KR20080091023A - 고체 촬상 장치 및 촬상 장치 - Google Patents

고체 촬상 장치 및 촬상 장치 Download PDF

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color filter
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리쓰오 다키자와
다이치 나토리
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

색 재현성을 향상시키고, 고해상도의 이미지 센서에 적용할 수 있도록 한다. 본 발명의 고체 촬상 장치는, 반도체 기판(11)상에 복수 개의 광전 변환부(22)와 광전 변환부(22)로부터 선택적으로 판독을 행하는 MOS 트랜지스터를 포함하는 복수 개의 화소(21)로 이루어지며, 광전 변환부(22) 상에 배치된 유기 광전 변환막(42)으로부터 제1 색에 해당하는 신호만을 인출하고, 광전 변환부(22) 상에 배치된 유기 컬러 필터층(44)의 흡수 분광에 의해 제1 색을 포함하지 않는 복수 개의 색에 해당하는 신호를 인출하는 것을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 장치 및 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND IMAGING APPARATUS}
본 발명은 고체 촬상 장치 및 촬상 장치에 관한 것이다.
고체 촬상 장치인 반도체 이미지 센서에는, CMOS 센서와 CCD가 있으며, 이들 모두 화소로부터 신호를 판독하는 반도체 디바이스이다. CMOS 센서는 입사광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환(photoelectric-conversion)부로 이루어지는 복수 개의 화소와 각 화소로부터 전기 신호를 선택적으로 판독하는 MOS 트랜지스터를 포함한다. CCD는 입사광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환부로 이루어지는 복수 개의 화소를 포함하며 실리콘 기판 내부를 통해 각 화소로부터 판독한 신호 전하(signal charge)의 전송을 행한다. 최근에는, CMOS 센서가, 저전압 및 저소비 전력, 여러 기능을 갖는 등의 특징에 의해, 휴대 전화기용의 카메라, 디지털 스틸 카메라, 및 디지털 비디오 카메라의 촬상 소자(image device)로서 주목받고 있으며, 그 사용 범위가 넓어지고 있다.
한편, 컬러 이미지 센서(color image sensor)로서는, 각 화소에, 예컨대 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 3색으로 이루어지는 색 필터를 형성[RGB 베이 어(Bayer) 배열이 통상적으로 사용되고 있음]하고, 색 분리(color separation)를 공간적으로 행하는 기술이 일반적으로 사용되고 있다. 이 방식은, 색 필터의 분광(spectral) 특성을 임의로 조정함으로써, 양호한 색 재현성을 달성하는 것이 가능하다. 그러나, 색 필터 자체가 상당한 양의 광을 흡수하기 때문에, 컬러 이미지 센서에 입사하는 광을 충분히 유효하게 사용할 수 없다고 하는 본질적인 문제가 있다. 또한, 색 분리를 공간적으로 행하기 때문에, 컬러 이미지 센서의 화소를 효과적으로 사용하지 못하고, 녹색(G)의 화소가 적은 경우에는 휘도 신호의 해상도가 저하되고, 적색(R)이나 청색(B)의 화소가 적은 경우에는 색 신호의 해상도가 저하되거나 위색(false color) 신호가 발생하는 문제도 생긴다.
또한, 이미지 센서가 소형화되고 화소가 많아짐에 따라, 하나의 화소에서의 셀 사이즈가, 최근에는 평방 2.0 ㎛ 이하까지 축소되고 있다. 이에 따라, 화소당 면적 및 체적이 감소되고 있다. 그 결과로서, 포화 신호량이나 감도가 저하되어, 화질의 저하를 초래하고 있다. 따라서, 셀을 축소하지 않고 하나의 화소 또는 2개 내지 3개의 화소로 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 신호를 얻을 수 있으면, 감도나 포화 신호량을 일정하게 유지하면서, 공간적인 휘도나 크로마(chroma)의 해상도를 유지할 수 있게 된다.
이러한 문제를 해결하는 방법으로서, 최근 유기 광전 변환막(organic photoelectric conversion film)을 사용한 이미지 센서가 제안되고 있다[예컨대, 일본 특허 공개번호 2003-234460호 공보 참조(특허 문헌 1)]. 특허 문헌 1에 의하면, 청색에 대해 감도(sensitivity)를 갖는 유기 광전 변환막, 녹색에 대해 감도를 갖는 유기 광전 변환막, 및 적색에 대해 감도를 갖는 유기 광전 변환막을, 광을 수광할 수 있도록 차례로 적층하고, 하나의 화소로부터, 청색(B)/녹색(G)/적색(R)의 신호를 개별적으로 인출할 수 있도록 해서 감도의 향상을 도모하고 있다. 그러나, 유기 광전 변환막을 다층화하는 것은 그 제조 공정이 매우 곤란하고, 아직까지 구현되었다는 보고가 없다. 이는, 인출 전극(통상적으로, 금속막으로 이루어져 있음)과 유기 광전 변환막의 가공 공정 간의 정합이 쉽지 않은 과제이며, 유기 광전 변환막에 손상을 주지 않으면서 전극 가공을 행할 수 있는 기술이 확립되어 있지 않기 때문이다.
한편, 하나의 층으로 된 유기 광전 변환막에서 실리콘(Si) 벌크 분광으로 2색을 실현하는 예[예컨대, 일본 특허 공개번호 2005-303266호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 공개번호 2003-332551호 공보(특허 문헌 3)]도 있지만, 이 예는, 실리콘 벌크에서의 각 파장에 대한 광의 흡수 차를 이용하는 경우, 색 재현이 불량하기 때문에 일반적인 고해상도의 이미지 센서에는 사용할 수 없다. 또한, 실리콘 벌크로부터 2색을 인출하는 구조를 제조하기 위한 공정이 복잡하기 때문에 제조 비용이 높아진다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실리콘 벌크에서의 각 파장에 대한 광의 흡수 차를 이용하는 경우, 색 재현이 불량하기 때문에 일반적인 고해상도 이미지 센서에는 사용할 수 없다는 점이다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하여, 색 재현성을 향상시키고 또한 고해상도의 이미지 센서에 적용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 본 발명은, 반도체 기판상에 복수 개의 광전 변환부와 광전 변환부로부터 선택적으로 판독을 행하는 MOS 트랜지스터를 포함하는 복수 개의 화소로 이루어지고, 광전 변환부 상에 배치된 유기 광전 변환막으로부터 제1 색에 해당하는 신호만을 인출하고, 광전 변환부 상에 배치된 유기 컬러 필터층의 흡수 분광으로부터 제1 색을 포함하지 않는 복수 개 색에 해당하는 신호를 인출하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1에 관한 본 발명에서는, 유기 광전 변환막을 단일 층으로 함으로써, 인출 전극(통상적으로, 금속막)과 유기 광전 변환막 간의 가공 공정의 정합성의 문제를 피할 수 있으며, 제1 색을 포함하지 않는 복수 개의 색을, 예컨대 체크 무늬 패턴으로 배열함으로써, 색 재현성을 현저하게 개선할 수 있다.
청구항 5에 관한 본 발명은, 입사광을 집광하는 집광 광학부와, 집광 광학부에서 집광한 광을 수광하여 광전 변환하는 고체 촬상 장치와, 광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하고, 고체 촬상 장치는, 반도체 기판상에 복수 개의 광전 변환부와 광전 변환부로부터 선택적으로 판독을 행하는 MOS 트랜지스터를 포함하는 복수 개의 화소로 이루어지고, 광전 변환부 상에 배치된 유기 광전 변환막으로부터 제1 색에 해당하는 신호만을 인출하고, 광전 변환부 상의 유기 광전 변환막 상에 배치된 유기 컬러 필터층의 흡수 분광으로부터 제1 색을 포함하지 않는 복수 개 색에 해당하는 신호를 인출하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 관한 본 발명에서는, 본원 발명의 고체 촬상 장치를 사용하기 때문에, 색 재현성이 우수한 고체 촬상 장치를 사용할 수 있게 된다.
청구항 1에 관한 본 발명에 의하면, 본원 발명의 고체 촬상 소자를 포함함으로써, 색 재현성이 우수한 촬상 장치를 제공할 수 있고, 또한 유기 광전 변환막과 인출 전극(통상은 금속막)의 가공 공정 간의 정합성의 문제를 피할 수 있다는 장점이 있다.
청구항 5에 관한 본 발명에 의하면, 색 재현성이 우수한 고체 촬상 장치를 사용함으로써, 촬상한 화상의 품질을 향상시킬 수 있으므로, 고해상도의 영상을 기록할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 일실시 형태(제1 실시예)에 대하여, 도 1의 개략 구성 사시도 및 도 2의 배치도를 참조하여 설명한다. 도 1에서는, 본 발명의 고체 촬상 장치를 적용하는 일례로서 전면 개구형(whole area open type) CMOS 이 미지 센서를 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(11)으로 형성되는 활성층(12)에는, 입사광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환부(예컨대, 포토 다이오드)(22)와, 전송 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 등의 트랜지스터군(23)(도면에서는 그 일부만 도시함) 등을 포함하는 복수 개의 화소부(21)가 형성되어 있다. 반도체 기판(11)으로서는, 예컨대 실리콘 기판을 사용한다. 또한, 각 광전 변환부(22)로부터 판독한 신호 전하(signal charge)를 처리하는 신호 처리부(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
화소부(21)의 주위의 일부, 예컨대 행 방향 또는 열 방향의 화소부(21)들 사이에는 소자 분리 영역(24)이 형성되어 있다.
또한, 광전 변환부(22)가 형성되어 있는 반도체 기판(11)의 표면 측[도 1에서는 반도체 기판(11)의 아래쪽]에는, 배선층(31)이 형성되어 있다. 이 배선층(31)은, 배선(32)과, 배선(32)을 피복하고 있는 절연막(33)으로 이루어져 있다. 배선층(31)에는 지지 기판(35)이 형성되어 있다. 지지 기판(35)은, 예컨대 실리콘 기판으로 이루어진다.
또한, 고체 촬상 장치(1)에는, 반도체 기판(11)의 배면 측에 광투과성을 갖는 평탄화막(41)이 형성되어 있다. 또한, 이 평탄화막(41) 상에는(도면에서는 상면 측), 유기 광전 변환막(42)이 형성되어 있다. 유기 광전 변환막(42) 상에는 분리층(43)을 통하여 유기 컬러 필터층(44)이 형성되어 있다. 유기 컬러 필터층(44)은, 광전 변환부(22)에 대응되도록 형성되는데, 예컨대 청색(Blue)과 적색(Red)을 인출하기 위하여, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44; 44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44; 44Y)을 체크 무늬 패턴으로 배치한 것이다. 또한, 각 유기 컬러 필터층(44) 상에는, 대응하는 각 광전 변환부(22)에 입사광을 집광시키는 집광 렌즈(51)가 형성되어 있다.
유기 광전 변환막(42)의 녹색(Green) 계열의 색소로서는, 일례로서 로다민계 색소(rhodamine dye), 프탈로시아닌 유도체(phthalocyanines), 퀴나크리돈(quinacridon), 에오신(eosine) Y, 및 메로시아닌계 색소(merocyanine dye)가 있다.
고체 촬상 장치(1)에서는, 녹색(Green)에 대응하는 신호를 유기 광전 변환막(42)으로부터 인출하고, 청색(Blue)과 적색(Red)에 대응하는 신호를 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44; 44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44; 44Y)의 조합에 의해 인출한다. 유기 광전 변환막(42)과 유기 컬러 필터층(44)의 평면적 배치(코딩)의 일례를, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 녹색(Green)을 인출하는 유기 광전 변환막(42)은 모든 화소에 배치되어 있다. 또한, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 청록색(Cyan)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층은, 이른바 체크 무늬 패턴으로 배열되어 있다. 청색(Blue)과 적색(Red)의 분광(spectrum)은, 이하에 설명하는 원리에 의해 달성된다. 먼저, 도 3의 분광 예에 나타낸 바와 같이, 청색(Blue) 분광의 경우, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)에서의 흡수에 의해 적색(Red) 성분이 제거되며, 계속해서 녹색(Green)의 유기 광전 변환막(42)에서의 흡수에 의해 녹 색(Green) 성분이 제거되고, 남은 청색(Blue) 성분을 인출하면 된다. 한편, 적색(Red) 분광의 경우, 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)에서의 흡수에 의해 청색(Blue) 성분이 제거되며, 계속해서 녹색(Green)의 유기 광전 변환막(42)에서의 흡수에 의해 녹색(Green) 성분이 제거되고, 남은 적색(Red) 성분을 인출하면 된다. 또한, 광전 변환부(22)에 형성되어 있는 포토 다이오드를 구성하는 N- 영역과 P+ 영역(도시하지 않음)의 깊이는 모든 화소에 공통으로 최적화될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 고체 촬상 장치(1)에서는, 녹색(Green), 청색(Blue), 적색(Red)의 분리된 색 신호를 출력할 수 있다. 유기 광전 변환막(42)은 단일의 층이기 때문에, 인출 전극(통상적으로는, 금속막)(도시하지 않음)과 유기 광전 변환막(42) 간의 가공 공정의 정합성의 문제를 피할 수 있고, 또한 유기 컬러 필터층(44)을 사용함으로써 리소그라피 기술에 의한 형성이 가능해지므로, 드라이 에칭 가공을 사용할 필요가 없게 되어, 유기 광전 변환막(42)에 손상을 주지 않게 된다. 그리고, 재료의 용착 등과 같은 문제가 생길 수 있는 경우에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 층 사이에 분리층(43)을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)이 이른바 체크 무늬 패턴으로 배열된 구성을 가짐으로써, 공간적인 휘도 또는 크로마(chroma)의 해상도는 약간 떨어지지만 색 재현성은 현저하게 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치(1)는, 원색 필터(primary color filter)만으로 색 분리를 행하는 고체 촬상 장치(예컨대, 특허 문헌 3의 컬러 촬상 소자)와 비교하여, 보색의 유기 컬러 필터층(44)과 벌크 분광(bulk spectroscopy)을 조합함으로써, 감도와 색 재현성을 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 보색 분광은 도 3에 나타낸 예에 한정되지 않으며, 투과율이 더 높은 분광을 갖는 청록색(Cyan) 및 황색(Yellow) 유기 컬러 필터층을 이용하면, 청색(Blue)에 대한 감도가 저하하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시예의 고체 촬상 장치(1)에서는, 유기 광전 변환막(42)을 녹색(Green)으로 형성하고, 청색(Blue)과 적색(Red)을 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)의 조합에 의해 인출하는 예를 나타내고 있으나, 그 외의 다른 조합도 가능하다. 또한, RGB의 3원색에 한정되지 않고, 중간 색의 조합이나 4색 이상의 배열도 가능하다. 또한, 전면 개구형 CMOS 이미지 센서에 적용한 경우를 나타내고 있으나, 통상의 CMOS 이미지 센서에도 적용할 수 있다. 또한, 유기 컬러 필터층(44)과 유기 광전 변환막(42)은 위치를 서로 반대로 형성해도 된다.
다음에, 본 발명의 고체 촬상 장치의 일실시 형태(제2 실시예)를, 도 4의 개략 구성 사시도 및 도 2의 배치도를 참조하여 설명한다. 도 4에서는, 본 발명의 고체 촬상 장치를 적용한 일례로서 전면 개구형 CMOS 이미지 센서를 나타낸다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판(11)으로 형성되는 활성층(12)에는, 입사광을 전기 신호로 변환하는 광전 변환부(예를 들면, 포토 다이오드)(22)와, 전송 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 등의 트랜지스터군(23)(도면에서는 그 일부만을 나타냄)을 포함하는 복수 개의 화소부(21)가 형성되어 있다. 반 도체 기판(11)으로서는, 예컨대 실리콘 기판을 사용한다. 또한, 각 광전 변환부(22)로부터 판독한 신호 전하를 처리하는 신호 처리부(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
화소부(21)의 주위의 일부, 예컨대 행 방향 또는 열 방향의 화소부(21)의 사이에는 소자 분리 영역(24)이 형성되어 있다.
또한, 광전 변환부(22)가 형성된 반도체 기판(11)의 표면 측[도면에서는 반도체 기판(11)의 아래쪽]에는 배선층(31)이 형성되어 있다. 배선층(31)은, 배선(32)과, 배선(32)을 피복하는 절연막(33)을 포함한다. 배선층(31)에는 지지 기판(35)이 형성되어 있다. 지지 기판(35)는, 예컨대 실리콘 기판으로 이루어져 있다.
또한, 고체 촬상 장치(2)에는, 반도체 기판(11)의 배면 측에 광투과성을 갖는 평탄화막(41)이 형성되어 있다. 또한, 평탄화막(41)에는(도면에서는 평탄화막의 상면 측), 유기 광전 변환막(42)이 형성되어 있다. 유기 광전 변환막에는 분리 층(43)을 통하여 유기 컬러 필터층(44)이 형성되어 있다. 유기 컬러 필터층(44)은, 광전 변환부(22)에 대응되도록 형성되는데, 예컨대 청색(Blue)과 적색(Red)을 인출하기 위하여, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44; 44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44; 44Y)을 체크 무늬 패턴으로 배치한다. 또한, 각 유기 컬러 필터층(44)에는, 각 광전 변환부(22)에 입사광을 집광시키는 집광 렌즈(51)가 형성되어 있다.
유기 광전 변환막(42)의 녹색(Green) 계열의 색소로서는, 예컨대 로다민계 색소, 프탈로시아닌 유도체, 퀴나크리돈, 에오신 Y, 및 메로시아닌계 색소가 있다.
고체 촬상 장치(2)는, 녹색(Green)에 대응하는 신호를 유기 광전 변환막(42)으로부터 인출하고, 청색(Blue)과 적색(Red)에 대응하는 신호를 청록색(Cyan)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44) 및 벌크 분광의 조합에 의해 인출한다. 유기 광전 변환막(42)과 유기 컬러 필터층(44)의 평면적 배치(코딩)의 일례를, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 녹색(Green)을 인출하는 유기 광전 변환막(42)은 전체 화소에 배치되어 있다. 또한, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 청록색(Cyan)과 황색(Yellow)은, 소위 체크 무늬 패턴으로 되어 있다. 청색(Blue)과 적색(Red)의 분광은 다음에 설명하는 원리로 달성된다. 도 3의 분광 예에 나타낸 바와 같이, 청색(Blue) 분광의 경우, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)에서의 흡수에 의해 적색(Red) 성분을 제거하며, 계속해서 녹색(Green)의 유기 광전 변환막(42)에서의 흡수에 의해 녹색(Green) 성분을 제거하고, 남은 청색(Blue) 성분을 인출하면 된다. 한편, 적색(Red) 분광의 경우, 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)에서의 흡수에 의해 청색(Blue) 성분이 제거되며, 계속해서 녹색(Green)의 유기 광전 변환막(42)에서의 흡수에 의해 녹색(Green) 성분이 제거되고, 남은 적색(Red) 성분을 인출하면 된다.
또한, 청색 광과 적색 광의 벌크 분광을 달성하기 위하여, 광전 변환부(22)에 형성되어 있는 포토 다이오드를 구성하는 N- 영역(22N)과 P+ 영역(22P)의 깊이를 다르게 하고 있다. 즉, 청색 광의 경우에는, 광 입사측에 가까운(광의 진입이 얕은) 영역에 N- 영역(22N)을 형성하고, 이 N- 영역에서 청색 광의 광전 변환을 우선적으로 행한다. 그리고, 광의 진입이 깊은 영역에는 P+ 영역(22P)을 형성함으로써, 적색 광에 의한 광전 변환을 억제하고 있다. 한편, 적색 광의 경우에는, 광 입사측으로부터 먼(광의 진입이 깊은) 영역에 N- 영역(22N)을 형성하고, 이 N- 영역에서 적색 광을 우선적으로 광전 변환한다. 그리고, 광의 진입이 얕은 영역에는 청색 광에 의한 광전 변환을 억제하기 위해 깊은 P+ 영역(22P)을 형성한다. 각각의 화소에서의 N- 영역(22N)과 P+ 영역(22P)의 깊이는 파장에 따라 최적화할 필요가 있다. 조합적으로는, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)의 아래가 청색(Blue) 화소로 되고, 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)의 아래가 적색(Red) 화소로 된다.
이러한 구성에 의해, 고체 촬상 장치(2)에서는, 녹색(Green), 청색(Blue), 적색(Red)의 분리된 색 신호를 출력할 수 있다. 유기 광전 변환막(42)은 단일의 층이기 때문에, 인출 전극(통상적으로는, 금속막)(도시하지 않음)과 유기 광전 변환막(42) 간의 가공 공정의 정합성의 문제를 피할 수 있으며, 또한 유기 컬러 필터층(44)을 사용함으로써 리소그라피 기술에 의한 형성이 가능하게 되어 드라이 에칭 가공을 사용할 필요가 없게 되며, 이에 따라 유기 광전 변환막(42)에 손상을 주지 않게 된다. 그리고, 재료의 용착 등과 같은 문제가 생길 수 있는 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 분리층(43)을 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)을, 이른바 체크 무늬 패턴으로 배치함으로써, 공간적인 휘도나 크로마 의 해상도는 약간 떨어지지만, 색 재현성은 현저하게 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치(2)는, 원색 필터만으로 색 분리를 행하는 고체 촬상 장치(예를 들면, 특허 문헌 3의 컬러 촬상 소자)와 비교하여, 보색의 유기 컬러 필터층(44)과 벌크 분광을 조합함으로써, 감도와 색 재현성을 모두 개선할 수 있다. 또한, 보색 분광에 대해서도, 도 3에 나타낸 예에 한정되지 않고, 투과율이 더 높은 분광을 갖는 청록색(Cyan) 및 황색(Yellow) 유기 컬러 필터층을 사용하면, 청색 광에 대한 감도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시예의 고체 촬상 장치(2)에서는, 유기 광전 변환막(42)을 녹색(Green)으로 형성하고, 청색(Blue)과 적색(Red)을 청록색(Cyan)의 유기 컬러 필터층(44C)과 황색(Yellow)의 유기 컬러 필터층(44Y)의 조합에 의해 인출하는 예를 나타내고 있으나, 그 외의 다른 조합도 가능하다. 또한, RGB의 3원색에 한정되지 않고, 중간 색의 조합이나 4색 이상의 배열도 가능하다. 또한, 전면 개구형 CMOS 이미지 센서에 적용한 경우를 나타내고 있으나, 통상의 CMOS 이미지 센서에도 적용할 수 있다. 또한, 유기 컬러 필터층(44)과 유기 광전 변환막(42)의 위치를 서로 반대로 해도 된다.
제2 실시예의 고체 촬상 장치(2)에서는, 청록색 및 황색 유기 컬러 필터층(44)의 분광의 예를 나타내고 있으나, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 유기 컬러 필터층(44)의 분광의 예로는, 분광 A로 나타낸 흡수 파장 특성을 갖는 유기 컬러 필터층(44A)과 분광 B로 나타낸 흡수 파장 특성을 갖는 유기 컬러 필터층(44B)을 체크 무늬 패턴으로 배치한다. 또한, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 유기 광 전 변환막(42)에는 녹색(Green)의 유기 광전 변환막을 사용한다.
이상적으로는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 유기 컬러 필터층(44A, 44B)이 각각 분광 A 및 분광 B로 되는 분광 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 벌크 분광으로는, 분광 A의 아래에 청색(Blue) 감도를 갖게 하고, 분광 B의 아래에 적색(Red) 감도를 갖게 하는 조합으로 하는 것이 더 바람직하다.
또한, 유기 광전 변환막(42)과 유기 컬러 필터층(44)의 조합으로서는, 제1 실시예 및 제2 실시예에서 설명한 것 외에, (1)유기 광전 변환막(42)에 청색(Blue)을 사용하고, 유기 컬러 필터층(44)에 녹색(Green)과 분광 B를 사용한 것, (2)유기 광전 변환막(42)에 적색(Red)을 사용하고, 유기 컬러 필터층(44)에 녹색(Green)과 분광 A를 사용한 것 등의 조합이 가능하다. 또한, 색 분리를 향상시키기 위해서는, 제1 및 제2 실시예를 사용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고체 촬상 장치(1, 2)는, 색 재현성을 향상시킬 수 있으며, 고해상도의 이미지 센서에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 촬상 장치에 관한 일실시 형태를, 도 7의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 7의 촬상 장치로는, 예컨대 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화기의 카메라 등이 있다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 촬상 장치(100)는 고체 촬상 장치(도시하지 않음)를 갖는 촬상부(101)를 포함한다. 촬상부(101)의 집광 측에는 이미지를 결상시키는 결상 광학계(imaging-optical system)(102)가 제공된다. 또한 촬상부(101)에는, 촬상부를 구동시키는 구동 회로와, 화상을 얻기 위해 고체 촬상 장치에서 광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리 회로 등을 구비하는 신호 처리부(103)가 접속되어 있다. 또한, 신호 처리부에 의해 처리된 화상 신호는 화상 기억부(도시 안 됨)에 기억시킬 수 있다. 이러한 구성을 갖는 촬상 장치(100)에서, 고체 촬상 소자로서, 앞서 설명한 실시예에서의 고체 촬상 장치(1) 또는 고체 촬상 장치(2)를 사용할 수 있다.
본 발명의 촬상 장치(100)에서는, 본원 발명의 고체 촬상 장치(1) 또는 고체 촬상 장치(2)를 사용함으로써, 앞서 설명한 것과 마찬가지로, 고체 촬상 장치의 수직 방향이나, 수직 방향 및 수평 방향의 화소 정보의 정보량이 감소된다. 이에 따라, 프레임 비율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 촬상 장치(100)는, 앞서 설명한 구성에 한정되지 않으며, 고체 촬상 장치를 사용하는 촬상 장치라면 어떤 구성에도 적용할 수 있다.
고체 촬상 장치(1, 2)는 단일 칩으로 구성해도 되고, 촬상부와 신호 처리부 또는 광학계를 결합시켜 패키지화한 촬상 기능을 갖는 모듈로 구성해도 된다. 또한, 본 발명은 고체 촬상 장치뿐만 아니라 촬상 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 촬상 장치는 고화질의 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 촬상 장치는, 예컨대 카메라나 촬상 기능을 갖는 휴대 기기를 의미한다. 또한, "촬상"은, 통상의 카메라 촬영시에서의 화상의 촬영을 포함할 뿐만 아니라, 넓은 의미로서 지문 검출 등도 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명의 고체 촬상 장치의 일실시 형태(제1 실시예)의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 유기 컬러 필터층의 컬러 코딩을 나타낸 배치도이다.
도 3은 유기 컬러 필터층의 분광 특성도이다.
도 4는 본 발명의 고체 촬상 장치의 일실시 형태(제2 실시예)의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 유기 컬러 필터층의 컬러 코딩을 나타낸 배치도이다.
도 6은 유기 컬러 필터층의 분광 특성도이다.
도 7은 본 발명의 촬상 장치에 관한 일실시 형태(실시예)를 나타낸 블록도이다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판상에 복수 개의 광전 변환부(photoelectric conversion unit)와 상기 광전 변환부로부터 선택적으로 판독을 행하는 MOS 트랜지스터를 포함하는 복수 개의 화소로 이루어지며,
    상기 광전 변환부 상에 배치된 유기 광전 변환막(organic photoelectric conversion film)으로부터 제1 색에 해당하는 신호만을 인출하고,
    상기 광전 변환부 상에 배치된 유기 컬러 필터층(organic color filter layer)의 흡수 분광(absorption spectroscopy)에 의해 상기 제1 색을 포함하지 않는 복수 개의 색에 해당하는 신호를 인출하는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 컬러 필터층은 상기 제1 색을 포함하지 않는 상기 복수 개의 색을 체크 무늬 패턴으로 배열하여 이루어지는, 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환막으로부터 녹색에 해당하는 신호를 인출하고,
    상기 유기 컬러 필터층에 형성된 청록색과 황색의 체크 무늬 배열의 각각의 화소의 흡수 분광으로부터 청색과 적색에 해당하는 신호를 인출하는, 고체 촬상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유기 광전 변환막으로부터 녹색에 해당하는 신호를 인출하고,
    상기 유기 컬러 필터층에 형성된 청록색과 황색의 체크 무늬 배열의 각각의 화소의 흡수 분광과, 청색 및 적색의 벌크 분광(bulk spectroscopy)의 조합에 의해, 청색과 적색에 해당하는 신호를 인출하는, 고체 촬상 장치.
  5. 입사광을 집광하는 집광 광학부;
    상기 집광 광학부에서 집광한 광을 수광하여 광전 변환하는 고체 촬상 장치; 및
    광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리부
    를 포함하며,
    상기 고체 촬상 장치는,
    반도체 기판상에 복수 개의 광전 변환부와 상기 광전 변환부로부터 선택적으로 판독을 행하는 MOS 트랜지스터를 포함하는 복수 개의 화소로 이루어지며,
    상기 광전 변환부 상에 배치된 유기 광전 변환막으로부터 제1 색에 해당하는 신호만을 인출하고,
    상기 광전 변환부 상의 상기 유기 광전 변환막 상에 배치된 유기 컬러 필터층의 흡수 분광에 의해 상기 제1 색을 포함하지 않는 복수 개의 색에 해당하는 신호를 인출하는, 촬상 장치.
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