KR20230051072A - Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
개시된 실시예들은 입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.Disclosed embodiments relate 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.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.
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.
또한, 색 순도가 더욱 향상된 이미지 센서를 제공한다.In addition, an image sensor having improved color purity is provided.
일 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1 파장의 광을 감지하는 복수의 제1 화소 및 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 감지하는 복수의 제2 화소를 포함하는 센서 기판; 및 상기 복수의 제1 화소에 각각 대응하는 복수의 제1 화소 대응 영역 및 상기 복수의 제2 화소에 각각 대응하는 복수의 제2 화소 대응 영역을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역은 상기 제1 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제1 파장의 광을 각각의 제1 화소로 집광하고 상기 제2 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제2 파장의 광을 각각의 제2 화소로 집광하도록 구성되며, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 복수의 나노포스트의 방위각에 따라, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.An image sensor according to an embodiment includes a sensor substrate including a plurality of first pixels sensing light of a first wavelength and a plurality of second pixels sensing light of a second wavelength different from the first wavelength; and a color separation lens array including a plurality of first pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of first pixels and a plurality of second pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of second pixels, A first pixel correspondence region and a plurality of second pixel correspondence regions change the phase of light of the first wavelength to condense the light of the first wavelength to each first pixel and change the phase of the light of the second wavelength configured to condense light of the second wavelength into respective second pixels, wherein each of the plurality of first pixel corresponding regions and the plurality of second pixel corresponding regions includes a plurality of nanoposts; At least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts in the plurality of first pixel correspondence regions may be determined according to an azimuth angle of the plurality of nanoposts in the peripheral portion surrounding the center portion.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭과 상이할 수 있다.The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region, and the color separation is performed on the surface of the color separation lens array. The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located apart from the center of the lens array by a first distance in a first direction is perpendicular to the first direction from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. The width may be different from that of the first nanoposts of the first pixel correspondence region, which are spaced apart by a first distance in one second direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭과 동일할 수 있다.The width of the second nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It may be the same as the width of the second nanoposts of the first pixel correspondence region, which is located away from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향과 제2 방향 사이의 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in the direction of 45 degrees between the first and second directions from the center of the color separation lens array is The width of the first nanopost of the first pixel corresponding region located in the center of the color separation lens array may be larger than that of the first nanopost.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The width of the second nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in the direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array is the width of the second nanopost located at the center of the color separation lens array It may be larger than the width of the second nanopost in the first pixel correspondence region.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 크고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a second distance greater than the first distance in a direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array is is larger than a width of a first nanopost of the first pixel corresponding region located away from the center of the color separation lens array by a first distance in a direction of 45 degrees on the surface of the color separation lens array, and the color separation lens array on the surface of the color separation lens array The width of the second nanoposts of the first pixel correspondence region, which is located at a distance of 45 degrees from the center of the center by a second distance greater than the first distance, is 45 degrees from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It may be greater than the width of the second nanoposts of the first pixel correspondence region located apart from each other by a first distance in the direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열과 상이할 수 있다.The arrangement of a plurality of nanoposts in the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array provides the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It may be different from the arrangement of the plurality of nanoposts in the first pixel correspondence region spaced apart from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction perpendicular to the first direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에서 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 화소 및 제2 화소의 위치와 일치하며, 상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역은 그에 각각 대응하는 제1 화소 및 제2 화소에 대해서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다.Positions of the first pixel corresponding region and the second pixel corresponding region at the center of the color separation lens array coincide with positions of the corresponding first and second pixels, respectively, and the second pixel corresponding region at the periphery of the color separation lens array. The area corresponding to 1 pixel and the area corresponding to the second pixel may be shifted toward the center of the color separation lens array with respect to the first pixel and the second pixel, respectively.
상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역이 그에 각각 대응하는 제1 화소 및 제2 화소에 대해서 시프트되는 정도는 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역까지의 거리가 멀어질수록 더 커질 수 있다.The degree to which the first pixel correspondence area and the second pixel correspondence area at the periphery of the color separation lens array are shifted with respect to the corresponding first and second pixels, respectively, from the center of the color separation lens array to the first pixel The distance between the corresponding area and the second pixel corresponding area may increase as the distance increases.
상기 센서 기판은 제1 및 제 2 파장과 상이한 제3 파장의 광을 감지하는 복수의 제3 화소 및 제1 파장의 광을 감지하는 복수의 제4 화소를 더 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 제3 화소에 대응하는 복수의 제3 화소 대응 영역 및 상기 제4 화소에 대응하는 복수의 제4 화소 대응 영역을 더 포함하며, 상기 복수의 제3 화소 대응 영역 및 복수의 제4 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역, 복수의 제2 화소 대응 영역, 복수의 제3 화소 대응 영역, 및 복수의 제4 화소 대응 영역은 상기 제1 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제1 파장의 광을 각각의 제1 및 제4 화소로 집광하고, 상기 제2 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제2 파장의 광을 각각의 제2 화소로 집광하고, 상기 제3 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제3 파장의 광을 각각의 제3 화소로 집광하도록 구성될 수 있다.The sensor substrate further includes a plurality of third pixels sensing light of a third wavelength different from the first and second wavelengths and a plurality of fourth pixels sensing light of the first wavelength, and the color separation lens array comprises: and a plurality of third pixel correspondence regions corresponding to the third pixel and a plurality of fourth pixel correspondence regions corresponding to the fourth pixel, wherein the plurality of third pixel correspondence regions and the plurality of fourth pixel correspondence regions are included. Each includes a plurality of nanoposts, and the plurality of first pixel corresponding regions, the plurality of second pixel corresponding regions, the plurality of third pixel corresponding regions, and the plurality of fourth pixel corresponding regions correspond to the light of the first wavelength. By changing the phase, the light of the first wavelength is condensed into each of the first and fourth pixels, and by changing the phase of the light of the second wavelength, the light of the second wavelength is condensed into each of the second pixels, It may be configured to condense the light of the third wavelength to each third pixel by changing the phase of the light of the third wavelength.
상기 복수의 제1 화소 대응 영역과 복수의 제4 화소 대응 영역은 제1 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치되고, 상기 복수의 제2 화소 대응 영역과 상기 복수의 제3 화소 대응 영역은 제1 대각선 방향에 교차하는 제2 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치될 수 있다.The plurality of first pixel correspondence regions and the plurality of fourth pixel correspondence regions are disposed adjacent to each other in a first diagonal direction, and the plurality of second pixel correspondence regions and the plurality of third pixel correspondence regions are disposed adjacent to each other in a first diagonal direction. It may be disposed adjacent to each other in a second diagonal direction crossing the.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 방위각 방향의 위치에 따라, 상기 복수의 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 변화할 수 있다.At least one of the shapes, widths, and arrangements of the plurality of nanoposts in the plurality of fourth pixel corresponding regions may change according to positions in the azimuth direction in the periphery surrounding the center of the color separation lens array.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며, 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭과 상이하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 상이할 수 있다.The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region, and the plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region includes third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions in the fourth pixel corresponding region, and includes a first direction on the surface of the color separation lens array in a first direction from the center of the color separation lens array. The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region spaced apart by a distance may be spaced apart by a first distance from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array in a second direction perpendicular to the first direction. of the fourth pixel correspondence region, which is different from the width of the first nanopost of the first pixel correspondence region and is located apart from the center of the color separation lens array by a first distance on the surface of the color separation lens array in a first direction; A width of the third nanoposts may be different from a width of the third nanoposts of the fourth pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array and spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction. there is.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭과 동일하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제4 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제4 나노포스트의 폭과 동일할 수 있다.The width of the second nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It is equal to the width of the second nanopost of the first pixel correspondence region, which is located apart from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction, and is located on the surface of the color separation lens array and is located away from the center of the color separation lens array. The width of the fourth nanopost of the fourth pixel corresponding region, which is spaced apart by a first distance in one direction, is the width of the fourth nanopost, which is spaced apart by a first distance in a second direction from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It may be the same as the width of the fourth nanopost of the fourth pixel correspondence region.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에서 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 동일할 수 있다.A width of the first nanoposts in the region corresponding to the first pixel at the center of the color separation lens array may be the same as a width of the third nanoposts in the region corresponding to the fourth pixel.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 상이할 수 있다.The width of the first nanopost of the first pixel correspondence region, which is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a first direction, is located apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a first direction. It may be different from the width of the third nanopost of the fourth pixel corresponding region.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 상이할 수 있다.The width of the first nanopost of the first pixel corresponding region, which is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction, is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction. It may be different from the width of the third nanopost of the fourth pixel corresponding region.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 동일할 수 있다.The width of the first nanopost of the first pixel corresponding region, which is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a first direction, is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction. It may be the same as the width of the third nanopost of the fourth pixel corresponding region.
상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 제2 방향을 따른 가장자리에 배치되고, 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 제1 방향을 따른 가장자리에 배치될 수 있다.The first nanoposts of the first pixel correspondence area are disposed at edges along the second direction within the first pixel correspondence area, and the third nanoposts of the fourth pixel correspondence area are disposed in the fourth pixel correspondence area. It may be disposed at an edge along the first direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향과 제2 방향 사이의 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 크고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제4 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in the direction of 45 degrees between the first and second directions from the center of the color separation lens array is It is larger than the width of the first nanopost of the first pixel corresponding region located at the center of the color separation lens array, and is located apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. A width of the third nanoposts of the fourth pixel corresponding region may be greater than a width of the fourth nanoposts of the fourth pixel corresponding region located in the center of the color separation lens array.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 크고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a second distance greater than the first distance in a direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array is is larger than a width of a first nanopost of the first pixel corresponding region located away from the center of the color separation lens array by a first distance in a direction of 45 degrees on the surface of the color separation lens array, and the color separation lens array on the surface of the color separation lens array The width of the third nanopost of the fourth pixel corresponding region located at a distance of a second distance in the direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array is a first distance in the direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. may be greater than the width of the third nanoposts of the fourth pixel correspondence region spaced apart from each other by .
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭보다 크고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제4 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제4 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The width of the second nanoposts of the first pixel corresponding region, which is located on the surface of the color separation lens array and is separated from the center of the color separation lens array by a second distance greater than the first distance in a direction of 45 degrees, is is larger than the width of the second nanoposts of the first pixel corresponding region located apart from the center of the color separation lens array by a first distance in the direction of 45 degrees on the surface of the color separation lens array, and the color separation lens array on the surface of the color separation lens array The width of the fourth nanopost of the fourth pixel corresponding region located at a distance of a second distance in the direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array is a first distance in the direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. may be greater than the width of the fourth nanopost of the fourth pixel correspondence region spaced apart from each other by .
예를 들어, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 5% 내지 15% 더 클 수 있다.For example, the width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array and spaced apart from the center of the color separation lens array by a second distance in a direction of 45 degrees is the width of the first nanopost of the color separation lens array. It may be 5% to 15% larger than the width of the first nanopost of the first pixel corresponding region located in the center.
0도부터 45도까지 방위각이 증가하는 동안, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부 제1 거리만큼 떨어져 배치된 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 고정되어 있으며 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 점진적으로 감소하고, 45도부터 90도까지 방위각이 증가하는 동안, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부 제1 거리만큼 떨어져 배치된 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 점진적으로 증가하며 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 고정될 수 있다.While the azimuth angle increases from 0 degrees to 45 degrees, the width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region disposed away from the center of the color separation lens array by a first distance is fixed, and the fourth pixel correspondence region While the width of the third nanopost of gradually decreases and the azimuth angle increases from 45 degrees to 90 degrees, the first portion of the first pixel correspondence region disposed apart from the center of the color separation lens array by a first distance. The width of the nanoposts gradually increases, and the width of the third nanoposts of the fourth pixel corresponding region may be fixed.
방위각 0도, 90도, 180도, 270도를 기준으로 ±45도의 각도 범위에서 상기 제1 화소 대응 영역과 상기 제4 화소 대응 영역의 나노포스트들이 대칭적으로 배열될 수 있다.Nanoposts of the first pixel correspondence region and the fourth pixel correspondence region may be symmetrically arranged in an angular range of ±45 degrees based on azimuth angles of 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열과 상이하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열과 상이할 수 있다.The arrangement of a plurality of nanoposts in the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array provides the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It is different from the arrangement of a plurality of nanoposts in the first pixel correspondence region located apart from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction perpendicular to the first direction, and the color separation on the surface of the color separation lens array The arrangement of the plurality of nanoposts in the fourth pixel corresponding region spaced apart from the center of the lens array by a first distance in a first direction is arranged on the surface of the color separation lens array in a second direction from the center of the color separation lens array. It may be different from the arrangement of the plurality of nanoposts in the fourth pixel correspondence region spaced apart by 1 distance.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열과 동일하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 배열과 동일할 수 있다.The arrangement of a plurality of nanoposts in the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array provides the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It is the same as the arrangement of the plurality of nanoposts in the fourth pixel corresponding region, which is located apart from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction, and is located on the surface of the color separation lens array from the center of the color separation lens array. The arrangement of the plurality of nanoposts in the fourth pixel corresponding region spaced apart by a first distance in one direction may include the array of nanoposts spaced apart by a first distance in a second direction from the center of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. It may be the same as the arrangement of the plurality of nanoposts in the first pixel correspondence region.
예를 들어, 상기 제1 파장의 광은 녹색광이고, 상기 제2 파장의 광은 청색광이며, 상기 제3 파장의 광은 적색광일 수 있다.For example, the light of the first wavelength may be green light, the light of the second wavelength may be blue light, and the light of the third wavelength may be red light.
다른 실시예에 따른 이미지 센서는, 녹색광을 감지하는 제1 화소, 청색광을 감지하는 제2 화소, 적색광을 감지하는 제3 화소 및 상기 녹색광을 감지하는 제4 화소를 각각 포함하는 복수의 단위 화소 그룹을 포함하는 센서 기판; 및 상기 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소, 및 제4 화소에 각각 대응하는 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 제3 화소 대응 영역, 및 제4 화소 대응 영역을 각각 포함하는 복수의 화소 대응 그룹을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며, 상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 제3 화소 대응 영역, 및 제4 화소 대응 영역은 입사광 중 상기 녹색광의 위상을 변경하여 상기 제1 화소 및 제4 화소로 집광하고, 상기 청색광의 위상을 변경하여 상기 제2 화소로 집광하고, 상기 적색광의 위상을 변경하여 상기 제3 화소로 집광하도록 구성되고, 상기 제1 내지 제4 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고, 상기 복수의 화소 대응 그룹은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 중심 그룹 및 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 벗어난 복수의 주변 그룹을 포함하며, 상기 복수의 주변 그룹은 동일한 주광선 각도 및 상이한 방위각을 갖는 제1 주변 그룹 및 제2 주변 그룹을 포함하고, 상기 제1 주변 그룹의 제1 화소 대응 영역과 상기 제2 주변 그룹의 제1 화소 대응 영역은 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 서로 다르고, 상기 제1 주변 그룹의 제4 화소 대응 영역과 상기 제2 주변 그룹의 제4 화소 대응 영역은 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다.An image sensor according to another embodiment includes a plurality of unit pixel groups including a first pixel sensing green light, a second pixel sensing blue light, a third pixel sensing red light, and a fourth pixel sensing green light, respectively. A sensor substrate comprising a; and a first pixel correspondence area, a second pixel correspondence area, a third pixel correspondence area, and a fourth pixel correspondence area respectively corresponding to the first pixel, the second pixel, the third pixel, and the fourth pixel. and a color separation lens array including a plurality of pixel correspondence groups, wherein the first pixel correspondence area, the second pixel correspondence area, the third pixel correspondence area, and the fourth pixel correspondence area determine a phase of the green light among incident light. change the phase of the blue light to focus on the first pixel and the fourth pixel, change the phase of the blue light to focus on the second pixel, and change the phase of the red light to focus on the third pixel; Each of the fourth pixel correspondence regions includes a plurality of nanoposts, the plurality of pixel correspondence groups include a center group located at the center of the color separation lens array and a plurality of peripheral groups outside the center of the color separation lens array; , The plurality of peripheral groups include a first peripheral group and a second peripheral group having the same chief ray angle and different azimuthal angles, and the first pixel correspondence region of the first peripheral group corresponds to the first pixel of the second peripheral group. The regions are different from each other in at least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts, and the region corresponding to the fourth pixel of the first peripheral group and the region corresponding to the fourth pixel of the second peripheral group have the shape of the plurality of nanoposts. At least one of , width, and arrangement may be different from each other.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며, 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고, 상기 제1 주변 그룹은 상기 이미지 센서의 중심부를 지나는 기준선으로부터 0도의 방위각을 가지며, 상기 제1 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 제1 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭보다 작을 수 있다.The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region, and the plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region includes third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions within the fourth pixel correspondence area, the first peripheral group has an azimuth angle of 0 degrees from a reference line passing through the center of the image sensor, A width of a first nanopost of a first pixel correspondence region in the first peripheral group may be smaller than a width of a third nanopost of a fourth pixel correspondence region in the first peripheral group.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며, 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고, 상기 제2 주변 그룹은 상기 이미지 센서의 중심부를 지나는 기준선으로부터 90도의 방위각을 가지며, 상기 제2 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 제2 주변 그룹 내의 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region, and the plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region includes a third nanopost and a fourth nanopost disposed at different positions within the fourth pixel correspondence area, the second peripheral group has an azimuthal angle of 90 degrees from a reference line passing through the center of the image sensor, A width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region in the second peripheral group may be greater than a width of the third nanoposts of the fourth pixel correspondence region in the second peripheral group.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며, 상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고, 상기 복수의 주변 그룹은 상기 제1 및 제2 주변 그룹과 동일한 주광선 각도를 가지며 상기 제1 및 제2 주변 그룹과 상이한 방위각을 갖는 제3 주변 그룹을 더 포함하고, 상기 제3 주변 그룹은 상기 이미지 센서의 중심부를 지나는 기준선으로부터 45도의 방위각을 가지며, 상기 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭과 상기 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스의 폭은 서로 동일하고, 상기 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭 및 상기 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스의 폭은 상기 중심 그룹의 대응하는 나노포스트들의 폭보다 클 수 있다.The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region, and the plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region includes third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions within the fourth pixel corresponding region, and the plurality of peripheral groups have the same chief ray angle as the first and second peripheral groups, and A third peripheral group having an azimuth angle different from those of the first and second peripheral groups, the third peripheral group having an azimuth angle of 45 degrees from a reference line passing through a center of the image sensor, and a first pixel in the third peripheral group The width of the first nanoposts of the corresponding region and the width of the third nanoposts of the corresponding region of the fourth pixel in the third peripheral group are equal to each other, and the width of the first nanoposts of the corresponding region of the first pixel in the third peripheral group is equal to each other. The width and the width of the third nanoposts of the fourth pixel corresponding region in the third peripheral group may be greater than the widths of corresponding nanoposts in the central group.
다른 실시예에 따른 전자 장치는, 광학상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 상기 이미지 센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지 센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서; 및 피사체로부터 오는 광을 상기 이미지 센서에 제공하는 렌즈 어셈블리;를 포함하고, 상기 이미지 센서는: 제1 파장의 광을 감지하는 복수의 제1 화소 및 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 감지하는 복수의 제2 화소를 포함하는 센서 기판; 및 상기 복수의 제1 화소에 각각 대응하는 복수의 제1 화소 대응 영역 및 상기 복수의 제2 화소에 각각 대응하는 복수의 제2 화소 대응 영역을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역은 상기 제1 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제1 파장의 광을 각각의 제1 화소로 집광하고 상기 제2 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제2 파장의 광을 각각의 제2 화소로 집광하도록 구성되며, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 복수의 나노포스트의 방위각에 따라, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 결정될 수 있다.An electronic device according to another embodiment includes an image sensor that converts an optical image into an electrical signal; a processor controlling an operation of the image sensor and storing and outputting a signal generated by the image sensor; and a lens assembly configured to provide light coming from a subject to the image sensor, wherein the image sensor: detects a plurality of first pixels for detecting light of a first wavelength and light of a second wavelength different from the first wavelength. a sensor substrate including a plurality of second pixels; and a color separation lens array including a plurality of first pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of first pixels and a plurality of second pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of second pixels, A first pixel correspondence region and a plurality of second pixel correspondence regions change the phase of light of the first wavelength to condense the light of the first wavelength to each first pixel and change the phase of the light of the second wavelength configured to condense light of the second wavelength into respective second pixels, wherein each of the plurality of first pixel corresponding regions and the plurality of second pixel corresponding regions includes a plurality of nanoposts; At least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts in the plurality of first pixel correspondence regions may be determined according to an azimuth angle of the plurality of nanoposts in the peripheral portion surrounding the center portion.
색분리 렌즈 어레이는 입사광을 흡수하거나 차단하지 않으면서 파장 별로 분리하여 집광할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.Since the color separation lens array can separate and collect incident light by wavelength without absorbing or blocking incident light, the light utilization efficiency of the image sensor can be improved.
또한, 이미지 센서의 주변부에 경사지게 입사하는 광을 고려함으로써 이미지 센서의 주변부에서 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, light utilization efficiency at the periphery of the image sensor may be improved by considering light obliquely incident to the periphery of the image sensor.
또한, 이미지 센서의 주변부에서 방위각 방향의 위치에 따라 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 등을 변화시킴으로써 이미지 센서의 주변부에서 색 순도를 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, color purity can be further improved at the periphery of the image sensor by changing the shape, width, and arrangement of the nanoposts of the color separation lens array according to positions in the azimuth direction at the periphery of the image sensor.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 이미지 센서의 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
도 3a 및 3b는 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면을 보이는 개략적인 단면도이다.
도 5a는 화소 어레이에서 화소의 배열을 개략적으로 보이는 평면도이며, 도 5b는 색분리 렌즈 어레이의 복수 영역에 복수의 나노포스트가 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이고, 도 5c 내지 도 5f는 색분리 렌즈 어레이의 다른 다양한 형태를 예시적으로 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 내지 도 8c는 이미지 센서 상의 위치에 따른 주광선 각도(chief ray angle)의 변화를 고려한 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 배열 형태 변화를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 10은 색분리 렌즈 어레이에서 주광선 각도의 변화를 고려한 2차원 배열된 나노포스트들의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 11a 및 도 11b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서 상의 위치에 따른 나노포스트의 폭(width)의 변화를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 12는 이미지 센서 또는 색분리 렌즈 어레이에서 방위각 방향을 정의하는 평면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 이미지 센서 상의 방위각 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 일 실시예에 따른 배열 형태 변화를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 14a 내지 도 14d는 이미지 센서 상의 방위각 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 다른 실시예에 따른 배열 형태 변화를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 15a는 주광선 각도를 고려하지 않은 경우, 도 15b는 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트된 경우, 도 15c는 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트되고 방위각 방향을 고려하여 나노포스트들의 배열이 변화된 경우에, 이미지 센서의 화소들에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 16은 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 17은 도 16의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 18 내지 도 27은 실시예들에 따른 이미지 센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
2A to 2C illustratively show various pixel arrangements of the pixel array of the image sensor.
3A and 3B are conceptual views illustrating a schematic structure and operation of a color separation lens array according to an exemplary embodiment.
4A and 4B are schematic cross-sectional views showing different cross-sections of a pixel array of an image sensor according to an exemplary embodiment.
FIG. 5A is a plan view schematically showing the arrangement of pixels in a pixel array, FIG. 5B is a plan view exemplarily showing a form in which a plurality of nanoposts are arranged in a plurality of areas of a color separation lens array, and FIGS. 5C to 5F are color separation lens arrays. It is a plan view illustratively showing various other types of separation lens arrays.
FIG. 6A shows the phase distribution of green light and blue light passing through the color separation lens array along line I-I' in FIG. 5B, and FIG. FIG. 6C is a diagram showing a phase 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 the 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 to 8C are plan views exemplarily showing changes in the arrangement shape of nanoposts of a color separation lens array in consideration of a change in chief ray angle according to a position on an image sensor.
9 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
10 is a plan view exemplarily showing a shift shape of two-dimensionally arrayed nanoposts in consideration of a change in chief ray angle in a color separation lens array.
11A and 11B are plan views illustratively illustrating a change in width of a nanopost according to a position on an image sensor according to another embodiment.
12 is a plan view defining an azimuth direction in an image sensor or color separation lens array.
13A to 13C are plan views illustratively showing changes in arrangement form of nanoposts of a color separation lens array according to azimuthal positions on an image sensor according to an exemplary embodiment.
14A to 14D are plan views illustratively showing changes in arrangement form of nanoposts of a color separation lens array according to azimuthal positions on an image sensor according to another embodiment.
FIG. 15A shows a case in which the chief ray angle is not considered, FIG. 15B shows a case in which the nanoposts are shifted in consideration of the chief ray angle, and FIG. In this case, it is a graph showing the spectral distribution of light incident on each pixel of the image sensor as an example.
16 is a block diagram schematically illustrating an electronic device including an image sensor according to example embodiments.
FIG. 17 is a block diagram schematically illustrating the camera module of FIG. 16 .
18 to 27 are diagrams illustrating various examples of electronic devices to which image sensors according to embodiments are applied.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, an image sensor including a color separation lens array and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are merely 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.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.Steps comprising a method may be performed in any suitable order, unless expressly stated that they must be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (for example, etc.) is simply for explaining technical ideas in detail, and the scope of rights is not limited due to these terms unless limited by claims.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 로우 디코더(1020), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서일 수 있다.1 is a schematic block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 1 , 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. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c는 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)의 다양한 화소 배열을 도시한다.The
먼저, 도 2a는 이미지 센서(1000)에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 (Bayer Pattern)을 보인다. 도 2a를 참조하면, 하나의 단위 화소 그룹은 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 화소 그룹이 제1 방향(X 방향) 및 제2 방향(Y 방향)을 따라 이차원적으로 반복 배열된다. 다시 말해, 2×2 어레이 형태의 단위 화소 그룹 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.First, FIG. 2A shows a Bayer pattern generally adopted in the
화소 어레이(1100)의 배열 방식은 베이어 이외에도 다양한 배열 방식이 가능하다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 마젠타(Magenta) 화소(M), 사이안(Cyan) 화소(C), 옐로우(Yellow) 화소(Y), 및 녹색 화소(G)가 하나의 단위 화소 그룹을 구성하는 CYGM 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도 2c를 참조하면, 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 청색 화소(B), 및 백색 화소(W)가 하나의 단위 화소 그룹을 구성하는 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도시되지는 않았지만 단위 화소 그룹이 3×2 어레이 형태를 가질 수도 있다. 그 밖에도 화소 어레이(1100)의 화소들은 이미지 센서(1000)의 색 특성에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 아래에서는 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)가 베이어 을 갖는 것을 예로 설명하지만, 동작 원리는 베이어 이 아닌 다른 형태의 화소 배열에도 적용될 수 있다.As the arrangement method of the
이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 특정 화소에 대응하는 색의 빛을 집광하는 색분리 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 색분리 렌즈 어레이의 구조와 동작을 보이는 개념도이다.The
도 3a를 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. 3A , a color separating lens array (CSLA) may include a plurality of nanoposts (NP) 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(Lλ1, Lλ2)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 forms different phase profiles on the first and second wavelength lights L λ1 and L λ2 included in the incident light Li, so that the first wavelength light L λ1 may be focused on the first pixel PX1 , and light of the second wavelength L λ2 may be focused on the second pixel PX2 .
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(Lλ1, Lλ2)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 제1 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 제2 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 λ1 and L λ2 are Light may be focused on 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 first 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 second 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 3b와 같이, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)가 제1 및 제2 파장 광(Lλ1, Lλ2)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, the color separation lens array (CSLA) provides different phase distributions for the first and second wavelength lights L λ1 and L λ2 , as shown in FIG. 3B. can do. 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 분포에 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.
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 단면의 지름이 서브 파장의 치수를 가질 수도 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. 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 제3 방향, 즉 높이 방향(Z 방향)으로 적층된 2개 이상의 포스트가 결합된 것일 수 있다.The nanopost NP may have a cross-sectional diameter 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. 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 third direction, that is, 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, nanoposts (NPs) include c-Si, p-Si, a-Si, and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO 2 , SiN, and/or combinations thereof. can do. 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.
제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 적외선 및 가시광선 파장 대역일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 복수의 나노포스트(NP)의 어레이의 배열 규칙에 따라 다양한 파장에서 동작할 수 있다. 또한, 두 개의 파장이 분기되어 집광되는 것을 예시하였으나 입사광이 파장에 따라 세 방향 이상으로 분기되어 집광될 수도 있다.The first wavelength λ1 and the second wavelength λ2 may be in infrared and visible ray wavelength bands, but are not limited thereto and may operate at various wavelengths according to an array rule of a plurality of nanoposts NPs. 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)가 1개 층인 경우를 예로 설명하였으나, 색분리 렌즈 어레이(CSLA)는 복수의 층이 적층된 구조일 수도 있다.In addition, although the case where the color separation lens array CSLA is one layer has been described as an example, the color separation lens array CSLA may have a structure in which a plurality of layers are stacked.
아래에서는 앞서 설명한 색분리 렌즈 어레이(CSLA)가 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에 적용된 예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an example in which the aforementioned color separation lens array (CSLA) is applied to the
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이고, 도 5a는 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에서 화소의 배열을 개략적으로 보이는 평면도이며, 도 5b는 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에서 색분리 렌즈 어레이의 복수 영역에 복수의 나노포스트가 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.4A and 4B are schematic cross-sectional views seen from different cross sections 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 투명한 스페이서층(120), 및 스페이서층(120) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함할 수 있다. 센서 기판(110)은 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 화소(111), 제2 화소(112), 제3 화소(113) 및 제4 화소(114)를 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 화소(111)와 제2 화소(112)는 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열될 수 있다. 제1 화소(111) 및 제2 화소(112)에 대해 Y 방향의 위치가 다른 단면에서는 도 4b에 도시된 바와 같이, 제3 화소(113)와 제4 화소(114)가 번갈아 배열될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 화소들 사이의 경계에는 화소들을 분리하기 위한 화소분리막이 더 형성될 수도 있다.4A and 4B, the
도 5a는 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)가 도 2와 같이 베이어 패턴 배열을 가지는 경우의 화소들의 배열을 보인다. 이러한 배열은 입사광을 베이어 패턴과 같은 단위 화소 그룹으로 구분하여 센싱하기 위한 것이다. 도 5a를 참조하면, 센서 기판(110)은 이차원 배열된 복수의 단위 화소 그룹을 포함할 수 있다. 복수의 단위 화소 그룹 각각은 제1 화소(111), 제2 화소(112), 제3 화소(113), 및 제4 화소(114)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 화소(111)와 제4 화소(114)는 녹색광을 센싱하는 녹색 화소이고, 제2 화소(112)는 청색광을 센싱하는 청색 화소이고, 제3 화소(113)는 적색광을 센싱하는 적색 화소일 수 있다. 2×2 어레이 형태의 단위 화소 그룹 내에서 한 쪽 대각선 방향으로 녹색 화소인 제1 화소(111)와 제4 화소(114)가 배치되며, 다른 쪽 대각선 방향으로 각각 청색 화소와 적색 화소인 제2 화소(112)와 제3 화소(113)가 배치될 수 있다.FIG. 5A shows an arrangement of pixels when the
또한, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 센서 기판(110)과 스페이서층(120) 사이에 배치된 컬러 필터 어레이(140)를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 컬러 필터 어레이(140)는 센서 기판(110) 위에 배치되고, 스페이서층(120)은 컬러 필터 어레이(140) 위에 배치될 수 있다. 컬러 필터 어레이(140)는 제1 화소(111) 위에 배치된 제1 컬러 필터(141), 제2 화소(112) 위에 배치된 제2 컬러 필터(142), 제3 화소(113) 위에 배치된 제3 컬러 필터(143), 및 제4 화소(114) 위에 배치된 제4 컬러 필터(144)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 컬러 필터(141) 및 제4 컬러 필터(144)는 녹색광만을 투과시키는 녹색 컬러 필터이고, 제2 컬러 필터(142)는 청색광만을 투과시키는 청색 컬러 필터이고, 제3 컬러 필터(143)는 적색광만을 투과시키는 적색 컬러 필터일 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 이미 상당한 정도로 색분리된 광이 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)를 향해 진행하기 때문에, 컬러 필터 어레이(140)를 사용하더라도 광 손실은 적을 수 있다. 컬러 필터 어레이(140)를 사용하면 이미지 센서(1000)의 색순도를 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나, 컬러 필터 어레이(140)는 필수적인 구성이 아니며, 색분리 렌즈 어레이(130)의 색분리 효율이 충분히 높다면 컬러 필터 어레이(140)는 생략할 수도 있다.Also, 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 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 집광되는 광의 초점거리를 기준으로 정해질 수 있으며, 예를 들면, 기준파장(λ0) 광의 초점거리의 약 1/2배 내지 약 1.5배 내에서 선택될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 집광되는 기준파장(λ0) 광의 초점거리(f)는, 기준파장(λ0)에 대한 스페이서층(120)의 굴절률을 n, 화소의 피치를 p라고 할 때, 다음의 [수학식 1]로 표시될 수 있다.The
기준파장(λ0)을 녹색광인 540 nm, 화소(111, 112, 113, 114)의 피치를 0.8 μm, 540 nm의 파장에서 스페이서층(120)의 굴절률(n)을 1.46이라고 가정하면, 녹색광의 초점거리(f), 즉, 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면과 녹색광이 수렴하는 지점 사이의 거리는 약 1.64 μm일 수 있고, 스페이서층(120)의 두께(120h)는 약 0.82 μm 내지 약 2.46 μm 내에서 선택될 수 있다.Assuming that the reference wavelength (λ 0 ) is 540 nm, which is green light, the pitch of the
색분리 렌즈 어레이(130)는 스페이서층(120)에 의해 지지되며, 입사광의 위상을 변화시키는 나노포스트(NP)들 및 나노포스트(NP)들 사이에 배치되고 나노포스트(NP)보다 굴절률이 낮은 유전체, 예를 들면, 공기 또는 SiO2를 포함할 수 있다.The color
도 5b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 도 5a의 각 화소(111, 112, 113, 114)에 대응하는 4개의 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)으로 구획될 수 있다. 예컨대, 제1 화소 대응 영역(131)은 제1 화소(111)에 대응하며 연직 방향으로 제1 화소(111) 상부에 배치될 수 있고, 제2 화소 대응 영역(132)은 제2 화소(112)에 대응하며 연직 방향으로 제2 화소(112) 상부에 배치될 수 있고, 제3 화소 대응 영역(133)은 제3 화소(113)에 대응하며 연직 방향으로 제3 화소(113) 상부에 배치될 수 있고, 제4 화소 대응 영역(134)은 제4 화소(114)에 대응하며 연직 방향으로 제4 화소(114) 상부에 배치될 수 있다. 즉, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 센서 기판(110)의 대응하는 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)와 연직 방향으로 마주하게 배치될 수 있다.Referring to FIG. 5B , the color
제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 제1 화소 대응 영역(131) 및 제2 화소 대응 영역(132)이 번갈아 배열되는 제1 행과 제3 화소 대응 영역(133) 및 제4 화소 대응 영역(134)이 번갈아 배열되는 제2 행이 서로 교대로 반복되도록 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향)을 따라 이차원 배열될 수 있다. 또한, 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)은 제1 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치되고, 제2 화소 대응 영역(132)과 제3 화소 대응 영역(133)은 제1 대각선 방향에 교차하는 제2 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)도 센서 기판(110)의 화소 어레이와 같이 2차원 배열된 복수의 단위 화소 그룹을 포함하며, 각각의 단위 화소 그룹은 2×2의 형태로 배열된 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)을 포함한다.The first to fourth
한편, 색분리 렌즈 어레이(130)는 도 3b에서 설명한 것과 유사하게, 녹색광을 집광하는 녹색광 집광 영역, 청색광을 집광하는 청색광 집광 영역, 및 적색광을 집광하는 적색광 집광 영역으로 구획될 수도 있다.Meanwhile, the color
색분리 렌즈 어레이(130)의 의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 제1 및 제4 화소(111, 114)로 녹색광이 분기되어 집광되고, 제2 화소(112)로 청색광이 분기되어 집광되며, 제3 화소(113)로 적색 광이 분기되어 집광되도록 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 정해진 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 한편, 제3 방향(Z 방향)을 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 두께는 나노포스트(NP)의 높이와 유사할 수 있으며, 500 nm 내지 1500 nm일 수 있다.In the first to fourth
도 5b를 참조하면, 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 원형단면을 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.Referring to FIG. 5B , the first to fourth pixel-corresponding
나노포스트(NP)들의 배열은 도 5b에 도시된 배열 외에도 다양한 배열이 가능하다. 예를 들어, 도 5c 내지 도 5d는 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134) 내에서 나노포스트(NP)들의 다른 배열 형태를 보인다. 도 5c 내지 도 5d에 도시된 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)에도 위에서 설명한 나노포스트(NP)들의 배열 원리가 적용될 수 있다.The arrangement of the nanoposts (NP) may be various arrangements other than the arrangement shown in FIG. 5B. For example, FIGS. 5C to 5D show different arrangements of nanoposts (NPs) in the first to fourth
도 5b 내지 도 5d의 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 제4 화소 대응 영역(131, 134)에는 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향)의 폭이 서로 다른 비대칭 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용되고, 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133)에는 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향)의 폭이 같은 대칭적인 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용될 수 있다. 예시된 나노포스트(NP)의 배열 규칙은 일 예시이며, 도시된 패턴에 한정되는 것은 아니다.Although all of the nanoposts NPs of FIGS. 5B to 5D are illustrated as having a symmetrical circular cross-sectional shape, some nanoposts having an asymmetrical cross-sectional shape may also 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 fourth
도 5b 내지 도 5d에 도시된 색분리 렌즈 어레이(130)는 예시적인 것으로, 색분리 렌즈 어레이의 크기, 두께, 색분리 렌즈 어레이가 적용될 이미지 센서의 색 특성, 화소 피치, 색분리 렌즈 어레이와 이미지 센서 사이의 거리, 입사광의 입사각 등에 따라, 상술한 최적화 설계를 통해 다양한 형태의 색분리 렌즈 어레이를 얻을 수 있다. 또한, 나노포스트 대신에 다양한 다른 패턴으로 색분리 렌즈 어레이를 구현할 수도 있다. 예를 들어, 도 5e는 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 화소 대응 그룹의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 5f는 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 화소 대응 그룹의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.The color
도 5e에 도시된 색분리 렌즈 어레이(130a)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131a, 132a, 133a, 134a) 각각은 16×16의 직사각형 배열로 디지털화 된 바이너리 형태로 최적화되었으며, 도 5e의 화소 대응 그룹은 32×32의 직사각형 배열로 이루어진 형태를 가진다. 이와 달리, 도 5f에 도시된 색분리 렌즈 어레이(130b)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역들(131b, 132b, 133b, 134b) 각각은 디지털화 되지 않은 연속적인 곡선 형태로 최적화될 수도 있다.Each of the first to fourth
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 6a에서는 편의상 컬러 필터 어레이(140)를 생략하였다. 도 6a의 녹색광 및 청색광의 위상 분포는 도 3b에서 예시적으로 설명한 제1 및 제2 파장 광의 위상 분포와 유사하다.FIG. 6A shows the phase distribution of green light and blue light passing through the color
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광은 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 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 화소 대응 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X 방향 및 Y 방향으로는 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 접점에서 최소가 된다.Referring to FIGS. 6A and 6B , the green light passing through the color
제1 화소 대응 영역(131) 중심에서 출사되는 광의 위상을 기준으로 하여 녹색광의 위상을 2π라고 정하면, 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133) 중심에서는 위상이 0.9π 내지 1.1π, 제4 화소 대응 영역(134) 중심에서는 위상이 2π, 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 접점에서는 위상이 1.1π 내지 1.5π인 녹색광이 출사할 수 있다. 따라서, 제1 화소 대응 영역(131)의 중심을 통과한 녹색광과 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133)의 중심을 통과한 녹색광의 위상 차이는 0.9π 내지 1.1π일 수 있다.If the phase of the green light is determined to be 2π based on the phase of the light emitted from the center of the first
한편, 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)는 제1 화소 대응 영역(131) 중심을 통과한 광의 위상 지연량이 가장 크다는 것을 의미하는 것은 아니며, 제1 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 화소 대응 영역(131)을 통과한 광의 위상을 2π 라고 했을 때, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심을 통과한 광의 위상이 3π 라면, 제2 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
도 6a 및 도 6c를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 청색광은 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 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, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X 방향 및 Y 방향으로는 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 최소가 된다. 청색광의 제2 화소 대응 영역(132) 중심에서의 위상을 2π라고 하면, 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서의 위상은 예를 들어, 0.9π 내지 1.1π 일 수 있고, 제3 화소 대응 영역(133) 중심에서의 위상은 제1 및 제4 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 , blue light passing through the color
도 6d는 제1 집광 영역으로 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6e는 제1 집광 영역의 어레이를 예시적으로 보인다.FIG. 6D exemplarily shows a traveling direction of green light incident to the first condensing area, and FIG. 6E exemplarily shows an array of the first condensing area.
제1 화소 대응 영역(131) 주변으로 입사한 녹색광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 6d에 도시한 것과 같이, 제1 화소(111)로 집광되며, 제1 화소(111)에는 제1 화소 대응 영역(131) 외에도 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133)에서 오는 녹색광이 입사한다. 즉, 도 6a 및 도 6b에서 설명한 녹색광의 위상 분포는 제1 화소 대응 영역(131)과 한 변을 맞대고 인접한 2개의 제2 화소 대응 영역(132)과 2개의 제3 화소 대응 영역(133)의 중심을 연결한 제1 녹색광 집광 영역(GL1)을 통과한 녹색광을 제1 화소(111)에 집광한다. 따라서, 도 6e에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 화소(111)에 녹색광을 집광하는 제1 녹색광 집광 영역(GL1) 어레이로 동작할 수 있다. 제1 녹색광 집광 영역(GL1)은 대응하는 제1 화소(111)보다 면적이 크고, 예를 들면, 1.2배 내지 2배 클 수 있다.The green light incident around the first
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 제2 화소(112)로 집광되며, 제2 화소(112)에는 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)에서 오는 청색광이 입사한다. 앞서 도 6a 및 도 6c에서 설명한 청색광의 위상 분포는 제2 화소 대응 영역(132)과 꼭지점을 맞대고 인접한 4개의 제3 화소 대응 영역(133)의 중심을 연결하여 만든 청색광 집광 영역(BL)를 통과한 청색광을 제2 화소(112)에 집광한다. 따라서, 도 6g에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제2 화소(112)에 청색광을 집광하는 청색광 집광 영역(BL) 어레이로 동작할 수 있다. 청색광 집광 영역(BL)은 대응하는 제2 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 to the
도 7a는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광 및 청색광의 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 green light and blue light passing through the color
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 적색광은 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 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, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 화소 대응 영역(133)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X 방향 및 Y 방향으로는 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제2 화소 대응 영역(132)의 중심에서 최소가 된다. 적색광의 제3 화소 대응 영역(133) 중심에서의 위상을 2π라고 하면, 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134)의 중심에서의 위상은 예를 들어, 0.9π 내지 1.1π 일 수 있고, 제2 화소 대응 영역(132) 중심에서의 위상은 제1 및 제4 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 , red light passing through the color
도 7a 및 도 7c를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 녹색광은 제4 화소 대응 영역(134)의 중심에서 가장 크고, 제4 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 7a의 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)를 비교하면, 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)는 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)를 X 방향 및 Y 방향으로 1 화소 피치만큼 평행 이동한 것과 같다. 즉, 제1 녹색광 위상 분포(PPG1)는 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 위상이 가장 큰 반면, 제2 녹색광 위상 분포(PPG2)는 제1 화소 대응 영역(131)의 중심에서 X 방향 및 Y 방향으로 1 화소 피치만큼 떨어진 제4 화소 대응 영역(134)의 중심에서 위상이 가장 크다. 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134) 중심에서의 위상을 보여주는 도 6b와 도 7c의 위상 분포는 동일할 수 있다. 다시 한번 제4 화소 대응 영역(134)을 기준으로 녹색광의 위상 분포를 설명하면, 녹색광의 제4 화소 대응 영역(134) 중심에서 출사되는 광의 위상을 기준으로 하여 2π라고 정하면, 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133) 중심에서는 위상이 0.9π 내지 1.1π, 제1 화소 대응 영역(131) 중심에서는 위상이 2π, 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 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 제3 화소(113)로 집광되며, 제3 화소(113)에는 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)에서 오는 적색광이 입사한다. 앞서 도 7a 및 도 7b에서 설명한 적색광의 위상 분포는 제3 화소 대응 영역(133)과 꼭지점을 맞대고 인접한 4개의 제2 화소 대응 영역(132)의 중심을 연결하여 만든 적색광 집광 영역(RL)을 통과한 적색광을 제3 화소(113)에 집광한다. 따라서, 도 7e에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제3 화소(113)에 적색광을 집광하는 적색광 집광 영역(RL) 어레이로 동작할 수 있다. 적색광 집광 영역(RL)은 대응하는 제3 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.Red light is condensed into the
도 7f 및 도 7g를 참조하면, 제4 화소 대응 영역(134) 주변으로 입사한 녹색광은 제1 화소 대응 영역(131) 주변으로 입사한 녹색광에 대해 설명한 것과 유사하게 진행하며, 도 7f에 도시한 것과 같이, 제2 화소(114)로 집광된다. 따라서, 도 7g에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제4 화소(114)에 녹색광을 집광하는 제2 녹색광 집광 영역(GL2) 어레이로 동작할 수 있다. 제2 녹색광 집광 영역(GL2)은 대응하는 제4 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 fourth
앞서 설명한 위상 분포 및 성능을 만족하는 색분리 렌즈 어레이(130)는 다양한 방식의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 자동화된 설계가 가능하다. 예를 들자면, 유전자 알고리즘(genetic algorithm), 입자 군집 최적화(particle swarm optimization) 알고리즘, 개미 집단 최적화(ant colony optimization) 등과 같은 자연 모사 알고리즘(nature-inspired algorithm)을 이용하거나 또는 어드조인트 최적화(adjoint optimization) 알고리즘에 기반한 역설계 방식을 통해 화소 대응 영역들(131, 132, 133, 134)의 구조를 최적화할 수 있다.The color
색분리 렌즈 어레이(130)의 설계를 위하여, 색분리 스펙트럼, 광 효율, 신호대잡음비 등의 평가 요소들로 복수의 후보 색분리 렌즈 어레이들의 성능을 평가하면서 녹색, 청색, 적색 및 적외선 화소 대응 영역의 구조를 최적화할 수 있다. 예를 들어, 각각의 평가 요소에 대한 목표 수치값을 미리 결정한 후, 복수의 평가 요소들에 대한 목표 수치값과의 차이의 합을 최소화하는 방식으로 녹색, 청색, 적색 및 적외선 화소 대응 영역의 구조를 최적화할 수 있다. 또는, 각각의 평가 요소 별로 성능을 지표화하고, 성능을 나타내는 값이 최대가 되도록 녹색, 청색, 적색 및 적외선 화소 대응 영역의 구조를 최적화할 수 있다.For the design of the color
한편, 이미지 센서(1000)에 입사하는 광의 입사각은 통상적으로 주광선 각도(CRA; chief ray angle)로 정의된다. 주광선(chief ray)은 피사체의 한 점으로부터 대물렌즈의 중심을 지나 이미지 센서(1000)에 입사하는 광선을 의미한다. 주광선 각도는 주광선이 대물렌즈의 광축과 이루는 각도를 의미하며, 일반적으로 이미지 센서(1000)에 입사하는 주광선의 입사각과 동일하다. 예를 들어, 대물렌즈의 광축 상에 있는 한 점에서 출발한 광의 주광선은 이미지 센서(1000)의 중심부에 수직하게 입사하며, 이 경우 주광선 각도는 0도이다. 출발점이 대물렌즈의 광축에서 멀어질수록 주광선 각도는 증가하게 되며, 이미지 센서(1000)의 가장자리에 입사하게 된다. 이미지 센서(1000)의 관점에서 보면, 이미지 센서(1000)의 중심부에 입사하는 광의 주광선 각도는 0도이며, 이미지 센서(1000)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도가 커지게 된다.Meanwhile, an incident angle of light incident on the
그런데, 상술한 색분리 렌즈 어레이(130)는 일반적으로 입사광에 대해 방향성을 가질 수 있다. 다시 말해, 특정한 각도 범위 이내로 입사하는 빛에 대해서는 색분리 렌즈 어레이(130)가 효율적으로 동작하지만, 입사각이 특정한 각도 범위로부터 멀어지게 되면 색분리 렌즈 어레이(130)의 색분리 성능이 저하된다. 따라서, 이미지 센서(1000)의 전체 영역에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)들이 모두 동일한 배열 형태를 가지면, 이미지 센서(1000)의 전체 영역에서 색분리 효율이 균일하지 않고 이미지 센서(1000)의 영역에 따라 색분리 효율이 달라질 수 있다. 이로 인해 이미지 센서(1000)가 제공하는 영상의 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 이미지 센서(1000) 상의 위치에 따라 달라지는 입사광의 주광선 각도를 고려하여, 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)들의 배열 형태를 다르게 설계할 수 있다.However, the above-described color
도 8a 내지 도 8c는 이미지 센서(1000) 상의 위치에 따른 주광선 각도의 변화를 고려한 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)들의 배열 형태 변화를 예시적으로 보이는 평면도이다. 특히, 도 8a는 이미지 센서(1000)의 중심부에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타내며, 도 8b는 이미지 센서(1000)의 중심부와 가장자리 사이에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타내고, 도 8c는 이미지 센서(1000)의 가장자리에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타낸다. 도 8a 내지 도 8c는 나노포스트(NP)의 특정 배열을 한정하기 위한 것이 아니며, 단지 이미지 센서(1000) 상의 위치에 따른 나노포스트(NP)의 상대적인 위치 변화를 개념적으로 설명하기 위한 것이다.8A to 8C are plan views exemplarily showing changes in the arrangement shape of the nanoposts (NPs) of the color
도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1000)의 중심부에서 가장자리로 갈수록 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 제3 화소 대응 영역, 및 제4 화소 대응 영역은 그에 대응하는 화소들로부터 더 멀리 시프트되어 위치할 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(1000)의 중심부, 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부, 또는 센서 기판(110)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)의 위치는 그에 대응하는 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)의 위치와 일치할 수 있다. 그리고, 이미지 센서(1000)의 중심부, 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부, 또는 센서 기판(110)의 중심부로부터 멀어질수록 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 그에 각각 대응하는 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)의 위치로부터 더 멀리 시프트될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)이 시프트되는 정도는 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛의 주광선 각도에 의해 결정될 수 있다. 특히, 이미지 센서(1000)의 주변부, 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부, 또는 센서 기판(110)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134)은 그에 각각 대응하는 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 대해서 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트된다.As shown in FIGS. 8A to 8C , from the center to the edge of the
이하에서는 편의상 이미지 센서(1000)의 중심부라고 표현하지만, 이미지 센서(1000), 색분리 렌즈 어레이(130), 및 센서 기판(110)이 서로 마주하여 배치되기 때문에, 이미지 센서(1000)의 중심부는 또한 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부 또는 센서 기판(110)의 중심부를 의미할 수도 있다. 마찬가지로, 이하에서 이미지 센서(1000)의 주변부/가장자리는 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부/가장자리 또는 센서 기판(110)의 주변부/가장자리를 의미할 수도 있다.Hereinafter, the center of the
도 9는 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 화소 어레이(1100a)는 2단으로 적층된 나노포스트(NP)들을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함할 수 있다. 나노포스트(NP)는 스페이서층(120) 위에 배치된 제1 단 나노포스트(NP1), 및 제1 단 나노포스트(NP1) 위에 배치된 제2 단 나노포스트(NP2)를 포함할 수 있다. 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 빛의 경사 방향을 따라 시프트될 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛이 오른쪽으로부터 왼쪽으로 경사진 경우에, 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 오른쪽으로 시프트될 수 있다. 반대로, 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛이 왼쪽으로부터 오른쪽으로 경사진 경우에, 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 왼쪽으로 시프트될 수 있다. 다시 말해, 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다. 이미지 센서(1000)의 중심부로부터 왼쪽 가장자리로 갈수록 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 오른쪽으로 더 시프트되며, 이미지 센서(1000)의 중심부로부터 오른쪽 가장자리로 갈수록 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 왼쪽으로 더 시프트된다. 따라서, 제2 단 나노포스트(NP2)가 시프트되는 거리는 그에 대응하는 제1 단 나노포스트(NP1)가 시프트되는 거리보다 크다.9 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an
마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(133)과 제4 화소 대응 영역(134)은 그에 각각 대응하는 제3 화소(113)와 제4 화소(114)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 중심부로부터 왼쪽 가장자리로 갈수록 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(133)과 제4 화소 대응 영역(134)은 그에 각각 대응하는 제3 화소(113)와 제4 화소(114)에 대해 오른쪽으로 더 시프트된다. 도시되지는 않았지만, 색분리 렌즈 어레이(130)의 다른 단면에 배치된 제1 화소 대응 영역과 제2 화소 대응 영역도 역시 그에 대응하는 제1 화소와 제2 화소에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트된다.Similarly, the third
특히, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(133)과 제4 화소 대응 영역(134)은 그에 각각 대응하는 제3 화소(113)와 제4 화소(114)의 중심부에 각각 적색광과 녹색광을 집광하도록 시프트될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(133)과 제4 화소 대응 영역(134)이 시프트되는 거리 s는, 예를 들어, 다음의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.In particular, the third
수학식 2에서 d는 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면과 센서 기판(110)의 상부 표면 사이의 최단 직선 거리 또는 간격이며, CRA'는 센서 기판(110)에 입사하는 빛의 입사각이다. 또한, CRA'는 다음의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.In Equation 2, d is the shortest straight line distance or interval between the lower surface of the color
수학식 3에서 CRA는 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛의 입사각, 다시 말해 주광선 각도이고, n은 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이에 배치된 재료의 굴절률이다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(233)과 제4 화소 대응 영역(134)이 그에 대응하는 화소로부터 시프트되는 거리 s는 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛의 주광선 각도, 및 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이에 배치된 재료의 굴절률에 의해 결정될 수 있다.In Equation 3, CRA is an incident angle of light incident on the color
또한, 컬러 필터 어레이(140)의 제3 컬러 필터(143)와 제4 컬러 필터(144)도 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(233)과 제4 화소 대응 영역(134)와 동일한 방식으로 시프트될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터 어레이(140)의 제3 컬러 필터(143)와 제4 컬러 필터(144)는 그에 각각 대응하는 제3 화소(113)와 제4 화소(114)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다. 컬러 필터 어레이(140)의 제3 컬러 필터(143)와 제4 컬러 필터(144)가 시프트되는 거리는 그에 각각 대응하는 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 화소 대응 영역(233)과 제4 화소 대응 영역(134)가 시프트되는 거리보다 작을 수 있다. 도시되지는 않았지만, 컬러 필터 어레이(140)의 다른 단면에 배치된 제1 컬러 필터와 제2 컬러 필터도 역시 그에 대응하는 제1 화소와 제2 화소에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부 방향을 향해 시프트된다.In addition, the
도 10은 색분리 렌즈 어레이(130)에서 주광선 각도의 변화를 고려한 2차원 배열된 나노포스트들의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 10을 참조하면, 복수의 화소 대응 그룹은 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 배치된 중심 그룹 및 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부를 벗어난 또는 중심부 바깥에 있는 주변부에 배치된 복수의 주변 그룹을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1000)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심 그룹의 제1 내지 제4 화소 대응 영역들은 그에 대응하는 화소들에 대해 시프트되지 않았다. 또한, 이미지 센서(1000)의 중심부에서 제2 단 나노포스트(NP2)는 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 시프트되지 않았다. 그리고, 이미지 센서(1000)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 복수의 주변 그룹의 제1 내지 제4 화소 대응 영역들은 이미지 센서(1000)의 중심부를 향해 시프트되어 있으며, 제2 단 나노포스트(NP2)도 제1 단 나노포스트(NP1)에 대해 이미지 센서(1000)의 중심부를 향해 시프트되어 있다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)의 전체 면적은 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100a)의 전체 면적 또는 센서 기판(110)의 전체 면적보다 작을 수 있다.FIG. 10 is a plan view exemplarily showing a shift shape of two-dimensionally arrayed nanoposts in consideration of a change in chief ray angle in the color
도 11a 및 도 11b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서(1000) 상의 위치에 따른 나노포스트의 폭의 변화를 보이는 평면도이다. 도 11a는 이미지 센서(1000)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)의 폭을 도시하며, 도 11b는 이미지 센서(1000)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP')의 폭을 예시적으로 도시한다. 도 11b에 도시된 실시예에서는, 나노포스트(NP')의 위치를 그에 대응하는 화소에 대해 시프트시키고, 제2 단 나노포스트(NP2')를 그에 대응하는 제1 단 나노포스트(NP1')에 대해 더 시프트시키는 것과 함께 나노포스트(NP')의 폭을 변화시켰다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(1000)의 주변부로 갈수록 나노포스트(NP')의 폭이 증가할 수 있다. 다시 말해, 이미지 센서(1000)의 중심부에서 나노포스트(NP)의 폭보다 이미지 센서(1000)의 주변부에서 나노포스트(NP')의 폭이 더 클 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 가장 가장자리에서 나노포스트(NP')의 폭은 이미지 센서(1000)의 중심부에서 나노포스트(NP)의 폭에 비하여 약 5% 내지 약 15% 정도 더 클 수 있다.11A and 11B are plan views illustrating a change in width of a nanopost according to a position on an
여기서, 폭 변화는 색분리 렌즈 어레이(130)의 복수의 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 제3 화소 대응 영역, 제4 화소 대응 영역 중에서 동일 영역 내의 동일 위치에 배치된 나노포스트의 폭을 비교한 것이다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 화소 대응 영역의 중심부에 배치된 나노포스트의 폭과 이미지 센서(1000)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 화소 대응 영역의 중심부에 배치된 나노포스트의 폭을 비교할 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)의 서로 다른 화소 대응 영역에 배치된 나노포스트, 또는 동일 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 나노포스트들은 폭의 비교 대상이 아니다.Here, the change in width is the number of nanoposts disposed at the same position in the same region among the plurality of first pixel corresponding regions, second pixel corresponding region, third pixel corresponding region, and fourth pixel corresponding region of the color
지금까지 설명한 바와 같이, 이미지 센서(1000)의 주변부에 경사지게 입사하는 광을 고려하여, 이미지 센서(1000)의 주변부 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 복수의 화소 대응 영역들을 시프트시키거나, 2단 구조의 나노포스트들을 서로에 대해 시프트시키거나, 또는 나노포스트들의 폭을 변화시킴으로써, 이미지 센서(1000)의 주변부에서 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이미지 센서(1000)의 중심부와 주변부에서 균일한 색 특성을 확보할 수 있다.As described above, in consideration of light obliquely incident on the periphery of the
한편, 이미지 센서(1000)의 광 이용 효율과 색 특성은 입사광의 주광선 각도에 따라 변할 뿐만 아니라 방위각 방향의 위치에 따라서도 변할 수 있다. 도 12는 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)에서 화소 또는 나노포스트의 방위각 방향을 정의하는 평면도이다. 도 12를 참조하면, 화소 또는 나노포스트의 방위각 방향은 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에 있는 기준선으로부터 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 반시계 방향으로 회전하는 방향이라고 정의하기로 한다. 기준선은 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부를 지나는 제1 방향(X 방향)의 선이다. 또한, 화소 또는 나노포스트의 방위각(φ)은 기준선으로부터 반시계 방향의 각도라고 정의한다. 예를 들어, 이미지 센서(1000)의 주변부의 어느 한 점(예컨대, 도 12의 점 B1)의 방위각은 이미지 센서(1000)의 중심부(예컨대, 원점)으로부터 주변부의 상기 점(예컨대, B1)을 향해 연장된 선분과 기준선(예컨대, x 축) 사이의 반시계 방향의 각도이다.Meanwhile, light utilization efficiency and color characteristics of the
또한, 도 12를 참조하면, 주변부의 화소들에 입사하는 입사광의 주광선 각도가 동일한 경우에, 다시 말해 주변부의 화소들이 이미지 센서(1000) 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 동일한 거리에 배치된 경우에, 화소들의 방위각에 따라서 주변 화소들의 배치가 달라지게 된다. 예를 들어, 제1 방향(X 방향)을 따라 진행하여 점 'A1'에 입사하는 광의 관점에서 볼 때 광의 진행 방향으로 좌측과 우측에 각각 청색 화소(B11)와 제2 녹색 화소(Gr11)가 위치하는 반면, 제2 방향(Y 방향)을 따라 진행하여 점 'B1'에 입사하는 광의 관점에서 볼 때 광의 진행 방향으로 좌측과 우측에 각각 제2 녹색 화소(Gr21)와 적색 화소(R21)가 위치한다. 점 'A1'와 점 'B1'는 주광선 각도가 동일하고 방위각은 90도 차이가 있다. 또한, 제1 방향(X 방향)을 따라 진행하여 점 'A2'에 입사하는 광의 관점에서 볼 때 광의 진행 방향으로 좌측과 우측에 각각 제1 녹색 화소(Gb11)와 적색 화소(R11)가 위치하는 반면, 제2 방향(Y 방향)을 따라 진행하여 점 'A2'와 주광선 각도가 동일하고 방위각이 90도 다른 점 'B2'에 입사하는 광의 관점에서 볼 때 광의 진행 방향으로 좌측과 우측에 각각 청색 화소(B21)와 제1 녹색 화소(Gb21)가 위치한다.Also, referring to FIG. 12 , when the chief ray angles of the incident light incident on the pixels of the periphery are the same, that is, the pixels of the periphery are disposed at the same distance from the center of the
청색 화소(B)와 적색 화소(R)는 주변 화소들의 배치가 4방 대칭 형태이기 때문에 방위각 변화에 의한 영향이 비교적 작을 수 있다. 예를 들어, 청색 화소(B)의 4개의 변은 녹색 화소(Gb, Gr)와 접하고 4개의 꼭지점은 적색 화소(R)와 접하며, 적색 화소(R)의 4개의 변은 녹색 화소(Gb, Gr)와 접하고 4개의 꼭지점은 청색 화소(B)와 접한다. 반면, 제1 및 제2 녹색 화소(Gb, Gr)의 마주하는 2개 변에는 청색 화소(B)가 접하고 다른 마주하는 2개 변에는 적색 화소(R)가 접한다. 따라서, 제1 및 제2 녹색 화소(Gb, Gr)는 주변 화소들의 배치가 2방 대칭 형태이기 때문에 방위각 변화에 의한 영향이 비교적 클 수 있다.Since the blue pixel B and the red pixel R have a four-way symmetric arrangement of neighboring pixels, the effect of the change in azimuth may be relatively small. For example, four sides of the blue pixel B are in contact with the green pixels Gb and Gr, four vertices are in contact with the red pixel R, and four sides of the red pixel R are in contact with the green pixels Gb and Gb. Gr) and four vertexes are in contact with the blue pixel (B). On the other hand, the blue pixel B is in contact with two facing sides of the first and second green pixels Gb and Gr, and the red pixel R is in contact with the other two facing sides. Accordingly, the first and second green pixels Gb and Gr may be relatively affected by a change in azimuth because the arrangement of neighboring pixels is two-way symmetrical.
이러한 점을 고려하여 제1 및 제2 녹색 화소(Gb, Gr)에 대응하는 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)에서 나노포스트들의 배열이 방위각 방향에 따라 조금씩 달라질 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 방위각 방향의 위치에 따라, 상기 복수의 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134)의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 변화할 수 있다.In view of this, arrangement of nanoposts in the first
도 13a 내지 도 13c는 이미지 센서(1000) 상의 방위각 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트들의 일 실시예에 따른 배열 형태 변화를 예시적으로 보이는 평면도로서, 도 13a는 주광선 각도가 0인 이미지 센서(1000)의 중심부 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보이고, 도 13b는 주광선 각도가 35도이고 방위각이 0도인 위치에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 주변 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보이고, 도 13c는 주광선 각도가 35도이고 방위각이 90도인 위치에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 주변 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보인다. 복수의 주변 그룹 중에서 도 13b의 제1 주변 그룹과 도 13c의 제2 주변 그룹은 동일한 주광선 각도(예컨대, 35도) 및 상이한 방위각(예컨대, 0도 및 90도)을 가질 수 있다. 도 13a 내지 도 13c에서는 편의상 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부에서 화소 대응 영역들의 시프트 및 나노포스트들의 폭 변화를 적용하지 않았으며, 방위각에 따른 일부 나노포스트들의 변화만이 도시되었다.13A to 13C are plan views exemplarily showing changes in the arrangement shape of the nanoposts of the color
도 13a 내지 도 13c에 도시된 예에서, 제1 화소 대응 영역(131)은 제1 화소 대응 영역(131) 내에서 서로 다른 위치에 배치된 복수의 나노포스트를 포함한다. 예를 들어, 제1 화소 대응 영역(131)은 제1 방향(X 방향으로) 제2 화소 대응 영역(132)과 인접하는 경계 부분에 배치된 2개의 제1 나노포스트(131A) 및 그 외의 위치에 배치된 복수의 제2 나노포스트들을 포함할 수 있다. 또한, 제4 화소 대응 영역(134)은 제1 방향(X 방향으로) 제3 화소 대응 영역(133)과 인접하는 경계 부분에 배치된 2개의 제3 나노포스트(134A) 및 그 외의 위치에 배치된 복수의 제4 나노포스트들을 포함할 수 있다.In the examples shown in FIGS. 13A to 13C , the first
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 방위각이 0도인 상태에서 주광선 각도가 증가하면서 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중에서 제1 나노포스트(131A)의 폭이 점차 감소할 수 있다. 주광선 각도가 35도가 되었을 때 제1 나노포스트(131A)의 폭이 0이 되어 제1 화소 대응 영역(131)에서 제2 화소 대응 영역(132)과 인접하는 제1 나노포스트(131A)가 없어질 수 있다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)을 따라 주변부로 갈수록 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭이 점차 감소하며 제1 방향(X 방향) 가장자리에 있는 제1 화소 대응 영역(131)에는 제1 나노포스트(131A)가 존재하지 않는다. 반면, 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중에서 제3 나노포스트(134A)의 폭은 방위각이 0도일 때 변화하지 않는다.Referring to FIGS. 13A and 13B , the width of the
도 13b 및 도 13c를 참조하면, 주광선 각도가 35도인 상태에서 방위각이 점차 증가하면, 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중에서 제1 나노포스트(131A)의 폭이 점차 증가하고, 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중에서 제3 나노포스트(134A)의 폭이 점차 감소할 수 있다. 그리고, 주광선 각도가 35도이고 방위각이 90도가 되었을 때, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭이 0이 되고, 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 있는 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭과 같아질 수 있다.Referring to FIGS. 13B and 13C , when the azimuth angle gradually increases in a state where the chief ray angle is 35 degrees, the width of the
또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)을 따라 주변부로 갈수록 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭이 점차 감소하며 제2 방향(Y 방향) 가장자리에 있는 제4 화소 대응 영역(134)에서는 제3 나노포스트(134A)가 존재하지 않게 된다. 반면, 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭은 방위각이 90도일 때 변화하지 않는다. 주광선 각도가 35도인 상태에서 방위각이 점차 감소하면, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭이 점차 증가하고 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭이 점차 감소할 수 있다.In addition, the width of the
따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭과 상이할 수 있다. 이와 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭과 상이할 수 있다.Accordingly, the
또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 제1 거리와 상이한 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭과 상이할 수 있다. 반면, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭과 동일할 수 있다.In addition, the first nanoposts of the first
또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134A)의 폭과 상이할 수 있다. 반면, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131A)의 폭과 동일할 수 있다.In addition, the third nanoposts of the fourth
제1 화소 대응 영역(131) 내에서 제1 나노포스트(131A)와 서로 다른 위치에 배치된 나머지 제2 나노포스트들의 폭은 방위각의 변화와 관계 없이 일정할 수 있다. 또한, 제4 화소 대응 영역(134) 내에서 제3 나노포스트(134A)와 서로 다른 위치에 배치된 나머지 제4 나노포스트들의 폭은 방위각의 변화와 관계 없이 일정할 수 있다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부(130)로부터 동일한 거리에 있는 제1 화소 대응 영역(131)들 내에서 제1 나노포스트(131A)를 제외한 제2 나노포스트들 중 서로 대응하는 나노포스트의 폭은 방위각의 변화와 관계 없이 서로 동일할 수 있으며, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이의 중심부(130)로부터 동일한 거리에 있는 제4 화소 대응 영역(134)들 내에서 제3 나노포스트(134A)를 제외한 제4 나노포스트들 중 서로 대응하는 나노포스트의 폭은 방위각의 변화와 관계 없이 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제2 나노포스트 중 어느 한 나노포스트의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제2 나노포스트 중 대응하는 나노포스트의 폭과 동일할 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제4 나노포스트 중 어느 한 나노포스트의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제4 나노포스트의 중 대응하는 나노포스트의 폭과 동일할 수 있다.In the first
결과적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열과 상이하게 된다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열과 상이하게 된다.As a result, a plurality of nanoposts of the first
특히, 주광선 각도가 동일하고 방위각이 90도 다른 위치에 있는 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열과 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열이 동일할 수 있다. 예를 들어, 주광선 각도가 35도이고 방위각이 0도인 위치에 있는 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열은 주광선 각도가 35도이고 방위각이 90도인 위치에 있는 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열과 동일하고, 주광선 각도가 35도이고 방위각이 0도인 위치에 있는 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열은 주광선 각도가 35도이고 방위각이 90도인 위치에 있는 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열과 동일할 수 있다. 이는 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134) 내에서 복수의 나노포스트가 2방 대칭의 형태로 배열되어 있고, 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)이 서로에 대해 90도 회전되어 있다는 점에 기인할 수 있다.In particular, the arrangement of the plurality of nanoposts in the first
한편, 도시되지는 않았지만, 방위각이 90도를 넘어 더 증가하게 되면 방위각이 180도에 도달할 때까지 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중에서 제2 화소 대응 영역(132)과 인접한 나노포스트(131A)의 폭이 점차 감소하고, 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중에서 제3 화소 대응 영역(133)과 인접한 나노포스트(134A)의 폭이 점차 증가하게 된다. 따라서, 방위각 0도, 90도, 180도, 270도를 기준으로 색분리 렌즈 어레이(130) 내의 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 나노포스트들이 대칭적인 배열을 가질 수 있다.On the other hand, although not shown, when the azimuth angle is further increased beyond 90 degrees, nanoposts in the first
도 13a 내지 도 13c에서는 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134) 각각이 3×3 어레이 형태로 배열된 나노포스트들을 포함하고, 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중 제2 화소 대응 영역(132)과 인접한 2개의 나노포스트(131A)의 폭 및 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중 제3 화소 대응 영역(133)과 인접한 2개의 나노포스트(134A)의 폭이 방위각 변화에 따라 변화하는 것으로 설명하였지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134) 내에서 나노포스트들의 배열 형태와 개수는 다양하게 선택될 수 있으며, 방위각 변화에 따라 폭이 변화하는 나노포스트들의 위치, 나노포스트들의 폭이 변화하는 방식도 다양하게 선택될 수 있다.13A to 13C , each of the first to fourth
도 14a 내지 도 14d는 이미지 센서 상의 방위각 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트들의 다른 실시예에 따른 배열 형태 변화를 예시적으로 보이는 평면로서, 도 14a는 주광선 각도가 0인 이미지 센서(1000)의 중심부 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보이고, 도 14b는 주광선 각도가 34.9도이고 방위각이 0도인 위치에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 주변 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보이고, 도 14c는 주광선 각도가 34.9도이고 방위각이 90도인 위치에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 주변 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보이고, 도 14d는 주광선 각도가 34.9도이고 방위각이 45도인 위치에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 주변 그룹의 화소 대응 영역들의 나노포스트들의 배열 형태를 보인다. 복수의 주변 그룹 중에서 도 14b의 제1 주변 그룹, 도 14c의 제2 주변 그룹, 및 도 14d의 제3 주변 그룹은 동일한 주광선 각도(예컨대, 34.9도) 및 상이한 방위각(예컨대, 0도, 90도, 및 45도)을 가질 수 있다. 도 14a 내지 도 14d에서는 편의상 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부에서 화소 대응 영역들의 시프트 및 나노포스트들의 폭 변화를 적용하지 않았으며, 방위각의 변화에 따른 일부 나노포스트들의 변화만이 도시되었다.14A to 14D are planes exemplarily showing changes in the arrangement shape of the nanoposts of the color
도 14a 내지 도 14d에 도시된 예에서, 제1 내지 제4 화소 대응 영역(131, 132, 133, 134) 각각은 4×4 어레이 형태로 배열된 나노포스트들을 포함할 수 있다. 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134)의 경우에 4개의 귀퉁이에 나노포스트가 배치되지 않으며, 제2 및 제3 화소 대응 영역(132, 133)의 경우에는 4×4 어레이의 모든 영역들에 나노포스트들이 배치되어 있다. 예컨대, 제1 화소 대응 영역(131)은 제1 화소 대응 영역(131) 내에서 제2 방향(Y 방향)으로 제3 화소 대응 영역(133)과 인접하는 가장자리 부분에 배치된 4개의 제1 나노포스트(131B) 및 그 외의 위치에 배치된 복수의 제2 나노포스트를 포함할 수 있다. 제2 나노포스트는 제1 방향(X 방향)으로 제2 화소 대응 영역(132)과 인접하는 4개의 나노포스트, 및 중심부에 배치된 4개의 나노포스트를 포함할 수 있다. 제4 화소 대응 영역(134)은 제4 화소 대응 영역(134) 내에서 제1 방향(X 방향)으로 제3 화소 대응 영역(133)과 인접하는 가장자리 부분에 배치된 4개의 제3 나노포스트(134B) 및 그 외의 위치에 배치된 복수의 제4 나노포스트를 포함할 수 있다. 제4 나노포스트는 제2 방향(Y 방향)으로 제2 화소 대응 영역(132)과 인접하는 4개의 나노포스트, 및 중심부에 배치된 4개의 나노포스트를 포함할 수 있다.In the examples shown in FIGS. 14A to 14D , each of the first to fourth
도 14a를 참조하면, 주광선 각도와 방위각이 0도인 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에서, 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 100 nm로 서로 동일할 수 있다.Referring to FIG. 14A , in the center of the color
도 14b를 참조하면, 방위각이 0도인 상태에서 주광선 각도가 증가하면서 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 점차 증가할 수 있다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)을 따라 주변부로 갈수록 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 점차 증가한다. 편의 상 표시하지는 않았지만, 주광선 각도의 증가에 따라 제1 및 제4 화소 대응 영역(131, 134) 내의 나머지 나노포스트들의 폭도 함께 증가할 수 있다. 방위각이 34.9도가 되었을 때, 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)은 110 nm가 되고, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)은 130 nm가 될 수 있다. 따라서, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)보다 더 크게 증가할 수 있다. 다시 말해, 방위각이 0도인 제1 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)은 제1 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)보다 작을 수 있다. 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)의 증가는 단순히 제1 방향(X 방향)을 따른 주광선 각도의 증가에 따른 것이고, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)의 증가는 방위각에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 방향성을 고려한 것이라고 볼 수 있다.Referring to FIG. 14B, as the chief ray angle increases in a state where the azimuth angle is 0 degrees, the width W1 of the
도 14c를 참조하면, 주광선 각도가 34.9도인 상태에서 방위각이 증가하면, 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)이 증가하고 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 감소할 수 있다. 예를 들어, 주광선 각도가 34.9도이고 방위각이 90도가 되면, 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)은 130 nm이 되고, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)은 110 nm가 될 수 있다.Referring to FIG. 14C , when the azimuth angle increases in a state where the chief ray angle is 34.9 degrees, the width W1 of the
다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)을 따라 주변부로 갈수록 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 점차 증가하며, 특히 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)이 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)보다 더 크게 증가할 수 있다. 다시 말해, 방위각이 90도인 제2 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)은 제2 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)보다 클 수 있다.제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)의 증가는 방위각에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 방향성을 고려한 것이고, 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)의 증가는 단순히 제2 방향(Y 방향)을 따른 주광선 각도의 증가에 따른 것이라고 볼 수 있다.In other words, the width W1 of the
도시되지는 않았지만, 주광선 각도가 34.9도인 상태에서 방위각이 90도로부터 180도로 증가하면, 제1 화소 대응 영역(131) 내에 있는 나노포스트들 중 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)은 다시 점차 감소하고, 제4 화소 대응 영역(134) 내에 있는 나노포스트들 중 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)은 다시 점차 증가할 수 있다. 주광선 각도가 34.9도이고 방위각이 180도가 되었을 때, 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)은 110 nm가 되고 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)은 130 nm가 될 수 있다.Although not shown, when the azimuth angle increases from 90 degrees to 180 degrees in a state where the chief ray angle is 34.9 degrees, the width W1 of the
따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭과 상이할 수 있다. 특히, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 가장자리 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭이 제1 방향(X 방향)으로 가장자리 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭보다 클 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭과 상이할 수 있다. 특히, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 가장자리 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭이 제2 방향(Y 방향)으로 가장자리 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭보다 클 수 있다.Accordingly, the first nanoposts of the first
또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭과 상이하다. 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭과 상이하다.In addition, the width of the
결과적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 배치된 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열은 제2 방향(Y 방향)으로 배치된 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열과 상이하게 되며, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 배치된 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열은 제2 방향(Y 방향)으로 배치된 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열과 상이하게 된다. 또한, 주광선 각도가 동일하고 방위각이 90도 다른 위치에 있는 제1 화소 대응 영역(131)의 복수의 나노포스트의 배열과 제4 화소 대응 영역(134)의 복수의 나노포스트의 배열이 동일할 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제2 방향(Y 방향)으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭과 동일하게 된다.As a result, the array of the plurality of nanoposts in the first
도 14d를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 제1 방향(X 방향)과 제2 방향(Y 방향) 사이의 45도 방향으로 소정의 거리에 배치된 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)은 동일할 수 있다. 방위각이 135도, 225도, 및 315도인 경우에도 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)이 동일할 수 있다. 예를 들어, 주광선 각도가 34.9도이고 방위각이 45도일 때, 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭(W1)과 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭(W2)은 110 nm일 수 있다.Referring to FIG. 14D , a first element in a third peripheral group disposed at a predetermined distance from the center of the color
따라서, 방위각 45도 방향으로는 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 나노포스트들의 폭이 주광선 각도만을 고려하여 전체적으로 증가한다고 볼 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 위치한 중심 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭보다 클 수 있으며, 색분리 렌즈 어레이의 중심부(130)로부터 45도 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 위치한 중심 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭보다 클 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제2 나노포스트의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 위치한 중심 그룹 내의 제1 화소 대응 영역(131)의 제2 나노포스트의 폭보다 크며, 색분리 렌즈 어레이의 중심부(130)로부터 45도 방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치한 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제4 나노포스트의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 위치한 중심 그룹 내의 제4 화소 대응 영역(134)의 제4 나노포스트의 폭보다 클 수 있다.Accordingly, it can be seen that the width of the nanoposts of the first
방위각 45도 방향으로는 주광선 각도가 커질수록 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 나노포스트들의 폭이 점진적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 표면 상에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭보다 크고, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭보다 크다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제2 나노포스트의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제2 나노포스트의 폭보다 크고, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제2 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제4 나노포스트의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 제4 화소 대응 영역(134)의 제4 나노포스트의 폭보다 크다. 예컨대, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 45도 방향으로 주광선 각도가 34.9도가 되는 거리만큼 떨어져 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부에 위치한 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭보다 5% 내지 15% 더 클 수 있다.In the azimuthal direction of 45 degrees, widths of the nanoposts of the first
한편, 0도부터 45도까지 방위각이 증가하는 동안, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된(즉, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부로부터 동일한 거리에 배치된) 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 고정되어 있으며, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭이 점진적으로 감소한다. 그리고, 45도부터 90도까지 방위각이 증가하는 동안, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 점진적으로 증가하며, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭은 고정되어 있다. 도시되지는 않았지만, 90도부터 135도까지 방위각이 증가하는 동안, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 점진적으로 감소하며, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭은 고정될 수 있다. 또한, 135도부터 180도까지 방위각이 증가하는 동안, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제1 화소 대응 영역(131)의 제1 나노포스트(131B)의 폭은 고정되어 있으며, 주광선 각도가 동일한 위치에 배치된 제4 화소 대응 영역(134)의 제3 나노포스트(134B)의 폭이 점진적으로 증가할 수 있다.On the other hand, while the azimuth angle increases from 0 degree to 45 degrees, the chief ray angle of the first
따라서, 방위각 45도와 -45도 사이의 범위에서는 방위각 0도를 기준으로 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 나노포스트들이 대칭적으로 배열될 수 있다. 또한, 방위각 45도와 135도 사이의 범위에서는 90도를 기준으로, 방위각 135도와 225도 사이의 범위에서는 180도를 기준으로, 방위각 225도와 315도 사이의 범위에서는 270도를 기준으로 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 나노포스트들이 대칭적으로 배열될 수 있다. 다시 말해, 방위각 0도, 90도, 180도, 270도를 기준으로 ±45도의 각도 범위에서 제1 화소 대응 영역(131)과 제4 화소 대응 영역(134)의 나노포스트들이 대칭적으로 배열될 수 있다.Accordingly, nanoposts of the first
도 15a는 주광선 각도를 고려하지 않은 경우, 도 15b는 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트된 경우, 도 15c는 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트되고 방위각 방향을 고려하여 나노포스트들의 배열이 변화된 경우에, 이미지 센서(1000)의 화소들에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.FIG. 15A shows a case in which the chief ray angle is not considered, FIG. 15B shows a case in which the nanoposts are shifted in consideration of the chief ray angle, and FIG. In this case, it is a graph showing the spectral distribution of light incident on each pixel of the
도 15a에서 'Gb', 'B', 'R', 및 'Gr'로 표시된 그래프는 주광선 각도가 0도인 이미지 센서(1000)의 중심부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이고, 'Gb1', 'B1', 'R1', 및 'Gr1'로 표시된 그래프는 주광선 각도가 35도인 이미지 센서(1000)의 주변부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이다. 도 15a를 참조하면, 주광선 각도를 전혀 고려하지 않은 경우, 이미지 센서(1000)의 주변부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포가 이미지 센서(1000)의 중심부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포와 큰 차이가 있다. 따라서, 주광선 각도가 큰 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부에서는 색분리 특성이 저하된다는 것을 알 수 있다.In FIG. 15A, the graphs indicated by 'Gb', 'B', 'R', and 'Gr' show the first to
또한, 도 15b에서 'Gb2', 'B2', 'R2', 및 'Gr2'로 표시된 그래프는 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트된 경우에 주광선 각도가 35도인 이미지 센서(1000)의 주변부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이다. 도 15b를 참조하면, 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트된 경우, 이미지 센서(1000)의 주변부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포가 이미지 센서(1000)의 중심에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포와 비교적 유사하다. 그러나, 녹색 화소인 제1 화소(111)와 제4 화소(114)에 각각 입사하는 녹색광의 스펙트럼에서 특성 차이가 발생한다. 이는 녹색 화소 주변의 화소 배열이 방위각 방향에 따라 달라지는 것에 기인한다.In addition, the graphs indicated by 'Gb2', 'B2', 'R2', and 'Gr2' in FIG. 15B show the peripheral portion of the
도 15c에서 'Gb3', 'B3', 'R3', 및 'Gr3'로 표시된 그래프는 주광선 각도를 고려하여 나노포스트들이 시프트되고 방위각 방향을 고려하여 나노포스트들의 배열이 변화된 경우에 주광선 각도가 35도인 이미지 센서(1000)의 주변부에 배치된 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포이다. 도 15c를 참조하면, 방위각 방향을 고려하여 나노포스트들의 배열이 변화된 경우, 주광선 각도가 35도인 경우에도 이미지 센서(1000)의 중심부와 주변부에서 제1 내지 제4 화소(111, 112, 113, 114)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포가 거의 일정하게 유지된다는 것을 확인할 수 있다.In the graphs indicated by 'Gb3', 'B3', 'R3', and 'Gr3' in FIG. 15C, the chief ray angle is 35 when the nanoposts are shifted considering the chief ray angle and the arrangement of the nanoposts is changed considering the azimuthal direction. It is a spectrum distribution of light incident on each of the first to
앞서 설명한 화소 어레이(1100)를 포함하는 이미지 센서(1000)는 컬러 필터, 예를 들면, 유기 컬러 필터에 의한 광 손실이 거의 없기 때문에 화소의 크기가 작아지더라도 화소에 충분한 양의 빛을 제공할 수 있다. 따라서 수 억개 이상의 화소를 갖는 초고해상도 초소형 고감도 이미지 센서의 제작이 가능하다. 이러한 초고해상도 초소형 고감도 이미지 센서는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용될 수 있다. 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.The
전자 장치는 이미지 센서(1000) 외에도, 이미지 센서를 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, 이미지 센서에 의해 획득된 이미지(또는 영상)를 프로세서를 이용하여 저장 및/또는 출력할 수 있다.In addition to the
도 16은 이미지 센서(1000)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 16을 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.16 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. 비휘발성 메모리(ED34)는 전자 장치(ED01) 내에 고정 장착된 내장 메모리(ED36)과 탈착 가능한 외장 메모리(ED38)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. The non-volatile memory ED34 may include a built-in memory ED36 fixedly mounted in the electronic device ED01 and a removable external memory ED38.
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 이미지 센서(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 17은, 도 16의 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다. 도 17을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지 센서(1000)(도 1의 이미지 센서(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.FIG. 17 is a block diagram illustrating the camera module ED80 of FIG. 16 . Referring to FIG. 17, the camera module ED80 includes a lens assembly CM10, a flash CM20, an image sensor 1000 (such as the
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. 이미지 센서(1000)는 도 1에서 설명한 이미지 센서일 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(CM10)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지 센서(1000)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지 센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지 센서(1000)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.The flash CM20 may emit light used to enhance light emitted or reflected from a subject. The flash CM20 may include one or a plurality of light emitting diodes (Red-Green-Blue (RGB) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED, etc.), and/or a Xenon Lamp. The
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 이미지 센서(1000)를 특정한 방향으로 움직이거나 이미지 센서(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.The image stabilizer CM40 moves one or a plurality of lenses or the
메모리(CM50)는 이미지 센서(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.The memory CM50 may store some or all data of an image acquired through the
이미지 시그널 프로세서(CM60)는 이미지 센서(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(이미지 센서(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.The image signal processor CM60 may perform image processing on images acquired through 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 이미지 센서(1000)는 도 18에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(1100m), 도 19에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(1200), 도 20에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(1300), 도 21에 도시된 노트북 컴퓨터(1400)에 또는 도 22에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(1500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(1100m) 또는 스마트 태블릿(1200)은 고해상 이미지 센서가 각각 탑재된 복수의 고해상 카메라를 포함할 수 있다. 고해상 카메라들을 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별할 수 있다.The
또한, 이미지 센서(1000)는 도 23에 도시된 스마트 냉장고(1600), 도 24에 도시된 보안 카메라(1700), 도 25에 도시된 로봇(1800), 도 26에 도시된 의료용 카메라(1900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(1600)는 이미지 센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(1700)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(1800)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(1900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.In addition, the
또한, 이미지 센서(1000)는 도 27에 도시된 바와 같이 차량(2000)에 적용될 수 있다. 차량(2000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)는 실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 차량(2000)은 복수의 차량용 카메라(2010, 2020, 2030, 2040)를 이용하여 차량(2000) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.Also, the
상술한 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 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.Although 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, this is merely an example, and those having ordinary knowledge in the art can learn various things from this. It will be appreciated that other embodiments that are equivalent and modified 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.
110.....센서 기판
111, 112, 113, 114.....화소
120.....스페이서층
130.....색분리 렌즈 어레이
131, 132, 133, 134.....화소 대응 영역
140.....컬러 필터 어레이
141, 142, 143, 144.....컬러 필터
1000.....이미지 센서
1010.....타이밍 컨트롤러
1020.....로우 디코더
1030.....출력 회로
1100.....화소 어레이110.....Sensor board
111, 112, 113, 114.....pixels
120.....spacer layer
130.....Color Separation Lens Array
131, 132, 133, 134...... pixel correspondence area
140.....Color filter array
141, 142, 143, 144.....color filter
1000..... Image sensor
1010.....timing controller
1020.....raw decoder
1030.....Output circuit
1100......Pixel Array
Claims (20)
상기 복수의 제1 화소에 각각 대응하는 복수의 제1 화소 대응 영역 및 상기 복수의 제2 화소에 각각 대응하는 복수의 제2 화소 대응 영역을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고,
상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역은 상기 제1 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제1 파장의 광을 각각의 제1 화소로 집광하고 상기 제2 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제2 파장의 광을 각각의 제2 화소로 집광하도록 구성되며,
상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고,
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 복수의 나노포스트의 방위각에 따라, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 결정된, 이미지 센서.a sensor substrate including a plurality of first pixels sensing light of a first wavelength and a plurality of second pixels sensing light of a second wavelength different from the first wavelength; and
A color separation lens array including a plurality of first pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of first pixels and a plurality of second pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of second pixels;
The plurality of first pixel correspondence areas and the plurality of second pixel correspondence areas change the phase of the light of the first wavelength to condense the light of the first wavelength to each first pixel and adjust the phase of the light of the second wavelength. It is configured to condense light of the second wavelength to each second pixel by changing the
Each of the plurality of first pixel correspondence regions and the plurality of second pixel correspondence regions includes a plurality of nanoposts,
At least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts of the plurality of first pixel correspondence regions is determined according to the azimuth angle of the plurality of nanoposts in the peripheral portion surrounding the center of the color separation lens array. Image sensor.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며,
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭과 상이한, 이미지 센서.According to claim 1,
The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region;
The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. A width different from a width of a first nanopost of the first pixel corresponding region located apart from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction perpendicular to the first direction, the image sensor.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제2 나노포스트의 폭과 동일한, 이미지 센서.According to claim 2,
The width of the second nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. An image sensor having the same width as a second nanopost of the first pixel corresponding region located away from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향과 제2 방향 사이의 45도 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 큰, 이미지 센서.According to claim 2,
The width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in the direction of 45 degrees between the first and second directions from the center of the color separation lens array is An image sensor having a width greater than a width of a first nanopost of the first pixel correspondence region located at the center of the color separation lens array.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에서 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역의 위치는 그에 각각 대응하는 제1 화소 및 제2 화소의 위치와 일치하며, 상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역은 그에 각각 대응하는 제1 화소 및 제2 화소에 대해서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부 방향을 향해 시프트 되어 있는, 이미지 센서.According to claim 1,
Positions of the first pixel corresponding region and the second pixel corresponding region at the center of the color separation lens array coincide with positions of the corresponding first and second pixels, respectively, and the second pixel corresponding region at the periphery of the color separation lens array. 1 pixel corresponding region and 2nd pixel corresponding region are shifted toward the center of the color separation lens array with respect to the first pixel and the second pixel corresponding thereto, respectively.
상기 색분리 렌즈 어레이의 주변부에서 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역이 그에 각각 대응하는 제1 화소 및 제2 화소에 대해서 시프트되는 정도는 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 상기 제1 화소 대응 영역 및 제2 화소 대응 영역까지의 거리가 멀어질수록 더 커지는, 이미지 센서.According to claim 5,
The degree to which the first pixel correspondence area and the second pixel correspondence area at the periphery of the color separation lens array are shifted with respect to the corresponding first and second pixels, respectively, from the center of the color separation lens array to the first pixel An image sensor that becomes larger as the distance between the corresponding area and the second pixel corresponding area increases.
상기 센서 기판은 제1 및 제 2 파장과 상이한 제3 파장의 광을 감지하는 복수의 제3 화소 및 제1 파장의 광을 감지하는 복수의 제4 화소를 더 포함하고,
상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 제3 화소에 대응하는 복수의 제3 화소 대응 영역 및 상기 제4 화소에 대응하는 복수의 제4 화소 대응 영역을 더 포함하며,
상기 복수의 제3 화소 대응 영역 및 복수의 제4 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고,
상기 복수의 제1 화소 대응 영역, 복수의 제2 화소 대응 영역, 복수의 제3 화소 대응 영역, 및 복수의 제4 화소 대응 영역은 상기 제1 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제1 파장의 광을 각각의 제1 및 제4 화소로 집광하고, 상기 제2 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제2 파장의 광을 각각의 제2 화소로 집광하고, 상기 제3 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제3 파장의 광을 각각의 제3 화소로 집광하도록 구성되며,
상기 복수의 제1 화소 대응 영역과 복수의 제4 화소 대응 영역은 제1 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치되고, 상기 복수의 제2 화소 대응 영역과 상기 복수의 제3 화소 대응 영역은 제1 대각선 방향에 교차하는 제2 대각선 방향으로 서로 인접하여 배치되고,
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 상기 복수의 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 방위각에 따라, 상기 복수의 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 변화하는, 이미지 센서.According to claim 1,
The sensor substrate further includes a plurality of third pixels sensing light of a third wavelength different from the first and second wavelengths and a plurality of fourth pixels sensing light of the first wavelength,
The color separation lens array further includes a plurality of third pixel correspondence regions corresponding to the third pixel and a plurality of fourth pixel correspondence regions corresponding to the fourth pixel;
Each of the plurality of third pixel corresponding regions and the plurality of fourth pixel corresponding regions includes a plurality of nanoposts,
The plurality of first pixel corresponding regions, the plurality of second pixel corresponding regions, the plurality of third pixel corresponding regions, and the plurality of fourth pixel corresponding regions change the phase of the light of the first wavelength to change the phase of the light of the first wavelength. is condensed into each of the first and fourth pixels, the phase of the light of the second wavelength is changed to condense the light of the second wavelength into each of the second pixels, and the phase of the light of the third wavelength is changed to It is configured to condense light of a third wavelength into each third pixel,
The plurality of first pixel correspondence regions and the plurality of fourth pixel correspondence regions are disposed adjacent to each other in a first diagonal direction, and the plurality of second pixel correspondence regions and the plurality of third pixel correspondence regions are disposed adjacent to each other in a first diagonal direction. are disposed adjacent to each other in a second diagonal direction crossing the
Shapes, widths, and arrangements of the plurality of nanoposts of the plurality of fourth pixel corresponding regions according to the azimuth angles of the plurality of nanoposts of the plurality of fourth pixel corresponding regions in the peripheral portion surrounding the center of the color separation lens array At least one of which changes, the image sensor.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며,
상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고,
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭과 상이하고,
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 상이한, 이미지 센서.According to claim 7,
The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region;
The plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region include third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions in the fourth pixel correspondence region;
The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. different from the width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located apart from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction perpendicular to the first direction;
The width of the third nanoposts of the fourth pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a first distance in a first direction from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens array on the surface of the color separation lens array. A width different from a width of a third nanopost of the fourth pixel corresponding region located away from the center of the separation lens array by a first distance in a second direction, the image sensor.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에서 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 동일한, 이미지 센서.According to claim 8,
A width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region at the center of the color separation lens array is equal to a width of a third nanopost of the fourth pixel corresponding region.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 상이한, 이미지 센서.According to claim 9,
The width of the first nanopost of the first pixel correspondence region, which is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a first direction, is located apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a first direction. Different from the width of the third nanopost of the fourth pixel correspondence region, the image sensor.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 상이한, 이미지 센서.According to claim 10,
The width of the first nanopost of the first pixel corresponding region, which is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction, is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction. Different from the width of the third nanopost of the fourth pixel correspondence region, the image sensor.
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제1 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 제2 방향으로 제1 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭과 동일한, 이미지 센서.According to claim 9,
The width of the first nanopost of the first pixel corresponding region, which is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a first direction, is spaced apart from the center of the color separation lens array by a first distance in a second direction. An image sensor having the same width as the third nanopost of the fourth pixel correspondence region.
상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 제2 방향을 따른 가장자리에 배치되고, 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 제1 방향을 따른 가장자리에 배치되어 있는, 이미지 센서.According to claim 8,
The first nanoposts of the first pixel correspondence area are disposed at edges along the second direction within the first pixel correspondence area, and the third nanoposts of the fourth pixel correspondence area are disposed in the fourth pixel correspondence area. An image sensor disposed at an edge along the first direction.
상기 색분리 렌즈 어레이의 표면 상에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부터 45도 방향으로 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리만큼 떨어져 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭보다 5% 내지 15% 더 큰, 이미지 센서.According to claim 8,
The width of the first nanoposts of the first pixel corresponding region located on the surface of the color separation lens array by a second distance greater than the first distance in a direction of 45 degrees from the center of the color separation lens array is the width of the color separation lens 5% to 15% larger than the width of the first nanopost of the first pixel corresponding region located in the center of the array, the image sensor.
0도부터 45도까지 방위각이 증가하는 동안, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부 제1 거리만큼 떨어져 배치된 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 고정되어 있으며 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 점진적으로 감소하고,
45도부터 90도까지 방위각이 증가하는 동안, 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부로부 제1 거리만큼 떨어져 배치된 상기 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 점진적으로 증가하며 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭은 고정되어 있는, 이미지 센서.According to claim 8,
While the azimuth angle increases from 0 degrees to 45 degrees, the width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region disposed away from the center of the color separation lens array by a first distance is fixed, and the fourth pixel correspondence region The width of the third nanopost gradually decreases,
While the azimuth angle increases from 45 degrees to 90 degrees, the width of the first nanoposts of the first pixel correspondence area disposed apart from the center of the color separation lens array by a first distance gradually increases, and the fourth pixel correspondence wherein the width of the third nanopost of the region is fixed.
상기 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소, 및 제4 화소에 각각 대응하는 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 제3 화소 대응 영역, 및 제4 화소 대응 영역을 각각 포함하는 복수의 화소 대응 그룹을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며,
상기 제1 화소 대응 영역, 제2 화소 대응 영역, 제3 화소 대응 영역, 및 제4 화소 대응 영역은 입사광 중 상기 녹색광의 위상을 변경하여 상기 제1 화소 및 제4 화소로 집광하고, 상기 청색광의 위상을 변경하여 상기 제2 화소로 집광하고, 상기 적색광의 위상을 변경하여 상기 제3 화소로 집광하도록 구성되고,
상기 제1 내지 제4 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고,
상기 복수의 화소 대응 그룹은 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부에 위치한 중심 그룹 및 상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 벗어난 복수의 주변 그룹을 포함하며,
상기 복수의 주변 그룹은 동일한 주광선 각도 및 상이한 방위각을 갖는 제1 주변 그룹 및 제2 주변 그룹을 포함하고,
상기 제1 주변 그룹의 제1 화소 대응 영역과 상기 제2 주변 그룹의 제1 화소 대응 영역은 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 서로 다르고, 상기 제1 주변 그룹의 제4 화소 대응 영역과 상기 제2 주변 그룹의 제4 화소 대응 영역은 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 서로 다른, 이미지 센서.a sensor substrate including a plurality of unit pixel groups each including a first pixel sensing green light, a second pixel sensing blue light, a third pixel sensing red light, and a fourth pixel sensing green light; and
A plurality of pixels each including a first pixel correspondence region, a second pixel correspondence region, a third pixel correspondence region, and a fourth pixel correspondence region respectively corresponding to the first pixel, second pixel, third pixel, and fourth pixel. A color separation lens array including pixel correspondence groups of
The first pixel correspondence area, the second pixel correspondence area, the third pixel correspondence area, and the fourth pixel correspondence area change the phase of the green light among the incident light and focus the light to the first pixel and the fourth pixel, and It is configured to change the phase to focus light to the second pixel and change the phase of the red light to focus light to the third pixel;
Each of the first to fourth pixel correspondence regions includes a plurality of nanoposts,
The plurality of pixel correspondence groups include a center group located at the center of the color separation lens array and a plurality of peripheral groups outside the center of the color separation lens array;
the plurality of peripheral groups include a first peripheral group and a second peripheral group having the same chief ray angle and different azimuthal angles;
The first pixel correspondence region of the first peripheral group and the first pixel correspondence region of the second peripheral group are different from each other in at least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts, and the fourth pixel correspondence region of the first peripheral group The pixel correspondence region and the fourth pixel correspondence region of the second peripheral group are different from each other in at least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며,
상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고,
상기 제1 주변 그룹은 상기 이미지 센서의 중심부를 지나는 기준선으로부터 0도의 방위각을 가지며,
상기 제1 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 제1 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭보다 작은, 이미지 센서.According to claim 16,
The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region;
The plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region include third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions in the fourth pixel correspondence region;
The first peripheral group has an azimuth angle of 0 degrees from a reference line passing through the center of the image sensor,
wherein a width of a first nanopost of a first pixel correspondence region in the first peripheral group is smaller than a width of a third nanopost of a fourth pixel correspondence region in the first peripheral group.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며,
상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고,
상기 제2 주변 그룹은 상기 이미지 센서의 중심부를 지나는 기준선으로부터 90도의 방위각을 가지며,
상기 제2 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭은 상기 제2 주변 그룹 내의 상기 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스트의 폭보다 큰, 이미지 센서.According to claim 16,
The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region;
The plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region include third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions in the fourth pixel correspondence region;
The second peripheral group has an azimuth angle of 90 degrees from a reference line passing through the center of the image sensor,
wherein a width of a first nanopost of a first pixel correspondence region in the second peripheral group is greater than a width of a third nanopost of a fourth pixel correspondence region in the second peripheral group.
상기 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제1 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제1 나노포스트 및 제2 나노포스트를 포함하며,
상기 제4 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트는 상기 제4 화소 대응 영역 내에서 서로 다른 위치에 배치된 제3 나노포스트 및 제4 나노포스트를 포함하고,
상기 복수의 주변 그룹은 상기 제1 및 제2 주변 그룹과 동일한 주광선 각도를 가지며 상기 제1 및 제2 주변 그룹과 상이한 방위각을 갖는 제3 주변 그룹을 더 포함하고,
상기 제3 주변 그룹은 상기 이미지 센서의 중심부를 지나는 기준선으로부터 45도의 방위각을 가지며,
상기 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭과 상기 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스의 폭은 서로 동일하고,
상기 제3 주변 그룹 내의 제1 화소 대응 영역의 제1 나노포스트의 폭 및 상기 제3 주변 그룹 내의 제4 화소 대응 영역의 제3 나노포스의 폭은 상기 중심 그룹의 대응하는 나노포스트들의 폭보다 큰, 이미지 센서.According to claim 16,
The plurality of nanoposts of the first pixel correspondence region include first nanoposts and second nanoposts disposed at different positions in the first pixel correspondence region;
The plurality of nanoposts of the fourth pixel correspondence region include third nanoposts and fourth nanoposts disposed at different positions in the fourth pixel correspondence region;
the plurality of peripheral groups further includes a third peripheral group having the same chief ray angle as the first and second peripheral groups and a different azimuthal angle from the first and second peripheral groups;
The third peripheral group has an azimuth angle of 45 degrees from a reference line passing through the center of the image sensor,
A width of a first nanopost in a first pixel correspondence region in the third peripheral group is equal to a width of a third nanopost in a fourth pixel correspondence region in the third peripheral group;
A width of the first nanoposts of the first pixel correspondence region in the third peripheral group and a width of the third nanoposts of the fourth pixel correspondence region in the third peripheral group are greater than the widths of the corresponding nanoposts of the central group. , image sensor.
상기 이미지 센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지 센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서; 및
피사체로부터 오는 광을 상기 이미지 센서에 제공하는 렌즈 어셈블리;를 포함하고,
상기 이미지 센서는:
제1 파장의 광을 감지하는 복수의 제1 화소 및 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광을 감지하는 복수의 제2 화소를 포함하는 센서 기판; 및
상기 복수의 제1 화소에 각각 대응하는 복수의 제1 화소 대응 영역 및 상기 복수의 제2 화소에 각각 대응하는 복수의 제2 화소 대응 영역을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하고,
상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역은 상기 제1 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제1 파장의 광을 각각의 제1 화소로 집광하고 상기 제2 파장의 광의 위상을 변경하여 상기 제2 파장의 광을 각각의 제2 화소로 집광하도록 구성되며,
상기 복수의 제1 화소 대응 영역 및 복수의 제2 화소 대응 영역 각각은 복수의 나노포스트를 포함하고,
상기 색분리 렌즈 어레이의 중심부를 둘러싸는 주변부에서 복수의 나노포스트의 방위각 방향에 따라, 상기 복수의 제1 화소 대응 영역의 복수의 나노포스트의 형상, 폭, 배열 형태 중 적어도 하나가 결정된, 전자 장치.an image sensor that converts an optical image into an electrical signal;
a processor controlling an operation of the image sensor and storing and outputting a signal generated by the image sensor; and
A lens assembly providing light from a subject to the image sensor;
The image sensor:
a sensor substrate including a plurality of first pixels sensing light of a first wavelength and a plurality of second pixels sensing light of a second wavelength different from the first wavelength; and
A color separation lens array including a plurality of first pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of first pixels and a plurality of second pixel corresponding regions respectively corresponding to the plurality of second pixels;
The plurality of first pixel correspondence areas and the plurality of second pixel correspondence areas change the phase of the light of the first wavelength to condense the light of the first wavelength to each first pixel and adjust the phase of the light of the second wavelength. It is configured to condense light of the second wavelength to each second pixel by changing the
Each of the plurality of first pixel correspondence regions and the plurality of second pixel correspondence regions includes a plurality of nanoposts,
An electronic device in which at least one of the shape, width, and arrangement of the plurality of nanoposts of the plurality of first pixel corresponding regions is determined according to the azimuthal direction of the plurality of nanoposts in the peripheral portion surrounding the center of the color separation lens array. .
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal |