TW201227005A - Photoelectric devices having non-homogeneous polarization selectivity and the manufacturing method thereof - Google Patents

Description

201227005 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種偏振光學元件，尤指一種具有非均勻偏振 選擇性之光學元件及其製作方法。 【先前技術】 隨著光電科技的快速發展，產業對於光學偏振或稱之為偏極 化的相關應用曰盈廣泛。例如在半導體製造過程中，需要愈來越 •複雜的微顯影製程，如何產生非均勻的偏振場型仍舊是業者的難 題’這其中還包括成本與可選擇性等問題。另外在生醫影像檢測 的應用領域上，由於觀測尺度的縮小，例如在奈米尺度下，待測 物的形狀與材料將與入射光產生吸收或散射等交互作用，在某些 使用條件下，入射光的偏振方向必須符合特定的極化方式。另外 在光通訊的應用領域，如果能夠以經濟的成本達到入射光符合特 定的全頻域極化方式，就可以方便處理Beam shaping等問題更 旎增加光資訊的解析度與對比度。經過特殊不均勻極化方式處理 的光也可以應用於蟄術方面，如彩繪玻璃的道理，讓藝術品呈現 不同的視覺效果。 在材料的選擇方面，本領則㈣偏振光學元件有液晶、光 柵式模材、特殊晶體以及光學偏振片料。然而液晶或特殊晶體 材料的成本極高，通常又僅適驗單—波長的絲，無法提出寬 頻又低成本的解決方案。而目前所知的光柵式光學元件也難以提 供非均勻的偏振場型的解決方案。 另外’為能辆使光線偏極域偏翻效果，也有人提出共 201227005 產生非均妙布的偏振場型。料 光^^於早—波長的人射光；而用干涉法職要_而精i的 先路s又叶’不利於以符合成本考量的方式實施。 勺 盒研人絲s知技術之種種不足，75經悉心試驗 2九ϋ-核而稀之精神，發邮本案具有 =!元件及其製作方法，可以滿足各種不同用途二 【發明内容】 本發明之特徵在於提供—種具有非均⑽振選雜之光學元 lit含有一透光基材、一第一光學片和—第二光學片。‘ 基材/、有-表面；該第-和該第二光學片配置於該表面上，對带 磁波偏振方向至少於可見光全躺具有_選性，且該第一及該J 二光學片的篩選方向不同。 乂 根據上述之另_構想’本發明提卜種光學元件，其包含具 有-表面的-透光基材以及複數光學片。該等光學片對電磁波偏 振方向至少於可見光全賴具销雜姐置於絲面上不同的 部位’且料光學片至少其巾之—對電磁祕振的篩選方向里於 其他光學 >;對電魏驗的篩選方向，以軸—麵勻性偏振場 型。 、根據上述之另-構想’本發明提出—種具有全頻域非均句偏 振選擇性光學元件之製作方法，包含下列轉：（a)提供—透光基 材’其具有-表面；以及⑹在該表面上g己置複數光學#，其中該 201227005 等光子片對I磁波偏振方向具有篩選性，且各自依據其預定之筛 選方向覆蓋於該透光基材之該表面。 如則述本發明之具有非㈣偏振選擇性之光學元件及其製作 :法’得藉由下列實施例及圖示說明，俾使得本領域具一般知識 者更深入之了解其實施方式與優點： 【實施方式】 本發明之麟手段料細·如下，健本㈣之目的 徵與優點’當可由此得-深入且具體之了解，然而下列實施例血 圖不僅提供參考與賴之用，並翻讀本發明加⑽制。、 依據本發日⑽基本聽，將具有偏振選擇㈣光學元件作為 ，合的基本元件。所述的具有偏振選擇性的光學元件包括液晶、 ^柵式模材、特殊晶體以及絲偏振片科，然而，光拇式模材 =學偏糾的成本低於其他種_絲元件，使料兩種材料 產品比較符合經濟效益。例如，將表面塗有—層蛾分子的 -子透_料城方向舰成為_， :分子透明物質的形變過程而逐漸的形成許多非常細密= 線條,心財法可即彡雜有全賴驗 片，可以翻於轉錄劍極細人射光線 ^振 ^t至於紫外線或紅外線，使人射光線經過偏振片2後 ”有剩下職方向與雜;^料透_符合的—部分 光學偏振片通常有吸收式偏振片或反射式偏振片兩種。 、 件ΓΓ:構想，利用多個上述具有偏振選擇性的光學元 件’在-個二維雜上按照_上的絲_4喊轉與排列， 201227005 就能夠組合出一個具二維空間電磁波局部偏振選擇性的光學元 件。使用不具有減或偏麟_光源騎，就可赌由反射或 穿透方式而產生符合光學元件上面峨置的神偏振的電磁波。 隨著不_應用，當需要時’可經由偏振元件_置而形成非均 勻偏振態的電磁波。

請參閲第1圖’其為本發明一種具有非均勻偏振選擇性之光 學元件第-實施例之示意圖，圖左表示光學元件1G的正面，圖右 則是光學元件10 _視圖，光學元件1G是由一透光 基材100和多個光學片所構成，所述的光學片配置於透光基材⑽ 的一表面101。為方便說明，圖中一部份的光學片11〇、12〇 =〇以元件符號標示，光學片11G、⑽、13G、⑽以及未標示的 t學片都具有十六分之—圓的形狀，而本例的透光基材⑽為 0形’因此，這光學片共同組成透光基材1G的外形。本圖是以圓 形為例，光學耕H)並不限於圓形，配合應用上的需 =尸’光學树1G的外形可能職多邊形或其他特殊乍 而所需光學片的數量也不限於㈣，可視f要而調整。

光風2 mm⑽、⑽以及未標示的各 穿=^ ’錢箭頭符號表示其 穿透軸。例如，光學片110具有穿透轴⑴ 料121’光學片伽具有穿透轴⑶，而先學二 苴如Γ鄰 學片（例如光學片110、12〇) '、偏振方向不…從圖左所顯示的光學片M合可以 _方向制圍鮮圓轉置錢 2 透或反射之後形成-幾何對稱且均勻的模場，、:=::: 6 201227005 位角（azimuthal)偏振態，利用偏振膜材或偏振片所製作的光學元 件10相較於本領域習知的藉由液晶開關方可達成 具有低成本且易於生產的優點。 & 請參閱第2圖，其為本發明一種具有非均句偏振選擇性之光 學請第二實關之示意圖，駄表示絲元件2q的正面，圖右 則是光學元件20的側視圖。如圖所示，光學元件2〇是由一透光 基材200和多個光學片210、22〇、23〇、24〇所構成，所述的光 學片配置於透光基材200的一表面2〇1。。相同的， 讀20並不限於_，配合應用上的需要或是製作上的考量 學疋件20的外形可能做成多邊形或其他特殊形狀，光學片的數量 也不限於4片谢所示的透絲材2⑽由光則2iq、咖、咖、 ^完目^°加，若峨她輪㈣，或其他應 的’則只需要讓-些光學片按照設定的配置方式局部貼 在透先基材200上。而且，透光基材2〇〇的功 以配置所需要的光料，如果技術上可行，也可以料他== ❿ 峨峨鄉其他固定位 如第2圖所示，光學片21〇、22〇、23〇、24〇各自 、 方向的偏振選擇性，以雙箭稱縣示 學2、早 =伽’光學讀具有穿透_，光學上片具= 轴231，而光學片240具有穿透軸241。特別注意的是， 的::她如光學片210、22〇)其偏振方向不同，因此，光： 對於電磁波可產生特殊的非均勾且不對稱的局部偏= 201227005 與开H —圖，其為本發，種具有非均勻偏振選擇性之光 1上_二貫施例之示意圖，圖左表示光學元件3G的正面，圖右 疋光學70件30的側視圖。如圖所示，光學元件30是由一透光 ^=0和多個光學片所構成，所述的光學片配置於透光基材_ 表面301。為方便說明，圖中-部份的光學片310、320、330 找標示，光學片綱、320、330、_以及未標示的 ^子片都具有十六分之形狀，而本例的透光基材_為 這光學片共同組成透光基材3G的外形。相同的，本 圖，以0㈣例，光學元件3G並秘於_，齡躺上的 =作上的考量’光學元件3。的外形可能做成多邊形或其他特 殊形狀’而所需光學片的數量也不限於16片，可視需要而調整。 =^圖所示’光學片31〇、32〇、33〇、34〇以及未標示的各 =片各自具有其單-方向的偏振選機，以雙箭頭符號表示其 牙。例如’光學片310具有穿透車由31卜光學片320具有穿透 轴321，光學片33〇具有穿透轴33卜而光學片_具有穿透轴 341。特別注意的是，圖中相鄰的兩光學片（例如光學片则、咖） 其偏振方向不同。從圖左所顯示的光學片組合可以了解，各穿透 轴的方向共__愤置_使縣不钱振雖的光線 或反射之後形成-幾何對稱且均勻的模場，本實施例又稱為徑向 對稱(rnhal)偏振態’ 偏振膜材或偏振片所製作的光學 3〇相較於本領域習知的藉崎晶關村達成的偏振功效，更且 有低成本且易於生產的優點。 〃 相較於第卜3圖所示可形成幾何對稱且均勻的模場光學元 件’為了配合在使用上的需要，光學片的偏振方向也可以各自依 201227005 據其預定之篩選方向配置於透光基材的表面。參閱第4圖所示， 配置於基材400的一表面401上面的光學片41〇、42〇、44〇、 、470、480的穿透軸方向是方位角型態；而光學片43〇、彻 =穿透輪方向是經向鶴’當光通光學元件4G時，經由光學片的 師選=形成非均勻偏振態。如此—來，即可按照㈣者的需求而 產生偏振方向相異的TE波與™波’増加使用 ⑩if使用上的需求而在光線通過的截面上局部調 實施例。請=第tr月ί提供更具有設計彈性的具體 1第圖，其為本發明一種具有非均勻偏 光與元件:^學疋件第五實施例之示意圖。如圖所示， 无子疋件5 0疋由—遠土贫1 . r η Λ -r 透先基材500和多個光學片所構成， =I片中，透光基材5〇°的-表面5〇1。為方 510^20. 530 .54^^ 性，其穿透軸分別為511初 具有其單一方向的偏振選擇 穿透軸方向是水平方向直方向，而光學片520、530、550的 殊的非均句且不對_局部:振=元件50對於電磁波可產生特 學片电不?透光基材50的外形是由形狀相同的光 =二成，母—片光學片各 面501上的一個面 ^ 叼衣 構成-個較大面穑沾 這些相鄰的面積單位就可以 光學片520、530、550 =狀。如圖中具有水平方向穿透軸的 /、同構成一個L形的區域，而被其他具有 201227005 向穿透轴的光學片所包圍。因此，表面5G1上形成一個局 刑1向偏振贿的L職域’而其他區_為#直方向偏振 匕同的概念之下，使用者也可以按麟定的方式來配置偏 振片或偏振則的位置，以組合成為各種不同的局部偏振區塊。 本，提供鮮的方式’依照使用者需求而產生特殊的非均 :购型’並具備易於製造、低成本、使用彈性高等等優點。 在各種需要特殊非均勻驗_光_技_域+，例如半導體 itif，像、光錯、感測、乃至於藝術設計，當需要採用非 =:偏振光糾，本發明魏提供良好的實施方式。 實施例 1. -種具有料自偏振選雜之光學元件，其包含： 一透光基材，其具有一表面； ” 一第一光學片，配置於該表面上；以及 -第二光學片，配置於該表面上，其中該第—及該第二 片對電磁波偏振方向至少於可見光全躺具有_·，且 及該第二光學片的篩選方向不同。 ° 2.如實施例1所述之光學元件，其中該透光基材之外形 0形、方形、或多邊形，該等光學片具有相同之形狀，且叙 以共同組成該透光基材之該外形。 ’二 3. 如實施例1所述之光學元件，其中光學片含有一斑。 4. 如實_ i所述之光學元件，料鱗絲 模材或光料膜。 其中該等光學片係為吸 5.如實施例1或4所述之光學元件， 收式偏振片或反射式偏振片。 201227005 6. —種光學元件，其包含： 一透光基材’其具有一表面；以及 複數光學片，該等光學片對電磁波偏振方向至少於可見光全 頻域具有篩選性並配置於該表面上不同的部位，且該等光學片至 少其中之一對電磁波偏振的篩選方向異於其他光學片對電:波偏 振的篩選方向，以形成一非均勻性偏振場型。 7·如實施例6所述之光學元件，其中料絲片係為吸收式 偏振片或反射式偏振片。 8. 如實施例6或7所述之光學元件，其中該等光學片係各自 依據一預定篩選方向，且配置於該表面不同的部位。 9. 一種具有全頻域非均勻偏振選擇性光學元件之製作方 法，包含下列步驟： 提供一透光基材，其具有一表面；以及 在該表面上配置複數光學片’其中該等光學片對電磁波偏振 方向具有篩選性’且各自依據其就之_方向覆蓋於該透光基 材之該表面。 10. 如實施例9所述之方法，其中該等光學片係為一吸收式 偏振片或一反射式偏振片。 雖然本發明已以數贿佳實補揭露如上，然其並非用以限 ^本發明’任何熟習此技齡，在獨縣發明之精神和範圍内， 田可作些許之更動與稱’因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 201227005 第 圖 :本發明一種具有非均勻偏振選擇性之光學元件第一實施 例之示意圖。 、^ 第2圖：本發明一種具有非均勻偏振選擇性之光學元件第二實施 例之示意圖。 —貝也 施 第3圖：本發明一種具有非均勻偏振選擇性之光學元件第二餘 例之不意圖。 第4圖：本發明一種具有非均勻偏振選擇性之光學元件第四實扩 例之示意圖。 貝也 第5圖：本發明一種具有非均勻偏振選擇性之光學元件第五，施 例之示意圖。 貝 【主要元件符號說明】 10、20、30、40、50 光學元件 1〇〇、200、300、400、500 透光基材 1〇卜 2(U、301、401、501 表面 110、 120、130、140、210、 光學片 220、230、240、310、320、330、 340、410、420、430、440、450、 460、470、480、510、520、530、 540、550、560 111、 12卜131、141、21卜 光學片穿透軸 22 卜 231、241、311、321、331、 34 卜 411、421、431、441、45 卜 46卜 471、481、5Π、521、53卜 541 > 551 > 561

Claims (1)

1. 201227005 七、申請專利範圍： 1. 一種具有非均勻偏振選擇性之光學元件，其包含： 一透光基材，其具有一表面； 一第一光學片，配置於該表面上；以及 一第二光學片，配置於該表面上，其中該第—及該第二光風 片對電磁波偏振方向至少於可見光全頻域具有篩選性，且該苐二 及該第一光學片的筛選方向不同。 2. 如申請專利範圍第i項之光學元件，其中該透光基材之 為圓形、方形、或多邊形，該等光學片具有相同之形狀， 置以共同組成該透光基材之該外形。 、’生配 3.如申請專利範圍第1項之光學元件’其中該等光學片含有一碰 式模材或光學薄膜 1項之光學元件，其_光學片係為= 學片係為 5. 如申請專利範圍第1或4項之光學元件，其中該等光 吸收式偏振片或反射式偏振片。 Φ 6. —種光學元件，其包含： 一透光基材，其具有一表面；以及 複數光學片，該等光學片對電磁波偏振方向至少於 域具有雜並配置於該表面上不_部位，且料光風片至小、 電磁波偏振的篩選方向異於其他光 〇師k方向，以形成一非均勻性偏振場型。 請細第6項之絲元件，其中鮮响係為吸收 式偏振片或反射式偏振片。 8白如申請專利第6或7項之光學树，其中該等光學片係各 自依據-駭1$選方向，且配置於絲面不同的部位。 13 201227005 9. -種具有全頻麵均自偏振 下列步驟： 谭先予兀件之製作方法，包含 提供-透光基材，其具有一表面；以及 在該表面上配置複數光糾，其巾鮮絲㈣電做偏振方 i該^選性，且各自依據其預定之筛選方向覆蓋於該透光基材 10. 如申請專利範圍第9項之方法，直中哕黧本風 式偏振…反射_^^其_撕係為一吸收

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