(57)【要約】      （修正有）【課題】光学素子のカラーフィルターまたはマイクロレンズに導光構造が形成された光学素子を提供する。【解決手段】注入領域および注入領域に隣接する非注入領域を有するアレイ構造を含み、注入領域は、１×１０１３ｃｍ−２以上の注入濃度を有する光学素子。アレイ構造は、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイ１４であり、少なくとも１つのカラーフィルターは、注入領域１６を有し、注入領域１６は、カラーフィルターの幅の５０〜９５％である幅を有する光学素子１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入領域および前記注入領域に隣接する非注入領域を有するアレイ構造を含み、前記注入領域は、１×１０１３ｃｍ−２以上の注入濃度を有する光学素子。
【請求項２】
前記注入濃度は、１×１０１３ｃｍ−２〜６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記注入濃度は、３．３×１０１３ｃｍ−２より高い請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記注入領域は、窒素イオンまたはケイ素イオンを含み、前記注入領域は、第１の屈折率を有し、前記非注入領域は、第２の屈折率を有し、前記第１の屈折率は、前記第２の屈折率より高い請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記アレイ構造は、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイであり、少なくとも１つの前記カラーフィルターは、前記注入領域を有し、前記注入領域は、前記カラーフィルターの幅の５０〜９５％である幅を有する請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記注入領域は、前記カラーフィルターの底部に配置され、前記注入領域は、前記カラーフィルターの高さの少なくとも５０％の高さを有し、前記注入領域の前記第１の屈折率は、前記カラーフィルターの底部に向かって漸増する勾配屈折率である請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
感知領域を有する基板を更に含み、前記カラーフィルターは、前記基板の感知領域に配置された黒色フィルターを含む注入領域を有する請求項５に記載の光学素子。
【請求項８】
前記黒色フィルターに隣接する透明フィルターを更に含む請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
前記透明フィルターの上に形成されたマイクロレンズを更に含む請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記アレイ構造は、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを含み、少なくとも１つの前記マイクロレンズは、前記注入領域を有し、前記注入領域は、１．７５より高い屈折率を有し、前記注入領域は、前記マイクロレンズの幅の５０〜９５％である幅を有する請求項１に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記アレイ構造は、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイであり、少なくとも１つの前記カラーフィルターは、前記注入領域を有し、前記カラーフィルターは、緑色カラーフィルター、赤色カラーフィルター、および／または青色カラーフィルターを含む請求項１に記載の光学素子。
【請求項１２】
前記アレイ構造は、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイであり、少なくとも１つの前記カラーフィルターは、前記注入領域を有し、前記カラーフィルターは、ＩＲパスフィルターまたは黒色フィルターを含む前記注入領域を有する請求項１に記載の光学素子。
【請求項１３】
感知領域を有する基板を更に含み、前記ＩＲパスフィルターは、前記基板の前記感知領域に配置される請求項１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
周辺領域を有する基板を更に含み、前記黒色フィルターは、前記基板の前記周辺領域に配置される請求項１２に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に関するものであり、特に、そのカラーフィルターまたはマイクロレンズに導光構造が形成された光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現世代の光学素子（イメージセンサを含む）に用いられるカラーフィルターでは、量子効率（ＱＥ）のパフォーマンスは、カラーフィルターの材料の特性（即ち、スペクトルプロファイル）に制限される。
【０００３】
マイクロレンズの屈折率を増加させるために、例えば、二酸化チタンなどの金属酸化物がマイクロレンズ材料の中に加えられることが必要となる。しかしながら、工程の難度を増加させ得るいくつかの問題、特に、エッチングプロセスの過程において生じる汚染の問題が顕在化する。
【０００４】
従って、向上した屈折率を有し、その中にライトガイドまたは集光効果（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）を形成するカラーフィルターまたはマイクロレンズの材料を用いた新しい光学素子を開発することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学素子のカラーフィルターまたはマイクロレンズに導光構造が形成された光学素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る、光学素子が提供される。光学素子は、注入領域および注入領域に隣接する非注入領域を有するアレイ構造を含む。注入領域は、１×１０１３ｃｍ−２以上の注入濃度を有する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、注入濃度は、１×１０１３ｃｍ−２〜６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある。いくつかの実施形態では、注入領域は、窒素イオンまたはケイ素イオンを含む。いくつかの実施形態では、注入領域は、第１の屈折率を有し、非注入領域は、第２の屈折率を有し、第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。
【０００８】
いくつかの実施形態では、アレイ構造は、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイであり、少なくとも１つのカラーフィルターは、注入領域を有する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、注入領域は、注入領域を有するカラーフィルターの幅の５０〜９５％である幅を有する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、注入領域は、注入領域を有するカラーフィルターの底部に配置される。いくつかの実施形態では、注入領域は、注入領域を有するカラーフィルターの高さの少なくとも５０％の高さを有する。いくつかの実施形態では、注入領域の第１の屈折率は、注入領域を有するカラーフィルターの底部に向かって漸増する勾配屈折率（ａ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）である。
【００１１】
いくつかの実施形態では、光学素子は、感知領域を有する基板を更に含む。注入領域を有するカラーフィルターは、基板の感知領域に配置された黒色フィルターを含む。いくつかの実施形態では、光学素子は、黒色フィルターに隣接する透明フィルターを更に含む。いくつかの実施形態では、光学素子は、透明フィルターの上に形成されたマイクロレンズを更に含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、アレイ構造は、複数のカラーフィルターを含むカラーフィルターアレイおよび複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのマイクロレンズは、注入領域を有する。いくつかの実施形態では、注入領域は、１．７５より高い屈折率を有する。
【００１４】
いくつかの実施形態では、注入領域は、注入領域を有するマイクロレンズの幅の５０〜９５％である幅を有する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのカラーフィルターは、注入領域を有し、注入領域を有するカラーフィルターは、緑色カラーフィルター、赤色カラーフィルター、および／または青色カラーフィルターを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのカラーフィルターは、注入領域を有し、注入領域を有するカラーフィルターは、ＩＲパスフィルターまたは黒色フィルターを含む。いくつかの実施形態では、光学素子は、感知領域を有する基板を更に含む。ＩＲパスフィルターは、基板の感知領域に配置される。いくつかの実施形態では、光学素子は、周辺領域を有する基板を更に含む。黒色フィルターは、基板の周辺領域に配置される。
【００１７】
いくつかの実施形態では、注入領域は、３．３×１０１３ｃｍ−２より高い注入濃度を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態に係る、光学素子の断面図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図９Ａ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｅ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｆ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｇ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【図１１Ｈ】本発明の一実施形態に係る、光学素子を製造する方法の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の説明は、本発明を実施するベストモードが開示されている。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。
【００２０】
図１に示すように、本発明の一実施形態に基づいて、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。
【００２１】
光学素子１０は、基板１２および複数のカラーフィルター１４を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。少なくとも１つのカラーフィルター１４は、注入（ｉｍｐｌａｎｔ）領域１６および非注入（ｎｏｎ−ｉｍｐｌａｎｔ）領域１８を含む。注入領域１６は、第１の屈折率を有する。非注入領域１８は、第２の屈折領域を有する。注入領域１６は、非注入領域１８に隣接する。第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。即ち、注入領域１６の屈折率は、非注入領域１８の屈折率より高い。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。
【００２２】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に含まれる注入領域１６は、カラーフィルター１４の上部から底部に延伸する。従って、注入領域１６は、カラーフィルター１４の「ライトガイド（ｌｉｇｈｔ  ｇｕｉｄｅ）」として形成される。
【００２３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の上部から底部に延伸する注入領域１６のその他の適切なプロファイルも実行可能である。
【００２４】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター１４は、注入領域１６および非注入領域１８を含む。
【００２７】
いくつかの実施形態では、僅か一部のカラーフィルター１４は、実用化の要求によって注入領域１６および非注入領域１８を含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【００２９】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が元のカラーフィルター１４の屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、カラーフィルター１４で導光効果が得られる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、カラーフィルター１４の幅Ｗ２の約５０〜９５％である幅Ｗ１を有する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、１×１０１３ｃｍ−２以上の、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある注入濃度を有する。
【００３２】
得られた注入濃度は、特定の注入エネルギーに基づいている。注入エネルギーが変えられたとき、注入濃度の範囲もそれに伴って変えられる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、アレイ構造は、特定の厚さ（ｚ方向に沿った）を有するカラーフィルターまたはマイクロレンズを含むことができる。マイクロレンズの厚さは、その底部から頂点の距離で定義される。イオン注入の過程において、アレイ構造は、３００ｋｅＶのエネルギーおよび１×１０１３ｃｍ−２〜６．７×１０１３ｃｍ−２のドーズ量を有する窒素イオンまたはケイ素イオンで照射される。
【００３４】
注入濃度の単位は、一般的に「イオン／ｃｍ３」で表される。いくつかの実施形態では、注入濃度は、ｚ方向の特定の部分の濃度として定義されることができる。「イオン」が省略される場合、ここでの注入濃度の単位は、「ｃｍ−２」で表される。
【００３５】
いくつかの実施例では、カラーフィルター１４に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度を有するイオン注入プロセスがカラーフィルター１４に行われた後、カラーフィルター１４の屈折率（ｎ）は、向上されるが、カラーフィルター１４の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、カラーフィルター１４内に入射光のライトガイドを形成する以外に、入射光に対するカラーフィルター１４の透過率も維持され、量子効率（ＱＥ）のパフォーマンスを向上させる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の深さとプロファイルは、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）および注入エネルギーを調整することによって制御される。
【００３７】
図２に示すように、本発明の一実施形態に基づいて、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。
【００３８】
光学素子１０は、基板１２および複数のカラーフィルター１４を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。少なくとも１つのカラーフィルター１４は、注入領域１６および非注入領域１８を含む。注入領域１６は、第１の屈折率を有する。非注入領域１８は、第２の屈折率を有する。注入領域１６は、非注入領域１８に隣接する。第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。即ち、注入領域１６の屈折率は、非注入領域１８の屈折率より高い。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に含まれる注入領域１６は、マイクロレンズのプロファイルと同様に、カラーフィルター１４の底部に配置される。従って、注入領域１６は、カラーフィルター１４の「集光器（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）」として形成される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の第１の屈折率は、カラーフィルター１４の底部２０に向かって漸増する勾配屈折率（ａ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）である。
【００４１】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の底部２０に隣接する注入領域１６の他の適切なプロファイルも実行可能である。
【００４２】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター１４は、注入領域１６および非注入領域１８を含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、僅か一部のカラーフィルター１４は、実用化の要求によって注入領域１６および非注入領域１８を含む。
【００４６】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【００４７】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が元のカラーフィルター１４の屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、カラーフィルター１４で集光効果が得られる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、カラーフィルター１４の高さＨ２の少なくとも５０％である高さＨ１を有する。
【００４９】
本発明では、注入領域１６（即ち、集光器）は、カラーフィルター１４内に形成されるため、量子効果（ＱＥ）が向上される。特に、注入領域１６の高さＨ１がカラーフィルター１４の高さＨ２の５０％より高いとき、量子効果（ＱＥ）の向上は、より顕著である。
【００５０】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、１×１０１３ｃｍ−２以上の、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある注入濃度を有する。
【００５１】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度を有するイオン注入プロセスがカラーフィルター１４に行われた後、カラーフィルター１４の屈折率（ｎ）は、向上されるが、カラーフィルター１４の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、カラーフィルター１４内に入射光を集光する集光器を形成する以外に、入射光に対するカラーフィルター１４の透過率も維持される。
【００５２】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の深さとプロファイルは、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）および注入エネルギーを調整することによって制御される。
【００５３】
図３に示すように、本発明の一実施形態に基づいて、光学素子１０が提供されている。図３は、光学素子１０の断面図を示している。
【００５４】
光学素子１０は、基板１２、複数のカラーフィルター１４、および複数のマイクロレンズ２２を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。マイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に形成される。少なくとも１つのマイクロレンズ２２は、注入領域１６を含む。注入領域１６の屈折率は、その上にイオン注入プロセスを適用しない従来のマイクロレンズの屈折率より高い。従って、注入領域１６を含むマイクロレンズ２２は、向上した集光効果を生じる。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。複数のマイクロレンズ２２は、行および列に配置され、マイクロレンズアレイ（アレイ構造）を形成する。
【００５５】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２の全部は、注入領域１６である。
【００５６】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、約１．７５より高い屈折率を有する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、全てのマイクロレンズ２２は、注入領域１６を含む。
【００６１】
いくつかの実施形態では、僅か一部のマイクロレンズ２２は、実用化の要求によって注入領域１６を含む。
【００６２】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【００６３】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が従来のマイクロレンズ２２の屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、注入領域１６を含むマイクロレンズ２２で向上した集光効果が得られる。
【００６４】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、１×１０１３ｃｍ−２以上の、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある注入濃度を有する。
【００６５】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度を有するイオン注入プロセスがマイクロレンズ２２に行われた後、マイクロレンズ２２の屈折率は、向上されるが、マイクロレンズ２２の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、マイクロレンズ２２内に入射光を集光するのを向上させる以外に、入射光に対するマイクロレンズ２２の透過率も維持される。
【００６６】
図４に示すように、本発明の一実施形態に基づいて、光学素子１０が提供されている。図４は、光学素子１０の断面図を示している。
【００６７】
光学素子１０は、基板１２、複数のカラーフィルター１４、および複数のマイクロレンズ２２を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。マイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に形成される。少なくとも１つのマイクロレンズ２２は、注入領域１６および非注入領域１８を含む。注入領域１６は、第１の屈折率を有する。非注入領域１８は、第２の屈折率を有する。注入領域１６は、非注入領域１８に隣接する。第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。即ち、注入領域１６の屈折率は、非注入領域１８の屈折率より高い。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。複数のマイクロレンズ２２は、行および列に配置され、マイクロレンズアレイ（アレイ構造）を形成する。
【００６８】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２に含まれる注入領域１６は、マイクロレンズ２２の上部から底部に延伸する。従って、注入領域１６は、マイクロレンズ２２の「ライトガイド」として形成される。
【００６９】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２の上部から底部に延伸する注入領域１６のその他の適切なプロファイルも実行可能である。
【００７０】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、約１．７５より高い屈折率を有する。
【００７１】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【００７２】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【００７４】
いくつかの実施形態では、全てのマイクロレンズ２２は、注入領域１６および非注入領域１８を含む。
【００７５】
いくつかの実施形態では、僅か一部のマイクロレンズ２２は、実用化の要求によって注入領域１６および非注入領域１８を含む。
【００７６】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【００７７】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が従来のマイクロレンズ２２の屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、マイクロレンズ２２で導光効果が得られる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、マイクロレンズ２２の幅Ｗ４の約５０〜９５％である幅Ｗ３を有する。
【００７９】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、１×１０１３ｃｍ−２以上の、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある注入濃度を有する。
【００８０】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度を有するイオン注入プロセスがマイクロレンズ２２に行われた後、マイクロレンズ２２の屈折率（ｎ）は、向上されるが、マイクロレンズ２２の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、マイクロレンズ２２内に入射光のライトガイドを形成する以外に、入射光に対するマイクロレンズ２２の透過率も維持される。
【００８１】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の深さとプロファイルは、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）および注入エネルギーを調整することによって制御される。
【００８２】
図５に示すように、本発明の一実施形態に基づいて、光学素子１０が提供されている。図５は、光学素子１０の断面図を示している。
【００８３】
光学素子１０は、基板１２、複数のカラーフィルター１４、および複数のマイクロレンズ２２を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。マイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に形成される。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。複数のマイクロレンズ２２は、行および列に配置され、マイクロレンズアレイ（アレイ構造）を形成する。
【００８４】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の全部は、注入領域１６である。
【００８５】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含む。
【００８７】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター１４は、注入領域１６を含む。
【００８８】
いくつかの実施形態では、僅か一部のカラーフィルター１４は、実用化の要求によって注入領域１６を含む。
【００８９】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【００９０】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、１×１０１３ｃｍ−２以上の、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある注入濃度を有する。
【００９１】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、同じ注入濃度を有する。
【００９２】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、各々異なる注入濃度を有する。
【００９３】
本発明では、カラーフィルター１４間の屈折率は、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）を調整することによって制御されて、カラーフィルター１４間の屈折率が最適な整合を実現する。例えば、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、および青色（Ｂ）カラーフィルター２８に対して異なる注入ドーズ量のイオン注入プロセスがカラーフィルター１４に実行されて、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４の屈折率が赤色（Ｒ）カラーフィルター２６の屈折率より約０．３高くなり、且つ赤色（Ｒ）カラーフィルター２６の屈折率が青色（Ｂ）カラーフィルター２８の屈折率より約０．１高くなるため、向上したＳＮＲ１０が実現される。
【００９４】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【００９５】
図６Ａに示すように、本発明の一実施形態に基づいて、光学素子１０が提供されている。図６Ａは、光学素子１０の断面図を示している。
【００９６】
光学素子１０は、基板１２、複数のカラーフィルター１４、および複数のマイクロレンズ２２を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。マイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に形成される。少なくとも１つのカラーフィルター１４は、注入領域１６を含む。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。複数のマイクロレンズ２２は、行および列に配置され、マイクロレンズアレイ（アレイ構造）を形成する。
【００９７】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の全部は、注入領域１６である。
【００９８】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【００９９】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、青色（Ｂ）カラーフィルター２８、およびＩＲパスフィルター３０を含む。
【０１００】
いくつかの実施形態では、ＩＲパスフィルター３０は、基板１２の感知領域（図示されていない）に配置される。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、ＩＲパスフィルター３０は、注入領域１６を含む。緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、または青色（Ｂ）カラーフィルター２８、またはその組み合わせは、実用化の要求によって注入領域１６を含む、または含まないことができる。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、青色（Ｂ）カラーフィルター２８、およびＩＲパスフィルター３０の全ては、同時に注入領域１６を含む。
【０１０３】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、青色（Ｂ）カラーフィルター２８、およびＩＲパスフィルター３０の任意の１つは、注入領域１６を含む。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、ＩＲパスフィルター３０の注入領域１６は、約３．３×１０１３ｃｍ−２より高い注入濃度を有する。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、または青色（Ｂ）カラーフィルター２８、またはその組み合わせは、１×１０１３ｃｍ−２以上の注入濃度、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲の注入濃度を有する。
【０１０７】
本発明では、ＩＲパスフィルター３０に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、３００〜７００ｎｍの範囲の波長を有する可視光では、最適な注入濃度を有するイオン注入プロセスがＩＲパスフィルター３０に行われた後、ＩＲパスフィルター３０の屈折率（ｎ）は、向上され、ＩＲパスフィルター３０の消衰係数（ｋ）も増加されるため、入射光（即ち、可視光）に対するＩＲパスフィルター３０の透過率も十分に低減される。例えば、入射光（即ち、可視光）に対するＩＲパスフィルター３０の透過率は、特定の注入ドーズ量を有する注入プロセスをＩＲパスフィルター３０に行うことによって、約５％以上から約５％以下に減少される。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【０１０９】
図６Ｂに示すように、本発明のもう１つの実施形態に基づいて、光学素子１０が提供されている。図６Ｂは、光学素子１０の断面図を示している。
【０１１０】
光学素子１０は、感知領域３４と周辺領域３６を含む基板１２、複数のカラーフィルター１４、および複数のマイクロレンズ２２を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。マイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に形成される。少なくとも１つのカラーフィルター１４は、注入領域１６を含む。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。複数のマイクロレンズ２２は、行および列に配置され、マイクロレンズアレイ（アレイ構造）を形成する。
【０１１１】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の全部は、注入領域１６である。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、青色（Ｂ）カラーフィルター２８、および黒色フィルター３２を含む。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、および青色（Ｂ）カラーフィルター２８は、基板１２の感知領域３４に配置される。黒色フィルター３２は、基板１２の周辺領域３６に配置される。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、黒色フィルター３２は、注入領域１６を含む。緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、または青色（Ｂ）カラーフィルター２８、またはその組み合わせは、実用化の要求によって注入領域１６を含む、または含まないことができる。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、青色（Ｂ）カラーフィルター２８、および黒色フィルター３２の全ては、同時に注入領域１６を含む。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、青色（Ｂ）カラーフィルター２８、および黒色フィルター３２の任意の１つは、注入領域１６を含む。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、黒色フィルター３２の注入領域１６は、約３．３×１０１３ｃｍ−２より高い注入濃度を有する。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、または青色（Ｂ）カラーフィルター２８、またはその組み合わせは、１×１０１３ｃｍ−２以上の注入濃度、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲の注入濃度を有する。
【０１２１】
本発明では、黒色フィルター３２に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、３００〜１０００ｎｍの範囲の波長を有する可視光では、最適な注入濃度を有するイオン注入プロセスが黒色フィルター３２に行われた後、黒色フィルター３２の屈折率（ｎ）は、向上され、黒色フィルター３２の消衰係数（ｋ）も増加されるため、入射光に対する黒色フィルター３２の透過率も十分に低減される。例えば、入射光に対する黒色フィルター３２の透過率は、特定の注入ドーズ量を有する注入プロセスを黒色フィルター３２に行うことによって、約１％から約０．１％以下に減少される。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、黒色フィルター３２上に形成されなくてもよい。
【０１２４】
図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、本発明のもう１つの実施形態に基づいて、光学素子１０が提供されている。図６Ｃおよび図６Ｄは、光学素子１０の断面図を示している。
【０１２５】
図６Ｃに示すように、光学素子１０は、感知領域３４と周辺領域３６を含む基板１２、複数のカラーフィルター１４、および複数のマイクロレンズ２２を含む。カラーフィルター１４は、基板１２の上に形成される。マイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に任意に形成される。少なくとも１つのカラーフィルター１４は、注入領域１６を含む。複数のカラーフィルター１４は、行および列に配置され、カラーフィルターアレイ（アレイ構造）を形成する。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の全部は、注入領域１６である。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、互いに交差する方式で配置された透明フィルター３８と黒色フィルター３２を含む。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、透明フィルター３８と黒色フィルター３２は、基板１２の感知領域３４に配置される。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、黒色フィルター３２または透明フィルター３８は、実用化の要求によって注入領域１６を含む。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、黒色フィルター３２と透明フィルター３８の全ては、同時に注入領域１６を含む。
【０１３２】
いくつかの実施形態では、黒色フィルター３２と透明フィルター３８の任意の１つは、注入領域１６を含む。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、注入領域１６は、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０１３４】
いくつかの実施形態では、黒色フィルター３２の注入領域１６は、約３．３×１０１３ｃｍ−２より高い注入濃度を有する。
【０１３５】
いくつかの実施形態では、透明フィルター３８の注入領域１６は、約１×１０１３ｃｍ−２以上の注入濃度、例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲の注入濃度を有する。
【０１３６】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、図６Ｃに示されるように、マイクロレンズ２２は、透明フィルター３８の上に形成されるが、黒色フィルター３２の上に形成されない。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、図６Ｄに示されるように、マイクロレンズ２２は、透明フィルター３８と黒色フィルター３２の上に形成されない。
【０１３９】
図７Ａ〜図７Ｂに示すように、本発明の一実施形態に係る、図１の光学素子１０を製造する方法が提供される。図７Ａ〜図７Ｂは、光学素子１０を形成する方法の断面図を示している。
【０１４０】
図７Ａに示すように、その上に形成された複数のカラーフィルター１４を有する基板１２が提供される。次いで、パターン化されたフォトレジスト層１５は、カラーフィルター１４の上に形成され、後に注入領域として定義される領域を露出する。
【０１４１】
次いで、図７Ｂに示されるように、イオン注入プロセス１７は、カラーフィルター１４に行われ、カラーフィルター１４に複数の注入領域１６を形成する。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７の後、注入領域１６および非注入領域１８がカラーフィルター１４に形成される。注入領域１６は、第１の屈折率を有する。非注入領域１８は、第２の屈折率を有する。注入領域１６は、非注入領域１８に隣接する。第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。即ち、注入領域１６の屈折率は、非注入領域１８の屈折率より高い。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に形成された注入領域１６は、カラーフィルター１４の上部から底部に延伸する。従って、注入領域１６は、カラーフィルター１４の「ライトガイド」として形成される。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の上部から底部に延伸する注入領域１６のその他の適切なプロファイルも実行可能である。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター１４は、注入され、その中に注入領域１６および非注入領域１８を形成する。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、僅か一部のカラーフィルター１４は、実用化の要求によって、注入され、その中に注入領域１６および非注入領域１８を形成する。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供されたドーパントは、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０１５０】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が元のカラーフィルター１４の屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、導光効果がカラーフィルター１４で得られる。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、形成された注入領域１６は、カラーフィルター１４の幅Ｗ２の約５０〜９５％である幅Ｗ１を有する。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供された注入ドーズ量は、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にあることができる。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度（例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある）を有するイオン注入プロセスがカラーフィルター１４に行われた後、カラーフィルター１４の屈折率（ｎ）は、向上されるが、カラーフィルター１４の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、カラーフィルター１４内に入射光のライトガイドを形成する以外に、入射光に対するカラーフィルター１４の透過率も維持される。
【０１５４】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の深さとプロファイルは、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）および注入エネルギーを調整することによって制御される。
【０１５５】
従って、図１の光学素子１０が製造される。
【０１５６】
図８Ａ〜図８Ｃに示すように、本発明の一実施形態に係る、図２の光学素子１０を製造する方法が提供される。図８Ａ〜図８Ｃは、光学素子１０を形成する方法の断面図を示している。
【０１５７】
図８Ａに示すように、その上に形成された複数のカラーフィルター１４を有する基板１２が提供される。次いで、パターン化されたフォトレジスト層１５は、カラーフィルター１４の上に形成され、後に注入領域として定義される領域を露出する。
【０１５８】
図８Ｂに示されるように、次いで、イオン注入プロセス１７は、カラーフィルター１４に行われ、カラーフィルター１４に複数の注入前領域（ｐｒｅ-ｉｍｐｌａｎｔ ａｒｅａｓ）１６’を形成する。
【０１５９】
次いで、図８Ｃに示されるように、注入前領域１６’が更に拡散されるように、熱処理１９が行われ、カラーフィルター１４に複数の注入領域１６を形成する。
【０１６０】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７と熱処理１９の後、注入領域１６および非注入領域１８がカラーフィルター１４に形成される。注入領域１６は、第１の屈折率を有する。非注入領域１８は、第２の屈折率を有する。注入領域１６は、非注入領域１８に隣接する。第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。即ち、注入領域１６の屈折率は、非注入領域１８の屈折率より高い。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に形成された注入領域１６は、マイクロレンズのプロファイルと同様に、カラーフィルター１４の底部２０に隣接する。従って、注入領域１６は、カラーフィルター１４の「集光器」として形成される。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の第１の屈折率は、カラーフィルター１４の底部２０に向かって漸増する勾配屈折率である。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４の底部に隣接する注入領域１６のその他の適切なプロファイルも実行可能である。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター１４は、注入され、且つ熱処理プロセスで処理されて、その中に注入領域１６および非注入領域１８を形成する。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、僅か一部のカラーフィルター１４は、実用化の要求によって、注入され、且つ熱処理プロセスで処理されて、その中に注入領域１６および非注入領域１８を形成する。
【０１６８】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供されたドーパントは、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０１６９】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が従来のカラーフィルター１４の屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、カラーフィルター１４で集光効果が得られる。
【０１７０】
いくつかの実施形態では、形成された注入領域１６は、カラーフィルター１４の高さＨ２の少なくとも５０％である高さＨ１を有する。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、注入領域１６（即ち、集光器）は、カラーフィルター１４内に形成されるため、量子効果（ＱＥ）が向上される。特に、注入領域１６の高さＨ１がカラーフィルター１４の高さＨ２の５０％より高いとき、量子効果（ＱＥ）の向上は、より顕著である。
【０１７２】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供された注入ドーズ量は、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にあることができる。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度（例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある）を有するイオン注入プロセスがカラーフィルター１４に行われた後、カラーフィルター１４の屈折率（ｎ）は、向上されるが、カラーフィルター１４の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、カラーフィルター１４内に入射光を集光する集光器を形成する以外に、入射光に対するカラーフィルター１４の透過率も維持される。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の深さとプロファイルは、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）および注入エネルギーを調整することによって制御される。
【０１７５】
従って、図２の光学素子１０が製造される。
【０１７６】
図９Ａ〜図９Ｂに示すように、本発明の一実施形態に係る、図３の光学素子１０を製造する方法が提供される。図９Ａ〜図９Ｂは、光学素子１０を形成する方法の断面図を示している。
【０１７７】
図９Ａに示すように、その上に順次に形成された複数のカラーフィルター１４と複数のマイクロレンズ２２を有する基板１２が提供される。
【０１７８】
図９Ｂに示されるように、次いで、イオン注入プロセス１７がマイクロレンズ２２に行われ、マイクロレンズ２２に複数の注入領域１６を形成する。
【０１７９】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７の後、注入領域１６がマイクロレンズ２２に形成される。注入領域１６の屈折率は、その上にイオン注入プロセスを適用しない従来のマイクロレンズの屈折率より高い。従って、注入領域１６を含むマイクロレンズ２２は、向上した集光効果を生じる。
【０１８０】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、イオン注入プロセス１７の過程で、その中に非注入領域を形成することなく、完全に注入される。
【０１８１】
いくつかの実施形態では、形成された注入領域１６は、約１．７５より高い屈折率を有する。
【０１８２】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０１８３】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【０１８４】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【０１８５】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター２２は、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、僅か一部のマイクロレンズ２２は、実用化の要求によって、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供されたドーパントは、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０１８８】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が従来のマイクロレンズの屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、注入領域１６を含むマイクロレンズ２２で向上された集光効果が得られる。
【０１８９】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供された注入ドーズ量は、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にあることができる。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度（例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある）を有するイオン注入プロセスがマイクロレンズ２２に行われた後、マイクロレンズ２２の屈折率（ｎ）は、向上されるが、マイクロレンズ２２の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、マイクロレンズ２２内に入射光を集光するのを向上させる以外に、入射光に対するマイクロレンズ２２の透過率も維持される。
【０１９１】
従って、図３の光学素子１０が製造される。
【０１９２】
図１０Ａ〜図１０Ｂに示すように、本発明の一実施形態に係る、図４の光学素子１０を製造する方法が提供される。図１０Ａ〜図１０Ｂは、光学素子１０を形成する方法の断面図を示している。
【０１９３】
図１０Ａに示すように、その上に順次に形成された複数のカラーフィルター１４と複数のマイクロレンズ２２を有する基板１２が提供される。次いで、パターン化されたフォトレジスト層１５は、マイクロレンズ２２の上に形成され、後に注入領域として定義される領域を露出する。
【０１９４】
図１０Ｂに示されるように、次いで、イオン注入プロセス１７は、マイクロレンズ２２に行われ、マイクロレンズ２２に複数の注入領域１６を形成する。
【０１９５】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７の後、注入領域１６および非注入領域１８がマイクロレンズ２２に形成される。注入領域１６は、第１の屈折率を有する。非注入領域１８は、第２の屈折率を有する。注入領域１６は、非注入領域１８に隣接する。第１の屈折率は、第２の屈折率より高い。即ち、注入領域１６の屈折率は、非注入領域１８の屈折率より高い。
【０１９６】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２に形成された注入領域１６は、マイクロレンズ２２の上部から底部に延伸する。従って、注入領域１６は、マイクロレンズ２２の「ライトガイド」として形成される。
【０１９７】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２の上部から底部に延伸する注入領域１６のその他の適切なプロファイルも実行可能である。
【０１９８】
いくつかの実施形態では、形成された注入領域１６は、約１．７５より高い屈折率を有する。
【０１９９】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０２００】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター、赤色（Ｒ）カラーフィルター、および青色（Ｂ）カラーフィルターを含むことができる。
【０２０１】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【０２０２】
いくつかの実施形態では、全てのマイクロレンズ２２は、注入され、その中に注入領域１６および非注入領域１８を形成する。
【０２０３】
いくつかの実施形態では、僅か一部のマイクロレンズ２２は、実用化の要求によって、注入され、その中に注入領域１６および非注入領域１８を形成する。
【０２０４】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供されたドーパントは、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０２０５】
本発明では、注入されるドーパントの屈折率が従来のマイクロレンズの屈折率より、約０．１またはそれ以上であれば、マイクロレンズ２２で導光効果が得られる。
【０２０６】
いくつかの実施形態では、形成された注入領域１６は、マイクロレンズ２２の幅Ｗ４の約５０〜９５％である幅Ｗ３を有する。
【０２０７】
いくつかの実施形態では、イオン注入プロセス１７によって提供された注入ドーズ量は、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にあることができる。
【０２０８】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２に適用される特定の注入エネルギー（例えば、３００ｋｅＶ）における注入濃度（即ち、注入ドーズ量）の最適な範囲は、以下の条件に従って定義される。特定の波長範囲を有する入射光、例えば、４００ｎｍより長い波長を有する可視光では、最適な注入濃度（例えば、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にある）を有するイオン注入プロセスがマイクロレンズ２２に行われた後、マイクロレンズ２２の屈折率（ｎ）は、向上されるが、マイクロレンズ２２の消衰係数（ｋ）は維持される。即ち、マイクロレンズ２２内に入射光のライトガイドを形成する以外に、入射光に対するマイクロレンズ２２の透過率も維持される。
【０２０９】
いくつかの実施形態では、注入領域１６の深さとプロファイルは、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）および注入エネルギーを調整することによって制御される。
【０２１０】
従って、図４の光学素子１０が製造される。
【０２１１】
図１１Ａ〜図１１Ｈに示すように、本発明の一実施形態に係る、図５の光学素子１０を製造する方法が提供される。図１１Ａ〜図１１Ｈは、光学素子１０を形成する方法の断面図を示している。
【０２１２】
図１１Ａに示すように、その上に形成された複数のカラーフィルター１４を有する基板１２が提供される。カラーフィルター１４は、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、および青色（Ｂ）カラーフィルター２８を含む。次いで、図１１Ｂに示されるように、第１のパターン化されたフォトレジスト層１５がカラーフィルター１４の上に形成され、後に注入領域として定義される領域を露出する。
【０２１３】
このステップでは、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４は、後に注入領域として定義されるように露出される。
【０２１４】
図１１Ｃに示されるように、次いで、第１のイオン注入プロセス１７は、カラーフィルター１４に行われ、カラーフィルター１４に複数の注入領域１６を形成する。
【０２１５】
このステップでは、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４は、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０２１６】
図１１Ｄに示されるように、次いで、第１のパターン化されたフォトレジスト層１５は、上述のカラーフィルター１４から除去される。
【０２１７】
図１１Ｅに示されるように、次いで、第２のパターン化されたフォトレジスト層１５’は、カラーフィルター１４の上に形成され、後に注入領域として定義される領域を露出する。
【０２１８】
このステップでは、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６は、後に注入領域として定義されるように露出される。
【０２１９】
次いで、第２のイオン注入プロセス１７’は、カラーフィルター１４に実行され、カラーフィルター１４に複数の注入領域１６を形成する。
【０２２０】
このステップでは、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６は、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０２２１】
同様に、図１１Ｆに示されるように、次いで、第２のパターン化されたフォトレジスト層１５’は、上述のカラーフィルター１４から除去される。
【０２２２】
図１１Ｇに示されるように、次いで、第３のパターン化されたフォトレジスト層１５”は、カラーフィルター１４の上に形成され、後に注入領域として定義される領域を露出する。
【０２２３】
このステップでは、青色（Ｂ）カラーフィルター２８は、後に注入領域として定義されるように露出される。
【０２２４】
次いで、第３のイオン注入プロセス１７”は、カラーフィルター１４に実行され、カラーフィルター１４に複数の注入領域１６を形成する。
【０２２５】
このステップでは、青色（Ｂ）カラーフィルター２８は、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０２２６】
図１１Ｈに示されるように、次いで、複数のマイクロレンズ２２は、カラーフィルター１４の上に形成される。
【０２２７】
いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）の後、注入領域１６は、カラーフィルター１４に形成される。
【０２２８】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）の過程で、その中に非注入領域を形成することなく、完全に注入される。
【０２２９】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および色素を含むことができる。
【０２３０】
いくつかの実施形態では、全てのカラーフィルター１４は、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０２３１】
いくつかの実施形態では、僅か一部のカラーフィルター１４は、実用化の要求によって、注入され、その中に注入領域１６を形成する。
【０２３２】
いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）によって提供されたドーパントは、高屈折率ドーパント、例えば、窒素イオンまたはケイ素イオンのような２．０より高い屈折率を有するドーパントを含むことができる。
【０２３３】
いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）によって提供された注入ドーズ量は、約１×１０１３ｃｍ−２〜約６．７×１０１３ｃｍ−２の範囲にあることができる。
【０２３４】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、同じ注入濃度を用いて注入される。即ち、第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）は、同じ注入ドーズ量を提供する。
【０２３５】
いくつかの実施形態では、カラーフィルター１４は、異なる注入濃度を用いて注入される。即ち、第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）は、異なる注入ドーズ量を提供する。
【０２３６】
本発明では、カラーフィルター１４間の屈折率は、イオン注入プロセスの注入濃度（即ち、注入ドーズ量）を調整することによって制御されて、カラーフィルター１４間の屈折率が最適な整合を実現する。例えば、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４、赤色（Ｒ）カラーフィルター２６、および青色（Ｂ）カラーフィルター２８に対して異なる注入ドーズ量の第１、第２、および第３のイオン注入プロセス（１７、１７’、および１７”）がカラーフィルター１４に順次に実行されて、緑色（Ｇ）カラーフィルター２４の屈折率が赤色（Ｒ）カラーフィルター２６の屈折率より約０．３高くなり、且つ赤色（Ｒ）カラーフィルター２６の屈折率が青色（Ｂ）カラーフィルター２８の屈折率より約０．１高くなるため、向上したＳＮＲ１０が実現される。
【０２３７】
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ２２は、適切な高分子、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含むことができる。
【０２３８】
従って、図５の光学素子１０が製造される。
【０２３９】
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。
【符号の説明】
【０２４０】
１０  光学素子
１２  基板
１４  カラーフィルター
１５  パターン化されたフォトレジスト層
１５’  第２のパターン化されたフォトレジスト層
１５”  第３のパターン化されたフォトレジスト層
１６  注入領域
１６’  注入前領域
１７  イオン注入プロセス
１７’  第２のイオン注入プロセス
１７”  第３のイオン注入プロセス
１８  非注入領域
１９  熱処理
２０  カラーフィルターの底部
２２  マイクロレンズ
２４  緑色フィルター
２６  赤色フィルター
２８  青色フィルター
３０  ＩＲパスフィルター
３２  黒色フィルター
３４  感知領域
３６  周辺領域
３８  透明フィルター
Ｈ１  カラーフィルターの注入領域の高さ
Ｈ２  カラーフィルターの高さ
Ｗ１  カラーフィルターの注入領域の幅
Ｗ２  カラーフィルターの幅
Ｗ３  マイクロレンズの注入領域の幅
Ｗ４  マイクロレンズの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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