KR20180051145A - 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 이미지 센서에 관한 것으로, 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 서브 픽셀 어레이들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 서브 픽셀 어레이들 각각은, M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 (M,N)번째 픽셀블럭을 기준으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 평면형상이 상기 N 방향으로 반전된 것이며, 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 m×n(여기서, m,n은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함하는 수광부; 및 상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학 영상을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라, 로보트 등 다양한 분야에서 집적도 및 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대되고 있다.
본 발명의 실시예는 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 서브 픽셀 어레이들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 서브 픽셀 어레이들 각각은, M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 (M,N)번째 픽셀블럭을 기준으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 평면형상이 상기 N 방향으로 반전된 것이며, 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 m×n(여기서, m,n은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함하는 수광부; 및 상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 구동부는 상기 N 방향으로 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부 일측에 위치할 수 있고, 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부는 상기 N 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부 타측에 위치할 수 있다. 상기 M 방향으로 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부와 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부가 정렬될 수 있다.
상기 복수의 서브 픽셀 어레이들 각각은, 상기 (M,N)번째 픽셀블럭을 기준으로 (M+1,N) 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 평면형상이 상기 M 방향으로 반전된 것일 수 있고, (M+1,N+1) 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M+1,N) 픽셀블럭의 평면형상이 상기 N 방향으로 반전된 것일 수 있다. 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 구동부 및 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 N 방향으로 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부 및 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 수광부 일측에 위치할 수 있고, 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부 및 상기 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 N 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부 및 상기 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부 타측에 위치할 수 있다. 상기 M 방향으로 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부와 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부가 정렬될 수 있고, 상기 M 방향으로 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 수광부와 상기 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부가 정렬될 수 있다. 상기 M 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부와 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 구동부가 정렬될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 컬러필터 어레이는 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴들을 포함하며, 상기 복수의 컬러패턴들 각각은, 상기 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 상기 (M,N)번째 픽셀블럭 내 복수의 단위픽셀들 중 어느 하나의 단위픽셀(이하, 제1단위픽셀) 및 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭 내 복수의 단위픽셀들 중 어느 하나의 단위픽셀(이하, 제2단위픽셀) 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 때, 상기 제1단위픽셀과 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 구동부 사이의 거리는 상기 제2단위픽셀과 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부 사이의 거리와 상이할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제1픽셀블럭)을 기준으로 상기 제1픽셀블럭과 로우방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제2픽셀블럭)은 상기 제1픽셀블럭과 상하로 대칭된 평면형상을 갖고, 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 2×2 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 제1단위픽셀 내지 제4단위픽셀을 포함하는 수광부; 및 상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 제1픽셀블럭의 수광부 상측에 상기 제1픽셀블럭의 구동부가 위치할 수 있고, 상기 제2픽셀블럭의 수광부 하측에 상기 제2픽셀블럭의 구동부가 위치할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 수광부 및 상기 제2픽셀블럭의 수광부는 좌우로 정렬될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 컬러필터 어레이는 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴들을 포함하며, 상기 복수의 컬러패턴들 각각은, 상기 제1단위픽셀 내지 상기 제4단위픽셀들 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에서, 상기 제1단위픽셀이 상기 구동부와 가장 근거리에 배치되고 상기 제4단위픽셀이 상기 구동부와 가장 원거리에 배치될 때, 상기 제1픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있고, 상기 제2픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 하단, 우측 하단, 좌측 상단 및 우측 상단에 위치할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭 및 상기 제2픽셀블럭 각각에서 동일한 위치의 단위픽셀에 대응하는 컬러필터는 색상이 서로 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제1단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제3단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제2단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제4단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제3단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제1단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제4단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제2단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제1픽셀블럭)을 기준으로 상기 제1픽셀블럭과 로우방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제2픽셀블럭)은 상기 제1픽셀블럭과 상하로 대칭된 평면형상을 갖고, 상기 제1픽셀블럭과 컬럼방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제3픽셀블럭)은 상기 제1픽셀블럭과 좌우로 대칭된 평면형상을 가지며, 상기 제2픽셀블럭 및 상기 제3픽셀블럭과 각각 컬럼방향 및 로우방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제4픽셀블럭)은 상기 제3픽셀블럭과 상하로 대칭된 평면형성을 갖고, 상기 복수의 픽셀블럭들 각각은, 입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 2×2 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 제1단위픽셀 내지 제4단위픽셀을 포함하는 수광부; 및 상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 제1픽셀블럭의 구동부 및 상기 제3픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 제1픽셀블럭의 수광부 및 상기 제3픽셀블럭의 수광부 상측에 위치할 수 있고, 상기 제2픽셀블럭의 구동부 및 상기 제4픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 제2픽셀블럭의 수광부 및 상기 제4픽셀블럭의 수광부 하측에 위치할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 수광부와 상기 제2픽셀블럭의 수광부는 좌우로 정렬될 수 있고, 상기 제3픽셀블럭의 수광부는 상기 제4픽셀블럭의 수광부와 좌우로 정렬될 수 있다. 상기 제2픽셀블럭의 구동부와 상기 제3픽셀블럭의 구동부는 좌우로 정렬될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서는 상기 픽셀 어레이에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함할 수 있다. 상기 컬러필터 어레이는 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴들을 포함하며, 상기 복수의 컬러패턴들 각각은, 상기 제1단위픽셀 내지 상기 제4단위픽셀 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에서, 상기 제1단위픽셀이 상기 구동부와 가장 근거리에 배치되고 상기 제4단위픽셀이 상기 구동부와 가장 원거리에 배치될 때, 상기 제1픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있고, 상기 제2픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 하단, 우측 하단, 좌측 상단 및 우측 상단에 위치할 수 있으며, 상기 제3픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 우측 상단, 좌측 상단, 우측 하단 및 좌측 하단에 위치할 수 있고, 상기 제4픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 우측 하단, 좌측 하단, 우측 상단 및 좌측 상단에 위치할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭 각각에서 동일한 위치의 단위픽셀에 대응하는 컬러필터는 색상이 서로 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제1단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제3단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제2단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제4단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제2단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제4단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제1단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제3단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제3단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제1단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제4단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제2단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다. 상기 제1픽셀블럭의 제4단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제2단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제3단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제1단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 상호 대칭적인 평면형상을 갖는 복수의 픽셀블럭을 포함하는 서브 픽셀 어레이를 구비함으로써, 각각의 단위픽셀에서 출력되는 이미지 신호에 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 일부 도시한 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부에 대응하는 컬러필터 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부에 대응하는 컬러필터 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부에 대응하는 컬러필터 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
이하 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1층이 제2층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1층이 제2층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1층과 제2층 사이 또는 제1층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들은 성능이 향상된 이미지 센서를 제공하기 위한 것이다. 여기서, 성능이 향상된 이미지 센서는 고화소 이미지를 제공할 수 있는 이미지 센서를 의미할 수 있다. 이를 위해, 실시예들에 따른 이미지 센서는 공유 픽셀 구조(shared pixel structure)를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 고화소 이미지를 제공하기 위해 공유 픽셀 구조를 적용함에 따라 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호에 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이미지 센서를 제공하기 위한 것이다.
이하, 공유 픽셀 구조를 적용함에 따라 각각의 단위픽셀에서 출력되는 이미지 신호에 차이가 발생하는 원인에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이를 일부 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 비교예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부에 대응하는 컬러필터 어레이 일부를 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 이미지는 센서는 복수의 픽셀블럭(110)들이 2차원 배열된 픽셀 어레이(100)를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀블럭(110)들은 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)으로 모두 동일한 평면형상을 갖도록 배열될 수 있다. 복수의 픽셀블럭(110)들 각각은, m×n(여기서, m,n은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열되고 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들(121~124)을 포함할 수 있다. 이하, 비교예에서는 복수의 픽셀블럭(110)들 각각이 2×2 매트릭스 구조로 배열된 4개의 단위픽셀들(121~124)을 포함하는 4 공유 픽셀 구조(4-shared pixel structure)인 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
복수의 픽셀블럭(110)들 각각은, 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들(121~124)을 포함하고 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(120), 수광부(120)에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부(160) 및 수광부(120)와 구동부(160) 사이를 전기적으로 연결하는 도전라인(150)을 포함할 수 있다. 구동부(160)는 복수의 픽셀 트랜지스터들은 포함하는 출력부(130) 및 그라운드 전위(Ground potential)를 제어하는 픽업부(140)를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 수광부(120), 출력부(130) 및 픽업부(140)는 소자분리구조물에 의해 분리될 수 있다.
수광부(120)는 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 복수의 단위픽셀들(121~124)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플로팅디퓨전(FD)을 둘러싸도록 배치된 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)을 포함할 수 있다. 수광부(120) 내에서 플로팅디퓨전(FD)은 센터에 위치할 수 있고, 제1단위픽셀(121)이 구동부(160)와 가장 근거리에 배치될 수 있고, 제4단위픽셀(124)이 구동부(160)와 가장 원거리에 배치될 수 있다. 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)과 구동부(160) 사이의 거리는 구동부(160) 내 출력부(130)가 기준일 수 있다. 따라서, 수광부(120) 내에서 제1단위픽셀(121), 제2단위픽셀(122), 제3단위픽셀(123) 및 제4단위픽셀(124)은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있다. 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)은 각각 입사광에 응답하여 광전하는 생성하는 광전변환소자(photoelectric conversion element, PD) 및 전송신호에 응답하여 광전변환소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅디퓨전(FD)으로 전달하는 전송 트랜지스터(transfer transistor)를 포함할 수 있다. 전송신호는 전송 게이트(TG)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(PD) 및 플로팅디퓨전(FD)은 각각 전송 트랜지스터의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다.
출력부(130)는 수광부(120)에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 생성하고, 로우라인(미도시)을 통해 인가되는 선택신호에 응답하여 이미지 신호를 컬럼라인(미도시)으로 출력할 수 있다. 출력부(130)는 리셋 트랜지스터(reset transistor), 드라이버 트랜지스터(drive transister) 및 선택 트랜지스터(selection transistor)를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터, 드라이버 트랜지스터 및 선택 트랜지스터는 하나의 활성영역(131)을 공유할 수 있으며, 각각 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 드라이버 게이트(DG)는 활성영역(131)의 센터에 위치할 수 있고, 제2방향(D2)으로 드라이버 게이트(DG) 일측 및 타측에 각각 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(SG)가 위치할 수 있다. 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG) 양측의 활성영역(131)에는 접합영역(즉, 소스 및 드레인)이 형성될 수 있다. 리셋 게이트(RG) 일측의 접합영역(예컨대, 소스) 및 드라이버 게이트(DG)에는 도전라인(150)이 연결될 수 있고, 선택 게이트(SG) 타측의 접합영역에는 컬럼라인(미도시)이 연결될 수 있다. 드라이버 게이트(DG)와 리셋 게이트(RG) 사이의 접합영역에는 전원전압(VDD)이 인가될 수 있다. 로우라인(미도시)은 선택 게이트(SG)에 연결될 수 있다. 출력부(130)는 제1방향(D1)으로 수광부(120)의 일측에 위치할 수 있다. 여기서, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 각각 컬럼방향(CD) 및 로우방향(RD)일 수 있다.
도전라인(150)은 수광부(120)의 플로팅디퓨전(FD)과 출력부(130)의 드라이버 게이트(DG) 및 리셋 트랜지스터의 소스를 전기적으로 연결할 수 있다.
픽업부(140)는 수광부(120) 및 출력부(130)의 그라운드 전위(Ground potential)를 제어하기 위한 것으로, 픽업영역(141)을 포함할 수 있다. 픽업영역(141)은 기판에 형성된 불순물영역을 포함할 수 있고, 픽업영역(141)을 통해 수광부(120) 및 출력부(130)가 형성된 기판에 소정의 바이어스를 인가할 수 있다. 픽업부(140)는 출력부(130)와 마찬가지로 제1방향(D1)으로 수광부(120)의 일측에서 출력부(130)와 나란히 위치할 수 있다. 즉, 픽업부(140)는 제2방향(D2)으로 출력부(130)와 동일선상에 위치할 수 있다.
또한, 비교예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(100)에 대응하는 컬러필터 어레이(200)를 포함할 수 있다. 컬러필터 어레이(200)는 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴(210)들을 포함할 수 있다. 복수의 컬러패턴(210)들 각각은 복수의 단위픽셀들(121~124) 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들(221~224)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러패턴(210)들 각각은, 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124) 각각에 대응하는 제1컬러필터(221) 내지 제4컬러필터(224)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 컬러패턴(210)들 각각은 RGr/BGb가 반복되는 베이어 패턴(bayer pattern)일 수 있다. 즉, 제1컬러필터(221), 제2컬러필터(222), 제3컬러필터(223) 및 제4컬러필터(224)는 각각 제1그린필터(Gr), 레드필터(R), 블루필터(B) 및 제2그린필터(Gb)일 수 있다.
상술한 비교예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭(110)들 각각이 공유 픽셀 구조를 갖기 때문에 픽셀블럭(110) 내 인접한 구조물을 포함한 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)의 평면형상이 모두 상이하다는 점을 알 수 있다. 구체적으로, 픽셀블럭(110) 내 좌측 상단에 위치하는 제1단위픽셀(121)은 광전변환소자(PD) 및 전송 게이트(TG)가 선택 게이트(SG), 드라이버 게이트(DG) 및 도전라인(150)에 인접하게 배치된 평면형상을 가질 수 있다. 픽셀블럭(110) 내 우측 상단에 위치하는 제2단위픽셀(122)은 광전변환소자(PD) 및 전송 게이트(TG)가 리셋 게이트(RG), 픽업영역(141) 및 도전라인(150)에 인접하게 배치된 평면형상을 가질 수 있다. 픽셀블럭(110) 내 좌측 하단에 위치하는 제3단위픽셀(123)은 제1단위픽셀(121)과 인접하고, 픽셀블럭(110) 내에서 픽업영역(141)과 가장 먼 거리를 갖도록 배치된 평면형상을 가질 수 있다. 그리고, 픽셀블럭(110) 내 우측 하단에 위치하는 제4단위픽셀(124)은 제2단위픽셀(122)과 인접하고, 픽셀블럭(110) 내에서 선택 게이트(SG)와 가장 먼 거리를 갖도록 배치된 평면형상을 가질 수 있다. 다르게 표현하면, 픽셀블럭(110) 내 구동부(160) 즉, 출력부(130) 또는 픽업부(140)와 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124) 사이의 거리가 모두 상이하다는 것을 알 수 있다. 이처럼, 픽셀블럭(110) 내 인접한 구조물을 포함한 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)의 평면형상 또는 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)과 구동부(160) 사이의 거리가 모두 상이하기 때문에 입사광에 응답하여 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)에서 생성된 광전하량이 모두 동일하더라도 출력부(130)를 통해 출력되는 신호는 모두 상이할 수 밖에 없다. 즉, 인접한 구조물들 사이에서 발생하는 간섭 예컨대, 기생 캐패시턴스로 인해 각 단위픽셀별로 출력되는 이미지 신호에 차이가 발생하게 된다.
더구나, 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에 대응하도록 복수의 컬러패턴(210)들이 배치되기 때문에 상술한 이미지 신호의 차이가 더욱더 심화된다. 즉, 제1컬러필터(221)에 의해 색분리된 입사광에 대응하는 이미지 신호는 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에서 제1단위픽셀(121)에서만 출력될 뿐, 다른 단위픽셀들 즉, 제2단위픽셀(122) 내지 제4단위픽셀(124)에서는 출력되지 않기 때문이다. 다시 말해, 제1컬러필터(221)에 의해 색분리된 입사광에 대응하는 이미지 신호는 제1단위픽셀(121)과 다른 평면형상을 갖는 제2단위픽셀(122) 내지 제4단위픽셀(124)에서는 출력되지 않기 때문에 각 단위픽셀별로 출력되는 이미지 신호에 차이가 더욱더 심화될 수 밖에 없다.
후술하는 본 발명의 실시예들은 비교예에서 설명한 바와 같이, 공유 픽셀 구조를 적용함에 따라 각 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호에 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이미지 센서에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부에 대응하는 컬러필터 어레이 일부를 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들이 2차원 배열된 픽셀 어레이(300)를 포함할 수 있다. 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들 각각은 M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭(310)들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 픽셀 어레이(300)는 M 방향 및 N 방향으로 배열된 복수의 픽셀블럭(310)들을 포함할 수 있고, M 방향 및 N 방향은 각각 로우방향(RD) 및 컬럼방향(CD)일 수 있다. 복수의 픽셀블럭(310)들 각각은 m×n(여기서, m,n은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열되고, 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1실시예에서 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들 각각은 1×2 매트릭스 구조로 배열된 (1,1)번째 제1픽셀블럭(310-1) 및 (1,2)번째 제2픽셀블럭(310-2)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 픽셀블럭(310)들 각각은 비교예와 마찬가지로, 2×2 매트릭스 구조로 배열된 4개의 단위픽셀들을 포함하는 4 공유 픽셀 구조를 가질 수 있다. 이는, 설명의 편의를 위한 것으로, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 2n(여기서, n은 0을 제외한 자연수) 공유 픽셀 구조를 가질 수도 있다.
복수의 픽셀블럭(310)들 각각은 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함하고 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(320), 수광부(320)에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부(360) 및 수광부(320)와 구동부(360) 사이를 전기적으로 연결하는 도전라인(350)을 포함할 수 있다. 구동부(360)는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 포함하는 출력부(330) 및 그라운드 전위를 제어하는 픽업부(340)를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 수광부(320), 출력부(330) 및 픽업부(340)는 소자분리구조물에 의해 분리될 수 있다.
수광부(320)는 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 복수의 단위픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플로팅디퓨전(FD)을 둘러싸도록 배치된 제1단위픽셀(321-1, 321-2) 내지 제4단위픽셀(324-1, 324-2)을 포함할 수 있다. 수광부(320) 내에서 플로팅디퓨전(FD)은 센터에 위치할 수 있다. 제1단위픽셀(321-1, 321-2) 내지 제4단위픽셀(324-1, 324-2)은 각각 입사광에 응답하여 광전하는 생성하는 광전변환소자(PD) 및 전송신호에 응답하여 광전변환소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅디퓨전(FD)으로 전달하는 전송 트랜지스터를 포함할 수 있다. 전송신호는 전송 게이트(TG)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(PD) 및 플로팅디퓨전(FD)은 각각 전송 트랜지스터의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다.
출력부(330)는 수광부(320)에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 생성하고, 로우라인(미도시)을 통해 인가되는 선택신호에 응답하여 이미지 신호를 컬럼라인으로 출력할 수 있다. 출력부(330)는 리셋 트랜지스터, 드라이버 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터, 드라이버 트랜지스터 및 선택 트랜지스터는 하나의 활성영역(331)을 공유할 수 있으며, 각각 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 드라이버 게이트(DG)는 활성영역(331)의 센터에 위치할 수 있고, 제2방향(D2)으로 드라이버 게이트(DG) 일측 및 타측에 각각 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(SG)가 위치할 수 있다. 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG) 양측의 활성영역(331)에는 접합영역(즉, 소스 및 드레인)이 형성될 수 있다. 리셋 게이트(RG) 일측의 접합영역(예컨대, 소스) 및 드라이버 게이트(DG)에는 도전라인(350)이 연결될 수 있고, 선택 게이트(SG) 타측의 접합영역에는 컬럼라인(미도시)이 연결될 수 있다. 드라이버 게이트(DG)와 리셋 게이트(RG) 사이의 접합영역에는 전원전압(VDD)이 인가될 수 있다. 로우라인(미도시)은 선택 게이트(SG)에 연결될 수 있다. 출력부(330)는 제1방향(D1)으로 수광부(320)의 일측에 위치할 수 있다. 여기서, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 각각 컬럼방향(CD) 및 로우방향(RD)일 수 있다.
도전라인(350)은 수광부(320)의 플로팅디퓨전(FD)과 출력부(330)의 드라이버 게이트(DG) 및 리셋 트랜지스터의 소스를 전기적으로 연결할 수 있다.
픽업부(340)는 수광부(320) 및 출력부(330)의 베이스(base) 전위를 제어하기 위한 것으로, 픽업영역(341)을 포함할 수 있다. 픽업영역(341)은 기판에 형성된 불순물영역을 포함할 수 있다. 픽업영역(341)을 통해 수광부(320) 및 출력부(330)가 형성된 기판에 소정의 바이어스 예컨대, 접지전압(VSS)을 인가할 수 있다. 픽업부(340)는 출력부(330)와 마찬가지로 제1방향(D1)으로 수광부(320)의 일측에서 출력부(330)와 나란히 위치할 수 있다. 즉, 픽업부(340)는 제2방향(D2)으로 출력부(330)와 동일선상에 위치할 수 있다.
또한, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(300)에 대응하는 컬러필터 어레이(400)를 포함할 수 있다. 컬러필터 어레이(400)는 복수의 픽셀블럭(310)들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴(410)들을 포함할 수 있다. 복수의 컬러패턴(410)들 각각은 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들(421~424)를 포함할 수 있다. 복수의 컬러필터들(421~424) 각각은 레드필터(red filter), 그린필터(green filter), 블루필터(blue filter), 사이언필터(cyan filter), 옐로우필터(yellow filter), 마젠타필터(magenta filter), 화이트필터(white filter), 블랙필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter), 적외선패스필터(IR pass filter) 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴스패스필터(band pass filter)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 단일필터 또는 둘 이상의 포함하는 다중필터일 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러패턴(410)들 각각은 2×2 매트릭스 구조로 배열되고, 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하는 제1컬러필터(421) 내지 제4컬러필터(424)를 포함할 수 있다. 복수의 컬러패턴(410)들 각각에서 제1컬러필터(421), 제2컬러필터(422), 제3컬러필터(423) 및 제4컬러필터(424)는 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있고, 컬러필터 어레이(400) 전체에 걸쳐 동일한 배치형태를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 컬러패턴(410)들 각각은 RGr/BGb가 반복되는 베이어 패턴(bayer pattern)일 수 있다. 즉, 제1컬러필터(421), 제2컬러필터(422), 제3컬러필터(423) 및 제4컬러필터(424)는 각각 제1그린필터(Gr), 레드필터(R), 블루필터(B) 및 제2그린필터(Gb)일 수 있다.
한편, 제1실시예에서는 복수의 컬러패턴(410)들 각각이 베이어 패턴인 경우를 예시하였으나, 그 외 다양한 컬러패턴(410)을 적용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러패턴(410)들 각각은 화이트필터, 레드필터, 그린필터 및 블루필터를 포함하는 WRGB 패턴일 수도 있다.
여기서, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 공유 픽셀 구조를 적용함에 따라 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이가 발생하는 것을 방지하기 위해 서브 픽셀 어레이(305) 내 복수의 픽셀블럭(310)들이 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들 각각은 M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭(310)들을 포함하고, 복수의 픽셀블럭(310)들 중에서 (M,N)번째 픽셀블럭(310)을 기준으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭(310)의 평면형상은 (M,N)번째 픽셀블럭(310)의 평면형상이 N 방향으로 반전된 것일 수 있다. 다시 말해, (M,N)번째 픽셀블럭(310)의 평면형상을 기준으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭(310)은 (M,N)번째 픽셀블럭(310)과 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들 각각을 살펴보면, (M,N)번째 픽셀블럭(310)의 구동부(360)는 N 방향으로 (M,N)번째 픽셀블럭(310)의 수광부(320) 일측에 위치할 수 있고, (M,N+1)번째 픽셀블럭(310)의 구동부(360)는 N 방향으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭(310)의 수광부(320) 타측에 위치할 수 있다. 그리고, M 방향으로 (M,N)번째 픽셀블럭(310)의 수광부(320)와 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부(320)가 정렬될 수 있다. 여기서, N 방향 및 M 방향은 각각 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)일 수 있고, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 각각 컬럼방향(CD) 및 로우방향(RD)일 수 있다.
예를 들어, 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들 각각은 1×2 매트릭스 구조로 배열될 수 있고, (1,1)번째 제1픽셀블럭(310-1) 및 (1,2)번째 제2픽셀블럭(310-2)을 포함할 수 있다. 제2픽셀블럭(310-2)의 평면형상은 제1픽셀블럭(310-1)의 평면형상이 제1방향(D1)으로 반전된 것일 수 있다. 다시 말해, 제1픽셀블럭(310-1)의 평면형상을 기준으로 제2픽셀블럭(310-2)은 제1픽셀블럭(310-1)과 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다. 제1방향(D1)으로 제1픽셀블럭(310-1)의 수광부(320) 일측(또는, 상측)에 제1픽셀블럭(310-1)의 구동부(360)가 위치할 수 있고, 제1방향(D1)으로 제2픽셀블럭(310-2)의 수광부(320) 타측(또는, 하측)에 제2픽셀블럭(310-2)의 구동부(360)가 위치할 수 있다. 제1픽셀블럭(310-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)의 구동부(360)에서 출력부(330) 및 픽업부(340)는 각각 좌측 및 우측에 위치할 수 있다. 그리고, 제2방향으로 제1픽셀블럭(310-1)의 수광부(320) 및 제2픽셀블럭(310-2)의 수광부(320)가 정렬될 수 있다. 즉, 제1픽셀블럭(310-1)의 수광부(320)는 제2픽셀블럭(310-2)의 수광부(320)와 좌우로 정렬될 수 있다.
제1실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭(310)들 각각에서 제1단위픽셀(321-1, 321-2)이 구동부(360) 예컨대, 출력부(330)와 가장 근거리에 배치되고, 제4단위픽셀(324-1, 324-2)이 구동부(360)와 가장 원거리에 배치될 때, 제1픽셀블럭(310-1)과 제2픽셀블럭(310-2)은 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 갖기 때문에 제1픽셀블럭(310-1) 내 복수의 단위픽셀들 배치와 제2픽셀블럭(310-2) 내 복수의 단위픽셀들 배치는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1픽셀블럭(310-1) 내 제1단위픽셀(321-1), 제2단위픽셀(322-1), 제3단위픽셀(323-1) 및 제4단위픽셀(324-1)은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있다. 반면에, 제2픽셀블럭(310-2) 내 제1단위픽셀(321-2), 제2단위픽셀(322-2), 제3단위픽셀(323-2) 및 제4단위픽셀(324-2)은 각각 좌측 하단, 우측 하단, 좌측 상단 및 우측 상단에 위치할 수 있다. 이처럼, 비교예에서는 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에서 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)의 위치가 모두 동일하였으나, 제1실시예에서는 제1픽셀블럭(310-1)에서의 제1단위픽셀(321-1) 내지 제4단위픽셀(324-1) 위치가 제2픽셀블럭(310-2)에서의 제1단위픽셀(321-2) 내지 제4단위픽셀(324-2) 위치와 모두 상이함을 알 수 있다. 따라서, 제1픽셀블럭(310-1) 및 제2픽셀블럭(310-2) 각각에서 동일한 위치의 단위픽셀에 대응하는 컬러필터는 색상이 서로 동일하다. 예를 들어, 제1픽셀블럭(310-1)의 제1단위픽셀(321-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)의 제3단위픽셀(323-2) 각각에는 제1컬러필터(421)가 대응할 수 있다. 제1픽셀블럭(310-1)의 제2단위픽셀(322-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)의 제4단위픽셀(324-2) 각각에는 제2컬러필터(422)가 대응할 수 있다. 제1픽셀블럭(310-1)의 제3단위픽셀(323-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)의 제1단위픽셀(321-1) 각각에는 제3컬러필터(423)가 대응할 수 있다. 그리고, 제1픽셀블럭(310-1)의 제4단위픽셀(324-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)의 제2단위픽셀(322-2) 각각에는 제4컬러필터(424)가 대응할 수 있다.
이와 같이, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 서브 픽셀 어레이(305)에서 각각의 픽셀블럭(310)들 내 제1단위픽셀(321-1, 321-2) 내지 제4단위픽셀(324-1, 324-2)의 위치가 모두 상이하나, 각각의 픽셀블럭(310)에 대응하는 컬러패턴(410)은 일정한 패턴을 유지하기 때문에 공유 픽셀 구조를 갖더라도 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 서브 픽셀 어레이(305) 내에서 동일한 색상의 컬러필터 예컨대, 제1컬러필터(421)에 대응하는 제1픽셀블럭(310-1)에서의 제1단위픽셀(321-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)에서의 제3단위픽셀(323-2)은 서로 상이한 평면형상을 가질 수 밖에 없다. 다시 말해, 제1픽셀블럭(310-1)에서 제1단위픽셀(321-1)과 출력부(330) 사이의 거리는 제2픽셀블럭(310-2)에서 제3단위픽셀(323-2)과 출력부(330) 사이의 거리와 서로 상이할 수 밖에 없다. 이로 인해, 제1픽셀블럭(310-1)에서의 제1단위픽셀(321-1) 및 제2픽셀블럭(310-2)에서의 제3단위픽셀(323-2)이 출력하는 이미지 신호는 서로 상이할 수 밖에 없으며, 이들이 출력하는 서로 상이한 이미지 신호를 하나 이상의 서브 픽셀 어레이(305) 단위로 머지(merge)하면 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이를 방지할 수 있다.
참고로, 비교예에서는 어느 하나의 컬러필터에 의해 색분리된 입사광에 대응하는 이미지 신호가 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에서 동일한 평면형상을 갖는 어느 하나의 단위픽셀에서만 출력되었으나, 제1실시예에 따른 이미지 센서는 서로 다른 평면형상을 갖는 복수의 단위픽셀들에서 출력되기 때문에 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 이미지 센서의 변형예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도이다. 설명의 편의를 위해 제1실시예와 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들이 2차원 배열된 픽셀 어레이(300')를 포함할 수 있다. 복수의 서브 픽셀 어레이(305)들 각각은 M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭(310)들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 픽셀 어레이(300')는 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)으로 배열된 복수의 픽셀블럭(310)들을 포함할 수 있다. 여기서, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 상호 교차하고, 로우방향(RD) 또는 컬럼방향(CD)을 기준으로 기울기를 갖는 사선방향일 수 있다. 변형예에 따른 픽셀 어레이(300')는 로우방향(RD) 및 컬럼방향(CD)으로 연장되는 배선들의 배치 및 간격을 보다 용이하게 확보하기 위한 것이다.
정리하면, 제1실시예에서는 서브 픽셀 어레이(305) 내 복수의 픽셀블럭(310)들이 컬럼방향(CD)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가졌으나, 변형예에서는 사선방향인 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부에 대응하는 컬러필터 어레이 일부를 도시한 평면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 서브 픽셀 어레이(505)들이 2차원 배열된 픽셀 어레이(500)를 포함할 수 있다. 복수의 서브 픽셀 어레이(505)들 각각은 M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭(510)들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 픽셀 어레이(500)는 M 방향 및 N 방향으로 배열된 복수의 픽셀블럭(510)들을 포함할 수 있고, M 방향 및 N 방향은 각각 로우방향(RD) 및 컬럼방향(CD)일 수 있다. 복수의 픽셀블럭(510)들 각각은 m×n(여기서, m,n은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열되고, 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2실시예에서 복수의 서브 픽셀 어레이(505)들 각각은 2×2 매트릭스 구조로 배열된 제1픽셀블럭(510-1) 내지 제4픽셀블럭(510-4)을 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 픽셀블럭(510)들 각각은 비교예와 마찬가지로, 2×2 매트릭스 구조로 배열된 4개의 단위픽셀들을 포함하는 4 공유 픽셀 구조를 가질 수 있다. 이는, 설명의 편의를 위한 것으로, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 2n(여기서, n은 0을 제외한 자연수) 공유 픽셀 구조를 가질 수도 있다.
복수의 픽셀블럭(510)들 각각은 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함하고 입사광에 응답하여 광전하를 생성하는 수광부(520), 수광부(520)에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부(560) 및 수광부(520)와 구동부(560) 사이를 전기적으로 연결하는 도전라인(550)을 포함할 수 있다. 구동부(560)는 복수의 픽셀 트랜지스터들을 포함하는 출력부(530) 및 그라운드 전위를 제어하는 픽업부(540)를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 수광부(520), 출력부(530) 및 픽업부(540)는 소자분리구조물에 의해 분리될 수 있다.
수광부(520)는 플로팅디퓨전(FD)을 공유하는 복수의 단위픽셀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플로팅디퓨전(FD)을 둘러싸도록 배치된 제1단위픽셀(521-1, 521-2, 521-3, 521-4) 내지 제4단위픽셀(524-1, 524-2, 524-3, 524-4)을 포함할 수 있다. 수광부(520) 내에서 플로팅디퓨전(FD)은 센터에 위치할 수 있다. 제1단위픽셀(521-1, 521-2, 521-3, 521-4) 내지 제4단위픽셀(524-1, 524-2, 524-3, 524-4)은 각각 입사광에 응답하여 광전하는 생성하는 광전변환소자(PD) 및 전송신호에 응답하여 광전변환소자(PD)에서 생성된 광전하를 플로팅디퓨전(FD)으로 전달하는 전송 트랜지스터를 포함할 수 있다. 전송신호는 전송 게이트(TG)에 인가될 수 있고, 광전변환소자(PD) 및 플로팅디퓨전(FD)은 각각 전송 트랜지스터의 소스 및 드레인으로 작용할 수 있다.
출력부(530)는 수광부(520)에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 생성하고, 로우라인(미도시)을 통해 인가되는 선택신호에 응답하여 이미지 신호를 컬럼라인으로 출력할 수 있다. 출력부(530)는 리셋 트랜지스터, 드라이버 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 포함할 수 있다. 리셋 트랜지스터, 드라이버 트랜지스터 및 선택 트랜지스터는 하나의 활성영역(531)을 공유할 수 있으며, 각각 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG)를 포함할 수 있다. 드라이버 게이트(DG)는 활성영역(531)의 센터에 위치할 수 있고, 제2방향(D2)으로 드라이버 게이트(DG) 일측 및 타측에 각각 리셋 게이트(RG) 및 선택 게이트(SG)가 위치할 수 있다. 리셋 게이트(RG), 드라이버 게이트(DG) 및 선택 게이트(SG) 양측의 활성영역(531)에는 접합영역(즉, 소스 및 드레인)이 형성될 수 있다. 리셋 게이트(RG) 일측의 접합영역(예컨대, 소스) 및 드라이버 게이트(DG)에는 도전라인(550)이 연결될 수 있고, 선택 게이트(SG) 타측의 접합영역에는 컬럼라인(미도시)이 연결될 수 있다. 드라이버 게이트(DG)와 리셋 게이트(RG) 사이의 접합영역에는 전원전압(VDD)이 인가될 수 있다. 로우라인(미도시)은 선택 게이트(SG)에 연결될 수 있다. 출력부(530)는 제1방향(D1)으로 수광부(520)의 일측에 위치할 수 있다. 여기서, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 각각 컬럼방향(CD) 및 로우방향(RD)일 수 있다.
도전라인(550)은 수광부(520)의 플로팅디퓨전(FD)과 출력부(530)의 드라이버 게이트(DG) 및 리셋 트랜지스터의 소스를 전기적으로 연결할 수 있다.
픽업부(540)는 수광부(520) 및 출력부(530)의 베이스(base) 전위를 제어하기 위한 것으로, 픽업영역(541)을 포함할 수 있다. 픽업영역(541)은 기판에 형성된 불순물영역을 포함할 수 있다. 픽업영역(541)을 통해 수광부(520) 및 출력부(530)가 형성된 기판에 소정의 바이어스 예컨대, 접지전압(VSS)을 인가할 수 있다. 픽업부(540)는 출력부(530)와 마찬가지로 제1방향(D1)으로 수광부(520)의 일측에서 출력부(530)와 나란히 위치할 수 있다. 즉, 픽업부(540)는 제2방향(D2)으로 출력부(530)와 동일선상에 위치할 수 있다.
또한, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 픽셀 어레이(500)에 대응하는 컬러필터 어레이(600)를 포함할 수 있다. 컬러필터 어레이(600)는 복수의 픽셀블럭(510)들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴(610)들을 포함할 수 있다. 복수의 컬러패턴(610)들 각각은 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들(621~624)을 포함할 수 있다. 복수의 컬러필터들(621~624) 각각은 레드필터(red filter), 그린필터(green filter), 블루필터(blue filter), 사이언필터(cyan filter), 옐로우필터(yellow filter), 마젠타필터(magenta filter), 화이트필터(white filter), 블랙필터(black filter), 적외선차단필터(IR cutoff filter), 적외선패스필터(IR pass filter) 및 특정 파장대역을 통과시키는 밴스패스필터(band pass filter)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 단일필터 또는 둘 이상의 포함하는 다중필터일 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러패턴(610)들 각각은 2×2 매트릭스 구조로 배열되고, 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하는 제1컬러필터(621) 내지 제4컬러필터(624)를 포함할 수 있다. 복수의 컬러패턴(610)들 각각에서 제1컬러필터(621), 제2컬러필터(622), 제3컬러필터(623) 및 제4컬러필터(624)는 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있고, 컬러필터 어레이(600) 전체에 걸쳐 동일한 배치형태를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 컬러패턴(610)들 각각은 RGr/BGb가 반복되는 베이어 패턴(bayer pattern)일 수 있다. 즉, 제1컬러필터(621), 제2컬러필터(622), 제3컬러필터(623) 및 제4컬러필터(624)는 각각 제1그린필터(Gr), 레드필터(R), 블루필터(B) 및 제2그린필터(Gb)일 수 있다.
한편, 제2실시예에서는 복수의 컬러패턴(610)들 각각이 베이어 패턴인 경우를 예시하였으나, 다양한 컬러패턴(610)을 적용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 컬러패턴(610)들 각각은 화이트필터, 레드필터, 그린필터 및 블루필터를 포함하는 WRGB 패턴일 수도 있다.
여기서, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 공유 픽셀 구조를 적용함에 따라 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이가 발생하는 것을 방지하기 위해 서브 픽셀 어레이(505) 내 복수의 픽셀블럭(510)들이 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 복수의 서브 픽셀 어레이(505)들 각각은 M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭(510)들을 포함하고, 복수의 픽셀블럭(510)들 중에서 (M,N)번째 픽셀블럭(510)을 기준으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 평면형상은 (M,N)번째 픽셀블럭(510)의 평면형상이 N 방향으로 반전된 것일 수 있다. (M+1,N) 픽셀블럭(510)의 평면형상은 (M,N)번째 픽셀블럭(510)의 평면형상이 M 방향으로 반전된 것일 수 있다. 그리고, (M+1,N+1) 픽셀블럭(510)의 평면형상은 (M+1,N) 픽셀블럭(510)의 평면형상이 N 방향으로 반전된 것일 수 있다. 다시 말해, 복수의 픽셀블럭(510)들 중에서 (M,N)번째 픽셀블럭(510)의 평면형상을 기준으로 (M,N+1) 픽셀블럭(510)은 (M,N) 픽셀블럭(510)과 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있고, (M+1,N) 픽셀블럭(510)은 (M,N) 픽셀블럭(510)과 제2방향(D2)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다. 그리고, (M+1,N+1) 픽셀블럭(510)은 (M+1,N) 픽셀블럭(510)과 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다.
따라서, (M,N)번째 픽셀블럭(510)의 구동부(560) 및 (M+1,N)번째 픽셀블럭(510)의 구동부(560)는 각각 N 방향으로 (M,N)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520) 및 (M+1,N)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520) 일측에 위치할 수 있고, (M,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 구동부(560) 및 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 구동부(560)는 각각 N 방향으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520) 및 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520) 타측에 위치할 수 있다. M 방향으로 (M,N)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520)와 (M,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520)가 정렬될 수 있고, M 방향으로 (M+1,N)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520)와 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 수광부(520)가 정렬될 수 있다. 그리고, M 방향으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭(510)의 구동부(560)와 (M+1,N)번째 픽셀블럭(510)의 구동부(560)가 정렬될 수 있다. 여기서, N 방향 및 M 방향은 각각 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)일 수 있고, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 각각 컬럼방향(CD) 및 로우방향(RD)일 수 있다.
예를 들어, 복수의 서브 픽셀 어레이(505) 각각은 2×2 매트릭스 구조로 배열될 수 있고, (1,1)번째 제1픽셀블럭(510-1), (1,2)번째 제2픽셀블럭(510-2), (2,1)번째 제3픽셀블럭(510-3) 및 (2,2)번째 제4픽셀블럭(510-4)을 포함할 수 있다. 제2픽셀블럭(510-2)의 평면형상은 제1픽셀블럭(510-1)의 평면형상이 제1방향(D1)으로 반전된 것일 수 있다. 제3픽셀블럭(510-3)의 평면형상은 제1픽셀블럭(510-1)의 평면형상이 제2방향(D2)으로 반전된 것일 수 있다. 그리고, 제4픽셀블럭(510-4)의 평면형상은 제3픽셀블럭(510-3)의 평면형상이 제1방향(D1)으로 반전된 것일 수 있다. 다시 말해, 제2픽셀블럭(510-2)은 제1픽셀블럭(510-1)과 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다. 즉, 제2픽셀블럭(510-2)은 제1픽셀블럭(510-1)과 상하로 대칭된 평면형상을 가질 수 있다. 제3픽셀블럭(510-3)은 제1픽셀블럭(510-1)과 제2방향(D2)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다. 즉, 제3픽셀블럭(510-3)은 제1픽셀블럭(510-1)과 좌우로 대칭된 평면형상을 가질 수 있다. 그리고, 제4픽셀블럭(510-4)은 제3픽셀블럭(510-3)과 제1방향(D1)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다. 즉, 제4픽셀블럭(510-4)은 제3픽셀블럭(510-3)과 상하로 대칭된 평면형상을 가질 수 있다. 또한, 제4픽셀블럭(510-4)은 제1픽셀블럭(510-1)과 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다.
따라서, 제1픽셀블럭(510-1)의 구동부(560) 및 제3픽셀블럭(510-3)의 구동부(560)는 각각 제1픽셀블럭(510-1)의 수광부(520) 및 제3픽셀블럭(510-3)의 수광부(520) 상측에 위치할 수 있고, 제2픽셀블럭(510-2)의 구동부(560) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 구동부(560)는 각각 제2픽셀블럭(510-2)의 수광부(520) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 수광부(520) 하측에 위치할 수 있다. 제1픽셀블럭(510-1) 및 제2픽셀블럭(510-2)의 구동부(560)에서 출력부(530) 및 픽업부(540)는 각각 좌측 및 우측에 위치할 수 있고, 제3픽셀블럭(510-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 구동부(560)에서 출력부(530) 및 픽업부(540)는 각각 우측 및 좌측에 위치할 수 있다. 제1픽셀블럭(510-1)의 수광부(520)와 제2픽셀블럭(510-2)의 수광부(520)는 좌우로 정렬될 수 있고, 제3픽셀블럭(510-3)의 수광부(520)는 제4픽셀블럭(510-4)의 수광부(520)와 좌우로 정렬될 수 있다. 그리고, 제2픽셀블럭(510-2)의 구동부(560)와 제3픽셀블럭(510-3)의 구동부(560)는 좌우로 정렬될 수 있다.
제2실시예에 따른 이미지 센서는 복수의 픽셀블럭(510)들 각각에서 제1단위픽셀(521-1, 521-2, 521-3, 521-4)이 구동부(560) 예컨대, 출력부(530)와 가장 근거리에 배치되고, 제4단위픽셀(524-1, 524-2, 524-3, 524-4)이 구동부(560)와 가장 원거리에 배치될 때, 제1픽셀블럭(510-1) 내지 제4픽셀블럭(510-4)이 상호 대칭적인 평면형상을 갖기 때문에 제1픽셀블럭(510-1) 내 복수의 단위픽셀들 배치, 제2픽셀블럭(510-2) 내 복수의 단위픽셀들 배치, 제3픽셀블럭(510-3) 내 복수의 단위픽셀들 배치 및 제4픽셀블럭(510-4) 내 복수의 단위픽셀들 배치가 모두 상이할 수 있다.
예를 들어, 제1픽셀블럭(510-1) 내 제1단위픽셀(521-1), 제2단위픽셀(522-1), 제3단위픽셀(523-1) 및 제4단위픽셀(524-1)은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치할 수 있다. 반면에, 제2픽셀블럭(510-2) 내 제1단위픽셀(521-2), 제2단위픽셀(522-2), 제3단위픽셀(523-2) 및 제4단위픽셀(524-2)은 각각 좌측 하단, 우측 하단, 좌측 상단 및 우측 상단에 위치할 수 있고, 제3픽셀블럭(510-3) 내 제1단위픽셀(521-3), 제2단위픽셀(522-3), 제3단위픽셀(523-3) 및 제4단위픽셀(524-3)은 각각 우측 상단, 좌측 상단, 우측 하단 및 좌측 하단에 위치할 수 있다. 그리고, 제4픽셀블럭(510-4) 내 제1단위픽셀(521-4), 제2단위픽셀(522-4), 제3단위픽셀(523-4) 및 제4단위픽셀(524-4)은 각각 우측 하단, 좌측 하단, 우측 상단 및 좌측 상단에 위치할 수 있다. 이처럼, 비교예에서는 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에서 제1단위픽셀(121) 내지 제4단위픽셀(124)의 위치가 모두 동일하였으나, 제2실시예에서는 제1픽셀블럭(510-1) 내지 제4픽셀블럭(510-4)에서 제1단위픽셀(521-1, 521-2, 521-3, 521-4) 내지 제4단위픽셀(524-1, 524-2, 524-3, 524-4)의 위치가 모두 상이함을 알 수 있다.
따라서, 제1픽셀블럭(510-1) 내지 제4픽셀블럭(510-4) 각각에서 동일한 위치의 단위픽셀에 대응하는 컬러필터는 색상이 서로 동일하다. 구체적으로, 제1픽셀블럭(510-1)의 제1단위픽셀(521-1), 제2픽셀블럭(510-2)의 제3단위픽셀(523-2), 제3픽셀블럭(510-3)의 제2단위픽셀(522-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 제4단위픽셀(524-4) 각각에는 제1컬러필터가 대응할 수 있다. 제1픽셀블럭(510-1)의 제2단위픽셀(522-1), 제2픽셀블럭(510-2)의 제4단위픽셀(524-2), 제3픽셀블럭(510-3)의 제1단위픽셀(521-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 제3단위픽셀(523-4) 각각에는 제2컬러필터가 대응할 수 있다. 제1픽셀블럭(510-1)의 제3단위픽셀(523-1), 제2픽셀블럭(510-2)의 제1단위픽셀(521-2), 제3픽셀블럭(510-3)의 제4단위픽셀(524-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 제2단위픽셀(522-4) 각각에는 제3컬러필터가 대응할 수 있다. 그리고, 제1픽셀블럭(510-1)의 제4단위픽셀(524-1), 제2픽셀블럭(510-2)의 제2단위픽셀(522-2), 제3픽셀블럭(510-3)의 제3단위픽셀(523-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)의 제1단위픽셀(521-4) 각각에는 제4컬러필터가 대응할 수 있다.
이와 같이, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 서브 픽셀 어레이(505)에서 각각의 픽셀블럭(510)들 내 제1단위픽셀(521-1, 521-2, 521-3, 521-4) 내지 제4단위픽셀(524-1, 524-2, 524-3, 524-4)의 위치가 모두 상이하나, 각각의 픽셀블럭(510)에 대응하는 컬러패턴(610)은 일정한 패턴을 유지하기 때문에 공유 픽셀 구조를 갖더라도 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 서브 픽셀 어레이(505) 내에서 동일한 색상의 컬러필터 예컨대, 제1컬러필터(621)에 대응하는 제1픽셀블럭(510-1)에서의 제1단위픽셀(521-1), 제2픽셀블럭(510-2)에서의 제3단위픽셀(523-2), 제3픽셀블럭(510-3)에서의 제2단위픽셀(522-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)에서의 제4단위픽셀(524-4)은 서로 상이한 평면 형상을 가질 수 밖에 없다. 다시 말해, 제1픽셀블럭(510-1)에서 제1단위픽셀(521-1)과 출력부(530) 사이의 거리, 제2픽셀블럭(510-2)에서 제3단위픽셀(523-2)과 출력부(530) 사이의 거리, 제3픽셀블럭(510-3)에서 제2단위픽셀(522-3)과 출력부(530) 사이의 거리 및 제4픽셀블럭(510-4)에서 제4단위픽셀(524-4)과 출력부(530) 사이의 거리는 서로 상이할 수 밖에 없다. 이로 인해, 제1픽셀블럭(510-1)에서의 제1단위픽셀(521-1), 제2픽셀블럭(510-2)에서의 제3단위픽셀(523-2), 제3픽셀블럭(510-3)에서의 제2단위픽셀(522-3) 및 제4픽셀블럭(510-4)에서의 제4단위픽셀(524-4)이 출력하는 이미지 신호는 서로 상이할 수 밖에 없으며, 이들이 출력하는 서로 상이한 이미지 신호를 하나 이상의 서브 픽셀 어레이(505) 단위로 머지(merge)하면 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이를 방지할 수 있다. 특히, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 서브 픽셀 어레이(505) 내에서 동일한 색상을 갖는 어느 하나의 컬러필터에 대응하는 제1단위픽셀(521-1, 521-2, 521-3, 521-4) 내지 제4단위픽셀(524-1, 524-2, 524-3, 524-4)을 포함하기 때문에 제1실시예에 따른 이미지 센서보다 이미지 신호의 차이를 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
참고로, 비교예에서는 어느 하나의 컬러필터에 의해 색분리된 입사광에 대응하는 이미지 신호가 복수의 픽셀블럭(110)들 각각에서 동일한 평면형상을 갖는 어느 하나의 단위픽셀에서만 출력되었으나, 제2실시예에 따른 이미지 센서는 서로 다른 평면형상을 갖는 복수의 단위픽셀들에서 출력되기 때문에 각각의 단위픽셀들에서 출력되는 이미지 신호의 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 이미지 센서의 변형예에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이 일부를 도시한 평면도이다. 설명의 편의를 위해 제2실시예와 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 변형예에 따른 이미지 센서는 복수의 서브 픽셀 어레이(505)들이 2차원 배열된 픽셀 어레이(500')를 포함할 수 있다. 복수의 서브 픽셀 어레이(505)들 각각은 M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭(510)들을 포함할 수 있다. 다시 말해, 픽셀 어레이(500')는 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)으로 배열된 복수의 픽셀블럭(510)들을 포함할 수 있다. 여기서, 제1방향(D1) 및 제2방향(D2)은 상호 교차하고, 로우방향(RD) 또는 컬럼방향(CD)을 기준으로 기울기를 갖는 사선방향일 수 있다. 변형예에 따른 픽셀 어레이(500')는 로우방향(RD) 및 컬럼방향(CD)으로 연장되는 배선들의 배치 및 간격을 보다 용이하게 확보하기 위한 것이다.
정리하면, 제2실시예서는 서브 픽셀 어레이(505) 내 복수의 픽셀블럭(510)들이 로우방향(RD) 또는/및 컬럼방향(CD)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가졌으나, 변형예에서는 사선방향인 제1방향(D1) 또는/및 제2방향(D2)으로 상호 대칭적인 평면형상을 가질 수 있다.
상술한 실시예들에 따른 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 9를 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 9를 참조하여, 실시예들에 따른 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 광학 시스템(910, 또는, 광학 렌즈), 셔터 유닛(911), 이미지 센서(900) 및 셔터 유닛(911)을 제어/구동하는 구동부(913) 및 신호 처리부(912)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(910)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 이미지 센서(900)의 픽셀 어레이로 안내한다. 광학 시스템(910)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(911)은 이미지 센서(900)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(913)는 이미지 센서(900)의 전송 동작과 셔터 유닛(911)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(912)는 이미지 센서(900)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
300 : 픽셀 어레이 305 : 서브 픽셀 어레이
310 : 픽셀블럭 320 : 수광부
330 : 출력부 340 : 픽업부
350 : 도전라인 360 : 구동부
400 : 컬러필터 어레이 410 : 컬러패턴
FD : 플로팅디퓨전 TG : 전송 게이트
SG : 선택 게이트 DG : 드라이버 게이트
RG : 리셋 게이트 PD : 광전변환소자
D1 : 제1방향 D2 : 제2방향
RD : 로우방향 CD : 컬럼방향

Claims (24)

  1. 복수의 서브 픽셀 어레이들이 2차원 배열된 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 복수의 서브 픽셀 어레이들 각각은,
    M×N(여기서, M,N은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열된 복수의 픽셀블럭들을 포함하고, 상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 (M,N)번째 픽셀블럭을 기준으로 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 평면형상이 상기 N 방향으로 반전된 것이며,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각은,
    입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 m×n(여기서, m,n은 0을 제외한 자연수) 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 복수의 단위픽셀들을 포함하는 수광부; 및
    상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부
    를 포함하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 구동부는 상기 N 방향으로 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부 일측에 위치하고,
    상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부는 상기 N 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부 타측에 위치하는 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부는 상기 M 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부와 정렬되는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브 픽셀 어레이들 각각은,
    상기 (M,N)번째 픽셀블럭을 기준으로 (M+1,N) 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 평면형상이 상기 M 방향으로 반전된 것이고,
    (M+1,N+1) 픽셀블럭의 평면형상은 상기 (M+1,N) 픽셀블럭의 평면형상이 상기 N 방향으로 반전된 것인 이미지 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 구동부 및 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 N 방향으로 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부 및 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 수광부 일측에 위치하고,
    상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부 및 상기 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 N 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부 및 상기 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부 타측에 위치하는 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 수광부는 상기 M 방향으로 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부와 정렬되고,
    상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 수광부는 상기 M 방향으로 상기 (M+1,N+1)번째 픽셀블럭의 수광부와 정렬되는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부는 상기 M 방향으로 상기 (M+1,N)번째 픽셀블럭의 구동부와 정렬되는 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함하고,
    상기 컬러필터 어레이는 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴들을 포함하며,
    상기 복수의 컬러패턴들 각각은,
    상기 복수의 단위픽셀들 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들
    을 포함하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (M,N)번째 픽셀블럭 내 복수의 단위픽셀들 중 어느 하나의 단위픽셀(이하, 제1단위픽셀) 및 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭 내 복수의 단위픽셀들 중 어느 하나의 단위픽셀(이하, 제2단위픽셀) 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일할 때,
    상기 제1단위픽셀과 상기 (M,N)번째 픽셀블럭의 구동부 사이의 거리는 상기 제2단위픽셀과 상기 (M,N+1)번째 픽셀블럭의 구동부 사이의 거리와 상이한 이미지 센서.
  10. 복수의 픽셀블럭들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제1픽셀블럭)을 기준으로 상기 제1픽셀블럭과 로우방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제2픽셀블럭)은 상기 제1픽셀블럭과 상하로 대칭된 평면형상을 갖고,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각은,
    입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 2×2 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 제1단위픽셀 내지 제4단위픽셀을 포함하는 수광부; 및
    상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부
    를 포함하는 이미지 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭의 수광부 상측에 상기 제1픽셀블럭의 구동부가 위치하고,
    상기 제2픽셀블럭의 수광부 하측에 상기 제2픽셀블럭의 구동부가 위치하는 이미지 센서.
  12. 제21항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭의 수광부 및 상기 제2픽셀블럭의 수광부는 좌우로 정렬된 이미지 센서.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함하고,
    상기 컬러필터 어레이는 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴들을 포함하며,
    상기 복수의 컬러패턴들 각각은,
    상기 제1단위픽셀 내지 상기 제4단위픽셀들 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들을 포함하는 이미지 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각에서,
    상기 제1단위픽셀이 상기 구동부와 가장 근거리에 배치되고 상기 제4단위픽셀이 상기 구동부와 가장 원거리에 배치될 때,
    상기 제1픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치하고,
    상기 제2픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 하단, 우측 하단, 좌측 상단 및 우측 상단에 위치하는 이미지 센서,
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭 및 상기 제2픽셀블럭 각각에서 동일한 위치의 단위픽셀에 대응하는 컬러필터는 색상이 서로 동일한 이미지 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭의 제1단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제3단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일하고,
    상기 제1픽셀블럭의 제2단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제4단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일하며,
    상기 제1픽셀블럭의 제3단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제1단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일하고,
    상기 제1픽셀블럭의 제4단위픽셀 및 상기 제2픽셀블럭의 제2단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일한 이미지 센서.
  17. 복수의 픽셀블럭들이 매트릭스 구조로 배열된 픽셀 어레이를 포함하고,
    상기 복수의 픽셀블럭들 중에서 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제1픽셀블럭)을 기준으로 상기 제1픽셀블럭과 로우방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제2픽셀블럭)은 상기 제1픽셀블럭과 상하로 대칭된 평면형상을 갖고, 상기 제1픽셀블럭과 컬럼방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제3픽셀블럭)은 상기 제1픽셀블럭과 좌우로 대칭된 평면형상을 가지며, 상기 제2픽셀블럭 및 상기 제3픽셀블럭과 각각 컬럼방향 및 로우방향으로 인접한 어느 하나의 픽셀블럭(이하, 제4픽셀블럭)은 상기 제3픽셀블럭과 상하로 대칭된 평면형성을 갖고,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각은,
    입사광에 응답하여 광전하를 생성하고 2×2 매트릭스 구조로 배열되어 공유 픽셀 구조를 갖는 제1단위픽셀 내지 제4단위픽셀을 포함하는 수광부; 및
    상기 수광부에서 생성된 광전하에 대응하는 이미지 신호를 출력하는 구동부
    를 포함하는 이미지 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭의 구동부 및 상기 제3픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 제1픽셀블럭의 수광부 및 상기 제3픽셀블럭의 수광부 상측에 위치하고,
    상기 제2픽셀블럭의 구동부 및 상기 제4픽셀블럭의 구동부는 각각 상기 제2픽셀블럭의 수광부 및 상기 제4픽셀블럭의 수광부 하측에 위치하는 이미지 센서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭의 수광부와 상기 제2픽셀블럭의 수광부는 좌우로 정렬되고, 상기 제3픽셀블럭의 수광부는 상기 제4픽셀블럭의 수광부와 좌우로 정렬된 이미지 센서.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제2픽셀블럭의 구동부와 상기 제3픽셀블럭의 구동부는 좌우로 정렬된 이미지 센서.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 픽셀 어레이에 대응하는 컬러필터 어레이를 더 포함하고,
    상기 컬러필터 어레이는 상기 복수의 픽셀블럭들 각각에 대응하도록 반복 배열된 복수의 컬러패턴들을 포함하며,
    상기 복수의 컬러패턴들 각각은,
    상기 제1단위픽셀 내지 상기 제4단위픽셀 각각에 대응하는 복수의 컬러필터들을 포함하는 이미지 센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀블럭들 각각에서,
    상기 제1단위픽셀이 상기 구동부와 가장 근거리에 배치되고 상기 제4단위픽셀이 상기 구동부와 가장 원거리에 배치될 때,
    상기 제1픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 위치하고,
    상기 제2픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 좌측 하단, 우측 하단, 좌측 상단 및 우측 상단에 위치하며,
    상기 제3픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 우측 상단, 좌측 상단, 우측 하단 및 좌측 하단에 위치하고,
    상기 제4픽셀블럭 내 제1단위픽셀, 제2단위픽셀, 제3단위픽셀 및 제4단위픽셀은 각각 우측 하단, 좌측 하단, 우측 상단 및 좌측 상단에 위치하는 이미지 센서.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭 내지 상기 제4픽셀블럭 각각에서 동일한 위치의 단위픽셀에 대응하는 컬러필터는 색상이 서로 동일한 이미지 센서.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제1픽셀블럭의 제1단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제3단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제2단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제4단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일하고,
    상기 제1픽셀블럭의 제2단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제4단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제1단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제3단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일하며,
    상기 제1픽셀블럭의 제3단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제1단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제4단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제2단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일하고,
    상기 제1픽셀블럭의 제4단위픽셀, 상기 제2픽셀블럭의 제2단위픽셀, 상기 제3픽셀블럭의 제3단위픽셀 및 상기 제4픽셀블럭의 제1단위픽셀 각각에 대응하는 컬러필터의 색상이 상호 동일한 이미지 센서.
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