JPS63116104A - 固体撮像素子用色フイルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は固体１隊素子をカラー化するために用いられる
色フィルタに−する。

（従来の技術） 固体ＦＲｅ素子のカラー化は固体１隊素子の受光面に、
各画素の受光部に対応させて多数の色フィルタを設置し
て各画素に入射する光の波長と強度を規則的にコントロ
ールし各画素から得られる電気信号を演算処理して４度
信号と色信号を得ることによって達成される。

使用される色フィルタは赤ＩＩ（］、緑１Ｇ、青＋８１
の原色、シアン、マゼンタ、イエローの補色および白′
（透明）から、通常３〜４種類が選ばれるがその分光透
過率と配置はビデオカメラの特性に大きく影響するので
種々のカラー化方式が試みられている。

固体１隊素子に用いられる色フィルタは、一般的にレリ
ーフ染色法と呼ばれる、染色可能なｍｌ脂で形成した微
、細なレリーフパターンを染色して着色する工程を必要
な色数だけ４つ９丁方法によって製潰される。

この方法は染色可能な側筋自体に感光性？持たせること
によって容易にｄａパターンを形成でき、また着色には
染料を用いるので着色パターンは透明でシャープな分光
透過率曲線を示し、しかも染料は非常に多くの種類から
選択することができるので設計上の自由度も大きいとい
う、きわめ℃実用的な方法である。

（発明が解決しようとする問題点） レリーフ染色法で４４潰される色フィルタの問題点は、
着色が染料によるものであるために顔料や無機多１！嗅
に比べて耐光性が低く、長期便用すると退色してしまう
ということである。

第１図〜第６図はガラス板上に塗布したゼラチンをシア
ン、マゼンタ、イエローの各染料で染色した色フィルタ
にキセノンランプで光照射した際の分光吸光度の変化を
示したものであり、光照射に伴なって着色が小さくなっ
て行く轡子がわかる。

なお、照吋量は紫外光域（３００〜４００ｎｍ）での測
定１直である。

第４図〜４６図は初期の最大吸＃、ＩｆＪ′）異なる色
フィルタにキセノンランプで光照射した時の退色の様子
を最大吸光度の変化（シアン６３０ｎｍ、マゼンタ５５
０ｎｍ、イエロー４２６ｎｍ　　）で示したものであり
、退色速度は染料によって大きく異なるが概して耐光性
は良くないと言える。

レリーフ染色法で製造される色フィルタのもうひとつの
問題点は、規定の最大吸光度の小さい色フィルタにおい
ては、色フィルタの形成されるウェハ間、あるいはウェ
ハ面内における分光透過率の偏差が大きくなりがちであ
ることで、工程管理上の許容範囲が狭いということであ
る。この理由については後で述べる。

（発明の目的） 本発明の目的は染料による着色でありながら耐光性が良
く、しかも規定の最大吸光度が小さい場合でも分光透過
率の偏差が小さくて製造の容易な色フィルタを提供する
ことである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を規定の最大吸光度よりも大なる吸
光度を有する着色部と着色部の一部に形成された透明部
とで構成することによって解決した色フィルタである。

（発明の詳細な 説明の説明に入る前に、本明硼書における色フィルタの
分光特性に関する表現について説明しておく。

固体撮１砿素子には色フィルタを透過した光が入射する
ので、特注として重安なのは透過率の波長依存性、丁な
わち分光透過想である。しかしながら、染料で樹脂？着
色するにあたり、染４量と直接関係するのは吸光Ｉｔで
ある。（丁なゎち、染着緻と吸光度が比例する。）透過
もなｙ（ゐ、吸光度をＸとでれば 一１０訃。Ｔし＝Ｘ の関係となる。第７図に透過率と吸光度との関係を示し
た。

可視域における染料の吸収の最も大きい点、すなわち分
光吸光度における吸光度の最大値を最大吸光度と呼ぶこ
とにする。

本発明の色フィルタは層色分と透明部とからなるので、
従来の巴フィルタのように着色部のみからなる色フィル
タＫＪ！−ｔした透過率（または吸光度）をみかけの透
過率（または吸光度）と呼ぶことにする。また、透過率
（または吸光度）の設計１直、すなわち完成した色フィ
ルタが保有丁べき（本発明品においてはみかけの）透過
率（または吸光度）を規定の透過率（または吸光度）と
呼ぶことにする。

以下、図面を用いて本発明を説明する。

第８図は固定撮１象素子８１上に本発明の色フィルタ？
形成した例？示したものであり、固体撮１象。

素子の受光部８２には色フィルタ８３を透過した九の池
に色フィルタに設けられたスルーホール状の透明ｆ５８
４から白色光が入射する。

第９図は固体撮像素子９１上に、本発明の色フィルタを
形成した別の例を示したものであり、固体囁１象素子の
受光部９２には色フィルタ９３を透過した光の他に色フ
ィルタに設けられたスリット状の透明部９４から白色光
が入射する。

一方、第１０図は固体撮像素子１０１上′に従来の色フ
ィルタを形成した例を示したものであり、固体撮像素子
の受光部１０２には巴フィルタ１０３乞透遇した光のみ
が入射する。

以上の例に示したうに、従来の色フィルタと本発明の色
フィルタの形状的なちがいは、従来の色フィルタが固体
ｒＩ＆像素子の受光部を完全におおっているのに対し、
本発明の色フィルタは受光部上に透明部分を有すること
であり、透明部分の形状は任意であるが、その面積は以
下に述べる方法で決定される。

本発明の色フィルタが上記のような形状となるのは、従
来の色フィルタと最大吸光度のコントロール方法が異な
るためである。丁なわち、従来の色フィルタにおいては
最大吸光度は１酎脂に入り込んだ染料の欧（染層欧）で
コントロールされるのに対し、本発明の色フィルタは着
色部の最大吸光度を規定の最大吸光度より大きくしてお
き、みかげの最大吸光度のコントロールｆｆニア１１色
部に設けられた透明部の面積で行なう。

いま、固体蟻１家素子の受・先部の面積Ｙａ、色フィル
タの透明部の面積なり、色フィルタの着色部のある波長
における光の透過率を工％透明部の可さ 視光の透過率が波長に関係なく１００％と丁れば色フィ
ルタのみかげの透過率Ｉ′％は となる。つまり、固体徹慮素子の受光部と色フィルタの
透明部の面積比を変えることによりみかげの最大吸光度
のコントロールを行なう。

このへんの事情をさらに具体的に説明する。

第１１図人はガラス板に塗布したゼラチンをマゼンタの
染料で染色した色フィルタｆｆ：顕微分光装置を用い、
スポット径１０μで測定した分光透過率を示したもので
あり、可視域で最も透過率が低いのは５３０ｎｍにおけ
る２４％という値である。

これは、言いかえると最大吸光度が−１０１，。イ＾＝
０．６２となるように染色したということである。

一方、第１１図Ｂは同じマゼンタの染料を用い、最大吸
光度が２倍の１．２８となるように（丁なわち５３０ｎ
ｍにおける光の透過率が５．２％となるように）染色し
た色フィルタの分光透過率である。

４１１図Ｂ）のサンプルに４．０μ×４．０μの正方形
の透明部な設け、スポット径１０μの顕微分光装置で測
定したのが第１１図Ｃである。

これは、受光部ＴＸ−ＴＸ　３．１４　＝　７８．５　
（／ｊ　）の固体蟻慮素子上に４．　ＯＸ　４．　Ｏ＝
　１６．０　（μ２）の透明部を有する色フィルタを設
けたことに相当しており、５３０ｎｍにおけるみかげの
透過率は （１−引船Ｘ　５．２　＋　１００　Ｘ丑Ｅ　２４５　
（％）になっている。

このようにし１色フィルタのみかげの吸光度を、あらか
じめ着色部を規定の最大吸光度より大なる値にしておき
、透明部分の面積によってコントロールすることができ
る。

もちろん、第１１図人と第１１図Ｂの分光透過率は、最
大吸光度は等しいが池の部分は多少異なって来ることを
、設計時に考慮しておく。

次に、本発明の巴フィルタが従来の色フィルタに比べて
良好な耐光性な示す理由につい。て説明する。

いまいちと第４図〜第６図を参照し、各色フィルタの退
色速度に注目すると、初期の最大吸光度の大きいＩＭの
曲線と初期の最大吸光度の小さいｉＢｌの曲線はほぼ平
行になっていることがわかる。

このことは、色フィルタの退色速度は、色フィルタに使
われる染料によって決まるほぼ一定の呟χとり、初期の
最大吸光度には依存しないこと？示している。

ところで、吸光度と透過率は指紋関係にあり、第７図に
も示したように、１＆光度の変化に対゛「る透過率の変
化の割合は吸光度が小ネい領域はど大きくなる。

ということは、光照射時の変化率が最も大きい、最大吸
光度が小さい色フィルタはど（つまり染着量の少ない色
フィルタはど）光照射時の透過率が大きく変化すること
になる。

ところが本発明の色フィルタの着色部は従来の色フィル
タの着色部よりも大きな最大吸光度を有しているために
光照射時の透過率の変化が少なく、従来の色フィルタよ
り良好な耐光性を示すことになる。

第１２図は第１１図Ｎの色フィルタにギセノンランプで
２４　Ｊ　７ｃｍの光を照射した前後の分光透過率の変
化を示したものであり、第１３図は第１１図Ｃの色フィ
ルタに同板の光を照射した前後の分光透過率の変化を示
したものであるが、従来例に比べて本発明の色フィルタ
の分光透過系の変化が極めて小さくなっていることがわ
かる。

第１４１凹〜第１６図は退色速度を−ｏ、ｏ１ｓＪ／ｃ
メ一定として（第５図のマゼンタの退色に相当）＃。

照射時の最大吸光度の変化をみかけの透過率の変化に魂
算して従来品と不発明品との比較で示したものであり、
規定の最大吸光度は第１４図が０．４、Ｆｇ１５図が０
．７、第１６図が１．０である。また着色部の最大吸光
度は本発明品ＩＡ）が１．０、本発明品ＩＢＩが２．０
である。

これらの図からも明きらかなように、本発明の色フィル
タは規定の最大吸光度が小さいほど、また着色部の最大
１及光度が大きいほど耐光性の改善効果は大きくなる。

実用的には規定の最大ｌ及光度が１．５以下で、かつ着
色部の最大吸光度が規定の最大吸光度の１．５倍以上で
あることが望ましい。

また、規定の最大吸光度に応じ℃、従来の色フィルタと
本発明の色フィルタを共用する（例えば規定の最大吸光
度がシアン１．０、マゼンタ０．８、イエロー２．０の
場合、シアンとマゼンタについて本発明の色フィルタな
用い、イエローは従来の色フィルタを用いろ）こともで
きる。

（発明の効果） 本発明の色フィルタは以上述べたような耐光性の改善と
いう特徴の他に、規定の最大吸光度が小代い色フィルタ
においても、色フィルタの形成されるウェハ１間、ある
いはウェハ面内におけるみかげの分九透過払の偏差が小
ネく、工程ｆ埋におけるラチチュードが広くて製造が容
易であるという特徴を有する。

というのは、前述のように従来の色フィルタでは、その
分光透過率は被染色樹脂に入る染料の看でコントロール
されるが、染着量は樹脂の膜厚はもちろん、温度履歴等
プロセス上の多くの因子に影響を受けるため、染色条件
を一定にしても（あるいは一定にしたつもりでも）各色
フィルタの染着量は多少のバラつきは避けられず、規定
の最大吸光度が小さい場合には第７図からも明きらかな
ように染着量のバラつき（丁なわち最大吸光度のバラつ
き）が透過率に大キく影響し工しまり。

しかしながら本発明の色フィルタにおいては規定の最大
吸光度が小さい場合でも着色部の最大吸光度を大きくと
ることができるので染着量のバラつきは透過率には代は
ど影響しない。

このことは、固体撮像素子上に直接色フィルタを形成す
る場合、さらに有利となる。とい５のは、ガラス基板上
に形成した色フィルタを固体撮像素子に貼り付ける場合
にはガラス基板が透明であるから色フィルタの分光透過
率は直接測定でることがで診るので、己フィルタの分光
透過率のバラつきの吹出も容易である。ところが固体撮
像素子上に亘接色フィルタを形成した場合は固体撮像素
子が不透明であるから、分光透過率は測定することがで
きず、分光反射率で間接的に測定せざるを得ない。この
ことは当然、測定４度の低下をまねき、製品の品質は不
安定になってしまう。

しかし本発明の色フィルタにおいては、透明部の面涜さ
えコントロールされていれば、みかけの分光透過率のバ
ラつきは小さくなるので製品の品質も安定する。

以上述べたように、本発明の色フィルタの着色部は規定
の最大吸光度より大きい吸光度を有するために従来品に
比べて耐光性が大幅に改善され、また色フィルタが形成
されろウェハ間、あるいはウェハ内のみかげの分光透過
率のバラつきも小さくなり、製置が容易である。

実癩例 ひとつの画素における受光部が６μ×８μの固体憑１象
素子上に、規定の最大吸光度がシアン０．８０、マゼン
タ０．４７　、イエロー０．９２の３色からなる本発明
の色フィルタを形成する方法について述べる。

固体撮像素子上に屯りロム酸アンモンで感光化したゼラ
チン水溶ｉ＆スピンコードし６０℃で１ｅｆ１」乾燥す
る。乾操鏝の膜厚は０．８μとてろ。固体撮１象素子の
シアンの画素に対応したモザイク状の透明部を有し、か
つシアン画素の受光部に対応する位置に２．９μ×２．
９μの正方形の不透明部を有するフォトマスクを介して
、超高圧水銀灯の光でパターン露光を行なう。

露光により光の照射された部分が不溶化し、水現像によ
り一部に空孔を有するゼラチンのレリーフパターンが得
られる。１２０℃、３０分のペーチングの後、シアン染
料であるダイアミラターキスプル珀（Ｄｉａｍｉｒａ　
Ｔｕｒｑｕｏｉｓｅ　Ｂｌｕｅ−Ｇ、　／’イニル瞥園
製）の０．５％水溶液に浸し、タンニン酸、吐酒石で固
着したのち１８０℃で３０分ベーキングして１色目（シ
アン）の色フィルタを完成する。このきフィルタの透明
部は２．６μ×２．６μとなった。

また、ガラス基板に同等の条件で作成した色フィルタの
最大吸光度は１．６５だった。

１色目と同様な工程で２色目（マゼンタ）の色フィルタ
を形成した。ただし、フォトマスクにおけるマゼンタ画
素中の不透明部の寸法ヲ４，０μ×ミ ４．０μとし、染色液はカヤノール享−りングレッド３
ＢＷ、（Ｋａｙａｎｏｌ　Ｍｉｌｌｉｎｇ　Ｒｅｄ　３
ＢＷ、日本化４■櫨）　０．０２％水溶済とした。マゼ
ンタの色フィルタの透明部は６．７μ×３．７μ、着色
部の最大吸光度は１．２８　（５３０ｎｍ）となった。

次に、１色目、２色目と同様な工程で６色目（イエロー
）の色フィルタを形成した。ただしフォトマスクにおけ
るイエロー画素中の不透明部の寸法な２．６μ×２．６
μとし、染色液はスブラノールファーストイエロー４　
Ｇ　（５ｕｐｒａｎｏｌ　Ｆａｓｔ　Ｙｅｌｌｏｗ４Ｇ
、バイエル（掬製）０．５％水容液とした。イエローの
色フィルタの透明部は２．６μ×２，３μ１着色部の最
大吸光度は１．８２　（４２６ｎｍ）となった。

以上のようにして作成した色フィルタの着色部の分光透
過率な第１７図に、みかげの分光透過率をｖＪ１８図に
示した。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図までは、色フィルタにキセノンランプ
を照射した時の各フィルタ、の退色の様子な示すグラフ
図であり、４７図は、吸光度と透過率との関係を示すグ
ラフ図である。 第８図および第９図は、固体ａ鐵素子上に形成した本発
明の色フィルタの実施例す色フィルタな一部破断して示
す斜視図であり、第１０図は固体Ｗｔ隊素子上に形成し
た従来の色フィルタの一例な已フィルタを一部破断して
示す斜視間である。 第１１図は透明部を設けることによって分光透過率ヲコ
ントロールした例を示すグラフ図であり、第１２図は従
来の色フィルタに光照射した前後のみかげの分光透過率
の変化な示すグラフ図であり、第１３図は本発明の色フ
ィルタに光照射した前後のみかけの分光透過率の変化を
示すグラフ図である。 第１４図から４第１６南までは本発明の色フィルタにお
いて規定の最大吸光度と着色部の最大吸光度な変えた時
の光照射時の退色の様子な照射量と吸光度の関係に℃示
すグラフ図である。 第１７図は本発明の実施例による色フィルタの着色部の
分光透過率を示すグラフ図であり、第１８図は本発明の
実施例による色フィルタのみかけの分光透過ｇ７示すグ
ラフ図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）規定の最大吸光度よりも大なる最大吸光度を有す
   る着色部と着色部の一部に形成された透明部から構成さ
   れることを特徴とする固体撮像素子用色フィルタ。
2. （２）規定の最大吸光度が１．５以下で、かつ着色部の
   最大吸光度が規定の最大吸光度の１．５倍以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の固体撮
   像素子用色フィルタ。
3. （３）固体撮像素子上に直接形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の固体撮像素子用
   色フィルタ。