JP2022074093A - 色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びそれを含む電子装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022074093000001
【課題】色分離レンズアレイを備えるイメージセンサを提供する。
【解決手段】イメージセンサは、光を感知する第１光感知セル及び第２光感知セルを含むセンサ基板、入射光に含まれた第１波長光が第１光感知セルに進み、第２波長光が第２光感知セルに進むように第１及び第２波長光の位相を互いに異なるように変更する色分離レンズアレイ、及び第１屈折率を有する複数のナノ構造物とナノ構造物との間に配置され、第２屈折率を有する誘電体を含み、センサ基板と色分離レンズアレイとの間に配置され、色分離レンズアレイを通過した光の一部を反射及び／または吸収してセンサ基板に入射する光のスペクトル分布を補正するスペクトル補正層を含む。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、入射光を波長別に分離して集光することができる色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びイメージセンサを含む電子装置に関する。
イメージセンサは、通常、カラーフィルタを用いて入射光の色を感知するものであるが、カラーフィルタは、当該色の光を除いた残りの色の光を吸収するので、光利用効率が低下してしまう。例えば、ＲＧＢカラーフィルタを使用する場合、入射光の１／３のみを透過させ、残りの２／３は吸収するので、光利用効率が約３３％に過ぎない。したがって、カラーディスプレイ装置やカラーイメージセンサの場合、ほとんどの光損失がカラーフィルタで発生する。
本発明が解決しようとする課題は、入射光を波長別に分離して集光することができる色分離レンズアレイと、カラー別スペクトル分布を補正するスペクトル補正層を用いて光利用効率及び色再現性が向上したイメージセンサ及びイメージセンサを含む電子装置を提供することである。
一実施例によるイメージセンサは、光を感知する第１光感知セル及び第２光感知セルを含むセンサ基板、入射光に含まれた第１波長光が前記第１光感知セルに進み、第２波長光が前記第２光感知セルに進むように前記第１及び第２波長光の位相を互いに異なるように変更する色分離レンズアレイ、及び第１屈折率を有する複数のナノ構造物と、前記ナノ構造物との間に配置され、第２屈折率を有する誘電体を含み、前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの間に配置され、前記色分離レンズアレイを通過した光の一部を反射及び／または吸収して前記センサ基板に入射する光のスペクトル分布を補正するスペクトル補正層を含む。
一実施例による電子装置は、光学像を電気的信号に変換するイメージセンサ及び前記イメージセンサの動作を制御し、前記イメージセンサで生成した信号を保存及び出力するプロセッサを含み、前記イメージセンサは、光を感知する第１光感知セル及び第２光感知セルを含むセンサ基板、入射光に含まれた第１波長光が前記第１光感知セルに進み、第２波長光が前記第２光感知セルに進むように、前記第１及び第２波長光の位相を互いに異なるように変更する色分離レンズアレイ、及び第１屈折率を有する複数のナノ構造物と、前記ナノ構造物との間に配置され、第２屈折率を有する誘電体を含み、前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの間に配置され、前記色分離レンズアレイを通過した光の一部を反射及び／または吸収して前記センサ基板に入射する光のスペクトル分布を補正するスペクトル補正層を含む。
一実施例によるイメージセンサのブロック図である。 イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する。 イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する。 イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する。 一実施例による色分離レンズアレイの概略的な構造と動作とを示す概念図である。 一実施例による色分離レンズアレイの概略的な構造と動作とを示す概念図である。 一実施例によるイメージセンサの画素アレイのそれぞれ異なる断面で見られる概略的な断面図である。 一実施例によるイメージセンサの画素アレイのそれぞれ異なる断面で見られる概略的な断面図である。 光感知セルの配列を概略的に示す平面図である。 色分離レンズアレイのナノポストが配列された形態を例示的に示す平面図である。 図５Ｂの一部を拡大して詳細に示す平面図である。 色分離レンズアレイを通過した第１及び第２波長光の位相分布を、図５ＢのＩ－Ｉ’線に沿って示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した第１波長光が第１ないし第４領域中心で有する位相を示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した第２波長光が第１ないし第４領域中心で有する位相を示す図面である。 図６Ａ及び図６Ｂの色分離レンズアレイの第１領域と、その周辺に入射した第１波長光の進行方向を例示的に示す図面である。 第１波長光に対して色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 図６Ａ及び図６Ｂの色分離レンズアレイの第２領域とその周辺に入射した第２波長光の進行方向を例示的に示す図面である。 第２波長光に対して色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した第１及び第３波長光の位相分布を、図５ＢのＩＩ－ＩＩ’線に沿って示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した第３波長光が第１ないし第４領域中心で有する位相を示す図面である。 色分離レンズアレイを通過した第１波長光が第１ないし第４領域中心で有する位相を示す図面である。 図７Ａ及び図７Ｂの色分離レンズアレイの第１領域とその周辺に入射した第１波長光の進行方向を例示的に示す図面である。 第１波長光に対して色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 図７Ａ及び図７Ｂの色分離レンズアレイの第２領域とその周辺に入射した第２波長光の進行方向を例示的に示す図面である。 第２波長光に対して色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す図面である。 図４Ａ及び図４Ｂの画素アレイにおいてスペクトル補正層がない場合、色分離レンズアレイを通じてセンサ基板に入射した光のスペクトルを示す図面である。 色分離レンズアレイの他の実施例を示す図面である。 色分離レンズアレイの他の実施例を示す図面である。 図４Ａ及び図４Ｂの第１補正部の斜視図である。 図１０ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ’線に沿って見た断面図である。 図１０Ａの第１補正部の透過率を示すグラフである。 緑色画素に配置される有機カラーフィルタの透過率を示すグラフである。 図１０Ａの第１補正部によって補正された第１スペクトルを示す図面である。 図４Ａ及び図４Ｂの第２補正部の斜視図である。 図１１ＡのＩＶ－ＩＶ’線に沿って見た断面図である。 図１１Ａの第２補正部の透過率を示すグラフである。 青色画素に配置される有機カラーフィルタの透過率を示すグラフである。 図１１Ａの第２補正部によって補正された第２スペクトルを示す図面である。 図４Ａ及び図４Ｂの第３補正部の斜視図である。 図１２ＡのＶ－Ｖ’線に沿って見た断面図である。 図１２Ａの第３補正部の透過率を示すグラフである。 緑色画素に配置される有機カラーフィルタの透過率を示すグラフである。 図１２Ａの第３補正部によって補正された第４スペクトルを示す図面である。 図４Ａ及び図４Ｂの画素アレイでスペクトル補正層がある場合、すなわち、色分離レンズアレイ及びスペクトル補正層を通じてセンサ基板に入射した光のスペクトルを示す図面である。 スペクトル補正層の他の実施例を説明するための図面である。 スペクトル補正層の他の実施例を説明するための図面である。 スペクトル補正層の他の実施例を説明するための図面である。 他の例による画素アレイをそれぞれ異なる断面で見られる概略的な図面である。 他の例による画素アレイをそれぞれ異なる断面で見られる概略的な図面である。 図１５Ａ及び図１５Ｂの光学フィルタ層の概略的な断面図である。 図１６Ａの光学フィルタ層の波長別透過率を示すグラフである。 図１５Ａ及び図１５Ｂの画素アレイでセンサ基板に入射した光のスペクトルを示す図面である。 実施例によるイメージセンサを含む電子装置を概略的に示すブロック図である。 図１８のカメラモジュールを概略的に示すブロック図である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。 実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
以下、添付された図面を参照して色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びそれを含む電子装置について詳細に説明する。説明される実施例は、ただ例示的なものに過ぎず、そのような実施例から多様な変形が可能である。以下の図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指称し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜のために誇張されてもいる。
以下、「上部」または「上」という記載は、接触して、直接上／下／左／右にあるものだけではなく、非接触で上／下／左／右にあるものも含む。
第１、第２などの用語は、多様な構成要素を説明するのに使用されうるが、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用される。そのような用語は、構成要素の物質または構造の違いを限定するものではない。
単数表現は、文脈上明白に異なる意味ではない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。
また、明細書に記載の「．．．部」、「モジュール」などの用語は、機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、ハードウェアとソフトウェアとの結合によって具現されうる。
「前記」及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数の両方に該当するものでもある。
方法を構成する段階は、説明順に行わねばならないという明白な言及がなければ、適正な順序によって行われる。また、全ての例示的な用語（例えば、など）の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであって、請求項によって限定されない以上、そのような用語によって権利範囲が限定されるものではない。
図１は、一実施例によるイメージセンサの概略的なブロック図である。図１を参照すれば、イメージセンサ１０００は、画素アレイ１１００、タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０、及び出力回路１０３０を含む。イメージセンサは、光学像を電気的信号に変換するCCD(charge coupled device)イメージセンサまたはCMOS(complementary metal oxide semiconductor) イメージセンサでもある。
画素アレイ１１００は、複数のロウとカラムに沿って２次元配列された画素を含む。ロウデコーダ１０２０は、タイミングコントローラ１０１０から出力されたロウアドレス信号に応答して画素アレイ１１００のロウのうち、１つを選択する。出力回路１０３０は、選択されたロウに沿って配列された複数の画素からカラム単位で光感知信号を出力する。そのために、出力回路１０３０は、カラムデコーダとアナログ－デジタル変換器(ADC; analog to digital converter)を含む。例えば、出力回路１０３０は、カラムデコーダと画素アレイ１１００との間でカラム別にそれぞれ配置された複数のＡＤＣ、またはカラムデコーダの出力端に配置された１つのＡＤＣを含む。タイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０、及び出力回路１０３０は、１つのチップまたはそれぞれ別個のチップによっても具現される。出力回路１０３０を介して出力された映像信号を処理するためのプロセッサがタイミングコントローラ１０１０、ロウデコーダ１０２０、及び出力回路１０３０と共に、１つのチップによっても具現される。
画素アレイ１１００は、互いに異なる波長の光を感知する複数の画素を含む。画素の配列は、多様な方式によって具現されうる。例えば、図２Ａないし図２Ｃは、画素アレイ１１００の多様な画素配列を図示する。
まず、図２Ａは、イメージセンサ１０００で一般に採択されているベイヤーパターン(Bayer Pattern)を示す。図２Ａを参照すれば、１つの単位パターンは、４つの４分領域(Quadrant region)を含み、第１ないし第４四分面がそれぞれ青色画素Ｂ、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇにもなる。そのような単位パターンが第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って２次元的に反復配列される。すなわち、２×２アレイ状の単位パターン内で一側対角線方向に２つの緑色画素Ｇが配置され、他側対角線方向にそれぞれ１個の青色画素Ｂと１個の赤色画素Ｒが配置される。全体として画素配列は、複数の緑色画素Ｇと複数の青色画素Ｂとが第１方向に沿って交互に配列される第１行と、複数の赤色画素Ｒと複数の緑色画素Ｇとが第１方向に沿って交互に配列される第２行とが第２方向に沿って反復的に配列される。
画素アレイ１１００の配列方式は、ベイヤーパターン以外にも多様な配列方式が可能である。例えば、図２Ｂを参照すれば、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）画素Ｍ、シアン（Ｃｙａｎ）画素Ｃ、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）画素Ｙ、及び緑色画素Ｇが１つの単位パターンを構成するＣＹＧＭ方式の配列も可能である。また、図２Ｃを参照すれば、緑色画素Ｇ、赤色画素Ｒ、青色画素Ｂ、及び白色画素Ｗが１つの単位パターンを構成するＲＧＢＷ方式の配列も可能である。また、図示されていないが、単位パターンが３×２アレイ状を有してもよい。それ以外にも、画素アレイ１１００の画素は、イメージセンサ１０００の色特性によって多様な方式によって配列される。以下、イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００がベイヤーパターンを有することを例として説明しているが、動作原理は、ベイヤーパターンではない他の形態の画素配列にも適用されうる。
イメージセンサ１０００の画素アレイ１１００は、各画素に対応する色の光を集光する色分離レンズアレイを含んでもよい。図３Ａ及び図３Ｂは、色分離レンズアレイの構造と動作とを示す概念図である。
図３Ａを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０は、入射光Ｌｉの位相を入射位置によって異なって変化させるナノポストＮＰを含んでもよく、入射光Ｌｉに含まれた第１波長光Ｌλ１が集光される、第１ターゲット領域Ｒ１に対応する第１領域１３１、及び入射光Ｌｉに含まれた第２波長光Ｌλ２が集光される、第２ターゲット領域Ｒ２に対応する第２領域１３２に区画されうる。第１及び第２領域１３１、１３２は、それぞれ１つまたは複数のナノポストＮＰを含み、それぞれ第１及び第２ターゲット領域Ｒ１、Ｒ２と対向するように配置されうる。
色分離レンズアレイ１３０は、入射光Ｌｉに含まれた第１及び第２波長光Ｌλ１、Ｌλ２にそれぞれ異なる位相分布を形成し、第１波長光Ｌλ１を第１ターゲット領域Ｒ１に、第２波長光Ｌλ２を第２ターゲット領域Ｒ２に集光することができる。
例えば、図３Ｂを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０は、色分離レンズアレイ１３０を通過した直後の位置、すなわち、色分離レンズアレイ１３０の下部表面位置において、第１波長光Ｌλ１が第１位相分布ＰＰ１を有し、第２波長光Ｌλ２が第２位相分布ＰＰ２を有するようにし、第１及び第２波長光Ｌλ１、Ｌλ２をそれぞれ対応するターゲット領域位置Ｒ１、Ｒ２に集光させうる。例えば、色分離レンズアレイ１３０を通過した第１波長光Ｌλ１は、第１領域１３１の中心で最も大きく、第１領域１３１の中心から遠ざかる方向、すなわち、第２領域１３２方向に減少する位相分布ＰＰ１を有することができる。そのような位相分布は、凸レンズ、例えば、中心部が凸状のマイクロレンズを通過して一地点に収束する光の位相分布と類似しており、第１波長光Ｌλ１は、第１ターゲット領域Ｒ１に集光されうる。また、色分離レンズアレイ１３０を通過した第２波長光Ｌλ２は、第２領域１３２の中心で最も大きく、第２領域１３２の中心から遠ざかる方向、すなわち、第１領域１３１方向に減少する位相分布ＰＰ２を有し、第２ターゲット領域Ｒ２で集光されうる。
物質の屈折率は、反応する光の波長によって異なって示されるので、図３Ｂのように、色分離レンズアレイ１３０が第１及び第２波長光Ｌλ１、Ｌλ２に対して互いに異なる位相分布を提供することができる。すなわち、同じ物質であっても、物質と反応する光の波長によって屈折率が異なり、物質を通過したとき、光に加えられる位相遅延も波長ごとに異なるので、波長別に異なる位相分布が形成されうる。例えば、第１領域１３１の第１波長光Ｌλ１に対する屈折率と第１領域１３１の第２波長光Ｌλ２に対する屈折率とが互いに異なり、第１領域１３１を通過した第１波長光Ｌλ１に加えられる位相遅延と第１領域１３１を通過した第２波長光Ｌλ２に加えられる位相遅延とが異なるので、そのような光の特性を考慮して設計された色分離レンズアレイ１３０は、第１及び第２波長光Ｌλ１、Ｌλ２に対して互いに異なる位相分布を提供することができる。
色分離レンズアレイ１３０は、第１及び第２波長光Ｌλ１、Ｌλ２がそれぞれ第１及び第２位相分布ＰＰ１、ＰＰ２を有するように特定の規則によって配列されたナノポストＮＰを含む。ここで、規則(rule)は、ナノポストＮＰの形状、大きさ（幅、高さ）、間隔、配列形態などのパラメータに適用されるものであり、それらのパラメータは、色分離レンズアレイ１３０を通じて具現しようとする位相分布(Phase Profile)によって決定されうる。
ナノポストＮＰが第１領域１３１に配置される規則と第２領域１３２に配置される規則は、互いに異なってもいる。すなわち、第１領域１３１に備えられたナノポストＮＰの形状、大きさ、間隔、及び／または配列は、第２領域１３２に備えられたナノポストＮＰの形状、大きさ、間隔、及び／または配列と異なってもいる。
ナノポストＮＰは、断面の直径がサブ波長の寸法を有することができる。ここでサブ波長は、分岐対象である光の波長帯域より小さな波長を意味する。ナノポストＮＰは、例えば、第１波長、第２波長のうち、短い波長より小さな寸法を有することができる。入射光Ｌｉが可視光である場合、ナノポストＮＰ断面の直径は、例えば４００ｎｍ、３００ｎｍ、または２００ｎｍより小さな寸法を有することができる。一方、ナノポストＮＰの高さは、５００ｎｍ～１５００ｎｍであり、断面の直径よりも大きくもなる。図示はしていないが、ナノポストＮＰは、高さ方向（Ｚ方向）に積層された２つ以上のポストが結合されたものでもある。
ナノポストＮＰは、周辺物質に比べて、高い屈折率を有する物質からなりうる。例えば、ナノポストＮＰは、ｃ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ及びＩＩＩ－Ｖ化合物半導体（ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓなど）、ＳｉＣ、ＴｉＯ２、ＳｉＮ及び／またはそれらの組合わせを含む。周辺物質と屈折率差を有するナノポストＮＰは、ナノポストＮＰを通り過ぎる光の位相を変化させうる。これは、ナノポストＮＰが有するサブ波長の形状寸法によって起きる位相遅延(Phase Profile)によるものであり、位相遅延の程度は、ナノポストＮＰの細部的な形状寸法、配列形態などによって決定される。ナノポストＮＰ周辺物質は、ナノポストＮＰよりも低い屈折率を有する誘電体物質、例えば、ＳｉＯ２または空気(air)からなりうる。
第１波長と第２波長は、可視光線波長帯域でもあるが、それに限定されず、ナノポストＮＰの配列規則によって多様な波長での動作が可能である。また、二波長が分岐されて集光されることを例示しているが、入射光が波長によって３方向以上に分岐されて集光されうる。
以下、前述した色分離レンズアレイ１３０がイメージセンサ１０００の画素アレイ１１００に適用された例をさらに詳細に説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、一例による画素アレイをそれぞれ異なる断面で見られる概略的な図面であり、図５Ａは、画素アレイの光感知セルの配列を概略的に示す平面図であり、図５Ｂは、色分離レンズアレイにナノポストが配列された形態を例示的に示す平面図であり、図５Ｃは、図５Ｂの一部を拡大して詳細に示す平面図である。
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、画素アレイ１１００は、光をセンシングする複数の光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４を含むセンサ基板１１０、センサ基板１１０上に配置されたスペクトル補正層１５０、スペクトル補正層１５０上に配置された透明なスペーサ層１２０、及びスペーサ層１２０上に配置された色分離レンズアレイ１３０を含む。
センサ基板１１０は、光を電気的信号に変換する第１ないし第４光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４を含む。第１ないし第４光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４は、図４Ａに図示されたように第１及び第２光感知セル１１１、１１２が第１方向（Ｘ方向）に沿って交互に配列され、Ｙ方向の位置が異なる断面では、図４Ｂのように第３及び第４光感知セル１１３、１１４が交互に配列されうる。図５Ａは、画素アレイ１１００が、図２Ａのようにベイヤーパターンを有する場合の光感知セルの配列を示す。そのような配列は、入射光をベイヤーパターンのような単位パターンに区分してセンシングするためのものであり、例えば、第１及び第４光感知セル１１１、１１４は、第１波長光をセンシングし、第２光感知セル１１２は、第２波長光をセンシングし、第３光感知セル１１３は、第３波長光をセンシングすることができる。以下、第１波長光は緑色光、第２波長光は青色光、第３波長光は赤色光と例示しており、第１及び第４光感知セル１１１、１１４は、緑色画素Ｇに対応し、第２光感知セル１１２は、青色画素Ｂに対応し、第３光感知セル１１３は、赤色画素Ｒに対応する。図示されていないが、セル間の境界には、セル分離のための分離膜がさらに形成されうる。
スペクトル補正層１５０は、色分離レンズアレイ１３０によって分岐された光がそれぞれの光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４に入射する前に、入射する光の一部を吸収及び／または反射してスペクトル分布を補正(Spectrum Shaping)する役割が可能である。スペクトル補正層１５０は、緑色、青色及び赤色画素Ｇ、Ｂ、Ｒに対応する第１ないし第３補正部１５１、１５２、１５３を含む。例えば、スペクトル補正層１５０は、緑色画素Ｇに対応する第１及び第４光感知セル１１１、１１４の上部に配置される第１補正部１５１、青色画素Ｂに対応する第２光感知セル１１２の上部に配置される第２補正部１５２、及び赤色画素Ｒに対応する第３光感知セル１１３上部に配置される第３補正部１５３を含む。図４Ａ及び図４Ｂの実施例では、全ての光感知セル上部にスペクトル補正層１５０が形成された構造を例示しているが、一部の光感知セルにのみスペクトル補正層１５０が形成されてもよい。例えば、第１及び第４光感知セル１１１、１１４上部にのみ第１補正部１５１が配置され、第２及び第３光感知セル１１２、１１３上部には、スペクトル補正層１５０が配置されない。第１ないし第３補正部１５１、１５２、１５３それぞれの細部構造については、図１０Ａないし図１２Ｅを参照して後述する。
スペーサ層１２０は、センサ基板１１０と色分離レンズアレイ１３０との間に配置され、センサ基板１１０と色分離レンズアレイ１３０との間隔を一定に保持させる役割を行う。スペーサ層１２０は、可視光に対して透明な物質、例えば、ＳｉＯ２、シロキサン系ガラス(SOG; siloxane-based spin on glass)などナノポストＮＰよりも低い屈折率を有しながら、可視光帯域で吸収率が低い誘電体物質からなりうる。前述したスペクトル補正層１５０は、スペーサ層１２０の内部に埋め込まれた構造でもある。スペーサ層１２０の厚さｈは、ht - p ≦ h ≦ ht+ pの範囲内で選択されうる。ここで、スペーサ層１２０の理論厚さｈｔは、λ０の波長に対するスペーサ層１２０の屈折率をｎ、光感知セルのピッチをｐとするとき、次の数式１で表示されうる。
Figure 2022074093000002
スペーサ層１２０の理論厚さｈｔは、λ０の波長を有する光が色分離レンズアレイ１３０によって光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４の上面上に集光される焦点距離を意味する。λ０は、スペーサ層１２０の厚さｈを決定する基準になる波長でもあり、緑色光の中心波長である５４０ｎｍを基準にスペーサ層１２０の厚さを設計することができる。
色分離レンズアレイ１３０は、スペーサ層１２０によって支持され、入射光の位相を変化させるナノポストＮＰ及びナノポストＮＰの間に配置され、ナノポストＮＰより屈折率が低い誘電体、例えば、空気またはＳｉＯ２を含む。
図５Ｂを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０は、図５Ａの第１ないし第４光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４に対応する第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４に区画されうる。第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４は、それぞれ第１ないし第４光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４と対向するように配置されうる。例えば、色分離レンズアレイ１３０の第１領域１３１が第１光感知セル１１１に対応するように配置され、第２領域１３２が第２光感知セル１１２に対応するように配置され、第３領域１３３が第３光感知セル１１３に対応するように配置され、第４領域１３４が第４光感知セル１１４に対応するように配置されうる。第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４は、第１及び第２領域１３１、１３２が交互に配列される第１行と、第３及び第４領域１３３、１３４が交互に配列される第２行とが交互に反復されるように第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）に沿って二次元配列されうる。色分離レンズアレイ１３０も、センサ基板１１０の光感知セルアレイのように２次元配列された複数の単位パターンを含み、それぞれの単位パターンは、２×２の形態に配列された第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４を含む。
図４Ａ及び図４Ｂは、第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４と第１ないし第４光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４とが同じ大きさを有し、鉛直方向に対向する構造を例として図示しているが、色分離レンズアレイ１３０は、第１波長光を集光する領域、第２波長光を集光する領域など他の形態に定義される複数の領域に区画されうる。
色分離レンズアレイ１３０は、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４に第１波長光が分岐されて集光され、第２光感知セル１１２に第２波長光が分岐されて集光され、第３光感知セル１１３に第３波長光が分岐されて集光されるように、大きさ、形状、間隔及び／または配列が決定されたナノポストＮＰを含む。一方、色分離レンズアレイ１３０の厚さ（Ｚ方向）は、ナノポストＮＰの高さと類似しており、５００ｎｍ～１５００ｎｍでもある。
図５Ｂを参照すれば、第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４は、円形断面を有する円柱状のナノポストＮＰを含んでもよく、各領域の中心部には、断面積が互いに異なるナノポストＮＰが配置され、画素間境界線上の中心及び画素境界線の交点にもナノポストＮＰが配置されうる。画素間境界に配置されたナノポストＮＰの断面積は、画素中心部に配置されたナノポストＮＰよりも小さい。
図５Ｃは、図５Ｂの一部領域、すなわち、単位パターンを構成する第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４に含まれたナノポストＮＰの配列を詳細に示す。図５Ｃにおいて、ナノポストＮＰは、単位パターンの細部位置によってｐ１～ｐ９で表示されている。図５Ｃを参照すれば、ナノポストＮＰのうち、第１領域１３１の中心部に配置されたナノポストｐ１及び第４領域１３４の中心部に配置されたナノポストｐ４の断面積は、第２領域１３２の中心部に配置されたナノポストｐ２や第３領域１３３の中心部に配置されたナノポストｐ３の断面積よりも大きく、第２領域１３２の中心部に配置されたナノポストｐ２の断面積は、第３領域１３３の中心部に配置されたナノポストｐ３の断面積よりも大きい。但し、これは、一例に過ぎず、必要によって多様な形状、大きさ、配列のナノポストＮＰが適用されうる。
緑色画素Ｇに対応する第１及び第４領域１３１、１３４に備えられたナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って互いに異なる分布規則を有することができる。例えば、第１及び第４領域１３１、１３４に配置されたナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って異なる大きさ配列を有することができる。図５Ｃに図示されたように、ナノポストＮＰのうち、第１領域１３１と第１方向（Ｘ方向）に隣接した第２領域１３２との境界に位置するナノポストｐ５の断面積と、第２方向（Ｙ方向）に隣接する第３領域１３３との境界に位置するナノポストｐ６の断面積は、互いに異なる。同様に、第４領域１３４と第１方向（Ｘ方向）に隣接した第３領域１３３との境界に位置するナノポストｐ７の断面積と、第２方向（Ｙ方向）に隣接する第２領域１３２との境界に位置するナノポストｐ８の断面積は、互いに異なる。
一方、青色画素Ｂに対応する第２領域１３２及び赤色画素Ｒに対応する第３領域１３３に配置されたナノポストＮＰは、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に沿って対称的な分布規則を有することができる。図５Ｃに図示されたように、ナノポストＮＰのうち、第２領域１３２と第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素間の境界に載置されるナノポストｐ５と第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素間の境界に載置されるナノポストｐ８の断面積は、互いに同一であり、第３領域１３３でも同様に第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素間の境界に載置されるナノポストｐ７と第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素間の境界に載置されるナノポストｐ６の断面積が互いに同一である。
一方、第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４それぞれの４コーナ、すなわち、４領域が交差する位置に配置されたナノポストｐ９は、同じ断面積を有する。
このような分布は、ベイヤーパターンの画素配列に起因する。青色画素Ｂと赤色画素Ｒは、いずれも第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素が緑色画素Ｇであって、同一であり、一方、第１領域１３１に対応する緑色画素Ｇは、第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素が青色画素Ｂであり、第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素が赤色画素Ｒであって、互いに異なり、第４領域１３４に対応する緑色画素Ｇは、第１方向（Ｘ方向）に隣接した画素が赤色画素Ｒであり、第２方向（Ｙ方向）に隣接した画素が青色画素Ｂであり、互いに異なる。そして、第１領域１３１、第４領域１３４に対応する緑色画素Ｇは、４つの対角方向に隣接する画素が緑色画素Ｇであって、互いに同一であり、第２領域１３２に対応する青色画素Ｂは、４つの対角方向に隣接する画素が赤色画素Ｒであって、互いに同一であり、第３領域１３３に対応する赤色画素Ｒは、４つの対角方向に隣接する画素が青色画素Ｂであって、互いに同一である。したがって、青色画素Ｂと赤色画素Ｒに対応する第２及び第３領域１３２、１３３では４回対称(4-fold symmetry)の形態にナノポストＮＰが配列され、緑色画素Ｇに対応する第１及び第４領域１３１、１３４では、２回対称(2-fold symmetry)の形態にナノポストＮＰが配列されうる。特に、第１及び第４領域１３１、１３４は、互いに対して９０°回転されている。
図５Ｂ及び図５ＣのナノポストＮＰは、いずれも対称的な円形の断面形状を有するように図示されているが、非対称の断面形状を有するナノポストが一部含まれうる。例えば、緑色画素Ｇに対応する第１及び第４領域１３１、１３４には、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）の幅が互いに異なる非対称断面形状を有するナノポストが採用され、青色画素Ｂと赤色画素Ｒに対応する第２及び第３領域１３２、１３３には、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）の幅が同じ対称的な断面形状を有するナノポストが採用されうる。
例示された色分離レンズアレイ１３０の配列規則は、第１光感知セル１１１と第４光感知セル１１４に第１波長光を分岐して集光させ、第２光感知セル１１２に第２波長光を分岐して集光させ、第３光感知セル１１３に第３波長光を分岐して集光させる位相分布を具現するための一例示であり、図示されたパターンに限定されるものではない。
図６Ａは、色分離レンズアレイ１３０を通過した第１及び第２波長光の位相分布を図５ＢのＩ－Ｉ’線に沿って示し、図６Ｂは、色分離レンズアレイ１３０を通過した第１波長光が第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４の中心で有する位相を示し、図６Ｃは、色分離レンズアレイ１３０を通過した第２波長光が第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４の中心で有する位相を示す。図６Ａに図示された第１及び第２波長光の位相分布は、図３Ｂで例示的に説明した第１及び第２波長光の位相分布と同一である。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０を通過した第１波長光は、第１領域１３１の中心で最も大きく、第１領域１３１の中心から遠ざかる方向に減少する位相分布を有することができる。具体的に、第１波長光の位相は、色分離レンズアレイ１３０を通過した直後位置、すなわち、色分離レンズアレイ１３０の下部表面またはスペーサ層１２０の上面で、第１領域１３１の中心で最も大きく、第１領域１３１の中心から遠ざかるほど同心円状に徐々に小さくなり、Ｘ方向及びＹ方向では、第２及び第３領域１３２、１３３の中心で最小となり、対角線方向には、第１領域１３１と第４領域１３４との接点で最小となる。第１領域１３１中心で出射される第１波長光の位相を基準として２πと決定すれば、第２及び第３領域１３２、１３３中心では、位相が０．９π～１．１π、第４領域１３４中心では、位相が２π、第１領域１３１と第４領域１３４との接点では、位相が１．１π～１．５πである光が出射されうる。一方、第１位相分布ＰＰ１は、第１領域１３１の中心を通過した光の位相遅延量が最も大きいということを意味するものではない。第１領域１３１を通過した光の位相を２πと決定したとき、他の位置を通過した光の位相値（位相遅延がさらに大きく、２πよりも大きい場合）は、２ｎπほど除去して残った値、すなわち、ラップ(Wrap)された位相の分布でもある。例えば、第１領域１３１を通過した光の位相を２πとしたとき、第２領域１３２の中心を通過した光の位相が３πであれば、第２領域１３２での位相は、３πから２π（ｎ＝１の場合）を除去して残ったπでもある。
図６Ａ及び図６Ｃを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０を通過した第２波長光は、第２領域１３２の中心で最も大きく、第２領域１３２の中心から遠ざかる方向に減少する位相分布を有することができる。具体的に、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置で、第２波長光の位相は、第２領域１３２の中心で最も大きく、第２領域１３２の中心から遠ざかるほど同心円状に徐々に小さくなり、Ｘ方向及びＹ方向では、第１及び第４領域１３１、１３４の中心で最小となり、対角線方向には、第３領域１３３の中心で最小になる。第２波長光の第２領域１３２の中心での位相を２πとすれば、第２波長光の位相は、第１及び第４領域１３１、１３４の中心では０．９π～１．１πであり、第３領域１３３中心ではπよりも小さい値、例えば、０．２π～０．９πである。
図６Ｄは、第１光感知セル１１１に対応する色分離レンズアレイ１３０の第１領域１３１とその周辺に入射した第１波長光の進行方向を例示的に示し、図６Ｅは、第１波長光に対して色分離レンズアレイ１３０と等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。
第１領域１３１周辺に入射した第１波長光は、色分離レンズアレイ１３０によって図６Ｄに図示したように、第１光感知セル１１１に集光され、第１光感知セル１１１には、第１ないし第３領域１３１、１３２、１３３からの第１波長光が入射される。図６Ａ及び図６Ｂで説明した第１波長光の位相分布は、第１領域１３１と一辺を突き合わせ、隣接した２つの第２領域１３２と２つの第３領域１３３の中心を連結して作った仮想の第１マイクロレンズＭＬ１を通過した光の位相分布と類似している。したがって、図６Ｅに図示されたように、色分離レンズアレイ１３０は、第１領域１３１の周辺に入射する第１波長光については、第１領域１３１を中心に配列された複数の第１マイクロレンズＭＬ１のアレイと等価的な役割を行うことができる。等価的な第１マイクロレンズＭＬ１それぞれは、対応する第１光感知セル１１１より面積が大きいので、第１領域１３１に入射する第１波長光だけではなく、第２及び第３領域１３２、１３３に入射する第１波長光も第１光感知セル１１１に集光させうる。第１マイクロレンズＭＬ１の面積は、対応する第１光感知セル１１１の面積より１．２倍～２倍大きい。
図６Ｆは、第２光感知セル１１２に対応する色分離レンズアレイ１３０の第２領域１３２とその周辺に入射した第２波長光の進行方向を例示的に示し、図６Ｇは、第２波長光に対して色分離レンズアレイ１３０と等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。
第２波長光は、色分離レンズアレイ１３０によって図６Ｆのように第２光感知セル１１２に集光され、第２光感知セル１１２には、第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４からの第２波長光が入射される。前記図６Ａ及び図６Ｃで説明した第２波長光の位相分布は、第２領域１３２と頂点を突き合わせて隣接した４個の第３領域１３３の中心を連結して作った仮想の第２マイクロレンズＭＬ２を通過した光の位相分布と類似している。したがって、図６Ｇに図示されたように、色分離レンズアレイ１３０は、第２波長光については、第２領域１３２を中心に配列された複数の第２マイクロレンズＭＬ２のアレイと等価的な役割を行うことができる。それぞれの第２マイクロレンズＭＬ２は、対応する第２光感知セル１１２よりも大きいので、第２光感知セル１１２方向に入射する第２波長光だけではなく、第１、第３及び第４光感知セル１１１、１１３、１１４方向に入射する第２波長光も第２光感知セル１１２に集光させうる。第２マイクロレンズＭＬ２の面積は、対応する第２光感知セル１１２の面積より１．５～４倍大きい。
図７Ａは、色分離レンズアレイ１３０を通過した第１及び第３波長光の位相分布を図５ＢのＩＩ－ＩＩ’線に沿って示し、図７Ｂは、色分離レンズアレイ１３０を通過した第３波長光の第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４中心での位相を示し、図７Ｃは、色分離レンズアレイ１３０を通過した第１波長光の第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４中心での位相を示す。
図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、色分離レンズアレイ１３０を通過した第３波長光は、第２領域１３２を中心に前述した第２波長光と類似した第３位相分布ＰＰ３を有し、第３領域１３３の中心で最も大きく、第３領域１３３の中心から遠ざかる方向に減少する位相分布を有することができる。具体的に、第３波長光は、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置で、第３領域１３３の中心で最も大きく、第３領域１３３の中心から遠ざかるほど同心円状に徐々に小さくなり、Ｘ方向及びＹ方向では、第１及び第４領域１３１、１３４の中心で最小となり、対角線方向には、第２領域１３２の中心で最小となる。第３波長光の第３領域１３３中心での位相を２πとすれば、第３波長光の位相は、第１及び第４領域１３１、１３４の中心では、０．９π～１．１πであり、第２領域１３２の中心では、πよりも小さい値、約０．２π～０．９πでもある。
図７Ｄは、第３光感知セル１１３に対応する色分離レンズアレイ１３０の第３領域１３３とその周辺に入射した第３波長光の進行方向を例示的に示し、図７Ｅは、第３波長光に対して色分離レンズアレイ１３０と等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。
第３波長光は、色分離レンズアレイ１３０によって図７Ｄに図示したように、第３光感知セル１１３に集光され、第３光感知セル１１３には、第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４からの第３波長光が入射される。前記図７Ａ及び図７Ｂで説明した第３波長光の位相分布は、第３領域１３３と頂点を突き合わせて隣接した４個の第２領域１３２の中心を連結して作った仮想の第３マイクロレンズＭＬ３を通過した光の位相分布と類似している。したがって、図７Ｅに図示されたように、色分離レンズアレイ１３０は、第３波長光に対しては、第３光感知セル１１３を中心に配列された複数の第３マイクロレンズＭＬ３アレイと等価的な役割を行うことができる。第３マイクロレンズＭＬ３それぞれの面積は、対応する第３光感知セル１１３よりも大きいので、第３光感知セル１１３方向に入射する第３波長光だけではなく、第１、第２及び第４光感知セル１１１、１１２、１１４方向に入射する第３波長光も第３光感知セル１１３に集光させうる。第３マイクロレンズＭＬ３の面積は、対応する第３光感知セル１１３の面積より１．５～４倍大きい。
図７Ａ及び図７Ｃを参照すれば、第４領域１３４周辺に入射する第１波長光は、第１領域１３１を中心に前述した第１波長光と類似した第４位相分布ＰＰ４を有し、第４領域１３４の中心で最も大きく、第４領域１３４の中心から遠ざかる方向に減少する位相分布を有することができる。第１波長光の第４領域１３４を中心にした位相は、色分離レンズアレイ１３０を透過した直後の位置で第４領域１３４の中心で最も大きく、第４領域１３４の中心から遠ざかるほど同心円状に徐々に小さくなり、Ｘ方向及びＹ方向では、第２及び第３領域１３２、１３３の中心で最小となり、対角線方向には、第１領域１３１と第４領域１３４との接点で最小となる。第１波長光の位相が第４領域１３４の中心で２πとすれば、第２及び第３領域１３２、１３３の中心では、０．９π～１．１π、第１領域１３１の中心では、２π、第１領域１３１と第４領域１３４との接点では、１．１π～１．５πでもある。
図７Ｆは、第４領域とその周辺に入射した第１波長光の進行方向を例示的に示し、図７Ｇは、第１波長光に対して色分離レンズアレイと等価的に作用するマイクロレンズアレイを例示的に示す。第１波長光は、２つの光感知セル１１１、１１４に集光され、第４領域で入射する第１波長光の位相分布及び光の進行方向は、第１領域１３１に入射された第１波長光の位相分布及び進行方向と類似しているので、重複説明は省略する。
図７Ｆを参照すれば、第４領域１３４領域周辺に入射した第１波長光は、色分離レンズアレイ１３０によって第４光感知セル１１４に集光され、第４光感知セル１１４には、第２ないし第４領域１３２、１３３、１３４からの第１波長光が入射される。図７Ｇに図示されたように、色分離レンズアレイ１３０は、第４領域１３４周辺に入射する第１波長光に対して第４光感知セル１１４を中心に配列された複数の第４マイクロレンズＭＬ４アレイと等価的な役割を行うことができる。
図８は、図４Ａ及び図４Ｂの画素アレイにおいて、スペクトル補正層がない場合、すなわち、色分離レンズアレイ１３０を介して直ちにセンサ基板に入射した光のスペクトルを示す図面である。
図８の縦軸は、QE(Quantum Efficiency)であり、横軸は、光の波長を示す。QE(Quantum Efficiency)は、量子効率として、画素アレイ１１００に入射される光子が光電変換素子によって電子に変換される程度を示し、例えば、入射される光子が８０％の効率で電子に変換されるときのＱＥが０．８であり、入射される光子が１００％効率で電子に変換されたときのＱＥを１．０でもある。一般的な画素アレイでは、ＱＥが１．０以上にならないが、図４Ａ及び図４Ｂの画素アレイは、色分離レンズアレイ１３０を含むので、ＱＥが１．０以上にもなる。例えば、４７５ｎｍ波長に対して第２光感知セル１１２のＱＥが２．０であるということは、第２光感知セル１１２に向かって進行する４７５ｎｍ波長光の光子が１００個であるとき、第２光感知セル１１２では、光子２００個に該当する電子が発生することを意味する。図４Ａ及び図４Ｂの画素アレイでは、第２光感知セル１１２に向かって進行する４７５ｎｍ波長光の光子だけではなく、第１及び第３光感知セル１１１、１１３に向かって進行していた４７５ｎｍ波長光の光子まで第２光感知セル１１２に入射されるので、ＱＥが１．０以上にもなる。すなわち、色分離レンズアレイ１３０を通過する前に第２光感知セル１１２に向かって進行する４７５ｎｍ波長光の光子量より、色分離レンズアレイ１３０を通過した後、第２光感知セル１１２に入射される４７５ｎｍ波長光の光子量はさらに多くなるので、４７５ｎｍ波長光に対する第２光感知セル１１２のＱＥは、１．０より大きくもなる。
図８の第１スペクトルＳ１は、画素アレイ１１００に入射される光が色分離レンズアレイ１３０によって分岐されて緑色画素Ｇである第１及び第４光感知セル１１１、１１４で感知された光のスペクトルを示し、緑色光に該当する４９０ｎｍ～５８０ｎｍ波長帯域のＱＥが最も高い。第２スペクトルＳ２は、青色画素Ｂである第２光感知セル１１２で感知した光のスペクトルを示し、青色光に該当する４２０ｎｍ～４７５ｎｍ波長帯域のＱＥが最も高い。第３スペクトルＳ３は、赤色画素Ｒである第３光感知セル１１３で感知した光のスペクトルを示し、赤色光に該当する５９０ｎｍ～６８０ｎｍ波長帯域のＱＥが最も高い。
図５Ｂに図示された色分離レンズアレイ１３０は、ただ１つの例であり、イメージセンサの色特性、画素ピッチ、入射光の入射角などによって多様な形態の色分離レンズアレイ１３０が設計されうる。また、これまでは、色分離レンズアレイ１３０が互いに離れた複数の円筒状ナノポストＮＰを含むと説明したが、必ずしもそれに限定されない。例えば、図９Ａは、ベイヤーパターン方式のイメージセンサに適用されうる他の色分離レンズアレイの単位パターン形態を示す平面図であり、図９Ｂは、さらに他の色分離レンズアレイの単位パターン形態を示す平面図である。
図９Ａに図示された色分離レンズアレイ１３０’の第１ないし第４領域１３１’、１３２’、１３３’、１３４’それぞれは、１６×１６長方形にデジタル化されたバイナリー形態であり、単位パターンは、３２×３２長方形からなる形態を有する。それと異なって、図９Ｂに図示された色分離レンズアレイ１３０’’の第１ないし第４領域１３１’’、１３２’’、１３３’’、１３４’’それぞれは、デジタル化されていない連続した曲線形態を有する。図９Ａ及び図９Ｂに図示された色分離レンズアレイ１３０’、１３０’’の第１ないし第４領域１３１’、１３２’、１３３’、１３４’、１３１’’、１３２’’、１３３’’、１３４’’に適用される規則は、色分離レンズアレイ１３０の第１ないし第４領域１３１、１３２、１３３、１３４に適用される規則と同一である。
前述した色分離レンズアレイ１３０の位相分布及び性能を満足する色分離レンズアレイ１３０’、１３０’’は、多様な方式のコンピュータシミュレーションを通じて自動化された設計が可能である。例えば、遺伝子アルゴリズム(genetic algorithm)、粒子群集最適化(particle swarm optimization)アルゴリズム、アリ群集最適化(ant colony optimization)のような自然模倣アルゴリズム(nature-inspired algorithm)を利用するか、またはアドジョイント最適化(adjoint optimization)アルゴリズムに基づいた逆設計方式を通じて第１ないし第４領域１３１’、１３２’、１３３’、１３４’、１３１’’、１３２’’、１３３’’、１３４’’の構造を最適化することができる。
色分離レンズアレイ１３０’、１３０’’の設計は、色分離スペクトル、光効率、信号対雑音比などの評価要素であって、候補色分離レンズアレイの性能を評価しながら、第１ないし第４領域１３１’、１３２’、１３３’、１３４’、１３１’’、１３２’’、１３３’’、１３４’’の第１ないし第４パターンを最適化することができる。例えば、それぞれの評価要素に対する目標数値が予め決定されれば、評価要素に対する目標数値と設計値との差の和を最小化する方式で第１ないし第４領域１３１’、１３２’、１３３’、１３４’、１３１’’、１３２’’、１３３’’、１３４’’のパターンが最適化されうる。または、評価要素別に性能が指標化されれば、性能を示す値が最大になるように第１ないし第４領域１３１’、１３２’、１３３’、１３４’、１３１’’、１３２’’、１３３’’、１３４’’のパターンが最適化されうる。
図１０Ａは、図４Ａ及び図４Ｂの第１補正部の斜視図であり、図１０Ｂは、図１０ＡのＩＩＩ－ＩＩＩ’線に沿って見た断面図であり、図１０Ｃは、図１０Ａの第１補正部の透過率を示すグラフであり、図１０Ｄは、緑色画素に適用されうる有機カラーフィルタの透過率を示すグラフであり、図１０Ｅは、図１０Ａの第１補正部によって補正された第１スペクトルを示す。
図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、第１補正部１５１は、アレイに配列された第１ナノ構造物１５１ａ及び第１ナノ構造物１５１ａ間に配置された第１誘電体１５１ｂを含む。
第１ナノ構造物１５１ａは、断面円形である円柱状でもあり、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、またはＳｉからなりうる。第１ナノ構造物１５１ａの形状、高さ、ピッチは、第１補正部１５１として作ろうとするスペクトルによって異なって設計され、例えば、断面の直径１５１ｗは、８０ｎｍ、高さ（１５１ｈ）は、９０ｎｍ、ピッチ（１５１ｐ）は、１００ｎｍでもある。
第１誘電体１５１ｂは、第１ナノ構造物１５１ａと屈折率の異なる誘電体物質、例えば、ＳｉＯ２または空気(air)でもある。
第１補正部１５１は、イメージセンサ１０００の色純度及び色再現性を高めるために、第１及び第４光感知セル１１１、１１４に入射される光のスペクトルを補正し、第１補正部１５１を透過する光の量を波長別に異なって調節することができる。例えば、第１補正部１５１を緑色画素Ｇである第１及び第４光感知セル１１１、１１４の上部に配置して第１及び第４光感知セル１１１、１１４に入射される青色光の割合を低めようとする場合、第１補正部１５１を通過する光のうち、青色光の透過率が、緑色及び赤色光より低く設計されうる。
図１０Ｃは、緑色光の透過率が青色光の透過率より高く設計された第１補正部１５１の透過率グラフを示す。具体的に、第１補正部１５１は、４７５ｎｍ～６６０ｎｍ波長帯域については、０．８以上の透過率を有し、その他の波長帯域に対しては、０．８以下の透過率を有することができる。特に、第１補正部１５１は、波長が４５０ｎｍ以下の光に対して０．５より低い透過率を示し、波長５００ｎｍ以上の光に対して０．５以上の透過率を示すことができる。例えば、第１補正部１５１は、５４０ｎｍ波長光に対して０．９の透過率を示し、６４０ｎｍ波長光に対しても０．９の透過率を示すことができる。
一方、図１０Ｃの透過率グラフ全体面積のうち、斜線領域が占める広さは７２．６％であって、５０％よりも広い。このように４００ｎｍ～７００ｎｍ波長帯域に対する第１補正部１５１の透過率グラフの下部面積、例えば、図１０Ｃの斜視領域の面積は、全体面積の４０％～９０％、５０％～８０％、または５５％～７５％でもある。そのような面積の割合は、透過面積比であると定義されうる。一般的に、イメージセンサの緑色画素の上部に配置される緑色有機カラーフィルタの透過面積比が図１０Ｄに例示されたように、２５％～４０％である点を考慮すれば、第１補正部１５１の透過面積比は、一般的な緑色有機カラーフィルタの透過面積比より大きい。
図１０Ｅを参照して、第１補正部１５１がないとき、第１及び第４光感知セル１１１、１１４が感知する第１スペクトル（Ｓ１、図８参照）と、第１補正部１５１があるとき、第１及び第４光感知セル１１１、１１４が感知する補正された第１スペクトルＳ１’を比較すれば、補正された第１スペクトルＳ１’では、波長が４５０ｎｍ以下である光の感知量が補正前第１スペクトルＳ１に比べて５０％以下に減少しうる。例えば、４５０ｎｍ光のＱＥが、補正前第１スペクトルＳ１では０．４から、補正された第１スペクトルＳ１’では０．２に減少する。
図１１Ａは、図４Ａ及び図４Ｂの第２補正部の斜視図であり、図１１Ｂは、図１１ＡのＩＶ－ＩＶ’線に沿って見た断面図であり、図１１Ｃは、図１１Ａの第２補正部の透過率を示すグラフであり、図１１Ｄは、青色画素に適用されうる有機カラーフィルタの透過率を示すグラフであり、図１１Ｅは、図１１Ａの第２補正部によって補正された第２スペクトルを示す。
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すれば、第２補正部１５２は、アレイに配列された第２ナノ構造物１５２ａ及び第２ナノ構造物１５２ａの間に配置された第２誘電体１５２ｂを含む。
第２ナノ構造物１５２ａは、断面が円形である円柱状でもあり、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、またはＳｉからなりうる。第２ナノ構造物１５２ａの形状、高さ、ピッチは、第２補正部１５２で補正しようとするスペクトルによって異なって設計され、例えば、断面の幅１５２ｗは２００ｎｍ、高さ１５２ｈは９０ｎｍ、ピッチ１５２ｐは４２０ｎｍでもある。
第１補正部１５１と第２補正部１５２の構造を比較すれば、第２ナノ構造物１５２ａのピッチ（１５２ｐ、４２０ｎｍ）は、第１ナノ構造物１５１ａのピッチ（１５１ｐ、１００ｎｍ）より２倍～６倍大きくなり、第２ナノ構造物１５２ａの断面積（１０．０＊１０＾３π ｎｍ＾２）は、第１ナノ構造物１５１ａの断面積（１．６＊１０＾３π ｎｍ＾２）より４倍～１０倍大きい。
第２誘電体１５２ｂは、第２ナノ構造物１５２ａと屈折率の異なる誘電体物質、例えば、ＳｉＯ２または空気(air)でもある。
第２補正部１５２は、第２補正部１５２を透過する光量を波長別に異なって調節することができる。例えば、第２補正部１５２が青色画素Ｂである第２光感知セル１１２上部に配置されて第２光感知セル１１２に入射される赤色光の割合を低めようとする場合、入射光のうち、赤色光の透過率が緑色及び青色光より低くなるように第２ナノ構造物１５２ａが設計されうる。
図１１Ｃは、赤色光の透過率が緑色及び青色光の透過率より低く設計された第２補正部１５２の透過率グラフを示す。具体的に、第２補正部１５２は、６１０ｎｍ以下の波長については、０．５以上または０．６以上の透過率を示し、６１５ｎｍ～６７５ｎｍ波長、例えば、６５０ｎｍ波長については、０．５より低い透過率を示す。特に、第２補正部１５２は、４５０ｎｍ及び５４０ｎｍ波長については、０．６よりも大きい透過率を示し、６４０ｎｍ波長については、０．４より低い透過率を示す。
一方、図１１Ｃの透過率グラフ全体面積のうち、斜線領域が占める広さは、７０．０％であって、５０％よりも広い。このように第２補正部１５２の４００ｎｍ～７００ｎｍ波長帯域に対する透過面積比は、４０％～９０％、５０％～８０％、または５５％～７５％でもある。一般的にイメージセンサの青色画素上部に配置される青色有機カラーフィルタの透過面積比が、図１１Ｄに例示されたように、２５％～４０％である点を考慮すれば、第２補正部１５２の透過面積比は、一般的な青色有機カラーフィルタの透過面積比より大きくもなる。
図１１Ｅを参照して、第２補正部１５２がないとき、第２光感知セル１１２が感知する第２スペクトル（Ｓ２、図８参照）と、第２補正部１５２があるとき、第２光感知セル１１２で感知する補正された第２スペクトルＳ２’とを比較すれば、補正された第２スペクトルＳ２’では、６４０ｎｍ～６５０ｎｍ波長光の感知量が第２スペクトルＳ２に比べて５０％以下に減少する。例えば、６５０ｎｍ波長のＱＥが補正前には０．８から、補正後には０．４に減少する。
図１２Ａは、図４Ａ及び図４Ｂの第３補正部の斜視図であり、図１２Ｂは、図１２ＡのＶ－Ｖ’線に沿って見た断面図であり、図１２Ｃは、図１２Ａの第３補正部の透過率を示すグラフであり、図１２Ｄは、赤色画素に適用されうる有機カラーフィルタの透過率を示すグラフであり、図１２Ｅは、第３補正部によって補正された第３スペクトルを示す。
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すれば、第３補正部１５３は、アレイに配列された第３ナノ構造物１５３ａ及び第３ナノ構造物１５３ａの間に配置された第３誘電体１５３ｂを含む。
第３ナノ構造物１５３ａは、断面が円形である円柱状でもあり、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、またはＳｉからなりうる。第３ナノ構造物１５３ａの形状、高さ、ピッチは、第３補正部１５３で補正しようとするスペクトルによって異なって設計され、例えば、断面の幅１５３ｗは、１４０ｎｍ、高さ１５３ｈは、９０ｎｍ、ピッチ１５３ｐは、１８０ｎｍでもある。図１０Ａ、図１１Ａ及び図１２Ａの実施例では、第１ないし第３ナノ構造物１５１ａ、１５２ａ、１５３ａの高さが９０ｎｍである場合を例として説明したが、ナノ構造物の高さは、３０ｎｍ～１６０ｎｍでもある。
第１ないし第３補正部１５１、１５２、１５３の構造を比較すれば、第３ナノ構造物１５３ａのピッチ（１５３ｐ、１８０ｎｍ）は、第１ナノ構造物１５１ａのピッチ（１５１ｐ、１００ｎｍ）よりも大きく、第２ナノ構造物１５２ａのピッチ（１５１ｐ、４２０ｎｍ）よりも小さい。また、第３ナノ構造物１５３ａの断面積（４．９＊１０＾３π ｎｍ＾２）は、第１ナノ構造物１５１ａの断面積（１．６＊１０＾３π ｎｍ＾２）よりも大きく、第２ナノ構造物１５２ａの断面積（１０．０＊１０＾３π ｎｍ＾２）よりも小さい。
第３誘電体１５３ｂは、第３ナノ構造物１５３ａと屈折率の異なる誘電体物質、例えば、ＳｉＯ２または空気(air)でもある。
第３補正部１５３は、第３補正部１５３を透過する光の量を波長別に異なって調節し、例えば、第３補正部１５３が赤色画素Ｒである第３光感知セル１１２上部に配置されて第３光感知セル１１２に入射される青色光の割合を低めようとする場合、青色光の透過率が緑色及び赤色光より低く第３ナノ構造物１５３が設計されうる。
図１２Ｃは、青色光の透過率が緑色及び赤色光より低く設計された第３補正部１５３の透過率グラフを示す。第３補正部１５３は、５００ｎｍ以下の波長に対して０．５より低い透過率を示し、６００ｎｍ以上の波長に対して０．５以上の透過率を示す。具体的に、第３補正部１５３は、５５０ｎｍ以上の波長については、０．７以上の透過率を示し、５４０ｎｍ以下波長については、０．７以下の透過率を示し、５３０ｎｍ以下の波長については、０．５より低い透過率を示す。特に、第３補正部１５３は、４５０ｎｍ波長については０．２、５４０ｎｍ波長については０．６３、６４０ｎｍ波長については０．９２の透過率を示す。
一方、図１２Ｃの透過率グラフ全体面積のうち、斜線領域が占める広さは、５５．０％であって、５０％よりも大きい。第３補正部１５３も前述した第１及び第２補正部１５１、１５２のように、４００ｎｍ～７００ｎｍ波長帯域に対する透過面積比は、４０％～９０％、５０％～８０％、５５％～７５％でもある。一般的に赤色画素上部に配置される赤色有機カラーフィルタの透過面積比が図１２Ｄに例示されたように、２５％～４０％である点を考慮すれば、第３補正部１５３の透過面積比は、一般的な赤色有機カラーフィルタの透過面積比より大きくもなる。
第１ないし第３補正部１５１、１５２、１５３について説明したように、４００ｎｍ～７００ｎｍ波長に対するスペクトル補正層１５０の透過面積比は、４０％～９０％、５０％～８０％または５５％～７５％でもある。
図１２Ｅを参照して、第３補正部１５３がないときの第３光感知セル１１２が感知する第３スペクトル（Ｓ３、図８参照）と、第３補正部１５３があるとき、第３光感知セル１１２が感知する補正された第３スペクトルＳ３’を比較すれば、補正された第３スペクトルＳ３’では、波長が５３０ｎｍ以下である光の感知量が第３スペクトルＳ３に比べて５０％以下に減少する。例えば、５３０ｎｍ波長光のＱＥが、補正前０．８から、補正後には０．４に減少する。
図１３は、図４Ａ及び図４Ｂの画素アレイにスペクトル補正層がある場合、すなわち、色分離レンズアレイ及びスペクトル補正層を通じてセンサ基板に入射した光のスペクトルを示す図面である。
図１０ないし図１２で説明したスペクトル補正層１５０によって補正されたという点で図１３のスペクトルは、図８のスペクトルと差がある。図８のスペクトルに比べて、図１３のスペクトルは、カラー別画素集中度が向上しうる。緑色光の場合、センサ基板１１０全体の緑色光に対するＱＥのうち、緑色画素Ｇに対応する第１及び第４光感知セル１１１、１１４のＱＥが占める割合が大きくなり、青色光は、青色画素Ｂに対応する第２光感知セル１１２のＱＥが占める割合が大きくなり、赤色光は、赤色画素Ｂに対応する第３光感知セル１１３のＱＥが占める割合が大きくなることが、カラー別画素集中度が向上することを意味する。
具体的に、図８のスペクトルでは、青色光である４５０ｎｍ波長帯域の光に対して、青色画素Ｂに対応する第２光感知セル１１２におけるＱＥは、２．７５であり、全体ＱＥ、すなわち、第１ないし第４光感知セル１１１、１１２、１１３、１１４に対するＱＥは、３．４（２．７５＋０．４＋０．２５）であって、第２光感知セル１１２でのＱＥが占める割合が８０．９％であり、図１３のスペクトルでは、青色光である４５０ｎｍ波長帯域の光に対して、青色画素Ｂに対応する第２光感知セル１１２でのＱＥは、１．９７であって、全体ＱＥ２．２０（１．９７＋０．１７＋０．０６）において占める割合が８９．４％と高くもなる。これは、センサ基板１１０で感知する４５０ｎｍ波長光のうち、第２光感知セルで感知する光の割合が８９．４％であることを意味する。スペクトル補正層１５０を備えたセンサ基板１１０で感知する４５０ｎｍ波長光のうち、第２光感知セルで感知する光の割合は、８３％～９５％でもある。
他の例として、図８のスペクトルでは、緑色光である５４０ｎｍ波長帯域の光に対して、緑色画素Ｇに対応する第１及び第４光感知セル１１１、１１４でのＱＥは、１．１０であって、全体ＱＥ２．８５（１．１０＋０．４７＋１．２８）において占める割合が３８．７０％であり、図１３のスペクトルでは、緑色光である５４０ｎｍ波長帯域の光に対して、緑色画素Ｇに対応する第１及び第４光感知セル１１１、１１４でのＱＥが０．９３であって、全体ＱＥ２．１０（０．９３＋０．４２＋０．７５）において占める割合が４４．３０％と大きくもなる。また、図８のスペクトルでは、赤色光である６４０ｎｍ波長帯域の光に対して、赤色画素Ｒに対応する第３光感知セル１１３でのＱＥが１．８９であって、全体ＱＥ３．２０（０．６２＋０．６９＋１．８９）において占める割合が５９．２０％であり、図１３のスペクトルでは、赤色光である６４０ｎｍ波長帯域の光に対して、赤色画素Ｒに対応する第３光感知セル１１３でのＱＥが１．８４であって、全体ＱＥ２．７５（０．６０＋０．３１＋１．８４）において占める割合が６６．９０％と大きくもなる。これは、センサ基板１１０で感知する６４０ｎｍ波長光のうち、第３光感知セルで感知する光の割合が６６．９％であることを意味する。スペクトル補正層１５０を備えたセンサ基板１１０で感知する６４０ｎｍ波長光のうち、第３光感知セルで感知する光の割合は、６０％～７５％でもある。
４５０ｎｍ、５４０ｎｍ、６４０ｎｍ波長光を例として、カラー別画素集中度をまとめれば、下記［表１］及び［表２］の通りである。
Figure 2022074093000003
Figure 2022074093000004
表２にまとめられたように、センサ基板１１０で感知する４５０ｎｍ波長の光のうち、第２光感知セル１１２で感知される光の割合が８５％以上である。また、センサ基板１１０で感知する６４０ｎｍ波長の光のうち、第３光感知セル１１３で感知される光の割合が６０％以上である。
一般にカラー別画素集中度が向上すれば、イメージセンサ１００の色純度及び色再現性の向上する場合が多いので、色分離レンズアレイ１３０とスペクトル補正層１５０とが適切に組合わせられれば、イメージセンサ１００の性能が改善されうる。
色分離レンズアレイ１３０とスペクトル補正層１５０の構造を比較すれば、色分離レンズアレイ１３０に含まれたナノポストＮＰの高さがナノ構造物１５１ａ、１５２ａ、１５３ａより３倍～５０倍大きくなり、色分離レンズアレイ１３０の厚さも、スペクトル補正層１５０の厚さよりも３倍～５０倍大きい。
図１４Ａないし図１４Ｃは、スペクトル補正層の他の実施例を説明する図面である。
前述した図１０Ａ、図１１Ａ及び図１２Ａの実施例では、第１ないし第３補正部１５１、１５２、１５３が円柱状のナノ構造物を含む例について説明したが、各補正部は、図１４Ａに図示されたように四角柱状のナノ構造物を含んでもよい。
また、図１０Ａ、図１１Ａ及び図１２Ａの実施例では、ナノ構造物が誘電体の屈折率よりも高い例について説明したが、図１４Ｂのように、ナノ構造物１５１ａ’’が誘電体１５１ｂ’’の屈折率より低い構造も可能である。例えば、図１４Ｂのナノ構造物１５１ａ’’は、ＳｉＯ２でもあり、誘電体１５１ｂ’’は、ｐ－Ｓｉ、ａ－Ｓｉ、Ｓｉ、またはＡｌ－ｐｌａｓｍｏｎｉｃでもある。
また、図１０Ａ、図１１Ａ及び図１２Ａの実施例では、誘電体が単一層である構造を例として説明したが、図１４Ｃのように、誘電体１５１ｂ’’’は、屈折率の異なる物質が反復積層された構造でもある。
また、図１０Ａ、図１１Ａ及び図１２Ａの実施例では、第１ないし第３補正部１５１、１５２、１５３それぞれに含まれたナノ構造物の直径が同径である構造について説明したが、所望のスペクトルを形成するために互いに異なる形状のナノ構造物を含んでもよい。例えば、第１補正部１５１は、互いに異なる直径の２種の円柱を含んでもよく、円柱以外に四角柱をさらに含んでもよい。
図１５Ａ及び図１５Ｂは、他の実施例による画素アレイをそれぞれ異なる断面で示す概略的な図面である。
図１５Ａ及び図１５Ｂの実施例は、色分離レンズアレイ１３０の上部に配置された光学フィルタ層１７０をさらに含むという点で、図４Ａ及び図４Ｂの実施例と差がある。光学フィルタ層１７０は、光が色分離レンズアレイ１３０に入射する前に特定波長帯域を吸収及び／または反射し、一部だけ選択的に透過させうる。例えば、光学フィルタ層１７０は、紫外線及び赤外線光は遮断し、可視光帯域の光だけ透過させてイメージセンサ１０００の色純度及び色再現性の改善に寄与することができる。
図１５Ａ及び図１５Ｂの構成要素のうち、光学フィルタ層１７０を除いた他の構成要素は、図４Ａ及び図４Ｂの実施例と類似しているので、重複説明は省略する。
図１６Ａは、図１５Ａ及び図１５Ｂに図示された光学フィルタ層の概略的な断面図であり、図１６Ｂは、光学フィルタ層の波長別透過率を示すグラフである。
図１６Ａを参照すれば、光学フィルタ層１７０は、第１物質からなる第１フィルタ層１７１と、第１物質より屈折率が低い第２物質からなる第２フィルタ層１７２を含む。第１及び第２フィルタ層１７１、１７２は、交互に反復積層され、第１及び第２フィルタ層１７１、１７２の物質、厚さ、反復積層回数などのパラメータを変更して光学フィルタ層１７０の透過波長を変更することができる。例えば、光学フィルタ層１７０は、厚さが８５ｎｍであり、物質がＴｉＯ２である第１フィルタ層１７１、厚さが１２５ｎｍであり、物質がＳｉＯ２である第２フィルタ層１７２がそれぞれ２２回ずつ交互に積層された構造でもある。
図１６Ｂを参照すれば、光学フィルタ層１７０が、紫外線及び赤外線波長帯域の光は遮断し、可視光帯域の光は透過させる。例えば、光学フィルタ層１７０の４３５ｎｍ～６００ｎｍ波長光に対する透過率は０．９以上であり、４２０ｎｍ以下または６５０ｎｍ以上の波長光に対する透過率は０．２以下でもある。光学フィルタ層１７０の透過率スペクトルのうち、４２０ｎｍ～４４０ｎｍ区間の透過率増加率が６００ｎｍ～６５０ｎｍ区間の透過率減少率に比べて大きくもなる。例えば、４２０ｎｍ～４４０ｎｍ区間では、波長が２０ｎｍほど増加するとき、透過率は０．２０から０．９５に０．７５以上増加するが、一方、６００ｎｍ～６５０ｎｍ区間では、波長が５０ｎｍほど増加するとき、透過率は、０．９から０．２に０．７ほど減少する。４２０ｎｍ～４４０ｎｍ区間での透過率は急増し、６００ｎｍ～６５０ｎｍ区間での透過率は相対的に緩慢に減少する。
図１７は、図１５Ａ及び図１５Ｂの画素アレイに入射された光のスペクトルを示す図面である。
図１７のスペクトルは、図１５Ａ及び図１５Ｂで説明した光学フィルタ層１７０を通過した光のスペクトルであるという点で、図１３のスペクトルと差がある。図１７のスペクトルは、図１３のスペクトルに比べて、オフセット(Offset)が減少する。オフセットが減少するということは、第１ないし第３スペクトルＳ１’’、Ｓ２’’、Ｓ３’’のＱＥがいずれも一定レベル以上の値を有する区間が減るということを意味する。例えば、図１３を参照すれば、波長が５２０ｎｍ～５５０ｎｍである区間及び６００ｎｍ以上である区間で第１ないし第３スペクトルＳ１’、Ｓ２’、Ｓ３’のＱＥがいずれも０．２以上であるが、図１７を参照すれば、第１ないし第３スペクトルＳ１’’、Ｓ２’’、Ｓ３’’はＱＥがいずれも０．２以上の区間が減る。オフセットの減少は、イメージセンサ１０００の色再現性改善に寄与することができる。
前述した画素アレイ１１００を含むイメージセンサ１０００は、カラーフィルタ、例えば、有機カラーフィルタによる光損失がほとんどないので、画素の大きさが小さくなっても、画素に十分な量の光を提供することができる。したがって、数億個以上の画素を有する超高解像度マイクロ高感度イメージセンサの製作が可能である。そのような超高解像度マイクロ高感度イメージセンサは、多様な高性能光学装置または高性能電子装置に採用されうる。そのような電子装置は、例えば、スマートフォン(smart phone)、PDA(personal digital assistant)、ラップトップ(laptop)、ＰＣなど多様な携帯用機器、家電製品、保安カメラ、医療用カメラ、自動車、事物インターネット(IoT;Internet of Things)機器、その他モバイルまたは非モバイルコンピュータ装置でもあるが、それに制限されない。
電子装置は、イメージセンサ１０００以外にも、イメージセンサを制御するプロセッサ、例えば、アプリケーションプロセッサ(AP: Application Processor)をさらに含んでもよく、プロセッサを通じて運用体制または応用プログラムを駆動して多数のハードウェアまたはソフトウェア構成要素を制御し、各種データ処理及び演算を遂行することができる。プロセッサは、GPU (Graphic Processing Unit)及び／またはイメージ信号プロセッサ(Image Signal Processor)をさらに含んでもよい。プロセッサにイメージ信号プロセッサが含まれる場合、イメージセンサによって獲得されたイメージ（または映像）を、プロセッサを用いて保存及び／または出力することができる。
図１８は、イメージセンサ１０００を含む電子装置１８０１の一例を示すブロック図である。図１８を参照すれば、ネットワーク環境１８００で電子装置１８０１は、第１ネットワーク１８９８（近距離無線通信ネットワークなど）を通じて他の電子装置１８０２と通信するか、または第２ネットワーク１８９９（遠距離無線通信ネットワークなど）を通じてさらに他の電子装置１８０４及び／またはサーバ１８０８と通信することができる。電子装置１８０１は、サーバ１８０８を通じて電子装置１８０４と通信することができる。電子装置１８０１は、プロセッサ１８２０、メモリ１８３０、入力装置１８５０、音響出力装置１８５５、表示装置１８６０、オーディオモジュール１８７０、センサモジュール１８７６、インターフェース１８７７、ハプティックモジュール１８７９、カメラモジュール１８８０、電力管理モジュール１８８８、バッテリ１８８９、通信モジュール１８９０、加入者識別モジュール１８９６、及び／またはアンテナモジュール１８９７を含む。電子装置１８０１には、該構成要素のうち、一部（表示装置１８６０など）が省略されるか、他の構成要素が追加されうる。該構成要素のうち、一部は、１つの統合された回路としても具現される。例えば、センサモジュール１８７６（指紋センサ、虹彩センサ、照度センサなど）は、表示装置１８６０（ディスプレイなど）に埋め込まれて具現されうる。
プロセッサ１８２０は、ソフトウェア（プログラム１８４０など）を実行してプロセッサ１８２０に連結された電子装置１８０１のうち、１つまたは複数個の異なる構成要素（ハードウェア、ソフトウェア構成要素など）を制御し、多様なデータ処理または演算を遂行することができる。データ処理または演算の一部として、プロセッサ１８２０は、他の構成要素（センサモジュール１８７６、通信モジュール１８９０など）から受信された命令及び／またはデータを揮発性メモリ１８３２にロードし、揮発性メモリ１８３２に保存された命令及び／またはデータを処理し、結果データを不揮発性メモリ１８３４に保存することができる。プロセッサ１８２０は、メインプロセッサ１８２１（中央処理装置、アプリケーションプロセッサなど）、及びそれと独立して、または共に運用可能な補助プロセッサ１８２３（グラフィック処理装置、イメージシグナルプロセッサ、センサハブプロセッサ、コミュニケーションプロセッサなど）を含む。補助プロセッサ１８２３は、メインプロセッサ１８２１よりも電力を小さく使用し、特化された機能を遂行することができる。
補助プロセッサ１８２３は、メインプロセッサ１８２１がインアクティブ状態（スリープ状態）にある間に、メインプロセッサ１８２１の代わりに、またはメインプロセッサ１８２１がアクティブ状態（アプリケーション実行状態）にある間に、メインプロセッサ１８２１と共に、電子装置１８０１の構成要素のうち、一部構成要素（表示装置１８６０、センサモジュール１８７６、通信モジュール１８９０など）に係わる機能及び／または状態を制御することができる。補助プロセッサ１８２３（イメージシグナルプロセッサ、コミュニケーションプロセッサなど）は、機能的に関連した他の構成要素（カメラモジュール１８８０、通信モジュール１８９０など）の一部としても具現される。
メモリ１８３０は、電子装置１８０１の構成要素（プロセッサ１８２０、センサモジュール１８７６など）が必要とする多様なデータを保存することができる。データは、例えば、ソフトウェア（プログラム１８４０など）、及びそれに係わる命令に対する入力データ及び／または出力データを含む。メモリ１８３０は、揮発性メモリ１８３２及び／または不揮発性メモリ１８３４を含む。不揮発性メモリ１８３４は、電子装置１８０１内に固定装着された内蔵メモリ１８３６と脱着可能な外装メモリ１８３８を含む。
プログラム１８４０は、メモリ１８３０にソフトウェアとして保存され、オペレーティングシステム１８４２、ミドルウェア１８４４及び／またはアプリケーション１８４６を含む。
入力装置１８５０は、電子装置１８０１の構成要素（プロセッサ１８２０など）に使用される命令及び／またはデータを電子装置１８０１の外部（ユーザなど）から受信することができる。入力装置１８５０は、マイク、マウス、キーボード、及び／またはデジタルペン（スタイラスペンなど）を含む。
音響出力装置１８５５は、音響信号を電子装置１８０１の外部に出力することができる。音響出力装置１８５５は、スピーカ及び／またはレシーバを含む。スピーカは、マルチメディア再生または録音再生のように一般的な用途として使用され、レシーバは、着信電話を受信するために使用されうる。レシーバは、スピーカの一部に結合されているか、または独立した別途の装置としても具現される。
表示装置１８６０は、電子装置１８０１の外部に情報を視覚的に提供することができる。表示装置１８６０は、ディスプレイ、ホログラム装置、または、プロジェクタ及び当該装置を制御するための制御回路を含む。表示装置１８６０は、タッチを感知するように設定されたタッチ回路(Touch Circuitry)、及び／またはタッチによって発生する力の強度を測定するように設定されたセンサ回路（圧力センサなど）を含む。
オーディオモジュール１８７０は、音を電気信号に変換させるか、逆に電気信号を音に変換させうる。オーディオモジュール１８７０は、入力装置１８５０を通じて音を獲得するか、音響出力装置１８５５、及び／または電子装置１８０１と直接または無線で連結された他の電子装置（電子装置１８０２など）のスピーカ及び／またはヘッドホーンを通じて音を出力することができる。
センサモジュール１８７６は、電子装置１８０１の作動状態（電力、温度など）、または外部の環境状態（ユーザ状態など）を感知し、感知された状態に対応する電気信号及び／またはデータ値を生成することができる。センサモジュール１８７６は、ジェスチャーセンサ、ジャイロセンサ、気圧センサ、マグネチックセンサ、加速度センサ、グリップセンサ、近接センサ、カラーセンサ、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ）センサ、生体センサ、温度センサ、湿度センサ、及び／または照度センサを含む。
インターフェース１８７７は、電子装置１８０１が他の電子装置（電子装置１８０２など）と直接または無線で連結されるために使用される１つまたは複数の指定されたプロトコルを支援することができる。インターフェース１８７７は、HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus)インターフェース、ＳＤカードインターフェース、及び／またはオーディオインターフェースを含む。
連結端子１８７８は、電子装置１８０１が他の電子装置（電子装置１８０２など）と物理的に連結されうるコネクタを含む。連結端子１８７８は、ＨＤＭＩコネクタ、ＵＳＢコネクタ、ＳＤカードコネクタ、及び／またはオーディオコネクタ（ヘッドホーンコネクタなど）を含む。
ハプティックモジュール１８７９は、電気的信号をユーザが触覚または運動感覚を通じて認知することができる機械的な刺激（振動、動きなど）、または電気的な刺激に変換することができる。ハプティックモジュール１８７９は、モータ、圧電素子、及び／または、電気刺激装置を含む。
カメラモジュール１８８０は、静止映像及び動画を撮影することができる。カメラモジュール１８８０は、１つまたは複数のレンズを含むレンズアセンブリー、図１のイメージセンサ１０００、イメージシグナルプロセッサ、及び／またはフラッシュを含む。カメラモジュール１８８０に含まれたレンズアセンブリーは、イメージ撮影の対象である被写体から放出される光を収集することができる。
電力管理モジュール１８８８は、電子装置１８０１に供給される電力を管理することができる。電力管理モジュール１８８８は、PMIC(Power Management Integrated Circuit)の一部として具現されうる。
バッテリ１８８９は、電子装置１８０１の構成要素に電力を供給することができる。バッテリ１８８９は、再充電不可能な１次電池、再充電可能な２次電池及び／または燃料電池を含む。
通信モジュール１８９０は、電子装置１８０１と、他の電子装置（電子装置１８０２、電子装置１８０４、サーバ１８０８など）との直接（有線）通信チャネル及び／または無線通信チャネルの樹立、及び樹立された通信チャネルを介した通信遂行を支援することができる。通信モジュール１８９０は、プロセッサ１８２０（アプリケーションプロセッサなど）と独立して運用され、直接通信及び／または無線通信を支援する１つまたは複数のコミュニケーションプロセッサを含む。通信モジュール１８９０は、無線通信モジュール１８９２（セルラ通信モジュール、近距離無線通信モジュール、GNSS（Global Navigation Satellite Systemなど）通信モジュール）及び／または有線通信モジュール１８９４(LAN(Local Area Network)通信モジュール、電力線通信モジュールなど）を含む。それらの通信モジュールのうち、当該通信モジュールは、第１ネットワーク１８９８（ブルートゥース、WiFi DirectまたはIrDA（Infrared Data Association）のような近距離通信ネットワーク）、または第２ネットワーク１８９９（セルラネットワーク、インターネット、またはコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、ＷＡＮなど）のような遠距離通信ネットワーク）を通じて他の電子装置と通信することができる。このような複数種の通信モジュールは、１つの構成要素（単一チップなど）に統合されるか、または互いに別途の複数の構成要素（複数チップ）としても具現される。無線通信モジュール１８９２は、加入者識別モジュール１８９６に保存された加入者情報（国際モバイル加入者識別子（ＩＭＳＩ）など）を用いて第１ネットワーク１８９８及び／または第２ネットワーク１８９９のような通信ネットワーク内で電子装置１８０１を確認及び認証することができる。
アンテナモジュール１８９７は、信号及び／または電力を外部（他の電子装置など）に送信するか、外部から受信する。アンテナは、基板（ＰＣＢなど）上に形成された導電性パターンからなる放射体を含む。アンテナモジュール１８９７は、１つまたは複数のアンテナを含む。複数のアンテナが含まれた場合、通信モジュール１８９０によって複数のアンテナのうち、第１ネットワーク１８９８及び／または第２ネットワーク１８９９のような通信ネットワークで使用される通信方式に適したアンテナが選択されうる。選択されたアンテナを介して通信モジュール１８９０と他の電子装置との間で信号及び／または電力が送信されるか、受信される。アンテナ以外に他の部品（ＲＦＩＣなど）がアンテナモジュール１８９７の一部として含まれる。
構成要素のうち、一部は、周辺機器間の通信方式（バス、GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface）など）を通じて互いに連結され、信号（命令、データなど）を相互交換することができる。
命令またはデータは、第２ネットワーク１８９９に連結されたサーバ１８０８を通じて電子装置１８０１と外部の電子装置１８０４との間で送信または受信されうる。他の電子装置１８０２、１８０４は、電子装置１８０１と同一または異なる種類の装置でもある。電子装置１８０１で実行される動作の全部または一部は、他の電子装置１８０２、１８０４、１８０８のうち、１つまたは複数の装置で実行されうる。例えば、電子装置１８０１がある機能やサービスを遂行せねばならないとき、機能またはサービスを自体的に実行させる代りに、１つまたは複数の他の電子装置にその機能またはそのサービスの一部または全体の遂行を要請することができる。要請を受信した１つまたは複数の他の電子装置は、要請に係わる追加機能またはサービスを行い、その実行の結果を電子装置１８０１に伝達することができる。そのために、クラウドコンピューティング、分散コンピューティング、及び／またはクライアント－サーバコンピューティング技術が利用されうる。
図１９は、図１８のカメラモジュール１８８０を例示するブロック図である。図１９を参照すれば、カメラモジュール１８８０は、レンズアセンブリー１９１０、フラッシュ１９２０、イメージセンサ１０００（図１参照）、イメージスタビライザー１９４０、メモリ１９５０（バッファメモリなど）、及び／またはイメージシグナルプロセッサ１９６０を含む。レンズアセンブリー１９１０は、イメージ撮影の対象である被写体から放出される光を収集することができる。カメラモジュール１８８０は、複数のレンズアセンブリー１９１０を含んでもよく、そのような場合、カメラモジュール１８８０は、デュアルカメラ、３６０°カメラ、または球状カメラ（Spherical Camera）でもある。複数のレンズアセンブリー１９１０のうち、一部は、同じレンズ属性（画角、焦点距離、自動焦点、Ｆナンバー(F Number)、光学ズームなど）を有するか、または他のレンズ属性を有することができる。レンズアセンブリー１９１０は、広角レンズまたは望遠レンズを含む。
フラッシュ１９２０は、被写体から放出または反射される光を強化するために使用される光を放出することができる。フラッシュ１９２０は、１つまたは複数の発光ダイオード（RGB(Red-Green-Blue)LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LEDなど）、及び／またはXenon Lampを含む。イメージセンサ１０００は、図１で説明したイメージセンサでもあり、被写体から放出または反射されてレンズアセンブリー１９１０を通じて伝達された光を電気的な信号に変換することで、被写体に対応するイメージを獲得することができる。イメージセンサ１０００は、ＲＧＢセンサ、BW(Black and White)センサ、ＩＲセンサ、またはＵＶセンサのように異なる属性のイメージセンサのうち、選択された１つまたは複数のセンサを含む。イメージセンサ１０００に含まれたそれぞれのセンサは、CCD(Charged Coupled Device)センサ及び／またはCMOS(complementary metal oxide semiconductor) センサとして具現されうる。
イメージスタビライザー１９４０は、カメラモジュール１８８０またはそれを含む電子装置１９０１の動きに反応して、レンズアセンブリー１９１０に含まれた１つまたは複数個のレンズまたは、イメージセンサ１０００を特定の方向に動かすか、イメージセンサ１０００の動作特性を制御（リードアウト(Read-Out)タイミングの調整など）して動きによる否定的な影響を補償することができる。イメージスタビライザー１９４０は、カメラモジュール１８８０の内部または外部に配置されたジャイロセンサ（図示せず）または加速度センサ（図示せず）を用いてカメラモジュール１８８０、または電子装置１８０１の動きを感知することができる。イメージスタビライザー１９４０は、光学式によっても具現される。
メモリ１９５０は、イメージセンサ１０００を通じて獲得されたイメージの一部または全体データが次のイメージ処理作業のために保存することができる。例えば、複数のイメージが高速獲得される場合、獲得された原本データ（Bayer-Patternedデータ、高解像度データなど）は、メモリ１９５０に保存し、低解像度イメージのみをディスプレイした後、選択された（ユーザ選択など）イメージの原本データをイメージシグナルプロセッサ１９６０に伝達させるのに使用されうる。メモリ１９５０は、電子装置１８０１のメモリ１８３０に統合されているか、または独立して運用される別途のメモリに構成されうる。
イメージシグナルプロセッサ１９６０は、イメージセンサ１０００を通じて獲得されたイメージまたはメモリ１９５０に保存されたイメージデータに対してイメージ処理を遂行することができる。イメージ処理は、デプスマップ(Depth Map)生成、３次元モデリング、パノラマ生成、特徴点抽出、イメージ合成、及び／またはイメージ補償（ノイズ減少、解像度調整、明るさ調整、ブラーリング(Blurring)、シャープニング(Sharpening)、ソフトニング(Softening)など）を含む。イメージシグナルプロセッサ１９６０は、カメラモジュール１８８０に含まれた構成要素（イメージセンサ１０００など）に対する制御（露出時間制御、またはリードアウトタイミング制御など）を遂行することができる。イメージシグナルプロセッサ１９６０によって処理されたイメージは、追加処理のためにメモリ１９５０に再び保存されるか、カメラモジュール１８８０の外部構成要素（メモリ１８３０、表示装置１８６０、電子装置１８０２、電子装置１８０４、サーバ１８０８など）に提供されうる。イメージシグナルプロセッサ１９６０は、プロセッサ１８２０に統合されるか、プロセッサ１８２０と独立して運用される別途のプロセッサで構成されうる。イメージシグナルプロセッサ１９６０がプロセッサ１８２０と別途のプロセッサで構成された場合、イメージシグナルプロセッサ１９６０によって処理されたイメージは、プロセッサ１８２０によって追加のイメージ処理を経た後、表示装置１８６０を通じて表示されうる。
電子装置１８０１は、互いに異なる属性または機能を有する複数のカメラモジュール１８８０を含む。そのような場合、複数のカメラモジュール１８８０のうち、１つは広角カメラであり、他の１つは、望遠カメラでもある。同様に、複数のカメラモジュール１８８０のうち、１つは前面カメラであり、他の１つは後面カメラである。
実施例によるイメージセンサ１０００は、図２０に図示されたモバイルフォンまたはスマートフォン２０００、図２１に図示されたタブレットまたはスマートタブレット２１００、図２２に図示されたデジタルカメラまたはカムコーダ２２００、図２３に図示されたノート型パソコン２３００、または図２４に図示されたテレビまたはスマートテレビ２４００などに適用されうる。例えば、スマートフォン２０００、またはスマートタブレット２１００は、高解像度イメージセンサがそれぞれ搭載された複数の高解像度カメラを含む。高解像度カメラを用いて映像内の被写体のデプス情報を抽出するか、映像のアウトフォーカシングを調節するか、映像内の被写体を自動的に識別することができる。
また、イメージセンサ１０００は、図２５に図示されたスマート冷蔵庫２５００、図２６に図示された保安カメラ２６００、図２７に図示されたロボット２７００、図２８に図示された医療用カメラ２８００などに適用されうる。例えば、スマート冷蔵庫２５００は、イメージセンサを用いて冷蔵庫内にある食べ物を自動認識し、特定食べ物の存否、入庫または出庫された食べ物の種類などを、スマートフォンを介してユーザに知らせる。保安カメラ２６００は、超高解像度映像を提供し、高い感度を用いて暗い環境でも映像内の事物または人を認識可能にする。ロボット２７００は、人の直接接近が不可能な災害または産業現場に投入されて高解像度映像を提供することができる。医療用カメラ２８００は、診断または手術のための高解像度映像を提供し、視野を動的に調節することができる。
また、イメージセンサ１０００は、図２９に図示されたように車両２９００に適用されうる。車両２９００は、多様な位置に配置された複数の車両用カメラ２９１０、２９２０、２９３０、２９４０を含み、それぞれの車両用カメラ２９１０、２９２０、２９３０、２９４０は、実施例によるイメージセンサを含む。車両２９００は、複数の車両用カメラ２９１０、２９２０、２９３０、２９４０を用いて車両２９００内部または周辺に係わる多様な情報を運転手に提供し、映像内の事物または人を自動認識して自律走行に必要な情報を提供することができる。
上述した色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びそれを含む電子装置が、たとえ図面に図示された実施例に基づいて説明されたにしても、これは、例示的なものに過ぎず、当該分野で通常の知識を有する者であれば、これにより、多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、開示された実施例は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。権利範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に開示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、権利範囲に含まれているものと解釈されねばならない。
１１１、１１２、１１３、１１４ 光感知セル
１３０ 色分離レンズアレイ
１３１ 第１領域
１３２ 第２領域
１３３ 第３領域
１３４ 第４領域
１５０ スペクトル補正層
１０００ イメージセンサ
１１００ 画素アレイ
１０１０ タイミングコントローラ
１０２０ ロウデコーダ
１０３０ 出力回路

Claims (23)

  1. 光を感知する第１光感知セル及び第２光感知セルを含むセンサ基板と、
    入射光に含まれた第１波長光が前記第１光感知セルに進み、第２波長光が前記第２光感知セルに進むように前記第１波長光の位相及び第２波長光の位相を互いに異なるように変更する色分離レンズアレイと、
    第１屈折率を有する複数のナノ構造物と前記ナノ構造物との間に配置され、第２屈折率を有する誘電体を含み、前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの間に配置され、前記色分離レンズアレイを通過した光の一部を反射及び／または吸収して前記センサ基板に入射する光のスペクトル分布を補正するスペクトル補正層と、を含む、イメージセンサ。
  2. 前記色分離レンズアレイの厚さは、前記スペクトル補正層の厚さよりも３倍～５０倍厚い、請求項１に記載のイメージセンサ。
  3. 前記色分離レンズアレイの厚さは、５００ｎｍ～１５００ｎｍであり、前記スペクトル補正層の厚さは、３０ｎｍ～１６０ｎｍである、請求項１に記載のイメージセンサ。
  4. 前記スペクトル補正層は、前記第１光感知セルの上部に形成された第１補正部を含み、
    前記第１補正部は、波長が４５０ｎｍ以下の光に対する透過率が０．５より低く、波長５００ｎｍ以上の光に対する透過率が０．５以上である、請求項１に記載のイメージセンサ。
  5. 前記スペクトル補正層は、前記第２光感知セルの上部に形成された第２補正部を含み、
    前記第２補正部は、波長が６５０ｎｍの光に対する透過率が０．５より低く、波長６１０ｎｍ以下の光に対する透過率が０．５以上である、請求項１に記載のイメージセンサ。
  6. 前記スペクトル補正層は、前記第１光感知セルの上部に形成された第１補正部及び前記第２光感知セルの上部に形成された第２補正部を含み、
    前記第１補正部は、第１断面積を有する複数の第１ナノ構造物を含み、前記第２補正部は、前記第１断面積よりも大きい第２断面積を有する複数の第２ナノ構造物を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
  7. 前記複数の第１ナノ構造物及び前記複数の第２ナノ構造物それぞれは、円柱状または四角柱状である、請求項６に記載のイメージセンサ。
  8. 前記第２断面積は、前記第１断面積の４倍～１０倍大きい、請求項６に記載のイメージセンサ。
  9. 前記スペクトル補正層は、前記第１光感知セルの上部に形成された第１補正部及び前記第２光感知セルの上部に形成された第２補正部を含み、
    前記第１補正部は、第１ピッチで配列された複数の第１ナノ構造物を含み、前記第２補正部は、第２ピッチで配列された複数の第２ナノ構造物を含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
  10. 前記第２ピッチは、前記第１ピッチより２倍～６倍大きい、請求項９に記載のイメージセンサ。
  11. 前記センサ基板は、光を感知する第３光感知セル及び第４光感知セルをさらに含み、
    前記色分離レンズアレイは、前記第１波長光が前記第１及び第４光感知セルに進み、第３波長光が前記第３光感知セルに進むように前記第１ないし第３波長光の位相を互いに異なるように変更する、請求項１に記載のイメージセンサ。
  12. 前記スペクトル補正層は、前記第３光感知セルの上部に形成された第３補正部を含み、
    前記第３補正部は、波長が５００ｎｍ以下の光に対する透過率が０．５より低く、波長が６００ｎｍ以上の光に対する透過率が０．５以上である、請求項１１に記載のイメージセンサ。
  13. 前記スペクトル補正層は、前記第１及び第４光感知セルの上部に形成された第１補正部、前記第２光感知セルの上部に形成された第２補正部、及び前記第３光感知セルの上部に形成された第３補正部を含み、
    前記第１補正部は、第１断面積を有する複数の第１ナノ構造物を含み、前記第２補正部は、前記第１断面積よりも大きい第２断面積を有する複数の第２ナノ構造物を含み、前記第３補正部は、前記第１断面積より大きく、前記第２断面積よりも小さい第３断面積を有する複数の第３ナノ構造物を含む、請求項１１に記載のイメージセンサ。
  14. 前記複数の第１ないし第３ナノ構造物それぞれは、円柱状または四角柱状である、請求項１３に記載のイメージセンサ。
  15. 前記スペクトル補正層は、前記第１及び第４光感知セルの上部に形成された第１補正部、前記第２光感知セルの上部に形成された第２補正部、及び前記第３光感知セルの上部に形成された第３補正部を含み、
    前記第１補正部は、第１ピッチで配列された複数の第１ナノ構造物を含み、前記第２補正部は、前記第１ピッチよりも大きい第２ピッチで配列された複数の第２ナノ構造物を含み、前記第３補正部は、前記第１ピッチより大きく、前記第２ピッチよりも小さい第３ピッチを有する複数の第３ナノ構造物を含む、請求項１１に記載のイメージセンサ。
  16. 前記センサ基板で感知する４５０ｎｍ波長の光のうち、前記第２光感知セルで感知される光の割合が８５％以上である、請求項１１に記載のイメージセンサ。
  17. 前記センサ基板で感知する６４０ｎｍ波長の光のうち、前記第３光感知セルで感知される光の割合が６０％以上である、請求項１１に記載のイメージセンサ。
  18. 前記色分離レンズアレイ上部に配置され、前記色分離レンズアレイに入射する光のうち、赤外線または紫外線光を遮断する光学フィルタ層をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンサ。
  19. 前記光学フィルタ層は、第１屈折率を有する第１フィルタ層及び前記第１フィルタ層上部に積層され、第２屈折率を有する第２フィルタ層を含む、請求項１８に記載のイメージセンサ。
  20. ４００ｎｍ～７００ｎｍ波長光に対する前記スペクトル補正層の透過面積比は、４０％～９０％である、請求項１に記載のイメージセンサ。
  21. ４００ｎｍ～７００ｎｍ波長光に対する前記スペクトル補正層の透過面積比は、５０％～８０％である、請求項１に記載のイメージセンサ。
  22. 前記スペクトル補正層は、前記第１光感知セルの上部に形成された第１補正部を含み、
    前記第１補正部の４００ｎｍ～７００ｎｍ波長光に対する透過面積比は、５０％～８０％である、請求項１に記載のイメージセンサ。
  23. 光学像を電気的信号に変換する請求項１から請求項２２のいずれかに記載のイメージセンサと、
    前記イメージセンサの動作を制御し、前記イメージセンサで生成した信号を保存及び出力するプロセッサを含む、電子装置。
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