色彩滤光器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种色彩滤光器及其制造方法。所述色彩滤光器具有基本滤光器层和第一修饰滤光器。基本滤光器层对光是部分透明的，并具有透射函数，所述透射函数作为所述滤光器层上的空间位置的函数而变化。基本滤光器在基本滤光器层中的第一位置上，透射第一特征波长周围的第一波段波长的光，并且在基本滤光器层中的第二位置上，透射第二特征波长周围的第二波段波长的光。第一修饰滤光器包含上覆于第一和第二位置的一层材料，并优先衰减第一修饰波长的光，而第一修饰波长处在第一和第二特征波长之间。第一修饰滤光器的透射函数在所述第一和第二位置上是基本相同的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及色彩滤光器(color filter)，该色彩滤光器通过随滤光器上空间位置而变化的波段。
技术介绍
从利用光电二极管色敏阵列来记录图像的照相机的角度，本专利技术更易被理解。为提供色敏性，光电二极管通常被分为三类，分别探测红、绿和蓝光。各种色敏光电二极管分布于阵列上。例如，探测器阵列可以由像素阵列组成，其中每一像素都包括三个光电二极管，一个用于测量红光，一个用于测量绿光，另一个用于测量蓝光。色敏探测器通常通过构造能从相同光电二极管组成的阵列上选择特定色彩通带(pass bands)的透射滤光器来构造。就是说，照相机芯片可以被看作是或多或少对色彩不敏感的光电探测器阵列，该阵列上覆有滤光器，而滤光器的通带随其在滤光器上空间位置的变化而变化。滤光器通常由颜料滤光器(pigment filter)构成，所述颜料滤光器被放置在对包括红、蓝、绿在内的广谱光敏感的光电二极管上。例如，通过利用传统的光刻技术，选择性地沉积刚才提及的颜料以在阵列中的每个光电二极管上图案化出红、蓝或绿色滤光器，可以制造出彩色照相机阵列。但是，此工艺受可以用于颜料滤光器的材料的限制。因此，仅可以产生出有限的色彩过滤特性。例如，这些滤光器不能阻止红外(IR)光通过，这样的照相机模块因此不得不包含一个附加的阻红外光滤光器，这明显增加了照相机的成本。此外，提供一个特定的预定色彩特性曲线也非易事。一般而言，设计者必须使用一个或多个透射曲线不受其控制的滤光器。例如，利用颜料滤光器获得的滤光器特性曲线都无法与用于确定人类观察者在每一个像素上感觉到的色彩的标准滤光器特性曲线相匹配。考虑下述应用，在该应用中，某光源的色彩将被复制在打印机上，用于人类观察者的观看。虽然光源可能包括非常复杂的光谱，但是眼睛感觉到的光源只有一种色彩，其能通过组合来自三种色彩源的光而被复制。利用诸如CIE 1931标准的某种标准化色彩系统对打印机进行校正。给定在标准系统中代表具有RGB光谱模式的光强度的RGB值，打印机就会产生正确的色彩。即人类观察者将感觉到纸具有和光源一样的色彩，即使纸发出的光谱和所述光的光谱不同。传感器利用颜料滤光器测量到的RGB值衡量由颜料滤光器透射曲线确定的加权波长波段中的光强度。用颜料滤光器光探测器测量到的强度表示为R’G’B’。一般而言，这些R’G’B’值与作为标准的理想滤光器所获得的RGB值不同，因为滤光器的权重函数不一样。因此，如果这些基于颜料的数值被传送至打印机，打印机产生的色彩将不同于输入到色彩传感器的光的色彩。采用干涉技术能制造出具有更令人满意的色彩特性曲线的滤光器；但是，很难将这些滤光器构造到小面积的光电二极管上。因此，这些滤光器不能被用于其中需要非常小的像素尺寸的彩色照相机等。干涉滤光器是通过沉积多层具有不同折射率的透明电介质薄膜层构造出来的。通过改变电介质的折射率和厚度来设定波长和滤光器特性。这给滤光器特性设计提供了很大的灵活性。但是，此项技术不适合CCD照相机芯片，因为对于高分辨率的照相机，很难图案化出单个的像素。因此，对于使用干涉滤光器的照相机，需要三个独立芯片上的三个独立阵列。每个芯片探测一种色彩的光的图像。三种单色图像再被结合起来，以提供最终的彩色图像。鉴于每个芯片只需要一种滤光器来覆盖整个芯片，也就消除了制造小的单个的光电二极管尺寸的滤光器所带来的问题。但是，需要三个独立的照相机芯片会增加成本和照相机光学系统的复杂性。此外，每个芯片可利用的光强度都会被除以因子3，这就增加了进行色彩测量所需要的光的量。
技术实现思路
本专利技术包括一种色彩滤光器(color filter)和制造该色彩滤光器的方法。所述的色彩滤光器具有基本滤光器层和第一修饰滤光器。基本滤光器层对光是部分透明的，并具有作为波长的函数的透射函数。所述透射函数也作为所述基本滤光器层上的空间位置的函数而变化。基本滤光器在基本滤光器层中的第一位置上，透射第一特征波长周围的第一波段波长的光，并且在基本滤光器层中的第二位置上，透射第二特征波长周围的第二波段波长的光。第一修饰滤光器包含上覆于所述的第一和第二位置的一层材料，并优先衰减第一修饰波长的光，所述的第一修饰波长处在第一和第二特征波长之间。第一修饰滤光器具有作为波长的函数的透射函数，所述透射函数在所述第一和第二位置上是基本相同的。在一个实施方式中，第一修饰滤光器还优先衰减第二修饰波长的光。在此实施方式中，所述第一修饰波长小于所述第一和第二特征波长中的一个，并且第二修饰波长大于该特征波长。在一个实施方式中，第一修饰滤光器包括干涉滤光器。在一个实施方式中，基本滤光器层包括位于所述第一位置上的第一颜料滤光器和位于所述第二位置上的第二颜料滤光器。在一个实施方式中，色彩滤光器还包括第二修饰滤光器。第二修饰滤光器包括优先衰减第二波长的光的一层材料，所述第二波长不同于所述特征波长和所述第一修饰波长中的每一个。在一个实施方式中，颜料滤光器位于第一和第二修饰滤光器之间。附图说明图1示出了利用典型的红色颜料滤光器所获得的作为波长的函数的色彩透射曲线与CIE 1931红色的色彩特性曲线的不相同程度。图2比较了利用典型的绿色颜料滤光器所获得的作为波长的函数的色彩透射曲线与用于CIE 1931绿色的色彩特性曲线。图3比较了利用典型的蓝色颜料滤光器所获得的作为波长的函数的色彩透射曲线与用于CIE 1931蓝色的色彩特性曲线。图4是利用了根据本专利技术一个实施方式的滤光器的色彩传感器的横截面视图。图5比较了一些典型的颜料滤光器的透射曲线。图6示出了位于根据本专利技术一个实施方式的滤光器下方的光电二极管的响应曲线。图7-9是在制造过程的各个阶段中，沿利用根据本专利技术的另一个实施方式的滤光器的色彩传感器阵列的一部分的横截面视图。图10是利用根据本专利技术的滤光器的色彩传感器的另一个实施方式的横截面视图。具体实施例方式参考基于CIE 1931色彩标准的色彩系统更容易理解本专利技术。但是，如下面将更详细地讨论的，本专利技术的原理也能够被应用于其他色彩系统。现在参考图1，图1示出了利用典型的红色颜料滤光器所获得的作为波长的函数的色彩透射曲线与CIE 1931红色的色彩特性曲线的的不相同程度。10示出了颜料特性曲线，11示出了CIE 1931标准特性曲线。如图所示，颜料滤光片的色彩特性曲线延伸明显超出了CIE 1931标准特性曲线。类似地，如图2和图3所示，通常使用的绿色、蓝色颜料滤光器的色彩透射曲线也比CIE 1931标准中的相应的滤光器特性曲线要宽得多。图2比较了利用典型的绿色颜料滤光器所获得的作为波长的函数的色彩透射曲线与用于CIE 1931绿色的色彩特性曲线。20示出了所述颜料特性曲线，21示出了CIE 1931标准特性曲线。图3比较了利用典型的蓝色颜料滤光器所获得的作为波长的函数的色彩透射曲线与用于CIE 1931蓝色的色彩特性曲线。30示出了所述颜料特性曲线，31示出了CIE 1931标准特性曲线。本专利技术基于这样的发现，即，通过将上述的颜料滤光器与第二滤光器结合可以获得一组改进的色彩滤光器，其中，在所述颜料滤光器比拥有相应的标准特性曲线的滤光器透射更多的光的光谱区域中，所述第二滤光器选择性地阻挡光。颜料滤光器的透射函数随滤光器上的位置而变化，而第二滤光器的透射函本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种色彩滤光器，包括：对光部分透明的基本滤光器层，所述基本滤光器层具有作为波长的函数的透射函数，所述透射函数作为所述基本滤光器层上的空间位置的函数而变化，所述基本滤光器在所述基本滤光器层中的第一位置上，透射第一特征波长周围的第一波段波长的光，并且在所述基本滤光器层中的第二位置上，透射第二特征波长周围的第二波段波长的光；和第一修饰滤光器，所述第一修饰滤光器包含上覆于所述第一和第二位置的一层材料，并优先衰减第一修饰波长的光，而所述第一修饰波长处在所述第一和第二特征波长之间，所述第一修饰滤光器具有作为波长的函数的透射函数，所述透射函数在所述第一和第二位置上是基本相同的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：温振兴，陈文杰，郭建裕，马尼亚姆塞尔万，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]