KR20170112951A - 나노 구조 컬러 필터를 채용한 이미지 센서 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서의 픽셀은 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀을 포함하는 제1 광 센서층; 상기 제1 광 센서층 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이 층; 및 상기 컬러 필터 어레이 층 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층;을 포함한다.
상기 다수의 컬러 필터 각각은 제 1 굴절률의 물질과 상기 제 1 굴절률보다 높은 제 2 굴절률의 물질이 소정의 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하며, 이에 의해, 파장 선택성이 우수하고 고해상도에 적합한 박형의 이미지 센서가 제공된다.
상기 다수의 컬러 필터 각각은 제 1 굴절률의 물질과 상기 제 1 굴절률보다 높은 제 2 굴절률의 물질이 소정의 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 측면에 있어서,
복수의 픽셀을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 각각은,
광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀을 포함하는 제1 광 센서층;
상기 제1 광 센서층 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이 층; 및
상기 컬러 필터 어레이 층 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층;을 포함하며,
상기 복수의 컬러 필터 각각은
제1 굴절률의 물질과 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률의 물질이 소정의 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하는, 이미지 센서가 제공된다.
상기 제2 광 센서층은 제1 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키며,
상기 컬러 필터 어레이 층은, 제2 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 컬러 필터 및 제3 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 컬러 필터를 포함하며,
상기 제1 컬러 필터와 상기 제2 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 광 감지셀 각각은 무기 광 다이오드를 포함하며,
상기 제2 광 센서층은 유기 광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제1 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판 상에 상기 나노 구조가 형성될 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제2 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 상기 나노 구조가 형성될 수 있다.
상기 제1 굴절률의 물질은 폴리머 또는 SiO2 이고,
상기 제2 굴절률의 물질은 Si, Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 또는 TiO2일 수 있다.
상기 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질은 이차원적으로 교번하여 배열될 수 있다.
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 이차원을 형성하는 두 방향이 달라질 수 있다.
상기 제2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열되며,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향이 달라질 수 있다.
상기 제1 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율(fill factor)과 상기 제2 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율이 서로 다를 수 있다.
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 점유율이 달라지도록 구성될 수 있다.
상기 나노 구조는 입사된 광을 집광할 수 있도록, 상기 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질의 형상, 배치가 정해질 수 있다.
상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 1.5 이상 클 수 있다.
다른 측면에 있어서,
복수의 픽셀을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 각각은,
광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀을 포함하는 제1 광 센서층;
상기 제1 광 센서층 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층; 및
상기 제2 광 센서층 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각에 대응하여 마련된 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이 층;을 포함하며,
상기 복수의 컬러 필터 각각은
제1 굴절률의 물질과 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률의 물질이 소정의 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하는, 이미지 센서가 제공된다.
상기 제2 광 센서층은 제1 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키며,
상기 컬러 필터 어레이 층은 제2 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시키는 제1 컬러 필터 및 제3 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시키는 제2 컬러 필터를 포함하며,
상기 제1 컬러 필터와 상기 제2 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가질 수 있다.
상기 복수의 광 감지셀 각각은 무기 광 다이오드를 포함하며,
상기 제2 광 센서층은 유기 광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제1 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판 상에 상기 나노 구조가 형성될 수 있다.
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제2 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 상기 나노 구조가 형성될 수 있다.
상기 제1 굴절률의 물질은 폴리머 또는 SiO2이고,
상기 제2 굴절률의 물질은 Si, Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 또는 TiO2일 수 있다.
상기 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질은 이차원적으로 교번 배열될 수 있다.
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 이차원을 형성하는 두 방향이 달라지도록 구성될 수 있다.
상기 제2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열되며,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향이 달라지도록 구성될 수 있다.
상기 제1 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율(fill factor)과 상기 제2 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율이 서로 다를 수 있다.
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 점유율이 달라지도록 구성될 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 이미지 센서에 포함된 컬러 필터의 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 용이해질 수 있다. 또한, 컬러 필터를 나노 구조로 구현함으로써, 컬러 필터의 두께를 광의 파장 보다 작게할 수 있으며, 컬러 필터가 마이크로 렌즈 기능을 구비하도록 나노 구조를 설계하여 이미지 센서의 픽셀에서 마이크로 렌즈를 생략할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서의 픽셀을 소형화 할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 이미지 센서의 픽셀의 단면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 이미지 센서의 픽셀의 단면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4은 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 포함된 컬러 필터로 채용될 수 있는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 6는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 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 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 17은 도 2에서 나타낸 픽셀의 단면에서 하나의 광 감지셀에 대응하는 영역이 가질 수 있는 다른 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 나타낸 이미지 센서의 픽셀의 단면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 이미지 센서의 픽셀의 단면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 4은 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 포함된 컬러 필터로 채용될 수 있는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 6는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 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 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀에 채용되는 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 17은 도 2에서 나타낸 픽셀의 단면에서 하나의 광 감지셀에 대응하는 영역이 가질 수 있는 다른 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
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(1000)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 이미지 센서(1000)는 복수의 픽셀(100)을 포함할 수 있다. 픽셀(100) 각각은 이미지 센서(1000)에서 출력하는 이미지의 화소에 대응될 수 있다. 또한, 이미지 센서(1000)에 포함된 픽셀(100)의 개수는 이미지 센서(1000)의 해상도에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 도 1에서 나타낸 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)의 단면을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서(1000)의 각 픽셀(100)은 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀(121, 122)을 포함하는 제1 광 센서층(120)과, 제1 광 센서층(120) 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 복수의 컬러 필터(CF1, CF2)를 포함하는 컬러 필터 어레이 층(130) 및 컬러 필터(CF1, CF2) 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층(140)을 포함할 수 있다.
제1 광 센서층(120)을 이루는 복수의 광 감지셀(121, 122)은 각기 독립적으로 구동되며 해당 소자에 입사된 광의 세기에 비례하는 크기의 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 광 감지셀(121, 122)는 무기 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 하지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 광 감지셀(121, 122)은 예를 들어 CCD(charge-coupled device) 센서나 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 센서를 포함할 수 있다. 광 감지셀(121, 122)은 입사광의 파장에 관계 없이 입사광을 감지하여 입사광의 세기에 따른 전기적 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 광 센서층(120)에는 복수의 광 감지셀(121, 122)을 구획하는 격벽이 더 마련될 수 있다. 격벽은 컬러 필터(CF1)(CF2)비스듬하게 통과하여 광 감지셀(121, 122)에 비스듬하게 입사되는 광이 해당 셀이 아닌, 인접한 광 감지셀(121, 122)로 진행하는 것을 막는 역할을 한다. 즉 격벽은 인접한 광 감지셀 사이에 발생하는 크로스 토크를 줄일 수 있다.
또한, 제1 광 센서층(120) 아래에는 광 센서층(120)에서 발생한 전기적 신호를 판독하기 위한 배선층(110)이 마련될 수 있다. 배선층(110)은 다수의 금속 배선(115)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이 신호 배선층(110)이 배치된 형태를 이면 조사형(BSI, Back Side Illumination)이라 한다. 도시한 바와 같이 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)을 이면 조사형으로 구현하면, 컬러 필터(CF1, CF2)와 제1 광 센서층(120) 사이에 광의 진행 경로가 줄어들어 픽셀(100)의 부피를 줄일 수 있으며, 광 신호가 배선층(110)에서 산란되는 것을 방지할 수 있다.
제1 광 센서층(120) 상에는 복수의 컬러 필터(CF1, CF2)를 포함하는 컬러 필터 어레이 층(130)이 마련될 수 있다. 복수의 컬러 필터(CF1, CF2) 각각은 복수의 광 감지셀(121, 122) 각각과 마주볼 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 광 감지셀(121)과 마주볼 수 있다. 또한, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 광 감지셀(122)과 마주볼 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 광 감지셀(121)에 입사되는 광의 파장을 필터링하고, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 광 감지셀(122)에 입사되는 광의 파장을 필터링 할 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(CF1)는 입사광 가운데 제1 컬러의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 또한, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 컬러의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 따라서, 제1 광 감지셀(121)은 제1 컬러의 광을 감지하고, 제2 광 감지셀(122)은 제2 컬러의 광을 감지할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터 어레이층(130)은 제3 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 제3 컬러 필터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 컬러는 적색, 녹색, 청색 중 어느 한 컬러 일 수 있다. 예를 들어, 제4 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 제4 컬러 필터(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4 컬러는 시안(Cyan), 옐로(Yellow), 마젠타(Magenta) 에 대응될 수도 있다. 이러한 컬러 대응은 예시에 불과하며 한정되지 않는다.
컬러 필터 어레이 층(130) 상에는 제2 광 센서층(140)이 마련될 수 있다. 제2 광 센서층(140)은 입사광(L1) 가운데 소정 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제2 광 센서층(140)은 유기 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 유기 포토 다이오드는 소정 컬러의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 유기광전소재를 p형으로 채용하고, 풀러린(fullerence) 또는 풀러린 유도체를 n형으로 채용할 수 있으나, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제2 광 센서층(140)은 소정 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호로 변환할 수 있는 다른 센서 구성을 포함할 수도 있다. 예시적으로, 제2 광 센서층(140)은 컬러 필터 어레이층(130)이 필터링 하지 않는 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터 어레이층(130)이 적색, 녹색, 청색 컬러의 광을 필터링 시킬 경우, 제 2 광센서층(140)은 적색, 녹색, 청색 컬러가 아닌 파장의 광을 감지할 수 있다. 따라서, 입사광(L1) 중의 적색, 녹색, 컬러 성분은 컬러 필터 어레이 층(130)으로 입사되어, 제1 광 센서층(120)에서 감지될 수 있다.
도 3은 도 1에서 나타낸 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)의 단면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)은 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀을 포함하는 제1 광 센서층(120)과, 제1 광 센서층(120) 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층(140) 및 제2 광 센서층(140) 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각에 대응하여 마련된 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이 층(150)을 포함할 수 있다.
도 3의 실시예에서는 도 2와 달리, 컬러 필터 어레이 층(150)이 제2 광 센서층(140) 상에 마련될 수 있다. 따라서, 제2 광 센서층(140)에 입사되는 광이 컬러 필터 어레이 층(150)의 복수의 컬러 필터(CF1, CF2)에 의해 필터링 될 수 있다.
복수의 컬러 필터(CF1, CF2) 각각은 복수의 광 감지셀(121, 122) 각각에 대응하여 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 광 감지셀(121) 상에 마련될 수 있다. 또한, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 광 감지셀(122) 상에 마련될 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 광 감지셀(121)에 입사되는 광의 파장을 필터링하고, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 광 감지셀(122)에 입사되는 광의 파장을 필터링 할 수 있다.
복수의 컬러 필터(CF1, CF2)는 각각 소정 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시키는 보색 필터로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시킬 수 있다. 또한, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시킬 수 있다. 또한, 제2 광 센서층(140)은 제3 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제2 광 센서층(140)은 유기 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 상기 유기 포토 다이오드는 소정 컬러의 광을 선택적으로 흡수할 수 있는 유기광전소재를 p형으로 채용하고, 풀러린(fullerence) 또는 풀러린 유도체를 n형으로 채용할 수 있으나, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제2 광 센서층(140)은 소정 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호로 변환할 수 있는 다른 센서 구성을 포함할 수도 있다.
상기 제1 내지 제3 컬러는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 컬러는 적색, 청색, 녹색 중 어느 하나에 대응될 수 있다. 다른 예로 제1 내지 제3 컬러는 시안(Cyan), 옐로(Yellow), 마젠타(Magenta) 중 어느 하나에 대응될 수도 있다.
예를 들어, 제1 컬러 필터(CF1)는 적색 광을 선택적으로 흡수 또는 반사할 수 있다. 또한, 제2 컬러 필터(CF2)는 청색 광을 선택적으로 흡수 또는 반사할 수 있다. 그리고, 제2 광 센서층(140)은 녹색 광을 감지하여 전기적 신호를 생성할 수 있다. 제1 컬러 필터(CF1)에서 적색 광이 필터링 되고, 제2 광 센서층(140)이 녹색 광을 감지함으로써, 제1 광 감지셀(121)은 청색 광을 감지할 수 있다. 또한, 제2 컬러 필터(CF2)에서 청색 광이 필터링 되고, 제2 광 센서층(140)이 녹색 광을 감지함으로써, 제1 광 감지셀(121)은 적색 광을 감지할 수 있다. 즉, 제2 광 센서층(140), 제1 광 감지셀(121) 및 제2 광 감지셀(122) 각각이 서로 다른 컬러의 광을 감지함으로써 픽셀(100)의 컬러 이미지가 출력될 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에서 컬러 필터 어레이 층(130)은 그 두께를 가능한 줄일 수 있도록, 복수의 컬러 필터(CF1)(CF2)에 나노 구조를 도입하고 있다. 즉, 복수의 컬러 필터(CF1)(CF2) 각각은 서로 다른 굴절률의 두 물질이 소정 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함한다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 4은 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 포함된 컬러 필터(CF1)(CF2)로 채용될 수 있는 컬러 필터(1)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(1)는 기판(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 흡수 또는 반사시킨다.
도 4의 픽셀(100)의 컬러 필터(CF1)(CF2)는 도시된 컬러 필터(1)의 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1 컬러 필터(CF1)는 제1 컬러의 광을 투과시키고, 제2 컬러 필터(CF2)는 제2 컬러의 광을 투과시킬 수 있도록, 제1 컬러 필터(CF1)의 나노 구조와 제2 컬러 필터(CF2) 각각의 나노 구조는 주기, 물질, 형상 두께 중 적어도 하나가 다르게 정해질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률 물질(HM1)의 재질, 형상은 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 각각에서 동일하게 하고, 주기 또는 두께가 제1 및 제2 컬러 필터(CF1, CF2) 각각에서 다르게 조절되어 선택 파장 대역이 조절될 수 있다.
주기(T)는 컬러 필터(CF1)(CF2)가 투과시키는 파장(λ) 보다 작은 수치로서, 예를 들어, 파장(λ)의 2/3 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, 흡수또는 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.
기판(S1)은 나노 구조 형성을 위한 지지부가 될 수 있다. 기판(S1)은 고굴절률 물질(HM1)보다 낮은 굴절률을 가지는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, PC, PS, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(2)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(2)는 기판(S1), 기판(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. 다른 예로 고굴절률 물질(HM11)의 필라(pillar)들을 형성한 후, 고굴절률 물질(HM1) 사이에 저굴절률 물질(LM1)을 채워 넣을 수도 있다.
저굴절률 물질(LM1)은 고굴절률 물질(HM1)보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진다. 예시적으로 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률은 저굴절률 물질(LM1)의 굴절률보다 1.5 이상 클 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 저굴절률 물질(LM1)은 PDMS, SU-8, HSQ, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
기판(S1)은 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진다. 예를 들어, PDMS, SU-8, HSQ, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 기판(S1)과 저굴절률 물질(LM1)은 같은 재질로 이루어질 수도 있고, 다른 재질로 이루어질 수도 있다.
도 6는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(3)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(3)는 고굴절률 물질(HM1) 위에 기판(S2)이 더 배치된 점에서, 도 4에 도시된 컬러 필터(1)와 차이가 있다. 기판(S2)은 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PDMS, SU-8, HSQ, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 7은 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 기판(S2)이 더 배치된 점에서, 도 4에 도시된 컬러 필터(2)와 차이가 있다. 기판(S2)은 고굴절률 물질(HM1)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PDMS, SU-8, HSQ, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 기판(S2)과 저굴절률 물질(LM1)은 같은 재질로 이루어질 수도 있고, 다른 재질로 이루어질 수도 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(5)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(5)는 기판(S1)과, 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 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(6)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
컬러 필터(6)는 도 8의 컬러 필터(5)의 관통홀(H)이 저굴절률 물질(LM2)로 채워진 점에서 도 8의 컬러 필터(5)와 차이가 있다. 저굴절률 물질(LM2)은 고굴절률 물질(HM2)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PDMS, SU-8, HSQ, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(7)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(7)는 고굴절률 물질(HM2) 위에 기판(S2)이 더 배치된 점에서, 도 8에 도시된 컬러 필터(5)와 차이가 있다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(8)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(8)는 고굴절률 물질(HM2) 위에 기판(S2)이 더 배치된 점에서, 도 9에 도시된 컬러 필터(6)와 차이가 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 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, 기판(S1)과 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, PDMS, SU-8, HSQ, 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, 광이 컬러 필터(9)를 투과한 후 도 2의 제1 광 센서층(120)으로 입사할 때, 대응하는 광 감지셀로의 집광 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. 예를 들어, 나노 구조는 입사된 광을 집광할 수 있도록, 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질의 형상, 배치가 결정될 수 있다. 나노 구조가 광을 집광하는 기능을 수행함에 따라 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에서 마이크로 렌즈가 생략될 수 있다.
점유율의 변화는, 컬러 필터(9)가 이미지 센서의 어느 픽셀(100)에 포함되느냐에 따라 달라질 수 있다. 즉, 픽셀(100)의 위치에 따라 픽셀(100)에 포함된 컬러 필터의 나노 구조 점유율, 나노 구조 모양이 변경될 수 있다. 픽셀(100)의 위치에 따라 픽셀(100)에 포함된 컬러 필터의 나노 구조 점유율 및 모양 등이 변경됨으로써, 픽셀(100)의 위치 별로 입사광의 입사각이 다른 것을 보정할 수 있다.
도 12의 컬러 필터(9)는 도 8과 같은 컬러 필터(6)에서 점유율을 변화시킨 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것이고, 도 4 내지 도 11의 컬러 필터들에도 동일하게, 점유율의 변화가 적용될 수 있다.
도 4 내지 도 12를 참조하여서는 컬러 필터의 나노 구조에서 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질이 이차원적으로 교번 배열된 예를 나타냈다. 상기 이차원을 형성하는 방향은 픽셀(100) 별로 달라질 수 있다. 즉, 픽셀(100)의 위치에 따라 나노 구조에서 이차원을 형성하는 두 방향이 달라짐으로써, 나노 구조의 배열 방향이 달라질 수 있다. 픽셀(100)의 위치에 따라 나노 구조에서 이차원을 형성하는 두 방향을 다르게 함으로써 픽셀(100)마다 입사광의 입사각이 다른 것을 보정할 수 있다.
도 13은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 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 14는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 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 13의 컬러 필터(10)와 차이가 있다. 저굴절률 물질(LM4)은 고굴절률 물질(HM4)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재질로, 예를 들어, PDMS, SU-8, HSQ, PMMA와 같은 폴리머, SiO2 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(12)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(12)는 고굴절률 물질(HM4) 위에 기판(S2)이 더 배치된 점에서, 도 13의 컬러 필터(10)와 차이가 있다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에 채용되는 컬러 필터(13)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
본 실시예의 컬러 필터(13)는 고굴절률 물질(HM4) 위에 기판(S2)이 더 배치된 점에서, 도 14의 컬러 필터(11)와 차이가 있다.
도 13 내지 도 16을 참조하여서는 컬러 필터의 나노 구조에서 제2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열된 예를 나타냈다. 상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향은 픽셀(100) 별로 달라질 수 있다. 즉, 픽셀(100)의 위치에 따라 나노 구조에서 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향이 달라짐으로써, 나노 구조의 배열 방향이 달라질 수 있다. 픽셀(100)의 위치에 따라 나노 구조에서 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향을 다르게 함으로써 픽셀(100)마다 입사광의 입사각이 다른 것을 보정할 수 있다.
도 17은 도 2에서 나타낸 픽셀(100)의 단면에서 하나의 광 감지셀(121)(122)에 대응하는 영역이 가질 수 있는 다른 구조를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 입사광(L1)은 제2 광 센서층(140)에 입사될 수 있다. 제2 광 센서층(140)은 제1 컬러의 광을 감지할 수 있다. 제2 광 센서층(140)이 제1 컬러의 광을 감지하면, 제2 광 센서층(140)에 광전 효과로 인해 발생한 전하가 축적될 수 있다. 제2 광 센서층(140)에서 발생된 전하가 이동함으로써 전기적 신호가 전달될 수 있다. 예를 들어, 제2 광 센서층(140) 아래에는 전하의 이동을 위한 관통 채널(116)이 형성되어 있을 수 있다. 관통 채널(116)은 실리콘 배선층(110)을 관통하도록 형성될 수 있다. 관통 채널(116)은 게이트(117)를 통해 배선층(110) 이면에 마련된 배선(118)과 연결되어 있을 수 있다. 관통 채널(116)에 의해 제2 광 센서층(140)에서 발생한 전기적 신호가 배선층(110) 이면의 배선(118)으로 전달될 수 있다. 또한, 광 감지셀(121)(122)에서 발생한 전기적 신호는 트랜스퍼 게이트(112)를 통해 배선층(110) 이면의 배선(114)으로 전달될 수 있다.
이상에서 도 1 내지 도 17을 참조하여 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서(1000)에 관하여 설명하였다. 개시된 실시예에 따르면, 이미지 센서(1000)에 포함된 컬러 필터의 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 용이해질 수 있다. 또한, 컬러 필터를 나노 구조로 구현함으로써, 컬러 필터의 두께를 광의 파장 보다 작게할 수 있으며, 컬러 필터가 마이크로 렌즈 기능을 구비하도록 나노 구조를 설계하여 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)에서 마이크로 렌즈를 생략할 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(1000)의 픽셀(100)을 소형화 할 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.
1000..이미지 센서
100..픽셀
110.. 신호 배선층
115.. 금속 배선
140.. 제2 광 센서층
120 : 제1 광 센서층
121, 122..광 감지셀
CF1, CF2, 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
100..픽셀
110.. 신호 배선층
115.. 금속 배선
140.. 제2 광 센서층
120 : 제1 광 센서층
121, 122..광 감지셀
CF1, CF2, 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)
- 복수의 픽셀을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 각각은,
광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀을 포함하는 제1 광 센서층;
상기 제1 광 센서층 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각과 마주하게 배치된 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이 층; 및
상기 컬러 필터 어레이 층 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층;을 포함하며,
상기 복수의 컬러 필터 각각은
제1 굴절률의 물질과 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률의 물질이 소정의 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하는, 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 광 센서층은 제1 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키며,
상기 컬러 필터 어레이 층은, 제2 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 제1 컬러 필터 및 제3 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 제2 컬러 필터를 포함하며,
상기 제1 컬러 필터와 상기 제2 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가지는 이미지 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 복수의 광 감지셀 각각은 무기 광 다이오드를 포함하며,
상기 제2 광 센서층은 유기 광 다이오드를 포함하는 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제1 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판 상에 상기 나노 구조가 형성되는, 이미지 센서. - 제4 항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제2 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 상기 나노 구조가 형성되는, 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 굴절률의 물질은 폴리머, 또는 SiO2이고,
상기 제2 굴절률의 물질은 Si, Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 또는 TiO2인, 이미지 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질은 이차원적으로 교번 배열되는 이미지 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 이차원을 형성하는 두 방향이 달라지도록 구성되는 이미지 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 제2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열되며,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향이 달라지도록 구성되는 이미지 센서. - 제2 항에 있어서,
상기 제1 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율(fill factor)과 상기 제2 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율이 서로 다른 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 점유율이 달라지도록 구성되는 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 나노 구조는 입사된 광을 집광할 수 있도록 있도록, 상기 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질의 형상, 배치가 정해지는, 이미지 센서. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 굴절률은 상기 제1 굴절률보다 1.5 이상 큰 이미지 센서. - 복수의 픽셀을 포함하고,
상기 복수의 픽셀 각각은,
광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 복수의 광 감지셀을 포함하는 제1 광 센서층;
상기 제1 광 센서층 상에 배치되며, 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 제2 광 센서층; 및
상기 제2 광 센서층 상에 배치되며, 상기 복수의 광 감지셀 각각에 대응하여 마련된 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이 층;을 포함하며,
상기 복수의 컬러 필터 각각은
제1 굴절률의 물질과 상기 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률의 물질이 소정의 주기로 반복 배치된 나노 구조를 포함하는, 이미지 센서. - 제14 항에 있어서,
상기 제2 광 센서층은 제1 컬러의 광을 감지하여 전기적 신호를 발생시키며,
상기 컬러 필터 어레이 층은 제2 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시키는 제1 컬러 필터 및 제3 컬러의 광을 선택적으로 흡수 또는 반사시키는 제2 컬러 필터를 포함하며,
상기 제1 컬러 필터와 상기 제2 컬러 필터는 서로 다른 주기의 나노 구조를 가지는 이미지 센서. - 제15 항에 있어서,
상기 복수의 광 감지셀 각각은 무기 광 다이오드를 포함하며,
상기 제2 광 센서층은 유기 광 다이오드를 포함하는 이미지 센서. - 제14 항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제1 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판 상에 상기 나노 구조가 형성되는, 이미지 센서. - 제17 항에 있어서,
상기 컬러 필터 어레이 층은
상기 제2 굴절률보다 낮은 굴절률의 재질로 이루어진 제2 기판;을 더 포함하며,
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 상기 나노 구조가 형성되는, 이미지 센서. - 제14 항에 있어서,
상기 제1 굴절률의 물질은 폴리머 또는 SiO2 이고,
상기 제2 굴절률의 물질은 Si, Si3N4, GaP, TiO2, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP, ZnGeP2 또는 TiO2인, 이미지 센서. - 제 15 항에 있어서,
상기 제1 굴절률의 물질과 제2 굴절률의 물질은 이차원적으로 교번 배열되는 이미지 센서. - 제 15항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 이차원을 형성하는 두 방향이 달라지도록 구성되는 이미지 센서. - 제20 항에 있어서,
상기 제2 굴절률의 물질은 스트라이프 형상의 구조물을 형성하며, 상기 스트라이프 형상의 구조물이 일차원적으로 반복 배열되며,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 스트라이프 형상의 구조물의 길이 방향이 달라지도록 구성되는 이미지 센서. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율(fill factor)과 상기 제2 컬러 필터에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 점유율이 서로 다른 이미지 센서. - 제15 항에 있어서,
상기 복수의 픽셀 각각의 위치에 따라, 상기 복수의 픽셀 각각에 포함된 상기 나노 구조에서 상기 제2 굴절률의 물질이 차지하는 면적의 비율을 나타내는 점유율이 달라지도록 구성되는 이미지 센서.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020160149555A KR102654861B1 (ko) | 2016-03-30 | 2016-11-10 | 나노 구조 컬러 필터를 채용한 이미지 센서 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10483414B2 (en) | 2016-12-05 | 2019-11-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Stack-type image sensor including meta-filter |
| CN110581146A (zh) * | 2018-06-08 | 2019-12-17 | 三星电子株式会社 | 图像传感器和包括该图像传感器的电子设备 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20100121943A (ko) * | 2009-05-11 | 2010-11-19 | 삼성전자주식회사 | 광결정 컬러 필터의 제조방법 |
| KR20130025823A (ko) * | 2011-09-02 | 2013-03-12 | 가부시끼가이샤 도시바 | 고체 촬상 소자 |
| KR20150135208A (ko) * | 2013-03-25 | 2015-12-02 | 소니 주식회사 | 촬상 소자 및 전자 기기 |
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