KR20220168131A - Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.It relates to an image sensor having a color separation lens array capable of separating and condensing incident light by wavelength and an electronic device including the image sensor.
이미지 센서는 통상적으로 컬러 필터를 이용하여 입사광의 색을 감지한다. 그런데, 컬러 필터는 해당 색의 빛을 제외한 나머지 색의 빛을 흡수하기 때문에 광 이용 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, RGB 컬러 필터를 사용하는 경우, 입사광의 1/3만을 투과시키고 나머지 2/3는 흡수하여 버리게 되므로 광 이용 효율이 약 33% 정도에 불과하다. 따라서, 컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서의 경우, 대부분의 광 손실이 컬러 필터에서 발생하게 된다. 이에 따라 이미지 센서에 컬러 필터를 사용하지 않고 효율적으로 컬러를 분리하는 방안이 지속적으로 모색되고 있다. An image sensor typically detects the color of incident light using a color filter. However, since the color filter absorbs light of colors other than light of the corresponding color, light utilization efficiency may decrease. For example, when an RGB color filter is used, only 1/3 of the incident light is transmitted and the remaining 2/3 is absorbed, so the light utilization efficiency is only about 33%. Therefore, in the case of a color display device or color image sensor, most light loss occurs in the color filter. Accordingly, a method of efficiently separating colors without using a color filter in an image sensor is continuously being sought.
입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 이용하여 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.Provided is an image sensor having improved light utilization efficiency by using a color separation lens array capable of separating and condensing incident light by wavelength, and an electronic device including the image sensor.
실시예에 따른 이미지 센서는 광을 감지하는 복수의 화소를 포함하는 센서 기판: 상기 복수의 화소와 각각 마주하는 복수의 화소 대응 영역을 포함하고, 상기 복수의 화소 대응 영역 각각은 하나 이상의 나노포스트를 포함하며, 상기 하나 이상의 나노포스트는 입사광을 파장 별로 분리하여 상기 복수의 화소에 다른 파장 대역의 광이 집광되게 하는 위상 분포를 형성하는, 색분리 렌즈 어레이; 및 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치되며, 복수의 투명 영역과 단일 컬러의 복수의 필터가 교번 배열된 필터 어레이;를 포함한다. An image sensor according to an embodiment includes a sensor substrate including a plurality of pixels that sense light: a plurality of pixel corresponding regions respectively facing the plurality of pixels, and each of the plurality of pixel corresponding regions includes one or more nanoposts. and a color separation lens array, wherein the at least one nanopost separates incident light by wavelength to form a phase distribution for condensing light of different wavelength bands to the plurality of pixels; and a filter array disposed between the sensor substrate and the color separation lens array, in which a plurality of transparent areas and a plurality of filters of a single color are alternately arranged.
상기 복수의 필터는 상기 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 복수개의 파장 대역 중 장파장 대역의 광의 크로스토크(crosstalk)를 차단하도록, 상기 단일 컬러 및 배치 위치가 설정될 수 있다. The single color and arrangement position of the plurality of filters may be set to block crosstalk of light in a long wavelength band among a plurality of wavelength bands separated by the color separation lens array.
상기 복수의 화소 각각은 자동 초점 조절을 위한 복수개의 광감지셀을 포함할 수 있다. Each of the plurality of pixels may include a plurality of light-sensing cells for auto-focus control.
상기 복수의 화소는 녹색광을 감지하는 복수의 녹색 화소, 청색광을 감지하는 복수의 청색 화소, 적색광을 감지하는 복수의 적색 화소를 포함할 수 있다. The plurality of pixels may include a plurality of green pixels sensing green light, a plurality of blue pixels sensing blue light, and a plurality of red pixels sensing red light.
상기 복수의 필터는 적색광이 상기 녹색 화소, 상기 청색 화소로 입사하는 것을 차단하는 필터일 수 있다. The plurality of filters may be filters that block red light from being incident on the green pixel and the blue pixel.
상기 복수의 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소는 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열될 수 있고, 상기 복수의 필터는 녹색 필터이며 상기 녹색 화소와 마주하게 배치되거나, 또는, 상기 복수의 필터는 사이안(cyan) 필터이고 상기 녹색 화소, 상기 청색 화소와 각각 마주하게 배치될 수 있다. The plurality of green pixels, blue pixels, and red pixels may be arranged in a Bayer pattern, and the plurality of filters are green filters and are disposed facing the green pixels, or the plurality of filters are cyan. It is a (cyan) filter and may be disposed to face the green pixel and the blue pixel, respectively.
상기 복수의 필터는 청색 필터이며 상기 청색 화소와 마주하게 배치될 수 있고, 또는, 상기 복수의 필터는 사이안(cyan) 필터이고 상기 녹색 화소, 상기 청색 화소와 각각 마주하게 배치될 수 있다. The plurality of filters may be blue filters and may be disposed to face the blue pixels, or the plurality of filters may be cyan filters and may be disposed to face the green pixels and the blue pixels, respectively.
상기 복수의 화소는 사이안(cyan) 화소, 마젠타(magenta) 화소, 옐로우(yellow) 화소, 녹색 화소를 포함할 수 있고, 상기 복수의 필터는 사이안(cyan) 필터이고 상기 사이안 화소, 상기 녹색 화소와 각각 마주하게 배치될 수 있다. The plurality of pixels may include a cyan pixel, a magenta pixel, a yellow pixel, and a green pixel, the plurality of filters may be a cyan filter, and the cyan pixel, the It may be arranged to face each green pixel.
상기 복수의 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소는 픽셀 비닝(pixel binning)에 의해 베이어 패턴 형태를 나타내도록 배열될 수 있다. The plurality of green pixels, blue pixels, and red pixels may be arranged to exhibit a Bayer pattern shape by pixel binning.
상기 복수의 화소는 일 방향을 따라 반복 배열되는 제 1 화소 그룹과 제 2 화소 그룹; 및 상기 일방향과 나란한 다른 일 방향을 따라 방향으로 반복 배열되는 제 3 화소 그룹과 제 4 화소 그룹;을 포함하며, 상기 제 1 화소 그룹과 상기 제 2 화소 그룹은 각각 교번 배열되는 복수의 적색 화소와 복수의 녹색 화소를 포함하고, 상기 제 3 화소 그룹과 상기 제 4 화소 그룹은 각각 교번 배열되는 복수의 녹색 화소와 청색 화소를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 4 화소 그룹이 나타내는 컬러 배열은 베이어 패턴 형태가 되도록, 상기 제 1 내지 제 4 화소 그룹 각각에서의 화소 결합이 이루어질 수 있다. The plurality of pixels may include a first pixel group and a second pixel group that are repeatedly arranged along one direction; and a third pixel group and a fourth pixel group that are repeatedly arranged along the other direction parallel to the one direction, wherein the first pixel group and the second pixel group include a plurality of red pixels that are alternately arranged, respectively. A plurality of green pixels are included, the third pixel group and the fourth pixel group each include a plurality of green pixels and blue pixels that are alternately arranged, and the color arrangement represented by the first to fourth pixel groups is a Bayer pattern Pixels may be combined in each of the first to fourth pixel groups so as to be formed.
상기 이미지 센서는 상기 제 1 내지 제 4 그룹 각각 내에서 대각 방향으로 인접한 화소들이 결합되는 모드, 또는 마름모 방향으로 인접한 화소들이 결합되는 모드로 동작할 수 있다. The image sensor may operate in a mode in which pixels adjacent in a diagonal direction in each of the first to fourth groups are combined or in a mode in which pixels adjacent in a diamond direction are combined.
상기 이미지 센서는 상기 두 모드에서 결합되는 화소 수가 다를 수 있다. The image sensor may have different numbers of pixels combined in the two modes.
상기 이미지 센서는 상기 필터 어레이와 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치된 스페이서층을 더 포함할 수 있다. The image sensor may further include a spacer layer disposed between the filter array and the color separation lens array.
상기 스페이서층의 두께는 상기 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 복수개의 파장 대역 중 중심 파장의 광의 상기 색분리 렌즈 어레이에 의한 초점거리보다 작을 수 있다. A thickness of the spacer layer may be smaller than a focal length of light having a center wavelength among a plurality of wavelength bands separated by the color separation lens array.
실시예에 따른 전자 장치는 광학상을 전기적 신호로 변환하는 상술한 이미지 센서 및 상기 이미지 센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서;를 포함한다. An electronic device according to an embodiment includes the above-described image sensor that converts an optical image into an electrical signal and a processor that controls an operation of the image sensor and stores and outputs a signal generated by the image sensor.
상술한 이미지 센서는 입사광을 파장 별로 분리하는 색분리 렌즈 어레이와 인접 화소간 크로스토크를 효과적으로 줄일 수 있는 단일 컬러의 필터 어레이를 사용하여 색분리 효율과 공정 효율을 함께 높일 수 있다.The above-described image sensor can increase both color separation efficiency and process efficiency by using a color separation lens array that separates incident light by wavelength and a single-color filter array that can effectively reduce crosstalk between adjacent pixels.
상술한 이미지 센서는 복수의 광감지셀을 구비하는 자동 초점 화소를 함께 사용하여 자동 초점 조절 성능이 향상될 수 있다.The above-described image sensor can improve auto-focus performance by using an auto-focus pixel having a plurality of light-sensing cells together.
상술한 이미지 센서는 단일 컬러의 필터 어레이를 활용하여 픽셀 비닝에 유리한 화소 배열을 가질 수 있다. The above-described image sensor may have a pixel arrangement advantageous to pixel binning by utilizing a single color filter array.
도 1은 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 및 2b는 실시예에 따른 이미지 센서에 구비되는 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.
도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이가 나타내는 컬러 배열을 보이는 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 각각 다른 단면에서 보이는 단면도이다.
도 5a는 실시예에 따른 이미지 센서에 구비되는 색분리 렌즈 어레이의 화소 대응 영역의 배열을 보인 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 색분리 렌즈 어레이에 배치되는 나노포스트의 예시적인 형상과 배열을 보이는 평면도이다.
도 5c는 실시예에 따른 이미지 센서에 구비되는 필터 어레이의 필터 배열을 보이는 평면도이고, 도 5d는 실시예에 따른 이미지 센서에 구비되는 센서 기판의 화소 배치를 보이는 평면도이다.
도 6a는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광 및 청색광의 위상 분포를 도 5b의 I-I' 선을 따라 보이고, 도 6b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광의 화소 대응 영역들 중심에서의 위상을 보이고, 도 6c는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 청색광의 화소 대응 영역들 중심에서의 위상을 보이는 도면이다.
도 6d는 제1 녹색광 집광 영역으로 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6e는 제1 녹색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 6f는 청색광 집광 영역으로 입사한 청색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6g는 청색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 7a는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 적색광 및 녹색광의 위상 분포를 도 5b의 II-II' 선을 따라 보이고, 도 7b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 적색광의 화소 대응 영역들 중심에서의 위상을 보이고, 도 7c는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광의 화소 대응 영역들 중심에서의 위상을 보이는 도면이다.
도 7d는 적색광 집광 영역으로 입사한 적색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7e는 적색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 7f는 제2 녹색광 집광 영역으로 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7g는 제2 녹색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이에 대한 평면도 및 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.
도 10은 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.
도 11은 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.
도 12는 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.
도 13a 내지 도 13c는 각각 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 화소 배열, 이에 상응하는 색분리 렌즈 어레이 및 필터 어레이를 보이는 평면도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 13a 내지 도 13c의 이미지 센서이 하이 비닝(high binning), 로우 비닝(low binning) 구동을 보인다.
도 15는 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 16는 도 15의 전자 장치에 구비되는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
2A and 2B are conceptual views illustrating a schematic structure and operation of a color separation lens array provided in an image sensor according to an embodiment.
3 is a plan view illustrating a color arrangement represented by a pixel array of an image sensor according to an exemplary embodiment.
4A and 4B are cross-sectional views showing a pixel array of an image sensor according to an exemplary embodiment from different cross-sections, respectively.
5A is a plan view showing an arrangement of pixel corresponding regions of a color separation lens array provided in an image sensor according to an embodiment, and FIG. 5B shows an exemplary shape and arrangement of nanoposts disposed in the color separation lens array of FIG. 5A. it is flat
5C is a plan view showing a filter arrangement of a filter array included in an image sensor according to an embodiment, and FIG. 5D is a plan view showing a pixel arrangement of a sensor substrate included in an image sensor according to an embodiment.
FIG. 6A shows the phase distribution of green light and blue light passing through the color separation lens array along line II′ of FIG. 5B, and FIG. 6C is a diagram showing phases of blue light passing through a color separation lens array at the center of corresponding pixel regions.
FIG. 6D exemplarily shows a traveling direction of green light incident to the first green light condensing area, and FIG. 6E is a diagram exemplarily showing an array of first green light condensing areas.
FIG. 6F exemplarily shows a traveling direction of blue light incident to the blue light condensing area, and FIG. 6G is a diagram exemplarily showing an array of blue light condensing areas.
FIG. 7A shows the phase distribution of red light and green light passing through the color separation lens array along line II-II′ of FIG. 5B, and FIG. FIG. 7C is a view showing the phase of the green light passing through the color separation lens array at the center of corresponding pixel regions.
FIG. 7D exemplarily shows a traveling direction of red light incident to the red light condensing area, and FIG. 7E is a diagram exemplarily showing an array of red light condensing areas.
FIG. 7F illustratively shows a traveling direction of green light incident to the second green light condensing area, and FIG. 7g is a view showing an array of second green light condensing areas exemplarily.
8A and 8B are plan and cross-sectional views of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
9 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
10 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
11 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
12 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
13A to 13C are plan views illustrating a pixel array of a pixel array of an image sensor, a color separation lens array, and a filter array corresponding thereto, according to another exemplary embodiment.
14A and 14B show high binning and low binning driving of the image sensors of FIGS. 13A to 13C .
15 is a block diagram schematically illustrating an electronic device including an image sensor according to embodiments.
FIG. 16 is a block diagram schematically illustrating a camera module included in the electronic device of FIG. 15 .
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, an image sensor including a color separation lens array and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are merely illustrative, and various modifications are possible from these embodiments. In the following drawings, the same reference numerals denote the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
이하에서, "상부" 또는 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위/아래/좌/우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위/아래/좌/우에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, expressions described as “upper” or “upper” may include not only what is directly above/below/left/right in contact but also what is above/below/left/right in non-contact.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 이러한 용어들은 구성 요소들의 물질 또는 구조가 다름을 한정하는 것이 아니다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but are used only for the purpose of distinguishing one component from another. These terms are not intended to limit the difference in material or structure of the components.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 하나 또는 복수의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes one or more functions or operations, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. there is.
"상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.The use of the term "above" and similar denoting terms may correspond to both singular and plural.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.Referring to FIG. 1 , an
화소 어레이(1100)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(1020)는 타이밍 컨트롤러(1010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(1100)의 로우들 하나를 선택한다. 출력 회로(1030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(1030)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(1100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(1030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다.The
화소 어레이(1100)는 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 화소의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.The
도 2a 및 2b는 실시예에 따른 이미지 센서에 구비되는 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.2A and 2B are conceptual views illustrating a schematic structure and operation of a color separation lens array provided in an image sensor according to an embodiment.
도 2a를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(CSLA, Color Separating Lens Array) 는 입사광(Li)의 위상을 입사 위치에 따라 다르게 변화시키는 복수의 나노포스트(NP)를 포함할 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 다양한 방식으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 입사광(Li)에 포함된 제1 파장 광(Lλ1)이 집광되는 제1 화소(PX1)에 대응하는 제1 화소 대응 영역(R1), 및 입사광(Li)에 포함된 제2 파장 광(Lλ2)이 집광되는 제2 화소(PX2)에 대응하는 제2 화소 대응 영역(R2)으로 구획될 수 있다. 제1 및 제2 화소 대응 영역(R1, R2)은 각각 하나 이상의 나노포스트(NP)를 포함할 수 있고, 각각 제1 및 제2 화소(PX1, PX2)와 마주하게 배치될 수 있다. 다른 예로, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 제1 파장 광(Lλ1)을 제1 화소(PX1)에 집광하는 제1 파장 집광 영역(L1), 제2 파장 광(Lλ2)을 제2 화소(PX2)에 집광하는 제2 파장 집광 영역(L2)으로 구획될 수 있다. 제1 파장 집광 영역(L1)과 제2 파장 집광 영역(L2)은 일부 영역이 중첩될 수 있다.Referring to FIG. 2A , a Color Separating Lens Array (CSLA) may include a plurality of nanoposts (NPs) that differently change the phase of incident light Li according to an incident position. The color separation lens array (CSLA) can be partitioned in various ways. For example, a first pixel correspondence region R1 corresponding to the first pixel PX1 on which the first wavelength light L λ1 included in the incident light Li is condensed, and a second pixel corresponding region R1 included in the incident light Li It may be partitioned into a second pixel correspondence region R2 corresponding to the second pixel PX2 on which the wavelength light L λ2 is condensed. Each of the first and second pixel correspondence regions R1 and R2 may include one or more nanoposts NP and may be disposed to face the first and second pixels PX1 and PX2 , respectively. As another example, the color separation lens array CSLA includes a first wavelength condensing area L1 condensing the first wavelength light L λ1 to the first pixel PX1 and the second wavelength light L λ2 to the second pixel PX1. It may be partitioned into a second wavelength condensing region L2 condensing light on (PX2). The first wavelength condensing region L1 and the second wavelength condensing region L2 may partially overlap each other.
색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 입사광(Li)에 포함된 제1 및 제2 파장 광(L 1, L 2)에 각각 다른 위상 분포(Phase Profile)를 형성하여, 제1 파장 광(Lλ1)을 제1 화소(PX1)에 집광하고, 제2 파장 광(Lλ2)을 제2 화소(PX2)로 집광할 수 있다. The color separation lens array CSLA includes light of first and second wavelengths L included in the incident light Li. 1 ,L 2 ) to form different phase distributions (Phase Profile), the first wavelength light (L λ1 ) is focused on the first pixel (PX1), and the second wavelength light (L λ2 ) is directed to the second pixel (PX2). can concentrate
예를 들어, 도 3b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 색분리 렌즈 어레이(CSLA)를 통과한 직후의 위치, 즉, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)의 하부 표면 위치에서, 제1 파장 광(Lλ1)이 제1 위상 분포(PP1)를 갖고 제2 파장 광(Lλ2)이 제2 위상 분포(PP2)를 갖도록 하여, 제1 및 제2 파장 광(L 1, L 2)이 각각 대응하는 제1 및 제2 화소(PX1, PX2)에 집광되도록 할 수 있다. 구체적으로, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)를 통과한 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 화소 대응 영역(R1)의 중심에서 가장 크고, 제1 화소 대응 영역(R1)의 중심에서 멀어지는 방향, 즉 제2 화소 대응 영역(R2) 방향으로 감소하는 위상 분포(PP1)를 가질 수 있다. 이러한 위상 분포는 볼록 렌즈, 예를 들면, 제1 파장 집광 영역(L1)에 배치된 중심부가 볼록한 마이크로 렌즈를 통과하여 한 지점으로 수렴하는 광의 위상 분포와 유사하며, 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 화소(PX1)에 집광될 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)를 통과한 제2 파장 광(Lλ2)은 제2 화소 대응 영역(R2)의 중심에서 가장 크고, 제2 화소 대응 영역(R2)의 중심에서 멀어지는 방향, 즉 제1 화소 대응 영역(R1) 방향으로 감소하는 위상 분포(PP2)를 가져, 제2 파장 광(Lλ2)은 제2 화소(PX2)로 집광될 수 있다. For example, referring to FIG. 3B , the color separation lens array (CSLA) is positioned immediately after passing through the color separation lens array (CSLA), that is, at a position on the lower surface of the color separation lens array (CSLA), the first wavelength The light L λ1 has a first phase distribution PP1 and the second wavelength light L λ2 has a second phase distribution PP2, so that the first and second wavelength lights L 1 ,L 2 ) may be focused on the corresponding first and second pixels PX1 and PX2, respectively. Specifically, the first wavelength light (L λ1 ) that has passed through the color separation lens array CSLA is largest at the center of the first pixel correspondence region R1 and moves away from the center of the first pixel correspondence region R1; That is, it may have a phase distribution PP1 that decreases in the direction of the second pixel correspondence region R2. This phase distribution is similar to the phase distribution of light passing through a convex lens, for example, a micro lens having a convex center disposed in the first wavelength condensing region L1 and converging to a point, and the first wavelength light L λ1 may be focused on the first pixel PX1. In addition, the second wavelength light L λ2 passing through the color separation lens array CSLA is largest at the center of the second pixel correspondence region R2 and is in a direction away from the center of the second pixel correspondence region R2, that is, Since the phase distribution PP2 decreases in the direction of the first pixel correspondence region R1 , the second wavelength light L λ2 may be focused on the second pixel PX2 .
물질의 굴절률은 반응하는 빛의 파장에 따라 다르게 나타나기 때문에, 도 2b와 같이, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)가 제1 및 제2 파장 광(L 1, L 2)에 대해 서로 다른 위상 분포를 제공할 수 있다. 다시 말하면, 동일한 물질이라도 물질과 반응하는 빛의 파장에 따라 굴절률이 다르고 물질을 통과했을 때 빛이 겪는 위상지연도 파장마다 다르기 때문에 파장별로 다른 위상 분포가 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 화소 대응 영역(R1)의 제1 파장 광(Lλ1)에 대한 굴절률과 제1 화소 대응 영역(R1)의 제2 파장 광(Lλ2)에 대한 굴절률이 서로 다를 수 있고, 제1 화소 대응 영역(R1)을 통과한 제1 파장 광(Lλ1)이 겪는 위상지연과 제1 화소 대응 영역(R1)을 통과한 제2 파장 광(Lλ2)이 겪는 위상지연이 다를 수 있으므로, 이러한 빛의 특성을 고려하여 색분리 렌즈 어레이(CSLA)를 설계하면, 제1 및 제2 파장 광(Lλ1, Lλ2)에 대해 서로 다른 위상 분포를 제공하도록 할 수 있다. Since the refractive index of a material is different depending on the wavelength of the reacting light, as shown in FIG. 1 ,L 2 ) can provide different phase distributions. In other words, since the refractive index is different depending on the wavelength of light reacting with the material and the phase delay experienced by light when passing through the material is also different for each wavelength, different phase distributions can be formed for each wavelength. For example, the refractive index of the first pixel correspondence region R1 for the first wavelength light L λ1 may be different from the refractive index of the first pixel correspondence region R1 for the second wavelength light L λ2 . , The phase delay experienced by the first wavelength light L λ1 passing through the first pixel corresponding region R1 and the phase delay experienced by the second wavelength light L λ2 passing through the first pixel corresponding region R1 are different. Therefore, if the color separation lens array CSLA is designed in consideration of the characteristics of light, different phase distributions may be provided for the first and second wavelength lights L λ1 and L λ2 .
색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 제1 및 제2 파장 광(Lλ1, Lλ2)이 각각 제1 및 제2 위상 분포(PP1, PP2)를 가지도록 특정한 규칙으로 배열된 나노포스트(NP)를 포함할 수 있다. 여기서, 규칙(rule)은 나노포스트(NP)의 형상, 크기(폭, 높이), 간격, 배열 형태 등의 파라미터에 적용되는 것으로, 이들 파라미터는 색분리 렌즈 어레이(CSLA)를 통해 구현하고자 하는 위상 분포(Phase Profile)에 따라 정해질 수 있다. The color separation lens array CSLA includes nanoposts NPs arranged in a specific regularity so that first and second wavelength lights L λ1 and L λ2 have first and second phase distributions PP1 and PP2, respectively. can include Here, the rule is applied to parameters such as the shape, size (width, height), spacing, and arrangement of the nanoposts (NP), and these parameters are the phases to be implemented through the color separation lens array (CSLA). It can be determined according to the distribution (Phase Profile).
나노포스트(NP)가 제1 화소 대응 영역(R1)에 배치되는 규칙과 제2 화소 대응 영역(R2)에 배치되는 규칙은 서로 다를 수 있다. 다시 말하면, 제1 화소 대응 영역(R1)에 구비된 나노포스트(NP)의 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 제2 화소 대응 영역(R2)에 구비된 나노포스트(NP)의 크기, 형상, 간격 및/또는 배열과 다를 수 있다.A rule for disposing the nanopost NP in the first pixel correspondence region R1 and a rule for disposing the second pixel correspondence region R2 may be different from each other. In other words, the size, shape, spacing and/or arrangement of the nanoposts NPs provided in the first pixel correspondence region R1 is the size and shape of the nanoposts NPs provided in the second pixel correspondence region R2. , spacing and/or arrangement.
나노포스트(NP)는 서브 파장의 형상 치수를 가질 수 있다. 여기서 서브 파장은 분기 대상인 광의 파장 대역보다 작은 파장을 의미한다. 나노포스트(NP)는, 예를 들어, 제1 파장, 제2 파장 중 짧은 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다. 나노포스트(NP)는 서브 파장의 단면 지름을 가지는 원기둥 형상일 수 있다. 다만, 나노포스트(NP)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 입사광(Li)이 가시광인 경우, 나노포스트(NP)의 단면의 지름은 예를 들어 400 nm, 300 nm, 또는 200 nm 보다 작은 치수를 가질 수 있다. 한편 나노포스트(NP)의 높이는 500 nm 내지 1500 nm일 수 있고, 단면의 지름보다 높이가 클 수 있다. 도시하지는 않았지만, 나노포스트(NP)는 높이 방향(Z방향)으로 적층된 2개 이상의 포스트가 결합된 것일 수 있다.The nanopost NP may have a shape dimension of a sub-wavelength. Here, the sub-wavelength means a wavelength smaller than the wavelength band of light to be branched. The nanopost NP may have, for example, a dimension smaller than a shorter wavelength among the first and second wavelengths. The nanopost NP may have a cylindrical shape having a cross-sectional diameter of a sub-wavelength. However, the shape of the nanopost (NP) is not limited thereto. When the incident light Li is visible light, the diameter of the cross section of the nanopost NP may be smaller than 400 nm, 300 nm, or 200 nm, for example. Meanwhile, the height of the nanopost NP may be 500 nm to 1500 nm, and the height may be greater than the diameter of the cross section. Although not shown, the nanopost NP may be a combination of two or more posts stacked in a height direction (Z direction).
나노포스트(NP)는 주변 물질에 비하여 높은 굴절률을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 나노포스트(NP)는 c-Si, p-Si, a-Si 및 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체(GaP, GaN, GaAs 등), SiC, TiO2, SiN 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 주변 물질과 굴절률 차이를 가지는 나노포스트(NP)는 나노포스트(NP)를 지나가는 광의 위상을 변화시킬 수 있다. 이는 나노포스트(NP)의 서브 파장의 형상 치수에 의해 일어나는 위상 지연(phase delay)에 의한 것이며, 위상이 지연되는 정도는 나노포스트(NP)의 세부적인 형상 치수, 배열 형태 등에 의해 정해진다. 나노포스트(NP) 주변 물질은 나노포스트(NP)보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 주변 물질은 SiO2 또는 공기(air)를 포함할 수 있다.The nanopost NP may be made of a material having a higher refractive index than surrounding materials. For example, the nanoposts (NPs) may include c-Si, p-Si, a-Si, and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO2, SiN, and/or combinations thereof. can The nanoposts NP having a refractive index difference from surrounding materials may change the phase of light passing through the nanoposts NP. This is due to phase delay caused by the shape dimension of the sub-wavelength of the nanopost (NP), and the degree of phase delay is determined by the detailed shape dimension, arrangement type, etc. of the nanopost (NP). A material surrounding the nanopost NP may be made of a dielectric material having a lower refractive index than the nanopost NP. For example, the surrounding material may include SiO 2 or air.
색분리 렌즈 어레이(CSLA)의 영역 구분, 나노포스트(NP)들의 형상과 배열은 입사광을 파장에 따라 분리하여 복수의 화소(PX1, PX2)로 집광되게 하는 위상 분포를 형성하도록 설정될 수 있다. 이러한 파장 분리는 가시광 대역에서의 컬러 분리를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 파장 대역은 가시광 내지 적외선의 범위, 또는 이와 다른 다양한 범위로 확장될 수도 있다. 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 적외선 내지 가시광선 파장 대역일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 복수의 나노포스트(NP)의 어레이의 배열 규칙에 따라 다양한 파장 대역을 포함할 수 있다. 또한, 두 개의 파장이 분기되어 집광되는 것을 예시하였으나 입사광이 파장에 따라 세 방향 이상으로 분기되어 집광될 수도 있다.Area division of the color separation lens array (CSLA) and the shape and arrangement of the nanoposts (NPs) may be set to form a phase distribution that separates incident light according to wavelength and condenses it into a plurality of pixels PX1 and PX2. This wavelength separation may include, but is not limited to, color separation in the visible light band, and the wavelength band may extend to a range of visible light to infrared light, or various other ranges. The first wavelength (λ 1 ) and the second wavelength (λ 2 ) may be infrared to visible light wavelength bands, but are not limited thereto and may include various wavelength bands according to the arrangement rules of the array of the plurality of nanoposts (NPs). can In addition, although it is illustrated that two wavelengths are diverged and condensed, incident light may be diverged and condensed in three or more directions depending on the wavelength.
또한 색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 나노포스트(NP)이 단층으로 배열된 경우를 예로 설명하였으나, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 나노포스트(NP)이 복수층으로 배열된, 적층 구조를 가질 수도 있다. In addition, the color separation lens array (CSLA) has been described as an example in which the nanoposts (NPs) are arranged in a single layer, but the color separation lens array (CSLA) may have a stacked structure in which the nanoposts (NPs) are arranged in a plurality of layers. there is.
한편, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)에 의한 파장 분리는 설계 및 공정 오차에 따라 크로스토크(crosstalk)를 포함할 수 있다. 즉, 목적된 화소로 해당 파장 이외의 광이 입사될 수도 있다. 실시예의 이미지 센서는 크로스토크를 줄여 색분리 효율을 최대화하면서도 추가 공정은 최소화될 있는 구조의 필터 어레이를 색분리 렌즈 어레이와 함께 채용한다. 이러한 필터 어레이는 화소 배열 및 이에 상응하는 색분리 렌즈 어레이(CSLA)의 파장 분리 형태에 알맞게 다양하게 구현될 수 있다. Meanwhile, wavelength separation by the color separation lens array (CSLA) may include crosstalk depending on design and process errors. That is, light other than the corresponding wavelength may be incident to the target pixel. The image sensor of the embodiment employs a filter array together with a color separation lens array having a structure that minimizes additional processes while maximizing color separation efficiency by reducing crosstalk. Such a filter array may be implemented in various ways suitable for a pixel array and a wavelength separation form of a color separation lens array (CSLA) corresponding thereto.
도 3은 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이가 나타내는 컬러 배열을 보이는 평면도이다.3 is a plan view illustrating a color arrangement represented by a pixel array of an image sensor according to an exemplary embodiment.
도시된 화소 배열은 이미지 센서(1000)에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer Pattern)의 배열이다. 도시된 바와 같이, 하나의 단위 패턴은 네 개의 사분 영역(Quadrant region)을 포함하며, 제1 내지 제4 사분면이 각각 청색 화소(B), 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 녹색 화소(G)가 될 수 있다. 이러한 단위 패턴이 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 이차원적으로 반복 배열된다. 다시 말해, 2Х2 어레이 형태의 단위 패턴 내에서 한 쪽 대각선 방향으로 2개의 녹색 화소(G)가 배치되고, 다른 쪽 대각선 방향으로 각각 1개의 청색 화소(B)와 1개의 적색 화소(R)가 배치된다. 전체적인 화소 배열을 보면, 복수의 녹색 화소(G)와 복수의 청색 화소(B)가 제1 방향을 따라 번갈아 배열되는 제1 행과 복수의 적색 화소(R)와 복수의 녹색 화소(G)가 제1 방향을 따라 번갈아 배열되는 제2 행이 제2 방향을 따라 반복적으로 배열된다.The illustrated pixel arrangement is an arrangement of a Bayer pattern generally adopted in the
이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 이러한 컬러 배열에 상응하도록, 즉, 특정 화소에 대응하는 색의 빛을 집광하는 색분리 렌즈 어레이를 구비할 수 있다. 즉, 도 2a 및 도 2b에서 설명한 색분리 렌즈 어레이(CSLA)에서 분리하는 파장들은 적색 파장, 녹색 파장, 청색 파장이 되도록 영역 구분 및 나노포스트(NP)의 형상, 배열이 설정될 수 있다. The
도 4a 및 도 4b는 도 1의 이미지 센서의 화소 어레이(1100)를 각각 다른 단면에서 보이는 단면도이다. 도 5a는 화소 어레이(1100)에 구비되는 색분리 렌즈 어레이(130)의 화소 대응 영역의 배열을 보인 평면도이고, 도 5b는 도 4a의 색분리 렌즈 어레이(130)에 배치되는 나노포스트의 예시적인 형상과 배열을 보이는 평면도이다. 도 5c는 화소 어레이(1100)에 구비되는 필터 어레이(170)의 필터 배열을 보이는 평면도이고, 도 5d는 화소 어레이(1100)에 구비되는 센서 기판(110)의 화소 배치를 보이는 평면도이다.4A and 4B are cross-sectional views of the
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 광을 센싱하는 복수의 화소(111, 112, 113, 114)를 포함하는 센서 기판(110), 센서 기판(110)상에 배치된 필터 어레이(170), 필터 어레이(170) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함한다. 필터 어레이(170)와 색분리 렌즈 어레이(130) 사이에는 투명한 스페이서층(120)이 배치될 수 있다. 4A and 4B, the
센서 기판(110)은 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 녹색 화소(111), 청색 화소(112), 적색 화소(113) 및 제2 녹색 화소(114)를 포함할 수 있다. 도 4a, 도 4b, 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 제1 녹색 화소(111) 및 청색 화소(112)가 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, Y 방향의 위치가 다른 단면에서는 적색 화소(113) 및 제2 녹색 화소(114)가 번갈아 배열될 수 있다. The
도 5d에 도시된 센서 기판(110)의 화소 배열은 도 3에 도시한 베이어 패턴의 컬러 배열에 상응하는 화소들의 배열이다. 이하에서, 이미지 센서의 화소 배열은 센서 기판의 화소 배열과 같은 의미로 혼용되어 사용될 수 있다. 센서 기판(110)의 화소 배열은 입사광을 베이어 패턴과 같은 단위 패턴으로 구분하여 센싱하기 위한 것이며, 예를 들어, 제1 및 제2 녹색 화소(111, 114)는 녹색광을 센싱하고, 청색 화소(112)는 청색광을 센싱하며, 적색 화소(113)는 적색광을 센싱할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 셀 간 경계에는 셀 분리를 위한 분리막이 더 형성될 수도 있다.The pixel arrangement of the
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 센서 기판(110)의 각 화소들(111, 112, 113, 114)에 대응하는 4개의 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)으로 구획될 수 있다. 제1 녹색 화소 대응 영역(131)은 제1 녹색 화소(111)에 대응하며 제1 녹색 화소(111) 상부에 배치될 수 있고, 청색 화소 대응 영역(132)은 청색 화소(112)에 대응하며 청색 화소(111) 상부에 배치될 수 있고, 적색 화소 대응 영역(133)은 적색 화소(113)에 대응하며 적색 화소(111) 상부에 배치될 수 있고, 제2 녹색 화소 대응 영역(134)은 제2 녹색 화소(114)에 대응하며 제2 녹색 화소(114) 상부에 배치될 수 있다. 즉, 색분리 렌즈 어레이(130)의 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)은 센서 기판(110)의 각 화소(111, 112, 113, 114)와 마주하게 배치될 수 있다. 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 제1 녹색 화소 대응 영역 및 청색 화소 대응 영역(131, 132)이 번갈아 배열되는 제1 행과 적색 화소 대응 영역 및 제2 녹색 화소 대응 영역(133, 134)이 번갈아 배열되는 제2 행이 서로 교대로 반복되도록 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 이차원 배열될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)도 센서 기판(110)과 같이 2차원 배열된 복수의 단위 패턴을 포함하며, 각각의 단위 패턴은 2Х2의 형태로 배열된 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)을 포함한다.Referring to FIGS. 4A, 4B, 5A, and 5B, the color
한편, 색분리 렌즈 어레이(130)의 영역은 도 2a에서 설명한 것과 유사한 개념으로, 녹색광을 집광하는 녹색광 집광 영역, 청색광을 집광하는 청색광 집광 영역, 및 적색광을 집광하는 적색광 집광 영역을 포함하는 것으로 설명될 수도 있다. Meanwhile, the area of the color
색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 및 제2 녹색 화소(111, 114)로 녹색광이 분기되어 집광되고, 청색 화소(112)로 청색광이 분기되어 집광되며, 적색 화소(113)로 적색광이 분기되어 집광되도록 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 정해진 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 한편, 색분리 렌즈 어레이(130)의 두께(Z방향)는 나노포스트(NP)의 높이와 유사할 수 있으며, 500 nm 내지 1500 nm일 수 있다.The color
도 5b를 참조하면, 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)은 원형 단면을 가지는 원기둥 형태의 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있고, 각 영역의 중심부에는 단면적이 서로 다른 나노포스트(NP)가 배치되고, 화소간 경계선 상의 중심 및 화소 경계선의 교차점에도 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 화소간 경계에 배치된 나노포스트(NP)의 단면적은 화소 중심부에 배치된 나노포스트(NP)보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 5B , the
단위 패턴을 구성하는 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)에 포함된 나노포스트(NP)의 배열을 상세히 살펴보면, 나노포스트(NP)들 중, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심부에 배치된 나노포스트 및 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 중심부에 배치된 나노포스트의 단면적이 청색 화소 대응 영역(132)의 중심부에 배치된 나노포스트나 적색 화소 대응 영역(133)의 중심부에 배치된 나노포스트의 단면적보다 크며, 청색 화소 대응 영역(132)의 중심부에 배치된 나노포스트의 단면적이 적색 화소 대응 영역(133)의 중심부에 배치된 나노포스트의 단면적보다 크다. 다만, 이는 하나의 예에 불과하고, 필요에 따라 다양한 형상, 크기, 배열의 나노포스트(NP)들이 적용될 수 있다. Looking in detail at the arrangement of the nanoposts NP included in the
제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)에 구비된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)에 배치된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 다른 크기 배열을 가질 수 있다. The nanoposts NPs provided in the first and second green
반면, 청색 화소 대응 영역(132) 및 적색 화소 대응 영역(133)에 배치된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 같은 분포 규칙을 가질 수 있다. On the other hand, the nanoposts NPs disposed in the blue
한편, 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 교차하는 위치에 배치된 나노포스트(p9)들은 같은 단면적을 가질 수 있다.Meanwhile, the nanoposts p9 disposed at four corners of each of the
이러한 분포는, 베이어 패턴의 화소 배열에 기인한다. 청색 화소(112)와 적색 화소(113)는 모두 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소들이 녹색 화소(111, 114)로 동일한 반면, 제1 녹색 화소(111)는 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소가 청색 화소(112)이고 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소가 적색 화소(113)로 서로 다르고, 제2 녹색 화소(114)는 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소가 적색 화소(113)이고 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소가 청색 화소(114)로 서로 다르다. 그리고 제1 및 제2 녹색 화소(111, 114)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 녹색 화소이고, 청색 화소(112)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 적색 화소(113)로 서로 같고, 적색 화소(113)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 청색 화소(112)로 서로 같다. 따라서, 청색 화소(112)와 적색 화소(113)에 대응하는 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133)에서는 4방 대칭(4-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되고, 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)에서는 2방 대칭(2-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열될 수 있다. 특히, 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다.This distribution is due to the arrangement of pixels in the Bayer pattern. The
도 5b에 도시된 나노포스트(NP)들은 모두 대칭적인 원형의 단면 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 비대칭 형상의 단면 형상을 갖는 나노포스트가 일부 포함될 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 서로 다른 비대칭 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용되고, 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 같은 대칭적인 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용될 수 있다.Although all of the nanoposts NPs shown in FIG. 5B have a symmetrical circular cross-sectional shape, some nanoposts having an asymmetrical cross-sectional shape may be included. For example, nanoposts having an asymmetric cross-sectional shape having different widths in the first direction (X direction) and in the second direction (Y direction) are employed in the first and second green
앞서 설명한 나노포스트(NP)의 배열 규칙은 화소 배열에 상응하는 파장 분리를 위한 일 예시이며, 도시된 패턴에 한정되는 것은 아니다.The arrangement rule of the nanoposts (NP) described above is an example for wavelength separation corresponding to the pixel arrangement, and is not limited to the illustrated pattern.
도 4a, 도 4b 및 도 5c를 참조하면, 필터 어레이(170)는 복수의 투명 영역(BW)과 단일 컬러의 복수의 필터(GF)를 포함한다. 복수의 필터(GF)는 녹색광을 투과시키고 다른 컬러의 광은 흡수하는 녹색 필터(GF)일 수 있다. 녹색 필터(GF)는 녹색 화소(111, 114)와 마주하게 배치되며, 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 녹색 화소 대응 영역(131, 134)와 마주하게 배치된다. 투명 영역(BW)은 적색 화소(113), 청색 화소(112)와 마주하게 배치되며, 색분리 렌즈 어레이(130)의 적색 화소 대응 영역(133), 청색 화소 대응 영역(132)과 마주하게 배치된다. 투명 영역(BW)은 예를 들어, 투명 레진 물질을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 4A, 4B, and 5C , the
필터 어레이(170)는 색분리 렌즈 어레이(130)에 의한 컬러 분리에서 일어날 수 있는 크로스토크(crosstalk)를 줄이기 위한 것이다. 크로스토크는 색분리 동작에 있어서 목적된 화소로 해당 컬러 외 다른 컬러의 광이 입사되는 것을 의미한다. 이러한 크로스토크는 특히, 색분리 렌즈 어레이(130)가 색분리하는 파장 대역 중 장파장 대역의 광에서 많이 일어날 수 있으므로 장파장 대역의 광이 해당 화소 외 다른 화소로 입사되는 것을 방지하도록 필터 어레이(170)에 채용되는 필터의 단일 컬러 및 배치 위치가 설정될 수 있다. 베이어 패턴의 화소 배열에서는 녹색 화소가 차지하는 비율이 전체의 50%이므로 녹색 필터(GF)를 사용함으로써 장파장 광이 크로스토크를 효과적으로 줄일 수 있다. The
실시예의 이미지 센서(1000)에 구비되는 이러한 필터 어레이(170)는 컬러 필터만을 사용하여 색표현을 하는 경우에 발생하는 광손실과는 무관하다. 색분리 렌즈 어레이(130)에 분리된 컬러에 대해, 일부 크로스토크를 제거하는 역할을 하는 것이므로 광효율의 감소는 거의 없이, 전체적인 색순도를 높일 수 있다. 또한, 이러한 목적으로 적색, 녹색, 청색에 해당하는 필터 영역을 모두 구비하는 컬러 필터를 사용하는 것은 공정, 비용, 광효율을 고려할 때 비경제적이다. 적색, 녹색, 청색의 각 필터 영역은 다른 재질로 이루어지기 때문에, 재질 별로, 증착, 포토리소그라피, 식각 공정이 수행된다. 픽셀 크기가 작아지고 개수가 많아지는 고화소화의 경향에 따라 이러한 정교한 추가 공정은 비용이 높아지고 수율을 낮아지게 할 수 있기 때문이다. 실시예의 필터 어레이(170)에 의해, 광효율의 감소, 추가 공정은 최소화하며 크로스토크를 줄이고 색순도를 높일 수 있다. The
스페이서층(120)은 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이에 배치되어 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 스페이서층(120)은 가시광에 대해 투명한 물질, 예를 들어, SiO2, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass) 등 나노포스트(NP)보다 낮은 굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(120h)는 ht - p ≤ h ≤ ht + p의 범위 내에서 선택될 수 있다. 여기서, ht는 색분리 렌즈 어레이(130)에 의한, 색분리 렌즈 어레이(130)가 분기하는 파장 대역의 중심 파장의 광의 초점 거리이고 p는 화소 피치이다. 실시예에서, 화소 피치는 수 μm 이하일 수 있고, 예를 들어, 2 μm 이하, 1.5 μm 이하, 1 μm 이하, 또는 0.7 μm 이하일 수 있다. 화소 피치는 대략, 0.5 μm 내지 1.5 μm 의 범위일 수 있다. 스페이서층(120)의 두께는 예를 들어, 녹색광의 중심 파장인 540 nm를 기준으로 설계될 수 있다.The
실시예에서 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130)이 사이에는 필터 어레이(170)가 배치되므로, 필터 어레이(170)의 두께를 고려하여, 스페이서층(120)의 두께는 색분리 렌즈 어레이(130)가 분리하는 파장 대역 중 중심 파장의 광의 색분리 렌즈 어레이(130)에 의한 초점거리보다 작게 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 두께는 색분리 렌즈 어레이(130)에 의한 녹색광의 초점거리보다 작게 설정될 수 있다.In the embodiment, since the
스페이서층(120)은 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)를 이루는 나노포스트(NP)를 지지할 수 있다. 스페이서층(120)은 나노포스트(NP)들의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 유전체를 포함할 수 있다. The
나노포스트(NP)들 사이의 영역은 나노포스트(NP)보다 굴절률이 낮은 유전체, 예를 들면, 공기 또는 SiO2를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 나노포스트(NP)들의 측면 및 상부를 덮는 형태의 저굴절률의 보호층이 더 구비될 수도 있다.A region between the nanoposts NPs may include a dielectric having a lower refractive index than the nanoposts NPs, for example, air or SiO 2 . Although not shown, a low refractive index protective layer covering the sides and tops of the nanoposts NPs may be further provided.
도 6a는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광 및 청색광의 위상 분포를 도 5b의 I-I' 선을 따라 보이고, 도 6b는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광의 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 중심에서의 위상을 보이고, 도 6c는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 청색광의 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 중심에서의 위상을 보인다. 도 6a의 녹색광 및 청색광의 위상 분포는 도 2b에서 예시적으로 설명한 제1 및 제2 파장 광의 위상 분포와 유사하다.FIG. 6A shows phase distributions of green light and blue light passing through the color
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광은 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)를 가질 수 있다. 구체적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후 위치, 다시 말해 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서, 녹색광의 위상이, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제1 녹색 화소 대응 영역(131)과 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 접점에서 최소가 된다. 녹색광의 제1 녹색 화소 대응 영역(131) 중심에서 출사되는 광의 위상을 기준으로 하여 2π라고 정하면, 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133) 중심에서는 위상이 0.9π내지 1.1π, 제2 녹색 화소 대응 영역(134) 중심에서는 위상이 2π, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)과 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 접점에서는 위상이 1.1π 내지 1.5π인 광이 출사할 수 있다. 따라서, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심을 통과한 녹색광과 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133)의 중심을 통과한 녹색광의 위상 차이는 0.9π 내지 1.1π일 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B , the green light passing through the color
한편, 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)는 제1 녹색 화소 대응 영역(131) 중심을 통과한 광의 위상 지연량이 가장 크다는 것을 의미하는 것은 아니며, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)을 통과한 광의 위상을 2π 라고 정했을 때 다른 위치를 통과한 광의 위상 지연이 더 커서 2π 보다 큰 위상 값을 가진다면, 2nπ 만큼 제거하고 남은 값, 즉, 랩(Wrap)된 위상의 분포일 수 있다. 예를 들어, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)을 통과한 광의 위상을 2π 라고 했을 때, 청색 화소 대응 영역(132)의 중심을 통과한 광의 위상이 3π 라면, 청색 화소 대응 영역(132)에서의 위상은 3π에서 2π(n=1인 경우)를 제거하고, 남은 π 일 수 있다. Meanwhile, the first green light phase distribution PPG1 does not mean that the phase delay amount of light passing through the center of the first green
도 6a 및 도 6c를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 청색광은 청색 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 청색 화소 대응 영역(132)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 청색광 위상 분포(PPB)를 가질 수 있다. 구체적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 청색광의 위상이, 청색 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 청색 화소 대응 영역(132)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 적색 화소 대응 영역(133)의 중심에서 최소가 된다. 청색광의 청색 화소 대응 영역(132) 중심에서의 위상을 2π라고 하면, 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서의 위상은 예를 들어, 0.9π 내지 1.1π 일 수 있고, 적색 화소 대응 영역(133) 중심에서의 위상은 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서의 위상보다 작은 값 예를 들어, 0.5π 내지 0.9π일 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6C , the blue light passing through the color
도 6d는 제1 녹색광 집광 영역으로 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6e는 제1 녹색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보인다. FIG. 6D exemplarily shows a traveling direction of green light incident to the first green light condensing area, and FIG. 6E exemplarily shows an array of the first green light condensing area.
제1 녹색 화소 대응 영역(131) 주변으로 입사한 녹색광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 6d에 도시한 것과 같이, 제1 녹색 화소(111)로 집광되며, 제1 녹색 화소(111)에는 제1 녹색 화소 대응 영역(131) 외에도 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133)에서 오는 녹색광이 입사한다. 즉, 도 6a 및 도 6b에서 설명한 녹색광의 위상 분포는 제1 녹색 화소 대응 영역(131)과 한 변을 맞대고 인접한 2개의 청색 화소 대응 영역(132)과 2개의 적색 화소 대응 영역(133)의 중심을 연결한 제1 녹색광 집광 영역(GL)을 통과한 녹색광을 제1 녹색 화소(111)에 집광한다. 따라서, 도 6e에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 녹색 화소(111)에 녹색광을 집광하는 제1 녹색광 집광 영역(GL1) 어레이로 동작할 수 있다. 제1 녹색광 집광 영역(GL1)은 대응하는 제1 녹색 화소(111)보다 면적이 크고, 예를 들면, 1.2배 내지 2배 클 수 있다. The green light incident around the first green
도 6f는 청색광 집광 영역으로 입사한 청색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6g는 청색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보인다.FIG. 6F exemplarily shows a traveling direction of blue light incident to the blue light condensing area, and FIG. 6G exemplarily shows an array of blue light condensing areas.
청색광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 6f과 같이 청색 화소(112)로 집광되며, 청색 화소(112)에는 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)에서 오는 청색광이 입사한다. 앞서 도 6a 및 도 6c에서 설명한 청색광의 위상 분포는 청색 화소 대응 영역(132)과 꼭지점을 맞대고 인접한 4개의 적색 화소 대응 영역(133)의 중심을 연결하여 만든 청색광 집광 영역(BL)를 통과한 청색광을 청색 화소(112)에 집광한다. 따라서, 도 6g에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 청색 화소에 청색광을 집광하는 청색광 집광 영역(BL) 어레이로 동작할 수 있다. 청색광 집광 영역(BL)은 대응하는 청색 화소(112)보다 면적이 크고, 예를 들면, 1.5 내지 4배 클 수 있다. 청색광 집광 영역(BL)은 일부 영역이 전술한 제1 녹색광 집광 영역(GL1) 및 후술하는 제2 녹색광 집광 영역(GL2) 및 적색광 집광 영역(RL)과 중첩될 수 있다.Blue light is condensed into the
도 7a는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 적색광 및 녹색광의 위상 분포를 도 5b의 II-II'선을 따라 보이고, 도 7b는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 적색광의 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 중심에서의 위상을 보이고, 도 7c는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광의 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 중심에서의 위상을 보인다.FIG. 7A shows the phase distribution of red light and green light passing through the color
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 적색광은 적색 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 적색 화소 대응 영역(133)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 적색광 위상 분포(PPR)를 가질 수 있다. 구체적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 적색광의 위상이, 적색 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 적색 화소 대응 영역(133)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 청색 화소 대응 영역(132)의 중심에서 최소가 된다. 적색광의 적색 화소 대응 영역(133) 중심에서의 위상을 2π라고 하면, 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서의 위상은 예를 들어, 0.9π 내지 1.1π 일 수 있고, 청색 화소 대응 영역(132) 중심에서의 위상은 제1 및 제2 녹색 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서의 위상보다 작은 값 예를 들어, 0.6π 내지 0.9π일 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7B , the red light passing through the color
도 7a 및 도 7c를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광은 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 중심에서 가장 크고, 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)를 가질 수 있다. 도 6a의 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)와 도 8의 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)를 비교하면, 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)는 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)를 X방향 및 Y방향으로 1 화소 피치만큼 평행 이동한 것과 같다. 즉, 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)는 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심에서 위상이 가장 큰 반면, 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)는 제1 녹색 화소 대응 영역(131)의 중심에서 X방향 및 Y방향으로 1 화소 피치만큼 떨어 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 중심에서 위상이 가장 크다. 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 중심에서의 위상을 보여주는 도 6b와 도 8c의 위상 분포는 동일할 수 있다. 다시 한번 제2 녹색 화소 대응 영역(134)을 기준으로 녹색광의 위상 분포를 설명하면, 녹색광의 제2 녹색 화소 대응 영역(134) 중심에서 출사되는 광의 위상을 기준으로 하여 2π라고 정하면, 청색 및 적색 화소 대응 영역(132, 133) 중심에서는 위상이 0.9π 내지 1.1π, 제1 녹색 화소 대응 영역(131) 중심에서는 위상이 2π, 제1 녹색 화소 대응 영역(131)과 제2 녹색 화소 대응 영역(134)의 접점에서는 위상이 1.1π 내지 1.5π인 광이 출사할 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7C , the green light passing through the color
도 7d는 적색광 집광 영역으로 입사한 적색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7e는 적색광 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보인다.FIG. 7D exemplarily shows a traveling direction of red light incident to the red light condensing area, and FIG. 7E exemplarily shows an array of red light condensing areas.
적색광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 7d와 같이 적색 화소(113)로 집광되며, 적색 화소(113)에는 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)에서 오는 적색광이 입사한다. 앞서 도 7a 및 도 7b에서 설명한 적색광의 위상 분포는 적색 화소 대응 영역(133)과 꼭지점을 맞대고 인접한 4개의 청색 화소 대응 영역(132)의 중심을 연결하여 만든 적색광 집광 영역(RL)을 통과한 적색광을 적색 화소(113)에 집광한다. 따라서, 도 7e에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 적색 화소에 적색광을 집광하는 적색광 집광 영역(RL) 어레이로 동작할 수 있다. 적색광 집광 영역(RL)은 대응하는 적색 화소(113)보다 면적이 크고, 예를 들면, 1.5 내지 4배 클 수 있다. 적색광 집광 영역(RL)은 일부 영역이 제1 및 제2 녹색광 집광 영역(GL1, GL2) 및 청색광 집광 영역(BL)과 중첩될 수 있다.The red light is condensed into the
도 7f 및 도 7g를 참조하면, 제2 녹색 화소 대응 영역(134) 주변으로 입사한 녹색광은 제1 녹색 화소 대응 영역(131) 주변으로 입사한 녹색광에 대해 설명한 것과 유사하게 진행하며, 도 7f에 도시한 것과 같이, 제2 녹색 화소(114)로 집광된다. 따라서, 도 7g에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제2 녹색 화소(114)에 녹색광을 집광하는 제2 녹색광 집광 영역(GL2) 어레이로 동작할 수 있다. 제2 녹색광 집광 영역(GL2)은 대응하는 제2 녹색 화소(114)보다 면적이 크고, 예를 들면, 1.2배 내지 2배 클 수 있다.Referring to FIGS. 7F and 7G , the green light incident around the second green
도 8a 및 도 8b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이에 대한 평면도 및 단면도이다. 8A and 8B are plan and cross-sectional views of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
도 8a를 참조하면, 화소 어레이(1101)의 센서 기판(115)의 화소들(111, 112, 113, 114)은 전부 또는 일부가 2개 이상의 광감지셀을 포함할 수 있다. 1개의 화소에 포함된 4개 이상의 광감지셀은 색분리 렌즈 어레이의 집광 영역을 공유할 수 있다. 하나의 화소 내에 독립적으로 신호를 감지할 수 있는 복수개의 광감지셀을 포함하는 경우, 이미지센서의 해상도가 향상될 수 있고, 각각의 광감지셀로부터 획득한 신호들의 차이를 이용하여 이미지 센서(1000) 및/또는 이미지 센서(1000)를 포함하는 카메라 장치의 자동 초점 기능을 구현할 수 있다. 2개 이상의 광감지셀을 포함하는 화소는 자동 초점 화소일 수 있다. 도 8a는 화소들(111, 112, 113, 114)은 모두 네 개의 광감지셀을 포함하는 것으로 도시되고 있으며, 즉, 제1 녹색 화소(111)는 제1-1 내지 제1-4 녹색광 감지셀(111a, 111b, 111c, 111d)을 포함하고, 청색 화소(112)는 제1 내지 제4 청색광 감지셀 (112a, 112b, 112c, 112d)을 포함하고, 적색 화소(113)는 제1 내지 제4 적색광 감지셀(113a, 113b, 113c, 113d)을 포함하고, 제2 녹색 화소(114)는 제2-1 내지 제2-4 녹색광 감지셀(114a, 114b, 114c, 114d)을 포함하는 경우를 도시한다. 다만, 이는 예시적인 것이며 이에 한정되지 않는다. 자동 초점 화소는 예를 들어, 2개 내지 16개의 광감지셀을 포함할 수 있다. 하나의 화소에 포함되는 둘 이상의 광감지셀들의 출력 신호들의 차이를 정확하게 계산할 수 있도록, 자동 초점 화소는 광감지셀들을 분리하기 위한 화소 내부 분리막을 포함할 수 있다. 화소 내부 분리막에 의해 광감지셀들이 서로 분리되므로 별도의 신호를 출력할 수 있다. Referring to FIG. 8A , all or some of the
도 9b는 집광 영역을 공유하는 복수개의 광감지셀을 포함하는 화소를 이용하여 초점 조절에 필요한 신호를 얻는 것을 개념적으로 보인다. 도 9b에 도시한 바와 같이, 청색광 집광 영역(BL)을 향해 A방향으로 입사한 광 중 청색광은 제2 화소(112)의 제1 광감지셀(112a)로 입사하고, B방향으로 입사하는 청색광은 제2 광감지셀(112b)로 입사할 수 있다. 즉, 제2 화소(112)의 제1 광감지셀(112a)이 감지한 신호는 A방향으로 입사한 광의 양을 나타나내고, 제2 화소(112)의 제2 광감지셀(112b)이 감지한 신호는 B방향으로 입사한 광의 양을 나타낼 수 있다. 이 경우, 입사광의 진행 방향에 따라 제1 및 제2 광감지셀(112a, 112b)이 감지한 신호의 차이가 명확하게 구분될 수 있고 이의 차이는 자동 초점 조절 신호로 활용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스페이서층(120)의 두께(120h)는 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 영역에 의한 초점 거리를 기준으로 설정되므로, 서로 다른 방향으로부터 입사하는 광 신호의 차이가 명확히 구분될 수 있고, 자동 초점 조절 성능이 향상될 수 있다.FIG. 9B conceptually shows obtaining a signal necessary for focus adjustment using a pixel including a plurality of light-sensing cells sharing a light-concentrating area. As shown in FIG. 9B, among the lights incident in the direction A toward the blue light condensing area BL, the blue light is incident on the first
상술한 두 실시예는 베이어 패턴의 화소 배열을 가지는 형태로 예시되었으나, 이외에도 다양한 방식의 화소 배열이 가능하다. 예를 들어, 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B)가 하나의 단위 패턴을 구성하는 RGB 방식, 마젠타(Magenta) 화소, 사이안(Cyan) 화소, 옐로우(Yellow)화소, 및 녹색 화소가 하나의 단위 패턴을 구성하는 CYGM 방식, 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 청색 화소(B), 및 백색 화소(W)가 하나의 단위 패턴을 구성하는 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 단위 패턴이 3Х2 어레이 형태를 가질 수도 있다. 그 밖에도 화소 어레이의 화소들은 이미지센서(1000)의 색 특성에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 다양한 화소 배열에 따라 이에 상응하도록 색분리 렌즈 어레이 및 필터 어레이가 구비될 수 있다.Although the above-described two embodiments are exemplified in the form of having a pixel arrangement of a Bayer pattern, other pixel arrangements in various ways are possible. For example, an RGB method in which red pixels (R), green pixels (G), and blue pixels (B) constitute one unit pattern, magenta pixels, cyan pixels, and yellow pixels , and CYGM method in which green pixels constitute one unit pattern, RGBW method in which green pixels (G), red pixels (R), blue pixels (B), and white pixels (W) constitute one unit pattern arrangement is also possible. Also, the unit pattern may have a 3Х2 array form. In addition, pixels of the pixel array may be arranged in various ways according to color characteristics of the
이하에서는 다른 다양한 방식의 화소 배열 및 이에 상응하는 색분리 렌즈 어레이와 필터 어레이를 구비하는 이미지 센서 실시예들을 살펴보기로 한다.Hereinafter, embodiments of an image sensor including pixel arrays of various other methods and corresponding color separation lens arrays and filter arrays will be described.
도 9는 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.9 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
이미지 센서의 화소 어레이(1102)는 베이어 패턴 배열의 화소 배열을 가지는 센서 기판(110), 이에 상응하도록 입사광을 분리하는 색분리 렌즈 어레이(130) 및 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이에 배치된 필터 어레이(171)를 포함한다. 본 실시예의 화소 어레이(1102)는 전술한 화소 어레이(1101)과 실질적으로 동일한 센서 기판(110), 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함하며, 필터 어레이(171)의 필터 배치에서 전술한 화소 어레이(1100)의 필터 어레이(170)와 차이가 있다. The
필터 어레이(171)는 복수의 사이안(cyan) 필터(CF)와 복수의 투명 영역(BW)을 포함한다. 사이안 필터(CF)는 녹색 화소(G), 청색 화소(B)와 각각 마주하게 배치되고, 투명 영역(BW)은 적색 화소(R)와 마주하게 배치된다. The
사이안 필터(CF)는 녹색광과 청색광을 투과시키고 적색광은 흡수하는 필터이다. 전술한 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(139)에 의한 크로스토크는 주로 장파장 대역에서 발생할 수 있으며 이러한 필터 어레이(171)를 사용하여, 적색광이 녹색 화소(G)나 청색 화소(B)로 입사하는 것을 방지할 수 있다. 사이안 필터(CF)는 사이안 색을 나타내는 재료를 사용하여 제조될 수 있으며, 기존의 적색, 녹색, 청색을 모두 포함하는 컬러 필터 제조에 비해 공정 단계는 1/3로 감소하면서도, 높은 색분리 효율 개선을 나타낼 수 있다. The cyan filter (CF) is a filter that transmits green light and blue light and absorbs red light. As described above, crosstalk by the color separation lens array 139 may occur mainly in a long wavelength band, and by using the
도 10은 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.10 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
본 실시예의 이미지 센서 화소 어레이(1103)는 RGB 방식의 화소 배열을 가지는 센서 기판(116), 이에 상응하도록 입사광을 분리하는 화소 대응 영역(141, 142, 143)을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(140) 및 센서 기판(116)과 색분리 렌즈 어레이(140) 사이에 배치된 필터 어레이(172)를 포함한다. 필터 어레이(172)는 복수의 청색 필터(BF)와 투명 영역(BW)을 포함하며, 청색 필터(BF)는 청색 화소(B)와 마주하게 배치되고, 투명 영역(BW)은 적색 화소(R), 녹색 화소(G)와 마주하게 배치된다. The image
도 11은 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.11 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
본 실시예의 이미지 센서 화소 어레이(1104)는 RGB 방식의 화소 배열을 가지는 센서 기판(116), 이에 상응하도록 입사광을 분리하는 화소 대응 영역(141, 142, 143)을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(140) 및 센서 기판(116)과 색분리 렌즈 어레이(140) 사이에 배치된 필터 어레이(173)을 포함한다. 필터 어레이(173)는 복수의 사이안 필터(CF)와 복수의 투명 영역(BW)을 포함한다. 사이안 필터(CF)는 청색 화소(B), 녹색 화소(GF)와 마주하게 배치되며, 투명 영역(BW)은 적색 화소(R)와 마주하게 배치된다. The image
도 12는 또 다른 실시예에 다른 이미지 센서의 화소 어레이를 화소 배열과 이에 대응하는 필터 어레이의 관계에서 개념적으로 보인다.12 conceptually shows a pixel array of an image sensor according to another embodiment in relation to a pixel array and a filter array corresponding thereto.
본 실시예의 이미지 센서 화소 어레이(1105)는 CMYG 방식의 화소 배열을 가지는 센서 기판(118), 이에 상응하도록 입사광을 분리하는 화소 대응 영역(151, 152, 153, 154)을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(150) 및 센서 기판(118)과 색분리 렌즈 어레이(150) 사이에 배치된 필터 어레이(173)를 포함한다. 센서 기판(118)의 복수의 화소는 사이안(cyan) 화소(C), 마젠타(magenta) 화소(M), 옐로우(yellow) 화소(Y), 녹색 화소(G)를 포함한다. 필터 어레이(173)는 사이안 필터(CF)와 투명 영역(BW)을 포함한다. 사이안 필터(CF)는 사이안 화소(C), 녹색 화소(G)와 마주하게 배치되며, 투명 영역(BW)은 마젠타 화소(M), 옐로우 화소(Y)와 마주하게 배치된다. The image
도 9 내지 도 12에서 설명한 화소 어레이에는 도 8a 및 도 8b에서 설명한 자동 초점 조절 화소가 적용될 수 있다. 즉, 화소의 일부 또는 전부는 복수의 광감지셀을 포함할 수 있고, 같은 화소에 포함된 복수의 광감지셀에서의 신호 차이가 자동 초점 조절 신호로 활용될 수 있다. The auto focus control pixels described in FIGS. 8A and 8B may be applied to the pixel array described in FIGS. 9 to 12 . That is, some or all of the pixels may include a plurality of light-sensing cells, and a signal difference between the plurality of light-sensing cells included in the same pixel may be used as an auto-focus control signal.
도 13a 내지 도 13c는 각각 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 화소 배열 및 이에 상응하는 색분리 렌즈 어레이 및 필터 어레이를 보이는 평면도이다. 13A to 13C are plan views illustrating a pixel array of a pixel array of an image sensor and a color separation lens array and filter array corresponding to the pixel array according to another exemplary embodiment.
본 실시예의 화소 어레이(1106)는 단일 컬러의 필터 어레이(170)를 활용하여 픽셀 비닝(pixel binning)에 의해 베이어 패턴 형태를 나타낼 수 있는 화소 배열을 갖는다. The
픽셀 비닝(pixel binning)은 특정 상황에서, 복수 화소에서 생성된 신호가 단일 신호로 합산되는 구동이다. 이러한 구동은 예를 들어, 이미지 센서를 채용한 카메라의 출력 이미지 해상도가 이미지 센서의 해상도보다 낮은 경우에 사용되거나, 또는 이미지가 낮은 조명 레벨에서 획득될 때 감도를 증가시키기 위해서 사용될 수 있다. Pixel binning is driving in which signals generated from a plurality of pixels are summed into a single signal under a specific circumstance. Such actuation may be used, for example, when the resolution of an output image of a camera employing an image sensor is lower than that of the image sensor, or to increase sensitivity when images are acquired at low light levels.
도 13a에 도시된 바와 같이, 화소 어레이(1106)에 구비되는 복수의 화소는 적색 화소(R)와 녹색 화소(B)가 교번되는 제1 화소 그룹(PXG1)과 제2 화소 그룹(PXG2)을 포함하고, 녹색 화소(G)와 청색 화소(B)가 교번 배열되는 제3 화소 그룹(PXG3)과 제4 화소 그룹(PXG4)을 포함할 수 있다. 제1 화소 그룹(PXG1)과 제2 화소 그룹(PXG2)은 X방향을 따라 교대로 반복 배열되며, 제1 화소 그룹(PXG1)과 제2 화소 그룹(PXG2) 전체적으로는 적색 화소(R)와 녹색 화소(G)가 X 방향 및 Y 방향으로 교번되도록, 제1 화소 그룹(PXG1)과 제2 화소 그룹(PXG2) 내의 적색 화소(R)와 녹색 화소(B)의 배열이 설정된다. 제3 화소 그룹(PXG3)과 제4 화소 그룹(PXG4)은 다음 행에서 X 방향을 따라 교대로 반복 배열된다. 제3 화소 그룹(PXG3)과 제4 화소 그룹(PXG4) 전체적으로는 녹색 화소(G)와 청색 화소(B)가 X 방향 및 Y 방향으로 교번되도록, 제3 화소 그룹(PXG31)과 제4 화소 그룹(PXG4) 내의 녹색 화소(G), 청색 화소(B)의 배열이 설정된다. 제1 내지 제4 화소 그룹(PXG1, PXG2, PXG3, PXG4)이 단위 그룹을 이루며, 이와 같은 복수의 단위 그룹이 이차원적으로 반복 배열된다. As shown in FIG. 13A , the plurality of pixels provided in the
도 13b에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(160)도 화소 배열에 상응하는 영역으로 구획된다. 즉, 적색 화소 대응 영역(161a)과 녹색 화소 대응 영역(161b)이 교번되는 제1 화소 대응 그룹(161), 제2 화소 대응 그룹(162)을 포함하고, 녹색 화소 대응 영역(163a)과 녹색 화소 대응 영역(163b)이 교번되는 제3 화소 대응 그룹(163), 제4 화소 대응 그룹(163)을 포함한다. 제 1 내지 제4 화소 대응 그룹(161, 162, 163, 164)이 단위 그룹을 형성하며 이들이 이차원적으로 반복 배열된다. As shown in FIG. 13B, the color
도 13c에 도시한 바와 같이, 필터 어레이(170)는 녹색 화소(G)와 마주하는 녹색 필터(GF)와 적색 화소(R), 청색 화소(B)에 대응하는 투명 영역(BW)이 교번 배치된 형태로, 도 4a, 도 4b, 도 5c에서 설명한 이미지 센서 화소 어레이(1100)의 필터 어레이(170)와 실질적으로 동일하다.As shown in FIG. 13C, in the
도 14a 및 도 14b는 도 13a 내지 도 13c의 이미지 센서의 하이 비닝(high binning) 및 로우 비닝(low binning) 구동을 보인다.14A and 14B show high binning and low binning driving of the image sensors of FIGS. 13A to 13C.
도 14a를 참조하면, 각 화소 그룹(PXG1, PXG2, PXG3, PXG4) 내에서 두 대각 방향으로 인접하는 화소들의 신호가 합산된다. X자 방향으로 인접한 화소들이 결합되며 전체적으로는 베이어 패턴 유사의 컬러 배열을 나타낸다. Referring to FIG. 14A , signals of pixels adjacent in two diagonal directions within each pixel group PXG1 , PXG2 , PXG3 , and PXG4 are summed. Pixels adjacent to each other in the X-direction are combined, and as a whole, a color arrangement similar to a Bayer pattern is displayed.
도 14b은 각 화소 그룹(PXG1, PXG2, PXG3, PXG4) 내에서 마름모 방향으로 인접한 화소들이 결합되는 형태이다. 도 14a에 비해 적은 개수의 화소가 결합되며, 도 14a와 다른 형태의 베이어 패턴 유사의 컬러 배열을 나타낼 수 있다. 14B shows a form in which pixels adjacent to each other in a diamond direction within each pixel group PXG1 , PXG2 , PXG3 , and PXG4 are combined. A smaller number of pixels than that of FIG. 14A is combined, and a color arrangement similar to the Bayer pattern in a form different from that of FIG. 14A can be displayed.
상술한 설명에서, 3×3 단위로 비닝 그룹을 예시하였으나, 4×4, 5×5 등 그 외 다양한 형태로 비닝 그룹이 설정될 수 있고, 다양한 형태로 화소 결합이 가능하다. In the above description, the binning group is exemplified in units of 3x3, but binning groups may be set in various other forms such as 4x4 and 5x5, and pixel combinations are possible in various forms.
앞서 설명한 화소 어레이(1100)(1101)(1102)(1103)(1104)(1105)(1106)를 포함하는 이미지센서(1000)는 색분리 렌즈 어레이를 활용하여 컬러를 분리하므로, 기존의 컬러 필터, 예를 들어 유기 필터를 사용하여 색을 표현할 때 일어나는 광 손실이 거의 없기 때문에 화소의 크기가 작아지더라도 화소에 충분한 양의 빛을 제공할 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이에 의해 발생할 수 있는 장파장 대역의 크로스토크를 줄일 수 있는 구조의 단일 컬러의 필터 어레이를 구비하고 있어 색분리 효율을 더욱 향상될 수 있다. 따라서, 수억개 이상의 화소를 갖는 초고해상도 초소형 고감도 이미지센서의 제작이 가능하다. 이러한 초고해상도 초소형 고감도 이미지센서는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용될 수 있다.The
도 15는 이미지센서(1000)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 15를 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.15 is a block diagram illustrating an example of an electronic device ED01 including an
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. The processor ED20 may execute software (program ED40, etc.) to control one or a plurality of other components (hardware, software components, etc.) of the electronic device ED01 connected to the processor ED20, and , various data processing or calculations can be performed. As part of data processing or calculation, processor ED20 loads commands and/or data received from other components (sensor module ED76, communication module ED90, etc.) into volatile memory ED32 and The command and/or data stored in ED32) may be processed, and the resulting data may be stored in non-volatile memory ED34. The processor (ED20) includes a main processor (ED21) (central processing unit, application processor, etc.) and a co-processor (ED23) (graphics processing unit, image signal processor, sensor hub processor, communication processor, etc.) that can operate independently or together with it. can include The auxiliary processor ED23 may use less power than the main processor ED21 and perform specialized functions.
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. The auxiliary processor ED23 takes the place of the main processor ED21 while the main processor ED21 is inactive (sleep state), or the main processor ED21 is active (application execution state). Together with the processor ED21, functions and/or states related to some of the components of the electronic device ED01 (display device ED60, sensor module ED76, communication module ED90, etc.) may be controlled. can The auxiliary processor ED23 (image signal processor, communication processor, etc.) may be implemented as part of other functionally related components (camera module ED80, communication module ED90, etc.).
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.The memory ED30 may store various data required by components (processor ED20, sensor module ED76, etc.) of the electronic device ED01. The data may include, for example, input data and/or output data for software (such as the program ED40) and commands related thereto. The memory ED30 may include a volatile memory ED32 and/or a non-volatile memory ED34.
프로그램(ED40)은 메모리(ED30)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(ED42), 미들 웨어(ED44) 및/또는 어플리케이션(ED46)을 포함할 수 있다. The program ED40 may be stored as software in the memory ED30 and may include an operating system ED42, middleware ED44, and/or an application ED46.
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. The input device ED50 may receive a command and/or data to be used by a component (such as the processor ED20) of the electronic device ED01 from an external device (such as a user) of the electronic device ED01. The input device ED50 may include a microphone, mouse, keyboard, and/or a digital pen (stylus pen, etc.).
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.The sound output device ED55 may output sound signals to the outside of the electronic device ED01. The audio output device ED55 may include a speaker and/or a receiver. The speaker can be used for general purposes, such as multimedia playback or recording playback, and the receiver can be used to receive an incoming call. The receiver may be incorporated as a part of the speaker or implemented as an independent separate device.
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. The display device ED60 may visually provide information to the outside of the electronic device ED01. The display device ED60 may include a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the device. The display device ED60 may include a touch circuitry set to detect a touch and/or a sensor circuit (such as a pressure sensor) set to measure the intensity of force generated by the touch.
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.The audio module ED70 may convert sound into an electrical signal or vice versa. The audio module ED70 acquires sound through the input device ED50, the sound output device ED55, and/or other electronic devices directly or wirelessly connected to the electronic device ED01 (such as the electronic device ED02). ) may output sound through a speaker and/or a headphone.
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. The sensor module ED76 detects the operating state (power, temperature, etc.) of the electronic device ED01 or the external environmental state (user state, etc.), and generates electrical signals and/or data values corresponding to the detected state. can do. The sensor module ED76 includes a gesture sensor, a gyro sensor, a pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (Infrared) sensor, a biosensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and/or an illuminance sensor. May contain sensors.
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.The interface ED77 may support one or a plurality of specified protocols that may be used to directly or wirelessly connect the electronic device ED01 to another electronic device (such as the electronic device ED02). The interface ED77 may include a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, and/or an audio interface.
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 있다.The connection terminal ED78 may include a connector through which the electronic device ED01 may be physically connected to another electronic device (such as the electronic device ED02). The connection terminal ED78 may include an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, and/or an audio connector (such as a headphone connector).
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.The haptic module ED79 can convert electrical signals into mechanical stimuli (vibration, movement, etc.) or electrical stimuli that the user can perceive through tactile or kinesthetic senses. The haptic module ED79 may include a motor, a piezoelectric element, and/or an electrical stimulation device.
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(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.The camera module ED80 may capture still images and moving images. The camera module ED80 may include a lens assembly including one or a plurality of lenses, the
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.The power management module ED88 may manage power supplied to the electronic device ED01. The power management module ED88 may be implemented as part of a Power Management Integrated Circuit (PMIC).
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.The battery ED89 may supply power to components of the electronic device ED01. The battery ED89 may include a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, and/or a fuel cell.
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. The communication module ED90 establishes a direct (wired) communication channel and/or a wireless communication channel between the electronic device ED01 and other electronic devices (electronic device ED02, electronic device ED04, server ED08, etc.); And it can support communication through the established communication channel. The communication module ED90 may include one or a plurality of communication processors that operate independently of the processor ED20 (application processor, etc.) and support direct communication and/or wireless communication. The communication module (ED90) includes a wireless communication module (ED92) (cellular communication module, short-range wireless communication module, GNSS (Global Navigation Satellite System, etc.) communication module) and/or a wired communication module (ED94) (LAN (Local Area Network) communication). module, power line communication module, etc.). Among these communication modules, the corresponding communication module is a first network (ED98) (a local area communication network such as Bluetooth, WiFi Direct, or IrDA (Infrared Data Association)) or a second network (ED99) (cellular network, Internet, or computer network (LAN). , WAN, etc.) to communicate with other electronic devices. These various types of communication modules may be integrated into one component (single chip, etc.) or implemented as a plurality of separate components (multiple chips). The wireless communication module ED92 uses the subscriber information (International Mobile Subscriber Identifier (IMSI), etc.) stored in the subscriber identification module ED96 within a communication network such as the first network ED98 and/or the second network ED99. The electronic device (ED01) can be identified and authenticated in .
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.The antenna module ED97 can transmit or receive signals and/or power to the outside (other electronic devices, etc.). The antenna may include a radiator made of a conductive pattern formed on a substrate (PCB, etc.). The antenna module ED97 may include one or a plurality of antennas. When a plurality of antennas are included, an antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network ED98 and/or the second network ED99 is selected from among the plurality of antennas by the communication module ED90. can Signals and/or power may be transmitted or received between the communication module ED90 and other electronic devices through the selected antenna. In addition to the antenna, other parts (RFIC, etc.) may be included as part of the antenna module (ED97).
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.Some of the components are connected to each other through communication methods (bus, GPIO (General Purpose Input and Output), SPI (Serial Peripheral Interface), MIPI (Mobile Industry Processor Interface), etc.) and signal (command, data, etc.) ) are interchangeable.
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.Commands or data may be transmitted or received between the electronic device ED01 and the external electronic device ED04 through the server ED08 connected to the second network ED99. The other electronic devices ED02 and ED04 may be of the same or different type as the electronic device ED01. All or part of the operations executed in the electronic device ED01 may be executed in one or a plurality of other electronic devices ED02 , ED04 , and ED08 . For example, when the electronic device ED01 needs to perform a certain function or service, instead of executing the function or service itself, one or more other electronic devices perform some or all of the function or service. You can ask to do it. One or a plurality of other electronic devices receiving the request may execute additional functions or services related to the request and deliver the result of the execution to the electronic device ED01. To this end, cloud computing, distributed computing, and/or client-server computing technologies may be used.
도 16은 도 15의 전자 장치에 구비되는 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다. 도 16을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(1110), 플래쉬(1120), 이미지센서(1000)(도 1의 이미지센서(1000) 등), 이미지 스태빌라이저(1140), 메모리(1150)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(1160)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(1110)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 복수의 렌즈 어셈블리(1110)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(1110)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(1110)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다. FIG. 16 is a block diagram illustrating a camera module ED80 included in the electronic device of FIG. 15 . Referring to FIG. 16, the camera module ED80 includes a
플래쉬(1120)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래쉬(1120)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, 이에는 전술한 실시예들의 화소 어레이(1100)(1101)(1102)(1103)(1104)(1105)(1106) 중 어느 하나가 포함될 수 있다. 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(1110)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.The
이미지 스태빌라이저(1140)는 카메라 모듈(ED80) 또는 이를 포함하는 전자 장치(1101)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(1110)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(1140)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(1140)는, 광학식으로 구현될 수도 있다. The
메모리(1150)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(1150)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(1160)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(1150)는 전자 장치(ED01)의 메모리(ED30)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.The
이미지 시그널 프로세서(1160)는 이미지센서(1000)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(1150)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(1160)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(1160)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(1150)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(1160)는 프로세서(ED20)에 통합되거나, 프로세서(ED20)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1160)가 프로세서(ED20)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(1160)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(ED20)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(ED60)를 통해 표시될 수 있다.The
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.The electronic device ED01 may include a plurality of camera modules ED80 each having a different property or function. In this case, one of the plurality of camera modules ED80 may be a wide-angle camera and the other may be a telephoto camera. Similarly, one of the plurality of camera modules ED80 may be a front camera and the other may be a rear camera.
실시예들에 따른 이미지센서(1000)는 모바일폰 또는 스마트폰, 태블릿 또는 스마트 태블릿, 디지털 카메라 또는 캠코더, 노트북 컴퓨터, 텔레비전 또는 스마트 텔레비전 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰 또는 스마트 태블릿은 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.The
또한, 이미지센서(1000)는 스마트 냉장고, 보안 카메라, 로봇, 의료용 카메라 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고는 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 카메라는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.In addition, the
또한, 이미지센서(1000)는 차량에 적용될 수 있다. 차량은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라는 실시예에 따른 이미지센서를 포함할 수 있다. 차량은 복수의 차량용 카메라를 이용하여 차량내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.Also, the
상술한 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. The image sensor including the above-described color separation lens array and the electronic device including the same have been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is only an example, and various modifications may be made from this to those skilled in the art. and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of rights is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within an equivalent scope should be construed as being included in the scope of rights.
1000 - 이미지 센서
1100, 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106 - 화소 어레이
110, 115, 116, 118 - 센서 기판
120 - 스페이서층
130, 140, 150, 160 - 색분리 렌즈 어레이
170, 171, 172, 173, 174 - 필터 어레이1000 - image sensor
1100, 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106 - pixel array
110, 115, 116, 118 - sensor board
120 - spacer layer
130, 140, 150, 160 - color separation lens array
170, 171, 172, 173, 174 - filter array
Claims (19)
상기 복수의 화소와 각각 마주하는 복수의 화소 대응 영역을 포함하고, 상기 복수의 화소 대응 영역 각각은 하나 이상의 나노포스트를 포함하며, 상기 하나 이상의 나노포스트는 입사광을 파장 별로 분리하여 상기 복수의 화소에 다른 파장 대역의 광이 집광되게 하는 위상 분포를 형성하는, 색분리 렌즈 어레이; 및
상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치되며, 복수의 투명 영역과 단일 컬러의 복수의 필터가 교번 배열된 필터 어레이;를 포함하는, 이미지 센서.A sensor substrate including a plurality of light-sensing pixels:
It includes a plurality of pixel correspondence regions respectively facing the plurality of pixels, each of the plurality of pixel correspondence regions includes one or more nanoposts, and the one or more nanoposts separates incident light by wavelength to transmit light to the plurality of pixels. a color separation lens array forming a phase distribution that allows light of different wavelength bands to be condensed; and
and a filter array disposed between the sensor substrate and the color separation lens array, in which a plurality of transparent areas and a plurality of filters of a single color are alternately arranged.
상기 복수의 필터는
상기 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 복수개의 파장 대역 중 장파장 대역의 광의 크로스토크(crosstalk)를 차단하도록, 상기 단일 컬러 및 배치 위치가 설정되는, 이미지 센서. According to claim 1,
The plurality of filters
The image sensor, wherein the single color and arrangement position are set to block crosstalk of light in a long wavelength band among a plurality of wavelength bands separated by the color separation lens array.
상기 복수의 화소 각각은 자동 초점 조절을 위한 복수개의 광감지셀을 포함하는, 이미지 센서.According to claim 1,
Each of the plurality of pixels includes a plurality of light-sensing cells for auto-focusing, the image sensor.
상기 복수의 화소는
녹색광을 감지하는 복수의 녹색 화소, 청색광을 감지하는 복수의 청색 화소, 적색광을 감지하는 복수의 적색 화소를 포함하는, 이미지 센서.According to claim 1,
The plurality of pixels
An image sensor including a plurality of green pixels sensing green light, a plurality of blue pixels sensing blue light, and a plurality of red pixels sensing red light.
상기 복수의 필터는
적색광이 상기 녹색 화소, 상기 청색 화소로 입사하는 것을 차단하는 필터인, 이미지 센서. According to claim 4,
The plurality of filters
An image sensor that is a filter that blocks red light from entering the green pixel and the blue pixel.
상기 복수의 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소는 베이어(Bayer) 패턴 형태로 배열되는, 이미지 센서.According to claim 4,
The plurality of green pixels, blue pixels, and red pixels are arranged in a Bayer pattern form, the image sensor.
상기 복수의 필터는 녹색 필터이며 상기 녹색 화소와 마주하게 배치되는, 이미지 센서.According to claim 6,
The plurality of filters are green filters and disposed to face the green pixels, the image sensor.
상기 복수의 필터는 사이안(cyan) 필터이고 상기 녹색 화소, 상기 청색 화소와 각각 마주하게 배치되는, 이미지 센서.According to claim 6,
The plurality of filters are cyan filters and are disposed to face the green pixel and the blue pixel, respectively.
상기 복수의 필터는 청색 필터이며 상기 청색 화소와 마주하게 배치되는, 이미지 센서.According to claim 4,
The plurality of filters are blue filters and disposed to face the blue pixels, the image sensor.
상기 복수의 필터는 사이안(cyan) 필터이고 상기 녹색 화소, 상기 청색 화소와 각각 마주하게 배치되는, 이미지 센서.According to claim 4,
The plurality of filters are cyan filters and are disposed to face the green pixel and the blue pixel, respectively.
상기 복수의 화소는 사이안(cyan) 화소, 마젠타(magenta) 화소, 옐로우(yellow) 화소, 녹색 화소를 포함하는, 이미지 센서.According to claim 1,
The plurality of pixels include a cyan pixel, a magenta pixel, a yellow pixel, and a green pixel.
상기 복수의 필터는 사이안(cyan) 필터이고 상기 사이안 화소, 상기 녹색 화소와 각각 마주하게 배치되는, 이미지 센서.According to claim 11,
The plurality of filters are cyan filters and are disposed to face the cyan pixels and the green pixels, respectively.
상기 복수의 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소는
픽셀 비닝(pixel binning)에 의해 베이어 패턴 형태를 나타내도록 배열되는, 이미지 센서.According to claim 4,
The plurality of green pixels, blue pixels, and red pixels
An image sensor, arranged to exhibit a Bayer pattern shape by pixel binning.
상기 복수의 화소는
일 방향을 따라 반복 배열되는 제 1 화소 그룹과 제 2 화소 그룹; 및
상기 일방향과 나란한 다른 일 방향을 따라 방향으로 반복 배열되는 제 3 화소 그룹과 제 4 화소 그룹;을 포함하며,
상기 제 1 화소 그룹과 상기 제 2 화소 그룹은 각각 교번 배열되는 복수의 적색 화소와 복수의 녹색 화소를 포함하고,
상기 제 3 화소 그룹과 상기 제 4 화소 그룹은 각각 교번 배열되는 복수의 녹색 화소와 청색 화소를 포함하며,
상기 제 1 내지 제 4 화소 그룹이 나타내는 컬러 배열은 베이어 패턴 형태가 되도록, 상기 제 1 내지 제 4 화소 그룹 각각에서의 화소 결합이 이루어지는, 이미지 센서. According to claim 13,
The plurality of pixels
a first pixel group and a second pixel group that are repeatedly arranged along one direction; and
A third pixel group and a fourth pixel group are repeatedly arranged in a direction along another direction parallel to the one direction;
The first pixel group and the second pixel group each include a plurality of red pixels and a plurality of green pixels that are alternately arranged,
The third pixel group and the fourth pixel group each include a plurality of green pixels and blue pixels that are alternately arranged,
The image sensor of claim 1 , wherein pixels are combined in each of the first to fourth pixel groups such that the color arrangement represented by the first to fourth pixel groups has a Bayer pattern shape.
상기 제 1 내지 제 4 그룹 각각 내에서
대각 방향으로 인접한 화소들이 결합되는 모드, 또는
마름모 방향으로 인접한 화소들이 결합되는 모드로 동작하는, 이미지 센서. 15. The method of claim 14,
Within each of the first to fourth groups
A mode in which pixels adjacent in the diagonal direction are combined, or
An image sensor operating in a mode in which adjacent pixels in a rhombic direction are combined.
상기 두 모드에서 결합되는 화소 수가 다른, 이미지 센서. According to claim 15,
An image sensor in which the number of pixels combined in the two modes is different.
상기 필터 어레이와 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치된 스페이서층을 더 포함하는, 이미지 센서.According to claim 1,
The image sensor further comprises a spacer layer disposed between the filter array and the color separation lens array.
상기 스페이서층의 두께는
상기 색분리 렌즈 어레이에 의해 분리되는 복수개의 파장 대역 중 중심 파장의 광의 상기 색분리 렌즈 어레이에 의한 초점거리보다 작은, 이미지 센서.18. The method of claim 17,
The thickness of the spacer layer is
The image sensor according to claim 1 , wherein a focal length of light having a center wavelength among a plurality of wavelength bands separated by the color separation lens array is smaller than a focal length of the color separation lens array.
상기 이미지 센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서;를 포함하는, 전자 장치.The image sensor of claim 1 for converting an optical image into an electrical signal, and
An electronic device comprising: a processor controlling an operation of the image sensor and storing and outputting a signal generated by the image sensor.
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