DE112020000885T5

DE112020000885T5 - Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020000885T5
Application number: DE112020000885.1T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Kawata
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2021-11-11
Also published as: US20210384453A1; JPWO2020188959A1; WO2020188959A1; JP7220775B2; US11943943B2

Abstract

Eine Detektionsvorrichtung enthält ein Substrat, mehrere Detektionselektroden, die in einem Detektionsbereich des Substrats angeordnet sind, eine organische Halbleiterschicht, die die Detektionselektroden abdeckt, und eine Gegenelektrode, die über der organischen Halbleiterschicht vorgesehen ist. Die organische Halbleiterschicht enthält eine erste Halbleiterschicht des P-Typs und/oder eine erste Halbleiterschicht des N-Typs und eine aktive Schicht. Die aktive Schicht ist in jedem überlappenden Bereich, der mit einer entsprechenden Detektionselektrode überlappt, vorgesehen und besitzt eine Struktur, in der ein Halbleiterbereich des P-Typs und ein Halbleiterbereich des N-Typs gemischt sind und nebeneinander bestehen. Die erste Halbleiterschicht des P-Typs oder die erste Halbleiterschicht des N-Typs ist in einem nicht überlappenden Bereich, der nicht mit der Detektionselektrode überlappt, vorgesehen und ist zwischen den benachbarten aktiven Schichten vorgesehen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektionsvorrichtung.
Hintergrund
Heutzutage sind optische Biosensoren als Biosensoren bekannt, die z. B. zur persönlichen Authentifizierung verwendet werden. Zum Beispiel sind Fingerabdrucksensoren und Venensensoren als optische Biosensoren bekannt. Ein derartiger optischer Biosensor enthält ein fotoelektrisches Umsetzelement wie z. B. eine Fotodiode. Das fotoelektrische Umsetzelement gibt ein Signal aus, das sich mit einer Menge von bestrahlendem Licht ändert. Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technik, die eine organische fotoelektrische Schicht, die durch organische Halbleiter gebildet ist, als die fotoelektrischen Umsetzelemente verwendet. In der Patentliteratur 1 sind die organische fotoelektrische Schicht und eine obere durchsichtige Elektrodenschicht in dieser Reihenfolge über mehreren Detektionselektroden (einer unteren durchsichtigen Elektrodenschicht in der Patentliteratur 1) vorgesehen.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2017-112376
Zusammenfassung
Technisches Problem
In der Patentliteratur 1 kann, da die organische fotoelektrische Schicht über den Detektionselektroden vorgesehen ist, ein Leckstrom zwischen den benachbarten Detektionselektroden auftreten. Deshalb kann es, wenn die Technik der Patentliteratur 1 auf einen optischen Biosensor angewendet wird, schwierig sein, eine hohe Auflösung bei der Detektion zu erreichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Detektionsvorrichtung zu schaffen, die den Leckstrom zwischen den Detektionselektroden verringern kann.
Lösung des Problems
Eine Detektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Substrat; mehrere Detektionselektroden, die in einem Detektionsbereich des Substrats angeordnet sind; eine organische Halbleiterschicht, die die Detektionselektroden abdeckt; und eine Gegenelektrode, die über der organischen Halbleiterschicht vorgesehen ist. Die organische Halbleiterschicht enthält eine erste Halbleiterschicht des P-Typs und/oder eine erste Halbleiterschicht des N-Typs und eine aktive Schicht. Die aktive Schicht ist in jedem überlappenden Bereich, der mit einer entsprechenden Detektionselektrode überlappt, vorgesehen und besitzt eine Struktur, in der ein Halbleiter des P-Typs und ein Halbleiter des N-Typs gemischt sind und nebeneinander bestehen. Die erste Halbleiterschicht des P-Typs oder die erste Halbleiterschicht des N-Typs ist in einem nicht überlappenden Bereich, der nicht mit der Detektionselektrode überlappt, vorgesehen und ist zwischen den benachbarten aktiven Schichten vorgesehen.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die eine Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Schaltplan, der die Detektionsvorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein Schaltplan, der einen Detektionsteilbereich veranschaulicht.
5 ist eine Draufsicht, die die Detektionsteilbereiche der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
6 ist eine VI-VI' Schnittansicht von 5.
7 ist eine VII-VII' Schnittansicht von 5.
8 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
9 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration einer Detektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
10 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration einer Anzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 ist eine Schnittansicht, die eine Pufferschicht einer Detektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Aspekte (Ausführungsformen) zum Ausführen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beschreibung der Ausführungsformen, die unten gegeben ist, beschränkt. Komponenten, die unten beschrieben werden sollen, enthalten solche, die durch Fachleute einfach konzipiert werden können, oder solche, die im Wesentlichen identisch zu ihnen sind. Außerdem können die Komponenten, die unten beschrieben werden sollen, geeignet kombiniert werden. Das hier Offenbarte ist lediglich ein Beispiel und die vorliegende Erfindung umfasst selbstverständlich geeignete Änderungen, die durch Fachleute einfach konzipiert werden können, während der Hauptinhalt der Erfindung aufrechterhalten wird. Um die Beschreibung weiter zu verdeutlichen, veranschaulichen die Zeichnungen in einigen Fällen z. B. Breiten, Dicken und Formen verschiedener Abschnitte im Vergleich zu ihren tatsächlichen Aspekten schematisch. Allerdings sind sie lediglich Beispiele und die Interpretation der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Das gleiche Element wie eines, das in einer Zeichnung veranschaulicht ist, die bereits diskutiert wurde, wird wo angemessen über die Beschreibung und die Zeichnungen durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet und seine genaue Beschreibung wird in einigen Fällen nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Draufsicht, die eine Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält eine Detektionsvorrichtung 1 ein isolierendes Substrat 21, einen Sensor 10, eine Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15, eine Signalleitungs-Auswahlschaltung 16, eine Detektionsschaltung 48, eine Steuerschaltung 102 und eine Stromversorgungsschaltung 103.
Wie in 1 veranschaulicht ist, ist eine Steuerplatine 101 über eine flexible gedruckte Leiterplatte 71 an das isolierende Substrat 21 elektrisch gekoppelt. Die flexible gedruckte Leiterplatte 71 ist mit der Detektionsschaltung 48 versehen. Die Steuerplatine 101 ist mit der Steuerschaltung 102 und der Stromversorgungsschaltung 103 versehen. Die Steuerschaltung 102 ist z. B. ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA). Die Steuerschaltung 102 liefert Steuersignale zu dem Sensor 10, der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16, um eine Detektionsoperation des Sensors 10 zu steuern. Die Stromversorgungsschaltung 103 liefert Spannungssignale, die z. B. ein Stromversorgungssignal SVS (siehe 4) enthalten, zu dem Sensor 10 und der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15.
Das isolierende Substrat 21 besitzt einen Detektionsbereich AA und einen Umfangsbereich GA. Die Detektionsbereich AA ist ein Bereich, der mit mehreren Detektionselektroden 35, einer Gegenelektrode 36 und einer organische Halbleiterschicht 31, die im Sensor 10 enthalten sind, überlappt. Der Umfangsbereich GA ist ein Bereich außerhalb des Detektionsbereichs AA und ist ein Bereich, der mit den Detektionselektroden 35 nicht überlappt. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 sind im Umfangsbereich GA vorgesehen.
Der Sensor 10 enthält die organische Halbleiterschicht 31, die Detektionselektroden 35 und die Gegenelektrode 36. Die Detektionselektroden 35 sind im Detektionsbereich AA des isolierenden Substrats 21 angeordnet. Die organische Halbleiterschicht 31 ist im gesamten Detektionsbereich AA kontinuierlich vorgesehen, derart, dass sie die Detektionselektroden 35 abdeckt. Die Gegenelektrode 36 ist über der organischen Halbleiterschicht 31 vorgesehen. Die organische Halbleiterschicht 31, sämtliche Detektionselektroden 35 und die Gegenelektrode 36 bilden ein fotoelektrisches Umsetzelement PD (eine Fotodiode) in einem Bereich, der mit einer entsprechenden Detektionselektrode 35 überlappt. Mit anderen Worten sind die fotoelektrischen Umsetzelemente PD entsprechend den jeweiligen Detektionselektroden 35 vorgesehen und sind im Detektionsbereich AA angeordnet.
Wie in 2 veranschaulicht ist, enthält die Detektionsvorrichtung 1 ferner eine Detektionssteuereinheit 11 und eine Detektionsvorrichtung 40. Die Steuerschaltung 102 enthält einige oder alle Funktionen der Detektionssteuereinheit 11. Die Steuerschaltung 102 enthält auch einige oder alle Funktionen der Detektionsvorrichtung 40. In 1 ist die Detektionsschaltung 48 an der flexiblen gedruckten Leiterplatte 71 vorgesehen. Allerdings kann die Detektionsschaltung 48 in die Steuerschaltung 102 einbezogen sein.
Der Sensor 10 ist ein optischer Sensor, der die fotoelektrischen Umsetzelemente PD enthält. Jedes fotoelektrische Umsetzelement PD, das im Sensor 10 enthalten ist, gibt ein elektrisches Signal, das einem Licht, das darauf abgestrahlt wird, entspricht, als ein Detektionssignal Vdet zur Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 aus. Der Sensor 10 führt die Detektion in Reaktion auf ein Gate-Ansteuersignal VGCL, das von der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 geliefert wird, durch.
Die Detektionssteuereinheit 11 ist eine Schaltung, die jeweilige Steuersignale zu der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15, der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und der Detektionsvorrichtung 40 liefert, um ihren Betrieb zu steuern. Die Detektionssteuereinheit 11 liefert verschiedene Steuersignale, die z. B. ein Startsignal STV, ein Taktsignal CK und ein Rücksetzsignal RST1 enthalten, zur Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15. Die Detektionssteuereinheit 11 liefert auch verschiedene Steuersignale, die z. B. ein Auswahlsignal SEL enthalten, zur Signalleitungs-Auswahlschaltung 16.
Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 ist eine Schaltung, die mehrere Gate-Leitungen GCL (siehe 3) auf der Grundlage der verschiedenen Steuersignale ansteuert. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 wählt sequenziell oder gleichzeitig die Gate-Leitungen GCL und liefert die Gate-Ansteuersignale VGCL zu den gewählten Gate-Leitungen GCL. Durch diese Operation wählt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 die fotoelektrischen Umsetzelemente PD, die an die Gate-Leitungen GCL gekoppelt sind.
Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 ist eine Schalterschaltung, die mehrere Signalleitungen SGL sequenziell oder gleichzeitig wählt (siehe 3). Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 koppelt die gewählten Signalleitungen SGL auf der Grundlage des Auswahlsignals SEL, das von der Detektionssteuereinheit 11 geliefert wird, an die Detektionsschaltung 48. Durch diese Operation gibt die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 das Detektionssignal Vdet jedes fotoelektrischen Umsetzelements PD zur Detektionsvorrichtung 40 aus.
Die Detektionsvorrichtung 40 enthält die Detektionsschaltung 48, einen Signalprozessor 44, eine Koordinatenextraktionseinrichtung 45, einen Speicher 46 und eine Detektionszeitvorgabe-Steuereinheit 47. Die Detektionszeitvorgabe-Steuereinheit 47 steuert auf der Grundlage eines Steuersignals, das von der Detektionssteuereinheit 11 geliefert wird, die Detektionsschaltung 48, den Signalprozessor 44 und die Koordinatenextraktionseinrichtung 45 derart, dass sie synchron zueinander arbeiten.
Die Detektionsschaltung 48 ist z. B. eine analoge Frontendschaltung (AFE). Die Detektionsschaltung 48 ist eine Signalverarbeitungsschaltung, die Funktionen mindestens eines Detektionssignalverstärkers 42 und eines Analog/Digital-Umsetzers (A/D-Umsetzers) 43 besitzt. Der Detektionssignalverstärker 42 verstärkt das Detektionssignal Vdet. Der A/D-Umsetzer 43 setzt ein analoges Signal, das vom Detektionssignalverstärker 42 ausgegeben wird, in ein digitales Signal um.
Der Signalprozessor 44 ist eine Logikschaltung, die eine vorgegebene physikalische Größe, die in den Sensor 10 eingegeben wird, auf der Grundlage eines Ausgangssignals der Detektionsschaltung 48 detektiert. Wenn ein Finger Fg mit einem Detektionsbereich in Kontakt ist oder sich in seiner Nähe befindet, kann der Signalprozessor 44 Unebenheiten einer Oberfläche des Fingers Fg oder einer Handfläche auf der Grundlage des Signals von der Detektionsschaltung 48 detektieren. Der Signalprozessor 44 kann auf der Grundlage des Signals von der Detektionsschaltung 48 auch biologische Informationen detektieren. Beispiele der biologischen Informationen enthalten ein Blutgefäßbild des Fingers Fg oder der Handfläche, eine Pulswelle, einen Pulsschlag und eine Blutsauerstoffkonzentration.
Der Speicher 46 speichert vorübergehend ein Signal, das durch den Signalprozessor 44 berechnet wurde. Der Speicher 46 kann z. B. ein Schreib-/Lese-Speicher (RAM) oder eine Registerschaltung sein.
Die Koordinatenextraktionseinrichtung 45 ist eine Logikschaltung, die detektierte Koordinaten der Unebenheiten der Oberfläche z. B. des Fingers Fg erhält, wenn der Kontakt oder die Nähe des Fingers Fg durch den Signalprozessor 44 detektiert wird. Die Koordinatenextraktionseinrichtung 45 kombiniert die Detektionssignale Vdet, die von den fotoelektrischen Umsetzelementen PD des Sensors 10 ausgeben werden, um zweidimensionale Informationen, die eine Form der Unebenheiten der Oberfläche z. B. des Fingers Fg repräsentieren, und zweidimensionale Informationen, die Formen von Blutgefäßen des Fingers Fg und der Handfläche repräsentieren, zu erzeugen. Die Koordinatenextraktionseinrichtung 45 kann die Detektionssignale Vdet als Sensorausgaben Vo ausgeben, ohne die detektierten Koordinaten zu berechnen.
Im Folgenden wird ein Schaltungskonfigurationsbeispiel und ein Betriebsbeispiel der Detektionsvorrichtung 1 beschrieben. 3 ist ein Schaltplan, der die Detektionsvorrichtung veranschaulicht. 4 ist ein Schaltplan, der einen Detektionsteilbereich veranschaulicht.
Wie in 3 veranschaulicht ist, besitzt der Sensor 10 mehrere Detektionsteilbereiche PAA, die in einer Matrix, die eine Zeilen-/Spalten-Konfiguration besitzt, angeordnet sind. Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält jeder Detektionsteilbereich PAA das fotoelektrische Umsetzelement PD, ein kapazitives Element Ca und ein erstes Schaltelement Tr. Das erste Schaltelement Tr ist entsprechend jeder der Detektionselektroden 35, die im fotoelektrischen Umsetzelement PD enthalten sind, vorgesehen. Das erste Schaltelement Tr ist durch einen Dünnschichttransistor gebildet und ist in diesem Beispiel durch einen N-Kanal-Metalloxidhalbleiter-Dünnschichttransistor (NMOS-TFT) gebildet. Das Gate des ersten Schaltelements Tr ist an jede Gate-Leitung GCL gekoppelt. Die Source des ersten Schaltelements Tr ist an jede Signalleitung SGL gekoppelt. Der Drain des ersten Schaltelements Tr ist an die Anode des fotoelektrischen Umsetzelements PD und das kapazitive Element Ca gekoppelt.
Die Kathode des fotoelektrischen Umsetzelements PD wird mit dem Stromversorgungssignal SVS von der Stromversorgungsschaltung 103 versorgt. Das fotoelektrische Umsetzelement PD wird in einem Sperrvorbelastungszustand angesteuert. Das kapazitive Element Ca wird von der Stromversorgungsschaltung 103 mit einem Bezugssignal VR1 versorgt, das als ein Anfangspotential des kapazitiven Elements Ca dient.
Wenn der Detektionsteilbereich PAA mit Licht bestrahlt wird, fließt ein Strom, der einer Menge der Lichts entspricht, durch das fotoelektrische Umsetzelement PD. Als Ergebnis wird eine elektrische Ladung im kapazitiven Element Ca gespeichert. Nachdem das erste Schaltelement Tr eingeschaltet worden ist, fließt ein Strom, der der elektrischen Ladung, die im kapazitiven Element Ca gespeichert ist, entspricht, durch die Signalleitung SGL. Die Signalleitung SGL ist über die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 an die Detektionsschaltung 48 gekoppelt. Somit kann die Detektionsvorrichtung 1 für jeden Detektionsteilbereiche PAA ein Signal, das der Menge des Lichts, das zum fotoelektrischen Umsetzelement PD abgestrahlt wird, entspricht, detektieren.
Wie in 3 veranschaulicht ist, verlaufen die Gate-Leitungen GCL in einer ersten Richtung Dx und sind an die Detektionsteilbereiche PAA, die in der ersten Richtung Dx angeordnet sind, gekoppelt. Mehrere Gate-Leitungen GCL1, GCL2, ..., GCL8 sind in einer zweiten Richtung Dy angeordnet und sind jeweils an die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 gekoppelt. In der folgenden Beschreibung werden die Gate-Leitungen GCL1, GCL2, ..., GCL8 jeweils einfach als die Gate-Leitung GCL bezeichnet, wenn sie nicht voneinander unterschieden werden müssen. Obwohl die Anzahl der Gate-Leitungen GCL acht ist, ist dies lediglich ein Beispiel. Acht oder mehr wie z. B. 256 Gate-Leitungen GCL können angeordnet sein.
Die erste Richtung Dx ist eine Richtung in einer Ebene parallel zum isolierenden Substrat 21 und ist z. B. eine Richtung parallel zu den Gate-Leitungen GCL. Die zweite Richtung Dy ist eine Richtung in einer Ebene parallel zum isolierenden Substrat 21 und ist eine Richtung senkrecht zur ersten Richtung Dx. Die zweite Richtung Dy kann die erste Richtung Dx schneiden, ohne zu ihr senkrecht zu sein.
Die Signalleitungen SGL verlaufen in der zweiten Richtung Dy und sind an die Detektionsteilbereiche PAA, die in der zweiten Richtung Dy angeordnet sind, gekoppelt. Mehrere Signalleitungen SGL1, SGL2, ..., SGL12 sind in der ersten Richtung Dx angeordnet und sind jeweils an die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und eine Rücksetzschaltung 17 gekoppelt. Obwohl die Anzahl der Signalleitungen SGL 12 ist, ist dies lediglich ein Beispiel. Zwölf oder mehr wie z. B. 252 Signalleitungen SGL können angeordnet sein. In 3 ist der Sensor 10 zwischen der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und der Rücksetzschaltung 17 vorgesehen. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und die Rücksetzschaltung 17 können an dieselben Enden der Signalleitungen SGL gekoppelt sein.
Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 empfängt die verschiedenen Steuersignale wie z. B. das Startsignal STV, das Taktsignal CK und das Rücksetzsignal RST1 durch einen Pegelschieber 151. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 enthält mehrere zweite Schaltelemente TrG (siehe 6) und wählt sequenziell die Gate-Leitungen GCL1, GCL2, ..., GCL8 in einer Zeitmultiplexweise durch Betätigungen der zweiten Schaltelemente TrG. Die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 liefert die Gate-Ansteuersignale VGCL über die gewählten Gate-Leitungen GCL zu den ersten Schaltelementen Tr. Diese Operation wählt die Detektionsteilbereiche PAA, die in der ersten Richtung Dx angeordnet sind, als Detektionsziele.
Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 enthält mehrere Auswahlsignalleitungen Lsel, mehrere Ausgangssignalleitungen Lout und dritte Schaltelemente TrS. Die dritten Schaltelemente TrS sind entsprechend den jeweiligen Signalleitungen SGL vorgesehen. Sechs der Signalleitungen SGL1, SGL2, ..., SGL6 sind an eine gemeinsame Ausgangssignalleitung Lout1 gekoppelt. Sechs der Signalleitungen SGL7, SGL8, ..., SGL12 sind an eine gemeinsame Ausgangssignalleitung Lout2 gekoppelt. Die Ausgangssignalleitungen Lout1 und Lout2 sind jeweils an die Detektionsschaltung 48 gekoppelt.
Die Signalleitungen SGL1, SGL2, ..., SGL6 sind in einen ersten Signalleitungsblock gruppiert und die Signalleitungen SGL7, SGL8, ..., SGL12 sind in einen zweiten Signalleitungsblock gruppiert. Die Auswahlsignalleitungen Lsel sind an die Gates der jeweiligen dritten Schaltelemente TrS, die in einem der Signalleitungsblöcke enthalten sind, gekoppelt. Eine Auswahlsignalleitung Lsel ist an die Gates der dritten Schaltelemente TrS in den Signalleitungsblöcken gekoppelt. Speziell sind die Auswahlsignalleitungen Lsel1, Lsel2, ..., Lsel6 an die dritten Schaltelemente TrS, die den Signalleitungen SGL1, SGL2, ..., SGL6 entsprechen, gekoppelt. Eine Auswahlsignalleitung Lsel1 ist an eines der dritten Schaltelemente TrS, die der Signalleitung SGL1 entsprechen, und eines der dritten Schaltelemente TrS, die der Signalleitung SGL7 entsprechen, gekoppelt. Auf dieselbe Weise ist die Auswahlsignalleitung Lsel2 an eines der dritten Schaltelemente TrS, die der Signalleitung SGL2 entsprechen, und eines der dritten Schaltelemente TrS, die der Signalleitung SGL8 entsprechen, gekoppelt.
Die Steuerschaltung 102 (siehe 1) liefert sequenziell die Auswahlsignale SEL über Pegelschieber 161 zu den Auswahlsignalleitungen Lsel. Diese Operation veranlasst die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16, die dritten Schaltelemente TrS zu betätigen, um die Signalleitungen SGL in einem der Signalleitungsblöcke in einer Zeitmultiplexweise sequenziell zu wählen. Die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 wählt gleichzeitig eine Signalleitung SGL in jedem Signalleitungsblock. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann die Detektionsvorrichtung 1 die Anzahl integrierter Schaltungen (ICs), die die Detektionsschaltung 48 enthalten, oder die Anzahl von Anschlüssen der ICs verringern.
Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält die Rücksetzschaltung 17 eine Bezugssignalleitung Lvr, eine Rücksetzsignalleitung Lrst und vierte 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 liefert ein Rücksetzsignal RST2 durch einen Pegelschieber 171 zur Rücksetzsignalleitung Lrst. Diese Operation schaltet die vierten Schaltelemente TrR ein, um die Signalleitungen SGL an die Bezugssignalleitung Lvr elektrisch zu koppeln. Die Stromversorgungsschaltung 103 liefert das Bezugssignal VR1 zur Bezugssignalleitung Lvr. Diese Operation liefert das Bezugssignal VR1 zu den kapazitiven Elementen Ca, die in den Detektionsteilbereichen PAA enthalten sind.
Die Detektionsvorrichtung 1 enthält einen Rücksetzzeitraum, einen Belichtungszeitraum und einen Lesezeitraum. Die Stromversorgungsschaltung 103 liefert das Stromversorgungssignal SVS über den Rücksetzzeitraum, den Belichtungszeitraum und den Lesezeitraum zur Kathode des fotoelektrischen Umsetzelements PD. Während des Rücksetzzeitraums wählt die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 sequenziell die Gate-Leitungen GCL und liefert sequenziell die Gate-Ansteuersignale VGCL zu den Gate-Leitungen GCL. Somit werden während des Rücksetzzeitraums die kapazitiven Elemente Ca von allen Detektionsteilbereichen PAA an die Signalleitungen SGL sequenziell elektrisch gekoppelt und werden mit dem Bezugssignal VR1 versorgt. Als Ergebnis werden Kapazitäten der kapazitiven Elemente Ca zurückgesetzt.
Während des Belichtungszeitraums sind die jeweiligen ersten Schaltelemente Tr ausgeschaltet und fließt der Strom, der dem Licht, das das fotoelektrische Umsetzelement PD bestrahlt, entspricht, in jedem Detektionsteilbereich PAA. Als Ergebnis ist die elektrische Ladung in jedem kapazitiven Element Ca gespeichert.
Während des Lesezeitraums liefert die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 sequenziell die Gate-Ansteuersignale VGCL zu den Gate-Leitungen GCL. Diese Operation schaltet die jeweiligen ersten Schaltelemente Tr ein. Die Steuerschaltung 102 liefert sequenziell Auswahlsignale SEL1, ..., SEL6 zur Signalleitungs-Auswahlschaltung 16. Diese Operation koppelt sequenziell oder gleichzeitig die Signalleitungen SGL der Detektionsteilbereiche PAA, die durch die Gate-Ansteuersignale VGCL gewählt wurden, an die Detektionsschaltung 48. Als Ergebnis werden die Detektionssignale Vdet pro Detektionsteilbereich PAA zur Detektionsschaltung 48 geliefert.
Die Detektionsvorrichtung 1 kann die Detektion durch wiederholtes Durchführen der Verarbeitung während des Rücksetzzeitraums, des Belichtungszeitraums und des Lesezeitraums durchführen. Alternativ kann die Detektionsvorrichtung 1 die Detektionsoperation starten, wenn sie detektiert hat, dass der Finger Fg z. B. mit der Detektionsoberfläche in Kontakt oder in ihrer Nähe ist. Wenn der Detektionsteilbereiche PAA eine Konfiguration besitzen, die die kapazitiven Elemente Ca nicht enthält, kann die Verarbeitung während des Belichtungszeitraums und des Lesezeitraums während desselben Zeitraums durchgeführt werden. In diesem Fall koppelt das erste Schaltelement Tr das fotoelektrische Umsetzelement PD während des Belichtungszeitraums an die Signalleitung SGL. Als Ergebnis fließt der Strom, der dem bestrahlenden Licht entspricht, vom fotoelektrischen Umsetzelement PD zu jeder Signalleitung SGL.
Im Folgenden wird eine genaue Konfiguration der Detektionsvorrichtung 1 beschrieben. 5 ist eine Draufsicht, die die Detektionsteilbereiche der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform schematisch veranschaulicht. 6 ist eine VI-VI'-Schnittansicht von 5. Zur Vereinfachung des Betrachtens veranschaulicht 5 die Detektionselektroden 35 und dritte leitende Schichten 67 durch abwechselnd lang und doppelt kurz gestrichelte Linien. Um eine Beziehung zwischen einer Schichtstruktur des Detektionsbereichs AA und einer Schichtstruktur des Umfangsbereichs GA zu veranschaulichen, veranschaulicht 6 den Abschnitt, der entlang der Linie VI-VI' genommen wurde, und einen Teil eines Abschnitts des Umfangsbereichs GA, der eines der zweiten Schaltelemente TrG enthält, in einer schematisch verbundenen Weise. 6 veranschaulicht auch einen Teil eines Abschnitts des Umfangsbereichs GA, der einen Anschlussabschnitt 72 enthält, in einer schematisch verbunden Weise.
In der Beschreibung der Detektionsvorrichtung 1 wird in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des isolierenden Substrats 21 eine Richtung vom isolierenden Substrat 21 zur Gegenelektrode 36 des fotoelektrischen Umsetzelements PD als die „Oberseite“ oder einfach als „oben“ bezeichnet und wird eine Richtung von der Gegenelektrode 36 zum isolierenden Substrat 21 als die „Unterseite“ oder einfach als „unten“ bezeichnet. Der Begriff „Draufsicht“ bezieht sich auf eine Anordnungsbeziehung aus der Richtung senkrecht zur Oberfläche des isolierenden Substrats 21 gesehen.
Wie in 5 veranschaulicht ist, ist der Detektionsteilbereich PAA ein Bereich, der durch die Gate-Leitungen GCL und die Signalleitungen SGL umgeben ist. In der vorliegenden Ausführungsform enthält jede Gate-Leitung GCL eine erste Gate-Leitung GCLA und eine zweite Gate-Leitung GCLB. Die zweite Gate-Leitung GCLB ist derart vorgesehen, dass sie mit der ersten Gate-Leitung GCLA überlappt. Die erste Gate-Leitung GCLA und die zweite Gate-Leitung GCLB sind in verschiedenen Schichten vorgesehen, wobei Isolationsschichten (eine dritte anorganische Isolationsschicht 22c und eine vierte anorganische Isolationsschicht 22d (siehe 6)) dazwischen angeordnet sind. Die erste Gate-Leitung GCLA und die zweite Gate-Leitung GCLB sind an einer beliebigen Stelle elektrisch aneinandergekoppelt und werden mit den Gate-Ansteuersignale VGCL, die dasselbe Potential aufweisen, versorgt. Die erste Gate-Leitung GCLA und/oder die zweite Gate-Leitung GCLB ist an die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 gekoppelt. In 5 und 6 besitzt die erste Gate-Leitung GCLA eine von der zweiten Gate-Leitung GCLB verschiedene Breite. Allerdings kann die erste Gate-Leitung GCLA dieselbe Breite wie die zweite Gate-Leitung GCLB besitzen.
Jede Detektionselektrode 35 ist in dem Bereich vorgesehen, der durch die Gate-Leitungen GCL und die Signalleitungen SGL umgeben ist. Die organische Halbleiterschicht 31 und die Gegenelektrode 36 sind kontinuierlich vorgesehen, derart, dass sie die Detektionselektroden 35, die Gate-Leitungen GCL, die Signalleitungen SGL und die ersten Schaltelemente Tr abdecken. Jede der dritten leitenden Schichten 67 ist in einem Bereich vorgesehen, der mit einer entsprechenden Detektionselektrode 35 überlappt, und ist derart vorgesehen, dass sie einen Abschnitt des ersten Schaltelements Tr abdeckt. Ein Metallmaterial wie z. B. Aluminium (AI), Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Molybdän (Mo) oder eine Legierung dieser Materialien wird als die dritte leitende Schicht 67 verwendet. Die dritte leitende Schicht 67 dient als eine reflektierende Schicht zum Reflektieren eines von außen einfallenden Lichts. Die dritte leitende Schicht 67 dient auch als eine Schutzschicht zum Schützen des ersten Schaltelements Tr.
Das erste Schaltelement Tr ist in der Nähe eines Schnittabschnitts zwischen der Gate-Leitung GCL und der Signalleitung SGL vorgesehen. Das erste Schaltelement Tr enthält einen ersten Halbleiter 61, eine Source-Elektrode 62, eine Drain-Elektrode 63, eine erste Gate-Elektrode 64A und eine zweite Gate-Elektrode 64B.
Ein Ende des ersten Halbleiters 61 ist über ein Kontaktloch H1 an die Source-Elektrode 62 gekoppelt. Das weitere Ende des ersten Halbleiters 61 ist über ein Kontaktloch H2 an die Drain-Elektrode 63 gekoppelt. Ein Abschnitt der Signalleitung SGL, der mit dem ersten Halbleiter 61 überlappt, dient als die Source-Elektrode 62. Ein Abschnitt der dritten leitenden Schicht 67, der mit dem ersten Halbleiter 61 überlappt, dient als die Drain-Elektrode 63. Die dritte leitende Schicht 67 ist über ein Kontaktloch H3 an die Detektionselektrode 35 gekoppelt. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht, dass das erste Schaltelement Tr zwischen Koppeln und Entkoppeln des fotoelektrischen Umsetzelements PD an bzw. von der Signalleitung SGL umschaltet.
Der erste Halbleiter 61 ist ein Oxidhalbleiter. Der erste Halbleiter 61 ist stärker bevorzugt unter Typen des Oxidhalbleiters ein durchsichtiger amorpher Oxidhalbleiter (TAOS). Ein Verwenden des Oxidhalbleiters als das erste Schaltelement Tr kann einen Leckstrom des ersten Schaltelements Tr verringern. Als Ergebnis kann die Detektionsvorrichtung 1 eine Verringerung der Empfindlichkeit einschränken, falls versucht wird, eine hohe Auflösung der Detektion zu erreichen.
Der erste Halbleiter 61 ist in der ersten Richtung Dx vorgesehen und schneidet die erste Gate-Elektrode 64A und die zweite Gate-Elektrode 64B. Die erste Gate-Elektrode 64A und die zweite Gate-Elektrode 64B sind derart vorgesehen, dass sie von der ersten Gate-Leitung GCLA bzw. der zweiten Gate-Leitung GCLB abzweigen. Mit anderen Worten dienen Abschnitte der ersten Gate-Leitung GCLA und der zweiten Gate-Leitung GCLB, die mit dem ersten Halbleiter 61 überlappen, als die erste Gate-Elektrode 64A bzw. die zweite Gate-Elektrode 64B. Aluminium (AI), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Molybdän (Mo) oder eine Legierung dieser Materialien wird als die erste Gate-Elektrode 64A und die zweite Gate-Elektrode 64B verwendet. Ein Kanalbereich ist in einem Abschnitt des ersten Halbleiters 61, der mit der ersten Gate-Elektrode 64A und der zweiten Gate-Elektrode 64B überlappt, gebildet.
Im Folgenden wird eine Schichtkonfiguration der Detektionsvorrichtung 1 beschrieben. Wie in 6 veranschaulicht ist, enthält ein Anordnungssubstrat 2 das isolierende Substrat 21, das erste Schaltelement Tr, das zweite Schaltelement TrG, eine erste leitende Schicht 65, eine zweite leitende Schicht 66, die dritte leitende Schicht 67, eine vierte leitende Schicht 68, eine erste anorganische Isolationsschicht 22a bis zu einer fünften anorganischen Isolationsschicht 22e, eine organische Isolationsschicht 23a, verschiedenen Typen von Verdrahtungen und dergleichen.
Das erste Schaltelement Tr ist über dem isolierenden Substrat 21 vorgesehen. Das isolierende Substrat 21 ist z. B. ein Glassubstrat. Alternativ kann das isolierende Substrat 21 ein Harzsubstrat oder eine dünne Harzschicht, das bzw. die aus einem Harz wie z. B. Polyimid gebildet ist, sein. Wenn die dünne Harzschicht als das isolierende Substrat 21 verwendet wird, kann das Anordnungssubstrat 2 derart gebildet sein, dass es eine gekrümmte Oberfläche besitzt, und somit ist die Detektionsvorrichtung 1 als ein Sensor konfiguriert, der eine gekrümmte Oberfläche besitzt, die der Form des Fingers Fg oder der Handfläche entspricht. In der Detektionsvorrichtung 1 ist das erste Schaltelement Tr, das den Oxidhalbleiter enthält, über dem isolierenden Substrat 21 gebildet. Als Ergebnis kann die Detektionsvorrichtung 1 einfach eine Fläche des Detektionsbereichs AA besitzen, die größer als die im Falle der Verwendung eines Halbleitersubstrats wie z. B. eines Siliziumsubstrats ist.
Die erste Gate-Elektrode 64A ist über dem isolierenden Substrat 21 vorgesehen, wobei eine erste anorganische Isolationsschicht 22a und eine zweite anorganische Isolationsschicht 22b dazwischen angeordnet sind. Zum Beispiel wird eine dünne Siliziumoxidschicht (SiO-Schicht), eine dünne Siliziumnitridschicht (SiN-Schicht) oder eine dünne Siliziumoxynitridschicht (SiON-Schicht) jeweils als jede der ersten anorganischen Isolationsschicht 22a bis zur fünften anorganischen Isolationsschicht 22e verwendet. Jede der anorganischen Isolationsschichten ist nicht auf eine einzelne Schicht beschränkt, sondern kann eine dünne laminierte Schicht sein.
Die dritte anorganische Isolationsschicht 22c ist über der zweiten anorganischen Isolationsschicht 22b vorgesehen, um die erste Gate-Elektrode 64A abzudecken. Der erste Halbleiter 61, eine erste leitende Schicht 65 und eine zweite leitende Schicht 66 sind über der dritten anorganischen Isolationsschicht 22c vorgesehen. Die erste leitende Schicht 65 ist derart vorgesehen, dass sie ein Ende des ersten Halbleiters 61, der an die Source-Elektrode 62 gekoppelt ist, abdeckt. Die zweite leitende Schicht 66 ist derart vorgesehen, dass sie ein Ende des ersten Halbleiters 61, der an die Drain-Elektrode 63 gekoppelt ist, abdeckt.
Die vierte anorganische Isolationsschicht 22d ist über der dritten anorganischen Isolationsschicht 22c vorgesehen, derart, dass sie den ersten Halbleiter 61, die erste leitende Schicht 65 und die zweite leitende Schicht 66 abdeckt. Die zweite Gate-Elektrode 64B ist über der vierten anorganischen Isolationsschicht 22d vorgesehen. Der erste Halbleiter 61 ist zwischen der ersten Gate-Elektrode 64A und der zweiten Gate-Elektrode 64B in einer Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 vorgesehen. Das heißt, das erste Schaltelement Tr besitzt eine sogenannte Doppel-Gate-Struktur. Allerdings kann das erste Schaltelement Tr eine Struktur mit unten liegendem Gate, in der die erste Gate-Elektrode 64A vorgesehen ist, während die zweite Gate-Elektrode 64B nicht vorgesehen ist, oder eine Struktur mit oben liegendem Gate, in der lediglich die zweite Gate-Elektrode 64B vorgesehen ist, ohne dass die erste Gate-Elektrode 64A vorgesehen ist, besitzen.
Die fünfte anorganische Isolationsschicht 22e ist über der vierten anorganischen Isolationsschicht 22d derart vorgesehen, dass sie die zweite Gate-Elektrode 64B abdeckt. Die Source-Elektrode 62 (die Signalleitung SGL) und die Drain-Elektrode 63 (die dritte leitende Schicht 67) sind über der fünften anorganischen Isolationsschicht 22e vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Drain-Elektrode 63 die dritte leitende Schicht 67, die über dem ersten Halbleiter 61 vorgesehen ist, wobei die vierte anorganische Isolationsschicht 22d und die fünfte anorganische Isolationsschicht 22e dazwischen angeordnet sind.
Die vierte anorganische Isolationsschicht 22d und die fünfte anorganische Isolationsschicht 22e sind mit dem Kontaktloch H1 und dem Kontaktloch H2 versehen. Die erste leitende Schicht 65 ist bei der Unterseite des Kontaktlochs H1 freigelegt. Die Source-Elektrode 62 ist über das Kontaktloch H1 und die erste leitende Schicht 65 an den ersten Halbleiter 61 elektrisch gekoppelt. Auf dieselbe Weise ist die zweite leitende Schicht 66 bei der Unterseite des Kontaktlochs H2 freigelegt. Die Drain-Elektrode 63 ist über das Kontaktloch H2 und die zweite leitende Schicht 66 an den ersten Halbleiter 61 elektrisch gekoppelt.
Die erste leitende Schicht 65 ist in einem Abschnitt vorgesehen, der mindestens mit der Unterseite des Kontaktlochs H1 zwischen der Source-Elektrode 62 und dem ersten Halbleiter 61 überlappt, und kontaktiert den ersten Halbleiter 61. Die zweite leitende Schicht 66 ist in einem Abschnitt vorgesehen, der mindestens die Unterseite des Kontaktlochs H2 zwischen der Drain-Elektrode 63 und dem ersten Halbleiter 61 überlappt, und kontaktiert den ersten Halbleiter 61. Da die Detektionsvorrichtung 1 mit der ersten leitenden Schicht 65 und der zweiten leitenden Schicht 66 versehen ist, kann eingeschränkt werden, dass der erste Halbleiter 61 durch eine Ätzlösung entfernt wird, wenn die Kontaktlöcher H1 und H2 durch Ätzen gebildet werden. Das heißt, in der Detektionsvorrichtung 1 können die ersten Schaltelemente Tr im Detektionsbereich AA und die zweiten Schaltelemente TrG im Umfangsbereich GA im selben Prozess gebildet werden, so dass die Herstellungskosten verringert werden können.
Ein Metallmaterial wie z. B. Aluminium (AI), Kupfer (Cu), Silber (Ag) oder Molybdän (Mo) oder eine Legierung dieser Materialien wird als die erste leitende Schicht 65 und die zweite leitende Schicht 66 ebenso wie die dritte leitende Schicht 67 verwendet. Die erste leitende Schicht 65 und die zweite leitende Schicht 66 müssen lediglich aus einem Leitermaterial hergestellt sein, das ein Fortschreiten des Ätzens einschränkt, wenn die Kontaktlöcher H1 und H2 gebildet werden.
Die dritte leitende Schicht 67 ist in einem Bereich vorgesehen, der mit dem fotoelektrischen Umsetzelement PD in der Draufsicht überlappt. Die dritte leitende Schicht 67 ist auch über dem ersten Halbleiter 61, der ersten Gate-Elektrode 64A und der zweiten Gate-Elektrode 64B vorgesehen. Das heißt, die dritte leitende Schicht 67 ist in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 zwischen dem ersten Schaltelement Tr und dem fotoelektrischen Umsetzelement PD vorgesehen. Diese Konfiguration verursacht, dass die dritte leitende Schicht 67 eine Funktion als eine Schutzschicht zum Schützen des ersten Schaltelements Tr, wenn das fotoelektrische Umsetzelement PD auf dem Anordnungssubstrat 2 gebildet ist, besitzt.
Die zweite leitende Schicht 66 verläuft derart, dass sie der dritten leitenden Schicht 67 in einem Bereich zugewandt ist, der nicht mit dem ersten Halbleiter 61 überlappt. Eine vierte leitende Schicht 68 ist über der vierten anorganischen Isolationsschicht 22d in einem Bereich vorgesehen, der nicht mit dem ersten Halbleiter 61 überlappt. Die vierte leitende Schicht 68 ist zwischen der zweiten leitenden Schicht 66 und der dritten leitenden Schicht 67 vorgesehen. Diese Konfiguration bildet eine Kapazität zwischen der zweiten leitenden Schicht 66 und der vierten leitenden Schicht 68 und eine Kapazität zwischen der dritten leitenden Schicht 67 und der vierten leitenden Schicht 68. Die Kapazitäten, die durch die zweite leitende Schicht 66, die dritte leitende Schicht 67 und die vierte leitende Schicht 68 gebildet sind, dienen als eine Kapazität des kapazitiven Elements Ca, das in 4 veranschaulicht ist.
Die organische Isolationsschicht 23a ist über der fünften anorganischen Isolationsschicht 22e derart vorgesehen, dass sie die Source-Elektrode 62 (die Signalleitung SGL) und die Drain-Elektrode 63 (die dritte leitende Schicht 67) abdeckt. Die organische Isolationsschicht 23a ist eine Planarisierungsschicht, die Unebenheiten ebnet, die durch die ersten Schaltelemente Tr und verschiedene Typen leitender Schichten gebildet sind.
Das fotoelektrische Umsetzelement PD enthält die organische Halbleiterschicht 31, die Detektionselektrode 35 und die Gegenelektrode 36.
Das fotoelektrische Umsetzelement PD ist über der organischen Isolationsschicht 23a des Anordnungssubstrats 2 vorgesehen und ist in der Reihenfolge der Detektionselektrode 35, der organischen Halbleiterschicht 31 und der Gegenelektrode 36 in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 gestapelt.
Die Detektionselektrode 35 ist die Anode des fotoelektrischen Umsetzelements PD und ist eine Elektrode zum Lesen des Detektionssignals Vdet. Die Detektionselektrode 35 ist über das Kontaktloch H3, das in der organischen Isolationsschicht 23a vorgesehen ist, an die dritte leitende Schicht 67 elektrisch gekoppelt. Zum Beispiel wird ein Metallmaterial wie z. B. Molybdän (Mo) oder Aluminium (AI) als die Detektionselektrode 35 verwendet. Alternativ kann die Detektionselektrode 35 eine dünne laminierte Schicht sein, die mehrere gestapelte Schichten dieser Metallmaterialien besitzt. Die Detektionselektrode 35 kann aus einem lichtdurchlässigen Leitermaterial wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO) bestehen.
Die organische Halbleiterschicht 31 ist über den Detektionselektroden 35 kontinuierlich vorgesehen. Zum Beispiel kann ein organisches Material mit geringem Molekulargewicht wie z. B. C60 (Fulleren), Phenyl-C61-Buttersäuremethylester (PCBM), Kupferphthalocyanin (CuPc), fluoriertes Phthalocyanin (F16CuPc), Rubren (5,6,11,12-Tetraphenyltetrazen) oder PDI (ein Derivat von Perylen) als ein Material der organischen Halbleiterschicht 31 verwendet werden.
Ein Material, das durch Kombinieren beliebiger der oben gelisteten organischen Materialien mit geringem Molekulargewicht mit einem organischen Polymermaterial erhalten wird, wird als die organische Halbleiterschicht 31 verwendet. Zum Beispiel kann Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT) oder F8-Alt-Benzothiadiazol (F8BT) als das organische Polymermaterial verwendet werden. Die organische Halbleiterschicht 31 kann eine dünne Schicht in einem Zustand einer Mischung (die eine Meer-Insel-Struktur besitzt) von P3HT und PCBM oder eine dünne Schicht in einem Zustand einer Mischung von F8BT und PDI sein. Eine genaue Konfiguration der organischen Halbleiterschicht 31 wird später beschrieben.
Die Gegenelektrode 36 ist über der organischen Halbleiterschicht 31 vorgesehen. Das heißt, die einzelne Gegenelektrode 36 ist den Detektionselektroden 35 zugewandt. Die Gegenelektrode 36 ist die Kathode des fotoelektrischen Umsetzelements PD und ist eine Elektrode zum Anlegen eines gemeinsamen Potentials an die fotoelektrischen Umsetzelemente PD, indem sie mit dem Stromversorgungssignal SVS versorgt werden. Die Gegenelektrode 36 ist eine lichtdurchlässige Leiterschicht z. B. aus ITO. Licht L2, das durch den Finger Fg oder die Handfläche reflektiert wird (siehe 10), durchläuft die Gegenelektrode 36 und tritt in die organische Halbleiterschicht 31 ein. In der vorliegenden Ausführungsform dient die Detektionselektrode 35 als die Anode und dient die Gegenelektrode 36 als die Kathode. Allerdings kann die Konfiguration umgekehrt sein. Das heißt, die Detektionselektrode 35 kann als die Kathode dienen und die Gegenelektrode 36 kann als die Anode dienen.
Der Umfangsbereich GA ist mit den zweiten Schaltelementen TrG, die in der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 enthalten sind, versehen. Jedes der zweiten Schaltelemente TrG ist auf demselben isolierenden Substrat 21 wie das erste Schaltelement Tr vorgesehen. Das zweite Schaltelement TrG enthält einen zweiten Halbleiter 81, eine Source-Elektrode 82, eine Drain-Elektrode 83 und eine Gate-Elektrode 84.
Der zweite Halbleiter 81 besteht aus Polysilizium. Der zweite Halbleiter 81 besteht stärker bevorzugt aus Niedertemperaturpolysilizium (das im Folgenden als polykristallines Niedertemperatursilizium (LTPS) bezeichnet wird). Das zweite Schaltelement TrG unter Verwendung von LTPS kann bei einer Prozesstemperatur von 600 Grad Celsius oder niedriger erzeugt werden. Deshalb können Schaltungen wie z. B. die Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 und die Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 auf demselben Substrat wie das erste Schaltelement Tr gebildet sein. Polysilizium besitzt eine höhere Trägermobilität als α-Si. Deshalb kann die Detektionsvorrichtung 1 die Größe der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 im Vergleich zu einem Fall unter Verwendung von α-Si als das zweite Schaltelement TrG verringern. Als Ergebnis kann die Detektionsvorrichtung 1 die Fläche des Umfangsbereichs GA verringern. Das zweite Schaltelement TrG unter Verwendung von Polysilizium besitzt eine höhere Zuverlässigkeit, als unter Verwendung von α-Si erhalten wird.
Der zweite Halbleiter 81 ist über der ersten anorganischen Isolationsschicht 22a vorgesehen. Das heißt, der erste Halbleiter 61 des ersten Schaltelements Tr ist bei einer Position vorgesehen, die vom isolierenden Substrat 21 in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 weiter als der zweite Halbleiter 81 des zweiten Schaltelements TrG entfernt ist. Diese Konfiguration ermöglicht, dass der zweite Halbleiter 81, der aus Polysilizium gebildet ist, und der erste Halbleiter 61, der aus dem Oxidhalbleiter gebildet ist, auf demselben isolierenden Substrat 21 gebildet werden kann.
Die Gate-Elektrode 84 ist über dem zweiten Halbleiter 81 vorgesehen, wobei die zweite anorganische Isolationsschicht 22b dazwischen angeordnet ist. Die Gate-Elektrode 84 ist in derselben Schicht wie die zweite Gate-Elektrode 64B vorgesehen. Das zweite Schaltelement TrG besitzt die sogenannte Struktur mit oben liegendem Gate. Allerdings kann das zweite Schaltelement TrG die Doppel-Gate-Struktur oder die Struktur mit unten liegendem Gate besitzen.
Die Source-Elektrode 82 und die Drain-Elektrode 83 sind über der fünften anorganischen Isolationsschicht 22e vorgesehen. Die Source-Elektrode 82 und die Drain-Elektrode 83 sind in derselben Schicht wie die Source-Elektrode 62 und die Drain-Elektrode 63 des ersten Schaltelements Tr vorgesehen. Kontaktlöcher H4 und H5 sind von der zweiten anorganischen Isolationsschicht 22b bis zur fünften anorganischen Isolationsschicht 22e vorgesehen. Die Source-Elektrode 82 ist über das Kontaktloch H4 an den zweiten Halbleiter 81 elektrisch gekoppelt. Die Drain-Elektrode 83 ist über das Kontaktloch H5 an den zweiten Halbleiter 81 elektrisch gekoppelt. Die Kontaktlöcher H1 und H2 und die Kontaktlöcher H4 und H5 der Detektionsvorrichtung 1 können im selben Prozess gebildet werden, weil das erste Schaltelement Tr mit der ersten leitenden Schicht 65 und der zweiten leitenden Schicht 66 versehen ist.
Jedes der dritten Schaltelemente TrS, die in der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 enthalten sind, und jedes der vierten Schaltelemente TrR, die in der Rücksetzschaltung 17, die in 3 veranschaulicht ist, enthalten sind, können dieselbe Konfiguration besitzen wie das zweite Schaltelement TrG. Das heißt, der Halbleiter jedes der dritten Schaltelemente TrS und der vierten Schaltelemente TrR besteht aus Polysilizium und besteht stärker bevorzugt aus LTPS. In diesem Fall kann die Detektionsvorrichtung 1 den Schaltungsumfang der Signalleitungs-Auswahlschaltung 16 und der Rücksetzschaltung 17 verringern. Der Halbleiter jedes der dritten Schaltelemente TrS und der vierten Schaltelemente TrR ist nicht auf derartige Materialien beschränkt, sondern kann ein Oxidhalbleiter sein, der einen TAOS enthält.
Der Anschlussabschnitt 72 ist bei einer Position des Umfangsbereichs GA vorgesehen, die von dem Bereich, der mit der Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung 15 versehen ist, verschieden ist. Der Anschlussabschnitt 72 enthält eine erste Anschlussleiterschicht 73, eine zweite Anschlussleiterschicht 74 und eine dritte Anschlussleiterschicht 75. Die erste Anschlussleiterschicht 73 ist in derselben Schicht wie die zweite Gate-Elektrode 64B und an der zweiten anorganischen Isolationsschicht 22b vorgesehen. Ein Kontaktloch H6 ist derart vorgesehen, dass es durch die dritte anorganische Isolationsschicht 22c zur fünften anorganischen Isolationsschicht 22e und die organische Isolationsschicht 23a verläuft.
Die zweite Anschlussleiterschicht 74 und die dritte Anschlussleiterschicht 75 sind in dieser Reihenfolge im Kontaktloch H6 gestapelt und sind an die erste Anschlussleiterschicht 73 elektrisch gekoppelt. Die zweite Anschlussleiterschicht 74 kann unter Verwendung desselben Materials und im selben Prozess wie die dritte leitende Schicht 67 und dergleichen gebildet werden. Die dritte Anschlussleiterschicht 75 kann unter Verwendung desselben Materials und im selben Prozess wie die Detektionselektrode 35 gebildet werden. Die Gegenelektrode 36 verläuft zum Umfangsbereich GA und ist an den Anschlussabschnitt 72 elektrisch gekoppelt. Obwohl 6 einen Anschlussabschnitt 72 veranschaulicht, können mehrere derartige Anschlussabschnitte 72 mit dazwischenliegenden Lücken angeordnet sein. Die Anschlussabschnitte 72 können als Kopplungsanschlüsse zur flexiblen gedruckten Leiterplatte 71 (siehe 1) oder Kopplungsanschlüsse zu einer integrierten Ansteuerschaltung vorgesehen sein. Die Detektionsvorrichtung 1 kann nach Bedarf mit einer Schutzschicht oder einem Deckglas über der Gegenelektrode 36 versehen sein.
Im Folgenden wird eine Konfiguration der organischen Halbleiterschicht 31 beschrieben. 7 ist eine VII-VII'-Schnittansicht von 5. 7 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden der Detektionsteilbereiche PAA, die in 5 veranschaulicht sind, in der ersten Richtung Dx erhalten wird. Dieselbe Schnittansicht wie 7 kann auch durch Schneiden der Detektionsteilbereiche PAA entlang der zweiten Richtung Dy erhalten werden. Während 7 das Anordnungssubstrat 2 in einer vereinfachten Weise veranschaulicht, sind die Detektionselektroden 35 in der organischen Isolationsschicht 23a des Anordnungssubstrats 2 vorgesehen (siehe 6).
Die Detektionselektroden 35 sind derart angeordnet, dass sie voneinander getrennt sind. Hier bezeichnet ein überlappender Bereich R1 einen Bereich, der mit jeder Detektionselektrode 35 überlappt. Ein nicht überlappender Bereich R2 bezeichnet einen Bereich, der nicht mit jeder Detektionselektrode 35 überlappt, d. h. einen Bereich zwischen den benachbarten Detektionselektroden 35. Das fotoelektrische Umsetzelement PD ist durch die Detektionselektrode 35, die organische Halbleiterschicht 31 und die Gegenelektrode 36, die gestapelt sind, in jedem überlappenden Bereich R1 gebildet.
Die organische Halbleiterschicht 31 und die Gegenelektrode 36 sind über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 derart vorgesehen, dass sie die Detektionselektroden 35 abdecken. Die organische Halbleiterschicht 31 enthält eine Halbleiterschicht des P-Typs 32 und eine aktive Schicht 34, die durch Mischen eines Halbleiters 34a des P-Typs mit einem Halbleiter 34b des N-Typs gebildet ist. Die organische Halbleiterschicht 31 besitzt in dem überlappenden Bereich R1 und dem nicht überlappenden Bereich R2 verschiedenen Konfigurationen. Speziell enthält die organische Halbleiterschicht 31 in dem überlappenden Bereich R1 eine Pufferschicht 37 (eine zweite Pufferschicht), die Halbleiterschicht des P-Typs 32 (eine zweite Halbleiterschicht des P-Typs), die aktive Schicht 34 und eine Pufferschicht 38 (eine erste Pufferschicht). Die aktive Schicht 34 ist zwischen der Halbleiterschicht des P-Typs 32 und der Pufferschicht 37 in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 vorgesehen. Die Halbleiterschicht des P-Typs 32 (die zweite Halbleiterschicht 32b des P-Typs) und die Pufferschicht 38 sind zwischen der aktiven Schicht 34 und der Gegenelektrode 36 vorgesehen. Die Halbleiterschicht des P-Typs 32 (die zweite Halbleiterschicht 32b des P-Typs) und die Pufferschicht 38 sind über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 angeordnet. Mehrere Pufferschichten 37 sind vorgesehen. Die Pufferschichten 37 sind zwischen den aktiven Schichten 34 und den Detektionselektroden 35 vorgesehen und sind derart vorgesehen, dass sie pro Detektionselektrode 35 voneinander getrennt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Detektionselektroden 35, die Pufferschichten 37, die aktive Schicht 34, die Halbleiterschicht des P-Typs 32, die Pufferschicht 38 und die Gegenelektrode 36 in dieser Reihenfolge in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 gestapelt.
Die aktive Schicht 34 besitzt eine Bulk-Heterostruktur, wobei der Halbleiter 34a des P-Typs und der Halbleiter 34b des N-Typs gemischt sind und nebeneinander bestehen. Die aktive Schicht 34 besitzt eine Konfiguration, in der der Halbleiter 34a des P-Typs und der Halbleiter 34b des N-Typs in einem gewünschten Verhältnis (z. B. in einem Verhältnis von 1:2) verteilt sind, und die Dichteverteilung ist in der vertikalen Richtung derart abgestuft, dass sich das Verhältnis zwischen dem Halbleiter 34a des P-Typs und dem Halbleiter 34b des N-Typs derart gestaltet, dass in der Nähe der Detektionselektrode 35 und der Gegenelektrode Halbleiter 34a des P-Typs > Halbleiter 34b des N-Typs und Halbleiter 34b des N-Typs > Halbleiter 34a des P-Typs 36. Wenn die aktive Schicht 34 mit Licht bestrahlt wird, werden Elektron/Loch-Paare sowohl im Halbleiter des P-Typs 34a als auch im Halbleiter 34b des N-Typs erzeugt. Sowohl die Löcher als auch die Elektronen, die in der aktiven Schicht 34 erzeugt werden, bewegen sich in der aktiven Schicht 34 und bewegen sich zu der Detektionselektrode 35 (der Anode) oder der Gegenelektrode 36 (der Kathode).
Die Pufferschichten 37 und 38 sind vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Löcher und die Elektronen, die in der aktiven Schicht 34 erzeugt werden, die Detektionselektrode 35 oder die Gegenelektrode 36 erreichen. Die Pufferschicht 37 dient als eine Elektronentransportschicht (oder eine Löchersperrschicht) und die Pufferschicht 38 dient als eine Löchertransportschicht (eine Elektronensperrschicht). Zum Beispiel kann ZnO oder Polyethylenimin als ein Material der Pufferschicht 37 verwendet werden. Zum Beispiel kann WO₃, MoO₃ oder Polyethylendioxythiophen (PEDOT)/Polystyrolsulfonsäure (PSS) als ein Material der Pufferschicht 38 verwendet werden. Die Halbleiterschicht des P-Typs 32 ist mit dem Halbleiter 34a des P-Typs und dem Halbleiter 34b des N-Typs, die in der aktiven Schicht 34 enthalten sind, in Kontakt. Zum Beispiel wird P3HT unter den oben gelisteten organischen Materialien als die Halbleiterschicht des P-Typs 32 und der Halbleiter 34a des P-Typs der aktiven Schicht 34 verwendet. Zum Beispiel wird PCBM unter den oben gelisteten organischen Materialien als eine Halbleiterschicht 33 des N-Typs (siehe 8) und der Halbleiter 34b des N-Typs der aktiven Schicht 34 verwendet.
Im überlappenden Bereich R1 variiert das Verhältnis des Halbleiters des P-Typs (der die Halbleiterschicht des P-Typs 32 und den Halbleiter 34a des P-Typs der aktiven Schicht 34 enthält) zum Halbleiter des N-Typs (der den Halbleiter 34b des N-Typs der aktiven Schicht 34 enthält) in der organischen Halbleiterschicht 31 in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21. Wenn das Verhältnis pro Volumeneinheit des Halbleiters des P-Typs zum Halbleiter des N-Typs als ein Verhältnis RT (= Volumen des Halbleiters des P-Typs/Volumen des Halbleiters des N-Typs) bezeichnet wird, nimmt das Verhältnis RT in der Reihenfolge der Halbleiterschicht des P-Typs 32 und der aktiven Schicht 34 in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 ab.
Im nicht überlappenden Bereich R2 ist die organische Halbleiterschicht 31 konfiguriert, indem sie die Halbleiterschicht des P-Typs 32, die durch den Halbleiter des P-Typs gebildet ist, und/oder die Halbleiterschicht 33 des N-Typs, die durch den Halbleiter des N-Typs gebildet ist, enthält. In der vorliegenden Ausführungsform sind im nicht überlappenden Bereich R2 eine erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs, die zweite Halbleiterschicht 32b des P-Typs, die Pufferschicht 38 und die Gegenelektrode 36 in dieser Reihenfolge in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 gestapelt. Das heißt, im nicht überlappenden Bereich R2 ist die aktive Schicht 34, die die Bulk-Heterostruktur besitzt, nicht vorgesehen und sind die erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs und die zweite Halbleiterschicht 32b des P-Typs derart gestapelt, dass sie in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 einander berühren.
Die erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs des nicht überlappenden Bereichs R2 ist über der organischen Isolationsschicht 23a des Anordnungssubstrats 2 vorgesehen (siehe 6). Die erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs ist über einer Lücke zwischen den benachbarten Detektionselektroden 35 kontinuierlich vorgesehen. Die erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs ist über einer Lücke zwischen den benachbarten aktiven Schichten 34 kontinuierlich vorgesehen.
Die zweite Halbleiterschicht 32b des P-Typs im nicht überlappenden Bereich R2 ist derart vorgesehen, dass sie mit der Halbleiterschicht des P-Typs 32, die im überlappenden Bereich R1 vorgesehen ist, kontinuierlich ist. Die Halbleiterschicht des P-Typs 32 ist über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 kontinuierlich vorgesehen und ist über der aktiven Schicht 34 und der ersten Halbleiterschicht 32a des P-Typs vorgesehen.
Wie oben beschrieben ist, ist in der organischen Halbleiterschicht 31 die aktive Schicht 34 in jedem überlappenden Bereich R1 vorgesehen. Im nicht überlappenden Bereich R2 ist die erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs zwischen den aktiven Schichten 34 und zwischen den Detektionselektroden 35 kontinuierlich vorgesehen. Diese Konfiguration kann wirksamer einschränken, dass die Löcher oder die Elektronen, die in den aktiven Schichten 34 erzeugt werden, sich zwischen den Detektionselektroden 35 bewegen, als in einem Fall, in dem die aktive Schicht 34 über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 kontinuierlich vorgesehen ist. Zum Beispiel können selbst dann, wenn eine Detektionselektrode 35 und die weitere Detektionselektrode 35, die zueinander benachbart sind, auf verschiedene Potentiale gesetzt sind, indem sie mit Licht bestrahlt werden, die Löcher oder die Elektronen, die in den aktiven Schichten 34 erzeugt werden, daran gehindert werden, sich von einer Detektionselektrode 35 zur weiteren Detektionselektrode 35 zu bewegen. Entsprechend kann die Detektionsvorrichtung 1 den Leckstrom zwischen den Detektionselektroden 35 verringern. Als Ergebnis kann die Detektionsvorrichtung 1 eine hohe Auflösung der Detektion erreichen.
Die Konfiguration der organischen Halbleiterschicht 31, der Detektionselektrode 35 und der Gegenelektrode 36, die in 5 bis 7 veranschaulicht ist, ist lediglich ein Beispiel und kann geändert werden, wie jeweils anwendbar ist. Zum Beispiel ist die Form in der Draufsicht der Detektionselektrode 35 nicht auf das Rechteck beschränkt und kann eine weitere Form wie z. B. ein Polygon oder eine unregelmäßige Form sein.
8 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 8 veranschaulicht ist, bildet eine Vorrichtung zum Bilden dünner Schichten die Halbleiterschicht 33 des N-Typs über dem Anordnungssubstrat 2 derart, dass sie die Detektionselektroden 35 und die Pufferschichten 37 abdeckt (Schritt ST11). Die Halbleiterschicht 33 des N-Typs wird unter Verwendung eines Auftragungsverfahrens wie z. B. eines Rotationsbeschichtungsverfahrens, eines Siebdruckverfahrens oder eines Tintenstrahldruckverfahrens gebildet.
Dann bildet die Vorrichtung zum Bilden dünner Schichten eine Abdeckmittelschicht 201 über der Halbleiterschicht 33 des N-Typs (Schritt ST12). Die Abdeckmittelschicht 201 wird in den überlappenden Bereichen R1 gebildet und wird in den nicht überlappenden Bereichen R2 nicht gebildet. Das heißt, in den nicht überlappenden Bereichen R2 ist die Halbleiterschicht 33 des N-Typs derart gebildet, dass sie von der Abdeckmittelschicht 201 freigelegt ist. Die Abdeckmittelschicht 201 wird unter Verwendung eines Auftragungsverfahrens oder eines Fotolitographieverfahrens gebildet.
Dann führt die Vorrichtung zum Bilden dünner Schichten ein Trockenätzen durch, um die Abdeckmittelschicht 201 und die Halbleiterschicht 33 des N-Typs in den nicht überlappenden Bereichen R2 zu entfernen (Schritt ST13). Reaktives lonenätzen (das im Folgenden als „RIE“ bezeichnet wird) kann als das Trockenätzen eingesetzt werden. Das RIE verwendet ein Sauerstoffgas, das Sauerstoffmoleküle (O₂-Moleküle) 210 enthält.
Die Vorrichtung zum Bilden dünner Schichten führt ferner das RIE durch, um die Abdeckmittelschicht 201 zu entfernen und die Halbleiterschicht 33 des N-Typs, die in den überlappenden Bereichen R1 freigelegt ist, zu entfernen (Schritt ST14). Da das organische Polymermaterial verwendet wird, entfernt das RIE Abschnitte der Halbleiterschicht 33 des N-Typs in den überlappenden Bereichen R1, entfernt jedoch nicht ihre weiteren Abschnitte. Somit wird eine poröse Struktur 33p, die viele feine Poren besitzt, gebildet.
Da die Abdeckmittelschicht 201 vorhanden ist, schreitet das Ätzen in den nicht überlappenden Bereichen R2 stärker als in den überlappenden Bereichen R1 fort. Als Ergebnis wird die Halbleiterschicht 33 des N-Typs entfernt, um eine Oberfläche des Anordnungssubstrats 2 in den nicht überlappenden Bereichen R2 freizulegen, und wird die poröse Struktur 33p in der Halbleiterschicht 33 des N-Typs in den überlappenden Bereichen R1 gebildet (Schritt ST15).
Die Vorrichtung zum Bilden dünner Schichten bildet die Halbleiterschicht des P-Typs 32 über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 (Schritt ST16). Die Halbleiterschicht des P-Typs 32 ist derart gebildet, dass sie die Poren der porösen Struktur 33p füllt, und somit sind die aktiven Schichten 34, in denen der Halbleiter 34a des P-Typs und der Halbleiter 34b des N-Typs gemischt sind und nebeneinander bestehen, in den überlappenden Bereichen R1 gebildet. In den nicht überlappenden Bereichen R2 ist die Halbleiterschicht des P-Typs 32 als eine einzelne Schicht über dem Anordnungssubstrat 2 gebildet.
Die Vorrichtung zum Bilden dünner Schichten bildet die Gegenelektrode 36 und die Pufferschicht 38 über der Halbleiterschicht des P-Typs 32 (Schritt ST17). Die Gegenelektrode 36 und die Pufferschicht 38 sind über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 kontinuierlich gebildet. Die Gegenelektrode 36 und die Pufferschicht 38 werden unter Verwendung eines Dünnschichtverfahrens wie z. B. Sputtern oder Dampfabscheidung gebildet. Der oben beschriebene Prozess kann die organische Halbleiterschicht 31 bilden, die in den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 die verschiedenen Konfigurationen besitzt. Speziell ist die aktive Schicht 34 in jedem der überlappenden Bereiche R1 getrennt gemustert und im nicht überlappenden Bereich R2 ist die Halbleiterschicht des P-Typs 32 (die erste Halbleiterschicht 32a des P-Typs) zwischen den aktiven Schichten 34 und zwischen den Detektionselektroden 35 vorgesehen.
Der Prozess, der in 8 veranschaulicht ist, ist lediglich ein Beispiel. Das Verfahren zum Herstellen der Detektionsvorrichtung 1 kann geändert werden, wie jeweils anwendbar ist. Zum Beispiel kann eine Metallmaske statt der Abdeckmittelschicht 201 verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
9 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration einer Detektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In der folgenden Beschreibung werden dieselben Komponenten wie die, die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 9 veranschaulicht ist, ist eine Detektionsvorrichtung 1A der zweiten Ausführungsform im Vergleich zur ersten Ausführungsform mit der Halbleiterschicht 33 des N-Typs statt der Halbleiterschicht des P-Typs 32 versehen. Speziell ist im nicht überlappenden Bereich R2 die Halbleiterschicht 33 des N-Typs als eine einzelne Schicht vorgesehen und ist von der Oberfläche des Anordnungssubstrats 2 zwischen den benachbarten Detektionselektroden 35 zur Gegenelektrode 36 kontinuierlich vorgesehen. Im nicht überlappenden Bereich R2 sind eine erste Halbleiterschicht 33a des N-Typs, eine zweite Halbleiterschicht 33b des N-Typs, die Pufferschicht 38 und die Gegenelektrode 36 in dieser Reihenfolge über dem Anordnungssubstrat 2 gestapelt und die Halbleiterschicht des P-Typs 32 ist nicht vorgesehen. Ähnlich zur ersten Ausführungsform ist die Schichtstruktur des überlappenden Bereichs R1 in der Reihenfolge der Detektionselektroden 35, der Pufferschichten 37, der aktiven Schicht 34, der Halbleiterschicht 33 des N-Typs, der Pufferschicht 38 und der Gegenelektrode 36 in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 gestapelt.
Das heißt, die Halbleiterschicht 33 des N-Typs (die zweite Halbleiterschicht des N-Typs) und die Pufferschicht 38 sind zwischen der aktiven Schicht 34 und der Gegenelektrode 36 enthalten und die Halbleiterschicht 33 des N-Typs und die Pufferschicht 38 sind über den überlappenden Bereichen R1 und den nicht überlappenden Bereichen R2 angeordnet. Im nicht überlappenden Bereich R2 sind die erste Halbleiterschicht 33a des N-Typs und die zweite Halbleiterschicht 33b des N-Typs derart gestapelt, dass sie in der Richtung senkrecht zum isolierenden Substrat 21 einander berühren. Die zweite Halbleiterschicht 33b des N-Typs im nicht überlappenden Bereich R2 ist derart vorgesehen, dass sie mit der Halbleiterschicht 33 des N-Typs im überlappenden Bereich R1 kontinuierlich ist. Die erste Halbleiterschicht 33a des N-Typs im nicht überlappenden Bereich R2 ist zwischen den benachbarten Detektionselektroden 35 vorgesehen und ist auch zwischen den benachbarten aktiven Schichten 34 vorgesehen.
Außerdem ist in der zweiten Ausführungsform die aktive Schicht 34 in jedem überlappenden Bereich R1 vorgesehen. Im nicht überlappenden Bereich R2 ist die erste Halbleiterschicht 33a des N-Typs zwischen den aktiven Schichten 34 und zwischen den Detektionselektroden 35 kontinuierlich vorgesehen. Mit dieser Konfiguration kann die Detektionsvorrichtung 1A den Leckstrom zwischen den Detektionselektroden 35 verringern.
Dritte Ausführungsform
10 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Schnittkonfiguration einer Anzeigevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 10 veranschaulicht ist, enthält eine Anzeigevorrichtung 120 die Detektionsvorrichtung 1, eine Anzeigetafel 121, ein Berührungsbildschirmfeld 122 und ein Deckglas 123. Die Anzeigetafel 121 kann z. B. eine organische elektrolumineszente Anzeigetafel (EL-Anzeigetafel) (mit organischen Leuchtdioden (OLEDs)) oder eine anorganische EL-Anzeige (Mikro-LED-Anzeige oder Mini-LED-Anzeige) unter Verwendung lichtemittierender Elemente als die Anzeigeelemente sein. Alternativ kann eine Anzeigetafel 121 eine Flüssigkristallanzeigetafel (LCD-Tafel), die Flüssigkristallelemente als die Anzeigeelemente verwendet, oder eine elektrophoretische Anzeigetafel (EPD-Tafel), die elektrophoretische Elemente als die Anzeigeelemente verwendet, sein.
Die Anzeigetafel 121 besitzt eine erste Hauptoberfläche 121a und eine zweite Hauptoberfläche 121b, die die der ersten Hauptoberfläche 121a gegenüberliegende Seite ist. Die erste Hauptoberfläche 121a ist eine Oberfläche, die Licht L1 von Anzeigeelementen zum Deckglas 123 abstrahlt, um ein Bild anzuzeigen. Die erste Hauptoberfläche 121a besitzt einen Anzeigebereich DA, in dem das Bild angezeigt wird.
Das Berührungsbildschirmfeld 122 verwendet z. B. ein Kapazitätsverfahren, um den Finger Fg, der mit einer Oberfläche des Deckglases 123 in Kontakt oder in ihrer Nähe ist, zu detektieren. Das Berührungsbildschirmfeld 122 ist lichtdurchlässig und kann das Licht L1 und das Licht L2, das an einer Schnittstelle zwischen dem Deckglas 123 und Luft reflektiert wurde, weiterleiten. Die Anzeigevorrichtung 120 kann eine Konfiguration besitzen, die das Berührungsbildschirmfeld 122 nicht enthält. Die Anzeigetafel 121 kann mit dem Berührungsbildschirmfeld 122 integriert sein oder kann Funktionen des Berührungsbildschirmfelds 122 einbeziehen.
Das Deckglas 123 ist ein Element zum Schützen z. B. der Anzeigetafel 121 und deckt z. B. die Anzeigetafel 121 ab. Das Deckglas 123 ist z. B. ein Glassubstrat. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Verwendung des Deckglases 123 beschränkt. Zum Beispiel kann ein Harzsubstrat über dem Berührungsbildschirmfeld 122 vorgesehen sein.
Die Detektionsvorrichtung 1 ist derart vorgesehen, dass sie der zweiten Hauptoberfläche 121b der Anzeigetafel 121 zugewandt ist. Die Detektionsvorrichtung 1 kann die Unebenheiten der Oberfläche des Fingers Fg detektieren, indem sie das Licht L2, das durch den Finger Fg reflektiert wurde, detektiert. Alternativ kann die Detektionsvorrichtung 1 die biologischen Informationen wie z. B. ein Venenmuster, die Pulswelle und den Pulsschlag detektieren, indem sie das Licht L2, das im Finger Fg reflektiert wurde, detektiert. Da die Fläche der Detektionsvorrichtung 1 einfach erhöht werden kann, ist der Detektionsbereich AA der Detektionsvorrichtung 1 derart vorgesehen, dass er dem gesamten Anzeigebereich DA der Anzeigetafel 121 zugewandt ist. Der Detektionsbereich AA ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt und kann einem Abschnitt des Anzeigebereichs DA der Anzeigetafel 121 zugewandt sein. Die Detektionsvorrichtung 1 ist nicht auf die Konfiguration beschränkt, in der sie als die Anzeigevorrichtung 120 vorgesehen ist, und kann als eine biometrische Authentifizierungsvorrichtung, die die Detektionsvorrichtung 1 und eine Lichtquelle enthält, konfiguriert sein. In diesem Fall ist die Detektionsvorrichtung 1 nicht auf die Konfiguration des Detektierens des Lichts L2, das z. B. durch den Finger Fg reflektiert wird, beschränkt und kann eine Konfiguration des Detektierens des Lichts L2, das z. B. durch den Finger Fg geleitet wurde, einsetzen.
Vierte Ausführungsform
11 ist eine Schnittansicht, die die Pufferschicht einer Detektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Wie in 11 veranschaulicht ist, enthält in einer Detektionsvorrichtung 1B der vierten Ausführungsform die Pufferschicht 37 (die zweite Pufferschicht) Zinkoxidnanopartikel (ZnO-Nanopartikel) 37a und eine Zinkazetatschicht 37b. Die Zinkoxidnanopartikel 37a werden zwischen der aktiven Schicht 34 und der Detektionselektrode 35 verteilt. Die Zinkazetatschicht 37b ist in einem Raum unter den Zinkoxidnanopartikeln 37a zwischen der aktiven Schicht 34 und der Detektionselektrode 35 vorgesehen. Die Zinkazetatschicht 37b ist derart vorgesehen, dass sie den Raum unter den Zinkoxidnanopartikeln 37a füllt und die aktive Schicht 34 und die Detektionselektrode 35 kontaktiert. Die Pufferschicht 37 kann unter Verwendung von und durch Aufbringen von Tinte, die durch Mischen der Zinkoxidnanopartikel 37a mit der Zinkazetatschicht 37b erhalten wird, gebildet werden.
Die Zinkoxidnanopartikel 37a sind vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Elektronen, die in der aktiven Schicht 34 erzeugt werden, die Detektionselektrode 35 erreichen, und dienen als eine Elektronentransportschicht. Gleichzeitig dient die Zinkazetatschicht 37b als eine Löchersperrschicht zum Beschränken der Bewegung der Löcher.
Mit dieser Konfiguration kann die Pufferschicht 37 die Bewegung der Löcher, die den Raum unter den Zinkoxidnanopartikeln 37a durchlaufen, z. B. im Vergleich zu einem Fall, in dem die Pufferschicht 37 als eine einzelne dünne Schicht der Zinkoxidnanopartikel 37a gebildet ist, ohne die Zinkazetatschicht 37b zu enthalten, verringern. Als Ergebnis kann ein Dunkelstrom verringert werden, wenn das fotoelektrische Umsetzelement PD im Sperrvorbelastungszustand angesteuert wird.
Der Pegel des Dunkelstroms kann durch die Konzentration der Zinkazetatschicht 37b, d. h. das Verhältnis zwischen den Zinkoxidnanopartikeln 37a und der Zinkazetatschicht 37b gesteuert werden. Zum Beispiel variiert der Dunkelstrom mit der Zinkazetatkonzentration einer Zinkazetatmischlösung, die in der Pufferschicht 37 verwendet wird. Die Konzentration der Zinkazetatschicht 37b liegt stärker bevorzugt im Bereich von 0,3 mol/L bis 0,4 mol/L. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Dunkelstrom zu etwa einem Hundertstel bis einem Zehntel dessen in dem Fall, in dem die Pufferschicht 37 als eine einzelne dünne Schicht der Zinkoxidnanopartikel 37a gebildet ist, verringert werden.
Während oben die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Der Inhalt, der in den Ausführungsformen offenbart ist, ist lediglich ein Beispiel und kann in dem Umfang, der nicht vom Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abweicht, unterschiedlich geändert werden. Änderungen, die in dem Umfang, der nicht vom Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung abweicht, geeignet vorgenommen werden, gehören selbstverständlich dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung an.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Detektionsvorrichtung
2: Anordnungssubstrat
10: Sensor
15: Gate-Leitungs-Ansteuerschaltung
16: Signalleitungs-Auswahlschaltung
17: Rücksetzschaltung
21: Isolierendes Substrat
31: Organische Halbleiterschicht
32: Halbleiterschicht des P-Typs
33: Halbleiterschicht des N-Typs
34: Aktive Schicht
35: Detektionselektrode
36: Gegenelektrode
37, 38: Pufferschicht
40: Detektionsvorrichtung
61: Erster Halbleiter
62: Source-Elektrode
63: Drain-Elektrode
64A: Erste Gate-Elektrode
64B: Zweite Gate-Elektrode
120: Anzeigevorrichtung
121: Anzeigetafel
AA: Detektionsbereich
GA: Umfangsbereich
GCL: Gate-Leitung
PD: Fotoelektrisches Umsetzelement
SGL: Signalleitung
Tr: Erstes Schaltelement
TrG: Zweites Schaltelement
TrS: Drittes Schaltelement
TrR: Viertes Schaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017112376 [0003]

Claims

Detektionsvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Substrat; mehrere Detektionselektroden, die in einem Detektionsbereich des Substrats angeordnet sind; eine organische Halbleiterschicht, die die Detektionselektroden abdeckt; und eine Gegenelektrode, die über der organischen Halbleiterschicht vorgesehen ist, wobei die organische Halbleiterschicht eine erste Halbleiterschicht des P-Typs und/oder eine erste Halbleiterschicht des N-Typs und eine aktive Schicht enthält, die aktive Schicht in jedem überlappenden Bereich, der mit einer entsprechenden Detektionselektrode überlappt, vorgesehen ist und eine Struktur besitzt, in der ein Halbleiter des P-Typs und ein Halbleiter des N-Typs gemischt sind und nebeneinander bestehen, und die erste Halbleiterschicht des P-Typs oder die erste Halbleiterschicht des N-Typs in einem nicht überlappenden Bereich, der nicht mit der Detektionselektrode überlappt, vorgesehen ist und zwischen den benachbarten aktiven Schichten vorgesehen ist.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Halbleiterschicht des P-Typs und eine erste Pufferschicht zwischen der aktiven Schicht und der Gegenelektrode umfasst, wobei die zweite Halbleiterschicht des P-Typs und die erste Pufferschicht über dem überlappenden Bereich und dem nicht überlappenden Bereich angeordnet sind, wobei die erste Halbleiterschicht des P-Typs und die zweite Halbleiterschicht des P-Typs im nicht überlappenden Bereich gestapelt sind, derart, dass sie in einer Richtung senkrecht zum Substrat einander berühren.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Halbleiterschicht des N-Typs und eine erste Pufferschicht zwischen der aktiven Schicht und der Gegenelektrode umfasst, wobei die zweite Halbleiterschicht des N-Typs und die erste Pufferschicht über dem überlappenden Bereich und dem nicht überlappenden Bereich angeordnet sind, wobei die erste Halbleiterschicht des N-Typs und die zweite Halbleiterschicht des N-Typs im nicht überlappenden Bereich gestapelt sind, derart, dass sie in einer Richtung senkrecht zum Substrat einander berühren.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Verhältnis des Halbleiters des P-Typs zum Halbleiter des N-Typs in dem überlappenden Bereich in einer Richtung senkrecht zum Substrat variiert.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner mehrere zweite Pufferschichten umfasst, wobei die zweiten Pufferschichten zwischen den aktiven Schichten und den Detektionselektroden vorgesehen sind und derart vorgesehen sind, dass sie pro Detektionselektrode voneinander getrennt sind.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zweiten Pufferschichten jeweils mehrere Zinkoxidnanopartikel und eine Zinkazetatschicht, die in einem Raum zwischen den Zinkoxidnanopartikeln vorgesehen ist, enthalten.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Halbleiterschicht des P-Typs und/oder die erste Halbleiterschicht des N-Typs zwischen den benachbarten Detektionselektroden vorgesehen sind.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ein Anordnungssubstrat umfasst, in dem das Substrat, mehrere Schaltelemente, die für die jeweiligen Detektionselektroden im Substrat vorgesehen sind, mehrere Gate-Leitungen, mehrere Signalleitungen und eine Planarisierungsschicht, die die Schaltelemente, die Gate-Leitungen und die Signalleitungen abdeckt, enthalten sind, wobei die Detektionselektroden, die organische Halbleiterschicht und die Gegenelektrode über der Planarisierungsschicht vorgesehen sind.