CN116978916A - 光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备 - Google Patents

光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN116978916A
CN116978916A CN202310370066.9A CN202310370066A CN116978916A CN 116978916 A CN116978916 A CN 116978916A CN 202310370066 A CN202310370066 A CN 202310370066A CN 116978916 A CN116978916 A CN 116978916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter
cavities
band
filters
array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310370066.9A
Other languages
English (en)
Inventor
金孝哲
卢永瑾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020220163414A external-priority patent/KR20230153907A/ko
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN116978916A publication Critical patent/CN116978916A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

提供了一种光谱滤波器、以及均包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备。光谱滤波器包括多个第一滤波器阵列，多个第一滤波器阵列分别包括多个波段滤波器和设置在多个第一滤波器阵列上的多个第二滤波器阵列。每个第二滤波器阵列包括多个单元滤波器。多个单元滤波器包括：第一反射板；第二反射板，设置在第一反射板的上方；以及多个空腔，设置在第一反射板和第二板之间，并且每个空腔具有不同波段的中心波长。多个空腔中的每个空腔包括：下空腔层；上空腔层；以及中间光吸收层，设置在下空腔层和上空腔层之间。多个波段滤波器中的每个波段滤波器被配置为透射特定波段中的光，并且多个空腔中的两个或更多个空腔被配置为具有相同的有效折射率。

Description

光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2022年4月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0053812和于2022年11月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0163414的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和包括该光谱滤波器的电子设备。
背景技术
相关技术的图像传感器将波长段分为三个部分，即，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。然而，为了提高颜色表达准确性和物体识别性能，需要开发具有被配置为将波长段划分为多于三个RGB部分的光谱滤波器的图像传感器。相关技术的光谱滤波器已经用于包括庞大且复杂的光学元件部件的专用相机。因此，正在进行关于具有集成在半导体芯片上的光谱滤波器的图像传感器的技术的研究和开发。
发明内容
提供了一种光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和包括该光谱滤波器的电子设备。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，并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来获知。
根据本公开的一方面，提供了一种光谱滤波器，包括：多个第一滤波器阵列，多个第一滤波器阵列中的每个第一滤波器阵列包括多个波段滤波器；以及多个第二滤波器阵列，设置在多个第一滤波器阵列上，多个第二滤波器阵列中的每个第二滤波器阵列包括与多个波段滤波器相对应的多个单元滤波器；其中，多个单元滤波器可以包括：第一反射板；第二反射板，与第一反射板间隔开；以及多个空腔，设置在第一反射板和第二反射板之间，多个空腔中的每个空腔具有多个波长段中的不同波长段的中心波长，其中，多个空腔中的每个空腔可以包括：下空腔层；上空腔层；以及中间光吸收层，设置在下空腔层和上空腔层之间，其中，多个波段滤波器中的每个波段滤波器被配置为透射多个波长段中的相应的波长段中的光，并且其中，多个空腔中的两个或更多个空腔被配置为具有相同的有效折射率。
多个空腔中的每个空腔可以被配置为具有在约400nm至约700nm的波长范围内的不同波长段的中心波长。
多个空腔中的每个空腔可以具有约100nm至约2，000nm的厚度。
中间光吸收层可以被配置为吸收由下空腔层和上空腔层的组合产生的多个中心波长中的特定中心波长。
中间光吸收层可以位于多个空腔中的每个空腔的中间高度处。
中间光吸收层可以包括被配置为吸收可见光波段中的光的金属材料或介电材料。
中间光吸收层可以具有约5nm至约80nm的厚度。
第一滤波器阵列中的至少一个第一滤波器阵列可以包括彩色滤波器阵列或宽带滤波器阵列。
多个空腔可以具有相同的厚度。
多个空腔中的两个或更多个空腔可以具有相同的介电图案。
可以通过组合第一滤波器阵列之一的多个波段滤波器中的一个或多个波段滤波器以及第二滤波器阵列之一的多个单元滤波器中的一个或多个单元滤波器来配置具有N个通道的通道阵列，并且当不同类型的波段滤波器的数量为A时，具有不同的有效折射率的空腔的数量N’满足N/A≤N’＜N。
第一反射板和第二反射板中的每个反射板可以包括金属反射板或布拉格(Bragg)反射板。
多个单元滤波器中具有相同的中心波长的两个或更多个单元滤波器被配置为使得多个空腔的有效折射率可以根据两个或更多个单元滤波器的位置而改变，从而补偿由入射光的主光线角(CRA)的变化引起的中心波长偏移。
光谱滤波器可以包括设置在中间光吸收层上的蚀刻停止层。
根据本公开的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：像素阵列，包括多个像素；以及光谱滤波器，设置在像素阵列上，其中，光谱滤波器可以包括：多个第一滤波器阵列，多个第一滤波器阵列中的每个第一滤波器阵列包括多个波段滤波器；以及多个第二滤波器阵列，设置在多个第一滤波器阵列上，多个第二滤波器阵列中的每个第二滤波器阵列包括与多个波段滤波器相对应的多个单元滤波器；其中，多个单元滤波器可以包括：第一反射板；第二反射板，与第一反射板间隔开；以及多个空腔，设置在第一反射板和第二反射板之间，多个空腔中的每个空腔具有多个波长段中的不同波长段的中心波长，其中，多个空腔中的每个空腔可以包括：下空腔层；上空腔层；以及中间光吸收层，设置在下空腔层和上空腔层之间，其中，多个波段滤波器中的每个波段滤波器被配置为透射多个波长段中的相应的波长段中的光，并且其中，多个空腔中的两个或更多个空腔被配置为具有相同的有效折射率。
根据本公开的另一方面，提供了一种光谱滤波器，包括：多个波段滤波器，设置在第一层上；以及多个单元滤波器，设置在第二层上，多个单元滤波器对应于多个波段滤波器；其中，多个单元滤波器可以包括：第一反射板；第二反射板，与第一反射板间隔开；以及多个空腔，设置在第一反射板和第二反射板之间，多个空腔中的每个空腔具有多个波长段中的第一波长段的第一中心波长和第二波长段的第二中心波长，其中，多个空腔中的每个空腔可以包括：下空腔层；上空腔层；以及中间光吸收层，设置在下空腔层和上空腔层之间，其中，多个波段滤波器可以包括：第一波段滤波器，被配置为透射第一波长段中的光；以及第二波段滤波器，被配置为透射第二波长段中的光。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的某些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是根据示例实施例的图像传感器的示意性截面图；
图2是根据示例实施例的光谱滤波器的平面图；
图3A是示出了图2所示的光谱滤波器的第一滤波器阵列的平面图；
图3B是示出了图2所示的光谱滤波器的第二滤波器阵列的平面图；
图4是根据示例实施例的光谱滤波器的截面图；
图5A至图5D示出了可以应用于图4所示的下空腔层或上空腔层的介电图案的示例；
图6A至图6B示出了可以应用于图4所示的下空腔层或上空腔层的介电图案的另一示例；
图7A示出了包括设置在反射板之间的SiO2空腔的单元滤波器；
图7B示出了包括位于反射板之间的SiO2下空腔层、中间光吸收层和SiO2上空腔层的单元滤波器；
图8是示出了图7A所示的单元滤波器的透射光谱和图7B所示的单元滤波器的透射光谱的仿真结果；
图9是示出了根据图7B所示的单元滤波器中的反射板的金属材料的透射光谱的仿真结果；
图10A和图10B示出了根据示例实施例的可以应用于光谱滤波器的第一滤波器阵列和第二滤波器阵列的示例；
图11是示出了仅透射穿过图10B所示的第二滤波器阵列的光的透射光谱的仿真结果；
图12是示出了透射穿过图10A和图10B所示的第一滤波器阵列和第二滤波器阵列的光的透射光谱的仿真结果；
图13是根据另一示例实施例的光谱滤波器的截面图；
图14示出了根据示例实施例的可以应用于光谱滤波器的第一滤波器阵列的宽带滤波器的示例；
图15示出了根据示例实施例的可以应用于光谱滤波器的第一滤波器阵列的宽带滤波器的另一示例；
图16是根据另一示例实施例的光谱滤波器的截面图；
图17是根据另一示例实施例的光谱滤波器的截面图；
图18是根据另一示例实施例的光谱滤波器的截面图；
图19是示出了根据示例实施例的设置在光谱滤波器中不同位置处的单元滤波器的平面图；
图20是沿图19的线II-II’截取的截面图；
图21是根据另一示例实施例的光谱滤波器的截面图；
图22是根据示例实施例的图像传感器的框图；
图23是根据一些实施例的包括图像传感器的电子设备的示意性框图；
图24是图23的相机模块的示意性框图；
图25是示出了包括具有不同属性的多个图像传感器的复合相机模块的示意性结构的框图；以及
图26A至图26E和图27A至图27E是应用根据一些实施例的图像传感器的电子设备的各种示例的图。
具体实施方式
现在详细参照实施例，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，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述的描述。因此，下面仅通过参照附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项的任何和所有组合。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。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应当被理解为仅包括a、仅包括b、仅包括c、包括a和b两者、包括a和c两者、包括b和c两者、或包括a、b和c的全部。
在下文中，将参照附图来详细描述实施例。附图中相似的附图标记表示相似的元件，并且为了描述的清楚和方便，附图中每个元件的尺寸可以被夸大。同时，以下描述的实施例仅仅是示例，并且可以根据这些实施例进行各种修改。
在下文中，所描述的“上方”或“上”可以包括接触的正上方、正下方、左和右，以及非接触的上方、下方、左和右。除非上下文另有明确指示，否则单数形式也旨在包括复数形式。此外，当一个部分“包括”任一元件时，意味着该部分还可以包括其他元件，而不是排除其他元件，除非另有说明。
术语“该”和类似的指示性术语可以以单数和复数形式两者使用。如果没有明确描述构成方法的步骤的顺序或者没有对其的相反描述，这些步骤可以按照适当的顺序执行，并不限于所描述的顺序。
另外，本文描述的术语“……单元”、“模块”等是指处理至少一个功能或操作的单元，可以实现为硬件或软件，或者可以实现为硬件和软件的组合。
附图中所示的元件之间的线路或连接构件的连接是功能连接和/或物理连接或电路连接的说明，并且可以在实际设备中被替换，或者可以被表示为附加的各种功能连接、物理连接或电路连接。
所有示例或示例术语的使用仅仅是为了详细描述技术构思，并且其范围不受这些示例或示例术语的限制，除非受到权利要求的限制。
图1是根据示例实施例的图像传感器1000的示意性截面图。图1的图像传感器1000可以包括例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。然而，本公开不限于此，并且因此，图像传感器1000可以包括根据其他示例实施例的其他类型的图像传感器。
参照图1，图像传感器1000可以包括像素阵列65和布置在像素阵列65上的谐振器结构80。像素阵列65可以包括以二维(2D)形式布置的多个像素，并且谐振器结构80可以包括与多个像素相对应地布置的多个谐振器。图1示出了像素阵列65包括四个像素，并且谐振器结构80包括四个谐振器的情况。
像素阵列65的每个像素可以包括作为光电转换元件的光电二极管62和驱动光电二极管62的驱动电路52。根据示例实施例，光电二极管62可以设置在半导体衬底61中。例如，光电二极管62可以掩埋或嵌入在半导体衬底61中。半导体衬底61例如可以是硅衬底。然而，本公开不限于此。根据示例实施例，布线层51可以布置在半导体衬底61的下表面61a上，并且驱动电路52可以布置在布线层51中。根据示例实施例，驱动电路52可以包括电子组件，诸如金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)。
包括多个谐振器的谐振器结构80可以布置在半导体衬底61上方。每个谐振器可以布置为透射特定期望波长区域的光。每个谐振器可以包括彼此间隔开的第一反射层81和第二反射层82，以及布置在第一反射层81和第二反射层82之间的空腔83a、83b、83c和83d。例如，第一反射层81与第二反射层82间隔开，并且空腔可以设置在第一反射层81和第二反射层82之间。空腔可以包括第一空腔83a、第二空腔83b、第三空腔83c和第四空腔83d。第一反射层81和第二反射层82中的每个反射层可以包括例如金属反射层或布拉格反射层。第一空腔83a、第二空腔83b、第三空腔83c和第四空腔83d中的每个空腔可以布置为引起特定期望波长区域的光的共振。然而，本公开不限于此，并且因此，根据各种示例实施例，可以设置不同数量的空腔。
根据示例实施例，第一功能层71可以布置在半导体衬底61的上表面61b和谐振器结构80之间。第一功能层71可以提高穿过谐振器结构80并朝向光电二极管62入射的光的透射率。为此，第一功能层71可以包括介电层或具有调整的折射率的介电图案。
根据示例实施例，第二功能层72可以布置在谐振器结构80的上表面上。第二功能层72可以提高朝向谐振器结构80入射的光的透射率。为此，第二功能层72可以包括介电层或具有调整的折射率的介电图案。根据示例实施例，第三功能层90还可以布置在第二功能层72的上表面上。第三功能层90可以包括例如抗反射层、聚光透镜、彩色滤波器、短波长吸收滤波器、长波长截止滤波器等。然而这仅是示例。
根据示例实施例，第一功能层71、第二功能层72和第三功能层90中的至少一个可以与谐振器结构80一起构成下面描述的光谱滤波器。
图2是根据示例实施例的光谱滤波器1100的示例的平面图。
参照图2，光谱滤波器1100包括多个第一滤波器阵列1110和多个第二滤波器阵列1120。图2示出了以4×4阵列布置的16个第一滤波器阵列1110和以4×4阵列布置的16个第二滤波器阵列1120的示例。图2示出了多个第二滤波器阵列1120分别设置在多个第一滤波器阵列1110下方。然而，本发明不限于此，并且多个第二滤波器阵列1120可以分别设置在多个第一滤波器阵列1110上方。图3A是示出了图2所示的第一滤波器阵列1110的平面图。
参照图3A，第一滤波器阵列1110可以包括以2D形式布置的多个波段滤波器C1至C16。图3A示出了第一滤波器阵列1110包括以4×4阵列布置的16个波段滤波器C1至C16。然而，本公开不限于此，并且波段滤波器可以以各种形式布置。例如，第一滤波器阵列1110可以包括以3×3阵列布置的9个波段滤波器。
第一滤波器阵列1110的波段滤波器C1至C16中的每个波段滤波器可以透射特定波段中的光。例如，第一滤波器阵列1110可以是包括红色滤波器、绿色滤波器和蓝色滤波器的彩色滤波器阵列。在这种情况下，构成第一滤波器阵列1110的波段滤波器C1至C16可以具有三种类型。具体的，波段滤波器C1至C16中的一些波段滤波器可以是红色滤波器，其他波段滤波器可以是绿色滤波器，并且其余波段滤波器可以是蓝色滤波器。红色滤波器可以透射具有约600nm至约700nm的波长段的红光，绿色滤波器可以透射具有约500nm至约600nm的波长段的绿光，并且蓝色滤波器可以透射具有约400nm至约500nm的波长段的蓝光。例如，通常应用于诸如液晶显示设备或有机发光显示设备之类的彩色显示设备的彩色滤波器阵列可以用作包括红色滤波器、绿色滤波器和蓝色滤波器的彩色滤波器阵列。同时，第一滤波器阵列1110可以是宽带滤波器阵列。在这种情况下，第一滤波器阵列1110的波段滤波器C1至C16中的每个波段滤波器可以具有约50nm至约150nm的半峰全宽(FWHM)。
图3B是示出了设置在图3B所示的第一滤波器阵列1110上的第二滤波器阵列1120的平面图。
参照图3B，第二滤波器阵列1120可以包括以2D形式布置的多个单元滤波器F1至F16。这里，多个单元滤波器F1至F16可以与多个波段滤波器C1至C16一一对应地设置。图3B示出了16个单元滤波器F1至F16，其中，第二滤波器阵列1120以4×4阵列布置。然而，本公开不限于此，并且波段滤波器可以以各种形式布置。例如，第二滤波器阵列1120可以包括以3×3阵列布置的9个单元滤波器。每个单元滤波器F1至F16的尺寸S可以是例如约0.4μm至约100μm，但不限于此。
构成第二滤波器阵列1120的单元滤波器F1至F16中的每个单元滤波器可以具有可见光波长区域(例如，约400nm至约700nm的波段)内的不同波段的中心波长。
可以通过组合图3A所示的第一滤波器阵列1110的波段滤波器C1至C16和图3B所示的第二滤波器阵列1120的单元滤波器F1至F16来配置包括16个通道的通道阵列，并且可以通过这些通道输出具有不同中心波长的光。
图4是根据示例实施例的光谱滤波器1100的截面图。
参照图4，光谱滤波器1100包括第一滤波器阵列1110和设置在第一滤波器阵列1110上的第二滤波器阵列1120。根据示例实施例，图4示出了第二滤波器阵列1120设置在第一滤波器阵列1110下方。然而，本公开不限于此，并且因此，根据另一示例实施例，第二滤波器阵列1120可以设置在第一滤波器阵列1110上方。根据示例实施例，第二滤波器阵列1120和第一滤波器阵列1110可以彼此相邻。第一滤波器阵列1110包括以2D形式布置的多个波段滤波器191、192、193和194。图4示出了构成第一滤波器阵列1110的四个波段滤波器，包括第一波段滤波器191、第二波段滤波器192、第三波段滤波器193和第四波段滤波器194。第一滤波器阵列1110例如可以是彩色滤波器阵列。图4示出了第一波段滤波器191可以是红色(RC)滤波器，第二波段滤波器192可以是绿色(GC)滤波器，第三波段滤波器193可以是蓝色(BC)滤波器，并且第四波段滤波器194可以是红色(RC)滤波器。然而，本公开不限于此，并且因此，根据另一示例实施例，波段滤波器的数量和/或波段滤波器的布置可以与图4中的图示不同。
第二滤波器阵列1120包括与多个波段滤波器191、192、193和194一一对应的多个单元滤波器111、112、113和114。图4示出了构成第二滤波器阵列1120的四个单元滤波器，包括第一单元滤波器111、第二单元滤波器112、第三单元滤波器113和第四单元滤波器114。然而，本公开不限于此，并且因此，根据另一示例实施例，单元滤波器的数量和/或单元滤波器的布置可以与图4中的图示不同。
第一单元滤波器111、第二单元滤波器112、第三单元滤波器113和第四单元滤波器114中的每个单元滤波器可以具有可见光区域(约400nm至约700nm的波长区域)内的不同波段的中心波长。例如，第一单元滤波器111、第二单元滤波器112、第三单元滤波器113和第四单元滤波器114中的每个单元滤波器可以具有红光波段的中心波长、绿光波段的中心波长和蓝光波段的中心波长。
像素阵列4100可以设置在第二滤波器阵列1120下方。像素阵列4100包括与多个单元滤波器111、112、113和114一一对应的多个像素101、102、103和104。图4示出了多个像素可以包括构成像素阵列4100的第一像素101、第二像素102、第三像素103和第四像素104。
钝化层150可以设置在第二滤波器阵列1120和像素阵列4100之间。钝化层150可以设置为保护像素阵列4100。钝化层150可以包括例如氧化铪、氧化硅或氮化硅，但不限于此。
根据示例实施例，第一单元滤波器111、第二单元滤波器112、第三单元滤波器113和第四单元滤波器114可以包括彼此间隔开的第一反射板131和第二反射板132，以及设置在第一反射板131和第二反射板132之间的第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124。这里，第一反射板131和第二反射板132中的每个反射板可以独立地包括金属反射板或布拉格反射板。金属反射板可以包括例如Al、Ag、Au、Cu、Ti、W或TiN。布拉格反射板可以是分布式布拉格反射器(DBR)，其具有交替地堆叠具有不同折射率的两种或更多种电介质的结构。
第一反射板131和第二反射板132可以由相同材料或不同材料制成。例如，第一反射板131可以包括布拉格反射板，并且第二反射板132可以包括金属反射板。然而，这仅仅是示例。
第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124设置在第一反射板131和第二反射板132之间。这里，第一空腔121、第二空腔122、第三空腔123和第四空腔124都可以具有相同的厚度。空腔121、122、123和124中的每个空腔可以具有可见光区域(约400nm至约700nm的波长范围)内的不同波段(例如，红光波段、绿光波段和蓝光波段)的中心波长。为此，空腔121、122、123和124中的每个空腔可以具有约100nm至约2000nm的厚度。例如，空腔121、122、123和124中的每个空腔可以具有约200nm至约1000nm的厚度。
空腔121、122、123、124可以分别包括下空腔层121’、122’、123’和124’、上空腔层121”、122”、123”和124”、以及设置在下空腔层121’、122’、123’和124’与上空腔层121”、122”、123”和124”之间的中间光吸收层125。这里，下空腔层121’、122’、123’和124’和上空腔层121”、122”、123”和124”可以具有基本相同的厚度。例如，根据示例实施例，下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”可以具有相同的厚度。因此，中间光吸收层125可以位于空腔121、122、123和124的中间高度处。然而，本公开不限于此，并且因此，根据另一示例实施例，下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”可以具有不同的厚度。
根据示例实施例，第一空腔121可以包括第一下空腔层121’、中间光吸收层125和第一上空腔层121”，第二空腔122可以包括第二下空腔层122”、中间光吸收层125和第二上空腔层122”，第三空腔123可以包括第三下空腔层123’、中间光吸收层125和第三上空腔层123”，并且第四空腔124可以包括第四下空腔层124’、中间光吸收层125和第四上空腔层124”。
空腔121、122、123和124可以被配置为具有可见光区域(例如，约400nm至约700nm的波长区域)内的不同波段的中心波长。例如，空腔121、122、123和124中的每个空腔可以具有红光波段的中心波长、绿光波段的中心波长和蓝光波段的中心波长。然而，这仅是示例。
下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”可以具有相同的介电图案。下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”中的每个空腔层可以包括第一电介质126a和设置在第一电介质126a中并形成图案的第二电介质126b。这里，第二电介质126b的折射率可以与第一电介质126a的折射率不同。根据示例实施例，第一电介质126a可以包括氧化硅，并且第二电介质126b可以包括氧化钛。然而，本公开不限于此，并且因此，根据另一示例实施例，第一电介质126a可以包括其他材料。介电图案可以根据下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”中的每个空腔层的图案尺寸或图案形状而改变，并且相应地，可以调整空腔121、122、123和124中的每个空腔的有效折射率。
图5A至图5D示出了可以应用于图4所示的下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”的介电图案。另外，图6A至6B示出了可以应用于图4所示的下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”的其他介电图案。
下空腔层121’、122’、123’和124’及其上的上空腔层121”、122”、123”和124”可以通过具有相同的介电图案而具有基本相同的有效折射率。例如，下空腔层121’、122’、123’和124’的有效折射率与上空腔层121”、122”、123”和124”的有效折射率可以具有约10％以内的差异。
下空腔层121’、122’、123’和124’及其上的上空腔层121”、122”、123”和124”可以具有基本相同的厚度。例如，下空腔层121’、122’、123’和124’的厚度与上空腔层121”、122”、123”和124”的厚度可以具有约10％以内的差异。
设置在下空腔层121’、122’、123’和124’与上空腔层121”、122”、123”和124”之间的中间光吸收层125可以被配置为吸收和去除特定的中心波长。具体地，中间光吸收层125可以吸收和去除由下空腔层121’、122’、123’和124’以及上空腔层121”、122”、123”和124”的组合产生的两层或更多层的特定中心波长。
中间光吸收层125可以具有约5nm至约80nm的厚度。然而，本公开不限于此。中间光吸收层125可以包括例如金属材料，该金属材料包括Ag、Au、Al、W、Ti或TiN。另外，中间光吸收层125可以包括具有可见光波段的高光吸收率的介电材料(例如，Si)。
基于中间光吸收层125，空腔121、122、123和124可以具有不同波段内的中心波长，并且针对每个波段可以具有一个中心波长。例如，空腔121、122、123和124可以具有三个中心波长，即，红光波段的中心波长、绿光波段的中心波长和蓝光波段的中心波长。
图7A示出了包括设置在反射板31和反射板32之间的SiO2空腔10的单元滤波器11，并且图7B示出了包括位于反射板31和反射板32之间的SiO2下空腔层10a、中间光吸收层15和SiO2上空腔层10b的单元滤波器12。图7B所示的SiO2下空腔层10a和SiO2上空腔层10b的厚度之和与图7A所示的SiO2空腔10的厚度相同。
图8示出了图7A所示的单元滤波器11的透射光谱和图7B所示的单元滤波器12的透射光谱。这里，“A”表示图7A所示的单元滤波器11的透射光谱，并且“B”和“C”表示图7B所示的单元滤波器12的透射光谱。此外，“B”指示使用厚度为20nm的Ti作为中间光吸收层15的情况，并且“C”指示使用厚度为40nm的Ti作为中间光吸收层15的情况。
参照图8，图7A所示的单元滤波器11具有约400nm至约700nm的波长段内的不同的中心波长，并且图7B所示的单元滤波器12具有图7A所示的单元滤波器11的中心波长中的除了中心波长P1和P2的中心波长。由此可见，在图7B所示的单元滤波器12中，设置在SiO2下空腔层10a和SiO2上空腔层10b之间的中间光吸收层15吸收并去除了图7A所示的单元滤波器11的中心波长P1和P2。另外，可以看出，图7B所示的单元滤波器12具有红光波段的中心波长、绿光波段的中心波长和蓝光波段的中心波长。
图9示出了根据图7B所示的单元滤波器12中的中间光吸收层15的材料的透射光谱。在图9中，“D”指示使用厚度为40nm的Ag作为中间光吸收层15的情况，“E”指示使用厚度为12nm的Al作为中间光吸收层15的情况，并且“F”指示使用厚度为20nm的Ti作为中间光吸收层15的情况。
在根据示例实施例的光谱滤波器1100中，第一滤波器阵列1110的波段滤波器191、192、193和194中的每个波段滤波器可以透射特定波段的光，并且第二滤波器阵列1120的单元滤波器111、112、113和114中的每个单元滤波器可以具有不同波段的中心波长。因此，包括波段滤波器191、192、193和194和单元滤波器111、112、113和114的组合的通道可以具有与约400nm至约700nm的波长段中的通道一一对应的不同的中心波长。例如，在单元滤波器111、112、113和114中的每个单元滤波器具有红光波段的中心波长、绿光波段的中心波长和蓝光波段的中心波长的情况下，当作为红色滤波器RC的第一波段滤波器191设置在第一单元滤波器111上方时，包括第一波段滤波器191和第一单元滤波器111的组合的第一通道可以具有红光波段的中心波长。另外，当作为绿色滤波器GC的第二波段滤波器192设置在第二单元滤波器112上方时，包括第二波段滤波器192和第二单元滤波器112的组合的第二通道可以具有绿光波段的中心波长。另外，当作为蓝色滤波器BC的第三波段滤波器193设置在第三单元滤波器113上方时，包括第三波段滤波器193和第三单元滤波器113的组合的第三通道可以具有蓝光波段的中心波长。
构成第二滤波器阵列1120的单元滤波器(例如，图3B的F1至F16)的两个或更多个空腔可以根据构成第一滤波器阵列1110的波段滤波器(例如，图3A中的C1至C16)的类型被配置为具有相同的有效折射率。具体地，单元滤波器F1至F16的两个或更多个空腔可以被配置为具有相同的介电图案。例如，当第一滤波器阵列1110被配置为彩色滤波器阵列，并且第二滤波器阵列1120的每个空腔具有红光波段的中心波长、绿光波段的中心波长和蓝光波段的中心波长时，三个空腔可以被配置为具有相同的介电图案，并且具有不同的中心波长。
更具体地，可以通过组合第一滤波器阵列1110的波段滤波器(例如，C1至C16)和第二滤波器阵列1120的单元滤波器(例如，F1至F16)来配置具有N个通道(例如，16个通道)的通道阵列。这里，当波段滤波器的类型数为A时，具有不同的有效折射率的空腔的数量N’可以满足N/A≤N’＜N。例如，当通道阵列具有16个通道且波段滤波器的类型数为3时，具有不同的有效折射率(即，不同的介电图案)的空腔的数量可以等于或大于6且等于或小于15。
图10A和图10B示出了根据示例实施例的可以应用于光谱滤波器的第一滤波器阵列1110和第二滤波器阵列1120的示例。
图10A示出了作为第一滤波器阵列1110的示例的彩色滤波器阵列。参照图10A，波段滤波器C1至C4中的每个波段滤波器使用蓝色滤波器BC，波段滤波器C5至C8和C14中的每个波段滤波器使用绿色滤波器GC，并且波段滤波器C9至C13和C15至C16中的每个波段滤波器使用红色滤波器RC。
第二滤波器阵列1120的示例在图10B中示出。参照图10B，第二滤波器阵列1120包括16个单元滤波器F1至F16，其包括7个不同的介电图案PT1至PT7。具体地，单元滤波器F1、F10和F14的空腔具有第一介电图案PT1，单元滤波器F2和F9的空腔具有第二介电图案PT2，单元滤波器F4和F11的空腔具有第三介电图案PT3，单元滤波器F3、F5和F12的空腔具有第四介电图案PT4，单元滤波器F6和F13的空腔具有第五介电图案PT5，单元滤波器F8和F15的空腔具有第六介电图案PT6，并且单元滤波器F7和F16的空腔具有第七介电图案PT7。
图11是示出了仅透射穿过图10B所示的第二滤波器阵列1120的光的透射光谱的仿真结果。图12是示出了透射穿过图10A和图10B所示的第一滤波器阵列1110和第二滤波器阵列1120的光的透射光谱的仿真结果。
参照图11和图12，可以看出，即使当构成第二滤波器阵列1120的单元滤波器F1至F16中的一些单元滤波器具有相同的介电图案时，可以通过将包括波段滤波器C1至C16的第一滤波器阵列1110布置在第二滤波器阵列1120上方来实现16个不同的中心波长。
图13是根据另一示例实施例的光谱滤波器1200的截面图。图13所示的光谱滤波器1200与图4所示的光谱滤波器1100相同，除了第二滤波器阵列1130还包括蚀刻停止层141和142。
参照图13，第一蚀刻停止层141可以设置在中间光吸收层125与上空腔层121”、122”、123”和124”之间。第一蚀刻停止层141可以用于促进用于形成上空腔层121”、122”、123”和124”的图案化工艺。第一蚀刻停止层141可以具有例如约5nm至约100nm的厚度，但不限于此。
第一蚀刻停止层141可以包括例如氧化钛或氧化铪，但不限于此。第一蚀刻停止层141可以包括蚀刻速率比构成上空腔层121”、122”、123”和124”的介电材料的蚀刻速率慢两倍或更多(例如，5倍或更多)的材料。作为具体示例，当上空腔层121”、122”、123”和124”包括氧化硅时，第一蚀刻停止层141可以包括氧化铪。第二蚀刻停止层142还可以设置在第一反射板131与下空腔层121’、122’、123’和124’之间。第二蚀刻停止层142可以用于促进用于形成下空腔层121’、122’、123’和124’的图案化工艺。
在上述示例实施例中，已经描述了第一滤波器阵列1110是彩色滤波器阵列的示例。然而，本发明不限于此，并且第一滤波器阵列1110可以是宽带滤波器阵列，其包括透射不同波段的光的多个宽带滤波器。这里，每个宽带滤波器可以具有约50nm至约150nm的FWHM。然而，本公开不一定限于此。
图14示出了根据示例实施例的可以应用于光谱滤波器的第一滤波器阵列1110的宽带滤波器2510的示例。
参照图14，宽带滤波器2510可以包括彼此间隔开的多个反射层2513、2514和2515，以及设置在反射层2513、2514和2515之间的多个空腔2511和2512。尽管根据图14中的示例实施例示出了三个反射层2513、2514和2515以及两个空腔2511和2512，但是反射层2513、2514、2515以及空腔2511和2512的数量可以根据其他示例实施例以各种方式修改。
反射层2513、2514和2515中的每个反射层可以是分布式布拉格反射器(DBR)。反射层2513、2514和2515中的每个反射层可以具有交替地堆叠具有不同折射率的多个材料层的结构。此外，空腔2511和2512中的每个空腔可以包括具有特定折射率的材料或具有不同折射率的两种或更多种材料。
图15示出了根据示例实施例的可以应用于光谱滤波器的第一滤波器阵列1110的宽带滤波器2520的另一示例。
参照图15，宽带滤波器2520可以包括彼此间隔开的两个金属镜层2522和2523，以及设置在金属镜层2522和2523之间的空腔2521。
图16是根据另一示例实施例的光谱滤波器1300的截面图。
参照图16，微透镜阵列1150设置在第一滤波器阵列1110和第二滤波器阵列1120上。例如，微透镜阵列1150可以设置在第一滤波器阵列1110和第二滤波器阵列1120上方。第一滤波器阵列1110和第二滤波器阵列1120已经在上面进行了描述，并且因此，省略其描述。图16示出了第二滤波器阵列1120设置在第一滤波器阵列1110下方，但是第二滤波器阵列1120可以设置在第一滤波器阵列1110上方。
微透镜阵列1150可以包括多个微透镜1150a，它们分别对应于第一滤波器阵列1110的波段滤波器191、192、193和194。这里，微透镜1150a可以分别用于将外部光聚焦到对应的波段滤波器191、192、193和194以入射到其上。
图16示出了微透镜1150a与波段滤波器191、192、193和194一一对应地设置，但这仅是示例，并且两个或更多个波段滤波器191、192、193和194可以对应于微透镜1150a之一。
图17是根据另一示例实施例的光谱滤波器1600的截面图。
参照图17，纳米图案阵列1250设置在第一滤波器阵列1110和第二滤波器阵列1120上方。纳米图案1250a可以分别用于将外部光聚焦到对应的波段滤波器191、192、193和194以入射到其上。图17示出了纳米图案1250a与波段滤波器191、192、193和194一一对应地设置，但这仅是示例，并且两个或更多个波段滤波器191、192、193和194可以对应于纳米图案1250a之一。当第二滤波器阵列1120设置在第一滤波器阵列1110下方，以及当第二滤波器阵列1120设置在第一滤波器阵列1110上方时，可以以相同方式应用本实施例。
图18示出了根据另一示例实施例的图像传感器。
参照图18，光谱滤波器1100设置在像素阵列4100上，并且单个成像透镜9500设置在光谱滤波器1100上方。这里，光谱滤波器1100可以包括多个通道1131。如上所述，多个通道1131可以由第一滤波器阵列1110的波段滤波器191、192、193和194与第二滤波器阵列1120的单元滤波器111、112、113和114的组合配置。
以这种方式，用于形成物体的图像的单个成像透镜9500可以设置在光谱滤波器1100上方，并且因此，可以用简单的光学系统实现能够获得光谱图像的相机。
在下文中，设置根据示例实施例的光谱滤波器，该光谱滤波器可以通过根据第二滤波器阵列的单元滤波器的位置改变空腔的有效折射率来补偿由入射光的主光线角(CRA)的变化引起的中心波长偏移。
图19是示出了根据示例实施例的设置在光谱滤波器1500中的不同位置处的单元滤波器F1、F1’和F1”的平面图。图20是沿图19的线II-II’截取的截面图。为了方便起见，图19和图20中仅示出了多个第二滤波器阵列1151。这里，多个第二滤波器阵列1151对应于多个第二滤波器阵列1120。根据示例实施例，在构成光谱滤波器1500的每个第二滤波器阵列1151的单元滤波器中，描述了具有相同的中心波长且设置在不同位置处的第一单元滤波器F1、F1’和F1”。
在图19和图20中，L1表示与入射光的CRA为θ1的第一位置连接的圆，并且L2表示与入射光的CRA为θ2(＞θ1)的第二位置连接的圆。F1表示光谱滤波器1500的中心处的第一单元滤波器，F1’表示入射光的CRA为θ1的第一位置处的第一单元滤波器，F1”表示入射光的CRA为θ2的第二位置处的第一单元滤波器。这里，设置在不同位置处的所有第一单元滤波器(F1、F1’和F1”)可以具有相同的中心波长。
参照图19和图20，如上所述，第一单元滤波器F1、F1’和F1”中的每个第一单元滤波器包括彼此间隔开的第一反射板131和第二反射板132，并且第一空腔9121、9121’和9121”设置在第一反射板131和第二反射板132之间。这里，第一空腔9121、9121’和9121”中的每个第一空腔可以包括第一下空腔层、中间光吸收层125和第一上空腔层。第一反射板131和第二反射板132以及第一空腔9121、9121’和9121”已经在上面进行了描述，并且因此，省略其描述。像素阵列4100的像素101、201和301可以设置在第一反射板131下方，并且钝化层150可以设置在第一反射板131和像素阵列4100之间。
根据示例实施例，第一空腔9121、9121’和9121”(更具体地，第一下空腔层和第一上空腔层)的有效折射率可以根据第一单元滤波器F1、F1’和F1”的位置进行调整，以便补偿由入射光的CRA的变化引起的中心波长偏移。
可以通过根据第一单元滤波器F1、F1’和F1”的改变的位置改变第一空腔9121、9121’和9121”的图案来改变第一空腔9121、9121’和9121”的有效折射率。这里，可以将第一空腔9121、9121’和9121”的有效折射率调整到补偿根据入射光的CRA产生的中心波长偏移的程度。第一单元滤波器F1、F1’和F1”的位置从光谱滤波器9100的中心向外围移动，并且因此，入射光的CRA可以增加，并且相应地，可以增加中心波长偏移效应。因此，为了补偿中心波长偏移，第一空腔9121、9121’和9121”的图案可以形成为使得第一空腔9121、9121’和9121”的尺寸可以根据第一单元滤波器F1、F1’和F1”的改变的位置而改变。具体地，第一空腔9121、9121’和9121”的图案可以形成为使得第一空腔9121、9121’和9121”的尺寸可以随着第一单元滤波器F1、F1’和F1”的位置从光谱滤波器9100的中心移动到外围而改变。
如上所述，在示例实施例中，由入射光的CRA的变化引起的中心波长偏移可以通过根据第一单元滤波器F1、F1’、F1”的改变的位置改变第一空腔9121、9121’和9121”的有效折射率来补偿，并且相应地，设置在不同位置处的第一单元滤波器F1、F1’、F1”都可以具有相同的中心波长。
图21是根据另一示例实施例的光谱滤波器1400的截面图。在下文中，主要描述图21所示的示例实施例和上述示例实施例之间的差异。
参照图21，光谱滤波器1400包括第一滤波器阵列1110和设置在第一滤波器阵列1110下方的第二滤波器阵列1140。第一滤波器阵列1110包括分别透射特定波段中的光的多个波段滤波器191、192、193和194。第一滤波器阵列1110例如可以是彩色滤波器阵列。图21示出了第一波段滤波器191、第二波段滤波器192、第三波段滤波器193和第四波段滤波器194分别是红色滤波器RC、绿色滤波器GC、蓝色滤波器BC和红色滤波器RC。第一滤波器阵列1110可以是宽带滤波器阵列。
第二滤波器阵列1140包括多个单元滤波器411、412、413和414。图21示出了构成第二滤波器阵列1140的四个第一单元滤波器411、第二单元滤波器412、第三单元滤波器413和第四单元滤波器414。单元滤波器411、412、413和414中的每个单元滤波器可以具有可见光波长区域(例如，约400nm至约700nm的波长区域)内的不同波段的中心波长。
包括多个像素101、102、103和104的像素阵列4100可以设置在第二滤波器阵列1140下方。钝化层450可以设置在第二滤波器阵列1140和像素阵列4100之间以保护像素阵列4100。图21示出了第二滤波器阵列1140设置在第一滤波器阵列1110下方，但是第二滤波器阵列1140可以设置在第一滤波器阵列1110上方。
第一单元滤波器411、第二单元滤波器412、第三单元滤波器413和第四单元滤波器414包括彼此间隔开的第一反射板431和第二反射板432，以及设置在第一反射板431和第二反射板432之间的第一空腔421、第二空腔422、第三空腔423和第四空腔424。这里，第一反射板431和第二反射板432中的每个反射板可以独立地包括金属反射板或布拉格反射板。
空腔421、422、423和424中的每个空腔可以具有可见光区域(约400nm至约700nm的波长范围)内的不同波段的中心波长。为此，空腔121、122、123和124中的每个空腔可以具有约100nm至约2000nm的厚度。例如，空腔121、122、123和124中的每个空腔可以具有约200nm至约1000nm的厚度。
空腔421、422、423、424可以分别包括下空腔层421’、422’、423’和424’、上空腔层421”、422”、423”和424”、以及设置在下空腔层421’、422’、423’和424’与上空腔层421”、422”、423”和424”之间的中间光吸收层425。具体地，第一空腔421包括第一下空腔层421’、中间光吸收层425和第一上空腔层421”，并且第二空腔422包括第二下空腔层422’、中间光吸收层425和第二上空腔层422”。第三空腔423包括第三下空腔层423’、中间光吸收层425和第三上空腔层423”，并且第四空腔424包括第四下空腔层424’、中间光吸收层425和第四上空腔层424”。
下空腔层421’、422’、423’和424’及其上的上空腔层421”、422”、423”和424”可以包括相同的介电材料，并且具有基本相同的厚度。因此，下空腔层421’、422’、423’和424’及其上的空腔层421”、422”、423”和424”可以具有相同的光路。另外，中间光吸收层425可以位于空腔421、422、423和424中的每个空腔的中间高度处。
空腔421、422、423和424中的每个空腔可以通过改变其厚度(具体地为下空腔层421’、422’、423’和424’以及上空腔层421”、422”、423”和424”的厚度)来调整光路，并且相应地，第一空腔421、第二空腔422、第三空腔423和第四空腔424可以被配置为具有不同的中心波长。图21示出了厚度从第一空腔421到第四空腔424逐渐增加。
中间光吸收层425可以被配置为吸收并去除特定的中心波长。如上所述，中间光吸收层425可以吸收并去除由下空腔层421’、422’、423’和424’以及上空腔层421”、422”、423”和424”的组合产生的两个或更多个中心波长中的特定中心波长。中间光吸收层425可以具有例如约5nm至约80nm的厚度，并且可以包括例如包括Ag、Au、A1、W、Ti或TiN的金属材料或具有可见波段的高光吸收率的介电材料(例如，Si)。
通过中间光吸收层425，空腔421、422、423和424中的每个空腔可以具有不同波段内的中心波长，并且针对每个波段可以具有一个中心波长。
在根据示例实施例的光谱滤波器1400中，第一滤波器阵列1110的波段滤波器191、192、193和194中的每个波段滤波器可以透射特定波段的光，并且第二滤波器阵列1140的单元滤波器411、412、413和414中的每个单元滤波器可以具有不同波段的中心波长。因此，包括波段滤波器191、192、193和194以及单元滤波器411、412、413和414的组合的通道可以具有与约400nm至约700nm的波长段中的通道一一对应的不同的中心波长。
构成第二滤波器阵列1140的单元滤波器(例如，图3B中的F1至F16)的两个或更多个空腔可以根据构成第一滤波器阵列1110的波段滤波器的类型(例如，图3A中的C 1至C16)具有相同的厚度。可以通过组合第一滤波器阵列1110的波段滤波器191、192、193和194以及第二滤波器阵列1140的单元滤波器411、412、413和414来配置具有N个通道的通道阵列。这里，当波段滤波器的类型数为A时，具有不同厚度的空腔的数量N’可以满足N/A≤N’<N。
图22是根据示例实施例的图像传感器的框图。
参照图22，图像传感器1000可以包括光谱滤波器9100、像素阵列4100、时序控制器4010、行解码器4020和输出电路4030。图像传感器1000可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，但本公开不限于此。
光谱滤波器9100可以是上述实施例中提到的光谱滤波器1100至1600之一。像素阵列4100可以包括检测透射穿过单元滤波器的不同波长的光的多个像素。详细地，像素阵列4100可以包括沿多个行和列以二维布置的像素。行解码器4020可以响应于从时序控制器4010输出的行地址信号来选择像素阵列4100的行之一。输出电路4030可以从沿所选行布置的像素以列为单元输出光检测信号。为此，输出电路4030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路4030可以包括为列解码器和像素阵列4100之间的每一列布置的多个ADC或布置在列解码器的输出端处的单个ADC。时序控制器4010、行解码器4020和输出电路4030可以由单个芯片或分离的芯片来实现。用于处理通过输出电路4030输出的图像信号的处理器可以由具有时序控制器4010、行解码器4020和输出电路4030的单个芯片来实现。像素阵列4100可以包括检测不同波长的光的多个像素，并且这些像素可以以各种方法布置。
包括上述光谱滤波器1100至1600的图像传感器1000可以用于各种高性能光学设备或高性能电子设备。电子设备可以包括例如智能手机、移动电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、笔记本电脑、个人计算机(PC)、各种便携式设备、家用电器、安全相机、医疗相机、汽车、物联网(IoT)设备和其他移动或非移动计算设备，但本公开不限于此。
除了图像传感器1000之外，电子设备还可以包括用于控制图像传感器的处理器，例如，应用处理器(AP)，通过该处理器驱动操作系统或应用程序来控制多个硬件或软件组成元件，并执行各种数据处理和计算。处理器还可以包括图形处理单元(GPU)和/或图像信号处理器。当处理器包括图像信号处理器时，可以使用处理器存储和/或输出通过图像传感器获得的图像(或视频)。
图23是根据一些实施例的包括图像传感器的电子设备的示意性框图。
参照图23，在网络环境ED00中，电子设备ED01可以与另一电子设备ED04通信或与服务器ED08通信。电子设备ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、音频输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、相机模块ED80、电源管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90和/或天线模块ED97。在电子设备ED01中，可以省略组成元件中的一些(显示设备ED60等)，或者可以添加其他组成元件。一些组成元件可以由一个集成电路来实现。例如，传感器模块ED76(指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以通过嵌入显示设备ED60(显示器等)中来实现。此外，当图像传感器1000包括光谱功能时，传感器模块ED76的一些功能(颜色传感器和照度传感器)可以由图像传感器1000来实现，而不是由单独的传感器模块来实现。
处理器ED20可以通过执行软件(程序ED40等)来控制与处理器ED20连接的电子设备ED01的一个或多个其他组成元件(硬件和软件组成元件等)，并且执行各种数据处理或计算。作为数据处理或计算的一部分，处理器ED20可以在易失性存储器ED32中加载从其他组成元件(传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收到的命令和/或数据，处理存储在易失性存储器ED32中的命令和/或数据，并且将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。
存储器ED30可以存储电子设备ED01的组成元件(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)和关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。非易失性存储器ED34可以包括固定地安装在电子设备ED01中的内部存储器ED36和可拆卸的外部存储器ED38。
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。相机模块ED80可以捕捉静止图像和视频。相机模块ED80可以包括具有一个或多个透镜的透镜组件、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。包括在相机模块ED80中的透镜组件可以收集从对象发出的光以用于图像捕捉。
图24是图23的相机模块ED80的示意性框图。
参照图24，相机模块ED80可以包括透镜组件CM10、闪光灯CM20、图像传感器1000(图22的图像传感器1000等)、存储器CM50(缓冲存储器等)和/或图像信号处理器CM60。透镜组件CM10可以收集从对象发射的光以用于图像捕捉。相机模块ED80可以包括多个透镜组件CM10，并且在这种情况下，相机模块ED80可以包括双相机、360度相机或球面相机。一些透镜组件CM10可以具有相同的透镜属性(视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)或不同的透镜属性。透镜组件CM10可以包括广角透镜或伸缩透镜。双相机或多相机模块可以具有滤波器阵列的不同属性的组合。
闪光灯CM20可以发射用于增强从对象发射或反射的光的光。闪光灯CM20可以包括一个或多个发光二极管(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可以包括图1的图像传感器，并且将从对象发射或反射并透射穿过透镜组件CM10的光转换成电信号，从而获得与该对象相对应的图像。图像传感器1000可以包括从具有不同属性的图像传感器中选择的一个或多个传感器，例如，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由电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器来实现。
存储器CM50可以存储通过图像传感器1000获得的图像的一部分或全部数据，以用于后续的图像处理操作。例如，当以高速获得多个图像时，仅显示低分辨率图像，而所获得的原始数据(拜耳模式数据、高分辨率数据等)被存储在存储器CM50中。然后，存储器CM50可以用于向图像信号处理器CM60发送所选(用户选择等)图像的原始数据。存储器CM50可以并入电子设备ED01的存储器ED30中，或者被配置为独立操作的独立存储器。
图像信号处理器CM60可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储在存储器CM50中的图像数据执行图像处理。图像处理可以包括深度图生成、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CM60可以对相机模块ED80中包括的组成元件(图像传感器1000等)执行控制(曝光时间控制或读出时序控制等)。由图像信号处理器CM60处理的图像可以再次存储在存储器CM50中，以用于附加处理或提供给相机模块ED80的外部组成元件(存储器ED30、显示设备ED60、电子设备ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器CM60可以并入处理器ED20中，或者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CM60由与处理器ED20分离的处理器配置时，由图像信号处理器CM60处理的图像可以经过处理器ED20的附加图像处理，然后通过显示设备ED60显示。
返回参照图23，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，相机模块ED80之一可以是广角相机，而另一个可以是伸缩相机。类似地，相机模块ED80之一可以是前侧相机，而另一个可以是读取侧相机。另外，相机模块ED80可以是组合相机模块，其中组合了包括现有的RGB三色滤波器的图像传感器和包括光谱滤波器的光谱图像传感器，并且集成和处理组合的两个图像传感器的数据。
图25是示出了包括具有不同属性的多个图像传感器的复合相机模块的示意性结构的框图。这里，第一图像传感器100可以是现有的RGB图像传感器，并且第二图像传感器200可以是多光谱图像(MSI)传感器。
在这种情况下，RGB图像传感器可以是CMOS图像传感器。RGB传感器可以通过使用拜耳彩色滤波器阵列感测表示R、G和B的光谱来生成三个通道的图像。此外，RGB传感器可以使用其他类型的彩色滤波器阵列。MSI传感器感测和显示与RGB图像传感器不同波长的光。MSI传感器具有更多通道以感测更多类型的波长的光。
处理器500可以处理从图像传感器100和200中的每个图像传感器获得的图像信息，并且以期望的方法组合数据以提高图像质量或识别图像中的物体的性能。
根据实施例的图像传感器1000可以应用于图26A所示的移动电话或智能电话5100m、图26B所示的平板电脑或智能平板电脑5200、图26C所示的数码相机或摄像机5300、图26D所示的笔记本电脑5400、图26E所示的电视或智能电视5500。例如，智能电话5100m或智能平板电脑5200可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机均在其上安装有高分辨率图像传感器。可以通过使用高分辨率相机来提取图像中的对象的深度信息，可以调整图像的离焦，或者可以自动地识别图像中的对象。
然而，本公开不限于此，并且因此，根据各种其他示例实施例，图像传感器1000可以设置在其他电子设备中。例如，图像传感器1000可以应用于图27A所示的智能冰箱5600、图27B所示的安全相机5700、图27C所示的机器人5800、或图27D所示的医疗相机5900。例如，智能冰箱5600可以通过使用图像传感器自动地识别冰箱中的食物，并通过智能手机向用户通知特定食物的存在、输入或输出的食物类型等。安全相机5700可以提供超高分辨率图像，并且可以通过使用高灵敏度在黑暗环境中识别图像中的物体或人。机器人5800可以设置在人们不能直接进入的灾难或工业现场，并且可以提供高分辨率图像。医用相机5900可以为诊断或手术提供高分辨率图像，并且因此可以动态地调整视野。
此外，图像传感器1000可以应用于如图27E所示的车辆6000。车辆6000可以包括布置在各种位置处的多个车载相机6010、6020、6030和6040。根据示例实施例，车载相机6010、6020、6030和6040中的每个车载相机可以包括图像传感器。车辆6000可以通过使用车载相机6010、6020、6030和6040向驾驶员提供关于车辆6000的内部或周边的各种信息，从而提供图像中的被自动地识别的物体或人和自动驾驶所需的信息。
尽管已经参照附图中所示的实施例描述了包括上述光谱滤波器的图像传感器和包括该图像传感器的电子设备，但是这仅是示例，并且本领域的普通技术人员将理解，各种修改和其他等同实施例也是可能的。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述通常应被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已经参照附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的多种改变。

Claims (20)

1.一种光谱滤波器，包括：
多个第一滤波器阵列，所述多个第一滤波器阵列中的每个第一滤波器阵列包括多个波段滤波器；以及
多个第二滤波器阵列，设置在所述多个第一滤波器阵列上，所述多个第二滤波器阵列中的每个第二滤波器阵列包括与所述多个波段滤波器相对应的多个单元滤波器；
其中，所述多个单元滤波器包括：
第一反射板；
第二反射板，与所述第一反射板间隔开；以及
多个空腔，设置在所述第一反射板和所述第二反射板之间，所述多个空腔中的每个空腔具有多个波长段中的不同波长段的中心波长，
其中，所述多个空腔中的每个空腔包括：下空腔层；上空腔层；以及中间光吸收层，设置在所述下空腔层和所述上空腔层之间，
其中，所述多个波段滤波器中的每个波段滤波器被配置为透射所述多个波长段中的相应的波长段中的光，并且
其中，所述多个空腔中的两个或更多个空腔被配置为具有相同的有效折射率。
2.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述多个空腔中的每个空腔被配置为具有在约400nm至约700nm的波长范围内的不同波长段的中心波长。
3.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述多个空腔中的每个空腔具有约100nm至约2000nm的厚度。
4.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述中间光吸收层被配置为吸收由所述下空腔层和所述上空腔层的组合产生的多个中心波长中的特定中心波长。
5.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述中间光吸收层位于所述多个空腔中的每个空腔的中间高度处。
6.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述中间光吸收层包括被配置为吸收可见光波段中的光的金属材料或介电材料。
7.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述中间光吸收层具有约5nm至约80nm的厚度。
8.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述第一滤波器阵列中的至少一个第一滤波器阵列包括彩色滤波器阵列或宽带滤波器阵列。
9.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述多个空腔具有相同的厚度。
10.根据权利要求9所述的光谱滤波器，其中，所述多个空腔中的两个或更多个空腔包括相同的介电图案。
11.根据权利要求1所述的光谱滤波器，通过组合所述第一滤波器阵列之一的所述多个波段滤波器中的一个或多个波段滤波器以及所述第二滤波器阵列之一的所述多个单元滤波器中的一个或多个单元滤波器来配置具有N个通道的通道阵列，并且当不同类型的波段滤波器的数量为A时，具有不同的有效折射率的空腔的数量N’满足N/A≤N’<N。
12.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述第一反射板和所述第二反射板中的每个反射板包括金属反射板或布拉格反射板。
13.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述多个单元滤波器中具有相同的中心波长的两个或更多个单元滤波器被配置为使得所述多个空腔的有效折射率根据所述两个或更多个单元滤波器的位置而改变，从而补偿由入射光的主光线角CRA的变化引起的中心波长偏移。
14.根据权利要求1所述的光谱滤波器，还包括设置在所述中间光吸收层上的蚀刻停止层。
15.一种图像传感器，包括：
像素阵列，包括多个像素；以及
光谱滤波器，设置在所述像素阵列上，
其中，所述光谱滤波器包括：
多个第一滤波器阵列，所述多个第一滤波器阵列中的每个第一滤波器阵列包括多个波段滤波器；以及
多个第二滤波器阵列，设置在所述多个第一滤波器阵列上，所述多个第二滤波器阵列中的每个第二滤波器阵列包括与所述多个波段滤波器相对应的多个单元滤波器；
其中，所述多个单元滤波器包括：
第一反射板；
第二反射板，与所述第一反射板间隔开；以及
多个空腔，设置在所述第一反射板和所述第二反射板之间，所述多个空腔中的每个空腔具有多个波长段中的不同波长段的中心波长，
其中，所述多个空腔中的每个空腔包括：下空腔层；上空腔层；以及中间光吸收层，设置在所述下空腔层和所述上空腔层之间，
其中，所述多个波段滤波器中的每个波段滤波器被配置为透射所述多个波长段中的相应的波长段中的光，并且
其中，所述多个空腔中的两个或更多个空腔被配置为具有相同的有效折射率。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述像素阵列包括多个像素，所述多个像素中的每个像素包括布线层和设置在所述布线层上的光电二极管，所述布线层包括驱动电路。
17.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个空腔中的每个空腔被配置为具有在约400nm至约700nm的波长范围内的不同波长段的中心波长。
18.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一滤波器阵列包括彩色滤波器阵列或宽带滤波器阵列。
19.根据权利要求15所述的图像传感器，通过组合所述第一滤波器阵列的所述多个波段滤波器中的一个或多个波段滤波器以及所述第二滤波器阵列的所述多个单元滤波器中的一个或多个单元滤波器来配置具有N个通道的通道阵列，并且当不同类型的波段滤波器的数量为A时，具有不同的有效折射率的空腔的数量N’满足N/A≤N’<N。
20.一种电子设备，包括根据权利要求15-19中任一项所述的图像传感器。
CN202310370066.9A 2022-04-29 2023-04-06 光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备 Pending CN116978916A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0053812 2022-04-29
KR1020220163414A KR20230153907A (ko) 2022-04-29 2022-11-29 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치
KR10-2022-0163414 2022-11-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116978916A true CN116978916A (zh) 2023-10-31

Family

ID=88477311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310370066.9A Pending CN116978916A (zh) 2022-04-29 2023-04-06 光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116978916A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220003906A1 (en) Spectral filter, and image sensor and electronic device including the spectral filter
US20090045477A1 (en) Solid-State Imager Having Anti-Reflection Film, Display, and Its Manufacturing Method
EP3968379B1 (en) Image sensor and image processing method, and electronic device including the image sensor
US20200348455A1 (en) Imaging systems with improved microlenses
JP7471340B2 (ja) 分光フィルタ、イメージセンサ、及び電子装置
CN116404014A (zh) 图像传感器和包括图像传感器的电子装置
US11848343B2 (en) Spectral filter, and image sensor and electronic device including the spectral filter
EP4270065A1 (en) Spectral filter, image sensor including the spectral filter, and electronic device including the spectral filter
CN116978916A (zh) 光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和电子设备
CN115236782A (zh) 光谱滤波器以及包括光谱滤波器的图像传感器和电子设备
EP4321907A1 (en) Spectral filter, image sensor including the spectral filter, and electronic device including the spectral filter
CN117434633A (zh) 光谱滤波器、包括该光谱滤波器的图像传感器和包括该光谱滤波器的电子设备
KR20220003955A (ko) 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치
CN114500894A (zh) 光谱滤波器、包括光谱滤波器的图像传感器和电子设备
KR20230153907A (ko) 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치
KR20240013642A (ko) 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치
US20230217122A1 (en) Spectral filter, and image sensor and electronic device including the spectral filter
CN115903115A (zh) 光谱滤光器、包括光谱滤光器的图像传感器和电子设备
EP4300580A1 (en) Image sensor and electronic apparatus including the image sensor
US20240079429A1 (en) Image sensor and electronic apparatus including the same
KR20220146318A (ko) 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치
KR20220012805A (ko) 이미지 센서 및 이미지 처리 방법과, 이미지 센서를 포함하는 전자 장치
KR20220012807A (ko) 이미지 센서 및 이미지 처리 방법과, 이미지 센서를 포함하는 전자 장치
KR20220011069A (ko) 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치
KR20220011072A (ko) 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication