CN106992193A - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器，包括一感测层、多个滤光单元、以及一格状结构。滤光单元设置于感测层上。栅格结构设置于滤光单元上，且包括多个栅格部。栅格部形成多个栅格群，且每一栅格群相互分离。
Description
技术领域
本发明主要关于一种图像传感器，特别涉及一种于滤光单元上具有栅格结构的图像传感器。
背景技术
一般而言，数字相机利用了图像传感器来感测光线以及产生一图像信号，且依据图像信号产生数字相机所拍摄的画面。
随者数字相机的发展，对于图像信号的品质具有越来越高的要求。使用了背照式(BSI,backside illumination)技术的图像传感器可具有光导管结构以引导光线照射至光电二极管。上述背照式图像传感器具有较高的光敏度以及图像品质。
虽然目前的图像传感器符合了其使用的目的，但尚未满足许多其他方面的要求。因此，需要提供图像传感器的改进方案。
发明内容
本公开提供了一种图像传感器，改进了图像传感器所产生的图像信号的品质。
本公开提供了一种图像传感器，包括一感测层、多个滤光单元、以及一格状结构。滤光单元设置于感测层上。栅格结构设置于滤光单元上，且包括多个栅格部。栅格部形成多个栅格群，且每一栅格群相互分离。
于一些实施例中，每一栅格群包括至少25个栅格部。
于一些实施例中，图像传感器还包括一格状结构，设置于感测层上，且环绕每一滤光单元。每一栅格群对齐于滤光单元中的一者。栅格结构包括设置于滤光单元上的一基底层，且栅格部设置于基底层上。
于一些实施例中，图像传感器还包括对齐于滤光单元的多个微透镜。基底层设置于微透镜上。
于一些实施例中，滤光单元包括一第一滤光单元，且栅格群包括设置于第一滤光单元上的一第一栅格群，其中第一滤光单元与第一栅格群包括相同的材质。
于一些实施例中，滤光单元包括一第二滤光单元，且栅格群还包括设置于第二滤光单元上的一第二栅格群，其中第二滤光单元与第二栅格群包括相同的材质。
于一些实施例中，第二滤光单元与第二栅格群的材质不同于第一滤光单元与第一栅格群的材质。
综上所述，通过图像传感器的栅格结构，减少了呈现于图像传感器所产生的图像中的鬼影发生的几率，且降低了图像传感器的光交连，进而增进了图像传感器的图像品质。
附图说明
图1为根据本公开的一些实施例中的一图像传感器的示意图。
图2为根据本公开的一些实施例中的一栅格结构的仰视图。
图3为根据本公开的一些实施例中的栅格结构的剖视图。
图4为根据本公开的一些实施例中的栅格结构的部分的仰视图。
图5为根据本公开的一些实施例中的一图像传感器的示意图。
图6为为根据本公开的一些实施例中的一图像传感器的示意图。
附图标记说明：
图像传感器1
感测层10
基材11
感测单元111
抗反射层12
介电层13
遮蔽元件14
滤光单元20、20a、20b、20c
微透镜30
格状结构40
栅格结构50
基底层51
栅格区域511
格状区域512
栅格部52、52a、52b、52c
底部521
底部522
倾斜面523
栅格群G1、G1a、G1b、G1c
高度H1
参考平面P1
不同的宽度W1
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。
再者，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。此外，附图中的形状、尺寸、以及厚度可能为了清楚对其进行说明目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供对其进行说明用。
图1为根据本公开的一些实施例中的一图像传感器1的示意图。图2为根据本公开的一些实施例中的一栅格结构(grating structure)50的仰视图。图像传感器1用以撷取一图像。图像传感器1可运用于例如数字相机等图像设备。于一些实施例中，图像传感器1为互补式金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)传感器。于一些实施例中，图像传感器1为一前照式(FSI，Frontside illumination)、背照式(BSI，backside illumination)CMOS传感器、或是其他适合的传感器。
图像传感器1包括一感测层10、多个滤光单元20、多个微透镜30、一格状结构40、以及一栅格结构50。感测层10沿一参考平面P1延伸。感测层10用以检测入射光以及根据照射于感测层10的光线产生一图像信号。
感测层10可包括所有下列的元件，但只要能达到感测层10的使用目的，可不需要包括所有下列的元件。感测层10包括一基材11、一抗反射层12、一介电层13、以及一遮蔽元件14。于一些实施例中，感测层10还包括其他光学层(图未示)。
感测层10还包括设置于基材11内的感测单元111。感测单元111排列于参考平面P1上的一感测阵列。于一些实施例中，感测单元111为光二极管(photodiode)。每一感测单元111用以感测光线且根据照射于其上的光线的强度产生强度信号。上述图像信号依据强度信号而形成。
抗反射层12设置于基材11上，且平行于参考平面P1延伸。抗反射层12用以降低照射于感测单元111的光线的反射。于一些实施例中，抗反射层12平行于感测层10。抗反射层12可为一高介电薄膜(high-k film)。
介电层13设置于抗反射层12上，且平行于参考平面P1延伸。于一些实施例中，介电层13为一低介电(low-k)介电层13。遮蔽元件14埋入介电层13内。遮蔽元件14用以阻挡光线以降低图像传感器1的交连效应(crosstalk effect)。
滤光单元20设置于感测层10的介电层13上。滤光单元20排列于平行于参考平面P1的一平面上的一滤光阵列。每一滤光单元20设置于感测单元111中的一者之上。
每一滤光单元20可允许于一预定范围内的波长的光线通过。于一些实施例中，滤光单元20为彩色滤光单元。滤光单元20包括多个红色的滤光单元20a、多个绿色的滤光单元20b以及多个蓝色的滤光单元20c。红色的滤光单元20a、绿色的滤光单元20b以及蓝色的滤光单元20c交错排列于滤光阵列。
红色的滤光单元20a允许波长为620nm至750nm(红光)的范围内的光线通过至感测单元111。绿色的滤光单元20b允许波长为495nm至570nm(绿光)的范围内的光线通过至感测单元111。蓝色的滤光单元20c允许波长为425nm至495nm(蓝光)的范围内的光线通过至感测单元111。
微透镜30对齐于滤光单元20。每一微透镜30设置于滤光单元20中的一者上。微透镜30排列于平行于参考平面P1的平面上的一微透镜阵列。微透镜30用以将光线聚焦于感测单元111。
格状结构40连接且环绕于每一滤光单元20。此外，格状结构40设置于感测层10上，且平行于参考平面P1。格状结构40用以反射于滤光单元20内的光线至感测单元111。
于一些实施例中，格状结构40的折射率小于滤光单元20的折射率，且因此滤光单元20以及格状结构40形成光波导结构，用以引导光线至感测单元111。于一些实施例中，格状结构40的折射率约为1.2至1.5的范围之间。滤光单元20的折射率约为1.7至3.2的范围之间。
栅格结构50设置于滤光单元20上。栅格结构50大致平行于参考平面P1延伸。于此实施例中，栅格结构50设置于微透镜30上。栅格结构50为透光的(transparent)。栅格结构50用以提供抗反射功能，且减少图像传感器1所产生的图像中出现鬼影现象(flare phenomenon)的几率。
于一些实施例中，栅格结构50提供抗反射功能。为了增强抗反射功能的技术效果，栅格结构50的折射率于空气和微透镜30的折射率之间。栅格结构50由SiO2等无机材质所制成，因此栅格结构50亦提供了针对图像传感器1的感测层10的防水功能。
栅格结构50包括一基底层51以及多个栅格部52。基底层51设置于滤光单元20之上。于此实施例中，基底层51设置于微透镜30上。
栅格部52设置于基底层51上且位于滤光单元20的上方。于一些实施例中，栅格部52沿平行于感测层10或参考平面P1的一平面延伸。栅格部52用以减少于图像传感器1所产生的图像上出现鬼影的几率。
如图1和图2所示，于一些实施例中，基底层51包括多个栅格区域511以及一格状区域512。栅格区域511位于滤光单元20上方。格状区域512环绕每一栅格区域511，且位于格状结构40上方。栅格部52位于栅格区域511上，而于一些实施例中，栅格部52并不位于格状区域512上。
由于栅格部52并不位于格状区域512上，因此格状区域512具有一平坦顶面，且因此部分的光线可以被格状区域512所反射。因此，光线经由格状区域512进入格状结构40或是滤光单元20的量减少，降低了图像传感器1的光交连(optical cross talk)，进而使得图像传感器1的图像品质得以提升。
如图1及图2所示，于一些实施例中，栅格部52形成多个相互分离的栅格群G1。每一栅格群G1对齐于滤光单元20中的一者。每一栅格群G1位于栅格区域511以及滤光单元20之上。换句话说，位于栅格区域511中的一者上的部分栅格部52形成了一个栅格群G1。栅格部52排列于栅格群G1内的一栅格阵列。
于一些实施例中，栅格部52排列于一N x N矩阵，且N为大于4的正整数。于此实施例中，如第1、2图所示，栅格部52排列于5x5矩阵。于一些实施例中，栅格部52排列于6x6矩阵、7x7矩阵、8x8矩阵、或是9x9矩阵。于一些实施例中，于一个栅格群G1内的多个栅格部52的数目约为25至225的范围之间。于一些实施例中，每一栅格群G1包括至少25个栅格部。
再者，于一些实施例中，于不同栅格群G1内的栅格部52为相同的。于一些实施例中，于不同栅格群G1内的栅格部52为不同的。
图3为根据本公开的一些实施例中的栅格结构50的剖视图。图4为根据本公开的一些实施例中的栅格结构50的部分的仰视图。于此实施例中，于一个栅格群G1内的栅格部52随机排列。
栅格部52可为角锥、截角锥、圆锥或是截圆锥。于一些实施例中，于一个栅格群G1内的栅格部52的形状为相同或大致相同的(如第1、2图所示)。于一些实施例中，于一个栅格群G1内的部分或是全部的栅格部52的形状为不同的(如第3、4图所示)。
栅格部52具有相对于格状区域512的高度H1以及不同的宽度(variouswidths)W1。不同的宽度W1于平行于基底层51的方向上被测量。每一栅格部52的宽高比(aspect ratio，宽度：高度)为1：4至1：20的范围之间。于一些实施例中，栅格部52的宽高比大于1：4，且栅格部52的宽高比小于1：20。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中部分或是全部的栅格部52的宽高比为不同的。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的栅格部52的宽高比为相同或是大致相同的。
于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的栅格部52的高度H1为相同或是大致相同的(如图1所示)。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的部分或是全部的栅格部52的高度H1为不同的(如图3所示)。
栅格部52包括一底面521以及一顶面522。底面521靠近滤光单元20(如图1所示)，且连接于基底层51。顶面522远离基底层51(或是滤光单元20)。不同的宽度W1由底面521至顶面522逐渐递减。
于一些实施例中，顶面522为平坦的平面或是点状。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的底面521的宽度W1为相同或是大致相同(如图1所示)。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中部分或是全部的底面521的宽度W1为不同的(如图4所示)。
于一些实施例中，底面521为圆形或是椭圆形(如图4所示)。于一些实施例中，底面521为多边形、矩形、或是方形。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的底面521的形状为相同或是大致相同的(如图2所示)。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的部分或是全部的底面521的形状为不同的(如图4所示)。
再者，于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的底面521的面积相同或是大致相同(如图2所示)。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的部分或是全部的底面521的面积为不同的(如图4所示)。
栅格部52还包括一倾斜面523。倾斜面523相对于基底层51倾斜。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的栅格部52的斜率为相同或大致相同(如图1所示)。于一些实施例中，于同一个栅格群G1中的部分或是全部的栅格部52的斜率为不同的(如图3所示)。
图5为根据本公开的一些实施例中的一图像传感器1的示意图。于一些实施例中，并没有微透镜30位于滤光单元20与栅格结构50之间。于一些实施例中，微透镜30并不存在于基底层51之中。基底层51接触滤光单元20以及格状结构40。
由于栅格部52并不位于格状区域512，因此格状区域512为一平坦的顶面，且部分的光线可经由格状区域512反射，进而减少了光线经由格状区域512进入格状结构40或是滤光单元20。再者，栅格结构50可被使用来聚集光线至滤光单元20。因此，可省略微透镜30。由于省略了微透镜30，因此降低了图像传感器1的制作成本。
图6为根据本公开的一些实施例中的一图像传感器1的示意图。于一些实施例中，并没有微透镜30位于滤光单元20以及栅格结构50之间。栅格结构50并不包括连接于每一栅格部52的基底层51。
栅格部52包括栅格部52a、栅格部52b、以及栅格部52c。栅格部52a形成多个栅格群G1a。栅格部52b形成多个栅格群G1b、栅格部52c形成多个栅格群G1c。栅格部52a设置于滤光单元20a上方或是直接接触滤光单元20a。栅格部52b设置于滤光单元20b上方或是直接接触滤光单元20b。栅格部52c设置于滤光单元20c上方或是直接接触滤光单元20c。
于一些实施例中，并没有任何的栅格部52设置于格状结构40上。栅格部52a、52b、52c相互间隔。滤光单元20a与栅格部52a包括相同的材质，并且一体成形。滤光单元20b与栅格部52b包括相同的材质，并且一体成形。滤光单元20c与栅格部52c包括相同的材质，并且一体成形。
再者，于一些实施例中，滤光单元20a与栅格部52a的材质不同于滤光单元20b与栅格部52b的材质，且不同于滤光单元20c与栅格部52c的材质。滤光单元20b的材质栅格部52b不同于滤光单元20c与栅格部52c的材质。
综上所述，通过图像传感器的栅格结构，渐少了呈现于图像传感器所产生的图像中的鬼影发生的几率，且降低了图像传感器的光交连，进而增进了图像传感器的图像品质。
上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。
本发明虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的变动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种图像传感器，包括：
一感测层；
多个滤光单元，设置于该感测层上；以及
一栅格结构，设置于所述多个滤光单元上，且包括多个栅格部，
其中所述多个栅格部形成多个栅格群，且每一所述多个栅格群相互分离。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中每一所述多个栅格群包括至少25个栅格部。
3.如权利要求1所述的图像传感器，还包括一格状结构，设置于该感测层上，且环绕每一所述多个滤光单元，其中每一所述多个栅格群对齐于所述多个滤光单元中的一者。
4.如权利要求3所述的图像传感器，还包括多个微透镜，对齐于所述多个滤光单元，该栅格结构包括一基底层，且所述多个栅格部设置于该基底层上，其中该基底层设置于所述多个微透镜上。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个滤光单元包括一第一滤光单元，且所述多个栅格群包括一第一栅格群，设置于该第一滤光单元上，其中该第一滤光单元以及该第一栅格群包括相同的材质。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中所述多个滤光单元包括一第二滤光单元，且所述多个栅格群还包括一第二栅格群，设置于该第二滤光单元上，其中该第二滤光单元以及该第二栅格群包括相同的材质。
7.该如权利要求1所述的图像传感器，其中每一所述多个栅格部包括靠近所述多个滤光单元的一底面、远离所述多个滤光单元的一顶面、以及由该底面至该顶面逐渐递减的不同的宽度。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其中所述多个栅格部为角锥、截角锥、圆锥或是截圆，且该顶面为平坦的平面或是点状。
9.如权利要求7所述的图像传感器，其中所述多个栅格部为角锥、截角锥、圆锥或是截圆，且该底面为圆形、椭圆形、多边形、矩形、或是方形。
10.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个栅格部的宽高比为1：4至1：20的范围之间。
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