KR102219704B1 - 색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치 - Google Patents

색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치 Download PDF

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Abstract

색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치가 개시된다. 개시된 색분리 소자 어레이는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 구비하는 다수의 색분리 소자들을 포함하며, 일부 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소가 입사광의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 서로에 대해 시프트될 수 있다.

Description

색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치 {Color separation element array, image sensor including the color separation element array, and image pickup apparatus including the color separation element array}
개시된 실시예들은 색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빛이 비스듬하게 입사하는 가장자리 부분에서의 색분리 효율을 향상시킬 수 있는 색분리 소자 어레이 및 이러한 색분리 소자 어레이를 이용하는 이미지 센서와 촬상 장치에 관한 것이다.
컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서는 통상적으로 컬러 필터를 이용하여 다양한 색의 영상을 표시하거나 또는 입사광의 색을 감지하고 있다. 현재 사용되는 컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서는, 예를 들어, 4개의 화소 중에서 2개의 화소에는 녹색 필터가 배치되고, 나머지 2개의 화소에는 청색 필터와 적색 필터가 배치되는 RGB 컬러 필터 방식을 가장 많이 채택하고 있다. 또한, RGB 컬러 필터 방식 외에도, 보색 관계에 있는 사이안, 옐로우, 그린, 마젠타의 컬러 필터가 4개의 화소에 각각 배치되는 CYGM 컬러 필터 방식이 채택되기도 한다.
그런데, 컬러 필터는 해당 색의 빛을 제외한 나머지 색의 빛을 흡수하기 때문에 광 이용 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, RGB 컬러 필터를 사용하는 경우, 입사광의 1/3만을 투과시키고 나머지 2/3는 흡수하여 버리게 되므로 광 이용 효율이 약 33% 정도에 불과하다. 따라서, 컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서의 경우, 대부분의 광 손실이 컬러 필터에서 발생하게 된다.
최근에는 컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시키기 위하여, 컬러 필터 대신에 색분리 소자를 이용하는 시도가 이루어지고 있다. 색분리 소자는 파장에 따라 다른 빛의 회절 또는 굴절 특성을 이용하여 입사광의 색을 분리하고, 색분리 소자에 의해 분리된 색들은 각각의 대응하는 화소에 전달될 수 있다. 따라서, 색분리 소자를 사용하면 컬러 필터를 사용하는 경우보다 높은 광 이용 효율을 달성할 수 있다.
선행기술문헌:
1. 한국 특허출원공개공보 제10-2004-0079810호 (2004.09.16)
2. 한국 특허출원공개공보 제2009-0016368호 (2009.02.13)
3. 미국 특허출원공개공보 US 2013/208273호 (2013.08.15)
4. 미국등록특허 US 8,400,537호 (2013.03.19)
색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 색분리 소자 어레이는, 입사광 중에서 제 1 파장의 빛이 제 1 방향으로 방출되고 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛이 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 방출되도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는 2차원 배열된 다수의 색분리 소자들을 포함할 수 있으며, 각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 포함하고, 상기 다수의 색분리 소자들 중에서 적어도 하나의 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 서로에 대해 시프트될 수 있다.
상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에 배치된 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 중심부가 서로 일치하도록 정렬되어 있으며, 상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역 이외의 영역에 배치된 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 서로에 대해 시프트될 수 있다.
상기 제 1 요소는 상기 제 2 요소보다 상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 향해 더 시프트될 수 있다.
상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에서 멀어질수록 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 시프트 간격이 증가할 수 있다.
상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 기준으로 상기 제 1 요소와 제 2 요소가 대칭적으로 시프트될 수 있다.
상기 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 경사지게 입사하는 빛의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트될 수 있다.
상기 색분리 소자 어레이는 투명 유전체층을 더 포함하며, 상기 다수의 색분리 소자들은 상기 투명 유전체층 내에 매립될 수 있다.
상기 제 1 요소의 굴절률과 제 2 요소의 굴절률은 상기 투명 유전체층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 제 1 요소의 굴절률과 제 2 요소의 굴절률이 서로 동일할 수 있다.
상기 제 1 요소의 굴절률과 제 2 요소의 굴절률이 서로 다를 수 있다.
각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 제 2 요소에 후속하여 배치된 제 3 요소를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 요소의 폭은 제 1 요소의 폭보다 작으며, 상기 제 3 요소의 폭은 제 2 요소의 폭보다 작을 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따른 이미지 센서는, 빛을 감지하는 다수의 2차원 배열된 화소들을 구비하는 화소 어레이; 및 서로 다른 파장의 빛이 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는 다수의 2차원 배열된 색분리 소자들을 구비하는 색분리 소자 어레이;를 포함할 수 있으며, 각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 포함하고, 상기 다수의 색분리 소자들 중에서 적어도 하나의 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 서로에 대해 시프트될 수 있다.
또한, 또 다른 실시예에 다른 촬상 장치는, 대물렌즈; 및 상기 대물렌즈에 의해 집속된 빛을 전기적인 영상 신호로 전환하는 이미지 센서;를 포함할 수 있으며, 상기 이미지 센서는, 빛을 감지하는 다수의 2차원 배열된 화소들을 구비하는 화소 어레이; 및 서로 다른 파장의 빛이 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는 다수의 2차원 배열된 색분리 소자들을 구비하는 색분리 소자 어레이;를 포함할 수 있고, 각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 포함하며, 상기 다수의 색분리 소자들 중에서 적어도 하나의 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 서로에 대해 시프트될 수 있다.
상기 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 상기 대물렌즈를 통과한 주광선(chief ray)의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트될 수 있다.
개시된 실시예에 따른 색분리 소자 어레이는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 각각 구비하는 다수의 색분리 소자들을 포함하며, 일부 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소가 입사광의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 서로에 대해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 빛이 수직 입사하는 중심부에서는 제 1 요소와 제 2 요소의 중심부가 서로 일치하여 정렬되어 있으며, 빛이 비스듬하게 입사하는 가장자리 부분에서는 제 1 요소와 제 2 요소가 빛의 진행 방향에 맞추어 서로에 대해 시프트되어 있다. 따라서, 색분리 소자 어레이를 사용하는 이미지 센서의 주변부에서도 높은 색분리 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치 및 이미지 센서를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 2는 이미지 센서의 화소들과 색분리 소자들의 위치 관계를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 이미지 센서의 한 화소 구조를 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 이미지 센서의 다른 화소 구조를 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 5a는 빛이 이미지 센서에 수직 입사하는 경우에 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소의 위치 관계를 보다 상세히 보이는 예시적인 단면도이다.
도 5b 및 도 5c는 빛이 이미지 센서에 비스듬하게 입사하는 경우에 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소의 위치 관계를 보다 상세히 보이는 예시적인 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 빛의 입사각 변화에 따른 색분리 소자의 제 1 및 제 2 요소들의 위치 변화를 보이는 단면도이다.
도 7a 내지 도 9b는 색분리 소자의 다양한 실시 형태를 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 10은 이미지 센서 내에서 색분리 소자들의 위치에 따른 제 1 요소와 제 2 요소의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 11은 입사광의 각도 변화에 따른 색분리 효율을 예시적으로 보이는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치(200) 및 이미지 센서(100)를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 촬상 장치(200)는, 대물렌즈(210), 및 상기 대물렌즈(210)에 의해 집속된 빛을 전기적인 영상 신호로 전환하는 이미지 센서(100)를 포함할 수 있다. 또한, 이미지 센서(100)는, 빛을 감지하는 2차원 배열된 다수의 화소들을 구비하는 화소 어레이(110), 및 2차원 배열된 다수의 색분리 소자(130)들을 구비하는 색분리 소자 어레이를 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 또한, 화소 어레이(110)의 표면 상에 배치된 투명 유전체층(120)을 더 포함할 수 있으며, 다수의 색분리 소자(130)들은 상기 투명 유전체층(120) 내에 매립될 수 있다.
다수의 색분리 소자(130)들은 화소 어레이(110)의 광 입사측에 배치되어 서로 다른 파장의 빛이 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는 역할을 한다. 이러한 색분리 소자(130)들은 파장에 따라 달라지는 빛의 회절 또는 굴절 특성을 이용하여 입사광의 파장에 따라 빛의 진형 경로를 바꿈으로써 색을 분리할 수 있다. 예를 들어, 색분리 소자(130)는 투명한 대칭 또는 비대칭 구조의 막대 형태, 또는 경사면을 갖는 프리즘 형태 등과 같은 매우 다양한 형태가 공지되어 있으며, 출사광의 소망하는 스펙트럼 분포에 따라 다양한 설계가 가능하다. 색분리 소자(130)들을 이용하면 각각의 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 그 화소에 맞게 최적화시켜 광 이용 효율을 증가시킬 수 있다. 색분리 소자(130)들의 색분리 특성에 따라 이미지 센서(100)의 화소들과 색분리 소자(130)들의 위치 관계가 매우 다양하게 설계될 수 있다.
예를 들어, 도 2는 이미지 센서(100)의 화소들과 색분리 소자(130)들의 위치 관계를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 2를 참조하면, 이미지 센서(100)는 다수의 행들과 다수의 열들을 갖는 2차원 매트릭스의 형태로 배열된 다수의 광검출용 화소(Px1, Px2, Px3)들을 구비하는 화소 어레이(110)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 화소행(P1)에는 제 1 화소(Px1)들만이 배열될 수 있으며, 제 1 화소행(P1)에 인접한 제 2 화소행(P2)에는 제 2 화소(Px2)와 제 3 화소(Px3)들이 교대로 배열될 수 있다. 이러한 제 1 화소행(P1)과 제 2 화소행(P2)은 세로 방향을 따라 교대로 배열될 수 있다. 그리고, 다수의 색분리 소자(130)들은 제 2 화소행(P2)에 있는 제 2 화소(Px2)들과 각각 대향하여 배치될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 이미지 센서(100)의 제 1 화소행(P1)에 배치된 하나의 제 1 화소(Px1)의 구조를 예시적으로 보이는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 제 1 화소(Px1)는 광센싱층(111), 상기 광센싱층(111)의 광입사면에 배치된 컬러 필터층(112), 컬러 필터층(112) 위에 전체적으로 배치된 투명 유전체층(120), 및 입사광을 각각의 광센싱층(111)에 집광하도록 투명 유전체층(120) 위에 배치된 마이크로 렌즈(141)를 포함할 수 있다. 광센싱층(111)은 입사광을 그 세기에 따라 전기적 신호로 변환하는 역할을 한다. 이러한 구조에서, 입사광은 마이크로 렌즈(141)에 의해 투명 유전체층(120)과 컬러 필터층(112)을 지나 광센싱층(111)에 포커싱될 수 있다. 컬러 필터층(112)은 입사광 중에서 제 1 파장 대역의 빛만을 투과시키는 제 1 컬러 필터(CF1)를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 화소(Px1)에서는 제 1 파장 대역의 빛만을 검출할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 이미지 센서(100)의 제 2 화소행(P2)에 배치된 제 2 및 제 3 화소(Px2, Px3)들의 구조를 예시적으로 보이는 단면도이다. 도 4를 참조하면, 제 2 화소행(P2)은 광센싱층(111), 광센싱층(111)의 광입사면에 배치된 컬러 필터층(112), 컬러 필터층(112) 위에 전체적으로 배치된 투명 유전체층(120), 제 2 화소(Px2)의 투명 유전체층(120) 내에 배치된 색분리 소자(130), 및 입사광을 색분리 소자(130)에 집광하도록 투명 유전체층(120) 위에 배치된 마이크로 렌즈(142)를 포함할 수 있다. 컬러 필터층(112)은 제 2 화소(Px2)에 배치되어 제 2 파장 대역의 빛만을 투과시키는 제 2 컬러 필터(CF2)와 제 3 화소(Px3)에 배치되어 제 3 파장 대역의 빛만을 투과시키는 제 3 컬러 필터(CF3)를 포함할 수 있다. 또한, 색분리 소자(130)는 투명 유전체층(120) 내에 매립되어 투명 유전체층(120)에 의해 둘러싸여 고정될 수 있다.
이러한 구조에서, 마이크로 렌즈(142)에 의해 집광된 빛은 색분리 소자(130)를 지나면서 색분리 소자(130)에 의해 제 2 파장 대역의 빛(C2)과 제 3 파장 대역의 빛(C3)으로 분리될 수 있다. 색분리 소자(130)는 예를 들어, 입사광 중에서 제 2 파장 대역의 빛(C2)의 진행 방향을 바꾸지 않고, 제 3 파장 대역의 빛(C3)의 진행 방향을 양측으로 비스듬하게 바꾸도록 설계될 수 있다. 그러면, 제 2 파장 대역의 빛(C2)은 색분리 소자(130)를 통과한 후 색분리 소자(130)의 바로 아래에 있는 제 2 화소(Px2)의 광센싱층(111)에 입사할 수 있다. 반면 제 3 파장 대역의 빛(C3)은 색분리 소자(130)를 통과한 후, 제 2 화소(Px2)의 양측에 있는 제 3 화소(Px3)의 광센싱층(111)에 각각 입사할 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 예에서, 제 1 화소(Px1)의 제 1 컬러 필터(CF1)에서는 종래의 화소 구조에서와 마찬가지로 입사광의 약 33% 정도만이 투과되어 광센싱층(111)에 도달할 수 있다. 반면, 제 2 화소(Px2)의 제 2 컬러 필터(CF2)와 제 3 화소(Px3)의 제 3 컬러 필터(CF3)에서는 각각의 컬러 필터(CF2, CF3)에 대응하는 색의 비율이 높기 때문에 종래의 화소 구조에 비하여 빛의 투과율이 증가하게 된다. 따라서, 제 2 화소(Px2)와 제 3 화소(Px3)에서의 광 이용 효율이 증가할 수 있다. 예를 들어, 제 1 파장 대역은 녹색이고, 제 2 파장 대역은 청색이며, 제 3 파장 대역은 적색일 수 있다. 즉, 제 1 화소(Px1)는 녹색 화소, 제 2 화소(Px2)는 청색 화소, 제 3 화소(Px3)는 적색 화소일 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 이미지 센서(100)의 화소 어레이(110)의 구조와 색분리 소자(130)의 특성은 단지 이해를 돕기 위한 예일 뿐이며, 본 실시예는 도 2 내지 도 4에 도시된 예에 한정되지 않는다. 색분리 소자(130)의 설계에 따라 색 분리 특성이 다양하게 선택될 수 있으며, 색분리 소자(130)의 색분리 특성에 따라 화소 어레이(110)의 구조도 역시 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 설계에 따라서는 마이크로 렌즈(141, 142) 및 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)의 일부 또는 전체가 생략될 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 대물렌즈(210)는 피사체의 상을 이미지 센서(100)에 포커싱하는 역할을 한다. 이미지 센서(100)가 대물렌즈(210)의 초점 평면 상에 정확하게 위치하면, 피사체의 어느 한 점에서 출발한 빛은 대물렌즈(210)를 통해 이미지 센서(100) 상의 한 점으로 다시 모이게 된다. 예를 들어, 광축(OX) 상의 어느 한 점(A)에서 출발한 빛은 대물렌즈(210)를 통과한 후, 광축(OX) 상에 있는 이미지 센서(100)의 중심에 모이게 된다. 또한, 광축(OX)에서 벗어난 어느 한 점(B, C, D)에서 출발한 빛은 대물렌즈(210)에 의해 광축(OX)을 가로질러 이미지 센서(100)의 주변부의 한 점에 모이게 된다. 예를 들어, 광축(OX)보다 위쪽에 있는 한 점(B)에서 출발한 빛은 광축(OX)을 가로질러 이미지 센서(100)의 아래쪽 가장자리에 모이게 되며, 광축(OX)보다 아래쪽에 있는 한 점(C)에서 출발한 빛은 광축(OX)을 가로질러 이미지 센서(100)의 위쪽 가장자리에 모이게 된다. 또한, 광축(OX)과 점(B) 사이에 위치한 점(D)에서 출발한 빛은 이미지 센서(100)의 중심과 아래쪽 가장자리 사이에 모이게 된다.
따라서, 서로 다른 점(A, B, C, D)들에서 각각 출발한 빛은 상기 점(A, B, C, D)들과 광축(OX) 사이의 거리에 따라 서로 다른 각도로 이미지 센서(100)에 입사한다. 이미지 센서(100)에 입사하는 빛의 입사각은 통상적으로 주광선 각도(CRA; chief ray angle)로 정의된다. 주광선(chief ray)은 피사체의 한 점으로부터 대물렌즈(210)의 중심을 지나 이미지 센서(100)에 입사하는 광선을 의미하며, 주광선 각도는 주광선이 광축(OX)과 이루는 각도를 의미한다. 광축(OX)에 있는 점(A)에서 출발한 빛은 주광선 각도가 0도이며, 이미지 센서(100)에 수직하게 입사한다. 출발점이 광축(OX)에서 멀어질수록 주광선 각도는 증가하게 된다.
이미지 센서(100)의 관점에서 보면, 이미지 센서(100)의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도는 0도이며, 이미지 센서(100)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도가 커지게 된다. 예컨대, 점(B)와 점(C)에서 출발하여 이미지 센서(100)의 제일 가장자리에 입사하는 빛의 주광선 각도가 가장 크고, 점(A)에서 출발하여 이미지 센서(100)의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도는 0도이다. 또한, 점(D)에서 출발하여 이미지 센서(100)의 중심과 가장자리 사이에 입사하는 빛의 주광선 각도는 점(B)와 점(C)에서 출발한 빛의 주광선 각도보다 작고 0도보다 크다.
그런데, 색분리 소자(130)는 일반적으로 방향성을 갖는 구조를 갖는다. 이러한 방향성으로 인해, 색분리 소자(130)에 수직으로 입사하는 빛에 대해서는 효율적으로 동작하지만, 입사각이 일정 각도 이상으로 커지게 되면 색분리 소자(130)의 색분리 효율이 급격하게 떨어지게 된다. 따라서, 이미지 센서(100)의 전체 영역에 동일한 구조의 색분리 소자(130)들을 배열하는 경우, 이미지 센서(100)의 중심부에서 멀어질수록 영상의 품질이 저하될 수 있다.
본 실시예에 따른 색분리 소자 어레이는 이미지 센서(100)의 가장자리에서도 효율적인 색분리가 가능하도록 구성된 다수의 색분리 소자(130)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 색분리 소자(130)는 광축(OX)의 방향을 따라(또는, 입사광의 진행 방향을 따라) 순차적으로 배열된 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)를 포함할 수 있다. 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 이미지 센서(100) 내에서 색분리 소자(130)의 위치에 따라 서로 다른 정도로 시프트될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(100)의 중심부에 배치된 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 중심부가 서로 일치하도록 정렬될 수 있다. 그리고, 이미지 센서(100)의 중심부 이외의 영역에 배치된 색분리 소자(130)들의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 서로에 대해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(100)의 중심부에서 멀어질수록 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b) 사이의 시프트 간격이 증가할 수 있다. 이미지 센서(100)의 제일 가장자리에 배치된 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 서로에 대해 가장 크게 시프트될 수 있다.
도 5a는 빛이 이미지 센서(100)에 수직 입사하는 경우에 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)의 위치 관계를 보다 상세히 보이는 예시적인 단면도이며, 도 5b와 도 5c는 빛이 이미지 센서(100)에 비스듬하게 입사하는 경우에 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)의 위치 관계를 보다 상세히 보이는 예시적인 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 입사광이 이미지 센서(100)에 수직 입사하는 경우, 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 시프트되어 있지 않다. 이 경우, 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 중심부가 서로 일치하도록 대응 화소의 중심선을 따라 정렬될 수 있다. 반면, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 입사광이 이미지 센서(100)에 경사지게 입사하는 경우, 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)가 서로에 대해 시프트될 수 있다. 이러한 색분리 소자(130)들의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)는 경사지게 입사하는 빛의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트될 수 있다. 예를 들어, 도 5b에 도시된 바와 같이, 입사광이 좌측으로부터 경사지게 입사하는 경우, 제 1 요소(130a)는 제 2 요소(130b)에 비해 상대적으로 좌측으로 더 시프트될 수 있다. 또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 입사광이 우측으로부터 경사지게 입사하는 경우, 제 1 요소(130a)는 제 2 요소(130b)에 비해 상대적으로 우측으로 더 시프트될 수 있다. 상기 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)의 상대적인 시프트 거리(d)는 입사광의 입사각이 증가할수록, 즉 주광선 각도(CRA)가 증가할수록 커지게 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 입사광이 수직 입사하는 경우에는 색분리 소자(130)는 대응 화소의 중심선을 따라 정렬될 수 있다. 그러나, 입사광이 경사지게 입사하는 경우에는, 제 1 및 제 2 요소(130a, 130b)들이 전체적으로 빛이 입사해 오는 방향을 향해 이동하여 배치되며, 제 1 및 제 2 요소(130a, 130b)들이 서로 대해 상대적으로 시프트된다. 도 6a 및 도 6b는 빛의 입사각 변화에 따른 색분리 소자(130)의 제 1 및 제 2 요소(130a, 130b)들의 위치 변화를 보이는 단면도이다.
예를 들어, 도 6a와 같이 입사각이 θ1인 경우, 빛은 투명 유전체층(120)의 표면에서 굴절되면서 투명 유전체층(120)의 내부를 α1의 경사각으로 진행할 수 있다. 그러면, 제 2 요소(130b)로부터 출광된 제 2 파장 대역의 빛(C2)이 그에 대응하는 화소의 광센싱층(111)의 중심부를 향해 정확하게 진행하고 제 3 파장 대역의 빛(C3)이 그에 대응하는 화소의 광센싱층(111)의 중심부를 향해 정확하게 진행하도록, 제 2 요소(130b)는 빛이 입사해 오는 방향을 향해 이동하여 배치될 수 있다. 그리고, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)가 경사각 α1에 일치하여 배열되도록 제 1 요소(130a)는 빛이 입사해 오는 방향을 향해 제 2 요소(130b)에 대해 더 시프트된다. 결과적으로, 제 1 요소(130a)는 대응 화소의 중심선으로부터 D1만큼 이동하여 배치될 수 있다.
빛이 투명 유전체층(120)의 내부를 진행하는 각도 α1은 스넬의 법칙에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, n1×sinθ1 = n2×sinα1의 관계가 성립할 수 있으며, 여기서 n1은 이미지 센서(100)의 외부 굴절률이고, n2는 투명 유전체층(120)과 색분리 소자(130)의 평균 굴절률이다. 평균 굴절률 n2는 투명 유전체층(120)과 색분리 소자(130)의 부피비를 고려하여 계산된다. 입사각 θ1은 주광선 각도(CRA)에 해당할 수 있으므로, 이미지 센서(100)의 특정 위치에서 색분리 소자(130)의 제 1 및 제 2 요소(130a, 130b)들이 정렬되는 각도 α는 n1×sin(CRAi) = n2×sinα(CRAi는 해당 위치에서의 주광선 각도)의 관계가 성립될 수 있다.
한편, 도 6b와 같이 입사각이 θ1보다 큰 θ2인 경우, 빛은 투명 유전체층(120)의 표면에서 굴절되어 투명 유전체층(120)의 내부를 α1보다 큰 α2의 경사각으로 진행할 수 있다. 그러면, 빛이 입사해 오는 방향을 향해 제 2 요소(130b)가 이동하는 정도는 도 6a에 비해 더 커지게 된다. 결과적으로, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)가 경사각 α2에 일치하여 배열되도록 제 1 요소(130a)는 대응 화소의 중심선으로부터 D1보다 큰 D2만큼 이동하여 배치될 수 있다.
도 7a 내지 도 9b는 상술한 색분리 소자(130)의 다양한 실시 형태를 예시적으로 보이는 단면도이다. 먼저, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 색분리 소자(130)의 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)가 소정의 간격(g)만큼 떨어져 배치될 수도 있다. 도 5a 내지 도 5c에 도시된 예에서는, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)가 서로 붙어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 7a와 도 7b에 도시된 바와 같이, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b)가 서로 분리되어 배치될 수도 있다. 여기서, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b) 사이의 간격(g)은 약 50nm 이하, 또는 약 100nm 이하일 수 있다.
또한, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 색분리 소자(130)는 제 3 요소(103c)를 추가적으로 더 포함할 수도 있다. 제 3 요소(103c)는 입사광의 진행 방향을 따라 제 2 요소(103b)에 후속하여 배치될 수 있다. 입사광이 수직하게 입사하는 경우, 색분리 소자(130)의 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들은 도 8a에 도시된 바와 같이 중심부가 서로 일치하도록 대응 화소의 중심선을 따라 정렬될 수 있다. 반면, 입사광이 경사지게 입사하는 경우에, 색분리 소자(130)의 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들은 도 8b에 도시된 바와 같이 서로에 대해 시프트될 수 있다. 여기서, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b) 사이의 상대적인 시프트 거리(d1)는 제 2 요소(130b)와 제 3 요소(130c) 사이의 상대적인 시프트 거리(d2)와 같을 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다. 시프트 거리(d1)와 시프트 거리(d2)는 입사광의 입사 각도 및 분리하고자 하는 파장 대역에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 도 8a 및 도 8b에는 색분리 소자(130)가 예시적으로 3개의 요소(130a, 130b, 130c)들을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 4개 이상의 요소들을 포함하는 것도 가능하다.
또한, 색분리 소자(130)의 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들의 폭은 서로 동일할 수도 있지만, 서로 다를 수도 있다. 예를 들어, 입사광의 진행 방향으로 가장 앞에 배치된 제 1 요소(130a)의 폭이 가장 클 수 있으며, 가장 마지막에 배치된 제 3 요소(130b)의 폭이 가장 작을 수 있다. 제 2 요소(130b)의 폭은 제 1 요소(130a)의 폭보다 작고 제 3 요소(130b)의 폭보다 클 수 있다. 입사광의 진행 방향을 따라 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들의 폭이 점차 감소하면, 색분리 효율을 유지 또는 향상시키면서 색분리 소자(130)의 재료 사용을 줄일 수 있다.
한편, 색분리 소자(130)의 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들은 주위의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들의 굴절률은 투명 유전체층(120)의 굴절률보다 높을 수 있다. 예를 들어, 투명 유전체층(120)은 SiO2나 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass)으로 이루어질 수 있으며, 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들은 TiO2, SiN3, ZnS, ZnSe, Si3N4 등과 같은 고굴절률 재료로 이루어질 수 있다. 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들의 굴절률은 서로 동일할 수도 있지만, 입사광의 입사 각도 및 분리하고자 하는 파장 대역에 따라 색분리 효율을 향상시킬 수 있도록 서로 다르게 선택될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b에서는 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들이 서로 붙어 있는 것으로 도시되어 있으나, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들은 서로 분리되어 배치될 수도 있다. 여기서, 제 1 요소(130a)와 제 2 요소(130b) 사이의 간격(g1)은 제 2 요소(130b)와 제 3 요소(130c) 사이의 간격(g2)과 동일할 수도 있고, 또는 서로 다를 수도 있다. 상기 간격(g1, g2)들은 입사광의 입사 각도 및 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들 사이의 시프트 거리(d1, d2)를 기초로, 제 1 내지 제 3 요소(130a, 130b, 130c)들이 입사광의 진행 방향과 일치하여 배열되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 간격(g1, g2)들은 모두 약 50nm 이하, 또는 약 100nm 이하로 선택될 수 있다.
도 10은 이미지 센서(100) 내에서 다수의 색분리 소자들의 위치에 따른 제 1 요소와 제 2 요소의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 10을 참조하면, 이미지 센서(100)의 중심부에서는 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소가 서로 일치하여 배치되어 있기 때문에, 제 1 요소(131a)만이 보이고 제 2 요소는 제 1 요소(131a)에 가려서 보이지 않는다. 또한, 이미지 센서(100)의 주변부에 위치한 색분리 소자들의 제 1 요소(132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 137a, 138a, 139a)와 제 2 요소(132b, 133b, 134b, 135b, 136b, 137b, 138b, 139b)들은 x 방향과 y 방향을 따라 서로에 대해 시프트되어 있다. 도 10에서 z-축은 광축(OX)과 같은 방향이므로, 상기 제 1 요소(132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 137a, 138a, 139a)와 제 2 요소(132b, 133b, 134b, 135b, 136b, 137b, 138b, 139b)들은 광축(OX)에 수직한 방향으로 시프트된다고 볼 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서(100)의 상부 영역에 위치한 제 1 요소(132a)와 제 2 요소(132b)는 -y 방향으로 시프트되어 있으며, 이미지 센서(100)의 하부 영역에 위치한 제 1 요소(132a)와 제 2 요소(132b)는 +y 방향으로 시프트되어 있고, 이미지 센서(100)의 좌측에 위치한 제 1 요소(134a)와 제 2 요소(134b)는 +x 방향으로 시프트되어 있다. 또한, 이미지 센서(100)의 우하부 영역에 위치한 제 1 요소(138a)와 제 2 요소(138b)는 +y 방향과 -x 방향으로 시프트되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(100)의 주변부에 배치된 색분리 소자들의 제 1 요소(132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 137a, 138a, 139a)는 제 2 요소(132b, 133b, 134b, 135b, 136b, 137b, 138b, 139b)들보다 중심 영역을 향해 더 시프트되어 있다. 또한, 중심 영역을 기준으로 제 1 요소(132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 137a, 138a, 139a)와 제 2 요소(132b, 133b, 134b, 135b, 136b, 137b, 138b, 139b)들이 대칭적으로 시프트될 수 있다. 예를 들어, 색분리 소자들의 제 1 요소(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 137a, 138a, 139a)와 제 2 요소(132b, 133b, 134b, 135b, 136b, 137b, 138b, 139b)들은 대물렌즈(210)를 통과한 주광선이 투명 유전체층(120) 내에서 진행하는 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트될 수 있다.
도 11은 입사광의 각도 변화에 따른 색분리 효율을 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 11의 그래프에서, A, B, C로 표시된 곡선은 입사광의 각도에 맞추어 제 1 요소와 제 2 요소를 시프트한 경우의 색분리 효율이고, A', B', C'로 표시된 곡선은 입사광의 각도에 관계 없이 제 1 요소와 제 2 요소를 시프트하지 않은 경우의 색분리 효율이다. 또한, A, A'는 청색과 적색에 대한 평균 색분리 효율이며, B, B'는 녹색에 대한 색분리 효율이고, C, C'는 전체 색에 대한 평균 색분리 효율이다. 도 11의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 요소와 제 2 요소를 시프트한 경우와 하지 않은 경우에 대한 전체적인 평균 효율(C, C')은 유사하다. 그러나, 제 1 요소와 제 2 요소를 시프트하지 않은 경우에, 입사각이 증가하면서 청색과 적색에 대한 색분리 효율은 크게 감소하고 녹색에 대한 색분리 효율은 크게 증가한다. 따라서, 이미지 센서(100)의 주변부에서 색의 왜곡이 크게 나타날 수 있다. 반면, 제 1 요소와 제 2 요소를 시프트한 경우에는, 입사각의 변화에 따른 색분리 효율의 변화가 크지 않다. 따라서, 이미지 센서(100)의 전체 영역에서 고른 색 특성을 얻을 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 색분리 소자 어레이, 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 이미지 센서, 및 상기 색분리 소자 어레이를 포함하는 촬상 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100.....이미지 센서 110.....화소 어레이
111.....광센싱층 112, 113.....컬러 필터층
120.....투명 유전체층
130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138, 139.....색분리 소자
141, 142.....마이크로 렌즈 200.....촬상 장치
210.....대물렌즈 CF1, CF2, CF3.....컬러 필터

Claims (26)

  1. 입사광 중에서 제 1 파장의 빛이 제 1 방향으로 방출되고 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 빛이 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 방출되도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는, 2차원 배열된 다수의 색분리 소자들을 포함하는 색분리 소자 어레이에 있어서,
    각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 포함하고,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에 배치된 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 중심부가 서로 일치하도록 정렬되어 있으며,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역 이외의 영역에 배치된 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 제 1 요소가 제 2 요소보다 상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 향해 더 시프트되도록 서로에 대해 시프트되어 있는, 색분리 소자 어레이.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에서 멀어질수록 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 시프트 간격이 증가하는 색분리 소자 어레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 기준으로 상기 제 1 요소와 제 2 요소가 대칭적으로 시프트되어 있는 색분리 소자 어레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 경사지게 입사하는 빛의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트되어 있는 색분리 소자 어레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    투명 유전체층을 더 포함하며,
    상기 다수의 색분리 소자들은 상기 투명 유전체층 내에 매립되어 있는 색분리 소자 어레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 요소의 굴절률과 제 2 요소의 굴절률은 상기 투명 유전체층의 굴절률보다 큰 색분리 소자 어레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 요소의 굴절률과 제 2 요소의 굴절률이 서로 동일한 색분리 소자 어레이.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 요소의 굴절률과 제 2 요소의 굴절률이 서로 다른 색분리 소자 어레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 제 2 요소에 후속하여 배치된 제 3 요소를 더 포함하는 색분리 소자 어레이.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 요소의 폭은 제 1 요소의 폭보다 작으며, 상기 제 3 요소의 폭은 제 2 요소의 폭보다 작은 색분리 소자 어레이.
  13. 빛을 감지하는 다수의 2차원 배열된 화소들을 구비하는 화소 어레이; 및
    서로 다른 파장의 빛이 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는 다수의 2차원 배열된 색분리 소자들을 구비하는 색분리 소자 어레이;를 포함하며,
    각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 포함하고,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에 배치된 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 중심부가 서로 일치하도록 정렬되어 있으며,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역 이외의 영역에 배치된 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 제 1 요소가 제 2 요소보다 상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 향해 더 시프트되도록 서로에 대해 시프트되어 있는, 이미지 센서.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에서 멀어질수록 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 시프트 간격이 증가하는 이미지 센서.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 기준으로 상기 제 1 요소와 제 2 요소가 대칭적으로 시프트되어 있는 이미지 센서.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 경사지게 입사하는 빛의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트되어 있는 이미지 센서.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 화소 어레이의 표면 상에 배치된 투명 유전체층을 더 포함하며,
    상기 다수의 색분리 소자들은 상기 투명 유전체층 내에 매립되어 있는 이미지 센서.
  20. 대물렌즈; 및
    상기 대물렌즈에 의해 집속된 빛을 전기적인 영상 신호로 전환하는 이미지 센서;를 포함하며,
    상기 이미지 센서는:
    빛을 감지하는 다수의 2차원 배열된 화소들을 구비하는 화소 어레이; 및
    서로 다른 파장의 빛이 서로 다른 화소에 입사하도록 입사광을 파장에 따라 각각 분리하는 다수의 2차원 배열된 색분리 소자들을 구비하는 색분리 소자 어레이;를 포함하고,
    각각의 색분리 소자는 입사광의 진행 방향을 따라 순차적으로 배열된 제 1 요소와 제 2 요소를 포함하며,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에 배치된 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 중심부가 서로 일치하도록 정렬되어 있으며,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역 이외의 영역에 배치된 색분리 소자의 제 1 요소와 제 2 요소는 제 1 요소가 제 2 요소보다 상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 향해 더 시프트되도록 서로에 대해 시프트되어 있는, 촬상 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역에서 멀어질수록 상기 제 1 요소와 제 2 요소 사이의 시프트 간격이 증가하는 촬상 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 색분리 소자 어레이의 중심 영역을 기준으로 상기 제 1 요소와 제 2 요소가 대칭적으로 시프트되어 있는 촬상 장치.
  25. 제 20 항에 있어서,
    상기 색분리 소자들의 제 1 요소와 제 2 요소는 상기 대물렌즈를 통과한 주광선(chief ray)의 진행 방향에 맞추어 정렬되도록 시프트되어 있는 촬상 장치.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 화소 어레이의 표면 상에 배치된 투명 유전체층을 더 포함하며,
    상기 다수의 색분리 소자들은 상기 투명 유전체층 내에 매립되어 있는 촬상 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102307458B1 (ko) 2014-10-20 2021-09-30 삼성전자주식회사 색분리 소자 및 그 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 센서
KR102465995B1 (ko) * 2015-09-30 2022-11-25 삼성전자주식회사 색분할기 구조와 그 제조방법, 색분할기 구조를 포함하는 이미지센서 및 이미지센서를 포함하는 광학장치
KR102556008B1 (ko) 2015-10-06 2023-07-17 삼성전자주식회사 이미지 센서의 컬러 스플리터
KR102561097B1 (ko) * 2015-12-22 2023-07-28 삼성전자주식회사 색분리 소자 어레이, 이를 포함한 이미지 센서 및 전자 장치
EP3812801A1 (en) 2019-10-23 2021-04-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor including color separating lens array and electronic device including the image sensor
CN113257846A (zh) * 2020-02-11 2021-08-13 三星电子株式会社 图像传感器和包括图像传感器的电子设备
CN112637473B (zh) * 2020-12-31 2022-11-11 维沃移动通信有限公司 电子设备及其摄像模组
US20220399387A1 (en) * 2021-06-15 2022-12-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor including color separation lens array and electronic apparatus including the image sensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090316274A1 (en) 2008-06-24 2009-12-24 Industrial Technology Research Institute Composite optical dividing device
US20130099343A1 (en) * 2010-07-02 2013-04-25 Panasonic Corporation Solid-state imaging device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040079810A (ko) 2003-03-06 2004-09-16 삼성전자주식회사 칼라 분리유닛 및 이를 적용한 프로젝션 타입 화상 표시장치
CN101548381B (zh) 2007-08-06 2011-03-30 松下电器产业株式会社 摄像用光检测装置
KR20090016368A (ko) 2007-08-10 2009-02-13 성균관대학교산학협력단 색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치
WO2010016195A1 (ja) * 2008-08-05 2010-02-11 パナソニック株式会社 撮像用光検出装置
US8400537B2 (en) 2008-11-13 2013-03-19 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors having gratings for color separation
US20110085116A1 (en) * 2009-01-13 2011-04-14 Kim Eun-Seok Dual layer holographic color filter and transmissive liquid crystal display using the same
US20100309554A1 (en) * 2009-06-03 2010-12-09 Panasonic Corporation Color separation microlens and color separation grating
KR20120039501A (ko) * 2009-07-24 2012-04-25 파나소닉 주식회사 촬상 장치 및 고체 촬상 소자
CN105717652A (zh) 2010-09-27 2016-06-29 麻省理工学院 超高效率色彩组合装置和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090316274A1 (en) 2008-06-24 2009-12-24 Industrial Technology Research Institute Composite optical dividing device
US20130099343A1 (en) * 2010-07-02 2013-04-25 Panasonic Corporation Solid-state imaging device

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