WO2015178509A1 - 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서 - Google Patents

이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서 Download PDF

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최혁순
김정우
정명훈
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Definitions

  • the disclosed embodiments relate to an image sensor having a heterogeneous pixel structure, and more particularly, to an image sensor having a heterogeneous pixel structure in which pixels for detecting visible light and pixels for detecting ultraviolet rays or infrared rays are arranged together.
  • the image sensor typically includes an array of multiple pixels that sense red, green and blue to produce a color image.
  • the color image sensor may include an array of pixels for detecting cyan, yellow, green, and magenta instead of pixels for detecting red, green, and blue. All of these pixels are configured in the same structure to detect visible light, and each color is detected separately using only a color filter.
  • the plurality of pixels may each include the same light sensing region and the same driving circuit having the same material and structure, and the red, green and blue pixels may be distinguished only by the color filter.
  • an image sensor having a heterogeneous pixel structure in which pixels for detecting visible light and pixels for detecting ultraviolet light or infrared light are arranged together.
  • the image sensor may include a pixel array including a plurality of first pixels and a plurality of second pixels having different sizes.
  • the width in the horizontal direction of each second pixel is a first integer multiple of the width in the horizontal direction of each first pixel
  • the width in the vertical direction of each second pixel is the width in the vertical direction of each first pixel.
  • a second integer multiple of, wherein at least one of the first integer multiple and the second integer multiple is greater than 1, and a plurality of first pixels may be arranged around each second pixel.
  • the first pixel may be configured to detect visible light
  • the second pixel may be configured to detect ultraviolet light or infrared light.
  • the first pixel may include a red pixel sensing red light, a green pixel sensing green light, and a blue pixel sensing blue light.
  • the red, green, and blue pixels of the first pixel may be repeatedly arranged around the second pixel.
  • the pixel array includes a first pixel array and a second pixel array disposed adjacent to each other, and the red, green, and blue pixels of the first pixel arranged around the second pixel of the first pixel array.
  • the arrangement order of the plurality of pixels may be different from the arrangement order of the red pixels, the green pixels, and the blue pixels of the first pixel arranged around the second pixel of the second pixel array.
  • the first pixels of the first pixel array and the first pixels of the second pixel array directly contacting the first pixels may be arranged to sense different colors.
  • Each of the first pixels may include a first light sensing unit generating a photo current in response to incident light, a first driving circuit unit storing and outputting the photo current, and a first micro lens condensing light in the first light sensing region. It may include.
  • each of the second pixels may include a second light sensing unit generating a photo current in response to incident light, a second driving circuit unit storing and outputting the photo current, and a second light condensing light in the second light sensing region. It may include a micro lens.
  • the size of the second light sensing unit may be larger than the size of the first light sensing unit.
  • the size of the second micro lens may be larger than the size of the first micro lens to cover each of the second pixels.
  • the second light sensing unit may be divided into a plurality of sub areas in each of the second pixels.
  • the number of divided sub-regions of the second light sensing unit may be equal to the product of the first integer multiple and the second integer multiple.
  • the size of each of the divided sub-regions of the second light sensing unit may be equal to the size of the first light sensing unit.
  • the size of the second micro lens is the same as the size of the first micro lens, the number of the second micro lens equal to the number of the divided plurality of sub-regions may be arranged in each of the second pixel. .
  • the second driving circuit unit may be configured to aggregate and output photocurrent generated in each sub-region such that the divided plurality of sub-regions serve as one light sensing unit.
  • the second driving circuit unit may be configured to individually output photocurrent generated in each sub-region so that the divided plurality of sub-regions act as independent light sensing units, respectively.
  • the second driving circuit unit includes one capacitor for storing photocurrent, a plurality of thin film transistors switched to transfer photocurrent generated in each sub-region to the capacitor, and an output circuit for outputting photocurrent stored in the capacitor.
  • the plurality of thin film transistors may be individually connected to subregions corresponding thereto.
  • the plurality of thin film transistors may be connected between a plurality of sub regions corresponding to the plurality of thin film transistors, respectively.
  • the plurality of sub-regions may share the capacitor and the output circuit.
  • the first and second light sensing units may include at least one photosensitive material among Si, Ge, GaAs, InGaAs, GaN, InSb, InP, and HgCdTe.
  • the image sensor having a heterogeneous pixel structure according to the disclosed embodiment efficiently arranges heterogeneous pixels of different sizes, for example, pixels for detecting visible light and pixels for detecting ultraviolet light or infrared light together on the same substrate. Can make it possible to do. Accordingly, an image sensor having a heterogeneous pixel structure according to the disclosed embodiment is relatively easy to process and can efficiently use the entire area. Such an image sensor may provide various functions such as night vision, thermal imaging, and three-dimensional imaging along with photographing a color image.
  • FIG. 1 is a unit pixel array schematically illustrating a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the unit pixel array of FIG. 1 taken along the line AA ′.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the unit pixel array of FIG. 1 taken along the line AA ′.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the unit pixel array of FIG. 1 taken along the line BB ′.
  • FIG. 3 is a unit pixel array schematically illustrating a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the unit pixel array of FIG. 3 taken along the line BB ′.
  • FIG. 5 is a unit pixel array schematically illustrating a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram exemplarily illustrating a circuit structure of a driving circuit unit of a second pixel in the image sensor illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a unit pixel array schematically illustrating a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 8 exemplarily shows an arrangement of a plurality of pixel arrays shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a unit pixel array schematically illustrating a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a unit pixel array schematically showing a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a unit pixel array 100 schematically illustrating a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to an exemplary embodiment.
  • the image sensor according to the present exemplary embodiment may include a pixel array including a plurality of first pixels 10, 20, 30, and a plurality of second pixels 40 having different sizes.
  • 1 illustrates a unit pixel array 100 including a plurality of first pixels 10, 20, 30, and one second pixel 40.
  • a large second pixel 40 is disposed at the center of the unit pixel array 100, and a plurality of first pixels 10, 20, and 30 are arranged along a circumference of the second pixel 40.
  • the size of the second pixel 40 may be the size of each first pixel 10, 20 so that the plurality of first pixels 10, 20, 30 may be precisely arranged around the second pixel 40 without gaps.
  • An integer multiple of 30 That is, the width in the horizontal direction of the second pixel 40 may be an integer multiple of the width in the horizontal direction of each of the first pixels 10, 20, and 30, and the width in the vertical direction of the second pixel 40 may also be It may be an integer multiple of the width of the first pixel 10, 20, 30 in the vertical direction.
  • the second pixel 40 may be 2 ⁇ 2 times larger than the first pixels 10, 20, and 30. Then, twelve first pixels 10, 20, and 30 may be arranged around the second pixel 40.
  • the first pixels 10, 20, and 30 may have a conventional pixel structure for detecting visible light.
  • the first pixels 10, 20, and 30 may include a red pixel 10 for detecting red light, a green pixel 20 for detecting green light, and a blue pixel 30 for detecting blue light.
  • the red pixels 10, the green pixels 20, and the blue pixels 30 may be alternately and repeatedly arranged around the second pixel 40.
  • each of the first pixels 10, 20, and 30 may include first light sensing units 11, 21, and 31 for generating a photocurrent in response to visible light, and a first driving circuit unit 12 for storing and outputting the photocurrent. 22, 32).
  • the first light sensing units 11, 21, and 31 may include, for example, photosensitive materials such as Si, Ge, InGaAs, GaN, InSb, InP, and the like to detect light in the visible light region.
  • the second pixel 40 may be configured to detect light in an area other than visible light, for example, ultraviolet rays or infrared rays.
  • the second pixel 40 may include a second light sensing unit 41 for generating a photo current in response to ultraviolet or infrared light, and a second driving circuit unit 42 for storing and outputting the photo current.
  • the second light sensing unit 42 may include, for example, a photosensitive material such as Si, Ge, GaAs, InGaAs, GaN, InSb, InP, HgCdTe, or the like to sense light in the infrared or ultraviolet region.
  • the second driving circuit part 42 of the second pixel 40 may include the first driving circuit parts 12, 22, and 32 of the first pixels 10, 20, and 30 that detect visible light.
  • the circuit structure becomes more complicated and larger.
  • the size of the second pixel 40 becomes larger than the size of the first pixels 10, 20, and 30.
  • the size of the second pixel 40 is changed to the size of the first pixel 10. It is possible to efficiently arrange heterogeneous pixels 10, 20, 30, and 40 having different sizes by selecting an integer multiple of the sizes of the pixels 20, 30, and 20.
  • the image sensor having such a heterogeneous pixel structure is relatively easy to process and can efficiently use the entire area.
  • the image sensor having a heterogeneous pixel structure according to the present exemplary embodiment may provide various functions such as night vision, thermal imaging, and 3D imaging along with photographing a color image.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the unit pixel array 100 of FIG. 1 taken along the line AA ′.
  • the red pixels 10, the green pixels 20, the blue pixels 30, and the red pixels 10 are arranged in the order of example.
  • Color filters 13, 23, 33 which transmit only visible light of a corresponding color may be arranged.
  • a plurality of first micro lenses 50 may be arranged on the color filters 13, 23, 33 to collect light in each of the first light sensing regions 11, 21, 31.
  • the plurality of first micro lenses 50 may be disposed one for each pixel 10, 20, and 30.
  • 2B is a cross-sectional view of the unit pixel array 100 of FIG. 1 taken along the line BB ′.
  • the green pixel 20 and the blue pixel 30 may be disposed on both side surfaces of the second pixel 40.
  • Color filters 23 and 33 which transmit only green and blue visible light corresponding thereto may be arranged on the green pixel 20 and the blue pixel 30, and ultraviolet rays of a desired wavelength band may also be arranged on the second pixel 40.
  • a band pass filter 43 that transmits only infrared light may be disposed.
  • the first micro lenses 50 may be disposed on the color filters 23 and 33, and the second micro lenses 60 may focus light on the second light sensing region 41 on the band pass filter 43. Can be arranged.
  • the size of the second micro lens 60 may be larger than that of the first micro lens 50 to cover the second pixel 40.
  • the ratio of the size of the second micro lens 60 and the first micro lens 50 may be equal to the ratio of the size of the second pixel 40 and the first pixels 10, 20, and 30.
  • the size of the second light sensing unit 41 of the second pixel 40 is the first light sensing unit 11, 21, 31 of the first pixel 10, 20, 30.
  • the size of the second micro lens 60 is also larger than that of the first micro lens 50. In this case, since a plurality of micro lenses 50 and 60 of different sizes are required, it may be difficult to manufacture a micro lens array.
  • the second light sensing unit 41 may be divided into a plurality of sub-regions 41a, 41b, 41c, and 41d in the second pixel 40.
  • the second light sensing unit 41 is divided into four sub-regions 41a, 41b, 41c, and 41d.
  • the number of the divided plurality of sub areas 41a, 41b, 41c, and 41d is a ratio of the width in the horizontal direction between the second pixel 40 and the first pixels 10, 20, and 30 and the second pixel 40. It may be equal to the product of the ratio of the width of the first pixel (10, 20, 30) in the vertical direction. As shown in FIG.
  • the second light sensing unit 41 has four sub-regions 41a and 41b. , 41c, 41d).
  • the size of each divided sub-region 41a, 41b, 41c, 41d of the second light sensing unit 41 may be equal to the size of the first light sensing unit 11, 21, 31.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the unit pixel array 110 of FIG. 3 taken along the line BB ′.
  • a plurality of second micro lenses 60 ′ may be disposed to cover the divided sub regions 41a, 41b, 41c, and 41d, respectively. That is, the number of second micro lenses 60 ′ in the second pixel 40 may be equal to the number of divided sub-regions 41a, 41b, 41c, and 41d.
  • the size of the second micro lens 60 ′ may be the same as the size of the first micro lens 50. Thus, it may be easy to fabricate a micro lens array.
  • the second light sensing unit 41 is divided into a plurality of sub-regions (41a, 41b, 41c, 41d)
  • the second pixel 40 itself is divided It is not. That is, the second driving circuit section 42 of the second pixel 40 is not divided.
  • the second driving circuit section 42 is each sub-region 41a, 41b, 41c, 41d so that the divided plurality of sub-regions 41a, 41b, 41c, 41d can act as one light sensing section. It can be configured to output the combined photocurrent generated in the.
  • the second pixel 40 may be divided into a plurality of sub pixels 40a, 40b, 40c, and 40d to improve the resolution of the infrared image or the ultraviolet image. That is, the divided plurality of sub areas 41a, 41b, 41c, and 41d may each function as independent light sensing units.
  • the second driving circuit part 42 of the second pixel 40 may be divided into each divided sub area.
  • Each of the photocurrents generated at 41a, 41b, 41c, and 41d can be individually output.
  • FIG. 6 is a circuit diagram exemplarily illustrating a circuit structure of the second driving circuit unit 42 for this purpose.
  • the second driving circuit part 42 transmits the photocurrent generated in one capacitor C and each of the sub-regions 41a, 41b, 41c, and 41d to the capacitor C to store the photocurrent.
  • a plurality of switching thin film transistors T1, T2, T3, and T4, and output circuits T5 to T10 for amplifying and outputting the photocurrent stored in the capacitor C may be included.
  • the plurality of thin film transistors T1, T2, T3, and T4 are connected between the subregions 41a, 41b, 41c, and 41d and the capacitor C, respectively.
  • Select lines S1, S2, S3, and S4 are connected to gates of the thin film transistors T1, T2, T3, and T4, respectively.
  • the photocurrent generated in the first sub region 41a may be stored in the capacitor C.
  • the output transistor T5 is turned on through the scan line SCAN
  • the photocurrent stored in the capacitor C may be output through the data line DATA.
  • the reset transistor T8 is turned on through the reset line to initialize the capacitor C
  • the second thin film transistor T2 is turned on through the second select line S2 to turn on the second sub-region 41b.
  • Photocurrent generated in the can be stored in the capacitor (C). In this manner, the photocurrent generated in the plurality of sub-regions 41a, 41b, 41c, 41d can be output independently of each other.
  • the plurality of divided sub-regions 41a, 41b, 41c, and 41d have the remaining circuit structure, that is, the capacitor (except for the thin film transistors T1, T2, T3, and T4 respectively connected thereto).
  • C) and the output circuits T5 to T10 can be shared with each other. Therefore, the area of the second drive circuit section 42 can be saved as compared with the case where a separate drive circuit is arranged for each sub area 41a, 41b, 41c, 41d. Accordingly, the resolution of the infrared image or the ultraviolet image can be improved while maintaining the entire area of the second pixel 40 as it is.
  • the unit pixel array 130 illustrated in FIG. 7 is a unit pixel array 130 schematically showing a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • the unit pixel array 130 illustrated in FIG. 7 has a size larger than that of the first pixels 10, 20, and 30. The difference is that it is 3 times larger.
  • fourteen first pixels 10, 20, and 30 may be arranged around the second pixel 40. 1 and 7 show the case where the second pixel 40 is 2 ⁇ 2 times and 2 ⁇ 3 times larger than the first pixels 10, 20, 30, respectively, but this is only one example.
  • the width in the horizontal direction of the second pixel 40 is greater than the width in the horizontal direction of the first pixels 10, 20, and 30 by a first integer multiple, and the width in the vertical direction of the second pixel 40 is increased.
  • the size of the second pixel 40 may be selected such that at least one of the first integer multiple and the second integer multiple is greater than one. have.
  • the red, green, and blue pixels 10, 20, 30 may not match. Therefore, in order to match the total number of red, green, and blue pixels 10, 20, and 30 in the image sensor as a whole, the plurality of unit pixel arrays 130 having different arrangement orders of the first pixels 10, 20, and 30 are different. You can also use
  • the image sensor may include a first pixel array 130a and a second pixel array 130b disposed adjacent to each other.
  • the arrangement order of the red, green, and blue pixels 10, 20, and 30 of the first pixels 10, 20, and 30 arranged around the second pixel 40 of the first pixel array 130a may be determined.
  • the arrangement order of the red, green, and blue pixels 10, 20, and 30 of the first pixels 10, 20, and 30 arranged around the second pixel 40 of the two pixel array 130b may be different from each other. .
  • the red, green, and blue pixels 10, 20, and 30 in the image sensor by using a plurality of unit pixel arrays 130a and 130b in which the red, green, and blue pixels 10, 20, and 30 are arranged in different order. It is possible to match the number of them.
  • the first pixel of the first pixel array 130a disposed to be in direct contact with each other between the second pixel 40 of the first pixel array 130a and the second pixel 40 of the second pixel array 130b.
  • the 10, 20, and 30 and the first pixels 10, 20, and 30 of the second pixel array 130b may be arranged to sense different colors.
  • the green, blue, green, blue, and red pixels 10, 30, 10, 30, and 20 of the first pixel array 130a are second pixel array 130b.
  • the blue, red, green, red, and blue pixels 30, 10, 20, 10, and 30 may be in contact with each other.
  • the second light sensing unit 41 in the second pixel 40 includes a plurality of sub-regions 41a. , 41b, 41c, 41d, 41e, 41f). Since the size of the second pixel 40 is 2 ⁇ 3 times larger than the size of the first pixels 10, 20, and 30, the second light sensing unit 41 of the unit pixel array 140 has six sub-areas. (41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f). In addition, as in the embodiment of FIG.
  • each of the second driving circuit sections 42 may allow the divided sub-regions 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, and 41f to act as one light sensing unit.
  • the photocurrent generated in the sub-regions 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, and 41f may be outputted.
  • the 10 is a unit pixel array 150 schematically showing a heterogeneous pixel structure of an image sensor according to another exemplary embodiment.
  • the divided plurality of sub-regions 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, and 41f may be formed. It can act as an independent light sensing unit.
  • the second driving circuit part 42 of the second pixel 40 may be configured to individually output photocurrent generated in each of the divided sub-regions 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, and 41f.
  • the second driving circuit section 42 may have a circuit structure substantially the same as the circuit structure shown in FIG. 6, and only a thin film transistor disposed between the subregions 41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f and the capacitor. The number of and the number of selected lines only increase to six.

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Abstract

가시광을 감지하는 화소와 자외선 또는 적외선을 감지하는 화소들이 함께 배열된 화소 구조를 갖는 이미지 센서가 개시된다. 예를 들어, 이미지 센서는 크기가 서로 다른 다수의 제 1 화소와 다수의 제 2 화소를 포함하는 화소 어레이이를 포함하며, 각각의 제 1 화소의 가로 및 세로 방향의 폭은 각각의 제 2 화소의 가로 및 세로 방향의 폭의 정수배일 수 있다. 개시된 실시예에 따른 이미지 센서는, 가시광을 감지하는 화소들과는 크기가 다른 자외선 또는 적외선을 감지하는 화소들을 동일한 기판 위에 함께 효율적으로 배열하는 것을 가능하게 할 수 있다.

Description

이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서
개시된 실시예들은 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광을 감지하는 화소와 자외선 또는 적외선을 감지하는 화소들이 함께 배열된 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서는 컬러 영상을 생성하기 위하여, 통상적으로, 적색, 녹색 및 청색을 감지하는 다수의 화소들의 어레이를 포함한다. 또한, 컬러 이미지 센서는 적색, 녹색 및 청색을 감지하는 화소 대신에 사이안, 옐로우, 그린, 마젠타를 감지하는 화소들의 어레이를 포함할 수도 있다. 이러한 화소들은 모두 가시광을 감지하기 위한 구조로 동일하게 구성되며, 단지 컬러 필터만으로 각각의 색을 분리하여 감지한다. 따라서, 다수의 화소들은 동일한 재료와 구조를 갖는 동일한 광센싱 영역과 동일한 구동 회로를 각각 포함할 수 있으며, 적색, 녹색 및 청색의 화소들은 단지 컬러 필터에 의해서만 구별될 수 있다.
최근에는, 예를 들어 야간 투시, 열상 촬영, 3차원 촬영과 같은 다양한 기능을 추가적으로 갖는 이미지 센서가 요구되면서, 적외선이나 자외선을 감지하기 위한 화소를 이미지 센서 내에 통합하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 가시광선을 감지하는 기존의 화소 구조로는 컬러 필터의 교체만으로 적외선이나 자외선을 감지하기 어렵기 때문에, 적외선이나 자외선을 감지하기 위해서는 기존의 화소 구조와 다른 구조의 화소가 추가적으로 배치된다.
가시광을 감지하는 화소와 자외선 또는 적외선을 감지하는 화소들이 함께 배열된 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서를 제공한다.
일 실시예에 따른 이미지 센서는 크기가 서로 다른 다수의 제 1 화소와 다수의 제 2 화소를 포함하는 화소 어레이를 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 제 2 화소의 가로 방향의 폭은 각각의 제 1 화소의 가로 방향의 폭의 제 1 정수배이며, 각각의 제 2 화소의 세로 방향의 폭은 각각의 제 1 화소의 세로 방향의 폭의 제 2 정수배이고, 상기 제 1 정수배와 제 2 정수배 중에서 적어도 하나는 1보다 크며, 각각의 제 2 화소 주위에 다수의 제 1 화소들이 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 화소는 가시광을 감지하도록 구성되며, 상기 제 2 화소는 자외선 또는 적외선을 감지하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 화소는 적색광을 감지하는 적색 화소, 녹색광을 감지하는 녹색 화소, 및 청색광을 감지하는 청색 화소를 포함할 수 있다.
상기 제 1 화소의 상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소들이 상기 제 2 화소의 주위에 반복적으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 화소 어레이는 서로 인접하여 배치된 제 1 화소 어레이와 제 2 화소 어레이를 포함하며, 상기 제 1 화소 어레이의 제 2 화소의 주위에 배열된 제 1 화소의 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소들의 배치 순서와 상기 제 2 화소 어레이의 제 2 화소의 주위에 배열된 제 1 화소의 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소들의 배치 순서가 서로 다를 수 있다.
상기 제 1 화소 어레이의 제 1 화소들과 그에 직접 접하는 상기 제 2 화소 어레이의 제 1 화소들은 서로 다른 색을 감지하도록 배치될 수 있다.
상기 각각의 제 1 화소는, 입사광에 응답하여 광전류를 발생시키는 제 1 광센싱부, 상기 광전류를 저장하고 출력시키는 제 1 구동 회로부, 및 상기 제 1 광센싱 영역에 빛을 집광하는 제 1 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
또한, 상기 각각의 제 2 화소는, 입사광에 응답하여 광전류를 발생시키는 제 2 광센싱부, 상기 광전류를 저장하고 출력시키는 제 2 구동 회로부, 및 상기 제 2 광센싱 영역에 빛을 집광하는 제 2 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 제 2 광센싱부의 크기는 상기 제 1 광센싱부의 크기보다 클 수 있다.
또한, 상기 제 2 마이크로 렌즈의 크기는 상기 각각의 제 2 화소를 덮도록 상기 제 1 마이크로 렌즈의 크기보다 클 수 있다.
상기 각각의 제 2 화소 내에서 상기 제 2 광센싱부는 다수의 서브 영역으로 분할될 수 있다.
이 경우, 상기 제 2 광센싱부의 분할된 다수의 서브 영역의 개수는 제 1 정수배와 제 2 정수배의 곱과 같을 수 있다.
상기 제 2 광센싱부의 상기 분할된 각각의 서브 영역의 크기는 상기 제 1 광센싱부의 크기와 같을 수 있다.
또한, 상기 제 2 마이크로 렌즈의 크기는 상기 제 1 마이크로 렌즈의 크기와 동일하며, 상기 분할된 다수의 서브 영역의 개수와 동일한 개수의 제 2 마이크로 렌즈가 상기 각각의 제 2 화소 내에 배열될 수 있다.
상기 제 2 구동 회로부는 상기 분할된 다수의 서브 영역이 하나의 광센싱부로서 작용하도록 각각의 서브 영역에서 발생한 광전류를 종합하여 출력하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 구동 회로부는 상기 분할된 다수의 서브 영역이 각각 독립적인 광센싱부로서 작용하도록 각각의 서브 영역에서 발생한 광전류를 각각 개별적으로 출력하도록 구성될 수도 있다.
상기 제 2 구동 회로부는, 광전류를 저장하기 위한 하나의 캐패시터, 각각의 서브 영역에서 발생한 광전류를 상기 캐패시터에 전달하도록 스위칭되는 다수의 박막 트랜지스터, 및 상기 캐패시터에 저장된 광전류를 출력하기 위한 출력 회로를 포함할 수 있으며, 상기 다수의 박막 트랜지스터는 그에 대응하는 서브 영역에 각각 개별적으로 연결될 수 있다.
상기 다수의 박막 트랜지스터는 그에 각각 대응하는 다수의 서브 영역들과 상기 캐패시터 사이에 연결될 수 있다.
또한, 기 다수의 서브 영역들은 상기 캐패시터와 출력 회로를 서로 공유할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 광센싱부는, 예를 들어, Si, Ge, GaAs, InGaAs, GaN, InSb, InP, 및 HgCdTe 중에서 적어도 하나의 감광성 재료를 포함할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서는, 크기가 서로 다른 이종의 화소들을 효율적으로 배열함으로써, 예를 들어 가시광을 감지하는 화소들과 자외선 또는 적외선을 감지하는 화소들을 동일한 기판 위에 함께 배열하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 개시된 실시예에 따른 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서는 공정이 비교적 용이하고 전체적인 면적을 효율적으로 사용할 수 있다. 이러한 이미지 센서는 예를 들어 컬러 영상의 촬영과 함께 야간 투시, 열상 촬영, 3차원 촬영과 같은 다양한 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이이다.
도 2a는 도 1의 단위 화소 어레이를 A-A' 라인을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 1의 단위 화소 어레이를 B-B' 라인을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이이다.
도 4는 도 3의 단위 화소 어레이를 B-B' 라인을 따라 절개한 개략적인 단면도이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이이다.
도 6은 도 5에 도시된 이미지 센서에서 제 2 화소의 구동 회로부의 회로 구조를 예시적으로 보이는 회로도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이이다.
도 8은 도 7에 도시된 다수의 화소 어레이들의 배열을 예시적으로 도시한다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이(100)이다. 본 실시예에 따른 이미지 센서는 크기가 서로 다른 다수의 제 1 화소(10, 20, 30)와 다수의 제 2 화소(40)를 포함하는 화소 어레이를 포함할 수 있다. 도 1에는 예시적으로 다수의 제 1 화소(10, 20, 30)와 하나의 제 2 화소(40)를 포함하는 단위 화소 어레이(100)가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 크기가 큰 제 2 화소(40)가 단위 화소 어레이(100)의 중심에 배치되어 있으며, 제 2 화소(40)의 둘레를 따라 다수의 제 1 화소(10, 20, 30)들이 배열되어 있다. 여기서, 다수의 제 1 화소(10, 20, 30)들이 제 2 화소(40)의 주위에 빈틈 없이 정확하게 배열될 수 있도록, 제 2 화소(40)의 크기는 각각의 제 1 화소(10, 20, 30)의 크기의 정수배일 수 있다. 즉, 제 2 화소(40)의 가로 방향의 폭은 각각의 제 1 화소(10, 20, 30)의 가로 방향의 폭의 정수배일 수 있으며, 제 2 화소(40)의 세로 방향의 폭도 각각의 제 1 화소(10, 20, 30)의 세로 방향의 폭의 정수배일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 화소(40)는 제 1 화소(10, 20, 30)보다 2×2배 클 수 있다. 그러면, 제 2 화소(40)의 주위에 12개의 제 1 화소(10, 20, 30)들이 배열될 수 있다.
여기서, 제 1 화소(10, 20, 30)는 가시광을 감지하는 통상적인 화소 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 화소(10, 20, 30)는 적색광을 감지하는 적색 화소(10), 녹색광을 감지하는 녹색 화소(20), 및 청색광을 감지하는 청색 화소(30)를 포함할 수 있다. 이러한 적색 화소(10), 녹색 화소(20) 및 청색 화소(30)들은 제 2 화소(40)의 주위에 교호하여 반복적으로 배열될 수 있다. 또한, 각각의 제 1 화소(10, 20, 30)는 가시광에 응답하여 광전류를 발생시키는 제 1 광센싱부(11, 21, 31)와 상기 광전류를 저장하고 출력시키는 제 1 구동 회로부(12, 22, 32)를 포함할 수 있다. 제 1 광센싱부(11, 21, 31)는 가시광 영역의 빛을 감지하기 위하여, 예를 들어, Si, Ge, InGaAs, GaN, InSb, InP 등과 같은 감광성 재료를 포함할 수 있다.
한편, 제 2 화소(40)는 가시광 이외의 영역의 빛, 예를 들어 자외선이나 적외선을 감지하도록 구성될 수 있다. 이러한 제 2 화소(40)는 자외선 또는 적외선광에 응답하여 광전류를 발생시키는 제 2 광센싱부(41)와 상기 광전류를 저장하고 출력시키는 제 2 구동 회로부(42)를 포함할 수 있다. 제 2 광센싱부(42)는 적외선이나 자외선 영역의 빛을 감지하기 위하여, 예를 들어, Si, Ge, GaAs, InGaAs, GaN, InSb, InP, HgCdTe 등과 같은 감광성 재료를 포함할 수 있다.
일반적으로, 적외선이나 자외선을 감지하는 경우에는, 가시광을 감지하는 경우에 비하여 노이즈의 크기가 매우 크다. 따라서, 노이즈를 충분히 제거하기 위하여 제 2 화소(40)의 제 2 구동 회로부(42)는 가시광선을 감지하는 제 1 화소(10, 20, 30)의 제 1 구동 회로부(12, 22, 32)에 비하여 회로 구조가 복잡해지고 크기도 더 커지게 된다. 이러한 이유로 제 2 화소(40)의 크기가 제 1 화소(10, 20, 30)의 크기보다 커지게 되는데, 상술한 본 실시예에서와 같이 제 2 화소(40)의 크기를 제 1 화소(10, 20, 30)의 크기의 정수배로 선택함으로써 크기가 서로 다른 이종의 화소(10, 20, 30, 40)들을 효율적으로 배열하는 것이 가능하다. 따라서, 가시광을 감지하는 제 1 화소(10, 20, 30)들과 자외선 또는 적외선을 감지하는 제 2 화소(40)들을 동일한 기판 위에 함께 배열하는 것을 가능하게 할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 이러한 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서는 공정이 비교적 용이하고 전체적인 면적을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서는, 예를 들어, 컬러 영상의 촬영과 함께 야간 투시, 열상 촬영, 3차원 촬영과 같은 다양한 기능을 제공할 수 있다.
도 2a는 도 1의 단위 화소 어레이(100)를 A-A' 라인을 따라 절개한 개략적인 단면도이다. 도 2a를 참조하면, 적색 화소(10), 녹색 화소(20), 청색 화소(30) 및 적색 화소(10)의 순서로 예시적으로 배열되어 있으며, 각각의 화소(10, 20, 30)에는 그에 대응하는 색의 가시광만을 투과시키는 컬러 필터(13, 23, 33)가 배열될 수 있다. 또한, 컬러 필터(13, 23, 33) 위에는 각각의 제 1 광센싱 영역(11, 21, 31)에 빛을 집광하기 위한 다수의 제 1 마이크로 렌즈(50)들이 배열될 수 있다. 이러한 다수의 제 1 마이크로 렌즈(50)는 각각의 화소(10, 20, 30)마다 하나씩 배치될 수 있다.
또한, 도 2b는 도 1의 단위 화소 어레이(100)를 B-B' 라인을 따라 절개한 단면도이다. 도 2b를 참조하면, 제 2 화소(40)의 양측면에 예시적으로 녹색 화소(20)와 청색 화소(30)가 배치될 수 있다. 녹색 화소(20)와 청색 화소(30) 위에는 그에 대응하는 녹색 및 청색의 가시광만을 투과시키는 컬러 필터(23, 33)가 배열될 수 있으며, 제 2 화소(40) 위에도 소망하는 파장 대역의 자외선 또는 적외선만을 투과시키는 대역 통과 필터(43)가 배치될 수 있다. 그리고, 컬러 필터(23, 33) 위에는 제 1 마이크로 렌즈(50)들이 배치될 수 있으며, 대역 통과 필터(43) 위에도 제 2 광센싱 영역(41)에 빛을 집광하는 제 2 마이크로 렌즈(60)가 배치될 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2 마이크로 렌즈(60)의 크기는 제 2 화소(40)를 덮도록 제 1 마이크로 렌즈(50)의 크기보다 클 수 있다. 예컨대, 제 2 마이크로 렌즈(60)와 제 1 마이크로 렌즈(50)의 크기의 비율은 제 2 화소(40)와 제 1 화소(10, 20, 30)의 크기의 비율과 같을 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이(110)이다. 도 1에 도시된 실시예의 경우, 제 2 화소(40)의 제 2 광센싱부(41)의 크기는 제 1 화소(10, 20, 30)의 제 1 광센싱부(11, 21, 31)의 크기보다 크며, 이에 따라 제 2 마이크로 렌즈(60)의 크기도 제 1 마이크로 렌즈(50)의 크기보다 크다. 이 경우, 크기가 상이한 다수의 마이크로 렌즈(50, 60)들이 필요하기 때문에, 마이크로 렌즈 어레이를 제작하기 어려울 수도 있다.
도 3에 도시된 실시예의 경우, 제 2 화소(40) 내에서 제 2 광센싱부(41)는 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들로 분할될 수 있다. 예를 들어, 도 3에는 제 2 광센싱부(41)가 4개의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들로 분할된 것으로 도시되어 있다. 이러한 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)의 개수는 제 2 화소(40)와 제 1 화소(10, 20, 30)의 가로 방향의 폭의 비와 제 2 화소(40)와 제 1 화소(10, 20, 30)의 세로 방향의 폭의 비의 곱과 같을 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 화소(40)가 제 1 화소(10, 20, 30)보다 2×2배 큰 경우, 제 2 광센싱부(41)는 4개의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들로 분할될 수 있다. 이 경우에, 제 2 광센싱부(41)의 분할된 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)의 크기는 제 1 광센싱부(11, 21, 31)의 크기와 같을 수 있다.
도 4는 도 3의 단위 화소 어레이(110)를 B-B' 라인을 따라 절개한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 분할된 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들을 각각 덮도록 다수의 제 2 마이크로 렌즈(60')가 배치될 수 있다. 즉, 제 2 화소(40) 내에서 제 2 마이크로 렌즈(60')의 개수는 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)의 개수와 같을 수 있다. 이 경우, 제 2 마이크로 렌즈(60')의 크기는 제 1 마이크로 렌즈(50)의 크기와 동일할 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이를 제작하기가 용이할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 실시예의 경우, 비록 제 2 광센싱부(41)가 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들로 분할되어 있지만, 제 2 화소(40) 자체가 분할된 것은 아니다. 즉, 제 2 화소(40)의 제 2 구동 회로부(42)는 분할되어 있지 않다. 이 경우, 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)이 하나의 광센싱부로서 작용할 수 있도록, 제 2 구동 회로부(42)는 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)에서 발생한 광전류를 종합하여 출력하도록 구성될 수 있다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이(120)이다. 도 1 및 도 3에 도시된 실시예의 경우에는 크기가 큰 제 2 화소(40)의 개수가 제 1 화소(10, 20, 30)의 개수에 비하여 매우 작기 때문에, 적외선 영상 또는 자외선 영상의 해상도가 가시광 영상의 해상도에 비하여 크게 낮을 수 있다. 도 5에 도시된 실시예의 경우에는, 적외선 영상 또는 자외선 영상의 해상도를 향상시키기 위하여 제 2 화소(40)가 다수의 서브 화소(40a, 40b, 40c, 40d)로 나누어질 수 있다. 즉, 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들은 각각 독립적인 광센싱부로서 작용할 수 있다. 상기 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)들이 각각 독립적인 광센싱부로서 작용하도록 하기 위하여, 제 2 화소(40)의 제 2 구동 회로부(42)는 분할된 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)에서 발생한 광전류를 각각 개별적으로 출력하도록 구성될 수 있다.
도 6은 이를 위한 제 2 구동 회로부(42)의 회로 구조를 예시적으로 보이는 회로도이다. 도 6을 참조하면, 제 2 구동 회로부(42)는 광전류를 저장하기 위한 하나의 캐패시터(C), 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)에서 발생한 광전류를 캐패시터(C)에 전달하도록 스위칭되는 다수의 박막 트랜지스터(T1, T2, T3, T4), 및 캐패시터(C)에 저장된 광전류를 증폭하여 출력하기 위한 출력 회로(T5~T10)를 포함할 수 있다. 다수의 박막 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)는 그에 각각 대응하는 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)과 캐패시터(C) 사이에 연결되어 있다. 그리고, 각각의 박막 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)의 게이트에는 각각 선택 라인(S1, S2, S3, S4)이 연결되어 있다.
이러한 구조에서, 제 1 선택 라인(S1)을 통해 제 1 박막 트랜지스터(T1)가 턴온되면, 제 1 서브 영역(41a)에서 발생한 광전류가 캐패시터(C)에 저장될 수 있다. 그런 후, 스캔 라인(SCAN)을 통해 출력 트랜지스터(T5)가 턴온되면, 상기 캐패시터(C)에 저장된 광전류가 데이터 라인(DATA)을 통해 출력될 수 있다. 그런 다음에는, 리셋 라인을 통해 리셋 트랜지스터(T8)를 턴온시켜 캐패시터(C)를 초기화하고, 제 2 선택 라인(S2)을 통해 제 2 박막 트랜지스터(T2)를 턴온시켜 제 2 서브 영역(41b)에서 발생한 광전류를 캐패시터(C)에 저장할 수 있다. 이러한 방식으로, 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)에서 발생한 광전류를 각각 독립적으로 출력할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 분할된 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)은 그에 각각 연결된 박막 트랜지스터(T1, T2, T3, T4)를 제외하고, 그외 나머지 회로 구조, 즉 캐패시터(C)와 출력 회로(T5~T10)를 서로 공유할 수 있다. 따라서, 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d)마다 별개의 구동 회로를 배치하는 경우에 비하여, 제 2 구동 회로부(42)의 면적을 절약할 수 있다. 이에 따라, 제 2 화소(40)의 전체적인 면적을 그대로 유지하면서도 적외선 영상 또는 자외선 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이(130)이다. 도 1에 도시된 단위 화소 어레이(100)와 비교할 때, 도 7에 도시된 단위 화소 어레이(130)는 제 2 화소(40)의 크기가 제 1 화소(10, 20, 30)의 크기보다 2×3배 더 크다는 점에서 차이가 있다. 이 경우, 제 2 화소(40)의 주위에는 14개의 제 1 화소(10, 20, 30)들이 배열될 수 있다. 도 1 및 도 7에는 제 2 화소(40)가 제 1 화소(10, 20, 30)에 비하여 각각 2×2배 및 2×3배 더 큰 경우가 도시되어 있지만, 이는 단지 하나의 예일 뿐이다. 예를 들어, 제 2 화소(40)의 가로 방향의 폭이 제 1 화소(10, 20, 30)의 가로 방향의 폭보다 제 1 정수배만큼 크고, 제 2 화소(40)의 세로 방향의 폭이 제 1 화소(10, 20, 30)의 세로 방향의 폭보다 제 2 정수배만큼 클 때, 제 2 화소(40)의 크기는 제 1 정수배와 제 2 정수배 중에서 적어도 하나가 1보다 크도록 선택될 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에서, 제 2 화소(40)의 주위에 배열되는 제 1 화소(10, 20, 30)들의 개수가 14개이기 때문에, 적색, 녹색 및 청색 화소(10, 20, 30)들의 개수가 일치하지 않을 수 있다. 따라서, 이미지 센서 내의 적색, 녹색 및 청색 화소(10, 20, 30)들의 개수를 전체적으로 일치시키기 위하여, 제 1 화소(10, 20, 30)들의 배치 순서가 서로 다른 다수의 단위 화소 어레이(130)를 사용할 수도 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 이미지 센서는 서로 인접하여 배치된 제 1 화소 어레이(130a)와 제 2 화소 어레이(130b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 화소 어레이(130a)의 제 2 화소(40)의 주위에 배열된 제 1 화소(10, 20, 30)의 적색, 녹색 및 청색 화소(10, 20, 30)들의 배치 순서와 제 2 화소 어레이(130b)의 제 2 화소(40)의 주위에 배열된 제 1 화소(10, 20, 30)의 적색, 녹색 및 청색 화소(10, 20, 30)들의 배치 순서가 서로 다를 수 있다. 이러한 방식으로 적색, 녹색 및 청색 화소(10, 20, 30)들의 배치 순서가 상이한 다수의 단위 화소 어레이(130a, 130b)들을 사용함으로써 이미지 센서 내의 적색, 녹색 및 청색 화소(10, 20, 30)들의 개수를 일치시키는 것이 가능하다.
또한, 제 1 화소 어레이(130a)의 제 2 화소(40)와 제 2 화소 어레이(130b)의 제 2 화소(40) 사이에서 서로 직접 접하도록 배치된 제 1 화소 어레이(130a)의 제 1 화소(10, 20, 30)들과 제 2 화소 어레이(130b)의 제 1 화소(10, 20, 30)들은 서로 다른 색을 감지하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 화소 어레이(130a)의 녹색, 청색, 녹색, 청색, 및 적색 화소(10, 30, 10, 30, 20)들은 제 2 화소 어레이(130b)의 청색, 적색, 녹색, 적색, 및 청색 화소(30, 10, 20, 10, 30)들과 각각 서로 접할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이(140)이다. 도 9에 도시된 단위 화소 어레이(140)의 경우, 도 3에 도시된 단위 화소 어레이(110)와 마찬가지로, 제 2 화소(40) 내의 제 2 광센싱부(41)가 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)들로 분할될 수 있다. 제 2 화소(40)의 크기가 제 1 화소(10, 20, 30)의 크기보다 2×3배 더 크기 때문에, 단위 화소 어레이(140)의 제 2 광센싱부(41)는 6개의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)들로 분할될 수 있다. 또한, 도 3의 실시예와 마찬가지로, 제 2 구동 회로부(42)는, 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)들이 하나의 광센싱부로서 작용할 수 있도록, 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)에서 발생한 광전류를 종합하여 출력하도록 구성될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 이미지 센서의 이종 화소 구조를 개략적으로 보이는 단위 화소 어레이(150)이다. 도 10에 도시된 단위 화소 어레이(150)의 경우, 도 5에 도시된 단위 화소 어레이(120)와 마찬가지로, 상기 분할된 다수의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)들이 각각 독립적인 광센싱부로서 작용할 수 있다. 이를 위하여, 제 2 화소(40)의 제 2 구동 회로부(42)는 분할된 각각의 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)에서 발생한 광전류를 각각 개별적으로 출력하도록 구성될 수 있다. 제 2 구동 회로부(42)는 도 6에 도시된 회로 구조와 거의 동일한 회로 구조를 가질 수 있으며, 단지 서브 영역(41a, 41b, 41c, 41d, 41e, 41f)들과 캐패시터 사이에 배치된 박막 트랜지스터의 개수와 선택 라인의 개수가 6개로 증가할 뿐이다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 이종 화소 구조를 갖는 이미지 센서에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (19)

  1. 크기가 서로 다른 다수의 제 1 화소와 다수의 제 2 화소를 포함하는 화소 어레이를 포함하며,
    각각의 제 2 화소의 가로 방향의 폭은 각각의 제 1 화소의 가로 방향의 폭의 제 1 정수배이며,
    각각의 제 2 화소의 세로 방향의 폭은 각각의 제 1 화소의 세로 방향의 폭의 제 2 정수배이고,
    상기 제 1 정수배와 제 2 정수배 중에서 적어도 하나는 1보다 크며,
    각각의 제 2 화소 주위에 다수의 제 1 화소들이 배열되어 있는, 이미지 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 화소는 가시광을 감지하도록 구성되며, 상기 제 2 화소는 자외선 또는 적외선을 감지하도록 구성되는 이미지 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 화소는 적색광을 감지하는 적색 화소, 녹색광을 감지하는 녹색 화소, 및 청색광을 감지하는 청색 화소를 포함하는 이미지 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 화소의 상기 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소들이 상기 제 2 화소의 주위에 반복적으로 배열되어 있는 이미지 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 화소 어레이는 서로 인접하여 배치된 제 1 화소 어레이와 제 2 화소 어레이를 포함하며,
    상기 제 1 화소 어레이의 제 2 화소의 주위에 배열된 제 1 화소의 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소들의 배치 순서와 상기 제 2 화소 어레이의 제 2 화소의 주위에 배열된 제 1 화소의 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소들의 배치 순서가 서로 다른 이미지 센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 화소 어레이의 제 1 화소들과 그에 직접 접하는 상기 제 2 화소 어레이의 제 1 화소들은 서로 다른 색을 감지하는 이미지 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 각각의 제 1 화소는, 입사광에 응답하여 광전류를 발생시키는 제 1 광센싱부, 상기 광전류를 저장하고 출력시키는 제 1 구동 회로부, 및 상기 제 1 광센싱 영역에 빛을 집광하는 제 1 마이크로 렌즈를 포함하며,
    상기 각각의 제 2 화소는, 입사광에 응답하여 광전류를 발생시키는 제 2 광센싱부, 상기 광전류를 저장하고 출력시키는 제 2 구동 회로부, 및 상기 제 2 광센싱 영역에 빛을 집광하는 제 2 마이크로 렌즈를 포함하는 이미지 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 광센싱부의 크기는 상기 제 1 광센싱부의 크기보다 큰 이미지 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 마이크로 렌즈의 크기는 상기 각각의 제 2 화소를 덮도록 상기 제 1 마이크로 렌즈의 크기보다 큰 이미지 센서.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 각각의 제 2 화소 내에서 상기 제 2 광센싱부는 다수의 서브 영역으로 분할되어 있는 이미지 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 광센싱부의 분할된 다수의 서브 영역의 개수는 제 1 정수배와 제 2 정수배의 곱과 같은 이미지 센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 광센싱부의 상기 분할된 각각의 서브 영역의 크기는 상기 제 1 광센싱부의 크기와 같은 이미지 센서.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 마이크로 렌즈의 크기는 상기 제 1 마이크로 렌즈의 크기와 동일하며, 상기 분할된 다수의 서브 영역의 개수와 동일한 개수의 제 2 마이크로 렌즈가 상기 각각의 제 2 화소 내에 배열되어 있는 이미지 센서.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 회로부는 상기 분할된 다수의 서브 영역이 하나의 광센싱부로서 작용하도록 각각의 서브 영역에서 발생한 광전류를 종합하여 출력하도록 구성되는 이미지 센서.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 회로부는 상기 분할된 다수의 서브 영역이 각각 독립적인 광센싱부로서 작용하도록 각각의 서브 영역에서 발생한 광전류를 각각 개별적으로 출력하도록 구성되는 이미지 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 구동 회로부는, 광전류를 저장하기 위한 하나의 캐패시터, 각각의 서브 영역에서 발생한 광전류를 상기 캐패시터에 전달하도록 스위칭되는 다수의 박막 트랜지스터, 및 상기 캐패시터에 저장된 광전류를 출력하기 위한 출력 회로를 포함하며, 상기 다수의 박막 트랜지스터는 그에 대응하는 서브 영역에 각각 개별적으로 연결되어 있는 이미지 센서.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 다수의 박막 트랜지스터는 그에 각각 대응하는 다수의 서브 영역들과 상기 캐패시터 사이에 연결되어 있는 이미지 센서.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 다수의 서브 영역들은 상기 캐패시터와 출력 회로를 서로 공유하는 이미지 센서.
  19. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광센싱부는 Si, Ge, GaAs, InGaAs, GaN, InSb, InP, 및 HgCdTe 중에서 적어도 하나의 감광성 재료를 포함하는 이미지 센서.
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