CN116525628A - 图像传感器以及包括该图像传感器的电子设备 - Google Patents

图像传感器以及包括该图像传感器的电子设备 Download PDF

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Abstract

图像传感器包括：传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及滤色器阵列，设置在传感器基板上。滤色器包括：多个滤光器，设置为分别面对多个感光单元以过滤不同波长的光；以及栅栏结构，被配置为将多个滤光器彼此分离。栅栏结构的宽度可以根据具有介于其间的宽度彼此相邻设置的两个滤光器的类型而具有多个不同的值。图像传感器可以减少相邻单元之间的串扰。

Description

图像传感器以及包括该图像传感器的电子设备
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2022年1月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0013624的优先权，该申请的公开通过全文引用合并于此。
技术领域
本公开涉及图像传感器和包括该图像传感器的电子设备。
背景技术
近来，根据图像传感器的小型化和高分辨率的要求，已经增加了像素密度并且像素已经小型化。由于像素间距已经被极大地减小到等于或小于1μm，因此已经寻求方法来减小由于相邻单元之间的串扰而导致的混色以及低照度下的灵敏度降低。
作为灵敏度降低和混色的解决方案，已经使用了隔离相邻像素的结构。同时，为了在使像素小型化时维持整体的光学特性，隔离结构所占的体积比趋于与大像素尺寸成比例地减小。
发明内容
提供了一种具有能够减少相邻单元之间的串扰的隔离结构的图像传感器以及包括该图像传感器的电子设备。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
根据本公开的一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及滤色器阵列，设置在传感器基板上，该滤色器阵列包括：多个滤光器，设置为分别面对多个感光单元以过滤不同波长的光；以及栅栏结构，被配置为将多个滤光器彼此分离，其中栅栏结构在介于多个滤光器中的两个相邻滤光器之间的宽度根据两个相邻滤光器中的每个滤光器的特性而具有多个不同的值，并且其中多个值中的最大值与最小值之差等于或大于20nm。
栅栏结构可以包括具有第一折射率的材料，第一折射率低于多个滤光器中的每个滤光器的第二折射率。
多个滤光器可以包括以拜耳图案布置的红色滤光器、第一绿色滤光器、第二绿色滤光器和蓝色滤光器。
栅栏结构可以在红色滤光器与第一绿色滤光器之间具有第一宽度以及在第一绿色滤光器与蓝色滤光器之间具有第二宽度，第一宽度大于第二宽度。
栅栏结构可以在红色滤光器与第二绿色滤光器之间具有第三宽度以及在第二绿色滤光器与蓝色滤光器之间具有第四宽度，第三宽度大于第四宽度。
多个像素中彼此相邻的像素的中心之间的距离可以等于或小于0.6μn，并且其中栅栏结构可以具有在从50nm到200nm的范围内的两个宽度。
第一绿色滤光器和第二绿色滤光器可以具有第一面积，第一面积小于蓝色滤光器的第二面积并且大于红色滤光器的第三面积。
传感器基板可以包括隔离结构，该隔离结构被配置为将多个感光单元电分离并与栅栏结构相对应地布置。
隔离结构的宽度可以根据面对两个相邻感光单元的滤光器的类型而变化，其中隔离结构介于这两个相邻感光单元之间。
多个感光单元可以包括分别面对红色滤光器、第一绿色滤光器、第二绿色滤光器和蓝色滤光器的红色像素、第一绿色像素、第二绿色像素和蓝色像素，并且其中红色像素与第一绿色像素之间的隔离结构的第一宽度可以小于第一绿色像素与蓝色像素之间的隔离结构的第二宽度。
红色像素与第二绿色像素之间的隔离结构的第三宽度小于第二绿色像素与蓝色像素之间的隔离结构的第四宽度。
第一绿色滤光器和第二绿色滤光器可以具有第一面积，第一面积大于红色像素的第二面积，并且其中红色像素的第二面积可以大于蓝色像素的第三面积。
多个像素中彼此相邻的像素的中心之间的距离可以等于或小于0.6μm，并且其中隔离结构可以具有在从50nm到180nm的范围内的两个宽度。
栅栏结构和隔离结构可以彼此竖直连接。
多个滤光器可以包括：包括四个红色滤光器的红色滤光器组、包括四个第一绿色滤光器的第一绿色滤光器组、包括四个第二绿色滤光器的第二绿色滤光器组和包括四个蓝色滤光器的蓝色滤光器组，其中红色滤光器组、第一绿色滤光器组、第二绿色滤光器组和蓝色滤光器组可以以拜耳图案布置。
栅栏结构在相同颜色的滤光器之间的宽度可以不同于栅栏结构在不同颜色的滤光器之间的宽度。
在两个或更多个滤光器组中，栅栏结构在相同颜色的滤光器之间的宽度可以彼此不同。
栅栏结构在位于红色滤光器组与第一绿色滤光器组之间彼此相邻的红色滤光器与第一绿色滤光器之间的宽度可以不同于栅栏结构在位于第一绿色滤光器组与蓝色滤光器组之间彼此相邻的第一绿色滤光器与蓝色滤光器之间的宽度。
传感器基板可以包括隔离结构，该隔离结构被配置为将多个感光单元电分离并面向栅栏结构。
隔离结构的宽度可以根据面对两个相邻感光单元的滤光器的类型而变化，其中隔离结构介于这两个相邻感光单元之间。
多个滤光器和多个感光单元中的至少一个的光入射表面的形状可以包括圆形、椭圆形或具有圆角的矩形。
图像传感器还可以包括设置在滤色器阵列上的微透镜阵列。
图像传感器还可以包括设置在滤色器阵列上的超透镜阵列，超透镜阵列包括多个超透镜，这些超透镜分别被设计为相对于红光、绿光和蓝光呈现特定焦距。
图像传感器还可以包括分色透镜阵列，该分色透镜阵列设置在滤色器阵列上并被配置为将入射光中的红光、绿光和蓝光分离并收集多个像素中的不同像素内的红光、绿光和蓝光。
分色透镜阵列可以包括设置为分别面对多个滤光器的多个区域，并且其中在多个区域的每个区域中设置一个或多个具有亚波长尺寸的纳米柱。
分色透镜阵列可以包括被设置为分别面对多个滤光器的多个区域，其中在多个区域中的每个区域中设置有图案结构，该图案结构包括具有第一折射率且以第一形式形成的第一电介质以及具有小于第一折射率的第二折射率且填充在以第一形式形成的第一电介质的间隙中的第二电介质，并且其中第一形式被确定为使得第一电介质存在于图案结构的任何竖直截面中。
根据本公开的一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括被配置为将光学图像转换为电学信号的图像传感器以及被配置为控制所述图像传感器的操作并处理由所述图像传感器生成的信号的处理器，其中，所述图像传感器包括：传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及滤色器阵列，设置在传感器基板上，该滤色器阵列包括：多个滤光器，设置为分别面对多个感光单元以过滤不同波长的光；以及栅栏结构，被配置为将多个滤光器彼此分离，其中栅栏结构在介于多个滤光器中的两个相邻滤光器之间的宽度根据两个相邻滤光器中的每个滤光器的特性而具有多个不同的值，并且其中多个值中的最大值与最小值之差等于或大于20nm。
根据本公开的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；多个滤色器，被配置为以一一对应的方式面对多个感光单元，多个滤色器包括第一滤色器、第二滤色器和第三滤色器；第一栅栏结构，被配置为将彼此相邻的第一滤色器和第二滤色器分离；以及第二栅栏结构，被配置为将彼此相邻的第二滤色器和第三滤色器分离，其中第一栅栏结构的宽度不同于第二栅栏结构的宽度。
第一栅栏结构的宽度可以大于第二栅栏结构的宽度。
第一滤色器可以是红色滤色器，第二滤色器可以是绿色滤色器，并且第三滤色器可以是蓝色滤色器。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些示例实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是示意性地示出根据示例实施例的图像传感器的框图；
图2是示出根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的颜色布置的平面图；
图3A和图3B是示出根据示例实施例的图像传感器的示意性结构的截面图，其分别示出具有不同像素布置的行；
图4是示出根据示例实施例的设置在图像传感器中的滤色器阵列的结构的平面图；
图5是示出根据示例实施例的设置在图像传感器中的传感器基板的结构的平面图；
图6A和图6B是示出根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行；
图7是示出设置在图6A和图6B的图像传感器中的滤色器阵列的结构的平面图；
图8是示出设置在图6A和图6B的图像传感器中的传感器基板的结构的平面图；
图9A和图9B是示出根据比较示例的透射穿过图像传感器的滤色器阵列的光的光谱的曲线图；
图10是示出根据示例实施例的透射穿过图像传感器的滤色器阵列的光的光谱的曲线图；
图11和图12是示出根据示例实施例的由图像传感器感测的光的光谱的曲线图；
图13A和图13B是示出根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行；
图14A和图14B是示出根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行；
图15A和图15B是示出根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行；
图16是示出构成图15A和图15B的图像传感器的分色透镜阵列的纳米柱的形状和布置的平面图；
图17A和图17B是示出根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行；
图18是示出构成图17A和图17B的图像传感器的分色透镜阵列的图案结构的形状的平面图；
图19是示出根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的颜色布置的平面图；
图20是示出设置在图19的图像传感器中的滤色器阵列的结构的平面图；
图21是示出设置在图19的图像传感器中的传感器基板的结构的平面图；
图22和图23是分别示出根据另一示例实施例的设置在图像传感器中的滤色器阵列和传感器基板的形状的平面图；
图24是示意性地示出根据示例实施例的包括图像传感器的电子设备的框图；以及
图25是示意性地示出被包括在图24所示的电子设备中的相机模块的框图。
具体实施方式
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文所用，术语“和/或”包括相关列出的项目中的一个的任意和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
在下文中，将参考附图来描述示例实施例。这里描述的示例实施例仅用于说明目的，并且可以在其中进行各种修改。在附图中，相似的附图标记指代相似的元件，并且为了清楚地说明，可放大元件的大小。
在下面的描述中，当一元件被称为在另一元件“之上”或“上”时，其可以直接在该另一元件上，同时与该另一元件接触，或者可以在该另一元件之上而不接触该另一元件。
尽管术语“第一”和“第二”被用于描述各种元件，但是这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。这些术语不将元件限制为具有不同的材料或结构。
除非另外说明，否则单数形式的术语可以包括复数形式。还将理解，本文中使用的术语“包括”和/或“包含”指定存在所描述的特征或元件，但是不排除存在或添加另一其他特征或元件。
在本公开中，诸如“单元”或“模块”等术语可以用于表示具有至少一个功能或操作并且被实现为硬件、软件或硬件和软件的组合的单元。
用定冠词或指示代词所指的元件可以被解释为一个或多个元件，即使它为单数形式。
除非在顺序方面明确描述或相反地描述，否则可以按适当的顺序执行方法的操作。此外，示例或示例性术语(例如，“诸如”和“等”)用于描述的目的，并且除非被权利要求限定，否则不旨在限制本发明构思的范围。
图1是示意性地示出根据示例实施例的图像传感器1000的框图。
参照图1，图像传感器1000可以包括像素阵列PA、时序控制器(T/C)1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器1000可以是电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
像素阵列PA包括以行和列二维布置的像素。行解码器1020基于从时序控制器1010输出的行地址信号来选择像素阵列PA中的一行。例如，行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号来选择像素阵列PA中的一行。来自布置在所选行中的多个像素的感光信号根据列通过输出电路1030输出。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路1030可以包括针对列而分别布置在列解码器与像素阵列PA之间的多个ADC，或者可以包括布置在列解码器的输出端的一个ADC。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以设置为单个芯片或单独的芯片。根据示例实施例，用于处理通过输出电路1030输出的图像信号的处理器可以与时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030一起被包括在单个芯片中。
像素阵列PA可以包括用于感测具有不同波长的光的像素。像素阵列PA包括滤色器阵列和传感器基板，该滤色器阵列包括过滤不同波长的光的多个滤光器，并且该传感器基板包括被设置为分别面对多个滤光器的多个感光单元。由像素表示的颜色可以根据滤色器阵列的布置而变化。在下文中，表述“感光单元”和“像素”可以互换使用。
图2是示出根据示例实施例的图像传感器1000的像素阵列PA的颜色布置的平面图。
颜色布置是在通用图像传感器中通常采用的拜耳图案布置。如图2所示，一个单元图案包括四个象限区域，并且第一象限到第四象限可以分别为绿色像素G、红色像素R、绿色像素G和蓝色像素B。单元图案在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维重复。在整体颜色布置中，在第一行中，多个红色像素R和多个绿色像素G在第一方向(X方向)上交替布置；在第二行中，多个绿色像素G和多个蓝色像素B在第一方向(X方向)上交替布置；并且第一行和第二行在第二方向(Y方向)上重复。
图2中所示的颜色布置仅仅是示例并且不限于此。例如，可以使用其中由品红色像素M、青色像素C、黄色像素Y和绿色像素G形成一个单元图案的CYGM布置以及其中由绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B和白色像素W形成一个单元图案的RGBW布置。此外，单元图案可以以3×2阵列实现，并且像素阵列PA的颜色布置可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置。在下文中，描述了图像传感器1000的像素阵列PA具有拜耳图案布置的示例，但是包括在像素阵列PA中的滤色器阵列和传感器基板的主要构思也可以应用于除拜耳图案以外的颜色布置。
图3A和图3B是示出根据示例实施例的图像传感器1000的示意性结构的截面图，其分别示出具有不同颜色布置的不同行。图4是示出根据示例实施例的设置在图像传感器1000中的滤色器阵列170的结构的平面图，并且图5是示出根据示例实施例的设置在图像传感器1000中的传感器基板110的结构的平面图。
参照图3A和图3B，图像传感器1000包括传感器基板110和滤色器阵列170，传感器基板110包括多个感测光的感光单元，并且滤色器阵列170设置在传感器基板110的上部。滤色器阵列170包括分别面对多个感光单元的多个滤光器。例如，滤色器阵列170包括以一一对应的方式面对多个感光单元的多个滤光器。
滤色器阵列170包括过滤不同颜色的多个滤光器。滤色器阵列170包括以拜耳图案布置的红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF，并且红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF构成单位滤光器组。这些单位滤光器组在第一方向和第二方向上二维地重复布置。滤色器阵列170还包括将多个红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF彼此分离的栅栏结构FS。
传感器基板110包括多个将光转换为电信号的感光单元，并且多个感光单元包括分别面对红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF的红色像素111、第一绿色像素112、第二绿色像素113和蓝色像素114。传感器基板110还可以包括将红色像素111、第一绿色像素112、第二绿色像素113和蓝色像素114彼此分离的隔离结构TS。
如图4中详细示出的，栅栏结构FS可以具有将红色滤光器RF、绿色滤光器GF1和GF2、以及蓝色滤光器BF彼此分离的网格。栅栏结构FS可以包括折射率与设置在滤色器阵列170中的多个滤光器的折射率不同的材料。例如，栅栏结构FS可以包括折射率小于设置在滤色器阵列170中的多个滤光器的折射率的材料。
包括在滤色器阵列170中的红色滤光器RF、绿色滤光器GF1和GF2以及蓝色滤光器BF具有不同的折射率，因此滤色器阵列170具有分布有不同折射率的图案。因此，在不同滤光器彼此相邻并呈现出折射率差异的位置中，该位置周围的光路可能由于折射率的差异而改变，并且可能发生串扰。这种串扰根据折射率的差异而呈现不同，即，可能根据相邻滤光器的类型而呈现不同，并且还随着像素尺寸的减小而增加。根据示例实施例的图像传感器1000包括栅栏结构FS，栅栏结构FS将滤色器阵列170中的相邻的滤光器彼此分离以减少这种串扰。
根据示例实施例的图像传感器1000还设置栅栏结构FS的栅栏宽度，栅栏结构FS将相邻的滤光器彼此分离以有效地减少串扰。栅栏结构FS的宽度可以根据彼此相邻设置的两个滤光器的类型而不同，其中，在相关位置方面该栅栏结构FS介于所述彼此相邻设置的两个滤光器之间，并且例如可以根据位置来应用多个不同的值。
在下文中，栅栏结构FS的宽度是在不同滤光器彼此相邻的位置处的宽度，并且被定义为在限定滤色器阵列170的二维布置的两个方向上的宽度，其中，该栅栏结构FS介于相邻的滤波器之间。当滤色器阵列170具有在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的二维布置时，栅栏结构FS的宽度是指在第一方向上的宽度或在第二方向上的宽度。
在所示的拜耳图案的滤色器阵列170中，栅栏结构FS在红色滤光器RF与第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2之间的宽度可以是wfl，并且栅栏结构FS在第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2与蓝色滤光器BF之间的宽度可以是wf2。根据示例实施例，wfl和wf2可以具有不同的值。例如，由于红色滤光器RF的折射率高于绿色滤光器GF1和GF2以及蓝色滤光器BF的折射率，因此在与红色滤光器RF相邻的位置处有很大的色移趋势，因此wf1可以被设置为大于wf2。
根据示例实施例，栅栏结构FS的宽度的多个值中的最大值与最小值之间的差可以等于或大于20nm、等于或大于40nm、等于或大于50nm、等于或大于60nm、或者等于或大于100nm。考虑串扰减少和光效率，可以适当地确定该值。可以相对于像素间距p设置最大值与最小值之间的差。像素间距p被定义为滤光器的布置周期。根据示例实施例，像素间距p是在第一方向或第二方向上彼此相邻的两个像素(或滤光器)的中心之间的距离。在示例实施例的图像传感器1000中，像素间距p可以等于或小于1μm、等于或小于0.8μm、等于或小于0.6μm、或者等于或小于0.4μm。栅栏结构FS的两个宽度wf1与wf2之间的差值例如可以等于或大于像素间距p的5％、等于或大于像素间距p的10％、等于或大于像素间距p的15％、或者等于或大于像素间距p的30％。尽管已经描述了栅栏结构FS的宽度根据图像传感器1000中的颜色布置或相对位置而表现为wf1和wf2两个值之一，但是栅栏结构FS的宽度可以被设置为具有三个值。
栅栏结构FS可以大约具有在20nm与200nm之间或在50nm与200nm之间的两个或更多个宽度。栅栏结构FS的宽度范围可以是例如等于或大于像素间距p的5％且小于40％，或者等于或大于像素间距p的10％且小于30％。
根据栅栏结构FS的宽度，红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF进行滤光的截面面积也表现不同。第一绿色滤光器GF1和第二绿色滤光器GF2可以具有相同的面积，该面积可以小于蓝色滤光器BF的面积且大于红色滤光器RF的面积。
考虑每个滤光器的折射率，可以针对能够减少串扰和光效率的每个位置考虑栅栏结构FS的宽度来设置滤光器的面积。例如，在由像素间距定义两边长度的单元中，滤光器所占的面积比可以根据要过滤的颜色而不同。红色滤光器RF的面积相对一个单元的面积的比率可以是30％到70％，第一绿色滤光器GF1和第二绿色滤光器GF2的面积的比率可以是40％到80％，并且蓝色滤光器BF的面积的比率可以是70％到90％。
如图5中详细示出的，设置在传感器基板110上的隔离结构TS也可以具有将多个像素111到114彼此分离的网格。在示出的二维布置中，隔离结构TS的宽度被定义为在第一方向(X方向)上的宽度或在第二方向(Y方向)上的宽度，类似于栅栏结构FS的宽度。隔离结构TS用于防止穿过分别面对多个像素111、112、113和114的滤光器RF、GF1、GF2和BF的光入射到除相关像素之外的相邻像素，并且可以包括绝缘材料。多个像素111、112、113、114和隔离结构TS可以通过在能够将光转换成电信号的半导体材料层上形成具有预定图案的深沟槽绝缘体(DTI)来形成。
感测光的多个像素111、112、113和114的内部可以通过隔离结构TS具有类似于波导的结构，并且当像素尺寸减小时，根据像素111、112、113和114中的每个像素所负责的颜色，波导耦合可能部分地发生在相邻像素之间。为了减少由此引起的串扰，可以调整隔离结构TS的宽度，即，可以调整波导的线宽，从而防止发生使长波长的光耦合到相邻像素的模式。
隔离结构TS可以在第一方向上和在第二方向上具有相同的宽度wt0。wt0可以被设置为在20nm到200nm或50nm到150nm范围内的值。或者，wt0可以被设置为在像素间距p的5％到50％或10％到30％的范围内的值。
滤色器阵列170的栅栏结构FS和传感器基板110的隔离结构TS可以彼此竖直连接。
图6A和图6B是示出根据另一示例实施例的图像传感器1001的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行。图7是示出图6A和图6B的图像传感器1001的滤色器阵列175的结构的平面图，并且图8是示出图6A和图6B的图像传感器1001的传感器基板115的结构的平面图。
参照图6A和图6B，在示例实施例的图像传感器1001中，滤色器阵列175的栅栏结构FS的宽度和传感器基板115的隔离结构TS的宽度都可以根据相邻滤光器的类型(即，面对相邻像素的滤光器的类型)而不同地设置。
在图7所示的拜耳图案的滤色器阵列175中，栅栏结构FS在红色滤光器RF与第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2之间的宽度可以是wf1，并且栅栏结构FS在第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2与蓝色滤光器BF之间的宽度可以是wf4，且wf3和wf4可以具有不同的值。根据示例实施例，wf3可以具有大于wf4的值。根据示例实施例，wf3和wf4可以与参考图4描述的wf1和wf2相同或不同，图4是根据上述示例实施例的图像传感器1000。在示例实施例的图像传感器1001中，由于传感器基板115的隔离结构TS具有wt1和wt2两个值，滤色器阵列175的栅栏结构FS的宽度wf3和wf4可以相对wt1和wt2的具体值而适当确定。
栅栏结构FS的两个宽度wf3和wf4之间的差值可以等于或大于20nm、等于或大于40nm、等于或大于50nm、等于或大于60nm、或者等于或大于100nm。该差值可以等于或大于像素间距p的5％、等于或大于像素间距p的10％、等于或大于像素间距p的15％、或者等于或大于像素间距p的30％。像素间距p可以等于或小于1μm、等于或小于0.8μm、等于或小于0.6μm、或者等于或小于0.4μm。
栅栏结构FS可以大约具有在20nm与200nm之间的两个或更多个宽度。栅栏结构FS的宽度范围可以是例如等于或大于像素间距p的5％且小于40％，或者等于或大于像素间距p的10％且小于30％。
栅栏结构FS在红色滤光器RF与第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2之间的宽度wf3大于栅栏结构FS在第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2与蓝色滤光器BF之间的宽度wf4，因此红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF进行滤光的截面面积也表现不同。第一绿色滤光器GF1和第二绿色滤光器GF2可以具有相同的面积，该面积可以小于蓝色滤光器BF的面积且大于红色滤光器RF的面积。例如，红色滤光器RF的面积相对一个单元的面积的比率可以是30％到70％，第一绿色滤光器GFl和第二绿色滤光器GF2的面积的比率可以是40％到80％，并且蓝色滤光器BF的面积的比率可以是70％到90％，其中在该单元中，一边的长度可以是像素间距p。
如图8中详细示出的，设置在传感器基板115上的隔离结构TS也可以具有将多个像素111到114彼此分离的网格。在示出的二维布置中，隔离结构TS的宽度被定义为在第一方向(X方向)上的宽度或在第二方向(Y方向)上的宽度，类似于栅栏结构FS的宽度。在图8的示例实施例中，红色像素111与第一绿色像素112/第二绿色像素113之间在第一方向和第二方向上的宽度可以是wtl，并且第一绿色像素112/第二绿色像素113与蓝色像素114之间在第一方向和第二方向上的宽度可以是wt2。根据示例实施例，wt1和wt2可以具有不同的值，wt2的值可以大于wt1。然而，本公开不限于此。
如上所述，通过将多个像素111、112、113和114的内部视为类似波导的结构，调整隔离结构TS的宽度减少了使光耦合到相邻像素的模式的发生。在示例实施例中，通过根据像素111、112、113和114所负责的颜色附加地应用不同的宽度wt1和wt2，可以实现更有效的波导模式控制和串扰减少。
根据示例实施例，栅栏结构FS的两个宽度wf1和wf2之间的差值可以等于或大于20nm、等于或大于40nm、等于或大于50nm、或者等于或大于100nm。该差值可以等于或大于像素间距p的5％、等于或大于像素间距p的10％、等于或大于像素间距p的15％、或者等于或大于像素间距p的30％。
隔离结构TS可以具有大约在40nm与200nm之间或在50nm与150nm之间的两个或更多个宽度。隔离结构TS的宽度wt1和wt2可以被设置为例如像素间距p的10％到40％或15％到35％范围内的值。
红色像素111与第一绿色滤光器GF1/第二绿色滤光器GF2之间的隔离结构TS的宽度wt1可以小于第一绿色像素112/第二绿色像素113与蓝色像素114之间的隔离结构TS的宽度wt2，并且相应地，红色像素111、第一绿色像素112、第二绿色像素113和蓝色像素114进行滤光的截面面积也可以表现不同。第一绿色像素112和第二绿色像素113具有相同的面积，其可以大于红色像素111的面积，并且红色像素111可以具有大于蓝色像素114的面积的面积。例如，红色像素111的面积相对一个单元的面积的比率可以是30％到90％，第一绿色像素112和第二绿色像素113的面积的比率可以是40％到95％，并且蓝色像素114的面积的比率可以是50％到80％，其中在该单元中，两边的长度可以是像素间距p。
图9A和图9B是示出根据两个比较示例的透射穿过图像传感器的滤色器阵列的光的光谱的曲线图。
根据比较示例的图像传感器与根据示例实施例的图像传感器的不同之处在于滤色器阵列包括具有恒定宽度的隔离结构。
图9A示出了比较示例1的滤色器阵列的透射光谱，其中像素间距为0.4μm，隔离结构的宽度恒定且为100nm，并且多个滤光器的截面长度均相同且为300nm。
参照图9B中的曲线图，较大程度地发生向红色滤光器的耦合，并且透射特性看起来好像增加了红色光信号。
图9B示出了比较示例2的滤色器阵列的透射光谱，其中像素间距为0.4μm，隔离结构的宽度恒定且为140nm，并且多个滤光器的截面长度均相同且为260nm。
图9B示出了隔离结构的宽度增加到140nm以减少串扰的情况。如图所示，与图9A相比减少了串扰，但可以看出，随着隔离结构的宽度的比率增加，即，随着滤光器进行滤光的截面面积减小，偏移级别增加。
一般而言，为了在使像素小型化时维持整体的光学特性，滤色器中的隔离结构所占的体积比趋于与大像素尺寸成比例地减小。换句话书，随着像素变小，通常以从比较示例1到比较示例2的改变的类似方式改变隔离结构的宽度。如图9A和图9B所示，根据这种趋势，隔离性能可能不足或甚至恶化。考虑到这一点，示例实施例提出针对每个像素的隔离结构应用不同的宽度。
图10是示出根据示例实施例的透射穿过图像传感器的滤色器阵列的光的光谱的曲线图。
图10的透射光谱涉及像素间距为0.4μm，wf1为140nm，并且wf2为80nm的情况。也就是说，栅栏结构FS在红色滤光器RF与第一绿色滤光器GF1之间以及在红色滤光器RF与第二绿色滤光器GF2之间的宽度为140nm、栅栏结构FS在蓝色滤光器BF与第一绿色滤光器GF1之间以及在蓝色滤光器BF与第二绿色滤光器GF2之间的宽度为80nm、红色滤光器RF的截面长度为220nm、第一绿色滤光器GF1和第二绿色滤光器GF2中的每个滤光器的截面长度为300nm、并且蓝色滤光器BF的截面长度为340nm。
当将图10的曲线图与图9A和图9B的曲线图进行比较时，可以看出，通过具有栅栏结构FS的滤色器阵列170降低了串扰并且还降低了偏移级别，其中栅栏结构FS的宽度针对每个像素进行调整。
图11和图12是示出由根据示例实施例的图像传感器1000感测的光的光谱的曲线图。
图11是示出在隔离结构的宽度恒定且为100nm的传感器基板中感测具有图10所示的光谱的光而获取的信号的曲线图。换句话说，图11的曲线图分别对应于在像素间距p为0.4μm、图4所示的wf1、wf2分别为140nm、100nm、以及图5所示的wt0为100nm的情况下由图像传感器1000感测到的信号。
图12是示出在隔离结构的宽度不恒定而是被设置为使得红色像素、绿色像素和蓝色像素的截面长度分别为300nm、340nm和260nm的传感器基板中通过感测具有图10所示的光谱的光而获取的信号的曲线图。换句话说，图12的曲线图对应于在图7所示的wf3和wf4分别为140nm和100nm以及图8所示的wt1和wt2分别为80nm和100nm的情况下由图像传感器1001感测到的信号。
在将图11和图12进行比较时，在图12的情况下偏移信号较小，由此可以看出，当针对每个像素调整传感器基板的隔离结构以及滤色器阵列的宽度时，相邻单元之间的串扰较小。
图13A和图13B是示出根据另一示例实施例的图像传感器1002的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行。
根据示例实施例的图像传感器1002与图6A和图6B所示的图像传感器1001的不同之处在于：在滤色器阵列175上还设置微透镜阵列180，并且其余配置基本相同。
图14A和图14B是示出根据另一示例实施例的图像传感器1003的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行。
根据示例实施例的图像传感器1003与图6A和图6B所示的图像传感器1001的不同之处在于：在滤色器阵列175上还设置超透镜阵列190，并且其余配置基本相同。
超透镜阵列190可以包括分别面对红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2以及蓝色滤光器BF的第一超透镜191、第二超透镜192、第三超透镜193和第四超透镜194。第一超透镜191、第二超透镜192、第三超透镜193和第四超透镜194各自包括具有亚波长的形状尺寸的多个纳米结构，并且纳米结构的形状和布置被设置为相对于红光、绿光、绿光和蓝光分别表现出经优化的透镜性能。可以设置纳米结构的形状和布置，使得第一超透镜191、第二超透镜192、第三超透镜193和第四超透镜194中的每个超透镜具有适当的有效直径和焦距，以便使在朝向红色滤光器RF、第一绿色滤光器GF1、第二绿色滤光器GF2和蓝色滤光器BF中的每个滤光器聚集的光穿过滤色器阵列175时发生的串扰最小化。例如，与使用如图13A和图13B所示的微透镜阵列180相比，通过使用这样的超透镜阵列190，可以调整各种光学性能并且具有薄的结构。
图15A和图15B是示出根据另一示例实施例的图像传感器1004的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行。图16是示出构成图15A和图15B的图像传感器1004的分色透镜阵列130的纳米柱的形状和布置的平面图；
示例实施例的图像传感器1004与图6A和图6B的图像传感器1001的不同之处在于：在滤色器阵列175上还设置间隔层120和分色透镜阵列130，并且其余配置基本相同。
分色透镜阵列130将入射到其上的光分支成不同的颜色，使得对应的颜色的光入射到红色像素111、第一绿色像素112、第二绿色像素113和蓝色像素114中的每个像素上。分色透镜阵列130包括面对红色像素111的第一像素对应区域131、面对第一绿色像素112的第二像素对应区域132、面对第二绿色像素113的第三像素对应区域133、以及面对蓝色像素114的第四像素对应区域134。第一像素对应区域到第四像素对应区域131、132、133和134中的每个像素对应区域包括一个或多个纳米柱NP，并且一个或多个纳米柱NP针对每个波长分离入射光以形成用于将不同波段的光聚集到多个像素111、112、113和114的相位分布。
图16所示的第一像素对应区域到第四像素对应区域131、132、133和134的纳米柱NP是用于形成上述相位分布的示例，并且可以被修改为其他形状。
间隔层120设置在传感器基板110与分色透镜阵列130之间，以保持传感器基板110与分色透镜阵列130之间的距离恒定。间隔层120可以包括对可见光透明的介电材料，例如SiO2、硅醇基玻璃(诸如硅氧烷基SOG)等，其具有低于纳米柱NP的折射率的折射率和在可见光波段中的低吸收率。间隔层120的厚度h可以在ht-p≤h≤ht+p的范围内。其中，ht表示分色透镜阵列130相对于分色透镜阵列130将光划分的波段的中心波长的焦距，并且p表示像素间距。间隔层120的厚度可以基于例如作为绿光的中心波长的540nm来设计。
根据示例实施例，因为滤光器阵列170设置在传感器基板110与分色透镜阵列130之间，所以间隔层120的厚度可以通过考虑滤色器阵列170的厚度来设置，使得间隔层120的厚度可以小于分色透镜阵列130相对于分色透镜阵列130进行分色的波段的中心波长的焦距。例如，间隔层120的厚度可以被设置为小于分色透镜阵列130相对于绿光的焦距。
间隔层120还可以支撑分色透镜阵列130的第一纳米柱NP和第二纳米柱NP。间隔层120可以包括折射率小于纳米柱NP的折射率的介电材料。
纳米柱NP之间的区域可以包括折射率小于纳米柱NP的折射率的电介质，例如，空气或SiO2。根据示例实施例，还可以设置覆盖纳米柱NP的侧表面和上部的低折射率的保护层。
图17A和图17B是示出根据另一示例实施例的图像传感器1005的示意性结构的截面图，分别示出具有不同像素布置的行。图18是示出构成图17A和图17B的图像传感器1005的分色透镜阵列140的图案结构的形状的平面图。
示例实施例的图像传感器1005与图15A和图15B的上述图像传感器1004的不同之处在于：提供了分色透镜阵列140的具体形状，并且其余配置基本相同。
与上述分色透镜阵列130相似，分色透镜阵列140针对每个颜色对入射到其上的光进行分支，使得各颜色的光入射到红色像素111、第一绿色像素112、第二绿色像素113和蓝色像素114中的每个像素上。分色透镜阵列140包括面对红色像素111的第一像素对应区域141、面对第一绿色像素112的第二像素对应区域142、面对第二绿色像素113的第三像素对应区域143、以及面对蓝色像素114的第四像素对应区域144。
在第一像素对应区域到第四像素对应区域141、142、143和144中，第一形式的第一图案结构PS1、第二形式的第二图案结构PS2、第三形式的第三图案结构PS3和第四形式的第四图案结构PS4可以分别形成为使得分色透镜阵列140针对每个波长将入射光分离以形成用于将不同波段的光聚集到多个像素111、112、113和114的相位分布。
参照图18，第一图案结构PS1包括具有第一折射率并以第一形式形成的第一电介质D1，以及具有小于第一折射率的第二折射率并填充在第一形式的第一电介质D1之间的第二电介质D2。第一形式被确定为使得第一电介质D1存在于第一图案结构PS1的任何竖直截面中，并且是没有特别限制的自由形式。这里，竖直截面是指在XY平面上沿直线截取的截面。
类似地，第二图案结构PS2包括具有第三折射率并以第二形式形成的第三电介质D3，以及具有小于第三折射率的第四折射率并填充第二形式的第三电介质D3的间隙的第四电介质D4。第二形式可以被确定为使得第三电介质D3存在于第二图案结构PS2的任何竖直截面中。
类似地，第三图案结构PS3还包括具有第五折射率并以第三形式形成的第五电介质D5，以及具有小于第五折射率的第六折射率并填充第三形式的第五电介质D5的间隙的第六电介质D6。第三形式可以被确定为使得第五电介质D5存在于第四图案结构PS4的任何竖直截面中。
类似地，第四图案结构PS4还包括具有第七折射率并以第四形式形成的第七电介质D7，以及具有小于第七折射率的第八折射率并填充在第四形式的第七电介质D7之间的第八电介质D8。第四形式被确定为使得第七电介质D7存在于第四图案结构PS4的任何竖直截面中。第四图案结构PS4相对于第一图案结构PS1旋转90度。
第一电介质D1、第三电介质D3、第五电介质D5和第七电介质D7可以都包括相同的材料，并且第二电介质D2、第四电介质D4、第六电介质D6和第八电介质D8可以都包括相同的材料。例如，第一电介质D1、第三电介质D3、第五电介质D5和第七电介质D7可以包括在可见光波段具有高折射率和低吸收的介电材料，诸如TiO2、GaN、SiN3、ZnS、ZnSe、Si3N4等。此外，第二电介质D2、第四电介质D4、第六电介质D6和第八电介质D8可以包括例如在可见光波段具有低折射率和低吸收率的介电材料，诸如空气、SiO2、SOG等。例如，当第二电介质D2、第四电介质D4、第六电介质D6和第八电介质D8包括空气时，通过蚀刻第一电介质D1、第三电介质D3、第五电介质D5和第七电介质D7，可以容易地制造分色透镜阵列140，以具有图18所示的形式。
在分别包括分色透镜阵列130和140的图像传感器1004和1005中，如参考图15A、图15B、图16、图17A、图17B和图18所述，由于入射在滤色器阵列175的多个滤光器RF、GF1、GF2和BF中的每个滤光器上的大部分光是相应颜色的光，因此几乎不发生滤色器阵列175的光效率降低。此外，分色透镜阵列130和140的操作就像具有若干倍像素间距(例如，1.2倍到4倍)的有效直径的透镜分别面对多个像素并且重叠，从而呈现出高分色效率。此外，如上所述，通过栅栏结构FS和隔离结构TS，也可以减少诸如与相邻像素的混色等的串扰，其中栅栏结构FS具有针对在滤色器阵列175中设置的每个像素而调整的宽度，且隔离结构TS具有针对在传感器基板115中设置的每个像素而调整的宽度。
在上述各种示例实施例中，已经描述了针对每个像素调整栅栏结构FS的宽度，并且隔离结构TS的宽度是恒定的或者针对每个像素进行调整的，但是不限于此。例如，栅栏结构TS的宽度被设置为恒定且为适当的值，并且针对每个像素调整隔离结构TS的宽度的示例实施例是可行的。
图19是示出根据另一示例实施例的图像传感器1006的像素阵列的颜色布置的平面图。
图像传感器1006的像素阵列PA可以具有四单元(tetra-cell)类型布置。这样的布置可以用于改善在像素间距p非常小(例如，1微米或0.6微米)时发生的低照度下的灵敏度下降的问题。如图所示，可以以2×2为单位表示相同的颜色，也可以使用在低照度下一同使用4个像素的方法。
图20是示出设置在图19的图像传感器1006中的滤色器阵列177的结构的平面图，并且图21是示出设置在图19的图像传感器1006中的传感器基板117的结构的平面图。
参照图20，滤色器阵列177的多个滤光器包括：包括四个红色滤光器RF的红色滤光器组、包括四个第一绿色光色器GF1的第一绿色滤光器组、包括四个第二绿色滤光器GF2的第二绿色滤光器组、以及包括四个蓝色滤光器BF的蓝色滤光器组。这些红色滤光器组、第一绿色滤光器组、第二绿色滤光器组和蓝色滤光器组可以以拜耳图案布置。
滤色器阵列177的栅栏结构FS可以具有三种或更多种不同类型的宽度。
栅栏结构FS在相同颜色的滤光器之间和在不同颜色的滤光器之间可以具有不同的宽度。例如，栅栏结构FS在相邻红色滤光器RF之间的宽度wfr以及栅栏结构FS在相邻红色滤光器RF与第一绿色滤光器GF1之间的宽度wf5可以彼此不同。此外，栅栏结构FS在相邻第一绿色滤光器GF1之间的宽度wfg1以及栅栏结构FS在彼此相邻的第一绿色滤光器GF1与蓝色滤光器BF之间的宽度wf6可以彼此不同。此外，栅栏结构FS在相邻蓝色滤光器BF之间的宽度wfb以及栅栏结构FS在彼此相邻的蓝色滤光器BF与第二绿色滤光器GF2之间的宽度wf6可以彼此不同。
栅栏结构FS在两个或更多个滤光器组中的相同颜色的滤光器之间可以具有不同的宽度。例如，栅栏结构FS在红色滤光器RF之间的宽度wfr、栅栏结构FS在第一绿色滤光器GF1之间的宽度wfg1、以及栅栏结构FS在蓝色滤光器BF之间的宽度wfb可以彼此不同。栅栏结构在第一绿色滤光器GF1之间的宽度wfg1以及栅栏结构FS在第二绿色滤光器GF2之间的宽度wfg2可以相同。
在栅栏结构FS中，位于红色滤光器组与第一绿色滤光器组之间彼此相邻的红色滤光器RF与第一绿色滤光器GF1之间的宽度wf5可以不同于位于第一绿色滤光器组与蓝色滤光器组之间彼此相邻的第一绿色滤光器GF1与蓝色滤光器BF之间的宽度wf6。
所示滤光器的面积是示例并且不限于所示形式。例如，类似于图4所示的栅栏结构FS，wf5可以大于wf6。也可以按照与参考图4描述的关系相似的关系来设置重复布置的每个单元中的滤光器所占面积的比。这里，单元是指通过将滤色器阵列177除以滤光器的数量而形成的单位区域。在四单元布置中，设置在单元中的滤光器的中心与单元的中心不重合，并且如图所示有些偏离，因此，像素间距p被定义为相邻单元的中心之间的距离，而不是相邻滤光器中心之间的距离。图示的宽度wf5、wf6、wfr、wfg1、wfg2、wfb可以被设置为与像素间距p的比，例如可以被设置为等于或大于像素间距p的5％且小于40％，或者等于或大于像素间距p的10％且小于30％。
参照图21，传感器基板117包括分别面对图20的滤色器阵列177的滤光器的感光单元。
四个红色像素111分别面对图20的四个红色滤光器RF、四个第一绿色像素112分别面对图20的四个第一绿色滤光器GF1、四个第二绿色像素113分别面对图20的四个第二绿色滤光器GF2、并且四个蓝色像素114分别面对图20的四个蓝色滤光器BF。
根据面对彼此相邻设置的两个像素的滤光器的类型，隔离结构TS的宽度可以针对每个位置而不同，其中所述宽度介于这两个像素之间。如图所示，隔离结构TS可以具有多种类型的宽度wtr、wtg1、wtg2、wtb、wt3和wt4。
隔离结构TS在相邻红色像素111之间的宽度wtr、以及隔离结构TS在彼此相邻的红色像素111与第一绿色像素112之间的宽度wt3可以彼此不同。此外，隔离结构TS在相邻第一绿色像素112之间的宽度wtgl、以及隔离结构TS在彼此相邻的第一绿色像素112与蓝色像素114之间的宽度wt4可以彼此不同。此外，隔离结构TS在相邻蓝色像素114之间的宽度wtb、以及隔离结构TS在彼此相邻的蓝色像素114与第二绿色像素113之间的宽度wt4可以彼此不同。
此外，隔离结构TS在红色像素111之间的宽度wtr、隔离结构TS在第一绿色像素112之间的宽度wtg1、以及隔离结构TS在蓝色像素114之间的宽度wtb可以彼此不同。隔离结构TS在第一绿色像素112之间的宽度wtg1和隔离结构TS在第二绿色像素113之间的宽度wtg2可以相同。
隔离结构TS在彼此相邻的红色像素111与第一绿色像素112之间的宽度wt3可以不同于隔离结构TS在彼此相邻的第一绿色像素112与蓝色像素114之间的宽度wt4。隔离结构TS在彼此相邻的红色像素111与第二绿色像素113之间的宽度wt3可以不同于隔离结构TS在彼此相邻的第二绿色像素113与蓝色像素114之间的宽度wt4。
所示滤光器的面积是示例并且不限于所示形式。例如，如图5所示的隔离结构TS，所有像素可以具有相同的面积，或者类似于图8所示的隔离结构TS，wt4可以大于wt3。也可以按照与参考图8描述的关系相似的关系来设置重复布置的每个单元中的像素所占面积的比。
图19到图21中描述的图像传感器1006已经在其中像素以2×2为单位表示相同颜色的四单元布置下进行了描述，但是像素布置可以改变为其中像素以3x3为单位表示相同颜色的非单元布置，也可以改变为以不同数量为单位表示相同颜色的其他类似像素布置。也就是说，像素布置可以改变为以N×N(N为2以上的整数)为单位布置相同颜色的像素布置，并且可以设置栅栏结构FS的在相同颜色之间和在不同颜色之间的宽度和隔离结构TS的宽度以适合于这样的布置。
图22和图23是分别示出根据另一示例实施例的设置在图像传感器1007中的滤色器阵列179和传感器基板119的形状的平面图。
在设置于图像传感器1007中的滤色器阵列179的滤光器RF、GF1、GF2和BF中，作为光入射表面的截面形状(即垂直于Z方向的截面)不限于上述示例实施例中所示的矩形，并且可以具有圆形、椭圆形或具有圆角的矩形。栅栏结构FS位于滤光器RF、GF1、GF2和BF之间的整个区域，换句话说，栅栏结构FS的截面也具有与滤光器RF、GF1和GF2和BF的反向形状相对应的形状。
在图像传感器1007的传感器基板119的像素111、112、113和114中，作为光入射面的截面(即，垂直于Z方向的截面)的形状可以是圆形、椭圆形或具有圆角的矩形。类似地，隔离结构TS的截面形状也对应于像素111、112、113和114的反向形状。
这种形状是源于形成栅栏结构FS和隔离结构TS的蚀刻工艺，滤色器阵列179中的滤光器RF、GF1、GF2和BF的形状可以根据位置而略有不同，并且传感器基板119中的像素111、112、113和114的形状也可以根据位置而略有不同。
在图22和图23中，圆形和具有圆角的矩形被示为应用于滤色器阵列179和传感器基板119，但不限于图示的形状和位置，并且都可以具有相似的形状，或者根据位置可以具有其他各种形式。
类似于上述图像传感器1002、1003、1004和1004，在参考图19到图23描述的图像传感器1005和1006中还可以设置微透镜阵列180、超透镜阵列190或分色透镜阵列130和140。
图24是示意性示出根据示例实施例的包括图像传感器的电子设备ED01的框图，并且图25是示意性示出包括在图24所示的电子设备ED01中的相机模块ED 80的框图。
图24作为示例示出了包括图像传感器1000的电子设备ED01。参考图24，在网络环境ED00中，电子设备ED01可以通过第一网络ED98(例如，近场无线通信网络等)与另一电子设备ED02通信，或者可以通过第二网络ED99(远场无线通信网络等)与另一电子设备ED04和/或服务器ED08通信。电子设备ED01可以通过服务器ED08与电子设备ED04通信。电子设备ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、声音输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电源管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、订户标识模块ED96和/或天线模块ED97。可以从电子设备ED01省略一些组件(显示设备ED60等)，或者可以将其他组件添加到电子设备ED01。一些组件可以在一个集成电路中实现。例如，传感器模块ED76(指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以嵌入显示设备ED76(显示器等)中。
处理器ED20可以执行软件(程序ED40等)以控制与处理器ED20连接的电子设备ED01的一个其他组件(硬件或软件组件等)，并且可以执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器ED20可以将从其他组件(传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的指令和/或数据加载到易失性存储器ED32中，处理存储在易失性存储器ED32中的指令和/或数据，并将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。根据示例实施例，非易失性存储器ED34可以包括内部存储器ED36和/或外部存储器ED38。处理器ED20可以包括主处理器ED21(中央处理单元、应用处理器等)和可以独立操作或与主处理器ED21一起操作的辅助处理器ED23(GPU、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅助处理器ED23可以比主处理器ED21消耗更少的功率并且可以执行专门的功能。
辅助处理器ED23可以在主处理器ED21处于非活动(休眠)状态时代表主处理器ED21控制与电子设备ED01的一些组件(显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)相关的功能和/或状态，或在主处理器ED21处于活动(应用执行)状态时与主处理器ED21一起控制与电子设备ED01的一些组件相关的功能和/或状态。辅助处理器ED23(图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为其他功能相关组件(相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子设备ED01的部件(处理器ED20、传感器模块ED76等)所需的各种数据。该数据可以包括例如软件(程序ED40等)和用于与其相关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器ED30可以包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。
程序ED40可以作为软件存储在存储器ED30中，并且可以包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用ED46。
输入设备ED50可以从电子设备ED01的外部(用户等)接收要用于电子设备ED01的组件(处理器ED20等)的命令和/或数据。输入设备ED50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(触控笔等)。
音频输出设备ED55可以将音频信号输出到电子设备ED01的外部。音频输出设备ED55可以包括扬声器和/或接收器。扬声器可以用于多媒体播放或录音播放等通用用途，并且接收器可以用于接听来电。接收器可以被设置为扬声器的一部分或者可以实现为单独的设备。
显示设备ED60可以在视觉上向电子设备ED01的外部提供信息。显示设备ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪以及用于控制设备的控制电路。显示设备ED60可以包括被设置为感测触摸的触摸电路和/或被配置为测量由触摸生成的力的强度的传感器电路(压力传感器等)。
音频模块ED70可以将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获取声音，或者可以通过与电子设备ED01直接连接或无线连接的另一电子设备(电子设备ED02等)的音频输出设备ED55和/或扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块ED76可以检测电子设备ED01的工作状态(功率、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且可以生成与检测到的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块ED76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁传感器、加速度传感器、抓握传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持一种指定协议，该指定协议可以用于将电子设备ED01与其他电子设备(电子设备ED02等)直接连接或无线连接。接口ED77可以包括高清多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、安全数字(SD)卡接口和/或音频接口。
连接端子ED78可以包括连接器，电子设备ED01可以通过该连接器与其他电子设备(电子设备ED02等)物理连接。连接端子ED78可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。
触觉模块ED79可以将电信号转换为机械刺激(振动、运动等)或用户可以通过触觉或运动感觉感知的电刺激。触觉模块ED79可以包括马达、压电元件和/或电刺激设备。
相机模块ED80可以捕获静态图像和运动图像。相机模块ED80可以包括具有一个透镜的透镜组件、参考图1描述的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。图像传感器1000可以是参考图1到图5描述的图像传感器1000、根据其他示例实施例的各种图像传感器1001、1002、1003、1004、1005、1006和1007中的任何一个、或通过组合或修改图像传感器1001、1002、1003、1004、1005、1006和1007而产生的图像传感器。包括在相机模块ED80中的透镜组件可以收集来自要成像的物体的光。
电源管理模块ED88可以管理提供给电子设备ED01的电源。电源管理模块ED88可以实现为电源管理集成电路PMIC的一部分。
电池ED89可以为电子设备ED01的组件供电。电池ED89可以包括不可充电的一次电池、可充电的二次电池和/或燃料电池。
通信模块ED90可以支持在电子设备ED01与其他电子设备(电子设备ED02、电子设备ED04、服务器ED08等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并且通过已建立的通信信道进行通信。通信模块ED90独立于处理器ED20(应用处理器等)操作，并且可以包括一个支持直接通信和/或无线通信的通信处理器。通信模块ED90可以包括无线通信模块ED92(蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)等)和/或有线通信模块ED94(局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。这些通信模块中的对应通信模块可以通过第一网络ED98(局域网，诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA))或第二网络ED99(电信网络，诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等))与其他电子设备通信。这些各种类型的通信模块可以集成到单个组件(单个芯片等)中，或者可以实现为多个单独的组件(多个芯片)。无线通信模块ED92可以使用存储在订户标识模块ED96中的订户信息(国际移动订户标识符(IMSI)等)来在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99的通信网络中识别和认证电子设备ED01。
天线模块ED97可以向外部(其他电子设备等)发送和/或从外部(其他电子设备等)接收信号和/或电力。天线可以包括由形成在基板(PCB等)上的导电图案制成的辐射器。天线模块ED97可以包括一个这样的天线。当天线模块ED97中包括多个天线时，通信模块ED90可以从多个天线中选择适合于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99的通信网络中使用的通信方法的天线。可以通过所选天线在通信模块ED90和其他电子设备之间发送或接收信号和/或电力。除了天线之外的其他组件(RFIC等)也可以作为天线模块ED97的一部分。
一些组件可以彼此连接并在外围设备(总线、通用输入输出(GPIO)、串行外设接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之间通过通信方法交换信号(命令、数据等)。
可以通过与第二网络ED99连接的服务器ED08在电子设备ED01与诸如电子设备ED04的外部设备之间发送或接收命令或数据。其他电子设备ED02和ED04可以与电子设备ED01相同或不同。电子设备ED01的全部或部分操作可以由其他电子设备ED02、ED04和ED08之一执行。例如，当电子设备ED01需要执行某些功能或服务时，电子设备ED01可以请求其他电子设备执行部分或全部功能或服务，而不是直接执行这些功能或服务。接收到该请求的其他电子设备可以执行与该请求相关的附加功能或服务，并且可以将执行结果传送给电子设备ED01。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。
参照图25，相机模块ED80可以包括透镜组件1110、闪光灯1120、图像传感器1000(参照图1所示的图像传感器1000等)、图像稳定器1140、存储器1150(缓冲存储器等)和/或图像信号处理器1160。透镜组件1110可以收集来自要成像的物体的光。相机模块ED80可以包括多个透镜组件1110，在这种情况下，相机模块ED80可以是双摄像头、360度摄像头或球面摄像头。多个透镜组件1110中的一些透镜组件可以具有相同的透镜属性(视场、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)或不同的透镜属性。每个透镜组件1110可以包括广角透镜或长焦透镜。
闪光灯1120可以发射光，其用于增强从物体发射或反射的光。闪光灯1120可以包括一个发光二极管(红绿蓝(RGB)LED、白光LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙灯。
图像传感器1000可以是参考图1到图5描述的图像传感器1000、根据其他各种示例实施例的各种图像传感器1001、1002、1003、1004、1005、1006和1007中的任何一个图像传感器、或通过组合或修改图像传感器1001、1002、1003、1004、1005、1006和1007而生成的图像传感器。图像传感器1000可以通过接收从物体输出或反射并透射通过透镜组件1110的光，并将光转换成电信号来获取物体的图像。图像传感器1000可以包括从具有不同特性的图像传感器中选择的一个传感器，诸如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器。包括在图像传感器1000中的每个传感器可以被设置为CCD传感器和/或CMOS传感器。
图像稳定器1140可以响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子设备ED01的移动而在特定方向上移动包括在透镜组件1110或图像传感器1000中的一个透镜，或者可以控制图像传感器1000的操作特性(读取定时的调整等)，以补偿由移动引起的负面影响。图像稳定器1140可以通过使用布置在相机模块ED80内部或外部的陀螺传感器或加速度传感器来检测相机模块ED80或电子设备ED01的移动。图像稳定器1140可以是光学图像稳定器。
在存储器1150中，可以存储通过图像传感器1000获取的部分或全部数据以用于下一图像处理操作。例如，当以高速获取多个图像时，获取的原始数据(拜耳模式数据、高分辨率数据等)可以存储在存储器1150中并且可以仅显示低分辨率图像。然后，可以将所选图像(用户选择等)的原始数据传送到图像信号处理器1160。存储器1150可以被集成到电子设备ED01的存储器ED30中，或者可以被配置为可以独立操作的单独的存储器。
图像信号处理器1160可以对通过图像传感器1000获取的图像或存储在存储器1150中的图像数据执行一个图像处理。此外，一个图像处理可能包括深度图生成、三维建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器1160可以控制(曝光时间控制、读出定时控制等)包括在相机模块ED80中的组件(图像传感器1000等)。由图像信号处理器1160处理的图像可以再次存储在存储器1150中用于附加处理，或者可以提供给相机模块ED80的外部组件(存储器ED30、显示设备ED60、电子设备ED02、电子设备ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器1160可以集成到处理器ED20中或者可以被配置为独立于处理器ED20操作的单独处理器。当图像信号处理器1160与处理器ED20分开设置时，由图像信号处理器1160处理的图像可以在由处理器ED20进一步处理之后显示在显示设备ED60上。
电子设备ED01可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块ED80。在这种情况下，多个相机模块ED80中的一个相机模块ED80可以是广角相机，并且多个相机模块ED80中的另一相机模块ED80可以是长焦相机。类似地，多个相机模块ED80中的一个相机模块ED80可以是前置相机，并且多个相机模块ED80中的另一相机模块ED80可以是后置相机。
根据示例实施例，图像传感器1000可以应用于手机或智能手机、平板电脑或智能平板电脑、数码相机或摄像机、膝上型电脑、电视机或智能电视等。例如，智能手机或平板电脑可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机上安装有高分辨率图像传感器。高分辨率相机可以用于提取图像中物体的深度信息、调整图像的失焦或自动识别图像中的物体。
此外，图像传感器1000可以应用于智能冰箱、安全摄像头、机器人、医疗相机等。例如，智能冰箱可以通过使用图像传感器1000自动识别智能冰箱中的食物，并且可以通过智能手机告知用户智能冰箱中是否包含特定食物、放入或取出智能冰箱的食物类型等。由于安全相机的高灵敏度，安全相机可以提供超高分辨率图像并且即使在黑暗环境中也可以识别超高分辨率图像中的物体或人。机器人可以会被送到人类无法直接到达的灾难或工业现场，并且可以提供高分辨率图像。医用相机可以为诊断或手术提供高分辨率图像，并且可以具有动态可调节的视野。
此外，图像传感器1000可以应用于车辆。车辆可以包括布置在不同位置的多个车载相机。根据示例实施例，每个车载相机可以包括图像传感器1000。车辆可以使用车载相机向驾驶员提供关于车辆内部或周围环境的各种信息，并且可以通过自动识别图像中的物体或人来提供自动驾驶所需的信息。
尽管已经参照附图根据示例实施例描述了包括分色透镜阵列的图像传感器和包括图像传感器的电子设备，但是这些仅仅是示例，并且本领域的普通技术人员将理解，可以在其中进行各种修改和其他示例实施例。因此，示例实施例应该视为仅是描述性的而不是为了限制的目的。本公开的范围不限于上述示例实施例，而是应由所附权利要求及其等同物来定义。
尽管已经参照附图根据示例实施例描述了包括分色透镜阵列的图像传感器和包括图像传感器的电子设备，但是这些仅仅是示例，并且本领域的普通技术人员将理解，可以在其中进行各种修改和其他示例实施例。因此，示例实施例应该视为仅是描述性的而不是为了限制的目的。本公开的范围不限于上述示例实施例，而是应由所附权利要求及其等同物来定义。
上述图像传感器可以将其宽度是针对每个像素进行调整的隔离结构应用于滤色器阵列和/或传感器基板，因此可以减少相邻单元之间的串扰。
应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。虽然已参考附图描述了一个示例实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (15)

1.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括被配置为感测光的多个感光单元；以及
滤色器阵列，设置在所述传感器基板上，所述滤色器阵列包括：
多个滤光器，设置为分别面对所述多个感光单元以过滤不同波长的光；以及
栅栏结构，被配置为将所述多个滤光器彼此分离，
其中，所述栅栏结构介于所述多个滤光器中的两个相邻滤光器之间的宽度根据所述两个相邻滤光器中的每个滤光器的特性而具有多个不同的值，以及
其中，多个值中的最大值与最小值之间的差值等于或大于20nm。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个滤光器包括以拜耳图案布置的红色滤光器、第一绿色滤光器、第二绿色滤光器和蓝色滤光器。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述栅栏结构具有在所述红色滤光器与所述第一绿色滤光器之间的第一宽度以及在所述第一绿色滤光器与所述蓝色滤光器之间的第二宽度，所述第一宽度大于所述第二宽度。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述栅栏结构具有在所述红色滤光器与所述第二绿色滤光器之间的第三宽度以及在所述第二绿色滤光器与所述蓝色滤光器之间的第四宽度，所述第三宽度大于所述第四宽度。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中，多个像素中彼此相邻的像素的中心之间的距离等于或小于0.6μm，以及
其中，所述栅栏结构具有在50nm到200nm范围内的两个宽度。
6.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一绿色滤光器和所述第二绿色滤光器具有第一面积，所述第一面积小于所述蓝色滤光器的第二面积且大于所述红色滤光器的第三面积。
7.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述传感器基板包括隔离结构，所述隔离结构被配置为将所述多个感光单元电分离并被布置为与所述栅栏结构相对应。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述隔离结构的宽度根据面对两个相邻感光单元的滤光器的类型而变化，所述隔离结构介于所述两个相邻感光单元之间。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，
其中，所述多个感光单元包括分别面对所述红色滤光器、所述第一绿色滤光器、所述第二绿色滤光器和所述蓝色滤光器的红色像素、第一绿色像素、第二绿色像素和蓝色像素，以及
其中，所述隔离结构在所述红色像素与所述第一绿色像素之间的第一宽度小于所述隔离结构在所述第一绿色像素与所述蓝色像素之间的第二宽度。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述隔离结构在所述红色像素与所述第二绿色像素之间的第三宽度小于所述隔离结构在所述第二绿色像素与所述蓝色像素之间的第四宽度。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，
其中，所述第一绿色滤光器和所述第二绿色滤光器具有第一面积，所述第一面积大于所述红色像素的第二面积，以及
其中，所述红色像素的所述第二面积大于所述蓝色像素的第三面积。
12.根据权利要求8所述的图像传感器，
其中，多个像素中彼此相邻的像素的中心之间的距离等于或小于0.6μm，以及
其中，所述隔离结构具有在50nm到180nm范围内的两个宽度。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个滤光器包括：
红色滤光器组，包括四个红色滤光器；
第一绿色滤光器组，包括四个第一绿色滤光器；
第二绿色滤光器组，包括四个第二绿色滤光器；以及
蓝色滤光器组，包括四个蓝色滤光器，以及
其中，所述红色滤光器组、所述第一绿色滤光器组、所述第二绿色滤光器组和所述蓝色滤光器组以拜耳图案布置。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述栅栏结构在相同颜色的滤光器之间的宽度不同于所述栅栏结构在不同颜色的滤光器之间的宽度。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述栅栏结构在两个或更多个滤光器组中的相同颜色的滤光器之间的宽度彼此不同。
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