CN215451415U - 图像传感器的像素单元、图像传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器的像素单元、图像传感器及电子设备。该图像传感器的像素单元包括透光层，透光层具有第一表面；第一表面至少设置有第一微透镜和第二微透镜；透光层的内部至少设置有第一光电二极管和第二光电二极管；第一微透镜与第一光电二极管对应，外界光线经过第一微透镜进入透光层并被第一光电二极管接收；第二微透镜与第二光电二极管对应，外界光线经过第二微透镜进入透光层并被第二光电二极管接收；透光层内设置有晶体管，晶体管位于从第一微透镜至第一光电二极管的光路中；透光层内设置有遮光部，遮光部位于从第二微透镜至第二光电二极管的光路中，以遮挡部分从第二微透镜入射至第二光电二极管的外界光线。

Description

图像传感器的像素单元、图像传感器及电子设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种图像传感器的像素单元、图像传感器及电子设备。

背景技术

图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的设备。近年来，图像传感器的应用越来越广泛，随着应用的场景不同，人们对其性能的要求也越来越高。

在图像传感器中，采用FSI(图像传感器前照式技术，Front side illumination)技术的小尺寸像素结构的图像传感器以其较为低廉的成本而受到广泛应用。然而，该种图像传感器由于在一个像素单元内，多个光路通道共用晶体管，从而造成共享晶体管会阻拦某一个光路通道的部分入射光线，而其他光路通道的入射光线不受影响，这样就会进而造成像素单元内不同光路通道的像素光响应不一致；特别是在图像传感器的较大CRA(入射主光线倾斜角，chief ray angle)区域，像素光响应不一致的情况更为明显，从而影响图像效果。

有鉴于此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种图像传感器的像素单元、图像传感器及电子设备的新技术方案。

根据本申请的第一方面，提供了一种图像传感器的像素单元，包括：

透光层，所述透光层具有第一表面；所述第一表面至少设置有第一微透镜和第二微透镜；

所述透光层的内部至少设置有第一光电二极管和第二光电二极管；

所述第一微透镜与所述第一光电二极管对应，外界光线经过所述第一微透镜进入所述透光层并被所述第一光电二极管接收；

所述第二微透镜与所述第二光电二极管对应，外界光线经过所述第二微透镜进入所述透光层并被所述第二光电二极管接收；

所述透光层内设置有晶体管，所述晶体管位于从所述第一微透镜至所述第一光电二极管的光路中；

所述透光层内设置有遮光部，所述遮光部位于从所述第二微透镜至所述第二光电二极管的光路中，以遮挡部分从所述第二微透镜入射至所述第二光电二极管的外界光线。

可选地，所述透光层内设置有多个第一导电金属，其中与所述第二光电二极管位置相对应的第一导电金属的一部分形成所述遮光部。

可选地，所述透光层内还设置有多个第一导电金属和多个第二导电金属；沿着从所述第一微透镜至所述第一光电二极管的方向，所述第一导电金属靠近所述第一微透镜设置，所述第二导电金属靠近所述第一光电二极管设置；

其中与所述第二光电二极管位置相对应的第一导电金属的一部分和/或与所述第二光电二极管位置相对应的第二导电金属的一部分形成所述遮光部。

可选地，所述透光层包括距离所述第一微透镜及第二微透镜由远至近层叠设置的透明层、彩色滤光层及平坦层；所述第一表面为所述平坦层远离所述彩色滤光层的表面；所述第一光电二极管和第二光电二极管设置于所述透明层内。

可选地，所述遮光部位于所述透明层内且靠近所述彩色滤光层设置。

可选地，所述透明层内设置有多个第一导电金属和多个第二导电金属，其中与所述第二光电二极管位置相对应的第一导电金属的一部分形成所述遮光部；所述第一导电金属靠近所述彩色滤光层设置，所述第二导电金属远离所述彩色滤光层设置。

根据本申请的第二方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括多个如第一方面所述的像素单元。

可选地，所述图像传感器具有主光轴；沿着与所述主光轴垂直的方向，所述图像传感器具有第一侧和第二侧，多个所述像素单元位于所述图像传感器的第一侧。

可选地，沿着从远离所述主光轴到靠近所述主光轴的方向，所述像素单元内的遮光部的面积不同。

根据本申请的第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第二方面所述的图像传感器。

本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

在本申请实施例提供的图像传感器的像素单元中，通过遮光部的设置，使入射至第二光电二极管的光线与入射至第一光电二极管的光线尽量保持一致，提高该像素单元中不同光路通道的像素光响应一致性。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是根据本申请的一个实施例的图像传感器的像素单元的结构示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的图像传感器的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参照图1-图2所示，根据本申请的一个实施例，提供了一种图像传感器的像素单元。该图像传感器的像素单元包括透光层，所述透光层具有第一表面；所述第一表面至少设置有第一微透镜101和第二微透镜102，沿着与所述第一表面垂直的方向，所述第一微透镜101和第二微透镜102相邻设置；所述透光层的内部至少设置有第一光电二极管103和第二光电二极管104；所述第一微透镜101与所述第一光电二极管103对应，外界光线经过所述第一微透镜101进入所述透光层并被所述第一光电二极管103接收；所述第二微透镜102与所述第二光电二极管104对应，外界光线经过所述第二微透镜102进入所述透光层并被所述第二光电二极管104接收；所述透光层内设置有晶体管105，所述晶体管105位于从所述第一微透镜101至所述第一光电二极管103的光路中；所述透光层内设置有遮光部，所述遮光部位于从所述第二微透镜102至所述第二光电二极管104的光路中，以遮挡部分从所述第二微透镜102入射至所述第二光电二极管104的外界光线。

对于本申请实施例提供的图像传感器的像素单元，其至少包括从第一微透镜101至第一光电二极管103的第一光路通道，以及从第二微透镜102至第二光电二极管104的第二光路通道。第一光路通道和第二光路通道共用一个晶体管105，且晶体管105设置于第一光电二极管103的表面，晶体管105会阻挡一部分从第一微透镜101入射至第一光电二极管103的光线，而从第二微透镜102入射至第二光电二极管104的光线则不受晶体管105的影响，从而造成第一光路通道和第二光路通道的像素光响应不一致。为了解决这一问题，在本申请实施例提供的图像传感器的像素单元中，对应与从第二微透镜102至第二光电二极管104的第二光路通道设置有遮光部，该遮光部能够将一部分从第二微透镜102入射至第二光电二极管104的外界光线进行遮挡，从而使入射至第二光电二极管104的光线与入射至第一光电二极管103的光线尽量保持一致，提高该像素单元中不同光路通道的像素光响应一致性。在实际应用中，遮光部具体遮挡的入射至第二光电二极管104的光线量可根据晶体管105遮挡的入射至第一光电二极管103的光线量进行具体设计，使二者尽量保持一致和平衡。

参照图1所示，在一个实施例中，进一步地，所述透光层内设置有多个第一导电金属106，其中与所述第二光电二极管104位置相对应的第一导电金属106的一部分形成所述遮光部。

在该具体的例子中，将与第二光电二极管104位置相对应的第一导电金属106的面积做大、使其延伸出一部分形成遮挡部，延伸出的部分可以对入射至第二光电二极管104的一部分光线进行遮挡。这样设置遮挡部工艺简单、容易操作。

参照图1所示，在一个实施例中，进一步地，所述透光层内还设置有多个第一导电金属106和多个第二导电金属107；沿着从所述第一微透镜101至所述第一光电二极管103的方向，所述第一导电金属106靠近所述第一微透镜101设置，所述第二导电金属107靠近所述第一光电二极管103设置；

其中与所述第二光电二极管104位置相对应的第一导电金属106的一部分和/或与所述第二光电二极管104位置相对应的第二导电金属107的一部分形成所述遮光部。

在该具体的例子中，在透光层内设置有第一导电金属106、第二导电金属107两个导电金属层。这两个导电金属层都可以形成遮光部：可以让第一导电金属106的一部分形成遮光部，还可以让第二导电金属107的一部分形成遮光部，或者是第一导电金属106的一部分与第二导电金属107的一部分共同形成遮光部。只要能够起到在第二光电二极管104相对应的位置处进行遮光即可。

参照图1所示，在一个实施例中，进一步地，所述透光层包括距离所述第一微透镜101及第二微透镜102由远至近层叠设置的透明层108、彩色滤光层109及平坦层110；所述第一表面为所述平坦层110远离所述彩色滤光层109的表面；所述第一光电二极管103和第二光电二极管104设置于所述透明层108内。

在该具体的例子中，透光层具体包括层叠设置的三层结构；其中，透明层108的材质一般为玻璃，彩色滤光层109用于对光线进行过滤，例如过滤之后只允许所需要的一种彩色光比如红光通过。平坦层110的材质一般为玻璃，平坦层110的设置可以确保整个透光层上表面(即第一表面)的平坦度，利于第一微透镜101和第二微透镜102的设置。第一光电二极管103和第二光电二极管104设置于透明层108内，第一光电二极管103的下表面以及第二光电二极管104的下表面与透明层108的下表面齐平设置。

参照图1所示，在一个实施例中，进一步地，所述遮光部位于所述透明层108内且靠近所述彩色滤光层109设置。

在该具体的例子中，遮光部位于透明层108内靠近彩色滤光层109的位置处，光线经过彩色滤光层109的过滤后，一部分光线即被遮光部遮挡，遮光部靠近彩色滤光层109的设置确保了其遮挡光线的有效性。

参照图1所示，在一个实施例中，进一步地，所述透明层108内设置有多个第一导电金属106和多个第二导电金属107，其中与所述第二光电二极管104位置相对应的第一导电金属106的一部分形成所述遮光部；所述第一导电金属106靠近所述彩色滤光层109设置，所述第二导电金属107远离所述彩色滤光层109设置。

在该具体的例子中，第一导电金属106和第二导电金属107在从靠近彩色滤光层109到远离彩色滤光层109的方向上依次设置，将遮光部形成在靠近彩色滤光层109的第一导电金属106上，光线经过彩色滤光层109的过滤后，一部分光线即被遮光部遮挡，遮光部靠近彩色滤光层109的设置确保了其遮挡光线的有效性。

进一步地，第一导电金属106和第二导电金属107作为金属互联层，该两个导电金属层用作像素晶体管105的控制信号、像素供电电压及输出走线等。第一导电金属106的一部分以及第二导电金属107的一部分与第一光电二极管103及第二光电二极管104通过沟道形成电连接。

参照图2所示，根据本申请的另一个实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括多个如上所述的像素单元1。

本申请实施例提供的图像传感器由于包括上述像素单元1，其可以改善像素光响应不一致的情况，从而提高图像传感器的成像效果。

参照图2所示，在一个实施例中，进一步地，所述图像传感器具有主光轴；沿着与所述主光轴垂直的方向，所述图像传感器具有第一侧和第二侧，多个所述像素单元1位于所述图像传感器的第一侧。

在图像传感器中，一般来说，主光轴两侧由于晶体管105设置的位置不同，其中一侧的入射光线会受到晶体管105的遮挡，而另外一侧的入射光线则不会受到晶体管105的遮挡。因此，设置有遮挡部的像素单元1只需要设置在主光轴的一侧即可，例如设置在主光轴的左侧，即上述第一侧为左侧。

参照图2所示，在一个实施例中，进一步地，沿着从远离所述主光轴到靠近所述主光轴的方向，所述像素单元1内的遮光部的面积不同。

在图像传感器中，由于不同区域的入射光线角度不同，越靠近主光轴的位置，光线越近乎于以垂直角度进行入射，即入射光线与主光轴的夹角越小，这样像素单元中各个光路通道的像素光响应一致性越好；而越是远离主光轴的位置，即位于像素阵列边缘的像素单元，入射光线与主光轴的夹角越大，这样像素单元中各个光路通道的像素光响应一致性越差，因此，需要根据入射光CRA(入射主光线倾斜角，chief ray angle)来设置遮光部的面积；例如，在一个实施例中，可以设置为越是远离主光轴的像素单元中遮光部的面积越大，以获得更好的像素光响应一致性。当然，在其他实施例中，遮光部的面积还可以有其他设置方式。

根据本申请的又一个实施例，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种图像传感器的像素单元，其特征在于，包括：

透光层，所述透光层具有第一表面；所述第一表面至少设置有第一微透镜(101)和第二微透镜(102)；

所述透光层的内部至少设置有第一光电二极管(103)和第二光电二极管(104)；

所述第一微透镜(101)与所述第一光电二极管(103)对应，外界光线经过所述第一微透镜(101)进入所述透光层并被所述第一光电二极管(103)接收；

所述第二微透镜(102)与所述第二光电二极管(104)对应，外界光线经过所述第二微透镜(102)进入所述透光层并被所述第二光电二极管(104)接收；

所述透光层内设置有晶体管(105)，所述晶体管(105)位于从所述第一微透镜(101)至所述第一光电二极管(103)的光路中；

所述透光层内设置有遮光部，所述遮光部位于从所述第二微透镜(102)至所述第二光电二极管(104)的光路中，以遮挡部分从所述第二微透镜(102)入射至所述第二光电二极管(104)的外界光线。

2.根据权利要求1所述的图像传感器的像素单元，其特征在于，所述透光层内设置有多个第一导电金属(106)，其中与所述第二光电二极管(104)位置相对应的第一导电金属(106)的一部分形成所述遮光部。

3.根据权利要求1所述的图像传感器的像素单元，其特征在于，所述透光层内还设置有多个第一导电金属(106)和多个第二导电金属(107)；沿着从所述第一微透镜(101)至所述第一光电二极管(103)的方向，所述第一导电金属(106)靠近所述第一微透镜(101)设置，所述第二导电金属(107)靠近所述第一光电二极管(103)设置；

其中与所述第二光电二极管(104)位置相对应的第一导电金属(106)的一部分和/或与所述第二光电二极管(104)位置相对应的第二导电金属(107)的一部分形成所述遮光部。

4.根据权利要求1所述的图像传感器的像素单元，其特征在于，所述透光层包括距离所述第一微透镜(101)及第二微透镜(102)由远至近层叠设置的透明层(108)、彩色滤光层(109)及平坦层(110)；所述第一表面为所述平坦层(110)远离所述彩色滤光层(109)的表面；所述第一光电二极管(103)和第二光电二极管(104)设置于所述透明层(108)内。

5.根据权利要求4所述的图像传感器的像素单元，其特征在于，所述遮光部位于所述透明层(108)内且靠近所述彩色滤光层(109)设置。

6.根据权利要求4所述的图像传感器的像素单元，其特征在于，所述透明层(108)内设置有多个第一导电金属(106)和多个第二导电金属(107)，其中与所述第二光电二极管(104)位置相对应的第一导电金属(106)的一部分形成所述遮光部；所述第一导电金属(106)靠近所述彩色滤光层(109)设置，所述第二导电金属(107)远离所述彩色滤光层(109)设置。

7.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括多个如权利要求1-6中任一项所述的像素单元(1)。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器具有主光轴；沿着与所述主光轴垂直的方向，所述图像传感器具有第一侧和第二侧，多个所述像素单元(1)位于所述图像传感器的第一侧。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，沿着从远离所述主光轴到靠近所述主光轴的方向，所述像素单元(1)内的遮光部的面积不同。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求7-9中任一项所述的图像传感器。

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