JP2007043534A - Image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体の形状や画像等の各種情報を電気信号として取り出すイメージセンサに関するものである。 The present invention relates to an image sensor that extracts various information such as an object shape and an image as an electrical signal.
ファクシミリやスキャナ等におけるイメージセンサとして、光学系がロッドレンズだけで済み、小型化が容易な密着型リニアセンサが用いられている。この密着型リニアセンサは原稿と同等サイズのセンサ長を持つものであり、単結晶シリコンで形成されるCMOSセンサチップやCCDセンサチップを複数個並べて構成される。 As an image sensor in a facsimile, a scanner, or the like, a contact type linear sensor that uses only a rod lens as an optical system and can be easily miniaturized is used. This close contact type linear sensor has a sensor length equivalent to that of a document, and is configured by arranging a plurality of CMOS sensor chips and CCD sensor chips formed of single crystal silicon.
また、近年、有機材料を用いた非常に簡便な方法で光電変換素子を形成できる技術が開発されている(例えば特許文献1)。
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。 However, the above conventional techniques have the following problems.
(1)単結晶シリコンで形成されるCMOSセンサチップやCCDセンサチップを用いた従来の密着型リニアセンサの場合、複数のチップを精度良く配置する必要があり、またチップ間のつなぎ目に相当する箇所の情報を正確に読み取れないという課題を有していた。 (1) In the case of a conventional close contact type linear sensor using a CMOS sensor chip or a CCD sensor chip formed of single crystal silicon, it is necessary to arrange a plurality of chips with high accuracy, and a portion corresponding to a joint between the chips. There was a problem that the information could not be read accurately.
(2)(特許文献1)の有機半導体製画像センサのように有機材料を用いて光電変換素子を形成すれば、非常に簡便な方法にて所定サイズ、所定解像度を有する光電変換素子アレイを形成できるため、上記(1)の課題を解決することはできるが、有機材料を用いた光電変換素子には、各色毎の感度特性に偏りがあるという課題を有していた。 (2) If a photoelectric conversion element is formed using an organic material like the organic semiconductor image sensor of (Patent Document 1), a photoelectric conversion element array having a predetermined size and a predetermined resolution is formed by a very simple method. Therefore, although the above problem (1) can be solved, the photoelectric conversion element using the organic material has a problem that the sensitivity characteristics of each color are biased.
さらに、光電変換素子からの信号電荷を検知しこれを読みだす駆動回路は、シリコントランジスタで形成され、その製造プロセスが光電変換素子とは異なるため、光電変換素子から一定距離だけ離れた位置に配置されることになり、その間を接続する配線距離が長くなるにつれ、その容量が増加して光電変換素子からの信号電荷が小さくなり、正確に信号電荷を検知できないという課題を有していた。特に、光電変換素子の解像度が600DPI以上になると、光電変換素子自身の容量が極めて小さくなるため、配線距離の違いに伴う容量の変化が無視できなくなる。 Furthermore, the drive circuit that detects the signal charge from the photoelectric conversion element and reads it out is formed of a silicon transistor, and its manufacturing process is different from that of the photoelectric conversion element, so it is placed at a distance from the photoelectric conversion element. Therefore, as the wiring distance connecting between them increases, the capacity increases and the signal charge from the photoelectric conversion element decreases, and there is a problem that the signal charge cannot be detected accurately. In particular, when the resolution of the photoelectric conversion element is 600 DPI or more, the capacitance of the photoelectric conversion element itself becomes extremely small, so that a change in capacitance due to a difference in wiring distance cannot be ignored.
本発明は、上記課題を解決するもので、シリコントランジスタで形成される駆動回路に対し、光電変換素子をその感度特性のばらつきの影響を考慮して配置することで、高SN比で情報を読み取ることが出来る信頼性に優れたイメージセンサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problem. Information is read with a high S / N ratio by arranging photoelectric conversion elements in consideration of the influence of variations in sensitivity characteristics in a drive circuit formed of silicon transistors. An object of the present invention is to provide an image sensor with excellent reliability that can be used.
上記課題を解決するために本発明のイメージセンサは、有機化合物層で形成された光電変換層が陽極と陰極との間に狭持された光電変換素子と、シリコントランジスタで形成され少なくとも前記光電変換素子に蓄積される信号電荷による出力を検知する検知手段と前記信号電荷を読み出す読み出し手段とを有した駆動回路と、を備えたイメージセンサであって、R,G,Bの各色の前記光電変換素子に入射される最大照度をI(ルクス)、R,G,Bの各色の前記光電変換素子の感度をα[ボルト/(ルクス・時間)]としたときに、各色の前記光電変換素子の内、Iとαとの積が小さいものから順に、前記駆動回路と近い位置に配置されている構成を有している。 In order to solve the above problems, an image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion element formed of an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and a silicon transistor formed of at least the photoelectric conversion layer. An image sensor comprising a detection circuit that detects an output due to signal charges accumulated in an element and a read circuit that reads out the signal charges, wherein the photoelectric conversion of each color of R, G, and B When the maximum illuminance incident on the element is I (lux) and the sensitivity of the photoelectric conversion element of each color of R, G, B is α [volt / (lux · time)], the photoelectric conversion element of each color In this configuration, the driving circuit is arranged in order from the smallest product of I and α.
これにより、R,G,Bの各色毎に感度特性のばらつきがあっても各色の光電変換素子からの信号電荷を高SN比で検知できるので、短い蓄積時間でも確実に情報を読み取ることができ、高品質で高速動作が可能な信頼性、実用性に優れたイメージセンサを提供することができる。 As a result, even if there are variations in sensitivity characteristics for each color of R, G, and B, the signal charge from the photoelectric conversion element of each color can be detected with a high S / N ratio, so that information can be read reliably even in a short accumulation time. Therefore, it is possible to provide an image sensor excellent in reliability and practicality capable of high-quality and high-speed operation.
上記課題を解決するために本発明のイメージセンサは、有機化合物層で形成された光電変換層が陽極と陰極との間に狭持された光電変換素子と、シリコントランジスタで形成され少なくとも前記光電変換素子に蓄積される信号電荷による出力を検知する検知手段と前記信号電荷を読み出す読み出し手段とを有した駆動回路と、を備えたイメージセンサであって、R,G,Bの各色の前記光電変換素子の内、R光の前記光電変換素子が、前記駆動回路と最も近い位置に配置されている構成を有している。 In order to solve the above problems, an image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion element formed of an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and a silicon transistor formed of at least the photoelectric conversion layer. An image sensor comprising a detection circuit that detects an output due to signal charges accumulated in an element and a read circuit that reads out the signal charges, wherein the photoelectric conversion of each color of R, G, and B Among the elements, the photoelectric conversion element for R light is arranged at a position closest to the drive circuit.
これにより、一般的に感度の悪いR光の光電変換素子からの信号電荷が小さくても、配線の容量の影響を抑えることができ、駆動回路において高いSN比で確実に信号電荷を検知することができる信頼性、実用性に優れたイメージセンサを提供することができる。 As a result, even if the signal charge from the photoelectric conversion element of R light, which is generally insensitive, is small, the influence of the capacitance of the wiring can be suppressed, and the signal charge can be reliably detected with a high S / N ratio in the drive circuit. Therefore, it is possible to provide an image sensor excellent in reliability and practicality.
以上説明したように本発明のイメージセンサによれば、以下のような有利な効果が得られる。 As described above, according to the image sensor of the present invention, the following advantageous effects can be obtained.
請求項1に記載の発明によれば、
(1)R,G,Bの各色の光電変換素子において、入射される最大照度I(ルクス)と、感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいもの程、駆動回路との配線距離が短くなるように配置することにより、感度特性の悪い色の光電変換素子に対する配線の容量の影響を低減することができ、各色の光電変換素子からの信号電荷を高SN比で確実に検知できる信頼性に優れたイメージセンサを提供することができる。
According to the invention of
(1) In a photoelectric conversion element of each color of R, G, and B, the smaller the product of the incident maximum illuminance I (lux) and the sensitivity α [volt / (lux · time)], By arranging the wiring distance to be short, it is possible to reduce the influence of the capacitance of the wiring on the photoelectric conversion element of a color having poor sensitivity characteristics, and to ensure the signal charge from the photoelectric conversion element of each color with a high SN ratio. An image sensor with excellent reliability that can be detected can be provided.
(2)R,G,Bの各色の光電変換素子において、入射される最大照度I(ルクス)と、感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいもの程、駆動回路との配線距離が短くなるように配置することにより、配線距離の違いで各色の光電変換素子間の感度特性のばらつきを吸収することができ、各色の光電変換素子からの信号電荷を短時間で検知できる高品質で高速動作が可能な実用性に優れたイメージセンサを提供することができる。 (2) In the photoelectric conversion element of each color of R, G, B, the smaller the product of the incident maximum illuminance I (lux) and the sensitivity α [volt / (lux · time)], By arranging the wiring distance to be short, variations in the sensitivity characteristics between the photoelectric conversion elements of each color can be absorbed by the difference in wiring distance, and the signal charge from the photoelectric conversion elements of each color can be detected in a short time. It is possible to provide an image sensor excellent in practicality capable of high-quality and high-speed operation.
請求項2に記載の発明によれば、
(1)R,G,Bの各色の光電変換素子の内、一般的に感度の悪いR光の光電変換素子と駆動回路との配線距離が最も短くなるように配置することにより、配線の容量の影響を抑えることができ、駆動回路において高いSN比で確実に信号電荷を検知することができる信頼性、実用性に優れたイメージセンサを提供することができる。
According to invention of
(1) Among the photoelectric conversion elements of each color of R, G, and B, the wiring capacitance is generally reduced by arranging the wiring distance between the photoelectric conversion element of R light having low sensitivity and the drive circuit to be the shortest. Therefore, it is possible to provide an image sensor excellent in reliability and practicality that can reliably detect a signal charge with a high S / N ratio in a drive circuit.
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は2の効果に加え、
(1)シリコントランジスタを単結晶シリコンで形成した場合、移動度が高く高速動作が可能であると共に、閾値のばらつきが小さく能力の均一性に優れ、個体内及び個体間での品質のばらつきを低減することができる信頼性、実用性に優れたイメージセンサを提供することができる。
According to invention of
(1) When a silicon transistor is formed of single crystal silicon, it has high mobility and can operate at high speed, and also has small threshold variation and excellent ability uniformity, reducing variation in quality within and between individuals. Therefore, it is possible to provide an image sensor excellent in reliability and practicality.
(2)シリコントランジスタを多結晶シリコン又はアモルファスシリコンで形成した場合、光電変換素子と駆動回路を同一ガラス基板上に形成することができるので、チップ実装する必要がなく安価で量産性に優れると共に、配線距離を短くして配線の容量を低減することができ、高いSN比で確実に信号電荷を検知することができる信頼性、実用性に優れたイメージセンサを提供することができる。 (2) When the silicon transistor is formed of polycrystalline silicon or amorphous silicon, the photoelectric conversion element and the drive circuit can be formed on the same glass substrate, so that it is not necessary to mount on a chip and is inexpensive and excellent in mass productivity. It is possible to provide an image sensor excellent in reliability and practicality that can reduce the wiring capacity by reducing the wiring distance and can reliably detect the signal charge with a high SN ratio.
本発明は、シリコントランジスタで形成される駆動回路に対し、光電変換素子をその感度特性のばらつきの影響を考慮して配置することで、高SN比で情報を読み取ることが出来る信頼性に優れたイメージセンサを提供するという目的を、R,G,Bの各色の光電変換素子に入射される最大照度I(ルクス)と、R,G,Bの各色の光電変換素子の感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいものから順に、駆動回路と近い位置に配置することにより実現した。 The present invention is excellent in reliability that information can be read with a high S / N ratio by arranging photoelectric conversion elements in consideration of the influence of variations in sensitivity characteristics for a drive circuit formed of silicon transistors. For the purpose of providing an image sensor, the maximum illuminance I (lux) incident on photoelectric conversion elements of R, G, and B colors and the sensitivity α [volt / () of the photoelectric conversion elements of R, G, and B colors. (Lux / Time)] in order from the smallest product to the drive circuit.
本発明は、シリコントランジスタで形成される駆動回路に対し、光電変換素子をその感度特性のばらつきの影響を考慮して配置することで、高SN比で情報を読み取ることが出来る信頼性に優れたイメージセンサを提供するという目的を、R,G,Bの各色の光電変換素子の内、R光の光電変換素子を駆動回路と最も近い位置に配置することにより実現した。 The present invention is excellent in reliability that information can be read with a high S / N ratio by arranging photoelectric conversion elements in consideration of the influence of variations in sensitivity characteristics for a drive circuit formed of silicon transistors. The object of providing an image sensor was realized by arranging the R light photoelectric conversion element in the position closest to the drive circuit among the R, G, B color photoelectric conversion elements.
上記課題を解決するためになされた第1の発明は、有機化合物層で形成された光電変換層が陽極と陰極との間に狭持された光電変換素子と、シリコントランジスタで形成され少なくとも光電変換素子に蓄積される信号電荷による出力を検知する検知手段と信号電荷を読み出す読み出し手段とを有した駆動回路と、を備えたイメージセンサであって、R,G,Bの各色の光電変換素子に入射される最大照度をI(ルクス)、R,G,Bの各色の光電変換素子の感度をα[ボルト/(ルクス・時間)]としたときに、各色の光電変換素子の内、Iとαとの積が小さいものから順に、駆動回路と近い位置に配置されている構成を有している。 A first invention made to solve the above-described problem is that a photoelectric conversion layer formed of an organic compound layer is sandwiched between an anode and a cathode, and a silicon transistor is used to form at least a photoelectric conversion. An image sensor including a detection circuit that detects an output due to signal charges accumulated in an element, and a read circuit that reads out signal charges. The image sensor includes photoelectric conversion elements of R, G, and B colors. When the maximum illuminance incident is I (lux) and the sensitivity of each color photoelectric conversion element of R, G, and B is α [volt / (lux · time)], among the photoelectric conversion elements of each color, I and It has a configuration in which the product is arranged at a position closer to the drive circuit in ascending order of product with α.
この構成により、以下の作用を有する。 This configuration has the following effects.
(1)R,G,Bの各色の光電変換素子において、入射される最大照度I(ルクス)と、感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいもの程、駆動回路との配線距離が短くなるように配置することにより、感度特性の悪い色の光電変換素子に対する配線の容量の影響を低減することができ、各色の光電変換素子からの信号電荷を高SN比で確実に検知できる。 (1) In a photoelectric conversion element of each color of R, G, and B, the smaller the product of the incident maximum illuminance I (lux) and the sensitivity α [volt / (lux · time)], By arranging the wiring distance to be short, it is possible to reduce the influence of the capacitance of the wiring on the photoelectric conversion element of a color having poor sensitivity characteristics, and to ensure the signal charge from the photoelectric conversion element of each color with a high SN ratio. Can be detected.
(2)R,G,Bの各色の光電変換素子において、入射される最大照度I(ルクス)と、感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいもの程、駆動回路との配線距離が短くなるように配置することにより、配線距離の違いで各色の光電変換素子間の感度特性のばらつきを吸収することができ、各色の光電変換素子からの信号電荷を短時間で検知できる。 (2) In the photoelectric conversion element of each color of R, G, B, the smaller the product of the incident maximum illuminance I (lux) and the sensitivity α [volt / (lux · time)], By arranging the wiring distance to be short, variations in the sensitivity characteristics between the photoelectric conversion elements of each color can be absorbed by the difference in wiring distance, and the signal charge from the photoelectric conversion elements of each color can be detected in a short time. .
光電変換素子の光電変換層の製造方法としては、均質で平滑性の高い薄膜を安定して製造できるものであればどのようなものであっても良く、真空蒸着法、スパッタリング法等の各種真空プロセスや、スピンコート、ディッピング法、インクジェット法等のウェットプロセス等が好適に用いられる。使用する材料、構成等に応じて任意のプロセスを選択することが可能であるが、特に大掛かりな製造装置が不要なウェットプロセスで光電変換層を形成した場合、量産性、低コスト性に優れ好ましい。 As a method for producing the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element, any method can be used as long as it can stably produce a thin film having high uniformity and smoothness, and various vacuum methods such as vacuum deposition and sputtering. Processes, wet processes such as spin coating, dipping method, and ink jet method are preferably used. It is possible to select any process according to the material, configuration, etc., but it is excellent in mass productivity and low cost when a photoelectric conversion layer is formed by a wet process that does not require a large-scale manufacturing apparatus. .
有機材料で形成された光電変換素子の感度特性にはばらつきがあるが、最大照度I(ルクス)と感度α[ボルト/(ルクス・時間)]の両方を考慮することにより、各色の光電変換素子の感度特性に応じた配置を行うことができる。最大照度Iと感度αとの積が小さな光電変換素子は、信号電荷による電位の変化量が小さいため、駆動回路の入力端子の近くに配置することで、配線距離を短くすることができ、配線に伴う容量の影響を抑えることができる。 Although there are variations in the sensitivity characteristics of photoelectric conversion elements formed of organic materials, each color photoelectric conversion element is considered by considering both maximum illuminance I (lux) and sensitivity α [volt / (lux · time)]. The arrangement according to the sensitivity characteristic can be performed. A photoelectric conversion element with a small product of maximum illuminance I and sensitivity α has a small amount of change in potential due to signal charge, so it can be placed close to the input terminal of the drive circuit to shorten the wiring distance. It is possible to suppress the influence of the capacity accompanying the.
上記課題を解決するためになされた第2の発明は、有機化合物層で形成された光電変換層が陽極と陰極との間に狭持された光電変換素子と、シリコントランジスタで形成され少なくとも光電変換素子に蓄積される信号電荷による出力を検知する検知手段と信号電荷を読み出す読み出し手段とを有した駆動回路と、を備えたイメージセンサであって、R,G,Bの各色の光電変換素子の内、R光の光電変換素子が、駆動回路と最も近い位置に配置されている構成を有している。 A second invention made to solve the above-described problem is that a photoelectric conversion layer formed of an organic compound layer is sandwiched between an anode and a cathode, and a silicon transistor is used to form at least a photoelectric conversion. An image sensor comprising: a detection circuit that detects an output due to signal charges accumulated in an element; and a drive circuit that includes a read-out means that reads out signal charges, and each of the photoelectric conversion elements of R, G, and B colors Among them, the photoelectric conversion element for R light has a configuration arranged at a position closest to the drive circuit.
(1)R,G,Bの各色の光電変換素子の内、一般的に感度の悪いR光の光電変換素子と駆動回路との配線距離が最も短くなるように配置することにより、配線の容量の影響を抑えることができ、駆動回路において高いSN比で確実に信号電荷を検知することができる。 (1) Among the photoelectric conversion elements of each color of R, G, and B, the wiring capacitance is generally reduced by arranging the wiring distance between the photoelectric conversion element of R light having low sensitivity and the drive circuit to be the shortest. The signal charge can be reliably detected with a high S / N ratio in the drive circuit.
上記課題を解決するためになされた第3の発明は、第1又は第2の発明に記載のイメージセンサであって、シリコントランジスタが、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンの内のいずれか1で形成されている構成を有している。 A third invention made to solve the above problems is the image sensor according to the first or second invention, wherein the silicon transistor is one of single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon. 1 is formed.
この構成により、第1又は第2の発明の作用に加え、以下のような作用を有する。 With this configuration, in addition to the operation of the first or second invention, the following operation is provided.
(1)シリコントランジスタを単結晶シリコンで形成することにより、移動度が高く高速動作が可能であると共に、閾値のばらつきを低減することができ均一性に優れる。 (1) By forming the silicon transistor from single crystal silicon, high mobility is possible and high-speed operation is possible, and variation in threshold can be reduced, resulting in excellent uniformity.
(2)シリコントランジスタを多結晶シリコン又はアモルファスシリコンで形成することにより、チップ実装する必要がなく、安価で量産性に優れる。 (2) By forming the silicon transistor from polycrystalline silicon or amorphous silicon, it is not necessary to mount the chip, and it is inexpensive and excellent in mass productivity.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について、各図に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態1におけるイメージセンサを示す平面図、図2は本発明の実施の形態1におけるイメージセンサの光電変換素子と駆動回路の配置を示す平面図、図3は本発明の実施の形態1におけるイメージセンサの光電変換素子の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an image sensor according to
図1中、1は本発明の実施の形態1におけるイメージセンサ、2はイメージセンサ1の基板としてのガラス基板、3は有機材料で形成されたイメージセンサ1の光電変換素子、4は単結晶シリコンで形成された駆動回路を搭載したICチップ、5は各光電変換素子2とICチップ4とを接続する配線である。
In FIG. 1, 1 is an image sensor according to the first embodiment of the present invention, 2 is a glass substrate as a substrate of the
尚、図2において、R1,R2,R3,・・・、G1,G2,G3,・・・、B1,B2,B3,・・・は各光電変換素子3が、それぞれR光、G光、B光を光電変換することを示しており、R,G,Bの各色毎に光電変換素子3が一列ずつ配置されている。
In FIG. 2, R1, R2, R3,..., G1, G2, G3,..., B1, B2, B3,. It shows that B light is photoelectrically converted, and
各色の光電変換素子3とICチップ4の駆動回路の入力端子(図示せず)とを接続する配線5は、R光を光電変換する光電変換素子3(R1,R2,R3,・・・)の距離が最も短く、B光を光電変換する光電変換素子3(B1,B2,B3,・・・)の距離が最も長くなっている。
A
この配置に関しては、光電変換素子3に入射される最大照度をI、感度をαとし、R,G,Bの各色の光電変換素子3が光電変換する光の色をそれぞれ添字R,G,Bで表した場合に、各色の最大照度IR,IG,IBと感度αR,αG,αBとの積の大小関係につき、
IR×αR≦IG×αG≦IB×αB・・・(数1)
の関係が成り立つためにこのように配置している。これにより、有機材料で形成された光電変換素子3の感度特性のばらつきを低減できる。さらに、この(数1)では最大照度IR,IG,IBが各色とも一定の場合は、感度αR,αG,αBの悪いものから順にICチップ4の駆動回路の入力端子の近くに配置することも意味している。
With respect to this arrangement, the maximum illuminance incident on the
I R × α R ≦ I G × α G ≦ I B × α B (Equation 1)
In order to hold this relationship, they are arranged in this way. Thereby, the dispersion | variation in the sensitivity characteristic of the
尚、有機材料で形成された光電変換素子3は、一般的にはR光に対する感度が悪いため、各色の最大照度IR,IG,IBと感度αR,αG,αBが分からない場合でも、図2に示すようにR光を光電変換する光電変換素子3(R1,R2,R3,・・・)をICチップ4の最も近傍に配置することが望ましい。
Since the
次に、光電変換素子の構成について説明する。 Next, the configuration of the photoelectric conversion element will be described.
図3中、6はガラス基板2上に形成された光電変換素子3のカラーフィルタ、7は光電変換素子3の第一電極としてのITO陽極、8は電子供与性材料からなる電子供与性層及び電子受容性材料からなる電子受容性層とで形成された光電変換素子3の有機光電変換層、9は光電変換素子3の第二電極としてのアルミ陰極である。
In FIG. 3, 6 is a color filter of the
以上のように構成されたイメージセンサの製造方法について説明する。 A method for manufacturing the image sensor configured as described above will be described.
まず、最初にガラス基板2上に顔料を分散した顔料レジストを塗布し、プレベークを行った後、フォトマスクを介して露光を行い、次にアルカリ現像液による現像を行って着色パターンを得る。この工程を3回繰り返してR(赤)、G(緑)、B(青)の3原色に対応したカラーフィルタ6を各列毎に形成する。
First, a pigment resist in which a pigment is dispersed is first applied on the
次に、スパッタリング法によりガラス基板2上に膜厚150nmのITO膜を成膜し、このITO膜の上部にレジスト材(東京応化製、OFPR−800)をスピンコート法により塗布して厚さ5μmのレジスト膜を形成する。そして、マスキング、露光、現像を行いレジストをITO陽極7及びその配線5の形状にパターニングする。
Next, an ITO film having a thickness of 150 nm is formed on the
その後、このガラス基板2を60℃、18Nの塩酸水溶液中に浸潰し、レジスト膜が形成されていない部分のITO膜をエッチングした後に水洗し、最後にレジスト膜を除去して所定のパターン形状のITO膜からなるITO陽極7及び配線5を形成する。
Thereafter, the
次に、このガラス基板2を洗剤(フルウチ化学社製、セミコクリーン)による5分間の超音波洗浄、純水による10分間の超音波洗浄、アンモニア水(体積比)に対して過酸化水素水と水を1:5で混合した溶液による5分間の超音波洗浄、70℃の純水による5分間の超音波洗浄の順に洗浄処理した後、窒素ブロアーでガラス基板2に付着した水分を除去し、さらに250℃で加熱して乾燥させる。
Next, this
続いて、このITO陽極7が形成されたガラス基板2上に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフオネート(PEDT/PSS)を0.45μmのフィルターを通して滴下し、スピンコート法によって均一に塗布した。これを200℃のクリーンオーブン中で10分間加熱することで厚さ60nmの電荷輸送層(図示せず)を形成する。
Subsequently, poly (3,4) ethylenedioxythiophene / polystyrene sulphonate (PEDT / PSS) is dropped on the
そして、電子供与性有機材料として機能するポリ(2−メトキシ−5−(2’一エチルヘキシルオキシ)−1、4−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)及び電子受容性材料として機能する[5、6]−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル([5、6]−PCBM)とが重量比1:4からなるクロロベンゼン溶液をスピンコートした後、100℃のクリーンオーブン中で30分間加熱処理し、約100nmの有機光電変換層8を形成する。ここで、有機光電変換層8の製造方法としては、均質で平滑性の高い薄膜を安定して形成できるものであればどのようなものであっても良く、真空蒸着法、スパッタリング法等の各種真空プロセスや、スピンコート、ディッピング法、インクジェット法等のウェットプロセス等が好適に用いられる。使用する材料、構成等に応じて任意のプロセスを選択することが可能であるが、特に大掛かりな製造装置が不要なウェットプロセスで有機光電変換層8を形成した場合、量産性、低コスト性に優れ好ましい。 Then, poly (2-methoxy-5- (2′-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV) functioning as an electron-donating organic material and electron-accepting material [5, 6 After spin-coating a chlorobenzene solution having a weight ratio of 1: 4 with -phenyl C61 butyric acid methyl ester ([5,6] -PCBM), it was heat-treated in a clean oven at 100 ° C. for 30 minutes, and about 100 nm The organic photoelectric conversion layer 8 is formed. Here, the organic photoelectric conversion layer 8 may be produced by any method as long as it can stably form a uniform and highly smooth thin film, such as a vacuum deposition method and a sputtering method. A vacuum process, a wet process such as a spin coating, a dipping method, or an ink jet method is preferably used. It is possible to select any process according to the material, configuration, etc. used. However, when the organic photoelectric conversion layer 8 is formed by a wet process that does not require a large-scale manufacturing apparatus, mass productivity and low cost can be achieved. Excellent and preferred.
最後に、この有機光電変換層8の上部に0.27mPa(=2×10-6Torr)以下の真空度まで減圧した抵抗加熱蒸着装置内にて、LiFを約1nm、続いてアルミを約10nmの膜厚で成膜してアルミ陰極9を形成する。このようにしてR,G,B各色に対応した光電変換素子3を各列毎に形成することができる。
Finally, LiF is about 1 nm and then aluminum is about 10 nm in a resistance heating vapor deposition apparatus reduced to a vacuum of 0.27 mPa (= 2 × 10 −6 Torr) or less on the organic photoelectric conversion layer 8. The aluminum cathode 9 is formed by forming a film with a thickness of 5 nm. In this way, the
なお、MEH−PPVはP型有機半導体であり、[5、6]−PCBMはn型有機半導体で、光吸収により発生した励起子の電子はコンダクションバンドを拡散して[5、6]−PCBMに、またホールはバレンスバンドを拡散してMEH−PPVに供与されて、これらを伝導してアルミ陰極9及びITO陽極7に伝導する。 Note that MEH-PPV is a P-type organic semiconductor, [5, 6] -PCBM is an n-type organic semiconductor, and exciton electrons generated by light absorption diffuse in a conduction band [5, 6]- Holes are diffused into the PCBM and diffused into the valence band and supplied to the MEH-PPV, which is conducted to the aluminum cathode 9 and the ITO anode 7.
この[5、6]−PCBMは、修飾されたフラーレン類であり、電子移動度が非常に大きく、加えて電子供与材料であるMEH−PPVとの混合物が利用できることから、電子−ホール対の分離搬送を効率的に行うことができ、光電効率が高くなると共に低コストの作製が可能となるという利点がある。 This [5,6] -PCBM is a modified fullerene, has a very high electron mobility, and in addition, a mixture with MEH-PPV, which is an electron donating material, can be used. There is an advantage that the transfer can be efficiently performed, the photoelectric efficiency is increased, and the low-cost production is possible.
以上のように構成されたイメージセンサの動作について説明する。 The operation of the image sensor configured as described above will be described.
図4は実施の形態1におけるイメージセンサの一画素の構成を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of one pixel of the image sensor in the first embodiment.
図4中、有機材料で形成された光電変換素子3では、入射光が信号電荷に光電変換されて蓄積され、蓄積された信号電荷による電位Vsは配線5を介して増幅用トランジスタM2のゲートに印加される。
In FIG. 4, in the
ここで、実際に光電変換され蓄積された信号電荷による電位Vsの変化量は、光電変換素子3自身の容量に加え、配線5に伴う配線容量10や駆動回路の入力端子に備えるESD素子(図示せず)容量や増幅用トランジスタM2の入力容量等が加わることになり、光電変換素子3単体のときの変化量に比べて相対的に小さくなる。特に、600DPI以上の解像度になると、光電変換素子3自身の容量が1PF(ピコファラド)以下になり、前述した配線容量10等と同じオーダーとなるため、これらの容量の影響は無視できなくなる。
Here, the amount of change in the potential Vs due to the signal charge that is actually photoelectrically converted and accumulated is not only the capacitance of the
最大照度Iと感度αとの積が小さな光電変換素子3は、元々、信号電荷による電位Vsの変化量が小さいため、ICチップ4の駆動回路の入力端子の近くに配置し、配線5に伴う配線容量10の影響を抑えるようにしなければならない。このように配置することにより、蓄積時間が短くても信号電荷による変化量を確保できるので、高速動作にも有利となる。
Since the
信号の読出しに関しては、スイッチング用トランジスタM3を通して電流として読み出す。センサ電位Vsはリセット用トランジスタM1によってリセット電圧Vrにリセットされ、このリセット動作によりセンサ蓄積時間が決定される。これらの動作は図示しないシフトレジスタ等でタイミング制御される。 As for signal readout, the current is read out through the switching transistor M3. The sensor potential Vs is reset to the reset voltage Vr by the reset transistor M1, and the sensor accumulation time is determined by this reset operation. The timing of these operations is controlled by a shift register (not shown) or the like.
この回路を単結晶シリコン上に形成してチップを作成し、さらにベアチップICに金バンプを付け、ワイヤー接続をしないで、ガラス基板2と直接接合する実装方法で光電変換素子3と接続することができる。
This circuit is formed on single crystal silicon to produce a chip, and further, a gold bump is attached to the bare chip IC, and it is possible to connect to the
このように、蓄積された信号電荷による電位Vsの変化量の小さい順に、駆動回路の近くに配置するので、変化量の小さい光電変換素子3の変化量の減少を抑えることができ、イメージセンサ1全体として高いSN比で検知できる。
In this way, since it is arranged near the drive circuit in ascending order of the change amount of the potential Vs due to the accumulated signal charge, it is possible to suppress the decrease in the change amount of the
尚、本実施の形態においては、リニアセンサに適用した場合について説明したが、本発明のイメージセンサはリニアセンサへ適用するものに限定されるものではなく、エリアセンサにも同様に適用し得るものであり、この場合には、信号の読出しを2個のスイッチング用トランジスタによるX−Yアドレス型とすれば良い。 In the present embodiment, the case where the present invention is applied to a linear sensor has been described. However, the image sensor of the present invention is not limited to that applied to a linear sensor, and can be similarly applied to an area sensor. In this case, the signal may be read out as an XY address type using two switching transistors.
さらに基板としては第1電極、有機光電変換層および第2電極を支持できるものであればどのようなものであってもよく、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の各種高分子材料、さらにはシリコンウエハーをはじめとする各種金属材料等が用いられる。 Further, any substrate can be used as long as it can support the first electrode, the organic photoelectric conversion layer and the second electrode. Glass, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyether sulfone, polyfluoride Various polymer materials such as vinyl, polypropylene, polyethylene, polyacrylate, amorphous polyolefin, and fluorine resin, and various metal materials such as silicon wafers are used.
また、有機化合物層を形成する電子供与性材料としては、フェニレンビニレンおよびその誘導体、フルオレンおよびその誘導体、特に骨格にキノリン基またはピリジン基を有するフルオレン系コポリマー(P0F66、P1F66、PFPV)、フルオレン含有アリールアミンポリマー、カルバゾールおよびその誘導体、インドールおよびその誘導体、ピレンおよびその誘導体、ピロールおよびその誘導体、ピコリンおよびその誘導体、チオフェンおよびその誘導体、アセチレンおよびその誘導体、ジアセチレンおよびその誘導体を繰り返し単位として有する重合体及び他のモノマーとの共重合体、またデンドリマーとして総称される一群の高分子材料が用いられる。 Examples of the electron donating material for forming the organic compound layer include phenylene vinylene and derivatives thereof, fluorene and derivatives thereof, particularly fluorene copolymers having a quinoline group or a pyridine group in the skeleton (P0F66, P1F66, PFPV), and fluorene-containing aryl. Polymer having repeating unit of amine polymer, carbazole and derivatives thereof, indole and derivatives thereof, pyrene and derivatives thereof, pyrrole and derivatives thereof, picoline and derivatives thereof, thiophene and derivatives thereof, acetylene and derivatives thereof, diacetylene and derivatives thereof And a group of polymer materials generically referred to as dendrimers.
また、高分子以外にも、例えばポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、1,1−ビス{4−(ジ−P−トリルアミノ)フェニル}シクロヘキサン、4,4’,4’’−トリメチルトリフェニルアミン、N,N,N’,N’−テトラキス(P−トリル)−P−フェニレンジアミン、1−(N,N−ジ−P−トリルアミノ)ナフタレン、4,4’−ビス(ジメチルアミノ)−2−2’−ジメチルトリフェニルメタン、N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル、N、N’−ジフェニル−N、N’−ジ−m−トリル−4、4’−ジアミノビフェニル、N−フェニルカルバゾ−ル等の芳香族第三級アミンや、4−ジ−P−トリルアミノスチルベン、4−(ジ−P−トリルアミノ)−4’−〔4−(ジ−P−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾールおよびその誘導体、オキサジザゾールおよびその誘導体、イミダゾールおよびその誘導体、ポリアリールアルカンおよびその誘導体、ピラゾリンおよびその誘導体、ピラゾロンおよびその誘導体、フェニレンジアミンおよびその誘導体、アニールアミンおよびその誘導体、アミノ置換カルコンおよびその誘導体、オキサゾールおよびその誘導体、スチリルアントラセンおよびその誘導体、フルオレノンおよびその誘導体、ヒドラゾンおよびその誘導体体、シラザンおよびその誘導体、ポリシラン系アニリン系共重合体、高分子オリゴマー、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポリ3−メチルチオフェン等も用いることができる。 Besides polymers, for example, porphyrin compounds such as porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, 1,1-bis {4- (di-P-tolylamino) phenyl} cyclohexane, 4 , 4 ′, 4 ″ -trimethyltriphenylamine, N, N, N ′, N′-tetrakis (P-tolyl) -P-phenylenediamine, 1- (N, N-di-P-tolylamino) naphthalene, 4,4′-bis (dimethylamino) -2-2′-dimethyltriphenylmethane, N, N, N ′, N′-tetraphenyl-4,4′-diaminobiphenyl, N, N′-diphenyl-N Aromatic tertiary amines such as N′-di-m-tolyl-4, 4′-diaminobiphenyl, N-phenylcarbazole, Stilbene compounds such as -P-tolylaminostilbene, 4- (di-P-tolylamino) -4 '-[4- (di-P-tolylamino) styryl] stilbene, triazole and derivatives thereof, oxazazole and derivatives thereof, imidazole And derivatives thereof, polyarylalkanes and derivatives thereof, pyrazolines and derivatives thereof, pyrazolone and derivatives thereof, phenylenediamine and derivatives thereof, annealed amines and derivatives thereof, amino-substituted chalcones and derivatives thereof, oxazoles and derivatives thereof, styrylanthracene and derivatives thereof , Fluorenone and its derivatives, hydrazone and its derivatives, silazane and its derivatives, polysilane aniline copolymer, polymer oligomer, styrylamine compound, aromatic Mechiridin compounds, poly 3-methylthiophene and the like can also be used.
電子受容性材料としては1,3−ビス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)フェニレン(OXD−7)等のオキサジアゾールおよびその誘導体、アントラキノジメタンおよびその誘導体、ジフェニルキノンおよびその誘導体、フラーレンおよびその誘導体、特にPCBM([6,6]−phenyl C61 butyric acid methyl ester)カーボンナノチューブおよびその誘導体等が用いられる。 Examples of the electron-accepting material include 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl) phenylene (OXD-7) and other oxadiazoles and derivatives thereof, anthraquinodimethane and derivatives thereof, Diphenylquinone and derivatives thereof, fullerene and derivatives thereof, particularly PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) carbon nanotubes and derivatives thereof are used.
有機光電変換層8の下に設ける第一電極(陽極)として用いられる透明電極にはITOやATO(SbをドープしたSnO2)、AZO(AlをドープしたZnO)等が用いられる。さらにはAl、Ag、Au等の金属薄膜といった光透過性の材料で構成することにより光透過性を付与することも可能となり、これにより光透過性の受光部を提供することもできる。 ITO, ATO (Sb-doped SnO 2 ), AZO (Al-doped ZnO) or the like is used for the transparent electrode used as the first electrode (anode) provided under the organic photoelectric conversion layer 8. Furthermore, it is possible to impart light transparency by forming the material with a light transmissive material such as a metal thin film of Al, Ag, Au or the like, thereby providing a light transmissive light receiving part.
有機光電変換層8の上に設ける第二電極(陰極)としては、Al、Ag、Au、Cr、Cu、In、Mg、Ni、Si、Ti等の金属や、Mg−Ag合金、Mg−In合金等のMg合金や、Al−Li合金、Al−Sr合金、Al−Ba合金等のAl合金等の薄膜が用いられる。また短絡電流の改善を図るため、有機光電変換層8と第二電極との間に金属酸化物、金属弗化物等の薄膜を導入する手法も好適に用いられる。さらにはITO、ATO、AZO等を使用することも可能である。 Examples of the second electrode (cathode) provided on the organic photoelectric conversion layer 8 include metals such as Al, Ag, Au, Cr, Cu, In, Mg, Ni, Si, and Ti, Mg—Ag alloys, and Mg—In. A thin film such as an Mg alloy such as an alloy or an Al alloy such as an Al—Li alloy, an Al—Sr alloy, or an Al—Ba alloy is used. In order to improve the short-circuit current, a method of introducing a thin film such as a metal oxide or metal fluoride between the organic photoelectric conversion layer 8 and the second electrode is also preferably used. Furthermore, ITO, ATO, AZO, etc. can be used.
また、必要に応じて第一電極あるいは第二電極と有機光電変換層8との間にPEDOT:PSS(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物)等の高分子材料バッファ層として導入する素子構成、あるいはシリコン、チタニア、アルミナ、カーボン、ジルコニアなどの無機物を漏れ電流のブロック層として導入する素子構成も好適に用いられる。 Moreover, the element structure introduce | transduced as polymeric material buffer layers, such as PEDOT: PSS (mixture of polythiophene and polystyrene sulfonic acid), between the 1st electrode or the 2nd electrode, and the organic photoelectric converting layer 8 as needed, or silicon An element structure in which an inorganic substance such as titania, alumina, carbon, zirconia or the like is introduced as a leakage current blocking layer is also preferably used.
さらに、必要に応じて有機光電変換層8と、その上層に形成される第二電極との間にLiFをはじめとする金属フッ化物や酸化物等をバッファ層として導入する素子構成も好適に用いられる。 Furthermore, an element configuration in which a metal fluoride such as LiF, an oxide, or the like is introduced as a buffer layer between the organic photoelectric conversion layer 8 and the second electrode formed thereon as needed is also suitably used. It is done.
尚、本実施の形態ではR,G,Bの各色を色分解する手段としてカラーフィルタ6を用いた例を示したが、カラーフィルタ6を用いず、有機材料の分光特性を利用しても構わない。 In this embodiment, an example in which the color filter 6 is used as a means for separating each of the R, G, and B colors has been described. However, the spectral characteristics of the organic material may be used without using the color filter 6. Absent.
以上のように本発明の実施の形態1におけるイメージセンサによれば、以下のような作用を有する。
As described above, the image sensor according to
(1)R,G,Bの各色の光電変換素子3において、入射される最大照度I(ルクス)と、感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいもの程、駆動回路との配線距離が短くなるように配置することにより、感度特性の悪い色の光電変換素子3に対する配線5の容量の影響を低減することができ、各色の光電変換素子3からの信号電荷を高SN比で確実に検知できる。
(1) In the
(2)R,G,Bの各色の光電変換素子3において、入射される最大照度I(ルクス)と、感度α[ボルト/(ルクス・時間)]との積が小さいもの程、駆動回路との配線距離が短くなるように配置することにより、配線距離の違いで各色の光電変換素子3間の感度特性のばらつきを吸収することができ、各色の光電変換素子3からの信号電荷を短時間で検知できる。
(2) In the
(3)シリコントランジスタが単結晶シリコンで形成されていることにより、移動度が高く高速動作が可能であると共に、閾値のばらつきを低減することができ感度特性の均一性に優れる。 (3) Since the silicon transistor is formed of single crystal silicon, high mobility is possible and high-speed operation is possible, variation in threshold value can be reduced, and uniformity of sensitivity characteristics is excellent.
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2におけるイメージセンサの光電変換素子と駆動回路の配置を示す平面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a plan view showing the arrangement of photoelectric conversion elements and drive circuits of the image sensor according to
実施の形態2におけるイメージセンサ1aが実施の形態1と異なるのは、ガラス基板2上に一括して多結晶シリコンやアモルファスシリコンで駆動回路4a,4bを形成した点である。
The image sensor 1a in the second embodiment is different from that in the first embodiment in that
実施の形態1のように、単結晶シリコンで形成された駆動回路を搭載したICチップ4をベア実装する必要がないので信頼性が高いイメージセンサ1aをさらに安価に生産することができる。
As in the first embodiment, since it is not necessary to bare-mount the
また、光電変換素子3を挟むようにその両側に駆動回路4a,4bを配置することができるので、最大照度Iと感度αとの積の最も小さい色に対応した光電変換素子3を上下のどちらか端の列に配置し、最大照度Iと感度αとの積の最も大きい色に対応した光電変換素子3を中央の列に配置すればよい。
In addition, since the
以上のように本発明の実施の形態2におけるイメージセンサによれば、実施の形態1に加え、以下のような作用を有する。 As described above, the image sensor according to the second embodiment of the present invention has the following operation in addition to the first embodiment.
(1)シリコントランジスタを多結晶シリコン又はアモルファスシリコンで形成することにより、チップ実装する必要がなく、安価で量産性に優れる。 (1) By forming the silicon transistor from polycrystalline silicon or amorphous silicon, it is not necessary to mount the chip, and it is inexpensive and excellent in mass productivity.
(2)光電変換素子3を挟むようにその両側に駆動回路4a,4bを配置した場合、配線5を上下に引出すことができるので、配線距離を短くして配線容量10を低減でき、高SN比での信号電荷の検知、蓄積時間の短縮が可能となる。
(2) When the
本発明によれば、シリコントランジスタで形成される駆動回路に対し、光電変換素子をその感度特性のばらつきの影響を考慮して配置することで、高SN比で情報を読み取ることが出来る信頼性に優れたイメージセンサを提供することができ、物体の形状や画像等の各種情報を電気信号として取り出すスキャナ、ファックスなどへの利用が可能である。 According to the present invention, the reliability of reading information with a high S / N ratio can be obtained by arranging the photoelectric conversion element in consideration of the influence of the variation in sensitivity characteristics with respect to the drive circuit formed of the silicon transistor. An excellent image sensor can be provided, and can be used for a scanner, a fax machine, and the like that extract various information such as the shape and image of an object as an electrical signal.
1,1a イメージセンサ
2 ガラス基板
3 光電変換素子
4 ICチップ
4a,4b 駆動回路
5 配線
6 カラーフィルタ
7 ITO陽極
8 有機光電変換層
9 アルミ陰極
10 配線容量
DESCRIPTION OF
Claims (3)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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-
2005
- 2005-08-04 JP JP2005226457A patent/JP2007043534A/en active Pending
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