TWI826582B - 光學裝置的奈米結構 - Google Patents

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Abstract

在本揭示內容中提供了具有奈米結構的超穎表面的實施例,該等奈米結構具有所需的幾何輪廓及配置。在一個實施例中,超穎表面包括形成在基板上的奈米結構,其中該奈米結構之形狀為立方形或圓柱形。在另一個實施例中,超穎表面包括在基板上的複數個奈米結構,其中每個奈米結構彼此以大於35 nm的間隙間隔開來。在又一個實施例中,超穎表面包括在基板上的複數個奈米結構,其中該等奈米結構由以下至少一者製成:TiO2 、氮化矽或非晶矽,或GaN或氧化鋁鋅或折射率大於1.8且吸收係數小於0.001的任何材料,該基材是透明的,其中該基板的吸收係數小於0.001。

Description

光學裝置的奈米結構
本揭示內容的實施例大體上係關於具有所需的幾何輪廓的奈米結構及其製造以用於光學裝置的方法。
超穎表面(metasurface)可用於形成光學部件或光學裝置。超穎表面可改善光學裝置的效能,並有助於創建全新的功能性。具體而言,超穎表面是2D光學元件,可用於藉由在空間上改變奈米結構組成物的結構參數(例如,形狀、大小、定向)來操縱光的傳播,以提供空間變化的光學響應,該光學響應依所需來塑造光學波前。該等光學元件藉由引起局部相位不連續性(亦即,在小於光波長的距離上發生突然的相位變化)來改變光傳播。該等光學元件可由不同類型的材料、形狀或配置構成,並且可基於不同的物理原理進行操作。
因此,對於利用奈米結構的各種光學元件或超穎表面,常常需要開發具有不同材料、輪廓及配置的奈米結構,以試圖滿足光學裝置的不同裝置效能。奈米結構可增強材料的局部電場、光的吸收以及光的輻射,此舉繼而可用於增強光信號,或者提供用於不同光學裝置的最佳光學功能性。然而,此等是具有挑戰性的過程,其以具成本效益來形成具有所需輪廓的奈米級結構又同時維持所意欲之光學裝置所適用的最大光學效能及性質。
因此,仍然需要形成具有光學裝置所需之光學效能的奈米結構的方法。
本揭示內容中提供了具有奈米結構的超穎表面的實施例,該等奈米結構具有所需幾何輪廓及配置。在一個實施例中,超穎表面包括形成在基板上的奈米結構,其中該奈米結構的形狀是立方形或圓柱形。
在另一個實施例中,超穎表面包括在基板上的複數個奈米結構,其中每個奈米結構彼此以大於35 nm的間隙間隔開來。
在又一個實施例中,超穎表面包括在基板上的複數個奈米結構,其中該等奈米結構由具有折射率大於1.8及吸收係數小於0.001的二氧化鈦、氮化矽、非晶矽、晶體矽、氮化鎵及氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide)的其中至少一者製成。
光學超穎表面是衍射性薄結構,其可針對各種應用以改變光束的振幅、相位及偏振。在一個實施例中,本揭示內容中提供了一種超穎表面,該超穎表面包括在基板上形成的具有不同幾何輪廓或配置的複數個奈米結構。該等奈米結構可用作光學裝置中的光學元件。本文所述的光學超穎表面由介電質奈米結構組成,該等介電質奈米結構具有次波長(subwavelength)的橫向尺寸,以及可與光波長比擬的厚度。奈米結構或超穎表面提供接近1的透射幅度值以用於穿過其中的光透射。奈米結構(或超穎表面)可提供涵蓋範圍為0與2π之間的不同相位值。在本揭示內容中,可參考可見光至UV光的光譜或者可能在可見光之外的光譜。光學裝置的合適實例包括光學透鏡、太陽能電池裝置、顯示應用、電荷耦合裝置(CCD)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器、發光二極體(LED)、微型LED(uLED)顯示器、或垂直腔體表面發射雷射(VCSEL)、濾色器、光束偏轉器、全像圖或其他合適的光學裝置。在一些實例中,本文論述的光學元件可為經設計以增強效能的獨立光學元件、互動式光學元件、平坦光學元件以及中間層的材料性質。亦可採用奈米壓印光微影術以將特徵圖案直接壓印至基板上,隨後依需求來沉積內元件或光學元件,該沉積可包括噴墨、狹縫鑄模(slot-die)、旋轉塗佈或以其他方式形成。經設計以用於形成本文論述的奈米結構的形狀範圍從簡單的矩形或圓形配置到任意極為複雜的形狀。根據需求,高折射率透明材料的合適實例諸如TiO2 ,或其他介電質材料諸如氮化矽、非晶矽、晶體矽、磷化鎵、氮化鎵、氧化鋅、氧化鋁鋅等。奈米結構或超穎表面提供接近1的透射幅度值以用於穿過其中的光透射。
圖1A是根據本揭示內容的一個實施例的超穎表面107的頂視圖。超穎表面107包括在基板104上的複數個奈米結構(顯示為106a、106b)。一般而言,奈米結構(顯示為106a、106b)的形式為形成(例如直接或間接形成)在基板104的表面上或與基板104的表面一體成形的奈米級特徵。奈米結構106a、106b在材料性質上可為基本上均質的。然而,在一些實施例中,奈米結構106a、106b可為非均質的。奈米結構可為基本上結晶的、單晶的、多晶的、非晶質的或其組合。在一個實例中,奈米結構106a、106b的每個尺寸具有小於約1000 nm的尺寸,例如小於約500 nm、小於約200 nm、小於約100 nm或甚至小於約20 nm。
基板104可具有基本上平面狀的表面。如本文所定義的「基本上平面狀的表面」通常是指基本上平坦的表面。該表面可為光滑的,儘管該表面可包括相對較小程度(例如,總表面積的約20%)的紋理(例如,粗糙度)、壓痕以及各種諸如可彎折及/或可拉伸。此外,在一些實施例中,基板的表面可隨所需而彎曲。
基板104亦可經選擇以適量透射所需波長或波長範圍的光,諸如紅外區域至紫外區域(亦即,從約700奈米至約1500奈米)中的一或多個波長。在未限制的情況下,在一些實施例中,基板104經配置使得基板104透射大於或等於約50%、60%、70%、80%、90%、95%、99%的光譜UV區域。基板104可由任何合適的材料製成,只要基板104可足夠地透射所需波長或波長範圍內的光並且可用作超穎表面的足夠支撐即可。在一些實施例中,與奈米結構106a、106b中使用的材料的折射率相比,基板104的材料具有相對低的折射率。基板之選擇可包括任何合適材料的基板,包括但不限於半導體、摻雜半導體、非晶介電質、晶體介電質、氧化矽、聚合物及其組合。在一些實施例中,基板104包括透明材料。基板104是透明的,其具有小於0.001的吸收係數。合適的實例可包括氧化物、硫化物、磷化物、碲化物或其組合。在一個實例中,基板104包括氧化矽材料。
複數個奈米結構106a、106b包括奈米結構106a的第一組102a及奈米結構106b的第二組102b。在此描述的奈米結構106a、106b通常經配置以對入射到其上的光賦予相變。基板104通常經作用以支撐奈米結構106a、106b及設置在其上的其他材料或結構。奈米結構106a的第一組102a可具有與奈米結構106b的第二組102b不同的尺寸、材料性質或輪廓配置,這將在下文參考圖1B更詳細地描述。奈米結構106a、106b在第一組及第二組102a、102b中可具有不同或相同的折射率,以滿足超穎表面107的不同光學效能。奈米結構106a、106b的光學性質可由其大小、尺寸,及化學或表面組成來判定。可利用奈米結構106a、106b的各種性質,諸如吸收性質,發射性質及折射率性質,來產生抗反射塗層,該抗反射塗層可根據需求以針對各種光學應用進行定制及調整。在一個實例中,複數個奈米結構106a、106b中的每一者可控制光的透射或反射特性以及輸入到超穎表面107的光的相位。複數個奈米結構106a、106b中的每一者可各自具有在所需範圍中的折射率,該折射率具有所需的反射特性。在一些實例中,複數個奈米結構106a、106b中的每一者可各自具有預定尺寸,諸如高度、半徑或寬度,該預定尺寸提供所需的光特性。
在一個實例中,超穎表面107具有奈米結構106a、106b的陣列或多個陣列,每個奈米結構的陣列具有主軸127(如圖1B所示)。主軸127基本上垂直於基板104的表面。奈米結構106a、106b的陣列或多個陣列可依需求以由漸變(graded)或非漸變的折射率來表徵。漸變折射率可定義為奈米結構106a、106b的折射率依需求以在一方向中(沿著主軸127)連續或接近連續地變化。然而,在一些實例中,奈米結構106a、106b可在奈米結構106a、106b的主體上具有均勻的折射率(例如,非漸變的折射率)。奈米結構106a、106b可依需求以隨機的方式或以週期性的方式安排在基板104的表面上。
圖1B是根據本揭示內容的一個實施例沿著圖1A的切割線a-a'的奈米結構106a、106b的截面圖。奈米結構106a、106b的主軸127垂直於基板104的表面。奈米結構106a的第一組102a可具有第一寬度112,而奈米結構106b的第二組102b可具有第二寬度114。第一寬度112可與第二寬度114相同或不同。在圖1A及圖1B所描繪的實例中,第一寬度112與第二寬度114基本上相同,其範圍在約60 nm與約300 nm之間。此外,奈米結構106a的第一組102a可具有第一高度110,而奈米結構106b的第二組102b可具有第二高度111。類似地,第二高度111可與第一高度110相同、更短或更高。在圖1B所示的實例中,第二高度111較短且具有離第一高度110的高度差108。在一個實例中,第一高度110比第二高度111高出約10%與30%之間。在一個實例中,第二高度111具有離第一高度110約10 nm與約1000 nm之間的高度差108。第一高度110及第二高度111在約100 nm與約5000 nm之間的範圍內。
在一個實例中,奈米結構106a、106b可具有各種形狀。在一個實施例中,奈米結構為立方形形狀。圖1B示意性地繪示立方形奈米結構106a、106b的陣列。此處提及的術語「立方形」通常是指該術語的幾何定義。立方形是由六個彼此直角的四邊形、正方形或矩形面所界定的凸多面體。在本文描繪的一個實例中,奈米結構106a、106b為立方形形狀,其具有由四個矩形側面(例如,側表面)界定的正方形頂表面及正方形底表面。奈米結構106a、106b的主軸127為通過正方形頂表面及正方形底表面的中心點的直線,其中側表面繞著該主軸具有旋轉對稱性。立方形奈米結構沿著主軸127通常具有連續均勻(例如,相等)的橫截面面積(例如,相等的橫向尺寸)。因此,奈米結構106a、106b的均勻橫截面面積沿著奈米結構106a、106b的主軸127產生大致相似的有效折射率。
在一個實施例中,奈米結構106a、106b以等間距放置在正方形晶格上。間距(pitch)被定義為沿著主軸127所測得的任何兩個最接近的奈米結構106a、106b鄰居之間的中心到中心的距離。奈米結構106a、106b亦可安排在正方形網格上,其中兩個最接近的奈米結構106a、106b鄰居的邊緣之間的距離相等。
奈米結構106a、106b亦可被安排在六邊形晶格上,或任意地安排在基板104上。同時,奈米結構106a、106b的寬度112、114及在奈米結構106a、106b之間的間隙120對於所考慮的波長範圍保持次波長。奈米結構106a、106b是由具有折射率大於1.8及吸收係數小於0.01(諸如小於0.001)的材料所製成。
在一個實施例中,奈米結構106a、106b具有正方形晶格結構,其具有折射率大於1.8及吸收係數小於0.1,諸如小於0.01,諸如小於0.001。
在一個實例中,奈米結構106a、106b可具有漸變有效折射率,該漸變有效折射率是藉由沿著主軸127來改變奈米結構106a、106b的形狀或輪廓而形成。例如,奈米結構106a、106b沿著主軸127可具有變化的橫截面面積(例如,變化的橫向尺寸),以便根據需求來取得變化的有效折射率。可替代地,奈米結構106a、106b沿著主軸127可具有變化(例如,漸變)的組成物或材料性質,使得奈米結構106a、106b的變化(例如,漸變)的組成物或材料性質提供變化的折射率。換言之,因奈米結構的組成物或材料性質中的變化而使折射率變化。如本文所定義的「變化的組成物」是指組成物在一個方向中的逐漸變化,儘管該逐漸變化可能不總是固定的。
在一個實例中,奈米結構106a、106b可為基本上透明的結構。根據本揭示內容,術語「基本上透明」是指奈米結構允許大部分的光輻射通過。該大部分可為光輻射的至少約70%。根據本發明,「基本上垂直」是指主軸相對於基板104的表面以約90度至約75度的角度範圍傾斜。
奈米結構106a、106b可具有彼此等距或不等距間隔的預定間隙120。在一個實例中,奈米結構106a、106b可週期性地安排在基板104的表面上,其中預定間隙120在約1 nm與約500 nm之間,諸如約10 nm與約150 nm之間,例如約45 nm與約280 nm之間。奈米結構106a、106b亦可以預定間隙120而安排在正方形晶格上,其中兩個最鄰近的奈米結構106a、106b鄰居的邊緣之間的距離是相等的。奈米結構106a、106b亦可被安排在六邊形晶格上,或任意地安排在基板104上。同時,奈米結構106a、106b的寬度112、114及奈米結構106a、106b之間的間隙120對於所考慮的波長範圍保持次波長。奈米結構106a、106b的基本上均勻的橫截面面積的特徵在於提供相對低反射率的次波長散射現象。因此,得益於奈米結構106a、106b的均勻橫截面面積的低反射率可有效地減少散射效應或由於過度緊鄰間隔的奈米結構106a、106b而發生的其他不理想效應。因此,藉由利用具有所需高度及幾何配置的奈米結構106a、106b的基本上均勻的橫截面面積,允許奈米結構106a、106b之間相對較大的間隙120。間隙120保持等於或小於通過奈米結構106a、106b的光源的波長。在圖1B所描繪的實例中,奈米結構106a、106b之間的間隙120在約15 nm與約100 nm之間,例如在約40 nm與約60 nm之間。在又一個實例中,奈米結構106a、106b之間的間隙120至少大於35 nm,例如在約40 nm與約60 nm之間。因此,換言之,基本上均勻的橫截面面積的奈米結構106a、106b可表現為次波長散射物體,其提供大量前向散射,以及後續通過下方基板104的光透射。
在一個實例中,當奈米結構106a、106b具有相對較高的高度,諸如大於600 nm時,可在奈米結構106a、106b之間形成相對大的間隙120。在圖1C描繪的實例中,在具有較高高度110的奈米結構106a的第一組102a中所定義的間隙120可大於在具有較低高度111的奈米結構106b的第二組102b中所定義的間隙121。在另一個實例中,當奈米結構106a的高度110從約600 nm改變為約850 nm時,間隙120可被控制為從約55 nm到約100 nm。在一個實例中,當奈米結構106a、106b具有相對較高的折射率時,可在奈米結構106a、106b之間形成相對較大的間隙120以及較低的奈米結構106a、106b的長寬比(aspect ratio)。此外,相對較高(例如,較高的高度110、111)的奈米結構106a、106b亦允許奈米結構106a、106b之間的相對較大的間隙120。
在一個實例中,奈米結構106a、106b包括含有金屬的介電質材料,諸如二氧化鈦(TiO2 )、氧化鋅、氧化錫、摻雜鋁的氧化鋅、摻雜氟的氧化錫、錫酸鎘(氧化錫)、以及錫酸鋅(氧化錫)等。在另一個實施例中,奈米結構106a、106b包括不導電的非晶材料,諸如介電質材料。介電質材料的合適實例包括氮化矽、非晶矽等。在一個特定實例中,奈米結構106a、106b由二氧化鈦(TiO2 )、氮化矽、非晶矽、GaN及氧化鋁鋅製成。
在一個實例中,奈米結構106a、106b在632 nm或532 nm的光波長下具有範圍大於1.8的折射率,諸如在約2.3與約2.6之間。例如,奈米結構106a、106b具有在約2.4與2.55之間的折射率,諸如約2.4或2.53。在一個實例中,奈米結構106a、106b具有小於0.001的吸收係數。
圖2A根據本揭示內容的實施例描繪奈米結構106a的透視圖。奈米結構106a可具有大於3的長寬比,例如大於5,諸如大於6,諸如約8.5。根據本揭示內容,片語「長寬比」是指奈米結構106a的頂表面或底表面的高度(H)110對寬度(W)118的比率(H/W)。奈米結構106a的長寬比及形狀可是預定的,以便選擇適當的製造製程來形成或生長此種奈米結構。在圖2A所描繪的實施例中,奈米結構106a具有大於6的長寬比。高度110在約200 nm與約850 nm之間,諸如約600 nm。寬度118在約70 nm與約260 nm之間。奈米結構106a為立方形形狀。
圖2B根據本揭示內容的實施例描繪了奈米結構202的另一個實例的透視圖。奈米結構202除了角落配置以外,具有與圖2A所描繪的奈米結構106基本上相似的輪廓及形狀(例如,立方形形狀)。奈米結構202具有形成在奈米結構202的頂表面及底表面上的基本上圓形的角落204。奈米結構202的光學性質被認為是與奈米結構106a、106b的光學性質相似。注意到,來自具有立方形形狀的奈米結構202的圓角204與具有圓形形狀的奈米結構202具有相似的良好效能。如相較於具有圓形形狀的奈米結構202,具有立方形形狀的奈米結構202在其之間具有相對較大的間隙。
圖3根據本揭示內容的實施例描繪了奈米結構302的另一個實例的透視圖。不同於圖2A至圖2B中描繪的立方形形狀,奈米結構302具有圓形配置且大致為圓柱形形狀。奈米結構302具有圓形配置的頂表面及底表面,該頂表面及底表面具有範圍在約70 nm與約260 nm之間的直徑306。奈米結構302具有約300 nm與約900 nm(諸如約600 nm)的高度314。奈米結構302具有大於3的長寬比(例如,高度(H)314對直徑306的比率(H/D)),諸如在約3與約12之間,例如約4與9之間,諸如約6。
圖4根據本揭示內容的實施例描繪了奈米結構106a的實例的透視圖。在此實例中,可在基板104及奈米結構106a之間設置額外結構402。注意到,圖4的實例中的奈米結構可為任何合適的奈米結構,諸如上文描繪的奈米結構106a、106b、303、302。在一個實例中,結構402可由與形成在結構402上的奈米結構106a及/或與設置基板104的材料相似的材料製成。在一個實例中,結構402可包括與來自奈米結構106a或來自基板104的材料基本上相同的材料。在一個實例中,結構402可為二氧化鈦、氮化矽、非晶矽、晶體矽、氮化鎵及氧化鋁鋅中的一者。
圖5描繪了超穎表面502的又一個實施例,該超穎表面具有被封裝在封裝層504下的複數個奈米結構506。當奈米結構具有相對較高的高度(諸如,大於900 nm)時,可使用封裝層504。在利用多個堆疊結構的一些實例中, 本文所述的封裝層504可依需求來協助將設置在其上方的結構進行包裝及堆疊。在一個實例中,封裝層504可為介電質材料或導電層。封裝層504通常在奈米結構具有相對較高的高度(例如,或更大的長寬比)時使用。注意到,當奈米結構具有相對較低的高度時,所選擇來製造封裝層504的材料亦需要具有相對較低的折射率。
注意到,可利用本揭示內容的奈米結構的超穎表面是指在其操作中產生光或使用光的裝置。奈米結構亦可用於半導體應用中的奈米壓印結構中。在一些實施例中,光學裝置可為光電二極體、發光二極體、光伏(photovoltaic)裝置或半導體雷射。該等光學裝置可用於各種應用。應用的實例包括顯示器、光探測器、透鏡、濾光器、通用照明燈、照相機、顯示應用、光纖通訊或合適的平坦光學元件。
因此,提供了具有不同配置及不同材料的奈米結構的實施例。奈米結構可具有特定輪廓,該等輪廓可增強有奈米結構實現於其中的光學裝置中的光吸收或反射效能。藉由適當地選擇奈米結構的材料及幾何配置,奈米結構之間的間隙亦可擴大,從而降低製造的限制及復雜性。
儘管在此已經詳細顯示並描述了結合本發明的教示的各種實施例,本領域技術人員可輕易地設計出許多其他仍結合該等教示的變化實施例。
102a:第一組 102b:第二組 104:基板 106:奈米結構 106a:奈米結構 106b:奈米結構 107:超穎表面 108:高度差 110:第一高度 111:第二高度 112:寬度 114:寬度 118:寬度 120:預定間隙 121:間隙 127:主軸 202:奈米結構 204:圓角 302:奈米結構 306:直徑 314:高度 402:結構 502:超穎表面 504:封裝層 506:奈米結構
為了可詳細地理解本揭示內容的上述特徵,可參考實施方式來對上文簡要概述的揭示內容進行更具體的描述,其中一些實施方式繪示於附圖中。然而應當注意到,附圖僅繪示本揭示內容的典型實施方式,且因此不應被認為是對其範圍的限制,因為本揭示內容可允許其他等效的實施方式。
圖1A是根據本揭示內容的實施例的形成在基板上的奈米結構的頂視圖。
圖1B是根據本揭示內容的實施例的圖1A的奈米結構的截面圖。
圖1C是根據本揭示內容的實施例的圖1A的奈米結構的另一個實例的截面圖。
圖2A至圖2B是根據本揭示內容的實施例的具有不同輪廓的奈米結構的不同實例的透視圖。
圖3是根據本揭示內容的實施例的奈米結構的另一個實例的透視圖。
圖4是根據本揭示內容的實施例的奈米結構的又一個實例的透視圖。
圖5是根據本揭示內容的實施例的奈米結構的又一實例的透視圖,該奈米結構形成於封裝結構中。
在可能的情況下使用了相同的元件符號來指定圖式共有的相同元件。可設想到,在沒有具體敘述的情況下,一種實施方式中所揭示的元件可能有益地利用於其他實施方式中。
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102a:第一組
102b:第二組
104:基板
106a:奈米結構
106b:奈米結構
107:超穎表面
108:高度差
110:第一高度
111:第二高度
112:寬度
114:寬度
120:預定間隙
121:間隙
127:主軸

Claims (16)

  1. 一種超穎表面,包括:一奈米結構陣列,該奈米結構陣列形成於一基板上,該奈米結構陣列具有形狀為立方形或圓柱形的一或多個奈米結構,其中該奈米結構陣列的每個奈米結構經定位以彼此之間隔開一間隙,其中該間隙大於35nm,其中在一第一組的奈米結構中所定義的該間隙是大於在一第二組的奈米結構中所定義的該間隙,且其中當該第一組中的奈米結構具有較高的折射率時,該第一組的奈米結構中的該間隙較大。
  2. 如請求項1所述之超穎表面,其中該奈米結構陣列的該等奈米結構的形狀是具有圓形角落的立方形。
  3. 如請求項1所述之超穎表面,其中該奈米結構陣列的該等奈米結構具有不同的橫向尺寸。
  4. 如請求項1所述之超穎表面,其中具有一立方形或圓柱形的該奈米結構具有一均勻的橫向尺寸。
  5. 如請求項1所述之超穎表面,其中具有一立方形或圓柱形的該奈米結構包括一介電質材料。
  6. 如請求項5所述之超穎表面,其中該介電質材料是以下至少一者:二氧化鈦、氮化矽、非晶矽、晶體矽、氮化鎵及氧化鋁鋅。
  7. 如請求項1所述之超穎表面,其中當該奈米結構具有一較高的高度時,在該奈米結構陣列的奈米結構之間所定義的該間隙較大。
  8. 如請求項1所述之超穎表面,進一步包括:一封裝層,該封裝層封裝具有一立方形或圓柱形的該奈米結構。
  9. 如請求項1所述之超穎表面,其中具有一立方形或圓柱形的該奈米結構具有大於1.8的一折射率以及小於0.001的一吸收係數。
  10. 如請求項1所述之超穎表面,其中該奈米結構陣列的該等奈米結構提供介於0與2π之間的所有可能的透射相位值。
  11. 如請求項1所述之超穎表面,其中該奈米結構陣列的該等奈米結構提供接近1的一透射幅度值。
  12. 一種超穎表面,包括:在一基板上的複數個奈米結構,其中該等奈米結構的每一者彼此以大於35nm的一間隙而間隔開來,其中在該複數個奈米結構的一第一組的奈米結構中所定義的該間隙是大於在該複數個奈米結構的一第二組的奈米結構中所定義的該間隙,且其中當該第一組的奈米結構中的奈米結構具有較高的折射率時,該第一組 的奈米結構中的該間隙較大。
  13. 如請求項12所述之超穎表面,其中該等奈米結構是立方形或圓柱形的形狀。
  14. 如請求項12所述之超穎表面,其中該等奈米結構具有大於1.8的折射率。
  15. 如請求項12所述之超穎表面,其中該等奈米結構是由以下至少一者所製成:二氧化鈦、氮化矽、非晶矽、晶體矽、氮化鎵及氧化鋁鋅。
  16. 一種超穎表面,包括:在一基板上的複數個奈米結構,其中該複數個奈米結構是由以下至少一者製成:TiO2、氮化矽、非晶矽、GaN、氧化鋁鋅或具有折射率大於1.8及吸收係數小於0.001的任何材料,其中該基板是透明的且具有小於0.001的吸收係數,其中在該複數個奈米結構的一第一組的奈米結構中所定義的一間隙是大於在該複數個奈米結構的一第二組的奈米結構中所定義的一間隙,且其中在該第一組的奈米結構中,當該第一組的奈米結構中的奈米結構具有一較高的折射率時,該第一組的奈米結構中所定義的該間隙較大。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2484713A (en) 2010-10-21 2012-04-25 Optovate Ltd Illumination apparatus
GB201705364D0 (en) 2017-04-03 2017-05-17 Optovate Ltd Illumination apparatus
GB201705365D0 (en) 2017-04-03 2017-05-17 Optovate Ltd Illumination apparatus
GB201718307D0 (en) 2017-11-05 2017-12-20 Optovate Ltd Display apparatus
GB201800574D0 (en) 2018-01-14 2018-02-28 Optovate Ltd Illumination apparatus
GB201803767D0 (en) 2018-03-09 2018-04-25 Optovate Ltd Illumination apparatus
GB201807747D0 (en) 2018-05-13 2018-06-27 Optovate Ltd Colour micro-LED display apparatus
US11487139B2 (en) * 2018-11-27 2022-11-01 Applied Materials, Inc. Nanostructures for optical devices
WO2020247184A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 Applied Materials, Inc. Photoresist loading solutions for flat optics fabrication
TW202102883A (zh) 2019-07-02 2021-01-16 美商瑞爾D斯帕克有限責任公司 定向顯示設備
CN114616498A (zh) 2019-08-23 2022-06-10 瑞尔D斯帕克有限责任公司 定向照明设备和防窥显示器
EP4028805A4 (en) 2019-09-11 2023-10-18 RealD Spark, LLC SWITCHABLE LIGHTING DEVICE AND VISION DISPLAY
KR20220077913A (ko) * 2019-10-03 2022-06-09 리얼디 스파크, 엘엘씨 수동형 광학 나노구조를 포함하는 조명 장치
KR20220077914A (ko) 2019-10-03 2022-06-09 리얼디 스파크, 엘엘씨 수동형 광학 나노구조를 포함하는 조명 장치
WO2022104629A1 (zh) * 2020-11-19 2022-05-27 华为技术有限公司 一种图像传感器、分光滤色器件及图像传感器的制备方法
US11287562B2 (en) 2020-02-20 2022-03-29 Reald Spark, Llc Illumination apparatus including mask with plurality of apertures and display apparatus comprising same
US11153556B1 (en) * 2020-03-31 2021-10-19 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Volumetric accessing of a volumetric display
US11303827B2 (en) * 2020-04-27 2022-04-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical device for a thermal sensor and a hybrid thermal sensor
CN111722420B (zh) * 2020-06-18 2022-07-15 武汉邮电科学研究院有限公司 一种基于超表面的光自旋角动量空间模式转换器
CN111624817B (zh) * 2020-06-30 2023-01-13 京东方科技集团股份有限公司 背光模组及其制造方法、显示装置
US11527566B2 (en) 2020-07-23 2022-12-13 International Business Machines Corporation Interpreting optical signals from tailored arrays of metasurfaces
KR20220037274A (ko) * 2020-09-17 2022-03-24 삼성전자주식회사 광학 하이브리드 렌즈 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 장치
US11775021B2 (en) * 2021-08-17 2023-10-03 Apple Inc. Moisture-insensitive optical touch sensors
WO2023207891A1 (zh) * 2022-04-25 2023-11-02 深圳迈塔兰斯科技有限公司 光学系统
US11946802B2 (en) * 2022-08-11 2024-04-02 Visera Technologies Company Limited Ambient light sensor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170030773A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Spectrometer including metasurface

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3976359A (en) 1974-12-02 1976-08-24 White Addison A Instant color movie screen
JP2005084485A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Nikon Corp 回折光学素子
US20100259823A1 (en) 2009-04-09 2010-10-14 General Electric Company Nanostructured anti-reflection coatings and associated methods and devices
WO2012024006A2 (en) 2010-05-21 2012-02-23 Princeton University Structures for enhancement of local electric field, light absorption, light radiation, material detection and methods for making and using of the same
KR101432115B1 (ko) 2010-07-15 2014-08-21 한국전자통신연구원 메타 물질 및 그의 제조방법
US9207363B2 (en) 2013-04-30 2015-12-08 The Boeing Company Anti-reflection nanostructure array and method
CN104570402B (zh) 2013-10-12 2018-05-29 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于超颖材料结构的空间光调制器及其制备方法
US9817250B2 (en) 2015-07-21 2017-11-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulator including nanostructure
EP3130559A1 (en) 2015-08-14 2017-02-15 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Fabrication of nanostructured substrated comprising a plurality of nanostructure gradients on a single substrate
CN108139519B (zh) * 2015-09-08 2021-09-07 华盛顿大学 低对比度的基于氮化硅的超颖表面
US10489924B2 (en) 2016-03-30 2019-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Structured light generator and object recognition apparatus including the same
KR102610832B1 (ko) 2016-08-03 2023-12-06 삼성전자주식회사 메타 광학 소자 및 이의 설계방법
CN107340559B (zh) * 2017-07-04 2019-07-23 北京理工大学 基于超颖表面的高效宽带圆偏振转换器件及方法
US11487139B2 (en) * 2018-11-27 2022-11-01 Applied Materials, Inc. Nanostructures for optical devices

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170030773A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Spectrometer including metasurface

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022507843A (ja) 2022-01-18
KR20210084647A (ko) 2021-07-07
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WO2020112266A1 (en) 2020-06-04
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US11487139B2 (en) 2022-11-01
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