CN113767414A - 检测装置以及检测装置的制造方法 - Google Patents

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日向野敏行
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Abstract

适当将光导向受光元件。检测装置(1)具备接受光的多个受光元件(PD)、以及一方的表面(102b)与受光元件(PD)相对地设置的导光部(102)。导光部(102)包括从导光部(102)的一方的表面(102b)设置到另一方的表面(102a)为止的多个导光路径(110)、以及光的吸收率比导光路径(110)高的吸光部(112)。在从受光元件(PD)与导光部(102)重叠的方向观察的情况下,相对于一个受光元件(PD)重叠有多个导光路径(110)。

Description

检测装置以及检测装置的制造方法
技术领域
本发明涉及检测装置以及检测装置的制造方法。
背景技术
近年来,作为用于个人认证等的生物型传感器,已知有光学式的生物型传感器(例如,专利文献1)。光学式的生物型传感器具有根据受光的光量而输出的信号发生变化的受光元件。在专利文献1中记载的生物型传感器中,发光二极管等的受光元件在基板上排列有多个。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2018/0012069号说明书
发明内容
包括生物型传感器在内的光学式的检测装置需要将光导向受光元件。在光学式的检测装置中,为了适当将光导向受光元件有改善的余地。
本发明是鉴于上述课题而提出的,其目的在于,提供一种能够适当将光导向受光元件的检测装置以及检测装置的制造方法。
本发明的一个方面的检测装置具备:接受光的多个受光元件;以及一方的表面与所述受光元件相对设置IDE导光部,所述导光部包括从所述导光部的所述一方的表面设置到另一方的表面为止的多个导光路径、以及、所述光的吸收率比所述导光路径高的吸光部,在从所述受光元件与所述导光部重叠的方向观察的情况下,相对于一个所述受光元件重叠有多个所述导光路径。
附图说明
图1是示出第1实施方式的检测装置的示意图。
图2是包含传感器部在内的检测装置的俯视图。
图3是示出包含传感器部在内的检测装置的构成例的框图。
图4是示出检测装置的电路图。
图5是示出局部检测区域的电路图。
图6是表示检测装置的动作例的定时波形图。
图7是示意性示出第1实施方式的检测装置的局部检测区域的俯视图。
图8是沿图7的A-A线的剖视图。
图9是第1实施方式的导光体的示意图。
图10是第1实施方式的导光体的示意图。
图11A是说明本实施方式的导光体的制造方法的一例的示意图。
图11B是说明本实施方式的导光体的制造方法的另一例的示意图。
图12是说明在第1实施方式的构成中将光导向受光元件的情况的例子的示意图。
图13是变形例的导光体的示意图。
图14是变形例的导光体的示意图。
图15是变形例的导光体的示意图。
图16是第2实施方式的导光体的示意图。
图17是第2实施方式的导光体的示意图。
图18是变形例的导光体的示意图。
图19是变形例的导光体的示意图。
图20是第3实施方式的导光体的示意图。
图21是变形例的导光体的示意图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的各实施方式。此外,本公开只不过为一例,本领域技术人员容易想到的保持发明的主旨的适当变更当然包含在本发明的范围内。另外,为了使说明更明确,与实际的形态相比,有时示意性地表示附图的各部分的宽度、厚度、形状等,但只不过为一例,不限定对本发明的解释。另外,在本说明书和各附图中,对与关于已经出现的附图进行了说明的要素同样的要素标注相同的附图标记,有时适当省略详细的说明。
(第1实施方式)
(检测装置的整体构成)
图1是示出第1实施方式的检测装置的示意图。第1实施方式的检测装置1为通过接受光L来检测信息的装置。在本实施方式中,检测装置1检测用户的生物体信息。如图1所示,检测装置1具备光源部S、传感器部10、导光体100、盖板玻璃G。光源部S、传感器部10、导光体100、盖板玻璃G按照该顺序层叠。
光源部S具有照射光的光照射面Sa,从光照射面Sa朝向传感器部10照射光L0。光源部S为背光灯。光源部S作为光源,例如也可以具有发出规定的颜色的光的发光二极管(LED:Light Emitting Diode))。另外,光源部S也可以为具有设于与传感器部10对应的位置的导光板、以及在导光板的一端或者两端排列的多个光源的、所谓的侧光式的背光灯。另外,光源部S也可以为具有设于传感器部10的正下方的光源(例如,LED)的、所谓正下方型的背光灯。另外,光源部S不限于背光灯,可以设于传感器部10的侧方或上方,也可以从用户的手指Fg的侧方或上方照射光L0。即,光源部S也可以与导光体100相比而设于被检测体(手指Fg)一侧。另外,在作为光L而使用自然光的情况下,也可以不设置光源部S。
传感器部10与光源部S的光照射面Sa相对设置。从光源部S照射的光L0从传感器部10、导光体100以及盖板玻璃G透射。传感器部10例如为光反射型的生物体信息传感器,检测作为光L0的反射光的光L,由此,能够检测用户的手指Fg或手掌等的表面的凹凸(例如,指纹)。另外,传感器部10通过检测在手指Fg或手掌的内部反射的光L,可以检测血管图案,也可以检测其他生物体信息。另外,也可以根据检测对象而使来自光源部S的光L的波长不同。例如,在为指纹检测的情况下,能够从光源部S照射可见光的光L0,在为血管图案检测的情况下,能够从光源部S照射近红外光的光L0。可见光为可见光区域的波长域的光,近红外光为近红外区域的波长域的光,例如为700nm以上950nm以下的波长域。
导光体100设于传感器部10的被检测体(手指Fg)一侧,与传感器部10相对置。导光体100为将光L导向传感器部10的光学元件。后面说明导光体100的构成。
盖板玻璃G为用于保护传感器部10以及光源部S的构件,覆盖导光体100、传感器部10、以及光源部S。盖板玻璃G例如为玻璃基板。此外,盖板玻璃G不限于玻璃基板,也可以为树脂基板等。另外,也可以不设置盖板玻璃G。
检测装置1也可以取代光源部S而设有显示面板。显示面板例如可以为有机EL显示器面板(OLED:Organic Light Emitting Diode)或无机EL显示器(μ-LED、Mini-LED)。或者,显示面板可以为作为显示元件而使用了液晶元件的液晶显示面板(LCD:Liquid CrystalDisplay)、或作为显示元件而使用了电泳元件的电泳型显示面板(EPD:ElectrophoreticDisplay)。在该情况下,从显示面板照射的显示光也从传感器部10透射,能够基于由手指Fg反射的光L,检测用户的生物体信息。
(传感器部)
接下来,说明传感器部10。图2是包含传感器部在内的检测装置的俯视图。图3是示出包含传感器部在内的检测装置的构成例的框图。如图2所示,检测装置1具有绝缘基板21、传感器部10、栅极线驱动电路15、信号线选择电路16、模拟前端电路(以下记为AFE(AnalogFront End))48、控制电路20、电源电路203。
如图2所示,在绝缘基板21经由柔性印刷基板71与控制基板201电连接。在柔性印刷基板71设有AFE48。在控制基板201设有控制电路202以及电源电路203。控制电路202例如为FPGA(Field Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)。控制电路202向传感器部10、栅极线驱动电路15以及信号线选择电路16供给控制信号,来控制传感器部10的检测动作。电源电路203将电源信号SVS(参照图5)等的电压信号供给至传感器部10以及栅极线驱动电路15。
如图2所示,绝缘基板21具有检测区域AA和周边区域GA。检测区域AA为与传感器部10所具有的多个受光元件PD(参照图5)重叠的区域。周边区域GA为检测区域AA的外侧的区域,为不与受光元件PD重叠的区域。栅极线驱动电路15以及信号线选择电路16设于周边区域GA。
如图3所示,检测装置1还具有检测控制部11和检测部40。检测控制部11的功能的一部分或者全部包含在控制电路202内。另外,检测部40中的、AFE48以外的功能的一部分或者全部包含在控制电路202内。
传感器部10为具有作为光电转换元件的受光元件PD的光传感器。受光元件PD为光电转换元件,更具体来说为发光二极管,将与接受的光对应的电信号作为检测信号Vdet而输出至信号线选择电路16。另外,传感器部10按照从栅极线驱动电路15供给的栅极驱动信号VGCL进行检测。
检测控制部11为向栅极线驱动电路15、信号线选择电路16以及检测部40分别供给控制信号来控制这些动作的电路。检测控制部11将开始信号STV、时钟信号CK、复位信号RST1等各种控制信号供给至栅极线驱动电路15。另外,检测控制部11将选择信号SEL等的各种控制信号供给至信号线选择电路16。
栅极线驱动电路15为基于各种控制信号驱动多个栅极线GCL(参照图4)的电路。栅极线驱动电路15依次或者同时选择多个栅极线GCL,向所选择的栅极线GCL供给栅极驱动信号VGCL。由此,栅极线驱动电路15选择与栅极线GCL连接的多个受光元件PD。
信号线选择电路16为依次或者同时选择多个信号线SGL(参照图4)的开关电路。信号线选择电路16基于从检测控制部11供给的选择信号SEL,将所选择的信号线SGL和AFE48连接。由此,信号线选择电路16将受光元件PD的检测信号Vdet输出至检测部40。
检测部40具备AFE48、信号处理部44、坐标提取部45、存储部46、检测定时控制部47。检测定时控制部47基于从检测控制部11供给的控制信号,以使AFE48、信号处理部44、与坐标提取部45同步地进行动作的方式进行控制。
AFE48为至少具有检测信号增幅部42以及A/D转换部43的功能的信号处理电路。检测信号增幅部42对检测信号Vdet进行增幅。A/D转换部43将从检测信号增幅部42输出的模拟信号转换成数字信号。
信号处理部44为基于AFE48的输出信号对输入至传感器部10的规定的物理量进行检测的逻辑电路。信号处理部44在手指接触或者接近检测面的情况下,能够基于来自AFE48的信号检测生物体信息。
存储部46临时存储由信号处理部44运算出的信号。存储部46例如可以为RAM(Random Access Memory:随机存储器)、寄存器电路等。
坐标提取部45为在信号处理部44检测到手指的接触或者接近时求出手指等的表面的凹凸等的检测坐标的逻辑电路。坐标提取部45将从传感器部10的各受光元件PD输出的检测信号Vdet组合,来生成表示手指等的表面的凹凸等的形状的二维信息。此外,坐标提取部45也可以不算出检测坐标,作为传感器输出Vo而输出检测信号Vdet。
接下来,说明检测装置1的电路构成例以及动作例。图4是示出检测装置的电路图。图5是示出局部检测区域的电路图。图6是表示检测装置的动作例的定时波形图。
如图4所示,传感器部10具有呈矩阵状排列的多个局部检测区域PAA。如图5所示,局部检测区域PAA包括受光元件PD、电容元件Ca、以及第1开关元件Tr。第1开关元件Tr与受光元件PD对应地设置。第1开关元件Tr由薄膜晶体管构成,在该例子中,由n沟道的MOS(Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体)型的TFT(Thin Film Transistor:薄膜晶体管)构成。第1开关元件Tr的栅极与栅极线GCL连接。第1开关元件Tr的源极与信号线SGL连接。第1开关元件Tr的漏极与受光元件PD的阳极以及电容元件Ca连接。
从电源电路203向受光元件PD的阴极供给电源信号SVS。另外,从电源电路203向电容元件Ca供给成为电容元件Ca的初始电位的基准信号VR1。
若向局部检测区域PAA照射光,则向受光元件PD流通与光量对应的电流,由此,在电容元件Ca蓄积电荷。若第1开关元件Tr导通,则与蓄积在电容元件Ca内的电荷对应地,向信号线SGL流通电流。信号线SGL经由信号线选择电路16与AFE48连接。由此,检测装置1能够针对每个局部检测区域PAA检测与照射至受光元件PD的光的光量对应的信号。
如图4所示,栅极线GCL在第1方向Dx上延伸,与在第1方向Dx上排列的多个局部检测区域PAA连接。另外,多个栅极线GCL1、GCL2、……、GCL8在第2方向Dy上排列,分别与栅极线驱动电路15连接。此外,在以下的说明中,在不需要区别说明多个栅极线GCL1、GCL2、……、GCL8的情况下,仅表示为栅极线GCL。栅极线GCL的数量为8条,但只不过为一例,栅极线GCL可以为8条以上,例如排列256条。
此外,第1方向Dx为与绝缘基板21平行的面内的一个方向,例如,为与栅极线GCL平行的方向。另外,第2方向Dy为与绝缘基板21平行的面内的一个方向,为与第1方向Dx正交的方向。此外,第2方向Dy也可以不与第1方向Dx正交而是交叉。另外,将与第1方向Dx以及第2方向Dy正交的方向设为第3方向Dz。第3方向Dz为与平行于绝缘基板21的面正交的方向。
信号线SGL在第2方向Dy上延伸,与在第2方向Dy上排列的多个局部检测区域PAA连接。另外,多个信号线SGL1、SGL2、……、SGL12在第1方向Dx上排列,分别与信号线选择电路16以及复位电路17连接。信号线SGL的数量为12条,但只不过为一例,信号线SGL也可以为12条以上,例如排列252条。另外,在图4中,在信号线选择电路16与复位电路17之间设有传感器部10。但不限于此,信号线选择电路16和复位电路17也可以分别与信号线SGL的同一方向上的端部连接。
栅极线驱动电路15经由电平转换器151接受开始信号STV、时钟信号CK、复位信号RST等的各种控制信号。栅极线驱动电路15具有多个第2开关元件TrG(参照图8)、以及移位寄存器(未图示)。栅极线驱动电路15根据移位寄存器以及第2开关元件TrG的动作,按时分地依次选择多个栅极线GCL1、GCL2、……、GCL8。栅极线驱动电路15经由所选择的栅极线GCL向多个第1开关元件Tr供给栅极驱动信号VGCL。由此,将在第1方向Dx上排列的多个局部检测区域PAA选择为检测对象。
信号线选择电路16具有多个选择信号线Lsel、多个输出信号线Lout以及第3开关元件TrS。多个第3开关元件TrS分别与多个信号线SGL对应地设置。6条信号线SGL1、SGL2、……、SGL6与共同的输出信号线Lout1连接。6条信号线SGL7、SGL8、……、SGL12与共同的输出信号线Lout2连接。输出信号线Lout1、Lout2分别与AFE48连接。
在此,将信号线SGL1、SGL2、……、SGL6设为第1信号线块,将信号线SGL7、SGL8、……、SGL12设为第2信号线块。多个选择信号线Lsel与包含在一个信号线块内的第3开关元件TrS的栅极分别连接。另外,1条选择信号线Lsel与多个信号线块的第3开关元件TrS的栅极连接。具体来说,选择信号线Lsel1、Lsel2、……、Lsel6连接于与信号线SGL1、SGL2、……、SGL6对应的第3开关元件TrS。另外,选择信号线Lsel1将与信号线SGL1对应的第3开关元件TrS、和与信号线SGL7对应的第3开关元件TrS连接。选择信号线Lsel2将与信号线SGL2对应的第3开关元件TrS、和与信号线SGL8对应的第3开关元件TrS连接。
控制电路202(参照图2)经由电平转换器161将选择信号SEL依次供给至选择信号线Lsel。由此,信号线选择电路16通过第3开关元件TrS的动作,在一个信号线块中按时分地依次选择信号线SGL。另外,信号线选择电路16在多个信号线块同时一条一条地选择信号线SGL。根据这种构成,检测装置1能够减少包括AFE48在内的IC(Integrated Circuit:集成电路)的数量、或者IC的端子数。
如图4所示,复位电路17具有基准信号线Lvr、复位信号线Lrst以及第4开关元件TrR。第4开关元件TrR与多个信号线SGL对应地设置。基准信号线Lvr与多个第4开关元件TrR的源极或者漏极的一方连接。复位信号线Lrst与多个第4开关元件TrR的栅极连接。
控制电路202经由电平转换器171将复位信号RST2供给至复位信号线Lrst。由此,使多个第4开关元件TrR导通,多个信号线SGL与基准信号线Lvr电连接。电源电路203将基准信号VR1供给至基准信号线Lvr。由此,向包含在多个局部检测区域PAA内的电容元件Ca供给基准信号VR1。
如图6所示,检测装置1具有复位期间Prst、曝光期间Pex以及读取期间Pdet。电源电路203经过复位期间Prst、曝光期间Pex以及读取期间Pdet将电源信号SVS供给至受光元件PD的阴极。另外,在复位期间Prst开始之前的时刻,控制电路202将高电平电压信号的基准信号VR1以及复位信号RST2供给至复位电路17。控制电路202向栅极线驱动电路15供给开始信号STV,使复位期间Prst开始。
在复位期间Prst内,包含在栅极线驱动电路15内的移位寄存器基于开始信号STV、时钟信号CK以及复位信号RST1,依次选择栅极线GCL。栅极线驱动电路15将栅极驱动信号VGCL依次供给至栅极线GCL。栅极驱动信号VGCL具有具备高电平电压VGH和低电平电压VGL的脉冲状的波形。在图6中,设有256条栅极线GCL,向各栅极线GCL依次供给栅极驱动信号VGCL1、……、VGCL256。
由此,在复位期间Prst内,所有局部检测区域PAA的电容元件Ca依次与信号线SGL电连接,被供给基准信号VR1。其结果为,将电容元件Ca的电容复位。
在将栅极驱动信号VGCL256供给至栅极线GCL之后,曝光期间Pex开始。此外,在与各栅极线GCL对应的局部检测区域PAA中的、实际的曝光期间Pex1、……、Pex256的开始的定时以及结束的定时不同。曝光期间Pex1、……、Pex256分别在复位期间Prst内在栅极驱动信号VGCL从高电平电压VGH变化为低电平电压VGL的定时开始。另外,曝光期间Pex1、……、Pex256分别在读取期间Pdet内在栅极驱动信号VGCL从低电平电压VGL变化为高电平电压VGH的定时结束。曝光期间Pex1、……、Pex256的曝光时间的长度相等。
在曝光期间Pex内,在各局部检测区域PAA中,与对受光元件PD照射的光对应地流通电流。其结果为,在各电容元件Ca蓄积电荷。
在读取期间Pdet开始之前的定时,控制电路202将复位信号RST2设为低电平电压。由此,复位电路17的动作停止。在读取期间Pdet内,与复位期间Prst同样地,栅极线驱动电路15向栅极线GCL依次供给栅极驱动信号VGCL1、……、VGCL256。
例如,在栅极驱动信号VGCL1为高电平电压VGH的期间内,控制电路202将选择信号SEL1、……、SEL6依次供给至信号线选择电路16。由此,利用栅极驱动信号VGCL1选择的局部检测区域PAA的信号线SGL依次、或者同时与AFE48连接。其结果为,将检测信号Vdet供给至AFE48。同样地,针对各栅极驱动信号VGCL成为高电平电压VGH的每个期间内,信号线选择电路16依次选择信号线SGL。由此,在读取期间Pdet内,检测装置1将所有局部检测区域PAA的检测信号Vdet输出至AFE48。
检测装置1也可以反复执行复位期间Prst、曝光期间Pex以及读取期间Pdet并进行指纹检测。或者,检测装置1也可以在检测到手指等接触或者接近了检测面的定时开始检测动作。
接下来,说明检测装置1的详细的构成。图7是示意性示出第1实施方式的检测装置的局部检测区域的俯视图。图8是沿着图7的A-A线的剖视图。在图8中,为了示出检测区域AA的层构造与周边区域GA的层构造的关系,示意性地连续示出沿A-A线的剖面、以及包括周边区域GA的第2开关元件TrG在内的部分的剖面。而且,在图8中,示意性地连续示出包括周边区域GA的端子部72在内的部分的剖面。
此外,在检测装置1的说明中,在与绝缘基板21的表面垂直的方向(第3方向Dz)上,将从绝缘基板21朝向受光元件PD的方向设为“上侧”。将从受光元件PD朝向绝缘基板21的方向设为“下侧”。另外,“俯视”是指,从与绝缘基板21的表面垂直的方向观察的情况。
如图7所示,局部检测区域PAA为由栅极线GCL、以及信号线SGL包围的区域。在本实施方式中,栅极线GCL包括第1栅极线GCLA和第2栅极线GCLB。第1栅极线GCLA与第2栅极线GCLB重叠设置。第1栅极线GCLA和第2栅极线GCLB经由绝缘层(第3无机绝缘层22c以及第4无机绝缘层22d(参照图8))设于不同的层。第1栅极线GCLA和第2栅极线GCLB在任意之处电连接,被供给具有相同电位的栅极驱动信号VGCL。第1栅极线GCLA以及第2栅极线GCLB的至少一方与栅极线驱动电路15连接。此外,在图7中,第1栅极线GCLA和第2栅极线GCLB具有不同的宽度,但也可以为相同的宽度。
受光元件PD设于由栅极线GCL以及信号线SGL包围的区域。受光元件PD包括第3半导体31、上部电极34以及下部电极35。受光元件PD例如为由PIN(Positive IntrinsicNegative Diode:正-本征-负二极管)型的发光二极管或有机半导体构成的发光二极管。
具体来说,如图8所示,受光元件PD在背板2的第1有机绝缘层23a之上按照下部电极35、第3半导体31、上部电极34的顺序层叠有下部电极35、第3半导体31、上部电极34。背板2为针对每个规定的检测区域驱动传感器的驱动电路基板。背板2具有绝缘基板21、设于绝缘基板21的第1开关元件Tr、第2开关元件TrG以及各种布线等。
第3半导体31为非晶硅(a-Si)。第3半导体31包括i型半导体32a、p型半导体32b以及n型半导体32c。i型半导体32a、p型半导体32b以及n型半导体32c为光电转换元件的一具体例。在图8中,在与绝缘基板21的表面垂直的方向上,按照n型半导体32c、i型半导体32a以及p型半导体32b的顺序层叠有n型半导体32c、i型半导体32a以及p型半导体32b。但也可以为相反的构成、也就是说,也可以按照p型半导体32b、i型半导体32a以及n型半导体32c的顺序层叠有p型半导体32b、i型半导体32a以及n型半导体32c。另外,第3半导体31可以为由有机半导体构成的光电转换元件。在该情况下,半导体32a为p型半导体和n型半导体的本体异质结,半导体32b以及半导体32c分别由电子以及空穴的电荷输送层或者电荷阻挡层构成。
下部电极35为受光元件PD的阳极,为用于读出检测信号Vdet的电极。下部电极35例如使用钼(Mo)、铝(Al)等的金属材料。或者,下部电极35可以为层叠有多个这些金属材料的层叠膜。下部电极35可以为ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)等的具有透光性的导电材料。
n型半导体32c在a-Si掺入杂质而形成n+区域。p型半导体32b在a-Si掺入杂质而形成p+区域。i型半导体32a例如为无掺杂的本征半导体,具有比n型半导体32c以及p型半导体32b低的导电性。
上部电极34为受光元件PD的阴极,为用于将电源信号SVS向光电转换层供给的电极。上部电极34例如为ITO等的透光性导电层,针对每个受光元件PD设有多个。
如图8所示,在第1有机绝缘层23a之上设有第6无机绝缘层22f以及第7无机绝缘层22g。第6无机绝缘层22f覆盖上部电极34的周缘部,在与上部电极34重叠的位置设有开口。连接布线36在上部电极34中的、没有设置第6无机绝缘层22f的部分与上部电极34连接。第7无机绝缘层22g覆盖上部电极34以及连接布线36,设在第6无机绝缘层22f之上。在第7无机绝缘层22g之上设有作为平坦化层的第2有机绝缘层23b。另外,在有机半导体的发光二极管的情况下,有在其之上进一步设有第8无机绝缘层22h的情况。
如图7所示,上部电极34经由连接布线36与电源信号线Lvs连接。电源信号线Lvs为将电源信号SVS供给至受光元件PD的布线。在本实施方式中,电源信号线Lvs与信号线SGL重叠,在第2方向Dy上延伸。在第2方向Dy上排列的多个局部检测区域PAA与共同的电源信号线Lvs连接。根据这种构成,能够增大局部检测区域PAA的开口。下部电极35、第3半导体31以及上部电极34在俯视时为四边形状。但不限于此,能够适当变更下部电极35、第3半导体31以及上部电极34的形状。
如图7所示,第1开关元件Tr设在栅极线GCL与信号线SGL的交叉部的附近。第1开关元件Tr包括第1半导体61、源极电极62、漏极电极63、第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B。
第1半导体61为氧化物半导体。更优选地,第1半导体61为氧化物半导体中的透明非晶氧化物半导体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)。通过对第1开关元件Tr使用氧化物半导体,能够抑制第1开关元件Tr的漏电流。即,第1开关元件Tr在图6示出的读取期间Pdet中,能够减小来自非选择的局部检测区域PAA的漏电流。因此,检测装置1能够提高S/N比。
第1半导体61沿第1方向Dx设置,在俯视时与第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B交叉。第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B分别从第1栅极线GCLA以及第2栅极线GCLB分支地设置。换言之,第1栅极线GCLA以及第2栅极线GCLB中的、与第1半导体61重叠的部分作为第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B发挥作用。第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B使用铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钼(Mo)或者这些合金。另外,在第1半导体61的、与第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B重叠的部分形成有沟道区域。
第1半导体61的一端经由接触孔H1与源极电极62连接。第1半导体61的另一端经由接触孔H2与漏极电极63连接。信号线SGL中的、与第1半导体61重叠的部分为源极电极62。另外,第3导电层67中的、与第1半导体61重叠的部分作为漏极电极63发挥作用。第3导电层67经由接触孔H3与下部电极35连接。根据这种构成,第1开关元件Tr能够切换受光元件PD与信号线SGL之间的连接与遮断。
接下来,说明第1开关元件Tr的层构成。如图8所示,第1开关元件Tr设于绝缘基板21。绝缘基板21例如为玻璃基板。或者,绝缘基板21可以为由聚酰亚胺等的树脂构成的树脂基板或者树脂薄膜。检测装置1的包括氧化物半导体在内的第1开关元件Tr形成在绝缘基板21之上。因此,与例如使用硅基板等的半导体基板的情况相比,检测装置1易于增大检测区域AA的面积。
第2栅极电极64B隔着第1无机绝缘层22a以及第2无机绝缘层22b设在绝缘基板21之上。第1无机绝缘层22a以及第2无机绝缘层22b等的无机绝缘层使用氧化硅膜(SiO)、氮化硅膜(SiN)或者氮氧化硅膜(SiON)等。另外,各无机绝缘层不限于单层,可以为层叠膜。
第3无机绝缘层22c覆盖第2栅极电极64B而设在第2无机绝缘层22b之上。第1半导体61、第1导电层65以及第2导电层66设在第3无机绝缘层22c之上。第1导电层65覆盖第1半导体61中的与源极电极62连接的端部地来设置。第2导电层66覆盖第1半导体61中的与漏极电极63连接的端部地来设置。
第4无机绝缘层22d覆盖第1半导体61、第1导电层65以及第2导电层66而设在第3无机绝缘层22c之上。第1栅极电极64A设在第4无机绝缘层22d之上。第1半导体61在与绝缘基板21垂直的方向上,设在第1栅极电极64A与第2栅极电极64B之间。也就是说,第1开关元件Tr为所谓的双栅极构造。但第1开关元件Tr可以为设有第1栅极电极64A、且没有设置第2栅极电极64B的顶栅构造,也可以为没有设置第1栅极电极64A、且仅设有第2栅极电极64B的底栅构造。
第5无机绝缘层22e覆盖第1栅极电极64A而设在第4无机绝缘层22d之上。源极电极62(信号线SGL)以及漏极电极63(第3导电层67)设在第5无机绝缘层22e之上。在本实施方式中,漏极电极63为在第1半导体61之上隔着第4无机绝缘层22d以及第5无机绝缘层22e设置的第3导电层67。在第4无机绝缘层22d以及第5无机绝缘层22e设有接触孔H1、接触孔H2。在接触孔H1的底部露出第1导电层65。源极电极62经由接触孔H1以及第1导电层65与第1半导体6电连接。同样地,在接触孔H2的底部露出第2导电层66。漏极电极63经由接触孔H2以及第2导电层66与第1半导体61电连接。
第1导电层65在源极电极62与第1半导体61之间,至少设在与接触孔H1的底部重叠的部分,与第1半导体61相接。第2导电层66在漏极电极63与第1半导体61之间,至少设在与接触孔H2的底部重叠的部分,与第1半导体61相接。由于设有第1导电层65以及第2导电层66,所以检测装置1在通过蚀刻形成接触孔H1、H2时,能够利用蚀刻液除去第1半导体61。也就是说,检测装置1能够利用相同工序形成检测区域AA的第1开关元件Tr、以及周边区域GA的第2开关元件TrG,因此,能够抑制制造成本。
第1导电层65、第2导电层66以及第3导电层67使用铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、钼(Mo)等的金属材料或者这些合金。第1导电层65以及第2导电层66只要为在形成接触孔H1、H2时抑制蚀刻的进度的导电材料即可。
第3导电层67设在在俯视时与受光元件PD重叠的区域。第3导电层67也设在第1半导体61、第1栅极电极64A以及第2栅极电极64B的上侧。也就是说,第3导电层67在与绝缘基板21垂直的方向上,设在第1栅极电极64A与下部电极35之间。由此,第3导电层67具有作为保护第1开关元件Tr的保护层的功能。
第2导电层66在不与第1半导体61重叠的区域中,与第3导电层67相对地延伸。另外,在不与第1半导体61重叠的区域中,在第4无机绝缘层22d之上设有第4导电层68。第4导电层68设在第2导电层66与第3导电层67之间。由此,在第2导电层66与第4导电层68之间形成有电容,在第3导电层67与第4导电层68之间形成有电容。由第2导电层66、第3导电层67以及第4导电层68形成的电容为图5示出的电容元件Ca的电容。
第1有机绝缘层23a覆盖源极电极62(信号线SGL)以及漏极电极63(第3导电层67)地设在第5无机绝缘层22e之上。第1有机绝缘层23a为将由第1开关元件Tr、或各种导电层形成的凹凸平坦化的平坦化层。受光元件PD设在第1有机绝缘层23a之上。下部电极35经由设于第1有机绝缘层23a的接触孔H3与第3导电层67电连接。即,第3导电层67与作为受光元件PD的阳极的下部电极35电连接,并且设在受光元件PD与第1开关元件Tr的第1栅极电极64A之间。
在周边区域GA设有栅极线驱动电路15的第2开关元件TrG。第2开关元件TrG与第1开关元件Tr设在同一绝缘基板21。第2开关元件TrG包括第2半导体81、源极电极82、漏极电极83以及栅极电极84。
第2半导体81为多晶硅。更优选地,第2半导体81为低温多晶硅(以下记为LTPS(LowTemperature Polycrystalline Silicone))。使用了LTPS的第2开关元件TrG能够以600℃以下的工艺温度制造。因此,能够将栅极线驱动电路15或信号线选择电路16等的电路形成在与第1开关元件Tr相同的基板上。多晶硅与a-Si相比,载流子的移动度更高。因此,检测装置1通过对第2开关元件TrG使用多晶硅,能够将栅极线驱动电路15小型化。其结果为,检测装置1能够减小周边区域GA的面积。另外,使用了多晶硅的第2开关元件TrG与a-Si相比,可靠性更高。
第2半导体81设在第1无机绝缘层22a之上。也就是说,第1开关元件Tr的第1半导体61在与绝缘基板21垂直的方向上,设在与第2开关元件TrG的第2半导体81相比更远离绝缘基板21的位置。由此,能够将由多晶硅构成的第2半导体81以及由氧化物半导体构成的第1半导体61形成在同一绝缘基板21上。
栅极电极84隔着第2无机绝缘层22b设在第2半导体81的上侧。栅极电极84与第2栅极电极64B设在同层。第2开关元件TrG为所谓的顶栅构造。但第2开关元件TrG可以为双栅极构造,也可以为底栅构造。
源极电极82以及漏极电极83设在第5无机绝缘层22e之上。源极电极82以及漏极电极83与第1开关元件Tr的源极电极62以及漏极电极63设在同层。接触孔H4、H5从第2无机绝缘层22b设置到第5无机绝缘层22e为止。源极电极82经由接触孔H4与第2半导体81电连接。漏极电极83经由接触孔H5与第2半导体81电连接。
接触孔H4、H5形成于4层的无机绝缘层(第2无机绝缘层22b到第5无机绝缘层22e),接触孔H1、H2形成于两层的无机绝缘层(第4无机绝缘层22d和第5无机绝缘层22e)。也就是说,接触孔H4、H5的、在与绝缘基板21垂直的方向上的长度比接触孔H1、H2长。在该情况下,在第1开关元件Tr也设有第1导电层65以及第2导电层66,因此,检测装置1能够利用同一工序形成接触孔H1、H2和接触孔H4、H5。
此外,图4示出的、信号线选择电路16所具有的第3开关元件TrS也能够设为与第2开关元件TrG同样的构成。即,第3开关元件TrS的半导体为多晶硅,更优选为LTPS。在该情况下,检测装置1能够抑制信号线选择电路16的电路规模。但不限于此,第3开关元件TrS的半导体也可以为包括TAOS在内的氧化物半导体。同样地,图4示出的、复位电路17所具有的第4开关元件TrR也能够设为与第2开关元件TrG同样的构成。即,第4开关元件TrR的半导体为多晶硅,更优选为LTPS。在该情况下,检测装置1能够抑制复位电路17的电路规模。但不限于此,第4开关元件TrR的半导体也可以为包括TAOS在内的氧化物半导体。
端子部72设在与周边区域GA中的、设有栅极线驱动电路15的区域不同的位置。端子部72具有第1端子导电层73、第2端子导电层74、第3端子导电层75以及第4端子导电层76。第1端子导电层73与第2栅极电极64B同层地设在第2无机绝缘层22b之上。接触孔H6连通第3无机绝缘层22c、第4无机绝缘层22d、第5无机绝缘层22e以及第1有机绝缘层23而设置。
第2端子导电层74、第3端子导电层75以及第4端子导电层76按照该顺序在接触孔H6内层叠,与第1端子导电层73电连接。第2端子导电层74能够使用与第3导电层67等相同的材料,以相同工序形成。另外,第3端子导电层75能够使用与下部电极35相同的材料,以相同工序形成。第4端子导电层76能够使用与连接布线36以及电源信号线Lvs(参照图7)相同的材料,以相同工序形成。
此外,在图8中示出了一个端子部72,端子部72以具有间隔的方式排列有多个。多个端子部72例如利用ACF(Anisotropic Conductive Film:各向异性导电膜)等与柔性印刷基板71(图1参照)电连接。
传感器部10成为以上这种构成,因此,能够适当检测用户的生物体信息。但传感器部10只要能够利用受光元件PD接受光L来检测用户的生物体信息即可,不限于以上说明的构造。另外,传感器部10只要利用受光元件PD接受光L来检测信息即可,也可以检测生物体信息以外的信息。
(导光体)
接下来,说明导光体100。导光体100为将光L导向受光元件PD的构件。在本实施方式中,导光体100由有机材料构成,更进一步说由高分子材料构成,能够发生弹性变形。但导光体100只要由后述的构成即可,不限于有机材料。
图9以及图10是第1实施方式的导光体的示意图。图9是导光体100的剖视图,图10是在从第3方向Dz观察导光体100的情况下的图。如图9所示,导光体100在第3方向Dz上设在传感器部10上。即,第3方向Dz可以说为导光体100(导光部102)与传感器部10(受光元件PD)重叠的方向。导光体100具有导光部102、以及透光层104、106。导光体100为在第3方向Dz上按照透光层106、导光部102、透光层104的顺序层叠的板状的层叠体。在第3方向Dz上,透光层106设在传感器部10侧、即设在受光元件PD侧,透光层104设在被检测体(手指Fg等)侧。
透光层106为片状的构件。就透光层106而言,上侧的表面106a与导光部102接触,与表面106a相反一侧(下侧)的表面106b与传感器部10(在图8的例子中为第2有机绝缘层23b或者第8无机绝缘层22h)接触。透光层104、106由透射光L的构件构成。透光层104、106例如为PET(Polyethylene Terephthalate:聚对苯二甲酸)、PC(Polycarbonate:聚碳酸酯)、PEN(Polyethylene Naphthalate:聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、或者透明聚酰亚胺、脂环族环氧树脂、氟聚酯、PPS(Polyphenylene sulfide:聚苯硫醚),但只要为透射光L的构件即可,材料不限于此。另外,透光层104、106优选光L的透射率与后述的导光部102的导光路径110相等。透光层104、106的光L的折射率优选比导光部102的导光路径110的光L的折射率大,例如,优选为1.4以上1.8以下。另外,透光层104与透光层106的透射率或折射率也可以不同。
此外,透光层104、106不为必须的构成,也可以不包含在导光体100内。例如,导光体100也可以不包含透光层104且不包含透光层106,也可以包括透光层104、106的至少一个。
导光部102为片状的构件。就导光部102而言,上侧的表面102a与透光层104b接触,与表面102a相反侧(下侧)的表面102b与透光层106的表面106a接触。即,导光部102的表面102b隔着透光层106与传感器部10(受光元件PD)相对置。导光部102包括导光路径110以及吸光部112。
导光路径110为能够透射光L的路径。在本实施方式中,导光路径110为能够透射光L的固体状的构件。导光路径110的光的透射率比后述的吸光部112的光L的透射率高。导光路径110的光的透射率优选为50%以上100%以下。在此的光L的透射率是指,射出的光L的强度相对于入射的光L的强度的比率。另外,导光路径110的光的折射率优选为1.40以上1.70以下。导光路径110为有机材料,更详细为高分子材料,例如为硅酮系树脂、丙烯酸系树脂、环氧系树脂等。进一步说,导光路径110优选为接收光的照射而固化的光聚合物,例如优选硅酮系光聚合物、丙烯酸系光聚合物、环氧系光聚合物等。另外,导光路径110也可以在硅酮系光聚合物、丙烯酸系光聚合物、环氧系光聚合物等的有机材料中包含与该有机材料相比光L的折射率更高的材料的路径。作为折射率高的材料,例如举出有氧化钛或氧化锆等的过渡金属烷氧化物。但导光路径110只要为能够透射光L的路径即可,不限于以上说明的材料构成。例如,导光路径110不为固体状,可以为包括空气等气体的空间。在该情况下,导光路径110也能够说成是导光部102的开口,光L的折射率成为1。
如图10所示,导光路径110在第1方向Dx以及第2方向Dy上呈矩阵状地设有多个。在图10的例子中,导光路径110在从第3方向Dz观察的情况下,在导光部102中,呈正方格子状分布,但排列方法不限于此,而为任意的,例如,也可以呈六方格子状分布。导光路径110的间距、即,相邻的导光路径110的中心之间的距离优选针对所有导光路径110均相等,但不限于此,也可以针对每个导光路径110的间距不同。
另外,如图9所示,导光路径110从导光部102的表面102a设置到表面102b为止。即,可以说导光路径110的上侧的表面110a构成导光部102的表面102a,与表面110a相反侧(下侧)的表面110b构成导光部102的表面102b。另外,导光路径110的中心轴Ax基本沿着第3方向Dz,与第1方向Dx以及第2方向Dy基本正交。
在本实施方式中,导光路径110成为圆柱状,直径D1在第3方向Dz上为固定。另外,在本实施方式中,所有导光路径110的直径D1相等。但导光路径110也可以不为圆柱状,例如可以为四角柱等的多角柱状。另外,将从导光路径110的表面110a到表面110b为止的第3方向Dz上的长度设为长度D2。长度D2也能够称为导光部102的第3方向Dz上的长度。长度D2优选为10μm以上300μm以下。通过将长度D2设在这种数值范围内,能够使导光体100灵活地发生弹性变形,从而能够应用于各种各样的形状的检测装置1。
另外,将长度D2相对于直径D1的比率设为导光路径110的长径比(aspect ratio)。导光路径110的长径比优选为2以上,更优选为5以上,进一步优选为10以上。通过设为这种长径比,能够减小在获取被检测体(手指Fg等)的像时的视角,能够减少在对距离分离的被检测体进行摄影时的模糊。另外,导光路径110的长径比优选例如20以下。通过将长径比设为20以下,能够适当进行制造。
另外,如图10所示,在从第3方向Dz观察的情况下,导光路径110以与受光元件PD重叠的方式设置。更详细来说,在从第3方向Dz观察的情况下,相对于一个受光元件PD重叠有多个导光路径110。进一步说,相对于各个受光元件PD重叠有多个导光路径110。即,在从第3方向Dz观察的情况下,在形成有一个受光元件PD的区域内设有多个导光路径110。在图10的例子中,相对于一个受光元件PD重叠有9个导光路径110,但与一个受光元件PD重叠的导光路径110的数量不限于9个,只要为多个即可,可以为任意的。另外,在相邻的受光元件PD之间也可以存在导光路径110,或者导光路径110的一部分位于相邻的受光元件PD之间。
吸光部112以包围导光路径110的周围的方式设置。在本实施方式中,吸光部112设置在导光部102中没有设置导光路径110的部位的整个区域。因此,本实施方式的导光路径110可以说在导光部102中形成在由吸光部112包围的部位。吸光部112从导光部102的表面102a设置到表面102b为止。即,可以说吸光部112的上侧的表面112a构成导光部102的表面102a,与表面112a相反侧(下侧)的表面112b构成导光部102的表面102b。
吸光部112由吸收光L的构件构成,光L的吸收率比导光路径110高。吸光部112的光L的吸收率优选为70%以上100%以下,更优选为100%。在此的光L的吸收率是指,相对于入射的光L的强度的、入射的光L的强度与射出的光L的强度之差的比率。吸光部112为有机材料,更详细来说为高分子材料,例如为丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂或硅氧烷聚合物系树脂。吸光部112也优选为接受光的照射或加热处理而固化的聚合物,例如,优选固化收缩率小的丙烯酸系光聚合物等。而且,吸光部112也可以相对于这些有机材料还包括炭黑或氧化钛或氮氧化钛等的钛黑、氧化铁等的金属氧化物、以及吸收光L的染料或有机颜料。
导光体100成为以上这种构成。接下来,说明导光体100的制造方法的例子。图11A是说明本实施方式的导光体的制造方法的一例的示意图。如图11A所示,最初,如步骤S10(第1涂敷步骤)所示,在基板SUB上形成透光层106,在透光层106上涂敷第1有机材料M1。基板SUB为用于形成导光体100而使用的基板,例如为玻璃基板等。第1有机材料M1例如形成在透光层106的表面106a的整个区域。第1有机材料M1为未固化的导光路径110的构件。第1有机材料M1例如为包括1种以上光聚合单体成分在内的具有流动性的有机材料。另外,第1有机材料M1可以为包括1种以上光聚合单体成分和难以进行光聚合的低聚物的多种成分在内的具有流动性的有机材料。另外,第1有机材料M1可以包含包括1种以上光聚合单体成分在内的具有流动性的有机材料、以及包括1种以上光聚合单体成分和难以进行光聚合的低聚物的多种成分在内的具有流动性的有机材料这两方。
接下来,如步骤S12(导光路径形成步骤)所示,对设于透光层106上的第1有机材料M1照射图案状的光U。在图11A的例子中,使用光源部300和图案形成部302照射图案状的光U。光源部300为产生光U的光源。图案形成部302为设有多个透射部302A的构件。透射部302A以透射光U的方式构成。透射部302A成为与导光路径110的直径D1对应的内径(例如与直径D1相等的内径)。另外,透射部302A以与导光路径110的间距对应的方式(例如以与导光路径110的间距相同的间距)排列。透射部302A可以为透射光U的构件,也可以为开口。此外,光U为能够将第1有机材料M1固化的光,例如为紫外光。
在步骤S12中,在光源部300与第1有机材料M1之间配置图案形成部302,从光源部300朝向第1有机材料M1的上侧的表面照射光U。来自光源部300的光L例如照射在图案形成部302的整个区域。照射至图案形成部302的光U从图案形成部302的透射部302A通过,而照射至第1有机材料M1的上侧的表面。因此,仅对第1有机材料M1的与透射部302A的图案对应的部分照射光U。第1有机材料M1的被照射了光U的部分固化,成为导光路径110。而且,没有被光U照射的部分不固化,而作为第1有机材料M1残留。即,在步骤S12中,在不进行光聚合而未固化的第1有机材料M1中形成有沿第3方向Dz直立的多个导光路径110。
此外,在步骤S12中,使用图案形成部302使图案状的光U照射至第1有机材料M1,但不限于使用图案形成部302。图11B是说明本实施方式的导光体的制造方法的另一例的示意图。例如,如图11B所示,光源部300具备不设置图案形成部而排列成图案状的多个光源301,也可以从各自的光源301直接照射具有直进性的光U(准直光)。通过照射这种准直光,在第1有机材料M1通过材料的自组织功能形成有圆柱状的微相分离图案的情况下,在不进行光聚合而未固化的第1有机材料M1中形成有沿第3方向Dz直立的多个导光路径110。
接下来,如步骤S14(除去步骤)所示,从基板SUB上除去不进行光聚合而未固化的第1有机材料M1。例如,通过将第1有机材料M1浸渍到溶解的液体中,来除去第1有机材料M1。由此,在透光层106上仅残留多个导光路径110。
接下来,如步骤S16(第2涂敷步骤)所示,在透光层106上涂敷第2有机材料M2。第2有机材料M2涂敷在透光层106上的、没有设置导光路径110的区域(除去了第1有机材料M1的区域)。即,在各自的导光路径110的周围涂敷有第2有机材料M2。第2有机材料M2为未固化的吸光部112,具有流动性。此外,在步骤S16中,优选导光路径110的上侧的表面110a不由第2有机材料M2覆盖。但即使表面110a由第2有机材料M2覆盖,也可以通过在之后利用机械加工或蚀刻处理等除去由第2有机材料M2形成的吸光部112的上表面而使表面110a露出。
接下来,如步骤S18(吸光部形成步骤)所示,从光源部310对设于透光层106上的第2有机材料M2照射光U1。第2有机材料M2通过光U1的照射而固化,成为吸光部112。由此,在透光层106上形成有导光部102。此外,光U1与光U同样地,可以为紫外光等。另外,第2有机材料M2也可以利用热量固化而成为吸光部112,在该情况下,在步骤S18中,取代光U1的照射,对第2有机材料M2进行加热使其固化。或者,可以通过将光和热量并用来固化,在该情况下,通过光U1的照射使形状保持,并利用此后的热量来固化。
接下来,如步骤S20所示,在导光部102上形成透光层104。由此,在基板SUB上形成有导光体100。此外,透光层104也可以在被涂敷之后固化,也可以将固体状的透光层104贴附在导光部102上。
接下来,如步骤S22所示,从基板SUB取下导光体100,并设在传感器部10上。另外,经由还安装检测装置1的其他构件等的工序,来制造检测装置1。此外,在从基板SUB取下导光体100的情况下,也可以使用激光剥离法从基板SUB剥离导光体100。在该情况下,从与设有基板SUB的导光体100的表面相反侧的表面照射激光。激光透射基板SUB,向与导光体100的基板SUB接触的面(表面106b)照射。导光体100利用激光使与基板SUB接触的面从基板SUB剥离。
接下来,说明将光L导向受光元件PD的情况。图12是说明在第1实施方式的构成中将光导向受光元件的情况下的例子的示意图。在此,在接受光L而检测信息的检测装置中,需要适当将光L导向受光元件PD。例如若导向受光元件PD的光L的强度很小或者来自想要检测的部位以外的光被导向受光元件PD,则产生无法适当检测信息的担忧。另外,当将来自宽范围的光L导向受光元件PD时,每个受光元件PD接受的光L的强度会接近均等,会产生图像变模糊等的现象。与之相对地,如图12所示,本实施方式的检测装置1具备用于将光导向受光元件PD的导光部102。导光部102相对于一个受光元件PD重叠了多个导光路径110。因此,如图12所示,能够将从多个导光路径110通过的光L导向受光元件PD。因此,根据检测装置1,能够抑制例如导向受光元件PD的光L的强度变小的情况。另外,能够利用导光路径110限制从导光路径110通过而能够入射至受光元件PD的光L的入射角度的范围即入射范围角度θ。即,导光路径110的中心轴Ax与光的行进方向所成的角度位于入射范围角度θ的范围内的光La从导光路径110通过而到达受光元件PD。另一方面,导光路径110的中心轴Ax与光的行进方向所成的角度位于入射范围角度θ的范围外的光Lb在导光路径110内,照射至吸光部112的内周面且被吸收,不到达受光元件PD。因此,根据检测装置1,能够抑制来自宽范围的光L到达受光元件PD的情况,加深景深深度。另外,即使来自想要检测的部位以外的光Lc(例如来自相邻的受光元件PD应检测的部位的光)趋向受光元件PD,也能利用吸光部112来遮挡,因此,能够抑制来自想要检测的范围以外的光Lc到达受光元件PD的情况。
如以上说明的那样,第1实施方式的检测装置1具有接受光L的多个受光元件PD、以及表面102b与受光元件PD相对设置的导光部102。导光部102包括多个导光路径110、以及吸光部112。导光路径110从导光部102的表面102a设置到表面102b为止。吸光部112比导光路径110的光L的吸收率高。而且,检测装置1在从受光元件PD与导光部102重叠的方向(第3方向Dz)观察的情况下,相对于一个受光元件PD重叠有多个导光路径110。本实施方式的检测装置1相对于一个受光元件PD使多个导光路径110重叠,由此,能够将从多个导光路径110通过的光L导向受光元件PD,抑制导向受光元件PD的光L的强度变小的情况。另外,检测装置1通过具备吸光部112,能够抑制来自宽范围的光L、或来自想要检测的范围以外的光L到达受光元件PD。像这样,根据本实施方式的检测装置1,能够适当将光L导向受光元件PD。
另外,导光路径110利用光L的透射率比吸光部112高的固体状的构件来构成。通过利用光L的透射率高的固体状的构件构成导光路径110,能够适当将光L导向受光元件PD。
另外,导光部102优选由有机材料构成。通过利用有机材料形成导光部102,使导光部102灵活地发生弹性变形,能够应用于各种各样的形状的检测装置1。
另外,本实施方式的检测装置1的制造方法包括第1涂敷步骤、导光路径形成步骤、除去步骤、第2涂敷步骤、以及吸光部形成步骤。在第1涂敷步骤中,在基板SUB上涂敷第1有机材料M1。在导光路径形成步骤中,对形成涂敷在基板SUB上的第1有机材料M1的导光路径110的区域照射光U,使照射了光U的区域中的第1有机材料M1固化,将固化后的第1有机材料M1设为导光路径110。在除去步骤中,从基板SUB上除去没有固化的第1有机材料M1。在第2涂敷步骤中,对基板SUB上的没有形成导光路径110的区域涂敷第2有机材料M2。在吸光部形成步骤中,对基板SUB上的第2有机材料M2照射光U1使第2有机材料M2固化,形成吸光部112。根据本实施方式的制造方法,能够恰当地制造出适当将光L导向受光元件PD的检测装置1。
(变形例)
接下来,说明第1实施方式的变形例。在第1实施方式中,所有导光路径110的直径相等,但如以下的变形例所示,也可以根据不同导光路径使直径不同。图13是变形例的导光体的示意图。如图13所示,变形例的导光体100A的导光部102A在导光路径110A1、110A2的内径不同。导光路径110A1、110A2与相同受光元件PD重叠。导光路径110A2的直径D1A2比导光路径110A1的直径D1A1大。因此,导光路径110A1、110A2的长径比不同,导光路径110A2的长径比(长度D2相对于直径D1A2的比率)比导光路径110A1的长径比(长度D2相对于直径D1A1的比率)小。例如,导光路径110A2的长径比为2以上,导光路径110A1的长径比优选为10以上。通过像这样使长径比不同,能够将从导光路径110A1通过而能够入射至受光元件PD的光L的入射角度的范围即入射范围角度θA1设为比从导光路径110A2通过而能够入射至受光元件PD的光L的入射角度的范围即入射范围角度θA2小。由此,能够加深导光路径110A1中的景深深度。
像这样,在导光路径110A中,与一个受光元件PD重叠的多个导光路径的长径比彼此不同。通过像这样使长径比不同,能够适当地检测不同种类的生物体信息。例如,照射可见光来作为光L0,将作为该反射光的可见光的光L导向受光元件PD,由此,能够检测生物体信息来作为指纹。另外,例如,照射近红外光来作为光L0,将作为其反射光的近红外光的光L导向受光元件PD,由此,能够检测血管图案来作为生物体信息。在该情况下,通过使可见光的光L从导光路径110A1通过而到达受光元件PD,能够高精度检测指纹。另外,通过使近红外光的光L从导光路径110A2通过而到达受光元件PD,能够高精度地检测血管图案。例如,通过在导光路径110A1设置透射可见光而吸收近红外光的滤光片,并且在导光路径110A2设置透射近红外光而吸收可见光的滤光片,能够适当区分使用各自的导光路径,但这种滤光片并非必要的构成。此外,在图13中,例示了导光路径110A1和导光路径110A2这两个导光路径的直径以及长径比为不同的构成,但也可以是三个以上的导光路径彼此直径以及长径比不同。
接下来,说明第1实施方式的其他变形例。在第1实施方式中,导光路径110的直径D1在第3方向Dz上的每个位置均固定,但导光路径110的直径D1也可以根据第3方向Dz上的每个位置而不同。图14以及图15是变形例的导光体的示意图。如图14所示,就变形例的导光体100B的导光部102B而言,导光路径110B的直径在第3方向Dz上的每个位置不同。进一步说,导光路径110B随着从表面110b(表面102b)趋向表面110a(102a),成为直径变小的正锥形状。即,导光路径110B的表面110a侧的直径D1B1比导光路径110B的表面110b侧的直径D1B2小。
像这样导光路径110B的直径随着趋向表面102a而变小,由此,与例如直径为固定的情况相比,能够减小从导光路径110B通过而能够入射至受光元件PD的光L的入射角度的范围即入射范围角度θB。也就是说,在与导光路径110的直径D1为固定的情况相同地实现长径比的情况下设为正锥形状,由此,能够有效地减薄导光部102B的厚度。因此,能够抑制来自宽范围的光L到达受光元件PD的情况,加深景深深度,适当将光L导向受光元件PD。
另外,如图15所示,相邻的导光路径110B的表面110b的部分也可以彼此接触。换言之,也可以不在导光路径110B的表面110b的外周部分和与该导光路径110B相邻的导光路径110B的表面110b的外周部分之间设置吸光部112。通过像这样使相邻的导光路径110B的表面110b接触,能够使从各自的导光路径110B通过的光La在重叠的状态下到达受光元件PD,能够提高光的强度。
此外,可以组合以上说明的两个变形例,使长径比不同,使导光路径110的直径根据第3方向Dz上的每个位置而不同。另外,这些两个变形例也能够应用于后述的第2实施方式、第3实施方式。
(第2实施方式)
接下来,说明第2实施方式。在第1实施方式中,为导光部102包括导光路径110和吸光部112的构成,但在第2实施方式中,还包括低折射率部。在第2实施方式中,对构成与第1实施方式相同的部位省略说明。
图16以及图17是第2实施方式的导光体的示意图。如图16所示,第2实施方式的导光体100C的导光部102C包括导光路径110、吸光部112、以及低折射率部114。低折射率部114为光L的折射率比导光路径110低的构件。低折射率部114的光L的折射率优选为1.3以上1.6以下。另外,低折射率部114优选光L的透射率比吸光部112小。低折射率部114的光的透射率优选为50%以上100%以下。
如图17所示,低折射率部114针对每个导光路径110设置,各自的低折射率部114以包围导光路径110的周围的方式设置。即,低折射率部114与导光路径110对应地设有多个。如图16所示,低折射率部114从导光部102的表面102a设置到表面102b为止。即,可以说低折射率部114的上侧的表面114a构成导光部102的表面102a,表面114a相反侧(下侧)的表面114b构成导光部102的表面102b。当将低折射率部114的外径设为直径D3时,直径D3优选相对于导光路径110的直径D1为1.0倍以上1.2倍以下。另外,在第2实施方式中,吸光部112以包围低折射率部114的周围的方式设置。即,吸光部112设于在导光部102中没有设置低折射率部114以及导光路径110的部位的整个区域。因此,第2实施方式的导光路径110可以说在导光部102中形成在由低折射率部114包围的部位。
低折射率部114的材料为任意的,但例如也可以为与导光路径110相同的材料。在该情况下,例如,将在图11A中说明的第1有机材料M1设为包括具有π电子共轭系统的低分子的丙烯酸系单体、以及具有折射率低的硅氧烷键且难以光聚合的低聚物在内的材料。低聚物成分比单体的分子量大。当使用这种第1有机材料M1执行图11A的步骤S12时,在照射有光L的区域的中央部分丙烯酸系单体成分变多,因此,中央部分成为高折射率,与中央部分相比放射方向外侧成为低折射率。即,中央部分成为导光路径110,放射方向外侧部分成为低折射率部114,能够形成导光路径110和低折射率部114。但该制造方法以及材料为一例。
如以上说明的那样,导光部102C还包括与导光路径110相比光L的折射率更低的低折射率部114。另外,低折射率部114包围各自的导光路径110的周围,吸光部112包围各自的低折射率部144的周围。在第2实施方式中,如图16所示,入射至导光路径110内且照射至导光路径110的外周面的光Lb在与低折射率部114的界面发生反射并行进,到达受光元件PD。在第1实施方式的情况下,没有设置低折射率部114,因此,入射至导光路径110内而照射至导光路径110的外周面的光Lb被吸光部112吸收,不到达受光元件PD。因此,在第1实施方式中,能够抑制来自宽范围的光L到达受光元件PD。由于光Lb不到达受光元件PD,所以也考虑到存在光的强度不足的情况。在这种情况下,若像第2实施方式那样设置低折射率部114,则能够抑制来自宽范围的光L(例如光Lc)的到达,并且使光Lb到达受光元件PD,也能够适当地抑制光的强度不足。因此,根据第2实施方式,能够适当地将光L导向受光元件PD。
(变形例)
接下来,说明第2实施方式的变形例。图18是变形例的导光体的示意图。在第2实施方式中,为低折射率部114包围导光路径110的周围、吸光部112包围低折射率部144的周围的构成。但导光路径110、低折射率部114和吸光部112的构造不限于这种构成。例如,如图18的变形例的导光体100D的导光部102D所示,也可以为具有导光路径110、低折射率部114D以及吸光部112D的构成。低折射率部114D构成为包围导光路径110的周围,但不包围第3方向Dz上的导光路径110的整个区域,仅包围第3方向Dz上的导光路径110的一部分区域。具体来说,低折射率部114D的下侧的表面114Db与导光部102的表面102b位于相同位置,但低折射率部114D的上侧的表面114Da与导光部102的表面102a相比位于表面102b侧、即位于下侧。低折射率部114D在从表面114Da到表面114Db为止的区域中,覆盖导光路径110的周围。
另外,吸光部112D设在低折射率部114D的表面114Da上,覆盖导光路径110的周围。吸光部112D的下侧的表面112Db与低折射率部114D的表面114Da接触,上侧的表面112Da与导光部102的表面102a位于相同位置。吸光部112D在从表面112Da到表面112Db为止的区域中,覆盖导光路径110的周围。此外,吸光部112D的第3方向Dz上的长度D4优选相对于导光路径110的第3方向Dz上的长度D2为0.3倍以上1.0倍以下。
像这样,在导光部102D中,低折射率部114D包围各自的导光路径110的周围,吸光部112D设在低折射率部114D的表面114Da侧。通过像这样构成,能够在上侧的吸光部112D吸收来自宽范围的光Lc,抑制到达吸光部112D。另外,使入射至导光路径110内且照射至导光路径110的外周面的光Lb在低折射率部114D的内周面发生反射而到达受光元件PD,并且在上侧的吸光部112D的内周面吸收入射角度比光Lb小的(入射角度相对于表面102a小的)光Ld,能够抑制来自宽范围的光L的到达。
接下来,说明第2实施方式的其他变形例。图19是变形例的导光体的示意图。例如图19所示,导光体100D的吸光部112D也可以包含第1吸光部112D1和第2吸光部112D2。第1吸光部112D1为设于吸光部112D中的、低折射率部114D的表面114Da上的部分。第2吸光部112D2从第1吸光部112D1的与导光部102D相接的端部112D1a到端部112Dc为止,朝向表面102b侧即受光元件PD侧延伸。第2吸光部112D2从端部112D1a到端部112Dc为止包围导光路径110的周围。另外,第2吸光部112D2从端部112D1a到端部112Dc为止被低折射率部114D包围。从端部112Dc到表面102b为止没有设置第2吸光部112D2,因此,低折射率部114D包围导光路径110的周围。
此外,第2吸光部112D2的第3方向Dz上的长度D5优选相对于导光路径110的长度D2在0.2倍以上1.0倍以下。另外,第2吸光部112D2的内径D6优选相对于导光路径110的直径D1在0.7倍以上1.0倍以下。
像这样,在图19的例子中,吸光部112D具有:设于低折射率部114D的表面114Da侧的第1吸光部112D1;以及第2吸光部112D2,其从第1吸光部112D1的导光部102D侧的端部112D1a朝向表面102b侧延伸,包围导光路径110的周围。在成为这种构造的情况下,能够使入射至导光路径110内的光Lb在比第2吸光部112D2更靠下侧的低折射率部114D发生反射,而到达受光元件PD。另外,使入射角度比光Lb小的(入射角度相对于表面102a小的)光Ld在第2吸光部112D2的内周面被吸收,而抑制其到达受光元件PD。
(第3实施方式)
接下来,说明第3实施方式。在第3实施方式中,在导光部具备选择吸光部118这一点与第1实施方式不同。在第3实施方式中,对构成与第1实施方式相同的部位省略说明。
图20是第3实施方式的导光体的示意图。如图20所示,第3实施方式的导光体100E的导光部102E包括导光路径110、吸光部112、和选择吸光部118。在第3实施方式中,导光路径110透射可见光的光L和近红外光的光L这两方。另外,吸光部112吸收可见光的光L和近红外光的光L这两方。另外,选择吸光部118吸收可见光的光L,但透射近红外光的光L。选择吸光部118的可见光的光L的吸收率比导光路径110高,近红外光的光L的透射率比吸光部112高。选择吸光部118优选可见光的光L的吸收率在70%以上100%以下,更优选为100%。选择吸光部118优选近红外光的光L的透射率为70%以上100%以下,更优选为100%。
选择吸光部118与第2实施方式的低折射率部114同样地,针对每个导光路径110设置,各自的选择吸光部118以包围导光路径110的周围的方式设置。即,选择吸光部118与导光路径110对应地设有多个。选择吸光部118从导光部102的表面102a设置到表面102b为止。即,可以说选择吸光部118的上侧的表面118a构成导光部102的表面102a,表面118a相反侧(下侧)的表面118b构成导光部102的表面102b。当将选择吸光部118的外径设为直径D7时,长度D2相对于直径D7的比率即选择吸光部118的长径比比长度D2相对于直径D1的比率即导光路径110的长径比小。选择吸光部118的长径比优选相对于导光路径110的长径比为0.2倍以上1.0倍以下。通过设为这种长径比,适当接受近红外光和可见光,能够适当检测血管图案和指纹。此外,选择吸光部118的长径比优选为2以上,优选为20以下。
选择吸光部118由有机材料构成,进一步来说,由高分子材料构成,例如为含有吸收可见光的色素染料的高分子材料等。
另外,在第3实施方式中,吸光部112以包围选择吸光部118的周围的方式设置。即,吸光部112设于在导光部102中没有设置选择吸光部118以及导光路径110的部位的整个区域。因此,第3实施方式的导光路径110可以说在导光部102中形成在由选择吸光部118包围的部位。
如以上说明的那样,导光部102E还包括选择吸光部118。选择吸光部118的可见光的光L的吸收率比导光路径110高,近红外光的光L的透射率比吸光部112高。另外,选择吸光部118包围各自的导光路径110的周围,吸光部112包围各自的选择吸光部118的周围。在第3实施方式中,如图20所示,来自想要检测的部位以外的可见光的光Lc和近红外光的光L1c由吸光部112吸收,能够抑制其到达受光元件PD。另外,入射至导光路径110内而不抵达选择吸光部118的内周面的可见光的光La和近红外光的光L1a从导光路径110内通过而到达受光元件PD。另外,入射角度比可见光的光La小(入射角度相对于表面102a小的)可见光的光Lb在导光路径110内抵达选择吸光部118的内周面而由选择吸光部118吸收,抑制其到达受光元件PD。另一方面,入射角度比近红外光的光L1a小的可见光的光L1b在导光路径110内抵达选择吸光部118的内周面,但从选择吸光部118透射而到达受光元件PD。即,在第3实施方式中,能够与近红外光的景深深度相比加深可见光的景深深度,能够适当进行基于可见光的指纹的检测、以及基于近红外光的血管图案的检测。
(变形例)
接下来,说明第3实施方式的变形例。图21是变形例的导光体的示意图。在第3实施方式中,为选择吸光部118包围导光路径110的周围、吸光部112包围选择吸光部118的周围的构成。但导光路径110、选择吸光部118和吸光部112的构造不限于这种构成。例如,如图21的变形例所示,选择吸光部118构成为包围导光路径110的周围,但不包围第3方向Dz上的导光路径110的整个区域,仅包围第3方向Dz上的导光路径110的一部分区域。即,选择吸光部118的下侧的表面118b位于与导光部102的表面102b相同的位置,但选择吸光部118的上侧的表面118a与导光部102的表面102a相比位于表面102b侧、即位于下侧。选择吸光部118在从表面118a到表面118b为止的区域中包围导光路径110的周围。
另外,吸光部112设于选择吸光部118的表面112a上,包围导光路径110的周围。吸光部112的下侧的表面112b接触选择吸光部118的表面118a,上侧的表面112a位于与导光部102的表面102a相同的位置。吸光部112在从表面112a到表面112b的区域为止,包围导光路径110的周围。此外,吸光部112的第3方向Dz上的长度D8优选相对于导光路径110的第3方向Dz上的长度D2为0.2倍以上1.0倍以下。
像这样,在图21的构成中,入射角度比可见光的光La小的(入射角度相对于表面102a小的)可见光的光Lb在导光路径110内抵达选择吸光部118的内周面,由选择吸光部118吸收,抑制其到达受光元件PD。另一方面,入射角度比近红外光的光L1a小的可见光的光L1b在导光路径110内抵达选择吸光部118的内周面,但从选择吸光部118透射而到达受光元件PD。即,在该情况下,能够与近红外光的景深深度相比,加深可见光的景深深度,能够进行基于可见光的指纹的检测以及基于近红外光的血管图案的检测。
另外,应理解为从本说明书的记载可明确得出的或者对于本领域技术人员来说可适当想到的由在本实施方式中说明的形态带来的其他作用效果当然是由本发明带来的。
附图标记说明
1检测装置
10传感器部
100导光体
102导光部
102a、102b表面
104、106透光层
110导光路径
112吸光部
114低折射率部
PD受光元件。

Claims (10)

1.一种检测装置,其特征在于,具备:
接受光的多个受光元件;以及
一方的表面与所述受光元件相对设置的导光部,
所述导光部包括从所述导光部的所述一方的表面设置到另一方的表面为止的多个导光路径、以及所述光的吸收率比所述导光路径高的吸光部,
在从所述受光元件与所述导光部重叠的方向观察的情况下,相对于一个所述受光元件重叠有多个所述导光路径。
2.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于,
所述导光路径由光的透射率比所述吸光部高的固体状的构件构成。
3.根据权利要求1或者2所述的检测装置,其特征在于,
与一个所述受光元件重叠的多个所述导光路径的长径比彼此不同,所述长径比为从所述一方的表面到所述另一方的表面为止的长度相对于直径的比率。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的检测装置,其特征在于,
所述导光路径随着趋向所述另一方的表面侧,其直径变小。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的检测装置,其特征在于,
所述导光部还包括所述光的折射率比所述导光路径低的低折射率部。
6.根据权利要求5所述的检测装置,其特征在于,
所述低折射率部包围各个所述导光路径的周围,所述吸光部包围各个所述低折射率部的周围。
7.根据权利要求5所述的检测装置,其特征在于,
所述低折射率部包围各个所述导光路径的周围,所述吸光部设于所述低折射率部的所述另一方的表面一侧。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的检测装置,其特征在于,
所述吸光部具备吸收可见光但透射红外光的第1吸光部、以及吸收可见光和红外光的第2吸光部。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的检测装置,其特征在于,
所述导光部由有机材料构成。
10.一种检测装置的制造方法,其为权利要求9所述的检测装置的制造方法,其特征在于,包括:
在基板上涂敷第1有机材料的第1涂敷步骤;
导光路径形成步骤,对涂敷在基板上的所述第1有机材料的形成所述导光路径的区域照射光,使照射了光的区域中的所述第1有机材料固化,将固化的所述第1有机材料设为所述导光路径;
除去步骤,从所述基板上除去未固化的所述第1有机材料;
第2涂敷步骤,对所述基板上的没有形成所述导光路径的区域涂敷第2有机材料;以及
吸光部形成步骤,对所述基板上的第2有机材料照射光以及/或者热量使所述第2有机材料固化,形成所述吸光部。
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