成不同。在本實施例中，光學元件100A更包括折射率匹配層135和緩衝層125。折射率匹配層135設置在基板101和第一光學膜層110之間。緩衝層125設置在基板101和第二光學膜層120之間。由於第一光學膜層110具有高折射率（例如，折射率大於1.7），因此可透過折射率匹配層135的設置來抑制光束（如圖1的光束LB1與光束LB2）在基板101與第一光學膜層110之間的界面反射。在本實施例中，第一光學微結構MS1在方向X上的寬度或相鄰的兩個第一光學微結構MS1在方向X上的間距可小於1.5微米。
另一方面，透過緩衝層125的配置，可以提升光學元件100A在熱循環測試（thermal cycle test）下的可靠度。也就是說，可以增加光學元件100A對反覆性熱/冷衝擊的耐受力。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，光學元件100A也可以僅具有折射率匹配層135和緩衝層125中的一個。
圖4是根據本發明的第三實施例的光學元件的示意性截面圖。請參照圖4，本實施例的光學元件100B與圖3的光學元件100A之間的差異在於：光學元件的配置方式不同。在本實施例中，第二光學膜層120A和緩衝層125A在基板101上的正交投影不重疊於第一光學膜層110的第一光學微結構MS1在基板101上的正交投影。
舉例來說，相較於圖3的光學元件100A，本實施例的光學元件100B的製造流程還可包括雷射切割步驟。在經由此雷射切割步驟去除如圖3中的第二光學膜層120重疊於第一光學區域OR1（或第一光學微結構MS1）的部分後形成本實施例的第二光學膜層120A，但本發明不以此為限。應注意的是，在第二光學膜層120A的雷射切割製程中，如圖3中的緩衝層125重疊於第一光學區域OR1（或第一光學微結構MS1）的部分也一併被去除並形成本實施例的緩衝層125A。亦即，緩衝層125A在第一表面110s的法線方向（例如方向Z）上不重疊於第一光學膜層110的第一光學微結構MS1。
圖5是根據本發明的第四實施例的光學元件的示意性截面圖。請參照圖5，本實施例的光學元件100C與圖4的光學元件100B之間的差異在於：雷射切割製程的次數不同。在本實施例中，光學元件100C的製造流程還包括另一次的雷射切割步驟。舉例來說，在本實施例中，在經由另一次的雷射切割步驟去除如圖4中的第一光學膜層110重疊於第二光學區域OR2（或第二光學微結構MS2）的部分後形成本實施例的第一光學膜層110A。
相似地，在經由此另一次的雷射切割步驟去除如圖4中的折射率匹配層135重疊於第二光學區域OR2（或第二光學微結構MS2）的部分後形成本實施例的折射率匹配層135A。亦即，折射率匹配層135A在第一表面110s的法線方向（例如方向Z）上不重疊於第二光學膜層120A和緩衝層125A。
圖6是根據本發明的第五實施例的光學元件的示意性截面圖。請參照圖6，本實施例的光學元件100D與圖1的光學元件100之間的差異在於：光學元件的配置方式不同。在本實施例中，第一光學膜層110和第二光學膜層120B位於基板101的同一側（例如第一側101a）。第一光學膜層110位於基板101和第二光學膜層120B之間。另外，由於第一光學膜層110具有高折射率（例如，折射率大於1.7），因此可透過折射率匹配層135的設置來抑制光束（如圖1的光束LB1與光束LB2）在基板101與第一光學膜層110之間的界面反射。折射率匹配層135位於基板101和第一光學膜層110之間。
圖7是根據本發明第六實施例的光學元件的示意性截面圖。請參照圖7，本實施例的光學元件100E與圖6的光學元件100D之間的差異在於：光學元件的配置方式不同。具體而言，光學元件100E更包括緩衝層125B。緩衝層125B位於第一光學膜層110和第二光學膜層120B之間。值得一提的是，透過緩衝層125B的配置，可提高光學元件100E在熱循環測試（thermal cycle test）下的可靠度。也就是說，可增加光學元件100E對反覆性熱/冷衝擊的耐受力。
圖8是根據本發明另一實施例的晶圓級光學模組的示意性截面圖。圖9是圖8中的晶圓級光學模組的示意性俯視圖。特別說明的是，為了清楚呈現及說明起見，圖9省略了圖8的第一電極E1、第二電極E2、磊晶結構ES、控制電路板210、接墊230和接合線240的繪示。
請參照圖8和圖9，本實施例的晶圓級光學模組2與晶圓級光學模組1之間的差異在於：光發射器的配置方式不同。具體而言，重疊於各光學區域的發光元件220A數量可多於圖1中重疊於各光學區域的發光元件220數量。舉例來說，在本實施例中，光發射器200A具有八個發光元件220A。一部分的發光元件220A（例如，發光元件221A和發光元件221B）重疊於第一光學區域OR1，而另一部分的發光元件220A（例如，發光元件222A和發光元件222B）重疊於第二光學區域OR2。從另一觀點來說，第一光學區域OR1和第二光學區域OR2各自重疊於光發射器200A的四個出光孔。
由於本實施例的光發射器200A相似於圖1的光發射器200。因此詳細的說明請參考前述實施例的相關段落，於此不再贅述。舉例來說，在本實施例中，出光孔EA11、出光孔EA12、出光孔EA21和出光孔EA22可分別由發光元件221A的第一電極E1、發光元件221B的第一電極E1、發光元件222A的第一電極E1以及發光元件222B的第一電極E1來定義。這些發光元件220A可被控制電路板210獨立地控制並分別發射光束。
舉例來說，自出光孔EA11發射的光束LB11以及自出光孔EA12發射的光束LB12被傳遞至第一光學微結構MS1的不同部分。同樣地，自出光孔EA21發射的光束LB21以及自出光孔EA22發射的光束LB22被傳遞至第二光學微結構MS2的不同部分。在本實施例中，光學元件100的第一光學區域OR1和第二光學區域OR2各自可被所選擇的至少一發光元件220A局部地照射。因此，晶圓級光學模組2可以根據所要照射的物體或投影表面的位置來決定需被致能的發光元件220A數量以達到節能的效果。從另一觀點來說，晶圓級光學模組2的操作靈活度也可獲得改善。
綜上所述，在根據本發明的一實施例的光學元件和晶圓級光學模組中，兩個光學膜層設置在基板的至少一側上並且形成在基板上，從而可以有效地縮減光學元件的整體厚度。另一方面，每個光學膜層具有多個光學微結構。其中一個光學膜層的光學微結構不重疊於另一個光學膜層的光學微結構，從而使光學元件具有更多的光學功能。也因此，可以提高晶圓級光學模組的整合度。
對於本領域技術人員將顯而易見的是，在不脫離本發明的範圍或精神的情況下，可以對所公開的實施例進行各種修改和變型。鑑於前述內容，旨在使本公開涵蓋落入所附申請專利範圍及其等同物的範圍內的修改和變型。
1、2:晶圓級光學模組
100、100A、100B、100C、100D、100E:光學元件
101:基板
101a:第一側
101b:第二側
110、110A:第一光學膜層
110s:第一表面
120、120A、120B:第二光學膜層
120s:第二表面
125、125A、125B:緩衝層
135、135A:折射率匹配層
200、200A:光發射器
210:控制電路板
220、221、222、220A、221A、221B、222A、222B:發光元件
230:接墊
240:接合線
E1:第一電極
E2:第二電極
ES:磊晶結構
EA1、EA2、EA11、EA12、EA21、EA22:出光孔
LB1、LB2、LB11、LB12、LB21、LB22:光束
MS1:第一光學微結構
MS2:第二光學微結構
OR1:第一光學區域
OR2:第二光學區域
X、Y、Z:方向
圖1是根據本發明的第一實施例的晶圓級光學模組的示意性截面圖。
圖2是圖1中的晶圓級光學模組的示意性俯視圖。
圖3是根據本發明的第二實施例的光學元件的示意性截面圖。
圖4是根據本發明的第三實施例的光學元件的示意性截面圖。
圖5是根據本發明的第四實施例的光學元件的示意性截面圖。
圖6是根據本發明的第五實施例的光學元件的示意性截面圖。
圖7是根據本發明的第六實施例的光學元件的示意性截面圖。
圖8是根據本發明另一實施例的晶圓級光學模組的示意性截面圖。
圖9是圖8中的晶圓級光學模組的示意性俯視圖。
1:晶圓級光學模組
100:光學元件
101:基板
101a:第一側
101b:第二側
110:第一光學膜層
110s:第一表面
120:第二光學膜層
120s:第二表面
200:光發射器
210:控制電路板
220、221、222:發光元件
230:接墊
240:接合線
E1:第一電極
E2:第二電極
ES:磊晶結構
EA1:出光孔
EA2:出光孔
LB1、LB2:光束
MS1:第一光學微結構
MS2:第二光學微結構
OR1:第一光學區域
OR2:第二光學區域
X、Y、Z:方向
Claims (14)
- 一種光學元件，包括：一基板，具有彼此相對的一第一側和一第二側；一第一光學膜層和一第二光學膜層，分別設置在該基板的該第一側和該第二側，並且形成在該基板上，該第一光學膜層具有背離該基板的一第一表面以及設置在該第一表面上的多個第一光學微結構，該第二光學膜層具有背離該基板的一第二表面以及設置在該第二表面上的多個第二光學微結構；以及一緩衝層，設置在該基板和該第二光學膜層之間；其中該些第一光學微結構在該基板上的正交投影不重疊於該些第二光學微結構在該基板上的正交投影，且該緩衝層在該基板上的正交投影不重疊於該些第一光學微結構在該基板上的正交投影。
- 如請求項1所述的光學元件，更包括：一折射率匹配層，設置在該基板和該第一光學膜層之間。
- 如請求項2所述的光學元件，其中該折射率匹配層在該基板上的正交投影不重疊於該些第二光學微結構在該基板上的正交投影。
- 如請求項1所述的光學元件，其中該第一光學膜層在該基板上的正交投影不重疊於該第二光學膜層在該基板上的正交投影。
- 如請求項1所述的光學元件，其中該些第一光學微結構為多個凸起結構，並且該些第二光學微結構是多個凹陷結構。
- 如請求項5所述的光學元件，更包括：一折射率匹配層，設置在該基板以及該第一光學膜層之間。
- 一種晶圓級光學模組，包括：一光學元件，包括：一基板，具有彼此相對的一第一側和一第二側；一第一光學膜層和一第二光學膜層，分別設置在該基板的該第一側和該第二側，並且形成在該基板上，該第一光學膜層具有背離該基板的一第一表面以及設置在該第一表面上的多個第一光學微結構，該第二光學膜層具有背離該基板的一第二表面以及設置在該第二表面上的多個第二光學微結構，其中該些第一光學微結構在該基板上的正交投影不重疊於該些第二光學微結構在該基板上的正交投影；以及一緩衝層，設置在該基板和該第二光學膜層之間，其中該緩衝層在該基板上的正交投影不重疊於該些第一光學微結構在該基板上的正交投影；一光發射器，具有至少兩個發光元件，其中該光學元件設置在該光發射器的光路上，該至少兩個發光元件的其中一者重疊於該些第一光學微結構，且該至少兩個發光元件的其中另一者重疊於該些第二光學微結構。
- 如請求項7所述的晶圓級光學模組，其中該至少兩個發光元件是垂直共振腔面射型雷射陣列。
- 如請求項7所述的晶圓級光學模組，更包括：一控制電路板，電連接至該至少兩個發光元件，其中該至少兩個發光元件被該控制電路板獨立地控制。
- 如請求項7所述的晶圓級光學模組，其中該第一光學膜層在該基板上的正交投影不重疊於該第二光學膜層在該基板上的正交投影。
- 如請求項7所述的晶圓級光學模組，更包括：一折射率匹配層，設置在該基板和該第一光學膜層之間。
- 如請求項11所述的晶圓級光學模組，其中該折射率匹配層在該基板上的正交投影不重疊於該些第二光學微結構在該基板上的正交投影。
- 如請求項7所述的晶圓級光學模組，其中該些第一光學微結構是多個凸起結構，該些第二光學微結構是多個凹陷結構。
- 如請求項13所述的晶圓級光學模組，更包括：一折射率匹配層，設置在該基板和該第一光學膜層之間。
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|---|---|---|---|---|
| CN109686763A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-26 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 可弯曲屏及显示器 |
| US20190243155A1 (en) * | 2018-02-05 | 2019-08-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Meta illuminator |
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| CN110737102A (zh) * | 2018-07-19 | 2020-01-31 | 广州印芯半导体技术有限公司 | 结构光投射装置 |
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Family Cites Families (8)
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|---|---|---|---|---|
| JP4314480B2 (ja) * | 2003-04-24 | 2009-08-19 | 旭硝子株式会社 | 回折素子および光ヘッド装置 |
| JP2006073042A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Asahi Glass Co Ltd | 回折素子および光ヘッド装置 |
| KR101118533B1 (ko) * | 2009-09-28 | 2012-03-12 | 서울대학교산학협력단 | 발광장치에 사용되는 복합필름, 발광장치 및 그 제조방법 |
| TW201417250A (zh) * | 2012-07-17 | 2014-05-01 | 海特根微光學公司 | 光學模組，特別是光電模組，及其製造方法 |
| TWI486623B (zh) * | 2012-10-05 | 2015-06-01 | Himax Tech Ltd | 晶圓級鏡頭、鏡頭片及其製造方法 |
| US9482796B2 (en) * | 2014-02-04 | 2016-11-01 | California Institute Of Technology | Controllable planar optical focusing system |
| TWI483011B (zh) * | 2014-03-21 | 2015-05-01 | Univ Nat Taiwan Normal | 雙面具有微結構之光學膜 |
| CN211478819U (zh) * | 2020-01-22 | 2020-09-11 | 台湾扬昕股份有限公司 | 背光模块 |
-
2020
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-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI699512B (zh) * | 2015-01-29 | 2020-07-21 | 新加坡商新加坡恒立私人有限公司 | 用於產生圖形照明的設備 |
| US20190243155A1 (en) * | 2018-02-05 | 2019-08-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Meta illuminator |
| CN110737102A (zh) * | 2018-07-19 | 2020-01-31 | 广州印芯半导体技术有限公司 | 结构光投射装置 |
| CN109686763A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-26 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 可弯曲屏及显示器 |
| CN110275381A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-24 | 业成科技（成都）有限公司 | 结构光发射模组及应用其的深度感测设备 |
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