KR20090086697A - 이미지 센서 - Google Patents

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KR20090086697A
KR20090086697A KR1020080012126A KR20080012126A KR20090086697A KR 20090086697 A KR20090086697 A KR 20090086697A KR 1020080012126 A KR1020080012126 A KR 1020080012126A KR 20080012126 A KR20080012126 A KR 20080012126A KR 20090086697 A KR20090086697 A KR 20090086697A
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김진학
유진 페인스타인
히로미치 다나카
한용인
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삼성전자주식회사
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Abstract

SNR 감소 없이 크로스토크를 제거하여 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서는 광 감지 소자들, 및 각각이 상기 광 감지 소자들 중에서 대응되는 광 감지 소자 위에 적층된 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 포함한다. 상기 필터 어레이는 입사광을 투과하기 위해 사용되는 제1화이트 필터, 상기 입사광 중에서 옐로우(yellow) 성분을 투과하기 위해 사용되는 옐로우 필터, 및 상기 입사광 중에서 사이언(cyan) 성분을 투과하기 위해 사용되는 사이언 필터를 포함한다. 상기 필터 어레이는 상기 입사광을 투과하기 위해 사용되는 제2화이트 필터를 더 포함하며, 상기 제1화이트 필터와 상기 제2화이트 필터는 행 단위로 번갈아 위치한다.
이미지 센서, 크로스토크, 보색 필터, 컬러 필터 어레이

Description

이미지 센서{Image Sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 SNR 감소 없이 크로스토크 (crosstalk)를 제거하여 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서에 관한 것이다.
최근 CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor(CIS))의 성능이 급속히 개선되면서 낮은 소비전력, 소형화, 및 낮은 비용의 특징들을 갖는 CIS가 촬상소자(image pickup device 또는 imaging device)로서 CCD(charge-coupled device)를 대체하고 있다. 이미지를 캡춰하기 위한 픽셀의 사이즈가 점점 소형화되고 있으나, 상기 픽셀의 사이즈가 소형화되면서 크게 두 가지의 문제점들이 발생하고 있다.
첫째, 픽셀의 사이즈가 작아질수록 포토다이오드(photo-diode)의 면적도 작아져 온-칩 마이크로 렌즈(on-chip microlens)를 사용하더라도 상기 픽셀로 입사되는 입사광 량이 감소하기 때문에 상기 포토다이오드에서 발생하는 전자들의 수가 감소한다. 따라서, 감도가 저하된다.
둘째, 픽셀의 사이즈가 작아지면 최대한 높은 감도를 얻기 위하여 인접하는 픽셀들 사이의 거리를 좁게 할 필요가 있다. 인접하는 픽셀들 사이의 거리를 좁게 하면 상기 인접하는 픽셀들 사이에서 크로스토크가 증가한다. 따라서, SNR(Signal to Noise Ratio)이 나빠지며 색 재현(color reproduction)도 나빠진다.
종래의 RGB 베이어 패턴(Bayer Pattern)에서, 상기 RGB 베이어 패턴의 컬러 필터들 각각이 입사광을 흡수하므로 투과율이 낮다. 따라서, 낮은 투과율 때문에 신호의 감도가 높지 않고 크로스토크와 같은 본질적인 문제는 해결하기 힘들다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서 보색 필터와 화이트 필터를 사용하여 입사광의 투과율을 높이고, 휘도 신호의 SNR을 개선하고, 크로스토크를 제거하여 감도를 향상시킬 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 이미지 센서는 광 감지 소자들, 및 각각이 상기 광 감지 소자들 중에서 대응되는 광 감지 소자 위에 적층된 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 포함한다. 상기 필터 어레이는 입사광을 투과하기 위해 사용되는 제1화이트 필터, 상기 입사광 중에서 옐로우(yellow) 성분을 투과하기 위해 사용되는 옐로우 필터, 및 상기 입사광 중에서 사이언(cyan) 성분을 투과하기 위해 사용되는 사이언 필터를 포함한다.
상기 제1화이트 필터와 상기 옐로우 필터는 같은 행(row)에 위치한다. 또는 상기 제1화이트 필터와 상기 사이언 필터는 같은 행에 위치한다. 상기 필터 어레이는 직사각형 패턴이다.
상기 필터 어레이는 상기 입사광을 투과하기 위해 사용되는 제2화이트 필터 를 더 포함하며, 상기 제1화이트 필터와 상기 제2화이트 필터는 행 단위로 번갈아 위치한다.
상기 광 감지 소자들은 상기 제1화이트 필터를 투과한 광을 제1전기 신호로 변환하기 위한 제1광 감지 소자와, 상기 제2화이트 필터를 투과한 광을 제2전기 신호로 변환하기 위한 제2광 감지 소자와, 상기 옐로우 필터를 투과한 광을 제3전기 신호로 변환하기 위한 제3광 감지 소자와, 상기 사이언 필터를 투과한 광을 제4전기 신호로 변환하기 위한 제4광 감지 소자를 포함한다.
상기 이미지 센서는 상기 제1전기 신호로부터 상기 제4전기 신호를 빼서 레드 신호를 계산하기 위한 제1연산 회로와, 상기 제2전기 신호로부터 상기 제3전기 신호를 빼서 블루 신호를 계산하기 위한 제2연산 회로를 더 포함한다.
상기 이미지 센서는 상기 제1전기 신호, 상기 제2전기 신호, 상기 제1연산 회로의 출력 신호, 및 상기 제2연산 회로의 출력 신호에 기초하여 그린 신호를 계산하기 위한 제3연산 회로를 더 포함한다. 또는, 상기 이미지 센서는 상기 제1전기 신호 내지 상기 제4전기 신호에 기초하여 그린 신호를 계산하기 위한 제3연산 회로를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 반도체 기판 내에 형성된 복수의 광 감지 소자들을 포함하는 어레이, 및 각각이 상기 광 감지 소자들 중에서 대응되는 광 감지 소자 위에 적층된 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 포함한다.
상기 필터 어레이는 입사광 중에서 옐로우 스펙트럼 영역을 투과하기 위해 사용되는 옐로우 필터, 및 상기 입사광 중에서 사이언 스펙트럼 영역을 투과하기 위해 사용되는 사이언 필터를 포함한다.
상기 어레이는 상기 반도체 기판으로 입사된 상기 입사광을 제1전기 신호로 변환하기 위한 제1광 감지 소자와, 상기 반도체 기판으로 입사된 상기 입사광을 제2전기 신호로 변환하기 위한 제2광 감지 소자와, 상기 옐로우 필터를 투과한 광을 제3전기 신호로 변환하기 위한 제3광 감지 소자와, 상기 사이언 필터를 투과한 광을 제4전기 신호로 변환하기 위한 제4광 감지 소자와, 상기 제2전기 신호로부터 상기 제3전기 신호를 빼서 블루 신호를 계산하기 위한 제1연산 회로와, 상기 제1전기 신호로부터 상기 제4전기 신호를 빼서 레드 신호를 계산하기 위한 제2연산 회로를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 보색 필터와 화이트 필터를 사용하여 입사광의 투과율을 높이고, 휘도 신호의 SNR을 개선하고, 크로스토크를 제거하여 감도를 향상시키는 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일반적인 베이어 패턴과 평균 감도를 나타낸다.
도 1의 (a)는 일반적인 베이어 패턴(1)을 나타낸다. RF는 레드 필터(red filter), GF는 그린 필터(green filter), BF는 블루 필터(blue filter)를 나타낸다. 또한, R'은 상기 RF를 통과한 광을 감지할 수 있는 레드 감지 소자를 나타내고, G'는 상기 GF를 통과한 광을 감지할 수 있는 그린 감지 소자를 나타내고, B'는 상기 BF를 통과한 광을 감지할 수 있는 블루 감지 소자를 나타낸다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 광 감지 소자들(R', G', 및 B')에 의한 평균 감도는 0.3이다. 예컨대, 레드 감지 소자(10)는 상하좌우에 위치한 4개의 GF들 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크에 영향을 받고, 블루 감지 소자(12)는 상하좌우에 위치한 4개의 GF들 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크에 영향을 받는다.
또한, 그린 감지 소자(14)는 상하에 위치한 두 개의 RF들 각각을 통과한 관의 의한 크로스토크와 좌우에 위치한 두 개의 BF들 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크에 영향을 받는다. 또한, 그린 감지 소자(16)는 상하에 위치한 BF들 각각을 통과한 광의 의한 크로스토크와 좌우에 위치한 두 개의 RF들 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크에 영향을 받는다.
따라서, 베이어 패턴(1)을 포함하는 이미지 센서에서 수행되는 보간 과정에서 크로스토크는 전혀 제거되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이의 일 예와 상기 컬러 필터 어레이의 감도를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이(20)는 복수의 W1F들, 복수의 YeF들, 및 복수의 CyF들을 포함한다. 컬러 필터 어레이(20)는 복수의 2*2 패턴들을 포함한다. 상기 복수의 2*2 패턴들 각각은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 W1F, YeF, CyF, 및 W2F를 포함한다. 여기서, W1F는 제1화이트 필터, YeF는 옐로우(yellow) 필터, CyF는 사이언(cyan) 필터, 및 W2F는 제2화이트 필터를 나타낸다.
실시 예에 따라, 상기 W1F의 휘도 투과 특성과 상기 W2F의 휘도 투과 특성은 서로 동일하게 구현될 수도 있고 서로 다르게 구현될 수도 있다.
W1F과 W2F는 행(row) 단위로 번갈아 배치되고, YeF는 W1F들의 사이에 배치되고, CyF는 W2F들의 사이에 배치된다. 그러나, 실시 예에 따라, YeF가 W2F들 사이에 배치되고, CyF가 W1F들의 사이에 배치될 수 있다.
또한, W1은 상기 W1F를 통과한 광을 감지할 수 있는 제1광 감지 소자(또는 제1화이트 픽셀)를 나타내고, Ye는 상기 YeF를 통과한 광을 감지할 수 있는 제2광 감지 소자(또는 옐로우 픽셀), Cy는 상기 CyF를 통과한 광을 감지할 수 있는 제3광 감지 소자(또는 사이언 픽셀)를 나타내고, W2은 상기 W2F를 통과한 광을 감지할 수 있는 제4광 감지 소자(또는 제2화이트 픽셀)를 나타낸다.
상기 제1 내지 제4 광 감지 소자들(W1, Ye, Cy, 및 W2) 각각은 광학 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 내지 제4 광 감지 소자들(W1, Ye, Cy, 및 W2) 각각은 반도체 기판 내에 형성된 포토다이오드(photodiode)로 구현될 수 있다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 제1화이트 픽셀(W1)과 제2화이트 픽셀(W2) 각각의 감도는 1.0이고, 옐로우 픽셀(Ye)과 사이언 픽셀(Cy) 각각의 감도는 0.7이 다. 여기서, YeF와 CyF 각각은 보색 필터이다. 일반적으로, YeF와 CyF 같은 보색 필터의 광 투과율은 도 1의 (a)에 도시된 각각의 원색 필터(RF, GF, 및 BF)의 광 투과율보다 높다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 컬러 필러 어레이(20)를 사용하는 경우, 컬러 필러 어레이(20)의 하부에 형성된 광 감지 소자들의 평균 감도는 0.83으로 도 1의 (a)에 도시된 베이어 패턴(1)의 하부에 형성된 광 감지 소자들의 평균 감도(예컨대, 0.3)보다 훨씬 높다.
W1F, YeF, CyF, 및 W2F 각각을 통과한 광은 그린 성분, 예컨대 입사광의 휘도 성분을 많이 통과시키므로, 상기 W1F, 상기 YeF, 상기 CyF, 및 상기 W2F은 광 감지 소자들 각각의 감도를 향상시키는 효과를 낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이의 화이트 필터, 옐로우 필터, 및 사이언 필터의 광 투과율(또는 상대적인 광 투과율)을 나타낸다.
도 4는 옐로우 픽셀과 상기 옐로우 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a) 및 도 4의 (a)를 참조하면, 옐로우 픽셀(Ye)의 상하에는 두 개의 사이언 픽셀들(Cy)이 배치되고, 옐로우 픽셀(Ye)의 좌우에는 제1화이트 픽셀들(W1)이 배치된다.
따라서, 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 옐로우 픽셀(Ye)은 네 개의 필터들(W1F과 CyF) 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크의 영향을 받는다. 여기서, x2는 두 배를 의미한다.
즉, 옐로우 픽셀(Ye)은 YeF를 통과한 옐로우 성분의 광(Ye'), 즉 레드 성분 의 광과 그린 성분의 광이 합성된 광뿐만 아니라, 두 개의 W1F 각각을 통과한 화이트 성분의 광에 의한 크로스토크(W1"), 즉 레드 성분의 광에 의한 크로스토크(R"), 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G"), 및 블루 성분의 광에 의한 크로스토크(B")에 영향을 받는다. 동시에 옐로우 픽셀(Ye)은 두 개의 CyF 각각을 통과한 사이언 성분의 광에 의한 크로스토크(Cy")(즉, 블루 성분의 광에 의한 크로스토크(B")와 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G")를 포함함)에 영향을 함께 받는다.
이론적으로, 옐로우 픽셀(Ye)은 상하좌우에 배치된 필터들(W1F와 CyF) 각각을 통과한 광에 의하여 총 2*(R"+2G"+2B")의 크로스토크의 영향을 받는다.
도 5는 사이언 픽셀과 상기 사이언 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a) 및 도 5의 (a)를 참조하면, 사이언 픽셀(Cy)의 상하에는 두 개의 옐로우 픽셀들(Ye)이 배치되고, 사이언 픽셀(Cy)의 좌우에는 제2화이트 픽셀들(W2)이 배치된다.
따라서, 5의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 사이언 픽셀(Cy)은 네 개의 필터들(W2F과 YeF) 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크의 영향을 받는다. 여기서, x2는 두 배를 의미한다.
즉, 사이언 픽셀(Cy)은 CyF를 통과한 사이언 성분의 광(Cy'), 즉 그린 성분의 광과 블루 성분의 광이 합성된 광뿐만 아니라, 두 개의 W2F 각각을 통과한 화이트 성분의 광에 의한 크로스토크(W2"), 즉 레드 성분의 광에 의한 크로스토크(R"), 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G"), 및 블루 성분의 광에 의한 크로스토크(B")에 영향을 받는다. 동시에 사이언 픽셀(Cy)은 두 개의 YeF 각각을 통과한 옐로우 성분의 광에 의한 크로스토크(Ye")(즉, 레드 성분의 광에 의한 크로스토크(R")와 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G")를 포함함)에 영향을 함께 받는다.
이론적으로, 사이언 픽셀(Cy)은 상하좌우에 배치된 필터들(W2F와 YeF) 각각을 통과한 광에 의하여 총 2*(2R"+2G"+B")의 크로스토크의 영향을 받는다.
도 6은 제1화이트 픽셀과 상기 제1화이트 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 및 도 6의 (a)를 참조하면, 제1화이트 픽셀(W1)의 상하에는 두 개의 제2화이트 픽셀들(W2)이 배치되고, 제1화이트 픽셀(W1)의 좌우에는 옐로우 픽셀들(Ye)이 배치된다.
따라서, 6의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 제1화이트 픽셀(W1)은 네 개의 필터들(W2F과 YeF) 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크의 영향을 받는다. 여기서, x2는 두 배를 의미한다.
즉, 제1화이트 픽셀(W1)은 W1F를 통과한 화이트 성분의 광(W1'), 즉 레드 성분의 광과 그린 성분의 광과 블루 성분의 광이 합성된 광뿐만 아니라, 두 개의 W2F 각각을 통과한 화이트 성분의 광에 의한 크로스토크(W2"), 즉 레드 성분의 광에 의한 크로스토크(R"), 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G"), 및 블루 성분의 광에 의한 크로스토크(B")에 영향을 받는다. 동시에 제1화이트 픽셀(W1)은 두 개의 YeF 각각을 통과한 옐로우 성분의 광에 의한 크로스토크(Ye")(즉, 레드 성분의 광의 의한 크로스토크(R")와 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G")를 포함함)에 영향을 함께 받는다.
이론적으로, 제1화이트 픽셀(Ye)은 상하좌우에 배치된 필터들(W2F와 YeF) 각각을 통과한 광에 의하여 총 2*(2R"+2G"+B")의 크로스토크의 영향을 받는다.
도 7은 제2화이트 픽셀과 상기 제2화이트 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 (a) 및 도 7의 (a)를 참조하면, 제2화이트 픽셀(W2)의 상하에는 두 개의 제1화이트 픽셀들(W1)이 배치되고, 제2화이트 픽셀(W2)의 좌우에는 두 개의 사이언 픽셀들(Cy)이 배치된다.
따라서, 7의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 제2화이트 픽셀(W2)은 네 개의 필터들(W1F과 CyF) 각각을 통과한 광에 의한 크로스토크의 영향을 받는다. 여기서, x2는 두 배를 의미한다.
즉, 제2화이트 픽셀(W2)은 W2F를 통과한 화이트 성분의 광(W2'), 즉 레드 성분의 광과 그린 성분의 광과 블루 성분의 광이 합성된 광뿐만 아니라, 두 개의 W1F 각각을 통과한 화이트 성분의 광에 의한 크로스토크(W1"), 즉 레드 성분의 광에 의한 크로스토크(R"), 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G"), 및 블루 성분의 광에 의한 크로스토크(B")에 영향을 받는다. 동시에 제2화이트 픽셀(W2)은 두 개의 CyF 각각을 통과한 사이언 성분의 광에 의한 크로스토크(Cy")(즉, 그린 성분의 광에 의한 크로스토크(G")와 블루 성분의 광에 의한 크로스토크(B")를 포함함)에 영향을 함께 받는다.
이론적으로, 제2화이트 픽셀(W2)은 상하좌우에 배치된 필터들(W1F와 CyF) 각각을 통과한 광에 의하여 총 2*(R"+2G"+2B")의 크로스토크의 영향을 받는다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록 도를 나타낸다. 촬상 소자로서 사용되는 이미지 센서(100)는 컬러 필터 어레이(20), 복수의 광 감지 소자들, 및 연산 유닛(30)을 포함한다. 컬러 필터 어레이(20)는 도 2의 (a)와 (b)를 참조하여 설명한 구조와 기능을 갖는다.
즉, 컬러 필터 어레이(20)는 입사광 중에서 특정한 색 성분(또는 스펙트럼 범위)의 투과에 사용되는 복수의 필터들(W1F, YeF, CyF, 및 W2F)을 포함한다. 복수의 광 감지 소자들(W1, Ye, Cy, 및 W2) 각각은 복수의 필터들(W1F, YeF, CyF, 및 W2F) 중에서 대응되는 필터를 통과한 광을 감지하고 감지 결과로서 전기 신호를 발생한다.
연산 유닛(30)은 레드 신호 연산 유닛(31), 그린 신호 연산 유닛(33), 및 블루 신호 연산 유닛(35)을 포함한다.
레드 신호 연산 유닛(31)은 제1화이트 픽셀(W1)로부터 출력된 전기 신호로부터 사이언 픽셀(Cy)로부터 출력된 전기 신호를 빼서 크로스토크가 제거된 레드 신호를 출력한다.
블루 신호 연산 유닛(33)은 제2화이트 픽셀(W2)로부터 출력된 전기 신호로부터 옐로우 픽셀(Ye)로부터 출력된 전기 신호를 빼서 크로스토크가 제거된 블루 신호를 출력한다.
그린 신호 연산 유닛(35)은 수학식 1 또는 수학식 2에 의하여 그린 신호를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112008009819582-PAT00001
[수학식 2]
Figure 112008009819582-PAT00002
여기서, R은 레드 성분의 광(또는 레드 스펙트럼 범위), G는 그린 성분의 광(또는 그린 스펙트럼 범위), 및 B는 블루 성분의 광(또는 블루 스펙트럼 범위)을 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 레드 신호 연산 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 파장에 따른 투과율에 기초하여 크로스토크가 제거되는 과정이 도시되어 있다. 예컨대, 도 6의 (b)에 도시된 파장에 따른 투과율 그래프로부터 도 5의 (b)에 도시된 파장에 따른 투과율 그래프를 빼면 크로스토크가 제거된 레드 성분의 광만이 남는다.
그러나, 레드 신호 연산 유닛(31)은 제1화이트 픽셀(W1)로부터 출력된 전기 신호로부터 사이언 픽셀(Cy)로부터 출력된 전기 신호를 빼 결과로서 이론상 크로스토크가 완전히 제거된 레드 신호를 출력한다. 레드 신호 연산 유닛(31)은 이미지 센서의 특성에 따라 크로스토크가 완전히 제거된 레드 신호를 출력할 수도 있다.
도 10은 도 8에 도시된 블루 신호 연산 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 파장에 따른 투과율에 기초하여 크로스토크가 제거되는 과정이 도시되어 있다. 예컨대, 도 7의 (b)에 도시된 파장에 따른 투과율 그래프로부터 도 4의 (b)에 도시된 파장에 따른 투과율 그래프를 빼면 크로스토크가 제거된 블루 성분의 광만이 남는다.
그러나, 블루 신호 연산 유닛(33)은 제2화이트 픽셀(W2)로부터 출력된 전기 신호로부터 옐로우 픽셀(Ye)로부터 출력된 전기 신호를 빼 결과로서 이론상 크로스토크가 완전히 제거된 블루 신호를 출력한다. 블루 신호 연산 유닛(33)은 이미지 센서의 특성에 따라 크로스토크가 완전히 제거된 블루 신호를 출력할 수도 있다.
도 11은 도 8에 도시된 그린 신호 연산 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (b), 도 7의 (b), 도 9, 도 10, 수학식 1, 및 도 11을 참조하면, 그린 신호 연산 유닛(33)은 제1화이트 픽셀(W1)로부터 출력된 전기 신호, 제2화이트 픽셀(W2)로부터 출력된 전기 신호, 레드 신호 연산 유닛(31)으로부터 출력된 레드 신호, 및 블루 신호 연산 유닛(33)으로부터 출력된 블루 신호에 기초하여 그린 신호를 출력한다. 이 경우, 그린 신호에는 크로스토크가 모두 제거되지 않고 약간 남아있다.
또한, 도 4의 (b), 도 5의 (b), 도 6의 (b), 도 7의 (b), 수학식 2, 및 도 11을 참조하면, 그린 신호 연산 유닛(33)은 제1화이트 픽셀(W1)로부터 출력된 전기 신호, 제2화이트 픽셀(W2)로부터 출력된 전기 신호, 옐로우 픽셀로부터 출력된 전기 신호, 및 사이언 픽셀로부터 출력된 전기 신호에 기초하여 그린 신호를 출력한다. 이 경우, 그린 신호에는 크로스토크가 모두 제거되지 않고 약간 남아있다. 도 11에 도시된 ka, kb와 kg 각각은 계수를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 화이트 필터, 옐로우 필터, 및 사이언 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이를 포함하는 이미지 센서는 광 투과율을 높여 감도를 높일 수 있다.
또한, 실시 예에 따라 컬러 필터 어레이(20)는 제1화이트 필터(W1F)와 제2화이트 필터(W2F)를 포함하지 않고 단지 옐로우 필터(YeF)와 사이언 필터(CyF)만을 포함할 수 있다. 이 경우, 입사광은 광 감지 소자들(W1과 W2) 각각으로 입사될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 일반적인 베이어 패턴과 평균 감도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이의 일 예와 상기 컬러 필터 어레이의 감도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 필터 어레이의 화이트 필터, 옐로우 필터, 및 사이언 필터의 광 투과율을 나타낸다.
도 4는 옐로우 픽셀과 상기 옐로우 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 사이언 픽셀과 상기 사이언 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제1화이트 픽셀과 상기 제1화이트 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제2화이트 픽셀과 상기 제2화이트 픽셀에 영향을 주는 크로스토크를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록 도를 나타낸다.
도 9는 도 8에 도시된 블루 신호 연산 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 레드 신호 연산 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 8에 도시된 그린 신호 연산 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (9)

  1. 광 감지 소자들; 및
    각각이 상기 광 감지 소자들 중에서 대응되는 광 감지 소자 위에 적층된 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 포함하며,
    상기 필터 어레이는 입사광을 투과하기 위해 사용되는 제1화이트 필터, 상기 입사광 중에서 옐로우(yellow) 성분을 투과하기 위해 사용되는 옐로우 필터, 및 상기 입사광 중에서 사이언(cyan) 성분을 투과하기 위해 사용되는 사이언 필터를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1화이트 필터와 상기 옐로우 필터는 같은 행(row)에 위치하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1화이트 필터와 상기 사이언 필터는 같은 행에 위치하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필터 어레이는 직사각형 패턴인 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필터 어레이는 상기 입사광을 투과하기 위해 사용되는 제2화이트 필터를 더 포함하며, 상기 제1화이트 필터와 상기 제2화이트 필터는 행 단위로 번갈아 위치하는 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 감지 소자들은,
    상기 제1화이트 필터를 투과한 광을 제1전기 신호로 변환하기 위한 제1광 감지 소자;
    상기 제2화이트 필터를 투과한 광을 제2전기 신호로 변환하기 위한 제2광 감지 소자;
    상기 옐로우 필터를 투과한 광을 제3전기 신호로 변환하기 위한 제3광 감지 소자; 및
    상기 사이언 필터를 투과한 광을 제4전기 신호로 변환하기 위한 제4광 감지 소자를 포함하며,
    상기 이미지 센서는,
    상기 제1전기 신호로부터 상기 제4전기 신호를 빼서 레드 신호를 계산하기 위한 제1연산 회로; 및
    상기 제2전기 신호로부터 상기 제3전기 신호를 빼서 블루 신호를 계산하기 위한 제2연산 회로를 더 포함하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    상기 제1전기 신호, 상기 제2전기 신호, 상기 제1연산 회로의 출력 신호, 및 상기 제2연산 회로의 출력 신호에 기초하여 그린 신호를 계산하기 위한 제3연산 회 로를 더 포함하는 이미지 센서.
  8. 제6항에 있어서, 상기 이미지 센서는,
    상기 제1전기 신호 내지 상기 제4전기 신호에 기초하여 그린 신호를 계산하기 위한 제3연산 회로를 더 포함하는 이미지 센서.
  9. 반도체 기판 내에 형성된 복수의 광 감지 소자들을 포함하는 어레이; 및
    각각이 상기 광 감지 소자들 중에서 대응되는 광 감지 소자 위에 적층된 복수의 필터들을 포함하는 필터 어레이를 포함하며,
    상기 필터 어레이는 입사광 중에서 옐로우 스펙트럼 영역을 투과하기 위해 사용되는 옐로우 필터, 및 상기 입사광 중에서 사이언 스펙트럼 영역을 투과하기 위해 사용되는 사이언 필터를 포함하며,
    상기 어레이는,
    상기 반도체 기판으로 입사된 상기 입사광을 제1전기 신호로 변환하기 위한 제1광 감지 소자;
    상기 반도체 기판으로 입사된 상기 입사광을 제2전기 신호로 변환하기 위한 제2광 감지 소자;
    상기 옐로우 필터를 투과한 광을 제3전기 신호로 변환하기 위한 제3광 감지 소자;
    상기 사이언 필터를 투과한 광을 제4전기 신호로 변환하기 위한 제4광 감지 소자;
    상기 제2전기 신호로부터 상기 제3전기 신호를 빼서 블루 신호를 계산하기 위한 제1연산 회로; 및
    상기 제1전기 신호로부터 상기 제4전기 신호를 빼서 레드 신호를 계산하기 위한 제2연산 회로를 포함하는 이미지 센서.
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