KR20220146318A - 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치가 개시된다. 개시된 분광 필터는, 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제1 유닛 필터; 및 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제2 유닛 필터;를 포함한다.상기 제1 유닛 필터는 상하로 이격된 복수의 제1 금속 반사층과, 상기 복수의 제1 금속 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제1 캐비티;를 포함한다. 상기 제2 유닛 필터는 상하로 이격된 제2 금속 반사층 및 브래그 반사층과, 상기 제2 금속 반사층과 상기 브래그 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제2 캐비티;를 포함한다.
Description
본 개시는 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
종래의 이미지 센서는 파장 대역을 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 세가지 구간으로만 분류하였으나, 배경 조명 분석이나 대상체 인식 성능의 향상을 위해서는 파장 대역을 보다 많은 구간으로 나누는 분광 필터를 구비한 이미지 센서의 개발이 필요하다. 하지만, 종래의 분광 필터는 부피가 크고 복합한 광학소자 부품들로 구성된 전용 카메라용으로 사용되었으며, 반도체 칩 상에 분광 필터를 집적한 이미지 센서의 모듈 기술은 아직 연구 개발 단계에 있다.
예시적인 실시예는 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치를 제공한다.
일 측면에 있어서,
제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제1 유닛 필터; 및
제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제2 유닛 필터;를 포함하고,
상기 제1 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 복수의 제1 금속 반사층; 및
상기 복수의 제1 금속 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제1 캐비티;를 포함하며,
상기 제2 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 제2 금속 반사층과 브래그 반사층; 및
상기 제2 금속 반사층과 상기 브래그 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제2 캐비티;를 포함하는 분광 필터가 제공된다.
상기 제1 파장 영역의 중심 파장은 상기 제2 파장 영역의 중심 파장보다 짧을 수 있다. 이 경우, 상기 제1 금속 반사층은 Al, Ag, Au,Ti, W 또는 TiN를 포함하고, 상기 제2 금속 반사층은 Cu, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN를 포함할 수 있다. 상기 제2 금속 반사층은 poly-Si을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속 반사층은 10nm ~ 80nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층과 적어도 하나의 제2 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제1 유닛 필터를 포함하는 제1 ??터 어레이를 구성하고, 상기 적어도 하나의 제2 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제2 유닛 필터를 포함하는 제2 필터 어레이를 구성할 수 있다.
상기 제1 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제1 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절되고, 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제2 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
상기 제1 유닛 필터는 상기 제1 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제1 및 제2 유전체층을 더 포함하고, 상기 제2 유닛 필터는 상기 제2 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제3 및 제4 유전체층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유전체층 각각은 단층 또는 복층 구조를 가질 수있다.
상기 제1 및 제2 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제1 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절되고, 상기 제3 및 제4 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다.
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되는 복수의 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터와 동일 평면 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되어 특정 파장 대역만을 투과시키는 추가 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 추가 필터는 컬러 필터 또는 광대역 필터를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터 중 일부에는 단파장 흡수 필터가 마련되고, 다른 일부에는 장파장 차단 필터가 마련될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
분광 필터; 및
상기 분광 필터를 투과한 광을 수광하는 화소 어레이;를 포함하고,
상기 분광 필터는,
제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제1 유닛 필터; 및
제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제2 유닛 필터;를 포함하고,
상기 제1 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 복수의 제1 금속 반사층; 및
상기 복수의 제1 금속 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제1 캐비티;를 포함하며,
상기 제2 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 제2 금속 반사층과 브래그 반사층; 및
상기 제2 금속 반사층과 상기 브래그 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제2 캐비티;를 포함하는 이미지 센서가 제공된다.
상기 화소 어레이는 복수의 화소를 포함하며, 상기 각 화소는 구동회로가 내부에 마련된 배선층 및 상기 배선층에 마련되는 포토다이오드를 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 영역의 중심 파장은 상기 제2 파장 영역의 중심 파장보다 짧을 수 있다.
상기 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층과 적어도 하나의 제2 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제1 유닛 필터를 포함하는 제1 ??터 어레이를 구성하고, 상기 적어도 하나의 제2 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제2 유닛 필터를 포함하는 제2 필터 어레이를 구성할 수 있다.
상기 제1 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제1 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절되고, 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제2 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
상기 제1 유닛 필터는 상기 제1 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제1 및 제2 유전체층을 더 포함하고, 상기 제2 유닛 필터는 상기 제2 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제3 및 제4 유전체층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제1 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절되고, 상기 제3 및 제4 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다.
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되는 복수의 마이크로 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터와 동일 평면 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
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 따르면, 제1 금속 반사층을 이용한 유닛 필터들과 제2 금속 반사층을 이용한 유닛 필터들을 평면 상에 배치함으로써 광대역 특성을 가지는 분광 필터를 구현할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 금속 반사층을 이용한 유닛 필터들과 브래그 반사층을 이용한 유닛 필터들을 평면 상에 배치함으로써 광대역 특성을 가지는 분광 필터를 구현할 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제1 금속 반사층을 이용한 유닛 필터들과 제2 금속 반사층 및 브래그 반사층을 이용한 유닛 필터들을 평면 상에 배치함으로써 투과율이 향상된 분광 필터를 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 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 도시한 단면도이다.
도 3a는 Cu 반사층들 사이에 TiO2 캐비티가 마련된 유닛 필터를 도시한 것이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 구조의 상부 및 하부에 각각 TiO2 유전체층이 마련된 유닛 필터를 도시한 것이다.
도 4는 도 3a에 도시된 유닛 필터 및 도 3b에 도시된 유닛 필터에 대한 투과 스펙트럼들을 도시한 것이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 분광 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 분광 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 분광 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 18a 및 도 18b는 캐비티의 하부 및 상부 모두에 Cu 금속층이 마련된 필터구조와, 이 필터 구조의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 19a 및 도 19b는 캐비티의 하부 및 상부 모두에 Si/SiO2 브래그 반사층이 마련된 필터 구조와, 이 필터 구조의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 20a 및 도 20b는 캐비티의 하부에 Cu 반사층이 마련되고 캐비티의 상부에Si/SiO2 브래그 반사층이 마련된 필터 구조와, 이 필터 구조의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 21은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 23은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 24는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 25는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 26은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 27은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 28은 도 27에 도시된 추가 필터로 사용될 수 있는 광대역 필터의 일 예를 도시한 것이다.
도 29는 도 27에 도시된 추가 필터로 사용될 수 있는 광대역 필터의 다른 예를 도시한 것이다.
도 30은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 31은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 32는 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 예시적인 평면도이다.
도 33은 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 다른 예시적인 평면도이다.
도 34는 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 또 다른 예시적인 평면도이다.
도 35는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 36은 도 35의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 37(a) 내지 도 38(e)는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 도시한 단면도이다.
도 3a는 Cu 반사층들 사이에 TiO2 캐비티가 마련된 유닛 필터를 도시한 것이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 구조의 상부 및 하부에 각각 TiO2 유전체층이 마련된 유닛 필터를 도시한 것이다.
도 4는 도 3a에 도시된 유닛 필터 및 도 3b에 도시된 유닛 필터에 대한 투과 스펙트럼들을 도시한 것이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 분광 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 분광 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 분광 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 18a 및 도 18b는 캐비티의 하부 및 상부 모두에 Cu 금속층이 마련된 필터구조와, 이 필터 구조의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 19a 및 도 19b는 캐비티의 하부 및 상부 모두에 Si/SiO2 브래그 반사층이 마련된 필터 구조와, 이 필터 구조의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 20a 및 도 20b는 캐비티의 하부에 Cu 반사층이 마련되고 캐비티의 상부에Si/SiO2 브래그 반사층이 마련된 필터 구조와, 이 필터 구조의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 21은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 23은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 24는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 25는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 26은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 27은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 28은 도 27에 도시된 추가 필터로 사용될 수 있는 광대역 필터의 일 예를 도시한 것이다.
도 29는 도 27에 도시된 추가 필터로 사용될 수 있는 광대역 필터의 다른 예를 도시한 것이다.
도 30은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 31은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 32는 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 예시적인 평면도이다.
도 33은 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 다른 예시적인 평면도이다.
도 34는 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터의 또 다른 예시적인 평면도이다.
도 35는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 36은 도 35의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 37(a) 내지 도 38(e)는 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.
“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 센서(1000)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 이미지 센서(1000)는 예를 들면, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서 또는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(65)와, 이 화소 어레이 상에 마련되는 공진기 구조체(80)를 포함할 수 있다. 여기서, 화소 어레이(65)는 2차원적으로 배열되는 복수의 화소를 포함할 수 있으며, 공진기 구조체(80)는 복수의 화소에 대응되게 마련되는 복수의 공진기를 포함할 수 있다. 도 1에는 화소 어레이(65)가 4개의 화소를 포함하고, 공진기 구조체(80)가 4개의 공진기를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
화소 어레이(65)의 각 화소는 광전 변환 소자인 포토다이오드(photodiode,62)와 이 포토다이오드(62)를 구동시키기 위한 구동회로(52)를 포함할 수 있다. 포토다이오드(62)는 반도체 기판(61)에 매립되도록 마련될 수 있다. 반도체 기판(61)으로는 예를 들어 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 기판(61)의 하면에는 배선층(wiring layer,51)이 마련될 수 있으며, 이 배선층(51)의 내부에 예를 들어, MOSFET 등과 같은 구동회로(52)가 마련될 수 있다.
반도체 기판(61)의 상부에는 복수의 공진기를 포함하는 공진기 구조체(80)가 마련되어 있다. 각 공진기는 원하는 특정 파장 영역의 광을 투과시키도록 마련될 수 있다. 각 공진기는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사층(81,82)과, 제1 반사층(81)과 제2 반사층(82) 사이에 마련되는 캐비티(83a,83b,83c,83d)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반사층 각각은 예를 들면, 금속 반사층 또는 브래그 반사층을 포함할 수 있다. 각 캐비티(83a,83b,83c,83d)는 원하는 특정 파장 영역의 빛을 공진시키도록 마련될 수 있다.
반도체 기판(61)의 상면과 공진기 구조체(80) 사이에는 제1 기능층(71)이 마련될 수 있다. 제1 기능층(71)은 예를 들어, 공진기 구조체(80)를 투과하여 포토다이오드(62) 쪽으로 입사되는 광의 투과도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제1 기능층(71)은 굴절률이 조절된 유전체층 또는 유전체 패턴을 포함할 수 있다.
공진기 구조체(80)의 상면에는 제2 기능층(72)이 마련될 수 있다. 제2 기능층(72)은 예를 들면, 공진기 구조체(80) 쪽으로 입사되는 광의 투과도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제2 기능층(72)은 굴절률이 조절된 유전체층 또는 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 제2 기능층(72)의 상면에는 제3 기능층(90)이 더 마련될 수 있다. 제3 기능층(90)은 예를 들면, 반반사층(antireflection layer), 집속 렌즈, 컬러 필터, 단파장 흡수 필터 또는 장파장 차단 필터 등을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것이다.
전술한 제1, 제2 및 제3 기능층(71,72,90) 중 적어도 하나는 공진기 구조체(80)와 함께 후술하는 분광 필터를 구성할 수 있다. 이하에서는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 구체적으로 설명한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면도를 도시한 것이다..
도 2를 참조하면, 분광 필터(1100)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 2에는 6개의 유닛 필터(111,112,113,121,122,123)의 단면이 예시적으로 도시되어 있다.
분광 필터(1100)는 평면 상에 배치되는 제1 및 제2 필터 어레이(110,120)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(110,120)는 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 필터 어레이(110)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 파장 영역은 예를 들면, 대략 250nm ~ 600nm의 범위를 가질 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 제1 파장 영역은 설계 조건에 따라 다양한 파장 범위를 가질 수 있다. 도 3에는 제1 필터 어레이(110)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(111,112,113)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제2 필터 어레이(120)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 제2 파장 영역은 제1 파장 영역 보다 긴 파장 영역이 될 수 있다. 예를 들면, 제2 파장 영역은 대략 600nm ~ 1100nm의 범위를 가질 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 제2 파장 영역은 설계 조건에 따라 다양한 파장 범위를 가질 수 있다. 도 2에는 제2 필터 어레이(120)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(121,122,123)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
도 2에는 제1 및 제2 필터 어레이(110,120)가 각각 3개의 유닛 필터(111,112,113) (121,122,123)를 포함하는 경우가 도시되어 있으나, 이는 단지 예시적인 것으로 제1 및 제2 필터 어레이(110,120) 각각을 구성하는 유닛 필터의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
제1 필터 어레이(110)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(111,112,113) 각각은 제1 파장 영역 내의 특정 중심 파장을 투과시키는 것으로, 서로 이격되게 마련된 2개의 제1 금속 반사층(131,132) 사이에 캐비티(141,142,143)가 마련된 패브리-페로(Fabry-Perot) 구조를 가질 수 있다.
빛이 제1 금속 반사층(131,132)을 투과하여 캐비티(141,142,143)로 입사되면 이 빛은 제1 금속 반사층들(131,132) 사이에서 캐비티(141,142,143) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 유닛 필터(111,112,113)의 외부로 출사된다. 여기서, 제1 금속 반사층(131,132)의 반사 대역 및 캐비티(141,142,143)의 특성에 따라 유닛 필터(111,112,113)를 통과하는 빛의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
제1 금속 반사층(131,132)은 제1 파장 영역의 빛을 반사할 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 금속은 Al, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1 금속 반사층(131,132)은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 예를 들면, 제1 금속 반사층(131,132)은 대략 10nm ~ 80nm 정도의 두께를 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 금속 반사층(131,132)은 대략 10nm ~ 30nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
제1 금속 반사층들(131,132) 사이에 마련되는 캐비티(141,142,143)는 공진층으로서 소정의 굴절률을 가지는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐비티(141,142,143)는 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(111,112,113)는 제1 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(111,112,113)는 서로 다른 두께의 제1, 제2 및 제3 캐비티(141,142,143)를 포함할 수 있다. 도 2에는 제2 캐비티(142)가 제1 캐비티(141) 보다 두꺼우며, 제3 캐비티(143)가 제2 캐비티(142) 보다 두꺼운 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(111,112,113) 중 제3 유닛 필터(113)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제1 유닛 필터(111)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다. 또한, 캐비티의 두께에 따라 일부 유닛 필터는 복수개의 중심 파장을 가질 수도 있다.
제2 필터 어레이(120)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(121,122,123) 각각은 제2 파장 영역 내의 특정 중심 파장을 투과시키는 것으로, 서로 이격되게 마련된 2개의 제2 금속 반사층(151,152) 사이에 캐비티(161,162,163)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 여기서, 제2 금속 반사층(151.152)의 반사 대역 및 캐비티(161,162,163)의 특성에 따라 유닛 필터(121,122,123)를 통과하는 빛의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
제2 금속 반사층(151,152)은 제2 파장 영역의 빛을 반사할 수 있는 제2 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제2 금속은 Cu, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 금속 반사층(151,152)은 제2 금속 외에 poly-Si을 더 포함할 수도 있다. 이러한 제2 금속 반사층은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 예를 들면, 제2 금속 반사층(151,152)은 대략 10nm ~ 80nm 정도의 두께를 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 제2 금속 반사층(151,152)은 대략 40nm ~ 50nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
제2 금속 반사층(151,152)을 이루는 제2 금속은 전술한 제1 금속 반사층(131,132)을 이루는 제1 금속과는 다른 금속일 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 반사층(131,132)이 Al을 포함하는 경우, 제2 금속 반사층(151,152)은 Cu를 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 제1 금속 반사층(131,132)이 Al을 포함하는 경우, 제2 금속 반사층(151,152)은 Ag를 포함할 수도 있다. 또한, 예를 들어 제1 금속 반사층(131,132)이 Ag를 포함하는 경우, 제2 금속 반사층(151,152)은 Cu를 포함할 수 있다.
제2 금속 반사층들(151,152) 사이에 마련되는 캐비티(161,162,163)는 공진층으로서 소정의 굴절률을 가지는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캐비티(161,162,163)는 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
제2 금속 반사층들(151,152) 사이에 마련되는 캐비티(161,162,163)는 제1 금속 반사층들(131,132) 사이에 마련되는 캐비티(141,142,143)와 동일한 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 금속 반사층들(151,152) 사이에 마련되는 캐비티(161,162,163)의 두께가 제1 금속 반사층들(131,132) 사이에 마련되는 캐비티(141,142,143)의 두께와 다를 수 있다. 한편, 제2 금속 반사층들(151,152) 사이에 마련되는 캐비티(161,162,163)는 제1 금속반사층들(131,132) 사이에 마련되는 캐비티(141,142,143)와 다른 물질을 포함할 수도 있다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(121,122,123)는 제2 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(121,122,123)는 서로 다른 두께의 제4, 제5 및 제6 캐비티(161,162,163)를 포함할 수 있다. 도 2에는 제5 캐비티(162)가 제4 캐비티(161) 보다 두꺼우며, 제6 캐비티(163)가 제5 캐비티(162) 보다 두꺼운 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(121,122,123) 중 제6 유닛 필터(123)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제4 유닛 필터(121)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다. 또한, 캐비티의 두께에 따라 일부 유닛 필터는 복수개의 중심 파장을 가질 수도 있다.
이상과 같이, 제1 금속 반사층들(131,132) 사이에 캐비티(141,142,143)가 마련된 제1 필터 어레이(110)와 제2 금속 반사층들(151,152) 사이에 캐비티(161,162,163)가 마련된 제2 필터 어레이(120)를 평면 상에 배치함으로써 제1 파장 영역과 제2 파장 영역을 포함하는 광대역(예를 들면, 자외선에서 근적외선까지의 파장 범위)의 특성을 가지는 분광 필터를 구현할 수 있다.
도 3a는 Cu 반사층들 사이에 TiO2 캐비티가 마련된 유닛 필터(11)를 도시한 것이다. 그리고, 도 3b는 도 3a에 도시된 구조의 상부 및 하부에 각각 TiO2 유전체층이 마련된 유닛 필터(21)를 도시한 것이다.
도 4는 도 3a에 도시된 유닛 필터(11) 및 도 3b에 도시된 유닛 필터(21)에 대한 투과 스펙트럼들을 도시한 것이다. 도 4에서 "A"는 도 3a에 도시된 유닛 필터(11)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이며, "B"는 도 3b에 도시된 유닛 필터(21)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 도 3b에 도시된 유닛 필터(21)가 도 3a에 도시된 유닛 필터(11)에 비해 높은 투과도를 가지고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, Cu 반사층들 사이에 TiO2 캐비티가 마련된 구조의 상하부에 각각 TiO2 유전체층을 더 마련함으로써 투과율이 향상된 유닛 필터(21)를 구현할 수 있다. 여기서, TiO2 유전체층의 두께는 유닛 필터(21)의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1200)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제1 필터 어레이(210)는 제1 파장 영역의 중심 파장들을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(211,212,213)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 필터 어레이(220)는 제2 파장 영역의 중심 파장들을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(221,222,223)를 포함할 수 있다.
제1 필터 어레이(210)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(211,212,213) 각각은 서로 이격된 2개의 제1 금속 반사층(131,132)과, 이 제1 금속 반사층(131,132) 사이에 마련되는 캐비티(141,142,143)와, 캐비티(141,142,143)의 하부 및 상부에 각각 마련되는 제1 및 제2 유전체층(171,172)을 포함한다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(211,212,213)는 제1 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있도록 서로 다른 두께의 제1, 제2 및 제3 캐비티(141,142,143)를 포함할 수 있다. 제1 금속 반사층(131,132)과, 제1, 제2 및 제3 캐비티(141,142,143)에 대해서는 전술하였다.
제1 유전체층(171)은 제1 금속층(131)의 하부에 마련될 수 있으며, 제2 유전체층(172)은 제1 금속층(132)의 상부에 마련될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 유전체층(171,172)은 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(211,212,213)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다. 이러한 제1 및 제2 유전체층(171,172)은 단층(single layer) 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(171,172) 각각은 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물(hafnium oxide), 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머(high index polymer) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.
제1 및 제2 유전체층(171,172)의 두께는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(211,212,213)의 중심 파장에 따라 변화될 수 있다. 도 5에는 유닛 필터(211,212,213)의 중심 파장이 길어짐에 따라 제1 및 제2 유전체층(171,172)의 두께가 두꺼워지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제1 및 제2 유전체층(171,172) 각각의 두께는 대략 10nm ~ 20000nm 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
제2 필터 어레이(220)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(221,222,223) 각각은 서로 이격된 2개의 제2 금속 반사층(151,152)과, 이 제2 금속 반사층(151,152) 사이에 마련되는 캐비티(161,162,163)와, 캐비티(161,162,163)의 하부 및 상부에 각각 마련되는 제3 및 제4 유전체층(181,182)을 포함한다. 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(221,222,223)는 제2 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있도록 서로 다른 두께의 제4, 제5 및 제6 캐비티(161,162,163)를 포함할 수 있다. 제2 금속 반사층(151,152)과, 제4, 제5 및 제6 캐비티(161,162,163)에 대해서는 전술하였다.
제3 유전체층(181)은 제2 금속층(151)의 하부에 마련될 수 있으며, 제4 유전체층(182)은 제2 금속층(152)의 상부에 마련될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 유전체층(181,182)은 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(221,222,223)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다. 제3 및 제4 유전체층(181,182)은 단층 구조를 가질 수 있다. 제3 및 제4 유전체층(181,182) 각각은 전술한 제1 및 제2 유전체층(171,172)과 마찬가지로 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 및 제4 유전체층(181,182)의 두께는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(221,222,223)의 중심 파장에 따라 변화될 수 있다. 도 5에는 유닛 필터(221,222,223)의 중심 파장이 길어짐에 따라 제3 및 제4 유전체층(181,182)의 두께가 두꺼워지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제3 및 제4 유전체층(181,182) 각각의 두께는 대략 10nm ~ 20000nm 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
도 6은 도 5에 도시된 분광 필터(1200)의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다. 여기서, 제1 금속 반사층(131,132) 및 제2 금속 반사층(151,152)은 각각 Al, Cu로 형성하였으며, 캐비티(141,142,143,161,162,163)는 TiO2로 형성하였다. 그리고, 제1, 제2, 제3 및 제4 유전체층(171,172,181,182)은 모두 TiO2로 형성하였다. 도 6에서, "C1"은 제1 필터 어레이(210)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이며, "C2"는 제2 필터 어레이(220)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1300)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제1 필터 어레이(310)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 필터 어레이(320)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다.
도 7에는 편의상 제1 필터 어레이(310)가 하나의 유닛 필터(제1 유닛 필터(315))를 포함하고, 제2 필터 어레이(320)가 하나의 유닛 필터(제2 유닛 필터(325))를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(310,320) 각각이 복수의 유닛 필터를 포함하는 경우에는 복수의 유닛 필터는 서로 다른 두께의 캐비티들을 포함할 수 있다.
제1 필터 어레이(310)를 구성하는 제1 유닛 필터(315)는 서로 이격된 2개의 제1 금속 반사층(131,132)과, 이 제1 금속 반사층(131,132) 사이에 마련되는 제1 캐비티(145)와, 제1 캐비티(145)의 하부 및 상부에 각각 마련되는 제1 및 제2 유전체층(371,372)을 포함한다.
제1 유전체층(371)은 제1 금속층(131)의 하부에 마련될 수 있으며, 제2 유전체층(372)은 제1 금속층(132)의 상부에 마련될 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(371,372)은 각각 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 지만, 이는 한정되는 것은 아니다.
제1 유전체층(371)은 단층 구조를 가질 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 유전체층(371)은 다층(multi-layer) 구조를 가질 수도 있다. 제2 유전체층(372)은 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 제2 유전체층(372)은 서로 다른 제1 및 제2 물질층(372a,372b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 제2 유전체층(372)을 구성하는 물질층들의 두께 및 개수는 제1 유닛 필터(315)의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다. 제2 유전체층(372)은 서로 다른 3개 이상의 물질층을 포함할 수도 있다.
제2 필터 어레이(320)를 구성하는 제2 유닛 필터(325)는 서로 이격된 2개의 제2 금속 반사층(151,152)과, 이 제2 금속 반사층(151,152) 사이에 마련되는 제2 캐비티(165)와, 제2 캐비티(165)의 하부 및 상부에 각각 마련되는 제3 및 제4 유전체층(381,382)을 포함한다.
제3 유전체층(381)은 제2 금속층(151)의 하부에 마련될 수 있으며, 제4 유전체층(382)은 제2 금속층(152)의 상부에 마련될 수 있다. 제3 및 제4 유전체층(381,382)은 제1 및 제2 유전체층(371,372)과 마찬가지로 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이는 한정되는 것은 아니다.
제3 유전체층(381)은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제4 유전체층(382)은 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 제4 유전체층(382)은 서로 다른 제1 및 제2 물질층(382a,382b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기서, 제4 유전체층(382)을 구성하는 물질층들의 두께 및 개수는 제2 유닛 필터(325)의 중심 파장에 따라 조절될 수 있다. 제4 유전체층(382)은 서로 다른 3개 이상의 물질층을 포함할 수도 있다.
도 8은 도 7에 도시된 분광 필터(1300)의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 8에는 도 7에 도시된 분광 필터(1300)에서 제1 필터 어레이(310)가 서로 다른 중심 파장들을 가지는 7개의 유닛 필터를 포함하고, 제2 필터 어레이(320)가 서로 다른 중심 파장들을 가지는 9개의 유닛 필터를 포함하는 경우의 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다.
제1 금속 반사층(131,132) 및 제2 금속 반사층(151,152)은 각각 Al, Cu로 형성하였으며, 캐비티(145,165)는 TiO2와 SiN의 다층막으로 형성하였다. 그리고, 제1 및 제3 유전체층(371,381)은 각각 SiN로 형성하였으며, 제2 및 제4 유전체층(372,382)은 각각 TiO2와 SiN의 다층막으로 형성하였다. 도 8에서, "D1"은 제1 필터 어레이(310)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이며, "D2"는 제2 필터 어레이(320)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 분광 필터(1300)가 광대역 특성 및 높은 투과율을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1400)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 9에는 편의상 제1 필터 어레이(410)가 하나의 유닛 필터(제1 유닛 필터(415))를 포함하고, 제2 필터 어레이(420)가 하나의 유닛 필터(제2 유닛 필터(425))를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1 필터 어레이(410)를 구성하는 제1 유닛 필터(415)는 서로 이격된 3개의 제1 금속 반사층(431,432,433)과, 이 제1 금속 반사층들(431,432,433) 사이에 마련되는 2개의 제1 캐비티(441,442)를 포함한다.
제1 금속 반사층(431,432,433)은 제1 파장 영역의 빛을 반사할 수 있는 제1 금속을 포함할 수 있다. 제1 캐비티(441,442)는 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물 등과 같은 유전 물질을 포함할 수 있다.
제2 필터 어레이(420)를 구성하는 제2 유닛 필터(425)는 서로 이격된 3개의 제2 금속 반사층(451,452,453)과, 이 제2 금속 반사층들(451,452,453) 사이에 마련되는 2개의 제2 캐비티(461,462)를 포함한다.
제2 금속 반사층(451,452,453)은 제2 파장 영역의 빛을 흡수할 수 있는 제2 금속을 포함할 수 있다. 제2 캐비티(461,462)는 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물 등과 같은 유전 물질을 포함할 수 있다.
이상에서는 제1 및 제2 유닛 필터(415.425) 각각이 2개의 캐비티(441,442)(461,462)를 포함하는 경우가 설명되었으나, 제1 및 제2 유닛 필터(415.425) 각각이 3개 이상의 캐비티를 포함하는 것도 가능하다. 또한, 이상에서는 제1 및 제2 유닛 필터(415.425) 모두가 멀티-캐비티 구조를 가지는 경우가 설명되었으나 제1 및 제2 유닛 필터(415.425) 중 하나는 싱글 캐비티 구조를 가지고 다른 하나는 멀티 캐비티 구조를 가질 수도 있다.
도 10은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1500)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 10에는 편의상 제1 필터 어레이(510)가 하나의 유닛 필터(제1 유닛 필터(515))를 포함하고, 제2 필터 어레이(520)가 하나의 유닛 필터(제2 유닛 필터(525))를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 제1 필터 어레이(510)를 구성하는 제1 유닛 필터(515)는 서로 이격된 3개의 제1 금속 반사층(431,432,433)과, 이 제1 금속 반사층들(431,432,433) 사이에 마련되는 2개의 제1 캐비티(441,442)와, 제1 캐비티들(441,442)의 하부 및 상부에 마련되는 제1 및 제2 유전체층(571,572)을 포함한다. 제1 금속 반사층(431,432,433) 및 제1 캐비티(441,442)에 대해서는 전술하였다.
제1 유전체층(571)은 제1 금속 반사층(431)의 하부에 마련되며, 제2 유전체층(572)은 제1 금속 반사층(433)의 상부에 마련될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 유전체층(571,572)은 투과율을 향상시키기 위한 것으로, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(571.572)은 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 필터 어레이(520)를 구성하는 제2 유닛 필터(525)는 서로 이격된 3개의 제2 금속 반사층(451,452,453)과, 이 제2 금속 반사층들(451,452,453) 사이에 마련되는 2개의 제2 캐비티(461,462)와, 제2 캐비티들(461,462)의 하부 및 상부에 마련되는 제3 및 제4 유전체층(581,582)을 포함한다. 제2 금속 반사층(451,452,453) 및 제2 캐비티(461,462)에 대해서는 전술하였다.
제3 유전체층(581)은 제2 금속 반사층(451)의 하부에 마련되며, 제4 유전체층(582)은 제2 금속 반사층(453)의 상부에 마련될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 유전체층(581,582)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있으며, 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1600)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11을 참조하면, 제1 필터 어레이(610)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있으며, 제2 필터 어레이(620)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 12에는 제1 필터 어레이(610)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(611,612,613)를 포함하고, 제2 필터 어레이(620)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(621,622,623)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1 필터 어레이(610)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(611,612,613) 각각은 서로 이격되게 마련된 2개의 제1 금속 반사층(631,632)과 이 제1 금속 반사층(631,632) 사이에 마련되는 캐비티(641,642,643)를 포함한다. 제1 금속 반사층(631,632)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명을 생략한다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(611,612,613)는 제1 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(611,612,613)는 서로 다른 유효 굴절률(effective refractive index)을 가지는 제1, 제2 및 제3 캐비티(641,642,643)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 캐비티(641,642,643) 각각은 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다.
도 11에는 제1, 제2 및 제3 캐비티(641,642,643) 각각이 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 제1 금속 반사층(631)에 수직으로 서로 나란하게 배치되는 복수의 제2 물질층을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 도 11에는 제2 물질층이 메사(MESA) 구조를 가지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 제2 물질층은 예를 들면 다마신(Damascene) 공정을 통해 상하의 제1 금속 반사층들(631)과 연결되도록 형성될 수도 있다. 여기서, 제1 및 제2 물질층 각각은 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 물질층은 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 물질층은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(641,642,643)는 제2 물질층의 폭을 조절함으로써 유효 굴절률을 변화시킬 수 있다. 도 11에는 제2 물질층이 제1 캐비티(641)에서 제3 캐비티(643)으로 갈수록 큰 폭을 가지도록 마련된 경우가 예시적으로 되어 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 캐비티(641,642,643) 중 제3 캐비티(643)가 가장 큰 유효 굴절률을 가지며, 제1 캐비티(641)는 가장 작은 유효 굴절률을 가질 수 있다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(611,612,613) 중 제3 유닛 필터(613)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제1 유닛 필터(611)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다. 또한 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률에 따라 일부 유닛 필터는 복수개의 중심파장을 가질 수도 있다.
이상에서는 복수의 제2 물질층이 제1 금속 반사층(631)에 수직으로 배열되는 경우가 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 복수의 제2 물질층은 제1 금속 반사층(631)에 나란하게 배열되는 것도 가능하다.
제2 필터 어레이(620)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(621,622,623) 각각은 서로 이격되게 마련된 2개의 제2 금속 반사층(651,652)과 이 제2 금속 반사층(651,652) 사이에 마련되는 캐비티(661,662,663)를 포함한다. 제2 금속 반사층(651,652)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명을 생략한다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(621,622,623)는 제2 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(621,622,623)는 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 제4, 제5 및 제6 캐비티(661,662,663)를 포함할 수 있다. 제4, 제5 및 제6 캐비티(661,662,663) 각각은 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다.
도 11에는 제4, 제5 및 제6 캐비티(661,662,663) 각각이 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 제2 금속 반사층(651)에 수직으로 서로 나란하게 배치되는 복수의 제2 물질층을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 물질층 각각은 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다.
제4, 제5 및 제6 캐비티(661,662,663)는 제2 물질층의 폭을 조절함으로써 유효 굴절률을 변화시킬 수 있다. 도 11에는 제2 물질층이 제4 캐비티(661)에서 제6 캐비티(663)으로 갈수록 큰 폭을 가지도록 마련된 경우가 예시적으로 되어 있다. 이 경우, 제4, 제5 및 제6 캐비티(661,662,663) 중 제6 캐비티(663)가 가장 큰 유효 굴절률을 가지며, 제4 캐비티(661)는 가장 작은 유효 굴절률을 가질 수 있다. 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(621,622,623) 중 제6 유닛 필터(623)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제4 유닛 필터(621)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다. 또한 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률에 따라 일부 유닛 필터는 복수개의 중심파장을 가질 수도 있다.
이상에서는 제1 필터 어레이(610) 및 제2 필터 어레이(620) 모두가 싱글 캐비티 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었다. 그러나, 제1 필터 어레이(610) 및 제2 필터 어레이(620) 모두가 멀티 캐비티 구조를 가질 수도 있다. 또한, 제1 필터 어레이(610) 및 제2 필터 어레이(620) 중 하나는 싱글 캐비티 구조를 가지고, 다른 하나는 멀티 캐비티 구조를 가질 수도 있다.
도 12는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1700)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 12에 도시된 분광 필터(1700)는 캐비티가 식각 정지층(etch stop layer)을 더 포함하는 것을 제외하면 도 11에 도시된 분광 필터(1600)와 동일하다.
제1 필터 어레이(710)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(711,712,713)는 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 제1, 제2 및 제3 캐비티(741,742,743)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 캐비티(741,742,743) 각각은 제1 금속 반사층(631)에 마련되는 식각 정지층(740a)과, 식각 정지층(740a)에 마련되는 제1 물질층과, 제1 물질층의 내부에 배치되는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 여기서, 식각 정지층(740a)은 캐비티 형성을 위한 패터닝 공정을 보다 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 이러한 식각 정지층(740a)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 또는 하프늄 산화물 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 식각 정지층(740a)은 캐비티들(741,742,743)을 구성하는 유전 물질 보다 식각 속도가 2배 이상(예를 들면, 5배 이상) 낮은 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 캐비티들(741,742,743)이 실리콘 산화물을 포함하는 경우에 식각 정지층(740a)는 하프늄 산화물을 포함할 수 있다.
제2 필터 어레이(720)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(721,722,723)는 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 제4, 제5 및 제6 캐비티(761,762,763)를 포함할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 캐비티(761,762,763) 각각은 제2 금속 반사층(651,652)에 마련되는 식각 정지층(760a)과, 식각 정지층(760a)에 마련되는 제1 물질층과, 제1 물질층의 내부에 배치되는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1800)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 13에 도시된 분광 필터(1800)는 제1 필터 어레이(810)의 하부 및 상부에 제1 및 제2 유전체층(871,872)이 마련되고, 제2 필터 어레이(820)의 하부 및 상부에 제3 및 제4 유전체층(881,882)이 마련된 것을 제외하면 도 12에 도시된 분광 필터(1700)와 동일하다.
도 13을 참조하면, 제1 필터 어레이(810)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(811,812,813)은 각각 서로 이격된 2개의 제1 금속 반사층(631,632)과, 이 제1 금속 반사층(631,632) 사이에 마련되는 캐비티(841,842,843)와, 캐비티(841,842,843)의 하부 및 상부에 각각 마련되는 제1 및 제2 유전체층(871,872)을 포함한다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(811,812,813)는 제1 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있도록 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 제1, 제2 및 제3 캐비티(841,842,843)를 포함할 수 있다.
제1 유전체층(871)은 제1 금속층(631)의 하부에 마련될 수 있으며, 제2 유전체층(872)은 제1 금속층(632)의 상부에 마련될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 유전체층(871,872)은 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(811,812,813)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다.
제1 및 제2 유전체층(871,872) 각각은 제1 물질층과 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 물질층은 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이는 한정되는 것은 아니다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(811,812,813)의 중심 파장에 따라 제2 물질층의 폭을 변화시킴으로써 제1 및 제2 유전체층(871,872)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(871,872)은 각각 식각 정지층을 더 포함할 수도 있다.
제2 필터 어레이(820)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(821,822,823)은 각각 서로 이격된 2개의 제2 금속 반사층(651,652)과, 이 제2 금속 반사층(651,652) 사이에 마련되는 캐비티(861,862,863)와, 캐비티(861,862,863)의 하부 및 상부에 각각 마련되는 제3 및 제4 유전체층(881,882)을 포함한다. 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(821,822,823)는 제2 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있도록 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 제4, 제5 및 제6 캐비티(861,862,863)를 포함할 수 있다.
제3 유전체층(881)은 제2 금속층(651)의 하부에 마련될 수 있으며, 제4 유전체층(822)은 제2 금속층(652)의 상부에 마련될 수 있다. 제3 및 제4 유전체층(881,882) 각각은 제1 물질층과 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(821,822,823)의 중심 파장에 따라 제2 물질층의 폭을 변화시킴으로써 제3 및 제4 유전체층(881,882)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 제3 및 제4 유전체층(881,882)은 각각 식각 정지층을 더 포함할 수도 있다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1900)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 제1 필터 어레이(910)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(920)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 14에는 제1 필터 어레이(910)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(911,912,913)를 포함하고, 제2 필터 어레이(920)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921,922,923)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1 파장 영역은 제2 파장 영역 보다 짧은 파장 영역이 될 수 있다. 예를 들면, 제1 파장 영역은 대략 250nm ~ 600nm의 범위를 가질 수 있으며, 제2 파장 영역은 대략 600nm ~ 1100nm의 범위를 가질 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 설계 조건에 따라 제1 및 제2 파장 영역은 다양하게 변형될 수 있다. 대체적으로(alternatively), 제1 파장 영역이 제2 파장 영역보다 긴 파장 영역이 될 수도 있다.
제1 필터 어레이(910)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(911,912,913) 각각은 제1 파장 영역 내의 특정 중심 파장을 투과시키는 것으로, 서로 이격되게 마련된 2개의 금속 반사층(931,932) 사이에 캐비티(941,942,943)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다.
빛이 금속 반사층(931,932)을 투과하여 캐비티(941,942,943)로 입사되면 이 빛은 금속 반사층들(931,932) 사이에서 캐비티(941,942,943) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 유닛 필터(911,912,913)의 외부로 출사된다. 여기서, 금속 반사층(931,932)의 반사 대역 및 캐비티(941,942,943)의 특성에 따라 유닛 필터(911,912,913)를 통과하는 빛의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
금속 반사층(931,932)은 제1 파장 영역의 빛을 반사할 수 있는 소정 금속을 포함할 수 있다. 제1 파장 영역이 제2 파장 영역 보다 짧은 파장 영역인 경우에 금속 반사층(931,932)은 예를 들면, Al, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 한편, 제1 파장 영역이 제2 파장 영역 보다 긴 파장 영역인 경우에 금속 반사층(931,932)은 예를 들면, Cu, Ag, Au 또는 TiN, Ti, W 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 금속 반사층(931,932)은 poly-Si을 더 포함할 수도 있다. 이러한 금속 반사층(931,932)은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 금속 반사층(931,932)은 대략 10nm ~ 80nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
금속 반사층들(931,932) 사이에 마련되는 캐비티(941,942,943)는 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(911,912,913)는 제1 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(911,912,913)는 서로 다른 두께의 제1, 제2 및 제3 캐비티(941,942,943)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(911,912,913)가 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 캐비티들을 포함함으로써 서로 다른 중심 파장을 가질 수도 있다.
제2 필터 어레이(920)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921,922,923) 각각은 제2 파장 영역 내의 특정 중심 파장을 투과시키는 것으로, 서로 이격되게 마련된 2개의 브래그 반사층(951,952) 사이에 캐비티(961,962,963)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다.
빛이 브래그 반사층(951,952)을 투과하여 캐비티(961,962,963)로 입사되면 이 빛은 브래그 반사층들(951,952) 사이에서 캐비티(961,962,963) 내부를 왕복하게 되고 이 과정에서 보강 간섭과 상쇄 간섭을 일으키게 된다. 그리고, 보강 간섭 조건을 만족하는 특정 중심 파장을 가지는 광이 유닛 필터(921,922,923)의 외부로 출사된다. 여기서, 브래그 반사층(951,952)의 반사 대역 및 캐비티(961,962,963)의 특성에 따라 유닛 필터(911,912,913)를 통과하는 빛의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
브래그 반사층(951,952)은 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)가 될 수 있다. 브래그 반사층(951,952)은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층(951a,952a)과 적어도 하나의 제2 물질층(951b,952b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 물질층(951a,952a) 또는 제2 물질층(951b,952b)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것이다.
브래그 반사층(951,952)을 구성하는 제1 및 제2 물질층(951a,952a) (951b,952b) 중 어느 하나가 예를 들어 제1 파장 영역의 빛(예를 들면, 단파장의 빛)을 흡수할 수 있는 물질(예를 들면, 실리콘 등)을 포함하는 경우에는 제1 영역의 빛이 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921,922,923)를 투과하는 것을 방지할 수 있다.
브래그 반사층들(951,952) 사이에 마련되는 캐비티(961,962,963)는 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921,922,923)는 제2 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921,922,923)는 서로 다른 두께의 제4, 제5 및 제6 캐비티(961,962,963)를 포함할 수 있다. 한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(921,922,923)가 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 캐비티들을 포함함으로써 서로 다른 중심 파장을 가질 수도 있다.
이상과 같이, 금속 반사층들(931,932) 사이에 캐비티(941,942,943)가 마련된 제1 필터 어레이(910)와 브래그 반사층들(951,952) 사이에 캐비티(961,962,963)가 마련된 제2 필터 어레이(920)를 평면 상에 배치함으로써 제1 파장 영역과 제2 파장 영역을 포함하는 광대역의 특성을 가지는 분광 필터를 구현할 수 있다.
도 15는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(2000)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 15에는 편의상 제1 필터 어레이(1010)가 하나의 유닛 필터(제1 유닛 필터(1015))를 포함하고, 제2 필터 어레이(1020)가 하나의 유닛 필터(제2 유닛 필터(1025))를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
도 15를 참조하면, 제1 필터 어레이(1010)를 구성하는 제1 유닛 필터(1015)는 서로 이격된 2개의 금속 반사층(1031,1032)과, 이 금속 반사층들(1031,1032) 사이에 마련되는 제1 캐비티(1045)를 포함한다. 금속 반사층(1031,1032) 및 제1 캐비티(1045)에 대해서는 전술하였다.
제2 필터 어레이(1020)를 구성하는 제2 유닛 필터(1025)는 멀티 캐비티 구조를 가지고 있다. 구체적으로, 제2 유닛 필터(1025)는 서로 이격된 3개의 브래그 반사층(1051,1052,1053)과, 이 브래그 반사층들(1051,1052,1053) 사이에 마련되는 2개의 제2 캐비티(1061,1062)를 포함한다. 브래그 반사층(1051,1052,1053) 및 제2 캐비티(1061,1062)에 대해서는 전술하였다. 각 브래그 반사층(1051,1052,1053)을 구성하는 제1 및 제2 물질층의 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 도 15에는 제2 유닛 필터(1025)가 2개의 캐비티(1061,1062)를 포함하는 경우가 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 제2 유닛 필터(1025)는 3개 이상의 캐비티를 포함할 수도 있다.
도 16은 도 15에 도시된 분광 필터(2000)의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 16에는 도 15에 도시된 분광 필터(2000)에서 제1 필터 어레이(1010)가 서로 다른 중심 파장들을 가지는 4개의 유닛 필터를 포함하고, 제2 필터 어레이(1020)가 서로 다른 중심 파장들을 가지는 4개의 유닛 필터를 포함하는 경우의 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다.
제1 필터 어레이(1010)에서 금속 반사층(1031,1032)은 Al로 형성하였으며, 캐비티(1045)는 TiO2와 SiN 의 다층막으로 형성하였다. 그리고, 제2 필터 어레이(1020)에서 브래그 반사층(1051,1052,1053)은 Si과 및 SiO2로 형성하였으며, 캐비티(1061,1062)는 SiO2로 형성하였다. 도 16에서, "S1"은 제1 필터 어레이(1010)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이며, "S2"는 제2 필터 어레이(1020)의 투과 스펙트럼을 나타낸 것이다.
이상에서는 제1 유닛 필터(1015)가 싱글 캐비티 구조를 가지고 제2 유닛 필터(1025)가 멀티 캐비티 구조를 가지는 경우가 설명되었다. 그러나, 제1 유닛 필터(1015)가 멀티 캐비티 구조를 가지고 제2 유닛 필터(1025)가 싱글 캐비티 구조를 가지는 것도 가능하다. 또한, 제1 및 제2 유닛 필터(1015,1025) 모두가 멀티 캐비티 구조를 가질 수도 있다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(7100)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 17을 참조하면, 제1 필터 어레이(1710)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(1720)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 17에는 제1 필터 어레이(1710)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)를 포함하고, 제2 필터 어레이(1720)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1 파장 영역은 제2 파장 영역 보다 짧은 파장 영역이 될 수 있다. 예를 들면, 제1 파장 영역은 대략 250nm ~ 600nm 범위의 단파장 영역이 될 수 있으며, 제2 파장 영역은 대략 600nm ~ 1100nm 범위의 장파장 영역이 될 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 설계 조건에 따라 제1 및 제2 파장 영역은 다양하게 변형될 수 있다.
제1 필터 어레이(1710)를 구성하는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713) 각각은 제1 파장 영역 내의 특정 중심 파장을 투과시키는 것으로, 서로 이격되게 마련된 2개의 제1 금속 반사층(1131,1132) 사이에 캐비티(1141,1142,1143)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 제1 금속 반사층들(1131,1132)의 반사 대역 및 캐비티(1141,1142,1143)의 특성에 따라 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)를 통과하는 빛의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
제1 금속 반사층(1131,1132)은 제1 파장 영역의 빛을 반사할 수 있는 소정 금속을 포함할 수 있다. 제1 파장 영역이 단파장 영역이고, 제2 파장 영역이 장파장 영역이 경우에 제1 금속 반사층(1131,1132)은 예를 들면, Al, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 이러한 제1 금속 반사층(1131,1132)은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 제1 금속 반사층(1131,1132)은 대략 10nm ~ 80nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
제1 금속 반사층들(1131,1132) 사이에 마련되는 캐비티(1141,1142,1143)는 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)는 제1 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)는 서로 다른 두께의 제1, 제2 및 제3 캐비티(1141,1142,1143)를 포함할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(1141,1142,1143) 각각의 하부에는 제1 유전체층(1171)이 더 마련될 수 있으며, 제1, 제2 및 제3 캐비티(1141,1142,1143) 각각의 상부에는 제2 유전체층(1172)이 더 마련될 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(1171,1172)은 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다. 이러한 제1 및 제2 유전체층(1171,1172) 각각은 단층(single layer) 또는 다층(multi layer) 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(1171,1172) 각각은 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물(hafnium oxide), 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머(high index polymer) 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.
제1 및 제2 유전체층(1171,1172)의 두께는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)의 중심 파장에 따라 변화될 수 있다. 도 17에는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1711,1712,1713)의 중심 파장이 길어짐에 따라 제1 및 제2 유전체층(1171,1172)의 두께가 두꺼워지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제1 및 제2 유전체층(1171,1172) 각각의 두께는 대략 10nm ~ 20000nm 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
제2 필터 어레이(1720)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723) 각각은 제2 파장 영역 내의 특정 중심 파장을 투과시키는 것으로, 서로 이격된 제2 금속층(1151)과 브래그 반사층(1152) 사이에 캐비티(1161,1162,1163)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 제2 금속층(1151)은 캐비티(1161,1162,1163)의 하부에 마련되고, 브래그 반사층(1152)은 캐비티(1161,1162,1163)의 상부에 마련될 수 있다. 제2 금속 반사층(1151) 및 브래그 반사층(1152)의 반사 대역과, 캐비티(1161,1162,1163)의 특성에 따라 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1721,1722,1723)를 통과하는 빛의 파장 대역 및 중심 파장이 결정될 수 있다.
제1 파장 영역이 단파장 영역이고, 제2 파장 영역이 장파장 영역이 경우에 제2 금속 반사층(1151)은 예를 들면, Cu, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 제2 금속 반사층(1151)은 poly-Si을 더 포함할 수도 있다. 이러한 제2 금속 반사층(1151)은 수십 nm 정도의 두께로 마련될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들면, 제2 금속 반사층(1151)은 대략 10nm ~ 80nm 정도의 두께를 가질 수 있다.
브래그 반사층(1152)은 분산 브래그 반사기(DBR)가 될 수 있다. 브래그 반사층(1152)은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층(1152a)과 적어도 하나의 제2 물질층(1152b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 물질층(1152a) 또는 제2 물질층(1152b)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것이다. 구체적인 예로서, 제1 물질층(1152a)은 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 물질층(1152b)은 실리콘을 포함할 수 있다.
브래그 반사층(1152)을 구성하는 제1 및 제2 물질층(1152a) (1152b) 중 어느 하나가 예를 들어 제1 파장 영역의 빛(예를 들면, 단파장의 빛)을 흡수할 수 있는 물질(예를 들면, 실리콘 등)을 포함하는 경우에는 제1 영역의 빛이 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723)를 투과하는 것을 방지할 수 있다.
제2 금속층(1151)과 브래그 반사층(1152) 사이에 마련되는 캐비티(1161,1162,1163)는 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물 또는 티타늄 산화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723)는 제2 파장 영역 내에서 서로 다른 중심 파장을 가질 수 있다. 이를 위해 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723)는 서로 다른 두께의 제4, 제5 및 제6 캐비티(1161,1162,1163)를 포함할 수 있다.
각 제2 금속층(1151)의 하부에는 제3 유전체층(1181)이 더 마련될 수 있으며, 각 브래그 반사층(1152)의 상부에는 제4 유전체층(1182)이 더 마련될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 유전체층(1181,1182)은 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다. 제3 및 제4 유전체층(1181,1182)은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제3 및 제4 유전체층(1181,1182) 각각은 전술한 제1 및 제2 유전체층(1171,1172)과 마찬가지로 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 및 제4 유전체층(1181,1182)의 두께는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723)의 중심 파장에 따라 변화될 수 있다. 도 17에는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(221,222,223)의 중심 파장이 길어짐에 따라 제3 및 제4 유전체층(1181,1182)의 두께가 두꺼워지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제3 및 제4 유전체층(1181,1182) 각각의 두께는 대략 10nm ~ 20000nm 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 실시예에서는 제2 필터 어레이(1720)를 구성하는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1721,1722,1723) 각각이 서로 이격된 제2 금속층(1151)과 브래그 반사층(1152) 사이에 캐비티(1161,1162,1163)가 마련된 구조를 가짐으로써 제2 파장 영역의 빛에 대한 투과율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 18a는 캐비티(1160)의 하부 및 상부에 모두 Cu 금속층이 마련된 필터 구조("Cu-Cu 구조")를 도시한 것이며, 도 18b는 도 18a에 도시된 "Cu-Cu 구조"의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 18a에서 하부 유전체층은 SiN/SiO2 다층(multi-layer)으로 형성하였으며, 상부 유전체층은 TiO2층으로 형성하였다. 그리고, 캐비티(1160)는 SiN층으로 형성하였다.
도 19a는 캐비티(1160)의 하부 및 상부에 모두 Si/SiO2 브래그 반사층(DBR)이 마련된 필터 구조("Si/SiO2 DBR-Si/SiO2 DBR 구조")를 도시한 것이며, 도 19b는 도 19a에 도시된 "Si/SiO2 DBR-Si/SiO2 DBR 구조"의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 19a에서 하부 유전체층은 SiN/SiO2 다층으로 형성하였으며, 상부 유전체층은 SiO2층으로 형성하였다. 그리고, 캐비티(1160)는 SiN층으로 형성하였다.
그리고, 도 20a는 캐비티(1160)의 하부에 Cu 금속층이 마련되고 캐비티(1160)의 상부에 Si/SiO2 브래그 반사층(DBR)이 마련된 필터 구조("Cu- Si/SiO2 DBR 구조")를 도시한 것이며, 도 20b는 도 20a에 도시된 Cu- Si/SiO2 DBR 구조"의 투과 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 20a에서 하부 유전체층은 SiN/SiO2 다층으로 형성하였으며, 상부 유전체층은 SiO2층으로 형성하였다. 그리고, 캐비티(1160)는 SiN층으로 형성하였다. 도 18a, 도 19a 및 도 20a에 도시된 필터 구조들은 모두 대략 930nm의 중심 파장을 가지고 있다.
도 18b, 도 19b 및 도 20b를 참조하면, 도 20a에 도시된 "Cu- Si/SiO2 DBR 구조"는 도 18a에 도시된 "Cu-Cu 구조"에 비해 투과율이 향상되었음을 알 수 있다. 또한, 도 20a에 도시된 "Cu- Si/SiO2 DBR 구조"는 도 19a에 도시된 "Si/SiO2 DBR-Si/SiO2 DBR 구조"에 비해 투과 피크(peak)의 반치폭이 도 18a에 도시된 "Cu-Cu 구조"와 유사하게 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
이상에서는 제1 필터 어레이(1710) 및 제2 필터 어레이(1720) 모두가 싱글 캐비티 구조를 가지는 경우가 예시적으로 설명되었다. 그러나, 제1 필터 어레이(1710) 및 제2 필터 어레이(1720) 모두가 멀티 캐비티 구조를 가질 수도 있다. 또한, 제1 필터 어레이(1710) 및 제2 필터 어레이(1720) 중 하나는 싱글 캐비티 구조를 가지고, 다른 하나는 멀티 캐비티 구조를 가질 수도 있다.
도 21은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(7200)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 21을 참조하면, 제1 필터 어레이(2710)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(2720)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 21에는 제1 필터 어레이(2710)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713)를 포함하고, 제2 필터 어레이(2720)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2721,2722,2723)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713) 각각은 서로 이격되게 마련된 2개의 제1 금속 반사층(2131,2132) 사이에 캐비티(2141,2142,2143)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 제1 금속 반사층들(2131,2132) 및 캐비티(2141,2142,2143)는 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(2141,2142,2143) 각각의 하부에는 제1 유전체층(2171)이 더 마련될 수 있으며, 제1, 제2 및 제3 캐비티(2141,2142,2143) 각각의 상부에는 제2 유전체층(2172)이 더 마련될 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(2171,2172)은 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다.
제1 유전체층(2171)은 제1 물질층과 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 물질층은 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이는 한정되는 것은 아니다. 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장에 따라 제2 물질층의 폭을 변화시킴으로써 제1 유전체층(2171)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 여기서, 제1 유전체층(2171)은 식각 정지층을 더 포함할 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(2141,2142,2143) 각각의 상부에 마련되는 제2 유전체층(2172)은 도 17에 도시된 것과 동일하다. 즉, 제2 유전체층(2172)의 두께는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장에 따라 변화될 수 있다. 도 21에는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장이 길어짐에 따라 제2 유전체층(2172)의 두께가 두꺼워지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
도면에는 도시되어 있지 않으나 제2 유전체층(2172)은 제1 유전체층(2171)과 유사한 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제2 유전체층(2712)은 제1 물질층과 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장에 따라 제2 물질층의 폭을 변화시킴으로써 제2 유전체층(2172)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2721,2722,2723) 각각은 서로 이격된 제2 금속층(2151)과 브래그 반사층(2152) 사이에 캐비티(2161,2162,2163)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 브래그 반사층(2152)은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층(2152a)과 적어도 하나의 제2 물질층(2152b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제2 금속 반사층(2151), 캐비티(2161,2162,2163) 및 브래그 반사층(2152)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
각 제2 금속층(2151)의 하부에는 제3 유전체층(2181)이 더 마련될 수 있으며, 각 브래그 반사층(2152)의 상부에는 제4 유전체층(2182)이 더 마련될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 유전체층(2181,2182)은 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2721,2722,2723)의 투과율을 향상시키기 위한 것이다.
제3 유전체층(2181)은 제1 물질층과 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 물질층은 예를 들면, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 고굴절 폴리머 등을 포함할 수 있지만, 이는 한정되는 것은 아니다. 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장에 따라 제2 물질층의 폭을 변화시킴으로써 제3 유전체층(2181)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 여기서, 제3 유전체층(2181)은 식각 정지층을 더 포함할 수도 있다.
제4, 제5 및 제6 캐비티(2161,2162,2163) 각각의 상부에 마련되는 제4 유전체층(2182)은 도 17에 도시된 것과 동일하다. 즉, 제4 유전체층(2182)의 두께는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장에 따라 변화될 수 있다. 도 21에는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2711,2712,2713)의 중심 파장이 길어짐에 따라 제4 유전체층(2182)의 두께가 두꺼워지는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
도면에는 도시되어 있지 않으나 제4 유전체층(2182)은 제3 유전체층(2181)과 유사한 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 제4 유전체층(2182)은 제1 물질층과 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 여기서, 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(2721,2722,2723)의 중심 파장에 따라 제2 물질층의 폭을 변화시킴으로써 제4 유전체층(2182)의 유효 굴절률을 조절할 수 있다.
도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(7300)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 22를 참조하면, 제1 필터 어레이(3710)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(3720)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 22에는 제1 필터 어레이(3710)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(3711,3712,3713)를 포함하고, 제2 필터 어레이(3720)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(3721,3722,3723)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(3711,3712,3713) 각각은 서로 이격되게 마련된 2개의 제1 금속 반사층(3131,3132) 사이에 캐비티(3141,3142,3143)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 제1 금속 반사층들(3131,3132)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(3711,3712,3713)는 서로 다른 유효 굴절률(effective refractive index)을 가지는 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143)를 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143) 각각은 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다. 여기서, 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143) 각각은 식각 정지층을 더 포함할 수도 있다.
도 22에는 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143) 각각이 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 서로 나란하게 배치되는 복수의 제2 물질층을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 물질층 각각은 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 물질층은 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 물질층은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143)는 제2 물질층의 폭을 조절함으로써 유효 굴절률을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143) 중 제3 캐비티(3143)가 가장 큰 유효 굴절률을 가지며, 제1 캐비티(3141)는 가장 작은 유효 굴절률을 가질 수 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(3711,3712,3713) 중 제3 유닛 필터(3713)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제1 유닛 필터(3711)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143) 각각의 하부에는 제1 유전체층(3171)이 더 마련될 수 있으며, 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143) 각각의 상부에는 제2 유전체층(3172)이 더 마련될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 유전체층(3171,3172)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 제1 및/또는 제2 유전체층(3171,3172)은 도 21에 도시된 제1 유전체층(2171)과 유사한 구조를 가질 수도 있다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(3721,3722,3723) 각각은 서로 이격되게 마련된 제2 금속 반사층(3151)과 브래그 반사층(3152) 사이에 캐비티(3161,3162,3163)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 브래그 반사층(3152)은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층(1352a)과 적어도 하나의 제2 물질층(3152b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제2 금속 반사층(3151) 및 브래그 반사층(3152)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(3721,3722,3723)는 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163)를 포함할 수 있다. 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163) 각각은 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 배치되는 것으로 제1 물질층과 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제2 물질층을 포함할 수 있다.
도 22에는 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163) 각각이 제1 물질층과, 이 제1 물질층 내부에 서로 나란하게 배치되는 복수의 제2 물질층을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 물질층 각각은 예를 들면, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 티타늄 산화물 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 물질층은 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 물질층은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163)는 제2 물질층의 폭을 조절함으로써 유효 굴절률을 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163) 중 제6 캐비티(3163)가 가장 큰 유효 굴절률을 가지며, 제4 캐비티(3161)는 가장 작은 유효 굴절률을 가질 수 있다. 이 경우, 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(3721,3722,3723) 중 제6 유닛 필터(3722)가 가장 긴 중심 파장을 가지며, 제4 유닛 필터(3721)가 가장 짧은 중심 파장을 가질 수 있다.
제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163) 각각의 하부에는 제3 유전체층(3181)이 더 마련될 수 있으며, 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163) 각각의 상부에는 제4 유전체층(3182)이 더 마련될 수 있다. 여기서, 제3 및 제4 유전체층(3181,3182)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 제3 및/또는 제4 유전체층(3181,3182) 각각은 도 21에 도시된 제3 유전체층(2181)과 유사한 구조를 가질 수도 있다.
도 23은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(7400)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 23을 참조하면, 제1 필터 어레이(4710)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(4720)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 23에는 제1 필터 어레이(4710)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(4711,4712,4713)를 포함하고, 제2 필터 어레이(4720)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(4721,4722,4723)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(4711,4712,4713) 각각은 서로 이격되게 마련된 2개의 제1 금속 반사층(4131,4132) 사이에 캐비티(4141,4142,4143)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 제1, 제2 및 제3 캐비티(4141,4142,4143)의 하부 및 상부에는 제1 및 제2 유전체층(4171,4172)이 더 마련될 수 있다. 제1 금속 반사층들(4131,4132), 제1, 제2 및 제3 캐비티(4141,4142,4143), 제1 및 제2 유전체층(4171,4172)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 제1, 제2 및 제3 캐비티(4141,4142,4143)는 도 22에 도시된 제1, 제2 및 제3 캐비티(3141,3142,3143)와 유사한 구조를 가질 수도 있으며, 제1 및/또는 제2 유전체층(4171,4172)은 도 21에 도시된 제1 유전체층(2171)과 유사한 구조를 가질 수도 있다.
제4, 제5 및 제6 유닛 필터(4721,4722,4723) 각각은 서로 이격된 브래그 반사층(4151)과 제2 금속층(4152) 사이에 캐비티(4161,4162,4163)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 제4, 제5 및 제6 캐비티(4161,4162,4163)의 하부 및 상부에는 제3 및 제4 유전체층(4181,4182)이 더 마련될 수 있다. 제4, 제5 및 제6 캐비티(4161,4162,4163), 제3 및 제4 유전체층(4181,4182)은 도 17에 도시된 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다. 한편, 제4, 제5 및 제6 캐비티(4161,4162,4163)는 도 22에 도시된 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163)와 유사한 구조를 가질 수도 있으며, 제3 및/또는 제4 유전체층(4181,4182)은 도 21에 도시된 제3 유전체층(2181)과 유사한 구조를 가질 수도 있다.
브래그 반사층(4151)은 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163)의 하부에 마련될 수 있다. 브래그 반사층(4151)은 분산 브래그 반사기(DBR)가 될 수 있다. 브래그 반사층(4151)은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층(4151a)과 적어도 하나의 제2 물질층(4151b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 물질층(4151a) 또는 제2 물질층(4151b)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것이다. 구체적인 예로서, 제1 물질층(4151a)은 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 물질층(4151b)은 실리콘을 포함할 수 있다.
브래그 반사층(4151)을 구성하는 제1 및 제2 물질층(4151a, 4151b) 중 어느 하나가 예를 들어 제1 파장 영역의 빛(예를 들면, 단파장의 빛)을 흡수할 수 있는 물질(예를 들면, 실리콘 등)을 포함하는 경우에는 제1 영역의 빛이 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(4721,4722,4723)를 투과하는 것을 방지할 수 있다.
제2 금속층(1151)은 제4, 제5 및 제6 캐비티(3161,3162,3163)의 상부에 마련될 수 있다. 제1 파장 영역이 단파장 영역이고, 제2 파장 영역이 장파장 영역이 경우에 제2 금속 반사층(4152)은 예를 들면, Cu, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 제2 금속 반사층(4152)은 poly-Si을 더 포함할 수도 있다.
도 24는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(7500)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 24를 참조하면, 제1 필터 어레이(5710)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(5720)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 유닛 필터를 포함할 수 있다. 도 24에는 제1 필터 어레이(5710)가 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(5711,5712,5713)를 포함하고, 제2 필터 어레이(5720)가 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(5721,5722,5723)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
제1, 제2 및 제3 유닛 필터(5711,5712,5713) 각각은 서로 이격된 제1 금속 반사층(5131)과 제1 브래그 반사층(5132) 사이에 제1, 제2 및 제3 캐비티(5141,5142,5143)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다. 그리고, 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(5721,5722,5723) 각각은 서로 이격된 제2 금속 반사층(5151)과 제2 브래그 반사층(5152) 사이에 제4, 제5 및 제6 캐비티(5161,5162,5163)가 마련된 패브리-페로 구조를 가질 수 있다.
제1 파장 영역이 단파장 영역이고, 제2 파장 영역이 장파장 영역이 경우에는 제1 금속 반사층(5131)은 예를 들면, 예를 들면, Al, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있고, 제2 금속 반사층(5151)은 예를 들면, Cu, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있다. 제2 금속 반사층(4152)은 poly-Si을 더 포함할 수도 있다.
제1 및 제2 브래그 반사층(5132,5152) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층(5132a,5152a)과 적어도 하나의 제2 물질층(5132b,5152b)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 물질층(5132a,5152a) 또는 제2 물질층(5132b,5152b)은 예를 들면, 실리콘 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것이다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(5141,5142,5143)는 서로 다른 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 또한, 제1, 제2 및 제3 캐비티(5141,5142,5143)는 도 22에 도시된 바와 같이 서로 다른 유효 굴절률을 가지도록 마련될 수도 있다. 제4, 제5 및 제6 캐비티(5161,5162,5163)는 서로 다른 두께를 가지도록 마련될 수 있다. 또한, 제4, 제5 및 제6 캐비티(5161,5162,5163)는 도 22에 도시된 바와 같이 서로 다른 유효 굴절률을 가지도록 마련될 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 캐비티(5141,5142,5143)의 하부 및 상부에는 제1 및 제2 유전체층(5181,5182)이 더 마련될 수 있다. 제1 및 제2 유전체층(5181,5182)은 도 17에 도시된 것과 동일하다. 한편, 제1 및/또는 제2 유전체층(5181,5182)은 도 21에 도시된 제1 유전체층(2181)과 유사한 구조를 가질 수도 있다.
제4, 제5 및 제6 캐비티(5161,5162,5163)의 하부 및 상부에는 제3 및 제4 유전체층(5181,5182)이 더 마련될 수 있다. 제3 및 제4 유전체층(5181,5182)은 도 17에 도시된 것과 동일하다. 한편, 제3 및/또는 제4 유전체층(5181,5182)은 도 21에 도시된 제3 유전체층(2181)과 유사한 구조를 가질 수도 있다.
이상에서는 제1, 제2 및 제3 캐비티(5141,5142,5143)의 하부 및 상부에 각각 제1 금속층(5131) 및 제1 브래그 반사층(5132)이 마련되고, 제4, 제5 및 제6 캐비티(5161,5162,5163)의 하부 및 상부에 각각 제2 금속층(5151) 및 제2 브래그 반사층(5152)이 마련된 경우가 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 제1, 제2 및 제3 캐비티(5141,5142,5143)의 하부 및 상부에 각각 제1 브래그 반사층(5132) 및 제1 금속 반사층(5131)이 마련되는 것도 가능하고, 제4, 제5 및 제6 캐비티(5161,5162,5163)의 하부 및 상부에 각각 제2 브래그 반사층(5152) 및 제2 금속 반사층(5151)이 마련되는 것도 가능하다.
도 25는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(2100)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 25를 참조하면, 분광 필터(2100)는 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)와, 이 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)에 마련되는 마이크로 렌즈 어레이(1150)를 포함한다. 제1 필터 어레이(1110)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1111,1112,1113)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(1120)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1121,1122,1123)를 포함할 수 있다.
제1 필터 어레이(1110)는 전술한 제1 필터 어레이들(110~1010, 1710~5710) 중 어느 하나가 될 수 있으며, 제2 필터 어레이(1120)는 전술한 제2 필터 어레이들(120~1020, 1720~5720) 중 어느 하나가 될 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)에 대한 설명은 생략한다.
제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)의 상부에는 복수의 마이크로 렌즈(1150a)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(1150)가 마련될 수 있다. 마이크로 렌즈(1150a)는 외부의 광을 대응되는 유닛 필터(1111,1112,1113,1121,1122,1123)에 집속시켜 입사시키는 역할을 할 수 있다.
도 25에는 마이크로 렌즈들(1150a)이 유닛 필터들(1111,1112,1113,1121,1122,1123)에 일대일 대응하도록 마련된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것으로 하나의 마이크로 렌즈(1150a)에 대응하여 복수의 유닛 필터(1111,1112,1113,1121,1122,1123)가 마련될 수도 있다.
도 26은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(2200)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 26을 참조하면, 분광 필터(2200)는 제1 및 제2 필터 어레이(1210,1220)와, 컬러 필터 어레이(1230)를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 필터 어레이(1210,1220)와 컬러 필터 어레이(1230)는 실질적으로 동일 평면 상에 마련될 수 있다.
제1 필터 어레이(1210)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1211,1212,1213)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(920)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1221,1222,1223)를 포함할 수 있다. 제1 필터 어레이(1210)는 전술한 제1 필터 어레이들(110~1010, 1710~5710) 중 어느 하나가 될 수 있으며, 제2 필터 어레이(1220)는 전술한 제2 필터 어레이들(120~1020, 1720~5720) 중 어느 하나가 될 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(1210,1220)에 대한 설명은 생략한다.
컬러 필터 어레이(1230)는 예를 들면, 적색 컬러 필터(1231), 녹색 컬러 필터(1232) 및 청색 컬러 필터(1233)를 포함할 수 있다. 여기서, 적색 컬러 필터(1231)는 대략 600nm ~ 700nm의 파장 대역을 가지는 적색광을 투과시킬 수 있고, 녹색 컬러 필터(1232)는 대략 500nm ~ 600nm의 파장 대역을 가지는 녹색광을 투과시킬 수 있으며, 청색 컬러 필터(1233)는 대략 400nm ~ 500nm의 파장 대역을 가지는 청색광을 투과시킬 수 있다. 이러한 적색, 녹색 및 청색 컬러 필터(1231,1232,1233)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(1210,1220) 및 컬러 필터 어레이(1230)의 상부에는 복수의 마이크로 렌즈(1250a)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(1250)가 더 마련될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 필터 어레이(1210,1220)를 이용하여 유닛 필터들(1211,1212,1213,1221,1222,1223)의 중심 파장들에 대한 정보를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 컬러 필터 어레이(1230)을 이용하여 적색, 녹색 및 청색광의 파장들에 대한 정보도 추가적으로 얻을 수 있다.
도 27은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(2300)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 27을 참조하면, 분광 필터(2300)는 제1 및 제2 필터 어레이(1310,1320)와, 이 제1 및 제2 필터 어레이(1310,1320)에 마련되는 추가 필터 어레이(2500)를 포함한다. 제1 필터 어레이(1310)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1311,1312,1313)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(1320)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1321,1322,1323)를 포함할 수 있다.
제1 필터 어레이(1310)는 전술한 제1 필터 어레이들(110~1010, 1710~5710) 중 어느 하나가 될 수 있으며, 제2 필터 어레이(1320)는 전술한 제2 필터 어레이들(120~1020, 1720~5720) 중 어느 하나가 될 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(1310,1320)에 대한 설명은 생략한다.
추가 필터 어레이(2500)는 복수의 추가 필터(2501,2502,2503)를 포함할 수 있다. 도 27에는 제1 추가 필터(2501)가 제1 및 제2 유닛 필터(1311,1312)에 대응하여 마련되고, 제2 추가 필터(2502)가 제3 및 제4 유닛 필터(1313,1321)에 대응하여 마련되며, 제3 추가 필터(2503)가 제5 및 제6 유닛 필터(1322,1323)에 대응하여 마련된 경우가 도시되어 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로, 제1, 제2 및 제3 추가 필터(2501,2502,2503) 각각은 하나의 유닛 필터(1311,1312,1313, 1321,1322,1323)에 대응되게 마련되거나 또는 3개 이상의 유닛 필터(1311,1312,1313, 1321,1322,1323)에 대응되게 마련되는 것도 가능하다.
제1, 제2 및 제3 추가 필터(2501,2502,2503) 각각은 대응되는 유닛 필터들(1311,1312,1313, 1321,1322,1323)이 원하지 않는 파장 대역의 빛을 차단하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 유닛 필터(1311,1312)가 대략 400nm ~ 500nm의 파장 대역의 중심 파장들을 가지는 경우에는 제1 추가 필터(2501)는 청색광을 투과시키는 청색 필터가 될 수 있다. 또한, 제3 및 제4 유닛 필터(1313,1321)가 대략 500nm ~ 600nm의 파장 대역의 중심 파장들을 가지는 경우에는 제2 추가 필터(2502)는 녹색광을 투과시키는 녹색 필터가 될 수 있다. 그리고, 제5 및 제6 유닛 필터(1322,1323)가 대략 600nm ~ 700nm의 파장 대역의 중심 파장을 가지는 경우에는 제3 추가 필터(2503)는 적색광을 투과시키는 적색 필터가 될 수 있다.
추가 필터 어레이(2500)는 컬러 필터 어레이가 될 수 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 추가 필터(2501,2502,2503)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(2500)는 광대역 필터 어레이가 될 수도 있다. 이 경우, 제1, 제2 및 제3 추가 필터(2501,2502,2503)는 제1, 제2 및 제3 광대역 필터가 될 수 있다. 여기서, 광대역 필터들 각각은 예를 들면, 멀티 캐비티(multi-cavity) 구조 또는 금속 미러 구조를 가질 수 있다.
도 28은 도 27에 도시된 추가 필터(2501,2502,2503)로 사용될 수 있는 광대역 필터(2510)의 예시를 도시한 것이다.
도 28을 참조하면, 광대역 필터(2510)는 서로 이격되게 배치되는 복수의 반사층(2513,2514,2515)과, 이 반사층들(2513,2514,2515) 사이에 마련되는 복수의 캐비티(2511,2512)를 포함할 수 있다. 도 20에는 3개의 반사층(2513,2514,2515)과 2개의 캐비티(2511,2512)가 예시적으로 도시되어 있으나, 반사층들(2513,2514,2515) 및 캐비티들(2511,2512)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.
반사층들(2513,2514,2515) 각각은 분산 브래그 반사기(DBR)이 될 수 있다. 이러한 반사층들(2513,2514,2515) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 캐비티들(2511,2512) 각각은 소정의 굴절률을 가지는 물질을 포함하거나 또는 서로 다른 굴절률을 가지는 2 이상의 물질을 포함할 수 있다.
도 29는 도 27에 도시된 추가 필터(2501,2502,2503)로 사용될 수 있는 광대역 필터(2520)의 다른 예를 도시한 것이다.
도 29를 참조하면, 광대역 필터(2520)는 서로 이격되게 배치되는 2개의 금속 미러층(2522,2523)과, 이 금속 미러층들(2522,2523) 사이에 마련되는 캐비티(2521)를 포함할 수 있다.
도 30은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(3000)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 30을 참조하면, 분광 필터(3000)는 제1 및 제2 필터 어레이(1410,1420)와, 이 제1 및 제2 필터 어레이(1410,1420)에 마련되는 단파장 흡수 필터(1610) 및 장파장 차단 필터(1620)를 포함한다.
제1 필터 어레이(1410)는 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제1, 제2 및 제3 유닛 필터(1411,1412,1413)를 포함할 수 있고, 제2 필터 어레이(1420)는 제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 제4, 제5 및 제6 유닛 필터(1421,1422,1423)를 포함할 수 있다.
제1 필터 어레이(1410)는 전술한 제1 필터 어레이들(110~1010) 중 어느 하나가 될 수 있으며, 제2 필터 어레이(1420)는 전술한 제2 필터 어레이들(120~1020) 중 어느 하나가 될 수 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(1410,1420)에 대한 설명은 생략한다.
단파장 흡수 필터(1610)는 유닛 필터들(1411,1412,1413,1421,1422,1423) 중 일부(1411,1413,1422)에 마련되며, 장파장 차단 필터(1620)는 유닛 필터들(1411,1412,1413,1421,1422,1423) (110,120,130,210,220,230) 중 다른 일부(1412,1421,1423)에 마련될 수 있다. 도 30에는 단파장 흡수 필터(1610) 및 장파장 차단 필터(1620) 각각이 하나의 유닛 필터(1411,1412,1413,1421,1422,1423)에 대응되도록 마련되는 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 단파장 흡수 필터(1610) 및 장파장 차단 필터(1620) 각각은 2 이상의 유닛 필터(1411,1412,1413,1421,1422,1423)에 대응되도록 마련되는 것도 가능하다.
단파장 흡수 필터(1610)는 예를 들면, 가시광과 같은 단파장의 빛을 차단하는 역할을 할 수 있다. 이러한 단파장 흡수 필터(1610)는 예를 들면 가시광을 흡수할 수 있는 물질인 실리콘을 유닛 필터들(1411,1412,1413,1421,1422,1423)의 일부(1411,1413,1422)에 증착함으로써 제작될 수 있다. 단파장 흡수 필터(1610)가 마련된 유닛 필터들(1411,1413,1422)은 가시광보다 파장이 긴 근적외선(NIR; Near Infrared)을 투과시킬 수 있다.
장파장 차단 필터(1620)는 예를 들면, 근적외선과 같은 장파장의 빛을 차단하는 역할을 할 수 있다. 이러한 장파장 차단 필터(1620)는 근적외선 차단 필터를 포함할 수 있다. 장파장 차단 필터(1620)가 마련된 유닛 필터들(1412,1421,1423)은 근적외선보다 파장이 짧은 가시광을 투과시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면 단파장 흡수 필터(1610) 및 장파장 차단 필터(1620)를 제1 및 제2 필터 어레이(1410,1420)에 마련함으로써 가시광 대역에서 근적외선 대역까지 구현할 수 있는 광대역 특성을 가지는 분광 필터(3000)를 제작할 수 있다.
도 31은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 개략적인 블록도이다.
도 31을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 분광 필터(9100), 화소 어레이(4100), 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)를 포함할 수 있다. 분광 필터(9100)는 서로 다른 파장 영역의 빛을 투과시키는 것으로 2차원으로 배열되는 복수의 유닛 필터를 포함한다. 화소 어레이(4100)는 복수의 유닛 필터를 투과한 서로 다른 파장의 광을 감지하는 복수의 화소를 포함한다. 구체적으로, 화소 어레이(4100)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(4020)는 타이밍 컨트롤러(4010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(4100)의 로우들 하나를 선택한다. 출력 회로(4030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(4030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(4030)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(4100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(4030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)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.
도 32은 도 31의 이미지 센서(1000)에 적용될 수 있는 분광 필터(9100)의 예시적인 평면도이다.
도 32를 참조하면, 분광 필터(9100)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 필터 그룹(9110)을 포함할 수 있다. 여기서, 각 필터 그룹(9110)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 33은 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터(9100)의 다른 예시적인 평면도이다. 도 33에는 편의상 하나의 필터 그룹(9120)에 대한 평면도가 도시되어 있다.
도 33을 참조하면, 각 필터 그룹(9120)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 34는 도 31의 이미지 센서에 적용될 수 있는 분광 필터(9100)의 또 다른 예시적인 평면도이다. 도 34에는 편의상 하나의 필터 그룹(9130)에 대한 평면도가 도시되어 있다.
도 34를 참조하면, 각 필터 그룹(9130)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(1000)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(1000) 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 35는 이미지센서(1000)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 35를 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(1000)에 분광 기능이 포함될 경우, 센서 모듈의 일부 기능(컬러 센서, 조도 센서)이 별도의 센서 모듈이 아닌 이미지센서(1000) 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 31의 이미지센서(1000), 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 36은 도 35의 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다. 도 36을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지센서(1000)(도 31의 이미지센서(1000) 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(1000)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(1000)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(1000)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(1000)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지센서(1000)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(1000)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(1000)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(1000) 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(1000)는 도 37(a)에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(5100m), 도 37(b)에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(5200), 도 37(c)에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(5300), 도 37(d)에 도시된 노트북 컴퓨터(5400)에 또는 도 37(e)에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(5500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(5100m) 또는 스마트 태블릿(5200)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(1000)는 도 38(a)에 도시된 스마트 냉장고(5600), 도 38(b)에 도시된 보안 카메라(5700), 도 38(c)에 도시된 로봇(5800), 도 38(d)에 도시된 의료용 카메라(5900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(5600)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(5700)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(5800)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(5900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.
또한, 이미지센서(1000)는 도 38(e)에 도시된 바와 같이 차량(6000)에 적용될 수 있다. 차량(6000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)는 실시예에 따른 이미지센서를 포함할 수 있다. 차량(6000)은 복수의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)를 이용하여 차량(6000) 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.
110,210,310,410,510,610,710.. 제1 필터 어레이
810,910,1010,1110,1210,1310,1410.. 제1 필터 어레이
1710,2710,3710,4710,5710.. 제1 필터 어레이
111,211,315,415,515,611,711.. 제1 유닛 필터
811,911,1015,1111,1211,1311,1411..제1 유닛 필터
1711,2711,3711,4711,5711.. 제1 유닛 필터
112,212,325,425,525,612,712.. 제2 유닛 필터
812,912,1025,1112,1212,1312,1412..제2 유닛 필터
1712,2712,3712,4712,5712.. 제2 유닛 필터
113,213,313,613,713,813,913,1113,1213,1313,1413.. 제3 유닛 필터
1713,2713,3713,4713,5713.. 제3 유닛 필터
120,220,320,420,520,620,720.. 제2 필터 어레이
820,920,1020,1120,1220,1320,1420.. 제2 필터 어레이
1720,2720,3720,4720,5720.. 제2 필터 어레이
121,221,621,721,821,921,1121,1321,1421.. 제4 유닛 필터
1721,2721,3721,4721,5721.. 제4 유닛 필터
122,222,622,722,822,922,1122,1322,1422.. 제5 유닛 필터
1722,2722,3722,4722,5722.. 제5 유닛 필터
123,223,623,723,823,923,1123,1323,1423.. 제6 유닛 필터
1723,2723,3723,4723,5723.. 제6 유닛 필터
131,132,431,432,433,631,632.. 제1 금속 반사층
1171,1172,2131,2132,3131,3132,4131,4132,5131.. 제1 금속층
141,145,441,442,641,741,841,941,1045.. 제1 캐비티
1141,2141,3141,4141,5141.. 제1 캐비티
142,165,461,462,642,742,842,942,1061,1062.. 제2 캐비티
1142,2142,3142,4142,5142.. 제2 캐비티
143,643,743,843,943.. 제3 캐비티
1143,2143,3143,4143,5143.. 제3 캐비티
151,152,451,452,453,651,652.. 제2 금속 반사층
1151,2151,3151,4152,5151.. 제2 금속 반사층
161,661,761,861,961.. 제4 캐비티
1161,2161,3161,4161,5161.. 제4 캐비티
162,662,762,862,962.. 제5 캐비티
1162,2162,3162,4162,5162.. 제5 캐비티
163,663,763,863,963.. 제6 캐비티
1163,2163,3163,4163,5163.. 제6 캐비티
171,371,571,871,1171,2171,3171,4171,5171.. 제1 유전체층
172,372,572,872,1172,2172,3172,4172,5172.. 제2 유전체층
181,381,581,881,1181,2181,3181,4181,5181.. 제3 유전체층
182,382,582,882,1182,2182,3182,4182,5182.. 제4 유전체층
740a,760a.. 식각 정지층
951,952,1051,1052,1053,1152,2152,3152,4151,5132,5152.. 브래그 반사층
1000.. 이미지 센서
931,932,1031,1032.. 금속 반사층
1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700.. 분광 필터
1800,1900,2000,2100,2200,2300,3000.. 분광 필터
7100,7200,7300,7400,7500.. 분광 필터
1150,1250.. 마이크로 렌즈 어레이
1150a,1250a.. 마이크로 렌즈
1230.. 컬러 필터 어레이
1231.. 적색 컬러 필터
1232.. 녹색 컬러 필터
1233.. 청색 컬러 필터
1610.. 단파장 흡수 필터
1620.. 장파장 차단 필터
2400.. 센싱 소자
2500.. 추가 필터 어레이
2501.. 제1 추가 필터
2502.. 제2 추가 필터
2503.. 제3 추가 필터
2510.. 멀티 캐비티 구조의 광대역 필터
2511,2512,2521.. 캐비티
2513,2514,2515.. 반사층
2520.. 금속 미러 구조의 광대역 필터
2522,2523.. 금속 미러층
4100.. 화소 어레이
4010.. 타이밍 컨트롤러
4020.. 로우 디코더
4030.. 출력 회로
5100m.. 모바일폰 또는 스마트폰
5200.. 태블릿 또는 스마트 태블릿
5300.. 디지털 카메라 또는 캠코더
5400.. 노트북 컴퓨터
5500.. 텔레비전 또는 스마트 텔레비전
5600.. 스마트 냉장고
5700.. 보안 카메라
5800.. 로봇
5900.. 의료용 카메라
6000.. 차량
6010,6020,6030,6040.. 차량용 카메라
810,910,1010,1110,1210,1310,1410.. 제1 필터 어레이
1710,2710,3710,4710,5710.. 제1 필터 어레이
111,211,315,415,515,611,711.. 제1 유닛 필터
811,911,1015,1111,1211,1311,1411..제1 유닛 필터
1711,2711,3711,4711,5711.. 제1 유닛 필터
112,212,325,425,525,612,712.. 제2 유닛 필터
812,912,1025,1112,1212,1312,1412..제2 유닛 필터
1712,2712,3712,4712,5712.. 제2 유닛 필터
113,213,313,613,713,813,913,1113,1213,1313,1413.. 제3 유닛 필터
1713,2713,3713,4713,5713.. 제3 유닛 필터
120,220,320,420,520,620,720.. 제2 필터 어레이
820,920,1020,1120,1220,1320,1420.. 제2 필터 어레이
1720,2720,3720,4720,5720.. 제2 필터 어레이
121,221,621,721,821,921,1121,1321,1421.. 제4 유닛 필터
1721,2721,3721,4721,5721.. 제4 유닛 필터
122,222,622,722,822,922,1122,1322,1422.. 제5 유닛 필터
1722,2722,3722,4722,5722.. 제5 유닛 필터
123,223,623,723,823,923,1123,1323,1423.. 제6 유닛 필터
1723,2723,3723,4723,5723.. 제6 유닛 필터
131,132,431,432,433,631,632.. 제1 금속 반사층
1171,1172,2131,2132,3131,3132,4131,4132,5131.. 제1 금속층
141,145,441,442,641,741,841,941,1045.. 제1 캐비티
1141,2141,3141,4141,5141.. 제1 캐비티
142,165,461,462,642,742,842,942,1061,1062.. 제2 캐비티
1142,2142,3142,4142,5142.. 제2 캐비티
143,643,743,843,943.. 제3 캐비티
1143,2143,3143,4143,5143.. 제3 캐비티
151,152,451,452,453,651,652.. 제2 금속 반사층
1151,2151,3151,4152,5151.. 제2 금속 반사층
161,661,761,861,961.. 제4 캐비티
1161,2161,3161,4161,5161.. 제4 캐비티
162,662,762,862,962.. 제5 캐비티
1162,2162,3162,4162,5162.. 제5 캐비티
163,663,763,863,963.. 제6 캐비티
1163,2163,3163,4163,5163.. 제6 캐비티
171,371,571,871,1171,2171,3171,4171,5171.. 제1 유전체층
172,372,572,872,1172,2172,3172,4172,5172.. 제2 유전체층
181,381,581,881,1181,2181,3181,4181,5181.. 제3 유전체층
182,382,582,882,1182,2182,3182,4182,5182.. 제4 유전체층
740a,760a.. 식각 정지층
951,952,1051,1052,1053,1152,2152,3152,4151,5132,5152.. 브래그 반사층
1000.. 이미지 센서
931,932,1031,1032.. 금속 반사층
1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700.. 분광 필터
1800,1900,2000,2100,2200,2300,3000.. 분광 필터
7100,7200,7300,7400,7500.. 분광 필터
1150,1250.. 마이크로 렌즈 어레이
1150a,1250a.. 마이크로 렌즈
1230.. 컬러 필터 어레이
1231.. 적색 컬러 필터
1232.. 녹색 컬러 필터
1233.. 청색 컬러 필터
1610.. 단파장 흡수 필터
1620.. 장파장 차단 필터
2400.. 센싱 소자
2500.. 추가 필터 어레이
2501.. 제1 추가 필터
2502.. 제2 추가 필터
2503.. 제3 추가 필터
2510.. 멀티 캐비티 구조의 광대역 필터
2511,2512,2521.. 캐비티
2513,2514,2515.. 반사층
2520.. 금속 미러 구조의 광대역 필터
2522,2523.. 금속 미러층
4100.. 화소 어레이
4010.. 타이밍 컨트롤러
4020.. 로우 디코더
4030.. 출력 회로
5100m.. 모바일폰 또는 스마트폰
5200.. 태블릿 또는 스마트 태블릿
5300.. 디지털 카메라 또는 캠코더
5400.. 노트북 컴퓨터
5500.. 텔레비전 또는 스마트 텔레비전
5600.. 스마트 냉장고
5700.. 보안 카메라
5800.. 로봇
5900.. 의료용 카메라
6000.. 차량
6010,6020,6030,6040.. 차량용 카메라
Claims (30)
- 제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제1 유닛 필터; 및
제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제2 유닛 필터;를 포함하고,
상기 제1 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 복수의 제1 금속 반사층; 및
상기 복수의 제1 금속 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제1 캐비티;를 포함하며,
상기 제2 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 제2 금속 반사층과 브래그 반사층; 및
상기 제2 금속 반사층과 상기 브래그 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제2 캐비티;를 포함하는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 파장 영역의 중심 파장은 상기 제2 파장 영역의 중심 파장보다 짧은 분광 필터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 금속 반사층은 Al, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN를 포함하고, 상기 제2 금속 반사층은 Cu, Ag, Au, Ti, W 또는 TiN를 포함하는 분광 필터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제2 금속 반사층은 poly-Si을 더 포함하는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 금속 반사층은 10nm ~ 80nm의 두께를 가지는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층과 적어도 하나의 제2 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제1 유닛 필터를 포함하는 제1 ??터 어레이를 구성하고, 상기 적어도 하나의 제2 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제2 유닛 필터를 포함하는 제2 필터 어레이를 구성하는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제1 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절되고, 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제2 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절되는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 유닛 필터는 상기 제1 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제1 및 제2 유전체층을 더 포함하고, 상기 제2 유닛 필터는 상기 제2 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제3 및 제4 유전체층을 더 포함하는 분광 필터. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 유전체층 각각은 단층 또는 복층 구조를 가지는 분광 필터. - 제 9 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제1 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절되고, 상기 제3 및 제4 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절되는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되는 복수의 마이크로 렌즈를 더 포함하는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터와 동일 평면 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함하는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되어 특정 파장 대역만을 투과시키는 추가 필터를 더 포함하는 분광 필터. - 제 14 항에 있어서,
상기 추가 필터는 컬러 필터 또는 광대역 필터를 포함하는 분광 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터 중 일부에는 단파장 흡수 필터가 마련되고, 다른 일부에는 장파장 차단 필터가 마련되는 분광 필터. - 분광 필터; 및
상기 분광 필터를 투과한 광을 수광하는 화소 어레이;를 포함하고,
상기 분광 필터는,
제1 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제1 유닛 필터; 및
제2 파장 영역의 중심 파장을 가지는 적어도 하나의 제2 유닛 필터;를 포함하고,
상기 제1 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 복수의 제1 금속 반사층; 및
상기 복수의 제1 금속 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제1 캐비티;를 포함하며,
상기 제2 유닛 필터는
상하로 서로 이격되게 마련되는 제2 금속 반사층과 브래그 반사층; 및
상기 제2 금속 반사층과 상기 브래그 반사층 사이에 마련되는 적어도 하나의 제2 캐비티;를 포함하는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 화소 어레이는 복수의 화소를 포함하며, 상기 각 화소는 구동회로가 내부에 마련된 배선층 및 상기 배선층에 마련되는 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 제1 파장 영역의 중심 파장은 상기 제2 파장 영역의 중심 파장보다 짧은 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 브래그 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 적어도 하나의 제1 물질층과 적어도 하나의 제2 물질층이 교대로 적층된 구조를 가지는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제1 유닛 필터를 포함하는 제1 ??터 어레이를 구성하고, 상기 적어도 하나의 제2 유닛 필터는 서로 다른 중심 파장을 가지는 복수의 제2 유닛 필터를 포함하는 제2 필터 어레이를 구성하는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 제1 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제1 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절되고, 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장은 상기 제2 캐비티의 두께 또는 유효 굴절률을 변화시킴으로써 조절되는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 제1 유닛 필터는 상기 제1 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제1 및 제2 유전체층을 더 포함하고, 상기 제2 유닛 필터는 상기 제2 캐비티의 하부 및 상부에 마련되는 제3 및 제4 유전체층을 더 포함하는 이미지 센서. - 제 23 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제1 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절되고, 상기 제3 및 제4 유전체층 각각의 두께 또는 유효 굴절률은 상기 제2 유닛 필터의 중심 파장에 따라 조절되는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되는 복수의 마이크로 렌즈를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터와 동일 평면 상에 배치되는 컬러 필터를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 분광 필터는 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 유닛 필터에 마련되어 특정 파장 대역만을 투과시키는 추가 필터를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 17 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 타이밍 컨트롤러, 로우 디코더 및 출력 회로를 더 포함하는 이미지 센서. - 제 17 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 기재된 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
- 제 29 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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