TW201603254A - 影像測感器及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種影像測感器包括，一感測層、一濾光單元以及一微透鏡。上述濾光單元設置於上述感測層上，且上述微透鏡設置於上述濾光單元上。上述濾光單元具有一漸變折射率，藉此增進了影像測感器之感光度。

Description

影像測感器及其製作方法

本發明主要關於一種影像測感器，尤指一種具有濾光單元之影像測感器。

一般而言，數位相機利用影像測感器來感測光線並產生一影像訊號，且依據影像訊號來產生數位相機所拍攝之影像。

然而，隨著數位相機的發展，已對於影像訊號之品質具有高度之要求，尤其是當數位相機使用於一低亮度環境下時，影像訊號之品質對於最後所呈現之影像是十分重要的。

現今，雖然影像測感器已經具備了一般的要求，但無法完全地滿足於所有方面，因此應需對於影像測感器進行改進。

本發明提供了一種影像測感器以及一種影像測感器的製作方法，用以增進影像測感器所產生之影像訊號的品質。

本發明提供了一種影像測感器，包括一感測層、一濾光單元、以及一微透鏡。濾光單元設置於感測層上，且微透鏡設置於濾光單元上，其中濾光單元具有一漸變折射率。

本發明包括一影像測感器的製作方法，包括形成濾光單元至一感測層；照射光束至濾光單元以於濾光單元形成漸變折射率；以及形成微透鏡至濾光單元。

本發明另提供了一種影像測感器的製作方法，包括藉由疊置多層材料以於感測層上形成濾光單元；形成微透鏡至濾光單元。上述濾光單元具有一漸變折射率，且每一材料具有一折射率低於其下之材料的折射率。

綜上所述，本發明之影像測感器的感光度藉由具有漸變折射率之濾光單元而被增強。因此，尤其在一低亮度的環境下，改進了影像測感器所產生之影像訊號。

1‧‧‧影像測感器

10‧‧‧感測層

11‧‧‧感測單元

20‧‧‧濾光層

21‧‧‧濾光單元

21a‧‧‧紅色濾光單元

21b‧‧‧綠色濾光單元

21c‧‧‧藍色濾光單元

211‧‧‧側壁

212‧‧‧頂面

213‧‧‧底面

30‧‧‧微透鏡

A1‧‧‧光源

AX1‧‧‧中央垂直軸

B1‧‧‧光罩

B11‧‧‧孔洞

D1‧‧‧照射方向

L1 L1‧‧‧光束

M1‧‧‧材料(塊狀材料)

M2、M3‧‧‧材料

S1‧‧‧分界面

Z1‧‧‧第一區域(中央區域)

Z2‧‧‧第二區域

Z3‧‧‧第三區域

第1圖為本發明之影像測感器之俯視圖。

第2圖為本發明之第一實施例之影像測感器的剖視圖。

第3圖為本發明之第一實施例之影像測感器的製作方法的流程圖。

第4圖為本發明之第一實施例之影像測感器的製作方法於一製程中間階段的示意圖。

第5圖為本發明之第一實施例之濾光單元於一製程中間階段的俯視圖。

第6圖為為本發明之第二實施例之濾光單元於一製程中間階段的俯視圖。

第7圖為本發明之第三實施例之影像測感器的製作方法的流程圖。

第8圖為本發明之第三實施例之影像測感器的製作方法於一製程中間階段的示意圖。

第9圖為本發明之第三實施例之影像測感器的剖視圖。

第10圖為本發明之第四實施例之影像測感器的製作方法的流程圖。

第11圖為本發明之第四實施例之影像測感器的剖視圖。

第12圖為本發明之第五實施例之影像測感器的剖視圖。

第13圖為本發明之第六實施例之影像測感器的剖視圖。

第1圖為本發明之影像測感器1之俯視圖。第2圖為本發明之第一實施例之影像測感器1的剖視圖。影像測感器1可應於於一影像裝置，例如一數位相機。影像測感器1用以感測光線並用以根據照射於影像測感器1之光線產生一影像訊號。

影像測感器1包括一感測層10、一濾光層20、以及多個微透鏡30。濾光層20設置於感測層10上。微透鏡30以陣列的方式設置於濾光層20上。

再者，感測層10包括多個以陣列排列之感測單元11。於一些實施例中，感測單元11為光電二極體(photodiode)。於一些實施例中，感測層10更包括一防漏光層(anti-leakage layer)、一防反射層(anti-reflection layer)、及/或其他選擇性的層(圖未示)。濾光層20包括多個以陣列排列之濾光單元21。每一濾光單元21設置於感測單元11之上，且每一微透鏡30設置於濾光單元21中之一者上。

當光線照射於影像測感器1時，光線通過微透鏡30 以及濾光單元21至感測單元11。光線經由微透鏡30聚焦。每一濾光單元21允許具有特定波長範圍之光線通過。每一感測單元11根據照射於感測單元11之光線的強度產生一強度訊號，且上述強度訊號形成一影像訊號。

濾光單元21可為彩色濾光單元。舉例而言，如第1 圖所示，濾光單元21包括多個紅色濾光單元21a、多個綠色濾光單元21b、以及多個藍色濾光單元21c。紅色濾光單元21a、綠色濾光單元21b、以及藍色濾光單元21c彼此交替排列。紅色濾光單元21a可允許波長為620nm至750nm的光線通過。綠色濾光單元21b可允許波長為495nm至570nm的光線通過。藍色濾光單元21c可允許波長為476nm至495nm的光線通過。

濾光單元21包括光聚合物。每一濾光單元21具有 一漸變折射率。漸變折射率約為1.4至1.9之間。漸變折射率具有一最大值以及一最小值，且最大值和最小值之間的差值約為0.07至0.5之間。於一些實施例中，最大值約為1.5至1.9之間，且最小值約為1.4至1.8之間。

如第2圖所示，漸變折射率以濾光單元21之中央垂 直軸AX1為中心對稱。中央垂直軸AX1垂直於感測層10與濾光層20之間之一分界面S1。感測層10以及濾光層20平行於分界面S1。

於一些實施例中，鄰接於中央垂直軸AX1之漸變折 射率大於鄰接於濾光單元21之一側壁211的漸變折射率。側壁211垂直於分界面S1。換句話說，位於或鄰接於中央垂直軸AX1之漸變折射率具有最大值。位於或鄰接於側壁211之漸變折射 率具有最小值。

舉例而言，濾光單元21具有一第一區域Z1、一第 二區域Z2以及一第三區域Z3。第一區域(中央區域)Z1位於中央垂直軸AX1(或濾光單元21之中央)，且具有一第一平均折射率。第二區域Z2位於第一區域Z1以及第三區域Z3之間，且具有一第二平均折射率。第三區域Z3鄰接於濾光單元21之側壁211，且具有一第三平均折射率。

第一平均折射率大於第二平均折射率，且第二平 均折射率大於第三平均折射率。舉例而言，第一平均折射率大約為1.7、第二平均折射率大約為1.65、且第三平均折射率大約為1.60。

微透鏡30包括光聚合物。微透鏡30具有一單一折 射率。微透鏡30之折射率大約為1.4至1.9之間。

第3圖為本發明之第一實施例之影像測感器的製 作方法的流程圖。第4圖為本發明之第一實施例之影像測感器的製作方法於一製程中間階段的示意圖。於步驟S101中，濾光層20之濾光單元21形成於感測層10上。於步驟S103中，一光束L1經過一光罩B1照射於濾光單元21，以於每一濾光單元21形成漸變折射率。於步驟S105中，如第1、2圖所示，微透鏡30形成於濾光單元21上。

於上述步驟S103中，如第4圖所示，光源A1設置於濾光層20之上方。光罩B1設置於濾光層20之上方，且位於光源A1以及濾光層20之間。光源A1沿一照射方向D1發射光束L1。照射方向D1平行於中央垂直軸AX1，且垂直於分界面S1。

光罩B1垂直於照射方向D1，且平行於分界面S1。 光罩B1具有多個沿照射方向D1延伸之孔洞B11。每一孔洞B11對應於濾光單元21之中央區域Z1(第一區域)中之一者。如第4圖所示，孔洞B11以及中央區域Z1位於中央垂直軸AX1。

光束L1照射於光罩B1且通過孔洞B11後，照射於濾光層20之濾光單元21。

於一些實施例中，濾光單元21包括光聚合物。當光束L1照射於濾光單元21時，光聚合物產生一化學反應，且濾光單元21之折射率根據光束L1之強度改變。

如第4圖所示，照射於濾光單元21之光束L1的強度由中央區域Z1至側壁211逐漸遞減，且因此濾光單元21具有漸變折射率，其以濾光單元21之中央垂直軸AX1為中心對稱。再者，漸變折射率由中央垂直軸AX1至濾光單元21之側壁211逐漸遞減。換句話說，由於照射於第一區域Z1之光束L1的強度較強，且照射於第三區域Z3之光束L1的強度較弱，第一區域Z1之第一平均折射率大於第三區域Z3之第三平均折射率。

第5圖為本發明之第一實施例之濾光單元21於一製程中間階段的俯視圖。於此實施例中，孔洞B11具有一狹窄形狀或是一矩形。如第4、5圖所示，第一區域Z1、第二區域Z2、以及第三區域Z3為矩形，且相互平行。

第6圖為為本發明之第二實施例之濾光單元21於一製程中間階段的俯視圖。於此實施例中，孔洞B11為一圓形。如第4、6圖所示，第一區域Z1為沿中央垂直軸AX1延伸之一圓柱形。第二區域Z2環繞於第一區域Z1，且第三區域Z3環繞於第 二區域Z2。

第7圖為本發明之第三實施例之影像測感器的製 作方法的流程圖。。第8圖為本發明之第三實施例之影像測感器的製作方法於一製程中間階段的示意圖。第9圖為本發明之第三實施例之影像測感器1的剖視圖。

於步驟S201中，濾光層20之濾光單元21形成於感 測層10上。於步驟S203中，均勻地照射一光束L1於濾光單元21上以於濾光單元21形成漸變折射率。

如第8圖所示，光源A1設置於濾光層20上方。光源 A1沿照射方向D1均勻地照射光束L1至濾光層20的濾光單元21。

每一濾光單元21具有一頂面212以及相反於頂面 212之一底面213。頂面212朝向光源A1且平行於分界面S1。底面213位於分界面S1，且位於感測層10上。由於照射於濾光單元21之光束L1的強度由頂面212至底面213逐漸遞減，漸變折射率由底面213至頂面212逐漸增加。

於步驟S205中，如第9圖所示，微透鏡30形成於濾 光單元21上。頂面212連接於微透鏡30。第一區域Z1鄰接於感測層10。第三區域Z3鄰接於微透鏡30。第三區域Z3位於第一區域Z1以及第二區域Z2之間。第一區域Z1、第二區域Z2、以及第三區域Z3為層狀結構且相互疊置。第一區域Z1、第二區域Z2、以及第三區域Z3相互平行，且平行於分界面S1。

於一些實施例中，第一區域Z1之第一平均折射率 大於第二區域Z2之第二平均折射率，且第二平均折射率大於第 三區域Z3之第三平均折射率。

第10圖為本發明之第四實施例之影像測感器的製 作方法的流程圖。第11圖為本發明之第四實施例之影像測感器1的剖視圖。

於步驟S301中，藉由疊置多層材料M1、M2、M3 以於感測層10上形成濾光層20之濾光單元21。於一些實施例中，材料M1、M2、M3可由化學氣相沈積(CVD)製程所形成。 於步驟S302中，微透鏡30形成於濾光單元21上。

如第11圖所示，濾光單元21包括疊置的材料M1、 M2、M3，且材料M1、M2、M3為層狀結構。材料M2疊置於材料M1，且材料M3疊置於材料M2。材料M1連接於感測層10，且材料M3連接於微透鏡30。材料M2位於材料M1以及材料M3之間。

每一材料M1、M2、M3具有不同鄰接之材料的一折 射率。於此實施例中，每一材料M2、M3之折射率小於其下之材料的折射率。舉例而言，材料M1之折射率大約為1.7、材料M2之折射率大約為1.65、且材料M3之折射率大約為1.6。於一些實施例中，材料M1、M2、M3為不同的材料。

第12圖為本發明之第五實施例之影像測感器1的 剖視圖。如第12圖所示，材料M1為一塊狀材料，位於材料M2以及M3之下方，且因此材料M2、M3的形狀對應於塊狀材料M1之輪廓。於此實施例中，材料M1、M2、M3具有弧形輪廓。

第13圖為本發明之第六實施例之影像測感器1的 剖視圖。第六實施例與第五實施例之差異在於，於第六實施例 中材料M1、M2、M3具有多邊形之輪廓。

藉由濾光單元21，舉例而言，當漸變折射率之最 大值以及最小值之間的差值約為0.1時，量子效率峰值(Quantum Efficiency Peak,QE峰值)增進了2.7%至5.4%。一般而言，量子效率可為影像測感器之入射光子對於轉換電子之比值(incident photon to converted electron ratio,IPCE ratio)，且較大之量子效率對應於較大之影像測感器的感光度。舉例而言，綠色濾光單元21b之感光度對於3200K之光線約改進了0.3%。因此，於本發明中改進了影像測感器1之感光度。

再者，舉例而言，被藍光所照射之綠色濾光單元 21b的串擾(cross talk)值約改進了5%至9%。被綠光所照射之紅色濾光單元21a的串擾值約改進了1%至2%。被綠光所照射之藍色濾光單元21c的串擾值約改進了0.6%至2%。因此，於本發明中改進了影像測感器1所產生之影像訊號的品質。

綜上所述，本發明之影像測感器的感光度藉由具 有漸變折射率之濾光單元而被增強。因此，尤其在一低亮度的環境下，改進了影像測感器所產生之影像訊號。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧影像測感器

10‧‧‧感測層

11‧‧‧感測單元

20‧‧‧濾光層

21‧‧‧濾光單元

211‧‧‧側壁

30‧‧‧微透鏡

AX1‧‧‧中央垂直軸

S1‧‧‧分界面

Z1‧‧‧第一區域(中央區域)

Z2‧‧‧第二區域

Z3‧‧‧第三區域

Claims (12)

1. 一種影像測感器，包括：一感測層；一濾光單元，設置於上述感測層；以及一微透鏡，設置於上述濾光單元，其中上述濾光單元具有一漸變折射率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像測感器，其中上述漸變折射率為大約為1.4至1.9之間，上述漸變折射率具有一最大值以及一最小值，且上述最大值和上述最小值之間的差值為大約為0.07至0.5之間範圍內。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像測感器，其中上述漸變折射率為對稱的，且由上述濾光單元之一中央垂直軸至上述濾光單元之一側壁逐漸遞減。
4. 如申請專利範圍第1項所述之影像測感器，其中上述濾光單元具有設置於上述感測層之一底面以及相反於上述底面之一頂面，上述頂面連接於上述微透鏡，且上述漸變折射率由上述底面至上述頂面逐漸增加。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像測感器，其中上述濾光單元包括複數個疊置的材料，且每一上述材料具有低於其下方之材料之一折射率。
6. 如申請專利範圍第5項所述之影像測感器，其中上述濾光單元更包括一塊狀材料，位於上述材料之下方，且上述材料的形狀對應於上述塊狀材料的輪廓。
7. 一種影像測感器的製作方法，包括： 於一感測層上形成一濾光單元；以及於上述濾光單元上形成一微透鏡，其中上述濾光單元具有一漸變折射率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之影像測感器的製作方法，包括照射一光束至上述濾光單元以於上述濾光單元形成上述漸變折射率。
9. 如申請專利範圍第8項所述之影像測感器的製作方法，包括照射上述光束經過一光罩至上述濾光單元，其中上述光罩具有對應於上述濾光單元之一中央區域之一孔洞，上述漸變折射率為對稱的，且由上述濾光單元之一中央垂直軸至上述濾光單元之一側壁逐漸遞減。
10. 如申請專利範圍第8項所述之影像測感器的製作方法，包括均勻地照射上述光束至上述濾光單元，上述漸變折射率由上述濾光單元之一底面至上述濾光單元之一頂面逐漸增加，且上述底面位於上述感測層上。
11. 如申請專利範圍第7項所述之影像測感器的製作方法，包括藉由疊置複數層材料以於上述感測層上形成上述濾光單元，其中每一上述材料具有低於其下之材料之一折射率。
12. 如申請專利範圍第11項所述之影像測感器的製作方法，更包括一塊狀材料，位於上述材料之下方，上述材料的形狀對應於上述塊狀材料的輪廓，且上述材料具有弧狀或是多邊形之輪廓。