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公開番号2022074120
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-17
出願番号2021177606
出願日2021-10-29
発明の名称色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びそれを含む電子装置
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人八田国際特許業務法人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20220510BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】色分離レンズアレイを備えるイメージセンサを提供する。
【解決手段】
イメージセンサは、第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板;及びセンサ基板の上部に配置されて入射光のうち、第1波長光を第1画素に集光する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイ;を含み、第1波長光集光領域の面積は、第1画素の面積よりも大きく、センサ基板と色分離レンズアレイとの距離は、第1波長光集光領域による第1波長光の焦点距離よりも短い。
【選択図】図7F
特許請求の範囲【請求項1】
第1波長光を感知するための第1画素及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板と、
前記センサ基板の上部に配置され、入射光のうち、前記第1波長光を前記第1画素に集光する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイと、を含み、
前記第1波長光集光領域の面積は、前記第1画素の面積よりも大きく、
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記第1波長光集光領域による第1波長光の焦点距離よりも短い、イメージセンサ。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記第1波長光集光領域による第1波長光の焦点距離の30%~70%である、請求項1に記載のイメージセンサ。
【請求項3】
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記第1波長光集光領域による第1波長光の焦点距離の40%~60%である、請求項1または2に記載のイメージセンサ。
【請求項4】
前記第1波長光集光領域の面積は、前記第1画素の面積の1.2倍~4倍である、請求項1~3のいずれかに記載のイメージセンサ。
【請求項5】
前記色分離レンズアレイは、
前記第1画素に対応する位置に配置された第1画素対応領域と、
前記第2画素に対応する位置に配置された第2画素対応領域と、を含み、
前記第1画素対応領域の中心を通過した第1波長光と前記第2画素対応領域の中心を通過した第1波長光との位相差は、0.9π~1.1πである、請求項1~4のいずれかに記載のイメージセンサ。
【請求項6】
前記センサ基板の画素ピッチは、0.9μm~1.3μmであり、
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記センサ基板の画素ピッチの110%~180%である、請求項1~5のいずれかに記載のイメージセンサ。
【請求項7】
前記センサ基板の画素ピッチは、0.5μm~0.9μmであり、
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記センサ基板の画素ピッチの70%~120%である、請求項1~5のいずれかに記載のイメージセンサ。
【請求項8】
第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板と、
前記センサ基板の上部に配置され、入射光のうち、前記第1波長光を前記第1画素に集光する前記第1画素の面積よりも大きい面積を有する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイと、を含み、
前記センサ基板の画素ピッチは、0.9μm~1.3μmであり、
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記センサ基板の画素ピッチの110%~180%である、イメージセンサ。
【請求項9】
第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板と、
前記センサ基板の上部に配置され、入射光のうち、前記第1波長光を前記第1画素に集光する前記第1画素の面積よりも大きい面積を有する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイと、を含み、
前記センサ基板の画素ピッチが0.5μm~0.9μmであり、
前記センサ基板と前記色分離レンズアレイとの距離は、前記センサ基板の画素ピッチの70%~120%である、イメージセンサ。
【請求項10】
前記第1波長光集光領域を通過した第1波長光は、第1波長光集光領域の中心から遠ざかる方向に減少する位相分布を有する、請求項1~9のいずれかに記載のイメージセンサ。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、入射光を波長別に分離して集光することができる色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びイメージセンサを含む電子装置に関する。
続きを表示(約 3,400 文字)【背景技術】
【0002】
イメージセンサは、通常、カラーフィルタを用いて入射光の色を感知する。ところで、カラーフィルタは、当該色の光を除いた残りの色の光を吸収するので、光利用効率が低下してしまう。例えば、RGBカラーフィルタを使用する場合、入射光の1/3のみを透過させ、残りの2/3は吸収してしまうので、光利用効率が約33%に過ぎない。したがって、カラーディスプレイ装置やカラーイメージセンサの場合、ほとんどの光損失がカラーフィルタで発生することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明が解決しようとする課題は、入射光を波長別に分離して集光することができる色分離レンズアレイを用いて光利用効率が向上したイメージセンサ及びイメージセンサを含む電子装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施例によるイメージセンサは、第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板;及びセンサ基板の上部に配置されて入射光のうち、第1波長光を第1画素に集光する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイ;を含み、第1波長光集光領域の面積は、第1画素の面積よりも大きく、センサ基板と色分離レンズアレイとの距離は、第1波長光集光領域による第1波長光の焦点距離よりも小さい。
【0005】
他の実施例によるイメージセンサは、第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板;及びセンサ基板の上部に配置されて入射光のうち、第1波長光を第1画素に集光する第1画素の面積よりも大きい面積を有する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイ;を含み、センサ基板の画素ピッチは、0.9μm~1.3μmであり、センサ基板と色分離レンズアレイとの距離は、センサ基板の画素ピッチの110%~180%でもある。
【0006】
さらに他の実施例によるイメージセンサは、第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板;及びセンサ基板の上部に配置されて入射光のうち、第1波長光を第1画素に集光する第1画素の面積よりも大きい面積を有する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイ;を含み、センサ基板の画素ピッチが0.5μm~0.9μmであり、センサ基板と色分離レンズアレイとの距離は、センサ基板の画素ピッチの70%~120%でもある。
【0007】
一実施例による電子装置は、光学像を電気的信号に変換するイメージセンサ及びイメージセンサの動作を制御し、イメージセンサで生成した信号を保存及び出力するプロセッサを含み、イメージセンサは、第1波長光を感知するための第1画素、及び第2波長光を感知するための第2画素を含むセンサ基板;及びセンサ基板の上部に配置されて入射光のうち、第1波長光を第1画素に集光する第1波長光集光領域を含む色分離レンズアレイ;を含み、第1波長光集光領域の面積は、第1画素の面積よりも大きく、センサ基板と色分離レンズアレイとの距離は、第1波長光集光領域による第1波長光の焦点距離よりも短い。
【図面の簡単な説明】
【0008】
一実施例によるイメージセンサのブロック図である。
イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する。
イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する。
イメージセンサの画素アレイの多様な画素配列を例示的に図示する。
一実施例による色分離レンズアレイの概略的な構造と動作とを示す概念図である。
一実施例による色分離レンズアレイの概略的な構造と動作とを示す概念図である。
一実施例によるイメージセンサの画素アレイの互いに異なる断面で示す概略的な断面図である。
一実施例によるイメージセンサの画素アレイの互いに異なる断面で示す概略的な断面図である。
画素アレイにおける画素の配列を概略的に示す平面図である。
色分離レンズアレイの複数領域に複数のナノポストが配列された形態を例示的に示す平面図である。
図5Bの一部を拡大して詳細に示す平面図である。
色分離レンズアレイを通過した緑色光及び青色光の位相分布を図5BのI-I’線に沿って示す図面である。
図5Bの色分離レンズアレイを通過した緑色光の画素対応領域中心での位相を示す図面である。
図5Bの色分離レンズアレイを通過した青色光の画素対応領域中心での位相を示す図面である。
第1緑色光集光領域に入射された緑色光の進行方向を例示的に示す図面である。
第1緑色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
青色光集光領域に入射された青色光の進行方向を例示的に示す図面である。
青色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
スペーサ層の厚さと光が集光される領域の関係を説明するための図面である。
スペーサ層の厚さと光が集光される領域の関係を説明するための図面である。
スペーサ層の厚さと光が集光される領域の関係を説明するための図面である。
スペーサ層の厚さと光が集光される領域の関係を説明するための図面である。
スペーサ層の厚さと光が集光される領域の関係を説明するための図面である。
スペーサ層の厚さと光が集光される領域の関係を説明するための図面である。
色分離レンズアレイを通過した赤色光及び緑色光の位相分布を図5BのII-II’線に沿って示す図面である。
図5Bの色分離レンズアレイを通過した赤色光の画素対応領域中心での位相を示す図面である。
図5Bの色分離レンズアレイを通過した緑色光の画素対応領域中心での位相を示す図面である。
赤色光集光領域に入射された赤色光の進行方向を例示的に示す図面である。
赤色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
第2緑色光集光領域に入射された緑色光の進行方向を例示的に示す図面である。
第2緑色光集光領域のアレイを例示的に示す図面である。
実施例によるイメージセンサを含む電子装置を概略的に示すブロック図である。
図9のカメラモジュールを概略的に示すブロック図である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
実施例によるイメージセンサが適用された電子装置多様な例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付された図面を参照して色分離レンズアレイを備えるイメージセンサ及びそれを含む電子装置について詳細に説明する。説明される実施例は、ただ例示的なものに過ぎず、このような実施例から多様な変形が可能である。以下の図面において同じ参照符号は、同じ構成要素を指称し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜のために誇張されてもいる。
【0010】
以下、「上部」または「上」という記載は、接触して、直接上/下/左/右にあるものだけではなく、非接触で上/下/左/右にあるものも含む。
(【0011】以降は省略されています)

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