JP2020067649A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタ間に配置された勾配屈折率を有する複数の低屈折率材料層を含む光学素子を提供する。【解決手段】 エッジ部を有する基板、前記基板の上に形成され、側壁を有する第１のカラーフィルタ、前記基板の上に形成され、側壁を有し、前記第１のカラーフィルタよりも前記基板の前記エッジ部に近い第２のカラーフィルタ、前記第１のカラーフィルタの前記側壁に配置された第１のスペーサ、および前記第２のカラーフィルタの前記側壁に配置された第２のスペーサを含み、前記第２のスペーサの屈折率と前記第２のカラーフィルタの屈折率との間の差は、前記第１のスペーサの屈折率と前記第１のカラーフィルタの屈折率との間の差よりも大きい光学素子。【選択図】 図１

Description

本発明は、光学素子に関するものであり、特に、カラーフィルタ間に配置された勾配屈折率を有する複数の低屈折率材料層を含む光学素子に関するものである。

複合金属グリッド（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｔａｌ ｇｒｉｄ； ＣＭＧ）型構造を有する光学素子では、カラーフィルタの上にマイクロレンズが必要とされる。導波路カラーフィルタ（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ； ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子では、マイクロレンズの代わりにカラーフィルタを囲む低屈折率材料層を用いて導波路構造を形成する。

しかしながら、導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子では、金属グリッドによる斜め光の吸収のために、特に青色（Ｂ）カラーフィルタでは、現在の画素の量子効率（ＱＥ）が低下する。

従って、ＱＥを向上させ、カラーフィルタ間のクロストークを低く抑えることができる導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造の光学素子の開発が望まれている。

カラーフィルタ間に配置された勾配屈折率を有する複数の低屈折率材料層を含む光学素子を提供する。

本発明の一実施形態による、光学素子が提供される。光学素子は、エッジ部を有する基板、基板の上に形成され、側壁を有する第１のカラーフィルタ、基板の上に形成され、側壁を有し、第１のカラーフィルタよりも基板のエッジ部に近い第２のカラーフィルタ、第１のカラーフィルタの側壁に配置された第１のスペーサ、および第２のカラーフィルタの側壁に配置された第２のスペーサを含み、第２のスペーサの屈折率と第２のカラーフィルタの屈折率との間の差は、第１のスペーサの屈折率と第１のカラーフィルタの屈折率との間の差よりも大きい。

いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタおよび第２のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、または青色カラーフィルタを含み、第１のカラーフィルタの屈折率は、第２のカラーフィルタの屈折率と同じであり、第２のスペーサの屈折率は、第１のスペーサの屈折率よりも小さい。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサの厚さまたは第２のスペーサの厚さは、約１００ｎｍから約２００ｎｍの範囲にあり、第１のスペーサの屈折率および第２のスペーサの屈折率は、約１．２から約１．５の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサの屈折率および第２のスペーサの屈折率は、第１のカラーフィルタの屈折率よりも小さい。

いくつかの実施形態では、光学素子は、第１のカラーフィルタに隣接し、側壁を有する第３のカラーフィルタ、および第２のカラーフィルタにし、側壁を有する第４のカラーフィルタを更に含み、第３のカラーフィルタおよび第４のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、または青色カラーフィルタを含む。

いくつかの実施形態では、光学素子は、第１のスペーサに隣接する第３のカラーフィルタの側壁に配置された第３のスペーサ、および第２のスペーサに隣接する第４のカラーフィルタの側壁に配置された第４のスペーサを更に含み、第１のカラーフィルタの屈折率は第２のカラーフィルタの屈折率と同じであり、第３のカラーフィルタの屈折率は第４のカラーフィルタの屈折率と同じであり、第２のスペーサの屈折率は第１のスペーサの屈折率よりも小さく、第４のスペーサの屈折率は第３のスペーサの屈折率よりも小さい。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサの厚さと第３のスペーサの厚さを加えた全体厚さは、又は、前記第２のスペーサの厚さと前記第４のスペーサの厚さを加えた全体厚さは、約１２０ｎｍから約２４０ｎｍの範囲にあり、第１のスペーサの屈折率、第２のスペーサの屈折率、第３のスペーサの屈折率、および第４のスペーサの屈折率は、約１．２〜約１．６の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサの屈折率、第２のスペーサの屈折率、第３のスペーサの屈折率、および第４のスペーサの屈折率は、第１のカラーフィルタの屈折率、第２のカラーフィルタの屈折率、第３のカラーフィルタの屈折率、および第４のカラーフィルタの屈折率よりも小さい。

いくつかの実施形態では、第４のスペーサの屈折率と第４のカラーフィルタの屈折率との間の差は、第３のスペーサの屈折率と第３のカラーフィルタの屈折率との間の差よりも大きい。

いくつかの実施形態では、光学素子は、第１のカラーフィルタと第２のカラーフィルタとの間に位置し、側壁を有する第３のカラーフィルタ、および赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、または青色カラーフィルタを含む第３のカラーフィルタの側壁に配置された第３のスペーサを更に含み、第２のカラーフィルタの屈折率は第３のカラーフィルタの屈折率よりも大きく、第３のカラーフィルタの屈折率は第１のカラーフィルタの屈折率よりも大きく、第１のスペーサの屈折率、第２のスペーサの屈折率、および第３のスペーサの屈折率は同じである。

いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタ、第２のカラーフィルタ、および第３のカラーフィルタは、低屈折率材料、高屈折率材料、またはそれらの組み合わせを含む。

いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタ、第２のカラーフィルタ、および第３のカラーフィルタの高屈折率材料の体積比は、約０〜約１の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタの屈折率、第２のカラーフィルタの屈折率、および第３のカラーフィルタの屈折率は、約１．５５〜約１．９５の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第１のカラーフィルタの屈折率、第２のカラーフィルタの屈折率、および第３のカラーフィルタの屈折率は、第１のスペーサの屈折率、第２のスペーサの屈折率、および第３のスペーサの屈折率よりも大きい。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサの厚さ、第２のスペーサの厚さ、または第３のスペーサの厚さは、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲にあり、前記第１のスペーサ、前記第２のスペーサの屈折率、および前記第３のスペーサの屈折率は、約１．２〜約１．５の範囲にある。

本発明では、カラーフィルタ間に配置されたスペーサの屈折率を調整することにより、スペーサの屈折率の変化が、中央領域に位置するスペーサの屈折率から基板の周辺領域に位置するスペーサの屈折率まで徐々に減少するプロファイルとなる。従って、スペーサの屈折率と、基板の周辺領域に位置するカラーフィルタ（Ｒ、Ｇ、およびＢ）の屈折率との間の差は、マイクロレンズをその上に配置させることなく、導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板の周辺領域に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する（即ち、大角度入射光の光効率応答を改善する）。

同様に、適切な量の高屈折率材料をカラーフィルタに添加して調整することにより、カラーフィルタの屈折率の変化が、中央領域に位置するカラーフィルタの屈折率から基板の周辺領域に位置するカラーフィルタの屈折率まで徐々に増加するプロファイルとなる。従って、赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタ２２の屈折率と、基板の周辺領域に位置するスペーサの屈折率との間の差は、導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板の周辺領域に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する。

本発明は、量子効果（ＱＥ）を効果的に改善できる。

図１は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図である。 図２は、本発明の一実施形態による光学素子の低屈折率材料層の屈折率の変化のプロファイル（ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ）を示している。 図３は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による光学素子の低屈折率材料層の屈折率の変化のプロファイルを示している。 図５は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図である。 図６は、本発明の一実施形態による光学素子のカラーフィルタの屈折率の変化のプロファイルを示している。 図７は、本発明の一実施形態による光学素子のカラーフィルタの屈折率および組成物の変化のプロファイルを示している。 図８は、本発明の一実施形態による光学素子のＱＥスペクトルを示している。

以下の説明は、本発明の一般原理を例示する目的のものであり、本発明を限定するものではない。

図１に示すように、本発明の一実施形態による光学素子１０が提供される。図１は、光学素子１０の断面図を示している。

光学素子１０は、エッジ部１２ｅを有する基板１２、複数のカラーフィルタ１４、および複数のスペーサ１６を有する。基板１２は、中央領域１２’および周辺領域１２”を有する。複数のカラーフィルタ１４は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２を含み、基板１２の上に形成される。周辺領域１２”に位置するカラーフィルタ１４は、中央領域１２’に位置するカラーフィルタ１４よりも基板１２のエッジ部１２ｅに近い。複数のスペーサ１６は、カラーフィルタ１４の間に形成される。スペーサ１６は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２の側壁（１８’、２０’、および２２’）に形成される。具体的には、スペーサ１６の屈折率は、中央領域１２’に位置するスペーサ１６の屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置するスペーサ１６の屈折率まで徐々に減少する。

いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１４の高さ「Ｈ」は約１μｍより大きい。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の厚さ「Ｔ」は、約１００ｎｍから約２００ｎｍの範囲にある。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の屈折率は、約１．２から約１．５の範囲にある。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の屈折率は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２の屈折率よりも小さい。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の屈折率と、スペーサ１６に隣接する赤色カラーフィルタ１８の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．２〜約０．３の範囲にある。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の屈折率と、スペーサ１６に隣接する緑色カラーフィルタ２０の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．１５〜約０．２５である。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の屈折率と、スペーサ１６に隣接する青色カラーフィルタ２２の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．１〜約０．２である。

図２は、基板１２の周辺領域１２”から中央領域１２’にかけてスペーサ１６（即ち、低屈折率材料層）の屈折率の変化のプロファイルを示している。

図２では、赤色カラーフィルタ１８の屈折率は約１．８５である（曲線Ｒ参照）。緑色カラーフィルタ２０の屈折率は約１．７である（曲線Ｇ参照）。青色カラーフィルタ２２の屈折率は約１．６５である（曲線Ｂ参照）。スペーサ１６の屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置するスペーサ１６の屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置するスペーサ１６の屈折率（入射光の角度はこの領域では約３０度である）に徐々に減少し、スペーサ１６の屈折率は約１．６〜約１．２の範囲にある（曲線ＬＮ参照）。

スペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）と、スペーサ１６に隣接する赤色カラーフィルタ１８の屈折率（曲線Ｒ）との間の差「ｄ１」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。差「ｄ１」は、少なくとも約０．２〜約０．３の範囲にある。

スペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）と、スペーサ１６に隣接する緑色カラーフィルタ２０の屈折率（曲線Ｇ）との間の差「ｄ２」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。差「ｄ２」は、少なくとも約０．１５〜約０．２５の範囲にある。

スペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）と、スペーサ１６に隣接する青色カラーフィルタ１８の屈折率（曲線Ｂ）との間の差「ｄ３」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。差「ｄ３」は、少なくとも約０．１〜約０．２の範囲にある。

スペーサ１６の屈折率と、基板１２の周辺領域１２”に位置するカラーフィルタ１４の屈折率との間の差（ｄ１、ｄ２、およびｄ３）は、この導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板１２の周辺領域１２”に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する。

図３に示すように、本発明の他の実施形態による光学素子１０が提供される。図３は、光学素子１０の断面図を示している。

光学素子１０は、エッジ部１２ｅを有する基板１２、複数のカラーフィルタ１４、複数の第１のスペーサ１６ａ、複数の第２のスペーサ１６ｂ、および複数の第３のスペーサ１６ｃを有する。基板１２は、中央領域１２’および周辺領域１２”を有する。複数のカラーフィルタ１４は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２を含み、基板１２の上に形成される。周辺領域１２”に位置するカラーフィルタ１４は、中央領域１２’に位置するカラーフィルタ１４よりも基板１２のエッジ部１２ｅに近い。第１のスペーサ１６ａは、カラーフィルタ１４の間、且つ赤色カラーフィルタ１８の側壁１８’に形成される。第１のスペーサ１６ａの屈折率は、中央領域１２’に位置するスペーサ１６ａの屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置するスペーサ１６ａの屈折率まで徐々に減少する。

第２のスペーサ１６ｂは、カラーフィルタ１４の間、且つ緑色カラーフィルタ２０の側壁２０’に形成される。具体的には、第２のスペーサ１６ｂの屈折率は、中央領域１２’に位置する第２のスペーサ１６ｂの屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置する第２のスペーサ１６ｂの屈折率まで徐々に減少する。

第３のスペーサ１６ｃは、カラーフィルタ１４の間、且つ青色カラーフィルタ２２の側壁２２’に形成される。具体的には、第２のスペーサ１６ｃの屈折率は、中央領域１２’に位置する第３のスペーサ１６ｃの屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置する第３のスペーサ１６ｃの屈折率まで徐々に減少する。

いくつかの実施形態では、隣接するカラーフィルタ１４の間に形成された第１のスペーサ１６ａ、第２のスペーサ１６ｂ、および第３のスペーサ１６ｃの任意の２つの総厚（互いに隣り合うスペーサの合計の厚さ）「Ｔｔ」は、約１２０ｎｍから約２４０ｎｍの範囲にある。例えば、互いに隣接する赤色カラーフィルタ１８と緑色カラーフィルタ２０との間に形成された第１のスペーサ１６ａと第２のスペーサ１６ｂの総厚（第１のスペーサの厚さ１６аと第２のスペーサ１６ｂとの厚さを加えた全体厚さ）は、約１２０ｎｍ〜約２４０ｎｍの範囲にあり、互いに隣接する赤色カラーフィルタ１８と青色カラーフィルタ２２との間に形成された第１のスペーサ１６ａと第３のスペーサ１６ｃの総厚（第１のスペーサの厚さ１６аと第３のスペーサ１６ｃとの厚さを加えた全体厚さ）は、約１２０ｎｍ〜約２４０ｎｍの範囲にあり、互いに隣接する緑色カラーフィルタ２０と青色カラーフィルタ２２との間に形成された第２のスペーサ１６ｂと第３のスペーサ１６ｃの総厚（第２のスペーサの厚さ１６аと第３のスペーサ１６ｂとの厚さを加えた全体厚さ）は、約１２０ｎｍ〜約２４０ｎｍの範囲にある。総厚は、互いに隣合うスペーサの厚さを加えた全体厚さを示している。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサ１６ａの屈折率は、約１．５〜約１．６の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第２のスペーサ１６ｂの屈折率は、約１．３〜約１．５の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第３のスペーサ１６ｃの屈折率は、約１．２〜約１．４の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサ１６ａ、第２のスペーサ１６ｂ、および第３のスペーサ１６ｃの屈折率は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２の屈折率よりも小さい。

いくつかの実施形態では、第１のスペーサ１６ａの屈折率と、第１のスペーサ１６ａに隣接する赤色カラーフィルタ１８の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．２〜約０．３の範囲にある。

いくつかの実施形態では、第２のスペーサ１６ｂの屈折率と、第２のスペーサ１６ｂに隣接する緑色カラーフィルタ２０の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．１５〜約０．２５である。

いくつかの実施形態では、第３のスペーサ１６ｃの屈折率と、第３のスペーサ１６ｃに隣接する青色カラーフィルタ２２の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．１〜約０．２である。

図４は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけた第１のスペーサ１６ａ、第２のスペーサ１６ｂ、および第３のスペーサ１６ｃ（即ち、低屈折率材料層）の屈折率の変化のプロファイルを示している。

図４では、赤色カラーフィルタ１８の屈折率は約１．８５である（曲線Ｒ参照）。緑色カラーフィルタ２０の屈折率は約１．７である（曲線Ｇ参照）。青色カラーフィルタ２２の屈折率は約１．６５である（曲線Ｂ参照）。第１のスペーサ１６ａの屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する第１のスペーサ１６ａの屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する第１のスペーサ１６ａの屈折率（入射光の角度はこの領域では約３５度である）にかけて徐々に減少し、第１のスペーサ１６ａの屈折率は約１．６〜約１．５の範囲にある（曲線ＬＮＲ参照）。

第２のスペーサ１６ｂの屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する第２のスペーサ１６ｂの屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する第２のスペーサ１６ｂの屈折率（入射光の角度はこの領域では約３５度である）に徐々に減少し、第２のスペーサ１６ｂの屈折率は約１．４５〜約１．３５の範囲にある（曲線ＬＮＧ参照）。

第３のスペーサ１６ｃの屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する第３のスペーサ１６ｃの屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する第３のスペーサ１６ｃの屈折率（入射光の角度はこの領域では約３５度である）に徐々に減少し、第３のスペーサ１６ｃの屈折率は約１．３〜約１．２の範囲にある（曲線ＬＮＢ参照）。

第１のスペーサ１６ａの屈折率（曲線ＬＮＲ）と、第１のスペーサ１６ａに隣接する赤色カラーフィルタ１８の屈折率（曲線Ｒ）との間の差「ｄ１」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。差「ｄ１」は、少なくとも約０．２５〜約０．３５の範囲にある。

第２のスペーサ１６ｂの屈折率（曲線ＬＮＧ）と、第２のスペーサ１６ｂに隣接する緑色カラーフィルタ２０の屈折率（曲線Ｇ）との間の差「ｄ２」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。また、差「ｄ２」は、少なくとも約０．２５〜約０．３５の範囲にある。

スペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮＢ）と、スペーサ１６に隣接する青色カラーフィルタ２２の屈折率（曲線Ｂ）との間の差「ｄ３」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。差「ｄ３」は、少なくとも約０．３５〜約０．４５の範囲にある。

第１のスペーサ１６ａ、第２のスペーサ１６ｂ、および第３のスペーサ１６ｃの屈折率と、基板１２の周辺領域１２”に位置するカラーフィルタ１４の屈折率との間の差（ｄ１、ｄ２、およびｄ３）は、この導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板１２の周辺領域１２”に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する。

図５に示すように、本発明の一実施形態による、光学素子１０が提供される。図５は、光学素子１０の断面図を示している。

光学素子１０は、エッジ部１２ｅを有する基板１２と、複数のカラーフィルタ１４と複数のスペーサ１６を有する。基板１２は、中央領域１２’および周辺領域１２”を有する。複数のカラーフィルタ１４は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２を含み、基板１２の上に形成される。周辺領域１２”に位置するカラーフィルタ１４は、中央領域１２’に位置するカラーフィルタ１４よりも基板１２のエッジ部１２ｅに近い。具体的には、赤色カラーフィルタ１８の屈折率は、中央領域１２’に位置する赤色カラーフィルタ１８の屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置する赤色カラーフィルタ１８の屈折率まで徐々に増加する。緑色カラーフィルタ２０の屈折率は、中央領域１２’に位置する緑色カラーフィルタ２０の屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置する緑色カラーフィルタ２０の屈折率まで徐々に増加する。青色カラーフィルタ２２の屈折率は、中央領域１２’に位置する青色カラーフィルタ２２の屈折率から基板１２の周辺領域１２”に位置する青色カラーフィルタ２２の屈折率まで、徐々に増加する。複数のスペーサ１６は、カラーフィルタ１４の間に形成される。スペーサ１６は、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２の側壁（１８’、２０’、および２２’）に形成される。

いくつかの実施形態では、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２は、低屈折率材料２４、高屈折率材料２６、または低屈折率材料２４と高屈折率材料２６の組み合わせを含む。

いくつかの実施形態では、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２における高屈折率材料２６の体積比は、約０から約１の範囲にある。

いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１４の高屈折率材料２６の体積比が０であるとき、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、または青色カラーフィルタ２２は、低屈折率材料２４を含む。

いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１４の高屈折率材料２６の体積比が１であるとき、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、または青色カラーフィルタ２２は、高屈折率材料２６を含む。

いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１４の高屈折率材料２６の体積比が０以上、１以下であるとき、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、または青色カラーフィルタ２２は、低屈折率材料２４と高屈折率材料２６の組み合わせからなる。

いくつかの実施形態では、赤色カラーフィルタ１８の屈折率は、約１．８５〜約１．９５の範囲にある。

いくつかの実施形態では、緑色カラーフィルタ２０の屈折率は、約１．７〜約１．８の範囲にある。

いくつかの実施形態では、青色カラーフィルタ２２の屈折率は、約１．５５〜約１．７の範囲にある。

いくつかの実施形態では、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２の屈折率は、スペーサ１６の屈折率よりも大きい。

いくつかの実施形態では、赤色カラーフィルタ１８の屈折率と、赤色カラーフィルタ１８に隣接するスペーサ１６の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．６〜約０．７の範囲にある。

いくつかの実施形態では、緑色カラーフィルタ２０の屈折率と、緑色カラーフィルタ２０に隣接するスペーサ１６の屈折率との間の差は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．４〜約０．５の範囲にある。

いくつかの実施形態では、青色カラーフィルタ２２の屈折率と、青色カラーフィルタ２２に隣接するスペーサ１６の屈折率との間の差は、基板１２の周辺領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加し、その間の差は約０．３〜約０．４の範囲にある。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の厚さ「Ｔ」は、約１００ｎｍから約２００ｎｍの範囲にある。

いくつかの実施形態では、スペーサ１６の屈折率は、約１．２から約１．５の範囲にある。

図６は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけたカラーフィルタ１４（例えば、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、または青色カラーフィルタ２２）の屈折率の変化のプロファイルを示している。

図６では、赤色カラーフィルタ１８を一例として示している。赤色カラーフィルタ１８の屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する赤色カラーフィルタ１８の屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する赤色カラーフィルタ１８の屈折率（入射光の角度はこの領域では約３０ 度である）にかけて徐々に増加し、赤色カラーフィルタ１８の屈折率は約１．８５〜約１．９５の範囲にある（曲線Ｒ参照）。また、スペーサ１６の屈折率は約１．２３である（曲線ＬＮ参照）。

赤色カラーフィルタ１８の屈折率（曲線Ｒ）と、赤色カラーフィルタ１８に隣接するスペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）との間の差「ｄ」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。また、差「ｄ」は、少なくとも約０．６〜約０．７の範囲にある。

基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけた緑色カラーフィルタ２０および青色カラーフィルタ２２の屈折率の変化のプロファイルは、図２と同様である。

赤色カラーフィルタ１８の屈折率と、基板１２の周辺領域１２”に位置するスペーサ１６の屈折率との間の差「ｄ」は、高い開口数（ＮＡ）を提供するのに十分に大きく、基板１２の周辺領域１２”に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する。

図７は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけた赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、または青色カラーフィルタ２２の屈折率の変化のプロファイルを示している。

図７では、スペーサ１６の屈折率は約１．３である（曲線ＬＮ参照）。赤色カラーフィルタ１８の屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する赤色カラーフィルタ１８の屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する赤色カラーフィルタ１８の屈折率（入射光の角度はこの領域では約３５ 度である）にかけて徐々に増加する。赤色カラーフィルタ１８の屈折率は約１．８５〜約１．９５ の範囲にある（曲線Ｒ参照）。

緑色カラーフィルタ２０の屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する緑色カラーフィルタ２０の屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する緑色カラーフィルタ２０の屈折率（入射光の角度はこの領域では約３５ 度である）にかけて徐々に増加する。緑色カラーフィルタ２０の屈折率は約１．７〜約１．８の範囲にある（曲線Ｇ参照）。

青色カラーフィルタ２２の屈折率は、基板１２の中央領域１２’に位置する青色カラーフィルタ２２の屈折率（入射光の角度はこの領域では約０度である）から周辺領域１２”に位置する青色カラーフィルタ２２の屈折率（入射光の角度はこの領域では約３５度である）にかけて徐々に増加する。青色カラーフィルタ２２の屈折率は約１．５５〜約１．６５ の範囲にある（曲線Ｂ参照）。

赤色カラーフィルタ１８の屈折率（曲線Ｒ）と、赤色カラーフィルタ１８に隣接するスペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）との間の差「ｄ１」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。また、差「ｄ１」は、少なくとも約０．５５〜約０．６５の範囲にある。

緑色カラーフィルタ２０の屈折率（曲線Ｇ）と、緑色カラーフィルタ２０に隣接するスペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）との間の差「ｄ２」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。また、差「ｄ２」は、少なくとも約０．４〜約０．５の範囲にある。

青色カラーフィルタ２２の屈折率（曲線Ｂ）と、青色カラーフィルタ２２に隣接するスペーサ１６の屈折率（曲線ＬＮ）との間の差「ｄ３」は、基板１２の中央領域１２’から周辺領域１２”にかけて徐々に増加する。また、差「ｄ３」は、少なくとも約０．２５〜約０．３５の範囲にある。

赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、または青色カラーフィルタ２２の屈折率と、基板１２の周辺領域１２”に位置するスペーサ１６の屈折率との間の差（ｄ１、ｄ２、およびｄ３）は、この導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板１２の周辺領域１２”に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する。

また、赤色カラーフィルタ１８、緑色カラーフィルタ２０、および青色カラーフィルタ２２のそれぞれにおける高屈折材料２６の体積比は、中央領域に位置するカラーフィルタの高屈折率材料２６の体積比から基板の周辺領域に位置するカラーフィルタの高屈折率材料２６の体積比まで徐々に増加し、約０から約１までの範囲にある（曲線Ｖ参照）。

（光学素子のＱＥ向上）
この実施例では、低屈折率材料層と低屈折率材料層に囲まれたカラーフィルタとの間の屈折率の差を調整することにより、特に基板の周辺領域に位置する緑色カラーフィルタのＱＥ向上が認められる。図８は、低屈折率材料層またはカラーフィルタの屈折率が調整されたときのＱＥの変化を示している。図８において、グループ「Ａ」、「Ｂ」、および「Ｃ」では、低屈折率材料層の屈折率が異なっている。

グループ「Ａ」において、低屈折率材料層の屈折率は約１．２〜１．３である。低屈折率材料層に囲まれた緑色カラーフィルタの屈折率は約１．７である。従って、低屈折率材料層の屈折率と緑色カラーフィルタの屈折率との間の差は約０．４〜０．５である。

グループ「Ｂ」において、低屈折率材料層の屈折率は約１．４５である。低屈折率材料層に囲まれた緑色カラーフィルタの屈折率は約１．７である。従って、低屈折率材料層の屈折率と緑色カラーフィルタの屈折率との間の差は約０．２５である。

グループ「Ｃ」において、低屈折率材料層の屈折率は約１．５８である。低屈折率材料層に囲まれた緑色カラーフィルタの屈折率は約１．７である。従って、低屈折率材料層の屈折率と緑色カラーフィルタの屈折率との間の差は約０．１２である。

明らかに、低屈折率材料層の屈折率と緑色カラーフィルタの屈折率との間の差が大きいほど、緑色カラーフィルタのＱＥが向上している。例えば、グループ「Ａ」の緑色カラーフィルタは、グループ「Ａ」、「Ｂ」および「Ｃ」の中で最大のＱＥを示している。

また、グループ「Ｄ」では、カラーフィルタの屈折率が異なっている。緑色カラーフィルタの屈折率は約１．８である（適切な量の高屈折率材料を添加する）。緑色カラーフィルタを囲む低屈折率材料層の屈折率は約１．４５である。従って、緑色カラーフィルタの屈折率と低屈折率材料層の屈折率との間の差は約０．３５である。

同様に、緑色カラーフィルタの屈折率と低屈折率材料層の屈折率との差が大きいほど、緑色カラーフィルタのＱＥが向上している。例えば、グループ「Ｄ」の緑色カラーフィルタは、グループ「Ａ」の緑色カラーフィルタのＱＥよりも大きいＱＥを示している。

本実施形態に係る光学素子はでは、カラーフィルタ間に配置されたスペーサの屈折率を調整することにより、このようなスペーサの屈折率の変化が、中央領域に位置するスペーサの屈折率から基板の周辺領域に位置するスペーサの屈折率まで徐々に減少するプロファイルとなる。従って、スペーサの屈折率と、基板の周辺領域に位置するカラーフィルタ（Ｒ、Ｇ、およびＢ）の屈折率との間の差は、マイクロレンズをその上に配置させることなく、この導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板の周辺領域に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する（即ち、大角度入射光の光効率応答を改善する）。

同様に、適切な量の高屈折率材料をカラーフィルタに添加して調整することにより、カラーフィルタの屈折率の変化が、中央領域に位置するカラーフィルタの屈折率から基板の周辺領域に位置するカラーフィルタの屈折率まで徐々に増加するプロファイルとなる。従って、赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタ２２の屈折率と、基板の周辺領域に位置するスペーサの屈折率との間の差は、この導波路構造の高開口数（ＮＡ）を提供するのに十分な大きさであり、基板の周辺領域に位置する画素の量子効果（ＱＥ）を効果的に改善する。

本発明は、例として及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。

１０…光学素子
１２…基板
１２’ …中央領域
１２” …周辺領域
１２ｅ…エッジ部
１４…カラーフィルタ
１６…スペーサ
１６ａ…第１のスペーサ
１６ｂ…第２のスペーサ
１６ｃ…第３のスペーサ
１８…赤色カラーフィルタ
２０…緑色カラーフィルタ
２２…青色カラーフィルタ
１８’、２０’、２２’…カラーフィルタの側壁
２４…低屈折率材料
２６…高屈折率材料２６

Claims (10)

1. エッジ部を有する基板、
   前記基板の上に形成され、側壁を有する第１のカラーフィルタ、
   前記基板の上に形成され、側壁を有し、前記第１のカラーフィルタよりも前記基板の前記エッジ部に近い第２のカラーフィルタ、
   前記第１のカラーフィルタの前記側壁に配置された第１のスペーサ、および
   前記第２のカラーフィルタの前記側壁に配置された第２のスペーサを含み、
   前記第２のスペーサの屈折率と前記第２のカラーフィルタの屈折率との間の差は、前記第１のスペーサの屈折率と前記第１のカラーフィルタの屈折率との間の差よりも大きい光学素子。
2. 前記第１のカラーフィルタおよび前記第２のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、または青色カラーフィルタを含み、
   前記第１のカラーフィルタの屈折率は、前記第２のカラーフィルタの屈折率と同じであり、
   前記第２のスペーサの屈折率は、前記第１のスペーサの屈折率よりも小さく、
   前記第１のスペーサの屈折率および前記第２のスペーサの屈折率は、前記第１のカラーフィルタの前記屈折率よりも小さい請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１のスペーサの厚さまたは前記第２のスペーサの厚さは、約１００ｎｍから約２００ｎｍの範囲にあり、
   前記第１のスペーサの屈折率および前記第２のスペーサの屈折率は、約１．２から約１．５の範囲にある請求項２に記載の光学素子。
4. 前記第１のカラーフィルタに隣接し、側壁を有する第３のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタに隣接し、側壁を有する第４のカラーフィルタ、前記第１のスペーサに隣接し、前記第３のカラーフィルタの側壁に配置された第３のスペーサ、および前記第２のスペーサに隣接し、前記第４のカラーフィルタの側壁に配置された第４のスペーサを更に含み、
   前記第３のカラーフィルタおよび前記第４のカラーフィルタは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、または青色カラーフィルタを含み、
   前記第１のカラーフィルタの屈折率は前記第２のカラーフィルタの屈折率と同じであり、
   前記第３のカラーフィルタの屈折率は前記第４のカラーフィルタの屈折率と同じであり、
   前記第２のスペーサの屈折率は前記第１のスペーサの屈折率よりも小さく、
   前記第４のスペーサの屈折率は前記第３のスペーサの屈折率よりも小さい請求項１または３に記載の光学素子。
5. 前記第１のスペーサの厚さと前記第３のスペーサの厚さを加えた全体厚さ、又は、前記第２のスペーサの厚さと前記第４のスペーサの厚さを加えた全体厚さは、約１２０ｎｍから約２４０ｎｍの範囲にあり、
   前記第１のスペーサの屈折率、前記第２のスペーサの屈折率、前記第３のスペーサの屈折率、および前記第４のスペーサの屈折率は、約１．２〜約１．６の範囲にある請求項４に記載の光学素子。
6. 前記第１のスペーサの屈折率、前記第２のスペーサの屈折率、前記第３のスペーサの屈折率、および前記第４のスペーサの屈折率は、前記第１のカラーフィルタの屈折率、前記第２のカラーフィルタの屈折率、前記第３のカラーフィルタの屈折率、および前記第４のカラーフィルタの屈折率よりも小さい請求項４に記載の光学素子。
7. 前記第４のスペーサの屈折率と前記第４のカラーフィルタの屈折率との間の差は、前記第３のスペーサの屈折率と前記第３のカラーフィルタの屈折率との間の差よりも大きい請求項４に記載の光学素子。
8. 前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタとの間に位置し、側壁を有する第３のカラーフィルタ、および赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、または青色カラーフィルタを含む前記第３のカラーフィルタの側壁に配置された、第３のスペーサを更に含み、
   前記第２のカラーフィルタの屈折率は前記第３のカラーフィルタの屈折率よりも大きく、
   前記第３のカラーフィルタの屈折率は前記第１のカラーフィルタの屈折率よりも大きく、
   前記第１のスペーサの屈折率、前記第２のスペーサの屈折率、および前記第３のスペーサの屈折率は同じである請求項１に記載の光学素子。
9. 前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、および前記第３のカラーフィルタは、低屈折率材料、高屈折率材料、またはそれらの組み合わせを含み、
   前記第１のカラーフィルタ、前記第２のカラーフィルタ、および前記第３のカラーフィルタの前記高屈折率材料の体積比は、約０〜約１の範囲にある請求項８に記載の光学素子。
10. 前記第１のカラーフィルタの屈折率、前記第２のカラーフィルタの屈折率、および前記第３のカラーフィルタの屈折率は、約１．５５〜約１．９５の範囲にあり、
    前記第１のスペーサの屈折率、前記第２のスペーサの屈折率、および前記第３のスペーサの屈折率は、約１．２〜約１．５の範囲にあり、
    前記第１のカラーフィルタの屈折率、前記第２のカラーフィルタの屈折率、および前記第３のカラーフィルタの屈折率は、前記第１のスペーサ、前記第２のスペーサ、および前記第３のスペーサの前記屈折率よりも大きく、
    前記第１のスペーサの厚さ、前記第２のスペーサの厚さ、または前記第３のスペーサの厚さは、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍの範囲にある請求項８に記載の光学素子。

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