CN106932845B - 色分离元件阵列、图像传感器及电子装置 - Google Patents

色分离元件阵列、图像传感器及电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种色分离元件阵列、一种图像传感器和一种电子装置。色分离元件阵列。色分离元件阵列包括多个色分离元件，其配置为根据透明层中的波段将入射光分离成彩色光，多个色分离元件包括具有不同折射率的第一元件和第二元件，并且第一元件和第二元件布置在水平方向上。

Description

色分离元件阵列、图像传感器及电子装置
技术领域
根据示例性实施例的设备和方法涉及一种具有高色分离效率的色分离元件阵列、一种包括该色分离元件阵列的图像传感器以及一种电子装置。
背景技术
通常，彩色显示装置或彩色图像传感器显示多色图像或通过使用滤色器来检测入射光的颜色。例如，电荷耦合装置(CCD)和CMOS可以用作图像传感器。
在现有的彩色显示装置或彩色图像传感器中，红色、绿色和蓝色(RGB) 滤色方案广泛使用，其中例如绿色滤色器设置在四个像素中的两个像素中，蓝色和红色滤色器设置在其它两个像素中。可替代地，可以使用青色、黄色、绿色和品红色(CYGM)滤色方案，其中互补色(即，青色、黄色、绿色和品红色)的滤色器分别设置在四个像素中。
然而，使用滤色器的光的效率可能较低，因为滤色器吸收除过滤颜色之外的所有颜色的光。例如，由于RGB滤色器可以仅透过入射光的约1/3并且吸收入射光的另外2/3，所以使用RGB滤色器的入射光的效率可以仅为约 33％。因此，彩色显示器或彩色图像传感器的滤色器的光损失的大部分由滤色器引起。
在使用颜色镶嵌方式的滤色器获得图像之后，可以通过图像处理获得原始彩色图像。尽管这样的滤色器被广泛地用于彩色图像传感器中，但是由于滤色器主要吸收除了如上所述的特定波段之外的光，所以使用光的效率可能是低的。
发明内容
一个或多个示例性实施例提供了具有提高的色分离效率的色分离元件阵列。
一个或多个示例性实施例提供了包括具有提高的色分离效率的色分离元件阵列的图像传感器。
一个或多个示例性实施例提供了包括具有提高的色分离效率的色分离元件阵列的电子装置。
额外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过示例性实施例的实践而获得。
根据示例性实施例的一方面，提供了一种色分离元件阵列，包括：透明层；以及多个色分离元件，设置在透明层中并且配置为根据波段将入射光分离成彩色光，其中多个色分离元件包括具有第一折射率的第一元件和沿水平方向布置在第一元件的一侧且具有第二折射率的第二元件。
第一元件和第二元件的宽度比可以配置为根据入射光的入射角而改变。
第一元件和第二元件可以相对于色分离元件阵列布置在水平方向上。
第一元件和第二元件的宽度比可以随着入射光的入射角的增大而增大。
第一元件和第二元件之间的宽度差可以随着入射光的入射角的增大而增大。
透明层可以被划分为像素单元，并且色分离元件可以根据入射光的入射角设置在像素中的不同位置。
多个色分离元件还可以包括在第一元件的另一侧的具有第二折射率的第三元件。
色分离元件阵列可以包括具有不同光入射角的多个区域，并且第一元件、第二元件和第三元件的宽度比可以针对多个区域中的每一个不同地配置。
在第二元件和第三元件中，存在于光入射方向上的元件可以具有比其它元件的宽度小的宽度。
第一元件、第二元件和第三元件的宽度比可以从色分离元件阵列的中心朝向其边缘逐渐变化。
色分离元件阵列可以包括多个区域，并且第一元件、第二元件和第三元件的宽度比可以针对多个区域中的每一个不同地配置。
第一折射率可以大于第二折射率。
透明层的折射率可以小于第一折射率和第二折射率。
第一元件、第二元件和第三元件的布局可以具有关于色分离元件阵列的中心对称的结构。
多个色分离元件可以与透明层的下表面间隔开，并且第一元件、第二元件和第三元件的宽度比可以取决于多个色分离元件的间隔距离。
多个色分离元件的一个表面可以暴露于透明层的外部。
多个色分离元件可以包括具有宽度为0的第二元件的色分离元件。
根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种图像传感器，包括：光传感器阵列，其中配置为感测光并将光转换为电信号的多个光传感器可以布置在像素单元中；透明层；以及多个色分离元件，设置在透明层中并且配置为根据波段将入射光分离成彩色光，其中多个色分离元件包括具有第一折射率的第一元件和沿水平方向布置在第一元件的一侧且具有第二折射率的第二元件。
根据另一示例性实施例的一方面，提供了一种电子装置，包括：物镜；色分离元件阵列；以及光传感器阵列，其中配置为感测透射通过色分离元件阵列的光并且将光转换为电信号的多个光传感器可以布置在像素单元中，其中色分离元件阵列可以包括透明层以及多个色分离元件，多个色分离元件设置在透明层中并且配置为根据波段将入射光分离成彩色光，其中多个色分离元件包括具有第一折射率的第一元件和沿水平方向布置在第一元件的一侧且具有第二折射率的第二元件。
附图说明
通过结合附图对示例性实施例的以下描述，上述和/或其它方面将变得清楚和更容易理解，在附图中：
图1是根据示例性实施例的电子装置的示意图；
图2是根据示例性实施例的图像传感器的示意图；
图3是图2的线A-A的剖视图；
图4是图2的线B-B的剖视图；
图5示出了根据示例性实施例的图像传感器的色分离元件阵列的示例；
图6示出了根据示例性实施例的图像传感器的色分离元件阵列的另一示例；
图7示出了根据示例性实施例的图像传感器的色分离元件阵列的另一示例；
图8是根据示例性实施例的图像传感器的平面图；
图9示出了根据示例性实施例的分成多个区域的图像传感器的示例，其中色分离元件分别布置在多个区域中；
图10示出了图4的图像传感器的示例，该图像传感器还包括微透镜；
图11示出了图2的图像传感器的示例，其中改变了色分离元件的长度；
图12示出了根据示例性实施例的图像传感器的示例，其中改变了色分离元件的厚度；
图13示出了根据另一示例性实施例的图像传感器的色分离元件阵列；以及
图14示出了根据另一示例性实施例的图像传感器的色分离元件阵列。
具体实施方式
将参考附图详细描述示例性实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清楚，可以夸大层和区域的厚度以及元件的尺寸。本文描述的示例性实施例仅用于说明目的，并且可以进行各种修改。因此，下面仅通过参考附图来描述示例性实施例，以解释各个方面。在下面的描述中，当元件被称为在分层结构中的另一元件“上方”或“上”时，它可以直接在另一元件上，同时与另一元件接触，或者可以在另一元件上方，而不与另一元件接触。
图1是根据示例性实施例的电子装置ED的示意图。参考图1，根据示例性实施例的电子设备ED可以包括物镜OL和将由物镜OL聚焦的光转换为电图像信号的图像传感器100。图像传感器100可以包括光传感器阵列 110A和色分离元件阵列130A，该光传感器阵列包括感测光的多个光传感器 110，该色分离元件阵列包括多个色分离元件130。多个色分离元件130可以设置在透明层120中。例如，多个色分离元件130中的一些可以暴露于透明层120的外部，但是不限于此。例如，多个色分离元件130可以埋置在透明层120中。透明层120可以包括具有光透射特性的材料。例如，透明层120 可以包括具有低折射率和低光吸收性的材料。例如，透明层120可以包括透明电介质物质。
物镜OL可以将物体的图像聚焦在图像传感器100上。如果图像传感器 100位于物镜OL的焦平面上，则从物体的点开始的光可以再次通过物镜OL 聚焦在图像传感器100上的点。例如，从光轴OX上的点A开始的光可以穿过物镜OL，然后可以聚焦在图像传感器100在光轴OX上的中心处。从远离光轴OX的点B，C，D或E开始的光可以在物镜OL处与光轴OX交叉，然后可以聚焦在图像传感器100的周边的点处。例如，从光轴OX上方的点 D开始的光可以与光轴OX交叉，然后可以聚焦在图像传感器100的下边缘，从光轴OX下方的点C开始的光可以与光轴OX交叉，然后可以聚焦在图像传感器100的上边缘。从光轴OX和点E之间的点D开始的光可以聚焦在图像传感器100的中心和其下边缘之间。
因此，从不同点A，B，C，D和E开始的光可以根据点A，B，C，D 和E与光轴OX之间的距离以不同的角度入射到图像传感器100。入射到图像传感器100的光的入射角通常可以被定义为主光线角(CRA)。主光线可以表示从物体的点通过物镜OL的中心入射到图像传感器100的光线。CRA 可以表示由主光线和光轴OX形成的角度。例如，从光轴OX上的点A开始的光可以具有0度的CRA，并且可以垂直入射到图像传感器100的区域AA。开始点离光轴OX越远，CRA越大。
考虑到图像传感器100，入射到图像传感器100的区域AA的光的CRA 可以是0度，并且越靠近图像传感器100的边缘，入射角的CRA越大。例如，从点C和E开始并且入射到图像传感器100的最外边缘的区域CC和 EE的光的CRA可以是最大的。从点B和D开始并且入射到图像传感器100 的中心和边缘之间的区域BB和DD的光的CRA可以小于入射到区域CC和 EE的光的CRA并且大于0度。此处，CRA可以用作入射角。入射角可以是由相对于入射表面的垂线和光线形成的角度。下面，CRA将被称为入射角。
色分离元件130通常可以具有带方向性的结构。尽管这样的方向性对垂直入射到色分离元件130的光有效，但是如果入射角增大超过特定角度，则色分离元件130的色分离效率可能变差。因此，如果具有相同结构的色分离元件130布置在图像传感器100的整个区域中，则色分离元件130布置离图像传感器100的中心越远，图像质量越差。
根据示例性实施例的色分离元件阵列130A可以包括配置为在图像传感器100的边缘处进行有效色分离的多个色分离元件130。
多个色分离元件130可以设置在光传感器阵列110A的光入射侧，以根据波长分离入射光。多个色分离元件130可以通过使用取决于波长变化的光衍射或折射特性根据入射光的波长改变光行进路径来分离颜色。例如，多个色分离元件130可以具有各种形状，例如具有透明对称或不对称结构的条形或具有倾斜表面的棱形。多个色分离元件130的形状可以根据出射光的期望光谱分布而进行各种设计。
光传感器110可以例如设置在像素单元中。像素可以具有用于根据波长感测光并且电处理光量的单元。为了便于描述，多个色分离元件130在图1 中被放大了尺寸。光传感器110和多个色分离元件130的相对位置和尺寸可以不精确地匹配。
多个色分离元件130可以用于通过根据相应的像素分离入射到光传感器 110的光的光谱分布来提高光的效率。多个色分离元件130可以具有这样的结构，其中，具有不同折射率的多个元件布置在水平方向上。在这方面，水平方向可以是当用户使用电子装置ED时用户视线中的宽度方向。色分离元件130可以例如包括具有第一折射率的第一元件130a和具有第二折射率的第二元件130b。例如，第二元件130b的第二折射率可以小于第一元件130a 的第一折射率。透明层120的折射率可以小于第一元件130a和第二元件130b 的第一和第二折射率。第一元件130a和第二元件130b的位置可以根据入射光的方向而改变。第一元件130a和第二元件130b的宽度比可以根据入射光的入射角而不同地配置。图像传感器100的像素和色分离元件130的相对位置关系可以根据色分离元件130的色分离特性而不同地改变。
图2是图像传感器100的像素Px和色分离元件130的位置关系的示意图。参考图2，图像传感器100可以包括多个像素阵列PxA，多个像素阵列以具有多个行和多个列的二维(2D)矩阵布置。像素阵列PxA可以包括多个像素行和多个像素列。多个像素阵列PxA可以例如包括感测第一波长光的第一像素Px1、感测第二波长光的第二像素Px2和感测第三波长光的第三像素Px3。
例如，如图2所示，像素阵列PxA可以包括第一至第四像素行P1，P2， P3和P4。第一像素Px1可以布置在第一像素行P1中。第二像素Px2和第三像素Px3可以交替地布置在第二像素行P2中。第一像素Px1可以布置在第三像素行P3中。第二像素Px2和第三像素Px3可以交替地布置在第四像素行P4中。图2中仅示出了四个像素行，但是更多的像素行可以以与上述相同的方式布置。色分离元件130可以设置在一些像素中。
图3是图2的线A-A的剖视图。透明层120可以设置在光传感器阵列 110A中。在与第一像素Px1对应的透明层120中没有设置色分离元件。所有波段的光可以透过没有设置色分离元件的透明层120。
图4是图2的线B-B的剖视图。透明层120可以设置在光传感器阵列 110A中。色分离元件130可以设置在与光传感器阵列110A的第二像素Px2 对应的透明层120中。在对应于第三像素Px3的透明层120中没有设置色分离元件。然而，色分离元件130可以根据光入射角设置在与第三像素Px3对应的位置。色分离元件130可以例如包括具有第一折射率的第一元件130a 和具有第二折射率的第二元件130b。
参考图3和4，滤色器115可以进一步设置在光传感器阵列110A和透明层120之间。滤色器115可以例如包括透过第一波段的光(或第一颜色光) 的第一滤色器CF1、透过第二波段的光(或第二颜色光)的第二滤色器CF2 和透过第三波段的光(或第三颜色光)的第三滤色器CF3。
在这样的结构中，光可以通过色分离元件130被分离为第二波段的光 C2和第三波段的光C3。色分离元件130可以设计为例如使得在入射光中，第二波段的光C2不改变其行进方向地透射，第三波段的光C3通过在两侧倾斜地改变其行进方向而透射。然后，第二波段的光C2可以透射通过色分离元件130，并且可以入射到在色分离元件130正下方的第二像素Px2的光传感器110，而第三波段的光C3可以透射通过色分离元件130，并且可以入射到在第二像素Px2两侧的第三像素Px3的光传感器110。
在图2到4所示的示例中，约33％的入射光可以透射通过第一像素Px1 中的滤色器115并且可以到达光传感器110，而由于与第二像素Px2和第三像素Px3各自的第二和第三滤色器CF2和CF3对应的颜色的比率在第二和第三滤色器CF2和CF3中是高的，所以光透射率可以增加。因此，在第二像素Px2和第三像素Px3中使用的光的效率可以增加。例如，第一波段可以是绿色，第二波段可以是蓝色，第三波段可以是红色。也就是说，第一像素 Px1可以是绿色像素，第二像素Px2可以是蓝色像素，第三像素Px3可以是红色像素。在这种情况下，蓝光和红光的效率可以增加。
图5示出了根据示例性实施例的图像传感器的色分离元件130相对于入射光的角度的阵列配置的示例。在图5中，(a)是第一光L1垂直入射到透明层120的情况。在(a)中，色分离元件130可以仅包括第一元件 130a。第一元件130a可以设置在与图像传感器110的像素Px对应的透明层120中。在图5中，(b)是第二光L2倾斜入射到透明层120的情况。在(b)中，第二光L2的入射角为θ1，并且可以是由相对于透明层120的垂直线PL和第二光L2的行进方向形成的角度。在(a)中，第一光L1的入射角为0。在(c)中，第三光L3的入射角为θ2。在(c)中，第三光L3 可以具有入射角θ2，并且可以倾斜入射到透明层120。在这方面，θ1<θ2。在图5中，(a)，(b)和(c)可以表示在光入射角依次增大的区域中的透明层部分和图像传感器部分。参考图1和5，例如，区域AA可以对应于(a)，区域BB可以对应于(b)，区域CC可以对应于(c)。如果第一元件130a的第一折射率小于第二元件130b的第二折射率，则第二元件130b可以设置为比第一元件130a相对更远离光入射方向。
第一元件130a和第二元件130b的宽度比可以根据光入射角而不同地配置。例如，第一元件130a和第二元件130b可以相对于色分离元件阵列130A 在水平方向上布置。第一元件130a和第二元件130b的宽度比可以是水平方向上的宽度。第一元件130a的宽度为W1。第二元件130b的宽度为W2。例如，第一元件130a和第二元件130b的宽度比可以随着光入射角的增大而增大。第二元件130b相对于第一元件130a的宽度比可以是W2/W1。当第一元件130a的宽度W1是均匀的时，第二元件130b的宽度W2可以随着光入射角的增大而增大。然而，第一元件130a的宽度W1和第二元件130b的宽度W2可以以相同的方式变化。色分离元件130可以配置为使得第二元件 130b的宽度W2为0。
同时，图5示出了第一元件130a的相对位置在与每个像素对应的区域中不改变的示例。例如，第一元件130a可以位于与每个像素对应的区域的中心。第二元件130b的宽度W2可以根据要根据光入射角分割的区域而改变。
可替代地，第一元件130a的相对位置可以在与每个像素对应的区域中改变。该示例如图6所示。参考图6，第一元件130a可以根据像素具有在(a)， (b)和(c)中的不同位置。例如，第一元件130a可以在光入射方向上进一步偏移。第一元件130a和第二元件130b的宽度比可以根据第一元件130a 的位置偏移而不同。
图7示出了光从色分离元件阵列的右侧入射的示例。参考图1和7，例如，区域AA可以对应于(a)，区域DD可以对应于(d)，区域EE可以对应于(e)。在图7中，(a)，(d)和(e)是光入射角依次增大的区域的示例。第一元件130a和第二元件130b的宽度比可以根据光入射角而改变。随着光入射角增大，第二元件130b的宽度相对于第一元件130a的宽度的比率可以增大。第二元件130b可以设置为比第一元件130a相对更远离光入射方向。第一元件130a可以根据像素具有不同的位置。例如，随着光入射角增大，第一元件130a可以在光入射方向上偏移。
图8是图像传感器100的平面图，示出了第一和第二元件相对于多个色分离元件的位置的布局。参考图8，色分离元件的第一元件131a，132a和 133a可以设置在图像传感器100的中心。然而，这仅仅是示例。第一和第二元件的组合结构可以设置在图像传感器100的中心。
色分离元件的位于图像传感器100周边的第一元件132a，133a，134a， 135a，136a，137a，138a和139a以及第二元件134b，135b，136b，137b， 138b和139b可以根据像素设置在不同位置。第一元件132a，133a，134a， 135a，136a，137a，138a和139a与第二元件134b，135b，136b，137b，138b 和139b的宽度比可以根据像素而不同。在图8中，X方向可以是第一元件 132a，133a，134a，135a，136a，137a，138a和139a以及第二元件134b， 135b，136b，137b，138b和139b的宽度方向。在图8中，Z轴可以是与光轴OX相同的方向，并且第一元件132a，133a，134a，135a，136a，137a， 138a和139a以及第二元件134b，135b，136b，137b，138b和139b的布局可以关于Y轴对称。
例如，位于图像传感器100的上部区域中的第一元件132a，136a和137a 以及第二元件136b和137b可以在-Y方向上偏移，位于图像传感器100的下部区域中的第一元件133a，138a和139a以及第二元件138b和139b可以在+Y方向上偏移。位于图像传感器100的左侧的第一元件134a，136a和139a 以及第二元件134b，136b和139b可以在+X方向上偏移。位于图像传感器 100的右侧的第一元件135a，137a和138a以及第二元件135b，137b和138b 可以在-X方向上偏移。
第一元件132a，133a，134a，135a，136a，137a，138a和139a以及第二元件134b，135b，136b，137b，138b和139b可以相对于中心区域对称地偏移。例如，色分离元件的第一元件131a，132a，133a，134a，135a，136a， 137a，138a和139a以及第二元件134b，135b，136b，137b，138b和139b 可以对应于穿过物镜OL的CRA在透明层120中行进的方向而布置。第一元件131a，132a，133a，134a，135a，136a，137a，138a和139a与第二元件134b，135b，136b，137b，138b和139b的宽度比可以根据光入射角而不同地配置。
例如，在每个像素中的色分离元件的第一元件131a，132a，133a，134a， 135a，136a，137a，138a和139a与第二元件134b，135b，136b，137b，138b 和139b的相对位置可以关于X方向改变。可替代地，在每个像素中的色分离元件的第一元件131a，132a，133a，134a，135a，136a，137a，138a和139a 与第二元件134b，135b，136b，137b，138b和139b的相对位置可以关于X 方向和Y方向改变。第一元件131a，132a，133a，134a，135a，136a，137a， 138a和139a与第二元件134b，135b，136b，137b，138b和139b的宽度比可以根据位置变化而不同。
图9示出了被分割成多个区域的图像传感器100的示例。例如，图像传感器100可以包括作为中心区域的第一区域Z1、围绕第一区域Z1的第二区域Z2和围绕第二区域Z2的第三区域Z3。Px可以表示像素。对于每个区域，色分离元件的第一和第二元件的宽度比可以以相同的方式配置。尽管第一和第二元件的宽度比可以对于每个像素不同地配置，但是对于每个区域，第一和第二元件的宽度比以相同的方式配置，从而使得制造设计更容易。例如，色分离元件可以仅包括第一区域Z1中的第一元件。在第二区域Z2中，色分离元件的第一和第二元件的宽度比可以例如是1/3。然而，这些配置仅仅是示例。在第三区域Z3中，色分离元件的第一和第二元件的宽度比可以例如是2/3。然而，这些配置仅仅是示例。第一和第二元件的宽度比可以根据区域的数量并且对于每个区域不同地配置。在更远离图像传感器100的中心区域的区域中，第一元件和第二元件的宽度比可以更大。图像传感器100可以分割成同心圆区域或同心矩形区域。可替代地，图像传感器100可以在垂直方向或水平方向上不同地分割成区域。
图10示出了图4的图像传感器100的示例，还包括微透镜141。微透镜 141可以通过透明层120聚焦在光传感器阵列110A上。
图11示出了图像传感器100的第一像素Px1、第二像素Px2和第三像素Px3与色分离元件131的位置关系的另一示例。通过将图11与图2进行对比，除了色分离元件131的位置之外，元件基本相同，因此省略对元件的详细描述。色分离元件131可以例如包括第一元件131a和第二元件131b。第一元件131a和第二元件131b可以例如在垂直方向上设置在第二像素Px2 的整个长度上。通过将图11与图2进行对比，图2示出了第一元件130a和第二元件130b在垂直方向上布置在第二像素Px2的部分长度上的示例。取决于情况，第一元件131a和第二元件131b在垂直方向上可以布置为超出第二像素Px2的整个长度。
参考图12，色分离元件130可以与透明层120的下表面121间隔开。色分离元件130的一个表面可以暴露于透明层120的上部。然而，色分离元件 130不限于此。色分离元件130可以埋置在透明层120中。第一元件130a 和第二元件130b的宽度比可以基于色分离元件130的下表面和透明层120 的下表面121之间的间隔距离d而不同。例如，间隔距离d越短，第一元件130a和第二元件130b的宽度比越小。
如上所述，具有不同折射率的色分离元件可以根据图像传感器的区域不同地调节色分离元件的宽度比，从而提高色分离效率。光效率可以朝向图像传感器的边缘而不是其中心区域减小，因此可以根据色分离元件的结构为每个区域补充光效率，从而总体上一律地提高光效率。
图13示出了根据另一示例性实施例的图像传感器200。
图像传感器200可以包括光传感器阵列210A和色分离元件阵列230A，该光传感器阵列包括感测光的多个光传感器210，该色分离元件阵列包括透明层220和多个色分离元件230。滤色器215可以进一步设置在光传感器阵列210A和透明层220之间。例如，光传感器210和滤色器215可以设置在像素Px单元中。
多个色分离元件230可以设置在透明层220中或可以设置在需要色分离的像素Px中。例如，多个色分离元件230可以设置在透明层220中。例如，多个色分离元件230中的一些可以暴露于透明层220的外部，但是不限于此。例如，多个色分离元件230可以埋置在透明层220中。
在图13中，图像传感器200根据光入射角分割成各区域。例如，第一光L1可以相对于透明层220以第一入射角入射，第二光L2可以相对于透明层220以第二入射角入射，第三光L3可以相对于透明层220以第三入射角入射。例如，第一光L1可以垂直入射到透明层220，第一入射角可以为0 度。第二入射角可以小于第三入射角。例如，第一光L1可以入射到图像传感器200(或透明层220)的中心区域，第三光L3可以入射到图像传感器 200(或透明层220)的边缘区域，并且第二光L2可以入射在图像传感器200 (或透明层220)的中心区域和边缘区域之间。与图1相比，中心区域、边缘区域和它们之间的区域可以分别对应于区域AA、CC和BB。
色分离元件230可以例如包括第一元件230a、设置在第一元件230a的一个横向方向上的第二元件230b以及设置在第一元件230a的另一横向方向上的第三元件230c。在这方面，横向方向可以是图像传感器200的水平方向，水平方向是当用户使用采用图像传感器200的电子装置时用户视线中的宽度方向。
第一元件230a、第二元件230b和第三元件230c可以具有不同的折射率。例如，第二元件230b和第三元件230c可以具有比第一元件230a的折射率小的折射率。可替代地，第二元件230b和第三元件230c可以具有比第一元件230a的折射率小的相同的折射率。透明层220可以例如具有比第一元件 230a、第二元件230b和第三元件230c的折射率小的折射率。
第一元件230a、第二元件230b和第三元件230c可以根据光以不同的入射角入射到的区域而具有不同的宽度比。例如，第一元件230a可以具有均匀的宽度，第二元件230b和第三元件230c的宽度比可以根据光入射角而不同地配置。当第一元件230a的宽度为W1，第二元件230b的宽度为W2，第三元件230c的宽度为W3时，第二元件230b和第三元件230c的宽度比可以为W2/W3。光入射角越大，W2/W3越大。可替代地，第二元件230b 和第三元件230c可以配置为使得W2和W3之间的差随着光入射角的增大而极大增加。
然而，第一元件230a、第二元件230b和第三元件230c不限于此。第一元件230a的宽度W1可以改变。例如，W1：W2：W3可以不同地配置。 W1：W2：W3可以根据相对于光入射角的光效率和色分离效率不同地改变。如上所述，在示例性实施例中，色分离效率和光效率可以通过改变色分离元件230的三个元件230a、230b和230c的宽度比来调节。
色分离元件230可以根据光入射角设置在每个像素Px的不同位置。例如，随着光入射角增大，色分离元件230可以偏移得更靠近光入射方向。例如，当光从图13中的左上部入射时，色分离元件230可以在像素Px中逐渐向左偏移。色分离元件230的相对远离光入射方向的元件的宽度可以配置为随着光入射角增大而逐渐增大。色分离元件230的相对更靠近光入射方向的元件的宽度可以配置为随着光入射角增大而逐渐减小。
在图13中，第三元件230c可以相对远离光入射方向，并且其宽度可以随着光入射角的增大而逐渐增大。第二元件230b的宽度可以随着光入射角的增大而逐渐减小。第一到第三元件230a、230b和230c的宽度比可以根据其在像素Px中的位置而不同。第一到第三元件230a、230b和230c的宽度比可以根据色分离元件230和透明层220的下表面221之间的间隔距离d而不同，因为色分离效率和光效率可以根据像素Px中的第一到第三元件230a、230b和230c的位置或间隔距离d而不同。
如上所述，具有不同折射率的色分离元件可以根据图像传感器的区域不同地调节色分离元件的宽度比，从而提高色分离效率。
图14示出了根据另一示例性实施例的图像传感器300。
图像传感器300可以包括光传感器阵列310A和色分离元件阵列330A，该光传感器阵列包括感测光的多个光传感器310，该色分离元件阵列330A 包括透明层320和多个色分离元件330。滤色器315可以进一步设置在光传感器阵列310A和透明层320之间。光传感器310和滤色器315可以设置在像素Px单元中。多个色分离元件330可以设置在透明层320中或可以设置在需要色分离的像素Px中。例如，多个色分离元件330可以设置在透明层 320中。例如，多个色分离元件330中的一些可以暴露于透明层320的外部，但是不限于此。例如，多个色分离元件330可以埋置在透明层320中。
在图14中，图像传感器300根据光入射角分割成各区域。例如，第一光L1可以相对于透明层320以第一入射角入射，第二光L2可以相对于透明层320以第二入射角入射，并且第三光L3可以相对于透明层320以第三入射角入射。例如，第一光L1可以垂直入射到透明层320，并且第一入射角可以为0度。第二入射角可以小于第三入射角。例如，第一光L1可以入射到透明层320的中心区域，第三光L3可以入射到透明层320的边缘区域，第二光L2可以入射在透明层320的中心区域和边缘区域之间。与图1相比，中心区域、边缘区域和它们之间的区域可以分别对应于区域AA、CC和BB。
色分离元件330可以例如包括第一元件330a、设置在第一元件330a的一个横向方向上的第二元件330b和设置在第一元件330a的另一横向方向上的第三元件330c。在这方面，横向方向可以是图像传感器300的水平方向，水平方向是当用户使用采用图像传感器300的电子设备时用户视线中的宽度方向。
第一元件330a、第二元件330b和第三元件330c可以具有不同的折射率。例如，第二元件330b和第三元件330c可以具有比第一元件330a的折射率小的折射率。可替代地，第二元件330b和第三元件330c可以具有比第一元件330a的折射率小的相同的折射率。透明层320可以例如具有比第一元件 330a、第二元件330b和第三元件330c的折射率小的折射率。
第一元件330a、第二元件330b和第三元件330c可以具有不同的入射角，并且可以根据光入射到的区域具有不同的宽度比。例如，光垂直入射的区域 (光L1入射的区域)可以包括第一元件330a、第二元件330b和第三元件 330c，其它区域可以包括第一元件330a和第三元件330c。例如，根据光入射角，第二元件330b的宽度W2可以是0。第一元件330a和第三元件330c 的宽度比可以根据光入射角而不同地配置。当第一元件330a的宽度为W1，第二元件330b的宽度为W2，第三元件330c的宽度为W3时，第三元件330c 和第一元件330a的宽度比可以为W3/W1。光入射角越大，W3/W1越大。同时，在示例性实施例中，色分离元件330可以根据光入射角设置在每个像素 Px的不同位置。例如，随着光入射角增大，色分离元件330可以偏移成更靠近光入射方向。例如，当光从图14中的左上部入射时，色分离元件330 可以在像素Px中逐渐向左偏移。色分离元件330的相对远离光入射方向的元件的宽度可以配置为随着光入射角的增大而逐渐增大。在图14中，第三元件330c可以相对远离光入射方向，并且其宽度可以随着光入射角的增大而逐渐增大。第一到第三元件330a，330b和330c的宽度比可以根据其在像素Px中的位置而不同。第一到第三元件330a，330b和330c的宽度比可以根据色分离元件330和透明层320的下表面321之间的间隔距离d而不同，因为色分离效率和光效率可以根据第一到第三元件330a，330b和330c在像素Px中的位置或间隔距离d而不同。考虑到各种条件，第一到第三元件330a， 330b和330c的宽度比可以对于每个像素不同地配置，从而提高色分离效率和光效率。根据示例性实施例的色分离元件阵列可以容易地制造，因为多个元件在水平方向上一体地布置。
虽然已经示出和描述了一些示例性实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本公开的原理和精神的情况下，可以对示例性实施例进行改变，本公开的范围由权利要求及其等同限定。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年12月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0184006的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。

Claims (33)

1.一种色分离元件阵列，包括：
透明层；以及
多个色分离元件，设置在所述透明层中，并且配置为根据波段将入射光分离成彩色光，
其中，多个色分离元件包括具有第一折射率的第一元件和沿水平方向布置在第一元件的一侧且具有第二折射率的第二元件，所述第一元件与所述第二元件被并排设置为彼此间没有间隙，且所述第二元件设置为比所述第一元件相对更远离光入射方向，以及
所述第二元件的第二宽度与所述第一元件的第一宽度之比，即第二宽度:第一宽度，随着所述入射光的入射角的增大而增大。
2.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述第一元件和所述第二元件相对于所述色分离元件阵列在水平方向上布置。
3.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述第二元件的第二宽度随着所述入射光的入射角的增大而增大。
4.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述透明层被划分为像素单元，并且所述色分离元件根据所述入射光的入射角设置在像素中的不同位置。
5.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述多个色分离元件还包括在所述第一元件的另一侧具有第二折射率的第三元件。
6.根据权利要求5所述的色分离元件阵列，其中，所述色分离元件阵列包括具有不同光入射角的多个区域，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，对于所述多个区域中的每一个不同地配置。
7.根据权利要求5所述的色分离元件阵列，其中，在所述第二元件和所述第三元件中，存在于光入射方向上的元件具有比另一元件的宽度小的宽度。
8.根据权利要求5所述的色分离元件阵列，其中，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，从所述色分离元件阵列的中心朝向其边缘逐渐变化。
9.根据权利要求5所述的色分离元件阵列，其中，所述色分离元件阵列包括多个区域，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，对于所述多个区域中的每一个不同地配置。
10.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。
11.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述透明层的折射率小于所述第一折射率和所述第二折射率。
12.根据权利要求5所述的色分离元件阵列，其中，所述第一元件、所述第二元件和所述第三元件的布局具有关于所述色分离元件阵列对称的结构。
13.根据权利要求5所述的色分离元件阵列，其中，所述多个色分离元件与所述透明层的下表面间隔开以具有间隔距离，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，取决于所述多个色分离元件的所述间隔距离。
14.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述多个色分离元件的一个表面暴露于所述透明层的外部。
15.根据权利要求1所述的色分离元件阵列，其中，所述多个色分离元件包括具有宽度为0的第二元件的色分离元件。
16.一种图像传感器，包括：
光传感器阵列，其中配置为感测光并将光转换为电信号的多个光传感器布置在像素单元中；
透明层；以及
多个色分离元件，设置在所述透明层中，并且配置为根据波段将入射光分离成彩色光，
其中，多个色分离元件包括具有第一折射率的第一元件和沿水平方向布置在第一元件的一侧且具有第二折射率的第二元件，所述第一元件与所述第二元件被并排设置为彼此间没有间隙，且所述第二元件设置为比所述第一元件相对更远离光入射方向，以及
所述第二元件的第二宽度与所述第一元件的第一宽度之比，即第二宽度:第一宽度，随着所述入射光的入射角的增大而增大。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述第一元件和所述第二元件相对于色分离元件阵列在水平方向上布置。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述第二元件的第二宽度随着所述入射光的入射角的增大而增大。
19.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述透明层被划分为像素单元，色分离元件根据所述入射光的入射角设置在像素中的不同位置。
20.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述多个色分离元件还包括在所述第一元件的另一侧具有第二折射率的第三元件。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，色分离元件阵列包括具有不同光入射角的多个区域，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，对于所述多个区域中的每一个不同地配置。
22.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，在所述第二元件和所述第三元件中，存在于光入射方向上的元件具有比另一元件的宽度小的宽度。
23.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，从色分离元件阵列的中心朝向其边缘逐渐变化。
24.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，色分离元件阵列包括多个区域，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，对于所述多个区域中的每一个不同地配置。
25.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述第一折射率小于所述第二折射率。
26.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述透明层的折射率小于所述第一折射率和所述第二折射率。
27.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述第一元件、所述第二元件和所述第三元件的布局具有关于色分离元件阵列对称的结构。
28.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述多个色分离元件与所述透明层的下表面间隔开以具有间隔距离，所述第一元件的第一宽度、所述第二元件的第二宽度和所述第三元件的第三宽度之比，即第一宽度:第二宽度:第三宽度，取决于所述多个色分离元件的所述间隔距离。
29.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述多个色分离元件的一个表面暴露于所述透明层的外部。
30.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述多个色分离元件包括具有宽度为0的第二元件的色分离元件。
31.根据权利要求16所述的图像传感器，还包括位于所述光传感器阵列和所述透明层之间的滤色器。
32.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，像素包括绿色像素、蓝色像素和红色像素，所述多个色分离元件设置在蓝色像素中以将所述入射光分离成蓝色光和红色光。
33.一种电子装置，包括：
物镜；
色分离元件阵列；以及
光传感器阵列，其中配置为感测透射通过所述色分离元件阵列的光并将光转换为电信号的多个光传感器布置在像素单元中，
其中，所述色分离元件阵列包括透明层以及多个色分离元件，多个色分离元件设置在所述透明层中，并且配置为根据波段将入射光分离成彩色光，
其中，所述多个色分离元件包括具有第一折射率的第一元件和沿水平方向布置在第一元件的一侧且具有第二折射率的第二元件，所述第一元件与所述第二元件被并排设置为彼此间没有间隙，且所述第二元件设置为比所述第一元件相对更远离光入射方向，以及
其中所述第二元件的第二宽度与所述第一元件的第一宽度之比，即第二宽度:第一宽度，随着所述入射光的入射角的增大而增大。
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