KR20160064922A - 나노 구조 컬러 필터를 채용한 이미지 센서 - Google Patents
나노 구조 컬러 필터를 채용한 이미지 센서 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160064922A KR20160064922A KR1020150003478A KR20150003478A KR20160064922A KR 20160064922 A KR20160064922 A KR 20160064922A KR 1020150003478 A KR1020150003478 A KR 1020150003478A KR 20150003478 A KR20150003478 A KR 20150003478A KR 20160064922 A KR20160064922 A KR 20160064922A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- refractive index
- light
- color
- color filters
- layer
- Prior art date
Links
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 116
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 10
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910017115 AlSb Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 8
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- -1 Si 3 N 4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/201—Filters in the form of arrays
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/203—Filters having holographic or diffractive elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1464—Back illuminated imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
- G02B2207/101—Nanooptics
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B11/00—Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B33/00—Colour photography, other than mere exposure or projection of a colour film
- G03B33/10—Simultaneous recording or projection
- G03B33/16—Simultaneous recording or projection using colour-pattern screens
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
이미지 센서는 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 다수의 광 감지셀들을 포함하는 광 센서층; 상기 광 센서층 상에 배치되며, 상기 다수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 다수의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이층;을 포함한다. 상기 다수의 컬러 필터 각각은 제 1 굴절률의 물질과 상기 제 1 굴절률보다 높은 제 2 굴절률의 물질이 해당 컬러의 중심 파장보다 작은 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하며, 이에 의해, 파장 선택성이 우수하고 고해상도에 적합한 박형의 이미지 센서가 제공된다.
Description
본 개시는 고해상도 이미지 센서에 대한 것이다.
이미지 센서의 픽셀 수는 점차 증가하는 추세이며, 이에 따라 픽셀 소형화가 요구되고 있다. 픽셀 소형화를 위해서는 광량 확보와 노이즈 제거가 중요한 이슈이며, 최근에는 셀 분리 방식의 BIS(back illuminated structure)센서가 도입되어 많은 발전이 이루어졌다.
그러나, 컬러 필터, 마이크로 렌즈와 같이, 광 센서 쪽으로 컬러 광을 모으는 광학 부품의 구조는 픽셀 소형화의 한계 요인이 되고 있다. 예를 들어, 흡수 방식의 컬러 필터와, 컬러 필터 쪽으로 광을 가이드하는 마이크로 렌즈가 컬러 필터 위에 배치되는데, 이 두 가지 광학 부품의 두께가 픽셀 소형화의 제약 요인이 된다.
본 개시는 픽셀 소형화에 적합한 구조의 컬러 필터를 채용한 이미지 센서를 제공하고자 한다.
일 유형에 따르는 이미지 센서는 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 다수의 광 감지셀들을 포함하는 광 센서층; 상기 광 센서층 상에 배치되며, 상기 다수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 다수의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이층;을 포함하며, 상기 다수의 컬러 필터 각각은 제 1 굴절률의 물질과 상기 제 1 굴절률보다 높은 제 2 굴절률의 물질이 해당 컬러의 중심 파장보다 작은 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함한다.
상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상의 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가질 수 있다.
상기 나노 구조의 두께는 해당 컬러의 중심 파장보다 작을 수 있다.
상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상의 컬러 필터는 서로 다른 두께의 나노 구조를 가질 수 있다.
상기 다수의 컬러 필터는 제 1 컬러의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 복수의 제 1 컬러 필터; 제 2 컬러의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 복수의 제 2 컬러 필터; 제3 컬러의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 복수의 제 3 컬러 필터;를 포함하며, 상기 복수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터, 제 3 컬러 필터 각각에서, 적어도 2 이상의 같은 종류의 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가질 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이층은 상기 제 2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제 1 레이어;을 더 포함하며, 상기 제 1 레이어 상에 상기 나노 구조가 형성될 수 있다.
상기 제 1 레이어의 굴절률은 상기 제 1 굴절률과 같을 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이층은 상기 제 2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제 2 레이어;을 더 포함하며, 상기 제 1 레이어와 제 2 레이어 사이에 상기 나노 구조가 형성될 수 있다.
상기 제 1 레이어와 제 2 레이어의 굴절률은 상기 제 1 굴절률과 같을 수 있다.
상기 제 1 굴절률의 물질은 폴리머, SiO2, 또는 공기(air)이고, 상기 제 2 굴절률의 물질은 Si, Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 또는 TiO2일 수 있다.
상기 제 1 굴절률의 물질과 제 2 굴절률의 물질은 이차원적으로 교번 배열될 수 있다.
상기 이차원을 형성하는 두 방향은 상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상에서 서로 다를 수 있다.
상기 두 방향 중 하나는, 상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 원주 방향일 수 있다.
상기 나노 구조는 상기 제 1 굴절률의 물질에 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 제 2 굴절률의 물질이 상기 복수의 관통홀을 채우는 형태일 수 있다.
또는, 상기 나노 구조는 상기 제 2 굴절률의 물질에 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 제 1 굴절률의 물질이 상기 복수의 관통홀 내에 배치되는 형태일 수 있다.
상기 제 2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열될 수 있다.
상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은 상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상에서 서로 다를 수 있다.
상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은 상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 원주 방향일 수 있다.
상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은 상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 반지름 방향일 수 있다.
상기 다수의 컬러 필터 중 어느 하나의 단면적에서 상기 제 2 굴절률의 물질이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 점유율(fill factor)은 상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상에서 서로 다를 수 있다.
상기 점유율은, 상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심부에서 주변부로 갈수록 커질 수 있다.
또는, 상기 점유율은, 상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심부에서 주변부로 갈수록 작아질 수 있다.
상기 나노 구조는 입사된 광을 모을 수 있도록, 상기 제 1 굴절률의 물질, 제 2 굴절률의 물질의 형상, 배치가 정해질 수 있다.
일 유형에 따른 촬상 장치는 물체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 촬영 렌즈부; 상기 촬영 렌즈부에서 형성한 광학상을 전기적 신호로 변환하는 것으로, 상술한 어느 하나의 이미지 센서;를 포함한다.
상술한 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터는 그 광학적 특성이 나노 구조의 주기, 형상, 배치 등에 의해 결정되기 때문에 특정 파장이나 입사각에 적합한 구조를 도출할 수 있어 파장 선택성(wavelength selectivity)이 우수하고, 컬러 밴드폭(color bandwidth) 조절이 용이하다는 장점이 있다.
상기 컬러 필터의 두께는 파장보다 작은 두께로 얇으며, 또한, 마이크로 렌즈의 기능을 구비하도록 나노 구조를 설계하여 마이크로 렌즈를 생략할 수 있으므로, 박형의 이미지 센서가 구현될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 컬러 필터 각각이 배치된 상대적 위치에 따라 나노 구조의 세부 형상이 변하는 것을 개념적으로 보인 평면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 컬러 필터 각각이 배치된 상대적 위치에 따라 나노 구조의 세부 형상이 변하는 것을 개념적으로 보인 평면도이다.
도 17은 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구성을 보인다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 컬러 필터 각각이 배치된 상대적 위치에 따라 나노 구조의 세부 형상이 변하는 것을 개념적으로 보인 평면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에서 복수의 컬러 필터 각각이 배치된 상대적 위치에 따라 나노 구조의 세부 형상이 변하는 것을 개념적으로 보인 평면도이다.
도 17은 실시예에 따른 촬상 장치의 개략적인 구성을 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
이미지 센서(100)는 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 다수의 광 감지셀(131)(132)(133)들을 포함하는 광 센서층(130), 광 센서층(130) 상에 배치되며, 다수의 광 감지셀(131)(132)(133) 각각과 마주하게 배치된 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)들을 포함하는 컬러 필터 어레이층(150)을 포함한다.
다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)는 각각 제1컬러의 광, 제 2 컬러의 광, 제 3 컬러의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 컬러, 제 2 컬러, 제 3 컬러는 각각 적색, 녹색, 청색일 수 있다. 도면에서는 세 개의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)를 도시하였으나, 이는 예시적인 것이고, 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)들은 필요한 화소 수만큼 반복 배치된다. 이 때, 두 개의 녹색 컬러 필터, 하나의 청색 컬러 필터, 하나의 적색 컬러 필터가 네 개의 화소를 이루는 형태로 컬러 필터들이 반복 배치될 수 있다. 또는 사이안, 옐로우, 그린, 마젠타의 컬러 필터들이 반복 배치될 수도 있다.
다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)와 다수의 광 감지셀(131)(132)(133)은 각각 대응되게 배치되며, 필요한 화소 수만큼 반복적으로 배치된다. 반복되는 구성은 도면에서 생략되었다.
광 센서층(130)을 이루는 다수의 광 감지셀(131)(132)(133)은 각기 독립적으로 구동되며 해당 소자에 입사된 광의 세기에 비례하는 크기의 전기적 신호를 발생시킨다. 광 감지셀(131)(132)(133)은 예를 들어 CCD(charge-coupled device) 센서나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서를 포함할 수 있다. 또한, 광 다수의 광 감지셀(131)(132)(133)을 구획하는 격벽(135)이 더 마련될 수 있다. 격벽(135)은 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)를 비스듬하게 통과하여 광 감지셀(131)(132)(133)에 비스듬하게 입사되는 광이 해당 셀이 아닌, 인접한 광 감지셀(131)(132)(133)로 진행하는 것을 막는 역할을 한다. 이를 위하여, 격벽(135)은 광을 흡수하는 재질 또는 반사시키는 재질로 이루어질 수 있다. 격벽(135)의 재료로는 광 감지셀(131)(132)(133)의 재료에 비해 낮은 굴절률을 갖는 물질이 사용될 수 있다.
또한, 광 센서층(130)에 축적된 전하를 판독하기 위한 신호 배선층(110)이 마련된다. 신호 배선층(110)은 다수의 금속 배선(115)들을 포함한다. 신호 배선층(110)은 광 센서층(130) 하부에 마련되는 형태로서, 광이 컬러 필터 어레이층(150)을 지난 후 바로 광 센서층(130)에 입사하는 배치이다. 이와 같은 배치의 경우, 신호 배선층(110)이 광 센서층(130)의 상부, 즉, 컬러 필터 어레이층(150)과 광 센서층(130) 사이에 마련되는 구조에 비해 광 효율이 높다. 광 센서층(130)과 컬러 필터 어레이층(150) 사이에 신호 배선층(110)이 배치되는 경우, 입사된 광이 금속 배선에 의해 산란 반사되어 광 센서층(130)에 도달하는 효율이 감소할 수 있다.
도시된 바와 같이 신호 배선층(110)이 배치된 형태를 이면 조사형(BSI, Back Side Illumination)이라 하고, 신호 배선층(110)이 컬러 필터 어레이층(150)과 광 센서층(130) 사이에 배치된 형태를 전면 조사형(FSI, Front Side Illumination)이라 한다. 도시된 이미지 센서(100)는 이면 조사형으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따른 이미지 센서(100)에서 컬러 필터 어레이층(150)은 그 두께를 가능한 줄일 수 있도록, 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)에 나노 구조를 도입하고 있다. 즉, 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 각각은 서로 다른 굴절률의 두 물질이 소정 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함한다. 이에 대해서는 도 2를 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서(100)의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)로 채용될 수 있는 컬러 필터(1)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(1)는 제 1 레이어(S1) 상에, 소정 주기 T로 반복 배치된 고굴절률 물질(HM1)을 포함한다. 고굴절률 물질(HM1)은 육면체 블록 형태로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 다면체 기둥, 원기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 고굴절률 물질(HM1)은 행과 열을 맞추어 2차원적으로 배치된 것으로 도시되었으나, 각 행 또는 열의 고굴절률 물질(HM1)은 서로 엇갈려 배치될 수도 있다.
고굴절률 물질(HM1)들 사이 영역은 빈 공간, 예를 들어, 공기(air)가 존재하는 영역이며, 즉, 고굴절률 물질(HM1)과 저굴절률 물질, 즉, 공기가 교번 배치된 구조가 형성된다. 이러한 구조는, 고굴절률 물질(HM1)과 저굴절률 물질의 굴절률 차이, 주기(T), 형상, 고굴절률 물질(HM1)의 두께(Th) 등에 의해 정해지는 소정 파장의 광을 투과시키고 나머지는 반사시킨다.
도 1의 이미지 센서(100)의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)는 도시된 컬러 필터(1)의 구조를 가질 수 있으며, 각각 원하는 파장의 광을 투과, 나머지는 반사시킬 수 있도록, 주기, 물질, 형상, 두께등의 세부적인 사항 중 적어도 어느 하나가 다르게 정해질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률 물질(HM1)의 재질, 형상은 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 각각에서 동일하게 하고, 주기 또는 두께가 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 각각에서 다르게 조절되어 선택 파장 대역이 조절될 수 있다.
주기(T)는 파장(λ) 보다 작은 수치로서, 예를 들어, 파장의 3/4 이하일 수 있고 또는 파장의 반 이하일 수 있다. 고굴절률 물질(HM1)의 두께(Th)는 파장(λ) 보다 작은 수치로서, 예를 들어, 파장의 반 이하일 수 있다. 여기서, 파장은 투과 또는 반사시키고자 하는 선택 파장 대역의 중심 파장을 의미한다.
이하의 실시예들에서, 고굴절률 물질, 저굴절률 물질이 파장보다 작은 주기, 두께로 반복 배치된 구조를 "나노 구조"라고 칭하기로 한다.
고굴절률 물질(HM1)로는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
제 1 레이어(S1)는 나노 구조 형성을 위한 지지부가 될 수 있다. 제 1 레이어(S1)는 고굴절률 물질(HM1)보다 낮은 굴절률을 가지는 재질로 이루어질 수 있다. 제 1 레이어(S1)의 두께는 파장의 반 이하로 형성될 수 있다. 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(2)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(2)는 제 1 레이어(S1), 제 1 레이어(S1) 상에 주기적으로 반복 배치된 고굴절률 물질(HM1), 고굴절률 물질(HM1) 사이의 영역을 채우는 저굴절률 물질(LM1)을 포함한다. 이러한 구조는 저굴절률 물질(LM1)에 복수의 관통홀을 형성하고, 관통홀 내부를 고굴절률 물질(HM1)이 채우는 형태로 형성될 수도 있다. 또는, 고굴절률 물질(HM1)을 필러(pillar) 형태를 만들고, 그 사이를 저굴절률 물질(LM1)로 채울 수도 있다.
저굴절률 물질(LM1)은 고굴절률 물질(HM1)보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진다. 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
제 1 레이어(S1)는 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진다. 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 제 1 레이어(S1)와 저굴절률 물질(LM1)은 같은 재질로 이루어질 수도 있고, 다른 재질로 이루어질 수도 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(3)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(3)는 고굴절률 물질(HM1) 위에 제 2 레이어(S2)가 더 배치된 점에서, 도 2에 도시된 컬러 필터(1)와 차이가 있다. 제 2 레이어(S2)는 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(4)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(4)는 고굴절률 물질(HM1) 위에 제 2 레이어(S2)가 더 배치된 점에서, 도 3에 도시된 컬러 필터(2)와 차이가 있다. 제 2 레이어(S2)는 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 제 2 레이어 (S2)와 저굴절률 물질(LM1)은 같은 재질로 이루어질 수도 있고, 다른 재질로 이루어질 수도 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(5)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(5)는 제 1 레이어(S1)와, 다수의 관통홀(H)이 형성된 고굴절률 물질(HM2)을 포함한다. 관통홀(H)은 빈 공간, 예를 들어, 공기(air) 공간일 수 있고, 고굴절률 물질(HM2)로는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 공기와 고굴절률 물질(HM2)에 의해 저굴절률 물질과 고굴절률 물질이 주기적으로 배치된 나노 구조가 형성된다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(6)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(6)는 도 6의 컬러 필터(5)의 관통홀(H)이 저굴절률 물질(LM2)로 채워진 점에서 도 6의 컬러 필터(5)와 차이가 있다. 저굴절률 물질(LM2) 고굴절률 물질(HM2)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(7)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(7)는 고굴절률 물질(HM2) 위에 제 2 레이어(S2)가 더 배치된 점에서, 도 6에 도시된 컬러 필터(5)와 차이가 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(8)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(8)는 고굴절률 물질(HM2) 위에 제 2 레이어(S2)가 더 배치된 점에서, 도 7에 도시된 컬러 필터(6)와 차이가 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(9)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(9)는 점유율(fill factor)이 일정하지 않은 점에서 다른 실시예들과 차이가 있다. 점유율(fill factor)은 나노 구조에서 고굴절률 물질(HM3)이 차지하는 면적 비로서, 수광면, 즉, 제 1 레이어(S1)와 나란한 단면을 기준으로, 전체 면적 대비, 고굴절률 물질(HM3)이 차지하는 면적을 의미한다.
고굴절률 물질(HM3)로는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 저굴절률 물질(LM3)은 고굴절률 물질(HM3)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
점유율을 조절하여, 입사광 중 특정 파장의 광을 투과시킬 때, 그 방향성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(9)를 투과한 후 도 1의 광 센서층(130)으로 입사할 때, 대응하는 광 감지셀로의 집속 효과를 도모할 수 있다. 도면에서는 중심부에 저굴절률 물질(LM3)이 차지하는 면적을 크게 하여 점유율을 낮추고 주변부에서는 저굴절률 물질(LM3)이 차지하는 면적을 작게 하여 점유율을 높인 것으로 도시하였으나, 점유율을 조절하여 투과광의 방향성을 조절할 수 있음을 예시적으로 보인 것이며, 이에 한정되지 않는다. 점유율의 변화는, 컬러 필터(9)가 이미지 센서 내에서, 다른 컬러 필터들과의 어떤 상대적인 배치 위치를 갖느냐에 따라 다르게 조절될 수 있다. 이에 대해서는 도 15에서 후술할 것이다.
한편, 점유율은 일정하지 않게 하고, 나노 구조의 주기는 일정하게 유지할 수 있다. 또는, 해당 컬러에 대한 파장 선택성을 유지하는 범위에서, 나노 구조의 주기가 행, 또는 열에서, 또는 이미지 센서의 중심으로부터의 거리에 따라, 조금씩 다르게 형성될 수도 있다.
도 10의 컬러 필터(9)는 도 7과 같은 컬러 필터(6)에서 점유율을 변화시킨 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것이고, 도 2 내지 도 9의 컬러 필터들에도 동일하게, 점유율의 변화가 적용될 수 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(10)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(10)는 고굴절률 물질(HM4)이 일차원적으로 반복 배치된 점에서 전술한 실시예들과 차이가 있다. 고굴절률 물질(HM4)은 스트라이프 형으로 돌출된 형상을 가지며, 스트라이프 방향과 다른 방향으로 반복 배치되어 있다. 예를 들어, 스트라이프 방향과 수직인 방향으로 상기 스트라이프 형상이 반복 배치될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 고굴절률 물질(HM4) 사이의 영역은 빈 공간, 즉, 공기(air) 공간이다. 고굴절률 물질(HM4)로는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘(Poly Si), 비정질 실리콘(amorphous Si), Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(11)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(11)는 고굴절률 물질(HM4) 사이의 영역이 저굴절률 물질(LM4)로 채워진 점에서, 도 11의 컬러 필터(10)와 차이가 있다. 저굴절률 물질(LM4)은 고굴절률 물질(HM4)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(12)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(12)는 고굴절률 물질(HM4) 위에 제 2 레이어(S2)가 더 배치된 점에서, 도 11의 컬러 필터(10)와 차이가 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서에 채용되는 컬러 필터(13)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(13)는 고굴절률 물질(HM4) 위에 제 2 레이어(S2)가 더 배치된 점에서, 도 12의 컬러 필터(11)와 차이가 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(200)에서 복수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 각각이 배치된 상대적 위치에 따라 나노 구조의 세부 형상이 변하는 것을 개념적으로 보인 평면도이다.
도시된 동심원들은 각 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)들에 포함된 나노 구조에서 고굴절률 물질(HM5)의 길이 방향과 점유율(fill factor)을 개념적으로 보인다.
도면에서는 나노 구조의 길이 방향 변화가 원형을 이루는 것으로 도시되었으나, 이는 편의상의 개략도이다. 동일한 컬러에 대한 컬러 필터들의 나노 구조를 보인 것이며, 원형을 이루며 이격된 형태를 나타내는 것이다. 즉, 도 15는 제 1 컬러광에 대한 컬러 필터(CF1)들에서의 나노 구조들을 개략적으로 보인 평면도 또는, 제 2 컬러광에 대한 컬러 필터(CF2)들에서의 나노 구조들을 개략적으로 보인 평면도, 또는 제 3 컬러광에 대한 컬러 필터(CF3)들에서의 나노 구조들을 개략적으로 보인 평면도가 될 수 있다.
나노 구조는 스트라이프 형상의 고굴절률 물질(HM5)이 일차원적으로 배열된 형태이며, 그 길이 방향은 이미지 센서(200) 내에서 해당 컬러 필터의 다른 컬러 필터에 대한 상대적 위치에 따라 다르다. 상기 방향은 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 원주 방향일 수 있다. 여기서, 수광면은 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)와 마주하게 배치된 광 감지셀(미도시)의 광 입사면들에 의해 형성되는 면으로 정의될 수 있다. 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 각각이 배치된 위치에서의 상기 원주 방향으로, 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)의 나노 구조의 길이 방향이 각각 정해질 수 있다.
또한, 고굴절률 물질(HM5)이 차지하는 점유율은 이미지 센서(200)의 중심부에서 주변부로 갈수록 높아질 수 있다. 도시된 바와 같이 임의의 컬러 필터 하나를 확대해서 볼 때, 이미지 센서(200)의 중심부 쪽에 위치한 고굴절률 물질(HM5)의 폭(W1)이 상대적으로 주변부쪽에 위치한 고굴절률 물질(MH5)의 폭(W2)보다 작다. 이와 같이, 이미지 센서(200) 내의 상대적 위치에 따라 고굴절률 물질(HM5)이 차지하는 점유율을 다르게 하는 것은 이미지 센서(200)에 입사하는 광의 입사각이 그 위치에 따라 다를 수 있음을 고려한 것이다. 즉, 상기한 변화의 구체적인 사항은 이미지 센서(200)에 입사하는 광의 입사각을 고려하여 정할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(200)가 촬상 장치에 채용될 때, 이미지 센서(200)의 중심부쪽으로 입사하는 광의 입사각과 이미지 센서(200)의 주변부쪽으로 입사하는 광의 입사각은 서로 다르다. 중심부쪽으로 입사하는 광은 대체로 입사각이 0°에 가까운, 즉 수직 입사에 가까운 반면, 주변부쪽으로 갈수로 입사각이 커져 광이 비스듬하게 입사하게 된다.
나노 구조로 파장 선택성을 설계할 때, 그 최적 설계 값은 광의 입사각과도 밀접한 관계가 있다. 따라서, 나노 구조의 세부 형상(물질, 주기, 두께, 형상 등)에 따라, 반사율, 파수 벡터 성분, 파장을 함께 나타내는 분산 맵(dispersion map) 그래프를 예측하고, 이로부터, 이미지 센서(200) 내에 배치된 컬러 필터들 각각의 상대적 위치에 따라 해당 컬러 필터에 채용되는 나노 구조 설계를 다르게 할 수 있다.
도면에서는 하나의 컬러 필터 내에서의 점유율이 이미지 센서(200)의 중심부에서 주변부로 갈수록 달라지는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 하나의 컬러 필터 내의 점유율은 일정하고, 상대적 위치가 다른 컬러 필터와의 관계에서만 점유율이 변하는 것으로 변형될 수도 있다. 또한, 이미지 센서(200) 내의 상대적 배치 위치가 다른, 모든 같은 종류의 컬러 필터에서, 점유율이 서로 다른 것을 의미하는 것은 아니며, 적어도 2이상이 서로 다를 수 있다.
마찬가지로, 이미지 센서(200)에 포함된 같은 종류의 컬러 필터들의 나노 구조 길이 방향이 이미지 센서(200) 내에서의 상대적 위치에 따라 모두 다른 것은 아니며, 적어도 2이상이 서로 다를 수 있다.
또한, 변형된 실시예로서, 도 15에 도시된 것과 반대로, 고굴절률 물질(HM5)이 차지하는 점유율은 이미지 센서(200)의 중심부에서 주변부로 갈수록 낮아질 수도 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(300)에서 복수의 컬러 필터 각각이 배치된 상대적 위치에 따라 나노 구조의 세부 형상이 변하는 것을 개념적으로 보인 평면도이다.
도 16은 각 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)들에 채용된 나노 구조에 채용된 고굴절률 물질(HM6)의 길이 방향을 개념적으로 보인다. 도면에서는 나노 구조의 길이 방향 변화가 선형을 이루는 것으로 도시되었으나, 이는 편의상의 개략도이다. 도면은 동일한 컬러에 대한 컬러 필터들의 나노 구조를 보인 것이며, 도시된 선형을 따라 이격된 형태를 의미한다. 즉, 도 16은 제 1 컬러광에 대한 컬러 필터(CF1)들에서의 나노 구조들을 개략적으로 보인 평면도 또는, 제 2 컬러광에 대한 컬러 필터(CF2)들에서의 나노 구조들을 개략적으로 보인 평면도, 또는 제 3 컬러광에 대한 컬러 필터(CF3)들에서의 나노 구조들을 개략적으로 보인 평면도가 될 수 있다.
나노 구조는 스트라이프 형상의 고굴절률 물질(HM6)이 일차원적으로 배열된 형태이며, 그 길이 방향은 이미지 센서(300) 내에서의 컬러 필터의 상대적 위치에 따라 다르다. 상기 방향은 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 반지름 방향일 수 있다. 여기서, 수광면은 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)와 마주하게 배치된 광 감지셀(미도시)의 광 입사면들에 의해 형성되는 면으로 정의될 수 있다. 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 각각이 배치된 위치에서의 상기 반지름 방향으로, 다수의 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3) 나노 구조의 길이 방향이 각각 정해질 수 있다.
도 16도 도 15와 마찬가지로, 이미지 센서(300) 내에 상대적 배치 위치가 다른 모든, 같은 종류의 컬러 필터에서 나노 구조 길이 방향이 서로 다른 것을 의미하지는 않으며, 적어도 2 이상의 같은 종류의 컬러 필터에서 나노 구조 길이 방향이 서로 다를 수 있다.
도 15 및 도 16은 이미지 센서 내의 각 위치에서 컬러 필터의 세부 설계가 달라질 수 있음을 보인 예시적인 것이며, 이미지 센서가 채용되는 다양한 광학 기기에서의 특징에 따라, (예를 들어, 입사각 특징 등에 따라, 다양하게 변형될 수 있다.
도 15 및 도 16은 나노 구조가 스트라이프 형상이 일차원 배열된 것을 예시한 것이나, 다른 실시예의 이미지 센서에, 2차원 배열된 나노 구조로서, 도 15와 도 16이 조합된 형태가 적용될 수도 있다. 즉, 2차원을 형성하는 두 방향이, 각 컬러 필터가 위치한 이미지 센서 내의 상대적 위치에 따라 다르게 형성될 수 있다. 이 중, 한 방향은 도 15와 같이 원주 방향, 다른 한 방향은 도 16과 같이 반지름 방향일 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 촬상 장치(1000)의 개략적인 구성을 보인다.
촬상 장치(1000)는 물체(OBJ)로부터 반사 또는 방출된 광을 집속하여 광학 상(optical image)을 형성하는 촬영 렌즈부(1200)와, 촬영 렌즈부(1200)에서 형성한 광학 상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서(1400)를 포함한다. 이미지 센서(1400)와 촬영 렌즈부(1200) 사이에는 적외선 차단 필터가 더 배치될 수 있다.
이미지 센서(1400)는 전술한 실시예의 이미지 센서(100)(200)(300) 중 어느 하나 또는 이들을 선택적으로 조합한 형태의 이미지 센서일 수 있고, 이에 채용되는 컬러 필터(CF1)(CF2)(CF3)는 전술한 컬러 필터(1~13) 중 어느 하나일 수 있다.
촬상 장치(1000)는 또한, 이미지 센서(1400)에서의 전기적 신호를 영상 신호로 처리하는 영상 처리부(1600)를 포함한다. 영상 처리부(1600)는 이미지 센서(1400)에서 센싱된 컬러별 신호에 대해, 노이즈 제거, 색 보간(color interpolation) 등의 작업을 수행하여 영상을 형성한다. 촬상 장치(1000)는 또한, 영상 처리부(1600)에서 형성한 영상을 표시하는 디스플레이부(1700), 영상 처리부(1600)에서 형성한 영상 데이터를 저장하는 메모리(1800)를 더 포함할 수 있다.
이미지 센서(1400)는 전술한 바와 같이, 나노 구조의 컬러 필터를 채용하여, 박형으로 구현될 수 있어 고해상도에 적합한 구조를 가질 수 있다. 또한, 이미지 센서(1400)는 광의 입사되는 각 위치에서의 입사각을 고려한 형태로 컬러 필터가 설계될 수 있어, 컬러 재현성이 좋은 촬상 장치(1000)가 구현될 수 있다.
또한, 픽셀이 작아지고, 고해상도가 되는 효과를 통해 많은 픽셀 정보가 필요한 분야, 예를 들어, light field 3D camera용 color image sensor pixel array, hyperspectral imaging용 sensor array등에 상기한 이미지 센서 구조가 적용될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
100, 200, 300..이미지 센서
110.. 신호 배선층
115.. 금속 배선
130.. 광 센서층
131, 132, 133..광 감지셀
135..격벽
CF1, CF2, CF3 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,11,12,13.. 컬러 필터
HM1, HM2, HM3, HM4, HM5, HM6.. 고굴절률 물질
LM2, LM3, LM4.. 저굴절률 물질
110.. 신호 배선층
115.. 금속 배선
130.. 광 센서층
131, 132, 133..광 감지셀
135..격벽
CF1, CF2, CF3 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,11,12,13.. 컬러 필터
HM1, HM2, HM3, HM4, HM5, HM6.. 고굴절률 물질
LM2, LM3, LM4.. 저굴절률 물질
Claims (24)
- 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 다수의 광 감지셀들을 포함하는 광 센서층;
상기 광 센서층 상에 배치되며, 상기 다수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 다수의 컬러 필터들을 포함하는 컬러 필터 어레이층;을 포함하며,
상기 다수의 컬러 필터 각각은
제 1 굴절률의 물질과 상기 제 1 굴절률보다 높은 제 2 굴절률의 물질이 해당 컬러의 중심 파장보다 작은 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하는, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상의 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가지는, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 나노 구조의 두께는 해당 컬러의 중심 파장보다 작은, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상의 컬러 필터는 서로 다른 두께의 나노 구조를 가지는, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 컬러 필터는
제 1 컬러의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 복수의 제 1 컬러 필터;
제 2 컬러의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 복수의 제 2 컬러 필터;
제3 컬러의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 복수의 제 3 컬러 필터;를 포함하며,
상기 복수의 제 1 컬러 필터, 제 2 컬러 필터, 제 3 컬러 필터 각각에서, 적어도 2 이상의 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가지는, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이층은
상기 제 2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제 1 레이어;을 더 포함하며,
상기 제 1 레이어 상에 상기 나노 구조가 형성되는, 이미지 센서. - 제6항에 있어서,
상기 제 1 레이어의 굴절률은 상기 제 1 굴절률과 같은, 이미지 센서. - 제6항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이층은
상기 제 2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제 2 레이어;을 더 포함하며,
상기 제 1 레이어과 제 2 레이어 사이에 상기 나노 구조가 형성되는, 이미지 센서. - 제8항에 있어서,
상기 제 1 레이어와 제 2 레이어의 굴절률은 상기 제 1 굴절률과 같은, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 굴절률의 물질은 폴리머, SiO2, 또는 공기(air)이고,
상기 제 2 굴절률의 물질은 Si, Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 또는 TiO2인, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 굴절률의 물질과 제 2 굴절률의 물질은 이차원적으로 교번 배열된, 이미지 센서. - 제11항에 있어서,
상기 이차원을 형성하는 두 방향은 상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상에서 서로 다른, 이미지 센서. - 제11항에 있어서,
상기 두 방향 중 하나는
상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 원주 방향인, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 나노 구조는
상기 제 1 굴절률의 물질에 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 제 2 굴절률의 물질이 상기 복수의 관통홀 내에 배치되는 형태인, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 나노 구조는
상기 제 2 굴절률의 물질에 복수의 관통홀이 형성되고, 상기 제 1 굴절률의 물질이 상기 복수의 관통홀 내에 배치되는 형태인, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열된, 이미지 센서. - 제16항에 있어서,
상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은 상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상에서 서로 다른, 이미지 센서. - 제17항에 있어서,
상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은
상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 원주 방향인, 이미지 센서. - 제17항에 있어서,
상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은
상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심을 원점으로 하는 수광면 상의 원의 반지름 방향인, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 컬러 필터 중 어느 하나의 단면적에서 상기 제 2 굴절률의 물질이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 점유율(fill factor)은 상기 다수의 컬러 필터 중 적어도 2 이상에서 서로 다른, 이미지 센서. - 제20항에 있어서,
상기 점유율은,
상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심부에서 주변부로 갈수록 커지는, 이미지 센서. - 제20항에 있어서,
상기 점유율은,
상기 다수의 광 감지셀이 형성하는 수광면의 중심부에서 주변부로 갈수록 작아지는, 이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 나노 구조는 입사된 광을 모을 수 있도록, 상기 제 1 굴절률의 물질과 제 2 굴절률의 물질의 형상, 배치가 정해지는, 이미지 센서. - 물체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 촬영 렌즈부;
상기 촬영 렌즈부에서 형성한 광학상을 전기적 신호로 변환하는 것으로, 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 하나의 이미지 센서;를 포함하는 촬상 장치.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14/953,569 US9958582B2 (en) | 2014-11-28 | 2015-11-30 | Image sensor including nanostructure color filter |
| US15/941,799 US10359549B2 (en) | 2014-11-28 | 2018-03-30 | Image sensor including nanostructure color filter |
| US16/439,010 US10571609B2 (en) | 2014-11-28 | 2019-06-12 | Image sensor including nanostructure color filter |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201462085380P | 2014-11-28 | 2014-11-28 | |
| US62/085,380 | 2014-11-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160064922A true KR20160064922A (ko) | 2016-06-08 |
| KR102360074B1 KR102360074B1 (ko) | 2022-02-08 |
Family
ID=56193849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150003478A KR102360074B1 (ko) | 2014-11-28 | 2015-01-09 | 나노 구조 컬러 필터를 채용한 이미지 센서 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10571609B2 (ko) |
| KR (1) | KR102360074B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180064134A (ko) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 삼성전자주식회사 | 메타필터를 포함하는 적층형 이미지 센서 |
| US10431624B2 (en) | 2015-07-08 | 2019-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing image sensor including nanostructure color filter |
| KR20200038149A (ko) * | 2018-10-02 | 2020-04-10 | 삼성전자주식회사 | 듀얼 이미지 센서 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11495635B2 (en) * | 2020-10-30 | 2022-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Polydimethylsiloxane antireflective layer for an image sensor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010186818A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Sony Corp | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
| KR20100121943A (ko) * | 2009-05-11 | 2010-11-19 | 삼성전자주식회사 | 광결정 컬러 필터의 제조방법 |
| KR20120130937A (ko) * | 2011-05-24 | 2012-12-04 | 삼성전자주식회사 | 광결정형 광변조기 및 이를 구비하는 3차원 영상 획득 장치 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009252978A (ja) | 2008-04-04 | 2009-10-29 | Panasonic Corp | 固体撮像素子およびその製造方法 |
| JP4741015B2 (ja) | 2009-03-27 | 2011-08-03 | 富士フイルム株式会社 | 撮像素子 |
| JP5487686B2 (ja) | 2009-03-31 | 2014-05-07 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器 |
| JP2011013330A (ja) | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Canon Inc | 光学フィルタ、該フィルタを有する固体撮像素子及び撮像装置 |
| JP2011077410A (ja) | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JP5534981B2 (ja) | 2010-06-30 | 2014-07-02 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| JP2012064703A (ja) | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Sony Corp | 撮像素子および撮像装置 |
| JP5337212B2 (ja) * | 2011-09-02 | 2013-11-06 | 株式会社東芝 | 固体撮像素子 |
| JP5710526B2 (ja) | 2012-03-14 | 2015-04-30 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法 |
| KR20140029933A (ko) | 2012-08-31 | 2014-03-11 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 렌즈리스 이미지 센서 |
| CN103744138B (zh) | 2013-12-13 | 2015-10-21 | 浙江大学 | 一种入射角度不敏感的颜色滤光片的制备方法 |
| EP2942618B1 (en) | 2014-05-09 | 2017-07-12 | Samsung Electronics Co., Ltd | Spectro-sensor and spectrometer employing the same |
-
2015
- 2015-01-09 KR KR1020150003478A patent/KR102360074B1/ko active IP Right Grant
-
2019
- 2019-06-12 US US16/439,010 patent/US10571609B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010186818A (ja) * | 2009-02-10 | 2010-08-26 | Sony Corp | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
| KR20100121943A (ko) * | 2009-05-11 | 2010-11-19 | 삼성전자주식회사 | 광결정 컬러 필터의 제조방법 |
| KR20120130937A (ko) * | 2011-05-24 | 2012-12-04 | 삼성전자주식회사 | 광결정형 광변조기 및 이를 구비하는 3차원 영상 획득 장치 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10431624B2 (en) | 2015-07-08 | 2019-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing image sensor including nanostructure color filter |
| KR20180064134A (ko) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | 삼성전자주식회사 | 메타필터를 포함하는 적층형 이미지 센서 |
| KR20200038149A (ko) * | 2018-10-02 | 2020-04-10 | 삼성전자주식회사 | 듀얼 이미지 센서 |
| US11996430B2 (en) | 2018-10-02 | 2024-05-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Dual image sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20190310400A1 (en) | 2019-10-10 |
| US10571609B2 (en) | 2020-02-25 |
| KR102360074B1 (ko) | 2022-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5325117B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| CN109716176B (zh) | 用于深度采集和三维成像的光场成像装置和方法 | |
| JP5331107B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP5296077B2 (ja) | 撮像装置 | |
| US10571609B2 (en) | Image sensor including nanostructure color filter | |
| JP5842146B2 (ja) | 固体撮像装置、撮像装置、及び分光素子 | |
| WO2012042963A1 (ja) | 固体撮像素子及び撮像装置 | |
| US9252177B2 (en) | Solid state imaging device | |
| US10359549B2 (en) | Image sensor including nanostructure color filter | |
| US9653501B2 (en) | Image sensor including color filter and method of manufacturing the image sensor | |
| KR20160023158A (ko) | 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| US20210028235A1 (en) | Image sensor including nanostructure color filter | |
| KR20210046989A (ko) | 개선된 감도를 가지는 이미지 센서 및 이미지 센싱 방법 | |
| US11158661B2 (en) | Image sensor with micro-structured color filter | |
| US20100309554A1 (en) | Color separation microlens and color separation grating | |
| KR102163727B1 (ko) | 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서 | |
| US9847360B2 (en) | Two-side illuminated image sensor | |
| KR102654861B1 (ko) | 나노 구조 컬러 필터를 채용한 이미지 센서 | |
| EP2937903B1 (en) | Masked pixel arrays | |
| KR20160024345A (ko) | 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치 | |
| CN218867112U (zh) | 光学传感器和像素装置 | |
| KR102318758B1 (ko) | 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치 | |
| KR20160029642A (ko) | 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |