KR20210048399A - Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor - Google Patents

Abstract

Provided is an image sensor, which includes: a sensor substrate including a first photo-sensing cell and a second photo-sensing cell for sensing light; and a color separation lens array having a first area facing the first photo-sensing cell and including a first nanopost, and a second area facing the second photo-sensing cell and including a second nanopost. In the first nanopost and the second nanopost, light of a first wavelength and light of a second wavelength different from the incident light incident on the color separation lens array are branched in different directions, and a phase distribution focused on the first photo-sensing cell and the second photo-sensing cell, respectively, is formed at a position passing through the first area and the second area.

Description

색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치 {Image sensor including color separating lens array and electronic apparatus including the image sensor}An image sensor including a color separating lens array and an electronic apparatus including the image sensor.

개시된 실시예들은 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이미지 센서를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.The disclosed embodiments relate to an image sensor including a color separation lens array and an electronic device including an image sensor, and more particularly, an image sensor and an image including a color separation lens array capable of separating and condensing incident light by wavelength. It relates to an electronic device including a sensor.

이미지 센서는 통상적으로 컬러 필터를 이용하여 입사광의 색을 감지한다. 그런데, 컬러 필터는 해당 색의 빛을 제외한 나머지 색의 빛을 흡수하기 때문에 광 이용 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, RGB 컬러 필터를 사용하는 경우, 입사광의 1/3만을 투과시키고 나머지 2/3는 흡수하여 버리게 되므로 광 이용 효율이 약 33% 정도에 불과하다. 따라서, 컬러 디스플레이 장치나 컬러 이미지 센서의 경우, 대부분의 광 손실이 컬러 필터에서 발생하게 된다.Image sensors typically detect the color of incident light using a color filter. However, since the color filter absorbs light of a color other than the light of the corresponding color, the light utilization efficiency may be deteriorated. For example, when an RGB color filter is used, only 1/3 of the incident light is transmitted and the remaining 2/3 is absorbed, so that the light utilization efficiency is only about 33%. Therefore, in the case of a color display device or a color image sensor, most of the light loss occurs in the color filter.

입사광을 파장 별로 분리하여 집광할 수 있는 색분리 렌즈 어레이를 이용하여 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서를 제공한다.An image sensor with improved light utilization efficiency is provided by using a color separation lens array capable of separating and condensing incident light by wavelength.

이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.It provides an electronic device including an image sensor.

일 실시예에 따른 이미지 센서는, 광을 감지하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀을 포함하는 센서 기판; 및 상기 제1 광감지셀에 마주하며 제1 나노포스트를 포함하는 제1 영역, 및 상기 제2 광감지셀에 마주하며 제2 나노포스트를 포함하는 제2 영역을 구비하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며, 상기 제1 나노포스트와 상기 제2 나노포스트는 형상, 크기, 배열 중 적어도 하나가 서로 다르며, 상기 제1 나노포스트와 제2 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장의 광과 제2 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 각각 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 통과한 위치에서 형성할 수 있다. An image sensor according to an embodiment includes: a sensor substrate including a first light sensing cell and a second light sensing cell for sensing light; And a color separation lens array having a first area facing the first photosensitive cell and including a first nanopost, and a second area facing the second photosensitive cell and including a second nanopost. And the first nanopost and the second nanopost have at least one of a shape, a size, and an arrangement different from each other, and the first nanopost and the second nanopost are each of the incident light incident on the color separation lens array. A position where light of different first wavelength and light of second wavelength are diverged in different directions, and a phase distribution that is focused on the first and second light sensing cells, respectively, passes through the first region and the second region. Can be formed from

상기 제1 나노포스트와 제2 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Nπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2N-1)π의 위상 분포를 형성할 수 있다. 여기서, N은 0보다 큰 정수이다.The first nanopost and the second nanopost form a phase distribution of 2Nπ at a position immediately after passing through the color separation lens array and at a position corresponding to the center of the first light sensing cell, and , In a position corresponding to the center of the second light sensing cell, a phase distribution of (2N-1)π may be formed. Here, N is an integer greater than 0.

상기 제1 나노포스트와 제2 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2M-1)π의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Mπ의 위상 분포를 형성할 수 있다. 여기서, M은 0보다 큰 정수이다In the first nanopost and the second nanopost, at a position immediately after passing through the color separation lens array, at a position corresponding to the center of the first light sensing cell, the light of the second wavelength is (2M-1)π A phase distribution may be formed, and a phase distribution of 2Mπ may be formed at a position corresponding to the center of the second light sensing cell. Where M is an integer greater than 0

상기 이미지 센서는 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치되어 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 거리를 형성하는 스페이서층을 더 포함할 수 있다. The image sensor may further include a spacer layer disposed between the sensor substrate and the color separation lens array to form a distance between the sensor substrate and the color separation lens array.

상기 스페이서층은 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 입사광의 파장 대역의 중심 파장에서 상기 색분리 렌즈 어레이에 해당하는 두께를 가질 수있다. The spacer layer may have a thickness corresponding to the color separation lens array at a center wavelength of a wavelength band of incident light color-separated by the color separation lens array.

상기 스페이서층의 이론 두께를 h_t, 상기 광감지셀의 피치를 p, 상기 스페이서층의 굴절률을 n, 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 광의 파장 대역의 중심파장을 λ₀ 라 할 때, 상기 스페이서층의 이론 두께 h_t는 When the theoretical thickness of the spacer layer is h _t , the pitch of the photosensitive cells is p, the refractive index of the spacer layer is n, and the center wavelength of the wavelength band of light color-separated by the color separation lens array is λ ₀ , the The theoretical thickness h _t of the spacer layer is

이고,

ego,

상기 스페이서층의 실제 두께 h는 h_t - p ≤ h ≤ h_t - p 일 수 있다The actual thickness h of the spacer layer may be h _t -p ≤ h ≤ h _t -p

상기 센서 기판은 광을 감지하는 제3 광감지셀 및 제4 광감지셀을 더 포함하며, 상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 제3 광감지셀에 마주하며 제3 나노포스트를 포함하는 제3 영역, 및 상기 제4 광감지셀에 마주하며 제4 나노포스트를 포함하는 제4 영역을 포함하며, 상기 제3 나노포스트와 상기 제4 나노포스트는 형상, 크기, 배열 중 적어도 하나가 서로 다를 수 있다. The sensor substrate further includes a third light sensing cell and a fourth light sensing cell for sensing light, wherein the color separation lens array faces the third light sensing cell and includes a third area including a third nanopost, And a fourth region facing the fourth light sensing cell and including a fourth nanopost, wherein at least one of a shape, a size, and an arrangement of the third nanopost and the fourth nanopost may be different from each other.

상기 제1 나노포스트 내지 상기 제4 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장, 제2파장, 제3 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀과 상기 제4 광감지셀에 집광되고, 제2 파장의 광이 상기 제2 광감지셀에 집광되고, 제3 파장의 광이 상기 제3 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 내지 상기 제4 영역을 통과한 위치에서 형성할 수 있다. In the first to fourth nanoposts, light having a first wavelength, a second wavelength, and a third wavelength different from among incident light incident on the color separation lens array is diverged in different directions to form light having a first wavelength. A phase in which the first light sensing cell and the fourth light sensing cell are condensed, light of a second wavelength is condensed on the second light sensing cell, and light of a third wavelength is condensed on the third light sensing cell The distribution may be formed at a position passing through the first region to the fourth region.

상기 제1 파장은 녹색광이고, 상기 제2 파장은 청색광이며, 상기 제3 파장은 적색광일 수 있다. The first wavelength may be green light, the second wavelength may be blue light, and the third wavelength may be red light.

상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부와 상기 제4 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Nπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부와 상기 제3 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2N-1)π의 위상 분포를 형성하도록 할 수 있다. 여기서, N은 0보다 큰 정수이다. In the first to fourth nanoposts, light having a first wavelength at a position immediately after passing through the color separation lens array corresponds to the center of the first photosensitive cell and the center of the fourth photosensitive cell. A phase distribution of 2Nπ may be formed at a location, and a phase distribution of (2N-1)π may be formed at a location corresponding to the center of the second photosensitive cell and the center of the third photosensitive cell. Here, N is an integer greater than 0.

상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부, 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2M-1)π의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Mπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제3 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서 (2M-2)π보다 크고 (2M-1)π 보다 작은 위상 분포를 형성하도록 할 수 있다. In the first to fourth nanoposts, at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a second wavelength corresponds to the center of the first photo-sensing cell and the center of the fourth photo-sensing cell. A phase distribution of (2M-1)π is formed at a position of, and a phase distribution of 2Mπ is formed at a position corresponding to the center of the second light sensing cell, and a phase distribution of 2Mπ is formed at a position corresponding to the center of the third light sensing cell. It is possible to form a phase distribution larger than (2M-2)π and smaller than (2M-1)π.

상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부, 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2L-1)π의 위상 분포를 형성하고, 상기 제3 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Lπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서 (2L-2)π보다 크고 (2L-1)π 보다 작은 위상 분포를 형성하도록 할 수 있다. 여기서, L은 0보다 큰 정수이다.In the first to fourth nanoposts, at a position immediately after passing through the color separation lens array, light of a third wavelength corresponds to the center of the first photo-sensing cell and the center of the fourth photo-sensing cell. A phase distribution of (2L-1)π is formed at a position of, and a phase distribution of 2Lπ is formed at a position corresponding to the center of the third light sensing cell, and a phase distribution of 2Lπ is formed at a position corresponding to the center of the second light sensing cell. It is possible to form a phase distribution larger than (2L-2)π and smaller than (2L-1)π. Here, L is an integer greater than 0.

상기 이미지 센서는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 포함하는 복수의 단위 화소가 베이어 패턴으로 배열된 화소 배열 구조를 가지며, 상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 제1 방향 및 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다. The image sensor has a pixel arrangement structure in which a plurality of unit pixels including a red pixel, a green pixel, and a blue pixel are arranged in a Bayer pattern, and is provided in a region corresponding to a green pixel among the first to fourth regions. The posts may have different distribution rules along the first direction and the second direction perpendicular to the first direction.

상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 청색 화소 및 적색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 대칭적인 분포 규칙을 가질 수 있다. Nanoposts provided in regions corresponding to blue and red pixels among the first to fourth regions may have a symmetrical distribution rule along the first and second directions.

상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역의 중심부에 위치하는 나노포스트는 다른 컬러의 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트보다 큰 단면적을 가질 수 있다.Among the first to fourth regions, a nanopost positioned at the center of a region corresponding to a green pixel may have a larger cross-sectional area than a nanopost provided in a region corresponding to a pixel of another color.

상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 중심부에 배치된 나노포스트가 주변부에 배치된 나노포스트보다 큰 단면적을 가질 수 있다. Among the first to fourth regions, a nanopost provided in a region corresponding to a green pixel may have a cross-sectional area greater than that of a nanopost disposed in a central part of the nanopost.

상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 센서 기판의 가장자리에 대해 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 상기 센서 기판의 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는 복수의 제1 영역 및 복수의 제2 영역을 더 포함할 수 있다. The color separation lens array may further include a plurality of first regions and a plurality of second regions that are disposed to protrude from the edge of the sensor substrate and do not face any light sensing cells of the sensor substrate in a vertical direction. .

상기 제1 나노포스트, 상기 제2 나노포스트 중 적어도 하나는 하부 포스트 및 상기 하부 포스트 상에 적층된 상부 포스트를 포함하며, 상기 하부 포스트와 상기 상부 포스트가 서로 어긋나게 적층될 수 있다. At least one of the first nanopost and the second nanopost includes a lower post and an upper post stacked on the lower post, and the lower post and the upper post may be stacked so as to be offset from each other.

상기 하부 포스트와 상기 상부 포스트가 서로 어긋나는 정도는 상기 이미지 센서의 중심부에서 주변부로 갈수록 커질 수 있다. The degree of misalignment between the lower post and the upper post may increase from the center of the image sensor toward the periphery.

다른 실시예에 따른 이미지 센서는, 제1행을 따라 번갈아 배열된 복수의 제1 광감지셀과 복수의 제2 광감지셀, 및 제1행에 인접한 제2행을 따라 번갈아 배열된 복수의 제3 광감지셀과 복수의 제4 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및 상기 복수의 제1 광감지셀에 각각 마주하며 제1 나노포스트를 포함하는 복수의 제1 영역, 상기 복수의 제2 광감지셀에 각각 마주하며 제2 나노포스트를 포함하는 복수의 제2 영역, 상기 복수의 제3 광감지셀에 각각 마주하며 제3 나노포스트를 포함하는 복수의 제3 영역, 및 상기 복수의 제4 광감지셀에 각각 마주하며 제4 나노포스트를 포함하는 복수의 제4 영역을 구비하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며, 상기 제1영역으로 입사된 광 중 제1파장의 광은 상기 제1영역 직 하부에 위치하는 제1 광감지셀에 집광되고, 제2파장의 광은 상기 제1 광감지셀과 가로 방향을 따라 인접하는 제2 광감지셀로 분기되고, 제3파장의 광은 제1 광감지셀과 세로 방향을 따라 인접하는 제3 광감지셀로 분기되고, 상기 제2영역으로 입사된 광 중 제2파장의 광은 상기 제2영역 직 하부에 위치하는 제2 광감지셀에 집광되고, 제1파장의 광은 상기 제2 광감지셀과 가로 방향을 따라 인접하는 제1 광감지셀 및 세로 방향을 따라 인접하는 제4 광감지셀로 분기되고, 제3파장의 광은 상기 제2 광감지셀과 대각 방향을 따라 인접하는 제3 광감지셀로 분기되도록, 상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트의 형상, 크기, 배열이 설정될 수 있다. An image sensor according to another exemplary embodiment includes a plurality of first light sensing cells and a plurality of second light sensing cells alternately arranged along a first row, and a plurality of first light sensing cells alternately arranged along a second row adjacent to the first row. 3 A sensor substrate including a light sensing cell and a plurality of fourth light sensing cells: and a plurality of first regions each facing the plurality of first light sensing cells and including a first nanopost, and the plurality of second light A plurality of second regions each facing the sensing cell and including a second nanopost, a plurality of third regions each facing the plurality of third light sensing cells and including a third nanopost, and the plurality of fourths And a color separation lens array having a plurality of fourth regions each facing the light sensing cell and including a fourth nanopost, wherein the light having a first wavelength among the light incident to the first region is the first region It is condensed by a first light-sensing cell located directly underneath, and the light of a second wavelength is branched into a second light-sensing cell adjacent to the first light-sensing cell in a horizontal direction, and the light of a third wavelength is a first light-sensing cell. The light-sensing cell is branched into a third light-sensing cell adjacent in the vertical direction, and the light of a second wavelength among the light incident to the second area is condensed to a second light-sensing cell located directly under the second area. And, the light of the first wavelength is branched into the second light sensing cell and the first light sensing cell adjacent in the horizontal direction and the fourth light sensing cell adjacent in the vertical direction, and the light of the third wavelength is 2 The shape, size, and arrangement of the first to fourth nanoposts may be set so as to branch into the photosensitive cell and the third photosensitive cell adjacent in a diagonal direction.

상기 제1파장의 광은 녹색광이고, 상기 제2파장의 광은 청색광이고, 상기 제3파장의 광은 적색광일 수 있다. The light of the first wavelength may be green light, the light of the second wavelength may be blue light, and the light of the third wavelength may be red light.

다른 실시예에 따른 전자 장치는 피사체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 촬상부; 및 상기 촬상부에서 형성한 광학상을 전기적 신호로 변환하는, 전술한 어느 하나의 이미지 센서;를 포함할 수 있다. An electronic device according to another exemplary embodiment includes an image pickup unit configured to form an optical image by focusing light reflected from a subject; And any one of the above-described image sensors for converting the optical image formed by the imaging unit into an electrical signal.

상기 전자 장치는 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC(personal computer), 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 또는 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기일 수 있다. The electronic device includes a smart phone, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a laptop, a personal computer (PC), a home appliance, a security camera, a medical camera, a car, or the Internet of Things (IoT). Things) may be a device.

개시된 색분리 렌즈 어레이는 입사광을 흡수하거나 차단하지 않으면서 파장 별로 분리하여 집광할 수 있기 때문에, 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 개시된 색분리 렌즈 어레이를 채용한 이미지 센서는 이미지 센서에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer pattern) 방식을 유지할 수 있어, 기존의 이미지 센서의 화소 구조와 이미지 처리 알고리즘을 활용할 수 있다. 또한, 개시된 색분리 렌즈 어레이를 채용한 이미지 센서는 빛을 화소에 집광시키기 위한 별도의 마이크로 렌즈를 필요로 하지 않는다.Since the disclosed color separation lens array can separate and condense light by wavelength without absorbing or blocking incident light, it is possible to improve the light utilization efficiency of the image sensor. In addition, the image sensor employing the disclosed color separation lens array can maintain the Bayer pattern method generally adopted in the image sensor, and thus can utilize the pixel structure and image processing algorithm of the existing image sensor. In addition, an image sensor employing the disclosed color separation lens array does not require a separate microlens for condensing light onto a pixel.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 이미지 센서의 화소 어레이의 다양한 화소 배열을 예시적으로 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 각각 다른 단면에서 보이는 개략적인 단면도이고, 도 5a는 이미지 센서의 화소 어레이에서 광감지셀의 배열을 개략적으도 보이는 평면도이며, 도 5b는 이미지 센서의 화소 어레이에서 색분리 렌즈 어레이의 복수 영역에 복수의 나노포스트가 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이며, 도 5c는 도 5b의 일부를 확대하여 상세히 보인 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 청색광의 위상 분포 및 이에 마주하는 광감지셀에서의 청색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 6c는 청색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제2 영역과 그 주변에 입사한 청색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6d는 청색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.
도 7a 및 도 7b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광의 위상 분포 및 이에 마주하는 광감지셀에서의 녹색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 7c는 녹색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역과 그 주변에 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7d는 녹색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.
도 8a 및 도 8b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 적색광의 위상 분포 및 이에 마주하는 광감지셀에서의 적색광 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 8c는 적색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제3 영역과 그 주변에 입사한 적색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 8d는 적색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.
도 9a, 도 9b, 도 9c는 각각 청색 화소에 대응하는 영역, 녹색 화소에 대응하는 영역, 적색 화소에 대응하는 영역에 입사한 광의 컬러별 진행방향을 예시적으로 보인다.
도 10a 내지 도 10e는 광감지셀의 피치가 0.7 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이와 센서 기판 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 11a 내지 도 11e는 광감지셀의 피치가 0.8 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이와 센서 기판 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 12a 내지 도 12e는 광감지셀의 피치가 1.0 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이와 센서 기판 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 13은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형태를 보이는 사시도이다.
도 14a 내지 도 14h는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 평면도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 17은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 19는 도 18의 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.
도 20a 및 도 20b는 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 각각 다른 단면에서 보이는 단면도이다.
도 21 및 도 22는 일 실시예에 따른 이미지 센서의 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 각각 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프로서, 각각 컬러 필터가 구비된 경우와 컬러 필터가 구비되지 않은 경우에 대한 것이다.
도 23은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 평면도이다.
도 24는 도 23에 도시된 색분리 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서의 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 25는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 26은 도 25의 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 사시도이다.
도 27은 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 28 내지 도 38은 실시예들에 따른 이미지 센서들이 적용된 전자 장치 다양한 예를 보인다.1 is a block diagram of an image sensor according to an exemplary embodiment.
2A to 2C exemplarily show various pixel arrangements of a pixel array of an image sensor.
3 is a conceptual diagram showing a schematic structure and operation of a color separation lens array according to an exemplary embodiment.
4A and 4B are schematic cross-sectional views of a pixel array of an image sensor according to an embodiment, and FIG. 5A is a plan view schematically showing an arrangement of photosensitive cells in a pixel array of an image sensor, and FIG. 5B is a plan view exemplarily showing a form in which a plurality of nanoposts are arranged in a plurality of regions of a color separation lens array in a pixel array of an image sensor, and FIG. 5C is a partially enlarged plan view of FIG. 5B.
6A and 6B are diagrams for computational simulation of a phase distribution of blue light passing through a color separation lens array and a focusing distribution of blue light in a light sensing cell facing the same, and FIG. 6C is a first diagram of a color separation lens array corresponding to a blue pixel. The moving direction of the blue light incident on the area 2 and its surroundings is illustrated as an example, and FIG. 6D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for blue light.
7A and 7B are diagrams for computational simulation of the phase distribution of green light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of green light in a light sensing cell facing the same, and FIG. 7C is a diagram illustrating a color separation lens array corresponding to a green pixel. The direction of progression of green light incident on the area 1 and its surroundings is shown as an example, and FIG. 7D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for green light.
8A and 8B are diagrams for computational simulation of the phase distribution of red light passing through the color separation lens array and the focusing distribution of red light in a light sensing cell facing the same, and FIG. 8C is a first diagram of a color separation lens array corresponding to a red pixel. 3 exemplarily shows the traveling direction of red light incident on the area and its periphery, and FIG. 8D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for red light.
9A, 9B, and 9C exemplarily show the traveling directions for each color of light incident on a region corresponding to a blue pixel, a region corresponding to a green pixel, and a region corresponding to a red pixel, respectively.
10A to 10E are graphs exemplarily showing changes in efficiency of the color separation lens array according to the distance between the color separation lens array and the sensor substrate when the pitch of the photosensitive cells is 0.7 μm.
11A to 11E are graphs exemplarily showing changes in efficiency of the color separation lens array according to the distance between the color separation lens array and the sensor substrate when the pitch of the light sensing cells is 0.8 μm.
12A to 12E are graphs exemplarily showing changes in efficiency of the color separation lens array according to the distance between the color separation lens array and the sensor substrate when the pitch of the photosensitive cells is 1.0 μm.
13 is a perspective view showing an exemplary form of a nanopost that may be employed in a color separation lens array of an image sensor according to an exemplary embodiment.
14A to 14H are plan views showing exemplary shapes of nanoposts that may be employed in a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
15 is a plan view exemplarily showing an arrangement of a plurality of nanoposts forming a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
16 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
17 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
18 is a plan view exemplarily showing an arrangement of a plurality of nanoposts forming a color separation lens array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
FIG. 19 is a graph exemplarily showing spectral distributions of light incident on red, green, and blue pixels of the image sensor including the color separation lens array of FIG. 18.
20A and 20B are cross-sectional views illustrating a schematic structure of a pixel array of an image sensor according to another exemplary embodiment.
21 and 22 are graphs showing spectral distributions of light incident on each of a red pixel, a green pixel, and a blue pixel of an image sensor according to an exemplary embodiment. It is for the case that it is not.
23 is a plan view illustrating a color separation lens array according to another exemplary embodiment.
24 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array of an image sensor including the color separation lens array shown in FIG. 23.
25 is a cross-sectional view showing a schematic structure of an image sensor according to another embodiment.
26 is a perspective view showing an exemplary shape of a nanopost employed in the color separation lens array of the image sensor of FIG. 25.
27 is a schematic block diagram of an electronic device including an image sensor according to embodiments.
28 to 38 show various examples of electronic devices to which image sensors according to embodiments are applied.

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 including a color separation lens array and an electronic device including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are merely exemplary, 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 description.

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 expression described as "upper" or "upper" may include not only those that are directly above/below/left/right in contact, but also those that are above/below/left/right in a non-contact manner.

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 and second may be used to describe various components, but are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. These terms are not intended to limit differences in materials or structures of components.

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 indicates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included 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" described in the specification mean units that process 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 reference terms may correspond 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 constituting the method may be performed in any suitable order unless there is a clear statement that the steps constituting the method should be performed in the order described. In addition, the use of all exemplary terms (eg, etc.) is merely for describing technical ideas in detail, and the scope of the rights is not limited by these terms unless limited by claims.

도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 개략적인 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 schematic block diagram of an image sensor according to an exemplary 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 that are two-dimensionally arranged along a plurality of rows and columns. The row decoder 1020 selects one of the rows of the pixel array 1100 in response to a 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 disposed for each column between the column decoder and the pixel array 1100, or one ADC disposed at the output terminal of the column decoder. The timing controller 1010, the row decoder 1020, and the output circuit 1030 may be implemented as a single chip or separate chips. A processor for processing the image signal output through the output circuit 1030 may be implemented as a single chip together with the timing controller 1010, the row decoder 1020, and the output circuit 1030.

화소 어레이(1100)는 서로 다른 파장의 빛을 감지하는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 화소들은 도 2a 내지 도 2c와 같이 다양한 방식으로 배열될 수 있다.The pixel array 1100 may include a plurality of pixels sensing light of different wavelengths. Pixels may be arranged in various ways as shown in FIGS. 2A to 2C.

먼저, 도 2a는 이미지 센서(1000)에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴(Bayer pattern)을 보인다. 도 2를 참조하면, 하나의 단위 화소는 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 화소가 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 이차원적으로 반복 배열된다. 다시 말해, 2×2 어레이 형태의 단위 화소 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 반복적으로 배열된다.First, FIG. 2A shows a Bayer pattern generally adopted in the image sensor 1000. Referring to FIG. 2, one unit pixel includes four quadrant regions, and the first to fourth quadrants are respectively a blue pixel (B), a green pixel (G), a red pixel (R), and a green color. It can be a pixel (G). These unit pixels are repeatedly arranged two-dimensionally along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction). In other words, two green pixels (G) are arranged in one diagonal direction within a 2×2 array-type unit pixel, and one blue pixel (B) and one red pixel (R) in the other diagonal direction, respectively. 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 a first direction, and a plurality of red pixels (R) and a plurality of green pixels (G) are The second rows alternately arranged along the first direction are repeatedly arranged.

그러나, 화소 어레이(1100)의 배열 방식은 베이어 패턴에만 한정되는 것이 아니며, 베이어 패턴 이외에도 다양한 배열 방식이 가능하다. 예를 들어, 도 2b를 참조하면, 마젠타(Magenta) 화소(M), 사이안(Cyan) 화소(C), 옐로우(Yellow) 화소(Y), 및 녹색 화소(G)가 하나의 단위 화소를 구성하는 CYGM 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도 2c를 참조하면, 녹색 화소(G), 적색 화소(R), 청색 화소(B), 및 백색 화소(W)가 하나의 단위 화소를 구성하는 RGBW 방식의 배열도 가능하다. 또한, 도시되지는 않았지만 단위 화소가 3×2 어레이 형태를 가질 수도 있다. 그 밖에도 화소 어레이(1100)의 화소들은 이미지 센서(1000)의 색 특성에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 이하에서는, 편의상 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)가 베이어 패턴을 갖는 것으로 설명하지만, 이하에서 설명하는 실시예들의 원리는 베이어 패턴이 아닌 다른 형태의 화소 배열에도 적용될 수 있다.However, the arrangement method of the pixel array 1100 is not limited only to the Bayer pattern, and various arrangement methods other than the Bayer pattern are possible. For example, referring to FIG. 2B, a magenta pixel (M), a cyan pixel (C), a yellow pixel (Y), and a green pixel (G) represent one unit pixel. The configuration of the CYGM method is also possible. Further, referring to FIG. 2C, an RGBW arrangement in which a green pixel (G), a red pixel (R), a blue pixel (B), and a white pixel (W) constitute one unit pixel is also possible. Also, although not shown, the unit pixel may have a 3×2 array form. In addition, the pixels of the pixel array 1100 may be arranged in various ways according to the color characteristics of the image sensor 1000. Hereinafter, for convenience, the pixel array 1100 of the image sensor 1000 will be described as having a Bayer pattern, but the principles of the embodiments described below may be applied to a pixel array other than a Bayer pattern.

일 실시예에 따르면, 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)는 각각의 화소에 그에 해당하는 색의 빛을 집광시키도록 구성된 색분리 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 도 3은 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이의 개략적인 구조와 동작을 보이는 개념도이다. 도 3을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)는 소정의 규칙에 따라 동일한 평면에 배치된 나노포스트(NP)들을 포함한다. 이러한 색분리 렌즈 어레이(130)는 스페이서층(120) 상에 배치될 수 있다.According to an embodiment, the pixel array 1100 of the image sensor 1000 may include a color separation lens array configured to condense light of a corresponding color to each pixel. 3 is a conceptual diagram showing a schematic structure and operation of a color separation lens array according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 3, the color separation lens array 130 includes nanoposts NP disposed on the same plane according to a predetermined rule. The color separation lens array 130 may be disposed on the spacer layer 120.

여기서, 규칙(rule)은 나노포스트(NP)의 형상, 크기(폭, 높이), 간격, 배열 형태 등의 파라미터에 적용되는 것으로, 입사광(Li)에 대해 색분리 렌즈 어레이(130)가 구현하고자 하는 타깃 위상 분포(TP)에 따라 정해질 수 있다. 타깃 위상 분포(TP)는 입사광(Li)의 파장을 분리하여 집광하고자 하는 타깃 영역(R1, R2)을 고려하여 정해질 수 있다. 타깃 위상 분포(TP)는 색분리 렌즈 어레이(130)와 타깃 영역(R1, R2) 사이에 표시되어 있으나, 이는 단지 도시의 편의에 의한 것이다. 실제의 타깃 위상 분포(TP)는 입사광(Li)이 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치, 예를 들어 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서의 위상 분포를 의미한다.Here, the rule is applied to parameters such as the shape, size (width, height), spacing, and arrangement shape of the nanopost (NP), and the color separation lens array 130 is intended to be implemented for the incident light (Li). It may be determined according to the target phase distribution (TP). The target phase distribution TP may be determined in consideration of the target regions R1 and R2 to be condensed by separating the wavelength of the incident light Li. The target phase distribution TP is displayed between the color separation lens array 130 and the target regions R1 and R2, but this is merely for convenience of illustration. The actual target phase distribution TP is the position immediately after the incident light Li passes through the color separation lens array 130, for example, the lower surface of the color separation lens array 130 or the upper surface of the spacer layer 120 Means the phase distribution at

색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 영역(131)과 제2 영역(132)을 포함할 수 있고, 제1 영역(131)과 제2 영역(132)은 각각 하나 또는 복수의 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 제1 영역(131) 및 제2 영역(132)은 각각 제1 타깃영역(R1) 및 제2 타깃영역(R2)과 마주하게 배치되며 일대일로 대응할 수 있다. 제1 영역(131)과 제2 영역(132)에는 각각 세 개의 나노포스트(NP)가 배치된 것으로 도시되고 있으나 이는 예시적인 것이다. 또한, 나노포스트(NP)는 제1 영역(131)과 제2 영역(132) 중 어느 한 영역 내에 전체적으로 위치하도록 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며 일부의 나노포스트(NP)는 제1 영역(131)과 제2 영역(132) 사이의 경계에 배치될 수도 있다.The color separation lens array 130 may include a first region 131 and a second region 132, and each of the first region 131 and the second region 132 is one or a plurality of nanoposts (NP ) Can be included. The first region 131 and the second region 132 are disposed to face the first target region R1 and the second target region R2, respectively, and may correspond to each other on a one-to-one basis. Although it is shown that three nanoposts NP are disposed in each of the first region 131 and the second region 132, this is exemplary. In addition, the nanoposts NP are shown to be entirely located within one of the first region 131 and the second region 132, but are not limited thereto, and some of the nanoposts NP are the first region 131 It may be disposed at the boundary between the and the second region 132.

색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)들은 입사광(Li)에 포함된 서로 다른 파장의 광을 서로 다른 방향으로 분기하여 집광하는 위상 분포를 형성할 수 있다. 예를 들어, 입사광(Li)에 포함된 제1 파장의 광(L

₁)은 제1 위상분포를 갖고 제2 파장의 광(L

₂)은 제2 위상분포를 갖는 타깃 위상 분포(TP)를 형성하도록, 제1 영역(131)과 제2 영역(132)에 분포되는 나노포스트(NP)들의 형상, 크기, 배열 등이 정해질 수 있다. 이러한 타깃 위상 분포(TP)에 따라 나노포스트(NP)들과 소정의 이격 거리(A)에 있는 타깃 위치(R1, R2)에 각각 제1 파장의 광(L

₁)과 제2 파장의 광(L

₂)이 집광될 수 있다.The nanoposts NP of the color separation lens array 130 may form a phase distribution in which light of different wavelengths included in the incident light Li is diverged in different directions and condensed. For example, the light of the first wavelength included in the incident light Li (L

₁ ) has a first phase distribution and a second wavelength of light (L

₂ ) is the shape, size, and arrangement of the nanoposts (NP) distributed in the first region 131 and the second region 132 to form a target phase distribution (TP) having a second phase distribution. I can. According to the target phase distribution TP, the first wavelength light L at the target positions R1 and R2 at a predetermined separation distance A from the nanoposts NP, respectively.

₁ ) and light of the second wavelength (L

₂ ) can be condensed.

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, 배열 중 어느 하나는 제2 영역(132)에 구비된 나노포스트(NP)의 형상, 크기 배열과 다를 수 있다.A rule in which the nanoposts NP is disposed in the first region 131 and a rule disposed in the second region 132 may be different from each other. In other words, any one of the shape, size, and arrangement of the nanoposts NP provided in the first region 131 may be different from the shape and size arrangement of the nanoposts NP provided in the second region 132. .

나노포스트(NP)는 분기 대상인 파장 대역보다 작은 서브 파장의 형상 치수를 가질 수 있다. 나노포스트(NP)는, 제1 파장, 제2 파장 중 짧은 파장보다 작은 형상 치수를 가질 수 있으며, 입사광(Li)이 가시광인 경우, 예를 들어, 400nm, 300nm, 또는 200nm 보다 작은 치수를 가질 수 있다.The nanopost NP may have a shape dimension of a sub-wavelength smaller than a wavelength band to be branched. The nanopost (NP) may have a shape dimension smaller than the shorter of the first wavelength and the second wavelength, and when the incident light Li is visible light, for example, the nanopost (NP) may have a dimension smaller than 400 nm, 300 nm, or 200 nm. I can.

나노포스트(NP)는 주변 물질의 굴절률에 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 조합으로 이루어질 수 있다. 주변 물질과 굴절률 차이를 가지는 나노포스트(NP)는 지나가는 광의 위상을 변화시킬 수 있다. 이는 서브 파장의 형상 치수가 야기하는 위상 지연(phase delay)이 원인이며, 위상이 지연되는 정도는 나노포스트(NP)의 세부적인 형상 치수, 배열 형태 등이 결정한다. 주변 물질은 나노포스트(NP)보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체 물질, 예를 들어, SiO₂ 또는 공기(air)로 이루어질 수 있다.The nanopost NP may be made of a material having a refractive index higher than that of surrounding materials. For example, nanoposts (NP) are composed of c-Si, p-Si, a-Si and III-V compound semiconductors (GaP, GaN, GaAs, etc.), SiC, TiO ₂ , SiN, and/or combinations thereof. I can. The nanopost (NP) having a difference in refractive index from the surrounding material may change the phase of passing light. This is due to the phase delay caused by the shape dimension of the sub-wavelength, and the degree of the phase delay is determined by the detailed shape dimension and arrangement shape of the nanopost (NP). The surrounding material may be made of a dielectric material having a refractive index lower than that of the nanopost (NP), for example, SiO _{2 or air.}

제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 가시광선 파장 대역일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 배치된 나노포스트(NP)들의 형상, 크기, 간격, 배열등에 대한 규칙에 따라 다양한 파장 대역이 구현될 수 있다. 도 3은 두 가지의 파장이 분기되어 집광되는 것을 예시하였으나 이에 한정되지 않으며, 입사광이 파장에 따라 세 방향 이상으로 분기되어 집광될 수도 있다.The first wavelength (λ1) and the second wavelength (λ2) may be visible light wavelength bands, but are not limited thereto, and various wavelength bands may vary according to rules regarding the shape, size, spacing, and arrangement of the arranged nanoposts (NP). Can be implemented. FIG. 3 illustrates that two wavelengths are branched and condensed, but the present invention is not limited thereto, and incident light may be divided and condensed in three or more directions depending on the wavelength.

이하에서는 상술한 색분리 렌즈 어레이(130)가 이미지 센서(1000)의 화소 어레이(1100)에 적용된 예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an example in which the above-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 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 화소 어레이의 단면도들이고, 도 5a는 화소 어레이의 광감지셀 배열을 보이는 평면도이며, 도 5b는 색분리 렌즈 어레이의 나노포스트들이 배열된 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.4A and 4B are cross-sectional views of a pixel array according to an embodiment, FIG. 5A is a plan view showing an arrangement of photosensitive cells of the pixel array, and FIG. 5B is an exemplary arrangement of nanoposts of a color separation lens array. It is a plan view that can be seen.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 화소 어레이(1100)는 광을 센싱하는 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)을 포함하는 센서 기판(110), 센서 기판(110) 상에 배치된 투명 스페이서층(120), 및 스페이서층(120) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(130)를 포함한다.4A and 4B, the pixel array 1100 is disposed on a sensor substrate 110 and a sensor substrate 110 including a plurality of light sensing cells 111, 112, 113, and 114 for sensing light. A transparent spacer layer 120 and a color separation lens array 130 disposed on the spacer layer 120.

센서 기판(110)은 광을 전기적 신호로 변환하는 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112), 제3 광감지셀(113), 및 제4 광감지셀(114)을 포함할 수 있다. 이 광감지셀들은, 예를 들어 도 4a에 도시된 바와 같이 제1 광감지셀(111)과 제2 광감지셀(112)이 제1 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배열되고, Y 방향의 위치가 다른 단면에서는 도 4b에 도시된 바와 같이 제3 광감지셀(113)과 제4 광감지셀(114)이 번갈아 배열될 수 있다. 이러한 영역 구분은 입사광을 화소 단위로 구분하여 센싱하기 위한 것이며, 예를 들어, 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)은 제1 화소에 해당하는 제1 파장의 광을 센싱하고, 제2 광감지셀(112)은 제2 화소에 해당하는 제2 파장의 광을 센싱하며, 제3 광감지셀(113)은 제3 화소에 해당하는 제3 파장의 광을 센싱할 수 있다. 이하에서, 제1 파장의 광은 녹색광, 제2 파장의 광은 청색광, 제3 파장의 광은 적색광이고, 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소는 각각 녹색 화소(G), 청색 화소(B), 적색 화소(R)인 경우를 예로 들어 설명한다. 셀 간 경계에는 도시되지는 않았으나, 셀 분리를 위한 분리막이 더 형성될 수도 있다.The sensor substrate 110 includes a first photo-sensing cell 111, a second photo-sensing cell 112, a third photo-sensing cell 113, and a fourth photo-sensing cell 114 that converts light into an electrical signal. Can include. These light-sensing cells, for example, as shown in FIG. 4A, the first light-sensing cells 111 and the second light-sensing cells 112 are alternately arranged along the first direction (X direction), In cross-sections having different positions, as shown in FIG. 4B, the third and fourth light-sensing cells 113 and 114 may be alternately arranged. The division of the area is for sensing incident light by dividing the incident light into a pixel unit. For example, the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114 receive light of a first wavelength corresponding to the first pixel. Sensing, the second light sensing cell 112 senses light of a second wavelength corresponding to the second pixel, and the third light sensing cell 113 senses light of a third wavelength corresponding to the third pixel. I can. Hereinafter, light of the first wavelength is green light, light of the second wavelength is blue light, and light of the third wavelength is red light, and the first, second, and third pixels are green pixels (G) and blue pixels ( B), the case of the red pixel R will be described as an example. Although not shown at the boundary between cells, a separator for cell separation may be further formed.

스페이서층(120)은 색분리 렌즈 어레이(130)를 지지하면서 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 가시광에 대해 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스페이서층(120)은 SiO₂, 실란올계 유리(SOG; siloxane-based spin on glass) 등과 같이 색분리 렌즈 어레이(130)의 나노포스트(NP)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지면서 가시광 대역에서 흡수율이 낮은 유전체 재료로 이루어질 수 있다.The spacer layer 120 supports the color separation lens array 130 and serves to maintain a constant gap between the sensor substrate 110 and the color separation lens array 130, and may be made of a material transparent to visible light. . For example, the spacer layer 120 has a refractive index lower than the refractive index of the nanopost (NP) of the color separation lens array 130, such as _{SiO 2, silanol-based spin on glass (SOG), and visible light} It may be made of a dielectric material having a low absorption rate in the band.

색분리 렌즈 어레이(130)는 소정의 규칙으로 배열된 나노포스트(NP)들을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 색분리 렌즈 어레이(130)는 나노포스트(NP)를 보호하는 보호층을 더 구비할 수 있다. 보호층은 나노포스트(NP)를 이루는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 유전체 물질로 이루어질 수 있다.The color separation lens array 130 includes nanoposts NPs arranged in a predetermined rule. Although not shown, the color separation lens array 130 may further include a protective layer protecting the nanoposts NP. The protective layer may be made of a dielectric material having a refractive index lower than that of a material constituting the nanopost NP.

색분리 렌즈 어레이(130)는 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)과 일대일로 대응하며 마주하는 복수의 영역(131, 132, 133, 134)으로 구획된다. 복수의 영역(131, 132, 133, 134) 각각에는 하나 또는 복수의 나노포스트(NP)들이 배치될 수 있고, 형상, 크기, 배열 중 어느 하나가 영역에 따라 다를 수 있다.The color separation lens array 130 is divided into a plurality of regions 131, 132, 133, and 134 that correspond to the plurality of light sensing cells 111, 112, 113, and 114 on a one-to-one basis and face each other. One or a plurality of nanoposts NP may be disposed in each of the plurality of regions 131, 132, 133, and 134, and any one of a shape, size, and arrangement may be different depending on the region.

색분리 렌즈 어레이(130)는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)로 제1 파장의 광을 분기하여 집광하고, 제2 광감지셀(112)로 제2 파장의 광을 분기하여 집광하며, 제3 광감지셀(113)로 제3 파장의 광을 분기하여 집광하도록 영역이 구분되며, 영역마다 나노포스트(NP)들의 크기, 형상, 배열이 정해진다.The color separation lens array 130 divides and condenses light of a first wavelength by the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114, and the second light-sensing cell 112 The light is branched and condensed, and a region is divided so that light of a third wavelength is divided and condensed by the third light sensing cell 113, and the size, shape, and arrangement of the nanoposts NP are determined for each region.

화소 어레이(1100)가 도 2a에 도시된 베이어 패턴을 가지는 경우, 도 5a의 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)은 녹색 화소(G)에 대응하고, 제2 광감지셀(112)은 청색 화소(B)에 대응하고, 제3 광감지셀(113)은 적색 화소(R)에 대응하게 된다. 도 5b를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 및 제4 영역(131, 134)이 녹색 화소(G)에 대응하고, 제2 영역(132)이 청색 화소(B)에 대응하며, 제3 영역(133)이 적색 화소(R)에 대응한다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(130)는 2차원 배열된 복수의 단위 패턴 어레이를 포함하며, 각각의 단위 패턴 어레이는 2×2의 형태로 배열된 제1 영역(131), 제2 영역(132), 제3 영역(133) 및 제4 영역(134)을 포함한다.When the pixel array 1100 has the Bayer pattern shown in FIG. 2A, the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114 of FIG. 5A correspond to the green pixel G, and the second light The sensing cell 112 corresponds to the blue pixel B, and the third light sensing cell 113 corresponds to the red pixel R. Referring to FIG. 5B, the first and fourth regions 131 and 134 of the color separation lens array 130 correspond to the green pixel G, and the second region 132 corresponds to the blue pixel B. , The third area 133 corresponds to the red pixel R. Accordingly, the color separation lens array 130 includes a plurality of unit pattern arrays arranged in two dimensions, and each unit pattern array includes a first region 131 and a second region 132 arranged in a 2×2 shape. , A third area 133 and a fourth area 134.

도 5b에 도시된 바와 같이, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134), 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132), 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)들은 원형단면을 가지는 원기둥 형태의 나노포스트(NP)들을 포함할 수 있다. 제1 영역(131), 제2 영역(132), 제3 영역(133), 및 제4 영역(134)들의 중심부에는 단면적이 서로 다른 나노포스트(NP)가 배치되며, 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 작은 단면적을 가질 수 있다.5B, the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G, the second region 132 corresponding to the blue pixel B, and the red pixel R The third regions 133 may include cylindrical nanoposts NP having a circular cross-section. Nanoposts (NP) having different cross-sectional areas are disposed in the centers of the first region 131, the second region 132, the third region 133, and the fourth region 134, and The nanoposts NP may also be disposed at the intersection of the pixel boundary lines. The cross-sectional area of the nanoposts NP disposed at the boundary between pixels may have a smaller cross-sectional area than the nanoposts NP disposed at the center of the pixel.

도 5c는 도 5b의 일부 영역, 즉, 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)의 나노포스트(NP)들 배열을 상세히 보인다. 도 5c에서 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 p1~p9로 표시되어 있다. 도 5c를 참조하면, 나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(131)의 중심부에 배치된 나노포스트(p1) 및 제4 영역(134)의 중심부에 배치된 나노포스트(p4)의 단면적이 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 단면적이 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. 5C shows the arrangement of nanoposts NPs in a partial region of FIG. 5B, that is, the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array. In FIG. 5C, nanoposts (NPs) are indicated as p1 to p9 according to detailed positions in the unit pattern array. 5C, cross-sectional areas of the nanoposts p1 disposed in the center of the first region 131 and the nanoposts p4 disposed in the center of the fourth region 134 among the nanoposts NP It is larger than the cross-sectional area of the nanopost p2 disposed in the center of the second area 132 or the nanopost p3 disposed in the center of the third area 133, and is disposed in 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 in the center of the third region 133. However, this is only an example, and nanoposts (NPs) of various shapes, sizes, and arrangements may 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 5c에 도시된 바와 같이, 나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(131)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(132)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p5)들의 단면적과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제3 영역(133)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p6)들의 단면적은 서로 다르다. 마찬가지로, 제4 영역(134)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제3 영역(133)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p7)들의 단면적과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(132)과의 경계에 위치하는 나노포스트(p8)들의 단면적은 서로 다르다.The nanoposts NP 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). I can have it. For example, the nanoposts NP 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). 5C, among the nanoposts NP, the nanoposts p5 positioned at the boundary 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 positioned at the boundary between the cross-sectional area and the third area 133 adjacent in the second direction (Y direction) are different from each other. Similarly, the cross-sectional area of the nanoposts p7 positioned at the boundary between the fourth region 134 and the third region 133 adjacent in the first direction (X direction) and the second region adjacent in the second direction (Y direction) The cross-sectional areas of the nanoposts p8 positioned 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 5c에 도시된 바와 같이, 나노포스트(NP)들 중, 제2 영역(132)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p5)들 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p8)들의 단면적은 서로 같으며, 제3 영역(133)에서도 제1 방향(X방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p7)들 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 화소 간의 경계에 놓이는 나노포스트(p6)들의 단면적은 서로 같다.On the other hand, the nanoposts NP disposed in the second region 132 corresponding to the blue pixel B and the third region 133 corresponding to the red pixel R are It can have a symmetrical distribution rule along the direction (Y direction). As shown in FIG. 5C, among the nanoposts NP, nanoposts p5 placed at the boundary between the second region 132 and pixels adjacent in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) ), the cross-sectional areas of the nanoposts p8 placed at the boundary between adjacent pixels are the same, and in the third region 133, the nanoposts p7 and the second placed at the boundary between adjacent pixels in the first direction (X direction) The cross-sectional areas of the nanoposts p6 placed at the boundary between adjacent pixels in the direction (Y direction) are the same.

한편, 제1영역(131), 제2영역(132), 제3영역(133), 제4영역(134) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 교차하는 위치에 배치된 나노포스트(p9)들은 같은 단면적을 갖는다.Meanwhile, the first region 131, the second region 132, the third region 133, and the fourth region 134 have four corners, that is, the nanoposts p9 disposed at the intersections of the four regions. They have the same cross-sectional area.

이러한 분포는, 베이어 패턴의 화소 배열에 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 각각 대응하는 제2 영역(132)과 제3 영역(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 영역(131)과 제4 영역(134)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다.This distribution is due to the pixel arrangement of the Bayer pattern. In the blue pixel (B) and the red pixel (R), the pixels adjacent in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) are the same as the green pixel (G). In the green pixel G, the pixels adjacent in the first direction (X direction) are blue pixels B, and the pixels adjacent in the second direction (Y direction) are red pixels R, which are different from each other. In the corresponding green pixel G, the pixels adjacent in the first direction (X direction) are the red pixels R, and the pixels adjacent in the second direction (Y direction) are the blue pixels B, which are different from each other. In addition, the green pixels G corresponding to the first region 131 and the fourth region 134 are green pixels G, which are adjacent to each other in four diagonal directions, and correspond to the second region 132. In the blue pixel (B), pixels adjacent in four diagonal directions are the same as the red pixels (R), and the red pixels (R) corresponding to the third region 133 are blue pixels (B) adjacent in four diagonal directions. ) Is the same as each other. Accordingly, in the second region 132 and the third region 133 respectively corresponding to the blue pixel B and the red pixel R, the nanoposts NP are arranged in a form of 4-fold symmetry. In addition, nanoposts NP may be arranged in the form of 2-fold symmetry in the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G. In particular, the first region 131 and the fourth region 134 are rotated 90 degrees with respect to each other.

나노포스트(NP)들은 모두 대칭적인 원형의 단면 형상을 갖는 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니며 비대칭 형상의 단면 형상을 갖는 나노포스트가 일부 포함될 수도 있다. 예를 들어, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 영역(131)과 제4 영역(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 각각 대응하는 제2 영역(132)과 제3 영역(133)에는 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 폭이 같은 대칭적인 단면 형상을 갖는 나노포스트가 채용될 수 있다.All of the nanoposts NP are illustrated to have a symmetrical circular cross-sectional shape, but are not limited thereto, and some nanoposts having an asymmetrical cross-sectional shape may be included. For example, the first region 131 and the fourth region 134 corresponding to the green pixel G have an asymmetric cross-sectional shape having different widths in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Nanoposts are employed, and in the second region 132 and the third region 133 respectively corresponding to the blue pixel (B) and the red pixel (R), a first direction (X direction) and a second direction (Y direction) A nanopost having a symmetrical cross-sectional shape having the same width of) may be employed.

색분리 렌즈 어레이(130)의 배열 규칙은 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 제1 파장의 광을 분기하여 집광시키고, 제2 광감지셀(112)에 제2 파장의 광을 분기하여 집광시키고, 제3 광감지셀(113)에 제3 파장의 광을 분기하여 집광시키게 하는 타깃 위상 분포를 구현하기 위한 일 예시이며, 도시된 패턴에 한정되는 것은 아니다.The arrangement rule of the color separation lens array 130 is that light of a first wavelength is branched and condensed to the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114, and is applied to the second light sensing cell 112. This is an example for implementing a target phase distribution in which light of two wavelengths is branched and condensed, and light of a third wavelength is branched and condensed in the third light sensing cell 113, and is not limited to the illustrated pattern.

색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 위치에서 제1 파장의 광이 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)로 집광되는 위상을 형성하고 인접한 제2 광감지셀(112)과 제3 광감지셀(113)로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 색분리 렌즈 어레이(130)의 각 영역에 구비되는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열이 정해질 수 있다. At a position passing through the color separation lens array 130, a second light sensing cell 112 that forms a phase at which light of the first wavelength is condensed to the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell 114 ) And the third light sensing cell 113, the shape, size, and arrangement of the nanoposts NP provided in each region of the color separation lens array 130 may be determined so as to form a phase that does not proceed to the third light sensing cell 113.

마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 위치에서 제2 파장의 광이 제2 광감지셀(112)로 집광되는 위상을 형성하고 인접한 제1 광감지셀(111), 제3 광감지셀(113), 및 제4 광감지셀(114)로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 색분리 렌즈 어레이(130)의 각 영역에 구비되는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열이 정해질 수 있다.Likewise, a first light sensing cell 111 and a third light sensing cell adjacent to each other form a phase in which light of a second wavelength is condensed to the second light sensing cell 112 at a position passing through the color separation lens array 130. The shape, size, and arrangement of the nanoposts (NP) provided in each region of the color separation lens array 130 may be determined to form a phase that does not proceed to 113 and the fourth light sensing cell 114. have.

또한 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 위치에서 제3 파장의 광이 제3 광감지셀(113)로 집광되는 위상을 형성하고 인접한 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112) 및 제4 광감지셀(114)로는 진행하지 않는 위상을 형성하도록, 색분리 렌즈 어레이(130)의 각 영역에 구비되는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 배열이 정해질 수 있다.In addition, a phase in which light of a third wavelength is condensed to the third light sensing cell 113 at a position passing through the color separation lens array 130 is formed, and the adjacent first light sensing cell 111 and the second light sensing cell 113 are formed. The shape, size, and arrangement of the nanoposts (NP) provided in each region of the color separation lens array 130 may be determined so as to form a phase that does not proceed to the cell 112 and the fourth light sensing cell 114. have.

이러한 조건들을 모두 만족시키는 나노포스트(NP)의 형상, 크기, 및/또는 배열이 정해질 수 있으며, 이러한 색분리 렌즈 어레이(130)는 통과한 직후의 빛이 다음과 같은 타깃 위상 분포를 가지게 할 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후 위치에서, 다시 말해 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면 또는 스페이서층(120)의 상부 표면에서, 제1 파장의 광의 위상은 제1 광감지셀(111)에 대응하는 제1 영역(131)의 중심부와 제4 광감지셀(114)에 대응하는 제4 영역(134)의 중심부에서 2Nπ이고,, 제2 광감지셀(112)에 대응하는 제2 영역(132)의 중심부 및 제3 감지셀(113)에 대응하는 제3 영역(132)의 중심부에서는 (2N-1)π의 위상을 나타내는 분포일 수 있다. 여기서 N은 0보다 큰 정수이다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제1파장의 광의 위상이, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 최대가 되며, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부로부터 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져서 제2 영역(132)의 중심부와 제3 영역(132)의 중심부에서 최소가 될 수 있다. 예를 들어, N=1인 경우, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 위치에서 녹색광의 위상은 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 2π, 제2 영역(132)의 중심부와 제3 영역(132)의 중심부에서 π가 될 수 있다. 여기서, 위상은 빛이 나노포스트(NP)을 통과하기 직전의 위상에 대한 상대적인 위상 값을 의미할 수 있다.The shape, size, and/or arrangement of the nanoposts (NP) satisfying all of these conditions may be determined, and the color separation lens array 130 allows the light immediately after passing through to have the following target phase distribution. I can. At a position immediately after passing through the color separation lens array 130, that is, on the lower surface of the color separation lens array 130 or the upper surface of the spacer layer 120, the phase of the light of the first wavelength is the first light sensing cell ( 111) in the center of the first area 131 and the center of the fourth area 134 corresponding to the fourth light-sensing cell 114, 2Nπ, and the second light-sensing cell 112 The central portion of the second area 132 and the central portion of the third area 132 corresponding to the third sensing cell 113 may be a distribution indicating a phase of (2N-1)π. Where N is an integer greater than 0. In other words, the phase of the light of the first wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 becomes maximum at the center of the first region 131 and the center of the fourth region 134, and the first region As the distance from the center of 131 and the center of the fourth area 134 gradually decreases in the shape of a concentric circle, the center of the second area 132 and the center of the third area 132 may be minimized. For example, in the case of N=1, the phase of green light at a position passing through the color separation lens array 130 is 2π at the center of the first region 131 and the center of the fourth region 134, and the second region ( It may be π at the center of 132 and the center of the third area 132. Here, the phase may mean a phase value relative to a phase immediately before light passes through the nanopost NP.

또한, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광의 위상은 제2 광감지셀(112)에 대응하는 제2 영역(132)의 중심부에서 2Mπ이고 제1 광감지셀(111)에 대응하는 제1 영역(131)의 중심부, 제4 광감지셀(114)에 대응하는 제4 영역(134)의 중심부에서는 (2M-1)π이고, 제3 광감지셀(113)에 대응하는 제3 영역(133)의 중심부에서는 (2M-2)π보다 크고 (2M-1)π보다 작게 되는 분포일 수 있다. 여기서, M은 0보다 큰 정수이다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제2파장의 광의 위상은 제2 영역(132)의 중심부에서 최대가 되며, 제2 영역(132)의 중심부로부터 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져, 제1 영역(131), 제4 영역(134) 및 제3 영역(133)의 중심부에서 국소적으로 최소가 된다. 예를 들어, M=1인 경우, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 위치에서 청색광의 위상은 제2 영역(132)의 중심부에서 2π, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 π, 제3 영역(133)의 중심부에서 약 0.2π 내지 0.7π가 될 수 있다.In addition, the phase of the light of the second wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is 2Mπ at the center of the second region 132 corresponding to the second light sensing cell 112 and the first light sensing cell In the center of the first area 131 corresponding to (111), the center of the fourth area 134 corresponding to the fourth light-sensing cell 114 is (2M-1)π, and the third light-sensing cell 113 In the center of the third region 133 corresponding to ), the distribution may be greater than (2M-2)π and smaller than (2M-1)π. Here, M is an integer greater than 0. In other words, the phase of the light of the second wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is maximized at the center of the second region 132, and the further away from the center of the second region 132, the concentric circles. The shape gradually decreases, and the first region 131, the fourth region 134, and the third region 133 are locally minimized in the center of the region. For example, in the case of M=1, the phase of blue light at a position passing through the color separation lens array 130 is 2π from the center of the second region 132, and the center of the first region 131 and the fourth region ( It may be π at the center of 134 and about 0.2π to 0.7π at the center of the third region 133.

또한 마찬가지로, 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광의 위상은 제3 광감지셀(113)에 대응하는 제3 영역(133)의 중심부에서 2Lπ이고 제1 광감지셀(111)에 대응하는 제1 영역(131), 제4 광감지셀(114)에 대응하는 제4 영역(134)의 중심부에서는 (2L-1)π 이고, 제2 광감지셀(112)에 대응하는 제2 영역(132)의 중심부에서는 (2L-2)π보다 크고 (2L-1)π보다 작게 될 수 있다. 여기서, L은 0보다 큰 정수이다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광의 위상은, 제3 영역(133)의 중심부에서 최대가 되며, 제3 영역(133)의 중심부로부터 멀어질수록 동심원 형태로 점차 작아져 제1 영역(131), 제4영역(134) 및 제2 영역(132)의 중심부에서 국소적으로 최소가 된다. 예를 들어, L=1인 경우, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 위치에서 적색광의 위상은 제3 영역(133)의 중심부에서 2π, 제1 영역(131)의 중심부와 제4 영역(134)의 중심부에서 π, 제2 영역(132)의 중심부에서 약 0.2π 내지 0.7π가 될 수 있다.Likewise, the phase of the light of the third wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 is 2Lπ at the center of the third region 133 corresponding to the third light sensing cell 113 and the first light sensing The center of the first region 131 corresponding to the cell 111 and the fourth region 134 corresponding to the fourth light sensing cell 114 is (2L-1)π, and the second light sensing cell 112 In the center of the second region 132 corresponding to, it may be larger than (2L-2)π and smaller than (2L-1)π. Here, L is an integer greater than 0. In other words, the phase of the light of the third wavelength at the position immediately after passing through the color separation lens array 130 becomes maximum in the center of the third area 133, and the further away from the center of the third area 133, It gradually decreases in the shape of a concentric circle, and is locally minimized in the centers of the first region 131, the fourth region 134, and the second region 132. For example, in the case of L=1, the phase of red light at a position passing through the color separation lens array 130 is 2π from the center of the third area 133, and the center of the first area 131 and the fourth area ( It may be π at the center of the second region 134 and about 0.2π to 0.7π at the center of the second region 132.

앞서 언급했듯이, 타깃 위상 분포는 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 직후의 위치에서 빛의 위상 분포를 의미한다. 색분리 렌즈 어레이(130)를 통과한 빛이 이러한 위상 분포를 가지면, 제1파장 내지 제4파장의 빛이 각각 제1 광감지셀(111), 제2 광감지셀(112), 제3 광감지셀(113), 및 제4 광감지셀(114)에 모이게 된다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 빛은 파장에 따라 분기하여 각각 서로 다른 방향으로 진행하여 집광되는 것과 동일한 광학적 효과를 얻을 수 있다.As mentioned above, the target phase distribution means a phase distribution of light at a position immediately after passing through the color separation lens array 130. When the light passing through the color separation lens array 130 has such a phase distribution, light of the first wavelength to the fourth wavelength is transmitted to the first light sensing cell 111, the second light sensing cell 112, and the third light, respectively. They are collected in the sensing cell 113 and the fourth light sensing cell 114. In other words, the light transmitted through the color separation lens array 130 may diverge according to a wavelength and proceed in different directions to obtain the same optical effect as condensed.

이렇게 해당 파장의 광이 해당 광감지셀에 집광되기 위해 소정의 전파 거리 요건이 정해질 수 있고, 이에 따라 스페이서층(120)의 두께(h)가 정해질 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)는 분기 대상인 파장(λ)이나 화소 크기 및 광감지셀의 배치 주기(p)에 따라 달라질 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)는 분기 대상인 가시광선 파장 대역의 중심 파장(λ)보다 클 수 있으며, 인접하는 광감지셀 중심간의 거리인 광감지셀 배치 주기(p)와 비교하면, 1p~3p의 범위일 수 있다. 구체적으로, 스페이서층(120)의 두께(h)는 500㎚ 내지 5㎛의 범위일 수 있다. 스페이서층(120)의 두께(h)를 설정하는 보다 세부적인 사항에 대해서는 도 10a 내지 도 10e, 도 11a 내지 도 11e, 및 도 12a 내지 도12e를 참조하여, 다시 후술한다.In this way, a predetermined propagation distance requirement may be determined so that light of a corresponding wavelength is condensed to the corresponding light sensing cell, and accordingly, the thickness h of the spacer layer 120 may be determined. The thickness h of the spacer layer 120 may vary depending on the wavelength λ that is a branching target, the pixel size, and the arrangement period p of the photosensitive cells. The thickness (h) of the spacer layer 120 may be greater than the center wavelength (λ) of the visible light wavelength band to be branched, and compared to the photosensitive cell arrangement period (p), which is the distance between the centers of adjacent photosensitive cells, 1p It can be in the range of ~3p. Specifically, the thickness h of the spacer layer 120 may be in the range of 500 nm to 5 μm. Further details of setting the thickness h of the spacer layer 120 will be described later with reference to FIGS. 10A to 10E, 11A to 11E, and 12A to 12E.

도 6a 및 도 6b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 청색광의 위상 분포 형태 및 이에 마주하는 광감지셀에서의 청색광의 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 6c는 청색 화소(B)에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제2 영역과 그 주변에 입사한 청색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 6d는 청색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다. 6A and 6B are diagrams for computational simulation of a phase distribution pattern of blue light passing through a color separation lens array and a focusing distribution of blue light in a light sensing cell facing it, and FIG. 6C is a color corresponding to a blue pixel (B). The second region of the separation lens array and the direction of blue light incident thereon are exemplarily shown, and FIG. 6D exemplarily shows a microlens array that acts equivalently to the color separation lens array for blue light.

도 6a에 예시된 위상 분포를 살펴보면, 청색 화소(B)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 2π이며, 인접한 녹색 화소(G)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π의 값을 나타내고, 대각선 방향의 적색 화소(R)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π보다 작은 값(예컨대, 약 0.2π 내지 0.7π)을 나타낸다.Looking at the phase distribution illustrated in FIG. 6A, the phase at the center of the region corresponding to the blue pixel B is approximately 2π, and the phase at the center of the region corresponding to the adjacent green pixel G is approximately π. Value, and the phase at the center of the area corresponding to the red pixel R in the diagonal direction is approximately smaller than π (eg, about 0.2π to 0.7π).

이러한 위상 분포는 도 6b와 같은 청색광의 포커싱 분포를 나타낼 수 있다. 청색광은 청색 화소(B)에 대응하는 영역에 대부분 집광되며, 다른 화소에 대응하는 영역에는 청색광이 거의 도달하지 않는다.This phase distribution may represent a focusing distribution of blue light as shown in FIG. 6B. Most of the blue light is condensed in the area corresponding to the blue pixel B, and the blue light hardly reaches the area corresponding to the other pixel.

결과적으로, 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132)과 그 주변에 입사한 청색광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 후 도 6c에 도시된 바와 같이 진행하게 된다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제2 영역(132)과 제2 영역(132)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 청색광은 제2 영역(132) 직하부의 제2 광감지셀(112) 상에 집광된다. 다시 말해, 하나의 청색 화소(B)에는 그 청색 화소(B)에 대응하는 제2 영역(132)에서 오는 청색광, 제2 영역(132)과 가로 방향으로 인접하는 2개의 제1 영역(131)에서 오는 청색광, 제2 영역(132)과 세로 방향으로 인접하는 2개의 제4 영역(134)에서 오는 청색광, 및 제2 영역(132)과 대각 방향으로 인접하는 4개의 제3 영역(113)에서 오는 청색광이 입사한다.As a result, the second region 132 corresponding to the blue pixel B and the blue light incident thereto pass through the color separation lens array 130 and then proceed as shown in FIG. 6C. For example, of incident light incident on some of the second region 132 and other regions surrounding the second region 132 of the color separation lens array 130, blue light is the second region directly under the second region 132. It is condensed on the light sensing cell 112. In other words, one blue pixel B includes blue light coming from the second region 132 corresponding to the blue pixel B, and two first regions 131 adjacent to the second region 132 in the horizontal direction. Blue light coming from, blue light coming from two fourth areas 134 adjacent to the second area 132 in a vertical direction, and four third areas 113 adjacent to the second area 132 in a diagonal direction. Blue light that comes is incident.

따라서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 청색광에 대해서는 제2 광감지셀(112)을 중심으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈(ML1) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 등가적인 마이크로 렌즈(ML1)는 그에 대응하는 제2 광감지셀(112)보다 크기 때문에, 제2 광감지셀(112)의 영역에 입사하는 청색광뿐만 아니라 제2 광감지셀(112)을 둘러싸는 다른 영역으로 입사하는 청색광도 제2 광감지셀(112)에 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 렌즈(ML1)는 그에 대응하는 제2 광감지셀(112)보다 4배 정도 크며 각각의 마이크로 렌즈(ML1)의 네변은 제2 광감지셀(112)의 네변과 평행할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 6D, the color separation lens array 130 may play an equivalent role to an array of a plurality of micro lenses ML1 arranged around the second light sensing cell 112 for blue light. . Since each equivalent microlens ML1 is larger than the corresponding second light sensing cell 112, the second light sensing cell 112 as well as the blue light incident on the region of the second light sensing cell 112 Blue light incident to another surrounding area may also be condensed to the second light sensing cell 112. For example, each microlens ML1 is about 4 times larger than the corresponding second light sensing cell 112, and the four sides of each microlens ML1 are parallel to the four sides of the second light sensing cell 112. can do.

도 7a 및 도 7b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 녹색광의 위상 분포 형태 및 이에 마주하는 광감지셀에서의 녹색광의 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 7c는 녹색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제1 영역 및 제4 영역과 그 주변에 입사한 녹색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 7d는 녹색광에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다. 7A and 7B are diagrams for computational simulation of a phase distribution shape of green light passing through a color separation lens array and a focusing distribution of green light in a photosensitive cell facing the color separation lens array, and FIG. 7C is a color separation lens array corresponding to a green pixel. The first and fourth regions of and the direction of progression of green light incident thereon are exemplarily shown, and FIG. 7D exemplarily shows a micro lens array that acts equivalently to a color separation lens array for green light.

도 7a에 예시된 위상 분포를 살펴보면, 녹색 화소(G)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 2π이며, 인접한 청색 화소(B)와 적색 화소(R)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π의 값을 나타낸다.Looking at the phase distribution illustrated in FIG. 7A, the phase at the center of the area corresponding to the green pixel G is approximately 2π, and at the center of the area corresponding to the adjacent blue pixel B and the red pixel R. The phase roughly represents the value of π.

이러한 위상 분포는 도 7b와 같은 녹색광의 포커싱 분포를 나타낼 수 있다. 녹색광은 두 녹색 화소(G)에 대응하는 영역에 나뉘어 집광되고 있으며 다른 화소에 대응하는 영역에는 녹색광이 거의 도달하지 않는다.This phase distribution may represent a focusing distribution of green light as shown in FIG. 7B. The green light is divided into areas corresponding to the two green pixels G and condensed, and the green light hardly reaches the areas corresponding to the other pixels.

결과적으로, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 및 제4 영역(131, 134)과 그 주변에 입사한 녹색광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 후 도 7c에 도시된 바와 같이 진행하게 된다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제1 영역(131) 및 제1 영역(131)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 녹색광은 제1 영역(131) 직하부의 제1 광감지셀(111) 상에 집광된다. 다시 말해, 하나의 녹색 화소(G)에는 그 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 영역(131) 또는 제4 영역(134)에서 오는 녹색광, 제1 영역(131) 또는 제4 영역(134)과 가로 및 세로 방향으로 인접하는 2개의 제2 영역(132)과 2개의 제3 영역(113)에서 오는 녹색광이 입사한다.As a result, the first and fourth regions 131 and 134 corresponding to the green pixel G and the green light incident thereto pass through the color separation lens array 130 and then proceed as shown in FIG. 7C. do. For example, among incident light incident on a part of the first region 131 and other regions surrounding the first region 131 of the color separation lens array 130, green light is the first region directly under the first region 131. It is condensed on the light sensing cell 111. In other words, in one green pixel G, green light from the first region 131 or the fourth region 134 corresponding to the green pixel G, the first region 131 or the fourth region 134 The green light coming from the two second regions 132 and the two third regions 113 adjacent to each other in the horizontal and vertical directions is incident.

따라서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 녹색광에 대해서는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)을 중심으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈(ML2) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 등가적인 마이크로 렌즈(ML2)는 그에 대응하는 제1 광감지셀(111)이나 제4 광감지셀(114)보다 크기 때문에, 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)의 영역에 입사하는 녹색광뿐만 아니라 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)을 둘러싸는 다른 영역으로 입사하는 녹색광도 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 렌즈(ML2)는 그에 대응하는 제1 광감지셀(111) 또는 제4 광감지셀(114)보다 2배 정도 크며 그에 대응하는 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 대해 대각선 방향으로 접하도록 배치될 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 7D, the color separation lens array 130 includes a plurality of micro lenses ML2 arranged around the first and fourth light sensing cells 111 and 114 for green light. It can play an equivalent role to an array. Since each of the equivalent micro lenses ML2 is larger than the first photo-sensing cell 111 or the fourth photo-sensing cell 114 corresponding thereto, the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell 114 ), as well as green light incident on the other areas surrounding the first and fourth photo-sensing cells 111 and 114, as well as the first photo-sensing cell 111 and the fourth photo-sensing cell. It can be condensed at (114). For example, each micro-lens ML2 is about twice as large as the first light-sensing cell 111 or the fourth light-sensing cell 114 corresponding thereto, and the first light-sensing cell 111 and the corresponding 4 It may be arranged to be in contact with the light sensing cell 114 in a diagonal direction.

도 8a 및 도 8b는 색분리 렌즈 어레이를 통과한 적색광의 위상 분포 형태 및 이에 마주하는 광감지셀에서의 적색광의 포커싱 분포를 전산 모사한 도면이고, 도 8c는 적색 화소에 대응하는 색분리 렌즈 어레이의 제3 영역과 그 주변에 입사한 적색광의 진행 방향을 예시적으로 보이며, 도 8d는 적색 화소(R)에 대해서 색분리 렌즈 어레이와 등가적으로 작용하는 마이크로 렌즈 어레이를 예시적으로 보인다.8A and 8B are diagrams for computational simulation of a phase distribution shape of red light passing through a color separation lens array and a focusing distribution of red light in a light sensing cell facing it, and FIG. 8C is a color separation lens array corresponding to a red pixel. The traveling direction of the red light incident on and around the third area of is illustrated as an example, and FIG. 8D exemplarily shows a microlens array that acts equivalently to the color separation lens array for the red pixel R.

도 8a에 예시된 위상 분포를 살펴보면, 적색 화소(R)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 2π이며, 인접한 녹색 화소(G)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π의 값을 나타내고, 대각선 방향의 청색 화소(B)에 대응하는 영역의 중심부에서의 위상은 대략적으로 π보다 작은 값(예컨대, 약 0.2π 내지 0.7π)을 나타낸다.Looking at the phase distribution illustrated in FIG. 8A, the phase at the center of the region corresponding to the red pixel R is approximately 2π, and the phase at the center of the region corresponding to the adjacent green pixel G is approximately π. Value, and the phase at the center of the area corresponding to the blue pixel B in the diagonal direction is approximately smaller than π (eg, about 0.2π to 0.7π).

이러한 위상 분포는 도 8b와 같은 적색광의 포커싱 분포를 나타낼 수 있다. 적색광은 적색 화소(R)에 대응하는 영역에 집광되고 있으며 다른 화소에 대응하는 영역에는 적색광이 거의 도달하지 않는다.This phase distribution may represent a focusing distribution of red light as shown in FIG. 8B. The red light is condensed in the area corresponding to the red pixel R, and the red light hardly reaches the area corresponding to the other pixels.

결과적으로, 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)과 그 주변에 입사한 광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 투과한 후 도 8c에 도시된 바와 같이 진행하게 된다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 제3 영역(133)과 제3 영역(133)을 둘러싸는 다른 영역들의 일부에 입사하는 입사광 중에서 적색광은 제3 영역(133) 직하부의 제3 광감지셀(113) 상에 집광된다. 다시 말해, 하나의 적색 화소(R)에는 그 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(133)에서 오는 적색광, 제3 영역(133)과 가로 방향으로 인접하는 2개의 제4 영역(134)에서 오는 적색광, 제3 영역(133)과 세로 방향으로 인접하는 2개의 제1 영역(131)에서 오는 적색광 및 제3 영역(133)과 대각선 방향으로 인접하는 4개의 제2 영역(132)에서 오는 적색광이 입사한다.As a result, the third region 133 corresponding to the red pixel R and the light incident thereto pass through the color separation lens array 130 and then proceed as shown in FIG. 8C. For example, of incident light incident on some of the third area 133 and other areas surrounding the third area 133 of the color separation lens array 130, the red light is the third area directly under the third area 133. It is condensed on the light sensing cell 113. In other words, one red pixel R includes red light coming from the third region 133 corresponding to the red pixel R, and two fourth regions 134 adjacent to the third region 133 in the horizontal direction. Red light coming from, red light coming from two first areas 131 adjacent to the third area 133 in the vertical direction, and red light coming from four second areas 132 adjacent to the third area 133 in a diagonal direction. Red light enters.

따라서, 도 8d에 도시된 바와 같이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 적색광에 대해서는 제3 광감지셀(113)을 중심으로 배열된 복수의 마이크로 렌즈(ML3) 어레이와 등가적인 역할을 할 수 있다. 각각의 등가적인 마이크로 렌즈(ML3)는 그에 대응하는 제3 광감지셀(113)보다 크기 때문에, 제3 광감지셀(113)의 영역에 입사하는 적색광뿐만 아니라 제3 광감지셀(113)을 둘러싸는 다른 영역으로 입사하는 적색광도 제3 광감지셀(113)에 집광시킬 수 있다. 예를 들어, 각각의 마이크로 렌즈(ML3)는 그에 대응하는 제3 광감지셀(113)보다 4배 정도 크며 각각의 마이크로 렌즈(ML3)의 네변은 제3 광감지셀(113)의 네변과 평행할 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 8D, the color separation lens array 130 may play a role equivalent to an array of a plurality of micro lenses ML3 arranged around the third light sensing cell 113 for red light. . Since each equivalent microlens ML3 is larger than the corresponding third light sensing cell 113, not only the red light incident on the region of the third light sensing cell 113 but also the third light sensing cell 113 Red light incident to another surrounding area may also be condensed to the third light sensing cell 113. For example, each microlens ML3 is about 4 times larger than the corresponding third light sensing cell 113, and the four sides of each microlens ML3 are parallel to the four sides of the third light sensing cell 113. can do.

도 6c, 도 7c, 도 8c에 설명된 청색광, 녹색광, 적색광의 경로는 각 영역별로 입사하는 광이 컬러별로 분기되는 형태로, 다음과 같이 설명될 수 있다.Paths of blue light, green light, and red light described in FIGS. 6C, 7C, and 8C are a form in which light incident for each area is divided for each color, and may be described as follows.

도 9a는 청색 화소에 대응하는 영역에 입사한 광의 컬러별 진행 방향을 예시적으로 보인다. 도 9a를 참조하면, 청색 화소(B)에 대응하는 제2영역(132)에 입사하는 광 (L_i) 중에서 청색광(L_B)은 제2영역(132) 직 하부의 제2 광감지셀(112)을 향해 진행한다. 제2영역(132)에 입사하는 입사광(L_i) 중에서 녹색광(L_G)은 제2 광감지셀(112)과 가로 방향으로 인접한 두 개의 제1 광감지셀(111) 및 제2 광감지셀(112)과 세로 방향으로 인접한 두 개의 제4 광감지셀(114)로 대부분 진행한다. 입사광(L_i) 중 적색광(L_R)은 제2 광감지셀(112)과 대각 방향으로 인접한 네 개의 제3 광감지셀(113)로 대부분 진행한다.9A exemplarily shows a traveling direction for each color of light incident on a region corresponding to a blue pixel. _{Referring to FIG. 9A, among the light (L i} ) incident on the second region 132 corresponding to the blue pixel (B), the blue light (L _B ) is a second light sensing cell ( 112). _{Of the incident light L i} incident on the second region 132, the green light L _G is the second light sensing cell 112 and the two first light sensing cells 111 and the second light sensing cell adjacent to each other in the horizontal direction. Most proceeds to 112 and two fourth light sensing cells 114 adjacent to each other in the vertical direction. Of the incident light L _i , the red light L _R mostly proceeds to the four third light sensing cells 113 adjacent to the second light sensing cell 112 in a diagonal direction.

도 9b는 녹색 화소에 대응하는 영역에 입사한 광의 컬러별 진행방향을 예시적으로 보인다. 도 9b를 참조하면, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1영역(131)에 입사하는 광(L_i) 중에서 녹색광(L_G)은 제1영역(131) 직 하부의 제1 광감지셀(111)을 향해 진행한다. 제1영역(131)에 입사한 광(L_i) 중 청색광(L_B)은 제 1 광감지셀(111)과 가로 방향으로 인접한 두 개의 제2 광감지셀(112)로 진행하며, 적색광(L_R)은 제1 광감지셀(111)과 세로 방향으로 인접한 두개의 제 3광감지셀(113)을 향해 대부분 진행한다.9B shows an example of a traveling direction for each color of light incident on a region corresponding to a green pixel. Referring to FIG. 9B, among the light _{L i} incident on the first region 131 corresponding to the green pixel G, the green _{light L G} is a first light sensing cell directly under the first region 131 ( 111). _{Of the light L i} incident on the first region 131, the blue light L _B proceeds to the first light sensing cell 111 and two second light sensing cells 112 adjacent to each other in the horizontal direction, and the red light ( L _R ) mostly proceeds toward the first light sensing cell 111 and the two third light sensing cells 113 adjacent to each other in the vertical direction.

도 9c는 적색 화소에 대응하는 영역에 입사한 광의 진행방향을 예시적으로 보인다. 적색 화소(R)에 대응하는 제3영역(133)에 입사한 광(L_i) 중에서 적색광(L_R)은 제3영역(133) 직 하부의 제3 광감지셀(113)을 향해 진행한다. 제3영역(133)에 입사하는 입사광(L_i) 중에서 녹색광(L_G)은 제3 광감지셀(113)과 세로 방향으로 인접한 두 개의 제1 광감지셀(111), 제3 광감지셀(113)과 가로 방향으로 인접한 두 개의 제4 광감지셀(114)을 향해 진행한다. 입사광(L_i) 중 청색광(L_B)은 대부분 제3 광감지셀(113)과 대각 방향으로 인접한 네 개의 제2 광감지셀(112)을 향해 진행한다.9C exemplarily shows a traveling direction of light incident on a region corresponding to a red pixel. _{Of the light L i} incident on the third region 133 corresponding to the red pixel R, the red light L _R proceeds toward the third light sensing cell 113 directly under the third region 133. . _{Of the incident light L i} incident on the third region 133, the green light L _G is the third light sensing cell 113 and two first light sensing cells 111 and a third light sensing cell adjacent to the third light sensing cell 113 in the vertical direction. It proceeds toward 113 and the two fourth light sensing cells 114 adjacent to each other in the horizontal direction. Of the incident light L _i , most of the blue light L _B proceeds toward the four second light sensing cells 112 adjacent to the third light sensing cell 113 in a diagonal direction.

이와 같은 색분리와 집광은 스페이서층(120)의 두께를 적절히 설정하여 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스페이서층(120)의 이론 두께 h_t는

₀의 파장에 대한 스페이서층(120)의 굴절률을 n, 광감지셀의 피치를 p라고 할 때, 다음의 수학식 1을 만족할 수 있다.Such color separation and light collection may be performed more effectively by appropriately setting the thickness of the spacer layer 120. For example, the theoretical thickness h _t of the spacer layer 120 is

_When n is the refractive index of the spacer layer 120 with respect to the wavelength of 0 and the pitch of the photosensitive cells is p, the following Equation 1 may be satisfied.

여기서, 스페이서층(120)의 이론 두께 h_t는 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. 다시 말해, λ₀의 파장을 갖는 광은 색분리 렌즈 어레이(130)를 지나면서 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면으로부터 h_t만큼 떨어진 거리에 포커싱될 수 있다. _{Here, the theoretical thickness h t} of the spacer layer 120 is a focal point at which light having a wavelength of λ ₀ is condensed on the upper surface of the light sensing cells 111, 112, 113 and 114 by the color separation lens array 130. Can mean distance. In other words, _{light having a wavelength of λ 0} may pass through the color separation lens array 130 and be focused at a distance _{h t} from the lower surface of the color separation lens array 130.

수학식 1에 기재된 바와 같이, 스페이서층(120)의 이론 두께 h_t는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치(p)와 스페이서층(120)의 굴절률(n)에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 가시광선 대역의 중심 파장(λ₀)을 540 nm, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치(p)를 0.8 μm, 540 nm의 파장에서 스페이서층(120)의 굴절률(n)을 1.46이라고 가정하면, 스페이서층(120)의 이론 두께 h_t, 다시 말해 색분리 렌즈 어레이(130)의 하부 표면과 센서 기판(110)의 상부 표면 사이의 최적 거리는 약 1.64 μm일 수 있다. 그러나, 스페이서층(120)의 실제 두께는 수학식 1에 기재된 이론 두께(h_t)로만 제한될 필요는 없다. 예를 들어, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율을 고려하여 수학식 1의 이론 두께(h_t)를 기준으로 소정의 범위 내에서 스페이서층(120)의 실제 두께가 선택될 수 있다.As described in Equation 1, the theoretical thickness h _t of the spacer layer 120 varies depending on the pitch (p) of the photosensitive cells 111, 112, 113, 114 and the refractive index (n) of the spacer layer 120 I can. For example, the center wavelength (λ ₀ ) of the visible light band is 540 nm, the pitch (p) of the light sensing cells 111, 112, 113, 114 is 0.8 μm, and the spacer layer 120 has a wavelength of 540 nm. Assuming that the refractive index (n) is 1.46, the theoretical thickness h _t of the spacer layer 120, that is, the optimal distance between the lower surface of the color separation lens array 130 and the upper surface of the sensor substrate 110 is about 1.64 μm. I can. However, the actual thickness of the spacer layer 120 need not be limited only to the _{theoretical thickness (h t) described in Equation (1).} For example, the actual thickness of the spacer layer 120 may be selected within a predetermined range based on _{the theoretical thickness h t} of Equation 1 in consideration of the efficiency of the color separation lens array 130.

도 10a 내지 도 10e는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.7 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 10a는 색분리 렌즈 어레이(130)의 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로부터 제2 광감지셀(112)에 입사하는 청색광에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율을 나타내고, 도 10b는 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로부터 제1 광감지셀(111)과 제4 광감지셀(114)에 입사하는 녹색광에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율을 나타내고, 도 10c는 단위 패턴 어레이를 구성하는 제1 내지 제4 영역(131, 132, 133, 134)으로부터 제3 광감지셀(113)에 입사하는 적색광에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율을 나타낸다.10A to 10E show the color separation lens array 130 according to the distance between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.7 μm. ) Is a graph showing the change in efficiency. 10A is a color separation lens for blue light incident on the second light sensing cell 112 from the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array of the color separation lens array 130 The light collection efficiency of the array 130 is shown, and FIG. 10B shows the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array, and the first light sensing cell 111 and the fourth light sensing cell ( 114) shows the condensing efficiency of the color separation lens array 130 for green light, and FIG. 10C shows the third light detection from the first to fourth regions 131, 132, 133, and 134 constituting the unit pattern array. It shows the condensing efficiency of the color separation lens array 130 for red light incident on the cell 113.

도 10a 및 도 10c의 경우, 하나의 광감지셀에 대해 4개의 영역이 배치되므로 이론상 최대값이 4이다. 도 10b의 경우에는, 2개의 광감지셀에 대해 4개의 영역이 배치되므로 이론상 최대값이 2이다. 도 10a 내지 도 10c의 그래프에서 색분리 렌즈 어레이(130)의 집광 효율이 가장 높은 거리가 수학식 1을 만족하는 이론 두께(h_t)가 된다. 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 이론 두께(h_t)는 파장에 따라 조금씩 달라진다.In the case of FIGS. 10A and 10C, since four regions are arranged for one light sensing cell, the theoretical maximum value is 4. In the case of FIG. 10B, since four regions are arranged for two light sensing cells, the theoretical maximum value is 2. In the graphs of FIGS. 10A to 10C, the distance of the color separation lens array 130 having the highest light collection efficiency becomes the theoretical thickness h _t that satisfies Equation 1. As shown in FIGS. 10A to 10C, the theoretical thickness h _t varies slightly depending on the wavelength.

도 10d는 가시광선에 대한 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 색분리 렌즈 어레이의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 예를 들어, 사람의 눈은 통상적으로 녹색광에 대해 민감도가 가장 높고, 청색광에 대해 민감도가 가장 낮다. 따라서, 도 10a의 그래프에 가장 낮은 가중치를 부여하고, 도 10c의 그래프에 청색광보다 높은 가중치를 부여하고, 도 10b에 가장 높은 가중치를 부여한 후에 합산한 값을 평균함으로써 도 10d의 그래프를 얻을 수 있다. 도 10e는 도 10d의 그래프를 규준화한 결과를 보이는 그래프이다.10D is a graph showing an example of a change in efficiency of a color separation lens array in consideration of a sensitivity characteristic of a human eye to visible light. For example, the human eye is typically the most sensitive to green light and the least sensitive to blue light. Accordingly, the graph of FIG. 10D can be obtained by assigning the lowest weight to the graph of FIG. 10A, giving the graph of FIG. 10C a higher weight than blue light, and giving the highest weight to FIG. 10B and then averaging the summed values. . 10E is a graph showing the results of normalizing the graph of FIG. 10D.

도 10d 및 도 10e의 그래프를 참조하면, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.7 μm인 경우에, 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 가시광선 전체에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 1.2 μm의 거리에서 가장 높다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 0.5 μm의 거리에서 최대 효율의 약 80% 정도가 되며, 약 1.9 μm의 거리에서 최대 효율의 약 95% 정도가 된다.Referring to the graphs of FIGS. 10D and 10E, when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.7 μm, a color separation lens array for the entire visible light considering the sensitivity characteristics of the human eye ( 130) is the highest at a distance of about 1.2 μm. Further, the efficiency of the color separation lens array 130 becomes about 80% of the maximum efficiency at a distance of about 0.5 μm, and about 95% of the maximum efficiency at a distance of about 1.9 μm.

도 11a 내지 도 11e는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.8 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110) 사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 11a 내지 도 11e를 참조하면, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 0.8 μm인 경우에, 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 가시광선 전체에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 1.64 μm의 거리에서 가장 높다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 0.8 μm의 거리에서 최대 효율의 약 85% 정도가 되며, 약 2.5 μm의 거리에서 최대 효율의 약 93% 정도가 된다.11A to 11E show the color separation lens array 130 according to the distance between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 when the pitch of the light sensing cells 111, 112, 113, and 114 is 0.8 μm. ) Is a graph showing the change in efficiency. 11A to 11E, when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 0.8 μm, the color separation lens array 130 for the entire visible light considering the sensitivity characteristics of the human eye The efficiency of is highest at a distance of about 1.64 μm. In addition, the efficiency of the color separation lens array 130 becomes about 85% of the maximum efficiency at a distance of about 0.8 μm, and about 93% of the maximum efficiency at a distance of about 2.5 μm.

도 12a 내지 도 12e는 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 1.0 μm인 경우에 색분리 렌즈 어레이(130)와 센서 기판(110)사이의 거리에 따른 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율 변화를 예시적으로 보이는 그래프이다. 도 12a 내지 도 12e를 참조하면, 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치가 1.0 μm인 경우에, 사람의 눈의 민감도 특성을 고려한 가시광선 전체에 대한 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 2.6 μm의 거리에서 가장 높다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)의 효율은 약 1.6 μm의 거리에서 최대 효율의 약 87% 정도가 되며, 약 3.6 μm의 거리에서 최대 효율의 약 94% 정도가 된다.12A to 12E show the color separation lens array 130 according to the distance between the color separation lens array 130 and the sensor substrate 110 when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 1.0 μm. ) Is a graph showing the change in efficiency. 12A to 12E, when the pitch of the photosensitive cells 111, 112, 113, and 114 is 1.0 μm, the color separation lens array 130 for the entire visible light considering the sensitivity characteristics of the human eye The efficiency of is highest at a distance of about 2.6 μm. In addition, the efficiency of the color separation lens array 130 becomes about 87% of the maximum efficiency at a distance of about 1.6 μm, and about 94% of the maximum efficiency at a distance of about 3.6 μm.

결과적으로, 스페이서층(120)의 실제 두께(h)가 수학식 1의 이론 두께(h_t)에 비하여 광감지셀(111, 112, 113, 114)의 피치(p)만큼 크거나 작더라도, 색분리 렌즈 어레이(130)는 최대 효율의 80% 이상, 90% 이상, 또는 95% 이상의 높은 효율을 갖는다는 것을 알 수 있다. 상술한 결과를 고려할 때, 스페이서층(120)의 실제 두께(h)는 h_t - p ≤ h ≤ h_t + p의 범위 내에서 선택될 수 있다.As a result, even if the actual thickness (h) of the spacer layer 120 _{is larger or smaller than the theoretical thickness (h t} ) of Equation 1 by the pitch p of the photosensitive cells 111, 112, 113, 114, It can be seen that the color separation lens array 130 has a high efficiency of 80% or more, 90% or more, or 95% or more of the maximum efficiency. Considering the above result, the actual thickness (h) of the spacer layer 120 is h _t - may be chosen within the range of _{p ≤ h ≤ h t + p} .

상술한 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광을 흡수하거나 차단하지 않으면서 파장 별로 분기하고 분기된 빛을 특정 영역에 집광시킬 수 있기 때문에, 이미지 센서의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)는 향상된 색분리 성능을 갖기 때문에 색분리 렌즈 어레이(130)를 채용한 이미지 센서는 우수한 색 순도를 가질 수 있다. 또한, 색분리 렌즈 어레이(130)를 채용한 이미지 센서는 이미지 센서에서 일반적으로 채택되고 있는 베이어 패턴 방식을 유지할 수 있어, 기존의 화소 구조와 동일한 이미지 처리 알고리즘을 활용할 수 있다. 더욱이, 색분리 렌즈 어레이(130)는 입사광을 집광하는 렌즈의 역할도 할 수 있기 때문에, 색분리 렌즈 어레이(130)를 채용한 이미지 센서는 빛을 각각의 화소에 집광시키기 위한 별도의 마이크로 렌즈를 필요로 하지 않는다.Since the above-described color separation lens array 130 can diverge by wavelength and condense the branched light to a specific area without absorbing or blocking incident light, it is possible to improve the light utilization efficiency of the image sensor. In addition, since the color separation lens array 130 has improved color separation performance, an image sensor employing the color separation lens array 130 may have excellent color purity. In addition, the image sensor employing the color separation lens array 130 can maintain the Bayer pattern method generally adopted in the image sensor, and thus can utilize the same image processing algorithm as the existing pixel structure. Moreover, since the color separation lens array 130 can also serve as a lens for condensing incident light, an image sensor employing the color separation lens array 130 provides a separate microlens for condensing light to each pixel. I don't need it.

도 13은 일 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형태를 보이는 사시도이다. 도 13을 참조하면, 나노포스트는 직경 D, 높이 H인 원기둥 형상을 가질 수 있다. 직경 D 및/또는 높이 H 서브 파장의 값을 가질 수 있으며, 직경 D는 나노포스트가 배치되는 위치에 따라 달라질 수 있다.13 is a perspective view showing an exemplary form of a nanopost that may be employed in a color separation lens array according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 13, the nanopost may have a cylindrical shape having a diameter D and a height H. The diameter D and/or the height H may have a value of the sub-wavelength, and the diameter D may vary depending on the position where the nanopost is disposed.

나노포스트는 이외에도 다양한 단면 형상을 갖는 기둥으로 형성될 수 있다. 도 14a 내지 도 14h는 이미지 센서의 색분리 렌즈 어레이(130)에 채용될 수 있는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 평면도이다.In addition, the nanopost may be formed as a pillar having various cross-sectional shapes. 14A to 14H are plan views showing exemplary shapes of nanoposts that may be employed in the color separation lens array 130 of an image sensor.

나노포스트의 단면 형상은 도 14a와 같이, 외경 D, 내경 Di인 원형 링 형상일 수 있다. 링의 폭, w가 서브 파장의 값을 가질 수 있다. 나노포스트의 단면 형상은 도 14b와 같이 은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 장축과 단축 길이,Dx, Dy가 서로 다른 타원 형상일 수도 있다. 이러한 형상은 도 5b의 실시예를 설명할 때 언급한 바와 같이, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)에 채용될 수 있다.The cross-sectional shape of the nanopost may have a circular ring shape having an outer diameter D and an inner diameter Di, as shown in FIG. 14A. The width of the ring, w, may have a sub-wavelength value. The cross-sectional shape of the nanopost may be an elliptical shape in which the major and minor lengths, Dx, and Dy are different from each other in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) as shown in FIG. 14B. This shape may be employed in the first region 131 and the fourth region 134 corresponding to the green pixel, as mentioned when describing the embodiment of FIG. 5B.

추가적으로, 나노포스트의 단면 형상은 도 14c, 도 14d, 도 14f에 도시한 바와 같이, 정사각형 형상, 정사각형 링 형상 또는 십자 형상, 또는, 도 14e, 도 14g에 도시한 바와 같이 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)의 길이, Dx, Dy가 서로 다른 직사각형 형상 또는 십자 형상일 수 있다. 이러한 직사각형 또는 십자 형상은 도 5b의 실시예를 설명할 때 언급한 바와 같이, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(131)과 제4 영역(134)에 채용될 수 있다.Additionally, the cross-sectional shape of the nanopost is a square shape, a square ring shape, or a cross shape, as shown in FIGS. 14C, 14D, and 14F, or in the first direction (X direction) as shown in FIGS. 14E and 14G. ) And the lengths in the second direction (Y direction), Dx, and Dy may have a different rectangular shape or a cross shape. Such a rectangle or cross shape may be employed in the first region 131 and the fourth region 134 corresponding to the green pixel, as mentioned when describing the embodiment of FIG. 5B.

또 다른 예로, 나노포스트의 단면 형상은 도 14h에 도시된 바와 같이 복수의 오목한 원호를 갖는 형상일 수도 있다.As another example, the cross-sectional shape of the nanopost may be a shape having a plurality of concave arcs as shown in FIG. 14H.

도 15는 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.15 is a plan view illustrating an arrangement of nanoposts forming a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

색분리 렌즈 어레이(140)는 도 2a에서 예시한 베이어 패턴의 화소 배열과 대응하는 형태로, 녹색 화소(G)에 대응하는 제1 영역(141), 청색 화소(B)에 제2 영역(142), 적색 화소(R)에 대응하는 제3 영역(143), 및 녹색 화소(G)에 대응하는 제4 영역(144)으로 사분된 영역을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 이러한 단위 패턴 어레이가 제1 방향(X방향) 및 제2 방향(Y방향)을 따라 반복적으로 배열될 수 있다. 각 영역은 복수의 서브 영역으로 등분될 수 있고, 서브 영역들 경계의 교차점에 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 도 15는 서브 영역의 개수가 9개인 예를 보여주고 있으며, 9개로 서브 영역을 구획한 격자점 상에 나노포스트(NP)들이 배치되고 있어, 각 영역(141)(142)(143)(144)의 정중앙에는 나노포스트(NP)가 배치되지 않으며 같은 크기의 네 개의 나노포스트(NP)가 중심부를 이루는 형태이다. 주변부의 나노포스트(NP)는 다른 영역과의 경계선상에 배치되는 형태이다. 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 r1~r9로 표시되어 있다.The color separation lens array 140 has a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern illustrated in FIG. 2A, and includes a first region 141 corresponding to the green pixel G, and a second region 142 corresponding to the blue pixel B. ), a third region 143 corresponding to the red pixel R, and a fourth region 144 corresponding to the green pixel G. Although not shown, such a unit pattern array may be repeatedly arranged along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Each region may be divided into a plurality of sub-regions, and a nanopost NP may be disposed at an intersection of the boundaries of the sub-regions. FIG. 15 shows an example in which the number of sub-regions is 9, and nanoposts (NPs) are arranged on the grid points that divide the sub-regions into nine, so that each region 141, 142, 143, and 144 ), the nanoposts (NP) are not arranged in the center, and four nanoposts (NP) of the same size form the center. The nanoposts (NP) at the periphery are arranged on the boundary line with other regions. The nanoposts (NPs) are indicated by r1 to r9 according to the detailed position in the unit pattern array.

도 15를 참조하면, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(141)의 중심부에 배치된 나노포스트(r1)는 주변부에 배치된 나노포스트(r5)(r6)(r9)보다 큰 단면적을 가지며, 녹색 화소에 대응하는 제4 영역(144)의 중심부에 배치된 나노포스트(r4) 또한 주변부에 배치된 나노포스트(r7)(r8)(r9)보다 큰 단면적을 갖는다. 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(141)과 제4 영역(144)의 중심부에 배치된 나노포스트(r1)(r4)의 단면 크기는 청색 화소에 대응하는 제2 영역(142)의 중심부에 배치된 나노포스트(r2), 적색 화소에 대응하는 제3 영역(143)의 중심부에 배치된 나노포스트(r3)의 단면 크기보다 클 수 있다. 청색 화소에 대응하는 제2 영역(142)의 중심부에 배치된 나노포스트(r2)의 단면적은 적색 화소에 대응하는 제3 영역(143)의 중심부에 배치된 나노포스트(r3)의 단면적보다 클 수 있다.Referring to FIG. 15, the nanoposts r1 disposed in the center of the first region 141 corresponding to the green pixel have a larger cross-sectional area than the nanoposts r5, r6 and r9 disposed at the periphery, and are green. The nanoposts r4 disposed at the center of the fourth region 144 corresponding to the pixel also have a larger cross-sectional area than the nanoposts r7, r8 and r9 disposed at the periphery. The cross-sectional size of the nanoposts r1 and r4 disposed in the centers of the first and fourth areas 141 and 144 corresponding to green pixels is disposed at the center of the second area 142 corresponding to the blue pixels It may be larger than the cross-sectional size of the nanoposts r2 and the nanoposts r3 disposed in the center of the third region 143 corresponding to the red pixel. The cross-sectional area of the nanoposts r2 disposed in the center of the second area 142 corresponding to the blue pixel may be larger than the cross-sectional area of the nanoposts r3 disposed in the center of the third area 143 corresponding to the red pixel. have.

제2 영역(142)과 제3 영역(143)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적으로 배치될 수 있으며, 제1 영역(141)과 제4 영역(144)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 비대칭적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 청색 화소와 적색 화소에 각각 대응하는 제2 영역(142)과 제3 영역(143)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 동일한 분포 규칙을 가질 수 있고, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(141)과 제4 영역(144)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가질 수 있다.The nanoposts NP of the second region 142 and the third region 143 may be symmetrically disposed along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction), and the first region 141 ) And the nanoposts NP of the fourth region 144 may be asymmetrically disposed along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). In other words, the nanoposts (NP) of the second region 142 and the third region 143 corresponding to the blue pixel and the red pixel, respectively, are identical in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). It may have a distribution rule, and the nanoposts (NP) of the first region 141 and the fourth region 144 corresponding to the green pixels are each other along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). It can have different distribution rules.

나노포스트(NP)들 중, 제1 영역(141)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r5)들의 단면적과 제1 영역(141)과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r6)들의 단면적은 서로 다르다. 또한, 제4 영역(144)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r7)들의 단면적과 제4 영역(144)과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r8)들의 단면적은 서로 다르다.Among the nanoposts NP, the cross-sectional area and the first region 141 of the nanoposts r5 positioned at the boundary between the first region 141 and the second region 142 adjacent in the first direction (X direction) The cross-sectional areas of the nanoposts r6 positioned at the boundary between the and the third region 143 adjacent in the second direction (Y direction) are different from each other. In addition, the cross-sectional area of the nanoposts r7 positioned at the boundary between the fourth region 144 and the third region 143 adjacent in the first direction (X direction) and the fourth region 144 and the second direction (Y direction) The cross-sectional areas of the nanoposts r8 positioned at the boundary with the second region 142 adjacent to each other in a direction) are different from each other.

반면, 제1 영역(141)과 제1 방향(X방향)으로 인접한 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r5)들의 단면적과 제4 영역(144)과 제2 방향(Y방향)으로 인접하는 제2 영역(142)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r8)들의 단면적이 동일하고, 제1 영역(141)과 제2 방향(Y방향)으로 인접한 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r6)들의 단면적과 제4 영역(144)과 제1 방향(X방향)으로 인접하는 제3 영역(143)과의 경계에 위치하는 나노포스트(r7)들의 단면적이 동일하다. On the other hand, the cross-sectional area of the nanoposts r5 positioned at the boundary between the first region 141 and the second region 142 adjacent in the first direction (X direction) and the fourth region 144 and the second direction (Y direction) The third region 143 adjacent to the first region 141 and the second direction (Y direction) with the same cross-sectional area of the nanoposts r8 positioned at the boundary with the second region 142 adjacent in the direction) The cross-sectional area of the nanoposts (r6) located at the boundary of the and the cross-sectional area of the nanoposts (r7) located at the boundary between the fourth region 144 and the third region 143 adjacent in the first direction (X direction) Is the same.

한편, 제1영역(141), 제2영역(142), 제3영역(143), 제4영역(144) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 교차하는 위치에 배치된 나노포스트(r9)들은 같은 단면적을 갖는다.On the other hand, the first region 141, the second region 142, the third region 143, the fourth region 144, each of the four corners, that is, the nanoposts (r9) arranged at the intersection of the four regions They have the same cross-sectional area.

이와 같이, 청색 화소와 적색 화소에 각각 대응하는 제2 영역(142)과 제3 영역(143)에서는 4방 대칭(4-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되고, 녹색 화소에 대응하는 제1 및 제4 영역(141, 144)에서는 2방 대칭(2-fold symmetry)의 형태로 나노포스트(NP)들이 배열되며, 제1 영역(141)과 제4 영역(144)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다. 이러한 형태는 후술할 도 16, 도 17의 실시예에도 동일하게 나타난다. In this way, in the second region 142 and the third region 143 respectively corresponding to the blue and red pixels, nanoposts NP are arranged in a form of 4-fold symmetry, and In the corresponding first and fourth regions 141 and 144, nanoposts NP are arranged in a form of 2-fold symmetry, and the first region 141 and the fourth region 144 are It is rotated 90 degrees about. This form also appears in the embodiments of FIGS. 16 and 17 to be described later.

도 16은 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.16 is a plan view exemplarily showing an arrangement of nanoposts forming a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

색분리 렌즈 어레이(150)는 베이어 패턴의 화소 배열과 대응하는 형태로, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(151), 청색 화소에 대응하는 제2 영역(152), 적색 화소에 대응하는 제3 영역(153), 및 녹색 화소에 대응하는 제4 영역(154)으로 사분된 영역을 포함할 수 있다. 각 영역은 복수의 서브 영역으로 등분될 수 있고, 서브 영역들 경계의 교차점에 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 도 16은 서브 영역의 개수가 16개인 예를 보여준다는 점에서, 도 15의 나노포스트 배열과 차이가 있으며, 16개로 서브 영역을 구획한 격자점 상에 나노포스트(NP)가 배치되어 있어 각각의 영역(151)(152)(153)(154) 정중앙에 나노포스트(NP)가 배치된다. 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 s1~s11로 표시되어 있다.The color separation lens array 150 has a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern, and includes a first area 151 corresponding to a green pixel, a second area 152 corresponding to a blue pixel, and a third area corresponding to a red pixel. A region divided into a region 153 and a fourth region 154 corresponding to a green pixel may be included. Each region may be divided into a plurality of sub-regions, and a nanopost NP may be disposed at an intersection of the boundaries of the sub-regions. 16 differs from the arrangement of the nanoposts of FIG. 15 in that it shows an example in which the number of sub-regions is 16, and nanoposts (NP) are arranged on the grid points divided into 16 sub-regions, respectively. A nanopost (NP) is disposed in the center of the regions 151, 152, 153, and 154. The nanoposts (NPs) are indicated by s1 to s11 according to the detailed position in the unit pattern array.

도 16의 실시예는 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(151)의 정중앙에 위치한 나노포스트(s1), 제4 영역(154)의 정중앙에 위치한 나노포스트(s4)가 주변부에 위치한 나노포스트(NP)들보다 큰 단면적을 가질 뿐만 아니라 청색 화소에 대응하는 제2 영역(152) 및 적색 화소에 대응하는 제3 영역(153)에 배치된 나노포스트(NP)들보다 큰 단면적을 가질 수 있다. In the embodiment of FIG. 16, a nanopost s1 located in the center of the first region 151 corresponding to a green pixel, and a nanopost s4 located in the center of the fourth region 154 are located at the periphery. ), and may have a cross-sectional area larger than that of the nanoposts NP disposed in the second region 152 corresponding to the blue pixel and the third region 153 corresponding to the red pixel.

제1 영역(151)에서 단면적이 가장 큰 나노포스트(s1)가 정중앙에 배치되며, 주변부로 갈수록 단면적이 점차 감소하는 나노포스트(s10, s5, s6)들이 배치된다. 제4 영역(154)에서도 단면적이 가장 큰 나노포스트(s4)가 정중앙에 배치되며 주변부로 갈수록 단면적이 점차 감소하는 나노포스트(s11, s7, s8)들이 배치된다. 이와 달리, 제2 영역(152)에서는 중심부에 단면적이 같은 나노포스트(s2) 9개가 배치되고, 이보다 큰 단면적을 갖는 나노포스트(s5)(s8)들이 주변부에 배치된다. 제3 영역(153)에서도 중심부에 단면적이 같은 나노포스트(s3) 9개가 배치되고, 이보다 큰 단면적을 갖는 나노포스트(s6)(s7)들이 주변부에 배치된다. 제2 영역(152), 제3 영역(153)에서 주변부의 나노포스트(NP)들은 다른 영역과의 경계선상에 배치되는 형태이다. In the first region 151, the nanopost s1 having the largest cross-sectional area is disposed in the center, and the nanoposts s10, s5, and s6 whose cross-sectional area gradually decreases toward the periphery are disposed. Also in the fourth region 154, the nanoposts s4 with the largest cross-sectional area are arranged in the center, and the nanoposts s11, s7, and s8 whose cross-sectional areas gradually decrease toward the periphery are arranged. In contrast, in the second region 152, nine nanoposts s2 having the same cross-sectional area are disposed at the center, and nanoposts s5 and s8 having a larger cross-sectional area are disposed at the periphery thereof. In the third region 153, nine nanoposts s3 having the same cross-sectional area are disposed in the center, and nanoposts s6 and s7 having a larger cross-sectional area are disposed at the periphery thereof. In the second region 152 and the third region 153, the nanoposts NP at the periphery are arranged on a boundary line with another region.

도 16의 실시예도 도 15의 실시예와 마찬가지로, 제2 영역(152)과 제3 영역(153)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적으로 배치될 수 있으며, 제1 영역(151)과 제4 영역(154)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 비대칭적으로 배치될 수 있다. 또한, 제1 영역(151), 제2 영역(152), 제3 영역(153), 제4 영역(154) 각각의 네 모서리, 즉, 네 영역이 인접하는 위치에 배치된 나노포스트(s9)들은 같은 단면적을 갖는다.In the embodiment of FIG. 16, as in the embodiment of FIG. 15, the nanoposts NP of the second region 152 and the third region 153 are arranged in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). The nanoposts NP of the first region 151 and the fourth region 154 may be disposed symmetrically, and may be asymmetrically disposed along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). I can. In addition, the first region 151, the second region 152, the third region 153, the four corners of each of the fourth region 154, that is, the nanoposts (s9) arranged at a position adjacent to the four regions They have the same cross-sectional area.

도 17은 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.17 is a plan view exemplarily showing an arrangement of nanoposts forming a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

색분리 렌즈 어레이(160)는 베이어 패턴의 화소 배열과 대응하는 형태로, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(161), 청색 화소에 대응하는 제2 영역(162), 적색 화소에 대응하는 제3 영역(163), 및 녹색 화소에 대응하는 제4 영역(164)으로 사분된 영역을 포함할 수 있다. 각 영역은 복수의 서브 영역으로 등분될 수 있고, 서브 영역들 내에 나노포스트(NP)가 배치될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(160)는 도 15와 마찬가지로 각 영역이 9개의 서브 영역으로 구획되지만, 나노포스트(NP)가 서브 영역들 간의 교차점이 아닌 내부에 배치되는 점에서 차이가 있다. 나노포스트(NP)들은 단위 패턴 어레이 내의 세부 위치에 따라 t1~t16으로 표시되어 있다.The color separation lens array 160 has a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern, and includes a first region 161 corresponding to a green pixel, a second region 162 corresponding to a blue pixel, and a third region corresponding to a red pixel. An area divided into an area 163 and a fourth area 164 corresponding to a green pixel may be included. Each region may be divided into a plurality of sub-regions, and nanoposts NP may be disposed within the sub-regions. In the color separation lens array 160, each region is divided into nine sub-regions, as in FIG. 15, but there is a difference in that the nanoposts NP are disposed inside the sub-regions rather than at the intersections between the sub-regions. Nanoposts (NPs) are denoted as t1 to t16 according to detailed positions in the unit pattern array.

도 17의 실시예는 제1 영역(161)의 중심부에 위치한 나노포스트(t1)와 제4 영역(164)의 중심부에 위치한 나노포스트(t4)가 그 주변부에 위치한 나노포스트(NP)들 뿐 아니라 제2 영역(162) 및 제3 영역(163)에 배치된 나노포스트(NP)들 보다 단면 크기가 클 수 있다. 제2 영역(162)의 중심부에 배치된 나노포스트(t2)의 단면적은 제3 영역(163)의 중심부에 배치된 나노포스트(t3)의 단면적보다 클 수 있다. 제2 영역(162)의 경우, 중심부에서 제1 방향(X방향), 제2 방향(Y방향)으로 이격된 주변부에 위치하는 나노포스트(t6)(t10)들의 단면적이 중심부 나노포스트(t2)의 단면적보다 더 크며, 이와 달리, 중심부에서 대각선 방향으로 이격된 주변부에 위치한 나노포스트(t14)들의 단면적은 중심부 나노포스트(t2)의 단면적보다 작다. 제3 영역(163)의 경우, 중심부 나노포스트(t3)의 단면적이 가장 작고, 주변부의 나노포스트(t7)(t11)(t15)들은 모두 중심부 나노포스트(t3) 보다 큰 단면적을 갖는다. In the embodiment of FIG. 17, a nanopost t1 located at the center of the first region 161 and a nanopost t4 located at the center of the fourth region 164 are not only nanoposts NP located at the periphery thereof. A cross-sectional size may be larger than that of the nanoposts NP disposed in the second region 162 and the third region 163. The cross-sectional area of the nanopost t2 disposed in the center of the second area 162 may be larger than the cross-sectional area of the nanopost t3 disposed in the center of the third area 163. In the case of the second region 162, the cross-sectional area of the nanoposts t6 and t10 located in the periphery spaced apart from the center in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) is the central nanopost (t2) Is larger than the cross-sectional area of and, on the contrary, the cross-sectional area of the nanoposts t14 located in the periphery spaced diagonally from the center is smaller than the cross-sectional area of the central nanopost t2. In the case of the third region 163, the cross-sectional area of the central nanopost t3 is the smallest, and the peripheral nanoposts t7, t11, and t15 all have a larger cross-sectional area than the central nanopost t3.

제2 영역(162)과 제3 영역(163)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 대칭적으로 배치될 수 있으며, 제1 영역(161)과 제4 영역(164)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 비대칭적으로 배치될 수 있다. 다시 말해, 청색 화소와 적색 화소에 각각 대응하는 제2 영역(162)과 제3 영역(163)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 동일한 분포 규칙을 나타내며, 녹색 화소에 대응하는 제1 영역(161)과 제4 영역(164)의 나노포스트(NP)들은 제1 방향(X방향)과 제2 방향(Y방향)을 따라 서로 다른 분포 규칙을 나타내고 있다. The nanoposts NP of the second region 162 and the third region 163 may be symmetrically disposed along a first direction (X direction) and a second direction (Y direction), and the first region 161 ) And the nanoposts NP of the fourth region 164 may be asymmetrically disposed along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). In other words, the nanoposts (NP) of the second region 162 and the third region 163 corresponding to the blue and red pixels, respectively, are identical in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). Represents a distribution rule, and the nanoposts (NP) of the first region 161 and the fourth region 164 corresponding to the green pixels are differently distributed along the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) The rules are shown.

제1 영역(161)에서 중심부의 나노포스트(t1)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t5) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t9)는 서로 다른 단면적을 갖는다. 제4 영역(164)에서도 중심부의 나노포스트(t4)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t8) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t12)가 서로 다른 단면적을 갖는다. 이 때, 제1 영역(161) 중심부의 나노포스트(t1)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t5)는 제4 영역(164) 중심부의 나노포스트(t4)와 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t12)와 동일한 단면적을 가지며, 제1 영역(161) 중심부의 나노포스트(t1)와 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t9)는 제4 영역(164) 중심부의 나노포스트(t4)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t8)와 동일한 단면적을 갖는다. 제1 영역(161)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t13)들, 제4 영역(164)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t16)들은 같은 단면적을 갖는다. 이와 같이, 제1영역(161), 제4영역(164)은 서로에 대해 90도 회전되어 있다.In the first region 161, the nanopost t1 in the center, the nanopost t5 adjacent in the first direction (X direction) and the nanopost t9 adjacent in the second direction (Y direction) have different cross-sectional areas. . Also in the fourth region 164, the nanopost t4 in the center, the nanopost t8 adjacent in the first direction (X direction) and the nanopost t12 adjacent in the second direction (Y direction) have different cross-sectional areas. . At this time, the nanopost t1 in the center of the first region 161 and the nanopost t5 adjacent to the nanopost in the first direction (X direction) are the nanoposts t4 in the center of the fourth region 164 and the second direction ( Y-direction) has the same cross-sectional area as the adjacent nanoposts t12, and the nanoposts t1 in the center of the first region 161 and the nanoposts t9 adjacent in the second direction (Y-direction) are the fourth region 164 ) It has the same cross-sectional area as the nanopost t4 in the center and the nanopost t8 adjacent in the first direction (X direction). The nanoposts t13 located adjacent to the four corners of the first region 161 and the nanoposts t16 located adjacent to the four corners of the fourth region 164 have the same cross-sectional area. In this way, the first region 161 and the fourth region 164 are rotated 90 degrees with respect to each other.

제2 영역(162) 중심부의 나노포스트(t2)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t6) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t10)는 서로 같은 단면적을 갖는다. 제2 영역(162)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t14)들도 같은 단면적을 갖는다.The nanopost t2 in the center of the second region 162, the nanopost t6 adjacent in the first direction (X direction) and the nanopost t10 adjacent in the second direction (Y direction) have the same cross-sectional area. The nanoposts t14 located adjacent to the four corners of the second region 162 also have the same cross-sectional area.

제3 영역(163)의 경우도, 중심부의 나노포스트(t3)와 제1 방향(X방향)으로 인접한 나노포스트(t7) 및 제2 방향(Y방향)으로 인접한 나노포스트(t11)는 서로 같은 단면적을 갖는다. 제3 영역(163)의 네 모서리에 인접한 위치의 나노포스트(t15)들도 같은 단면적을 갖는다.Also in the case of the third region 163, the nanoposts t3 in the center and the nanoposts t7 adjacent in the first direction (X direction) and the nanoposts t11 adjacent in the second direction (Y direction) are the same. Has a cross-sectional area. The nanoposts t15 located adjacent to the four corners of the third region 163 also have the same cross-sectional area.

도 18은 또 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 이루는 복수의 나노포스트들의 배열 형태를 예시적으로 보이는 평면도이다.18 is a plan view illustrating an arrangement of a plurality of nanoposts constituting a color separation lens array according to another exemplary embodiment.

도 18의 색분리 렌즈 어레이(170)는 가장 단순한 구조의 실시예이다. 녹색 화소와 대응하는 제1 영역(171), 청색 화소와 대응하는 제2 영역(172), 적색 화소와 대응하는 제3 영역(173), 및 녹색 화소와 대응하는 제4 영역(174)에 각각 하나의 나노포스트(NP)가 배치된다. 제1 영역(171)과 제4 영역(174)에 구비된 나노포스트(NP)의 단면적이 가장 크고, 제2 영역(172)에 구비된 나노포스트(NP)의 단면적은 제1 영역(171)에 구비된 나노포스트(NP)의 단면적보다 작고, 제3 영역(173)의 나노포스트(NP) 단면적이 가장 작다.The color separation lens array 170 of FIG. 18 is an embodiment of the simplest structure. Each of the first region 171 corresponding to the green pixel, the second region 172 corresponding to the blue pixel, the third region 173 corresponding to the red pixel, and the fourth region 174 corresponding to the green pixel. One nanopost (NP) is placed. The cross-sectional area of the nanoposts NP provided in the first region 171 and the fourth region 174 is the largest, and the cross-sectional area of the nanoposts NP provided in the second region 172 is the first region 171 It is smaller than the cross-sectional area of the nanoposts NP provided in, and the cross-sectional area of the nanoposts NP of the third region 173 is the smallest.

도 19는 도 18의 색분리 렌즈 어레이를 포함하는 이미지 센서의 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B) 각각에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프이다.FIG. 19 is a graph exemplarily showing a spectral distribution of light incident on each of a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B) of an image sensor including the color separation lens array of FIG. 18.

도 20a 및 도 20b는 다른 실시예에 따른 화소 어레이의 개략적인 구조를 각각 다른 단면에서 보이는 단면도이다. 화소 어레이(1100a)는 센서 기판(110)과 색분리 렌즈 어레이(130) 사이에 컬러 필터(105)가 더 배치된 점에서 전술한 도 4a 및 도 4b의 실시예와 차이가 있다. 컬러 필터(105)는 센서 기판(110)과 스페이서층(120) 사이에 배치될 수 있다.20A and 20B are cross-sectional views illustrating a schematic structure of a pixel array according to another exemplary embodiment, respectively. The pixel array 1100a is different from the above-described embodiments of FIGS. 4A and 4B in that a color filter 105 is further disposed between the sensor substrate 110 and the color separation lens array 130. The color filter 105 may be disposed between the sensor substrate 110 and the spacer layer 120.

화소 어레이(1100a)는 색분리 렌즈 어레이(130)를 보호하는 투명 유전체층(121)을 더 포함할 수 있다. 유전체층(121)은 인접한 나노포스트(NP)들 사이의 공간 및 나노포스트(NP)의 상부 표면을 덮도록 배치될 수 있다. 유전체층(121)은 나노포스트(NP)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어, 스페이서층(120)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.The pixel array 1100a may further include a transparent dielectric layer 121 protecting the color separation lens array 130. The dielectric layer 121 may be disposed to cover a space between adjacent nanoposts NP and an upper surface of the nanoposts NP. The dielectric layer 121 may be made of a material having a refractive index lower than that of the nanopost NP, for example, the same material as the spacer layer 120.

컬러 필터(105)는 베이어 패턴의 화소 배열에 대응하는 형태의 필터 영역을 구비한다. 도 20a에 도시된 바와 같이, 녹색 필터 영역(CF1), 청색 필터 영역(CF2)이 번갈아 배치되고, 도 20b에 도시된 바와 같이, Y방향으로 이격한 다음 행에서는 적색 필터 영역(CF3)과 녹색 필터 영역(CF1)이 번갈아 배치된다. 색분리 렌즈 어레이(130)가 복수의 광감지셀(111, 112, 113, 114)에 서로 다른 파장의 광을 분기하여 집광시키는 점에서, 컬러 필터(105)의 구성은 필수적인 구성요소는 아니다. 다만, 이와 같이 추가적으로 컬러 필터(105)를 구비함으로써 색순도가 보완될 수 있으며, 상당 정도로 색분리된 빛이 컬러 필터(105)에 입사하므로 광손실은 크지 않다.The color filter 105 has a filter area having a shape corresponding to the pixel arrangement of the Bayer pattern. As shown in FIG. 20A, the green filter area CF1 and the blue filter area CF2 are alternately disposed, and as shown in FIG. 20B, the red filter area CF3 and the green color are separated from each other in the next row in the Y direction. Filter regions CF1 are alternately arranged. Since the color separation lens array 130 diverges and condenses light of different wavelengths to the plurality of light sensing cells 111, 112, 113, and 114, the configuration of the color filter 105 is not an essential component. However, by providing the color filter 105 additionally as described above, color purity may be supplemented, and since the color-separated light to a considerable extent enters the color filter 105, the optical loss is not large.

도 21 및 도 22는 이미지 센서의 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B)에 입사하는 빛의 스펙트럼 분포를 예시적으로 보이는 그래프로서, 각각 컬러 필터가 구비된 실시예와 컬러 필터가 구비되지 않은 실시예의 스페트럼 분포를 보여준다.21 and 22 are graphs showing spectral distributions of light incident on a red pixel (R), a green pixel (G), and a blue pixel (B) of an image sensor as an example. It shows the spectral distribution of an example without a color filter.

도 21의 그래프는 도 20a 및 도 20b에서 도시한 컬러 필터를 구비한 이미지 센서의 스펙트럼이고 도 22의 그래프는 도 4a 및 도 4b에서 도시한 컬러 필터가 없는 이미지 센서의 스펙트럼이다. 도 21 및 도 22는 화소의 폭이 약 0.7um인 이미지 센서의 시뮬레이션 결과이며, 컬러 필터가 구비된 경우 전체적인 광량이 낮아지는 경향이 있으나 모두 양호한 색분리 성능을 나타내고 있다. The graph of FIG. 21 is a spectrum of an image sensor with a color filter shown in FIGS. 20A and 20B, and a graph of FIG. 22 is a spectrum of an image sensor without a color filter shown in FIGS. 4A and 4B. 21 and 22 are simulation results of an image sensor having a pixel width of about 0.7 μm, and when a color filter is provided, the total amount of light tends to decrease, but both show good color separation performance.

도 23은 다른 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이를 예시적으로 보이는 평면도이다. 도 23을 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(340)는 굵은 선으로 표시된 다수의 단위 패턴 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 단위 패턴 어레이는 제1 영역(341), 제2 영역(342), 제3 영역(343), 및 제4 영역(344)을 포함하는 2 ×2의 2차원 형태로 배열될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(340)의 전체 구성을 볼 때, 하나의 행(row) 내에서 제1 영역(341)과 제2 영역(342)이 가로 방향을 따라 번갈아 배열되며, 다른 행 내에서 제3 영역(343)과 제4 영역(344)이 가로 방향을 따라 번갈아 배열된다. 또한, 하나의 열(column) 내에서 제1 영역(341)과 제3 영역(343)이 세로 방향을 따라 번갈아 배열되며, 다른 열 내에서 다수의 제2 영역(342)과 다수의 제4 영역(344)이 세로 방향을 따라 번갈아 배열된다.23 is a plan view illustrating a color separation lens array according to another exemplary embodiment. Referring to FIG. 23, the color separation lens array 340 may include a plurality of unit pattern arrays indicated by thick lines. Each unit pattern array may be arranged in a 2x2 2D shape including the first region 341, the second region 342, the third region 343, and the fourth region 344. When looking at the overall configuration of the color separation lens array 340, the first regions 341 and the second regions 342 are alternately arranged in the horizontal direction within one row, and the third region in the other row. The regions 343 and the fourth regions 344 are alternately arranged along the horizontal direction. In addition, the first regions 341 and the third regions 343 are alternately arranged in a vertical direction in one column, and a plurality of second regions 342 and a plurality of fourth regions in another column 344 are arranged alternately along the longitudinal direction.

또한, 색분리 렌즈 어레이(340)는 어떠한 단위 패턴 어레이에도 속하지 않는 복수의 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)을 더 포함할 수 있다. 어떠한 단위 패턴 어레이에도 속하지 않는 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)은 색분리 렌즈 어레이(340)의 가장자리를 따라 배열될 수 있다. 다시 말해, 색분리 렌즈 어레이(340)의 좌측 가장자리에 하나의 열을 구성하는 다수의 제2 영역(342)과 다수의 제4 영역(344)이 추가적으로 배열되고, 우측 가장자리에에 하나의 열을 구성하는 다수의 제1 영역(341)과 다수의 제3 영역(343)이 추가적으로 배열되고, 상부측 가장자리에 하나의 행을 구성하는 다수의 제3 영역(343)과 다수의 제4 영역(344)이 추가적으로 배열되고, 하부측 가장자리에 하나의 행을 구성하는 다수의 제1 영역(341)과 다수의 제2 영역(342)이 추가적으로 배열될 수 있다.In addition, the color separation lens array 340 may further include a plurality of first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 that do not belong to any unit pattern array. The first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 that do not belong to any unit pattern array may be arranged along the edge of the color separation lens array 340. In other words, a plurality of second regions 342 and a plurality of fourth regions 344 constituting one column are additionally arranged on the left edge of the color separation lens array 340, and one column is formed on the right edge. A plurality of first regions 341 and a plurality of third regions 343 are additionally arranged, and a plurality of third regions 343 and a plurality of fourth regions 344 constituting one row at the upper edge. ) May be additionally arranged, and a plurality of first regions 341 and a plurality of second regions 342 constituting one row may be additionally arranged at the lower edge.

도 24는 도 23에 도시된 색분리 렌즈 어레이(340)를 C-C' 라인을 따라 절개한 수직 단면이다. 도 24를 참조하면, 색분리 렌즈 어레이(340)는 센서 기판(110)의 가장자리에 대해 수평 방향으로 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 센서 기판(110)의 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는 다수의 제1 영역(341)과 다수의 제2 영역(342)을 포함할 수 있다. 비록 도 24에 모두 도시되지 않았지만, 도 23에서 어떠한 단위 패턴 어레이에도 속하지 않는 다수의 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)은 모두 센서 기판(110)의 가장자리에 대해 수평 방향으로 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는다.FIG. 24 is a vertical cross-section of the color separation lens array 340 shown in FIG. 23 taken along a line C-C'. Referring to FIG. 24, the color separation lens array 340 is disposed to protrude in a horizontal direction with respect to the edge of the sensor substrate 110 and does not face any light sensing cells of the sensor substrate 110 in the vertical direction. A first region 341 and a plurality of second regions 342 may be included. Although not all shown in FIG. 24, in FIG. 23, a plurality of first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 that do not belong to any unit pattern array are all in a horizontal direction with respect to the edge of the sensor substrate 110. It is arranged to protrude and does not face any light sensing cells in the vertical direction.

도 6a 내지 도 6d, 도 7a 내지 도 7d, 및 도 8a 내지 도 8d에서 설명한 바와 같이, 광감지셀은 연직으로 대응하는 색분리 렌즈 어레이(340)의 영역뿐만 아니라 그 영역 주변에 있는 다수의 다른 영역으로부터도 빛을 제공받는다. 따라서, 색분리 렌즈 어레이(340)의 가장자리를 따라 추가된 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)이 없을 경우, 센서 기판(110)의 가장자리를 따라 배열된 광감지셀들에 입사하는 빛의 광량이 작아지고 색순도도 저하될 수 있다. 색분리 렌즈 어레이(340)의 가장자리를 따라 추가적으로 제1 내지 제4 영역(341, 342, 343, 344)을 배열함으로써, 센서 기판(110)의 가장자리를 따라 배열된 광감지셀들에도 센서 기판(110)의 내측에 배열된 광감지셀들과 동일하게 빛이 제공될 수 있다. 이러한 도 23 및 도 24에 도시된 실시예는 전술한 색분리 렌즈 어레이(130)(140)(150)(160)(170)에도 적용될 수 있다.As described in FIGS. 6A to 6D, 7A to 7D, and 8A to 8D, the photosensitive cell is not only a region of the color separation lens array 340 corresponding to the vertical, but also a plurality of other surrounding regions. It also receives light from the realm. Therefore, in the absence of the first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 added along the edge of the color separation lens array 340, the light sensing cells arranged along the edge of the sensor substrate 110 The amount of incident light is reduced, and color purity may also decrease. By further arranging the first to fourth regions 341, 342, 343, and 344 along the edge of the color separation lens array 340, the sensor substrate ( Light may be provided in the same manner as the light sensing cells arranged on the inside of 110). The embodiments illustrated in FIGS. 23 and 24 may also be applied to the above-described color separation lens arrays 130, 140, 150, 160, and 170.

도 25는 또 다른 실시예에 따른 화소 어레이의 개략적인 구조를 보이는 단면도이고, 도 26은 도 25의 색분리 렌즈 어레이에 채용되는 나노포스트의 예시적인 형상을 보이는 사시도이다.25 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a pixel array according to another embodiment, and FIG. 26 is a perspective view showing an exemplary shape of a nanopost employed in the color separation lens array of FIG. 25.

화소 어레이(1100b)는 광을 센싱하는 센서 기판(310)과 센서 기판(310) 상에 배치된 색분리 렌즈 어레이(350)을 포함한다. 센서 기판(310)과 색분리 렌즈 어레이(350) 사이에는 스페이서층(320)이 배치된다. 색분리 렌즈 어레이(350)는 스페이서층(320)에 의해 지지되며 소정 규칙에 따라 배열된 복수의 나노포스트(NP)를 포함한다. 센서 기판(310)은 광을 감지하는 복수의 광감지셀을 포함하며, 색분리 렌즈 어레이(350)의 복수의 영역과 일대일로 대응하며 마주할 수 있다. 이러한 영역 구분의 표시는 편의상 생략되고 있다. The pixel array 1100b includes a sensor substrate 310 for sensing light and a color separation lens array 350 disposed on the sensor substrate 310. A spacer layer 320 is disposed between the sensor substrate 310 and the color separation lens array 350. The color separation lens array 350 is supported by the spacer layer 320 and includes a plurality of nanoposts NP arranged according to a predetermined rule. The sensor substrate 310 includes a plurality of light sensing cells for sensing light, and may correspond to and face a plurality of regions of the color separation lens array 350 in a one-to-one manner. The indication of such area division is omitted for convenience.

본 실시예에 따른 색분리 렌즈 어레이(350)는 복수의 나노포스트(NP) 각각이 하부 포스트(LP) 및 하부 포스트(LP) 상에 적층된 상부 포스트(UP)를 포함하는 점에서 전술한 실시예들과 차이가 있다. In the color separation lens array 350 according to the present embodiment, each of the plurality of nanoposts NP includes a lower post LP and an upper post UP stacked on the lower post LP. There is a difference from the examples.

복수의 나노포스트(NP) 중 일부는 하부 포스트(LP)와 상부 포스트(UP)가 서로 어긋나게 적층된 형상을 가질 수 있다. 어긋나는 정도는 도 26에 b로 표시되고 있으며, 이 크기는 이미지 센서(302)의 중심부(C)에서 주변부(P)로 갈수록, 즉 반경 방향을 따라 커질 수 있다. 상부 포스트(UP)가 하부 포스트(LP)로부터 어긋나는 방향은 중심부(C)에서 주변부(P)를 향하는 방향이 된다.Some of the plurality of nanoposts NP may have a shape in which a lower post LP and an upper post UP are stacked so as to be shifted from each other. The degree of deviation is indicated by b in FIG. 26, and the size may increase from the central portion C of the image sensor 302 to the peripheral portion P, that is, along the radial direction. The direction in which the upper post UP deviates from the lower post LP is a direction from the center C to the peripheral part P.

이러한 구조로 나노포스트(NP)를 제조하기 위해, 하부 포스트(LP)들 사이의 영역을 채우며 상부 포스트(UP)를 지지하는 제1물질층(331), 상부 포스트(UP)들을 덮는 제2물질층(332)이 더 구비될 수 있다. 제1물질층(331), 제2물질층(332)은 상부 포스트(UP), 하부 포스트(LP)를 이루는 물질의 굴절률보다 낮은 굴절률의 물질로 형성될 수 있다.In order to manufacture the nanoposts NP with this structure, a first material layer 331 that fills the area between the lower posts LP and supports the upper post UP, and a second material covers the upper posts UP. A layer 332 may be further provided. The first material layer 331 and the second material layer 332 may be formed of a material having a refractive index lower than that of a material constituting the upper post UP and the lower post LP.

이러한 배치는 촬상 장치에 채용되는 화소 어레이(1100b)의 주변부와 중심부에서의 광 입사각이 다름을 고려한 것이다. 통상, 화소 어레이(1100b)의 중심부(C) 근방에서는 광이 수직 입사되고 주변부(P)로 갈수록 입사각이 커지게 된다. 이러한 입사 경로와 대응하는 형태로 나노포스트(NP)를 구성하여 이미지 센서(302)에 비스듬하게 입사하는 사광선에 대해서도 나노포스트(NP)가 의도하는 색분리가 보다 잘 일어나게 할 수 있다. This arrangement takes into account that the angle of incidence of light at the peripheral portion and the center of the pixel array 1100b employed in the imaging device is different. In general, light is vertically incident in the vicinity of the central portion C of the pixel array 1100b, and the incident angle increases toward the peripheral portion P. By configuring the nanoposts NP in a shape corresponding to the incidence path, color separation intended by the nanoposts NP may occur more easily even for the oblique rays incident on the image sensor 302.

나노포스트(NP)는 상, 하 두층으로 적층된 구조를 예시하였으나, 세 층 이상의 구조를 가질 수도 있으며 위치에 따라 상, 하 두층의 나노포스트의 모양이나 크기가 변화할 수도 있다. 이러한 도 25 및 도 26에 도시된 실시예는 전술한 색분리 렌즈 어레이(130)(140)(150)(160)(170)(340)에도 적용될 수 있다.Although the nanopost (NP) has illustrated a structure in which two layers are stacked, the upper and lower layers may have a structure of three or more layers, and the shape or size of the upper and lower two layers of the nanopost may change depending on the location. The embodiments shown in FIGS. 25 and 26 may also be applied to the above-described color separation lens arrays 130, 140, 150, 160, 170, and 340.

상술한 실시예들에 따른 이미지 센서는 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), 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.Since the image sensor according to the above-described embodiments hardly loses light due to the color filter, a sufficient amount of light can be provided to the pixel even if the size of the pixel is reduced. Therefore, it is possible to manufacture an ultra-high resolution, ultra-small, high-sensitivity image sensor having hundreds of millions of pixels or more. Such an ultra-high resolution, ultra-small, high-sensitivity image sensor may be employed in various high-performance optical devices or high-performance electronic devices. Such electronic devices include, for example, smart phones, mobile phones, cell phones, personal digital assistants (PDAs), laptops, PCs, various portable devices, home appliances, security cameras, medical cameras, automobiles, and Internet of Things (IoT). Internet of Things (IoT) devices, other mobile or non-mobile computing devices, but is not limited thereto.

도 27은 실시예들에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 전자 장치는 이미지 센서(1000), 프로세서(2200), 메모리(2300), 디스플레이(2400) 및 버스(2500)를 포함한다. 이미지 센서(1000)는 프로세서(2200)의 제어에 따라 외부의 피사체에 대한 영상 정보를 획득하여 프로세서(2200)에 제공한다. 프로세서(2200)는 이미지 센서(1000)로부터 제공된 영상 정보를 버스(2500)를 통하여 메모리(2300)에 저장하고, 메모리(2300)에 저장된 영상 정보를 디스플레이(2400)로 출력하여 사용자에게 표시할 수도 있다. 또한, 프로세서(2200)는 이미지 센서(1000)로부터 제공된 영상 정보에 대해 다양한 영상 처리를 수행할 수도 있다.27 is a schematic block diagram of an electronic device including an image sensor according to embodiments. The electronic device includes an image sensor 1000, a processor 2200, a memory 2300, a display 2400, and a bus 2500. The image sensor 1000 acquires image information on an external subject under the control of the processor 2200 and provides it to the processor 2200. The processor 2200 may store image information provided from the image sensor 1000 in the memory 2300 through the bus 2500, and output the image information stored in the memory 2300 to the display 2400 to be displayed to the user. have. Also, the processor 2200 may perform various image processing on image information provided from the image sensor 1000.

도 28 내지 도 38은 실시예들에 따른 이미지 센서가 적용된 전자 장치의 다양한 멀티미디어 예를 보인다.28 to 38 show various multimedia examples of an electronic device to which an image sensor is applied according to embodiments.

실시예들에 따른 이미지 센서들은 영상 촬영 기능을 구비하고 있는 다양한 멀티미디어 장치들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서는 도 28에 도시된 카메라(2000)에 적용될 수 있다. 카메라(2000)는 디지털 카메라 또는 디지털 캠코더일 수 있다.Image sensors according to embodiments may be applied to various multimedia devices having an image capturing function. For example, the image sensor may be applied to the camera 2000 shown in FIG. 28. The camera 2000 may be a digital camera or a digital camcorder.

도 29를 참조하면, 카메라(2000)는 촬상부(2100), 이미지 센서(1000), 및 프로세서(2200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 29, the camera 2000 may include an imaging unit 2100, an image sensor 1000, and a processor 2200.

촬상부(2100)는 피사체(OBJ)로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성한다. 촬상부(2100)는 대물렌즈(2010), 렌즈 구동부(2120), 조리개(2130), 및 조리개 구동부(2140)를 포함할 수 있다. 도 29에는 편의상 하나의 렌즈만이 대표적으로 표시되었으나, 실제로 대물렌즈(2010)는 크기와 형태가 각기 다른 복수의 렌즈 들을 포함할 수 있다. 렌즈 구동부(2120)는 프로세서(2200)와 초점 검출에 관한 정보를 통신할 수 있고, 프로세서(2200)에서 제공된 제어 신호에 따라 대물렌즈(2010)의 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 구동부(1120)는 대물렌즈(2010)를 이동시켜 대물렌즈(2010)와 피사체(OBJ) 사이의 거리를 조절하거나, 대물렌즈(2010) 내의 개별 렌즈들의 위치를 조절할 수 있다. 렌즈 구동부(2120)가 대물렌즈(2010)를 구동시킴으로써 피사체(OBJ)에 대한 초점이 조절될 수 있다. 이러한 카메라(2000)는 자동 초점 기능을 구비할 수 있다.The imaging unit 2100 forms an optical image by focusing light reflected from the subject OBJ. The imaging unit 2100 may include an objective lens 2010, a lens driving unit 2120, a diaphragm 2130, and a diaphragm driving unit 2140. In FIG. 29, only one lens is representatively displayed for convenience, but the objective lens 2010 may actually include a plurality of lenses having different sizes and shapes. The lens driver 2120 may communicate information on focus detection with the processor 2200 and may adjust the position of the objective lens 2010 according to a control signal provided from the processor 2200. The lens driver 1120 may move the objective lens 2010 to adjust the distance between the objective lens 2010 and the object OBJ, or may adjust the positions of individual lenses in the objective lens 2010. The focus on the subject OBJ may be adjusted by the lens driver 2120 driving the objective lens 2010. The camera 2000 may have an auto focus function.

조리개 구동부(2140)는 프로세서(2200)와 광량에 관한 정보를 통신할 수 있고, 프로세서(2200)에서 제공된 제어 신호에 따라 조리개(2130)를 조절할 수 있다. 예를 들어, 조리개 구동부(2140)는 대물렌즈(2010)를 통해 카메라(2000) 내부에 들어오는 빛의 양에 따라 조리개(2130)의 구경을 증가시키거나 감소시킬 수 있으며, 조리개(2130)의 개방 시간을 조절할 수 있다.The iris driver 2140 may communicate information on the amount of light with the processor 2200 and may adjust the iris 2130 according to a control signal provided from the processor 2200. For example, the aperture driver 2140 may increase or decrease the aperture of the aperture 2130 according to the amount of light entering the camera 2000 through the objective lens 2010, and the aperture 2130 may be opened. You can adjust the time.

이미지 센서(1000)는 입사되는 광의 세기를 기초로 전기적인 이미지 신호를 생성할 수 있다. 이미지 센서(1000)는 화소 어레이(1100), 타이밍 컨트롤러(1010), 및 출력 회로(1030)를 포함할 수 있다. 비록 도 29에는 도시되지 않았지만, 이미지 센서(1000)는 도 1에 도시된 로우 디코더를 더 포함할 수 있다. 대물렌즈(2010) 및 조리개(2130)를 투과한 빛은 화소 어레이(1100)의 수광면에 피사체(OBJ)의 상을 결상할 수 있다. 화소 어레이(1100)는 광학 신호를 전기 신호로 변환하는 CCD 또는 CMOS일 수 있다. 화소 어레이(1100)는 AF 기능 또는 거리 측정 기능을 수행하기 위한 추가적인 화소들을 포함할 수 있다. 또한, 화소 어레이(1100)는 상술한 색분리 렌즈 어레이를 포함할 수 있다.The image sensor 1000 may generate an electrical image signal based on the intensity of incident light. The image sensor 1000 may include a pixel array 1100, a timing controller 1010, and an output circuit 1030. Although not shown in FIG. 29, the image sensor 1000 may further include a row decoder shown in FIG. 1. Light transmitted through the objective lens 2010 and the aperture 2130 may form an image of the object OBJ on the light-receiving surface of the pixel array 1100. The pixel array 1100 may be a CCD or CMOS that converts optical signals into electrical signals. The pixel array 1100 may include additional pixels for performing an AF function or a distance measurement function. Also, the pixel array 1100 may include the above-described color separation lens array.

프로세서(2200)는 카메라(2000)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며 영상 처리 기능을 구비할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(2200)는 렌즈 구동부(2120), 조리개 구동부(2140), 타이밍 컨트롤러(1010) 등에 각 구성 요소의 동작을 위한 제어 신호를 제공할 수 있다.The processor 2200 may control the overall operation of the camera 2000 and may have an image processing function. For example, the processor 2200 may provide a control signal for the operation of each component to the lens driver 2120, the aperture driver 2140, the timing controller 1010, and the like.

실시예들에 따른 이미지 센서는 도 30에 도시된 모바일폰 또는 스마트폰(3000), 도 31에 도시된 태블릿 또는 스마트 태블릿(3100), 도 32에 도시된 노트북 컴퓨터(3200)에 또는 도 33에 도시된 텔레비전 또는 스마트 텔레비전(3300) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰(3000) 또는 스마트 태블릿(3100)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 according to the embodiments is in the mobile phone or smart phone 3000 shown in FIG. 30, the tablet or smart tablet 3100 shown in FIG. 31, the notebook computer 3200 shown in FIG. It can be applied to the illustrated television or the smart television 3300. For example, the smart phone 3000 or the smart tablet 3100 may include a plurality of high-resolution cameras each equipped with a high-resolution image sensor. Using high-resolution cameras, depth information of subjects in an image can be extracted, out-focusing of an image can be adjusted, or subjects in an image can be automatically identified.

또한, 이미지 센서는 도 34에 도시된 스마트 냉장고(3400), 도 35에 도시된 보안 카메라(3500), 도 36에 도시된 로봇(3600), 도 35에 도시된 의료용 카메라(3700) 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 스마트 냉장고(3400)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(3500)는 초고해상도 영상을 제공할 수 있으며 높은 감도를 이용하여 어두운 환경에서도 영상 내의 사물 또는 사람을 인식 가능하게 할 수 있다. 로봇(3600)은 사람이 직접 접근할 수 없는 재해 또는 산업 현장에서 투입되어 고해상도 영상을 제공할 수 있다. 의료용 카메라(3700)는 진단 또는 수술을 위한 고해상도 영상을 제공할 수 있으며 시야를 동적으로 조절할 수 있다.In addition, the image sensor may be applied to the smart refrigerator 3400 shown in FIG. 34, the security camera 3500 shown in FIG. 35, the robot 3600 shown in FIG. 36, the medical camera 3700 shown in FIG. 35, and the like. have. For example, the smart refrigerator 3400 may automatically recognize food in the refrigerator using an image sensor, and inform the user of the existence of a specific food, the type of food stocked or released, and the like to the user through the smartphone. The security camera 3500 may provide an ultra-high resolution image, and may use high sensitivity to recognize an object or person in the image even in a dark environment. The robot 3600 may be input at a disaster or industrial site that cannot be directly accessed by humans to provide a high-resolution image. The medical camera 3700 can provide a high-resolution image for diagnosis or surgery, and can dynamically adjust a field of view.

또한, 이미지 센서는 도 38에 도시된 바와 같이 차량(3800)에 적용될 수 있다. 차량(3800)은 다양한 위치에 배치된 복수의 차량용 카메라(3810, 3820, 3830, 3840)를 포함할 수 있으며. 각각의 차량용 카메라(3810, 3820, 3830, 3840)는 실시예에 따른 이미지 센서를 포함할 수 있다. 차량(3800)은 복수의 차량용 카메라(3810, 3820, 3830, 3840)를 이용하여 차량(3800) 내부 또는 주변에 대한 다양한 정보를 운전자에게 제공할 수 있으며, 영상 내의 사물 또는 사람을 자동으로 인식하여 자율 주행에 필요한 정보를 제공할 수 있다.In addition, the image sensor may be applied to the vehicle 3800 as shown in FIG. 38. The vehicle 3800 may include a plurality of vehicle cameras 3810, 3820, 3830, and 3840 disposed at various locations. Each of the vehicle cameras 3810, 3820, 3830, and 3840 may include an image sensor according to an embodiment. The vehicle 3800 may provide a variety of information about the interior or surroundings of the vehicle 3800 to the driver using a plurality of vehicle cameras 3810, 3820, 3830, and 3840, 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 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.Although 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, this is only exemplary, and those of ordinary skill in the art have various It will be appreciated that variations and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the rights is indicated in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the rights.

105 - 컬러 필터
110 - 센서 기판
111, 112, 113, 114 - 광감지셀
120 - 스페이서층
130, 140, 150, 160, 170, 340, 350 - 색분리 렌즈 어레이
131, 141, 151, 161, 171 - 제1 영역
132, 142, 152, 162, 172 - 제2 영역
133, 143, 153, 163, 173 - 제3 영역
134, 144, 154, 164, 174 - 제4 영역
1000 - 이미지 센서
1010 - 타이밍 컨트롤러
1020 - 로우 디코더
1030 - 출력 회로
1100, 1100a, 1100b - 화소 어레이
NP - 나노포스트105-Color filter
110-sensor board
111, 112, 113, 114-photosensitive cell
120-spacer layer
130, 140, 150, 160, 170, 340, 350-color separation lens array
131, 141, 151, 161, 171-1st area
132, 142, 152, 162, 172-second area
133, 143, 153, 163, 173-3rd area
134, 144, 154, 164, 174-Area 4
1000-image sensor
1010-Timing controller
1020-row decoder
1030-output circuit
1100, 1100a, 1100b-pixel array
NP-Nanopost

Claims (23)

광을 감지하는 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및
상기 제1 광감지셀에 마주하며 제1 나노포스트를 포함하는 제1 영역, 및 상기 제2 광감지셀에 마주하며 제2 나노포스트를 포함하는 제2 영역을 포함하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며,
상기 제1 나노포스트와 상기 제2 나노포스트는 형상, 크기, 배열 중 적어도 하나가 서로 다르며,
상기 제1 나노포스트와 제2 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장의 광과 제2 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 각각 제1 광감지셀 및 제2 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 통과한 위치에서 형성하는, 이미지 센서.A sensor substrate including a first light sensing cell and a second light sensing cell for sensing light: And
A color separation lens array including a first region facing the first light sensing cell and including a first nanopost, and a second region facing the second light sensing cell and including a second nanopost; and And
The first nanopost and the second nanopost are different from each other in at least one of a shape, a size, and an arrangement,
In the first nanopost and the second nanopost, light of a first wavelength and light of a second wavelength different from among incident light incident on the color separation lens array are diverged in different directions, respectively, so that the first photosensitive cell and the second nanopost are respectively 2 An image sensor, wherein a phase distribution condensed by a light sensing cell is formed at a position passing through the first region and the second region. 제1 항에 있어서,
상기 제1 나노포스트와 제2 나노포스트는,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Nπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2N-1)π의 위상 분포를 형성하며, N은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서. The method of claim 1,
The first nanopost and the second nanopost,
At a position immediately after passing through the color separation lens array, a phase distribution of 2Nπ is formed at a position where the light of the first wavelength corresponds to the center of the first photosensitive cell, and corresponds to the center of the second photosensitive cell. In the position, the image sensor forms a phase distribution of (2N-1)π, where N is an integer greater than 0. 제2 항에 있어서,
상기 제1 나노포스트와 제2 나노포스트는,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2M-1)π의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Mπ의 위상 분포를 형성하며, M은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서.The method of claim 2,
The first nanopost and the second nanopost,
At a position immediately after passing through the color separation lens array, at a position corresponding to the center of the first light sensing cell, the second light sensing cell forms a phase distribution of (2M-1)π, and the second light sensing cell At a position corresponding to the center of the image sensor, a phase distribution of 2Mπ is formed, and M is an integer greater than 0. 제1 항에 있어서,
상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 배치되어 상기 센서 기판과 상기 색분리 렌즈 어레이 사이에 거리를 형성하는 스페이서층을 더 포함하는, 이미지 센서.The method of claim 1,
The image sensor further comprising a spacer layer disposed between the sensor substrate and the color separation lens array to form a distance between the sensor substrate and the color separation lens array. 제4 항에 있어서,
상기 스페이서층은 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 입사광의 파장 대역의 중심 파장에서 상기 색분리 렌즈 어레이의 초점 거리에 해당하는 두께를 갖는, 이미지 센서.The method of claim 4,
The spacer layer has a thickness corresponding to a focal length of the color separation lens array at a center wavelength of a wavelength band of incident light color-separated by the color separation lens array. 제 4 항에 있어서,
상기 스페이서층의 이론 두께를 h_t, 각각의 광감지셀의 피치를 p, 상기 스페이서층의 굴절률을 n, 상기 색분리 렌즈 어레이가 색분리하는 광의 파장 대역의 중심파장을 λ₀ 라 할 때, 상기 스페이서층의 이론 두께 h_t는

이고,
상기 스페이서층의 실제 두께 h는 h_t - p ≤ h ≤ h_t + p인, 이미지 센서.The method of claim 4,
When the theoretical thickness of the spacer layer is h _t , the pitch of each photosensitive cell is p, the refractive index of the spacer layer is n, and the center wavelength of the wavelength band of light color-separated by the color separation lens array is λ ₀ , The theoretical thickness h _t of the spacer layer is

ego,
The actual thickness h of the spacer layer is h _t -p ≤ h ≤ h _t + p. 제1 항에 있어서,
상기 센서 기판은 광을 감지하는 제3 광감지셀 및 제4 광감지셀을 더 포함하며,
상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 제3 광감지셀에 마주하며 제3 나노포스트를 포함하는 제3 영역, 및 상기 제4 광감지셀에 마주하며 제4 나노포스트를 포함하는 제4 영역을 포함하며,
상기 제3 나노포스트와 상기 제4 나노포스트는 형상, 크기, 배열 중 적어도 하나가 서로 다른, 이미지 센서.The method of claim 1,
The sensor substrate further includes a third light sensing cell and a fourth light sensing cell for sensing light,
The color separation lens array includes a third area facing the third photosensitive cell and including a third nanopost, and a fourth area facing the fourth photosensitive cell and including a fourth nanopost,
The third nanopost and the fourth nanopost have at least one of different shapes, sizes, and arrangements. 제7 항에 있어서,
상기 제1 나노포스트 내지 상기 제4 나노포스트는, 상기 색분리 렌즈 어레이에 입사하는 입사광 중에서 서로 다른 제1 파장, 제2파장, 제3 파장의 광이 서로 다른 방향으로 분기되어 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀과 상기 제4 광감지셀에 집광되고, 제2 파장의 광이 상기 제2 광감지셀에 집광되고, 제3 파장의 광이 상기 제3 광감지셀에 집광되는 위상 분포를 상기 제1 영역 내지 상기 제4 영역을 통과한 위치에서 형성하는, 이미지 센서.The method of claim 7,
In the first to fourth nanoposts, light having a first wavelength, a second wavelength, and a third wavelength different from among incident light incident on the color separation lens array is diverged in different directions to form light having a first wavelength. A phase in which the first light sensing cell and the fourth light sensing cell are condensed, light of a second wavelength is condensed on the second light sensing cell, and light of a third wavelength is condensed on the third light sensing cell An image sensor that forms a distribution at a position passing through the first region to the fourth region. 제8 항에 있어서,
상기 제1 파장은 녹색광이고, 상기 제2 파장은 청색광이며, 상기 제3 파장은 적색광인, 이미지 센서.The method of claim 8,
The first wavelength is green light, the second wavelength is blue light, and the third wavelength is red light. 제7 항에 있어서,
상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트는,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제1 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부와 상기 제4 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Nπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부와 상기 제3 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2N-1)π의 위상 분포를 형성하도록 하며, N은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서. The method of claim 7,
The first to fourth nanoposts,
At a position immediately after passing through the color separation lens array, the first wavelength light forms a phase distribution of 2Nπ at a position corresponding to the center of the first photosensitive cell and the center of the fourth photosensitive cell, and the second 2 In a position corresponding to the center of the photosensitive cell and the center of the third photosensitive cell, a phase distribution of (2N-1)π is formed, and N is an integer greater than 0. 제10 항에 있어서,
상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트는,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제2 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부, 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2M-1)π의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Mπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제3 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서 (2M-2)π보다 크고 (2M-1)π보다 작은 위상 분포를 형성하도록 하며, M은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서.The method of claim 10,
The first to fourth nanoposts,
At a position immediately after passing through the color separation lens array, a phase distribution of (2M-1)π at a position corresponding to the center of the first light sensing cell and the center of the fourth light sensing cell where the light of the second wavelength And, at a position corresponding to the center of the second light sensing cell, a phase distribution of 2Mπ is formed, and at a position corresponding to the center of the third light sensing cell, it is greater than (2M-2)π and (2M-1 ) to form a phase distribution less than π, and M is an integer greater than 0, an image sensor. 제11 항에 있어서,
상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트는,
상기 색분리 렌즈 어레이를 통과한 직후의 위치에서 제3 파장의 광이 상기 제1 광감지셀의 중심부, 및 상기 제4 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 (2L-1)π의 위상 분포를 형성하고, 상기 제3 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서는 2Lπ의 위상 분포를 형성하고, 상기 제2 광감지셀의 중심부에 대응하는 위치에서 (2L-2)π보다 크고 (2L-1)π보다 작은 위상 분포를 형성하도록 하며, L은 0보다 큰 정수인, 이미지 센서.The method of claim 11,
The first to fourth nanoposts,
At a position immediately after passing through the color separation lens array, a phase distribution of (2L-1)π at a position where the light of a third wavelength corresponds to the center of the first photosensitive cell and the center of the fourth photosensitive cell And a phase distribution of 2Lπ is formed at a position corresponding to the center of the third photosensitive cell, and greater than (2L-2)π at a position corresponding to the center of the second photosensitive cell ) to form a phase distribution less than π, and L is an integer greater than 0, an image sensor. 제10 항에 있어서,
상기 이미지 센서는 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 포함하는 복수의 단위 화소가 베이어 패턴으로 배열된 화소 배열 구조를 가지며,
상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 제1 방향 및 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 다른 분포 규칙을 가지는, 이미지 센서.The method of claim 10,
The image sensor has a pixel arrangement structure in which a plurality of unit pixels including a red pixel, a green pixel, and a blue pixel are arranged in a Bayer pattern,
The image sensor, wherein the nanoposts provided in a region corresponding to a green pixel among the first to fourth regions have different distribution rules along a first direction and a second direction perpendicular to the first direction. 제13 항에 있어서,
상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 청색 화소 및 적색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 대칭적인 분포 규칙을 가지는, 이미지 센서.The method of claim 13,
The image sensor, wherein the nanoposts provided in regions corresponding to blue pixels and red pixels among the first to fourth regions have symmetrical distribution rules along the first and second directions. 제13항에 있어서,
상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역의 중심부에 위치하는 나노포스트는 다른 컬러의 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트보다 큰 단면적을 가지는, 이미지 센서.The method of claim 13,
The image sensor, wherein the nanoposts positioned at the center of the area corresponding to the green pixel among the first to fourth areas have a larger cross-sectional area than the nanoposts provided in the areas corresponding to pixels of other colors. 제13항에 있어서,
상기 제1 영역 내지 제4 영역 중에서 녹색 화소에 대응하는 영역에 구비된 나노포스트는 중심부에 배치된 나노포스트가 주변부에 배치된 나노포스트보다 큰 단면적을 가지는, 이미지 센서.The method of claim 13,
An image sensor, wherein a nanopost provided in a region corresponding to a green pixel among the first to fourth regions has a cross-sectional area in which the nanopost disposed at the center has a larger cross-sectional area than the nanopost disposed at the periphery. 제1 항에 있어서,
상기 색분리 렌즈 어레이는 상기 센서 기판의 가장자리에 대해 돌출하여 배치되며 연직 방향으로 상기 센서 기판의 어떠한 광감지셀과도 마주하지 않는 복수의 제1 영역 및 복수의 제2 영역을 더 포함하는, 이미지 센서.The method of claim 1,
The color separation lens array is disposed to protrude from the edge of the sensor substrate and further includes a plurality of first regions and a plurality of second regions that do not face any light sensing cells of the sensor substrate in a vertical direction. sensor. 제1항에 있어서,
상기 제1 나노포스트, 상기 제2 나노포스트 중 적어도 하나는 하부 포스트 및 상기 하부 포스트 상에 적층된 상부 포스트를 포함하며,
상기 하부 포스트와 상기 상부 포스트가 서로 어긋나게 적층된, 이미지 센서.The method of claim 1,
At least one of the first nanopost and the second nanopost includes a lower post and an upper post stacked on the lower post,
An image sensor in which the lower post and the upper post are stacked to be offset from each other. 제18항에 있어서,
상기 하부 포스트와 상기 상부 포스트가 서로 어긋나는 정도는 상기 이미지 센서의 중심부에서 주변부로 갈수록 커지는, 이미지 센서.The method of claim 18,
The image sensor, wherein the degree of misalignment between the lower post and the upper post increases from the center of the image sensor toward the periphery of the image sensor. 제1행을 따라 번갈아 배열된 복수의 제1 광감지셀과 복수의 제2 광감지셀, 및 제1행에 인접한 제2행을 따라 번갈아 배열된 복수의 제3 광감지셀과 복수의 제4 광감지셀을 포함하는 센서 기판: 및
상기 복수의 제1 광감지셀에 각각 마주하며 제1 나노포스트를 포함하는 복수의 제1 영역, 상기 복수의 제2 광감지셀에 각각 마주하며 제2 나노포스트를 포함하는 복수의 제2 영역, 상기 복수의 제3 광감지셀에 각각 마주하며 제3 나노포스트를 포함하는 복수의 제3 영역, 및 상기 복수의 제4 광감지셀에 각각 마주하며 제4 나노포스트를 포함하는 복수의 제4 영역을 구비하는 색분리 렌즈 어레이;를 포함하며,
상기 제1영역으로 입사된 광 중 제1파장의 광은 상기 제1영역 직 하부에 위치하는 제1 광감지셀에 집광되고, 제2파장의 광은 상기 제1 광감지셀과 가로 방향을 따라 인접하는 제2 광감지셀로 분기되고, 제3파장의 광은 제1 광감지셀과 세로 방향을 따라 인접하는 제3 광감지셀로 분기되고,
상기 제2영역으로 입사된 광 중 제2파장의 광은 상기 제2영역 직 하부에 위치하는 제2 광감지셀에 집광되고, 제1파장의 광은 상기 제2 광감지셀과 가로 방향을 따라 인접하는 제1 광감지셀 및 세로 방향을 따라 인접하는 제4 광감지셀로 분기되고, 제3파장의 광은 상기 제2 광감지셀과 대각 방향을 따라 인접하는 제3 광감지셀로 분기되도록,
상기 제1 나노포스트 내지 제4 나노포스트의 형상, 크기, 배열이 설정된, 이미지 센서.A plurality of first light sensing cells and a plurality of second light sensing cells alternately arranged along the first row, and a plurality of third and fourth light sensing cells alternately arranged along a second row adjacent to the first row A sensor substrate comprising a photosensitive cell: And
A plurality of first regions each facing the plurality of first light sensing cells and including a first nanopost, a plurality of second regions each facing the plurality of second light sensing cells and including a second nanopost, A plurality of third regions each facing the plurality of third light sensing cells and including a third nanopost, and a plurality of fourth regions each facing the plurality of fourth light sensing cells and including a fourth nanopost Including; a color separation lens array having a,
Among the light incident to the first region, light of a first wavelength is condensed by a first light sensing cell located directly under the first region, and light of a second wavelength is transmitted along a horizontal direction to the first light sensing cell. It is branched into adjacent second light sensing cells, and light of a third wavelength is branched into the first light sensing cell and a third light sensing cell adjacent in the vertical direction,
Of the light incident to the second region, the second wavelength light is condensed by the second light sensing cell located directly under the second region, and the first wavelength light is transmitted along the second light sensing cell and in a horizontal direction. Divided into adjacent first photo-sensing cells and adjacent fourth photo-sensing cells along a vertical direction, and light of a third wavelength is branched into a third photo-sensing cell adjacent to the second photo-sensing cell in a diagonal direction. ,
An image sensor in which the shape, size, and arrangement of the first to fourth nanoposts are set. 제18 항에 있어서,
상기 제1파장의 광은 녹색광이고, 상기 제2파장의 광은 청색광이고, 상기 제3파장의 광은 적색광인, 이미지 센서.The method of claim 18,
The image sensor, wherein the light of the first wavelength is green light, the light of the second wavelength is blue light, and the light of the third wavelength is red light. 피사체로부터 반사된 광을 집속하여 광학상을 형성하는 촬상부; 및
상기 촬상부에서 형성한 광학상을 전기적 신호로 변환하는, 제1 항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 이미지 센서;를 포함하는 전자 장치.An imaging unit that focuses the light reflected from the subject to form an optical image; And
An electronic device comprising: the image sensor according to any one of claims 1 to 21, which converts the optical image formed by the imaging unit into an electrical signal. 제22항에 있어서,
상기 전자 장치는 스마트 폰(smart phone), 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱(laptop), PC(personal computer), 가전 제품, 보안 카메라, 의료용 카메라, 자동차, 또는 사물인터넷(IoT;Internet of Things) 기기인, 전자 장치.The method of claim 22,
The electronic device includes a smart phone, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a laptop, a personal computer (PC), a home appliance, a security camera, a medical camera, a car, or the Internet of Things (IoT). Things) devices, electronic devices.

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