影像感測器用彩色濾光片材料

介紹用於照相機與智慧型手機等的影像感測器用彩色濾光片材料。

影像感測器為半導體,會將透過相機鏡片的光線明暗轉換為電子訊號。以人眼來比喻的話,就是具有與視網膜相同的功能,透過影像感測器,可將進入相機的光以圖片(影像)方式重現。
本公司透過更加強化研發FPD用彩色濾光片材料時累積的「奈米等級分散加工技術」,發展出適合影像感測器的晶載彩色光阻用材料。已開始研發使用支援可視光及近紅外線等各種波長的顏料、染料等的材料。

何謂影像感測器

彩色濾光片不僅用於FPD,也被使用於智慧型手機與數位相機內建的小型晶片(半導體)中。此半導體稱為「影像感測器」,以人眼來比喻的話,就是具有與視網膜相同的功能。可將透過相機鏡片的光線轉換為電子訊號,以圖片(影像)方式重現。彩色濾光片具有將射入影像感測器的光線色彩分解的機能,是賦予圖片色彩資訊的重要零件。特別是數位相機等的畫質,極易受「影像感測器」的性能影響。

影像感測器大致分為「CMOS」與「CCD」這兩種規格。以往畫質清晰逼真的CCD都用於數位單眼相機等產品,而耗電量少且容易小型化的CMOS,則用於手機與小型數位相機等產品。規格依據產品用途,分別使用這兩種規格。不過近年來業界研發出足以匹敵CCD畫質的CMOS影像感測器,因此目前的智慧型手機與所有相機幾乎都採用CMOS。

影像感測器的構造

影像感測器的構造

影像感測器的斷面圖
影像感測器的斷面圖
影像感測器是由微透鏡與彩色濾光片、光電二極體這3層組成。微透鏡可提升影像感測器的聚光能力,使感測器的靈敏度大幅提高。

每一個微透鏡都與彩色濾光片的子像素(RGB中的其中一種)對應,通過濾光片時即賦予光R(紅)、G(綠)、B(藍)其中一種的色彩資訊。光電二極體的光接收元件會捕捉色彩與光的明暗(強弱)資訊,並轉換為電子訊號後記錄成圖片。

晶載用彩色濾光片除了上述說明的原色濾光片(紅,綠,藍)之外,還有補色濾光片(黃,藍綠,紫紅,綠),按照影像感測器的用途分別使用不同的濾光片。

晶載用彩色濾光片的種類

原色濾光片:色彩重現度佳、補色濾光片:解析度佳

影像感測器的用途

影像感測器不僅用於數位相機與智慧型手機等一般家電產品,還運用於監視攝影機與車載攝影機、醫療用攝影機等特殊用途的攝影機裡。由於感測器的進步,開始能檢測到紅外線等非可見光(人眼能夠捕捉到的光),因此可拍攝先前無法捕捉到的各種影像與圖片。

監視攝影機

監視攝影機示意照片
在夜間等黑暗環境中透過使用人眼看不見的紅外線進行拍攝,可獲得與肉眼所見相近的清晰圖片資訊。原本都是黑白影像,使用彩色濾光片後,無論白天黑夜都可拍出彩色圖片。

車載攝影機(ToF/3D-LiDAR)

車載攝影機示意照片
為了提升自動駕駛及先進駕駛輔助系統(ADAS/Advanced Driver-Assistance Systems)、艙內(室內)監視用等汽車的安全性與方便性,導致車載用影像感測器的需求擴大。

醫療用攝影機

醫療用攝影機示意照片
提高影像感測器的性能,也能夠提升內視鏡等醫療用攝影機的機能。藉此可早期發現微小病變,對人類健康做出貢獻。

晶載彩色光阻必須具備的特性

隨著照相機性能提升,影像感測器使用的彩色濾光片也需要更高的解析度。 例如55吋的全高畫質電視每1像素的標準尺寸約為200µm×600µm,但用在智慧型手機等產品上的CMOS感測器用彩色濾光片每1像素的尺寸約為1µm×1µm。以面積比例來說明的話,大約是10萬分之一的大小。1像素的尺寸越小,異物對畫質造成的不良影響就越加嚴重,因此晶載用彩色光阻的顏料粒子必須非常細微且均勻分散。

Full HD電視與智慧型手機的照相機所使用的彩色濾光片的面積比較

既有的晶載彩色濾光片只能重現可見光(400~700nm)的色域。但隨著影像感測器擴大用途裝設於監視攝影機與醫療用攝影機等產品,影像感測器的用途與需求範圍日益增廣,於是研發出能夠感測到紅外線與紫外線等各種波長光線的濾光片。

本公司的晶載彩色光阻

本公司運用研發FPD用彩色濾光片材料所累積的技術,開發出奈米等級的顏料分散技術。另外,為了讓粒子在高色材濃度下也能穩定進行分散,還設計新的分散劑。藉此可讓彩色光阻的膜厚度變得更薄。

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台灣東洋先端科技股份有限公司