KR101373132B1 - 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀 - Google Patents

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difference detection
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Abstract

본 발명은 포토다이오드에 입사되는 빛을 집광시키는 마이크로 렌즈의 형상을, 특정 방향에 대해서만 빛이 통과할 수 있도록 변경함으로써, 입력신호의 손실 없이도 위상차를 검출할 수 있는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 의하면 기존의 위상차 검출 픽셀의 단점인 신호 감소 문제를 해결하고, 이미지센서의 모든 영역에서 위상차 검출 기능을 구현할 수 있으며, 단순히 위상차를 검출하는 기능의 구현에 국한되지 아니하고 물체간의 거리 측정이나 3차원 이미지 촬영 등에 다양하게 응용 가능하다는 장점이 있다.

Description

마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀{A phase difference detection pixel with using micro lens}
본 발명은 위상차 검출 픽셀에 관한 것으로, 특히 포토다이오드에 입사되는 빛을 집광시키는 마이크로 렌즈의 형상을, 특정 방향에 대해서만 빛이 통과할 수 있도록 변경함으로써, 입력신호의 손실 없이도 위상차를 검출할 수 있는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 관한 것이다.
이미지 센서의 픽셀을 이용한 위상차 검출 장치는 동일한 색상을 가지는 2개의 화소가 한 쌍이 되어 특정 방향에 대해서만 빛이 유입될 수 있도록 포토다이오드 상단에 특정 물질을 이용하여 각각 다른 영역을 차단하는 구조를 가진다.
이때, 초점이 맞지 않을 경우 위와 같이 제작된 한 쌍의 화소에 위상차가 발생하게 되며, 이를 이용하여 별도의 위상차 자동초점(Auto Focus :　AF) 센서 모듈 없이도 초점을 자동으로 조정할 수 있는 카메라를 제작할 수 있다.
그러나 위상차를 검출하기 위해 포토다이오드 상단의 일부 영역을 차단함으로써 외부로부터 유입되는 신호의 양이 감소하게 되는 문제가 발생하게 된다.
위상차 검출화소를 사용하는 카메라는 해당 화소가 수 만개 이상 배열되므로 신호 감소 문제를 해결하기 위해 주위 픽셀의 신호를 이용하는 경우 해상도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 1은 종래의 위상차 AF 구현 장치에서 위상차를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 위상차 AF 구현 장치는 외부의 화상을 전기적 신호로 변환시키는 포토다이오드와 특정방향에서 들어오는 빛만을 선택적으로 포토다이오드에 집광되도록 하는 블랙마스크로 구성된다.
이때 위상차가 발생되도록 하기 위해 2개의 포토다이오드 위에 블랙마스크를 반대 방향으로 가려 한 쌍이 되도록 하며, 이를 이미지센서에 수 만개 배열하여 위상차 AF를 구현하게 된다.
그러나 위상차를 발생시키기 위해 포토다이오드의 특정영역의 상부에 블랙마스크를 배치하여 포토다이오드로 유입되는 빛을 차단해야 하므로 입력정보가 손실되어 전체적으로 해상도가 저하되는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 포토다이오드에 입사되는 빛을 집광시키는 위상차 검출용 마이크로 렌즈의 형상을, 특정 방향에 대해서만 빛이 통과할 수 있도록 변경함으로써, 입력신호의 손실 없이도 위상차를 검출할 수 있는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 반도체 기판에 형성된 포토다이오드, 포토다이오드 상부에 형성된 금속배선층, 상기 금속배선층의 상부에 형성된 절연층, 상기 절연층의 상부에 형성되며 일반 칼라필터와 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터를 구비하는 칼라필터층, 및 상기 일반 칼라필터의 상부에 형성된 일반 마이크로렌즈와 상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 형성된 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈층을 구비하며 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는, 상기 위상차 검출용 칼라필터에 대해 특정 방향에서 입사되는 빛이 상기 위상차 검출용 칼라필터에 대응되는 상기 포토다이오드에 집광되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
이때 상기 절연층과 상기 칼라필터층 사이에 보호막층을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터는, 동일한 색상을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는, 볼록렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 일측으로 경사지며 굴곡진 제1입사면을 갖는 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈 및 볼록렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 반대방향으로 경사지며 굴곡진 제2입사면을 갖는 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는, 오목렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 일측으로 경사지며 굴곡진 제1입사면을 갖는 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈 및 오목렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 반대방향으로 경사지며 굴곡진 제2입사면을 갖는 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터와 상기 일반 칼라필터의 사이에는 각각 차단막을 형성하는 것이 더 바람직하다.
상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터와 상기 일반 칼라필터의 사이에는 각각 적층필터를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 복수개의 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈가 형성될 수도 있다.
상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는, 0.5mm 내지 1.5mm의 곡률 반경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 이미지센서의 중앙 및 외곽의 어느 영역에 배열되어도 위상차 검출이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 전면광(Front Side Illumination) 구조의 이미지센서 및 배면광(Back Side Illumination) 구조의 이미지센서에 모두 적용 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 위상차 AF 기능 뿐만 아니라 물체 간의 거리 측정이나 3차원 이미지 촬영이 가능한 것을 특징으로 한다.
상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는, 상기 일반 마이크로렌즈와 연결되어 일체형으로 형성될 수도 있다.
상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는, 상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 수직 상부로부터, 상기 일반 마이크로 렌즈를 기준으로 서로 반대 방향으로 소정 거리 이동되어 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 의하면 기존의 위상차 검출 픽셀의 단점인 신호 감소 문제를 해결하고, 이미지센서의 모든 영역에서 위상차 검출 기능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은 단순히 위상차를 검출하는 기능의 구현에 국한되지 아니하고 물체간의 거리 측정이나 3차원 이미지 촬영 등에 다양하게 응용 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 이미지 센서에서 위상차를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 위상차 검출 기능을 갖는 이미지센서에서 동일한 색상을 갖는 2개의 화소에 대해 포토다이오드의 상부에 특정 방향에 대해서만 빛이 유입될 수 있는 구조의 마이크로 렌즈를 형성함으로 위상차를 검출하여 자동으로 초점을 조정하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은 반도체기판(110)에 형성된 포토다이오드(120), 상기 포토다이오드(120)의 상부에 형성된 제1금속배선(M1) 및 제2 금속배선(M2)으로 이루어진 금속배선층(130), 상기 제1금속배선(M1) 및 제2 금속배선(M2)의 상부에 형성된 절연층(140) 및 절연층(140)의 상부에 형성된 보호막층(150)을 포함한다.
한편, 상기 보호막층(150)의 상부에는 칼라필터층(160)이 형성되고 칼라필터층(160)의 상부에 마이크로 렌즈층(170)이 형성된다.
칼라필터층(160)에는 일반 칼라필터(161)와 동일한 색상을 갖는 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터(162, 163)를 구비한다.
또한, 마이크로 렌즈층(170)에는 일반 마이크로 렌즈(171)와 한 쌍의 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172, 173)를 구비한다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은 포토다이오드로 입력되는 신호의 손실을 극복하기 위하여 포토다이오드로 빛을 집광시키는 위상차 검출용 마이크로렌즈의 형상을 다양하게 변형시키는 것을 특징으로 한다.
도 2에는 볼록렌즈의 일부 면을 사용하는 형태의 위상차 검출용 마이크로 렌즈가 도시되어 있다.
즉, 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172, 173)는 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172) 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)를 구비한다.
이때 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172)는 볼록렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상을 가지며, 일측으로 경사지고 굴곡진 제1입사면을 갖는다.
한편, 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)는 볼록렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172)와 반대방향으로 경사지며 굴곡진 제2입사면을 갖는다.
본 발명에서는, 동일한 색상의 칼라필터(예를 들면, 그린 칼라필터)에 대응되는 위상차 검출용 마이크로 렌즈의 형상을 볼록렌즈의 한 쪽 면만을 사용하도록 구현함으로써 좌우 또는 상하 영역에서 유입되는 빛만이 포토다이오드(120)로 집광되도록 하였다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 있어서. 위상차 검출용 마이크로 렌즈는 0ㅀ 내지 120ㅀ의 범위에서 입사되는 빛에 대해 한 쪽 방향에 대해서만 집광이 될 수 있도록 곡률 반경을 0.5mm 내지 1.5mm로 제작하는 것이 바람직하다.
촬상 렌즈의 주광선 입사각(Chief Ray Angle : CRA)에 따라 유입되는 빛의 방향을 조정하고자 하는 경우에는 위상차 검출용 마이크로 렌즈의 크기를 조정하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 사용되는 마이크로 렌즈 구조는 전면광(Front Side Illumination :　FSI) 구조의 이미지센서 및 배면광(Back Side Illumination :　BSI) 구조의 이미지센서에 모두 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은 이미지센서의 중앙 및 외곽 영역의 어디에 배열되더라도 위상차 AF 기능을 구현하는데 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 있어서 30ㅀ 이상의 매우 큰 입사각을 가지는 빛이 입사되는 경우에는, 도 3에 실선으로 표시된 것처럼 특정방향을 가지도록 제작된 위상차 검출용 마이크로 렌즈에 의해 크로스토크 현상이 발생할 수 있다.
따라서 이를 해결하기 위해 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 각 칼라필터들 사이에 빛을 차단하는 차단막(164)을 더 구비하거나 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 별도의 적층 필터(165)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 위상차 검출 픽셀의 신호 크기를 증가시키고, 노이즈를 최소화하기 위해 특정방향에서만 빛이 집광될 수 있도록 위상차 검출용 마이크로렌즈(172, 173)의 수가 2개 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 4에서는 편의상 위상차 검출용 마이크로렌즈(172, 173)가 2개인 것으로 도시하였으나 이는 2개 이상으로 확장할 수 있음은 당연하다.
도 3에서 살펴본 바와 같이 매우 큰 입사각을 가지는 빛이 입사되는 경우에는, 특정방향을 가지도록 제작된 위상차 검출용 마이크로 렌즈에 의해 신호가 인접된 픽셀로 집광되어 크로스토크 현상이 발생하며 이로 인해 이미지센서의 효율이 감소될 수 있다.
따라서 이를 해결하기 위해 하나로 이루어진 위상차 검출용 마이크로 렌즈 대신 도 4에 도시된 바와 같이 크기가 작은 2개 이상의 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 배열함으로써 신호의 크기 및 노이즈 문제를 개선할 수 있도록 하였다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 위상차 검출용 마이크로 렌즈가 오목 렌즈 형상으로 구현되어 있으며, 오목렌즈의 한쪽 면만을 이용하여 특정방향에서 유입되는 빛만이 포토다이오드(120)에 집광될 수 있도록 하였다.
상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172) 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)를 구비한다.
이때 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172) 는 오목렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상을 가지며, 일측으로 경사지고 굴곡진 제1입사면을 갖는다.
한편, 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)는 오목렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 반대방향으로 경사지며 굴곡진 제2입사면을 갖는다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 있어서. 위상차 검출용 마이크로 렌즈는 0ㅀ 내지 120ㅀ의 범위에서 입사되는 빛에 대해 한 쪽 방향에 대해서만 집광이 될 수 있도록 곡률반경을 0.5mm 내지 1.5mm로 제작하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 동일한 색상을 가지는 2개의 화소에 대해 특정방향에 대해서만 빛이 유입될 수 있도록 작용하는 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 일반적인 종래의 마이크로 렌즈가 일체형으로 형성되어 하나의 마이크로 렌즈(175)로 구현될 수도 있다.
도 6에 도시된 위상차 검출 픽셀의 경우 본 발명에 따른 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 일반 마이크로 렌즈 사이의 영역(dead zone)이 없으므로 신호의 크기를 개선할 수 있으며, 렌즈의 곡률반경을 조정하여 인접 픽셀로 집광되는 빛을 차단할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 있어서 마이크로 렌즈의 형태는 다양하게 변형 실시될 수 있다. 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172) 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)의 위치를 이동시킴으로써 동일한 색상을 가지는 2개의 화소에 대해 특정방향에 대해서만 빛이 유입될 수 있도록 하였다.
제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172) 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)의의 이동량은 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀이 이미지센서의 중앙 또는 외곽의 어느 영역에 위치하는가에 따라 달라진다.
이 경우에도 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈(172) 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈(173)에 대해 하나의 마이크로 렌즈를 사용하는 대신, 작은 크기로 제작된 마이크로 렌즈를 2개 이상 배열할 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
위상차 검출 픽셀로 사용하고자 하는 영역에 대해서는 다수의 픽셀에 하나의 마이크로 렌즈를 형성한다.
즉, 도 8의 (a)를 참고하면 그린(Gr), 레드(R), 그린(Gr), 블루(B) 픽셀의 어레이로 구성된 구조에서 일반 픽셀은 각각의 일반 마이크로 렌즈(176)를 형성하여 외부로부터 유입되는 빛이 모든 방향에 대해서 집광될 수 있도록 하였다. 이에 비해 위상차 검출에 사용되는 픽셀(Gb, Gr)에 대해서는 4 개의 픽셀에 하나의 위상차 검출용 마이크로 렌즈(177)를 형성하여 외부로부터 유입되는 빛이 특정 방향에 대해서만 집광될 수 있도록 하였다.
위상차 검출은 동일한 칼라(Gr, Gb)를 가진 픽셀을 사용하며 레드(R) 및 블루(B) 픽셀은 위상차 검출에 사용되지 아니한다.
위상차 검출을 위해 하나의 위상차 검출용 마이크로 렌즈(177)를 사용하는 경우 특정 방향에 대해서만 빛이 집광되도록 하였기 때문에 신호의 크기가 작을 수 있으므로 주위의 픽셀 값을 이용하여 이미지 표현에 사용함으로써 해상도 저하를 방지할 수 있도록 하였다.
한편, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 두 개의 칼라필터 어레이에 1개의 위상차 검출용 마이크로 렌즈(177)를 사용하는 구조로 구현할 수도 있다.
도 8의 (a)에 도시된 네 개의 칼라필터 어레이에 1개의 위상차 검출용 마이크로 렌즈(177)를 사용하는 구조와 동일한 방법으로 위상차를 구현하며, (a)에 비해 빛이 유입되는 방향의 크기가 커서 신호의 크기가 증가되는 장점이 있다.
한편, 위상차 검출용 마이크로 렌즈(177)의 형상이 정사각형 형태가 아닌 직사각형 형태이므로 이미지센서의 모든 방향에서 위상차를 구현하고자 하는 경우에는 위치에 따라서 직사각형을 가로 또는 세로 방향으로 배열하면 된다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀의 다른 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9를 참고하면, 일반 픽셀은 각각의 마이크로 렌즈(176)를 형성하여 외부로부터 유입되는 빛이 모든 방향에 대해서 집광될 수 있도록 하고, 위상차 검출을 위한 픽셀의 경우 4 개의 픽셀에 전부 그린 필터를 형성하고 하나의 위상차 검출용 마이크로 렌즈(177)를 형성하여 외부로부터 유입되는 빛이 특정 방향에 대해서만 집광될 수 있도록 하였다.
도 8에 제시된 픽셀 구조의 경우 동일한 색상을 가지고 있는 그린(Gr, Gb) 픽셀의 신호 추출 시간이 동일하지 않아서 위상차 검출 시 오차가 발생할 수 있다. 그러나 도 9에 도시된 구조의 경우 동일한 라인의 픽셀에 대해 모두 동일한 색상의 그린 필터(green filter)로 대체함으로써 유입되는 빛의 양이 적더라도 이러한 오차 없이 위상차를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 8 및 도 9에서는 2개 및 4개의 픽셀에 하나의 마이크로 렌즈를 사용하는 것으로 도시되어 있으나 픽셀의 개수는 2개 이상의 것으로 확장될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀에 의하면 기존의 위상차 검출 픽셀의 단점인 신호 감소 문제를 해결하고, 이미지센서의 모든 영역에서 위상차 검출 기능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은 단순히 위상차를 검출하는 기능의 구현에 국한되지 아니하고 물체간의 거리 측정이나 3차원 이미지 촬영 등에 다양하게 응용가능하다는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 :　반도체 기판 120 :　제1포토다이오드
130 :　금속배선층 140 :　절연층
150 :　보호막층 160 : 칼라필터층
170 :　마이크로 렌즈층

Claims (19)

  1. 위상차 검출 픽셀에 있어서,
    반도체 기판에 형성된 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상부에 형성된 금속배선층;
    상기 금속배선층의 상부에 형성된 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되며 일반 칼라필터와 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터를 구비하는 칼라필터층; 및
    상기 일반 칼라필터의 상부에 형성된 일반 마이크로렌즈와 상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 형성된 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈층;을 구비하며
    상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는,
    볼록렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 일측으로 경사지며 굴곡진 제1입사면을 갖는 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈; 및
    볼록렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 반대방향으로 경사지며 굴곡진 제2입사면을 갖는 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈;를 포함하고,
    상기 위상차 검출용 칼라필터에 대해 특정 방향에서 입사되는 빛이 상기 위상차 검출용 칼라필터에 대응되는 상기 포토다이오드에 집광되도록 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  2. 위상차 검출 픽셀에 있어서,
    반도체 기판에 형성된 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상부에 형성된 금속배선층;
    상기 금속배선층의 상부에 형성된 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되며 일반 칼라필터와 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터를 구비하는 칼라필터층; 및
    상기 일반 칼라필터의 상부에 형성된 일반 마이크로렌즈와 상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 형성된 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈층;을 구비하며
    상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는,
    오목렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 일측으로 경사지며 굴곡진 제1입사면을 갖는 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈; 및
    오목렌즈의 중심을 기준으로 수평 방향 및 수직방향으로 4등분한 형상으로서, 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈와 반대방향으로 경사지며 굴곡진 제2입사면을 갖는 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈;를 포함하고,
    상기 위상차 검출용 칼라필터에 대해 특정 방향에서 입사되는 빛이 상기 위상차 검출용 칼라필터에 대응되는 상기 포토다이오드에 집광되도록 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  3. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터는,
    동일한 색상을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연층과 상기 칼라필터층 사이에 보호막층;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터와 상기 일반 칼라필터의 사이에 각각 형성된 차단막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  7. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터와 상기 일반 칼라필터의 사이에 각각 형성된 적층필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  8. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 복수개의 상기 제1 위상차 검출용 마이크로 렌즈 및 제2 위상차 검출용 마이크로 렌즈가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  9. 제 1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는,
    0.5mm 내지 1.5mm의 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  10. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 이미지센서의 중앙 및 외곽의 어느 영역에 배열되어도 위상차 검출이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  11. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 전면광(Front Side Illumination) 구조의 이미지센서 및 배면광(Back Side Illumination) 구조의 이미지센서에 모두 적용 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  12. 제 1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀은, 물체간의 거리 측정 또는 3차원 이미지 촬영이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  13. 제 2항에 있어서, 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는,
    상기 일반 마이크로렌즈와 연결되어 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  14. 위상차 검출 픽셀에 있어서,
    반도체 기판에 형성된 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상부에 형성된 금속배선층;
    상기 금속배선층의 상부에 형성된 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되며 일반 칼라필터와 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터를 구비하는 칼라필터층; 및
    상기 일반 칼라필터의 상부에 형성된 일반 마이크로렌즈와 상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 형성된 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈층;을 구비하며
    상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈는,
    상기 한 쌍의 위상검출용 칼라필터의 수직 상부로부터, 상기 일반 마이크로 렌즈를 기준으로 서로 반대 방향으로 소정 거리 이동되어 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 한 쌍의 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 각각 복수개의 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  16. 위상차 검출 픽셀에 있어서,
    반도체 기판에 형성된 포토다이오드;
    상기 포토다이오드 상부에 형성된 금속배선층;
    상기 금속배선층의 상부에 형성된 절연층;
    상기 절연층의 상부에 형성되며 일반 칼라필터와 위상차 검출용 칼라필터를 구비하는 칼라필터층; 및
    상기 일반 칼라필터의 상부에 형성된 일반 마이크로렌즈와 상기 위상차 검출용 칼라필터의 상부에 형성되며, 상기 위상차 검출용 칼라필터에 대해 특정 방향에서 입사되는 빛이 상기 위상차 검출용 칼라필터에 대응되는 상기 포토다이오드에 집광되도록 형성된 위상차 검출용 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈층;을 구비하며,
    두 개 이상의 위상차 검출용 칼라필터에 대해 하나의 상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈가 형성되고,
    상기 절연층과 상기 칼라필터층 사이에 보호막층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈의 하부에는 레드(R)필터, 그린(Gr)필터, 블루(B)필터 및 그린(Gb)필터가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈의 하부에는 레드(R)필터 및 그린(Gr)필터 또는 블루(B)필터 및 그린(Gb)필터가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 위상차 검출용 마이크로 렌즈의 하부에는 2개 또는 4개의 그린(G)필터가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀.
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