KR20220056101A - 분광 필터, 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치 - Google Patents

분광 필터, 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치 Download PDF

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KR20220056101A
KR20220056101A KR1020210091682A KR20210091682A KR20220056101A KR 20220056101 A KR20220056101 A KR 20220056101A KR 1020210091682 A KR1020210091682 A KR 1020210091682A KR 20210091682 A KR20210091682 A KR 20210091682A KR 20220056101 A KR20220056101 A KR 20220056101A
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filter
bragg reflective
cavity
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이재숭
김효철
박연상
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삼성전자주식회사
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Abstract

분광 필터 및 이를 포함하는 이미지 센서가 개시된다. 개시된 분광 필터는 캐비티를 포함하는 제1 공진층, 제1 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층,제1 및 제2 브래그 반사층 중 적어도 일부와 캐비티를 포함하는 제2 공진층 및 제2 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층;을 포함한다.

Description

분광 필터, 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치{Spectral filter, and image sensor and electronic device including the spectral filter}
본 개시는 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
이미지 센서분광 필터를 이용한 이미지 센서는 광학 분야에 있어서 중요한 광학 기구 중 하나이다. 종래의 이미지 센서는 다양한 광학 소자를 포함하고 있어, 부피가 크고 무거웠다. 최근에는 이미지 센서의 소형화가 요구됨에 따라 하나의 반도체 칩 상에 집적 회로 및 광학 소자를 동시에 구현하는 연구가 진행되고 있다.
예시적인 실시예들은 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 분광 필터는 캐비티를 포함하는 제1 공진층; 상기 제1 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층; 제1 및 제2 브래그 반사층 중 적어도 일부와 상기 캐비티를 포함하는 제2 공진층; 및 상기 제2 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층;을 포함한다.
그리고, 상기 제1 내지 제4 브래그 반사층 각각은, 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제4 브래그 반사층 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층은, 상기 제1 공진층을 기준으로 대칭일 수 있다.
또한, 상기 제3 및 제4 브래그 반사층은, 상기 제2 공진층을 기준으로 대칭일 수 있다.
그리고, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께는, 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께와 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께는, 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 제2 공진층은, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층의 제1 면 각각은 상기 제1 공진층과 접할 수 있다.
그리고, 상기 제1 면 각각과 대향하는 상기 제1 제1 및 제2 브래그 반사층의 제2 면 각각은 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 접할 수 있다.
또한, 상기 제2 공진층은, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만 상기 제1 공진층과 접할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 나머지 하나는 상기 제3 및 제4 브래그 반사층 중 어느 하나를 사이에 두고 상기 제1 공진층과 이격 배치될 수 있다.
또한, 상기 분광 필터를 투과하는 파의 파장은 상기 캐비티의 유효 굴절률 및 상기 캐비티의 두께 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 상기 분광 필터는, 제1 파장의 광이 투과되는 제1 유닛 필터와 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 광이 투과되는 제2 유닛 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 유효 굴절률과 상기 제2 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 유효 굴절률은 서로 다를 수 있다.
그리고, 제1 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 물질 패턴과 상기 제2 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 물질 패턴이 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되는 복수의 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터와 동일 평면 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되어 특정 파장 대역만을 투과시키는 추가 필터를 더 포함할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 이미지 센서는, 분광 필터; 및 상기 분광 필터를 투과한 광을 수광하는 화소 어레이;를 포함하고, 상기 분광 필터는, 캐비티를 포함하는 제1 공진층; 상기 제1 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층; 제1 및 제2 브래그 반사층 중 적어도 일부와 상기 캐비티를 포함하는 제2 공진층; 및 상기 제2 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층;을 포함한다.
그리고, 상기 제1 내지 제4 브래그 반사층 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께는, 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께와 서로 다를 수 있다.
그리고, 상기 제2 공진층은, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층의 제1 면 각각은 상기 제1 공진층과 접하고, 상기 제1 면 각각과 대향하는 상기 제1 제1 및 제2 브래그 반사층의 제2 면 각각은 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 접할 수 있다.
그리고, 상기 제2 공진층은, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만 상기 제1 공진층과 접할 수 있다.
그리고, 상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되는 복수의 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터와 동일 평면 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되어 특정 파장 대역만을 투과시키는 추가 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 타이밍 컨트롤러, 로우 디코더 및 출력 회로를 더 포함할 수 있다.
상술한 이미지 센서를 포함하는 전자 장치가 제공된다.
상기 전자 장치는 모바일폰, 스마트폰, 태블릿, 스마트 태블릿, 디지털 카메라, 캠코더, 노트북 검퓨터, 텔레비전, 스마트 텔레비전, 스마트 냉장고, 보안 카메라, 로봇 또는 의료용 카메라를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 의하면, 분광 필터가 캐비티를 공유하면서 반사 파장 대역이 다른 복수 개의 대역 필터를 포함함으로써 광대역 특성을 구현할 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 이상의 분광 필터를 포함하는 이미지 센서가 제공될 수 있으며, 이미지 센서를 포함하는 전자 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분광 필터에 포함된 유닛 필터를 도시한 단면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 유닛 필터를 도시한 도면이다
도 4은 다른 실시예에 따른 유닛 필터를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 서로 다른 파장의 광을 투과시키는 분광 필터를 도시한 도면이다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 추가 필터로 사용될 수 있는 분광 필터의 예시를 도시한 것이다.
도 11는 추가 필터로 사용될 수 있는 분광 필터의 다른 예를 도시한 것이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 도 1의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 예시적인 평면도이다.
도 14는 도 1의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 다른 예시적인 평면도이다.
도 15은 도 1의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 또 다른 예시적인 평면도이다.
도 16는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 17는 도 16의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 18 내지 도 27는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 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.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(10)는 분광 필터(11), 화소 어레이(12), 타이밍 컨트롤러(13), 로우 디코더(14), 및 출력 회로(15)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
분광 필터(11)는 서로 다른 파장 영역의 빛을 투과시키는 것으로 2차원으로 배열되는 복수의 유닛 필터를 포함한다. 화소 어레이(12)는 복수의 유닛 필터를 투과한 서로 다른 파장의 광을 감지하는 복수의 화소를 포함한다. 구체적으로, 화소 어레이(12)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(14)는 타이밍 컨트롤러(13)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(12)의 로우들 하나를 선택한다. 출력 회로(15)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(15)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(15)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(12) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(13), 로우 디코더(14), 및 출력 회로(15)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(15)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(13), 로우 디코더(14), 및 출력 회로(15)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다. 화소 어레이(1100)는 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함하며, 여기서 화소들의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
이하에서는 이미지 센서의 분광 필터에 대해서 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 분광 필터에 포함된 유닛 필터를 도시한 단면이다.
유닛 필터(100)은 캐비티(C), 캐비티(C)를 포함하는 제1 및 제2 대역 필터(110, 120)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 대역 필터(110, 120)는 캐비티(C)를 공유하여 캐비티(C)에서 결정된 특정 파장의 광을 투과시키고, 특정 파장과 다른 파장의 광을 차단시킬 수 있다.
제1 및 제2 대역 필터(110, 120) 각각은 특정 중심 파장을 갖는 광을 투과시키는 것으로, 2개의 반사층 사이에 공진층이 마련된 패브리-페로(Fabry-Perot) 구조를 가진다. 여기서, 반사층들의 반사 대역 및 공진층의 특성에 따라 대역 필터를 통과하는 광의 중심 파장 및 파장 대역이 결정될 수 있다.
제1 및 제2 대역 필터(110, 120)는 서로 다른 파장의 광을 차단할 수 있다. 일 실시예에 따른 유닛 필터(110)은 캐비티(C)를 공유하면서 서로 다른 파장 대역의 광을 차단하는 복수 개의 대역 필터 즉, 제1 및 제2 대역 필터(110, 120)를 포함하는 바, 광 대역의 광을 차단할 수 있다.
제1 대역 필터(110)는, 캐비티(C)를 포함하는 제1 공진층(R1), 제1 공진층(R1)을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)가 될 수 있다. 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 각각은 제1 공진층(R1)을 기준으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
제1 공진층(R1)은 캐비티(C)만을 포함하고, 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)과 접할 수 있다. 예를 들어, 제1 브래그 반사층(DBR1)은 캐비티(C)의 상면과 접할 수 있고, 제2 브래그 반사층(DBR2)은 캐비티(C)의 하면과 접할 수 있다.
캐비티(C)는 소정 굴절률을 가지는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐비티(C)(161)는 실리콘, 실리콘 산화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다.
캐비티(C)의 유효 굴절률은 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)의 굴절률보다 작은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐비티(C)는 SiO2 (굴절률=1.46)로 이루어질 수 있다. 한편, 이는 단지 예시적인 것으로, 캐비티(C)은 입사광의 파장 등과 같은 설계 조건에 따라 다른 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 소정 두께의 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)은 서로 다른 굴절률을 가지는 3개 이상의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 것도 가능하다.
제1 및 제2 물질층(161a, 161b)은 각각 예를 들면 실리콘 산화물 및 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)은 각각 예를 들면, 실리콘 산화물 및 실리콘을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)은 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다. 실리콘은 대략 3.0 이상의 굴절률을 가지고, 실리콘 산화물은 대략 1.4~1.5 정도의 굴절률을 가지며, 티타늄 산화물은 대략 1.9~3.0 정도의 굴절률을 가질 수 있다.
광이 제1 브래그 반사층(DBR1)을 투과하여 제1 공진층(R1)로 입사되면 광은 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 사이에서 제1 공진층(R1) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 제1 대역 필터(110)의 외부로 출사된다.
한편, 일 실시예에 따른 유닛 필터(100)은, 제1 대역 필터(110)의 캐비티(C)를 공유하는 제2 대역 필터(120)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 대역 필터(120)는 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 중 적어도 일부와 캐비티(C)를 포함하는 제2 공진층(R2) 및 제2 공진층(R2)을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)을 포함할 수 있다.
제2 공진층(R2)은 제1 대역 필터(110)의 캐비티(C)를 포함하며, 제1 대역 필터(110)의 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 공진층(R2)은 캐비티(C), 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)을 포함할 수 있다.
제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4) 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)가 될 수 있다. 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)은 제2 공진층(R2)을 기준으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 소정 두께의 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)은 서로 다른 굴절률을 가지는 3개 이상의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 것도 가능하다.
제3 및 제4 물질층(171a, 171b)은 각각 예를 들면, 전술한 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다, 예를 들면, 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)은 각각 실리콘 산화물 및 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)은 각각 예를 들면, 실리콘 산화물 및 실리콘을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)은 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
제2 대역 필터(120)는 제1 대역 필터(110)의 반사 파장 대역과 다른 반사 파장 대역을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 대역 필터(120)는 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)을 포함하고, 제3 및 제2 물질층의 물질 및 두께 중 적어도 하나는 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)의 물질 및 두께와 다를 수 있다. 예를 들어, 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)이 각각 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)과 동일한 경우에는 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)은 각각 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)과 다른 두께를 가질 수 있다.
하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)이 각각 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)과 다른 물질을 포함하는 것도 가능하다. 이 경우, 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)은 각각 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)과 같은 두께를 가지거나 또는 다른 두께를 가질 수 있다.
도 2에는 제2 대역 필터(120)에 포함된 제3 및 제4 물질층(171a, 171b)이 제1 대역 필터(110)에 포함된 제1 및 제2 물질층(161a, 161b)과 다른 두께를 가짐으로써 서로 다른 반사 파장 대역을 구현하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 유닛 필터(100)는 서로 다른 반사 파장 대역을 포함하는 복수 개의 대역 필터가 캐비티(C)를 공유하기 때문에 하나의 대역 필터로 광을 필터링하는 것보다 중심 파장 이외의 사이드 밴드(side band)에 해당하는 파장 대역을 차단하는 역할이 더 강화될 수 있다.
구체적으로, 광이 유닛 필터(100)에 입사되면, 광의 일부는 제2 대역 필터(120) 즉, 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4) 사이의 제2 공진층(R2) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 뿐만 아니라, 광의 또 다른 일부는 제1 대역 필터(110) 즉, 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 사이의 제1 공진층(R1) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 제1 대역 필터(110)의 외부로 출사된다. 광은 제2 대역 필터(120) 및 제1 대역 필터(110)에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키는 바, 필터링되는 파장 대역이 더 넓어질 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 유닛 필터를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유닛 필터(100a)는 캐비티(C)를 포함하는 제3 공진층(R3)과 캐비티(C)를 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)을 포함하는 제3 대역 필터(130)를 포함한다. 그리고, 유닛 필터(100a)는 상기한 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 중 일부와 캐비티(C)를 포함하는 제4 공진층(R4)과 제4 공진층(R4) 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)을 포함하는 제4 대역 필터(140)를 더 포함할 수 있다.
도 3에서는 제3 공진층(R3)은 캐비티(C) 및 제3 브래그 반사층(DBR3)(DBR3)을 포함하고, 제4 공진층(R4)은 캐비티(C) 및 제2 브래그 반사층(DBR2)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 캐비티(C)의 상면은 제3 브래그 반사층(DBR3)과 접하고, 캐비티(C)의 하면은 제2 브래그 반사층(DBR2)과 접할 수 있으며, 제3 브래그 반사층(DBR3)의 상면은 제1 브래그 반사층(DBR1)과 접하고, 제2 브래그 반사층(DBR2)은 제4 브래그 반사층과 접할 수 있다.
제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)은 제3 공진층(R3)을 기준으로 대칭적인 구조이며, 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)은 제4 공진층(R4)을 기준으로 대칭적인 구조일 수 있다.
도 3의 유닛 필터도 캐비티를 공유하기 때문에 필터링되는 파장 대역이 커질 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 유닛 필터를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 유닛 필터(100b)는 캐비티(C), 캐비티(C)를 포함하는 제5 및 제6 대역 필터(150, 160)를 포함할 수 있다. 제5 및 제6 대역 필터(150, 160)는 캐비티(C)를 공유하여 캐비티(C)에서 결정된 특정 파장의 광을 투과시키고, 특정 파장과 다른 파장의 광을 차단시킬 수 있다.
제5 및 제6 대역 필터(150, 160)는 특정 중심 파장을 갖는 광을 투과시키는 것으로, 2개의 반사층 사이에 공진층이 마련된 패브리-페로(Fabry-Perot) 구조를 가진다. 여기서, 반사층들의 반사 대역 및 공진층의 특성에 따라 대역 필터를 통과하는 광의 중심 파장 및 파장 대역이 결정될 수 있다.
제5 대역 필터(150)는 캐비티(C)를 포함하는 제5 공진층(R5) 및 제5 공진층(R5)을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2) 각각은 제1 파장 영역의 광을 반사할 수 있는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속은 Al, Ag, Au 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2)은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 구체적인 예로서, 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2)은 대략 10nm ~ 30nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2) 사이에 마련되는 캐비티(C)는 제5 공진층(R5)으로서 소정의 굴절률을 가지는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐비티(C)는 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제6 대역 필터(160)는 제5 대역 필터(150)의 적어도 일부를 포함하는 제6 공진층(R6) 및 제4 공진층(R6)을 사이에 두고 이격 배치되는 제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6)을 포함할 수 있다.
제6 공진층(R6)은 제5 대역 필터(140)의 캐비티(C)를 포함하며, 제5 대역 필터(140)의 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제6 공진층(R6)은 캐비티(C), 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2) 모두를 포함할 수 있다.
제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6) 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)가 될 수 있다. 제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6)은 제4 공진층(R4)을 기준으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다.
제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 소정 두께의 복수 개의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6)은 서로 다른 굴절률을 가지는 3개 이상의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 것도 가능하다. 브래그 반사층에 대해서는 앞서 설명하였는 바, 구체적인 설명은 생략한다.
광이 유닛 필터(100b)에 입사되면, 일부의 광은 제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6)사이에서 제4 공진층(R6) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 되고, 또 다른 광은 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2) 사이에서 제5 공진층(R5) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 유닛 필터(100b)의 외부로 출사된다. 여기서, 제1 및 제2 금속 반사층(M1, M2)의 반사 대역, 제5 및 제6 브래그 반사층(DBR5, DBR6)의 반사 대역 및 캐비티(C)의 특성에 따라 유닛 필터(100b)를 통과하는 광의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
도 4에서는 제6 대역 필터가 제5 대역 필터를 모두 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 제6 대역 필터(160)는 제5 대역 필터(150)의 일부 영역을 포함하고, 제5 대역 필터(150)도 제6 대역 필터(160)의 일부 영역을 포함할 수도 있다. 또한, 제5 대역 필터(150)가 제6 대역 필터(160)를 모두 포함할 수도 있다. 유닛 필터의 활용에 따라 변경 가능하다.
도 5는 일 실시예에 따른 서로 다른 파장의 광을 투과시키는 분광 필터를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 분광 필터(200)는 제1 유닛 필터(210)와 제2 유닛 필터(220)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 유닛 필터(210, 220) 각각은 도 2에 도시된 제1 내지 제4 브래그 반사층을 포함할 수 있다. 다만 도 2와 비교하면, 도 8의 캐비티(C)는 유효 굴절률이 서로 다른 제1 캐비티(C1) 및 제2 캐비티(C2)를 포함할 수 있다. 유효 굴절률은 캐비티(C)에 포함된 물질들의 배열 패턴에 따라 달라질 수 있다. 제1 및 제2 유닛 필터(210, 220)는 캐비티(C)의 유효 굴절률을 제외한 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)은 동일할 수 있다.
캐비티(C)는 서로 다른 굴절률을 가지는 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)이 교대로 배치되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 제5 물질층(181a)은 실리콘을 포함할 수 있으며, 제6 물질층(181b)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)은 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 캐비티(C1)에 배열된 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)의 폭과 제2 캐비티(C2)에 배열된 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)의 폭이 서로 다를 수 있다. 그리하여, 제1 캐비티(C1)의 유효 굴절률이 제2 캐비티(C2)의 유효 굴절률이 서로 다름으로써 제1 캐비티(C1)를 투과하는 광의 파장과 제2 캐비티(C2)를 투과하는 광의 파장이 서로 다를 수 있다.
도 5에서는 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)이 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)에 수직한 방향으로 배치되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)이 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)에 나란한 방향으로 배치되거나 또는 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)이 2차원적으로 배치될 수도 있다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 분광 필터(300)는 동일 평면 상에 배치되는 제1 및 제2 필터 그룹(310, 320)을 포함한다. 제1 필터 그룹(310)은 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(311, 312, 313)를 포함할 수 있으며, 제2 필터 그룹(320)은 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(321, 322, 323)를 포함할 수 있다.
제1 필터 그룹(310)의 유닛 필터들(311, 312, 313) 각각은 캐비티(C)를 공진층으로 이용하는 제7 대역 필터(170) 및 제7 대역 필터(170)를 공진층으로 이용하는 제8 대역 필터(180)를 포함한다. 예를 들어, 제7 대역 필터(170)는 캐비티(C) 및 캐비티(C)를 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)을 포함할 수 있다. 제8 대역 필터(180)는 캐비티(C), 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)을 포함할 수 있다. 제1 필터 그룹의 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)은 도 2에 도시된 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)과 동일한 구체적인 설명은 생략한다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(311, 312, 313) 각각은 제1, 제2 및 제3 캐비티(C11, C12, C13)를 포함할 수 있다.
제1 캐비티(C11)는 서로 다른 굴절률을 가지는 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)이 교대로 배치되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 제5 물질층(181a)은 실리콘을 포함할 수 있으며, 제6 물질층(181b)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 제1 및 제2 물질층(181a, 181b)은 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
도 6에서는 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)이 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)에 수직한 방향으로 배치되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제5 및 제6 물질층이 제1 내지 제4 브래그 반사층(DBR1, DBR2, DBR3, DBR4)에 나란한 방향으로 배치되거나 또는 제5 및 제6 물질층이 2차원적으로 배치될 수도 있다.
제1 필터 그룹(310)의 제2, 제3 유닛 필터(312, 313)는 캐비티(C)의 유효 굴절률을 제외하면 전술한 제1 필터유닛(310)과 동일하다. 예를 들면, 제2 유닛 필터(312)의 제2 캐비티(C12)는 제1 캐비티(C11)와는 다른 폭의 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)을 포함할 수 있고, 제3 유닛 필터(313)의 제3 캐비티(C13)는 제1 및 제2 캐비티(C11, C12)와는 다른 두께의 제5 및 제6 물질층(181a, 181b)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2 및 제3 캐비티(C11, C12, C13)는 서로 다른 유효 굴절률을 가짐으로써 제1 내지 제3 유닛 필터(311, 312, 313)는 서로 다른 중심 파장의 광만을 투과시킬 수 있다.
제2 필터 그룹(320)의 유닛 필터들(321, 322, 323) 각각은 캐비티(C)를 공유하는 제9 및 제10 대역 필터(190, 195)를 포함하고, 제9 대역 필터(190)는 제10 대역 필터(195)의 일부를 공진층으로 이용하며, 제10 대역 필터(195)는 제9 대역 필터(190)의 일부를 공진층으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 제9 대역 필터(190)는 캐비티(C) 및 캐비티(C)를 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2)을 포함하고, 제10 대역 필터(195)는 캐비티(C) 및 캐비티(C)를 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4)을 포함할 수 있다.
제9 대역 필터(190)는 제3 및 제4 브래그 반사층(DBR3, DBR4) 중 어느 하나, 예를 들어, 제3 브래그 반사층(DBR3)과 캐비티(C)를 공진층으로 활용하며, 제10 대역 필터(120)는 제1 및 제2 브래그 반사층(DBR1, DBR2) 중 어느 하나, 예를 들어, 제2 브래그 반사층(DBR2)과 캐비티(C)를 공진층으로 활용할 수 있다. 그리하여, 제2 필터 그룹(320)은 제1 브래그 반사층(DBR1), 제3 브래그 반사층(DBR3), 캐비티(C) 제2 브래그 반사층(DBR2) 및 제4 브래그 반사층(DBR4) 순으로 배열될 수 있다.
제4 내지 제6 유닛 필터(321, 322, 323) 각각은 제4 내지 제6 캐비티(C21, C22, C23)를 포함할 수 있다. 제4 내지 제6 캐비티(C21, C22, C23)는 서로 다른 유효 굴절률(effective refractive index)을 가질 수 있다. 제4 내지 제6 캐비티(C C21, C22, C23) 각각은 제7 물질층(191a)과, 이 제7 물질층(191a) 내부에 배치되는 것으로 제7 물질층(191a)과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제8 물질층(191b)을 포함할 수 있다.
도 6에는 제4 내지 제6 캐비티(C21, C22, C23) 각각이 제7 물질층(171a)과, 이 제7 물질층(191a) 내부에 서로 나란하게 배치되는 복수의 제8 물질층(191b)을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 제7 및 제8 물질층(191a, 191b) 각각은 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 제7 물질층(191a)은 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 물질층(191b)은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
제4, 제5 및 제6 캐비티(C21, C22, C23)는 제7 물질층(191a)의 폭을 조절함으로써 유효 굴절률을 변화시킬 수 있다. 도 11에는 제7 물질층(191a)이 제4 캐비티(C21)에서 제6 캐비티(C23)으로 갈수록 큰 폭을 가지도록 마련된 경우가 예시적으로 되어 있다. 이 경우, 제4, 제5 및 제6 캐비티(C21, C22, C23) 중 제6 캐비티(C23)가 가장 큰 유효 굴절률을 가지며, 제4 캐비티(C21)는 가장 작은 유효 굴절률을 가질 수 있다. 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(321, 322, 323) 중 제6 유닛 필터(323)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제4 유닛 필터(321)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다. 또한 캐비티(C)의 두께 또는 유효 굴절률에 따라 일부 유닛 필터는 복수개의 중심 파장을 가질 수도 있다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 분광 필터(400)는 제1 및 제2 필터 어레이(410, 420)와, 이 제1 및 제2 필터 어레이(410, 420)에 마련되는 마이크로 렌즈 어레이(460)를 포함한다. 제1 필터 어레이(410)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(411, 412, 413)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(420)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(421,422,423)를 포함할 수 있다.
제1 및 필터 어레이(410)에 포함된 유닛 필터는 앞서 기술한 유닛 필터 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(410, 420)에 대한 설명은 생략한다.
제1 및 제2 필터 어레이(410, 420)의 상부에는 복수의 마이크로 렌즈(461)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(460)가 마련될 수 있다. 마이크로 렌즈(461)는 외부의 광을 대응되는 유닛 필터(511, 412, 413, 421, 422, 423)에 집속시켜 입사시키는 역할을 할 수 있다.
도 7에는 마이크로 렌즈들(461)이 유닛 필터들(511, 412, 413, 421, 422, 423)에 일대일 대응하도록 마련된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 하나의 마이크로 렌즈(461)에 대응하여 복수의 유닛 필터(511, 412, 413, 421, 422, 423)가 마련될 수도 있다.
도 8은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 분광 필터(500)는 제1 및 제2 필터 어레이(510, 520)와, 컬러 필터 어레이(530)를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 필터 어레이(510, 520)와 컬러 필터 어레이(530)는 실질적으로 동일 평면 상에 마련될 수 있다.
제1 필터 어레이(510)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(511,512,513)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(520)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(521,522,523)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(510, 520)에 포함된 유닛 필터(511, 512, 513, 521, 522, 523)는 앞서 기술한 유닛 필터가 적용될 수 있다.
컬러 필터 어레이(530)는 예를 들면, 적색 컬러 필터(531), 녹색 컬러 필터(532) 및 청색 컬러 필터(533)를 포함할 수 있다. 여기서, 적색 컬러 필터(531)는 대략 600nm ~ 700nm의 파장 대역을 가지는 적색광을 투과시킬 수 있고, 녹색 컬러 필터(532)는 대략 500nm ~ 600nm의 파장 대역을 가지는 녹색광을 투과시킬 수 있으며, 청색 컬러 필터(533)는 대략 400nm ~ 500nm의 파장 대역을 가지는 청색광을 투과시킬 수 있다. 이러한 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터(531,532,533)로는 예를 들어 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치 등과 같은 컬러 디스플레이 장치에 통상적으로 적용되는 컬러 필터가 사용될 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(510, 520) 및 컬러 필터 어레이(530)의 상부에는 복수의 마이크로 렌즈(560a)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(560)가 더 마련될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 필터 어레이(510, 520)를 이용하여 유닛 필터들(511,512,513,521,522,523)의 중심 파장들에 대한 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 컬러 필터 어레이(530)을 이용하여 적색, 녹색 및 청색광의 파장들에 대한 정보도 추가적으로 얻을 수 있다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9을 참조하면, 분광 필터(600)는 제1 및 제2 필터 어레이(610,620)와, 이 제1 및 제2 필터 어레이(610,620)에 마련되는 추가 필터 어레이(660)를 포함한다. 제1 필터 어레이(610)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(611, 612, 613)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(620)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(621, 622, 623)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 필터 어레이(610, 620)에 포함된 유닛 필터는 앞서 기술한 유닛 필터가 적용될 수 있고, 구체적인 설명은 생략한다.
추가 필터 어레이(660)는 복수의 추가 필터(661, 662, 663)를 포함할 수 있다. 도 9에는 제1 추가 필터(661)가 제1 및 제2 유닛 필터(611,612)에 대응하여 마련되고, 제2 추가 필터(662)가 제3 및 제4 유닛 필터(613, 621)에 대응하여 마련되며, 제3 추가 필터(663)가 제5 및 제6 유닛 필터(622, 623)에 대응하여 마련된 경우가 도시되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 제1, 제2 및 제3 추가 필터(661, 662, 663) 각각은 하나의 유닛 필터(611, 612, 613, 621, 622, 623)에 대응되게 마련되거나 또는 3개 이상의 유닛 필터(611, 612, 613, 621, 622, 623)에 대응되게 마련되는 것도 가능하다.
제1, 제2 및 제3 추가 필터(661, 662, 663) 각각은 대응되는 유닛 필터들(611, 612, 613, 621, 622, 623)이 원하지 않는 파장 대역의 광을 차단하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유닛 필터(611,612)가 대략 400nm ~ 500nm의 파장 대역의 중심 파장들을 가지는 경우에는 제1 추가 필터(661)는 청색광을 투과시키는 청색 필터가 될 수 있다. 또한, 제3 및 제4 유닛 필터(613, 621)가 대략 500nm ~ 600nm의 파장 대역의 중심 파장들을 가지는 경우에는 제2 추가 필터(662)는 녹색광을 투과시키는 녹색 필터가 될 수 있다. 그리고, 제5 및 제6 유닛 필터(622, 623)가 대략 600nm ~ 700nm의 파장 대역의 중심 파장을 가지는 경우에는 제3 추가 필터(663)는 적색광을 투과시키는 적색 필터가 될 수 있다.
추가 필터 어레이(660)는 컬러 필터 어레이가 될 수 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 추가 필터(661, 662, 663)는 각각 청색, 녹색 및 적색 컬러 필터가 될 수 있다. 이러한 청색, 녹색 및 적색 컬러 필터로는 예를 들어 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치 등과 같은 컬러 디스플레이 장치에 통상적으로 적용되는 컬러 필터가 사용될 수 있다.
추가 필터 어레이(660)는 광대역 필터 어레이가 될 수도 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 추가 필터(661, 662, 663)는 제1, 제2 및 제3 광대역 필터가 될 수 있다. 여기서, 광대역 필터들 각각은 예를 들면, 멀티 캐비티(C)(multi-cavity) 구조 또는 금속 미러 구조를 가질 수 있다.
도 10은 추가 필터로 사용될 수 있는 분광 필터의 예시를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 광대역 필터(700)는 서로 이격되게 배치되는 복수의 반사층(713, 714, 715)과, 이 반사층들(713, 714, 715) 사이에 마련되는 복수의 캐비티(711, 712)를 포함할 수 있다. 도 11에는 3개의 반사층(713, 714, 715)과 2개의 캐비티(711, 712)가 예시적으로 도시되어 있으나, 반사층들(713, 714, 715) 및 캐비티들(711, 712)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
반사층들(713, 714, 715) 각각은 분산 브래그 반사기(DBR)이 될 수 있다. 이러한 반사층들(713, 714, 715) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 캐비티들(711, 712) 각각은 소정의 굴절률을 가지는 물질을 포함하거나 또는 서로 다른 굴절률을 가지는 2 이상의 물질을 포함할 수 있다.
도 11은 추가 필터로 사용될 수 있는 분광 필터의 다른 예를 도시한 것이다.
도 11을참조하면, 분광 필터(800)는 서로 이격되게 배치되는 2개의 금속 반사층(820, 830)과, 이 금속 반사층(820, 830)사이에 마련되는 캐비티(810)를 포함할 수 있다. 금속 반사층(820, 830)은 Al, Ag, Au 또는 TiN 등의 금속을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 금속 반사층(820, 830)은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 구체적인 예로서, 금속 반사층(820, 830)은 대략 10nm ~ 30nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
금속 반사층(820, 830) 사이에 마련되는 캐비티(810)는 제 소정의 굴절률을 가지는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐비티(810))는 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12을 참조하면, 분광 필터(900)는 제1 및 제2 필터 어레이(910, 920)와, 이 제1 및 제2 필터 어레이(910, 920)에 마련되는 단파장 차단 필터(960) 및 장파장 차단 필터(1620)를 포함한다.
제1 필터 어레이(910)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(911, 912, 913)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(920)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921, 922, 923)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 필터 어레이(910, 920)에 포함된 유닛 필터(911, 912, 913, 921, 922, 923)은 앞서 기술한 유닛 필터가 적용될 수 있다.
단파장 차단 필터(960)는 유닛 필터들(911, 912, 913, 921, 922, 923) 중 일부(911, 913, 922)에 마련되며, 장파장 차단 필터(1620)는 유닛 필터들(911, 912, 913, 921, 922, 923) 중 다른 일부(912, 921, 923)에 마련될 수 있다. 도 17에는 단파장 차단 필터(960) 및 장파장 차단 필터(970) 각각이 하나의 유닛 필터(911, 912, 913, 921, 922, 923)에 대응되도록 마련되는 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 단파장 차단 필터(960) 및 장파장 차단 필터(970) 각각은 2 이상의 유닛 필터(911, 912, 913, 921, 922, 923)에 대응되도록 마련되는 것도 가능하다.
단파장 차단 필터(960)는 예를 들면, 가시광과 같은 단파장의 광을 차단하는 역할을 할 수 있다. 이러한 단파장 차단 필터(960)는 예를 들면 가시광을 흡수할 수 있는 물질인 실리콘을 유닛 필터들(911, 912, 913, 921, 922, 923)의 일부(911, 913, 922)에 증착함으로써 제작될 수 있다. 단파장 차단 필터(960)가 마련된 유닛 필터들(911, 913, 922)은 가시광보다 파장이 긴 근적외선(NIR; Near Infrared)을 투과시킬 수 있다.
장파장 차단 필터(970)는 예를 들면, 근적외선과 같은 장파장의 광을 차단하는 역할을 할 수 있다. 이러한 장파장 차단 필터(970)는 근적외선 차단 필터를 포함할 수 있다. 장파장 차단 필터(970)가 마련된 유닛 필터들(912, 921, 923)은 근적외선보다 파장이 짧은 가시광을 투과시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면 단파장 차단 필터(960) 및 장파장 차단 필터(970)를 제1 및 제2 필터 어레이(910, 920)에 마련함으로써 가시광 대역에서 근적외선 대역까지 구현할 수 있는 광대역 특성을 가지는 분광 필터(900)를 제작할 수 있다.
도 13은 도 1의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터(1000)의 예시적인 평면도이다.
도 13을 참조하면, 분광 필터(1000)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 필터 그룹(1010)을 포함할 수 있다. 여기서, 각 필터 그룹(1010)은 4×4 어레이 형태로 배열되는 16개의 유닛 필터들(F1~F16)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 유닛 필터(F1,F2)는 자외선 영역의 중심 파장들(UV1, UV2)을 가질 수 있으며, 제3 내지 제5 유닛 필터(F3~F5)는 청색광 영역의 중심 파장들(B1~B3)을 가질 수 있다. 제6 내지 제11 유닛 필터(F6~F11)는 녹색광 영역의 중심 파장들(G1~G6)을 가질 수 있으며, 제12 내지 제14 유닛 필터(F12~F14)는 적색광 영역의 중심 파장들(R1~R3)을 가질 수 있다. 그리고, 제15 및 제16 유닛 필터(F15,F16)는 근적외선 영역의 중심 파장들(NIR1,NIR2)을 가질 수 있다.
도 14는 도 1의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터(1000)의 다른 예시적인 평면도이다. 도 14에는 편의상 하나의 필터 그룹(1020)에 대한 평면도가 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 각 필터 그룹(1020)은 3×3 어레이 형태로 배열되는 9개의 유닛 필터들(F1~F9)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 유닛 필터(F1,F2)는 자외선 영역의 중심 파장들(UV1, UV2)을 가질 수 있으며, 제4, 제5 및 제7 유닛 필터(F4,F5,F7)는 청색광 영역의 중심 파장들(B1~B3)을 가질 수 있다. 제3 및 제6 유닛 필터(F3,F6)는 녹색광 영역의 중심 파장들(G1,G2)을 가질 수 있으며, 제8 및 제9 유닛 필터(F8,F9)는 적색광 영역의 중심 파장들(R1,R2)을 가질 수 있다.
도 15은 도 1의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터(1000)의 또 다른 예시적인 평면도이다. 도 15에는 편의상 하나의 필터 그룹(1030)에 대한 평면도가 도시되어 있다.
도 15을 참조하면, 각 필터 그룹(1030)은 5×5 어레이 형태로 배열되는 25개의 유닛 필터들(F1~F25)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 유닛 필터(F1~F3)는 자외선 영역의 중심 파장들(UV1~UV3)을 가질 수 있으며, 제6,제7,제8,제11 및 제12 유닛 필터(F6,F7,F8,F11,F12)는 청색광 영역의 중심 파장들(B1~B5)을 가질 수 있다. 제4,제5 및 제9 유닛 필터(F4,F5,F9)는 녹색광 영역의 중심 파장들(G1~G3)을 가질 수 있으며, 제10,제13,제14,제15,제18 및 제19 유닛 필터(F10,F13,F14,F15,F18,F19)는 적색광 영역의 중심 파장들(R1~R6)을 가질 수 있다. 그리고, 제20,제23, 제24 및 제25 유닛 필터(F20,F23,F24,F25)는 근적외선 영역의 중심 파장들(NIR1~NIR4)을 가질 수 있다.
상술한 분광 필터를 포함하는 이미지센서(10)는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용될 수 있다. 이러한 전자 장치는, 예컨대, 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, 핸드폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 휴대용 기기, 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 일 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
전자 장치는 이미지센서(10) 외에도, 이미지센서를 제어하는 프로세서, 예를 들면, 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor)를 더 포함할 수 있으며, 프로세서를 통해 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서는 GPU (Graphic Processing Unit) 및/또는 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor)를 더 포함할 수 있다. 프로세서에 이미지 신호 프로세서가 포함되는 경우, 이미지센서에 의해 획득된 이미지(또는 영상)를 프로세서를 이용하여 저장 및/또는 출력할 수 있다.
도 16는 이미지센서(10)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 16를 참조하면, 네트워크 환경(ED00)에서 전자 장치(ED01)는 제1 네트워크(ED98)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(ED02)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(ED99)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(ED04) 및/또는 서버(ED08)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 서버(ED08)를 통하여 전자 장치(ED04)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 프로세서(ED20), 메모리(ED30), 입력 장치(ED50), 음향 출력 장치(ED55), 표시 장치(ED60), 오디오 모듈(ED70), 센서 모듈(ED76), 인터페이스(ED77), 햅틱 모듈(ED79), 카메라 모듈(ED80), 전력 관리 모듈(ED88), 배터리(ED89), 통신 모듈(ED90), 가입자 식별 모듈(ED96), 및/또는 안테나 모듈(ED97)을 포함할 수 있다. 전자 장치(ED01)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(ED60) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(ED76)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(ED60)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다. 또한, 이미지센서(10)에 분광 기능이 포함될 경우, 센서 모듈의 일부 기능(컬러 센서, 조도 센서)이 별도의 센서 모듈이 아닌 이미지센서(10) 자체에서 구현될 수 있다.
프로세서(ED20)는, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등)를 실행하여 프로세서(ED20)에 연결된 전자 장치(ED01) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(ED20)는 다른 구성요소(센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(ED32)에 로드하고, 휘발성 메모리(ED32)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(ED34)에 저장할 수 있다. 프로세서(ED20)는 메인 프로세서(ED21)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(ED23)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)는 메인 프로세서(ED21)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다.
보조 프로세서(ED23)는, 메인 프로세서(ED21)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(ED21)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(ED21)와 함께, 전자 장치(ED01)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(ED60), 센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(ED23)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(ED80), 통신 모듈(ED90) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다.
메모리(ED30)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20), 센서모듈(ED76) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(ED30)는, 휘발성 메모리(ED32) 및/또는 비휘발성 메모리(ED34)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(ED32)는 전자 장치(ED01) 내에 고정 장착된 내장 메모리(ED36)과 탈착 가능한 외장 메모리(ED38)를 포함할 수 있다.
프로그램(ED40)은 메모리(ED30)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(ED42), 미들 웨어(ED44) 및/또는 어플리케이션(ED46)을 포함할 수 있다.
입력 장치(ED50)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(ED01)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(ED50)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(ED55)는 음향 신호를 전자 장치(ED01)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(ED55)는, 스피커 및/또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 리시버는 스피커의 일부로 결합되어 있거나 또는 독립된 별도의 장치로 구현될 수 있다.
표시 장치(ED60)는 전자 장치(ED01)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(ED60)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(ED60)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(Touch Circuitry), 및/또는 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(압력 센서 등)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(ED70)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(ED70)은, 입력 장치(ED50)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(ED55), 및/또는 전자 장치(ED01)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(ED76)은 전자 장치(ED01)의 작동 상태(전력, 온도 등), 또는 외부의 환경 상태(사용자 상태 등)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 및/또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(ED76)은, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(Infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 및/또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(ED77)는 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 또는 복수의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(ED77)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(ED78)는, 전자 장치(ED01)가 다른 전자 장치(전자 장치(ED02) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(ED78)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있
햅틱 모듈(ED79)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(진동, 움직임 등) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 햅틱 모듈(ED79)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(ED80)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 도 1의 이미지센서(10), 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.
전력 관리 모듈(ED88)은 전자 장치(ED01)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(ED88)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(ED89)는 전자 장치(ED01)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(ED89)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(ED90)은 전자 장치(ED01)와 다른 전자 장치(전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 프로세서(ED20)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 또는 복수의 커뮤니케이션 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 모듈(ED90)은 무선 통신 모듈(ED92)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(ED94)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(ED98)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(ED99)(셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(LAN, WAN 등)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 다른 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(단일 칩 등)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(ED92)은 가입자 식별 모듈(ED96)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(ED01)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(ED97)은 신호 및/또는 전력을 외부(다른 전자 장치 등)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 안테나는 기판(PCB 등) 위에 형성된 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(ED97)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(ED90)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(ED98) 및/또는 제2 네트워크(ED99)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(ED90)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(ED97)의 일부로 포함될 수 있다.
구성요소들 중 일부는 주변 기기들간 통신 방식(버스, GPIO(General Purpose Input and Output), SPI(Serial Peripheral Interface), MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 등)을 통해 서로 연결되고 신호(명령, 데이터 등)를 상호 교환할 수 있다.
명령 또는 데이터는 제2 네트워크(ED99)에 연결된 서버(ED08)를 통해서 전자 장치(ED01)와 외부의 전자 장치(ED04)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(ED02, ED04)은 전자 장치(ED01)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(ED01)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(ED02, ED04, ED08) 중 하나 또는 복수의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(ED01)가 어떤 기능이나 서비스를 수행해야 할 때, 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 일부 또는 전체를 수행하라고 요청할 수 있다. 요청을 수신한 하나 또는 복수의 다른 전자 장치들은 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(ED01)로 전달할 수 있다. 이를 위하여, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 및/또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 17는 도 16의 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다. 도 17를 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지센서(10)(도 1의 이미지센서(10) 등), 이미지 스태빌라이저(CM40), 메모리(CM50)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(CM60)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(ED80)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다.
플래시(CM20)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래시(CM20)는 하나 또는 복수의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지센서(10)는 도 1에서 설명한 이미지센서일 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(CM10)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지센서(10)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지센서(10)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.
이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80) 또는 이를 포함하는 전자 장치(CM01)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(CM10)에 포함된 하나 또는 복수개의 렌즈 또는 이미지센서(10)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지센서(10)의 동작 특성을 제어(리드 아웃(Read-Out) 타이밍의 조정 등)하여 움직임에 의한 부정적인 영향이 보상되도록 할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는 카메라 모듈(ED80)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(ED80) 또는 전자 장치(ED01)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(CM40)는, 광학식으로 구현될 수도 있다.
메모리(CM50)는 이미지센서(10)를 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(CM50)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(CM60)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(CM50)는 전자 장치(ED01)의 메모리(ED30)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.
이미지 시그널 프로세서(CM60)는 이미지센서(10)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(CM50)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 카메라 모듈(ED80)에 포함된 구성 요소들(이미지센서(10) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(CM50)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(ED80)의 외부 구성 요소(메모리(ED30), 표시 장치(ED60), 전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 프로세서(ED20)에 통합되거나, 프로세서(ED20)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)가 프로세서(ED20)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(ED20)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(ED60)를 통해 표시될 수 있다.
전자 장치(ED01)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(ED80)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.
실시예들에 따른 이미지센서(10)는 도 18에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(1100), 도 19에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(1200), 도 20에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(1300), 도 21에 도시된 노트북 컴퓨터(1400)에 또는 도 22에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(1500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(1100) 또는 스마트 태블릿(1200)은 고해상 이미지센서가 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.
또한, 이미지센서(10)는 도 23에 도시된 스마트 냉장고(1600), 도 24에 도시된 보안 카메라(1700), 도 25에 도시된 로봇(1800), 도 26에 도시된 의료용 카메라(1900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(1600)는 이미지센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(1700)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(1800)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(1900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.
또한, 이미지센서(10)는 도 27에 도시된 바와 같이 차량(2000)에 적용될 수 있다. 차량(2000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)는 실시예에 따른 이미지센서를 포함할 수 있다. 차량(2000)은 복수의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)를 이용하여 차량(2000) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.
상술한 분광 필터를 구비하는 이미지센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 비록 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.
10: 이미지 센서
11: 분광 필터
12: 센싱 소자
100, 100a: 유닛 필터
C: 캐비티
DBR: 브래그 반사층
R: 공진층
110: 제1 대역 필터
120: 제2 대역 필터

Claims (26)

  1. 분광 필터에 있어서,
    캐비티를 포함하는 제1 공진층;
    상기 제1 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층;
    제1 및 제2 브래그 반사층 중 적어도 일부와 상기 캐비티를 포함하는 제2 공진층; 및
    상기 제2 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층;을 포함하는 분광 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 브래그 반사층 각각은,
    서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 분광 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 브래그 반사층 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)를 포함하는 분광 필터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층은,
    상기 제1 공진층을 기준으로 대칭인 분광 필터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 브래그 반사층은,
    상기 제2 공진층을 기준으로 대칭인 분광 필터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께는,
    상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께와 서로 다른 분광 필터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께는,
    상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께보다 작은 분광 필터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 공진층은,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층을 포함하는 분광 필터.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층의 제1 면 각각은 상기 제1 공진층과 접하는 분광 필터.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 면 각각과 대향하는 상기 제1 제1 및 제2 브래그 반사층의 제2 면 각각은 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 접하는 분광 필터.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 공진층은,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만을 포함하는 분광 필터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만 상기 제1 공진층과 접하는 분광 필터.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 나머지 하나는 상기 제3 및 제4 브래그 반사층 중 어느 하나를 사이에 두고 상기 제1 공진층과 이격 배치되는 분광 필터.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 분광 필터를 투과하는 파의 파장은 상기 캐비티의 유효 굴절률 및 상기 캐비티의 두께 중 적어도 하나에 의해 결정되는 분광 필터.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 분광 필터는.
    제1 파장의 광이 투과되는 제1 유닛 필터와 상기 제1 파장과 다른 제2 파장의 광이 투과되는 제2 유닛 필터를 포함하는 분광 필터.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 유효 굴절률과 상기 제2 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 유효 굴절률은 서로 다른 분광 필터.
  17. 제 16항에 있어서,
    제1 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 물질 패턴과 상기 제2 유닛 필터에 포함된 상기 캐비티의 물질 패턴이 서로 다른 분광 필터.
  18. 분광 필터; 및
    상기 분광 필터를 투과한 광을 수광하는 화소 어레이;를 포함하고,
    상기 분광 필터는,
    캐비티를 포함하는 제1 공진층;
    상기 제1 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 브래그 반사층;
    제1 및 제2 브래그 반사층 중 적어도 일부와 상기 캐비티를 포함하는 제2 공진층; 및
    상기 제2 공진층을 사이에 두고 이격 배치되는 제3 및 제4 브래그 반사층;을 포함하는 이미지 센서이미지 센서.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 브래그 반사층 각각은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)를 포함하는 이미지 센서.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께는,
    상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 포함된 물질층의 두께와 서로 다른 이미지 센서.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 제2 공진층은,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층을 포함하는 이미지 센서.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층의 제1 면 각각은 상기 제1 공진층과 접하고,
    상기 제1 면 각각과 대향하는 상기 제1 제1 및 제2 브래그 반사층의 제2 면 각각은 상기 제3 및 제4 브래그 반사층에 접하는 이미지 센서.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 제2 공진층은,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만을 포함하는 이미지 센서.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 브래그 반사층 중 어느 하나만 상기 제1 공진층과 접하는 이미지 센서.
  25. 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 전자 장치는 모바일폰, 스마트폰, 태블릿, 스마트 태블릿, 디지털 카메라, 캠코더, 노트북 검퓨터, 텔레비전, 스마트 텔레비전, 스마트 냉장고, 보안 카메라, 로봇 또는 의료용 카메라를 포함하는 전자 장치.
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