KR20240013642A

KR20240013642A - 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치

Info

Publication number: KR20240013642A
Application number: KR1020230002850A
Authority: KR
Inventors: 정영호; 김효철; 노영근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2023-01-09
Publication date: 2024-01-30

Abstract

분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치가 개시된다. 개시된 분광 필터는, 복수의 대역 필터를 각각 포함하는 복수의 제1 필터 어레이; 상기 복수의 제1 필터 어레이에 마련되며, 상기 복수의 대역 필터에 대응하는 복수의 유닛 필터를 각각 포함하는 복수의 제2 필터 어레이;를 포함한다. 상기 복수의 유닛 필터는, 제1 반사판; 상기 제1 반사판의 상부에 마련되는 제2 반사판; 및 상기 제1 및 제2 반사판 사이에 마련되며 서로 다른 대역의 중심 파장들을 각각 가지는 복수의 캐비티;를 포함하며, 상기 각 캐비티는 캐비티 하부층, 캐비티 상부층 및 상기 캐비티 하부층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 유전체 분리층을 포함한다. 상기 유전체 분리층은 상기 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층의 최대 굴절률 이하의 굴절률을 가지며, 상기 각 대역 필터는 특정 대역의 광을 투과시키고, 상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유효 굴절률을 가지도록 구성된다.

Description

분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치{Spectral filter, and image sensor and electronic device including the spectral filter}

본 개시는 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.

종래의 이미지 센서는 파장 대역을 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 세가지 구간으로만 분류하였으나, 색표현 정확도와 대상체 인식 성능의 향상을 위해서는 파장 대역을 보다 많은 구간으로 나누는 분광 필터를 구비한 이미지 센서의 개발이 필요하다. 하지만, 종래의 분광 필터는 부피가 크고 복합한 광학소자 부품들로 구성된 전용 카메라용으로 사용되었으며, 반도체 칩 상에 분광 필터를 집적한 이미지 센서의 모듈 기술은 아직 연구 개발 단계에 있다.

예시적인 실시예는 분광 필터와 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치를 제공한다.

일 측면에 있어서,

복수의 대역 필터를 각각 포함하는 복수의 제1 필터 어레이;

상기 복수의 제1 필터 어레이에 마련되며, 상기 복수의 대역 필터에 대응하는 복수의 유닛 필터를 각각 포함하는 복수의 제2 필터 어레이;를 포함하고,

상기 복수의 유닛 필터는,

제1 반사판;

상기 제1 반사판의 상부에 마련되는 제2 반사판; 및

상기 제1 및 제2 반사판 사이에 마련되며 서로 다른 대역의 중심 파장들을 각각 가지는 복수의 캐비티;를 포함하며,

상기 각 캐비티는 캐비티 하부층, 캐비티 상부층 및 상기 캐비티 하부층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 유전체 분리층을 포함하고,

상기 유전체 분리층은 상기 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층의 최대 굴절률 이하의 굴절률을 가지며,

상기 각 대역 필터는 특정 대역의 광을 투과시키고,

상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유효 굴절률을 가지도록 구성된 분광 필터가 제공된다.

상기 유전체 분리층은 상기 캐비티 하부층 및 상기 캐비티 상부층을 구성하는 물질들의 가장 높은 굴절률 이하의 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다.

상기 각 캐비티는 400nm ~ 700nm 파장 범위에서 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가지도록 구성될 수 있다.

상기 각 캐비티는 100nm ~ 2000nm의 두께를 가질 수 있다.

상기 유전체 분리층은 하프늄 산화물(HfO₂) 또는 티타늄 산화물(TiO₂)을 포함할 수 있다.

상기 유전체 분리층은 10nm ~ 100nm의 두께를 가질 수 있다.

상기 제1 필터 어레이는 컬러 필터 어레이 또는 광대역 필터 어레이를 포함할 수 있다.

상기 복수의 캐비티는 동일한 두께를 가지며, 각각 소정의 유전체 패턴을 포함할 수 있다.

상기 각 캐비티의 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층은 동일하거나 또는 서로 다른 두께를 가질 수 있다.

상기 각 캐비티의 유전체 패턴은 상기 캐비티 하부층의 하부 유전체 패턴 및 상기 캐비티 상부층의 상부 유전체 패턴을 포함할 수 있다.

상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유전체 패턴을 포함할 수 있다.

상기 제1 필터 어레이의 대역 필터들과 상기 제2 필터 어레이의 유닛 필터들이 조합하여 N개의 채널들을 가지는 채널 어레이가 구성되고, 서로 다른 종류의 대역 필터들의 개수가 A개일 때, 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 캐비티들의 개수(N')는 N/A ≤N'<N 를 만족할 수 있다.

상기 복수의 제2 필터 어레이 중 동일한 중심 파장을 가지는 유닛 필터들은 입사광의 주광선 각도(CRA; Chief Ray Angle)가 달라짐에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상하기 위해 상기 캐비티의 유효 굴절률이 상기 유닛 필터들의 위치에 따라 변화하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 반사판은 금속 반사판 또는 브래그 반사판을 포함할 수 있다.

상기 분광 필터는 상기 유전체 분리층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 캐비티 중간층; 및 상기 캐비티 중간층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 추가 유전체 분리층;을 더 포함할 수 있다.

다른 측면에 있어서,

복수의 화소를 포함하는 화소 어레이; 및

상기 화소 어레이에 마련되는 분광 필터;를 포함하고,

상기 분광 필터는,

복수의 대역 필터를 각각 포함하는 복수의 제1 필터 어레이;

상기 복수의 유닛 필터는,

제1 반사판;

상기 제1 반사판의 상부에 마련되는 제2 반사판; 및

상기 각 대역 필터는 특정 대역의 광을 투과시키고,

상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유효 굴절률을 가지도록 구성된 이미지 센서가 제공된다.

상기 화소 어레이는 복수의 화소를 포함하며, 상기 각 화소는 구동회로가 내부에 마련된 배선층 및 상기 배선층에 마련되는 포토다이오드를 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 있어서,

전술한 이미지 센서를 포함하는 전자 장치가 개시된다.

예시적인 실시예에 의하면, 분광 필터는 제1 및 제2 필터 어레이를 포함한다. 제1 필터 어레이는 특정 대역의 광을 각각 투과시키는 복수의 대역 필터를 포함하고, 제2 필터 어레이는 서로 다른 대역의 중심 파장들을 각각 가지는 복수의 유닛 필터를 포함한다. 제2 필터 어레이에서 캐비티를 구성하는 캐비티 하부층과 캐비티 상부층이 유전체 분리층에 의해 분리됨으로써 캐비티의 제조 공정에서 캐비티 하부층과 캐비티 상부층을 별도의 식각 공정에 의해 형성할 수 있다. 이에 따라, 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층의 형성을 위한 식각 공정을 용이하게 수행할 수 있고, 재현성도 향상시킬 수 있으며, 캐비티의 유효 굴절률도 효율적으로 조절할 수 있다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 이미지센서의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 도시한 평면도이다.
도 3a는 도 2에 도시된 분광 필터의 제1 필터 어레이를 예시적으로 도시한 평면도이다.
도 3b는 도 2에 도시된 분광 필터의 제2 필터 어레이를 예시적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 캐비티 하부층에 적용될 수 있는 하부 유전체 패턴의 예시를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 캐비티 하부층에 적용될 수 있는 하부 유전체 패턴의 다른 예시를 도시한 것이다.
도 7은 도 4에 도시된 캐비티들에 대한 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 8a 및 도 8b는 도 4에 도시된 분광 필터에 적용될 수 있는 제1 및 제2 필터 어레이의 예시를 각각 도시한 것이다.
도 9는 도 8a 및 도 8b에 도시된 제1 및 제2 필터 어레이를 투과한 광의 예시적인 투과 스펙트럼을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 도 10에 도시된 유닛 필터들의 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 12a 및 도 12b는 도 10에 도시된 유닛 필터들의 다른 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 도시한 것이다.
도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터를 도시한 것이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 제1 필터 어레이에 적용될 수있는 광대역 필터의 일 예를 도시한 것이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 제1 필터 어레이에 적용될 수있는 광대역 필터의 다른 예를 도시한 것이다.
도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다.
도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다.
도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 것이다.
도 20은 또 예시적인 실시예에 따른 분광 필터에서 서로 다른 위치에 배치된 유닛 필터들을 도시한 평면도이다.
도 21은 도 20의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다.
도 23a 내지 도 23c는 도 23에 도시된 유닛 필터들의 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 24는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 단면을 도시한 것이다.
도 25a 내지 도 25c는 도 24에 도시된 유닛 필터들의 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 26은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 27은 예시적인 실시예들에 따른 이미지센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 28는 도 27의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 29는 각각 다른 속성을 가진 복수의 이미지 센서를 갖는 복합 카메라 모듈의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다.
도 30 및 도 31은 예시적인 실시예에 따른 이미지센서가 적용된 전자 장치 다양한 예를 보이는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위, 아래, 좌, 우에 있는 것도 포함할 수 있다. 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.

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 이러한 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있으며, 반드시 기재된 순서에 한정되는 것은 아니다.

또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.

모든 예들 또는 예시적인 용어의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서(1000)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 이미지 센서(1000)는 예를 들면, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서 또는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(65)와, 이 화소 어레이 상에 마련되는 공진기 구조체(80)를 포함할 수 있다. 여기서, 화소 어레이(65)는 2차원적으로 배열되는 복수의 화소를 포함할 수 있으며, 공진기 구조체(80)는 복수의 화소에 대응되게 마련되는 복수의 공진기를 포함할 수 있다. 도 1에는 화소 어레이(65)가 4개의 화소를 포함하고, 공진기 구조체(80)가 4개의 공진기를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

화소 어레이(65)의 각 화소는 광전 변환 소자인 포토다이오드(photodiode,62)와 이 포토다이오드(62)를 구동시키기 위한 구동회로(52)를 포함할 수 있다. 포토다이오드(62)는 반도체 기판(61)에 매립되도록 마련될 수 있다. 반도체 기판(61)으로는 예를 들어 실리콘 기판이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 기판(61)의 하면에는 배선층(wiring layer,51)이 마련될 수 있으며, 이 배선층(51)의 내부에 예를 들어, MOSFET 등과 같은 구동회로(52)가 마련될 수 있다.

반도체 기판(61)의 상부에는 복수의 공진기를 포함하는 공진기 구조체(80)가 마련되어 있다. 각 공진기는 원하는 특정 파장 영역의 광을 투과시키도록 마련될 수 있다. 각 공진기는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사층(81,82)과, 제1 반사층(81)과 제2 반사층(82) 사이에 마련되는 캐비티(83a,83b,83c,83d)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반사층 각각은 예를 들면, 금속 반사층 또는 브래그 반사층을 포함할 수 있다. 각 캐비티(83a,83b,83c,83d)는 원하는 특정 파장 영역의 빛을 공진시키도록 마련될 수 있다.

반도체 기판(61)의 상면과 공진기 구조체(80) 사이에는 제1 기능층(71)이 마련될 수 있다. 제1 기능층(71)은 예를 들어, 공진기 구조체(80)를 투과하여 포토다이오드(62) 쪽으로 입사되는 광의 투과도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제1 기능층(71)은 굴절률이 조절된 유전체층 또는 유전체 패턴을 포함할 수 있다.

공진기 구조체(80)의 상면에는 제2 기능층(72)이 마련될 수 있다. 제2 기능층(72)은 예를 들면, 공진기 구조체(80) 쪽으로 입사되는 광의 투과도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제2 기능층(72)은 굴절률이 조절된 유전체층 또는 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 제2 기능층(72)의 상면에는 제3 기능층(90)이 더 마련될 수 있다. 제3 기능층(90)은 예를 들면, 반반사층(antireflection layer), 집속 렌즈, 컬러 필터, 단파장 흡수 필터 또는 장파장 차단 필터 등을 포함할 수 있다. 하지만 이는 단지 예시적인 것이다.

전술한 제1, 제2 및 제3 기능층(71,72,90) 중 적어도 하나는 공진기 구조체(80)와 함께 후술하는 분광 필터를 구성할 수 있다.

도 2는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1100)를 도시한 평면도이다.

도 2를 참조하면, 분광 필터(1100)는 복수의 제1 필터 어레이(1110) 및 복수의 제2 필터 어레이(1120)를 포함한다. 도 2에는 4×4 어레이 형태로 배열된 16개의 제1 필터 어레이들(1110) 및 4×4 어레이 형태로 배열된 16개의 제2 필터 어레이들(1120)이 예시적으로 도시되어 있다. 도 2에는 복수의 제2 필터 어레이(1120)가 복수의 제1 필터 어레이(1110)의 하부에 마련되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 제2 필터 어레이(1120)는 복수의 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 마련되는 것도 가능하다.

도 3a는 도 2에 도시된 제1 필터 어레이(1110)를 예시적으로 도시한 평면도이다.

도 3a를 참조하면, 제1 필터 어레이(1110)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 대역 필터(C1~C16)를 포함할 수 있다. 도 3a에는 제1 필터 어레이(1110)가 4×4 어레이 형태로 배열된 16개의 대역 필터들(C1~C16)를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 대역 ??터들은 다양한 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 필터 어레이(1110)는 3×3 어레이 형태로 배열된 9개의 대역 필터들을 포함할 수도 있다.

제1 필터 어레이(1110)의 각 대역 필터(C1~C16)는 특정 대역의 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 필터 어레이(1110)는 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이가 될 수 있다. 이 경우, 제1 필터 어레이(1110)를 구성하는 대역 필터들(C1~C16)의 종류는 3가지가 될 수 있다. 구체적으로, 대역 필터들(C1~C16) 중 일부는 적색 필터, 다른 일부는 녹색 필터, 다른 나머지 일부는 청색 필터가 될 수 있다. 적색 필터는 대략 600nm ~ 700nm의 파장 대역을 가지는 적색광을 투과시킬 수 있고, 녹색 필터는 대략 500nm ~ 600nm의 파장 대역을 가지는 녹색광을 투과시킬 수 있으며, 청색 필터는 대략 400nm ~ 500nm의 파장 대역을 가지는 청색광을 투과시킬 수 있다. 이러한 적색, 녹색 및 청색 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이로는 예를 들어 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치 등과 같은 컬러 디스플레이 장치에 통상적으로 적용되는 컬러 필터 어레이가 사용될 수 있다. 한편, 제1 필터 어레이(1110)는 광대역 필터 어레이가 될 수도 있다. 이 경우, 제1 필터 어레이(1110)의 각 대역 필터들(C1~C16)는 대략 50nm ~ 150nm의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)을 가질 수 있다.

도 3b는 도 3a에 도시된 제1 필터 어레이(1110)에 배치되는 제2 필터 어레이(1120)를 예시적으로 도시한 평면도이다.

도 3b를 참조하면, 제2 필터 어레이(1120)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 유닛 필터(F1~F16)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 유닛 필터(F1~F16)는 복수의 대역 필터(C1~C16)에 일대일 대응하도록 마련될 수 있다. 도 3b에는 제2 필터 어레이(1120)가 4×4 어레이 형태로 배열된 16개의 유닛 필터들(F1~F16)이 예시적으로 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 대역 ??터들은 다양한 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제2 필터 어레이(1120)는 3×3 어레이 형태로 배열된 9개의 유닛 필터들을 포함할 수도 있다. 각 유닛 필터(F1~F16)의 사이즈(S)는 예를 들면, 대략 0.4㎛ ~ 100㎛ 정도가 될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 필터 어레이(1120)를 구성하는 유닛 필터들(F1~F16) 각각은 가시광 파장영역(예를 들면 대략 400nm ~ 700nm 대역) 내에서 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가지도록 구성될 수 있다.

도 3a에 도시된 제1 필터 어레이(1110)의 대역 필터들(C1~C16)과 도 3b에 도시된 제2 필터 어레이(1120)의 유닛 필터들(F1~F16)이 조합하여 16개의 채널을 가지는 채널 어레이가 구성될 수 있으며, 이 채널들을 통해 서로 다른 중심 파장들을 가지는 광들이 출력될 수 있다.

도 4는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1100)의 단면을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 분광 필터(1100)는 제1 필터 어레이(1110)와 이 제1 필터 어레이(1110)에 배치되는 제2 필터 어레이(1120)를 포함한다. 도 4에는 제1 필터 어레이(1110)의 하부에 제2 필터 어레이(1120)가 배치된 경우가 도시되어있으나, 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 제2 필터 어레이(1120)가 배치될 수도 있다.제1 필터 어레이(1110)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)를 포함한다. 도 4에는 제1 필터 어레이(1110)를 구성하는 4개의 제1, 제2, 제3 및 제4 대역 필터(191,192,193,194)가 예시적으로 도시되어 있다. 제1 필터 어레이(1110)는 예를 들면 컬러 필터 어레이가 될 수 있다. 도 4에는 제1, 제2, 제3 및 제4 대역 필터(191,192,193,194)는 각각 적색, 녹색, 청색 및 적색 필터(RC,GC,BC,RC)인 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

제2 필터 어레이(1120)는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)에 일대일 대응하는 복수의 유닛 필터(111,112,113,114)를 포함한다. 도 4에는 제2 필터 어레이(1120)를 구성하는 4개의 제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114)가 예시적으로 도시되어 있다.

제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114) 각각은 가시광 영역(대략 400nm ~ 700nm 파장 영역) 내에서 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114) 각각은 적색광 대역의 중심 파장, 녹색광 대역의 중심파장 및 청색광 대역의 중심 파장을 가질 수 있다.

제2 필터 어레이(1120)의 하부에는 화소 어레이(4100)가 마련될 수 있다. 화소 어레이(4100)는 복수의 유닛 필터(111,112,113,114) 에 일대일 대응하는 복수의 화소(101,102,103,104)를 포함한다. 도 4에는 화소 어레이(4100)를 구성하는 제1, 제2, 제3 및 제4 화소(101,102,103,104)가 예시적으로 도시되어 있다.

제2 필터 어레이(1120)와 화소 어레이(4100) 사이에는 화소 어레이(4100)를 보호하기 위한 보호층(passivation layer,150)이 마련될 수 있다. 보호층(150)은 예를 들면, 하프늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114) 는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사판(131,132)과, 제1 및 제2 반사판(131,132) 사이에 마련되는 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124) 를 포함한다.

제1 및 제2 반사판(131,132)은 각각 브래그 반사판을 포함할 수 있다. 브래그 반사판은 서로 다른 굴절률을 가지는 2 이상의 유전체가 교대로 적층된 구조를 가지는 분산 브래그 반사기(DBR; Distributed Bragg Reflector)가 될 수 있다. 도 4에는 제1 반사판(131)이 2개의 유전체(131a,131b)가 교대로 적층된 브래그 반사판을 포함하고, 제2 반사판(132)이 2개의 유전체(132a,132b)가 교대로 적층된 브래그 반사판을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

제1 및 제2 반사판(131,132)은 금속 반사판을 포함할 수도 있다. 이 금속 반사판은 예를 들면, Al, Ag, Au, Cu, Ti, W 또는 TiN 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 및 제2 반사판(131,132)은 서로 다른 물질막을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1 반사판(131)은 브래그 반사판을 포함하고, 제2 반사판(132)은 금속 반사판을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.

제1 및 제2 반사판(131,132) 사이에는 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124) 가 마련되어 있다. 여기서, 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124)는 동일한 두께를 가질 수 있다. 각 캐비티(121,122,123,124)는 가시광 영역(대략 400nm ~ 700nm 파장 범위)에서 서로 다른 대역(예를 들면, 적색광 대역, 녹색광 대역 및 청색광 대역 중 적어도 2개의 대역)의 중심 파장들을 가질 수 있다. 이를 위해, 각 캐비티(121,122,123,124)는 대략 100m ~ 2000nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 각 캐비티(121,122,123,124)는 대략 200m ~ 1000nm의 두께를 가질 수 있다.

각 캐비티(121,122,123,124)는 캐비티 하부층(121',122',123',124'). 캐비티 상부층(121",122",123",124") 및 캐비티 하부층(121',122',123',124')과 캐비티 상부층(121",122",123",124") 사이에 마련되는 유전체 분리층(125)을 포함할 수 있다.

제1 캐비티(121)는 제1 캐비티 하부층(121'), 유전체 분리층(125) 및 제1 캐비티 상부층(121")을 포함하고, 제2 캐비티(122)는 제2 캐비티 하부층(122'), 유전체 분리층(125) 및 제2 캐비티 상부층(122")을 포함한다. 제3 캐비티(123)는 제3 캐비티 하부층(123'), 유전체 분리층(125) 및 제3 캐비티 상부층(123")를 포함하고, 제4 캐비티(124)는 제4 캐비티 하부층(124'), 유전체 분리층(125) 및 제4 캐비티 상부층(124")을 포함한다.

제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 서로 동일한 두께를 가지고 있으며, 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 서로 동일한 두께를 가지고 있다. 따라서, 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124)는 서로 동일한 두께를 가질 수 있다.

각 캐비티(121,122,123,124)를 구성하는 캐비티 하부층(121',122',123',124')과 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 서로 다른 두께를 가지거나 또는 서로 같은 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 도 4에는 캐비티 상부층(121",122",123",124")이 캐비티 하부층(121',122',123',124')에 비해 더 얇은 두께를 가지도록 구성된 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

복수의 캐비티(121,122,123,124)는 캐비티 하부층(121',122',123',124') 과 캐비티 상부층(121",122",123",124") 각각의 두께 및 유효 굴절률을 조절함으로써 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가지도록 구성될 수 있다.

각 캐비티(121,122,123,124)는 소정의 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 각 캐비티(121,122,123,124)의 유전체 패턴은 캐비티 하부층(121',122',123',124')의 하부 유전체 패턴 및 캐비티 상부층(121",122",123",124")의 상부 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 여기서, 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층(121",122",123",124") 각각은 하나 이상의 유전체를 포함할 수 있다.

각 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 제1 유전체(126a)와 이 제1 유전체(126a)에 배치되는 제2 유전체(126b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 유전체(126b)는 제1 유전체(126a) 보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 제1 유전체(126a)는 실리콘 산화물을 포함하고, 제2 유전체(126b)는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.

각 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 제1 및 제2 유전체(126a,126b)의 재질, 형태, 크기 및 배치에 따라 다양한 하부 유전체 패턴을 가질 수 있다. 도 5a 내지 도 5d에는 도 4에 도시된 각 캐비티 하부층(121',122',123',124')에 적용될 수 있는 예시적인 하부 유전체 패턴이 도시되어 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6b에는 도 4에 도시된 캐비티 하부층(121',122',123',124')에 적용될 수 있는 다른 예시적인 하부 유전체 패턴이 도시되어 있다.

캐비티 하부층(121',122',123',124')의 하부 유전체 패턴을 변화시킴으로써 캐비티 하부층(121',122',123',124')의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 구체적으로, 각 캐비티 하부층(121',122',123',124')에서 제1 및 제2 유전체(126a,126b)가 차지하는 부피 비율(volume ratio)을 변화시킴으로써 캐비티 하부층(121',122',123',124')의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 예를 들어, 캐비티 하부층(121',122',123',124')에서 제2 유전체(126b)의 부피 비율이 증가함에 따라 캐비티 하부층(121',122',123',124')의 유효 굴절률은 높아질 수 있다.

각 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 제3 유전체(127a)와 이 제3 유전체(126b)에 배치되는 제4 유전체(127b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제4 유전체(127b)는 제3 유전체(127a) 보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 제3 유전체(127a)는 실리콘 산화물을 포함하고, 제4 유전체(127b)는 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다.

각 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 캐비티 하부층(121',122',123',124')과 마찬가지로 제3 및 제4 유전체(127a,127b)의 재질,형태, 크기 및 배치에 따라 다양한 형태의 상부 유전체 패턴을 가질 수 있다. 캐비티 상부층(121",122",123",124")의 상부 유전체 패턴을 변화시킴으로써 캐비티 상부층(121",122",123",124")의 유효 굴절률을 조절할 수 있다. 구체적으로, 각 캐비티 상부층(121",122",123",124")에서 제3 및 제4 유전체(127a,127b)가 차지하는 부피 비율을 변화시킴으로써 캐비티 상부층(121",122",123",124")의 유효 굴절률을 조절할 수 있다.

각 캐비티(121,122,123,124)의 유전체 패턴을 구성하는 하부 유전체 패턴과 상부 유전체 패턴은 서로 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다. 도 4에는 각 캐비티(121,122,123,124)의 유전체 패턴을 구성하는 하부 유전체 패턴과 상부 유전체 패턴이 서로 동일한 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 제2 및 제4 유전체(126b,127b)의 부피 비율을 변화시킴으로써 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층(121",122",123",124") 각각의 유효 굴절률을 조절할 수 있고, 이에 따라 각 캐비티(121,122,123,124)의 중심 파장들을 조절할 수 있다.

이상에서는 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층(121",122",123",124") 각각이 서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 유전체를 포함하는 경우가 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층(121",122",123",124") 각각은 하나의 유전체를 포함하거나 또는 3개 이상의 유전체를 포함하는 것도 가능하다.

캐비티 하부층(121',122',123',124')과 캐비티 상부층(121",122",123",124") 사이에는 유전체 분리층(125)이 마련되어 있다. 유전체 분리층(125)은 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층 (121",122",123",124")의 최대 굴절률 이하의 굴절률을 가지도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 유전체 분리층(125)은 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층(121",122",123",124")을 구성하는 물질들의 굴절률 중 가장 높은 굴절률과 같거나 또는 그 보다 낮은 굴절율을 가지는 물질을 포함할 수 있다.

예를 들면, 유전체 분리층(125)은 하프늄 산화물(HfO₂) 또는 티타늄 산화물(TiO₂)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 예로서, 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층 (121",122",123",124")을 구성하는 물질들이 실리콘 산화물 및 티타늄 산화물을 포함하는 경우에 유전체 분리층(125)은 티타늄 산화물 또는 하프늄 산화물을 포함할 수 있다.

유전체 분리층(125)은 캐비티 하부층(121',122',123',124')과 캐비티 상부층(121",122",123",124") 사이에 마련되어 식각 정지층(etch stop layer)의 기능을 수행할 수 있다. 이에 따라, 캐비티(121,122,123,124)의 제조 공정이 용이하게 되고 재현성을 향상시킬 수 있으며, 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층(121',122',123',124') 각각의 유효 굴절률도 효율적으로 조절할 수 있다.

비교적 두꺼운 두께를 가지는 한 층의 캐비티를 제조하기 위한 식각 공정에서는 두꺼운 식각 두께로 인해 식각된 부분이 경사지게 형성됨으로써 원하는 패턴들을 정확하게 얻기가 어렵다, 본 실시예에서는 캐비티(121,122,123,124)를 구성하는 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층 (121",122",123",124")이 식각 정지층의 역할을 할 수 있는 유전체 분리층(125)에 의해 분리됨으로써 캐비티(121,122,123,124)의 제조 공정에서 캐비티 하부층(121',122',123',124')과 캐비티 상부층(121",122",123",124")을 별도의 식각 공정에 의해 형성할 수 있다. 이에 따라, 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층 (121",122",123",124")의 형성을 위한 식각 공정을 용이하게 수행할 수 있고, 재현성도 향상시킬 수 있으며, 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층 (121",122",123",124") 각각의 유효 굴절률도 각각 효율적으로 조절할 수 있다.

유전체 분리층(125)은 식각 공정의 공정 조건에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체 분리층(125)은 대략 10nm ~ 100nm의 두께를 가질 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

제1 반사판(131)과 캐비티 하부층(121',122',123',124') 사이에는 식각 정지층(140)이 더 마련될 수 있다. 식각 정지층(140)은 캐비티 하부층(121',122',123',124')의 형성을 위한 패터닝 공정을 보다 용이하게 하는 역할을 할 수 있다. 식각 정지층(140)은 예를 들면, 티타늄 산화물, 또는 하프늄 산화물 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 식각 정지층(140)은 캐비티 하부층들(121',122',123',124')을 구성하는 유전 물질 보다 식각 속도가 2배 이상(예를 들면, 5배 이상) 느린 물질을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다.

도 7은 도 4에 도시된 캐비티들(121,122,123,124)에 대한 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 제1 및 제3 유전체(126a,127a)는 실리콘 산화물(SiO₂)으로 형성하고, 제2 및 제4 유전체(126b,127b)는 티타늄 산화물(TiO₂)로 형성하였다. 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 230nm의 두께로 형성하였으며, 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 210nm의 두께로 형성하였다.

도 7에는 티타늄 산화물의 부피 비율이 각각 0%, 10%, 20%, 25%, 30%, 40%, 50%일 때 캐비티들(121,122,123,124)의 투과스펙트럼들이 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 각 캐비티(121,122,123,124)는 서로 대역의 2개 이상의 중심 파장들을 가지고 있으며, 티타늄 산화물의 부피 비율이 증가함에 따라 각 캐비티(121,122,123,124)의 중심 파장들이 점점 증가하는 쪽으로 이동함을 알 수 있다.

예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1100)에서는, 제1 필터 어레이(1110)의 각 대역 필터(191,192,193,194)는 특정 대역의 광을 투과시키고, 제2 필터 어레이(1120)의 각 유닛 필터(111,112,113,114)는 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가질 수 있다. 이에 따라, 대역 필터(191,192,193,194)와 유닛 필터(111,112,113,114)의 조합으로 구성된 채널들은 400nm ~ 700nm의 파장 대역에서 채널들과 일대일 대응하는 서로 다른 중심 파장들을 가질 수 있다. 예를 들어, 각 유닛 필터(111,112,113,114)가 적색광 대역의 중심 파장, 녹색광 대역의 중심파장 및 청색광 대역의 중심 파장을 가지고 있는 경우에 제1 유닛 필터(111)의 상부에 적색 필터(RC)인 제1 대역 필터(191)가 배치되면 제1 대역 필터(191)와 제1 유닛 필터(111)의 조합으로 구성된 제1 채널은 적색광 대역의 중심 파장을 가질 수 있다. 그리고, 제2 유닛 필터(112)의 상부에 녹색 필터(GC)인 제2 대역 필터(192)가 배치되면 제2 대역 필터(192)와 제2 유닛 필터(112)의 조합으로 구성된 제2 채널은 녹색광 대역의 중심 파장을 가질 수 있다. 또한, 제3 유닛 필터(113)의 상부에 청색 필터(BC)인 제3 대역 필터(193)가 배치되면 제3 대역 필터(193)와 제3 유닛 필터(113)의 조합으로 구성된 제3 채널은 청색광 대역의 중심 파장을 가질 수 있다.

제1 필터 어레이(1110)를 구성하는 대역 필터들(예를 들어, 도 3a의 C1~C16)의 종류에 따라 제2 필터 어레이(1120)를 구성하는 유닛 필터들(예를 들어, 도 3b의 F1~F16)의 캐비티들 중 2개 이상은 서로 동일한 유효 굴절률을 가지도록 구성할 수 있다. 구체적으로, 유닛 필터들(F1~F16)의 캐비티들 중 2개 이상은 서로 동일한 유전체 패턴(구체적으로, 하부 유전체 패턴 및 상부 유전체 패턴)을 가지도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 제1 필터 어레이(1110)를 컬러 필터 어레이로 구성하고, 제2 필터 어레이(1120)의 각 캐비티가 적색광 대역의 중심 파장, 녹색광 대역의 중심파장 및 청색광 대역의 중심 파장을 가지고 있는 경우에는 3개의 캐비티가 동일한 유전체 패턴을 가지면서 서로 다른 중심 파장들을 가지도록 구성할 수 있다.

이를 구체적으로 설명하면, 제1 필터 어레이(1110)의 대역 필터들(예를 들면,C1~C16)과 제2 필터 어레이(1120)의 유닛 필터들(예를 들면, F1~F16)이 조합하여 N개의 채널들(예를 들면, 16개 채널)을 가지는 채널 어레이가 구성될 수 있다. 여기서, 대역 필터들의 종류 개수가 A개일 때, 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 캐비티들의 개수(N')는 N/A ≤N'<N 를 만족할 수 있다. 예를 들어, 채널 어레이가 16개의 채널을 가지고, 대역 필터들이 3종류를 가지는 경우에 서로 다른 유효 굴절률(즉, 서로 다른 유전체 패턴)을 가지는 캐비티들의 개수는 6개 이상 15개 이하가 될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1100)에 적용될 수 있는 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)의 예시를 도시한 것이다.

도 8a에는 제1 필터 어레이(1110)의 예시로서 컬러 필터 어레이가 도시되어 있다. 도 8a를 참조하면, C1~C4 대역 필터 각각은 청색 필터(BC), C5~C8 및 C14 대역 필터 각각은 녹색 필터(GC), C9~C13 및 C15~C16 대역 필터 각각은 적색 필터(RC)를 사용하였다.

도 8b에는 제2 필터 어레이(1120)의 예시가 도시되어 있다. 도 8b를 참조하면, 제2 필터 어레이(1120)는 7개의 서로 다른 유전체 패턴들(PT1~PT7)을 포함하는 16개의 유닛 필터(F1~F16)를 포함한다. 구체적으로, F1,F10,F14 유닛 필터의 캐비티들은 제1 유전체 패턴(PT1), F2,F9 유닛 필터의 캐비티들은 제2 유전체 패턴(PT2), F4 및 F11 유닛 필터의 캐비티들은 제3 유전체 패턴(PT3), F3,F5,F12 유닛 필터의 캐비티들은 제4 유전체 패턴(PT4), F6,F13 유닛 필터의 캐비티들은 제5 유전체 패턴(PT5), F8,F15 유닛 필터의 캐비티들은 제6 유전체 패턴(PT6), F7,F16은 제7 유전체 패턴(PT7)을 가지고 있다.

도 9는 도 8a 및 도 8b에 도시된 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)를 투과한 광의 예시적인 투과 스펙트럼을 도시한 시뮬레이션 결과이다.

도 9를 참조하면, 제2 필터 어레이(1120)를 구성하는 유닛 필터들(F1~F16)의 일부가 동일한 유전체 패턴을 가지는 경우에도 제2 필터 어레이(1120)의 상부에 대역 필터들(C1~C16)을 포함하는 제1 필터 어레이(1110)를 배치함으로써 가시광 영역에서 서로 다른 16개의 중심 파장들을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

도 10은 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1200)를 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.

도 10을 참조하면, 분광 필터(1100)는 제1 필터 어레이(1110)와 이 제1 필터 어레이(1110)에 배치되는 제2 필터 어레이(1130)를 포함한다. 도 10에는 제 1 필터 어레이(1110)의 하부에 제2 필터 어레이(1130)가 배치된 경우가 도시되어 있으나, 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 제2 필터 어레이(1130)가 배치될 수도 있다.제1 필터 어레이(1110)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)를 포함한다. 제2 필터 어레이(1130)는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)에 일대일 대응하는 복수의 유닛 필터(111,112,113,114)를 포함한다.

제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114) 는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사판(131,132)과, 제1 및 제2 반사판(131,132) 사이에 마련되는 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124)를 포함한다. 각 캐비티(121,122,123,124)는 가시광 영역(대략 400nm ~ 700nm 파장 범위)에서 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가질 수 있다.

각 캐비티(121,122,123,124)는 소정의 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 각 캐비티(121,122,123,124)의 유전체 패턴은 캐비티 하부층(121',122',123',124')의 하부 유전체 패턴 및 캐비티 상부층(121",122",123",124")의 상부 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 도 10에는 하부 유전체 패턴과 그 위의 상부 유전체 패턴이 서로 다른 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

각 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 제1 유전체(126a)와 이 제1 유전체(126a)에 배치되는 제2 유전체(126b)를 포함할 수 있다. 각 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 제1 및 제2 유전체(126a,126b)의 재질, 형태, 크기 및 배치에 따라 다양한 하부 유전체 패턴을 가질 수 있다. 각 캐비티 하부층(121',122',123',124')에서 제1 및 제2 유전체(126a,126b)가 차지하는 부피 비율을 변화시킴으로써 캐비티(121,122,123,124)의 유효 굴절률을 미세하게 조절할 수 있다.

각 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 하나의 유전체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 캐비티 상부층(121",122")은 제3 유전체(127a)를 포함하고, 제3 및 제4 캐비티 상부층(123",124")은 제4 유전체(127b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제4 유전체(127b)는 제3 유전체(127a) 보다 높은 굴절률을 가질 수 있다. 각 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 하나의 유전체만을 포함함으로써 캐비티 하부층(121',122',123',124')에 비해 캐비티(121,122,123,124)의 유효 굴절률을 상대적으로 크게 조절할 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 도 10에 도시된 유닛 필터들(111,112,113,114)의 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 구체적으로, 도 11a는 도 10에 도시된 제1 및 제2 유닛 필터(111,112)의 투과스펙트럼들을 도시한 것이며, 도 11b는 도 10에 도시된 제3 및 제4 유닛 필터(113,114) 의 투과스펙트럼들을 도시한 것이다. 여기서, 제1 및 제3 유전체(126a,127a)는 실리콘 산화물(SiO₂)으로 형성하고, 제2 및 제4 유전체(126b,127b)는 티타늄 산화물(TiO₂)로 형성하였다. 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 200nm의 두께로 형성하고, 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 80nm의 두께로 형성하였다.

도 11a에는 제1 및 제2 캐비티(121,122)에서와 같이, 캐비티 상부층(121",122")을 실리콘 산화물로 형성하고, 캐비티 하부층(121',122')에서 티타늄 산화물의 부피 비율을 각각 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 하였을 때 투과스펙트럼들이 도시되어 있다. 도 11a를 참조하면, 티타늄 산화물의 부피 비율이 증가함에 따라 캐비티들(121,122)의 중심 파장들이 증가하는 쪽으로 이동함을 알 수 있다.

도 11b에는 제3 및 제4 캐비티(123,124)에서와 같이, 캐비티 상부층(123",124")을 티타늄 산화물로 형성하고, 캐비티 하부층(123',124')에서 티타늄 산화물의 부피 비율을 각각 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 하였을 때 투과스펙트럼들이 도시되어 있다. 도 11b를 참조하면, 티타늄 산화물의 부피 비율이 증가함에 따라 캐비티들(123,124)의 중심 파장이 점점 증가하는 쪽으로 이동함을 알 수 있다. 또한, 캐비티 상부층(123",124")의 물질을 티타늄 산화물로 형성함에 따라 도 11a(캐비티 상부층(121",122")의 물질을 실리콘 산화물로 형성한 경우)와는 다른 중심 파장들을 가지는 투과스펙트럼들을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 도 10에 도시된 유닛 필터들(111,112,113,114)의 다른 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 구체적으로, 도 12a는 제1 및 제2 유닛 필터(111,112)의 투과스펙트럼들을 도시한 것이며, 도 12b는 제3 및 제4 유닛 필터(113,114)의 투과스펙트럼들을 도시한 것이다. 여기서, 제1 및 제3 유전체(126a,127a)는 실리콘 산화물(SiO₂)으로 형성하고, 제2 및 제4 유전체(126b,127b)는 티타늄 산화물(TiO₂)로 형성하였다. 캐비티 하부층(121',122',123',124')은 200nm의 두께로 형성하고, 캐비티 상부층(121",122",123",124")은 130nm의 두께로 형성하였다.

도 12a에는 제1 및 제2 캐비티(121,122)에서와 같이, 캐비티 상부층(121",122")을 실리콘 산화물로 형성하고, 캐비티 하부층(121',122')에서 티타늄 산화물의 부피 비율을 각각 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 하였을 때 투과 스펙트럼들이 도시되어 있다. 도 12a를 참조하면, 티타늄 산화물의 부피 비율이 증가함에 따라 캐비티들(121,122)의 중심 파장들이 증가하는 쪽으로 이동함을 알 수 있다. 또한, 캐비티 상부층(121",122")을 130nm의 두께로 형성함에 따라 도 11a(캐비티 상부층(121",122")를 80nm의 두께로 형성한 경우)와는 다른 중심 파장들을 가지는 투과 스펙트럼들을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

도 12b에는 제3 및 제4 캐비티(123,124)에서와 같이, 캐비티 상부층(123",124")을 티타늄 산화물로 형성하고, 캐비티 하부층(123',124')에서 티타늄 산화물의 부피 비율을 각각 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%로 하였을 때 투과스펙트럼들이 도시되어 있다. 도 12b를 참조하면, 티타늄 산화물의 부피 비율이 증가함에 따라 캐비티들(123,124)의 중심 파장들이 증가하는 쪽으로 이동함을 알 수 있다. 또한, 캐비티 상부층(123",124")을 티타늄 산화물로 형성함에 따라 도 12a(캐비티 상부층(121",122")을 실리콘 산화물로 형성한 경우)와는 다른 중심 파장들을 가지는 투과 스펙트럼들을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 캐비티 상부층(123",124")을 130nm의 두께로 형성함에 따라 도 11b(캐비티 상부층(123",124")을 80nm의 두께로 형성한 경우)와는 다른 중심 파장들을 가지는 투과스펙트럼들을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이, 캐비티 하부층(121',122',123',124') 및 캐비티 상부층 (121",122",123",124")의 두께와 유효 굴절률을 조절함으로써 가시광 범위에서 서로 대역의 중심 파장들을 가지는 투과스펙트럼들을 얻을 수 있다.

도 13은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1300)를 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 분광 필터(1300)는 제1 필터 어레이(1110)와 이 제1 필터 어레이(1110)에 배치되는 제2 필터 어레이(1140)를 포함한다. 도 13에는 제 1 필터 어레이(1110)의 하부에 제2 필터 어레이(1140)가 배치된 경우가 도시되어 있으나, 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 제2 필터 어레이(1140)가 배치될 수도 있다. 제1 필터 어레이(1110)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)를 포함한다. 제2 필터 어레이(1140)는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)에 일대일 대응하는 복수의 유닛 필터(111,112,113,114)를 포함한다.

제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114) 는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사판(131,132)과, 제1 및 제2 반사판(131,132) 사이에 마련되는 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124)를 포함한다. 각 캐비티(121,122,123,124)는 캐비티 하부층(121',122',123',124'). 캐비티 상부층(121",122",123",124") 및 유전체 분리층(125)을 포함할 수 있다.

각 캐비티(121,122,123,124)는 소정의 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 제1 캐비티(121)의 제1 캐비티 하부층(121') 및 제1 캐비티 상부층(121")은 각각 서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 유전체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 캐비티 하부층(121')은 제1 유전체(126a)와 이 제1 유전체(126a)에 배치되는 제2 유전체(126b)를 포함할 수 있으며, 제1 캐비티 상부층(121")은 제3 유전체(126a)와 이 제3 유전체(126a)에 배치되는 제4 유전체(126b)를 포함할 수 있다. 제1 캐비티 하부층(121')과 제1 캐비티 상부층(121")은 서로 동일하거나 또는 서로 다른 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 도 13에는 제1 캐비티 하부층(121')과 제1 캐비티 상부층(121")이 서로 동일한 유전체 패턴을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

제2 캐비티(122)의 제2 캐비티 하부층(122') 및 제2 캐비티 상부층(122")은 각각 하나의 유전체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 캐비티 하부층(122')은 제1 유전체(126a)를 포함할 수 있으며, 제2 캐비티 상부층(122")은 제4 유전체(127b)를 포함할 수 있다. 제3 캐비티(123)의 제3 캐비티 하부층(123') 및 제3 캐비티 상부층(123")은 각각 하나의 유전체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제3 캐비티 하부층(123')은 제2 유전체(126b)를 포함할 수 있으며, 제3 캐비티 상부층(123")은 제3 유전체(127a)를 포함할 수 있다.

제4 캐비티(124)의 제4 캐비티 하부층(124') 및 제4 캐비티 상부층(124")은 각각 서로 다른 굴절률을 가지는 2개의 유전체를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제4 캐비티 하부층(124')은 제1 유전체(126a)와 이 제1 유전체(126a)에 배치되는 제2 유전체(126b)를 포함할 수 있으며, 제4 캐비티 상부층(124")은 제3 유전체(127a)와 이 제3 유전체(127a)에 배치되는 제4 유전체(127b)를 포함할 수 있다. 제4 캐비티 하부층(124')과 제4 캐비티 상부층(124")은 서로 동일하거나 또는 서로 다른 유전체 패턴을 포함할 수 있다. 도 13에는 제4 캐비티 하부층(124')과 제4 캐비티 상부층(!24")이 서로 다른 유전체 패턴을 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

도 14는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1400)를 도시한 것이다. 도 14에 도시된 분광 필터(1400)는 각 캐비티(121,122,123,124)가 캐비티 중간층(121a,122a,123a,124a)을 더 포함하는 점을 제외하면도 도 13에 도시된 분광 필터(1300)와 동일하다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다.

도 14를 참조하면, 분광 필터(1400)는 제1 필터 어레이(1110)와 이 제1 필터 어레이(1110)에 배치되는 제2 필터 어레이(1150)를 포함한다. 도 14에는 제 1 필터 어레이(1110)의 하부에 제2 필터 어레이(1150)가 배치된 경우가 도시되어 있으나, 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 제2 필터 어레이(1150)가 배치될 수도 있다. 제1 필터 어레이(1110)는 2차원 형태로 배열되는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)를 포함한다. 제2 필터 어레이(1150)는 복수의 대역 필터(191,192,193,194)에 일대일 대응하는 복수의 유닛 필터(111,112,113,114)를 포함한다.

제1, 제2, 제3 및 제4 유닛 필터(111,112,113,114) 는 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사판(131,132)과, 제1, 제2, 제3 및 제4 캐비티(121,122,123,124)를 포함한다. 각 캐비티(121,122,123,124)는 캐비티 하부층(121',122',123',124'). 캐비티 상부층(121",122",123",124") 및 캐비티 중간층(121a,122a,123a,124a)을 포함할 수 있다.

각 캐비티 중간층(121a,122a,123a,124a)은 하나 이상의 유전체를 포함할 수 있다. 도 14에는 각 캐비티 중간층(121a,122a,123a,124a)이 제5 유전체 및 제5 유전체에 배치되는 제6 유전체를 포함하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다.

캐비티 하부층(121',122',123',124')과 캐비티 중간층(121a,122a,123a,124a) 사이에는 유전체 분리층(125)이 마련되어 있다. 유전체 분리층(125)에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 캐비티 중간층(121a,122a,123a,124a)과 캐비티 상부층(121",122",123",124") 사이에는 추가 유전체 분리층(129)이 마련될 수 있다. 여기서, 추가 유전체 분리층(129)은 유전체 분리층(125)과 그 구성 및 기능이 동일하다. 이상에서는 각 캐비티(121,122,123,124)가 3개의 패턴층을 포함하는 경우가 예시적으로 설명되었다. 그러나, 이에 한정되지 않고 각 캐비티(121,122,123,124)는 4개 이상의 패턴층을 포함하는 것도 가능하며, 이 경우 인접한 패턴층들 사이에 각각 유전체 분리층이 마련될 수 있다.

도 15는 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 제1 필터 어레이에 적용될 수있는 광대역 필터의 일 예를 도시한 것이다.

도 15를 참조하면, 광대역 필터(2510)는 서로 이격되게 배치되는 복수의 반사층(2513,2514,2515)과, 이 반사층들(2513,2514,2515) 사이에 마련되는 복수의 캐비티(2511,2512)를 포함할 수 있다. 도 15에는 3개의 반사층(2513,2514,2515)과 2개의 캐비티(2511,2512)가 예시적으로 도시되어 있으나, 반사층들(2513,2514,2515) 및 캐비티들(2511,2512)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.

반사층들(2513,2514,2515) 각각은 분산 브래그 반사기(DBR)이 될 수 있다. 이러한 반사층들(2513,2514,2515) 각각은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 물질층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 캐비티들(2511,2512) 각각은 소정의 굴절률을 가지는 물질을 포함하거나 또는 서로 다른 굴절률을 가지는 2 이상의 물질을 포함할 수 있다.

도 16은 예시적인 실시예에 따른 분광 필터의 제1 필터 어레이에 적용될 수있는 광대역 필터의 다른 예를 도시한 것이다.

도 16을 참조하면, 광대역 필터(2520)는 서로 이격되게 배치되는 2개의 금속 미러층(2522,2523)과, 이 금속 미러층들(2522,2523) 사이에 마련되는 캐비티(2521)를 포함할 수 있다.

도 17은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1500)의 단면을 도시한 것이다.

도 17을 참조하면, 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)의 상부에 마이크로 렌즈 어레이(1151)가 마련되어 있다. 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 도 17에는 제 1 필터 어레이(1110)의 하부에 제2 필터 어레이(1120)가 배치된 경우가 도시되어 있으나, 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 제2 필터 어레이(1120)가 배치될 수도 있다.

마이크로 렌즈 어레이(1151)는 제1 필터 어레이(1110)의 대역 필터들(191,192,193,194)에 대응하는 복수의 마이크로 렌즈(1151a)를 포함할 수 있다. 여기서, 각 마이크로 렌즈(1151a)는 외부의 광을 대응되는 대역 필터(191,192,193,194)에 집속시켜 입사시키는 역할을 할 수 있다.

도 17에는 마이크로 렌즈들(1151a)이 대역 필터들(191,192,193,194)에 일대일 대응하도록 마련된 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 하나의 마이크로 렌즈(1151a)에 대응하여 2개 이상의 대역 필터들(191,192,193,194)이 마련될 수도 있다.

도 18은 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1600)의 단면을 도시한 것이다.

도 18을 참조하면, 제1 및 제2 필터 어레이(1110,1120)의 상부에 나노 패턴 어레이(1250)가 마련되어 있다. 각 나노 패턴(1250a)은 외부의 광을 대응되는 대역 필터(191,192,193,194)에 집속시켜 입사시키는 역할을 할 수 있다. 도 18에는 나노 패턴들(1250a)이 대역 필터들(191,192,193,194)에 일대일 대응하도록 마련된 경우가 예시적으로 도시되어 있지만, 하나의 나노 패턴(1250a)에 대응하여 2개 이상의 대역 필터들(191,192,193,194)이 마련될 수도 있다. 본 실시예는 제 1 필터 어레이(1110)의 하부에 제2 필터 어레이(1120)가 배치된 경우 뿐만 아니라 제1 필터 어레이(1110)의 상부에 제2 필터 어레이(1120)가 배치된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 19는 다른 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 것이다.

도 19를 참조하면, 화소 어레이(4100) 상에 분광 필터(1100)가 마련되어 있으며, 분광 필터(1100)의 상부에는 싱글 이미징 렌즈(single imaing lens, 9500)가 마련되어 있다. 여기서, 분광 필터(1100)는 복수의 채널(1131)을 포함할 수 있다. 복수의 채널(1131)은 전술한 바와 같이, 제1 필터 어레이(1110)의 대역 필터들(191,192,193,194)과 제2 필터 어레이(1120)의 유닛 필터들(111,112,113,114)의 조합에 의해 구성될 수 있다.

이와 같이, 분광 필터(1100)의 상부에 대상체의 이미지를 형성하기 위한 싱글 이미징 렌즈(9500)를 마련함으로써 분광 이미지를 얻을 수 있는 카메라를 단순한 광학계로 구현할 수 있다.

이하의 예시적인 실시예에 따른 분광 필터에서는 제2 필터 어레이의 유닛 필터의 위치에 따라 캐비티의 유효 굴절률을 변화시킴으로써 입사광의 주광선 각도가 달라짐에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상해 줄 수 있는 분광 필터를 제공한다.

도 20은 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1700)에서 서로 다른 위치에 배치된 유닛 필터들(G1,G2,G3)을 도시한 평면도이다. 도 21은 도 20의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다. 도 20 및 도 21에는 편의상 복수의 제2 필터 어레이(1171)만이 도시되어 있다. 여기서, 분광 필터(1700)를 구성하는 제2 필터 어레이(1171)들 각각의 유닛 필터들 중에서 동일한 중심 파장을 가지며 서로 다른 위치에 배치된 제1 유닛 필터들(G1,G2,G3)을 예로 들어 설명한다.

도 20 및 도 21에서 L1은 입사광의 주광선 각도가 θ₁ 인 위치들을 연결한 원을 나타내며, L2는 입사광의 주광선 각도가 θ₂ (>θ₁)인 위치들을 연결한 원을 나타낸다. G1 유닛 필터는 분광 필터(9100)의 중심에 위치하여 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있고, G2 유닛 필터는 입사광의 주광선 각도가 θ₁ 인 위치에 있으며, G3 유닛 필터는 입사광의 주광선 각도가 θ₂ 인 위치에 있다. 여기서, 서로 다른 위치에 마련된 G1, G2 및 G3 유닛 필터들은 모두 동일한 중심 파장을 가질 수 있다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 유닛 필터들(G1,G2,G3) 각각은 전술한 바와 같이, 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 반사판(131,132)과, 제1 및 제2 반사판 사이에 마련되는 캐비티(9121,9121',9121")를 포함한다. 여기서, 각 캐비티(9121,9121',9121")는 캐비티 하부층, 유전체 분리층(125) 및 캐비티 상부층을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반사판(131,132)과, 캐비티(9121,9121',9121")에 대해서는 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다. 제1 반사판(131)의 하부에는 화소 어레이(4100)의 화소들(101,201,301)이 배치될 수 있다.

본 실시예에서는 입사광의 주광선 각도가 달라짐에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상해 주기 위해 캐비티(9121,9122,9123)(보다 구체적으로, 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층 중 적어도 하나)는 유닛 필터들(G1,G2,G3)의 위치에 따라 유효 굴절률이 조절되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 캐비티 하부층(9121',9122',9123') 및 캐비티 상부 층 (9121",9122",9123") 중 적어도 하나의 유전체 패턴을 유닛 필터들(G1,G2,G3)의 위치에 따라 변화시킴으로써 캐비티(9121,9122,9123)의 유효 굴절률을 변화시킬 수 있다. 여기서, 캐비티(9121,9122,9123)의 유효 굴절률은 입사광의 주광선 각도에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상하는 정도로 조절될 수 있다.

도 22는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1700)의 단면을 도시한 것이다. 도 22에서 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들은 분광 필터(1700)를 구성하는 제2 필터 어레이들 각각의 유닛 필터들 중에서 동일한 중심 파장을 가지며 서로 다른 위치에 배치된 유닛 필터들을 나타낸다.

도 22를 참조하면, 캐비티 하부층들(9121',9122',9123',9124')은 동일한 유전체 패턴을 포함하고 있으며, 캐비티 상부층들(9121",9122",9123",9124")는 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들의 위치에 따라 변화하는 유전체 패턴을 포함하고 있다. 캐비티 상부층들(9121",9122",9123",9124")에서는 제3 유전체(127a) 내에서 제4 유전체가(127b) 차지하는 부피 비율이 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들의 위치에 따라 변화할 수 있다.

도 22에는 G1,G2,G3 및 G4 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 각각 0도, 10도, 20도 및 30도에 위치하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 여기서, G1,G2,G3 및 G4 유닛 필터에서 캐비티 상부층(9121",9122",9123",9124")의 제4 유전체(127b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 각각 0%, 5%, 16% 및 32% 이다.

도 23a 내지 도 23c는 도 23에 도시된 유닛 필터들의 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 도 23a 내지 도 23c에서, "G1"은 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타낸다.

도 23a에는 G2 유닛 필터의 투과스펙트럼이 도시되어 있다. 도 23a에서 "G2"는 입사광의 주광선 각도가 10도인 위치에 있는 G2 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타내고, "G2'"는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 10도인 위치로 이동하였을 때의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 23b에는 G3 유닛 필터의 투과스펙트럼이 도시되어 있다. 도 23b에서 "G3"는 입사광의 주광선 각도가 20도인 위치에 있는 G3 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타내고, "G3'"는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 20도인 위치로 이동하였을 때의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 23c에는 G4 유닛 필터의 투과스펙트럼이 도시되어 있다. 도 23c에서 "G4"는 입사광의 주광선 각도가 30도인 위치에 있는 G4 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타내고, "G4'"는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 30도인 위치로 이동하였을 때의 투과 스펙트럼을 나타낸다.

도 23a 내지 도 23c에 도시된 바와 같이, 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 각각 10도, 20도, 30도인 위치로 이동하게 되면 중심 파장 시프트가 일어남을 알 수 있다.

도 23a를 참조하면, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도가 10도인 위치에 캐비티 상부층(9121",9122",9123",9124")에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 5%인 G2 유닛 필터를 배치함으로써 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 중심 파장과 동일한 중심 파장을 얻을 수 있다. 도 23b를 참조하면, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도가 20도인 위치에 캐비티 상부층(9121",9122",9123",9124")에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 16%인 G3 유닛 필터를 배치하면 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 중심 파장과 동일한 중심 파장을 얻을 수 있다. 도 23c를 참조하면, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도가 30도인 위치에 캐비티 상부층(9121",9122",9123",9124")에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 32%인 G4 유닛 필터를 배치하면 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 중심 파장과 동일한 중심 파장을 얻을 수 있다.

이상과 같이, G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터의 위치에 따라 캐비티 상부층(9121",9122",9123",9124")의 제4 유전체(127b)의 부피 비율을 변화시킴으로써 입사광의 주광선 각도가 달라짐에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상해 줄 수 있다.

도 24는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 분광 필터(1700)의 단면을 도시한 것이다. 도 24에서 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들은 분광 필터(1700)를 구성하는 제2 필터 어레이들 각각의 유닛 필터들 중에서 동일한 중심 파장을 가지며 서로 다른 위치에 배치된 유닛 필터들을 나타낸다.

도 24를 참조하면, 캐비티 하부층들(9121',9122',9123',9124')은 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들의 위치에 따라 변화하는 유전체 패턴을 포함하고 있다. 캐비티 하부층들(9121',9122',9123',9124')에서는 제1 유전체(126a) 내에서 제2 유전체가(126b) 차지하는 부피 비율이 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들의 위치에 따라 변화할 수 있다. 그리고, 캐비티 상부층들(9121",9122",9123",9124")은 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들의 위치에 따라 변화하는 유전체 패턴을 포함하고 있다. 캐비티 상부층들(9121",9122",9123",9124")에서는 제3 유전체(127a) 내에서 제4 유전체가(127b) 차지하는 부피 비율이 G1, G2, G3 및 G4 유닛 필터들의 위치에 따라 변화할 수 있다.

도 24에는 G1,G2,G3 및 G4 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 각각 0도, 10도, 20도 및 30도에 위치하는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. G1 유닛 필터에서, 캐비티 하부층(9121')의 제2 유전체(126b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 30%이고, 캐비티 상부층(9121")의 제4 유전체(127b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 30%이다. G2 유닛 필터에서, 캐비티 하부층(9122')의 제2 유전체(126b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 30%이고, 캐비티 상부층(9122")의 제4 유전체(127b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 35%이다. G3 유닛 필터에서, 캐비티 하부층(9123')의 제2 유전체(126b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 30%이고, 캐비티 상부층(9123")의 제4 유전체(127b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 45%이다. G4 유닛 필터에서, 캐비티 하부층(9124')의 제2 유전체(126b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 50%이고, 캐비티 상부층(9124")의 제4 유전체(127b)를 형성하는 티타늄 산화물의 부피 비율은 40%이다.

도 25a 내지 도 25c는 도 24에 도시된 유닛 필터들의 예시적인 투과 스펙트럼들을 도시한 시뮬레이션 결과이다. 도 25a 내지 도 25c에서, "G1"은 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타낸다.

도 25a에는 G2 유닛 필터의 투과스펙트럼이 도시되어 있다. 도 25a에서 "G2"는 입사광의 주광선 각도가 10도인 위치에 있는 G2 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타내고, "G2'"는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 10도인 위치로 이동하였을 때의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 25b에는 G3 유닛 필터의 투과스펙트럼이 도시되어 있다. 도 25b에서 "G3"는 입사광의 주광선 각도가 20도인 위치에 있는 G3 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타내고, "G3'"는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 20도인 위치로 이동하였을 때의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 25c에는 G4 유닛 필터의 투과스펙트럼이 도시되어 있다. 도 25c에서 "G4"는 입사광의 주광선 각도가 30도인 위치에 있는 G4 유닛 필터의 투과스펙트럼을 나타내고, "G4'"는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 30도인 위치로 이동하였을 때의 투과 스펙트럼을 나타낸다.

도 25a 내지 도 25c에 도시된 바와 같이, 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터가 입사광의 주광선 각도가 각각 10도, 20도, 30도인 위치로 이동하게 되면 중심 파장 시프트가 일어남을 알 수 있다.

도 25a를 참조하면, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도가 10도인 위치에 G1유닛 필터에 비해 캐비티 상부층(9122")에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 5% 증가된 G2 유닛 필터를 배치함으로써 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 중심 파장과 동일한 중심 파장을 얻을 수 있다. 도 25b를 참조하면, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도가 20도인 위치에 G1유닛 필터에 비해 캐비티 상부층(9123")에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 15% 증가된 G3 유닛 필터를 배치하면 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 중심 파장과 동일한 중심 파장을 얻을 수 있다. 도 25c를 참조하면, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도가 30도인 위치에 G1유닛 필터에 비해 캐비티 하부층(9124')에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 20% 증가되고 캐비티 상부층(9124")에서 티타늄 산화물의 부피 비율이 10% 증가된 G4 유닛 필터를 배치하면 입사광의 주광선 각도가 0도인 위치에 있는 G1 유닛 필터의 중심 파장과 동일한 중심 파장을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 입사광의 주광선 각도의 변화가 작은 경우에는 캐비티 하부층(9121',9122',9123',9124') 및 캐비티 상부층 (9121",9122",9123",9124") 중 어느 하나의 유효 굴절률만 변화시키고, 입사광의 주 입사광의 주광선 각도의 변화가 큰 경우에는 캐비티 하부층(9121',9122',9123',9124') 및 캐비티 상부층 (9121",9122",9123",9124") 모두의 유효굴절률을 변화시킴으로써 입사광의 주광선 각도가 달라짐에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상해 줄 수 있다.

도 26은 예시적인 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 블록도이다.

도 26을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 분광 필터(9100), 화소 어레이(4100), 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)를 포함할 수 있다. 이미지 센서는 CCD(charge coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.

분광 필터(9100)는 서로 다른 파장 영역의 빛을 투과시키는 것으로 2차원으로 배열되는 복수의 유닛 필터를 포함한다. 화소 어레이(4100)는 복수의 유닛 필터를 투과한 서로 다른 파장의 광을 감지하는 복수의 화소를 포함한다. 구체적으로, 화소 어레이(4100)는 복수의 로우와 컬럼을 따라 2차원 배열된 화소들을 포함한다. 로우 디코더(4020)는 타이밍 컨트롤러(4010)로부터 출력된 로우 어드레스 신호에 응답하여 화소 어레이(4100)의 로우들 하나를 선택한다. 출력 회로(4030)는 선택된 로우를 따라 배열된 복수의 화소로부터 컬럼 단위로 광감지 신호를 출력한다. 이를 위하여, 출력 회로(4030)는 컬럼 디코더와 아날로그-디지털 변환기(ADC; analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 회로(4030)는 컬럼 디코더와 화소 어레이(4100) 사이에서 컬럼 별로 각각 배치된 복수의 ADC, 또는, 컬럼 디코더의 출력단에 배치된 하나의 ADC를 포함할 수 있다. 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)는 하나의 칩 또는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 출력 회로(4030)를 통해 출력된 영상 신호를 처리하기 위한 프로세서가 타이밍 컨트롤러(4010), 로우 디코더(4020), 및 출력 회로(4030)와 함께 하나의 칩으로 구현될 수도 있다. 화소 어레이(4100)는 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함하며, 여기서 화소들의 배열은 다양한 방식으로 구현될 수 있다

상술한 분광 필터를 포함하는 이미지센서(1000)는 다양한 고성능 광학 장치 또는 고성능 전자 장치에 채용될 수 있다. 이러한 전자 장치는, 예컨대, 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, 핸드폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC, 다양한 휴대용 기기, 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기, 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치 일 수 있고, 이에 제한되지 않는다.

전자 장치는 이미지센서(1000) 외에도, 이미지센서를 제어하는 프로세서, 예를 들면, 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor)를 더 포함할 수 있으며, 프로세서를 통해 운영 체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있고, 각종 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 프로세서는 GPU (Graphic Processing Unit) 및/또는 이미지 신호 프로세서(Image Signal Processor)를 더 포함할 수 있다. 프로세서에 이미지 신호 프로세서가 포함되는 경우, 이미지센서에 의해 획득된 이미지(또는 영상)를 프로세서를 이용하여 저장 및/또는 출력할 수 있다.

도 27은 이미지센서(1000)를 포함하는 전자 장치(ED01)의 일 예를 나타내는 블럭도이다.

도 27을 참조하면, 네트워크 환경(ED00)에서 전자 장치(ED01)는 다른 전자 장치(ED02)와 통신하거나, 또는 서버(ED08)와 통신할 수 있다. 전자 장치(ED01)는 프로세서(ED20), 메모리(ED30), 입력 장치(ED50), 음향 출력 장치(ED55), 표시 장치(ED60), 오디오 모듈(ED70), 센서 모듈(ED76), 인터페이스(ED77), 카메라 모듈(ED80), 전력 관리 모듈(ED88), 배터리(ED89), 통신 모듈(ED90), 및/또는 안테나 모듈(ED97)을 포함할 수 있다. 전자 장치(ED01)에는, 이 구성요소들 중 일부(표시 장치(ED60) 등)가 생략되거나, 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 이 구성요소들 중 일부는 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(ED76)(지문 센서, 홍채 센서, 조도 센서 등)은 표시 장치(ED60)(디스플레이 등)에 임베디드되어 구현될 수 있다. 또한, 이미지센서(1000)에 분광 기능이 포함될 경우, 센서 모듈의 일부 기능(컬러 센서, 조도 센서)이 별도의 센서 모듈이 아닌 이미지센서(1000) 자체에서 구현될 수 있다.

프로세서(ED20)는, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등)를 실행하여 프로세서(ED20)에 연결된 전자 장치(ED01) 중 하나 또는 복수개의 다른 구성요소들(하드웨어, 소프트웨어 구성요소 등)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 데이터 처리 또는 연산의 일부로, 프로세서(ED20)는 다른 구성요소(센서 모듈(ED76), 통신 모듈(ED90) 등)로부터 수신된 명령 및/또는 데이터를 휘발성 메모리(ED32)에 로드하고, 휘발성 메모리(ED32)에 저장된 명령 및/또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(ED34)에 저장할 수 있다.

메모리(ED30)는, 전자 장치(ED01)의 구성요소(프로세서(ED20), 센서모듈(ED76) 등)가 필요로 하는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(프로그램(ED40) 등) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 및/또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(ED30)는, 휘발성 메모리(ED32) 및/또는 비휘발성 메모리(ED34)를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리(ED32)는 전자 장치(ED01) 내에 고정 장착된 내장 메모리(ED36)과 탈착 가능한 외장 메모리(ED38)를 포함할 수 있다.

프로그램(ED40)은 메모리(ED30)에 소프트웨어로 저장될 수 있으며, 운영 체제(ED42), 미들 웨어(ED44) 및/또는 어플리케이션(ED46)을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 하나 또는 복수의 렌즈들을 포함하는 렌즈 어셈블리, 도 1의 이미지센서(1000), 이미지 시그널 프로세서들, 및/또는 플래시들을 포함할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)에 포함된 렌즈 어셈블리는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다.

도 28은 도 27의 카메라 모듈(ED80)을 예시하는 블럭도이다.

도 28을 참조하면, 카메라 모듈(ED80)은 렌즈 어셈블리(CM10), 플래시(CM20), 이미지센서(1000)(도 29의 이미지센서(1000) 등), 메모리(CM50)(버퍼 메모리 등), 및/또는 이미지 시그널 프로세서(CM60)를 포함할 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는 이미지 촬영의 대상인 피사체로부터 방출되는 빛을 수집할 수 있다. 카메라 모듈(ED80)은 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들을 포함할 수도 있으며, 이런 경우, 카메라 모듈(ED80)은, 듀얼 또는 멀티 카메라, 360도 카메라, 또는 구형 카메라(Spherical Camera)가 될 수 있다. 복수의 렌즈 어셈블리(CM10)들 중 일부는 동일한 렌즈 속성(화각, 초점 거리, 자동 초점, F 넘버(F Number), 광학 줌 등)을 갖거나, 또는 다른 렌즈 속성들을 가질 수 있다. 렌즈 어셈블리(CM10)는, 광각 렌즈 또는 망원 렌즈를 포함할 수 있다. 듀얼 또는 멀티 카메라 모듈에서 필터 어레이의 속성이 상이한 조합을 가질 수 있다.

플래시(CM20)는 피사체로부터 방출 또는 반사되는 빛을 강화하기 위하여 사용되는 빛을 방출할 수 있다. 플래시(CM20)는 하나 또는 복수의 발광 다이오드들(RGB(Red-Green-Blue) LED, White LED, Infrared LED, Ultraviolet LED 등), 및/또는 Xenon Lamp를 포함할 수 있다. 이미지센서(1000)는 도 1에서 설명한 이미지센서일 수 있으며, 피사체로부터 방출 또는 반사되어 렌즈 어셈블리(CM10)를 통해 전달된 빛을 전기적인 신호로 변환함으로써, 피사체에 대응하는 이미지를 획득할 수 있다. 이미지센서(1000)는, RGB 센서, BW(Black and White) 센서, IR 센서, 또는 UV 센서와 같이 속성이 다른 이미지센서들 중 선택된 하나 또는 복수의 센서들을 포함할 수 있다. 이미지센서(1000)에 포함된 각각의 센서들은, CCD(Charged Coupled Device) 센서 및/또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서로 구현될 수 있다.

메모리(CM50)는 이미지센서(1000)를 통하여 획득된 이미지의 일부 또는 전체 데이터가 다음 이미지 처리 작업을 위하여 저장할 수 있다. 예를 들어, 복수의 이미지들이 고속으로 획득되는 경우, 획득된 원본 데이터(Bayer-Patterned 데이터, 고해상도 데이터 등)는 메모리(CM50)에 저장하고, 저해상도 이미지만을 디스플레이 해준 후, 선택된(사용자 선택 등) 이미지의 원본 데이터가 이미지 시그널 프로세서(CM60)로 전달되도록 하는데 사용될 수 있다. 메모리(CM50)는 전자 장치(ED01)의 메모리(ED30)로 통합되어 있거나, 또는 독립적으로 운영되는 별도의 메모리로 구성될 수 있다.

이미지 시그널 프로세서(CM60)는 이미지센서(1000)을 통하여 획득된 이미지 또는 메모리(CM50)에 저장된 이미지 데이터에 대하여 이미지 처리들을 수행할 수 있다. 이미지 처리들은, 깊이 지도(Depth Map) 생성, 3차원 모델링, 파노라마 생성, 특징점 추출, 이미지 합성, 및/또는 이미지 보상(노이즈 감소, 해상도 조정, 밝기 조정, 블러링(Blurring), 샤프닝(Sharpening), 소프트닝(Softening) 등)을 포함할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 카메라 모듈(ED80)에 포함된 구성 요소들(이미지센서(1000) 등)에 대한 제어(노출 시간 제어, 또는 리드 아웃 타이밍 제어 등)를 수행할 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 추가 처리를 위하여 메모리(CM50)에 다시 저장 되거나 카메라 모듈(ED80)의 외부 구성 요소(메모리(ED30), 표시 장치(ED60), 전자 장치(ED02), 전자 장치(ED04), 서버(ED08) 등)로 제공될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)는 프로세서(ED20)에 통합되거나, 프로세서(ED20)와 독립적으로 운영되는 별도의 프로세서로 구성될 수 있다. 이미지 시그널 프로세서(CM60)가 프로세서(ED20)와 별도의 프로세서로 구성된 경우, 이미지 시그널 프로세서(CM60)에 의해 처리된 이미지는 프로세서(ED20)에 의하여 추가의 이미지 처리를 거친 후 표시 장치(ED60)를 통해 표시될 수 있다.

다시 도 27을 참조하면, 전자 장치(ED01)는 각각 다른 속성 또는 기능을 가진 복수의 카메라 모듈(ED80)들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 광각 카메라이고, 다른 하나는 망원 카메라일 수 있다. 유사하게, 복수의 카메라 모듈(ED80)들 중 하나는 전면 카메라이고, 다른 하나는 후면 카메라일 수 있다. 또한, 카메라 모듈(ED 80)은 종래의 RGB 3색 필터를 갖는 이미지 센서와 분광 필터로 구성된 분광 이미지 센서가 조합되고 조합된 두개의 이미지 센서들의 데이터를 통합 처리하는 조합형 카메라 모듈일 수 있다.

도 29는 각각 다른 속성을 가진 복수의 이미지 센서를 갖는 복합 카메라 모듈의 개략적인 구조를 보이는 블록도이다. 여기서, 제1 이미지 센서(100)은 종래의 RGB 이미지 센서이고, 제2 이미지 센서(200)는 멀티 스펙트럴 이미지(MSI; Multispectral image) 센서일 수 있다.

이때 RGB 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서일 수 있다. RGB 센서는 베이어 컬러 필터 어레이(Bayer color filter array)를 사용하여 R, G, B를 나타내는 스펙트럼을 각각 센싱한 세가지 채널의 영상을 생성할 수 있다. 또한, 다른 종류의 컬러 필터 어레이를 사용할 수 있음은 물론이다. MSI 센서는 RGB 이미지 센서와는 다른 파장의 빛을 센싱하여 나타낸다. MSI 센서는 채널의 수를 더 많이 가짐으로써 더 많은 종류의 파장의 빛을 센싱하는 것을 특징으로 한다.

프로세서(500)는 각 이미지 센서(100, 200)로부터 획득된 영상 정보를 처리하여 원하는 방식으로 데이터를 조합하여 이미지의 화질을 개선하거나 이미지의 대상체를 식별하는 성능을 향상시킬 수 있다.

실시예들에 따른 이미지센서(1000)는 도 30(a)에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(5100m), 도 30(b)에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(5200), 도 30(c)에 도시된 디지털 카메라 또는 캠코더(5300), 도 30(d)에 도시된 노트북 컴퓨터(5400)에 또는 도 30(e)에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(5500) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(5100m) 또는 스마트 태블릿(5200)은 고해상 이미지센서가 각각 탑재된 복수의 고해상 카메라를 포함할 수 있다. 고해상 카메라들을 이용하여 영상 내 피사체들의 깊이 정보를 추출하거나, 영상의 아웃포커싱을 조절하거나, 영상 내 피사체들을 자동으로 식별할 수 있다.

또한, 이미지센서(1000)는 도 31(a)에 도시된 스마트 냉장고(5600), 도 31(b)에 도시된 보안 카메라(5700), 도 31(c)에 도시된 로봇(5800), 도 31(d)에 도시된 의료용 카메라(5900) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(5600)는 이미지센서를 이용하여 냉장고 내에 있는 음식을 자동으로 인식하고, 특정 음식의 존재 여부, 입고 또는 출고된 음식의 종류 등을 스마트폰을 통해 사용자에게 알려줄 수 있다. 보안 카메라(5700)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(5800)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(5900)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.

또한, 이미지센서(1000)는 도 31(e)에 도시된 바와 같이 차량(6000)에 적용될 수 있다. 차량(6000)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)는 실시예에 따른 이미지센서를 포함할 수 있다. 차량(6000)은 복수의 차량용 카메라(6010, 6020, 6030, 6040)를 이용하여 차량(6000) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.

상술한 분광 필터를 구비하는 이미지센서 및 이를 포함하는 전자 장치가 비록 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 권리범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

111.. 제1 유닛 필터
112.. 제2 유닛 필터
113.. 제3 유닛 필터
114.. 제4 유닛 필터
131.. 제1 반사판
132.. 제2 반사판
121.. 제1 캐비티
122.. 제2 캐비티
123.. 제3 캐비티
124.. 제4 캐비티
125.. 유전체 분리층
126a.. 제1 유전체
126b.. 제2 유전체
127a.. 제3 유전체
127b.. 제4 유전체
140.. 식각 정지층
150.. 보호층
1000.. 이미지 센서
1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,9100.. 분광 필터
1110.. 제1 필터 어레이
1120,1130,1140,1150.. 제2 필터 어레이
1151.. 마이크로 렌즈 어레이
1151a.. 마이크로 렌즈
2501.. 제1 광대역 필터
2502.. 제2 광대역 필터
2510.. 멀티 캐비티 구조의 광대역 필터
2520.. 금속 미러 구조의 광대역 필터
4100.. 화소 어레이
4010.. 타이밍 컨트롤러
4020.. 로우 디코더
4030.. 출력 회로
5100m.. 모바일폰 또는 스마트폰
5200.. 태블릿 또는 스마트 태블릿
5300.. 디지털 카메라 또는 캠코더
5400.. 노트북 컴퓨터
5500.. 텔레비전 또는 스마트 텔레비전
5600.. 스마트 냉장고
5700.. 보안 카메라
5800.. 로봇
5900.. 의료용 카메라
6000.. 차량
6010,6020,6030,6040.. 차량용 카메라

Claims

복수의 대역 필터를 각각 포함하는 복수의 제1 필터 어레이;
상기 복수의 제1 필터 어레이에 마련되며, 상기 복수의 대역 필터에 대응하는 복수의 유닛 필터를 각각 포함하는 복수의 제2 필터 어레이;를 포함하고,
상기 복수의 유닛 필터는,
제1 반사판;
상기 제1 반사판의 상부에 마련되는 제2 반사판; 및
상기 제1 및 제2 반사판 사이에 마련되며 서로 다른 대역의 중심 파장들을 각각 가지는 복수의 캐비티;를 포함하며,
상기 각 캐비티는 캐비티 하부층, 캐비티 상부층 및 상기 캐비티 하부층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 유전체 분리층을 포함하고,
상기 유전체 분리층은 상기 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층의 최대 굴절률 이하의 굴절률을 가지며,
상기 각 대역 필터는 특정 대역의 광을 투과시키고,
상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유효 굴절률을 가지도록 구성된 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 분리층은 상기 캐비티 하부층 및 상기 캐비티 상부층을 구성하는 물질들의 가장 높은 굴절률 이하의 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 각 캐비티는 400nm ~ 700nm 파장 범위에서 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가지도록 구성된 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 각 캐비티는 100nm ~ 2000nm의 두께를 가지는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 분리층은 하프늄 산화물(HfO₂) 또는 티타늄 산화물(TiO₂)을 포함하는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 분리층은 10nm ~ 100nm의 두께를 가지는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 필터 어레이는 컬러 필터 어레이 또는 광대역 필터 어레이를 포함하는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 캐비티는 동일한 두께를 가지며, 각각 소정의 유전체 패턴을 포함하는 분광 필터.
제 8 항에 있어서,
상기 각 캐비티의 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층은 동일하거나 또는 서로 다른 두께를 가지는 분광 필터.
제 8 항에 있어서,
상기 각 캐비티의 유전체 패턴은 상기 캐비티 하부층의 하부 유전체 패턴 및 상기 캐비티 상부층의 상부 유전체 패턴을 포함하는 분광 필터.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유전체 패턴을 포함하는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 필터 어레이의 대역 필터들과 상기 제2 필터 어레이의 유닛 필터들이 조합하여 N개의 채널들을 가지는 채널 어레이가 구성되고, 서로 다른 종류의 대역 필터들의 개수가 A개일 때, 서로 다른 유효 굴절률을 가지는 캐비티들의 개수(N')는 N/A ≤N'<N 를 만족하는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제2 필터 어레이 중 동일한 중심 파장을 가지는 유닛 필터들은 입사광의 주광선 각도(CRA; Chief Ray Angle)가 달라짐에 따라 발생되는 중심 파장 시프트를 보상하기 위해 상기 캐비티의 유효 굴절률이 상기 유닛 필터들의 위치에 따라 변화하도록 구성된 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 반사판은 금속 반사판 또는 브래그 반사판을 포함하는 분광 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체 분리층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 캐비티 중간층; 및
상기 캐비티 중간층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 추가 유전체 분리층;을 더 포함하는 분광 필터.
복수의 화소를 포함하는 화소 어레이; 및
상기 화소 어레이에 마련되는 분광 필터;를 포함하고,
상기 분광 필터는,
복수의 대역 필터를 각각 포함하는 복수의 제1 필터 어레이;
상기 복수의 제1 필터 어레이에 마련되며, 상기 복수의 대역 필터에 대응하는 복수의 유닛 필터를 각각 포함하는 복수의 제2 필터 어레이;를 포함하고,
상기 복수의 유닛 필터는,
제1 반사판;
상기 제1 반사판의 상부에 마련되는 제2 반사판; 및
상기 제1 및 제2 반사판 사이에 마련되며 서로 다른 대역의 중심 파장들을 각각 가지는 복수의 캐비티;를 포함하며,
상기 각 캐비티는 캐비티 하부층, 캐비티 상부층 및 상기 캐비티 하부층과 상기 캐비티 상부층 사이에 마련되는 유전체 분리층을 포함하고,
상기 유전체 분리층은 상기 캐비티 하부층 및 캐비티 상부층의 최대 굴절률 이하의 굴절률을 가지며,
상기 각 대역 필터는 특정 대역의 광을 투과시키고,
상기 복수의 캐비티 중 2개 이상은 동일한 유효 굴절률을 가지도록 구성된 이미지 센서.
제 16 항에 있어서,
상기 화소 어레이는 복수의 화소를 포함하며, 상기 각 화소는 구동회로가 내부에 마련된 배선층 및 상기 배선층에 마련되는 포토다이오드를 포함하는 이미지 센서.
제 16 항에 있어서,
상기 제1 필터 어레이는 컬러 필터 어레이 또는 광대역 필터 어레이를 포함하는 이미지 센서.
제 16 항에 있어서,
상기 각 캐비티는 400nm ~ 700nm 파장 범위에서 서로 다른 대역의 중심 파장들을 가지도록 구성된 이미지 센서.
제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.