KR940004300B1 - 칼라필터 및 그의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

칼라필터 및 그의 제조방법

제1도는 이 발명의 한 실시예에 따른 칼라필터 제조방법의 공정 순서도.

제2도는 이 발명의 다른 실시예를 나타내는 CCD위의 칼라필터가 형성된 이미징 장치의 단면도.

제3도는 이 발명의 칼라필터 제조방법으로 형성된 이미징 장치에서 나타나는 분광특성 그래프.

제4a도, 제4b도는 종래의 CCD위의 칼라필터가 형성된 이미징 장치의 단면도.

제5도는 제4a도,제4b도의 이미징 장치에서 나타나는 분광특성 그래프이다.

이 발명은 전하결합장치(CCD), 버킷브리케드(BBD) 등을 포함하는 고체촬상장치, 접촉형 이미지센서, LCD장치 등에서 개선된 화이트 밸런스(White balance)를 갖게 하는 칼라필터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

촬상소자의 경우, CCD(Charge coupled device) 또는 BBD와 같은 이미지 센서의 표면으로 입사된 특별한 파장의 빛을 선택적으로 방사하여 칼라정보를 얻을 수 있게 하기 위하여 집광부의 전면부에 적, 녹, 청 또는 엘로우, 시안, 마젠타 등의 색상으로 나누어진 색분해용의 칼라필터를 만드는 것이 행시지고 있다.

이상의 경우는 LCD와 같은 표시소자에서는 광의 입수관계가 바뀔뿐 마찬가지이다.

이상의 경우 LCD와 같은 표시소자에서는 광의 입수관계가 바뀔뿐 마찬가지이다.

컬러필터 통상 2가지 형태로 구분되는데 그중 하나는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)를 사용하는 원색형이고, 또 하나는 시안(cyan color), 엘로우(yelloW color), 마젠타(magenta color) 및 그린(green)을 사용하는 보색형이다.

현재, 이 칼라필터로서는 염색되기 쉬운 감광성 수지를 사지제판 기술에 의해 패턴화하고 이 패턴을 염료로써 염색하여 소망의 분광특성을 얻는 소위 유기 염색형(또는 온칩형)의 것이 널리 채용되고 있다.

이러한 칼라필터가 CCD 이미지 센서 위에 형성되는 칼라필터의 일반적인 제조방법을 간략히 설명한다.

제4a도,제4b도는 종래의 CCD센서 위에 칼라필터가 형성된 이미징 장치의 단면도이다.

제4a도, 제4b도는 다같이 빛을 받아 적절한 전기신호를 생성하는 포토다이오드(PD)가 형성된 이미지 센서(1)위에 칼라필터를 형성하게 되는데, 먼저 칼라필터를 염색할 때 염색액 중의 산성성분에 의하여 상기 이미지 센서(1)의 금속(M)이 부식되지 않게 보호함과 아울러 후속되는 칼라필터 형성에서 칼라필터의 스텝 커버리지를 좋게하기 위하여 제1의 평탄화층(2)을 형성한다.

상기 제1의 평탄화층(2)을 형성한 수, 그 위에 폴리비닐알콜, 카세인 또는 젤라틴 등의 친수성 고분자 재료에 중크롬산 암모늄 등으로 감광성을 부여하여 상기 기판상에 균일하게 도포하고 이를 건조한 후에 마스크 노광법으로 제1의 색패턴 부분만을 노광, 현상시켜 소망의 패턴을 형성한다. 다음에 소정의 광특성을 갖는 염료로 염색하여 제1의 색분해 필터층(3)을 형성하고, 혼색방지를 위한 공정을 실시하게 되는데, 그 한가지는 제4a도에서와 같이 탄닌산 및 주석산으로 고착하는 방법이 있고, 다른 방법으로는 제4b도에서와 같이 혼색방지를 위한 투명한 방염막으로써 중간층(6)(7)을 전면에 도포하는 방법이 있다.

상기 두가지 방법에 의한 방염처리에 계속되는 공정은 제1의 색분해 필터층(3)을 형성하는 방법과 마찬가지로 다시 감광막을 도포하고 노광, 현상하여 소망의 패턴을 형성하고, 방염처리를 하는 공정을 2회 반복하여 제2 및 제3의 색분해 필터층(4)(5)을 형성하고 최후로 투명한 보호막(8)을 도포한다. 공정을 계속 진행시켜 마이크로 렌즈 제조시 각 화소에 대한 마이크로 렌즈의 초점을 조절하고 평탄화시키기 위하여 소정의 두께를 갖는 제2의 평탄화층(9)을 형성하고, 렌즈 마이크를 사용하여 마이크로 렌즈(10)를 형성한다.

이와 같이 칼라필터 형성공정으로 CCD 이미지 센서(1)위에 칼라필터 및 마이크로 렌즈(10)가 형성되어 이루어진 이미징 장치에 있어서, 현재 CCD이미지 센서의 성능 향상은 단위화소를 최적화, 온-칩 마이크로 렌즈 등의 새로운 기술을 사용하여 소형화를 지향하면서 고해상도화, 고감도화, 저결함화를 목적으로 계속 연구개발 중이다.

이와 같이 CCD 이미지 센서의 고성능화에도 불구하고 자연색의 정확한 색재현에는 많은 어려움이 따른다. 이 일예로서 화이트 밸런스를 들 수 있다.

즉 칼라필터가 형성된 이미지 센서(1)가 색분리를 함에 있어서 각 색깔별 (Red, Green, Blue, Cyan, YelloW, Magenta,White)로 전기신호의 값에 따른 휘도레벨이 정하여 진다. 이때 칼라벡터 챠트(color vector chart)상에 나타나는 각 색깔별 휘도레벨은 고체촬상 소자의 감도 특성 및 칼라필터의 분광특성에 따라 휘도레벨의 심한 차이를 나타내게 된다.

즉 어떤 특정 칼라필터가 강하게 나타나게 됨에 따라 백색광(white)을 촬영시 그 특정 color로 인식하여 디스플레이 된다. 예를 들면 그린(Green) 파장대의 감도가 높은 고체촬상 소자는 화이트(white)를 그린(Green)으로 인식하여 그린(Green)색으로 디스플레이 하게 된다. 따라서 화이트 밸런스는 각 색깔별로 휘도레벨의 균형을 말하는 것으로써 화이트 밸런스 없이는 정확한 이미지를 재생할 수 없게 된다.

제5도는 가시영역파장에 대한 CCD 이미지 센서(1)의 분광감도 특성곡선(A), 평탄화층(2)을 이루는 물질의 분광감도 특성곡선(B) 및 곡선(A),(B)에 의해서 나타나는 이미징 장치의 분광감도 특성곡선(C)을 나타낸 그래프이다.

도면에 나타낸 바와 같이 칼라필터가 형성되지 않은 순수 CCD 이미지 센서의 분광감도 특성을 곡선(A)와 같이 가시광선 영역(파장 400~700nm)에서 심한 차이를 보이고 있다. 즉, 파장이 500~600nm 부근에서 분광감도가 매우 크고 그외의 파장 내에는 상대적으로 분광감도가 낮다.

이러한 가시광선영역의 전파장에 걸쳐서 나타나는 이미징 장치의 분광감도 특성의 불균일은 이미 언급되었지만, 화이트 칼라 촬영시 화이트 칼라 정보를 감도가 높은, 파장이 500~600nm 인 영역의 색으로 인식하여 화면이 그린 계통의 색상을 띄게 되는 이미 언급된 화이트 밸런스의 불일치 현상을 초래한다.

또한 여기서 주지의 사실은 CCD 이미지 센서 위에 형성되는 칼라필터의 평탄화층(2)이 CCD 이미지 센서(1)의 분광감도 특성[제5도의 곡선(A)]과는 달리 가시영역의 전체 파자에 걸쳐서 균일한 분광특성[제5도의 곡선(B)]을 나타내는 물질로 되어 있기 때문에 CCD 디바이스와 칼라필터층이 함께 형성되어 이루는 이미징 장치의 분광감도 특성이 제5도의 곡선(C)와 같이 여전히 파장 500~600nm에서 광투과율이 매우 크게 나타남을 알 수 있다.

그러므로 가시광선영역에서 분광특성에 균형을 유지시켜 줄 필요가 있게 된다. 그런데 통상의 칼라필터를 형성하는 공정에서는 칼라 이미징 장치의 전체 분광특성에 대한 균형을 맞춰 주기 위한 배려없이 층간 물질의 광투과율이 가시광선의 전체 파장에 걸쳐 균일하게 나타나는 폴리이미드계 화합물, 예를 들면 PGMA(propylene glycol monomethyl eter acetate), PMMA(poly menta methyl acetate)등을 사용하고 있다.

이들 물질은 광투과율이 1㎛ 내외의 두께에서 98% 이상이고 최후 공정의 중간체 두께 3~12㎛에서는 80% 내외의 광투과율을 나타낸다 이 물질의 분광특성은 제5도의 B와 같이 가시광선의 전체 파장에 걸쳐균일하게 나타난다.

이 때문에 종래의 CCD 이미지 센서용 제조방법에 의하여 제조된 칼라필터는 분광감도특성이 가시광선영역(파장 400~700nm)에서 차이가 심하여 이 때문에 화이트 밸런스가 좋지 못한 문제점이 있다.

따라서 이 발명의 목적은 개선된 화이트 밸런스의 유지를 실현시킨 칼라필터 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적하의 이 발명은 고체촬상소자 위에 평탄화시키기 위한 제1의 평탄화층과, 상기 제1의 평탄화층 위에 모자이크 모양으로 형성되는 제1, 제2, 제3의 색분해 필터층과, 상기 제 1과, 제2의 색분해 필터층 사이, 제2와 제3의 색분해 필터층 사이에 방염을 위해 형성되는 중간층과, 상기 색분해 필터층 위에 형성되는 초점조절 및 평탄화를 위한 보호층과, 상기 보호층 위에 형성되는 제2의 평탄화층과, 마이크로 렌즈를 형성하여 이루어진 칼라필터층이 있어서, 상기 제2의 평탄화층과 색분해 필터층 사이에 상기 투명기판 또는 고체촬상소자와는 반대의 분광특성을 가징 제3의 평탄화층이 형성됨을 특징으로 하는 칼라필터를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한이 발명의 다른 특징은 상기 제1의 평탄화층을 생략하고, 고체촬상소자 위에 직접 상기 제3의 평탄화층이 형성될 수도 있고, 또한 상기 제2의 평탄화층 대신에 제3의 평탄화층이 상기 보호층과 마이크로 렌즈 사이에 형성됨을 특징으로 한다.

상기 목절을 달성하기 위한 이 발명은 고체촬상소자 위에 평탄화를 위한 제1의 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 제1의 평탄화층 위에 감광성 수지를 도포하고 노광, 현상시켜 소망의 패턴을 형성한 다음에 소정의 광특성을 갖는 염료로 염색하여 제 1의 색분해 필터층을 형성하는 단계와, 혼색방지를 위한 투명한 방염막으로써 중간층을 전명에 도포하는 단계와, 방염처리 후 제1의 색분해 필터층을 형성하는 단계와 마찬가지의 공정을 반복하여 제2 및 제3의 색분해 필터층을 형성하는 단계와, 상기 색분해 필터층을 형성한 후 초점조절 및 평탄화를 위한 보호층 및 상기 보호층 위에 제2의 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 제2의 평탄화층 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계로 이루어진 칼라필터의 제조방법에 있어서, 상기 제1의 평탄화층과 색분해 필터층 사이에 상기 고체촬상소자의 분광감도 특성과 반대의 분광특성을 가진 제3의 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법을 제공한다.

이와 같은 특징을 갖는 이 발명의 칼라필터 및 그의 제조방법은 이미징 장치의 분광감도 특성을 칼라필터를 제조하는 공정과정에서 조정하는 수단을 강구하는 것이다. 즉, 이미지 센서 등으이 디바이스의 분광감도 특성과는 반대되는 분광특성을 갖는 물질을 사용하여 디바이스의 전면에 형성시켜 상대적으로 분광감도가 높은 500~600nm 파장영역의 감도를 상쇄시킴으로써 전체 가시광선영역에서의 분광감도의 균형을 유지항 수 있게 된다. 따라서 화이트 밸런스를 유지할 수 있게 되어 색 재현성을 개선한 칼라필터 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 칼라필터 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다.

제1a도 내지 제1e도는 이 발명의 한 실시예에 따른 칼라필터 제조방법의 공정 순서도이고, 제2도는 이 발명의 다른 실시예를 나타내는 CCD상의 칼라필터가 형성된 이미징 장치의 단면도이다. 또한 제3도는 이 발명에 따른 이미징 장치의 분광특성을 나타내는 그래프이다.

제1도 및 제2도에 나타낸 두가지의 실시예를 설명한에 있어서, 제1도를 통해서는 이 발명에 또는 칼라필터의 제조방법을 설명하고, 제2도에 의하여 칼라필터의 구성을 설명함으로써 이 발명의 칼라필터 및 그듸 제조방법을 명확히 하도록 한다.

먼저, 제1도의 실시예에 따른 칼라필터는 고체촬상소자 위에 모자이크 또는 스트라이프 상으로 형성되는데, 이 실시예에서는 포토다이오드(PD) 및 금속층(M)이 구비된 이미지 센서(1)상에 형성되는 것을 예로들어 칼라필터의 제조방법을 설명한다.

제1a도와 같이, 빛을 받아 적절한 전기신호를 생성하는 포토다이오드(PD)가 형성된 이미지 센서(1) 를 준비한다. 이때 사용되는 이미지 센서(1)는 제3도의 분광감도 특성곡선(A)와 같은 파장 500~600nm 영역에서 다른 파장영역보다 상대적으로 투과율이 높은 분광특성을 나타내고 있다.

제1a도에서 상기 이미지 센서(1) 위에는 각각의 칼라필터를 염색하기 위한 염색액중의 산성성분에 의하여 상기 이미지 센서(1)의 금속층(M)이 부식되지 않게 보보함과 아울러 후속되는 칼라필터의 스탭커버리지를 좋게하기 위하여 제1의 평탄화층(12)을 형성한다.

이때 유의할 점은 이 발명의 제 1의 평탄화층(12)은 종래의 제1의 평탄화층(2)(제4도)의 분광특성(제 5도 곡선 B)과는 다른 제3도의 곡선(B)와 같은 분광 특성을 갖는 물질로서 형성하는 점이다. 이렇게 형성된 층을 제3의 평탄화층이라 한다.

이 제3의 평탄화층의 형성공정이 이 발명의 핵심에 해당한다. 즉 이 제3의 평탄화층(12)은 통상의 가시광선영역에 균일한 분광특성을 갖는 물질, 즉 제5도의 분광특성을 보이는 물질과는 달리 제3도의 곡선(B)와 같이 파장 400~700nm에서 상대적으로 높은 광투과율을 보이며, 파장 500~600nm에서 낮은 광투과율을 보이는 물질을 사용하여 형성한다.

이러한 특성을 갖는 물질을 염료나 안료가 분산된 폴리이미드계의 감광성 포토레지스터이거나, HMDS(Hexa methyl disilazane)등으로 형성되어 있다.

포토레지스터인 경우에는 2㎛내외의 두께로 형성하고, HMDS인 경우에는 PGMA를 형성한 위에 500Å~500Å두께로 형성한다.

제1a도는 이미지 센서(1)위에 제3의 평탄화층(12)이 형성된 단계를 나타내고 있고, 이후 제1b도부터 제1d도까지의 단계 공정은 색분해 필터층(3,4,5)의 형성단계로 종래와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고 다만 제1d도까지의 공정을 개략적으로 살펴보면, 제1의 색분해 필터층 즉, 마젠타색층(3)과 중간층(6) 및 제2의 색분해 필터층 즉, 시안층(4) 그리고 혼색방지용 중간층(7)을 형성하고, 제3의 색분해 필터층, 즉 황색층(5)을 형성한다.

그후 제 1e도의 공정에서는 상기 제3의 색분해층, 즉 황색층(5)을 형성한 후의 결과적 구조위에 투명한 보호막(8)을 도포하고, 공정을 계속 진행시켜 각 화소에 대한 마이크로 렌즈의 초점을 조절하고 평탄화시키기 위하여 소정의 두께를 갖는 제2의 평탄화층(9)을 형성하고, 렌즈 마스크를 사용하여 마이크로 렌즈(10)를 형성하여 이 발명의 칼라필터를 포함하는 칼라 이미지 장치를 얻게 된다.

다른 실시예를 제2도에 나타내었다. 종래의 제1의 평탄화층(2)이 형성된 상부에 투명기판 또는 CCD 이미지 센서 즉, 디바이스 자체의 분광특성과는 역분광특성을 보이는 물질을 0.5~1㎛의 두께로 도포하여 제3의 평탄화층(20)을 형성한다. 이때 상기 제3의 평탄화층(20)으로 사용되는 물질을 제1도에서 보이는 실시예와 동일한 폴리이미드계 물질을 쓰거나, HMDS를 사용한다.

또 다른 예로는 상기 제3의 평탄화층(20)을 상기 제2의 평탄화층(9) 대신에 형성할 수도 있고, 상기 보호층(8)을 대신하여 형성할 수도 있다.

이 발명의 칼라필터는 고체촬상소자 위에만 형성되는 것이 아니므로 칼라필터층을 포함하는 여타의 모든 이미지 센서 장치에 공히 사용될 수 있고 상기의 경우는 단지 일예인 것이다.

제3도는 이상의 방법으로 형성된 이미징 장치에 대힌 분광특성을 실시예에 준한 결과를 나타낸 것이다.

도면에서 곡선(A)는 이미지 센서의 디바잉스 자체의 분광감도 특성곡선이고, 곡선(B)는 이 발명의 칼라필터 형성에서 사용되는 제3의 평탄화층(12)(20)의 분광감도 특성곡선이며, 곡선(C)는 곡선(A)와 곡선(B)의 평균치로 나타나는 이미징 장치의 분광감도 특성곡선이다.

상기 분광특성곡선은 제5도의 종래 경우와 비교해 볼 때 파장 500~600nm의 부근에서 광투과율을 종래에 비해 약화되어 가시광선의 전영역에 걸쳐 균일한 분광특성을 보여주고 있다.

이상 기술한 바와 같이, 이 발명은 이미지 센서 디바이스 상의 칼라필터의 형성시 디바이스가 갖는 분광특성의 역 광투과율을 갖는 폴리이미드계 물질 혹은 HMDS로 디바이스 전면에 형성함으로써 가시광선영역에 있어서 분광특성에 균형을 유지시켜 최적의 화이트 밸런스를 유지할 수 있다.

Claims (16)

1. 고체촬상소자 위에 여타 이미지 센서 위에 평탄화를 위한 제1의 평탄화층과, 상기 제1의 평탄화층위에 모자이크 모양으로 형성되는 제1, 제2, 제3의 색분해 필터층과, 상기 제1과, 제2의 색분해 필터층 사이, 제2와 제3의 색분해 필터층 사이에 방염을 위해 형성되는 중간층과, 상기 색분해 필터층 위에 형성되는 초점조절 및 평탄화를 위한 보호층과, 상기 보호층 위에 형성되는 제2의 평탄화층과, 마이크로 렌즈를 형성하여 이루어진 칼라필터층이 있어서, 상기 제2의 평탄화층과 색분해 필터층 사이에 상기 투명기판 또는 고체촬상소자의 분광감도 특성과 반대의 분광특성을 가진 제3의 평화층이 형성됨을 특징으로 하는 칼라필터.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 홀리이미드계 물질, 시안계 화합물 혹은 HMDS로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라필터.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 가시광선영역 중에서 파장이 500~600nm인 영역에서 다른 영역에 비해 특히 낮은 광투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 칼라필터.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1의 평탄화층을 생략하고, 고체 촬상소자 및 여타 이미지 센서의 위에 직접 상기 제3의 평탄화층이 형성됨을 특징으로 하는 칼라필터.
5. 제4항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 두께 2㎛ 내외인 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층이 상기 보호층 대신에 형성됨을 특징으로 하는 칼라필터.
7. 제1항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 상기 제2의 평탄화층 대신에 형성됨을 특징으로 하는 칼라필터.
8. 제7항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 두께가 0.5~1㎛인 것을 특징으로 하는 칼라필터.
9. 고체촬상소자 및 여타 이미지 센서 위에 평탄화를 위한 제1의 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 제1의 평탄화층 위에 감광성 수지를 도포하고 노광, 현상시켜 소망의 패턴을 형성한 다음에 소정의 분광특성을 갖는 염료로 염색하여 제 1의 색분해 필터층을 형성하는 단계와, 혼색방지를 위한 투명한 방염막으로서 중간층을 전면에 도포하는 단계와, 방염처리 후 제1의 색분해 필터층을 형성하는 단계와 마찬가지의 공정을 반복하여 제2 및 제3의 색분해 필터층을 형성하는 단계와, 상기 색분해 필터층을 형성한 후 초점조절 및 평탄화를 위한 보호층 및 상기 보호층 위에 제2의 평탄화층을 형성하는 단계와, 상기 제2의 평탄화층위에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계로 이루어진 칼라필터의 제조방법에 있어서, 상기 제1의 평탄화층과 색분해 필터층 사이에 상기 고체 촬상소자 또는 여타 이미지 센서의 상대 분광감도 특성과 반대의 분광특성을 가진 제3의 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 폴리이미드계 물질, 시안계 혹은 HMDS로 형성된 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 제 1의 평탄화층을 형성하는 단계를 생략하고, 고체 촬상소자 및 여타 이미지 센서의 위에 직접 상기 제3의 편탄화층이 형성하는 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 두께가 0.5~1㎛인 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층을 상기 보호층이나, 상기 제2의 평탄화층 대신에 형성됨을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 제3의 평탄화층은 두께 2㎛ 내외인 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
15. 제9항에 있어서, 감광성 수지는 폴리비닐알콜, 카세인 또는 젤라틴 등의 친수성 고분자 재료에 중크롬산 암모늄을 첨가한 조성물인 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.
16. 제9항에 있어서, 상기 방염처리를 위한 중간층을 형성하는 대신에 탄닌산 및 주석산 처리를 하는 것을 특징으로 하는 칼라필터의 제조방법.