TW201715714A - 具有黃色濾光單元之影像感測器 - Google Patents

具有黃色濾光單元之影像感測器 Download PDF

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Abstract

一種影像感測器，包括用以感測一光束之一感測層以及多個像素群組。每一像素群組包括一黃色濾光單元、一綠色濾光單元、以及一藍色濾光單元。黃色濾光單元允許光束之一綠光組成以及一紅光組成通過。綠色濾光單元允許光束之綠光組成通過。藍色濾光單元允許光束之一藍光組成通過。

Description

具有黃色濾光單元之影像感測器
本發明主要關於一種影像感測器，尤指一種具有黃色濾光單元之影像感測器。
一般而言，數位相機利用了影像感測器來感測光線以及產生一影像訊號，且依據影像訊號產生數位相機所拍攝的畫面。
隨者數位相機的發展，對於影像訊號的品質具有越來越高的要求。使用了背照式(BSI,backside illumination)技術的影像感測器可具有光導管結構以引導光線照射至光電二極體。上述背照式影像感測器具有較高之光敏度以及影像品質。
雖然目前之影像感測器符合了其使用之目的，但尚未滿足許多其他方面的要求。因此，需要提供影像感測器的改進方案。
本揭露提供了一種影像感測器，其具有用以改進光敏度以及影像品質之黃色濾光單元。
本揭露提供了一種影像感測器，包括用以感測一光束之一感測層以及多個像素群組。每一像素群組包括一黃色濾光單元、一綠色濾光單元、以及一藍色濾光單元。黃色濾光 單元允許光束之一綠光組成(component)以及一紅光組成通過。綠色濾光單元允許光束之綠光組成通過。藍色濾光單元允許光束之一藍光組成通過。
本揭露提供一種影像感測器包括用以感測一光束之一感測層以及多個像素群組。每一像素群組包括一第一色彩群組、一第二色彩群組、以及一第三色彩群組。第一色彩群組包括一黃色濾光單元以及一第一透明濾光單元。黃色濾光單元允許光束之一綠光組成以及一紅光組成通過，且第一透明濾光單元允許光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成通過。
第二色彩群組包括一綠色濾光單元以及一第二透明濾光單元。綠色濾光單元允許光束之綠光組成通過，且第二透明濾光單元允許光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成通過。第三色彩群組包括一藍色濾光單元以及一第三透明濾光單元。藍色濾光單元允許光束之藍光組成通過，且第三透明濾光單元允許光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成通過。
本揭露提供一種影像感測器，包括用以感測一光束之一感測層以及排列於一像素陣列之多個像素群組。每一像素群組包括第一色彩群組、一第二色彩群組、以及一第三色彩群組。第一色彩群組包括一黃色濾光單元以及多個第一透明濾光單元。黃色濾光單元允許光束之一綠光組成以及一紅光組成通過，且多個第一透明濾光單元允許光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成通過。黃色濾光單元以及多個第一透明濾光單元排列於一第一濾光陣列。
第二色彩群組包括一綠色濾光單元以及多個第二 透明濾光單元。綠色濾光單元允許光束之綠光組成通過，且多個第二透明濾光單元允許光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成通過。綠色濾光單元以及多個第二透明濾光單元排列於一第二濾光陣列。
第三色彩群組包括一藍色濾光單元以及多個第三透明濾光單元。藍色濾光單元允許光束之藍光組成通過，且第三透明濾光單元允許光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成通過。藍色濾光單元以及多個第三透明濾光單元排列於一第三濾光陣列。像素群組不包括一紅色濾光單元。上述紅色濾光單元允許光束之紅光組成通過，且止擋光束之綠光組成以及藍光組成。
綜上所述，於習知之影像感測器中的紅色濾光單元被置換為黃色濾光單元。由於黃色濾光單元允許光束之綠光組成及紅光組成通過，且黃色、綠色以及藍色濾光單元符合人眼之錐狀細胞的光譜，因此可改進影像感測器之光敏度與影像品質。
1‧‧‧影像感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧基材
12、12a、12b、12c‧‧‧感測單元
13‧‧‧鈍化層(passivation layer)
20‧‧‧濾光單元
20a‧‧‧黃色濾光單元
20b‧‧‧綠色濾光單元
20c‧‧‧藍色濾光單元
20d‧‧‧強化濾光單元(透明濾光單元)
30‧‧‧微透鏡
40‧‧‧處理模組
E1‧‧‧像素群組
E2、E21、E22、E23，E24，E25，E26‧‧‧色彩群組
P1‧‧‧參考平面
第1圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器的示意圖。
第2圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第3A圖為根據本揭露之一些實施例中濾光單元之透光率對波長圖。
第3B圖為人眼響應光譜圖(human eye’s response spectrum diagram)。
第4圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第5圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第6圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第7圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第8圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第9圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
第10圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元的俯視圖。
以下之說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本發明之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本發明，其僅作為例子，而並非用以限制本發明。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。
此外，本說明書於不同的例子中沿用了相同的元件標號及/或文字。前述之沿用僅為了簡化以及明確，並不表示於不同的實施例以及設定之間必定有關聯。
本說明書之第一以及第二等詞彙，僅作為清楚解釋之目的，並非用以對應於以及限制專利範圍。此外，第一特徵以及第二特徵等詞彙，並非限定是相同或是不同之特徵。此外，圖式中之形狀、尺寸、厚度、以及傾斜之角度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。
第1圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器1的示意圖。影像感測器1，用以擷取一影像。影像感測器1可應用於一影像設備，例如一數位相機。於一些實施例中，影像感測器1可為互補式金屬氧化物半導體(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)感測器。於一些實施例中，影像感測器1可為一背照式(BSI，backside illumination)CMOS感測器。
影像感測器1包括一感測層10、多個濾光單元20、多個微透鏡30、以及一處理模組40。感測層10沿一參考平面P1延伸。感測層10用以根據照射於感測層10之光束來偵測入射光束。
感測層10可包括所有下列之元件，但只要能達到感測層10之使用目的，可不需要包括所有下列之元件。感測層10包括一基材11、多個感測單元12、以及一鈍化層13。於一些實施例中，感測層10更包括其他光學層(圖未示)。
感測單元12設置於基材11內。感測單元12排列於參考平面P1上之一感測陣列。於一些實施例中，感測單元12為光二極體。每一感測單元12用以感測光線且根據照射於其上之光束的強度產生一強度訊號。處理模組40根據這些強度訊號產生一影像。
鈍化層13設置於基材11上。鈍化層13用以保護感測單元12內之電路(圖未示)。於一些實施例中，鈍化層13平行於感測層10。
第2圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。如第1圖及第2圖所示，濾光單元20設置於感測層10之鈍化層13上。濾光單元20排列於平行於參考平面P1之一平面上之一濾光陣列。每一濾光單元20設置於感測單元12中之一者之上。濾光單元20可為彩色濾光單元。每一濾光單元20允許光束於一預定範圍內之波長通過。
於一些實施例中，多個濾光單元20屬於一像素群組E1。換句話說，像素群組E1設置於感測單元12，且排列於平行於參考平面P1之一平面上之一像素陣列。每一像素群組E1對應於影像感測器1所擷取之影像之一像素。
於每一個像素群組E1中之濾光單元20的數目並不予以限制。舉例而言，像素群組E1包括至少兩個、三個、或是四個濾光單元20。於此實施例中，每一像素群組E1中之濾光單元20沿一直線排列。
微透鏡30設置於像素群組E1之上。每一微透鏡30設置於濾光單元20中之一者之上。微透鏡30排列於平行於參考 平面P1之一平面上之一微透鏡陣列。微透鏡30用以將光束聚焦於感測單元12。
處理模組40電性連接於每一感測單元12。處理模組40用以從濾光單元20接收強度訊號。
如第1圖所示，當一光束照射於影像感測器1，光束通過微透鏡30、濾光單元20至感測單元12。光束經由微透鏡30聚焦。每一濾光單元20允許光束中於一預定範圍內之波長通過。每一感測單元12根據通過像素群組E1之濾光單元20且照射於其上之光束的強度產生一強度訊號。處理模組40由感測單元12接收強度訊號，並根據這些強度訊號產生一影像。
如第1圖及第2圖所示，濾光單元20包括黃色濾光單元20a、綠色濾光單元20b、以及藍色濾光單元20c。黃色濾光單元20a、綠色濾光單元20b、以及藍色濾光單元20c交錯地排列於感測層10。
於此實施例中，每一像素群組E1包括一個黃色濾光單元20a、一個綠色濾光單元20b、以及一個藍色濾光單元20c。黃色濾光單元20a、綠色濾光單元20b、以及藍色濾光單元20c沿一直線排列。於一些實施例中，像素群組E1包括至少兩個黃色濾光單元20a、綠色濾光單元20b、及/或藍色濾光單元20c。
第3A圖為根據本揭露之一些實施例中濾光單元20之透光率對波長圖。黃色濾光單元20a允與光束之綠光組成以及紅光組成通過。於一些實施例中，黃色濾光單元20a為一高通濾波器，允許光束長於一特定波長的波長通過。特定波長定 義為於470nm至540nm的範圍之間的50%透光率波長(50% transmittance wavelength)。換句話說，光束於長於特定可見光波長之波長中至少50%可通過黃色濾光單元20a。
綠色濾光單元20允許光束之綠光組成通過。於一些實施例中，綠色濾光單元20為一帶通濾波器，允許光束之綠光波段通過。於一些實施例中，綠光波段為於470nm至600nm的50%透光率波長的範圍之間。換句話說，光束於綠光波段中至少50%可通過綠色濾光單元20。綠光波段之一短50%透光率波長(short 50% transmittance wavelength)，例如470nm，等於或是短於黃色濾光單元20之特定波長。
藍色濾光單元20允許光束之藍光組成通過。於一些實施例中，濾光單元20以及像素群組E1不包括任何紅色濾光單元，上述紅色濾光單元允許光束之紅光組成通過，且止擋光束之綠光組成以及藍光組成。
由於黃色濾光單元20a可相較於紅色濾光單元允許較多的光束通過，因此增進了影像感測器1之光敏度。再者，如第3B圖所示，黃色、綠色以及藍色濾光單元符合人眼之錐狀細胞的光譜。因此，增進了影像感測器1之光敏度和影像品質。
於一些實施例中，感測單元12包括感測單元12a、感測單元12b、以及感測單元12c。感測單元12a設置於黃色濾光單元20a之下，用以根據通過黃色濾光單元20且照射於其上之光束的強度產生黃光強度訊號。
感測單元12b設置於綠色濾光單元20b之下，用以根據通過綠色濾光單元20b且照射於其上之光束的強度產生綠 光強度訊號。
感測單元12c設置於藍色濾光單元20c之下，用以根據通過藍色濾光單元20c且照射於其上之光束的強度產生藍光強度訊號。
處理模組40用以接收每一像素群組E1之黃光強度訊號、綠光強度訊號、以及藍光強度訊號。處理模組40根據黃光強度訊號產生一黃色像素值、根據綠光強度訊號產生一綠色像素值、根據藍光強度訊號產生一藍色像素值、以及根據黃光強度訊號以及綠光強度訊號產生一紅色像素值。
於一些實施例中，處理模組40將黃光強度值減綠色像素值以產生紅色像素值。於一些實施例中，紅色像素值、綠色像素值、以及藍色像素值為範圍0至1023的整數。
紅色像素值對應於紅色、綠色像素值對應於綠色、且藍色像素值對應於藍色。處理模組40根據每一像素群組E1之綠色像素值、藍色像素值及紅色像素值產生像素值。因此，處理模組40可根據像素群組E1之像素值產生一影像。
第4圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。於一些實施例中，濾光單元20排列於一N x M陣列。N以及M為整數。於一些實施例中，N以及M為2至10的範圍之間。舉例而言，濾光單元20排列於一2 x 2、2 x 3、2 x 4、3 x 3、3 x 4、或是4 x 4陣列。
像素群組E1排列於一像素陣列。於此實施例中，像素群組E1包括四個濾光單元20。濾光單元20排列於一2 x 2陣列。於一些實施例中，像素群組E1包括兩個綠色濾光單元 20b、一個黃色濾光單元20a以及一個藍色濾光單元20c。綠色濾光單元20b排列於像素群組E1之兩相對角落。黃色濾光單元20a以及藍色濾光單元20c排列於像素群組E1之另外兩相對角落。
由於人眼對於綠色具有較高之敏感度，因此綠色濾光單元20b之數目大於黃色濾光單元20a的數目及/或藍色濾光單元20c的數目，可使影像感測器1所產生之影像的綠色具有更多的細節，進而增進了影像感測器1之影像品質。
第5圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。於此實施例中，像素群組E1包括兩個黃色濾光單元20a。黃色濾光單元20a排列於像素群組E1之兩相對角落，且綠色濾光單元20b以及藍色濾光單元20c排列於像素群組E1之另外兩相對角落。
由於黃色濾光單元20a的數目大於綠色濾光單元20b的數目及/或藍色濾光單元20c的數目，因此增進了影像中之紅色和綠色的品質。
第6圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。於一些實施例中，每一像素群組E1更包括一或多個強化濾光單元20。於此實施例中，強化濾光單元20d允許光束之紅外線組成通過。黃色濾光單元20a、綠色濾光單元20b、藍色濾光單元20c、以及強化濾光單元20d排列於一濾光陣列。因此，影像感測器1可為一光譜測量裝置。紅外線可經由強化濾光單元20d顯示於影像中。
第7圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元 20的俯視圖。於一些實施例中，強化濾光單元20d為一透明(clear)濾光單元。於一些實施例中，透明濾光單元20d由透明材質所製成，例如有機透明材料或是透明光阻。透明濾光單元20d允許光束通過。於一些實施例中，透明濾光單元20d並不過濾光束。
由於光束之紅光組成、綠光組成、以及藍光組成可通過透明濾光單元20d、因此於透明濾光單元20d下方之感測單元12所感測到光束的量增加了。此外，透明濾光單元20d下方之感測單元12之光敏度亦增加了。因此，處理模組40(如第1圖所示)可根據對應於透明濾光單元20d之強度訊號來調整對應於黃色、綠色、以及藍色濾光單元20a、20b、20c之黃光、綠光、以及藍光強度訊號的強度。因此，增進了影像感測器之光敏度。
第8圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。於第8圖中，為了清楚的目的僅繪製了一個像素群組E1。每一像素群組E1包括多個色彩群組E2。於一些實施例中，色彩群組E2排列於一色彩陣列。於此實施例中，色彩陣列為一2 x 2陣列。
色彩群組E2包括色彩群組E21、E22、E23。色彩群組E21包括至少一個黃色濾光單元20a以及至少一個透明(clear)濾光單元20d。於此實施例中，色彩群組E21包括排列於一2 x 2陣列之兩個黃色濾光單元20a以及兩個透明濾光單元20d。因此增進了影像感測器1對應於光束之黃光組成的光敏度。
色彩群組E22包括至少一個綠色濾光單元20b以及 至少一個透明濾光單元20d。於此實施例中，色彩群組E22包括排列於一2 x 2陣列之兩個綠色濾光單元20b以及兩個透明濾光單元20d。因此，增進了影像感測器1對應於光束之綠光組成之光敏度。再者，由於像素群組E1包括至少兩個色彩群組E22，進一步增強了影像感測器1對於綠光組成之光敏度。
色彩群組E23包括至少一個藍色濾光單元20c以及至少一個透明濾光單元20d。於此實施例中，色彩群組E23包括排列於一2 x 2陣列之兩個藍色濾光單元20以及兩個透明濾光單元20d。因此，增進了影像感測器1對應於光束之藍光組成之光敏度。
第9圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。色彩群組E2包括色彩群組E22、E24。色彩群組E24包括至少一個黃色濾光單元20a、至少一個藍色濾光單元20c以及至少兩個透明濾光單元20d。於此實施例中，色彩群組E24包括一個黃色濾光單元20a、一個藍色濾光單元20c、以及兩個透明濾光單元20d。
第10圖為根據本揭露之一些實施例中之濾光單元20的俯視圖。色彩群組E2包括色彩群組E25、E26。色彩群組E25包括至少一個黃色濾光單元20a、至少一個綠色濾光單元20b以及至少一個透明濾光單元20d。於此實施例中，色彩群組E25包括一個黃色濾光單元20a、一個綠色濾光單元20b以及兩個透明濾光單元20d。
色彩群組E26包括至少一個藍色濾光單元20c、至少一個綠色濾光單元20b以及至少一個透明濾光單元20d。於此 實施例中，色彩群組E25包括一個藍色濾光單元20c、一個綠色濾光單元20b以及兩個透明濾光單元20d。
綜上所述，於習知之影像感測器中的紅色濾光單元被置換為黃色濾光單元。黃色濾光單元允許光束之綠光組成及紅光組成通過，且黃色、綠色以及藍色濾光單元符合人眼之錐狀細胞的光譜。因此改進了影像感測器之光敏度與影像品質。
本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧影像感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧基材
12、12a、12b、12c‧‧‧感測單元
13‧‧‧鈍化層
20‧‧‧濾光單元
20a‧‧‧黃色濾光單元
20b‧‧‧綠色濾光單元
20c‧‧‧藍色濾光單元
30‧‧‧微透鏡
40‧‧‧處理模組
E1‧‧‧像素群組
P1‧‧‧參考平面

Claims (11)

  1. 一種影像感測器，包括：一感測層，用以感測一光束；以及複數個像素群組，其中每一該等像素群組包括：一黃色濾光單元，允許該光束之一綠光組成以及一紅光組成通過；一綠色濾光單元，允許該光束之該綠光組成通過；以及一藍色濾光單元，允許該光束之一藍光組成通過。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該等像素群組不包括一紅色濾光單元，其允許該光束之該紅光組成通過，並且止擋該光束之該綠光組成以及該藍光組成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該黃色濾光單元、該綠色濾光單元、以及該藍色濾光單元沿一直線排列。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中每一該等像素群組更包括一強化濾光單元，且該黃色濾光單元、該綠色濾光單元、該藍色濾光單元、以及該強化濾光單元排列於一濾光陣列。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之影像感測器，其中該強化濾光單元允許該光束之一紅外線組成通過。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之影像感測器，其中該強化濾光單元為一透明濾光單元，其允許該光束之該紅光組成、該綠光組成、以及該藍光組成通過。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該黃色濾 光單元為一高通濾波器，允許該光束長於一特定波長之波長通過，且該特定波長定義為於470nm至540nm的範圍之間的一50%透光率波長。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器，其中該綠色濾光單元為一帶通濾波器，允許該光束之一綠光波段通過，且該綠光波段之一短50%透光率波長，等於或是短於該黃色濾光單元之該特定波長。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該感測層包括：一第一感測單元，設置於該黃色濾光單元之下，且用以根據通過該黃色濾光單元且照射於該第一感測單元之該光束產生一黃光強度訊號；以及一第二感測單元，設置於該綠色濾光單元之下，且用以根據通過該綠色濾光單元並照射於其上之該光束產生一綠光強度訊號；其中一紅色像素值根據該黃光強度訊號以及該綠光強度訊號產生。
  10. 一種影像感測器，包括：一感測層，用以感測一光束；以及複數個像素群組，其中每一該等像素群組包括：一第一色彩群組，包括一黃色濾光單元，其允許該光束之一綠光組成以及一紅光組成通過、以及一第一透明濾光單元，其允許該光束之紅光組成、該綠光組成、以及一藍光組成通過； 一第二色彩群組，包括一綠色濾光單元，其允許該光束之該綠光組成通過、以及一第二透明濾光單元，其允許該光束之該紅光組成、該綠光組成、以及該藍光組成通過；以及一第三色彩群組，包括一藍色濾光單元，其允許該光束之該藍光組成通過、以及一第三透明濾光單元，其允許該光束之該紅光組成、該綠光組成、以及該藍光組成通過。
  11. 一種影像感測器，包括：一感測層，用以感測一光束；複數個像素群組，排列於一像素陣列，其中每一該等像素群組包括：一第一色彩群組，包括一黃色濾光單元，其允許該光束之一綠光組成以及一紅光組成通過、以及複數個第一透明濾光單元，其允許該光束之該紅光組成、該綠光組成、以及一藍光組成通過，其中該黃色濾光單元以及該等第一透明濾光單元排列於一第一濾光陣列；一第二色彩群組，包括一綠色濾光單元，其允許該光束之該綠光組成通過、以及複數個第二透明濾光單元，其允許該光束之該紅光組成、該綠光組成、以及該藍光組成通過，其中該綠色濾光單元以及該等第二透明濾光單元排列於一第二濾光陣列；以及一第三色彩群組，包括一藍色濾光單元，其允許該光束之該藍光組成通過、以及複數個第三透明濾光單元，其允許該光束之該紅光組成、該綠光組成以及該藍光組成通過， 其中該藍色濾光單元以及該等第三透明濾光單元排列於一第三濾光陣列，其中該等像素群組並不包括一紅色濾光單元，且該紅色濾光單元允許該光束之該紅光組成通過，以及止擋該光束之該綠光組成以及該藍光組成。
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