KR102571279B1 - 촬상 소자, 및 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는, 혼색이나 노이즈의 발생을 억제할 수 있도록 하는 촬상 소자, 및 전자 장치에 관한 것이다. 본 개시의 촬상 소자는, 상면(像面) 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하고, 상면 위상차 검출 화소는, 입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비한다. 본 개시는, 이미지 센서에 적용할 수 있다.

Description

촬상 소자, 및 전자 장치{IMAGE-CAPTURE ELEMENT AND ELECTRONIC DEVICE}
본 개시는, 촬상 소자, 및 전자 장치에 관한 것으로, 특히, 화상 신호를 얻기 위한 통상 화소와 상면(像面, image plane) 위상차 AF(오토 포커스)용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하는 촬상 소자, 및 전자 장치에 관한 것이다.
종래, 통상 화소와 상면 위상차 검출 화소를 구비하고, 그 광전 변환부로서 PD(포토 다이오드)에 추가하여 유기 광전 변환막이 마련된 촬상 소자가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
그 촬상 소자는, 주된 구성 요소로서 광의 입사측부터 차례로, 온 칩 렌즈, 투명한 상부 전극, 유기 광전 변환막, 투명한 하부 전극, 및 PD가 형성되어 구성되어 있다. 특히, 상면 위상차 검출 화소의 유기 광전 변환막의 하부 전극에는, 입사광의 강도가 가장 강한 온 칩 렌즈의 광학 중심에 슬릿이 마련되어 있다.
일본 특개2013-145292호 공보
특허 문헌 1에 기재되어 있는 그 촬상 소자에서는, 상술한 바와 같이, 유기 광전 변환막의 하부 전극에 슬릿이 마련되어 있기 때문에, 유기 광전 변환막에서 광전 변환되지 않고서 하부 전극의 슬릿을 통과하여, PD에서 광전 변환되어 혼색이 되는 광도 많다.
또한, 그 촬상 소자로부터 PD를 생략한 구성을 상정한 경우에서도, 입사광이 슬릿으로부터 하층측으로 누출되어 버리기 때문에 노이즈 발생의 원인이 될 수 있어 버린다.
본 개시는 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 화소 내에서의 입사광의 누설에 기인하는 노이즈의 발생을 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 개시의 제1의 측면인 촬상 소자는, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하는 촬상 소자에서, 상면 위상차 검출 화소는, 입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비한다.
상기 하부 전극부는, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 불균일하게 2분할된 제1의 하부 전극부와 제2의 하부 전극부로 이루어질 수 있다.
상기 상부 전극부는, 광을 투과하는 부재로 이루어지고, 상기 하부 전극부는, 광을 반사하는 부재로 이루어질 수 있다.
상기 제1 또는 제2의 하부 전극부의 일방의 출력은, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용할 수 있다.
상기 제1 및 제2의 하부 전극부의 출력은, 가산되어 화상 신호로서 이용할 수 있다.
본 개시의 제1의 측면인 촬상 소자는, 화상 신호를 얻기 위한 통상 화소를 또한 구비할 수 있다.
상면 위상차 검출 화소는, 상기 입사광을 상기 제1의 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 또한 구비할 수 있고, 상기 하부 전극부는, 상기 집광부의 광학 중심을 피한 위치에서 불균일하게 2분할되어 있도록 할 수 있다.
상면 위상차 검출 화소는, 화소 단위로 착색되어, 상기 입사광 중의 특정한 파장 성분만을 투과시켜서 상기 제1의 광전 변환부에 입사시키는 컬러 필터를 또한 구비할 수 있다.
상기 제1의 광전 변환부는, 상기 입사광 중의 특정한 파장 성분에만 대응하여 전하를 발생할 수 있다.
상기 하부 전극부는, 상기 입사광을 투과하는 부재로 이루어질 수 있고, 상면 위상차 검출 화소는, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 전하를 발생하는 제2의 광전 변환부를 또한 구비할 수 있다.
상기 제1 또는 제2의 광전 변환부의 적어도 일방은 유기 광전 변환막으로 할 수 있다.
본 개시의 제2의 측면인 전자 장치는, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비한 촬상 소자가 탑재되어 있는 전자 장치로서, 상면 위상차 검출 화소는, 입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비한다.
본 개시의 제3의 측면인 촬상 소자는, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하는 촬상 소자에서, 상면 위상차 검출 화소는, 화상 신호로서 이용되는 전하를 입사광에 응하여 발생하는 제1의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성된 하부 전극부와, 상기 위상 검출 신호로서 이용되는 전하를 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 발생하는 제2의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 상기 광의 중심을 덮도록 하여 상기 하부 전극부와 상기 제2의 광전 변환부의 사이에 형성된 차광부를 구비한다.
상기 차광부는, 광을 반사하는 부재로 이루어질 수 있다.
본 개시의 제4의 측면인 전자 장치는, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비한 촬상 소자가 탑재되어 있는 전자 장치로서, 상면 위상차 검출 화소는, 화상 신호로서 이용되는 전하를 입사광에 응하여 발생하는 제1의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와, 상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성된 하부 전극부와, 상기 위상 검출 신호로서 이용되는 전하를 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 발생하는 제2의 광전 변환부와, 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 상기 광의 중심을 덮도록 하여 상기 하부 전극부와 상기 제2의 광전 변환부의 사이에 형성된 차광부를 구비한다.
본 개시의 제1 내지 제4의 측면에 의하면, 혼색이나 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제1의 구성례를 도시하는 단면도.
도 2는 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제2의 구성례를 도시하는 단면도.
도 3은 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제3의 구성례를 도시하는 단면도.
도 4는 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제4의 구성례를 도시하는 단면도.
도 5는 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제5의 구성례를 도시하는 단면도.
도 6은 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제6의 구성례를 도시하는 단면도.
도 7은 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제7의 구성례를 도시하는 단면도.
도 8은 본 개시를 적용한 전자 장치의 사용례를 도시하는 도면.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 최선의 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 제1의 구성례>
도 1은, 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제1의 구성례의 단면도를 도시하고 있다.
그 촬상 소자(10)는, 통상(通常) 화소(11)와 상면(像面, image plane) 위상차 검출 화소(12)를 구비한 것이고, 주된 구성 요소로서, 광의 입사측부터 차례로, 온 칩 렌즈(OCL)(13), 컬러 필터(CF)(14), 상부 전극(15), 유기 광전 변환막(16), 및 하부 전극(17)이 형성되어 구성되어 있다. 또한, 하부 전극(17)의 하층측에는, 각종의 화소 트랜지스터나 FD(플로팅 디퓨전) 등이 형성되어 있다(부호 생략).
온 칩 렌즈(13)는, 화소마다 형성되어 있고, 입사광을 유기 광전 변환막(16)에 집광시킨다. 또한, 입사광을 집광시키는 집광부로서는 온 칩 렌즈(13) 이외의 구성을 이용하여도 좋다. 컬러 필터(14)는, 그 색이 통상 화소(11)에서는 R(Red) 또는 B(Blue)로 되어 있다. 한편, 상면 위상차 검출 화소(12)에서는 G(Green)로 되어 있다. R, G, B의 배치로는, 예를 들면 베이어 배열을 적용할 수 있다. 또한, R, G, B의 배치로는, 예를 들면 클리어 비트 배열을 적용하여도 좋다. 그 경우, 컬러 필터(14)의 색이 G의 상면 위상차 검출 화소(12)가 인접하게 되기 때문에, 상면 위상차 검출 화소(12)끼리의 거리가 가까운 위상차 신호를 얻을 수 있다. 단, 상면 위상차 검출 화소(12)의 컬러 필터(14)의 색은 G로 한정되는 것이 아니고, R 또는 B라도 좋다.
상부 전극(15)은, 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광을 투과하는 투명한 재료에 의해 형성된다. 유기 광전 변환막(16)은, R, G, B의 파장의 광에 대응하는 것이고, 입사광의 광량에 응한 전하를 발생한다.
하부 전극(17)은, 광을 반사하는 금속재료 등으로 이루어진다. 이에 의해, 유기 광전 변환막(16)을 투과하는 광을 반사함으로써 입사광의 광로(光路) 길이를 길게 할 수 있기 때문에, 유기 광전 변환막(16)에서의 광전 변환의 효율을 올릴 수 있다. 또한, 유기 광전 변환막(16)의 두께를 얇게 할 수 있다.
또한, 하부 전극(17)은, 각 통상 화소(11)에서는 1화소분의 면적이 분할되는 일 없이 형성되어 있다. 한편, 상면 위상차 검출 화소(12)에서는 1화소분의 면적이 온 칩 렌즈(13)의 광학 중심을 피하여 마련되는 슬릿에 의해 불균일하게 분할되어 있다. 이에 의해, 입사광의 강도가 가장 강한 위치에는, 하부 전극(17)이 형성되어 있는 것으로 되기 때문에, 입사광이 하부 전극(17)보다도 더욱 하층측으로 누출되어 버리는 것을 억제할 수 있다. 따라서 노이즈나 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
동 도면의 경우, 상면 위상차 검출 화소(12)의 하부 전극(17)은 긴 쪽의 하부 전극(17-1)과 짧은 쪽의 하부 전극(17-2)에 의해 구성되어 있다. 단, 상면 위상차 검출 화소(12)의 하부 전극(17)의 분할수는 2로 한정되는 것이 아니다.
긴 쪽의 하부 전극(17-1)은, 짧은 쪽의 하부 전극(17-2)에 비교하여 감도가 높은 화소 출력을 얻을 수 있다. 한편, 짧은 쪽의 하부 전극(17-2)은, 긴 쪽의 하부 전극(17-1)에 비교하여, 분리비(分離比)가 좋은 화소 출력을 얻을 수 있다. 따라서 하부 전극(17-1 또는 17-2)의 일방의 화소 출력을 이용하면, 정밀도가 높은 상면 위상차 AF를 실현할 수 있다.
촬상 소자(10)에서는, 통상 화소(11) 및 상면 위상차 검출 화소(12) 함께 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광이, 컬러 필터(14) 및 상부 전극(15)을 통하여 유기 광전 변환막(16)에 입사되어 전하로 변환된다. 변환된 전하는 하부 전극(17)을 통하여 후단(FD 등)에 출력된다.
후단에서는, 통상 화소(11)로부터의 출력은 화상 신호로서 이용된다. 상면 위상차 검출 화소(12)로부터는, 하부 전극(17-1과 17-2)으로부터 복수의 출력이 얻어지는데, 이들의 일방이 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용된다. 상면 위상차 검출 화소(12)로부터의 복수의 출력을 가산함에 의해, 통상 화소(11)와 동등한 출력을 얻을 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 촬상 소자(10)의 구성 요소로부터 온 칩 렌즈(13)를 생략하여도 좋다. 그 경우, 노이즈나 혼색의 발생을 억제하는 효과는 기대할 수 없지만, 감도가 높은 화소 출력과, 분리비가 좋은 화소 출력을 얻을 수 있기 때문에, 그들의 일방을 이용하면, 정밀도가 높은 상면 위상차 AF를 실현할 수 있다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 제2의 구성례>
도 2는, 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제2의 구성례의 단면도를 도시하고 있다.
그 촬상 소자(20)는, 통상 화소를 마련하지 않고, 모든 화소에 도 1에 도시된 촬상 소자(10)에서의 상면 위상차 검출 화소(12)의 구조(컬러 필터의 색을 제외한다)를 채용한 것이다. 또한, 촬상 소자(20)의 구성 요소 중, 이미 나온 촬상 소자(10)와 구성 요소가 공통되는 것에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있기 때문에, 그 설명은 적절히 생략한다. 이후에 설명하는 구성례에 대해서도 마찬가지로 한다.
즉, 촬상 소자(20)는, 모든 화소가 상면 위상차 검출 화소(12)이고, 컬러 필터(14)의 색으로서 R, G, B의 어느 하나가 채용되어 있다. 또한, R, G, B의 배치는, 예를 들면 베이어 배열을 적용할 수 있다. 또한, 촬상 소자(20)의 모든 화소는, 하부 전극(17)이 복수로 분할되어 있다.
촬상 소자(20)에서는, 모든 화소에서 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광이, 컬러 필터(14) 및 상부 전극(15)을 통하여 유기 광전 변환막(16)에 입사되어 전하로 변환된다. 변환된 전하는 하부 전극(17)을 통하여 후단(FD 등)에 출력된다.
후단에서는, 화소마다 복수의 출력(하부 전극(17-1과 17-2)의 출력)을 가산함에 의해 화상 신호를 얻을 수 있다. 또한, 모든 화소 중의 임의의 화소를 선택하여, 그 복수의 화소 출력을 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 촬상 소자(20)의 구성 요소로부터 온 칩 렌즈(13)를 생략하여도 좋다. 그 경우, 노이즈나 혼색의 발생을 억제하는 효과는 기대할 수는 없지만, 감도가 높은 화소 출력과, 분리비가 좋은 화소 출력을 얻을 수 있기 때문에, 그들의 일방을 이용하면, 정밀도가 높은 상면 위상차 AF를 실현할 수 있다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 제3의 구성례>
도 3은, 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제3의 구성례의 단면도를 도시하고 있다.
그 촬상 소자(30)는, 통상 화소(31)와 상면 위상차 검출 화소(32)를 구비한 것이고, 주된 구성 요소로서, 광의 입사측부터 차례로, 온 칩 렌즈(13), 상부 전극(15), 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(33), 및 하부 전극(17)이 형성되어 구성되어 있다. 또한, 하부 전극(17)의 하층측에는, 각종의 화소 트랜지스터나 FD 등이 형성되어 있다(부호 생략).
특정 파장 한정 유기 광전 변환막(33)은, R, G, B의 어느 하나의 파장의 광에만 대응하고, 그 광량에 응한 전하를 발생한다. 즉, 도면 중의 좌단의 통상 화소(31)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(33)은 R의 파장의 광에만 대응한다. 도면 중의 중앙의 상면 위상차 검출 화소(32)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(33)은 G의 파장의 광에만 대응한다. 도면 중의 우단의 통상 화소(31)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(33)은 R의 파장의 광에만 대응한다.
촬상 소자(30)에서는, 통상 화소(31) 및 상면 위상차 검출 화소(32) 함께 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광이, 상부 전극(15)을 통하여 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(16)에 입사되어 전하로 변환된다. 변환된 전하는 하부 전극(17)을 통하여 후단(FD 등)에 출력된다.
후단에서는, 통상 화소(31)로부터의 화소 출력은 화상 신호로서 이용된다. 상면 위상차 검출 화소(32)로부터는, 하부 전극(17-1과 17-2)으로부터 복수의 출력이 얻어지는데, 이들의 일방은 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용된다. 상면 위상차 검출 화소(32)로부터의 복수의 출력을 가산함에 의해, 통상 화소(31)와 동등한 화소 출력을 얻을 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 촬상 소자(30)의 구성 요소로부터 온 칩 렌즈(13)를 생략하여도 좋다. 그 경우, 노이즈나 혼색의 발생을 억제하는 효과는 기대할 수는 없지만, 감도가 높은 화소 출력과, 분리비가 좋은 화소 출력을 얻을 수 있기 때문에, 그들의 일방을 이용하면, 정밀도가 높은 상면 위상차 AF를 실현할 수 있다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 제4의 구성례>
도 4는, 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제4의 구성례의 단면도를 도시하고 있다.
그 촬상 소자(40)는, 화소마다 2개의 광전 변환부(특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 PD(46))가 형성되어 있는 통상 화소(41)와 상면 위상차 검출 화소(42)를 구비한 것이다. 촬상 소자(40)는, 주된 구성 요소로서, 광의 입사측부터 차례로, 온 칩 렌즈(13), 상부 전극(15), 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43), 하부 전극(44) 컬러 필터(CF)(45), 및 PD(46)가 형성되어 구성되어 있다.
특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)은, G의 파장의 광에만 대응하여, 그 광량에 응한 전하를 발생한다.
하부 전극(44)은, 광을 투과하는 투명한 부재로 형성되어 있고, 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에서 변환된 전하를 후단에 출력한다. 또한, 하부 전극(44)은, 촬상 소자(10) 등의 하부 전극(17) 등과 마찬가지로, 통상 화소(41)에서는 1화소분의 면적이 분할되는 일 없이 형성되어 있다.
한편, 상면 위상차 검출 화소(42)에서는, 하부 전극(44)은, 1화소분의 면적이 온 칩 렌즈(13)의 광학 중심을 피하여 마련되는 슬릿에 의해 불균일하게 분할되어 있다. 이에 의해, 상면 위상차 검출 화소(42)의 긴 쪽의 하부 전극(44-1)은, 짧은 쪽의 하부 전극(44-2)에 비교하여 감도가 높은 화소 출력을 얻을 수 있다. 한편, 짧은 쪽의 하부 전극(44-2)은, 긴 쪽의 하부 전극(44-1)에 비교하여, 분리비가 좋은 화소 출력을 얻을 수 있다. 따라서 하부 전극(44-1 또는 44-2)의 일방의 화소 출력을 이용하면, 정밀도가 높은 상면 위상차 AF를 실현할 수 있다.
컬러 필터(45)는, 그 색이 통상 화소(41)에서는 R 또는 B로 되고, 상면 위상차 검출 화소(42)에서는 W(White)로 되어 있다. 또한, 컬러 필터(45)의 색의 배치는 상술한 예로 한정되는 것이 아니다.
PD(46)는, 도면 중의 좌단부터 1번째와 3번째의 통상 화소(41)에서는 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 R 또는 B의 컬러 필터(44)를 투과하여 온 R 또는 B의 광에 대응하여 전하를 발생한다. 도면 중의 좌단부터 2번째 및 4번째의 상면 위상차 검출 화소(42)에서는 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 W의 컬러 필터(44)를 투과하여 온 Mg(Magenta)의 광에 대응하여 전하를 발생한다. 또한, PD(46) 대신에 광전 변환막을 배치하여도 좋다.
촬상 소자(40)에서는, 통상 화소(41) 및 상면 위상차 검출 화소(42) 함께 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광이, 상부 전극(15)을 통하여 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에 입사되어 그 G성분이 전하로 변환된다. 또한, 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)을 투과한 G성분 이외의 광은 하부 전극(44) 및 컬러 필터(45)를 통하여 PD(46)에 입사되어 전하로 변환된다.
통상 화소(41)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에서 발생된 전하는 하부 전극(44)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 G성분으로서 이용된다. 또한, 통상 화소(41)의 PD(46)에서 발생된 전하는 전극(부도시)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 R 또는 B 성분으로서 이용된다.
한편, 상면 위상차 검출 화소(42)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에서 발생된 전하는, 하부 전극(44-1과 44-2)으로부터 후단에 출력되어 그 일방이 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용된다. 또한, 하부 전극(44-1과 44-2)으로부터의 출력을 가산함에 의해, 통상 화소(41)와 동등한 G성분의 화소 신호로서 이용할 수 있다. 또한, 상면 위상차 검출 화소(42)의 PD(46)에서 발생된 전하는 전극(부도시)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 MG성분으로서 이용된다.
또한, 도 4에 도시된 촬상 소자(40)의 구성 요소로부터 온 칩 렌즈(13)를 생략하여도 좋다. 그 경우, 노이즈나 혼색의 발생을 억제하는 효과는 기대할 수는 없지만, 감도가 높은 화소 출력과, 분리비가 좋은 화소 출력을 얻을 수 있기 때문에, 그들의 일방을 이용하면, 정밀도가 높은 상면 위상차 AF를 실현할 수 있다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 제5의 구성례>
도 5는, 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제5의 구성례의 단면도를 도시하고 있다.
그 촬상 소자(50)는, 화소마다 2개의 광전 변환부(특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 PD(46))가 형성되어 있는 통상 화소(51)와 상면 위상차 검출 화소(52)를 구비한 것이다. 촬상 소자(50)는, 주된 구성 요소로서, 광의 입사측부터 차례로, 온 칩 렌즈(13), 컬러 필터(53), 상부 전극(15), 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43), 하부 전극(54), 및 PD(46)가 형성되어 구성되어 있다. 또한, 상면 위상차 검출 화소(52)에는, 하부 전극(54)과 PD(46)의 사이에 차광막(55)이 형성되어 있다.
컬러 필터(53)는, 그 색이 통상 화소(51)에서는 Ye(Yellow) 또는 Cy(Cyan)로 되고, 상면 위상차 검출 화소(52)에서는 W(White)로 되어 있다. 또한, 컬러 필터(45)의 색의 배치는 상술한 예로 한정되는 것이 아니다.
특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)은, G의 파장의 광에만 대응하여, 그 광량에 응한 전하를 발생한다.
하부 전극(54)은, 광을 투과하는 투명한 부재로 이루어지고, 통상 화소(51) 및 상면 위상차 검출 화소(52)에서는 함께 1화소분의 면적이 분할되는 일 없이 형성되어 있다.
상면 위상차 검출 화소(52)에만 구비되는 차광막(55)은, 광을 반사하는 금속 등의 부재로 이루어지고, 온 칩 렌즈(13)의 광학 중심을 덮도록 형성되어 있다. 또한, 차광막(55)의 횡방향의 길이를 조정함에 의해, 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에서의 G의 파장의 광에 대한 감도를 조정할 수 있음과 함께, 위상차 신호의 기본이 되는 전하를 생성한 PD(46)에 입사한 광량을 조정할 수 있다.
PD(46)는, 도면 중의 좌단부터 1번째와 3번째의 통상 화소(51)에서는 Ye 또는 Cy의 컬러 필터(53) 및 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)을 투과하여 온 R 또는 B의 광에 대응하여 전하를 발생한다. 도면 중의 좌단부터 2번째 및 4번째의 상면 위상차 검출 화소(52)에서는 W의 컬러 필터(44) 및 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)을 투과하여 온 Mg의 광에 대응하여 전하를 발생한다.
촬상 소자(50)에서는, 통상 화소(51) 및 상면 위상차 검출 화소(52) 함께 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광이, 컬러 필터(53), 및 상부 전극(15)을 통하여 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에 입사되어 그 G성분이 전하로 변환된다. 또한, 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)을 투과한 광은 하부 전극(54)을 통하여 PD(46)에 입사되어 전하로 변환된다. 단, 상면 위상차 검출 화소(52)에서는 차광막(55)에 의해 PD(46)에의 광의 입사가 제한된다.
통상 화소(51) 및 상면 위상차 검출 화소(52)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에서 발생된 전하는 하부 전극(54)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 G성분으로서 이용된다. 또한, 통상 화소(51)의 PD(46)에서 발생된 전하는 전극(부도시)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 R 또는 B 성분으로서 이용된다.
한편, 상면 위상차 검출 화소(52)의 PD(46)에서 Mg의 파장의 광에 대응하여 발생된 전하는 전극(부도시)을 통하여 후단에 출력되어 그 일방이 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용된다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 제6의 구성례>
도 6은, 본 개시를 적용한 촬상 소자의 제6의 구성례의 단면도를 도시하고 있다.
그 촬상 소자(60)는, 화소마다 2개의 광전 변환부(특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 PD(64))가 형성되어 있는 통상 화소(61)와 상면 위상차 검출 화소(62)를 구비한 것이다. 촬상 소자(60)는, 주된 구성 요소로서, 광의 입사측부터 차례로, 온 칩 렌즈(13), 상부 전극(15), 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43), 하부 전극(54), 컬러 필터(63), 및 PD(64)가 형성되어 구성되어 있다. 또한, 상면 위상차 검출 화소(62)에는, 하부 전극(54)과 컬러 필터(63)의 사이에 차광막(55)이 형성되어 있다.
컬러 필터(63)는, 그 색이 R 또는 B로 되어 있다. 동 도면의 경우, 통상 화소(61)에서는 B로 되고, 상면 위상차 검출 화소(62)에서는 R로 되어 있다. 또한, 컬러 필터(45)의 색의 배치는 상술한 예로 한정되는 것이 아니다.
PD(64)는, 도면 중의 좌단부터 1번째와 3번째의 상면 위상차 검출 화소(62)에서는, 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 R의 컬러 필터(63)를 투과하여 온 R의 파장의 광에 대응하여 전하를 발생한다. 도면 중의 좌단부터 2번째 및 4번째의 통상 화소(61)에서는 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43) 및 B의 컬러 필터(63)를 투과하여 온 B의 파장의 광에 대응하여 전하를 발생한다.
촬상 소자(60)에서는, 통상 화소(61) 및 상면 위상차 검출 화소(62) 함께 온 칩 렌즈(13)에 의해 집광된 입사광이, 상부 전극(15)을 통하여 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에 입사되어 그 G성분이 전하로 변환된다. 또한, 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)을 투과한 광은 하부 전극(54) 및 컬러 필터(63)를 통하여 PD(64)에 입사되어 전하로 변환된다. 단, 상면 위상차 검출 화소(62)에서는 차광막(55)에 의해 PD(64)에의 광의 입사가 제한된다.
통상 화소(61) 및 상면 위상차 검출 화소(62)의 특정 파장 한정 유기 광전 변환막(43)에서 발생된 전하는 하부 전극(54)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 G성분으로서 이용된다. 또한, 통상 화소(61)의 PD(64)에서 발생된 전하는 전극(부도시)을 통하여 후단에 출력되어 화상 신호의 R 성분으로서 이용된다.
한편, 상면 위상차 검출 화소(62)의 PD(64)에서 발생된 전하는 전극(부도시)을 통하여 후단에 출력되어 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용된다.
<본 개시를 적용한 촬상 소자의 변형례>
도 7은, 도 1에 도시된 촬상 소자(10)의 변형례를 도시하고 있다. 즉, 그 변형례는, 도 1의 촬상 소자(10)에 상당하는 센서부(71)와, ADC(Analog Digital Converter) 등을 포함하는 로직부(72)와, 메모리부(73)를 적층하여 구성한 이미지 센서의 구성례를 도시하고 있다. 그 이미지 센서에 의하면, 프레임 메모리 CDS(Correlated Double. Sampling)에 의한 고속 동작 대응이 가능해진다. 또한, 로직부(72) 및 메모리부(73)를 상면 위상차 AF에 이용함에 의해 고속의 AF가 가능해진다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같은 적층형의 이미지 센서에는, 촬상 소자(10)뿐만 아니라 상술한 촬상 소자(20 내지 60)도 채용할 수 있다.
<촬상 소자의 사용례>
도 8은, 상술한 촬상 소자(10 내지 60)를 사용하는 전자 장치의 사용례를 도시하고 있다.
상술한 촬상 소자(10 내지 60)는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다.
·디지털 카메라나, 카메라 기능 부착의 휴대 기기 등의, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 장치
·자동 정지 등의 안전운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량탑재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리측정(測距)을 행하는 거리측정 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치
·유저의 제스처를 촬영하여, 그 제스처에 따른 기기 조작을 행하기 위해, TV나, 냉장고, 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치
·내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치
·방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 시큐리티용으로 제공되는 장치
·피부를 촬영하는 피부 측정기나, 두피를 촬영하는 마이크로스코프 등의, 미용용으로 제공되는 장치
·스포츠 용도 등 용의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치
·밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치
또한, 본 개시의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
본 개시는 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하는 촬상 소자에서,
상면 위상차 검출 화소는,
입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비하는 촬상 소자.
(2)
상기 하부 전극부는, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 불균일하게 2분할된 제1의 하부 전극부와 제2의 하부 전극부로 이루어지는 상기 (1)에 기재된 촬상 소자.
(3)
상기 상부 전극부는, 광을 투과하는 부재로 이루어지고,
상기 하부 전극부는, 광을 반사하는 부재로 이루어지는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 촬상 소자.
(4)
상기 제1 또는 제2의 하부 전극부의 일방의 출력은, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용되는 상기 (2)에 기재된 촬상 소자.
(5)
상기 제1 및 제2의 하부 전극부의 출력은, 가산되어 화상 신호로서 이용되는 상기 (2)에 기재된 촬상 소자.
(6)
화상 신호를 얻기 위한 통상 화소를 또한 구비하는 상기 (1)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(7)
상면 위상차 검출 화소는,
상기 입사광을 상기 제1의 광전 변환부에 집광시키는 집광부를 또한 구비하고,
상기 하부 전극부는, 상기 집광부의 광학 중심을 피한 위치에서 불균일하게 2분할되어 있는 상기 (1)부터 (6)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(8)
상면 위상차 검출 화소는,
화소 단위로 착색되어, 상기 입사광 중의 특정한 파장 성분만을 투과시켜서 상기 제1의 광전 변환부에 입사시키는 컬러 필터를 또한 구비하는 상기 (1)부터 (7)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(9)
상기 제1의 광전 변환부는, 상기 입사광 중의 특정한 파장 성분에만 대응하여 전하를 발생하는 상기 (1)부터 (8)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(10)
상기 하부 전극부는, 상기 입사광을 투과하는 부재로 이루어지고,
상면 위상차 검출 화소는,
상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 전하를 발생하는 제2의 광전 변환부를 또한 구비하는 상기 (1), (2), (4)부터 (9)의 어느 하나에 기재된 촬상 소자.
(11)
상기 제1 또는 제2의 광전 변환부의 적어도 일방은 유기 광전 변환막인 상기 (10)에 기재된 촬상 소자.
(12)
상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비한 촬상 소자가 탑재되어 있는 전자 장치로서,
상면 위상차 검출 화소는,
입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 입사광의 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비하는 전자 장치.
(13)
상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하는 촬상 소자에서,
상면 위상차 검출 화소는,
화상 신호로서 이용되는 전하를 입사광에 응하여 발생하는 제1의 광전 변환부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성된 하부 전극부와,
상기 위상 검출 신호로서 이용되는 전하를 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 발생하는 제2의 광전 변환부와,
상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 상기 광의 중심을 덮도록 하여 상기 하부 전극부와 상기 제2의 광전 변환부의 사이에 형성된 차광부를 구비하는 촬상 소자.
(14)
상기 차광부는, 광을 반사하는 부재로 이루어지는 상기 (13)에 기재된 촬상 소자.
(15)
상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비한 촬상 소자가 탑재되어 있는 전자 장치로서,
상면 위상차 검출 화소는,
화상 신호로서 이용되는 전하를 입사광에 응하여 발생하는 제1의 광전 변환부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와,
상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성된 하부 전극부와,
상기 위상 검출 신호로서 이용되는 전하를 상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 발생하는 제2의 광전 변환부와,
상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 상기 광의 중심을 덮도록 하여 상기 하부 전극부와 상기 제2의 광전 변환부의 사이에 형성된 차광부를 구비하는 전자 장치.
10 : 촬상 소자
11 : 통상 화소
12 : 상면 위상차 검출 화소
13 : 온 칩 렌즈
14 : 컬러 필터
15 : 상부 전극
16 : 유기 광전 변환막
17 : 하부 전극
20 : 촬상 소자
30 : 촬상 소자
31 : 통상 화소
32 : 상면 위상차 검출 화소
33 : 특정 파장 한정 유기 광전 변환막
40 : 촬상 소자
41 : 통상 화소
42 : 상면 위상차 검출 화소
43 : 특정 파장 한정 유기 광전 변환막
44 : 하부 전극
45 : 컬러 필터
46 : PD
50 : 촬상 소자
51 : 통상 화소
52 : 상면 위상차 검출 화소
53 : 컬러 필터
54 : 하부 전극
55 : 차광막
60 : 촬상 소자
61 : 통상 화소
62 : 상면 위상차 검출 화소
63 : 컬러 필터
64 : PD
71 : 센서부
72 : 로직부
73 : 메모리부

Claims (15)

  1. 상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비하는 촬상 소자에서,
    상면 위상차 검출 화소는,
    입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와,
    상기 입사광을 상기 제1의 광전 변환부에 집광시키는 집광부와,
    상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와,
    상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 집광부의 광학 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비하고,
    상기 하부 전극부는, 상기 집광부의 광학 중심을 피한 위치에서 불균일하게 2분할된 제1의 하부 전극부와 제2의 하부 전극부로 이루어지고,
    상기 집광부에 의해 집광된 상기 입사광은 상기 상부 전극부를 통하여 상기 제1의 광전 변환부에 입사되어 전하로 변환되고, 변환된 상기 전하는 상기 제1의 하부 전극부와 상기 제2의 하부 전극부를 통하여 출력되고,
    평면에서 볼 때, 상기 집광부는 상기 제1의 하부 전극부 및 상기 제2의 하부 전극부와 겹치고, 상기 집광부의 광학 중심은 상기 제1의 하부 전극부 및 상기 제2의 하부 전극부 중 어느 하나와 겹치고, 상기 제1의 하부 전극부 및 상기 제2의 하부 전극부 중 다른 하나와 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극부는, 광을 투과하는 부재로 이루어지고,
    상기 하부 전극부는, 광을 반사하는 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2의 하부 전극부의 일방의 출력은, 상면 위상차 AF용의 위상차 신호로서 이용되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 하부 전극부의 출력은, 가산되어 화상 신호로서 이용되는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    화상 신호를 얻기 위한 통상 화소를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상면 위상차 검출 화소는,
    화소 단위로 착색되어, 상기 입사광 중의 특정한 파장 성분만을 투과시켜서 상기 제1의 광전 변환부에 입사시키는 컬러 필터를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 광전 변환부는, 상기 입사광 중의 특정한 파장 성분에만 대응하여 전하를 발생하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극부는, 상기 입사광을 투과하는 부재로 이루어지고,
    상면 위상차 검출 화소는,
    상기 제1의 광전 변환부 및 상기 하부 전극부를 투과한 광에 응하여 전하를 발생하는 제2의 광전 변환부를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2의 광전 변환부의 적어도 일방은 유기 광전 변환막인 것을 특징으로 하는 촬상 소자.
  12. 상면 위상차 AF용의 위상차 신호를 얻기 위한 상면 위상차 검출 화소를 구비한 촬상 소자가 탑재되어 있는 전자 장치로서,
    상면 위상차 검출 화소는,
    입사광에 응하여 전하를 발생하는 제1의 광전 변환부와,
    상기 입사광을 상기 제1의 광전 변환부에 집광시키는 집광부와,
    상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 일방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측에 형성된 상부 전극부와,
    상기 제1의 광전 변환부를 끼우도록 대향하여 배치된 전극의 타방으로서, 상기 제1의 광전 변환부에 대한 상기 입사광의 입사측의 반대측에 형성되고, 상기 집광부의 광학 중심을 피한 위치에서 복수로 분할되어 있는 하부 전극부를 구비하고,
    상기 하부 전극부는, 상기 집광부의 광학 중심을 피한 위치에서 불균일하게 2분할된 제1의 하부 전극부와 제2의 하부 전극부로 이루어지고,
    상기 집광부에 의해 집광된 상기 입사광은 상기 상부 전극부를 통하여 상기 제1의 광전 변환부에 입사되어 전하로 변환되고, 변환된 상기 전하는 상기 제1의 하부 전극부와 상기 제2의 하부 전극부를 통하여 출력되고,
    평면에서 볼 때, 상기 집광부는 상기 제1의 하부 전극부 및 상기 제2의 하부 전극부와 겹치고, 상기 집광부의 광학 중심은 상기 제1의 하부 전극부 및 상기 제2의 하부 전극부 중 어느 하나와 겹치고, 상기 제1의 하부 전극부 및 상기 제2의 하부 전극부 중 다른 하나와 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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