特開 2024-93006 イメージセンシング装置およびそれを含むイメージング装置

(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】P2024093006

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】イメージセンシング装置およびそれを含むイメージング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240701BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 A

H04N25/70

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023218779

(22)【出願日】2023-12-26

(31)【優先権主張番号】10-2022-0184486

(32)【優先日】2022-12-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(71)【出願人】

【識別番号】310024033

【氏名又は名称】エスケーハイニックス株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＫ ｈｙｎｉｘ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】２０９１， Ｇｙｅｏｎｇｃｈｕｎｇ－ｄａｅｒｏ，Ｂｕｂａｌ－ｅｕｂ，Ｉｃｈｅｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム ハンジュン

(72)【発明者】

【氏名】キム ソンレ

【テーマコード（参考）】

4M118

5C024

【Ｆターム（参考）】

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA09

4M118BA14

4M118CA02

4M118CA22

4M118DD04

4M118FA33

4M118FA38

4M118GC07

4M118GC14

4M118GD04

5C024EX43

5C024EX52

5C024GX01

5C024GX03

5C024GY31

(57)【要約】

【課題】イメージセンシング装置のイメージの品質を向上させる。
【解決手段】本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置１００は、それぞれが第１サブピクセルと第１サブピクセルを囲む第２サブピクセルとを含む複数のピクセル２００を含み、第１サブピクセルは、第１カラー光を感知するカラーサブピクセル（Ｃ）またはホワイト光を感知するホワイトサブピクセル（Ｗ）のいずれか一方であり、第２サブピクセルは、カラーサブピクセルまたはホワイトサブピクセルのいずれか他方であってもよい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが第１サブピクセルと前記第１サブピクセルを囲む第２サブピクセルとを含む複数のピクセルを含み、
前記第１サブピクセルは、第１カラー光を感知するカラーサブピクセルまたはホワイト光を感知するホワイトサブピクセルのいずれか一方であり、
前記第２サブピクセルは、前記カラーサブピクセルまたは前記ホワイトサブピクセルのいずれか他方である、イメージセンシング装置。

【請求項2】

前記第１サブピクセルは、前記ピクセルの中央に配置され、
前記第２サブピクセルは、前記第１サブピクセルを囲む閉鎖形態を有するように配置される、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項3】

前記第１サブピクセルの面積は、前記第２サブピクセルの面積よりも大きい、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項4】

前記第１サブピクセルは、前記カラーサブピクセルであり、
前記第２サブピクセルは、前記ホワイトサブピクセルである、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項5】

前記第１サブピクセルは、前記第１カラー光を選択的に透過させる光学フィルタを含み、
前記第２サブピクセルは、前記光学フィルタを含まない、請求項４に記載のイメージセンシング装置。

【請求項6】

前記第１サブピクセルは、前記ホワイトサブピクセルであり、
前記第２サブピクセルは、前記カラーサブピクセルである、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項7】

前記第２サブピクセルは、前記第１カラー光を選択的に透過させる光学フィルタを含み、
前記第１サブピクセルは、前記光学フィルタを含まない、請求項６に記載のイメージセンシング装置。

【請求項8】

前記第１サブピクセルは、前記第１カラー光または前記ホワイト光のいずれか一方を光電荷に変換する第１光電変換素子を含み、
前記第２サブピクセルは、前記第１カラー光または前記ホワイト光のいずれか他方を光電荷に変換する第２光電変換素子を含み、
前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子が互いに物理的に分離される、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項9】

前記複数のピクセルのうち、第１ピクセルの第２サブピクセルと、前記第１ピクセルに隣接する第２ピクセルの第２サブピクセルを光学的に分離する第１素子分離構造をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項10】

前記第１サブピクセルと前記第２サブピクセルを光学的に分離する第２素子分離構造をさらに含む、請求項１に記載のイメージセンシング装置。

【請求項11】

それぞれが第１サブピクセルと前記第１サブピクセルを囲む第２サブピクセルとを含む複数のピクセルと、
前記第１サブピクセルおよび前記第２サブピクセルそれぞれから生成されたイメージデータを処理するイメージ信号プロセッサと、
を含み、
前記第１サブピクセルは、第１カラー光を感知するカラーサブピクセルまたはホワイト光を感知するホワイトサブピクセルのいずれか一方であり、
前記第２サブピクセルは、前記カラーサブピクセルまたは前記ホワイトサブピクセルのいずれか他方である、イメージング装置。

【請求項12】

前記第１サブピクセルは、前記カラーサブピクセルであり、
前記第２サブピクセルは、前記ホワイトサブピクセルである、請求項１１に記載のイメージング装置。

【請求項13】

前記第１サブピクセルは、前記ホワイトサブピクセルであり、
前記第２サブピクセルは、前記カラーサブピクセルである、請求項１１に記載のイメージング装置。

【請求項14】

前記第１サブピクセルは、前記ピクセルの中央に配置され、
前記第２サブピクセルは、前記第１サブピクセルを囲むドーナツ形状を有するように配置される、請求項１１に記載のイメージング装置。

【請求項15】

前記第１サブピクセルの面積は、前記第２サブピクセルの面積よりも大きい、請求項１１に記載のイメージング装置。

【請求項16】

前記イメージ信号プロセッサは、前記第１サブピクセルから生成された第１イメージデータと前記第２サブピクセルから生成された第２イメージデータを演算した結果を、前記第１サブピクセルと前記第２サブピクセルを含むピクセルのイメージデータとして決める、請求項１１に記載のイメージング装置。

【請求項17】

前記イメージ信号プロセッサは、
低照度の条件で、前記第１サブピクセルから生成された第１イメージデータと前記第２サブピクセルから生成された第２イメージデータを演算した結果を、前記第１サブピクセルと前記第２サブピクセルを含むピクセルのイメージデータとして決め、
高照度の条件で、前記第１イメージデータと前記第２イメージデータのうちカラーイメージデータを、前記第１サブピクセルと前記第２サブピクセルを含むピクセルのイメージデータとして決める、請求項１１に記載のイメージング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光を感知してイメージデータを生成することができるイメージセンシング装置およびそれを含むイメージング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

イメージセンシング装置は、光に反応する光感知半導体物質の性質を用いて光学イメージをキャプチャ（ｃａｐｔｕｒｅ）する装置である。自動車、医療、コンピュータ、および通信などの産業の発展に伴い、スマートフォン、デジタルカメラ、ゲーム機器、モノのインターネット（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）、ロボット、セキュリティ用カメラ、医療用マイクロカメラなどの様々な分野における高性能（ｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）イメージセンシング装置の需要が増大している。

【0003】

イメージセンシング装置は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンシング装置と、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンシング装置に大別することができる。ＣＣＤイメージセンシング装置は、ＣＭＯＳイメージセンシング装置に比べて、より良いイメージ品質を提供するが、より大きい大きさで実現され、より多い電力を消費する傾向がある。これに対し、ＣＭＯＳイメージセンシング装置は、ＣＣＤイメージセンシング装置に比べて、より小さい大きさで実現されることができ、より少ない電力を消費する。また、ＣＭＯＳイメージセンシング装置は、ＣＭＯＳ製造技術を用いて製造されるため、光感知素子および信号処理回路を単一チップに統合することができ、これにより、安価で小型のイメージセンシング装置を生産することができる。このことから、ＣＭＯＳイメージセンシング装置は、モバイル装置を含む多くのアプリケーションのために開発されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の技術的思想は、互いに異なる種類のサブピクセルで構成されたピクセルを含むイメージセンシング装置およびそれを含むイメージング装置を提供することができる。

【0005】

本発明の技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されず、言及していない他の技術的課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本文書に開示される本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置は、それぞれが第１サブピクセルと前記第１サブピクセルを囲む第２サブピクセルとを含む複数のピクセルを含み、前記第１サブピクセルは、第１カラー光を感知するカラーサブピクセルまたはホワイト光を感知するホワイトサブピクセルのいずれか一方であり、前記第２サブピクセルは、前記カラーサブピクセルまたは前記ホワイトサブピクセルのいずれか他方であってもよい。

【0007】

本発明の一実施形態に係るイメージング装置は、それぞれが第１サブピクセルと前記第１サブピクセルを囲む第２サブピクセルとを含む複数のピクセルと、前記第１サブピクセルおよび前記第２サブピクセルそれぞれから生成されたイメージデータを処理するイメージ信号プロセッサと、を含み、前記第１サブピクセルは、第１カラー光を感知するカラーサブピクセルまたはホワイト光を感知するホワイトサブピクセルのいずれか一方であり、前記第２サブピクセルは、前記カラーサブピクセルまたは前記ホワイトサブピクセルのいずれか他方であってもよい。

【発明の効果】

【0008】

本文書に開示される実施形態によると、１つのピクセル内にカラーサブピクセルおよびホワイトサブピクセルが含まれ、１つのピクセル毎にカラー情報と明るさ情報がともに取得されることができるため、イメージの品質が向上することができる。
この他に、本文書により、直接的または間接的に把握される様々な効果が提供可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るイメージング装置を示したブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るピクセルを簡略に示した図である。

【図3】図２に示されたピクセルを含むピクセルアレイの一部に対する一例を示した図である。

【図4】図３に示されたピクセルアレイの一部から取得されるイメージデータを示した図である。

【図5】図３に示されたピクセルアレイの断面を示した図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係るピクセルを簡略に示した図である。

【図7】図６に示されたピクセルを含むピクセルアレイの一部に対する一例を示した図である。

【図8】図７に示されたピクセルアレイの一部から取得されるイメージデータを示した図である。

【図9】図７に示されたピクセルアレイの断面を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して様々な実施形態が説明される。ただし、本開示は、特定の実施形態に限定されず、実施形態の様々な変更（ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、等価物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）、および／または代替物（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ）を含むものと理解しなければならない。本開示の実施形態は、本開示により直間接的に認識可能な様々な効果を提供することができる。

【0011】

図１は、本発明の一実施形態に係るイメージング装置を示したブロック図である。
図１を参照すると、イメージング装置（ｉｍａｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）は、イメージセンシング装置（ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）１００およびイメージ信号プロセッサ（ｉｍａｇｅ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；ＩＳＰ）５０を含むことができる。

【0012】

イメージセンシング装置１００は、ピクセルアレイ（ｐｉｘｅｌ ａｒｒａｙ）１１０、ロウドライバ（ｒｏｗ ｄｒｉｖｅｒ）１２０、相関二重サンプラ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅｒ；ＣＤＳ）１３０、アナログ－デジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＡＤＣ）１４０、出力バッファ（ｏｕｔｐｕｔ ｂｕｆｆｅｒ）１５０、カラムドライバ（ｃｏｌｕｍｎ ｄｒｉｖｅｒ）１６０、およびタイミングコントローラ（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１７０を含むことができる。ここで、イメージセンシング装置１００の各構成は例示的なものにすぎず、必要に応じて少なくとも一部の構成が追加または省略されてもよい。

【0013】

ピクセルアレイ１１０は、複数のロウ（ｒｏｗｓ）および複数のカラム（ｃｏｌｕｍｎｓ）に配列された複数のピクセルを含むことができる。一実施形態において、複数のピクセルは、ロウおよびカラムを含む２次元ピクセルアレイに配列されることができる。他の実施形態において、複数の単位イメージピクセルは、３次元ピクセルアレイに配列されることができる。複数のピクセルは、ピクセル単位でまたはピクセルグループ単位で光信号を電気的信号に変換することができ、ピクセルグループ内のピクセルは、少なくとも特定の内部回路を共有することができる。ピクセルアレイ１１０は、ロウドライバ１２０からロウ選択信号、ピクセルリセット信号、および転送信号などを含む駆動信号を受信することができ、駆動信号により、ピクセルアレイ１１０の当該ピクセルは、ロウ選択信号、ピクセルリセット信号、および転送信号に対応する動作を行うように活性化されることができる。

【0014】

ロウドライバ１２０は、タイミングコントローラ１７０により供給される命令および制御信号に基づいて、当該ロウに含まれたピクセルに対して特定の動作を行うようにピクセルアレイ１１０を活性化することができる。一実施形態において、ロウドライバ１２０は、ピクセルアレイ１１０の少なくとも１つのロウに配列された少なくとも１つのピクセルを選択することができる。ロウドライバ１２０は、複数のロウのうち少なくとも１つのロウを選択するためにロウ選択信号を生成することができる。ロウドライバ１２０は、選択された少なくとも１つのロウに対応するピクセルに対して、ピクセルリセット信号および転送信号を順次イネーブルにすることができる。これにより、選択されたロウのピクセルそれぞれから生成されるアナログ形態の基準信号と画像信号が相関二重サンプラ１３０に順次伝達されることができる。ここで、基準信号は、ピクセルのセンシングノード（例えば、フローティングディフュージョンノード）がリセットされた際に、相関二重サンプラ１３０に提供される電気的信号であり、画像信号は、ピクセルにより生成された光電荷がセンシングノードに蓄積された際に、相関二重サンプラ１３０に提供される電気的信号であってもよい。ピクセル固有のリセットノイズ（ｒｅｓｅｔ ｎｏｉｓｅ）を示す基準信号、および入射光の強度を示す画像信号をピクセル信号と通称することができる。

【0015】

ＣＭＯＳイメージセンサは、２つのサンプル間の差を除去するためにピクセル信号を２回サンプリングすることで、固定パターンノイズのようなピクセルの所望しないオフセット値を除去できるように相関二重サンプリングを用いることができる。一例として、相関二重サンプリングは、入射光により生成された光電荷がセンシングノードに蓄積される前後に取得されたピクセル出力電圧を比較することで、所望しないオフセット値を除去し、入射光のみに基づくピクセル出力電圧が測定されることができる。一実施形態において、相関二重サンプラ１３０は、ピクセルアレイ１１０から複数のカラムラインそれぞれに提供される基準信号と画像信号を順次サンプリングおよびホールディング（ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｏｌｄｉｎｇ）することができる。すなわち、相関二重サンプラ１３０は、ピクセルアレイ１１０のカラムそれぞれに対応する基準信号と画像信号のレベルをサンプリングおよびホールディングすることができる。

【0016】

相関二重サンプラ１３０は、タイミングコントローラ１７０からの制御信号に基づいて、カラムそれぞれの基準信号と画像信号を相関二重サンプリング信号としてＡＤＣ１４０に伝達することができる。

【0017】

ＡＤＣ１４０は、相関二重サンプラ１３０から出力される各カラムに対する相関二重サンプリング信号をデジタル信号に変換して出力することができる。一実施形態において、ＡＤＣ１４０は、ランプ比較タイプ（ｒａｍｐ－ｃｏｍｐａｒｅ ｔｙｐｅ）ＡＤＣで実現されることができる。ランプ比較タイプＡＤＣは、時間に応じて上昇または下降するランプ信号とアナログピクセル信号を比較する比較回路と、ランプ信号がアナログピクセル信号にマッチング（ｍａｔｃｈｉｎｇ）するまでカウンティング動作を行うカウンタと、を含むことができる。一実施形態において、ＡＤＣ１４０は、カラムそれぞれのための相関二重サンプラ１３０により生成された相関二重サンプリング信号をデジタル信号に変換して出力することができる。

【0018】

ＡＤＣ１４０は、ピクセルアレイ１１０のカラムそれぞれに対応する複数のカラムカウンタを含むことができる。ピクセルアレイ１１０の各カラムは、各カラムカウンタに連結され、イメージデータは、カラムカウンタを用いて、カラムそれぞれに対応する相関二重サンプリング信号をデジタル信号に変換することで生成されることができる。他の実施形態によると、ＡＤＣ１４０は、１つのグローバルカウンタを含み、グローバルカウンタから提供されるグローバルコードを用いて、カラムそれぞれに対応する相関二重サンプリング信号をデジタル信号に変換することができる。

【0019】

出力バッファ１５０は、ＡＤＣ１４０から提供されるそれぞれのカラム単位のイメージデータを一時的にホールディングして出力することができる。出力バッファ１５０は、タイミングコントローラ１７０の制御信号に基づいて、ＡＤＣ１４０から出力されるイメージデータを一時的に格納することができる。出力バッファ１５０は、イメージセンシング装置１００と連結された他の装置間の転送（または、処理）速度の差を補償するインターフェースとして動作することができる。

【0020】

カラムドライバ１６０は、タイミングコントローラ１７０の制御信号に基づいて出力バッファ１５０のカラムを選択し、出力バッファ１５０の選択されたカラムに一時的に格納されたイメージデータが順次出力されるように出力バッファ１５０を制御することができる。一実施形態において、カラムドライバ１６０は、タイミングコントローラ１７０からアドレス信号を受信することができ、カラムドライバ１６０は、アドレス信号に基づいてカラム選択信号を生成して出力バッファ１５０のカラムを選択することで、出力バッファ１５０の選択されたカラムからイメージデータが外部に出力されるように制御することができる。

【0021】

タイミングコントローラ１７０は、ロウドライバ１２０、相関二重サンプラ１３０、ＡＤＣ１４０、出力バッファ１５０、およびカラムドライバ１６０のうち少なくとも１つを制御することができる。

【0022】

タイミングコントローラ１７０は、イメージセンシング装置１００の各構成の動作に求められるクロック信号、タイミングコントロールのための制御信号、およびロウまたはカラムを選択するためのアドレス信号を、ロウドライバ１２０、相関二重サンプラ１３０、ＡＤＣ１４０、出力バッファ１５０、およびカラムドライバ１６０のうち少なくとも１つに提供することができる。一実施形態によると、タイミングコントローラ１７０は、ロジック制御回路（Ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）、位相ロックループ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ、ＰＬＬ）回路、タイミングコントロール回路（ｔｉｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ）、および通信インターフェース回路（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）などを含むことができる。

【0023】

ＩＳＰ５０は、イメージセンシング装置１００から受信するイメージデータに対して画像信号処理を行うことができる。ＩＳＰ５０は、イメージデータに対してノイズを低減し、イメージデータの補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）、合成、ガンマ補正（Ｇａｍｍａ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）、カラーフィルタアレイ補間（ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ａｒｒａｙ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）、カラーマトリクス（ｃｏｌｏｒ ｍａｔｒｉｘ）、カラー補正（ｃｏｌｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）、カラーエンハンスメント（ｃｏｌｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）、レンズ歪み補正（ｌｅｎｓ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）などの画質改善のための画像信号処理を行うことができる。また、ＩＳＰ５０は、画質改善のための画像信号処理を行って生成されたイメージデータを圧縮処理して画像ファイルを生成することができ、または前記画像ファイルからイメージデータを復元することができる。画像の圧縮形式は、可逆形式または非可逆形式であってもよい。圧縮形式の例としては、静止画の場合、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）形式やＪＰＥＧ２０００形式などを用いることができる。また、動画の場合、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）標準に従って複数のフレームを圧縮して動画ファイルを生成することができる。画像ファイルは、例えば、Ｅｘｉｆ（Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ ｉｍａｇｅ ｆｉｌｅ ｆｏｒｍａｔ）標準に従って生成することができる。

【0024】

ＩＳＰ５０は、イメージ処理動作が完了したイメージデータをホスト装置（図示せず）に転送することができる。ホスト装置（図示せず）は、ＩＳＰ５０から受信するイメージ処理されたイメージデータを処理するプロセッサ（例えば、アプリケーションプロセッサ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ））、イメージデータを格納するメモリ（例えば、不揮発性メモリ）、またはイメージデータを視覚的に出力するディスプレイ装置（例えば、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ））であってもよい。

【0025】

また、ＩＳＰ５０は、イメージセンシング装置１００の動作（作動の有無、動作タイミング、動作モードなど）を制御するための制御信号をイメージセンシング装置１００に転送することができる。

【0026】

図２は、本発明の一実施形態に係るピクセルを簡略に示した図である。
図２を参照すると、ピクセル２００は、図１のピクセルアレイ１１０を構成する複数のピクセルのいずれかであってもよい。

【0027】

ピクセルアレイ１１０を構成する各ピクセルは、第１サブピクセルと第２サブピクセルを含むことができ、図２では、第１サブピクセルがカラーサブピクセルであり、第２サブピクセルがホワイトサブピクセルである実施形態について説明する。

【0028】

ピクセル２００は、第１サブピクセルであるカラーサブピクセル（Ｃ）と、第２サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）と、を含むことができる。第１サブピクセルの面積と第２サブピクセルの面積が互いに同一であってもよく、他の実施形態によると、第１サブピクセルの面積が第２サブピクセルの面積よりも大きくても小さくてもよい。第１サブピクセルの面積と第２サブピクセルの面積の大小関係に応じて第１サブピクセルと第２サブピクセルの受光量が異なり得るため、第１サブピクセルの重要度がさらに高い場合、第１サブピクセルの面積を相対的により大きく設計することが適切である。

【0029】

カラーサブピクセル（Ｃ）は、ピクセル２００の中央に配置される四角形状のピクセルであってもよい。カラーサブピクセル（Ｃ）は、予め定められた波長帯域に該当するカラー（例えば、レッド、ブルー、グリーン）の入射光のみを通過させるカラーフィルタを含むことができる。これにより、カラーサブピクセル（Ｃ）は、当該カラーに対応する入射光の強度に対応するピクセル信号を生成することができる。

【0030】

ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、ピクセル２００の縁部に配置されるドーナツ形状（または、リング形状）のピクセルであってもよい。すなわち、ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、カラーサブピクセル（Ｃ）を囲む閉鎖形態（ｃｌｏｓｅｄ ｓｈａｐｅ）を有することができる。ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、カラーフィルタを含まなくてもよく、これにより、ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、全波長帯域に該当する入射光の強度に対応するピクセル信号を生成することができる。

【0031】

図３は、図２に示されたピクセルを含むピクセルアレイの一部に対する一例を示した図である。
図３を参照すると、図２のピクセル２００に該当する構造を有するピクセルで構成されたピクセルアレイの一部３００が示されている。すなわち、各ピクセルは、第１サブピクセルであるカラーサブピクセル（レッドピクセル（Ｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、またはグリーンピクセル（Ｇ））と、第２サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）と、を含むことができる。レッドピクセル（Ｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、またはグリーンピクセル（Ｇ）のそれぞれは、レッド光、ブルー光、またはグリーン光それぞれを感知してピクセル信号を生成するピクセルであってもよい。

【0032】

ピクセルアレイの一部３００は、４個のロウおよび４個のカラムで構成された４×４マトリクスの１６個のピクセルを含むことができる。ピクセルのパターンは、各ピクセルに含まれたカラーサブピクセルの種類に応じて定められることができる。

【0033】

一実施形態によると、１６個のピクセルは、ベイヤーパターン（ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）で配列されることができる。ベイヤーパターンとは、２×２マトリクス状に配列されたピクセルで構成され、対角方向にレッドピクセルとブルーピクセルが配置され、２×２マトリクスの残りのピクセルがグリーンピクセルで満たされた形態を意味し得る。本開示ではピクセルアレイの一部３００がベイヤーパターンで配置される実施形態を中心に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されない。

【0034】

ピクセルアレイの一部３００では、各ピクセルの中央にカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が配置され、各ピクセルの縁部にカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を囲むようにホワイトサブピクセル（Ｗ）が配置されることができる。

【0035】

このような配置形態により隣接するカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の間にホワイトサブピクセル（Ｗ）が配置されることで、カラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）間のクロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が著しく低減され、カラーサブピクセルから生成されるカラー情報のノイズが低減されることができる。

【0036】

また、各ピクセル毎にホワイトサブピクセル（Ｗ）が含まれ、ホワイトサブピクセル（Ｗ）の解像度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が高くなることで、ホワイトサブピクセル（Ｗ）から取得される明るさ情報の精度が向上することができる。

【0037】

図４は、図３に示されたピクセルアレイの一部から取得されるイメージデータを示した図である。
図４を参照すると、ピクセルアレイの一部３００から取得されるイメージデータは、レッドイメージデータ４１０、グリーンイメージデータ４２０、ブルーイメージデータ４３０、およびホワイトイメージデータ４４０を含むことができる。各イメージデータで陰影処理された部分は、該当するイメージデータが存在しないことを意味し、例えば、レッドイメージデータ４１０では、４個のピクセルに対応するイメージデータのみが含まれることができる。

【0038】

レッドイメージデータ４１０は、レッドピクセル（Ｒ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであり、グリーンイメージデータ４２０は、グリーンピクセル（Ｇ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであり、ブルーイメージデータ４３０は、ブルーピクセル（Ｂ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであり、ホワイトイメージデータ４４０は、ホワイトサブピクセル（Ｗ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであってもよい。

【0039】

図４に示すように、全ピクセルそれぞれから、ホワイトイメージデータ４４０とともに、レッド、グリーン、ブルーのいずれかに該当するカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）が取得されることができる。

【0040】

本発明の実施形態とは異なり、各ピクセルにホワイトサブピクセルを含ませず、ベイヤーパターンにおける１つのグリーンピクセルをホワイトサブピクセルに置き換えて配置するピクセルアレイでは、グリーンイメージデータの解像度が劣化するだけでなく、一部のピクセルのみからホワイトイメージデータを取得することができるため、明るさ情報の正確性も低下し得る。

【0041】

ＩＳＰ５０は、各ピクセルに対して、カラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）とホワイトイメージデータ４４０を様々な方式で処理することができる。

【0042】

一実施形態によると、ＩＳＰ５０は、各ピクセルのカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）とホワイトイメージデータ４４０の平均値を各ピクセルに対するイメージデータとして用いることができる。ここで、各ピクセルに対してイメージデータを決める理由は、その後のイメージ処理（例えば、補間）では各ピクセル毎に１つのイメージデータのみが対応していることが求められるため、各ピクセルに対応するカラーイメージデータとホワイトイメージデータを用いて１つのイメージデータを決めることが必要であるためである。

【0043】

他の実施形態によると、ＩＳＰ５０は、各ピクセルのカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）に第１補正値（正の数または負の数）を足した値と、ホワイトイメージデータ４４０を第２補正値（例えば、２）で割った値とを加算し、各ピクセルに対するイメージデータとして用いることができる。

【0044】

また他の実施形態によると、ＩＳＰ５０は、各ピクセルのカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）をそのまま各ピクセルに対するイメージデータとして用いるが、この際、ホワイトイメージデータ４４０を他のイメージ処理動作（例えば、ホワイトバランス補正など）に用いることができる。

【0045】

さらに他の実施形態によると、ＩＳＰ５０は、照度に応じて適応的にイメージ処理方式を変えてもよい。例えば、高照度ではＩＳＰ５０が各ピクセルのカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）をそのまま各ピクセルに対するイメージデータとして用い、低照度ではＩＳＰ５０が各ピクセルのカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）とホワイトイメージデータ４４０を演算した値を各ピクセルに対するイメージデータとして用いることができる。これは、高照度では各ピクセルの面積よりも小さいカラーサブピクセルのカラーイメージデータだけでも十分なイメージ情報を得ることができ、ただし、低照度ではカラーイメージデータだけでは十分なイメージ情報を得ることが難しく、ホワイトイメージデータをともに活用することがより効果的であるためである。一例によると、不要な動作を行わないために、ＩＳＰ５０は、高照度の場合、ホワイトイメージデータ４４０を生成しないように制御するための制御信号をイメージセンシング装置１００に転送することができる。

【0046】

一例として、ＩＳＰ５０は、イメージセンシング装置１００に取り付けられた照度センサ（図示せず）のセンシングデータに基づいて高照度であるかまたは低照度であるかを決めることができる。他の例として、ＩＳＰ５０は、ピクセルアレイ１１０全体のホワイトイメージデータ４４０の平均（または、合計）に基づいて高照度であるかまたは低照度であるかを決めることができる。

【0047】

本開示で説明するＩＳＰ５０が各ピクセルに対してカラーイメージデータ（４１０～４３０のいずれか）とホワイトイメージデータ４４０を処理する方式は例示的なものであり、通常のＲＧＢＷデータに対するイメージ処理方法が用いられてもよい。

【0048】

図５は、図３に示されたピクセルアレイの断面を示した図である。
図５を参照すると、図３の第１水平切断線（Ｈ１－Ｈ１’）または第１垂直切断線（Ｖ１－Ｖ１’）に沿ってピクセルアレイの一部３００を切断した断面５００が示されている。説明の便宜上、断面５００における中央に位置するピクセルを第１ピクセル（ＰＸ１）、第１ピクセル（ＰＸ１）の左右に配置されるピクセルを第２ピクセル（ＰＸ２）および第３ピクセル（ＰＸ３）と定義する。例示的に、第１ピクセル（ＰＸ１）は、第１サブピクセルに該当する領域（ＰＸ１＿Ｍ）と、第２サブピクセルに該当する領域（ＰＸ１＿Ｓ）と、を含むことができる。

【0049】

断面５００は、基板５１０と光入射層５５０が垂直的に積層された構造を有することができる。
基板５１０は、互いに反対側に位置する上部面と下部面を含むことができる。基板５１０の下部面と上部面は、それぞれ前面（ｆｒｏｎｔ－ｓｉｄｅ）と後面（ｂａｃｋ－ｓｉｄｅ）と定義することができるが、本発明の範囲はこれに限定されない。基板５１０は、例えば、Ｐ型またはＮ型バルク（ｂｕｌｋ）基板、Ｐ型バルク基板にＰ型またはＮ型エピタキシャル層（ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌａｙｅｒ）が成長した基板、またはＮ型バルク基板にＰ型またはＮ型エピタキシャル層が成長した基板であってもよい。基板５１０は、内部にシリコン領域５１５を含むことができる。

【0050】

基板５１０は、内部に互いに物理的に分離された第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）を含むことができる。第１光電変換素子（ＰＤ１）は、第１サブピクセルであるカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に含まれ、カラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に相応する面積で配置されることができる。第２光電変換素子（ＰＤ２）は、第２サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）に含まれ、ホワイトサブピクセル（Ｗ）に相応する面積で配置されることができる。

【0051】

第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）のそれぞれは、入射光の強度に対応して光電荷（ｐｈｏｔｏｃｈａｒｇｅ）を生成および蓄積することができる。第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）のそれぞれは、Ｎ型イオンを注入するイオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）工程によりＮ型ドーピング領域に形成されることができる。実施形態によると、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）のそれぞれは、複数のドーピング領域が積層された形態に形成されることができる。この場合、下部ドーピング領域は、Ｎ＋型イオンが注入されて形成され、上部ドーピング領域は、Ｎ－型イオンが注入されて形成されることができる。第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）のそれぞれは、受光効率を示すフィルファクタ（ｆｉｌｌ－ｆａｃｔｏｒ）を高めるために、可能な限り広い面積にわたって形成されることができる。

【0052】

互いに隣接する第１～第３ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）それぞれの境界には、ピクセル間の電気的分離および光学的分離のために垂直に深く掘られた形態を有する第１素子分離構造５２０が配置されることができる。

【0053】

第１～第３ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）それぞれのカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）とホワイトサブピクセル（Ｗ）との境界、すなわち、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）との間には、第１サブピクセルと第２サブピクセルとの間の電気的分離および光学的分離のために垂直に深く掘られた形態を有する第２素子分離構造５３０が配置されることができる。

【0054】

第１素子分離構造５２０と第２素子分離構造５３０のそれぞれは、ＦＤＴＩ（ｆｒｏｎｔ－ｓｉｄｅ ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造またはＢＤＴＩ（ｂａｃｋｓｉｄｅ ｄｅｅｐ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）構造に形成されることができる。第１素子分離構造５２０と第２素子分離構造５３０の内部には、絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など）が配置されることができる。一実施形態によると、絶縁膜の内部に暗電流（ｄａｒｋ ｃｕｒｒｅｎｔ）抑制のためのバイアス電圧を印加可能なポリシリコン（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）が配置されることができる。
第１素子分離構造５２０の幅は、第２素子分離構造５３０の幅と同一であってもよく、より大きくてもよい。

【0055】

第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）それぞれに蓄積された光電荷は、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）それぞれに連結された読み出し（ｒｅａｄｏｕｔ）回路を介してピクセル信号に変換されてカラムラインに出力されることができる。一実施形態によると、読み出し回路は、転送トランジスタ、フローティングディフュージョンノード、リセットトランジスタ、ソースフォロアトランジスタ、および選択トランジスタを含むことができる。

【0056】

転送トランジスタは、ロウドライバ１２０から供給される転送信号に応答し、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）それぞれに蓄積された光電荷をフローティングディフュージョンノードに伝達することができる。フローティングディフュージョンノードは、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）それぞれから光電荷が伝達されて蓄積される領域であってもよい。リセットトランジスタは、ロウドライバ１２０から供給されるピクセルリセット信号に応答し、フローティングディフュージョンノードをリセット電圧（例えば、電源電圧）にリセットさせることができる。ソースフォロアトランジスタは、ゲートに連結されたフローティングディフュージョンノードの電位を電気信号に変換して選択トランジスタに伝達することができる。選択トランジスタは、ロウドライバ１２０から供給されるロウ選択信号に応答し、ソースフォロアトランジスタから出力される電気信号をピクセル信号としてカラムラインに出力することができる。

【0057】

読み出し回路のうち、転送トランジスタは、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）それぞれに対応して独立して設けられ、他の構成は、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）に対して共通して設けられることができる。

【0058】

光入射層５５０は、イメージセンシング装置１００の外部から入射する入射光を受信して基板５１０に伝達する構成であり、反射防止層５６０、光学フィルタ５７０、光学グリッド構造５８０、およびマイクロレンズ５９０を含むことができる。

【0059】

反射防止層５６０は、基板５１０の上部に配置され、基板５１０に入射する光の反射を低減することができる。反射防止層５６０は、反射を低減するために、所定の屈折率（例えば、基板５１０の屈折率よりも低い屈折率）を有することができる。

【0060】

光学フィルタ５７０は、各ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）の第１サブピクセルであるカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に配置されることができる。光学フィルタ５７０は、互いに隣接する光学グリッド構造５８０の間でカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の第１光電変換素子（ＰＤ１）の上部に配置されることができ、透過波長帯域の光（例えば、レッド（Ｒｅｄ）、グリーン（Ｇｒｅｅｎ）、ブルー（Ｂｌｕｅ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）、シアン（Ｃｙａｎ）、赤外線（ｉｎｆｒａｒｅｄ）など）を選択的に透過させることができる。ここで、透過波長帯域とは、当該光学フィルタが選択的に透過させようとする光に対応する波長帯域を意味し得る。例えば、光学フィルタ５７０は、特定のカラーに対応する有色の感光性物質を含むか、または交互に配置された薄膜層を含むことができる。

【0061】

光学フィルタ５７０は、各ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）の第２サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）には配置されなくてもよい。すなわち、光学フィルタ５７０がホワイトサブピクセル（Ｗ）の第２光電変換素子（ＰＤ２）の上部に配置されないことで、全波長帯域に該当する光が第２光電変換素子（ＰＤ２）に伝達されることができる。

【0062】

他の実施形態によると、各ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）のホワイトサブピクセル（Ｗ）にも光学フィルタが配置されることができる。ただし、ホワイトサブピクセル（Ｗ）に配置される光学フィルタの透過波長帯域は可視光の全波長帯域に該当し、全波長帯域に該当する光が第２光電変換素子（ＰＤ２）に伝達されることができる。ホワイトサブピクセル（Ｗ）に配置される光学フィルタは、平面上では当該ホワイトサブピクセル（Ｗ）に相応する面積を有し、断面上では光学フィルタ５７０に相応する高さを有することができるが、本発明の範囲はこれに限定されない。

【0063】

光学グリッド構造５８０は、隣接するピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）間の境界に沿って配置され、第１～第３ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）それぞれに入射する光が隣接するピクセルに移動するのを防止して光学的クロストークを最小化することができる。他の実施形態によると、光学グリッド構造５８０は、第１～第３ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）それぞれの第１サブピクセルと第２サブピクセルとの境界にさらに配置され、第１サブピクセルと第２サブピクセルとの間の光学的クロストークを最小化することができる。

【0064】

マイクロレンズ５９０は、反射防止層５６０、光学フィルタ５７０、および光学グリッド構造５８０の上部に形成されることができ、入射光に対する集光力（ｌｉｇｈｔ ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）を高め、第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）の受光効率を向上させることができる。

【0065】

図６は、本発明の他の実施形態に係るピクセルを簡略に示した図である。
図６を参照すると、ピクセル６００は、図１のピクセルアレイ１１０を構成する複数のピクセルのいずれかであってもよい。

【0066】

ピクセルアレイ１１０を構成する各ピクセルは、第１サブピクセルと第２サブピクセルを含むことができ、図６では、第１サブピクセルがホワイトサブピクセルであり、第２サブピクセルがカラーサブピクセルである実施形態について説明する。

【0067】

ピクセル６００は、第１サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）と、第２サブピクセルであるカラーサブピクセル（Ｃ）と、を含むことができる。第１サブピクセルの面積と第２サブピクセルの面積が互いに同一であってもよく、他の実施形態によると、第１サブピクセルの面積が第２サブピクセルの面積よりも大きくても小さくてもよい。第１サブピクセルの面積と第２サブピクセルの面積の大小関係に応じて第１サブピクセルと第２サブピクセルの受光量が異なり得るため、第１サブピクセルの重要度がさらに高い場合、第１サブピクセルの面積を相対的により大きく設計することが適切である。

【0068】

ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、ピクセル６００の中央に配置される四角形状のピクセルであってもよい。ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、カラーフィルタを含まなくてもよく、これにより、ホワイトサブピクセル（Ｗ）は、全波長帯域に該当する入射光の強度に対応するピクセル信号を生成することができる。

【0069】

カラーサブピクセル（Ｃ）は、ピクセル６００の縁部に配置されるドーナツ形状（または、リング形状）のピクセルであってもよい。すなわち、カラーサブピクセル（Ｃ）は、ホワイトサブピクセル（Ｗ）を囲む閉鎖形態を有することができる。カラーサブピクセル（Ｃ）は、予め定められた波長帯域に該当するカラー（例えば、レッド、ブルー、グリーン）の入射光のみを通過させるカラーフィルタを含むことができる。これにより、カラーサブピクセル（Ｃ）は、当該カラーに対応する入射光の強度に対応するピクセル信号を生成することができる。

【0070】

図７は、図６に示されたピクセルを含むピクセルアレイの一部に対する一例を示した図である。
図７を参照すると、図６のピクセル６００に該当する構造を有するピクセルで構成されたピクセルアレイの一部７００が示されている。すなわち、各ピクセルは、第１サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）と、第２サブピクセルであるカラーサブピクセル（レッドピクセル（Ｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、またはグリーンピクセル（Ｇ））と、を含むことができる。レッドピクセル（Ｒ）、ブルーピクセル（Ｂ）、またはグリーンピクセル（Ｇ）のそれぞれは、レッド光、ブルー光、またはグリーン光それぞれを感知してピクセル信号を生成するピクセルであってもよい。

【0071】

ピクセルアレイの一部７００は、４個のロウおよび４個のカラムで構成された４×４マトリクスの１６個のピクセルを含むことができる。ピクセルのパターンは、各ピクセルに含まれたカラーサブピクセルの種類に応じて定められることができる。

【0072】

一実施形態によると、１６個のピクセルは、ベイヤーパターン（ｂａｙｅｒ ｐａｔｔｅｒｎ）で配列されることができる。ベイヤーパターンとは、２×２マトリクス状に配列されたピクセルで構成され、対角方向にレッドピクセルとブルーピクセルが配置され、２×２マトリクスの残りのピクセルがグリーンピクセルで満たされた形態を意味し得る。本開示ではピクセルアレイの一部７００がベイヤーパターンで配置される実施形態を中心に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されない。

【0073】

ピクセルアレイの一部７００では、各ピクセルの中央にホワイトサブピクセル（Ｗ）が配置され、各ピクセルの縁部にホワイトサブピクセル（Ｗ）を囲むようにカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が配置されることができる。

【0074】

このような配置形態により隣接するホワイトサブピクセル（Ｗ）の間にカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）が配置されることで、ホワイトサブピクセル（Ｗ）間のクロストークが著しく低減され、ホワイトサブピクセル（Ｗ）から生成される明るさ情報のノイズが低減されることができる。

【0075】

また、各ピクセル毎にホワイトサブピクセル（Ｗ）が含まれ、ホワイトサブピクセル（Ｗ）の解像度が高くなることで、ホワイトサブピクセル（Ｗ）から取得される明るさ情報の精度が向上することができる。

【0076】

図８は、図７に示されたピクセルアレイの一部から取得されるイメージデータを示した図である。
図８を参照すると、ピクセルアレイの一部７００から取得されるイメージデータは、レッドイメージデータ８１０、グリーンイメージデータ８２０、ブルーイメージデータ８３０、およびホワイトイメージデータ８４０を含むことができる。各イメージデータで陰影処理された部分は、該当するイメージデータが存在しないことを意味し、例えば、レッドイメージデータ８１０では、４個のピクセルに対応するイメージデータのみが含まれることができる。

【0077】

レッドイメージデータ８１０は、レッドピクセル（Ｒ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであり、グリーンイメージデータ８２０は、グリーンピクセル（Ｇ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであり、ブルーイメージデータ８３０は、ブルーピクセル（Ｂ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであり、ホワイトイメージデータ８４０は、ホワイトサブピクセル（Ｗ）のピクセル信号に基づいて生成されたイメージデータであってもよい。

【0078】

図８に示すように、全ピクセルそれぞれから、ホワイトイメージデータ８４０とともに、レッド、グリーン、ブルーのいずれかに該当するカラーイメージデータ（８１０～８３０のいずれか）が取得されることができる。

【0079】

本発明の実施形態とは異なり、各ピクセルにホワイトサブピクセルを含ませず、ベイヤーパターンにおける１つのグリーンピクセルをホワイトサブピクセルに置き換えて配置するピクセルアレイでは、グリーンイメージデータの解像度が劣化するだけでなく、一部のピクセルのみからホワイトイメージデータを取得することができるため、明るさ情報の正確性も低下し得る。

【0080】

ＩＳＰ５０は、各ピクセルに対して、カラーイメージデータ（８１０～８３０のいずれか）とホワイトイメージデータ８４０を様々な方式で処理することができる。ＩＳＰ５０がカラーイメージデータ（８１０～８３０のいずれか）とホワイトイメージデータ８４０を処理する方式は、図４を参照して説明した方式と実質的に同様であるため、重複した説明は省略する。

【0081】

図９は、図７に示されたピクセルアレイの断面を示した図である。
図９を参照すると、図７の第２水平切断線（Ｈ２－Ｈ２’）または第２垂直切断線（Ｖ２－Ｖ２’）に沿ってピクセルアレイの一部７００を切断した断面９００が示されている。説明の便宜上、断面９００における中央に位置するピクセルを第４ピクセル（ＰＸ４）、第４ピクセル（ＰＸ４）の左右に配置されるピクセルを第５ピクセル（ＰＸ５）および第６ピクセル（ＰＸ６）と定義する。例示的に、第４ピクセル（ＰＸ４）は、第１サブピクセルに該当する領域（ＰＸ４＿Ｍ）と、第２サブピクセルに該当する領域（ＰＸ４＿Ｓ）と、を含むことができる。

【0082】

断面９００は、基板９１０と光入射層９５０が垂直的に積層された構造を有することができる。断面９００は、図５の断面５００と比較して一部の相違点を除いては実質的に同様であるため、一部の相違点を中心に説明する。

【0083】

基板９１０は、内部に第１光電変換素子（ＰＤ１）と第２光電変換素子（ＰＤ２）を含むことができる。第１光電変換素子（ＰＤ１）は、第１サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）に含まれ、ホワイトサブピクセル（Ｗ）に相応する面積で配置されることができる。第２光電変換素子（ＰＤ２）は、第２サブピクセルであるカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に含まれ、カラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に相応する面積で配置されることができる。基板９１０は、シリコン領域９１５、第１および第２素子分離構造９２０、９３０をさらに含むが、図５のシリコン領域５１５、第１および第２素子分離構造５２０、５３０それぞれの構造および機能と実質的に同様であってもよい。

【0084】

光入射層９５０は、光学フィルタ９７０を含むことができ、光学フィルタ９７０は、各ピクセル（ＰＸ４～ＰＸ６）の第２サブピクセルであるカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に配置されることができる。光学フィルタ９７０は、互いに隣接する光学グリッド構造９８０の間でカラーサブピクセル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の第２光電変換素子（ＰＤ２）の上部に配置されることができ、透過波長帯域の光を選択的に透過させることができる。

【0085】

光学フィルタ９７０は、各ピクセル（ＰＸ４～ＰＸ６）の第１サブピクセルであるホワイトサブピクセル（Ｗ）には配置されなくてもよい。すなわち、光学フィルタ９７０がホワイトサブピクセル（Ｗ）の第１光電変換素子（ＰＤ１）の上部に配置されないことで、全波長帯域に該当する光が第１光電変換素子（ＰＤ１）に伝達されることができる。

【0086】

他の実施形態によると、各ピクセル（ＰＸ１～ＰＸ３）のホワイトサブピクセル（Ｗ）にも光学フィルタが配置されることができる。ただし、ホワイトサブピクセル（Ｗ）に配置される光学フィルタの透過波長帯域は可視光の全波長帯域に該当し、全波長帯域に該当する光が第２光電変換素子（ＰＤ２）に伝達されることができる。ホワイトサブピクセル（Ｗ）に配置される光学フィルタは、平面上では当該ホワイトサブピクセル（Ｗ）に相応する面積を有し、断面上では光学フィルタ９７０に相応する高さを有することができるが、本発明の範囲はこれに限定されない。

【0087】

光入射層９５０は、光学グリッド構造９８０、マイクロレンズ９９０をさらに含むが、図５の光学グリッド構造５８０、マイクロレンズ５９０それぞれの構造および機能と実質的に同様であってもよい。

【0088】

本発明の一実施形態に係るイメージセンシング装置１００によると、１つのピクセル内にカラーサブピクセルおよびホワイトサブピクセルが含まれ、１つのピクセル毎にカラー情報と明るさ情報がともに取得されることができるため、イメージの品質が向上することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】