KR20240002072A - Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the image sensor - Google Patents

Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the image sensor Download PDF

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KR20240002072A KR1020220079261A KR20220079261A KR20240002072A KR 20240002072 A KR20240002072 A KR 20240002072A KR 1020220079261 A KR1020220079261 A KR 1020220079261A KR 20220079261 A KR20220079261 A KR 20220079261A KR 20240002072 A KR20240002072 A KR 20240002072A
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Abstract

평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 개시된다. 개시된 이미지 센서는, 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 포함하며, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상기 굴절률 정점 영역 양측의 유효 굴절률 분포가 서로 다른, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다.An image sensor having a planar nano-optical microlens array and an electronic device including the same are disclosed. The disclosed image sensor includes a planar nano-optical microlens array including a plurality of planar nano-optical microlenses, each of which includes a high-refractive-index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a relatively high-refractive-index nanostructure. It includes a low refractive index structure made of a dielectric material with a low refractive index, and at the periphery of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlenses have an asymmetric effective refractive index distribution where the effective refractive index distributions on both sides of the refractive index peak region are different from each other. You can have

Description

평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 {Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the image sensor}Image sensor including planar nano-photonic microlens array and electronic apparatus including the image sensor}

개시된 실시예들은 평면 나노 구조를 이용하여 렌즈 표면의 광학적 곡률 프로파일을 쉽게 결정할 수 있는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to an image sensor having a planar nano-optical microlens array that can easily determine the optical curvature profile of the lens surface using a planar nanostructure, and an electronic device including the same.

이미지 센서 및 촬상 모듈이 점차 소형화 됨에 따라 이미지 센서의 가장자리에서 주광선 각도(CRA, chief ray angle)가 증가하는 추세이다. 이미지 센서의 가장자리에서 주광선 각도가 증가하게 되면 이미지 센서의 가장자리에 위치하는 화소들의 감도가 감소하게 된다. 이로 인해 영상의 가장자리가 어두워질 수 있다. 또한 이를 보상하기 위한 추가적인 복잡한 색 연산은 영상을 처리하는 프로세서에 부담을 주게 되고 영상 처리 속도를 저하시킨다.As image sensors and imaging modules become increasingly smaller, the chief ray angle (CRA) at the edge of the image sensor tends to increase. As the chief ray angle increases at the edge of the image sensor, the sensitivity of pixels located at the edge of the image sensor decreases. This may cause the edges of the image to become dark. Additionally, additional complex color calculations to compensate for this place a burden on the processor that processes the image and slow down the image processing speed.

평면 나노 구조를 이용하여 렌즈 표면의 광학적 곡률 프로파일을 쉽게 결정할 수 있는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.An image sensor having a planar nano-optical microlens array that can easily determine the optical curvature profile of the lens surface using a planar nanostructure and an electronic device including the same are provided.

또한, 이미지 센서의 가장자리에서 큰 주광선 각도로 입사하는 입사광의 입사각을 수직에 가깝게 변경시킬 수 있는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.In addition, an image sensor having a planar nano-optical microlens array capable of changing the angle of incidence of incident light incident at a large chief ray angle from the edge of the image sensor to become close to vertical, and an electronic device including the same are provided.

일 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하는 센서 기판; 및 상기 복수의 광감지셀 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키는 나노 패턴 구조를 갖는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이;를 포함하며, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고, 상기 저굴절률 구조물에 대한 상기 고굴절률 나노 구조물의 비율에 의해 결정되는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 점차 낮아지며, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측에서의 유효 굴절률 분포가 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측에서의 유효 굴절률 분포와 상이한, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측은 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까울 수 있다.An image sensor according to an embodiment includes a sensor substrate including a plurality of light-sensing cells that sense light; And a planar nano-optical microlens array including a plurality of planar nano-optical microlenses having a nano-pattern structure that focuses light on a corresponding photosensing cell among the plurality of photosensing cells, each planar nano-optical microlens The lens includes a high refractive index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a low refractive index structure made of a dielectric material with a relatively low refractive index, and is determined by the ratio of the high refractive index nanostructure to the low refractive index structure. The effective refractive index of the planar nano-optical microlens is highest at the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens and gradually decreases around the refractive index peak area, and at the periphery of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlens has an asymmetric effective refractive index distribution, wherein the effective refractive index distribution on the first side of the refractive index peak area is different from the effective refractive index distribution on the second side of the refractive index peak area, and the first side of the refractive index peak area is the second side of the refractive index peak area. It may be closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the two sides.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 중심으로부터 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 벗어나 위치할 수 있다.At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens may be located away from the center of the planar nano-optical microlens toward the center of the planar nano-optical microlens array.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역과 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 중심 사이의 거리는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부 사이의 거리가 멀어질수록 더 커질 수 있다.At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the distance between the refractive index peak area of the planar nano-optic microlens and the center of the planar nano-optic microlens is between the planar nano-optic microlens and the center of the planar nano-optic microlens array. It can get bigger as the distance between .

상기 주변부 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리의 맞은편인 제2 가장자리를 가지며, 상기 제1 가장자리는 상기 제2 가장자리보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 가깝고, 상기 제1 가장자리와 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기는 상기 제2 가장자리와 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기보다 클 수 있다.The peripheral planar nano-optical microlens has a first edge and a second edge opposite the first edge, wherein the first edge is closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the second edge, and the second edge is closer to the center of the planar nano-optical microlens array. The slope of the effective refractive index distribution between the first edge and the refractive index peak area may be greater than the slope of the effective refractive index distribution between the second edge and the refractive index peak area.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에 배치된 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈 및 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하며, 상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부 사이의 거리는 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부 사이의 거리보다 크고, 상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제1 가장자리와 상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기는 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제1 가장자리와 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기보다 클 수 있다.The planar nano-optical microlens array includes a first planar nano-optical microlens and a second planar nano-optical microlens disposed at the periphery of the planar nano-optical microlens array, and the second planar nano-optical microlens and the planar nano-optical microlens. The distance between the center of the nano-optical microlens array is greater than the distance between the first planar nano-optical microlens and the center of the planar nano-optical microlens array, and the first edge of the second planar nano-optic microlens and the second The slope of the effective refractive index distribution between the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens is greater than the slope of the effective refractive index distribution between the first edge of the first planar nano-optical microlens and the refractive index peak area of the first planar nano-optical microlens. It can be big.

상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제2 가장자리와 상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기는 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제2 가장자리와 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기보다 작을 수 있다.The slope of the effective refractive index distribution between the second edge of the second planar nano-optical microlens and the refractive index peak area of the second planar nano-optical microlens is the second edge of the first planar nano-optical microlens and the first plane. It may be smaller than the slope of the effective refractive index distribution between the refractive index peak areas of the nano-optical microlens.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 유효 굴절률이 가장 큰 제1 영역, 상기 제1 영역을 둘러싸며 제1 영역보다 유효 굴절률이 낮은 제2 영역, 및 상기 제2 영역을 둘러싸며 상기 제2 영역보다 유효 굴절률이 낮은 제3 영역을 포함할 수 있다.Each planar nano-optical microlens has a first region having the highest effective refractive index, a second region surrounding the first region and having a lower effective refractive index than the first region, and a second region surrounding the second region and having an effective refractive index lower than the second region. It may include a third region with a low refractive index.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 중심에 위치하고, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 중심을 기준으로 대칭적인 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다.At the center of the planar nano-optical microlens array, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens is located at the center of the planar nano-optical microlens, and the planar nano-optical microlens has an effective refractive index distribution symmetrical about the center. You can have it.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈들 사이의 경계는 대응하는 광감지셀들 사이의 경계와 일치할 수 있다.At the periphery of the planar nano-optical microlens array, boundaries between the planar nano-optic microlenses may coincide with boundaries between corresponding photo-sensing cells.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 대응하는 광감지셀들에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 시프트되어 위치할 수 있다.At the periphery of the planar nano-optical microlens array, each planar nano-optic microlens may be positioned shifted toward the center of the planar nano-optic microlens array with respect to the corresponding photo-sensing cells.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈가 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 시프트되는 거리는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 멀어질수록 더 커질 수 있다.At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the distance by which each planar nano-optical microlens is shifted toward the center of the planar nano-optic microlens array may become larger as the distance from the center of the planar nano-optic microlens array increases. .

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 전체 면적은 상기 센서 기판의 전체 면적보다 작을 수 있다.The total area of the planar nano-optical microlens array may be smaller than the total area of the sensor substrate.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 나노포스트 형태를 갖는 복수의 고굴절률 나노 구조물을 포함하며, 단위 면적에 대해 상기 복수의 고굴절률 나노 구조물이 차지하는 면적의 비율은 상기 굴절률 정점 영역에서 가장 높을 수 있다.Each planar nano optical microlens includes a plurality of high refractive index nanostructures having a nanopost shape, and the ratio of the area occupied by the plurality of high refractive index nanostructures to unit area may be highest in the refractive index peak area.

상기 복수의 고굴절률 나노 구조물 중에서 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물은 상기 굴절률 정점 영역에 배치될 수 있다.Among the plurality of high refractive index nanostructures, the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter may be disposed in the refractive index peak region.

상기 복수의 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운 제1 고굴절률 나노 구조물 및 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 더 먼 제2 고굴절률 나노 구조물을 포함하며, 상기 제1 고굴절률 나노 구조물와 상기 제2 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 인접하여 배치되고, 상기 제1 고굴절률 나노 구조물의 제1 폭 또는 직경은 상기 제2 고굴절률 나노 구조물의 제2 폭 또는 직경과 상이할 수 있다.The plurality of high refractive index nanostructures include a first high refractive index nanostructure closer to the center of the planar nano-optical microlens array with respect to the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter, and a high refractive index nanostructure with the largest width or diameter. and a second high refractive index nanostructure farther from the center of the planar nano-optical microlens array with respect to the structure, wherein the first high refractive index nanostructure and the second high refractive index nanostructure are the high refractive index nanostructures having the largest width or diameter. It is disposed adjacent to the structure, and the first width or diameter of the first high refractive index nanostructure may be different from the second width or diameter of the second high refractive index nanostructure.

상기 제1 고굴절률 나노 구조물의 제1 폭 또는 직경은 상기 제2 고굴절률 나노 구조물의 제2 폭 또는 직경보다 작을 수 있다.The first width or diameter of the first high refractive index nanostructure may be smaller than the second width or diameter of the second high refractive index nanostructure.

상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 제1 고굴절률 나노 구조물 사이의 제1 피치는 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 21 고굴절률 나노 구조물 사이의 제2 피치와 동일할 수 있다.The first pitch between the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter and the first high refractive index nanostructure is the same as the second pitch between the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter and the 21 high refractive index nanostructures. can do.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 복수의 고굴절률 나노 구조물을 포함하고, 상기 복수의 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운 제1 고굴절률 나노 구조물 및 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 더 먼 제2 고굴절률 나노 구조물을 포함하며, 상기 제1 고굴절률 나노 구조물과 상기 제2 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 인접하여 배치되고, 상기 제1 고굴절률 나노 구조물의 제1 폭 또는 직경은 상기 제2 고굴절률 나노 구조물의 제2 폭 또는 직경과 동일하고, 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 제1 고굴절률 나노 구조물 사이의 제1 피치는 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 21 고굴절률 나노 구조물 사이의 제2 피치보다 작을 수 있다.At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlens includes a plurality of high refractive index nanostructures, and the plurality of high refractive index nanostructures are aligned with the high refractive index nanostructure having the largest width or diameter. A first high refractive index nanostructure closer to the center of the planar nano-optical microlens array and a second high refractive index nanostructure further from the center of the planar nano-optical microlens array for the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter. It includes, the first high refractive index nanostructure and the second high refractive index nanostructure are arranged adjacent to the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter, and the first width or diameter of the first high refractive index nanostructure is The first pitch between the high refractive index nanostructure having the largest width or diameter and the first high refractive index nanostructure is the same as the second width or diameter of the second high refractive index nanostructure. It may be smaller than the second pitch between the refractive index nanostructure and the 21 high refractive index nanostructures.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 서로 번갈아 배열된 복수의 고굴절률 나노 구조물 및 복수의 저굴절률 구조물을 포함하며, 고굴절률 나노 구조물의 직경 방향 폭은 굴절률 정점 영역에서 가장 클 수 있다.Each planar nano optical microlens includes a plurality of high refractive index nanostructures and a plurality of low refractive index structures arranged alternately, and the radial width of the high refractive index nanostructure may be largest at the refractive index peak region.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 평판 형태의 하나의 저굴절률 나노 구조물 및 홀 형태를 갖는 복수의 고굴절률 구조물을 포함할 수 있다.Each planar nano optical microlens may include one low refractive index nanostructure in the form of a plate and a plurality of high refractive index structures in the shape of a hole.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 적층된 제2 층을 포함하며, 상기 제1 층의 고굴절률 나노 구조물과 저굴절률 구조물의 패턴은 상기 제2 층의 고굴절률 나노 구조물과 저굴절률 구조물의 패턴과 상이할 수 있다.Each planar nano optical microlens includes a first layer and a second layer stacked on the first layer, and the pattern of the high refractive index nanostructures and the low refractive index structures of the first layer is the high refractive index nanostructure of the second layer. The pattern of the structure and the low refractive index structure may be different.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 상기 제1 층과 제2 층에 있는 고굴절률 나노 구조물이 동일한 폭을 가지며, 굴절률 정점 영역으로부터 벗어난 영역에서 상기 제2 층의 고굴절률 나노 구조물의 폭이 제1 층의 고굴절률 나노 구조물의 폭보다 작을 수 있다.In the refractive index peak area of each planar nano optical microlens, the high refractive index nanostructures in the first layer and the second layer have the same width, and in the area away from the refractive index peak area, the width of the high refractive index nanostructure in the second layer is This may be smaller than the width of the high refractive index nanostructure of the first layer.

각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈 위에 배치된 볼록 마이크로렌즈를 더 포함할 수 있다.It may further include a convex microlens disposed on each planar nano-optical microlens.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에서, 서로 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역과 볼록 마이크로렌즈의 광축이 서로 일치하도록 정렬될 수 있다.At the center of the planar nano-optical microlens array, the refractive index peak areas of the corresponding planar nano-optical microlenses and the optical axes of the convex microlenses may be aligned to coincide with each other.

상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 볼록 마이크로렌즈는 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 시프트될 수 있다.At the periphery of the planar nano-optic microlens array, the convex microlenses may be shifted relative to the corresponding planar nano-optic microlenses toward the center of the planar nano-optic microlens array.

상기 센서 기판과 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치되며, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 주변부를 향해 증가하는 두께를 갖는 투명 유전체층을 더 포함할 수 있다.It may further include a transparent dielectric layer disposed between the sensor substrate and the planar nano-optical microlens array and having a thickness that increases from the center of the planar nano-optical microlens array toward the periphery.

상기 센서 기판 위에 배치된 컬러 필터층을 더 포함하며, 상기 컬러 필터층은 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 흡수 또는 반사하는 복수의 컬러 필터를 포함하고, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 컬러 필터층 위에 배치될 수 있다.It further includes a color filter layer disposed on the sensor substrate, wherein the color filter layer includes a plurality of color filters that transmit only light in a specific wavelength band and absorb or reflect light in other wavelength bands, and the planar nano-optical microlens array may be disposed on the color filter layer.

일 실시예에 따른 전자 장치는, 광학상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 및 상기 이미지센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서;를 포함하고, 상기 이미지 센서는: 광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하는 센서 기판; 및 상기 복수의 광감지셀 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키는 나노 패턴 구조를 갖는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이;를 포함하며, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고, 상기 저굴절률 구조물에 대한 상기 고굴절률 나노 구조물의 비율에 의해 결정되는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 점차 낮아지며, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측에서의 유효 굴절률 분포가 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측에서의 유효 굴절률 분포와 상이한, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측은 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까울 수 있다.An electronic device according to an embodiment includes an image sensor that converts an optical image into an electrical signal; and a processor that controls the operation of the image sensor and stores and outputs signals generated by the image sensor, wherein the image sensor includes: a sensor substrate including a plurality of light-sensing cells that detect light; And a planar nano-optical microlens array including a plurality of planar nano-optical microlenses having a nano-pattern structure that focuses light on a corresponding photosensing cell among the plurality of photosensing cells, each planar nano-optical microlens The lens includes a high refractive index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a low refractive index structure made of a dielectric material with a relatively low refractive index, and is determined by the ratio of the high refractive index nanostructure to the low refractive index structure. The effective refractive index of the planar nano-optical microlens is highest at the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens and gradually decreases around the refractive index peak area, and at the periphery of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlens has an asymmetric effective refractive index distribution, wherein the effective refractive index distribution on the first side of the refractive index peak area is different from the effective refractive index distribution on the second side of the refractive index peak area, and the first side of the refractive index peak area is the second side of the refractive index peak area. It may be closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the two sides.

일 실시예에 따른 이미지 센서는, 화소 어레이를 포함하고, 상기 화소 어레이는: 광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하는 센서 기판; 상기 센서 기판 상에 배치된 것으로, 특정 파장 대역의 광을 투과시키고 상기 특정 파장 대역 이외의 파장 대역의 광을 흡수하거나 반사하는 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터층; 및 상기 컬러 필터층 상에 배치된 것으로, 상기 복수의 광감지셀 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키는 나노 패턴 구조를 갖는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이;를 포함하며, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고, 상기 저굴절률 구조물에 대한 상기 고굴절률 나노 구조물의 비율에 의해 결정되는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 점차 낮아지며, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측에서의 유효 굴절률 분포가 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측에서의 유효 굴절률 분포와 상이한, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측은 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까울 수 있다.An image sensor according to an embodiment includes a pixel array, wherein the pixel array includes: a sensor substrate including a plurality of light-sensing cells that detect light; a color filter layer disposed on the sensor substrate and including a plurality of color filters that transmit light in a specific wavelength band and absorb or reflect light in wavelength bands other than the specific wavelength band; and a planar nano-optical microlens array disposed on the color filter layer and including a plurality of planar nano-optical microlenses having a nano-pattern structure that focuses light on a corresponding photo-sensing cell among the plurality of photo-sensing cells. Each planar nano-optical microlens includes a high refractive index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a low refractive index structure made of a dielectric material with a relatively low refractive index, and the The effective refractive index of the planar nano-optical microlens, which is determined by the ratio of the high refractive index nanostructures, is highest at the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens and gradually lowers around the refractive index peak area, and the planar nano-optical microlens array At the center, the planar nano-optical microlenses have a symmetrical effective refractive index distribution, and at the periphery of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlenses have an effective refractive index distribution at the first side of the refractive index peak region. having an asymmetric effective refractive index distribution, different from the effective refractive index distribution at the second side of the refractive index peak region, wherein the first side of the index peak region is closer to the center of the planar nano-optic microlens array than the second side of the index peak region. You can.

평면 형태의 나노 구조를 갖는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 평면 나노 구조를 이용하여 렌즈 표면의 광학적 곡률 프로파일을 쉽게 결정할 수 있다. 따라서, 이미지 센서에 입사하는 입사광의 주광선 각도에 맞추어 최적의 형태를 갖는 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 쉽게 설계 및 제작할 수 있다.A planar nano-optical microlens array with a planar nanostructure can easily determine the optical curvature profile of the lens surface using a planar nanostructure. Therefore, it is possible to easily design and manufacture a planar nano-optical microlens with an optimal shape according to the principal ray angle of the incident light incident on the image sensor.

또한, 개시된 실시예에 따른 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 이미지 센서의 가장자리에서 큰 주광선 각도로 입사하는 입사광의 입사각을 수직에 가깝게 변경시킬 수 있다. 특히, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 이미지 센서 상의 여러 위치에 따른 주광선 각도의 변화를 고려하여 다양한 형태의 마이크로렌즈를 구비할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 가장자리에 위치하는 화소들의 감도를 이미지 센서의 중심부에 위치하는 화소들의 감도와 유사하게 향상시킬 수 있다.Additionally, the planar nano-optical microlens array according to the disclosed embodiment can change the angle of incidence of incident light incident at a large chief ray angle at the edge of the image sensor to be closer to vertical. In particular, the planar nano-optical microlens array can be equipped with various types of microlenses by considering the change in the angle of the main ray according to various positions on the image sensor. Accordingly, the sensitivity of pixels located at the edges of the image sensor can be improved to be similar to the sensitivity of pixels located at the center of the image sensor.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 보이는 개념도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 보이는 단면도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 중심부에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈에 등가적인 볼록 마이크로렌즈를 예시적으로 보인다.
도 5는 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 6은 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률 분포를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 7a는 도 3에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 주변부에 대한 개략적인 단면도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 8a는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률 분포를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 8b 및 도 8c는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 9는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 유효 굴절률 분포로 나타낸 예시적인 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 복수의 영역들을 개략적으로 보이는 평면도이다.
도 11a 내지 도 11d는 다른 실시예에 따른 다양한 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 12a 및 도 12b는 또 다른 실시예에 따른 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 보이는 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 주변부에 대한 A-A' 라인을 따른 개략적인 단면도이다.
도 15 내지 도 17은 볼록 마이크로렌즈를 더 구비하는 또 다른 실시예에 따른 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 단면도이다.
도 18 내지 도 21은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 개략적으로 보이는 단면도이다.
도 22는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 보이는 평면도이다.
도 23은 도 22에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 일 예를 보이는 B-B' 라인을 따른 단면도이다.
도 24는 도 22에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 다른 예를 보이는 B-B' 라인을 따른 단면도이다.
도 25는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이에 대한 개략적인 단면도이다.
도 26a 내지 도 26c는 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
도 27a 및 27b는 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.
도 28a 및 도 28b는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이다.
도 29a는 광감지셀의 배열을 개략적으도 보이는 평면도이며, 도 29b는 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트가 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 29c는 도 29b의 일부를 확대하여 상세히 보인 평면도이다.
도 30a는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 및 제2 파장 광의 위상 분포를 도 29b의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 보이고, 도 30b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 파장 광이 제1 내지 제4 영역 중심에서 가지는 위상을 보이고, 도 30c는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제2 파장 광이 제1 내지 제4 영역 중심에서 가지는 위상을 보이는 도면이다.
도 30d는 도 30a 및 도 30b의 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역과 그 주변에 입사한 제1 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 30e는 제1 파장 광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 30f는 도 30a 및 도 30b의 색분리 렌즈 어레이의 제2 영역과 그 주변에 입사한 제2 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 30g는 제2 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 31a는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 및 제3 파장 광의 위상 분포를 도 29b의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 보이고, 도 31b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제3 파장 광이 제1 내지 제4 영역 중심에서 가지는 위상을 보이고, 도 31c는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 제1 파장 광이 제1 내지 제4 영역 중심에서 가지는 위상을 보이는 도면이다.
도 31d는 도 31a 및 도 31b의 색분리 렌즈 어레이의 제3 영역과 그 주변에 입사한 제3 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 31e는 제3 파장 광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 31f는 도 31a 및 도 31b의 색분리 렌즈 어레이의 제4 영역과 그 주변에 입사한 제1 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 31g는 제1 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.
도 32a 내지 도 32c는 화소 어레이 상의 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들의 배열 형태 변화를 보이는 평면도이다.
도 33은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 34는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 35는 색분리 렌즈 어레이에서 2차원 배열된 나노포스트들의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 36a 및 도 36b는 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 37은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 38은 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 39는 도 38에 도시된 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 40 내지 도 49는 실시예들에 따른 이미지 센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보인다.
1 is a block diagram of an image sensor according to an embodiment.
Figure 2 is a conceptual diagram schematically showing a camera module according to an embodiment.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a pixel array of an image sensor according to an embodiment.
FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of the center of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 3.
FIG. 4B exemplarily shows a convex microlens equivalent to the planar nano-optical microlens shown in FIG. 4A.
FIG. 5 is a plan view illustrating the shape of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 4A.
FIG. 6 is a plan view exemplarily showing the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 4A.
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the periphery of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 3.
FIG. 7B is a plan view illustrating the shape of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A.
FIG. 8A is a plan view exemplarily showing the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A.
FIGS. 8B and 8C are plan views exemplarily showing the shape of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A.
FIG. 9 is an exemplary cross-sectional view showing the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A.
Figure 10 is a plan view schematically showing a plurality of regions of a nano-optical microlens array according to an embodiment.
11A to 11D are plan views illustrating various shapes of planar nano-optical microlenses according to other embodiments.
12A and 12B are cross-sectional views exemplarily showing the shape of a planar nano-optical microlens according to another embodiment.
Figure 13 is a plan view showing a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view along line AA' of the periphery of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 13.
15 to 17 are cross-sectional views exemplarily showing the shape of a planar nano-optical microlens according to another embodiment further comprising a convex microlens.
18 to 21 are cross-sectional views schematically showing a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
Figure 22 is a plan view showing a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line BB' showing an example of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 22.
FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line BB' showing another example of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 22.
Figure 25 is a schematic cross-sectional view of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
26A to 26C exemplarily show various pixel arrangements of a pixel array.
Figures 27a and 27b are conceptual diagrams showing the schematic structure and operation of a color separation lens array according to an embodiment.
FIGS. 28A and 28B are schematic cross-sectional views of a pixel array of an image sensor according to an embodiment, respectively.
Figure 29a is a plan view schematically showing the arrangement of the photo-sensing cells, Figure 29b is a plan view exemplarily showing the arrangement of the nanoposts of the color separation lens array, and Figure 29c is a detailed enlarged view of a portion of Figure 29b. It is a floor plan.
Figure 30a shows the phase distribution of the first and second wavelength light passing through the color separation lens array along the line I-I' of Figure 29b, and Figure 30b shows the phase distribution of the first and second wavelength light passing through the color separation lens array. It shows the phase at the center of the fourth region, and Figure 30c is a diagram showing the phase at the center of the first to fourth regions of the second wavelength light that passed through the color separation lens array.
Figure 30D exemplarily shows the direction of travel of the first wavelength light incident on and around the first region of the color separation lens array of Figures 30A and 30B, and Figure 30E is equivalent to the color separation lens array for the first wavelength light. This is an exemplary diagram showing a micro lens array that acts as an enemy.
Figure 30F exemplarily shows the direction of travel of the second wavelength light incident on and around the second region of the color separation lens array of Figures 30A and 30B, and Figure 30G is equivalent to the color separation lens array for the second wavelength light. This is an exemplary diagram showing a micro lens array that acts as an enemy.
Figure 31a shows the phase distribution of the first and third wavelength light passing through the color separation lens array along the line II-II' of Figure 29b, and Figure 31b shows the phase distribution of the first to third wavelength light passing through the color separation lens array. It shows the phase at the center of the fourth region, and Figure 31c is a diagram showing the phase at the center of the first to fourth regions of the first wavelength light passing through the color separation lens array.
Figure 31D exemplarily shows the direction of travel of the third wavelength light incident on and around the third region of the color separation lens array of Figures 31A and 31B, and Figure 31E is equivalent to the color separation lens array for the third wavelength light. This is an exemplary diagram showing a micro lens array that acts as an enemy.
FIG. 31F exemplarily shows the direction of travel of the first wavelength light incident on and around the fourth region of the color separation lens array of FIGS. 31A and 31B, and FIG. 31G is equivalent to the color separation lens array for the first wavelength light. This is an exemplary diagram showing a micro lens array that acts as an enemy.
Figures 32A to 32C are plan views showing changes in the arrangement shape of nanoposts of the color separation lens array according to position on the pixel array.
Figure 33 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
Figure 34 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
Figure 35 is a plan view exemplarily showing the shift form of nanoposts arranged two-dimensionally in a color separation lens array.
Figures 36a and 36b are plan views exemplarily showing the unit pattern form of a color separation lens array according to another embodiment that can be applied to a Bayer pattern image sensor.
Figure 37 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment.
Figure 38 is a block diagram schematically showing an electronic device including an image sensor according to embodiments.
FIG. 39 is a block diagram schematically showing the camera module shown in FIG. 38.
Figures 40 to 49 show various examples of electronic devices to which image sensors are applied according to embodiments.

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 having a color separation lens array and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the attached drawings. The described embodiments are merely illustrative, and various modifications are possible from these embodiments. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.

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, the expressions described as “above” or “above” may include not only those directly above/below/left/right in contact, but also those above/below/left/right without 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.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. These terms do not limit the difference in material or structure of the constituent elements.

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. Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "... unit" and "module" used in the specification refer to a unit that processes functions or operations, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software.

"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 referential terms may refer to both the singular and the 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.The steps comprising the method may be performed in any suitable order unless explicitly stated that they must be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (e.g., etc.) is simply for explaining the technical idea in detail, and unless limited by the claims, the scope of rights is not limited by these terms.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 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 block diagram of an image sensor according to an embodiment. Referring to FIG. 1 , the image sensor 1000 may include a pixel array 1100, a timing controller 1010, a row decoder 1020, and an output circuit 1030. The image sensor may be a charge coupled device (CCD) image sensor or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor.

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 중에서 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 pixel array 1100 includes pixels arranged two-dimensionally along a plurality of rows and columns. The row decoder 1020 selects one of the rows of the pixel array 1100 in response to the row address signal output from the timing controller 1010. The output circuit 1030 outputs a light detection signal in column units from a plurality of pixels arranged along the selected row. To this end, the output circuit 1030 may include a column decoder and an analog to digital converter (ADC). For example, the output circuit 1030 may include a plurality of ADCs arranged for each column between the column decoder and the pixel array 1100 or one ADC arranged at the output terminal of the column decoder. The timing controller 1010, row decoder 1020, and output circuit 1030 may be implemented as one chip or as separate chips. A processor for processing an image signal output through the output circuit 1030 may be implemented as a single chip along with the timing controller 1010, the row decoder 1020, and the output circuit 1030.

이미지 센서(1000)는 카메라 모듈과 같은 다양한 광학 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 일 실시예에 따른 카메라 모듈을 개략적으로 보이는 개념도이다.The image sensor 1000 may be applied to various optical devices such as camera modules. For example, Figure 2 is a conceptual diagram schematically showing a camera module according to one embodiment.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 카메라 모듈(1880)은 물체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 렌즈 어셈블리(1910), 렌즈 어셈블리(1910)에 의해 형성된 광학상을 전기적인 영상 신호로 변환하는 이미지 센서(1000), 및 이미지 센서(1000)로부터 출력된 전기적 신호를 영상 신호로 처리하는 이미지 시그널 프로세서(1960)를 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1880)은 또한, 이미지 센서(1000)와 렌즈 어셈블리(1910) 사이에 배치되는 적외선 차단 필터, 이미지 시그널 프로세서(1960)에서 형성한 영상을 표시하는 디스플레이 패널, 이미지 시그널 프로세서(1960)에서 형성한 영상 데이터를 저장하는 메모리를 더 포함할 수도 있다. 이러한 카메라 모듈(1880)은, 예를 들어, 핸드폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 모바일 전자 장치 내에 장착될 수 있다.Referring to FIG. 2, the camera module 1880 according to one embodiment includes a lens assembly 1910 that forms an optical image by focusing light reflected from an object, and converts the optical image formed by the lens assembly 1910 into an electrical image. It may include an image sensor 1000 that converts the signal into a signal, and an image signal processor 1960 that processes the electrical signal output from the image sensor 1000 into an image signal. The camera module 1880 also includes an infrared cut-off filter disposed between the image sensor 1000 and the lens assembly 1910, a display panel for displaying an image formed by the image signal processor 1960, and an image signal processor 1960. It may further include a memory for storing the formed image data. This camera module 1880 can be mounted, for example, in a mobile electronic device such as a cell phone, laptop, tablet PC, etc.

렌즈 어셈블리(1910)는 카메라 모듈(1880)의 외부에 있는 피사체의 상을 이미지 센서(1000), 더욱 정확히는 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100) 상에 포커싱하는 역할을 한다. 도 2에는 편의상 하나의 렌즈로 간략하게 표시되었지만 실제 렌즈 어셈블리(1910)는 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다. 화소 어레이(1100)가 렌즈 어셈블리(1910)의 초점 평면 상에 정확하게 위치하면, 피사체의 어느 한 점에서 출발한 빛은 렌즈 어셈블리(1910)를 통해 화소 어레이(1100) 상의 한 점으로 다시 모이게 된다. 예를 들어, 광축(OX) 상의 어느 한 점(A)에서 출발한 빛은 렌즈 어셈블리(1910)를 통과한 후, 광축(OX) 상에 있는 화소 어레이(1100)의 중심에 모이게 된다. 광축(OX)에서 벗어난 어느 한 점(B, C, D)에서 출발한 빛은 렌즈 어셈블리(1910)에 의해 광축(OX)을 가로질러 화소 어레이(1100)의 주변부의 한 점에 모이게 된다. 예를 들어, 도 2에서 광축(OX)보다 위쪽에 있는 한 점(B)에서 출발한 빛은 광축(OX)을 가로질러 화소 어레이(1100)의 아래쪽 가장자리에 모이게 되며, 광축(OX)보다 아래쪽에 있는 한 점(C)에서 출발한 빛은 광축(OX)을 가로질러 화소 어레이(1100)의 위쪽 가장자리에 모이게 된다. 또한, 광축(OX)과 점(B) 사이에 위치한 점(D)에서 출발한 빛은 화소 어레이(1100)의 중심과 아래쪽 가장자리 사이에 모이게 된다.The lens assembly 1910 serves to focus the image of a subject outside the camera module 1880 onto the image sensor 1000, more precisely, onto the pixel array 1100 of the image sensor 1000. In FIG. 2 , a single lens is briefly shown for convenience, but the actual lens assembly 1910 may include a plurality of lenses. When the pixel array 1100 is accurately positioned on the focal plane of the lens assembly 1910, light originating from a point on the subject is re-converged to a point on the pixel array 1100 through the lens assembly 1910. For example, light originating from a point A on the optical axis OX passes through the lens assembly 1910 and then is collected at the center of the pixel array 1100 on the optical axis OX. Light originating from a point (B, C, D) off the optical axis (OX) crosses the optical axis (OX) by the lens assembly (1910) and is concentrated at a point on the periphery of the pixel array (1100). For example, in FIG. 2, light originating from a point B above the optical axis OX is collected at the lower edge of the pixel array 1100 across the optical axis OX, and below the optical axis OX. Light originating from a point (C) crosses the optical axis (OX) and is collected at the upper edge of the pixel array (1100). Additionally, light originating from point D located between the optical axis OX and point B is collected between the center and lower edge of the pixel array 1100.

따라서, 서로 다른 점(A, B, C, D)들에서 각각 출발한 빛은 상기 점(A, B, C, D)들과 광축(OX) 사이의 거리에 따라 서로 다른 각도로 화소 어레이(1100)에 입사한다. 화소 어레이(1100)에 입사하는 빛의 입사각은 통상적으로 주광선 각도(CRA; chief ray angle)로 정의된다. 주광선(chief ray)은 피사체의 한 점으로부터 렌즈 어셈블리(1910)의 중심을 지나 화소 어레이(1100)에 입사하는 광선을 의미하며, 주광선 각도는 주광선이 광축(OX)과 이루는 각도를 의미한다. 광축(OX)에 있는 점(A)에서 출발한 빛은 주광선 각도가 0도이며, 화소 어레이(1100)에 수직하게 입사한다. 출발점이 광축(OX)에서 멀어질수록 주광선 각도는 증가하게 된다.Therefore, the light departing from different points (A, B, C, D) is oriented at different angles according to the distance between the points (A, B, C, D) and the optical axis (OX). 1100) joined the company. The incident angle of light incident on the pixel array 1100 is typically defined as the chief ray angle (CRA). The chief ray refers to a ray that passes from one point of the subject through the center of the lens assembly 1910 and enters the pixel array 1100, and the chief ray angle refers to the angle that the chief ray makes with the optical axis OX. Light originating from point A on the optical axis OX has a principal ray angle of 0 degrees and is incident perpendicularly to the pixel array 1100. As the starting point moves away from the optical axis (OX), the chief ray angle increases.

이미지 센서(1000)의 관점에서 보면, 화소 어레이(1100)의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도는 0도이며, 화소 어레이(1100)의 가장자리로 갈수록 입사광의 주광선 각도가 커지게 된다. 예컨대, 점(B)와 점(C)에서 출발하여 화소 어레이(1100)의 제일 가장자리에 입사하는 빛의 주광선 각도가 가장 크고, 점(A)에서 출발하여 화소 어레이(1100)의 중심부에 입사하는 빛의 주광선 각도는 0도이다. 또한, 점(D)에서 출발하여 화소 어레이(1100)의 중심과 가장자리 사이에 입사하는 빛의 주광선 각도는 점(B)와 점(C)에서 출발한 빛의 주광선 각도보다 작고 0도보다 크다.From the perspective of the image sensor 1000, the principal ray angle of light incident on the center of the pixel array 1100 is 0 degrees, and the angle of the principal ray of incident light increases toward the edge of the pixel array 1100. For example, the principal ray angle of the light starting from point B and point C and incident on the edge of the pixel array 1100 is the largest, and the principal ray angle of the light starting from point A and incident on the center of the pixel array 1100 is the largest. The principal ray angle of light is 0 degrees. Additionally, the chief ray angle of light starting from point D and incident between the center and edge of the pixel array 1100 is smaller than the chief ray angle of light starting from point B and point C and is greater than 0 degrees.

따라서, 화소 어레이(1100) 내에서 화소들의 위치에 따라 화소들에 입사하는 입사광의 주광선 각도가 달라지게 된다. 특히, 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 가장자리로 갈수록 주광선 각도가 점진적으로 커지게 된다. 화소들에 입사하는 입사광의 주광선 각도가 커지면 화소들의 감도가 저하될 수 있다. 실시예에 따르면, 화소 어레이(1100)의 가장자리에 위치하는 화소들의 감도가 저하되는 것을 방지하거나 또는 최소화하기 위하여, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이가 배치될 수 있다.Accordingly, the principal ray angle of the incident light incident on the pixels varies depending on the positions of the pixels within the pixel array 1100. In particular, the angle of the main ray gradually increases from the center to the edge of the pixel array 1100. If the main ray angle of the incident light incident on the pixels increases, the sensitivity of the pixels may decrease. According to an embodiment, in order to prevent or minimize a decrease in the sensitivity of pixels located at the edge of the pixel array 1100, a planar nano-optical microlens array may be disposed on the pixel array 1100 of the image sensor 1000. You can.

도 3은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 보이는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 센서 기판(110), 센서 기판(110) 위에 배치된 컬러 필터층(140), 및 컬러 필터층(140) 위에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)를 포함할 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 포함할 수 있다. 도 3에 예시적으로 표시된 바와 같이, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 입사하는 주광선(CR0)은 화소 어레이(1100)에 수직 또는 거의 수직에 가까운 각도로 입사하는 반면, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 입사하는 주광선(CR1, CR2)은 화소 어레이(1100)에 경사지게 입사할 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 배치된 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)와 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 주광선(CR0, CR1, CR2)의 입사각을 고려하여 서로 다르게 설계될 수 있다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a pixel array of an image sensor according to an embodiment. Referring to FIG. 3, the pixel array 1100 of the image sensor 1000 includes a sensor substrate 110, a color filter layer 140 disposed on the sensor substrate 110, and a planar nano-optic layer disposed on the color filter layer 140. It may include a microlens array 150. The planar nano-optical microlens array 150 may include a plurality of planar nano-optical microlenses 151. As exemplarily shown in FIG. 3, the chief ray CR0 incident on the center 1100C of the pixel array 1100 is incident on the pixel array 1100 at an angle perpendicular to or nearly perpendicular to the pixel array 1100. ) The chief rays CR1 and CR2 incident on the peripheral portion 1100P may be incident on the pixel array 1100 at an angle. Therefore, the plurality of planar nano-optical microlenses 151 disposed at the center (1100C) of the pixel array 1100 and the plurality of planar nano-optical microlenses 151 at the periphery (1100P) of the pixel array 1100 emit the main light ( They can be designed differently considering the angle of incidence of CR0, CR1, and CR2).

도 4a는 도 3에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 중심부에 대한 개략적인 단면도이다. 도 3 및 도 4a를 참조하면, 센서 기판(110)은 광을 센싱하는 복수의 광감지셀(111, 112, 113)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 기판(110)은 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112), 및 제3 광감지셀(113)을 포함할 수 있다. 도 4a에는 편의상 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112), 및 제3 광감지셀(113)이 수평 방향을 따라 순차적으로 나열된 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 센서 기판(110)의 복수의 광감지셀(111, 112, 113)은 다양한 방식으로 2차원 배열될 수 있다.FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of the center of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 3. Referring to FIGS. 3 and 4A , the sensor substrate 110 may include a plurality of light sensing cells 111, 112, and 113 that sense light. For example, the sensor substrate 110 may include a first photo-sensing cell 111, a second photo-sensing cell 112, and a third photo-sensing cell 113 that convert light into an electrical signal. In FIG. 4A, for convenience, the first photo-sensing cell 111, the second photo-sensing cell 112, and the third photo-sensing cell 113 are shown sequentially arranged along the horizontal direction, but the present invention is not limited thereto. The plurality of photo-sensing cells 111, 112, and 113 of the sensor substrate 110 may be two-dimensionally arranged in various ways.

컬러 필터층(140)은 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키고 특정 파장 대역 이외의 파장 대역의 빛을 흡수 또는 반사하는 복수의 컬러 필터(141, 142, 143)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터층(140)은 제1 광감지셀(111) 위에 배치되어 제1 파장 대역의 빛만을 투과시키는 제1 컬러 필터(141), 제2 광감지셀(112) 위에 배치되어 제1 파장 대역과 상이한 제2 파장 대역의 빛만을 투과시키는 제2 컬러 필터(142), 및 제3 광감지셀(113) 위에 배치되어 제1 및 제2 파장 대역과 상이한 제3 파장 대역의 빛만을 투과시키는 제3 컬러 필터(143)를 포함할 수 있다. 도 4a에는 편의상 제1 컬러 필터(141), 제2 컬러 필터(142), 및 제3 컬러 필터(143)가 수평 방향을 따라 순차적으로 나열된 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 컬러 필터층(140)의 복수의 컬러 필터(141, 142, 143)는 다양한 방식으로 2차원 배열될 수 있다.The color filter layer 140 may include a plurality of color filters 141, 142, and 143 that transmit only light in a specific wavelength band and absorb or reflect light in wavelength bands other than the specific wavelength band. For example, the color filter layer 140 is disposed on the first photo-sensing cell 111 and transmits only light in the first wavelength band, and is disposed on the second photo-sensing cell 112 to transmit only light in the first wavelength band. A second color filter 142 that transmits only light in a second wavelength band different from the first wavelength band, and is disposed on the third photo-sensing cell 113 to transmit only light in a third wavelength band different from the first and second wavelength bands. It may include a third color filter 143 that transmits light. In FIG. 4A , for convenience, the first color filter 141, the second color filter 142, and the third color filter 143 are shown as being sequentially arranged along the horizontal direction, but the display is not limited thereto. The plurality of color filters 141, 142, and 143 of the color filter layer 140 may be two-dimensionally arranged in various ways.

컬러 필터층(140) 위에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 2차원 배열된 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 포함할 수 있다. 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 복수의 컬러 필터(141, 142, 143)와 일대일로 대응할 수 있으며, 또한 복수의 광감지셀(111, 112, 113)과 일대일로 대응할 수 있다. 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 각각은 복수의 광감지셀(111, 112, 113) 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키도록 구성될 수 있다. 이를 위하여 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 빛을 집광시킬 수 있는 나노 패턴 구조를 가질 수 있다.The planar nano-optical microlens array 150 disposed on the color filter layer 140 may include a plurality of planar nano-optical microlenses 151 arranged in two dimensions. The plurality of planar nano-optical microlenses 151 can correspond one-to-one with the plurality of color filters 141, 142, and 143, and can also correspond one-to-one with the plurality of photo-sensing cells 111, 112, and 113. Each of the plurality of planar nano-optical microlenses 151 may be configured to focus light on a corresponding light-sensing cell among the plurality of light-sensing cells 111, 112, and 113. To this end, the plurality of planar nano-optical microlenses 151 may have a nano-pattern structure capable of concentrating light.

도 5는 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 5를 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 고굴절률 나노 구조물(151H) 및 고굴절률 나노 구조물(151H) 사이에 채워진 저굴절률 구조물(151L)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 평판 형태의 하나의 저굴절률 나노 구조물(151L) 및 홀 형태를 갖는 복수의 고굴절률 구조물(151H)을 포함할 수 있다. 고굴절률 나노 구조물(151H)은 TiO2, GaN, SiN3, ZnS, ZnSe, Si3N4 등과 같이 상대적으로 고굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있으며, 저굴절률 구조물(151L)은 SiO2, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass), 공기(air) 등과 같이 상대적으로 저굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 고굴절률 나노 구조물(151H)의 굴절률은 약 630 nm 파장의 빛에 대해 약 2.0 이상일 수 있으며, 저굴절률 구조물(151L)의 굴절률은 약 630 nm 파장의 빛에 대해 약 1.0 이상 2.0 미만일 수 있다. 또한, 고굴절률 나노 구조물(151H)의 굴절률과 저굴절률 구조물(151L)의 굴절률 사이의 차이는 약 0.5 이상일 수 있다.FIG. 5 is a plan view exemplarily showing the shape of the planar nano-optical microlens 151 shown in FIG. 4A. Referring to FIG. 5, the planar nano-optical microlens 151 may include a high refractive index nanostructure 151H and a low refractive index structure 151L filled between the high refractive index nanostructures 151H. For example, the planar nano optical microlens 151 may include one low refractive index nanostructure 151L in the form of a plate and a plurality of high refractive index structures 151H in the shape of holes. The high refractive index nanostructure (151H) may be made of a dielectric material with a relatively high refractive index and low absorption in the visible light band, such as TiO 2 , GaN, SiN 3 , ZnS, ZnSe, Si 3 N 4 , etc., and may be a low refractive index structure ( 151L) may be made of a dielectric material that has a relatively low refractive index and low absorption rate in the visible light band, such as SiO 2 , siloxane-based spin on glass (SOG), air, etc. For example, the refractive index of the high refractive index nanostructure (151H) may be about 2.0 or more for light with a wavelength of about 630 nm, and the refractive index of the low refractive index structure (151L) may be about 1.0 or more and less than 2.0 for light with a wavelength of about 630 nm. You can. Additionally, the difference between the refractive index of the high refractive index nanostructure 151H and the refractive index of the low refractive index structure 151L may be about 0.5 or more.

평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 빛을 수렴시키는 볼록 렌즈의 역할을 할 수 있도록, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 유효 굴절률은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 어느 한 영역에서 가장 높고 그 영역의 주변으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다. 여기서, 유효 굴절률은 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 저굴절률 구조물(151L)에 대한 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비율에 대응할 수 있다. 다시 말해, 저굴절률 구조물(151L)에 대한 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비율은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 어느 한 영역에서 가장 높고 그 영역의 주변으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다. 이하에서, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 유효 굴절률이 가장 높은 영역을 “굴절률 정점 영역”이라고 부른다. 이러한 조건을 만족하도록 저굴절률 구조물(151L)과 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭 또는 피치를 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역과 그 주변에서 다르게 선택할 수 있다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에는 나노포스트(nanopost) 형태를 갖는 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)이 2차원 배열될 수 있으며, 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭 또는 직경은 굴절률 정점 영역에서 가장 크고 그 주변으로 갈수록 점차 작아질 수 있다. 다시 말해, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에서 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물(151H)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 최내측에 배치될 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심으로부터 멀어질수록 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭 또는 직경이 점차 작아질 수 있다.In order for the planar nano-optical microlens 151 to function as a convex lens that converges light, the effective refractive index of the planar nano-optical microlens 151 is highest in one region of the planar nano-optical microlens 151 and is It may gradually decrease towards the periphery of the area. Here, the effective refractive index may correspond to the ratio of the high refractive index nanostructure 151H to the low refractive index structure 151L within each planar nano-optical microlens 151. In other words, the ratio of the high refractive index nanostructure 151H to the low refractive index structure 151L may be highest in one region of the planar nano-optical microlens 151 and gradually decrease toward the periphery of that region. Hereinafter, the region with the highest effective refractive index within the planar nano-optical microlens 151 is referred to as the “refractive index peak region.” To satisfy these conditions, the width or pitch of the low refractive index structure 151L and the high refractive index nanostructure 151H may be selected to be different in and around the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151. For example, within the planar nano-optical microlens 151, a plurality of high refractive index nanostructures 151H having a nanopost shape may be two-dimensionally arranged, and the width of the plurality of high refractive index nanostructures 151H may be Alternatively, the diameter may be largest at the peak area of the refractive index and gradually become smaller toward the periphery. In other words, the high refractive index nanostructure 151H with the largest width or diameter in the planar nano-optical microlens 151 disposed at the center (1100C) of the pixel array 1100 is the innermost of the planar nano-optical microlens 151. can be placed in As the distance from the center of the planar nano-optical microlens 151 increases, the width or diameter of the high refractive index nanostructure 151H may gradually decrease.

또한, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 그에 대응하는 광감지셀의 중심부에 빛이 거의 수직에 가깝게 입사하도록 입사광의 입사각을 변화시키는 역할을 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 화소 어레이(1100) 상의 위치에 따라 입사광의 주광선 각도가 달라진다. 따라서, 화소 어레이(1100) 내에서 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 위치에 따라 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 굴절률 정점 영역의 위치가 달라질 수 있다.In addition, the planar nano-optical microlens 151 may serve to change the angle of incidence of incident light so that light is incident almost vertically at the center of the corresponding photo-sensing cell. As described above, the angle of the main ray of incident light varies depending on the position on the pixel array 1100. Accordingly, the position of the refractive index peak area within the planar nano-optical microlens 151 may vary depending on the position of the planar nano-optical microlens 151 within the pixel array 1100.

입사광(Li)이 거의 수직에 가깝게 입사하는 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 배치된 경우, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 빛이 진행하는 각도를 변화시킬 필요가 없다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심에 위치할 수 있다.When the planar nano-optical microlens 151 is placed in the center (1100C) of the pixel array 1100 where the incident light (Li) is incident almost vertically, the planar nano-optical microlens 151 changes the angle at which the light travels. There is no need to change. Therefore, as shown in FIG. 4A, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151 disposed at the center 1100C of the pixel array 1100 may be located at the center of the planar nano-optical microlens 151. there is.

도 6은 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 유효 굴절률 분포를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 6을 참조하면, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 중심에 배치된 제1 영역(151a), 제1 영역(151a)에 인접하여 제1 영역(151a)을 둘러싸는 제2 영역(151b), 제2 영역(151b)에 인접하여 제2 영역(151b)을 둘러싸는 제3 영역(151c), 제3 영역(151c)에 인접하여 제3 영역(151c)을 둘러싸는 제4 영역(151d), 및 제4 영역(151d)에 인접하여 제4 영역(151d)을 둘러싸는 제5 영역(151e)을 포함할 수 있다. 제1 영역(151a) 내지 제5 영역(151e)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심을 원점으로 하여 동심원 형태로 배열될 수 있다.FIG. 6 is a plan view exemplarily showing the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens 151 shown in FIG. 4A. Referring to FIG. 6, the planar nano-optical microlens 151 disposed at the center 1100C of the pixel array 1100 has a first region 151a disposed at the center and a first region 151a adjacent to the first region 151a. A second area 151b surrounding the area 151a, a third area 151c adjacent to the second area 151b and surrounding the second area 151b, and a third area 151c adjacent to the third area 151c. It may include a fourth area 151d surrounding the area 151c, and a fifth area 151e adjacent to the fourth area 151d and surrounding the fourth area 151d. The first to fifth regions 151a to 151e may be arranged in a concentric circle with the center of the planar nano-optical microlens 151 as the origin.

가장 가운데에 위치한 제1 영역(151a)은 유효 굴절률이 가장 큰 영역이다. 다시 말해, 제1 영역(151a)에서 저굴절률 구조물(151L)에 대한 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비율이 가장 크다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 제1 영역(151a)으로부터 제5 영역(151e)까지 유효 굴절률이 점차 낮아지는 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다. 제2 영역(151b)의 유효 굴절률은 제1 영역(151a)의 유효 굴절률보다 낮으며, 제3 영역(151c)의 유효 굴절률은 제2 영역(151b)의 유효 굴절률보다 낮고, 제4 영역(151d)의 유효 굴절률은 제3 영역(151c)의 유효 굴절률보다 낮다. 그리고, 제5 영역(151e)의 유효 굴절률이 가장 낮다. 이를 위해, 제1 영역(151a) 내지 제5 영역(151e) 내에서 저굴절률 구조물(151L)과 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭과 피치 중에서 적어도 하나를 서로 다르게 선택할 수 있다. 도 6에는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 예시적으로 5개의 상이한 유효 굴절률을 갖는 영역들을 포함하는 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 하나의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 상이한 유효 굴절률을 갖는 영역들의 개수는 설계 조건에 따라 다양하게 선택될 수도 있다.The first area 151a located in the very center is an area with the largest effective refractive index. In other words, the ratio of the high refractive index nanostructure 151H to the low refractive index structure 151L is the largest in the first region 151a. The planar nano-optical microlens 151 may have an effective refractive index distribution in which the effective refractive index gradually decreases from the first region 151a to the fifth region 151e. The effective refractive index of the second area 151b is lower than the effective refractive index of the first area 151a, the effective refractive index of the third area 151c is lower than the effective refractive index of the second area 151b, and the effective refractive index of the fourth area 151d is lower than that of the second area 151b. ) is lower than the effective refractive index of the third region 151c. And, the effective refractive index of the fifth region 151e is the lowest. To this end, at least one of the width and pitch of the low refractive index structure 151L and the high refractive index nanostructure 151H in the first region 151a to the fifth region 151e may be selected differently. In FIG. 6, the planar nano-optical microlens 151 is exemplarily shown as including regions having five different effective refractive indices, but is not necessarily limited thereto. The number of regions with different effective refractive indices within one planar nano-optical microlens 151 may be selected in various ways depending on design conditions.

이러한 구조에서, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심을 기준으로 대칭적인 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다. 또한, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심, 특히 제1 영역(151a)에 위치하게 된다. 도 6에는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 5개의 동심원 영역들을 갖는 것으로 예시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 크기, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 요구되는 유효 굴절률 분포 프로파일 등에 따라 동심원 영역들의 개수를 다르게 선택할 수도 있다.In this structure, the planar nano-optical microlens 151 may have a symmetrical effective refractive index distribution with respect to the center of the planar nano-optical microlens 151. Additionally, the peak region of the refractive index of the planar nano-optical microlens 151 is located at the center of the planar nano-optical microlens 151, particularly the first region 151a. In FIG. 6, the planar nano-optical microlens 151 is illustrated as having five concentric circles, but it is not necessarily limited thereto. For example, the number of concentric circles may be selected differently depending on the size of the planar nano-optical microlens 151, the effective refractive index distribution profile required for the planar nano-optical microlens 151, etc.

도 4b는 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 등가적인 볼록 마이크로렌즈를 예시적으로 보인다. 도 4a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 도 6에 도시된 유효 굴절률 분포를 갖는 경우, 등가적인 볼록 마이크로렌즈의 중심에 위치하는 광축이 볼록 마이크로렌즈에 대응하는 광감지셀과 컬러 필터의 중심과 일치하는 것과 동일한 광학적 효과를 얻을 수 있다. 또한, 등가적인 볼록 마이크로렌즈는 광축을 중심으로 대칭적인 형태의 렌즈면을 가질 수 있다. 이 경우, 화소 어레이(1100)에 수직하게 입사하는 빛은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)와 컬러 필터층(140)을 지나 센서 기판(110)에 수직하게 입사할 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부에서는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심에 굴절률 정점 영역이 위치할 수 있으며, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 대응하는 광감지셀과 컬러 필터의 중심에 굴절률 정점 영역이 일치하도록 배치될 수 있다.FIG. 4B exemplarily shows a convex microlens equivalent to the planar nano-optical microlens 151 shown in FIG. 4A. When the planar nano-optical microlens 151 shown in FIG. 4A has the effective refractive index distribution shown in FIG. 6, the optical axis located at the center of the equivalent convex microlens is connected to the light sensing cell and color filter corresponding to the convex microlens. The same optical effect can be obtained as matching the center of . Additionally, the equivalent convex microlens may have a lens surface that is symmetrical around the optical axis. In this case, light incident perpendicularly to the pixel array 1100 may pass through the planar nano-optical microlens 151 and the color filter layer 140 and then incident perpendicularly to the sensor substrate 110. Therefore, at the center of the pixel array 1100, the refractive index peak area may be located at the center of the planar nano-optical microlens 151, and the planar nano-optical microlens 151 may be located at the center of the corresponding photo-sensing cell and color filter. The refractive index peak areas may be arranged to coincide.

한편, 도 7a는 이미지 센서의 화소 어레이의 주변부에 대한 개략적인 단면도이다. 도 3 및 도 7a를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에서는 입사광(Li)이 경사지게 입사할 수 있다. 예를 들어, 화소 어레이(1100)의 우측에 있는 주변부(1100P)에는 입사광(Li)이 좌측으로부터 우측을 향해 경사지게 입사할 수 있다. 특히, 입사광(Li)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 경사지게 입사할 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 경사지게 입사하는 빛의 진행 방향을 수직 방향에 가깝게 변화시키도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 나노 구조물들은 비대칭적인 분포로 배열될 수 있다.Meanwhile, FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the periphery of the pixel array of the image sensor. Referring to FIGS. 3 and 7A , incident light Li may be incident at an angle on the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100. For example, incident light Li may enter the peripheral portion 1100P on the right side of the pixel array 1100 at an angle from left to right. In particular, the incident light (Li) may be incident at an angle to the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery of the planar nano-optical microlens array 150. Accordingly, the planar nano-optical microlens 151 disposed at the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100 may be configured to change the direction of travel of obliquely incident light closer to the vertical direction. To this end, the nanostructures in the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery 1100P of the pixel array 1100 may be arranged in an asymmetric distribution.

도 7b는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 7b를 참조하면, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭 또는 직경은 주광선 각도를 고려하여 비대칭적으로 분포할 수 있다. 예를 들어, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물(151H)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심으로부터 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)를 향해 벗어나 위치할 수 있다. 다시 말해, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물(151H)은 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C) 쪽으로 치우쳐 배치될 수 있다. 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 멀어질수록 주광선 각도가 커지기 때문에, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 멀어질수록 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭 또는 직경이 더 비대칭적으로 분포할 수 있다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 더 멀리 배치될수록, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물(151H)의 위치와 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심 사이의 거리가 더 커질 수 있다.FIG. 7B is a plan view illustrating the shape of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A. Referring to FIG. 7B, the width or diameter of the plurality of high refractive index nanostructures 151H within each planar nano-optical microlens 151 may be asymmetrically distributed considering the chief ray angle. For example, the high refractive index nanostructure 151H, which has the largest width or diameter within each planar nano-optical microlens 151, is located at the center 1100C of the pixel array 1100 from the center of the planar nano-optical microlens 151. ) can be located off toward. In other words, the high refractive index nanostructure 151H, which has the largest width or diameter within the planar nano-optical microlens 151, may be disposed biased toward the center 1100C of the pixel array 1100. Since the main ray angle increases as it moves away from the center (1100C) of the pixel array 1100, a plurality of high refractive index nanostructures in the planar nano-optical microlens 151 ( The width or diameter of 151H) may be distributed more asymmetrically. For example, the farther the planar nano-optical microlens 151 is disposed from the center 1100C of the pixel array 1100, the higher the refractive index nanostructure (with the largest width or diameter) within the planar nano-optical microlens 151. The distance between the position of 151H) and the center of the planar nano-optical microlens 151 may become larger.

도 8a는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률 분포를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 8a를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심으로부터 벗어나 배치된 제1 영역(151a), 제1 영역(151a)에 인접하여 제1 영역(151a)을 둘러싸는 제2 영역(151b), 제2 영역(151b)에 인접하여 제2 영역(151b)을 둘러싸는 제3 영역(151c), 제3 영역(151c)에 인접하여 제3 영역(151c)을 둘러싸는 제4 영역(151d), 및 제4 영역(151d)에 인접하여 제4 영역(151d)을 둘러싸는 제5 영역(151e)을 포함할 수 있다. 제1 영역(151a)은 유효 굴절률이 가장 큰 굴절률 정점 영역이다. 다시 말해, 제1 영역(151a)에서 저굴절률 구조물(151L)에 대한 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비율이 가장 크다. 제1 영역(151a)으로부터 제5 영역(151e)까지 유효 굴절률이 점차 낮아질 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 유효 굴절률 분포가 비대칭적일 수 있다. 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)은 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 도 8a에 도시된 것과 같은 유효 굴절률 분포를 구현하도록 설계될 수 있다.FIG. 8A is a plan view exemplarily showing the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A. Referring to FIG. 8A, the planar nano-optical microlens 151 disposed at the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100 includes a first region 151a disposed away from the center of the planar nano-optical microlens 151, A second area 151b adjacent to the first area 151a and surrounding the first area 151a, a third area 151c adjacent to the second area 151b and surrounding the second area 151b, 3 A fourth area 151d adjacent to the third area 151c and surrounding the third area 151c, and a fifth area 151e adjacent to the fourth area 151d and surrounding the fourth area 151d. It can be included. The first area 151a is a refractive index peak area with the highest effective refractive index. In other words, the ratio of the high refractive index nanostructure 151H to the low refractive index structure 151L is the largest in the first region 151a. The effective refractive index may gradually decrease from the first area 151a to the fifth area 151e. Accordingly, the effective refractive index distribution within each planar nano-optical microlens 151 disposed in the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100 may be asymmetric. A plurality of high refractive index nanostructures 151H within each planar nano-optical microlens 151 may be designed so that each planar nano-optical microlens 151 implements an effective refractive index distribution as shown in FIG. 8A. .

예를 들어, 가장 큰 폭 또는 직경을 갖는 고굴절률 나노 구조물(151H)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 굴절률 정점 영역인 제1 영역(151a) 내에 배치될 수 있다. 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭 또는 직경들은 제1 영역(151a), 굴절률 정점 영역, 또는 가장 큰 폭 또는 직경을 갖는 고굴절률 나노 구조물(151H)에 대해 비대칭적으로 분포할 수 있다. 예를 들어, 도 8b를 참조하면, 가장 큰 폭 또는 직경을 갖는 고굴절률 나노 구조물(151H)(이하, "피크 고굴절률 나노 구조물(151Hp)")에 직접적으로 인접한 2개의 고굴절률 나노 구조물 중에서 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 더 가까운 고굴절률 나노 구조물(151H)을 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)이라 하고 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 더 먼 고굴절률 나노 구조물(151H)을 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)이라 할 때, 피크 고굴절률 나노 구조물(151Hp)과 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha) 사이의 제1 피치(Pa)는 피크 고굴절률 나노 구조물(151Hp)과 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb) 사이의 제2 피치(Pb)와 동일하며, 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)은 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb의 폭 또는 직경(Wb)과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)은 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb의 폭 또는 직경(Wb)보다 작을 수 있다.For example, the high refractive index nanostructure 151H having the largest width or diameter may be disposed in the first region 151a, which is the refractive index peak region within the planar nano-optical microlens 151. The widths or diameters of the plurality of high refractive index nanostructures 151H within each planar nano-optical microlens 151 are the first region 151a, the refractive index peak region, or the high refractive index nanostructure having the largest width or diameter ( 151H) may be asymmetrically distributed. For example, referring to Figure 8b, among the two high refractive index nanostructures directly adjacent to the high refractive index nanostructure 151H (hereinafter, "peak high refractive index nanostructure 151Hp") having the largest width or diameter, the pixel The high refractive index nanostructure 151H closer to the center 1100C of the array 1100 is called the first high refractive index nanostructure 151Ha, and the high refractive index nanostructure 151H farther from the center 1100C of the pixel array 1100 is called the first high refractive index nanostructure 151Ha. ) is the second high refractive index nanostructure (151Hb), the first pitch (Pa) between the peak high refractive index nanostructure (151Hp) and the first high refractive index nanostructure (151Ha) is the peak high refractive index nanostructure (151Hp) and the second pitch (Pb) between the high refractive index nanostructure (151Hb), and the width or diameter (Wa) of the first high refractive index nanostructure (151Ha) is the width or diameter of the second high refractive index nanostructure (151Hb) It may be different from the diameter (Wb). For example, the width or diameter (Wa) of the first high refractive index nanostructure (151Ha) may be smaller than the width or diameter (Wb) of the second high refractive index nanostructure (151Hb). .

다른 실시예에 따르면, 도 8c에 도시된 바와 같이, 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)은 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)의 폭 또는 직경(Wb)과 동일할 수도 있으며, 가장 큰 폭 또는 직경을 갖는 피크 고굴절률 나노 구조물(151Hp)과 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha) 사이의 제1 피치(Pa)는 가장 큰 폭 또는 직경을 갖는 피크 고굴절률 나노 구조물(151Hp)과 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb) 사이의 제2 피치(Pb)와 상이할 수도 있다. 예를 들어, 제1 피치(Pa)는 제2 피치(Pb)보다 작을 수 있다. 여기서, "제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)은 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)의 폭 또는 직경(Wb)과 동일"하다는 표현은 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)이 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)의 폭 또는 직경(Wb)과 완벽하게 일치한다는 것을 반드시 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)과 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)의 폭 또는 직경(Wb)이 동일하도록 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)과 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)이 설계될 수는 있지만, 제1 고굴절률 나노 구조물(151Ha)의 폭 또는 직경(Wa)과 제2 고굴절률 나노 구조물(151Hb)의 폭 또는 직경(Wb)은 제조 공정 상의 허용 공차 내에서 약간 달라질 수도 있다. 또한, 도 8c에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 위상 프로파일은 고굴절률 나노 구조물(151H)들의 폭 또는 직경들에 의해 주로 결정될 수 있으며, 도 8c에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에서 유효 굴절률 분포의 기울기 또는 변화량은 고굴절률 나노 구조물(151H)들 사이의 피치들에 의해 주로 결정될 수 있다.According to another embodiment, as shown in Figure 8c, the width or diameter (Wa) of the first high refractive index nanostructure (151Ha) may be the same as the width or diameter (Wb) of the second high refractive index nanostructure (151Hb). May be, the first pitch (Pa) between the peak high refractive index nanostructure (151Hp) having the largest width or diameter and the first high refractive index nanostructure (151Ha) is the peak high refractive index nanostructure (151Hp) having the largest width or diameter. It may be different from the second pitch (Pb) between 151Hp) and the second high refractive index nanostructure (151Hb). For example, the first pitch (Pa) may be smaller than the second pitch (Pb). Here, the expression "the width or diameter (Wa) of the first high refractive index nanostructure (151Ha) is the same as the width or diameter (Wb) of the second high refractive index nanostructure (151Hb)" means that the first high refractive index nanostructure (151Ha) ) does not necessarily mean that the width or diameter (Wa) of the second high refractive index nanostructure (151Hb) perfectly matches the width or diameter (Wb) of the second high refractive index nanostructure (151Hb). For example, the first high refractive index nanostructure (151Ha) and the first high refractive index nanostructure (151Ha) so that the width or diameter (Wb) of the second high refractive index nanostructure (151Ha) is the same Although the second high refractive index nanostructure 151Hb can be designed, the width or diameter (Wb) of the first high refractive index nanostructure (151Ha) and the width or diameter (Wb) of the second high refractive index nanostructure (151Hb) are It may vary slightly within tolerances in the manufacturing process. Additionally, the phase profile of the planar nano-optical microlens 151 shown in FIG. 8C may be mainly determined by the width or diameter of the high refractive index nanostructures 151H, and the phase profile of the planar nano-optical microlens 151 shown in FIG. 8C may be determined primarily by the width or diameter of the high refractive index nanostructures 151H. ), the slope or change in the effective refractive index distribution may be mainly determined by the pitches between the high refractive index nanostructures 151H.

또한, 다시 도 8a를 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 굴절률 정점 영역인 제1 영역(151a)은 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C) 쪽으로 치우쳐 배치될 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 더 멀리 배치될수록, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 굴절률 정점 영역은 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C) 쪽으로 더 치우쳐 배치될 수 있다. 다시 말해, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 더 멀리 배치될수록, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 굴절률 정점 영역의 위치와 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심 사이의 거리가 더 커질 수 있다. 또한, 제1 영역(151a)의 중심이 화소 어레이(1100)의 중심에 가장 가깝고 화소 어레이(1100)의 중심으로부터 제5 영역(151e)의 중심까지의 거리가 가장 크도록 제1 영역(151a) 내지 제5 영역(151e) 각각의 중심이 시프트될 수 있다.Additionally, referring again to FIG. 8A, the first region 151a, which is the peak region of the refractive index, within the planar nano-optical microlens 151 may be disposed to be biased toward the center 1100C of the pixel array 1100. As the planar nano-optical microlens 151 is placed further away from the center 1100C of the pixel array 1100, the peak area of the refractive index within the planar nano-optical microlens 151 moves toward the center 1100C of the pixel array 1100. It may be placed more biased. In other words, the farther the planar nano-optical microlens 151 is placed from the center (1100C) of the pixel array 1100, the location of the refractive index peak area within the planar nano-optical microlens 151 and the planar nano-optical microlens ( 151), the distance between the centers may become larger. In addition, the first area 151a is formed so that the center of the first area 151a is closest to the center of the pixel array 1100 and the distance from the center of the pixel array 1100 to the center of the fifth area 151e is the largest. The center of each of the to fifth regions 151e may be shifted.

도 9는 도 7a에 도시된 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 유효 굴절률 분포로 나타낸 예시적인 단면도이다. 도 9에서 컬러 필터층(140) 위에 표시된 곡선은 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 유효 굴절률 분포로 나타낸 것이다. 또는, 컬러 필터층(140) 위에 표시된 곡선은 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 투과한 직후의 광의 위상 분포(phase profile)를 나타낼 수도 있다. 따라서, 도 9에서 컬러 필터층(140) 위에 표시된 곡선의 높이는 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 유효 굴절률을 규준화한 값 또는 투과광의 위상을 규준화한 값으로 해석될 수 있다.FIG. 9 is an exemplary cross-sectional view showing the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens shown in FIG. 7A. The curve displayed on the color filter layer 140 in FIG. 9 represents the effective refractive index distribution of each planar nano-optical microlens 151. Alternatively, the curve displayed on the color filter layer 140 may represent the phase profile of light immediately after passing through each planar nano-optical microlens 151. Therefore, the height of the curve displayed on the color filter layer 140 in FIG. 9 can be interpreted as a normalized value of the effective refractive index within each planar nano-optical microlens 151 or a normalized value of the phase of transmitted light.

도 9를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에서 굴절률 피크(C1)(또는, 위상 피크)는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심(C0)으로부터 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)를 향해 벗어나 위치할 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 가까운 쪽의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제1 가장자리(왼쪽)와 굴절률 피크(C1) 사이의 거리는 제1 가장자리의 맞은편인 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제2 가장자리(오른쪽)와 굴절률 피크(C1) 사이의 거리보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 9, the refractive index peak (C1) (or phase peak) in the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery (1100P) of the pixel array 1100 is the center of the planar nano-optical microlens 151. It may be located away from (C0) toward the center 1100C of the pixel array 1100. Therefore, the distance between the first edge (left) of the planar nano-optic microlens 151 on the side close to the center 1100C of the pixel array 1100 and the refractive index peak C1 is the plane nano-optics opposite the first edge. It may be smaller than the distance between the second edge (right) of the microlens 151 and the refractive index peak (C1).

한편, 도 9에는 유효 굴절률 분포가 편의상 연속적이고 매끈한 곡선으로 표시되었지만, 유효 굴절률 분포는 불연속적으로 증가/감소하는 계단 형태를 가질 수도 있다. 이 경우, 굴절률 피크(C1)는 하나의 점이 아니라 하나의 영역으로 표현될 수 있다. 이러한 점에서 굴절률 피크(C1)는 앞서 언급한 굴절률 정점 영역과 동일한 의미를 가질 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 9, the effective refractive index distribution is shown as a continuous and smooth curve for convenience, but the effective refractive index distribution may have a step shape that increases/decreases discontinuously. In this case, the refractive index peak C1 may be expressed as one area rather than one point. In this respect, the refractive index peak C1 may have the same meaning as the previously mentioned refractive index peak area.

또한 도 9를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에서 유효 굴절률 분포 또는 투과광의 위상 분포는 비대칭적인 형태를 가질 수 있다. 다시 말해, 굴절률 피크(C1)를 기준으로 양측의 유효 굴절률 분포가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 굴절률 피크(C1)를 기준으로, 빛이 입사하는 방향 또는 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 가까운 쪽(또는, 제1 가장자리와 굴절률 피크(C1) 사이 영역)의 유효 굴절률 분포의 기울기 또는 변화량은 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에서 먼 쪽(또는, 제2 가장자리와 굴절률 피크(C1) 사이 영역)의 유효 굴절률 분포의 기울기 또는 변화량보다 클 수 있다. 다시 말해, 굴절률 피크(C1)를 기준으로, 빛이 입사하는 방향 또는 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 가까운 쪽(또는, 제1 가장자리와 굴절률 피크(C1) 사이 영역)의 유효 굴절률 분포의 기울기 또는 변화량은 상대적으로 급격하고, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에서 먼 쪽(또는, 제2 가장자리와 굴절률 피크(C1) 사이 영역)의 유효 굴절률 분포의 기울기 또는 변화량은 상대적으로 완만할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 가장 좌측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제1 가장자리의 유효 굴절률 값과 굴절률 피크(C1) 사이를 연장한 제1 선분(S1)의 기울기 또는 기울기 각도(θ1)는 제2 가장자리의 유효 굴절률 값과 굴절률 피크(C1) 사이를 연장한 제2 선분(S2)의 기울기 또는 기울기 각도(θ2)보다 클 수 있다.Also, referring to FIG. 9 , the effective refractive index distribution or the phase distribution of transmitted light in each planar nano-optical microlens 151 disposed in the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100 may have an asymmetric form. In other words, the effective refractive index distribution on both sides may be different based on the refractive index peak (C1). For example, based on the refractive index peak (C1), the effective refractive index of the direction in which light is incident or closer to the center (1100C) of the pixel array 1100 (or the area between the first edge and the refractive index peak (C1)) The slope or change amount of the distribution may be greater than the slope or change amount of the effective refractive index distribution on the side away from the center 1100C of the pixel array 1100 (or the area between the second edge and the refractive index peak C1). In other words, based on the refractive index peak (C1), the effective refractive index distribution in the direction in which light is incident or close to the center (1100C) of the pixel array 1100 (or the area between the first edge and the refractive index peak (C1)) The slope or change amount is relatively sharp, and the slope or change amount of the effective refractive index distribution on the side away from the center (1100C) of the pixel array 1100 (or the area between the second edge and the refractive index peak (C1)) is relatively gentle. can do. For example, the inclination or inclination angle ( θ1) may be greater than the slope or tilt angle θ2 of the second line segment S2 extending between the effective refractive index value of the second edge and the refractive index peak C1.

화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 멀어질수록, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심(C0)과 굴절률 피크(C1) 사이의 거리가 증가하고, 유효 굴절률 분포 또는 투과광의 위상 분포의 비대칭성이 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 9에서 중간에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심(C0)과 굴절률 피크(C1) 사이의 제2 거리(d2)는 도 9에서 가장 좌측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심(C0)과 굴절률 피크(C1) 사이의 제1 거리(d1)보다 크고, 도 9에서 가장 우측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심(C0)과 굴절률 피크(C1) 사이의 제3 거리(d3)는 제2 거리(d2)보다 크다. 도 9에서 중간에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 가장 좌측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)보다 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 더 멀리 배치되어 있고, 도 9에서 가장 우측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 중간에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)보다 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 더 멀리 배치되어 있다.As the distance from the center (1100C) of the pixel array 1100 increases, the distance between the center (C0) of the planar nano-optical microlens 151 and the refractive index peak (C1) increases, and the effective refractive index distribution or the phase distribution of transmitted light increases. Asymmetry may increase. For example, the second distance (d2) between the center (C0) of the planar nano-optics microlens 151 disposed in the middle in FIG. 9 and the refractive index peak (C1) is It is greater than the first distance (d1) between the center (C0) of the microlens 151 and the refractive index peak (C1), and the center (C0) and refractive index of the planar nano-optical microlens 151 disposed on the rightmost side in FIG. 9 The third distance d3 between the peaks C1 is greater than the second distance d2. In FIG. 9 , the planar nano-optical microlens 151 disposed in the middle is disposed farther from the center 1100C of the pixel array 1100 than the planar nano-optical microlens 151 disposed on the leftmost side, and in FIG. 9 The planar nano-optical microlens 151 disposed on the far right is located farther from the center 1100C of the pixel array 1100 than the planar nano-optical microlens 151 disposed in the middle.

그리고, 도 9에서 중간에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제1 가장자리의 유효 굴절률 값과 굴절률 피크(C1) 사이를 연장한 제3 선분(S3)의 기울기 또는 기울기 각도(θ3)는 제1 선분(S1)의 기울기 또는 기울기 각도(θ1)보다 크고, 도 9에서 가장 우측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제1 가장자리의 유효 굴절률 값과 굴절률 피크(C1) 사이를 연장한 제5 선분(S5)의 기울기 또는 기울기 각도(θ5)는 제3 선분(S3)의 기울기 또는 기울기 각도(θ3)보다 크다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 멀어질수록 제1 가장자리와 굴절률 피크(C1) 사이 영역의 유효 굴절률 분포의 기울기가 증가할 수 있다. 또한, 도 9에서 중간에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제2 가장자리의 유효 굴절률 값과 굴절률 피크(C1) 사이를 연장한 제4 선분(S4)의 기울기 또는 기울기 각도(θ4)는 제2 선분(S2)의 기울기 또는 기울기 각도(θ2)보다 작고, 도 9에서 가장 우측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 제2 가장자리의 유효 굴절률 값과 굴절률 피크(C1) 사이를 연장한 제6 선분(S6)의 기울기 또는 기울기 각도(θ6)는 제4 선분(S4)의 기울기 또는 기울기 각도(θ4)보다 작다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 멀어질수록 제2 가장자리와 굴절률 피크(C1) 사이 영역의 유효 굴절률 분포의 기울기가 작아질 수 있다.And, in FIG. 9, the slope or tilt angle θ3 of the third line segment S3 extending between the effective refractive index value of the first edge of the planar nano-optical microlens 151 disposed in the middle and the refractive index peak C1 is It is greater than the inclination or inclination angle (θ1) of the first line segment (S1) and extends between the effective refractive index value of the first edge of the planar nano-optical microlens 151 disposed on the rightmost side in FIG. 9 and the refractive index peak (C1). The slope or slope angle θ5 of one fifth line segment S5 is greater than the slope or slope angle θ3 of the third line segment S3. Accordingly, the slope of the effective refractive index distribution in the area between the first edge and the refractive index peak C1 may increase as the distance from the center 1100C of the pixel array 1100 increases. In addition, in FIG. 9, the slope or tilt angle θ4 of the fourth line segment S4 extending between the effective refractive index value of the second edge of the planar nano-optical microlens 151 disposed in the middle and the refractive index peak C1 is It is smaller than the inclination or inclination angle (θ2) of the second line segment (S2) and extends between the effective refractive index value of the second edge of the planar nano-optical microlens 151 disposed on the rightmost side in FIG. 9 and the refractive index peak (C1). The slope or slope angle θ6 of one sixth line segment S6 is smaller than the slope or slope angle θ4 of the fourth line segment S4. Accordingly, as the distance from the center 1100C of the pixel array 1100 increases, the slope of the effective refractive index distribution in the area between the second edge and the refractive index peak C1 may decrease.

평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 내의 모든 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들이 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터의 거리에 따라 서로 다른 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다. 이 경우, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로부터 멀어짐에 따라 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들의 유효 굴절률 분포가 거의 연속적으로 변화할 수 있다. 또는 그 대신에, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)를 복수의 구역으로 나누고, 동일 구격 내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들이 동일한 유효 굴절률 분포를 가질 수도 있다. 이 경우, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들의 유효 굴절률 분포는 서로 다른 두 구역에서 불연속적으로 변화할 수 있다.All of the planar nano-optical microlenses 151 in the planar nano-optical microlens array 150 may have different effective refractive index distributions depending on the distance from the center 1100C of the pixel array 1100. In this case, the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlenses 151 may change almost continuously as the distance from the center 1100C of the pixel array 1100 increases. Alternatively, the planar nano-optical microlens array 150 may be divided into a plurality of zones, and the planar nano-optical microlenses 151 disposed in the same zone may have the same effective refractive index distribution. In this case, the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlenses 151 may change discontinuously in two different regions.

예를 들어, 도 10은 일 실시예에 따른 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 복수의 영역들을 개략적으로 보이는 평면도이다. 도 10을 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 가장 중심부의 제1 구역(150A), 제1 구역(150A)을 둘러싸는 제2 구역(150B), 및 제2 구역(150B)을 둘러싸는 제3 구역(150C)을 포함할 수 있다. 제1 구역(150A)은 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 입사광의 주광선 각도(CRA)가 약 10° 이내인 구역을 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)로 정의할 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)는 엄격하게 주광선 각도(CRA)가 0°인 영역뿐만 아니라 소정 범위 내에서 0°보다 약간 큰 영역도 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 구역(150A) 내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들은 모두 대칭적인 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다.For example, Figure 10 is a plan view schematically showing a plurality of regions of a nano-optical microlens array according to one embodiment. Referring to FIG. 10, the planar nano-optical microlens array 150 includes a first zone 150A at the center, a second zone 150B surrounding the first zone 150A, and a second zone 150B. It may include a surrounding third zone 150C. The first area 150A may correspond to the center 1100C of the pixel array 1100. For example, an area where the principal ray angle (CRA) of incident light is within about 10° may be defined as the center 1100C of the pixel array 1100. Accordingly, the center 1100C of the pixel array 1100 may include not only an area where the principal ray angle (CRA) is strictly 0°, but also an area where the principal ray angle (CRA) is slightly greater than 0° within a predetermined range. In this case, all of the planar nano-optical microlenses 151 disposed in the first area 150A may have a symmetrical effective refractive index distribution.

제2 구역(150B)에서 입사광의 주광선 각도(CRA)는, 예컨대, 약 10°보다 크고 약 20° 이내일 수 있다. 제2 구역(150B)내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 모두 동일한 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 가질 수 있다. 또한, 제3 구역(150C)에서 입사광의 주광선 각도(CRA)는, 예컨대, 약 20°보다 클 수 있다. 제3 구역(150C)내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 모두 동일한 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 가지며, 제3 구역(150C)내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 유효 굴절률 분포의 비대칭 정도는 제2 구역(150B)내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 비대칭 정도보다 클 수 있다. 도 10에는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)가 3개의 구역으로 분할된 것으로 도시되었으나, 이는 단지 이해를 돕기 위한 예시일 뿐이며 구역의 개수는 3개로 한정되지 않는다. 또한, 복수의 구역을 나누기 위한 기준이 되는 입사광의 주광선 각도(CRA)의 범위도 역시 이미지 센서(1000)의 크기와 감도, 렌즈 어셈블리(1910)의 광학적 특성 등을 고려하여 다양하게 선택될 수 있다.The principal ray angle (CRA) of the incident light in the second zone 150B may be, for example, greater than about 10° and within about 20°. All of the planar nano-optical microlenses 151 disposed in the second zone 150B may have the same asymmetric effective refractive index distribution. Additionally, the principal ray angle (CRA) of the incident light in the third zone 150C may be greater than, for example, about 20°. The planar nano-optical microlenses 151 disposed in the third zone 150C all have the same asymmetric effective refractive index distribution, and the effective refractive index distribution of the planar nano-optical microlens 151 disposed in the third zone 150C The degree of asymmetry may be greater than the degree of asymmetry of the planar nano-optical microlens 151 disposed in the second area 150B. In FIG. 10, the planar nano-optical microlens array 150 is shown divided into three zones, but this is only an example to aid understanding and the number of zones is not limited to three. In addition, the range of the principal ray angle (CRA) of incident light, which serves as a standard for dividing a plurality of zones, can also be selected in various ways in consideration of the size and sensitivity of the image sensor 1000, the optical characteristics of the lens assembly 1910, etc. .

상술한 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 평면 형태의 나노 구조를 갖기 때문에 곡면을 갖는 마이크로렌즈 어레이에 비하여 렌즈면의 광학적 곡률 프로파일을 쉽게 결정할 수 있다. 예를 들어, 개개의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 저굴절률 구조물(151L)과 고굴절률 나노 구조물(151H)의 직경, 폭, 피치 등을 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 영역들에 따라 다르게 선택함으로써, 원하는 유효 굴절률 분포를 갖는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 쉽게 설계할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 화소 어레이(1100)에 입사하는 입사광의 주광선 각도에 맞추어 최적의 형태를 갖는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 쉽게 설계 및 제작할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 이미지 센서의 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에서 큰 주광선 각도로 입사하는 입사광의 입사각을 수직에 가깝게 변경시킬 수 있다. 특히, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 이미지 센서의 화소 어레이(1100) 상의 여러 위치에 따른 주광선 각도의 변화를 고려하여 다양한 형태의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 구비할 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 화소 어레이(1100)의 주변주(1100P)에 위치하는 화소들의 감도를 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 위치하는 화소들의 감도와 유사하게 향상시킬 수 있다.Since the above-described planar nano-optical microlens array 150 has a planar nanostructure, the optical curvature profile of the lens surface can be more easily determined compared to a microlens array with a curved surface. For example, within each planar nano-optical microlens 151, the diameter, width, pitch, etc. of the low refractive index structure 151L and the high refractive index nanostructure 151H are measured in areas within the planar nano-optical microlens 151. By making different selections, a planar nano-optical microlens 151 having a desired effective refractive index distribution can be easily designed. Therefore, it is possible to easily design and manufacture a planar nano-optical microlens 151 having an optimal shape according to the main ray angle of the incident light incident on the pixel array 1100 of the image sensor. Additionally, as described above, the planar nano-optical microlens array 150 can change the angle of incidence of incident light incident at a large chief ray angle at the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100 of the image sensor to be closer to vertical. In particular, the planar nano-optical microlens array 150 may be provided with various types of planar nano-optical microlenses 151 in consideration of changes in the angle of the chief ray according to various positions on the pixel array 1100 of the image sensor. Accordingly, the sensitivity of pixels located in the peripheral periphery 1100P of the pixel array 1100 of the image sensor can be improved to be similar to the sensitivity of pixels located in the center 1100C of the pixel array 1100.

도 5에서는 나노포스트 형태를 갖는 고굴절률 나노 구조물(151H)들이 행과 열을 따라 규칙적인 격자점에 배치된 것으로 예시되었으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 11a 내지 도 11d는 다양한 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.In FIG. 5 , high refractive index nanostructures 151H in the form of nanoposts are illustrated as arranged at regular lattice points along rows and columns, but the present invention is not necessarily limited thereto. For example, FIGS. 11A to 11D are plan views illustrating various shapes of planar nano-optical microlenses 151.

도 11a를 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 방사형으로 배열된 나노포스트 형태를 갖는 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)을 포함할 수 있다. 이 경우, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역에서 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중이 가장 높고, 굴절률 정점 영역으로부터 멀어질수록 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중이 낮아질 수 있다. 예를 들어, 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중은 단위 면적에 대해 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)이 차지하는 면적의 비율로 정의될 수 있다. 도 11a에는 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)이 원형인 것으로 예시되었느나, 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)은 타원형 또는 다각형 형태를 가질 수도 있다. 또한, 도 11a에는 굴절률 정점 영역에서 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 치수(즉, 폭 또는 직경)가 크고 주변으로 갈수록 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 치수가 작아지는 것으로 예시되었으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 치수가 동일하고, 굴절률 정점 영역으로부터 주변으로 갈수록 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 밀도가 낮아질 수도 있다.Referring to FIG. 11A, the planar nano optical microlens 151 may include a plurality of high refractive index nanostructures 151H having a nanopost shape arranged radially. In this case, the proportion of the plurality of high refractive index nanostructures 151H is highest in the refractive index peak area of the planar nano optical microlens 151, and the proportion of the plurality of high refractive index nanostructures 151H increases as the distance from the refractive index peak area increases. It can be lowered. For example, the specific gravity of the plurality of high refractive index nanostructures 151H may be defined as the ratio of the area occupied by the plurality of high refractive index nanostructures 151H to unit area. In FIG. 11A, the plurality of high refractive index nanostructures 151H are illustrated as circular, but the plurality of high refractive index nanostructures 151H may have an oval or polygonal shape. In addition, in Figure 11a, the dimensions (i.e., width or diameter) of the plurality of high refractive index nanostructures 151H are large in the refractive index peak region, and the dimensions of the plurality of high refractive index nanostructures 151H become smaller as they move to the periphery. It is not necessarily limited to this. For example, the dimensions of the plurality of high refractive index nanostructures 151H may be the same, and the density of the plurality of high refractive index nanostructures 151H may decrease from the refractive index peak region to the periphery.

도 11b를 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 링 형태를 갖는 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)과 링 형태를 갖는 복수의 저굴절률 구조물(151L)을 포함할 수 있다. 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)과 복수의 저굴절률 구조물(151L)은 굴절률 정점 영역을 중심으로 동심원 형태로 서로 번갈아 배열될 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 가장 안쪽에는 원형의 고굴절률 나노 구조물(151H)이 배치될 수 있다. 고굴절률 나노 구조물(151H)의 직경 방향 폭은 굴절률 정점 영역에서 가장 클 수 있으며, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심에서 멀어질수록 고굴절률 나노 구조물(151H)의 직경 방향 폭이 점차 작아질 수 있다.Referring to FIG. 11B, the planar nano optical microlens 151 may include a plurality of high refractive index nanostructures 151H having a ring shape and a plurality of low refractive index structures 151L having a ring shape. A plurality of high refractive index nanostructures 151H and a plurality of low refractive index structures 151L may be alternately arranged in a concentric circle shape centered on a refractive index peak region. A circular high-refractive-index nanostructure 151H may be placed at the innermost part of the planar nano-optical microlens 151. The diametric width of the high refractive index nanostructure 151H may be largest at the refractive index peak region, and as the distance from the center of the planar nano-optical microlens 151 increases, the diametric width of the high refractive index nanostructure 151H gradually becomes smaller. You can.

또한, 도 11c를 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 원주 방향을 따라 분할되어 있는 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)을 포함할 수 있다. 각각의 고굴절률 나노 구조물(151H)은 원호(arc) 형태를 가질 수도 있다. 이 경우에도, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역에서 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중을 높게 설계하고 굴절률 정점 영역으로부터 멀어질수록 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중을 낮게 설계할 수 있다.Additionally, referring to FIG. 11C, the planar nano-optical microlens 151 may include a plurality of high refractive index nanostructures 151H divided along the circumferential direction. Each high refractive index nanostructure 151H may have an arc shape. In this case as well, the proportion of the high refractive index nanostructure (151H) can be designed to be high in the refractive index peak area of the planar nano optical microlens 151, and the proportion of the high refractive index nanostructure (151H) can be designed to be low as the distance from the refractive index peak area increases. You can.

또한, 도 11d를 참조하면, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 평판 형태의 하나의 고굴절률 나노 구조물(151H) 및 홀(hole) 형태를 갖는 복수의 저굴절률 구조물(151L)을 포함할 수 있다. 이를 위해, 고굴절률 나노 구조물(151H)을 식각하여 복수의 홀을 형성하고, 홀 내에 저굴절률 재료를 채워 넣을 수 있다. 또는 홀 내에 아무 것도 채우지 않을 수도 있다. 이 경우, 저굴절률 구조물(151L)은 공기(air)로 이루어질 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내의 모든 홀의 직경이 동일할 수도 있지만, 굴절률 정점 영역으로부터 멀어질수록 홀의 직경이 증가할 수도 있다. 굴절률 정점 영역에서는 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중이 높도록 홀의 개수가 적거나 및/또는 홀의 직경이 작으며, 굴절률 정점 영역으로부터 멀어질수록 고굴절률 나노 구조물(151H)의 비중이 낮아지도록 홀의 개수 및/또는 홀의 직경이 증가할 수 있다.In addition, referring to FIG. 11D, the planar nano-optical microlens 151 may include one high refractive index nanostructure 151H in the form of a plate and a plurality of low refractive index structures 151L in the form of holes. . To this end, the high refractive index nanostructure 151H may be etched to form a plurality of holes, and the holes may be filled with a low refractive index material. Or, the hole may not be filled with anything. In this case, the low refractive index structure 151L may be made of air. The diameters of all holes in the planar nano-optical microlens 151 may be the same, but the diameter of the holes may increase as the distance from the peak region of the refractive index increases. In the refractive index peak area, the number of holes is small and/or the diameter of the hole is small so that the specific gravity of the high refractive index nanostructure 151H is high, and the holes are formed so that the specific gravity of the high refractive index nanostructure 151H decreases as the distance from the refractive index peak area increases. The number and/or diameter of holes may be increased.

도 12a 및 도 12b는 또 다른 실시예에 따른 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 단면도이다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 복층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 제1 층(L1) 및 제1 층(L1) 위에 적층된 제2 층(L2)을 포함할 수 있다. 제1 층(L1)과 제2 층(L2)은 각각 고굴절률 나노 구조물(151H)과 저굴절률 구조물(151L)을 포함하며, 제1 층(L1)의 고굴절률 나노 구조물(151H)과 저굴절률 구조물(151L)의 패턴은 제2 층(L2)의 고굴절률 나노 구조물(151H)과 저굴절률 구조물(151L)의 패턴과 상이할 수 있다. 복층 구조를 갖는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 영역 별 유효 굴절률은 제1 층(L1)과 제2 층(L2)에 있는 고굴절률 나노 구조물(151H)과 제1 층(L1)과 제2 층(L2)에 있는 저굴절률 구조물(151L)을 종합하여 결정될 수 있다. 12A and 12B are cross-sectional views exemplarily showing the shape of a planar nano-optical microlens according to another embodiment. As shown in FIGS. 12A and 12B, the planar nano-optical microlens 151 may have a multi-layer structure. For example, the planar nano-optical microlens 151 may include a first layer (L1) and a second layer (L2) stacked on the first layer (L1). The first layer (L1) and the second layer (L2) include a high refractive index nanostructure (151H) and a low refractive index structure (151L), respectively, and the high refractive index nanostructure (151H) and the low refractive index structure of the first layer (L1) The pattern of the structure 151L may be different from the pattern of the high refractive index nanostructure 151H and the low refractive index structure 151L of the second layer L2. The effective refractive index of each region of the planar nano-optical microlens 151 having a multi-layer structure is the high refractive index nanostructure 151H in the first layer (L1) and the second layer (L2), the first layer (L1), and the second layer (L2). It can be determined by combining the low refractive index structure 151L in the layer L2.

도 12a를 참조하면, 입사광(Li)이 수직하게 입사하는 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 제1 층(L1)과 제2 층(L2)이 모두 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심을 기준으로 대칭적인 형태를 가질 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심에서는 제1 층(L1)과 제2 층(L2)에 있는 고굴절률 나노 구조물(151H)이 동일한 폭을 갖지만, 주변부에서는 빛이 먼저 입사하는 제2 층(L2)의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭이 그 아래에 배치된 제1 층(L1)의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭보다 작을 수 있다. 또한, 제1 층(L1)과 제2 층(L2)을 종합하여 고려한 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 유효 굴절률은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심 부근에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다.Referring to FIG. 12A, the planar nano-optical microlens 151 disposed at the center 1100C of the pixel array 1100 where the incident light Li is vertically incident is formed on the first layer L1 and the second layer L2. All of these may have a symmetrical shape with respect to the center of the planar nano-optical microlens 151. At the center of the planar nano-optical microlens 151, the high refractive index nanostructures 151H in the first layer L1 and the second layer L2 have the same width, but at the periphery, the second layer ( The width of the high refractive index nanostructure 151H of L2) may be smaller than the width of the high refractive index nanostructure 151H of the first layer L1 disposed below it. In addition, the effective refractive index of the planar nano-optical microlens 151 considered by combining the first layer (L1) and the second layer (L2) is highest near the center of the planar nano-optical microlens 151 and is highest around the refractive index peak area. It may gradually decrease as time goes by.

또한 도 12b를 참조하면, 입사광(Li)이 경사지게 입사하는 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 제1 층(L1)과 제2 층(L2)이 모두 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심을 기준으로 비대칭적인 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역은 빛이 입사하는 방향을 향해 또는 화소 어레이(1100)의 중심부(1100C)의 중심부를 향해 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심으로부터 치우쳐 위치할 수 있다. 제1 층(L1)과 제2 층(L2)을 종합하여 고려한 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 유효 굴절률은 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 갈수록 점차 낮아질 수 있다. 또한, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역에서는 제1 층(L1)과 제2 층(L2)에 있는 고굴절률 나노 구조물(151H)이 동일한 폭을 갖지만, 굴절률 정점 영역으로부터 벗어난 영역에서는 제2 층(L2)의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭이 그 아래에 배치된 제1 층(L1)의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 폭보다 작을 수 있다.Also, referring to FIG. 12b, the planar nano-optical microlens 151 disposed on the periphery 1100P of the pixel array 1100 where the incident light Li is obliquely incident is formed on the first layer L1 and the second layer L2. All of these may have an asymmetric shape based on the center of the planar nano-optical microlens 151. For example, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151 is angled from the center of the planar nano-optical microlens 151 toward the direction in which light is incident or towards the center of the center 1100C of the pixel array 1100. It may be located biased. The effective refractive index of the planar nano-optical microlens 151 considering the first layer (L1) and the second layer (L2) comprehensively is highest in the refractive index peak area and may gradually decrease toward the periphery of the refractive index peak area. In addition, in the refractive index peak area of the planar nano optical microlens 151, the high refractive index nanostructures 151H in the first layer (L1) and the second layer (L2) have the same width, but in the area away from the refractive index peak area, The width of the high refractive index nanostructure 151H of the second layer (L2) may be smaller than the width of the high refractive index nanostructure 151H of the first layer (L1) disposed below.

전술한 예에서, 서로 대응하는 광센싱셀, 컬러 필터 및 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 사이의 경계는 화소 어레이(1100)의 전체 영역에서 서로 일치할 수 있다. 다시 말해, 화소 어레이(1100)의 전체 영역에서 서로 대응하는 광센싱셀, 컬러 필터 및 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)이 연직 방향으로 서로 마주하여 정렬될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 화소 어레이(1100)의 주변부(1100P)에서 컬러 필터 및 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 빛이 입사하는 방향으로 시프트될 수도 있다.In the above example, boundaries between the corresponding light sensing cells, color filters, and planar nano-optical microlenses 151 may coincide with each other in the entire area of the pixel array 1100. In other words, in the entire area of the pixel array 1100, the corresponding light sensing cells, color filters, and planar nano-optical microlenses 151 may be aligned to face each other in the vertical direction. However, it is not necessarily limited to this, and the color filter and the planar nano-optical microlens 151 at the peripheral portion 1100P of the pixel array 1100 may be shifted in the direction in which light is incident.

예를 들어, 도 13은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 보이는 평면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 주변부에 대한 A-A' 라인을 따른 개략적인 단면도이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 주변부에서는 빛이 입사하는 방향을 향해 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 시프트되어 배치될 수 있다. 다시 말해, 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 시프트되어 위치할 수 있다. 예컨대, 화소 어레이(1100)의 우측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 좌측 방향으로 시프트될 수 있고, 화소 어레이(1100)의 좌측에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 우측 방향으로 시프트될 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들 사이의 경계는 대응하는 광감지셀들 사이의 경계 및 컬러 필터들 사이의 경계와 일치하지 않을 수 있다. 이 경우에도, 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 내에서 굴절률 정점 영역은, 전술한 바와 같이, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심으로부터 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 벗어나 위치할 수 있다.For example, FIG. 13 is a plan view showing a pixel array of an image sensor according to another embodiment, and FIG. 14 is a schematic cross-sectional view along line A-A' of the periphery of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 13. Referring to FIGS. 13 and 14 , the planar nano-optical microlens 151 may be shifted and disposed at the periphery of the pixel array 1100 toward the direction in which light is incident. In other words, the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery of the pixel array 1100 may be shifted toward the center of the pixel array 1100. For example, the planar nano-optical microlens 151 disposed on the right side of the pixel array 1100 may be shifted to the left, and the planar nano-optical microlens 151 disposed on the left side of the pixel array 1100 may be shifted to the right. can be shifted to . Accordingly, the boundary between the planar nano-optical microlenses 151 disposed at the periphery of the pixel array 1100 may not coincide with the boundary between the corresponding photo-sensing cells and the boundary between the color filters. In this case as well, the refractive index peak area within the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery of the pixel array 1100 is, as described above, the pixel array 1100 from the center of the planar nano-optical microlens 151. It can be located away from the center of.

또한, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)와 마찬가지로, 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 컬러 필터(141, 142, 143)들도 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 시프트되어 위치할 수 있다. 예를 들어, 화소 어레이(1100)의 우측에 배치된 컬러 필터(141, 142, 143)들은 좌측 방향으로 시프트될 수 있고, 화소 어레이(1100)의 좌측에 배치된 컬러 필터(141, 142, 143)들은 우측 방향으로 시프트될 수 있다. 컬러 필터(141, 142, 143)들이 시프트된 거리는 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 시프트된 거리보다 작을 수 있다. 따라서, 컬러 필터(141, 142, 143)들은 대응하는 광센싱셀(111, 112, 113)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 수평 방향으로 돌출될 수 있으며, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 대응하는 컬러 필터(141, 142, 143)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 수평 방향으로 돌출될 수 있다. 그러면, 화소 어레이(1100)에 경사지게 입사하는 빛은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)와 컬러 필터층(140)을 지나 센서 기판(110)에 대략적으로 수직하게 입사할 수 있다. 또한, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 대응하는 광감지셀의 대략적인 중심을 향해 빛을 집광할 수 있다.Additionally, like the planar nano-optical microlens 151, the color filters 141, 142, and 143 disposed at the periphery of the pixel array 1100 may be shifted toward the center of the pixel array 1100. For example, the color filters 141, 142, and 143 disposed on the right side of the pixel array 1100 may be shifted to the left, and the color filters 141, 142, and 143 disposed on the left side of the pixel array 1100. ) can be shifted to the right. The distance at which the color filters 141, 142, and 143 are shifted may be smaller than the distance at which the corresponding planar nano-optical microlens 151 is shifted. Accordingly, the color filters 141, 142, and 143 may protrude in a horizontal direction toward the center of the pixel array 1100 with respect to the corresponding light sensing cells 111, 112, and 113, and the planar nano-optical microlens 151 ) may protrude in the horizontal direction toward the center of the pixel array 1100 with respect to the corresponding color filters 141, 142, and 143. Then, light incident on the pixel array 1100 at an angle may pass through the planar nano-optical microlens 151 and the color filter layer 140 and enter the sensor substrate 110 approximately perpendicularly. Additionally, the planar nano-optical microlens 151 can focus light toward the approximate center of the corresponding photo-sensing cell.

이 경우, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)의 전체 면적은 화소 어레이(1100)의 전체 면적, 센서 기판(110)의 전체 면적, 또는 컬러 필터층(140)의 전체 면적보다 작을 수 있다. 또한, 컬러 필터층(140)의 전체 면적은 센서 기판(110)의 전체 면적보다 작을 수 있다.In this case, the total area of the planar nano-optical microlens array 150 may be smaller than the total area of the pixel array 1100, the total area of the sensor substrate 110, or the total area of the color filter layer 140. Additionally, the total area of the color filter layer 140 may be smaller than the total area of the sensor substrate 110.

평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 및 컬러 필터(141, 142, 143)가 시프트되는 거리는 입사광의 주광선 각도에 의해 결정될 수 있다. 입사광의 주광선 각도가 커지면 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 및 컬러 필터(141, 142, 143)가 시프트되는 거리가 증가할 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 멀어질수록 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 및 컬러 필터(141, 142, 143)가 시프트되는 거리가 점진적으로 증가할 수 있다.The distance at which the planar nano-optical microlens 151 and the color filters 141, 142, and 143 are shifted may be determined by the principal ray angle of the incident light. As the principal ray angle of the incident light increases, the distance at which the planar nano-optical microlens 151 and the color filters 141, 142, and 143 are shifted may increase. Accordingly, as the distance from the center of the pixel array 1100 increases, the distance at which the planar nano-optical microlens 151 and the color filters 141, 142, and 143 are shifted may gradually increase.

또는, 도 10에서 설명한 것과 유사하게, 화소 어레이(1100)를 복수의 구역으로 분할하고, 분할된 구역들에 따라 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 및 컬러 필터(141, 142, 143)가 시프트되는 거리를 단계적으로 변화시킬 수 있다. 이 경우, 화소 어레이(1100)의 동일한 구역 내에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들은 서로 동일한 거리만큼 시프트될 수 있다. 또한, 화소 어레이(1100)의 동일한 구역 내에 배치된 컬러 필터(141, 142, 143)들은 서로 동일한 거리만큼 시프트될 수 있다.Alternatively, similar to what is described in FIG. 10, the pixel array 1100 is divided into a plurality of zones, and the planar nano-optical microlens 151 and color filters 141, 142, and 143 are shifted according to the divided zones. The distance can be changed step by step. In this case, the planar nano-optical microlenses 151 disposed in the same area of the pixel array 1100 may be shifted by the same distance from each other. Additionally, the color filters 141, 142, and 143 disposed in the same area of the pixel array 1100 may be shifted by the same distance from each other.

도 15 내지 도 17은 볼록 마이크로렌즈를 더 구비하는 또 다른 실시예에 따른 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 형태를 예시적으로 보이는 단면도이다. 도 15를 참조하면, 이미지 센서의 화소 어레이(1100)는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 위에 배치된 볼록 마이크로렌즈(161)를 더 포함할 수 있다. 도 15에는 하나의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 위에 배치된 하나의 볼록 마이크로렌즈(161)만이 도시되었지만, 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 위에 복수의 볼록 마이크로렌즈(161)가 2차원 배열될 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)와 볼록 마이크로렌즈(161)는 일대일로 대응할 수 있다. 볼록 마이크로렌즈(161)를 더 사용하는 경우, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들 사이의 계면에서 발생하는 크로스토크를 방지하거나 줄일 수 있다.15 to 17 are cross-sectional views exemplarily showing the shape of a planar nano-optical microlens according to another embodiment further comprising a convex microlens. Referring to FIG. 15 , the pixel array 1100 of the image sensor may further include a convex microlens 161 disposed on the planar nano-optical microlens 151. In Figure 15, only one convex microlens 161 disposed on one planar nano-optical microlens 151 is shown, but a plurality of convex microlenses 161 on a plurality of planar nano-optical microlenses 151 are two-dimensional. can be arranged. The planar nano-optical microlens 151 and the convex microlens 161 may correspond one to one. When additional convex microlenses 161 are used, crosstalk occurring at the interface between the planar nano-optical microlenses 151 can be prevented or reduced.

도 15를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 중심부에 배치된 서로 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역과 볼록 마이크로렌즈(161)의 광축이 서로 일치하도록 정렬될 수 있다. 또한, 서로 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 경계와 볼록 마이크로렌즈(161)의 경계가 서로 일치할 수 있다.Referring to FIG. 15 , the refractive index peak areas of the corresponding planar nano-optical microlenses 151 disposed at the center of the pixel array 1100 and the optical axes of the convex microlenses 161 may be aligned to coincide with each other. Additionally, the boundaries of the corresponding planar nano-optical microlenses 151 and the boundaries of the convex microlenses 161 may coincide with each other.

도 16을 참조하면, 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역과 볼록 마이크로렌즈(161)의 광축이 서로 일치하지 않을 수 있다. 또한, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151) 위에 배치된 볼록 마이크로렌즈(161)는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 대해 빛이 입사하는 방향을 향해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 화소 어레이(1100)의 우측 가장자리에서 볼록 마이크로렌즈(161)는 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 대해 좌측 방향으로 시프트된다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 주변부에서 볼록 마이크로렌즈(161)는 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 시프트될 수 있다.Referring to FIG. 16, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery of the pixel array 1100 and the optical axis of the convex microlens 161 may not coincide with each other. Additionally, the convex microlens 161 disposed on the planar nano-optical microlens 151 may be shifted toward the direction in which light is incident on the planar nano-optical microlens 151. For example, at the right edge of the pixel array 1100, the convex microlens 161 is shifted to the left with respect to the corresponding planar nano-optic microlens 151. Accordingly, the convex microlens 161 at the periphery of the pixel array 1100 may be shifted toward the center of the pixel array 1100 with respect to the corresponding planar nano-optic microlens 151.

도 16에서는, 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역이 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 시프트된 것으로 도시되었다. 그러나, 볼록 마이크로렌즈(161)를 더 사용하는 경우에는 화소 어레이(1100)의 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역이 시프트되지 않을 수도 있다. 도 17을 참조하면, 볼록 마이크로렌즈(161)는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 시프트되어 있다. 볼록 마이크로렌즈(161) 아래에 있는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)는 시프트되지 않은 굴절률 정점 영역을 갖는다. 다시 말해, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 중심에 위치한다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 굴절률 정점 영역이 시프트되지 않더라도, 시프트된 볼록 마이크로렌즈(161)로 인해 입사광이 완화된 입사각으로 광감지셀의 중심에 입사할 수 있다.In FIG. 16 , the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery of the pixel array 1100 is shown shifted toward the center of the pixel array 1100. However, when an additional convex microlens 161 is used, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151 disposed at the periphery of the pixel array 1100 may not shift. Referring to FIG. 17, the convex microlens 161 is shifted toward the center of the pixel array 1100 with respect to the planar nano-optical microlens 151. The planar nano-optical microlens 151 below the convex microlens 161 has an unshifted refractive index peak region. In other words, the peak region of the refractive index of the planar nano-optical microlens 151 is located at the center of the planar nano-optical microlens 151. Even if the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens 151 is not shifted, incident light can enter the center of the photo-sensing cell at a relaxed incident angle due to the shifted convex microlens 161.

도 18 내지 도 21은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 개략적으로 보이는 단면도이다. 도 18 내지 도 21을 참조하면, 이미지 센서의 화소 어레이(1100)는 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 주변부를 향해 증가하는 두께를 갖는 투명 유전체층(170)을 더 포함할 수 있다.18 to 21 are cross-sectional views schematically showing a pixel array of an image sensor according to another embodiment. Referring to FIGS. 18 to 21 , the pixel array 1100 of the image sensor may further include a transparent dielectric layer 170 whose thickness increases from the center of the pixel array 1100 toward the periphery.

도 18을 참조하면, 투명 유전체층(170)은 센서 기판(110)과 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 사이, 특히 컬러 필터층(140)과 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 사이에 배치될 수 있다. 투명 유전체층(170)은 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 주변부를 향해 점진적으로 두께가 증가하도록 경사진 상부 표면을 가질 수 있다. 도 18에는 투명 유전체층(170)의 상부 표면이 일정한 경사각을 갖는 평판 형태인 것으로 도시되었으나, 투명 유전체층(170)의 상부 표면은 주광선 각도가 증가함에 따라 경사각이 커지는 곡면 형태일 수도 있다. 투명 유전체층(170)은 화소 어레이(1100)의 전체 영역에 걸쳐 배치될 수도 있지만, 화소 어레이(1100)의 일부 주변 영역에만 배치될 수도 있다. 예를 들어, 주광선 각도에 의한 화소의 감도 저하가 심하지 않은 중심 영역들에는 투명 유전체층(170)이 배치되지 않을 수도 있다.Referring to FIG. 18, the transparent dielectric layer 170 may be disposed between the sensor substrate 110 and the planar nano-optical microlens array 150, particularly between the color filter layer 140 and the planar nano-optical microlens array 150. there is. The transparent dielectric layer 170 may have an inclined upper surface so that the thickness gradually increases from the center of the pixel array 1100 toward the periphery. In FIG. 18 , the upper surface of the transparent dielectric layer 170 is shown as a flat plate with a constant inclination angle. However, the upper surface of the transparent dielectric layer 170 may be in the form of a curved surface whose inclination angle increases as the angle of the main ray increases. The transparent dielectric layer 170 may be disposed over the entire area of the pixel array 1100, or may be disposed only in a portion of the peripheral area of the pixel array 1100. For example, the transparent dielectric layer 170 may not be disposed in central areas where pixel sensitivity is not significantly reduced due to the chief ray angle.

투명 유전체층(170)의 경사진 상부 표면 위에 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 경사지게 배치될 수 있다. 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 경사지게 배치되기 때문에, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)에 입사하는 입사광의 입사각이 주광선 각도보다 작아질 수 있다. 특히, 투명 유전체층(170)이 주광선 각도가 증가함에 따라 경사각이 커지는 곡면 형태의 상부 표면을 갖는 경우, 모든 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들에 거의 일정한 각도로 입사광이 입사할 수 있다.A plurality of planar nano-optical microlenses 151 may be disposed at an angle on the inclined upper surface of the transparent dielectric layer 170. Since the planar nano-optical microlens 151 is disposed at an angle, the incident angle of incident light incident on the planar nano-optical microlens 151 may be smaller than the chief ray angle. In particular, when the transparent dielectric layer 170 has a curved upper surface whose inclination angle increases as the chief ray angle increases, incident light may enter all the planar nano-optical microlenses 151 at an almost constant angle.

도 19를 참조하면, 경사진 상부 표면을 갖는 투명 유전체층(170)이 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 위에 배치될 수 있다. 투명 유전체층(170)의 경사진 상부 표면으로 인해, 화소 어레이(1100)의 주변부에서 투명 유전체층(170)의 상부 표면에 입사하는 입사광의 입사각이 주광선 각도보다 작아질 수 있다. 또한, 빛이 투명 유전체층(170)에 의해 굴절되기 때문에, 투명 유전체층(170) 아래에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)들에 입사하는 입사광의 입사각은 더욱 작아질 수 있다.Referring to FIG. 19, a transparent dielectric layer 170 having an inclined upper surface may be disposed on the planar nano-optical microlens array 150. Due to the inclined upper surface of the transparent dielectric layer 170, the incident angle of incident light incident on the upper surface of the transparent dielectric layer 170 at the periphery of the pixel array 1100 may be smaller than the chief ray angle. Additionally, because light is refracted by the transparent dielectric layer 170, the angle of incidence of incident light incident on the planar nano-optical microlenses 151 disposed below the transparent dielectric layer 170 may become smaller.

도 20 및 도 21을 참조하면, 투명 유전체층(170)은 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 주변부를 향해 불연속적으로 두께가 증가하는 계단 형태를 가질 수도 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 계단 형태를 갖는 투명 유전체층(170)은 컬러 필터층(140)과 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 도 21에 도시된 바와 같이, 계단 형태를 갖는 투명 유전체층(170)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 위에 배치될 수도 있다. 투명 유전체층(170)으로 인해 빛이 굴절되기 때문에, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 또는 컬러 필터층(140)에 입사하는 입사광의 입사각이 작아질 수 있다. 또한, 도 20 및 도 21에는 투명 유전체층(170)의 상부 표면이 수평면에 평행한 것으로 도시되었으나, 투명 유전체층(170)의 각각의 단은 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 주변부를 향해 점진적으로 두께가 증가하도록 경사진 상부 표면을 가질 수 있다.Referring to FIGS. 20 and 21 , the transparent dielectric layer 170 may have a step shape in which the thickness increases discontinuously from the center of the pixel array 1100 toward the periphery. As shown in FIG. 20, a transparent dielectric layer 170 having a step shape may be disposed between the color filter layer 140 and the planar nano-optical microlens array 150. Additionally, as shown in FIG. 21, the transparent dielectric layer 170 having a step shape may be disposed on the planar nano-optical microlens array 150. Because light is refracted by the transparent dielectric layer 170, the angle of incidence of incident light incident on the planar nano-optical microlens array 150 or the color filter layer 140 may become small. 20 and 21 show that the upper surface of the transparent dielectric layer 170 is parallel to the horizontal plane, but each end of the transparent dielectric layer 170 gradually increases in thickness from the center of the pixel array 1100 toward the periphery. It may have a top surface that is inclined to increase.

도 22는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이를 보이는 평면도이다. 도 22를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 중심부에 배치된 볼록 마이크로렌즈 어레이(160) 및 주변부에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)를 포함할 수 있다. 주광선 각도가 작은 화소 어레이(1100)의 중심부에는 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)가 존재하지 않고 일반적인 볼록 마이크로렌즈 어레이(160)만이 배치될 수 있다. 예를 들어, 주광선 각도가 30도보다 작은 영역에는 일반적인 볼록 마이크로렌즈 어레이(160)만이 배치되고, 주공선 각도가 30도 이상인 영역에서는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)가 배치될 수 있다.Figure 22 is a plan view showing a pixel array of an image sensor according to another embodiment. Referring to FIG. 22, the pixel array 1100 may include a convex microlens array 160 disposed at the center and a planar nano-optical microlens array 150 disposed at the periphery. At the center of the pixel array 1100, where the chief ray angle is small, the planar nano-optical microlens 151 does not exist and only a general convex microlens array 160 can be disposed. For example, only a general convex microlens array 160 may be disposed in an area where the principal ray angle is less than 30 degrees, and a planar nano-optical microlens array 150 may be disposed in an area where the principal ray angle is 30 degrees or more.

도 23은 도 22에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 일 예를 보이는 B-B’ 라인을 따른 단면도이다. 도 23을 참조하면, 볼록 마이크로렌즈 어레이(160)와 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 볼록 마이크로렌즈(161)를 포함하는 볼록 마이크로렌즈 어레이(160)와 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)가 모두 컬러 필터층(140) 위에 함께 배치될 수 있다.FIG. 23 is a cross-sectional view taken along line B-B' showing an example of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 22. Referring to FIG. 23, the convex microlens array 160 and the planar nano-optical microlens array 150 may be arranged on the same plane. For example, the convex microlens array 160 including a plurality of convex microlenses 161 and the planar nano-optical microlens array 150 including a plurality of planar nano-optical microlenses 151 are both color filter layers ( 140) can be placed together above.

도 24는 도 22에 도시된 이미지 센서의 화소 어레이의 다른 예를 보이는 B-B’ 라인을 따른 단면도이다. 도 24를 참조하면, 볼록 마이크로렌즈 어레이(160)와 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터층(140) 위에 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)가 배치될 수 있다. 화소 어레이(1100)의 중심부에 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 내의 영역에서는 고굴절률 나노 구조물(151H)이 없고 저굴절률 구조물(151L)만이 존재할 수 있다. 볼록 마이크로렌즈 어레이(160)는 화소 어레이(1100)의 중심부에 있는 저굴절률 구조물(151L) 위에 배치될 수 있다.FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line B-B' showing another example of the pixel array of the image sensor shown in FIG. 22. Referring to FIG. 24, the convex microlens array 160 and the planar nano-optical microlens array 150 may be arranged on different planes. For example, a planar nano-optical microlens array 150 may be disposed on the color filter layer 140. In the area within the planar nano-optical microlens array 150 corresponding to the center of the pixel array 1100, the high refractive index nanostructure 151H may not exist and only the low refractive index structure 151L may exist. The convex microlens array 160 may be disposed on the low refractive index structure 151L at the center of the pixel array 1100.

도 25는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이에 대한 개략적인 단면도이다. 도 25를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 컬러 필터층(140)과 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 사이에 배치된 스페이서층(125)을 더 포함할 수 있다. 스페이서층(125)은 가시광 대역의 빛에 대해 투명한 유전체 재료를 포함할 수 있다. 또한 스페이서층(125)은 고굴절률 나노 구조물(151H)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스페이서층(125)은 저굴절률 구조물(151L)의 재료와 동일한 재료를 포함할 수 있다.Figure 25 is a schematic cross-sectional view of a pixel array of an image sensor according to another embodiment. Referring to FIG. 25 , the pixel array 1100 may further include a spacer layer 125 disposed between the color filter layer 140 and the planar nano-optical microlens array 150. The spacer layer 125 may include a dielectric material that is transparent to light in the visible light band. Additionally, the spacer layer 125 may include a dielectric material having a lower refractive index than the high refractive index nanostructure 151H. For example, the spacer layer 125 may include the same material as that of the low refractive index structure 151L.

스페이서층(125)은 그 위에 배치된 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150), 특히 고굴절률 나노 구조물(151H)을 지지하는 역할을 할 수 있다. 또한 스페이서층(125)은 복수의 고굴절률 나노 구조물(151H)의 두께를 균일하게 만들기 위한 평탄화층으로서 역할을 할 수 있다. 또한, 스페이서층(125)은 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 초점을 광감지셀(111, 112, 113)들에 맞추기 위한 간격을 제공하는 역할을 할 수도 있다. 그러나, 평면 나노 광학 마이크로렌즈(151)의 초점거리가 길지 않다면, 스페이서층(125)은 생략될 수도 있다.The spacer layer 125 may serve to support the nano optical microlens array 150 disposed thereon, particularly the high refractive index nanostructure 151H. Additionally, the spacer layer 125 may serve as a planarization layer to make the thickness of the plurality of high refractive index nanostructures 151H uniform. Additionally, the spacer layer 125 may serve to provide a gap to focus the planar nano-optical microlens 151 on the photo-sensing cells 111, 112, and 113. However, if the focal length of the planar nano-optical microlens 151 is not long, the spacer layer 125 may be omitted.

한편, 도 4a에 도시된 화소 어레이(1100)의 단면도에서는 편의상 제1 컬러 필터(141), 제2 컬러 필터(142), 및 제3 컬러 필터(143)가 수평 방향을 따라 순차적으로 나열된 것으로 도시되었지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 화소 어레이(1100)에서 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소들의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 도 26a 내지 도 26c는 화소 어레이(1100)의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.Meanwhile, in the cross-sectional view of the pixel array 1100 shown in FIG. 4A, for convenience, the first color filter 141, the second color filter 142, and the third color filter 143 are shown sequentially arranged along the horizontal direction. However, it is not necessarily limited to this. In the pixel array 1100, an arrangement of a plurality of pixels that sense light of different wavelengths can be implemented in various ways. FIGS. 26A to 26C exemplarily show various pixel arrangements of the pixel array 1100.

먼저, 도 26a는 이미지 센서(1000)에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer Pattern)을 보인다. 도 26a를 참조하면, 하나의 단위 패턴은 네 개의 사분 영역(Quadrant Region)을 포함하며, 제1 내지 제4 사분면이 각각 청색 화소(B), 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 녹색 화소(G)가 될 수 있다. 이러한 단위 패턴이 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 이차원적으로 반복 배열된다. 다시 말해, 2×2 어레이 형태의 단위 패턴 내에서 한 쪽 대각선 방향으로 2개의 녹색 화소(G)가 배치되고, 다른 쪽 대각선 방향으로 각각 1개의 청색 화소(B)와 1개의 적색 화소(R)가 배치된다. 전체적인 화소 배열을 보면, 복수의 녹색 화소(G)와 복수의 청색 화소(B)가 제1 방향을 따라 번갈아 배열되는 제1 행과 복수의 적색 화소(R)와 복수의 녹색 화소(G)가 제1 방향을 따라 번갈아 배열되는 제2 행이 제2 방향을 따라 반복적으로 배열된다.First, Figure 26a shows a Bayer pattern that is generally adopted in the image sensor 1000. Referring to Figure 26a, one unit pattern includes four quadrant regions, and the first to fourth quadrants are blue pixel (B), green pixel (G), red pixel (R), and green pixel, respectively. It can be a pixel (G). These unit patterns are arranged two-dimensionally and repeatedly along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). In other words, within a unit pattern in the form of a 2×2 array, two green pixels (G) are arranged diagonally on one side, and one blue pixel (B) and one red pixel (R) are placed diagonally on the other side. is placed. Looking at the overall pixel arrangement, a first row in which a plurality of green pixels (G) and a plurality of blue pixels (B) are alternately arranged along the first direction, and a plurality of red pixels (R) and a plurality of green pixels (G) are arranged alternately in the first direction. Second rows alternately arranged along the first direction are repeatedly arranged along the second direction.

화소 어레이(1100)의 배열 방식은 베이어 패턴 이외에도 다양한 배열 방식이 가능하다. 예를 들어, 도 26b를 참조하면, 마젠타(Magenta) 화소(M), 사이안(Cyan) 화소(C), 옐로우(Yellow) 화소(Y), 및 녹색 화소(G)가 하나의 단위 패턴을 구성하는 CYGM 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도 26c를 참조하면, 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 청색 화소(B), 및 백색 화소(W)가 하나의 단위 패턴을 구성하는 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도시되지는 않았지만 단위 패턴이 3×2 어레이 형태를 가질 수도 있다. 이 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 패턴을 갖는 것을 예로 설명하지만, 동작 원리는 베이어 패턴이 아닌 다른 형태의 화소 배열에도 적용될 수 있다.The pixel array 1100 can be arranged in various ways other than the Bayer pattern. For example, referring to FIG. 26b, a magenta pixel (M), a cyan pixel (C), a yellow pixel (Y), and a green pixel (G) form one unit pattern. A CYGM arrangement is also possible. Additionally, referring to FIG. 26C, an RGBW arrangement in which green pixels (G), red pixels (R), blue pixels (B), and white pixels (W) form one unit pattern is also possible. Additionally, although not shown, the unit pattern may have a 3×2 array form. In addition, the pixels of the pixel array 1100 may be arranged in various ways depending on the color characteristics of the image sensor 1000. Below, it will be explained that the pixel array 1100 of the image sensor 1000 has a Bayer pattern as an example, but the operating principle can be applied to other types of pixel arrays other than the Bayer pattern.

상술한 실시예들에서는 입사광에 대한 색분리를 위하여 컬러 필터층(140)을 사용하는 것으로 설명하였지만, 나노 패턴을 이용하여 각 화소에 대응하는 색의 빛을 집광하는 색분리 렌즈 어레이를 컬러 필터층(140)과 함께 사용하거나 또는 컬러 필터층(140) 없이 단독으로 사용할 수도 있다. 도 27a 및 27b는 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.In the above-described embodiments, it has been described that the color filter layer 140 is used for color separation of incident light, but the color separation lens array that collects light of the color corresponding to each pixel using a nano-pattern is used as the color filter layer 140. ) or can be used alone without the color filter layer 140. Figures 27a and 27b are conceptual diagrams showing the schematic structure and operation of a color separation lens array according to an embodiment.

도 27a를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광(Li)의 위상을 입사 위치에 따라 다르게 변화시키는 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있고, 입사광(Li)에 포함된 제1 파장 광(Lλ1)이 집광되는 제1 타깃영역(R1)에 대응하는 제1 영역(131), 및 입사광(Li)에 포함된 제2 파장 광(Lλ2)이 집광되는 제2 타깃영역(R2)에 대응하는 제2 영역(132)으로 구획될 수 있다. 제1 및 제2 영역(131, 132)은 각각 하나 또는 복수의 나노포스트(NP)를 포함할 수 있고, 각각 제1 및 제2 타깃영역(R1, R2)과 마주하게 배치될 수 있다.Referring to FIG. 27A, the color separation lens array 130 may include nanoposts (NPs) that change the phase of the incident light (Li) differently depending on the incident position, and the first wavelength light included in the incident light (Li). A first area 131 corresponding to the first target area (R1) where (Lλ1) is focused, and a second target area (R2) where the second wavelength light (Lλ2) included in the incident light (Li) is focused. It may be divided into a second area 132. The first and second regions 131 and 132 may each include one or more nanoposts (NP) and may be arranged to face the first and second target regions R1 and R2, respectively.

색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광(Li)에 포함된 제1 및 제2 파장 광(Lλ1, Lλ2)에 각각 다른 위상 분포를 형성하여, 제1 파장 광(Lλ1)을 제1 타깃위치(R1)로, 제2 파장 광(Lλ2)을 제2 타깃위치(R2)로 집광할 수 있다.The color separation lens array 130 forms different phase distributions for the first and second wavelength lights (Lλ1 and Lλ2) included in the incident light (Li), and directs the first wavelength light (Lλ1) to the first target position (R1). ), the second wavelength light (Lλ2) can be condensed to the second target position (R2).

예를 들어, 도 27b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치, 즉, 색분리 렌즈 어레이(130)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 타깃 위치(R1, R2)에 집광되도록 할 수 있다. 구체적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 영역(131)의 중심에서 멀어지는 방향, 즉 제2 영역(132) 방향으로 감소하는 위상 분포(PP1)를 가질 수 있다. 이러한 위상 분포는 볼록 렌즈, 예를 들면, 중심부가 볼록한 마이크로 렌즈를 통과하여 한 지점으로 수렴하는 광의 위상 분포와 유사하며, 제1 파장 광(Lλ1)은 제1 타깃영역(R1)에 집광될 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제2 파장 광(Lλ2)은 제2 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 영역(132)의 중심에서 멀어지는 방향, 즉 제1 영역(131) 방향으로 감소하는 위상 분포(PP2)를 가져, 제2 타깃영역(R2)으로 집광될 수 있다.For example, referring to Figure 27b, the color separation lens array 130 is positioned immediately after passing through the color separation lens array 130, that is, at the lower surface position of the color separation lens array 130, the first wavelength The light Lλ1 has a first phase distribution PP1 and the second wavelength light Lλ2 has a second phase distribution PP2, so that the first and second wavelength lights Lλ1 and Lλ2 each have a corresponding target. Light can be concentrated at positions (R1, R2). Specifically, the first wavelength light (Lλ1) passing through the color separation lens array 130 is largest at the center of the first area 131 and moves in a direction away from the center of the first area 131, that is, the second area ( It may have a phase distribution (PP1) that decreases in the 132) direction. This phase distribution is similar to the phase distribution of light that passes through a convex lens, for example, a micro lens with a convex center, and converges to one point, and the first wavelength light (Lλ1) can be focused on the first target region (R1). there is. In addition, the second wavelength light Lλ2 passing through the color separation lens array 130 is largest at the center of the second area 132 and moves away from the center of the second area 132, that is, the first area 131 ) direction, the phase distribution PP2 decreases, and the light can be concentrated into the second target area R2.

물질의 굴절률은 반응하는 빛의 파장에 따라 다르게 나타나기 때문에, 도 27b와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)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 위상분포가 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 영역(131)의 제1 파장 광(Lλ1)에 대한 굴절률과 제1 영역(131)의 제2 파장 광(Lλ2)에 대한 굴절률이 서로 다를 수 있고, 제1 영역(131)을 통과한 제1 파장 광(Lλ1)이 겪는 위상지연과 제1 영역(131)을 통과한 제2 파장 광(Lλ2)이 겪는 위상지연이 다를 수 있으므로, 이러한 빛의 특성을 고려하여 설계된 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 및 제2 파장 광(Lλ1, Lλ2)에 대해 서로 다른 위상 분포를 제공할 수 있다.Since the refractive index of a material varies depending on the wavelength of light to which it reacts, as shown in FIG. 27b, the color separation lens array 130 can provide different phase distributions for the first and second wavelength lights (Lλ1 and Lλ2). there is. In other words, even for the same material, 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, so a different phase distribution can be formed for each wavelength. For example, the refractive index of the first region 131 for the first wavelength light (Lλ1) may be different from the refractive index of the first region 131 for the second wavelength light (Lλ2), and the first region 131 Since the phase delay experienced by the first wavelength light (Lλ1) passing through ) and the phase delay experienced by the second wavelength light (Lλ2) passing through the first region 131 may be different, the color designed in consideration of the characteristics of such light The separation lens array 130 may provide different phase distributions for the first and second wavelength lights (Lλ1 and Lλ2).

색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 및 제2 파장 광(Lλ1, Lλ2)이 각각 제1 및 제2 위상 분포(PP1, PP2)를 가지도록 특정한 규칙으로 배열된 나노포스트(NP)들을 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(130)를 통해 구현하고자 하는 위상 프로파일(phase profile)에 따라 정해질 수 있다. The color separation lens array 130 may include nanoposts (NPs) arranged in a specific rule so that the first and second wavelength lights (Lλ1 and Lλ2) have first and second phase distributions (PP1 and PP2), respectively. You can. Here, the rule is applied to parameters such as the shape, size (width, height), spacing, and array form of the nanopost (NP), and these parameters are applied to the phase to be implemented through the color separation lens array 130. It can be determined according to the profile (phase profile).

나노포스트(NP)가 제1 영역(131)에 배치되는 규칙과 제2 영역(132)에 배치되는 규칙은 서로 다를 수 있다. 다시 말하면, 제1 영역(131)에 구비된 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 간격, 및/또는 배열은 제2 영역(132)에 구비된 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 간격, 및/또는 배열과 다를 수 있다.The rules for arranging nanoposts (NPs) in the first area 131 and the rules for arranging them in the second area 132 may be different. In other words, the shape, size, spacing, and/or arrangement of the nanoposts (NPs) provided in the first region 131 are the shape, size, spacing, and/or arrangement of the nanoposts (NPs) provided in the second region 132. and/or may be different from the arrangement.

나노포스트(NP)는 단면의 지름이 서브 파장의 치수를 가질 수 있다. 여기서 서브 파장은 분기 대상인 광의 파장 대역보다 작은 파장을 의미한다. 나노포스트(NP)는, 예를 들어, 제1 파장, 제2 파장 중 짧은 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다. 입사광(Li)이 가시광인 경우, 나노포스트(NP) 단면의 지름은 예를 들어 400 nm, 300 nm, 또는 200 nm 보다 작은 치수를 가질 수 있다. 나노포스트(NP)의 높이는 500 nm 내지 1500 nm일 수 있고, 단면의 지름보다 높이가 클 수 있다. 도시하지는 않았지만, 나노포스트(NP)는 높이 방향(Z방향)으로 적층된 2개 이상의 포스트가 결합된 것일 수 있다.Nanoposts (NPs) may have a cross-sectional diameter of a sub-wavelength. Here, sub-wavelength refers to a wavelength smaller than the wavelength band of light that is the branching target. For example, the nanopost (NP) may have a smaller dimension than the shorter wavelength of the first wavelength or the second wavelength. When the incident light (Li) is visible light, the diameter of the nanopost (NP) cross-section may have dimensions smaller than 400 nm, 300 nm, or 200 nm, for example. 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, a nanopost (NP) may be a combination of two or more posts stacked in the height direction (Z direction).

나노포스트(NP)는 주변 물질에 비하여 높은 굴절률을 갖는 물질로 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)가 가지는 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 물질, 예를 들어, SiO2 또는 공기(air)로 이루어질 수 있다.Nanoposts (NPs) may be made of a material with a higher refractive index than surrounding materials. For example, nanoposts (NPs) may include c-Si, p-Si, a-Si, and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO2, SiN, and/or combinations thereof. You can. Nanoposts (NPs) that have a difference in refractive index from the surrounding material can change the phase of light passing through the nanoposts (NPs). This is due to phase delay caused by the sub-wavelength shape size of the nanopost (NP), and the degree of phase delay is determined by the detailed shape size and arrangement type of the nanopost (NP). The material surrounding the nanopost (NP) may be made of a dielectric material having a lower refractive index than the nanopost (NP), for example, SiO 2 or air.

제1 파장과 제2 파장은 가시광선 파장 대역일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 나노포스트(NP)들의 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 and second wavelengths may be visible light wavelength bands, but are not limited thereto and may operate at various wavelengths depending on the arrangement rules of nanoposts (NPs). In addition, although two wavelengths are diverged and condensed as an example, the incident light may be diverged and condensed in three or more directions depending on the wavelength.

아래에서는 앞서 설명한 색분리 렌즈 어레이(130)가 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에 적용된 예를 보다 상세하게 설명한다.Below, an example in which the previously described color separation lens array 130 is applied to the pixel array 1100 of the image sensor 1000 will be described in more detail.

도 28a 및 도 28b는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이다. 도 29a는 광감지셀의 배열을 개략적으도 보이는 평면도이며, 도 29b는 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트가 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 29c는 도 29b의 일부를 확대하여 상세히 보인 평면도이다.FIGS. 28A and 28B are schematic cross-sectional views of a pixel array of an image sensor according to an embodiment, respectively. Figure 29a is a plan view schematically showing the arrangement of the photo-sensing cells, Figure 29b is a plan view exemplarily showing the arrangement of the nanoposts of the color separation lens array, and Figure 29c is a detailed enlarged view of a portion of Figure 29b. It is a floor plan.

도 28a 및 도 28b를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 광을 센싱하는 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)을 포함하는 센서 기판(110), 센서 기판(110) 상에 배치된 컬러 필터층(140), 컬러 필터층(140) 상에 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150), 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150) 상에 배치된 투명한 스페이서층(120), 및 스페이서층(120) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 28A and 28B, the pixel array 1100 is disposed on a sensor substrate 110 including a plurality of photosensing cells 111, 112, 113, and 114 that sense light. a color filter layer 140, a planar nano-optical microlens array 150 disposed on the color filter layer 140, a transparent spacer layer 120 disposed on the planar nano-optical microlens array 150, and a spacer layer ( It may include a color separation lens array 130 disposed on 120).

도 28a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 광감지셀(111, 112)이 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, Y 방향의 위치가 다른 단면에서는 도 28b와 같이 제3 및 제4 광감지셀(113, 114)이 번갈아 배열될 수 있다. 또한, 도 28a에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 컬러 필터(141, 142)가 X 방향을 따라 번갈아 배열되고, Y 방향의 위치가 다른 단면에서는 도 28b와 같이 제3 및 제1 컬러 필터(143, 141)가 번갈아 배열될 수 있다. 도 29a는 화소 어레이(1100)가 도 26a와 같이 베이어 패턴을 가지는 경우의 광감지셀들의 배열을 보인다. 이러한 배열은 입사광을 베이어 패턴과 같은 단위 패턴으로 구분하여 센싱하기 위한 것이며, 예를 들어, 제1 컬러 필터(141)에 대향하여 배치된 제1 및 제4 광감지셀(111, 114)은 제1 파장 광을 센싱하고, 제2 컬러 필터(142)에 대향하여 배치된 제2 광감지셀(112)은 제2 파장 광을 센싱하며, 제3 컬러 필터(143)에 대향하여 배치된 제3 광감지셀(113)은 제3 파장 광을 센싱할 수 있다. 아래에서는, 제1 파장 광은 녹색광, 제2 파장 광은 청색광, 제3 파장 광은 적색광으로 예시하며, 제1 및 제4 광감지셀(111, 114)은 녹색 화소(G)에 대응하고 제2 광감지셀(112)은 청색 화소(B)에 대응하고 제3 광감지셀(113)은 적색 화소(R)에 대응할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 셀 간 경계에는 셀 분리를 위한 분리막이 더 형성될 수도 있다.As shown in FIG. 28A, the first and second photosensing cells 111 and 112 are alternately arranged along the first direction (X direction), and in a cross section with different positions in the Y direction, the third and second photosensing cells 111 and 112 are arranged alternately as shown in FIG. 28B. Four light sensing cells 113 and 114 may be arranged alternately. In addition, as shown in FIG. 28A, the first and second color filters 141 and 142 are arranged alternately along the 143, 141) can be arranged alternately. Figure 29a shows the arrangement of photo-sensing cells when the pixel array 1100 has a Bayer pattern as shown in Figure 26a. This arrangement is for sensing incident light by dividing it into unit patterns such as Bayer patterns. For example, the first and fourth photo-sensing cells 111 and 114 arranged opposite the first color filter 141 are The second photo-sensing cell 112, which senses light of one wavelength and is disposed opposite to the second color filter 142, senses light of the second wavelength, and the third cell 112 is disposed opposite to the third color filter 143. The light sensing cell 113 can sense third wavelength light. Below, the first wavelength light is illustrated as green light, the second wavelength light as blue light, and the third wavelength light as red light, and the first and fourth photosensing cells 111 and 114 correspond to the green pixel (G) and the third wavelength light is illustrated as red light. The second photo-sensing cell 112 may correspond to the blue pixel (B) and the third photo-sensing cell 113 may correspond to the red pixel (R). Although not shown, a separator for cell separation may be further formed at the boundary between cells.

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. 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 스페이서층(120) 내부에 매립된 구조로 볼 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)는 ht - p ≤ h ≤ ht + p의 범위 내에서 선택될 수 있다. 여기서, 스페이서층(120)의 이론 두께 ht는 λ0의 파장에 대한 스페이서층(120)의 굴절률을 n, 광감지셀의 피치를 p라고 할 때, 다음의 수학식 1로 표시될 수 있다.The spacer layer 120 is disposed between the sensor substrate 110 and the color separation lens array 130 and serves to maintain a constant distance between the sensor substrate 110 and the color separation lens array 130. The spacer layer 120 is made of a material transparent to visible light, for example, SiO 2 , siloxane-based spin on glass (SOG), etc., which has a lower refractive index than nanopost (NP) and has a low absorption rate in the visible light band. It may be made of dielectric material. The planar nano-optical microlens array 150 can be viewed as a structure embedded within the spacer layer 120. The thickness (h) of the spacer layer 120 may be selected within the range of ht - p ≤ h ≤ ht + p. Here, the theoretical thickness ht of the spacer layer 120 can be expressed by the following equation 1, assuming that the refractive index of the spacer layer 120 for the wavelength of λ0 is n and the pitch of the photo-sensing cell is p.

스페이서층(120)의 이론 두께 ht는 λ0의 파장을 갖는 광이 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 상부 표면 상에 집광되는 초점 거리를 의미할 수 있다. λ0은 스페이서층(120)의 두께(h)를 정하는 기준이 되는 파장일 수 있으며, 녹색광의 중심 파장인 540 nm를 기준으로 스페이서층(120)의 두께를 설계할 수 있다.The theoretical thickness ht of the spacer layer 120 refers to the focal distance at which light with a wavelength of λ0 is focused on the upper surface of the photosensing cells 111, 112, 113, and 114 by the color separation lens array 130. You can. λ0 may be a standard wavelength for determining the thickness (h) of the spacer layer 120, and the thickness of the spacer layer 120 may be designed based on 540 nm, the central wavelength of green light.

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 SiO2 를 포함할 수 있다.The color separation lens array 130 is supported by the spacer layer 120 and is disposed between nanoposts (NPs) that change the phase of incident light and has a lower refractive index than the nanoposts (NPs). It may include a dielectric such as air or SiO 2 .

도 29b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 도 29a의 제1 내지 제4 광감지셀(111, 112, 113, 114)에 대응하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로 구획될 수 있다. 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)은 각각 제1 내지 제4 광감지셀(111, 112, 113, 114)과 마주하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역(131)이 제1 광감지셀(111)에 대응하도록 배치되고, 제2 영역(132)이 제2 광감지셀(112)에 대응하도록 배치되며, 제3 영역(133)이 제3 광감지셀(113)에 대응하도록 배치되고, 제4 영역(134)이 제4 광감지셀(114)에 대응하도록 배치될 수 있다. 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)은 제1 및 제2 영역(131, 132)이 번갈아 배열되는 제1 행과 제3 및 제4 영역(133, 134)이 번갈아 배열되는 제2 행이 서로 교대로 반복되도록 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 이차원 배열될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)도 센서 기판(110)의 광감지셀 어레이와 같이 2차원 배열된 복수의 단위 패턴을 포함하며, 각각의 단위 패턴은 2×2의 형태로 배열된 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)을 포함한다.Referring to FIG. 29B, the color separation lens array 130 includes first to fourth regions 131, 132, 133 corresponding to the first to fourth photo-sensing cells 111, 112, 113, and 114 of FIG. 29A. 134). The first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 may be disposed to face the first to fourth photosensing cells 111, 112, 113, and 114, respectively. For example, the first area 131 of the color separation lens array 130 is arranged to correspond to the first photo-sensing cell 111, and the second area 132 is arranged to correspond to the second photo-sensing cell 112. The third area 133 may be arranged to correspond to the third photo-sensing cell 113, and the fourth area 134 may be arranged to correspond to the fourth photo-sensing cell 114. The first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 have a first row in which the first and second regions 131 and 132 are arranged alternately, and a row in which the third and fourth regions 133 and 134 are alternately arranged. The rows may be two-dimensionally arranged along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) so that the second rows alternately repeat each other. The color separation lens array 130 also includes a plurality of unit patterns arranged two-dimensionally like the photo-sensing cell array of the sensor substrate 110, and each unit pattern is the first to fourth unit patterns arranged in a 2×2 shape. It includes regions 131, 132, 133, and 134.

도 28a 및 도 28b는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)과 제1 내지 제4 광감지셀(111, 112, 113, 114)이 동일한 크기를 가지며 연직 방향으로 서로 마주하는 구조를 예로 도시하고 있으나, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 파장 광을 집광하는 영역, 제2 파장 광을 집광하는 영역 등 다른 형태로 정의되는 복수의 영역으로 구획될 수도 있다.28A and 28B show that the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 and the first to fourth photosensing cells 111, 112, 113, and 114 have the same size and face each other in the vertical direction. Although the structure is shown as an example, the color separation lens array 130 may be divided into a plurality of areas defined in different forms, such as an area for concentrating the first wavelength light and an area for concentrating the second wavelength light.

색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)로 제1 파장 광이 분기되어 집광되고, 제2 광감지셀(112)로 제2 파장 광이 분기되어 집광되며, 제3 광감지셀(113)로 제3 파장 광이 분기되어 집광되도록 크기, 형상, 간격 및/또는 배열이 정해진 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 한편, 색분리 렌즈 어레이(130)의 두께(Z방향)는 나노포스트(NP)의 높이와 유사할 수 있으며, 500 nm 내지 1500 nm일 수 있다.The color separation lens array 130 diverges and focuses the first wavelength light into the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114, and diverges the second wavelength light into the second photo-sensing cell 112. It may include nanoposts (NPs) whose size, shape, spacing, and/or arrangement are determined so that the third wavelength light is branched and concentrated into the third photo-sensing cell 113. Meanwhile, the thickness (Z direction) of the color separation lens array 130 may be similar to the height of the nanopost (NP) and may be 500 nm to 1500 nm.

도 29b를 참조하면, 제1 내지 제4 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. 화소간 경계에 배치된 나노포스트(NP)의 단면적은 화소 중심부에 배치된 나노포스트(NP)보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 29B, the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 may include cylindrical nanoposts (NPs) with a circular cross-section, and nano-posts (NPs) with different cross-sectional areas are located at the center of each region. Posts (NPs) may be placed, and nanoposts (NPs) may also be placed at the center of the border between pixels and at the intersection of the pixel border. The cross-sectional area of the nanopost (NP) placed at the boundary between pixels may be smaller than that of the nanopost (NP) placed at the center of the pixel.

도 29c는 도 29b의 일부 영역, 즉, 단위 패턴을 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)에 포함된 나노포스트(NP)의 배열을 상세히 보인다. 도 29c에서 나노포스트(NP)들은 단위 패턴의 세부 위치에 따라 p1~p9로 표시되어 있다. 도 29c를 참조하면, 나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(131)의 중심부에 배치된 나노포스트(p1) 및 제4 영역(134)의 중심부에 배치된 나노포스트(p4)의 단면적은 제2 영역(132)의 중심부에 배치된 나노포스트(p2)나 제3 영역(133)의 중심부에 배치된 나노포스트(p3)의 단면적보다 크며, 제2 영역(132)의 중심부에 배치된 나노포스트(p2)의 단면적은 제3 영역(133)의 중심부에 배치된 나노포스트(p3)의 단면적보다 크다. 다만, 이는 하나의 예에 불과하고, 필요에 따라 다양한 형상, 크기, 배열의 나노포스트(NP)들이 적용될 수 있다.FIG. 29C shows in detail the arrangement of nanoposts (NPs) included in some regions of FIG. 29B, that is, the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern. In Figure 29c, nanoposts (NPs) are labeled p1 to p9 according to the detailed positions of the unit pattern. Referring to FIG. 29C, among the nanoposts (NP), the cross-sectional areas of the nanopost (p1) disposed at the center of the first region 131 and the nanopost (p4) disposed at the center of the fourth region 134 are The cross-sectional area of the nanopost (p2) placed at the center of the second area 132 or the nanopost (p3) placed at the center of the third area 133 is larger than that of the nanopost placed at the center of the second area 132. The cross-sectional area of the post p2 is larger than the cross-sectional area of the nanopost p3 disposed at the center of the third region 133. However, this is only one example, and nanoposts (NPs) of various shapes, sizes, and arrangements can be applied as needed.

녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)에 구비된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제4 영역(131, 134)에 배치된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 다른 크기 배열을 가질 수 있다. 도 29c에 도시된 바와 같이, 나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(131)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(132)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p5)의 단면적과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제3 영역(133)과의 경계에 위치하는 나노포스트들(p6)의 단면적은 서로 다르다. 마찬가지로, 제4 영역(134)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제3 영역(133)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p7)의 단면적과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(132)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p8)의 단면적은 서로 다르다.Nanoposts (NPs) provided in the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel (G) follow different distribution rules along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). You can have it. For example, nanoposts NPs disposed in the first and fourth regions 131 and 134 may have different size arrangements along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). As shown in FIG. 29C, among the nanoposts (NP), the nanopost (p5) located at the border between the first region 131 and the second region 132 adjacent in the first direction (X direction) The cross-sectional areas of the nanoposts p6 located at the boundary with the third region 133 adjacent in the second direction (Y direction) are different from each other. Likewise, the cross-sectional area of the nanopost (p7) located at the boundary between the fourth area 134 and the third area 133 adjacent in the first direction (X direction) and the second area adjacent to the second direction (Y direction) The cross-sectional areas of the nanoposts (p8) located at the boundary with the region 132 are different from each other.

반면, 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132) 및 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)에 배치된 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적인 분포 규칙을 가질 수 있다. 도 29c에 도시된 바와 같이, 나노포스트(NP)들 중, 제2 영역(132)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p5)와 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p8)의 단면적은 서로 같으며, 제3 영역(133)에서도 마찬가지로 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p7)와 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p6)의 단면적이 서로 같다.On the other hand, nanoposts (NPs) disposed in the second area 132 corresponding to the blue pixel (B) and the third area 133 corresponding to the red pixel (R) are located in the first direction (X direction) and the second direction. It can have a symmetrical distribution rule along the direction (Y direction). As shown in FIG. 29C, among the nanoposts (NPs), a nanopost (p5) located at the boundary between the second region 132 and adjacent pixels in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) The cross-sectional areas of the nanoposts (p8) placed on the boundary between adjacent pixels are the same, and similarly in the third region 133, the nanoposts (p7) placed on the boundary between adjacent pixels in the first direction (X direction) and the second direction The cross-sectional areas of the nanoposts (p6) placed at the boundary between adjacent pixels in the (Y direction) are the same.

한편, 제1 내지 제4영역(131, 132, 133, 134) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 교차하는 위치에 배치된 나노포스트(p9)들은 같은 단면적을 갖는다.Meanwhile, the nanoposts p9 disposed at the four corners of each of the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134, that is, at the positions where the four regions intersect, have the same cross-sectional area.

이러한 분포는, 베이어 패턴의 화소 배열에서 기인한다. 청색 화소(B)와 적색 화소(R)는 모두 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소들이 녹색 화소(G)로 동일한 반면, 제1 영역(131)에 대응하는 녹색 화소(G)는 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소가 청색 화소(B)이고 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소가 적색 화소(R)로 서로 다르고, 제4 영역(134)에 대응하는 녹색 화소(G)는 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소가 적색 화소(R)이고 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소가 청색 화소(B)로 서로 다르다. 그리고, 제1 영역(131), 제4 영역(134)에 대응하는 녹색 화소(G)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 녹색 화소(G)로 서로 같고, 제2 영역(132)에 대응하는 청색 화소(B)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 적색 화소(R)로 서로 같고, 제3 영역(133)에 대응하는 적색 화소(R)는 네 대각 방향으로 인접하는 화소가 청색 화소(B)로 서로 같다. 따라서, 청색 화소(B)와 적색 화소(R)에 대응하는 제2 및 제3 영역(132, 133)에서는 4방 대칭(4-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되고, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)에서는 2방 대칭(2-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열될 수 있다. 특히, 제1 및 제4 영역(131, 134)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다.This distribution results from the arrangement of pixels in a Bayer pattern. In both the blue pixel (B) and the red pixel (R), the pixels adjacent to each other in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) are the same as the green pixel (G), while the pixels corresponding to the first area 131 are the same as the green pixel (G). The green pixel (G) is different from each other in that the pixel adjacent to it in the first direction (X direction) is the blue pixel (B) and the pixel adjacent to the second direction (Y direction) is the red pixel (R), and is located in the fourth region 134. The corresponding green pixels (G) are different, with the pixel adjacent to them in the first direction (X direction) being the red pixel (R) and the pixel adjacent to the second direction (Y direction) being the blue pixel (B). In addition, the green pixels (G) corresponding to the first area 131 and the fourth area 134 have the same green pixels (G) as the pixels adjacent to each other in four diagonal directions, and the green pixels (G) corresponding to the second area 132 The blue pixel (B) has pixels adjacent to it in four diagonal directions as the red pixel (R), and the red pixel (R) corresponding to the third area 133 has pixels adjacent to it in four diagonal directions as the blue pixel (B). ) are the same as each other. Therefore, in the second and third regions 132 and 133 corresponding to the blue pixel (B) and the red pixel (R), nanoposts (NPs) are arranged in the form of 4-fold symmetry, and the green Nanoposts (NPs) may be arranged in the form of 2-fold symmetry in the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the pixel (G). In particular, the first and fourth regions 131 and 134 are rotated by 90 degrees with respect to each other.

도 29b 및 도 29c의 나노포스트(NP)들은 모두 대칭적인 원형의 단면 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 비대칭 형상의 단면 형상을 갖는 나노포스트가 일부 포함될 수도 있다. 예를 들어, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 서로 다른 비대칭 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용되고, 청색 화소(B)와 적색 화소(R)에 대응하는 제2 및 제3 영역(132, 133)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 같은 대칭적인 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용될 수 있다.The nanoposts (NPs) in FIGS. 29B and 29C are all shown as having a symmetrical circular cross-sectional shape, but some nanoposts with an asymmetrical cross-sectional shape may be included. For example, in the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel (G), nano nanometers have asymmetric cross-sectional shapes with different widths in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). A post is adopted, and the second and third areas 132 and 133 corresponding to the blue pixel (B) and the red pixel (R) have the same width in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Nanoposts with a symmetrical cross-sectional shape can be employed.

예시된 색분리 렌즈 어레이(130)의 배열 규칙은 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 제1 파장 광을 분기하여 집광시키고, 제2 광감지셀(112)에 제2 파장 광을 분기하여 집광시키고, 제3 광감지셀(113)에 제3 파장 광을 분기하여 집광시키게 하는 위상 분포를 구현하기 위한 일 예시이며, 도시된 패턴에 한정되는 것은 아니다.The arrangement rule of the illustrated color separation lens array 130 diverges and condenses the first wavelength light into the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114, and then condenses the light of the first wavelength into the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114. This is an example for implementing a phase distribution that branches and condenses the second wavelength light and branches and condenses the third wavelength light in the third photo-sensing cell 113, and is not limited to the pattern shown.

도 30a는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 및 제2 파장 광의 위상 분포를 도 29b의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 보이고, 도 30b는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 파장 광이 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134) 중심에서 가지는 위상을 보이고, 도 30c는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제2 파장 광이 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134) 중심에서 가지는 위상을 보이는 도면이다. 도 30a에 도시된 제1 및 제2 파장 광의 위상 분포는 도 27b에서 예시적으로 설명한 제1 및 제2 파장 광의 위상 분포와 동일하다.FIG. 30A shows the phase distribution of the first and second wavelength light passing through the color separation lens array 130 along the line I-I' of FIG. 29B, and FIG. 30B shows the phase distribution of the first and second wavelength light passing through the color separation lens array 130. The phase of the light at the wavelength is shown at the center of the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134, and Figure 30c shows that the second wavelength light passing through the color separation lens array 130 is in the first to fourth regions (131, 132, 133, and 134). 131, 132, 133, 134) This is a diagram showing the phase at the center. The phase distribution of the first and second wavelength light shown in FIG. 30A is the same as the phase distribution of the first and second wavelength light exemplarily illustrated in FIG. 27B.

도 30a 및 도 30b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 파장 광은 제1 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 영역(131)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 위상 분포를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 파장 광의 위상은 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후 위치, 다시 말해 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서, 제1 영역(131)의 중심에서 가장 크고, 제1 영역(131)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 제2 및 제3 영역(132, 133)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)의 접점에서 최소가 된다. 제1 영역(131) 중심에서 출사되는 제1 파장 광의 위상을 기준으로 하여 2π라고 정하면, 제2 및 제3 영역(132, 133) 중심에서는 위상이 0.9π 내지 1.1 π, 제4 영역(134) 중심에서는 위상이 2π, 제1 영역(131)과 제4 영역(134)의 접점에서는 위상이 1.1 π 내지 1.5 π인 광이 출사될 수 있다. 한편, 제1 위상 분포(PP1)는 제1 영역(131) 중심을 통과한 광의 위상 지연량이 가장 크다는 것을 의미하는 것은 아니다. 제1 영역(131)을 통과한 광의 위상을 2π 라고 정했을 때 다른 위치를 통과한 광의 위상 값(위상 지연이 더 커서 2π 보다 큰 경우)은 2nπ 만큼 제거하고 남은 값, 즉, 랩(wrap)된 위상의 분포일 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(131)을 통과한 광의 위상을 2π 라고 했을 때, 제2 영역(132)의 중심을 통과한 광의 위상이 3 π 라면, 제2 영역(132)에서의 위상은 3π에서 2π(n=1인 경우)를 제거하고, 남은 π 일 수 있다.Referring to FIGS. 30A and 30B, the first wavelength light passing through the color separation lens array 130 is largest at the center of the first region 131 and decreases in a direction away from the center of the first region 131. It can have a phase distribution. Specifically, the phase of the first wavelength light is located immediately after passing through the color separation lens array 130, that is, at the lower surface of the color separation lens array 130 or the upper surface of the spacer layer 120, in the first region 131. ) is largest at the center of the first area 131, and gradually becomes smaller in a concentric circle as it moves away from the center of the first area 131, and becomes smallest at the centers of the second and third areas 132 and 133 in the X and Y directions. , becomes minimum at the contact point between the first area 131 and the fourth area 134 in the diagonal direction. If 2π is set based on the phase of the first wavelength light emitted from the center of the first region 131, the phase is 0.9π to 1.1 π at the centers of the second and third regions 132 and 133, and the fourth region 134 Light with a phase of 2π may be emitted from the center, and light with a phase of 1.1π to 1.5π may be emitted from the contact point between the first region 131 and the fourth region 134. Meanwhile, the first phase distribution PP1 does not mean that the amount of phase delay of light passing through the center of the first area 131 is the largest. When the phase of the light passing through the first area 131 is set to 2π, the phase value of the light passing through another location (if the phase delay is larger than 2π) is removed by 2nπ, and the remaining value, that is, the wrapped value, is It may be a distribution of phases. For example, if the phase of light passing through the first area 131 is 2π and the phase of light passing through the center of the second area 132 is 3π, the phase in the second area 132 is 3π. Remove 2π (if n=1), and the remaining π may be.

도 30a 및 도 30c를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제2 파장 광은 제2 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 영역(132)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 위상 분포를 가질 수 있다. 구체적으로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서, 제2 파장 광의 위상은 제2 영역(132)의 중심에서 가장 크고, 제2 영역(132)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 제1 및 제4 영역(131, 134)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제3 영역(133)의 중심에서 최소가 된다. 제2 파장 광의 제2 영역(132) 중심에서의 위상을 2π라고 하면, 제2 파장 광의 위상은 제1 및 제4 영역(131, 134)의 중심에서는 0.9π 내지 1.1π이고, 제3 영역(133) 중심에서는 π 보다 작은 값, 예를 들어, 0.2π 내지 0.9π일 수 있다.Referring to FIGS. 30A and 30C, the second wavelength light passing through the color separation lens array 130 is largest at the center of the second region 132 and decreases in a direction away from the center of the second region 132. It can have a phase distribution. Specifically, at the position immediately after passing through the color separation lens array 130, the phase of the second wavelength light is greatest at the center of the second area 132, and the farther away from the center of the second area 132, the more concentric the shape. gradually becomes smaller, reaching a minimum at the centers of the first and fourth areas 131 and 134 in the X and Y directions, and at the center of the third area 133 in the diagonal direction. If the phase of the second wavelength light at the center of the second region 132 is 2π, the phase of the second wavelength light is 0.9π to 1.1π at the centers of the first and fourth regions 131 and 134, and the phase of the second wavelength light is 0.9π to 1.1π at the center of the first and fourth regions 131 and 134, and the phase of the second wavelength light is 0.9π to 1.1π at the center of the first and fourth regions 131 and 134, and 133) At the center, it may be a value smaller than π, for example, 0.2π to 0.9π.

도 30d는 도 30a 및 도 30b의 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역(131)과 그 주변에 입사한 제1 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 30e는 제1 파장 광에 대해서 색분리 렌즈 어레이(130)와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.FIG. 30D exemplarily shows the direction of travel of the first wavelength light incident on and around the first region 131 of the color separation lens array 130 of FIGS. 30A and 30B, and FIG. 30E shows the direction of travel of the first wavelength light. This is a diagram illustrating a micro lens array that functions equivalently to the color separation lens array 130.

제1 영역(131) 주변으로 입사한 제1 파장 광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 30d에 도시한 것과 같이, 제1 광감지셀(111)로 집광되며, 제1 광감지셀(111)에는 제1 내지 제3 영역(131, 132, 133)에서 오는 제1 파장 광이 입사한다. 도 30a 및 도 30b에서 설명한 제1 파장 광의 위상 분포는 제1 영역(131)과 한 변을 맞대고 인접한 2개의 제2 영역(132)과 2개의 제3 영역(133)의 중심을 연결하여 만든 가상의 제1 마이크로 렌즈(ML1)를 통과한 광의 위상 분포와 유사하다. 따라서, 도 30e에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 영역(131) 주변으로 입사하는 제1 파장 광에 대해서는 제1 영역(131)을 중심으로 배열된 복수의 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 등가적인 제1 마이크로 렌즈(ML1) 각각은 대응하는 제1 광감지셀(111)보다 면적이 크기 때문에, 제1 영역(131)으로 입사하는 제1 파장 광뿐만 아니라 제2 및 제3 영역(132, 133)으로 입사하는 제1 파장 광도 제1 광감지셀(111)에 집광시킬 수 있다. 제1 마이크로 렌즈(ML1)의 면적은 대응하는 제1 광감지셀(111)의 면적보다 1.2배 내지 2배 클 수 있다.The first wavelength light incident around the first area 131 is focused by the color separation lens array 130 into the first photo-sensing cell 111, as shown in FIG. 30D, and the first photo-sensing cell ( 111), the first wavelength light coming from the first to third areas 131, 132, and 133 is incident. The phase distribution of the first wavelength light described in FIGS. 30A and 30B is a virtual distribution created by connecting the centers of the first region 131 and the two adjacent second regions 132 and two third regions 133 on one side. It is similar to the phase distribution of light passing through the first micro lens ML1. Therefore, as shown in FIG. 30E, the color separation lens array 130 has a plurality of first micros arranged around the first area 131 for the first wavelength light incident on the periphery of the first area 131. It can play an equivalent role to the array of the lens ML1. Since each of the equivalent first micro lenses ML1 has a larger area than the corresponding first photo-sensing cell 111, not only the first wavelength light incident on the first region 131 but also the second and third regions 132 , 133), the light of the first wavelength incident can also be focused on the first photo-sensing cell 111. The area of the first micro lens ML1 may be 1.2 to 2 times larger than the area of the corresponding first photo-sensing cell 111.

도 30f는 도 30a 및 도 30b의 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 영역(132)과 그 주변에 입사한 제2 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 30g는 제2 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.FIG. 30F exemplarily shows the direction of travel of the second wavelength light incident on and around the second region 132 of the color separation lens array 130 of FIGS. 30A and 30B, and FIG. 30G shows the direction of the second wavelength light for the second wavelength light. This is a diagram illustrating a micro lens array that functions equivalently to the color separation lens array 130.

제2 파장 광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 30f과 같이 제2 광감지셀(112)로 집광되며, 제2 광감지셀(112)에는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)에서 오는 제2 파장 광이 입사한다. 앞서 도 30a 및 도 30c에서 설명한 제2 파장 광의 위상 분포는 제2 영역(132)과 꼭지점을 맞대고 인접한 4개의 제3 영역(133)의 중심을 연결하여 만든 가상의 제2 마이크로 렌즈(ML2)를 통과한 광의 위상 분포와 유사하다. 따라서, 도 30g에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제2 파장 광에 대해서는 제2 영역(132)을 중심으로 배열된 복수의 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 제2 마이크로 렌즈(ML2)는 대응하는 제2 광감지셀(112)보다 크기 때문에, 제2 광감지셀(112) 방향으로 입사하는 제2 파장 광뿐만 아니라 제1, 제3 및 제4 광감지셀(111, 113, 114) 방향으로 입사하는 제2 파장 광도 제2 광감지셀(112)에 집광시킬 수 있다. 제2 마이크로 렌즈(ML2)의 면적은 대응하는 제2 광감지셀(112)의 면적보다 1.5 내지 4배 클 수 있다.The second wavelength light is focused by the color separation lens array 130 into the second photo-sensing cell 112 as shown in FIG. 30F, and the second photo-sensing cell 112 includes first to fourth regions 131, 132, The second wavelength light coming from 133, 134) is incident. The phase distribution of the second wavelength light previously described in FIGS. 30A and 30C is a virtual second micro lens ML2 made by connecting the centers of four adjacent third regions 133 with the vertices of the second region 132 facing each other. It is similar to the phase distribution of light passing through. Therefore, as shown in FIG. 30g, the color separation lens array 130 plays an equivalent role to the array of the plurality of second micro lenses ML2 arranged around the second region 132 for the second wavelength light. can do. Since each second micro lens ML2 is larger than the corresponding second photo-sensing cell 112, not only the second wavelength light incident in the direction of the second photo-sensing cell 112 but also the first, third and fourth Light of the second wavelength incident in the direction of the photo-sensing cells 111, 113, and 114 can also be focused on the second photo-sensing cell 112. The area of the second micro lens ML2 may be 1.5 to 4 times larger than the area of the corresponding second photo-sensing cell 112.

도 31a는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 및 제3 파장 광의 위상 분포를 도 29b의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 보이고, 도 31b는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제3 파장 광이 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134) 중심에서 가지는 위상을 보이고, 도 31c는 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제1 파장 광이 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134) 중심에서 가지는 위상을 보이는 도면이다.FIG. 31A shows the phase distribution of the first and third wavelengths of light that passed through the color separation lens array 130 along the line II-II' of FIG. 29B, and FIG. 31B shows the phase distribution of the first and third wavelengths of light that passed through the color separation lens array 130. The phase of the wavelength light is shown at the center of the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134, and Figure 31c shows that the first wavelength light passing through the color separation lens array 130 is divided into the first to fourth regions (131, 132, 133, and 134). 131, 132, 133, 134) This is a diagram showing the phase at the center.

도 31a 및 도 31b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 제3 파장 광은 앞서 제2 영역(132)을 중심으로 설명한 제2 파장 광과 유사한 제4 위상 분포(PP4)를 가지며, 제3 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 영역(133)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 위상 분포를 가질 수 있다. 구체적으로, 제3 파장 광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서, 제3 영역(133)의 중심에서 가장 크고, 제3 영역(133)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 제1 및 제4 영역(131, 134)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제2 영역(132) 의 중심에서 최소가 된다. 제3 파장 광의 제3 영역(133) 중심에서의 위상을 2π라고 하면, 제3 파장 광의 위상은 제1 및 제4 영역(131, 134)의 중심에서는 0.9π 내지 1.1π이고, 제2 영역(132)의 중심에서는 π 보다 작은 값, 약 0.2π 내지 0.9π일 수 있다.Referring to FIGS. 31A and 31B, the third wavelength light passing through the color separation lens array 130 has a fourth phase distribution PP4 similar to the second wavelength light previously described centered on the second region 132. , may have a phase distribution that is largest at the center of the third area 133 and decreases in a direction away from the center of the third area 133. Specifically, the third wavelength light is largest at the center of the third area 133 at the position immediately after passing through the color separation lens array 130, and becomes more concentric as it moves away from the center of the third area 133. It gradually becomes smaller, reaching a minimum at the center of the first and fourth areas 131 and 134 in the X and Y directions, and at the center of the second area 132 in the diagonal direction. If the phase of the third wavelength light at the center of the third region 133 is 2π, the phase of the third wavelength light is 0.9π to 1.1π at the centers of the first and fourth regions 131 and 134, and the phase of the third wavelength light is 0.9π to 1.1π at the center of the first and fourth regions 131 and 134, and the phase of the third wavelength light is 0.9π to 1.1π at the center of the first and fourth regions 131 and 134, and 132), it may be a value smaller than π, approximately 0.2π to 0.9π.

도 31d는 도 31a 및 도 31b의 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 그 주변에 입사한 제3 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 31e는 제3 파장 광에 대해서 색분리 렌즈 어레이(130)와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다.FIG. 31D exemplarily shows the direction of travel of the third wavelength light incident on and around the third region 133 of the color separation lens array 130 of FIGS. 31A and 31B, and FIG. 31E shows the direction of travel of the third wavelength light. This is a diagram illustrating a micro lens array that functions equivalently to the color separation lens array 130.

제3 파장 광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 도 31d에 도시한 것과 같이, 제3 광감지셀(113)로 집광되며, 제3 광감지셀(113)에는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)에서 오는 제3 파장 광이 입사한다. 앞서 도 31a 및 도 31b에서 설명한 제3 파장 광의 위상 분포는 제3 영역(133)과 꼭지점을 맞대고 인접한 4개의 제2 영역(132)의 중심을 연결하여 만든 가상의 제3 마이크로 렌즈(ML3)를 통과한 광의 위상 분포와 유사하다. 따라서, 도 31e에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제3 파장 광에 대해서는 제3 광감지셀(113)을 중심으로 배열된 복수의 제3 마이크로 렌즈(ML3) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 제3 마이크로 렌즈(ML3) 각각의 면적은 대응하는 제3 광감지셀(113)보다 크기 때문에, 제3 광감지셀(113) 방향으로 입사하는 제3 파장 광뿐만 아니라 제1, 제2 및 제4 광감지셀(111, 112, 114) 방향으로 입사하는 제3 파장 광도 제3 광감지셀(113)에 집광시킬 수 있다. 제3 마이크로 렌즈(ML3)의 면적은 대응하는 제3 광감지셀(113)의 면적보다 1.5 내지 4배 클 수 있다.The third wavelength light is focused by the color separation lens array 130 into the third photo-sensing cell 113, as shown in FIG. 31D, and the third photo-sensing cell 113 has first to fourth regions ( The third wavelength light coming from 131, 132, 133, 134) is incident. The phase distribution of the third wavelength light previously described in FIGS. 31A and 31B is a virtual third micro lens ML3 made by connecting the centers of four adjacent second regions 132 with the vertices facing the third region 133. It is similar to the phase distribution of light passing through. Therefore, as shown in Figure 31e, the color separation lens array 130 is equivalent to the plurality of third micro-lens (ML3) arrays arranged around the third photo-sensing cell 113 for the third wavelength light. can play a role. Since the area of each of the third micro lenses ML3 is larger than that of the corresponding third photo-sensing cell 113, not only the third wavelength light incident in the direction of the third photo-sensing cell 113 but also the first, second and 4 The third wavelength light incident in the direction of the photo-sensing cells 111, 112, and 114 can also be focused on the third photo-sensing cell 113. The area of the third micro lens ML3 may be 1.5 to 4 times larger than the area of the corresponding third photo-sensing cell 113.

도 31a 및 도 31c를 참조하면, 제4 영역(134) 주변으로 입사하는 제1 파장 광은 앞서 제1 영역(131)을 중심으로 설명한 제1 파장 광과 유사한 위상 분포를 가지며, 제4 영역(134)의 중심에서 가장 크고, 제4 영역(134)의 중심에서 멀어지는 방향으로 감소하는 위상 분포를 가질 수 있다. 제1 파장 광의 제4 영역(134)을 중심으로 한 위상은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제4 영역(134)의 중심에서 가장 크고, 제4 영역(134)의 중심에서 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서, X방향 및 Y방향으로는 제2 및 제3 영역(132, 133)의 중심에서 최소가 되고, 대각선 방향으로는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)의 접점에서 최소가 된다. 제1 파장 광의 위상이 제4 영역(134)의 중심에서 2π라고 하면, 제2 및 제3 영역(132, 133)의 중심에서는 0.9π 내지 1.1π, 제1 영역(131)의 중심에서는 2π, 제1 영역(131)과 제4 영역(134)의 접점에서는 1.1 π 내지 1.5 π 일 수 있다.Referring to FIGS. 31A and 31C, the first wavelength light incident around the fourth region 134 has a phase distribution similar to the first wavelength light described above centered on the first region 131, and is transmitted to the fourth region ( It may have a phase distribution that is largest at the center of the region 134 and decreases in a direction away from the center of the fourth region 134. The phase centered on the fourth area 134 of the first wavelength light is greatest at the center of the fourth area 134 at the position immediately after passing through the color separation lens array 130, and the phase of the first wavelength light is largest at the center of the fourth area 134. As the distance from It becomes minimum at the contact point of (134). If the phase of the first wavelength light is 2π at the center of the fourth region 134, the phase is 0.9π to 1.1π at the center of the second and third regions 132 and 133, and 2π at the center of the first region 131. At the contact point between the first area 131 and the fourth area 134, it may be 1.1 π to 1.5 π.

도 31f는 도 31a 및 도 31b의 색분리 렌즈 어레이(130)의 제4 영역(134)과 그 주변에 입사한 제1 파장 광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 31g는 제1 파장 광에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 도면이다. 제1 파장 광은 2개의 광감지셀(111, 114)로 집광되며, 제4 영역으로 입사하는 제1 파장 광의 위상 분포 및 광의 진행 방향은 제1 영역(131)으로 입사한 제1 파장 광의 위상 분포 및 진행 방향과 유사하므로 중복되는 설명은 생략한다.FIG. 31F exemplarily shows the direction of travel of the first wavelength light incident on and around the fourth region 134 of the color separation lens array 130 of FIGS. 31A and 31B, and FIG. 31G shows the direction of travel for the first wavelength light. This is a diagram illustrating a micro lens array that functions equivalently to the color separation lens array 130. The first wavelength light is focused into two photo-sensing cells 111 and 114, and the phase distribution and direction of light of the first wavelength light incident on the fourth area are determined by the phase of the first wavelength light incident on the first area 131. Since the distribution and direction of progress are similar, redundant explanations will be omitted.

도 31f를 참조하면, 제4 영역(134) 영역 주변으로 입사한 제1 파장 광은 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 제4 광감지셀(114)로 집광되며, 제4 광감지셀(114)에는 제2 내지 제 4영역(132, 133, 134)에서 오는 제1 파장 광이 입사한다. 도 31g에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 제4 영역(134) 주변으로 입사하는 제1 파장 광에 대해 제4 광감지셀(114)을 중심으로 배열된 복수의 제4 마이크로 렌즈(ML4) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다.Referring to FIG. 31f, the first wavelength light incident on the periphery of the fourth area 134 is focused on the fourth photo-sensing cell 114 by the color separation lens array 130, and the fourth photo-sensing cell 114 ), the first wavelength light coming from the second to fourth areas 132, 133, and 134 is incident. As shown in Figure 31g, the color separation lens array 130 has a plurality of fourth micros arranged around the fourth photo-sensing cell 114 for the first wavelength light incident on the periphery of the fourth area 134. It can play an equivalent role to the lens (ML4) array.

한편, 색분리 렌즈 어레이(130)도 역시 특정한 각도 범위로 입사하는 빛에 대해서는 효율적으로 동작하지만, 입사각이 특정한 각도 범위로부터 멀어지게 되면 색분리 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100) 상의 위치에 따라 달라지는 입사광의 주광선 각도를 고려하여, 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트들의 배열 형태를 다르게 설계할 수 있다. 도 32a 내지 도 32c는 화소 어레이(1100) 상의 위치에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트들의 배열 형태 변화를 보이는 평면도이다. 특히, 도 32a는 화소 어레이(1100)의 중심부에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타내며, 도 32b는 화소 어레이(1100)의 중심부와 가장자리 사이에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타내고, 도 32c는 화소 어레이(1100)의 가장자리에 배치된 나노포스트(NP)의 위치를 나타낸다. 도 32a 내지 도 32c는 나노포스트(NP)의 특정 배열을 한정하기 위한 것이 아니며, 단지 화소 어레이(1100) 상의 위치에 따른 나노포스트(NP)의 상대적인 위치 변화를 개념적으로 설명하기 위한 것이다.Meanwhile, the color separation lens array 130 also operates efficiently for light incident in a specific angle range, but if the incident angle moves away from the specific angle range, color separation performance may deteriorate. Accordingly, taking into account the main ray angle of the incident light that varies depending on the position on the pixel array 1100, the arrangement of the nanoposts of the color separation lens array 130 can be designed differently. Figures 32A to 32C are plan views showing changes in the arrangement shape of the nanoposts of the color separation lens array 130 depending on the position on the pixel array 1100. In particular, Figure 32a shows the position of the nanopost (NP) placed at the center of the pixel array 1100, and Figure 32b shows the position of the nanopost (NP) placed between the center and the edge of the pixel array 1100. , Figure 32c shows the position of the nanopost (NP) placed at the edge of the pixel array 1100. FIGS. 32A to 32C are not intended to limit the specific arrangement of the nanoposts (NPs), but are merely intended to conceptually explain changes in the relative positions of the nanoposts (NPs) depending on their positions on the pixel array 1100.

도 32a 내지 도 32c에 도시된 바와 같이, 화소 어레이(1100)의 중심부에서 가장자리로 갈수록 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 대응하는 화소 또는 광감지셀들로부터 더 멀리 시프트되어 위치할 수 있다. 예를 들어, 화소 어레이(1100)의 중심부, 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부, 또는 센서 기판(110)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역의 위치는 그에 대응하는 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소, 및 녹색 화소의 위치(또는 그에 대응하는 광감지셀들의 위치)와 일치할 수 있다. 화소 어레이(1100)의 중심부, 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부, 또는 센서 기판(110)의 중심부로부터 멀어질수록 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 각각 대응하는 녹색 화소, 청색 화소, 적색 화소, 및 녹색 화소의 위치(또는 그에 대응하는 광감지셀들의 위치)로부터 더 멀리 시프트될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역이 시프트되는 정도는 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛의 주광선 각도에 의해 결정될 수 있다. 특히, 화소 어레이(1100)의 주변부, 또는 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부, 또는 센서 기판(110)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역, 및 제4 영역은 그에 각각 대응하는 제1 광감지셀, 제2 광감지셀, 제3 광감지셀, 및 제4 광감지셀에 대해서 화소 어레이(1100)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다.As shown in FIGS. 32A to 32C, the first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array 130 have corresponding It can be positioned shifted further away from the pixel or photo-sensing cells. For example, in the center of the pixel array 1100, the center of the color separation lens array 130, or the center of the sensor substrate 110, the first, second, and third regions of the color separation lens array 130 The positions of the region and the fourth region may coincide with the positions of the green pixel, blue pixel, red pixel, and green pixel (or the positions of the photo-sensing cells corresponding thereto). As the distance from the center of the pixel array 1100, the center of the color separation lens array 130, or the center of the sensor substrate 110 increases, the first, second, and third regions of the color separation lens array 130 become larger. , and the fourth region may be shifted further away from the positions of the green pixel, blue pixel, red pixel, and green pixel, respectively (or the positions of the photo-sensing cells corresponding thereto). The extent to which the first, second, third, and fourth regions of the color separation lens array 130 are shifted may be determined by the principal ray angle of light incident on the color separation lens array 130. In particular, the first region, second region, and third region of the color separation lens array 130 at the periphery of the pixel array 1100, the peripheral portion of the color separation lens array 130, or the peripheral portion of the sensor substrate 110, and the fourth region may be shifted toward the center of the pixel array 1100 with respect to the first, second, third, and fourth photosensing cells corresponding thereto, respectively.

지금까지 편의상 화소 어레이(1100)의 중심부라고 표현하였지만, 화소 어레이(1100)는 서로 마주하여 배치된 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150), 색분리 렌즈 어레이(130), 및 센서 기판(110)을 포함하기 때문에, 화소 어레이(1100)의 중심부는 또한 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)의 중심부, 색분리 렌즈 어레이(130)의 중심부, 또는 센서 기판(110)의 중심부를 의미할 수도 있다. 마찬가지로, 이하에서 화소 어레이(1100)의 주변부/가장자리는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)의 주변부/가장자리, 색분리 렌즈 어레이(130)의 주변부/가장자리, 또는 센서 기판(110)의 주변부/가장자리를 의미할 수 있다.Although it has been described as the center of the pixel array 1100 for convenience so far, the pixel array 1100 includes a planar nano-optical microlens array 150, a color separation lens array 130, and a sensor substrate 110 arranged to face each other. Therefore, the center of the pixel array 1100 may also mean the center of the planar nano-optical microlens array 150, the center of the color separation lens array 130, or the center of the sensor substrate 110. Similarly, hereinafter, the periphery/edge of the pixel array 1100 is the periphery/edge of the planar nano-optical microlens array 150, the periphery/edge of the color separation lens array 130, or the periphery/edge of the sensor substrate 110. It can mean.

도 33은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 도 33을 참조하면, 화소 어레이(1100)는 2단으로 적층된 나노포스트(NP)들을 구비하는 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함한다는 점에서 전술한 실시예들과 차이가 있다. 나노포스트(NP)는 스페이서층(120) 위에 배치된 제1 나노포스트(NP1), 및 제1 나노포스트(NP1) 위에 배치된 제2 나노포스트(NP2)를 포함할 수 있다. 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 빛의 경사 방향을 따라 시프트될 수 있다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛이 우측으로부터 좌측으로 경사진 경우에, 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 우측으로 시프트될 수 있다. 반대로, 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛이 좌측으로부터 우측으로 경사진 경우에, 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 좌측으로 시프트될 수 있다.Figure 33 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment. Referring to FIG. 33, the pixel array 1100 differs from the above-described embodiments in that it includes a color separation lens array 130 including nanoposts (NPs) stacked in two stages. The nanopost (NP) may include a first nanopost (NP1) disposed on the spacer layer 120, and a second nanopost (NP2) disposed on the first nanopost (NP1). The second nanopost NP2 may be shifted along the tilt direction of light with respect to the first nanopost NP1. For example, when light incident on the color separation lens array 130 is inclined from right to left, the second nanopost NP2 may be shifted to the right with respect to the first nanopost NP1. Conversely, when the light incident on the color separation lens array 130 is inclined from left to right, the second nanopost NP2 may be shifted to the left with respect to the first nanopost NP1.

또한, 화소 어레이(1100)에 입사하는 빛의 주광선 각도를 고려할 때, 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다. 예를 들어, 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 좌측 가장자리로 갈수록 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 우측으로 더 시프트되며, 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 우측 가장자리로 갈수록 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 좌측으로 더 시프트될 수 있다.Additionally, considering the principal ray angle of light incident on the pixel array 1100, the second nanopost NP2 may be shifted toward the center of the pixel array 1100 with respect to the first nanopost NP1. For example, the second nanopost NP2 is shifted further to the right with respect to the first nanopost NP1 as it moves from the center to the left edge of the pixel array 1100, and moves from the center of the pixel array 1100 to the right edge. Increasingly, the second nanopost (NP2) may be shifted further to the left with respect to the first nanopost (NP1).

마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제4 영역(134)은 그에 각각 대응하는 적색 화소(또는 제3 광감지셀(113))와 녹색 화소(또는 제4 광감지셀(114))에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부 방향을 향해 시프트된다. 예를 들어, 화소 어레이(1100)의 중심부로부터 좌측 가장자리로 갈수록 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제4 영역(134)은 그에 각각 대응하는 녹색 화소와 적색 화소에 대해 우측으로 더 시프트될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 색분리 렌즈 어레이(130)의 다른 단면에 배치된 제1 영역과 제2 영역도 역시 그에 대응하는 녹색 화소(또는 제1 광감지셀)와 청색 화소(또는 제2 광감지셀)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부 방향을 향해 시프트될 수 있다.Likewise, the third area 133 and the fourth area 134 of the color separation lens array 130 have corresponding red pixels (or third photo-sensing cells 113) and green pixels (or fourth photo-sensing cells 113), respectively. is shifted toward the center of the pixel array 1100 with respect to the cell 114). For example, as you move from the center of the pixel array 1100 to the left edge, the third and fourth areas 133 and 134 of the color separation lens array 130 move to the right with respect to the corresponding green and red pixels, respectively. It can be further shifted to . Although not shown, the first and second regions disposed on different cross-sections of the color separation lens array 130 also have corresponding green pixels (or first photo-sensing cells) and blue pixels (or second photo-sensing cells). ) may be shifted toward the center of the pixel array 1100.

특히, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제4 영역(134)은 그에 각각 대응하는 제3 광감지셀(113)의 중심부와 제4 광감지셀(114)의 중심부에 각각 적색광과 녹색광을 집광하도록 시프트될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제4 영역(134)이 시프트되는 거리 s는, 예를 들어, 다음의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.In particular, the third area 133 and the fourth area 134 of the color separation lens array 130 are located at the center of the corresponding third photo-sensing cell 113 and the center of the fourth photo-sensing cell 114, respectively. They can be shifted to focus red light and green light, respectively. The distance s at which the third area 133 and the fourth area 134 of the color separation lens array 130 are shifted may be determined, for example, by Equation 2 below.

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 gap between the lower surface of the color separation lens array 130 and the upper surface of the sensor substrate 110, and CRA' is the angle of incidence of light incident on the sensor substrate 110. Additionally, CRA' can be determined by Equation 3 below.

수학식 3에서 CRA는 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛의 입사각이고, n은 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이에 배치된 재료들의 평균 굴절률이다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제4 영역(134)이 그에 대응하는 화소로부터 시프트되는 거리 s는 색분리 렌즈 어레이(130)에 입사하는 빛의 입사각, 및 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이에 배치된 재료들의 평균 굴절률에 의해 결정될 수 있다.In Equation 3, CRA is the angle of incidence of light incident on the color separation lens array 130, and n is the average refractive index of materials disposed between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110. Therefore, the distance s by which the third region 133 and the fourth region 134 of the color separation lens array 130 are shifted from the corresponding pixels is the angle of incidence of light incident on the color separation lens array 130, and the color It may be determined by the average refractive index of the materials disposed between the separation lens array 130 and the sensor substrate 110.

도 34는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 색분리 렌즈 어레이(130)를 사용하면 컬러 필터층(140)에 의한 손실을 줄여 이미지 센서(1000)의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)와 컬러 필터층(140)을 함께 사용하면 높은 색 순도를 달성할 수 있다. 만약 색분리 렌즈 어레이(130)에 의해 충분한 색 분리가 일어나 높은 색 순도를 달성할 수 있다면, 도 34에 도시된 바와 같이, 컬러 필터층(140)을 생략할 수도 있다. 컬러 필터층(140)이 생략되었다는 점을 제외하고 도 34에 도시된 구성은 도 33에 도시된 구성과 동일하다.Figure 34 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment. By using the color separation lens array 130, the light use efficiency of the image sensor 1000 can be improved by reducing loss caused by the color filter layer 140. Additionally, high color purity can be achieved by using the color separation lens array 130 and the color filter layer 140 together. If sufficient color separation occurs by the color separation lens array 130 and high color purity can be achieved, the color filter layer 140 may be omitted, as shown in FIG. 34. The configuration shown in FIG. 34 is the same as that shown in FIG. 33 except that the color filter layer 140 is omitted.

도 35는 색분리 렌즈 어레이에서 2차원 배열된 나노포스트들의 시프트 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 35를 참조하면, 화소 어레이(1100)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 나노포스트(NP2)는 제1 나노포스트(NP1)에 대해 시프트되지 않았다. 반면, 화소 어레이(1100)의 주변부에서는 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 나노포스트(NP2)가 제1 나노포스트(NP1)에 대해 화소 어레이(1100)의 중심부를 향해 시프트되어 있다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)의 전체 면적은 화소 어레이(1100)의 전체 면적 또는 센서 기판(110)의 전체 면적보다 작을 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 전체 면적은 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)의 전체 면적과 거의 같을 수 있다.Figure 35 is a plan view exemplarily showing the shift form of nanoposts arranged two-dimensionally in a color separation lens array. Referring to FIG. 35, the second nanopost NP2 of the color separation lens array 130 at the center of the pixel array 1100 is not shifted relative to the first nanopost NP1. On the other hand, at the periphery of the pixel array 1100, the second nanopost NP2 of the color separation lens array 130 is shifted toward the center of the pixel array 1100 with respect to the first nanopost NP1. Accordingly, the total area of the color separation lens array 130 may be smaller than the total area of the pixel array 1100 or the total area of the sensor substrate 110. Additionally, the total area of the color separation lens array 130 may be approximately equal to the total area of the planar nano-optical microlens array 150.

도 29b에 도시된 색분리 렌즈 어레이(130)는 단지 하나의 예이며, 이미지 센서의 색 특성, 화소 피치, 입사광의 입사각 등에 따라 다양한 형태의 색분리 렌즈 어레이(130)가 설계될 수 있다. 또한, 지금까지는 색분리 렌즈 어레이(130)가 서로 떨어진 복수의 원통형 나노포스트(NP)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않는다.The color separation lens array 130 shown in FIG. 29B is just one example, and various types of color separation lens array 130 may be designed depending on the color characteristics of the image sensor, pixel pitch, angle of incidence of incident light, etc. In addition, so far, the color separation lens array 130 has been described as including a plurality of cylindrical nanoposts (NPs) spaced apart from each other, but it is not necessarily limited thereto.

예를 들어, 도 36a 및 도 36b는 베이어 패턴 방식의 이미지 센서에 적용될 수 있는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 단위 패턴 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 36a를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130')는 16×16 직사각형으로 디지털화 된 바이너리 형태의 제 1 내지 제 4 영역(131', 132', 133', 134')을 포함할 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130')의 단위 패턴은 32×32 직사각형으로 이루어진 형태를 가진다. 도 36b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130")의 제1 내지 제4 영역(131", 132", 133", 134") 각각은 디지털화 되지 않은 연속적인 곡선 형태를 가질 수 있다. 도 36a 및 도 36b에 도시된 색분리 렌즈 어레이(130', 130")의 제1 내지 제4 영역(131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134")에 적용되는 규칙은 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)에 적용되는 규칙과 동일하다.For example, FIGS. 36A and 36B are plan views illustrating the unit pattern form of a color separation lens array according to another embodiment that can be applied to a Bayer pattern image sensor. Referring to FIG. 36A, the color separation lens array 130' may include first to fourth areas 131', 132', 133', and 134' in a binary form digitized into a 16×16 rectangle. The unit pattern of the color separation lens array 130' has a 32×32 rectangular shape. Referring to Figure 36b, each of the first to fourth regions 131", 132", 133", and 134" of the color separation lens array 130" may have a non-digitized continuous curved shape. Figure 36a and in the first to fourth regions (131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134") of the color separation lens arrays (130', 130") shown in FIG. 36B. The rules applied are the same as those applied to the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 of the color separation lens array 130.

앞서 설명한 색분리 렌즈 어레이(130)의 위상 분포 및 성능을 만족하는 색분리 렌즈 어레이(130', 130")는 다양한 방식의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 자동화된 설계가 가능하다. 예를 들면, 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 제1 내지 제4 영역(131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134")의 구조를 최적화할 수 있다.Color separation lens arrays 130' and 130" that satisfy the phase distribution and performance of the color separation lens array 130 described above can be designed automatically through various computer simulations. For example, genetic algorithm ( Reverse engineering method using nature-inspired algorithms such as genetic algorithm, particle swarm optimization algorithm, ant colony optimization, etc., or based on adjoint optimization algorithm Through this, the structure of the first to fourth regions 131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", and 134" can be optimized.

색분리 렌즈 어레이(130', 130")의 설계는 색분리 스펙트럼, 광 효율, 신호대잡음비 등의 평가 요소들로 후보 색분리 렌즈 어레이들의 성능을 평가하면서 제1 내지 제4 영역(131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134")의 제 1 내지 제 4 패턴들을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 각각의 평가 요소에 대한 목표 수치값이 미리 결정되면, 평가 요소들에 대한 목표 수치값과 설계값의 차이의 합을 최소화하는 방식으로 제1 내지 제4 영역(131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134")의 패턴들이 최적화될 수 있다. 또는, 평가 요소별로 성능이 지표화되면, 성능을 나타내는 값이 최대가 되도록 제1 내지 제4 영역(131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134")의 패턴들이 최적화될 수 있다.The design of the color separation lens arrays (130', 130") evaluates the performance of the candidate color separation lens arrays using evaluation factors such as color separation spectrum, optical efficiency, and signal-to-noise ratio, while evaluating the first to fourth regions (131', 132). ', 133', 134', 131", 132", 133", 134") can be optimized. For example, if the target numerical value for each evaluation element is determined in advance, , the first to fourth areas (131', 132', 133', 134', 131", 132", 133", 134) in a manner that minimizes the sum of the difference between the target numerical value and the design value for the evaluation factors. ") patterns may be optimized. Alternatively, when performance is indexed for each evaluation element, the first to fourth regions 131', 132', 133', 134', 131", so that the value representing the performance is maximized. Patterns of 132", 133", and 134" can be optimized.

도 37은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다. 지금까지, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)가 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이 또는 색분리 렌즈 어레이(130)와 컬러 필터층(140) 사이에 배치된 것으로 설명하였다. 예를 들어, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)가 스페이서층(120) 내에 배치된 것으로 설명하였다. 그러나, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)의 위치는 반드시 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 37에 도시된 바와 같이, 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)는 색분리 렌즈 어레이(130) 위에 배치될 수도 있다.Figure 37 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another embodiment. So far, the planar nano-optical microlens array 150 has been described as being disposed between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 or between the color separation lens array 130 and the color filter layer 140. For example, the planar nano-optical microlens array 150 was described as being disposed within the spacer layer 120. However, the location of the planar nano-optical microlens array 150 is not necessarily limited to this. For example, as shown in FIG. 37, the planar nano-optical microlens array 150 may be disposed on the color separation lens array 130.

평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이(150)와 색분리 렌즈 어레이(130)를 함께 사용함으로써, 색분리 렌즈 어레이(130)의 색분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 화소 어레이(1100)의 주변부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 색분리 효율과 화소 어레이(1100)의 중심부에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 색분리 효율이 거의 같아질 수 있다. 따라서, 화소 어레이(1100)의 전체 영역에서 비교적 균일한 색 순도를 달성할 수 있다.By using the planar nano-optical microlens array 150 and the color separation lens array 130 together, the color separation efficiency of the color separation lens array 130 can be further improved. In particular, the color separation efficiency of the color separation lens array 130 at the periphery of the pixel array 1100 may be substantially the same as that of the color separation lens array 130 at the center of the pixel array 1100. Accordingly, relatively uniform color purity can be achieved in the entire area of the pixel array 1100.

상술한 색분리 렌즈 어레이(130, 130', 130")를 포함하는 이미지 센서(1000)는 컬러 필터, 예를 들어, 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), PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC 등 다양한 휴대용 기기, 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The image sensor 1000 including the above-described color separation lens arrays 130, 130', 130" has almost no light loss due to a color filter, for example, an organic color filter, so even if the pixel size is small, the pixel A sufficient amount of light can be provided. Therefore, it is possible to produce an ultra-high-resolution, ultra-small, high-sensitivity image sensor with hundreds of millions of pixels or more. Such ultra-high-resolution, ultra-small, high-sensitivity image sensors can be employed in various high-performance optical devices or high-performance electronic devices. These electronic devices include, for example, various portable devices such as smart phones, personal digital assistants (PDAs), laptops, and PCs, home appliances, security cameras, medical cameras, automobiles, and the Internet of Things (IoT). It may be, but is not limited to, an Internet of Things (Internet of Things) device or other mobile or non-mobile computing device.

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 image sensor 1000, the electronic device may further include a processor that controls the image sensor, for example, an application processor (AP), and runs an operating system or application program through the processor to run a plurality of hardware devices. Alternatively, software components can be controlled and various data processing and calculations can be performed. The processor may further include a Graphics Processing Unit (GPU) and/or an Image Signal Processor. If the processor includes an image signal processor, the image (or video) acquired by the image sensor can be stored and/or output using the processor.

도 38은 이미지 센서(1000)를 포함하는 전자 장치(1801)의 일 예를 나타내는 블럭도이다. 도 38을 참조하면, 네트워크 환경(1800)에서 전자 장치(1801)는 제1 네트워크(1898)(근거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 다른 전자 장치(1802)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(1899)(원거리 무선 통신 네트워크 등)를 통하여 또 다른 전자 장치(1804) 및/또는 서버(1808)와 통신할 수 있다. 전자 장치(1801)는 서버(1808)를 통하여 전자 장치(1804)와 통신할 수 있다. 전자 장치(1801)는 프로세서(1820), 메모리(1830), 입력 장치(1850), 음향 출력 장치(1855), 표시 장치(1860), 오디오 모듈(1870), 센서 모듈(1876), 인터페이스(1877), 햅틱 모듈(1879), 카메라 모듈(1880), 전력 관리 모듈(1888), 배터리(1889), 통신 모듈(1890), 가입자 식별 모듈(1896), 및/또는 안테나 모듈(1897)을 포함할 수 있다. 전자 장치(1801)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(1860) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(1876)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(1860)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다.FIG. 38 is a block diagram showing an example of an electronic device 1801 including an image sensor 1000. Referring to FIG. 38, in a network environment 1800, an electronic device 1801 communicates with another electronic device 1802 through a first network 1898 (short-range wireless communication network, etc.), or through a second network 1899. It is possible to communicate with another electronic device 1804 and/or the server 1808 through a long-distance wireless communication network, etc. The electronic device 1801 may communicate with the electronic device 1804 through the server 1808. The electronic device 1801 includes a processor 1820, a memory 1830, an input device 1850, an audio output device 1855, a display device 1860, an audio module 1870, a sensor module 1876, and an interface 1877. ), a haptic module (1879), a camera module (1880), a power management module (1888), a battery (1889), a communication module (1890), a subscriber identification module (1896), and/or an antenna module (1897). You can. In the electronic device 1801, some of these components (such as the display device 1860) may be omitted or other components may be added. Some of these components can be implemented as one integrated circuit. For example, the sensor module 1876 (fingerprint sensor, iris sensor, illumination sensor, etc.) may be implemented by being embedded in the display device 1860 (display, etc.).

프로세서(1820)는, 소프트웨어(프로그램(1840) 등)를 실행하여 프로세서(1820)에 연결된 전자 장치(1801) 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(1820)는 다른 구성요소(센서 모듈(1876), 통신 모듈(1890) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(1832)에 로드하고, 휘발성 메모리(1832)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(1834)에 저장할 수 있다. 프로세서(1820)는 메인 프로세서(1821)(중앙 처리 장치, 어플리케이션 프로세서 등) 및 이와 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(1823)(그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)를 포함할 수 있다. 보조 프로세서(1823)는 메인 프로세서(1821)보다 전력을 작게 사용하고, 특화된 기능을 수행할 수 있다. The processor 1820 may execute software (program 1840, etc.) to control one or a plurality of other components (hardware, software components, etc.) of the electronic device 1801 connected to the processor 1820. , various data processing or calculations can be performed. As part of data processing or computation, processor 1820 loads instructions and/or data received from other components (sensor module 1876, communication module 1890, etc.) into volatile memory 1832, and volatile memory ( Commands and/or data stored in 1832) may be processed, and the resulting data may be stored in non-volatile memory 1834. The processor 1820 includes a main processor 1821 (central processing unit, application processor, etc.) and an auxiliary processor 1823 (graphics processing unit, image signal processor, sensor hub processor, communication processor, etc.) that can operate independently or together with the main processor 1821. It can be included. The auxiliary processor 1823 uses less power than the main processor 1821 and can perform specialized functions.

보조 프로세서(1823)는, 메인 프로세서(1821)가 인액티브 상태(슬립 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(1821)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(1821)가 액티브 상태(어플리케이션 실행 상태)에 있는 동안 메인 프로세서(1821)와 함께, 전자 장치(1801)의 구성요소들 중 일부 구성요소(표시 장치(1860), 센서 모듈(1876), 통신 모듈(1890) 등)와 관련된 기능 및/또는 상태를 제어할 수 있다. 보조 프로세서(1823)(이미지 시그널 프로세서, 커뮤니케이션 프로세서 등)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(카메라 모듈(1880), 통신 모듈(1890) 등)의 일부로서 구현될 수도 있다. The auxiliary processor 1823 acts on behalf of the main processor 1821 while the main processor 1821 is in an inactive state (sleep state), or as the main processor 1821 while the main processor 1821 is in an active state (application execution state). Together with the processor 1821, it is possible to control functions and/or states related to some of the components of the electronic device 1801 (display device 1860, sensor module 1876, communication module 1890, etc.). You can. The auxiliary processor 1823 (image signal processor, communication processor, etc.) may also be implemented as part of other functionally related components (camera module 1880, communication module 1890, etc.).

메모리(1830)는, 전자 장치(1801)의 구성요소(프로세서(1820), 센서모듈(1876) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(1840) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(1830)는, 휘발성 메모리(1832) 및/또는 비휘발성 메모리(1834)를 포함할 수 있다.The memory 1830 can store various data needed by components (processor 1820, sensor module 1876, etc.) of the electronic device 1801. Data may include, for example, input data and/or output data for software (such as program 1840) and instructions related thereto. Memory 1830 may include volatile memory 1832 and/or non-volatile memory 1834.

프로그램(1840)은 메모리(1830)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(1842), 미들 웨어(1844) 및/또는 어플리케이션(1846)을 포함할 수 있다. The program 1840 may be stored as software in the memory 1830 and may include an operating system 1842, middleware 1844, and/or applications 1846.

입력 장치(1850)는, 전자 장치(1801)의 구성요소(프로세서(1820) 등)에 사용될 명령 및/또는 데이터를 전자 장치(1801)의 외부(사용자 등)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(1850)는, 마이크, 마우스, 키보드, 및/또는 디지털 펜(스타일러스 펜 등)을 포함할 수 있다. The input device 1850 may receive commands and/or data to be used in components (such as the processor 1820) of the electronic device 1801 from outside the electronic device 1801 (such as a user). The input device 1850 may include a microphone, mouse, keyboard, and/or digital pen (stylus pen, etc.).

음향 출력 장치(1855)는 음향 신호를 전자 장치(1801)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(1855)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 1855 may output sound signals to the outside of the electronic device 1801. The sound output device 1855 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 incoming calls. The receiver can be integrated as part of the speaker or implemented as a separate, independent device.

표시 장치(1860)는 전자 장치(1801)의 외부로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(1860)는, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 표시 장치(1860)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 1860 can visually provide information to the outside of the electronic device 1801. The display device 1860 may include a display, a hologram device, or a projector, and a control circuit for controlling the device. The display device 1860 may include a touch circuitry configured to detect a touch, and/or a sensor circuit configured to measure the intensity of force generated by the touch (such as a pressure sensor).

오디오 모듈(1870)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 오디오 모듈(1870)은, 입력 장치(1850)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(1855), 및/또는 전자 장치(1801)와 직접 또는 무선으로 연결된 다른 전자 장치(전자 장치(1802) 등)의 스피커 및/또는 헤드폰을 통해 소리를 출력할 수 있다.The audio module 1870 can convert sound into an electrical signal or, conversely, convert an electrical signal into sound. The audio module 1870 acquires sound through the input device 1850, the sound output device 1855, and/or another electronic device (electronic device 1802, etc.) directly or wirelessly connected to the electronic device 1801. ) can output sound through speakers and/or headphones.

센서 모듈(1876)은 전자 장치(1801)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(1876)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 1876 detects the operating state (power, temperature, etc.) of the electronic device 1801 or the external environmental state (user state, etc.) and generates an electrical signal and/or data value corresponding to the detected state. can do. The sensor module 1876 includes a gesture sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a proximity sensor, a color sensor, an IR (Infrared) sensor, a biometric sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and/or an illumination sensor. May include sensors.

인터페이스(1877)는 전자 장치(1801)가 다른 전자 장치(전자 장치(1802) 등)와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 또는 복수의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 인터페이스(1877)는, HDMI(High Definition Multimedia Interface), USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.The interface 1877 may support one or a plurality of designated protocols that can be used to directly or wirelessly connect the electronic device 1801 to another electronic device (such as the electronic device 1802). The interface 1877 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(1878)는, 전자 장치(1801)가 다른 전자 장치(전자 장치(1802) 등)와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 연결 단자(1878)는, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 및/또는 오디오 커넥터(헤드폰 커넥터 등)를 포함할 수 있The connection terminal 1878 may include a connector through which the electronic device 1801 can be physically connected to another electronic device (such as the electronic device 1802). Connection terminal 1878 may include an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, and/or an audio connector (such as a headphone connector).

햅틱 모듈(1879)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(1879)은, 모터, 압전 소자, 및/또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.The haptic module 1879 can convert electrical signals into mechanical stimulation (vibration, movement, etc.) or electrical stimulation that the user can perceive through tactile or kinesthetic senses. Haptic module 1879 may include a motor, piezoelectric element, and/or electrical stimulation device.

카메라 모듈(1880)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(1880)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 도 1의 이미지 센서(1000), 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(1880)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.The camera module 1880 can capture still images and moving images. The camera module 1880 may include a lens assembly including one or a plurality of lenses, the image sensor 1000 of FIG. 1, image signal processors, and/or flashes. The lens assembly included in the camera module 1880 may collect light emitted from a subject that is the target of image capture.

전력 관리 모듈(1888)은 전자 장치(1801)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 전력 관리 모듈(1888)은, PMIC(Power Management Integrated Circuit)의 일부로서 구현될 수 있다.The power management module 1888 can manage power supplied to the electronic device 1801. The power management module 1888 may be implemented as part of a Power Management Integrated Circuit (PMIC).

배터리(1889)는 전자 장치(1801)의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(1889)는, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 및/또는 연료 전지를 포함할 수 있다.Battery 1889 may supply power to components of electronic device 1801. The battery 1889 may include a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, and/or a fuel cell.

통신 모듈(1890)은 전자 장치(1801)와 다른 전자 장치(전자 장치(1802), 전자 장치(1804), 서버(1808) 등)간의 직접(유선) 통신 채널 및/또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(1890)은 프로세서(1820)(어플리케이션 프로세서 등)와 독립적으로 운영되고, 직접 통신 및/또는 무선 통신을 지원하는 하나 또는 복수의 커뮤니케이션 프로세서들을 포함할 수 있다. 통신 모듈(1890)은 무선 통신 모듈(1892)(셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, GNSS(Global Navigation Satellite System 등) 통신 모듈) 및/또는 유선 통신 모듈(1894)(LAN(Local Area Network) 통신 모듈, 전력선 통신 모듈 등)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(1898)(블루투스, WiFi Direct 또는 IrDA(Infrared Data Association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(1899)(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(1892)은 가입자 식별 모듈(1896)에 저장된 가입자 정보(국제 모바일 가입자 식별자(IMSI) 등)를 이용하여 제1 네트워크(1898) 및/또는 제2 네트워크(1899)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(1801)를 확인 및 인증할 수 있다. The communication module 1890 is configured to establish a direct (wired) communication channel and/or a wireless communication channel between the electronic device 1801 and other electronic devices (electronic device 1802, electronic device 1804, server 1808, etc.); and can support communication through established communication channels. The communication module 1890 operates independently of the processor 1820 (such as an application processor) and may include one or more communication processors that support direct communication and/or wireless communication. The communication module 1890 is a wireless communication module 1892 (cellular communication module, short-range wireless communication module, GNSS (Global Navigation Satellite System, etc.) communication module) and/or a wired communication module 1894 (LAN (Local Area Network) communication). module, power line communication module, etc.). Among these communication modules, the corresponding communication module may be a first network (1898) (a short-range communication network such as Bluetooth, WiFi Direct, or IrDA (Infrared Data Association)) or a second network (1899) (a cellular network, the Internet, or a computer network (LAN) , WAN, etc.) can communicate with other electronic devices. These various types of communication modules may be integrated into one component (such as a single chip) or may be implemented as a plurality of separate components (multiple chips). The wireless communication module 1892 uses subscriber information (international mobile subscriber identifier (IMSI), etc.) stored in the subscriber identification module 1896 to communicate within a communication network such as the first network 1898 and/or the second network 1899. The electronic device 1801 can be confirmed and authenticated.

안테나 모듈(1897)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(1897)은 하나 또는 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나가 포함된 경우, 통신 모듈(1890)에 의해 복수의 안테나들 중에서 제1 네트워크(1898) 및/또는 제2 네트워크(1899)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 안테나가 선택될 수 있다. 선택된 안테나를 통하여 통신 모듈(1890)과 다른 전자 장치 간에 신호 및/또는 전력이 송신되거나 수신될 수 있다. 안테나 외에 다른 부품(RFIC 등)이 안테나 모듈(1897)의 일부로 포함될 수 있다.The antenna module 1897 may transmit signals and/or power to or receive signals and/or power from the outside (such as other electronic devices). The antenna may include a radiator consisting of a conductive pattern formed on a substrate (PCB, etc.). The antenna module 1897 may include one or multiple 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 1898 and/or the second network 1899 may be selected from among the plurality of antennas by the communication module 1890. You can. Signals and/or power may be transmitted or received between the communication module 1890 and other electronic devices through the selected antenna. In addition to the antenna, other components (RFIC, etc.) may be included as part of the antenna module 1897.

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 between peripheral devices (bus, General Purpose Input and Output (GPIO), Serial Peripheral Interface (SPI), Mobile Industry Processor Interface (MIPI), etc.) and send signals (commands, data, etc.) ) can be interchanged.

명령 또는 데이터는 제2 네트워크(1899)에 연결된 서버(1808)를 통해서 전자 장치(1801)와 외부의 전자 장치(1804)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 다른 전자 장치들(1802, 1804)은 전자 장치(1801)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 전자 장치(1801)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 전자 장치들(1802, 1804, 1808) 중 하나 또는 복수의 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(1801)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(1801)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 1801 and an external electronic device 1804 through the server 1808 connected to the second network 1899. Other electronic devices 1802 and 1804 may be the same or different types of devices from the electronic device 1801. All or part of the operations performed on the electronic device 1801 may be executed on one or more of the other electronic devices 1802, 1804, and 1808. For example, when the electronic device 1801 needs to perform a certain function or service, instead of executing the function or service itself, it performs part or all of the function or service to one or more other electronic devices. You can ask them to do it. One or more other electronic devices that have received the request may execute additional functions or services related to the request and transmit the results of the execution to the electronic device 1801. For this purpose, cloud computing, distributed computing, and/or client-server computing technologies may be used.

도 39는 도 38의 카메라 모듈(1880)을 예시하는 블럭도이다. 도 39를 참조하면, 카메라 모듈(1880)은 렌즈 어셈블리(1910), 플래쉬(1920), 이미지 센서(1000)(도 1 참고), 이미지 스태빌라이저(1940), 메모리(1950)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(1960)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(1910)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(1880)은 복수의 렌즈 어셈블리(1910)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(1880)은, 듀얼 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(1910)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(1910)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다. FIG. 39 is a block diagram illustrating the camera module 1880 of FIG. 38. Referring to FIG. 39, the camera module 1880 includes a lens assembly 1910, a flash 1920, an image sensor 1000 (see FIG. 1), an image stabilizer 1940, a memory 1950 (buffer memory, etc.), and/or an image signal processor 1960. The lens assembly 1910 may collect light emitted from a subject that is the target of image capture. The camera module 1880 may include a plurality of lens assemblies 1910, in which case the camera module 1880 may be a dual camera, a 360-degree camera, or a spherical camera. Some of the plurality of lens assemblies 1910 may have the same lens properties (angle of view, focal length, autofocus, F number, optical zoom, etc.) or may have different lens properties. The lens assembly 1910 may include a wide-angle lens or a telephoto lens.

플래쉬(1920)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래쉬(1920)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(1910)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 1920 may emit light used to enhance light emitted or reflected from a subject. The flash 1920 may include one or a plurality of light emitting diodes (RGB (Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED, etc.), and/or a Xenon Lamp. The image sensor 1000 may be the image sensor described in FIG. 1 and can acquire an image corresponding to the subject by converting light emitted or reflected from the subject and transmitted through the lens assembly 1910 into an electrical signal. . The image sensor 1000 may include one or more sensors selected from among image sensors with different properties, such as an RGB sensor, a black and white (BW) sensor, an IR sensor, or a UV sensor. Each sensor included in the image sensor 1000 may be implemented as a charged coupled device (CCD) sensor and/or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor.

이미지 스태빌라이저(1940)는 카메라 모듈(1880) 또는 이를 포함하는 전자 장치(1901)의 움직임에 반응하여, 렌즈 어셈블리(1910)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(1940)는 카메라 모듈(1880)의 내부 또는 외부에 배치된 자이로 센서(미도시) 또는 가속도 센서(미도시)를 이용하여 카메라 모듈(1880) 또는 전자 장치(1801)의 움직임을 감지할 수 있다. 이미지 스태빌라이저(1940)는, 광학식으로 구현될 수도 있다. The image stabilizer 1940 moves one or more lenses or image sensors 1000 included in the lens assembly 1910 in a specific direction in response to the movement of the camera module 1880 or the electronic device 1901 including the same. Alternatively, the operation characteristics of the image sensor 1000 can be controlled (adjustment of read-out timing, etc.) to compensate for the negative effects of movement. The image stabilizer 1940 detects the movement of the camera module 1880 or the electronic device 1801 using a gyro sensor (not shown) or an acceleration sensor (not shown) disposed inside or outside the camera module 1880. You can. The image stabilizer 1940 may be implemented optically.

메모리(1950)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(1950)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(1960)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(1950)는 전자 장치(1801)의 메모리(1830)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.The memory 1950 may store part or all data of the image acquired through the image sensor 1000 for the next image processing task. For example, when multiple images are acquired at high speed, the acquired original data (Bayer-Patterned data, high-resolution data, etc.) is stored in the memory 1950, only the low-resolution images are displayed, and then the selected (user selection, etc.) It can be used to ensure that the original data of the image is transmitted to the image signal processor 1960. The memory 1950 may be integrated into the memory 1830 of the electronic device 1801, or may be configured as a separate memory that operates independently.

이미지 시그널 프로세서(1960)는 이미지 센서(1000)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(1950)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(1960)는 카메라 모듈(1880)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(1960)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(1950)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(1880)의 외부 구성 요소(메모리(1830), 표시 장치(1860), 전자 장치(1802), 전자 장치(1804), 서버(1808) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1960)는 프로세서(1820)에 통합되거나, 프로세서(1820)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(1960)가 프로세서(1820)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(1960)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(1820)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(1860)를 통해 표시될 수 있다.The image signal processor 1960 may perform image processing on images acquired through the image sensor 1000 or image data stored in the memory 1950. Image processing includes depth map creation, 3D modeling, panorama creation, feature point extraction, image compositing, and/or image compensation (noise reduction, resolution adjustment, brightness adjustment, blurring, sharpening) , softening, etc.). The image signal processor 1960 may perform control (exposure time control, read-out timing control, etc.) on components (such as the image sensor 1000) included in the camera module 1880. Images processed by the image signal processor 1960 are stored back in the memory 1950 for further processing or stored in external components of the camera module 1880 (memory 1830, display unit 1860, electronics 1802). , electronic device 1804, server 1808, etc.). The image signal processor 1960 may be integrated into the processor 1820 or may be configured as a separate processor that operates independently from the processor 1820. If the image signal processor 1960 is configured as a separate processor from the processor 1820, the image processed by the image signal processor 1960 undergoes additional image processing by the processor 1820 and then is displayed on the display device 1860. It can be displayed through

전자 장치(1801)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(1880)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(1880)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(1880)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다.The electronic device 1801 may include a plurality of camera modules 1880, each with different properties or functions. In this case, one of the plurality of camera modules 1880 may be a wide-angle camera and the other may be a telephoto camera. Similarly, one of the plurality of camera modules 1880 may be a front camera and the other may be a rear camera.

실시예들에 따른 이미지 센서(1000)는 도 40에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(2000), 도 41에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(2100), 도 42에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(2200), 도 43에 도시된 노트북 컴퓨터(2300)에 또는 도 44에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(2400) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(2000) 또는 스마트 태블릿(2100)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 image sensor 1000 according to embodiments includes a mobile phone or smartphone 2000 shown in FIG. 40, a tablet or smart tablet 2100 shown in FIG. 41, and a digital camera or camcorder 2200 shown in FIG. 42. , can be applied to the laptop computer 2300 shown in FIG. 43 or the television or smart television 2400 shown in FIG. 44. For example, the smartphone 2000 or smart tablet 2100 may include a plurality of high-resolution cameras each equipped with a high-resolution image sensor. Using high-resolution cameras, you can extract depth information of subjects in an image, adjust the outfocusing of an image, or automatically identify subjects in an image.

또한, 이미지 센서(1000)는 도 45에 도시된 스마트 냉장고(2500), 도 46에 도시된 보안 카메라(2600), 도 47에 도시된 로봇(2700), 도 48에 도시된 의료용 카메라(2800) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(2500)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(2600)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(2700)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(2800)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.Additionally, the image sensor 1000 may be used in the smart refrigerator 2500 shown in FIG. 45, the security camera 2600 shown in FIG. 46, the robot 2700 shown in FIG. 47, and the medical camera 2800 shown in FIG. 48. It can be applied to etc. For example, the smart refrigerator 2500 can automatically recognize food in the refrigerator using an image sensor and inform the user of the presence or absence of specific food and the type of food received or shipped to the user through the smartphone. The security camera 2600 can provide ultra-high resolution images and, using high sensitivity, can recognize objects or people in the image even in a dark environment. The robot 2700 can provide high-resolution images when deployed at disaster or industrial sites that cannot be directly accessed by humans. The medical camera 2800 can provide high-resolution images for diagnosis or surgery and can dynamically adjust its field of view.

또한, 이미지 센서(1000)는 도 49에 도시된 바와 같이 차량(2900)에 적용될 수 있다. 차량(2900)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(2910, 2920, 2930, 2940)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(2910, 2920, 2930, 2940)는 실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 차량(2900)은 복수의 차량용 카메라(2910, 2920, 2930, 2940)를 이용하여 차량(2900) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.Additionally, the image sensor 1000 may be applied to the vehicle 2900 as shown in FIG. 49. The vehicle 2900 may include a plurality of vehicle cameras 2910, 2920, 2930, and 2940 arranged at various locations. Each vehicle camera 2910, 2920, 2930, and 2940 may include an image sensor according to an embodiment. The vehicle 2900 can provide the driver with various information about the inside or surroundings of the vehicle 2900 using a plurality of vehicle cameras 2910, 2920, 2930, and 2940, and automatically recognizes objects or people in the image. It can provide information necessary for autonomous driving.

상술한 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The image sensor having the above-described color separation lens array and the electronic device including the same have been described with reference to the embodiment shown in the drawings, but this is merely an example, and various modifications can be made by those skilled in the art. and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of rights is indicated in the patent claims, not the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights.

110.....센서 기판
111, 112, 113, 114.....광감지셀
120.....스페이서층
121.....유전체층
130.....색분리 렌즈 어레이
140.....컬러 필터층
141, 142, 143.....컬러 필터
150.....평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이
151.....평면 나노 광학 마이크로렌즈
160.....볼록 마이크로렌즈 어레이
161.....볼록 마이크로렌즈
170.....투명 유전체층
1000.....이미지 센서
1010.....타이밍 컨트롤러
1020.....로우 디코더
1030.....출력 회로
1100.....화소 어레이
110.....Sensor board
111, 112, 113, 114....light sensing cell
120....Spacer layer
121.....Dielectric layer
130.....Color separation lens array
140.....Color filter layer
141, 142, 143.....Color filter
150....Planar nano-optical microlens array
151.....Plane nano-optical microlens
160.....Convex microlens array
161.....Convex microlens
170.....Transparent dielectric layer
1000.....Image sensor
1010.....Timing controller
1020.....Row Decoder
1030.....Output circuit
1100.....pixel array

Claims (29)

광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하는 센서 기판; 및
상기 복수의 광감지셀 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키는 나노 패턴 구조를 갖는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이;를 포함하며,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고,
상기 저굴절률 구조물에 대한 상기 고굴절률 나노 구조물의 비율에 의해 결정되는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 점차 낮아지며,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측에서의 유효 굴절률 분포가 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측에서의 유효 굴절률 분포와 상이한, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측은 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운, 이미지 센서.
A sensor substrate including a plurality of light-sensing cells that detect light; and
It includes a planar nano-optical microlens array including a plurality of planar nano-optical microlenses having a nano-pattern structure that focuses light on a corresponding photo-sensing cell among the plurality of photo-sensing cells,
Each planar nano-optical microlens includes a high refractive index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a low refractive index structure made of a dielectric material with a relatively low refractive index,
The effective refractive index of the planar nano-optical microlens, which is determined by the ratio of the high refractive index nanostructure to the low refractive index structure, is highest in the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens and gradually lowers around the refractive index peak area,
At the periphery of the planar nano-optic microlens array, the planar nano-optic microlenses have an asymmetric effective refractive index distribution wherein the effective refractive index distribution on the first side of the refractive index peak region is different from the effective refractive index distribution on the second side of the index peak region. and wherein the first side of the refractive index peak area is closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the second side of the refractive index peak area.
제1 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 중심으로부터 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 벗어나 위치하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens is located away from the center of the planar nano-optical microlens toward the center of the planar nano-optic microlens array.
제2 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역과 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 중심 사이의 거리는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부 사이의 거리가 멀어질수록 더 커지는, 이미지 센서.
According to clause 2,
At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the distance between the refractive index peak area of the planar nano-optic microlens and the center of the planar nano-optic microlens is between the planar nano-optic microlens and the center of the planar nano-optic microlens array. The image sensor gets bigger as the distance increases.
제1 항에 있어서,
상기 주변부 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 제1 가장자리 및 상기 제1 가장자리의 맞은편인 제2 가장자리를 가지며, 상기 제1 가장자리는 상기 제2 가장자리보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 가깝고,
상기 제1 가장자리와 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기는 상기 제2 가장자리와 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기보다 큰, 이미지 센서.
According to claim 1,
The peripheral planar nano-optical microlens has a first edge and a second edge opposite the first edge, the first edge being closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the second edge,
The image sensor, wherein the slope of the effective refractive index distribution between the first edge and the refractive index peak area is greater than the slope of the effective refractive index distribution between the second edge and the refractive index peak area.
제4 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에 배치된 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈 및 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하며,
상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부 사이의 거리는 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈와 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부 사이의 거리보다 크고,
상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제1 가장자리와 상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기는 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제1 가장자리와 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기보다 큰, 이미지 센서.
According to clause 4,
The planar nano-optical microlens array includes a first planar nano-optical microlens and a second planar nano-optical microlens disposed at the periphery of the planar nano-optical microlens array,
The distance between the second planar nano-optical microlens and the center of the planar nano-optical microlens array is greater than the distance between the first planar nano-optical microlens and the center of the planar nano-optical microlens array,
The slope of the effective refractive index distribution between the first edge of the second planar nano-optical microlens and the refractive index peak area of the second planar nano-optical microlens is the first edge of the first planar nano-optical microlens and the first plane An image sensor that is greater than the slope of the effective refractive index distribution between the refractive index peak regions of the nano-optical microlens.
제5 항에 있어서,
상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제2 가장자리와 상기 제2 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기는 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 제2 가장자리와 상기 제1 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역 사이에서 유효 굴절률 분포의 기울기보다 작은, 이미지 센서.
According to clause 5,
The slope of the effective refractive index distribution between the second edge of the second planar nano-optical microlens and the refractive index peak area of the second planar nano-optical microlens is the second edge of the first planar nano-optical microlens and the first plane. An image sensor that is smaller than the slope of the effective refractive index distribution between the refractive index peak regions of a nano-optical microlens.
제1 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 유효 굴절률이 가장 큰 제1 영역, 상기 제1 영역을 둘러싸며 제1 영역보다 유효 굴절률이 낮은 제2 영역, 및 상기 제2 영역을 둘러싸며 상기 제2 영역보다 유효 굴절률이 낮은 제3 영역을 포함하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
Each planar nano-optical microlens has a first region having the highest effective refractive index, a second region surrounding the first region and having a lower effective refractive index than the first region, and a second region surrounding the second region and having an effective refractive index lower than the second region. An image sensor comprising a third region having a low refractive index.
제1 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 중심에 위치하고, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 중심을 기준으로 대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖는, 이미지 센서.
According to claim 1,
At the center of the planar nano-optical microlens array, the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens is located at the center of the planar nano-optical microlens, and the planar nano-optical microlens has an effective refractive index distribution symmetrical about the center. Having an image sensor.
제1 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈들 사이의 경계는 대응하는 광감지셀들 사이의 경계와 일치하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
At the periphery of the planar nano-optical microlens array, boundaries between the planar nano-optic microlenses coincide with boundaries between corresponding photo-sensing cells.
제1 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 대응하는 광감지셀들에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 시프트되어 위치하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
At the periphery of the planar nano-optical microlens array, each planar nano-optical microlens is positioned shifted toward the center of the planar nano-optic microlens array with respect to the corresponding photo-sensing cells.
제10 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈가 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 시프트되는 거리는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 멀어질수록 더 커지는, 이미지 센서.
According to claim 10,
At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the distance that each planar nano-optic microlens is shifted toward the center of the planar nano-optic microlens array becomes larger as the distance from the center of the planar nano-optic microlens array increases. sensor.
제10 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 전체 면적은 상기 센서 기판의 전체 면적보다 작은, 이미지 센서.
According to claim 10,
An image sensor, wherein the total area of the planar nano-optical microlens array is smaller than the total area of the sensor substrate.
제1 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 나노포스트 형태를 갖는 복수의 고굴절률 나노 구조물을 포함하며, 단위 면적에 대해 상기 복수의 고굴절률 나노 구조물이 차지하는 면적의 비율은 상기 굴절률 정점 영역에서 가장 높은, 이미지 센서.
According to claim 1,
Each planar nano-optical microlens includes a plurality of high refractive index nanostructures having a nanopost shape, and the ratio of the area occupied by the plurality of high refractive index nanostructures to unit area is the highest in the refractive index peak area, an image sensor .
제13 항에 있어서,
상기 복수의 고굴절률 나노 구조물 중에서 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물은 상기 굴절률 정점 영역에 배치되는, 이미지 센서.
According to claim 13,
An image sensor, wherein a high refractive index nanostructure with the largest width or diameter among the plurality of high refractive index nanostructures is disposed at the refractive index peak area.
제14 항에 있어서,
상기 복수의 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운 제1 고굴절률 나노 구조물 및 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 더 먼 제2 고굴절률 나노 구조물을 포함하며,
상기 제1 고굴절률 나노 구조물와 상기 제2 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 인접하여 배치되고,
상기 제1 고굴절률 나노 구조물의 제1 폭 또는 직경은 상기 제2 고굴절률 나노 구조물의 제2 폭 또는 직경과 상이한, 이미지 센서.
According to claim 14,
The plurality of high refractive index nanostructures include a first high refractive index nanostructure closer to the center of the planar nano-optical microlens array with respect to the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter, and a high refractive index nanostructure with the largest width or diameter. comprising a second high refractive index nanostructure that is farther from the center of the planar nano-optical microlens array with respect to the structure,
The first high refractive index nanostructure and the second high refractive index nanostructure are arranged adjacent to the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter,
The image sensor wherein the first width or diameter of the first high refractive index nanostructure is different from the second width or diameter of the second high refractive index nanostructure.
제15 항에 있어서,
상기 제1 고굴절률 나노 구조물의 제1 폭 또는 직경은 상기 제2 고굴절률 나노 구조물의 제2 폭 또는 직경보다 작은, 이미지 센서.
According to claim 15,
The image sensor wherein the first width or diameter of the first high refractive index nanostructure is smaller than the second width or diameter of the second high refractive index nanostructure.
제16 항에 있어서,
상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 제1 고굴절률 나노 구조물 사이의 제1 피치는 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 21 고굴절률 나노 구조물 사이의 제2 피치와 동일한, 이미지 센서.
According to claim 16,
The first pitch between the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter and the first high refractive index nanostructure is the same as the second pitch between the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter and the 21 high refractive index nanostructures. , image sensor.
제14 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 복수의 고굴절률 나노 구조물을 포함하고, 상기 복수의 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운 제1 고굴절률 나노 구조물 및 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 더 먼 제2 고굴절률 나노 구조물을 포함하며,
상기 제1 고굴절률 나노 구조물과 상기 제2 고굴절률 나노 구조물은 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물에 인접하여 배치되고,
상기 제1 고굴절률 나노 구조물의 제1 폭 또는 직경은 상기 제2 고굴절률 나노 구조물의 제2 폭 또는 직경과 동일하고,
상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 제1 고굴절률 나노 구조물 사이의 제1 피치는 상기 폭 또는 직경이 가장 큰 고굴절률 나노 구조물과 상기 21 고굴절률 나노 구조물 사이의 제2 피치보다 작은, 이미지 센서.
According to claim 14,
At the periphery of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlens includes a plurality of high refractive index nanostructures, and the plurality of high refractive index nanostructures are aligned with the high refractive index nanostructure having the largest width or diameter. A first high refractive index nanostructure closer to the center of the planar nano-optical microlens array and a second high refractive index nanostructure further from the center of the planar nano-optical microlens array for the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter. Includes,
The first high refractive index nanostructure and the second high refractive index nanostructure are arranged adjacent to the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter,
The first width or diameter of the first high refractive index nanostructure is the same as the second width or diameter of the second high refractive index nanostructure,
The first pitch between the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter and the first high refractive index nanostructure is smaller than the second pitch between the high refractive index nanostructure with the largest width or diameter and the 21 high refractive index nanostructures. , image sensor.
제1 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 서로 번갈아 배열된 복수의 고굴절률 나노 구조물 및 복수의 저굴절률 구조물을 포함하며, 고굴절률 나노 구조물의 직경 방향 폭은 굴절률 정점 영역에서 가장 큰, 이미지 센서.
According to claim 1,
Each planar nano-optical microlens includes a plurality of high-refractive-index nanostructures and a plurality of low-refractive-index structures arranged alternately, and the radial width of the high-refractive-index nanostructure is largest at the refractive index peak area.
제1 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 평판 형태의 하나의 저굴절률 나노 구조물 및 홀 형태를 갖는 복수의 고굴절률 구조물을 포함하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
An image sensor, wherein each planar nano-optical microlens includes one low-refractive-index nanostructure in the form of a plate and a plurality of high-refractive-index structures in the form of holes.
제1 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 제1 층 및 상기 제1 층 위에 적층된 제2 층을 포함하며, 상기 제1 층의 고굴절률 나노 구조물과 저굴절률 구조물의 패턴은 상기 제2 층의 고굴절률 나노 구조물과 저굴절률 구조물의 패턴과 상이한, 이미지 센서.
According to claim 1,
Each planar nano optical microlens includes a first layer and a second layer stacked on the first layer, and the pattern of the high refractive index nanostructures and the low refractive index structures of the first layer is the high refractive index nanostructure of the second layer. An image sensor with a different pattern from the structure and the low refractive index structure.
제21 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 상기 제1 층과 제2 층에 있는 고굴절률 나노 구조물이 동일한 폭을 가지며, 굴절률 정점 영역으로부터 벗어난 영역에서 상기 제2 층의 고굴절률 나노 구조물의 폭이 제1 층의 고굴절률 나노 구조물의 폭보다 작은, 이미지 센서.
According to claim 21,
In the refractive index peak area of each planar nano optical microlens, the high refractive index nanostructures in the first layer and the second layer have the same width, and in the area away from the refractive index peak area, the width of the high refractive index nanostructure in the second layer is An image sensor that is smaller than the width of the high refractive index nanostructure of this first layer.
제1 항에 있어서,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈 위에 배치된 볼록 마이크로렌즈를 더 포함하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
An image sensor further comprising a convex microlens disposed above each planar nano-optical microlens.
제23 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에서, 서로 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역과 볼록 마이크로렌즈의 광축이 서로 일치하도록 정렬되어 있는, 이미지 센서.
According to clause 23,
At the center of the planar nano-optical microlens array, the refractive index peak areas of the corresponding planar nano-optical microlenses and the optical axes of the convex microlenses are aligned to coincide with each other.
제23 항에 있어서,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 볼록 마이크로렌즈는 대응하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈에 대해 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부를 향해 시프트되어 있는, 이미지 센서.
According to clause 23,
At the periphery of the planar nano-optic microlens array, the convex microlenses are shifted relative to the corresponding planar nano-optic microlenses toward the center of the planar nano-optic microlens array.
제1 항에 있어서,
상기 센서 기판과 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치되며, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부로부터 주변부를 향해 증가하는 두께를 갖는 투명 유전체층을 더 포함하는, 이미지 센서.
According to claim 1,
The image sensor further includes a transparent dielectric layer disposed between the sensor substrate and the planar nano-optical microlens array and having a thickness that increases from the center of the planar nano-optical microlens array toward the periphery.
제1 항에 있어서,
상기 센서 기판 위에 배치된 컬러 필터층을 더 포함하며, 상기 컬러 필터층은 특정 파장 대역의 빛만을 투과시키고 다른 파장 대역의 빛을 흡수 또는 반사하는 복수의 컬러 필터를 포함하고,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이는 상기 컬러 필터층 위에 배치되어 있는, 이미지 센서.
According to claim 1,
It further includes a color filter layer disposed on the sensor substrate, wherein the color filter layer includes a plurality of color filters that transmit only light in a specific wavelength band and absorb or reflect light in other wavelength bands,
An image sensor, wherein the planar nano-optical microlens array is disposed on the color filter layer.
광학상을 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서; 및
상기 이미지센서의 동작을 제어하고, 상기 이미지센서에서 생성한 신호를 저장 및 출력하는 프로세서;를 포함하고,
상기 이미지 센서는:
광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하는 센서 기판; 및
상기 복수의 광감지셀 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키는 나노 패턴 구조를 갖는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이;를 포함하며,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고,
상기 저굴절률 구조물에 대한 상기 고굴절률 나노 구조물의 비율에 의해 결정되는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 점차 낮아지며,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측에서의 유효 굴절률 분포가 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측에서의 유효 굴절률 분포와 상이한, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측은 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운, 전자 장치.
An image sensor that converts optical images into electrical signals; and
A processor that controls the operation of the image sensor and stores and outputs signals generated by the image sensor,
The image sensor is:
A sensor substrate including a plurality of light-sensing cells that detect light; and
It includes a planar nano-optical microlens array including a plurality of planar nano-optical microlenses having a nano-pattern structure that focuses light on a corresponding photo-sensing cell among the plurality of photo-sensing cells,
Each planar nano-optical microlens includes a high refractive index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a low refractive index structure made of a dielectric material with a relatively low refractive index,
The effective refractive index of the planar nano-optical microlens, which is determined by the ratio of the high refractive index nanostructure to the low refractive index structure, is highest in the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens and gradually lowers around the refractive index peak area,
At the periphery of the planar nano-optic microlens array, the planar nano-optic microlenses have an asymmetric effective refractive index distribution wherein the effective refractive index distribution on the first side of the refractive index peak region is different from the effective refractive index distribution on the second side of the index peak region. wherein the first side of the refractive index peak region is closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the second side of the refractive index peak region.
화소 어레이를 포함하고,
상기 화소 어레이는:
광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하는 센서 기판;
상기 센서 기판 상에 배치된 것으로, 특정 파장 대역의 광을 투과시키고 상기 특정 파장 대역 이외의 파장 대역의 광을 흡수하거나 반사하는 복수의 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터층; 및
상기 컬러 필터층 상에 배치된 것으로, 상기 복수의 광감지셀 중에서 대응하는 광감지셀에 빛을 집광시키는 나노 패턴 구조를 갖는 복수의 평면 나노 광학 마이크로렌즈를 포함하는 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이;를 포함하며,
각각의 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 상대적으로 고굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 고굴절률 나노 구조물 및 상대적으로 저굴절률을 갖는 유전체 재료로 이루어진 저굴절률 구조물을 포함하고,
상기 저굴절률 구조물에 대한 상기 고굴절률 나노 구조물의 비율에 의해 결정되는 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 유효 굴절률은 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈의 굴절률 정점 영역에서 가장 높고 굴절률 정점 영역의 주변으로 점차 낮아지며,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는 대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고,
상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 주변부에서, 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈는, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측에서의 유효 굴절률 분포가 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측에서의 유효 굴절률 분포와 상이한, 비대칭적인 유효 굴절률 분포를 갖고, 상기 굴절률 정점 영역의 제1 측은 상기 굴절률 정점 영역의 제2 측보다 상기 평면 나노 광학 마이크로렌즈 어레이의 중심부에 더 가까운, 이미지 센서.
Includes a pixel array,
The pixel array is:
A sensor substrate including a plurality of light-sensing cells that detect light;
a color filter layer disposed on the sensor substrate and including a plurality of color filters that transmit light in a specific wavelength band and absorb or reflect light in wavelength bands other than the specific wavelength band; and
A planar nano-optical microlens array disposed on the color filter layer and including a plurality of planar nano-optical microlenses having a nano-pattern structure that focuses light on a corresponding photo-sensing cell among the plurality of photo-sensing cells. And
Each planar nano-optical microlens includes a high refractive index nanostructure made of a dielectric material with a relatively high refractive index and a low refractive index structure made of a dielectric material with a relatively low refractive index,
The effective refractive index of the planar nano-optical microlens, which is determined by the ratio of the high refractive index nanostructure to the low refractive index structure, is highest in the refractive index peak area of the planar nano-optical microlens and gradually lowers around the refractive index peak area,
At the center of the planar nano-optical microlens array, the planar nano-optical microlens has a symmetrical effective refractive index distribution,
At the periphery of the planar nano-optic microlens array, the planar nano-optic microlenses have an asymmetric effective refractive index distribution wherein the effective refractive index distribution on the first side of the refractive index peak region is different from the effective refractive index distribution on the second side of the index peak region. and wherein the first side of the refractive index peak area is closer to the center of the planar nano-optical microlens array than the second side of the refractive index peak area.
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