包括分色透镜阵列的图像传感器和包括其的电子装置制造方法及图纸

一种图像传感器包括：传感器衬底，包括被配置为感测光的第一感光单元和第二感光单元；以及分色透镜阵列，包括第一区域和第二区域，其中，第一区域面对第一感光单元并包括第一纳米柱，以及第二区域面对第二感光单元并包括第二纳米柱。第一纳米柱和第二纳米柱在光穿过第一区域和第二区域的位置处形成相位分布，通过相位分布，入射到分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光和具有第二波长的光被分支到不同的方向，以及具有第一波长的光会聚到第一感光单元上，具有第二波长的光会聚到第二感光单元上。到第二感光单元上。到第二感光单元上。

【技术实现步骤摘要】
包括分色透镜阵列的图像传感器和包括其的电子装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请基于以下韩国专利申请并要求在韩国知识产权局于2019年10月23日递交的韩国专利申请No.10-2019-0132385、于2019年11月14日递交的韩国专利申请No.10-2019-0146210以及于2020年9月10日递交的韩国专利申请No.10-2020-0116333的优先权，其全部内容通过引用合并于此。


[0003]本公开涉及一种包括分色透镜阵列的图像传感器以及包括该图像传感器的电子装置，更具体地，涉及一种包括其中可以根据波长将入射光分离和会聚的分色透镜阵列在内的图像传感器、以及包括该图像传感器的电子装置。

技术介绍

[0004]图像传感器通常通过使用滤色器来检测入射光的颜色。然而，由于滤色器吸收与滤色器对应的颜色的光以外的其他颜色的光，因此光使用效率可能降低。例如，当使用红色、绿色和蓝色(RGB)滤色器时，只有1/3的入射光透射过RGB滤色器，而其余的2/3入射光被吸收，因此光的使用效率为约33％。因此，在彩色显示装置或彩色图像传感器中，大部分光损失发生在滤色器中。

技术实现思路

[0005]一个或多个实施例包括一种图像传感器，该图像传感器通过使用分色透镜阵列而具有提高的光利用效率，在所述分色透镜阵列中，入射光可以根据波长分离和会聚。
[0006]一个或多个实施例还包括一种包括图像传感器的电子装置。
[0007]附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
[0008]根据本公开的一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括配置为感测光的第一感光单元和第二感光单元；以及分色透镜阵列，包括第一区域和第二区域，其中，第一区域面对第一感光单元并包括第一纳米柱，并且第二区域面对第二感光单元并包括第二纳米柱，其中，第一纳米柱的第一大小、第一形状或第一布置中的至少一项不同于第二纳米柱的第二大小、第二形状或第二布置中的至少一项，并且其中，第一纳米柱和第二纳米柱在光穿过第一区域和第二区域的位置处形成相位分布，通过相位分布，入射到分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光和具有第二波长的光被分支到不同的方向，并且具有第一波长的光会聚到第一感光单元上，并且具有第二波长的光会聚到第二感光单元上。
[0009]对于第一波长的光，第一纳米柱和第二纳米柱在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心对应的位置处的2Nπ的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的(2N-1)π的相位分布，N为大于0的整数。
[0010]对于第二波长的光，第一纳米柱和第二纳米柱在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心对应的位置处的(2M-1)π的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的2Mπ的相位分布，M为大于0的整数。
[0011]图像传感器还可以包括：间隔层，布置在传感器衬底与分色透镜阵列之间。
[0012]间隔层的厚度可以对应于分色透镜阵列相对于要由分色透镜阵列分色的入射光的波长带的中心波长的焦距。
[0013]根据示例实施例，当间隔层的理论厚度为h
t
时，每个感光单元的间距为p，间隔层的折射率为n，并且要由分色透镜阵列分色的光的波长带的中心波长d为λ0，间隔层的理论厚度h
t
由以下等式表示：
[0014]以及
[0015]间隔层的实际厚度h在h
t-p≤h≤h
t
+p的范围内进行选择。
[0016]传感器衬底还可以包括被配置为感测光的第三感光单元和第四感光单元，并且分色透镜阵列还可以包括第三区域和第四区域，其中，第三区域面对第三感光单元并包括第三纳米柱，并且第四区域面对第四感光单元并可以包括第四纳米柱，并且其中，第三纳米柱的第三大小、第三形状或第三布置中的至少一项可以不同于第四纳米柱的第四大小、第四形状或第四布置中的至少一项。
[0017]第一纳米柱至第四纳米柱可以在光穿过第一区域至第四区域的位置处形成相位分布，通过相位分布，入射到分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光、具有第二波长的光和具有第三波长的光被分支到不同的方向，具有第一波长的光被会聚到第一感光单元和第四感光单元上，具有第二波长的光被会聚到第二感光单元上，并且具有第三波长的光被会聚到第三感光单元上。
[0018]具有第一波长的光可以是绿光，具有第二波长的光可以是蓝光，并且具有第三波长的光可以是红光。
[0019]对于第一波长的光，第一纳米柱至第四纳米柱可以在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心和第四感光单元的中心对应的位置处的2Nπ的相位分布，在与第二感光单元的中心和第三感光单元的中心对应的位置处的(2N-1)π的相位分布，N为大于0的整数。
[0020]对于第二波长的光，第一纳米柱至第四纳米柱可以在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心和第四感光单元的中心对应的位置处的(2M-1)π的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的2Mπ的相位分布，在与第三感光单元的中心对应的位置处的大于(2M-2)π且小于(2M-1)π的相位分布，M为大于0的整数。
[0021]对于第三波长的光，第一纳米柱至第四纳米柱可以在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心和第四感光单元的中心对应的位置处的(2L-1)π的相位分布，在与第三感光单元的中心对应的位置处的2Lπ的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的大于(2L-2)π且小于(2L-1)π的相位分布，L为大于0的整数。
[0022]图像传感器可以具有像素布置结构，其中包括红色像素、绿色像素和蓝色像素在内的多个单位像素以拜耳图案被布置，并且在第一纳米柱至第四纳米柱中，第一区域至第
四区域中与绿色像素对应的区域中的纳米柱可以在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向上具有不同的分布规则。
[0023]在第一纳米柱至第四纳米柱中，第一区域至第四区域中与蓝色像素和红色像素对应的区域中的纳米柱可以在第一方向和第二方向上具有对称的分布规则。
[0024]位于第一区域至第四区域中与绿色像素对应的区域的中心的第一纳米柱至第四纳米柱中的一个纳米柱具有比位于与另一种颜色的像素对应的区域中的第一纳米柱至第四纳米柱中的另一纳米柱大的横截面面积。
[0025]在第一区域至第四区域中与绿色像素对应的区域中，位于该区域的中心的第一纳米柱至第四纳米柱中的一个纳米柱可以具有比位于该区域周边的第一纳米柱至第四纳米柱中的另一纳米柱大的横截面面积。
[0026]分色透镜阵列还可以包括多个第一区域和多个第二区域，多个第一区域和多个第二区域布置成从传感器衬底的边缘突出并且在竖直方向上不面对传感器衬底的任何感光单元。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括被配置为感测光的第一感光单元和第二感光单元；以及分色透镜阵列，包括第一区域和第二区域，其中，所述第一区域面对所述第一感光单元并包括第一纳米柱，并且所述第二区域面对所述第二感光单元并包括第二纳米柱，其中，所述第一纳米柱的第一大小、第一形状和第一布置中的至少一项不同于所述第二纳米柱的第二大小、第二形状和第二布置中的至少一项，以及其中，所述第一纳米柱和所述第二纳米柱在光穿过所述第一区域和所述第二区域的位置处形成相位分布，通过所述相位分布，入射到所述分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光和具有第二波长的光被分支到不同的方向，并且具有所述第一波长的光会聚到所述第一感光单元上，具有所述第二波长的光会聚到所述第二感光单元上。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，对于所述第一波长的光，所述第一纳米柱和所述第二纳米柱在紧接在光穿过所述分色透镜阵列之后的位置处形成：在与所述第一感光单元的中心对应的位置处的2Nπ的相位分布，在与所述第二感光单元的中心对应的位置处的(2N-1)π的相位分布，以及N为大于0的整数。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，对于所述第二波长的光，所述第一纳米柱和所述第二纳米柱在紧接在光穿过所述分色透镜阵列之后的位置处形成：在与所述第一感光单元的中心对应的位置处的(2M-1)π的相位分布，在与所述第二感光单元的中心对应的位置处的2Mπ的相位分布，M为大于0的整数。4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：间隔层，布置在所述传感器衬底与所述分色透镜阵列之间。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述间隔层的厚度对应于所述分色透镜阵列对于要由所述分色透镜阵列分色的入射光的波长带的中心波长的焦距。6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，当所述间隔层的理论厚度为h
t
，每个感光单元的间距为p，所述间隔层的折射率为n，并且要由所述分色透镜阵列分色的光的波长带的中心波长为λ0时，所述间隔层的理论厚度h
t
由以下等式表示：以及所述间隔层的实际厚度h在h
t-p≤h≤h
t
+p的范围内进行选择。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述传感器衬底还包括被配置为感测光的第三感光单元和第四感光单元，以及所述分色透镜阵列还包括第三区域和第四区域，其中，所述第三区域面对所述第三感光单元并包括第三纳米柱，并且所述第四区域面对所述第四感光单元并包括第四纳米柱，以及其中，所述第三纳米柱的第三大小、第三形状和第三布置中的至少一项不同于所述第四纳米柱的第四大小、第四形状和第四布置中的至少一项。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第一纳米柱至所述第四纳米柱在光穿过所述第一区域至所述第四区域的位置处形成相位分布，通过所述相位分布，入射到所述分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光、具有第二波长的光和具有第三
波长的光被分支到不同的方向，具有第一波长的光被会聚到所述第一感光单元和所述第四感光单元上，具有第二波长的光被会聚到所述第二感光单元上，以及具有第三波长的光被会聚到所述第三感光单元上。9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，具有所述第一波长的光是绿光，具有所述第二波长的光是蓝光，以及具有所述第三波长的光是红光。10.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，对于所述第一波长的光，所述第一纳米柱至所述第四纳米柱在紧接在光穿过所述分色透镜阵列之后的位置处形成：在与所述第一感光单元的中心和所述第四感光单元的中心对应的位置处的2Nπ的相位分布，在与所述第二感光单元的中心和所述第三感光单元的中心对应的位置处的(2N-1)π的相位分布，N为大于0的整数。11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，对于所述第二波长的光，所述第一纳米柱至所述第四纳米柱在紧接在光穿过所述分色透镜阵列之后的位置处形成：在与所述第一感光单元的中心和所述第四感光单元的中心对应的位置处的(2M-1)π的相位分布，在与所述第二感光单元的中心对应的位置处的2Mπ的相位分布，在与所述第三感光单元的中心对应的位置处的大于(2M-2)π且小于(2M-1)π的相位分布，M为大于0的整数。12.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹鉐皓，卢淑英，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：