特許 7458439 イメージセンサおよび画像検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(54)【発明の名称】イメージセンサおよび画像検出方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20240322BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

H01L31/02 D

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022076970

(22)【出願日】2022-05-09

(65)【公開番号】P2023081266

(43)【公開日】2023-06-09

【審査請求日】2022-05-09

(31)【優先権主張番号】17/538,354

(32)【優先日】2021-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507296388

【氏名又は名称】采▲ぎょく▼科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＶｉｓＥｒａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１２，Ｄｕｓｉｎｇ Ｒｄ．１， Ｈｓｉｎｃｈｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐａｒｋ，Ｈｓｉｎ－Ｃｈｕ Ｃｉｔｙ，Ｔａｉｗａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100105946

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 富彦

(72)【発明者】

【氏名】蔡 維隆

(72)【発明者】

【氏名】陳 皇任

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 慶強

(72)【発明者】

【氏名】張 育淇

【審査官】脇水 佳弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２０３０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０４３２１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２２１７２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１６９８０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１０３７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２３５４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１５８８２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０１Ｌ ３１／０２３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イメージセンサであって、
複数の液体レンズユニット、
複数の感知部、および
前記複数の感知部の上方および前記複数の液体レンズユニットの下方に対応してそれぞれ配置された複数のカラーフィルタユニットを含み、
スペーサ構造が前記複数のカラーフィルタユニットのそれぞれを囲み、
前記複数の液体レンズユニットは、
下部電極と上部電極、
前記下部電極と前記上部電極の間に配置された誘電体層、
前記誘電体層と前記上部電極との間に配置された閉じ込め空間、および
前記閉じ込め空間内に充填された非極性液体と極性液体を含み、前記非極性液体と前記極性液体は互いに非混和性であり、
前記非極性液体は、第１の電圧において前記誘電体層上の第１の接触面積、および第２の電圧において前記誘電体層上の第２の接触面積を占めるように構成され、前記第１の接触面積は前記第２の接触面積より大きく、前記第２の電圧は前記第１の電圧より高く、
前記非極性液体が前記第１の電圧において前記誘電体層上の第１の接触面積を占めるように構成されたとき、前記複数のカラーフィルタユニットは前記非極性液体によって完全に覆われ、前記非極性液体が前記第２の電圧において前記誘電体層上の前記第２の接触面積を占めるように構成されたとき、前記複数のカラーフィルタユニットは前記非極性液体によって覆われないイメージセンサ。

【請求項2】

前記誘電体層と前記上部電極を垂直に支持する画素壁をさらに含み、前記画素壁は、前記閉じ込め空間を前記複数の液体レンズユニットに区画化する請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項3】

前記下部電極は、複数の孔を有するパターン化された電極であり、前記誘電体層上の前記第２の接触面積は、前記複数の孔に対応する請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項4】

前記誘電体層は疎水性材料で形成されており、前記非極性液体の屈折率は前記極性液体の屈折率より大きく、カバープレートが前記上部電極上に配置されている請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項5】

前記複数の感知部を分離する複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造をさらに含み、前記複数のディープトレンチアイソレーション構造は、センサユニットのサイズを規定する請求項１に記載のイメージセンサ。

【請求項6】

請求項１に記載の前記イメージセンサからの画像を検出する方法は、
前記下部電極と前記上部電極を電源に接続するステップ、
前記電源から前記下部電極と前記上部電極を介して前記イメージセンサに前記第１の電圧を供給して、第１の画像を生成するステップ、
前記電源から前記下部電極と前記上部電極を介して前記イメージセンサに前記第２の電圧を供給して、第２の画像を生成するステップ、および
アルゴリズムを用いて、前記第１の画像と前記第２の画像を結合して最終画像にするステップを含む方法。

【請求項7】

前記第１の画像はカラー画像であり、前記第２の画像は白黒画像であり、前記アルゴリズムは、前記第１の画像の光強度と前記第２の画像の光強度の総和に正規化されたスペクトルを掛けて、最終画像を生成する請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージセンサに関するものであり、特に、イメージセンサの動的液体レンズユニットおよび画像検出方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサ（ＣＩＳとしても知られている）などのイメージセンサは、デジタル静止画スチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの様々な撮像装置で広く用いられている。イメージセンサの光感知部は、周囲の色の変化を検出することができ、信号電荷は、光感知部で受光される光量に応じて生成されることができる。また、光感知部で生成された信号電荷が伝送されて増幅されることにより、画像信号が得られる。

【0003】

画像信号は受光量の大きさに依存するため、暗い環境、または低輝度の環境でイメージセンサを動作させると、得られる画像の品質に深刻に影響を与える可能性がある。深刻な影響には、ゴースト、ノイズ、モーションブラーなどを含む。フラッシュライトは画像検出中の露光を増加させるために用いられることができるが、照明に必要な装置は製造コストが高くなる可能性がある。従って、これらの、および関連する問題は、イメージセンサの設計および製造を通じて解決する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

イメージセンサの動的液体レンズユニットおよび画像検出方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態では、イメージセンサは、複数の液体レンズユニットを含み、これらは、下部電極と上部電極、下部電極と上部電極の間に配置された誘電体層、誘電体層と上部電極との間に配置された閉じ込め空間、および閉じ込め空間内に充填された非極性液体と極性液体を含み、非極性液体と極性液体は互いに非混和性である。非極性液体は、第１の電圧において誘電体層上の第１の接触面積、および、第２の電圧において誘電体層上の第２の接触面積を占めるように構成される。第１の接触面積は第２の接触面積より大きく、第２の電圧は第１の電圧より高い。

【0006】

もう１つの実施形態では、イメージセンサからの画像を検出する方法は、下部電極と上部電極を電源に接続するステップ、電源から下部電極と上部電極を介してイメージセンサに第１の電圧を供給して、第１の画像を生成するステップ、電源から下部電極と上部電極を介してイメージセンサに第２の電圧を供給して、第２の画像を生成するステップ、およびアルゴリズムを用いて、第１の画像と第２の画像を結合して最終画像にするステップを含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明及び例を読むことで、より完全に理解することができる。図面は、業界の標準的な慣行に従って、様々な特徴が縮尺通りに描かれていない。実際、様々な特徴の寸法は、明確に説明できるようにするために、任意に拡大または縮小されることがある。

【図1A】図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサの断面図である。

【図1B】図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサの上面図である。

【図1C】図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、イメージセンサの一部の立体図である。

【図2A】図２Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサの断面図である。

【図2B】図２Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサの上面図である。

【図3】図３は、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサから生成された画像と第２の動作状態におけるイメージセンサから生成された画像とを結合するフローチャートである。

【図4A】図４Ａは、本開示のもう１つの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサの断面図である。

【図4B】図４Ｂは、本開示のもう１つの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサの上面図である。

【図5A】図５Ａは、本開示のもう１つの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサの断面図である。

【図5B】図５Ｂは、本開示のもう１つの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサの上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施の形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示において、第１の特徴が第２の特徴の上に形成されるということは、第１と第２の特徴が直接接触して形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触しないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成される複数の実施形態を含むこともできる。

【0009】

追加のステップが、例示された方法の前、間、または後に実施されてもよく、例示された方法のその他の実施形態では、いくつかのステップが置き換えられるか、または省略されてもよい。

【0010】

さらに、(以下の詳細な説明において)、「下の方」、「下方」、「下部」、「上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴と、別の要素と特徴との関係を記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（９０度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。

【0011】

本開示では、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語は、一般的に、所定値の＋／－２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／－１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／－０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。即ち、「約」、「およそ」、および「実質的に」という用語の具体的な説明がないとき、所定値は、「約」、「およそ」、および「実質的に」の意味を含む。

【0012】

特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されない。

【0013】

本開示は、以下の実施形態において同じ構成要素の符号または文字を繰り返し用いる可能性がある。繰り返し用いる目的は、簡易化した、明確な説明を提供するためのもので、説明される様々な実施形態および／または構成の関係を限定するものではない。

【0014】

低輝度の環境でのイメージセンサの動作に対応するために、得られる画像の品質は重大な関心事となる。画質を向上させる従来の方法は、フラッシュからの光を用いてオブジェクトを露光することであった。しかしながら、フラッシュ光を提供する装置を含めると、製造コストが高くなる。本開示のいくつかの実施形態によれば、複数の液体レンズユニットがイメージセンサに統合される。従来、マイクロレンズは、入射光線を下方にあるカラーフィルタユニットに通過させ、基板内に埋め込まれた複数の感知部に収束させるための固定形状の固体であった。言い換えれば、固体マイクロレンズを置き換えることにより、イメージセンサは汎用性の高い構造となる。動的液体レンズは、異なる電圧レベルの印加に応じてその形状を変えることができる。例えば、電源が１５Ｖ超えの電圧を供給したとき、動的液体レンズは、分散（ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ）状態から集中（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ）状態に変わることができるが、そのメカニズムについては以下に詳細に説明する。動的液体レンズが分散状態にあるとき、イメージセンサは任意の従来のイメージセンサ構造と同様に機能することができる。しかしながら、動的液体レンズが集中状態にあるとき、より多くの入射光が画像検出のために、イメージセンサに入射するようにされることができる。

【0015】

高輝度の環境で動作するとき、イメージセンサは、十分な光量で比較的高画質の画像を検出することができる。本開示は、画像が高輝度の環境で得られるものと同じ品質を有することができる、低輝度の環境で画像を取得する革新的な方法を提供する。本開示の複数の液体レンズユニットは、電圧を調整することにより撮像画像の質を高め、それによって画質を向上させることができる。従って、フラッシュ光がなくても、イメージセンサは、低輝度の環境でも高輝度の環境と同じように効率的に動作させることができる。イメージセンサの動作はすでに電源が必要であるため、複数の液体レンズユニットに追加の電圧を供給しても製造コストはかからない。

【0016】

図１Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサ１０の断面図である。いくつかの実施形態では、イメージセンサは、実際には数百万個のセンサユニットを含み得る。簡潔にするために、図１Ａは実際のイメージセンサの一部のみを示している。本開示のいくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０は、基板１００、複数の感知部１０２、複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造１０４、反射防止層１０６、スペーサ構造１０８、複数のカラーフィルタユニット１１０、および複数の液体レンズユニットを含む。本実施形態では、複数の液体レンズユニットは、複数のカラーフィルタユニット１１０の上方にそれぞれ対応して配置される。また、複数のカラーフィルタユニット１１０は、複数の感知部１０２にそれぞれ対応して配置される。いくつかの実施形態では、複数の液体レンズユニットは、下部電極１１２、誘電体層１１４、非極性液体１１６、極性液体１２０、画素壁１２２、上部電極１２４、およびカバープレート１２６を含む。本開示のいくつかの実施形態によれば、電源１３０は、下部電極１１２および上部電極１２４に接続されて必要な電圧を供給する。第１の動作状態では、約０Ｖから１５Ｖの範囲の電圧が電源１３０によって印加される。

【0017】

いくつかの実施形態では、誘電体層１１４は、疎水性である非導電性誘電体材料でできている。非極性液体１１６および極性液体１２０が疎水性の誘電体層１１４上に配置されたとき、極性液体１２０は、誘電体層１１４によってはじかれることができ、非極性液体１１６は、誘電体層によって引き付けられることができる。図１Ａに示されるように、非極性液体１１６は、誘電体層１１４の表面を完全に覆い、誘電体層１１４および極性液体１２０が非極性液体１１６によって実質的に隔離されるようにする。電源１３０が電圧を供給しない（０Ｖ）または比較的低い電圧を供給する（例えば、１５Ｖ以下）とき、複数の液体ユニットの配置は、図１Ａに示されたままであることができる。

【0018】

しかしながら、電源１３０が比較的高い電圧を供給する（例えば、１５Ｖ超え）とき、正電荷および負電荷は、誘電体層１１４の上面および下面にそれぞれ配置されることができる。そのような電圧が印加されると電界が生成され、誘電体層１１４を疎水性状態から親水性状態に変える。図２Ａに示されるように、誘電体層１１４は、極性液体１２０を引き付け始め、非極性液体１１６をはじき始める。誘電体層１１４の表面の湿潤性は、電界によって変えられ、この現象は、エレクトロウェッティング挙動と呼ばれる。エレクトロウェッティングデバイスは、通常、反射型ディスプレイに用いられる。本発明者は、エレクトロウェッティング挙動を示す動的液体レンズをイメージセンサ１０に統合することにより、低輝度の環境においてより優れた性能を可能にすることができることを発見した。

【0019】

いくつかの実施形態では、基板１００は、例えば、ウェハまたはチップであり得るが、本開示は、それに限定されない。いくつかの実施形態では、基板１００は、半導体基板、例えばシリコン基板であってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、半導体基板は、ゲルマニウムを含む元素半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ素化インジウム（ＩｎＡｓ）、および／またはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）を含む化合物半導体、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金、リン化ガリウム砒素（ＧａＡｓＰ）合金、リン化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＡｓ）合金、リン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）合金、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＡｓ）合金、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）合金、および／またはリン化ガリウムインジウム砒素（ＧａＩｎＡｓＰ）合金、或いはそれらの組み合わせを含む合金半導体であってもよい。いくつかの実施形態では、基板１００は、シリコン基板または有機光電変換層などの光電変換基板であってもよい。

【0020】

もう１つの実施形態では、基板１００は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であってもよい。半導体オンインシュレータ基板は、ベースプレート、ベースプレート上に配置された埋め込み酸化物層、および埋め込み酸化物層上に配置された半導体層を含み得る。さらに、基板１００は、Ｎ型またはＰ型の導電型であってもよい。

【0021】

上述のように、基板１００は、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４を含んで活性領域（またはセンサユニット）を規定し、基板１００内または基板上の活性領域要素を電気的に分離することができるが、本開示はそれに限定されない。いくつかの実施形態では、もう１つの分離構造が代替として適用されてもよい。シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造とシリコン局所酸化（ＬＯＣＯＳ）構造は、他の分離構造の例である。いくつかの実施形態では、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４の形成は、例えば、基板１００上に絶縁層を形成し、絶縁層および基板１００を選択的にエッチングして、基板１００の上面から基板内の位置まで延びるトレンチを形成し、このトレンチが、隣接する感知部１０２の間に配置されるようにする。次に、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４の形成は、トレンチに沿って豊富な窒素含有（例えば、酸窒化ケイ素）ライナーを成長させ、次いで絶縁材料（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸窒化ケイ素）を堆積プロセスでトレンチ内に充填することを含んでもよい。その後、アニーリングプロセスがトレンチ内の絶縁材料に実行され、次いで基板１００上に平坦化プロセスが実行されて過剰な絶縁材料を除去し、トレンチ内の絶縁材料が基板１００の上面と同一平面になるようにする。

【0022】

いくつかの実施形態では、基板１００は、例えば、イオン注入および／または拡散プロセスによって形成された様々なＰ型ドープ領域および／またはＮ型ドープ領域（図示せず）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、トランジスタ、フォトダイオードなどが、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４によって規定された活性領域に形成されてもよい。

【0023】

複数の感知部１０２は、基板１００に埋め込まれている。いくつかの実施形態では、複数の感知部１０２はフォトダイオードである。複数の感知部１０２のそれぞれは、光を感知し、その上に当たる光の強度に従って強度信号を生成するように構成される。画像信号は、強度信号によって形成される。

【0024】

反射防止層１０６は、基板１００上に配置される。いくつかの実施形態では、反射防止層１０６は、複数の感知部１０２に透過される光の反射を減少させるように構成される。いくつかの実施形態では、反射防止層１０６は、感知部１０２のアレイに対応して（または平行に）水平に配置される。いくつかの実施形態では、反射防止層１０６の材料は、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ（ここで、ｘおよびｙは０から１の範囲にある）を含み得る。反射防止層１０６は、任意の適切な堆積プロセスによって形成されることができる。

【0025】

いくつかの実施形態では、複数のカラーフィルタユニット１１０は、反射防止層１０６および基板１００上に配置され、感知部１０２のアレイに対応する。いくつかの実施形態では、複数のカラーフィルタユニット１１０の高さは、約０．３μｍから２．０μｍの間であり得る。いくつかの実施形態では、複数のカラーフィルタユニット１１０は、赤色、緑色、青色、白色、または赤外線であり得る。複数のカラーフィルタユニット１１０のそれぞれは、イメージセンサ１０の各それぞれの感知部１０２に対応することができ、ユニットの色は、イメージセンサ１０の要求によって決まる。フォトダイオードなどのそれぞれの感知部１０２は、受信した光信号を電気信号に変換することができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、複数のカラーフィルタユニット１１０は、基板１００上およびスペーサ構造１０８によって規定された空間内に堆積されており、これについては後で詳細に説明する。複数のカラーフィルタユニット１１０は、異なるステップでコーティング、露光、および現像プロセスによって順次に形成されることができる。あるいは、複数のカラーフィルタユニット１１０は、インクジェット印刷によって形成されてもよい。

【0026】

いくつかの実施形態では、複数のカラーフィルタユニット１１０のそれぞれは、所定の範囲の光の波長の光を通過させる。例えば、赤色カラーフィルタユニットは、６２０ｎｍから７５０ｎｍ（赤色光）の範囲の光の波長が、対応する感知部１０２に透過するようにさせることができ、緑色カラーフィルタユニットは、４９５ｎｍから５７０ｎｍ（緑色光）の範囲の光の波長が、対応する感知部１０２に透過するようにさせることができ、青色カラーフィルタユニットは、４５０ｎｍから４９５ｎｍ（青色光）の範囲の光の波長が、対応する感知部１０２に透過するようにさせることができる。

【0027】

図１Ａに示すように、スペーサ構造１０８は、複数のカラーフィルタユニット１１０の間に配置されている。いくつかの実施形態では、スペーサ構造１０８は、複数のカラーフィルタユニット１１０のそれぞれに接続され、それらを囲む。さらに、スペーサ構造１０８は、反射防止層１０６および基板１００上に配置され、感知部１０２のアレイの真上または区画化された領域を露出させる。本開示のいくつかの実施形態によれば、スペーサ構造１０８は、複数のカラーフィルタユニット１１０よりも低い屈折率を有することができる。屈折率は、光の速度を変化させる物質の特性であり、真空中の光の速度を物質内の光の速度で割って得られた値である。光が２つの異なる材料間をある角度で移動するとき、その屈折率が光の透過（屈折）の角度を決める。本開示のいくつかの実施形態によれば、スペーサ構造１０８の屈折率は、約１．０から１．５の間であり、複数のカラーフィルタユニット１１０の屈折率は、約１．３から２．０の間である。光はより高い屈折率を有する媒体に向かう傾向があるため、複数のカラーフィルタユニット１１０およびスペーサ構造１０８は、光パイプ構造を形成して光を複数の感知部１０２に導くことができる。言い換えれば、入射光線が複数のカラーフィルタユニット１１０に入射したとき、スペーサ構造１０８は、特定のユニット内の光線を分離して、光トラッピング機能として機能することができる。

【0028】

スペーサ構造１０８の材料は、透明な誘電体材料を含んでもよい。まず、パーティション材料層が基板１００上にコーティングされる。次に、ハードマスク層（図示せず）がパーティション材料層上にコーティングされる。いくつかの実施形態では、ハードマスク層の材料はフォトレジストである。フォトリソグラフィプロセスがハードマスク層に実行されてパターン化する。次に、エッチングプロセスがパターン化されたハードマスク層を用いて、パーティション材料層に実行される。エッチングプロセスは、ドライエッチングであってもよい。エッチングプロセスの後、パーティション材料層の一部が基板１００上で除去され、複数の開口部がその中に形成される。上述のように、開口部は、その後、複数のカラーフィルタユニット１１０で充填される。

【0029】

複数のカラーフィルタユニット１１０が完成すると、複数の液体レンズユニットがその上に製造されることができる。まず、下部電極１１２がスペーサ構造１０８および複数のカラーフィルタユニット１１０の上面に形成される。下部電極１１２および上部電極１２４（詳細は後述する）は、電源１３０に接続されることができる。上述のように、電源１３０は、下部電極１１２および上部電極１２４を介して電圧を供給し、それにより、誘電体層１１４の表面に電界を生成する。下部電極１１２は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ－ＣＶＤ）、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥ ＣＶＤ）、流動性化学蒸着（ＦＣＶＤ）、準大気圧化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）、スパッタリングなど、またはそれらの組み合わせによって形成されることができる。

【0030】

下部電極１１２の材料は、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ポリＳｉＧｅ、金属窒化物（例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）など）、金属ケイ化物（例えば、ニッケルケイ化物（ＮｉＳｉ）、コバルトケイ化物（ＣｏＳｉ）、タンタルシリコン窒化物（ＴａＳｉＮ）など）、金属炭化物（例えば、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、タンタル炭窒化物（ＴａＣＮ）など）、金属酸化物（例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、インジウムドープ酸化亜鉛（ＩＺＯ）など）、透明有機導電性材料、および金属の透明導電性材料を含み得る。透明有機導電性材料は、例えば、チオフェンベースの導電性ポリマー、ポリアニリン、およびポリピロールなどの導電性ポリマーから選択されることができる。金属は、これらに限定されるものではないが、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）など、それらの組み合わせ、またはそれらの多層を含むことができる。下部電極１１２の厚さは、約５０ｎｍから５００ｎｍの間、例えば、約１００ｎｍから２００ｎｍの間であり得る。

【0031】

堆積に続いて、下部電極１１２は、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを用いてパターン化されて、フィルム内に不連続性を形成することができる。不連続性は、複数の孔１１２Ｈであり得る（図１Ｃに示されるように）。複数の孔１１２Ｈは、当然ながら非導電性である空の空間であるため、生成された電界は、複数の孔１１２Ｈに延伸することができない。非極性液体１１６が電界によってはじかれたとき、下方にある下部電極１１２の複数の孔１１２Ｈに対応する誘電体層１１４上の分離した領域に向かって駆動されることができ、図２Ａを参照に説明する。

【0032】

図１Ａに示すように、誘電体層１１４は、下部電極１１２上に形成される。上記のように、誘電体層１１４の性質は、その上に生成された電界の強さに応じて、疎水性状態と親水性状態との間で交換されることができる。疎水性状態においては、誘電体層１１４は極性液体１２０をはじき、誘電体層１１４と極性液体１２０との間の最小の接触面積のみ（または全く接触面積のない）を可能にする。親水性状態においては、誘電体層１１４は極性液体１２０を引き付け、誘電体層１１４と極性液体１２０との間の最大の接触面積を観察することができるようになる。例えば、最小の接触面積は利用可能な接触面積の５０％以下であり、最大の接触面積は利用可能な接触面積の５０％以上であることができる。誘電体層１１４は、化学蒸着、高密度プラズマ化学蒸着、プラズマ増強化学蒸着、流動性化学蒸着、準大気圧化学蒸着など、またはそれらの組み合わせによって形成されることができる。誘電体層１１４の材料は、透明なフルオロポリマーなどを含み得る。 誘電体層１１４の厚さは、約１ｎｍから５０ｎｍの間、例えば、約５ｎｍから１０ｎｍの間であり得る。

【0033】

図１Ａに示すように、画素壁１２２は、誘電体層１１４上に垂直に配置され得る。いくつかの実施形態では、画素壁１２２は、誘電体層１１４と上部電極１２４との間に順次に規定された閉じ込め（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）空間を分割するためのパーティション部材であり得る。本開示のいくつかの実施形態によれば、画素壁１２２は、誘電体層１１４と上部電極１２４との間に垂直支持を提供し、それにより、それらの間の空間を維持する。さらに、画素壁１２２のパーティション部材は、閉じ込め空間を複数のユニットに分割し、これにより、複数の液体レンズユニットの基本構造を実現する。いくつかの実施形態では、複数の液体レンズユニットの全ての特徴は、光の透過を可能にするように透明であり得る。他の実施形態では、隣接するユニット間のクロストークを排除するために、画素壁１２２のみが不透明であり得る。画素壁１２２の材料は、非極性液体１１６および極性液体１２０の両方に不溶である必要があり、非極性液体１１６または極性液体１２０のいずれとも化学反応を起こさないことを理解されたい。画素壁１２２の形成は、スペーサ構造１０８の形成と同様であることができ、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。画素壁１２２の例示的な材料は、アクリル樹脂およびエポキシ樹脂などのポリマー材料を含み得る。画素壁１２２の幅は、約１０ｎｍから１０００ｎｍの間、例えば、約５０ｎｍから１００ｎｍの間であり得る。画素壁１２２の高さは、約５００ｎｍから３０００ｎｍの間、例えば、約１０００ｎｍから２０００ｎｍの間であり得る。

【0034】

本開示のいくつかの代替の実施形態によれば、極性液体１２０との適合性を確実にするために、画素壁１２２の表面は、親水性処理が施されてもよい。親水性処理は、紫外線照射、酸素プラズマ照射、レーザー照射等により行われることができる。

【0035】

図１Ａに示すように、非極性液体１１６は、画素壁１２２によって分割された複数の液体レンズユニットのそれぞれで保持される。具体的には、画素壁１２２は、各ユニット内の非極性液体１１６が隣接するユニットに移動（ｍｉｇｒａｔｅ）（流出）することを防止する。複数の液体レンズユニットのそれぞれでは、非極性液体１１６は、誘電体層１１４の表面に電界が生成されないとき、エレクトロウェッティングのために誘電体層１１４上の最大接触面積を覆うのに十分な量を有する必要がある。いくつかの実施形態では、非極性液体１１６は、媒体として疎水性有機溶媒を含む。例示的な疎水性有機溶媒は、例えば、ヘキサン、オクタン、デカン、ドデカン、ヘキサデカン、ウンデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、ブチルベンゼン、１，１－ジフェニルエチレン、シリコーンオイルなど、またはそれらの組み合わせの６から３５の炭素原子を有する炭化水素を含むことができる。一般に、非極性液体１１６は、非導電性で、低粘度を有することができ、且つ極性液体１２０と非混和性であることができる。

【0036】

図１Ａに示すように、非極性液体１１６の他に、極性液体１２０も、画素壁１２２によって分割された複数の液体レンズユニットのそれぞれで保持される。非極性液体１１６および極性液体１２０は両方とも、誘電体層１１４と上部電極１２４との間に配置される。前述のように、非極性液体１１６および極性液体１２０は、分離された要素であり、これらは両方とも、複数の液体レンズユニットのそれぞれの中に閉じ込められている。いくつかの実施形態では、非極性液体１１６および極性液体１２０は両方とも可動流体である。極性液体１２０は、極性を有する透明な材料を含み得る。例示的な材料は、水、アルコール、酸、および電解質（例えば、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）など、またはそれらの組み合わせ）を含む水溶液を含む。本開示のいくつかの実施形態によれば、非極性液体１１６の屈折率は、極性液体１２０の屈折率よりも大きく、入射光線が非極性液体１１６に向けられるようにする。複数の液体レンズユニットのそれぞれの寸法が十分に小さい場合、例えば、約０．５μｍから０．６μｍの間である場合、重力は、各ユニット内の非極性液体１１６および極性液体１２０に対して最小限の影響しか及ぼさないことができる。

【0037】

図１Ａに示すように、上部電極１２４は、画素壁１２２上に形成され、非極性液体１１６および極性液体１２０を覆う。いくつかの実施形態では、上部電極１２４は、画素壁１２２によって分割された複数の液体レンズユニットのそれぞれの中に非極性液体１１６および極性液体１２０を閉じ込める。前述のように、下部電極１１２および上部電極１２４は、電源１３０に接続されている。上部電極１２４の材料および形成は、下部電極１１２と同様であり、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。上部電極１２４の厚さは、約５０ｎｍから５００ｎｍの間、例えば、約１００ｎｍから２００ｎｍの間であり得る。上部電極１２４は、下部電極１１２に対してパターン化され得るが、そのようなパターン化は任意である。本開示のいくつかの実施形態によれば、上部電極１２４は、連続構造のままであることができる。

【0038】

図１Ａに示すように、カバープレート１２６は、上部電極１２４上に形成されている。いくつかの実施形態では、カバープレート１２６は、下方にある構造に対して機械的保護を提供することができる。他の実施形態では、カバープレート１２６は、十分な圧力または力を加えて、下方にある上部電極１２４が複数の液体レンズユニットのそれぞれを完全に密閉することを確実にする。カバープレート１２６は、例えば、ガラスまたは透明樹脂などの光透過性の絶縁材料で形成されることができる。例示的な透明樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリチオフェン（ＰＴ）樹脂、フェノールノボラック（ＰＮ）など、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、カバープレート１２６は、上述の任意の堆積方法によって形成されることができ、繰り返しを避けるために、ここでは詳細を再度説明しない。カバープレート１２６の厚さは、約１μｍから５０μｍの間、例えば、約５μｍから１５μｍの間であり得る。

【0039】

図１Ａに示すように、本開示の電源１３０は、供給された電圧の量を変えることができ、定電圧を提供することもできる。いくつかの実施形態では、電源１３０は、下部電極１１２と上部電極１２４間に所定の電圧を印加することができ、これにより複数の液体レンズユニットのそれぞれに印加されることができる。図１Ａに示された実施形態では、電源１３０は、約０Ｖから１５Ｖの間の範囲の電圧を供給し得る。このような電圧の範囲の下においては、電界が生成されないか、または比較的弱い電界が生成され、誘電体層１１４は疎水性状態のままであり得る。前述のように、非極性液体１１６は、誘電体層１１４上の最大接触面積を覆うことができ、一方、極性液体１２０は、誘電体層１１４によってはじかれることができる。非極性液体１１６の配置は、従来のイメージセンサの固体マイクロレンズと同様に見える可能性があることに留意されたい。高輝度の環境では、この電圧の範囲においてイメージセンサ１０により撮像された画像は、十分な解像度を示している可能性がある。しかしながら、低輝度の環境では、この電圧の範囲においてイメージセンサ１０により撮像された画像は、見るには暗すぎる可能性がある。従って、追加の手順がこの問題に対処するために必要となる。

【0040】

図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサ１０の上面図である。図１Ａは、図１Ｂの線Ａ－Ａ’から得られた断面図であることに留意されたい。図１Ｂでは、複数の液体レンズユニットの一部が示されている。説明のために、画素壁１２２、上部電極１２４、およびカバープレート１２６は省略されている。いくつかの実施形態では、複数の液体レンズユニットは、画素壁１２２のグリッド構造によって区画化されている（簡略化のため図示せず）。前述のように、誘電体層１１４は、互いに非混和性である非極性液体１１６と極性液体１２０との接触面を提供することができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、誘電体層１１４は、下部電極１１２上に配置され、これにより下部電極１１２が完全に覆われる。下部電極１１２の全体を上面から示すことが難しい可能性があるため、複数の孔１１２Ｈのパターンおよびその相対位置のみが破線で示されている。また、複数のカラーフィルタユニット１１０は、複数の液体レンズユニットの下方に配置されており、それらのパターンの相対位置も破線で示されている。第１の動作状態において、無極性液体１１６が複数のカラーフィルタユニット１１０を完全に覆うことができることに留意されたい。前述のように、図１Ａおよび図１Ｂに示された構造は、従来のイメージセンサのように見え、これは、高輝度の環境で動作するのに十分効率的であるが、低輝度の環境で動作するにはさらに手順が必要である。

【0041】

図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、イメージセンサ１０の下部電極１１２の立体図である。図１Ｃに示されるように、下部電極１１２は、フィルム部１１２Ｍおよび複数の孔１１２Ｈ（前述のように）を含む。いくつかの実施形態では、複数の孔１１２Ｈは、下部電極１１２を完全に貫通する。言い換えれば、下部電極１１２のフィルム部１１２Ｍのみが、上方にある誘電体層１１４の表面上に生成される電界に電流を伝導することができ、下部電極１１２の複数の孔１１２Ｈは、そのような電界を生成する電流を伝導することができない。複数の孔１１２Ｈは、複数の液体レンズユニットにそれぞれ対応する。複数の孔１１２Ｈのそれぞれが、対応する各液体レンズユニットの左下隅に正方形として示されているが、本開示はそれに限定されない。さらに、複数の孔１１２Ｈは、イメージセンサ１０の設計要件に応じて、互いに異なる様々な形状および寸法を有することができる。

【0042】

図２Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサ１０の断面図である。図１Ａと比較して、図２Ａは、電源１３０がより高い電圧を供給したときの、第２の動作状態におけるイメージセンサ１０の挙動を示している。第２の動作状態では、例えば１５Ｖよりも高い電圧が電源１３０より印加される。基板１００、複数の感知部１０２、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４、反射防止層１０６、スペーサ構造１０８、複数のカラーフィルタユニット１１０、および複数の液体レンズユニット（例えば、下部電極１１２、誘電体層１１４、非極性液体１１６、極性液体１２０、画素壁１２２、上部電極１２４、およびカバープレート１２６）の特徴は、図１Ａに示されているものと同様であり、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。電源１３０より供給された電圧が１５Ｖ超えに増加されたとき、比較的強い電界が誘電体層１１４の表面に生成される。本開示のいくつかの実施形態によれば、この比較的強い電界は、誘電体層１１４を疎水性状態から親水性状態に徐々に変えることができる。

【0043】

図２Ａに示すように、電圧が上昇すると、誘電体層１１４は極性液体１２０を引き付け始め、非極性液体１１６をはじき始める。はじかれた非極性液体１１６は、比較的弱い（または実質的に全くない）電界を有する誘電体層１１４上の孤立した領域、即ち下部電極１１２の複数の孔１１２Ｈに対応する領域に送り込まれる（ｄｒｉｖｅｎ ｉｎｔｏ）ことができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、非極性液体１１６は、１５Ｖ超えの電圧が印加されたときよりも１５Ｖ以下の電圧が印加されたときに、誘電体層１１４上でより多くの面積を占める。図２Ａに示されるように、複数のカラーフィルタユニット１１０は、非極性液体１１６によって実質的に覆われていない。図２Ａの構成は、非常に大量の入射光線が、複数の液体レンズユニットを介して収束されることなく、イメージセンサ１０に入射するようにさせる。

【0044】

図２Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサの上面図である。図２Ａは、図２Ｂの線Ａ－Ａ’から得られた断面図であることに留意されたい。図１Ｂと比較して、図２Ｂは、電源１３０が１５Ｖ超えの電圧を供給したときの、第２の動作状態におけるイメージセンサ１０の挙動を示している。複数のカラーフィルタユニット１１０、下部電極１１２、誘電体層１１４、非極性液体１１６、および極性液体１２０の特徴は、図１Ｂに示されているものと同様であり、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。誘電体層１１４の表面に生成された電界により、非極性液体１１６は、下方にある下部電極１１２の複数の孔１１２Ｈに対応する誘電体層１１４上の孤立した領域にはじかれている。前述のように、非極性液体１１６は、１５Ｖ以下の電圧が印加されたときよりも１５Ｖ超えの電圧が印加されたときに、誘電体層１１４上でより多くの面積を占める。いくつかの実施形態では、そのより小さい領域は、複数の孔１１２Ｈに対応する。

【0045】

図３は、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサから生成された第１の画像と第２の動作状態におけるイメージセンサから生成された第２の画像とを結合するフローチャートである。アルゴリズムが用いられて、約０Ｖから１５Ｖの間の電圧にある第１の画像と、１５Ｖ超えの電圧にある第２の画像とを結合して、最終画像にすることができる。第１の画像は比較的低輝度のカラー画像で、第２の画像は比較的高コントラストの白黒画像である。アルゴリズムでは、第１の画像からの単一の画素の量子化された光強度が、第２の画像からの同じ画素の量子化された光強度に加えられる。次いで、両画像からの画素の量子化された光強度の総和に、画素の正規化されたスペクトルを掛けて、画素の元のスペクトルを復元することができる。両画像からの全ての画素が上述の手順を行ったとき、最終画像が生成され得る。このようなアルゴリズムによって生成された最終画像は、高輝度の環境で任意の従来のイメージセンサによって撮像された画像と同じ品質を示す。言い換えれば、低輝度の環境で異なる電圧で生成された２つの画像を結合すると、高輝度の環境で撮像された画像の品質を実現することができる。

【0046】

図４Ａは、本開示のもう１つの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサの断面図である。図１Ａのイメージセンサ１０と比較して、イメージセンサ２０は、スペーサ構造１０８および複数のカラーフィルタユニット１１０を除いている。本開示のいくつかの実施形態によれば、イメージセンサ１０の非極性液体１１６は、顔料が注入されてイメージセンサ２０に非極性液体１１８を形成することができる。非極性液体１１８は、カラー液体１１８－１、カラー液体１１８－２、およびカラー液体１１８－３をさらに含む。いくつかの実施形態では、非極性液体１１８のカラー液体１１８－１、カラー液体１１８－２、およびカラー液体１１８－３は、マイクロレンズとして機能する他に、除いた複数のカラーフィルタユニット１１０として機能することもできる。カラーフィルタユニットの特性を示すことにより、複数の液体レンズユニットの非極性液体１１８は、それらが複数の感知部１０２にそれぞれ対応するように配置されることができる。基板１００、複数の感知部１０２、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４、反射防止層１０６、および複数の液体レンズユニットの特徴は、図１Ａに示されているものと同様であり、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。本実施形態では、イメージセンサ２０の複数の液体レンズユニットは、下部電極１１２、誘電体層１１４、非極性液体１１８、極性液体１２０、画素壁１２２、上部電極１２４、およびカバープレート１２６を含む。

【0047】

図４Ａに示すように、複数の液体レンズユニットは、反射防止層１０６の表面上に直接形成されている。図４Ａに示されるように、非極性液体１１８は、複数の感知部１０２を完全に、または複数の感知部１０２の面積の５０％以上を覆うことができる。いくつかの実施形態では、非極性液体１１８のカラー液体１１８－１、カラー液体１１８－２、およびカラー液体１１８－３は、青色顔料、緑色顔料、および赤色顔料をそれぞれ含み得る。いくつかの実施形態では、複数の液体レンズユニットのそれぞれの非極性液体１１８は、所定の範囲の波長の光が通過するようにさせる。例えば、カラー液体１１８－１は、４５０ｎｍから４９５ｎｍ（青色光）の範囲の光の波長が、対応する感知部１０２に透過するようにさせ、カラー液体１１８－２は、４９５ｎｍから５７０ｎｍ（緑色光）の範囲の光の波長が、対応する感知部１０２に透過するようにさせ、カラー液体１１８－３は、６２０ｎｍから７５０ｎｍ（赤色光）の範囲の光の波長が対応する感知部１０２に透過するようにさせる。非極性液体１１８の屈折率は、極性液体１２０の屈折率よりも大きい。

【0048】

図４Ａに示すように、図１Ａのイメージセンサ１０と同様に、イメージセンサ２０は、電源１３０が約０Ｖから１５Ｖの間の範囲の電圧を供給するときの、第１の動作状態にある。このような電圧の範囲の下においては、電界が生成されないか、または比較的弱い電界が生成され、誘電体層１１４は疎水性状態のままであり得る。前述のように、非極性液体１１８は、複数の感知部１０２の面積の５０％以上を覆うことができ、一方、極性液体１２０は、誘電体層１１４によってはじかれることができる。非極性液体１１８の配置は、従来のイメージセンサの固体マイクロレンズと同様に見える可能性があることに留意されたい。高輝度の環境では、この電圧の範囲においてイメージセンサ２０により撮像された画像は、十分な解像度を示している可能性がある。しかしながら、低輝度の環境では、この電圧の範囲においてイメージセンサ２０により撮像された画像は、見るには暗すぎる可能性がある。従って、追加の手順がこの問題に対処するために必要となる。

【0049】

図４Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、第１の動作状態におけるイメージセンサ２０の上面図である。図４Ａは、図４Ｂの線Ａ－Ａ’から得られた断面図であることに留意されたい。図４Ｂでは、複数の液体レンズユニットの一部が示されている。説明のために、画素壁１２２、上部電極１２４、およびカバープレート１２６は省略されている。いくつかの実施形態では、複数の液体レンズユニットは、画素壁１２２のグリッド構造によって区画化されている（簡略化のため図示せず）。前述のように、誘電体層１１４は、互いに非混和性である非極性液体１１８（カラー液体１１８－１、カラー液体１１８－２、およびカラー液体１１８－３を含む）と極性液体１２０との接触面を提供することができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、誘電体層１１４は、下部電極１１２上に配置され、これにより下部電極１１２が完全に覆われる。下部電極１１２のパターンおよびその相対位置は破線で示されている。第１の動作状態下では、非極性液体１１８は、複数の感知部１０２（図示せず）の面積の５０％以上を覆うことができることに留意されたい。前述のように、図４Ａおよび図４Ｂに示す構造は、高輝度の環境で動作するのに十分効率的であるが、低輝度の環境で動作するにはさらに手順が必要である。

【0050】

図５Ａは、本開示のいくつかの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサ２０の断面図である。図４Ａと比較して、図５Ａは、電源１３０が１５Ｖ超えの電圧を供給したときの、第２の動作状態におけるイメージセンサ２０の挙動を示している。基板１００、複数の感知部１０２、複数のディープトレンチアイソレーション構造１０４、反射防止層１０６、および複数の液体レンズユニット（例えば、下部電極１１２、誘電体層１１４、非極性液体１１８、極性液体１２０、画素壁１２２、上部電極１２４、およびカバープレート１２６）の特徴は、図４Ａに示されているものと同様であり、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。電源１３０より供給された電圧が１５Ｖ超えに増加されたとき、比較的強い電界が誘電体層１１４の表面に生成される。本開示のいくつかの実施形態によれば、この比較的強い電界は、誘電体層１１４を疎水性状態から親水性状態に徐々に変えることができる。

【0051】

図５Ａに示すように、電圧が上昇すると、誘電体層１１４は極性液体１２０を引き付け始め、非極性液体１１８（カラー液体１１８－１、カラー液体１１８－２、およびカラー液体１１８－３を含む）をはじき始める。はじかれた非極性液体１１８は、比較的弱い（または実質的に全くない）電界を有する誘電体層１１４上の孤立した領域、即ち下方にある下部電極１１２の複数の孔１１２Ｈに対応する領域に送り込まれる（ｄｒｉｖｅｎ ｉｎｔｏ）ことができる。本開示のいくつかの実施形態によれば、非極性液体１１８は、１５Ｖ超えの電圧が印加されたときよりも１５Ｖ以下の電圧が印加されたときに、誘電体層１１４上でより多くの面積を占める。図５Ａに示されるように、非極性液体１１８は、複数の感知部１０２の面積の５０％以下を覆うことができる。図５Ａの構成は、非常に大量の入射光が、複数の液体レンズユニットを介して収束されることなく、イメージセンサ１０に入射するようにさせる。

【0052】

図５Ｂは、本開示のもう１つの実施形態による、第２の動作状態におけるイメージセンサの上面図である。図５Ａは、図５Ｂの線Ａ－Ａ’から得られた断面図であることに留意されたい。図４Ｂと比較して、図５Ｂは、電源１３０が１５Ｖ超えの電圧を供給したときの、第２の動作状態におけるイメージセンサ２０の挙動を示している。下部電極１１２、誘電体層１１４、非極性液体１１８（カラー液体１１８－１、カラー液体１１８－２、およびカラー液体１１８－３を含む）、および極性液体１２０の特徴は、図４Ｂに示されているものと同様であり、その詳細は、繰り返しを避けるため、本明細書では再度説明されない。誘電体層１１４の表面に生成された電界により、非極性液体１１８は、下方にある下部電極１１２の複数の孔１１２Ｈに対応する誘電体層１１４上の孤立した領域にはじかれている。前述のように、非極性液体１１８は、１５Ｖ以下の電圧が印加されたときよりも１５Ｖ超えの電圧が印加されたときに、誘電体層１１４上でより多くの面積を占める。いくつかの実施形態では、そのより小さい領域は、複数の孔１１２Ｈに対応する。

【0053】

低輝度の環境では、約０Ｖ～１５Ｖ間の電圧で生成された画像は、比較的低い輝度のカラーとなり、１５Ｖ超えの電圧で生成された画像は比較的高いコントラストの白黒となる。発明者は、図３で説明したのと同じアルゴリズムを用いて、カラー画像と白黒画像を結合して最終画像にする。イメージセンサ１０と同様に、イメージセンサ２０の最終画像は、高輝度の環境で任意の従来のイメージセンサによって撮像された画像と同じ品質を示す。言い換えれば、低輝度の環境で異なる電圧において２つの画像を結合すると、高輝度の環境で撮像された画像の品質を実現することができる。

【0054】

低輝度の環境では、イメージセンサ１０およびイメージセンサ２０の両方が、異なる電圧レベルで撮像された２つの画像を生成し、結合することができる。イメージセンサ１０またはイメージセンサ２０のいずれかによって生成された最終画像は、高輝度の環境において従来のイメージセンサによって撮像された画像と同じ品質を有する。イメージセンサ２０は、複数のカラーフィルタユニットを複数の液体レンズユニットに統合することにより、全体の構造を簡素化することができ、製造コストを下げることができる。それにもかかわらず、非極性液体自体が透明であっても、顔料が注入されている非極性液体は、薬液の異なる屈折および波長により、複数のカラーフィルタユニット１１０からわずかな色の変化を依然として示す可能性がある。設計またはアプリケーションの要件に応じて、２つのイメージセンサ構造のいずれかが選択されて、低輝度の環境で高品質の画像を生成することができる。

【0055】

前述の内容は、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者は、同じ目的を実行するため、および／または本明細書に導入される実施形態の同じ利点を達成するための他のプロセスおよび構造を設計または修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者はまた、そのような同等の構造が本開示の精神および範囲から逸脱せず、且つそれらは、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書で様々な変更、置換、および代替を行うことができることを理解するべきである。従って、保護の範囲は特許請求の範囲を通じて決定される必要がある。さらに、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは、本開示の範囲を限定することを意図していない。

【0056】

本明細書全体にわたる特徴、利点、または同様の用語への言及は、本開示で実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態で実現されるべきまたは実現され得ることを意味するのではない。むしろ、特徴および利点に言及する用語は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味すると理解される。従って、本明細書全体にわたる特徴および利点、ならびに類似の用語の議論は、必ずしもそうではないが、同じ実施形態を指すことがある。

【0057】

さらに、１つまたは複数の実施形態では、本開示の説明された特徴、利点、および特性は、任意の適切な方法で組み合わせてもよい。当業者は、本明細書の説明に基づいて、特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに本開示を実施できることを認識するであろう。他の例では、本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある、追加の特徴および利点が特定の実施形態において認識され得る。

【符号の説明】

【0058】

１０ イメージセンサ
２０ イメージセンサ
１００ 基板
１０２ 複数の感知部
１０４ 複数のディープトレンチアイソレーション（ＤＴＩ）構造
１０６ 反射防止層
１０８ スペーサ構造
１１０ 複数のカラーフィルタユニット
１１２ 下部電極
１１２Ｈ 孔
１１２Ｍ フィルム部
１１４ 誘電体層
１１６ 非極性液体
１１８ 非極性液体
１１８－１ カラー液体
１１８－２ カラー液体
１１８－３ カラー液体
１２０ 極性液体
１２２ 画素壁
１２４ 上部電極
１２６ カバープレート
１３０ 電源
Ａ－Ａ’ 線

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】