(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-06
(45)【発行日】2023-12-14
(54)【発明の名称】光学装置
(51)【国際特許分類】
G02B 3/00 20060101AFI20231207BHJP
G02B 3/08 20060101ALI20231207BHJP
G02B 1/00 20060101ALI20231207BHJP
【ＦＩ】
G02B3/00 Z ZNM
G02B3/08
G02B1/00
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021181040
(22)【出願日】2021-11-05
(65)【公開番号】P2022180278
(43)【公開日】2022-12-06
【審査請求日】2021-11-05
(31)【優先権主張番号】17/328,681
(32)【優先日】2021-05-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】507296388
【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ
(74)【代理人】
【識別番号】100105946
【弁理士】
【氏名又は名称】磯野 富彦
(72)【発明者】
【氏名】林 國峰
(72)【発明者】
【氏名】曾 雨平
(72)【発明者】
【氏名】謝 錦全
【審査官】小西 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０７１７２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０８６７６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９９３３７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ １／００ － １／０８
３／００ － ３／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中央領域、前記中央領域を囲む第１のタイプの領域、および前記中央領域と前記第１のタイプの領域との間の第２のタイプの領域を有する光学装置であって、前記第１のタイプの領域は、第１のサブ領域、および前記中央領域と前記第１のサブ領域との間にある第２のサブ領域を含み、
前記第２のタイプの領域は、複数の第３のサブ領域を含み、
前記光学装置は、基板、前記基板上に配置されたメタ構造、前記メタ構造上に配置された反射防止層、および前記基板と前記反射防止層との間に配置された保護層を含み、
前記メタ構造は、前記第１のサブ領域の複数の第１のピラー、前記第２のサブ領域の複数の第２のピラー、および各前記複数の第３のサブ領域の複数の第３のピラーを含み、
前記光学装置の径方向に沿った前記光学装置の断面図では、前記複数の第１のピラーの隣接する２つは第１のピッチを有し、前記複数の第２のピラーの隣接する２つは第２のピッチを有し、前記第２のピッチは前記第１のピッチより大きく、前記径方向に沿った半径上では、前記複数の第１のピラーの数は前記複数の第２のピラーの数と同じであり、前記複数の第１のピラーの数および前記複数の第２のピラーの数はそれぞれ４つ以上であり、
各前記複数の第３のピラーの高さは、各前記複数の第１のピラーおよび各前記複数の第２のピラーの高さより低く、且つ前記第２のタイプの領域に垂直に入射した光は、前記第２のタイプの領域を通過した後、前記第２のタイプの領域の法線から１５度以下のずれを生じる光学装置。
【請求項2】
前記光学装置の径方向に沿った前記光学装置の断面図において、前記第１のサブ領域は第１の領域幅を有し、前記第２のサブ領域は第２の領域幅を有し、前記第２の領域幅は前記第１の領域幅より大きい請求項１に記載の光学装置。
【請求項3】
前記光学装置の前記径方向に沿った前記光学装置の断面図において、前記複数の第１のピラーは異なる幅を有し、前記複数の第２のピラーは異なる幅を有し、前記複数の第１のピラーは、第１の所定のピラー、および前記第１の所定のピラーに隣接する第２の所定のピラーを含み、前記第１の所定のピラーは、前記第２の所定のピラーより前記第２のサブ領域に近く、前記第１の所定のピラーの幅は、前記第２の所定のピラーの幅より大きく、前記複数の第２のピラーは、前記第１の所定のピラーに対応する第３の所定のピラー、および前記第２の所定のピラーに対応する第４の所定のピラーを含み、前記第３の所定のピラーの幅は、前記第４の所定のピラーの幅より大きく、前記第３の所定のピラーの幅は、前記第１の所定のピラーの幅より大きい請求項１に記載の光学装置。
【請求項4】
前記光学装置の前記径方向に沿った前記光学装置の断面図において、前記複数の第１のピラーは異なる幅を有し、前記複数の第２のピラーは異なる幅を有し、前記複数の第１のピラーは、第１の所定のピラー、および前記第１の所定のピラーに隣接する第２の所定のピラーを含み、前記第１の所定のピラーは、前記第２の所定のピラーより前記第２のサブ領域に近く、前記第１の所定のピラーの幅は、前記第２の所定のピラーの幅より大きく、前記複数の第２のピラーは、前記第１の所定のピラーに対応する第３の所定のピラー、および前記第２の所定のピラーに対応する第４の所定のピラーを含み、前記第３の所定のピラーの幅は、前記第４の所定のピラーの幅より大きく、前記第４の所定のピラーの幅は、前記第２の所定のピラーの幅より大きい請求項１に記載の光学装置。
【請求項5】
前記光学装置の前記径方向に沿った前記光学装置の断面図において、各前記複数の第３のサブ領域の前記複数の第３のピラーの数は、前記複数の第１のピラーの数より多く、前記複数の第２のピラーの数より多い請求項１に記載の光学装置。
【請求項6】
前記光学装置の前記径方向に沿った前記光学装置の断面図において、各前記複数の第３のサブ領域の前記複数の第３のピラーは、異なる幅を有する請求項１に記載の光学装置。
【請求項7】
前記光学装置の前記径方向に沿った前記光学装置の断面図において、前記複数の第３のピラーの最大幅は、前記複数の第１のピラーの最大幅より大きい請求項１に記載の光学装置。
【請求項8】
前記メタ構造に隣接して配置されたフレネルレンズをさらに含み、前記フレネルレンズは前記中央領域に配置される請求項１に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学装置に関するものであり、特に、異なるピッチを有するメタ構造を含む光学装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、カラーフィルター、集束レンズ、ビームスプリッターなどの従来の光学レンズは、特定の機能を提供するために一緒に組み合わせられる必要がある。さらに、色彩効果（フルカラーイメージングアプリケーションでのパフォーマンスを低下させる）を除去するために、設計者は反対の分散を持つ複数のレンズを一緒に統合する必要がある。これらの従来の光学レンズは、それらを用いる最終装置をかさばらせる可能性がある。
【0003】
近年、メタレンズと呼ばれる集束効果のある薄型レンズが開発されている。メタレンズは、高屈折率材料を用いて光位相を変化させるナノ構造を有する。この構造は、従来の光学レンズの体積と重量を大幅に改善する。
【0004】
しかしながら、既存のメタレンズは、全ての点で満足できるものではない。例えば、一般的なメタレンズ構造は、全ての領域（例えば、エッジまたは周辺領域）で一定の（または固定された）ピッチサイズのピラーを有する。これは、集光効率の低下を招く可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
異なるピッチを有するメタ構造を含む光学装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
メタレンズでは、特定の領域のスキームは、ピラーの数、プロセスの制限（間隔）、スケーリングファクターなどによって、光の特定の偏向角に対して定義される。本開示の実施形態によれば、異なるピッチを有するメタ構造を含む光学装置が提供されて、集光効率が高められることができるようになる。
【0007】
本開示のいくつかの実施形態は、光学装置を含む。光学装置は、中央領域、および中央領域を囲む第１のタイプの領域を有する。第１のタイプの領域は、第１のサブ領域、および中央領域と第１のサブ領域との間にある第２のサブ領域を含む。光学装置は、基板を含む。光学装置は、基板上に配置されたメタ構造も含む。メタ構造は、第１のサブ領域の複数の第１のピラーと、第２のサブ領域の複数の第２のピラーを含む。光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図では、２つの隣接する第１のピラーは第１のピッチを有し、２つの隣接する第２のピラーは第２のピッチを有し、第２のピッチは第１のピッチより大きい。
【0008】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、複数の第１のピラーの数は、複数の第２のピラーの数と同じである。
【0009】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、第１のサブ領域は第１の領域幅を有し、第２のサブ領域は第２の領域幅を有し、第２の領域幅は第１の領域幅より大きい。
【0010】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、複数の第１のピラーは異なる幅を有し、複数の第２のピラーは異なる幅を有する。
【0011】
いくつかの実施形態では、複数の第１のピラーは、第１の特定のピラー、および第１の特定のピラーに隣接する第２の特定のピラーを含み、第１の特定のピラーは、第２の特定のピラーより第２のサブ領域に近く、第１の特定のピラーの幅は、第２の特定のピラーの幅より大きい。
【0012】
いくつかの実施形態では、複数の第２のピラーは、第１の特定のピラーに対応する第３の特定のピラー、および第２の特定のピラーに対応する第４の特定のピラーを含み、第３の特定のピラーの幅は、第４の特定のピラーの幅より大きい。
【0013】
いくつかの実施形態では、第３の特定のピラーの幅は、第１の特定のピラーの幅より大きい。
【0014】
いくつかの実施形態では、第４の特定のピラーの幅は、第２の特定のピラーの幅より大きい。
【0015】
いくつかの実施形態では、光学装置は、中央領域と第１のタイプの領域との間に第２のタイプの領域をさらに有し、第２のタイプの領域は、複数の第３のサブ領域を含む。メタ構造は、各複数の第３のサブ領域に複数の第３のピラーをさらに含む。
【0016】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、各複数の第３のサブ領域の第３のピラーの数は、第１のピラーの数および第２のピラーの数より多い。
【0017】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、各複数の第３のサブ領域の複数の第３のピラーは、異なる幅を有する。
【0018】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、複数の第３のピラーの最大幅は、複数の第１のピラーの最大幅より大きい。
【0019】
いくつかの実施形態では、各第３のピラーの高さは、各第１のピラーおよび各第２のピラーの高さより低い。
【0020】
いくつかの実施形態では、第２のタイプの領域に垂直に入射した光は、第２のタイプの領域を通過した後、光学装置の法線から１５度以下のずれを生じる。
【0021】
いくつかの実施形態では、光学装置の径方向に沿った光学装置の断面図において、第１のピラーの数および第２のピラーの数は４つ以上である。
【0022】
いくつかの実施形態では、光学装置は、メタ構造に隣接して配置されたフレネルレンズをさらに含み、フレネルレンズは中央領域に配置される。
【0023】
いくつかの実施形態では、光学装置は、メタ構造上に配置された反射防止層をさらに含む。
【0024】
いくつかの実施形態では、光学装置は、基板と反射防止層との間に配置された保護層をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本開示の実施形態の態様は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。業界の標準的な慣行に従って、さまざまな特徴が縮尺どおりに描かれていない。実際、さまざまな特徴の寸法は、説明を明確にするために、任意に拡大または縮小されている。
【発明を実施するための形態】
【0026】
次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。また、本開示は、複数の例において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。
【0027】
追加のステップが、例示された方法の前、間、または後に実施されてもよく、例示された方法のその他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるか、または省略されてもよい。
【0028】
さらに、（以下の詳細な説明において）、「下の方」、「下方」、「下部」、「上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴と、別の（複数の）要素と（複数の）特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。
【0029】
本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、記載されている値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－５％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－３％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－２％を意味し、より一般的に、記載されている値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、記載されている値の＋／－０．５％を意味する。本開示の記載値は概算値である。
【0030】
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
【0031】
また、本開示は、以下の実施形態において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。
【0032】
図１は、本開示の一実施形態による光学装置１００を示す部分上面図である。図２は、線Ａ－Ａ’に沿った光学装置１００の部分断面図である。図３は、線Ａ－Ａ”に沿った光学装置１００の部分断面図である。簡潔にするために、光学装置１００のいくつかの構成要素は、図１、図２、および図３では省略され得ることに留意されたい。
【0033】
図１に示すように、いくつかの実施形態では、光学装置１００は、中央領域Ｃ、および中央領域を囲む第１のタイプの領域Ｔ１を有する（または分割することができる）。例えば、第１のタイプの領域Ｔ１は、光学装置１００のエッジ（周辺）領域に配置され得る。いくつかの実施形態では、光学装置１００の上面図は円形である。例えば、光学装置１００の直径は、約１０μｍ～約３０００μｍの範囲であり得るが、本開示はそれに限定されない。
【0034】
いくつかの実施形態では、第１のタイプの領域Ｔ１は、複数のサブ領域を含む。例えば、図２に示されるように、第１のタイプの領域Ｔ１は、サブ領域Ｔ１１、中央領域Ｃとサブ領域Ｔ１１との間のサブ領域Ｔ１２、および中央領域Ｃとサブ領域Ｔ１２との間のサブ領域Ｔ１３を含み得るが、本開示はそれに限定されない。第１のタイプの領域Ｔ１のサブ領域の数は、例えば、６０以上であることができ、これは、実際のニーズまたはプロセスの制限に従って決定されることができる。
【0035】
図２に示すように、いくつかの実施形態では、光学装置１００は、基板１０を含む。例えば、基板１０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、約１．５の屈折率を有するポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ））、またはそれらの組み合わせを含み得るが、本開示はそれらに限定されない。あるいは、基板１０は、半導体オン絶縁体（ＳＯＩ）基板であってもよい。
【0036】
図２に示すように、いくつかの実施形態では、光学装置１００は、基板１０上に配置されたメタ構造２０を含む。いくつかの実施形態では、メタ構造２０は、サブ領域Ｔ１１に複数のピラー２１１、およびサブ領域Ｔ１２に複数のピラー２１２を含む。例えば、各ピラー２１１または各ピラー２１２は、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン、Ｓｉ３Ｎ４、ＧａＰ、ＴｉＯ２、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＰ、ＺｎＧｅＰ２、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含み得るが、本開示はそれらに限定されない。
【0037】
光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）では、同じサブ領域内のピラーは、同じピッチを有し得る。例えば、図２に示すように、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１は、Ｐ１１のピッチを有することができ、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２は、Ｐ１２のピッチを有することができる。
【0038】
いくつかの実施形態では、２つの隣接するピラー２１１（例えば、ピラー２１１－１およびピラー２１１－２）はＰ１１のピッチを有し、２つの隣接するピラー２１２（例えば、ピラー２１２－１およびピラー２１２－２）は、Ｐ１２のピッチを有し、ピッチＰ１２はピッチＰ１１より大きい。ここでは、ピッチＰ１１は、１つのピラー２１１の中心軸から隣接するピラー２１１の中心軸までの距離として定義されることができる。同様に、ピッチＰ１２は、１つのピラー２１２の中心軸から隣接するピラー２１２の中心軸までの距離として定義されることができる。
【0039】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）において、第１のタイプの領域Ｔ１の各サブ領域のピラーの数は同じである。例えば、図２に示されるように、サブ領域Ｔ１１には４つのピラー２１１があり、サブ領域Ｔ１２には４つのピラー２１２があるが、本開示はそれらに限定されない。いくつかの他の実施形態では、サブ領域Ｔ１１に４つ以上のピラー２１１があってもよく、サブ領域Ｔ１２に４つ以上のピラー２１２があってもよい。
【0040】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）において、サブ領域Ｔ１１は、領域幅Ｗ１１を有し、サブ領域Ｔ１２は、領域幅Ｗ１２を有し、領域幅Ｗ１２は、領域幅Ｗ１１より大きい。いくつかの実施形態では、ピッチＰ１１およびピッチＰ１２は、サブ領域Ｔ１１の領域幅Ｗ１１およびサブ領域Ｔ１２の領域幅Ｗ１２に従ってそれぞれ決定される。サブ領域Ｔ１１の領域幅Ｗ１１およびサブ領域Ｔ１２の領域幅Ｗ１２は、光の特定の偏向角に対して定義され得る。
【0041】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）において、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１は異なる幅を有し、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２は異なる幅を有する。例えば、ピラー２１１およびピラー２１２の上面は円形を有してもよく、円形の直径は変えてもよい。円形の直径は、約０．１５μｍ～約０．３０μｍの範囲で変わり得るが、本開示はそれに限定されない。
【0042】
いくつかの実施形態では、図２に示されるように、ピラー２１１－１は、ピラー２１１－２よりもサブ領域Ｔ１２に近く、ピラー２１１－１の幅Ｄ１１１は、ピラー２１１－２の幅Ｄ１１２より大きい。さらに、ピラー２１１－２は、ピラー２１１－４よりサブ領域Ｔ１２に近く、ピラー２１１－２の幅Ｄ１１２は、ピラー２１１－４の幅より大きい（図２では注釈が付けられていない）。即ち、ピラー２１１が中央領域Ｃ（またはサブ領域Ｔ１２）に近いほど、その幅は大きくなる。
【0043】
いくつかの実施形態では、図２に示されるように、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－１は、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１－１に対応し、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－２は、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１－２に対応し、ピラー２１２－１の幅Ｄ１２１は、ピラー２１２－２の幅Ｄ１２２より大きい。同様に、ピラー２１２が中央領域Ｃ（またはサブ領域Ｔ１３）に近いほど、その幅は大きくなる。
【0044】
いくつかの実施形態では、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１の幅は、サブ領域Ｔ１２の対応するピラー２１２の幅より大きい。例えば、図２に示されるように、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１－１の幅Ｄ１１１は、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－１の幅Ｄ１２１より大きくてもよく、サブ領域Ｔ１１のピラー２１１－２の幅Ｄ１１２は、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－２の幅Ｄ１２２より大きくてもよいが、本開示はそれに限定されない。
【0045】
いくつかの実施形態では、メタ構造２０は、サブ領域Ｔ１３に複数のピラー２１３をさらに含む。各ピラー２１３は、ピラー２１１またはピラー２１２と同じまたは類似の材料を含み得る。また、図２に示されるように、サブ領域Ｔ１３のピラー２１３は、Ｐ１３のピッチを有し得る。
【0046】
いくつかの実施形態では、２つの隣接するピラー２１３（例えば、ピラー２１３－１およびピラー２１３－２）は、Ｐ１３のピッチを有し、ピッチＰ１３は、ピッチＰ１２より大きい。ここでは、ピッチＰ１３は、１つのピラー２１３の中心軸から隣接するピラー２１３の中心軸までの距離として定義されることができる。同様に、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）では、サブ領域Ｔ１３に４つのピラー２１３があるが、本開示はそれに限定されない。
【0047】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）において、サブ領域Ｔ１３は、Ｗ１３の領域幅を有し、領域幅Ｗ１３は、領域幅Ｗ１２より大きい。
【0048】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図２に示された光学装置１００の断面図）において、サブ領域Ｔ１３のピラー２１３は異なる幅を有する。
【0049】
いくつかの実施形態では、図２に示されるように、サブ領域Ｔ１３のピラー２１３－１は、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－１（またはサブ領域Ｔ１１のピラー２１１－１）に対応し、サブ領域Ｔ１３のピラー２１３－２は、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－２（またはサブ領域Ｔ１１のピラー２１１－２）に対応し、ピラー２１３－１の幅Ｄ１３１は、ピラー２１３－２の幅Ｄ１３２より大きい。即ち、ピラー２１３が中央領域Ｃに近いほど、その幅は大きくなる。
【0050】
いくつかの実施形態では、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２の幅は、サブ領域Ｔ１３の対応するピラー２１３の幅より大きい。例えば、図２に示されるように、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－１の幅Ｄ１２１は、サブ領域Ｔ１３のピラー２１３－１の幅Ｄ１３１より大きくてもよく、サブ領域Ｔ１２のピラー２１２－２の幅Ｄ１２２は、サブ領域Ｔ１３のピラー２１３－２の幅Ｄ１３２より大きくてもよいが、本開示はそれに限定されない。
【0051】
図２を参照すると、いくつかの実施形態では、光学装置１００は、基板１０上に配置された保護層３０、およびメタ構造２０を保護するためのメタ構造２０をさらに含む。より詳細には、図２に示すように、保護層３０は、メタ構造２０のピラー２１１、ピラー２１２、およびピラー２１３上およびそれらの間に配置することができるが、本開示はそれに限定されない。
【0052】
いくつかの実施形態では、保護層３０の屈折率は、メタ構造２０のピラー２１１、ピラー２１２、およびピラー２１３の屈折率より小さくてもよい。例えば、保護層３０の屈折率は、約１．２～約１．７の間であることができ、保護層３０は、有機材料（例えば、ＰＭＭＡ、ＰＤＭＳ、ＰＭＰ）、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、ＢｅＯ、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含み得るが、本開示はそれに限定されない。
【0053】
いくつかの他の実施形態では、保護層３０の屈折率は、メタ構造２０のピラー２１１、ピラー２１２、およびピラー２１３の屈折率より大きくてもよい。例えば、保護層３０の屈折率は、約２．０～約５．２の間であることができ、保護層３０は、ＳｉＮ、ＴｉＯ２、ＳｉＨ、ＧａＮ、ＨｆＯ２、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅ、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、それらに限定されない。
【0054】
図１に示すように、いくつかの実施形態では、光学装置１００は、中央領域Ｃと第１のタイプの領域Ｔ１との間に第２のタイプの領域Ｔ２も有する。例えば、第２のタイプの領域Ｔ２は、光学装置１００のエッジ（周囲）領域に配置され、第１のタイプの領域Ｔ１に隣接し得る。
【0055】
いくつかの実施形態では、第２のタイプの領域Ｔ２は、複数のサブ領域を含む。例えば、図３に示されるように、第２のタイプの領域Ｔ２は、サブ領域Ｔ２１と、中央領域Ｃとサブ領域Ｔ２１との間に、サブ領域Ｔ２２を含み得るが、本開示はそれに限定されない。第２のタイプの領域Ｔ２のサブ領域の数は、例えば、約６０であることができ、これは、実際のニーズまたはプロセスの制限に従って決定されることができる。
【0056】
図３に示すように、いくつかの実施形態では、メタ構造２０は、サブ領域Ｔ２１の複数のピラー２２１、およびサブ領域Ｔ２２の複数のピラー２２２をさらに含む。
【0057】
いくつかの実施形態では、２つの隣接するピラー２２１（例えば、ピラー２２１－１およびピラー２２１－２）は、Ｐ２１のピッチを有し、２つの隣接するピラー２２２（例えば、ピラー２２２－１およびピラー２２２－２）は、Ｐ２２のピッチを有し、ピッチＰ２２はピッチＰ２１より大きい。ここでは、ピッチＰ２１は、１つのピラー２２１の中心軸から隣接するピラー２２１の中心軸までの距離として定義されることができる。同様に、ピッチＰ２２は、１つのピラー２２２の中心軸から隣接するピラー２２２の中心軸までの距離として定義されることができる。
【0058】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図３に示された光学装置１００の断面図）において、第２のタイプの領域Ｔ２の各サブ領域は、同じ数のピラーを有する。さらに、いくつかの実施形態では、第２のタイプの領域Ｔ２の各サブ領域のピラーの数は、第１のタイプの領域Ｔ１の各サブ領域のピラーの数より多い。例えば、図３に示されるように、サブ領域Ｔ２１には５つのピラー２２１があり、サブ領域Ｔ２２には５つのピラー２２２があるが、本開示はそれらに限定されない。
【0059】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図３に示された光学装置１００の断面図）において、サブ領域Ｔ２１は、Ｗ２１の領域幅を有し、サブ領域Ｔ２２は、Ｗ２２の領域幅を有し、領域幅Ｗ２２は、Ｗ２１の領域幅より大きい。
【0060】
いくつかの実施形態では、光学装置１００の径方向Ｒに沿った光学装置１００の断面図（例えば、図３に示された光学装置１００の断面図）において、サブ領域Ｔ２１のピラー２２１は異なる幅を有し、サブ領域Ｔ２２のピラー２２２は異なる幅を有する。
【0061】
いくつかの実施形態では、図３に示されるように、ピラー２２１－１は、ピラー２２１－２よりサブ領域Ｔ２２に近く、ピラー２２１－１の幅Ｄ２１１は、ピラー２２１－２の幅Ｄ２１２より大きい。即ち、ピラー２２１が中央領域Ｃ（またはサブ領域Ｔ２２）に近いほど、その幅は大きくなる。
【0062】
いくつかの実施形態では、図３に示されるように、サブ領域Ｔ２２のピラー２２２－１は、サブ領域Ｔ２１のピラー２２１－１に対応し、サブ領域Ｔ２２のピラー２２２－２は、サブ領域Ｔ２１のピラー２２１－２に対応し、ピラー２２２－１の幅Ｄ２２１は、ピラー２２２－２の幅Ｄ２２２より大きい。同様に、ピラー２２２が中央領域Ｃに近いほど、その幅は大きくなる。
【0063】
いくつかの実施形態では、サブ領域Ｔ２１のピラー２２１の幅は、サブ領域Ｔ２２の対応するピラー２２２の幅より大きい。例えば、図３に示されるように、サブ領域Ｔ２１のピラー２２１－１の幅Ｄ２１１は、サブ領域Ｔ２２のピラー２２２－１の幅Ｄ２２１よりも大きくてもよく、サブ領域Ｔ２１のピラー２２１－２の幅Ｄ２１２は、サブ領域Ｔ２２のピラー２２２－２の幅Ｄ２２２より大きくてもよいが、本開示はそれに限定されない。さらに、いくつかの実施形態では、図３に示されたピラー２２１－１の幅Ｄ２１１は、図２に示されたピラー２１１－１の幅Ｄ１１１より大きい。即ち、ピラー２２１の最大幅は、ピラー２１１の最大幅より大きい。
【0064】
同様に、図３に示されるように、保護層３０は、メタ構造２０のピラー２２１とピラー２２２上、およびそれらの間に配置されることができるが、本開示はそれらに限定されない。
【0065】
本開示の実施形態では、異なるサブ領域の異なるピッチ、異なるサブ領域の領域幅、または第１のタイプの領域Ｔ１および第２のタイプの領域Ｔ２の各サブ領域のピラーの異なる幅は、光の特定の偏向角に対して定義されることができ、光学装置の集光効率が効果的に高められることができるようになる。
【0066】
図４は、本開示のもう１つの実施形態による光学装置１０２を示す部分断面図である。光学装置１０２の上面図は、図１に示された光学装置１００と同様であり得る。即ち、図４は、線Ａ－Ａ’に沿った光学装置の部分断面図であり得るが、本開示はそれに限定されない。同様に、光学装置１０２のいくつかの構成要素は、簡潔にするために、図４では省略され得る。
【0067】
いくつかの実施形態では、光学装置１０２は、基板１０を含む。光学装置１０２は、基板１０上に配置されたメタ構造２０も含む。メタ構造２０は、サブ領域Ｔ１１にピラー２１１、サブ領域Ｔ１２にピラー２１２、およびサブ領域Ｔ１３にピラー２１３を含む。光学素子１０２の径方向に沿った光学装置１０２の断面図（例えば、図４に示された光学装置１０２の断面図）では、２つの隣接するピラー２１１はＰ１１のピッチを有し、２つの隣接するピラー２１２はＰ１２のピッチを有し、２つの隣接するピラー２１３はＰ１３のピッチを有し、ピッチＰ１３はピッチＰ１２より大きく、ピッチＰ１２はピッチＰ１１より大きい。
【0068】
図４に示すように、いくつかの実施形態では、光学装置１０２は、メタ構造２０上に配置された反射防止層４０をさらに含む。例えば、反射防止層４０は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）、マルチフィルム、または格子層を含み得るが、本開示はそれらに限定されない。
【0069】
いくつかの実施形態では、図４に示されるように、光学装置１０２は、基板１０と反射防止層４０との間に配置された保護層３０をさらに含んで、メタ構造２０を保護する。より詳細には、反射防止層４０は、保護層３０（例えば、ポリマー）と空気との界面の透過を改善することができる。
【0070】
図５は、本開示のもう１つの実施形態による光学装置１０４を示す部分断面図である。光学装置１０４の上面図は、図１に示された光学装置１００と同様であり得る。即ち、図５は、線Ａ－Ａ’に沿った光学装置の部分断面図であり得るが、本開示はそれらに限定されない。同様に、光学装置１０４のいくつかの構成要素は、簡潔にするために、図５では省略され得る。
【0071】
いくつかの実施形態では、第２のタイプの領域Ｔ２の各ピラーの高さは、第１のタイプの領域Ｔ１の各ピラーの高さより低い。例えば、図５に示されるように、第２のタイプの領域Ｔ２のサブ領域Ｔ２１における各ピラー２２１’の高さＨ２は、第１のタイプの領域Ｔ１のサブ領域Ｔ１１における各ピラー２１１およびサブ領域Ｔ１２の各ピラー２１２の高さＨ１より低くてもよいが、本開示はそれらに限定されない。例えば、第１のタイプの領域Ｔ１のサブ領域Ｔ１１の各ピラー２１１およびサブ領域Ｔ１２の各ピラー２１２の高さＨ１は、約０．５μｍ～約１．０μｍの範囲であり得るが、本開示はそれに限定されない。
【0072】
図５に示すように、いくつかの実施形態では、第２のタイプの領域Ｔ２（例えば、サブ領域Ｔ２１）に垂直に入射した光Ｌは、第２のタイプの領域Ｔ２を通過した後、光学装置１０４の法線Ｎから１５度以下のずれを生じる。即ち、出射光Ｌ’と光学装置１０４の法線Ｎとの間の夾角θは、０度～約１５度の範囲であり得るが、本開示はそれに限定されない。
【0073】
前述の実施形態では、メタ構造は、中央領域Ｃ（図示せず）に複数のピラーを含むことができるが、本開示はそれに限定されない。いくつかの他の実施形態では、フレネルレンズがメタ構造２０に隣接して配置され、フレネルレンズは中央領域Ｃに配置される。
【0074】
要約すると、本開示の実施形態では、異なるサブ領域の異なるピッチ、異なるサブ領域の領域幅、または第１のタイプの領域Ｔ１および第２のタイプの領域Ｔ２の各サブ領域のピラーの異なる幅は、光の特定の偏向角に対して定義されることができ、光学装置の集光効率が効果的に高められることができるようになる。
【0075】
前述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は請求項を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。
【0076】
本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の用語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の用語の説明は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。
【0077】
さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせてもよい。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。
【符号の説明】
【0078】
１００、１０２、１０４ 光学装置
１０ 基板
２０ メタ構造
２１１、２１１－１、２１１－２、２１１－４、２１２、２１２－１、２１２－２、２１３、２１３－１、２１３－２、２２１、２２１’，２２２、２２１－１、２２１－２、２２２－１、２２２－２ ピラー
３０ 保護層
４０ 反射防止層
Ａ－Ａ’、Ａ－Ａ” 線
Ｃ 中央領域
Ｄ１１１、Ｄ１１２、Ｄ１２１、Ｄ１２２、Ｄ１３１、Ｄ１３２、Ｄ２１１、Ｄ２１２、Ｄ２２１、Ｄ２２２ 幅
Ｈ１、Ｈ２ 高さ
Ｌ 光
Ｌ’ 出射光
Ｎ 法線
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２２ ピッチ
Ｒ 径方向
Ｔ１ 第１のタイプの領域
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３ サブ領域
Ｔ２ 第１のタイプの領域
Ｔ２１、Ｔ２２ サブ領域
Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ２１、Ｗ２２ 領域幅
Ｘ、Ｙ、Ｚ 座標軸
θ 夾角
１０ 基板
２０ メタ構造
２１１、２１１－１、２１１－２、２１１－４、２１２、２１２－１、２１２－２、２１３、２１３－１、２１３－２、２２１、２２１’，２２２、２２１－１、２２１－２、２２２－１、２２２－２ ピラー
３０ 保護層
４０ 反射防止層
Ａ－Ａ’、Ａ－Ａ” 線
Ｃ 中央領域
Ｄ１１１、Ｄ１１２、Ｄ１２１、Ｄ１２２、Ｄ１３１、Ｄ１３２、Ｄ２１１、Ｄ２１２、Ｄ２２１、Ｄ２２２ 幅
Ｈ１、Ｈ２ 高さ
Ｌ 光
Ｌ’ 出射光
Ｎ 法線
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２２ ピッチ
Ｒ 径方向
Ｔ１ 第１のタイプの領域
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３ サブ領域
Ｔ２ 第１のタイプの領域
Ｔ２１、Ｔ２２ サブ領域
Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３、Ｗ２１、Ｗ２２ 領域幅
Ｘ、Ｙ、Ｚ 座標軸
θ 夾角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】