JP6807368B2 - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光学素子に関するものであり、特に、カラーフィルタの上に形成される集光層を有する光学素子およびその製造方法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、隣接する画素からの光が足りないために、特に青色（Ｂ）カラーフィルタでは、現在の画素のＱＥピークが降下する。
従って、ＱＥスペクトル、特に青色（Ｂ）カラーフィルタを向上させ、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。
カラーフィルタの上に形成される集光層を有する光学素子およびその製造方法を提供する。
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、基板、複数の金属グリッド、パターン化された第１の有機層、カラーフィルタ、第２の有機層、および集光層を含む。複数の金属グリッドは基板の上に形成される。パターン化された第１の有機層は、複数の金属グリッドの上に形成される。カラーフィルタは、パターン化された第１の有機層によって囲まれる。第２の有機層は、パターン化された第１の有機層およびカラーフィルタの上に形成される。集光層は、第２の有機層によって囲まれ、カラーフィルタに対応する。集光層の屈折率は、第２の有機層の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタは青色カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、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。
集光層の屈折率は、カラーフィルタの屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
いくつかの実施形態では、集光層は第２の有機層から露出される。
いくつかの実施形態では、集光層は、第２の有機層で更に覆われる。
いくつかの実施形態では、集光層の上方の第２の有機層は、約５０ｎｍ以下の厚さを有する。
いくつかの実施形態では、集光層の一部は、カラーフィルタ内に更に延伸される。
いくつかの実施形態では、集光層は、矩形、テーパ、曲線、または多角形の形状である。
いくつかの実施形態では、集光層のカラーフィルタと接する面の幅は最大幅として定義される。
いくつかの実施形態では、集光層の最大幅は、カラーフィルタの幅の半分以下である。
いくつかの実施形態では、集光層はテーパ状をなしており、集光層の幅はカラーフィルタから離れる方向に徐々に減少する。
いくつかの実施形態では、集光層は湾曲しており、集光層の幅はカラーフィルタから離れる方向に徐々に減少する。
いくつかの実施形態では、集光層は多角形であり、集光層の幅はカラーフィルタから離れる方向に段階的に減少する。
いくつかの実施形態では、集光層は、第１の矩形と、第１の矩形に垂直な第２の矩形を含み、第１の矩形はカラーフィルタと接している。
いくつかの実施形態では、光学素子は、金属グリッドを覆う酸化物層を更に含む。
いくつかの実施形態では、光学素子は、第２の有機層の上に形成された反射防止層を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層の屈折率は、反射防止層の屈折率より大きい。
本発明の一実施形態による、光学素子の製造方法が提供される。この製造方法は、以下のステップを含む。基板が提供される。複数の金属グリッドが基板の上に形成される。パターン化された第１の有機層が金属グリッドの上に形成される。カラーフィルタが基板の上に形成される。カラーフィルタは、パターン化された第１の有機層によって囲まれる。パターン化された第２の有機層は、パターン化された第１の有機層およびカラーフィルタの第１の部分を覆うように形成される。集光層は、パターン化された第２の有機層で覆われていないカラーフィルタの第２の部分の上に形成される。集光層は、パターン化された第２の有機層によって囲まれる。集光層の屈折率は、パターン化された第２の有機層の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第２の有機層および集光層の上に反射防止層が更に形成される。
本発明では、特定の高屈折率（高ｎ（ｈｉｇｈ−ｎ））集光層（例えば、ｎ=１．６〜１．９）がカラーフィルタの上に配置される。集光層の屈折率は、隣接する材料の屈折率より高い。従って、集光層を配置することにより、青色（Ｂ）カラーフィルタのＱＥピークは、例えば約３．１％に大幅に向上される。この集光層を有する本光学素子は、カラーフィルタ間のクロストークを低く抑え、且つ複合金属グリッド（ＣＭＧ）型構造および導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子のそれらと同様の赤色（Ｒ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタのＱＥピークを提供する。また、集光層は、製品の要求に応じて単一または複数の画素に配置されることができる。集光層は、様々な適切な形状、例えば矩形、テーパ、曲線、または多角形を含む。集光層のカラーフィルタと接触する表面の幅は最大幅と定義され、集光層の最大幅は、例えばカラーフィルタの幅の半分より小さく制限されて、もともと近傍画素に向かう光が現在の画素の集光層によって吸収されるのを防止する。
本発明によれば、カラーフィルタの上に形成される集光層を有する光学素子およびその製造方法を提供することができる。
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。
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断面図である。 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断面図である。 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断面図である。 図７Ａは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｂは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｃは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｄは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｅは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｆは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｇは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｈは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｉは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図７Ｊは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図８は、従来の光学素子のＱＥスペクトルを示している。 図９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。
上述の説明では、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、添付の請求の範囲を参考にして決定される）。
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、基板１２、複数の金属グリッド１４、パターン化された第１の有機層１６、カラーフィルタ１８、第２の有機層２０、および集光層２２を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。パターン化された第１の有機層１６は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれている。第２の有機層２０は、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。集光層２２は、第２の有機層２０に囲まれ、カラーフィルタ１８に対応する。具体的には、集光層２２の屈折率は、第２の有機層２０の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層１６は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタなど、少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタなどの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層２０は透明な平坦化層である。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図１では、集光層２２は第２の有機層２０から露出され、集光層２２は矩形の形状をなしている。
図１では、集光層２２のカラーフィルタ１８と接する面２２’の幅「ＷＬＣ」が最大幅「ＷＥＳＴ」として定義されている。
いくつかの実施形態では、集光層２２の最大幅「ＷＥＳＴ」は、カラーフィルタ１８の幅「ＷＣＦ」の半分以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、金属グリッド１４を覆う酸化物層２４を更に含む。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、第２の有機層２０の上に形成された反射防止層２６を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
図２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２は、光学素子１０の断面図を示している。
光学素子１０は、基板１２、複数の金属グリッド１４、パターン化された第１の有機層１６、カラーフィルタ１８、第２の有機層２０、および集光層２２を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。パターン化された第１の有機層１６は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれる。第２の有機層２０は、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。集光層２２は、第２の有機層２０によって囲まれ、カラーフィルタ１８に対応する。具体的には、集光層２２の屈折率は、第２の有機層２０の屈折率よりも大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層１６は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタなど、少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタなどの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層２０は透明な平坦化層である。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図２では、集光層２２は、第２の有機層２０で更に覆われ、集光層２２の上の第２の有機層２０は、約５０ｎｍ以下の厚さ「Ｔ」を有する。
図２では、集光層２２は矩形であり、集光層２２のカラーフィルタ１８と接する面２２'の幅「ＷＬＣ」は、最大幅「ＷＥＳＴ」として定義される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の最大幅「ＷＥＳＴ」は、カラーフィルタ１８の幅「ＷＣＦ」の半分以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、金属グリッド１４を覆う酸化物層２４を更に含む。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、第２の有機層２０の上に形成された反射防止層２６を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
図３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３は、光学素子１０の断面図を示している。
光学素子１０は、基板１２、複数の金属グリッド１４、パターン化された第１の有機層１６、カラーフィルタ１８、第２の有機層２０、集光層２２を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。パターン化された第１の有機層１６は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれる。第２の有機層２０は、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。集光層２２は、第２の有機層２０によって囲まれ、カラーフィルタ１８に対応する。具体的には、集光層２２の屈折率は、第２の有機層２０の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層１６は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタなど、少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタなどの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層２０は透明な平坦化層である。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図３では、集光層２２の一部は、カラーフィルタ１８内に更に延伸され、集光層２２は、矩形である。
図３では、集光層２２のカラーフィルタ１８と接する面２２'の幅「ＷＬＣ」は、最大幅「ＷＥＳＴ」として定義される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の最大幅「ＷＥＳＴ」は、カラーフィルタ１８の幅「ＷＣＦ」の半分以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、金属グリッド１４を覆う酸化物層２４を更に含む。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、第２の有機層２０の上に形成された反射防止層２６を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
図４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４は、光学素子１０の断面図を示している。
光学素子１０は、基板１２、複数の金属グリッド１４、パターン化された第１の有機層１６、カラーフィルタ１８、第２の有機層２０、集光層２２を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。パターン化された第１の有機層１６は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれる。第２の有機層２０は、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。集光層２２は、第２の有機層２０によって囲まれ、カラーフィルタ１８に対応する。具体的には、集光層２２の屈折率は、第２の有機層２０の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層１６は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタなど、少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタなどの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層２０は透明な平坦化層である。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図４では、集光層２２は第２の有機層２０から露出され、集光層２２はテーパ状をなしている。
図４では、集光層２２の幅「ＷＬＣ」は、カラーフィルタ１８から離れる方向２８に徐々に減少する。
図４では、集光層２２のカラーフィルタ１８と接する面２２'の幅「ＷＬＣ」は、最大幅「ＷＥＳＴ」として定義される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の最大幅「ＷＥＳＴ」は、カラーフィルタ１８の幅「ＷＣＦ」の半分以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、金属グリッド１４を覆う酸化物層２４を更に含む。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、第２の有機層２０の上に形成された反射防止層２６を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
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、基板１２、複数の金属グリッド１４、パターン化された第１の有機層１６、カラーフィルタ１８、第２の有機層２０、集光層２２を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。パターン化された第１の有機層１６は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれる。第２の有機層２０は、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。集光層２２は、第２の有機層２０によって囲まれ、カラーフィルタ１８に対応する。具体的には、集光層２２の屈折率は、第２の有機層２０の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層１６は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタなど、少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタなどの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層２０は透明な平坦化層である。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図５では、集光層２２は、第２の有機層２０から露出され、集光層２２は湾曲している。
図５では、集光層２２の幅「ＷＬＣ」は、カラーフィルタ１８から離れる方向２８に徐々に減少する。
図５では、集光層２２のカラーフィルタ１８と接する面２２'の幅「ＷＬＣ」は、最大幅「ＷＥＳＴ」として定義される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の最大幅「ＷＥＳＴ」は、カラーフィルタ１８の幅「ＷＣＦ」の半分以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、金属グリッド１４を覆う酸化物層２４を更に含む。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、第２の有機層２０の上に形成された反射防止層２６を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
図６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６は、光学素子１０の断面図を示している。
光学素子１０は、基板１２、複数の金属グリッド１４、パターン化された第１の有機層１６、カラーフィルタ１８、第２の有機層２０、集光層２２を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。パターン化された第１の有機層１６は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれる。第２の有機層２０は、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。集光層２２は、第２の有機層２０によって囲まれ、カラーフィルタ１８に対応する。具体的には、集光層２２の屈折率は、第２の有機層２０の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、パターン化された第１の有機層１６は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタなど、少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタなどの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層２０は透明な平坦化層である。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図６では、集光層２２は第２の有機層２０から露出され、集光層２２は多角形（ポリゴンともいう）の形状をなしている。
図６では、集光層２２は、第１の矩形２２aと、第１の矩形２２ａに垂直な第２の矩形２２ｂとを有し、第１の矩形２２ａは、カラーフィルタ１８と接触している。
集光層２２の幅「ＷＬＣ」は、カラーフィルタ１８から離れる方向２８に段階的に減少する。
図６では、集光層２２のカラーフィルタ１８と接する面２２'の幅「ＷＬＣ」は、最大幅「ＷＥＳＴ」として定義される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の最大幅「ＷＥＳＴ」は、カラーフィルタ１８の幅「ＷＣＦ」の半分以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、金属グリッド１４を覆う酸化物層２４を更に含む。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
いくつかの実施形態では、光学素子１０は、第２の有機層２０の上に形成された反射防止層２６を更に含む。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
図７Ａ〜図７Ｊに示すように、本発明の一実施形態による、光学素子を製造する方法が提供される。図７Ａ〜図７Ｊは、光学素子の製造方法の断面図を示している。
図７Ａに示すように、基板１２が提供される。複数の金属グリッド１４が基板１２の上に形成される。複数の酸化物層２４が形成され、金属グリッド１４を覆う。酸化物層２４は、金属グリッド１４の保護層として用いられる。
図７Ｂに示すように、第１の有機層１５が、金属グリッド１４および基板１２の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第１の有機層１５は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
図７Ｃに示すように、パターン形成されたフォトレジスト層１７が第１の有機層１５の上に形成される。
図７Ｄに示すように、パターン化されたフォトレジスト層１７をマスクとして用いて、フォトリソグラフィプロセス２９が第１の有機層１５の上で行われ、金属グリッド１４を覆うパターン化された第１の有機層１６を形成する。次に、フォトレジスト層１７は除去される。
図７Ｅに示すように、カラーフィルタ１８が基板１２の上に形成される。カラーフィルタ１８は、パターン化された第１の有機層１６によって囲まれる。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は青色（Ｂ）カラーフィルタである。
いくつかの実施形態では、カラーフィルタ１８は、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）カラーフィルタを含む。
図７Ｆに示すように、第２の有機層１９がパターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１９は透明な平坦化層である。
図７Ｇに示すように、パターン形成されたフォトレジスト層２１が第２の有機層１９の上に形成される。
図７Ｈに示すように、パターン化されたフォトレジスト層２１をマスクとして用いて、フォトリソグラフィプロセス３０が第２の有機層１９の上で行われ、パターン化された第１の有機層１６およびカラーフィルタ１８の第１の部分１８'を覆うパターン化された第２の有機層２０を形成する。即ち、カラーフィルタ１８の第１の部分１８'は、パターン化された第２の有機層２０で覆われ、カラーフィルタ１８の第２の部分１８”をパターン化された第２の有機層２０から露出させる。次いで、パターン形成されたフォトレジスト層２１は除去される。
図７Ｉに示すように、集光層２２がカラーフィルタ１８の第２の部分１８”の上に形成される。カラーフィルタ１８の第２の部分１８”は、パターン化された第２の有機層２０で覆われていない。集光層２２は、パターン化された第２の有機層２０によって囲まれる。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、１種類のカラーフィルタ、例えば青色（Ｂ）カラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、青色（Ｂ）カラーフィルタと赤色（Ｒ）カラーフィルタ、または青色（Ｂ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタの少なくとも２種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２は、例えば、赤色（Ｒ）カラーフィルタ、緑色（Ｇ）カラーフィルタ、および青色（Ｂ）カラーフィルタの全ての種類のカラーフィルタの上に配置される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、パターン化された第２の有機層２０の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、カラーフィルタ１８の屈折率より大きい。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、約１．６〜約１．９の範囲にある。
図７Iでは、集光層２２は第２の有機層２０から露出され、集光層２２は矩形の形状をなしている。
集光層２２の関連寸法は図１に示される。
他の形状、例えばテーパ、曲線、または多角形を有する集光層２２の製造プロセスは、図７Ａ〜図７Ｉに示す製造プロセスと同様である。
図７Ｊに示すように、反射防止層２６がパターン化された第２の有機層２０および集光層２２の上に形成される。
いくつかの実施形態では、集光層２２の屈折率は、反射防止層２６の屈折率より大きい。
実施例１
光学素子のＱＥスペクトルの向上
この実施例では、ＱＥスペクトル、特に青色（Ｂ）カラーフィルタの向上は、特定の集光層を光学素子に配置することによって認められる。図８に示すように、曲線「Ａ」は、複合金属グリッド（ＣＭＧ）型構造を有する光学素子のＱＥスペクトル（Ｒ/Ｇ/Ｂ）を示しており、曲線「Ｂ」は、導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子のＱＥスペクトル（Ｒ/Ｇ/Ｂ）を示している。明らかに、導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子の青色（Ｂ）カラーフィルタのＱＥピークは降下している。また、図９に示すように、曲線Ｃは、図１に示された特定の集光層を含む導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子のＱＥスペクトル（Ｒ/Ｇ/Ｂ）を示している。図１に示された特定の集光層を含む導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子によって構築されたＱＥスペクトル（曲線「Ｃ」）は、光学素子の青色（Ｂ）カラーフィルタのＱＥピークが曲線「Ｂ」に対して約３．１％の大幅な向上が図られることを示している。また、ＱＥスペクトル（曲線「Ｃ」）は、カラーフィルタ間の低クロストークが維持されることも示している。
本発明では、特定の高屈折率（高ｎ（ｈｉｇｈ−ｎ））集光層（例えば、ｎ=１．６〜１．９）がカラーフィルタの上に配置される。集光層の屈折率は、隣接する材料の屈折率より高い。従って、集光層を配置することにより、青色（Ｂ）カラーフィルタのＱＥピークは、例えば約３．１％に大幅に向上される。この集光層を有する本光学素子は、カラーフィルタ間のクロストークを低く抑え、且つ複合金属グリッド（ＣＭＧ）型構造および導波路カラーフィルタ（ＷＧＣＦ）型構造を有する光学素子のそれらと同様の赤色（Ｒ）カラーフィルタと緑色（Ｇ）カラーフィルタのＱＥピークを提供する。また、集光層は、製品の要求に応じて単一または複数の画素に配置されることができる。集光層は、様々な適切な形状、例えば矩形、テーパ、曲線、または多角形を含む。集光層のカラーフィルタと接触する表面の幅は最大幅と定義され、集光層の最大幅は、例えばカラーフィルタの幅の半分より小さく制限されて、もともと近傍画素に向かう光が現在の画素の集光層によって吸収されるのを防止する。
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。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 光学素子
１２ 基板
１４ 複数の金属グリッド
１６ パターン化された第１の有機層
１８ カラーフィルタ
２０ 第２の有機層
２２ 集光層
２２’ カラーフィルタと接する面
２４ 酸化物層
２６ 反射防止層
ＷＬＣ 集光層のカラーフィルタと接する面の幅
ＷＥＳＴ 集光層の最大幅
ＷＣＦ カラーフィルタの幅
２８ カラーフィルタから離れる方向
２２ａ 第１の矩形
２２ｂ 第２の矩形
１５ 第１の有機層
１７ フォトレジスト層
１９ 第２の有機層
２１ パターン形成されたフォトレジスト層
１８’カラーフィルタの第１の部分
１８”カラーフィルタの第２の部分

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板の上に形成された複数の金属グリッドと、
    前記複数の金属グリッドの上に形成されたパターン化された第１の有機層と、
    前記パターン化された第１の有機層によって囲まれ、幅と屈折率を有する単色のカラーフィルタと、
    前記パターン化された第１の有機層と前記カラーフィルタの上に形成された屈折率を有する第２の有機層と、
    前記第２の有機層によって囲まれ、且つ前記カラーフィルタに対応する幅、表面、および屈折率を有する集光層を含み、前記集光層の前記屈折率は、前記第２の有機層の屈折率より大きく、
    前記カラーフィルタと接する前記集光層の前記表面の幅は、最大幅として定義され、前記集光層の最大幅は、前記カラーフィルタの幅の半分以下である光学素子。
  2. 前記パターン化された第１の有機層は、１．２〜１．４５の範囲の屈折率を有し、前記集光層の屈折率は、１．６〜１．９の範囲にある請求項１に記載の光学素子。
  3. 前記カラーフィルタは、青色カラーフィルタであり、前記集光層の屈折率は、前記カラーフィルタの屈折率より大きい請求項１に記載の光学素子。
  4. 前記集光層は、前記第２の有機層から露出され、前記集光層の一部は、前記カラーフィルタ内に更に延伸される請求項１に記載の光学素子。
  5. 前記集光層は、前記第２の有機層で更に覆われ、前記集光層の上方の前記第２の有機層は、５０ｎｍ以下の厚さを有する請求項１に記載の光学素子。
  6. 前記集光層は、矩形、テーパ、曲線、または多角形の形状を有する請求項１に記載の光学素子。
  7. 前記集光層は、テーパ状をなしているか、または湾曲しており、前記集光層の幅は前記カラーフィルタから離れる方向に徐々に減少する請求項６に記載の光学素子。
  8. 前記集光層は、第１の矩形と、前記第１の矩形の第１の表面に垂直な第２の矩形を含む多角形であり、前記第１の矩形は、前記第１の表面と反対側の第２の表面で前記カラーフィルタと接しており、前記集光層の幅は前記カラーフィルタから離れる方向に段階的に減少する請求項６に記載の光学素子。
  9. 酸化物層と反射防止層を更に含み、前記酸化物層は、前記金属グリッドを覆い、屈折率を有する前記反射防止層は、前記第２の有機層の上に形成され、前記集光層の屈折率は、前記反射防止層の屈折率より大きい請求項１に記載の光学素子。
  10. 基板を提供するステップと、
    前記基板の上に複数の金属グリッドを形成するステップと、
    前記複数の金属グリッドの上に、パターン化された第１の有機層を形成するステップと、
    前記基板の上にカラーフィルタを形成するステップであって、前記カラーフィルタは、前記パターン化された第１の有機層によって囲まれるステップと、
    前記パターン化された第１の有機層、および前記カラーフィルタのうち第１の部分を覆い、屈折率を有するパターン化された第２の有機層を形成するステップと、
    前記カラーフィルタのうち第２の部分の上に、前記カラーフィルタと接するように、屈折率を有する集光層を形成するステップであって、前記集光層は、前記パターン化された第２の有機層によって囲まれ、前記集光層の前記屈折率は前記パターン化された第２の有機層の屈折率より大きいステップを含み、
    前記第１の部分は、前記カラーフィルタのうち前記パターン化された第２の有機層で覆われる部分であり、
    前記第２の部分は、前記カラーフィルタのうち前記パターン化された第２の有機層で覆われない部分である光学素子の製造方法。
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