TW202018908A - 具有共享一個光電二極體的雙色濾色器的影像感測器 - Google Patents

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趙民洙
曺成旭
金允璟
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Abstract

一種具有複數組像素的影像感測器被揭示，各組像素包括：按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第三影像檢測濾色器集合和相位差檢測濾色器集合。該相位差檢測濾色器集合包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第四相位差檢測濾色器對。第一至第四相位差檢測濾色器對分別包括定位在第一至第四相位差檢測濾色器對中的每一對的左側的第一至第四左相位差檢測濾色器以及定位在第一至第四相位差檢測濾色器對中的每一對的右側的第一至第四右相位差檢測濾色器。

Description

具有共享一個光電二極體的雙色濾色器的影像感測器
示例性實施方式提供了影像感測器，更具體地，提供了一種影像感測器的像素佈局。
最近，隨著資訊和通訊技術的發展以及影像資訊的數位化，越來越多的電子裝置（例如，數位相機、攝影機、個人通訊系統（PCS）、遊戲機、安全相機和醫療微型相機）現在配備有影像感測器。影像感測器被製造為具有自動聚焦功能，其允許影像感測器分析以各種角度入射的光的相位以自動地調節焦點。通常，為了自動聚焦功能，光電二極體被光學不透明圖案至少部分地覆蓋。因此，光電二極體所接收的光量的減少可影響自動聚焦功能的靈敏度和性能。
除了別的以外，本專利文獻提供了影像感測器的設計，其包括共享一個光電二極體的雙色濾色器以實現自動聚焦功能，從而具有改進的光靈敏度和增強的自動聚焦功能。
另外，本專利文獻提供了一種影像感測器，其中雙色濾色器共享一個光電二極體，從而在改進加工裕度的同時增加吸收比。
在實施方式中，一種影像感測器具有複數組像素，各組像素可包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第三影像檢測濾色器集合和相位差檢測濾色器集合。相位差檢測濾色器集合包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第四相位差檢測濾色器對。第一至第四相位差檢測濾色器對分別包括定位在第一至第四相位差檢測濾色器對中的每一對的左側的第一至第四左相位差檢測濾色器以及定位在第一至第四相位差檢測濾色器對中的每一對的右側的第一至第四右相位差檢測濾色器。
第一至第四左相位差檢測濾色器可包括兩個綠色濾色器、一個藍色濾色器和一個紅色濾色器。
第一至第四右相位差檢測濾色器可包括兩個綠色濾色器、一個藍色濾色器和一個紅色濾色器。
影像感測器還可包括：第一至第三影像檢測光電二極體集合，其分別與第一至第三影像檢測濾色器集合交疊；以及相位差檢測光電二極體集合，其與相位差檢測濾色器集合交疊。第一影像檢測光電二極體集合包括四個第一單元影像檢測光電二極體，第二影像檢測光電二極體集合包括四個第二單元影像檢測光電二極體，第三影像檢測光電二極體集合包括四個第三單元影像檢測光電二極體。
相位差檢測光電二極體集合可包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第四相位差檢測光電二極體，並且第一至第四相位差檢測濾色器對分別與第一至第四相位差檢測光電二極體交疊。
第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器可共享第一相位差檢測光電二極體，第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器可共享第二相位差檢測光電二極體，第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器可共享第三相位差檢測光電二極體，第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器共享第四相位差檢測光電二極體。
第一至第三影像檢測濾色器集合中的每一個可包括一個合併濾色器。第一影像檢測光電二極體集合的第一單元影像檢測光電二極體可共享第一影像檢測濾色器集合的合併濾色器。第二影像檢測光電二極體集合的第二單元影像檢測光電二極體可共享第二影像檢測濾色器集合的合併濾色器。第三影像檢測光電二極體集合的第三單元影像檢測光電二極體可共享第三影像檢測濾色器集合的合併濾色器。
影像感測器還可包括分別與第一至第三影像檢測濾色器集合交疊的第一至第三影像檢測微透鏡集合；以及與相位差檢測濾色器集合交疊的相位差檢測微透鏡集合。第一影像檢測微透鏡集合可包括四個第一單元影像檢測微透鏡。第二影像檢測微透鏡集合可包括四個第二單元影像檢測微透鏡。第三影像檢測微透鏡集合可包括四個第三單元影像檢測微透鏡。
相位差檢測微透鏡集合可包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第四相位差檢測微透鏡，並且第一至第四相位差檢測濾色器對分別與第一至第四相位差檢測微透鏡交疊。
第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器可共享第一相位差檢測微透鏡。第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器可共享第二相位差檢測微透鏡。第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器共享第三相位差檢測微透鏡。第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器共享第四相位差檢測微透鏡。
在實施方式中，一種影像感測器可包括：按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第三影像檢測濾色器集合和相位差檢測濾色器集合；以及分別與第一至第三影像檢測濾色器集合和相位差檢測濾色器集合交疊的第一至第三影像檢測光電二極體集合和相位差檢測光電二極體集合，其中，相位差檢測濾色器集合包括：具有第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器的第一相位差檢測濾色器對；具有第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器的第二相位差檢測濾色器對；具有第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器的第三相位差檢測濾色器對；以及具有第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器的第四相位差檢測濾色器對，其中，第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，並且第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器具有不同的顏色。
第一相位差檢測濾色器對和第二相位差檢測濾色器對可在第一方向上彼此相鄰，第三相位差檢測濾色器對和第四相位差檢測濾色器對在第一方向上彼此相鄰，第一相位差檢測濾色器對和第四相位差檢測濾色器對在與第一方向垂直的第二方向上彼此相鄰，第二相位差檢測濾色器對和第三相位差檢測濾色器對在第二方向上彼此相鄰。
第一左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器可具有相同的顏色。
第三右相位差檢測濾色器和第四左相位差檢測濾色器可具有相同的顏色。
第一左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器可具有相同的顏色。
第二左相位差檢測濾色器、第三左相位差檢測濾色器和相鄰的第三影像檢測濾色器集合可具有相同的顏色。
在另一實施方式中，一種影像感測器可包括：按照具有行和列的矩陣佈置的第一至第四相位差檢測光電二極體；與第一相位差檢測光電二極體交疊的第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器；與第二相位差檢測光電二極體交疊的第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器；與第三相位差檢測光電二極體交疊的第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器；以及與第四相位差檢測光電二極體交疊的第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器。
第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器可具有不同的顏色，第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器具有不同的顏色。
第一至第四左相位差檢測濾色器中的一個和第一至第四右相位差檢測濾色器中的一個可透射第一顏色，第一至第四左相位差檢測濾色器中的一個和第一至第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第二顏色，第一至第四左相位差檢測濾色器中的一個和第一至第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第三顏色，第一至第四左相位差檢測濾色器中的一個和第一至第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第四顏色。
影像感測器還可包括：第一相位差檢測微透鏡，其與第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器交疊，使得第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器共享第一相位差檢測微透鏡；第二相位差檢測微透鏡，其與第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器交疊，使得第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器共享第二相位差檢測微透鏡；第三相位差檢測微透鏡，其與第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器交疊，使得第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器共享第三相位差檢測微透鏡；以及第四相位差檢測微透鏡，其與第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器交疊，使得第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器共享第四相位差檢測微透鏡。
相關申請案的交叉引用： 本申請案請求2018年10月31日提交的韓國專利申請No. 10-2018-0132181的優先權和權益，其整體透過引用併入本文。
本說明書中所使用的術語僅用於描述實施方式，而非限制本揭示文件。在本說明書中，除非相反地指出，否則單數形式的術語可包括複數形式。本說明書中所使用的「包括」和「包含」的含義指定組件、步驟、操作和/或元件，但不排除一個或更多個其它組件、步驟、操作和/或元件的存在或添加。
當一個元件被稱為「連接到」或「耦接到」另一元件時，其可指示前一元件直接連接或耦接到後一元件，或者另一元件插入在二者間。另一方面，當一個元件被稱為「直接連接到」或「直接耦接到」另一元件時，其可指示二者間沒有插入元件。此外，「和/或」包括所描述的各個項及其一個或更多個組合。
作為空間相對術語，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」和「上」的術語可用於容易地描述如圖式所示的一個元件或複數個組件與另一元件或其它組件之間的相關性。這些空間相對術語應該被理解為除了圖式所示的方向之外包括在使用或操作期間元件的不同方向的術語。例如，當圖式所示的元件翻轉時，被稱為在另一元件「下面」或「下方」的元件可被置於另一元件上方。
此外，將參照截面圖和/或平面圖來描述所揭示的技術的實施方式，其作為示例示出和描述，而非限制。在圖式中，層和區域的尺寸可能被誇大以有效地描述技術內容。因此，可根據製造技術和/或允許誤差來修改示例圖的形狀。因此，所揭示的技術的實施方式可不限於圖式所示的特定形狀，而是包括根據製造工序而創建的其它形狀。例如，直角區域可被修改為圓形形狀或具有特定曲率。因此，圖式所示的區域本質上是示意性的，其形狀並非旨在示出元件的精確形狀，也非旨在限制所揭示的技術的範圍。
貫穿本說明書，相似的標號表示相似的元件。因此，儘管相同或相似的標號未在對應圖中提及或描述，但這些標號可參照其它圖來描述。此外，儘管元件未由標號表示，但這些元件可參照其它圖來描述。
成像像素的成像感測器陣列可用於將不同成像像素上所接收的入射光轉換為電荷或信號以表示入射光中承載的影像。成像像素可以是形成在基板上的半導體光電感測器，例如CMOS感測器。各個成像像素可由感光元件實現，例如光電二極體、光電電晶體、光閘或者能夠將光轉換為像素信號（例如，電荷、電壓或電流）的其它光敏電路。在諸如數位相機的成像裝置中，提供常常包括一組相機鏡頭的相機鏡頭系統以捕獲從目標對象或場景入射到成像感測器陣列上的光，並且形成在成像感測器陣列中的成像像素上方的像素光學結構用於從相機鏡頭系統接收入射光並將所接收的入射光分成至各個成像像素的各個像素光束。在許多成像裝置中，形成在成像像素上方的像素光學結構可包括空間上與成像感測器陣列中的成像像素對應的微透鏡陣列以改進光學收集效率，並且還可包括被放置為空間上與成像像素對應的光學濾色器以用於捕獲影像的顏色資訊。本專利文獻中的一些具體示例示出彩色成像像素的像素佈置，其中紅色像素標記為「R」，綠色像素標記為「G」，藍色像素標記為「B」。
圖1是示意性地示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器800的示例的方塊圖。參照圖1，影像感測器800可包括像素陣列810、相關雙採樣器（correlated double sampler, CDS）820、類比數位轉換器（analog-digital converter, ADC）830、緩衝器840、列驅動器850、定時產生器860、控制暫存器870和斜坡信號產生器880。
像素陣列810可包括按照矩陣結構佈置的複數個像素塊815。各個像素塊815可將光學影像資訊（例如，入射光光子）轉換為電影像信號，並透過行線將電影像信號傳送至CDS 820。各個像素塊815可耦接到複數條列線中的一條和複數條行線中的一條。像素塊815可包括用於表現顏色的一般像素以及用於檢測光的相位差的相位差檢測像素。
CMOS影像感測器可使用相關雙採樣（CDS）以透過對像素信號採樣兩次以使得在這兩個樣本之間得到差來去除像素的偏移值。在所揭示的技術的實施方式中，相關雙採樣（CDS）可透過比較光入射在像素上之前和光入射在像素上之後獲得的像素信號（像素輸出電壓）來去除像素的偏移值，以使得實際上僅測量基於入射光的像素信號。CDS 820可暫時儲存並採樣從像素陣列810的像素塊815接收的電影像信號。例如，CDS 820可根據從定時產生器860提供的時脈信號來對基準電壓位準和所接收的電影像信號的電壓位準進行採樣，並將與其差對應的類比信號傳送至ADC 830。
ADC 830可將所接收的類比信號轉換為數位信號，並將數位信號傳送至緩衝器840。
緩衝器840可保持或鎖存所接收的數位信號，並將鎖存的信號依序輸出到外部影像信號處理器。緩衝器840可包括用於保持或鎖存數位信號的記憶體以及用於放大數位信號的感測放大器。
列驅動器850可根據定時產生器860的信號來驅動像素陣列810的複數個像素塊815。例如，列驅動器850可產生用於選擇複數條列線當中的一條列線的選擇信號和/或用於驅動一條列線的驅動信號。
定時產生器860可產生用於控制CDS 820、ADC 830、列驅動器850和斜坡信號產生器880的定時信號。
控制暫存器870可產生用於控制緩衝器840、定時產生器860和斜坡信號產生器880的控制信號。
斜坡信號產生器880可在定時產生器860的控制下產生要用於將類比信號（例如，從緩衝器840輸出的電影像信號）轉換為數位信號的斜坡信號。
圖2示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器800的像素陣列810內的像素塊的光電二極體陣列PDA，圖3示出濾色器陣列CFA，圖4是概念上示出微透鏡陣列MLA的佈局。
影像感測器包括專用於影像感測的影像檢測像素。在一些實現方式中，除了影像檢測像素之外，具有相位檢測自動聚焦（phase detection autofocus, PDAF）的影像感測器還具有專用於相位差檢測的複數個相位差檢測像素。在本專利文獻中，影像檢測像素中的感光元件以及在感光元件頂部的濾色器分別被稱為影像檢測光電二極體和影像檢測濾色器，相位差檢測像素中的感光元件和濾色器分別被稱為相位差檢測光電二極體和相位差檢測濾色器。
參照圖2，光電二極體陣列PDA可具有矩陣結構，其中第一影像檢測光電二極體集合PD1被定位在第一象限方向上，第二影像檢測光電二極體集合PD2被定位在第二象限方向上，第三影像檢測光電二極體集合PD3被定位在第三象限方向上，並且相位差檢測光電二極體集合PPD被定位在第四象限方向上。
第一影像檢測光電二極體集合PD1可包括分別設置在第一至第四象限方向上的第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14。第二影像檢測光電二極體集合PD2可包括分別設置在第一至第四象限方向上的第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24。第三影像檢測光電二極體集合PD3可包括分別設置在第一至第四象限方向上的第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34。
相位差檢測光電二極體集合PPD可包括分別設置在第一至第四象限方向上的第一單元相位差檢測光電二極體PPD1至第四單元相位差檢測光電二極體PPD4。第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14、第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24和第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34以及單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4可彼此光學隔離。例如，可在第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14、第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24和第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34以及單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4之間形成諸如深溝槽隔離（deep trench isolation, DTI）區域或P型離子注入區域的光學隔離區域。
參照圖3，濾色器陣列CFA可具有矩陣結構，其中第一影像檢測濾色器集合CF1被定位在第一象限方向上，第二影像檢測濾色器集合CF2被定位在第二象限方向上，第三影像檢測濾色器集合CF3被定位在第三象限方向，並且相位差檢測濾色器集合PCF被定位在第四象限方向上。
相位差檢測濾色器集合PCF可包括定位在第一象限方向上的第一相位差檢測濾色器對PCF1L和PCF1R、定位在第二象限方向上的第二相位差檢測濾色器對PCF2L和PCF2R、定位在第三象限方向上的第三相位差檢測濾色器對PCF3L和PCF3R以及定位在第四象限方向上的第四相位差檢測濾色器對PCF4L和PCF4R。第一相位差檢測濾色器對PCF1L和PCF1R可包括第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二相位差檢測濾色器對PCF2L和PCF2R可包括第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三相位差檢測濾色器對PCF3L和PCF3R可包括第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四相位差檢測濾色器對PCF4L和PCF4R可包括第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第四右相位差檢測濾色器PCF4R。在本專利文獻中，術語「左相位差檢測濾色器」和「右相位差檢測濾色器」指示部分地覆蓋單元相位差檢測光電二極體的濾色器。「左」相位差檢測濾色器可指示位於單元相位差檢測光電二極體的一個部分上的濾色器，「右」相位差檢測濾色器可指示位於單元相位差檢測光電二極體的另一部分上的另一濾色器。例如，「左」相位差檢測濾色器可指示位於單元相位差檢測光電二極體的一半上的濾色器，「右」相位差檢測濾色器可指示位於單元相位差檢測光電二極體的另一半上的另一濾色器。
在本實施方式中，第一影像檢測濾色器集合CF1至第三影像檢測濾色器集合CF3中的每一個可以是具有相同顏色的一個合併濾色器。在另一實施方式中，第一影像檢測濾色器集合CF1至第三影像檢測濾色器集合CF3中的每一個可包括具有相同顏色的四個濾色器。第一影像檢測濾色器集合CF1至第三影像檢測濾色器集合CF3、第一左相位差檢測濾色器PCF1L、第一右相位差檢測濾色器PCF1R、第二左相位差檢測濾色器PCF2L、第二右相位差檢測濾色器PCF2R、第三左相位差檢測濾色器PCF3L、第三右相位差檢測濾色器PCF3R、第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第四右相位差檢測濾色器PCF4R可透過網格彼此光學和/或物理隔離。該網格示出於圖9A至圖9C中。在另一實施方式中，第一影像檢測濾色器集合CF1至第三影像檢測濾色器集合CF3中的每一個內的四個濾色器也可透過網格彼此隔離。
參照圖4，像素塊的微透鏡陣列MLA可具有矩陣結構，其中第一影像檢測微透鏡集合ML1被定位在第一象限方向上，第二影像檢測微透鏡集合ML2被定位在第二象限方向上，第三影像檢測微透鏡集合ML3被定位在第三象限方向上，並且相位差檢測微透鏡集合PML被定位在第四象限方向上。
第一影像檢測微透鏡集合ML1可包括分別定位在第一至第四象限方向上的第一單元影像檢測微透鏡ML11~ML14，第二影像檢測微透鏡集合ML2可包括分別定位在第一至第四象限方向上的第二單元影像檢測微透鏡ML21~ML24，第三影像檢測微透鏡集合ML3可包括分別定位在第一至第四象限方向上的第三單元影像檢測微透鏡ML31~ML34，並且相位差檢測微透鏡集合PML可包括分別定位在第一至第四象限方向上的第一至第四單元相位差檢測微透鏡PML1~PML4。
圖5是示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器的像素塊的濾色器陣列CFA的佈局。參照圖5，像素塊的濾色器陣列CFA可具有矩陣結構，其中第一影像檢測濾色器集合CF1被定位在第一象限方向上，第二影像檢測濾色器集合CF2被定位在第二象限方向上，第三影像檢測濾色器集合CF3被定位在第三象限方向上，相位差檢測濾色器集合PCF被定位在第四象限方向上。與圖3所示的濾色器陣列CFA相比，第一影像檢測濾色器集合CF1可包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一單元影像檢測濾色器CF11~CF14，第二影像檢測濾色器集合CF2可包括按照具有行和列的矩陣佈置的第二單元影像檢測濾色器CF21~CF24，第三影像檢測濾色器集合CF3可包括按照具有行和列的矩陣佈置的第三單元影像檢測濾色器CF31~CF34。第一單元影像檢測濾色器CF11~CF14可具有相同的顏色，第二單元影像檢測濾色器CF21~CF24可具有相同的顏色，第三單元影像檢測濾色器CF31~CF34可具有相同的顏色。這裡未描述的組件將能夠參照圖3來理解。
第一單元影像檢測濾色器CF11~CF14、第二單元影像檢測濾色器CF21~CF24和第三單元影像檢測濾色器CF31~CF34、第一左相位差檢測濾色器PCF1L、第一右相位差檢測濾色器PCF1R、第二左相位差檢測濾色器PCF2L、第二右相位差檢測濾色器PCF2R、第三左相位差檢測濾色器PCF3L、第三右相位差檢測濾色器PCF3R、第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第四右相位差檢測濾色器PCF4R可透過網格彼此光學和/或物理隔離。該網格示出於圖9A至圖9C中。
圖6A是示出圖2所示的光電二極體陣列PDA、圖3所示的濾色器陣列CFA和圖4所示的微透鏡陣列MLA重疊的概念佈局。在一些實現方式中，微透鏡陣列MLA被設置在濾色器陣列CFA上方，並且濾色器陣列CFA被設置在光電二極體陣列PDA上方。這樣，微透鏡陣列MLA、濾色器陣列CFA和光電二極體陣列PDA可彼此交疊。參照圖6A，第一影像檢測光電二極體集合PD1、第一影像檢測濾色器集合CF1和第一影像檢測微透鏡集合ML1可彼此交疊，第二影像檢測光電二極體集合PD2、第二影像檢測濾色器集合CF2和第二影像檢測微透鏡集合ML2可彼此交疊，第三影像檢測光電二極體集合PD3、第三影像檢測濾色器集合CF3和第三影像檢測微透鏡集合ML3可彼此交疊，相位差檢測光電二極體集合PPD、相位差檢測濾色器集合PCF和相位差檢測微透鏡集合PML可彼此交疊。
具體地，四個第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14、第一影像檢測濾色器集合CF1和四個第一單元影像檢測微透鏡ML11~ML14可彼此交疊，四個第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24、第二影像檢測濾色器集合CF2和四個第二單元影像檢測微透鏡ML21~ML24可彼此交疊，四個第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34、第三影像檢測濾色器集合CF3和四個第三單元影像檢測微透鏡ML31~ML34可彼此交疊，四個單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4、八個單元相位差檢測濾色器（單元相位差檢測濾色器PCF1L、單元相位差檢測濾色器PCF1R、單元相位差檢測濾色器PCF2L、單元相位差檢測濾色器PCF2R、單元相位差檢測濾色器PCF3L、單元相位差檢測濾色器PCF3R、單元相位差檢測濾色器PCF4L和單元相位差檢測濾色器PCF4R）和四個單元相位差檢測微透鏡PML1~PML4可彼此交疊。
更具體地，四個第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14和四個第一單元影像檢測微透鏡ML11~ML14可疊加以共享第一影像濾色器集合CF1，四個第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24和四個第二單元影像檢測微透鏡ML21~ML24可疊加以共享第二影像濾色器集合CF2，四個第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34和四個第三單元影像檢測微透鏡ML31~ML34可疊加以共享第三影像濾色器集合CF3。因此，四個第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14可接受相同顏色的光，四個第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24可接受相同顏色的光，四個第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34可接受相同顏色的光。第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14、第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24和第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34中的每一個與第一單元影像檢測微透鏡ML11~ML14、第二單元影像檢測微透鏡ML21~ML24和第三單元影像檢測微透鏡ML31~ML34中的每一個可按照一對一關係交疊。
第一單元相位差檢測光電二極體PPD1、第一相位差檢測濾色器對PCF1L和PCF1R以及第一單元相位差檢測微透鏡PML1可彼此交疊，第二單元相位差檢測光電二極體PPD2、第二相位差檢測濾色器對PCF2L和PCF2R以及第二單元相位差檢測微透鏡PML2可彼此交疊，第三單元相位差檢測光電二極體PPD3、第三相位差檢測濾色器對PCF3L和PCF3R以及第三單元相位差檢測微透鏡PML3可彼此交疊，第四單元相位差檢測光電二極體PPD4、第四相位差檢測濾色器對PCF4L和PCF4R以及第四單元相位差檢測微透鏡PML4可彼此交疊。例如，第一相位差檢測濾色器對PCF1L和PCF1R可共享第一單元相位差檢測光電二極體PPD1和第一單元相位差檢測微透鏡PML1，第二相位差檢測濾色器對PCF2L和PCF2R可共享第二單元相位差檢測光電二極體PPD2和第二單元相位差檢測微透鏡PML2，第三相位差檢測濾色器對PCF3L和PCF3R可共享第三單元相位差檢測光電二極體PPD3和第三單元相位差檢測微透鏡PML3，第四相位差檢測濾色器對PCF4L和PCF4R可共享第四單元相位差檢測光電二極體PPD4和第四單元相位差檢測微透鏡PML4。
圖6B是示出圖2所示的光電二極體陣列PDA、圖5所示的濾色器陣列CFA和圖4所示的微透鏡陣列MLA重疊的概念佈局。具體地，參照圖6B，四個第一單元影像檢測光電二極體PD11~PD14、四個第一影像檢測濾色器CF11~CF14和四個第一單元影像檢測微透鏡ML11~ML14可彼此交疊，四個第二單元影像檢測光電二極體PD21~PD24、四個第二影像檢測濾色器CF21~CF24和四個第二單元影像檢測微透鏡ML21~ML24可彼此交疊，四個第三單元影像檢測光電二極體PD31~PD34、四個第三影像檢測濾色器CF31~CF34和四個第三單元影像檢測微透鏡ML31~ML34可彼此交疊，四個單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4、八個單元相位差檢測濾色器（單元相位差檢測濾色器PCF1L、單元相位差檢測濾色器PCF1R、單元相位差檢測濾色器PCF2L、單元相位差檢測濾色器PCF2R、單元相位差檢測濾色器PCF3L、單元相位差檢測濾色器PCF3R、單元相位差檢測濾色器PCF4L和單元相位差檢測濾色器PCF4R）以及四個單元相位差檢測微透鏡PML1~PML4可彼此交疊。
圖7A至圖7E示出基於所揭示的技術的一些實施方式的相位差檢測濾色器集合PCFa~PCFe的顏色佈置。參照圖7A至圖7C，相位差檢測濾色器集合PCFa~PCFe中的每一個可包括定位在第一象限方向上的第一相位差檢測濾色器對PCF1P、定位在第二象限方向上的第二相位差檢測濾色器對PCF2P、定位在第三象限方向上的第三相位差檢測濾色器對PCF3P以及定位在第四象限方向上的第四相位差檢測濾色器對PCF4P。
參照圖7A，第一相位差檢測濾色器對PCF1P可具有第一顏色C1的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二顏色C2的第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二相位差檢測濾色器對PCF2P可具有第三顏色C3的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第四顏色C4的第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三相位差檢測濾色器對PCF3P可具有第四顏色C4的第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第三顏色C3的第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四相位差檢測濾色器對PCF4P可具有第二顏色C2的第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第一顏色C1的第四右相位差檢測濾色器PCF4R。如箭頭所指示，具有相同顏色的相位差檢測濾色器PCF1L和相位差檢測濾色器PCF4R、相位差檢測濾色器PCF1R和相位差檢測濾色器PCF4L、相位差檢測濾色器PCF2L和相位差檢測濾色器PCF3R以及相位差檢測濾色器PCF2R和相位差檢測濾色器PCF3L可佈置在對角方向上以具有X形佈置。
參照圖7B，第一相位差檢測濾色器對PCF1P可具有第四顏色C4的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第一顏色C1的第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二相位差檢測濾色器對PCF2P可具有第三顏色C3的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第四顏色C4的第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三相位差檢測濾色器對PCF3P可具有第二顏色C2的第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第三顏色C3的第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四相位差檢測濾色器對PCF4P可具有第一顏色C1的第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第二顏色C2的第四右相位差檢測濾色器PCF4R。例如，具有第一顏色C1的相位差檢測濾色器PCF1R和相位差檢測濾色器PCF4L可在對角方向上對稱地佈置，具有第三顏色C3的相位差檢測濾色器PCF2L和相位差檢測濾色器PCF3R可在對角方向上對稱地佈置。具有第二顏色C2的相位差檢測濾色器PCF3L和相位差檢測濾色器PCF4R可彼此間隔開，具有第四顏色C4的相位差檢測濾色器PCF1L和相位差檢測濾色器PCF2R可彼此相鄰設置。
在列方向上彼此相鄰佈置並具有相同的顏色C4的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R可彼此集成。例如，如虛線所指示，第一左相位差檢測濾色器PCF1和第二右相位差檢測濾色器PCF2R之間的邊界或網格可被省略。此外，當第一顏色C1和第三顏色C3是相同的顏色（例如，綠色（G））時，在列方向上彼此相鄰設置的第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L也可彼此集成。例如，如虛線所指示，第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L之間的邊界或網格可被省略。
參照圖7C，第一相位差檢測濾色器對PCF1P可具有第一顏色C1的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二顏色C2的第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二相位差檢測濾色器對PCF2P可具有第二顏色C2的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第三顏色C3的第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三相位差檢測濾色器對PCF3P可具有第三顏色C3的第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第四顏色C4的第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四相位差檢測濾色器對PCF4P可具有第四顏色C4的第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第一顏色C1的第四右相位差檢測濾色器PCF4R。圖7B的相位差檢測濾色器集合PCFb和圖7C的相位差檢測濾色器集合PCFc可具有水平對稱形狀或鏡像佈置方式。例如，具有第一顏色C1的相位差檢測濾色器PCF1L和相位差檢測濾色器PCF4R與具有第三顏色C3的相位差檢測濾色器PCF2R~PCF3L可在對角方向上對稱地佈置，具有第四顏色C4的相位差檢測濾色器PCF3R和相位差檢測濾色器PCF4L可彼此相鄰佈置，具有第二顏色C2的相位差檢測濾色器PCF1R和相位差檢測濾色器PCF2L可彼此間隔開。
在列方向上彼此相鄰佈置並具有相同的顏色C4的第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L可彼此集成。此外，當第一顏色C1和第三顏色C3是相同的顏色（例如，綠色（G））時，在列方向上彼此相鄰佈置的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R也可彼此集成。例如，如虛線所指示，第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R之間的邊界或網格以及第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L之間的邊界或網格可被省略。
參照圖7D，第一相位差檢測濾色器對PCF1P可具有第四顏色C4的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第一顏色C1的第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二相位差檢測濾色器對PCF2P可具有第三顏色C3的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第四顏色C4的第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三相位差檢測濾色器對PCF3P可具有第三顏色C3的第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第二顏色C2的第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四相位差檢測濾色器對PCF4P可具有第二顏色C2的第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第一顏色C1的第四右相位差檢測濾色器PCF4R。例如，具有第一顏色C1的相位差檢測濾色器PCF1R和相位差檢測濾色器PCF4L以及具有第三顏色C3的相位差檢測濾色器PCF2L和相位差檢測濾色器PCF3L可佈置在行方向上，具有第二顏色C2的相位差檢測濾色器PCF3R和相位差檢測濾色器PCF4L以及具有第四顏色C4的相位差檢測濾色器PCF1L和相位差檢測濾色器PCF2R可在列方向上彼此相鄰佈置。
在列方向上彼此相鄰佈置並具有相同的顏色C4的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R可彼此集成，並且在列方向上彼此相鄰佈置並具有相同的顏色C2的第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L可彼此集成。此外，在行方向上彼此相鄰佈置並具有相同的顏色C1的第一右相位差檢測濾色器PCF1R和第四右相位差檢測濾色器PCF4R也可彼此集成，並且在行方向上彼此相鄰佈置並具有相同的顏色C3的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第三左相位差檢測濾色器PCF3L也可彼此集成。例如，如虛線所指示，第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R之間的邊界或網格、第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L之間的邊界或網格、第一右相位差檢測濾色器PCF1R和第四右相位差檢測濾色器PCF4R之間的邊界或網格、以及第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第三左相位差檢測濾色器PCF3L之間的邊界或網格可被省略。
參照圖7E，第一相位差檢測濾色器對PCF1P可具有第一顏色C1的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第四顏色C4的第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二相位差檢測濾色器對PCF2P可具有第四顏色C4的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第一顏色C1的第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三相位差檢測濾色器對PCF3P可具有第二顏色C2的第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第三顏色C3的第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四相位差檢測濾色器對PCF4P可具有第三顏色C3的第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第二顏色C2的第四右相位差檢測濾色器PCF4R。例如，具有第一顏色C1的相位差檢測濾色器PCF1L和相位差檢測濾色器PCF2R以及具有第三顏色C3的相位差檢測濾色器PCF3R和相位差檢測濾色器PCF4L可在列方向上彼此相鄰佈置，具有第二顏色C2的相位差檢測濾色器PCF3L和相位差檢測濾色器PCF4R以及具有第四顏色C4的相位差檢測濾色器PCF1R和相位差檢測濾色器PCF2L可在列方向上彼此間隔開。
此外參照圖7B、圖7C和/或圖7D，當第一顏色C1和第三顏色C3是相同的顏色（例如，綠色（G））時，在列方向和/或行方向上彼此相鄰佈置的第一左相位差檢測濾色器PCF1L、第二右相位差檢測濾色器PCF2R、第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L可彼此集成。此外，如虛線所指示，第一左相位差檢測濾色器PCF1L、第二右相位差檢測濾色器PCF2R、第三右相位差檢測濾色器PCF3R和第四左相位差檢測濾色器PCF4L之間的邊界或網格可被省略。
在參照圖7A至圖7E描述的實施方式中，第一顏色C1和第三顏色C3可被設定為綠色，第二顏色C2可被設定為藍色，第四顏色C4可被設定為紅色。然而，顏色C1至顏色C4可改變以彼此兼容。
圖8是示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器的濾色器陣列CFA的佈局。例如，可舉例說明圖7D所示的相位差檢測濾色器集合PCFd。參照圖8，相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L、相位差檢測濾色器PCF2R、相位差檢測濾色器PCF3L、相位差檢測濾色器PCF3R、相位差檢測濾色器PCF4L和相位差檢測濾色器PCF4R當中的定位在列方向上的末端的第一右相位差檢測濾色器PCF1R、第二左相位差檢測濾色器PCF2L、第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第四右相位差檢測濾色器PCF4R可具有與相鄰的影像檢測濾色器CF3相同的顏色。在這種情況下，如虛線所指示，彼此相鄰的第一右相位差檢測濾色器PCF1R和第三影像檢測濾色器CF3之間的邊界或網格、彼此相鄰的第四右相位差檢測濾色器PCF4R和第三影像檢測濾色器CF3之間的邊界或網格、彼此相鄰的第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第三影像檢測濾色器CF3之間的邊界或網格、以及彼此相鄰的第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第三影像檢測濾色器CF3之間的邊界或網格可被省略。
圖9A是應用了圖7A所示的相位差檢測濾色器集合PCFa的圖6A的影像感測器800的像素塊的沿著圖6A的線I-I’截取的縱向橫截面圖，圖9B是沿著圖6A的線II-II’截取的縱向橫截面圖。
參照圖9A和圖9B，基於所揭示的技術的一些實施方式實現的影像感測器800的像素塊可包括形成在基板10中的第三影像檢測光電二極體PD31~PD34和相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4、形成在基板10上的網格圖案15、網格圖案15之間的影像檢測濾色器CF3和相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L、相位差檢測濾色器PCF2R、相位差檢測濾色器PCF3L、相位差檢測濾色器PCF3R、相位差檢測濾色器PCF4L和相位差檢測濾色器PCF4R、以及在濾色器CF3和相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L、相位差檢測濾色器PCF2R、相位差檢測濾色器PCF3L、相位差檢測濾色器PCF3R、相位差檢測濾色器PCF4L和相位差檢測濾色器PCF4R上的第三影像檢測微透鏡ML31~ML34和相位差檢測微透鏡PML1~PML4。
第三影像檢測光電二極體PD31~PD34與第三影像檢測微透鏡ML31~ML34可共享第三影像檢測濾色器CF3。因此，第三影像檢測光電二極體PD31~PD34可接受相同顏色的光。
相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4中的每一個與相位差檢測微透鏡PML1~PML4中的每一個可共享八個相位差檢測濾色器（相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L、相位差檢測濾色器PCF2R、相位差檢測濾色器PCF3L、相位差檢測濾色器PCF3R、相位差檢測濾色器PCF4L和相位差檢測濾色器PCF4R）中的兩個。例如，第一單元相位差檢測光電二極體PPD1和第一單元相位差檢測微透鏡PML1可共享第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第一右相位差檢測濾色器PCF1R，第二單元相位差檢測光電二極體PPD2和第二單元相位差檢測微透鏡PML2可共享第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R，第三單元相位差檢測光電二極體PPD3和第三單元相位差檢測微透鏡PML3可共享第三左相位差檢測濾色器PCF3L和第三右相位差檢測濾色器PCF3R，第四單元相位差檢測光電二極體PPD4和第四單元相位差檢測微透鏡PML4可共享第四左相位差檢測濾色器PCF4L和第四右相位差檢測濾色器PCF4R。因此，單元相位差檢測光電二極體PPD1~PD4中的每一個可接受兩種顏色的光。具體地，第一單元相位差檢測光電二極體PPD1可接受第一顏色C1的光和第二顏色C2的光，第二單元相位差檢測光電二極體PPD2可接受第三顏色C3的光和第四顏色C4的光，第三單元相位差檢測光電二極體PPD3可接受第三顏色C3的光和第四顏色C4的光，第四單元相位差檢測光電二極體PPD4可接受第一顏色C1的光和第二顏色C2的光。簡而言之，單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4中的每一個可一起接受兩種顏色的光。
在相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L、相位差檢測濾色器PCF2R、相位差檢測濾色器PCF3L、相位差檢測濾色器PCF3R、相位差檢測濾色器PCF4L和相位差檢測濾色器PCF4R當中，與第一單元相位差檢測光電二極體PPD1至第四單元相位差檢測光電二極體PPD4中的每一個交疊的兩個濾色器可不透過網格圖案15隔離，而是彼此直接接觸。
圖9C是應用了圖7D所示的相位差檢測濾色器集合PCFd的圖6A或圖8的影像感測器800的像素塊的沿著圖6A的線I-I’截取的縱向橫截面圖。參照圖9C，根據本實施方式的影像感測器800的像素塊可包括形成在基板10中的第三影像檢測光電二極體PD31~PD34和相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4、形成在基板10上的網格圖案15、在網格圖案15之間的影像檢測濾色器CF3和相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L和相位差檢測濾色器PCF2R、以及在影像檢測濾色器CF3和相位差檢測濾色器PCF1L、相位差檢測濾色器PCF1R、相位差檢測濾色器PCF2L和相位差檢測濾色器PCF2R上的第三影像檢測微透鏡ML31和第三影像檢測微透鏡ML32和相位差檢測微透鏡PML1和相位差檢測微透鏡PML2。當第三影像檢測濾色器CF3和第二左相位差檢測濾色器PCF2L具有相同的顏色G時，它們之間的網格圖案15可被省略。即，第三影像檢測濾色器CF3與第二左相位差檢測濾色器PCF2L之間的邊界可虛擬地存在。此外，當像素塊中彼此相鄰設置的第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R具有相同的顏色R或顏色B時，它們之間的網格圖案15可被省略。即，第一左相位差檢測濾色器PCF1L與第二右相位差檢測濾色器PCF2R之間的邊界可虛擬地存在。由於第一左相位差檢測濾色器PCF1L和第一右相位差檢測濾色器PCF1R具有不同的顏色，所以網格圖案15可設置在它們之間。此外，由於第二左相位差檢測濾色器PCF2L和第二右相位差檢測濾色器PCF2R也具有不同的顏色，所以網格圖案15可設置在它們之間。
當第一右相位差檢測濾色器PCF1R和相鄰的第三影像檢測濾色器CF3（未示出）具有相同的顏色G時，它們之間的網格圖案15可被省略。即，第一右相位差檢測濾色器PCF1R與相鄰的第三影像檢測濾色器CF3（未示出）之間的邊界可虛擬地存在。
圖10A至圖10C是示出取決於光入射的角度的相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4所接受的光的吸收比的曲線圖。參照圖7A、圖9A和圖9B，將描述第一顏色C1和第三顏色C3為綠色，第二顏色C2為藍色，並且第四顏色C4為紅色的情況。具體地，圖10A至圖10C是示出當綠光、藍光和紅光以各種角度入射在圖7A、圖9A和圖9B所示的相位差檢測濾色器集合PCFa上時的吸收比的曲線圖。
參照圖7A、圖9A、圖9B和圖10A，當綠光入射在單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4上（例如，第一顏色C1和第三顏色C3為綠色）時，單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4的吸收比可根據光入射角而改變。具體地，當綠光以負（-）入射角入射或從左上方入射時，由於能夠感測第一顏色C1和第三顏色C3的單元相位差檢測濾色器PCF3R和單元相位差檢測濾色器PCF4R被定位在其右側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD3和單元相位差檢測光電二極體PPD4可具有相對高的吸收比，並且由於能夠感測第一顏色C1和第三顏色C3的單元相位差檢測濾色器PCF1L和單元相位差檢測濾色器PCF2L被定位在其左側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD1和單元相位差檢測光電二極體PPD2可具有相對低的吸收比（參照曲線圖的左半部分，從-20度至0度）。另一方面，當綠光以正（+）入射角入射或從右上方入射時，由於能夠感測第一顏色C1和第三顏色C3的單元相位差檢測濾色器PCF1L和單元相位差檢測濾色器PCF2L被定位在其左側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD1和單元相位差檢測光電二極體PPD2可具有相對高的吸收比，並且由於能夠感測第一顏色C1和第三顏色C3的單元相位差檢測濾色器PCF3R和單元相位差檢測濾色器PCF4R被定位在其右側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD3和單元相位差檢測光電二極體PPD4可具有相對低的吸收比（參照曲線圖的右半部分，從0度至+20度）。
參照圖7A、圖9A、圖9B和圖10B，當藍光入射在單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4上時（例如，當第二顏色C2為藍色時），單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4的吸收比可根據光入射角而改變。具體地，當藍光以負（-）入射角入射或從左上方入射時，由於能夠感測第二顏色C2的濾色器被定位在其右側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD1可具有相對高的吸收比，並且由於能夠感測第二顏色C2的濾色器被定位在其左側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD4可具有相對低的吸收比（參照曲線圖的左半部分，從-20度至0度）。另一方面，當藍光以正（+）入射角入射或從右上方入射時，由於能夠感測第二顏色C2的濾色器被定位在其左側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD4可具有相對高的吸收比，並且由於能夠感測第二顏色C2的濾色器被定位在其右側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD1可具有相對低的吸收比（參照曲線圖的右半部分，從0度至+20度）。無法感測第二顏色C2的單元相位差檢測光電二極體PPD2和單元相位差檢測光電二極體PPD3具有可被忽略的相對低的吸收比差異。
參照圖7A、圖9A、圖9B和圖10C，當紅光入射在單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4上時（例如，當第二顏色C4為紅色時），單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4的吸收比可根據光入射角而改變。具體地，當紅光以負（-）入射角入射或從左上方入射時，由於能夠感測第四顏色C4的濾色器被定位在其右側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD2可具有相對高的吸收比，並且由於能夠感測第四顏色C4的濾色器被定位在其左側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD3可具有相對低的吸收比（參照曲線圖的左半部分，從-20度至0度）。另一方面，當紅光以正（+）入射角入射或從右上方入射時，由於能夠感測第四顏色C4的濾色器被定位在其左側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD3可具有相對高的吸收比，並且由於能夠感測第四顏色C4的濾色器被定位在其右側，所以單元相位差檢測光電二極體PPD2可具有相對低的吸收比（參照曲線圖的右半部分，從0度至+20度）。無法感測第四顏色C4的單元相位差檢測光電二極體PPD2和單元相位差檢測光電二極體PPD3具有可被忽略的相對低的吸收比差異。
參照圖10A至圖10C，儘管單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4中的每一個接受兩種顏色的光，但是可充分區分取決於光的入射角的吸收比差異。即，由於吸收比根據綠光、藍光和紅光的入射角而充分地改變，所以即使沒有根據顏色區分光電二極體，也可實現自動聚焦功能。
圖11A是示出當第一顏色C1至第四顏色C4的光全部被接收時單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4的總吸收比之間的差異的曲線圖。例如，當包括所有第一顏色C1至第四顏色C4的可見光以各種入射角入射時，可根據入射角而產生吸收比差異。曲線圖上顯示的值可指示透過將圖10A至圖10C上顯示的值相加而獲得的值。參照圖11A，所有單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4可根據可見光的入射角而表現出不同的吸收比。因此，可實現取決於光的入射角的自動聚焦功能。
圖11B是示出透過將第二單元相位差檢測光電二極體PPD2和第三單元相位差檢測光電二極體PPD3的吸收比相加並將第一單元相位差檢測光電二極體PPD1和第四單元相位差檢測光電二極體PPD4的吸收比相加而獲得的結果的曲線圖。參照圖11A，單元相位差檢測光電二極體PPD1~PPD4可被分成各自具有相似的吸收比特性的兩個單元相位差檢測光電二極體集合，並且各個集合的單元相位差檢測光電二極體的吸收比可被相加。具體地，圖11B是示出透過將定位在左側的第二單元相位差檢測光電二極體PPD2和第三單元相位差檢測光電二極體PPD3的吸收比相加並將定位在右側的第一單元相位差檢測光電二極體PPD1和第四單元相位差檢測光電二極體PPD4的吸收比相加而獲得的結果的曲線圖。參照圖11B，定位在左側的第二單元相位差檢測光電二極體PPD2和第三單元相位差檢測光電二極體PPD3的吸收比的相加和定位在右側的第一單元相位差檢測光電二極體PPD1和第四單元相位差檢測光電二極體PPD4的相加顯示出取決於光入射角的吸收比分佈，使得可充分地實現自動聚焦功能。
在根據本實施方式的影像感測器800中，沒有給各個相位差檢測濾色器指派一個光電二極體，而是兩個相位差檢測濾色器可共享一個相位差檢測光電二極體，以便執行自動聚焦功能。因此，在集成度改進的同時，形成相位差檢測光電二極體的加工裕度可增加。
圖12是示意性地示出具有基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器800的相機系統900的方塊圖。參照圖12，具有根據本發明的實施方式的各種影像感測器800中的至少一個的相機系統900可拍攝靜止影像或運動影像。相機系統900可包括驅動器913和信號處理器912。驅動器913可控制/驅動光學透鏡系統910、快門單元911和影像感測器800。相機系統900可將來自對象的影像光（入射光）Li引導到影像感測器800的像素陣列（參照圖1的810）。光學透鏡系統910可包括複數個光學透鏡。快門單元911可為影像感測器800控制光照射時段和遮蔽時段。驅動器913可控制影像感測器800的傳送操作和快門單元911的快門操作。信號處理器912可對從影像感測器800輸出的信號執行各種類型的信號處理操作。所處理的影像信號Dout可被儲存在諸如記憶體的儲存媒介中或在監視器等上輸出。
在所揭示的技術的一些實施方式中，具有自動聚焦功能的影像感測器可透過僅使用有限數量的光電二極體執行相位差檢測來帶來良好的自動聚焦性能。在一些實現方式中，可僅使用一個光電二極體來執行相位差檢測。因此，光接收效率可改進，並且可以較低的集成難度高度集成大量的像素。
在所揭示的技術的一些實施方式中，可透過在相位差檢測像素的頂部形成具有不同顏色的不止一個濾色器來實現具有自動聚焦功能的影像感測器。與相位差檢測光電二極體由光學不透明圖案部分地覆蓋以用於自動聚焦功能的其它影像感測器設計不同，可實現基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器而無需形成這種光學不透明圖案以部分地阻擋入射光。
儘管出於例示性目的描述了各種實施方式，但對於本領域技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離以下申請專利範圍中限定的本發明的精神和範圍的情況下，可進行各種改變和修改。
10:基板 15:網格圖案 800:影像感測器 810:像素陣列 815:像素塊 820:相關雙採樣器 830:類比數位轉換器 840:緩衝器 850:列驅動器 860:定時產生器 870:控制暫存器 880:斜坡信號產生器 900:相機系統 910:光學透鏡系統 911:快門單元 912:信號處理器 913:驅動器 ADC:類比數位轉換器 B:藍色像素 C1:第一顏色 C2:第二顏色 C3:第三顏色 C4:第四顏色 CDS:相關雙採樣器 CFA:濾色器陣列 CF1:第一影像檢測濾色器集合 CF2:第二影像檢測濾色器集合 CF3:第三影像檢測濾色器集合 CF11~CF14:第一單元影像檢測濾色器 CF21~CF24:第二單元影像檢測濾色器 CF31~CF34:第三單元影像檢測濾色器 Dout:影像信號 G:綠色像素 MLA:微透鏡陣列 ML1~ ML3:第一~第三影像檢測微透鏡集合 ML11~ML14:第一單元影像檢測微透鏡 ML21~ML24:第二單元影像檢測微透鏡 ML31~ML34:第三單元影像檢測微透鏡 PCF:相位差檢測濾色器集合 PCFa~PCFe:相位差檢測濾色器集合 PCF1P:第一相位差檢測濾色器對 PCF2P:第二相位差檢測濾色器對 PCF3P:第三相位差檢測濾色器對 PCF4P:第四相位差檢測濾色器對 PCF1L:第一左相位差檢測濾色器 PCF1R:第一右相位差檢測濾色器 PCF2L:第二左相位差檢測濾色器 PCF2R:第二右相位差檢測濾色器 PCF3L:第三左相位差檢測濾色器 PCF3R:第三右相位差檢測濾色器 PCF4L:第四左相位差檢測濾色器 PCF4R:第四右相位差檢測濾色器 PDA:光電二極體陣列 PD1~ PD3:第一~第三影像檢測光電二極體集合 PD11~PD14:第一單元影像檢測光電二極體 PD21~PD24:第二單元影像檢測光電二極體 PD31~PD34:第三單元影像檢測光電二極體 PML:相位差檢測微透鏡集合 PML1~PML4:第一至第四單元相位差檢測微透鏡 PPD:相位差檢測光電二極體集合 PPD1~ PPD4:第一~第四單元相位差檢測光電二極體 R:紅色像素
圖1是示意性地示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器的方塊圖。 圖2示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器的相位差檢測像素塊內的光電二極體陣列。 圖3示出相位差檢測像素塊內的濾色器陣列。 圖4是概念上示出相位差檢測像素塊內的微透鏡陣列的佈局。 圖5是示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器中的像素塊的濾色器陣列CFA的佈局。 圖6A是圖2所示的光電二極體陣列、圖3所示的濾色器陣列和圖4所示的微透鏡陣列重疊的相位差檢測像素塊的概念佈局。 圖6B是圖2所示的光電二極體陣列、圖5所示的濾色器陣列和圖4所示的微透鏡陣列重疊的相位差檢測像素塊的概念佈局。 圖7A至圖7E示出基於所揭示的技術的一些實施方式的相位差檢測濾色器集合的顏色佈置。 圖8是示出基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器的相位差檢測像素塊以及與相位差檢測像素塊相鄰的影像檢測像素塊的濾色器陣列的佈局。 圖9A是應用了圖7A的相位差檢測濾色器集合的圖6A的影像感測器的相位差檢測像素塊的沿著圖6A的線I-I’截取的縱向橫截面圖。 圖9B是沿著圖6A的線II-II’截取的縱向橫截面圖。 圖9C是應用了圖7D的相位差檢測濾色器集合的圖6A或圖8的影像感測器的相位差檢測像素塊的沿著圖6A的線I-I’截取的縱向橫截面圖。 圖10A至圖10C是示出取決於光入射的角度的單元相位差檢測光電二極體所接收的光的吸收比的曲線圖。 圖11A是示出當第一至第四顏色的光全部被接收時單元相位差檢測光電二極體的總吸收比之間的差異的曲線圖。 圖11B是示出透過將第二單元相位差檢測光電二極體PPD2和第三單元相位差檢測光電二極體PPD3的吸收比相加並且將第一單元相位差檢測光電二極體PPD1和第四單元相位差檢測光電二極體PPD4的吸收比相加而獲得的結果的曲線圖。 圖12是示意性地示出具有基於所揭示的技術的一些實施方式的影像感測器的電子裝置的圖。
無
CFA:濾色器陣列
CF1:第一影像檢測濾色器集合
CF2:第二影像檢測濾色器集合
CF3:第三影像檢測濾色器集合
PCF:相位差檢測濾色器集合
PCF1L:第一左相位差檢測濾色器
PCF1R:第一右相位差檢測濾色器
PCF2L:第二左相位差檢測濾色器
PCF2R:第二右相位差檢測濾色器
PCF3L:第三左相位差檢測濾色器
PCF3R:第三右相位差檢測濾色器
PCF4L:第四左相位差檢測濾色器
PCF4R:第四右相位差檢測濾色器

Claims (20)

  1. 一種包括複數組像素的影像感測器，各組像素包括： 按照具有行和列的矩陣佈置的第一影像檢測濾色器集合至第三影像檢測濾色器集合以及相位差檢測濾色器集合， 其中，所述相位差檢測濾色器集合包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一相位差檢測濾色器對至第四相位差檢測濾色器對，並且 其中，所述第一相位差檢測濾色器對至所述第四相位差檢測濾色器對分別包括定位在所述第一相位差檢測濾色器對至所述第四相位差檢測濾色器對中的每一對的左側的第一左相位差檢測濾色器至第四左相位差檢測濾色器以及定位在所述第一相位差檢測濾色器對至所述第四相位差檢測濾色器對中的每一對的右側的第一右相位差檢測濾色器至第四右相位差檢測濾色器。
  2. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器至所述第四左相位差檢測濾色器包括兩個綠色濾色器、一個藍色濾色器和一個紅色濾色器。
  3. 如請求項2所述的影像感測器，其中，所述第一右相位差檢測濾色器至所述第四右相位差檢測濾色器包括兩個綠色濾色器、一個藍色濾色器和一個紅色濾色器。
  4. 如請求項1所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 分別與所述第一影像檢測濾色器集合至所述第三影像檢測濾色器集合交疊的第一影像檢測光電二極體集合至第三影像檢測光電二極體集合；以及 與所述相位差檢測濾色器集合交疊的相位差檢測光電二極體集合， 其中，所述第一影像檢測光電二極體集合包括四個第一單元影像檢測光電二極體， 第二影像檢測光電二極體集合包括四個第二單元影像檢測光電二極體，並且 所述第三影像檢測光電二極體集合包括四個第三單元影像檢測光電二極體。
  5. 如請求項4所述的影像感測器，其中，所述相位差檢測光電二極體集合包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一相位差檢測光電二極體至第四相位差檢測光電二極體，並且 所述第一相位差檢測濾色器對至所述第四相位差檢測濾色器對分別與所述第一相位差檢測光電二極體至所述第四相位差檢測光電二極體交疊。
  6. 如請求項5所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器和所述第一右相位差檢測濾色器共享所述第一相位差檢測光電二極體， 第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器共享第二相位差檢測光電二極體， 第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器共享第三相位差檢測光電二極體，並且 所述第四左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器共享所述第四相位差檢測光電二極體。
  7. 如請求項4所述的影像感測器，其中，所述第一影像檢測濾色器集合至所述第三影像檢測濾色器集合中的每一個包括一個合併濾色器， 所述第一影像檢測光電二極體集合的所述第一單元影像檢測光電二極體共享所述第一影像檢測濾色器集合的合併濾色器， 所述第二影像檢測光電二極體集合的所述第二單元影像檢測光電二極體共享第二影像檢測濾色器集合的合併濾色器，並且 所述第三影像檢測光電二極體集合的所述第三單元影像檢測光電二極體共享所述第三影像檢測濾色器集合的合併濾色器。
  8. 如請求項1所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 分別與所述第一影像檢測濾色器集合至所述第三影像檢測濾色器集合交疊的第一影像檢測微透鏡集合至第三影像檢測微透鏡集合；以及 與所述相位差檢測濾色器集合交疊的相位差檢測微透鏡集合， 其中，所述第一影像檢測微透鏡集合包括四個第一單元影像檢測微透鏡， 第二影像檢測微透鏡集合包括四個第二單元影像檢測微透鏡，並且 所述第三影像檢測微透鏡集合包括四個第三單元影像檢測微透鏡。
  9. 如請求項8所述的影像感測器，其中，所述相位差檢測微透鏡集合包括按照具有行和列的矩陣佈置的第一相位差檢測微透鏡至第四相位差檢測微透鏡，並且 所述第一相位差檢測濾色器對至所述第四相位差檢測濾色器對分別與所述第一相位差檢測微透鏡至所述第四相位差檢測微透鏡交疊。
  10. 如請求項9所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器和所述第一右相位差檢測濾色器共享所述第一相位差檢測微透鏡， 第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器共享第二相位差檢測微透鏡， 第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器共享第三相位差檢測微透鏡，並且 所述第四左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器共享所述第四相位差檢測微透鏡。
  11. 一種影像感測器，該影像感測器包括： 按照具有行和列的矩陣佈置的第一影像檢測濾色器集合至第三影像檢測濾色器集合和相位差檢測濾色器集合；以及 分別與所述第一影像檢測濾色器集合至所述第三影像檢測濾色器集合和所述相位差檢測濾色器集合交疊的第一影像檢測光電二極體集合至第三影像檢測光電二極體集合和相位差檢測光電二極體集合， 其中，所述相位差檢測濾色器集合包括： 具有第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器的第一相位差檢測濾色器對； 具有第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器的第二相位差檢測濾色器對； 具有第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器的第三相位差檢測濾色器對；以及 具有第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器的第四相位差檢測濾色器對， 其中，所述第一左相位差檢測濾色器和所述第一右相位差檢測濾色器具有不同的顏色， 所述第二左相位差檢測濾色器和所述第二右相位差檢測濾色器具有不同的顏色， 所述第三左相位差檢測濾色器和所述第三右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，並且 所述第四左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器具有不同的顏色。
  12. 如請求項11所述的影像感測器，其中，所述第一相位差檢測濾色器對和所述第二相位差檢測濾色器對在第一方向上彼此相鄰， 所述第三相位差檢測濾色器對和所述第四相位差檢測濾色器對在所述第一方向上彼此相鄰， 所述第一相位差檢測濾色器對和所述第四相位差檢測濾色器對在與所述第一方向垂直的第二方向上彼此相鄰，並且 所述第二相位差檢測濾色器對和所述第三相位差檢測濾色器對在所述第二方向上彼此相鄰。
  13. 如請求項12所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器和所述第二右相位差檢測濾色器具有相同的顏色。
  14. 如請求項12所述的影像感測器，其中，所述第三右相位差檢測濾色器和所述第四左相位差檢測濾色器具有相同的顏色。
  15. 如請求項12所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器具有相同的顏色。
  16. 如請求項12所述的影像感測器，其中，所述第二左相位差檢測濾色器、所述第三左相位差檢測濾色器和相鄰的所述第三影像檢測濾色器集合具有相同的顏色。
  17. 一種影像感測器，該影像感測器包括： 按照具有行和列的矩陣佈置的第一相位差檢測光電二極體至第四相位差檢測光電二極體； 與所述第一相位差檢測光電二極體交疊的第一左相位差檢測濾色器和第一右相位差檢測濾色器； 與第二相位差檢測光電二極體交疊的第二左相位差檢測濾色器和第二右相位差檢測濾色器； 與第三相位差檢測光電二極體交疊的第三左相位差檢測濾色器和第三右相位差檢測濾色器；以及 與所述第四相位差檢測光電二極體交疊的第四左相位差檢測濾色器和第四右相位差檢測濾色器。
  18. 如請求項17所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器和所述第一右相位差檢測濾色器具有不同的顏色， 所述第二左相位差檢測濾色器和所述第二右相位差檢測濾色器具有不同的顏色， 所述第三左相位差檢測濾色器和所述第三右相位差檢測濾色器具有不同的顏色，並且 所述第四左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器具有不同的顏色。
  19. 如請求項18所述的影像感測器，其中，所述第一左相位差檢測濾色器至所述第四左相位差檢測濾色器中的一個和所述第一右相位差檢測濾色器至所述第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第一顏色， 所述第一左相位差檢測濾色器至所述第四左相位差檢測濾色器中的一個和所述第一右相位差檢測濾色器至所述第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第二顏色， 所述第一左相位差檢測濾色器至所述第四左相位差檢測濾色器中的一個和所述第一右相位差檢測濾色器至所述第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第三顏色，並且 所述第一左相位差檢測濾色器至所述第四左相位差檢測濾色器中的一個和所述第一右相位差檢測濾色器至所述第四右相位差檢測濾色器中的一個透射第四顏色。
  20. 如請求項17所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 第一相位差檢測微透鏡，該第一相位差檢測微透鏡與所述第一左相位差檢測濾色器和所述第一右相位差檢測濾色器交疊，使得所述第一左相位差檢測濾色器和所述第一右相位差檢測濾色器共享所述第一相位差檢測微透鏡； 第二相位差檢測微透鏡，該第二相位差檢測微透鏡與所述第二左相位差檢測濾色器和所述第二右相位差檢測濾色器交疊，使得所述第二左相位差檢測濾色器和所述第二右相位差檢測濾色器共享所述第二相位差檢測微透鏡； 第三相位差檢測微透鏡，該第三相位差檢測微透鏡與所述第三左相位差檢測濾色器和所述第三右相位差檢測濾色器交疊，使得所述第三左相位差檢測濾色器和所述第三右相位差檢測濾色器共享所述第三相位差檢測微透鏡；以及 第四相位差檢測微透鏡，該第四相位差檢測微透鏡與所述第四左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器交疊，使得所述第四左相位差檢測濾色器和所述第四右相位差檢測濾色器共享所述第四相位差檢測微透鏡。
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