KR100746462B1 - 칼라 필터 어레이용 단위 화소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 R, G, B 각 색상 화소의 크기를 달리 하여 색상 비율을 1:1:1로 할 수 있게 함으로써, 색 재현성을 향상시킬 수 있는 칼라 필터 어레이용 단위 화소를 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 소정의 면적을 갖는 이미지센서의 칼라 필터 어레이용 단위 화소에 있어서, 4등분된 상기 단위 화소의 대각선 방향에 제1색상의 화소와 제2색상의 화소를 배치하며, 이와 반대되는 대각선 방향의 양측에 제3색상의 화소를 배치하되, 상기 제1색상의 화소의 면적이 상기 제2색상의 화소의 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 칼라 필터 어레이용 단위 화소를 제공한다.

RGB, 포토다이오드, 단위 화소, CFA.

Description

칼라 필터 어레이용 단위 화소{Uint pixel of colour filter array}

도 1은 단위 화소를 이루는 CFA용 단위 화소를 도시한 개략도,

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 칼라 필터 어레이용 단위 화소를 도시한 개략도.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 칼라 필터 어레이(Colour Filter Array; 이하 CFA라 함)용 단위 화소(Unit fixel)를 이루는 포토다이오드의 배치 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 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.

한편, 이러한 이미지센서의 칼라 구현을 위해 RGB 등으로 구현된 CFA를 구비하여 원화상에 근접한 칼라를 구현하고자 하는 노력이 이어지고 있는 바, 잘 알려진 바와 같이, 칼라 보간은 이웃한 화소의 단위 색상값들로부터 해당 화소의 RGB 칼라 값을 유추하여 출력함으로써, 이미지센서의 저해상도 이미지 데이타를 고해상도 이미지 데이타로 변화하는 것이다.

도 1은 단위 화소를 이루는 CFA용 단위 화소를 도시한 개략도이다.

칼라의 단위 화소 자체는 인간의 눈에 민감한 색깔인 G(녹색)를 R(적색) 및 B(청색)에 비해 두 배 정도 많이 포함하므로, 즉R에 비해 파장이 짧으므로 동일한 포토다이오드 면적 내에서 전자-정공 쌍을 적게 발생시킨다. 그러므로, G의 강도(Intensity)가 낮아 R 및 B의 포토다이오드에 비해 G의 포토다이오드를 도 1에 도시된 바와 같이, G1, G2로 나누어 두 배로 사용하고 있으며, 통상적으로 R, G1, G2, B의 포토다이오드 모두 'X'와 'Y'가 각각 동일하도록 설계하여 각 색상의 출력은, R, B 및 G = (G1+G2)/2가 되어 이미지를 구현한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 색상 구현시 R은 강도가 가장 높고 B는 상대적으로 가장 낮은 강도를 나타내게 되어 결국 칼라 재현시 각 색상의 비율이 1:1:1의 이상적인 비율을 가질 수 없게 되어 색 재현성이 감소하게 되는 문제점이 발생한다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, R, G, B 각 색상 화소를 이루는 포토다이오드의 크기를 달리하여 색상 비율을 1:1:1로 할 수 있게 함으로써, 색 재현성을 향상시킬 수 있는 칼라 필터 어레이용 단위 화소를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 소정의 면적을 갖는 포토다이오드를 포함하는 이미지센서의 칼라 필터 어레이용 단위 화소에 있어서, 4등분된 상기 단위 화소를 이루는 포토다이오드들 중 대각선 방향에 제1색상의 화소와 제2색상의 화소를 이루는 포토다이오드들이 배치되며, 이와 반대되는 대각선 방향의 양측에 제3색상의 화소를 이루는 포토다이오드들이 배치되되, 상기 제1색상의 화소를 이루는 포토다이오드의 면적이 상기 제2색상의 화소를 이루는 포토다이오드의 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 칼라 필터 어레이용 단위 화소를 제공한다.

바람직하게 본 발명의 상기 제1색상은 청색이며, 상기 제2색상은 적색, 제3색상은 녹색인 것을 특징으로 한다.

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.

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 칼라 필터 어레이용 단위 화소를 이루는 포토다이오드를 도시한 개략도이다.

이하, 도 2을 참조하면, X' ×Y'의 면적을 갖는 이미지센서의 칼라 필터 어레이용 단위 화소가 구비되어 있는 바, 4등분된 단위 화소를 이루는 포토다이오드의 대각선 방향에 B' 화소를 이루는 포토다이오드와 R' 화소를 이루는 포토다이오드를 배치하며, 이와 반대되는 대각선 방향의 양측에 G1'과 G2' 화소를 이루는 포토다이오드를 배치하되, B' 화소를 이루는 포토다이오드의 면적이 R' 화소를 이루는 포토다이오드의 면적보다 더 크게 배치되어 있다.

즉, 단위화소를 이루는 포토다이오드들의 출력비를 1:1:1이 되도록 하기 위해 X1이 X2 보다 크게 하고, Y1이 Y2 보다 더 크도록 함으로써, B' 화소를 이루는 포토다이오드는 X1' ×Y1'의 면적을 갖게 되며, R' 화소를 이루는 포토다이오드는 X2 ×Y2의 면적, G1' 화소를 이루는 포토다이오드는 X2 ×Y1, G2' 화소를 이루는 포토다이오드는 X1 ×Y2의 면적을 갖는다.

따라서, 출력 신호는 각각 R', B', G'=(G1'+G2')/2가 되는 바, 여기서 각 면적 비를 절절히 조절함으로써 각 색상의 비를 1:1:1로 구현할 수 있게 된다.

여기서 단위 화소를 이루는 포토다이오드의 면적 X' ×Y'은 종래와 변동이 없으며, 동일 면적 내에서 색 재현성이 향상됨을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 단위 화소 내의 각 색상 화소를 이루는 포토다이오드의 배치시 상대적으로 취약한 강도를 갖는 B 화소를 이루는 포토다이오드의 면적을 크게하여 빛의 강도를 증가시켜줌으로써, 칼라 색상의 재현성을 높일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.

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.

상술한 본 발명은, 동일 면적을 갖는 단위 화소 내에서 취약한 색상 화소를 이루는 포토다이오드의 강도를 보상함으로써 색 재현성을 향상시킬 수 있어, 궁극적으로 이미지센서의 해상도를 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (2)

1. 소정의 면적을 갖는 포토다이오드를 포함하는 이미지센서의 칼라 필터 어레이용 단위 화소에 있어서,

   4등분된 상기 단위 화소를 이루는 포토다이오드들 중 대각선 방향에 제1색상의 화소와 제2색상의 화소를 이루는 포토다이오드들이 배치되며, 이와 반대되는 대각선 방향의 양측에 제3색상의 화소를 이루는 포토다이오드들이 배치되되, 상기 제1색상의 화소를 이루는 포토다이오드의 면적이 상기 제2색상의 화소를 이루는 포토다이오드의 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 칼라 필터 어레이용 단위 화소.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1색상은 청색이며, 상기 제2색상은 적색, 제3색상은 녹색인 것을 특징으로 하는 칼라 필터 어레이용 단위 화소.

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