KR20230116552A - 이미지 센서 - Google Patents

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김태한
금동민
김범석
이광희
이윤기
장예주
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Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 이미지 센서가 제공된다. 상기 이미지 센서는, 기판 상에 배치된 제1 내지 제4 컬러 필터 층; 및 상기 제1 내지 제4 컬러 필터 층 상에 배치된 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들을 포함하되, 상기 제1 마이크로 렌즈들은 그린-레드 서브 픽셀들 중 상기 제1 서브 매트릭스의 대각 성분인 것들과 중첩되고, 상기 제2 및 제3 마이크로 렌즈들은 그린-레드 서브 픽셀들 중 상기 제1 서브 매트릭스의 비대각(Offdiagonal) 성분인 것들과 중첩되며, 상기 제2 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 작고, 및 상기 제3 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 크다.

Description

이미지 센서{Image sensor}
본 발명의 기술적 사상은 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 대상물의 2차원적 또는 3차원적 이미지를 캡쳐(capture)하는 장치이다. 이미지 센서는 대상물로부터 반사되는 빛의 세기에 따라 반응하는 광전 변환 소자를 이용해 대상물의 이미지를 생성한다. 최근 고해상도 구현이 가능한 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반의 이미지 센서가 널리 사용되고 있다.
본 개시의 기술적 사상이 해결하려는 과제는 해상도가 제고된 이미지 센서를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한, 예시적인 실시예들에 따르면 이미지 센서가 제공된다. 상기 이미지 센서는, 상기 기판 상에 서로 수평적으로 인접하게 배치된 제1 내지 제4 컬러 필터 층들으로서, 상기 제1 및 제4 컬러 필터층들은 상기 제2 컬러 필터층 및 상기 제3 컬러 필터층과 다른 파장 대역의 가시광선을 통과시키고; 및 상기 제1 내지 제4 컬러 필터 층들 상에 배치된 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들을 포함하되, 상기 기판 내에, 상기 제1 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제1 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 그린-레드 서브 픽셀들; 상기 제2 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제2 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 레드 서브 픽셀들; 상기 제3 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제3 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 블루 서브 픽셀들; 및 상기 제4 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제4 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 그린-블루 서브 픽셀들이 형성되고, 상기 제1 마이크로 렌즈들은 상기 그린-레드 서브 픽셀들 중 상기 제1 서브 매트릭스의 대각 성분인 것들과 중첩되고, 상기 제2 및 제3 마이크로 렌즈들은 상기 그린-레드 서브 픽셀들 중 상기 제1 서브 매트릭스의 비대각(Offdiagonal) 성분인 것들과 중첩되며, 상기 제2 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 작고, 및 상기 제3 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 크다.
예시적인 실시예들에 따르면, 이미지 센서가 제공된다. 상기 이미지 센서는, 배치된 복수의 그린-레드 서브 픽셀들, 제2 서브 매트릭스를 구성하도록 배치된 복수의 레드 서브 픽셀들, 제3 서브 매트릭스를 구성하도록 배치된 복수의 블루 서브 픽셀들, 제4 서브 매트릭스를 구성하도록 배치된 복수의 그린-블루 서브 픽셀들이 형성되고; 상기 기판 상에 서로 인접하게 배치된 제1 내지 제4 컬러 필터 층; 및 상기 제1 내지 제4 컬러 필터 층 상에 배치된 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들을 포함하되, 상기 제4 마이크로 렌즈들은 상기 복수의 레드 서브 픽셀들 중 상기 제2 서브 매트릭스의 대각 성분인 것들과 수직으로 중첩되고, 상기 제5 및 제6 마이크로 렌즈들은 상기 복수의 레드 서브 픽셀들 중 상기 제2 서브 매트릭스의 비대각 성분인 것들과 수직으로 중첩되며, 상기 제4 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이는 상기 제4 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이와 실질적으로 동일하며, 상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이는 상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이보다 더 길고, 및 상기 제6 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이는 상기 제6 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이보다 더 길다.
예시적인 실시예들에 따르면 이미지 센서가 제공된다. 상기 이미지 센서는, 녹색 광을 통과시키는 제1 컬러 필터 층; 적색 광을 통과시키는 제2 컬러 필터 층; 청색 광을 통과시키는 제3 컬러 필터 층; 녹색 광을 통과시키는 제4 컬러 필터 층; 상기 제1 및 제4 컬러 필터 층들 상에 배치된 제1 내지 제3 마이크로 렌즈들; 및 상기 제2 컬러 필터 층 상에 배치된 제4 내지 제6 마이크로 렌즈들을 포함하되, 상기 제1 내지 제4 컬러 필터 층들은 바이어 패턴을 구성하도록 제1 방향 및 제2 방향으로 연장되는 매트릭스로 배치되고, 상기 제3 마이크로 렌즈들은 상기 제2 마이크로 렌즈들보다 상기 제2 컬러 필터에 인접하며, 상기 제2 마이크로 렌즈들은 상기 제3 마이크로 렌즈들보다 상기 제3 컬러 필터에 인접하고, 상기 제3 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 크고, 및 상기 제2 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 작다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 적색 광을 통과시키는 컬러 필터와 인접한 그린 서브 픽셀들 및 청색 광을 통과시키는 컬러 필터와 인접한 그린 서브 픽셀들 사이의 신호의 균일성을 제고할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서에 포함된 서브 픽셀들을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서의 픽셀 어레이의 레이아웃을 나타낸다.
도 4a는 도 3의 절단선 3A-3A'를 따라 취한 단면도이다.
도 4b는 도 3의 절단선 3B-3B'를 따라 취한 단면도이다.
도 4c는 도 3의 절단선 3C-3C'를 따라 취한 단면도이다.
도 4D는 도 3의 절단선 3D-3D'를 따라 취한 단면도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예들에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 5의 제1, 제2, 제5 및 제6 레드 서브 픽셀들을 확대한 부분 평면도이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예들에 따른 픽셀 어레이를 설명하기 위한 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다. 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되어 표현되었고, 이에 따라 실제의 형상 및 비율과 다소 상이할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서(1)를 설명하기 위한 블록도이다.
예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서(1)는 이미지 또는 광 센싱 기능을 갖는 전자 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(1)는 카메라, 스마트폰, 웨어러블 기기, 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)), 태블릿 PC(Personal Computer), PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 네비게이션(navigation) 장치 등과 같은 전자 기기에 적용될 수 있다. 또한 이미지 센서(1)는 차량, 가구, 제조 설비, 도어, 각종 계측 기기 등에 채용될 수 있다.
이미지 센서(1)는 픽셀 어레이(10), 로우 드라이버(20), 아날로그-디지털 변환 회로(30)(이하 ADC 회로라고 함), 타이밍 컨트롤러(40), 이미지 신호 프로세서(50)를 포함할 수 있다.
픽셀 어레이(10)는 렌즈(LS)를 통해 입사되는 대상체로부터 반사되는 광 신호를 수신하고, 광 신호를 전기 신호로 변환할 수 있다. 픽셀 어레이(10)는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)로 구현될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 픽셀 어레이(10)는 CCD(Charge Coupled-Device) 칩의 일부일 수도 있다.
픽셀 어레이(10)는 복수의 로우 라인(RL), 복수의 컬럼 라인(CL)(또는 출력 라인이라고 함) 및 복수의 로우 라인(RL) 및 복수의 컬럼 라인(CL)과 접속되며, M개의 행과 N개의 열로 배열된 복수의 픽셀들을 포함한다. 본 예시에서 복수의 픽셀들의 개수는 M×N개일 수 있다.
복수의 픽셀들 각각은 광전 변환 소자를 이용하여, 수신되는 광 신호를 센싱할 수 있다. 복수의 픽셀들은 광 신호의 광량을 검출하고, 검출된 광량을 나타내는 전기적 신호를 출력할 수 있다.
로우 드라이버(20)는 타이밍 컨트롤러(40)의 제어에 따라, 각 로우에 배치된 픽셀들(P)의 동작을 제어할 수 있는 복수의 제어 신호를 생성할 수 있다. 로우 드라이버(20)는 복수의 로우 라인(RL)을 통해 복수의 제어 신호를 픽셀 어레이(10)의 복수의 픽셀들 각각에 제공할 수 있다. 로우 드라이버(20)로부터 제공되는 복수의 제어 신호에 응답하여, 픽셀 어레이(10)가 로우 단위로 구동될 수 있다.
로우 드라이버(20)의 제어에 따라 픽셀 어레이(10)는 복수의 컬럼 라인(CL)을 통해 복수의 센싱 신호를 출력할 수 있다.
ADC 회로(30)는 복수의 컬럼 라인(CL)을 통해 수신되는 복수의 센싱 신호 각각을 아날로그-디지털 변환할 수 있다. ADC 회로(30)는 복수의 컬럼 라인(CL) 각각에 대응하는 아날로그-디지털 변환기(이하, ADC라고 함)를 포함할 수 있으며, ADC는 대응하는 컬럼 라인(CL)을 통해 수신되는 센싱 신호를 픽셀 값으로 변환할 수 있다. 이미지 센서(1)의 동작 모드에 따라, 픽셀 값은 복수의 픽셀들에서 센싱되는 광 량을 나타낼 수 있다.
ADC는 수신되는 신호를 샘플링 및 홀딩하기 위한 상관 이중 샘플링(correlated double sampling, CDS) 회로를 포함할 수 있다. CDS 회로는 복수의 픽셀들이 리셋 상태일 때의 노이즈 신호 및 센싱 신호를 이중 샘플링하고, 센싱 신호와 노이즈 신호의 차이에 해당하는 신호를 출력할 수 있다. ADC는 카운터를 포함할 수 있으며 카운터는 CDS 회로로부터 수신되는 신호를 카운팅하여 픽셀 값을 생성할 수 있다. 예를 들어, CDS 회로는 OTA(Operational Transconductance Amplifier), 차동 증폭기 등으로 구현될 수 있다. 카운터는 예컨대, 업-카운터와 연산 회로, 업/다운 카운터 및 비트-와이즈 인버젼 카운터 등으로 구현될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(40)는 로우 드라이버(20) 및 ADC 회로(30)의 동작을 제어하는 타이밍 제어 신호들을 생성할 수 있다. 로우 드라이버(20) 및 ADC 회로(30)는 타이밍 컨트롤러(40)로부터의 타이밍 제어 신호들을 기초로 전술한 바와 같이 픽셀 어레이(10)를 로우 단위로 구동하고, 또한 복수의 컬럼 라인(CL)을 통해 수신되는 복수의 센싱 신호들을 픽셀 값으로 변환할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(50)는 ADC 회로(30)로부터 제1 이미지 데이터(IDT1), 예컨대 가공되지 않은 이미지 데이터를 수신하고, 제1 이미지 데이터(IDT1)에 대하여 신호 처리를 수행할 수 있다. 이미지 신호 프로세서(50)는 블랙 레벨 보상, 렌즈 쉐이딩 보상, 크로스 토크 보상 및 배드 픽셀 보정 등의 신호 처리를 수행할 수 있다.
이미지 신호 프로세서(50)에서 출력되는 제2 이미지 데이터(IDT2), 예컨대 신호 처리된 이미지 데이터는 프로세서(60)로 전송될 수 있다. 프로세서(60)는 이미지 센서(1)가 탑재되는 전자 장치의 호스트 프로세서일 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서(1)의 픽셀 어레이(10)에 포함된 서브 픽셀들(SPX1, SPX2, SPX3, SPX4)을 설명하기 위한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 픽셀 어레이(10)는 복수의 서브 픽셀들(SPX1, SPX2, SPX3, SPX4)을 포함할 수 있다. 서브 픽셀들(SPX1, SPX2, SPX3, SPX4)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 서브 픽셀들(SPX1, SPX2, SPX3, SPX4) 각각은 청색 가시광선, 녹색 가시광선 및 적색 가시광선 중 어느 하나에 기초하여 전기 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
서브 픽셀(SPX1)은 광전 변환 소자(PD1) 및 전송 게이트(TX1)를 포함할 수 있다. 서브 픽셀(SPX21)은 광전 변환 소자(PD2) 및 전송 게이트(TX2)를 포함할 수 있다. 서브 픽셀(SPX3)은 광전 변환 소자(PD3) 및 전송 게이트(TX3)를 포함할 수 있다. 서브 픽셀(SPX4)은 광전 변환 소자(PD4) 및 전송 게이트(TX4)를 포함할 수 있다. SPX2, SPX3, SPX4)
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 서브 픽셀들(SPX1, SPX2, SPX3, SPX4)는 로직 트랜지스터들을 공유할 수 있다. 여기서, 로직 트랜지스터들은 리셋 트랜지스터(RX), 선택 트랜지스터(SX), 및 드라이브 트랜지스터(DX)를 포함할 수 있다.
광전 변환 소자들(PD1, PD2, PD3, PD4) 각각은 외부에서 입사된 빛의 양에 비례하여 광 전하들을 생성 및 축적할 수 있다. 광전 변환 소자들(PD1, PD2, PD3, PD4) 각각은 무기 포토(photo) 다이오드, 유기 포토 다이오드, 페로브 스카이트 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트 또는 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode) 및 유기 광 도전막 등과 같이, 유기 물질 또는 무기 물질로 구성되는 광 감지 소자일 수 있다.
전송 게이트들(TG1, TG2, TG3, TG4) 각각은 대응하는 전송 신호들(TG1, TG2, TG3, TG4)에 기초하여 광전 변환 소자(PD1, PD2, PD3, PD4)에 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)으로 전송할 수 있다. 광전 변환 소자(PD1, PD2, PD3, PD4)에 의해 생성된 광 전하는 플로팅 확산 영역(FD)에 저장될 수 있다. 드라이브 트랜지스터(DX)는 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 광 전하의 양에 의해 제어될 수 있다.
리셋 트랜지스터(RX)는 리셋 신호(RG)에 기초하여 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들을 주기적으로 리셋시킬 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)의 드레인 전극은 플로팅 확산 영역(FD)과 연결되며 소스 전극은 전원 전압(VDD)에 연결될 수 있다. 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온(turn-on)되면, 리셋 트랜지스터(RX)의 소스 전극과 연결된 전원 전압(VDD)이 플로팅 확산 영역(FD)로 전달될 수 있다. 따라서, 리셋 트랜지스터(RX)가 턴 온 시 플로팅 확산 영역(FD)에 축적된 전하들이 배출되어 플로팅 확산 영역(FD)이 리셋될 수 있다.
드라이브 트랜지스터(DX)는 서브 픽셀들(SPX) 각각의 외부에 위치하는 정전류원과 함께 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier)을 구성할 수 있다. 상기 소스 팔로워 버퍼 증폭기는 플로팅 확산 영역(FD)에서의 전위 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Lout)으로 출력할 수 있다.
선택 트랜지스터(SX)는 선택 신호(SG)에 기초하여 행 단위로 센싱된 광전 신호 값을 읽어낼 서브 픽셀들(SPX)을 선택할 수 있다. 선택 트랜지스터(SX)가 턴 온 될 때, 전원 전압(VDD)이 드라이브 트랜지스터(DX)의 소스 전극으로 전달될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 이미지 센서(1)의 픽셀 어레이(10)의 레이아웃을 나타낸다.
도 4a는 도 3의 절단선 3A-3A'를 따라 취한 단면도이다.
도 4b는 도 3의 절단선 3B-3B'를 따라 취한 단면도이다.
도 4c는 도 3의 절단선 3C-3C'를 따라 취한 단면도이다.
도 4D는 도 3의 절단선 3D-3D'를 따라 취한 단면도이다.
도 3 내지 도 4D를 참조하면, 이미지 센서(1, 도 1 참조)의 픽셀 어레이(10)는 기판(101), 광전 변환 소자(PD), 게이트 전극(105), 절연막(110), 컨택 비아(116), 도전성 패턴들(111), 층간 절연막(120), 제1 및 제2 소자 분리막들(130, 135), 제1 내지 제4 컬러 필터 층들(141, 142, 143, 144), 및 렌즈 층(150)을 포함할 수 있다.
기판(101)은 서로 대향되는 제1 면(101a)과 제2 면(101b)을 포함할 수 있다. 기판의 제1 면(101a)은 기판(101)의 전면일 수 있고, 기판의 제2 면(101b)은 기판(101)의 후면일 수 있다.
제1 면(101a)에 실질적으로 평행하고 서로 실질적으로 수직한 두 방향을 X 방향 및 Y 방향으로 정의하고 제1 면(101a)에 실질적으로 수직한 방향을 Z 방향으로 정의한다. X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 서로 실질적으로 수직할 수 있다.
기판(101) 내에 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1, Gr2, Gr3, Gr4, Gr5, Gr6, Gr7, Gr8, Gr9, Gr10, Gr11, Gr12, Gr13, Gr14, Gr15, Gr16, 이하 Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, 이하 R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11, B12, B13, B14, B15, B16, 이하 B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb2, Gb3, Gb4, Gb5, Gb6, Gb7, Gb8, Gb9, Gb10, Gb11, Gb12, Gb13, Gb14, Gb15, Gb16, 이하 Gb1 ~ Gb16)이 형성될 수 있다. 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 평면도에서 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 서로 실질적으로 동일한 수평 면적을 가질 수 있다. 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 서로 실질적으로 동일한 X 방향의 길이를 가질 수 있다. 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 서로 실질적으로 동일한 Y 방향의 길이를 가질 수 있다. 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 각각의 X 방향의 길이는 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 각각의 Y 방향의 길이와 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 소자 분리막(130)은 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)의 사이에서 X 방향 및 Y 방향으로 연장될 수 있다. 제1 소자 분리막(130)은 인접한 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)을 서로 수평으로 분리할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 소자 분리막(135)은 제1 소자 분리막(130)과 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)의 사이, 제1 소자 분리막(130)과 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16)의 사이, 제1 소자 분리막(130)과 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16)의 사이 및 제1 소자 분리막(130)과 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)의 사이에 이 배치될 수 있다.
이에 따라, 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16))은 전기적으로 분리되어 서로 독립된 별개의 소자들로서 동작할 수 있다.
제1 소자 분리막(130)은 갭 필(gap fill) 성능이 우수한 물질 예를 들어, 폴리 실리콘(poly-Si)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, P 형 도판트, 예컨대 붕소(B)에 의해 도핑될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 소자 분리막(130)은 서로 다른 복수의 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gb16)및 더미 픽셀들을 분리할 수 있도록 기판(101) 실질적으로 동일한 Z 방향의 길이를 가질 수 있다.
제2 소자 분리막(135)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 소자 분리막(135)은 고유전율의 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서, 기판(101) 및 제1 소자 분리막(130)은 전극으로 동작하고, 제2 소자 분리막(135)은 유전층으로 동작하여, 일종의 커패시터로 동작할 수 있다. 이에 따라, 기판(101)과 제1 소자 분리막(130) 사이의 전압 차가 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 컨택 비아(116)를 통해 기판(101)에 소정의 전위가 인가될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 기판(101)의 전위는 그라운드 전위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 소자 분리막(130)에 기판(101)에 인가된 전위와 다른 전위가 인가될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 제1 소자 분리막(130)은 도핑된 폴리 실리콘이므로, 제1 소자 분리막(130) 전체에서 실질적으로 동일한 전위를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 소자 분리막(130)에 기판(101)보다 더 낮은 전압을 인가함으로써, 제1 소자 분리막(130)과 기판(101) 사이의 에너지 장벽을 증가시켜 암 전류를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 이미지 센서(1, 도 1 참조)의 신뢰성이 제고될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판(101) 내에 광전 변화 소자(PD), 예컨대, 포토 다이오드가 형성될 수 있다. 게이트 전극(105)은 기판(101)의 제1 면(101a) 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 게이트 전극들(105) 각각은 예를 들어, 도 2의 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터(RX), 드라이브 트랜지스터(DX) 및 선택 트랜지스터(SX) 중 하나의 게이트 전극일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에서 게이트 전극들(105)이 기판(101)의 제1 면(101a) 상에 배치되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 게이트 전극(105)이 기판(101) 내에 매립되는 것도 가능하다.
층간 절연막(120) 및 도전성 패턴들(111)은 기판(101)의 제1 면(101a) 상에 배치될 수 있다. 도전성 패턴들(111)은 층간 절연막(120)에 의해 커버될 수 있다. 도전성 패턴들(111)은 층간 절연막(120)에 의해 보호되고 절연될 수 있다.
층간 절연막(120)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등을 포함할 수 있다. 도전성 패턴들(111)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 코발트(Co), 루테늄(Ru) 등을 포함할 수 있다.
도전성 패턴들(111)은 서로 다른 레벨에 있는 적층된 복수의 배선들을 포함할 수 있다. 도 3에서, 도전성 패턴들(111)은 순차적으로 적층된 3개 층을 포함하는 것으로 도시되어 있으나 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 층간 절연막(120) 내에 2개 층 또는 4개 층 이상의 도전성 패턴들(111)이 형성될 수도 있다.
절연막(110)은 기판(101)의 제1 면(101a)과 층간 절연막(120) 사이에 배치될 수 있다. 절연막(110)은 기판(101)의 제1 면(101a) 상에 배치된 게이트 전극(105)을 커버할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 절연막(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물실리콘 산질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다.
제1 내지 제4 컬러 필터 층들(141, 142, 143, 144)은 기판(101)의 제2 면(101b) 상에 배치될 수 있다. 제1 내지 제4 컬러 필터 층들(141, 142, 143, 144)은 바이어 패턴(Bayer pattern)의 방식으로 배치될 수 있다.
도 3에서, 도시의 편의를 위해 네 개의 컬러 필터 층들(141, 142, 143, 144)만이 도시되었으나, 당업계의 통상의 기술자는, 여기에 설명되고 도시된 바에 기초하여 픽셀 어레이(10)는 반복적으로 배치되는 다수의 제1 내지 제4 컬러 필터 층들(141, 142, 143, 144) 및 이에 대응하는 서브 픽셀들을 포함함을 용이하게 알 수 있다.
이에 따라, 제1 컬러 필터 층(141)은 제2 컬러 필터 층(142)을 사이에 두고 미도시된 제1 컬러 필터 층과 X 방향으로 이격될 수 있고, 제1 컬러 필터 층(141)은 제3 컬러 필터 층(143)을 사이에 두고 미도시된 제1 컬러 필터 층과 Y 방향으로 이격될 수 있으며, 제2 컬러 필터 층(142)은 제1 컬러 필터 층(141)을 사이에 두고 미도시된 제2 컬러 필터 층과 X 방향으로 이격될 수 있고, 제2 컬러 필터 층(142)은 제4 컬러 필터 층(144)을 사이에 두고 미도시된 제2 컬러 필터 층과 Y 방향으로 이격될 수 있으며, 제3 컬러 필터 층(143)은 제1 컬러 필터 층(141)을 사이에 두고 미도시된 제3 컬러 필터 층과 Y 방향으로 이격될 수 있고, 제3 컬러 필터 층(143)은 제4 컬러 필터 층(144)을 사이에 두고 미도시된 제3 컬러 필터 층과 Y 방향으로 이격될 수 있으며, 제4 컬러 필터 층(144)은 제2 컬러 필터 층(142)을 사이에 두고 미도시된 제4 컬러 필터 층과 Y 방향으로 이격될 수 있고, 제4 컬러 필터 층(144)은 제3 컬러 필터 층(143)을 사이에 두고 미도시된 제4 컬러 필터 층과 X 방향으로 이격될 수 있다.
제1 컬러 필터 층(141)은 적색 및 청색의 가시광선 대역에 비해 녹색 가시광선 대역에 대해 상대적으로 높은 투과율을 가질 수 있다. 제2 컬러 필터 층(142)은 청색 및 녹색의 가시광선 대역에 비해 적색 가시광선 대역에 대해 상대적으로 높은 투과율을 가질 수 있다. 제3 컬러 필터 층(143)은 적색 및 녹색의 가시광선 대역에 비해 청색 가시광선 대역에 대해 상대적으로 높은 투과율을 가질 수 있다. 제4 컬러 필터 층(144)은 적색 및 청색 가시광선 대역에 비해 녹색 가시광선 대역에 대해 상대적으로 높은 투과율을 가질 수 있다.
제1 컬러 필터 층(141)은 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)과 수직으로(예컨대, Z 방향으로) 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터 층(142)은 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 컬러 필터 층(143)은 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 컬러 필터 층(144)은 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)과 수직으로 중첩될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 16개의 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)은 제1 컬러 필터 층(141)을 공유할 수 있고, 16개의 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16)은 제2 컬러 필터 층(142)을 공유할 수 있으며, 16개의 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16)은 제3 컬러 필터 층(143)을 공유할 수 있고, 16개의 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 제4 컬러 필터 층(144)을 공유할 수 있다.
이에 따라, 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)은 녹색 가시광선에 기초한 전기 신호를 생성할 수 있고, 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16)은 적색 가시광선에 기초한 전기 신호를 생성할 수 있으며, 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16)은 청색 가시광선에 기초한 전기 신호를 생성할 수 있고, 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 녹색 가시광선에 기초한 전기 신호를 생성할 수 있다.
제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)은 제1 서브 매트릭스(SM1)를 구성할 수 있다. 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)은 4×4의 배열로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 매트릭스(SM1)는 장방형일 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 내지 제4 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1, Gr2, Gr3, Gr4)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 X 방향에 평행한 제1 로우에 배치되고, 제5 내지 제8 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr6, Gr7, Gr8)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 X 방향에 평행한 제2 로우에 배치되며, 제9 내지 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr9, Gr10, Gr11, Gr12)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 X 방향에 평행한 제3 로우에 배치되고, 제13 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr13, Gr14, Gr15, Gr16)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 X 방향에 평행한 제4 로우에 배치될 수 있다. 제1 서브 매트릭스(SM1)의 제1 내지 제4 로우는 Y 방향을 따라 배열될 수 있다.
상기 제1 서브 매트릭스(SM1) 및 후술하는 제2 내지 제4 서브 매트릭스들(SM2, SM3, SM4)은, 각각 제1 내지 제4 컬러 필터 층들(141, 142, 143, 144)를 공유하는 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16), 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)의 집합일 수 있다. 예컨대, 제1 서브 매트릭스(SM1)는 제1 컬러 필터 층(141)을 공유하는 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)의 집합일 수 있고, 제2 서브 매트릭스(SM2)는 제2 컬러 필터 층(142)을 공유하는 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16)의 집합일 수 있으며, 제3 서브 매트릭스(SM3)는 제3 컬러 필터 층(143)을 공유하는 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16)의 집합일 수 있고, 제4 서브 매트릭스(SM4)는 제4 컬러 필터 층(144)을 공유하는 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)의 집합일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16), 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16) 또한 제1 내지 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1 ~ Gr16)와 유사하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제16 레드 서브 픽셀들(R1 ~ R16)은 제2 서브 매트릭스(SM2)를 구성할 수 있고, 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16)은 제3 서브 매트릭스(SM3)를 구성할 수 있으며 및 제1 내지 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1 ~ Gb16)은 제4 서브 매트릭스(SM4)를 구성할 수 있다. 제2 내지 제4 서브 매트릭스들(SM2, SM3, SM4)은 4×4의 배열을 갖는 장방형의 매트릭스일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 렌즈 층(150) 감광성 수지와 같은 유기 물질, 또는 무기 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 렌즈 층(150)은 베이스 층(150L) 및 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157)은 베이스 층(150L) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157)은 입사하는 광을 수직으로(Z 방향으로) 중첩되는 광전 변환 소자들(PD)에 집광할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 마이크로 렌즈들(151, 152, 153)은 제1 컬러 필터 층(141) 및 제4 컬러 필터 층(144) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제4 내지 제6 마이크로 렌즈들(154, 155, 156)은 제2 컬러 필터 층(142) 상에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제7 마이크로 렌즈들(157)은 제3 컬러 필터 층(143) 상에 배치될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1)의 대각 성분인 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1, Gr4, Gr6, Gr7, Gr10, Gr11, Gr13, Gr16) 각각은 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 서브 매트릭스(SM1)의 비대각(Off-diagonal) 성분인 제2, 제3, 제5, 제8, 제9, 제12, 제14 및 제15 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr3, Gr5, Gr8, Gr9, Gr12, Gr14, Gr15) 각각은 제2 및 제3 마이크로 렌즈들(152, 153) 중 하나와 수직으로 중첩될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1)에서, 제1 마이크로 렌즈들(151)은 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1, Gr4, Gr6, Gr7, Gr10, Gr11, Gr13, Gr16)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제1, 제4, 제13 및 제16 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1, Gr4, Gr13, Gr16)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 코너들에 배치될 수 있고, 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제6, 제7, 제10 및 제11 그린-레드 서브 픽셀들(Gr6, Gr7, Gr10, Gr11)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 중심부에 배치될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1)에서, 제2 마이크로 렌즈들(152)은 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr3, Gr14, Gr15)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 컬러 필터 층(143)과 인접하게 배치된 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr3, Gr14, Gr15)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈들(152)과 중첩되는 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr3, Gr14, Gr15)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제1 서브 매트릭스(SM1)에서, 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 서브 픽셀(Gr2), 제1 로우의 세 번째 성분인 제3 서브 픽셀(Gr3), 제4 로우의 두 번째 성분인 제14 서브 픽셀(Gr14) 및 제4 로우의 세 번째 성분인 제15 서브 픽셀(Gr15)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1)에서, 제3 마이크로 렌즈들(153)은 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr8, Gr9, Gr12)과 수직으로(Z 방향으로) 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터 층(142)과 인접하게 배치된 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr8, Gr9, Gr12)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 마이크로 렌즈들(153)과 중첩되는 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr8, Gr9, Gr12)은 제1 서브 매트릭스(SM1)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제1 서브 매트릭스(SM1)에서, 제2 로우의 첫 번째 성분인 제5 레드-그린 서브 픽셀(Gr5), 제2 로우의 네 번째 성분인 제8 레드-그린 서브 픽셀(Gr8), 제3 로우의 첫 번째 성분인 제9 레드-그린 서브 픽셀(Gr9) 및 제3 로우의 네 번째 성분인 제12 레드-그린 서브 픽셀(Gr12)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2)의 대각 성분인 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 레드 서브 픽셀들(R1, R4, R6, R7, R10, R11, R13, R16) 각각은 제4 마이크로 렌즈들(154)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 서브 매트릭스(SM2)의 비대각 성분인 제2, 제3, 제5, 제8, 제9, 제12, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R5, R8, R9, R12, R14, R15) 각각은 제5 및 제6 마이크로 렌즈들(155, 156) 중 하나와 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제4 마이크로 렌즈들(154)은 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 레드 서브 픽셀들(R1, R4, R6, R7, R10, R11, R13, R16)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 마이크로 렌즈들(154)과 수직으로 중첩되는 제1, 제4, 제13 및 제16 레드 서브 픽셀들(R1, R4, R13, R16)은 제2 서브 매트릭스(SM2)의 코너들에 배치될 수 있고, 제4 마이크로 렌즈들(154)과 수직으로 중첩되는 제6, 제7, 제10 및 제11 레드 서브 픽셀들(R6, R7, R10, R11)은 제2 서브 매트릭스(SM2)의 중심부에 배치될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제5 마이크로 렌즈들(155)은 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 컬러 필터 층(144)과 인접하게 배치된 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)은 제5 마이크로 렌즈들(155)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제5 마이크로 렌즈들(155)과 중첩되는 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)은 제2 서브 매트릭스(SM2)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 레드 서브 픽셀(R2), 제1 로우의 세 번째 성분인 제3 레드 서브 픽셀(R3), 제4 로우의 두 번째 성분인 제14 레드 서브 픽셀(R14) 및 제4 로우의 세 번째 성분인 제15 레드 서브 픽셀(R15)은 제5 마이크로 렌즈들(155)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제6 마이크로 렌즈들(156)은 제5, 제8, 제9, 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 컬러 필터 층(141)과 인접하게 배치된 제5, 제8, 제9, 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)은 제6 마이크로 렌즈들(156)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제6 마이크로 렌즈들(156)과 중첩되는 제5, 제8, 제9, 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)은 제2 서브 매트릭스(SM2)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제2 로우의 첫 번째 성분인 제5 레드 서브 픽셀(R5), 제2 로우의 네 번째 성분인 제8 레드 서브 픽셀(R8), 제3 로우의 첫 번째 성분인 제9 레드 서브 픽셀(R9) 및 제3 로우의 네 번째 성분인 제12 레드 서브 픽셀(R12)은 제6 마이크로 렌즈들(156)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제3 서브 매트릭스(SM3)에서, 제1 내지 제16 블루 서브 픽셀들(B1 ~ B16) 각각은 제7 렌즈들(157)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4)의 대각 성분인 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb4, Gb6, Gb7, Gb10, Gb11, Gb13, Gb16) 각각은 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 서브 매트릭스(SM4)의 비대각 성분인 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb5, Gb8, Gb9, Gb12, Gb14, Gb15) 각각은 제2 및 제3 마이크로 렌즈들(152, 153) 중 하나와 수직으로 중첩될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4)에서, 제1 마이크로 렌즈들(151)은 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb4, Gb6, Gb7, Gb10, Gb11, Gb13, Gb16)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제1, 제4, 제13 및 제16 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb4, Gb13, Gb16)은 제4 서브 매트릭스(SM4)의 코너들에 배치될 수 있고, 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제6, 제7, 제10 및 제11 그린-블루 서브 픽셀들(Gb6, Gb7, Gb10, Gb11)은 제4 서브 매트릭스(SM4)의 중심부에 배치될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4)에서, 제2 마이크로 렌즈들(152)은 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-블루 서브 픽셀들(Gb5, Gb8, Gb9, Gb12)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 컬러 필터 층(143)과 인접하게 배치된 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-블루 서브 픽셀들(Gb5, Gb8, Gb9, Gb12)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈들(152)과 중첩되는 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-블루 서브 픽셀들(Gb5, Gb8, Gb9, Gb12)은 제4 서브 매트릭스(SM4)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제4 서브 매트릭스(SM4)에서, 제2 로우의 첫 번째 성분인 제5 그린-블루 서브 픽셀(Gb5), 제2 로우의 네 번째 성분인 제8 그린-블루 서브 픽셀(Gb8), 제3 로우의 첫 번째 성분인 제9 그린-블루 서브 픽셀(Gb9) 및 제3 로우의 네 번째 성분인 제12 그린-블루 서브 픽셀(Gb12)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4)에서, 제3 마이크로 렌즈들(153)은 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb14, Gb15)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터 층(142)과 인접하게 배치된 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb14, Gb15)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 마이크로 렌즈들(153)과 중첩되는 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb14, Gb15)은 제4 서브 매트릭스(SM4)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제4 서브 매트릭스(SM4)에서, 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 그린-블루 서브 픽셀(Gb2), 제1 로우의 세 번째 성분인 제3 그린-블루 서브 픽셀(Gb3), 제4 로우의 두 번째 성분인 제14 그린-블루 서브 픽셀(Gb14) 및 제4 로우의 세 번째 성분인 제15 그린-블루 서브 픽셀(Gb15)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 마이크로 렌즈들(152)은 상기 제3 마이크로 렌즈들(153) 보다 상기 제3 컬러 필터 층(143)에 더 인접할 수 있다. 제3 마이크로 렌즈들(153)은 상기 제2 마이크로 렌즈들(152) 보다 상기 제2 컬러 필터 층(142)에 더 인접할 수 있다.
제5 마이크로 렌즈들(155)은 상기 제6 마이크로 렌즈들(156) 보다 상기 제4 컬러 필터 층(144)에 더 인접할 수 있다. 제6 마이크로 렌즈들(156)은 상기 제5 마이크로 렌즈들(155) 보다 상기 제1 컬러 필터 층(141)에 더 인접할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 95% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 96% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 97% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 98% 이상일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 X 방향의 길이(152X)는 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 X 방향의 길이(151X)보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 Y 방향의 길이(152Y)는 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 Y 방향의 길이(151Y)보다 더 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 105% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 104% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 103% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 수평 면적은 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적의 약 102% 이하일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 X 방향의 길이(153X)는 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 X 방향의 길이(151X)보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 Y 방향의 길이(153Y)는 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 Y 방향의 길이(151Y)보다 더 클 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 수평 면적, 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 수평 면적 및 제7 마이크로 렌즈들(157) 각각의 수평 면적은 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 X 방향의 길이(151X), 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X) 및 제7 마이크로 렌즈들(157) 각각의 X 방향의 길이(157X)는 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 Y 방향의 길이(151Y), 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이(154Y) 및 제7 마이크로 렌즈들(157) 각각의 Y 방향의 길이는 서로 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 X 방향의 길이(151X)는 제1 마이크로 렌즈들(151) 각각의 Y 방향의 길이(151Y)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 X 방향의 길이(152X)는 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 Y 방향의 길이(152Y)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 X 방향의 길이(153X)는 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 Y 방향의 길이(153Y)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이(154Y)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제7 마이크로 렌즈들(157) 각각의 X 방향의 길이(157X)는 제7 마이크로 렌즈들(157) 각각의 Y 방향의 길이와 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 105% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 104% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 103% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 102% 이하일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 95% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 96% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 97% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 98% 이상일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 95% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 96% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 97% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 X 방향의 길이(154X)의 약 98% 이상일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 105% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 104% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 103% 이하일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이는 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각의 Y 방향의 길이의 약 102% 이하일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이(156Y)와 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향의 길이(155Y)는 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)와 실질적으로 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 X 방향의 길이(155X)는 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 X 방향의 길이(153X)보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 Y 방향의 길이(156Y)는 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 Y 방향의 길이(153Y)보다 더 클 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제5 마이크로 렌즈들(155) 각각의 Y 방향 길이(155Y)는 제2 마이크로 렌즈들(152) 각각의 Y 방향의 길이(152Y)보다 더 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제6 마이크로 렌즈들(156) 각각의 X 방향의 길이(156X)는 제3 마이크로 렌즈들(153) 각각의 X 방향의 길이(153X)보다 더 클 수 있다.
녹색광에 대한 제2 컬러 필터 층(142)과 제3 컬러 필터 층(143)의 광학 특성의 차이로 인해, 제2 컬러 필터 층(142)과 인접한 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr8, Gr9, Gr12) 및 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb14, Gb15)의 신호 특성과 제3 컬러 필터 층(143)과 인접한 제2, 제3 제14 및 제15 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr3, Gr14, Gr15) 및 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-블루 서브 픽셀들(Gb5, Gb8, Gb9, Gb12)의 신호 특성 사이에 차이가 발생한다. 보다 구체적으로, 적색광을 투과시키는 제2 컬러 필터 층(142)의 녹색광의 흡수율은 청색광을 투과시키는 제3 컬러 필터 층(143)의 녹색광의 흡수율보다 더 크다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제2 컬러 필터 층(142)과 인접한 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr8, Gr9, Gr12) 및 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb14, Gb15) 상에 상대적으로 큰 크기의 제3 마이크로 렌즈들(153)을 배치하고, 제3 컬러 필터 층(143)과 인접한 제2, 제3 제14 및 제15 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr3, Gr14, Gr15) 및 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-블루 서브 픽셀들(Gb5, Gb8, Gb9, Gb12) 상에 상대적으로 작은 크기의 제2 마이크로 렌즈들(152)을 배치함으로써, 제2 및 제3 컬러 필터 층들(142, 143)의 광학 특성 차이에 의한 픽셀 어레이(10)의 신호의 불균일성을 개선할 수 있다.
나아가, 제2 컬러 필터 층(142)의 가장자리에 배치된 필터들을 인접한 제1 및 제4 컬러 필터 층들(141, 144)로부터 멀어지도록 변형함으로써, 제2 컬러 필터 층(142)과 인접한 제5, 제8, 제9 및 제12 그린-레드 서브 픽셀들(Gr5, Gr8, Gr9, Gr12) 및 제2, 제3, 제14 및 제15 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb3, Gb14, Gb15)에 대한 제2 컬러 필터 층(142)의 영향을 절감할 수 있다. 이에 따라, 픽셀 어레이(10) 및 이를 포함하는 이미지 센서(1)의 신뢰성을 제고할 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예들에 따른 픽셀 어레이(11)를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 5의 제1, 제2, 제5 및 제6 레드 서브 픽셀들(R1, R2, R5, R6)를 확대한 부분 평면도이다.
도 5를 참조하면, 픽셀 어레이(11)는 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)과 수직으로 중첩되는 제5 마이크로 렌즈들(158) 및 제5, 제8, 제9 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)과 수직으로 중첩되는 제6 마이크로 렌즈들(159)을 포함할 수 있다.
제5 마이크로 렌즈들(155, 도 3 참조) 각각이 제5 마이크로 렌즈들(158) 각각으로 교체되고, 제6 마이크로 렌즈들(156, 도 3 참조)이 제6 마이크로 렌즈들(159)로 교체된 것을 제외하고, 픽셀 어레이(11)는 픽셀 어레이(10)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 제5 및 제6 마이크로 렌즈들(158, 159)을 제외한 픽셀 어레이(11)의 다른 구성들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제5 마이크로 렌즈들(158)은 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 컬러 필터 층(144)과 인접하게 배치된 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)은 제5 마이크로 렌즈들(158)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제5 마이크로 렌즈들(158)과 중첩되는 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)은 제2 서브 매트릭스(SM2)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 레드 서브 픽셀(R2), 제1 로우의 세 번째 성분인 제3 레드 서브 픽셀(R3), 제4 로우의 두 번째 성분인 제14 레드 서브 픽셀(R14) 및 제4 로우의 세 번째 성분인 제15 레드 서브 픽셀(R15)은 제5 마이크로 렌즈들(158)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제6 마이크로 렌즈들(159)은 제5, 제8, 제9 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 컬러 필터 층(141)과 인접하게 배치된 제5, 제8, 제9 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)은 제6 마이크로 렌즈들(159)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제6 마이크로 렌즈들(159)과 중첩되는 제5, 제8, 제9 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12)은 제2 서브 매트릭스(SM2)의 가장자리에 배치될 수 있다. 제2 서브 매트릭스(SM2)에서, 제2 로우의 첫 번째 성분인 제5 레드 서브 픽셀(R5), 제2 로우의 네 번째 성분인 제8 레드 서브 픽셀(R8), 제3 로우의 첫 번째 성분인 제14 레드 서브 픽셀(R14) 및 제3 로우의 네 번째 성분인 제15 레드 서브 픽셀(R15)은 제6 마이크로 렌즈들(159)과 수직으로 중첩될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제4 마이크로 렌즈들(154)은 대칭적인 형상을 가질 수 있다. 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각은 수직으로 중첩되는 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 레드 서브 픽셀들(R1, R4, R6, R7, R10, R11, R13, R16)의 중심을 지나고 X 방향에 평행한 축에 대해 대칭일 수 있다. 제4 마이크로 렌즈들(154) 각각은 수직으로 중첩되는 제1, 제4, 제6, 제7, 제10, 제11, 제13 및 제16 레드 서브 픽셀들(R1, R4, R6, R7, R10, R11, R13, R16)의 중심을 지나고 Y 방향에 평행한 축에 대해 대칭일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제5 및 제6 마이크로 렌즈들(158, 159)은 비대칭적인 형상을 가질 수 있다. 제5 마이크로 렌즈들(158) 각각은 수직으로 중첩되는 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)의 중심을 지나고 X 방향에 평행한 축에 대해 비대칭일 수 있다. 제6 마이크로 렌즈들(159)은 제5, 제8, 제9 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12) 중 수직으로 중첩되는 것의 중심을 지나고 Y 방향에 평행한 축에 대해 비대칭일 수 있다.
제5 마이크로 렌즈들(158) 각각은 수직으로 중첩되는 제2, 제3, 제14 및 제15 레드 서브 픽셀들(R2, R3, R14, R15)의 중심을 지나고 Y 방향에 평행한 축에 대해 대칭일 수 있다. 제6 마이크로 렌즈들(159)은 제5, 제8, 제9 및 제12 레드 서브 픽셀들(R5, R8, R9, R12) 중 수직으로 중첩되는 것의 중심을 지나고 X 방향에 평행한 축에 대해 대칭일 수 있다.
제1 레드 서브 픽셀(R1)과 수직으로 중첩되는 제4 마이크로 렌즈(154)는, 제1 레드 서브 픽셀(R1)의 중심(RC1)을 지나고 X 방향에 평행한 축에 대해 대칭일 수 있다. 제1 레드 서브 픽셀(R1)의 중심(RC1)으로부터 제4 마이크로 렌즈(154)의 평면도상 윤곽선의 +X 방향 거리, +Y 방향 거리, -X 방향 거리 및 -Y 방향 거리는 각각 제1 거리(D1)일 수 있다.
제2 레드 서브 픽셀(R2)과 수직으로 중첩되는 제5 마이크로 렌즈(158)는 제2 레드 서브 픽셀(R2)의 중심(RC2)을 지나고 X 방향에 평행한 축에 대해 비대칭일 수 있다. 제2 레드 서브 픽셀(R2)의 중심(RC2)으로부터 제5 마이크로 렌즈(158)의 평면도상 윤곽선의 +X 방향 거리는 제3 거리(D3)일 수 있다. 제2 레드 서브 픽셀(R2)의 중심(RC2)으로부터 제5 마이크로 렌즈(158)의 평면도상 윤곽선의 +Y 방향 거리는 제2 거리(D2)일 수 있다. 제2 레드 서브 픽셀(R2)의 중심(RC2)으로부터 제5 마이크로 렌즈(158)의 평면도상 윤곽선의 -X 방향 거리는 제3 거리(D3)일 수 있다. 제2 레드 서브 픽셀(R2)의 중심(RC2)으로부터 제5 마이크로 렌즈(158)의 평면도상 윤곽선의 -Y 방향 거리는 제1 거리(D1)일 수 있다.
제5 레드 서브 픽셀(R5)과 수직으로 중첩되는 제6 마이크로 렌즈(159)는 제5 레드 서브 픽셀(R5)의 중심(RC5)을 지나고 X 방향에 평행한 축에 대해 비대칭일 수 있다. 제5 레드 서브 픽셀(R5)의 중심(RC5)으로부터 제6 마이크로 렌즈(159)의 평면도상 윤곽선의 +X 방향 거리는 제1 거리(D1)일 수 있다. 제5 레드 서브 픽셀(R5)의 중심(RC5)으로부터 제6 마이크로 렌즈(159)의 평면도상 윤곽선의 +Y 방향 거리는 제3 거리(D3)일 수 있다. 제5 레드 서브 픽셀(R5)의 중심(RC5)으로부터 제6 마이크로 렌즈(159)의 평면도상 윤곽선의 -X 방향 거리는 제2 거리(D2)일 수 있다. 제5 레드 서브 픽셀(R5)의 중심(RC5)으로부터 제6 마이크로 렌즈(159)의 평면도상 윤곽선의 -Y 방향 거리는 제3 거리(D3)일 수 있다.
제2 거리(D2)는 제1 거리(D1)보다 더 작을 수 있다. 제2 거리(D2)는 제1 거리(D1)의 약 95%이상일 수 있다. 제2 거리(D2)는 제1 거리(D1)의 약 96%이상일 수 있다. 제2 거리(D2)는 제1 거리(D1)의 약 97%이상일 수 있다. 제2 거리(D2)는 제1 거리(D1)의 약 98%이상일 수 있다.
제3 거리(D3)는 제1 거리(D1)보다 더 클 수 있다. 제3 거리(D3)는 제1 거리(D1)의 약 105%이하일 수 있다. 제3 거리(D3)는 제1 거리(D1)의 약 104%이하일 수 있다. 제3 거리(D3)는 제1 거리(D1)의 약 103%이하일 수 있다. 제3 거리(D3)는 제1 거리(D1)의 약 102%이하일 수 있다. 제3 거리(D3)는 제1 거리(D1)의 약 101%이하일 수 있다.
도 7은 다른 예시적인 실시예들에 따른 픽셀 어레이(12)를 설명하기 위한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 픽셀 어레이(12)는 9개의 서브 픽셀들(Gr1, Gr2, Gr3, Gr4, Gr5, Gr6, Gr7, Gr8, Gr9)을 포함하는 제1 서브 매트릭스(SM1'), 9개의 서브 픽셀들(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9)을 포함하는 제2 서브 매트릭스(SM2"), 9개의 서브 픽셀들(B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9)을 포함하는 제3 서브 매트릭스(SM3') 및 9개의 서브 픽셀들(Gb1, Gb2, Gb3, Gb4, Gb5, Gb6, Gb7, Gb8, Gb9)을 포함하는 제4 서브 매트릭스(SM4')를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 서브 매트릭스(SM1')의 대각 성분인 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 서브 픽셀들(Gr1, Gr3, Gr5, Gr7, Gr9) 각각은 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 서브 매트릭스(SM1')의 비대각 성분인 제2, 제4, 제6 및 제8 서브 픽셀들(Gr2, Gr4, Gr6, Gr8) 각각은 제2 및 제3 마이크로 렌즈들(152, 153) 중 하나와 수직으로 중첩될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1')에서, 제1 마이크로 렌즈들(151)은 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 그린-레드 픽셀들(Gr1, Gr3, Gr5, Gr7, Gr9)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제1, 제3, 제7 및 제9 그린-레드 서브 픽셀들(Gr1, Gr3, Gr7, Gr9) 은 제1 서브 매트릭스(SM1')의 코너들에 배치될 수 있고, 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제5 그린-레드 서브 픽셀(Gr5)은 제1 서브 매트릭스(SM1')의 중심부에 배치될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1')에서, 제2 마이크로 렌즈들(152)은 제2 및 제8 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr8)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 컬러 필터 층(143)과 인접하게 배치된 제2 및 제8 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr8)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈들(152)과 중첩되는 제2 및 제8 그린-레드 서브 픽셀들(Gr2, Gr8)은 제1 서브 매트릭스(SM1')의 가장자리에 배치될 수 있다. 제1 서브 매트릭스(SM1')에서, 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 그린-레드 서브 픽셀(Gr2) 및 제3 로우의 두 번째 성분인 제8 그린-레드 서브 픽셀(Gr8)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제1 서브 매트릭스(SM1')에서, 제3 마이크로 렌즈들(153)은 제4 및 제6 그린-레드 서브 픽셀들(Gr4, Gr6)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터 층(142)과 인접하게 배치된 제4 및 제6 그린-레드 서브 픽셀들(Gr4, Gr6)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 마이크로 렌즈들(153)과 중첩되는 제4 및 제6 그린-레드 서브 픽셀들(Gr4, Gr6)은 제1 서브 매트릭스(SM1')의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 7의 예시에서, 제1 서브 매트릭스(SM1')의 제2 로우의 첫 번째 성분인 제4 그린-레드 서브 픽셀(Gr4) 및 제2 로우의 세 번째 성분인 제6 그린-레드 서브 픽셀(Gr6)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2")의 대각 성분인 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 레드 서브 픽셀들(R1, R3, R5, R7, R9) 각각은 제4 마이크로 렌즈들(154)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 서브 매트릭스(SM2")의 비대각 성분인 제2, 제4, 제6 및 제8 레드 서브 픽셀들(R2, R4, R6, R8) 각각은 제5 및 제6 마이크로 렌즈들(155, 156) 중 하나와 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2")에서, 제4 마이크로 렌즈들(154)은 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 레드 서브 픽셀들(R1, R3, R5, R7, R9)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 마이크로 렌즈들(154)과 수직으로 중첩되는 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 레드 서브 픽셀들(R1, R3, R7, R9)은 제2 서브 매트릭스(SM2")의 코너들에 배치될 수 있고, 제4 마이크로 렌즈들(154)과 수직으로 중첩되는 제5 레드 서브 픽셀(R5)은 제2 서브 매트릭스(SM2")의 중심부에 배치될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2")에서, 제5 마이크로 렌즈들(155)은 제2 및 제8 레드 서브 픽셀들(R2, R8)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 컬러 필터 층(144)과 인접하게 배치된 제2 및 제8 레드 서브 픽셀들(R2, R8)은 제5 마이크로 렌즈들(155)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제5 마이크로 렌즈들(155)과 중첩되는 제2 및 제8 레드 서브 픽셀들(R2, R8)은 제2 서브 매트릭스(SM2")의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 3의 예시에서, 제2 서브 매트릭스(SM2")의 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 레드 서브 픽셀(R2) 및 제3 로우의 두 번째 성분인 제8 레드 서브 픽셀(R8)은 제5 마이크로 렌즈들(155)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제2 서브 매트릭스(SM2")에서, 제6 마이크로 렌즈들(156)은 제4 및 제6 레드 서브 픽셀들(R4, R6)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 컬러 필터 층(141)과 인접하게 배치된 제4 및 제6 레드 서브 픽셀들(R4, R6)은 제6 마이크로 렌즈들(156)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제6 마이크로 렌즈들(156)과 중첩되는 제4 및 제6 레드 서브 픽셀들(R4, R6)은 제2 서브 매트릭스(SM2")의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 3의 예시에서, 제2 서브 매트릭스(SM2")의 제2 로우의 첫 번째 성분인 제4 레드 서브 픽셀(R4) 및 제2 로우의 세 번째 성분인 제6 레드 서브 픽셀(R6)은 제6 마이크로 렌즈들(156)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제3 서브 매트릭스(SM3')에서, 제1 내지 제9 블루 서브 픽셀들(B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8, B9) 각각은 제7 렌즈들(157)과 수직으로 중첩될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제4 서브 매트릭스(SM4')의 대각 성분인 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb3, Gb5, Gb7, Gb9) 각각은 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제4 서브 매트릭스(SM4')의 비대각 성분인 제2, 제4, 제6 및 제8 그린-블루 픽셀들(Gb2, Gb4, Gb6, Gb8) 각각은 제2 및 제3 마이크로 렌즈들(152, 153) 중 하나와 수직으로 중첩될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4')에서, 제1 마이크로 렌즈들(151)은 제1, 제3, 제5, 제7 및 제9 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb3, Gb5, Gb7, Gb9)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제1 마이크로 렌즈들(151)과 수직으로 중첩되는 제1, 제3, 제7 및 제9 그린-블루 서브 픽셀들(Gb1, Gb3, Gb7, Gb9)은 제4 서브 매트릭스(SM4')의 코너들에 배치될 수 있고, 제1 마이크로 렌즈(151)와 수직으로 중첩되는 제5 그린-블루 서브 픽셀(Gb5)은 제4 서브 매트릭스(SM4')의 중심부에 배치될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4')에서, 제2 마이크로 렌즈들(152)은 제4 및 제6 그린-블루 픽셀들(Gb4, Gb6)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터 층(142)과 인접하게 배치된 제4 및 제6 그린-블루 서브 픽셀들(Gb4, Gb6)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제2 마이크로 렌즈들(152)과 중첩되는 제4 및 제6 그린-블루 서브 픽셀들(Gb4, Gb6)은 제4 서브 매트릭스(SM4')의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 7의 예시에서, 제4 서브 매트릭스(SM4')의 제2 로우의 첫 번째 성분인 제4 그린-블루 서브 픽셀(Gb4) 및 제2 로우의 세 번째 성분인 제6 그린-블루 서브 픽셀(Gb6)은 제2 마이크로 렌즈들(152)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제4 서브 매트릭스(SM4')에서, 제3 마이크로 렌즈들(153)은 제2 및 제8 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb8)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 컬러 필터 층(143)과 인접하게 배치된 제2 및 제8 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb8)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다. 제3 마이크로 렌즈들(153)과 중첩되는 제2 및 제8 그린-블루 서브 픽셀들(Gb2, Gb8)은 제4 서브 매트릭스(SM4')의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 7의 예시에서, 제4 서브 매트릭스(SM4')의 제1 로우의 두 번째 성분인 제2 그린-블루 서브 픽셀(Gb2) 및 제3 로우의 두 번째 성분인 8 그린-블루 서브 픽셀(Gb8)은 제3 마이크로 렌즈들(153)과 수직으로 중첩될 수 있다.
제1 내지 제7 마이크로 렌즈들(151, 152, 153, 154, 155, 156, 157)의 치수적 특징은 도 3 내지 도 4d를 참조하여 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다
이상에서, 비제한적 예시로서 4×4의 서브 픽셀들로 구성된 정방형의 서브 매트릭스를 포함하는 픽셀 어레이(10, 도 3 참조) 및 3×3의 서브 픽셀들을 포함하는 서브 매트릭스들로 구성된 정방형의 서브 매트릭스를 포함하는 픽셀 어레이(12)에 대해 설명하였다. 당업계의 통상의 기술자는 여기에 설명된 바에 기초하여 5×5 이상의 픽셀 어레이를 포함하는 정방형의 서브 매트릭스를 포함하는 픽셀 어레이에 용이하게 도달할 수 있을 것이다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였다. 당업계의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 비한정적인 것으로 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 제1 방향 및 제2 방향에 평행한 상면을 갖는 기판;
    상기 기판 상에 서로 수평적으로 인접하게 배치된 제1 내지 제4 컬러 필터 층들으로서, 상기 제1 및 제4 컬러 필터층들은 상기 제2 컬러 필터층 및 상기 제3 컬러 필터층과 다른 파장 대역의 가시광선을 통과시키고; 및
    상기 제1 내지 제4 컬러 필터 층들 상에 배치된 제1 내지 제7 마이크로 렌즈들을 포함하되,
    상기 기판 내에,
    상기 제1 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제1 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 그린-레드 서브 픽셀들;
    상기 제2 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제2 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 레드 서브 픽셀들;
    상기 제3 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제3 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 블루 서브 픽셀들; 및
    상기 제4 컬러 필터 층과 상기 기판에 수직한 제3 방향으로 중첩되고, 제4 서브 매트릭스를 구성하도록 배열된 그린-블루 서브 픽셀들이 형성되고,
    상기 제1 마이크로 렌즈들은 상기 그린-레드 서브 픽셀들 중 상기 제1 서브 매트릭스의 대각 성분인 것들과 중첩되고,
    상기 제2 및 제3 마이크로 렌즈들은 상기 그린-레드 서브 픽셀들 중 상기 제1 서브 매트릭스의 비대각(Offdiagonal) 성분인 것들과 중첩되며,
    상기 제2 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 작고, 및
    상기 제3 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마이크로 렌즈들 각각은 상기 제3 마이크로 렌즈들 각각보다 상기 제3 컬러 필터 층과 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 마이크로 렌즈들 각각은 상기 제2 마이크로 렌즈들 각각보다 상기 제2 컬러 필터 층과 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적의 95% 이상인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적은 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 수평 면적의 105% 이하인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제4 마이크로 렌즈들은 상기 제1 서브 매트릭스의 대각 성분인 상기 그린-레드 서브 픽셀들과 중첩되고,
    상기 제5 및 제6 마이크로 렌즈들은 상기 제2 서브 매트릭스의 비대각 성분인 상기 그린-레드 서브 픽셀들과 중첩되고,
    상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이는 상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이보다 더 길고, 및
    상기 제6 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이는 상기 제6 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이는 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이보다 더 길고, 및
    상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이는 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이는 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이의 105% 이하인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제5 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이는 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이의 95% 이상인 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제6 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이는 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제2 방향의 길이보다 더 길고, 및
    상기 제6 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이는 상기 제1 마이크로 렌즈들 각각의 상기 제1 방향의 길이보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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