KR100730473B1 - Unit pixel for colour filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 칼라 필터 내에 별도의 백색 광 패스 패턴을 배치함으로써, 칼라 필터의 색 재현성 열화 없이 칼라 신호 성분을 증가시킴으로써, 센서의 S/N비를 개선할 수 있으며 이에 따라 다이나믹 레인지(Dynamic range)의 증가에 이바지할 수 있는 칼라 필터를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 적, 녹, 청 색상 화소를 갖는 칼라 필터용 단위 화소에 있어서, 상기 적, 녹, 청의 각 색상 화소 내에 각각 백색광 패스 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 칼라 필터용 단위 화소를 제공한다.
The present invention relates to an image sensor, in particular by placing a separate white light path pattern in the color filter, thereby increasing the color signal component without degrading the color reproducibility of the color filter, thereby improving the S / N ratio of the sensor and thus To provide a color filter that can contribute to the increase of the dynamic range, the present invention provides a color filter unit pixel having red, green, blue color pixels, the red, green, blue There is provided a unit pixel for a color filter, wherein each color pixel has a white light path pattern.
CFA, Transmittance, RGB, Dynamic range, 백색 광 패스 패턴.CFA, Transmittance, RGB, Dynamic range, White light path pattern.
Description
도 1은 종래의 RGB 칼라 필터 패턴을 도시한 개략도, 1 is a schematic diagram showing a conventional RGB color filter pattern,
도 2는 종래의 칼라 필터의 두께에 따른 광 투과 특성을 도시한 그래프,Figure 2 is a graph showing the light transmission characteristics according to the thickness of the conventional color filter,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 칼라 필터 어레이를 도시한 단면도,3 is a cross-sectional view showing a color filter array according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 칼라 필터의 두께에 따른 광 투과 특성을 도시한 그래프.
4 is a graph showing the light transmission characteristics according to the thickness of the color filter of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 단위 화소100: unit pixel
200 : 백색 광 패스 패턴
200: white light path pattern
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지셈서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백색광 패스 패턴을 갖는 칼라 필터용 단위 화소에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to an image processor, and more particularly, to a unit pixel for a color filter having a white light path pattern.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변 환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and a charge coupled device (CCD) includes individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors. A device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while being in close proximity, and a CMOS (Complementary MOS) image sensor is a CMOS using a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits. It is a device that adopts a switching method of making MOS transistors by the number of pixels using technology and sequentially detecting output using them.
이러한 다양한 이미지센서를 제조함에 있어서, 이미지센서의 감광도(Photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 포토다이오드와 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지센서 면적에서 포토다이오드의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다.In the manufacture of such various image sensors, efforts are being made to increase the photo sensitivity of the image sensor, one of which is a condensing technology. For example, a CMOS image sensor is composed of a photodiode for detecting light and a portion of a CMOS logic circuit for processing the detected light into an electrical signal to make data. To increase light sensitivity, the ratio of the photodiode to the total image sensor area is increased. Efforts have been made to increase (usually referred to as Fill Factor).
이미지 센서는 적,녹,청(Red, Green, Blue)의 칼라 필터 어레이(Colour Filter Array; 이하 CFA라 함)를 구비함으로써 각각의 색상을 혼합하여 색상을 구현하도록 한다.The image sensor includes red, green, and blue color filter arrays (hereinafter referred to as CFAs) to mix colors to implement colors.
이 때, 각 RGB 화소에 대하여 동일한 포토다이오드 면적과 동일한 마이크로 렌즈 사이즈를 구현하고 있다. 그러나, 빛의 특성상 R ≥G ≥B 순으로 빛의 세기(Light intensity)의 차이가 발생하게 된다. 따라서, 각 칼라 비율(Colour ratio)이 맞지 않아 색 재현성이 감소하는 문제점이 발생하게 된다. At this time, the same photodiode area and the same microlens size are implemented for each RGB pixel. However, due to the characteristics of the light, a difference in light intensity occurs in the order of R ≥ G ≥ B. Therefore, a problem arises in that color reproducibility decreases because each color ratio does not match.
도 1은 종래의 RGB 칼라 필터 패턴을 도시한 개략도이며, 도 2는 칼라 필터의 두께에 따른 광 투과 특성을 도시한 그래프이다.1 is a schematic view showing a conventional RGB color filter pattern, Figure 2 is a graph showing the light transmission characteristics according to the thickness of the color filter.
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 문제점을 상세히 설명한다.Hereinafter, a problem according to the related art will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
이미지센서의 칼라 특성은 기본적으로 칼라 필터의 투과(Transmittance) 특성에 좌우되는 바가 크나, 칼라 필터의 특성은 물질 자체의 한계로 인하여 이상적인 필터 특성과는 많은 차이를 가지게 되며 원하는 색 대역(Band)의 패스(Pass)를 고려한 필터의 경우에도 투과시 상당한 손실(Loss)이 발생한다. The color characteristics of the image sensor are largely dependent on the transmission characteristics of the color filter, but the characteristics of the color filter are very different from the ideal filter characteristics due to the limitation of the material itself. Even in the case of filters considering pass, significant loss (loss) occurs in transmission.
실제로 이러한 투과 특성의 개선을 위하여 도 2에 도시된 'A'와 같이 필터의 두께를 조절(Tuning) 즉, 감소시키는 방법도 고려할 수 있으나, 이는 칼라 색 재현성을 심각하게 열화시키게 되므로 적정 두께 이하의 조절은 결코 바람직하지 않다.In fact, in order to improve such a transmission characteristic, a method of tuning, or reducing, the thickness of the filter may be considered as 'A' shown in FIG. 2, but this may seriously degrade the color reproducibility, so Adjustment is never desirable.
이와 같은 제한으로 인하여 칼라 신호에 대한 노이즈 전력의 비로 표현될 수 있는 S/N(Signal/Noise)비는 기본적으로 센서 내에서의 노이즈를 개선하는 방향으로만 증진될 수 있으며, 이 또한 어느 정도의 한계에 부딪히게 된다.Due to this limitation, the signal / noise ratio, which can be expressed as the ratio of the noise power to the color signal, can be basically enhanced only in the direction of improving noise in the sensor. There is a limit.
즉, 도 1에서는 이러한 각 칼라 즉, RGB의 배열을 도시하고 있으며, 도 2에서는 이러한 칼라 필터에서의 두께 감소를 도시하고 있다. That is, Fig. 1 shows the arrangement of each of these colors, i.e. RGB, and Fig. 2 shows the thickness reduction in this color filter.
도 2에서와 같이 필터의 두께를 감소시킴에 따라 투과 특성은 증가되는 긍정적인 효과를 기대할 수 있으나, 칼라 대역의 오버랩이 증가함에 따라 특히, 취약성을 드러내는 녹색(G) 파장 대역의 순수한 부분의 폭이 줄어들게 되어 색 재현성이 열화되는 문제점이 발생하게 된다.
As shown in FIG. 2, the transmission characteristic can be expected to have a positive effect as the thickness of the filter is reduced. However, as the overlap of the color band is increased, the width of the pure part of the green (G) wavelength band exhibiting fragility is particularly high. This decreases the problem that the color reproducibility deteriorates.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 칼라 필터 내에 별도의 백색 광 패스 패턴을 배치함으로써, 칼라 필터의 색 재현성 열화 없이 칼라 신호 성분을 증가시킴으로써, 센서의 S/N비를 개선할 수 있으며 이에 따라 다이나믹 레인지(Dynamic range)의 증가에 이바지할 수 있는 칼라 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the above problems of the prior art, by placing a separate white light path pattern in the color filter, by increasing the color signal components without deterioration of color reproducibility of the color filter, the S / N ratio of the sensor The purpose of the present invention is to provide a color filter that can improve the efficiency and thus contribute to the increase of the dynamic range.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 적, 녹, 청 색상 화소를 갖는 칼라 필터용 단위 화소에 있어서, 상기 적, 녹, 청의 각 색상 화소 내에 각각 백색광 패스 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 칼라 필터용 단위 화소를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a color filter unit pixel having red, green and blue color pixels, wherein each of the red, green and blue color pixels has a white light path pattern. Provide unit pixels.
바람직하게 본 발명의 상기 단위 화소 내에 동일 면적의 두개의 녹 색상 화소와 각각 하나의 적 및 청 색상 화소를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the unit pixel of the present invention includes two green color pixels having the same area and one red and blue color pixel, respectively.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 칼라 필터 어레이를 도시한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a color filter array according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면 본 발명의 칼라 필터 어레이는, 적, 녹, 청 색상 화소(R, G, B)를 갖는 칼라 필터용 단위 화소(100)가 배열된 것으로서, 단위 화소(100)는 적, 녹, 청의 각 색상 화소 내에 각각 백색광 패스 패턴(200)을 구비하여 구성되며, 각 단위 화소(100)는 그 내부에 동일 면적의 두개의 녹 색상 화소(G)와 각각 하나의 적(R) 및 청(B) 색상 화소를 구비한다.Referring to FIG. 3, in the color filter array of the present invention, the color
도 4는 본 발명의 칼라 필터의 두께에 따른 광 투과 특성을 도시한 그래프이며, 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.FIG. 4 is a graph illustrating light transmission characteristics according to the thickness of the color filter of the present invention, which will be described in detail with reference to FIG. 4.
도 4에 도시된 바와 같이, 백색광 패스 패턴(200)에 의해 광투과 특성이 증가하게 되므로 백생광 바이어스가 증가하게 되며, 이로 인해 전체적으로 각 색상의 오버랩되는 영역의 증가가 발생하지 않아 즉, 순수 칼라 영역은 동일하게 유지되므로 센서 내부에서 발생되는 노이즈 성분에 대해 상대적으로 증폭된 신호 성분을 얻을 수 있게 되어 센서의 S/N비 및 다이나믹 레인지가 증가된다.As shown in FIG. 4, since the light transmission characteristic is increased by the white
따라서, 색 재현성이 감소하지 않으며, 두께 감소에 따른 투과율 증가를 동시에 기할 수 있게 된다. Therefore, color reproducibility does not decrease, and it is possible to simultaneously increase the transmittance due to the decrease in thickness.
한편, 도 3에 도시된 백색 광 패스 패턴은 오픈되어 있는 것으로 그 모양은 사각형 또는 원 등 다양한 형태로 구현이 가능하다. 다만, 차지하는 면적은 필터의 투과 프로파일 특성을 변형시키지 않는 한도 내로 한다.
Meanwhile, the white light path pattern illustrated in FIG. 3 is open, and its shape may be implemented in various forms such as a square or a circle. However, the area occupied should be within the limit of not modifying the transmission profile characteristic of the filter.
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 칼라 필터의 각 색상 화소 내에 부가적인 공정 추가없이 간단한 마스크 패터닝으로 백색 패스 패턴을 구현함으로써, 이미지센서의 칼라 재현성의 열화없이 상대적으로 칼라 투과율을 증가시킴으로써, 센서의 S/N비와 다이나믹 레인지를 현격하게 증가시킬 수 있음을 실시예를 통해 알 아 보았다.
The present invention, which is made as described above, implements a white pass pattern with simple mask patterning without adding an additional process in each color pixel of the color filter, thereby increasing the color transmittance relatively without degrading the color reproducibility of the image sensor. The examples show that the S / N ratio and the dynamic range can be significantly increased.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은, 센서의 색 재현성 및 S/N 비를 향상시킬 수 있으며, 다이나믹 레인지를 증가시켜, 궁극적으로 이미지센서의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The above-described present invention can improve the color reproducibility and S / N ratio of the sensor, increase the dynamic range, and can be expected to have an excellent effect that can ultimately greatly improve the performance of the image sensor.
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