KR20220010884A - 이미지 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는, 투과시키는 광의 파장 범위를 가변하는 가변 컬러 필터, 및 각각이 상기 가변 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다.

Description

이미지 센싱 장치{Image Sensing device}
본 발명은 다양한 파장 범위에 해당하는 광을 감지하는 이미지 센싱 장치에 관한 것이다.
이미지 센싱 장치는 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 캡쳐(capture)하는 장치이다. 최근 들어, 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 스마트폰, 디지털 카메라, 게임기기, 사물 인터넷(Internet of Things), 로봇, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센싱 장치의 수요가 증대되고 있다.
이미지 센싱 장치는 크게 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센싱 장치와, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센싱 장치로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센싱 장치는 CMOS 이미지 센싱 장치에 비해 잡음(noise)이 적고, 화질이 우수하다. 하지만, CMOS 이미지 센싱 장치는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, CMOS 이미지 센싱 장치는 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 용이하고 전력 소모가 매우 낮으며, CMOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가가 낮다. 최근에는 모바일 기기에 보다 적합한 특성으로 인하여 CMOS 이미지 센싱 장치가 많이 이용되고 있다.
본 발명의 기술적 사상은 CFA(color filter array) 없이도 컬러 이미지를 획득할 수 있는 이미지 센싱 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 문서에 개시되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는, 투과시키는 광의 파장 범위를 가변하는 가변 컬러 필터, 및 각각이 상기 가변 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 이미지 센싱 장치는, 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이가 형성되는 기판, 상기 기판의 상부에 배치되고, 투과하는 광의 파장 범위를 가변하는 가변 컬러 필터, 및 상기 가변 컬러 필터를 제어하기 위한 필터 제어 신호를 생성하여 상기 가변 컬러 필터에 인가하는 필터 드라이버를 포함할 수 있다.
본 문서에 개시되는 실시 예들에 따르면, 픽셀들마다 서로 다른 컬러의 광을 수신하도록 하는 CFA(color filter array)를 제거할 수 있어, CFA가 가진 문제점인 수신 감도 저하, 크로스토크 발생, CFA 설계/공정 난이도 증가 등을 해결할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 직접적 또는 간접적으로 파악되는 다양한 효과들이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치의 구성 중 일부를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 가변 컬러 필터의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 각 컬러 별로 가변 컬러 필터의 두께와 광의 투과도 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 가변 컬러 필터의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 두께를 갖는 가변 컬러 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제2 두께를 갖는 가변 컬러 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제3 두께를 갖는 가변 컬러 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센싱 장치(100)는 픽셀 어레이(pixel array, 110), 로우 디코더(row decoder, 120), 상관 이중 샘플러(Correlate Double Sampler; CDS, 130), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter; ADC, 140), 출력 버퍼(output buffer, 150), 컬럼 디코더(column decoder, 160), 타이밍 컨트롤러(timing controller, 170), 필터 드라이버(filter driver, 190) 및 가변 컬러 필터(color vaiable filter, 200)를 포함할 수 있다. 여기서, 이미지 센싱 장치(100)의 각 구성은 예시적인 것에 불과하며, 필요에 따라 적어도 일부의 구성이 추가되거나 생략될 수 있다.
픽셀 어레이(110)는 2차원으로 배열된 복수의 단위 픽셀들(Unit Pixels)을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들 각각은 가변 컬러 필터(200)를 투과한 광의 세기에 대응하는 픽셀 신호를 생성할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들은 적어도 2이상의 단위들이 적어도 하나의 소자를 공유하는 공유 픽셀(shared pixel) 단위로 입사광을 픽셀 신호로 변환하거나, 복수의 단위 픽셀들 각각이 입사광을 픽셀 신호로 변환할 수 있다. 픽셀 어레이(110)는 로우 디코더(120)로부터 로우 선택 신호, 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호 등을 포함하는 구동 신호를 수신할 수 있으며, 구동 신호에 의하여 픽셀 어레이(110)는 구동될 수 있다.
로우 디코더(120)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 픽셀 어레이(110)를 구동할 수 있다. 구체적으로, 로우 디코더(120)는 픽셀 어레이(110)의 적어도 하나의 로우를 선택할 수 있다. 로우 디코더(120)는 복수의 로우들 중 적어도 하나의 로우를 선택하기 위하여 로우 선택 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 로우 디코더(120)는 선택된 적어도 하나의 로우에 대응하는 픽셀들에 대해 픽셀 리셋 신호 및 전송 신호를 순차적으로 인에이블시킬 수 있다. 이에 따라, 선택된 로우의 픽셀들 각각으로부터 생성되는 아날로그 형태의 기준 신호와 영상 신호가 순차적으로 상관 이중 샘플러(130)로 전달될 수 있다. 여기서, 픽셀 고유의 리셋 노이즈(reset noise)를 나타내는 기준 신호와, 입사광의 세기를 나타내는 영상 신호는 픽셀 신호로 통칭될 수 있다.
상관 이중 샘플러(130)는 픽셀 어레이(110)로부터 복수의 컬럼 라인들 각각에 제공되는 기준 신호와 영상 신호를 순차적으로 샘플링 및 홀딩(sampling and holding)할 수 있다. 즉, 상관 이중 샘플러(130)는 픽셀 어레이(110)의 컬럼들 각각에 대응하는 기준 신호와 영상 신호의 레벨을 샘플링하고 홀딩할 수 있다.
상관 이중 샘플러(130)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 컬럼들 각각의 기준 신호와 영상 신호를 상관 이중 샘플링 신호로서 ADC(140)로 전달할 수 있다.
ADC(140)는 상관 이중 샘플러(130)로부터 출력되는 각각의 컬럼들에 대한 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. ADC(140)는 각각의 컬럼에 대한 상관 이중 샘플링 신호 및 타이밍 컨트롤러(170)로부터 제공되는 램프 신호(ramp signal)를 기반으로 카운팅 동작과 연산 동작을 수행함에 따라 각각의 컬럼에 해당하는 노이즈(예컨대, 각 픽셀 고유의 리셋 노이즈)가 제거된 디지털 형태의 영상 데이터를 생성할 수 있다.
ADC(140)는 픽셀 어레이(110)의 컬럼들 각각에 대응하는 복수의 컬럼 카운터들을 포함하고, 컬럼 카운터들을 이용하여 컬럼들 각각에 대응되는 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시켜 영상 데이터를 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따라, ADC(140)는 하나의 글로벌 카운터를 포함하고, 글로벌 카운터에서 제공되는 글로벌 코드를 이용하여 컬럼들 각각에 대응되는 상관 이중 샘플링 신호를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다.
출력 버퍼(150)는 ADC(140)에서 제공되는 각각의 컬럼 단위의 영상 데이터를 캡쳐하여 출력할 수 있다. 출력 버퍼(150)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 ADC(140)에서 출력되는 영상 데이터를 일시 저장할 수 있다. 출력 버퍼(150)는 이미지 센싱 장치(100)와 연결된 다른 장치 사이의 전송(또는 처리) 속도 차이를 보상해주는 인터페이스로서 동작할 수 있다.
컬럼 디코더(160)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 출력 버퍼(150)의 컬럼을 선택하고, 선택된 출력 버퍼(150)의 컬럼에 저장된 영상 데이터가 순차적으로 출력될 수 있다. 구체적으로, 컬럼 디코더(160)는 타이밍 컨트롤러(170)로부터 어드레스 신호를 수신할 수 있으며, 컬럼 디코더(160)는 어드레스 신호를 기반으로 컬럼 선택 신호를 생성하여 출력 버퍼(150)의 컬럼을 선택함으로써, 선택된 출력 버퍼(150)의 컬럼으로부터 영상 데이터가 출력 신호(SO)로 출력되도록 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 로우 디코더(120), ADC(140), 출력 버퍼(150), 컬럼 디코더(160) 및 필터 드라이버(190)를 제어할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(170)는 이미지 센싱 장치(100)의 각 구성의 동작에 요구되는 클럭 신호, 타이밍 컨트롤을 위한 제어 신호, 및 로우 또는 컬럼을 선택하기 위한 어드레스 신호들을 로우 디코더(120), 컬럼 디코더(160), ADC(140), 출력 버퍼(150) 및 필터 드라이버(190)에 제공할 수 있다. 실시예에 따라, 타이밍 컨트롤러(170)는 로직 제어회로(Logic control circuit), 위상 고정 루프(Phase Lock Loop, PLL) 회로, 타이밍 컨트롤 회로(timing control circuit) 및 통신 인터페이스 회로(communication interface circuit) 등을 포함할 수 있다.
필터 드라이버(190)는 타이밍 컨트롤러(170)의 제어에 따라 가변 컬러 필터(200)를 동작시키기 위한 필터 제어 신호를 생성할 수 있다. 필터 제어 신호는 미리 정해진 전압 레벨을 갖는 적어도 2 이상의 신호들을 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
가변 컬러 필터(200)는 이미지 센싱 장치(100)의 외부로부터 입사되는 입사광에서 특정 파장 범위의 광(예컨대, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow), 사이언(Cyan) 등)을 선택적으로 투과시켜 픽셀 어레이(110)로 전달할 수 있다. 가변 컬러 필터(200)가 투과시키는 광의 파장 범위는 필터 드라이버(190)로부터 수신되는 필터 제어 신호에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 가변 컬러 필터(200)는 투과하는 광의 파장 범위를 가변할 수 있으며, 필터 드라이버(190)는 필터 제어 신호를 통해 가변 컬러 필터(200)를 투과하는 광의 파장 범위를 조절할 수 있다.
가변 컬러 필터(200)에 필터 제어 신호가 인가되면, 가변 컬러 필터(200)는 필터 제어 신호에 대응되는 특정 파장 범위의 광을 픽셀 어레이(110)에 전체적으로 전달할 수 있다. 즉, 매트릭스로 배열된 복수의 단위 픽셀들이 특정 컬러 패턴(예컨대, 베이어 패턴(bayer pattern))으로 패턴화된 컬러 필터들을 통해 서로 다른 컬러의 광을 수신하는 것이 아니라, 전체적으로 서로 동일한 컬러의 광을 수신할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센싱 장치의 구성 중 일부를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 도 1에서 설명된 이미지 센싱 장치(100)의 구성 중 픽셀 어레이(110), 필터 드라이버(190) 및 가변 컬러 필터(200)가 간략히 도시되어 있다.
픽셀 어레이(110)는 기판(300)의 내부에 형성될 수 있다.
기판(300)은 서로 대향하는 상부면과 하부면을 포함하는 반도체 기판일 수 있다. 기판(300)의 하부면과 상부면은 각각 전면(front-side)과 후면(back-side)으로 정의될 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판(300)은 P형 또는 N형 벌크(bulk) 기판, P형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피택셜층(epitaxial layer)이 성장된 기판, 또는 N형 벌크 기판에 P형 또는 N형 에피택셜층이 성장된 기판일 수 있다.
기판(300) 내부에 형성되는 픽셀 어레이(110)는 매트릭스로 배열되는 복수의 단위 픽셀들을 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀들 각각은 서로 상응하는 구조 및 동작을 가질 수 있다. 하나의 단위 픽셀에 대해 설명하면, 기판(300) 내부에서 해당 단위 픽셀에 대응하는 위치에 배치되어 입사광을 광전하로 변환하기 위한 광전 변환 소자, 및 광전 변환 소자에 축적된 광전하를 광전하에 대응하는 전기 신호로 변환하기 위한 적어도 하나의 트랜지스터들(예컨대, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 소스 팔로워, 선택 트랜지스터 등)을 포함할 수 있다. 단위 픽셀은 3T(transistor) 픽셀, 4T 픽셀 또는 5T 픽셀일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 2에 도시된 픽셀 어레이(110)는 입사광을 전기 신호로 변환하는 액티브 픽셀들(active pixels)로 구성된 어레이를 의미할 수 있다. 기판(300)은 액티브 픽셀들로 구성된 픽셀 어레이(110) 이외에 다크 노이즈(dark noise) 측정을 위한 옵티컬 블랙(optical black) 픽셀들 또는 더미 픽셀들(dummy pixels)을 더 포함할 수 있다.
가변 컬러 필터(200)는 기판(300)의 상부에서 픽셀 어레이(110)에 상응하는 면적을 갖고 픽셀 어레이(110)와 오버랩되도록 배치될 수 있다. 또한, 가변 컬러 필터(200)는 기판(300)과 소정 거리 이격되도록 배치될 수 있다. 가변 컬러 필터(200)의 일면은 입사광(incident light)을 수신할 수 있고, 가변 컬러 필터(200)의 타면은 가변 컬러 필터(200)를 투과한 광을 픽셀 어레이(110)로 전달할 수 있다.
필터 드라이버(190)는 기판(300)의 일면 상에 픽셀 어레이(110)와 오버랩(overlap)되지 않도록 배치될 수 있다. 또한, 필터 드라이버(190)는 가변 컬러 필터(200)가 기판(300)과 소정 거리 이격될 수 있도록 가변 컬러 필터(200)를 양측에서 지지할 수 있다. 다른 실시예에 따라, 필터 드라이버(190)는 가변 컬러 필터(200)가 기판(300)과 소정 거리 이격될 수 있도록 평면 상에서 가변 컬러 필터(200)를 둘러싸는 형태로 배치되어 가변 컬러 필터(200)의 4면에서 지지할 수 있다.
또한, 필터 드라이버(190)는 가변 컬러 필터(200)에 필터 제어 신호를 제공할 수 있는데, 이를 위해 필터 드라이버(190)는 필터 제어 신호의 송수신을 위한 배선 구조를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 가변 컬러 필터의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 컬러 필터(200)의 단면이 도시되어 있다. 가변 컬러 필터(200)는 제1 플레이트(first plate, 210), 제2 플레이트(second plate, 220) 및 압전층(piezoelectric layer, 230)을 포함할 수 있다.
제1 플레이트(210)는 픽셀 어레이(110)의 상부에서 픽셀 어레이(110)에 상응하는 면적을 갖고 픽셀 어레이(110)와 오버랩되도록 배치되는 투명 전극층일 수 있다. 제1 플레이트(210)는 높은 광 투과율과 도전성을 갖는 물질(예컨대, GZO(Gallium Zinc Oxide), BZO(Boron Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide) 등)로 구성될 수 있다. 제1 플레이트(210)의 두께는 형태 안정성, 전도도와 광 투과율을 고려하여 적정한 두께로 결정될 수 있다. 제1 플레이트(210)는 제1 전압 신호(V1)를 수신하고, 제1 플레이트(210)의 전체 영역은 제1 전압 신호(V1)에 대응되는 전위를 가질 수 있다.
제1 플레이트(210)는 서로의 반대편에 배치되는 제1 면(212)과 제2 면(214)을 가질 수 있다.
제1 플레이트(210)의 제1 면(212)에는 반사 박막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 박막은 높은 반사율과 도전성을 갖는 은(Ag)을 포함할 수 있다.
제1 플레이트(210)의 제2 면(214)에는 반사 방지 박막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 방지 박막은 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 저굴절률 박막과 적어도 하나의 고굴절률 박막이 교번적으로 배치된 구조를 가질 수 있다.
제2 플레이트(220)는 압전층(230)의 상부에서 제1 플레이트(210)와 소정 거리(또는 압전층(230)의 두께)만큼 이격되어 배치되고, 픽셀 어레이(110)에 상응하는 면적을 갖고 픽셀 어레이(110)와 오버랩되도록 배치되는 투명 전극층일 수 있다. 제2 플레이트(220)는 높은 광 투과율과 도전성을 갖는 물질(예컨대, GZO(Gallium Zinc Oxide), BZO(Boron Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITO(Indium Tin Oxide) 등)로 구성될 수 있다. 제2 플레이트(220)의 두께는 형태 안정성, 전도도와 광 투과율을 고려하여 적정한 두께로 결정될 수 있다. 제2 플레이트(220)는 제2 전압 신호(V2)를 수신하고, 제2 플레이트(220)의 전체 영역은 제2 전압 신호(V2)에 대응되는 전위를 가질 수 있다.
상술된 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2)는 필터 드라이버(190)로부터 공급되는 필터 제어 신호에 포함될 수 있다.
제2 플레이트(220)는 서로의 반대편에 배치되는 제1 면(222)과 제2 면(224)을 가질 수 있다.
제2 플레이트(220)의 제1 면(222)에는 반사 박막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 박막은 높은 반사율과 도전성을 갖는 은(Ag)을 포함할 수 있다.
제2 플레이트(220)의 제2 면(224)에는 반사 방지 박막이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 방지 박막은 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 저굴절률 박막과 적어도 하나의 고굴절률 박막이 교번적으로 배치된 구조를 가질 수 있다.
즉, 제1 플레이트(210)의 제1 면(212)과 제2 플레이트(220)의 제1 면(222)은 서로 마주보도록 배치되고, 제1 플레이트(210)의 제2 면(214)과 제2 플레이트(220)의 제2 면(224)은 가변 컬러 필터(200)의 외부를 향해 배치될 수 있다.
제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)는 패브리-페로 간섭계(Fabry-P
Figure pat00001
rot interferometer)를 형성할 수 있다. 패브리-페로 간섭계는 높은 투과도를 갖는 두 박막들을 서로 겹쳐지도록 배치하고 두 박막들이 서로 마주보는 면에 높은 반사율을 갖는 물질을 도포한 구조를 의미하고, 패브리-페로 간섭계의 일면으로 입사하는 광에 대해 다중 간섭을 통해 특정 파장 범위에 해당하는 광에 대해 상대적으로 높은 투과율을 가질 수 있다. 이러한 특정 파장 범위는 두 박막들 간의 간격에 의해 가변될 수 있다.
따라서, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)는 서로 간의 간격에 따라 정해지는 파장 범위에 대응하는 컬러의 광을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터로 동작할 수 있다. 본 개시에서 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 각각의 두께는 변하지 않고, 압전층(230)의 두께가 가변된다고 가정하기로 하며, 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격이 변하는 것(또는 압전층(230)의 두께가 변하는 것)은 가변 컬러 필터(200)의 두께(TH)가 변하는 것과 실질적인 동일한 의미일 수 있다.
압전층(230)은 서로 대향하는 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)의 사이에서 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 각각에 부착될 수 있다.
압전층(230)은 역압전 효과를 나타낼 수 있는 압전 특성을 갖는 압전 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 역압전 효과는 물질 양단에 위치한 두 전극에 소정의 전위차를 갖는 전압이 인가되면 기계적인 변형이 발생하는 것을 의미할 수 있다.
즉, 압전층(230)의 양단에 위치한 제1 플레이트(210)에 인가되는 제1 전압 신호(V1)와, 제2 플레이트에 인가되는 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 대응하는 기계적인 변형이 압전층(230)에 발생할 수 있다. 여기서, 압전층(230)의 기계적인 변형은 압전층(230)의 두께의 증가 또는 감소를 의미할 수 있다.
압전층(230)에 포함되는 압전 물질은 압전 특성을 가지면서 투명한 물질일 수 있다. 예를 들어, 압전 물질은 보론카본 옥시나이트레이트(BCNO)일 수 있다. BCNO는 Hexagonal 판상 구조를 갖는 등방성 물질인 보론나이트라이드(BN) 물질에 탄소(Carbon)를 층간 삽입(intercalation)하여 이방성 물질로 합성될 수 있다. 이러한 이방성 물질인 BCNO에 전계를 가해지면, 분극(polarization)을 통해 압전 특성이 구현될 수 있다.
압전층(230)은 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 대응하여 달라지는 두께를 가질 수 있고, 압전층(230)의 두께에 따라 압전층(230)에 부착된 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격이 정해질 수 있다. 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격에 따라 패브리-페로 간섭계를 형성하는 가변 컬러 필터(200)가 투과시키는 광의 파장 범위(또는 컬러)가 정해질 수 있다. 따라서, 필터 드라이버(190)는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2)의 제어를 통해 가변 컬러 필터(200)가 투과시키는 광의 파장 범위(또는 컬러)를 결정할 수 있다.
도 4는 각 컬러 별로 가변 컬러 필터의 두께와 광의 투과도 간의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 레드 컬러, 그린 컬러 및 블루 컬러에 각각 대응하는 광(이하, '레드 광', '그린 광' 및 '블루 광'이라 함)에 대해, 가변 컬러 필터(200)의 두께와 해당 광의 투과도 간의 관계가 도시되어 있다.
레드 광은 적색 컬러에 대응하는 광으로서, 약 655nm의 중심 파장을 가질 수 있다. 그린 광은 녹색 컬러에 대응하는 광으로서, 약 540nm의 중심 파장을 가질 수 있다. 블루 광은 청색 컬러에 대응하는 광으로서, 약 460nm의 중심 파장을 가질 수 있다.
먼저, 가변 컬러 필터(200)가 제1 두께(TH1)를 갖는 경우, 가변 컬러 필터(200)가 레드 광에 대해 가장 높은 투과도를 가질 수 있다. 즉, 이 경우 가변 컬러 필터(200)는 레드 컬러 필터로 동작할 수 있다.
다음으로, 가변 컬러 필터(200)가 제2 두께(TH2)를 갖는 경우, 가변 컬러 필터(200)가 그린 광에 대해 가장 높은 투과도를 가질 수 있다. 즉, 이 경우 가변 컬러 필터(200)는 그린 컬러 필터로 동작할 수 있다.
마지막으로, 가변 컬러 필터(200)가 제3 두께(TH3)를 갖는 경우, 가변 컬러 필터(200)가 블루 광에 대해 가장 높은 투과도를 가질 수 있다. 즉, 이 경우 가변 컬러 필터(200)는 블루 컬러 필터로 동작할 수 있다.
제1 두께(TH1) 내지 제3 두께(TH3)는 가변 컬러 필터(200)를 구성하는 물질 및 구조에 따라 달라질 수 있으며, 가변 컬러 필터(200)의 물질 및 구조에 대해 실험적으로 결정될 수 있다. 또한, 제1 두께(TH1)는 제2 두께(TH2)보다 크고, 제2 두께(TH2)는 제3 두께(TH3)보다 클 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 가변 컬러 필터의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 컬러 필터(200')의 단면이 도시되어 있다. 가변 컬러 필터(200')는 제1 플레이트(210), 제2 플레이트(220), 압전층(230) 및 광학 분리막(240)을 포함할 수 있다. 가변 컬러 필터(200')에 포함된 제1 플레이트(210), 제2 플레이트(220) 및 압전층(230)의 구조와 기능은, 도 3에서 설명된 제1 플레이트(210), 제2 플레이트(220) 및 압전층(230)의 구조와 기능과 실질적으로 동일한 바, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 5에는 설명의 편의상 3개의 픽셀들(PX1~PX3)에 대응하는 영역만이 도시되어 있으나, 가변 컬러 필터(200')는 픽셀 어레이(110)에 포함된 복수의 픽셀들에 대응하도록 형성될 수 있음은 당연하다.
광학 분리막(240)은 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220)의 사이에서 서로 인접하는 픽셀들의 경계를 따라 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 제1 픽셀(PX1)과 제2 픽셀(PX2)의 경계를 따라, 그리고 서로 인접하는 제1 픽셀(PX1)과 제3 픽셀(PX3)의 경계를 따라 각각 광학 분리막(240)이 배치될 수 있다. 이로 인해, 픽셀 어레이(110)의 로우 방향 또는 컬럼 방향을 따라, 압전층(230)과 광학 분리막(240)은 교번적으로 배치될 수 있다.
광학 분리막(240)은 평면상에서 매트릭스로 배열된 복수의 픽셀들의 경계들을 따라 배치되도록 메쉬(mesh) 구조를 가질 수 있다.
광학 분리막(240)은 압전층(230)과 동일한 두께(또는 높이)를 가질 수 있고, 각 픽셀의 수광 효율을 높이면서도 서로 인접하는 픽셀들 간의 크로스토크(crosstalk)를 최소화할 수 있도록 실험적으로 결정된 폭을 가질 수 있다.
광학 분리막(240)은 압전층(230)과 마찬가지로 역압전 효과를 나타낼 수 있는 압전 특성을 갖는 압전 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 광학 분리막(240)은 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 대응하여 압전층(230)과 실질적으로 동일한 두께 변화를 가질 수 있다. 즉, 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 대해, 압전층(230)과 광학 분리막(240)은 상응하는 기계적인 변형을 가질 수 있어, 압전층(230)과 광학 분리막(240) 간의 기계적인 틀어짐 또는 분리 현상이 방지될 수 있다.
또한, 광학 분리막(240)은 어느 한 픽셀에 대응하여 압전층(230)으로 입사된 광이 다른 픽셀로 이동하는 것을 차단할 수 있어, 서로 인접하는 픽셀들(예컨대, PX1과 PX2) 간의 광학적 크로스토크를 방지할 수 있다. 예를 들어, 제1 픽셀(PX1)에 대응하는 압전층(230)으로 입사된 광은 패브리-페로 간섭계를 형성하는 가변 컬러 필터(200')의 구조로 인해 다중 간섭을 일으키는 과정에서 다른 픽셀(PX2 또는 PX3)에 대응하는 압전층(230)으로 이동할 수 있다. 그러나, 광학 분리막(240)은 다중 간섭을 일으키는 광이 다른 픽셀(PX2 또는 PX3)에 대응하는 압전층(230)으로 이동하는 것을 차단할 수 있다.
이를 위해, 광학 분리막(240)은 압전 물질에 비해 굴절률이 낮은 물질을 포함하거나, 압전층(230)과 접하는 영역에 반사율이 높은 물질이 도포되거나, 광 흡수율이 높은 물질을 포함할 수 있다.
도 6은 제1 두께를 갖는 가변 컬러 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 기판(300)의 상부에 배치된 가변 컬러 필터(200)가 제1 두께(TH1)를 갖는 경우가 도시되어 있다. 도 6 내지 도 8에서는 가변 컬러 필터(200)가 기판(300)의 상부에 배치되는 실시예에 대해 설명되나, 가변 컬러 필터(200')가 기판(300)의 상부에 배치되는 실시예에 대해서도 마찬가지의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 또한, 설명의 편의상 서로 인접하는 두 픽셀들과 이에 대응하는 가변 컬러 필터(200)만이 도시되어 있으나, 픽셀 어레이(110)의 다른 픽셀들에 대해서도 마찬가지의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
기판(300)은 웰 영역(310), 광전 변환 소자(320) 및 소자 분리막(330)을 포함할 수 있다.
웰 영역(310)은 기판(300) 내부에 형성되는 소자들 간의 분리 또는 PN 접합을 제공할 수 있다. 웰 영역(310)은 P형 또는 N형 에피택셜층일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다.
광전 변환 소자(320)는 각 픽셀마다 독립적으로 형성될 수 있고, 입사광의 세기에 대응하여 광전하(photocharge)를 생성 및 축적할 수 있다. 광전 변환 소자(320)는 N형 이온을 주입하는 이온 주입(ion implantation) 공정을 통해 N형 도핑 영역으로 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 광전 변환 소자(320)는 복수의 도핑 영역들이 적층된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 하부 도핑 영역은 N+형 이온이 주입되어 형성될 수 있고, 상부 도핑 영역은 N-형 이온이 주입되어 형성될 수 있다. 광전 변환 소자(320)는 수광 효율을 나타내는 필 팩터(fill-factor)를 높이기 위해, 가능한 넓은 면적에 걸쳐 형성될 수 있다.
소자 분리막(330)은 서로 인접하는 픽셀들의 광전 변환 소자들(320) 사이의 전기적 분리 및 광학적 분리를 위해 서로 인접하는 픽셀들 사이에서 수직으로 깊게 파인 형태를 가질 수 있다. 일 실시예에 따라, 소자 분리막(330)은 DTI(deep trench isolation) 공정을 통해 수직으로 깊게 파인 구조에 웰 영역(310)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질을 주입함에 의해 형성될 수 있다.
만일 기판(300)의 상부에 가변 컬러 필터(200')가 배치될 경우, 가변 컬러 필터(200')의 광학 분리막(240)은 광학적 크로스토크 효과를 높일 수 있도록 소자 분리막(330)의 가상의 연장선을 따라 배치될 수 있다.
필터 드라이버(190)는 입사광(IL)에 포함된 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B) 중 레드 광(R)을 투과시키기 위한 제1 필터 제어 신호를 생성하여 가변 컬러 필터(200)에 인가할 수 있다.
즉, 제1 플레이트(210)는 제1 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)를 인가받고, 제2 플레이트(220)는 제1 필터 제어 신호에 대응하는 제2 전압 신호(V2)를 인가받을 수 있다.
가변 컬러 필터(200)은 제1 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 의해 정해지는 제1 두께(TH1)를 가질 수 있고, 가변 컬러 필터(200)의 제1 두께(TH1)에 따라 압전층(230)에 부착된 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격이 정해질 수 있다.
제1 두께(TH1)에 대응하는 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격에 의해, 패브리-페로 간섭계를 형성하는 가변 컬러 필터(200)가 투과시키는 광의 파장 범위는 레드 광의 파장 범위일 수 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 제1 두께(TH1)를 갖는 가변 컬러 필터(200)는 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B) 중 레드 광(R)에 대해 가장 높은 투과도를 가질 수 있어 레드 컬러 필터로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 필터 제어 신호를 수신한 가변 컬러 필터(200)는 입사광(IL) 중 레드 광(R) 이외의 광을 필터링하고, 레드 광(R)을 광전 변환 소자(320)로 전달할 수 있다.
도 7은 제2 두께를 갖는 가변 컬러 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 기판(300)의 상부에 배치된 가변 컬러 필터(200)가 제2 두께(TH2)를 갖는 경우가 도시되어 있다. 도 7은 도 6과 비교해 가변 컬러 필터(200)의 두께를 제외하고는 실질적으로 동일한 바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
필터 드라이버(190)는 입사광(IL)에 포함된 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B) 중 그린 광(G)을 투과시키기 위한 제2 필터 제어 신호를 생성하여 가변 컬러 필터(200)에 인가할 수 있다.
즉, 제1 플레이트(210)는 제2 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)를 인가받고, 제2 플레이트(220)는 제2 필터 제어 신호에 대응하는 제2 전압 신호(V2)를 인가받을 수 있다.
가변 컬러 필터(200)은 제2 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 의해 정해지는 제2 두께(TH2)를 가질 수 있고, 가변 컬러 필터(200)의 제2 두께(TH2)에 따라 압전층(230)에 부착된 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격이 정해질 수 있다. 제2 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차는 제1 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차보다 작을 수 있다.
제2 두께(TH2)에 대응하는 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격에 의해, 패브리-페로 간섭계를 형성하는 가변 컬러 필터(200)가 투과시키는 광의 파장 범위는 그린 광의 파장 범위일 수 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 제2 두께(TH2)를 갖는 가변 컬러 필터(200)는 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B) 중 그린 광(G)에 대해 가장 높은 투과도를 가질 수 있어 그린 컬러 필터로 동작할 수 있다. 따라서, 제2 필터 제어 신호를 수신한 가변 컬러 필터(200)는 입사광(IL) 중 그린 광(G) 이외의 광을 필터링하고, 그린 광(G)을 광전 변환 소자(320)로 전달할 수 있다.
도 8은 제3 두께를 갖는 가변 컬러 필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 기판(300)의 상부에 배치된 가변 컬러 필터(200)가 제3 두께(TH3)를 갖는 경우가 도시되어 있다. 도 8은 도 6과 비교해 가변 컬러 필터(200)의 두께를 제외하고는 실질적으로 동일한 바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
필터 드라이버(190)는 입사광(IL)에 포함된 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B) 중 블루 광(B)을 투과시키기 위한 제3 필터 제어 신호를 생성하여 가변 컬러 필터(200)에 인가할 수 있다.
즉, 제1 플레이트(210)는 제3 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)를 인가받고, 제2 플레이트(220)는 제3 필터 제어 신호에 대응하는 제2 전압 신호(V2)를 인가받을 수 있다.
가변 컬러 필터(200)은 제3 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차에 의해 정해지는 제3 두께(TH3)를 가질 수 있고, 가변 컬러 필터(200)의 제3 두께(TH3)에 따라 압전층(230)에 부착된 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격이 정해질 수 있다. 제3 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차는 제2 필터 제어 신호에 대응하는 제1 전압 신호(V1)와 제2 전압 신호(V2) 간의 전위차보다 작을 수 있다.
제3 두께(TH3)에 대응하는 제1 플레이트(210)와 제2 플레이트(220) 간의 간격에 의해, 패브리-페로 간섭계를 형성하는 가변 컬러 필터(200)가 투과시키는 광의 파장 범위는 블루 광의 파장 범위일 수 있다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 제3 두께(TH3)를 갖는 가변 컬러 필터(200)는 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B) 중 블루 광(B)에 대해 가장 높은 투과도를 가질 수 있어 블루 컬러 필터로 동작할 수 있다. 따라서, 제3 필터 제어 신호를 수신한 가변 컬러 필터(200)는 입사광(IL) 중 블루 광(B) 이외의 광을 필터링하고, 블루 광(G)을 광전 변환 소자(320)로 전달할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 픽셀 어레이(110)는 복수의 픽셀들(PX1~PXn; n은 2이상의 정수)을 포함할 수 있으며, 각 픽셀(PX1~PXn)에서의 동작 구간이 순차적으로 도시되어 있다.
제1 축적 구간에서, 필터 드라이버(190)는 제1 필터 제어 신호를 가변 컬러 필터(200)에 인가할 수 있고, 가변 컬러 필터(200)는 입사광(IL) 중 레드 광(R)을 각 픽셀(PX1~PXn)로 전달할 수 있다. 각 픽셀(PX1~PXn)은 레드 광(R)의 세기에 대응하는 광전하를 생성 및 축적할 수 있다.
제1 리드아웃 구간에서, 각 픽셀(PX1~PXn)은 축적된 광전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하고, 이미지 센싱 장치(100)는 복수의 픽셀들(PX1~PXn)이 생성한 픽셀 신호들에 대응하는 영상 데이터를 이미지 프로세서(미도시)로 전달할 수 있다. 제1 리드아웃 구간에서 생성된 영상 데이터는 레드 광(R)을 감지한 결과인 제1 프레임으로 정의될 수 있다. 제1 리드아웃 구간 동안, 필터 드라이버(190)는 제1 필터 제어 신호를 가변 컬러 필터(200)에 인가하지 않음으로써 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
제2 축적 구간에서, 필터 드라이버(190)는 제2 필터 제어 신호를 가변 컬러 필터(200)에 인가할 수 있고, 가변 컬러 필터(200)는 입사광(IL) 중 그린 광(G)을 각 픽셀(PX1~PXn)로 전달할 수 있다. 각 픽셀(PX1~PXn)은 그린 광(G)의 세기에 대응하는 광전하를 생성 및 축적할 수 있다.
제2 리드아웃 구간에서, 각 픽셀(PX1~PXn)은 축적된 광전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하고, 이미지 센싱 장치(100)는 복수의 픽셀들(PX1~PXn)이 생성한 픽셀 신호들에 대응하는 영상 데이터를 이미지 프로세서(미도시)로 전달할 수 있다. 제2 리드아웃 구간에서 생성된 영상 데이터는 그린 광(G)을 감지한 결과인 제2 프레임으로 정의될 수 있다. 제2 리드아웃 구간 동안, 필터 드라이버(190)는 제2 필터 제어 신호를 가변 컬러 필터(200)에 인가하지 않음으로써 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
제3 축적 구간에서, 필터 드라이버(190)는 제3 필터 제어 신호를 가변 컬러 필터(200)에 인가할 수 있고, 가변 컬러 필터(200)는 입사광(IL) 중 블루 광(B)을 각 픽셀(PX1~PXn)로 전달할 수 있다. 각 픽셀(PX1~PXn)은 블루 광(B)의 세기에 대응하는 광전하를 생성 및 축적할 수 있다.
제3 리드아웃 구간에서, 각 픽셀(PX1~PXn)은 축적된 광전하에 대응하는 픽셀 신호를 생성하고, 이미지 센싱 장치(100)는 복수의 픽셀들(PX1~PXn)이 생성한 픽셀 신호들에 대응하는 영상 데이터를 이미지 프로세서(미도시)로 전달할 수 있다. 제3 리드아웃 구간에서 생성된 영상 데이터는 블루 광(B)을 감지한 결과인 제3 프레임으로 정의될 수 있다. 제3 리드아웃 구간 동안, 필터 드라이버(190)는 제3 필터 제어 신호를 가변 컬러 필터(200)에 인가하지 않음으로써 소모 전력을 감소시킬 수 있다.
즉, 하나의 축적 구간(예컨대, 제1 축적 구간)에서 복수의 픽셀들(PX1~PXn)은 서로 동일한 파장 범위(또는 컬러)에 대응하는 광을 수신할 수 있다. 또한, 복수의 축적 구간들(예컨대, 제1 내지 제3 축적 구간)에서 각 픽셀(PX1~PXn)은 서로 다른 파장 범위(또는 컬러)에 대응하는 광을 수신할 수 있다.
이미지 프로세서(미도시)는 제1 프레임 내지 제3 프레임을 합성하여 RGB 영상 데이터를 생성할 수 있다. 베이어 패턴으로 배열된 컬러 필터 어레이를 통해 입사되는 광을 감지한 영상 데이터를 이용해 RGB 영상 데이터를 생성하는 경우, 하나의 픽셀에 대응하는 RGB 영상 데이터를 획득하기 위해서는 인접한 픽셀들의 영상 데이터를 이용한 컬러 보간(color interpolation)이 필수적이다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치(100)에 의해 생성된 영상 데이터를 이용해 RGB 영상 데이터를 생성하는 경우, 컬러 보간이 필요하지 않아 이미지 프로세서(미도시)의 연산 과정이 간소화될 수 있다. 또한, 각 픽셀(PX1~PXn)은 RGB 모두에 대한 픽셀 신호를 생성할 수 있어, 컬러 보간으로 인한 영상 데이터의 열화를 방지할 수 있다.
도 9에서는 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B)의 순서로 감지하는 예시에 대해 설명되었으나, 감지 순서는 변경될 수 있다.
또한, 본 개시에서는 가변 컬러 필터(200)가 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B)을 각각 투과할 수 있도록 제1 내지 제3 필터 제어 신호가 결정되었으나, 다른 파장 범위(예컨대, magenta, yellow, cyan)의 광을 감지할 수 있도록 필터 제어 신호가 가변 컬러 필터(200)에 인가될 수 있다.
일 실시예에 따라, 가변 컬러 필터(200)에 인가되는 필터 제어 신호의 종류는 4개 이상일 수 있다. 예를 들어, 가변 컬러 필터(200)에 인가되는 필터 제어 신호는 레드 광(R), 그린 광(G) 및 블루 광(B)을 각각 투과할 수 있도록 결정된 제1 내지 제3 필터 제어 신호 외에, 적외광(infrared light)을 투과할 수 있도록 결정된 제4 필터 제어 신호를 더 포함할 수 있다. 이때, 이미지 센서(100)가 변조 적외광을 장면(scene)으로 조사할 수 있는 광원을 포함할 경우, 이미지 센서(100)는 RGB 영상 데이터 이외에 ToF(time of flight) 방식으로 장면과의 거리를 계산할 수 있는 깊이 이미지를 더 생성할 수 있다. 따라서, 이미지 센서(100)는 3D(dimension) 이미지를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센싱 장치(100)에 의하면, 픽셀들마다 서로 다른 컬러의 광을 수신하도록 하는 CFA(color filter array)를 제거할 수 있어, CFA가 가진 문제점인 수신 감도 저하, 크로스토크 발생, CFA 설계/공정 난이도 증가 등을 해결할 수 있다.
본 개시에서는 가변 컬러 필터(200)가 패브리-페로 간섭계를 형성하는 구조를 이용해 특정 파장 범위의 광만을 투과시키는 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 입사광에 대해 특정 파장의 범위만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 임의의 구조(예를 들어, 특정 파장 범위 이외의 광에 대해서만 선택적으로 상쇄 간섭 또는 회절을 일으킬 수 있는 light blocking beam을 입사광의 진행 방향에 대해 수직 방향으로 조사하는 방식)가 이용될 수도 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 투과시키는 광의 파장 범위를 가변하는 가변 컬러 필터; 및
    각각이 상기 가변 컬러 필터를 투과한 광의 세기에 대응하는 픽셀 신호를 생성하는 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함하는 이미지 센싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 컬러 필터는,
    각각이 상기 픽셀 어레이의 상부에서 상기 픽셀 어레이와 오버랩되도록 배치되는 제1 플레이트와 제2 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 사이에, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 각각과 부착되는 압전층을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 각각은, 제1 면 및 상기 제1 면의 반대편에 배치되는 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 플레이트의 상기 제1 면과 상기 제2 플레이트의 상기 제1 면은 서로 마주보도록 배치되고,
    상기 제1 면에는 반사 박막이 형성되고,
    상기 제2 면에는 반사 방지 박막이 형성되는 이미지 센싱 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트는 패브리-페로 간섭계(Fabry-P
    Figure pat00002
    rot interferometer)를 형성하는 이미지 센싱 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 압전층은 압전 물질을 포함하는 이미지 센싱 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 플레이트에 제1 내지 제3 필터 제어 신호 각각에 대응하는 제1 전압 신호를 인가하고, 상기 제2 플레이트에 상기 제1 내지 상기 제3 필터 제어 신호 각각에 대응하는 제2 전압 신호를 인가하는 필터 드라이버를 더 포함하는 이미지 센싱 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압전층은 상기 제1 전압 신호와 상기 제2 전압 신호 간의 전위차에 대응하는 두께를 갖는 이미지 센싱 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 필터 제어 신호가 인가된 상기 가변 컬러 필터는 제1 두께를 갖고,
    상기 제2 필터 제어 신호가 인가된 상기 가변 컬러 필터는 제2 두께를 갖고,
    상기 제3 필터 제어 신호가 인가된 상기 가변 컬러 필터는 제3 두께를 갖고,
    상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 크고, 상기 제2 두께는 상기 제3 두께보다 큰 이미지 센싱 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 필터 제어 신호가 인가된 상기 가변 컬러 필터는 레드 컬러 필터로 동작하고,
    상기 제2 필터 제어 신호가 인가된 상기 가변 컬러 필터는 그린 컬러 필터로 동작하고,
    상기 제3 필터 제어 신호가 인가된 상기 가변 컬러 필터는 블루 컬러 필터로 동작하는 이미지 센싱 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 필터 제어 신호의 상기 제1 전압 신호와 상기 제2 전압 신호 간의 전위차는, 상기 제2 필터 제어 신호의 상기 제1 전압 신호와 상기 제2 전압 신호 간의 전위차보다 크고,
    상기 제2 필터 제어 신호의 상기 제1 전압 신호와 상기 제2 전압 신호 간의 전위차는, 상기 제3 필터 제어 신호의 상기 제1 전압 신호와 상기 제2 전압 신호 간의 전위차보다 큰 이미지 센싱 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 가변 컬러 필터는, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트의 사이에서 상기 픽셀 어레이의 서로 인접하는 단위 픽셀들 간의 경계를 따라 배치되는 광학 분리막을 더 포함하는 이미지 센싱 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학 분리막은 상기 서로 인접하는 단위 픽셀들 사이에 배치되는 소자 분리막의 연장선을 따라 배치되는 이미지 센싱 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    하나의 축적 구간에서 상기 복수의 단위 픽셀들은 서로 동일한 파장 범위에 대응하는 광을 수신하는 이미지 센싱 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    복수의 축적 구간들에서 상기 복수의 단위 픽셀들 각각은 서로 다른 파장 범위에 대응하는 광을 수신하는 이미지 센싱 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 가변 컬러 필터는 상기 픽셀 어레이에 상응하는 면적을 갖는 이미지 센싱 장치.
  16. 복수의 단위 픽셀들을 포함하는 픽셀 어레이가 형성되는 기판;
    상기 기판의 상부에 배치되고, 투과하는 광의 파장 범위를 가변하는 가변 컬러 필터; 및
    상기 가변 컬러 필터를 제어하기 위한 필터 제어 신호를 생성하여 상기 가변 컬러 필터에 인가하는 필터 드라이버를 포함하는 이미지 센싱 장치.
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