光学组件、使用光学组件的光学传感器以及光学组件的制造方法技术

本发明专利技术提供一种光学组件、一种使用所述光学组件的光学传感器、以及一种所述光学组件的制造方法。所述光学传感器包括：具有多个光路的半导体衬底；形成在所述半导体衬底上的光学玻璃衬底；形成在所述光学玻璃衬底上的样本平台；形成于所述样本平台上的至少一传感器金属薄膜，且所述传感器金属薄膜通过表面等离子共振（ＳＰＲ）感知光而使光以预定角度反射；设置在所述半导体衬底下表面上的光源，所述光源朝所述光路之一发射具有特定波长的光；设置于所述半导体衬底和所述光源之间的偏振片，所述偏振片使由所述光源发射的光偏振为横向磁光；设置在所述半导体衬底和所述光学玻璃衬底之间的衍射光栅片，所述衍射光栅片以特定角度将所述衍射光衍射以入射到所述传感器金属薄膜上；以及设置于所述半导体衬底的所述下表面上的至少一光接收器，所述光接收器探测通过至少一所述光路并从所述传感器金属薄膜反射的光。按照所述方法，制造具有多功能的光学装置成为可能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学组件、一种使用所述光学组件的光学传感器、以及一种所述光学组件的制造方法，并且更特别地，涉及一种利用了微光技术的衬底型光学组件，该微光技术使用了平版印刷工艺，一种使用了衬底型光学组件的光学传感器，以及一种衬底型光学组件的制造方法。
技术介绍
一般地，微光技术用于多种领域，比如显示器、光通信装置，等等。特别地，将已用作制造电子装置的微光技术应用于制造微光元件。例如，微光技术用于制造电荷耦合装置(CCD)的显微透镜阵列和滤色镜、投影显示装置、互补金属氧化物半导体(CMOS)摄像传感器(CIS)，等等。此外，微光技术用于制造小型化、低成本的光学组件，并且在与显示相关的各种光学元件
具有改进的性能，例如液晶显示器(LCD)等的背景光单元(BLU)、用于通讯的光收发机组件、用于通讯的平板光波电路(PLCs)、红绿蓝(RGB)发光二级管光学组件、光学传感器、光信号处理器、光微型机电系统(MEMSs)，等等。首先，作为本专利技术一方面的衬底型光学组件的传统技术将描述于下。目前，各种各样的材料，例如光学玻璃、光学树脂、硅等正被用作微光装置的衬底，并且所述衬底的表面经过平版印刷工艺、蚀刻、成型等处理。作为由表面处理而成的透明衬底光学组件的例子，有用于CIS的显微透镜阵列、投影LCD等以及用于LCD的BLU。摄像传感器和投影LCD使用以像素点为单元的显微透镜阵列聚焦光。由于晶体管和排列成矩形点阵的布线占据了衬底相当大的部分，这增强了每个像素局部的光的强度，所述像素与所述光反应。与显微透镜衬底垂直的入射光通过每个透镜并聚集于所述透镜的焦点上。CIS将光聚焦于栅极(gate)上以增强像素感光性，且投影显示增大了-->传输到液晶单元内的光量以增强光亮度。在传统的投影LCD中，显微透镜阵列通过以下步骤制造。以二维形式相隔几十微米设置的感光树脂单元图案是由平版印刷工艺形成。加热以融化感光树脂来形成感光树脂单元图案，且由此凭借融化的感光树脂的表面张力形成球形感光树脂透镜阵列。最后，通过干蚀刻法，将球形感光树脂透镜阵列移动到光学薄膜或光学衬底上。可选地，在大约几百度的低温下融化的硼硅酸盐玻璃(BPSG)膜形成于衬底上，且之后用感光树脂单元图案作为蚀刻模具而将BPSG膜干蚀刻。将感光树脂图案移除后，加热所得反应产物以融化BPSG单元并凭借融化的BPSG单元的表面张力而形成球形透镜阵列(参见日本授权公开专利平成第06-326285号以及韩国授权公开专利第2005-0025230号以及第2003-0004045号)。在其内形成有显微透镜的衬底贴合于液晶单元衬底上，所述液晶单元衬底上，使用光学树脂结合有薄膜晶体管(TFTs)，以便光路排成一条直线。按照投影LCDs的显微透镜技术，两衬底彼此贴合在一起，并且可以按照本专利技术目的的层压衬底类型的光学组件这种方式来使用。此外，LCD BLUs使用由片状薄膜，例如棱镜、漫射板、偏振片等与由透明树脂制成的光导向板贴合在一起的这样一种结构。在此结构中，细长的冷阴极荧光灯(CCFLs)与位于所述光导向板边界上的边缘平行排列。当被全反射时，光易于传播进入所述光导向板，且当被全反射时传播的所述光通过与衬底整个表面相贴合的棱镜片以垂直于所述衬底的方向折射，并通过漫射板而分散，从而以垂直于衬底的方向使液晶单元发光。按照本专利技术的目的，该方法使用与各种薄片相贴合的光导向板代替多层衬底，但按照本专利技术的另一目的，光导向板改变了垂直和平行于衬底的光路以便使用它们。然而，这可能是垂直于衬底方向上的平均分散光的相对简单的功能。除了上述的透明衬底外，硅衬底可用于衬底型光学组件。在该情况下，具有几微米至几百微米大小的微细结构，通过使用由异性蚀刻法印刷于衬底表面的图案来构成，该异性蚀刻法是一种利用硅晶体表面蚀刻特性差异的湿蚀刻法。使用构建于衬底上的此种结构，光电装置，例如光源、光探测器等，-->或者单独的光学装置，例如光纤、透镜等通过单独装置绑定方法，例如倒装邦定(flip-chip bonding)，易于排列并固定，从而完成光学构造。该技术涉及硅光具座(Silicon Optical Bench，SiOB)，该硅光具座用于封装通信用光学装置。根据该技术，将几种光学元件，例如光源、光探测器、光纤、显微透镜等仅形成在衬底的一个表面上，且沿衬底表面的方向形成光路，但不穿透衬底(参见“硅基集成光路(ilica-based optical integratedcircuits)”，英国电机工程师协会，光电子学，第143、263-280卷，1996)。将上述衬底型微光组件的例子分成以下类型。在一例子中，将光学元件，例如透镜等构建于透明光学衬底的表面上，以在垂直于衬底的光通过时获得透镜阵列的功能。另一例子，在使光沿着所述透明衬底传播时，通过构建于衬底表面上或与衬底表面相贴合的光学元件，以垂直于衬底的方向分散和传递光。另一例子在硅衬底上构建微细结构，并使用这种微细结构将精细的光电子照相装置进行光学校准。其次，使用衬底型光学组件的光传感器，特别是作为本专利技术另一方面的表面等离子共振(SPR)光传感器将描述于下。迄今为止，衬底光学组件已被用在上述的显示器或与光通信相关。然而，根据本专利技术的一个方面，本专利技术将衬底型光学组件应用于生物光传感器上。显然，本专利技术的目的可适用于多个领域，例如显示器、光通信装置、MEMs，等等。这种SPR光传感器在分子级上使用了有机材料，且因此不需要贴合荧光标签。此外，该SPR光传感器可探测到发生在传感器表面上的分子级上非常少量的反应，并因此引起关注。用于该SPR光传感器的各种方法，例如使用棱镜的方法(Biacore公司)、使用衍射光栅的方法(哈达马特变换光谱仪生物系统公司)、使用光纤或波导的方法，等等已被提出(参见“论表面等离子体激光传感器(urface plasmon sensors review)”，传感器与传动器，B54，3-15，1999)。棱镜或衍射光栅型SPR光传感器将在传感器表面上的入射光的入射角固定为近似于SPR角的最大角，在该SPR角时，反射光的强度变化最大，且根据由在表面上的分子键联引起的反射光强度的变化，测量传感器的传感信号(参见美国专利第5965456号)。由于对传感器的高灵敏性，该方法常-->常被使用。然而，该方法使用用于调整入射角的旋转装置。因此，增加了传感器的尺寸，并且难于将传感器制造为便携式装置或微芯片。一种用于去除入射光旋转装置并使传感器相对小型化的方法已由德克萨斯州仪器(TI)公司开发。该方法使用入射在为多边形棱镜一表面的传感器表面上的光，代替了作为发射光的平行光，并根据使用无旋转装置的检测器阵列的角度的改变，探测到由传感器表面发射的光强度的改变(EPNo.0797091)。然而，使用检测器阵列的TI方法具有低精度，且也难于将传感器制造成微型装置。除了上述方法，还有另一种使用衍射光栅和微光具座的方法。按照该方法，传感器的体积很大，且由此传感器很难小型化，并且涉及衬底型光传感器组件。此外，由于该方法使用固定衍射光栅，不可能调整SPR角度(参见韩国授权公开专利第2001-0110428号)。衬底型光学组件技术的三个例子如上所述。第一，衬底型显微透镜阵列技术仅用于制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学组件，其包括：　具有至少一光路的衬底；和　插入并固定于所述光路中的至少一透镜，用以使入射光折射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2006-10-24 10-2006-0103655;KR 2007-1-16 10-20071、一种光学组件，其包括：具有至少一光路的衬底；和插入并固定于所述光路中的至少一透镜，用以使入射光折射。2、如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述光路形成为垂直穿过所述衬底的锥体孔形，以便将所述衬底的上表面和下表面光互连。3、如权利要求1所述的光学组件，其特征在于：所述透镜为球形，且当将所述透镜插入所述光路中时，突出于所述衬底的所述透镜的部分为平面。4、如权利要求3所述的光学组件，还包括：光源，用于产生围绕所述光路或所述平面透镜的衬底表面上的光；或光探测器，用于探测入射光。5、如权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述光源为激光器二极管，且所述光探测器为光电二极管。6、一种光学组件，其包括：具有至少一光路的衬底，所述光路具有预定厚度的透明光介质；和形成于所述透明光介质上的光学元件，以执行光学功能。7、如权利要求6所述的光学组件，其特征在于：所述透明光介质包括二氧化硅玻璃薄膜。8、如权利要求6所述的光学组件，其特征在于：所述光路是形成在所述衬底的一个或两个表面上的锥形槽的形状，且预定厚度的所述透明光介质形成于所述槽的内表面，以便使所述衬底的上表面或下表面光互连。9、如权利要求6所述的光学组件，其特征在于：所述光学元件为偏振片、相移片、反射薄膜、薄膜滤光器、光学薄膜，以及透明或衍射图案之一。10、如权利要求1或6所述的光学组件，其特征在于：所述衬底包括半导体衬底、光学玻璃衬底、水晶衬底以及光学树脂衬底的至少一种，或者为所述衬底的迭加。11、如权利要求10所述的光学组件，其特征在于：所述半导体衬底为具有[100]表面的硅衬底。12、一种光传感器，其包括：具有多个光路的半导体衬底；形成在所述半导体衬底上的光学玻璃衬底；形成在所述光学玻璃衬底上的样本平台；形成于所述样本平台上的至少一传感器金属薄膜，且所述传感器金属薄膜用于通过表面等离子共振(SPR)感知光而使光以预定角度反射；设置在所述半导体衬底下表面上的光源，所述光源用于朝所述光路之一发射具有特定波长的光；设置于所述半导体衬底和所述光源之间的偏振片，所述偏振片用于使由所述光源发射的光偏振为横向磁光；设置在所述半导体衬底和所述光学玻璃衬底之间的衍射光栅片，所述衍射光栅片用于以特定角度将所述衍射光衍射以入射到所述传感器金属薄膜上；和设置于所述半导体衬底的所述下表面上的至少一光接收器，所述至少一光接收器用于探测通过至少一所述光路并从所述传感器金属薄膜反射的光。13、如权利要求12所述的光传感器，其特征在于：所述光源包括激光器二极管。14、如权利要求12所述的光传感器，其特征在于：安装所述衍射光栅片以使其沿于所述半导体衬底上形成的所述导引槽移动，以便调整所述衍射角。15、如权利要求14所述的光传感器，还包括：用于润滑的光学流体，所述光学流体用于使所述衍射光栅片沿着所述导引槽平滑地移动。16、如权利要求12所述的光传感器，其特征在于：所述光接收器为光电二极管，且从所述传感器金属薄膜反射的光被反射于所述光路内，并入射于所述光电二极管上。17、一种光传感器，其包括：具有多个光路的半导体衬底；形成在所述半导体衬底上的光学玻璃衬底；形成在所述光学玻璃衬底上的样本平台；形成于所述样本平台上的至少一传感器金属薄膜，且所述传感器金属薄膜用于通过表面等离子共振(SPR)感知光而使光以预定角度反射；设置在所述半导体衬底下表面上的光源，所述光源用于朝所述光路之一发射具有特定波长的光；至少一透镜，所述透镜插入并固定于所述光路内以使从所述光源发射的光折射；设置在所述半导体衬底和所述光学玻璃衬底之间的衍射光栅片，所述衍射光栅片用于以特定角度将所述透镜折射的光衍射，以入射到所述传感器金属薄膜上；设置于所述半导体衬底的所述下表面上的至少一光接收器，所述至少一光接收器用于探测通过至少一所述光路并从所述传感器金属薄膜反射的光；以及设置于所述半导体衬底和所述光源之间的偏振片，所述偏振片用于使从所述传感器金属薄膜反射的光偏振为横向磁光。18、如权利要求17所述的光传感器，其特征在于：所述光接收器为具有芯片形式的光电二极管，且从所述传感器金属薄膜反射的光被插入于所述光路中的所述球形的接收光透镜折射，并入射在所述光电二极管上。19、一种光传感器，其包括：具有至少一光路的半导体衬底；形成在所述半导体衬底上的光学玻璃衬底；形成在所述光学玻璃衬底上的样本平台；形成于所述样本平台上的至少一传感器金属薄膜，且所述传感器金属薄膜用于通过表面等离子共振(SPR)而使光以预定角度反射；设置在所述半导体衬底下表面上的光源，所述光源用于朝所述光路之一发射具有特定波长的光；至少一透镜，所述透镜插入并固定于所述光路内以使从所述光源发射的光折射；设置在所述半导体衬底和所述光学玻璃衬底之间的衍射光栅片，所述衍射光栅片用于以特定角度将由所述透镜折射的光衍射，以入射到所述传感器金属薄膜上；设置于所述半导体衬底侧部的至少一光接收器，所述至少一光接收器用于探测从所述传感器金属薄膜反射的，以及所述光学玻璃衬底和所述样品平台而被全反射的光，；和设置于所述半导体衬底和所述光接收器侧部之间的偏振片，所述偏振片用于使从所述金属薄膜反射的光偏振为横向磁光。20、如权利要求12、17或19所述的光传感器，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底，且所述光路为垂直穿过所述硅衬底的锥形孔的形状，以便将所述硅衬底的上表面和下表面光互连。21、如权利要求12、17或19所述的光传感器，其特征在于：所述样品平台包括光学玻璃衬底或光学树脂衬底。22、如权利要求17或19所述的光传感器，其特征在于：所述光源包括具有芯片形...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴鲁，李亨钟，
申请(专利权)人：郑庆姬，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]