DE112020001711T5

DE112020001711T5 - Photoelektrisches umwandlungselement und bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020001711T5
Application number: DE112020001711.7T
Authority: DE
Inventors: Masato Kanno; Yosuke Saito
Original assignee: Sony Group Corp
Current assignee: Sony Group Corp
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-12-16
Also published as: WO2020195633A1; CN113678273A; JPWO2020195633A1; KR20210144689A; US20220223802A1

Abstract

Ein photoelektrisches Umwandlungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüberliegt; und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und als erstes organisches Halbleitermaterial eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch eine allgemeine Formel (1) dargestellt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich beispielsweise auf ein photoelektrisches Umwandlungselement, das ein organisches Material verwendet, und eine Bildgebungsvorrichtung, die dieses Element umfasst.
Hintergrundtechnik
PTL 1 und NPTL 1 haben beispielsweise berichtet, dass eine Kombination aus einem Cumarinfarbstoff und Fulleren als Material für eine photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird, die blaues Licht absorbiert und eine photoelektrische Umwandlung des blauen Lichts durchführt.
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2012-129276 Nicht-Patentliteratur
NPTL 1: Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 49, No. 11, pp. 111601.1-11601.4 (2010) Zusammenfassung der Erfindung

Im Übrigen ist die Entwicklung eines photoelektrischen Umwandlungselements mit hoher externer Quanteneffizienz und hoher optischer Empfindlichkeit erwünscht.
Es ist wünschenswert, ein photoelektrisches Umwandlungselement und eine Bildgebungsvorrichtung vorzusehen, die es ermöglichen, den externen Quantenwirkungsgrad und die optische Ansprechempfindlichkeit zu verbessern.
Ein photoelektrisches Umwandlungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüberliegt; und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und als ein erstes organisches Halbleitermaterial eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
(R1 bis R4 sind jeweils unabhängig voneinander eine Phenylgruppe, eine Biphenylgruppe, eine Terphenylgruppe, eine Naphthalingruppe, eine Phenylnaphthalingruppe, eine Biphenylnaphthalingruppe, eine Binaphthalingruppe, eine Thiophengruppe, eine Bithiophengruppe, eine Terthiophengruppe, eine Benzothiophengruppe, eine Phenylbenzothiophengruppe, eine Biphenylbenzothiophenbenzofurangruppe, eine Phenylbenzofurangruppe, eine Biphenylbenzothiophengruppe, eine Alkangruppe, eine Cycloalkangruppe, eine Fluorengruppe, eine Phenylfluorengruppe oder eines ihrer Derivate.)
Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils einen oder eine Vielzahl von organischen photoelektrischen Wandlern umfassen, und umfasst das photoelektrische Umwandlungselement gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform als die organischen photoelektrischen Wandler.
In dem photoelektrischen Umwandlungselement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und der Bildgebungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die organische photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis gebildet, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird. Dies führt zu einer Verbesserung der Ladungsträgerbeweglichkeit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, die einander gegenüberliegen, wobei die organische photoelektrische Umwandlungsschicht dazwischen angeordnet ist.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
[2] 2 ist eine Darstellung, die eine vollständige Konfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements zeigt.
[3] 3 ist ein Ersatzschaltbild des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements.
[4] 4 ist eine schematische Ansicht einer Anordnung einer unteren Elektrode und von Transistoren, die einen Controller in dem in 1 veranschaulichten Bildgebungselement umfassen.
[5] 5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels für die Konfiguration des Bildgebungselements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
[6] 6 ist eine Querschnittsansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements.
[7] 7 ist eine Querschnittsansicht eines auf 6 folgenden Verfahrens.
[8] 8 ist eine Querschnittsansicht eines Verfahrens im Anschluss an 7.
[9] 9 ist eine Querschnittsansicht eines Verfahrens im Anschluss an 8.
[10] 10 ist eine Querschnittsansicht eines Verfahrens im Anschluss an 9.
[11] 11 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements darstellt.
[12] 12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
[13] 13 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
[14] 14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
[15] 15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, die das in 1 dargestellte Bildgebungselement und dergleichen für ein Pixel verwendet.
[16] 16 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine elektronische Einrichtung (Kamera) veranschaulicht, die die in 15 veranschaulichte Bildgebungsvorrichtung verwendet.
[17] 17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines In-vivo-Informationserfassungssystems darstellt.
[18] 18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine schematische Konfiguration eines endoskopischen Chirurgiesystems darstellt.
[19] 19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine funktionelle Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamerasteuereinheit (CCU) darstellt.
[20] 20 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für die schematische Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt.
[21] 21 ist ein Hilfsdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels für die Einbaupositionen eines Abschnitts zur Erfassung von Informationen außerhalb des Fahrzeugs und eines Abbildungsabschnitts.

Modi zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Im Folgenden werden spezifische Beispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben, und die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Darüber hinaus ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die Positionen, Abmessungen, Maßverhältnisse und dergleichen der in den jeweiligen Zeichnungen veranschaulichten Komponenten beschränkt. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.

1. Erste Ausführungsform (Beispiel für ein photoelektrisches Umwandlungselement, das eine photoelektrische Umwandlungsschicht enthält, die eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst) 1-1. Konfiguration des Bildgebungselements 1-2. Verfahren zur Herstellung des Bildgebungselements 1-3. Wirkungen und Effekte
2. Zweite Ausführungsform (Ein Beispiel, bei dem zwei organische photoelektrische Wandler auf einem Halbleitersubstrat gestapelt sind)
3. Dritte Ausführungsform (Ein Beispiel, bei dem eine untere Elektrode einen organischen photoelektrischen Wandler umfasst, der aus einem festen Film gebildet ist)
4. Vierte Ausführungsform (Ein Beispiel, bei dem drei organische photoelektrische Wandler auf einem Halbleitersubstrat gestapelt sind)
5. Anwendungsbeispiele
6. Praktische Anwendungsbeispiele
7. Beispiele

<1. erste Ausführungsform>
1 veranschaulicht ein Beispiel für eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (ein Bildgebungselement 10A) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 veranschaulicht eine planare Konfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements 10A. 3 ist ein Ersatzschaltbild des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements 10A und entspricht einem in 2 veranschaulichten Bereich 100. 4 veranschaulicht schematisch eine Anordnung einer unteren Elektrode 21 und von Transistoren, die in einem Controller in dem in 1 dargestellten Bildgebungselement 10A enthalten sind. Das Bildgebungselement 10A umfasst beispielsweise ein Pixel (ein Einheitspixel P) einer Bildgebungsvorrichtung (eine Bildgebungsvorrichtung 1; siehe 17) wie einen CMOS-Bildsensor (Complementary Metal Oxide Semiconductor), der für eine elektronische Einrichtung wie eine digitale Fotokamera und eine Videokamera verwendet wird. Das Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen organischen photoelektrischen Wandler 20, in dem die untere Elektrode 21, eine photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und eine obere Elektrode 25 in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 wird unter Verwendung einer Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis gebildet, die durch eine später zu beschreibende allgemeine Formel (1) dargestellt wird. Der organische photoelektrische Wandler 20 entspricht einem spezifischen Beispiel für ein „photoelektrisches Umwandlungselement“ der vorliegenden Offenbarung.
(1-1. Konfiguration des Bildgebungselements)
Das Bildgebungselement 10A ist von einem sogenannten longitudinalen Spektraltyp, bei dem ein organischer photoelektrischer Wandler 20 und zwei anorganische photoelektrische Wandler 32G und 32R in Längsrichtung gestapelt sind. Der organische photoelektrische Wandler 20 ist auf einer ersten Oberfläche (einer Rückfläche; einer Oberfläche 30S1) eines Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R sind so ausgebildet, dass sie in das Halbleitersubstrat 30 eingebettet sind, und sind in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 30 gestapelt. Der photoelektrische Wandler 20 umfasst eine photoelektrische Umwandlungsschicht 24 zwischen der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 25, die, wie oben beschrieben, einander gegenüberliegen. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 wird unter Verwendung eines organischen Materials gebildet. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 umfasst einen p-Typ-Halbleiter und einen n-Typ-Halbleiter und weist eine Bulk-Heteroübergangs-Struktur in einer Schicht auf. Die Bulk-Heteroübergangs-Struktur ist eine p/n-Übergangs-Oberfläche, die durch Mischen des p-Typ-Halbleiters und des n-Typ-Halbleiters gebildet wird.
Der organische photoelektrische Wandler 20 und die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R detektieren jeweils selektiv Licht in einem der entsprechenden Wellenlängenbänder, die sich voneinander unterscheiden, und führen eine photoelektrische Umwandlung des so detektierten Lichts durch. So erfasst der organische photoelektrische Wandler 20 beispielsweise ein blaues (B) Farbsignal. Die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R erfassen durch einen Unterschied im Absorptionskoeffizienten ein grünes (G) bzw. ein rotes (R) Farbsignal. Dadurch kann das Bildgebungselement 10A eine Vielzahl von Farbsignalen in einem Pixel erfassen, ohne einen Farbfilter zu verwenden.
Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform ein Fall beschrieben wird, in dem Elektronen von Paaren von Elektronen und Löchern (Elektron-Loch-Paare), die durch photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, als elektrische Signalladungen gelesen werden (in einem Fall, in dem ein n-Typ-Halbleiter-Bereich als photoelektrische Umwandlungsschicht dient. Darüber hinaus zeigt in den Zeichnungen ein „+ (plus)“ neben „p“ oder „n“ an, dass die Konzentration von Verunreinigungen vom p- oder n-Typ hoch ist.
Beispielsweise sind schwebende bzw. floatende/potentialfreie Diffusionen (schwebende Diffusionsschichten) FD1 (ein Bereich 36B im Halbleitersubstrat 30), FD2 (ein Bereich 37C im Halbleitersubstrat 30) und FD3 (ein Bereich 38C im Halbleitersubstrat 30), Transfertransistoren Tr2 und Tr3, ein Verstärkertransistor (ein Modulationselement) AMP, ein Rücksetztransistor RST, ein Auswahltransistor SEL und eine mehrschichtige Verdrahtung 40 auf einer zweiten Oberfläche (einer vorderen Oberfläche; 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Die mehrschichtige Verdrahtung 40 weist beispielsweise eine Konfiguration auf, bei der die Verdrahtungsschichten 41, 42 und 43 in einer Isolierschicht 44 gestapelt sind.
Es ist zu beachten, dass in der Zeichnung die Seite der ersten Oberfläche (die Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 als Lichteinfallsseite S1 und die Seite der zweiten Oberfläche (die Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 als Verdrahtungsschichtseite S2 dargestellt ist.
Der organische photoelektrische Wandler 20 umfasst die untere Elektrode 21, die Halbleiterschicht 23, die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 aus gestapelt sind. Darüber hinaus ist zwischen der unteren Elektrode 21 und der Halbleiterschicht 23 eine Isolierschicht 22 vorgesehen. Die untere Elektrode 21 ist beispielsweise für jedes Bildgebungselement 10A separat ausgebildet und umfasst eine Ausleseelektrode 21A und eine Akkumulationselektrode 21B, die durch die dazwischen liegende Isolierschicht 22 voneinander getrennt sind, wie später im Detail beschrieben. Die Ausleseelektrode 21A der unteren Elektrode 21 ist über eine in der Isolierschicht 22 vorgesehene Öffnung 22H elektrisch mit der Halbleiterschicht 23 verbunden. 1 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Halbleiterschicht 23, die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 als gemeinsame durchgehende Schichten für eine Vielzahl von Bildgebungselementen 10A vorgesehen sind, aber die Halbleiterschicht 23, die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 können beispielsweise für jedes Bildgebungselement 10A separat ausgebildet sein. Zum Beispiel sind ein dielektrischer Film 26, ein Isolierfilm 27 und eine Zwischenschicht-Isolierschicht 28 zwischen der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der unteren Elektrode 21 vorgesehen. Auf der oberen Elektrode 25 ist eine Schutzschicht 51 vorgesehen. Ein lichtabschirmender Film 52 ist z.B. an einer der Ausleseelektrode 21A entsprechenden Stelle in der Schutzschicht 51 vorgesehen. Es ist ausreichend, wenn der lichtabschirmende Film 52A so vorgesehen ist, dass er zumindest einen Bereich der Ausleseelektrode 21A abdeckt, der direkt mit der Halbleiterschicht 23 in Kontakt steht, ohne zumindest die Akkumulationselektrode 21B abzudecken. Optische Elemente wie eine Planarisierungsschicht (nicht veranschaulicht) und eine On-Chip-Linse 53 sind oberhalb der Schutzschicht 51 vorgesehen.
Eine Durchgangselektrode 34 ist zwischen der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) und der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Die Durchgangselektrode 34 ist elektrisch verbunden mit der Ausleseelektrode 21 des organischen photoelektrischen Wandlers 20, und der organische photoelektrische Wandler 20 ist über die Durchgangselektrode 34 mit einem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und einem Source/Drain-Bereich 36B, der auch als schwebende Diffusion FD1 dient, des Rücksetztransistors RST (ein Rücksetztransistor Trlrst) verbunden. Dadurch ist es möglich, elektrische Ladungen, die im organischen photoelektrischen Wandler 20 auf der Seite der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S21) des Halbleitersubstrats 30 erzeugt werden, vorteilhaft auf die Seite der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 zu übertragen und die Eigenschaften des Bildgebungselements 10A zu verbessern.
Ein unteres Ende der Durchgangselektrode 34 ist mit einem Kopplungsabschnitt 41A in der Verdrahtungsschicht 41 verbunden, und der Kopplungsabschnitt 41A und das Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP sind über einen ersten unteren Kontakt 45 miteinander verbunden. Der Kopplungsabschnitt 41A und die schwebende Diffusion FD1 (der Bereich 36B) sind z.B. über einen zweiten unteren Kontakt 46 miteinander verbunden. Ein oberes Ende der Durchgangselektrode 34 ist mit der Ausleseelektrode 21A verbunden, z.B. über einen ersten oberen Kontakt 29A, einen Pad-Abschnitt 39A und einen zweiten oberen Kontakt 29B.
Die Durchgangselektrode 34 ist beispielsweise für jeden organischen photoelektrischen Wandler 20 in jedem der Bildgebungselemente 10A vorgesehen. Die Durchgangselektrode 34 hat eine Funktion als Verbindungsglied zwischen dem organischen photoelektrischen Wandler 20 und sowohl dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP als auch der schwebenden Diffusion FD1 und dient als Übertragungsweg für die im organischen photoelektrischen Wandler 20 erzeugten elektrischen Ladungen.
Ein Gate Grst des Rücksetztransistors RST ist angrenzend an die schwebende Diffusion FD1 angeordnet (der eine Source/Drain-Bereich 36B des Rücksetztransistors RST). Dadurch ist es möglich, die in der schwebenden Diffusion FD1 angesammelten elektrischen Ladungen durch den Rücksetztransistor RST zurückzusetzen.
In dem Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Licht, das von der Seite der oberen Elektrode 25 in den organischen photoelektrischen Wandler 20 eingedrungen ist, von der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 absorbiert. Die dadurch erzeugten Exzitonen bewegen sich zu einer Grenzfläche zwischen einem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor, die die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 umfasst, und die Exzitonen werden dissoziiert, d.h. die Exzitonen werden in Elektronen und Löcher dissoziiert. Die dabei erzeugten elektrischen Ladungen (Elektronen und Löcher) werden jeweils durch Diffusion, die aus einem Konzentrationsunterschied zwischen den Ladungsträgern resultiert, oder durch ein internes elektrisches Feld, das aus einem Unterschied in der Arbeitsfunktion zwischen einer Anode (z. B. der oberen Elektrode 25) und einer Kathode (z. B. der unteren Elektrode 21) resultiert, zu verschiedenen Elektroden transportiert und als Photostrom erfasst. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Transportrichtungen der Elektronen und der Löcher durch Anlegen eines Potentials zwischen der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 25 zu steuern.
Im Folgenden werden die Konfigurationen, Materialien und dergleichen der jeweiligen Komponenten beschrieben.
Der organische photoelektrische Wandler 20 ist ein organisches photoelektrisches Umwandlungselement, das Licht absorbiert, das einem Wellenlängenband eines Teils oder der Gesamtheit eines selektiven Wellenlängenbandes entspricht (z.B. von 400 nm bis 700 nm, beide einschließlich), um Elektron-Loch-Paare zu erzeugen.
Die untere Elektrode 21 umfasst die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulationselektrode 21B, die wie oben beschrieben separat ausgebildet sind. Die Ausleseelektrode 21A überträgt elektrische Ladungen, die in der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 erzeugt werden, an die schwebende Diffusion FD1 und ist beispielsweise über den zweiten oberen Kontakt 29B, den Kontaktflächenabschnitt 39A, den ersten oberen Kontakt 29A, die Durchgangselektrode 34, den Kopplungsabschnitt 41A und den zweiten unteren Kontakt 46 mit der schwebenden Diffusion FD1 verbunden. Die Akkumulationselektrode 21B akkumuliert in der Halbleiterschicht 23 Elektronen als elektrische Signalladungen der in der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 erzeugten elektrischen Ladungen. Die Akkumulationselektrode 21B ist den im Halbleitersubstrat 30 ausgebildeten Oberflächen der anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R direkt gegenüberliegend und in einem Bereich vorgesehen, der diese Lichtempfangsflächen abdeckt. Die Akkumulationselektrode 21B ist vorzugsweise größer als die Ausleseelektrode 21A, wodurch es möglich ist, viele elektrische Ladungen zu akkumulieren. Mit der Akkumulationselektrode 21B ist, wie in 4 veranschaulicht, eine Spannungsanlegungsschaltung 60 über eine Verdrahtung verbunden.
Die untere Elektrode 21 umfasst einen elektrisch leitenden Film mit Lichtdurchlässigkeit. Beispiele für ein Material, aus dem die untere Elektrode 21 besteht, umfassen ITO, In₂O₃, dem Zinn (Sn) als Dotierstoff zugesetzt ist, und Indiumzinnoxid, einschließlich kristallinem ITO und amorphem ITO. Zusätzlich zu den oben beschriebenen Materialien kann ein Material auf der Basis von Zinnoxid (SnO₂), dem ein Dotierstoff zugesetzt wird, oder ein Material auf der Basis von Zinkoxid, das durch Zugabe eines Dotierstoffs hergestellt wird, als Material für die untere Elektrode 21 verwendet werden. Beispiele für ein Material auf Zinkoxidbasis umfassen Aluminiumzinkoxid (AZO), dem Aluminium (Al) als Dotierstoff zugesetzt wird, Galliumzinkoxid (GZO), dem Gallium (Ga) zugesetzt wird, Borzinkoxid, dem Bor (B) zugesetzt wird, und Indiumzinkoxid (IZO), dem Indium (In) zugesetzt wird. Darüber hinaus können CuI, InSbO₄, ZnMgO, CuInO₂, MgIN₂O₄, CdO, ZnSnO₃, TiO₂ oder Ähnliches als Material für die untere Elektrode 21 verwendet werden. Ferner kann ein Spinelloxid oder ein Oxid mit einer YbFe₂O_4-Struktur verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die untere Elektrode 21, die durch die Verwendung des oben beschriebenen Materials gebildet wird, im Allgemeinen eine hohe Austrittsarbeit hat und als Anodenelektrode funktioniert.
Die Halbleiterschicht 23 ist unterhalb der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24, insbesondere zwischen der Isolierschicht 22 und der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24, vorgesehen und akkumuliert elektrische Signalladungen, die in der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 erzeugt werden. Die Halbleiterschicht 23 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Materials gebildet, das eine höhere elektrische Ladungsbeweglichkeit als die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und eine große Bandlücke aufweist. So beträgt die Bandlücke des Materials, aus dem die Halbleiterschicht 23 besteht, vorzugsweise 3,0 eV oder mehr. Beispiele für ein solches Material umfassen ein oxidisches Halbleitermaterial wie IGZO, ein organisches Halbleitermaterial und dergleichen. Beispiele für das organische Halbleitermaterial umfassen Übergangsmetalldichalcogenid, Siliziumcarbid, Diamant, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, eine kondensierte polyzyklische Kohlenwasserstoffverbindung, eine kondensierte heterozyklische Verbindung und dergleichen. Die Halbleiterschicht 23 hat z. B. eine Dicke von 10 nm bis 300 nm (einschließlich). Das Vorsehen der Halbleiterschicht 23, die das oben beschriebene Material unterhalb der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 umfasst, ermöglicht es, die Rekombination elektrischer Ladungen während der elektrischen Ladungsakkumulation zu verhindern und die Übertragungseffizienz zu verbessern.
Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 wandelt optische Energie in elektrische Energie um. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 gemäß der vorliegenden Ausführungsform absorbiert beispielsweise Licht einiger oder aller Wellenlängen innerhalb eines Bereichs von 400 nm bis einschließlich 700 nm. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 umfasst beispielsweise zwei oder mehr Arten von organischen Materialien (p-Typ-Halbleitermaterialien oder n-Typ-Halbleitermaterialien), die jeweils als p-Typ-Halbleiter oder als n-Typ-Halbleiter fungieren. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 weist eine Übergangsfläche (eine p/n-Übergangsfläche) aus dem p-Typ-Halbleitermaterial und dem n-Typ-Halbleitermaterial in einer Schicht auf. Der p-Typ-Halbleiter fungiert relativ als Elektronendonator (Donator), und der n-Typ-Halbleiter relativ als Elektronenakzeptor (Akzeptor). Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 stellt ein Feld bereit, in dem Exzitonen, die bei der Absorption von Licht entstehen, in Elektronen und Löcher dissoziiert werden. Konkret werden die Exzitonen an einer Grenzfläche (der p/n-Übergangsfläche) zwischen dem Elektronendonator und dem Elektronenakzeptor in Elektronen und Löcher zerlegt.
Die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 kann neben dem p-Typ-Halbleitermaterial und dem n-Typ-Halbleitermaterial ein organisches Material umfassen, d. h. ein so genanntes Farbstoffmaterial, das Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenband photoelektrisch umwandelt und Licht in einem anderen Wellenlängenband hindurchlässt. In einem Fall, in dem die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 unter Verwendung von drei Arten organischer Materialien, d.h. des p-Typ-Halbleitermaterials, des n-Typ-Halbleitermaterials und des Farbstoffmaterials, gebildet wird, sind das p-Typ-Halbleitermaterial und das n-Typ-Halbleitermaterial vorzugsweise Materialien mit einer Lichtdurchlässigkeit in einem sichtbaren Bereich (z.B. von 400 nm bis 700 nm). Die Dicke der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 beträgt beispielsweise 25 nm bis einschließlich 400 nm, vorzugsweise 50 nm bis einschließlich 350 nm, und noch bevorzugter 150 nm bis einschließlich 300 nm.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 gebildet, indem sie beispielsweise eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird und Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis einschließlich 500 nm absorbiert. Die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis entspricht einem spezifischen Beispiel für ein „erstes organisches Halbleitermaterial“ der vorliegenden Offenbarung.
(R1 bis R4 sind jeweils unabhängig voneinander eine Phenylgruppe, eine Biphenylgruppe, eine Terphenylgruppe, eine Naphthalingruppe, eine Phenylnaphthalingruppe, eine Biphenylnaphthalingruppe, eine Binaphthalingruppe, eine Thiophengruppe, eine Bithiophengruppe, eine Terthiophengruppe, eine Benzothiophengruppe, eine Phenylbenzothiophengruppe, eine Biphenylbenzothiophenbenzofurangruppe, eine Phenylbenzofurangruppe, eine Biphenylbenzothiophengruppe, eine Alkangruppe, eine Cycloalkangruppe, eine Fluorengruppe, eine Phenylfluorengruppe oder eines ihrer Derivate.)
Beispiele für andere organische Materialien, die in der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 enthalten sind, umfassen Fulleren oder ein Fulleren-Derivat. Fulleren oder ein Fulleren-Derivat entspricht einem spezifischen Beispiel für ein „zweites organisches Halbleitermaterial“ der vorliegenden Offenbarung.
Darüber hinaus kann die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 beispielsweise ein organisches Halbleitermaterial umfassen, das Wellenlängen von 400 nm bis einschließlich 700 nm absorbiert. Beispiele für ein solches Material umfassen ein Cumarin-Derivat, ein Perylen-Derivat, ein Porphyrin-Derivat, ein Merocyanin-Derivat, ein Anthrachinon-Derivat und dergleichen. Das oben beschriebene organische Halbleitermaterial entspricht einem spezifischen Beispiel für ein „drittes organisches Halbleitermaterial“ der vorliegenden Offenbarung.
Eine Kombination der oben beschriebenen organischen Halbleitermaterialien funktioniert je nach Kombination als p-Typ-Halbleiter oder als n-Typ-Halbleiter.
Es ist zu beachten, dass die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 auch ein anderes organisches Material als die oben beschriebenen organischen Halbleitermaterialien umfassen kann. Als organisches Material, das sich von den oben beschriebenen organischen Halbleitermaterialien unterscheidet, wird zum Beispiel eine Art von Chinacridon, Borsubphthalocyaninchlorid, Pentacen, Benzothienobenzothiophen, Naphthalin, Anthracen, Phenanthren, Tetracen, Pyren, Perylen, Fluoranthen und Derivaten davon bevorzugt verwendet. Alternativ kann auch ein Polymer wie Phenylenvinylen, Fluoren, Carbazol, Indol, Pyren, Pyrrol, Picolin, Thiophen, Acetylen, Diacetylen oder ein Derivat davon verwendet werden. Darüber hinaus können vorzugsweise ein Metallkomplexfarbstoff, ein Farbstoff auf Cyaninbasis, ein Farbstoff auf Merocyaninbasis, ein Farbstoff auf Phenylexanthenbasis, ein Farbstoff auf Triphenylmethanbasis, ein Farbstoff auf Rhodacyaninbasis, ein Farbstoff auf Xanthenbasis, ein makrozyklischer Farbstoff auf Azaannulenbasis, ein Farbstoff auf Azulenbasis, Naphthaquinon, ein Farbstoff auf Anthrachinonbasis verwendet werden, eine Kettenverbindung, in der eine kondensierte polyzyklische aromatische Gruppe wie Anthracen und Pyren und ein aromatischer Ring oder eine heterozyklische Verbindung kondensiert sind, ein cyaninartiger Farbstoff, der durch zwei stickstoffhaltige Heteroringe wie Chinolin, Benzothiazol und Benzoxazol, die eine Squaryliumgruppe und eine krokonische Methingruppe als gebundene Kette aufweisen, oder durch eine Squaryliumgruppe oder eine krokonische Methingruppe oder dergleichen gebunden ist. Es ist zu beachten, dass als der oben beschriebene Metallkomplex-Farbstoff ein Farbstoff auf Dithiol-Metallkomplex-Basis, ein Metallophthalocyanin-Farbstoff, ein Metalloporphyrin-Farbstoff oder ein Rutheniumkomplex-Farbstoff bevorzugt ist, aber der Metallkomplex-Farbstoff ist darauf nicht beschränkt.
Die obere Elektrode 25 umfasst einen elektrisch leitenden Film mit einer ähnlichen Lichtdurchlässigkeit wie die untere Elektrode 21. In der Bildgebungsvorrichtung 1, die das Bildgebungselement 10A als ein Pixel verwendet, kann die obere Elektrode 25 für jedes der Pixel separat vorgesehen sein oder als eine gemeinsame Elektrode für die jeweiligen Pixel ausgebildet sein. Die obere Elektrode 25 hat eine Dicke von 10 nm bis 200 nm, zum Beispiel.
Zwischen der Halbleiterschicht 23 und der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 sowie zwischen der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 und der oberen Elektrode 25 kann jeweils eine andere Schicht vorgesehen sein. Beispielsweise können, wie bei einem in 5 veranschaulichten Bildgebungselement 10B, die Halbleiterschicht 23, eine Elektronensperrschicht 24A (eine erste elektrische Ladungssperrschicht), die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und eine Lochsperrschicht 24B (eine zweite elektrische Ladungssperrschicht) in der Reihenfolge von der Seite der unteren Elektrode 21 her gestapelt werden. Darüber hinaus können zwischen der unteren Elektrode 21 und der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 eine Grundierungsschicht und eine Lochtransportschicht vorgesehen sein, oder zwischen der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 und der oberen Elektrode 25 kann eine Schicht zur Einstellung der Arbeitsfunktion, eine Pufferschicht oder eine Elektronentransportschicht vorgesehen sein.
Die Isolierschicht 22 trennt die Akkumulationselektrode 21B und die Halbleiterschicht 23 elektrisch voneinander. Die Isolierschicht 22 ist z.B. auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 vorgesehen, um die untere Elektrode 21 abzudecken. Darüber hinaus weist die Isolierschicht 22 die Öffnung 22H über der Ausleseelektrode 21A der unteren Elektrode 21 auf, und die Ausleseelektrode 21A und die Halbleiterschicht 23 sind über die Öffnung 22H elektrisch miteinander verbunden. Die Isolierschicht 22 umfasst beispielsweise einen einschichtigen Film, der eine Art von Siliziumoxid (SiO_x), Siliziumnitrid (SiN_x), Siliziumoxynitrid (SiON) und dergleichen enthält, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr Arten davon enthält. Die Isolierschicht 22 hat eine Dicke von z. B. 20 nm bis 500 nm.
Der dielektrische Film 26 verhindert die Reflexion von Licht, das durch einen Unterschied im Brechungsindex zwischen dem Halbleitersubstrat 30 und dem Isolierfilm 27 entsteht. Als Material des dielektrischen Films 26 ist ein Material mit einem Brechungsindex, der zwischen dem Brechungsindex des Halbleitersubstrats 30 und dem Brechungsindex des Isolierfilms 27 liegt, vorzuziehen. Ferner wird als Material des dielektrischen Films 26 beispielsweise vorzugsweise ein Material verwendet, das in der Lage ist, einen Film mit negativen festen elektrischen Ladungen zu bilden. Alternativ wird als Material des dielektrischen Films 26 vorzugsweise ein Halbleitermaterial oder ein elektrisch leitfähiges Material verwendet, das eine größere Bandlücke aufweist als das Halbleitersubstrat 30. Dies ermöglicht es, die Erzeugung eines Dunkelstroms an einer Grenzfläche des Halbleitersubstrats 30 zu unterdrücken. Solche Materialien umfassen Hafniumoxid (HfO_x), Aluminiumoxid (AlO_x), Zirkoniumoxid (ZrO_x), Tantaloxid (TaO_x), Titanoxid (TiO_x), Lanthanoxid (LaO_x), Praseodymoxid (PrO_x), Ceroxid (CeO_x), Neodymoxid (NdO_x), Promethiumoxid (PmO_x), Samariumoxid (SmO_x), Europiumoxid (EuO_x), Gadoliniumoxid (GdO_x), Terbiumoxid (TbO_x), Dysprosiumoxid (DyO_x), Holmiumoxid (HoO_x), Thuliumoxid (TmO_x), Ytterbiumoxid (YbO_x), Lutetiumoxid (LuO_x), Yttriumoxid (YO_x), Hafniumnitrid (HfN_x), Aluminiumnitrid (AlN_x), Hafniumoxynitrid (HfO_xN_y), Aluminiumoxynitrid (AlO_xN_y) und dergleichen.
Der Isolierfilm 27 ist auf dem dielektrischen Film 26 vorgesehen, der auf der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und einer Seitenfläche des Durchgangslochs 30H gebildet ist, und isoliert die Durchgangselektrode 34 und das Halbleitersubstrat 30 elektrisch voneinander. Beispiele für ein Material des Isolierfilms 27 umfassen Siliziumoxid (SiO_x), TEOS, Siliziumnitrid (SiN_x), Siliziumoxynitrid (SiON) und dergleichen.
Die Zwischenschicht-Isolierschicht 28 umfasst beispielsweise einen einschichtigen Film, der eine Art von Siliziumoxid (SiO_x), TEOS, Siliziumnitrid (SiN_x), Siliziumoxynitrid (SiON) und dergleichen enthält, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr Arten davon enthält.
Die Schutzschicht 51 umfasst ein Material mit Lichtdurchlässigkeit und umfasst beispielsweise einen einschichtigen Film, der Siliziumoxid (SiO_x), Siliziumnitrid (SiN_x), Siliziumoxynitrid (SiON) und dergleichen enthält, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr Arten davon enthält. Die Schutzschicht 51 hat eine Dicke von 100 nm bis 30000 nm, zum Beispiel.
Das Halbleitersubstrat 30 umfasst beispielsweise ein n-Typ-Halbleiter (Si)-Substrat und hat eine p-Wanne 31 in einem vorbestimmten Bereich (z.B. einem Pixelabschnitt 1a). Die Transfertransistoren Tr2 und Tr3, der Verstärkertransistor AMP, der Rücksetztransistor RST, der Auswahltransistor SEL und dergleichen, die oben beschrieben wurden, sind auf der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) der p-Wanne 31 vorgesehen. Darüber hinaus sind, wie in 2 veranschaulicht, zum Beispiel eine Pixel-Ausleseschaltung 110 und eine Pixel-Treiberschaltung 120, die eine Logikschaltung und dergleichen umfassen, in einem peripheren Abschnitt (einem peripheren Abschnitt 1b) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen.
Der Rücksetztransistor RST (der Rücksetztransistor Tr1rst) setzt elektrische Ladungen zurück, die vom organischen photoelektrischen Wandler 20 zur schwebenden Diffusion FD1 übertragen werden, und umfasst beispielsweise einen MOS-Transistor. Im Einzelnen umfasst der Rücksetztransistor Tr1rst das Rücksetz-Gate Grst, einen Kanalbildungsbereich 36A sowie Source/Drain-Bereiche 36B und 36C. Das Rücksetztransistor-Gate Grst ist mit einer Rücksetzleitung RST1 verbunden, und der eine Source/Drain-Bereich 36B des Rücksetztransistors Tr1rst dient auch als schwebende Diffusion FD1. Der andere Source/Drain-Bereich 36C, der den Rücksetztransistor Tr1rst umfasst, ist mit einer Spannungsquelle VDD verbunden.
Der Verstärkertransistor AMP ist ein Modulationselement, das eine im organischen photoelektrischen Wandler 20 erzeugte elektrische Ladungsmenge in eine Spannung moduliert, und umfasst beispielsweise einen MOS-Transistor. Im Einzelnen umfasst der Verstärkertransistor AMP ein Gate Gamp, einen Kanalbildungsbereich 35A und Source/Drain-Bereiche 35B und 35C. Das Gate Gamp ist mit der Ausleseelektrode 21A und dem einen Source/Drain-Bereich 36B (der schwebenden Diffusion FD1) des Rücksetztransistors Tr1rst über den ersten unteren Kontakt 45, den Kopplungsabschnitt 41A, den zweiten unteren Kontakt 46, die Durchgangselektrode 34 und dergleichen verbunden. Darüber hinaus teilt ein Source/Drain-Bereich 35B einen Bereich mit dem anderen Source/Drain-Bereich 36C, der den Rücksetztransistor Tr1rst umfasst, und ist mit der Spannungsquelle VDD verbunden.
Der Auswahltransistor SEL (ein Auswahltransistor TRIsel) umfasst ein Gate Gsel, einen Kanalbildungsbereich 34A und Source/Drain-Bereiche 34B und 34C. Das Gate Gsel ist mit einer Auswahlleitung SEL1 verbunden. Darüber hinaus teilt sich ein Source/Drain-Bereich 34B einen Bereich mit dem anderen Source/Drain-Bereich 35C, der den Verstärkertransistor AMP umfasst, und der andere Source/Drain-Bereich 34C ist mit einer Signalleitung (einer Datenausgangsleitung) VSL1 verbunden.
Die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R haben jeweils einen pn-Übergang in einem vorbestimmten Bereich des Halbleitersubstrats 30. Die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R ermöglichen eine Streuung des Lichts in Längsrichtung unter Ausnutzung eines Unterschieds in der Wellenlänge des absorbierten Lichts in Abhängigkeit von der Tiefe des Lichteinfalls in das Siliziumsubstrat. Der anorganische photoelektrische Wandler 32G erfasst selektiv grünes Licht, um elektrische Signalladungen zu akkumulieren, die dem grünen Licht entsprechen, und ist in einer Tiefe angeordnet, die eine effiziente photoelektrische Umwandlung des grünen Lichts ermöglicht. Der anorganische photoelektrische Wandler 32R erfasst selektiv rotes Licht, um elektrische Signalladungen zu akkumulieren, die dem roten Licht entsprechen, und ist in einer Tiefe angeordnet, die eine effiziente photoelektrische Umwandlung des roten Lichts ermöglicht. Es ist zu beachten, dass Grün (G) und Rot (R) Farben sind, die z. B. einem Wellenlängenband von 495 nm bis 620 nm bzw. einem Wellenlängenband von 620 nm bis 750 nm entsprechen. Es ist ausreichend, wenn jeder der anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R Licht in einem Teil oder in der Gesamtheit eines entsprechenden Wellenlängenbandes erfassen kann.
Der anorganische photoelektrische Wandler 32G umfasst z.B. einen p+-Bereich, der als Loch-Akkumulationsschicht dient, und einen n-Bereich, der als Elektronen-Akkumulationsschicht dient. Der anorganische photoelektrische Wandler 32R umfasst beispielsweise einen p+-Bereich, der als Loch-Akkumulationsschicht dient, und einen n-Bereich, der als Elektronen-Akkumulationsschicht dient (mit einer p-n-p-Stapelstruktur). Der n-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G ist mit dem vertikalen Transfertransistor Tr2 verbunden. Der p+-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G biegt entlang des Transfertransistors Tr2 und ist mit dem p+-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32R verbunden.
Der Transfertransistor Tr2 (ein Transfertransistor TR2trs) überträgt an die schwebende Diffusion FD2 die elektrischen Signalladungen, die dem im anorganischen photoelektrischen Wandler 32G erzeugten und akkumulierten Grün entsprechen. Der anorganische photoelektrische Wandler 32G ist an einer Position tief von der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 gebildet; daher umfasst der Transfertransistor TR2trs des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G vorzugsweise einen vertikalen Transistor. Darüber hinaus ist der Transfertransistor TR2trs mit einer Transfer-Gate-Leitung TG2 verbunden. Ferner ist die schwebende Diffusion FD2 in einem Bereich 37C in der Nähe des Gates Gtrs2 des Transfertransistors TR2trs vorgesehen. Die in dem anorganischen photoelektrischen Wandler 32G angesammelten elektrischen Ladungen werden von der schwebenden Diffusion FD2 über einen entlang des Gates Gtrs2 gebildeten Transferkanal ausgelesen.
Der Transfertransistor Tr3 (ein Transfertransistor TR3trs) überträgt an die schwebende Diffusion FD3 elektrische Signalladungen, die dem im anorganischen photoelektrischen Wandler 32R erzeugten und akkumulierten Rot entsprechen, und umfasst zum Beispiel einen MOS-Transistor. Darüber hinaus ist der Transfertransistor TR3trs mit einer Transfer-Gate-Leitung TG3 verbunden. Ferner ist die schwebende Diffusion FD3 in einem Bereich 38C in der Nähe des Gates Gtrs3 des Transfertransistors TR3trs vorgesehen. Die in dem anorganischen photoelektrischen Wandler 32R angesammelten elektrischen Ladungen werden von der schwebenden Diffusion FD3 über einen entlang des Gates Gtrs3 gebildeten Transferkanal ausgelesen.
Ein Rücksetztransistor TR2rst, ein Verstärkertransistor TR2amp und ein Auswahltransistor TR2sel, die in einem Controller des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G umfasst sind, sind ferner auf der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Darüber hinaus sind ein Rücksetztransistor TR3rst, ein Verstärkertransistor TR3amp und ein Auswahltransistor TR3sel vorgesehen, die in einem Controller des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32R enthalten sind.
Der Rücksetztransistor TR2rst umfasst ein Gate, einen Kanalbildungsbereich und Source/Drain-Bereiche. Das Gate des Rücksetztransistors TR2rst ist mit einer Rücksetzleitung RST2 verbunden, und ein Source/Drain-Bereich des Rücksetztransistors TR2rst ist mit der Spannungsquelle VDD verbunden. Ein weiterer Source/Drain-Bereich des Rücksetztransistors TR2rst dient auch als schwebende Diffusion FD2.
Der Verstärkertransistor TR2amp umfasst ein Gate, einen Kanalbildungsbereich und Source-/Drain-Bereiche. Das Gate ist mit dem anderen Source/Drain-Bereich (der schwebenden Diffusion FD2) des Rücksetztransistors TR2rst verbunden. Darüber hinaus teilt ein Source/Drain-Bereich, der den Verstärkertransistor TR2amp umfasst, einen Bereich mit dem einen Source/Drain-Bereich, der den Rücksetztransistor TR2rst umfasst, und ist mit der Spannungsquelle VDD verbunden.
Der Auswahltransistor TR2sel umfasst ein Gate, einen Kanalbildungsbereich und Source-/Drain-Bereiche. Das Gate ist mit einer Auswahlleitung SEL2 verbunden. Darüber hinaus umfasst ein Source/Drain-Bereich des Auswahltransistors TR2sel einen gemeinsamen Bereich mit einem anderen Source/Drain-Bereich des Verstärkertransistors TR2amp. Ein weiterer Source/Drain-Bereich, der in dem Auswahltransistor TR2sel enthalten ist, ist mit einer Signalleitung (einer Datenausgangsleitung) VSL2 verbunden.
Der Rücksetztransistor TR3rst umfasst ein Gate, einen Kanalbildungsbereich und Source-/Drain-Bereiche. Das Gate des Rücksetztransistors TR3rst ist mit einer Rücksetzleitung RST3 verbunden, und ein Source/Drain-Bereich, der in dem Rücksetztransistor TR3rst enthalten ist, ist mit der Spannungsquelle VDD verbunden. Ein anderer Source/Drain-Bereich, der den Rücksetztransistor TR3rst umfasst, dient auch als schwebende Diffusion FD3.
Der Verstärkertransistor TR3amp umfasst ein Gate, einen Kanalbildungsbereich und Source-/Drain-Bereiche. Das Gate ist mit dem anderen Source/Drain-Bereich (der schwebenden Diffusion FD3) verbunden, der den Rücksetztransistor TR3rst umfasst. Darüber hinaus teilt sich ein Source/Drain-Bereich, der im Verstärkertransistor TR3amp enthalten ist, einen Bereich mit dem einen Source/Drain-Bereich, der im Rücksetztransistor TR3rst enthalten ist, und ist mit der Spannungsquelle VDD verbunden.
Der Auswahltransistor TR3sel umfasst ein Gate, einen Kanalbildungsbereich und Source-/Drain-Bereiche. Das Gate ist mit einer Auswahlleitung SEL3 verbunden. Ein Source/Drain-Bereich, der im Auswahltransistor TR3sel enthalten ist, teilt sich einen Bereich mit einem anderen Source/Drain-Bereich, der im Verstärkertransistor TR3amp enthalten ist. Ein weiterer Source/Drain-Bereich, der in dem Auswahltransistor TR3sel enthalten ist, ist mit einer Signalleitung (einer Datenausgangsleitung) VSL3 verbunden.
Die Rücksetzleitungen RST1, RST2 und RST3, die Auswahlleitungen SEL1, SEL2 und SEL3 und die Transfer-Gate-Leitungen TG2 und TG3 sind jeweils mit einer vertikalen Treiberschaltung 112 verbunden, die eine Treiberschaltung umfasst. Die Signalleitungen (Datenausgangsleitungen) VSL1, VSL2 und VSL3 sind mit einer Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 113 verbunden, die in der Treiberschaltung enthalten ist.
Der erste untere Kontakt 45, der zweite untere Kontakt 46, der erste obere Kontakt 29A, der zweite obere Kontakt 29B und ein dritter oberer Kontakt 29C umfassen zum Beispiel ein dotiertes Siliziummaterial wie PDAS (Phosphor-dotiertes amorphes Silizium) oder ein Metallmaterial wie Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Kobalt (Co), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta).
(1-2. Verfahren zur Herstellung eines Bildgebungselements)
Es ist möglich, das Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise wie folgt herzustellen.
6 bis 10 veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung des Bildgebungselements 10A in Prozessreihenfolge. Zunächst wird, wie in 6 veranschaulicht, beispielsweise die p-Wanne 31 als eine Wanne eines ersten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleitersubstrat 30 gebildet, und die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R eines zweiten Leitfähigkeitstyps (beispielsweise eines n-Typs) werden in dieser p-Wanne 31 gebildet. In der Nähe der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 wird ein p+-Bereich gebildet.
In ähnlicher Weise werden, wie in 6 veranschaulicht, auf der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 beispielsweise n+-Bereiche gebildet, die als schwebende Diffusionen FD1 bis FD3 dienen, und danach werden eine Gate-Isolierschicht 33 und eine Gate-Verdrahtungsschicht 47 gebildet, die jeweilige Gates des Transfertransistors Tr2, des Transfertransistors Tr3, des Auswahltransistors SEL, des Verstärkertransistors AMP und des Rücksetztransistors RST umfassen. So werden der Transfertransistor Tr2, der Transfertransistor Tr3, der Auswahltransistor SEL, der Verstärkertransistor AMP und der Rücksetztransistor RST gebildet. Ferner ist die mehrschichtige Verdrahtung 40, die die Verdrahtungsschichten 41 bis 43 und die Isolierschicht 44 umfasst, auf der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet. Die Verdrahtungsschichten 41 bis 43 umfassen den ersten unteren Kontakt 45, den zweiten unteren Kontakt 46 und den Kopplungsabschnitt 41A.
Als Basissubstrat des Halbleitersubstrats 30 wird ein SOI-Substrat (Silicon on Insulator) verwendet, in dem das Halbleitersubstrat 30, eine eingebettete Oxidschicht (nicht veranschaulicht) und ein Haltesubstrat (nicht veranschaulicht) gestapelt sind. Die eingebettete Oxidschicht und das Rückhaltesubstrat sind in 6 nicht veranschaulicht, sind aber mit der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 verbunden. Nach der Ionenimplantation wird eine Glühbehandlung durchgeführt.
Als nächstes wird ein Trägersubstrat (nicht veranschaulicht), ein anderes Halbleitersubstrat oder ähnliches mit der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) (der Seite der Mehrschichtverdrahtung 40) des Halbleitersubstrats 30 verbunden und von oben nach unten umgedreht. Anschließend wird das Halbleitersubstrat 30 von der eingebetteten Oxidschicht und dem Haltesubstrat des SOI-Substrats getrennt, um die erste Oberfläche (die Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 freizulegen. Es ist möglich, die oben genannten Prozesse mit Technologien durchzuführen, die in einem normalen CMOS-Prozess verwendet werden, wie z. B. Ionenimplantation und CVD (chemische Gasphasenabscheidung).
Als nächstes wird, wie in 7 veranschaulicht, das Halbleitersubstrat 30 von der Seite der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) aus bearbeitet, z. B. durch Trockenätzen, um z. B. ein ringförmiges Durchgangsloch 30H zu bilden. Wie in 7 veranschaulicht, dringt eine Tiefe des Durchgangslochs 30H vorzugsweise von der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) zur zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vor und erreicht beispielsweise den Kopplungsabschnitt 41A.
Anschließend wird, wie in 8 veranschaulicht, der dielektrische Film 26 auf der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der Seitenfläche des Durchgangslochs 30H gebildet, beispielsweise unter Verwendung eines Atomschichtabscheidungsverfahrens (Atomic Layer Deposition; ALD). Auf diese Weise wird der dielektrische Film 26 kontinuierlich auf der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 sowie auf der seitlichen Oberfläche und einer Bodenfläche des Durchgangslochs 30H gebildet. Als nächstes wird der Isolierfilm 27 auf der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und im Durchgangsloch 30H gebildet, und danach werden der Isolierfilm 27 und der dielektrische Film 26, die auf der unteren Oberfläche des Durchgangslochs 30H gebildet sind, beispielsweise durch Trockenätzen entfernt, um den Kopplungsabschnitt 41A freizulegen. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt auch der Isolierfilm 27 auf der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) ausgedünnt wird. Anschließend wird ein elektrisch leitender Film auf dem Isolierfilm 27 und im Durchgangsloch 30H gebildet, und danach wird ein Fotolack PR an einer vorbestimmten Stelle auf dem elektrisch leitenden Film gebildet. Als nächstes werden das Ätzen und das Entfernen des Photoresists PR durchgeführt, um die Durchgangselektrode 34 mit einem überhängenden Teil auf der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 zu bilden.
Als nächstes wird, wie in 9 veranschaulicht, ein Isolierfilm, der die Zwischenschicht-Isolierschicht 28 bildet, auf dem Isolierfilm 27 und der Durchgangselektrode 34 gebildet, und danach werden der erste obere Kontakt 29A, die Pad-Abschnitte 39A und 39B, der zweite obere Kontakt 29B und der dritte obere Kontakt 29C auf der Durchgangselektrode 34 gebildet, und dergleichen. Danach wird eine Oberfläche der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 mit Hilfe eines CMP-Verfahrens (Chemical Mechanical Polishing) planarisiert. Als nächstes wird ein elektrisch leitender Film 21x auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 gebildet, und danach wird ein Photoresist an einer vorbestimmten Position des elektrisch leitenden Films 21x gebildet.
Anschließend werden, wie in 10 veranschaulicht, Ätzen und Entfernen des Fotoresists durchgeführt, um die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulationselektrode 21B zu bilden.
Danach wird die Isolierschicht 22 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 28, der Ausleseelektrode 21A und der Akkumulationselektrode 21B gebildet, und danach wird die Öffnung 22H auf der Ausleseelektrode 21A vorgesehen. Als nächstes werden die Halbleiterschicht 23, die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 der Reihe nach auf der Isolierschicht 22 ausgebildet. Schließlich werden die Schutzschicht 51, der lichtabschirmende Film 52 und die On-Chip-Linse 53 auf der oberen Elektrode 25 vorgesehen. Damit ist das in 1 veranschaulichte Bildgebungselement 10A fertiggestellt.
Es ist zu beachten, dass es in einem Fall, in dem die Halbleiterschicht 23 und andere organische Schichten unter Verwendung eines organischen Materials gebildet werden, wünschenswert ist, die Halbleiterschicht 23 und die organischen Schichten kontinuierlich (durch einen In-situ-Vakuumprozess) in einem Vakuumprozess zu bilden. Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Bildung der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 16 nicht notwendigerweise auf ein Verfahren unter Verwendung eines Vakuumverdampfungsverfahrens beschränkt, sondern es können auch andere Verfahren, wie z. B. die Schleuderbeschichtungstechnologie, die Drucktechnologie und dergleichen verwendet werden. Weitere Verfahren zur Herstellung transparenter Elektroden (die untere Elektrode 21 und die obere Elektrode 25) können je nach den in den transparenten Elektroden enthaltenen Materialien ein physikalisches Aufdampfverfahren (PVD-Verfahren) wie ein Vakuumverdampfungsverfahren, ein reaktives Aufdampfverfahren, verschiedene Arten von Sputtering-Verfahren ein Elektronenstrahlverdampfungsverfahren und ein Ionenplattierungsverfahren, ein Pyrosolverfahren, ein Verfahren zur Pyrolyse einer organischen Metallkomponente, ein Sprühverfahren, ein Tauchverfahren, verschiedene Arten von chemischen Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) einschließlich eines MOCVD-Verfahrens, ein stromloses Plattierungsverfahren und ein Galvani si erungsverfahren.
In dem Bildgebungselement 10A durchläuft das Licht in einem Fall, in dem Licht über die On-Chip-Linsen 53 in den organischen photoelektrischen Wandler 20 eintritt, den organischen photoelektrischen Wandler 20 und die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R in der Reihenfolge, und jedes von grünem Licht, blauem Licht und rotem Licht wird im Verlauf des Durchgangs photoelektrisch umgewandelt. Die Signalerfassungsvorgänge für die jeweiligen Farben werden im Folgenden beschrieben.
(Erfassung des blauen Signals durch den organischen photoelektrischen Wandler 20)
Von dem in das Bildgebungselement 10A eingedrungenen Licht wird zunächst blaues Licht selektiv detektiert (absorbiert) und in dem organischen photoelektrischen Wandler 20 photoelektrisch umgewandelt.
Der organische photoelektrische Wandler 20 ist über die Durchgangselektrode 34 mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und der schwebenden Diffusion FD1 verbunden. Auf diese Weise werden die Elektronen der im organischen photoelektrischen Wandler 20 erzeugten Elektronen-Loch-Paare von der Seite der unteren Elektrode 21 abgezogen, über die Durchgangselektrode 34 auf die Seite der zweiten Oberfläche (die Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 übertragen und in der schwebenden Diffusion FD1 akkumuliert. Gleichzeitig wird die Menge der in dem organischen photoelektrischen Wandler 20 erzeugten elektrischen Ladungen durch den Verstärkertransistor AMP in eine Spannung umgewandelt.
Darüber hinaus ist das Gate Grst des Rücksetztransistors RST neben der schwebenden Diffusion FD1 angeordnet. Dementsprechend werden die in der schwebenden Diffusion FD1 angesammelten elektrischen Ladungen durch den Rücksetztransistor RST zurückgesetzt.
Dabei ist der organische photoelektrische Wandler 20 nicht nur mit dem Verstärkertransistor AMP, sondern auch mit der schwebenden Diffusion FD1 über die Durchgangselektrode 34 verbunden, so dass der Rücksetztransistor RST die in der schwebenden Diffusion FD1 angesammelten elektrischen Ladungen leicht zurücksetzen kann.
Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem die Durchgangselektrode 34 nicht mit der schwebenden Diffusion FD1 verbunden ist, schwierig, die in der schwebenden Diffusion FD1 angesammelten elektrischen Ladungen zurückzusetzen, was dazu führt, dass die elektrischen Ladungen durch Anlegen einer großen Spannung zur Seite der oberen Elektrode 25 gezogen werden. Dies kann zu einer Beschädigung der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 führen. Darüber hinaus führt eine Konfiguration, die eine Rückstellung in kurzer Zeit ermöglicht, zu einem Anstieg des Dunkelzeitrauschens, was zu einem Kompromiss führt; daher ist diese Konfiguration schwierig.
11 veranschaulicht ein Betriebsbeispiel des Bildgebungselements 10A, wobei (A) ein Potential an der Akkumulationselektrode 21B, (B) ein Potential an der schwebenden Diffusion FD1 (der Ausleseelektrode 21A) und (C) ein Potential am Gate (Gsel) des Rücksetztransistors TR1rst veranschaulicht. In dem Bildgebungselement 10A wird an die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulationselektrode 21B jeweils eine Spannung angelegt.
Im Bildgebungselement 10A legt eine Treiberschaltung in einer Akkumulationsperiode ein Potential V1 an die Ausleseelektrode 21A und ein Potential V2 an die Akkumulationselektrode 21B an. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Potenziale V1 und V2 die Bedingung V2 > V1 erfüllen. Dadurch werden die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugten elektrischen Ladungen (elektrische Signalladungen; Elektronen) zur Akkumulationselektrode 21B gezogen und in einem der Akkumulationselektrode 21B gegenüberliegenden Bereich der Halbleiterschicht 23 akkumuliert (die Akkumulationsperiode). Darüber hinaus wird der Wert des Potentials in dem Bereich der Halbleiterschicht 23, der der Akkumulationselektrode 21B gegenüberliegt, mit dem Ablauf der Zeit der photoelektrischen Umwandlung negativer. Es ist zu beachten, dass Löcher von der oberen Elektrode 25 an die Treiberschaltung gesendet werden.
In dem Bildgebungselement 10A wird in einer späteren Periode der Akkumulationsperiode ein Rücksetzvorgang durchgeführt. Insbesondere ändert ein Scanner zu einem Zeitpunkt t1 die Spannung eines Rücksetzsignals RST von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel. Dadurch wird der Rücksetztransistor TR1rst im Einheitspixel P eingeschaltet, und als Ergebnis wird die Spannung der schwebenden Diffusion FD1 auf eine Spannungsquelle VDD gesetzt, und die Spannung der schwebenden Diffusion FD1 wird zurückgesetzt (eine Rücksetzperiode).
Nach Abschluss des Rücksetzvorgangs werden die elektrischen Ladungen ausgelesen. Insbesondere legt die Treiberschaltung zu einem Zeitpunkt t2 ein Potential V3 an die Ausleseelektrode 21A an und legt ein Potential V4 an die Akkumulationselektrode 21B an. Dabei wird angenommen, dass die Potenziale V3 und V4 die Bedingung V3 < V4 erfüllen. Dies bewirkt, dass elektrische Ladungen, die sich in einem der Akkumulationselektrode 21B entsprechenden Bereich angesammelt haben, von der Ausleseelektrode 21A in die schwebende Diffusion FD1 ausgelesen werden. Das heißt, die in der Halbleiterschicht 23 angesammelten elektrischen Ladungen werden von einem Controller ausgelesen (eine Übertragungsperiode).
Nach Abschluss eines Auslesevorgangs legt die Treiberschaltung das Potenzial V1 erneut an die Ausleseelektrode 21A an und legt das Potenzial V2 erneut an die Akkumulationselektrode 21B an. Dadurch werden die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugten elektrischen Ladungen zur Akkumulationselektrode 21B gezogen und in dem der Akkumulationselektrode 21B gegenüberliegenden Bereich der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 akkumuliert (Akkumulationsperiode). (Erfassung des grünen und roten Signals durch die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R)
Anschließend werden grünes Licht und rotes Licht des Lichts, das den organischen photoelektrischen Wandler 20 durchlaufen hat, absorbiert und nacheinander im anorganischen photoelektrischen Wandler 32G bzw. im anorganischen photoelektrischen Wandler 32R photoelektrisch umgewandelt. Im anorganischen photoelektrischen Wandler 32G werden die dem einfallenden grünen Licht entsprechenden Elektronen im n-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch den Transfertransistor Tr2 zur schwebenden Diffusion FD2 übertragen. In ähnlicher Weise werden im anorganischen photoelektrischen Wandler 32R Elektronen, die dem einfallenden roten Licht entsprechen, im n-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32R akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch den Transfertransistor Tr3 an die schwebende Diffusion FD3 übertragen.
(1-3. Wirkungen und Effekte)
Wie oben beschrieben, ist die Entwicklung eines photoelektrischen Umwandlungselements für blaues Licht mit hoher externer Quanteneffizienz wünschenswert. Zum Beispiel wurde über ein blaues organisches photoelektrisches Umwandlungselement berichtet, das einen Porphyrin-Farbstoff verwendet; dessen externe Quanteneffizienz beträgt jedoch etwa 20 % bei 80 V. Darüber hinaus wurde über ein photoelektrisches Umwandlungselement berichtet, das eine Kombination aus Fulleren und einem Cumarin-Farbstoff als Materialien eines blauen organischen photoelektrischen Umwandlungsfilms verwendet; dessen externe Quanteneffizienz beträgt jedoch etwa 23 % bei 5 V.
Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform als Material der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis verwendet, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
In der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, nimmt eine Hauptachse eines Moleküls eine horizontale Ausrichtung auf eine Substratoberfläche ein. Darüber hinaus kann die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, zu einem Kristall des Fischgräten-Typs werden, der durch eine starke intermolekulare Wechselwirkung durch ein Benzothienobenzothiophen-Skelett beim Ladungsträgertransport vorteilhaft ist. Dementsprechend weist die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die allgemeine Formel (1) dargestellt wird, in der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit in Bezug auf eine vertikale Richtung jeder der Elektrodenoberflächen der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 25 auf. Darüber hinaus zeigt die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die allgemeine Formel (1) dargestellt wird, einen hervorragenden optischen Ansprechstrom bei einer niedrigen Spannung.
Wie oben beschrieben, wird die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 gebildet, die Licht von 400 nm bis einschließlich 500 nm absorbiert und eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit zur unteren Elektrode 21 und zur oberen Elektrode 25 aufweist. Dies ermöglicht es, das Bildgebungselement 10A für blaues Licht mit einer hohen externen Quanteneffizienz vorzusehen.
Darüber hinaus weist die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die allgemeine Formel (1) dargestellt wird, eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit in Bezug auf die vertikale Richtung jeder der Elektrodenoberflächen der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 25 auf, die einander gegenüberliegen, wobei die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 dazwischen angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Ein- und Ausschaltcharakteristik des Fotostroms in Abhängigkeit von der An- oder Abwesenheit von Lichteinstrahlung.
Darüber hinaus hat die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die allgemeine Formel (1) dargestellt wird, ein Übergangsdipolmoment, das horizontal zur Lichteinfallsrichtung verläuft, was eine starke Absorption von Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis einschließlich 500 nm ermöglicht. Dementsprechend ist ein On-Chip-Farbfilter nicht erforderlich, und es ist möglich, ein sogenanntes longitudinales spektrales Bildgebungselement zu konfigurieren, in dem photoelektrische Wandler, die Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren, in Längsrichtung gestapelt sind, ähnlich wie das Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Als nächstes werden die zweite bis fünfte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Im Folgenden werden Komponenten, die denen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich sind, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen.
<2. zweite Ausführungsform>
12 veranschaulicht eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (ein Bildgebungselement 10C) gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 10C umfasst beispielsweise ein Pixel (ein Einheitspixel P) in einer Bildgebungsvorrichtung (der Bildgebungsvorrichtung 1) wie einem CMOS-Bildsensor, der für eine elektronische Einrichtung wie eine digitale Fotokamera und eine Videokamera verwendet wird. Das Bildgebungselement 10C gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst zwei organische photoelektrische Wandler 20 und 70 und einen anorganischen photoelektrischen Wandler 32, die in Längsrichtung gestapelt sind.
Die organischen photoelektrischen Wandler 20 und 70 und der anorganische photoelektrische Wandler 32 detektieren jeweils selektiv Licht in einem der entsprechenden Wellenlängenbänder, die sich voneinander unterscheiden, und führen eine photoelektrische Umwandlung des so detektierten Lichts durch. Konkret erfasst beispielsweise der organische photoelektrische Wandler 20 ein blaues (B) Farbsignal, ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Der organische photoelektrische Wandler 70 erfasst z. B. ein grünes (G) Farbsignal. Der anorganische photoelektrische Wandler 32 erfasst z. B. ein rotes (R) Farbsignal. Auf diese Weise kann das Bildgebungselement 10C eine Vielzahl von Farbsignalen in einem Pixel erfassen, ohne einen Farbfilter zu verwenden.
Der organische photoelektrische Wandler 70 ist beispielsweise oberhalb des organischen photoelektrischen Wandlers 20 gestapelt und weist eine Konfiguration auf, bei der eine untere Elektrode 71, eine Halbleiterschicht 73, eine photoelektrische Umwandlungsschicht 74 und eine obere Elektrode 75 in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 aus gestapelt sind, ähnlich wie beim organischen photoelektrischen Wandler 20. Darüber hinaus ist zwischen der unteren Elektrode 71 und der Halbleiterschicht 73 eine Isolierschicht 72 vorgesehen. Die untere Elektrode 71 ist beispielsweise für jedes Bildgebungselement 10C separat ausgebildet und umfasst eine Ausleseelektrode 71A und eine Akkumulationselektrode 71B, die durch die dazwischen liegende Isolierschicht 72 voneinander getrennt sind, wie später im Detail beschrieben. Die Ausleseelektrode 71A der unteren Elektrode 71 ist über eine in der Isolierschicht 72 vorgesehene Öffnung 72H elektrisch mit der photoelektrischen Umwandlungsschicht 74 verbunden. 12 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die Halbleiterschicht 73, die photoelektrische Umwandlungsschicht 74 und die obere Elektrode 75 für jedes Bildgebungselement 10C getrennt ausgebildet sind; die Halbleiterschicht 73, die photoelektrische Umwandlungsschicht 74 und die obere Elektrode 75 können jedoch beispielsweise als gemeinsame durchgehende Schichten für eine Vielzahl von Bildgebungselementen 10C ausgebildet sein.
Die photoelektrische Umwandlungsschicht 74 wandelt optische Energie in elektrische Energie um und umfasst beispielsweise zwei oder mehr Arten von organischen Materialien (p-Typ-Halbleitermaterialien oder n-Typ-Halbleitermaterialien), die jeweils als p-Typ-Halbleiter oder n-Typ-Halbleiter fungieren, ähnlich wie die photoelektrische Umwandlungsschicht 24. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 74 kann neben dem p-Typ-Halbleitermaterial und dem n-Typ-Halbleitermaterial ein organisches Material, d. h. ein so genanntes Farbstoffmaterial, umfassen, das Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenband photoelektrisch umwandelt und Licht in einem anderen Wellenlängenband durchlässt. In einem Fall, in dem die photoelektrische Umwandlungsschicht 74 unter Verwendung von drei Arten organischer Materialien, d.h. des p-Typ-Halbleitermaterials, des n-Typ-Halbleitermaterials und des Farbstoffmaterials, gebildet wird, sind das p-Typ-Halbleitermaterial und das n-Typ-Halbleitermaterial vorzugsweise Materialien mit einer Lichtdurchlässigkeit in einem sichtbaren Bereich (z.B. von 400 nm bis 700 nm). Die Dicke der photoelektrischen Umwandlungsschicht 74 beträgt z. B. 25 nm bis einschließlich 400 nm, vorzugsweise 50 nm bis einschließlich 350 nm und noch bevorzugter 150 nm bis einschließlich 300 nm. Beispiele für das Farbstoffmaterial, das für die photoelektrische Umwandlungsschicht 74 verwendet wird, umfassen Subphthalocyanin, Phthalocyanin, Cumarin, Porphyrin, ein Derivat davon, ein Derivat davon oder dergleichen.
Zwei Durchgangselektroden 34X und 34Y sind zwischen der ersten Oberfläche (der Oberfläche 30S1) und der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen.
Ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Durchgangselektrode 34X elektrisch mit der Ausleseelektrode 21A des photoelektrischen Wandlers 20 verbunden, und der organische photoelektrische Wandler 20 ist über die Durchgangselektrode 34X mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und einem Source/Drain-Bereich 36B1 des Rücksetztransistors RST (dem Rücksetztransistor Trlrst) verbunden, der auch als schwebende Diffusion FD1 dient. Ein oberes Ende der Durchgangselektrode 34X ist mit der Ausleseelektrode 21A über den ersten oberen Kontakt 29A, den Pad-Abschnitt 39A und den zweiten oberen Kontakt 29B verbunden, zum Beispiel.
Die Durchgangselektrode 34Y ist elektrisch mit der Ausleseelektrode 71A des photoelektrischen Wandlers 70 verbunden, und der organische photoelektrische Wandler 70 ist über die Durchgangselektrode 34Y mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und einem Source/Drain-Bereich 36B2 des Rücksetztransistors RST (ein Rücksetztransistor Tr2rst) gekoppelt, der auch als schwebende Diffusion FD2 dient. Ein oberes Ende der Durchgangselektrode 34Y ist mit der Ausleseelektrode 71A beispielsweise über einen vierten oberen Kontakt 79A, einen Pad-Abschnitt 69A, einen fünften oberen Kontakt 79B, einen Pad-Abschnitt 69B und einen sechsten oberen Kontakt 79C verbunden. Darüber hinaus ist ein Pad 69C über einen siebten oberen Kontakt 79D mit der Akkumulationselektrode 71B der unteren Elektrode 71 verbunden, die den organischen photoelektrischen Wandler 70 umfasst.
Wie oben beschrieben, weist das Bildgebungselement 10B gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration auf, in der zwei organische photoelektrische Wandler 20 und 70 und ein anorganischer photoelektrischer Wandler 32 gestapelt sind, und ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird beispielsweise die photoelektrische Umwandlungsschicht 24, die den organischen photoelektrischen Wandler 20 umfasst, der das blaue (B) Farbsignal erfasst, durch Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis gebildet, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird. Dies ermöglicht es, ähnliche Effekte wie bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform zu erzielen.
<3. Dritte Ausführungsform>
13 veranschaulicht schematisch eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (ein Bildgebungselement 10D) gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 10D umfasst beispielsweise ein Pixel (ein Einheitspixel P) einer Bildgebungsvorrichtung (die Bildgebungsvorrichtung 1) wie einen CMOS-Bildsensor, der für eine elektronische Einrichtung wie eine digitale Fotokamera und eine Videokamera verwendet wird. Ein organischer photoelektrischer Wandler 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen dadurch, dass der organische photoelektrische Wandler 80 eine Konfiguration aufweist, bei der eine untere Elektrode 81, die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 in dieser Reihenfolge gestapelt sind und die untere Elektrode 81 als ein fester Film in einem Pixel ausgebildet ist.
Das Bildgebungselement 10D umfasst für jedes einzelne Pixel P einen organischen photoelektrischen Wandler 80 und zwei anorganische photoelektrische Wandler 32G und 32R, die in Längsrichtung gestapelt sind. Der organische photoelektrische Wandler 80 und die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R detektieren jeweils selektiv Licht in einem entsprechenden Wellenlängenband, das sich voneinander unterscheidet, und führen eine photoelektrische Umwandlung des so detektierten Lichts durch. Konkret erfasst beispielsweise der organische photoelektrische Wandler 80 ein blaues (B) Farbsignal, ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Eine mehrschichtige Verdrahtungsschicht 40 ist auf der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Die mehrschichtige Verdrahtungsschicht 40 weist beispielsweise eine Konfiguration auf, bei der die Verdrahtungsschichten 41, 42 und 43 in der Isolierschicht 44 gestapelt sind.
Der organische photoelektrische Wandler 80 ist ein organisches photoelektrisches Umwandlungselement, das Licht absorbiert, das einem Wellenlängenband eines Teils oder der Gesamtheit eines selektiven Wellenlängenbandes entspricht (z. B. von 400 nm bis 700 nm, beide einschließlich), um Elektron-Loch-Paare zu erzeugen. Der organische photoelektrische Wandler 80 umfasst beispielsweise die untere Elektrode 81 und die obere Elektrode 25, die einander gegenüberliegen, sowie die photoelektrische Umwandlungsschicht 24, die zwischen der unteren Elektrode 81 und der oberen Elektrode 25 vorgesehen ist, wie oben beschrieben. Wie in 13 veranschaulicht, haben in dem organischen photoelektrischen Wandler 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die untere Elektrode 81, die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 jeweils eine ähnliche Konfiguration wie in dem organischen photoelektrischen Wandler 20 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die untere Elektrode 81 als ein fester Film in jedem Pixel ausgebildet ist.
Zum Beispiel sind die schwebenden Diffusionen (schwebende Diffusionsschichten) FD1, FD2 und FD3, der vertikale Transkertransistor (Transfertransistor) Tr1, der Transfertransistor Tr2, der Verstärkertransistor (Modulationselement) AMP und der Rücksetztransistor RST auf der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen.
Der vertikale Transistor Tr1 ist ein Transfertransistor, der an die schwebende Diffusion FD1 elektrische Signalladungen überträgt, die dem in dem anorganischen photoelektrischen Wandler 32G erzeugten und akkumulierten Grün entsprechen. Der anorganische photoelektrische Wandler 32G ist an einer Position tief von der zweiten Oberfläche (der Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 gebildet; daher umfasst der Transfertransistor des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G vorzugsweise den vertikalen Transistor Tr1. Der Transfertransistor Tr2 überträgt an die schwebende Diffusion FD2 elektrische Signalladungen, die dem im anorganischen photoelektrischen Wandler 32R erzeugten und akkumulierten Rot entsprechen, und umfasst z.B. einen MOS-Transistor. Der Verstärkertransistor AMP ist ein Modulationselement, das die Menge der im organischen photoelektrischen Wandler 80 erzeugten elektrischen Ladungen in eine Spannung umwandelt, und umfasst z. B. einen MOS-Transistor. Der Rücksetztransistor RST setzt elektrische Ladungen zurück, die vom organischen photoelektrischen Wandler 80 zur schwebenden Diffusion FD3 übertragen werden, und umfasst beispielsweise einen MOS-Transistor.
Der erste untere Kontakt 45 und der zweite untere Kontakt 46 umfassen zum Beispiel ein dotiertes Siliziummaterial wie PDAS (Phosphor-dotiertes amorphes Silizium) oder ein Metallmaterial wie Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Kobalt (Co), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta).
In dem Bildgebungselement 10D wird jedes Farbsignal wie folgt erfasst.
(Erfassung des blauen Signals durch den organischen photoelektrischen Wandler 80)
Von dem in das Bildgebungselement 10D eingedrungenen Licht wird zunächst das blaue Licht selektiv erfasst (absorbiert) und in dem organischen photoelektrischen Wandler 80 photoelektrisch umgewandelt.
Der organische photoelektrische Wandler 80 ist über die Durchgangselektrode 34 mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und der schwebenden Diffusion FD3 verbunden. Auf diese Weise werden die Elektronen der im organischen photoelektrischen Wandler 80 erzeugten Elektronen-Loch-Paare von der Seite der unteren Elektrode 81 abgezogen, über die Durchgangselektrode 34 auf die Seite der zweiten Oberfläche (die Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 übertragen und in der schwebenden Diffusion FD3 akkumuliert. Gleichzeitig wird die Menge der im organischen photoelektrischen Wandler 80 erzeugten elektrischen Ladungen durch den Verstärkertransistor AMP in Spannung umgewandelt.
Darüber hinaus ist das Gate Grst des Rücksetztransistors RST neben der schwebenden Diffusion FD3 angeordnet. Dementsprechend werden die in der schwebenden Diffusion FD3 angesammelten elektrischen Ladungen durch den Rücksetztransistor RST zurückgesetzt.
Dabei ist der organische photoelektrische Wandler 80 nicht nur mit dem Verstärkertransistor AMP, sondern auch mit der schwebenden Diffusion FD3 über die Durchgangselektrode 34 verbunden, so dass der Rücksetztransistor RST die in der schwebenden Diffusion FD3 angesammelten elektrischen Ladungen leicht zurücksetzen kann.
Im Gegensatz dazu ist es in einem Fall, in dem die Durchgangselektrode 34 nicht mit der schwebenden Diffusion FD3 verbunden ist, schwierig, die in der schwebenden Diffusion FD3 angesammelten elektrischen Ladungen zurückzusetzen, was dazu führt, dass die elektrischen Ladungen durch Anlegen einer großen Spannung zur Seite der oberen Elektrode 25 gezogen werden. Dies kann zu einer Beschädigung der photoelektrischen Umwandlungsschicht 24 führen. Darüber hinaus führt eine Konfiguration, die eine Rückstellung in kurzer Zeit ermöglicht, zu einem Anstieg des Dunkelzeitrauschens, was zu einem Kompromiss führt; daher ist diese Konfiguration schwierig.
(Erfassung des grünen und roten Signals durch die anorganischen photoelektrischen Wandler 32G und 32R)
Anschließend werden grünes und rotes Licht des Lichts, das den organischen photoelektrischen Wandler 80 durchlaufen hat, absorbiert und nacheinander im anorganischen photoelektrischen Wandler 32G bzw. im anorganischen photoelektrischen Wandler 32R photoelektrisch umgewandelt. Im anorganischen photoelektrischen Wandler 32G werden Elektronen, die dem einfallenden grünen Licht entsprechen, im n-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32G akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch den vertikalen Transistor Tr1 zur schwebenden Diffusion FD1 übertragen. In ähnlicher Weise werden im anorganischen photoelektrischen Wandler 32R Elektronen, die dem einfallenden roten Licht entsprechen, im n-Bereich des anorganischen photoelektrischen Wandlers 32R akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch den Transfertransistor Tr2 an die schwebende Diffusion FD2 übertragen.
Wie oben beschrieben, ist in dem Bildgebungselement 10D gemäß der vorliegenden Ausführungsform die untere Elektrode 81, die in dem organischen photoelektrischen Wandler 80 enthalten ist, als ein fester Film ausgebildet, und ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird beispielsweise die photoelektrische Umwandlungsschicht 24, die in dem organischen photoelektrischen Wandler 80 enthalten ist, der das blaue (B) Farbsignal erfasst, unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis gebildet, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird. Dies macht es möglich, ähnliche Effekte wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erzielen.
<4. Vierte Ausführungsform>
14 veranschaulicht schematisch eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (ein Bildgebungselement 10E) gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 10E umfasst beispielsweise ein Pixel (ein Einheitspixel P) in einer Bildgebungsvorrichtung (der Bildgebungsvorrichtung 1) wie einem CMOS-Bildsensor, der für eine elektronische Einrichtung wie eine digitale Fotokamera und eine Videokamera verwendet wird. Das Bildgebungselement 10E gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Konfiguration, in der ein roter photoelektrischer Wandler 90R, ein grüner photoelektrischer Wandler 90G und ein blauer photoelektrischer Wandler 90B in dieser Reihenfolge auf dem Halbleitersubstrat 30 mit einer dazwischen liegenden Isolierschicht 96 gestapelt sind.
Der rote photoelektrische Wandler 90R, der grüne photoelektrische Wandler 90G und der blaue photoelektrische Wandler 90B umfassen jeweils organische photoelektrische Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B zwischen einem Paar von Elektroden, insbesondere zwischen einer ersten Elektrode 91R und einer zweiten Elektrode 93R, zwischen einer ersten Elektrode 91G und einer zweiten Elektrode 93G und zwischen einer ersten Elektrode 91B und einer zweiten Elektrode 93B. Die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92B wird beispielsweise unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis gebildet, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, ähnlich wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Eine On-Chip-Linse 98L ist auf dem blauen photoelektrischen Wandler 90B mit einer Schutzschicht 97 und einer dazwischen angeordneten On-Chip-Linsenschicht 98 vorgesehen. Eine rote Akkumulationsschicht 310R, eine grüne Akkumulationsschicht 310G und eine blaue Akkumulationsschicht 310B sind im Halbleitersubstrat 30 vorgesehen. Licht, das in die On-Chip-Linse 98L eingedrungen ist, wird durch den roten photoelektrischen Wandler 90R, den grünen photoelektrischen Wandler 90G und den blauen photoelektrischen Wandler 90B photoelektrisch umgewandelt, und elektrische Signalladungen werden von dem roten photoelektrischen Wandler 90R an die rote Akkumulationsschicht 310R, von dem grünen photoelektrischen Wandler 90G an die grüne Akkumulationsschicht 310G und von dem blauen photoelektrischen Wandler 90B an die blaue Akkumulationsschicht 310B übertragen. Bei den elektrischen Signalladungen kann es sich um Elektronen oder Löcher handeln, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, aber ein Fall, in dem Elektronen als elektrische Signalladungen ausgelesen werden, wird im Folgenden als Beispiel beschrieben.
Das Halbleitersubstrat 30 umfasst zum Beispiel ein p-Typ-Siliziumsubstrat. Die rote Akkumulationsschicht 310R, die grüne Akkumulationsschicht 310G und die blaue Akkumulationsschicht 310B, die in dem Halbleitersubstrat 30 vorgesehen sind, umfassen jeweils einen n-Typ-Halbleiterbereich, und elektrische Signalladungen (Elektronen), die von dem roten photoelektrischen Wandler 90R, dem grünen photoelektrischen Wandler 90G und dem blauen photoelektrischen Wandler 90B geliefert werden, werden in den n-Typ-Halbleiterbereichen akkumuliert. Die n-Typ-Halbleiterbereiche der roten Akkumulationsschicht 310R, der grünen Akkumulationsschicht 310G und der blauen Akkumulationsschicht 310B werden durch Dotierung des Halbleitersubstrats 30 mit einer n-Typ-Verunreinigung wie z. B. Phosphor (P) oder Arsen (As) gebildet. Es ist zu beachten, dass das Halbleitersubstrat 30 auf einem Trägersubstrat (nicht veranschaulicht) vorgesehen sein kann, das Glas oder dergleichen umfasst.
In dem Halbleitersubstrat 30 ist ein Pixeltransistor vorgesehen. Der Pixeltransistor wird verwendet, um Elektronen aus jeder der roten Akkumulationsschicht 310R, der grünen Akkumulationsschicht 310G und der blauen Akkumulationsschicht 310B auszulesen und die Elektronen an eine vertikale Signalleitung zu übertragen (z.B. eine vertikale Signalleitung Lsig in 15, die später beschrieben wird), zum Beispiel. Eine schwebende Diffusion des Pixeltransistors ist in dem Halbleitersubstrat 30 vorgesehen, und die schwebende Diffusion ist mit der roten Akkumulationsschicht 310R, der grünen Akkumulationsschicht 310G und der blauen Akkumulationsschicht 310B verbunden. Die schwebende Diffusion umfasst einen n-Typ-Halbleiterbereich.
Die Isolierschicht 96 umfasst beispielsweise einen einschichtigen Film, der eine Art von Siliziumoxid (SiO_x), Siliziumnitrid (SiN_x), Siliziumoxynitrid (SiON), Hafniumoxid (HfO_x) und dergleichen umfasst, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr Arten davon umfasst. Darüber hinaus kann die Isolierschicht 96 auch aus einem organischen Isoliermaterial bestehen. Obwohl nicht veranschaulicht, umfasst die Isolierschicht 96 entsprechende Stecker zur Verbindung zwischen der roten Akkumulationsschicht 310R und dem roten photoelektrischen Wandler 90R, zwischen der grünen Akkumulationsschicht 310G und dem grünen photoelektrischen Wandler 90G und zwischen der blauen Akkumulationsschicht 310B und dem blauen photoelektrischen Wandler 90B sowie Elektroden.
Der rote photoelektrische Wandler 90R umfasst die erste Elektrode 91R, die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92R und die zweite Elektrode 93R in dieser Reihenfolge von einer Position nahe dem Halbleitersubstrat 30. Der grüne photoelektrische Wandler 90G umfasst die erste Elektrode 91G, die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92G und die zweite Elektrode 93G in dieser Reihenfolge, ausgehend von einer Position in der Nähe des roten photoelektrischen Wandlers 90R. Der blaue photoelektrische Wandler 90B umfasst die erste Elektrode 91B, die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92B und die zweite Elektrode 93B in dieser Reihenfolge, ausgehend von einer Position in der Nähe des grünen photoelektrischen Wandlers 90G. Zwischen dem roten photoelektrischen Wandler 90R und dem grünen photoelektrischen Wandler 90G ist eine Isolierschicht 94 vorgesehen, und zwischen dem grünen photoelektrischen Wandler 90G und dem blauen photoelektrischen Wandler 90B ist eine Isolierschicht 95 vorgesehen. Der rote photoelektrische Wandler 90R, der grüne photoelektrische Wandler 90G und der blaue photoelektrische Wandler 90B absorbieren jeweils selektiv rotes (z.B. eine Wellenlänge von 600 nm oder größer und weniger als 700 nm), grünes (z.B. eine Wellenlänge von 500 nm oder größer und weniger als 600 nm) und blaues (z.B. eine Wellenlänge von 400 oder größer und weniger als 500 nm) Licht, um Elektron-Loch-Paare zu erzeugen.
Die erste Elektrode 91R, die erste Elektrode 91G und die erste Elektrode 91B extrahieren jeweils die in der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92R erzeugten elektrischen Signalladungen, die in der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92G erzeugten elektrischen Signalladungen und die in der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92B erzeugten elektrischen Signalladungen. Die ersten Elektroden 91R, 91G und 91B sind z. B. für jedes Pixel vorgesehen. Die ersten Elektroden 91R, 91G und 91B umfassen z. B. ein elektrisch leitendes Material mit Lichtdurchlässigkeit, insbesondere ITO. Die ersten Elektroden 91R, 91G und 91B können z. B. ein Material auf Zinnoxidbasis oder ein Material auf Zinkoxidbasis umfassen. Das Material auf Zinnoxidbasis ist Zinnoxid, dem ein Dotierstoff hinzugefügt wird, und Beispiele für das Material auf Zinkoxidbasis umfassen Aluminiumzinkoxid, das durch Hinzufügen von Aluminium als Dotierstoff zu Zinkoxid hergestellt wird, Galliumzinkoxid, das durch Hinzufügen von Gallium als Dotierstoff zu Zinkoxid hergestellt wird, Indiumzinkoxid, das durch Hinzufügen von Indium als Dotierstoff zu Zinkoxid hergestellt wird, und dergleichen. Neben diesen Materialien können auch IGZO, Cul, InSbO₄, ZnMgO, CuInO₂, MgIn₂O₄, CdO, ZnSnO₃ und dergleichen verwendet werden. Jede der ersten Elektroden 91R, 91G und 91B hat z. B. eine Dicke von 50 nm bis 500 nm.
Beispielsweise kann eine Elektronentransportschicht jeweils zwischen der ersten Elektrode 91R und der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92R, zwischen der ersten Elektrode 91G und der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92G und zwischen der ersten Elektrode 91B und der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92B vorgesehen sein. Die Elektronentransportschicht fördert die Zufuhr von Elektronen, die in den organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B erzeugt werden, zu den ersten Elektroden 91R, 91G und 91B und umfasst beispielsweise Titanoxid, Zinkoxid oder dergleichen. Die Elektronentransportschicht kann durch Stapeln eines Titanoxidfilms und eines Zinkoxidfilms konfiguriert werden. Die Dicke der Elektronentransportschicht liegt beispielsweise zwischen 0,1 nm und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 0,5 nm und 300 nm.
Die organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B absorbieren jeweils Licht in einem selektiven Wellenlängenband für die photoelektrische Umwandlung und lassen Licht in einem anderen Wellenlängenband durch sie hindurch. Dabei ist das Licht in dem selektiven Wellenlängenband zum Beispiel Licht in einem Wellenlängenband mit einer Wellenlänge von 600 nm oder mehr und weniger als 700 nm für die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92R, Licht in einem Wellenlängenband mit einer Wellenlänge von 500 nm oder mehr und weniger als 600 nm für die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92G und Licht in einem Wellenlängenband mit einer Wellenlänge von 400 nm oder mehr und weniger als 500 nm für die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92B. Die Dicke jeder der organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B liegt beispielsweise bei 25 nm bis einschließlich 400 nm, vorzugsweise bei 50 nm bis einschließlich 350 nm und noch bevorzugter bei 150 nm bis einschließlich 300 nm.
Die organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B wandeln jeweils optische Energie in elektrische Energie um und umfassen jeweils zwei oder mehr Arten von organischen Materialien (p-Typ-Halbleitermaterialien oder n-Typ-Halbleitermaterialien), die jeweils ähnlich wie die photoelektrische Umwandlungsschicht 24 als p-Typ-Halbleiter oder n-Typ-Halbleiter funktionieren. Die organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B können neben dem p-Typ-Halbleitermaterial und dem n-Typ-Halbleitermaterial ein organisches Material umfassen, d. h. ein so genanntes Farbstoffmaterial, das Licht in dem oben beschriebenen vorbestimmten Wellenlängenband photoelektrisch umwandelt und Licht in einem anderen Wellenlängenband hindurchlässt. Beispiele für ein solches Material umfassen Rhodamin, Merocyanin und Derivate davon für die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92R. Die Beispiele umfassen Subphthalocyanin, Phthalocyanin, Cumarin, Porphyrin und Derivate davon für die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92G. Die Beispiele umfassen die Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, dargestellt durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1), für die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92B.
Beispiele für die organischen Materialien, die in den organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B enthalten sind, umfassen Fulleren oder ein Fulleren-Derivat. Die organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B können darüber hinaus ein anderes organisches Material als die oben beschriebenen organischen Materialien umfassen.
Beispielsweise kann eine Lochtransportschicht jeweils zwischen der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92R und der zweiten Elektrode 93R, zwischen der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92G und der zweiten Elektrode 93G und zwischen der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92B und der zweiten Elektrode 93B vorgesehen sein. Die Lochtransportschicht fördert die Zufuhr von Löchern, die in den organischen photoelektrischen Umwandlungsschichten 92R, 92G und 92B erzeugt werden, zu den zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B und umfasst beispielsweise Molybdänoxid, Nickeloxid, Vanadiumoxid oder Ähnliches. Die Lochtransportschicht kann ein organisches Material wie PEDOT (Poly(3,4-ethylendioxythiophen)) und TPD (N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidin) umfassen. Die Loch-Transportschicht hat beispielsweise eine Dicke von 0,5 nm bis einschließlich 100 nm.
Die zweite Elektrode 93R, die zweite Elektrode 93G und die zweite Elektrode 93B extrahieren jeweils Löcher, die in der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92R, in der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92G und in der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht 92B erzeugt werden. Die von jeder der zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B extrahierten Löcher werden über jeden Übertragungspfad (nicht veranschaulicht) beispielsweise in einen p-Typ-Halbleiterbereich (nicht veranschaulicht) im Halbleitersubstrat 30 entladen. Die zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B umfassen z. B. ein elektrisch leitfähiges Material wie Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu) und Aluminium (Al). Ähnlich wie die ersten Elektroden 91R, 91G und 91B können auch die zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B ein transparentes, elektrisch leitfähiges Material umfassen. In dem Bildgebungselement 10E werden die aus den zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B herausgezogenen Löcher entladen; daher können beispielsweise in einem Fall, in dem eine Vielzahl von Bildgebungselementen 10E in der später zu beschreibenden Bildgebungsvorrichtung 1 angeordnet ist, die zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B gemeinsam für jedes der Bildgebungselemente 10E (Einheitspixel P) vorgesehen sein. Jede der zweiten Elektroden 93R, 93G und 93B hat zum Beispiel eine Dicke von 0,5 nm bis einschließlich 100 nm.
Die Isolierschicht 94 isoliert die zweite Elektrode 93R und die erste Elektrode 91G gegeneinander. Die Isolierschicht 95 isoliert die zweite Elektrode 93G und die erste Elektrode 91B voneinander. Die Isolierschichten 94 und 95 umfassen z. B. ein Metalloxid, ein Metallsulfid oder eine organische Substanz. Beispiele für Metalloxide umfassen Siliziumoxid (SiO_x), Aluminiumoxid (AlO_x), Zirkoniumoxid (ZrO_x), Titanoxid (TiO_x), Zinkoxid (ZnO_x), Wolframoxid (WO_x), Magnesiumoxid (MgO_x), Nioboxid (NbO_x), Zinnoxid (SnO_x), Galliumoxid (GaO_x) und dergleichen. Beispiele für Metallsulfide umfassen Zinksulfid (ZnS), Magnesiumsulfid (MgS) und dergleichen. Die Bandlücke eines Materials, aus dem jede der Isolierschichten 94 und 95 besteht, beträgt vorzugsweise 3,0 eV oder mehr. Jede der Isolierschichten 94 und 95 hat z.B. eine Dicke von 2 nm bis 100 nm, jeweils einschließlich.
Wie oben beschrieben, wird die organische photoelektrische Umwandlungsschicht 92B unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, gebildet, was es ermöglicht, ähnliche Effekte wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erzielen.
<5. Anwendungsbeispiele>
(Anwendungsbeispiel 1)
15 veranschaulicht eine Gesamtkonfiguration einer Bildgebungsvorrichtung (die Bildgebungsvorrichtung 1), die für jedes der Pixel das Bildgebungselement 10A (oder eines der Bildgebungselemente 10B bis 10E) verwendet, das in den oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben ist. Die Bildgebungsvorrichtung 1 ist ein CMOS-Bildsensor und umfasst auf dem Halbleitersubstrat 30 den Pixelabschnitt 1a als einen Abbildungsbereich und einen peripheren Schaltungsabschnitt 130, der beispielsweise einen Zeilenscanner 131, einen Horizontalselektor 133, einen Spaltenscanner 134 und einen Systemcontroller 132 in einem Randbereich des Pixelabschnitts 1a umfasst.
Der Pixelabschnitt 1a hat eine Vielzahl von Einheitspixeln P (die jeweils einem Bildgebungselement 10 entsprechen), die beispielsweise zweidimensional in einer Matrix angeordnet sind. Die Einheitspixel P sind mit Pixeltreiberleitungen Lread (insbesondere Zeilenauswahlleitungen und Rücksetzsteuerleitungen) für die jeweiligen Pixelzeilen und vertikalen Signalleitungen Lsig für die jeweiligen Pixelspalten verdrahtet, zum Beispiel. Die Pixeltreiberleitungen Lread übertragen Treibersignale zum Auslesen von Signalen aus den Pixeln. Die Pixeltreiberleitungen Lread haben jeweils ein Ende, das mit einem entsprechenden der Ausgangsanschlüsse des Zeilenscanners 131 verbunden ist, die den jeweiligen Zeilen entsprechen.
Der Zeilenscanner 131 umfasst ein Schieberegister, einen Adressdecoder und dergleichen und ist beispielsweise ein Pixeltreiber, der die jeweiligen Einheitspixel P in dem Pixelabschnitt 1a zeilenweise ansteuert. Ein Signal, das von jedem der Einheitspixel P einer vom Zeilenscanner 131 selektiv abgetasteten Pixelzeile ausgegeben wird, wird dem Horizontalselektor 133 über jede der vertikalen Signalleitungen Lsig zugeführt. Der Horizontalselektor 133 umfasst einen Verstärker, einen Horizontalauswahlschalter und dergleichen, die für jede der vertikalen Signalleitungen Lsig vorgesehen sind.
Der Spaltenscanner 134 umfasst ein Schieberegister, einen Adressendecoder und dergleichen und steuert die jeweiligen Horizontalselektoren des Horizontalselektors 133 beim Abtasten der Horizontalselektoren nacheinander an. Eine solche selektive Abtastung durch den Spaltenscanner 134 bewirkt, dass die Signale der jeweiligen Pixel, die über die jeweiligen vertikalen Signalleitungen Lsig übertragen werden, der Reihe nach an eine horizontale Signalleitung 135 ausgegeben werden und danach über die horizontale Signalleitung 135 nach außerhalb des Halbleitersubstrats 30 übertragen werden.
Schaltungskomponenten, die den Zeilenscanner 131, den Horizontalselektor 133, den Spaltenscanner 134 und die horizontale Signalleitung 135 umfassen, können direkt auf dem Halbleitersubstrat 30 ausgebildet oder in einem externen Steuer-IC angeordnet sein. Alternativ können diese Schaltungskomponenten in einem beliebigen anderen Substrat ausgebildet sein, das durch ein Kabel oder dergleichen verbunden ist.
Der Systemcontroller 132 empfängt einen von der Außenseite des Halbleitersubstrats 30 gegebenen Takt oder Daten oder ähnliches über Anweisungen von Betriebsarten und gibt auch Daten wie interne Informationen der Bildgebungsvorrichtung 1 aus. Der Systemcontroller 132 verfügt ferner über einen Timing-Generator, der verschiedene Timing-Signale erzeugt, und führt die Treiberschaltung der peripheren Schaltungen wie des Zeilenscanners 131, des Horizontalselektors 133 und des Spaltenscanners 134 auf der Grundlage der verschiedenen, vom Timing-Generator erzeugten Timing-Signale durch.
(Anwendungsbeispiel 2)
Die oben beschriebene Bildgebungsvorrichtung 1 ist zum Beispiel auf verschiedene Arten von elektronischen Einrichtungen mit Bildgebungsfunktionen anwendbar. Beispiele für die elektronischen Einrichtungen umfassen Kamerasysteme wie digitale Standbild- und Videokameras und Mobiltelefone mit Bildgebungsfunktionen. 16 veranschaulicht als Beispiel eine schematische Konfiguration einer elektronischen Einrichtung 2 (einer Kamera). Die elektronische Einrichtung 2 ist eine Videokamera, die beispielsweise die Aufnahme eines Standbildes oder eines bewegten Bildes ermöglicht, und umfasst die Bildgebungsvorrichtung 1, ein optisches System (optische Linse) 310, eine Verschlussvorrichtung 311, einen Treiber 313, der die Bildgebungsvorrichtung 1 und die Verschlussvorrichtung 311 ansteuert, und einen Signalprozessor 312.
Das optische System 310 leitet Bildlicht (einfallendes Licht) von einem Objekt zu dem Pixelabschnitt 1a der Bildgebungsvorrichtung 1. Das optische System 310 kann eine Vielzahl von optischen Linsen umfassen. Die Verschlussvorrichtung 311 steuert einen Zeitraum, in dem die Bildgebungsvorrichtung 1 mit dem Licht bestrahlt wird, und einen Zeitraum, in dem das Licht blockiert wird. Der Treiber 313 steuert einen Übertragungsvorgang der Bildgebungsvorrichtung 1 und einen Verschlussvorgang der Verschlussvorrichtung 311. Der Signalprozessor 312 führt verschiedene Arten der Signalverarbeitung von Signalen durch, die von der Bildgebungsvorrichtung 1 ausgegeben werden. Ein Bildsignal Dout, das der Signalverarbeitung unterzogen wurde, wird in einem Speichermedium, wie z.B. einem Speicher, gespeichert oder auf einem Monitor oder ähnlichem ausgegeben.
(Anwendungsbeispiel 3)
Ferner ist die oben beschriebene Bildgebungsvorrichtung 1 auf die folgenden elektronischen Einrichtungen anwendbar (ein Endoskop 10100 vom Kapseltyp und ein mobiler Körper wie ein Fahrzeug).
<6. praktisches Anwendungsbeispiel>
(Praktisches Anwendungsbeispiel für ein In-vivo-Informationserfassungssystem)
Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) ist ferner für verschiedene Produkte verwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
17 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-vivo-Informationserfassungssystems für einen Patienten unter Verwendung eines Endoskops vom Kapseltyp darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
Das In-vivo-Informationserfassungssystem 10001 umfasst ein Endoskop 10100 vom Kapseltyp und eine externe Steuerungseinrichtung 10200.
Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp wird zur Untersuchungszeit von einem Patienten geschluckt. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp hat eine Bildaufnahmefunktion und eine Funktion zur drahtlosen Kommunikation und nimmt nacheinander ein Bild aus dem Inneren eines Organs wie etwa des Magens oder eines Darms (worauf im Folgenden auch als In-vivo-Bild verwiesen wird) in vorbestimmten Intervallen auf, während es sich mittels peristaltischer Bewegung innerhalb des Organs während eines Zeitraums bewegt, bis es vom Patienten auf natürlichem Wege ausgeschieden wird. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp überträgt dann drahtlos sukzessiv eine Information des In-vivo-Bilds zu der externen Steuerungseinrichtung 10200 außerhalb des Körpers.
Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert integral einen Betrieb des In-vivo-Informationserfassungssystems 10001. Darüber hinaus empfängt die externe Steuerungseinrichtung 10200 eine Information eines vom Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragenen In-vivo-Bilds und erzeugt Bilddaten zum Anzeigen des In-vivo-Bilds auf einer (nicht dargestellten) Anzeigeeinrichtung auf der Grundlage der empfangenen Information des In-vivo-Bilds.
Im In-Vivo-Informationserfassungssystem 10001 kann ein In-vivo-Bild, das einen Zustand des Inneren des Körpers eines Patienten aufgenommen hat, auf diese Weise zu jeder beliebigen Zeit während eines Zeitraums erfasst werden, bis das Endoskop 10100 vom Kapseltyp ausgeschieden wird, nachdem es geschluckt wird.
Eine Konfiguration und Funktionen des Endoskops 10100 vom Kapseltyp und der externen Steuerungseinrichtung 10200 werden im Folgenden detaillierter beschrieben.
Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp weist ein Gehäuse 10101 vom Kapseltyp auf, worin eine Lichtquelleneinheit 10111, eine Bildaufnahmeeinheit 10112, eine Bildverarbeitungseinheit 10113, eine Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation, eine Stromzuführungseinheit 10115, eine Stromversorgungseinheit 10116 und eine Steuerungseinheit 10117 untergebracht sind.
Die Lichtquelleneinheit 10111 enthält eine Lichtquelle wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) und strahlt Licht auf ein Bildaufnahme-Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit 10112.
Die Bildaufnahmeeinheit 10112 enthält ein Bildaufnahmeelement und ein optisches System, das eine Vielzahl Linsen umfasst, die bei einer dem Bildaufnahmeelement vorhergehenden Stufe vorgesehen sind. Reflektiertes Licht (worauf im Folgenden als Beobachtungslicht verwiesen wird) von Licht, das auf ein Körpergewebe gestrahlt wird, das ein Beobachtungsziel ist, wird durch das optische System gesammelt und wird in das Bildaufnahmeelement eingeführt. In der Bildaufnahmeeinheit 10112 wird das einfallende Beobachtungslicht durch das Bildaufnahmeelement fotoelektrisch umgewandelt, wodurch ein dem Beobachtungslicht entsprechendes Bildsignal erzeugt wird. Das durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugte Bildsignal wird der Bildverarbeitungseinheit 10113 bereitgestellt.
Die Bildverarbeitungseinheit 10113 enthält einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) und führt verschiedene Signalprozesse für ein durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugtes Bildsignal durch. Die Bildverarbeitungseinheit 10113 stellt das Bildsignal, für das die Signalprozesse durchgeführt worden sind, damit der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation als Rohdaten bereit.
Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation führt einen vorbestimmten Prozess wie etwa einen Modulationsprozess für das Bildsignal durch, für das die Signalprozesse durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 durchgeführt wurden, und überträgt das resultierende Bildsignal über eine Antenne 10114A zur externen Steuerungseinrichtung 10200. Darüber hinaus empfängt die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation ein auf eine Antriebssteuerung des Endoskops 10100 vom Kapseltyp bezogenes Steuersignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 über die Antenne 10114A. Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation liefert das von der externen Steuerungseinrichtung 10200 empfangene Steuersignal an die Steuerungseinheit 10117.
Die Stromzuführungseinheit 10115 enthält eine Antennenspule zur Leistungsaufnahme, eine Leistungsrückgewinnungsschaltung zum Rückgewinnen elektrischer Leistung von in der Antennenspule erzeugtem Strom, eine Spannungsverstärkerschaltung und dergleichen. Die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugt elektrische Leistung unter Verwendung eines Prinzips einer sogenannten kontaktfreien Aufladung.
Die Stromversorgungseinheit 10116 enthält eine Sekundärbatterie und speichert die durch die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugte elektrische Leistung. In 17 sind, um eine komplizierte Veranschaulichung zu vermeiden, eine Pfeilmarkierung, die ein Versorgungsziel der elektrischen Energie von der Stromversorgungseinheit 10116 angibt, usw. weggelassen. Die in der Stromversorgungseinheit 10116 gespeicherte elektrische Leistung wird jedoch der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Steuerungseinheit 10117 bereitgestellt und kann genutzt werden, um diese anzusteuern.
Die Steuerungseinheit 10117 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU und steuert geeignet eine Ansteuerung der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Stromzuführungseinheit 10115 gemäß einem von der externen Steuerungseinrichtung 10200 dorthin übertragenen Steuersignal.
Die externe Steuerungseinrichtung 10200 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU oder eine GPU, einen Mikrocomputer, eine Steuerungsplatine oder dergleichen, worin ein Prozessor und ein Speicherelement wie etwa ein Speicher gemischt integriert sind. Die externe Steuerungseinrichtung 10200 überträgt über eine Antenne 10200A ein Steuersignal zur Steuerungseinheit 10117 des Endoskops 10100 vom Kapseltyp, um den Betrieb des Endoskops 10100 vom Kapseltyp zu steuern. Im Endoskop 10100 vom Kapseltyp kann beispielsweise eine Bestrahlungsbedingung von Licht auf ein Beobachtungsziel der Lichtquelleneinheit 10111 zum Beispiel gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Darüber hinaus kann eine Bildaufnahmebedingung (zum Beispiel eine Frame-Rate, ein Belichtungswert oder dergleichen in der Bildaufnahmeeinheit 10112) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Ferner kann der Gehalt einer Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 oder eine Bedingung zum Übertragen eines Bildsignals von der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation (zum Beispiel ein Übertragungsintervall, die Anzahl an Übertragungsbildern und dergleichen) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden.
Darüber hinaus führt die externe Steuerungseinrichtung 10200 verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal aus, das von dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragen wurde, um Bilddaten zum Anzeigen eines aufgenommenen In-vivo-Bilds auf der Anzeigeeinrichtung zu erzeugen. Als die Bildprozesse können verschiedene Signalprozesse ausgeführt werden, wie etwa beispielsweise ein Entwicklungsprozess (Prozess zum Demosaicing), ein eine Bildqualität verbessernder Prozess (ein Prozess zur Bandbreitenerweiterung, ein Superauflösungsprozess, ein Prozess zur Rauschunterdrückung (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsprozess) und/oder ein Vergrößerungsprozess (Prozess eines elektronischen Zoom). Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert eine Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung, um die Anzeigeeinrichtung zu veranlassen, auf der Basis erzeugter Bilddaten aufgenommene In-vivo-Bilder anzuzeigen. Alternativ dazu kann die externe Steuerungseinrichtung 10200 auch eine (nicht veranschaulichte) Aufzeichnungseinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten aufzuzeichnen, oder eine (nicht veranschaulichte) Druckeinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten auszudrucken.
Oben wurde die Beschreibung eines Beispiels des In-vivo-Informationserfassungssystems, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann zum Beispiel auf die Bildaufnahmeeinheit 10112 angewandt werden. Dies ermöglicht, die Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
<Beispiel einer praktischen Anwendung für ein System für endoskopische Chirurgie>
Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
18 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
In 18 ist ein Zustand veranschaulicht, in welchem ein Chirurg (Arzt) 11131 gerade ein System 11000 für endoskopische Chirurgie verwendet, um einen chirurgischen Eingriff an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchzuführen. Wie dargestellt umfasst das System 11000 für endoskopische Chirurgie ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110 wie etwa ein Pneumoperitoneum-Rohr 11111 und eine Energiebehandlungsvorrichtung 11112, eine Trägerarmeinrichtung 11120, die das Endoskop 11100 darauf trägt, und einen Rollwagen 11200, auf welchem verschiedene Einrichtungen für endoskopische Chirurgie montiert sind.
Das Endoskop 11100 umfasst einen Linsentubus 11101, mit einem Bereich vorbestimmter Länge von dessen Distalende, um in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 eingeführt zu werden, und einen Kamerakopf 11102, der mit einem Proximalende des Linsentubus 11101 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Endoskop 11100 dargestellt, das ein steifes Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom harten Typ umfasst. Das Endoskop 11100 kann jedoch ansonsten als flexibles bzw. biegsames Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom biegsamen Typ einbezogen sein.
An seinem Distalende weist der Linsentubus 11101 eine Öffnung auf, in welche eine Objektlinse eingepasst ist. Eine Lichtquelleneinrichtung 11203 ist mit dem Endoskop 11100 so verbunden, dass von der Lichtquelleneinrichtung 11203 erzeugtes Licht in ein Distalende des Linsentubus 11101 durch eine Lichtführung eingeführt wird, die sich innerhalb des Linsentubus 11101 erstreckt, und in Richtung eines Beobachtungsziels in einem Körperhohlraum des Patienten 11132 durch die Objektlinse gestrahlt wird. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Endoskop 11100 ein Endoskop für Geradeaussicht sein kann oder ein Endoskop für Schrägsicht oder ein Endoskop für eine Seitensicht sein kann.
Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind innerhalb des Kamerakopfes 11102 so vorgesehen, dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) vom Beobachtungsziel durch das optische System auf dem Bildaufnahmeelement zusammengeführt bzw. gesammelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildaufnahmeelement photoelektrisch umgewandelt, um ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal, nämlich ein einem Beobachtungsbild entsprechendes Bildsignal, zu erzeugen. Das Bildsignal wird als Rohdaten zu einer CCU 11201 übertragen.
Die CCU 11201 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert übergreifend bzw. integral eine Operation des Endoskops 11100 und einer Anzeigeeinrichtung 11202. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal vom Kamerakopf 11102 und führt für das Bildsignal verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines auf dem Bildsignal basierenden Bildes wie etwa beispielsweise einen Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess) durch.
Die Anzeigeeinrichtung 11202 zeigt darauf ein Bild, das auf einem Bildsignal basiert, für das von der CCU 11201 die Bildprozesse durchgeführt wurden, unter einer Steuerung der CCU 11201 an.
Die Lichtquelleneinrichtung 11203 enthält eine Lichtquelle, wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), und führt Bestrahlungslicht bei einer Abbildung eines Bereichs eines chirurgischen Eingriffs dem Endoskop 11100 zu.
Eine Eingabeeinrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System 11000 für endoskopische Chirurgie. Ein Nutzer kann über die Eingabeeinrichtung 11204 Eingaben verschiedener Arten einer Information oder Anweisung durchführen, die in das System 11000 für endoskopische Chirurgie eingegeben werden. Beispielsweise gibt der Nutzer eine Anweisung oder dergleichen, um eine Bildaufnahmebedingung (eine Art von Bestrahlungslicht, eine Vergrößerung, eine Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 11100 zu ändern, ein.
Eine Einrichtung 11205 zur Steuerung eines Behandlungsinstruments steuert eine Ansteuerung der Energiebehandlungsvorrichtung 11112 für eine Kauterisierung bzw. Verätzung oder einen Schnitt eines Gewebes, ein Verschließen eines Blutgefäßes oder dergleichen. Um das Sichtfeld des Endoskops 11100 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen, führt eine Pneumoperitoneum-Einrichtung 11206 durch das Pneumoperitoneum-Rohr 11111 Gas in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 ein, um den Körperhohlraum auszudehnen. Eine Aufzeichnungseinrichtung 11207 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten einer Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff aufzeichnen kann. Ein Drucker 11208 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten von Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff in verschiedenen Formen wie etwa als Text, Bild oder grafische Darstellung drucken kann.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die Lichtquelleneinrichtung 11203, die Bestrahlungslicht, wenn ein Bereich eines chirurgischen Eingriffs abgebildet werden soll, dem Endoskop 11100 zugeführt, eine Weißlichtquelle enthalten kann, die zum Beispiel eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination von ihnen umfasst. Wenn eine Weißlichtquelle eine Kombination von roten, grünen und blauen (RGB-) Laserlichtquellen enthält, kann, da die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt für jede Farbe (jede Wellenlänge) mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden kann, eine Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bildes von der Lichtquelleneinrichtung 11203 durchgeführt werden. Ferner wird in diesem Fall, falls Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen in Zeitmultiplex-Weise auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden, eine Ansteuerung der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 11102 synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert. Dann können den R-, G- und B-Farben individuell entsprechende Bilder ebenfalls in Zeitmultiplex-Weise aufgenommen werden. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, ein Farbbild zu erhalten, selbst wenn keine Farbfilter für das Bildaufnahmeelement vorgesehen sind.
Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 so gesteuert werden, dass die Intensität eines abzugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Indem man eine Ansteuerung des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 11102 synchron mit dem Zeitpunkt der Änderung der Lichtintensität steuert, um Bilder in Zeitmultiplex-Weise zu erfassen, und die Bilder kombiniert bzw. synthetisiert, kann ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich ohne unterentwickelte blockierte Abschattungen und überbelichtete Hervorhebungen erzeugt werden.
Außerdem kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 dafür konfiguriert sein, Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht geeignet ist, bereitzustellen. Bei einer Beobachtung mit speziellem Licht wird beispielsweise unter Ausnutzung der Wellenlängenabhängigkeit einer Lichtabsorption in Körpergewebe, um Licht eines schmalen Bandes zu strahlen, im Vergleich mit Bestrahlungslicht bei einer gewöhnlichen Beobachtung (nämlich weißes Licht), eine schmalbandige Beobachtung (schmalbandige Abbildung) zum Abbilden eines vorbestimmten Gewebes wie etwa eines Blutgefäßes eines Oberflächenbereichs der mukosalen Membran in einem hohen Kontrast durchgeführt. Alternativ dazu kann bei einer Beobachtung mit speziellem Licht eine Fluoreszenzbeobachtung durchgeführt werden, um ein Bild aus Fluoreszenzlicht zu erhalten, das mittels Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird. Bei einer Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, eine Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durchzuführen, indem Anregungslicht auf das Körpergewebe gestrahlt wird (Eigenfluoreszenz-Beobachtung), oder ein Fluoreszenzlichtbild zu erhalten, indem ein Reagenzmittel wie etwa Indocyaningrün (ICG) lokal in ein Körpergewebe injiziert und Anregungslicht entsprechend einer Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels auf das Körpergewebe gestrahlt wird. Die Lichtquelleneinrichtung 11203 kann dafür konfiguriert sein, derartiges schmalbandiges Licht und/oder Anregungslicht, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht wie oben beschrieben geeignet ist, bereitzustellen.
19 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 18 dargestellt sind.
Der Kamerakopf 11102 enthält eine Linseneinheit 11401, eine Bildaufnahmeeinheit 11402, eine Ansteuereinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopf-Steuereinheit 11405. Die CCU 11201 enthält eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuerungseinheit 11413. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind für eine Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle mit dem Linsentubus 11101 vorgesehen ist. Von einem Distalende des Linsentubus 11101 empfangenes Beobachtungslicht wird zum Kamerakopf 11102 geführt und in die Linseneinheit 11401 eingeführt. Die Linseneinheit 11401 enthält eine Kombination einer Vielzahl von Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokuslinse.
Die Anzahl an Bildaufnahmeeinheiten, die in der Bildaufnahmeeinheit 11402 enthalten sind, kann Eins (Einzelplattentyp) oder eine Mehrzahl (Mehrplattentyp) sein. Wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 beispielsweise wie diejenige des Mehrplattentyps konfiguriert ist, werden jeweiligen R, G und B entsprechende Bildsignale durch die Bildaufnahmeelemente erzeugt, und die Bildsignale können synthetisiert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 11402 kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Paar Bildaufnahmeelemente enthält, um jeweilige Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge zu erlangen, die für eine dreidimensionale (3D) Anzeige geeignet sind. Falls eine 3D-Anzeige ausgeführt wird, kann dann die Tiefe eines Gewebes eines lebenden Körpers in einem Bereich eines chirurgischen Eingriffs vom Chirurgen 11131 genauer erkannt werden. Es ist besonders zu erwähnen, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 wie diejenige eines stereoskopischen Typs konfiguriert ist, eine Vielzahl von Systemen von Linseneinheiten 11401 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen vorgesehen ist.
Außerdem muss die Bildaufnahmeeinheit 11402 nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 11102 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bildaufnahmeeinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse innerhalb des Linsentubus 11101 vorgesehen sein.
Die Ansteuereinheit 11403 enthält einen Aktuator und bewegt unter der Steuerung der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 11401 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Folglich können die Vergrößerung und der Fokus eines aufgenommenen Bildes durch die Bildaufnahmeeinheit 11402 geeignet eingestellt werden.
Die Kommunikationseinheit 11404 enthält eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information zu und von der CCU 11201. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt ein von der Bildaufnahmeeinheit 11402 erlangtes Bildsignal über das Übertragungskabel 11400 als Rohdaten zur CCU 11201.
Außerdem empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und stellt das Steuerungssignal der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 bereit. Das Steuerungssignal enthält Information in Bezug auf Bildaufnahmebedingungen, wie etwa zum Beispiel eine Information, dass eine Frame-Rate eines aufgenommenen Bildes bestimmt ist, eine Information, dass ein Belichtungswert bei einer Bildaufnahme bestimmt ist, und/oder eine Information, dass eine Vergrößerung und ein Fokus eines aufgenommenen Bildes bestimmt sind.
Es ist besonders zu erwähnen, dass die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Fokus durch den Nutzer bestimmt werden können oder durch die Steuerungseinheit 11413 der CCU 11201 auf der Basis des erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letztgenannten Fall sind im Endoskop 11100 eine Funktion einer automatischen Belichtung (AE), eine Funktion eines Autofokus (AF) und eine Funktion eines automatischen Weißabgleichs (AWB) integriert.
Die Kamerakopf-Steuereinheit 11405 steuert eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 auf der Basis eines über die Kommunikationseinheit 11404 von der CCU 11201 empfangenen Steuerungssignals.
Die Kommunikationseinheit 11411 enthält eine Kommunikationseinrichtung, um verschiedene Arten von Information zum Kamerakopf 11102 zu übertragen und von ihm zu empfangen. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt ein über das Übertragungskabel 11400 vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragenes Bildsignal.
Außerdem überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zum Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuerungssignal können mittels elektrischer Kommunikation, optischer Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal in der Form vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragener Rohdaten durch.
Die Steuerungseinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich einer Bildaufnahme eines Bereiches eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen durch das Endoskop 11100 und einer Anzeige eines aufgenommenen Bildes durch, das mittels einer Bildaufnahme des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen erhalten wurde. Beispielsweise erzeugt die Steuerungseinheit 11413 ein Steuerungssignal, um eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zu steuern.
Außerdem steuert die Steuerungseinheit 11413 auf der Basis eines Bildsignals, für das Bildprozesse mittels der Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, die Anzeigeeinrichtung 11202, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, in welchem der Bereich eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen abgebildet ist. Daraufhin kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte in dem aufgenommenen Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 11413 ein chirurgisches Instrument wie etwa eine Pinzette bzw. Zange, einen bestimmten Bereich eines lebenden Körpers, eine Blutung, Dunst, wenn die Energiebehandlungsvorrichtung 11112 verwendet wird, und so weiter erkennen, indem die Form, Farbe und so weiter von Rändern von Objekten detektiert werden, die in einem aufgenommenen Bild enthalten sind. Die Steuerungseinheit 11413 kann, wenn sie die Anzeigeeinrichtung 11202 steuert, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, veranlassen, dass verschiedene Arten einer einen chirurgischen Eingriff unterstützenden Information überlappend mit einem Bild des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs unter Verwendung eines Erkennungsergebnisses angezeigt werden. Wenn die einen chirurgischen Eingriff unterstützende Information überlappend angezeigt und dem Chirurgen 11131 präsentiert wird, kann die Belastung für den Chirurgen 11131 reduziert werden, und der Chirurg 11131 kann den chirurgischen Eingriff sicher fortführen.
Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel, das eine Kommunikation elektrischer Signale geeignet ist, eine Lichtleitfaser, die für eine optische Kommunikation geeignet ist, oder ein Verbundkabel, das für sowohl elektrische als auch optische Kommunikation geeignet ist.
Während im dargestellten Beispiel unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 eine Kommunikation mittels einer drahtgebundenen Kommunikation durchgeführt wird, kann hier die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 mittels einer drahtlosen Kommunikation durchgeführt werden.
Oben wurde ein Beispiel eines Systems für endoskopische Chirurgie, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann, beschrieben. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für die Bildaufnahmeeinheit 11402 der oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Eine Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf die Bildaufnahmeeinheit 11402 ermöglicht, die Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
Es ist besonders zu erwähnen, dass, obgleich das System für endoskopische Chirurgie hier als ein Beispiel beschrieben wurde, die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hier auch für beispielsweise ein System für mikroskopische Chirurgie und dergleichen verwendet werden kann.
<Beispiel einer praktischen Anwendung für einen beweglichen Körper>
Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Form einer Einrichtung realisiert werden, die an einem beweglichen Körper beliebiger Art wie etwa beispielswiese einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer beliebigen Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einem unbemannten Luftfahrzeug (Drohne), einem Schiff, einem Roboter, einer Baumaschine und einer landwirtschaftlichen Maschine (Traktor) montiert werden soll.
20 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung beweglicher Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 20 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug und eine integrierte Steuereinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, um die Bremskraft des Fahrzeugs zu erzeugen, und dergleichen.
Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungssektion 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungssektion 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
Die Bildgebungssektion 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenen Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungssektion 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungssektion 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug ist zum Beispiel mit einer Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands verbunden, die den Zustand eines Fahrers detektiert. Die Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, die das Fahrzeug, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird.
Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die dazu gedacht ist, eine Blendung zu verhindern, indem die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird, um von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch übermitteln kann. Im Beispiel von 20 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
21 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
In 21 umfasst die Bildgebungssektion 12031 Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
Die Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungssektion 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungssektion 12105 erhalten vorwiegend ein Bild von vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 und 12103 erhalten vorwiegend ein Bild von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungssektion 12104 erhält vorwiegend ein Bild von hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungssektion 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
Im Übrigen stellt 21 ein Beispiel von Fotografierbereichen der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 dar. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungssektion 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungssektion 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100 , wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem beispielsweise durch die Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 abgebildete Bilddaten aufeinander gelegt werden.
Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen und dadurch insbesondere als ein vorausfahrendes Fahrzeug ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) oder dergleichen durchführen. Folglich ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt.
Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs üblicher Größe, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Telefonmasten und andere dreidimensionale Objekte auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objekten zum automatischen Ausweichen eines Hindernisses nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder höher ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob sich in aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist oder nicht, indem eine Verarbeitung zum Musterabgleich an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts angeben. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 kann auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
<7. Beispiele>
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben.
(Versuchsbeispiel 1)
Ein ITO-Film mit einer Dicke von 100 nm wurde auf einem Quarzsubstrat 111 mit Hilfe einer Sputtervorrichtung hergestellt. Der ITO-Film wurde durch Photolithographie und Ätzen strukturiert, um eine ITO-Elektrode (eine untere Elektrode) zu bilden. Anschließend wurde das mit der ITO-Elektrode vorgesehene Quarzsubstrat durch eine UV/Ozon-Behandlung gereinigt, und danach wurde das Quarzsubstrat in eine Vakuumverdampfungsvorrichtung gebracht, und ein organisches Material wurde auf dem Quarzsubstrat unter einem reduzierten Druck von 1 × 10^-5 Pa oder weniger mit Hilfe eines Widerstandsheizverfahrens abgeschieden, während ein Substrathalter rotierte. Zunächst wurde ein elektronensperrendes Material, das durch die folgende Formel (3) dargestellt wird, mit einer Dicke von 10 nm bei einer Substrattemperatur von 0° abgeschieden, um eine elektronensperrende Schicht zu bilden. Als nächstes wurden ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, dargestellt durch die folgende Formel (1-1), und C₆₀-Fulleren (die folgende Formel (2)) bei einer Substrattemperatur von 40°C mit Abscheidungsraten von 0,50 Ä/s und 0,25 Å/s abgeschieden, um eine Mischungsschicht mit einer Dicke von 230 nm zu bilden, wodurch eine photoelektrische Umwandlungsschicht gebildet wurde. Anschließend wurde ein Lochsperrmaterial der folgenden Formel (4) mit einer Dicke von 10 nm bei einer Substrattemperatur von 0°C abgeschieden, um eine Lochsperrschicht zu bilden. Schließlich wurde das Quarzsubstrat in eine Sputtervorrichtung gebracht und ITO mit einer Dicke von 50 nm auf der Lochsperrschicht abgeschieden, um eine obere Elektrode zu bilden. Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 1) mit einem 1 mmx 1 mm großen Bereich zur photoelektrischen Umwandlung wurde mit dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt. Das hergestellte photoelektrische Umwandlungselement wurde 120 Minuten lang bei 150°C in einer Stickstoff (N₂)-Atmosphäre ausgeglüht.
(Versuchsbeispiel 2)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 2) wurde durch ein Verfahren hergestellt, das dem des Versuchsbeispiels 1 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat verwendet wurde, das durch die folgende Formel (1-2) dargestellt wird, anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, das durch die Formel (1-1) dargestellt wird, das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 3)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 3) wurde durch ein Verfahren hergestellt, das dem des Versuchsbeispiels 1 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, das durch die folgende Formel (1-3) dargestellt wird, anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, das durch die Formel (1-1) dargestellt wird und im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 4)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 4) wurde durch ein Verfahren ähnlich dem des Versuchsbeispiels 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, dargestellt durch die folgende Formel (1-4), anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, dargestellt durch die Formel (1-1), das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 5)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 5) wurde durch ein Verfahren hergestellt, das dem des Versuchsbeispiels 1 ähnlich ist, außer dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, das durch die folgende Formel (1-5) dargestellt wird, anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats verwendet wurde, das durch die Formel (1-1) dargestellt wird, die im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 6)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 6) wurde durch ein Verfahren hergestellt, das dem des Versuchsbeispiels 1 ähnlich ist, außer dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, das durch die folgende Formel (1-6) dargestellt wird, anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, das durch die Formel (1-1) dargestellt wird, die im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 7)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 7) wurde durch ein Verfahren ähnlich dem des Versuchsbeispiels 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, dargestellt durch die folgende Formel (1-7), anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, dargestellt durch die Formel (1-1), das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 8)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 8) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie im Versuchsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, dargestellt durch die folgende Formel (1-8), anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, dargestellt durch die Formel (1-1), das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 9)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 9) wurde durch ein Verfahren hergestellt, das dem des Versuchsbeispiels 1 ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, dargestellt durch die folgende Formel (1-9), anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, dargestellt durch die Formel (1-1), das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 10)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 10) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie im Versuchsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Benzothienobenzothiophen-Derivat, dargestellt durch die folgende Formel (1-10), anstelle des Benzothienobenzothiophen-Derivats, dargestellt durch die Formel (1-1), das im Versuchsbeispiel 1 verwendet wurde, verwendet wurde.
(Versuchsbeispiel 11)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 11) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-1) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 12)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 12) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-2) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 13)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 13) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formeln (1-3) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 14)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 14) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formeln (1-4) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 15)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 15) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-5) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 16)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 16) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie im Versuchsbeispiel 6 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-6) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 17)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 17) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 8 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-8) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 18)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 18) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie in Versuchsbeispiel 9 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-9) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 19)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 19) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie im Versuchsbeispiel 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von zwei Arten von Benzothienobenzothiophen-Derivaten, dargestellt durch die Formel (1-10) und die Formel (1-7), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 20)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 20) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie im Versuchsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von DNTT, dargestellt durch die folgende Formel (5), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
(Versuchsbeispiel 21)
Ein photoelektrisches Umwandlungselement (Versuchsbeispiel 20) wurde durch ein ähnliches Verfahren wie im Versuchsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung von DPh-BTBT, dargestellt durch die folgende Formel (6), und C₆₀-Fulleren (die oben beschriebene Formel (2)) gebildet wurde.
Die Bewertung der externen Quanteneffizienz (EQE) und der Ansprechzeit jedes der photoelektrischen Umwandlungselemente, die in den Versuchsbeispielen 1 bis 21 hergestellt wurden, wurde nach der folgenden Methode durchgeführt. Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Auswertung mit den in den jeweiligen Versuchsbeispielen verwendeten Benzothienobenzothiophen-Derivaten.

Eine Wellenlänge des Lichts, das von einer blauen LED-Lichtquelle über einen Bandpassfilter an jedes der photoelektrischen Umwandlungselemente angelegt werden sollte, wurde auf 450 nm und eine Lichtmenge auf 1,62 W/cm² eingestellt, und eine Vorspannung, die zwischen den Elektroden jedes der photoelektrischen Umwandlungselemente angelegt werden sollte, wurde unter Verwendung eines Halbleiter-Parameteranalysators gesteuert, um eine an eine untere Elektrode anzulegende Spannung in Bezug auf eine obere Elektrode zu sweepen, wodurch eine Strom-Spannungs-Kurve erhalten wurde. Ein heller Stromwert und ein dunkler Stromwert in einem Kurzschlusszustand wurden gemessen, um die EQE zu berechnen. Ferner wurden die photoelektrischen Umwandlungselemente in einem Zustand, in dem eine zwischen den Elektroden jedes der photoelektrischen Umwandlungselemente anzulegende Vorspannung gesteuert wurde und eine Spannung von 2,6 V an die untere Elektrode in Bezug auf die obere Elektrode angelegt wurde, mit einem rechteckigen optischen Impuls mit einer Wellenlänge von 450 nm und einer Lichtmenge von 1,62 W/cm² bestrahlt, und eine Dämpfungswellenform eines Stroms wurde mit Hilfe eines Oszilloskops beobachtet. Die Zeitspanne, die verging, bis der Strom auf 3 % des Stroms zum Zeitpunkt der Bestrahlung mit dem optischen Puls unmittelbar nach der Bestrahlung mit dem optischen Puls gedämpft war, wurde als Index für die Reaktionsgeschwindigkeit verwendet. [Tabelle 1]

	Konfiguration der photoelektrischen Umwandlungsschicht	EQE (Normalisierung)	Ansprechzeit (Normalisierung)
Versuchsbeispiel 1	Formel (1-1), Formel (2)	1,00	1,00
Versuchsbeispiel 2	Formel (1-2), Formel (2)	1,05	0,85
Versuchsbeispiel 3	Formel (1-3), Formel (2)	0,65	2,50
Versuchsbeispiel 4	Formel (1-4), Formel (2)	0,80	1,15
Versuchsbeispiel 5	Formel (1-5), Formel (2)	0,90	0,50
Versuchsbeispiel 6	Formel (1-6), Formel (2)	1,10	0,60
Versuchsbeispiel 7	Formel (1-7), Formel (2)	0,60	0,90
Versuchsbeispiel 8	Formel (1-8), Formel (2)	1,00	0,70
Versuchsbeispiel 9	Formel (1-9), Formel (2)	0,50	5,00
Versuchsbeispiel 10	Formel (1-10), Formel (2)	0,90	1,00
Versuchsbeispiel 11	Formel (1-1), Formel (1-7), Formel (2)	0,95	0,95
Versuchsbeispiel 12	Formel (1-2), Formel (1-7), Formel (2)	1,00	0,80
Versuchsbeispiel 13	Formel (1-3), Formel (1-7), Formel (2)	0,60	2,50
Versuchsbeispiel 14	Formel (1-4), Formel (1-7), Formel (2)	0,70	1,10
Versuchsbeispiel 15	Formel (1-5), Formel (1-7), Formel (2)	0,80	0,40
Versuchsbeispiel 16	Formel (1-6), Formel (1-7), Formel (2)	1,00	0,50
Versuchsbeispiel 17	Formel (1-8), Formel (1-7), Formel (2)	0,95	0,60
Versuchsbeispiel 18	Formel (1-9), Formel (1-7), Formel (2)	0,10	>10
Versuchsbeispiel 19	Formel (1-10), Formel (1-7), Formel (2)	0,80	1,00
Versuchsbeispiel 20	Formel (5), Formel (2)	1,00	>1000
Versuchsbeispiel 21	Formel (6), Formel (2)	0,60	>1000

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, war in den Versuchsbeispielen 1 bis 19, in denen die photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, gebildet wurde, die erhaltene EQE im Wesentlichen gleich der EQE in den Versuchsbeispielen 20 und 21, in denen die photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung typischer Materialien gebildet wurde. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass in den Versuchsbeispielen 1 bis 19, in denen die photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, gebildet wurde, die Ansprechzeit im Vergleich zu den Versuchsbeispielen 20 und 21, in denen die photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung der typischen Materialien gebildet wurde, deutlich verbessert wurde. Dementsprechend wurde herausgefunden, dass die Bildung der photoelektrischen Umwandlungsschicht unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis, die durch die allgemeine Formel (1) dargestellt wird, es ermöglicht, die optische Ansprechbarkeit zu verbessern und gleichzeitig eine hohe EQE beizubehalten.
Obwohl die Beschreibung unter Bezugnahme auf die erste bis vierte Ausführungsform, die Beispiele und die Anwendungsbeispiele gegeben wurde, ist der Inhalt der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und dergleichen beschränkt und kann auf vielfältige Weise modifiziert werden. Darüber hinaus sind die Anzahl der organischen photoelektrischen Wandler, die Anzahl der anorganischen photoelektrischen Wandler, ein Verhältnis zwischen den organischen photoelektrischen Wandlern und den anorganischen photoelektrischen Wandlern nicht begrenzt, und Farbsignale einer Vielzahl von Farben können nur von dem organischen photoelektrischen Wandler erfasst werden.
Ferner wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen und dergleichen ein Beispiel beschrieben, bei dem zwei Elektroden, d.h. die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulationselektrode 21B, als eine Vielzahl von Elektroden vorgesehen sind, die in der unteren Elektrode 21 enthalten sind; es können jedoch auch drei oder vier oder mehr Elektroden, wie z.B. eine Übertragungselektrode oder eine Entladungselektrode, vorgesehen sein.
Es ist zu beachten, dass die hier beschriebenen Effekte lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend sind, und dass andere Effekte eingeschlossen sein können.
Es ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung die folgenden Konfigurationen aufweisen kann. Gemäß der vorliegenden Technologie mit der folgenden Konfiguration wird die organische photoelektrische Umwandlungsschicht unter Verwendung der Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis gebildet, die durch die oben beschriebene allgemeine Formel (1) dargestellt wird, wodurch die Ladungsträgerbeweglichkeit zur ersten Elektrode und zur zweiten Elektrode verbessert wird, die einander gegenüberliegen, wobei die organische photoelektrische Umwandlungsschicht dazwischen angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Verbesserung der externen Quanteneffizienz und der optischen Empfindlichkeit.

[1] Ein photoelektrisches Umwandlungselement, umfassend:
- eine erste Elektrode;
- eine zweite Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüber liegt; und
- eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und als ein erstes organisches Halbleitermaterial eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
(R1 bis R4 sind jeweils unabhängig voneinander eine Phenylgruppe, eine Biphenylgruppe, eine Terphenylgruppe, eine Naphthalingruppe, eine Phenylnaphthalingruppe, eine Biphenylnaphthalingruppe, eine Binaphthalingruppe, eine Thiophengruppe, eine Bithiophengruppe, eine Terthiophengruppe, eine Benzothiophengruppe, eine Phenylbenzothiophengruppe, eine Biphenylbenzothiophenbenzofurangruppe, eine Phenylbenzofurangruppe, eine Biphenylbenzothiophengruppe, eine Alkangruppe, eine Cycloalkangruppe, eine Fluorengruppe, eine Phenylfluorengruppe oder eines ihrer Derivate.)
[2] Photoelektrisches Umwandlungselement nach [1], bei dem die organische photoelektrische Umwandlungsschicht ferner Fulleren oder ein Fulleren-Derivat als zweites organisches Halbleitermaterial umfasst.
[3] Photoelektrisches Umwandlungselement nach [1] oder [2], bei dem die photoelektrische Umwandlungsschicht ferner ein drittes organisches Halbleitermaterial umfasst.
[4] Photoelektrisches Umwandlungselement nach [3], bei dem das dritte organische Halbleitermaterial Licht einer der Wellenlängen von 400 nm bis 700 nm (jeweils einschließlich) absorbiert.
[5] Photoelektrisches Umwandlungselement nach einem der Punkte [1] bis [4], bei dem die organische photoelektrische Umwandlungsschicht Licht aller Wellenlängen in einem Bereich von 400 nm bis 700 nm, jeweils einschließlich, absorbiert.
[6] Photoelektrisches Umwandlungselement nach einem der Punkte [1] bis [5], bei dem die erste Elektrode eine Vielzahl von Elektroden umfasst.
[7] Photoelektrisches Umwandlungselement nach einem der Punkte [1] bis [6], bei dem ferner eine erste elektrische Ladungssperrschicht zwischen der ersten Elektrode und der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehen ist.
[8] Photoelektrisches Umwandlungselement gemäß einem der Punkte [1] bis [7], bei dem eine zweite elektrische Ladungssperrschicht zwischen der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten Elektrode vorgesehen ist.
[9] Eine Bildgebungsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Pixeln vorgesehen ist, die jeweils einen oder eine Vielzahl von organischen photoelektrischen Wandlern umfassen, wobei die organischen photoelektrischen Wandler jeweils umfassen eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüber liegt; und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und als ein erstes organisches Halbleitermaterial eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
(R1 bis R4 sind jeweils unabhängig voneinander eine Phenylgruppe, eine Biphenylgruppe, eine Terphenylgruppe, eine Naphthalingruppe, eine Phenylnaphthalingruppe, eine Biphenylnaphthalingruppe, eine Binaphthalingruppe, eine Thiophengruppe, eine Bithiophengruppe, eine Terthiophengruppe, eine Benzothiophengruppe, eine Phenylbenzothiophengruppe, eine Biphenylbenzothiophenbenzofurangruppe, eine Phenylbenzofurangruppe, eine Biphenylbenzothiophengruppe, eine Alkangruppe, eine Cycloalkangruppe, eine Fluorengruppe, eine Phenylfluorengruppe oder eines ihrer Derivate.)
[10] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [9], in der ein oder eine Vielzahl der organischen photoelektrischen Wandler und ein oder eine Vielzahl von anorganischen photoelektrischen Wandlern, die eine photoelektrische Umwandlung in einem anderen Wellenlängenband als die organischen photoelektrischen Wandler durchführen, in jedem der Pixel gestapelt sind.
[11] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [10], in der der anorganische photoelektrische Wandler so ausgebildet ist, dass er in ein Halbleitersubstrat eingebettet ist, und der organische photoelektrische Wandler auf einer Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
[12] Bildgebungsvorrichtung gemäß [11], bei der das Halbleitersubstrat eine zweite Oberfläche aufweist, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und bei der eine mehrschichtige Verdrahtungsschicht auf der Seite der zweiten Oberfläche ausgebildet ist.
[13] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [11] oder [12], in der der organische photoelektrische Wandler eine photoelektrische Umwandlung von blauem Licht durchführt, und ein anorganischer photoelektrischer Wandler, der eine photoelektrische Umwandlung von grünem Licht durchführt, und ein anorganischer photoelektrischer Wandler, der eine photoelektrische Umwandlung von rotem Licht durchführt, in dem Halbleitersubstrat gestapelt sind.
[14] Bildgebungsvorrichtung nach einem der Ansprüche [9] bis [13], bei der eine Vielzahl der organischen photoelektrischen Wandler, die eine photoelektrische Umwandlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbereichen durchführen, in jedem der Pixel gestapelt sind.

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Prioritäts-Patentanmeldung JP2019-062367 , die am 28. März 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Der Fachmann sollte verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Unterkombinationen und Änderungen in Abhängigkeit von den Konstruktionsanforderungen und anderen Faktoren auftreten können, sofern sie in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019062367 [0234]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 49, No. 11, pp. 111601.1-11601.4 (2010) [0002]

Claims

Photoelektrisches Umwandlungselement, das Folgendes aufweist: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüber liegt; und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und als ein erstes organisches Halbleitermaterial eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
(R1 bis R4 sind jeweils voneinander unabhängig eine Phenylgruppe, eine Biphenylgruppe, eine Terphenylgruppe, eine Naphthalingruppe, eine Phenylnaphthalingruppe, eine Biphenylnaphthalingruppe, eine Binaphthalingruppe, eine Thiophengruppe, eine Bithiophengruppe, eine Terthiophengruppe, eine Benzothiophengruppe, eine Phenylbenzothiophengruppe, eine Biphenylbenzothiophenbenzofurangruppe, eine Phenylbenzofurangruppe, eine Biphenylbenzothiophengruppe, eine Alkangruppe, eine Cycloalkangruppe, eine Fluorengruppe, eine Phenylfluorengruppe oder eines ihrer Derivate. )
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei die organische photoelektrische Umwandlungsschicht ferner Fulleren oder ein Fulleren-Derivat als zweites organisches Halbleitermaterial umfasst.
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei die organische photoelektrische Umwandlungsschicht weiterhin ein drittes organisches Halbleitermaterial umfasst.
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 3, wobei das dritte organische Halbleitermaterial Licht einer der Wellenlängen von 400 nm bis 700 nm, beide eingeschlossen, absorbiert.
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei die organische photoelektrische Umwandlungsschicht Licht aller Wellenlängen innerhalb eines Bereichs von 400 nm bis 700 nm, beide eingeschlossen, absorbiert.
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode eine Vielzahl von Elektroden umfasst.
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei ferner eine erste elektrische Ladungssperrschicht zwischen der ersten Elektrode und der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehen ist.
Photoelektrisches Umwandlungselement nach Anspruch 1, wobei ferner eine zweite elektrische Ladungssperrschicht zwischen der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten Elektrode vorgesehen ist.
Eine Bildgebungsvorrichtung, die mit einer Vielzahl von Pixeln versehen ist, die jeweils einen oder eine Vielzahl von organischen photoelektrischen Wandlern aufweisen, wobei die organischen photoelektrischen Wandler jeweils umfassen: eine erste Elektrode; eine zweite Elektrode, die der ersten Elektrode gegenüber liegt; und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und als ein erstes organisches Halbleitermaterial eine Verbindung auf Benzothienobenzothiophenbasis umfasst, die durch die folgende allgemeine Formel (1) dargestellt wird.
(R1 bis R4 sind jeweils unabhängig voneinander eine Phenylgruppe, eine Biphenylgruppe, eine Terphenylgruppe, eine Naphthalingruppe, eine Phenylnaphthalingruppe, eine Biphenylnaphthalingruppe, eine Binaphthalingruppe, eine Thiophengruppe, eine Bithiophengruppe, eine Terthiophengruppe, eine Benzothiophengruppe, eine Phenylbenzothiophengruppe, eine Biphenylbenzothiophenbenzofurangruppe, eine Phenylbenzofurangruppe, eine Biphenylbenzothiophengruppe, eine Alkangruppe, eine Cycloalkangruppe, eine Fluorengruppe, eine Phenylfluorengruppe oder eines ihrer Derivate. )
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein oder eine Vielzahl der organischen photoelektrischen Wandler und ein oder eine Vielzahl von anorganischen photoelektrischen Wandlern, die eine photoelektrische Umwandlung in einem anderen Wellenlängenband als die organischen photoelektrischen Wandler durchführen, in jedem der Pixel gestapelt sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der anorganische photoelektrische Wandler so ausgebildet ist, dass er in ein Halbleitersubstrat eingebettet ist, und der organische photoelektrische Wandler auf einer Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Halbleitersubstrat eine zweite Oberfläche aufweist, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und eine mehrschichtige Verdrahtungsschicht auf der Seite der zweiten Oberfläche ausgebildet ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der organische photoelektrische Wandler eine photoelektrische Umwandlung von blauem Licht durchführt, und ein anorganischer photoelektrischer Wandler, der eine photoelektrische Umwandlung von grünem Licht durchführt, und ein anorganischer photoelektrischer Wandler, der eine photoelektrische Umwandlung von rotem Licht durchführt, in dem Halbleitersubstrat gestapelt sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Vielzahl der organischen photoelektrischen Wandler, die eine photoelektrische Umwandlung in voneinander verschiedenen Wellenlängenbändern durchführen, in jedem der Pixel gestapelt sind.