KR20210048401A - Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor - Google Patents

Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor Download PDF

Info

Publication number
KR20210048401A
KR20210048401A KR1020200117777A KR20200117777A KR20210048401A KR 20210048401 A KR20210048401 A KR 20210048401A KR 1020200117777 A KR1020200117777 A KR 1020200117777A KR 20200117777 A KR20200117777 A KR 20200117777A KR 20210048401 A KR20210048401 A KR 20210048401A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
lens array
color separation
region
image sensor
Prior art date
Application number
KR1020200117777A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
노숙영
윤석호
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to EP20202807.2A priority Critical patent/EP3812801A1/en
Priority to CN202011135596.8A priority patent/CN112701133A/en
Priority to JP2020177398A priority patent/JP2021069119A/en
Priority to US17/078,888 priority patent/US11948955B2/en
Publication of KR20210048401A publication Critical patent/KR20210048401A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14621Colour filter arrangements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/201Filters in the form of arrays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N5/225

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

Disclosed is an image sensor including a color separating lens array. The disclosed image sensor includes: a sensor substrate including a plurality of first photo-sensing cells and a plurality of second photo-sensing cells for sensing light; and a color separation lens array having a plurality of first regions respectively corresponding to the plurality of first photo-sensing cells and having a first microstructure, and a plurality of second regions respectively corresponding to the plurality of second photo-sensing cells and having a second microstructure different from the first microstructure, wherein light of a first wavelength and light of a second wavelength that are different from each other, among the incident light incident on the color separation lens array, are branched in different directions, thereby focusing on the first photo-sensing cell and the second photo-sensing cell, respectively.

Description

색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 {Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor}An image sensor including a color separating lens array and an electronic apparatus including the image sensor.

개시된 실시예들은 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to an image sensor including a color separation lens array and an electronic device including an image sensor, and more particularly, an image sensor and an image including a color separation lens array capable of separating and condensing incident light by wavelength. It relates to an electronic device including a sensor.

이미지 센서는 통상적으로 컬러 필터를 이용하여 입사광의 색을 감지한다. 그런데, 컬러 필터는 해당 색의 빛을 제외한 나머지 색의 빛을 흡수하기 때문에 광 이용 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, RGB 컬러 필터를 사용하는 경우, 입사광의 1/3만을 투과시키고 나머지 2/3는 흡수하여 버리게 되므로 광 이용 효율이 약 33% 정도에 불과하다. 따라서, 컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서의 경우, 대부분의 광 손실이 컬러 필터에서 발생하게 된다.Image sensors typically detect the color of incident light using a color filter. However, since the color filter absorbs light of a color other than the light of the corresponding color, the light utilization efficiency may be deteriorated. For example, when an RGB color filter is used, only 1/3 of the incident light is transmitted and the remaining 2/3 is absorbed, so that the light utilization efficiency is only about 33%. Therefore, in the case of a color display device or a color image sensor, most of the light loss occurs in the color filter.

입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 이용하여 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서를 제공한다.An image sensor with improved light utilization efficiency is provided by using a color separation lens array capable of separating and condensing incident light by wavelength.

이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.It provides an electronic device including an image sensor.

일 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 감지하는 복수의 제1 광감지셀 및 복수의 제2 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및 상기 복수의 제1 광감지셀에 각각 대응하며 제1 미소 구조를 갖는 복수의 제1 영역, 및 상기 복수의 제2 광감지셀에 각각 대응하며 상기 제1 미소 구조와 상이한 제2 미소 구조를 갖는 복수의 제2 영역을 구비하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며, 상기 제1 미소 구조와 제2 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장의 광과 제2 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 각각 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 통과한 위치에서 형성시키고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에서 상기 제1 영역 및 제2 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀의 위치와 일치하며, 상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 영역 및 제2 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 대해서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부 방향을 향해 시프트 될 수 있다.An image sensor according to an exemplary embodiment includes a sensor substrate including a plurality of first photo-sensing cells and a plurality of second photo-sensing cells that sense light, and each corresponding to the plurality of first photo-sensing cells, A color separation lens array including a plurality of first regions having a structure, and a plurality of second regions each corresponding to the plurality of second light sensing cells and having a second microstructure different from the first microstructure; In the first microstructure and the second microstructure, light of a first wavelength and light of a second wavelength different from among incident light incident on the color separation lens array are diverged in different directions, respectively, so that a first light sensing cell is formed. And a phase distribution condensed on the second light sensing cell at positions passing through the first region and the second region, and positions of the first region and the second region at the center of the color separation lens array are respectively The positions of the corresponding first light sensing cells and the second light sensing cells coincide with the positions of the corresponding first and second light sensing cells, and the positions of the first and second regions in the periphery of the color separation lens array are respectively The light sensing cell may be shifted toward the center of the color separation lens array.

상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 영역 및 제2 영역이 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 대해서 시프트되는 정도는 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 멀어질수록 더 커질 수 있다.The degree to which the first region and the second region at the periphery of the color separation lens array are shifted with respect to the corresponding first and second light sensing cells, respectively, increases as the distance from the center of the color separation lens array increases. It can be big.

상기 제1 영역 및 제2 영역이 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 대해서 시프트되는 거리 s는

Figure pat00001
를 만족할 수 있으며, 여기서 d는 상기 색분리 렌즈 어레이의 하부 표면과 상기 센서 기판의 상부 표면 사이의 최단 직선 거리이고, CRA’는 상기 센서 기판에 입사하는 빛의 입사각이다.The distance s at which the first and second regions are shifted with respect to the corresponding first and second photosensitive cells, respectively, is
Figure pat00001
Wherein d is the shortest linear distance between the lower surface of the color separation lens array and the upper surface of the sensor substrate, and CRA' is the incident angle of light incident on the sensor substrate.

예를 들어, 상기 제1 미소 구조와 제2 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에서 2Nπ, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서 (2N-1)π의 위상 분포를 형성할 수 있다. 여기서, N은 0보다 큰 정수이다.For example, in the first microstructure and the second microstructure, at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a first wavelength is 2Nπ at the center of the first light sensing cell, and the second light senses A phase distribution of (2N-1)π can be formed at the center of the cell. Here, N is an integer greater than 0.

예를 들어, 상기 제1 미소 구조와 제2 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에서 (2M-1)π, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서는 2Mπ의 위상 분포를 형성할 수 있다. 여기서, M은 0보다 큰 정수이다.For example, in the first microstructure and the second microstructure, at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a second wavelength is (2M-1)π at the center of the first light sensing cell, A phase distribution of 2Mπ may be formed in the center of the second light sensing cell. Here, M is an integer greater than 0.

상기 이미지 센서는 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치되어 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 거리를 형성하는 스페이서층을 더 포함할 수 있다.The image sensor may further include a spacer layer disposed between the sensor substrate and the color separation lens array to form a distance between the sensor substrate and the color separation lens array.

상기 스페이서층의 이론 두께를 ht, 상기 제1 광감지셀과 제2 광감지셀 각각의 피치를 p라고 할 때, 상기 스페이서층의 두께 h는 ht - p ≤ h ≤ ht - p이고, 상기 스페이서층의 이론 두께는 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 입사광의 파장 대역의 중심 파장에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 초점 거리일 수 있다.When the theoretical thickness of the spacer layer is h t , and the pitch of each of the first and second light sensing cells is p, the thickness h of the spacer layer is h t -p ≤ h ≤ h t -p , The theoretical thickness of the spacer layer may be a focal length of the color separation lens array at a center wavelength of a wavelength band of incident light color-separated by the color separation lens array.

상기 스페이서층의 굴절률을 n, 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 광의 파장 대역의 중심파장을 λ0 라 할 때, 상기 스페이서층의 이론 두께 ht는 다음 식When the refractive index of the spacer layer is n and the center wavelength of the wavelength band of light color-separated by the color separation lens array is λ 0 , the theoretical thickness h t of the spacer layer is the following equation:

Figure pat00002
으로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
It can be expressed as

상기 센서 기판은 광을 감지하는 복수의 제3 광감지셀 및 복수의 제4 광감지셀을 더 포함하며, 상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 복수의 제3 광감지셀에 각각 대응하며 제1 및 제2 미소 구조와 상이한 제3 미소 구조를 갖는 복수의 제3 영역, 및 상기 복수의 제4 광감지셀에 각각 대응하며 상기 제1 내지 제3 미소 구조와 상이한 제4 미소 구조를 갖는 복수의 제4 영역을 포함하고, 각각의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 4개의 사분면을 따라 각각 배열될 수 있다.The sensor substrate further includes a plurality of third photo-sensing cells and a plurality of fourth photo-sensing cells for sensing light, and the color separation lens array corresponds to the plurality of third photo-sensing cells, 2 A plurality of third regions having a third microstructure different from the microstructure, and a plurality of fourth microstructures each corresponding to the plurality of fourth light sensing cells and having a fourth microstructure different from the first to third microstructures A region is included, and each of the first region, the second region, the third region, and the fourth region may be respectively arranged along the four quadrants.

상기 이미지 센서의 중심부에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀의 위치와 일치하며, 상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부를 향해 시프트 될 수 있다.Positions of the first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array in the center of the image sensor are respectively corresponding to the first light sensing cell, the second light sensing cell, and the third light. The first region, the second region, the third region, and the fourth region of the color separation lens array at the periphery of the image sensor correspond to the positions of the sensing cell and the fourth light sensing cell, respectively. The light sensing cell, the second light sensing cell, the third light sensing cell, and the fourth light sensing cell may be shifted toward the center of the image sensor.

상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역이 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀에 대해서 시프트되는 정도는 상기 이미지 센서의 중심부로부터 멀어질수록 더 커질 수 있다.The first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array at the periphery of the image sensor respectively correspond to a first light sensing cell, a second light sensing cell, and a third light sensing cell. , And the degree of shift with respect to the fourth light sensing cell may increase as the distance from the center of the image sensor increases.

상기 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장 내지 제3 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀과 상기 제4 광감지셀에 집광되고, 제2 파장의 광이 상기 제2 광감지셀에 집광되고, 제3 파장의 광이 상기 제3 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 내지 상기 제4 영역을 통과한 위치에서 형성할 수 있다.In the first to fourth microstructures, light having different first wavelengths to third wavelengths among incident light incident on the color separation lens array is diverged in different directions, so that light of the first wavelength is converted into the first light. The first phase distribution in which light of a sensing cell and the fourth light sensing cell is condensed, light of a second wavelength is condensed on the second light sensing cell, and light of a third wavelength is condensed to the third light sensing cell. It can be formed in the region through the fourth region.

예를 들어, 상기 제1 파장은 녹색광이고, 상기 제2 파장은 청색광이며, 상기 제3 파장은 적색광일 수 있다.For example, the first wavelength may be green light, the second wavelength may be blue light, and the third wavelength may be red light.

상기 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조는: 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부와 상기 제4 광감지셀의 중심부에서 2Nπ, 상기 제2 광감지셀의 중심부와 상기 제3 광감지셀의 중심부에서 (2N-1)π의 위상 분포를 형성하도록 하고, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에서 (2M-1)π, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서 2Mπ, 상기 제3 광감지셀의 중심부에서 (2M-2)π보다 크고 (2M-1)π보다 작은 위상 분포를 형성하도록 하고, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에서 (2L-1)π, 상기 제3 광감지셀의 중심부에서 2Lπ, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서 (2L-2)π보다 크고 (2L-1)π보다 작은 위상 분포를 형성도록 할 수 있다. 여기서, L은 0보다 큰 정수이다.The first to fourth microstructures include: light having a first wavelength at a position immediately after passing through the color separation lens array is 2Nπ at a center of the first photosensitive cell and a center of the fourth photosensitive cell, A phase distribution of (2N-1)π is formed at the center of the second photosensitive cell and the center of the third photosensitive cell, and light of the second wavelength is transmitted at a position immediately after passing through the color separation lens array. (2M-1)π from the center of the first photosensitive cell and the center of the fourth photosensitive cell, 2Mπ from the center of the second photosensitive cell, and (2M-2) from the center of the third photosensitive cell A phase distribution that is larger than π and smaller than (2M-1)π is formed, and at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a third wavelength is detected at the center of the first light sensing cell and the fourth light sensing. A phase distribution greater than (2L-1)π at the center of the cell, 2Lπ at the center of the third photosensitive cell, and less than (2L-2)π at the center of the second photosensitive cell Can be formed. Here, L is an integer greater than 0.

상기 제1 내지 제4 영역의 상기 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조는 복수의 나노포스트를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 영역은 상기 나노포스트들의 형상, 크기, 배열 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다.The first to fourth microstructures of the first to fourth regions include a plurality of nanoposts, and the first to fourth regions have at least one of the shape, size, and arrangement of the nanoposts different from each other. I can.

예를 들어, 상기 이미지 센서는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 포함하는 복수의 단위 화소가 반복 배열된 화소 배열 구조를 가지며, 상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 제1 방향 및 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다.For example, the image sensor has a pixel arrangement structure in which a plurality of unit pixels including a red pixel, a green pixel, and a blue pixel are repeatedly arranged, and is provided in a region corresponding to a green pixel among the first to fourth regions. The resulting nanoposts may have different distribution rules along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction.

상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 청색 화소 및 적색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 대칭적인 분포 규칙을 가질 수 있다.Nanoposts provided in regions corresponding to blue and red pixels among the first to fourth regions may have a symmetrical distribution rule along the first and second directions.

상기 복수의 나노포스트 각각은 제1 나노포스트 및 상기 제1 나노포스트 위에 적층된 제2 나노포스트를 포함하며, 상기 이미지 센서의 중심부에서 상기 제2 나노포스트의 위치는 상기 제1 나노포스트의 위치와 일치하고, 상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제2 나노포스트는 상기 제1 나노포스트에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다.Each of the plurality of nanoposts includes a first nanopost and a second nanopost stacked on the first nanopost, and the position of the second nanopost in the center of the image sensor is the position of the first nanopost and Coincidentally, the second nanoposts at the periphery of the image sensor may be shifted toward the center of the image sensor with respect to the first nanoposts.

상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제2 나노포스트가 상기 제1 나노포스트에 대해서 시프트되는 정도는 상기 이미지 센서의 중심부로부터 멀어질수록 더 커질 수 있다.The degree to which the second nanopost is shifted with respect to the first nanopost in the periphery of the image sensor may increase as the distance from the center of the image sensor increases.

상기 복수의 나노포스트 각각은 제1 나노포스트, 상기 제1 나노포스트 위에 적층된 제2 나노포스트, 및 상기 제2 나노포스트 위에 적층된 제3 나노포스트를 포함하며, 상기 이미지 센서의 중심부에서 상기 제2 나노포스트의 위치 및 상기 제3 나노포스트의 위치는 상기 제1 나노포스트의 위치와 일치하고, 상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제2 나노포스트는 상기 제1 나노포스트에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부 방향을 향해 시프트되어 있고, 상기 제3 나노포스트는 상기 제2 나노포스트에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다.Each of the plurality of nanoposts includes a first nanopost, a second nanopost stacked on the first nanopost, and a third nanopost stacked on the second nanopost. 2 The position of the nanopost and the position of the third nanopost coincide with the position of the first nanopost, and the second nanopost from the periphery of the image sensor is directed toward the center of the image sensor with respect to the first nanopost. And the third nanopost may be shifted toward the center of the image sensor with respect to the second nanopost.

상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역 중에서 어느 한 영역 내에 배치된 나노포스트의 선폭은 상기 이미지 센서의 중심부에서 동일 영역 내의 동일 위치에 배치된 나노포스트의 선폭보다 클 수 있다.The line width of the nanoposts disposed in any one of the first, second, third, and fourth areas at the periphery of the image sensor is a nano-post disposed at the same location in the same area from the center of the image sensor. May be larger than the line width of the post.

상기 이미지 센서의 주변부에서 나노포스트의 선폭이 w이고, 상기 이미지 센서의 중심부에서 나노포스트의 선폭이 w0일 때,When the line width of the nanopost at the periphery of the image sensor is w, and the line width of the nanopost at the center of the image sensor is w 0 ,

Figure pat00003
을 만족할 수 있으며,
Figure pat00003
Can be satisfied,

여기서 CRA는 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 빛의 입사각이다.Here, CRA is an angle of incidence of light incident on the color separation lens array.

상기 이미지 센서의 가장 가장자리에서 상기 나노포스트의 선폭은 상기 이미지 센서의 중심부에서의 상기 나노포스트의 선폭에 비하여 2.5% 내지 6.5% 더 클 수 있다.The line width of the nanopost at the edge of the image sensor may be 2.5% to 6.5% larger than the line width of the nanopost at the center of the image sensor.

상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 센서 기판의 가장자리에 대해 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 상기 센서 기판의 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는 복수의 제1 영역 및 복수의 제2 영역을 더 포함할 수 있다.The color separation lens array may further include a plurality of first regions and a plurality of second regions that are disposed to protrude from the edge of the sensor substrate and do not face any light sensing cells of the sensor substrate in a vertical direction. .

상기 색분리 렌즈 어레이의 전체 면적은 상기 센서 기판의 전체 면적보다 작을 수 있다.The total area of the color separation lens array may be smaller than the total area of the sensor substrate.

상기 색분리 렌즈 어레이는 제1 색분리 렌즈 어레이 및 상기 제1 색분리 렌즈 어레이 위에 배치된 제2 색분리 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 제1 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역 및 제2 영역의 제1 미소 구조 및 제2 미소 구조는 복수의 나노포스트를 포함하고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역 및 제2 영역의 제1 미소 구조 및 제2 미소 구조는 복수의 나노포스트를 포함하며, 상기 제1 색분리 렌즈 어레이의 복수의 나노포스트의 배열 형태는 상기 제2 색분리 렌즈 어레이의 복수의 나노포스트의 배열 형태와 상이할 수 있다.The color separation lens array includes a first color separation lens array and a second color separation lens array disposed on the first color separation lens array, and a first area and a second area of the first color separation lens array The first microstructure and the second microstructure include a plurality of nanoposts, and the first and second microstructures of the first region and the second region of the second color separation lens array include a plurality of nanoposts, , The arrangement of the plurality of nanoposts of the first color separation lens array may be different from the arrangement of the plurality of nanoposts of the second color separation lens array.

다른 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 감지하는 복수의 제1 광감지셀 및 복수의 제2 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및 제1 굴절률을 가지며 제1 패턴을 형성하는 제1 유전체 및 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 가지며 상기 제1 패턴의 제1 유전체 사이에 채워진 제2 유전체를 구비하며 상기 복수의 제1 광감지셀에 각각 대응하는 복수의 제1 영역, 및 제1 굴절률을 가지며 제1 패턴과 상이한 제2 패턴을 형성하는 제1 유전체 및 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 가지며 상기 제2 패턴의 제1 유전체 사이에 채워진 제2 유전체를 구비하며 상기 복수의 제2 광감지셀에 각각 대응하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며, 상기 제1 영역과 제2 영역은, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장의 광과 제2 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 각각 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 통과한 위치에서 형성시키고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 제1 패턴의 형태 및 제2 패턴의 형태가 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부를 향해 가면서 점진적으로 변화할 수 있다.An image sensor according to another exemplary embodiment includes a sensor substrate including a plurality of first photo-sensing cells and a plurality of second photo-sensing cells for sensing light, and a first dielectric material having a first refractive index and forming a first pattern, and A plurality of first regions having a second refractive index smaller than the first refractive index, having a second dielectric filled between the first dielectrics of the first pattern, and respectively corresponding to the plurality of first light sensing cells, and a first refractive index. And a first dielectric material that forms a second pattern that is different from the first pattern, and a second dielectric having a second refractive index less than the first refractive index, and having a second dielectric filled between the first dielectrics of the second pattern, and detecting the plurality of second photos And a color separation lens array corresponding to each cell, wherein the first region and the second region have different first and second wavelengths of incident light incident on the color separation lens array. A phase distribution branched in the direction and condensed on the first and second light sensing cells, respectively, is formed at a position passing through the first region and the second region, and a second region of the first region and the second region is formed. The shape of the first pattern and the shape of the second pattern may gradually change from the center of the color separation lens array toward the periphery of the color separation lens array.

또 다른 실시예에 따른 전자 장치는, 피사체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 촬상부; 및 상기 촬상부에서 형성한 광학상을 전기적 신호로 변환하는 상술한 이미지 센서;를 포함할 수 있다.An electronic device according to another embodiment includes: an image pickup unit configured to form an optical image by focusing light reflected from a subject; And the above-described image sensor for converting the optical image formed by the imaging unit into an electrical signal.

예를 들어, 상기 전자 장치는 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), 또는 PC(personal computer)일 수 있다.For example, the electronic device may be a smart phone, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a laptop, or a personal computer (PC).

개시된 색분리 렌즈 어레이는 입사광을 흡수하거나 차단하지 않으면서 파장 별로 분리하여 집광할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 개시된 색분리 렌즈 어레이를 채용한 이미지 센서는 이미지 센서에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer pattern) 방식을 유지할 수 있어, 기존의 이미지 센서의 화소 구조와 이미지 처리 알고리즘을 활용할 수 있다. 또한, 개시된 색분리 렌즈 어레이를 채용한 이미지 센서는 빛을 화소에 집광시키기 위한 별도의 마이크로 렌즈를 필요로 하지 않는다.Since the disclosed color separation lens array can separate and condense light by wavelength without absorbing or blocking incident light, it is possible to improve the light utilization efficiency of the image sensor. In addition, the image sensor employing the disclosed color separation lens array can maintain the Bayer pattern method generally adopted in the image sensor, and thus can utilize the pixel structure and image processing algorithm of the existing image sensor. In addition, an image sensor employing the disclosed color separation lens array does not require a separate microlens for condensing light onto a pixel.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 이미지 센서의 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이고, 도 5a는 이미지 센서의 화소 어레이에서 광감지셀의 배열을 개략적으도 보이는 평면도이며, 도 5b는 이미지 센서의 화소 어레이에서 색분리 렌즈 어레이의 복수 영역에 복수의 나노포스트가 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 5c는 도 5b의 일부를 확대하여 상세히 보인 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 청색광의 위상 분포 및 마주보는 광감지셀에서의 청색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 6c는 청색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제2 영역과 그 주변에 입사한 청색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6d는 청색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.
도 7a 및 도 7b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광의 위상 분포 및 마주보는 광감지셀에서의 녹색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 7c는 녹색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역과 그 주변에 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7d는 녹색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.
도 8a 및 도 8b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 적색광의 위상 분포 및 마주보는 광감지셀에서의 적색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 8c는 적색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제3 영역과 그 주변에 입사한 적색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 8d는 적색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.
도 9a 내지 도 9e는 광감지셀의 피치가 0.7 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이와 센서 기판 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 10a 내지 도 10e는 광감지셀의 피치가 0.8 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이와 센서 기판 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11e는 광감지셀의 피치가 1.0 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이와 센서 기판 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 12는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형태를 보이는 사시도이다.
도 13a 내지 도 13h는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 평면도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 15는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 18은 도 17의 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 19a 및 도 19b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 각각 다른 단면에서 보이는 단면도이다.
도 20 및 도 21은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프로서, 각각 컬러 필터가 구비된 경우와 컬러 필터가 구비되지 않은 경우에 대한 것이다.
도 22는 일 실시예에 따른 카메라를 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 23a 내지 도 23c는 이미지 센서 상의 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 배열 형태 변화를 보이는 평면도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 25는 도 22에 도시된 카메라의 이미지 센서에 적용된 색분리 렌즈 어레이에서 2차원 배열된 나노포스트들의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 26은 도 25에 도시된 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 27은 도 26의 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 사시도이다.
도 28은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 29a 내지 도 29c는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프로서, 각각 이미지 센서 상의 위치에 따른 주광선 각도의 변화를 고려하지 않은 경우, 주광선 각도의 변화를 고려하여 나노포스트의 위치를 변화시킨 경우, 주광선 각도의 변화를 고려하여 나노포스트를 이단으로 구성한 경우에 대한 것이다.
도 30a 및 도 30b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서 상의 위치에 따른 나노포스트의 선폭 변화를 보이는 평면도이다.
도 31은 도 30에 도시된 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 32 및 도 33은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 다양한 형상을 보이는 평면도이다.
도 34 및 도 35는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 다양한 단면 형상을 보이는 단면도이다.
도 36은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 37은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.
도 38은 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 어레이를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 39는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이를 A-A' 라인을 따라 절개한 수직 단면을 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 40은 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이를 B-B' 라인을 따라 절개한 수직 단면을 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 41은 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이를 복수 개 포함하는 색분리 렌즈 어레이의 배열을 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 42a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제1 영역을 예시적으로 보이며, 도 42b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다.
도 43a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제2 영역을 예시적으로 보이며, 도 43b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다.
도 44a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제3 영역을 예시적으로 보이며, 도 44b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다.
도 45a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제4 영역을 예시적으로 보이며, 도 45b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다.
도 46은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 어레이의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 47은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 어레이의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 48a 및 도 48b는 색분리 렌즈 어레이를 채용한 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이다.
도 49는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 50은 도 49에 도시된 색분리 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 51은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 복수의 단위 패턴 어레이들의 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 52는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 53은 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 54 내지 도 64는 실시예들에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치의 다양한 예를 보인다.
1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
2A to 2C exemplarily show various pixel arrangements of a pixel array of an image sensor.
3 is a conceptual diagram showing a schematic structure and operation of a color separation lens array according to an exemplary embodiment.
4A and 4B are schematic cross-sectional views of a pixel array of an image sensor according to an embodiment, and FIG. 5A is a plan view schematically showing an arrangement of photosensitive cells in a pixel array of an image sensor, and FIG. 5B is a plan view exemplarily showing a form in which a plurality of nanoposts are arranged in a plurality of regions of a color separation lens array in a pixel array of an image sensor, and FIG. 5C is a partially enlarged plan view of FIG. 5B.
6A and 6B are diagrams for computational simulation of a phase distribution of blue light passing through a color separation lens array and a focusing distribution of blue light in an opposing light sensing cell, and FIG. 6C is a second color separation lens array corresponding to a blue pixel. The moving direction of the blue light incident on the region and its periphery is shown as an example, and FIG. 6D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for blue light.
7A and 7B are diagrams that simulate the phase distribution of green light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of green light in the opposing photosensitive cells, and FIG. 7C is a first diagram of a color separation lens array corresponding to a green pixel. The moving direction of the green light incident on the region and its periphery is shown as an example, and FIG. 7D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for green light.
8A and 8B are diagrams that simulate the phase distribution of red light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of red light in an opposing photosensitive cell, and FIG. 8C is a third color separation lens array corresponding to a red pixel. The traveling direction of the red light incident on the region and its periphery is shown as an example, and FIG. 8D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for red light.
9A to 9E are graphs exemplarily showing changes in efficiency of the color separation lens array according to the distance between the color separation lens array and the sensor substrate when the pitch of the photosensitive cells is 0.7 μm.
10A to 10E are graphs exemplarily showing changes in efficiency of the color separation lens array according to the distance between the color separation lens array and the sensor substrate when the pitch of the light sensing cells is 0.8 μm.
11A to 11E are graphs exemplarily showing changes in efficiency of the color separation lens array according to the distance between the color separation lens array and the sensor substrate when the pitch of the photosensitive cells is 1.0 μm.
12 is a perspective view showing an exemplary form of a nanopost that may be employed in a color separation lens array of an image sensor according to an exemplary embodiment.
13A to 13H are plan views showing exemplary shapes of nanoposts that may be employed in a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
14 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
15 is a plan view exemplarily showing an arrangement of a plurality of nanoposts forming a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
16 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
17 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
18 is a graph exemplarily showing spectral distributions of light incident on a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of the image sensor including the color separation lens array of FIG. 17.
19A and 19B are cross-sectional views illustrating a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment, respectively.
20 and 21 are graphs showing spectral distributions of light incident on a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment, respectively, when a color filter is provided and a color filter is provided. It is for the case that it is not.
22 is a conceptual diagram schematically showing a camera according to an embodiment.
23A to 23C are plan views showing a change in the arrangement shape of the nanoposts of the color separation lens array according to the position on the image sensor.
24 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
25 is a plan view exemplarily showing a shift form of nanoposts arranged in two dimensions in a color separation lens array applied to the image sensor of the camera shown in FIG. 22.
26 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor including a color separation lens array shown in FIG. 25.
FIG. 27 is a perspective view illustrating an exemplary shape of a nanopost employed in the color separation lens array of the image sensor of FIG. 26.
28 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
29A to 29C are graphs showing spectral distributions of light incident on a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of the image sensor according to an exemplary embodiment. If not considered, the case where the position of the nanopost is changed in consideration of the change in the principal ray angle, and the case in which the nanopost is configured in two stages in consideration of the change in the principal ray angle.
30A and 30B are plan views illustrating a line width change of a nanopost according to a position on an image sensor according to another exemplary embodiment.
FIG. 31 is a graph exemplarily showing a spectral distribution of light incident on a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of the image sensor illustrated in FIG. 30.
32 and 33 are plan views showing various shapes of nanoposts used in a color separation lens array according to another exemplary embodiment.
34 and 35 are cross-sectional views showing various cross-sectional shapes of nanoposts used in a color separation lens array according to another embodiment.
36 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
37 is a conceptual diagram showing a schematic structure and operation of a color separation lens array according to another embodiment.
38 is a plan view illustrating a unit pattern array of a color separation lens array that can be applied to a Bayer pattern type image sensor.
39 is a cross-sectional view illustrating a vertical cross section of the unit pattern array shown in FIG. 38 taken along the line AA′.
40 is a cross-sectional view illustrating a vertical cross section of the unit pattern array shown in FIG. 38 taken along line BB′.
41 is a plan view illustrating an arrangement of a color separation lens array including a plurality of unit pattern arrays illustrated in FIG. 38.
FIG. 42A is an exemplary view of a first area of the unit pattern array illustrated in FIG. 38, and FIG. 42B is an exemplary view of a pixel of an image sensor corresponding thereto and pixels surrounding the same.
43A is an exemplary view of a second area of the unit pattern array illustrated in FIG. 38, and FIG. 43B is an exemplary view of a pixel of an image sensor corresponding thereto and pixels surrounding the same.
FIG. 44A exemplarily shows a third area of the unit pattern array shown in FIG. 38, and FIG. 44B exemplarily shows a pixel of an image sensor corresponding thereto and a pixel surrounding it.
FIG. 45A exemplarily shows a fourth region of the unit pattern array illustrated in FIG. 38, and FIG. 45B exemplarily shows a pixel of an image sensor corresponding thereto and a pixel surrounding the same.
46 is a plan view exemplarily showing a shape of a unit pattern array of a color separation lens array according to another embodiment.
47 is a plan view exemplarily showing a shape of a unit pattern array of a color separation lens array according to another exemplary embodiment.
48A and 48B are schematic cross-sectional views of different cross-sections of a pixel array of an image sensor employing a color separation lens array.
49 is a plan view illustrating a color separation lens array according to another exemplary embodiment.
50 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor including the color separation lens array illustrated in FIG. 49.
51 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of unit pattern arrays of a color separation lens array according to another exemplary embodiment.
52 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
53 is a schematic block diagram of an electronic device including an image sensor according to embodiments.
54 to 64 show various examples of electronic devices to which an image sensor according to embodiments is applied.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, an image sensor including a color separation lens array and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.

이하에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, the expression described as "upper" or "upper" may include not only those that are directly above/below/left/right in contact, but also those that are above/below/left/right in a non-contact manner.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이러한 용어들은 구성 요소들의 물질 또는 구조가 다름을 한정하는 것이 아니다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. These terms are not intended to limit differences in materials or structures of components.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean units that process functions or operations, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software.

"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.The use of the term "above" and similar reference terms may correspond to both the singular and the plural.

방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.The steps constituting the method may be performed in any suitable order unless there is a clear statement that the steps constituting the method should be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (eg, etc.) is merely for describing technical ideas in detail, and the scope of the rights is not limited by these terms unless limited by claims.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.1 is a schematic block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 1, the image sensor 1000 may include a pixel array 1100, a timing controller 1010, a row decoder 1020, and an output circuit 1030. The image sensor may be a charge coupled device (CCD) image sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor.

화소 어레이(1100)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(1020)는 타이밍 컨트롤러(1010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(1100)의 로우들 중에서 하나를 선택한다. 출력 회로(1030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(1100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC 또는 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(1030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.The pixel array 1100 includes pixels that are two-dimensionally arranged along a plurality of rows and columns. The row decoder 1020 selects one of the rows of the pixel array 1100 in response to a row address signal output from the timing controller 1010. The output circuit 1030 outputs a light detection signal in column units from a plurality of pixels arranged along the selected row. To this end, the output circuit 1030 may include a column decoder and an analog to digital converter (ADC). For example, the output circuit 1030 may include a plurality of ADCs disposed for each column between the column decoder and the pixel array 1100 or one ADC disposed at an output terminal of the column decoder. The timing controller 1010, the row decoder 1020, and the output circuit 1030 may be implemented as a single chip or separate chips. A processor for processing the image signal output through the output circuit 1030 may be implemented as a single chip together with the timing controller 1010, the row decoder 1020, and the output circuit 1030.

화소 어레이(1100)는 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 화소들은 도 2a 내지 도 2c와 같이 다양한 방식으로 배열될 수 있다.The pixel array 1100 may include a plurality of pixels sensing light of different wavelengths. Pixels may be arranged in various ways as shown in FIGS. 2A to 2C.

먼저, 도 2a는 이미지 센서(1000)에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 보인다. 도 2a를 참조하면, 하나의 단위 화소는 네 개의 사분 영역(quadrant region)을 포함하며, 제1 내지 제4 사분면이 각각 청색 화소(B), 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 녹색 화소(G)가 될 수 있다. 이러한 단위 화소가 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 이차원적으로 반복 배열된다. 다시 말해, 2×2 어레이 형태의 단위 화소 내에서 한 쪽 대각선 방향으로 2개의 녹색 화소(G)가 배치되고, 다른 쪽 대각선 방향으로 각각 1개의 청색 화소(B)와 1개의 적색 화소(R)가 배치된다. 전체적인 화소 배열을 보면, 복수의 녹색 화소(G)와 복수의 청색 화소(B)가 제1 방향을 따라 번갈아 배열되는 제1 행과 복수의 적색 화소(R)와 복수의 녹색 화소(G)가 제1 방향을 따라 번갈아 배열되는 제2 행이 반복적으로 배열된다.First, FIG. 2A shows a Bayer pattern generally adopted in the image sensor 1000. Referring to FIG. 2A, one unit pixel includes four quadrant regions, and the first to fourth quadrants are respectively a blue pixel (B), a green pixel (G), a red pixel (R), and a green color. It can be a pixel (G). These unit pixels are repeatedly arranged two-dimensionally along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction). In other words, two green pixels (G) are arranged in one diagonal direction within a 2×2 array-type unit pixel, and one blue pixel (B) and one red pixel (R) in the other diagonal direction, respectively. Is placed. Looking at the overall pixel arrangement, a first row in which a plurality of green pixels (G) and a plurality of blue pixels (B) are alternately arranged along a first direction, and a plurality of red pixels (R) and a plurality of green pixels (G) are The second rows alternately arranged along the first direction are repeatedly arranged.

그러나, 화소 어레이(1100)의 배열 방식은 베이어 패턴에만 한정되는 것이 아니며, 베이어 패턴 이외에도 다양한 배열 방식이 가능하다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 마젠타(Magenta) 화소(M), 사이안(Cyan) 화소(C), 옐로우(Yellow) 화소(Y), 및 녹색 화소(G)가 하나의 단위 화소를 구성하는 CYGM 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도 2c를 참조하면, 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 청색 화소(B), 및 백색 화소(W)가 하나의 단위 화소를 구성하는 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도시되지는 않았지만 단위 화소가 3×2 어레이 형태를 가질 수도 있다. 그 밖에도 화소 어레이(1100)의 화소들은 이미지 센서(1000)의 색 특성에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 이하에서는, 편의상 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)가 베이어 패턴을 갖는 것으로 설명하지만, 이하에서 설명하는 실시예들의 원리는 베이어 패턴이 아닌 다른 형태의 화소 배열에도 적용될 수 있다.However, the arrangement method of the pixel array 1100 is not limited only to the Bayer pattern, and various arrangement methods other than the Bayer pattern are possible. For example, referring to FIG. 2B, a magenta pixel (M), a cyan pixel (C), a yellow pixel (Y), and a green pixel (G) represent one unit pixel. The configuration of the CYGM method is also possible. Further, referring to FIG. 2C, an RGBW arrangement in which a green pixel (G), a red pixel (R), a blue pixel (B), and a white pixel (W) constitute one unit pixel is also possible. Also, although not shown, the unit pixel may have a 3×2 array form. In addition, the pixels of the pixel array 1100 may be arranged in various ways according to the color characteristics of the image sensor 1000. Hereinafter, for convenience, the pixel array 1100 of the image sensor 1000 will be described as having a Bayer pattern, but the principles of the embodiments described below may be applied to a pixel array other than a Bayer pattern.

일 실시예에 따르면, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 각각의 화소에 그에 해당하는 색의 빛을 집광시키도록 구성된 색분리 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 도 3은 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 소정의 규칙에 따라 동일한 평면에 배치된 나노포스트(NP)들을 포함한다. 이러한 색분리 렌즈 어레이(130)는 스페이서층(120) 상에 배치될 수 있다.According to an embodiment, the pixel array 1100 of the image sensor 1000 may include a color separation lens array configured to condense light of a corresponding color to each pixel. 3 is a conceptual diagram showing a schematic structure and operation of a color separation lens array according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 3, the color separation lens array 130 includes nanoposts NP disposed on the same plane according to a predetermined rule. The color separation lens array 130 may be disposed on the spacer layer 120.

여기서, 규칙(rule)은 나노포스트(NP)의 형상, 크기(폭, 높이), 간격, 배열 형태 등의 파라미터에 적용되는 것으로, 입사광(Li)에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)가 구현하고자 하는 타깃 위상 분포(TP)에 따라 정해질 수 있다. 타깃 위상 분포(TP)는 입사광(Li)의 파장을 분리하여 집광하고자 하는 타깃 영역(R1, R2)을 고려하여 정해질 수 있다. 타깃 위상 분포(TP)는 색분리 렌즈 어레이(130)와 타깃 영역(R1, R2) 사이에 표시되어 있으나, 이는 단지 도시의 편의에 의한 것이다. 실제의 타깃 위상 분포(TP)는 입사광(Li)이 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치, 예를 들어 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서의 위상 분포를 의미한다.Here, the rule is applied to parameters such as the shape, size (width, height), spacing, and arrangement shape of the nanopost (NP), and the color separation lens array 130 is intended to be implemented for the incident light (Li). It may be determined according to the target phase distribution (TP). The target phase distribution TP may be determined in consideration of the target regions R1 and R2 to be condensed by separating the wavelength of the incident light Li. The target phase distribution TP is displayed between the color separation lens array 130 and the target regions R1 and R2, but this is merely for convenience of illustration. The actual target phase distribution TP is the position immediately after the incident light Li passes through the color separation lens array 130, for example, the lower surface of the color separation lens array 130 or the upper surface of the spacer layer 120 Means the phase distribution at

색분리 렌즈 어레이(130)는 서로 다른 제1 미소 구조와 제2 미소 구조를 각각 갖는 제1 영역(131)과 제2 영역(132)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(131)과 제2 영역(132)은 각각이 하나 또는 복수의 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 제1 영역(131) 및 제2 영역(132)은 각각 제1 타깃영역(R1) 및 제2 타깃영역(R2)과 마주하게 배치되며 일대일로 대응할 수 있다. 제1 영역(131)과 제2 영역(132)에는 각각 세 개의 나노포스트(NP)가 배치된 것으로 도시되고 있으나 이는 예시적인 것이다. 또한, 나노포스트(NP)는 제1 영역(131)과 제2 영역(132) 중 어느 한 영역 내에 전체적으로 위치하도록 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며 일부의 나노포스트(NP)는 제1 영역(131)과 제2 영역(132) 사이의 경계에 배치될 수도 있다.The color separation lens array 130 may include a first region 131 and a second region 132 each having different first and second microstructures. For example, each of the first region 131 and the second region 132 may include one or a plurality of nanoposts NP. The first region 131 and the second region 132 are disposed to face the first target region R1 and the second target region R2, respectively, and may correspond to each other on a one-to-one basis. Although it is shown that three nanoposts NP are disposed in each of the first region 131 and the second region 132, this is exemplary. In addition, the nanoposts NP are shown to be entirely located within one of the first region 131 and the second region 132, but are not limited thereto, and some of the nanoposts NP are the first region 131 It may be disposed at the boundary between the and the second region 132.

색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)들은 입사광(Li)에 포함된 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 방향으로 분기하여 집광하는 위상 분포를 형성할 수 있다. 예를 들어, 입사광(Li)에 포함된 제1 파장의 광(Lλ1)은 제1 위상분포를 갖고 제2 파장의 광(Lλ2)은 제2 위상분포를 갖는 타깃 위상 분포(TP)를 형성하도록, 제1 영역(131)과 제2 영역(132)에 분포되는 나노포스트(NP)들의 형상, 크기, 배열등이 정해질 수 있다. 이러한 타깃 위상 분포(TP)에 따라 나노포스트(NP)들의 어레이와 소정의 이격 거리(A)에 있는 타깃 위치(R1, R2)에 각각 제1 파장의 광(Lλ1)과 제2 파장의 광(Lλ2)이 집광될 수 있다.The nanoposts NP of the color separation lens array 130 may form a phase distribution in which light of different wavelengths included in the incident light Li is diverged in different directions and condensed. For example, the light Lλ1 of the first wavelength included in the incident light Li has a first phase distribution, and the light Lλ2 of the second wavelength forms a target phase distribution TP having a second phase distribution. , The shape, size, and arrangement of the nanoposts NP distributed in the first region 131 and the second region 132 may be determined. According to the target phase distribution TP, the array of nanoposts NP and the light of the first wavelength (Lλ1) and the light of the second wavelength ( Lλ2) can be condensed.

나노포스트(NP)가 제1 영역(131)에 배치되는 규칙과 제2 영역(132)에 배치되는 규칙은 서로 다를 수 있다. 다시 말하면, 제1 영역(131)에 구비된 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열 중 어느 하나는 제2 영역(132)에 구비된 나노포스트(NP)의 형상, 크기 배열과 다를 수 있다.A rule in which the nanoposts NP is disposed in the first region 131 and a rule disposed in the second region 132 may be different from each other. In other words, any one of the shape, size, and arrangement of the nanoposts NP provided in the first region 131 may be different from the shape and size arrangement of the nanoposts NP provided in the second region 132. .

나노포스트(NP)는 분기 대상인 파장 대역보다 작은 서브 파장의 형상 치수를 가질 수 있다. 나노포스트(NP)는 제1 파장, 제2 파장 중 짧은 파장보다 작은 형상 치수를 가질 수 있으며, 입사광(Li)이 가시광인 경우, 400nm, 300nm, 또는 200nm 보다 작은 치수를 가질 수 있다.The nanopost NP may have a shape dimension of a sub-wavelength smaller than a wavelength band to be branched. The nanopost NP may have a shape dimension smaller than the shorter of the first wavelength and the second wavelength, and when the incident light Li is visible light, the nanopost NP may have a dimension smaller than 400 nm, 300 nm, or 200 nm.

나노포스트(NP)는 주변 물질의 굴절률에 비하여 높은 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노포스트(NP)는 c-Si, p-Si, a-Si 및 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 및/또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 주변 물질과 굴절률 차이를 가지는 나노포스트(NP)는 지나가는 광의 위상을 변화시킬 수 있다. 이는 서브 파장의 형상 치수가 야기하는 위상 지연(phase delay)이 원인이며, 위상이 지연되는 정도는 나노포스트(NP)의 세부적인 형상 치수, 배열 형태 등이 결정한다. 주변 물질은 나노포스트(NP)보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료 물질, 예를 들어, SiO2 또는 공기(air)로 이루어질 수 있다.The nanopost NP may be made of a material having a refractive index higher than that of surrounding materials. For example, the nanopost (NP) may be made of c-Si, p-Si, a-Si and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO2, SiN, and/or combinations thereof. have. The nanopost (NP) having a difference in refractive index from the surrounding material may change the phase of passing light. This is due to the phase delay caused by the shape dimension of the sub-wavelength, and the degree of the phase delay is determined by the detailed shape dimension and arrangement shape of the nanopost (NP). The surrounding material may be made of a dielectric material material having a refractive index lower than that of the nanopost (NP), for example, SiO2 or air.

제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 가시광선 파장 대역일 수 있나, 이에 한정되지 않으며 배치된 나노포스트(NP)들의 규칙에 따라 다양한 파장 대역을 구현할 수 있다. 도 3은 두 가지의 파장이 분기되어 집광되는 것을 예시하였으나 이에 한정되지 않으며, 입사광이 파장에 따라 세 방향 이상으로 분기되어 집광될 수도 있다.The first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 may be a visible light wavelength band, but are not limited thereto, and various wavelength bands may be implemented according to the rules of the arranged nanoposts NP. FIG. 3 illustrates that two wavelengths are branched and condensed, but the present invention is not limited thereto, and incident light may be divided and condensed in three or more directions depending on the wavelength.

이하에서는 상술한 색분리 렌즈 어레이(130)가 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에 적용된 예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an example in which the above-described color separation lens array 130 is applied to the pixel array 1100 of the image sensor 1000 will be described in more detail.

도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 화소 어레이의 단면도들이고, 도 5a는 화소 어레이의 광감지셀 배열을 개략적으도 보이는 평면도이며, 도 5b는 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들이 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.4A and 4B are cross-sectional views of a pixel array according to an exemplary embodiment, FIG. 5A is a plan view schematically showing an arrangement of photosensitive cells of the pixel array, and FIG. 5B is a configuration in which nanoposts of a color separation lens array are arranged. This is an exemplary plan view.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 광을 센싱하는 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)을 포함하는 센서 기판(110), 센서 기판(110) 상에 배치된 투명한 스페이서층(120), 및 스페이서층(120) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함한다.4A and 4B, the pixel array 1100 is disposed on a sensor substrate 110 and a sensor substrate 110 including a plurality of light sensing cells 111, 112, 113, and 114 for sensing light. And a transparent spacer layer 120 and a color separation lens array 130 disposed on the spacer layer 120.

센서 기판(110)은 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112), 제3 광감지셀(113), 및 제4 광감지셀(114)을 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 광감지셀(111)과 제2 광감지셀(112)은 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, Y 방향의 위치가 다른 단면에서는 도 4b에 도시된 바와 같이, 제3 광감지셀(113)과 제4 광감지셀(114)이 번갈아 배열될 수 있다. 이러한 영역 구분은 입사광을 화소 단위로 구분하여 센싱하기 위한 것이며, 예를 들어, 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)은 제1 화소에 해당하는 제1 파장의 광을 센싱하고, 제2 광감지셀(112)은 제2 화소에 해당하는 제2 파장의 광을 센싱하며, 제3 광감지셀(113)은 제3 화소에 해당하는 제3 파장의 광을 센싱할 수 있다. 이하에서, 제1 파장의 광은 녹색광, 제2 파장의 광은 청색광, 제3 파장의 광은 적색광이고, 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소는 각각 녹색 화소(G), 청색 화소(B), 적색 화소(R)인 경우를 예로 들어 설명한다. 셀 간 경계에는 도시되지는 않았으나, 셀 분리를 위한 분리막이 더 형성될 수도 있다.The sensor substrate 110 includes a first photo-sensing cell 111, a second photo-sensing cell 112, a third photo-sensing cell 113, and a fourth photo-sensing cell 114 that converts light into an electrical signal. Can include. As shown in FIG. 4A, the first photosensitive cells 111 and the second photosensitive cells 112 are alternately arranged along the first direction (X direction), and the position in the Y direction is shown in FIG. 4B in different cross-sections. As shown, the third light sensing cells 113 and the fourth light sensing cells 114 may be alternately arranged. The division of the area is for sensing incident light by dividing the incident light into a pixel unit. For example, the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114 receive light of a first wavelength corresponding to the first pixel. Sensing, the second light sensing cell 112 senses light of a second wavelength corresponding to the second pixel, and the third light sensing cell 113 senses light of a third wavelength corresponding to the third pixel. I can. Hereinafter, light of the first wavelength is green light, light of the second wavelength is blue light, and light of the third wavelength is red light, and the first, second, and third pixels are green pixels (G) and blue pixels ( B), the case of the red pixel R will be described as an example. Although not shown at the boundary between cells, a separator for cell separation may be further formed.

스페이서층(120)은 색분리 렌즈 어레이(130)를 지지하면서 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 가시광에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스페이서층(120)은 SiO2, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass) 등과 같이 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있다.The spacer layer 120 supports the color separation lens array 130 and serves to maintain a constant gap between the sensor substrate 110 and the color separation lens array 130, and may be made of a material transparent to visible light. . For example, the spacer layer 120 has a refractive index lower than the refractive index of the nanopost (NP) of the color separation lens array 130, such as SiO2, silanol-based spin on glass (SOG), etc. It can be made of a dielectric material having a low absorption rate.

색분리 렌즈 어레이(130)는 소정의 규칙으로 배열된 나노포스트(NP)들을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 색분리 렌즈 어레이(130)는나노포스트(NP)를 보호하는 보호층을 더 구비할 수 있다. 보호층은 나노포스트(NP)를 이루는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 유전체 물질로 이루어질 수 있다.The color separation lens array 130 includes nanoposts NPs arranged in a predetermined rule. Although not shown, the color separation lens array 130 may further include a protective layer protecting the nanopost NP. The protective layer may be made of a dielectric material having a refractive index lower than that of a material constituting the nanopost NP.

색분리 렌즈 어레이(130)는 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)과 일대일로 대응하며 마주하는 복수의 영역(131, 132, 133, 134)으로 구획된다. 복수의 영역(131, 132, 133, 134) 각각에는 하나 또는 복수의 나노포스트(NP)들이 배치될 수 있고 형상, 크기, 배열 중 어느 하나가 영역에 따라 다를 수 있다.The color separation lens array 130 is divided into a plurality of regions 131, 132, 133, and 134 that correspond to the plurality of light sensing cells 111, 112, 113, and 114 on a one-to-one basis and face each other. One or a plurality of nanoposts NP may be disposed in each of the plurality of regions 131, 132, 133, and 134, and any one of a shape, size, and arrangement may be different depending on the region.

색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)로 제1 파장의 광을 분기하여 집광하고, 제2 광감지셀(112)로 제2 파장의 광을 분기하여 집광하며, 제3 광감지셀(113)로 제3 파장의 광을 분기하여 집광하도록 영역이 구분되며, 영역마다 나노포스트(NP)들의 크기, 형상, 배열이 정해진다.The color separation lens array 130 divides and condenses light of a first wavelength by the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114, and the second light-sensing cell 112 The light is branched and condensed, and a region is divided so that light of a third wavelength is divided and condensed by the third light sensing cell 113, and the size, shape, and arrangement of the nanoposts NP are determined for each region.

화소 어레이(1100)가 도 2a에 도시된 바와 같은 베이어 패턴의 배열을 가지는 경우, 도 5a의 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)은 녹색 화소(G)에 대응하고, 제2 광감지셀(112)은 청색 화소(B)에 대응하고, 제3 광감지셀(113)은 적색 화소(R)에 대응하게 된다.When the pixel array 1100 has the arrangement of the Bayer pattern as shown in FIG. 2A, the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114 of FIG. 5A correspond to the green pixel G, and , The second photosensitive cell 112 corresponds to the blue pixel (B), and the third photosensitive cell 113 corresponds to the red pixel (R).

도 5b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 및 제4 영역(131, 134)이 녹색 화소(G)에 대응하고, 제2 광감지셀(112)과 제2 영역(132)이 청색 화소(B)에 대응하며, 제3 광감지셀(113)과 제3 영역(133)이 적색 화소(R)에 대응한다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)는 2차원 배열된 복수의 단위 패턴 어레이를 포함하며, 각각의 단위 패턴 어레이는 2×2의 형태로 배열된 제1 영역(131), 제2 영역(132), 제3 영역(133), 및 제4 영역(134)을 포함한다.Referring to FIG. 5B, the first and fourth regions 131 and 134 of the color separation lens array 130 correspond to the green pixel G, and the second photosensitive cell 112 and the second region 132 This corresponds to the blue pixel B, and the third light sensing cell 113 and the third region 133 correspond to the red pixel R. Accordingly, the color separation lens array 130 includes a plurality of unit pattern arrays arranged in two dimensions, and each unit pattern array includes a first region 131 and a second region 132 arranged in a 2×2 shape. , A third area 133, and a fourth area 134.

도 5b에 도시된 바와 같이, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134), 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132), 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)들은 원형단면을 가지는 원기둥 형태의 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 제1 영역(131), 제2 영역(132), 제3 영역(133), 및 제4 영역(134)들의 중심부에는 단면적이 서로 다른 나노포스트(NP)가 배치되며, 화소간 경계선 상의 중심 및 화소 경계선의 교차점에도 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 화소간 경계에 배치된 나노포스트(NP)의 단면적은 화소 중심부에 배치된 나노포스트(NP)보다 작은 단면적을 가질 수 있다.5B, the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G, the second region 132 corresponding to the blue pixel B, and the red pixel R The third regions 133 may include cylindrical nanoposts NP having a circular cross-section. Nanoposts (NP) having different cross-sectional areas are disposed in the centers of the first region 131, the second region 132, the third region 133, and the fourth region 134, and The nanoposts NP may also be disposed at the intersection of the pixel boundary lines. The cross-sectional area of the nanoposts NP disposed at the boundary between pixels may have a smaller cross-sectional area than the nanoposts NP disposed at the center of the pixel.

도 5c는 도 5b의 일부 영역, 즉, 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)의 나노포스트(NP)들 배열을 상세히 보인다. 도 5c에서 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 p1~p9로 표시되어 있다. 도 5c를 참조하면, 나노포스트(NP)들 중 제1 영역(131)의 중심부에 배치된 나노포스트(p1) 및 제4 영역(134)의 중심부에 배치된 나노포스트(p4)의 단면적이 제2 영역(132)의 중심부에 배치된 나노포스트(p2)나 제3 영역(133)의 중심부에 배치된 나노포스트(p3)의 단면적보다 크며, 제2 영역(132)의 중심부에 배치된 나노포스트(p2)의 단면적이 제3 영역(133)의 중심부에 배치된 나노포스트(p3)의 단면적보다 크다. 다만, 이는 하나의 예에 불과하고, 필요에 따라 다양한 형상, 크기, 배열의 나노포스트(NP)들이 적용될 수 있다.5C shows the arrangement of nanoposts NPs in a partial region of FIG. 5B, that is, the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array. In FIG. 5C, nanoposts (NPs) are indicated as p1 to p9 according to detailed positions in the unit pattern array. Referring to FIG. 5C, the cross-sectional area of the nanoposts p1 disposed in the center of the first region 131 and the nanoposts p4 disposed in the center of the fourth region 134 among the nanoposts NP is limited. 2 A nanopost that is larger than the cross-sectional area of the nanopost (p2) disposed in the center of the area 132 or the nanopost (p3) disposed in the center of the third area 133, and is disposed in the center of the second area 132 The cross-sectional area of (p2) is larger than the cross-sectional area of the nanoposts p3 disposed in the center of the third area 133. However, this is only an example, and nanoposts (NPs) of various shapes, sizes, and arrangements may be applied as needed.

녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)에 구비된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제4 영역(131, 134)에 배치된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 다른 크기 배열을 가질 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(131)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(132)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p5)의 단면적과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제3 영역(133)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p6)의 단면적은 서로 다르다. 마찬가지로, 제4 영역(134)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제3 영역(133)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p7)의 단면적과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(132)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p8)의 단면적은 서로 다르다.The nanoposts NP provided in the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G follow different distribution rules along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). I can have it. For example, the nanoposts NP disposed in the first and fourth regions 131 and 134 may have different size arrangements along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). As shown in FIG. 5C, of the nanoposts NP, the nanoposts p5 positioned at the boundary between the first region 131 and the second region 132 adjacent in the first direction (X direction) The cross-sectional area and the cross-sectional area of the nanoposts p6 positioned at the boundary between the third region 133 adjacent in the second direction (Y direction) are different from each other. Similarly, the cross-sectional area of the nanopost p7 positioned at the boundary between the fourth region 134 and the third region 133 adjacent in the first direction (X direction) and the second region adjacent in the second direction (Y direction) The cross-sectional areas of the nanoposts p8 positioned at the boundary with the region 132 are different from each other.

반면, 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132) 및 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)에 배치된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적인 분포 규칙을 가질 수 있다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 나노포스트(NP)들 중, 제2 영역(132)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p5) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p6)의 단면적은 서로 같으며, 또한, 제3 영역(133)에서도 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p7) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p6)의 단면적이 서로 같다.On the other hand, the nanoposts NP disposed in the second region 132 corresponding to the blue pixel B and the third region 133 corresponding to the red pixel R are It can have a symmetrical distribution rule along the direction (Y direction). As shown in FIG. 5C, of the nanoposts NP, a nanopost p5 and a second direction (Y direction) placed at the boundary between the second region 132 and pixels adjacent in the first direction (X direction) The cross-sectional areas of the nanoposts p6 placed at the boundary between adjacent pixels are the same, and the nanoposts p7 and the second nanoposts placed at the boundary between adjacent pixels in the first direction (X direction) in the third region 133 are the same. The cross-sectional areas of the nanoposts p6 placed at the boundary between adjacent pixels in the direction (Y direction) are the same.

한편, 제1영역(131), 제2영역(132), 제3영역(133), 제4영역(134) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 교차하는 위치에 배치된 나노포스트(p9)들은 같은 단면적을 갖는다. 이러한 분포는, 베이어 패턴의 화소 배열에 기인한다. 청색 화소(B)와 적색 화소(R)는 모두 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소들이 녹색 화소(G)로 동일한 반면, 제1 영역(131)에 대응하는 녹색 화소(G)는 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소가 청색 화소(B)이고 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소가 적색 화소(R)로 서로 다르고, 제4 영역(134)에 대응하는 녹색 화소(G)는 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소가 적색 화소(R)이고 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소가 청색 화소(B)로 서로 다르다. 그리고, 제1 영역(131), 제4 영역(134)에 대응하는 녹색 화소(G)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 녹색 화소(G)로 서로 같고, 제2 영역(132)에 대응하는 청색 화소(B)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 적색 화소(R)로 서로 같고, 제3 영역(133)에 대응하는 적색 화소(R)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 청색 화소(B)로 서로 같다. 따라서, 청색 화소(B)와 적색 화소(R)에 각각 대응하는 제2 영역(132)과 제3 영역(133)에서는 4방 대칭(4-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되고, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)에서는 2방 대칭(2-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열될 수 있다. 특히, 제1 영역(131)과 제4 영역(134)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다.Meanwhile, the first region 131, the second region 132, the third region 133, and the fourth region 134 have four corners, that is, the nanoposts p9 disposed at the intersections of the four regions. They have the same cross-sectional area. This distribution is due to the pixel arrangement of the Bayer pattern. In the blue pixel (B) and the red pixel (R), the pixels adjacent in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) are the same as the green pixel (G). In the green pixel G, the pixels adjacent in the first direction (X direction) are blue pixels B, and the pixels adjacent in the second direction (Y direction) are red pixels R, which are different from each other. In the corresponding green pixel G, the pixels adjacent in the first direction (X direction) are the red pixels R, and the pixels adjacent in the second direction (Y direction) are the blue pixels B, which are different from each other. In addition, the green pixels G corresponding to the first region 131 and the fourth region 134 are green pixels G, which are adjacent to each other in four diagonal directions, and correspond to the second region 132. In the blue pixel (B), pixels adjacent in four diagonal directions are the same as the red pixels (R), and the red pixels (R) corresponding to the third region 133 are blue pixels (B) adjacent in four diagonal directions. ) Is the same as each other. Accordingly, in the second region 132 and the third region 133 respectively corresponding to the blue pixel B and the red pixel R, the nanoposts NP are arranged in a form of 4-fold symmetry. In addition, nanoposts NP may be arranged in the form of 2-fold symmetry in the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G. In particular, the first region 131 and the fourth region 134 are rotated 90 degrees with respect to each other.

나노포스트(NP)들은 모두 대칭적인 원형의 단면 형상을 갖는 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니며 비대칭 형상의 단면 형상을 갖는 나노포스트가 일부 포함될 수도 있다. 예를 들어, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 서로 다른 비대칭 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용되고, 청색 화소(B)와 적색 화소(R)에 각각 대응하는 제2 영역(132)과 제3 영역(133)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 같은 대칭적인 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용될 수 있다.All of the nanoposts NP are illustrated to have a symmetrical circular cross-sectional shape, but are not limited thereto, and some nanoposts having an asymmetrical cross-sectional shape may be included. For example, the first region 131 and the fourth region 134 corresponding to the green pixel G have an asymmetric cross-sectional shape having different widths in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Nanoposts are employed, and in the second region 132 and the third region 133 respectively corresponding to the blue pixel (B) and the red pixel (R), a first direction (X direction) and a second direction (Y direction) A nanopost having a symmetrical cross-sectional shape having the same width of) may be employed.

예시된 색분리 렌즈 어레이(130)의 배열 규칙은 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 제1 파장의 광을 분기하여 집광시키고, 제2 광감지셀(112)에 제2 파장의 광을 분기하여 집광시키고, 제3 광감지셀(113)에 제3 파장의 광을 분기하여 집광시키게 하는 타깃 위상 분포를 구현하기 위한 일 예시이며, 도시된 패턴에 한정되는 것은 아니다.The illustrated arrangement rule of the color separation lens array 130 is that light of a first wavelength is branched and condensed to the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114, and the second light sensing cell 112 It is an example for implementing a target phase distribution in which the light of the second wavelength is branched and condensed by the light of the second wavelength in the third light sensing cell 113 and the light of the third wavelength is branched and condensed in the third light sensing cell 113, and limited to the illustrated pattern is no.

색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 위치에서 제1 파장의 광이 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)로 집광되는 위상을 형성하고 제2 광감지셀(112)과 제3 광감지셀(113)로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 색분리 렌즈 어레이(130)의 각 영역에 구비되는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열이 정해질 수 있다. At a position passing through the color separation lens array 130, a phase at which light of the first wavelength is condensed to the first and fourth light sensing cells 111 and 114 is formed, and the second light sensing cell 112 The shape, size, and arrangement of the nanoposts NP provided in each region of the color separation lens array 130 may be determined so as to form a phase that does not proceed to the and the third light sensing cell 113.

마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 위치에서 제2 파장의 광이 제2 광감지셀(112)로 집광되는 위상을 형성하고 제1 광감지셀(111), 제3 광감지셀(113), 및 제4 광감지셀(114)로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 색분리 렌즈 어레이(130)의 각 영역에 구비되는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열이 정해질 수 있다.Similarly, a phase in which light of a second wavelength is condensed to the second light sensing cell 112 at a position passing through the color separation lens array 130 is formed, and the first light sensing cell 111 and the third light sensing cell ( 113), and the shape, size, and arrangement of the nanoposts NP provided in each region of the color separation lens array 130 to form a phase that does not proceed to the fourth light sensing cell 114 .

또한 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 위치에서 제3 파장의 광이 제3 광감지셀(113)로 집광되는 위상을 형성하고 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112), 및 제4 광감지셀(114)로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 색분리 렌즈 어레이(130)의 각 영역에 구비되는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열이 정해질 수 있다.Similarly, a phase in which light of a third wavelength is condensed to the third light sensing cell 113 at a position passing through the color separation lens array 130 is formed, and the first light sensing cell 111 and the second light sensing cell are formed. The shape, size, and arrangement of the nanoposts (NP) provided in each region of the color separation lens array 130 may be determined so as to form a phase that does not proceed to 112 and the fourth light sensing cell 114. have.

이러한 조건들을 모두 만족시키는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 및/또는 배열이 정해질 수 있으며, 이러한 색분리 렌즈 어레이(130)는 그를 통과한 직후의 빛이 다음과 같은 타깃 위상 분포를 가지게 할 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후 위치에서, 다시 말해 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서, 제1 파장의 광의 위상은 제1 광감지셀(111)에 대응하는 제1 영역(131)의 중심부와 제4 광감지셀(114)에 대응하는 제4 영역(134)의 중심부에서 2Nπ이고, 제2 광감지셀(112)에 대응하는 제2 영역(132)의 중심부 및 제3 감지셀(113)에 대응하는 제3 영역(132)의 중심부에서는 (2N-1)π의 위상을 나타내는 분포일 수 있다. 여기서, N은 0보다 큰 정수이다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광의 위상이, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 최대가 되며, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부로부터 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서 제2 영역(132)의 중심부와 제3 영역(132)의 중심부에서 최소가 될 수 있다. 예를 들어, N=1인 경우, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 위치에서 녹색광의 위상은 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 2π, 제2 영역(132)의 중심부와 제3 영역(132)의 중심부에서 π가 될 수 있다. 여기서, 위상은 빛이 나노포스트(NP)을 통과하기 직전의 위상에 대한 상대적인 위상 값을 의미할 수 있다.The shape, size, and/or arrangement of the nanopost (NP) that satisfies all of these conditions may be determined, and the color separation lens array 130 allows the light immediately after passing through it to have a target phase distribution as follows. can do. At a position immediately after passing through the color separation lens array 130, that is, on the lower surface of the color separation lens array 130 or the upper surface of the spacer layer 120, the phase of the light of the first wavelength is the first light sensing cell ( 2Nπ at the center of the first region 131 corresponding to 111) and the center of the fourth region 134 corresponding to the fourth light sensing cell 114, and the second light corresponding to the second light sensing cell 112 The central portion of the region 132 and the central portion of the third region 132 corresponding to the third sensing cell 113 may be a distribution indicating a phase of (2N-1)π. Here, N is an integer greater than 0. In other words, the phase of the light of the first wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is maximized at the center of the first region 131 and the center of the fourth region 134, and the first region As the distance from the center of 131 and the center of the fourth area 134 gradually decreases in the shape of a concentric circle, the center of the second area 132 and the center of the third area 132 may be minimized. For example, in the case of N=1, the phase of green light at a position passing through the color separation lens array 130 is 2π at the center of the first region 131 and the center of the fourth region 134, and the second region ( It may be π at the center of 132 and the center of the third area 132. Here, the phase may mean a phase value relative to a phase immediately before light passes through the nanopost NP.

또한, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광의 위상은 제2 광감지셀(112)에 대응하는 제2 영역(132)의 중심부에서 2Mπ이고 제1 광감지셀(111)에 대응하는 제1 영역(131)의 중심부 및 제4 광감지셀(114)에 대응하는 제4 영역(134)의 중심부에서는 (2M-1)π이고 제3 광감지셀(113)에 대응하는 제3 영역(133)의 중심부에서는 (2M-2)π보다 크고 (2M-1)π보다 작게 되는 분포일 수 있다. 여기서, M은 0보다 큰 정수이다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광의 위상은 제2 영역(132)의 중심부에서 최대가 되며, 제2 영역(132)의 중심부로부터 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져 제3 영역(133)의 중심부에서 국소적으로 최소가 된다. 예를 들어, M=1인 경우, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 위치에서 제2 파장의 광의 위상은 제2 영역(132)의 중심부에서 2π, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 π, 제3 영역(133)의 중심부에서 약 0.2π 내지 0.7π가 될 수 있다.In addition, the phase of the light of the second wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is 2Mπ at the center of the second region 132 corresponding to the second light sensing cell 112 and the first light sensing cell In the center of the first area 131 corresponding to (111) and the center of the fourth area 134 corresponding to the fourth light-sensing cell 114, (2M-1)π and the third light-sensing cell 113 In the central portion of the third region 133 corresponding to, the distribution may be greater than (2M-2)π and smaller than (2M-1)π. Here, M is an integer greater than 0. In other words, the phase of the light of the second wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is maximized at the center of the second region 132, and the further away from the center of the second region 132, the concentric circles. The shape gradually decreases and becomes a local minimum in the center of the third area 133. For example, in the case of M=1, the phase of the light of the second wavelength at the position passing through the color separation lens array 130 is 2π at the center of the second region 132 and the center of the first region 131 and the second wavelength. 4 may be π at the center of the area 134 and about 0.2π to 0.7π at the center of the third area 133.

또한 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광의 위상은 제3 광감지셀(113)에 대응하는 제3 영역(133)의 중심부에서 2Lπ이고 제1 광감지셀(111)에 대응하는 제1 영역(131) 및 제4 광감지셀(114)에 대응하는 제4 영역(134)의 중심부에서는 (2L-1)π이고 제2 광감지셀(112)에 대응하는 제2 영역(132)의 중심부에서는 (2L-2)π보다 크고 (2L-1)π보다 작을 수 있다. 여기서, L은 0보다 큰 정수이다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광의 위상은, 제3 영역(133)의 중심부에서 최대가 되며, 제3 영역(133)의 중심부로부터 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져 제2 영역(132)의 중심부에서 국소적으로 최소가 된다. 예를 들어, L=1인 경우, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 위치에서 제3 파장의 광의 위상은 제3 영역(133)의 중심부에서 2π, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 π, 제2 영역(132)의 중심부에서 약 0.2π 내지 0.7π가 될 수 있다.Likewise, the phase of the light of the third wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is 2Lπ at the center of the third region 133 corresponding to the third light sensing cell 113 and the first light sensing The center of the first region 131 corresponding to the cell 111 and the fourth region 134 corresponding to the fourth light sensing cell 114 is (2L-1) π, and the second light sensing cell 112 is In the center of the corresponding second region 132, it may be larger than (2L-2)π and smaller than (2L-1)π. Here, L is an integer greater than 0. In other words, the phase of the light of the third wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 becomes maximum in the center of the third area 133, and the further away from the center of the third area 133, It gradually decreases in the shape of a concentric circle, and is locally minimized in the center of the second region 132. For example, in the case of L=1, the phase of the light of the third wavelength at the position passing through the color separation lens array 130 is 2π at the center of the third area 133, and the center of the first area 131 4 may be π at the center of the area 134 and about 0.2π to 0.7π at the center of the second area 132.

앞서 언급했듯이, 타깃 위상 분포는 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 빛의 위상 분포를 의미한다. 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 빛이 이러한 위상 분포를 가지면 제1 파장 내지 제3 파장의 빛들이 각각 해당하는 제1 광감지셀(111) 내지 제4 광감지셀(114)에 모이게 된다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 빛은 파장에 따라 분기하여 각각 서로 다른 방향으로 진행하여 집광되는 효과를 얻을 수 있다.As mentioned above, the target phase distribution means a phase distribution of light at a position immediately after passing through the color separation lens array 130. When the light passing through the color separation lens array 130 has such a phase distribution, the first to third wavelengths of light are collected in the corresponding first to fourth light sensing cells 111 to 114, respectively. . In other words, the light transmitted through the color separation lens array 130 may be divided according to a wavelength and proceed in different directions to obtain an effect of condensing light.

이렇게 해당 파장의 광이 해당 광감지셀에 집광되기 위해 소정의 전파 거리 요건이 정해질 수 있고, 이에 따라 스페이서층(120)의 두께(h)가 정해질 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)는 분기 대상인 파장(λ)이나 화소 크기 및 광감지셀의 배치 주기(p)에 따라 달라질 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)는 분기 대상인 가시광선 파장 대역의 중심 파장(λ)보다 클 수 있으며, 인접하는 광감지셀 중심간의 거리인 광감지셀 배치 주기(p)와 비교하면, 1p~3p의 범위일 수 있다. 구체적으로, 스페이서층(120)의 두께(h)는 500nm 내지 5μm의 범위일 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)를 설정하는 보다 세부적인 사항에 대해서는 도 9a 내지 도 9e, 도 10a 내지 도 10e, 및 도 11a 내지 도 11e를 참조하여, 다시 후술한다.In this way, a predetermined propagation distance requirement may be determined so that light of a corresponding wavelength is condensed to the corresponding light sensing cell, and accordingly, the thickness h of the spacer layer 120 may be determined. The thickness h of the spacer layer 120 may vary depending on the wavelength λ that is a branching target, the pixel size, and the arrangement period p of the photosensitive cells. The thickness (h) of the spacer layer 120 may be greater than the center wavelength (λ) of the visible light wavelength band to be branched, and compared to the photosensitive cell arrangement period (p), which is the distance between the centers of adjacent photosensitive cells, 1p It can be in the range of ~3p. Specifically, the thickness h of the spacer layer 120 may range from 500 nm to 5 μm. For more detailed details of setting the thickness h of the spacer layer 120, referring to FIGS. 9A to 9E, 10A to 10E, and 11A to 11E, it will be described later.

도 6a 및 도 6b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 청색광의 위상 분포 및마주보는 광감지셀에서의 청색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 6c는 청색 화소(B)에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제2 영역과 그 주변에 입사한 청색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6d는 청색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.6A and 6B are diagrams for computational simulation of the phase distribution of blue light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of blue light in the facing light sensing cell, and FIG. 6C is a color separation lens array corresponding to the blue pixel (B). The second region of and the direction of blue light incident thereto are illustrated as an example, and FIG. 6D exemplarily shows a microlens array that acts equivalently to a color separation lens array for blue light.

도 6a에 예시된 위상 분포를 살펴보면, 청색 화소(B)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 2π이며, 인접한 녹색 화소(G)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π의 값을 나타내고, 대각선 방향의 적색 화소(R)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π보다 작은 값(예컨대, 약 0.2π 내지 0.7π)을 나타낸다.Looking at the phase distribution illustrated in FIG. 6A, the phase at the center of the region corresponding to the blue pixel B is approximately 2π, and the phase at the center of the region corresponding to the adjacent green pixel G is approximately π. Value, and the phase at the center of the area corresponding to the red pixel R in the diagonal direction is approximately smaller than π (eg, about 0.2π to 0.7π).

이러한 위상 분포는 도 6b와 같은 청색광의 포커싱 분포를 나타낼 수 있다. 청색광은 청색 화소(B)에 대응하는 영역에 대부분 집광되며, 다른 화소에 대응하는 영역에는 청색광이 거의 도달하지 않는다.This phase distribution may represent a focusing distribution of blue light as shown in FIG. 6B. Most of the blue light is condensed in the area corresponding to the blue pixel B, and the blue light hardly reaches the area corresponding to the other pixel.

결과적으로, 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132)과 그 주변에 입사한 청색광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 후 도 6c에 도시된 바와 같이 진행하게 된다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 영역(132)과 제2 영역(132)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 청색광은 제2 영역(132) 직하부의 제2 광감지셀(112) 상에 집광된다. 다시 말해, 하나의 청색 화소(B)에는 그 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132)에서 오는 청색광, 제2 영역(132)과 가로 방향으로 인접하는 2개의 제1 영역(131)에서 오는 청색광, 제2 영역(132)과 세로 방향으로 인접하는 2개의 제4 영역(134)에서 오는 청색광, 및 제2 영역(132)과 대각 방향으로 인접하는 4개의 제3 영역(113)에서 오는 청색광이 입사한다.As a result, the second region 132 corresponding to the blue pixel B and the blue light incident thereto pass through the color separation lens array 130 and then proceed as shown in FIG. 6C. For example, of incident light incident on some of the second region 132 and other regions surrounding the second region 132 of the color separation lens array 130, blue light is the second region directly under the second region 132. It is condensed on the light sensing cell 112. In other words, one blue pixel B includes blue light coming from the second region 132 corresponding to the blue pixel B, and two first regions 131 adjacent to the second region 132 in the horizontal direction. Blue light coming from, blue light coming from two fourth areas 134 adjacent to the second area 132 in a vertical direction, and four third areas 113 adjacent to the second area 132 in a diagonal direction. Blue light that comes is incident.

따라서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 청색광에 대해서는 제2 광감지셀(112)을 중심으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈(ML1) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 등가적인 마이크로 렌즈(ML1)는 그에 대응하는 제2 광감지셀(112)보다 크기 때문에, 제2 광감지셀(112)의 영역에 입사하는 청색광뿐만 아니라 제2 광감지셀(112)을 둘러싸는 다른 영역으로 입사하는 청색광도 제2 광감지셀(112)에 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 렌즈(ML1)는 그에 대응하는 제2 광감지셀(112)보다 4배 정도 크며 각각의 마이크로 렌즈(ML1)의 네변은 제2 광감지셀(112)의 네변과 평행할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 6D, the color separation lens array 130 may play an equivalent role to an array of a plurality of micro lenses ML1 arranged around the second light sensing cell 112 for blue light. . Since each equivalent microlens ML1 is larger than the corresponding second light sensing cell 112, the second light sensing cell 112 as well as the blue light incident on the region of the second light sensing cell 112 Blue light incident to another surrounding area may also be condensed to the second light sensing cell 112. For example, each microlens ML1 is about 4 times larger than the corresponding second light sensing cell 112, and the four sides of each microlens ML1 are parallel to the four sides of the second light sensing cell 112. can do.

도 7a 및 도 7b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광의 위상 분포 및 마주보는 광감지셀에서의 녹색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 7c는 녹색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역 및 제4 영역과 그 주변에 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7d는 녹색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.7A and 7B are diagrams that simulate the phase distribution of green light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of green light in the opposing photosensitive cells, and FIG. 7C is a first diagram of a color separation lens array corresponding to a green pixel. The moving direction of the green light incident on the area, the fourth area, and the periphery thereof is shown as an example, and FIG. 7D exemplarily shows a microlens array that acts equivalently to a color separation lens array for green light.

도 7a에 예시된 위상 분포를 살펴보면, 녹색 화소(G)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 2π이며, 인접한 청색 화소(B)와 적색 화소(R)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π의 값을 나타낸다.Looking at the phase distribution illustrated in FIG. 7A, the phase at the center of the area corresponding to the green pixel G is approximately 2π, and at the center of the area corresponding to the adjacent blue pixel B and the red pixel R. The phase roughly represents the value of π.

이러한 위상 분포는 도 7b와 같은 녹색광의 포커싱 분포를 나타낼 수 있다. 녹색광은 두 녹색 화소(G)에 대응하는 영역에 나뉘어 집광되고 있으며 다른 화소에 대응하는 영역에는 녹색광이 거의 도달하지 않는다.This phase distribution may represent a focusing distribution of green light as shown in FIG. 7B. The green light is divided into areas corresponding to the two green pixels G and condensed, and the green light hardly reaches the areas corresponding to the other pixels.

결과적으로, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)과 그 주변에 입사한 녹색광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 후 도 7c에 도시된 바와 같이 진행하게 된다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역(131) 및 제1 영역(131)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 녹색광은 제1 영역(131) 직하부의 제1 광감지셀(111) 상에 집광된다. 또한 도시되지는 않았지만, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제4 영역(134) 및 제4 영역(134)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 녹색광은 제4 영역(134) 직하부의 제4 광감지셀(114) 상에 집광된다. 다시 말해, 하나의 녹색 화소(G)에는 그 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 영역(131) 또는 제4 영역(134)에서 오는 녹색광, 제1 영역(131) 또는 제4 영역(134)과 가로 및 세로 방향으로 인접하는 2개의 제2 영역(132)과 2개의 제3 영역(113)에서 오는 녹색광이 입사한다.As a result, the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G and the green light incident thereto pass through the color separation lens array 130 and then proceed as shown in FIG. 7C. do. For example, among incident light incident on a part of the first region 131 and other regions surrounding the first region 131 of the color separation lens array 130, green light is the first region directly under the first region 131. It is condensed on the light sensing cell 111. Also, although not shown, among the incident light incident on some of the fourth region 134 and other regions surrounding the fourth region 134 of the color separation lens array 130, the green light is directly under the fourth region 134. It is condensed on the fourth light sensing cell 114. In other words, in one green pixel G, green light from the first region 131 or the fourth region 134 corresponding to the green pixel G, the first region 131 or the fourth region 134 The green light coming from the two second regions 132 and the two third regions 113 adjacent to each other in the horizontal and vertical directions is incident.

따라서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 녹색광에 대해서는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)을 중심으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈(ML2) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 등가적인 마이크로 렌즈(ML2)는 그에 대응하는 제1 광감지셀(111)이나 제4 광감지셀(114)보다 크기 때문에, 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)의 영역에 입사하는 녹색광뿐만 아니라 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)을 둘러싸는 다른 영역으로 입사하는 녹색광도 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 렌즈(ML2)는 그에 대응하는 제1 광감지셀(111) 또는 제4 광감지셀(114)보다 2배 정도 크며 그에 대응하는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 대해 대각선 방향으로 접하도록 배치될 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 7D, the color separation lens array 130 includes a plurality of micro lenses ML2 arranged around the first and fourth light sensing cells 111 and 114 for green light. It can play an equivalent role to an array. Since each of the equivalent micro lenses ML2 is larger than the first photo-sensing cell 111 or the fourth photo-sensing cell 114 corresponding thereto, the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114 ), as well as green light incident on the other areas surrounding the first and fourth photo-sensing cells 111 and 114, as well as the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell. It can be condensed at (114). For example, each micro-lens ML2 is about twice as large as the first light-sensing cell 111 or the fourth light-sensing cell 114 corresponding thereto, and the first light-sensing cell 111 and the corresponding 4 It may be arranged to be in contact with the light sensing cell 114 in a diagonal direction.

도 8a 및 도 8b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 적색광의 위상 분포 및 마주보는 광감지셀에서의 적색광의 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 8c는 적색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제3 영역과 그 주변에 입사한 적색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 8d는 적색 화소(R)에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.8A and 8B are diagrams that simulate the phase distribution of red light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of red light in an opposing light sensing cell, and FIG. 8C is a diagram illustrating a color separation lens array corresponding to a red pixel. 3 exemplarily shows the traveling direction of red light incident on the region and its periphery, and FIG. 8D exemplarily shows a microlens array that acts equivalently to the color separation lens array for the red pixel R. FIG.

도 8a에 예시된 위상 분포를 살펴보면, 적색 화소(R)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 2π이며, 인접한 녹색 화소(G)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π의 값을 나타내고, 대각선 방향의 청색 화소(B)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π보다 작은 값(예컨대, 약 0.2π 내지 0.7π)을 나타낸다.Looking at the phase distribution illustrated in FIG. 8A, the phase at the center of the region corresponding to the red pixel R is approximately 2π, and the phase at the center of the region corresponding to the adjacent green pixel G is approximately π. Value, and the phase at the center of the area corresponding to the blue pixel B in the diagonal direction is approximately smaller than π (eg, about 0.2π to 0.7π).

이러한 위상 분포는 도 8b와 같은 적색광의 포커싱 분포를 나타낼 수 있다. 적색광은 적색 화소(R)에 대응하는 영역에 집광되고 있으며 다른 화소에 대응하는 영역에는 적색광이 거의 도달하지 않는다.This phase distribution may represent a focusing distribution of red light as shown in FIG. 8B. The red light is condensed in the area corresponding to the red pixel R, and the red light hardly reaches the area corresponding to the other pixels.

결과적으로, 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)과 그 주변에 입사한 광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 후 도 8c에 도시된 바와 같이 진행하게 된다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제3 영역(133)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 적색광은 제3 영역(133) 직하부의 제3 광감지셀(113) 상에 집광된다. 다시 말해, 하나의 적색 화소(R)에는 그 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)에서 오는 적색광, 제3 영역(133)과 가로 방향으로 인접하는 2개의 제4 영역(134)에서 오는 적색광, 제3 영역(133)과 세로 방향으로 인접하는 2개의 제1 영역(131)에서 오는 적색광 및 제3 영역(133)과 대각선 방향으로 인접하는 4개의 제2 영역(132)에서 오는 적색광이 입사한다.As a result, the third region 133 corresponding to the red pixel R and the light incident thereto pass through the color separation lens array 130 and then proceed as shown in FIG. 8C. For example, of incident light incident on some of the third area 133 and other areas surrounding the third area 133 of the color separation lens array 130, the red light is the third area directly under the third area 133. It is condensed on the light sensing cell 113. In other words, one red pixel R includes red light coming from the third region 133 corresponding to the red pixel R, and two fourth regions 134 adjacent to the third region 133 in the horizontal direction. Red light coming from, red light coming from two first areas 131 adjacent to the third area 133 in the vertical direction, and red light coming from four second areas 132 adjacent to the third area 133 in a diagonal direction. Red light enters.

따라서, 도 8d에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 적색광에 대해서는 제3 광감지셀(113)을 중심으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈(ML3) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 등가적인 마이크로 렌즈(ML3)는 그에 대응하는 제3 광감지셀(113)보다 크기 때문에, 제3 광감지셀(113)의 영역에 입사하는 적색광뿐만 아니라 제3 광감지셀(113)을 둘러싸는 다른 영역으로 입사하는 적색광도 제3 광감지셀(113)에 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 렌즈(ML3)는 그에 대응하는 제3 광감지셀(113)보다 4배 정도 크며 각각의 마이크로 렌즈(ML3)의 네변은 제3 광감지셀(113)의 네변과 평행할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 8D, the color separation lens array 130 may play a role equivalent to an array of a plurality of micro lenses ML3 arranged around the third light sensing cell 113 for red light. . Since each equivalent microlens ML3 is larger than the corresponding third light sensing cell 113, not only the red light incident on the region of the third light sensing cell 113 but also the third light sensing cell 113 Red light incident to another surrounding area may also be condensed to the third light sensing cell 113. For example, each microlens ML3 is about 4 times larger than the corresponding third light sensing cell 113, and the four sides of each microlens ML3 are parallel to the four sides of the third light sensing cell 113. can do.

도 6c, 도 6d, 도 7c, 도 7d, 도 8c, 및 도 8d에 도시된 결과를 다르게 표현하자면, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역(131)에 입사하는 입사광 중에서, 녹색광은 제1 영역(131)에 대응하는 제1 광감지셀(111)의 중심부를 향해 진행하고, 청색광은 제1 영역(131)에 대응하는 제1 광감지셀(111) 주변의 제2 광감지셀(112)의 중심부를 향해 진행하고, 적색광은 제1 영역(131)에 대응하는 제1 광감지셀(111) 주변의 제3 광감지셀(113)의 중심부를 향해 진행한다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 영역(132)에 입사하는 입사광 중에서, 청색광은 제2 영역(132)에 대응하는 제2 광감지셀(112)의 중심부를 향해 진행하고, 녹색광은 제2 영역(132)에 대응하는 제2 광감지셀(112) 주변의 제1 광감지셀(111) 및 제4 광감지셀(114)의 중심부를 향해 진행하고, 적색광은 제2 영역(132)에 대응하는 제2 광감지셀(112) 주변의 제3 광감지셀(113)의 중심부를 향해 진행한다. 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)에 입사하는 입사광 중에서, 적색광은 제3 영역(133)에 대응하는 제3 광감지셀(113)의 중심부를 향해 진행하고, 녹색광은 제3 영역(133)에 대응하는 제3 광감지셀(113) 주변의 제1 광감지셀(111) 및 제4 광감지셀(114)의 중심부를 향해 진행하고, 청색광은 제3 영역(133)에 대응하는 제3 광감지셀(113) 주변의 제2 광감지셀(112)의 중심부를 향해 진행하게 된다. 마지막으로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제4 영역(134)에 입사하는 입사광 중에서, 녹색광은 제4 영역(134)에 대응하는 제4 광감지셀(114)의 중심부를 향해 진행하고, 청색광은 제4 영역(134)에 대응하는 제4 광감지셀(114) 주변의 제2 광감지셀(112)의 중심부를 향해 진행하고, 적색광은 제4 영역(134)에 대응하는 제4 광감지셀(114) 주변의 제3 광감지셀(113)의 중심부를 향해 진행하게 된다.6C, 6D, 7C, 7D, 8C, and 8D are differently expressed. Among the incident light incident on the first region 131 of the color separation lens array 130, green light is The first light sensing cell 111 corresponding to the first region 131 proceeds toward the center, and the blue light is applied to the second light sensing cell around the first light sensing cell 111 corresponding to the first region 131. The red light travels toward the central portion of 112 ), and the red light proceeds toward the central portion of the third optical sensing cell 113 around the first optical sensing cell 111 corresponding to the first region 131. In addition, among the incident light incident on the second region 132 of the color separation lens array 130, the blue light proceeds toward the center of the second light sensing cell 112 corresponding to the second region 132, and the green light is The second light-sensing cell 111 and the fourth light-sensing cell 114 around the second light-sensing cell 112 corresponding to the second area 132 are directed toward the center of the second area 132, and the red light is transmitted to the second area 132 It proceeds toward the center of the third light-sensing cell 113 around the second light-sensing cell 112 corresponding to ). Similarly, among the incident light incident on the third area 133 of the color separation lens array 130, the red light proceeds toward the center of the third light sensing cell 113 corresponding to the third area 133, and the green light is The first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114 around the third light sensing cell 113 corresponding to the third region 133 are directed toward the center of the third region 133, and the blue light is transmitted to the third region 133. ), the second light sensing cell 112 around the third light sensing cell 113 corresponding to ). Finally, among the incident light incident on the fourth region 134 of the color separation lens array 130, the green light proceeds toward the center of the fourth light sensing cell 114 corresponding to the fourth region 134, and the blue light Silver proceeds toward the center of the second light sensing cell 112 around the fourth light sensing cell 114 corresponding to the fourth region 134, and the red light senses the fourth light corresponding to the fourth region 134. It proceeds toward the center of the third light sensing cell 113 around the cell 114.

이와 같은 색분리와 집광은 스페이서층(120)의 두께를 적절히 설정하여 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스페이서층(120)의 이론 두께는 ht, λ0의 파장에 대한 스페이서층(120)의 굴절률을 n, 광감지셀의 피치를 p라고 할 때, 다음의 수학식 1을 만족할 수 있다.Such color separation and light collection may be performed more effectively by appropriately setting the thickness of the spacer layer 120. For example, when the theoretical thickness of the spacer layer 120 is the refractive index of the spacer layer 120 with respect to the wavelength of h t and λ 0 is n, and the pitch of the photosensitive cell is p, the following equation (1) may be satisfied. I can.

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, 스페이서층(120)의 이론 두께 ht는 λ0의 파장을 갖는 광이 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 상부 표면 상에 집광되는 초점 거리를 의미할 수 있다. 다시 말해, λ0의 파장을 갖는 광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 지나면서 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면으로부터 ht만큼 떨어진 거리에 포커싱될 수 있다. Here, the theoretical thickness h t of the spacer layer 120 is a focal point at which light having a wavelength of λ 0 is condensed on the upper surface of the light sensing cells 111, 112, 113 and 114 by the color separation lens array 130. Can mean distance. In other words, light having a wavelength of λ 0 may pass through the color separation lens array 130 and be focused at a distance h t from the lower surface of the color separation lens array 130.

수학식 1에 기재된 바와 같이, 스페이서층(120)의 이론 두께 ht는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치(p)와 스페이서층(120)의 굴절률(n)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 가시광선 대역의 중심 파장(λ0)을 540 nm, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치(p)를 0.8 μm, 540 nm의 파장에서 스페이서층(120)의 굴절률(n)을 1.46이라고 가정하면, 스페이서층(120)의 이론 두께 ht, 다시 말해 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면과 센서 기판(110)의 상부 표면 사이의 거리는 약 1.64 μm일 수 있다. 그러나, 스페이서층(120)의 실제 두께는 수학식 1에 기재된 이론 두께(ht)로만 제한될 필요는 없다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율을 고려하여 이론 두께(ht)를 기준으로 소정의 범위 내에서 스페이서층(120)의 실제 두께가 선택될 수 있다.As described in Equation 1, the theoretical thickness h t of the spacer layer 120 varies depending on the pitch (p) of the photosensitive cells 111, 112, 113, 114 and the refractive index (n) of the spacer layer 120 I can. For example, the center wavelength (λ 0 ) of the visible light band is 540 nm, the pitch (p) of the light sensing cells 111, 112, 113, 114 is 0.8 μm, and the spacer layer 120 has a wavelength of 540 nm. Assuming that the refractive index (n) is 1.46, the theoretical thickness h t of the spacer layer 120, that is, the distance between the lower surface of the color separation lens array 130 and the upper surface of the sensor substrate 110 may be about 1.64 μm. have. However, the actual thickness of the spacer layer 120 need not be limited only to the theoretical thickness (h t) described in Equation (1). For example, the actual thickness of the spacer layer 120 may be selected within a predetermined range based on the theoretical thickness h t in consideration of the efficiency of the color separation lens array 130.

도 9a 내지 도 9e는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.7 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 9a는 색분리 렌즈 어레이(130)의 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로부터 제2 광감지셀(112)에 입사하는 청색광에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율을 나타내고, 도 9b는 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로부터 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 입사하는 녹색광에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율을 나타내고, 도 9c는 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로부터 제3 광감지셀(113)에 입사하는 적색광에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율을 나타낸다.9A to 9E show the color separation lens array 130 according to the distance between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.7 μm. ) Is a graph showing the change in efficiency. 9A is a color separation lens for blue light incident on the second light sensing cell 112 from the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array of the color separation lens array 130 The light collection efficiency of the array 130 is shown, and FIG. 9B shows the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array. 114) shows the condensing efficiency of the color separation lens array 130 with respect to the green light incident, and FIG. 9C shows the third light detection from the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array. It shows the condensing efficiency of the color separation lens array 130 for red light incident on the cell 113.

도 9a 및 도 9c의 경우, 하나의 광감지셀에 대해 4개의 영역이 배치되므로 이론상 최대값이 4이다. 도 9b의 경우에는, 2개의 광감지셀에 대해 4개의 영역이 배치되므로 이론상 최대값이 2이다. 도 9a 내지 도 9c의 그래프에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율이 가장 높은 거리가 수학식 1을 만족하는 이론 두께(ht)가 된다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 바와 같이, 이론 두께(ht)는 파장에 따라 조금씩 달라진다.In the case of FIGS. 9A and 9C, since four regions are arranged for one light sensing cell, the theoretical maximum value is 4. In the case of FIG. 9B, since four regions are arranged for two light sensing cells, the theoretical maximum value is 2. In the graphs of FIGS. 9A to 9C, the distance of the color separation lens array 130 having the highest light collection efficiency becomes the theoretical thickness h t that satisfies Equation 1. 9A to 9C, the theoretical thickness h t varies slightly depending on the wavelength.

도 9d는 가시광선에 대한 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 예를 들어, 사람의 눈은 통상적으로 녹색광에 대해 민감도가 가장 높고, 청색광에 대해 민감도가 가장 낮다. 따라서, 도 9a의 그래프에 가장 낮은 가중치를 부여하고, 도 9c의 그래프에 청색광보다 높은 가중치를 부여하고, 도 9b에 가장 높은 가중치를 부여한 후에 합산한 값을 평균함으로써 도 9d의 그래프를 얻을 수 있다. 도 9e는 도 9d의 그래프를 규준화한 결과를 보이는 그래프이다.9D is a graph showing an example of a change in efficiency of a color separation lens array in consideration of a sensitivity characteristic of a human eye to visible light. For example, the human eye is typically the most sensitive to green light and the least sensitive to blue light. Therefore, the graph of FIG. 9D can be obtained by assigning the lowest weight to the graph of Fig. 9A, giving the graph of Fig. 9C a higher weight than the blue light, and giving the highest weight to Fig. 9B and then averaging the summed values. . 9E is a graph showing the results of normalizing the graph of FIG. 9D.

도 9d 및 도 9e의 그래프를 참조하면, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.7 μm인 경우에, 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 가시광선 전체에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 1.2 μm의 거리에서 가장 높다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 0.5 μm의 거리에서 최대 효율의 약 80% 정도가 되며, 약 1.9 μm의 거리에서 최대 효율의 약 95% 정도가 된다.Referring to the graphs of FIGS. 9D and 9E, when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.7 μm, a color separation lens array ( 130) is the highest at a distance of about 1.2 μm. Further, the efficiency of the color separation lens array 130 becomes about 80% of the maximum efficiency at a distance of about 0.5 μm, and about 95% of the maximum efficiency at a distance of about 1.9 μm.

도 10a 내지 도 10e는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.8 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 10a 내지 도 10e를 참조하면, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.8 μm인 경우에, 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 가시광선 전체에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 1.64 μm의 거리에서 가장 높다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 0.8 μm의 거리에서 최대 효율의 약 85% 정도가 되며, 약 2.5 μm의 거리에서 최대 효율의 약 93% 정도가 된다.10A to 10E show the color separation lens array 130 according to the distance between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.8 μm. ) Is a graph showing the change in efficiency. 10A to 10E, when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.8 μm, the color separation lens array 130 for the entire visible light considering the sensitivity characteristics of the human eye The efficiency of is highest at a distance of about 1.64 μm. In addition, the efficiency of the color separation lens array 130 becomes about 85% of the maximum efficiency at a distance of about 0.8 μm, and about 93% of the maximum efficiency at a distance of about 2.5 μm.

도 11a 내지 도 11e는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 1.0 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110)사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 11a 내지 도 11e를 참조하면, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 1.0 μm인 경우에, 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 가시광선 전체에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 2.6 μm의 거리에서 가장 높다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 1.6 μm의 거리에서 최대 효율의 약 87% 정도가 되며, 약 3.6 μm의 거리에서 최대 효율의 약 94% 정도가 된다.11A to 11E show the color separation lens array 130 according to the distance between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 1.0 μm. ) Is a graph showing the change in efficiency. 11A to 11E, when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 1.0 μm, a color separation lens array 130 for the entire visible light considering the sensitivity characteristics of the human eye The efficiency of is highest at a distance of about 2.6 μm. In addition, the efficiency of the color separation lens array 130 becomes about 87% of the maximum efficiency at a distance of about 1.6 μm, and about 94% of the maximum efficiency at a distance of about 3.6 μm.

결과적으로, 스페이서층(120)의 실제 두께(h)가 수학식 1의 이론 두께(ht)에 비하여 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치(p)만큼 크거나 작더라도, 색분리 렌즈 어레이(130)는 최대 효율의 80% 이상, 90% 이상, 또는 95% 이상의 높은 효율을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상술한 결과를 고려할 때, 스페이서층(120)의 실제 두께(h)는 ht - p ≤ h ≤ ht + p의 범위 내에서 선택될 수 있다.As a result, even if the actual thickness (h) of the spacer layer 120 is larger or smaller than the theoretical thickness (h t ) of Equation 1 by the pitch p of the photosensitive cells 111, 112, 113, 114, It can be seen that the color separation lens array 130 has a high efficiency of 80% or more, 90% or more, or 95% or more of the maximum efficiency. Considering the above result, the actual thickness (h) of the spacer layer 120 is h t - may be chosen within the range of p ≤ h ≤ h t + p .

상술한 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광을 흡수하거나 차단하지 않으면서 파장 별로 분기하고 분기된 빛을 특정 영역에 각각 집광시킬 수 있기 때문에, 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)는 향상된 색분리 성능을 갖기 때문에 색분리 렌즈 어레이(130)를 채용한 이미지 센서는 우수한 색 순도를 가질 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)를 채용한 이미지 센서는 이미지 센서에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴 방식을 유지할 수 있어, 기존의 화소 구조와 동일한 이미지 처리 알고리즘을 활용할 수 있다. 더욱이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광을 집광하는 렌즈의 역할도 할 수 있기 때문에, 색분리 렌즈 어레이(130)를 채용한 이미지 센서는 빛을 각각의 화소에 집광시키기 위한 별도의 마이크로 렌즈를 필요로 하지 않는다.Since the above-described color separation lens array 130 can diverge by wavelength and condense the branched light to a specific region without absorbing or blocking incident light, it is possible to improve the light utilization efficiency of the image sensor. In addition, since the color separation lens array 130 has improved color separation performance, an image sensor employing the color separation lens array 130 may have excellent color purity. In addition, the image sensor employing the color separation lens array 130 can maintain the Bayer pattern method generally adopted in the image sensor, and thus can utilize the same image processing algorithm as the existing pixel structure. Moreover, since the color separation lens array 130 can also serve as a lens for condensing incident light, an image sensor employing the color separation lens array 130 provides a separate microlens for condensing light to each pixel. I don't need it.

도 12는 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형태를 보이는 사시도이다. 도 12를 참조하면, 나노포스트는 직경 D, 높이 H인 원기둥 형상을 가질 수 있다. 직경 D, 및/또는 높이 H는 서브 파장의 값을 가질 수 있으며, 직경 D는 나노포스트가 배치되는 위치에 따라 달라질 수 있다.12 is a perspective view showing an exemplary form of a nanopost that may be employed in a color separation lens array according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 12, the nanopost may have a cylindrical shape having a diameter D and a height H. The diameter D and/or the height H may have a value of the sub-wavelength, and the diameter D may vary depending on the position where the nanopost is disposed.

나노포스트는 이외에도 다양한 단면 형상을 갖는 기둥으로 형성될 수 있다. 도 13a 내지 도 13h는 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 평면도이다.In addition, the nanopost may be formed as a pillar having various cross-sectional shapes. 13A to 13H are plan views showing exemplary shapes of nanoposts that may be employed in a color separation lens array of an image sensor.

도 13a와 같이, 나노포스트의 단면 형상은 외경 D, 내경 Di인 원형 링 형상일 수 있다. 링의 폭, w가 서브 파장의 값을 가질 수 있다. 도 13b와 같이, 나노포스트의 단면 형상은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 장축과 단축 길이, Dx, Dy가 서로 다른 타원 형상일 수도 있다. 이러한 형상은 예를 들어, 도 5b의 실시예를 설명할 때 언급한 바와 같이, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)에 채용될 수 있다.13A, the cross-sectional shape of the nanopost may have a circular ring shape having an outer diameter D and an inner diameter Di. The width of the ring, w, may have a sub-wavelength value. 13B, the cross-sectional shape of the nanopost may have an elliptical shape in which the major and minor lengths, Dx, and Dy are different from each other in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Such a shape may be employed, for example, in the first region 131 and the fourth region 134 corresponding to the green pixel, as mentioned when describing the embodiment of FIG. 5B.

추가적으로, 나노포스트의 단면 형상은, 도 13c, 도 13d, 도 13f에 도시한 바와 같이, 정사각형 형상, 정사각형 링 형상 또는 십자 형상, 또는, 도 13e, 도 13g에 도시한 바와 같이, 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 길이, Dx, Dy가 서로 다른 직사각형 형상 또는 십자 형상일 수 있다. 이러한 직사각형 또는 십자 형상은 도 5b의 실시에를 설명할 때 언급한 바와 같이, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)에 채용될 수 있다.Additionally, the cross-sectional shape of the nanopost is a square shape, a square ring shape, or a cross shape, as shown in Figs. 13C, 13D, and 13F, or, as shown in Figs. 13E and 13G, in the first direction ( X-direction) and the second direction (Y-direction) lengths, Dx, and Dy may have different rectangular shapes or cross-shaped shapes. Such a rectangle or cross shape may be employed in the first region 131 and the fourth region 134 corresponding to the green pixel, as mentioned when describing the embodiment of FIG. 5B.

또 다른 예로, 나노포스트의 단면 형상은, 도 13h에 도시된 바와 같이, 나노포스트의 단면 형상은 복수의 오목한 원호를 갖는 형상일 수도 있다.As another example, the cross-sectional shape of the nanopost may be a shape having a plurality of concave arcs, as shown in FIG. 13H.

도 14는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.14 is a plan view illustrating an arrangement of nanoposts forming a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

색분리 렌즈 어레이(140)는 도 2a에서 예시한 베이어 패턴의 화소 배열과 대응하는 형태로, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 영역(141), 청색 화소(B)에 제2 영역(142), 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(143), 및 녹색 화소(G)에 대응하는 제4 영역(144)으로 사분된 영역을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 이러한 단위 패턴 어레이가 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 각 영역은 복수의 서브 영역으로 등분될 수 있고, 서브 영역들 경계의 교차점에 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 도 14는 서브 영역의 개수가 9개인 예를 보여주고 있으며, 9개로 서브 영역을 구획한 격자점 상에 나노포스트(NP)들이 배치되고 있어, 각 영역(141, 142, 143, 144)의 정중앙에는 나노포스트(NP)가 배치되지 않으며 같은 크기의 네 개의 나노포스트(NP)가 중심부를 이루는 형태이다. 주변부의 나노포스트(NP)는 다른 영역과의 경계선상에 배치되는 형태이다. 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 r1~r9로 표시되어 있다.The color separation lens array 140 has a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern illustrated in FIG. 2A, and includes a first region 141 corresponding to the green pixel G, and a second region 142 corresponding to the blue pixel B. ), a third region 143 corresponding to the red pixel R, and a fourth region 144 corresponding to the green pixel G. Although not shown, such a unit pattern array may be repeatedly arranged along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Each region may be divided into a plurality of sub-regions, and a nanopost NP may be disposed at an intersection of the boundaries of the sub-regions. FIG. 14 shows an example in which the number of sub-regions is 9, and nanoposts (NPs) are arranged on the grid points that divide the sub-regions into nine, so that the center of each region 141, 142, 143, 144 The nanoposts (NP) are not arranged in the structure, and four nanoposts (NP) of the same size form the center. The nanoposts (NP) at the periphery are arranged on the boundary line with other regions. The nanoposts (NPs) are indicated by r1 to r9 according to the detailed position in the unit pattern array.

도 14를 참조하면, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(141)의 중심부에 배치된 나노포스트(r1)는 주변부에 배치된 나노포스트(r5, r6, r9)보다 큰 단면적을 가지며, 녹색 화소에 대응하는 제4 영역(144)의 중심부에 배치된 나노포스트(r4)는 주변부에 배치된 나노포스트(r7, r8, r9)보다 큰 단면적을 가지며 갖는다. 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(141)과 제4 영역(144)의 중심부에 배치된 나노포스트(r1, r4)의 단면 크기가 청색 화소에 대응하는 제2 영역(142)의 중심부에 배치된 나노포스트(r2), 적색 화소에 대응하는 제3 영역(143)의 중심부에 배치된 나노포스트(r3)의 단면 크기보다 클 수 있다. 또한, 청색 화소에 대응하는 제2 영역(142)의 중심부에 배치된 나노포스트(r2)의 단면적이 적색 화소에 대응하는 제3 영역(143)의 중심부에 배치된 나노포스트(r3)의 단면적보다 클 수 있다.Referring to FIG. 14, the nanoposts r1 disposed at the center of the first region 141 corresponding to the green pixel have a larger cross-sectional area than the nanoposts r5, r6, and r9 disposed at the periphery, and The nanoposts r4 disposed at the center of the corresponding fourth region 144 have a larger cross-sectional area than the nanoposts r7, r8, and r9 disposed at the periphery. The cross-sectional sizes of the nanoposts r1 and r4 disposed in the centers of the first and fourth areas 141 and 144 corresponding to the green pixels are disposed at the center of the second area 142 corresponding to the blue pixels. It may be larger than the cross-sectional size of the nanoposts r2 and the nanoposts r3 disposed in the center of the third region 143 corresponding to the red pixel. In addition, the cross-sectional area of the nanopost r2 disposed in the center of the second region 142 corresponding to the blue pixel is less than the cross-sectional area of the nanopost r3 disposed in the center of the third region 143 corresponding to the red pixel. It can be big.

제2 영역(142)과 제3 영역(143)에서의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적으로 배치될 수 있으며, 제1 영역(141)과 제4 영역(144)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 비대칭적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 청색 화소와 적색 화소에 각각 대응하는 제2 영역(142)과 제3 영역(143)의 나노포스트(NP)는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 동일한 분포 규칙을 가질 수 있고, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(141)과 제4 영역(144)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다.The nanoposts NP in the second region 142 and the third region 143 may be symmetrically disposed along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction), and the first region ( The nanoposts NP of the 141 and the fourth region 144 may be asymmetrically disposed along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). In other words, the nanoposts NP of the second region 142 and the third region 143 corresponding to the blue and red pixels, respectively, are identical in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). It may have a distribution rule, and the nanoposts NPs of the first region 141 and the fourth region 144 corresponding to the green pixels are each other along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction). It can have different distribution rules.

나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(141)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r5)의 단면적과 제1 영역(141)과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r6)의 단면적은 서로 다르다. 또한, 제4 영역(144)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r7)의 단면적과 제4 영역(144)과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r8)의 단면적은 서로 다르다.Among the nanoposts NP, the cross-sectional area and the first region 141 of the nanoposts r5 positioned at the boundary between the first region 141 and the second region 142 adjacent in the first direction (X direction) The cross-sectional areas of the nanoposts r6 positioned at the boundary between the and the third region 143 adjacent in the second direction (Y direction) are different from each other. In addition, the cross-sectional area of the nanopost r7 positioned at the boundary between the fourth region 144 and the third region 143 adjacent in the first direction (X direction) and the fourth region 144 and the second direction (Y direction) The cross-sectional areas of the nanoposts r8 positioned at the boundary with the second region 142 adjacent to each other in the direction) are different from each other.

반면, 제1 영역(141)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r5)의 단면적과 제4 영역(144)과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r8)의 단면적이 동일하고, 제1 영역(141)과 제2 방향(Y방향)으로 인접한 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r6)의 단면적과 제4 영역(144)과 제1 방향(X방향)으로 인접하는 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r7)의 단면적이 동일하다.On the other hand, the cross-sectional area of the nanopost r5 positioned at the boundary between the first region 141 and the second region 142 adjacent in the first direction (X direction) and the fourth region 144 and the second direction (Y direction) The third region 143 adjacent to the first region 141 and the second direction (Y direction) with the same cross-sectional area of the nanoposts r8 positioned at the boundary with the second region 142 adjacent in the direction) The cross-sectional area of the nanoposts (r6) located at the boundary of and the cross-sectional area of the nanoposts (r7) located at the boundary between the fourth region 144 and the third region 143 adjacent in the first direction (X direction) Is the same.

한편, 제1영역(141), 제2영역(142), 제3영역(143), 제4영역(144) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 교차하는 위치에 배치된 나노포스트(r9)들은 같은 단면적을 갖는다.On the other hand, the first region 141, the second region 142, the third region 143, the fourth region 144, each of the four corners, that is, the nanoposts (r9) arranged at the intersection of the four regions They have the same cross-sectional area.

이와 같이, 청색 화소와 적색 화소에 각각 대응하는 제2 영역(142)과 제3 영역(143)에서는 4방 대칭(4-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되고, 녹색 화소에 대응하는 제1 및 제4 영역(141, 144)에서는 2방 대칭(2-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되며, 제1 영역(141)과 제4 영역(144)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다. 이러한 형태는 후술할 도 16, 도 17의 실시예에도 동일하게 나타난다.In this way, in the second region 142 and the third region 143 respectively corresponding to the blue and red pixels, nanoposts NP are arranged in a form of 4-fold symmetry, and In the corresponding first and fourth regions 141 and 144, nanoposts NP are arranged in a form of 2-fold symmetry, and the first region 141 and the fourth region 144 are It is rotated 90 degrees about. This form also appears in the embodiments of FIGS. 16 and 17 to be described later.

도 15는 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.15 is a plan view exemplarily showing an arrangement of nanoposts forming a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

색분리 렌즈 어레이(150)는 베이어 패턴의 화소 배열과 대응하는 형태로, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(151), 청색 화소에 제2 영역(152), 적색 화소에 대응하는 제3 영역(153), 및 녹색 화소에 대응하는 제4 영역(154)으로 사분된 영역을 포함할 수 있다.The color separation lens array 150 has a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern, and has a first region 151 corresponding to a green pixel, a second region 152 corresponding to a blue pixel, and a third region corresponding to a red pixel ( 153) and a fourth region 154 corresponding to a green pixel may include a quadrant.

각 영역은 복수의 서브 영역으로 등분될 수 있고, 서브 영역들 경계의 교차점에 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 도 15는 서브 영역의 개수가 16개인 예를 보여준다는 점에서, 도 14의 나노구조물 배열과 차이가 있으며, 16개로 서브 영역을 구획한 격자점 상에 나노포스트(NP)가 배치되어 있어 각각의 영역(151, 152, 153, 154) 정중앙에 나노포스트(NP)가 배치된다. 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 s1~s11로 표시되어 있다.Each region may be divided into a plurality of sub-regions, and a nanopost NP may be disposed at an intersection of the boundaries of the sub-regions. 15 is different from the arrangement of the nanostructures of FIG. 14 in that it shows an example in which the number of sub-regions is 16, and nanoposts (NPs) are arranged on the grid points divided into 16 sub-regions, respectively. A nanopost NP is disposed in the center of the regions 151, 152, 153, and 154. The nanoposts (NPs) are indicated by s1 to s11 according to the detailed position in the unit pattern array.

도 15의 실시예는 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(151)의 정중앙에 위치한 나노포스트(s1), 제4 영역(154)의 정중앙에 위치한 나노포스트(s4)가 주변부에 위치한 나노포스트(NP)보다 큰 단면적을 가지며 또한, 청색 화소에 대응하는 제2 영역(152) 및 적색 화소에 대응하는 제3 영역(153)에 배치된 나노포스트(NP)들보다 큰 단면적을 가질 수 있다.In the embodiment of FIG. 15, a nanopost s1 located in the center of the first region 151 corresponding to a green pixel, and a nanopost s4 located in the center of the fourth region 154 are located at the periphery. ) And may have a cross-sectional area larger than that of the nanoposts NP disposed in the second region 152 corresponding to the blue pixel and the third region 153 corresponding to the red pixel.

제1 영역(151)에서 단면적이 가장 큰 나노포스트(s1)가 정중앙에 배치되며, 주변부로 갈수록 단면적이 점차 감소하는 나노포스트(s10, s5, s6)들이 배치된다. 제4 영역(154)에서도 단면적이 가장 큰 나노포스트(s4)가 정중앙에 배치되며 주변부로 갈수록 단면적이 점차 감소하는 나노포스트(s11, s7, s8)들이 배치된다. 이와 달리, 제2 영역(152)에서는 중심부에 단면적이 같은 나노포스트(s2) 9개가 배치되고, 이보다 큰 단면적을 갖는 나노포스트(s5, s8)들이 주변부에 배치된다. 제3 영역(153)에서도 중심부에 단면적이 같은 나노포스트(s3) 9개가 배치되고, 이보다 큰 단면적을 갖는 나노포스트(s6, s7)들이 주변부에 배치된다. 제2 영역(152), 제3 영역(153)에서 주변부의 나노포스트(NP)는 다른 영역과의 경계선상에 배치되는 형태이다.In the first region 151, the nanopost s1 having the largest cross-sectional area is disposed in the center, and the nanoposts s10, s5, and s6 whose cross-sectional area gradually decreases toward the periphery are disposed. Also in the fourth region 154, the nanoposts s4 with the largest cross-sectional area are arranged in the center, and the nanoposts s11, s7, and s8 whose cross-sectional areas gradually decrease toward the periphery are arranged. In contrast, in the second region 152, nine nanoposts s2 having the same cross-sectional area are disposed at the center, and nanoposts s5 and s8 having a larger cross-sectional area are disposed at the periphery thereof. Also in the third region 153, nine nanoposts s3 having the same cross-sectional area are disposed in the center, and nanoposts s6 and s7 having a larger cross-sectional area are disposed at the periphery thereof. The nanoposts NP at the periphery of the second and third regions 152 and 153 are arranged on a boundary line with other regions.

도 15의 실시예도 도 14의 실시예와 마찬가지로, 제2 영역(152)과 제3 영역(153)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적으로 배치될 수 있으며, 제1 영역(151)과 제4 영역(154)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 비대칭적으로 배치될 수 있다. 또한, 제1 영역(151), 제2 영역(152), 제3 영역(153), 제4 영역(154) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 인접하는 위치에 배치된 나노포스트(s9)들은 같은 단면적을 갖는다.In the embodiment of FIG. 15, as in the embodiment of FIG. 14, the nanoposts NP of the second region 152 and the third region 153 are arranged in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). The nanoposts NP of the first region 151 and the fourth region 154 may be disposed symmetrically, and may be asymmetrically disposed along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). I can. In addition, the first region 151, the second region 152, the third region 153, the four corners of each of the fourth region 154, that is, the nanoposts (s9) arranged at a position adjacent to the four regions They have the same cross-sectional area.

도 16은 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.16 is a plan view exemplarily showing an arrangement of nanoposts forming a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

색분리 렌즈 어레이(160)는 베이어 패턴의 화소 배열과 대응하는 형태로, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(161), 청색 화소에 제2 영역(162), 적색 화소에 대응하는 제3 영역(163), 및 녹색 화소에 대응하는 제4 영역(164)으로 사분된 영역을 포함할 수 있다.The color separation lens array 160 has a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern, and has a first region 161 corresponding to a green pixel, a second region 162 corresponding to a blue pixel, and a third region corresponding to a red pixel ( 163) and a fourth region 164 corresponding to a green pixel may include a quadrant.

각 영역은 복수의 서브 영역으로 등분될 수 있고, 서브 영역들 내에 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(160)는 도 14와 마찬가지로 각 영역이 9개의 서브 영역으로 구획되지만, 나노포스트(NP)가 서브 영역들 간의 교차점이 아닌 내부에 배치되는 점에서 차이가 있다. 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 t1~t16으로 표시되어 있다.Each region may be divided into a plurality of sub-regions, and nanoposts NP may be disposed within the sub-regions. In the color separation lens array 160, each region is divided into nine sub-regions, as in FIG. 14, but there is a difference in that the nanoposts NP are disposed inside the sub-regions rather than at the intersections between the sub-regions. Nanoposts (NPs) are denoted as t1 to t16 according to detailed positions in the unit pattern array.

도 16의 실시예는 제1 영역(161)의 중심부에 위치한 나노포스트(t1)와 제4 영역(164)의 중심부에 위치한 나노포스트(t4)가 그 주변부에 위치한 나노포스트(NP)들뿐 아니라, 제2 영역(162) 및 제3 영역(163)에 배치된 나노포스트(NP)들보다 단면 크기가 클 수 있다.In the embodiment of FIG. 16, the nanopost t1 located in the center of the first region 161 and the nanopost t4 located in the center of the fourth region 164 are not only nanoposts (NP) located at the periphery thereof. , The cross-sectional size may be larger than that of the nanoposts NP disposed in the second region 162 and the third region 163.

제2 영역(162)의 중심부에 배치된 나노포스트(t2)의 단면적은 제3 영역(163)의 중심부에 배치된 나노포스트(t3)의 단면적보다 클 수 있다. 제2 영역(162)의 경우, 중심부에서 제1 방향(X방향), 제2 방향(Y방향)으로 이격된 주변부에 위치하는 나노포스트(s6, s10)들의 단면적이 중심부 나노포스트(t2)의 단면적보다 더 크며, 이와 달리, 중심부에서 대각선 방향으로 이격된 주변부에 위치한 나노포스트(t14)들의 단면적은 중심부 나노포스트(t2)의 단면적보다 작다.The cross-sectional area of the nanopost t2 disposed in the center of the second area 162 may be larger than the cross-sectional area of the nanopost t3 disposed in the center of the third area 163. In the case of the second region 162, the cross-sectional area of the nanoposts s6 and s10 located in the periphery spaced apart from the center in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) The cross-sectional area is larger than the cross-sectional area, and, on the contrary, the cross-sectional area of the nanoposts t14 located in the periphery spaced diagonally from the center is smaller than the cross-sectional area of the central nanopost t2.

제3 영역(163)의 경우, 중심부 나노포스트(t3)의 단면적이 가장 작고, 주변부의 나노포스트(t7, t11, t15)들은 모두 중심부 나노포스트(t3)보다 큰 단면적을 갖는다. In the case of the third region 163, the cross-sectional area of the central nanopost t3 is the smallest, and the peripheral nanoposts t7, t11, and t15 all have a larger cross-sectional area than the central nanopost t3.

제2 영역(162)과 제3 영역(163)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적으로 배치될 수 있으며, 제1 영역(161)과 제4 영역(164)의 나노포스트(NP) 배치는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 비대칭적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 청색 화소와 적색 화소에 각각 대응하는 제2 영역(162)과 제3 영역(163)에서의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 동일한 분포 규칙을 나타내며, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(161)과 제4 영역(164)에서의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 나타내고 있다. The nanoposts NP of the second region 162 and the third region 163 may be symmetrically disposed along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction), and the first region 161 ) And the fourth region 164 may be arranged asymmetrically along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). In other words, the nanoposts NPs in the second region 162 and the third region 163 corresponding to the blue pixel and the red pixel, respectively, are in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Representing the same distribution rule, the nanoposts (NP) in the first region 161 and the fourth region 164 corresponding to the green pixels are each other along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Different distribution rules are shown.

제1 영역(161)은 중심부의 나노포스트(t1)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t5) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t9)가 서로 다른 단면적을 갖는다. 제4 영역(164)도 중심부의 나노포스트(t4)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t8) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t12)가 서로 다른 단면적을 갖는다. 또한, 제1 영역(161) 중심부의 나노포스트(t1)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t5)는 제4 영역(164) 중심부의 나노포스트(t4)와 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t12)와 동일한 단면적을 가지며, 제1 영역(161) 중심부의 나노포스트(t1)와 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t9)는 제4 영역(164) 중심부의 나노포스트(t4)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t8)와 동일한 단면적을 갖는다. 제1 영역(161)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t13)들, 제4 영역(164)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t16)들은 같은 단면적을 갖는다. 이와 같이, 제1영역(161), 제4영역(164)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다.In the first region 161, the nanopost t1 in the center, the nanopost t5 adjacent in the first direction (X direction) and the nanopost t9 adjacent in the second direction (Y direction) have different cross-sectional areas. . In the fourth region 164, the nanopost t4 in the center, the nanopost t8 adjacent in the first direction (X direction) and the nanopost t12 adjacent in the second direction (Y direction) have different cross-sectional areas. . In addition, the nanopost t1 in the center of the first region 161 and the nanopost t5 adjacent to the nanopost in the first direction (X direction) have a nanopost t4 in the center of the fourth region 164 and a second direction (Y direction). Direction) has the same cross-sectional area as the nanopost t12 adjacent to the first region 161 and the nanopost t9 adjacent to the second direction (Y direction) and the nanopost t1 at the center of the first region 161 are the fourth region 164 It has the same cross-sectional area as the nanopost t4 in the center and the nanopost t8 adjacent in the first direction (X direction). The nanoposts t13 located adjacent to the four corners of the first region 161 and the nanoposts t16 located adjacent to the four corners of the fourth region 164 have the same cross-sectional area. In this way, the first region 161 and the fourth region 164 are rotated 90 degrees with respect to each other.

제2 영역(162)은, 중심부의 나노포스트(t2)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t6) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t10)는 서로 같은 단면적을 갖는다. 제2 영역(162)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t14)들은 같은 단면적을 갖는다.In the second region 162, the nanopost t2 in the center and the nanopost t6 adjacent in the first direction (X direction) and the nanopost t10 adjacent in the second direction (Y direction) have the same cross-sectional area. Have. The nanoposts t14 positioned adjacent to the four corners of the second region 162 have the same cross-sectional area.

제3 영역(163)의 경우도, 중심부의 나노포스트(t3)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t7) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t11)는 서로 같은 단면적을 갖는다. 제3 영역(163)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t15)들은 같은 단면적을 갖는다.Also in the case of the third region 163, the nanoposts t3 in the center and the nanoposts t7 adjacent in the first direction (X direction) and the nanoposts t11 adjacent in the second direction (Y direction) are the same. Has a cross-sectional area. The nanoposts t15 located adjacent to the four corners of the third region 163 have the same cross-sectional area.

도 17은 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.17 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

본 실시예의 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이(170)는 가장 단순한 구조의 실시예이다. 녹색 화소와 대응하는 제1 영역(171), 청색 화소와 대응하는 제2 영역(172), 적색 화소와 대응하는 제3 영역(173), 및 녹색 화소와 대응하는 제4 영역(174)에 각각 하나의 나노포스트(NP)가 배치되며, 제1 영역(171)과 제4 영역(174)에 구비된 나노포스트(NP)의 단면적이 가장 크고, 제2 영역(172)에 구비된 나노포스트(NP)의 단면적은 제1 영역(171)에 구비된 나노포스트(NP)의 단면적보다 작고, 제3 영역(173)의 나노포스트(NP) 단면적이 가장 작다.The color separation lens array 170 of the image sensor of this embodiment is an embodiment of the simplest structure. Each of the first region 171 corresponding to the green pixel, the second region 172 corresponding to the blue pixel, the third region 173 corresponding to the red pixel, and the fourth region 174 corresponding to the green pixel. One nanopost (NP) is disposed, the cross-sectional area of the nanopost (NP) provided in the first region 171 and the fourth region 174 is the largest, and the nanopost provided in the second region 172 ( The cross-sectional area of NP) is smaller than the cross-sectional area of the nanoposts NP provided in the first region 171, and the cross-sectional area of the nanoposts NP of the third region 173 is the smallest.

도 18은 도 17의 색분리 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서의 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 각각에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.18 is a graph exemplarily showing a spectral distribution of light incident on each of a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B) of an image sensor including the color separation lens array of FIG. 17.

도 19a 및 도 19b는 다른 실시예에 따른 화소 어레이의 개략적인 구조를 각각 다른 단면에서 보이는 단면도이다.19A and 19B are cross-sectional views illustrating a schematic structure of a pixel array according to another exemplary embodiment, respectively.

화소 어레이(1100a)는 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이에 컬러 필터(105)가 더 배치된 점에서 전술한 도 4a 및 도 4b의 실시예와 차이가 있다. 컬러 필터(105)는 센서 기판(110)과 스페이서층(120) 사이에 배치될 수 있다.The pixel array 1100a is different from the above-described embodiments of FIGS. 4A and 4B in that a color filter 105 is further disposed between the sensor substrate 110 and the color separation lens array 130. The color filter 105 may be disposed between the sensor substrate 110 and the spacer layer 120.

화소 어레이(1100a)는 색분리 렌즈 어레이(130)를 보호하는 투명한 유전체층(121)을 더 포함할 수 있다. 유전체층(121)은 인접한 나노포스트(NP)들 사이의 공간 및 나노포스트(NP)의 상부 표면을 덮도록 배치될 수 있다. 유전체층(121)은 나노포스트(NP)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어, 스페이서층(120)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.The pixel array 1100a may further include a transparent dielectric layer 121 protecting the color separation lens array 130. The dielectric layer 121 may be disposed to cover a space between adjacent nanoposts NP and an upper surface of the nanoposts NP. The dielectric layer 121 may be made of a material having a refractive index lower than that of the nanopost NP, for example, the same material as the spacer layer 120.

컬러 필터(105)는 베이어 패턴의 화소 배열에 대응하는 형태의 필터 영역을 구비한다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 녹색 필터 영역(CF1), 청색 필터 영역(CF2)이 번갈아 배치되고, 도 19b에 도시된 바와 같이, Y방향으로 이격한 다음 행에서는 적색 필터 영역(CF3)과 녹색 필터 영역(CF1)이 번갈아 배치된다. 색분리 렌즈 어레이(130)가 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)에 서로 다른 파장의 광을 분기하여 집광시키는 점에서, 컬러 필터(105)의 구성은 필수적인 구성요소는 아니다. 다만, 이와 같이 추가적으로 컬러 필터(105)를 구비함으로써 색순도가 보완될 수 있으며, 상당 정도로 색분리된 빛이 컬러 필터(105)에 입사하므로 광손실은 크지 않다.The color filter 105 has a filter area having a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern. As shown in FIG. 19A, the green filter area CF1 and the blue filter area CF2 are alternately disposed, and as shown in FIG. 19B, the red filter area CF3 and the green color are separated from each other in the Y direction in the next row. Filter regions CF1 are alternately arranged. Since the color separation lens array 130 diverges and condenses light of different wavelengths to the plurality of light sensing cells 111, 112, 113, and 114, the configuration of the color filter 105 is not an essential component. However, by providing the color filter 105 additionally as described above, color purity may be supplemented, and since the color-separated light to a considerable extent enters the color filter 105, the optical loss is not large.

도 20 및 도 21은 이미지 센서의 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프로서, 각각 컬러 필터가 구비된 실시예와 컬러 필터가 구비되지 않은 실시예의 스펙트럼 분포를 보여준다.20 and 21 are graphs showing spectral distributions of light incident on a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B) of an image sensor as an example. It shows the spectral distribution of an example without a color filter.

도 20의 그래프는 도 19a 및 도 19b에서 도시한 컬러 필터를 구비한 이미지 센서의 스펙트럼이고 도 21의 그래프는 도 4a 및 도 4b에서 도시한 컬러 필터가 없는 이미지 센서의 스펙트럼이다. 도 20 및 도 21은 화소의 폭이 약 0.7μm인 이미지 센서의 시뮬레이션 결과이며 컬러 필터가 구비된 경우 전체적인 광량이 낮아지는 경향이 있으나 색분리 성능은 모두 비교예에 비해 개선되었다.The graph of FIG. 20 is a spectrum of the image sensor with the color filter shown in FIGS. 19A and 19B, and the graph of FIG. 21 is a spectrum of the image sensor without the color filter shown in FIGS. 4A and 4B. 20 and 21 are simulation results of an image sensor having a pixel width of about 0.7 μm. When a color filter is provided, the overall amount of light tends to decrease, but all of the color separation performance is improved compared to the comparative example.

상술한 실시예들에 따른 색분리 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서는 카메라와 같은 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 22는 일 실시예에 따른 카메라를 개략적으로 보이는 개념도이다.The image sensor including the color separation lens array according to the above-described embodiments can be applied to various optical devices such as a camera. For example, FIG. 22 is a conceptual diagram schematically showing a camera according to an embodiment.

도 22를 참조하면, 일 실시예에 따른 카메라(2000)는 물체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 대물렌즈(2010) 및 대물렌즈(2010)에 의해 형성된 광학상을 전기적인 영상 신호로 변환하는 이미지 센서(1000)를 포함할 수 있다. 이미지 센서(1000)는 상술한 색분리 렌즈 어레이를 포함한다. 또한, 카메라(2000)는 이미지 센서(1000)로부터 출력된 전기적 신호를 영상 신호로 처리하는 프로세서(2200)를 더 포함한다. 프로세서(2200)는 이미지 센서(1000)로부터 출력되는 색상별 신호에 대해, 노이즈 제거, 색 보간(color interpolation) 등의 작업을 수행하여 영상을 형성한다. 도시되지는 않았지만, 카메라(2000)는 또한, 이미지 센서(1000)와 대물렌즈(2010) 사이에 배치되는 적외선 차단 필터, 프로세서(2200)에서 형성한 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 프로세서(2200)에서 형성한 영상 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함할 수도 있다. 이러한 카메라(2000)는, 예를 들어, 핸드폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 모바일 전자 장치 내에 장착될 수 있다.Referring to FIG. 22, the camera 2000 according to an embodiment uses an objective lens 2010 to form an optical image by focusing light reflected from an object and an optical image formed by the objective lens 2010 as an electrical image signal. It may include an image sensor 1000 that converts into. The image sensor 1000 includes the above-described color separation lens array. In addition, the camera 2000 further includes a processor 2200 that processes the electrical signal output from the image sensor 1000 into an image signal. The processor 2200 forms an image by performing operations such as noise removal and color interpolation with respect to the color-specific signals output from the image sensor 1000. Although not shown, the camera 2000 may also include an infrared cut filter disposed between the image sensor 1000 and the objective lens 2010, a display panel displaying an image formed by the processor 2200, and the processor 2200. It may further include a memory for storing the formed image data. The camera 2000 may be mounted in, for example, a mobile electronic device such as a mobile phone, a notebook computer, or a tablet PC.

대물렌즈(2010)는 카메라(2000)의 외부에 있는 피사체의 상을 이미지 센서(1000) 상에 포커싱하는 역할을 한다. 이미지 센서(1000)가 대물렌즈(2010)의 초점 평면 상에 정확하게 위치하면, 피사체의 어느 한 점에서 출발한 빛은 대물렌즈(2010)를 통해 이미지 센서(1000) 상의 한 점으로 다시 모이게 된다. 예를 들어, 광축(OX) 상의 어느 한 점(A)에서 출발한 빛은 대물렌즈(2010)를 통과한 후, 광축(OX) 상에 있는 이미지 센서(1000)의 중심에 모이게 된다. 광축(OX)에서 벗어난 어느 한 점(B, C, D)에서 출발한 빛은 대물렌즈(2010)에 의해 광축(OX)을 가로질러 이미지 센서(1000)의 주변부의 한 점에 모이게 된다. 예를 들어, 도 22에서 광축(OX)보다 위쪽에 있는 한 점(B)에서 출발한 빛은 광축(OX)을 가로질러 이미지 센서(1000)의 아래쪽 가장자리에 모이게 되며, 광축(OX)보다 아래쪽에 있는 한 점(C)에서 출발한 빛은 광축(OX)을 가로질러 이미지 센서(1000)의 위쪽 가장자리에 모이게 된다. 또한, 광축(OX)과 점(B) 사이에 위치한 점(D)에서 출발한 빛은 이미지 센서(1000)의 중심과 아래쪽 가장자리 사이에 모이게 된다.The objective lens 2010 serves to focus an image of a subject outside the camera 2000 on the image sensor 1000. When the image sensor 1000 is accurately positioned on the focal plane of the objective lens 2010, light originating from a point on the subject is collected again to a point on the image sensor 1000 through the objective lens 2010. For example, light starting from a point A on the optical axis OX passes through the objective lens 2010 and then is collected at the center of the image sensor 1000 on the optical axis OX. Light originating from a point (B, C, D) deviating from the optical axis OX crosses the optical axis OX by the objective lens 2010 and is collected at a point in the periphery of the image sensor 1000. For example, in FIG. 22, light originating from a point B above the optical axis OX crosses the optical axis OX and is collected at the lower edge of the image sensor 1000, and is lower than the optical axis OX. The light originating from a point C in is collected at the upper edge of the image sensor 1000 across the optical axis OX. In addition, the light originating from the point D located between the optical axis OX and the point B is collected between the center and the lower edge of the image sensor 1000.

따라서, 서로 다른 점(A, B, C, D)들에서 각각 출발한 빛은 상기 점(A, B, C, D)들과 광축(OX) 사이의 거리에 따라 서로 다른 각도로 이미지 센서(1000)에 입사한다. 이미지 센서(1000)에 입사하는 빛의 입사각은 통상적으로 주광선 각도(CRA; chief ray angle)로 정의된다. 주광선(chief ray)은 피사체의 한 점으로부터 대물렌즈(2010)의 중심을 지나 이미지 센서(1000)에 입사하는 광선을 의미하며, 주광선 각도는 주광선이 광축(OX)과 이루는 각도를 의미한다. 광축(OX)에 있는 점(A)에서 출발한 빛은 주광선 각도가 0도이며, 이미지 센서(1000)에 수직하게 입사한다. 출발점이 광축(OX)에서 멀어질수록 주광선 각도는 증가하게 된다.Therefore, the light from each of the different points (A, B, C, D) is at different angles depending on the distance between the points (A, B, C, D) and the optical axis (OX). 1000). The incident angle of light incident on the image sensor 1000 is typically defined as a chief ray angle (CRA). The chief ray refers to a light ray incident on the image sensor 1000 from one point of the subject through the center of the objective lens 2010, and the chief ray angle refers to an angle formed by the chief ray with the optical axis OX. The light originating from the point A on the optical axis OX has a principal ray angle of 0 degrees, and enters the image sensor 1000 perpendicularly. As the starting point is farther from the optical axis OX, the principal ray angle increases.

이미지 센서(1000)의 관점에서 보면, 이미지 센서(1000)의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도는 0도이며, 이미지 센서(1000)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도가 커지게 된다. 예컨대, 점(B)와 점(C)에서 출발하여 이미지 센서(1000)의 제일 가장자리에 입사하는 빛의 주광선 각도가 가장 크고, 점(A)에서 출발하여 이미지 센서(1000)의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도는 0도이다. 또한, 점(D)에서 출발하여 이미지 센서(1000)의 중심과 가장자리 사이에 입사하는 빛의 주광선 각도는 점(B)와 점(C)에서 출발한 빛의 주광선 각도보다 작고 0도보다 크다.From the viewpoint of the image sensor 1000, the main ray angle of light incident on the center of the image sensor 1000 is 0 degrees, and the main ray angle of the incident light increases toward the edge of the image sensor 1000. For example, starting from points (B) and (C), the main ray angle of light incident on the edge of the image sensor 1000 is the largest, and starting from point (A) and incident on the center of the image sensor 1000 The main ray angle of light is 0 degrees. In addition, the main ray angle of the light incident between the center and the edge of the image sensor 1000 starting from the point D is less than the main ray angle of the light starting from the points B and C and is greater than 0 degrees.

그런데, 상술한 색분리 렌즈 어레이는 일반적으로 방향성을 가질 수 있다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이가 특정한 각도 범위로 입사하는 빛에 대해서는 효율적으로 동작하지만, 입사각이 특정한 각도 범위로부터 멀어지게 되면 색분리 렌즈 어레이의 색분리 성능이 저하된다. 따라서, 이미지 센서(1000)의 전체 영역에서 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들이 모두 동일한 배열 형태를 가지면, 이미지 센서(1000)의 전체 영역에서 색분리 효율이 균일하지 않고 이미지 센서(1000)의 영역에 따라 색분리 효율이 달라지게 된다. 이로 인해 카메라(2000)가 제공하는 영상의 품질이 저하될 수 있다.However, the color separation lens array described above may generally have directionality. In other words, the color separation lens array operates efficiently with respect to light incident in a specific angular range, but when the incident angle is away from the specific angular range, the color separation performance of the color separation lens array deteriorates. Therefore, if all the nanoposts of the color separation lens array have the same arrangement in the entire area of the image sensor 1000, the color separation efficiency is not uniform in the entire area of the image sensor 1000, and the color separation efficiency is not uniform in the area of the image sensor 1000. Accordingly, the color separation efficiency varies. As a result, the quality of an image provided by the camera 2000 may be deteriorated.

따라서, 이미지 센서(1000) 상의 위치에 따라 달라지는 입사광의 주광선 각도를 고려하여, 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 배열 형태를 다르게 설계할 수 있다. 예를 들어, 도 23a 내지 도 23c는 이미지 센서 상의 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 배열 형태 변화를 보이는 개략적인 평면도이다. 특히, 도 23a는 이미지 센서(1000)의 중심부에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타내며, 도 23b는 이미지 센서(1000)의 중심부와 가장자리 사이에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타내고, 도 23c는 이미지 센서(1000)의 가장자리에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타낸다. 도 23a 내지 도 23c는 나노포스트(NP)의 특정 배열을 한정하기 위한 것이 아니며, 단지 이미지 센서(1000) 상의 위치에 따른 나노포스트(NP)의 상대적인 위치 변화를 개념적으로 설명하기 위한 것이다.Accordingly, the arrangement of the nanoposts of the color separation lens array may be designed differently in consideration of the main ray angle of incident light that varies depending on the position on the image sensor 1000. For example, FIGS. 23A to 23C are schematic plan views showing a change in the arrangement shape of the nanoposts of the color separation lens array according to the position on the image sensor. In particular, FIG. 23A shows the location of the nanoposts NP disposed in the center of the image sensor 1000, and FIG. 23B shows the location of the nanoposts NP disposed between the center and the edge of the image sensor 1000. , FIG. 23C shows the location of the nanoposts NP disposed at the edge of the image sensor 1000. 23A to 23C are not intended to limit a specific arrangement of the nanoposts NP, but are merely for conceptually explaining a change in the relative position of the nanoposts NP according to the position on the image sensor 1000.

도 23a 내지 도 23c에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1000)의 중심부에서 가장자리로 갈수록 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 대응하는 화소 또는 광감지셀들로부터 더 멀리 시프트되어 위치할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 중심부, 또는 색분리 렌즈 어레이의 중심부, 또는 센서 기판의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역의 위치는 그에 대응하는 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소, 및 녹색 화소의 위치(또는 그에 대응하는 광감지셀들의 위치)와 일치할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(1000)의 중심부, 또는 색분리 렌즈 어레이의 중심부, 또는 센서 기판의 중심부로부터 멀어질수록 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 각각 대응하는 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소, 및 녹색 화소의 위치(또는 그에 대응하는 광감지셀들의 위치)로부터 더 멀리 시프트될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역이 시프트되는 정도는 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 빛의 주광선 각도에 의해 결정될 수 있다. 특히, 이미지 센서(1000)의 주변부, 또는 색분리 렌즈 어레이의 주변부, 또는 센서 기판의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀에 대해서 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트된다.23A to 23C, the first, second, third, and fourth regions of the color-separating lens array from the center of the image sensor 1000 to the edge are corresponding pixels or light. It can be located shifted further away from the sensing cells. For example, the positions of the first region, the second region, the third region, and the fourth region of the color separation lens array from the center of the image sensor 1000, the center of the color separation lens array, or the center of the sensor substrate are The positions of the corresponding green pixels, blue pixels, red pixels, and green pixels (or positions of corresponding photosensitive cells) may be matched. Further, as the distance from the center of the image sensor 1000, the center of the color separation lens array, or the center of the sensor substrate, the first area, the second area, the third area, and the fourth area of the color separation lens array are Each of the corresponding green pixels, blue pixels, red pixels, and green pixels may be shifted further away from locations (or locations of corresponding light sensing cells). The degree to which the first region, the second region, the third region, and the fourth region of the color separation lens array are shifted may be determined by a principal ray angle of light incident on the color separation lens array. In particular, the first region, the second region, the third region, and the fourth region of the color separation lens array at the periphery of the image sensor 1000, the periphery of the color separating lens array, or the periphery of the sensor substrate, respectively The first light sensing cell, the second light sensing cell, the third light sensing cell, and the fourth light sensing cell are shifted toward the center of the image sensor 1000.

이하에서는 편의상 이미지 센서(1000)의 중심부라고 표현하지만, 이미지 센서(1000), 색분리 렌즈 어레이, 및 센서 기판이 서로 마주하여 배치되기 때문에, 이미지 센서(1000)의 중심부는 또한 색분리 렌즈 어레이의 중심부 또는 센서 기판의 중심부를 의미할 수도 있다. 마찬가지로, 이하에서 이미지 센서(1000)의 주변부/가장자리는 색분리 렌즈 어레이의 주변부/가장자리 또는 센서 기판의 주변부/가장자리를 의미할 수도 있다.Hereinafter, for convenience, it is expressed as the center of the image sensor 1000, but since the image sensor 1000, the color separation lens array, and the sensor substrate are disposed facing each other, the center of the image sensor 1000 is also of the color separation lens array. It may mean the center or the center of the sensor substrate. Likewise, hereinafter, the periphery/edge of the image sensor 1000 may mean the periphery/edge of the color separation lens array or the periphery/edge of the sensor substrate.

도 24는 다른 실시예에 따른 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.24 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a pixel array according to another exemplary embodiment.

도 24를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서의 화소 어레이(1100b)는 2단으로 적층된 나노포스트(NP)들을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(230)를 포함한다는 점에서 전술한 실시예들과 차이가 있다. 나노포스트(NP)는 스페이서층(120) 위에 배치된 제1 나노포스트(NP1), 및 제1 나노포스트(NP1) 위에 배치된 제2 나노포스트(NP2)를 포함할 수 있다. 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 빛의 경사 방향을 따라 시프트될 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(230)에 입사하는 빛이 오른쪽으로부터 왼쪽으로 경사진 경우에, 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 오른쪽으로 시프트될 수 있다. 반대로, 색분리 렌즈 어레이(230)에 입사하는 빛이 왼쪽으로부터 오른쪽으로 경사진 경우에, 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 왼쪽으로 시프트될 수 있다.Referring to FIG. 24, the pixel array 1100b of the image sensor of this embodiment is different from the above-described embodiments in that it includes a color separation lens array 230 including nanoposts (NPs) stacked in two stages. There is. The nanopost NP may include a first nanopost NP1 disposed on the spacer layer 120 and a second nanopost NP2 disposed on the first nanopost NP1. The second nanopost NP2 may be shifted along the inclination direction of light with respect to the first nanopost NP1. For example, when light incident on the color separation lens array 230 is inclined from right to left, the second nanopost NP2 may be shifted to the right with respect to the first nanopost NP1. Conversely, when light incident on the color separation lens array 230 is inclined from left to right, the second nanopost NP2 may be shifted to the left with respect to the first nanopost NP1.

또한, 도 22에 도시된 이미지 센서(1000)에 입사하는 빛의 주광선 각도를 고려할 때, 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 중심부로부터 왼쪽 가장자리로 갈수록 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 오른쪽으로 더 시프트되며, 이미지 센서(1000)의 중심부로부터 오른쪽 가장자리로 갈수록 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 왼쪽으로 더 시프트된다.In addition, when considering the main ray angle of light incident on the image sensor 1000 illustrated in FIG. 22, the second nanopost NP2 is directed toward the center of the image sensor 1000 with respect to the first nanopost NP1. Can be shifted. For example, as the image sensor 1000 moves from the center to the left edge, the second nanopost NP2 is shifted further to the right with respect to the first nanopost NP1, and from the center of the image sensor 1000 to the right edge. Increasingly, the second nanopost NP2 is further shifted to the left with respect to the first nanopost NP1.

마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(230)의 제3 영역(233)과 제4 영역(234)은 그에 각각 대응하는 적색 화소(또는 제3 광감지셀)와 녹색 화소(또는 제4 광감지셀)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트된다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 중심부로부터 왼쪽 가장자리로 갈수록 색분리 렌즈 어레이(230)의 제3 영역(233)과 제4 영역(234)은 그에 각각 대응하는 녹색 화소와 적색 화소에 대해 오른쪽으로 더 시프트된다. 도시되지는 않았지만, 색분리 렌즈 어레이(230)의 다른 단면에 배치된 제1 영역과 제2 영역도 역시 그에 대응하는 녹색 화소(또는 제1 광감지셀)와 청색 화소(또는 제2 광감지셀)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트된다.Likewise, the third region 233 and the fourth region 234 of the color separation lens array 230 are each corresponding to the red pixel (or the third light sensing cell) and the green pixel (or the fourth light sensing cell). In contrast, it is shifted toward the center of the image sensor 1000. For example, from the center of the image sensor 1000 to the left edge, the third area 233 and the fourth area 234 of the color separation lens array 230 are on the right side of the corresponding green and red pixels, respectively. Is shifted further. Although not shown, the first region and the second region disposed on different end surfaces of the color separation lens array 230 are also corresponding green pixels (or first light sensing cells) and blue pixels (or second light sensing cells). ) Is shifted toward the center of the image sensor 1000.

특히, 색분리 렌즈 어레이(230)의 제3 영역(233)과 제4 영역(234)은 그에 각각 대응하는 제3 광감지셀(113)의 중심부와 제4 광감지셀(114)의 중심부에 각각 적색광과 녹색광을 집광하도록 시프트될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(230)의 제3 영역(233)과 제4 영역(234)이 시프트되는 거리 s는, 예를 들어, 다음의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.In particular, the third region 233 and the fourth region 234 of the color separation lens array 230 are located in the center of the third photo-sensing cell 113 and the center of the fourth photo-sensing cell 114 respectively. It can be shifted to condense red light and green light, respectively. The distance s at which the third region 233 and the fourth region 234 of the color separation lens array 230 are shifted may be determined by, for example, Equation 2 below.

Figure pat00005
Figure pat00005

수학식 2에서 d는 색분리 렌즈 어레이(230)의 하부 표면과 센서 기판(110)의 상부 표면 사이의 최단 직선 거리 또는 간격이며, CRA'는 센서 기판(110)에 입사하는 빛의 입사각이다. 또한, CRA'는 다음의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.In Equation 2, d is the shortest linear distance or distance between the lower surface of the color separation lens array 230 and the upper surface of the sensor substrate 110, and CRA' is the incident angle of light incident on the sensor substrate 110. In addition, CRA' may be determined by Equation 3 below.

Figure pat00006
Figure pat00006

수학식 3에서 CRA는 색분리 렌즈 어레이(230)에 입사하는 빛의 입사각이고, n은 색분리 렌즈 어레이(230)와 센서 기판(110) 사이에 배치된 재료의 굴절률이다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(230)의 제3 영역(233)과 제4 영역(234)이 그에 대응하는 화소로부터 시프트되는 거리 s는 색분리 렌즈 어레이(230)에 입사하는 빛의 입사각, 및 색분리 렌즈 어레이(230)와 센서 기판(110) 사이에 배치된 재료의 굴절률에 의해 결정될 수 있다. 만약, 색분리 렌즈 어레이(230)와 센서 기판(110) 사이에 스페이서층(120)뿐만이 아니라 컬러 필터(105)도 배치되는 경우, 스페이서층(120)에 입사하는 빛의 입사각과 스페이서층(120)의 굴절률, 및 컬러 필터(105)에 입사하는 빛의 입사각과 컬러 필터(105)의 굴절률을 고려하여 CRA'가 결정될 수 있다.In Equation 3, CRA is the incident angle of light incident on the color separation lens array 230, and n is the refractive index of the material disposed between the color separation lens array 230 and the sensor substrate 110. Accordingly, the distance s at which the third region 233 and the fourth region 234 of the color separation lens array 230 are shifted from the corresponding pixels is the incident angle of light incident on the color separation lens array 230 and the color It may be determined by the refractive index of a material disposed between the separation lens array 230 and the sensor substrate 110. If not only the spacer layer 120 but also the color filter 105 is disposed between the color separation lens array 230 and the sensor substrate 110, the incident angle of light incident on the spacer layer 120 and the spacer layer 120 CRA′ may be determined in consideration of the refractive index of ), the incident angle of light incident on the color filter 105 and the refractive index of the color filter 105.

도 25는 도 22에 도시된 카메라의 이미지 센서에 적용된 색분리 렌즈 어레이에서 2차원 배열된 나노포스트들의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 26은 도 25에 도시된 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.25 is a plan view exemplarily showing a shift form of nanoposts arranged in two dimensions in the color separation lens array applied to the image sensor of the camera shown in FIG. 22, and FIG. 26 is provided with the color separation lens array shown in FIG. Is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array.

도 25 및 도 26을 참조하면, 이미지 센서(1000)의 중심부(C)에서 색분리 렌즈 어레이(230)의 제1 내지 제4 영역들은 그에 대응하는 화소들(또는 광감지셀들)에 대해 시프트되지 않았다. 또한, 이미지 센서(1000)의 중심부(C)에서 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 시프트되지 않았다. 그리고, 이미지 센서(1000)의 주변부(P)에서 색분리 렌즈 어레이(230)의 제1 내지 제4 영역들은 이미지 센서(1000)의 중심부(C)를 향해 시프트되어 있으며, 제2 나노포스트(NP2)도 제1 나노포스트(NP1)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부(C)를 향해 시프트되어 있다. 따라서, 도 22에 도시된 카메라(2000)에 채용된 이미지 센서(1000)의 경우, 색분리 렌즈 어레이(230)의 전체 면적은 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100b)의 전체 면적 또는 센서 기판(110)의 전체 면적보다 작을 수 있다.25 and 26, the first to fourth regions of the color separation lens array 230 in the center C of the image sensor 1000 are shifted with respect to the corresponding pixels (or photosensitive cells). Didn't. In addition, the second nanopost NP2 in the center C of the image sensor 1000 is not shifted with respect to the first nanopost NP1. In addition, the first to fourth regions of the color separation lens array 230 in the peripheral portion P of the image sensor 1000 are shifted toward the central portion C of the image sensor 1000, and the second nanopost NP2 ) Is also shifted toward the center C of the image sensor 1000 with respect to the first nanopost NP1. Accordingly, in the case of the image sensor 1000 employed in the camera 2000 shown in FIG. 22, the total area of the color separation lens array 230 is the total area of the pixel array 1100b of the image sensor 1000 or the sensor substrate It may be smaller than the total area of (110).

한편, 도 24의 실시예에는 센서 기판(110) 위에 컬러 필터(105)가 배치되었지만, 이미지 센서(1000)의 주변부(P)에서 색분리 렌즈 어레이(230)가 충분한 성능을 갖는다면, 도 26에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(105)가 생략될 수도 있다.On the other hand, in the embodiment of FIG. 24, although the color filter 105 is disposed on the sensor substrate 110, if the color separation lens array 230 has sufficient performance in the peripheral portion P of the image sensor 1000, FIG. 26 As shown in, the color filter 105 may be omitted.

도 27은 도 26의 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 사시도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 하부의 제1 나노포스트(NP1)와 상부의 제2 나노포스트(NP2)가 서로 어긋나게 적층될 수 있다. 어긋난 정도는 도 27에 b로 표시되어 있으며, 이 크기는 이미지 센서(1000)의 중심부(C)에서 주변부(P)로 갈수록, 즉 반경 방향을 따라 커질 수 있다. 제2 나노포스트(NP2)가 제1 나노포스트(NP1)로부터 어긋나는 방향은 주변부(P)에서 중심부(C)를 향하는 방향이 된다. 특히, 어긋난 정도 b는 제2 나노포스트(NP2)의 상부 표면의 중심부에 빛이 입사하고, 제1 나노포스트(NP1)의 상부 표면의 중심부에 빛이 입사하도록 결정될 수 있다.FIG. 27 is a perspective view illustrating an exemplary shape of a nanopost employed in the color separation lens array of the image sensor of FIG. 26. As shown in FIG. 27, the lower first nanoposts NP1 and the upper second nanoposts NP2 may be stacked to be offset from each other. The degree of deviation is indicated by b in FIG. 27, and the size may increase from the central portion C of the image sensor 1000 to the peripheral portion P, that is, along the radial direction. The direction in which the second nanopost NP2 deviates from the first nanopost NP1 becomes a direction from the peripheral portion P to the central portion C. In particular, the degree of shift b may be determined such that light is incident on the center of the upper surface of the second nanopost NP2 and the light is incident on the center of the upper surface of the first nanopost NP1.

이러한 구조로 나노포스트(NP)를 제조하기 위해, 도 26에 도시된 바와 같이, 유전체층(121)은 스페이서층(120) 위에 배치되어 제1 나노포스트(NP1)들 사이의 공간을 채우며 제2 나노포스트(NP2)를 지지하는 제1 유전체층(121a), 및 제2 나노포스트(NP2)들을 덮는 제2 유전체층(121b)을 포함할 수 있다. 제1 유전체층(121a)과 제2 유전체층(121b)은 제1 나노포스트(NP1)와 제2 나노포스트(NP2)를 이루는 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 재료로 형성될 수 있다.In order to manufacture a nanopost (NP) with such a structure, as shown in FIG. 26, the dielectric layer 121 is disposed on the spacer layer 120 to fill the space between the first nanoposts NP1 and A first dielectric layer 121a supporting the post NP2 and a second dielectric layer 121b covering the second nanoposts NP2 may be included. The first dielectric layer 121a and the second dielectric layer 121b may be formed of a material having a refractive index lower than that of a material constituting the first nanopost NP1 and the second nanopost NP2.

나노포스트(NP)가 2개의 층으로 적층된 구조를 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며 3층 이상의 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 도 28은 다른 실시예에 따른 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.Although the structure in which the nanoposts (NP) are stacked in two layers is illustrated, the structure is not limited thereto and may have a structure of three or more layers. For example, FIG. 28 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array according to another exemplary embodiment.

도 28을 참조하면, 이미지 센서의 화소 어레이(1100c)는 3단으로 적층된 나노포스트(NP)들을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(240)를 포함한다. 나노포스트(NP)는 스페이서층(120) 위에 배치된 제1 나노포스트(NP1), 제1 나노포스트(NP1) 위에 배치된 제2 나노포스트(NP2), 및 제2 나노포스트(NP2) 위에 배치된 제3 나노포스트(NP3)를 포함할 수 있다. 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 이미지 센서의 중심부를 향해 시프트되며, 제3 나노포스트(NP3)는 제2 나노포스트(NP2)에 대해 이미지 센서의 중심부를 향해 시프트된다.Referring to FIG. 28, a pixel array 1100c of an image sensor includes a color separation lens array 240 including nanoposts NPs stacked in three tiers. The nanopost (NP) is disposed on the first nanopost (NP1) disposed on the spacer layer 120, the second nanopost (NP2) disposed on the first nanopost (NP1), and the second nanopost (NP2) It may include a third nanopost (NP3). The second nanopost (NP2) is shifted toward the center of the image sensor with respect to the first nanopost (NP1), and the third nanopost (NP3) is shifted toward the center of the image sensor with respect to the second nanopost (NP2). do.

또한, 색분리 렌즈 어레이(240)의 제4 영역(244)은 그에 대응하는 녹색 화소 또는 제4 광감지셀(114)에 대해 이미지 센서의 중심부를 향해 시프트되며, 제3 영역(243)은 그에 대응하는 적색 화소 또는 제3 광감지셀(113)에 대해 이미지 센서의 중심부를 향해 시프트된다.In addition, the fourth area 244 of the color separation lens array 240 is shifted toward the center of the image sensor with respect to the corresponding green pixel or the fourth light sensing cell 114, and the third area 243 is It is shifted toward the center of the image sensor with respect to the corresponding red pixel or the third light sensing cell 113.

도 29a 내지 도 29c는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프로서, 각각 이미지 센서 상의 위치에 따른 주광선 각도의 변화를 고려하지 않은 경우, 주광선 각도의 변화를 고려하여 나노포스트의 위치를 변화시킨 경우, 주광선 각도의 변화를 고려하여 나노포스트를 이단으로 구성한 경우에 대한 것이다. 도 29a 내지 도 29c에서, B0로 표시된 그래프는 주광선 각도가 0도인 경우에 청색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이며, G0로 표시된 그래프는 주광선 각도가 0도인 경우에 녹색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이고, R0로 표시된 그래프는 주광선 각도가 0도인 경우에 적색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이다. 또한, B26으로 표시된 그래프는 주광선 각도가 26도인 경우에 청색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이며, Gb26으로 표시된 그래프는 주광선 각도가 26도인 경우에 청색 화소와 제1 방향으로 번갈아 배치된 녹색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이고, Gr26으로 표시된 그래프는 주광선 각도가 26도인 경우에 적색 화소와 제1 방향으로 번갈아 배치된 녹색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이고, R26으로 표시된 그래프는 주광선 각도가 0도인 경우에 적색 화소에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이다.29A to 29C are graphs showing spectral distributions of light incident on a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of the image sensor according to an exemplary embodiment. If not considered, the case where the position of the nanopost is changed in consideration of the change in the principal ray angle, and the case in which the nanopost is configured in two stages in consideration of the change in the principal ray angle. In FIGS. 29A to 29C, the graph indicated by B0 is the spectrum distribution of light incident on the blue pixel when the main ray angle is 0 degrees, and the graph indicated by G0 is the spectrum of light incident on the green pixel when the principal ray angle is 0°. Distribution, and the graph indicated by R0 is the spectral distribution of light incident on the red pixel when the main ray angle is 0 degrees. In addition, the graph indicated by B26 is the spectral distribution of light incident on the blue pixel when the main ray angle is 26 degrees, and the graph indicated by Gb26 is the blue pixel and the green pixel alternately arranged in the first direction when the main ray angle is 26 degrees. The graph indicated by Gr26 is the spectral distribution of light incident on the red pixel and the green pixel alternately arranged in the first direction when the main ray angle is 26 degrees, and the graph indicated by R26 indicates the main ray angle is 0. In the case of degrees, it is the spectral distribution of light incident on the red pixel.

도 29a의 그래프에 도시된 바와 같이, 주광선 각도의 변화를 고려하지 않은 경우에, 주광선 각도가 26도인 빛에 대한 색분리 렌즈 어레이의 성능이 저하되는 것을 알 수 있다. 그리고, 도 29b의 그래프에 도시된 바와 같이, 주광선 각도의 변화를 고려하여 나노포스트를 시프트시킨 경우, 주광선 각도가 26도인 빛에 대한 색분리 렌즈 어레이의 성능이 개선되었다. 또한, 도 29c의 그래프에 도시된 바와 같이, 나노포스트의 시프트와 함께 나노포스트를 이단으로 구성한 경우, 주광선 각도가 26도인 빛에 대한 색분리 렌즈 어레이의 성능이 더욱 개선되어 주광선 각도가 0도인 빛에 대한 색분리 렌즈 어레이의 성능과 거의 가깝게 되었다.As shown in the graph of FIG. 29A, it can be seen that performance of the color separation lens array for light having a principal ray angle of 26 degrees deteriorates when the change in the principal ray angle is not considered. In addition, as shown in the graph of FIG. 29B, when the nanopost is shifted in consideration of the change of the principal ray angle, the performance of the color separation lens array for light having a principal ray angle of 26 degrees is improved. In addition, as shown in the graph of FIG. 29C, when the nanoposts are configured in two stages together with the shift of the nanoposts, the performance of the color separation lens array for light with a principal ray angle of 26 degrees is further improved, and thus light with a principal ray angle of 0 degrees. The performance of the color separation lens array for

도 30a 및 도 30b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서 상의 위치에 따른 나노포스트의 선폭 변화를 보이는 평면도이다. 도 30a는 이미지 센서의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트(NP)의 선폭을 도시하며, 도 30b는 이미지 센서의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트(NP')의 선폭을 예시적으로 도시한다. 도 30b에 도시된 실시예에서는, 나노포스트의 위치를 대응하는 화소에 대해 시프트시키고, 제2 나노포스트(NP2')를 제1 나노포스트(NP1')에 대해 시프트시키는 것과 함께 나노포스트(NP')의 선폭을 더 변화시켰다. 나노포스트(NP')의 선폭 변화는 주광선 각도에 따라 다음의 수학식 4와 같이 결정될 수 있다.30A and 30B are plan views illustrating a line width change of a nanopost according to a position on an image sensor according to another exemplary embodiment. FIG. 30A shows the line width of the nanoposts NP' of the color separation lens array at the center of the image sensor, and FIG. 30B exemplarily shows the line width of the nanoposts NP′ of the color separation lens array at the periphery of the image sensor. do. In the embodiment shown in FIG. 30B, the position of the nanopost is shifted with respect to the corresponding pixel, and the second nanopost NP2' is shifted with respect to the first nanopost NP1'. ) Has been further changed. The line width change of the nanopost NP' may be determined as shown in Equation 4 below according to the principal ray angle.

Figure pat00007
Figure pat00007

수학식 4에서, w는 이미지 센서의 주변부에서 나노포스트(NP')의 선폭이며 w0는 이미지 센서의 중심부에서 나노포스트(NP)의 선폭이다. 따라서, 이미지 센서의 주변부로 갈수록 나노포스트(NP')의 선폭이 증가할 수 있다. 도 30b는 편의상 나노포스트(NP')의 선폭 증가를 과장하여 도시하였다. 이미지 센서의 가장 가장자리에서 나노포스트(NP')의 선폭은 이미지 센서의 중심부에서의 선폭에 비하여 약 2.5% 내지 6.5% 정도 증가할 수 있다.In Equation 4, w is the line width of the nanopost NP' at the periphery of the image sensor, and w 0 is the line width of the nanopost NP at the center of the image sensor. Accordingly, the line width of the nanopost NP' may increase toward the periphery of the image sensor. 30B is an exaggerated view of the line width increase of the nanopost (NP') for convenience. The line width of the nanopost NP' at the edge of the image sensor may increase by about 2.5% to 6.5% compared to the line width at the center of the image sensor.

여기서, 선폭 변화는 색분리 센서 어레이의 복수의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 제4 영역 중에서 동일 영역 내의 동일 위치에 배치된 나노포스트의 선폭을 비교한 것이다. 예를 들어, 이미지 센서의 중심부에서 색분리 센서 어레이의 제1 영역의 중앙에 배치된 나노포스트의 선폭과 이미지 센서의 주변부에서 색분리 센서 어레이의 제1 영역의 중앙에 배치된 나노포스트의 선폭을 비교할 수 있다. 색분리 센서 어레이의 서로 다른 영역에 배치된 나노포스트, 또는 동일 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 나노포스트들은 선폭의 비교 대상이 아니다.Here, the line width change is a comparison of the line widths of nanoposts disposed at the same position in the same region among a plurality of first, second, third, and fourth regions of the color separation sensor array. For example, the line width of the nanopost disposed in the center of the first area of the color separation sensor array at the center of the image sensor and the line width of the nanopost disposed in the center of the first area of the color separation sensor array at the periphery of the image sensor. Can be compared. Nanoposts disposed in different regions of the color separation sensor array or nanoposts disposed at different positions within the same region are not subject to line width comparison.

도 31은 도 30에 도시된 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 31의 그래프를 도 29c의 그래프와 비교하여 보면, 나노포스트의 시프트, 나노포스트의 이단 구성과 함께 나노포스트의 선폭을 더 변화시키는 경우, 주광선 각도가 26도인 빛에 대한 색분리 렌즈 어레이의 성능이 더욱 개선되는 것을 알 수 있다.FIG. 31 is a graph exemplarily showing a spectral distribution of light incident on a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of the image sensor illustrated in FIG. 30. Comparing the graph of FIG. 31 with the graph of FIG. 29C, when the line width of the nanopost is further changed together with the shift of the nanopost and the two-stage configuration of the nanopost, the performance of the color separation lens array for light with a principal ray angle of 26 degrees. It can be seen that this is further improved.

도 32 및 도 33은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 다양한 형상을 보이는 평면도이다. 도 32 및 도 33에 도시된 바와 같이, 다양한 형태를 갖는 나노포스트들이 시프트되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 32에 도시된 바와 같이, 서로 크기가 다른 직사각형 형태의 2단 적층된 나노포스트(NP1, NP2)들이 서로에 대해 시프트될 수 있다. 또한, 도 33에 도시된 바와 같이, 2단 적층된 링형 나노포스트(NPa), 2단 적층된 원형 나노포스트(NPb), 및 2단 적층된 직사각형 나노포스트(NPc)들이 색분리 렌즈 어레이의 각각의 영역들에서 서로에 대해 시프트될 수 있다.32 and 33 are plan views showing various shapes of nanoposts used in a color separation lens array according to another exemplary embodiment. As shown in FIGS. 32 and 33, nanoposts having various shapes may be shifted and disposed. For example, as shown in FIG. 32, two-stage stacked nanoposts NP1 and NP2 in a rectangular shape having different sizes from each other may be shifted with respect to each other. In addition, as shown in FIG. 33, two-stage stacked ring-shaped nanoposts (NPa), two-stage stacked circular nanoposts (NPb), and two-stage stacked rectangular nanoposts (NPc) are each of the color separation lens array. Can be shifted relative to each other in the areas of.

도 34 및 도 35는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 다양한 단면 형상을 보이는 단면도이다. 도 34 및 도 35에 도시된 바와 같이, 나노포스트의 측면에 경사면이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 34에 도시된 색분리 렌즈 어레이(250)는 하부에서 상부로 갈수록 나노포스트의 단면적이 증가하는 방식으로 나노포스트의 측면에 경사면이 형성되어 있다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(250)의 나노포스트는 상부면이 하부면보다 큰 사다리꼴 형태의 단면을 갖는다. 또한, 도 35에 도시된 색분리 렌즈 어레이(260)는 하부에서 상부로 갈수록 나노포스트의 단면적이 감소하는 방식으로 나노포스트의 측면에 경사면이 형성되어 있다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(260)의 나노포스트는 하부면이 상부면보다 큰 사다리꼴 형태의 단면을 갖는다.34 and 35 are cross-sectional views showing various cross-sectional shapes of nanoposts used in a color separation lens array according to another embodiment. 34 and 35, an inclined surface may be formed on the side of the nanopost. For example, in the color separation lens array 250 illustrated in FIG. 34, an inclined surface is formed on the side of the nanopost in such a manner that the cross-sectional area of the nanopost increases from the bottom to the top. Accordingly, the nanoposts of the color separation lens array 250 have a trapezoidal cross section in which an upper surface is larger than a lower surface. In addition, the color separation lens array 260 illustrated in FIG. 35 has an inclined surface formed on the side of the nanopost in such a manner that the cross-sectional area of the nanopost decreases from the bottom to the top. Accordingly, the nanoposts of the color separation lens array 260 have a trapezoidal cross section in which the lower surface is larger than the upper surface.

색분리 렌즈 어레이(250, 260)의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역에 각각 배치된 나노포스트들의 경사면의 경사도들은 서로 다를 수 있다. 또한, 이미지 센서의 중심부에 대응하여 위치한 나노포스트들의 경사면의 경사도와 이미지 센서의 주변부에 대응하여 위치한 나노포스트들의 경사면의 경사도가 서로 다를 수 있다.The inclinations of the inclined surfaces of the nanoposts respectively disposed in the first region, the second region, the third region, and the fourth region of the color separation lens arrays 250 and 260 may be different from each other. Also, the inclination of the inclined surfaces of the nanoposts located corresponding to the center of the image sensor and the inclination of the inclined surfaces of the nanoposts located corresponding to the peripheral part of the image sensor may be different from each other.

도 36은 다른 실시예에 따른 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.36 is a cross-sectional view illustrating a schematic structure of a pixel array according to another exemplary embodiment.

도 36을 참조하면, 이미지 센서의 화소 어레이(1100d)는 서로 다른 복수의 나노포스트들의 배열을 갖는 제1 색분리 렌즈 어레이(280)와 제2 색분리 렌즈 어레이(290)를 포함할 수 있다. 제2 색분리 렌즈 어레이(290)는 제1 색분리 렌즈 어레이(280) 위에 배치될 수 있다. 제2 색분리 렌즈 어레이(290)의 나노포스트들은 제1 색분리 렌즈 어레이(280)의 나노포스트들에 대해 시프트된 관계를 갖지 않으며, 제2 색분리 렌즈 어레이(290)의 나노포스트들의 배열 형태는 제1 색분리 렌즈 어레이(280)의 나노포스트들의 배열 형태와 상이할 수 있다.Referring to FIG. 36, a pixel array 1100d of an image sensor may include a first color separation lens array 280 and a second color separation lens array 290 having a plurality of different arrangements of nanoposts. The second color separation lens array 290 may be disposed on the first color separation lens array 280. The nanoposts of the second color separation lens array 290 do not have a shifted relationship with the nanoposts of the first color separation lens array 280, and the arrangement of the nanoposts of the second color separation lens array 290 May be different from the arrangement shape of the nanoposts of the first color separation lens array 280.

이러한 제1 색분리 렌즈 어레이(280)의 복수의 나노포스트들의 배열과 제2 색분리 렌즈 어레이(290)의 복수의 나노포스트들의 배열은 이미지 센서에 입사하는 빛의 주광선 각도를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 색분리 렌즈 어레이(290)와 제1 색분리 렌즈 어레이(280)를 연속적으로 투과하여 센서 기판(110)에 입사하는 빛이 입사각과 관계 없이 효율적으로 색분리되어 집광되도록 제1 색분리 렌즈 어레이(280)와 제2 색분리 렌즈 어레이(290)의 복수의 나노포스트들의 배열이 설계될 수 있다.The arrangement of the plurality of nanoposts of the first color separation lens array 280 and the arrangement of the plurality of nanoposts of the second color separation lens array 290 may be determined in consideration of a principal ray angle of light incident on the image sensor. . For example, light incident on the sensor substrate 110 by continuously transmitting the second color separation lens array 290 and the first color separation lens array 280 is efficiently color-separated and condensed irrespective of the incident angle. An arrangement of a plurality of nanoposts of the one color separation lens array 280 and the second color separation lens array 290 may be designed.

이상의 설명과 같이, 서브 파장의 나노포스트들을 소정 규칙으로 배열한 색분리 렌즈 어레이에 의해 색분리 효율을 높일 수 있고 이를 채용한 이미지 센서의 성능이 향상될 수 있다. 설명된 구체적인 형태는 예시적인 것이며, 이들의 다양한 변형 및 조합이 가능하다. 예를 들어, 가시 광선 파장 대역을 예시하여 설명하였으나 이에 한정되지 않으며 나노포스트 배열 규칙에 따라 다른 파장 대역의 분리도 가능하다. 또한, 나노포스트 어레이의 복수의 영역들 각각에 구비되는 나노포스트 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 이미지 센서의 화소 배열은 베이어 패턴을 예시하여 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소가 일방향으로 순서대로 반복되는 배열도 가능하며, 또는 도 2b에 도시된 CYGM 방식의 배열이나 도 2c에 도시된 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 2가지 이상의 색상의 화소를 포함하는 복수의 단위 화소가 반복 배열된 화소 배열 패턴에도 적용될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이는 이러한 화소 배열에 알맞은 영역 구분을 채택하고 각 영역별로 나노포스트 배열 규칙을 선택할 수 있다.As described above, color separation efficiency may be increased by a color separation lens array in which nanoposts of sub wavelengths are arranged in a predetermined rule, and performance of an image sensor employing the same may be improved. The specific forms described are exemplary, and various modifications and combinations thereof are possible. For example, although the wavelength band of visible light has been exemplified, the description is not limited thereto, and other wavelength bands may be separated according to the nanopost arrangement rule. In addition, the number of nanoposts provided in each of the plurality of regions of the nanopost array may be variously changed. The pixel arrangement of the image sensor has been described by exemplifying the Bayer pattern, but is not limited thereto. For example, an arrangement in which red pixels, green pixels, and blue pixels are repeated in one direction in order may be possible, or the CYGM method shown in FIG. 2B An arrangement of or an arrangement of the RGBW method shown in FIG. 2C is also possible. In addition, it may be applied to a pixel arrangement pattern in which a plurality of unit pixels including pixels of two or more colors are repeatedly arranged. The color separation lens array adopts a region division suitable for this pixel arrangement, and a nanopost arrangement rule can be selected for each region.

지금까지는 정의 가능한 형태로 형성된 나노포스트들의 배열을 통해 색분리 렌즈 어레이를 구성하는 것으로 설명하였으나, 색분리 렌즈 어레이는 정의될 수 없는 다른 다양한 형태의 자유 패턴으로도 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 37은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.Until now, it has been described that a color separation lens array is configured through an array of nanoposts formed in a definable shape, but the color separation lens array may also be configured with a free pattern of various types that cannot be defined. For example, FIG. 37 is a conceptual diagram showing a schematic structure and operation of a color separation lens array according to another embodiment.

도 37을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(330)의 단위 패턴 어레이는 각각 서로 구분되는 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조를 갖는 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(331)은 제1 패턴을 가지며, 제2 영역(332)은 제1 패턴과 상이한 형태로 패터닝된 제2 패턴을 갖고, 제3 영역(333)은 제1 패턴 및 제2 패턴과 상이한 형태로 패터닝된 제3 패턴을 갖고, 제4 영역(334)은 제1 내지 제3 패턴과 상이한 형태로 패터닝된 제4 패턴을 가질 수 있다.Referring to FIG. 37, the unit pattern array of the color separation lens array 330 includes first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 each having first to fourth microstructures that are distinguished from each other. can do. For example, the first region 331 has a first pattern, the second region 332 has a second pattern patterned in a different shape from the first pattern, and the third region 333 has a first pattern and The third pattern may have a shape different from that of the second pattern, and the fourth region 334 may have a fourth pattern patterned in a shape different from the first to third patterns.

제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)은, 예를 들어, 2×2의 형태로 동일한 평면에 배열될 수 있다. 따라서, 제1 영역(331)과 제2 영역(332)은 제1 방향을 따라 서로 인접하여 배치되며, 제3 영역(333)과 제4 영역(334)도 제1 방향을 따라 서로 인접하여 배치된다. 그리고, 제1 영역(331)과 제3 영역(333)은 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 인접하여 배치되며, 제3 영역(333)과 제4 영역(334)도 제2 방향을 따라 서로 인접하여 배치된다. 제1 영역(331)과 제4 영역(334)은 대각선 방향을 따라 배열되며, 제2 영역(333)과 제3 영역(333)은 다른 대각선 방향을 따라 배열된다.The first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 may be arranged on the same plane in the form of, for example, 2×2. Accordingly, the first area 331 and the second area 332 are disposed adjacent to each other in the first direction, and the third area 333 and the fourth area 334 are also disposed adjacent to each other in the first direction. do. In addition, the first region 331 and the third region 333 are disposed adjacent to each other in a second direction perpendicular to the first direction, and the third region 333 and the fourth region 334 are also arranged in the second direction. Are arranged adjacent to each other along the line. The first and fourth regions 331 and 334 are arranged along a diagonal direction, and the second and third regions 333 and 333 are arranged along different diagonal directions.

실시예에 따르면, 색분리 렌즈 어레이(330)에 입사하는 입사광 중에서, 제1 파장의 빛(λ1)은 제1 영역(331)과 연직 방향을 따라 마주하는 제1 타깃 영역(R1)에 집광되고, 제2 파장의 빛(λ2)은 제2 영역(332)과 연직 방향을 따라 마주하는 제2 타깃 영역(R2)에 집광되고, 제3 파장의 빛(λ3)은 제3 영역(333)과 연직 방향을 따라 마주하는 제3 타깃 영역(R3)에 집광되고, 제4 파장의 빛(λ4)은 제4 영역(334)과 연직 방향을 따라 마주하는 제4 타깃 영역(R4)에 집광되도록, 제1 내지 제4 패턴이 결정될 수 있다.이러한 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 구체적인 제1 내지 제4 패턴은 색분리 렌즈 어레이(330)가 적용되는 이미지 센서의 화소 배열 및 색 특성에 따라 다양하게 설계될 수 있다.According to the embodiment, among the incident light incident on the color separation lens array 330, the light of the first wavelength λ1 is condensed in the first target region R1 facing the first region 331 along a vertical direction, and , Light of the second wavelength λ2 is focused on the second target region R2 facing the second region 332 along the vertical direction, and the light of the third wavelength λ3 is focused on the third region 333 It is condensed on the third target region R3 facing along the vertical direction, and the light of the fourth wavelength λ4 is focused on the fourth target region R4 facing the fourth region 334 along the vertical direction, The first to fourth patterns may be determined. Specific first to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 are pixels of the image sensor to which the color separation lens array 330 is applied. It can be designed in various ways according to the arrangement and color characteristics.

예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(330)를 도 2a에 도시된 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용하는 경우, 제1 영역(331)과 제4 영역(334)은 녹색 화소(G)에 마주하여 배치되고, 제2 영역(332)은 청색 화소(B)에 마주하여 배치되고, 제3 영역(333)은 적색 화소(R)에 마주하여 배치될 수 있다. 그리고, 제1 파장의 빛(λ1)과 제4 파장의 빛(λ4)은 녹색광이고, 제2 파장의 빛(λ2)은 청색광이고, 제3 파장의 빛(λ3)은 적색광일 수 있다.For example, when the color separation lens array 330 is applied to the Bayer pattern type image sensor shown in FIG. 2A, the first region 331 and the fourth region 334 face the green pixel G. The second region 332 may be disposed to face the blue pixel B, and the third region 333 may be disposed to face the red pixel R. In addition, the first wavelength light λ1 and the fourth wavelength light λ4 may be green light, the second wavelength light λ2 may be blue light, and the third wavelength light λ3 may be red light.

도 38은 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 어레이를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 38을 참조하면, 녹색 화소(G)에 마주하는 제1 영역(331)은 제1 패턴을 형성하는 제1 유전체(331a) 및 제1 유전체(331a) 사이에 채워진 제2 유전체(331b)를 포함한다. 청색 화소(B)에 마주하는 제2 영역(332)은 제2 패턴을 형성하는 제1 유전체(332a) 및 제1 유전체(332a) 사이에 채워진 제2 유전체(332b)를 포함하고, 적색 화소(R)에 마주하는 제3 영역(333)은 제3 패턴을 형성하는 제1 유전체(333a) 및 제1 유전체(333a) 사이에 채워진 제2 유전체(333b)를 포함하며, 녹색 화소(G)에 마주하는 제4 영역(334)은 제4 패턴을 형성하는 제1 유전체(334a) 및 제1 유전체(334a) 사이에 채워진 제2 유전체(334b)를 포함한다.38 is a plan view illustrating a unit pattern array of a color separation lens array that can be applied to a Bayer pattern type image sensor. Referring to FIG. 38, a first region 331 facing the green pixel G includes a first dielectric 331a forming a first pattern and a second dielectric 331b filled between the first dielectric 331a. Includes. The second region 332 facing the blue pixel B includes a first dielectric 332a forming a second pattern and a second dielectric 332b filled between the first dielectric 332a, and the red pixel ( The third region 333 facing R) includes a first dielectric 333a forming a third pattern and a second dielectric 333b filled between the first dielectric 333a, and is formed in the green pixel G. The facing fourth region 334 includes a first dielectric 334a forming a fourth pattern and a second dielectric 334b filled between the first dielectric 334a.

제1 영역(331)과 제2 영역(332)은 둘 다 녹색 화소를 마주하고 있어 동일한 형태를 가지지만 그 회전 방향은 다를 수 있다. 예를 들어 도 38과 같이 제4 영역(334)의 패턴은 제1 영역(331)의 패턴이 90도 회전된 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 차이는 인접한 화소의 배치에 따라 결정될 수 있다. 도 38의 경우, 제1 영역(331)을 마주하는 녹색 화소(G)의 좌우에는 청색 화소(B)가 배치되고 제4 영역(334)을 마주하는 녹색 화소(G)의 좌우에는 적색 화소(R)가 배치되는 차이에서 이처럼 동일하지만 다른 회전 방향으로 배치된 패턴이 형성될 수 있다.The first region 331 and the second region 332 both face the green pixel and thus have the same shape, but their rotation directions may be different. For example, as shown in FIG. 38, the pattern of the fourth region 334 may have a shape in which the pattern of the first region 331 is rotated by 90 degrees. This difference may be determined according to the arrangement of adjacent pixels. 38, blue pixels B are disposed on the left and right sides of the green pixel G facing the first area 331, and red pixels B are disposed on the left and right sides of the green pixel G facing the fourth area 334. In the difference in which R) is arranged, a pattern arranged in a different direction of rotation may be formed as described above.

제1 유전체(331a, 332a, 333a, 334a)는 모두 동일한 재료로 이루어질 수 있으며, 제2 유전체(331b, 332b, 333b, 334b) 또한 모두 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 유전체(331a, 332a, 333a, 334a)는 TiO2, GaN, SiN3, ZnS, ZnSe, Si3N4 등과 같이 고굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있으며, 제2 유전체(331b, 332b, 333b, 334b)는 공기(air), SiO2, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass) 등과 같이 저굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 제2 유전체(331b, 332b, 333b, 334b)가 공기로 이루어지는 경우, 도 38에 도시된 색분리 렌즈 어레이(330)는 제1 유전체(331a, 332a, 333a, 334a)를 식각하여 간단히 형성될 수 있다.All of the first dielectrics 331a, 332a, 333a, and 334a may be made of the same material, and all of the second dielectrics 331b, 332b, 333b, and 334b may be made of the same material. For example, the first dielectric 331a, 332a, 333a, 334a may be made of a dielectric material having a high refractive index, such as TiO2, GaN, SiN3, ZnS, ZnSe, Si3N4, etc., and having a low absorption rate in the visible light band. The dielectrics 331b, 332b, 333b, and 334b may be made of a dielectric material having a low refractive index, such as air, SiO2, and silanol-based spin on glass (SOG), and having a low absorption rate in the visible light band. . When the second dielectrics 331b, 332b, 333b, and 334b are made of air, the color separation lens array 330 shown in FIG. 38 can be formed simply by etching the first dielectrics 331a, 332a, 333a, and 334a. have.

도 39는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이를 A-A' 라인(X 방향)을 따라 절개한 수직 단면을 예시적으로 보이는 단면도이고, 도 40은 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이를 B-B' 라인(Y 방향)을 따라 절개한 수직 단면을 예시적으로 보이는 단면도이다.39 is a cross-sectional view illustrating a vertical cross section of the unit pattern array shown in FIG. 38 taken along the AA′ line (X direction), and FIG. 40 is a cross-sectional view illustrating the unit pattern array shown in FIG. It is a cross-sectional view showing a vertical cross section cut along the direction) as an example.

도 39 및 도 40을 참조하면, 제1 유전체(331a, 332a, 333a, 334a)와 제2 유전체(331b, 332b, 333b, 334b)는 연직 방향으로 평행하게 연장될 수 있다. 도 39 및 도 40에 도시된 수직 단면의 형태는 예시적인 것이며, A-A' 라인 및 B-B' 라인의 위치에 따라 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 수직 단면의 형태가 달라질 수 있다. 예를 들어, A-A' 라인이 Y방향을 따라 이동함에 따라 도 39에 도시된 수직 단면의 형태가 변화하게 되며, B-B' 라인이 X방향을 따라 이동함에 따라 도 40에 도시된 수직 단면의 형태가 변화하게 된다. 이러한 수직 단면 형태의 변화와 관계 없이, 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 모든 수직 단면에서 제1 유전체(331a, 332a, 333a, 334a)와 제2 유전체(331b, 332b, 333b, 334b)가 함께 존재할 수 있다.39 and 40, the first dielectrics 331a, 332a, 333a, and 334a and the second dielectrics 331b, 332b, 333b, and 334b may extend in parallel in a vertical direction. The shape of the vertical cross section shown in FIGS. 39 and 40 is exemplary, and the shape of the vertical cross section of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 varies according to the positions of the AA' line and the BB' line. I can. For example, as the AA' line moves along the Y direction, the shape of the vertical section shown in Fig. 39 changes, and as the BB' line moves along the X direction, the shape of the vertical section shown in Fig. 40 changes. It will change. Regardless of the change in the shape of the vertical section, the first dielectrics 331a, 332a, 333a, 334a and the second dielectrics 331b, 332b in all vertical sections of the first to fourth regions 331, 332, 333, 334 , 333b, 334b) may exist together.

도 41은 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이를 복수 개 포함하는 색분리 렌즈 어레이의 배열을 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 41에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(330)는 도 38에 도시된 2×2의 단위 패턴 어레이가 반복적으로 2차원 배열된 형태를 가질 수 있다.41 is a plan view illustrating an arrangement of a color separation lens array including a plurality of unit pattern arrays illustrated in FIG. 38. As shown in FIG. 41, the color separation lens array 330 may have a form in which a 2×2 unit pattern array shown in FIG. 38 is repeatedly two-dimensionally arranged.

베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용되는 색분리 렌즈 어레이(330)에서, 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제1 내지 제4 패턴은 소정의 규칙을 가질 수 있다. 예컨대, 도 42a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제1 영역(331)의 패턴을 예시적으로 보이며, 도 42b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다. 도 42b를 참조하면, 제1 영역(331)에 대응하는 녹색 화소(G)의 좌우 방향으로 청색 화소(B)가 배치되며 상하 방향으로는 적색 화소(R)가 배치된다. 제1 영역(331)에 대응하는 녹색 화소(G)의 대각선 방향으로는 제4 영역(334)에 대응하는 녹색 화소들이 배치되며, 도 42b에는 표시되지 않았다. 따라서, 제1 영역(331)을 투과한 투과광 중에서 청색광은 제1 영역(331)의 좌우 방향으로 진행하고 적색광은 제1 영역(331)의 상하 방향으로 진행하는 것과 동일한 광학적인 효과를 얻기 위하여, 제1 영역(331)의 제 1 패턴은 2방 대칭(2-fold symmetry)일 수 있다. 예를 들어, 도 42a에 도시된 바와 같이, 제1 영역(331)의 제 1 패턴은 Y방향을 따른 제1 축(Ⅰ)에 대칭인 동시에 X방향을 따른 제2 축(Ⅱ)에 대칭일 수 있다.In the color separation lens array 330 applied to the Bayer pattern type image sensor, the first to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 may have a predetermined rule. For example, FIG. 42A exemplarily shows a pattern of the first region 331 of the unit pattern array shown in FIG. 38, and FIG. 42B exemplarily shows a pixel of an image sensor corresponding thereto and a pixel around it. Referring to FIG. 42B, a blue pixel B is disposed in a left-right direction of a green pixel G corresponding to the first region 331 and a red pixel R is disposed in a vertical direction. Green pixels corresponding to the fourth region 334 are disposed in a diagonal direction of the green pixel G corresponding to the first region 331, and are not shown in FIG. 42B. Therefore, among the transmitted light that has passed through the first region 331, in order to obtain the same optical effect as the blue light proceeds in the left-right direction of the first region 331 and the red light proceeds in the vertical direction of the first region 331, The first pattern of the first region 331 may have a 2-fold symmetry. For example, as shown in FIG. 42A, the first pattern of the first region 331 is symmetrical to the first axis (I) along the Y direction and to the second axis (II) along the X direction. I can.

도 43a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제2 영역(332)의 형태를 예시적으로 보이며, 도 43b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다. 도 43b를 참조하면, 제2 영역(332)에 대응하는 청색 화소(B)의 좌우 방향과 상하 방향으로 녹색 화소(G)들이 배치된다. 그리고, 2개의 교차하는 대각선 방향으로 적색 화소(R)들이 배치된다. 따라서, 제2 영역(332)을 투과한 투과광 중에서 녹색광은 제2 영역(332)의 좌우 방향과 상하 방향으로 진행하고 적색광은 제2 영역(332)의 대각선 방향으로 진행하는 것과 동일한 광학적인 효과를 얻기 위하여, 제2 영역(332)의 제2 패턴은 4방 대칭(4-fold symmetry)일 수 있다. 예를 들어, 도 43a에 도시된 바와 같이, 제2 영역(332)의 제 2 패턴은 Y방향을 따른 제1 축(Ⅰ)에 대칭이고, X방향을 따른 제2 축(Ⅱ)에 대칭이고, 대각선 방향을 따른 제3 축(Ⅲ)과 제4 축(Ⅳ)에 대칭일 수 있다.43A is an exemplary view of the shape of the second region 332 in the unit pattern array illustrated in FIG. 38, and FIG. 43B is an exemplary view of a pixel of an image sensor corresponding thereto and a pixel surrounding it. Referring to FIG. 43B, green pixels G are disposed in the left-right direction and the vertical direction of the blue pixel B corresponding to the second region 332. In addition, red pixels R are disposed in two diagonal directions intersecting. Therefore, among the transmitted light that has passed through the second region 332, the green light proceeds in the left and right directions and the vertical direction of the second region 332, and the red light has the same optical effect as proceeding in the diagonal direction of the second region 332. To obtain, the second pattern of the second region 332 may have a 4-fold symmetry. For example, as shown in FIG. 43A, the second pattern of the second region 332 is symmetrical to the first axis (I) along the Y direction, and is symmetrical to the second axis (II) along the X direction. , It may be symmetrical to the third axis (III) and the fourth axis (IV) along the diagonal direction.

도 44a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제3 영역(333)의 형태를 예시적으로 보이며, 도 44b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다. 도 44b를 참조하면, 제3 영역(333)에 대응하는 적색 화소(R)의 좌우 방향과 상하 방향으로 녹색 화소(G)들이 배치된다. 그리고, 2개의 교차하는 대각선 방향으로 청색 화소(B)들이 배치된다. 따라서, 제3 영역(333)을 투과한 투과광 중에서 녹색광은 제3 영역(333)의 좌우 방향과 상하 방향으로 진행하고 청색광은 제3 영역(333)의 대각선 방향으로 진행하는 것과 동일한 광학적인 효과를 얻기 위하여, 제3 영역(333)의 제 3 패턴은 4방 대칭일 수 있다. 예를 들어, 도 44a에 도시된 바와 같이, 제3 영역(333)의 제 3 패턴은 Y방향을 따른 제1 축(Ⅰ)에 대칭이고, X방향을 따른 제2 축(Ⅱ)에 대칭이고, 대각선 방향을 따른 제3 축(Ⅲ)과 제4 축(Ⅳ)에 대칭일 수 있다.44A is an exemplary view of the shape of the third area 333 of the unit pattern array illustrated in FIG. 38, and FIG. 44B is an exemplary view showing a pixel of an image sensor corresponding thereto and pixels surrounding the same. Referring to FIG. 44B, green pixels G are disposed in the left-right direction and the vertical direction of the red pixel R corresponding to the third area 333. In addition, blue pixels B are disposed in two diagonal directions intersecting. Therefore, among the transmitted light that has passed through the third area 333, the green light proceeds in the left and right directions and the vertical direction of the third area 333, and the blue light has the same optical effect as the diagonal direction of the third area 333. To obtain, the third pattern of the third region 333 may be four-way symmetric. For example, as shown in FIG. 44A, the third pattern of the third region 333 is symmetrical to the first axis (I) along the Y direction, and is symmetrical to the second axis (II) along the X direction. , It may be symmetrical to the third axis (III) and the fourth axis (IV) along the diagonal direction.

도 45a는 도 38에 도시된 단위 패턴 어레이 중 제4 영역(334)의 형태를 예시적으로 보이며, 도 45b는 그에 대응하는 이미지 센서의 화소 및 그 주변 화소를 예시적으로 보인다. 도 45b를 참조하면, 제 4 영역(334)에 대응하는 녹색 화소(G)의 좌우 방향으로 적색 화소(R)가 배치되며 상하 방향으로는 청색 화소(B)가 배치된다. 대각선 방향으로는 제1 영역(331)에 대응하는 녹색 화소들이 배치되며, 도 45b에는 표시되지 않았다. 따라서, 제4 영역(334)을 투과한 투과광 중에서 적색광은 제4 영역(334)의 좌우 방향으로 진행하고 청색광은 제4 영역(401)의 상하 방향으로 진행하는 것과 동일한 광학적인 효과를 얻기 위하여, 제4 영역(334)의 제 4 패턴은 2방 대칭일 수 있다. 예컨대, 도 45a에 도시된 바와 같이, 제4 영역(334)의 제 4 패턴은 Y방향을 따른 제1 축(Ⅰ)에 대칭인 동시에 X방향을 따른 제2 축(Ⅱ)에 대칭일 수 있다. 또한, 도 45b에 도시된 화소 배치는 도 42b에 도시된 화소 배치에 대해 90도 회전된 상태이다. 따라서, 제4 영역(334)의 제 4 패턴은 제1 영역(331)의 제 1 패턴에 대해 90도 회전된 것과 동일한 형태를 가질 수 있다.FIG. 45A exemplarily shows the shape of the fourth region 334 of the unit pattern array shown in FIG. 38, and FIG. 45B exemplarily shows the pixels of the image sensor and surrounding pixels corresponding thereto. Referring to FIG. 45B, the red pixel R is disposed in the left and right direction of the green pixel G corresponding to the fourth region 334 and the blue pixel B is disposed in the vertical direction. Green pixels corresponding to the first area 331 are arranged in a diagonal direction, and are not shown in FIG. 45B. Therefore, among the transmitted light that has passed through the fourth region 334, in order to obtain the same optical effect as the red light proceeds in the left and right direction of the fourth region 334 and the blue light proceeds in the vertical direction of the fourth region 401, The fourth pattern of the fourth region 334 may be two-way symmetric. For example, as shown in FIG. 45A, the fourth pattern of the fourth region 334 may be symmetrical to the first axis (I) along the Y direction and symmetrical to the second axis (II) along the X direction. . Also, the pixel arrangement shown in FIG. 45B is rotated by 90 degrees with respect to the pixel arrangement shown in FIG. 42B. Accordingly, the fourth pattern of the fourth region 334 may have the same shape as rotated 90 degrees with respect to the first pattern of the first region 331.

베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용되는 색분리 렌즈 어레이(330)에서, 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제 1 내지 제 4 패턴의 또 다른 규칙으로서, 색분리 렌즈 어레이(330)를 투과한 청색광, 녹색광, 및 적색광이 소정의 타깃 위상 분포를 갖도록 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제1 내지 제4 패턴이 설계될 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(330)를 투과한 청색광이 제2 영역(332)에 대응하는 청색 화소(B)의 위치로 집광되는 위상을 형성하고 제2 영역(332)에 인접한 제1 영역(331) 및 제4 영역(334)에 대응하는 위치들로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제 1 내지 제 4 패턴이 정해질 수 있다.In the color separation lens array 330 applied to the Bayer pattern type image sensor, as another rule of the first to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, 334, a color separation lens array The first to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 may be designed so that blue light, green light, and red light transmitted through 330 have a predetermined target phase distribution. For example, a first region adjacent to the second region 332 and forming a phase in which blue light transmitted through the color separation lens array 330 is condensed to the position of the blue pixel B corresponding to the second region 332 First to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 may be determined so as to form a phase that does not advance to positions corresponding to the 331 and the fourth regions 334 .

또한, 색분리 렌즈 어레이(330)를 투과한 녹색광이 제1 영역(331)과 제4 영역(334)에 대응하는 녹색 화소(G)의 위치로 집광되는 위상을 형성하고 제1 영역(331)과 제4 영역(334)에 인접한 제2 영역(332)과 제3 영역(333)에 대응하는 위치로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제 1 내지 제 4 패턴이 정해질 수 있다.In addition, a phase in which green light transmitted through the color separation lens array 330 is condensed to the positions of the green pixels G corresponding to the first region 331 and the fourth region 334 is formed, and the first region 331 And the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 to form a phase that does not proceed to positions corresponding to the second region 332 and the third region 333 adjacent to the fourth region 334. ) Of the first to fourth patterns may be determined.

또한, 색분리 렌즈 어레이(330)를 투과한 적색광이 제3 영역(333)에 대응하는 적색 화소(R)로 집광되는 위상을 형성하고 제3 영역(333)에 인접한 제1 영역(331)과 제4 영역(334)에 대응하는 위치로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제1 내지 제4 패턴이 정해질 수 있다.In addition, a phase in which the red light transmitted through the color separation lens array 330 is condensed to the red pixel R corresponding to the third region 333 is formed, and the first region 331 adjacent to the third region 333 is formed. First to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333 and 334 may be determined to form a phase that does not proceed to a position corresponding to the fourth region 334.

이러한 색분리 렌즈 어레이(330)가 구현하고자 하는 타깃 위상 분포는 전술한 색분리 렌즈 어레이(130)에 대해 설명한 것과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다. 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제1 내지 제4 패턴에 따라 색분리 렌즈 어레이(330)는 도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d, 및 도 8a 내지 도 8d에서 설명한 것과 동일한 작용을 할 수 있다.Since the target phase distribution to be implemented by the color separation lens array 330 is the same as that described for the color separation lens array 130 described above, a detailed description will be omitted. According to the first to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334, the color separation lens array 330 is shown in FIGS. 6A to 6D, 7A to 7D, and 8A to 8D. It can do the same thing as described above.

위와 같은 위상 분포를 만족하는 색분리 렌즈 어레이(330)의 패턴은 다양한 방식의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 자동화된 설계가 가능하다. 예를 들어, 유전자 알고리즘(genetic algorithm), 입자 군집 최적화(particle swarm optimization) 알고리즘, 개미 집단 최적화(ant colony optimization) 등과 같은 자연 모사 알고리즘(nature-inspired algorithm)을 이용하거나 또는 어드조인트 최적화(adjoint optimization) 알고리즘에 기반한 역설계 방식을 통해 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 패턴을 최적화할 수 있다.The pattern of the color separation lens array 330 that satisfies the phase distribution as described above can be automatically designed through various computer simulations. For example, using a nature-inspired algorithm such as genetic algorithm, particle swarm optimization algorithm, ant colony optimization, or adjoint optimization ) The pattern of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 may be optimized through an algorithm-based reverse engineering method.

색분리 렌즈 어레이(330)의 설계를 위하여, 색분리 스펙트럼, 광 효율, 신호대잡음비 등의 평가 요소들로 후보 색분리 렌즈 어레이의 성능을 평가하면서 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제 1 내지 제 4 패턴을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 각각의 평가 요소에 대한 목표 수치값을 미리 결정한 후, 다수의 평가 요소들에 대한 목표 수치값과의 차이의 합을 최소화하는 방식으로 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제1 내지 제4 패턴을 최적화할 수 있다. 또는, 각각의 평가 요소 별로 성능을 지표화하고, 성능을 나타내는 값이 최대가 되도록 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 제1 내지 제4 패턴을 최적화할 수 있다.For the design of the color separation lens array 330, the first to fourth regions 331, 332, and 333, while evaluating the performance of the candidate color separation lens array using evaluation factors such as color separation spectrum, light efficiency, and signal-to-noise ratio. The first to fourth patterns of 334) may be optimized. For example, after determining a target numerical value for each evaluation element in advance, the first to fourth areas 331, 332, and 333 are minimized by minimizing the sum of the difference between the target numerical values and the plurality of evaluation elements. , 334) of the first to fourth patterns may be optimized. Alternatively, performance may be indexed for each evaluation element, and first to fourth patterns of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 may be optimized so that a value representing the performance is maximized.

도 38에 도시된 색분리 렌즈 어레이(330)는 단지 하나의 예이며, 색분리 렌즈 어레이(330)의 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 크기, 두께, 색분리 렌즈 어레이(330)가 적용될 이미지 센서의 색 특성, 화소 피치, 색분리 렌즈 어레이(330)와 이미지 센서 사이의 거리, 입사광의 입사각 등에 따라, 상술한 최적화 설계를 통해 다양한 형태의 색분리 렌즈 어레이(330)를 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 46은 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 어레이의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 47은 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 어레이의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.The color separation lens array 330 shown in FIG. 38 is only an example, and the size, thickness, and color separation lens of the first to fourth regions 331, 332, 333, 334 of the color separation lens array 330 According to the color characteristics of the image sensor to which the array 330 is applied, the pixel pitch, the distance between the color separation lens array 330 and the image sensor, the incident angle of incident light, etc., various types of color separation lens arrays 330 ) Can be obtained. For example, FIG. 46 is a plan view showing an exemplary shape of a unit pattern array of a color separation lens array according to another embodiment that can be applied to a Bayer pattern type image sensor, and FIG. 47 is a view showing a Bayer pattern type image sensor. It is a plan view exemplarily showing a shape of a unit pattern array of a color separation lens array according to another embodiment that can be applied.

도 38에 도시된 제 1 내지 제 4 영역(331, 332, 333, 334) 각각은 14×14의 직사각형 배열로 디지털화 된 바이너리 형태로 최적화되었으며, 도 46에 도시된 제 1 내지 제 4 영역(331, 332, 333, 334)의 각각은 16×16의 직사각형 배열로 디지털화 된 바이너리 형태로 최적화되었다. 따라서, 도 38에 도시된 색분리 렌즈 어레이(330)의 단위 패턴 어레이는 28×28의 직사각형 배열로 이루어진 형태를 가지며, 도 46에 도시된 색분리 렌즈의 단위 패턴 어레이는 32×32의 직사각형 배열로 이루어진 형태를 가진다. 이 경우, 도 39 및 도 40에 도시된 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 수직 단면의 형태는 A-A' 라인이 Y방향을 따라 이동함에 따라 또는 B-B' 라인이 X방향을 따라 이동함에 따라 불연속적으로 변화하게 된다.Each of the first to fourth areas 331, 332, 333, and 334 shown in FIG. 38 is optimized in a digitized binary form in a 14×14 rectangular arrangement, and the first to fourth areas 331 shown in FIG. 46 , 332, 333, and 334), each was optimized in a digitized binary form in a 16×16 rectangular array. Accordingly, the unit pattern array of the color separation lens array 330 shown in FIG. 38 has a shape consisting of a 28×28 rectangular array, and the unit pattern array of the color separation lens shown in FIG. 46 is a 32×32 rectangular array. It has a form consisting of. In this case, the shape of the vertical cross section of the first to fourth regions 331, 332, 333, 334 shown in FIGS. 39 and 40 is as the AA' line moves along the Y direction or the BB' line moves in the X direction. As it moves along, it changes discontinuously.

이와 달리, 도 47에 도시된 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334) 각각은 디지털화 되지 않은 연속적인 곡선 형태로 최적화될 수도 있다. 이 경우, 도 39 및 도 40에 도시된 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 수직 단면의 형태는 A-A' 라인이 Y방향을 따라 이동함에 따라 또는 B-B' 라인이 X방향을 따라 이동함에 따라 연속적으로 변화하게 된다.Alternatively, each of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 shown in FIG. 47 may be optimized in the form of a continuous curve that is not digitized. In this case, the shape of the vertical cross section of the first to fourth regions 331, 332, 333, 334 shown in FIGS. 39 and 40 is as the AA' line moves along the Y direction or the BB' line moves in the X direction. It changes continuously as it moves along.

도 48a 및 도 48b는 색분리 렌즈 어레이를 채용한 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이다. 도 48a 및 도 48b를 참조하면, 이미지 센서의 화소 어레이(1100e)는 센서 기판(110), 스페이서층(120), 및 색분리 렌즈 어레이(330)를 포함할 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(330)의 제1 영역(331)은 센서 기판(110)의 제1 광감지셀(111)에 대응하여 배치되며, 색분리 렌즈 어레이(330)의 제2 영역(332)은 센서 기판(110)의 제2 광감지셀(112)에 대응하여 배치된다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(330)의 제2 영역(332)은 센서 기판(110)은 제2 광감지셀(112)에 대응하여 배치되며, 색분리 렌즈 어레이(330)의 제4 영역(334)은 센서 기판(110)의 제4 광감지셀(114)에 대응하여 배치된다. 도 48a 및 도 48b에는 도시되지 않았지만 센서 기판(110)과 스페이서층(120) 사이에는 컬러 필터가 더 배치될 수도 있다. 스페이서층의 두께는 앞에서 이미 설명한 바와 같이 색분리 렌즈 어레이(330)에 의해 분리된 서로 다른 파장의 빛이 그에 대응하는 광감지셀 위로 집광되기 위한 소정의 전파 거리 요건에 따라 정해진다.48A and 48B are schematic cross-sectional views of different cross-sections of a pixel array of an image sensor employing a color separation lens array. 48A and 48B, the pixel array 1100e of the image sensor may include a sensor substrate 110, a spacer layer 120, and a color separation lens array 330. The first region 331 of the color separation lens array 330 is disposed corresponding to the first light sensing cell 111 of the sensor substrate 110, and the second region 332 of the color separation lens array 330 is It is disposed corresponding to the second light sensing cell 112 of the sensor substrate 110. In addition, in the second region 332 of the color separation lens array 330, the sensor substrate 110 is disposed to correspond to the second light sensing cell 112, and the fourth region 334 of the color separation lens array 330 ) Is disposed corresponding to the fourth light sensing cell 114 of the sensor substrate 110. Although not shown in FIGS. 48A and 48B, a color filter may be further disposed between the sensor substrate 110 and the spacer layer 120. The thickness of the spacer layer is determined according to a predetermined propagation distance requirement for condensing light of different wavelengths separated by the color separation lens array 330 onto a corresponding light sensing cell as described above.

지금까지 설명한 색분리 렌즈 어레이(330)의 구체적인 패턴은 단지 예시적인 것이며, 이들의 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(330)의 제1 내지 제4 영역(331, 332, 333, 334)의 다른 패턴 형태들에 따라 가시광선 이외의 파장 대역의 분리도 가능하다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(330)의 단위 패턴 어레이를 구성하는 색분리 패턴의 개수도 색분리 렌즈 어레이(330)의 적용예에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이미지 센서의 화소 배열은 베이어 패턴을 예시하여 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 도 2b 및 도 2c에 도시된 화소 배열에도 적용될 수 있다. 이러한 화소 배열에 알맞은 패턴은 색분리 렌즈 어레이(330)의 영역들을 채택하고 각 영역별로 상술한 최적화 방식을 통해 결정될 수 있다.The specific patterns of the color separation lens array 330 described so far are merely exemplary, and various modifications thereof are possible. For example, according to different pattern shapes of the first to fourth regions 331, 332, 333, and 334 of the color separation lens array 330, wavelength bands other than visible light may be separated. Also, the number of color separation patterns constituting the unit pattern array of the color separation lens array 330 may be variously changed according to an application example of the color separation lens array 330. The pixel arrangement of the image sensor has been described by exemplifying the Bayer pattern, but is not limited thereto, and may also be applied to the pixel arrangement shown in FIGS. 2B and 2C. A pattern suitable for this pixel arrangement may be determined by adopting regions of the color separation lens array 330 and using the above-described optimization method for each region.

도 49는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 49를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(340)는 굵은 선으로 표시된 복수의 2차원 배열된 단위 패턴 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 단위 패턴 어레이는 제1 영역(341), 제2 영역(342), 제3 영역(343), 및 제4 영역(344)을 포함하는 2 ×2의 차원 형태로 배열될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(340)의 전체 구성을 볼 때, 하나의 행(row) 내에서 제1 영역(341)과 제2 영역(342)이 가로 방향을 따라 번갈아 배열되며, 다른 행 내에서 제3 영역(343)과 제4 영역(344)이 가로 방향을 따라 번갈아 배열된다. 또한, 하나의 열(column) 내에서 제1 영역(341)과 제3 영역(343)이 세로 방향을 따라 번갈아 배열되며, 다른 열 내에서 제2 영역(342)과 제4 영역(344)이 세로 방향을 따라 번갈아 배열된다.49 is a plan view illustrating a color separation lens array according to another exemplary embodiment. Referring to FIG. 49, the color separation lens array 340 may include a plurality of two-dimensional array of unit patterns indicated by thick lines. Each unit pattern array may be arranged in a 2×2 dimensional shape including the first area 341, the second area 342, the third area 343, and the fourth area 344. When looking at the overall configuration of the color separation lens array 340, the first regions 341 and the second regions 342 are alternately arranged in the horizontal direction within one row, and the third region in the other row. The regions 343 and the fourth regions 344 are alternately arranged along the horizontal direction. In addition, the first region 341 and the third region 343 are alternately arranged in the vertical direction in one column, and the second region 342 and the fourth region 344 are arranged in another column. They are arranged alternately along the longitudinal direction.

또한, 색분리 렌즈 어레이(340)는 어떠한 단위 패턴 어레이에도 속하지 않는 복수의 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)을 더 포함할 수 있다. 어떠한 단위 패턴 어레이에도 속하지 않는 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)은 색분리 렌즈 어레이(340)의 가장자리를 따라 배열될 수 있다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(340)의 좌측 가장자리에 하나의 열을 구성하는 복수의 제2 영역(342)과 복수의 제4 영역(344)이 추가적으로 배열되고, 우측 가장자리에에 하나의 열을 구성하는 복수의 제1 영역(341)과 복수의 제3 영역(343)이 추가적으로 배열되고, 상부측 가장자리에 하나의 행을 구성하는 복수의 제3 영역(343)과 복수의 제4 영역(344)이 추가적으로 배열되고, 하부측 가장자리에 하나의 행을 구성하는 복수의 제1 영역(341)과 복수의 제2 영역(342)이 추가적으로 배열될 수 있다.In addition, the color separation lens array 340 may further include a plurality of first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 that do not belong to any unit pattern array. The first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 that do not belong to any unit pattern array may be arranged along the edge of the color separation lens array 340. In other words, a plurality of second regions 342 and a plurality of fourth regions 344 constituting one column are additionally arranged on the left edge of the color separation lens array 340, and one column is formed on the right edge. A plurality of first regions 341 and a plurality of third regions 343 are additionally arranged, and a plurality of third regions 343 and a plurality of fourth regions 344 constituting one row at the upper edge. ) May be additionally arranged, and a plurality of first regions 341 and a plurality of second regions 342 constituting one row may be additionally arranged at the lower edge.

도 50은 도 49에 도시된 색분리 렌즈 어레이(340)를 C-C' 라인을 따라 절개한 수직 단면이다. 도 50을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(340)는 센서 기판(110)의 가장자리에 대해 수평 방향으로 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 센서 기판(110)의 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는 복수의 제1 영역(341)과 복수의 제2 영역(342)을 포함할 수 있다. 비록 도 50에 모두 도시되지 않았지만, 도 50에서 어떠한 단위 패턴 어레이에도 속하지 않는 복수의 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)은 모두 센서 기판(110)의 가장자리에 대해 수평 방향으로 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는다.50 is a vertical cross-section of the color separation lens array 340 shown in FIG. 49 taken along a line C-C'. Referring to FIG. 50, the color separation lens array 340 is disposed to protrude in a horizontal direction with respect to the edge of the sensor substrate 110 and does not face any light sensing cells of the sensor substrate 110 in the vertical direction. A first region 341 and a plurality of second regions 342 may be included. Although not all shown in FIG. 50, in FIG. 50, the plurality of first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 that do not belong to any unit pattern array are all in a horizontal direction with respect to the edge of the sensor substrate 110. It is arranged to protrude and does not face any light sensing cells in the vertical direction.

도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d, 및 도 8a 내지 도 8d에서 설명한 바와 같이, 광감지셀은 연직으로 대응하는 색분리 렌즈 어레이(340)의 영역뿐만 아니라 그 영역 주변에 있는 다수의 다른 영역으로부터도 빛을 제공받는다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(340)의 가장자리를 따라 추가된 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)이 없을 경우, 센서 기판(110)의 가장자리를 따라 배열된 광감지셀들에 입사하는 빛의 광량이 작아지고 색순도도 저하될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(340)의 가장자리를 따라 추가적으로 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)을 배열함으로써, 센서 기판(110)의 가장자리를 따라 배열된 광감지셀들에도 센서 기판(110)의 내측에 배열된 광감지셀들과 동일하게 빛이 제공될 수 있다. 이러한 도 49 및 도 50에 도시된 실시예는 상술한 복수의 나노포스트들의 배열을 포함하는 색분리 렌즈 어레이에도 적용될 수 있다.As described in FIGS. 6A to 6D, 7A to 7D, and 8A to 8D, the photosensitive cell is not only a region of the color separation lens array 340 corresponding to the vertical, but also a plurality of other surrounding regions. It also receives light from the realm. Therefore, in the absence of the first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 added along the edge of the color separation lens array 340, the light sensing cells arranged along the edge of the sensor substrate 110 The amount of incident light is reduced, and color purity may also decrease. By further arranging the first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 along the edge of the color separation lens array 340, the sensor substrate ( Light may be provided in the same manner as the light sensing cells arranged on the inside of 110). 49 and 50 may also be applied to a color separation lens array including an arrangement of a plurality of nanoposts described above.

한편, 도 22에 도시된 카메라(2000)에 적용되는 경우, 입사광의 주광선 각도를 고려하여 색분리 렌즈 어레이의 복수의 단위 패턴 어레이들의 형태를 다르게 설계할 수 있다. 예를 들어, 도 51은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 복수의 단위 패턴 어레이들의 배치를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 51을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(350)는 이미지 센서 상의 위치에 따라 상이한 패을 갖는 복수의 상이한 단위 패턴 어레이(350a~350i)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 패턴 어레이(350a~350i)들이 배치된 이미지 센서 상의 위치에 입사하는 입사광의 주광선 각도를 고려하여 상술한 최적화 알고리즘을 통해 각각의 단위 패턴 어레이(350a~350i)의 제1 영역 내지 제4 영역의 패턴을 결정할 수 있다. 이미지 센서의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도가 0도이고 이미지 센서의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도가 커지는 경우, 단위 패턴 어레이(350a~350i)의 제1 영역 내지 제4 영역의 패턴은 이미지 센서의 중심부에 배치된 단위 패턴 어레이(350e)로부터 이미지 센서의 가장자리에 배치된 단위 패턴 어레이(350a, 350b, 350c, 350d, 350f, 350g, 350h, 350i)들을 향해 가면서 점진적으로 변화할 수 있다.Meanwhile, when applied to the camera 2000 illustrated in FIG. 22, the shape of the plurality of unit pattern arrays of the color separation lens array may be designed differently in consideration of the principal ray angle of incident light. For example, FIG. 51 is a plan view illustrating an exemplary arrangement of a plurality of unit pattern arrays of a color separation lens array according to another exemplary embodiment. Referring to FIG. 51, the color separation lens array 350 may include a plurality of different unit pattern arrays 350a to 350i having different tiles according to positions on the image sensor. For example, the first region of each of the unit pattern arrays 350a to 350i through the above-described optimization algorithm in consideration of the principal ray angle of incident light incident on the image sensor on which the unit pattern arrays 350a to 350i are disposed. The pattern of the fourth area may be determined. When the principal ray angle of light incident on the center of the image sensor is 0 degrees and the principal ray angle of the incident light increases toward the edge of the image sensor, the patterns of the first to fourth regions of the unit pattern arrays 350a to 350i are the image sensor. It may change gradually from the unit pattern array 350e disposed at the center of the image sensor toward the unit pattern arrays 350a, 350b, 350c, 350d, 350f, 350g, 350h, and 350i disposed at the edge of the image sensor.

또한, 이미지 센서 상의 위치에 따라 달라지는 입사광의 주광선 각도의 변화에 관계 없이 일정한 색분리 효율을 얻기 위하여, 2개의 상이한 색분리 렌즈 어레이를 2층 구조로 적층할 수도 있다. 예를 들어, 도 52는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 도 52를 참조하면, 이미지 센서의 화소 어레이(1100f)는 스페이서층(120) 위에 배치된 제1 색분리 렌즈 어레이(360) 및 제1 색분리 렌즈 어레이(360) 위에 배치된 제2 색분리 렌즈 어레이(370)를 포함할 수 있다.In addition, two different color separation lens arrays may be stacked in a two-layer structure in order to obtain a constant color separation efficiency regardless of a change in the main ray angle of incident light that varies depending on the position on the image sensor. For example, FIG. 52 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment. Referring to FIG. 52, the pixel array 1100f of the image sensor includes a first color separation lens array 360 disposed on the spacer layer 120 and a second color separation lens disposed on the first color separation lens array 360. An array 370 may be included.

제1 색분리 렌즈 어레이(360)는 연직 방향을 따라 제1 광감지셀(111)과 마주하여 배치되는 제1 영역(361) 및 연직 방향을 따라 제2 광감지셀(112)과 마주하여 배치되는 제2 영역(362)을 포함할 수 있다. 도 52의 단면도에는 제1 영역(361)과 제2 영역(362)만이 도시되었지만, 제1 색분리 렌즈 어레이(360)는 다른 단면 위치에서 제3 영역과 제4 영역를 더 포함할 수 있다. 제2 색분리 렌즈 어레이(370)는 연직 방향을 따라 제1 광감지셀(111)과 마주하여 배치되는 제1 영역(371) 및 연직 방향을 따라 제 2 광감지셀(112)과 마주하여 배치되는 제2 영역(372)을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 제1 영역(361)과 제2 영역(362)은 각각 연직 방향을 따라 제2 색분리 렌즈 어레이(370)의 제1 영역(371)과 제2 영역(372)에 마주하여 배치될 수 있다. 또한, 제2 색분리 렌즈 어레이(370)도 역시 제3 영역과 제4 영역를 더 포함할 수 있다.The first color separation lens array 360 is disposed to face the first region 361 and the second photosensitive cell 112 along the vertical direction to face the first photosensitive cell 111 A second area 362 may be included. Although only the first region 361 and the second region 362 are shown in the cross-sectional view of FIG. 52, the first color separation lens array 360 may further include a third region and a fourth region at different cross-sectional positions. The second color separation lens array 370 is disposed to face the first region 371 and the second light sensing cell 112 along the vertical direction to face the first light sensing cell 111. The second area 372 may be included. Accordingly, the first region 361 and the second region 362 of the first color separation lens array 360 are respectively formed in the first region 371 and the second region of the second color separation lens array 370 along a vertical direction. It may be disposed facing the region 372. In addition, the second color separation lens array 370 may also further include a third region and a fourth region.

제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 제1 영역(361)과 제2 영역(362)은 서로 다른 형태의 패턴을 가질 수 있으며, 제2 색분리 렌즈 어레이(370)의 제1 영역(371)과 제2 영역(372)도 서로 다른 형태의 패턴을 가질 수 있다. 또한, 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 제1 영역(361)은 제2 색분리 렌즈 어레이(370)의 제1 영역(371) 및 제2 영역(372)과 다른 형태의 패턴을 가지며, 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 제2 영역(362)는 제2 색분리 렌즈 어레이(370)의 제1 영역(371) 및 제2 영역(372)와 다른 형태의 패턴을 가질 수 있다.The first area 361 and the second area 362 of the first color separation lens array 360 may have different patterns, and the first area 371 of the second color separation lens array 370 The and second regions 372 may also have different patterns. In addition, the first region 361 of the first color separation lens array 360 has a pattern of a different shape from the first region 371 and the second region 372 of the second color separation lens array 370, The second area 362 of the first color separation lens array 360 may have a pattern different from that of the first area 371 and the second area 372 of the second color separation lens array 370.

이러한 구조에서, 제2 색분리 렌즈 어레이(370)와 제1 색분리 렌즈 어레이(360)를 연속적으로 투과하여 센서 기판(110)에 입사하는 빛이 입사각과 관계 없이 효율적으로 색분리 되도록 제2 색분리 렌즈 어레이(370)와 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 패턴을 설계할 수 있다. 예를 들어, 제2 색분리 렌즈 어레이(370)는 이미지 센서 상의 위치에 따라 다른 형태를 가지며 입사광 진행 방향을 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 표면 법선에 거의 평행하게 변화시킬 수 있다. 이 경우, 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 패턴은 이미지 센서 상의 위치에 관계 없이 일정할 수도 있다. 또는, 제1 색분리 렌즈 어레이(360)의 패턴과 제2 색분리 렌즈 어레이(370)의 패턴은 빛이 진행하는 방향을 따라 서로 시프트될 수도 있다.In this structure, light incident on the sensor substrate 110 by successively transmitting the second color separation lens array 370 and the first color separation lens array 360 is effectively color-separated regardless of the angle of incidence. Patterns of the separation lens array 370 and the first color separation lens array 360 may be designed. For example, the second color separation lens array 370 may have a different shape according to a position on the image sensor, and may change the incident light traveling direction to be substantially parallel to the surface normal of the first color separation lens array 360. In this case, the pattern of the first color separation lens array 360 may be constant regardless of the position on the image sensor. Alternatively, the pattern of the first color separation lens array 360 and the pattern of the second color separation lens array 370 may be shifted from each other along a direction in which light travels.

상술한 실시예들에 따른 이미지 센서는 컬러 필터에 의한 광 손실이 거의 없기 때문에 화소의 크기가 작아지더라도 화소에 충분한 양의 빛을 제공할 수 있다. 따라서 수 억개 이상의 화소를 갖는 초고해상도 초소형 고감도 이미지 센서의 제작이 가능하다. 이러한 초고해상도 초소형 고감도 이미지 센서는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 전자 장치는, 예컨대, 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, 핸드폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 휴대용 기기, 가전제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 사물인터넷(IoT; Internet of Things), 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 일 수 있고, 이에 제한되지 않는다.Since the image sensor according to the above-described embodiments hardly loses light due to the color filter, a sufficient amount of light can be provided to the pixel even if the size of the pixel is reduced. Therefore, it is possible to manufacture an ultra-high resolution, ultra-small, high-sensitivity image sensor having hundreds of millions of pixels or more. Such an ultra-high resolution, ultra-small, high-sensitivity image sensor may be employed in various high-performance optical devices or high-performance electronic devices. For example, such electronic devices include, for example, smart phones, mobile phones, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), laptops, PCs, various portable devices, home appliances, security cameras, medical cameras, and automobiles. , Internet of Things (IoT), other mobile or non-mobile computing devices, but is not limited thereto.

도 53은 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 전자 장치는 이미지 센서(1000), 프로세서(2200), 메모리(2300), 디스플레이(2400) 및 버스(2500)를 포함한다. 이미지 센서(1000)는 프로세서(2200)의 제어에 따라 외부의 피사체에 대한 영상 정보를 획득하여 프로세서(2200)에 제공한다. 프로세서(2200)는 이미지 센서(1000)로부터 제공된 영상 정보를 버스(2500)를 통하여 메모리(2300)에 저장하고, 메모리(2300)에 저장된 영상 정보를 디스플레이(2400)로 출력하여 사용자에게 표시할 수 있다. 또한, 프로세서(2200)는 이미지 센서(1000)로부터 제공된 영상 정보에 대해 다양한 영상 처리를 수행할 수도 있다.53 is a schematic block diagram of an electronic device including an image sensor according to embodiments. The electronic device includes an image sensor 1000, a processor 2200, a memory 2300, a display 2400, and a bus 2500. The image sensor 1000 acquires image information on an external subject under the control of the processor 2200 and provides it to the processor 2200. The processor 2200 may store the image information provided from the image sensor 1000 in the memory 2300 through the bus 2500, and output the image information stored in the memory 2300 to the display 2400 to be displayed to the user. have. Also, the processor 2200 may perform various image processing on image information provided from the image sensor 1000.

도 54 내지 도 64는 실시예들에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치의 다양한 예를 보인다.54 to 64 show various examples of electronic devices to which an image sensor according to embodiments is applied.

실시예들에 따른 이미지 센서는 영상 촬영 기능을 구비하고 있는 다양한 멀티미디어 장치들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 도 54에 도시된 카메라(2000)에 적용될 수 있다. 카메라(2000)는 디지털 카메라 또는 디지털 캠코더일 수 있다.The image sensor according to the embodiments may be applied to various multimedia devices having an image capturing function. For example, the image sensor may be applied to the camera 2000 shown in FIG. 54. The camera 2000 may be a digital camera or a digital camcorder.

도 55를 참조하면, 카메라(2000)는 촬상부(2100), 이미지 센서(1000), 및 프로세서(2200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 55, the camera 2000 may include an imaging unit 2100, an image sensor 1000, and a processor 2200.

촬상부(2100)는 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성한다. 촬상부(2100)는 대물렌즈(2010), 렌즈 구동부(2120), 조리개(2130), 및 조리개 구동부(2140)를 포함할 수 있다. 도 55에는 편의상 하나의 렌즈만이 대표적으로 표시되었으나, 실제로 대물렌즈(2010)는 크기와 형태가 각기 다른 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 렌즈 구동부(2120)는 프로세서(2200)와 초점 검출에 관한 정보를 통신할 수 있고, 프로세서(2200)에서 제공된 제어 신호에 따라 대물렌즈(2010)의 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 구동부(1120)는 대물렌즈(2010)를 이동시켜 대물렌즈(2010)와 피사체(OBJ) 사이의 거리를 조절하거나, 대물렌즈(2010) 내의 개별 렌즈들의 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 구동부(2120)가 대물렌즈(2010)를 구동시킴으로써 피사체(OBJ)에 대한 초점이 조절될 수 있다. 이러한 카메라(2000)는 자동 초점 기능을 구비할 수 있다.The imaging unit 2100 forms an optical image by focusing light reflected from the subject OBJ. The imaging unit 2100 may include an objective lens 2010, a lens driving unit 2120, a diaphragm 2130, and a diaphragm driving unit 2140. In FIG. 55, only one lens is representatively displayed for convenience, but the objective lens 2010 may actually include a plurality of lenses having different sizes and shapes. The lens driver 2120 may communicate information on focus detection with the processor 2200 and may adjust the position of the objective lens 2010 according to a control signal provided from the processor 2200. The lens driver 1120 may move the objective lens 2010 to adjust the distance between the objective lens 2010 and the object OBJ, or may adjust the positions of individual lenses in the objective lens 2010. The focus on the subject OBJ may be adjusted by the lens driver 2120 driving the objective lens 2010. The camera 2000 may have an auto focus function.

조리개 구동부(2140)는 프로세서(2200)와 광량에 관한 정보를 통신할 수 있고, 프로세서(2200)에서 제공된 제어 신호에 따라 조리개(2130)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 조리개 구동부(2140)는 대물렌즈(2010)를 통해 카메라(2000) 내부에 들어오는 빛의 양에 따라 조리개(2130)의 구경을 증가시키거나 감소시킬 수 있으며, 조리개(2130)의 개방 시간을 조절할 수 있다.The iris driver 2140 may communicate information on the amount of light with the processor 2200 and may adjust the iris 2130 according to a control signal provided from the processor 2200. For example, the aperture driver 2140 may increase or decrease the aperture of the aperture 2130 according to the amount of light entering the camera 2000 through the objective lens 2010, and the aperture 2130 may be opened. You can adjust the time.

이미지 센서(1000)는 입사되는 광의 세기를 기초로 전기적인 이미지 신호를 생성할 수 있다. 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 비록 도 55에는 도시되지 않았지만, 이미지 센서(1000)는 도 1에 도시된 로우 디코더를 더 포함할 수 있다. 대물렌즈(2010) 및 조리개(2130)를 투과한 빛은 화소 어레이(1100)의 수광면에 피사체(OBJ)의 상을 결상할 수 있다. 화소 어레이(1100)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CCD 또는 CMOS일 수 있다. 화소 어레이(1100)는 AF 기능 또는 거리 측정 기능을 수행하기 위한 추가적인 화소들을 포함할 수 있다. 또한, 화소 어레이(1100)는 상술한 색분리 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.The image sensor 1000 may generate an electrical image signal based on the intensity of incident light. The image sensor 1000 may include a pixel array 1100, a timing controller 1010, and an output circuit 1030. Although not shown in FIG. 55, the image sensor 1000 may further include a row decoder shown in FIG. 1. Light transmitted through the objective lens 2010 and the aperture 2130 may form an image of the object OBJ on the light-receiving surface of the pixel array 1100. The pixel array 1100 may be a CCD or CMOS that converts optical signals into electrical signals. The pixel array 1100 may include additional pixels for performing an AF function or a distance measurement function. Also, the pixel array 1100 may include the above-described color separation lens array.

프로세서(2200)는 카메라(2000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며 영상 처리 기능을 구비할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(2200)는 렌즈 구동부(2120), 조리개 구동부(2140), 타이밍 컨트롤러(1010) 등에 각 구성 요소의 동작을 위한 제어 신호를 제공할 수 있다.The processor 2200 may control the overall operation of the camera 2000 and may have an image processing function. For example, the processor 2200 may provide a control signal for the operation of each component to the lens driver 2120, the aperture driver 2140, the timing controller 1010, and the like.

실시예들에 따른 이미지 센서는 도 56에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(3000), 도 57에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(3100), 도 58에 도시된 노트북 컴퓨터(3200), 도 59에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(3300) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(3000) 또는 스마트 태블릿(3100)은 고해상 이미지 센서가 각각 탑재된 복수의 고해상 카메라를 포함할 수 있다. 고해상 카메라들을 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별할 수 있다.Image sensors according to embodiments are a mobile phone or smart phone 3000 shown in FIG. 56, a tablet or smart tablet 3100 shown in FIG. 57, a notebook computer 3200 shown in FIG. 58, and shown in FIG. 59 It can be applied to the TV or smart television (3300). For example, the smart phone 3000 or the smart tablet 3100 may include a plurality of high-resolution cameras each equipped with a high-resolution image sensor. Using high-resolution cameras, depth information of subjects in an image can be extracted, out-focusing of an image can be adjusted, or subjects in an image can be automatically identified.

또한, 이미지 센서는 도 60에 도시된 스마트 냉장고(3400), 도 61에 도시된 보안 카메라(3500), 도 62에 도시된 로봇(3600), 또는 도 63에 도시된 의료용 카메라(3700) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(3400)는 이미지 센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 또한, 보안 카메라(3500)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(3600)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(3700)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.In addition, the image sensor is applied to the smart refrigerator 3400 shown in FIG. 60, the security camera 3500 shown in FIG. 61, the robot 3600 shown in FIG. 62, or the medical camera 3700 shown in FIG. 63. I can. For example, the smart refrigerator 3400 may automatically recognize food in the refrigerator using an image sensor, and inform the user of the existence of a specific food, the type of food stocked or released, and the like to the user through the smartphone. In addition, the security camera 3500 may provide an ultra-high resolution image, and may use high sensitivity to recognize an object or person in the image even in a dark environment. The robot 3600 may be input at a disaster or industrial site that cannot be directly accessed by humans to provide a high-resolution image. The medical camera 3700 can provide a high-resolution image for diagnosis or surgery, and can dynamically adjust a field of view.

또한, 이미지 센서는 도 64에 도시된 바와 같이 차량(3800)에 적용될 수 있다. 차량(3800)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(3810, 3820, 3830, 3840)를 포함할 수 있으며, 각각의 차량용 카메라(3810, 3820, 3830, 3840)는 실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 차량(3800)은 복수의 차량용 카메라(3810, 3820, 3830, 3840)를 이용하여 차량(3800) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.Also, the image sensor may be applied to the vehicle 3800 as shown in FIG. 64. The vehicle 3800 may include a plurality of vehicle cameras 3810, 3820, 3830, and 3840 arranged at various locations, and each vehicle camera 3810, 3820, 3830, and 3840 uses an image sensor according to an embodiment. Can include. The vehicle 3800 may provide a variety of information about the interior or surroundings of the vehicle 3800 to the driver using a plurality of vehicle cameras 3810, 3820, 3830, and 3840, and automatically recognizes objects or people in the image. It can provide information necessary for autonomous driving.

상술한 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The image sensor having the above-described color separation lens array and the electronic device including the same have been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only exemplary, and various modifications thereof are made to those of ordinary skill in the art. And it will be appreciated that other equivalent embodiments are possible. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the rights is indicated in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the rights.

105.....컬러 필터
110.....센서 기판
111, 112, 113, 114.....광감지셀
120.....스페이서층
121.....유전체층
130, 140, 150, 160, 170.....색분리 렌즈 어레이
131, 141, 151, 161, 171.....제1 영역
132, 142, 152, 162, 172.....제2 영역
133, 143, 153, 163, 173.....제3 영역
134, 144, 154, 164, 174.....제4 영역
1000.....이미지 센서
1010.....타이밍 컨트롤러
1020.....로우 디코더
1030.....출력 회로
1100.....화소 어레이
105.....color filter
110.....sensor board
111, 112, 113, 114.....light sensing cell
120.....spacer layer
121.....dielectric layer
130, 140, 150, 160, 170.....color-separated lens array
131, 141, 151, 161, 171.....First area
132, 142, 152, 162, 172.....Second area
133, 143, 153, 163, 173.....3rd area
134, 144, 154, 164, 174.....4th area
1000.....image sensor
1010.....Timing controller
1020.....low decoder
1030.....output circuit
1100.....pixel array

Claims (29)

광을 감지하는 복수의 제1 광감지셀 및 복수의 제2 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및
상기 복수의 제1 광감지셀에 각각 대응하며 제1 미소 구조를 갖는 복수의 제1 영역, 및 상기 복수의 제2 광감지셀에 각각 대응하며 상기 제1 미소 구조와 상이한 제2 미소 구조를 갖는 복수의 제2 영역을 구비하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며,
상기 제1 미소 구조와 제2 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장의 광과 제2 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 각각 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 통과한 위치에서 형성시키고,
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에서 상기 제1 영역 및 제2 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀의 위치와 일치하며, 상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 영역 및 제2 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 대해서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부 방향을 향해 시프트 되어 있는, 이미지 센서.
A sensor substrate including a plurality of first light sensing cells and a plurality of second light sensing cells for sensing light: And
A plurality of first regions each corresponding to the plurality of first light sensing cells and having a first microstructure, and each corresponding to the plurality of second light sensing cells and having a second microstructure different from the first microstructure. Including; a color separation lens array having a plurality of second regions,
In the first microstructure and the second microstructure, light having a first wavelength and light having a second wavelength different from among incident light incident on the color separation lens array are diverged in different directions, respectively. 2 A phase distribution condensed by the light sensing cell is formed at a position passing through the first region and the second region,
The positions of the first and second regions in the center of the color separation lens array coincide with the positions of the first and second light sensing cells respectively corresponding thereto, and the first region and the second region are located at the periphery of the color separation lens array. The positions of the first region and the second region are shifted toward the center of the color separation lens array with respect to the first and second light sensing cells corresponding thereto, respectively.
제1 항에 있어서,
상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 영역 및 제2 영역이 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 대해서 시프트되는 정도는 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 멀어질수록 더 커지는, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The degree to which the first region and the second region at the periphery of the color separation lens array are shifted with respect to the corresponding first and second light sensing cells, respectively, increases as the distance from the center of the color separation lens array increases. Growing, image sensor.
제1 항에 있어서,
상기 제1 영역 및 제2 영역이 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 대해서 시프트되는 거리 s는
Figure pat00008
를 만족하며, 여기서 d는 상기 색분리 렌즈 어레이의 하부 표면과 상기 센서 기판의 상부 표면 사이의 최단 직선 거리이고, CRA’는 상기 센서 기판에 입사하는 빛의 입사각인, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The distance s at which the first and second regions are shifted with respect to the corresponding first and second photosensitive cells, respectively, is
Figure pat00008
Wherein d is the shortest linear distance between the lower surface of the color separation lens array and the upper surface of the sensor substrate, and CRA′ is the incident angle of light incident on the sensor substrate.
제1 항에 있어서,
상기 제1 미소 구조와 제2 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에서 2Nπ, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서 (2N-1)π의 위상 분포를 형성하며, N은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서.
The method of claim 1,
In the first and second microstructures, at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a first wavelength is 2Nπ at the center of the first photosensitive cell, and at the center of the second photosensitive cell. An image sensor that forms a phase distribution of (2N-1)π, where N is an integer greater than 0.
제4 항에 있어서,
상기 제1 미소 구조와 제2 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에서 (2M-1)π, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서는 2Mπ의 위상 분포를 형성하며, M은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서.
The method of claim 4,
In the first microstructure and the second microstructure, at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a second wavelength is (2M-1)π at the center of the first light sensing cell, and the second light An image sensor that forms a phase distribution of 2Mπ in the center of the sensing cell, and M is an integer greater than 0.
제1 항에 있어서,
상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치되어 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 거리를 형성하는 스페이서층을 더 포함하는, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The image sensor further comprising a spacer layer disposed between the sensor substrate and the color separation lens array to form a distance between the sensor substrate and the color separation lens array.
제6 항에 있어서,
상기 스페이서층의 이론 두께를 ht, 상기 제1 광감지셀과 제2 광감지셀 각각의 피치를 p라고 할 때, 상기 스페이서층의 두께 h는 ht - p ≤ h ≤ ht - p이고,
상기 스페이서층의 이론 두께는 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 입사광의 파장 대역의 중심 파장에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 초점 거리인, 이미지 센서.
The method of claim 6,
When the theoretical thickness of the spacer layer is h t , and the pitch of each of the first and second light sensing cells is p, the thickness h of the spacer layer is h t -p ≤ h ≤ h t -p ,
The theoretical thickness of the spacer layer is a focal length of the color separation lens array at a center wavelength of a wavelength band of incident light color-separated by the color separation lens array.
제 7 항에 있어서,
상기 스페이서층의 굴절률을 n, 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 광의 파장 대역의 중심파장을 λ0 라 할 때, 상기 스페이서층의 이론 두께 ht는 다음 식
Figure pat00009
으로 표현되는, 이미지 센서.
The method of claim 7,
When the refractive index of the spacer layer is n and the center wavelength of the wavelength band of light color-separated by the color separation lens array is λ 0 , the theoretical thickness h t of the spacer layer is the following equation:
Figure pat00009
Represented as, the image sensor.
제1 항에 있어서,
상기 센서 기판은 광을 감지하는 복수의 제3 광감지셀 및 복수의 제4 광감지셀을 더 포함하며,
상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 복수의 제3 광감지셀에 각각 대응하며 제1 및 제2 미소 구조와 상이한 제3 미소 구조를 갖는 복수의 제3 영역, 및 상기 복수의 제4 광감지셀에 각각 대응하며 상기 제1 내지 제3 미소 구조와 상이한 제4 미소 구조를 갖는 복수의 제4 영역을 포함하고,
각각의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 4개의 사분면을 따라 각각 배열되어 있는, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The sensor substrate further includes a plurality of third light sensing cells and a plurality of fourth light sensing cells for sensing light,
The color separation lens array corresponds to each of the plurality of third light sensing cells and includes a plurality of third regions having a third microstructure different from the first and second microstructures, and each of the plurality of fourth photosensitive cells. A plurality of fourth regions corresponding to and having a fourth microstructure different from the first to third microstructures,
Each of the first region, the second region, the third region, and the fourth region are each arranged along four quadrants.
제9 항에 있어서,
상기 이미지 센서의 중심부에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀의 위치와 일치하며,
상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부를 향해 시프트 되어 있는, 이미지 센서.
The method of claim 9,
Positions of the first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array in the center of the image sensor are respectively corresponding to the first light sensing cell, the second light sensing cell, and the third light. It matches the position of the sensing cell and the fourth light sensing cell,
At the periphery of the image sensor, the first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array are respectively corresponding to a first light sensing cell, a second light sensing cell, and a third light sensing cell. , And a fourth light sensing cell that is shifted toward the center of the image sensor.
제10 항에 있어서,
상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역이 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀에 대해서 시프트되는 정도는 상기 이미지 센서의 중심부로부터 멀어질수록 더 커지는, 이미지 센서.
The method of claim 10,
The first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array at the periphery of the image sensor respectively correspond to a first light sensing cell, a second light sensing cell, and a third light sensing cell. , And a degree of shifting with respect to the fourth light sensing cell increases as the distance from the center of the image sensor increases.
제9 항에 있어서,
상기 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장 내지 제3 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀과 상기 제4 광감지셀에 집광되고, 제2 파장의 광이 상기 제2 광감지셀에 집광되고, 제3 파장의 광이 상기 제3 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 내지 상기 제4 영역을 통과한 위치에서 형성하는, 이미지 센서.
The method of claim 9,
In the first to fourth microstructures, light having different first wavelengths to third wavelengths among incident light incident on the color separation lens array is diverged in different directions, so that light of the first wavelength is converted into the first light. The first phase distribution in which light of a sensing cell and the fourth light sensing cell is condensed, light of a second wavelength is condensed on the second light sensing cell, and light of a third wavelength is condensed to the third light sensing cell. An image sensor formed at a position passing through the region to the fourth region.
제12 항에 있어서,
상기 제1 파장은 녹색광이고, 상기 제2 파장은 청색광이며, 상기 제3 파장은 적색광인, 이미지 센서.
The method of claim 12,
The first wavelength is green light, the second wavelength is blue light, and the third wavelength is red light.
제12 항에 있어서,
상기 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조는:
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부와 상기 제4 광감지셀의 중심부에서 2Nπ, 상기 제2 광감지셀의 중심부와 상기 제3 광감지셀의 중심부에서 (2N-1)π의 위상 분포를 형성하도록 하고,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에서 (2M-1)π, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서 2Mπ, 상기 제3 광감지셀의 중심부에서 (2M-2)π보다 크고 (2M-1)π보다 작은 위상 분포를 형성하도록 하고,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에서 (2L-1)π, 상기 제3 광감지셀의 중심부에서 2Lπ, 상기 제2 광감지셀의 중심부에서 (2L-2)π보다 크고 (2L-1)π보다 작은 위상 분포를 형성도록 하며, N, M 및 L은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서.
The method of claim 12,
The first to fourth microstructures are:
At a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a first wavelength is 2Nπ at the center of the first photo-sensing cell and the center of the fourth photo-sensing cell, and the center of the second photo-sensing cell and the third Form a phase distribution of (2N-1)π at the center of the light sensing cell,
At a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a second wavelength is (2M-1)π at the center of the first photosensitive cell and the center of the fourth photosensitive cell, 2Mπ at the center and a phase distribution larger than (2M-2)π and smaller than (2M-1)π at the center of the third light sensing cell,
At the position immediately after passing through the color separation lens array, the light of the third wavelength is (2L-1)π at the center of the first photosensitive cell and the center of the fourth photosensitive cell, 2Lπ at the center, larger than (2L-2)π and smaller than (2L-1)π at the center of the second light sensing cell, and N, M, and L are integers greater than 0.
제9 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 영역의 상기 제1 미소 구조 내지 제4 미소 구조는 복수의 나노포스트를 포함하며, 상기 제1 내지 제4 영역은 상기 나노포스트들의 형상, 크기, 배열 중 적어도 하나가 서로 다른, 이미지 센서.
The method of claim 9,
The first to fourth microstructures of the first to fourth regions include a plurality of nanoposts, and the first to fourth regions have different shapes, sizes, and arrangements of the nanoposts. , Image sensor.
제15 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 포함하는 복수의 단위 화소가 반복 배열된 화소 배열 구조를 가지며,
상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 제1 방향 및 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가지는, 이미지 센서.
The method of claim 15,
The image sensor has a pixel arrangement structure in which a plurality of unit pixels including a red pixel, a green pixel, and a blue pixel are repeatedly arranged,
The image sensor, wherein the nanoposts provided in a region corresponding to a green pixel among the first to fourth regions have different distribution rules along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction.
제16 항에 있어서,
상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 청색 화소 및 적색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 대칭적인 분포 규칙을 가지는, 이미지 센서.
The method of claim 16,
The image sensor, wherein the nanoposts provided in regions corresponding to blue pixels and red pixels among the first to fourth regions have symmetrical distribution rules along the first and second directions.
제15 항에 있어서,
상기 복수의 나노포스트 각각은 제1 나노포스트 및 상기 제1 나노포스트 위에 적층된 제2 나노포스트를 포함하며,
상기 이미지 센서의 중심부에서 상기 제2 나노포스트의 위치는 상기 제1 나노포스트의 위치와 일치하며,
상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제2 나노포스트는 상기 제1 나노포스트에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부 방향을 향해 시프트되어 있는, 이미지 센서.
The method of claim 15,
Each of the plurality of nanoposts includes a first nanopost and a second nanopost stacked on the first nanopost,
The position of the second nanopost in the center of the image sensor coincides with the position of the first nanopost,
The image sensor, in which the second nanopost is shifted toward the center of the image sensor with respect to the first nanopost in the peripheral part of the image sensor.
제18 항에 있어서,
상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제2 나노포스트가 상기 제1 나노포스트에 대해서 시프트되는 정도는 상기 이미지 센서의 중심부로부터 멀어질수록 더 커지는, 이미지 센서.
The method of claim 18,
An image sensor, wherein a degree to which the second nanopost is shifted with respect to the first nanopost in a peripheral portion of the image sensor increases as the distance from the center of the image sensor increases.
제15 항에 있어서,
상기 복수의 나노포스트 각각은 제1 나노포스트, 상기 제1 나노포스트 위에 적층된 제2 나노포스트, 및 상기 제2 나노포스트 위에 적층된 제3 나노포스트를 포함하며,
상기 이미지 센서의 중심부에서 상기 제2 나노포스트의 위치 및 상기 제3 나노포스트의 위치는 상기 제1 나노포스트의 위치와 일치하며,
상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제2 나노포스트는 상기 제1 나노포스트에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부 방향을 향해 시프트되어 있고, 상기 제3 나노포스트는 상기 제2 나노포스트에 대해서 상기 이미지 센서의 중심부 방향을 향해 시프트되어 있는, 이미지 센서.
The method of claim 15,
Each of the plurality of nanoposts includes a first nanopost, a second nanopost stacked on the first nanopost, and a third nanopost stacked on the second nanopost,
The position of the second nanopost and the position of the third nanopost in the center of the image sensor coincide with the position of the first nanopost,
At the periphery of the image sensor, the second nanopost is shifted toward the center of the image sensor with respect to the first nanopost, and the third nanopost is toward the center of the image sensor with respect to the second nanopost. The image sensor, which is shifted towards the.
제15 항에 있어서,
상기 이미지 센서의 주변부에서 상기 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역 중에서 어느 한 영역 내에 배치된 나노포스트의 선폭은 상기 이미지 센서의 중심부에서 동일 영역 내의 동일 위치에 배치된 나노포스트의 선폭보다 큰, 이미지 센서.
The method of claim 15,
The line width of the nanoposts disposed in any one of the first, second, third, and fourth areas at the periphery of the image sensor is a nano-post disposed at the same location in the same area from the center of the image sensor. Image sensor, larger than the line width of the post.
제21 항에 있어서,
상기 이미지 센서의 주변부에서 나노포스트의 선폭이 w이고, 상기 이미지 센서의 중심부에서 나노포스트의 선폭이 w0일 때,
Figure pat00010
을 만족하며,
여기서 CRA는 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 빛의 입사각인, 이미지 센서.
The method of claim 21,
When the line width of the nanopost at the periphery of the image sensor is w, and the line width of the nanopost at the center of the image sensor is w 0 ,
Figure pat00010
Satisfies
Here, CRA is an incidence angle of light incident on the color separation lens array, an image sensor.
제21 항에 있어서,
상기 이미지 센서의 가장 가장자리에서 상기 나노포스트의 선폭은 상기 이미지 센서의 중심부에서의 상기 나노포스트의 선폭에 비하여 2.5% 내지 6.5% 더 큰, 이미지 센서.
The method of claim 21,
The image sensor, wherein the line width of the nanopost at the edge of the image sensor is 2.5% to 6.5% larger than the line width of the nanopost at the center of the image sensor.
제1 항에 있어서,
상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 센서 기판의 가장자리에 대해 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 상기 센서 기판의 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는 복수의 제1 영역 및 복수의 제2 영역을 더 포함하는, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The color separation lens array is disposed to protrude from the edge of the sensor substrate and further includes a plurality of first regions and a plurality of second regions that do not face any light sensing cells of the sensor substrate in a vertical direction. sensor.
제1 항에 있어서,
상기 색분리 렌즈 어레이의 전체 면적은 상기 센서 기판의 전체 면적보다 작은, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The image sensor, wherein the total area of the color separation lens array is smaller than the total area of the sensor substrate.
제1 항에 있어서,
상기 색분리 렌즈 어레이는 제1 색분리 렌즈 어레이 및 상기 제1 색분리 렌즈 어레이 위에 배치된 제2 색분리 렌즈 어레이를 포함하며,
상기 제1 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역 및 제2 영역의 제1 미소 구조 및 제2 미소 구조는 복수의 나노포스트를 포함하고, 상기 제2 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역 및 제2 영역의 제1 미소 구조 및 제2 미소 구조는 복수의 나노포스트를 포함하며, 상기 제1 색분리 렌즈 어레이의 복수의 나노포스트의 배열 형태는 상기 제2 색분리 렌즈 어레이의 복수의 나노포스트의 배열 형태와 상이한, 이미지 센서.
The method of claim 1,
The color separation lens array includes a first color separation lens array and a second color separation lens array disposed on the first color separation lens array,
The first and second microstructures of the first region and the second region of the first color separation lens array include a plurality of nanoposts, and the first region and the second region of the second color separation lens array The first microstructure and the second microstructure include a plurality of nanoposts, and the arrangement of the plurality of nanoposts of the first color separation lens array corresponds to the arrangement of the plurality of nanoposts of the second color separation lens array. Different, image sensor.
광을 감지하는 복수의 제1 광감지셀 및 복수의 제2 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및
제1 굴절률을 가지며 제1 패턴을 형성하는 제1 유전체 및 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 가지며 상기 제1 패턴의 제1 유전체 사이에 채워진 제2 유전체를 구비하며 상기 복수의 제1 광감지셀에 각각 대응하는 복수의 제1 영역, 및 제1 굴절률을 가지며 제1 패턴과 상이한 제2 패턴을 형성하는 제1 유전체 및 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 가지며 상기 제2 패턴의 제1 유전체 사이에 채워진 제2 유전체를 구비하며 상기 복수의 제2 광감지셀에 각각 대응하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며,
상기 제1 영역과 제2 영역은, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장의 광과 제2 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 각각 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 통과한 위치에서 형성시키고,
상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 제1 패턴의 형태 및 제2 패턴의 형태가 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부를 향해 가면서 점진적으로 변화하는, 이미지 센서.
A sensor substrate including a plurality of first light sensing cells and a plurality of second light sensing cells for sensing light: And
The plurality of first light sensing cells having a first dielectric having a first refractive index and forming a first pattern and a second dielectric having a second refractive index less than the first refractive index and filled between the first dielectrics of the first pattern A plurality of first regions respectively corresponding to, and a first dielectric having a first refractive index and forming a second pattern different from the first pattern, and a second dielectric having a second refractive index less than the first refractive index, and between the first dielectric of the second pattern Including; a color separation lens array having a second dielectric filled in and corresponding to each of the plurality of second light sensing cells,
In the first region and the second region, light of a first wavelength and light of a second wavelength different from among incident light incident on the color separation lens array are diverged in different directions, respectively, so that a first light sensing cell and a second light are formed. A phase distribution condensed by the sensing cell is formed at a position passing through the first region and the second region,
The image sensor, wherein the shape of the first pattern and the shape of the second pattern of the first area and the second area gradually change from the center of the color separation lens array toward the periphery of the color separation lens array.
피사체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 촬상부; 및
상기 촬상부에서 형성한 광학상을 전기적 신호로 변환하는, 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 따른 이미지 센서;를 포함하는 전자 장치.
An imaging unit that focuses the light reflected from the subject to form an optical image; And
An electronic device comprising: the image sensor according to any one of claims 1 to 27, which converts the optical image formed by the imaging unit into an electrical signal.
제28 항에 있어서,
상기 전자 장치는 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), 또는 PC(personal computer)인, 전자 장치.
The method of claim 28,
The electronic device is a smart phone, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a laptop, or a personal computer (PC).
KR1020200117777A 2019-10-23 2020-09-14 Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor KR20210048401A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20202807.2A EP3812801A1 (en) 2019-10-23 2020-10-20 Image sensor including color separating lens array and electronic device including the image sensor
CN202011135596.8A CN112701133A (en) 2019-10-23 2020-10-21 Image sensor and electronic device including the same
JP2020177398A JP2021069119A (en) 2019-10-23 2020-10-22 Image sensor including color separation lens array and electronic device including the same
US17/078,888 US11948955B2 (en) 2019-10-23 2020-10-23 Image sensor including color separating lens array and electronic device including the image sensor

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190132385 2019-10-23
KR20190132385 2019-10-23
KR20190132386 2019-10-23
KR1020190132386 2019-10-23
KR20190146210 2019-11-14
KR1020190146233 2019-11-14
KR20190146233 2019-11-14
KR1020190146210 2019-11-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210048401A true KR20210048401A (en) 2021-05-03

Family

ID=75911046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200117777A KR20210048401A (en) 2019-10-23 2020-09-14 Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210048401A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230012366A (en) * 2021-07-15 2023-01-26 삼성전자주식회사 Optical sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the same
KR20230021512A (en) * 2021-08-05 2023-02-14 삼성전자주식회사 Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the same
CN115914861A (en) * 2021-09-29 2023-04-04 三星电子株式会社 Multispectral image sensor and electronic device including the same
KR20230073007A (en) * 2021-11-18 2023-05-25 삼성전자주식회사 Image sensor, method of manufacturing the same, and electronic device including the image sensor
CN116913937A (en) * 2023-08-25 2023-10-20 浙桂(杭州)半导体科技有限责任公司 Image sensing device and optical regulation method thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230012366A (en) * 2021-07-15 2023-01-26 삼성전자주식회사 Optical sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the same
KR20230021512A (en) * 2021-08-05 2023-02-14 삼성전자주식회사 Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the same
CN115914861A (en) * 2021-09-29 2023-04-04 三星电子株式会社 Multispectral image sensor and electronic device including the same
KR20230046002A (en) * 2021-09-29 2023-04-05 삼성전자주식회사 Multispectral image sensor and electronic apparatus including the image sensor
KR20230073007A (en) * 2021-11-18 2023-05-25 삼성전자주식회사 Image sensor, method of manufacturing the same, and electronic device including the image sensor
CN116913937A (en) * 2023-08-25 2023-10-20 浙桂(杭州)半导体科技有限责任公司 Image sensing device and optical regulation method thereof
CN116913937B (en) * 2023-08-25 2023-12-22 浙桂(杭州)半导体科技有限责任公司 Image sensing device and optical regulation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11948955B2 (en) Image sensor including color separating lens array and electronic device including the image sensor
US11935148B2 (en) Apparatus and method of acquiring image by employing color separation lens array
US20210124179A1 (en) Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor
KR20210048401A (en) Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor
US11652121B2 (en) Color separation element and image sensor including the same
KR20210049670A (en) Apparatus and method for obtaining image emplying color separation element
US11664400B2 (en) Image sensor and electronic apparatus including the same
US11978748B2 (en) Image sensor including color separating lens array, including regions of different patterns, and electronic apparatus including the image sensor
US11682685B2 (en) Color separation element and image sensor including the same
KR20210048399A (en) Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor
US11855113B2 (en) Image sensor including color separating lens array and electronic device including the image sensor
US20220208822A1 (en) Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic device including the image sensor
KR20210048400A (en) Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor
KR20210048987A (en) Image sensor and electronic apparatus having the same
US20230261020A1 (en) Image sensor and electronic device including the same
US20220326415A1 (en) Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic device including the image sensor
KR20210066705A (en) Color separation element and image sensor including the same
KR20210048985A (en) Color separation element and image sensor including the same
US20240193717A1 (en) Apparatus and method of acquiring image by employing color separation lens array
KR101016898B1 (en) Spherical shape image sensor
US20220344399A1 (en) Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor
US20230115006A1 (en) Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor
KR20240002072A (en) Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the image sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination