イメージセンサー用色材

イメージセンサーは、レンズから入った光を電気信号に変換する半導体です。
カラーフィルタは、FPDだけでなく、スマートフォンやデジタルカメラに組み込まれているイメージセンサーの中にも使われています。人間の眼でいうところの網膜に相当する部分で、その性能がデジタルカメラで撮る写真の画質を大きく左右します。
イメージセンサーには、大きく「CMOS」と「CCD」の2つの方式があります。従来、画質に優れ歪みの少ないCCDはデジタル一眼レフカメラなどに、消費電力が少なく小型化が容易なCMOSは携帯電話やコンパクトデジタルカメラに使用されるなど、用途によって2つの方式が使い分けられていました。しかし近年になり、CCDの画質に匹敵するCMOSイメージセンサーが開発されたことから、現在ではスマートフォンをはじめ、ほとんどのカメラにCMOSが採用されています。

イメージセンサー用色材

• イメージセンサーとは
• イメージセンサーの構造
• オンチップ用カラーフィルタの種類
• イメージセンサーの用途
• オンチップカラーレジストに求められる特性
• 当社のオンチップカラーレジスト

イメージセンサーとは

カラーフィルタは、FPDだけでなく、スマートフォンやデジタルカメラに組み込まれている小さなチップ（半導体）の中にも使われています。とくにデジタルカメラなどの画質は、「イメージセンサー」の性能に大きく左右されます。

イメージセンサーは、カメラレンズから入った光の明暗を電気信号に変換する半導体です。人の眼でいえば、網膜と同じような機能をもち、これによりカメラに入った光を画像（映像）として再現することが可能になります。

イメージセンサーには、大きく「CMOS」と「CCD」の2つの方式があります。従来、画質に優れ歪みの少ないCCDはデジタル一眼レフカメラなどに、消費電力が少なく小型化が容易なCMOSは携帯電話やコンパクトデジタルカメラに使用されるなど、用途によって2つの方式が使い分けられていました。しかし近年になり、CCDの画質に匹敵するCMOSイメージセンサーが開発されたことから、現在ではスマートフォンをはじめ、ほとんどのカメラにCMOSが採用されています。

イメージセンサーの仕組み

イメージセンサーの構造

イメージセンサーは、オンチップレンズとカラーフィルタ、フォトダイオードの3層で形成されています。オンチップレンズは、たくさんのマイクロレンズが1枚のシート状に並べられたもので、これにより集光力が高まり、イメージセンサーの感度が大幅に向上します。

各マイクロレンズは、カラーフィルタのサブピクセル（RGBのいずれか1つ）に対応しており、フィルタを透過することで光にR（レッド）、G（グリーン）、B（ブルー）のいずれかの色情報が与えられます。この色と光の明暗（強弱）の情報をフォトダイオードの受光素子がキャッチし、電気信号に変換して読み出すことで、画像が記録されます。

オンチップ用カラーフィルタには、上記で説明した原色フィルタ（赤・緑・青）のほかに、補色フィルタ（黄・水色・赤紫・緑）があり、イメージセンサーの用途によって使い分けられています。原色フィルタは色の鮮やかさに優れることからデジタルスチールカメラなどに、補色フィルタは解像度に優れることからビデオカメラなどに多く使われています。

オンチップ用カラーフィルタの種類

イメージセンサーの用途

イメージセンサーは、デジタルカメラやスマートフォンといった一般的な家電製品だけでなく、監視カメラや車載カメラ、内視鏡などの特殊な用途で使用されるカメラにも搭載されています。センサーの発達により、赤外線など可視光（人間の目で捉えられる光）以外の光を検知できるようになったことで、これまでは捉えることができなかったさまざまな映像や画像を撮影できるようになりました。

監視カメラ

光の少ない夜に撮影した映像（画像）は、従来ではモノクロでしたが、物体から発せられる赤外線の情報を加味することで、昼間に撮影したように鮮やかな色彩を表示できます。人の顔の形や服の色なども、よりはっきりと認識できます。

車載カメラ（ナイトビジョン）

ナイトビジョンは、夜間の自動車事故を防止するために開発されたシステムです。人間の体などから出ている赤外線を検知し、ディスプレイに表示することで、ヘッドライトが届かない200m以上先の歩行者や障害物の存在も察知できます。

内視鏡カメラ（カプセル型カメラ）

長さ25mm程度の、錠剤のように飲み込めるカメラです。従来の内視鏡カメラでは届かない部分も開腹することなく、胃や腸の内壁を撮影して症状を確認できます。

オンチップカラーレジストに求められる特性

カメラの小型化、高性能化にともない、イメージセンサーに使用されるカラーフィルタも、より小型で、高解像度のものが求められています。例えば、55インチのフルハイビジョンテレビの場合、1画素あたりの標準サイズは約200µm×600µmですが、スマートフォンなどに使われているCMOSセンサー用カラーフィルタの場合、1画素あたりのサイズは約1µm×1µmです。これは面積比でいうと、約10万分の1の大きさになります。1画素のサイズが小さくなればなるほど、異物（顔料の塊など）が画質に与える悪影響は大きくなります。そのためオンチップカラーレジストは、顔料粒子が極めて微細であり、なおかつ均一に分散していることが求められます。

また、イメージセンサーの多用途化にともない、ディスプレイの色の再現性の向上も求められています。従来のFPD用カラーフィルタは、可視光（400～700㎚）の色域のみを再現するものでした。しかし監視カメラや医療用カメラに搭載されるなど、イメージセンサーの用途やニーズの幅が広がるに従い、赤外線や紫外線など、さまざまな波長の光をセンシングするフィルタが開発されています。そのためオンチップカラーレジストも、従来のRGBの3色のカラーレジストに加え、特定の波長の光をセンシングする色材の開発が求められています。

当社のオンチップカラーレジスト

当社では、印刷インキや塗料の開発で培った技術を活かし、ナノレベルの分散を実現。顔料の粉砕に、従来よりも細かなビーズを用いるほか、非常に目の細かなフィルタを独自に組み合わせて繰り返し濾過を行うことで、より微細で異物の出ない分散が可能です。また、高い顔料濃度でも安定して分散させるために、新たな分散剤を設計。これによりフィルタの膜厚をより薄くすることができます。さらにイメージセンサーの多機能化にも対応。弊社の強みである合成・分散技術により、可視光以外のさまざまな波長の光をセンシングできる色材をつくることも可能です。