(57)【要約】【課題】可視光イメージの光量損失を減らし且つオブジェクトの距離情報を得ることができる電子装置を提供する。【解決手段】本発明の電子装置は、レンズと、レンズの光軸に対して非対称的に位置する開口部を有し、可視光を透過して非可視光のうちの少なくとも一部を遮断する光学フィルタと、可視光を感知する可視光イメージセンサ及び非可視光のうちの少なくとも一部を感知する非可視光イメージセンサを含むイメージセンサと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズと、
前記レンズの光軸に対して非対称的に位置する開口部を有し、可視光を透過して非可視光のうちの少なくとも一部を遮断する光学フィルタと、
前記可視光を感知する可視光イメージセンサ及び前記非可視光のうちの少なくとも一部を感知する非可視光イメージセンサを含むイメージセンサと、を備えることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記非可視光のうちの少なくとも一部は、赤外光又は紫外光であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記可視光イメージセンサは、前記光学フィルタ及び前記光学フィルタの開口部を通過した可視光から可視光イメージを取得し、
前記非可視光イメージセンサは、前記光学フィルタの開口部を通過した非可視光から非可視光イメージを取得し、
前記可視光イメージと前記非可視光イメージとの位置の差からオブジェクトの距離情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記開口部は、前記レンズの光軸に対していずれか一方に偏って位置することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記開口部は、円形又は多角形であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは、前記レンズと前記イメージセンサとの間に位置することを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記イメージセンサは、複数の画素を含み、
前記光学フィルタの中心と前記開口部の中心との間の距離は、前記画素の大きさより大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項８】
前記可視光イメージセンサと前記非可視光イメージセンサとは積層されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項９】
前記非可視光イメージセンサは、前記可視光イメージセンサよりも前記光学フィルタの近くに位置することを特徴とする請求項８に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記可視光イメージセンサは、
青色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する青色光検出素子と、
緑色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する緑色光検出素子と、
赤色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する赤色光検出素子と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１１】
前記青色光検出素子、前記緑色光検出素子、及び前記赤色光検出素子は、それぞれ独立的な光感知素子又は光電素子であることを特徴とする請求項１０に記載の電子装置。
【請求項１２】
前記青色光検出素子、前記緑色光検出素子、及び前記赤色光検出素子のうちの少なくとも一つは光感知素子であり、
前記可視光イメージセンサは、前記光感知素子に重畳するカラーフィルタを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子装置。
【請求項１３】
前記青色光検出素子、前記緑色光検出素子、及び前記赤色光検出素子のうちの少なくとも一つは、光電素子であり、
前記光電素子は、
互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に位置して青色光、緑色光、及び赤色光のうちのいずれか一つを選択的に吸収する可視光吸収層と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の電子装置。
【請求項１４】
前記非可視光イメージセンサは、赤外光又は紫外光を選択的に感知又は吸収する非可視光検出素子であり、
前記非可視光検出素子は、光感知素子又は光電素子であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項１５】
前記非可視光検出素子は、光電素子であり、
前記光電素子は、
互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に位置して赤外光又は紫外光を選択的に吸収する非可視光吸収層と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電子装置。
【請求項１６】
前記非可視光吸収層は、少なくとも１種の有機物質を含むことを特徴とする請求項１５に記載の電子装置。
【請求項１７】
前記イメージセンサは、行及び列に沿って繰り返し配列された複数の単位画素群を含み、
前記単位画素群は、
前記非可視光イメージセンサに接続された非可視光画素と、
前記青色光検出素子又は前記青色光検出素子に接続された青色画素と、
前記緑色光検出素子又は前記緑色光検出素子に接続された緑色画素と、
前記赤色光検出素子又は前記赤色光検出素子に接続された赤色画素と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の電子装置。
【請求項１８】
前記非可視光画素は、赤外光画素又は紫外光画素であることを特徴とする請求項１７に記載の電子装置。
【請求項１９】
前記青色画素、前記緑色画素、及び前記赤色画素のうちのいずれか一つは、他の画素と異なる面積を有することを特徴とする請求項１７に記載の電子装置。
【請求項２０】
前記緑色画素は、前記青色画素及び前記赤色画素よりも大きい面積を有することを特徴とする請求項１９に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近来、映像を電気的信号として保存する撮像素子を含むデジタルカメラやカムコーダのような映像機器が幅広く使用されている。
【０００３】
一方、このような映像機器の解像度及び精密度を高める技術の発展につれ、撮影時にオブジェクトや映像装置の微細な動きによって映像の焦点がぼける現象が生じ、これを解決するための多様な自動焦点技術が研究されている。
【０００４】
しかし、自動焦点技術によってもそれぞれ異なる距離に位置するオブジェクトの距離情報を得ることは難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、可視光イメージの光量損失を減らし且つオブジェクトの距離情報を得ることができる電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態による電子装置は、レンズと、前記レンズの光軸に対して非対称的に位置する開口部を有し、可視光を透過して非可視光のうちの少なくとも一部を遮断する光学フィルタと、前記可視光を感知する可視光イメージセンサ及び前記非可視光のうちの少なくとも一部を感知する非可視光イメージセンサを含むイメージセンサ、とを備える。
【０００７】
前記非可視光のうちの少なくとも一部は、赤外光又は紫外光であり得る。
前記可視光イメージセンサは、前記光学フィルタ及び前記光学フィルタの開口部を通過した可視光から可視光イメージを取得し、前記非可視光イメージセンサは、前記光学フィルタの開口部を通過した非可視光から非可視光イメージを取得し、前記可視光イメージと前記非可視光イメージとの位置の差からオブジェクトの距離情報を取得し得る。
前記開口部は、前記レンズの光軸に対していずれか一方に偏って位置し得る。
前記開口部は、円形又は多角形であり得る。
前記光学フィルタは、前記レンズと前記イメージセンサとの間に位置し得る。
前記イメージセンサは、複数の画素を含み、前記光学フィルタの中心と前記開口部の中心との間の距離は、前記画素の大きさより大きくあり得る。
前記可視光イメージセンサと前記非可視光イメージセンサとは積層され得る。
前記非可視光イメージセンサは、前記可視光イメージセンサよりも前記光学フィルタの近くに位置し得る。
【０００８】
前記可視光イメージセンサは、青色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する青色光検出素子と、緑色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する緑色光検出素子と、赤色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する赤色光検出素子と、を含み得る。
前記青色光検出素子、前記緑色光検出素子、及び前記赤色光検出素子はそれぞれ独立的な光感知素子又は光電素子であり得る。
前記青色光検出素子、前記緑色光検出素子、及び前記赤色光検出素子のうちの少なくとも一つは光感知素子であり、前記可視光イメージセンサは、前記光感知素子に重畳するカラーフィルタを更に含み得る。
前記青色光検出素子、前記緑色光検出素子、及び前記赤色光検出素子のうちの少なくとも一つは、光電素子であり、前記光電素子は、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極の間に位置して青色光、緑色光、及び赤色光のうちのいずれか一つを選択的に吸収する可視光吸収層と、を含み得る。
前記非可視光イメージセンサは、赤外光又は紫外光を選択的に感知又は吸収する非可視光検出素子であり、前記非可視光検出素子は、光感知素子又は光電素子であり得る。
前記非可視光検出素子は、光電素子であり、前記光電素子は、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極の間に位置して赤外光又は紫外光を選択的に吸収する非可視光吸収層と、を含み得る。
前記非可視光吸収層は、少なくとも１種の有機物質を含み得る。
前記イメージセンサは、行及び列に沿って繰り返し配列された複数の単位画素群を含み、前記単位画素群は、前記非可視光イメージセンサに接続された非可視光画素と、前記青色光検出素子又は前記青色光検出素子に接続された青色画素と、前記緑色光検出素子又は前記緑色光検出素子に接続された緑色画素と、前記赤色光検出素子又は前記赤色光検出素子に接続された赤色画素と、を含み得る。
前記非可視光画素は、赤外光画素又は紫外光画素であり得る。
前記青色画素、前記緑色画素、及び前記赤色画素のうちのいずれか一つは、他の画素と異なる面積を有し得る。
前記緑色画素は、前記青色画素及び前記赤色画素よりも大きい面積を有し得る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可視光イメージの光量損失を減らして高解像度イメージを具現すると共に、オブジェクトの距離情報を得て３次元基盤の撮像装置を具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による電子装置の一部を例示的に示す概略図である。
【図２】図１の電子装置の光学フィルタの断面を例示的に示す概略図である。
【図３】オブジェクトの距離に応じたイメージの位置を例示的に示す概略図である。
【図４】図１の電子装置でイメージシフトとオブジェクトの距離との間の関係を予測した例示的な概略図である。
【図５】イメージシフトの一例を概略的に示す図である。
【図６】イメージシフトとオブジェクトの距離との間の関係の一例を示すグラフである。
【図７】一実施形態によるイメージセンサの単位画素群を例示的に示す平面図である。
【図８】一実施形態によるイメージセンサの単位画素群を概略的に示す平面図である。
【図９】図８のイメージセンサを概略的に示す断面図である。
【図１０】他の実施形態によるイメージセンサの単位画素群を例示的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本実施形態は、様々な異なる形態に具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００１２】
図面において、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体に亘って類似の部分に対して同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分の「上に」あるという場合、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「真上に」あるという場合にはその中間に他の部分が介在しないことを意味する。
【００１３】
以下、本実施形態による電子装置について図面を参照しながら説明する。電子装置は、例えばカメラ又はカムコーダのような映像機器である。
【００１４】
図１は、一実施形態による電子装置の一部を例示的に示す概略図であり、図２は、図１の電子装置の光学フィルタの断面を例示的に示す概略図である。
【００１５】
図１を参照すると、本実施形態による電子装置は、レンズ４００、光学フィルタ５００、及びイメージセンサ１００を含む。
【００１６】
レンズ４００は、集光レンズであるが、入射光の方向を制御して光を集めるものであれば特に制限されない。
【００１７】
光学フィルタ５００は、波長領域に応じて光を選択的に透過し、可視光線領域の光（以下、「可視光」という）（Ｖｉｓ）を透過して可視光線以外の領域の光（以下、「非可視光」という）のうちの少なくとも一部（Ｎｏｎ−Ｖｉｓ）を遮断する。ここで可視光は約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域の光であり、非可視光は約４００ｎｍ未満又は約７００ｎｍ超の波長領域の光である。例えば、非可視光は約４００ｎｍ未満の紫外線領域の光（以下、「紫外光」という）又は約７００ｎｍ超の赤外線領域の光（以下、「赤外光」という）である。
【００１８】
光学フィルタ５００は、例えば屈折率又は反射率が異なる複数の層が積層された構造であり、ここで、複数の層の屈折率、反射率、厚さ、及び個数は、可視光を透過して赤外光又は可視光を反射又は吸収するように設定される。
【００１９】
光学フィルタ５００は、例えば赤外光又は紫外光を選択的に吸収又は反射する物質で作られるか、或いは透明基材に赤外光又は紫外光を選択的に吸収又は反射する物質が塗布されて形成される。
【００２０】
光学フィルタ５００は開口部５００ａを有する。
【００２１】
開口部５００ａは一つ又は二つ以上であり、レンズ４００の光軸Ａに対して非対称的に位置する。例えば、開口部５００ａはレンズ４００の光軸Ａに対していずれか一方に偏って位置する。例えば、開口部５００ａはレンズ４００の光軸Ａに対して非対称的に二つ以上が位置する。例えば、開口部５００ａはレンズ４００の光軸Ａに対して異なる模様及び／又は異なる大きさで非対称的に位置する。
【００２２】
開口部５００ａは、円形又は多角形であるが、これに限定されない。開口部５００ａの大きさは、特に限定されないが、例えば光学フィルタ５００の中心ｃ１と開口部５００ａの中心ｃ２との間の距離ｄが後述するイメージセンサ１００の一つの画素（ｐｉｘｅｌ）の大きさより大きい。この場合、解像度の側面において有利である。
【００２３】
イメージセンサ１００は、有機イメージセンサ、無機イメージセンサ、又はこれらの組合せであり、例えばシリコンイメージセンサ、有機物イメージセンサ、量子点イメージセンサなどである。
【００２４】
イメージセンサ１００は可視光を感知する可視光イメージセンサ２００及び非可視光のうちの少なくとも一部を感知する非可視光イメージセンサ３００を含む。可視光イメージセンサ２００と非可視光イメージセンサ３００とは積層され、非可視光イメージセンサ３００が可視光イメージセンサ２００よりも光学フィルタ５００の近くに位置する。
【００２５】
可視光イメージセンサ２００は、青色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する青色光検出素子、緑色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する緑色光検出素子、及び赤色の波長領域の光を選択的に感知又は吸収する赤色光検出素子を含み、青色光検出素子、緑色光検出素子、及び赤色光検出素子はそれぞれ独立的な光感知素子又は光電素子である。光感知素子は、例えば光ダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。光電素子は、例えば互いに対向する一対の電極、及び一対の電極の間に位置して青色、緑色、及び赤色のうちのいずれか一つを選択的に吸収する可視光吸収層を含む。
【００２６】
非可視光イメージセンサ３００は赤外光又は紫外光を選択的に感知又は吸収する非可視光検出素子であり、非可視光検出素子は光感知素子又は光電素子である。光感知素子は、例えば光ダイオードである。光電素子は、例えば互いに対向する一対の電極、及び一対の電極の間に位置して赤外光又は紫外光を選択的に吸収する非可視光吸収層を含む。
【００２７】
可視光イメージセンサ２００は、可視光をセンシングし、センシングされた情報により可視光イメージを取得する。非可視光イメージセンサ３００は、赤外光又は可視光をセンシングし、センシングされた情報により非可視光イメージを取得する。
【００２８】
この際、開口部５００ａを有する光学フィルタ５００を使用することで非可視光通過領域と可視光通過領域とを異ならせる。これによって、可視光イメージと非可視光イメージとの間のイメージシフト（ｉｍａｇｅ  ｓｈｉｆｔ）が生じる。即ち、上述したように、可視光イメージは光学フィルタ５００及び開口部５００ａの両方を通過した可視光から取得され、非可視光イメージは開口部５００ａのみを通過した赤外光又は可視光から取得されるため、可視光イメージと非可視光イメージの結像位置が異なり、これによって、焦点がずれた領域で可視光イメージ及び非可視光イメージが結像するイメージシフト（ｉｍａｇｅ  ｓｈｉｆｔ）が生じる。従って、イメージシフトの程度に応じてオブジェクトの距離情報が取得される。
【００２９】
図３は、オブジェクトの距離に応じたイメージの位置を例示的に示す概略図である。
【００３０】
図３を参照すると、レンズ４００からそれぞれ異なった距離に位置する複数のオブジェクト（ａ、ｂ、ｃ）が存在する場合、レンズ４００の焦点距離に一致する地点に位置するオブジェクトａに対しては、レンズ４００、６００、及び光学フィルタ５００を通過した可視光及び非可視光から第１イメージＰａが取得されるのに対し、レンズ４００の焦点距離から近いか又は遠い地点に位置するオブジェクト（ｂ、ｃ）に対しては、第１イメージＰａと異なる位置の第２イメージＰｂ及び第３イメージＰｃが取得される。このような第１イメージＰａと第２イメージＰｂとの間のイメージシフトの程度Δｄａｂ及び第１イメージＰａと第３イメージＰｃとの間のイメージシフトの程度Δｄａｃを反映してオブジェクト（ａ、ｂ、ｃ）の距離情報を予測することができる。
【００３１】
図４は、図１の電子装置でイメージシフトとオブジェクトの距離との間の関係を予測した例示的な概略図である。
【００３２】
一例として、図４を参照してイメージシフトとオブジェクトの距離との間の関係は以下の数式１に示す関係式により計算される。
【００３３】
【数１】
2017069955.tif 000003
【００３４】
ここで、Δｘはイメージシフト、Ｚはオブジェクトの距離（ｏｂｊｅｃｔ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）、ｆは焦点の長さ（ｆｏｃｕｓ  ｌｅｎｇｔｈ）、Ｚ０は焦点面（ｐｌａｎｅ  ｏｆ  ｆｏｃｕｓ）の距離、ｃｚはレンズと光学フィルタとの間の距離、Δｃｘはレンズの光軸から光学フィルタの開口部の中心までの距離である。
【００３５】
例えば、一例として、ｆ＝４９．８ｍｍ、Ｚ０＝３０００ｍｍ、ｃｚ＝−１０ｍｍ、及びΔｃｘ＝６ｍｍである場合、イメージシフトとオブジェクトの距離との間の関係は、図５及び図６のように示される。
【００３６】
図５は、イメージシフトの一例を概略的に示す図であり、図６は、イメージシフトとオブジェクトの距離との間の関係の一例を示すグラフである。
【００３７】
図５及び図６を参照すると、イメージシフトからオブジェクトの距離の情報を予測できることが分かる。
【００３８】
このように、開口部５００ａを有する光学フィルタ５００を使用することで非可視光通過領域と可視光通過領域とを異ならせ、これによって、可視光から取得された可視光イメージと非可視光から取得された非可視光イメージとの間のイメージシフトを実現し、イメージシフトからオブジェクトの距離に関する情報を取得する。
【００３９】
この際、可視光は光学フィルタ５００及び光学フィルタ５００の開口部５００ａの両方を通過するため、光量の損失なしにイメージセンサでセンシングされて良好な可視光イメージが得られる。即ち、オブジェクトの距離に関する情報を取得するための基準イメージを取得するために赤外光又は紫外光のような非可視光を使用することによって可視光の光量の損失なしに良好な可視光イメージを取得することができる。
【００４０】
これと異なり、オブジェクトの距離に関する情報のための基準イメージを取得するために可視光の一部、例えば赤色光、青色光、及び／又は緑色光を使用する場合、基準イメージを取得するための別途のカラーフィルタが使用され、この場合、カラーフィルタによって吸収、反射、又は遮断される光量が生じて可視光の光量の損失が生じる。
【００４１】
以下、イメージセンサ１００の一例について説明する。
【００４２】
一実施形態によるイメージセンサは複数の画素からなる単位画素群（ｕｎｉｔ  ｐｉｘｅｌ  ｇｒｏｕｐ）が行及び列に沿って繰り返し配列されたマトリックス形態の画素配列（ｐｉｘｅｌ  ａｒｒａｙ）を有する。
【００４３】
単位画素群は可視光を感知する少なくとも一つの画素（以下、「可視光感知画素」という）と非可視光のうちの少なくとも一部を感知する画素（以下、「非可視光感知画素」という）を含む。
【００４４】
図７は、一実施形態によるイメージセンサの単位画素群を例示的に示す平面図である。
【００４５】
図７を参照すると、本実施形態によるイメージセンサの単位画素群１０は二つの行と二つの列（２×２）で配列された画素１（ＰＸ１）、画素２（ＰＸ２）、画素３（ＰＸ３）、及び画素４（ＰＸ４）からなる。画素１（ＰＸ１）、画素２（ＰＸ２）、画素３（ＰＸ３）、及び画素４（ＰＸ４）のうちの三つはフルカラー（ｆｕｌｌ  ｃｏｌｏｒ）を感知するための可視光感知画素であり、残りの一つは非可視光のうちの少なくとも一部を感知する非可視光感知画素である。しかし、可視光感知画素及び非可視光感知画素は必要に応じて追加又は減少される。
【００４６】
一例として、画素１（ＰＸ１）、画素２（ＰＸ２）、及び画素３（ＰＸ３）が可視光感知画素であり、画素４（ＰＸ４）が非可視光感知画素である場合、画素１（ＰＸ１）、画素２（ＰＸ２）、及び画素３（ＰＸ３）はそれぞれ可視光線の波長領域のうちのそれぞれ異なる波長領域の光を感知する。例えば、可視光感知画素のうち、画素１（ＰＸ１）は約５００ｎｍ〜５８０ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有する可視光を感知する画素であり、画素２（ＰＸ２）は約４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満で最大吸収波長（λｍａｘ）を有する可視光を感知する画素であり、画素３（ＰＸ３）は約５８０ｎｍ超７００ｎｍ以下で最大吸収波長（λｍａｘ）を有する可視光を感知する画素である。
【００４７】
例えば、画素１（ＰＸ１）は緑色光を選択的に感知する緑色画素であり、画素２（ＰＸ２）は青色光を選択的に感知する青色画素であり、画素３（ＰＸ３）は赤色光を選択的に感知する赤色画素である。しかし、これに限定されず、画素の配列及び順序は多様に変形することができる。
【００４８】
非可視光感知画素である画素４（ＰＸ４）は約４００ｎｍ未満又は約７００ｎｍ超で最大吸収波長（λｍａｘ）を有する紫外光又は赤外光を選択的に感知する画素である。赤外光は、上記範囲内で例えば約７００ｎｍ超〜３μｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有し、上記範囲内で例えば約８００ｎｍ〜１５００ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有する。
【００４９】
図８は、一実施形態によるイメージセンサの単位画素群を概略的に示す平面図であり、図９は、図８のイメージセンサを概略的に示す断面図である。
【００５０】
図８及び図９では説明の便宜上、可視光感知画素を緑色画素Ｇ、青色画素Ｂ、及び赤色画素Ｒである場合を例示し、非可視光感知画素を赤外光感知画素Ｉである場合を例示したが、これに限定されない。また、図８及び図９で例示した緑色画素Ｇ、青色画素Ｂ、赤色画素Ｒ、及び赤外光感知画素Ｉの配列及び構成は多様に変形することができる。
【００５１】
図８及び図９を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ１００は、半導体基板１１０、下部絶縁層６０、カラーフィルタ層７０、上部絶縁層８０、及び赤外光光電素子９０を含む。
【００５２】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、光感知素子５０、転送トランジスタ（図示せず）、及び電荷保存所５５が集積される。光感知素子５０は、例えば光ダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。
【００５３】
光感知素子５０、転送トランジスタ（図示せず）、及び電荷保存所５５は画素毎に集積され、例えば緑色光感知素子５０Ｇ及び転送トランジスタは緑色画素Ｇ毎に集積され、青色光感知素子５０Ｂ及び転送トランジスタは青色画素Ｂ毎に集積され、赤色光感知素子５０Ｒ及び転送トランジスタは赤色画素Ｒ毎に集積され、電荷保存所５５及び転送トランジスタは赤外光感知画素Ｉ毎に集積される。電荷保存所５５は後述する赤外光光電素子９０に電気的に接続される。
【００５４】
緑色光感知素子５０Ｇ、青色光感知素子５０Ｂ、及び赤色光感知素子５０Ｒは水平方向に離隔して配置される。
【００５５】
光感知素子５０は光をセンシングし、センシングされた情報は転送トランジスタによって伝達され、電荷保存所５５は後述する赤外光光電素子９０に電気的に接続され、電荷保存所５５の情報は転送トランジスタによって伝達される。
【００５６】
半導体基板１１０上には金属配線（図示せず）及びパッド（図示せず）が形成される。金属配線及びパッドは信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されない。また、上記構造に限定されず、金属配線及びパッドが光感知素子５０の下部に位置し得る。
【００５７】
金属配線及びパッド上には下部絶縁層６０が形成される。下部絶縁層６０は酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素のような無機絶縁物質、或いはＳｉＣ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＣＯ、及びＳｉＯＦのような低誘電率（ｌｏｗ  Ｋ）物質で作られる。下部絶縁層６０は電荷保存所５５を露出するトレンチを有する。トレンチは充填材で満たされる。下部絶縁層６０は省略することができる。
【００５８】
下部絶縁層６０上にはカラーフィルタ層７０が形成される。カラーフィルタ層７０は、可視光感知画素に対応して形成され、各可視光感知画素により感知される可視光線の波長領域のうちのそれぞれ異なる波長領域の光を選択的に透過するカラーフィルタが形成される。一例として、緑色画素Ｇには約５００ｎｍ〜５８０ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有する緑色光を選択的に透過する緑色フィルタ７０Ｇが形成され、青色画素Ｂには約４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満で最大吸収波長（λｍａｘ）を有する青色光を選択的に透過する青色フィルタ７０Ｂが形成され、赤色画素Ｒには約５８０ｎｍ超７００ｎｍ以下で最大吸収波長（λｍａｘ）を有する赤色光を選択的に透過する赤色フィルタ７０Ｒが形成される。
【００５９】
緑色フィルタ７０Ｇは緑色の波長領域の光を選択的に透過させて緑色光感知素子５０Ｇに伝達し、青色フィルタ７０Ｂは青色の波長領域の光を選択的に透過させて青色光感知素子５０Ｂに伝達し、赤色フィルタ７０Ｒは赤色の波長領域の光を選択的に透過させて赤色光感知素子５０Ｒに伝達する。
【００６０】
カラーフィルタ層７０は場合によって省略することができる。
【００６１】
カラーフィルタ層７０上には上部絶縁層８０が形成される。上部絶縁層８０はカラーフィルタ層７０による段差を除去して平坦化する。上部絶縁層８０及び下部絶縁層６０はパッドを露出する接触孔（図示せず）及び電荷保存所５５を露出する接触孔８５を有する。
【００６２】
上部絶縁層８０上には赤外光光電素子９０が形成される。
【００６３】
赤外光光電素子９０は、画素電極９１、赤外光吸収層９２、及び共通電極９３を含む。
【００６４】
画素電極９１及び共通電極９３のうちのいずれか一つはアノード（ａｎｏｄｅ）であり、他の一つはカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）である。例えば画素電極９１がアノードであり共通電極９３がカソードである。
【００６５】
画素電極９１及び共通電極９３はいずれも透光電極又は半透光電極である。透光電極又は半透光電極は、例えばインジウムスズオキサイド（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛オキサイド（ｉｎｄｉｕｍ  ｚｉｎｃ  ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）のような透明導電体で作られるか、或いは数ナノメートル〜数十ナノメートルの厚さの薄い厚さで形成された金属薄膜又は金属酸化物がドーピングされた数ナノメートル〜数十ナノメートルの厚さの薄い厚さで形成された単一層又は複数層の金属薄膜である。
【００６６】
赤外光吸収層９２は赤外線領域の光を選択的に吸収し、例えば近赤外線領域、中間赤外線領域、及び遠赤外線領域の光を選択的に吸収する。
【００６７】
赤外光吸収層９２は、例えば約７００ｎｍ超で最大吸収波長（λｍａｘ）を有する光を選択的に吸収し、上記範囲内で例えば約７００ｎｍ〜３μｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有する光を選択的に吸収し、上記範囲内で例えば約８００ｎｍ〜１５００ｎｍで最大吸収波長（λｍａｘ）を有する光を選択的に吸収する。赤外線の波長領域を除いた可視光線領域の光は赤外光吸収層９２をそのまま通過する。
【００６８】
赤外光吸収層９２は、例えばｐ型半導体及びｎ型半導体を含み、ｐ型半導体とｎ型半導体はｐｎ接合（ｐｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する。ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの少なくとも一つは赤外線領域の光を選択的に吸収し、赤外線の波長領域の光を選択的に吸収してエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成した後、生成されたエキシトンが正孔と電子に分離されて光電効果を生じる。
【００６９】
ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの少なくとも一つは１種以上の有機物質を含む。有機物質は、赤外線領域の光を選択的に吸収する物質であれば特に限定されず、一例としてｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの少なくとも一つはキノイド金属錯化合物（ｑｕｉｎｏｉｄ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｍｐｌｅｘ）、シアニン化合物（ｃｙａｎｉｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、インモニウム化合物（ｉｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ジインモニウム化合物（ｄｉｉｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、トリアリールメタン化合物（ｔｒｉａｒｙｌｍｅｔｈａｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ジピロメテン化合物（ｄｉｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ジキノン化合物（ｄｉｑｕｉｎｏｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ナフトキノン化合物（ｎａｐｈｔｈｏｑｕｉｎｏｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、アントラキノン化合物（ａｎｔｈｒａｑｕｉｎｏｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、スクアリリウム化合物（ｓｑｕａｒｙｌｉｕｍ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、リレン化合物（ｒｙｌｅｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、フタロシアニン化合物（ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ナフタロシアニン化合物（ｎａｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ペリレン化合物（ｐｅｒｙｌｅｎｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、スクアライン（ｓｑｕａｒａｉｎｅ）化合物、ボロンジピロメテン（ｂｏｒｏｎ−ｄｉｐｙｒｒｏｍｅｔｈｅｎｅ）化合物、ニッケル−ジチオール錯化合物（ｎｉｃｋｅｌ−ｄｉｔｈｉｏｌ  ｃｏｍｐｌｅｘ）、メロシアニン（ｍｅｒｏｃｙａｎｉｎｅ）、ジケトピロロピロール（ｄｉｋｅｔｏｐｙｒｒｏｌｏｐｙｒｒｏｌｅｓ）、これらの誘導体、又はこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。一例として、ｐ型半導体は、メロシアニン、ジケトピロロピロール、ボロンジピロメテン化合物、ナフタロシアニン化合物、スクアライン化合物、これらの誘導体、又はこれらの組合せであり、ｎ型半導体は、Ｃ６０、Ｃ７０、チオフェン、これらの誘導体、又はこれらの組合せであるが、これらに限定されない。
【００７０】
赤外光吸収層９２は単一層又は複数層である。赤外光吸収層９２は、例えば真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｌａｙｅｒ、Ｉ層）、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／ｎ型層などの多様な組合せである。
【００７１】
真性層（Ｉ層）はｐ型半導体とｎ型半導体とが約１：１００〜約１００：１の体積比で混合されて含まれる。上記範囲内で例えば約１：５０〜５０：１の体積比で含まれ、上記範囲内で例えば約１：１０〜１０：１の体積比で含まれ、上記範囲内で例えば約１：１の体積比で含まれる。ｐ型半導体とｎ型半導体とが上記範囲の組成比を有することは効果的なエキシトン生成及びｐｎ接合形成において有利である。
【００７２】
ｐ型層はｐ型半導体を含み、ｎ型層はｎ型半導体を含む。
【００７３】
赤外光吸収層９２は約１ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有する。上記範囲内で例えば約５ｎｍ〜３００ｎｍの厚さを有する。上記範囲の厚さを有することによって赤外線領域の光を効果的に吸収し、正孔と電子とを効果的に分離及び伝達することによって光電変換効率が効果的に改善される。
【００７４】
赤外光吸収層９２はイメージセンサ１００の全面（ｗｈｏｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）に形成される。イメージセンサの全面から赤外光を吸収するため、光面積が増えて高い吸光効率が得られる。
【００７５】
画素電極９１、赤外線吸収層９２、及び共通電極９３は赤外光光電素子９０を形成する。即ち、共通電極９３側から光が入射し、赤外光吸収層９２で赤外線の波長領域の光が選択的に吸収されると、赤外光吸収層９２でエキシトンが生成される。エキシトンは正孔と電子に分離され、分離された正孔は画素電極９１及び共通電極９３のうちの一つであるアノード側に移動し、分離された電子は画素電極９１及び共通電極９３のうちの一つであるカソード側に移動して電流が流れる。分離された電子又は正孔は画素電極９１を介して電荷保存所５５に集められる。
【００７６】
共通電極９３上には集光レンズ（図示せず）が更に形成される。集光レンズは入射光の方向を制御して光を一つの地点に集める。
【００７７】
上述したイメージセンサ１００は、可視光感知画素上に赤外線吸収層９２を配置することによって可視光感知画素に流入する赤外線領域の光を前もって遮断するため、別途の赤外線フィルタ（ＩＲ  ｆｉｌｔｅｒ）を備える必要がない。
【００７８】
また、上述したイメージセンサ１００は、赤外光感知画素が可視光感知画素と分離されることによって赤外光光電素子９０と電荷保存所５５との間の赤外光信号伝達構造が可視光感知画素を貫通しないため、その構造及び工程を単純化することができる。可視光感知画素内に赤外光の信号伝達構造が位置する場合、信号伝達構造のための領域を確保するためにカラーフィルタの面積が減り、各画素の開口率が減少し、工程が複雑になるが、本実施形態では、赤外光感知画素を別途に設けることにより可視光感知画素の開口率を十分に確保することができ、工程を単純化することができる。
【００７９】
本実施形態では、イメージセンサ１００の一例として、可視光イメージセンサ２００が光感知素子を含み、非可視光イメージセンサ３００が光電素子を含む構成を例示したが、これに限定されず、可視光イメージセンサ２００は光感知素子、光電素子、又はこれらの組合せを含み、非可視光イメージセンサ３００は光感知素子又は光電素子を含み得る。
【００８０】
図１０は、他の実施形態によるイメージセンサの単位画素群を例示的に示す平面図である。
【００８１】
図１０を参照すると、本実施形態によるイメージセンサの単位画素群２０は、上述した実施形態と同様に、二つの行と二つの列（２×２）に配列された画素１（ＰＸ１）、画素２（ＰＸ２）、画素３（ＰＸ３）、及び画素４（ＰＸ４）からなる。
【００８２】
しかし、本実施形態によるイメージセンサの単位画素群２０は、上述した実施形態とは異なり、画素１（ＰＸ１）、画素２（ＰＸ２）、画素３（ＰＸ３）、及び画素４（ＰＸ４）のうちの少なくとも一つの画素は他の画素と異なる面積を有する。単位画素群２０の各画素の面積は必要に応じて多様に変形することができる。
【００８３】
一例として、画素１（ＰＸ１）は、画素２（ＰＸ２）、画素３（ＰＸ３）、及び画素４（ＰＸ４）より大きい面積を有する。
【００８４】
一例として、画素２（ＰＸ２）及び画素３（ＰＸ３）は同じ面積を有する。
【００８５】
一例として、画素１（ＰＸ１）の面積が最も大きく、画素２（ＰＸ２）、画素３（ＰＸ３）、及び画素４（ＰＸ４）の面積は同じである。
【００８６】
一例として、画素１（ＰＸ１）の面積が最も大きく、画素２（ＰＸ２）及び画素３（ＰＸ３）の面積は同じであり、画素４（ＰＸ４）の面積が最も小さい。
【００８７】
一例として、画素１（ＰＸ１）の面積が最も大きく、画素２（ＰＸ２）及び画素３（ＰＸ３）の面積が最も小さく、画素４（ＰＸ４）の面積は、画素１（ＰＸ１）の面積より小さく、画素２（ＰＸ２）又は画素３（ＰＸ３）の面積より大きい。
【００８８】
一例として、画素１（ＰＸ１）は緑色画素Ｇであり、画素２（ＰＸ２）は青色画素Ｂであり、画素３（ＰＸ３）は赤色画素Ｒであり、画素４（ＰＸ４）は可視光感知画素Ｉである。
【００８９】
一例として、緑色画素Ｇは、赤色画素Ｒ、青色画素Ｂ、及び赤外光感知画素Ｉより大きい面積を有する。
【００９０】
一例として、赤色画素Ｒ及び青色画素Ｂは同じ面積を有する。
【００９１】
一例として、緑色画素Ｇの面積が最も大きく、赤色画素Ｒ、青色画素Ｂ、及び赤外光感知画素Ｉの面積は同じである。
【００９２】
一例として、緑色画素Ｇの面積が最も大きく、赤色画素Ｒ及び青色画素Ｂの面積が同じであり、赤外光感知画素Ｉの面積が最も小さい。
【００９３】
一例として、緑色画素Ｇの面積が最も大きく、赤色画素Ｒ及び青色画素Ｂの面積が最も小さく、赤外光感知画素Ｉの面積は、緑色画素Ｇの面積より小さく、赤色画素Ｒ又は青色画素Ｂの面積より大きい。
【００９４】
このように単位画素群２０の各画素の面積を異なるようにすることで、赤外光感知画素Ｉにより可視光感知画素の面積が減少しても、可視光感知画素の比率を調節することによって可視光感知効率の減少を防止し、高解像度イメージセンサを具現することができる。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１０、２０    単位画素群
５０    光電素子
５０Ｒ    赤色光感知素子
５０Ｇ    緑色光感知素子
５０Ｂ    青色光感知素子
５５    電荷保存所
６０    下部絶縁層
７０    カラーフィルタ層
７０Ｒ    赤色フィルタ
７０Ｇ    緑色フィルタ
７０Ｂ    青色フィルタ
８０    上部絶縁層
８５    接触孔
９０    赤外光光電素子
９１    画素電極
９２    赤外光吸収層
９３    共通電極
１００    イメージセンサ
１１０    半導体基板
２００    可視光イメージセンサ
３００    非可視光イメージセンサ
４００、６００    レンズ
５００    光学フィルタ
５００ａ    開口部
【図１】
2017069955.tif 000004
【図２】
2017069955.tif 000005
【図３】
2017069955.tif 000006
【図４】
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【図５】
2017069955.tif 000008
【図６】
2017069955.tif 000009
【図７】
2017069955.tif 000010
【図８】
2017069955.tif 000011
【図９】
2017069955.tif 000012
【図１０】
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