專利名稱：分色濾光陣列，固體攝像元件，攝像裝置和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及彩色攝像裝置及彩色顯示裝置的高靈敏度化技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，使用了 CXD和CMOS等的固體攝像元件(以下，有稱為“攝像元件”的情況。)的數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)的高機(jī)能化、高性能化引人注目。特別是由于半導(dǎo)體制造技術(shù)的進(jìn)步，攝像元件的像素構(gòu)造的微細(xì)化推進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像元件的像素和驅(qū)動(dòng)電路的高集成化。因此，在短短幾年內(nèi)，攝像元件的像素?cái)?shù)就從100萬像素左右顯著增加到1000萬像素以上。另一方面，隨著攝像元件的多像素化，一個(gè)像素接收的光的量減少，因此就產(chǎn)生出照相機(jī)靈敏度降低這樣的問題。 此外，在通常的彩色攝像機(jī)中，攝像元件的各感光部上配置有以有機(jī)顔料為色素的減色型的濾色鏡，因此光利用率相當(dāng)?shù)?。例如，使用以紅(R) I像素、綠(G) 2像素、藍(lán)(B)I像素為基本構(gòu)成的Bayer型的濾色鏡時(shí),各濾色鏡只使一個(gè)色成分的光透過、且吸收其他的色成分的光。具體來說，R濾色鏡使R光透過、且吸收G光、B光。G濾色鏡使G光透過、且吸收R光、B光。B濾色鏡使B光透過、且吸收R光、G光。即，透過各濾色鏡的光是RGB三色之中的一色，其他兩色則被濾色鏡吸收。因此，被利用的光是入射到濾色鏡的可視光的約 1/3。為了解決靈敏度降低的問題，在攝像元件的光接收部安裝微透鏡陣列，以增加光接收量的方法被公開在專利文獻(xiàn)I中。據(jù)此方法，通過使用微透鏡進(jìn)行聚光，實(shí)質(zhì)上能夠使光孔徑比提高。該方法現(xiàn)在被用于大部分的固體攝像元件。據(jù)此技術(shù)，確實(shí)帶來實(shí)質(zhì)上的孔徑比的提高，但無法解決因?yàn)V色鏡造成的光利用率降低的問題。作為同時(shí)解決光利用率降低和靈敏度降低的問題的方法，組合多層膜濾光片和微透鏡、且具有最大限度采光的構(gòu)造的攝像元件被公開在專利文獻(xiàn)2中。該攝像元件具備多個(gè)多層膜濾光片，其不吸收光，而選擇性地使特定波長區(qū)域的光透過、反射其他波長區(qū)域的光。各濾光片只選擇需要的光，使之入射對應(yīng)的感光部，使其他的光反射。圖7是模式化地表示專利文獻(xiàn)2所公開的攝像元件的剖面圖的圖。在圖7所示的攝像元件中，入射到聚光微透鏡11的光，由內(nèi)透鏡12對光束進(jìn)行調(diào)整后，入射濾光片13。濾光片13其設(shè)計(jì)方式為，使R光透過，但使其他的顏色的光反射。透過濾光片13的光，入射到正下方的光敏管(photosensitive cell) 230由濾光片13反射的光,入射到鄰接的濾光片14。濾光片14其設(shè)方式為，反射G光、使其他的光透過。由濾光片14反射的G光,入射到其正下方的光敏管24。透過濾光片14的B光，由濾光片15反射，入射到其正下方的光敏管25。如此，入射到聚光微透鏡11的可視光沒有損失，該RGB成分被三個(gè)光敏管無浪費(fèi)地檢測到。但是，在該攝像元件中，雖然有來自微透鏡的聚光效果，但是需要RGB三色的像素，要求有高密度的元件構(gòu)造。專利文獻(xiàn)2所公開的分色的原理，與專利文獻(xiàn)3、4各自公開的、利用基于多層膜濾光片的分光和界面的全反射的雙管式彩色攝像機(jī)和三板式彩色攝像機(jī)的分色的原理相同。圖8A和圖SB是分別表示專利文獻(xiàn)3所公開的雙管式彩色攝像機(jī)的光學(xué)棱鏡、和專利文獻(xiàn)4所公開的三板式彩色攝像機(jī)的光學(xué)棱鏡的圖。圖8A所示的棱鏡21其構(gòu)成為，將R光和B光與G光分離，圖8B所示的棱鏡22其構(gòu)成為，將R光、G光、B光分離。在專利文獻(xiàn)3、4所公開的多板式彩色攝像機(jī)中，各色的信息由圖像單位獲取，相對于此，在專利文獻(xiàn)2的裝置中，各色的信息由像素單位獲取這一點(diǎn)有所不同，但無論如何均需要三色的像素。相對于以上的技術(shù)，有一部分光發(fā)生損失，但通過使用多層膜濾光片和反射而提高光的利用率的技術(shù)被公開在專利文獻(xiàn)5中。圖9表示使用該技術(shù)的攝像元件的剖面圖的一部分。如圖9所示，在透光性的樹脂31內(nèi)配置有多層膜濾光片32、33。多層膜濾光片32使G光透過且反射R光、B光。另外，多層膜濾光片33使R光透過且反射G光、B光。根據(jù)這樣的構(gòu)成，B光不能由感光部進(jìn)行光接收，但R光、G光根據(jù)以下的原理而能夠無損失地檢測出。首先，若R光入射到多層膜濾光片32、33，則在多層膜濾光片32發(fā)生反射，再在透光性的樹脂31和空氣的界面發(fā)生全反射，入射到多層膜濾光片33。入射到多層膜濾光片33的全部的R光,透過具有R光透射性的有機(jī)色素濾光片35和微透鏡36。光的 一部分由金屬層37反射,但幾乎全部的R光都入射到感光部。另外，若G光入射到多層膜濾光片32、33，則在多層膜濾光片33發(fā)生反射，再在透光性的樹脂31和空氣的界面發(fā)生全反射，入射到多層膜濾光片32。入射到多層膜濾光片32的全部的G光，通過具有G光透射性的有機(jī)色素濾光片34和微透鏡36，幾乎毫無損失地入射到感光部。根據(jù)上述的原理，在專利文獻(xiàn)5所公開的技術(shù)中，R、G、B各成分之中雖然有一個(gè)色的成分發(fā)生損失，但有兩個(gè)色的成分幾乎毫無損失地被進(jìn)行光接收。因此，不需要配置R、G、B三色的感光部。據(jù)此技術(shù)，光利用率與只由有機(jī)色素濾光片構(gòu)成的攝像元件中的光利用率比較，提高到2倍。但是，在該技術(shù)中，仍有三色之中的一色發(fā)生損失。 上述的問題，是彩色攝像系統(tǒng)的問題，但同樣的問題在彩色表示系統(tǒng)中也存在。在現(xiàn)有的彩色液晶顯示裝置中，因?yàn)槭褂玫氖荝GB的有機(jī)色素濾光片，所以光利用率為約1/3，而有大約2/3的光損失這樣的問題存在。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :特開昭59-90467公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :特開2000-151933號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :特開昭52-82018號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :特開平6-6646號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 :特開2003-78917號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在使用了光吸收型的濾色鏡的現(xiàn)有的彩色攝像系統(tǒng)和彩色表示系統(tǒng)的技術(shù)中，沒有大幅增加光敏管，但光利用率低。另一方面，使用多層膜型的濾色鏡時(shí)，雖然光利用率能夠較高，但所需要的光敏管的數(shù)量增加這樣的課題存在。本發(fā)明的實(shí)施方式中，提供一種利用使特定的波長區(qū)域的光透過、且反射其他的波長區(qū)域的光的濾光片，能夠?qū)崿F(xiàn)光利用率高的彩色攝像裝置和彩色顯示裝置的全新的分色濾光片。
為了解決上述課題，本發(fā)明的一個(gè)方式的分色濾光陣列，是將分別為三棱錐狀的多個(gè)單位要素呈二維狀排列的分色濾光陣列。各單位要素具有如下按照形成三棱錐的三個(gè)側(cè)面的方式所配置的、透射波長區(qū)域和反射波長區(qū)域互不相同的第一至第三濾光片；以如下方式配置的反射區(qū)，即，將入射到由所述第一至第三濾光片所包圍的區(qū)域并被所述第一至第三濾光片分別反射的光，進(jìn)一步反射，且引導(dǎo)到與所述第一至第三濾光片之中反射所述光的濾光片不同的濾光片。所述第一濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第一波長區(qū)域的可視光透過，且反射所述第一波長區(qū)域以外的可視光；所述第二濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第二波長區(qū)域的可視光透過，且反射所述第二波長區(qū)域以外的可視光；所述第三濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第三波長區(qū)域的可視光透過，且反射所述第三波長區(qū)域以外的可視光。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，對于入射光的任何一種色成分都能夠降低損失。其結(jié)果是，不用大幅增加光敏管，相比以往可以實(shí)現(xiàn)更高靈敏度的 攝像系統(tǒng)或高亮度的顯示系統(tǒng)。


圖IA是例示的實(shí)施方式I的分色濾光片的俯視圖。圖IB是例示的實(shí)施方式I的分色濾光片的k~k'線剖面圖。圖2A是例示的實(shí)施方式I的分色濾光片的俯視圖。圖2B是例示的實(shí)施方式I的分色濾光片的B-B'線剖面圖。圖2C是例示的實(shí)施方式I的分色濾光片的C-CT線剖面圖。圖3是表示例示的實(shí)施方式2的攝像裝置的構(gòu)成的方塊圖。圖4是表示例示的實(shí)施方式2的透鏡12和攝像元件10的模式圖。圖5是表示例示的實(shí)施方式2的攝像元件的光敏管2的排列的圖。圖6是例示的實(shí)施方式3的顯示板的部分剖面圖。圖7是使用了微透鏡和多層膜濾光片的現(xiàn)有的固體攝像元件的剖面圖。圖8A是現(xiàn)有的雙管式彩色攝像機(jī)的光學(xué)棱鏡的外形圖。圖SB是現(xiàn)有的三板式彩色攝像機(jī)的光學(xué)棱鏡的外形圖。圖9是表示使用多層膜濾光片和反射來提高光的利用率的現(xiàn)有的攝像元件的截面的一部分的圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的例示的實(shí)施方式的概要如下。(I)本發(fā)明的一個(gè)方式的分色濾光陣列，是分別為三棱錐狀的多個(gè)單位要素二維狀排列的分色濾光陣列。各單位要素具有如下以形成三棱錐的三個(gè)側(cè)面的方式配置的、透射波長區(qū)域和反射波長區(qū)域互不相同的第一至第三濾光片；以如下方式配置的反射區(qū)域，即，對于入射到所述第一至第三濾光片所包圍的區(qū)域并分別由所述第一至第三濾光片反射的光進(jìn)一步進(jìn)行反射，將其引導(dǎo)到與所述第一至第三濾光片之中反射所述光的濾光片不同的濾光片。所述第一濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第一波長區(qū)域的可視光透過，反射所述第一波長區(qū)域以外的可視光，所述第二濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第二波長區(qū)域的可視光透過，反射所述第二波長區(qū)域以外的可視光，所述第三濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第三波長區(qū)域的可視光透過，反射所述第三波長區(qū)域以外的可視光。
(2)在有的實(shí)施方式中，所述反射區(qū)域其配置方式為，對于分別由所述第一至第三濾光片反射的光進(jìn)行全反射。(3)在項(xiàng)目(I)或(2)所述的分色濾光陣列的有的方式中，所述第一波長區(qū)域是紅色的波長區(qū)域，所述第二波長區(qū)域是綠色的波長區(qū)域，所述第三波長區(qū)域是藍(lán)色的波長區(qū)域。(4)在項(xiàng)目⑴至⑶中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列的有的方式中，所述反射區(qū)域和所述第一至第三濾光片其配置方式為，使透過所述反射區(qū)域而分別由所述第一至第三濾光片反射的光的一部分，在所述反射區(qū)域被反射，通過與所述第一至第三濾光片之中反射所述光的濾光片不同的濾光片反射，在所述反射區(qū)域進(jìn)一步被反射，入射到所述第一至第三濾光片之中具有使所述光透過這一特性的濾光片。
(5)在項(xiàng)目(I)至(4)中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列的有的方式中，設(shè)所述第一至第三濾光片和所述反射區(qū)域所包圍的介質(zhì)，對于經(jīng)由所述反射區(qū)域而與所述介質(zhì)接觸的其他的介質(zhì)的折射率為n，設(shè)所述第一至第三濾光片分別與所述反射區(qū)域的夾角為w時(shí)，滿足下式的至少一個(gè)。算式I
權(quán)利要求
1.一種分色濾光陣列，其將分別為三棱錐狀的多個(gè)單位要素呈二維狀地排列，其中， 各單位要素具有 按照形成三棱錐的三個(gè)側(cè)面的方式所配置的、透射波長區(qū)域和反射波長區(qū)域互不相同的第一至第三濾光片；和 以如下方式配置的反射區(qū)域，即，將入射到由所述第一至第三濾光片所包圍的區(qū)域并被所述第一至第三濾光片分別反射的光，進(jìn)一 步反射，且引導(dǎo)到與所述第一至第三濾光片之中反射所述光的濾光片不同的濾光片， 所述第一濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第一波長區(qū)域的可視光透過，且反射所述第一波長區(qū)域以外的可視光， 所述第二濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第二波長區(qū)域的可視光透過，且反射所述第二波長區(qū)域以外的可視光， 所述第三濾光片其設(shè)計(jì)方式為，使第三波長區(qū)域的可視光透過，且反射所述第三波長區(qū)域以外的可視光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分色濾光陣列，其中， 所述反射區(qū)域其配置方式為，將被所述第一至第三濾光片分別反射的光進(jìn)行全反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的分色濾光陣列，其中， 所述第一波長區(qū)域是紅色波長區(qū)域，所述第二波長區(qū)域是綠色波長區(qū)域，所述第三波長區(qū)域是藍(lán)色波長區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列，其中， 所述反射區(qū)域和所述第一至第三濾光片其配置方式為，使透過所述反射區(qū)域而分別由所述第一至第三濾光片反射的光的一部分，在所述反射區(qū)域被反射，通過與所述第一至第三濾光片之中反射所述光的濾光片不同的濾光片反射，在所述反射區(qū)域進(jìn)一步被反射，入射到所述第一至第三濾光片之中具有使所述光透過這一特性的濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列，其中， 將所述第一至第三濾光片和所述反射區(qū)域所包圍的介質(zhì)的、相對于經(jīng)由所述反射區(qū)域而與所述介質(zhì)接觸的其他的介質(zhì)之折射率設(shè)為n，所述第一至第三濾光片分別與所述反射區(qū)域所形成的角度設(shè)為w時(shí)，滿足下式的至少一個(gè) 算式I
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分色濾光陣列，其中， 滿足下式的全部 算式2
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列，其中， 所述多個(gè)單位要素其排列方式為，使所述第一至第三濾光片分別與鄰接單位要素中的所述第一至第三濾光片鄰接。
8.一種固體攝像元件，其中，具備 權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列；和 按照與各單位要素中的所述第一至第三濾光片分別對應(yīng)的方式在所述反射區(qū)域的相反側(cè)所配置的多個(gè)光敏管。
9.一種攝像裝置，其中，具備 權(quán)利要求8所述的固體攝像元件； 使像形成在所述固體攝像元件的攝像面的光學(xué)系統(tǒng)；和 對從所述固體攝像元件輸出的信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理部。
10.一種顯不裝置,其中，具備 權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的分色濾光陣列；和 按照與各單位要素中的所述第一至第三濾光片分別對應(yīng)的方式在所述反射區(qū)域的相反側(cè)所配置的多個(gè)顯示部。
全文摘要
一種分色濾光陣列，其具有將分別為三棱錐狀的多個(gè)單位要素(1)呈二維狀排列的構(gòu)成。各單位要素(1)具有按照形成三棱錐的三個(gè)側(cè)面的方式所配置的第一至第三濾光片(1R、1G、1B)；和反射區(qū)域。第一濾光片(1R)其設(shè)計(jì)方式為，使第一波長區(qū)域的可視光透過，且反射第一波長區(qū)域以外的可視光。第二濾光片(1G)其設(shè)計(jì)方式為，使第二波長區(qū)域的可視光透過，且反射第二波長區(qū)域以外的可視光。第三濾光片(1B)其設(shè)計(jì)方式為，使第三波長區(qū)域的可視光透過，且反射第三波長區(qū)域以外的可視光。反射區(qū)域其配置方式為，將入射到由第一至第三濾光片所包圍的區(qū)域并被第一至第三濾光片分別反射的光，進(jìn)一步反射，且引導(dǎo)到與第一至第三濾光片之中反射所述光的濾光片不同的濾光片。
文檔編號(hào)H04N5/369GK102959434SQ201280001690
公開日2013年3月6日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月6日
發(fā)明者平本政夫, 三崎正之, 鈴木正明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社