包括分色透镜阵列的图像传感器和包括其的电子装置的制作方法

包括分色透镜阵列的图像传感器和包括其的电子装置
1.相关申请的交叉引用
2.本申请基于以下韩国专利申请并要求在韩国知识产权局于2019年10月23日递交的韩国专利申请no.10-2019-0132385、于2019年11月14日递交的韩国专利申请no.10-2019-0146210以及于2020年9月10日递交的韩国专利申请no.10-2020-0116333的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
3.本公开涉及一种包括分色透镜阵列的图像传感器以及包括该图像传感器的电子装置，更具体地，涉及一种包括其中可以根据波长将入射光分离和会聚的分色透镜阵列在内的图像传感器、以及包括该图像传感器的电子装置。


背景技术：

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


技术实现要素：

5.一个或多个实施例包括一种图像传感器，该图像传感器通过使用分色透镜阵列而具有提高的光利用效率，在所述分色透镜阵列中，入射光可以根据波长分离和会聚。
6.一个或多个实施例还包括一种包括图像传感器的电子装置。
7.附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
8.根据本公开的一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括配置为感测光的第一感光单元和第二感光单元；以及分色透镜阵列，包括第一区域和第二区域，其中，第一区域面对第一感光单元并包括第一纳米柱，并且第二区域面对第二感光单元并包括第二纳米柱，其中，第一纳米柱的第一大小、第一形状或第一布置中的至少一项不同于第二纳米柱的第二大小、第二形状或第二布置中的至少一项，并且其中，第一纳米柱和第二纳米柱在光穿过第一区域和第二区域的位置处形成相位分布，通过相位分布，入射到分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光和具有第二波长的光被分支到不同的方向，并且具有第一波长的光会聚到第一感光单元上，并且具有第二波长的光会聚到第二感光单元上。
9.对于第一波长的光，第一纳米柱和第二纳米柱在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心对应的位置处的2nπ的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的(2n-1)π的相位分布，n为大于0的整数。
10.对于第二波长的光，第一纳米柱和第二纳米柱在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心对应的位置处的(2m-1)π的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的2mπ的相位分布，m为大于0的整数。
11.图像传感器还可以包括：间隔层，布置在传感器衬底与分色透镜阵列之间。
12.间隔层的厚度可以对应于分色透镜阵列相对于要由分色透镜阵列分色的入射光的波长带的中心波长的焦距。
13.根据示例实施例，当间隔层的理论厚度为h
t
时，每个感光单元的间距为p，间隔层的折射率为n，并且要由分色透镜阵列分色的光的波长带的中心波长d为λ0，间隔层的理论厚度h
t
由以下等式表示：
14.以及
15.间隔层的实际厚度h在h
t-p≤h≤h
t
+p的范围内进行选择。
16.传感器衬底还可以包括被配置为感测光的第三感光单元和第四感光单元，并且分色透镜阵列还可以包括第三区域和第四区域，其中，第三区域面对第三感光单元并包括第三纳米柱，并且第四区域面对第四感光单元并可以包括第四纳米柱，并且其中，第三纳米柱的第三大小、第三形状或第三布置中的至少一项可以不同于第四纳米柱的第四大小、第四形状或第四布置中的至少一项。
17.第一纳米柱至第四纳米柱可以在光穿过第一区域至第四区域的位置处形成相位分布，通过相位分布，入射到分色透镜阵列上的入射光中彼此不同的具有第一波长的光、具有第二波长的光和具有第三波长的光被分支到不同的方向，具有第一波长的光被会聚到第一感光单元和第四感光单元上，具有第二波长的光被会聚到第二感光单元上，并且具有第三波长的光被会聚到第三感光单元上。
18.具有第一波长的光可以是绿光，具有第二波长的光可以是蓝光，并且具有第三波长的光可以是红光。
19.对于第一波长的光，第一纳米柱至第四纳米柱可以在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心和第四感光单元的中心对应的位置处的2nπ的相位分布，在与第二感光单元的中心和第三感光单元的中心对应的位置处的(2n-1)π的相位分布，n为大于0的整数。
20.对于第二波长的光，第一纳米柱至第四纳米柱可以在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心和第四感光单元的中心对应的位置处的(2m-1)π的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的2mπ的相位分布，在与第三感光单元的中心对应的位置处的大于(2m-2)π且小于(2m-1)π的相位分布，m为大于0的整数。
21.对于第三波长的光，第一纳米柱至第四纳米柱可以在紧接在光穿过分色透镜阵列之后的位置处形成：在与第一感光单元的中心和第四感光单元的中心对应的位置处的(2l-1)π的相位分布，在与第三感光单元的中心对应的位置处的2lπ的相位分布，在与第二感光单元的中心对应的位置处的大于(2l-2)π且小于(2l-1)π的相位分布，l为大于0的整数。
22.图像传感器可以具有像素布置结构，其中包括红色像素、绿色像素和蓝色像素在内的多个单位像素以拜耳图案被布置，并且在第一纳米柱至第四纳米柱中，第一区域至第
四区域中与绿色像素对应的区域中的纳米柱可以在第一方向和在垂直于第一方向的第二方向上具有不同的分布规则。
23.在第一纳米柱至第四纳米柱中，第一区域至第四区域中与蓝色像素和红色像素对应的区域中的纳米柱可以在第一方向和第二方向上具有对称的分布规则。
24.位于第一区域至第四区域中与绿色像素对应的区域的中心的第一纳米柱至第四纳米柱中的一个纳米柱具有比位于与另一种颜色的像素对应的区域中的第一纳米柱至第四纳米柱中的另一纳米柱大的横截面面积。
25.在第一区域至第四区域中与绿色像素对应的区域中，位于该区域的中心的第一纳米柱至第四纳米柱中的一个纳米柱可以具有比位于该区域周边的第一纳米柱至第四纳米柱中的另一纳米柱大的横截面面积。
26.分色透镜阵列还可以包括多个第一区域和多个第二区域，多个第一区域和多个第二区域布置成从传感器衬底的边缘突出并且在竖直方向上不面对传感器衬底的任何感光单元。
27.第一纳米柱和第二纳米柱中的至少一个包括下部柱和堆叠在下部柱上的上部柱，并且其中，下部柱和上部柱堆叠成彼此偏移。
28.下部柱和上部柱之间的偏移的程度可以从图像传感器的中心部分到周边部分增大。
29.根据本公开的一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括沿第一行交替布置的多个第一感光单元和多个第二感光单元、以及沿与第一行相邻的第二行交替布置的多个第三感光单元和多个第四感光单元；以及分色透镜阵列，包括：多个第一区域，各自面对多个第一感光单元并包括第一纳米柱；多个第二区域，各自面对多个第二感光单元并包括第二纳米柱；多个第三区域，各自面对多个第三感光单元并包括第三纳米柱；以及多个第四区域，各自面对多个第四感光单元并包括第四纳米柱，第一纳米柱至第四纳米柱的形状、大小和布置中的至少一项被配置为：对于入射在第一区域中的光，将具有第一波长的光会聚到位于第一区域正下方的第一感光单元上，将具有第二波长的光分支到在水平方向上与第一感光单元相邻的第二感光单元上，并且将具有第三波长的光分支到在竖直方向上与第一感光单元相邻的第三感光单元上，并且对于入射在第二区域中的光，将具有第二波长的光会聚到位于第二区域正下方的第二感光单元上，将具有第一波长的光会分支到在水平方向上与第二感光单元相邻的第一感光单元上并分支到在竖直方向上在与第二感光单元相邻的第四感光单元上，并且将具有第三波长的光分支到在对角线方向上与第二感光单元相邻的第三感光单元上。
30.具有第一波长的光可以是绿光，具有第二波长的光可以是蓝光，并且具有第三波长的光可以是红光。
31.根据本公开的一方面，提供了一种电子装置，包括：图像捕获单元，被配置为聚焦从物体反射的光并形成光学图像；以及以上讨论的图像传感器，被配置为将由图像捕获单元形成的光学图像转换成电信号。
32.电子装置可以包括智能电话、移动电话、个人数字助理(pda)、膝上型计算机、个人计算机(pc)、家用电器、安全摄像机、医用相机、车辆或物联网(iot)设备。
33.根据本公开的一方面，提供了一种图像传感器，包括：衬底，包括配置为感测光的
第一感光单元和第二感光单元；分色透镜阵列，设置在衬底上，分色透镜阵列包括在平面图中与第一感光单元重叠的第一区域和在平面图中与第二感光单元重叠的第二区域；一个或多个第一纳米柱，在第一区域中以第一布置设置；以及一个或多个第二纳米柱，在第二区域中以第二布置提供，其中，一个或多个第一纳米柱的第一尺寸、第一大小或第一布置中的至少一项不同于一个或多个第一纳米柱的第二大小、第二形状或第二布置中的至少一项。
34.一个或多个第一纳米柱中的每一个可以包括下部柱和堆叠在下部柱上的上部柱，并且其中，下部柱和上部柱可以堆叠为彼此偏移，其中，第一偏移可以第二偏移，该第一偏移与较靠近图像传感器的中心部分的第一一个或多个第一纳米柱的下部柱和上部柱对应，该第二偏移与较远离第一纳米柱中的第一一个或多个的中心部分的第一纳米柱中的第二一个或多个的下部柱和上部柱对应。
35.根据本公开的一方面，提供了一种电子装置，包括：一个或多个光学元件，被配置为聚焦从物体反射的光并形成光学图像；以及图像传感器，被配置为将由图像捕获单元形成的光学图像转换为电信号，该图像传感器包括：衬底，包括配置为感测光的第一感光单元和第二感光单元；分色透镜阵列，设置在衬底上，分色透镜阵列包括在平面图中与第一感光单元重叠的第一区域和在平面图中与第二感光单元重叠的第二区域；一个或多个第一纳米柱，在第一区域中以第一布置设置；以及一个或多个第二纳米柱，在第二区域中以第二布置提供，其中，一个或多个第一纳米柱的第一尺寸、第一大小或第一布置中的至少一项不同于一个或多个第一纳米柱的第二大小、第二形状或第二布置中的至少一项。
36.根据本公开的一方面，提供了一种制造图像传感器的方法，该方法包括：在衬底上形成第一感光单元和第二感光单元；在衬底上形成分色透镜阵列，分色透镜阵列包括在平面图中与第一感光单元重叠的第一区域和在平面图中与第二感光单元重叠的第二区域；，在第一区域中以第一布置形成一个或多个第一纳米柱；以及形成在第二区域中以第二布置提供的一个或多个第二纳米柱，其中，一个或多个第一纳米柱的第一尺寸、第一大小或第一布置中的至少一项不同于一个或多个第一纳米柱的第二大小、第二形状或第二布置中的至少一项。
附图说明
37.根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
38.图1是根据示例实施例的图像传感器的示意性框图；
39.图2a至图2c示出了根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的各种像素布置；
40.图3是示出根据示例实施例的分色透镜阵列的示意性结构和操作的概念图；
41.图4a和图4b是根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的横截面图；
42.图5a是示出根据示例实施例的图像传感器的像素阵列中的感光单元的布置的平面图，图5b是示出根据示例实施例的图像传感器的像素阵列中的分色透镜阵列的多个区域中的多个纳米柱的布置的形状的平面图，并且图5c是图5b的一部分的放大图和详细平面图；
43.图6a和图6b是示出根据示例实施例的穿过分色透镜阵列的蓝光的相位分布形状和在面对蓝光的感光单元中蓝光的聚焦分布的计算机模拟的视图，图6c示出了根据示例实
施例的在与蓝色像素对应的分色透镜阵列的第二区域上和第二区域周围入射的蓝光的行进方向，并且图6d示出了根据示例实施例的用于蓝光的分色透镜阵列和与分色透镜阵列等效起作用的微透镜阵列；
44.图7a和图7b是示出根据示例实施例的穿过分色透镜阵列的绿光的相位分布形状和在面对绿光的感光单元中绿光的聚焦分布的计算机模拟的视图，图7c示出了根据示例实施例的入射在与绿色像素对应的分色透镜阵列的第一区域和第四区域上和第一区域和第四区域周围的绿光的行进方向，并且图7d示出了根据示例实施例的用于绿光的分色透镜阵列和与分色透镜阵列等效起作用的微透镜阵列；
45.图8a和图8b是示出根据示例实施例的穿过分色透镜阵列的红光的相位分布形状和在面对红光的感光单元中红光的聚焦分布的计算机模拟的视图，图8c示出了根据示例实施例的在与红色像素对应的分色透镜阵列的第三区域上和第三区域周围入射的红光的行进方向，并且图8d示出了根据示例实施例的用于红光的分色透镜阵列和与分色透镜阵列等效起作用的微透镜阵列；
46.图9a、图9b和图9c示出了根据示例实施例的在与蓝色像素对应的区域、与绿色像素对应的区域和与红色像素对应的区域上入射的每种颜色的光的行进方向；
47.图10a至图10e是示出当每个感光单元的间距为0.7μm时分色透镜阵列的效率根据分色透镜阵列与传感器衬底之间的距离的变化的曲线图；
48.图11a至图11e是示出当每个感光单元的间距为0.8μm时分色透镜阵列的效率根据分色透镜阵列与传感器衬底之间的距离的变化的曲线图；
49.图12a至图12e是示出当每个感光单元的间距为1.0μm时分色透镜阵列的效率根据分色透镜阵列与传感器衬底之间的距离的变化的曲线图；
50.图13是示出根据示例实施例的可以在分色透镜阵列中采用的纳米柱的示例性形状的透视图；
51.图14a至图14h是示出根据示例实施例的可以在图像传感器的分色透镜阵列中采用的纳米柱的示例性形状的平面图；
52.图15是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的纳米柱的布置形状的平面图；
53.图16是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的纳米柱的布置形状的平面图；
54.图17是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的纳米柱的布置形状的平面图；
55.图18是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的多个纳米柱的布置形状的平面图；
56.图19是示出入射到包括图18的分色透镜阵列在内的图像传感器的红色像素、绿色像素和蓝色像素的每一个上的光的光谱分布的曲线图；
57.图20a和图20b是根据另一示例实施例的像素阵列的示意性结构的横截面图；
58.图21和图22是示出入射在图像传感器的红色像素、绿色像素和蓝色像素上的光的光谱分布的曲线图，并且分别示出了其中设置有滤色器的实施例和其中未设置滤色器的实施例的光谱分布；
59.图23是示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列的平面图；
60.图24是示出包括图23所示的分色透镜阵列在内的图像传感器的像素阵列的示意性结构的横截面图；
61.图25是示出根据另一示例实施例的图像传感器的示意性结构的横截面图；
62.图26是示出在图25的图像传感器的分色透镜阵列中采用的纳米柱的示例性形状的透视图；
63.图27是示意性地示出根据示例实施例的包括图像传感器的电子装置的框图；以及
64.图28至图38示出了应用根据示例实施例的图像传感器的多媒体电子装置的各种示例。
具体实施方式
65.现在详细参考示例实施例，附图中示出了实施例的示例，在整个附图中，相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如
“……
中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
66.在下文中，将参照附图详细描述包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置。以下描述的示例实施例仅是示例，并且可以对这些示例实施例进行各种修改。在以下附图中，相同的附图标记指代相同的元件，并且为了清楚和便于说明，附图中的组件的尺寸可能被放大。
67.在下文中，被描述为“在...之上”或“在...上”的表达不仅可以包括直接接触，而且可以包括以非接触方式。例如，被描述为“在...之上”或“在...上”的表述不仅可以包括第一元件直接在上方、下方、左侧或右侧与第二元件接触，还可以包括在上方、下方、左侧或右侧以非接触方式相对于第二元件。
68.应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文用于描述各种组件，但是这些组件不应该受这些术语的限制。这些组件仅用来将组件彼此区分开。这些术语不限制组件的材料或结构彼此不同。
69.如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。还将理解的是，当一部分被称为“包括”另一组件时，除非上下文另有说明，否则该部分可以不排除另一组件，而是还可以包括另一组件。
70.另外，本文中使用的术语
“…
单元”、
“…
模块”指定用于处理至少一个功能或操作的单元，并且这可以用硬件或软件、或硬件和软件的组合来实现。
71.术语“上述”和类似指示性术语的使用可以对应于单数形式和复数形式两者。
72.除非上下文清楚地指示必须以所描述的次序执行操作，否则可以以适当的次序执行构成方法的操作。另外，所有示例性术语(例如，等)的使用仅是为了详细描述技术精神，并且权利范围不受这些术语的限制，除非上下文由权利要求限制。
73.图1是根据示例实施例的图像传感器的示意性框图。参照图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器(tc)1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器可
以是电荷耦合器件(ccd)图像传感器或互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。
74.像素阵列1100可以包括沿多行和多列二维布置的像素。行解码器1020可以响应于从时序控制器1010输出的行地址信号来从像素阵列1100的行中选择一行。输出电路1030可以以列为单位从沿所选行布置的多个像素中输出感光信号。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(adc)。例如，输出电路1030可以包括在列解码器和像素阵列1100之间按列布置的多个adc，或者在列解码器的输出端处布置的一个adc。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以一个芯片或单独的芯片来实现。用于处理通过输出电路1030输出的图像信号的处理器可以与时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030一起实现为一个芯片。
75.像素阵列1100可以包括检测具有不同波长的光的多个像素。如图2a至图2c所示，可以以各种方式布置多个像素。
76.图2a示出了根据示例实施例的设置在图像传感器1000中的拜耳图案。参照图2a，像素阵列1100的一个单位像素可以包括四个象限区域，并且第一象限至第四象限可以分别是蓝色像素b、绿色像素g、红色像素r和绿色像素g。这些单位像素可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上二维地重复布置。换句话说，两个绿色像素g可以在2
×
2阵列型单位像素内在一个对角线方向上布置，并且一个蓝色像素b和一个红色像素r可以在另一对角线方向上布置。观察像素阵列1100的整体像素布置，可以重复布置有：在第一方向上交替布置有多个绿色像素g和多个蓝色像素b的第一行、和在在第一方向上交替布置有多个红色像素r和多个绿色像素g的第二行。
77.然而，像素阵列1100的布置方法不限于拜耳图案，并且除了拜耳图案之外的各种布置方法也是可行的。例如，参考图2b，其中洋红色像素m、青色像素c、黄色像素y和绿色像素g构成一个单位像素的cygm方法的布置也是可行的。另外，参考图2c，其中绿色像素g、红色像素r、蓝色像素b和白色像素w构成一个单位像素的rgbw方法的布置也是可行的。
78.尽管图2a至图2c示出了单位像素可以具有2
×
2阵列的形状，但是本公开不限于此。根据另一示例实施例，单位像素可以具有3
×
2阵列的形状。此外，可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置像素阵列1100中的像素。在下文中，为了方便起见，图像传感器1000的像素阵列1100具有拜耳图案。然而，以下描述的实施例的原理可以应用于除拜耳图案之外的像素布置。
79.根据实施例，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括：分色透镜阵列，被配置为会聚与每个像素对应的颜色的光。图3是示出根据实施例的分色透镜阵列的示意性结构和操作的概念图。参照图3，分色透镜阵列130可以包括纳米柱np。根据示例实施例，分色透镜阵列130可以包括根据特定规则布置在同一平面上的纳米柱np。根据示例实施例，特定规则可以是预定规则。根据示例实施例，分色透镜阵列130可以布置在间隔层120上。
80.在此，可以根据将由分色透镜阵列130对入射光l
i
上实现的目标相位分布tp来确定应用于诸如纳米柱np的形状、大小(宽度、高度)、间隔和布置形状之类的参数。可以考虑要根据波长分离并会聚的入射光l
i
的第一目标区域r1和第二目标区域r2来确定目标相位分布tp。在分色透镜阵列130与第一目标区域r1和第二目标区域r2之间示出了目标相位分布tp，但这仅是为了便于说明。实际目标相位分布tp可以指代紧接在入射光l
i
穿过分色透镜阵列130之后的位置处的相位分布，例如，在分色透镜阵列130的底表面或间隔层120的顶
表面上的相位分布。
81.分色透镜阵列130可以包括第一区域131和第二区域132，并且第一区域131和第二区域132中的每一个可以包括一个或多个纳米柱np。第一区域131和第二区域132可以被布置为分别与第一目标区域r1和第二目标区域r2一对一地对应面对。尽管示出了三个纳米柱np分别布置在第一区域131和第二区域132中，但是这是示例性的，并且本公开不限于此。而且，尽管示出了纳米柱np完全位于第一区域131和第二区域132之一中，但是本公开不限于此，并且一些纳米柱np可以布置在第一区域131与第二区域132之间的边界处。
82.分色透镜阵列130的纳米柱np可以形成在入射光l
i
中包括的具有不同波长的光沿不同方向分支并会聚的相位分布。例如，可以确定分布在第一区域131和第二区域132中的纳米柱np的形状、大小和布置，以形成目标相位分布tp，其中入射光l
i
中包括的第一波长的光l
λ1
具有入射光l
i
中包括的第一相位分布并且第二波长的光l
λ2
具有第二相位分布。根据目标相位分布tp，第一波长的光l
λ1
和第二波长的光l
λ2
可以分别以与纳米柱np相距的一定分离距离a会聚在目标区域r1和r2处。
83.根据示例实施例，根据目标相位分布tp，被会聚的第一波长的光l
λ1
和第二波长的光l
λ2
可以包括与纳米柱np相距的一定分离距离a分别集中在目标区域r1和r2处的第一波长的光l
λ1
和第二波长的光l
λ2
。根据示例实施例，根据目标相位分布tp，被会聚的第一波长的光l
λ1
和第二波长的光l
λ2
可以包括与纳米柱np相距的一定分离距离a分别聚焦在目标区域r1和r2处的第一波长的光l
λ1
和第二波长的光l
λ2
。
84.根据示例实施例，分色透镜阵列130的纳米柱np可以形成在入射光l
i
中包括的具有不同波长的光沿不同方向划分并会聚的相位分布。
85.根据示例实施例，纳米柱np布置在第一区域131中的规则与纳米柱np布置在第二区域132中的规则可以彼此不同。换句话说，设置在第一区域131中的纳米柱np的形状、大小和布置中的一个可以不同于设置在第二区域132中的纳米柱np的形状、大小和布置。
86.纳米柱np可以具有小于要分支的波长带的子波长的形状尺寸。纳米柱np可以具有小于第一波长和第二波长中的较短波长的形状尺寸，并且例如当入射光l
i
是可见光时，纳米柱np可以具有小于400nm、300nm或200nm的尺寸。
87.纳米柱np可以由折射率高于周围材料的折射率的材料制成。例如，纳米柱np可以由c-si、p-si、a-si和iii-v族化合物半导体(gap、gan、gaas等)、sic、tio2、sin和/或其组合制成。与周围材料具有不同的折射率的纳米柱np可以改变穿过的光的相位。这是由于由子波长的形状尺寸引起的相位延迟，并且相位延迟的程度可以由纳米柱np的详细形状尺寸和布置形状来确定。周围材料可以由具有比纳米柱np低的折射率的介电材料制成，例如，sio2或空气。
88.根据示例实施例，第一波长λ1和第二波长λ2可以在可见光波长带中。然而，实施例不限于此，并且可以根据布置的纳米柱np的形状、大小、间隔和布置来实现各种波长带。图3示出了两个波长的光被分支和会聚。然而，实施例不限于此，并且入射光可以根据波长在三个或更多个方向上分支和会聚。
89.在下文中，将更详细地描述将上述分色透镜阵列130应用于图像传感器1000的像素阵列1100的示例。
90.图4a和图4b是根据示例实施例的像素阵列的横截面图，图5a是示出根据示例实施
例的像素阵列的感光单元的布置的平面图，并且图5b是示出根据示例实施例的分色透镜阵列的纳米柱的布置的形状的平面图。
91.参照图4a和图4b，像素阵列1100可以包括：传感器衬底110，包括用于感测光的多个感光单元111、112、113和114；透明间隔层120，布置在传感器衬底110上；以及分色透镜阵列130，布置在间隔层120上。根据如图5a所示的示例实施例，可以在一行中设置感光单元111和112，并且可以在另一行中设置感光单元113和114。
92.传感器衬底110可以包括将光转换成电信号的第一感光单元111、第二感光单元112、第三感光单元113和第四感光单元114。这些感光单元，例如，如图4a所示，第一感光单元111和第二感光单元112可以在第一方向(x方向)上交替布置，以及在具有不同的y方向位置的横截面中，如图4b所示，第三感光单元113和第四感光单元114可以交替布置。该区域划分用于通过像素单位来感测入射光。例如，第一感光单元111和第四感光单元114可以感测具有与第一像素对应的第一波长的光，第二感光单元112可以感测具有与第二像素对应的第二波长的光，并且第三感光单元113可以感测具有与第三像素对应的第三波长的光。在下文中，具有第一波长的光被示为绿光，具有第二波长的光被示为蓝光，并且具有第三波长的光被示为红光，并且第一像素、第二像素和第三像素为分别示为绿色像素g、蓝色像素b和红色像素r。根据示例实施例，用于分离单元的分离器可以进一步形成在传感器衬底110上。
93.间隔层120可以设置为在支撑分色透镜阵列130的同时保持传感器衬底110与分色透镜阵列130之间的距离h，并且可以由相对于可见光透明的材料制成。例如，间隔层120可以由以下介电材料制成，该介电材料具有比分色透镜阵列130的纳米柱np(例如sio2、基于硅氧烷的旋涂玻璃(sog))的折射率低的折射率并且在可见光带具有低吸收率。
94.分色透镜阵列130可以包括根据特定规则布置的纳米柱np。根据示例实施例，分色透镜阵列130可以进一步包括用于保护纳米柱np的保护层。保护层可以由以下介电材料制成，该介电材料的折射率低于用于形成纳米柱np的材料的折射率。
95.分色透镜阵列130可以被分成与多个感光单元111、112、113和114一对一相应地面对的多个区域131、132、133和134。一个或多个纳米柱np可以布置在多个区域131、132、133和134的每一个中，并且纳米柱np的形状、大小和布置中的任何一个可以根据区域而彼此不同。
96.根据示例实施例，分色透镜阵列130的区域可以被划分为使得具有第一波长的光可以被分支并会聚到第一感光单元111和第四感光单元114上，具有第二波长的光可以被分支并会聚到第二感光单元112上，而具有第三波长的光可以被分支并会聚到第三感光单元113上，并且纳米柱np的大小、形状和布置可以根据区域来确定。
97.当像素阵列1100具有图2a所示的拜耳图案时，图5a的第一感光单元111和第四感光单元114可以对应于绿色像素g，第二感光单元112可以对应于蓝色像素b，并且第三感光单元113可以对应于红色像素r。参照图5b，分色透镜阵列130的第一区域131和第四区域134可以对应于绿色像素g，分色透镜阵列130的第二区域132可以对应于蓝色像素b，并且分色透镜阵列130的第三区域133可以对应于红色像素r。因此，分色透镜阵列130可以包括二维布置的多个单位图案阵列，并且多个单位图案阵列中的每一个可以包括以2
×
2的形式布置的第一区域131、第二区域132、第三区域133和第四区域134。
98.如图5b所示，与绿色像素g对应的第一区域131和第四区域134、与蓝色像素b相对
应的第二区域132以及与红色像素r相对应的第三区域133可以包括具有圆形横截面的圆柱形形状的纳米柱np。具有不同横截面面积的纳米柱np可以布置在第一区域131、第二区域132，第三区域133和第四区域134的中心，并且纳米柱np可以布置在像素之间的边界的中心以及在像素边界的交叉点。布置在像素之间的边界处的纳米柱np的横截面面积可以小于布置在像素的中心的纳米柱np的横截面面积。
99.图5c详细示出了纳米柱np在图5b的一些区域中，即，在构成单元图案阵列的第一区域至第四区域131、132、133和134中的布置。在图5c中，根据单元图案阵列中的详细位置，由p1至p9表示纳米柱np。参照图5c，在纳米柱np中，布置在第一区域131的中心的纳米柱p1和布置在第四区域134的中心的纳米柱p4的横截面面积可以大于布置在第二区域132的中心的纳米柱p2或布置在第三区域133的中心的纳米柱p3的横截面面积，并且布置在第二区域132的中心的纳米柱p2的横截面面积可以大于布置在第三区域133的中心的纳米柱p3的横截面的横截面面积。然而，这仅是示例，并且如果需要，可以应用具有各种形状、大小和布置的纳米柱np。
100.设置在与绿色像素g对应的第一区域131和第四区域134中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上具有不同的分布规则。例如，布置在第一区域131和第四区域134中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上具有不同的大小布置。如图5c所示，在纳米柱np中，位于第一区域131和在第一方向(x方向)上与第一区域131相邻的第二区域132之间的边界处的纳米柱p5的横截面面积、与位于第一区域131和在第二方向(y方向)上与第一区域131相邻的第三区域133之间的边界处的纳米柱p6的横截面面积可以彼此不同。类似地，位于第三区域133和在第一方向(x方向)上与第三区域133相邻的第四区域134之间的边界处的纳米柱p7的横截面面积、与位于第三区域133和在第二方向(y方向)上与第三区域133相邻的第二区域132之间的边界处的纳米柱p8的横截面面积可以彼此不同。
101.另一方面，布置在与蓝色像素b相对应的第二区域132中和在与红色像素r相对应的第三区域133中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上具有对称的分布规则。如图5c所示，在纳米柱np中，位于在第一方向(x方向)上与第二区域132相邻的像素之间的边界处的纳米柱p5的横截面面积、与位于在第二方向(y方向)上与第二区域132相邻的像素之间的边界处的纳米柱p8可以相同，并且位于在第一方向(x方向)上与第三区域133相邻的像素之间的边界处的纳米柱p7的横截面面积、与在第二方向(y方向)上与第三区域133相邻的像素之间的边界处的纳米柱p6的横截面面积可以相同。
102.而且，布置在第一区域131、第二区域132、第三区域133和第四区域134中的每一个区域的四个边缘(即，四个区域彼此交叉)的位置处的纳米柱p9可以具有相同的横截面面积。
103.图5c中的纳米柱np的分布根据拜耳图案的像素布置。在蓝色像素b和红色像素r两者中，在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上相邻的像素与绿色像素g相同，而在与第一区域131对应的绿色像素g中，在第一方向(x方向)上相邻的像素是蓝色像素b，并且在第二方向(y方向)上相邻的像素是彼此不同的红色像素r。在与第四区域134对应的绿色像素g中，在第一方向(x方向)上相邻的像素是红色像素r，并且在第二方向(y方向)上相邻的像素是彼此不同的蓝色像素b。在与第一区域131和第四区域134对应的绿色像素g中，在四个对
角线方向上相邻的像素是相同的绿色像素g，并且在与第二区域132对应的蓝色像素b中，在四个对角线方向上相邻的像素是相同的红色像素r，并且在与第三区域133对应的红色像素r中，在四个对角线方向上相邻的像素是相同的蓝色像素b。因此，在各自与蓝色像素b和红色像素r对应的第二区域132和第三区域133中，纳米柱np可以以4重对称的形式布置，并且在与绿色像素g对应的第一区域131和第四区域134中，纳米柱np可以以2重(2-fold)对称的形式布置。特别地，第一区域131和第四区域134可以相对于彼此旋转90度。
104.尽管根据示例实施例，纳米柱np具有对称的圆形横截面形状，但是本公开不限于此，并且可以包括具有非对称横截面形状的一些纳米柱。例如，在与绿色像素g对应的第一区域131和第四区域134中，可以采用具有第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上的不同宽度的非对称横截面形状的纳米柱，并且在分别与蓝色像素b和红色像素r对应的第二区域132和第三区域133中，可以采用具有第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上的相同宽度的对称横截面形状的纳米柱。
105.分色透镜阵列130的布置图案是用于实现以下目标相位分布的示例，在该目标相位分布中，第一波长的光被分支和会聚到第一感光单元111和第四感光单元114上，第二波长的光被分支和会聚到第二感光单元112上，并且第三波长的光被分支和会聚到第三感光单元113上，并且分色透镜阵列130的布置图案不限于图示的图案。可以根据特定规则来提供布置图案。
106.分色透镜阵列130的每个区域中的纳米柱np的形状、大小和布置可以被确定为使得具有第一波长的光在光穿过分色透镜阵列130的位置处可以形成一相位，具有第一波长的光通过该相位会聚到第一感光单元111和第四感光单元114上并且不行进到相邻的第二感光单元112和第三感光单元113。
107.分色透镜阵列130的每个区域中的纳米柱np的形状、大小和布置可以被确定为使得具有第二波长的光在光穿过分色透镜阵列130的位置处可以形成一相位，具有第二波长的光通过该相位会聚到第二感光单元112上并且不行进到相邻的第一感光单元111、第三感光单元113和第四感光单元114。
108.另外，类似地，分色透镜阵列130的每个区域中的纳米柱np的形状、大小和布置可以被确定为使得具有第三波长的光在光穿过分色透镜阵列130的位置处可以形成一相位，具有第三波长的光通过该相位会聚到第三感光单元113上并且不行进到相邻的第一感光单元111、第二感光单元112和第四感光单元114。
109.可以确定满足所有这些条件的纳米柱np的形状、大小和/或布置，并且紧接穿过分色透镜阵列130之后的光可以具有以下目标相位分布。紧接穿过分色透镜阵列130之后的具有第一波长的光的相位，换句话说，在分色透镜阵列130的底表面或间隔层120的顶表面上的具有第一波长的光的相位可以在与第一感光单元111相对应的第一区域131的中心和与第四感光单元114相对应的第四区域134的中心为2nπ，并且在与第二感光单元112对应的第二区域132的中心和在与第三感光单元113对应的第三区域133的中心可以为(2n-1)π。在此，n是大于0的整数。换句话说，紧接在穿过分色透镜阵列130之后的具有第一波长的光的相位可以在第一区域131的中心和第四区域134的中心被最大化，并且随着距第一区域131的中心和第四区域134的中心的距离以同心圆形状逐渐减小，具有第一波长的光的相位可以在第二区域132的中心和第三区域132的中心被最小化。例如，当n＝1时，穿过分色透镜阵
列130的绿光的相位可以在第一区域131的中心和第四区域134的中心为2π，并且可以在第二区域132的中心和第三区域133的中心为π。这里，相位可以指相对于紧接在光穿过纳米柱np之前的相位的相位值。
110.另外，紧接在穿过分色透镜阵列130之后的具有第二波长的光的相位可以在与第二感光单元112相对应的第二区域132的中心为2mπ并在与第一感光单元111对应的第一区域131的中心和与第四感光单元114对应的第四区域134的中心为(2m-1)π，并且可以在与第三感光单元113相对应的第三区域133的中心为大于(2m-2)π且小于(2m-1)π。在此，m是大于0的整数。换句话说，紧接在穿过分色透镜阵列130之后具有第二波长的光的相位可以在第二区域132的中心被最大化，并且随着距第二区域132的中心的距离以同心圆形状逐渐减小，具有第二波长的光的相位可以在第一区域131、第四区域134和第三区域133的中心局部地最小化。例如，当m＝1时，穿过分色透镜阵列130的蓝光的相位可以在第二区域132的中心为2π，在第一区域131的中心和第四区域134的中心为π，并且在第三区域133的中心为约0.2π到约0.7π。
111.另外，类似地，紧接在穿过分色透镜阵列130之后的具有第三波长的光的相位可以在与第三感光单元113相对应的第三区域133的中心为2lπ并在与第一感光单元111对应的第一区域131的中心和与第四感光单元114对应的第四区域134的中心为(2l-1)π，并且可以在与第二感光单元112相对应的第二区域132的中心为大于(2l-2)π且小于(2l-1)π。在此，l是大于0的整数。换句话说，紧接在穿过分色透镜阵列130之后具有第三波长的光的相位可以在第三区域133的中心被最大化，并且随着距第三区域133的中心的距离以同心圆形状逐渐减小，具有第三波长的光的相位可以在第一区域131、第四区域134和第二区域132的中心局部地最小化。例如，当l＝1时，穿过分色透镜阵列130的红光的相位可以在第三区域133的中心为2π，在第一区域131的中心和第四区域134的中心为π，并且在第二区域132的中心为约0.2π到0.7π。
112.如上所述，目标相位分布是指紧接穿过分色透镜阵列130之后的光的相位分布。当穿过分色透镜阵列130的光具有该相位分布时，具有第一波长至第四波长的光可以分别会聚到第一感光单元111、第二感光单元112、第三感光单元113和第四感光单元114上。换句话说，穿过分色透镜阵列130的光可以获得与根据波长进行分支、在不同方向上行进和会聚相同的光学效果。
113.根据示例实施例，一定的行进距离要求可以被确定为使得具有相应波长的光可以会聚到相应的感光单元上。因此，间隔层120的厚度h可以相应地确定。例如，根据示例实施例，间隔层120的厚度h可以根据待分支的波长λ、像素大小和感光单元的布置周期p而改变。间隔层120的厚度h可以大于将被分支的可见光的波长带的中心波长λ，并且当与作为相邻的感光单元中心之间的距离的感光单元布置周期p相比较时，间隔层120的厚度h可以在1p至3p的范围中。详细地，间隔层120的厚度h可以在500nm至5μm之间。稍后将参照图10a至图10e、图11a至图11e以及图12a至图12e来描述用于设置间隔层120的厚度h的更多细节。
114.图6a和图6b是示出根据示例实施例的穿过分色透镜阵列的蓝光的相位分布形状和在面对蓝光的感光单元中蓝光的聚焦分布的计算机模拟的视图，图6c示出了根据示例实施例的入射在与蓝色像素b相对应的分色透镜阵列的第二区域上和第二区域周围的蓝光的行进方向，并且图6d示出了根据示例实施例的用于蓝光的分色透镜阵列和与分色透镜阵列
等效起作用的微透镜阵列。
115.根据图6a所示的相位分布，在与蓝色像素b相对应的区域的中心的蓝光的相位可以为约2π，并且在与相邻的绿色像素g相对应的区域的中心的蓝光的相位可以为约π，并且在对角线方向上与红色像素r相对应的区域的中心的蓝光的相位可以为约小于π(例如，约0.2π至0.7π)。
116.相位分布可以表示图6b所示的蓝光的聚焦分布。大部分蓝光可以会聚到与蓝色像素b相对应的区域上，并且蓝光几乎不会到达与其他像素相对应的区域。
117.结果，如图6c所示，入射在与蓝色像素b相对应的第二区域132上和第二区域132周围的蓝光穿过分色透镜阵列130，然后朝向第二感光单元行进。例如，在入射在分色透镜阵列130的第二区域132上的入射光和围绕第二区域132的其他区域的一部分中，蓝光可以会聚在第二区域132正下方的第二感光单元112上。换句话说，来自与蓝色像素b相对应的第二区域132的蓝光、来自水平方向上与第二区域132相邻的两个第一区域131的蓝光、来自竖直方向上与第二区域132相邻的两个第四区域134的蓝光和来自对角线方向上与第二区域132相邻的四个第三区域113的蓝光入射在一个蓝色像素b上。
118.因此，如图6d所示，对于蓝光，分色透镜阵列130可以起到与围绕第二感光单元112布置的多个微透镜ml1的阵列等效的作用。由于每个等效微透镜ml1大于对应的第二感光单元112，因此入射在围绕第二感光单元112的另一区域上的蓝光以及入射在第二感光单元112的区域上的蓝光也可以会聚到第二感光单元112上。例如，每个微透镜ml1可以是对应的第二感光单元112的大约四倍，并且每个微透镜ml1的四个边可以与第二感光单元112的四个边平行。
119.图7a和图7b是示出穿过分色透镜阵列的绿光的相位分布形状和在面对绿光的感光单元中绿光的聚焦分布的计算机模拟的视图，图7c示出了入射在与绿色像素相对应的分色透镜阵列的第一区域和第四区域上和第一区域和第四区域周围的绿光的行进方向，并且图7d示出了用于绿光的分色透镜阵列和与分色透镜阵列等效起作用的微透镜阵列。
120.根据图7a所示的相位分布，与绿色像素g相对应的区域的中心的绿光的相位可以为约2π，并且各自与相邻的蓝色像素b和红色像素r相对应的区域的中心的绿光的相位可以为约π。
121.相位分布可以表示图7b所示的绿光的聚焦分布。绿光可以会聚到各自与两个绿色像素g相对应的区域上，并且绿光几乎不会到达与其他像素相对应的区域。
122.结果，如图7c所示，入射在与绿色像素g相对应的第一区域131和第四区域134上和第一区域131和第四区域134周围的绿光穿过分色透镜阵列130，然后行进至第一感光单元111。例如，在入射在分色透镜阵列130的第一区域131上的入射光和围绕第一区域131的其他区域的一部分中，绿光可以会聚在第一区域131正下方的第一感光单元111上。换句话说，来自与绿色像素g对应的第一区域131或第四区域134的绿光、以及来自在水平方向和纵向方向上与第一区域131或第四区域134相邻的两个第二区域132和两个第三区域133的绿光入射在一个绿色像素g上。
123.因此，如图7d所示，对于绿光，分色透镜阵列130可以起到与布置在第一感光单元111和第四感光单元114周围的多个微透镜ml2的阵列等效的作用。由于每个等效微透镜ml2大于对应的第一感光单元111或第四感光单元114，因此入射在围绕第一感光单元111和第
四感光单元114的另一区域上的绿光以及入射在第一感光单元111和第四感光单元114上的绿光也可以被会聚到第一感光单元111和第四感光单元114上。例如，每个微透镜ml2可以是对应的第一感光单元111或第四感光单元114的大约两倍，并且可以在对角线方向上与对应的第一感光单元111或第四感光单元114相邻地布置。
124.图8a和图8b是示出穿过分色透镜阵列的红光的相位分布形状和在面对红光的感光单元中红光的聚焦分布的计算机模拟的视图，图8c示出了入射在与红色像素相对应的分色透镜阵列的第三区域上和第三区域周围的红光的行进方向，并且图8d示出了用于红光的分色透镜阵列和与分色透镜阵列等效起作用的微透镜阵列。
125.根据图8a所示的相位分布，在与红色像素r相对应的区域的中心的红光的相位可以为约2π，并且在与相邻的绿色像素g相对应的区域的中心的红光的相位可以为约π，并且在对角线方向上与蓝色像素b相对应的区域的中心的红光的相位可以为约小于π(例如，约0.2π至0.7π)。
126.相位分布可以表示图8b所示的红光的聚焦分布。红光可以会聚到与红色像素r相对应的区域上，并且红光几乎不会到达与其他像素相对应的区域。
127.结果，如图8c所示，入射在与红色像素r相对应的第三区域133上和第三区域133周围的光穿过分色透镜阵列130，然后行进。例如，在入射在分色透镜阵列130的第三区域133上和围绕第三区域133的其他区域的一部分中的入射光中，红光可以会聚在第三区域133正下方的第三感光单元113上。换句话说，来自与红色像素r对应的第三区域133的红光、来自水平方向上与第三区域133相邻的两个第四区域134的红光、来自竖直方向上与第三区域133相邻的两个第一区域131的红光和来自对角线方向上与第三区域133相邻的四个第二区域132的红光入射在一个红色像素r上。
128.因此，如图8d所示，对于红光，分色透镜阵列130可以起到与围绕第三感光单元113布置的多个微透镜ml3的阵列等效的作用。由于每个等效微透镜ml3大于对应的第三感光单元113，因此入射在围绕第三感光单元113的另一区域上的红光以及入射在第三感光单元113的区域上的红光也可以会聚到第三感光单元113上。例如，每个微透镜ml3可以是对应的第三感光单元113的大约四倍，并且每个微透镜ml3的四个边可以与第三感光单元113的四个边平行。
129.图6c、图7c和图8c中描述的蓝光、绿光和红光的路径可以具有其中入射在每个区域上的光针对每种颜色分支的形状，并且可以如下进行描述。
130.图9a示出了入射在与蓝色像素相对应的区域上的每种颜色的光的行进方向。参照图9a，在入射在与蓝色像素b相对应的第二区域132上的光l
i
中，蓝光l
b
行进至第二区域132正下方的第二感光单元112。在入射到第二区域132上的入射光l
i
中，绿光l
g
大部分行进到在水平方向上与第二感光单元112相邻的两个第一感光单元111以及在竖直方向上与第二感光单元112相邻的两个第四感光单元114。在入射光l
i
中，红光l
r
大部分行进至在对角线方向上与第二感光单元112相邻的四个第三感光单元113。
131.图9b示出了入射在与绿色像素相对应的区域上的每种颜色的光的行进方向。参照图9b，在入射在与绿色像素g相对应的第一区域131上的光l
i
中，绿光l
g
行进至第一区域131正下方的第一感光单元111。在入射在第一区域131上的入射光l
i
中，蓝光l
b
行进至在水平方向上与第一感光单元111相邻的两个第二感光单元112，并且红光l
r
大部分行进至在竖直方
向上与第一区域111相邻的两个第三感光单元113。
132.图9c示出了入射在与红色像素相对应的区域上的光的行进方向。在入射在与红色像素r相对应的第三区域133上的光l
i
中，红光l
r
行进到第三区域133正下方的第三感光单元113。在入射到第三区域133上的入射光l
i
中，绿光l
g
行进到在竖直方向上与第三感光单元113相邻的两个第一感光单元111，并行进到在水平方向上与第三感光单元113相邻的两个四个感光单元114。入射光l
i
中的蓝光l
b
大部分行进至在对角线方向上与第三感光单元113相邻的四个第二感光单元112。
133.通过适当地设置间隔层120的厚度，可以更有效地执行上述分色和会聚。例如，当间隔层120相对于λ0的波长的折射率为n并且感光单元的间距(pitch)为p时，间隔层120的理论厚度h
t
可以满足以下等式1。
134.【等式1】
[0135][0136]
此处，间隔层120的理论厚度h
t
可以指：关于分色透镜阵列130将波长为λ0的光聚焦到感光单元111、112、113和114的顶表面上的焦距。换句话说，波长为λ0的光可以在穿过分色透镜阵列130的同时聚焦在距分色透镜阵列130的底表面的距离h
t
处。
[0137]
如以上等式1中所述，间隔层120的理论厚度h
t
可以根据感光单元111、112、113和114的间距p和间隔层120的折射率n而不同。例如，假设可见光带的中心波长λ0为540nm，感光单元111、112、113和114的间距p为0.8μm，并且间隔层120在波长为540nm的折射率n为1.46，间隔层120的理论厚度h
t
，即，分色透镜阵列130的下表面与传感器衬底110的顶表面之间的优化距离可以为约1.64μm。然而，间隔层120的理论厚度不必仅限于等式1中描述的理论厚度h
t
。例如，考虑到分色透镜阵列130的效率，可以基于等式1的理论厚度h
t
在特定范围内选择间隔层120的实际厚度。
[0138]
图10a至图10e是示出当每个感光单元111、112、113和114的间距为0.7μm时分色透镜阵列130的效率根据分色透镜阵列130与传感器衬底110之间的距离的变化的曲线图。图10a示出了分色透镜阵列130相对于从构成分色透镜阵列130的一个单位图案阵列的第一区域至第四区域131、132、133和134中入射到第二感光单元112上的蓝光的会聚效率，图10b示出了分色透镜阵列130相对于从构成单位图案阵列130的一个单位图案阵列的第一区域131至第四区域131中入射到第一感光单元111和第四感光单元114上的绿光的会聚效率，并且图10c示出了分色透镜阵列130相对于从构成单位图案阵列130的一个单位图案阵列的第一区域至第四区域131、132、133和134中入射到第三感光单元113上的红光的会聚效率。
[0139]
在图10a和图10c中，因为四个区域被提供给一个感光单元，所以理论上最大值为4。在图10b中，因为四个区域被提供给两个感光单元，所以理论上最大值为2。在图10a至10c的曲线图中，分色透镜阵列130的会聚效率最高的距离变为满足等式1的理论厚度h
t
。如图10a至图10c所示，理论厚度h
t
根据波长而略有不同。
[0140]
图10d是示出考虑到人眼对可见光的灵敏度特性的分色透镜阵列的效率的变化的曲线图。例如，人眼通常对绿光具有最高灵敏度，而对蓝光具有最低灵敏度。这样，根据示例实施例，最低权重可以被赋予图10a的曲线图，并且最高权重可以被赋予图10b。此外，根据
示例实施例，对图10c的曲线图赋予高于蓝光的权重。因此，可以通过对图10a的曲线图赋予最低的权重、对图10c的曲线图赋予比蓝光高的权重并对图10b赋予最高权重并且对求和值求平均来获得图10d的曲线图。图10e是示出对图10d的曲线图归一化的结果的曲线图。
[0141]
参照图10d和图10e的曲线图，当每个感光单元111、112、113和114的间距为0.7μm时，考虑到人眼的灵敏度特性，分色透镜阵列130相对于整个可见光的效率可以在约1.2μm的距离处为最高。而且，分色透镜阵列130的效率可以在约0.5μm的距离处为最大效率的约80％，并且在约1.9μm的距离处为最大效率的约95％。
[0142]
图11a至图11e是示出当每个感光单元111、112、113和114的间距为0.8μm时分色透镜阵列130的效率根据分色透镜阵列130与传感器衬底110之间的距离的变化的曲线图。参照图11a至图11e，当每个感光单元111、112、113和114的间距为0.8μm时，考虑到人眼的灵敏度特性，分色透镜阵列130相对于整个可见光的效率在约1.64μm的距离处为最高。而且，分色透镜阵列130的效率可以在约0.8μm的距离处为最大效率的约85％，并且在约2.5μm的距离处为最大效率的约93％。
[0143]
图12a至图12e是示出当每个感光单元111、112、113和114的间距为1.0μm时分色透镜阵列130的效率根据分色透镜阵列130与传感器衬底110之间的距离的变化的曲线图。参照图12a至图12e，当每个感光单元111、112、113和114的间距为1.0μm时，考虑到人眼的灵敏度特性，分色透镜阵列130相对于整个可见光的效率在约2.6μm的距离处为最高。而且，分色透镜阵列130的效率可以在约1.6μm的距离处为最大效率的约87％，并且在约3.6μm的距离处为最大效率的约94％。
[0144]
结果，即使间隔层120的实际厚度h大于或小于间隔层120的理论厚度h
t
达每个感光单元111、112、113和114的间距p，分色透镜阵列130的高效率可以是最大效率的约80％、90％或约95％。考虑到上述结果，可以在h
t-p≤h≤h
t
+p的范围内选择间隔层120的实际厚度h。
[0145]
由于上述分色透镜阵列130可以在不吸收或阻挡入射光的情况下根据波长来分支入射光，并且可以将经分支的光会聚到特定区域上，因此可以提高图像传感器的光利用效率。另外，由于分色透镜阵列130具有提高的分色性能，所以采用分色透镜阵列130的图像传感器可以具有优异的色纯度。此外，由于采用分色透镜阵列130的图像传感器可以维持图像传感器中通常采用的拜耳图案方法，因此可以利用与现有像素结构相同的图像处理算法。此外，由于分色透镜阵列130用作用于会聚入射光的透镜，所以采用分色透镜阵列130的图像传感器不需要用于将光会聚到每个像素上的单独的微透镜。
[0146]
图13是示出根据示例实施例的可以设置在分色透镜阵列中的纳米柱的示例性形状的透视图。参照图13，纳米柱可以具有直径d和高度h的圆柱形状。直径d和高度h可以具有子波长的值，并且直径d可以根据纳米柱所布置的位置而不同。
[0147]
而且，纳米柱可以具有各种横截面形状的柱的形状。图14a至图14h是可以设置在图像传感器的分色透镜阵列130中的纳米柱的示例性形状的平面图。
[0148]
如图14a所示，纳米柱的横截面形状可以是具有外径d和内径di的圆环形状。环的宽度w可以具有子波长的值。纳米柱的横截面形状可以是椭圆形状，其中长轴长度dx和短轴长度dy在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上彼此不同，如图14b所示。如在描述图5b的实施例时提到的，可以在与绿色像素相对应的第一区域131和第四区域134中提供该形状。
[0149]
另外，纳米柱的横截面形状可以是如图14c、图14d和图14f所示的正方形形状、正方形环形状或十字形状，或者可以是如图14e和图14g所示的矩形形状或十字形状，其中长度dx和dy在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上彼此不同。如在描述图5b的实施例时提到的，可以在与绿色像素相对应的第一区域131和第四区域134中提供矩形形状或十字形状。
[0150]
在另一实例中，纳米柱的横截面形状可以具有多个凹弧的形状，如图14h所示。
[0151]
图15是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的纳米柱的布置形状的平面图。
[0152]
根据示例实施例，分色透镜阵列140可以具有与图2a所示的拜耳图案的像素布置对应的形状，并且可以包括与绿色像素g对应的第一区域141、与蓝色像素b对应的第二区域142、与红色像素r对应的第三区域143和与绿色像素g对应的第四区域144。尽管未示出，但是单位图案阵列可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上重复地布置。每个区域可以被划分为多个子区域，并且纳米柱np可以被布置在多个子区域之间的边界的交叉点处。图15示出了以下示例，其中子区域的数量为9并且纳米柱np布置在将每个区域划分为9个子区域的晶格点上。因此，纳米柱np没有布置在每个区域141、142、143和144的中心，而是具有相同尺寸的四个纳米柱np构成中心部分。位于其周边的纳米柱np布置在与其他区域的边界线上。根据在单位图案阵列内的详细位置，r1至r9可以指示纳米柱np。
[0153]
参照图15，布置在与绿色像素相对应的第一区域141的中心的纳米柱r1可以具有比布置在第一区域141周围的纳米柱r5、r6和r9大的横截面面积，并且布置在与绿色像素对应的第四区域144的中心的纳米r4的横截面面积也可以大于布置在第四区域144周围的纳米柱r7、r8和r9。布置在与绿色像素对应的第一区域141和第四区域144的中心上的纳米柱r1和r4的横截面面积可以大于布置在与蓝色像素对应的第二区域142的中心的纳米柱r2和布置在与红色像素对应的第三区域143的中心的纳米柱r3的横截面面积。而且，布置在与蓝色像素对应的第二区域142的中心的纳米柱r2的横截面面积可以大于布置在与红色像素对应的第三区域143的中心的纳米柱r3的横截面面积。
[0154]
第二区域142和第三区域143中的纳米柱np可以对称地布置在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上，并且第一区域141和第四区域144中的纳米柱np可以非对称地布置在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上。换句话说，各自与蓝色像素和红色像素对应的第二区域142和第三区域143中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y-)上具有相同的分布规则，并且与绿色像素对应的第一区域141和第四区域144中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上具有不同的分布规则。
[0155]
在纳米柱np中，位于第一区域141和在第一方向(x方向)上与第一区域141相邻的第二区域142之间的边界处的纳米柱r5的横截面面积与位于第一区域141和在第二方向(y方向)上与第一区域141相邻的第三区域143之间的边界处的纳米柱r6的横截面面积可以彼此不同。另外，位于第四区域144和在第一方向(x方向)上与第四区域144相邻的第三区域143之间的边界处的纳米柱r7的横截面面积、与位于第四区域144和在第二方向(y方向)上与第四区域144相邻的第二区域142之间的边界处的纳米柱r8的横截面面积可以彼此不同。
[0156]
另一方面，位于第一区域141和在第一方向(x方向)上与第一区域141相邻的第二区域142之间的边界处的纳米柱r5的横截面面积与位于第四区域144和在第二方向(y方向)
上与第四区域144相邻的第二区域142之间的边界处的纳米柱r8可以相同，并且位于第一区域141和在第二方向(y方向)上与第一区域141相邻的第三区域143之间的边界处的纳米柱r6的横截面面积与位于第四区域144和在第一方向(x方向)上与第四区域144相邻的第三区域143之间的边界处的纳米柱r7可以相同。
[0157]
而且，布置在第一区域141、第二区域142、第三区域143和第四区域144中的每一个区域的四个边缘(即，四个区域彼此交叉)的位置处的纳米柱r9可以具有相同的横截面面积。
[0158]
以这种方式，纳米柱np可以以4重对称的形式布置在各自对应于蓝色像素和红色像素的第二区域142和第三区域143中，并且纳米柱np可以以2重对称的形式布置在与绿色像素相对应的第一区域141和第四区域144中，并且第一区域141和第四区域144可以相对于彼此旋转90度。这些形状在稍后描述的图16和图17的实施例中示出。
[0159]
图16是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的纳米柱的布置形状的平面图。
[0160]
根据示例实施例，分色透镜阵列150可以具有与拜耳图案的像素布置对应的形状，并且可以包括与绿色像素对应的第一区域151、与蓝色像素对应的第二区域152、与红色像素对应的第三区域153和与绿色像素对应的第四区域154。每个区域可以被划分为多个子区域，并且纳米柱np可以被布置在多个子区域之间的边界的交叉点处。由于图16示出了子区域的数量为16的示例，因此图16与图15的纳米柱布置不同。纳米柱np布置在将每个区域划分为16个子区域的晶格点上，使得纳米柱np可以布置在区域151、152、153和154中的每个的中心。根据在单位图案阵列内的详细位置，s1至s11指示纳米柱np。
[0161]
在图16的实施例中，位于与绿色像素相对应的第一区域151的中心的纳米柱s1和位于第四区域154的中心的纳米柱s4可以具有大于布置在与蓝色像素对应的第二区域152中以及在在红色像素对应的第三区域153中的纳米柱np以及位于其周边的纳米柱np的横截面面积。
[0162]
可以将在第一区域151中具有最大横截面面积的纳米柱s1布置在中心，并且可以布置具有随着越靠近周边而逐渐减小的横截面面积的纳米柱s10、s5和s6。即使在第四区域154中，也可以将具有最大横截面面积的纳米柱s4布置在中心，并且可以布置具有随着靠近周边而逐渐减小的横截面面积的纳米柱s11、s7和s8。与此不同，在第二区域152中，可以在中心布置具有相同横截面面积的九个纳米柱s2，并且可以在周边布置具有比纳米柱s2大的横截面面积的纳米柱s5和s8。即使在第三区域153中，可以在中心布置具有相同横截面面积的九个纳米柱s3，并且可以在周边布置具有比纳米柱较大的横截面面积的纳米柱s6和s7。在第二区域152和第三区域153中，位于周边的纳米柱np布置在与其他区域的边界线上。
[0163]
在图16的实施例中，与图15的实施例一样，第二区域152和第三区域153中的纳米柱np可以对称地布置在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上，并且第一区域151和第四区域154中的纳米柱np可以非对称地布置在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上。而且，布置在第一区域151、第二区域152、第三区域153和第四区域154中的每一个区域的四个边缘(即，四个区域彼此相邻)的位置处的纳米柱s9可以具有相同的横截面面积。
[0164]
图17是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的纳米柱的布置形状的平面图。
[0165]
根据示例实施例，分色透镜阵列160可以具有与拜耳图案的像素布置对应的形状，并且可以包括与绿色像素对应的第一区域161、与蓝色像素对应的第二区域162、与红色像素对应的第三区域163和与绿色像素对应的第四区域164。每个区域可以划分为多个子区域，并且纳米柱np可以布置在多个子区域内。在分色透镜阵列160中，如图15所示，每个区域可以被划分为九个子区域，但是不同之处在于，纳米柱np布置在子区域内部而不是子区域之间的交叉点。根据在单位图案阵列内的详细位置，t1至t16指示纳米柱np。
[0166]
根据图17的示例实施例，位于第一区域161的中心的纳米柱t1和位于第四区域164的中心的纳米柱t4可以具有比布置在第二区域162和第三区域163中的纳米柱np以及位于第一区域161和第四区域164周边的纳米柱np大的横截面面积。布置在第二区域162的中心的纳米柱t2的横截面面积可以大于布置在第三区域163的中心的纳米柱t3的横截面面积。在第二区域162中，位于周边并且在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上与中心间隔开的纳米柱t6和t10的横截面面积可以大于位于中心的纳米柱t2的横截面面积。与此不同，位于周边上并且在对角线方向上与中心间隔开的纳米柱t14的横截面面积可以小于位于中心的纳米柱t2的横截面面积。在第三区域163中，位于中心的纳米柱t3的横截面面积可以最小，并且周边上的所有纳米柱t7、t11和t15的横截面面积可以大于位于中心的纳米柱t3。
[0167]
第二区域162和第三区域163中的纳米柱np可以对称地布置在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上，并且第一区域161和第四区域164中的纳米柱np可以非对称地布置在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上。换句话说，各自与蓝色像素和红色像素对应的第二区域162和第三区域163中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上呈现相同的分布规则，并且与绿色像素对应的第一区域161和第四区域164中的纳米柱np可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上呈现不同的分布规则。
[0168]
在第一区域161中，中心的纳米柱t1、在第一方向(x方向)上与第一区域161相邻的纳米柱t5和在第二方向(y方向)上与第一区域161相邻的纳米柱t9可以具有不同的横截面面积。即使在第四区域164中，中心的纳米柱t4、在第一方向(x方向)上与第四区域164相邻的纳米柱t8和在第二方向(y方向)上与第四区域164相邻的纳米柱t12可以具有不同的横截面面积。在这种情况下，第一区域161的中心的纳米柱t1和在第一方向(x方向)上与第一区域161相邻的纳米柱t5可以具有与在第四区域164的中心的纳米柱t4和在第二方向(y方向)上与第四区域164相邻的纳米柱t12相同的横截面面积，并且第一区域161的中心的纳米柱t11和在第二方向(y方向)上与第一区域161相邻的纳米柱t9可以具有与第四区域164的中心的纳米柱t4和在第一方向(x方向)上与第四区域164相邻的纳米柱t8相同的横截面面积。与第一区域161的四个边缘相邻的纳米柱t13可以和与第四区域164的四个边缘相邻的纳米柱t16具有相同的横截面面积。因此，第一区域161和第四区域164可以相对于彼此旋转90度。
[0169]
第二区域162的中心的纳米柱、在第一方向(x方向)上与第二区域162相邻的纳米柱t6和在第二方向(y方向)上与第二区域162相邻的纳米柱t10可以具有相同的横截面面积。与第二区域162的四个边缘相邻的纳米柱t14也可以具有相同的横截面面积。
[0170]
即使在第三区域163中，中心的纳米柱t3、在第一方向(x方向)上与第三区域163相邻的纳米柱t7和在第二方向(y方向)上与第三区域163相邻的纳米柱t11可以具有相同的横截面面积。与第三区域163的四个边缘相邻的纳米柱t15可以具有相同的横截面面积。
[0171]
图18是示出根据另一示例实施例的构成分色透镜阵列的多个纳米柱的布置形状的平面图。
[0172]
根据示例实施例，图18的分色透镜阵列170可以示出最简单的结构。一个纳米柱np可以布置在与绿色像素相对应的第一区域171、与蓝色像素相对应的第二区域172、与红色像素相对应的第三区域173和与绿色像素相对应的第四区域174中的每一个区域中。第一区域171和第四区域174中的纳米柱np的横截面面积可以最大，第二区域172中的纳米柱np的横截面面积可以小于第一区域171中的纳米柱np的横截面面积，并且第三区域173中的纳米柱np的横截面面积可以最小。
[0173]
图19是示出入射到包括图18的分色透镜阵列在内的图像传感器的红色像素r、绿色像素g和蓝色像素b的每一个上的光的光谱分布的曲线图。
[0174]
图20a和图20b是根据另一示例实施例的像素阵列的示意性结构的横截面图。像素阵列1100a与图4a和图4b的上述示例实施例的不同之处在于，在传感器衬底110与分色透镜阵列130之间还设置有滤色器105。滤色器105可以布置在传感器衬底110和间隔层120之间。具体地，图20a是像素阵列的第一行的示意性结构的横截面图，并且图20b是像素阵列的第二行的示意性结构的横截面图。
[0175]
像素阵列1100a还可以包括保护分色透镜阵列130的透明介电层121。介电层121可以被布置为覆盖相邻的纳米柱np和纳米柱np的顶表面之间的空间。介电层121可以由具有比纳米柱np的折射率低的折射率的材料制成，例如，与间隔层120相同的材料。
[0176]
滤色器105可以包括滤光器区域，该滤光器区域具有与拜耳图案中的像素布置对应的形状。如图20a所示，绿色滤色器区域cf1和蓝色滤色器区域cf2可以交替地布置，并且如图20b所示，在y方向上间隔的下一行中，红色滤色器区域cf3和绿色滤色器区域cf1可以交替地布置。因为分色透镜阵列130将具有不同波长的光被分支并会聚到多个感光单元111、112、113和114中，所以滤色器105的配置不是必需的组件。然而，以这种方式，可以额外地设置滤色器105，以便可以补充色纯度，并且由于分色的光在很大程度上进入滤色器105，所以光损失不大。
[0177]
图21是示出入射在设有彩色滤光器的实施例的图像传感器的红色像素r、绿色像素g和蓝色像素b上的光的光谱分布的曲线图，并且图22是示出入射在未设置滤色器的实施例的图像传感器的红色像素r、绿色像素g和蓝色像素b上的光的光谱分布的曲线图。
[0178]
图21的曲线图是包括图20a和20b所示的滤色器的图像传感器的光谱，并且图22的曲线图是没有图4a和4b所示的滤色器的图像传感器的光谱。图21和图22示出了像素宽度为约0.7μm的图像的模拟结果，并且当设置滤色器时，光的总量趋于减少，但是两者均显示出良好的分色性能。
[0179]
图23是示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列的平面图。参照图23，分色透镜阵列340可以包括由粗线表示的多个单位图案阵列。每个单位图案阵列可以以2
×
2的二维形式布置，包括第一区域341、第二区域342、第三区域343和第四区域344。当描述分色透镜阵列340的整体配置时，第一区域341和第二区域342可以在水平方向上交替地布置在一行，并且第三区域343和第四区域344可以在水平方向上交替地布置排布在另一行。另外，第一区域341和第三区域343可以在竖直方向上交替地布置在一列，并且多个第二区域342和多个第四区域344可以在竖直方向上交替地布置在另一列。
[0180]
而且，分色透镜阵列340还可以包括不属于任何单位图案阵列的多个第一区域至第四区域341、342、343和344。不属于任何单位图案阵列的第一区域至第四区域341、342、343和344可以沿分色透镜阵列340的边缘布置。换句话说，构成一列的多个第二区域342和多个第四区域344可以另外布置在分色透镜阵列340的左边缘上，构成一列的多个第一区域341和多个第三区域343可以另外布置在分色透镜阵列340的右边缘上，构成一行的多个第三区域343和多个第四区域344可以另外布置在分色透镜阵列340的上边缘上，并且构成一行的多个第一区域341和多个第二区域342可以另外布置在分色透镜阵列340的下边缘上。
[0181]
图24是沿线c-c’截取的图23所示的分色透镜阵列340的竖直截面。参照图24，分色透镜阵列340可以包括相对于传感器衬底110的边缘在水平方向上突出且在竖直方向上不面对传感器衬底110的任何感光单元的多个第一区域341和多个第二区域342。尽管在图24中未全部示出，但是在图23中，不属于任何单位图案阵列的多个第一区域至第四区域341、342、343和344中的所有区域可以相对于传感器衬底100的边缘在水平方向上突出，并且可以在竖直方向上不面对任何感光单元。
[0182]
如图6a至图6d、图7a至图7d以及图8a至图8d所述，感光单元不仅从分色透镜阵列340的与垂直方向对应的区域接收光，而且还从该区域周围的多个其他区域接收光。因此，当不存在沿分色透镜阵列340的边缘添加的第一区域至第四区域341、342、343和344时，可以减少入射在沿传感器衬底110的边缘布置的感光单元上的光量，并且色纯度也可降低。第一区域至第四区域341、342、343和344可以沿分色透镜阵列340的边缘另外布置，使得可以以与布置在传感器衬底110内部的感光单元相同的方式设置沿传感器衬底110的边缘布置的感光单元。图23和图24所示的实施例也可以应用于上述的分色透镜阵列130、140、150、160和170。
[0183]
图25是示出根据另一示例实施例的像素阵列的示意性结构的横截面图，并且图26是示出在图25的分色透镜阵列中采用的纳米柱np的示例性形状的透视图。
[0184]
像素阵列1100b包括用于感测光的传感器衬底310和布置在传感器衬底310上的分色透镜阵列350。间隔层320布置在传感器衬底310和分色透镜阵列350之间。分色透镜阵列350可以包括由间隔层320支撑且根据一定规则布置的多个纳米柱np。传感器衬底310可以包括用于感测光的多个感光单元，并且可以与分色透镜阵列350的多个区域一一对应地面对。为了方便，省略了对这种区域划分的指示。
[0185]
根据示例实施例的分色透镜阵列350与上述示例实施例的不同之处在于，多个纳米柱np中的每一个包括下部柱lp和堆叠在下部柱lp上的上部柱up。
[0186]
根据示例实施例，多个纳米柱np中的一部分可以具有以下形状，其中下部柱lp和上部柱up堆叠为使得彼此移位。偏差程度在图26中由b表示，并且大小可以从图像传感器302的中心部分c到周边部分p——即，沿径向方向——增大。上部柱up从下部柱lp偏离的方向是从中心部分c朝向周边部分p的方向。
[0187]
为了制造具有这种结构的纳米柱np，可以进一步提供填充下部柱lp之间的区域并支撑上部柱up的第一材料层331、和覆盖上部柱up的第二材料层332。第一材料层331和第二材料层332可以由折射率低于用于形成上部柱up和下部柱lp的材料的折射率的材料形成。
[0188]
这种布置考虑了在图像捕获器件中采用的像素阵列1100b的周边部分p和中心部分c处的光入射角彼此不同。通常，光竖直入射在像素阵列1100b的中心部分c附近，并且入
射角朝向周边部分p增大。纳米柱np可以被配置为与该入射路径相对应的形状，从而即使对于入射在图像传感器302上的倾斜光线，也可以更容易地产生纳米柱np预期的分色。
[0189]
尽管纳米柱np示出了其中它们以两层即上部层和下部层堆叠的结构，但是纳米柱np可以具有三层或更多层的结构，并且上部层和下部层的纳米柱的形状或大小可以根据位置而改变。图25和图26所示的实施例也可以应用于上述的分色透镜阵列130、140、150、160、170和340。
[0190]
尽管图25所示的纳米柱np具有其中一些纳米柱np无偏差地堆叠而一些纳米柱np有偏差堆叠的结构，但是本公开不限于此。例如，根据示例实施例，像素阵列中的所有纳米柱np可以无偏差地堆叠，或者像素阵列中的所有纳米柱np可以有偏差堆叠。
[0191]
根据上述示例实施例，由于滤色器引起的光损失非常小，因此即使减小了像素的大小，也可以有效地向像素提供足够量的光。因此，可以制造具有数亿个或更多像素的超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器。这种超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器可以用于各种高性能光学设备或高性能电子装置中。这种电子装置可以包括例如智能电话、移动电话、个人数字助理(pda)、膝上型计算机、个人计算机(pc)、各种便携式设备、电子设备、监视相机、医疗相机、汽车、物联网(iot)设备、其他移动或非移动计算设备，但不限于此。
[0192]
图27是示意性地示出根据实施例的包括图像传感器的电子装置的框图。电子装置可以包括图像传感器1000、处理器2200、存储器2300、显示器2400和总线2500。图像传感器1000可以根据处理器2200的控制来获取关于外部物体的图像信息，并且可以将图像信息提供给处理器2200。处理器2200可以经由总线2500将从图像传感器1000提供的图像信息存储在存储器2300中，并且可以将存储在存储器2300中的图像信息输出到显示器设备2400以将图像信息显示给用户。另外，处理器2200可以对从图像传感器1000提供的图像信息执行各种图像处理。
[0193]
图28至图38示出了应用根据一个或多个示例实施例的图像传感器的多媒体电子装置的各种示例。
[0194]
根据一个或多个示例实施例，本公开中示出的图像传感器可以应用于具有图像捕获功能的各种电子设备。例如，图像传感器可以应用于图28所示的相机2000。相机2000可以是数码相机或数码摄像机。
[0195]
参照图29，相机2000可以包括图像捕获单元2100、图像传感器1000和处理器2200。
[0196]
图像捕获单元2100可以聚焦从物体obj反射的光以形成光学图像。图像捕获单元2100可以包括物镜2010、透镜驱动器2120、光圈(aperture)2130和光圈驱动器2140。尽管为了方便起见在图29中仅代表性地示出了一个透镜，但是本公开不限于此。然而，根据其他示例实施例，物镜2010可以包括具有不同大小和形状的多个透镜。透镜驱动器2120可以与处理器2200通信关于焦点检测的信息，并且可以根据由处理器2200提供的控制信号来调节物镜2010的位置。透镜驱动器1120可以移动物镜2010以调节物镜2010与物体obj之间的距离，或者以调节各个透镜在物镜2010中的位置。透镜驱动器2120可以驱动物镜2010，从而可以调节对物体obj的聚焦。相机2000可以具有自动聚焦(af)功能。
[0197]
孔径光圈驱动器2140可以与处理器2200通信关于光量的信息，并且可以根据由处理器2200提供的控制信号来调整孔径光圈2130。例如，孔径光圈驱动器2140可以根据穿过
物镜2010进入相机2000的光量来增大或减小孔径光圈2130的孔径，并且可以调节孔径光圈2130的打开时间。
[0198]
图像传感器1000可以基于入射光的强度来产生电图像信号。图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器1010和输出电路1030。根据示例实施例，图像传感器1000可以进一步包括图1所示的行解码器。投射穿过物镜2010和孔径光圈2130的光可以在像素阵列1100的光接收表面上形成物体obj的图像。像素阵列1100可以是将光信号转换成电信号的ccd或cmos。像素阵列1100可以包括用于执行af功能或距离测量功能的附加像素。而且，像素阵列1100可以包括上述分色透镜阵列。
[0199]
处理器2200可以控制相机2000的整体操作并且可以具有图像处理功能。例如，处理器2200可以将用于每个组件的操作的控制信号提供给透镜驱动单元2120、孔径光圈驱动器2140和时序控制器1010。
[0200]
根据示例实施例的图像传感器可以应用于图30所示的移动电话或智能电话3000、图31所示的平板计算机或智能平板计算机3100、图32所示的膝上型计算机3200或者图33所示的电视或智能电视3300。例如，智能手机3000或智能平板计算机3100可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机配备有高分辨率图像传感器。可以使用高分辨率相机来提取关于图像中物体的深度信息，可以调整图像的散焦(out-focusing)，或者可以自动识别图像中的物体。
[0201]
而且，图像传感器可以应用于图34所示的智能冰箱3400、图35所示的相机3500、图36所示的机器人3600和图35所示的医疗相机3700。例如，智能冰箱3400可以使用图像传感器来自动识别冰箱中的食物，并通过智能手机通知用户特定食物的存在、已经放入或释放的食物的类型等。相机3500可以是：安保相机或监视相机，其可以提供超高分辨率图像，并且即使在黑暗环境中也可以使用高灵敏度来识别图像中的物体或人。机器人3600可以由人类不能直接进入的灾难或工业现场处进行输入，并且可以提供高分辨率图像。医疗相机3700可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。
[0202]
而且，图像传感器可以如图38所示应用于车辆3800。车辆3800可以包括布置在各个位置的多个车辆相机3810、3820、3830和3840。多个车辆相机3810、3820、3830和3840中的每一个可以包括根据示例实施例的图像传感器。车辆3800可以使用多个车辆相机3810、3820、3830和3840向驾驶员提供关于车辆3800的内部或周围环境的各种信息，并且可以自动识别图像中的物体或人以提供自动驾驶必需的信息。
[0203]
由于所公开的分色透镜阵列可以在不吸收或阻挡入射光的情况下分离和会聚每个波长的光，因此可以提高图像传感器的光利用效率。而且，采用所公开的分色透镜阵列的图像传感器可以维持图像传感器中通常采用的拜耳图案方法，因此可以利用现有图像传感器的像素结构和图像处理算法。另外，采用所公开的分色透镜阵列的图像传感器不需要用于将光会聚到像素上的单独的微透镜。
[0204]
尽管已经参考附图中示出的示例实施例描述了包括上述分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，但是本公开不限于此，并且本领域一般技术人员将理解，变型和其他等效实施例是可行的。因此，示例实施例应该视为仅是描述性的而不是为了限制的目的。在权利要求中而不是在以上描述中指出权利的范围，并且在权利的范围内的所有差异应被解释为包括在该权利的范围内。
[0205]
应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个示例实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参考附图描述了一个或多个示例实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。