特許 7395632 光学素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】光学素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20231204BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022026506

(22)【出願日】2022-02-24

(65)【公開番号】P2022145547

(43)【公開日】2022-10-04

【審査請求日】2022-02-24

(31)【優先権主張番号】63/162,760

(32)【優先日】2021-03-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/563,664

(32)【優先日】2021-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100105946

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 富彦

(72)【発明者】

【氏名】郭 信宏

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 翰林

(72)【発明者】

【氏名】倪 大庸

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 慶強

(72)【発明者】

【氏名】塗 宗儒

(72)【発明者】

【氏名】張 育淇

(72)【発明者】

【氏名】蔡 鴻仁

【審査官】柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１１８６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２６１２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１９０２４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－３２６２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５３７０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２０８０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４０４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１４５２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－３３５７２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光電変換素子を含む基板、および
前記基板の上方に配置され、それぞれ１つの光電変換素子に対応する複数の光学構造を含み、各前記光学構造は、第１のガラス転移温度を有する第１の部分、および第２のガラス転移温度を有する第２の部分を含み、前記第１の部分は側面を有し、前記複数の光学構造の各々の間は、前記第１の部分の側面により画定され、前記第２の部分は前記第１の部分の側面に接触して設けられ、断面視で前記第１の部分の幅は前記第２の部分の幅より小さく、前記第２の部分は、入射光を前記光電変換素子に導き、前記第１のガラス転移温度は、前記第２のガラス転移温度より高い光学素子。

【請求項2】

前記第１の部分および前記第２の部分は、同じ平面上に配置される請求項１に記載の光学素子。

【請求項3】

前記第１のガラス転移温度は、３５０℃以下、７０℃以上であり、前記第２のガラス転移温度は、３００℃以下、５０℃以上である請求項１に記載の光学素子。

【請求項4】

前記第１の部分は、２．９以下、且つ１以上の屈折率を有し、前記第２の部分は、２．８以下、１．１以上の屈折率を有する請求項１に記載の光学素子。

【請求項5】

前記第１の部分は、断面視で長方形、三角形、等脚台形、または不規則な台形を含み、前記第２の部分は、断面視で、平坦面、凸面、または凹面を有し、前記第１の部分は、上面視でＵ字形、Ｌ字形、曲面を有する不規則な形状、長方形、または三角形を含む請求項１に記載の光学素子。

【請求項6】

前記第１の部分は前記第２の部分を囲み、前記第１の部分が、上面視で、円形の環状開口、正方形の環状開口、楕円形の環状開口、または非球面の環状開口を有する閉環状を含み、前記第２の部分は、前記第１の部分を部分的に覆う請求項１に記載の光学素子。

【請求項7】

前記基板は、前記基板の中心から端部までの第１の領域、第２の領域、および第３の領域を含み、前記第１の領域内に配置された各前記光学構造の前記第１の部分は第１の高さを有し、前記第２の領域内に配置された各前記光学構造の前記第１の部分は第２の高さを有し、前記第３の領域内に配置された各前記光学構造前記の第１の部分は第３の高さを有し、前記第３の高さは前記第２の高さより高く、前記第２の高さは前記第１の高さより高い請求項１に記載の光学素子。

【請求項8】

前記基板は、前記基板の中心から端部までの第１の領域、第２の領域、および第３の領域を含み、各前記光学構造の前記第２の部分が球面を有するとき、前記第１の領域内に配置された各前記光学構造の前記第２の部分は、第１の曲率を有し、前記第２の領域内に配置された各前記光学構造の前記第２の部分は、第２の曲率を有し、前記第３の領域内に配置された各前記光学構造の前記第２の部分は第３の曲率を有し、前記第３の曲率は前記第２の曲率より大きく、前記第２の曲率は前記第１の曲率より大きい請求項１に記載の光学素子。

【請求項9】

前記基板は、前記基板の中心から端部までの第１の領域、第２の領域、および第３の領域を含み、各前記光学構造の前記第２の部分が傾斜面を有するとき、前記第１の領域内に配置された各前記光学構造の前記第２の部分は、第１の傾斜を有し、前記第２の領域内に配置された各前記光学構造の前記第２の部分は、第２の傾斜を有し、前記第３の領域内に配置された各前記光学構造の前記第２の部分は、第３の傾斜を有し、前記第３の傾斜は前記第２の傾斜より大きく、前記第２の傾斜は前記第１の傾斜より大きい請求項１に記載の光学素子。

【請求項10】

複数のカラーフィルタおよびマイクロレンズをさらに含み、前記カラーフィルタは、前記基板と前記光学構造との間に配置され、前記マイクロレンズは、前記カラーフィルタと前記光学構造の間に配置され、前記基板の中心に最も近い前記光電変換素子は第１の境界を有し、前記基板の前記中心に最も近い前記光学構造は第２の境界を有し、前記第１の境界と前記第２の境界はその間に距離を有する請求項１に記載の光学素子。

【請求項11】

複数の光電変換素子を含む基板、および
前記基板の上方に配置され、それぞれ１つの光電変換素子に対応する複数の光学構造を含み、各前記光学構造は、第１のガラス転移温度を有する第１の部分、および第２のガラス転移温度を有する第２の部分を含み、前記第１の部分は側面を有し、前記複数の光学構造の各々の間は、前記第１の部分の側面により画定され、前記第２の部分は前記第１の部分の側面に接触して設けられ、断面視で前記第１の部分の幅は前記第２の部分の幅より小さく、前記第２の部分は、入射光を前記光電変換素子に導き、前記第１のガラス転移温度は、前記第２のガラス転移温度より高く、
角度ψは、上面視で前記基板の中心を画素の前記光学構造の質量の中心と接続する接続線と、前記基板の中心を通過する水平線との間の角度として定義され、前記第１の部分が前記第２の部分を囲み、前記第１の部分が閉環状であるとき、前記角度ψが変わると、前記第１の部分は各画素で前記同じ相対位置を有し、前記第２の部分の位置は各画素で前記角度ψに伴って変わるイメージセンサ。

【請求項12】

基板を提供するステップ、
前記基板の上方に第１のガラス転移温度を有する第１の材料を形成するステップ、
前記基板の上方に前記第１のガラス転移温度が第２のガラス転移温度より高い、第２のガラス転移温度を有する第２の材料を形成するステップ、および
加熱プロセスを行い、各々が前記第１のガラス材料からなる第１の部分と、前記第２のガラス材料からなる第２の部分を含む複数の光学構造であり、前記第１の部分は側面を有し、前記複数の光学構造の各々の間は、前記第１の部分の側面により画定され、前記第２の部分は前記第１の部分の側面に接触して設けられ、断面視で前記第１の部分の幅は前記第２の部分の幅より小さく、前記第２の部分は、入射光を前記光電変換素子に導く、複数の光学構造を形成するステップを含む光学素子を製造する方法。

【請求項13】

前記加熱プロセスは、ランプ照射、レーザー照射を含み、前記加熱プロセスは、同じ高さおよび体積である前記第２の材料に対して、異なる曲率を有する前記第２の部分が作成されるように、異なるレベルの加熱エネルギーを適用するステップを含む請求項１２に記載の光学素子を製造する方法。

【請求項14】

前記加熱プロセスの前に前記第２の材料の体積または高さを調整し、前記加熱プロセスの後にエッチングプロセスを行うステップをさらに含む請求項１２に記載の光学素子を製造する方法。

【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、デュアル光学マイクロ構造を有する光学素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

カメラモジュールのレンズからの光線がＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）に入射したとき、ＣＩＳの端部に広い主光線角度（ＣＲＡ）が存在することになる。ＣＩＳのフォトダイオードが効率的に光を受光できないため、低光量条件下では色性能と画質は悪くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

デュアル光学マイクロ構造を有する光学素子を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

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、基板および複数の光学構造を含む。基板は、複数の光電変換素子を含む。光学構造は基板の上方に配置される。各光学構造は、１つの光電変換素子に対応する。各光学構造は、第１の部分および第２の部分を含む。第１の部分は、第１のガラス転移温度を有する。第２の部分は、第２のガラス転移温度を有する。第２の部分は、入射光を光電変換素子に導く。第１のガラス転移温度は、第２のガラス転移温度より高い。

【0005】

いくつかの実施形態では、第１の部分および第２の部分は、同じ平面上に配置される。

【0006】

いくつかの実施形態では、第１の部分の第１のガラス転移温度は、３５０℃以下、７０℃以上である。いくつかの実施形態では、第２の部分の第２のガラス転移温度は、３００℃以下、５０℃以上である。いくつかの実施形態では、第１の部分は、２．９以下、且つ１以上の屈折率を有する。いくつかの実施形態では、第２の部分は、２．８以下、１．１以上の屈折率を有する。

【0007】

いくつかの実施形態では、第１の部分は、断面視で長方形、三角形、等脚台形、または不規則な台形を含む。いくつかの実施形態では、第２の部分は、断面視で非球面を有する。いくつかの実施形態では、第２の部分は、断面視で、平坦面、凸面、または凹面を有する。

【0008】

いくつかの実施形態では、第１の部分は第２の部分を囲む。いくつかの実施形態では、第１の部分は、上面視で閉環状を含む。いくつかの実施形態では、第１の部分が閉環状であるとき、第１の部分は、上面視で、円形の環状開口、正方形の環状開口、楕円形の環状開口、または非球面の環状開口を含む。いくつかの実施形態では、第２の部分は、第１の部分を部分的に覆う。

【0009】

いくつかの実施形態では、第１の部分は、上面視でＵ字形、Ｌ字形、曲面を有する不規則な形状、長方形、または三角形を含む。

【0010】

いくつかの実施形態では、第１の部分が柱状構造を含むとき、第２の部分は第１の部分を完全に覆う。いくつかの実施形態では、第１の部分は、円柱、円錐、単一の四角柱、または複数の四角柱を含む。いくつかの実施形態では、第１の部分は、複数の四角柱の積層、または複数の円柱の積層を含む。

【0011】

いくつかの実施形態では、基板は、基板の中心から端部までの第１の領域、第２の領域、および第３の領域を含む。いくつかの実施形態では、第１の領域内に配置された各光学構造の第１の部分は第１の高さを有し、第２の領域内に配置された各光学構造の第１の部分は第２の高さを有し、第３の領域内に配置された各光学構造の第１の部分は第３の高さを有し、第３の高さは第２の高さより高く、第２の高さは第１の高さより高い。いくつかの実施形態では、各光学構造の第２の部分が球面を有するとき、第１の領域内に配置された各光学構造の第２の部分は、第１の曲率を有し、第２の領域内に配置された各光学構造の第２の部分は、第２の曲率を有し、第３の領域内に配置された各光学構造の第２の部分は第３の曲率を有し、第３の曲率は第２の曲率より大きく、第２の曲率は第１の曲率より大きい。いくつかの実施形態では、各光学構造の第２の部分が傾斜面を有するとき、第１の領域内に配置された各光学構造の第２の部分は、第１の傾斜を有し、第２の領域内に配置された各光学構造の第２の部分は、第２の傾斜を有し、第３の領域内に配置された各光学構造の第２の部分は、第３の傾斜を有し、第３の傾斜は第２の傾斜より大きく、第２の傾斜は第１の傾斜より大きい。

【0012】

いくつかの実施形態では、光電変換素子は第１の端部を有し、最も外側の光学構造は第２の端部を有し、第１の端部および第２の端部はその間に距離を有する。

【0013】

いくつかの実施形態では、光学素子は、基板と光学構造との間に配置された複数のカラーフィルタをさらに含む。いくつかの実施形態では、光学素子は、カラーフィルタと光学構造との間に配置された複数のマイクロレンズをさらに含む。

【0014】

いくつかの実施形態では、角度ψは、上面視で基板の中心を画素の光学構造の質量の中心と接続する接続線と、基板の中心を通過する水平線との間の角度として定義される。いくつかの実施形態では、第１の部分が第２の部分を囲み、第１の部分が閉環状であるとき、角度ψが変わると、第１の部分は各画素で同じ相対位置を有し、第２の部分の位置は各画素で角度ψに伴って変わる。いくつかの実施形態では、第１の部分が柱状構造であり、第２の部分が第１の部分を完全に覆っているとき、角度ψが変わると、第１の部分と第２の部分は、各画素で角度ψに伴って異なる相対位置を有する。

【0015】

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。製造方法は以下のステップを含む。基板が提供される。第１のガラス転移温度を有する第１の材料が基板の上方に形成される。第２のガラス転移温度を有する第２の材料が基板の上方に形成される。第１のガラス転移温度は、第２のガラス転移温度より高い。加熱プロセスが複数の光学構造を形成するように行なわれる。

【0016】

いくつかの実施形態では、加熱プロセスは、ランプ照射、レーザー照射、電気伝導、または液体溶解を含む。いくつかの実施形態では、液体溶解は、物理的エッチングまたは化学的エッチングを含む。いくつかの実施形態では、製造方法は、加熱プロセスの前に第２の材料の体積または高さを調整するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、加熱プロセスは、異なるレベルの加熱エネルギーを適用するステップを含む。いくつかの実施形態では、製造方法は、加熱プロセスの後にエッチングプロセスを行うステップをさらに含む。

【0017】

本発明では、特定のデュアル光学マイクロ構造（調整可能な位置、プロファイル、寸法、および構成要素の組み合わせを有する）が、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）の光電変換素子の上方に配置される。デュアル光学マイクロ構造は、ＣＩＳの受光効率を向上させ、クロストークを低減することができる。

【0018】

以下、添付の図面と併せて本開示の実施形態を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明から、より完全に理解することができる。

【図1】図１は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図を示している。

【図2】図２は、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図3A】図３Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図3B】図３Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図3C】図３Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図3D】図３Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図4A】図４Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第２の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図4B】図４Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第２の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図4C】図４Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第２の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図4D】図４Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第２の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図4E】図４Ｅは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第２の部分のプロファイルの断面図を示している。

【図5】図５は、本発明の一実施形態による画素の光学構造の配置の上面図を示している。

【図6A】図６Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図6B】図６Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図6C】図６Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図6D】図６Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図7A】図７Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図7B】図７Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図7C】図７Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図7D】図７Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図8A】図８Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図8B】図８Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の断面図を示している。

【図9】図９は、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図10A】図１０Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図10B】図１０Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図10C】図１０Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図10D】図１０Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図11A】図１１Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図11B】図１１Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図11C】図１１Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図11D】図１１Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図12A】図１２Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図12B】図１２Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図12C】図１２Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図12D】図１２Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図13A】図１３Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図13B】図１３Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図13C】図１３Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図13D】図１３Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図13E】図１３Ｅは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図14A】図１４Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図14B】図１４Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図14C】図１４Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図14D】図１４Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図15A】図１５Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図15B】図１５Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図16A】図１６Ａは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図16B】図１６Ｂは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図16C】図１６Ｃは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図16D】図１６Ｄは、本発明の様々な実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図17A】図１７Ａは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図17B】図１７Ｂは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図17C】図１７Ｃは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図18A】図１８Ａは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図18B】図１８Ｂは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の断面図を示している。

【図18C】図１８Ｃは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図19A】図１９Ａは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図19B】図１９Ｂは、本発明の一実施形態による光学構造の第１の部分および第２の部分の配置の上面図を示している。

【図20】図２０は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図を示している。

【図21】図２１は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図を示している。

【図22】図２２は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図を示している。

【図23】図２３は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図を示している。

【図24】図２４は、本発明の一実施形態による光学素子を製造する方法の断面図を示している。

【図25】図２５は、本発明の一実施形態による光学素子を製造する方法の断面図を示している。

【図26】図２６は、リフロー後の光学構造のＡＦＭプロファイルを示している。

【図27】図２７は、リフロー後の光学構造のＡＦＭプロファイルを示している。

【図28】図２８は、リフロー後の光学構造のＡＦＭプロファイルを示している。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の光学素子は、以下の説明で詳述される。以下の詳細な説明では、説明のために、多数の特定の詳細および実施形態が本開示の完全な理解を提供するために明記されている。以下の発明を実施するための形態で説明された特定の構成要素および構造は、本開示を明瞭に説明するために記述されている。しかしながら、本明細書で記述される例示的な実施形態は、単に説明のために用いられることは明らかであり、発明の概念は、これらの例示的な実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。また、異なる実施形態の図面では、本開示を明瞭に説明するために、類似の番号および／または対応の番号を用いて、類似の構成要素および／または対応の構成要素を示すことができる。しかしながら、異なる実施形態の図面では、類似の番号および／または対応の番号の使用は、異なる実施形態間の相関関係を示唆するものではない。また、この明細書では、例えば、「第２の材料層上／第２の材料層の上方に配置された第１の材料層」などの表現は、第１の材料層および第２の材料層の直接接触を指すか、または第１の材料層と第２の材料層との間の１つ以上の中間層との非接触状態を指している。上述の状況では、第１の材料層は、第２の材料層に直接接触しなくてもよい。

【0021】

また、この明細書では、関連する表現が用いられる。例えば、「より低い」、「底部」、「より高い」、または「上部」は、もう１つに対する１つの構成要素の位置を説明するのに用いられる。仮に装置が上下反転された場合、「より低い」側の構成要素は、「より高い」側の構成要素となる、ということが了解されるべきである。

【0022】

特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、いずれの場合も、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、本開示の関連技術および本開示の背景または文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されるべきではない。

【0023】

説明において、相対的な用語、例えば“下方”“上方”“水平”“垂直”“上の”“下の”“上”“下”“上部”“底部”などと、その派生語（例えば“水平に”“下方に”“上方に”など）は、記述されるように、または、議論において図面に示されるように、方向を示すものとして解釈されるべきである。これらの関連用語は、説明の便宜上のためのものであり、装置が特定の方向で構成される、または動作されることを必要とするものではない。「接合された」または「相互接続された」などの接合、結合などに関連する用語は、特に記述されない限り、構造が直接または間接的に中間構造によって、互いに固定または接合された関係を示し、２つの構造が可動、または強固に接合された関係を示してもよい。

【0024】

第１、第２、第３などの用語は、ここでは各種の素子、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するのに用いられることができ、これらの素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されてはならない。これらの用語は単に一素子、構成要素、領域、層、および／または部分を識別するのに用いられることは理解される。従って、第１の素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、例示的な実施形態の技術から逸脱しない限りにおいては、第２の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と呼ばれてもよい。

【0025】

ここでは、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、記載されている値または範囲の＋／－２０％を意味し、一般的に、記載されている値または範囲の＋／－１０％を意味し、一般的に、記載されている値または範囲の＋／－５％を意味し、一般的に、記載されている値または範囲の＋／－３％を意味し、一般的に、記載されている値または範囲の＋／－２％を意味し、一般的に、記載されている値または範囲の＋／－１％を意味し、且つ一般的に、記載されている値または範囲の＋／－０．５％を意味する。本開示の記載値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」の具体的な説明がない場合は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味が暗示され得る。

【0026】

以下の説明は、本発明を実行するための最良の態様のものである。この説明は、本発明の一般的な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、添付の特許請求の範囲を参考にして決定される。

【0027】

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。

【0028】

図１に示されるように、光学素子１０は、基板１２および複数の光学構造１４を含む。基板１２は、複数の光電変換素子１６を含む。光学構造１４は、基板１２の上方に配置される。各光学構造１４は、１つの光電変換素子１６に対応する。各光学構造１４は、第１の部分１８および第２の部分２０を含む。第１の部分１８は、第１のガラス転移温度を有する。第２の部分２０は、第２のガラス転移温度を有する。第２の部分２０は、入射光２１を光電変換素子１６に導く。第１のガラス転移温度は第２のガラス転移温度より高い。

【0029】

いくつかの実施形態では、光学素子１０は、基板１２と光学構造１４の間に配置された複数のカラーフィルタ２２を任意に含む。いくつかの実施形態では、光学素子１０は、カラーフィルタ２２と光学構造１４の間に配置された複数のマイクロレンズ２４を任意に含む。いくつかの実施形態では、光学素子１０は、マイクロレンズ２４と光学構造１４の間に配置された平坦化層２６を任意に含む。

【0030】

いくつかの実施形態では、第１の部分１８および第２の部分２０は同一平面上に配置され、例えば、第１の部分１８および第２の部分２０は平坦化層２６上に配置される。

【0031】

いくつかの実施形態では、第１の部分１８の第１のガラス転移温度は、約３５０℃以下で約７０℃以上である。いくつかの実施形態では、第２の部分２０の第２のガラス転移温度は、約３００℃以下で約５０℃以上である。第１の部分１８と第２の部分２０の間のガラス転移温度が異なるため、第１の部分１８の材料は、第２の部分２０の材料とは異なる。いくつかの実施形態では、第１の部分１８は、約２．９以下、約１以上の屈折率を有する。いくつかの実施形態では、第２の部分２０は、約２．８以下、約１．１以上の屈折率を有する。

【0032】

図２に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８のプロファイルが提供される。図２は、光学構造１４の第１の部分１８のプロファイルの断面図を示している。光学構造１４の第１の部分１８のプロファイルと関連する寸法、例えば、上部幅、下部幅、高さ、および側壁と法線との間の角度との間の関係がこの図に示されている。

【0033】

図２に示されるように、例えば、平坦化層２６上に配置された第１の部分１８は例示的なものである。第１の部分１８の上部幅は「Ｗ１」として表される。第１の部分１８の底部幅は「Ｗ２」として表される。第１の部分１８の右側壁Ｓ１と平坦化層２６の上面２６’の法線Ｎとの間の角度は「α１」として表される。第１の部分１８の左側壁Ｓ２と平坦化層２６の上面２６’の法線Ｎとの間の角度は「α２」として表される。第１の部分１８の高さは「ｈ」として表される。いくつかの実施形態では、第１の部分１８の上部幅「Ｗ１」は、約５００ｎｍ以下で約ゼロ以上である。いくつかの実施形態では、第１の部分１８の底部幅「Ｗ２」は、約５００ｎｍ以下で約１０ｎｍ以上である。いくつかの実施形態では、第１の部分１８の右側壁Ｓ１と平坦化層２６の上面２６’の法線Ｎとの間の角度「α１」は、約９０度以下で約０度以上である。いくつかの実施形態では、第１の部分１８の左側壁Ｓ２と平坦化層２６の上面２６’の法線Ｎとの間の角度「α２」は、約９０度以下で約０度以上である。いくつかの実施形態では、第１の部分１８の高さ「ｈ」は、約５０ｎｍ以上である。上記の寸法（即ち、上部幅、下部幅、高さ、および側壁と法線間の角度）は、第１の部分１８のプロファイルを決定する。

【0034】

図３Ａ～図３Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態による光学構造１４の第１の部分１８の様々なプロファイルが提供されている。図３Ａ～図３Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８のプロファイルの断面図を示している。

【0035】

いくつかの実施形態では、Ｗ１＝Ｗ２およびα１＝α２＝０のとき、第１の部分１８は、図３Ａに示されるように、断面視で長方形のプロファイルを示す。

【0036】

いくつかの実施形態では、Ｗ１＝０およびα１＝α２のとき、第１の部分１８は、図３Ｂに示されるように、断面視で三角形のプロファイルを示す。

【0037】

いくつかの実施形態では、Ｗ２＞Ｗ１＞０およびα１＝α２のとき、第１の部分１８は、図３Ｃに示されるように、断面視で等脚台形のプロファイルを示す。

【0038】

いくつかの実施形態では、Ｗ２＞Ｗ１＞０およびα１≠α２のとき、第１の部分１８は、図３Ｄに示されるように、断面視で不規則な台形のプロファイルを示す。

【0039】

図４Ａ～図４Ｄに示されるように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第２の部分２０の様々なプロファイルが提供される。図４Ａ～図４Ｄは、光学構造１４の第２の部分２０のプロファイルの断面図を示す。

【0040】

いくつかの実施形態では、図４Ａに示されるように、第２の部分２０は、断面図でより大きな曲率を有する非球面「Ｓａ」（凸面）のプロファイルを有する。

【0041】

いくつかの実施形態では、図４Ｂに示されるように、第２の部分２０は、断面視で「Ｓａ」に対してより小さな曲率を有する非球面「Ｓｂ」（凸面）のプロファイルを有する。即ち、第２の部分２０は、異なる曲率を有する非球面を含む。

【0042】

いくつかの実施形態では、図４Ｃに示されるように、第２の部分２０は、断面視で傾斜面「Ｓｃ」のプロファイルを有する。

【0043】

いくつかの実施形態では、図４Ｄに示されるように、第２の部分２０は、断面視で凹面「Ｓｄ」のプロファイルを有する。

【0044】

いくつかの実施形態では、図４Ｅに示されるように、第２の部分２０は、断面視で平坦面「Ｓｅ」のプロファイルを有する。

【0045】

図５に示されるように、本発明の一実施形態によれば、画素（例えば、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、およびＰ５が例示的である）で光学構造（例えば、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、および１４ｅが例示的である）の様々な配置が提供されている。図５は、画素の光学構造の配置の上面図を示している。

【0046】

図５に示されるように、光学構造（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄおよび１４ｅ）は、基板１２上に配置される。画素Ｐ２は、角度ψを定義するための例示的なものである。角度ψは、基板１２の中心１２ｄを画素Ｐ２の光学構造１４ｂの質量の中心Ｍｃと接続する接続線Ｃと、基板１２の中心１２ｄを通過する水平線Ｈとの間の角度として定義される。図５では、第１の部分１８は、第２の部分２０を囲み、第１の部分１８は、閉環状（ｃｌｏｓｅｄ ｒｉｎｇ）である。角度ψが変わると、光学構造（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、または１４ｅ）の第１の部分１８は、各画素で同じ相対位置を有し、光学構造（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、または１４ｅ）の第２の部分２０の位置は、各画素で角度ψに伴って変わる。例えば、画素Ｐ１では、角度ψは０度であり、光学構造１４ａは、ψ＝ ０°となるように配置されている。画素Ｐ２では、角度ψは４５度であり、光学構造１４ｂは、ψ＝４５°となるように配置されている。画素Ｐ３では、角度ψは９０度であり、光学構造１４ｃは、ψ＝９０°となるように配置されている。画素Ｐ４では、角度ψは１３５度であり、光学構造１４ｄは、ψ＝１３５°となるように配置されている。画素Ｐ５では、角度ψは１８０度であり、光学構造１４ｅは、ψ＝１８０°となるように配置されている。

【0047】

いくつかの実施形態では、第１の部分が柱状構造であり、第２の部分が第１の部分を完全に覆ったとき、角度ψが変わると、光学構造の第１の部分と第２の部分は、各画素（図示せず）の角度ψとは異なる相対位置を有する。

【0048】

図６Ａ～図６Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の様々な配置が提供される。図６Ａ～図６Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0049】

図６Ａ～図６Ｄでは、第１の部分１８は、第２の部分２０を囲み、第１の部分１８は、閉環状、例えば、正方形の環状開口１８’を有する閉環状を含む。第２の部分２０は、第１の部分１８を部分的に覆う。

【0050】

角度ψが０度のときの光学構造１４の配置が図６Ａに示される。 角度ψが増加すると、第２の部分２０の位置が変わる。

【0051】

角度ψが３０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図６Ｂに示される。

【0052】

角度ψが４５度に増加されたときの光学構造１４の配置が図６Ｃに示される。

【0053】

角度ψが９０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図６Ｄに示される。

【0054】

図７Ａ～図７Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の様々な配置が提供される。図７Ａ～図７Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0055】

図７Ａ～図７Ｄでは、第１の部分１８は、第２の部分２０を囲み、第１の部分１８は、閉環状、例えば、円形の環状開口１８’’を有する閉環状を含む。第２の部分２０は、第１の部分１８を部分的に覆う。

【0056】

角度ψが０度のときの光学構造１４の配置が図７Ａに示される。 角度ψが増加すると、第２の部分２０の位置が変わる。

【0057】

角度ψが３０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図７Ｂに示される。

【0058】

角度ψが４５度に増加されたときの光学構造１４の配置が図７Ｃに示される。

【0059】

角度ψが９０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図７Ｄに示される。

【0060】

いくつかの実施形態では、第１の部分１８が閉環状を含むとき、その中に形成された他の開口の形状、例えば、楕円形の環状開口または非球面の環状開口も適用可能である。

【0061】

図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図８Ａは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。図８Ｂは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の断面図を示している。

【0062】

図８Ａおよび図８Ｂでは、第１の部分１８は、側壁Ｓ１およびＳ２を含む尖った構造（ｐｏｉｎｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）である。第１の部分１８は、第２の部分２０を囲み、第１の部分１８は、閉環状、例えば、正方形の環状開口１８’を有する閉環状を含む。第２の部分２０は、第１の部分１８を部分的に覆う。

【0063】

図８Ａは、光学構造１４の配置を示しており、角度ψは９０度である。

【0064】

図９に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図９は、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0065】

図９では、第１の部分１８は、側壁Ｓ１およびＳ２を含む尖った構造である。第１の部分１８は、第２の部分２０を囲み、第１の部分１８は、閉環状、例えば、円形の環状開口１８”を有する閉環状を含む。第２の部分２０は、第１の部分１８を部分的に覆う。

【0066】

図９は、光学構造１４の配置を示しており、角度ψは９０度である。

【0067】

図１０Ａ～図１０Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１０Ａ～図１０Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0068】

図１０Ａでは、第１の部分１８はＵ字形を含み、角度ψは０度である。角度ψが増加すると、第１の部分１８の形状および位置が変わる。例えば、図１０Ｂでは、角度ψが３０度に増加されたとき、第１の部分１８はＬ字形に変わる。図１０Ｃでは、角度ψが４５度に増加されたとき、第１の部分１８はＬ字形のままである。図１０Ｄでは、角度ψが９０度に増加されたとき、第１の部分１８はＵ字形に戻る。

【0069】

図１１Ａ～図１１Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１１Ａ～図１１Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0070】

図１１Ａでは、第１の部分１８は曲面を有する不規則な形状を含み、角度ψは０度である。角度ψが増加すると（例えば、ψ＝３０°、４５°、および９０°）、図１１Ｂ（ψ＝３０°）、図１１Ｃ（ψ＝４５°）、および図１１Ｄ（ψ= ９０°）に示すように、第１の部分１８の形状および位置が変わる。

【0071】

図１２Ａ～図１２Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１２Ａ～図１２Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0072】

図１２Ａでは、第１の部分１８は長方形を含み、角度ψは０度である。角度ψが増加すると、第１の部分１８の形状および位置が変わる。例えば、図１２Ｂでは、角度ψが３３０度に増加されたとき、第１の部分１８は三角形に変わる。図１２Ｃでは、角度ψが３１５度に増加されたとき、第１の部分１８は三角形のままである。図１２Ｄでは、角度ψが２７０度に増加されたとき、第１の部分１８は長方形に戻る。

【0073】

図１３Ａ～図１３Ｅに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１３Ａ～図１３Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。図１３Ｅは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の断面図を示している。

【0074】

図１３Ａ～図１３Ｅでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、円柱を含む。

【0075】

角度ψが０度のときの光学構造１４の配置が図１３Ａに示される。 角度ψが増加すると、第２の部分１８および第２の部分２０の位置が変わる。

【0076】

角度ψが３０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１３Ｂに示される。

【0077】

角度ψが４５度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１３Ｃに示される。

【0078】

角度ψが９０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１３Ｄに示される。

【0079】

図１４Ａ～図１４Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の様々な配置が提供される。図１４Ａ～図１４Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0080】

図１４Ａ～図１４Ｄでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、単一の四角い柱を含む。

【0081】

角度ψが０度のときの光学構造１４の配置が図１４Ａに示される。 角度ψが増加すると、第２の部分１８および第２の部分２０の位置が変わる。

【0082】

角度ψが３０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１４Ｂに示される。

【0083】

角度ψが４５度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１４Ｃに示される。

【0084】

角度ψが９０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１４Ｄに示される。

【0085】

図１５Ａに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１５Ａは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0086】

図１５Ａでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の四角柱を含む。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１５Ａでは、互いに接続された３つの四角柱（１８ａ、１８ｂ、および１８ｃ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。第２の部分２０は、リフロー前の四角柱構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１５Ａに示され、角度ψは０度である。

【0087】

図１５Ｂに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１５Ｂは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0088】

図１５Ｂでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆う。第１の部分１８は、単一の四角柱を含む。第２の部分２０は、リフロー前の複数の四角柱構造を含む（図示せず）。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができ、例えば、３つの四角柱は互いに連結されている。リフロー後の光学構造１４の配置は図１５Ｂに示され、角度ψは０度である。

【0089】

図１６Ａ～図１６Ｄに示すように、本発明の様々な実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の様々な配置が提供される。図１６Ａ～図１６Ｄは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0090】

図１６Ａ～図１６Ｄでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、単一の四角い柱を含む。第２の部分２０は、リフロー前の複数の分離された構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１６Ａ～図１６Ｄに示されている。

【0091】

角度ψが０度のときの光学構造１４の配置が図１６Ａに示される。 角度ψが増加すると、第２の部分１８および第２の部分２０の位置が変わる。

【0092】

角度ψが３０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１６Ｂに示される。

【0093】

角度ψが４５度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１６Ｃに示される。

【0094】

角度ψが９０度に増加されたときの光学構造１４の配置が図１６Ｄに示される。

【0095】

図１７Ａに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１７Ａは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0096】

図１７Ａでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の四角柱を含む。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１７Ａでは、互いに分離された４つの四角柱（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および１８ｄ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。第２の部分２０は、リフロー前の複数の分離された構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１７Ａに示され、角度ψは０度である。

【0097】

図１７Ｂに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１７Ｂは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0098】

図１７Ｂでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の四角柱を含む。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１７Ｂでは、互いに分離された４つの四角柱（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および１８ｄ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。第２の部分２０は、リフロー前のＬ字形を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１７Ｂに示され、角度ψは３０度である。

【0099】

図１７Ｃに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１７Ｃは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0100】

図１７Ｃでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の四角柱を含む。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１７Ｃでは、互いに分離された４つの四角柱（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、および１８ｄ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。第２の部分２０は、リフロー前の２つの分離された長方形を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１７Ｃに示され、角度ψは４５度である。

【0101】

図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１８Ａは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。図１８Ｂは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の断面図を示している。

【0102】

図１８Ａおよび図１８Ｂでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の四角柱の積層を含む。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１８Ａおよび図１８Ｂでは、互いに積み重ねられた３つの四角柱（１８ａ、１８ｂ、および１８ｃ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。３つの四角柱は、同じまたは異なる材料および屈折率を有し得る。第２の部分２０は、リフロー前の四角柱構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１８Ａに示され、角度ψは０度である。

【0103】

図１８Ｃに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１８Ｃは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0104】

図１８Ｃでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の四角柱の積層を含む。四角柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１８Ｃでは、互いに積み重ねられた３つの四角柱（１８ａ、１８ｂ、および１８ｃ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。３つの四角柱は、同じまたは異なる材料および屈折率を有し得る。第２の部分２０は、リフロー前の円柱状構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１８Ｃに示され、角度ψは０度である。

【0105】

図１９Ａに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１９Ａは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0106】

図１９Ａでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の円柱の積層を含む。円柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１９Ａでは、互いに積み重ねられた３つの円柱（１８ａ、１８ｂ、および１８ｃ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。３つの円柱は、同じまたは異なる材料および屈折率を有し得る。第２の部分２０は、リフロー前の四角柱構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１９Ａに示され、角度ψは０度である。

【0107】

図１９Ｂに示すように、本発明の一実施形態によれば、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置が提供される。図１９Ｂは、光学構造１４の第１の部分１８および第２の部分２０の配置の上面図を示している。

【0108】

図１９Ｂでは、第２の部分２０は、第１の部分１８を完全に覆い、第１の部分１８は、複数の円柱の積層を含む。円柱の数は、２つ、３つ、またはそれ以上であることができる。図１９Ｂでは、互いに積み重ねられた３つの円柱（１８ａ、１８ｂ、および１８ｃ）を含む第１の部分１８は例示的なものである。３つの円柱は、同じまたは異なる材料および屈折率を有し得る。第２の部分２０は、リフロー前の円柱状構造を含む（図示せず）。リフロー後の光学構造１４の配置は図１９Ｂに示され、角度ψは０度である。

【0109】

図２０に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学素子１０が提供される。図２０は、光学素子１０の断面図を示している。

【0110】

いくつかの実施形態では、第１の部分１８が柱状構造であるとき、第２の部分２０は第１の部分１８を完全に覆う。いくつかの実施形態では、柱状構造は、円柱、円錐、単一の四角柱、または複数の四角柱を含む。いくつかの実施形態では、柱状構造は、複数の四角柱の積層または複数の円柱の積層を含む。

【0111】

図２０に示されるように、基板１２は、基板１２の中心１２ｄから端部１２ｅまでの第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、および第３の領域１２ｃを含む。図２０では、第１の領域１２ａ内に配置された各光学構造１４の第１の部分１８は、第１の高さｈ１を有する。第２の領域１２ｂ内に配置された各光学構造１４の第１の部分１８は、第２の高さｈ２を有する。第３の領域１２ｃ内に配置された各光学構造１４の第１の部分１８は、第３の高さｈ３を有する。具体的には、第３の高さｈ３は第２の高さｈ２より高く、第２の高さｈ２は第１の高さｈ１より高い。

【0112】

図２１に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学素子１０が提供される。図２１は、光学素子１０の断面図を示している。

【0113】

図２１に示されるように、基板１２は、基板１２の中心１２ｄから端部１２ｅまでの第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、および第３の領域１２ｃを含む。図２１では、第１の領域１２ａ内に配置された各光学構造１４の第２の部分２０の球面Ｓａ１は、第１の曲率ｃ１を有する。第２の領域１２ｂ内に配置された各光学構造１４の第２の部分２０の球面Ｓａ２は、第２の曲率ｃ２を有する。第３の領域１２ｃ内に配置された各光学構造１４の第２の部分２０の球面Ｓａ３は、第３の曲率ｃ３を有する。具体的には、第３の曲率ｃ３は第２の曲率ｃ２より大きく、第２の曲率ｃ２は第１の曲率ｃ１より大きい。

【0114】

図２２に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学素子１０が提供される。図２２は、光学素子１０の断面図を示している。

【0115】

図２２に示されるように、基板１２は、基板１２の中心１２ｄから端部１２ｅまでの第１の領域１２ａ、第２の領域１２ｂ、および第３の領域１２ｃを含む。図２２では、第１の領域１２ａ内に配置された各光学構造１４の第２の部分２０の傾斜面Ｓｃ１は、第１の傾斜ｓｐ１を有する。第２の領域１２ｂ内に配置された各光学構造１４の第２の部分２０の傾斜面Ｓｃ２は、第２の傾斜ｓｐ２を有する。第３の領域１２ｃ内に配置された各光学構造１４の第２の部分２０の傾斜面Ｓｃ３は、第３の傾斜ｓｐ３を有する。具体的には、第３の傾斜ｓｐ３は第２の傾斜ｓｐ２より大きく、第２の傾斜ｓｐ２は第１の傾斜ｓｐ１より大きい。

【0116】

図２３に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学素子１０が提供される。図２３は、光学素子１０の断面図を示している。

【0117】

図２３では、ウェハの中心に最も近い光電変換素子１６は、境界１６ｅを有する。ウェハの中心に最も近い光学構造１４は、境界１４ｅ１を有する。具体的には、ウェハの中心に最も近い光電変換素子１６の境界１６ｅと、ウェハの中心に最も近い光学構造１４の境界１４ｅ１は、その間に距離Ｄ１を有する。

【0118】

図２４に示すように、本発明の一実施形態によれば、光学素子１０を製造する方法が提供される。図２４は、製造方法の断面図を示している。

【0119】

図２４に示されるように、基板１２が提供される。次に、第１のガラス転移温度を有する第１の材料１８が基板１２の上方に形成される。次に、第２のガラス転移温度を有する第２の材料１９が基板１２の上方に形成される。第１のガラス転移温度は、第２のガラス転移温度より高い。次に、加熱プロセス２８は、第１の部分１８および第２の部分２０を含む複数の光学構造１４を形成するように行われる。このように、光学素子１０の製造が完了する。

【0120】

いくつかの実施形態では、加熱プロセス２８は、ランプ照射、レーザー照射、電気伝導、または液体溶解を含む。いくつかの実施形態では、液体溶解は、物理的エッチングまたは化学的エッチングを含む。

【0121】

いくつかの実施形態では、製造方法は、加熱プロセス２８の前に第２の材料１９の体積を調整するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の材料１９が同じ高さを有するとき、異なる体積を調整することにより、加熱プロセス２８の後、異なる曲率を有する第２の部分２０が得られる。例えば、体積が大きいほど曲率は小さくなる。

【0122】

いくつかの実施形態では、製造方法は、加熱プロセス２８の前に第２の材料１９の高さを調整するステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、第２の材料１９が同じ体積を有するとき、異なる高さを調整することにより、加熱プロセス２８の後、異なる曲率を有する第２の部分２０が得られる。例えば、高さが低いほど曲率は小さくなる。

【0123】

いくつかの実施形態では、加熱プロセス２８は、異なるレベルの加熱エネルギーを適用するプロセスを含む。いくつかの実施形態では、第２の材料１９が同じ高さおよび体積を有するとき、異なる加熱エネルギーを適用することにより、異なる曲率を有する第２の部分２０が得られる。例えば、加熱エネルギーが大きいほど曲率は小さくなる。

【0124】

図２５に示すように、製造方法は、加熱プロセス２８の後、エッチングプロセス３０を行うステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、加熱プロセス２８の後、隣接する光学構造１４の間に間隙ｄが存在する。エッチングプロセス３０は間隙ｄをなくし、それにより隣接する光学構造１４が接近し、最良の外観を有することができる。

【0125】

実施例１

【0126】

リフロー後の光学構造のＡＦＭプロファイル（１）

【0127】

実施例１のプロセスは、図２４と同様であり、例えば、基板が提供される。次に、第１の材料が基板の上方に形成される。次に、第２の材料が基板の上方に形成される。次に、低温での加熱プロセス（即ち、リフロープロセス）が行なわれ、図２６に示されるように、第１の部分１８および第２の部分２０を含む複数の光学構造１４を形成する。図２６は、リフロー後の光学構造１４の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プロファイルを示している。図２６（図４Ｂに匹敵）では、各光学構造１４の第２の部分２０の表面は、第１の曲率ｓ１を有する。

【0128】

実施例２

【0129】

リフロー後の光学構造のＡＦＭプロファイル（２）

【0130】

実施例２のプロセスは、図２４と同様であり、基板が提供された。次に、第１の材料が基板の上方に形成される。次に、第２の材料が基板の上方に形成される。次に、中温（即ち、実施例１より高い温度）での加熱プロセス（即ち、リフロープロセス）が行われ、図２７に示されるように、第１の部分１８および第２の部分２０を含む複数の光学構造１４を形成する。図２７は、リフロー後の光学構造１４の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プロファイルを示している。図２７では、各光学構造１４の第２の部分２０の表面は、第２の曲率ｓ２を有する。

【0131】

実施例３

【0132】

リフロー後の光学構造のＡＦＭプロファイル（３）

【0133】

実施例３のプロセスは、図２４と同様であり、基板が提供された。次に、第１の材料が基板の上方に形成される。次に、第２の材料が基板の上方に形成される。次に、高温（即ち、実施例２より高い温度）での加熱プロセス（即ち、リフロープロセス）が行われ、図２８に示されるように、第１の部分１８および第２の部分２０を含む複数の光学構造１４を形成する。図２８は、リフロー後の光学構造１４の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プロファイルを示している。図２８（図４Ｃに匹敵）では、各光学構造１４の第２の部分２０の表面は、第３の曲率ｓ３を有する。その結果、第１の曲率ｓ１（低温リフローで形成された）は第２の曲率ｓ２（中温リフローで形成された）より大きく、第２の曲率ｓ２は第３の曲率ｓ３（高温リフローで形成された）より大きくなる。

【0134】

本発明では、特定のデュアル光学マイクロ構造（調整可能な位置、プロファイル、寸法、および構成要素の組み合わせを有する）が、ＣＭＯＳイメージセンサ（ＣＩＳ）の光電変換素子の上方に配置される。デュアル光学マイクロ構造は、ＣＩＳの受光効率を向上させ、クロストークを低減することができる。

【0135】

本開示のいくつかの実施形態およびそれらの利点が詳細に記載されているが、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、本明細書において種々の変更、置換、および代替をすることができることを理解すべきである。例えば、本明細書で述べられる特徴、機能、プロセス、および材料の多くが本開示の範囲を逸脱することなく変更できることが当業者にとっては容易に理解されるだろう。また、本出願の範囲は、本明細書中に述べられたプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、および動作の特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者が本開示の開示から容易に理解するように、本明細書で述べられた対応する実施形態と、実質的に同様の機能を実行するか、または実質的に同様の結果を達成する、現存の、または後に開発される、開示、プロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、または動作ステップが本開示に従って利用され得る。よって、添付の特許請求の範囲は、上述のプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、または動作を含むように意図される。

【符号の説明】

【0136】

１０ 光学素子
１２ 基板
１４ 光学構造
１６ 光電変換素子
１８ 第１の部分
２０ 第２の部分
２１ 入射光
２２ カラーフィルタ
２４ マイクロレンズ
２６ 平坦化層
２６’ 平坦化層の上面
Ｗ１ 上部幅
Ｗ２ 底部幅
Ｓ１ 右側壁
Ｓ２ 左側壁
Ｎ 法線
α１、α２ 角度
ｈ 高さ
Ｓａ 非球面
Ｓｂ 非球面
Ｓｃ 傾斜面
Ｓｄ 凹面
Ｓｅ 平坦面
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ 画素
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ 光学構造
ψ 角度
１２ｄ 基板の中心
Ｍｃ 質量の中心
Ｃ 接続線
Ｈ 水平線
１８’ 環状開口
１８” 環状開口
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 四角柱
１２ａ 第１の領域
１２ｂ 第２の領域
１２ｃ 第３の領域
１２ｅ 端部
ｈ１ 第１の高さ
ｈ２ 第２の高さ
ｈ３ 第３の高さ
Ｓａ１、Ｓａ２、Ｓａ３ 球面
ｃ１ 第１の曲率
ｃ２ 第２の曲率
ｃ３ 第３の曲率
Ｓｃ１、Ｓｃ２、Ｓｃ３ 傾斜面
ｓｐ１ 第１の傾斜
ｓｐ２ 第２の傾斜
ｓｐ３ 第３の傾斜
Ｄ１ 距離
１４ｅ１ 境界
１６ｅ 境界
１９ 第２の材料
２８ 加熱プロセス
ｄ 間隙
３０ エッチングプロセス
ｓ１ 第１の曲率
ｓ２ 第２の曲率
ｓ３ 第３の曲率

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図13E】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図14D】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図16C】

【図16D】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】