DE102022203024A1

DE102022203024A1 - Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements und optischer Sensor

Info

Publication number: DE102022203024A1
Application number: DE102022203024.9A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Tomioka; Akio Takimoto
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220320440A1; CN115148908A; JP2022155491A

Abstract

[Problem] Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements mit einer aktiven Schicht mit hoher Empfindlichkeit eines photoelektrischen Effekts. Bereitstellung eines optischen Sensors, der das photoelektrische Umwandlungselement mit der hohen Empfindlichkeit des photoelektrischen Effekts der aktiven Schicht enthält.[Lösung] Das Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements umfasst einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die chemische Formel 1 dargestellt wird, gebildet wird. Der Schritt zur Bildung der aktiven Schicht umfasst einen ersten Schritt zur Bildung einer ersten Schicht durch Auftragen einer ersten Flüssigkeit, die Polyamidsäure enthält, einen ersten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht auf 120 ° C für 20 Minuten bis 60 Minuten und einen zweiten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht auf 230 °C bis 280 °C für 10 Minuten. Der optische Sensor umfasst ein Substrat und einen auf das Substrat gestapelten Sensor. Der Sensor umfasst eine Erfassungselektrode, eine Elektronentransportschicht, eine aktive Schicht, eine Lochtransportschicht und eine Gegenelektrode und enthält ein photoelektrisches Umwandlungselement, das auf das Substrat gestapelt ist. Die aktive Schicht besteht aus einem Material auf Polyimidbasis mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 5 dargestellt wird.

Description

Gebiet
Die Offenbarung bezieht sich hier auf ein Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements und auf einen optischen Sensor.
Hintergrund
Ein optischer Sensor enthält ein photoelektrisches Umwandlungselement, wie z. B. eine Photodiode. Das in der Nicht-Patentliteratur 1 offenbarte photoelektrische Umwandlungselement weist eine aktive Schicht (Polyimidschicht) auf, die aus Polyimid hergestellt ist. Zusätzlich offenbart die Nicht-Patentliteratur 1, dass Polyamidsäure, die als ein Vorläufer des Polyimids dient, für 2 Stunden auf 300 °C erhitzt wird, um eine aktive Schicht (Polyimidschicht) zu erzeugen, in der das Polyimid kristallisiert und einen photoelektrischen Effekt zeigt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Nicht-Patentliteratur 1: Akio Takimoto u. a., „Electrophotographic and structural studies on novel photoconductive polyimide films“, Journal of Applied Physics, 1991, Bd. 70, Nr. 5, S. 2799
Zusammenfassung
Technisches Problem
Die in der Nicht-Patent-Literatur 1 erhaltene aktive Schicht weist eine geringe Empfindlichkeit des photoelektrischen Effekts auf.
Die vorliegenden Offenbarung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements bereitzustellen, das eine hohe Empfindlichkeit des photoelektrischen Effekts der aktiven Schicht aufweist. Die vorliegende Offenbarung hat außerdem die Aufgabe, einen optischen Sensor bereitzustellen, der mit einem photoelektrischen Umwandlungselement versehen ist, das eine hohe Empfindlichkeit des photoelektrischen Effekts der aktiven Schicht aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt wird, gebildet wird. Der Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht enthält: einen Schritt zur Bildung einer ersten Schicht, bei dem eine erste Schicht durch Auftragen von Polyamidsäure, die als ein Vorläufer dient, gebildet wird; einen ersten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht für 20 Minuten bis 60 Minuten auf 120 °C; und einen zweiten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht für 10 Minuten auf 230 °C bis 280 °C.
Ein Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 2 dargestellt wird, gebildet wird. Der Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht enthält: einen Schritt zur Bildung einer ersten Schicht, bei dem eine erste Schicht durch Auftragen einer Polyamidsäurelösung, die als ein Vorläufer der folgenden chemischen Formel 2 dient, gebildet wird; einen ersten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht für 20 Minuten bis 60 Minuten auf 120 °C; und einen zweiten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht für 10 Minuten auf 180 °C bis 280 °C.
Ein Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 3 dargestellt wird, gebildet wird. Der Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht enthält: einen Schritt zur Bildung einer ersten Schicht, bei dem eine erste Schicht durch Auftragen von Polyamidsäure, die als ein Vorläufer dient und eine sich wiederholende Einheit aufweist, die durch die folgende chemische Formel 4 dargestellt wird, gebildet wird; einen ersten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht für 20 Minuten bis 60 Minuten auf 120 °C; und einen zweiten Erhitzungsschritt zum Erhitzen der ersten Schicht für 10 Minuten auf 180 °C bis 280 °C.

X: -O-, -S-, >CO, >C-R₂, >SO₂, -C(=O)-O-, -C(=O)-O-Φ-O-C(=O)-wobei R: -H, -CH₃, -CF₃,
Y: S, Se, Te,
m: 2, 4, 6, 8, 10 und
n: drei oder mehr Oligomere oder Polymere

X: -O-, -S-, >CO, >C-R₂, >SO₂, -C(=O)-O-, -C(=O)-O-Φ-O-C(=O)-
wobei R: -H, -CH₃, -CF₃,
Y: S, Se, Te,
m: 2, 4, 6, 8, 10 und
n: drei oder mehr Oligomere oder Polymere
Ein optischer Sensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält: ein Substrat; und einen auf dem Substrat gestapelten Sensor. Der Sensor enthält ein photoelektrisches Umwandlungselement, das eine Erfassungselektrode, eine Elektronentransportschicht, eine aktive Schicht, eine Lochtransportschicht und eine Gegenelektrode enthält und auf dem Substrat gestapelt ist. Die aktive Schicht besteht aus einem Material auf Polyimidbasis mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 5 dargestellt wird.
Figurenliste

1A ist eine Schnittansicht eines optischen Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1B ist eine Schnittansicht des optischen Sensors gemäß einer ersten Modifikation.
1C ist eine Schnittansicht des optischen Sensors gemäß einer zweiten Modifikation.
1D ist eine Schnittansicht des optischen Sensors gemäß einer dritten Modifikation.
2 ist eine Draufsicht, die ein Sensorsubstrat gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Erfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
4 ist ein Stromlaufplan, der die Erfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Stromlaufplan, der mehrere Teilerfassungsbereiche der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors veranschaulicht.
7 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess einer Photodiode gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
8 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess einer aktiven Schicht gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
9 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
10 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess einer aktiven Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
12 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess einer aktiven Schicht gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
14 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess einer aktiven Schicht gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation der aktiven Schicht der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
16 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation eines photoelektrischen Umwandlungselements veranschaulicht.
17 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Röntgenbeugungsanalyse der Proben 1 bis 8 veranschaulicht.
18 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Halbwertsbreite eines Röntgenspektrums und der Substrattemperatur zum Zeitpunkt der Filmbildung bei den Proben 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 veranschaulicht.
19 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Röntgenbeugungsanalyse der Proben 11 bis 16 veranschaulicht.
20 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Halbwertsbreite des Röntgenspektrums und der Substrattemperatur zum Zeitpunkt der Filmbildung bei den Proben 11 bis 16 veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Das Folgende beschreibt Arten (Ausführungsformen) zur Ausführung der vorliegenden Offenbarung bezüglich der Zeichnungen ausführlich. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die im Folgenden gegebene Beschreibung der Ausführungsformen eingeschränkt. Die im Folgenden beschriebenen Komponenten enthalten jene, die durch die Fachleute auf dem Gebiet leicht vorstellbar sind, oder jene, die zu jenen im Wesentlichen völlig gleich sind. Zusätzlich können die im Folgenden beschriebenen Komponenten gegebenenfalls kombiniert werden. Was hier offenbart wird, ist lediglich ein Beispiel, wobei die vorliegende Offenbarung natürlich entsprechende Modifikationen umfasst, die durch die Fachleute auf dem Gebiet leicht vorstellbar sind, während der Hauptpunkt der vorliegenden Offenbarung aufrechterhalten wird. Um die Beschreibung weiter zu verdeutlichen, können die Breiten, Dicken, Formen und dergleichen verschiedener Abschnitte in den Zeichnungen im Vergleich zu ihren tatsächlichen Aspekten schematisch veranschaulicht sein. Sie sind jedoch lediglich Beispiele, wobei die Interpretation der vorliegenden Offenbarung nicht darauf eingeschränkt ist. Dieselbe Komponente wie die, die bezüglich einer bereits erwähnten Zeichnung beschrieben wird, ist in der Beschreibung und den Zeichnungen durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei ihre ausführliche Beschreibung nicht wiederholt werden kann, wo es angemessen ist.
In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen enthält beim Ausdrücken eines Aspekts des Anordnens einer weiteren Struktur auf oder über einer bestimmten Struktur ein Fall des einfachen Ausdrückens von „auf“ sowohl einen Fall des Anordnens der anderen Struktur unmittelbar auf der bestimmten Struktur, so dass sie sich mit der bestimmten Struktur in Kontakt befinden, als auch einen Fall des Anordnens der anderen Struktur über der bestimmten Struktur mit einer noch weiteren dazwischen angeordneten Struktur, wenn es nicht anders spezifiziert ist.
(Erste Ausführungsform)
1A ist eine Schnittansicht eines optischen Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 1B ist eine Schnittansicht des optischen Sensors gemäß einer ersten Modifikation. 1C ist eine Schnittansicht des optischen Sensors gemäß einer zweiten Modifikation. 1D ist eine Schnittansicht des optischen Sensors gemäß einer dritten Modifikation.
In der Beschreibung der Ausführungsform wird ein Fall, in dem ein photoelektrisches Umwandlungselement (das in der Ausführungsform als eine Photodiode 30 bezeichnet wird) auf einen optischen Sensor 120 angewendet wird, als ein Beispiel verwendet. Wie in 1A veranschaulicht ist, ist der optische Sensor 120 ein Erfassungsgerät mit einer Beleuchtungsvorrichtung, wobei das Erfassungsgerät eine Erfassungsvorrichtung 1 und eine Beleuchtungsvorrichtung 121 enthält. Die Erfassungsvorrichtung 1 enthält ein Sensorsubstrat 2, einen optischen Filter 7, eine Klebeschicht 125 und ein Abdeckelement 122. Das Sensorsubstrat 2, der optische Filter 7, die Klebeschicht 125, das Abdeckelement 122 und die Beleuchtungsvorrichtung 121 sind in dieser Reihenfolge in einer Richtung orthogonal zu einer Oberfläche des Sensorsubstrats 2 gestapelt.
Die Klebeschicht 125 verbindet den optischen Filter 7 mit dem Abdeckelement 122. Die Klebeschicht 125 muss nicht die gesamten Oberflächen des optischen Filters 7 und des Abdeckelements 122 miteinander verbinden. Die Struktur kann z. B. so sein, dass ein Bereich, der einem Erfassungsbereich AA entspricht, nicht verklebt ist und nur ein Bereich, der einem Randbereich GA entspricht, verklebt ist. Das Abdeckelement 122 ist ein Element zum Schützen des Sensorsubstrats 2 und des optischen Filters 7 und deckt das Sensorsubstrat 2 und den optischen Filter 7 ab. Das Abdeckelement 122 ist z. B. ein Glassubstrat.
Die Beleuchtungsvorrichtung 121 kann eine Lichtquelle oder eine Anzeigetafel, z. B. aus Leuchtdioden (LEDs), sein. Die Anzeigetafel kann z. B. eine Tafel organischer Elektrolumineszenzdioden (EL) (organischer Leuchtdioden (OLED)) oder eine anorganische EL-Anzeigetafel (Mikro-LED oder Mini-LED-Tafel) sein. Alternativ kann die Anzeigetafel eine Flüssigkristallanzeigetafel (LCD-Tafel) unter Verwendung von Flüssigkristallelementen als Anzeigeelemente oder eine elektrophoretische Anzeigetafel (EPD-Tafel) unter Verwendung von elektrophoretischen Elementen als Anzeigeelemente sein.
In einem derartigen optischen Sensor 120 wird das von der Beleuchtungsvorrichtung 121 emittierte Licht L1 von einem Finger Fg reflektiert. Die Erfassungsvorrichtung 1 erfasst das von dem Finger Fg reflektierte Licht L2 und erfasst Unebenheiten (wie z. B. einen Fingerabdruck) auf einer Oberfläche des Fingers Fg. Die Erfassungsvorrichtung 1 kann durch das Erfassen des innerhalb des Fingers Fg reflektierten Lichts L2 zusätzlich zum Erfassen des Fingerabdrucks Informationen über einen lebenden Körper erfassen. Die Beispiele der Informationen über den lebenden Körper enthalten ein Blutgefäßbild z. B. einer Vene, eine Pulsation oder eine Pulswelle. Die Farbe des von der Beleuchtungsvorrichtung 121 emittierten Lichts L1 kann abhängig von einem Erfassungsziel variiert werden.
Der optische Sensor 120 ist nicht auf das in 1A veranschaulichte Beispiel eingeschränkt. Wie in 1B veranschaulicht ist, kann die Beleuchtungsvorrichtung 121 z. B. ein sogenanntes Seitenlicht-Frontlicht sein, das ein Abdeckelement 122 als eine Lichtleitplatte verwendet, das an einer Position vorgesehen ist, die dem Erfassungsbereich AA der Erfassungsvorrichtung 1 entspricht, und mehrere Lichtquellen 123 enthält, die nebeneinander an einem Ende oder an beiden Enden des Abdeckelements 122 angeordnet sind. Mit anderen Worten, das Abdeckelement 122 weist eine Lichtemissionsfläche 121a auf, die Licht emittiert und als eine Komponente der Beleuchtungsvorrichtung 121 dient. Gemäß dieser Beleuchtungsvorrichtung 121 wird das Licht L1 von der Lichtemissionsfläche 121a des Abdeckelements 122 in Richtung des Fingers Fg emittiert, der als das Erfassungsziel dient. Als die Lichtquellen werden z. B. LEDs verwendet, die Licht in einer vorgegebenen Farbe emittieren.
Wie in 1C veranschaulicht ist, kann die Beleuchtungsvorrichtung 121 an einer seitlichen Seite oder über dem Abdeckelement 122 vorgesehen sein, um das Licht L1 von der seitlichen Seite oder über dem Finger Fg zum Finger Fg zu emittieren.
Wie in 1D veranschaulicht ist, kann die Beleuchtungsvorrichtung 121 eine sein, die als eine Direkttyp-Hintergrundbeleuchtung bezeichnet wird, die auf der Rückseite der Erfassungsvorrichtung 1 vorgesehen ist.
Zusätzlich kann die Beleuchtungsvorrichtung 121 selbst als das Abdeckelement 122 dienen, obwohl dies nicht veranschaulicht ist. Alternativ kann das durch den Finger Fg reflektierte Sonnenlicht erfasst werden, ohne die Beleuchtungsvorrichtung 121 bereitzustellen.
2 ist eine Draufsicht, die das Sensorsubstrat gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine erste Richtung Dx, die in 2 und späteren Zeichnungen veranschaulicht ist, ist eine Richtung in einer zu einem Substrat 21 parallelen Ebene. Eine zweite Richtung Dy ist eine Richtung in der zum Substrat 21 parallelen Ebene und ist eine Richtung orthogonal zur ersten Richtung Dx. Die zweite Richtung Dy kann die erste Richtung Dx schneiden, ohne orthogonal zu ihr zu sein. Eine dritte Richtung Dz ist eine Richtung orthogonal zur ersten Richtung Dx und zur zweiten Richtung Dy und ist eine Richtung normal zum Substrat 21.
Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält das Sensorsubstrat 2 das Substrat 21, einen Sensor 10, eine Abtastleitungs-Treiberschaltung 15, eine Signalleitungs-Auswahlschaltung 16, eine Erfassungsschaltung 48, eine Steuerschaltung 102 und eine Leistungsversorgungsschaltung 103.
Das Substrat 21 ist eine Treiberschaltungs-Leiterplatte, die einen Dünnschichttransistor (TFT), wie z. B. ein Schaltelement Tr, und verschiedene Typen von Verdrahtungen, wie z. B. Gate-Leitungen GCL und Signalleitungen SGL, enthält und den Sensor 10 ansteuert. Das Substrat 21 wird außerdem als Rückwandplatine oder Anordnungssubstrat bezeichnet. Das Substrat 21 ist durch ein Verdrahtungssubstrat 110 elektrisch an ein Steuersubstrat 101 gekoppelt. Das Verdrahtungssubstrat 110 ist z. B. eine flexible Leiterplatte oder eine starre Leiterplatte. Das Verdrahtungssubstrat 110 ist mit der Erfassungsschaltung 48 versehen. Das Steuersubstrat 101 ist mit der Steuerschaltung 102 und der Leistungsversorgungsschaltung 103 versehen. Die Steuerschaltung 102 ist z. B. eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA). Die Steuerschaltung 102 führt die Steuersignale dem Sensor 10, der Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 und der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 zu. Die Leistungsversorgungsschaltung 103 führt Spannungssignale, die z. B. ein Sensor-Leistungsversorgungssignal VDDSNS (siehe 5) enthalten, dem Sensor 10, der Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 und der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 zu. Obwohl die vorliegende Ausführungsform den Fall des Anordnens der Erfassungsschaltung 48 auf dem Verdrahtungssubstrat 110 beispielhaft veranschaulicht, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diesen Fall eingeschränkt, wobei die Erfassungsschaltung 48 auf dem Substrat 21 angeordnet sein kann.
Das Substrat 21 weist den Erfassungsbereich AA und den Randbereich GA auf. Jedes Element (Erfassungselement 3) des Sensors 10 ist in dem Erfassungsbereich AA vorgesehen. Der Randbereich GA ist ein Bereich außerhalb des Erfassungsbereichs AA und ist ein Bereich, der nicht mit dem Element (Erfassungselement 3) versehen ist. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 und die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 sind in dem Randbereich GA vorgesehen.
Der Sensor 10 ist mit mehreren der Erfassungselemente 3 als optische Sensoren ausgestattet. Das Erfassungselement 3 ist die Photodiode 30. Die Photodiode 30 ist ein photoelektrisches Umwandlungselement und gibt ein elektrisches Signal aus, das dem Licht entspricht, das jede der Photodioden 30 bestrahlt. Spezifischer ist die Photodiode 30 eine organische Photodiode (OPD). Die Erfassungselemente 3 (Photodioden 30) sind in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration im Erfassungsbereich AA angeordnet. Die Photodiode 30 führt gemäß einem Gate-Treibersignal (z. B. einem Rücksetz-Steuersignal RST oder einem Lese-Steuersignal RD), das von der Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 zugeführt wird, die Erfassung aus. Jede der Photodioden 30 gibt das elektrische Signal, das dem Licht entspricht, das die Photodiode 30 bestrahlt, als ein Erfassungssignal Vdet an die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 aus. Die Erfassungsvorrichtung 1 erfasst die Informationen über den lebenden Körper basierend auf den von den Photodioden 30 empfangenen Erfassungssignalen Vdet.
3 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Erfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält die Erfassungsvorrichtung 1 ferner eine Erfassungssteuerschaltung 11 und einen Detektor 40. Eine, einige oder alle Funktionen der Erfassungssteuerschaltung 11 sind in der Steuerschaltung 102 enthalten. Außerdem sind eine, einige oder alle Funktionen des Detektors 40 mit Ausnahme jener der Erfassungsschaltung 48 in der Steuerschaltung 102 enthalten.
Die Erfassungssteuerschaltung 11 ist eine Schaltung, die der Abtastleitungs-Treiberschaltung 15, der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und dem Detektor 40 Steuersignale zuführt, um die Operationen dieser Komponenten zu steuern. Die Erfassungssteuerschaltung 11 führt verschiedene Steuersignale, die z. B. ein Startsignal STV und ein Taktsignal CK enthalten, der Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 zu. Außerdem führt die Erfassungssteuerschaltung 11 verschiedene Steuersignale, die z. B. ein Auswahlsignal ASW enthalten, der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 zu.
Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 ist eine Schaltung, die basierend auf den verschiedenen Steuersignalen mehrere Abtastleitungen (Gate-Leitungen GCL (siehe 4)) ansteuert. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 wählt die Abtastleitungen sequentiell oder gleichzeitig aus und führt das Gate-Treibersignal den ausgewählten Abtastleitungen zu. Durch diese Operation wählt die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 die an die Abtastleitungen gekoppelten Photodioden 30 aus.
Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 ist eine Schaltschaltung, die die Signalleitungen SGL sequentiell oder gleichzeitig auswählt (siehe 4). Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 ist z. B. ein Multiplexer. Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 koppelt die ausgewählten Ausgangssignalleitungen SL basierend auf dem von der Erfassungssteuerschaltung 11 zugeführten Auswahlsignal ASW an die Erfassungsschaltung 48. Durch diese Operation gibt die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 die Erfassungssignale Vdet der Photodioden 30 an den Detektor 40 aus.
Der Detektor 40 enthält die Erfassungsschaltung 48, eine Signalverarbeitungsschaltung 44, eine Koordinatenextraktionsschaltung 45, eine Speicherschaltung 46 und eine Erfassungszeitpunkt-Steuerschaltung 47. Die Erfassungszeitpunkt-Steuerschaltung 47 führt eine Steuerung aus, um die Erfassungsschaltung 48, die Signalverarbeitungsschaltung 44 und die Koordinatenextraktionsschaltung 45 zu veranlassen, basierend auf einem von der Erfassungssteuerschaltung 11 zugeführten Steuersignal synchron zueinander zu arbeiten.
Die Erfassungsschaltung 48 ist z. B. eine analoge Front-End-Schaltung (AFE-Schaltung). Die Erfassungsschaltung 48 ist eine Signalverarbeitungsschaltung, die die Funktionen von wenigstens einer Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 und einer Analog-Digital-Umwandlungsschaltung (A/D-Umwandlungsschaltung) 43 aufweist. Die Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 ist eine Schaltung, die das Erfassungssignal Vdet verstärkt, und ist z. B. eine Integrationsschaltung. Die A/D-Umwandlungsschaltung 43 wandelt ein von der Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 ausgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal um.
Die Signalverarbeitungsschaltung 44 ist eine Logikschaltung, die basierend auf den Ausgangssignalen der Erfassungsschaltung 48 eine durch den Sensor 10 empfangene vorgegebene physikalische Größe erfasst. Die Signalverarbeitungsschaltung 44 kann basierend auf den Signalen der Erfassungsschaltung 48 Unebenheiten auf einer Oberfläche des Fingers Fg oder einer Handfläche erfassen, wenn sich der Finger Fg mit einer Erfassungsfläche in Kontakt oder in der Nähe einer Erfassungsfläche befindet. Die Signalverarbeitungsschaltung 44 kann basierend auf den Signalen der Erfassungsschaltung 48 die Informationen über den lebenden Körper erfassen. Die Beispiele der Informationen über den lebenden Körper enthalten ein Blutgefäßbild, eine Pulswelle, eine Pulsation und eine Blutsauerstoffsättigung des Fingers Fg oder der Handfläche.
Die Speicherschaltung 46 speichert darin vorübergehend die durch die Signalverarbeitungsschaltung 44 berechneten Signale. Die Speicherschaltung 46 kann z. B. ein Schreib-Lese-Speicher (RAM) oder eine Registerschaltung sein.
Die Koordinatenextraktionsschaltung 45 ist eine Logikschaltung, die die erfassten Koordinaten der Unebenheiten auf der Oberfläche des Fingers Fg oder dergleichen erhält, wenn der Kontakt oder die Nähe des Fingers Fg durch die Signalverarbeitungsschaltung 44 erfasst wird. Die Koordinatenextraktionsschaltung 45 ist die Logikschaltung, die außerdem die erfassten Koordinaten der Blutgefäße des Fingers Fg oder der Handfläche erhält. Die Koordinatenextraktionsschaltung 45 kombiniert die Erfassungssignale Vdet, die von den jeweiligen Erfassungselementen 3 des Sensors 10 ausgegeben werden, um zweidimensionale Informationen zu erzeugen, die eine Form der Unebenheiten auf der Oberfläche des Fingers Fg oder dergleichen repräsentieren. Die Koordinatenextraktionsschaltung 45 kann die Erfassungssignale Vdet als Sensorausgaben Vo ausgeben, anstatt die erfassten Koordinaten zu berechnen.
Das Folgende beschreibt ein Schaltungskonfigurationsbeispiel der Erfassungsvorrichtung 1. 4 ist ein Stromlaufplan, der die Erfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht ist, weist der Sensor 10 mehrere Teilerfassungsbereiche PAA auf, die in einer Matrix mit einer Zeilen-Spalten-Konfiguration angeordnet sind. Jeder der Teilerfassungsbereiche PAA ist mit der Photodiode 30 versehen.
Die Gate-Leitungen GCL erstrecken sich in der ersten Richtung Dx und sind an die in der ersten Richtung Dx angeordneten Teilerfassungsbereiche PAA gekoppelt. Mehrere Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) sind in der zweiten Richtung Dy angeordnet und sind jeweils an die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 gekoppelt. In der folgenden Beschreibung werden die Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) jeweils einfach als die Gate-Leitung GCL bezeichnet, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen. Zum einfachen Verständnis der Beschreibung veranschaulicht 4 acht Gate-Leitungen GCL. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, wobei M Gate-Leitungen GCL (wobei M acht oder größer ist und z. B. 256 ist) angeordnet sein können.
Die Signalleitungen SGL erstrecken sich in der zweiten Richtung Dy und sind an die Photodioden 30 der in der zweiten Richtung Dy angeordneten Teilerfassungsbereiche PAA gekoppelt. Mehrere Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(12) sind in der ersten Richtung Dx angeordnet und sind jeweils an die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und eine Rücksetzschaltung 17 gekoppelt. In der folgenden Beschreibung werden die Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(12) jeweils einfach als die Signalleitung SGL bezeichnet, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen.
Zum einfachen Verständnis der Beschreibung sind 12 Signalleitungen SGL veranschaulicht. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, wobei N Signalleitungen SGL (wobei N 12 oder größer ist und z. B. 252 ist) angeordnet sein können. In 4 ist der Sensor 10 zwischen der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und der Rücksetzschaltung 17 bereitgestellt. Die Konfiguration ist nicht darauf eingeschränkt. Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und die Rücksetzschaltung 17 können an die Enden der Signalleitungen SGL auf derselben Seite gekoppelt sein. Die wesentliche Fläche eines Sensors beträgt z. B. 50 x 50 µm²; die Auflösung des Erfassungsbereichs AA beträgt z. B. 508 Pixel pro Zoll (ppi); die Anzahl der im Erfassungsbereich AA angeordneten Sensoren beträgt z. B. 252 × 256 Zellen; und die Fläche des Erfassungsbereichs AA beträgt z. B. 12,6 × 12,8 mm².
Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 empfängt verschiedene Steuersignale, wie z. B. das Startsignal STV, das Taktsignal CK und ein Rücksetzsignal RST1, von der Steuerschaltung 102 (siehe 2). Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 wählt basierend auf den verschiedenen Steuersignalen sequentiell die Gate-Leitungen GCL(1), GCL(2), ..., GCL(8) in einer Zeitmultiplexweise aus. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 führt ein Gate-Treibersignal Vgcl der ausgewählten der Gate-Leitungen GCL zu. Diese Operation führt das Gate-Treibersignal mehreren ersten Schaltelemente Tr zu, die an die Gate-Leitung GCL gekoppelt sind, wobei entsprechende der in der ersten Richtung Dx angeordneten Teilerfassungsbereiche PAA als die Erfassungsziele ausgewählt werden.
Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 kann für jede der Erfassungsbetriebsarten, die die Erfassung des Fingerabdrucks und die Erfassung verschiedener Teile der Informationen über den lebenden Körper (wie z. B. die Pulswelle, die Pulsation, das Blutgefäßbild und den Blutsauerstoffsättigungspegel) enthalten, unterschiedliche Ansteuerungen ausführen. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 15 kann z. B. mehr als eine Gate-Leitung GCL gemeinsam ansteuern.
Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 enthält mehrere Auswahlsignalleitungen Lsel, mehrere Ausgangssignalleitungen Lout und die dritten Schaltelemente TrS. Die dritten Schaltelemente TrS sind entsprechend den Signalleitungen SGL vorgesehen. Sechs Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(6) sind an eine gemeinsame Ausgangssignalleitung Lout1 gekoppelt. Sechs Signalleitungen SGL(7), SGL(8), ..., SGL(12) sind an eine gemeinsame Ausgangssignalleitung Lout2 gekoppelt. Die Ausgangssignalleitungen Lout1 und Lout2 sind jeweils an die Erfassungsschaltung 48 gekoppelt.
Die Signalleitungen SGL(1), SGL(2), ..., SGL(6) sind in einem ersten Signalleitungsblock gruppiert, während die Signalleitungen SGL(7), SGL(8), ..., SGL(12) in einem zweiten Signalleitungsblock gruppiert sind. Die Auswahlsignalleitungen Lsel sind an die Gates der dritten Schaltelemente TrS gekoppelt, die jeweils in einem der Signalleitungsblöcke enthalten sind. Eine der Auswahlsignalleitungen Lsel ist an die Gates der dritten Schaltelemente TrS in den Signalleitungsblöcken gekoppelt.
Die Steuerschaltung 102 (siehe 2) führt das Auswahlsignal ASW den Auswahlsignalleitungen Lsel sequentiell zu. Im Ergebnis wählt die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 durch die Operationen der dritten Schaltelemente TrS die Signalleitungen SGL in einem der Signalleitungsblöcke in einer Zeitmultiplexweise sequentiell aus. Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 wählt eine der Signalleitungen SGL in jedem der Signalleitungsblöcke aus. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Erfassungsvorrichtung 1 die Anzahl der integrierten Schaltungen (ICs), die die Erfassungsschaltung 48 enthalten, oder die Anzahl der Anschlüsse der ICs verringern. Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 kann mehr als eine Signalleitung SGL gemeinsam an die Erfassungsschaltung 48 koppeln.
Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält die Rücksetzschaltung 17 eine Bezugssignalleitung Lvr, eine Rücksetzsignalleitung Lrst und die vierten Schaltelemente TrR. Die vierten Schaltelemente TrR sind entsprechend den Signalleitungen SGL vorgesehen. Die Bezugssignalleitung Lvr ist entweder an die Sources oder die Drains der vierten Schaltelemente TrR gekoppelt. Die Rücksetzsignalleitung Lrst ist an die Gates der vierten Schaltelemente TrR gekoppelt.
Die Steuerschaltung 102 führt ein Rücksetzsignal RST2 der Rücksetzsignalleitung Lrst zu. Diese Operation schaltet die vierten Schaltelemente TrR ein, um die Signalleitungen SGL elektrisch an die Bezugssignalleitung Lvr zu koppeln. Die Leistungsversorgungsschaltung 103 führt der Bezugssignalleitung Lvr ein Bezugssignal COM zu. Diese Operation führt das Bezugssignal COM einem kapazitiven Element Ca (siehe 5) zu, das in jedem der Teilerfassungsbereiche PAA enthalten ist.
5 ist ein Stromlaufplan, der die Teilerfassungsbereiche der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 5 veranschaulicht außerdem eine Schaltungskonfiguration der Erfassungsschaltung 48. Wie in 5 veranschaulicht ist, enthält jeder der Teilerfassungsbereiche PAA die Photodiode 30, das kapazitive Element Ca und ein entsprechendes der ersten Schaltelemente Tr. Das kapazitive Element Ca ist ein Kondensator (Sensorkondensator), der in der Photodiode 30 ausgebildet ist, und ist äquivalent parallel mit der Photodiode 30 gekoppelt.
5 veranschaulicht zwei Gate-Leitungen GCL(m) und GCL(m + 1), die in der zweiten Richtung Dy der Gate-Leitungen GCL angeordnet sind. 5 veranschaulicht außerdem zwei Signalleitungen SGL(n) und SGL(n + 1), die in der ersten Richtung Dx der Signalleitungen SGL angeordnet sind. Der Teilerfassungsbereich PAA ist ein Bereich, der von den Gate-Leitungen GCL und den Signalleitungen SGL umgeben ist.
Jedes der ersten Schaltelemente Tr ist entsprechend der Photodiode 30 vorgesehen. Das erste Schaltelement Tr enthält einen Dünnschichttransistor und enthält in diesem Beispiel einen n-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Dünnschichttransistor (n-Kanal-MOS-TFT).
Die Gates der ersten Schaltelemente Tr, die zu den in der ersten Richtung Dx angeordneten Teilerfassungsbereichen PAA gehören, sind an die Gate-Leitung GCL gekoppelt. Die Sources der ersten Schaltelemente Tr, die zu den in der zweiten Richtung Dy angeordneten Teilerfassungsbereichen PAA gehören, sind an die Signalleitung SGL gekoppelt. Der Drain des ersten Schaltelements Tr ist an die Katode der Photodiode 30 und das kapazitive Element Ca gekoppelt.
Der Anode der Photodiode 30 wird von der Leistungsversorgungsschaltung 103 das Sensor-Leistungsversorgungssignal VDDSNS zugeführt. Der Signalleitung SGL und dem kapazitiven Element Ca wird von der Leistungsversorgungschaltung 103 das Bezugssignal COM zugeführt, das als ein Anfangspotential der Signalleitung SGL und des kapazitiven Elements Ca dient.
Wenn der Teilerfassungsbereich PAA mit Licht bestrahlt wird, fließt ein der Menge des Lichts entsprechender Strom durch die Photodiode 30, wobei im Ergebnis eine elektrische Ladung in dem kapazitiven Element Ca gespeichert wird. Nach dem Einschalten des ersten Schaltelements Tr fließt ein Strom, der der im kapazitiven Element Ca gespeicherten elektrischen Ladung entspricht, durch die Signalleitung SGL. Die Signalleitung SGL ist durch ein entsprechendes der dritten Schaltelemente TrS der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 an die Erfassungsschaltung 48 gekoppelt. Folglich kann die Erfassungsvorrichtung 1 ein Signal erfassen, das der Menge des Lichts entspricht, das die Photodiode 30 in jedem der Teilerfassungsbereiche PAA oder in jeder Blockeinheit PAG bestrahlt.
Ein Schalter SSW ist in einer Leseperiode eingeschaltet, um die Erfassungsschaltung 48 an die Signalleitungen SGL zu koppeln. Die Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 der Erfassungsschaltung 48 wandelt eine Variation eines von den Signalleitungen SGL zugeführten Stroms in eine Variation einer Spannung um und verstärkt das Ergebnis. Ein Bezugspotential (Vref) mit einem festen Potential wird einem nichtinvertierenden Eingangsabschnitt (+) der Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 zugeführt, wobei die Signalleitungen SGL an einen invertierenden Eingangsabschnitt (-) der Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 gekoppelt sind. In der Ausführungsform wird das gleiche Signal wie das Bezugssignal COM als Bezugspotential (Vref) zugeführt. Die Signalverarbeitungsschaltung 44 (siehe 2) berechnet die Differenz zwischen dem Erfassungssignal Vdet, wenn Licht emittiert wird, und dem Erfassungssignal Vdet, wenn kein Licht emittiert wird, als eine Sensorausgangsspannung Vo. Die Erfassungssignal-Verstärkungsschaltung 42 enthält ein kapazitives Element Cb und einen Rücksetzschalter RSW. In einer Rücksetzperiode ist der Rücksetzschalter RSW eingeschaltet, wobei die elektrische Ladung des kapazitiven Elements Cb rückgesetzt wird.
Das Folgende beschreibt eine Konfiguration der Photodiode 30 und des optischen Filters 7. 6 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration des Sensors veranschaulicht. Wie in 6 veranschaulicht ist, enthält der Sensor 10 die Photodiode (das photoelektrische Umwandlungselement) 30 und eine Dichtungsschicht 25. Der optische Filter 7 ist auf der Dichtungsschicht 25 bereitgestellt.
Die Photodiode 30 enthält eine Erfassungselektrode 31, eine Elektronentransportschicht 32, eine aktive Schicht 33, eine Lochtransportschicht 34 und eine Gegenelektrode 35. Die Erfassungselektrode 31, die Elektronentransportschicht 32, die aktive Schicht 33, die Lochtransportschicht 34 und die Gegenelektrode 35 sind in dieser Reihenfolge auf dem Sensorsubstrat 2 gestapelt.
Die Erfassungselektrode 31 ist durch ein (nicht veranschaulichtes) Kontaktloch elektrisch an das erste Schaltelement Tr (siehe 5) des Sensorsubstrats 2 gekoppelt. Die Erfassungselektrode 31 ist die Katode der Photodiode 30 und eine Elektrode zum Lesen des Erfassungssignals Vdet. Es wird z. B. Silber (Ag) oder Titan (Ti) verwendet, um die Erfassungselektrode 31 herzustellen. Die Erfassungselektrode 31 kann z. B. aus einem lichtdurchlässigen leitfähigen Material, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO), bestehen.
Die Elektronentransportschicht 32 und die Lochtransportschicht 34 sind vorgesehen, um es zu fördern, dass die in der aktiven Schicht 33 erzeugten Löcher und Elektronen die Gegenelektrode 35 oder die Detektorelektrode 31 erreichen. Als die Elektronentransportschicht 32 und als die Lochtransportschicht 34 werden z. B. Zinkoxid (ZnO) und ein leitfähiges Polymer auf Polythiophenbasis (PEDOT:PSS) verwendet.
Die aktive Schicht 33 ist ein dünner Film aus Polyimid mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 6 dargestellt wird. Die aktive Schicht 33 aus Polyimid mit einer kristallinen Struktur weist eine photoelektrische Umwandlungsfunktion auf. Deshalb werden Löcher und Elektronen in der aktiven Schicht 33 erzeugt, wenn die aktive Schicht 33 mit Licht bestrahlt wird. Die in der aktiven Schicht 33 erzeugten Löcher und Elektronen bewegen sich durch die Elektronentransportschicht 32 und die Lochtransportschicht 34 in Richtung der Erfassungselektrode 31 bzw. der Gegenelektrode 35.
Die Gegenelektrode 35 ist die Anode der Photodiode 30 und wird verwendet, um das Leistungssignal VDDSNS der aktiven Schicht 33 zuzuführen. Die Gegenelektrode 35 ist der Erfassungselektrode 31 zugewandt, wobei die aktive Schicht 33 dazwischen angeordnet ist. Die Gegenelektrode 35 ist z. B. unter Verwendung von ITO hergestellt.
Die Dichtungsschicht 25 ist eine Schicht zur Abdeckung der Photodiode 30 und zur Planarisierung des Sensors 10. Spezifischer ist die Dichtungsschicht 25 zwischen die Photodioden 30 gefüllt und deckt die Gegenelektrode 35 jeder der Photodioden 30 ab. Das Material der Dichtungsschicht 25 ist Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Der optische Filter 7 ist ein optisches Element, das Licht entlang der dritten Richtung Dz durchlässt und Streulicht in den Richtungen mit Ausnahme der dritten Richtung Dz verringert. Der optische Filter 7 enthält eine Basis 70 und mehrere Öffnungen 71. Die Basis 70 dient als Lichtblockierelement, das kein Licht durchlässt. Die Öffnungen 71 sind zylindrische Durchgangslöcher, die in der Basis 70 ausgebildet sind. Die Basis 70 ist direkt auf der Dichtungsschicht 25 ausgebildet. Die Öffnungen 71 sind entlang der Ebene der ersten Richtung Dx und der zweiten Richtung Dy der Basis 70 angeordnet. Der optische Filter der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf diese Konfiguration eingeschränkt. Der optische Filter der vorliegenden Offenbarung kann ein Mehrschicht-Lochblendentyp sein, der durch abwechselndes Verlegen von Schichten, die mit mehreren Löchern (Lochblenden) versehen sind, und transparenten Harzschichten gebildet wird. Alternativ kann der optische Filter der vorliegenden Offenbarung ein Mikrolinsentyp sein, bei dem mit Lochblenden versehene Schichten und transparente Harzschichten abwechselnd gestapelt sind und Mikrolinsen auf die Lochblenden in einer Oberfläche, auf die Licht einfällt, gestapelt sind.
Das Folgende beschreibt ein Verfahren zur Herstellung der Photodiode 30. 7 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess der Photodiode gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 8 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess der aktiven Schicht gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Das Verfahren zur Herstellung der Photodiode 30 enthält einen Schritt S1 zur Bildung der Erfassungselektrode 31, einen Schritt S2 zur Bildung der Elektronentransportschicht 32, einen Schritt S3 zur Bildung der aktiven Schicht 33, einen Schritt S4 zur Bildung der Lochtransportschicht 34 und einen Schritt S5 zur Bildung der Gegenelektrode 35.
Im Schritt S1 wird ein Film aus einem leitfähigen Material, wie z. B. ITO, unter Verwendung z. B. eines Vakuumabscheidungsverfahren, eines Sputter-Verfahrens, eines lonenplattierungsverfahrens oder eines Plattierungsverfahrens auf dem Sensorsubstrat 2 gebildet, um die Erfassungselektrode 31 zu bilden.
Im Schritt S2 wird eine Zinkacetat-Ethanollösung auf die Erfassungselektrode 31 aufgebracht, um einen dünnen Film aus Zinkacetat-Sol-Gel zu bilden. Dann wird der dünne Film erhitzt, um die aus ZnO gebildete Elektronentransportschicht 32 zu bilden.
Der Schritt S3 zur Bildung der aktiven Schicht enthält einen Schritt S11 zur Bildung einer ersten Schicht, einen ersten Erhitzungsschritt S12 und einen zweiten Erhitzungsschritt S13, wie in 8 veranschaulicht ist. Der Schritt S3 zur Bildung der aktiven Schicht kann als ein Schritt zur Bildung der aktiven Schicht bezeichnet werden.
Der Schritt S11 zur Bildung einer ersten Schicht ist ein Schritt des Auftragens einer Lösung von Polyamidsäure, die als ein Vorläufer das Polyimids dient, auf die Elektronentransportschicht 32, um eine erste Schicht 51 zu bilden.
Der erste Erhitzungsschritt S12 ist ein Schritt des Erhitzens der ersten Schicht 51 für 60 Minuten auf 120 °C. Die Beispiele des Erhitzungsverfahrens enthalten ein Verfahren des Legens des gesamten Sensorsubstrats 2 in einen Ofen 50 und des Erhitzens des Sensorsubstrats 2, wie in 8 veranschaulicht ist. Die Polyamidsäure wird einer Imidisierungsreaktion unterzogen, wenn sie auf 200 °C oder höher erhitzt wird. Deshalb wird im ersten Erhitzungsschritt S12 die erste Schicht 51 keiner Imidisierungsreaktion unterzogen, wobei die verbleibende Menge eines Lösungsmittels abnimmt, wodurch die Viskosität erhöht wird.
Der zweite Erhitzungsschritt S13 ist ein Schritt des Erhitzens der ersten Schicht 51, z. B. in dem Ofen 50 für 10 Minuten auf 230 °C bis 280 °C. Dieser zweite Erhitzungsschritt S13 verursacht, dass die erste Schicht 51 der Imidisierungsreaktion unterzogen wird und die aktive Schicht 33 wird. Der erste Erhitzungsschritt S12 und der zweite Erhitzungsschritt S13 der vorliegenden Offenbarung können andere Erhitzungsmittel als den Ofen 50 verwenden.
Dann wird, wie in 7 veranschaulicht ist, im Schritt S4 PEDOT:PSS auf die aktive Schicht 33 aufgebracht und die aktive Schicht 33 weiter erhitzt. Dieser Schritt bildet den Film der Lochtransportschicht 34.
Im Schritt S5 wird ein Film aus einem leitfähigen Material, wie z. B. ITO oder Indiumzinkoxid (IZO), auf der Lochtransportschicht 34 unter Verwendung z. B. des Vakuumabscheidungsverfahrens, des Sputter-Verfahrens, des lonenplattierungsverfahrens oder des Plattierungsverfahrens gebildet, wodurch die Gegenelektrode 35 gebildet wird.
Wie oben beschrieben worden ist, weist die durch das Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform hergestellte Photodiode (photoelektrische Umwandlungselement) 30 eine höhere Kristallinität als herkömmliche Photodioden auf und zeichnet sich durch die Empfindlichkeit bei der photoelektrischen Umwandlung aus. Die aktive Schicht 33 besteht aus Polyimid und verschlechtert sich bis zu 320 ° C nicht thermisch. Im Fall der aktiven Schicht mit einer Bulk-Hetero-Struktur, in der Phenyl-C61-Buttersäuremethylester (PCBM) mit Poly(3-hexylthiophen) (P3HT) und F8-alt-Benzothiadiazol (F8BT) gemischt ist, beträgt die Hitzebeständigkeitstemperatur 100 °C. Deshalb weist die durch das Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform hergestellte Photodiode (photoelektrische Umwandlungselement) 30 eine höhere Hitzebeständigkeitstemperatur als herkömmliche Photodioden auf. Folglich kann herkömmlich, wenn der optische Filter 7 auf der Dichtungsschicht 25, die die Photodiode 30 bedeckt, ausgebildet ist, die aktive Schicht 33 thermisch beeinflusst werden, wobei der optische Filter 7 separat hergestellt und unter Verwendung von Klebeband auf den Sensor 10 geklebt wird. Gemäß der aktiven Schicht 33 der ersten Ausführungsform ist die Wirkung in Anbetracht der aktiven Schicht 33 jedoch gering, selbst wenn der optische Filter 7 direkt auf der Dichtungsschicht 25, z. B. durch einen photolithographischen Prozess, gebildet wird. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform eliminiert die Notwendigkeit, das Klebeband zum klebenden Verbinden des optischen Filters 7 bereitzustellen, wobei die Erfassungsvorrichtung 1 dadurch dünner gemacht wird.
Während das photoelektrische Umwandlungselement gemäß der ersten Ausführungsform oben beschrieben worden ist, ist das photoelektrische Umwandlungselement der vorliegenden Offenbarung nicht auf das oben beschriebene eingeschränkt. Im Folgenden werden andere Ausführungsformen beschrieben, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf den Unterschieden zu dem photoelektrischen Umwandlungselement gemäß der ersten Ausführungsform liegt.
(Zweite Ausführungsform)
9 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Eine Photodiode 30A gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Photodiode 30 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass sie eine aktive Schicht 33A anstelle der aktiven Schicht 33 enthält.
Die aktive Schicht 33A gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein dünner Film, der aus Polyimid mit einer sich wiederholenden Einheit ausgebildet ist, die durch die folgende chemische Formel 7 dargestellt wird. Die aktive Schicht 33A weist eine kristalline Struktur auf und weist eine photoelektrische Umwandlungsfunktion auf.
10 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess der aktiven Schicht gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform enthält das Verfahren zur Herstellung der Photodiode 30A den Schritt S1 zur Bildung der Erfassungselektrode 31, den Schritt S2 zur Bildung der Elektronentransportschicht 32, den Schritt S3 zur Bildung der aktiven Schicht 33A, den Schritt S4 zur Bildung der Lochtransportschicht 34 und den Schritt S5 zur Bildung der Gegenelektrode 35 (siehe 7). Der Schritt zur Bildung der aktiven Schicht 33A enthält einen Schritt S21 zur Bildung einer ersten Schicht, einen ersten Erhitzungsschritt S22 und einen zweiten Erhitzungsschritt S23, wie in 10 veranschaulicht ist.
In dem Schritt S21 zur Bildung einer ersten Schicht wird eine erste Schicht 52 durch das Auftragen einer Polyamidsäurelösung, die als ein Vorläufer dient, auf die Elektronentransportschicht 32 gebildet.
Der erste Erhitzungsschritt S22 ist ein Schritt des Legens des gesamten Sensorsubstrats 2 in den Ofen 50 und des Erhitzens der ersten Schicht 52 für 20 Minuten bis 80 Minuten auf 120 °C. Die Polyamidsäure (der Vorläufer) wird durch das Erhitzen auf 200 °C oder höher einer Imidisierungsreaktion unterzogen. Deshalb wird die erste Schicht 52 im ersten Erhitzungsschritt S22 nicht der Imidisierungsreaktion unterzogen, wobei die verbleibende Menge des Lösungsmittels abnimmt.
Der zweite Erhitzungsschritt S23 ist ein Schritt des Erhitzens der ersten Schicht 52 in dem Ofen 50 für 10 Minuten auf 180 °C bis 260 °C. Durch diesen Schritt wird die Polyamidsäure (der Vorläufer) in der ersten Schicht 52 der Imidisierungsreaktion unterzogen, wobei die aktive Schicht 33A gebildet wird.
Das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform kann außerdem die Photodiode 30 mit der aktiven Schicht 33A mit hoher Kristallinität und mit ausgezeichneter Empfindlichkeit bei der photoelektrischen Umwandlung herstellen. Die Hitzebeständigkeitstemperatur der aktiven Schicht 33A ist so hoch wie 300 °C oder höher. Der optische Filter 7 kann direkt auf der Dichtungsschicht 25 ausgebildet sein, wobei die Erfassungsvorrichtung 1 dünner gemacht werden kann.
(Dritte Ausführungsform)
11 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Eine Photodiode 30B gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Photodiode 30 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass sie eine aktive Schicht 33B anstelle der aktiven Schicht 33 enthält.
Die aktive Schicht 33B gemäß der dritten Ausführungsform ist ein dünner Film, der aus Polyimid mit einer sich wiederholenden Einheit ausgebildet ist, die durch die folgende chemische Formel 8 dargestellt wird. Die aktive Schicht 33B weist eine kristalline Struktur auf und weist eine photoelektrische Umwandlungsfunktion auf.

X: -0-, -S-, >CO, >C-R₂, >SO₂, -C(=O)-O-, -C(=O)-O-Φ-O-C(=O)-
wobei R: -H, -CH₃, -CF₃,
Y: S, Se, Te,
m: 2, 4, 6, 8, 10 und
n: drei oder mehr Oligomere oder Polymere
12 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess der aktiven Schicht gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. In der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform enthält das Verfahren zur Herstellung der Photodiode 30B den Schritt S1 zur Bildung der Erfassungselektrode 31, den Schritt S2 zur Bildung der Elektronentransportschicht 32, den Schritt S3 zur Bildung der aktiven Schicht 33B, den Schritt S4 zur Bildung der Lochtransportschicht 34 und den Schritt S5 zur Bildung der Gegenelektrode 35 (siehe 7). Der Schritt zur Bildung der aktiven Schicht 33B enthält einen Schritt S31 zur Bildung einer ersten Schicht, einen ersten Erhitzungsschritt S32 und einen zweiten Erhitzungsschritt S33, wie in 12 veranschaulicht ist.
Der Schritt S31 zur Bildung einer ersten Schicht ist ein Schritt des Auftragens von Polyamidsäure, die als ein Vorläufer dient, auf die Elektronentransportschicht 32, um eine erste Schicht 53 zu bilden. Die Polyamidsäure weist eine sich wiederholende Einheit auf, die durch die folgende chemische Formel 9 dargestellt wird. Die Polyamidsäure der folgenden Formel wird durch eine Dehydratationskondensationsreaktion zwischen einem Säureanhydrid und einer Diaminverbindung erhalten.

X: -0-, -S-, >CO, >C-R₂, >SO₂, -C(=O)-O-, -C(=O)-O-Φ-O-C(=O)-
wobei R: -H, -CH₃, -CF₃,
Y: S, Se, Te,
m: 2, 4, 6, 8, 10 und
n: drei oder mehr Oligomere oder Polymere
Der erste Erhitzungsschritt S32 ist ein Schritt des Legens der ersten Schicht 53 in den Ofen 50 und des Erhitzens der ersten Schicht 53 für 20 Minuten auf 120 °C. Die Polyamidsäure der obigen Formel wird einer Imidisierungsreaktion unterzogen, indem sie auf 200 °C oder höher erhitzt wird. Deshalb wird die erste Schicht 53 im ersten Erhitzungsschritt S32 nicht der Imidisierungsreaktion unterzogen.
Der zweite Erhitzungsschritt S33 ist ein Schritt des Erhitzens der ersten Schicht 53 in dem Ofen 50 für 10 Minuten auf 200 °C bis 240 °C. Durch diesen Schritt wird die Polyamidsäure in der ersten Schicht 53 einer Imidisierungsreaktion unterzogen und wird die aktive Schicht 33B gebildet.
Wie oben beschrieben worden ist, kann das Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform außerdem die Photodiode 30B mit der aktiven Schicht 33B mit hoher Kristallinität und mit hervorragender Empfindlichkeit bei der photoelektrischen Umwandlung herstellen. Die Wärmebeständigkeitstemperatur der aktiven Schicht 33B ist so hoch wie 300 °C, wobei der optische Filter 7 direkt auf der Dichtungsschicht 25 (dem Sensor 10) gebildet werden kann. Deshalb kann die Erfassungsvorrichtung 1 dünner gemacht werden.
(Vierte Ausführungsform)
13 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration eines Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Eine Photodiode 30C gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der Photodiode 30 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass sie eine aktive Schicht 33C anstelle der aktiven Schicht 33 enthält.
Die aktive Schicht 33C der vierten Ausführungsform besteht aus einem Heteroübergang aus einem n-Typ-Halbleiter 38 und einem p-Typ-Halbleiter 37. Der p-Typ-Halbleiter 37 ist eines der Polyimide, die durch die in den ersten bis dritten Ausführungsformen beschriebenen chemischen Formeln 5, 6 und 7 dargestellt werden, und weist eine kristalline Struktur auf. Deshalb weist der p-Typ-Halbleiter 37 allein eine photoelektrische Umwandlungsfunktion auf.
Der n-Typ-Halbleiter 38 wird durch eine Wärmebehandlung und das Kristallisieren eines löslichen Porphyrins oder einer Phthalocyaninverbindung erhalten. Der n-Typ-Halbleiter 38 weist mehrere säulenartige Pfeilerabschnitte 38a auf, die sich in Richtung der Lochtransportschicht 34 erstrecken, wobei ein dreidimensionaler p-n-Übergang mit dem n-Typ-Halbleiter 38 und dem p-Typ-Halbleiter 37 ausgebildet ist. Deshalb kann eine große Strommenge aus einer Grenzfläche zwischen dem n-Typ-Halbleiter 38 und dem p-Typ-Halbleiter 37 extrahiert werden. Deshalb ist die Empfindlichkeit des photoelektrischen Effekts in der aktiven Schicht 33C höher als in einer einzelnen Schicht des p-Typ-Halbleiters 37, mit anderen Worten, als in den aktiven Schichten 33, 33A und 33B der ersten bis dritten Ausführungsformen. Das Folgende beschreibt ein Herstellungsverfahren der aktiven Schicht 33C der vierten Ausführungsform.
14 ist eine graphische Darstellung, die einen Herstellungsprozess der aktiven Schicht gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht. Der Schritt zur Bildung der aktiven Schicht 33C enthält einen Basisschicht-Bildungsschritt S41, einen Basisschicht-Erhitzungsschritt S42, einen Schritt S43 zur Bildung einer ersten Schicht, einen ersten Erhitzungsschritt S44 und einen zweiten Erhitzungsschritt S45, wie in 14 veranschaulicht ist.
Der Basisschicht-Bildungsschritt S41 ist ein Schritt des Auftragens eines löslichen Porphyrins oder einer Phthalocyaninverbindung auf die Elektronentransportschicht 32, um eine Basisschicht 54 zu bilden.
Der Basisschicht-Erhitzungsschritt S42 ist ein Schritt des Erhitzens der Basisschicht 54 in dem Ofen 50 für 30 Minuten auf 150 °C. Dieser Schritt härtet die Basisschicht 54 aus, so dass sie ein Abschnitt des n-Typ-Halbleiters 38 ist.
Der Schritt S43 zur Bildung einer ersten Schicht ist ein Schritt, bei dem eine Mischung aus einem der durch die chemischen Formeln 5, 6 und 7 dargestellten Polyimide und dem löslichen Porphyrin oder der Phthalocyaninverbindung, die in der Basisschicht 54 verwendet werden, auf einen Abschnitt des n-Typ-Halbleiters 38 aufgetragen wird, um eine erste Schicht 55 zu bilden.
Beim ersten Erhitzungsschritt S44 wird das gesamte Sensorsubstrat 2 in den Ofen 50 gelegt wird die erste Schicht 55 für 60 Minuten auf 120 °C erhitzt.
Dann wird im zweiten Erhitzungsschritt S45 die erste Schicht 55 für 10 Minuten auf 120 °C bis 180 °C erhitzt. Dieser Schritt bildet das lösliche Porphyrin oder die Phthalocyaninverbindung, die in der ersten Schicht 55 enthalten ist, unter Verwendung des n-Typ-Halbleiters 38 als ein Basismaterial in die sich in Richtung der Lochtransportschicht 34 (siehe 13) erstreckenden Pfeilerabschnitte 38a, wie in 14 veranschaulicht ist. Das Polyimid wird außerdem der Imidisierungsreaktion unterzogen, wodurch der kristallisierte p-Typ-Halbleiter 37 gebildet wird.
15 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation der aktiven Schicht der vierten Ausführungsform veranschaulicht. In der vorliegenden Offenbarung muss das lösliche Porphyrin oder die Phthalocyaninverbindung in der ersten Schicht 55 der aktiven Schicht 33C im Heteroübergangszustand beim zweiten Erhitzungsschritt S45 nicht in eine säulenartige Form geformt werden. Wie in 15 veranschaulicht ist, kann z. B. der n-Typ-Halbleiter 38 mit dem p-Typ-Halbleiter 37 gemischt sein.
Wie oben beschrieben worden ist, kann das Herstellungsverfahren der vierten Ausführungsform eine Photodiode 30C (ein photoelektrisches Umwandlungselement) mit weiter verbesserter Empfindlichkeit des photoelektrischen Effekts herstellen.
16 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation des photoelektrischen Umwandlungselements veranschaulicht. Während die Ausführungsformen oben beschrieben worden sind, kann die Photodiode (das photoelektrische Umwandlungselement) der vorliegenden Offenbarung eine Photodiode 30D sein, bei der die Stapelreihenfolge der Erfassungselektrode 31, der Elektronentransportschicht 32, der aktiven Schicht 33, der Lochtransportschicht 34 und der Gegenelektrode 35 von der umgekehrt ist, die in den ersten bis vierten Ausführungsform beschrieben worden ist, wie in 16 veranschaulicht ist.
(Beispiele)
Das Folgende beschreibt Beispiele. In einem ersten Beispiel wurden Photodioden (photoelektrische Umwandlungselemente) unter Verwendung des Herstellungsverfahrens der ersten Ausführungsform hergestellt, wobei die Kristallinität der Photodioden überprüft wurde. In einem zweiten Beispiel wurden Photodioden (photoelektrische Umwandlungselemente) unter Verwendung des Herstellungsverfahrens der zweiten Ausführungsform hergestellt, wobei die Kristallinität der Photodioden geprüft wurde. Das Folgende beschreibt das erste und das zweite Beispiel.
(Erstes Beispiel)
17 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Röntgenbeugungsanalyse der Proben 1 bis 8 veranschaulicht. 18 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Halbwertsbreite eines Röntgenspektrums und der Substrattemperatur zum Zeitpunkt der Filmbildung bei den Proben 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 veranschaulicht. Im Beispiel 1 wurden insgesamt acht Photodioden (die im Folgenden als eine Probe 1, eine Probe 2, ..., eine Probe 8 bezeichnet werden) hergestellt. Einige der Proben wurden durch das Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform hergestellt, während der Rest durch andere Herstellungsverfahren (Vergleichsbeispiele) als das Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform hergestellt wurde.
Um es ausführlich zu beschreiben, wurde für die Proben 1 bis 8 die erste Schicht 51 unter Verwendung einer ersten Flüssigkeit, die aus einer Polyamidsäure besteht, im Schritt S11 zur Bildung einer ersten Schicht gebildet. Für die Proben 1 bis 6 wurde die erste Schicht 51 im ersten Erhitzungsschritt S12 für 60 Minuten auf 120 °C erhitzt. Die Proben 7 und 8 wurden dem ersten Erhitzungsschritt S12 nicht unterworfen. Deshalb sind die Proben 7 und 8 Vergleichsbeispiele.
Im zweiten Erhitzungsschritt S13 wurden die Erhitzungstemperatur und -zeit zwischen den Proben 1 und 8 geändert. Spezifisch wurde die Probe 1 für 20 bis 60 Minuten auf 120 °C erhitzt. Die Probe 2 wurde für 10 Minuten auf 200 °C erhitzt. Die Probe 3 wurde für 10 Minuten auf 220 °C erhitzt. Die Probe 4 wurde für 10 Minuten auf 240 °C erhitzt. Die Probe 5 wurde für 10 Minuten auf 260 °C erhitzt. Die Probe 6 wurde für 10 Minuten auf 280 °C erhitzt. Die Probe 7 wurde für 60 Minuten auf 280 °C erhitzt. Die Probe 8 wurde für 60 Minuten auf 290 °C erhitzt. Folglich sind die Proben 1, 2, 3, 7 und 8 Vergleichsbeispiele, die die in den Ausführungsformen spezifizierte Bedingung des Erhitzens für 10 Minuten auf 230 °C bis 280 °C nicht erfüllen.
Dann wurde unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers die Kristallinität der Proben 1 bis 8 analysiert. 17 veranschaulicht die Ergebnisse der Analyse.
Wie in 17 veranschaulicht ist, wurde in den Proben 1 bis 3 und 7 keine eindeutige Spitze gefunden. Das heißt, es ist festgestellt worden, dass das Polyimid (die aktive Schicht 33) in den Proben 1 bis 3 und 7 hauptsächlich in einen amorphen Zustand versetzt ist, ohne beim zweiten ErhitzungsschrittS13 kristallisiert zu werden. In den Proben 4 bis 6 wurden bei 2θ = 18,5° und 2θ = 22,3° deutliche Beugungsspitzen gefunden. Außerdem waren die Werte der Beugungsspitzen hoch. Folglich ist festgestellt worden, dass das Polyimid (die aktive Schicht 33) ausreichend kristallisiert ist. Obwohl in der Probe 8 eine Beugungsspitze bei 2θ = 22,3° vorhanden war, war der Wert der Spitze klein, wobei die Kristallinität nicht ausreichend war.
Dann wurde für jede der Proben 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 die Halbwertsbreite des Röntgenspektrums während der Röntgenbeugung (2θ = 18,5° für die Proben 2, 3, 4, 5 und 6 und 2θ = 22,3° für die Proben 7 und 8) erhalten und wurde die Größe eines Kristallits erhalten. In der gleichen Weise wie Probe 7 ist Probe 8 eine Photodiode, die gebildet wurde, ohne dem ersten Erhitzungsschritt S12 unterworfen zu werden, wobei die Erhitzungstemperatur des zweiten Erhitzungsschritts S13 280 °C und 290 °C beträgt. 18 veranschaulicht die Halbwertsbreite des Röntgenspektrums.
Wie in 18 veranschaulicht ist, nimmt die Halbwertsbreite in der Reihenfolge der Probe 2, der Probe 3, der Probe 4, der Probe 5 und der Probe 6 ab. Deshalb ist festgestellt worden, dass in dem Bereich, in dem die Erhitzungstemperatur des zweiten Erhitzungsschritts von 200 °C bis 260 °C reicht, die Größe der Kristallite zunimmt und sich die Kristallinität verbessert, wenn die Erhitzungstemperatur zunimmt. Die Werte der Halbwertsbreite der Proben 7 und 8 waren gleich oder höher als 0,7, was zu einer hohen Polykristallinität führte. Folglich ist ein Ergebnis erhalten worden, dass die Proben 4, 5 und 6, die im zweiten Erhitzungsschritt S13 auf eine Erhitzungstemperatur von 230 °C bis 280 °C erhitzt wurden, eine höhere Kristallinität und eine ausgezeichnetere Empfindlichkeit der photoelektrischen Umwandlung als die Proben 7 und 8 aufweisen.
(Zweites Beispiel)
19 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Röntgenbeugungsanalyse der Proben 11 bis 16 veranschaulicht. 20 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Halbwertsbreite des Röntgenspektrums und der Substrattemperatur zum Zeitpunkt der Filmbildung bei den Proben 11 bis 16 gemäß dem zweiten Beispiel veranschaulicht. Das Folgende beschreibt das zweite Beispiel. Im zweiten Beispiel wurden insgesamt sechs Photodioden (die im Folgenden als eine Probe 11, eine Probe 12, ..., eine Probe 16 bezeichnet werden) hergestellt. Einige der Proben wurden durch das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform hergestellt, während der Rest durch andere Herstellungsverfahren (Vergleichsbeispiele) als das Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform hergestellt wurde.
Um es ausführlich zu beschreiben, wurde für die Proben 11 bis 16 die erste Schicht 52 durch Auftragen einer Amidsäurelösung, die als ein Vorläufer der chemischen Formel 2 dient, im Schritt S21 zur Bildung einer ersten Schicht gebildet. Für die Proben 11 bis 16 wurde die erste Schicht 52 im ersten Erhitzungsschritt S12 für 20 bis 60 Minuten auf 120 °C erhitzt.
Beim zweiten Erhitzungsschritt S13 wurde die Erhitzungstemperatur zwischen den Proben 11 bis 16 geändert. Spezifisch wurde die Probe 11 auf 180 °C erhitzt. Die Probe 12 wurde auf 200 °C erhitzt. Die Probe 13 wurde auf 220 °C erhitzt. Die Probe 14 wurde auf 240 °C erhitzt. Die Probe 15 wurde auf 260 °C erhitzt. Die Probe 16 wurde auf 280 °C erhitzt. Folglich erfüllen die Proben 11 bis 15 die in der zweiten Ausführungsform spezifizierte Bedingung des Erhitzens für 10 Minuten auf 180 °C bis 260 °C, wobei nur Probe 16 ein Vergleichsbeispiel ist, das die in der Ausführungsform spezifizierte Bedingung nicht erfüllt. Die Erhitzungszeit wurde für alle Proben 11 bis 16 auf 10 Minuten gesetzt.
Dann wurde unter Verwendung des Röntgendiffraktometers die Kristallinität der Proben 11 bis 16 analysiert. 19 veranschaulicht die Ergebnisse der Analyse. Die Halbwertsbreite des Röntgenspektrums während der Röntgenbeugung (2θ = 18,6° und 2θ = 22,0°) wurde erhalten, wobei die Größe der Kristallite erhalten wurde. 20 veranschaulicht die Halbwertsbreite des Röntgenspektrums.
Wie in 19 veranschaulicht ist, wurden in den Proben 11 bis 16 Beugungsspitzen bei 2θ = 18,6° und 2θ = 22,0° gefunden. Bei den Proben 11 bis 15 waren die Werte der Beugungsspitzen außerdem hoch, wobei der Polyimidfilm ausreichend kristallisiert war. Bei der Probe 16 war der Spitzenwert klein und war die Kristallinität nicht ausreichend. Deshalb ist festgestellt worden, dass der Polyimidfilm ausreichend kristallisiert ist, wenn die Bedingung des Erhitzens für 10 Minuten auf 180 °C bis 260 °C beim zweiten Erhitzungsschritt S23 erfüllt ist.
Wie in 20 veranschaulicht ist, wies die Probe 13 (mit einer Erhitzungstemperatur von 220 °C) unter den Proben 11 bis 15 einen Wert der Halbwertsbreite gleich oder kleiner als 0,4 auf und zeigte einen hohen Grad an Kristalleinheit. Deshalb ist festgestellt worden, dass die Probe 13 unter den Proben 11 bis 15 die höchste Kristallinität und die ausgezeichnete Empfindlichkeit der photoelektrischen Umwandlung aufweist.
Bezugszeichenliste

120: Optischer Sensor
121: Beleuchtungsvorrichtung
1: Erfassungsvorrichtung
2: Sensorsubstrat
3: Erfassungselement
7: Optischer Filter
10: Sensor
15: Abtastleitungs-Treiberschaltung
16: Signalleitungs-Auswahlschaltung
21: Substrat
25: Dichtungsschicht
30: Photodiode (photoelektrisches Umwandlungselement)
31: Erfassungselektrode
32: Elektronentransportschicht
33: Aktive Schicht
34: Lochtransportschicht
35: Gegenelektrode
51, 52, 53, 55: Erste Schicht
70: Basis
71: Öffnung
102: Steuerschaltung
103: Leistungsversorgungsschaltung
S11, S21, S31, S43: Schritt zur Bildung einer ersten Schicht
S12, S22, S32, S44: Erster Erhitzungsschritt
S13, S23, S33, S45: Zweiter Erhitzungsschritt
S41: Basisschicht-Bildungsschritt
S42: Basisschicht-Erhitzungsschritt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements, wobei das Verfahren einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht umfasst, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit gebildet wird, die durch die folgende chemische Formel 1 dargestellt wird, wobei der Schritt der Bildung der aktiven Schicht umfasst: einen Schritt zur Bildung einer ersten Schicht, bei dem eine erste Schicht durch Auftragen von Polyamidsäure, die als ein Vorläufer dient, gebildet wird; einen ersten Erhitzungsschritt des Erhitzens der ersten Schicht für 20 Minuten bis 60 Minuten auf 120 °C; und einen zweiten Erhitzungsschritt des Erhitzens der ersten Schicht für 10 Minuten auf 230 °C bis 280 °C.
Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements, wobei das Verfahren einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht umfasst, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 2 dargestellt wird, gebildet wird, wobei der Schritt der Bildung der aktiven Schicht umfasst: einen Schritt zur Bildung einer ersten Schicht, bei dem eine erste Schicht durch Auftragen einer Polyamidsäurelösung, die als ein Vorläufer der folgenden chemischen Formel 2 dient, gebildet wird; einen ersten Erhitzungsschritt des Erhitzens der ersten Schicht für 20 Minuten bis 60 Minuten auf 120 °C; und einen zweiten Erhitzungsschritt des Erhitzens der ersten Schicht für 10 Minuten auf 180 °C bis 280 °C.
Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements, wobei das Verfahren einen Schritt zur Bildung einer aktiven Schicht umfasst, bei dem eine aktive Schicht mit einer sich wiederholenden Einheit, die durch die folgende chemische Formel 3 dargestellt wird, gebildet wird, wobei der Schritt der Bildung der aktiven Schicht umfasst: einen Schritt zur Bildung einer ersten Schicht, bei dem eine erste Schicht durch Auftragen von Polyamidsäure, die als ein Vorläufer dient und eine sich wiederholende Einheit aufweist, die durch die folgende chemische Formel 4 dargestellt wird, gebildet wird; einen ersten Erhitzungsschritt des Erhitzens der ersten Schicht für 20 Minuten bis 60 Minuten auf 120 °C; und einen zweiten Erhitzungsschritt des Erhitzens der ersten Schicht für 10 Minuten auf 180 °C bis 280 °C.
X: -O-, -S-, >CO, >C-R₂, >SO₂, -C(=O)-O-, -C(=O)-O-Φ-O-C(=0)-wobei R: -H, -CH₃, -CF₃, Y: S, Se, Te, m: 2, 4, 6, 8, 10 und n: drei oder mehr Oligomere oder Polymere
X: -0-, -S-, >CO, >C-R₂, >SO₂, -C(=O)-O-, -C(=O)-O-Φ-O-C(=O)-wobei R: -H, -CH₃, -CF₃, Y: S, Se, Te, m: 2, 4, 6, 8, 10 und n: drei oder mehr Oligomere oder Polymere
Verfahren zur Herstellung eines photoelektrischen Umwandlungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren ferner umfasst: einen Basisschicht-Bildungsschritt zur Bildung einer Basisschicht der aktiven Schicht durch Auftragen eines löslichen Porphyrins oder einer Phthalocyaninverbindung; und einen Basisschicht-Erhitzungsschritt des Erhitzens der Basisschicht auf 150 °C, wobei in dem Schritt der Bildung der ersten Schicht die erste Schicht durch Auftragen einer Mischung gebildet wird, die durch Zugabe des löslichen Porphyrins oder der Phthalocyaninverbindung, die für die Basisschicht verwendet wird, zu dem Vorläufer nach dem Basisschicht-Erhitzungsschritt erhalten wird.
Optischer Sensor, der umfasst: ein Substrat; und einen auf dem Substrat gestapelten Sensor, wobei der Sensor ein photoelektrisches Umwandlungselement umfasst, das eine Erfassungselektrode, eine Elektronentransportschicht, eine aktive Schicht, eine Lochtransportschicht und eine Gegenelektrode enthält und auf dem Substrat gestapelt ist, und die aktive Schicht aus einem Material auf Polyimidbasis mit einer sich wiederholenden Einheit besteht, die durch die folgende chemische Formel 5 dargestellt wird.
Optischer Sensor nach Anspruch 5, der ferner einen optischen Filter umfasst, der auf den Sensor gestapelt ist, wobei der optische Filter direkt auf dem Sensor bereitgestellt ist.