JP2021092750A - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】カラーフィルターの上に配置された中空部材を有する光学装置を提供する。【解決手段】中心１２ａおよび縁部１２ｂを有する基板１２、基板の中心から縁部の基板上に順次に配置された中央のカラーフィルター２０ａ〜ｄ、第１のカラーフィルター２２ａ〜ｄ、および第２のカラーフィルター２４ａ〜ｄ、および中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルター上にそれぞれ配置された中央の中空部材２６ａ〜ｄ、第１の中空部材２８ａ〜ｄ、および第２の中空部材３０ａ〜ｄを含み、中央のカラーフィルターの中心線と中央の中空部材の中心線が同一線であり、第１のカラーフィルターの中心と第１の中空部材の中心との間は第１の距離があり、第２のカラーフィルターの中心と第２の中空部材の中心との間は第２の距離があり、第１の距離はゼロより大きく、第２の距離は第１の距離より大きい光学装置。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置に関するものであり、特に、カラーフィルターの上に配置された中空部材を有する光学装置に関するものである。
例えば、画像センサ装置の光学装置では、入射光が画像センサ装置のマイクロレンズなどの周期構造を通過するとき、表面回折の悪化により、予期しないゴースト画像とフレア（ｐｅｔａｌ ｆｌａｒｅ）がディスプレイパネルに表示される。
マイクロレンズがカラーフィルターの上に必要とされる複合金属グリッド（ＣＭＧ）型構造を有する光学装置と比較して、現在、カラーフィルターを囲む低屈折率材料層が用いられる導波路構造を形成するマイクロレンズの代わりに、導波路カラーフィルター（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学装置は、その応用上の利点があることが知られている。
従って、ゴースト画像とフレアを効果的に除去できる導波路カラーフィルター（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学装置の開発が望ましい。
カラーフィルターの上に配置された中空部材を有する光学装置を提供する。
本発明の一実施形態によれば、光学装置が提供される。光学装置は、基板、基板の中心から縁部の基板上に順次に配置された中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルターと、中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルター上にそれぞれ配置された中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材を含む。中央のカラーフィルターの中心線と中央の中空部材の中心線が同一線である。第１のカラーフィルターの中心と第１の中空部材の中心との間は第１の距離がある。第２のカラーフィルターの中心と第２の中空部材の中心との間は第２の距離がある。第１の距離はゼロより大きい。第２の距離は第１の距離より大きい。
いくつかの実施形態では、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材のそれぞれは、空間を囲む連続壁構造を含む。いくつかの実施形態では、連続壁構造は、テーパー断面を有する。いくつかの実施形態では、連続壁構造は、長方形、円形、または三角形の形状をしている。いくつかの実施形態では、光学装置は、基板の上に配置された複数の金属グリッドをさらに含む。いくつかの実施形態では、連続壁構造は、隣接する金属グリッド間の距離の３分の１未満の幅を有する。いくつかの実施形態では、連続壁構造は、約０．１μｍから約０．７μｍの範囲の高さを有する。いくつかの実施形態では、空間は、隣接する金属グリッド間の距離の３分の１未満の幅を有し、連続壁構造は長方形の形状をしている。いくつかの実施形態では、空間は、隣接する金属グリッド間の距離の３分の１未満の直径を有し、連続壁構造は円形の形状をしている。
いくつかの実施形態では、光学装置は、中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルターと、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の連続壁構造とを覆い、且つ中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の空間に充填された低屈折率材料層をさらに含む。いくつかの実施形態では、低屈折率材料層は、約１．２から約１．５の範囲にある屈折率を有する。いくつかの実施形態では、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の連続壁構造は、低屈折率材料層の屈折率よりも大きく、且つ中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の連続壁構造のそれぞれ下の中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルターの屈折率よりも大きい屈折率を有する。いくつかの実施形態では、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の連続壁構造の屈折率は約１．６から約１．９の範囲にある。
いくつかの実施形態では、光学装置は、中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルターと、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材との間に配置された保護層をさらに含む。いくつかの実施形態では、光学装置は、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の連続壁構造の上部に配置されたハードマスク層をさらに含む。
いくつかの実施形態では、基板は、基板の中心から縁部に順次に中央領域、第１の領域、および第２の領域を含む。いくつかの実施形態では、中央領域内に中央の中空部材で構成された複数の中央カラーフィルターがあり、第１の領域内に第１の中空部材で構成された複数の第１のカラーフィルターがあり、第２の領域内に第２の中空部材で構成された複数の第２のカラーフィルターがある。いくつかの実施形態では、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の連続壁構造は、第１の周期構造を構成する。いくつかの実施形態では、中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材の空間は、第２の周期構造を構成する。
本発明では、光学装置に形成された２つの周期構造（即ち、連続壁構造により構成された第１の周期構造と低屈折率材料層で充填された空間により構成された第２の周期構造）が存在する。複雑な周期構造は光が通過する経路に配置されているため、特定の方向の表面回折（即ち、ゼロ次回折と正および負の１次回折）がこれにより低減され、表示パネル上の予期しないゴースト画像とフレアが効果的に除去される。また、中空導波路（ｈｏｌｌｏｗ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）部材は、高屈折率材料を有する連続壁構造、および連続壁構造によって囲まれた低屈折率材料層を含む。光エネルギーが高屈折率材料の連続壁構造を透過したとき、連続壁構造の隣接するエネルギー波の漏洩モードが結合して、低屈折率材料層の光エネルギーを改善し、例えば、基板の中央領域内で、光エネルギーを捕捉する能力を効果的に高め、ＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）を改善する。
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態で説明する。
本発明は、ゴースト画像とフレアを効果的に除去できる。
本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び例を読むことで、より完全に理解することができる。
図１は、本発明の一実施形態による光学装置の断面図である。 図２は、本発明の一実施形態による光学装置の断面図である。 図３は、本発明の一実施形態による光学装置の断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による光学装置の断面図である。 図５は、本発明の一実施形態による光学装置の中空部材の上面図である。 図６は、本発明の一実施形態による光学装置の中空部材の上面図である。 図７は、本発明の一実施形態による光学装置の中空部材の上面図である。 図８は、光学装置の回折シミュレーション画像を示している。 図９は、本発明の一実施形態による光学装置の回折シミュレーション画像を示している。 図１０は、本発明の一実施形態による光学デバイスのＱＥスペクトルを示している。 図１１は、本発明の一実施形態による光学デバイスのＱＥスペクトルを示している。 図１２は、従来の光学装置の光エネルギー分布プロファイルを示している。 図１３は、本発明の一実施形態による光学装置の光エネルギー分布プロファイルを示している。
以下の説明では、本発明を実施するベストモードを開示している。この説明は、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。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参考にして決定される。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によれば、光学装置１０が提供される。図１は、光学装置１０の断面図である。
図１では、光学装置１０は、基板１２の中心１２ａから縁部１２ｂに向かって順次に中央領域１４、第１の領域１６、および第２の領域１８を含む基板１２を含む。中央領域１４は、基板１２上に配置された複数の中央のカラーフィルター、例えば２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄを含む。第１の領域１６は、基板１２上に配置された複数の第１のカラーフィルター、例えば２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄを含む。第２の領域１８は、基板１２上に配置された複数の第２のカラーフィルター、例えば２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄを含む。複数の中央の中空部材、例えば、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄがあり、中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）上にそれぞれ配置されている。複数の第１の中空部材、例えば、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄがあり、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）上にそれぞれ配置されている。複数の第２の中空部材、例えば、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄがあり、第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）上にそれぞれ配置されている。具体的には、中央領域１４内では、中央の中空部材の中心点は、下の中央のカラーフィルターの中心点と重なり、例えば、中央の中空部材２６ａの中心点２６Ｐｃは、中央のカラーフィルター２０ａの中心点２０Ｐｃと重なり合う。即ち、中央の中空部材の中心点とその下の中央のカラーフィルターの中心点との間に距離がない。言い換えると、中央の中空部材の中心点とその下の中央のカラーフィルターの中心点は、基板１２の厚さ方向（基板１２の主面に対し法線方向）に沿う線上に位置している。つまり、中央の中空部材の中心線とその下の中央のカラーフィルターの中心線は、基板１２の厚さ方向（基板１２の種面に対し法線方向）に沿う、同一線になっている。第１の領域１６内では、第１の中空部材の中心点は、第１のカラーフィルターの下の中心点から特定の距離離れており、例えば、第１の中空部材２８ａの中心点２８Ｐｃは、第１のカラーフィルター２２ａの中心点２２Ｐｃから第１の距離「Ｄ１」離れており、第１の距離「Ｄ１」はゼロより大きい。すなわち、第１の中空部材２８аの中心点Ｐｃと、第１のカラーフィルター２２ａの中心点２２Ｐｃは、基板１２の主面に沿う方向で、第１の距離「Ｄ１」離れている。言い換えると、第１の中空部材２８аの中線と、第１のカラーフィルター２２ａの中心線は、基板１２の厚さ方向に沿った直線であって、互いの中心線が、基板１２の主面に沿う方向で、第１の距離「Ｄ１」離れている。第２の領域１８内では、第２の中空部材の中心点は、第２のカラーフィルターの下の中心点から特定の距離離れており、例えば、第２の中空部材３０ａの中心点３０Ｐｃは、第２のカラーフィルター２４ａの中心点２４Ｐｃから第２の距離「Ｄ２」離れている。第２の距離「Ｄ２」は、第１の距離「Ｄ１」よりも大きい。すなわち、第２の中空部材３０ａの中心点３０Ｐｃと第２のカラーフィルター２４ａの中心点２４Ｐｃは、基板１２の主面に沿う方向で、第２の距離「Ｄ２」離れている。言い換えると、第２の中空部材３０ａの中心線と第２のカラーフィルター２４ａの中心線は、基板１２の厚さ方向に沿った直線であって、互いの中心線が、基板１２の主面に沿う方向で、第２の距離「Ｄ２」離れている。詳細には、中央領域１４内の中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）の位置と比較して、第１の領域１６内の第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）は、特定の距離、基板１２の中心１２ａに向かってシフトする。また、第２の領域１８内の第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）は、特定の距離、基板１２の中心１２ａに向かってシフトする。第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）が基板１２の中心１２ａに向かってシフトする距離は、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）が基板１２の中心１２ａに向かってシフトする距離よりも大きい。 中央領域１４内の中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）の位置と比較して、第１の領域１６内の第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）は、特定の距離、基板１２の中心１２ａに向かってシフトする。また、第２の領域１８内の第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）は、特定の距離、基板１２の中心１２ａに向かってシフトする。第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）が基板１２の中心１２ａに向かってシフトする距離は、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）が基板１２の中心１２ａに向かってシフトする距離よりも大きい。基板１２の中心１２ａに向かう第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）と第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）との間のシフトの比率は、基板１２の中心１２ａに向かう第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）と第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）との間のシフトの比率よりも大きい。また、カラーフィルターと中空部材は、入射光と反対方向にシフトする。例えば、入射光３７ａが、より小さな傾斜角で基板１２の中心１２ａから縁部１２ｂに向かって放射し、第１の領域１６内に入射したとき、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）および第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）は、より短い距離、基板１２の中心１２ａに向かってシフトする。入射光３７ｂが、より大きな傾斜角で基板１２の中心１２ａから縁部１２ｂに向かって放射し、第２の領域１８内に入射したとき、第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）は、より大きな距離、基板１２の中心１２ａに向かってシフトする。
中央のカラーフィルター（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および１４ｄ）、第１のカラーフィルター（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、および１６ｄ）、および第２のカラーフィルター（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および１８ｄ）は、赤（Ｒ）色フィルター、緑（Ｇ）カラーフィルター、または青（Ｂ）カラーフィルターを含む。中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）のそれぞれは、空間３８を囲む連続壁構造３６を含む。
図１では、複数の金属グリッド３２が基板１２上に配置され、パターン化された有機層３４が中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）、第１のカラーフィルター（２２ａ 、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）、および第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）の間に配置される。中央領域１４内では、パターン化された有機層３４は金属グリッド３２上に配置される。第１の領域１６内では、パターン化された有機層３４は、例えば、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）の位置ずれにより、金属グリッド３２の一部の上に配置される。第２の領域１８内では、パターン化された有機層３４は、例えば、第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）のより大きな位置ずれにより、金属グリッド３２のより小さい一部に配置される。
光学装置１０は、低屈折率材料層４０をさらに含み、低屈折率材料層４０は、中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）と、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）と、第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）と、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、及び第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の連続壁構造３６とを覆い、低屈折率材料層４０は、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、及び第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の空間３８に充填されている。いくつかの実施形態では、低屈折率材料層４０の屈折率は、約１．２から約１．５の範囲にある。具体的には、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の連続壁構造３６の屈折率は、連続壁構造３６の周りの構成要素の屈折率よりも大きく、例えば、低屈折率材料層４０の屈折率よりも大きく、且つ中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ）の連続壁構造３６のそれぞれ下の中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）、および第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）の屈折率よりも大きい。いくつかの実施形態では、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の連続壁構造３６の屈折率）は約１．６から約１．９の範囲にある。
図２に示すように、本実施形態と図１の実施形態との違いは、その構造が異なることにある。以下は相違点のみを示しており、同じ部分は繰り返していない。この実施形態では、保護層４２は、中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）、および第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）と、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）との間にさらに配置される。いくつかの実施形態では、保護層４２は、中央のカラーフィルター（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、および２０ｄ）、第１のカラーフィルター（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、および２２ｄ）、および第２のカラーフィルター（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、および２４ｄ）を、後続のエッチングプロセスまたは他のプロセス中の損傷から保護するエッチングストップ層として用いられる。いくつかの実施形態では、保護層４２の材料は、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の連続壁構造３６の材料と同じであるか、または異なる。いくつかの実施形態では、保護層４２の材料に応じて、保護層４２の適切な厚さが選択される。
図３に示すように、本実施形態と図１の実施形態との違いは、その構造が異なることにある。以下は相違点のみを示しており、同じ部分は繰り返していない。この実施形態では、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の連続壁構造３６は、テーパー断面を有する。つまり、基板１２の主面に対して垂直面で連続壁構造３６を切ったときの断面がテーパー形状になっている。いくつかの実施形態では、テーパー断面を有する連続壁構造３６は、順方向エッチングおよび横方向エッチングを含むエッチングプロセスによって形成される。
図４に示すように、本実施形態と図１の実施形態との違いは、その構造が異なることにある。以下は相違点のみを示しており、同じ部分は繰り返していない。この実施形態では、ハードマスク層４４は、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃおよび３０ｄ）の連続壁構造３６のそれぞれの上部３６’にさらに配置される。いくつかの実施形態では、高アスペクト比の連続壁構造３６がエッチングされるとき、適切な厚さのハードマスク層４４がプロセスの利便性のために選択される。
中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）、第１の中空部材（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、および２８ｄ）、および第２の中空部材（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、および３０ｄ）の連続壁構造３６と空間３８の形状と寸法は、次のようにさらに明確に示される。図５〜図７は、カラーフィルターの上に配置されたこれらの中空部材の一部の上面図である。ここでは、中央領域１４内の中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）は例として挙げられる。図５では、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）の連続壁構造３６は、長方形の形状である。連続壁構造３６の幅「ＷＣ」は、例えば、隣接する金属グリッド３２間の距離「ＤＭ」の３分の１未満である（図１を参照）。連続壁構造３６の高さ「Ｈ」は、約０．１μｍから約０．７μｍの範囲にある（図１を参照）。また、空間３８の幅「ＷＳ」は、例えば、隣接する金属グリッド３２間の距離「ＤＭ」の３分の１未満である（図１を参照）。図６では、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）の連続壁構造３６は、円形の形状である。連続壁構造３６の幅「ＷＣ」は、例えば、隣接する金属グリッド３２間の距離「ＤＭ」の３分の１未満である（図１を参照）。連続壁構造３６の高さ「Ｈ」は、約０．１μｍから約０．７μｍの範囲にある（図１を参照）。また、空間３８の幅（直径）「ＷＳ」は、例えば、隣接する金属グリッド３２間の距離「ＤＭ」の３分の１未満である（図１を参照）。図７では、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）の連続壁構造３６は三角形の形状である。連続壁構造３６の幅「ＷＣ」は、例えば、隣接する金属グリッド３２間の距離「ＤＭ」の３分の１未満である（図１を参照）。連続壁構造３６の高さ「Ｈ」は、約０．１μｍから約０．７μｍの範囲にある（図１を参照）。また、空間３８の幅「ＷＳ」は、例えば、隣接する金属グリッド３２間の距離「ＤＭ」の３分の１未満である（図１を参照）。いくつかの実施形態では、それによって囲まれた低屈折率材料層４０を充填する空間があれば、連続壁構造３６の他の形状も本発明における選択に適する。図５〜図７では、中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）の連続壁構造３６は、第１の周期構造４６を構成する。中央の中空部材（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、および２６ｄ）の空間３８は、第２の周期構造４８を構成する。即ち、２つの周期構造（即ち、連続壁構造３６および空間３８）が光学装置１０に形成される。
本発明では、光学デバイスに形成された２つの周期構造（即ち、連続壁構造で構成された第１の周期構造および低屈折率材料層で充填された空間で構成された第２の周期構造）がある。複雑な周期構造は光が通過する経路に配置されているため、特定の方向の表面回折（即ち、ゼロ次回折と正および負の１次回折）がこれにより低減され、表示パネル上の予期しないゴースト画像とフレアが効果的に除去される。また、中空導波路（ｈｏｌｌｏｗ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）部材は、高屈折率材料を有する連続壁構造、および連続壁構造によって囲まれた低屈折率材料層を含む。光エネルギーが高屈折率材料の連続壁構造を透過したとき、連続壁構造の隣接するエネルギー波の漏洩モードが結合して、低屈折率材料層の光エネルギーを改善し、例えば、基板の中央領域内で、光エネルギーを捕捉する能力を効果的に高め、ＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）を改善する。
（例１）光学装置におけるゴースト画像およびフレアの除去
この例では、カラーフィルターの上に配置された中実導波路（ｓｏｌｉｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）部材を有する従来の画像センサ装置が提供される。カラーフィルターの上に配置された中空導波路部材を有する本画像センサ装置（図１に示すように）も提供される。これらの２つの画像センサ装置の表面回折（つまり、０次回折と１次回折）の程度が評価される。ゼロ次回折はゴースト画像を形成する。一次回折はフレアを形成する。従来の画像センサ装置では、ゼロ次回折と１次回折の両方が１００％のエネルギーに達するため、非常に明白なゴースト画像とフレアが現れる。従来の画像センサ装置の回折シミュレーション画像は図８に示される。図８では、中央領域の光点ａは、ゴースト画像の強度を表している。周辺領域の光点（ｂ、ｃ、ｄ、およびｅ）は、フレアの強度を表している。図８では、中央領域と周辺領域に位置する光点（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびｅ）が非常に明るいため、従来のイメージセンサー装置で発生した非常に明らかなゴースト画像とフレアがあることを示している。しかしながら、本画像センサ装置では、ゼロ次回折のエネルギーは約９２．１％に低下する（約８％低下）。また、一次回折のエネルギーは、特定の中空導波路部材によって引き起こされる表面回折の程度が大幅に低下するために、約３０．６％（約７０％低下）に低下する。本画像センサ装置の回折シミュレーション画像は図９に示される。図９では、中央領域の光点ａ’は、ゴースト画像の強度を表している。周辺領域の光点（ｂ ’、ｃ’、ｄ’、およびｅ’）は、フレアの強度を表している。図９では、中央および周辺領域に位置する光点（ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅ）が暗いため、本画像センサ装置で発生したごくわずかなゴースト画像とフレアがあることを示している。従って、図８および図９に示された回折シミュレーション画像によれば、従来の画像センサ装置と比較し、本画像センサ装置では、ゴースト画像およびフレアは著しく改善されている。
（例２）光学装置のＱＥスペクトルの改善
この例では、カラーフィルターの上に配置された中実導波路部材を有する従来の画像センサ装置が提供される。カラーフィルターの上に配置された中空導波路部材を有する本画像センサ装置（図１に示すように）も提供される。これらの２つの画像センサ装置の基板の中央領域内のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）が評価される。図１０に示すように、曲線「Ａ」は、従来の画像センサ装置のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）を示している。曲線「Ｂ」は、本画像センサ装置のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）を示している。従来の画像センサ装置によって構築されたＱＥスペクトル（曲線「Ａ」）と比較して、本画像センサ装置によって構築されたＱＥスペクトル（曲線「Ｂ」）では、Ｒ画素は１００％から１００．６％に引き上げられ、Ｇ画素は１００％から１０２．５％に引き上げられ、Ｂ画素は１００％から１０５．２％に引き上げられる。
（例３）光学装置のＱＥスペクトルの維持
この例では、カラーフィルターの上に配置された中実導波路部材を有する従来の画像センサ装置が提供される。カラーフィルターの上に配置された中空導波路部材を有する本画像センサ装置（図１に示すように）も提供される。これらの２つの画像センサ装置の基板の縁部領域内のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）が評価される。図１１に示すように、曲線「Ａ」は、従来の画像センサ装置のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）を示している。曲線「Ｂ」は、本画像センサ装置のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）を示している。従来の画像センサ装置によって構築されたＱＥスペクトル（曲線「Ａ」）と比較して、本画像センサ装置によって構築されたＱＥスペクトル（曲線「Ｂ」）では、Ｒ／Ｇ／Ｂ画素は、同等のＱＥおよびクロストーク現象を維持する。
（例４）光学装置のチャネル差の維持
この例では、カラーフィルターの上に配置された中実導波路部材を有する従来の画像センサ装置が提供される。カラーフィルターの上に配置された中空導波路部材を有する本画像センサ装置（図１に示すように）も提供される。これらの２つの画像センサ装置の基板の縁部領域内のチャネル差（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）が評価される。チャネル差は、画素の最大感度と最小感度の差として定義される。従来の画像センサ装置では、Ｇｒ画素（Ｒ画素に隣接するＧ画素）のチャネル差は１．６％、Ｇｂ画素（Ｂ画素に隣接するＧ画素）は２．０％であり、Ｒ画素は４．２％であり、且つＢ画素は１．５％である。本画像センサ装置では、Ｇｒ画素（Ｒ画素に隣接するＧ画素）のチャネル差は２．９％、Ｇｂ画素（Ｂ画素に隣接するＧ画素）は２．１％であり、Ｒ画素は３．９％であり、且つＢ画素は１．４％である。評価結果によれば、従来の画像センサ装置と比較して、本画像センサ装置では、Ｇｒ／Ｇｂ／Ｒ／Ｂ画素は同等のチャネル差を維持している。
（例５）光学装置の光エネルギーを捕捉する能力の改善
この例では、カラーフィルターの上に配置された中実導波路部材を有する従来の画像センサ装置が提供される。カラーフィルターの上に配置された中空導波路部材を有する本画像センサ装置（図１に示すように）も提供される。これらの２つの画像センサ装置の導波路部材に光エネルギーを捕捉する能力が評価される。図１２は、従来の光学装置の中実導波路部材５０（高屈折率材料を有する）における光エネルギー分布プロファイルを示している。図１３は、本光学装置の中空導波路部材（低屈折率材料層４０を囲む（高屈折率材料を有する）連続壁構造３６により構成された）内の光エネルギー分布プロファイルを示している。図１２に示されるように、光エネルギーの一部のみが高屈折率材料を有する中実導波路部材５０に捕捉され、残りの光エネルギーは外側に広がる。しかしながら、図１３によれば、光エネルギーのほとんどは、連続壁構造３６で囲まれた低屈折率材料層４０に捕捉され、光エネルギーはほとんど拡散しない。本光学装置では、低屈折率材料層４０の適切な寸法により、光エネルギーが高屈折率材料を有する連続壁構造３６を透過したとき、連続壁構造３６の隣接するエネルギー波の漏洩モードが結合し、これにより低屈折率材料層４０の光エネルギーが大幅に増加する。従って、光エネルギーを捕捉する能力は、本光学装置に配置された特定の中空導波路部材によって改善される。
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。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
１０ 光学装置
１２ 基板
１２ａ 基板の中心
１２ｂ 基板の縁部
１４ 中央領域
１６ 第１の領域
１８ 第２の領域
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 中央のカラーフィルター
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 第１のカラーフィルター
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 第２のカラーフィルター
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 中央の中空部材
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ 第１の中空部材
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 第２の中空部材
２０Ｐｃ 中央のカラーフィルターの中心点
２２Ｐｃ 第１のカラーフィルターの中心点
２４Ｐｃ 第２のカラーフィルターの中心点
２６Ｐｃ 中央の中空部材の中心点
２８Ｐｃ 第１の中空部材の中心点
３０Ｐｃ 第２の中空部材の中心点
３２ 金属グリッド
３４ パターン化された有機層
３６ 連続壁構造
３７、３７ａ、３７ｂ 入射光
３８ 空間
４０ 低屈折率材料層
Ｄ１ 第１の距離
Ｄ２ 第１の距離
Ｈ 連続壁構造の高さ
ＤＭ 金属グリッド間の距離
４２ 保護層
３６’ 連続壁構造の上部
４４ ハードマスク層
４６ 第１の周期構造
４８ 第２の周期構造
ＷＣ 連続壁構造の幅
ＷＳ 空間の幅（直径）
ａ 中央領域の光点
ｂ、ｃ、ｄ、ｅ 周辺領域の光点
ａ’ 中央領域の光点
ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’ 周辺領域の光点
Ａ 従来の画像センサ装置のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）
Ｂ 本画像センサ装置のＱＥスペクトル（Ｒ／Ｇ／Ｂ画素）
５０ 中実導波路部材

Claims (10)

  1. 中心および縁部を有する基板と、
    前記基板の前記中心から前記縁部の前記基板上に順次に配置された中央のカラーフィルター、第１のカラーフィルター、および第２のカラーフィルターと、
    前記中央のカラーフィルター、前記第１のカラーフィルター、および前記第２のカラーフィルター上にそれぞれ配置された中央の中空部材、第１の中空部材、および第２の中空部材とを含み、
    前記中央のカラーフィルターの中心線と前記中央の中空部材の中心線が同一線であり、前記第１のカラーフィルターの中心と前記第１の中空部材の中心との間は第１の距離があり、前記第２のカラーフィルターの中心と前記第２の中空部材の中心との間は第２の距離があり、前記第１の距離はゼロより大きく、前記第２の距離は前記第１の距離より大きい光学装置。
  2. 前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材のそれぞれは、空間を囲む連続壁構造を含む請求項１に記載の光学装置。
  3. 前記連続壁構造は、テーパー断面、長方形、円形、または三角形の形状に形成され、
    前記連続壁構造の高さは約０．１μｍから約０．７μｍの範囲である請求項２に記載の光学装置。
  4. 前記基板の上に配置された複数の金属グリッドをさらに含み、前記空間は、隣接する前記金属グリッド間の距離の３分の１未満の幅を有し、前記連続壁構造は長方形の形状をしている請求項３に記載の光学装置。
  5. 前記基板の上に配置された複数の金属グリッドをさらに含み、前記空間は、隣接する前記金属グリッド間の距離の３分の１未満の直径を有し、前記連続壁構造は円形の形状をしている請求項３に記載の光学装置。
  6. 前記中央のカラーフィルター、前記第１のカラーフィルター、および前記第２のカラーフィルターと、前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記連続壁構造とを覆い、且つ前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記空間に充填された低屈折率材料層をさらに含み、前記低屈折率材料層は、約１．２から約１．５の範囲にある屈折率を有する請求項２に記載の光学装置。
  7. 前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記連続壁構造は、前記低屈折率材料層の屈折率よりも大きく、且つ前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記連続壁構造のそれぞれ下の前記中央のカラーフィルター、前記第１のカラーフィルター、および前記第２のカラーフィルターの屈折率よりも大きい屈折率を有し、前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の連続壁構造の屈折率は約１．６から約１．９の範囲内にある請求項６に記載の光学装置。
  8. 前記中央のカラーフィルター、前記第１のカラーフィルター、および前記第２のカラーフィルターと、前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材との間に配置された保護層をさらに含む請求項１に記載の光学装置。
  9. 前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記連続壁構造の上部に配置されたハードマスク層をさらに含む請求項２に記載の光学装置。
  10. 前記基板は、前記基板の前記中心から前記縁部に順次に中央領域、第１の領域、および第２の領域を含み、
    前記中央領域内に前記中央の中空部材で構成された複数の前記中央のカラーフィルターがあり、
    前記第１の領域内に前記第１の中空部材で構成された複数の前記第１のカラーフィルターがあり、
    前記第２の領域内に前記第２の中空部材で構成された複数の前記第２のカラーフィルターがあり、
    前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記連続壁構造は、第１の周期構造を構成し、
    前記中央の中空部材、前記第１の中空部材、および前記第２の中空部材の前記空間は、第２の周期構造を構成する請求項２に記載の光学装置。
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