CN117492122A - 滤色器、图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

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文晙赫
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Abstract

公开了根据示例实施例的滤色器、图像传感器和具有图像传感器的电子装置。滤色器包括第一介电层、第一介电层上的第二介电层、以及埋入第一介电层和第二介电层两者中并与第一介电层和第二介电层中的每一个横向接触的多个金属元件。

Description

滤色器、图像传感器和包括该图像传感器的电子装置
相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求于2022年8月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0095691的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及滤色器、图像传感器和具有该图像传感器的电子装置。
背景技术
在显示装置中，滤色器不仅用于颜色表达，还用作光接收设备，例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。随着显示装置或图像传感器的像素的小型化，已经进行了研究以减小滤色器的厚度。
发明内容
提供了一种包括无机材料的滤色器。
提供了一种包括无机滤色器的图像传感器。
提供了一种包括无机滤色器的电子装置。
附加方面部分地将在以下描述中阐述，且部分地将通过以下描述而变得清楚明白，或者可以通过实践所呈现的实施例来获知。
根据本公开的一个方面，提供了一种滤色器，包括：第一介电层；第一介电层上的第二介电层；以及金属阵列，形成在第一介电层和第二介电层上，该金属阵列包括埋入第一介电层和第二介电层两者中的彼此分开的多个金属元件，其中，多个金属元件中的每个金属元件与第一介电层和第二介电层中的每一个横向接触，并且其中，多个金属元件中的每个金属元件彼此间隔开。
第一介电层的第一折射率可以不同于第二介电层的第二折射率。
第一介电层的与多个金属元件中的每个金属元件横向接触的第一厚度d1与该每个金属元件的厚度d的第一比率(d1/d)可以在约0.1至约0.9的范围内，并且第二介电层的与多个金属元件中的每个金属元件横向接触的第二厚度d2与该每个金属元件的厚度d的第二比率(d2/d)可以在约0.1至约0.9的范围内。
在第一介电层与多个金属元件中的每个金属元件之间发生的第一等离子体谐振模式中，光的透射波段的中心波长可以被调谐为蓝色、绿色或红色中的任何一个的波长。
在第二介电层和多个金属元件中的每个金属元件之间发生的第二等离子体谐振模式中，透射光可以具有50nm或更大的半峰全宽。
第一介电层和第二介电层的厚度之和可以在约400nm或更小的范围内。
多个金属元件的布置周期可以在约400nm或更小的范围内。
滤色器还可以包括第三介电层，并且多个金属元件中的每个金属元件可以布置为与第三介电层横向接触。
多个由第一介电层和第二介电层构成的对可以交替地堆叠，以形成分布式布拉格反射层。
第一介电层可以包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3或HfO2中的一种。
第二介电层可以包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3或HfO2中的一种。
多个金属元件中的每个金属元件可以包括Al、Au、Ag、W、Ti、Ni或Cr中的至少一种。
多个金属元件中的每个金属元件可以具有圆形截面、矩形截面、多边形截面、椭圆形截面、十字形截面或环形截面之一。
入射光的透射波长带宽可以通过调整以下各项中的至少一项来调整：与第一介电层和第二介电层横向接触的多个金属元件中的每个金属元件的厚度、多个金属元件的布置周期、多个金属元件中的每个金属元件的截面的最大直径、以及多个金属元件中的每个金属元件的侧表面倾斜角度。
根据本公开的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：光电检测器，包括用于检测光的多个光电检测器单元；以及滤色器，设置在光电检测器上，其中，该滤色器包括：第一介电层；第一介电层上的第二介电层；以及金属阵列，形成在第一介电层和第二介电层上，该金属阵列包括埋入第一介电层和第二介电层两者中的彼此分开的多个金属元件，其中，多个金属元件中的每个金属元件与第一介电层和第二介电层中的每一个横向接触，并且其中，多个金属元件中的每个金属元件彼此间隔开。
光电检测器可以包括基于硅的光电二极管。
图像传感器还可以包括用于将光聚焦在滤色器上的微透镜阵列。
根据本公开的另一方面，提供了一种滤色器，包括：多个介电层，在第一方向上堆叠；以及多个金属元件，设置在多个介电层中，其中，多个金属元件中的每个金属元件在多个介电层中的至少两个介电层中，并且其中，多个金属元件中的每个金属元件在垂直于第一方向的第二方向上彼此间隔开。
附图说明
根据下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：
图1是根据示例实施例的滤色器的截面图；
图2是根据示例实施例的滤色器的平面图；
图3是根据示例实施例的滤色器的平面图；
图4示出了根据示例实施例的滤色器中的金属元件的埋入位置的修改示例；
图5A示出了根据比较例的滤色器中Al元件仅与SiO2层横向接触的结构；
图5B示出了根据示例实施例的滤色器中Al元件以1:1的厚度比率与SiN层和SiO2层横向接触的结构；
图5C示出了根据比较例的滤色器中Al元件仅与SiN层横向接触的结构；
图6是示出了当图5A、图5B和图5C所示的滤色器中的每一个被配置为透射蓝光时根据波长的透射率的曲线图；
图7是示出了当图5A、图5B和图5C所示的滤色器中的每一个被配置为透射绿光时根据波长的透射率的曲线图；
图8是示出了当图5A、图5B和图5C所示的滤色器中的每一个被配置为透射红光时根据波长的透射率的曲线图；
图9A是根据示例实施例的图像传感器的示意性透视图；
图9B是示出了根据示例实施例的图像传感器中采用的光电检测器的结构的示意性平面图；
图10示出了图9A的图像传感器中还包括微透镜阵列的示例；
图11是示出了根据示例实施例的滤色器的蓝色像素、绿色像素和红色像素中根据波长的透射率的曲线图；
图12是示出了根据示例实施例的图像传感器的蓝色像素、绿色像素和红色像素中根据波长的透射率的曲线图；
图13示出了根据示例实施例的滤色器包括三个介电层的示例；
图14示出了根据示例实施例的滤色器包括分布式布拉格反射层的示例；
图15A至图15F示出了根据示例实施例的滤色器中采用的金属元件的各种形状的示例；
图16示意性地示出了应用了根据示例实施例的滤色器的光学互连器；
图17示意性地示出了包括根据示例实施例的滤色器的显示装置；
图18是包括根据一些示例实施例的图像传感器的电子装置的示意性框图；
图19是图18的相机模块的示意性框图；以及
图20A、图20B、图20C、图20D、图20E、图21A、图21B、图21C、图21D和图21E示出了包括根据一些示例实施例的图像传感器的电子装置的各种示例。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出实施例的示例，其中，在全部附图中用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，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。
在下文中，将通过参考附图解释本公开的实施例来详细描述根据各种实施例的滤色器、图像传感器和具有该图像传感器的电子装置。贯穿附图，类似的附图标记表示类似的元件，并且为了便于说明和清楚起见，附图中的组件的尺寸可能被放大。尽管可以使用诸如“第一”、“第二”等术语来描述各种组件，但是这些组件不必受限于上述术语。上述术语仅用于将一个组件与另一组件区分开来。
除非在上下文中另外明确指定，否则本说明书中的单数表达包括复数表达。还应理解，在本文中使用的术语“包括”和/或“包含”表明存在所陈述的特征或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征或组件。此外，为了便于解释，可以放大附图中的组件的尺寸。此外，当某个材料层被描述为存在于衬底或另一层上时，该材料层可以直接存在于衬底或另一层上，或者也可以在它们之间插入第三层。在下面的示例实施例中，由于形成每个层的材料是示例性的，因此可以使用其他不同的材料。
此外，“模块”或“部”可以执行至少一个功能或操作，并且可以通过硬件或软件或者硬件和软件的组合来实现。
本文中示出和描述的特定实现是本公开的说明性示例，并且无论如何都不旨在以其他方式限制本公开的范围。为了简洁起见，可以不详细描述系统的常规电子、控制系统、软件开发和其他功能方面(以及系统的各个操作组件的组件)。此外，所呈现的各附图中示出的连接线或连接件意在表示各元件之间的功能关系和/或物理或逻辑连接。
在描述本公开的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)对术语“一”、“一个”和“所述”及类似指示物的使用应当被解释为涵盖单数和复数两者。
可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文中另外指出或者上下文另外明确地相反指示。此外，本文中提供的任何和所有示例或语言(例如，“诸如”)的使用仅意在更好地阐述本公开且不对本公开的范围施加限制，除非另外要求。
图1是根据示例实施例的滤色器100的截面图，并且图2是图1的滤色器100的平面图。
滤色器100可以包括第一介电层110、第一介电层110上的第二介电层120、以及设置在第一介电层110和第二介电层120上的金属阵列130。根据示例实施例，金属阵列130可以由埋入第一介电层110和第二介电层120两者中的多个金属元件131形成，该多个金属元件131布置为彼此间隔开。例如，多个金属元件中的每个可以包括Al、Au、Ag、W、Ti、Ni和Cr中的至少一种。
每个金属元件131按照第一介电层110和第二介电层120的堆叠方向(Y方向)被埋入，并且每个金属元件131可以与第一介电层110和第二介电层120两者横向接触。每个金属元件131可以包括上表面1311、面向上表面1311的下表面1312、以及在上表面1311和下表面1312之间的侧表面1313。换句话说，侧表面1313可以表示将上表面1311与下表面1312连接的表面。根据示例实施例，侧表面1313可以称为侧面。上表面1311和下表面1312可以是垂直于堆叠方向(Y方向)的表面，并且侧表面1313可以是平行于堆叠方向(Y方向)的表面。横向接触可以意味着每个金属元件131沿堆叠方向(Y方向)与第一介电层110和第二介电层120接触。堆叠方向(Y方向)可以与入射光L传播的方向相同。垂直于堆叠方向(Y方向)的方向称为第一水平方向(X方向)，并且垂直于堆叠方向(Y方向)和第一水平方向(X方向)的方向称为第二水平方向(Z方向)。
参考图2，金属元件131布置为在第一水平方向(X方向)上彼此间隔开。金属元件131被周期性地布置，并且当金属元件131在X方向上的布置周期为P时，布置周期P可以在约400nm或更小的范围内。布置周期P可以在约10nm至约400nm的范围内。每个金属元件131的直径D可以是400nm或更小。每个金属元件131的直径D可以在约10nm至约400nm的范围内。可以通过调整每个金属元件131的布置周期P和直径D来调整透射光的峰值波长。
可以通过各种方法规则地布置金属元件131。例如，金属元件131可以相对于X方向和Z方向按照相同的布置周期P布置。
备选地，如图3所示，金属元件131可以相对于X方向以及X方向与Z方向的对角线方向按照相同的布置周期P布置。然而，金属元件131的布置方法不限于此，并且金属元件131可以通过各种方法来布置。
第一介电层110可以包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。第二介电层120可以包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。第一介电层110的折射率可以不同于第二介电层120的折射率。第一介电层110的厚度可以大于或等于第二介电层120的厚度。第一介电层110和第二介电层120的厚度之和可以在约400nm或更小的范围内。第一介电层110和第二介电层120的厚度之和可以在约10nm至约400nm的范围内。可以通过减小第一介电层110和第二介电层120的厚度来减小滤色器100的厚度，因此，可以将滤色器100应用于小型化的图像传感器。
如图1所示，根据示例实施例，每个金属元件131的上表面1311可以布置为从第二介电层120暴露。也就是说，根据示例实施例，介电层120不设置在上表面1311上方。然而，本公开不限于此，并且如图4所示，每个金属元件131可以被完全掩埋，以不从第一介电层110和第二介电层120暴露。
返回参考图1，第一介电层110的与每个金属元件131横向接触的第一厚度d1与每个金属元件131的厚度d的比率(d1/d)可以在约0.1至约0.9的范围内。此外，第二介电层120的与每个金属元件131横向接触的第二厚度d2与每个金属元件131的厚度d的比率(d2/d)可以在约0.1至约0.9的范围内。通过调整第一厚度d1和第二厚度d2，可以调整入射光L的透射波段的半峰全宽。此外，可以通过调整金属元件131的布置周期P、每个金属元件131的截面的最大直径D、以及每个金属元件131的侧表面倾斜角度中的至少一项来调整入射光L的透射波长带宽。
由于每个金属元件131同时与第一介电层110和第二介电层120横向接触，因此可以确保适合于滤色器100的红色、绿色和蓝色波长带宽、或半峰全宽。
图5A示出了SiO2层堆叠在SiN层上、并且Al元件不与SiN层横向接触而仅与SiO2层横向接触(SiN中为0％)的结构的比较例。图5B示出了根据Al元件与SiN层横向接触的厚度d1和Al元件与SiO2层横向接触的厚度d2的比率为1:1(SiN中为50％)的示例实施例的滤色器。图5C示出了Al元件仅与SiN层横向接触而不与SiO2层横向接触(SiN中为100％)的结构的另一比较例。
图6是示出了在滤色器被配置为透射蓝色波长的光的结构中根据光的波长的透射率的曲线图，图7是示出了在滤色器被配置为透射绿色波长的光的结构中根据光的波长的透射率的曲线图，并且图8是示出了在滤色器被配置为透射红色波长的光的结构中根据光的波长的透射率的曲线图。在图6、图7和图8中，线a指示关于图5A的结构的根据光的波长的透射率，线b指示关于图5B的结构的根据光的波长的透射率，并且线c指示关于图5C的结构的根据光的波长的透射率。参考图6，线a和b指示确保了40％或更大的透射率，但是线a的蓝色波段的半峰全宽小于线b的蓝色波段的半峰全宽。线b示出了透射的光的半峰全宽为约50nm或更大。线c示出了光透射率相对较小，使得难以作为滤色器进行操作。根据示例实施例的滤色器相对于蓝色波长的光可以具有在约50nm至约150nm的范围内的半峰全宽。
参考图7，线a和b指示确保了40％或更大的透射率，但是线a的绿色波段的半峰全宽小于线b的绿色波段的半峰全宽。线b的绿色波段的半峰全宽可以为50nm或更大。根据示例实施例的滤色器相对于绿色波长的光可以具有在约50nm至约150nm的范围内的半峰全宽。线c示出了光透射率相对较小，使得难以作为滤色器进行操作。
参考图8，所有的线a、b和c指示确保了40％或更大的透射率，并且线a、b和c的红色波段的半峰全宽可以为50nm或更大。
图9A是根据示例实施例的图像传感器200的示意性透视图，并且图9B是示出了图9A的图像传感器200中采用的光电检测器210的结构的示意性平面图。
图像传感器200可以包括光电检测器210和光电检测器210上的滤色器100，该光电检测器210包括用于检测光的多个光电检测器单元。为了便于解释，图9A示出了对应于一个像素的结构。
光电检测器210可以包括将光转换为电信号的第一光电检测器单元211、第二光电检测器单元212、第三光电检测器单元213和第四光电检测器单元214。光电检测器210可以是基于硅的光电二极管。
参考图9A和图9B，第一光电检测器单元211、第二光电检测器单元212、第三光电检测器单元213、第四光电检测器单元214可以布置为2×2布置结构。这种区域划分是为了以子像素单元为单位来感测入射光，例如，第一光电检测器单元211可以感测与第一子像素SUB1相对应的第一波长的光，第二光电检测器单元212可以感测与第二子像素SUB2相对应的第二波长的光，第三光电检测器单元213可以感测与第三子像素SUB3相对应的第三波长的光，并且第四光电检测器单元214可以感测与第四子像素SUB4相对应的第四波长的光。第一子像素SUB1、第二子像素SUB2、第三子像素SUB3和第四子像素SUB4可以分别为蓝色子像素、绿色子像素、红色子像素和绿色子像素，但本公开不限于此。尽管未示出，但是分离膜可以进一步设置在子像素之间的边界中。
由于滤色器100与参考图1至图4描述的滤色器基本上相同，因此省略其详细描述。为了使滤色器100透射与第一子像素SUB1、第二子像素SUB2、第三子像素SUB3和第四子像素SUB4中的每一个相对应的颜色的光，可以调整每个金属元件131的直径D、金属元件131的布置周期P、第一介电层110的材料、第二介电层120的材料、每个金属元件131的材料等。
例如，假设第一子像素SUB1的每个金属元件131的直径为D1，第二子像素SUB2和第四子像素SUB4的每个金属元件131的直径为D2，并且第三子像素SUB3的每个金属元件131的直径为D3，则可以建立D1<D2<D3的关系。
图10示出了在图9A的图像传感器200中进一步设置微透镜阵列的示例。
微透镜阵列230可以设置在滤色器100上。微透镜阵列230可以包括布置为与每个子像素相对应的微透镜231。微透镜231可以将光聚焦在与入射光相对应的子像素上。
图11是示出了根据示例实施例的根据滤色器的波长的透射率的曲线图。在图11中，B指示关于蓝色滤色器的透射率，G指示关于绿色滤色器的透射率，并且R指示关于红色滤色器的透射率。图11是示出了确保每个滤色器中的波段的半峰全宽和对应颜色的透射率的曲线图。
图12是示出了根据图10的图像传感器的波长的透射率的曲线图。与图11相比较，可以更好地确保每种颜色的波段的半峰全宽。
接下来，描述根据示例实施例的滤色器的操作。根据示例实施例的滤色器可以具有400nm或更小的厚度，以通过使用等离子体谐振来适用于微像素。参考图1，在介电层110和120堆叠的结构中，金属元件131布置为同时与介电层110和120横向接触，因此，等离子体谐振波长根据每个金属元件131与介电层110和120之间的横向接触而形成，从而可以调整透射光的带宽。
可以将在第一介电层110和每个金属元件131之间发生的第一等离子体谐振模式配置为使得光的透射波段的中心波长被调谐到蓝色、绿色和红色中的任一个的波长。可以通过使用在第二介电层120和每个金属元件131之间发生的第二等离子体谐振模式来调整透射光的带宽或半峰全宽。可以将第二等离子体谐振模式配置为使得透射光具有50nm或更大的半峰全宽。可以将第二等离子体谐振模式配置为使得透射光具有在约50nm至约150nm的范围内的半峰全宽。
下面参考图2描述二维布置有金属元件131的二维等离子体光栅结构的周期与透射光的波长之间的关系。使得透射率相对于介电层的介电常数ε和每个金属元件131的布置周期P变为最大的波长λmax如下所示。
在等式1中，εm表示金属元件的介电常数，εd表示介电层的介电常数。i和j表示散射级数，参考图2，可以设定(i,j)＝(1,0)以及(i,j)＝(0,1)。
通过使用等式1，当存在期望的最大波长λmax时，可以通过使用介电层和金属元件的介电常数来反向计算金属元件的布置周期P。等离子体谐振模式被调谐为适应红色、绿色和蓝色的中心波长，并且可以找到使金属元件的布置周期尽可能短的结构。
下面参考图3描述二维布置有金属元件的二维等离子体光栅结构的周期和波长的关系。使得透射率相对于介电层的介电常数ε和金属元件的布置周期P变为最大的波长λmax如下。
通过使用等式2，当存在期望的最大波长λmax时，可以通过使用介电层和金属元件的介电常数来反向计算金属元件的布置周期P。这里，可以设定(i,j)＝(1,0)、(i,j)＝(0,1)以及(i,j)＝(1,1)。
中心波段可以设置在第一介电层110和每个金属元件131的等离子体谐振模式、以及第二介电层120和每个金属元素131的等离子体谐振模式的波段中。例如，中心波长可以被设置为使得Al-SiN的等离子体谐振模式和Al-SiO2的等离子体谐振模式相对于(i,j)＝(0,1)的关系彼此重叠。根据示例实施例的滤色器具有金属元件被插入多介电层中的结构，例如，在使光透射到图像传感器的光电检测器的过程中，可以通过组合每个金属元件131和第一介电层110之间的第一等离子体谐振模式以及每个金属元件131和第二介电层120之间的第二等离子体谐振模式来获得R、G和B的颜色透射特性。可以通过每个金属元件131和第一介电层110之间的横向接触来增强第一等离子体谐振模式，并且可以通过每个金属元件131和第二介电层120之间的横向接触来增强第二等离子体谐振模式。金属元件131的二维光栅结构可以形成R、G和B带通滤波器。
在根据示例实施例的滤色器中，基于400nm的微像素，滤色器相比于像素的纵横比可以为1或更小。换句话说，在400nm的像素中，在将滤色器的厚度保持为如400nm那么薄或更小的同时，可以获得R、G和B波段的带通透射光谱。在根据示例实施例的滤色器中，除了调整金属元件的二维光栅的周期和每个金属元件的直径之外，通过调整金属元件和第一介电层之间的横向接触的厚度以及金属元件和第二介电层之间的横向接触的厚度，可以调谐透射波段的中心波长和透射波长带宽。
图13示出了在图1的滤色器100中进一步设置第三介电层125的示例。滤色器100A可以包括第一介电层110、在第一介电层110上的第二介电层120以及在第二介电层120上的第三介电层125，并且每个金属元件131可以被埋入为与第一介电层110、第二介电层120和第三介电层125中的全部横向接触。第一介电层110、第二介电层120和第三介电层125顺序地堆叠，并且第一介电层110、第二介电层120和第三介电层125可以具有不同的折射率。备选地，第一介电层110和第三介电层125可以具有相同的折射率，而第二介电层120可以具有与第一介电层110的折射率不同的折射率。第三介电层125可以包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。
图14示出了图1的滤色器100中的第一介电层110和第二介电层120设置为分布式布拉格反射层的示例。
滤色器100B可以包括分布式布拉格反射层140，其包括交替地堆叠的多个由第一介电层110和第二介电层120构成的对，并且每个金属元件131可以被埋入为与分布式布拉格反射层140横向接触。当使用分布式布拉格反射层140时，可以使用由多对第一介电层110和第二介电层120实现的等离子体谐振模式的重叠。例如，当设置两对Al-SiO2/Al-SiN时，诸如首先混合了由Al-SiO2/Al-SiN实现的等离子体谐振模式的透射光谱之类的效果再次通过相同的结构。
接下来，图15A至图15F是示出了根据示例实施例的滤色器中采用的金属元件的示例形状的平面图。
如图15A所示，每个金属元件131可以具有圆形截面。如图15B所示，每个金属元件131可以具有椭圆形截面。如图15C所示，每个金属元件131可以具有矩形截面。如图15D所示，每个金属元件131可以具有六边形截面。此外，每个金属元件131可以具有各种多边形截面。如图15E所示，每个金属元件131可以具有十字形截面。如图15F所示，每个金属元件131可以具有环形截面。
图15A至图15F所示的每个金属元件131的直径D表示每个截面形状的最大直径。
图16示出了根据示例实施例的滤色器应用于光学互连器300的示例。
光学互连器300可以包括第一波导310、布置为面向第一波导310的第二波导320、以及第一波导310和第二波导320之间的滤色器100。由于滤色器100与参考图1至图4描述的滤色器基本上相同，因此省略其详细描述。第一波导310和第二波导320均可以包括硅。
可以在第二介电层120中设置使得经由第一波导310传输的光入射在第二介电层120上的输入耦合器341。输入耦合器341具有光栅结构，并且可以与第一波导310接触。
还可以在第二波导320和第一介电层110之间设置插入层325。可以在插入层325中设置使得穿过第一介电层110的光输出到第二波导320的输出耦合器342。输出耦合器342具有光栅结构，并且可以与第二波导320接触。
滤色器100可以用作光学互连器300的竖直方向光学滤波器。光学互连器300使得光在平面内方向上行进，并且为了增加光学互连器300的集成度，特定波段的光可以在竖直方向上行进。竖直方向可以指示从第一波导310到第二波导320的方向。经由第一波导310行进的光通过滤色器100透射为特定波段的光，并且可以经由第二波导320输出。当根据示例实施例的滤色器100应用于光学互连器300时，滤色器100可以操作为窄带通滤波器或陷波滤波器。
图17示出了图1的滤色器100应用于显示装置400的示例。
显示装置400可以包括光源410、用于通过使用从光源410输出的光来显示图像的显示面板420、以及显示面板420上的滤色器100。由于滤色器100与参考图1至图4描述的滤色器基本上相同，因此省略其详细描述。
滤色器100还可以包括盖玻璃430。第一抗反射涂层431可以设置在滤色器100和盖玻璃430之间，并且第二抗反射涂层432可以设置在盖玻璃430上。
对于CMOS图像传感器中使用的滤色器，光通过微透镜和滤色器，然后到达光电检测器。相反，对于显示装置，来自光源410和显示面板420的光在没有微透镜的情况下通过滤色器100将图像传输到空气，因此，滤色器100的最佳调谐可以被设计为适合显示装置的光学元件，而不是光电检测器。此外，为了进一步增加透射率，可以调整每个金属元件131的材料或每个金属元件131的厚度。
根据示例实施例的滤色器被实现为与诸如硅光电二极管之类的光电检测器相对应的芯片的形式，以便被安装为移动电话的相机模块的组件。此外，滤色器可以应用于车用相机、各种显示装置(例如，TV、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备等)的辅助相机。
图18是示出了包括图像传感器的电子装置ED01的示例的示意性框图。参考图18，在网络环境ED00中，电子装置ED01可以通过第一网络ED98(短距离无线通信网络等)与另一电子装置ED02通信，或者通过第二网络ED99(长距离无线通信网络等)与另一电子装置ED04和/或服务器ED08通信。电子装置ED01可以通过服务器ED08与电子装置ED04通信。电子装置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、显示装置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、电力管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、用户识别模块ED96和/或天线模块ED97。在电子装置ED01中，可以省略一些构成元件(显示装置ED60等)，或者可以添加另一构成元件。这些构成元件中的一些可以实现为一个集成电路。例如，传感器模块ED76(指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以通过嵌入显示装置ED60(显示器等)中来实现。此外，当图像传感器200包括光谱功能时，传感器模块的一些功能(颜色传感器和照度传感器)可以在图像传感器200中实现，而不是在单独的传感器模块中实现。
处理器ED20可以通过执行软件(程序ED40等)来控制电子装置ED01的连接到处理器ED20的一个或多个其他构成元件(硬件或软件构成元件等)，并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可以在易失性存储器ED32中加载从其他构成元件(传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的命令和/或数据，处理存储在易失性存储器ED32中的命令和/或数据，并将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。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)和可独立操作或一起操作的辅助处理器ED23(图形处理单元、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可以消耗比主处理器ED21更少的电力，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处于非活动状态(睡眠状态)时代替主处理器ED21，或在主处理器ED21处于活动状态(应用执行状态)时与主处理器ED21一起，控制与电子装置ED01的一些构成元件(显示装置ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)有关的功能和/或状态。辅助处理器ED23(图像信号处理器、通信处理器等)可以被实现为功能上相关的其他构成元件(相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子装置ED01的构成元件(处理器ED20、传感器模块ED76等)所需的各种数据。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ED32可以包括固定地安装在电子装置ED01中的内置存储器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。
输入设备ED50可以从电子装置ED01的外部(用户等)接收要在电子装置ED01的构成元件(处理器ED20等)中使用的命令和/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装置ED01的外部。音频输出设备ED55可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体回放或录制回放之类的通用目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以合并为扬声器的一部分，或者可以实现为独立的单独设备。
显示装置ED60可以可视地向电子装置ED01的外部提供信息。显示装置ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪，以及用于控制这种设备的控制电路。显示装置ED60可以包括被设置为感测触摸的触摸电路和/或被设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，或者相反地，将电信号转换为声音。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获得声音，或者通过以有线或无线的方式连接到电子装置ED01的另一电子装置(电子装置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可以感测电子装置ED01的操作状态(电力、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并生成与感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、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、活体传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持要用于将电子装置ED01以有线或无线的方式连接到另一电子装置(电子装置ED02等)的一种或多种指定协议。接口ED77可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。
连接端子ED78可以包括用于将电子装置ED01物理地连接到另一电子装置(电子装置ED02等)的连接器。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可以将电信号转换成可由用户通过触觉感觉或运动感觉感知的机械刺激(振动、移动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括电机、压电设备和/或电刺激设备。
相机模块ED80可以捕获静止图像和视频。相机模块ED80可以包括具有一个或多个透镜的透镜组件、图9A的图像传感器200、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ED80中包括的透镜组件可以采集从作为用于图像捕获的目标的对象发射的光。
电力管理模块ED88可以管理供应给电子装置ED01的电力。电力管理模块ED88可以被实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。
电池ED89可以对电子装置ED01的构成元件供电。电池ED89可以包括不可再充电的原电池、可再充电的蓄电池和/或燃料电池。
通信模块ED90可以在电子装置ED01和另一电子装置(电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)之间建立有线通信信道和/或无线通信信道，并通过所建立的通信信道来支持通信。通信模块ED90可以独立于处理器ED20(应用处理器等)操作，并且可以包括支持有线通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。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)通信模块等)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)。在上述通信模块中，对应通信模块可以通过第一网络ED98(诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短距离通信网络)或第二网络ED99(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)之类的长距离通信网络)与另一电子装置通信。这些各种类型的通信模块可以集成到一个构成元件(单芯片等)中，或者可以被实现为多个单独的构成元件(多芯片)。无线通信模块ED92可以通过使用用户识别模块ED96中存储的用户信息(国际移动用户身份(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)中验证和认证电子装置ED01。
天线模块ED97可以向外部(另一电子装置等)发送信号和/或电力或从外部接收信号和/或电力。天线可以包括以导电图案形成在基板(印刷电路板(PCB)等)上的发射器。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当天线模块ED97包括多个天线时，通信模块ED90可以从多个天线中选择用于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99之类的通信网络中使用的通信方法的适当天线。可以通过所选天线在通信模块ED90和另一电子装置之间发送或接收信号和/或电力。可以包括除了天线以外的其他部件(RFIC等)作为天线模块ED97的一部分。
构成元件中的一些可以通过外围设备(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之间的通信方法彼此连接，并且可以彼此交换信号(命令、数据等)。
可以经由连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子装置ED01和外部电子装置ED04之间发送或接收命令或数据。电子装置ED02和ED04可以是与电子装置ED01相同或不同类型的电子装置。在电子装置ED01中执行的全部或部分操作可以在一个或多个电子装置(ED02、ED04和ED08)中执行。例如，当电子装置ED01需要执行功能或服务时，电子装置ED01可以请求一个或多个电子装置执行功能或服务的一部分，而不是自己执行功能或服务。接收到请求的一个或多个电子装置可以执行与请求相关的附加功能或服务，并且向电子装置ED01发送执行的结果。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。
图19是示出了图18的相机模块ED80的示例的框图。参考图19，相机模块ED80可以包括透镜组件CM10、闪光灯CM20、图像传感器200(图9A的图像传感器200等)、图像稳定器CM40、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可以收集从作为用于图像捕获的目标的对象发射的光。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可以是双相机、360度相机或球面相机。一些透镜组件CM10可以具有相同或不同的透镜属性(视角、焦距、自动对焦、F值、光学变焦等)。透镜组件CM10可以包括广角透镜或远摄透镜。
闪光灯CM20可以发射光，以用于增强从对象发射或反射的光。闪光灯CM20可以包括一个或多个发光二极管(LED)(红-绿-蓝(RGB)LED、白光LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙灯。图像传感器200可以是参考图9A或图10描述的图像传感器，并且可以将从对象发射或反射并透射通过透镜组件CM10的光转换为电信号，从而获得对应于对象的图像。图像传感器200可以包括从具有不同属性的图像传感器(例如，RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器)中选择的一个或多个传感器。图像传感器200中包括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。
图像稳定器CM40可以响应于相机模块CM80的移动而在特定方向上移动图像传感器200或透镜组件CM10中包括的一个或多个透镜，或者可以通过控制图像传感器200的移动特性(调整读出定时等)来补偿由于移动而引起的负面影响。图像稳定器CM40可以通过使用布置在相机模块CM80内部或外部的陀螺仪传感器或加速度传感器来检测相机模块CM80或电子装置ED01的移动。图像稳定器CM40可以以光学形式实现。
存储器CM50可以存储通过图像传感器200获得的图像的部分或整体数据，以用于后续图像处理操作。例如，当以高速获得多个图像时，仅显示低分辨率的图像，而将所获得的原始数据(拜尔图案的数据、高分辨率数据等)存储在存储器CM50中。然后，可以将所选择的(用户选择等)图像的原始数据发送到图像信号处理器CM60。存储器CM50可以并入到电子装置ED01的存储器ED30中，或者被配置为独立操作的单独的存储器。
图像信号处理器CM60可以对通过图像传感器200获得的图像或存储在存储器CM50中的图像数据执行一个或多个图像处理。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可以针对包括在相机模块ED80中的构成元件(图像传感器200等)执行控制(曝光时间控制或读出定时控制等)。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，或者提供给相机模块ED80的外部构成元件(存储器ED30、显示装置ED60、电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器CM60可以被并入到处理器ED20或者被配置为独立于处理器ED20操作的分离的处理器。当图像信号处理器CM60被配置为与处理器ED20分离的处理器时，由图像信号处理器CM60处理的图像可以经历处理器ED20的附加的图像处理，然后被显示装置ED60显示。
电子装置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中的一个可以是广角相机，并且另一个可以是远摄相机。类似地，相机模块ED80中的一个可以是前置相机，而另一个可以是后置相机。
根据实施例的图像传感器200可以应用于图20A的移动电话或智能电话5100、图20B的平板计算机或智能平板计算机5200、图20C的数码相机或便携式摄像机5300、图20D的笔记本计算机5400、图20E的电视或智能电视5500等。例如，智能电话5100或智能平板电脑5200可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机都具有安装其上的高分辨率图像传感器。可以通过使用高分辨率相机提取图像中的对象的深度信息，可以调整图像的自动对焦，或者可以自动识别图像中的对象。
此外，图像传感器200可以应用于图21A的智能冰箱5600、图21B的安全相机5700、图21C的机器人5800、图21D的医用相机5900等。例如，智能冰箱5600可以通过使用图像传感器来自动识别冰箱中的食品，并且可以通过智能电话通知用户存在特定的食品、放入或取出的食品的类型等。安全相机5700可以提供超高分辨率图像，并且能够通过使用高灵敏度来识别甚至是在黑暗环境中的图像中的对象或人。机器人5800可以被送到人不可以直接进入的灾难或工业地点中，并且可以提供高分辨率图像。医用相机5900可以提供用于诊断或操作的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。
此外，图像传感器200可以应用于图21E所示的车辆6000。车辆6000可以包括多个车用相机6010、6020、6030和6040，相机6010、6020、6030和6040布置在各种位置处。车用相机6010、6020、6030和6040可以包括根据示例实施例的图像传感器。车辆6000可以通过使用车用相机6010、6020、6030和6040向驾驶员提供关于车辆6000的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对象或人来提供自主驾驶所需的信息。
根据示例实施例的滤色器可以通过使用当多个有机层耦接到金属元件以与其具有横向接触时的等离子体谐振模式来减小滤色器的厚度。根据示例实施例的包括滤色器的图像传感器可以适当地应用于小型化的像素。根据示例实施例的滤色器可以用于各种电子装置中。
尽管基于附图所示的实施例描述了根据示例实施例的滤色器、图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，但这是示例，并且本领域技术人员将理解的是，各种修改和等同实施例是可能的。
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一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。
尽管已经参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所附权利要求及其等同物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 (29)

1.一种滤色器，包括：
第一介电层；
所述第一介电层上的第二介电层；以及
金属阵列，形成在所述第一介电层和所述第二介电层上，所述金属阵列包括埋入所述第一介电层和所述第二介电层两者中的多个金属元件，
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件与所述第一介电层和所述第二介电层中的每一个横向接触，并且
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件彼此间隔开。
2.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述第一介电层的第一折射率不同于所述第二介电层的第二折射率。
3.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述第一介电层的与所述多个金属元件中的每个金属元件横向接触的第一厚度d1与该金属元件的厚度d的第一比率d1/d在约0.1至约0.9的范围内，并且所述第二介电层的与所述多个金属元件中的每个金属元件横向接触的第二厚度d2与该金属元件的厚度d的第二比率d2/d在约0.1至约0.9的范围内。
4.根据权利要求1所述的滤色器，其中，在所述第一介电层与所述多个金属元件中的每个金属元件之间发生的第一等离子体谐振模式中，光的透射波段的中心波长被调谐为蓝色、绿色和红色之一的波长。
5.根据权利要求1所述的滤色器，其中，在所述第二介电层与所述多个金属元件中的每个金属元件之间发生的第二等离子体谐振模式中，透射光具有50nm或更大的半峰全宽。
6.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的厚度之和在约400nm或更小的范围内。
7.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述多个金属元件的布置周期在约400nm或更小的范围内。
8.根据权利要求1所述的滤色器，还包括：第三介电层，
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件被布置为与所述第三介电层横向接触。
9.根据权利要求1所述的滤色器，其中，多个由所述第一介电层和所述第二介电层构成的对交替地堆叠以形成分布式布拉格反射层。
10.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述第一介电层包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。
11.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述第二介电层包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。
12.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述多个金属元件中的每个金属元件包括Al、Au、Ag、W、Ti、Ni和Cr中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的滤色器，其中，所述多个金属元件中的每个金属元件具有圆形截面、矩形截面、多边形截面、椭圆形截面、十字形截面和环形截面之一。
14.根据权利要求1所述的滤色器，其中，入射光的透射波长带宽基于以下各项中的至少一项来调整：所述多个金属元件中的每个金属元件的厚度、所述多个金属元件的布置周期、所述多个金属元件中的每个金属元件的截面的最大直径、或所述多个金属元件中的每个金属元件的侧表面倾斜角度。
15.一种图像传感器，包括：
光电检测器，包括用于检测光的多个光电检测器单元；以及
滤色器，设置在所述光电检测器上，
其中，所述滤色器包括：
第一介电层，
所述第一介电层上的第二介电层，以及
金属阵列，形成在所述第一介电层和所述第二介电层上，所述金属阵列包括埋入所述第一介电层和所述第二介电层两者中的多个金属元件，
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件与所述第一介电层和所述第二介电层中的每一个横向接触，并且
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件彼此间隔开。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一介电层的第一折射率不同于所述第二介电层的第二折射率。
17.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一介电层的与所述多个金属元件中的每个金属元件横向接触的第一厚度d1与该金属元件的厚度d的第一比率d1/d在约0.1至约0.9的范围内，并且所述第二介电层的与所述多个金属元件中的每个金属元件横向接触的第二厚度d2与该金属元件的厚度d的第二比率d2/d在约0.1至约0.9的范围内。
18.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，在所述第一介电层与所述多个金属元件中的每个金属元件之间发生的第一等离子体谐振模式中，光的透射波段的中心波长被调谐为蓝色、绿色和红色之一的波长。
19.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，在所述第二介电层与所述多个金属元件中的每个金属元件之间发生的第二等离子体谐振模式中，透射光具有约50nm或更大的半峰全宽。
20.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的厚度之和在约400nm或更小的范围内。
21.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个金属元件的布置周期在约400nm或更小的范围内。
22.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第一介电层包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。
23.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述第二介电层包括SiO2、SiN、TiO2、Al2O3和HfO2中的一种。
24.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述多个金属元件中的每个金属元件包括Al、Au、Ag、W、Ti、Ni和Cr中的至少一种。
25.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述光电检测器包括基于硅的光电二极管。
26.根据权利要求15所述的图像传感器，还包括：用于将光聚焦在所述滤色器上的微透镜阵列。
27.一种电子装置，包括根据权利要求15所述的图像传感器。
28.根据权利要求27所述的电子装置，包括移动电话、智能电话、平板计算机、智能平板、数码相机、便携式摄像机、笔记本计算机、电视、智能电视、智能冰箱、安全相机、机器人或医用相机。
29.一种滤色器，包括：
多个介电层，在第一方向上堆叠；以及
多个金属元件，设置在所述多个介电层中，
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件在所述多个介电层中的至少两个介电层中，并且
其中，所述多个金属元件中的每个金属元件在垂直于所述第一方向的第二方向上彼此间隔开。
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