KR20150118885A - Unit pixel of an image sensor and image sensor including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가시광선 및 적외선을 검출할 수 있는 이미지 센서의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to a unit pixel of an image sensor capable of detecting visible light and infrared rays, and an image sensor including the unit pixel.
이미지 센서는 피사체에 의해 반사된 광을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 반도체 소자로서 디지털 카메라, 휴대폰 등과 같은 전자 기기에 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 이미지 센서는 크게 씨씨디(Charged Coupled Device; CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 이미지 센서로 구분되는데, 제조 비용이 저렴하고, 전력 소모가 적으며, 주변 회로와의 집적이 용이한 씨모스 이미지 센서가 상대적으로 보다 주목을 받고 있다. 한편, 최근에는 하나의 이미지 센서를 이용하여 가시광선 영역에서의 이미지 신호뿐 만 아니라 적외선 영역에서의 이미지 신호까지 생성하려는 노력이 이루어지고 있다.An image sensor is a semiconductor device that detects light reflected by a subject and converts the light into an electrical signal, and is widely used in electronic devices such as digital cameras and mobile phones. Such an image sensor is divided into a charge coupled device (CCD) image sensor and a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor. The image sensor is low in manufacturing cost, consumes less power, This easy-to-use CMOS image sensor is getting more attention. In recent years, efforts have been made to generate not only image signals in the visible light region but also image signals in the infrared region using one image sensor.
본 발명의 일 목적은 가시광선 검출 픽셀로 가시광선(visible light) 영역에서의 이미지 신호를 생성하고, 적외선 검출 픽셀로 적외선(infrared light) 영역(또는, 근적외선 영역)에서의 이미지 신호를 생성하되, 적외선 검출 픽셀의 활성화 여부를 결정할 수 있고, 적외선 검출 픽셀의 감도를 조절할 수 있는 이미지 센서의 단위 픽셀을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for generating an image signal in a visible light region with a visible light detection pixel and an image signal in an infrared light region (or near infrared region) The unit pixel of the image sensor capable of determining whether the infrared detection pixel is activated or not and capable of adjusting the sensitivity of the infrared detection pixel.
본 발명의 다른 목적은 상기 단위 픽셀을 포함함으로써 고품질의 이미지를 출력할 수 있는 이미지 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an image sensor capable of outputting a high-quality image by including the unit pixel.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀은 외부로부터 입사하는 가시광선을 광전 변환 소자를 이용하여 제 1 전하로 변환하고, 상기 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성하는 가시광선 검출 픽셀, 및 외부로부터 입사하는 적외선을 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하는 적외선 검출층을 이용하여 제 2 전하로 변환하고, 상기 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하는 적외선 검출 픽셀을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 적외선 검출층의 적외선 흡수량은 상기 상부 전극에 인가되는 제 1 전압과 상기 하부 전극에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스(bias)에 기초하여 조절될 수 있다.In order to accomplish one object of the present invention, a unit pixel of an image sensor according to embodiments of the present invention converts a visible light incident from the outside into a first charge using a photoelectric conversion element, And an infrared detection layer including an infrared detection material between the upper electrode and the lower electrode to convert the incident infrared rays into a second electric charge, And an infrared detection pixel for generating a second electrical signal corresponding to an accumulated amount of two charges. At this time, the infrared absorption amount of the infrared detection layer may be adjusted based on a bias by a first voltage applied to the upper electrode and a second voltage applied to the lower electrode.
일 실시예에 의하면, 상기 광전 변환 소자는 포토다이오드(photodiode)에 상응할 수 있다.According to an embodiment, the photoelectric conversion element may correspond to a photodiode.
일 실시예에 의하면, 상기 적외선 검출 물질은 유기 물질(organic material), 양자점(quantum dot) 또는 3-5족 화합물(III-V compound)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the infrared detecting material may include an organic material, a quantum dot, or a III-V compound.
일 실시예에 의하면, 상기 단위 픽셀 내에서 상기 가시광선 검출 픽셀과 상기 적외선 검출 픽셀은 서로 이웃하여 배치될 수 있다.According to an embodiment, the visible light detection pixel and the infrared detection pixel may be disposed adjacent to each other within the unit pixel.
일 실시예에 의하면, 상기 단위 픽셀 내에서 상기 적외선 검출 픽셀은 상기 가시광선 검출 픽셀의 상부에 적층되어 배치될 수 있다.According to an embodiment, the infrared detection pixels in the unit pixel may be stacked on top of the visible light detection pixels.
일 실시예에 의하면, 상기 적외선 검출 픽셀은 상기 가시광선 검출 픽셀을 위한 적외선 차단 필터로서 동작할 수 있다.According to an embodiment, the infrared detection pixel may operate as an infrared cut filter for the visible light detection pixel.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 기 설정된 모드 전환 기준치보다 크면, 상기 적외선 검출 픽셀은 활성화되고, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치 이하이면, 상기 적외선 검출 픽셀은 비활성화될 수 있다.According to an embodiment, if the bias is greater than a predetermined mode switching reference value, the infrared detection pixel is activated, and if the bias is below the mode switching reference value, the infrared detection pixel may be inactivated.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치보다 큰 경우, 상기 바이어스가 클수록 상기 적외선 흡수량은 많아지고, 상기 바이어스가 작을수록 상기 적외선 흡수량은 작아질 수 있다.According to an embodiment, when the bias is larger than the mode switching reference value, the infrared absorption amount increases as the bias increases, and the infrared absorption amount decreases as the bias decreases.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치보다 큰 경우, 상기 제 1 전기적 신호와 상기 제 2 전기적 신호의 합에 의해 가시광선 이미지가 생성될 수 있다.According to an embodiment, when the bias is larger than the mode switching reference value, a visible light image may be generated by a sum of the first electrical signal and the second electrical signal.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치 이하인 경우, 상기 제 1 전기적 신호에만 기초하여 상기 가시광선 이미지가 생성될 수 있다.According to an embodiment, when the bias is less than or equal to the mode switching reference value, the visible light image may be generated based only on the first electrical signal.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 가시광선 검출 픽셀 및 적외선 흡수량이 조절되는 적외선 검출 픽셀을 구비한 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이, 상기 픽셀 어레이로부터 출력되는 전기적 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터부, 상기 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 프로세서부, 및 상기 픽셀 어레이, 상기 아날로그-디지털 컨버터부 및 상기 디지털 신호 프로세서부를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an image sensor comprising: a pixel array including a plurality of unit pixels each having a visible ray detection pixel and an infrared ray detection pixel whose infrared ray absorption amount is adjusted; An analog-to-digital converter section for converting an analog signal, which is an electrical signal outputted from the analog-digital converter, into a digital signal, a digital signal processor section for performing digital signal processing on the digital signal to output an image signal, A converter unit and a controller for controlling the digital signal processor unit.
일 실시예에 의하면, 상기 가시광선 검출 픽셀은 가시광선을 광전 변환 소자를 이용하여 제 1 전하로 변환하고, 상기 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성할 수 있다. 또한, 상기 적외선 검출 픽셀은 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하는 적외선 검출층을 포함하고, 적외선을 상기 적외선 검출층을 이용하여 제 2 전하로 변환하며, 상기 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성할 수 있다. 나아가, 상기 적외선 흡수량은 상기 상부 전극에 인가되는 제 1 전압과 상기 하부 전극에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스(bias)에 기초하여 조절될 수 있다.According to one embodiment, the visible light detection pixel may convert visible light into a first electrical charge using a photoelectric conversion element, and generate a first electrical signal corresponding to an accumulation amount of the first electrical charge. The infrared detecting pixel includes an infrared detecting layer including an infrared detecting material between an upper electrode and a lower electrode and converts infrared rays into a second electric charge using the infrared detecting layer, A corresponding second electrical signal can be generated. Furthermore, the infrared absorption amount may be adjusted based on a bias by a first voltage applied to the upper electrode and a second voltage applied to the lower electrode.
일 실시예에 의하면, 상기 광전 변환 소자는 포토다이오드(photodiode)에 상응하고, 상기 적외선 검출 물질은 유기 물질(organic material), 양자점(quantum dot) 또는 3-5족 화합물(III-V compound)을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the photoelectric conversion element corresponds to a photodiode, and the infrared detecting material may include an organic material, a quantum dot, or a III-V compound. .
일 실시예에 의하면, 상기 단위 픽셀들 각각에서 상기 가시광선 검출 픽셀과 상기 적외선 검출 픽셀은 서로 이웃하여 배치될 수 있다.According to an embodiment, in each of the unit pixels, the visible light detection pixel and the infrared detection pixel may be disposed adjacent to each other.
일 실시예에 의하면, 상기 단위 픽셀들 각각에서 상기 적외선 검출 픽셀은 상기 가시광선 검출 픽셀의 상부에 적층되어 배치될 수 있다.According to an embodiment, in each of the unit pixels, the infrared detection pixels may be stacked on top of the visible light detection pixels.
일 실시예에 의하면, 상기 적외선 검출 픽셀은 상기 가시광선 검출 픽셀을 위한 적외선 차단 필터로서 동작할 수 있다.According to an embodiment, the infrared detection pixel may operate as an infrared cut filter for the visible light detection pixel.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 기 설정된 모드 전환 기준치보다 크면, 상기 적외선 검출 픽셀은 활성화되고, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치 이하이면, 상기 적외선 검출 픽셀은 비활성화될 수 있다.According to an embodiment, if the bias is greater than a predetermined mode switching reference value, the infrared detection pixel is activated, and if the bias is below the mode switching reference value, the infrared detection pixel may be inactivated.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치보다 큰 경우, 상기 바이어스가 클수록 상기 적외선 흡수량은 많아지고, 상기 바이어스가 작을수록 상기 적외선 흡수량은 작아질 수 있다.According to an embodiment, when the bias is larger than the mode switching reference value, the infrared absorption amount increases as the bias increases, and the infrared absorption amount decreases as the bias decreases.
일 실시예에 의하면, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치보다 큰 경우, 상기 제 1 전기적 신호와 상기 제 2 전기적 신호의 합에 의해 가시광선 이미지가 생성되고, 상기 바이어스가 상기 모드 전환 기준치 이하인 경우, 상기 제 1 전기적 신호에만 기초하여 상기 가시광선 이미지가 생성될 수 있다.According to an embodiment, when the bias is larger than the mode switching reference value, a visible light image is generated by a sum of the first electrical signal and the second electrical signal, and when the bias is equal to or less than the mode switching reference value, The visible light image may be generated based only on the first electrical signal.
일 실시예에 의하면, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 크면, 상기 바이어스를 상기 모드 전환 기준치 이하로 설정하고, 상기 외부 조도가 상기 기준 조도 이하이면, 상기 바이어스를 상기 모드 전환 기준치보다 크게 설정할 수 있다.According to an embodiment, if the external illuminance is greater than a predetermined reference illuminance, the bias is set to be equal to or less than the mode change reference value, and if the external illuminance is less than the reference illuminance, the bias can be set to be larger than the mode change reference value .
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 단위 픽셀은 가시광선 검출 픽셀로 가시광선 영역에서의 이미지 신호를 생성하고, 적외선 검출 픽셀로 적외선 영역에서의 이미지 신호를 각각 생성하되, 이미지 센서의 싱글 모드에서 적외선 검출 픽셀을 비활성화시킬 수 있고, 이미지 센서의 듀얼 모드에서 적외선 검출 픽셀을 활성화시킬 수 있으며, 이미지 센서의 듀얼 모드에서는 적외선 검출 픽셀의 감도까지 조절할 수 있다.The unit pixel of the image sensor according to the embodiments of the present invention generates an image signal in a visible light region with a visible light detection pixel and generates an image signal in an infrared region with an infrared detection pixel, The infrared detection pixel can be inactivated in the dual mode of the image sensor and the sensitivity of the infrared detection pixel can be adjusted in the dual mode of the image sensor.
본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 상기 단위 픽셀을 포함함으로써 사용자에게 고품질의 이미지(예를 들어, 가시광선 이미지)를 제공할 수 있다.An image sensor according to embodiments of the present invention can provide a high-quality image (e.g., a visible light image) to a user by including the unit pixel.
다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.It should be understood, however, that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, but may be variously modified without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 단위 픽셀을 A'-A" 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 단위 픽셀을 B'-B" 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 단위 픽셀을 C'-C" 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 단위 픽셀을 D'-D" 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 10a는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀 내부의 서브 픽셀을 나타내는 회로도이다.
도 10b는 도 10a의 서브 픽셀이 가시광선 검출 픽셀인 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 10c는 도 10a의 서브 픽셀이 적외선 검출 픽셀인 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀이 제 1 전기적 신호와 제 2 전기적 신호를 생성하는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 12는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀에서 서브 픽셀들이 신호 생성 회로를 각각 구비하는 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 13은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀이 제 1 전기적 신호와 제 2 전기적 신호를 생성하는 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 14는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀에서 서브 픽셀들이 신호 생성 회로를 공유하는 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 15는 도 1의 이미지 센서의 동작 모드를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀 내부의 적외선 검출 픽셀에 바이어스가 인가되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀 내부의 적외선 검출 픽셀에 인가되는 바이어스에 기초하여 적외선 흡수량(또는, 적외선 수광량)이 조절되는 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 18은 도 1의 이미지 센서가 외부 조도에 따라 동작 모드를 결정하는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 19 및 도 20은 이미지 센서의 듀얼 모드에서 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 감도가 향상되는 원리를 나타내는 그래프들이다.
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 위한 적외선 노이즈 제거 방법을 나타내는 순서도이다.
도 22는 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법이 적용되는 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 도면이다.
도 23은 도 22의 픽셀 어레이에 포함된 단위 픽셀의 필터 구조를 나타내는 도면이다.
도 24는 도 23의 필터 구조에서 듀얼 밴드 패스 필터의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 25a는 도 23의 필터 구조에서 가시광선 차단 필터의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 25b는 도 23의 필터 구조에서 적외선 차단 필터의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 기기를 나타내는 블록도이다.
도 27은 도 26의 전자 기기가 스마트폰으로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 28은 도 26의 전자 기기에 구비된 이미지 센서가 적외선을 검출하는 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 29는 도 26의 전자 기기에 구비된 이미지 센서가 적외선을 검출하는 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 30은 도 26의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an image sensor in accordance with embodiments of the present invention.
2 is a view showing an example of a unit pixel included in the image sensor of FIG.
3 is a cross-sectional view of the unit pixel of FIG. 2 taken along line A'-A '.
4 is a view showing another example of the unit pixel included in the image sensor of FIG.
5 is a cross-sectional view of the unit pixel of FIG. 4 taken along the line B'-B ''.
6 is a diagram showing another example of the unit pixel included in the image sensor of FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the unit pixel of FIG. 6 taken along line C'-C ''.
8 is a view showing another example of the unit pixel included in the image sensor of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the unit pixel of FIG. 8 taken along line D'-D ".
10A is a circuit diagram showing subpixels in a unit pixel included in the image sensor of FIG.
10B is a cross-sectional view showing an example in which the subpixel of FIG. 10A is a visible light detection pixel.
10C is a cross-sectional view showing an example in which the subpixel of FIG. 10A is an infrared detection pixel.
11 is a flowchart showing an example in which unit pixels included in the image sensor of FIG. 1 generate a first electrical signal and a second electrical signal.
12 is a circuit diagram showing an example in which subpixels in a unit pixel included in the image sensor of FIG. 1 are provided with signal generating circuits, respectively.
13 is a flowchart showing another example in which unit pixels included in the image sensor of FIG. 1 generate a first electrical signal and a second electrical signal.
14 is a circuit diagram showing an example in which subpixels share a signal generation circuit in a unit pixel included in the image sensor of FIG.
15 is a view showing an operation mode of the image sensor of FIG.
16 is a diagram showing an example in which a bias is applied to an infrared detection pixel in a unit pixel included in the image sensor of FIG.
FIG. 17 is a graph illustrating an example in which an infrared ray absorption amount (or an infrared ray light reception amount) is adjusted based on a bias applied to an infrared ray detection pixel in a unit pixel included in the image sensor of FIG.
FIG. 18 is a flowchart showing an example in which the image sensor of FIG. 1 determines an operation mode according to external illuminance.
19 and 20 are graphs showing the principle of improving the sensitivity of a unit pixel included in the image sensor of FIG. 1 in the dual mode of the image sensor.
21 is a flowchart illustrating an infrared noise removing method for an image sensor according to embodiments of the present invention.
22 is a diagram showing a pixel array of an image sensor to which the infrared noise removing method of FIG. 21 is applied.
23 is a diagram showing a filter structure of a unit pixel included in the pixel array of Fig.
FIG. 24 is a graph showing the operation of the dual bandpass filter in the filter structure of FIG. 23. FIG.
25A is a graph showing the operation of the visible light blocking filter in the filter structure of FIG. 23. FIG.
FIG. 25B is a graph showing the operation of the infrared cut filter in the filter structure of FIG. 23. FIG.
26 is a block diagram showing an electronic apparatus according to embodiments of the present invention.
27 is a diagram showing an example in which the electronic device of Fig. 26 is implemented as a smart phone.
FIG. 28 is a flowchart showing an example in which an image sensor provided in the electronic apparatus of FIG. 26 detects infrared rays.
29 is a flowchart showing another example in which the image sensor provided in the electronic apparatus of Fig. 26 detects infrared rays.
30 is a block diagram showing an example of an interface used in the electronic apparatus of Fig.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.For the embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be practiced in various forms, The present invention should not be construed as limited to the embodiments described in Figs.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 동일한 구성 요소에 대해서는 중복된 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings, and redundant description of the same constituent elements will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating an image sensor in accordance with embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(100)는 픽셀 어레이(120), 아날로그-디지털 컨버터(Analog to Digital Converter; ADC)부(140), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)부(160) 및 이들을 제어하는 컨트롤러(180)를 포함할 수 있다.1, the
픽셀 어레이(120)는 단위 픽셀(122)들 및 단위 픽셀(122)들에 연결되는 로우(row) 라인들과 컬럼(column) 라인들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로우 라인들과 컬럼 라인들이 서로 교차하여 배선됨에 따라, 단위 픽셀(122)들은 픽셀 어레이(120) 내에서 매트릭스(matrix) 형태로 배치될 수 있다. 이 때, 단위 픽셀(122)들 각각은 가시광선 검출층의 상부에 적외선 검출층이 적층되는 구조를 가짐으로써 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역(또는, 근적외선 영역)(예를 들어, 0.7ㅅm 이상의 파장 영역)에서의 이미지 신호를 상호 간의 크로스토크 없이 생성할 수 있다. 즉, 단위 픽셀(122)들 각각은 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀이 적층되어 배치되는 적층 구조를 가질 수 있다. 실시예에 따라, 픽셀 어레이(120)에서 로우 라인들과 컬럼 라인들이 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀을 위해 개별적으로 구비될 수도 있고, 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀에 의해 공유될 수도 있다. 가시광선 검출 픽셀은 광전 변환부를 포함하고, 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호를 생성하는 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 이 때, 가시광선 검출 픽셀의 광전 변환부는 광전 변환 소자이거나 또는 가시광선 검출 물질로 이루어진 가시광선 검출층과 그에 연결된 전하 스토리지 소자일 수 있다. 또한, 적외선 검출 픽셀은 광전 변환부를 포함하고, 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호를 생성하는 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 이 때, 적외선 검출 픽셀의 광전 변환부는 적외선 검출 물질로 이루어진 적외선 검출층과 그에 연결된 전하 스토리지 소자일 수 있다.The
일 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀은 신호 생성 회로를 개별적으로 구비할 수 있다. 이 경우, 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀은 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호와 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호를 각각 생성할 수 있다. 이에, 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호와 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호는 동시에 또는 순차적으로 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀은 신호 생성 회로를 공유할 수 있다. 이 경우, 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀은 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호와 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호를 순차적으로 생성할 수 있다.In one embodiment, the visible light detection pixel and the infrared detection pixel may each comprise a signal generation circuit. In this case, the visible light detection pixel and the infrared light detection pixel can respectively generate an electrical signal corresponding to the accumulated amount of the electric charges converted by the visible light and an electric signal corresponding to the accumulation amount of the infrared-converted electric charge. Accordingly, an electrical signal corresponding to the accumulated amount of the electric charges converted by the visible light and an electric signal corresponding to the accumulated amount of the electric charges converted by the infrared light can be generated simultaneously or sequentially. In another embodiment, the visible light detection pixel and the infrared detection pixel may share a signal generation circuit. In this case, the visible light detection pixel and the infrared light detection pixel can sequentially generate an electrical signal corresponding to the accumulated amount of the electric charge converted by the visible light and an electric signal corresponding to the accumulated amount of the infrared-converted electric charge.
상술한 바와 같이, 단위 픽셀(122)들 각각은 가시광선 검출층의 상부에 적외선 검출층이 적층되는 구조를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(122)들 각각은 컬러 필터층과 실리콘층을 포함하는 가시광선 검출층 및 가시광선 검출층의 상부에 적층되는 적외선 검출층을 포함할 수 있다. 가시광선 검출층은 외부로부터 컬러 필터층을 통해 입사하는 가시광선을 실리콘층에 형성된 광전 변환 소자를 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자는 포토다이오드(photodiode)일 수 있다. 적외선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질은 유기 물질(organic material), 양자점(quantum dot) 또는 3-5족 화합물(III-V compound)을 포함할 수 있다. 이 때, 실리콘층은 광전 변환 소자의 주변에 컬러 필터층을 관통하여 적외선 검출층에 전기적으로 연결된 전하 스토리지 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 스토리지 소자는 p형 실리콘 영역 내의 n+형 도핑 영역일 수 있다. 실시예에 따라, 단위 픽셀(122)들 각각은 적외선 검출층의 상부에 적층되고 적외선과 가시광선을 적외선 검출층과 가시광선 검출층으로 가이드하는 마이크로 렌즈층을 더 포함할 수 있다. 한편, 이미지 센서(100)가 베이어 패턴(Bayer pattern) 기술을 채용하는 경우, 컬러 필터층은 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터를 포함하고, 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터 및 제 3 컬러 필터는 컬러 필터층에 베이어 패턴 형태로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 컬러 필터는 녹색 필터에 상응하고, 제 2 컬러 필터는 적색 필터에 상응하며, 제 3 컬러 필터는 청색 필터에 상응할 수 있다. 다른 실시예에서, 제 1 컬러 필터는 마젠타 필터에 상응하고, 제 2 컬러 필터는 옐로우 필터에 상응하며, 제 3 컬러 필터는 시안 필터에 상응할 수 있다.As described above, each of the
다른 실시예에서, 단위 픽셀(122)들 각각은 컬러 필터층과 실리콘층을 포함하는 제 1 가시광선 검출층, 제 1 가시광선 검출층의 상부에 적층되는 제 2 가시광선 검출층, 및 제 2 가시광선 검출층의 상부에 적층되는 적외선 검출층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 가시광선 검출층은 외부로부터 컬러 필터층을 통해 입사하는 제 1 가시광선을 실리콘층에 형성된 광전 변환 소자를 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자는 포토다이오드일 수 있다. 제 2 가시광선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 가시광선 검출 물질을 포함하며, 외부로부터 입사하는 제 2 가시광선을 가시광선 검출 물질을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 가시광선 검출 물질은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 적외선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질을 이용하여 제 3 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 실리콘층은 광전 변환 소자의 주변에 컬러 필터층을 관통하여 제 2 가시광선 검출층에 전기적으로 연결된 제 1 전하 스토리지 소자 및 컬러 필터층과 제 2 가시광선 검출층을 관통하여 적외선 검출층에 전기적으로 연결된 제 2 전하 스토리지 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 전하 스토리지 소자들은 p형 실리콘 영역 내의 n+형 도핑 영역들일 수 있다. 실시예에 따라, 단위 픽셀(122)들 각각은 적외선 검출층의 상부에 적층되고 적외선, 제 1 가시광선 및 제 2 가시광선을 적외선 검출층, 제 1 가시광선 검출층 및 제 2 가시광선 검출층으로 가이드하는 마이크로 렌즈층을 더 포함할 수 있다.In another embodiment, each of the
또 다른 실시예에서, 단위 픽셀(122)들 각각은 제 1 가시광선 검출층, 제 1 가시광선 검출층의 상부에 적층되는 제 2 가시광선 검출층, 제 2 가시광선 검출층의 상부에 적층되는 제 3 가시광선 검출층, 제 3 가시광선 검출층의 상부에 적층되는 적외선 검출층, 및 실리콘층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 가시광선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 제 1 가시광선 검출 물질을 포함하고, 외부로부터 입사하는 제 1 가시광선을 제 1 가시광선 검출 물질을 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제 1 가시광선 검출 물질은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 제 2 가시광선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 제 2 가시광선 검출 물질을 포함하며, 외부로부터 입사하는 제 2 가시광선을 제 2 가시광선 검출 물질을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제 2 가시광선 검출 물질은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 제 3 가시광선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 제 3 가시광선 검출 물질을 포함하며, 외부로부터 입사하는 제 3 가시광선을 제 3 가시광선 검출 물질을 이용하여 제 3 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제 3 가시광선 검출 물질은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 적외선 검출층은 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질을 이용하여 제 4 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 실리콘층은 제 1 가시광선 검출층에 전기적으로 연결된 제 1 전하 스토리지 소자, 제 1 가시광선 검출층을 관통하여 제 2 가시광선 검출층에 전기적으로 연결된 제 2 전하 스토리지 소자, 제 1 가시광선 검출층과 제 2 가시광선 검출층을 관통하여 제 3 가시광선 검출층에 전기적으로 연결된 제 3 전하 스토리지 소자 및 제 1 가시광선 검출층, 제 2 가시광선 검출층, 및 제 3 가시광선 검출층을 관통하여 적외선 검출층에 전기적으로 연결된 제 4 전하 스토리지 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 전하 스토리지 소자들은 p형 실리콘 영역 내의 n+ 도핑 영역들일 수 있다. 실시예에 따라, 단위 픽셀(122)들 각각은 적외선 검출층의 상부에 적층되고, 적외선, 제 1 가시광선, 제 2 가시광선 및 제 3 가시광선을 적외선 검출층, 제 1 가시광선 검출층, 제 2 가시광선 검출층 및 제 3 가시광선 검출층으로 가이드하는 마이크로 렌즈층을 더 포함할 수 있다.In another embodiment, each of the
아날로그-디지털 컨버터부(140)는 픽셀 어레이(120)로부터 출력되는 전기적 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이를 위해, 아날로그-디지털 컨버터부(140)는 복수의 아날로그-디지털 컨버터들을 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터부(140)는 픽셀 어레이(120)로부터 출력되는 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호 즉, 제 1 아날로그 신호를 제 1 디지털 신호로 변환할 수 있고, 픽셀 어레이(120)로부터 출력되는 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 전기적 신호 즉, 제 2 아날로그 신호를 제 2 디지털 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, 아날로그-디지털 컨버터부(140)는 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 제 1 아날로그 신호와 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 제 2 아날로그 신호를 순차적으로 제 1 디지털 신호와 제 2 디지털 신호로 변환(즉, 순차 ADC로 명명됨)할 수 있다. 다른 실시예에서, 아날로그-디지털 컨버터부(140)는 가시광선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 제 1 아날로그 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하는 제 1 아날로그-디지털 컨버터부 및 적외선이 변환된 전하의 축적량에 상응하는 제 2 아날로그 신호를 제 2 디지털 신호로 변환하는 제 2 아날로그-디지털 컨버터부를 포함함으로써 제 1 디지털 신호와 제 2 디지털 신호를 각각 생성(즉, 병렬 ADC로 명명됨)할 수 있다. 실시예에 따라, 아날로그-디지털 컨버터부(140)는 유효 신호 성분을 추출하기 위한 상관 이중 샘플링(Correlated Double Sampling; CDS)부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상관 이중 샘플링부는 리셋 성분을 나타내는 리셋 출력 신호와 신호 성분을 나타내는 아날로그 신호의 차이에 기초하여 유효 신호 성분을 추출하는 아날로그 더블 샘플링(analog double sampling)을 수행할 수 있다. 다른 실시예에서, 상관 이중 샘플링부는 리셋 출력 신호와 아날로그 신호를 디지털 신호들로 각각 변환한 후 유효 신호 성분으로서 두 디지털 신호들 간의 차이를 추출하는 디지털 더블 샘플링(digital double sampling)을 수행할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상관 이중 샘플링부는 아날로그 더블 샘플링 및 디지털 더블 샘플링을 모두 수행하는 듀얼 상관 이중 샘플링을 수행할 수 있다.The analog-to-
디지털 신호 프로세서부(160)는 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 이미지 신호를 출력할 수 있다. 즉, 디지털 신호 프로세서부(160)는 아날로그-디지털 컨버터부(140)로부터 디지털 신호를 수신하고, 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, 디지털 신호 프로세서부(160)는 이미지 인터폴레이션(image interpolation), 색 보정(color correction), 화이트 밸런스(white balance), 감마 보정(gamma correction), 색 변환(color conversion) 등을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 아날로그-디지털 컨버터부(140)에서 출력된 디지털 신호는 증폭 회로에 의해 증폭된 후 디지털 신호 프로세서부(160)에 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 디지털 신호 프로세서부(160)는 가시광선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 1 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 제 1 이미지 신호를 출력하고, 적외선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 2 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 제 2 이미지 신호를 출력할 수 있다. 즉, 디지털 신호 프로세서부(160)는 제 1 이미지 신호와 제 2 이미지 신호를 개별적으로 출력할 수 있다. 이 경우, 이미지 센서(100)로부터 출력되는 제 2 이미지 신호는 소정의 용도(예를 들어, 홍채 인식(iris recognition) 등)로 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 디지털 신호 프로세서부(160)는 적외선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 2 디지털 신호에 기초하여 가시광선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 1 디지털 신호를 보상할 수 있다. 예를 들어, 디지털 신호 프로세서부(160)는 적외선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 2 디지털 신호에 기초하여 가시광선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 1 디지털 신호로부터 적외선 노이즈를 제거하거나 또는, 적외선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 2 디지털 신호로 가시광선이 변환된 전하의 축적량과 관련된 제 1 디지털 신호를 보상함으로써 이미지 센서(100)에서 출력되는 이미지의 화질을 개선할 수 있다. 한편, 도 1에서는 디지털 신호 프로세서부(160)가 이미지 센서(100)에 포함되는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 디지털 신호 프로세서부(160)는 이미지 센서(100)의 외부에 위치할 수도 있다.The
컨트롤러(180)는 픽셀 어레이(120), 아날로그-디지털 컨버터부(140) 및 디지털 신호 프로세서부(160)를 제어(즉, CTL1, CTL2, CTL3으로 표시)할 수 있다. 이를 위해, 컨트롤러(180)는 픽셀 어레이(120), 아날로그-디지털 컨버터부(140) 및 디지털 신호 프로세서부(160)의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤 신호 등과 같은 다양한 신호들을 생성할 수 있다. 다만, 도 1에서는 컨트롤러(180)가 간략하게 도시되어 있다. 예를 들어, 컨트롤러(180)는 픽셀 어레이(120)의 로우 어드레스(row address) 및 로우 주사(row scan)를 제어하기 위한 수직 주사 회로, 픽셀 어레이(120)의 컬럼 어드레스(column address) 및 컬럼 주사(column scan)를 제어하기 위한 수평 주사 회로, 아날로그-디지털 컨버터부(140)에서 사용되는 복수의 전압들을 생성하기 위한 전압 생성 회로(예를 들어, 로직 제어(logic control) 회로, 위상 고정 루프(Phase Lock Loop; PLL) 회로, 타이밍 제어 회로 및 통신 인터페이스 회로 등) 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 이미지 센서(100)는 가시광선 검출층의 상부에 적외선 검출층이 적층되는 구조를 가진 단위 픽셀(122)을 포함함으로써 사용자에게 고품질의 이미지(즉, 가시광선 이미지 및/또는 적외선 이미지)를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 이미지 센서(100)에 구비되는 단위 픽셀(122)들 각각의 구조에 대해서는 도 2 내지 도 9를 참조하여 자세하게 후술하기로 한다.The
도 2는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 일 예를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 단위 픽셀을 A'-A" 선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 2 is a view showing an example of the unit pixel included in the image sensor of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of the unit pixel of FIG. 2 taken along line A'-A ".
도 2 및 도 3을 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 단위 픽셀(122a)이 도시되어 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122a)은 가시광선 검출층(VDL) 및 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층된 적외선 검출층(IDL)을 포함할 수 있다. 이 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(122a)은 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역으로 구분될 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, a
최근, 이미지 센서로 적외선을 검출하여 다양한 기능을 수행(예를 들어, 홍채 인식, 단층 촬영, 컬러 이미지 다이나믹 레인지 개선 등)하려는 노력이 이루어지고 있다. 이를 위해, 종래에는 후면 조사형(Back-Side Illuminated; BSI) 씨모스 이미지 센서가 이용되었으나, 상기 이미지 센서는 적외선 흡수량이 작아 적외선을 효율적으로 검출할 수 없었다. 이를 보완하기 위하여 상기 이미지 센서의 적외선 검출 영역을 넓게 하면 사이즈 제약으로 인해 상기 이미지 센서의 고해상도 구현이 어렵게 되며, 에피택셜층의 두께를 증가시키면 상기 이미지 센서가 정상적으로 동작하지 않을 수 있다. 이에, 단위 픽셀(122a)은 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적외선 검출층(IDL)이 적층되는 구조를 가짐으로써 종래의 단위 픽셀이 가진 문제점(즉, 실리콘층 내에서 적외선 흡수량이 작다는 문제점)을 해결하고 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122a)은 적외선 영역에서 고효율의 광전 변환을 일으키는 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함하는 적외선 검출층(IDL)이 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층된 구조를 갖고, 가시광선 검출층(VDL)에 포함된 컬러 필터층(CFL)에서 제 1 내지 제 3 컬러 필터들을 베이어 패턴 형태로 배치한다. 이에, 단위 픽셀(122a)에서 적외선 검출층(IDL)의 존재는 가시광선 검출층(VDL)에 아무런 영향(예를 들어, 면적 감소 등)을 주지 않아, 단위 픽셀(122a)은 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호를 상호 간의 크로스토크 없이 생성할 수 있다. 이와 같이, 단위 픽셀(122a)은 적외선 검출층(IDL)이 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층된 구조를 가짐으로써 수광 면적을 극대화할 수 있고, 그에 의해 이미지 센서(100)로 하여금 높은 해상도를 갖는 가시광선 이미지 및 높은 해상도를 갖는 적외선 이미지를 출력하게 할 수 있다. 한편, 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층된 적외선 검출층(IDL)은 높은 적외선 흡수량을 갖기 때문에, 단위 픽셀(122a)에서 적외선 검출층(IDL)이 가시광선 검출층(VDL)을 위한 적외선 차단 필터(IR cut filter)로서 이용될 수 있다. 그 결과, 단위 픽셀(122a)은 가시광선 검출층(VDL)을 위한 별도의 적외선 차단 필터를 구비할 필요가 없다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 단위 픽셀(122a)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.In recent years, efforts have been made to detect infrared rays with an image sensor to perform various functions (for example, iris recognition, tomography, color image dynamic range improvement, etc.). To this end, a Back-Side Illuminated (BSI) CMOS image sensor has been used in the past, but the infrared sensor has not been able to efficiently detect infrared rays due to its small amount of infrared absorption. To overcome this problem, if the infrared detection region of the image sensor is widened, it is difficult to realize the high resolution of the image sensor due to the size restriction. If the thickness of the epitaxial layer is increased, the image sensor may not operate normally. Accordingly, the
가시광선 검출층(VDL)은 컬러 필터층(CFL)과 실리콘층(SIL)을 포함하고, 외부로부터 컬러 필터층(CFL)을 통해 입사하는 가시광선을 실리콘층(SIL)에 형성된 광전 변환 소자(PD)를 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(PD)는 포토다이오드일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가시광선 검출층(VDL)에서 실리콘층(SIL)의 상부에는 절연층(BL)이 배치되고, 절연층(BL)의 상부에는 컬러 필터층(CFL)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL)은 산화물(oxide)을 포함하거나 또는 산화물과 질화물(nitride)을 포함할 수 있다. 또한, 컬러 필터층(CFL)은 컬러 필터들(B-CF, G-CF) 및 컬러 필터들(B-CF, G-CF)의 상부에 배치되는 평탄화층(PL)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평탄화층(PL)은 아크릴(acrylic) 또는 에폭시(epoxy) 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이것은 예시적인 것으로서 가시광선 검출층(VDL)의 구조가 도 3에 도시된 구조로 한정되는 것은 아니다. 가시광선 검출층(VDL)은 컬러 필터층(CFL)의 제 1 컬러 필터를 통해 입사하는 가시광선을 검출하는 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역, 컬러 필터층(CFL)의 제 2 컬러 필터를 통해 입사하는 가시광선을 검출하는 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역 및 컬러 필터층(CFL)의 제 3 컬러 필터를 통해 입사하는 가시광선을 검출하는 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역을 포함할 수 있다. 이 때, 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122a)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 2개의 평면 영역들에 배치되고, 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122a)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역에 배치되며, 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122a)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 가시광선 검출층(VDL)은 컬러 필터층(CFL)의 청색 필터를 통해 입사하는 가시광선(즉, 청색광)을 검출하는 청색광 검출 영역(126-1), 컬러 필터층(CFL)의 녹색 필터를 통해 입사하는 가시광선(즉, 녹색광)을 검출하는 녹색광 검출 영역(126-2, 126-3) 및 컬러 필터층(CFL)의 적색 필터를 통해 입사하는 가시광선(즉, 적색광)을 검출하는 적색광 검출 영역(126-4)을 포함할 수 있다. 즉, 녹색광 검출 영역(126-2, 126-3)은 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역에 해당하고, 청색광 검출 영역(126-1)과 적색광 검출 영역(126-4)은 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역과 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역에 각각 해당할 수 있다. 다만, 도 2에서는 사람의 눈이 녹색에 가장 민감하게 반응한다는 시각 특성을 고려하여 녹색광 검출 영역(126-2, 126-3)이 단위 픽셀(122a)의 전체 면적의 50%를 차지하고, 청색광 검출 영역(126-1)과 적색광 검출 영역(126-4)이 단위 픽셀(122a)의 전체 면적의 25%를 각각 차지하는 것으로 도시되어 있으나, 가시광선 검출층(VDL)에 포함된 제 1 내지 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역들의 배치가 도 2에 도시된 배치로 한정되는 것은 아니다.The visible light detection layer VDL includes a color filter layer CFL and a silicon layer SIL and a visible light incident from outside through the color filter layer CFL is formed on the photoelectric conversion element PD formed on the silicon layer SIL. The first charge can be converted into the first charge. For example, the photoelectric conversion element PD may be a photodiode. 3, the insulating layer BL may be disposed on the silicon layer SIL in the visible light detecting layer VDL, and the color filter layer CFL may be disposed on the insulating layer BL have. For example, the insulating layer BL may include oxide or may include oxide and nitride. The color filter layer CFL may also include a planarizing layer PL disposed on top of the color filters B-CF and G-CF and the color filters B-CF and G-CF. For example, the planarizing layer PL may comprise an acrylic or epoxy material. However, this is merely an example, and the structure of the visible light detecting layer VDL is not limited to the structure shown in Fig. The visible light detection layer VDL includes a first color filter for detecting a visible light incident through the first color filter of the color filter layer CFL, a visible light detection area for detecting visible light incident through the second color filter of the color filter layer CFL, A second color filter for detecting visible light, and a third color filter visible light detecting area for detecting visible light incident through the third color filter of the color filter layer (CFL). At this time, the first color filter visible light detection area is arranged in two planar areas out of the first planar area to the fourth planar area of the
적외선 검출층(IDL)은 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층될 수 있다. 적외선 검출층(IDL)은 상부 전극(FE)과 하부 전극(SE) 사이에 적외선 검출 물질(IRM)을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질(IRM)을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질(IRM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량이 조절될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)은 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)은 각각 단위 픽셀(122a)의 제 1 평면 영역, 제 2 평면 영역, 제 3 평면 영역 및 제 4 평면 영역에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 적외선 검출 영역(124-1)은 단위 픽셀(122a)의 제 1 평면 영역에 배치되어 청색광 검출 영역(126-1)의 상부에 배치될 수 있고, 제 2 적외선 검출 영역(124-2)은 단위 픽셀(122a)의 제 2 평면 영역에 배치되어 녹색광 검출 영역(126-2)의 상부에 배치될 수 있으며, 제 3 적외선 검출 영역(124-3)은 단위 픽셀(122a)의 제 3 평면 영역에 배치되어 녹색광 검출 영역(126-3)의 상부에 배치될 수 있고, 제 4 적외선 검출 영역(124-4)은 단위 픽셀(122a)의 제 4 평면 영역에 배치되어 적색광 검출 영역(126-4)의 상부에 배치될 수 있다. 한편, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD)의 주변에 컬러 필터층(CFL)을 관통하여 적외선 검출층(IDL)에 전기적으로 연결된 전하 스토리지 소자(SD)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 스토리지 소자(SD)는 p형 실리콘 영역(SM) 내의 n+형 도핑 영역일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)이 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)으로 구분되는 경우, 전하 스토리지 소자(SD)는 단위 픽셀(122a)의 제 1 평면 영역, 제 2 평면 영역, 제 3 평면 영역 및 제 4 평면 영역에 분산 배치되어 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)에 전기적으로 각각 연결될 수 있다.The infrared detection layer (IDL) may be laminated on top of the visible light detection layer (VDL). The infrared detecting layer IDL includes an infrared detecting material IRM between the upper electrode FE and the lower electrode SE and converts infrared rays incident from the outside into a second electric charge using an infrared detecting material IRM can do. For example, an infrared detection material (IRM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the infrared ray absorbing amount of the infrared ray detecting layer IDL can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE and the second voltage applied to the lower electrode SE. As shown in FIG. 2, the infrared detection layer IDL includes a first infrared detection area 124-1, a second infrared detection area 124-2, a third infrared detection area 124-3, And an infrared detection area 124-4. The first infrared detection area 124-1, the second infrared detection area 124-2, the third infrared detection area 124-3, and the fourth infrared detection area 124-4 are unit pixels The second planar region, the third planar region, and the fourth planar region of the first
일 실시예에서, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD)에 연결되어 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성하는 제 1 신호 생성 회로 및 전하 스토리지 소자(SD)에 연결되어 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하는 제 2 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 이 경우, 제 1 신호 생성 회로와 제 2 신호 생성 회로는 광전 변환 소자(PD)와 전하 스토리지 소자(SD)에 각각 연결되어 제 1 전기적 신호와 제 2 전기적 신호를 각각 생성할 수 있다. 따라서, 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호와 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호는 동시에 또는 순차적으로 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD) 및 전하 스토리지 소자(SD)에 공통으로 연결되어 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호와 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 순차적으로 생성하는 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 이 경우, 신호 생성 회로는 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성한 이후 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하거나, 또는 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성한 이후 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성할 수 있다.In one embodiment, the silicon layer (SIL) comprises a first signal generation circuit coupled to the photoelectric conversion device (PD) to generate a first electrical signal corresponding to an accumulated amount of the first charge converted by the visible light and a second signal generation circuit SD), and generates a second electrical signal corresponding to an accumulation amount of the second electrical charge converted by the infrared ray. In this case, the first signal generation circuit and the second signal generation circuit may be respectively connected to the photoelectric conversion element PD and the charge storage element SD to generate the first electrical signal and the second electrical signal, respectively. Accordingly, the second electrical signal corresponding to the accumulation amount of the first electrical signal corresponding to the accumulation amount of the first charge converted by the visible light and the second electrical charge converted by the infrared light can be generated simultaneously or sequentially. In another embodiment, the silicon layer (SIL) comprises a first electrical signal coupled in common to the photoelectric conversion element (PD) and the charge storage element (SD) to provide a first electrical signal corresponding to the accumulated amount of the first electrical charge converted by the visible light, And a signal generating circuit for sequentially generating a second electrical signal corresponding to the accumulated amount of the second charge. In this case, the signal generating circuit generates a first electrical signal corresponding to the accumulation amount of the first charge converted by the visible light, and then generates a second electrical signal corresponding to the accumulation amount of the second electrical charge converted by the infrared light, A second electrical signal corresponding to the accumulated amount of the second charge may be generated and then a first electrical signal corresponding to the accumulation amount of the first charge converted by the visible light may be generated.
실시예에 따라, 단위 픽셀(122a)은 적외선과 가시광선을 적외선 검출층(IDL)과 가시광선 검출층(VDL)으로 가이드하는 마이크로 렌즈층(MLL)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 마이크로 렌즈층(MLL)은 복수의 마이크로 렌즈(ML)들을 포함하고, 적외선 검출층(IDL)의 상부에 적층될 수 있다. 다만, 단위 픽셀(122a)에서 적외선을 적외선 검출층(IDL)으로 가이드할 필요가 없는 경우, 마이크로 렌즈층(MLL)은 적외선 검출층(IDL)의 하부에 위치할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 단위 픽셀(122a)은 적외선 검출층(IDL)과 가시광선 검출층(VDL)이 적층된 구조를 갖기 때문에, 이미지 센서(100)로 하여금 높은 해상도를 갖는 가시광선 이미지와 높은 해상도를 갖는 적외선 이미지를 출력하게 할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 픽셀과 가시광선 검출 픽셀이 동일 층에 배치된 구조를 갖는 종래의 단위 픽셀에서는 1개의 적외선 검출 영역, 1개의 적색광 검출 영역, 1개의 녹색광 검출 영역, 1개의 청색광 검출 영역이 존재하였지만, 단위 픽셀(122a)에서는 4개의 적외선 검출 영역, 1개의 적색광 검출 영역, 2개의 녹색광 검출 영역, 1개의 청색광 검출 영역이 존재할 수 있다. 그 결과, 단위 픽셀(122a)은 종래의 단위 픽셀에 비하여 보다 많은 이미지 정보를 생성할 수 있다.According to an embodiment, the
도 4는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 다른 예를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 단위 픽셀을 B'-B" 선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 4 is a view showing another example of the unit pixel included in the image sensor of FIG. 1, and FIG. 5 is a sectional view of the unit pixel of FIG. 4 taken along line B'-B ''.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 단위 픽셀(122b)이 도시되어 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122b)은 가시광선 검출층(VDL) 및 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층된 적외선 검출층(IDL)을 포함할 수 있다. 이 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(122b)은 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역으로 구분될 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5, a
가시광선 검출층(VDL)은 컬러 필터층(CFL)과 실리콘층(SIL)을 포함하고, 외부로부터 컬러 필터층(CFL)을 통해 입사하는 가시광선을 실리콘층(SIL)에 형성된 광전 변환 소자(PD)를 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(PD)는 포토다이오드일 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가시광선 검출층(VDL)에서 실리콘층(SIL)의 상부에는 절연층(BL)이 배치되고, 절연층(BL)의 상부에는 컬러 필터층(CFL)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 또한, 컬러 필터층(CFL)은 컬러 필터들(R-CF) 및 컬러 필터들(R-CF)의 상부에 배치되는 평탄화층(PL)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평탄화층(PL)은 아크릴 또는 에폭시 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이것은 예시적인 것으로서 가시광선 검출층(VDL)의 구조가 도 5에 도시된 구조로 한정되는 것은 아니다. 가시광선 검출층(VDL)은 컬러 필터층(CFL)의 제 1 컬러 필터를 통해 입사하는 가시광선을 검출하는 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역, 컬러 필터층(CFL)의 제 2 컬러 필터를 통해 입사하는 가시광선을 검출하는 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역 및 컬러 필터층(CFL)의 제 3 컬러 필터를 통해 입사하는 가시광선을 검출하는 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역을 포함할 수 있다. 이 때, 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122b)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역에 배치되고, 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122b)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역에 배치되며, 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122b)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 가시광선 검출층(VDL)은 컬러 필터층(CFL)의 청색 필터를 통해 입사하는 가시광선(즉, 청색광)을 검출하는 청색광 검출 영역(127-1), 컬러 필터층(CFL)의 녹색 필터를 통해 입사하는 가시광선(즉, 녹색광)을 검출하는 녹색광 검출 영역(127-2) 및 컬러 필터층(CFL)의 적색 필터를 통해 입사하는 가시광선(즉, 적색광)을 검출하는 적색광 검출 영역(127-3)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 청색광 검출 영역(127-1), 녹색광 검출 영역(127-2) 및 적색광 검출 영역(127-3)은 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역, 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역 및 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역에 각각 해당할 수 있다. 다만, 가시광선 검출층(VDL)에 포함된 제 1 내지 제 3 컬러 필터 가시광선 검출 영역들의 배치가 도 4에 도시된 배치로 한정되는 것은 아니다.The visible light detection layer VDL includes a color filter layer CFL and a silicon layer SIL and a visible light incident from outside through the color filter layer CFL is formed on the photoelectric conversion element PD formed on the silicon layer SIL. The first charge can be converted into the first charge. For example, the photoelectric conversion element PD may be a photodiode. 5, the insulating layer BL may be disposed on the silicon layer SIL in the visible light detecting layer VDL and the color filter layer CFL may be disposed on the insulating layer BL have. For example, the insulating layer BL may include an oxide or may include an oxide and a nitride. In addition, the color filter layer CFL may include a planarizing layer PL disposed on top of the color filters R-CF and the color filters R-CF. For example, the planarizing layer PL may comprise an acrylic or epoxy material. However, this is merely an example, and the structure of the visible light detection layer (VDL) is not limited to the structure shown in Fig. The visible light detection layer VDL includes a first color filter for detecting a visible light incident through the first color filter of the color filter layer CFL, a visible light detection area for detecting visible light incident through the second color filter of the color filter layer CFL, A second color filter for detecting visible light, and a third color filter visible light detecting area for detecting visible light incident through the third color filter of the color filter layer (CFL). At this time, the first color filter visible light detection area is arranged in one planar area from the first planar area to the fourth planar area of the
적외선 검출층(IDL)은 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층될 수 있다. 적외선 검출층(IDL)은 상부 전극(FE)과 하부 전극(SE) 사이에 적외선 검출 물질(IRM)을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질(IRM)을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질(IRM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량이 조절될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)은 하나의 적외선 검출 영역(124)을 포함하고, 하나의 적외선 검출 영역(124)은 단위 픽셀(122b)의 제 1 평면 영역 내지 상기 제 4 평면 영역 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 한편, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD)의 주변에 컬러 필터층(CFL)을 관통하여 적외선 검출층(IDL)에 전기적으로 연결된 전하 스토리지 소자(SD)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 스토리지 소자(SD)는 p형 실리콘 영역(SM) 내의 n+형 도핑 영역일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)이 하나의 적외선 검출 영역(124)을 포함하는 경우, 전하 스토리지 소자(SD)는 단위 픽셀(122b)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역에 배치되어 상기 적외선 검출 영역(124)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 단위 픽셀(122b)의 전체 면적에 상응하는 면적을 갖는 적외선 검출 영역(124)에서 생성된 제 2 전하를 저장해야 하므로, 전하 스토리지 소자(SD)의 크기가 상대적으로 커야 한다. 따라서, 단위 픽셀(122b)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 1개의 평면 영역이 전하 스토리지 소자(SD)를 위한 전용 영역(127-4)(IRC)으로 할당되는 것이다. 일 실시예에서, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD)에 연결되어 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성하는 제 1 신호 생성 회로 및 전하 스토리지 소자(SD)에 연결되어 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하는 제 2 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD) 및 전하 스토리지 소자(SD)에 공통으로 연결되어 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호와 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 순차적으로 생성하는 신호 생성 회로를 포함할 수 있다.The infrared detection layer (IDL) may be laminated on top of the visible light detection layer (VDL). The infrared detecting layer IDL includes an infrared detecting material IRM between the upper electrode FE and the lower electrode SE and converts infrared rays incident from the outside into a second electric charge using an infrared detecting material IRM can do. For example, an infrared detection material (IRM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the infrared ray absorbing amount of the infrared ray detecting layer IDL can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE and the second voltage applied to the lower electrode SE. 4, the infrared detection layer IDL includes one
실시예에 따라, 단위 픽셀(122b)은 적외선과 가시광선을 적외선 검출층(IDL)과 가시광선 검출층(VDL)으로 가이드하는 마이크로 렌즈층(MLL)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 마이크로 렌즈층(MLL)은 복수의 마이크로 렌즈(ML)들을 포함하고, 적외선 검출층(IDL)의 상부에 적층될 수 있다. 다만, 단위 픽셀(122b)에서 적외선을 적외선 검출층(IDL)으로 가이드할 필요가 없는 경우, 마이크로 렌즈층(MLL)은 적외선 검출층(IDL)의 하부에 위치할 수도 있다. 이와 같이, 단위 픽셀(122b)은 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적외선 검출층(IDL)이 적층되는 구조를 가짐으로써, 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호를 상호 간의 크로스토크 없이 생성할 수 있다. 또한, 단위 픽셀(122b)이 적외선 검출층(IDL)과 가시광선 검출층(VDL)이 적층된 구조를 갖기 때문에, 적외선 검출층(IDL)의 존재가 가시광선 검출층(VDL)에 아무런 영향(예를 들어, 면적 감소 등)을 주지 않으므로, 이미지 센서(100)는 높은 해상도를 갖는 가시광선 이미지와 높은 해상도를 갖는 적외선 이미지를 생성할 수 있다. 한편, 가시광선 검출층(VDL)의 상부에 적층된 적외선 검출층(IDL)이 높은 적외선 흡수량을 갖기 때문에, 단위 픽셀(122b)에서 적외선 검출층(IDL)은 가시광선 검출층(VDL)을 위한 적외선 차단 필터로서 이용될 수 있다. 따라서, 단위 픽셀(122b)은 가시광선 검출층(VDL)을 위한 별도의 적외선 차단 필터를 구비할 필요가 없다.According to an embodiment, the
도 6은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 또 다른 예를 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 단위 픽셀을 C'-C" 선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 6 is a view showing another example of the unit pixel included in the image sensor of FIG. 1, and FIG. 7 is a sectional view of the unit pixel of FIG. 6 taken along the line C'-C ".
도 6 및 도 7을 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 단위 픽셀(122c)이 도시되어 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122c)은 제 1 가시광선 검출층(VDL1), 제 1 가시광선 검출층(VDL1)의 상부에 적층된 제 2 가시광선 검출층(VDL2), 및 제 2 가시광선 검출층(VDL2)의 상부에 적층된 적외선 검출층(IDL)을 포함할 수 있다. 이 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(122c)은 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역으로 구분될 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the
제 1 가시광선 검출층(VDL1)은 컬러 필터층(CFL)과 실리콘층(SIL)을 포함하고, 외부로부터 컬러 필터층(CFL)을 통해 입사하는 제 1 가시광선을 실리콘층(SIL)에 형성된 광전 변환 소자(PD)를 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(PD)는 포토다이오드일 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 가시광선 검출층(VDL1)에서 실리콘층(SIL)의 상부에는 절연층(BL1)이 배치되고, 절연층(BL1)의 상부에는 컬러 필터층(CFL)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL1)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 또한, 컬러 필터층(CFL)은 컬러 필터들(B-CF, R-CF) 및 컬러 필터들(B-CF, R-CF)의 상부에 배치되는 평탄화층(PL)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평탄화층(PL)은 아크릴 또는 에폭시 물질을 포함할 수 있다. 다만, 이것은 예시적인 것으로서 제 1 가시광선 검출층(VDL1)의 구조가 도 7에 도시된 구조로 한정되는 것은 아니다. 제 1 가시광선 검출층(VDL1)은 컬러 필터층(CFL)의 제 1 컬러 필터를 통해 입사하는 제 1 가시광선을 검출하는 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역 및 컬러 필터층(CFL)의 제 2 컬러 필터를 통해 입사하는 제 1 가시광선을 검출하는 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역을 포함할 수 있다. 이 때, 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 2개의 평면 영역들에 배치되고, 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역은 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 2개의 평면 영역들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 가시광선 검출층(VDL1)은 컬러 필터층(CFL)의 청색 필터를 통해 입사하는 제 1 가시광선(즉, 청색광)을 검출하는 청색광 검출 영역(132-1, 132-4) 및 컬러 필터층(CFL)의 적색 필터를 통해 입사하는 제 1 가시광선(즉, 적색광)을 검출하는 적색광 검출 영역(132-2, 132-3)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 청색광 검출 영역(132-1, 132-4)과 적색광 검출 영역(132-2, 132-3)은 제 1 컬러 필터 가시광선 검출 영역 및 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역에 각각 해당할 수 있다. 다만, 제 1 가시광선 검출층(VDL1)에 포함된 제 1 및 제 2 컬러 필터 가시광선 검출 영역들의 배치가 도 6에 도시된 배치로 한정되는 것은 아니다.The first visible light detection layer VDL1 includes a color filter layer CFL and a silicon layer SIL and forms a first visible light incident from outside through the color filter layer CFL through a photoelectric conversion It can be converted into the first electric charge by using the element PD. For example, the photoelectric conversion element PD may be a photodiode. 7, the insulating layer BL1 is disposed on the upper portion of the silicon layer SIL in the first visible light detecting layer VDL1, the color filter layer CFL is disposed on the upper portion of the insulating layer BL1, . For example, the insulating layer BL1 may include an oxide or may include an oxide and a nitride. The color filter layer CFL may also include a planarizing layer PL disposed on top of the color filters B-CF and R-CF and the color filters B-CF and R-CF. For example, the planarizing layer PL may comprise an acrylic or epoxy material. However, this is an example, and the structure of the first visible light detection layer VDL1 is not limited to the structure shown in Fig. The first visible light detection layer VDL1 includes a first color filter for detecting a first visible light incident through the first color filter of the color filter layer CFL and a second color filter for detecting visible light incident on the second color filter And a second color filter visible light detection area that detects a first visible light incident through the first color filter. At this time, the first color filter visible light detection area is arranged in two planar areas out of the first planar area to the fourth planar area of the
제 2 가시광선 검출층(VDL2)은 제 1 가시광선 검출층(VDL1)의 상부에 적층되고, 상부 전극(FE1)과 하부 전극(SE1) 사이에 가시광선 검출 물질(GM)을 포함하며, 외부로부터 입사하는 제 2 가시광선을 가시광선 검출 물질(GM)을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 가시광선 검출 물질(GM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE1)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE1)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 가시광선 검출층(VDL2)의 가시광선 흡수량이 조절될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 가시광선 검출층(VDL2)은 제 1 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-1), 제 2 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-2), 제 3 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-3) 및 제 4 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-4)을 포함하고, 제 1 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-1), 제 2 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-2), 제 3 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-3) 및 제 4 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-4)은 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역, 제 2 평면 영역, 제 3 평면 영역 및 제 4 평면 영역에 각각 배치될 수 있다. 한편, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD)의 주변에 컬러 필터층(CFL)을 관통하여 제 2 가시광선 검출층(VDL2)에 전기적으로 연결된 제 1 전하 스토리지 소자(SD1)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전하 스토리지 소자(SD1)는 p형 실리콘 영역(SM) 내의 n+형 도핑 영역일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 가시광선 검출층(VDL2)이 제 1 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-1), 제 2 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-2), 제 3 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-3) 및 제 4 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-4)으로 구분되는 경우, 제 1 전하 스토리지 소자(SD1)는 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역, 제 2 평면 영역, 제 3 평면 영역 및 제 4 평면 영역에 분산 배치되어 제 1 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-1), 제 2 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-2), 제 3 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-3) 및 제 4 비컬러 필터 가시광선 검출 영역(130-4)에 전기적으로 각각 연결될 수 있다.The second visible light detecting layer VDL2 is laminated on the first visible light detecting layer VDL1 and includes a visible light detecting material GM between the upper electrode FE1 and the lower electrode SE1, The second visible light can be converted into the second electric charge by using the visible light detection material GM. For example, the visible light detection material (GM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the visible light absorption amount of the visible light detection layer VDL2 can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE1 and the second voltage applied to the lower electrode SE1. As shown in FIG. 6, the second visible light detection layer VDL2 includes a first non-color filter visible light detection area 130-1, a second non-color filter visible light detection area 130-2, Color filter visible light detection area 130-3 and a fourth non-color filter visible light detection area 130-4, wherein the first non-color filter visible light detection area 130-1, the second non- The filter visible light detection area 130-2, the third non-color filter visible light detection area 130-3 and the fourth non-color filter visible light detection area 130-4 are arranged in the first plane of the
적외선 검출층(IDL)은 제 2 가시광선 검출층(VDL2)의 상부에 적층될 수 있다. 적외선 검출층(IDL)과 제 2 가시광선 검출층(VDL2) 사이에는 절연층(BL2)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL2)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 적외선 검출층(IDL)은 상부 전극(FE2)과 하부 전극(SE2) 사이에 적외선 검출 물질(IRM)을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질(IRM)을 이용하여 제 3 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질(IRM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE2)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE2)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량이 조절될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)은 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)을 포함하고, 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)은 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역, 제 2 평면 영역, 제 3 평면 영역 및 제 4 평면 영역에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 적외선 검출 영역(124-1)은 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역에 배치될 수 있고, 제 2 적외선 검출 영역(124-2)은 단위 픽셀(122c)의 제 2 평면 영역에 배치될 수 있으며, 제 3 적외선 검출 영역(124-3)은 단위 픽셀(122c)의 제 3 평면 영역에 배치될 수 있고, 제 4 적외선 검출 영역(124-4)은 단위 픽셀(122c)의 제 4 평면 영역에 배치될 수 있다. 한편, 실리콘층(SIL)은 광전 변환 소자(PD)의 주변에 컬러 필터층(CFL)과 제 2 가시광선 검출층(VDL2)을 관통하여 적외선 검출층(IDL)에 전기적으로 연결된 제 2 전하 스토리지 소자(SD2)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전하 스토리지 소자(SD2)는 p형 실리콘 영역(SM) 내의 n+형 도핑 영역일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)이 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)으로 구분되는 경우, 제 2 전하 스토리지 소자(SD2)는 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역, 제 2 평면 영역, 제 3 평면 영역 및 제 4 평면 영역에 분산 배치되어 제 1 적외선 검출 영역(124-1), 제 2 적외선 검출 영역(124-2), 제 3 적외선 검출 영역(124-3) 및 제 4 적외선 검출 영역(124-4)에 전기적으로 각각 연결될 수 있다.The infrared detection layer IDL may be laminated on the second visible light detection layer VDL2. An insulating layer BL2 may be disposed between the infrared detection layer IDL and the second visible light detection layer VDL2. For example, the insulating layer BL2 may include an oxide or may include an oxide and a nitride. The infrared detecting layer IDL includes an infrared detecting material IRM between the upper electrode FE2 and the lower electrode SE2 and converts infrared rays incident from the outside into a third electric charge using an infrared detecting material IRM can do. For example, an infrared detection material (IRM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the infrared absorption amount of the infrared detection layer IDL can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE2 and the second voltage applied to the lower electrode SE2. As shown in Fig. 6, the infrared detection layer IDL includes a first infrared detection area 124-1, a second infrared detection area 124-2, a third infrared detection area 124-3, And an infrared detection area 124-4. The first infrared detection area 124-1, the second infrared detection area 124-2, the third infrared detection area 124-3, The second planar region 124-4 may be respectively disposed in the first planar region, the second planar region, the third planar region, and the fourth planar region of the
실시예에 따라, 단위 픽셀(122c)은 적외선, 제 1 가시광선 및 제 2 가시광선을 적외선 검출층(IDL), 제 1 가시광선 검출층(VDL1) 및 제 2 가시광선 검출층(VDL2)으로 가이드하는 마이크로 렌즈층(MLL)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 마이크로 렌즈층(MLL)은 복수의 마이크로 렌즈(ML)들을 포함하고, 적외선 검출층(IDL)의 상부에 적층될 수 있다. 다만, 단위 픽셀(122c)에서 적외선을 적외선 검출층(IDL)으로 가이드할 필요가 없는 경우, 마이크로 렌즈층(MLL)은 적외선 검출층(IDL)의 하부에 위치할 수도 있다. 이와 같이, 단위 픽셀(122c)은 제 1 및 제 2 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2)의 상부에 적외선 검출층(IDL)이 적층되는 구조를 가짐으로써, 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호를 상호 간의 크로스토크 없이 생성할 수 있다. 또한, 단위 픽셀(122c)이 적외선 검출층(IDL)과 제 1 및 제 2 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2)이 적층된 구조를 갖기 때문에, 적외선 검출층(IDL)의 존재가 제 1 및 제 2 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2)에 아무런 영향(예를 들어, 면적 감소 등)을 주지 않으므로, 이미지 센서(100)는 높은 해상도를 갖는 가시광선 이미지와 높은 해상도를 갖는 적외선 이미지를 생성할 수 있다. 한편, 도 6에서는 사람의 눈이 녹색에 가장 민감하게 반응한다는 시각 특성을 고려하여 녹색광 검출 영역(132-1, ..., 132-4)이 청색광 검출 영역(124-1, 124-4) 및 적색광 검출 영역(124-2, 124-3)의 2배의 면적을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 단위 픽셀(122c)의 구조가 도 6에 도시된 구조로 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 6에서는 제 1 및 제 2 전하 스토리지 소자들(SD1, SD2)이 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역에 분산되어 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 단위 픽셀(122c)의 제 1 평면 영역 내지 제 4 평면 영역 중에서 일부가 제 1 전하 스토리지 소자(SD1) 및/또는 제 2 전하 스토리지 소자(SD2)를 위한 전용 영역으로 할당될 수도 있다.According to the embodiment, the
도 8은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 또 다른 예를 나타내는 도면이고, 도 9는 도 8의 단위 픽셀을 D'-D" 선을 따라 절단한 단면도이다.FIG. 8 is a view showing another example of the unit pixel included in the image sensor of FIG. 1, and FIG. 9 is a sectional view of the unit pixel of FIG. 8 taken along line D'-D ".
도 8 및 도 9를 참조하면, 이미지 센서(100)에 포함된 단위 픽셀(122d)이 도시되어 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122d)은 제 1 가시광선 검출층(VDL1), 제 1 가시광선 검출층(VDL1)의 상부에 적층된 제 2 가시광선 검출층(VDL2), 제 2 가시광선 검출층(VDL2)의 상부에 적층된 제 3 가시광선 검출층(VDL3), 및 제 3 가시광선 검출층(VDL3)의 상부에 적층된 적외선 검출층(IDL)을 포함할 수 있다.8 and 9, a
제 1 가시광선 검출층(VDL1)은 실리콘층(SIL)의 상부에 적층될 수 있다. 실리콘층(SIL)과 제 1 가시광선 검출층(VDL1) 사이에는 절연층(BL1)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL1)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 제 1 가시광선 검출층(VDL1)은 상부 전극(FE1)과 하부 전극(SE1) 사이에 제 1 가시광선 검출 물질(RM)을 포함하고, 외부로부터 입사하는 제 1 가시광선을 제 1 가시광선 검출 물질(RM)을 이용하여 제 1 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제 1 가시광선 검출 물질(RM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE1)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE1)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 제 1 가시광선 검출층(VDL1)의 가시광선 흡수량이 조절될 수 있다. 제 2 가시광선 검출층(VDL2)은 제 1 가시광선 검출층(VDL1)의 상부에 적층될 수 있다. 제 1 가시광선 검출층(VDL1)과 제 2 가시광선 검출층(VDL2) 사이에는 절연층(BL2)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL2)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 제 2 가시광선 검출층(VDL2)은 상부 전극(FE2)과 하부 전극(SE2) 사이에 제 2 가시광선 검출 물질(BM)을 포함하고, 외부로부터 입사하는 제 2 가시광선을 제 2 가시광선 검출 물질(BM)을 이용하여 제 2 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제 2 가시광선 검출 물질(BM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE2)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE2)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 제 2 가시광선 검출층(VDL2)의 가시광선 흡수량이 조절될 수 있다. 제 3 가시광선 검출층(VDL3)은 제 2 가시광선 검출층(VDL2)의 상부에 적층될 수 있다. 제 2 가시광선 검출층(VDL2)과 제 3 가시광선 검출층(VDL3) 사이에는 절연층(BL3)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL3)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 제 3 가시광선 검출층(VDL3)은 상부 전극(FE3)과 하부 전극(SE3) 사이에 제 3 가시광선 검출 물질(GM)을 포함하고, 외부로부터 입사하는 제 3 가시광선을 제 3 가시광선 검출 물질(GM)을 이용하여 제 3 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제 3 가시광선 검출 물질(GM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE3)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE3)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 제 3 가시광선 검출층(VDL3)의 가시광선 흡수량이 조절될 수 있다. 이와 같이, 단위 픽셀(122d)에서는 제 1 내지 제 3 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2, VDL3)이 광전 변환 소자가 아닌 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 이용하여 제 1 내지 제 3 가시광선들을 각각 검출할 수 있다.The first visible light detection layer VDL1 may be stacked on top of the silicon layer SIL. An insulating layer BL1 may be disposed between the silicon layer SIL and the first visible light detection layer VDL1. For example, the insulating layer BL1 may include an oxide or may include an oxide and a nitride. The first visible light detection layer VDL1 includes a first visible light detection material RM between the upper electrode FE1 and the lower electrode SE1 and the first visible light incident from the outside is referred to as a first visible light detection Can be converted to the first charge using the material RM. For example, the first visible light detection material RM may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the visible light absorption amount of the first visible light detection layer VDL1 can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE1 and the second voltage applied to the lower electrode SE1 . The second visible light detection layer (VDL2) may be laminated on the first visible light detection layer (VDL1). An insulating layer BL2 may be disposed between the first visible light detection layer VDL1 and the second visible light detection layer VDL2. For example, the insulating layer BL2 may include an oxide or may include an oxide and a nitride. The second visible light detection layer VDL2 includes a second visible light detection material BM between the upper electrode FE2 and the lower electrode SE2 and a second visible light incident from the outside is referred to as a second visible light detection Can be converted into a second charge using a material (BM). For example, the second visible light detecting material (BM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the visible light absorption amount of the second visible light detection layer VDL2 can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE2 and the second voltage applied to the lower electrode SE2 . And the third visible light detection layer VDL3 may be laminated on the second visible light detection layer VDL2. An insulating layer BL3 may be disposed between the second visible light detection layer VDL2 and the third visible light detection layer VDL3. For example, the insulating layer BL3 may include an oxide or may include an oxide and a nitride. The third visible light detection layer VDL3 includes a third visible light detection material GM between the upper electrode FE3 and the lower electrode SE3 and the third visible light incident from the outside is referred to as a third visible light detection Can be converted to a third charge using a material (GM). For example, the third visible light detection material (GM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the visible light absorption amount of the third visible light detection layer VDL3 can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE3 and the second voltage applied to the lower electrode SE3 . As described above, in the
적외선 검출층(IDL)은 제 3 가시광선 검출층(VDL3)의 상부에 적층될 수 있다. 제 3 가시광선 검출층(VDL3)과 적외선 검출층(IDL) 사이에는 절연층(BL4)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(BL4)은 산화물을 포함하거나 또는 산화물과 질화물을 포함할 수 있다. 적외선 검출층(IDL)은 상부 전극(FE4)과 하부 전극(SE4) 사이에 적외선 검출 물질(IRM)을 포함하며, 외부로부터 입사하는 적외선을 적외선 검출 물질(IRM)을 이용하여 제 4 전하로 변환할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질(IRM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상부 전극(FE4)에 인가되는 제 1 전압과 하부 전극(SE4)에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스에 기초하여 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량이 조절될 수 있다. 한편, 실리콘층(SIL)은 제 1 가시광선 검출층(VDL1)에 전기적으로 연결된 제 1 전하 스토리지 소자(SD1), 제 1 가시광선 검출층(VDL1)을 관통하여 제 2 가시광선 검출층(VDL2)에 전기적으로 연결된 제 2 전하 스토리지 소자(SD2), 제 1 가시광선 검출층(VDL1)과 제 2 가시광선 검출층(VDL2)을 관통하여 제 3 가시광선 검출층(VDL3)에 전기적으로 연결된 제 3 전하 스토리지 소자(SD3) 및 제 1 가시광선 검출층(VDL1), 제 2 가시광선 검출층(VDL2) 및 제 3 가시광선 검출층(VDL3)을 관통하여 적외선 검출층(IDL)에 전기적으로 연결된 제 4 전하 스토리지 소자(SD4)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 전하 스토리지 소자들(SD1, SD2, SD3, SD4)는 각각 p형 실리콘 영역(SM) 내의 n+형 도핑 영역일 수 있다.The infrared detection layer (IDL) may be laminated on the third visible light detection layer (VDL3). An insulating layer BL4 may be disposed between the third visible light detection layer VDL3 and the infrared detection layer IDL. For example, the insulating layer BL4 may include oxides or may include oxides and nitrides. The infrared detecting layer IDL includes an infrared detecting material IRM between the upper electrode FE4 and the lower electrode SE4 and converts infrared rays incident from the outside into a fourth electric charge by using an infrared detecting material IRM can do. For example, an infrared detection material (IRM) may comprise an organic material, a quantum dot or a Group 3-5 compound. At this time, the infrared absorption amount of the infrared detection layer IDL can be adjusted based on the bias by the first voltage applied to the upper electrode FE4 and the second voltage applied to the lower electrode SE4. The silicon layer SIL includes a first charge storage element SD1 electrically connected to the first visible light detection layer VDL1 and a second charge storage element SD1 electrically connected to the second visible light detection layer VDL1 through the first visible light detection layer VDL1. A second charge storage element SD2 electrically connected to the third visible light detection layer VDL3 through the first visible light detection layer VDL1 and the second visible light detection layer VDL2, 3 electrically connected to the infrared detection layer IDL through the charge storage element SD3 and the first visible light detection layer VDL1, the second visible light detection layer VDL2 and the third visible light detection layer VDL3 And a fourth charge storage element SD4. For example, the first to fourth charge storage elements SD1, SD2, SD3, SD4 may be n + type doped regions in the p-type silicon region SM, respectively.
실시예에 따라, 단위 픽셀(122d)은 적외선, 제 1 가시광선, 제 2 가시광선 및 제 3 가시광선을 적외선 검출층(IDL), 제 1 가시광선 검출층(VDL1), 제 2 가시광선 검출층(VDL2) 및 제 3 가시광선 검출층(VDL3)으로 가이드하는 마이크로 렌즈층(MLL)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 마이크로 렌즈층(MLL)은 복수의 마이크로 렌즈(ML)들을 포함하고, 적외선 검출층(IDL)의 상부에 적층될 수 있다. 다만, 단위 픽셀(122d)에서 적외선을 적외선 검출층(IDL)으로 가이드할 필요가 없는 경우, 마이크로 렌즈층(MLL)은 적외선 검출층(IDL)의 하부에 위치할 수도 있다. 이와 같이, 단위 픽셀(122d)은 제 1 내지 제 3 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2, VDL3)의 상부에 적외선 검출층(IDL)이 적층되는 구조를 가짐으로써, 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호를 상호 간의 크로스토크 없이 생성할 수 있다. 또한, 단위 픽셀(122d)이 적외선 검출층(IDL)과 제 1 내지 제 3 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2, VDL3)이 적층된 구조를 갖기 때문에, 적외선 검출층(IDL)의 존재가 제 1 내지 제 3 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2, VDL3)에 아무런 영향(예를 들어, 면적 감소 등)을 주지 않으므로, 이미지 센서(100)는 높은 해상도의 가시광선 이미지 신호와 높은 해상도의 적외선 이미지를 생성할 수 있다. 한편, 도 9에서는 제 1 내지 제 3 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2, VDL3)이 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 이용하여 제 1 내지 제 3 가시광선들을 각각 검출하는 것으로 도시되어 있으나, 실시예에 따라, 제 1 내지 제 3 가시광선 검출층들(VDL1, VDL2, VDL3) 중에서 일부는 컬러 필터층을 포함함으로써 실리콘층에 형성된 광전 변환 소자를 이용하여 제 1 내지 제 3 가시광선들을 검출할 수도 있다.According to an embodiment, the
도 10a는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀 내부의 서브 픽셀을 나타내는 회로도이다.10A is a circuit diagram showing subpixels in a unit pixel included in the image sensor of FIG.
도 10a를 참조하면, 단위 픽셀(122) 내부의 서브 픽셀(200)(즉, 적외선 검출 픽셀 및 가시광선 검출 픽셀)은 광전 변환부(LECD) 및 복수의 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)을 포함할 수 있다. 서브 픽셀(200)은 트랜지스터들의 개수에 따라 1-트랜지스터 구조, 3-트랜지스터 구조, 4-트랜지스터 구조 또는 5-트랜지스터 구조를 가질 수 있는데, 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에서는 서브 픽셀(200)이 4-트랜지스터 구조를 갖는 것으로 설명하기로 한다.10A, a sub-pixel 200 (i.e., an infrared detection pixel and a visible light detection pixel) within a
복수의 트랜지스터들(TX, RX, DX, SX)은 전달 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 센싱 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함할 수 있다. 또한, 전달 트랜지스터(TX)의 제 2 단자에 커패시터(미도시)에 의해 플로팅 확산 노드(FD)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 전달 트랜지스터(TX)는 게이트 단자에 전달 신호(TG)가 입력되고, 제 1 단자에 광전 변환부(LECD)가 연결되며, 제 2 단자에 플로팅 확산 노드(FD)가 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)는 게이트 단자에 리셋 신호(RS)가 입력되고, 제 1 단자가 플로팅 확산 노드(FD)에 연결되며, 제 2 단자가 고전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 센싱 트랜지스터(DX)는 게이트 단자가 플로팅 확산 노드(FD)에 연결되고, 제 1 단자가 선택 트랜지스터(SX)의 제 2 단자에 연결되며, 제 2 단자가 고전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)는 게이트 단자에 로우 선택 신호(SEL)가 입력되고, 제 1 단자는 출력단(OUT)에 연결되며, 제 2 단자가 센싱 트랜지스터(DX)의 제 1 단자에 연결될 수 있다. 광전 변환부(LECD)는 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀인 경우 광전 변환 소자(예를 들어, 포토다이오드)에 상응할 수 있고, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀인 경우 적외선 검출층 및 그와 전기적으로 연결된 전하 스토리지 소자에 상응할 수 있다. 한편, 광전 변환부(LECD)는 전달 트랜지스터(TX)와 저전원 전압(GND) 사이에 위치할 수 있다.The plurality of transistors TX, RX, DX and SX may comprise a transfer transistor TX, a reset transistor RX, a sensing transistor DX and a selection transistor SX. Further, a floating diffusion node FD may be formed by a capacitor (not shown) at a second terminal of the transfer transistor TX. Specifically, the transfer transistor TX has a gate terminal to which a transfer signal TG is input, a first terminal to which a photoelectric conversion section LECD is connected, and a second terminal to which a floating diffusion node FD is connected. The reset transistor RX has a gate terminal connected to a reset signal RS and a first terminal connected to the floating diffusion node FD and a second terminal connected to the high voltage VDD. The sensing transistor DX may have a gate terminal connected to the floating diffusion node FD and a first terminal connected to the second terminal of the selection transistor SX and a second terminal connected to the high voltage VDD . The selection transistor SX may have a row selection signal SEL input to its gate terminal, a first terminal connected to the output terminal OUT and a second terminal connected to the first terminal of the sensing transistor DX. The photoelectric conversion unit LECD may correspond to a photoelectric conversion element (for example, a photodiode) when the
서브 픽셀(200)의 동작을 살펴보면, 광전 변환부(LECD)는 가시광선 또는 적외선을 전하로 변환하여 축적할 수 있다. 전달 트랜지스터(TX)는 게이트 단자로 입력되는 전달 신호(TG)에 기초하여 턴온됨으로써, 상기 축적된 전하를 플로팅 확산 노드(FD)로 전달할 수 있다. 이 때, 리셋 트랜지스터(RX)는 턴오프 상태를 유지하고, 상기 축적된 전하에 의해 플로팅 확산 노드(FD)의 전위 즉, 센싱 트랜지스터(DX)의 게이트 전위가 변할 수 있다. 센싱 트랜지스터(DX)의 게이트 전위의 변화는 센싱 트랜지스터(DX)의 제 1 단자 또는 선택 트랜지스터(SX)의 제 2 단자의 바이어스를 변화시키고, 선택 트랜지스터(SX)의 게이트 단자에 로우 선택 신호(SEL)가 입력되면 상기 축적된 전하에 상응하는 전기적 신호가 출력단(OUT)으로 출력될 수 있다. 상기 축적된 전하에 상응하는 전기적 신호가 출력된 이후에 리셋 신호(RS)에 기초하여 리셋 트랜지스터(RX)가 턴온될 수 있고, 그에 의해 플로팅 확산 노드(FD)가 초기화될 수 있다. 다만, 서브 픽셀(200)의 구조 및 동작은 예시적인 것으로서, 이미지 센서(100)에 요구되는 조건에 따라, 서브 픽셀(200)의 구조 및 동작은 다양하게 변경될 수 있다.In operation of the sub-pixel 200, the photoelectric conversion unit LECD can convert visible light or infrared light into electric charges and accumulate them. The transfer transistor TX can be turned on based on the transfer signal TG input to the gate terminal, thereby transferring the accumulated charge to the floating diffusion node FD. At this time, the reset transistor RX maintains the turn-off state, and the potential of the floating diffusion node FD, that is, the gate potential of the sensing transistor DX, can be changed by the accumulated charge. The change in the gate potential of the sensing transistor DX changes the bias of the first terminal of the sensing transistor DX or the second terminal of the selection transistor SX and changes the bias of the row selection signal SEL The electrical signal corresponding to the accumulated charge can be output to the output terminal OUT. The reset transistor RX can be turned on based on the reset signal RS after the electric signal corresponding to the accumulated charge is outputted, thereby enabling the floating diffusion node FD to be initialized. However, the structure and operation of the
한편, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀이냐 또는 가시광선 검출 픽셀이냐에 따라 서브 픽셀(200)의 동작은 상이할 수 있다. 예를 들어, 서브 픽셀(200)의 동작에서 전달 트랜지스터(TX)의 동작이 생략될 수 있다. 구체적으로, 서브 픽셀(200)은 전달 트랜지스터(TX)가 턴온 또는 턴오프되는 동작을 포함하는 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수도 있고, 전달 트랜지스터(TX)가 항상 턴온된 상태로 동작하는 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수도 있다. 일 실시예에서, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀인 경우 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동되고, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀인 경우 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀인 경우 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동되고, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀인 경우 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀인 경우 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동되고, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀인 경우 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀인 경우 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동되고, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀인 경우 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다.On the other hand, the operation of the
도 10b는 도 10a의 서브 픽셀이 가시광선 검출 픽셀인 일 예를 나타내는 단면도이고, 도 10c는 도 10a의 서브 픽셀이 적외선 검출 픽셀인 일 예를 나타내는 단면도이다.10B is a cross-sectional view showing an example in which the subpixel in FIG. 10A is a visible light detection pixel, and FIG. 10C is a sectional view showing an example in which the subpixel in FIG. 10A is an infrared detection pixel.
도 10b 및 도 10c를 참조하면, 서브 픽셀(200)에서 p형 실리콘 영역에 상응하는 반도체 기판(280)의 소자 격리 영역에 소자 격리층들(210a, 210b)이 형성됨으로써 활성 영역이 정의될 수 있다. 일 실시예에서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀인 경우, 반도체 기판(280)에 광전 변환 소자(PD)(예를 들어, 포토다이오드)가 형성될 수 있다. 이 경우, 광전 변환 소자(PD)는 n형 도핑 영역(263)과 p형 도핑 영역(264)으로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 서브 픽셀(200)이 적외선 검출 픽셀인 경우, 반도체 기판(280)에 전하 스토리지 소자(SD)가 형성될 수 있다. 이 경우, 전하 스토리지 소자(SD)는 n+형 도핑 영역으로 구성될 수 있고, 단위 픽셀(122)의 적외선 검출층(IDL)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 광전 변환 소자(PD) 또는 전하 스토리지 소자(SD)로부터 일정 거리만큼 이격된 위치에 상기 축적된 전하를 센싱하기 위한 플로팅 확산 노드(FD)인 제 1 n+형 도핑 영역(265)이 형성될 수 있다. 광전 변환 소자(PD) 또는 전하 스토리지 소자(SD)와 제 1 n+형 도핑 영역(265) 사이의 반도체 기판(280)의 상부에는 전달 트랜지스터(TX)의 게이트 단자가 형성될 수 있고, 제 1 n+형 도핑 영역(265)과 제 2 n+형 도핑 영역(267) 사이의 반도체 기판(280)의 상부에는 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트 단자가 형성될 수 있다. 나아가, 제 2 n+형 도핑 영역(267)과 제 3 n+형 도핑 영역(269) 사이의 반도체 기판(280)의 상부에는 센싱 트랜지스터(DX)의 게이트 단자가 형성될 수 있고, 제 3 n+형 도핑 영역(269)과 제 4 n+형 도핑 영역(271) 사이의 반도체 기판(280)의 상부에는 선택 트랜지스터(SX)의 게이트 단자가 형성될 수 있다. 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 전달 트랜지스터(TX)의 게이트 단자에는 전달 신호(TG)가 입력될 수 있고, 리셋 트랜지스터(RX)의 게이트 단자에는 리셋 신호(RS)가 입력될 수 있다. 센싱 트랜지스터(DX)의 게이트 단자는 플로팅 확산 노드(FD)인 제 1 n+형 도핑 영역(265)과 연결될 수 있고, 선택 트랜지스터(SX)의 게이트 단자에는 로우 선택 신호(SEL)가 입력될 수 있다.10B and 10C,
도 11은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀이 제 1 전기적 신호와 제 2 전기적 신호를 생성하는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 12는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀에서 서브 픽셀들이 신호 생성 회로를 각각 구비하는 일 예를 나타내는 회로도이다.FIG. 11 is a flowchart showing an example in which a unit pixel included in the image sensor of FIG. 1 generates a first electrical signal and a second electrical signal. FIG. And a signal generating circuit, respectively.
도 11 및 도 12를 참조하면, 단위 픽셀(122)의 서브 픽셀(200)들 즉, 가시광선 검출 픽셀(220)과 적외선 검출 픽셀(240)은 각각 신호 생성 회로를 포함할 수 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122)이 가시광선과 적외선에 노출되면, 가시광선 검출 픽셀(220)과 적외선 검출 픽셀(240)은 가시광선과 적외선을 각각 검출(S120)할 수 있다. 이후, 가시광선 검출 픽셀(220)은 검출된 가시광선에 상응하는 제 1 전기적 신호를 출력(S140)할 수 있고, 적외선 검출 픽셀(240)은 검출된 적외선에 상응하는 제 2 전기적 신호를 출력(S160)할 수 있다. 이 때, 가시광선 검출 픽셀(220)과 적외선 검출 픽셀(240)이 각각 신호 생성 회로를 포함하기 때문에, 가시광선 검출 픽셀(220)과 적외선 검출 픽셀(240)은 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호와 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 동시에 또는 순차적으로 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀(220)이냐 또는 적외선 검출 픽셀(240)이냐에 따라 서브 픽셀(200)의 동작에서 전달 트랜지스터(TX1, TX2)의 동작이 생략될 수 있다. 일 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(220)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(240)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(220)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(240)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(220)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(240)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(220)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(240)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다.11 and 12, the
도 13은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀이 제 1 전기적 신호와 제 2 전기적 신호를 생성하는 다른 예를 나타내는 순서도이고, 도 14는 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀에서 서브 픽셀들이 신호 생성 회로를 공유하는 일 예를 나타내는 회로도이다.FIG. 13 is a flowchart showing another example in which a unit pixel included in the image sensor of FIG. 1 generates a first electrical signal and a second electrical signal. FIG. And a signal generating circuit are shared.
도 13 및 도 14를 참조하면, 단위 픽셀(122)의 서브 픽셀(200)들 즉, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)과 적외선 검출 픽셀(242, 262)이 신호 생성 회로(262)를 공유할 수 있다. 구체적으로, 단위 픽셀(122)이 가시광선과 적외선에 노출되면, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)과 적외선 검출 픽셀(242, 262)은 가시광선과 적외선을 각각 검출(S220)할 수 있다. 이후, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)은 검출된 가시광선에 상응하는 제 1 전기적 신호를 출력(S240)하면, 적외선 검출 픽셀(242, 262)이 검출된 적외선에 상응하는 제 2 전기적 신호를 출력(S260)할 수 있다. 이 때, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)과 적외선 검출 픽셀(242, 262)이 신호 생성 회로(262)를 공유하기 때문에, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)과 적외선 검출 픽셀(242, 262)은 가시광선이 변환된 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호와 적외선이 변환된 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 순차적으로 생성할 수 있다. 한편, 상기에서는 가시광선 검출 픽셀(222, 262)이 검출된 가시광선에 상응하는 제 1 전기적 신호를 출력(S240)한 이후에, 적외선 검출 픽셀(242, 262)이 검출된 적외선에 상응하는 제 2 전기적 신호를 출력(S260)하는 것으로 설명하였으나, 적외선 검출 픽셀(242, 262)이 검출된 적외선에 상응하는 제 2 전기적 신호를 출력(S260)한 이후에, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)이 검출된 가시광선에 상응하는 제 1 전기적 신호를 출력(S240)할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 서브 픽셀(200)이 가시광선 검출 픽셀(222, 262)이냐 또는 적외선 검출 픽셀(242, 262)이냐에 따라 서브 픽셀(200)의 동작에서 전달 트랜지스터(TX1, TX2)의 동작은 생략될 수 있다. 일 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(242, 262)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(242, 262)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)은 소위 4-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(242, 262)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가시광선 검출 픽셀(222, 262)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동되고, 적외선 검출 픽셀(242, 262)은 소위 3-트랜지스터 동작으로 구동될 수 있다.13 and 14, the
도 15는 도 1의 이미지 센서의 동작 모드를 나타내는 도면이고, 도 16은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀 내부의 적외선 검출 픽셀에 바이어스가 인가되는 일 예를 나타내는 도면이며, 도 17은 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀 내부의 적외선 검출 픽셀에 인가되는 바이어스에 기초하여 적외선 흡수량(또는, 적외선 수광량)이 조절되는 일 예를 나타내는 그래프이다.FIG. 15 is a view showing an operation mode of the image sensor of FIG. 1, FIG. 16 is a diagram showing an example in which a bias is applied to an infrared detection pixel in a unit pixel included in the image sensor of FIG. 1, (Or infrared light receiving amount) is adjusted based on a bias applied to an infrared detection pixel inside a unit pixel included in the image sensor of FIG.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 이미지 센서(100)는 싱글 모드(320) 또는 듀얼 모드(340)로 동작할 수 있다. 구체적으로, 이미지 센서(100)가 싱글 모드(320)로 동작한다는 것은 이미지 센서(100)가 가시광선 영역에서의 이미지 신호에만 기초하여 컬러 이미지(즉, 가시광선 이미지)를 생성한다는 것을 의미하고, 이미지 센서(100)가 듀얼 모드(340)로 동작한다는 것은 이미지 센서(100)가 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지(즉, 가시광선 이미지)를 생성한다는 것을 의미한다. 따라서, 이미지 센서(100)의 싱글 모드(320)에서는 단위 픽셀(122)의 가시광선 검출 픽셀이 활성화(즉, 가시광선을 검출)될 수 있고, 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀은 비활성화(즉, 적외선을 검출하지 않음)될 수 있다. 반면에, 이미지 센서(100)의 듀얼 모드(340)에서는 단위 픽셀(122)의 가시광선 검출 픽셀이 활성화(즉, 가시광선을 검출)될 수 있고, 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀도 활성화(즉, 적외선을 검출)될 수 있다.15 to 17, the
단위 픽셀(122)은 외부로부터 컬러 필터층(CFL)을 통해 입사하는 가시광선을 실리콘층에 형성된 광전 변환 소자를 이용하여 제 1 전하로 변환하고, 제 1 전하의 축적량에 상응하는 제 1 전기적 신호를 생성하는 가시광선 검출 픽셀, 및 외부로부터 입사하는 적외선을 상부 전극(FE)과 하부 전극(SE) 사이에 적외선 검출 물질(IRM)을 포함하는 적외선 검출층(IDL)을 이용하여 제 2 전하로 변환하고, 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하는 적외선 검출 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출 물질(IRM)은 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 도 16에 도시된 바와 같이, 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량은 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)에 기초하여 조절될 수 있고, 그에 따라 적외선 검출 픽셀의 감도가 조절될 수 있다. 한편, 가시광선 검출 픽셀은 단위 픽셀(122) 내에서 베이어 패턴 형태로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 단위 픽셀(122) 내에서 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀은 서로 이웃하여 배치될 수 있다. 즉, 가시광선 검출 픽셀로만 이루어진 종래의 단위 픽셀(즉, R-G-G-B 서브 픽셀 조합)에서 하나의 가시광선 검출 픽셀(예를 들어, G 서브 픽셀)을 적외선 검출 픽셀로 대체한 구조일 수 있다. 다른 실시예에서, 단위 픽셀(122) 내에서 적외선 검출 픽셀은 가시광선 검출 픽셀의 상부에 적층되어 배치될 수 있다. 즉, 가시광선 검출 픽셀로만 이루어진 종래의 단위 픽셀(즉, R-G-G-B 서브 픽셀 조합)에서 적외선 검출 픽셀이 가시광선 검출 픽셀의 상부에 삽입된 구조일 수 있다. 이 경우, 적외선 검출 픽셀은 가시광선 검출 픽셀의 상부에 적층되어 배치되기 때문에 가시광선 검출 픽셀을 위한 적외선 차단 필터로서 동작할 수 있다.The
도 17에 도시된 바와 같이, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 기 설정된 모드 전환 기준치(PMCV)보다 크면, 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀은 활성화(즉, ON-STATE로 표시)될 수 있고, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 기 설정된 모드 전환 기준치(PMCV) 이하이면, 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀은 비활성화(즉, OFF-STATE로 표시)될 수 있다. 따라서, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 기 설정된 모드 전환 기준치(PMCV) 이하인 경우, 이미지 센서(100)는 가시광선 검출 픽셀에 의해 검출된 가시광선에만 기초하여 컬러 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 이미지 센서(100)가 싱글 모드(320)로 동작하는 것이다. 반면에, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 기 설정된 모드 전환 기준치(PMCV)보다 큰 경우, 이미지 센서(100)가 가시광선 검출 픽셀에 의해 검출된 가시광선 및 적외선 검출 픽셀에 의해 검출된 적외선에 기초하여 컬러 이미지를 생성할 수 있다. 즉, 이미지 센서(100)가 듀얼 모드(340)로 동작하는 것이다. 특히, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 기 설정된 모드 전환 기준치(PMCV)보다 큰 경우, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 클수록 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량은 많아지고, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)가 작을수록 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량은 작아진다. 따라서, 이미지 센서(100)가 듀얼 모드(320)로 동작할 때에는, 이미지 센서(100)에 요구되는 조건(예를 들어, 외부 조도 등)에 따라, 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량(즉, 적외선 검출 픽셀의 감도)이 조절(즉, ADJUSTABLE로 표시)될 수 있다.The bias voltage BIAS applied by the first voltage V1 applied to the upper electrode FE and the second voltage V2 applied to the lower electrode SE may be set to a predetermined mode switching reference value The infrared detection pixel of the
이와 같이, 종래의 단위 픽셀은 적외선 검출 픽셀을 위한 적외선 통과 필터(IR pass filter)를 구비하는 구조를 가졌기 때문에, 적외선 통과 필터의 적외선 투과율을 조절할 수 없었다. 즉, 종래의 단위 픽셀은 적외선 검출 픽셀의 감도를 조절하거나 또는 적외선 검출 픽셀을 활성화 및 비활성화시킬 수 없었다. 반면에, 단위 픽셀(122)에서는 적외선 검출 픽셀이 상부 전극(FE)과 하부 전극(SE) 사이에 적외선 검출 물질(IRM)(즉, 유기 물질, 양자점 또는 3-5족 화합물)을 포함한 적외선 검출층(IDL)을 포함하기 때문에, 상부 전극(FE)에 인가되는 제 1 전압(V1)과 하부 전극(SE)에 인가되는 제 2 전압(V2)에 의한 바이어스(BIAS)를 조절함으로써 적외선 검출 픽셀의 감도를 조절하거나 또는 적외선 검출 픽셀을 활성화 및 비활성화시키는 것이 가능하다. 따라서, 단위 픽셀(122)은 컬러 이미지(즉, 가시광선 이미지)를 생성함에 있어 적외선 정보(즉, 적외선 영역에서의 이미지 신호)까지 이용함으로써 혼색, 노이즈 등이 개선된 컬러 이미지를 얻을 수 있다. 예를 들어, 외부 조도가 상대적으로 높은 경우(예를 들어, 야외 또는 낮)에는 적외선 검출 픽셀을 비활성화시킴으로써 가시광선 영역에서의 이미지 신호만으로 고품질의 컬러 이미지를 얻을 수 있고, 외부 조도가 상대적으로 낮은 경우(예를 들어, 실내 또는 밤)에는 적외선 검출 픽셀을 활성화시킴으로써 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호에 기초하여 고품질의 컬러 이미지를 얻을 수 있다. 이 때, 적외선 검출 픽셀 내부의 적외선 검출층(IDL)의 적외선 흡수량을 조절(즉, ADJUSTABLE로 표시)하는 방식으로 적외선 검출 픽셀의 감도까지 조절할 수 있다. 한편, 상기에서는 컬러 이미지를 생성하기 위한 이미지 센서(100)의 싱글 모드(320)와 듀얼 모드(340)를 설명하였으나, 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 바와 같이, 이미지 센서(100)는 기본적으로 컬러 이미지와 적외선 이미지를 각각 생성하는 개별 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(100)가 개별 모드로 동작하는 경우, 적외선 촬상 시(예를 들어, 홍채 인식 등)에는 적외선 검출 픽셀을 활성화시켜 적외선 이미지를 생성하고, 일반 촬상 시에는 적외선 검출 픽셀을 비활성화시켜 적외선 이미지를 생성하지 않을 수 있다.As described above, since the conventional unit pixel has the structure including the IR pass filter for the infrared detection pixel, the infrared transmittance of the infrared pass filter can not be controlled. That is, conventional unit pixels can not adjust the sensitivity of the infrared detection pixels or activate and deactivate the infrared detection pixels. On the other hand, in the
도 18은 도 1의 이미지 센서가 외부 조도에 따라 동작 모드를 결정하는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 19 및 도 20은 이미지 센서의 듀얼 모드에서 도 1의 이미지 센서에 포함된 단위 픽셀의 감도가 향상되는 원리를 나타내는 그래프들이다.FIG. 18 is a flowchart showing an example in which the image sensor of FIG. 1 determines the operation mode according to the external illuminance, FIGS. 19 and 20 show the sensitivity of the unit pixel included in the image sensor of FIG. 1 in the dual mode of the image sensor These graphs show the principle of improvement.
도 18 내지 도 20을 참조하면, 이미지 센서(100)가 외부 조도에 따라 동작 모드를 결정하는 것이 도시되어 있다. 구체적으로, 이미지 센서(100)는 외부 조도를 측정(S310)한 후, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 큰 지 여부를 판단(S320)할 수 있다. 이 때, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 큰 경우, 이미지 센서(100)는 가시광선 영역에서의 이미지 신호에만 기초하여 컬러 이미지를 생성하는 싱글 모드로 동작(S330)할 수 있다. 즉, 이미지 센서(100)는 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀을 비활성화시킬 수 있다. 반면에, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 작은 경우, 이미지 센서(100)는 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지를 생성하는 듀얼 모드로 동작(S340)할 수 있다. 즉, 이미지 센서(100)는 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀을 활성화시킬 수 있다. 이후, 이미지 센서(100)는 가시광선 영역에서의 이미지 신호 또는 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지(즉, 가시광선 이미지)를 생성(S350)할 수 있다. 이와 같이, 이미지 센서(100)는 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 크면 적외선 검출 픽셀을 비활성화시키고, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 작으면(예를 들어, stray light) 적외선 검출 픽셀을 활성화시킴으로써 보다 선명한 컬러 이미지를 얻을 수 있다. 즉, 이미지 센서(100)는 외부 조도에 따라 적외선 검출 픽셀 내부의 적외선 검출층(IDL)에 인가되는 바이어스(BIAS)를 조절함으로써 최적의 촬상 조건을 확보할 수 있다.18 to 20, it is shown that the
한편, 도 19 및 도 20은 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 작을 때 이미지 센서(100)가 적외선 검출 픽셀을 활성화시킴으로써 보다 선명한 컬러 이미지를 얻는 원리를 보여주고 있다. 구체적으로, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 작으면 가시광선의 광량이 충분하지 않으므로, 가시광선 검출 픽셀에서 출력되는 이미지 신호(SPS)(즉, 가시광선 영역에서의 이미지 신호)는 상대적으로 약하다. 이 때, 이미지 센서(100)가 가시광선 영역에서의 이미지 신호(SPS)에만 기초하여 컬러 이미지를 생성하는 경우, 혼색, 노이즈 등에 의해 고품질의 컬러 이미지를 얻을 수 없다. 반면에, 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 작아서 가시광선의 광량이 충분하지 않더라도, 적외선 검출 픽셀에서 출력되는 이미지 신호(OPS)(즉, 적외선 영역에서의 이미지 신호)는 가시광선의 광량에 관계 없이 일정한 수준을 유지한다. 그러므로, 이미지 센서(100)가 가시광선 영역에서의 이미지 신호(SPS)와 적외선 영역에서의 이미지 신호(OPS)에 기초하여 컬러 이미지를 생성하면, 상기 이미지 신호들(SPS, OPS)의 합 즉, 최종 이미지 신호(OPS+SPS)가 상당히 강해지기 때문에, 혼색, 노이즈 등이 개선된 컬러 이미지를 얻을 수 있다. 이와 같이, 이미지 센서(100)는 외부 조도가 기 설정된 기준 조도보다 작으면, 적외선 검출 픽셀을 활성화시킴으로써, 단위 픽셀(122)의 감도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 이미지 센서(100)는 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀이 활성화된 상태에서 적외선 검출 픽셀의 적외선 검출층(IDL)에 인가되는 바이어스(BIAS)를 조절함으로써 단위 픽셀(122)의 감도까지 미세하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이, 단위 픽셀(122)의 적외선 검출 픽셀이 활성화된 상태에서 적외선 검출 픽셀의 적외선 검출층(IDL)에 인가되는 바이어스(BIAS)가 VA, VB, VC 순으로 증가함에 따라 적외선 검출 픽셀의 감도는 증가하고, 그에 따라 단위 픽셀(122)의 감도도 증가할 수 있다.Meanwhile, FIGS. 19 and 20 show the principle that the
도 21은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 위한 적외선 노이즈 제거 방법을 나타내는 순서도이고, 도 22는 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법이 적용되는 이미지 센서의 픽셀 어레이를 나타내는 도면이며, 도 23은 도 22의 픽셀 어레이에 포함된 단위 픽셀의 필터 구조를 나타내는 도면이다.FIG. 21 is a flowchart showing an infrared noise removing method for an image sensor according to embodiments of the present invention, FIG. 22 is a view showing a pixel array of an image sensor to which the infrared noise removing method of FIG. 21 is applied, 22 is a diagram showing a filter structure of a unit pixel included in the pixel array of Fig. 22. Fig.
도 21 내지 도 23을 참조하면, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 적외선 검출 픽셀(440)들과 가시광선 검출 픽셀(450)들의 상부에 듀얼 밴드 패스 필터(410)가 공통으로 위치하고, 적외선 검출 픽셀들(440)의 상부에는 가시광선 차단 필터(420)가 위치하며, 가시광선 검출 픽셀들(450)의 상부에는 적외선 차단 필터(430)가 위치하는 구성을 갖는 픽셀 어레이(400)에 적용될 수 있다. 구체적으로, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 적외선 검출 픽셀들(IRk)(단, k는 1이상의 정수)에서 적외선 성분들을 검출(S420)하고, 적외선 검출 픽셀들(IRk)에서 검출된 적외선 성분들에 대한 인터폴레이션(interpolation)에 기초하여 가시광선 검출 픽셀들(Ri, Bi, Gi)(단, i는 1이상의 정수)에서의 적외선 성분들을 계산(S440)하며, 상기 계산된 적외선 성분들에 보정 상수를 적용(S460)한 후, 가시광선 검출 픽셀들(Ri, Bi, Gi)에서 검출된 광 성분으로부터 상기 보정 상수 적용된 값을 감산(S480)할 수 있다. 이에, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 적외선 차단 필터(430)가 적외선 성분을 완벽하게 차단하지 못하여 가시광선 검출 픽셀(Ri, Bi, Gi)에서 검출된 광 성분에 섞여 있는 적외선 성분을 적외선 검출 픽셀(IRk)에서 출력되는 정보(즉, 적외선 영역에서의 이미지 신호)에 기초하여 정확하게 제거할 수 있다.21 to 23, in the infrared noise removing method of FIG. 21, the dual bandpass filter 410 is commonly located on the infrared light detecting pixels 440 and the visible light detecting pixels 450, May be applied to the
도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 적외선 검출 픽셀들(IRk)에서 적외선 성분들을 검출(S420)할 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 적외선 검출 픽셀들(440)의 상부에는 듀얼 밴드 패스 필터(410)와 가시광선 차단 필터(420)가 위치할 수 있다. 도 23에서는 듀얼 밴드 패스 필터(410)가 가시광선 차단 필터(420)의 상부에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 듀얼 밴드 패스 필터(410)는 가시광선 차단 필터(420)의 하부에 위치할 수도 있다. 즉, 듀얼 밴드 패스 필터(410)에 의해 입사광의 가시광선 성분과 적외선 성분이 통과된 후, 가시광선 차단 필터(420)에 의해 가시광선 성분이 차단될 수 있다. 따라서, 적외선 검출 픽셀(440)에는 적외선 성분만이 도달하게 되므로, 적외선 검출 픽셀(440)은 적외선 성분만을 정확하게 검출할 수 있다. 이후, 적외선 검출 픽셀들(IRk)에서 검출된 적외선 성분들에 대한 인터폴레이션에 기초하여 가시광선 검출 픽셀들(Ri, Bi, Gi)에서의 적외선 성분들을 계산(S440)할 수 있다. 예를 들어, 하나의 적외선 검출 픽셀(IR1)에서 검출된 적외선 성분과 다른 하나의 적외선 검출 픽셀(IR2)에서 검출된 적외선 성분에 대하여 인터폴레이션을 수행하는 경우, 상기 적외선 검출 픽셀들(IR1, IR2) 사이에 위치하는 가시광선 검출 픽셀(B1)에서의 적외선 성분이 계산될 수 있다. 일 실시예에서, 특정 가시광선 검출 픽셀(Ri, Bi, Gi)에서의 적외선 성분은 특정 가시광선 검출 픽셀(Ri, Bi, Gi)에 인접한 적외선 검출 픽셀들(IRk)에서 검출된 적외선 성분들에 대한 인터폴레이션으로 계산될 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 가시광선 검출 픽셀(Ri, Bi, Gi)에서의 적외선 성분은 특정 가시광선 검출 픽셀(Ri, Bi, Gi)으로부터 기 설정된 거리 내에 있는 적외선 검출 픽셀들(IRk)에서 검출된 적외선 성분들에 대한 인터폴레이션으로 계산될 수 있다. 다만, 이것은 예시적인 것으로서, 인터폴레이션을 수행하기 위한 범위 등은 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 상기 인터폴레이션이 수행될 때 커널링을 통한 노이즈 감소도 동시에 수행될 수 있다.The infrared noise removing method of FIG. 21 can detect infrared components in the infrared detecting pixels IRk (S420). 23, a dual bandpass filter 410 and a visible ray blocking filter 420 may be disposed on the infrared detecting pixels 440. [ Although the dual bandpass filter 410 is shown as being located above the visible light blocking filter 420 in Figure 23, the dual bandpass filter 410 may be located below the visible blocking filter 420 . That is, after the visible light component and the infrared component of the incident light are passed by the dual bandpass filter 410, the visible light component can be blocked by the visible light blocking filter 420. Therefore, only the infrared ray component reaches the infrared ray detection pixel 440, so that the infrared ray detection pixel 440 can accurately detect only the infrared ray component. Thereafter, infrared components in the visible light detection pixels Ri, Bi, Gi may be calculated (S440) based on the interpolation of the infrared components detected in the infrared detection pixels IRk. For example, when interpolation is performed on the infrared component detected in one infrared detection pixel IR1 and the infrared component detected in the other infrared detection pixel IR2, the infrared detection pixels IR1, The infrared component in the visible light detection pixel B1 located between the visible light detection pixel B1 and the visible light detection pixel B1 can be calculated. In one embodiment, the infrared component at a particular visible light detection pixel Ri, Bi, Gi may be applied to the infrared components detected at the infrared detection pixels IRk adjacent to the particular visible light detection pixel Ri, Bi, Can be calculated as the interpolation. In another embodiment, the infrared component in the specific visible light detection pixel Ri, Bi, Gi is detected in the infrared detection pixels IRk within a predetermined distance from the specific visible light detection pixel Ri, Bi, Gi Can be computed as an interpolation of the infrared components. However, this is an example, and the range for performing the interpolation may be variously changed. Also, according to the embodiment, noise reduction through kernel ring can be performed at the same time when the interpolation is performed.
다음, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 상기 계산된 적외선 성분들에 보정 상수를 적용(S460)할 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 가시광선 검출 픽셀들(450)의 상부에는 듀얼 밴드 패스 필터(410)와 적외선 차단 필터(430)가 위치할 수 있다. 도 23에서는 듀얼 밴드 패스 필터(410)가 적외선 차단 필터(430)의 상부에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 듀얼 밴드 패스 필터(410)는 적외선 차단 필터(430)의 하부에 위치할 수도 있다. 즉, 듀얼 밴드 패스 필터(410)에 의해 입사광의 가시광선 성분과 적외선 성분이 통과된 후, 적외선 차단 필터(430)에 의해 적외선 성분이 차단될 수 있다. 따라서, 가시광선 검출 픽셀(450)에는 가시광선 성분만이 도달하게 되므로, 가시광선 검출 픽셀(450)은 가시광선 성분만을 정확하게 검출할 수 있다. 그러나, 가시광선 차단 필터(420)는 가시광선 성분을 완벽하게 차단할 수 있는 반면, 적외선 차단 필터(430)는 적외선 성분을 완벽하게 차단할 수 없다. 따라서, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 적외선 차단 필터(430)는 적외선 성분을 완벽하게 차단하지 못한다는 것을 보상하기 위한 보정 상수를 상기 계산된 적외선 성분들에 적용하는 것이다.Next, the infrared noise removing method of FIG. 21 may apply a correction constant to the calculated infrared components (S460). 23, the dual band-pass filter 410 and the infrared cut-off filter 430 may be disposed on the upper portion of the visible light detection pixels 450. Although the dual bandpass filter 410 is shown as being located above the IR cut filter 430 in FIG. 23, the dual bandpass filter 410 may be located below the IR cut filter 430. That is, after the visible light component and the infrared component of the incident light are transmitted by the dual bandpass filter 410, the infrared component can be blocked by the infrared cut filter 430. Therefore, only the visible light component reaches the visible light detection pixel 450, so that the visible light detection pixel 450 can accurately detect only the visible light component. However, the visible light blocking filter 420 can completely block the visible light component, while the infrared blocking filter 430 can not completely block the infrared component. Therefore, the infrared noise removing method of FIG. 21 applies a correction constant to the calculated infrared components to compensate for the fact that the infrared cut filter 430 does not completely block the infrared component.
이후, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 가시광선 검출 픽셀들(Ri, Bi, Gi)에서 검출된 광 성분(즉, 가시광선 성분 및 적외선 차단 필터(430)가 적외선 성분을 완벽하게 차단하지 못하기 때문에 발생한 일부 적외선 성분)으로부터 상기 보정 상수 적용된 값(즉, 상기 일부 적외선 성분에 상응)을 감산(S480)할 수 있다. 이에, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 가시광선 검출 픽셀들(Ri, Bi, Gi)에서 검출된 광 성분에서 적외선 성분 즉, 적외선 노이즈를 정확하게 제거할 수 있다. 한편, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 아래 [수학식 1]로 표현될 수 있다.The infrared noise removing method of FIG. 21 further includes a step of removing the light component detected in the visible light detection pixels Ri, Bi, Gi (that is, visible light component and the infrared light blocking filter 430) (I.e., a part of the infrared component generated due to the correction factor) (S480). Thus, the infrared noise removing method of FIG. 21 can accurately remove the infrared component, that is, the infrared noise, from the light components detected by the visible light detecting pixels Ri, Bi, Gi. On the other hand, the infrared noise removing method of FIG. 21 can be expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
R = (R with IRrc) ?? [f(IRref)*coeff_r]R = (R with IRrc) ?? [f (IRref) * coeff_r]
G = (G with IRgc) ?? [f(IRref)*coeff_g]G = (G with IRgc) ?? [f (IRref) * coeff_g]
B = (B with IRbc) ?? [f(IRref)*coeff_b]B = (B with IRbc) ?? [f (IRref) * coeff_b]
(여기서, R, G 및 B는 적외선 노이즈가 제거된 적색광 성분, 적외선 노이즈가 제거된 녹색광 성분 및 적외선 노이즈가 제거된 청색광 성분이고, (R with IRrc), (G with IRgc) 및 (B with IRbc)는 적색광 검출 픽셀에서 검출된 광 성분, 녹색광 검출 픽셀에서 검출된 광 성분 및 청색광 검출 픽셀에서 검출된 광 성분이며, IRref는 적외선 검출 픽셀에서 검출된 적외선 성분이고, f는 적외선 검출 픽셀에서 검출된 적외선 성분에 대한 인터폴레이션 함수이며, coeff_r, coeff_g 및 coeff_b는 적색광 검출 픽셀을 위한 보정 상수, 녹색광 검출 픽셀을 위한 보정 상수 및 청색광 검출 픽셀을 위한 보정 상수이다.)(R with IRrc), (G with IRgc), and (B with IRbc), where R, G, and B are the red light component from which infrared noise is removed, the green light component from which infrared noise is removed, and the blue light component from which infrared noise is removed. ) Is a light component detected by the red light detecting pixel, a light component detected by the green light detecting pixel, and a light component detected by the blue light detecting pixel, IRref is the infrared component detected by the infrared detecting pixel, f is the infrared component detected by the infrared detecting pixel Coeff_r, coeff_g, and coeff_b are correction constants for the red light detection pixels, correction constants for the green light detection pixels, and correction constants for the blue light detection pixels).
이와 같이, 이미지 센서(100)가 가시광선 이미지와 적외선 이미지를 생성함에 있어서 가시광선 검출 픽셀(Ri, Bi, Gi)의 상부에 위치하는 적외선 차단 필터의 성능 문제로 인해 가시광선 이미지에 적외선 노이즈에 의한 혼색(IR contamination)이 발생할 수 있다. 그러므로, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법은 적외선 검출 픽셀(IRk)에서 출력되는 정보(즉, 적외선 영역에서의 이미지 신호)에 기초하여 가시광선 이미지에 영향을 주는 적외선 노이즈를 제거함으로써 적외선 성분의 크로스토크에 의한 혼색, 노이즈 등을 효과적으로 개선할 수 있다.In this way, when the
도 24는 도 23의 필터 구조에서 듀얼 밴드 패스 필터의 동작을 나타내는 그래프이고, 도 25a는 도 23의 필터 구조에서 가시광선 차단 필터의 동작을 나타내는 그래프이며, 도 25b는 도 23의 필터 구조에서 적외선 차단 필터의 동작을 나타내는 그래프이다.FIG. 24 is a graph showing the operation of the dual bandpass filter in the filter structure of FIG. 23, FIG. 25A is a graph showing the operation of the visible light blocking filter in the filter structure of FIG. 23, And Fig.
도 24 내지 도 25b를 참조하면, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법이 적용되는 픽셀 어레이(400)에 구비된 듀얼 밴드 패스 필터(410), 가시광선 차단 필터(420) 및 적외선 차단 필터(430)의 동작이 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 적외선 검출 픽셀들(440)의 상부에는 듀얼 밴드 패스 필터(410)와 가시광선 차단 필터(420)가 위치할 수 있다. 따라서, 도 24 및 도 25a에 도시된 바와 같이, 듀얼 밴드 패스 필터(410)에 의해 입사광의 가시광선 성분과 적외선 성분이 통과된 후, 가시광선 차단 필터(420)에 의해 가시광선 성분이 차단될 수 있다. 그 결과, 적외선 검출 픽셀(440)에는 적외선 성분만이 도달하게 될 수 있다. 또한, 가시광선 검출 픽셀들(450)의 상부에는 듀얼 밴드 패스 필터(410)와 적외선 차단 필터(430)가 위치할 수 있다. 따라서, 도 24 및 도 25b에 도시된 바와 같이, 듀얼 밴드 패스 필터(410)에 의해 입사광의 가시광선 성분과 적외선 성분이 통과된 후, 적외선 차단 필터(430)에 의해 적외선 성분이 차단될 수 있다. 그 결과, 가시광선 검출 픽셀(450)에는 가시광선 성분만이 도달하게 될 수 있다. 그러나, 도 25a 및 도 25b에 도시된 바와 같이, 가시광선 차단 필터(420)는 가시광선 성분을 완벽하게 차단할 수 있는 반면, 적외선 차단 필터(430)는 적외선 성분을 완벽하게 차단할 수 없다. 이러한 이유로, 도 21의 적외선 노이즈 제거 방법을 수행함에 있어서 적외선 차단 필터(430)가 적외선 성분을 완전하게 차단하지 못한다는 것(즉, MPT로 표시)을 보상하기 위한 보정 상수가 이용되는 것이다.24 to 25B, the dual bandpass filter 410, the visible light blocking filter 420, and the infrared blocking filter 430 included in the
도 26은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 기기를 나타내는 블록도이고, 도 27은 도 26의 전자 기기가 스마트폰으로 구현되는 일 예를 나타내는 도면이다.FIG. 26 is a block diagram illustrating an electronic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 27 is a diagram illustrating an example in which the electronic device of FIG. 26 is implemented as a smartphone.
도 26 및 도 27을 참조하면, 전자 기기(500)는 프로세서(510), 메모리 장치(520), 저장 장치(530), 입출력 장치(540), 파워 서플라이(550) 및 이미지 센서(560)를 포함할 수 있다. 이 때, 이미지 센서(560)는 도 1의 이미지 센서(100)에 상응할 수 있다. 나아가, 전자 기기(500)는 비디오 카드, 사운드 카드, 메모리 카드, USB 장치 등과 통신하거나, 또는 다른 전자 기기들과 통신할 수 있는 여러 포트(port)들을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 27에 도시된 바와 같이, 전자 기기(500)는 스마트폰으로 구현될 수 있다. 26 and 27, the
프로세서(510)는 특정 계산들 또는 태스크(task)들을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(510)는 마이크로프로세서(micro processor), 중앙 처리 장치(Central Processing Unit; CPU), 어플리케이션 프로세서(Application Processor; AP) 등일 수 있다. 프로세서(510)는 어드레스 버스(address bus), 제어 버스(control bus) 및 데이터 버스(data bus) 등을 통하여 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(510)는 주변 구성 요소 상호연결(Peripheral Component Interconnect; PCI) 버스와 같은 확장 버스에도 연결될 수 있다. 메모리 장치(520)는 전자 기기(500)의 동작에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(520)는 이피롬(Erasable Programmable Read-Only Memory; EPROM) 장치, 이이피롬(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory; EEPROM) 장치, 플래시 메모리 장치(flash memory device), 피램(Phase Change Random Access Memory; PRAM) 장치, 알램(Resistance Random Access Memory; RRAM) 장치, 엔에프지엠(Nano Floating Gate Memory; NFGM) 장치, 폴리머램(Polymer Random Access Memory; PoRAM) 장치, 엠램(Magnetic Random Access Memory; MRAM), 에프램(Ferroelectric Random Access Memory; FRAM) 장치 등과 같은 비휘발성 메모리 장치 및/또는 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM) 장치, 에스램(Static Random Access Memory; SRAM) 장치, 모바일 DRAM 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(530)는 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등을 포함할 수 있다.The
입출력 장치(540)는 키보드, 키패드, 터치패드, 터치스크린, 마우스 등과 같은 입력 수단, 및 디스플레이, 스피커, 프린터 등과 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(550)는 전자 기기(500)의 동작에 필요한 파워를 공급할 수 있다. 이미지 센서(560)는 상기 버스들 또는 다른 통신 링크를 통해서 다른 구성 요소들에 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 이미지 센서(560)는 가시광선 검출 픽셀과 적외선 검출 픽셀이 적층되어 배치되는 적층 구조를 가진 단위 픽셀들을 구비하는 픽셀 어레이, 픽셀 어레이로부터 출력되는 전기적 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터부, 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 프로세서부 및 픽셀 어레이, 아날로그-디지털 컨버터부 및 디지털 신호 프로세서부를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이 때, 단위 픽셀들 각각은 가시광선 검출층의 상부에 적외선 검출층이 적층되는 구조를 가질 수 있다. 그 결과, 단위 픽셀들 각각이 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역(예를 들어, 0.7ㅅm 이상의 파장 영역)에서의 이미지 신호를 상호 간의 크로스토크 없이 생성할 수 있으므로, 이미지 센서(560)는 고품질의 가시광선 이미지 및 고품질의 적외선 이미지를 생성할 수 있다. 다만, 이에 대해서는 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.The input /
상술한 바와 같이, 이미지 센서(560)는 기본적으로 컬러 이미지와 적외선 이미지를 각각 생성하는 개별 모드로 동작할 수 있다. 다만, 실시예에 따라, 이미지 센서(560)는 가시광선 영역에서의 이미지 신호에만 기초하여 컬러 이미지(즉, 가시광선 이미지)를 생성하는 싱글 모드로 동작하거나 또는, 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지를 생성하는 듀얼 모드로 동작할 수도 있다. 따라서, 이미지 센서(560)의 싱글 모드에서는 단위 픽셀 내부의 가시광선 검출 픽셀이 활성화되고, 단위 픽셀 내부의 적외선 검출 픽셀은 비활성화될 수 있다. 반면에, 이미지 센서(560)의 듀얼 모드에서는 단위 픽셀 내부의 가시광선 검출 픽셀이 활성화되고, 단위 픽셀 내부의 적외선 검출 픽셀도 활성화(즉, 적외선을 검출)될 수 있다. 또한, 이미지 센서(560)는 가시광선 영역에서의 이미지 신호와 적외선 영역에서의 이미지 신호에 기초하여 컬러 이미지를 생성하는 듀얼 모드로 동작함에 있어서, 적외선 검출 픽셀에 포함된 적외선 검출층의 적외선 흡수량을 조절함으로써, 적외선 검출 픽셀의 감도까지 조절할 수 있다. 또한, 이미지 센서(560)는 가시광선 이미지와 적외선 이미지를 생성함에 있어서 가시광선 검출 픽셀의 상부에 위치하는 적외선 차단 필터의 성능 문제로 인해 가시광선 이미지에 적외선 노이즈에 의한 혼색이 발생하는 문제점을 해결하기 위하여, 적외선 검출 픽셀에서 출력되는 정보(즉, 적외선 영역에서의 이미지 신호)에 기초하여 가시광선 이미지에 영향을 주는 적외선 노이즈를 제거함으로써 적외선 성분의 크로스토크에 의한 혼색, 노이즈 등을 효과적으로 개선할 수 있다. 다만, 이에 대해서도 상술한 바 있으므로, 그에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.As described above, the
한편, 이미지 센서(560)는 다양한 형태들의 패키지로 구현될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(560)의 적어도 일부의 구성들은 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic Metric Quad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다. 실시예에 따라, 이미지 센서(560)는 프로세서(510)와 함께 하나의 칩에 집적될 수도 있고, 서로 다른 칩에 각각 집적될 수도 있다. 한편, 도 27에는 전자 기기(500)가 스마트폰으로 구현되어 있으나, 전자 기기(500)의 구현은 그에 한정되지 않는다. 즉, 전자 기기(500)은 이미지 센서(560)를 이용하는 모든 전자 기기로 해석되어야 한다. 예를 들어, 전자 기기(500)은 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP) 등으로 구현될 수 있다.Meanwhile, the
도 28은 도 26의 전자 기기에 구비된 이미지 센서가 적외선을 검출하는 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 29는 도 26의 전자 기기에 구비된 이미지 센서가 적외선을 검출하는 다른 예를 나타내는 순서도이다.FIG. 28 is a flowchart showing an example in which an image sensor provided in the electronic apparatus shown in FIG. 26 detects infrared rays; and FIG. 29 is a flowchart showing another example in which an image sensor provided in the electronic apparatus shown in FIG. 26 detects infrared rays.
도 28 및 도 29를 참조하면, 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)에 의해 적외선이 검출되는 것이 도시되어 있다. 도 28에 도시된 바와 같이, 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)는 피사체에 적외선을 조사(S520)할 수 있다. 이를 위해, 전자 기기(500) 또는 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)는 피사체에 적외선을 조사하는 적외선 조사 장치를 포함할 수 있다. 이후, 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)는 피사체로부터 반사된 적외선을 검출(S540)하고, 상기 검출된 적외선에 기초하여 적외선 이미지를 생성(S560)할 수 있다. 이와 같이, 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)는 피사체에 조사된 적외선을 검출할 수 있는데, 이러한 방식은 예를 들어, 적외선 이미지를 생성하기에 부족한 광량 조건 하에서 이루어질 수 있다. 또한, 피사체에 조사된 적외선을 검출하는 방식은 홍채 인식, 단층 촬영 등에서 이루어질 수 있다. 나아가, 이미지 센서(560)가 소정의 거리(즉, 깊이)를 측정하기 위한 깊이 센서(depth sensor)로 사용될 때에도 이미지 센서(560)는 피사체에 조사된 적외선을 검출하는 방식으로 동작할 수 있다. 한편, 도 29에 도시된 바와 같이, 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)는 외부로부터 적외선을 검출(S620)하고, 상기 검출된 적외선에 기초하여 적외선 이미지를 생성(S640)할 수 있다. 이러한 방식은 예를 들어, 적외선 이미지를 생성하기에 충분한 광량 조건 하에서 이루어질 수 있다. 다만, 상기 설명한 방식들은 예시적인 것으로서, 전자 기기(500)에 구비된 이미지 센서(560)가 적외선을 검출하는 방식이 그에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIGS. 28 and 29, infrared rays are detected by the
도 30은 도 26의 전자 기기에서 사용되는 인터페이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.30 is a block diagram showing an example of an interface used in the electronic apparatus of Fig.
도 30을 참조하면, 전자 기기(1000)는 MIPI 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치(예를 들어, 이동 전화기, 피디에이, 피엠피, 스마트폰 등)로 구현될 수 있고, 어플리케이션 프로세서(1010), 이미지 센서(1140) 및 디스플레이(1150) 등을 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 CSI 호스트(1112)는 카메라 시리얼 인터페이스(Camera Serial Interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(1140)의 CSI 장치(1141)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, CSI 호스트(1112)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있고, CSI 장치(1141)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있다. 어플리케이션 프로세서(1110)의 DSI 호스트(1111)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(Display Serial Interface; DSI)를 통하여 디스플레이(1150)의 DSI 장치(1151)와 시리얼 통신을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, DSI 호스트(1111)는 광 시리얼라이저(SER)를 포함할 수 있고, DSI 장치(1151)는 광 디시리얼라이저(DES)를 포함할 수 있다. 나아가, 전자 기기(1000)는 어플리케이션 프로세서(1110)와 통신을 수행할 수 있는 알에프(Radio Frequency; RF) 칩(1160)을 더 포함할 수 있다. 전자 기기(1000)의 PHY(1113)와 RF 칩(1160)의 PHY(1161)는 MIPI(Mobile Industry Processor Interface) DigRF에 따라 데이터 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(1110)는 PHY(1161)의 MIPI DigRF에 따른 데이터 송수신을 제어하는 DigRF MASTER(1114)를 더 포함할 수 있다. 한편, 전자 기기(1000)는 지피에스(Global Positioning System; GPS)(1120), 스토리지(1170), 마이크(1180), 디램 장치(1185) 및 스피커(1190)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 기기(1000)는 초광대역(Ultra WideBand; UWB)(1210), 무선랜(Wireless Local Area Network; WLAN)(1220) 및 와이맥스(Worldwide Interoperability for Microwave Access; WIMAX)(1230) 등을 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 다만, 전자 기기(1000)의 구조 및 인터페이스는 하나의 예시로서 이에 한정되는 것이 아니다.30, the
본 발명은 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 기기에 다양하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 컴퓨터, 노트북, 디지털 카메라, 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드, 타블렛PC, 피디에이(PDA), 피엠피(PMP), 차량용 네비게이션, 비디오폰 등에 적용될 수 있다.The present invention can be variously applied to an image sensor and an electronic device including the same. For example, the present invention can be applied to a computer, a notebook, a digital camera, a mobile phone, a smart phone, a smart pad, a tablet PC, a PDA, a PMP, a car navigation system,
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that it is possible.
100: 이미지 센서
122: 단위 픽셀
120: 픽셀 어레이
140: 아날로그-디지털 컨버터부
160: 디지털 신호 프로세서부
180: 컨트롤러
500: 전자 기기100: image sensor 122: unit pixel
120: pixel array 140: analog-to-digital converter section
160: Digital Signal Processor Unit 180: Controller
500: Electronic device
Claims (20)
외부로부터 입사하는 적외선을 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하는 적외선 검출층을 이용하여 제 2 전하로 변환하고, 상기 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하는 적외선 검출 픽셀을 포함하고,
상기 적외선 검출층의 적외선 흡수량은 상기 상부 전극에 인가되는 제 1 전압과 상기 하부 전극에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스(bias)에 기초하여 조절되는 이미지 센서의 단위 픽셀.A visible light detection pixel for converting a visible light incident from the outside into a first charge using a photoelectric conversion element and generating a first electrical signal corresponding to an accumulation amount of the first charge; And
An infrared detection unit which converts an infrared ray incident from the outside into a second electric charge between an upper electrode and a lower electrode using an infrared ray detection layer including an infrared ray detecting material and generates a second electric signal corresponding to an accumulation amount of the second electric charge, Pixels,
Wherein an infrared absorption amount of the infrared detection layer is adjusted based on a bias by a first voltage applied to the upper electrode and a second voltage applied to the lower electrode.
상기 픽셀 어레이로부터 출력되는 전기적 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터부;
상기 디지털 신호에 대하여 디지털 신호 프로세싱을 수행하여 이미지 신호를 출력하는 디지털 신호 프로세서부; 및
상기 픽셀 어레이, 상기 아날로그-디지털 컨버터부 및 상기 디지털 신호 프로세서부를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 이미지 센서.A pixel array including a plurality of unit pixels including a visible light detection pixel and an infrared detection pixel whose infrared absorption is adjusted;
An analog-to-digital converter for converting an analog signal, which is an electrical signal outputted from the pixel array, into a digital signal;
A digital signal processor for performing digital signal processing on the digital signal and outputting an image signal; And
And a controller for controlling the pixel array, the analog-to-digital converter section, and the digital signal processor section.
상기 적외선 검출 픽셀은 상부 전극과 하부 전극 사이에 적외선 검출 물질을 포함하는 적외선 검출층을 포함하고, 적외선을 상기 적외선 검출층을 이용하여 제 2 전하로 변환하며, 상기 제 2 전하의 축적량에 상응하는 제 2 전기적 신호를 생성하며,
상기 적외선 흡수량은 상기 상부 전극에 인가되는 제 1 전압과 상기 하부 전극에 인가되는 제 2 전압에 의한 바이어스(bias)에 기초하여 조절되는 이미지 센서.12. The method of claim 11, wherein the visible light detection pixel converts visible light into a first electrical charge using a photoelectric conversion element, generates a first electrical signal corresponding to an accumulation amount of the first electrical charge,
Wherein the infrared detection pixel includes an infrared detection layer including an infrared detection material between an upper electrode and a lower electrode and converts infrared rays into a second electric charge using the infrared detection layer, Generating a second electrical signal,
Wherein the infrared absorption amount is adjusted based on a bias by a first voltage applied to the upper electrode and a second voltage applied to the lower electrode.
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2014
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