特開 2023-164392 分光フィルタ、それを含むイメージセンサ及び電子装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164392

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】分光フィルタ、それを含むイメージセンサ及び電子装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20231102BHJP

   G02B 5/28 20060101ALI20231102BHJP

   G02B 5/22 20060101ALI20231102BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

G02B5/20

G02B5/28

G02B5/20 101

G02B5/22

H01L27/146 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074145

(22)【出願日】2023-04-28

(31)【優先権主張番号】10-2022-0053812

(32)【優先日】2022-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0163414

(32)【優先日】2022-11-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】金 孝 哲

(72)【発明者】

【氏名】盧 永 瑾

【テーマコード（参考）】

2H148

4M118

【Ｆターム（参考）】

2H148AA00

2H148AA24

2H148BA01

2H148BD04

2H148BD23

2H148BD24

2H148BG11

2H148BH26

2H148CA05

2H148CA14

2H148CA23

2H148GA01

2H148GA12

2H148GA14

2H148GA23

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA10

4M118BA14

4M118CA02

4M118CA34

4M118FA06

4M118GC08

4M118GC14

4M118GC20

4M118GD03

4M118GD04

(57)【要約】

【課題】分光フィルタ、それを含むイメージセンサ及び電子装置を提供する。
【解決手段】分光フィルタは、複数の帯域フィルタをそれぞれ含む複数の第１フィルタアレイと、複数の第１フィルタアレイ上に設けられる複数の第２フィルタアレイとを含む。複数のユニットフィルタは、第１反射板と、第１反射板の上部に設けられる第２反射板と、第１及び第２反射板間に設けられ、互いに異なる帯域の中心波長をそれぞれ有する複数のキャビティとを含む。各キャビティは、キャビティ下部層、キャビティ上部層、及びキャビティ下部層とキャビティ上部層との間に設けられる中間光吸収層を含む。各帯域フィルタは、特定帯域の光を透過させ、複数のキャビティのうち２以上は、同一有効屈折率を有するように構成される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の帯域フィルタをそれぞれ含む複数の第１フィルタアレイと、
前記複数の第１フィルタアレイ上に設けられ、前記複数の帯域フィルタに対応する複数のユニットフィルタをそれぞれ含む複数の第２フィルタアレイと、を含み、
前記複数のユニットフィルタは、
第１反射板と、
前記第１反射板の上部に設けられる第２反射板と、
前記第１及び第２反射板間に設けられ、互いに異なる帯域の中心波長をそれぞれ有する複数のキャビティと、を含み、
前記各キャビティは、キャビティ下部層、キャビティ上部層、及び前記キャビティ下部層と前記キャビティ上部層との間に設けられる中間光吸収層を含み、
前記各帯域フィルタは、特定帯域の光を透過させ、
前記複数のキャビティのうち２以上は、同一有効屈折率を有するように構成された、分光フィルタ。

【請求項2】

前記各キャビティは、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲において互いに異なる帯域の中心波長を有するように構成された、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項3】

前記各キャビティは、１００ｎｍ～２０００ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項4】

前記中間光吸収層は、前記キャビティ下部層と前記キャビティ上部層との組み合わせによって発生する中心波長のうち特定中心波長を吸収して除去するように構成された、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項5】

前記中間光吸収層は、前記キャビティの中間高さに位置する、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項6】

前記中間光吸収層は、金属物質、または可視光帯域の光を吸収可能な誘電物質を含む、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項7】

前記中間光吸収層は、５ｎｍ～８０ｎｍの厚みを有する、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項8】

前記第１フィルタアレイは、カラーフィルタアレイまたは広帯域フィルタアレイを含む、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項9】

前記複数のキャビティは、同一厚みを有し、それぞれ所定の誘電体パターンを含む、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項10】

前記複数のキャビティのうち２以上は、同一誘電体パターンを含む、請求項９に記載の分光フィルタ。

【請求項11】

前記第１フィルタアレイの帯域フィルタと前記第２フィルタアレイのユニットフィルタとが組み合わせて、Ｎ個のチャネルを有するチャネルアレイが構成され、互いに異なる種類の帯域フィルタの個数がＡ個であるとき、互いに異なる有効屈折率を有するキャビティの個数Ｎ’は、Ｎ／Ａ≦Ｎ’＜Ｎを満たす、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項12】

前記第１及び第２反射板は、金属反射板またはブラッグ反射板を含む、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項13】

前記複数の第２フィルタアレイのうち、同一中心波長を有するユニットフィルタは、入射光の主光線角度（CRA: Chief Ray Angle）の変化によって発生する中心波長シフトを補償するために、前記キャビティの有効屈折率が前記ユニットフィルタの位置によって変化するように構成された、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項14】

前記中間光吸収層に設けられるエッチング停止層（etch stop layer）をさらに含む、請求項１に記載の分光フィルタ。

【請求項15】

複数の画素を含む画素アレイと、
前記画素アレイに設けられる分光フィルタと、を含み、
前記分光フィルタは、
複数の帯域フィルタをそれぞれ含む複数の第１フィルタアレイと、
前記複数の第１フィルタアレイ上に設けられ、前記複数の帯域フィルタに対応する複数のユニットフィルタをそれぞれ含む複数の第２フィルタアレイと、を含み、
前記複数のユニットフィルタは、
第１反射板と、
前記第１反射板の上部に設けられる第２反射板と、
前記第１及び第２反射板間に設けられ、互いに異なる帯域の中心波長をそれぞれ有する複数のキャビティと、を含み、
前記各キャビティは、キャビティ下部層、キャビティ上部層、及び前記キャビティ下部層と前記キャビティ上部層との間に設けられる中間光吸収層を含み、
前記各帯域フィルタは、特定帯域の光を透過させ、
前記複数のキャビティのうち２以上は、同一有効屈折率を有するように構成された、イメージセンサ。

【請求項16】

前記画素アレイは、複数の画素を含み、前記各画素は、駆動回路が内部に設けられた配線層、及び前記配線層に設けられるフォトダイオードを含む、請求項１５に記載のイメージセンサ。

【請求項17】

前記各キャビティは、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲において互いに異なる帯域の中心波長を有するように構成された、請求項１５に記載のイメージセンサ。

【請求項18】

前記第１フィルタアレイは、カラーフィルタアレイまたは広帯域フィルタアレイを含む、請求項１５に記載のイメージセンサ。

【請求項19】

前記第１フィルタアレイの帯域フィルタと前記第２フィルタアレイのユニットフィルタとが組み合わせて、Ｎ個のチャネルを有するチャネルアレイが構成され、互いに異なる種類の帯域フィルタの個数がＡ個であるとき、互いに異なる有効屈折率を有するキャビティの個数Ｎ’は、Ｎ／Ａ≦Ｎ’＜Ｎを満たす、請求項１５に記載のイメージセンサ。

【請求項20】

請求項１５に記載のイメージセンサを含む、電子装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、分光フィルタ、それを含むイメージセンサ及び電子装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のイメージセンサは、波長帯域を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３つの区間にのみ分類したが、色表現精度と対象体認識性能の向上のためには、波長帯域をより多くの区間に分ける分光フィルタを具備したイメージセンサの開発が必要である。しかしながら、従来の分光フィルタは、体積が大きく、複雑な光学素子部品で構成された専用カメラ用に使用されており、半導体チップ上に分光フィルタを集積したイメージセンサのモジュール技術は、まだ研究開発中である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明が解決しようとする課題は、分光フィルタ、それを含むイメージセンサ及び電子装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一側面において、
複数の帯域フィルタをそれぞれ含む複数の第１フィルタアレイと、
前記複数の第１フィルタアレイ上に設けられ、前記複数の帯域フィルタに対応する複数のユニットフィルタをそれぞれ含む複数の第２フィルタアレイと、を含み、
前記複数のユニットフィルタは、
第１反射板と、
前記第１反射板の上部に設けられる第２反射板と、
前記第１及び第２反射板間に設けられ、互いに異なる帯域の中心波長をそれぞれ有する複数のキャビティと、を含み、
前記各キャビティは、キャビティ下部層、キャビティ上部層、及び前記キャビティ下部層と前記キャビティ上部層との間に設けられる中間光吸収層を含み、
前記各帯域フィルタは、特定帯域の光を透過させ、
前記複数のキャビティのうち２以上は、同一有効屈折率を有するように構成された分光フィルタが提供される。

【0005】

前記各キャビティは、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲において互いに異なる帯域の中心波長を有するように構成されてもよい。

【0006】

前記各キャビティは、１００ｎｍ～２０００ｎｍの厚みを有することができる。

【0007】

前記中間光吸収層は、前記キャビティ下部層と前記キャビティ上部層との組み合わせによって発生する中心波長のうち特定中心波長を吸収して除去するように構成されてもよい。

【0008】

前記中間光吸収層は、前記キャビティの中間高さに位置することができる。

【0009】

前記中間光吸収層は、金属物質、または可視光帯域の光を吸収可能な誘電物質を含んでもよい。

【0010】

前記中間光吸収層は、５ｎｍ～８０ｎｍの厚みを有することができる。

【0011】

前記第１フィルタアレイは、カラーフィルタアレイまたは広帯域フィルタアレイを含んでもよい。

【0012】

前記複数のキャビティは、同一厚みを有し、それぞれ所定の誘電体パターンを含んでもよい。

【0013】

前記複数のキャビティのうち２以上は、同一誘電体パターンを含んでもよい。

【0014】

前記第１フィルタアレイの帯域フィルタと前記第２フィルタアレイのユニットフィルタとが組み合わせて、Ｎ個のチャネルを有するチャネルアレイが構成され、互いに異なる種類の帯域フィルタの個数がＡ個であるとき、互いに異なる有効屈折率を有するキャビティの個数Ｎ’は、Ｎ／Ａ≦Ｎ’＜Ｎを満たすことができる。

【0015】

前記第１及び第２反射板は、金属反射板またはブラッグ反射板を含んでもよい。

【0016】

前記複数の第２フィルタアレイのうち、同一中心波長を有するユニットフィルタは、入射光の主光線角度（CRA: Chief Ray Angle）の変化によって発生する中心波長シフトを補償するために、前記キャビティの有効屈折率が前記ユニットフィルタの位置によって変化するように構成されてもよい。

【0017】

前記分光フィルタは、前記中間光吸収層に設けられるエッチング停止層（etch stop layer）をさらに含んでもよい。

【0018】

他の側面において、
複数の画素を含む画素アレイと、
前記画素アレイに設けられる分光フィルタと、を含み、
前記分光フィルタは、
複数の帯域フィルタをそれぞれ含む複数の第１フィルタアレイと、
前記複数の第１フィルタアレイ上に設けられ、前記複数の帯域フィルタに対応する複数のユニットフィルタをそれぞれ含む複数の第２フィルタアレイと、を含み、
前記複数のユニットフィルタは、
第１反射板と、
前記第１反射板の上部に設けられる第２反射板と、
前記第１及び第２反射板間に設けられ、互いに異なる帯域の中心波長をそれぞれ有する複数のキャビティと、を含み、
前記各キャビティは、キャビティ下部層、キャビティ上部層、及び前記キャビティ下部層と前記キャビティ上部層との間に設けられる中間光吸収層を含み、
前記各帯域フィルタは、特定帯域の光を透過させ、
前記複数のキャビティのうち２以上は、同一有効屈折率を有するように構成されたイメージセンサが提供される。

【0019】

前記画素アレイは、複数の画素を含み、前記各画素は、駆動回路が内部に設けられた配線層、及び前記配線層に設けられるフォトダイオードを含んでもよい。

【0020】

前記各キャビティは、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲において互いに異なる帯域の中心波長を有するように構成されてもよい。

【0021】

前記第１フィルタアレイは、カラーフィルタアレイまたは広帯域フィルタアレイを含んでもよい。

【0022】

前記第１フィルタアレイの帯域フィルタと前記第２フィルタアレイのユニットフィルタとが組み合わせて、Ｎ個のチャネルを有するチャネルアレイが構成され、互いに異なる種類の帯域フィルタの個数がＡ個であるとき、互いに異なる有効屈折率を有するキャビティの個数Ｎ’は、Ｎ／Ａ≦Ｎ’＜Ｎを満たすことができる。

【0023】

さらに他の側面において、
前述のイメージセンサを含む電子装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】例示的な実施形態によるイメージセンサの断面を概略的に示す図面である。

【図2】例示的な実施形態による分光フィルタを示す平面図である。

【図3A】図２に示された分光フィルタの第１フィルタアレイを例示的に示す平面図である。

【図3B】図２に示された分光フィルタの第２フィルタアレイを例示的に示す平面図である。

【図4】例示的な実施形態による分光フィルタの断面を示す図面である。

【図5A】図４に示されたキャビティ下部層（キャビティ上部層）に適用可能な誘電体パターンの例示を示す図面である。

【図5B】図４に示されたキャビティ下部層（キャビティ上部層）に適用可能な誘電体パターンの例示を示す図面である。

【図5C】図４に示されたキャビティ下部層（キャビティ上部層）に適用可能な誘電体パターンの例示を示す図面である。

【図5D】図４に示されたキャビティ下部層（キャビティ上部層）に適用可能な誘電体パターンの例示を示す図面である。

【図6A】図４に示されたキャビティ下部層（キャビティ上部層）に適用可能な誘電体パターンの他の例示を示す図面である。

【図6B】図４に示されたキャビティ下部層（キャビティ上部層）に適用可能な誘電体パターンの他の例示を示す図面である。

【図7A】反射板間にＳｉＯ_２キャビティが設けられたユニットフィルタを示す図面である。

【図7B】反射板間にＳｉＯ_２キャビティ下部層、中間光吸収層及びＳｉＯ_２キャビティ上部層が設けられたユニットフィルタを示す図面である。

【図8】図７Ａに示されたユニットフィルタの透過スペクトルと、図７Ｂに示されたユニットフィルタの透過スペクトルとを示すシミュレーション結果である。

【図9】図７Ｂに示されたユニットフィルタにおいて、反射板の金属材質による透過スペクトルを示すシミュレーション結果である。

【図10A】例示的な実施形態による分光フィルタに適用可能な第１フィルタアレイの例示を示す図面である。

【図10B】例示的な実施形態による分光フィルタに適用可能な第２フィルタアレイの例示を示す図面である。

【図11】図１０Ｂに示された第２フィルタアレイを透過した光の透過スペクトルを示すシミュレーション結果である。

【図12】図１０Ａ及び図１０Ｂに示された第１及び第２フィルタアレイを透過した光の透過スペクトルを示すシミュレーション結果である。

【図13】他の例示的な実施形態による分光フィルタの断面を示す図面である。

【図14】例示的な実施形態による分光フィルタの第１フィルタアレイに適用可能な広帯域フィルタの一例を示す図面である。

【図15】例示的な実施形態による分光フィルタの第１フィルタアレイに適用可能な広帯域フィルタの他の例を示す図面である。

【図16】さらに他の例示的な実施形態による分光フィルタの断面を示す図面である。

【図17】さらに他の例示的な実施形態による分光フィルタの断面を示す図面である。

【図18】他の例示的な実施形態によるイメージセンサを示す図面である。

【図19】例示的な実施形態による分光フィルタにおいて、互いに異なる位置に配置されたユニットフィルタを示す平面図である。

【図20】図１９のII－II’線に沿って見た断面図である。

【図21】さらに他の例示的な実施形態による分光フィルタの断面を示す図面である。

【図22】例示的な実施形態によるイメージセンサのブロック図である。

【図23】例示的な実施形態によるイメージセンサを含む電子装置を概略的に示すブロック図である。

【図24】図２３のカメラモジュールを概略的に示すブロック図である。

【図25】それぞれ異なる属性を有する複数のイメージセンサを有する複合カメラモジュールの概略的な構造を示すブロック図である。

【図26】例示的な実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置の多様な例を示す図面である。

【図27】例示的な実施形態によるイメージセンサが適用された電子装置の多様な例を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、添付された図面を参照して、例示的な実施形態について詳細に説明する。以下の図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素の大きさは、説明の明瞭性及び便宜上、誇張されうる。一方、以下に述べられる実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、それら実施形態から多様な変形が可能である。

【0026】

以下で、「上部」や「上」と記載されたものは、接触してすぐ上下左右にあるものだけでなく、非接触で上下左右にあるものも含む。単数の表現は、文脈上明白に取り立てて意味しない限り、複数の表現を含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特に逆の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。

【0027】

「前記」の用語、及びそれと類似した指示用語の使用は、単数及び複数の両方に該当するものである。方法を構成する段階について、明白に順序を記載するか、または反する記載がなければ、当該段階は、適当な順序で行われてもよいが、必ずしも記載された順序に限定されるものではない。

【0028】

また、明細書に記載された「…部」、「モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアにより具現されたり、ハードウェアとソフトウェアとの結合により具現されたりする。

【0029】

図面に示した構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的な連結、及び／または物理的または回路的連結を例示的に表すものであり、実際の装置では、代替可能であったり追加されたりする多様な機能的な連結、物理的な連結、または回路的な連結として表される。

【0030】

全ての例または例示的な用語の使用は、単に技術的思想を詳細に説明するためのものであり、特許請求の範囲により限定されない限り、当該例または例示的な用語によって範囲が限定されるものではない。

【0031】

図１は、例示的な実施形態によるイメージセンサ１０００の断面を概略的に示す図面である。図１に示されたイメージセンサ１０００は、例えば、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサまたはＣＣＤ（charge coupled device）イメージセンサを含んでもよい。

【0032】

図１を参照すれば、イメージセンサ１０００は、画素アレイ６５と、当該画素アレイ上に設けられる共振器構造体８０とを含むものでもある。ここで、画素アレイ６５は、二次元的に配列される複数の画素を含み、共振器構造体８０は、複数の画素に対応して設けられる複数の共振器を含む。図１には、画素アレイ６５が４個の画素を含み、共振器構造体８０が４個の共振器を含む場合が例示的に示されている。

【0033】

画素アレイ６５の各画素は、光電変換素子であるフォトダイオード（photodiode）６２と、当該フォトダイオード６２を駆動させるための駆動回路５２とを含むものでもある。フォトダイオード６２は、半導体基板６１に埋め込まれるように設けられうる。半導体基板６１としては、例えば、シリコン基板が使用されるが、それに限定されるものではない。半導体基板６１の下面には、配線層（wiring layer）５１が設けられ、当該配線層５１の内部に、例えば、ＭＯＳＦＥＴのような駆動回路５２が設けられうる。

【0034】

半導体基板６１の上部には、複数の共振器を含む共振器構造体８０が設けられている。各共振器は、所望の特定波長領域の光を透過させるように設けられうる。各共振器は、互いに離隔されて設けられる第１及び第２反射層８１、８２と、第１反射層８１と第２反射層８２との間に設けられるキャビティ８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄとを含むものでもある。第１及び第２反射層それぞれは、例えば、金属反射層またはブラッグ反射層を含んでもよい。各キャビティ８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄは、所望の特定波長領域の光を共振させるように設けられうる。

【0035】

半導体基板６１の上面と共振器構造体８０との間には、第１機能層７１が設けられうる。第１機能層７１は、例えば、共振器構造体８０を透過してフォトダイオード６２側に入射される光の透過度を向上させる役割を行うことができる。このために、第１機能層７１は、屈折率が調節された誘電体層または誘電体パターンを含んでもよい。

【0036】

共振器構造体８０の上面には、第２機能層７２が設けられうる。第２機能層７２は、例えば、共振器構造体８０側に入射される光の透過度を向上させる役割を行うことができる。このために、第２機能層７２は、屈折率が調節された誘電体層または誘電体パターンを含んでもよい。第２機能層７２の上面には、第３機能層９０がさらに設けられてもよい。第３機能層９０は、例えば、反射防止層（antireflection layer）、集束レンズ、カラーフィルタ、短波長吸収フィルタまたは長波長遮断フィルタなどを含むが、それらは、単に例示的なものである。

【0037】

前述の第１、第２及び第３機能層７１、７２、９０のうち少なくとも１層は、共振器構造体８０と共に後述する分光フィルタを構成することができる。

【0038】

図２は、例示的な実施形態による分光フィルタ１１００を示す平面図である。

【0039】

図２を参照すれば、分光フィルタ１１００は、複数の第１フィルタアレイ１１１０及び複数の第２フィルタアレイ１１２０を含む。図２には、４×４アレイ形態に配列された１６個の第１フィルタアレイ１１１０、及び４×４アレイ形態に配列された１６個の第２フィルタアレイ１１２０が例示的に示されている。図２には、複数の第２フィルタアレイ１１２０が複数の第１フィルタアレイ１１１０の下部に設けられる場合が例示的に示されているが、それに限定されるものではなく、複数の第２フィルタアレイ１１２０は、複数の第１フィルタアレイ１１１０の上部に設けられることも可能である。図３Ａは、図２に示された第１フィルタアレイ１１１０を例示的に示す平面図である。

【0040】

図３Ａを参照すれば、第１フィルタアレイ１１１０は、二次元形態に配列される複数の帯域フィルタＣ１～Ｃ１６を含むものでもある。図３Ａには、第１フィルタアレイ１１１０が４×４アレイ形態に配列された１６個の帯域フィルタＣ１～Ｃ１６を含む場合が例示的に示されているが、それに限定されるものではなく、帯域フィルタは、多様な形態に配列可能である。例えば、第１フィルタアレイ１１１０は、３×３アレイ形態に配列された９個の帯域フィルタを含むこともできる。

【0041】

第１フィルタアレイ１１１０の各帯域フィルタＣ１～Ｃ１６は、特定帯域の光を透過させることができる。例えば、第１フィルタアレイ１１１０は、赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタを含むカラーフィルタアレイにもなる。この場合、第１フィルタアレイ１１１０を構成する帯域フィルタＣ１～Ｃ１６の種類は３つにもなる。具体的には、帯域フィルタＣ１～Ｃ１６のうち一部は赤色フィルタ、他の一部は緑色フィルタ、残りの一部は青色フィルタにもなる。赤色フィルタは、約６００ｎｍ～７００ｎｍの波長帯域を有する赤色光を透過させることができ、緑色フィルタは、約５００ｎｍ～６００ｎｍの波長帯域を有する緑色光を透過させることができ、青色フィルタは、約４００ｎｍ～５００ｎｍの波長帯域を有する青色光を透過させることができる。そのような赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタを含むカラーフィルタアレイとしては、例えば、液晶表示装置または有機発光表示装置のようなカラーディスプレイ装置に通常適用されるカラーフィルタアレイが使用されうる。一方、第１フィルタアレイ１１１０は、広帯域フィルタアレイにもなる。この場合、第１フィルタアレイ１１１０の各帯域フィルタＣ１～Ｃ１６は、約５０ｎｍ～１５０ｎｍの半値幅（FWHM: Full Width at Half Maximum）を有することができる。

【0042】

図３Ｂは、図３Ａに示された第１フィルタアレイ１１１０に配置される第２フィルタアレイ１１２０を例示的に示す平面図である。

【0043】

図３Ｂを参照すれば、第２フィルタアレイ１１２０は、二次元形態に配列される複数のユニットフィルタＦ１～Ｆ１６を含むものでもある。ここで、複数のユニットフィルタＦ１～Ｆ１６は、複数の帯域フィルタＣ１～Ｃ１６に１対１対応するように設けられうる。図３Ｂには、第２フィルタアレイ１１２０が４×４アレイ形態に配列された１６個のユニットフィルタＦ１～Ｆ１６を含む場合が例示的に示されているが、それに限定されるものではなく、帯域フィルタは、多様な形態に配列可能である。例えば、第２フィルタアレイ１１２０は、３×３アレイ形態に配列された９個のユニットフィルタを含むこともできる。各ユニットフィルタＦ１～Ｆ１６のサイズ（Ｓ）は、例えば、約０．４μｍ～１００μｍになるが、それに限定されるものではない。

【0044】

第２フィルタアレイ１１２０を構成するユニットフィルタＦ１～Ｆ１６それぞれは、可視光波長領域（例えば、約４００ｎｍ～７００ｎｍ帯域）内において互いに異なる帯域の中心波長を有するように構成されうる。

【0045】

図３Ａに示された第１フィルタアレイ１１１０の帯域フィルタＣ１～Ｃ１６と、図３Ｂに示された第２フィルタアレイ１１２０のユニットフィルタＦ１～Ｆ１６とが組み合わせて、１６個のチャネルを有するチャネルアレイが構成され、当該チャネルを介して、互いに異なる中心波長を有する光が出力されうる。

【0046】

図４は、例示的な実施形態による分光フィルタ１１００の断面を示す図面である。

【0047】

図４を参照すれば、分光フィルタ１１００は、第１フィルタアレイ１１１０と、当該第１フィルタアレイ１１１０に配置される第２フィルタアレイ１１２０とを含む。図４には、第１フィルタアレイ１１１０の下部に第２フィルタアレイ１１２０が配置された場合が示されているが、第１フィルタアレイ１１１０の上部に第２フィルタアレイ１１２０が配置されることも可能である。第１フィルタアレイ１１１０は、二次元形態に配列される複数の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４を含む。図４には、第１フィルタアレイ１１１０を構成する４個の第１、第２、第３及び第４帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４が例示的に示されている。第１フィルタアレイ１１１０は、例えば、カラーフィルタアレイにもなる。図４には、第１、第２、第３及び第４帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４がそれぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ及び赤色フィルタＲＣ、ＧＣ、ＢＣ、ＲＣである場合が例示的に示されている。

【0048】

第２フィルタアレイ１１２０は、複数の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４に１対１対応する複数のユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４を含む。図４には、第２フィルタアレイ１１２０を構成する４個の第１、第２、第３及び第４ユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４が例示的に示されている。

【0049】

第１、第２、第３及び第４ユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４それぞれは、可視光領域（約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長領域）内において互いに異なる帯域の中心波長を有することができる。例えば、第１、第２、第３及び第４ユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４それぞれは、赤色光帯域の中心波長、緑色光帯域の中心波長及び青色光帯域の中心波長を有することができる。

【0050】

第２フィルタアレイ１１２０の下部には、画素アレイ４１００が設けられうる。画素アレイ４１００は、複数のユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４に１対１対応する複数の画素１０１、１０２、１０３、１０４を含む。図４には、画素アレイ４１００を構成する第１、第２、第３及び第４画素１０１、１０２、１０３、１０４が例示的に示されている。

【0051】

第２フィルタアレイ１１２０と画素アレイ４１００との間には、画素アレイ４１００を保護するための保護層（passivation layer）１５０が設けられうる。保護層１５０は、例えば、ハフニウム酸化物、シリコン酸化物またはシリコン窒化物を含むが、それらに限定されるものではない。

【0052】

第１、第２、第３及び第４ユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４は、互いに離隔されて設けられる第１及び第２反射板１３１、１３２と、第１及び第２反射板１３１、１３２間に設けられる第１、第２、第３及び第４キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４とを含む。ここで、第１及び第２反射板１３１、１３２は、それぞれ独立して金属反射板またはブラッグ反射板を含んでもよい。金属反射板は、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＷまたはＴｉＮなどを含んでもよい。ブラッグ反射板は、互いに異なる屈折率を有する２以上の誘電体が交互に積層された構造を有する分散ブラッグ反射器（DBR: Distributed Bragg Reflector）にもなる。

【0053】

第１及び第２反射板１３１、１３２は、同一物質からなってもよく、互いに異なる物質からなってもよい。例えば、第１反射板１３１がブラッグ反射板を含み、第２反射板１３２が金属反射板を含むが、それは、単に例示的なものである。

【0054】

第１及び第２反射板１３１、１３２間には、第１、第２、第３及び第４キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４が設けられている。ここで、第１、第２、第３及び第４キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、いずれも同一厚みを有することができる。各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、可視光領域（約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲）において互いに異なる帯域（例えば、赤色光帯域、緑色光帯域及び青色光帯域）の中心波長を有することができる。このために、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、約１００ｎｍ～２０００ｎｍの厚みを有することができる。例えば、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、約２００ｎｍ～１０００ｎｍの厚みを有することができる。

【0055】

各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’、キャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”、及びキャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’とキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”との間に設けられる中間光吸収層１２５を含むものでもある。ここで、キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”は、実質的に同一厚みを有することができる。これにより、中間光吸収層１２５は、キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４の中間高さに位置するが、必ずしもそれに限定されるものではない。

【0056】

具体的には、第１キャビティ１２１は、第１キャビティ下部層１２１’、中間光吸収層１２５及び第１キャビティ上部層１２１”を含み、第２キャビティ１２２は、第２キャビティ下部層１２２’、中間光吸収層１２５及び第２キャビティ上部層１２２”を含む。第３キャビティ１２３は、第３キャビティ下部層１２３’、中間光吸収層１２５及び第３キャビティ上部層１２３”を含み、第４キャビティ１２４は、第４キャビティ下部層１２４’、中間光吸収層１２５及び第４キャビティ上部層１２４”を含む。

【0057】

各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、可視光領域（約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長領域）内において互いに異なる帯域の中心波長を有するように構成されうる。例えば、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、赤色光帯域の中心波長、緑色光帯域の中心波長及び青色光帯域の中心波長を有するが、それは、単に例示的なものである。

【0058】

キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びその上のキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”は、同一誘電体パターンを有することができる。キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”は、それぞれ第１誘電体１２６ａと、当該第１誘電体１２６ａ内に配置され、パターンを形成する第２誘電体１２６ｂとを含む。ここで、第２誘電体１２６ｂは、第１誘電体１２６ａと異なる屈折率を有することができる。具体的な例として、第１誘電体１２６ａがシリコン酸化物を含み、第２誘電体１２６ｂがチタン酸化物を含むが、それは、単に例示的なものである。キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”のパターンサイズやパターン模様によって、誘電体パターンを変化させることができ、これにより、キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４の有効屈折率を調節することができる。

【0059】

図５Ａないし図５Ｄには、図４に示されたキャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”に適用可能な例示的な誘電体パターンが示されている。また、図６Ａ及び図６Ｂには、図４に示されたキャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”に適用可能な他の例示的な誘電体パターンが示されている。

【0060】

キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びその上のキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”は、同一誘電体パターンを有することにより、実質的に同一有効屈折率を有することができる。例えば、キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’の有効屈折率と、キャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”の有効屈折率は、約１０％以内の差を有することができる。

【0061】

キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’及びその上のキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”は、実質的に同一厚みを有することができる。例えば、キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’の厚みと、キャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”の厚みは、約１０％以内の差を有することができる。

【0062】

キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’とキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”との間に設けられる中間光吸収層１２５は、特定中心波長を吸収して除去するように構成されうる。具体的には、中間光吸収層１２５は、キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’とキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”との組み合わせによって発生する２以上の中心波長のうち特定中心波長を吸収して除去することができる。

【0063】

中間光吸収層１２５は、約５ｎｍ～８０ｎｍの厚みを有するが、それに限定されるものではない。中間光吸収層１２５は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、ＴｉまたはＴｉＮなどを含む金属物質を含んでもよい。また、中間光吸収層１２５は、可視光帯域の光吸収率が高い誘電物質（例えば、Ｓｉなど）を含むこともできる。

【0064】

中間光吸収層１２５により、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、互いに異なる帯域内の中心波長を有することができ、ここで、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、各帯域別に１つの中心波長を有することができる。例えば、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、３つの中心波長、すなわち、赤色光帯域の中心波長、緑色光帯域の中心波長及び青色光帯域の中心波長を有することができる。

【0065】

図７Ａは、反射板３１、３２間にＳｉＯ_２キャビティ１０が設けられたユニットフィルタ１１を示す図面であり、図７Ｂは、反射板３１、３２間にＳｉＯ_２キャビティ下部層１０ａ、中間光吸収層１５及びＳｉＯ_２キャビティ上部層１０ｂが設けられたユニットフィルタ１２を示す図面である。図７Ｂに示されたＳｉＯ_２キャビティ下部層１０ａ及びＳｉＯ_２キャビティ上部層１０ｂの厚みの和は、図７Ａに示されたＳｉＯ_２キャビティ１０と同一である。

【0066】

図８には、図７Ａに示されたユニットフィルタ１１の透過スペクトル、及び図７Ｂに示されたユニットフィルタ１２の透過スペクトルが例示的に示されている。ここで、「Ａ」は、図７Ａに示されたユニットフィルタ１１の透過スペクトルを示し、「Ｂ」及び「Ｃ」は、図７Ｂに示されたユニットフィルタ１２の透過スペクトルを示す。「Ｂ」は、中間光吸収層１５として２０ｎｍ厚のＴｉを使用した場合を示し、「Ｃ」は、中間光吸収層１５として４０ｎｍ厚のＴｉを使用した場合を示す。

【0067】

図８を参照すれば、図７Ａに示されたユニットフィルタ１１は、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長帯域において互いに異なる中心波長を有しており、図７Ｂに示されたユニットフィルタ１２は、図７Ａに示されたユニットフィルタ１１の中心波長のうちＰ１、Ｐ２中心波長を除いた中心波長を有している。これから、図７Ｂに示されたユニットフィルタ１２において、ＳｉＯ_２キャビティ下部層１０ａとＳｉＯ_２キャビティ上部層１０ｂとの間に設けられた中間光吸収層１５が、図７Ａに示されたユニットフィルタ１１の中心波長のうちＰ１、Ｐ２中心波長を吸収して除去したことが分かる。また、図７Ｂに示されたユニットフィルタ１２は、赤色光帯域の中心波長、緑色光帯域の中心波長及び青色光帯域の中心波長を有していることが分かる。

【0068】

図９には、図７Ｂに示されたユニットフィルタ１２において、中間光吸収層１５の材質による透過スペクトルが例示的に示されている。図９において、「Ｄ」は、中間光吸収層１５として４０ｎｍ厚のＡｇを使用した場合を示し、「Ｅ」は、中間光吸収層１５として１２ｎｍ厚のＡｌを使用した場合を示し、「Ｆ」は、中間光吸収層１５として２０ｎｍ厚のＴｉを使用した場合を示す。

【0069】

例示的な実施形態による分光フィルタ１１００においては、第１フィルタアレイ１１１０の各帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４が特定帯域の光を透過させ、第２フィルタアレイ１１２０の各ユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４が互いに異なる帯域の中心波長を有することができる。これにより、帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４とユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４との組み合わせにより構成されたチャネルは、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長帯域においてチャネルと１対１対応する互いに異なる中心波長を有することができる。例えば、各ユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４が赤色光帯域の中心波長、緑色光帯域の中心波長及び青色光帯域の中心波長を有している場合に、第１ユニットフィルタ１１１の上部に赤色フィルタＲＣである第１帯域フィルタ１９１が配置されれば、第１帯域フィルタ１９１と第１ユニットフィルタ１１１との組み合わせにより構成された第１チャネルは、赤色光帯域の中心波長を有することができる。そして、第２ユニットフィルタ１１２の上部に緑色フィルタＧＣである第２帯域フィルタ１９２が配置されれば、第２帯域フィルタ１９２と第２ユニットフィルタ１１２との組み合わせにより構成された第２チャネルは、緑色光帯域の中心波長を有することができる。また、第３ユニットフィルタ１１３の上部に青色フィルタＢＣである第３帯域フィルタ１９３が配置されれば、第３帯域フィルタ１９３と第３ユニットフィルタ１１３との組み合わせにより構成された第３チャネルは、青色光帯域の中心波長を有することができる。

【0070】

第１フィルタアレイ１１１０を構成する帯域フィルタ（例えば、図３ＡのＣ１～Ｃ１６）の種類によって、第２フィルタアレイ１１２０を構成するユニットフィルタ（例えば、図３ＢのＦ１～Ｆ１６）のキャビティのうち２以上は、同一有効屈折率を有するように構成することができる。具体的には、ユニットフィルタＦ１～Ｆ１６のキャビティのうち２以上は、同一誘電体パターンを有するように構成することができる。例えば、第１フィルタアレイ１１１０をカラーフィルタアレイとして構成し、第２フィルタアレイ１１２０の各キャビティが赤色光帯域の中心波長、緑色光帯域の中心波長及び青色光帯域の中心波長を有している場合には、３つのキャビティが同一誘電体パターンを有しつつ、互いに異なる中心波長を有するように構成することができる。

【0071】

より具体的に説明すれば、第１フィルタアレイ１１１０の帯域フィルタ（例えば、Ｃ１～Ｃ１６）と第２フィルタアレイ１１２０のユニットフィルタ（例えば、Ｆ１～Ｆ１６）とが組み合わせて、Ｎ個のチャネル（例えば、１６個のチャネル）を有するチャネルアレイが構成されうる。ここで、帯域フィルタの個数がＡ個であるとき、互いに異なる有効屈折率を有するキャビティの個数Ｎ’は、Ｎ／Ａ≦Ｎ’＜Ｎを満たすことができる。例えば、チャネルアレイが１６個のチャネルを有し、帯域フィルタが３つを有する場合に、互いに異なる有効屈折率（すなわち、互いに異なる誘電体パターン）を有するキャビティの個数は、６個以上、かつ１５個以下にもなる。

【0072】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、例示的な実施形態による分光フィルタに適用可能な第１及び第２フィルタアレイ１１１０、１１２０の例示を示す図面である。

【0073】

図１０Ａには、第１フィルタアレイ１１１０の例示としてカラーフィルタアレイが示されている。図１０Ａを参照すれば、帯域フィルタＣ１～Ｃ４それぞれは、青色フィルタＢＣを使用し、帯域フィルタＣ５～Ｃ８及びＣ１４それぞれは、緑色フィルタＧＣを使用し、帯域フィルタＣ９～Ｃ１３及びＣ１５～Ｃ１６それぞれは、赤色フィルタＲＣを使用した。

【0074】

図１０Ｂには、第２フィルタアレイ１１２０の例示が示されている。図１０Ｂを参照すれば、第２フィルタアレイ１１２０は、７個の互いに異なる誘電体パターンＰＴ１～ＰＴ７を含む１６個のユニットフィルタＦ１～Ｆ１６を含む。具体的には、ユニットフィルタＦ１、Ｆ１０、Ｆ１４のキャビティは、第１誘電体パターンＰＴ１を有しており、ユニットフィルタＦ２、Ｆ９のキャビティは、第２誘電体パターンＰＴ２を有しており、ユニットフィルタＦ４、Ｆ１１のキャビティは、第３誘電体パターンＰＴ３を有しており、ユニットフィルタＦ３、Ｆ５、Ｆ１２のキャビティは、第４誘電体パターンＰＴ４を有しており、ユニットフィルタＦ６、Ｆ１３のキャビティは、第５誘電体パターンＰＴ５を有しており、ユニットフィルタＦ８、Ｆ１５のキャビティは、第６誘電体パターンＰＴ６を有しており、ユニットフィルタＦ７、Ｆ１６のキャビティは、第７誘電体パターンＰＴ７を有している。

【0075】

図１１は、図１０Ｂに示された第２フィルタアレイ１１２０のみを透過した光の透過スペクトルを示すシミュレーション結果である。そして、図１２は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示された第１及び第２フィルタアレイ１１１０、１１２０を透過した光の透過スペクトルを示すシミュレーション結果である。

【0076】

図１１及び図１２を参照すれば、第２フィルタアレイ１１２０を構成するユニットフィルタＦ１～Ｆ１６の一部が同一誘電体パターンを有する場合にも、第２フィルタアレイ１１２０の上部に帯域フィルタＣ１～Ｃ１６を含む第１フィルタアレイ１１１０を配置することにより、互いに異なる１６個の中心波長を具現することができることが分かる。

【0077】

図１３は、他の例示的な実施形態による分光フィルタ１２００の断面を示す図面である。図１３に示された分光フィルタ１２００は、第２フィルタアレイ１１３０がエッチング停止層１４１、１４２をさらに含むことを除いては、図４に示された分光フィルタ１１００と同様である。

【0078】

図１３を参照すれば、中間光吸収層１２５とキャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”との間に第１エッチング停止層１４１が設けられうる。第１エッチング停止層１４１は、キャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”の形成のためのパターニング工程をより容易にする役割を行うことができる。第１エッチング停止層１４１は、例えば、約５ｎｍ～１００ｎｍの厚みを有するが、それに限定されるものではない。

【0079】

第１エッチング停止層１４１は、例えば、チタン酸化物またはハフニウム酸化物などを含むが、それに限定されるものではない。第１エッチング停止層１４１は、キャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”を構成する誘電物質よりエッチング速度が２倍以上（例えば、５倍以上）遅い物質を含んでもよい。具体的な例として、キャビティ上部層１２１”、１２２”、１２３”、１２４”がシリコン酸化物を含む場合に、第１エッチング停止層１４１は、ハフニウム酸化物を含む。第１反射板１３１とキャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’との間には、第２エッチング停止層１４２がさらに設けられてもよい。第２エッチング停止層１４２は、キャビティ下部層１２１’、１２２’、１２３’、１２４’の形成のためのパターニング工程をより容易にする役割を行うことができる。

【0080】

前述の実施形態においては、第１フィルタアレイ１１１０がカラーフィルタアレイである場合が例示的に説明された。しかし、それに限定されず、第１フィルタアレイ１１１０は、互いに異なる帯域の光を透過させる複数の広帯域フィルタを含む広帯域フィルタアレイにもなる。ここで、各広帯域フィルタは、約５０ｎｍ～１５０ｎｍのＦＷＨＭを有するが、必ずしもそれに限定されるものではない。

【0081】

図１４は、例示的な実施形態による分光フィルタの第１フィルタアレイ１１１０に適用可能な例示的な広帯域フィルタ２５１０を示す図面である。

【0082】

図１４を参照すれば、広帯域フィルタ２５１０は、互いに離隔されて配置される複数の反射層２５１３、２５１４、２５１５と、当該反射層２５１３、２５１４、２５１５間に設けられる複数のキャビティ２５１１、２５１２とを含むものでもある。図１４には、３層の反射層２５１３、２５１４、２５１５と２個のキャビティ２５１１、２５１２とが例示的に示されているが、反射層２５１３、２５１４、２５１５及びキャビティ２５１１、２５１２の個数は、多様に変形可能である。

【0083】

反射層２５１３、２５１４、２５１５それぞれは、分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）にもなる。当該反射層２５１３、２５１４、２５１５それぞれは、互いに異なる屈折率を有する複数の物質層が交互に積層された構造を有することができる。そして、キャビティ２５１１、２５１２それぞれは、所定の屈折率を有する物質を含んでもよく、互いに異なる屈折率を有する２以上の物質を含んでもよい。

【0084】

図１５は、例示的な実施形態による分光フィルタの第１フィルタアレイ１１１０に適用可能な他の例示的な広帯域フィルタ２５２０を示す図面である。

【0085】

図１５を参照すれば、広帯域フィルタ２５２０は、互いに離隔されて配置される２層の金属ミラー層２５２２、２５２３と、当該金属ミラー層２５２２、２５２３間に設けられるキャビティ２５２１とを含むものでもある。

【0086】

図１６は、さらに他の例示的な実施形態による分光フィルタ１３００の断面を示す図面である。

【0087】

図１６を参照すれば、第１及び第２フィルタアレイ１１１０、１１２０の上部にマイクロレンズアレイ１１５０が設けられている。第１及び第２フィルタアレイ１１１０、１１２０は前述したので、それについての説明は省略する。図１６には、第１フィルタアレイ１１１０の下部に第２フィルタアレイ１１２０が配置された場合が示されているが、第１フィルタアレイ１１１０の上部に第２フィルタアレイ１１２０が配置されることも可能である。

【0088】

マイクロレンズアレイ１１５０は、第１フィルタアレイ１１１０の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４に対応する複数のマイクロレンズ１１５０ａを含むものでもある。ここで、各マイクロレンズ１１５０ａは、外部の光を対応する帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４に集束させて入射させる役割を行うことができる。

【0089】

図１６には、マイクロレンズ１１５０ａが帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４に１対１対応するように設けられた場合が例示的に示されているが、それは、単に例示的なものであり、１つのマイクロレンズ１１５０ａに対応して２以上の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４が設けられることも可能である。

【0090】

図１７は、さらに他の例示的な実施形態による分光フィルタ１６００の断面を示す図面である。

【0091】

図１７を参照すれば、第１及び第２フィルタアレイ１１１０、１１２０の上部にナノパターンアレイ１２５０が設けられている。各ナノパターン１２５０ａは、外部の光を対応する帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４に集束させて入射させる役割を行うことができる。図１７には、ナノパターン１２５０ａが帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４に１対１対応するように設けられた場合が例示的に示されているが、１つのナノパターン１２５０ａに対応して２以上の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４が設けられることも可能である。本実施形態は、第１フィルタアレイ１１１０の下部に第２フィルタアレイ１１２０が配置された場合だけでなく、第１フィルタアレイ１１１０の上部に第２フィルタアレイ１１２０が配置された場合にも同様に適用される。

【0092】

図１８は、他の例示的な実施形態によるイメージセンサを示す図面である。

【0093】

図１８を参照すれば、画素アレイ４１００上に分光フィルタ１１００が設けられており、分光フィルタ１１００の上部には、シングルイメージングレンズ（single imaing lens）９５００が設けられている。ここで、分光フィルタ１１００は、複数のチャネル１１３１を含む。複数のチャネル１１３１は、前述のように、第１フィルタアレイ１１１０の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４と第２フィルタアレイ１１２０のユニットフィルタ１１１、１１２、１１３、１１４との組み合わせによっても構成される。

【0094】

このように、分光フィルタ１１００の上部に、対象体のイメージを形成するためのシングルイメージングレンズ９５００を設けることにより、分光イメージを得ることができるカメラを単純な光学系で具現することができる。

【0095】

以下の例示的な実施形態は、第２フィルタアレイのユニットフィルタの位置によって、キャビティの有効屈折率を変化させることにより、入射光の主光線角度の変化による発生する中心波長シフトを補償することができる分光フィルタを提供する。

【0096】

図１９は、例示的な実施形態による分光フィルタ１５００において、互いに異なる位置に配置されたユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆｌ”を示す平面図である。図２０は、図１９のII－II’線に沿って見た断面図である。図１９及び図２０には、便宜上、複数の第２フィルタアレイ１１５１のみが示されている。ここで、分光フィルタ１５００を構成する第２フィルタアレイ１１５１それぞれのユニットフィルタのうち、同一中心波長を有し、互いに異なる位置に配置された第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”を例として説明する。

【0097】

図１９及び図２０において、Ｌ１は、入射光の主光線角度がθ_１である第１位置を連結した円を示し、Ｌ２は、入射光の主光線角度がθ_２（＞θ_１）である第２位置を連結した円を示す。Ｆ１は、分光フィルタ１５００の中心にある第１ユニットフィルタを示し、Ｆ１’は、入射光の主光線角度がθ_１である第１位置にある第１ユニットフィルタを示し、Ｆ１”は、入射光の主光線角度がθ_２である第２位置にある第１ユニットフィルタを示す。ここで、互いに異なる位置に設けられた第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”は、いずれも同一中心波長を有することができる。

【0098】

図１９及び図２０を参照すれば、第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”それぞれは、前述のように、互いに離隔されて設けられる第１及び第２反射板１３１、１３２と、第１及び第２反射板１３１、１３２間に設けられる第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”とを含む。ここで、各第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”は、第１キャビティ下部層、中間光吸収層１２５及び第１キャビティ上部層を含む。第１及び第２反射板１３１、１３２と、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”については前述したので、それについての説明は省略する。第１反射板１３１の下部には、画素アレイ４１００の画素１０１、２０１、３０１が配置され、第１反射板１３１と画素アレイ４１００との間には、保護層１５０が設けられうる。

【0099】

本実施形態では、入射光の主光線角度の変化によって発生する中心波長シフトを補償するために、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”（より具体的には、第１キャビティ下部層及び第１キャビティ上部層）は、第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”の位置によって有効屈折率が調節されるように構成される。

【0100】

第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”の位置が変わるにつれて、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”のパターンを変化させることにより、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”の有効屈折率を変化させることができる。ここで、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”の有効屈折率は、入射光の主光線角度によって発生する中心波長シフトを補償する程度に調節されうる。第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”の位置が分光フィルタ９１００の中心から外側に行くほど、入射光の主光線角度が大きくなり、これにより、中心波長シフト効果は増大する。したがって、中心波長シフトを補償するためには、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”のパターンは、第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”の位置が変わるにつれて、そのサイズが変化するように形成されうる。具体的には、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”のパターンは、第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”の位置が分光フィルタ９１００の中心から外側に行くにつれて、サイズが変化するように形成されうる。

【0101】

以上のように、本実施形態では、第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”の位置が変化するにつれて、第１キャビティ９１２１、９１２１’、９１２１”の有効屈折率を変化させることにより、入射光の主光線角度の変化によって発生する中心波長シフトを補償することができ、これにより、互いに異なる位置に設けられた第１ユニットフィルタＦ１、Ｆ１’、Ｆ１”がいずれも同一中心波長を有することができる。

【0102】

図２１は、さらに他の例示的な実施形態による分光フィルタ１４００の断面を示す図面である。以下、前述の実施形態と異なる点を中心に説明する。

【0103】

図２１を参照すれば、分光フィルタ１４００は、第１フィルタアレイ１１１０と、当該第１フィルタアレイ１１１０の下部に配置される第２フィルタアレイ１１４０とを含む。第１フィルタアレイ１１１０は、それぞれ特定帯域の光を透過させる複数の帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４を含む。第１フィルタアレイ１１１０は、例えば、カラーフィルタアレイにもなる。図２１には、第１、第２、第３及び第４帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４は、それぞれ赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタ及び赤色フィルタＲＣ、ＧＣ、ＢＣ、ＲＣである場合が例示的に示されている。第１フィルタアレイ１１１０は、広帯域フィルタアレイにもなる。

【0104】

第２フィルタアレイ１１４０は、複数のユニットフィルタ４１１、４１２、４１３、４１４を含む。図２１には、第２フィルタアレイ１１４０を構成する４個の第１、第２、第３及び第４ユニットフィルタ４１１、４１２、４１３、４１４が例示的に示されている。ユニットフィルタ４１１、４１２、４１３、４１４それぞれは、可視光領域（約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長領域）内において互いに異なる帯域の中心波長を有することができる。

【0105】

第２フィルタアレイ１１４０の下部には、複数の画素１０１、１０２、１０３、１０４を含む画素アレイ４１００が設けられうる。第２フィルタアレイ１１４０と画素アレイ４１００との間には、画素アレイ４１００を保護するための保護層４５０が設けられうる。図２１には、第１フィルタアレイ１１１０の下部に第２フィルタアレイ１１４０が配置された場合が示されているが、第１フィルタアレイ１１１０の上部に第２フィルタアレイ１１４０が配置されることも可能である。

【0106】

第１、第２、第３及び第４ユニットフィルタ４１１、４１２、４１３、４１４は、互いに離隔されて設けられる第１及び第２反射板４３１、４３２と、第１及び第２反射板４３１、４３２間に設けられる第１、第２、第３及び第４キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４とを含む。ここで、第１及び第２反射板４３１、４３２は、それぞれ独立して、金属反射板またはブラッグ反射板を含んでもよい。

【0107】

各キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４は、可視光領域（約４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲）において互いに異なる帯域の中心波長を有することができる。このために、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、約１００ｎｍ～２０００ｎｍの厚みを有することができる。例えば、各キャビティ１２１、１２２、１２３、１２４は、約２００ｎｍ～１０００ｎｍの厚みを有することができる。

【0108】

各キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４は、キャビティ下部層４２１’、４２２’、４２３’、４２４’、キャビティ上部層４２１”、４２２”、４２３”、４２４”、及びキャビティ下部層４２１’、４２２’、４２３’、４２４’とキャビティ上部層４２１”、４２２”、４２３”、４２４”との間に設けられる中間光吸収層４２５を含むものでもある。具体的には、第１キャビティ４２１は、第１キャビティ下部層４２１’、中間光吸収層４２５及び第１キャビティ上部層４２１”を含み、第２キャビティ４２２は、第２キャビティ下部層４２２’、中間光吸収層４２５及び第２キャビティ上部層４２２”を含む。第３キャビティ４２３は、第３キャビティ下部層４２３’、中間光吸収層４２５及び第３キャビティ上部層４２３”を含み、第４キャビティ４２４は、第４キャビティ下部層４２４’、中間光吸収層４２５及び第４キャビティ上部層４２４”を含む。

【0109】

キャビティ下部層４２１’、４２２’、４２３’、４２４’、及びその上にあるキャビティ上部層４２１”、４２２”、４２３”、４２４”は、同一誘電物質を含み、実質的に同一厚みを有することができる。これにより、キャビティ下部層４２１’、４２２’、４２３’、４２４’、及びその上にあるキャビティ上部層４２１”、４２２”、４２３”、４２４”は、同一光学距離（optical path）を有することができる。また、中間光吸収層４２５は、各キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４の中間高さに位置しうる。

【0110】

各キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４は、その厚み（具体的には、キャビティ下部層４２１’、４２２’、４２３’、４２４’及びキャビティ上部層４２１”、４２２”、４２３”、４２４”の厚み）を変化させることにより、光学距離を調節することができ、これにより、第１、第２、第３及び第４キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４は、互いに異なる中心波長を有するように構成されうる。図２１には、第１キャビティ４２１から第４キャビティ４２４に行くほど、次第に厚くなる場合が例示的に示されている。

【0111】

中間光吸収層４２５は、特定中心波長を吸収して除去するように構成されうる。前述のように、中間光吸収層４２５は、キャビティ下部層４２１’、４２２’、４２３’、４２４’とキャビティ上部層４２１”、４２２”、４２３”、４２４”との組み合わせによって発生する２以上の中心波長のうち特定中心波長を吸収して除去することができる。中間光吸収層４２５は、例えば、約５ｎｍ～８０ｎｍの厚みを有することができ、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｗ、ＴｉまたはＴｉＮなどを含む金属物質を含んでもよく、可視光帯域の光吸収率が高い誘電物質（例えば、Ｓｉなど）を含んでもよい。

【0112】

中間光吸収層４２５により、各キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４は、互いに異なる帯域内の中心波長を有することができ、ここで、各キャビティ４２１、４２２、４２３、４２４は、各帯域別に１つの中心波長を有することができる。

【0113】

例示的な実施形態による分光フィルタ１４００においては、第１フィルタアレイ１１１０の各帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４は、特定帯域の光を透過させ、第２フィルタアレイ１１４０の各ユニットフィルタ４１１、４１２、４１３、４１４は、互いに異なる帯域の中心波長を有することができる。これにより、帯域フィルタ１９１、１９２、１９３、１９４とユニットフィルタ４１１、４１２、４１３、４１４との組み合わせにより構成されたチャネルは、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長帯域においてチャネルと１対１対応する互いに異なる中心波長を有することができる。

【0114】

第１フィルタアレイ１１１０を構成する帯域フィルタ（例えば、図３ＡのＣ１～Ｃ１６）の種類によって、第２フィルタアレイ１１４０を構成するユニットフィルタ（例えば、図３ＢのＦ１～Ｆ１６）のキャビティのうち２以上は、同一厚みを有するように構成することができる。第１フィルタアレイ１１１０の帯域フィルタと第２フィルタアレイ１１４０のユニットフィルタとが組み合わせて、Ｎ個のチャネルを有するチャネルアレイが構成されうる。ここで、帯域フィルタの個数がＡ個であるとき、互いに異なる厚みを有するキャビティの個数Ｎ’は、Ｎ／Ａ≦Ｎ’＜Ｎを満たすことができる。

【0115】

図２２は、例示的な実施形態によるイメージセンサのブロック図である。

【0116】

図２２を参照すれば、イメージセンサ１０００は、分光フィルタ９１００、画素アレイ４１００、タイミングコントローラ４０１０、ロウデコーダ４０２０及び出力回路４０３０を含むものでもある。該イメージセンサは、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサを含むが、それらに限定されない。

【0117】

分光フィルタ９１００は、前述の実施形態で言及された分光フィルタ１１００～１６００のうち１つにもなる。画素アレイ４１００は、複数のユニットフィルタを透過した、互いに異なる波長の光を感知する複数の画素を含む。具体的には、画素アレイ４１００は、複数のロウと複数のカラムとに沿って、二次元に配列された画素を含む。ロウデコーダ４０２０は、タイミングコントローラ４０１０から出力されたロウアドレス信号に応答して、画素アレイ４１００のロウの１つを選択する。出力回路４０３０は、選択されたロウに沿って配列された複数の画素から、カラム単位で光感知信号を出力する。そのために、出力回路４０３０は、カラムデコーダとアナログ・デジタル変換器（ADC: analog to digital converter）とを含む。例えば、出力回路４０３０は、カラムデコーダと画素アレイ４１００との間で、カラム別にそれぞれ配置された複数のＡＤＣ、またはカラムデコーダの出力端に配置された１つのＡＤＣを含むものでもある。タイミングコントローラ４０１０、ロウデコーダ４０２０及び出力回路４０３０は、１つのチップまたはそれぞれ別個のチップによっても具現される。出力回路４０３０を介して出力された映像信号を処理するためのプロセッサが、タイミングコントローラ４０１０、ロウデコーダ４０２０及び出力回路４０３０と共に、１つのチップによっても具現される。画素アレイ４１００は、互いに異なる波長の光を感知する複数の画素を含み、ここで、画素の配列は、多様な方式により具現可能である。

【0118】

前述の分光フィルタ１１００～１６００を含むイメージセンサ１０００は、多様な高性能光学装置または高性能電子装置に採用可能である。当該電子装置は、例えば、スマートフォン（smart phone）、携帯電話、ＰＤＡ（personal digital assistant）、ラップトップ（laptop）、ＰＣ（personal computer）、多様なポータブル機器、家電製品、保安カメラ、医療用カメラ、自動車、事物インターネット（IoT; Internet of Things）機器、その他のモバイルまたは非モバイルのコンピューティング装置であるが、それらに制限されない。

【0119】

該電子装置は、イメージセンサ１０００以外にも、イメージセンサを制御するプロセッサ、例えば、アプリケーションプロセッサ（AP: Application Processor）をさらに含んでもよく、該プロセッサを介してオペレーティングシステムまたはアプリケーションプログラムを駆動し、多数のハードウェアまたはソフトウェアの構成要素を制御することができ、各種データ処理及び演算を遂行することができる。該プロセッサは、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）及び／またはイメージ信号プロセッサ（Image Signal Processor）をさらに含んでもよい。該プロセッサにイメージ信号プロセッサが含まれる場合、イメージセンサにより獲得されたイメージ（または、映像）を、プロセッサを利用して保存及び／または出力することができる。

【0120】

図２３は、例示的な実施形態によるイメージセンサを含む電子装置の一例を概略的に示すブロック図である。

【0121】

図２３を参照すれば、ネットワーク環境ＥＤ００において、電子装置ＥＤ０１は、他の電子装置ＥＤ０２と通信するか、あるいはサーバＥＤ０８と通信することができる。電子装置ＥＤ０１は、プロセッサＥＤ２０、メモリＥＤ３０、入力装置ＥＤ５０、音響出力装置ＥＤ５５、表示装置ＥＤ６０、オーディオモジュールＥＤ７０、センサモジュールＥＤ７６、インターフェースＥＤ７７、カメラモジュールＥＤ８０、電力管理モジュールＥＤ８８、バッテリＥＤ８９、通信モジュールＥＤ９０及び／またはアンテナモジュールＥＤ９７を含む。電子装置ＥＤ０１には、当該構成要素のうち一部構成要素（表示装置ＥＤ６０など）が省略されてもよく、他の構成要素が追加されてもよい。当該構成要素のうち一部は、１つの統合された回路により具現可能である。例えば、センサモジュールＥＤ７６（指紋センサ、虹彩センサ、照度センサなど）は、表示装置ＥＤ６０（ディスプレイなど）に組み込まれて具現可能である。また、イメージセンサ１０００に分光機能が含まれる場合、センサモジュールの一部機能（カラーセンサ、照度センサ）が別途のセンサモジュールではないイメージセンサ１０００自体で具現可能である。

【0122】

プロセッサＥＤ２０は、ソフトウェア（プログラムＥＤ４０など）を実行し、プロセッサＥＤ２０に連結された電子装置ＥＤ０１のうち１つまたは複数個の他の構成要素（ハードウェア、ソフトウェアの構成要素など）を制御することができ、多様なデータ処理または演算を遂行することができる。データ処理または演算の一部として、プロセッサＥＤ２０は、他の構成要素（センサモジュールＥＤ７６、通信モジュールＥＤ９０など）から受信された命令及び／またはデータを揮発性メモリＥＤ３２にロードし、揮発性メモリＥＤ３２に保存された命令及び／またはデータを処理し、結果データを不揮発性メモリＥＤ３４に保存することができる。

【0123】

メモリＥＤ３０は、電子装置ＥＤ０１の構成要素（プロセッサＥＤ２０、センサモジュールＥＤ７６など）が必要とする多様なデータを保存することができる。該データは、例えば、ソフトウェア（プログラムＥＤ４０など）、並びにそれと関連した命令に係わる入力データ及び／または出力データを含む。メモリＥＤ３０は、揮発性メモリＥＤ３２及び／または不揮発性メモリＥＤ３４を含む。不揮発性メモリＥＤ３４は、電子装置ＥＤ０１内に固設された内蔵メモリＥＤ３６と、脱着可能な外装メモリＥＤ３８とを含む。

【0124】

プログラムＥＤ４０は、メモリＥＤ３０にソフトウェアとして保存され、オペレーティングシステムＥＤ４２、ミドルウェアＥＤ４４及び／またはアプリケーションＥＤ４６を含む。カメラモジュールＥＤ８０は、静止画及び動画を撮影することができる。カメラモジュールＥＤ８０は、１つまたは複数のレンズを含むレンズアセンブリ、図１のイメージセンサ１０００、イメージシグナルプロセッサ及び／またはフラッシュを含む。カメラモジュールＥＤ８０に含まれたレンズアセンブリは、イメージ撮影の対象である被写体から放出される光を収集することができる。

【0125】

図２４は、図２３のカメラモジュールの例示を概略的に示すブロック図である。

【0126】

図２４を参照すれば、カメラモジュールＥＤ８０は、レンズアセンブリＣＭ１０、フラッシュＣＭ２０、イメージセンサ１０００（図２２のイメージセンサ１０００など）、メモリＣＭ５０（バッファメモリなど）及び／またはイメージシグナルプロセッサＣＭ６０を含む。レンズアセンブリＣＭ１０は、イメージ撮影の対象である被写体から放出される光を収集することができる。カメラモジュールＥＤ８０は、複数のレンズアセンブリＣＭ１０を含み、その場合、カメラモジュールＥＤ８０は、デュアルまたはマルチカメラ、３６０°カメラまたは球状カメラ（Spherical Camera）にもなる。複数のレンズアセンブリＣＭ１０のうち一部は、同一レンズ属性（画角、焦点距離、自動焦点、Ｆナンバー、光学ズームなど）を有するか、または異なるレンズ属性を有することができる。レンズアセンブリＣＭ１０は、広角レンズまたは望遠レンズを含む。デュアルまたはマルチカメラモジュールにおいて、フィルタアレイの属性が相異なる組み合わせを有することができる。

【0127】

フラッシュＣＭ２０は、被写体から放出または反射される光を強化するために使用される光を放出することができる。フラッシュＣＭ２０は、１つまたは複数の発光ダイオード（RGB(Red-Green-Blue)LED、White LED、Infrared LED、Ultraviolet LEDなど）及び／またはキセノンランプを含む。イメージセンサ１０００は、図１で説明したイメージセンサでもあり、被写体から放出または反射され、レンズアセンブリＣＭ１０を介して伝達された光を電気的な信号に変換することにより、被写体に対応するイメージを獲得することができる。イメージセンサ１０００は、ＲＧＢセンサ、ＢＷ（Black and White）センサ、ＩＲセンサまたはＵＶセンサのように、属性が異なるイメージセンサのうち選択された１つまたは複数のセンサを含む。イメージセンサ１０００に含まれたそれぞれのセンサは、ＣＣＤセンサ及び／またはＣＭＯＳセンサによっても具現される。

【0128】

メモリＣＭ５０は、イメージセンサ１０００を介して獲得されたイメージの一部または全体のデータを次のイメージ処理作業のために保存することができる。例えば、複数のイメージが高速に獲得される場合、獲得された原本データ（Bayer-Patternedデータ、高解像度データなど）はメモリＣＭ５０に保存し、低解像度イメージのみをディスプレイした後、選択された（ユーザ選択など）イメージの原本データがイメージシグナルプロセッサＣＭ６０に伝達されるようにするのに使用可能である。メモリＣＭ５０は、電子装置ＥＤ０１のメモリＥＤ３０に統合されているか、あるいは独立して運用される別途のメモリで構成される。

【0129】

イメージシグナルプロセッサＣＭ６０は、イメージセンサ１０００を介して獲得されたイメージ、またはメモリＣＭ５０に保存されたイメージデータに対し、イメージ処理を遂行することができる。該イメージ処理は、デプスマップ（Depth Map）生成、三次元モデリング、パノラマ生成、特徴点抽出、イメージ合成及び／またはイメージ補償（ノイズ低減、解像度調整、輝度調整、ブラーリング（Blurring）、シャープニング（Sharpening）、ソフトニング（Softening）など）を含む。イメージシグナルプロセッサＣＭ６０は、カメラモジュールＥＤ８０に含まれた構成要素（イメージセンサ１０００など）に対する制御（露出時間制御またはリードアウトタイミング制御など）を行うことができる。イメージシグナルプロセッサＣＭ６０により処理されたイメージは、追加処理のためにメモリＣＭ５０に再び保存されるか、あるいはカメラモジュールＥＤ８０の外部構成要素（メモリＥＤ３０、表示装置ＥＤ６０、電子装置ＥＤ０２、電子装置ＥＤ０４、サーバＥＤ０８など）に提供される。イメージシグナルプロセッサＣＭ６０は、プロセッサＥＤ２０に統合されるか、あるいはプロセッサＥＤ２０と独立して運用される別途のプロセッサで構成される。イメージシグナルプロセッサＣＭ６０がプロセッサＥＤ２０と別途のプロセッサで構成された場合、イメージシグナルプロセッサＣＭ６０により処理されたイメージは、プロセッサＥＤ２０により追加のイメージ処理を経た後、表示装置ＥＤ６０を介して表示可能である。

【0130】

再び図２３を参照すれば、電子装置ＥＤ０１は、それぞれ異なる属性または機能を有する複数のカメラモジュールＥＤ８０を含む。その場合、複数のカメラモジュールＥＤ８０のうち１つは広角カメラであり、他の１つは望遠カメラである。同様に、複数のカメラモジュールＥＤ８０のうち１つは前面カメラであり、他の１つは背面カメラである。また、カメラモジュールＥＤ８０は、従来のＲＧＢの３色フィルタを有するイメージセンサと、分光フィルタで構成された分光イメージセンサとが組み合わせられ、組み合わせられた２つのイメージセンサのデータを統合処理する組み合わせ型カメラモジュールでもある。

【0131】

図２５は、それぞれ異なる属性を有する複数のイメージセンサを有する複合カメラモジュールの概略的な構造を示すブロック図である。ここで、第１イメージセンサ１００は、従来のＲＧＢイメージセンサであり、第２イメージセンサ２００は、マルチスペクトルイメージ（MSI: Multispectral image）センサである。

【0132】

このとき、ＲＧＢイメージセンサは、ＣＭＯＳイメージセンサでもある。ＲＧＢセンサは、ベイヤーカラーフィルタアレイ（Bayer color filter array）を使用して、Ｒ、Ｇ、Ｂを示すスペクトルをそれぞれセンシングした３つのチャネルの映像を生成することができる。また、他の種類のカラーフィルタアレイを使用可能であることはいうまでもない。ＭＳＩセンサは、ＲＧＢイメージセンサとは異なる波長の光をセンシングして示す。ＭＳＩセンサは、チャネルの数をより多く有することにより、より多くの種類の波長の光をセンシングすることを特徴とする。

【0133】

プロセッサ５００は、各イメージセンサ１００、２００から獲得された映像情報を処理し、所望の方式によりデータを組み合わせて、イメージの画質を改善するか、あるいはイメージの対象体を識別する性能を向上させることができる。

【0134】

実施形態によるイメージセンサ１０００は、図２６（ａ）に示されたモバイルフォンまたはスマートフォン５１００ｍ、図２６（ｂ）に示されたタブレットまたはスマートタブレット５２００、図２６（ｃ）に示されたデジタルカメラまたはカムコーダ５３００、図２６（ｄ）に示されたノート型パソコン５４００、あるいは図２６（ｅ）に示されたＴＶまたはスマートＴＶ ５５００などに適用可能である。例えば、スマートフォン５１００ｍまたはスマートタブレット５２００は、高解像イメージセンサがそれぞれ搭載された複数の高解像カメラを含む。該高解像カメラを利用して、映像内の被写体の深さ情報を抽出するか、映像のアウトフォーカシングを調節するか、あるいは映像内の被写体を自動的に識別することができる。

【0135】

また、イメージセンサ１０００は、図２７（ａ）に示されたスマート冷蔵庫５６００、図２７（ｂ）に示された保安カメラ５７００、図２７（ｃ）に示されたロボット５８００、図２７（ｄ）に示された医療用カメラ５９００などに適用可能である。例えば、スマート冷蔵庫５６００は、イメージセンサを利用して、冷蔵庫内にある食べ物を自動的に認識し、特定食べ物が存在するか否か、入庫または出庫された食べ物の種類などを、スマートフォンを介してユーザに報知することができる。保安カメラ５７００は、超高解像度映像を提供することができ、高い感度を利用して、暗い環境でも映像内の事物または人間を認識可能にする。ロボット５８００は、人間が直接接近できない災害または産業現場で投入され、高解像度映像を提供することができる。医療用カメラ５９００は、診断または手術のための高解像度映像を提供することができ、視野を動的に調節することができる。

【0136】

また、イメージセンサ１０００は、図２７（ｅ）に示されたように、車両６０００に適用可能である。車両６０００は、多様な位置に配置された複数の車両用カメラ６０１０、６０２０、６０３０、６０４０を含み、それぞれの車両用カメラ６０１０、６０２０、６０３０、６０４０は、一実施形態によるイメージセンサを含む。車両６０００は、複数の車両用カメラ６０１０、６０２０、６０３０、６０４０を利用して、車両６０００の内部または周辺に係わる多様な情報を運転手に提供することができ、映像内の事物または人間を自動的に認識し、自律走行に必要な情報を提供することができる。

【0137】

前述の分光フィルタを具備するイメージセンサ及びそれを含む電子装置は、図面に示された実施形態を参照して述べられたが、それは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者ならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。従って、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。権利範囲は、前述の説明ではなく、特許請求の範囲に表されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は権利範囲に含まれたものと解釈されなければならない。

【符号の説明】

【0138】

１０１ 第１画素
１０２ 第２画素
１０３ 第３画素
１０４ 第４画素
１１１ 第１ユニットフィルタ
１１２ 第２ユニットフィルタ
１１３ 第３ユニットフィルタ
１１４ 第４ユニットフィルタ
１２１ 第１キャビティ
１２２ 第２キャビティ
１２３ 第３キャビティ
１２４ 第４キャビティ
１２１’ 第１キャビティ下部層
１２２’ 第２キャビティ下部層
１２３’ 第３キャビティ下部層
１２４’ 第４キャビティ下部層
１２１” 第１キャビティ上部層
１２２” 第２キャビティ上部層
１２３” 第３キャビティ上部層
１２４” 第４キャビティ上部層
１２５ 中間光吸収層
１２６ａ 第１誘電体
１２６ｂ 第２誘電体
１３１ 第１反射板
１３２ 第２反射板
１５０ 保護層
１９１ 第１帯域フィルタ
１９２ 第２帯域フィルタ
１９３ 第３帯域フィルタ
１９４ 第４帯域フィルタ
１１００ 分光フィルタ
１１１０ 第１フィルタアレイ
１１２０ 第２フィルタアレイ
４１００ 画素アレイ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】