TW200301656A - Image sensor having photosensitive color filters - Google Patents

Description

200301656 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域： 本發明與一種影像感測器有關，特別是一種包括隨入射光 強度而改變其透明度的彩色濾波器之影像感測器。 i 先前技術：

隨著積體電路技術的迅速發展，許多不同領域的已有革 命性的發展，上述之領域包括：電腦、控制系統、電子通 丨 信與影像。舉一個例子來說，在影像的領域中，互補式金 | 氧半導體（CMOS)影像感測器已經被證明它的製造價格比電 '\ 荷耦合元件（CCD)影像裝置來得低。更進一步來說，對於 I 某些應用上，互補式金氧半導體（CMOS)的性能是比較優良 的。此外，以邏輯需要而處理之訊號可以整合靠在該影像 電路之旁，在這樣情況之下，一個單一的整合晶片 (integrated chip)可以形成一個完整的單獨（stand alone)影像裝置。然而，對於其它的另一些應用，電荷耦 合元件（CCD)影像裝置仍然有一些優點。 I 一由一影像感測器所形成的影像之主要的基礎材料 (building block)是一圖素（pixel)。而上述圖素之 數目、大小與間隔決定了由影像裝置所產生的影像之解析 度。一影像感測器的圖素事實上是許多的半導體元件，上 述之半導體元件將入射光轉變為電流訊號。上述由每一圖

第4頁 200301656 五、發明說明（2) 素所產生之訊號一般是非常小的。 一個影像感測器能夠控制的重要參數是每一個圖素到入 射光的曝光時間。類似於攝影底片的曝光時間，每一個圖 素的曝光時間必須可以被調整以補償照光條件的改變，例 如對於戶内或戶外的照光環境。曝光時間太長將導致一影 像極度地明亮並且把影像洗掉。相對而言，曝光時間太短 將導致一影像變暗並且不容易觀看。 另一個改變圖素訊號強度的方法是調整放大電路 (amplification circuitry)的增益(gain) 〇 在許多 方法中，控制上述之增益實質上就是類似於控制曝光時間。 藉由改變一個或兩者，上述由影像感測器所產生之影像可 以最有效地進行觀看。 然而，曝光時間的長度與增益的量是受限的，並且，對 於某些影像感測器應用而言可能不足以補償周遭照明的改 〇 為了形成一彩色影像感測器，顏色濾波器是置於個別的 圖素之上。典型的彩色濾波器一般是形成在一上述圖素陣 列之拜爾圖案（Bayer pattern)上之紅、綠與藍。舉一 個例子，一彩色濾波器結構顯示於美國第6，2 9 7，0 7 1號專利 中。然而，在所有習知技術之彩色濾波器結構中，用來形

第5頁 200301656 五、發明說明（3) 成彩色濾波器結構材質之透明度均不隨週遭光線強度之變 化而改變其透明度。 内容： 本發明之目的在於揭露一種影像感測器。上述影像感 測器，包括：一形成於一二維感測陣列中之複數個圖素 (p i X e 1 s)，每一個圖素是用來將入射光轉變為一電訊號； 以及，一形成於複數個圖素（p i Xe 1 s)上之一複數個彩色 濾波器，彩色濾波器具有一與入射光強度改變一致之透明 度(opacity) 〇 本發明之另一目的在於提供一種方法，該包括：形成一 包括一二維圖素（p i X e 1 s)陣列之感測陣列，上述圖素是 用來將入射光轉變為一電訊號；以及，沉積（d e ρ 〇 s i t i n g) 彩色濾波器於圖素（p i xe 1 s)陣列上，該彩色濾波器係從 一具有可變的透明度（opacity)之材質中所形成。 實施方法： 本發明描述一個影像感測器，該影像感測器包含一彩色 I濾波器，而該彩色濾波器有一取決於入射光強度大小之可 |變透明度。上述之透明度能夠藉由形成上述彩色濾波器所 |使用之材質來改變，或者是二者擇一地，上述之透明度也 可以由對入射光強度的反應來作電性的控制。在接下來的

第6頁 200301656 五、發明說明（4) 描述中，提供了許多的具體的詳細說明以提供對於本發明 之實施例的一個完整的了解。然而，對於一個熟知習知技 術的人而言， 沒有一個或更多個具體的詳細說明，或者是有其他方法、 構成要素等，本發明都可以被實施。在其它例子中，熟知 的結構或運作不加以顯示或詳細描述以避免模糊了本發明 不同實施例的觀點。 整個說明書中所提及到的"一個實施例（one embodiment) ”或”一實施例（an embodiment) ”是意謂 著：關聯著一實施例中所描述的一個特殊的特徵、結構或 特性是包括在至少一個本發明之實施例中。因此，在整個 說明書不同地方中所出現的”在一個實施例中（i n one embodiment) ”或’’在一實施例中（in an embodiment) π 之句子不必然是指向相同的實施例。此外’上述之特殊的特 徵、結構或特性也可能以任何的方式而結合在一個或多個 實施例中。 請參閱圖一，其為顯示本發明之一影像感測器1 0 1形成 之示意圖。上述影像感測器1 0 1包括一二維陣列圖素 (p i X e 1 s) 1 0 3。上述圖素是用來將入射光轉變為一電訊號。 然後，從每一個圖素1 0 3中得到之電訊號將讀取並且用來形 成一影像。為了簡單化的緣故，上述之讀出電路與訊號處 理電路於第一圖中都將省略。

第7頁 200301656 五、發明說明（5) 丨

I 形成在每一個圖素1 0 3頂上的是彩色濾波器1 0 5。上述之 彩色濾波器1 0 5置放於每一個圖素1 0 3上的目的是為了與傳 統彩色處理技術一致，也就是，傳遞的入射光僅僅有一個 丨 顏色對應到上述特定的彩色濾波器105。典型的彩色濾波器 i 1 0 5包括不同種類的顏色，例如：紅、綠與藍。特定顏色的 I 彩色濾波器105可以排列在一大家熟知的拜爾圖案（Bayer pattern)上以提供一顏色影像。二者擇一地，上述之彩色 濾波器1 0 5也可以是青綠色、黃色與洋紅色。以上描述一個 習知技術的影像感測器，例如由位於美國加州（CA)森尼 維耳市（Sunnyvale)之Omni Visio η科技公司所製造的影像 感測器。 然而，不像之前的彩色影像感測器，符合本發明的彩色 濾波器1 0 5係從一感光性物質中形成。也就是說，彩色濾 波器1 0 5之天然顏色的明暗度是隨著入射光的強度而改變。 當入射光強度增加時，彩色濾波器1 0 5的透明度（明暗度） 也隨之增加。因此，在一實施例中，低的照光程度下之彩 色濾波器1 0 5成為幾乎清晰的。這給上述之影像感測器1 0 1 提供了一個更大的動力範圍。 上述之能夠感光的物質可以利用在平板顯示器工業中。 由於，上述這些物質在提供給平板顯示器之半導體製造應 用上得到普遍的使用，因此，這些物質可以很容易被採用

第8頁 200301656 五、發明說明（6) 來作為提供影像感測器之彩色濾波器。舉一個例子，彩色 濾、波器物質可從B r e w e r S c i e n c e公司中得到。利用傳統的 沉積與姓刻方法’上述物質可以選擇性地沉積在影像感測 器之圖素上。藉由上述物質之使用，彩色濾波器1 0 5可以自 動地調整以改變照光的程度。 其它種類的物質需要應用電訊號來修正物質的透明度。 因此，在一實施例中，光檢測器1 0 7是用來監測上述影像感 測器1 0 1上之入射光強度。光檢測器1 0 7送一訊號到一彩色 濾波控制器1 0 9，然後，彩色濾波控制器1 0 9從光檢測器1 0 7 中取得一訊號，以提供一適當的電訊號到彩色濾波器1 0 5以 改變它們的透明度。 請參閱圖二，其所示為顯示本發明之形成一影像感測器之方 法。首先，在標號2 0 1中，影像感測器1 0 1形成。接著，在 標號2 0 3中，彩色濾波器1 0 5沉積於影像感測器1 0 1之圖素1 0 3 上。如上所述，彩色濾波器1 0 5係從一具有可變的透明度 (opacity)之材質中所形成，該材質之透明度可以由一電 訊號來控制或者是自動地控制。最後，在一實施例中，在 標號2 0 5中，光檢測器1 0 7形成在影像感測器1 0 1上。 在一實施例中，本發明是以就彩色濾波器而論，此外，本 發明也可以利用黑與白（灰階）影像感測器作為一自動控 |制曝光以增加動力範圍之方法。尤其是，在一黑色與白色 200301656 五、發明說明（7) 影像感測器中，沒有濾波層沉積在上述之圖素之上。然而， 與本發明一致的是，一滤波層可以均勻地沉積在不考慮顏 i色之圖素陣列上。在這種情況之下，當入射光是明亮時， 一感光性濾波層可以藉由遮暗來降低入射光的強度。而在 一般或低的照光情形之下，上述之感光性濾波層變成幾乎 是透明的，請參閱圖三。因此，在此處π彩色濾波器π這一 個詞也用來指示一個單色的感光性濾波層。 對熟悉此領域技藝者，本發明雖以一較佳實例闡明如上， 然其並非用以限定本發明精神。在不脫離本發明之精神與 範圍内所作之修改與類似的安排，均應包含在下述之申請 專利範圍内，這樣的範圍應該與覆蓋在所有修改與類似結 構的最寬廣的詮釋一致。因此，闡明如上的本發明一較佳 實例，可用來鑑別不脫離本發明之精神與範圍内所作之各 種改變。

第10頁 200301656 圖式簡單說明 圖式簡單說明： 本發明之較佳實施例將於下述說明中輔以下列圖形做更 詳細的闡述：其中 圖一所示為顯示本發明之一影像感測器形成之示意圖。 圖二所示為顯示本發明之方法之流程圖。 圖三所示為顯示本發明之隨入射光強度而改變其透明度之彩色 濾波器。 符號對照表： 影像感測器1 0 1 圖素1 03 彩色濾波器1 0 5 光檢測器1 0 7 彩色濾波控制器1 0 9 標號2 0 1 標號2 0 3 標號2 0 5

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Claims (1)

1. 200301656 六、申請專利範圍 申請專利範圍： 1. 一種影像感測器，包括： 一形成於一二維感測陣列中之複數個圖素（p i X e 1 s)，每 一個該圖素是用來將入射光轉變為一電訊號；以及 一形成於該複數個圖素（p i xe 1 s)上之一複數個彩色濾波 器，該彩色濾波器具有一與入射光強度改變一致之透明度 (opacity)。 2 .如申請專利範圍第1項之影像感測器，更包括一用來偵測 該入射光強度之裝置，與一應用一電訊號到該彩色渡波器 以改變該透明度之裝置。 3. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該彩色濾波器 係從一感光性物質中形成，該感光性物質之透明度係隨著 該入射光強度之增加而增加。 4. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該彩色濾波器 包括紅、綠與藍濾、波器。 5. —種方法，包括： 形成一包括一二維圖素（p i X e 1 s)陣列之感測陣列，該圖 素是用來將入射光轉變為一電訊號；以及 沉積（d e ρ〇 s i t i ng)彩色濾波器於該圖素（p i X e 1 s)陣列

   第12頁 200301656 六、申請專利範圍 上，該顏色濾波器係從一具有可變的透明度（opacity)之 材質中所形成。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其中該材質具有一取決於 入射光強度大小之透明度。 7.如申請專利範圍第5項之方法，其中該材質具有一可以由 一電訊號控制之透明度。 8 .如申請專利範圍第5項之方法，更包括形成一用來偵測該 入射光強度之裝置。

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