CN116134620A - 检测装置 - Google Patents

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CN116134620A
CN116134620A CN202180059488.3A CN202180059488A CN116134620A CN 116134620 A CN116134620 A CN 116134620A CN 202180059488 A CN202180059488 A CN 202180059488A CN 116134620 A CN116134620 A CN 116134620A
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樋元健人
中村卓
染谷隆夫
横田知之
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University of Tokyo NUC
Japan Display Inc
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Abstract

本申请公开了一种检测装置，是一种具有排列在基板之上的多个光传感器的检测装置，多个光传感器分别在与基板的表面垂直的方向上按照下部电极、电子输送层、有源层、空穴输送层、上部电极的顺序层叠，有源层包含有机半导体，空穴输送层包含氧化金属层，并且设置为在有源层之上接触。

Description

检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置。
背景技术
已知有能够检测指纹图案、血管图案的光传感器(例如，专利文献1)。在这样的光传感器中，已知有使用有机半导体材料作为有源层的柔性的薄片传感器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-32005号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在光传感器中，由有机材料构成的有源层与层叠于有源层的金属电极的密接性低，因此有可能发生电极剥离。
本发明的目的在于提供一种能够抑制电极剥离的发生的检测装置。
用于解决技术问题的方案
本发明的一个方式的检测装置是具有排列在基板之上的多个光传感器的检测装置，多个所述光传感器分别在与所述基板的表面垂直的方向上按照下部电极、电子输送层、有源层、空穴输送层、上部电极的顺序层叠，所述有源层包含有机半导体，所述空穴输送层包含氧化金属层，并且设置为在所述有源层之上接触。
附图说明
图1是示出第一实施方式的检测装置的俯视图。
图2是示出第一实施方式的检测装置的构成例的框图。
图3是示出检测装置的电路图。
图4是示出多个部分检测区域的电路图。
图5是示出传感器部的概略剖视结构的剖视图。
图6是示出检测装置的动作例的时序波形图。
图7是示出图6中的读取期间的动作例的时序波形图。
图8是示出有源层的膜厚与传感器电容的关系的图表。
图9是示出有源层的膜厚与传感器输出电压的关系的图表。
图10是示出第二实施方式的检测装置的传感器部的概略剖视结构的剖视图。
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并不限定于以下的实施方式所记载的内容。另外，在以下记载的构成要素中，包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。进而，以下记载的构成要素可以适当组合。需要说明的是，公开只不过是一例，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，与实际的方式相比，附图有时示意性地表示各部分的宽度、厚度、形状等，但只不过是一例，并不限定本发明的解释。另外，在本说明书和各图中，对于与已出现的图中所述的要素相同的要素，标注相同的附图标记，有时适当省略详细的说明。
在本说明书和权利要求书中，在表现在某结构体之上配置其他结构体的方式时，在仅表述为“上”的情况下，只要没有特别说明，则包括以与某结构体接触的方式在正上方配置其他结构体的情况和在某结构体的上方进一步经由另外结构体而配置其他结构体的情况这两种情况。
(第一实施方式)
图1是示出第一实施方式所涉及的检测装置的俯视图。如图1所示，检测装置1具有传感器基材21、传感器部10、栅极线驱动电路15、信号线选择电路16、检测电路48、控制电路122、电源电路123、第一光源基材51、第二光源基材52、第一光源61以及第二光源62。在第一光源基材51设置有多个第一光源61。在第二光源基材52设置有多个第二光源62。
控制基板121经由柔性印刷基板71与传感器基材21电连接。在柔性印刷基板71上设置有检测电路48。在控制基板121设置有控制电路122以及电源电路123。控制电路122例如是FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。控制电路122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，控制传感器部10的检测动作。另外，控制电路122向第一光源61以及第二光源62供给控制信号，控制第一光源61以及第二光源62的点亮或者非点亮。电源电路123将传感器电源信号VDDSNS(参照图4)等电压信号供给至传感器部10、栅极线驱动电路15及信号线选择电路16。另外，电源电路123将电源电压供给至第一光源61和第二光源62。
传感器基材21具有检测区域AA和周边区域GA。检测区域AA是设置有传感器部10所具有的多个光传感器PD(参照图4)的区域。周边区域GA是检测区域AA的外周与传感器基材21的端部之间的区域，是未设置光传感器PD的区域。
栅极线驱动电路15以及信号线选择电路16设置于周边区域GA。具体而言，栅极线驱动电路15设置于周边区域GA中的沿着第二方向Dy延伸的区域。信号线选择电路16设置于周边区域GA中的沿着第一方向Dx延伸的区域，设置于传感器部10与检测电路48之间。
此外，第一方向Dx是与传感器基材21平行的面内的一个方向。第二方向Dy是与传感器基材21平行的面内的一个方向，是与第一方向Dx正交的方向。另外，第二方向Dy也可以不与第一方向Dx正交而是交叉。
多个第一光源61设置于第一光源基材51，沿着第二方向Dy排列。多个第二光源62设置于第二光源基材52，沿着第二方向Dy排列。第一光源基材51和第二光源基材52分别经由设置于控制基板121的端子部124、125与控制电路122和电源电路123电连接。
多个第一光源61和多个第二光源62例如使用无机LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、有机EL(OLED：Organic Light Emitting Diode：有机发光二极管)等。多个第一光源61和多个第二光源62分别射出不同波长的第一光和第二光。
从第一光源61射出的第一光主要在手指Fg等被检测体的表面反射，并入射到传感器部10。由此，传感器部10能够通过检测手指Fg等的表面的凹凸的形状来检测指纹。从第二光源62射出的第二光主要在手指Fg等的内部反射或透过手指Fg等而入射到传感器部10。由此，传感器部10能够检测手指Fg等的内部的与生物体相关的信息。与生物体相关的信息例如是指手指Fg、手掌的脉搏波、脉搏、血管像等。即，检测装置1也可以构成为检测指纹的指纹检测装置、检测静脉等的血管图案的静脉检测装置。
第一光可以具有500nm以上且600nm以下、例如550nm左右的波长，第二光可以具有780nm以上且950nm以下、例如850nm左右的波长。在这种情况下，第一光是蓝色或绿色的可见光，第二光是红外光。传感器部10能够基于从第一光源61射出的第一光来检测指纹。从第二光源62射出的第二光在手指Fg等被检测体的内部反射或透过手指Fg等被吸收而入射到传感器部10。由此，传感器部10能够检测脉搏波或血管像(血管图案)作为手指Fg等的内部的与生物体相关的信息。
或者，第一光可以具有600nm以上且700nm以下、例如660nm左右的波长，第二光可以具有780nm以上且900nm以下、例如850nm左右的波长。在该情况下，传感器部10基于从第一光源61射出的第一光以及从第二光源62射出的第二光，作为与生物体相关的信息，除了脉搏波、脉搏、血管像之外，还能够检测血氧饱和度。这样，检测装置1具有第一光源61和多个第二光源62，因此，通过进行基于第一光的检测和基于第二光的检测，能够检测各种与生物体有关的信息。
另外，图1所示的第一光源61和第二光源62的配置只不过是一例，能够适当变更。检测装置1设置有多种光源(第一光源61和第二光源62)作为光源。但是，并不限定于此，光源也可以是1种。例如，也可以在第一光源基材51和第二光源基材52分别配置多个第一光源61和多个第二光源62。另外，设置第一光源61和第二光源62的光源基材可以是1个或3个以上。或者，光源只要配置至少1个以上即可。
图2是示出第一实施方式的检测装置的构成例的框图。如图2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的功能的一部分或全部包含在控制电路122中。另外，检测部40中的检测电路48以外的功能的一部分或全部包含于控制电路122。
传感器部10具有多个光传感器PD。传感器部10所具有的光传感器PD是光电二极管，将与照射的光对应的电信号作为检测信号Vdet输出到信号线选择电路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是分别向栅极线驱动电路15、信号线选择电路16以及检测部40供给控制信号并控制它们的动作的电路。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ASW等各种控制信号供给至信号线选择电路16。另外，检测控制部11将各种控制信号供给至第一光源61和第二光源62，控制各自的点亮和非点亮。
栅极线驱动电路15是基于各种控制信号来驱动多条栅极线GCL(参照图3)的电路。栅极线驱动电路15依次或同时选择多条栅极线GCL，并向所选择的栅极线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连接的多个光传感器PD。
信号线选择电路16是依次或同时选择多条信号线SGL(参照图3)的开关电路。信号线选择电路16例如是多路复用器。信号线选择电路16基于从检测控制部11供给的选择信号ASW，将所选择的信号线SGL与检测电路48连接。由此，信号线选择电路16将光传感器PD的检测信号Vdet输出到检测部40。
检测部40具备检测电路48、信号处理部44、坐标提取部45、存储部46、检测定时控制部47、图像处理部49以及输出处理部50。检测定时控制部47基于从检测控制部11供给的控制信号，以使检测电路48、信号处理部44、坐标提取部45、图像处理部49同步地动作的方式进行控制。
检测电路48例如是模拟前端电路(AFE，Analog Front End)。检测电路48是至少具有检测信号放大部42和A/D转换部43的功能的信号处理电路。检测信号放大部42对检测信号Vdet进行放大。A/D转换部43将从检测信号放大部42输出的模拟信号转换为数字信号。
信号处理部44是基于检测电路48的输出信号来检测输入到传感器部10的规定的物理量的逻辑电路。信号处理部44在手指Fg接触或接近检测面时，能够基于来自检测电路48的信号检测手指Fg或手掌的表面的凹凸。此外，信号处理部44能够根据来自检测电路48的信号而对与生物体相关的信息进行检测。与生物体相关的信息例如是手指Fg或手掌的血管像、脉搏波、脉搏、血氧浓度等。
另外，信号处理部44也可以获取由多个光传感器PD同时检测出的检测信号Vdet(与生物体相关的信息)，并执行将它们平均化的处理。该情况下，检测部40能够抑制噪声、手指Fg等被检测体与传感器部10的相对位置偏移引起的测定误差，能够进行稳定的检测。
存储部46暂时保存由信号处理部44运算出的信号。存储部46例如也可以是RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、寄存器电路等。
坐标提取部45是在信号处理部44中检测到手指的接触或接近时求出手指等的表面的凹凸的检测坐标的逻辑电路。另外，坐标提取部45是求出手指Fg或手掌的血管的检测坐标的逻辑电路。图像处理部49组合从传感器部10的各光传感器PD输出的检测信号Vdet，生成表示手指Fg等的表面的凹凸的形状的二维信息及表示手指Fg或手掌的血管的形状的二维信息。另外，坐标提取部45也可以不计算检测坐标而输出检测信号Vdet作为传感器输出电压Vo。另外，坐标提取部45以及图像处理部49也可以不包含于检测部40。
输出处理部50作为进行基于来自多个光传感器PD的输出的处理的处理部发挥功能。具体而言，实施方式的输出处理部50至少基于经由信号处理部44获取的检测信号Vdet，输出至少包含脉搏波数据的传感器输出电压Vo。在实施方式中，信号处理部44输出表示后述的各光传感器PD的检测信号Vdet的输出电压的变化(振幅)的数据，输出处理部50决定在传感器输出电压Vo中采用哪个输出，但也可以由信号处理部44或输出处理部50进行这两者。另外，输出处理部50也可以将坐标提取部45求出的检测坐标、图像处理部49生成的二维信息等包含在传感器输出电压Vo中。另外，输出处理部50的功能也可以合并于其他结构(例如，图像处理部49等)。
接下来，对检测装置1的电路构成例进行说明。图3是表示检测装置的电路图。如图3所示，传感器部10具有排列成矩阵状的多个部分检测区域PAA。在多个部分检测区域PAA中分别设置有光传感器PD。
栅极线GCL在第一方向Dx上延伸，与在第一方向Dx上排列的多个部分检测区域PAA连接。此外，多条栅极线GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)在第二方向Dy上排列，并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条栅极线GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)的情况下，仅表示为栅极线GCL。另外，在图3中，为了容易理解说明，示出了8条栅极线GCL，但只不过是一例，栅极线GCL也可以排列有M条(M为8以上，例如M＝256)。
信号线SGL在第二方向Dy上延伸，与在第二方向Dy上排列的多个部分检测区域PAA的光传感器PD连接。另外，多条信号线SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(12)在第一方向Dx上排列，分别与信号线选择电路16以及复位电路17连接。此外，在以下的说明中，在不需要区别说明多条信号线SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(12)的情况下，仅表示为信号线SGL。
另外，为了容易理解说明，示出了12条信号线SGL，但只不过是一例，信号线SGL也可以排列N条(N为12以上，例如N＝252)。另外，在图3中，在信号线选择电路16与复位电路17之间设置有传感器部10。并不限定于此，信号线选择电路16和复位电路17也可以分别连接于信号线SGL的相同方向的端部。另外，1个传感器的实质面积例如实质上为50×50um2，检测区域AA的分辨率例如实质上为508ppi，配置于检测区域AA的传感器数例如为252单元×256单元，检测区域AA的面积例如为12.6×12.8mm2。
栅极线驱动电路15从控制电路122(参照图1)接收开始信号STV、时钟信号CK、复位信号RST1等各种控制信号。栅极线驱动电路15基于各种控制信号，分时地依次选择多个栅极线GCL(1)、GCL(2)、…、GCL(8)。栅极线驱动电路15向所选择的栅极线GCL供给栅极驱动信号Vgcl。由此，向与栅极线GCL连接的多个第一开关元件Tr供给栅极驱动信号Vgcl，在第一方向Dx上排列的多个部分检测区域PAA被选择为检测对象。
此外，栅极线驱动电路15也可以按照指纹的检测以及不同的多个与生物体有关的信息(脉搏波、脉搏、血管像、血氧浓度等)各自的检测模式来执行不同的驱动。例如，栅极线驱动电路15也可以将多条栅极线GCL汇集而进行驱动。
信号线选择电路16具有多条选择信号线Lsel、多条输出信号线Lout以及第三开关元件TrS。多个第三开关元件TrS分别与多条信号线SGL对应地设置。6条信号线SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(6)与共用的输出信号线Lout1连接。6条信号线SGL(7)、SGL(8)、…、SGL(12)与共用的输出信号线Lout2连接。输出信号线Lout1、Lout2分别与检测电路48连接。
在此，将信号线SGL(1)、SGL(2)、…、SGL(6)作为第一信号线块，将信号线SGL(7)、SGL(8)、…、SGL(12)作为第二信号线块。多个选择信号线Lsel分别与1个信号线块所包含的第三开关元件TrS的栅极连接。另外，1条选择信号线Lsel与多个信号线块的第三开关元件TrS的栅极连接。
控制电路122(参照图1)将选择信号ASW依次供给至选择信号线Lsel。由此，信号线选择电路16通过第三开关元件TrS的动作，在1个信号线块中分时地依次选择信号线SGL。另外，信号线选择电路16在多个信号线块中分别各选择1条信号线SGL。通过这样的结构，检测装置1能够减少包含检测电路48的IC(Integrated Circuit：集成电路)的数量、或者IC的端子数。此外，信号线选择电路16也可以将多条信号线SGL汇集而与检测电路48连接。
如图3所示，复位电路17具有基准信号线Lvr、复位信号线Lrst以及第四开关元件TrR。第四开关元件TrR与多条信号线SGL对应地设置。基准信号线Lvr与多个第四开关元件TrR的源极或漏极中的一方连接。复位信号线Lrst与多个第四开关元件TrR的栅极连接。
控制电路122将复位信号RST2提供给复位信号线Lrst。由此，多个第四开关元件TrR接通，多条信号线SGL与基准信号线Lvr电连接。电源电路123将基准信号COM供给至基准信号线Lvr。由此，向多个部分检测区域PAA所包含的电容元件Ca(参照图4)供给基准信号COM。
图4是表示多个部分检测区域的电路图。另外，在图4中，还一并示出了检测电路48的电路结构。如图4所示，部分检测区域PAA包括光传感器PD、电容元件Ca和第一开关元件Tr。电容元件Ca是形成于光传感器PD的电容(传感器电容)，等价地与光传感器PD并联连接。
在图4中，示出多条栅极线GCL中的在第二方向Dy上排列的2条栅极线GCL(m)、GCL(m+1)。另外，示出多条信号线SGL中的在第一方向Dx上排列的2条信号线SGL(n)、SGL(n+1)。部分检测区域PAA是由栅极线GCL和信号线SGL包围的区域。
第一开关元件Tr与光传感器PD对应地设置。第一开关元件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。
属于在第一方向Dx上排列的多个部分检测区域PAA的第一开关元件Tr的栅极与栅极线GCL连接。属于在第二方向Dy上排列的多个部分检测区域PAA的第一开关元件Tr的源极与信号线SGL连接。第一开关元件Tr的漏极与光传感器PD的阴极以及电容元件Ca连接。
从电源电路123对光传感器PD的阳极供给传感器电源信号VDDSNS。另外，从电源电路123向信号线SGL以及电容元件Ca供给成为信号线SGL以及电容元件Ca的初始电位的基准信号COM。
当光照射到部分检测区域PAA时，在光传感器PD中流过与光量对应的电流，由此在电容元件Ca中蓄积电荷。当第一开关元件Tr接通时，根据电容元件Ca中蓄积的电荷，在信号线SGL中流过电流。信号线SGL经由信号线选择电路16的第三开关元件TrS与检测电路48连接。由此，检测装置1能够按每个部分检测区域PAA或按每个块单位PAG检测与照射到光传感器PD的光的光量对应的信号。
检测电路48在读取期间Pdet(参照图6)中开关SSW接通，与信号线SGL连接。检测电路48的检测信号放大部42将从信号线SGL供给的电流的变动转换为电压的变动并放大。检测信号放大部42的非反相输入部(+)被输入具有固定的电位的基准电位(Vref)，反相输入端子(-)连接有信号线SGL。在实施方式中，作为基准电位(Vref)电压，输入与基准信号COM相同的信号。信号处理部44(参照图2)运算照射了光的情况下的检测信号Vdet与未照射光的情况下的检测信号Vdet的差分作为传感器输出电压Vo。另外，检测信号放大部42具有电容元件Cb以及复位开关RSW。在复位期间Prst(参照图6)，复位开关RSW接通，电容元件Cb的电荷被复位。
接着，对光传感器PD的结构进行说明。图5是表示传感器部的概略剖视结构的剖视图。如图5所示，传感器部10具备传感器基材21、TFT层22、绝缘层23、光传感器PD、中间层24、密封层25以及保护层29。传感器基材21是绝缘性的基材，例如使用玻璃、树脂材料。传感器基材21并不限定于平板状，也可以具有曲面。在该情况下，传感器基材21也可以是膜状的树脂。传感器基材21具有第一面S1和第一面的相反侧的第二面S2。在第一面S1上依次层叠TFT层22、绝缘层23、光传感器PD、中间层24、密封层25以及保护层29。在本实施方式中，对光L6从第二面S2侧向光传感器PD照射的结构进行说明。但是，并不限定于此，也可以是光L6从第一面S1侧向光传感器PD照射的结构。
TFT层22设置有上述的栅极线驱动电路15、信号线选择电路16等电路。另外，在TFT层22设置有第一开关元件Tr等TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)、栅极线GCL、信号线SGL等各种布线。传感器基材21及TFT层22是按每个规定的检测区域驱动传感器的驱动电路基板，也被称为背板或阵列基板。
绝缘层23是有机绝缘层，设置在TFT层22之上。绝缘层23是使形成于TFT层22的第一开关元件Tr、由各种导电层形成的凹凸平坦化的平坦化层。
光传感器PD设置在绝缘层23之上。光传感器PD具有下部电极35、电子输送层33、有源层31、空穴输送层32以及上部电极34，在与传感器基材21的第一面S1垂直的方向上依次层叠。
下部电极35设置在绝缘层23之上，经由接触孔(未图示)与TFT层22的第一开关元件Tr电连接。下部电极35是光传感器PD的阴极，是用于读取检测信号Vdet的电极。下部电极35例如由ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)等具有透光性的导电材料形成。
有源层31的特性(例如，电压电流特性、电阻值)根据所照射的光而变化。作为有源层31的材料，使用有机材料。具体地，有源层31具有p型有机半导体和作为n型有机半导体的n型富勒烯衍生物(PCBM)混合的本体异质结构。作为有源层31，例如可以使用作为低分子有机材料的C60(富勒烯)、PCBM(苯基C61丁酸甲酯：PhenylC61-butyric acid methyl ester)、CuPc(铜酞菁：Copper Phthalocyanine)、F16CuPc(氟化铜酞菁)、rubrene(红荧烯：5，6，11，12-tetraphenyltetracene)、PDI(Perylene(苝)的衍生物)等。
有源层31可以使用这些低分子有机材料通过蒸镀工艺(Dry Process)形成。在该情况下，有源层31例如可以是CuPc与F16CuPc的层叠膜、或者rubrene与C60的层叠膜。有源层31也可以通过涂布工艺(Wet Process)形成。在该情况下，有源层31使用将上述的低分子有机材料和高分子有机材料组合而成的材料。作为高分子有机材料，例如可以使用P3HT(poly(3-hexylthiophene))、F8BT(F8-alt-benzothiadiazole)等。有源层31能够设为P3HT与PCBM混合的状态的膜、或F8BT与PDI混合的状态的膜。
上部电极34是光传感器PD的阳极，是用于向光电转换层供给电源信号VDDSNS的电极。上部电极34和下部电极35隔着有源层31相对。上部电极34例如使用银(Ag)。或者，上部电极34也可以是铝(Al)等金属材料、或者包含这些金属材料中的至少1种以上的合金材料。
电子输送层33和空穴输送层32是为了使在有源层31产生的空穴和电子容易到达上部电极34或下部电极35而设置的。电子输送层33在与传感器基材21的第一面S1垂直的方向上设置于下部电极35与有源层31之间。电子输送层33在下部电极35之上直接接触，有源层31在电子输送层33之上直接接触。电子输送层33的材料使用乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)。
空穴输送层32在与传感器基材21的第一面S1垂直的方向上设置于有源层31与上部电极34之间。空穴输送层32在有源层31之上直接接触，上部电极34在空穴输送层32之上直接接触。空穴输送层32为氧化金属层。作为氧化金属层，使用氧化钨(WO3)、氧化钼等。
在本实施方式中，在由有机半导体材料形成的有源层31与由金属材料形成的上部电极34之间，设置有由作为金属氧化物的氧化钨形成的空穴输送层32。因此，与空穴输送层32例如由聚噻吩系导电性聚合物(PEDOT：PSS)形成的构成相比，能够提高有源层31与上部电极34之间的密接性。由此，检测装置1能够抑制上部电极34的剥离，能够构成为抗弯曲能力强的柔性传感器。
密封层25设置为覆盖光传感器PD。更具体而言，密封层25隔着中间层24设置在上部电极34之上。密封层25的材料是氧化铝(Al2O3)。由此，检测装置1与使用聚对二甲苯作为密封层25的情况相比，能够良好地密封光传感器PD。另外，中间层24的材料使用ITO，通过中间层24，能够提高上部电极34与密封层25之间的密接性。
保护层29设置为覆盖密封层25。保护层29例如使用树脂薄膜。保护层29是为了保护光传感器PD而设置的。另外，保护层29的材料并不限定于树脂薄膜，也可以使用其他材料。
在本实施方式中，说明了光L6从第二面S2侧向光传感器PD照射的构成，但也可以是光L6从第一面S1侧向光传感器PD照射的构成。在该情况下，作为上部电极34，使用ITO等具有透光性的导电材料，作为下部电极35，使用银等金属材料。
接下来，对检测装置1的动作例进行说明。图6是表示检测装置的动作例的时序波形图。如图6所示，检测装置1具有复位期间Prst、曝光期间Pex及读取期间Pdet。电源电路123遍及重置期间Prst、曝光期间Pex及读取期间Pdet而将传感器电源信号VDDSNS供给至光传感器PD的阳极。传感器电源信号VDDSNS是在光传感器PD的阳极-阴极间施加反向偏压的信号。例如，对光传感器PD的阴极实质上0.75V的基准信号COM，但通过对阳极实质上施加-1.25V的传感器电源信号VDDSNS，阳极-阴极间实质上被反向偏压为2.0V。控制电路122在将复位信号RST2设为“H”之后，向栅极线驱动电路15供给开始信号STV及时钟信号CK，复位期间Prst开始。在复位期间Prst，控制电路122将基准信号COM供给至复位电路17，通过复位信号RST2使用于供给复位电压的第四开关元件TrR接通。由此，向各信号线SGL供给基准信号COM作为复位电压。基准信号COM例如为0.75V。
在复位期间Prst，栅极线驱动电路15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{Vgcl(1)～Vgcl(M)}依次供给到栅极线GCL。栅极驱动信号Vgcl具有脉冲状的波形，该脉冲状的波形具有作为高电平电压的电源电压VDD和作为低电平电压的电源电压VSS。在图6中，设置有M条(例如M＝256)栅极线GCL，向各栅极线GCL依次供给栅极驱动信号Vgcl(1)、…、Vgcl(M)，多个第一开关元件Tr按各行依次导通，被供给复位电压。作为复位电压，例如供给基准信号COM的电压0.75V。
由此，在复位期间Prst中，全部的部分检测区域PAA的电容元件Ca依次与信号线SGL电连接，被供给基准信号COM。其结果是，电容元件Ca的电容被复位。此外，通过部分地选择栅极线以及信号线SGL，也能够将部分检测区域PAA中的一部分电容元件Ca的电容复位。
作为曝光的定时的例子，具有栅极线非选择时曝光控制方法和始终曝光控制方法。在栅极线非选择时曝光控制方法中，向与检测对象的光传感器PD连接的全部栅极线GCL依次供给栅极驱动信号{Vgcl(1)～(M)}，向检测对象的全部光传感器PD供给复位电压。之后，若与检测对象的光传感器PD连接的全部栅极线GCL成为低电压(第一开关元件Tr断开)，则开始曝光，在曝光期间Pex的期间进行曝光。当曝光结束时，如上所述，向与检测对象的光传感器PD连接的栅极线GCL依次供给栅极驱动信号{Vgcl(1)～(M)}，在读取期间Pdet进行读取。在始终曝光控制方法中，也能够进行在复位期间Prst、读取期间Pdet中也进行曝光的控制(始终曝光控制)。在该情况下，在复位期间Prst栅极驱动信号Vgcl(1)被供给到栅极线GCL之后，曝光期间Pex(1)开始。在此，曝光期间Pex{(1)…(M)}是指从光传感器PD向电容元件Ca充电的期间。在复位期间Prst充入电容元件Ca的电荷通过光照射而在光传感器PD流动反向电流(从阴极向阳极)，电容元件Ca的电位差减少。此外，与各栅极线GCL对应的部分检测区域PAA中的实际的曝光期间Pex(1)、…、Pex(M)的开始的定时以及结束的定时不同。曝光期间Pex(1)、…、Pex(M)分别在复位期间Prst中栅极驱动信号Vgcl从高电平电压的电源电压VDD变化为低电平电压的电源电压VSS的定时下开始。另外，曝光期间Pex(1)、…、Pex(M)分别在读取期间Pdet中栅极驱动信号Vgcl从电源电压VSS变化为电源电压VDD的定时下结束。各曝光期间Pex(1)、…、Pex(M)的曝光时间的长度相等。
在栅极线非选择时曝光控制方法中，在曝光期间Pex{(1)…(M)}中，在各部分检测区域PAA中，根据照射到光传感器PD的光而流过电流。其结果是，在各电容元件Ca中蓄积电荷。
在读取期间Pdet开始之前的定时下，控制电路122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。此外，复位信号也可以仅在复位期间Prst为高电平电压。在读取期间Pdet中，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Vgcl(1)、…、Vgcl(M)。
具体而言，栅极线驱动电路15在期间V(1)中，向栅极线GCL(1)供给高电平电压(电源电压VDD)的栅极驱动信号Vgcl(1)。控制电路122在栅极驱动信号Vgcl(1)为高电平电压(电源电压VDD)的期间，将选择信号ASW1、…、ASW6依次供给至信号线选择电路16。由此，由栅极驱动信号Vgcl(1)选择的部分检测区域PAA的信号线SGL依次或同时与检测电路48连接。其结果是，检测信号Vdet按每个部分检测区域PAA被供给到检测电路48。
同样，栅极线驱动电路15在期间V(2)、…、V(M-1)、V(M)中，向栅极线GCL(2)、…、GCL(M-1)、GCL(M)分别供给高电平电压的栅极驱动信号Vgcl(2)、…、Vgcl(M-1)、Vgcl(M)。即，栅极线驱动电路15按每个期间V(1)、V(2)、…、V(M-1)、V(M)向栅极线GCL供给栅极驱动信号Vgcl。在各栅极驱动信号Vgcl成为高电平电压的每个期间，信号线选择电路16基于选择信号ASW依次选择信号线SGL。信号线选择电路16按每个信号线SGL依次与1个检测电路48连接。由此，在读取期间Pdet，检测装置1能够将全部的部分检测区域PAA的检测信号Vdet输出到检测电路48。
图7是表示图6中的读取期间的动作例的时序波形图。以下，参照图7，对图6中的1个栅极驱动信号Vgcl(j)的供给期间Readout中的动作例进行说明。在图6中，对最初的栅极驱动信号Vgcl(1)标注了供给期间Readout的符号，但对于其他栅极驱动信号Vgcl(2)、…、Vgcl(M)也是同样的。j是1至M中的任意一个自然数。
如图7以及图4所示，第三开关元件TrS的输出电压(Vout)预先被复位为基准电位(Vref)电压。基准电位(Vref)电压设为复位电压，例如设为0.75V。接着，栅极驱动信号Vgcl(j)成为高电平，该行的第一开关元件Tr接通，各行的信号线SGL成为与蓄积于该部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)的电荷对应的电压。在从栅极驱动信号Vgcl(j)的上升起经过期间t1之后，产生选择信号ASW(k)成为高电平的期间t2。当选择信号ASW(k)成为高电平而第三开关元件TrS接通时，通过充电到经由该第三开关元件TrS与检测电路48连接的部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)的电荷，第三开关元件TrS的输出电压(Vout)(参照图4)变化为与蓄积于该部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)的电荷对应的电压(期间t3)。在图7的例子中，如期间t3那样，该电压从复位电压下降。之后，当开关SSW接通(SSW信号的高电平的期间t4)时，蓄积在该部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)中的电荷向检测电路48的检测信号放大部42的电容(电容元件Cb)移动，检测信号放大部42的输出电压成为与蓄积在电容元件Cb中的电荷对应的电压。此时，检测信号放大部42的反相输入部成为运算放大器的虚短路电位，因此返回到基准电位(Vref)。检测信号放大部42的输出电压由A/D转换部43读取。在图7的例子中，与各列的信号线SGL对应的选择信号ASW(k)、ASW(k+1)、…的波形成为高电平，使第三开关元件TrS依次接通，通过依次进行同样的动作，依次读取在与该栅极线GCL连接的部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)中蓄积的电荷。另外，图7中的ASW(k)、ASW(k+1)…例如是图7中的ASW1至ASW6中的任意一个。
具体而言，当产生开关SSW接通的期间t4时，电荷从部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)向检测电路48的检测信号放大部42的电容(电容元件Cb)移动。此时，检测信号放大部42的非反转输入(+)被偏置为基准电位(Vref)电压(例如，0.75[V])。因此，由于检测信号放大部42的输入间的虚短路，第三开关元件TrS的输出电压(Vout)也成为基准电位(Vref)电压。另外，电容元件Cb的电压成为与根据选择信号ASW(k)而第三开关元件TrS接通的部位的部分检测区域PAA的电容(电容元件Ca)中蓄积的电荷相应的电压。检测信号放大部42的输出电压在由于虚短路而第三开关元件TrS的输出电压(Vout)成为基准电位(Vref)电压之后，成为与电容元件Cb的电容对应的电压，由A/D转换部43读取该输出电压。另外，电容元件Cb的电压例如是指在构成电容元件Cb的电容器中设置的2个电极间的电压。
此外，期间t1例如为20[μs]。期间t2例如为60[μs]。期间t3例如为44.7[μs]。期间t4例如为0.98[μs]。
此外，在图6以及图7中，示出了栅极线驱动电路15单独选择栅极线GCL的例子，但并不限定于此。栅极线驱动电路15也可以同时选择2条以上的规定数量的栅极线GCL，以规定数量的栅极线GCL为单位依次供给栅极驱动信号Vgcl。此外，信号线选择电路16也可以将2条以上的规定数量的信号线SGL同时与1个检测电路48连接。此外，栅极线驱动电路15也可以对多条栅极线GCL进行间隔剔除来进行扫描。
接下来，对有源层31的膜厚与光传感器PD的特性的关系进行说明。图8是表示有源层的膜厚与传感器电容的关系的图表。图8所示的图表的横轴为有源层31的膜厚，纵轴表示传感器电容。传感器电容是形成于光传感器PD的电容元件Ca(参照图4)的电容值。
如图8所示，随着有源层31的膜厚变薄，上部电极34与下部电极35之间的距离变小，传感器电容增大。如图8所示，通过将有源层31的膜厚设为500nm以下，能够确保传感器电容，在曝光期间Pex，能够将与照射到光传感器PD的光对应的电荷蓄积于各电容元件Ca。换言之，检测装置1通过将有源层31的膜厚设为500nm以下，能够抑制如下情况：在曝光期间Pex，电流流过光传感器PD，但若电容较小，则因从电容流过光传感器PD的电流(光电流)而蓄积于电容的电荷立即消失，检测精度变差。另外，电容越大，曝光结束后的光电流的影响也越小。
图9是表示有源层的膜厚与传感器输出电压的关系的图表。图9所示的图表的横轴为有源层31的膜厚，纵轴表示传感器输出电压。传感器输出电压是图4所示的第三开关元件TrS的输出电压(Vout)。
如图9所示，光传感器PD能够在有源层31的膜厚为140nm以上且500nm以下的范围内确保传感器输出电压。更具体而言，传感器输出电压在有源层31的膜厚为350nm左右时取最大值。随着有源层31的膜厚从500nm变薄，如上所述，传感器电容增大，其结果是，传感器输出电压也增大。另一方面，若有源层31的膜厚变得比350nm左右薄，则光传感器PD自身的漏电流增大，因此蓄积于传感器电容的电荷的泄漏也变大，传感器输出电压变小。若使有源层31的膜厚比140nm薄，则难以良好地得到传感器输出电压。
如上所述，有源层31的膜厚为500nm以下，更优选为140nm以上且500nm以下。由此，检测装置1能够在确保传感器电容的同时抑制光传感器PD的光电流，能够良好地得到传感器输出电压。
如以上说明的那样，本实施方式的检测装置1是具有在基板(传感器基材21)之上排列的多个光传感器PD的检测装置，多个光传感器PD分别在与基板的表面垂直的方向上按照下部电极35、电子输送层33、有源层31、空穴输送层32、上部电极34的顺序层叠，有源层31包含有机半导体，空穴输送层32包含氧化钨，设置为在有源层31之上接触。
另外，上部电极34包含银，有源层31包含p型有机半导体和作为n型有机半导体的n型富勒烯衍生物。密封层25包含氧化铝，电子输送层33包含乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)。
由此，空穴输送层32由作为无机材料的氧化钨形成，因此能够提高有源层31与上部电极34之间的密接性。由此，检测装置1能够抑制上部电极34的剥离，能够构成为抗弯曲能力强的柔性传感器。
(第二实施方式)
图10是表示第二实施方式的检测装置的传感器部的概略剖视结构的剖视图。此外，在以下的说明中，对与在上述的实施方式中说明的构成要素相同的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。
如图10所示，在第二实施方式的传感器部10A中，光传感器PD的下部电极35、电子输送层33、有源层31、空穴输送层32以及上部电极34的层叠的顺序与第一实施方式相同。但是，在第二实施方式中，电子输送层33形成为包含氧化锌(ZnO)。由此，在第二实施方式中，与第一实施方式相比，能够提高下部电极35与有源层31之间的密接性。
另外，密封层25A通过层叠无机膜26、28和有机膜27而构成。在与传感器基材21垂直的方向上，依次层叠无机膜26、有机膜27、无机膜28。无机膜26、28例如是氮化硅(SiN)等无机绝缘膜。有机膜27例如是树脂材料。在本实施方式中，通过使密封层25A多层化，能够良好地密封光传感器PD。
此外，第二实施方式的结构能够与上述的第一实施方式组合。例如，在第一实施方式的传感器部10中，也可以代替图5所示的密封层25而设置第二实施方式的密封层25A。或者，在第一实施方式的传感器部10中，也可以代替由PEIE形成的电子输送层33而设置由氧化锌(ZnO)形成的电子输送层33。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于这样的实施方式。在实施方式中公开的内容只不过是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。在不脱离本发明的主旨的范围内进行的适当的变更当然也属于本发明的技术范围。在不脱离上述的各实施方式以及各变形例的主旨的范围内，能够进行构成要素的各种省略、置换以及变更中的至少1个。
附图标记说明
1…检测装置；10、10A…传感器部；11…检测控制部；15…栅极线驱动电路；16…信号线选择电路；21…传感器基材；25、25A…密封层；31…有源层；32…空穴输送层；33…电子输送层；34…上部电极；35…下部电极；40…检测部；48…检测电路；AA…检测区域；GA…周边区域；PD…光传感器。

Claims (7)

1.一种检测装置，具有排列在基板之上的多个光传感器，其中，
多个所述光传感器分别在与所述基板的表面垂直的方向上，按照下部电极、电子输送层、有源层、空穴输送层、上部电极的顺序层叠，
所述有源层包含有机半导体，
所述空穴输送层包含氧化金属层，并且设置为在所述有源层之上接触。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，
所述上部电极含有银，
所述有源层包含p型有机半导体和作为n型有机半导体的n型富勒烯衍生物。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其中，
所述有源层的膜厚为500nm以下。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其中，
所述有源层的膜厚为140nm以上且500nm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测装置，其中，
所述检测装置具有覆盖所述光传感器的密封层，
所述密封层包含氧化铝，
所述电子输送层包含乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的检测装置，其中，
所述检测装置具有覆盖所述光传感器的密封层，
所述密封层构成为层叠无机膜和有机膜，
所述电子输送层包含氧化锌。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的检测装置，其中，
所述氧化金属层为氧化钼或氧化钨。
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US9379343B2 (en) * 2012-09-10 2016-06-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Light transmissive electrode, organic photoelectric device, and image sensor
US9876184B2 (en) * 2013-08-28 2018-01-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Organic photosensitive device with an electron-blocking and hole-transport layer
JP7080133B2 (ja) * 2018-08-01 2022-06-03 住友化学株式会社 光検出素子及び指紋認証装置

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