JP2007336368A - 撮像素子、表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を回避又は抑制しつつ、適切な遮光動作を行うことのできる撮像素子及び表示素子を提供する。
【解決手段】電界が付与されると変形する電気駆動型ポリマー材料で構成された遮光部材３４と、その上下面に取付けられた上部電極３５及び下部電極３６とを備えて構成した複数の遮光体３２を、絶縁層３１上においてフォトダイオード１６の受光領域を避けた位置にした。各画素への光の入射を遮断する必要が生じると、遮光制御部２９は、前記電極３５，３６のうち一方の電極が他方の電極より高電位となるように、前記電極３５，３６に電圧を印加する。これにより、遮光部材３４は厚み方向に収縮し、厚み方向と略直交する方向に膨張するように遮光部材３４が変形して、隣り合う遮光部材３４の各左右端部が当接し、各画素への光の入射が遮断される遮光状態となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する画素や、光を出力する画素を備えて構成された撮像素子及び表示素子に関する。

近年、普及が目覚しいデジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話機等の撮影機能を有するデジタル機器の携帯性を向上するべく、該機器を小型化するための技術が種々提案されており、その小型化の一手段として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）を用いた撮像素子（以下、ＣＭＯＳイメージセンサという）を、該デジタル機器に搭載する撮像素子として利用する技術がある。このＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いた撮像素子に比して画素信号の読出し動作の高速化、高集積化そして省電力化が可能であり、機器のサイズや性能等の点での要求に合致することから、前記デジタル機器に搭載する撮像素子として注目されている。

しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサを利用する場合、感度の低下等の各種問題の発生を回避するために、現状では、撮像素子の各画素に導く光の光量を調節するメカニカルシャッターを、撮像素子とレンズとの間に設置することが必須のものとなっており、前記デジタル機器を、撮像素子、レンズ及びメカニカルシャッターの各厚みの和より更に薄型化することは困難であった。

この種の技術分野における技術として、メカニカルシャッターの光量調節機能を、画素上に設置した、前記メカニカルシャッターとは別の部材で実現しようとする技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１には、光透過率が変化されるフォトクロミックガラスをＣＣＤ撮像素子の撮像面の前面に設置し、フォトクロミックガラスの光透過率をＣＣＤ撮像素子の撮像面に照射される映像光のレベルに応じて制御する技術が記載されている。

また、下記特許文献２には、映像の解像度を向上することを目的として、映像素子の開口部分に設置され、該開口部分を部分的に遮光するためのマスクと、前記マスクの駆動を制御するマイクロアクチュエータとを備え、前記マスクの位置を移動させて、マイクロアクチュエータにて映像素子の開口部分を切り換える映像装置が開示されている。
特開平６−７０２２５号公報 特開平８−１６３４４９号公報

しかしながら、特許文献１の技術にあっては、常時フォトクロミックガラスがＣＣＤ撮像素子の撮像面の前面に位置するため、遮光動作を行っていない状態であっても、前記撮像面への光の透過率が１００％より大幅に低くなったり、逆に完全に遮光しようとしても、前記透過率を０％に近づけることが困難であったりすることにより、得られる画像のコントラストに限界がある。また、フォトクロミックガラスは低温時と高温時とで特性が変化するため、フォトクロミックガラスを略一定の特性で利用するためには、利用できるフォトクロミックガラスの温度範囲が制限されたり、フォトクロミックガラスの光透過率の変化スピードに制限が生じたりするという課題がある。

また、特許文献２にあっては、映像素子に対する相対的な遮光位置が変化する技術であって、遮光量を変化させる技術ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、装置の大型化を回避又は抑制しつつ、適切な遮光動作を行うことのできる撮像素子及び表示素子を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光電変換動作を行う画素を有する撮像部と、画素ごとに、又は前記撮像部の各画素を複数の受光領域でグループ分けしたときそのグループごとに対応して設けられた有機材料から成る複数の遮光部材と、前記遮光部材の形状を前記画素への光の入射を遮断する第１の形状と前記遮断を解除する第２の形状との間で可逆的に変化させる駆動部とを備えることを特徴とする撮像素子である。

この発明によれば、有機材料から成る遮光部材を用いて、前記画素への光の入射を遮断したり該遮断を解除したりするようにしたので、当該撮像素子を電子機器に搭載することを想定したとき、該電子機器に従来のようなメカニカルシャッターを搭載する必要がなくなり、その分、電子機器を小型化することができる。また、前記各遮光部材は、画素と同等のサイズ又は前記撮像部の各画素を複数の受光領域でグループ分けしたとき１つのグループに属する複数の画素分のサイズに近似する大きさであって極めて小さいものであるから、該遮光部材の設置による大型化を防止又は抑制することができる。

さらに、画素への光の入射の遮断及びその解除を全ての画素について同時に行うことが可能になるため、全ての画素が同時に露光動作を開始したり該露光動作を終了したりすることができる。また、前記有機材料の光透過率が略０％またはそれに近い値のものである場合には、画素への光の入射を遮断する場合に、確実な（完全な）遮断を実現することができるから、遮光状態においても一部の光が受光面に漏洩することで撮像素子の感度に悪影響を与えるということもない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像素子において、前記遮光部材は、電界が付与されると変形する有機材料から成り、前記遮光部材に電界を付与するための動作を行う電界付与部を備え、前記駆動部は、前記遮光部材の形状を前記第１の形状と前記第２の形状との間で可逆的に変化させるように前記遮光部材への電界付与動作を前記電界付与部に行わせることを特徴とするものである。

この発明によれば、前記遮光部材として、電界が付与されると変形する有機材料から成る有機材料を用いることで、無機材料で構成する場合に比して大きな変形量が得られる。すなわち、比較的小型の遮光部材であっても十分な変形量が得られ、確実に各画素への光の入射を遮断することができる。また、無機材料で構成する場合に比して、遮光部材の量産化が可能となる。

また、画素のサイズと同等の変形量で画素への光の入射を遮断できるように前記遮光部材を構成した場合には、前記撮像部への光の入射の遮断及びその解除を高速（短時間で）で行うことができる。これにより、前記画素による受光時間を正確に設定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の撮像素子において、前記撮像部は、外部から入射される光を受光する受光領域とそれ以外の非受光領域とをそれぞれ有する複数の前記画素が規則的に配置されて成り、前記撮像部の受光面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上のうち前記画素の非受光領域と対向する領域に設置され、前記絶縁層により前記撮像部と電気的に絶縁された第１の電極と、前記第１の電極上に設置された前記遮光部材と、前記遮光部材上に設置された第２の電極とを備え、前記駆動部は、前記第１、第２の電極を介して前記遮光部材に付与する電界を制御することにより、前記第１の形状と前記第２の形状との間で前記遮光部材の形状を可逆的に変化させることを特徴とするものである。

この発明によれば、撮像部の受光面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上のうち前記画素の非受光領域と対向する領域に設置され、前記絶縁層により前記撮像部と電気的に絶縁された第１の電極と、前記第１の電極上に設置された前記遮光部材と、前記遮光部材上に設置された第２の電極とを備え、前記第１、第２の電極を介して前記遮光部材に電界を付与するようにしたので、前記遮光部材に電界を付与することで、第１、第２の電極及び遮光部材の積層方向と略直交する方向に拡がるように前記遮光部材を変形させることができる。ここで、前記遮光部材を大きな変形率を有する有機材料で構成したときには、前記遮光部材を小型化することができるから、非遮光時では前記画素への光の入射をできるだけ阻害しない態様で、前記遮光部材を構成することができる。

また、絶縁層の存在により、第１、第２の電極を介して前記遮光部材に電界を付与したときに、前記電界によって撮像部の撮像動作（各画素の光電変換動作）に悪影響が及ぼされるのを防止することができる。

前記遮光部材の形態の一例として、請求項４に記載の発明のように、前記遮光部材を、隣接する２つの画素列に跨るように設置し、前記第２の形状は、２つの遮光部材で１つの画素列に属する画素を覆うような形状とする形態が想定される。

請求項５に記載の発明は、光を出力する画素を有する表示部と、画素ごとに、又は前記表示部の各画素を複数の発光領域でグループ分けしたときそのグループごとに対応して設けられた有機材料から成る複数の遮光部材と、前記遮光部材の形状を前記画素から外部に出射される光を遮断する第１の形状と前記遮断を解除する第２の形状との間で可逆的に変化させる駆動部とを備えることを特徴とする表示素子である。

この発明によれば、電界が付与されると変形する有機材料から成る遮光部材を用いて、前記画素から外部に出射される光を遮断したり該遮断を解除したりするようにしたので、当該表示素子を電子機器に搭載することを想定したとき、該電子機器は遮光部材の変形を利用した画像の表示動作を行うことができる。

また、前記各遮光部材は、画素と同等のサイズ又は前記表示部の各画素を複数の発光領域でグループ分けしたとき１つのグループに属する複数の画素分のサイズに近似する大きさであって極めて小さいものであるから、該遮光部材の設置による大型化を防止又は抑制することができる。

さらに、前記有機材料の光透過率が略０％またはそれに近い値のものである場合には、画素からの光の出射を遮断する場合に、確実な（完全な）遮断を実現することができ、黒色の表示を行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の表示素子において、前記遮光部材は、電界が付与されると変形する有機材料から成り、前記遮光部材に電界を付与するための動作を行う電界付与部を備え、前記駆動部は、前記遮光部材の形状を前記第１の形状と前記第２の形状との間で可逆的に変化させるように前記遮光部材への電界付与動作を前記電界付与部に行わせることを特徴とするものである。

この発明によれば、前記遮光部材として、電界が付与されると変形する有機材料から成る有機材料を用いることで、無機材料で構成する場合に比して大きな変形量が得られる。すなわち、比較的小型の遮光部材であっても十分な変形量が得られ、確実に各画素から出射される光を遮断することができる。また、無機材料で構成する場合に比して、遮光部材の量産化が可能となる。

また、画素のサイズと同等の変形量で画素への光の入射を遮断できるように前記遮光部材を構成した場合には、前記画素による光の出射の遮断及びその解除を高速（短時間で）で行うことができる。これにより、前記画素による発光時間を正確に設定することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の表示素子において、前記表示部は、外部に光を出力する発光領域とそれ以外の非発光領域とをそれぞれ有する複数の前記画素が規則的に配置されて成り、前記表示部の表示面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上のうち前記画素の非発光領域と対向する領域に設置され、前記絶縁層により前記表示部と電気的に絶縁された第１の電極と、前記第１の電極上に設置された前記遮光部材と、前記遮光部材上に設置された第２の電極とを備え、前記駆動部は、前記第１、第２の電極を介して前記遮光部材に付与する電界を制御することにより、前記第１の形状と前記第２の形状との間で前記遮光部材の形状を可逆的に変化させることを特徴とするものである。

この発明によれば、表示部の表示面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上のうち前記画素の非発光領域と対向する領域に設置され、前記絶縁層により前記表示部と電気的に絶縁された第１の電極と、前記第１の電極上に設置された前記遮光部材と、前記遮光部材上に設置された第２の電極とを備え、前記第１、第２の電極を介して前記遮光部材に電界を付与するようにしたので、前記遮光部材に電界を付与することで、第１、第２の電極及び遮光部材の積層方向と略直交する方向に拡がるように前記遮光部材を変形させることができる。ここで、前記遮光部材を大きな変形率を有する有機材料で構成したときには、前記遮光部材を小型化することができるから、非遮光時では前記画素から出射される光をできるだけ阻害しない態様で、前記遮光部材を構成することができる。

また、絶縁層の存在により、第１、第２の電極を介して前記遮光部材に電界を付与したときに、前記電界によって画素の発光動作に悪影響が及ぼされるのを防止することができる。

前記遮光部材の形態の一例として、請求項８に記載の発明のように、前記遮光部材を、隣接する２つの画素列に跨るように設置し、前記第２の形状は、２つの遮光部材で１つの画素列に属する画素を覆うような形状とする形態が想定される。

請求項１〜４に記載の発明によれば、装置の小型化を図りつつ、綺麗な撮影画像が得られる撮像素子を提供することができる。

請求項５〜８に記載の発明によれば、装置の大型化を抑制しつつ、綺麗な画像（特に動画像）が表示される表示素子を提供することができる。

本発明の実施形態について説明する。本発明の一実施形態である撮像装置を本発明の第１の実施形態として説明する。図１は、撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。

図１に示すように、撮像装置１は、撮影光学系２、撮像素子３、Ａ／Ｄ変換部４、タイミング制御回路５、画像メモリ６、画像処理部７、画像記憶部８、入力操作部９、ＶＲＡＭ１０、表示部１１及び制御部１２を備えて構成されている。

撮影光学系２は、撮影倍率（焦点距離）を変更するためのズームレンズ１３と、焦点位置を調節するためのフォーカスレンズ１４と、撮像素子３へ入射される光量を調節するための図略の絞りとを備え、被写体の光像を取り込んで該光像を撮像素子３に結像するものである。

撮像素子３は、例えばフォトダイオードで構成される複数の画素（図２参照）がマトリックス状に２次元配列され、各画素の受光面に、それぞれ分光特性の異なる例えばＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のカラーフィルタが１：２：１の比率で配設されてなるベイヤー配列のＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）カラーエリアセンサである。撮像素子３は、撮影光学系２により結像された被写体の光像をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）各色成分のアナログの電気信号（画像信号）に変換し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の画像信号として出力する。図２は、撮像素子３の概略構成を示す図である。

図２に示すように、撮像素子３は、マトリックス状に配列された複数の画素１５を有してなり、各画素１５は、光電変換動作を行う光電変換素子としてのフォトダイオード１６と、画素信号を出力させる画素１５を選択するための垂直選択スイッチ１７と、リセットスイッチ（Ｒｓｔ）１８と、増幅素子１９とを備えて構成されている。

また、撮像素子３は、画素１５のマトリックスにおける各行において、垂直選択スイッチ１７の制御電極が共通に接続された垂直走査線２０に垂直走査パルスφＶｎを出力する垂直走査回路２１と、列ごとに垂直選択スイッチ１７の主電極が共通に接続された水平走査線２２と、各画素１５のリセットスイッチ１８が共通に接続されたリセット線２３と、各水平走査線２２に接続されたサンプリング回路２４と、サンプリング回路２４と水平走査回路２５とに接続された水平スイッチ２６と、水平スイッチ２６の制御電極に接続された水平走査回路２５と、水平信号線２７に接続されたアンプ２８と、水平スイッチ２６の出力端子とアンプ２８の出力端子とに接続された水平信号線２７とを備える。増幅素子１９及びリセットスイッチ１８は、電源Ｖｐに接続されている。

サンプリング回路２４は、各画素１５から出力されるアナログの画素信号をサンプリングし、この画素信号に対し、画素信号のノイズの低減を行うものである。アンプ２８は、サンプリング回路２４の出力信号を電圧に変換するものである。

このような構成を有する撮像素子３においては、画素に蓄積された電荷に応じた電圧信号の出力動作を１画素ずつ行わせるとともに、垂直走査回路２１及びサンプリング回路２４の動作を制御することで、画素を指定してその画素に電圧信号を出力させることができる。

すなわち、垂直走査回路２１により、或る画素のフォトダイオード１６で光電変換された電荷の量に相当する電圧信号を、増幅素子１９及び垂直選択スイッチ１７を介して水平走査線２２に出力させ、または、リセットスイッチ１８を介してリセット電位に固定し、その後、サンプリング回路２４により、その水平走査線２２に出力された電圧信号が示す電圧とリセット電位との差が、アナログの画素信号としてサンプリングされる。この動作を各画素について行うことで、画素を指定しつつ全ての画素に順番に電圧信号を出力させることができる。なお、サンプリング回路２４の出力信号は、水平スイッチ２６を介してアンプ２８に出力され、該アンプ２８で増幅された後、後述のＡ／Ｄ変換部４に出力される。撮像素子３は、後述のタイミング制御回路５により、撮像素子３の露出動作の開始及び終了や、撮像素子３における各画素の画素信号の読出し等の撮像動作が制御される。

図１に戻り、Ａ／Ｄ変換部４は、撮像素子３により出力されたアナログのＲ，Ｇ，Ｂの画素信号を、複数のビット（例えば１０ビット）からなるデジタルの画素信号（以下、画素データという）にそれぞれ変換するものである。タイミング制御回路５は、制御部１２から出力される基準クロックＣＬＫ０に基づいてクロックＣＬＫ１，ＣＬＫ２を生成し、クロックＣＬＫ１を撮像素子３に、クロックＣＬＫ２をＡ／Ｄ変換部４にそれぞれ出力することにより、撮像素子３及びＡ／Ｄ変換部４の動作を制御する。

画像メモリ６は、撮像素子３により被写体の光像を撮像する撮影モード時には、Ａ／Ｄ変換部４から出力される画像データを一時的に記憶するとともに、この画像データに対し制御部１２により後述の処理を行うための作業領域として用いられるメモリである。また、画像記憶部８に記憶された画像を表示部１１に再生する再生モード時には、後述の画像記憶部８から読み出した画像データを一時的に記憶するメモリである。

画像処理部７は、画像メモリ６に記憶された画像データの黒レベルを基準の黒レベルに補正する黒レベル補正部、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各色成分の画素データのレベル変換を行うホワイトバランス補正部及び画素データのγ特性を補正するγ補正部等を備えるものである。

画像記憶部８は、メモリカードやハードディスクなどからなり、制御部１２で生成された画像を保存するものである。入力操作部９は、主電源のオン／オフを切り替えるための電源ボタン、撮像素子３による撮像動作のタイミングを指示するためのシャッターボタン、各種機能を設定するための設定スイッチ等を含み、操作情報を制御部１２に入力するためのものである。ＶＲＡＭ１０は、表示部１１の画素数に対応した画像信号の記録容量を有し、表示部１１に再生表示される画像を構成する画素データのバッファメモリである。

表示部１１は、カラー液晶パネルを備えてなり、撮像素子３により撮像された画像の表示や記録済みの画像の再生表示等を行うとともに、撮像装置１に搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。

制御部１２は、例えば制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するフラッシュメモリ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピュータからなり、撮像装置１内の各部材の駆動を関連付けて制御するものである。また、制御部１２は、撮像素子３の各画素への光の入射の遮断及びその解除を後述の遮光構造に行わせる遮光制御部２９を機能的に有する。

図３（ａ）は、本実施形態の特徴である遮光構造３０の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線からみた遮光構造の矢視断面図である。図３（ａ），（ｂ）において、点線Ｘで囲まれる領域は、１つの画素１５の領域であり、矢印Ａで示す部位は、光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する前記フォトダイオード１６の受光領域（光電変換領域）である。

図３（ａ），（ｂ）に示すように、遮光構造３０は、撮像素子３の撮像面上に被覆された後述の絶縁層３１と、図３（ａ）において上下方向に並ぶ画素の列を垂直画素列というものとすると、左右に隣接する２つの垂直画素列に跨る態様で前記絶縁層３１上に設置された長尺形状を有する複数の遮光体３２と、該遮光体３２に電界を付与（電圧を印加）するための電界付与部３３とを有して成る。

遮光体３２は、隣り合う遮光体３２間に間隙が生じて各画素に光が導かれるように、フォトダイオード１６の受光領域Ａを避けた位置（２つの受光領域Ａ間に存在する非受光領域）に設置されており、電界が付与されると変形する電気駆動型ポリマー材料（有機材料）で構成された例えば直方形状を有する遮光部材３４の上下面に、平板状の上部電極３５及び下部電極３６が取り付けられた積層構造を有する。

電気駆動型ポリマー（ElectroActive Polymer：ＥＡＰ）材料には、電気性ポリマー（電歪性、静電性、圧電性、強誘電性）とイオン性（ゲル、ポリマー・金属混合物、導電性ポリマー）があり、例えばシリコンエラストマやポリウレタン等の誘電性ＥＡＰ材料で平行平板コンデンサを構成した場合、その誘電性ＥＡＰ材料の変形量は、誘電定数及び電場の２乗に比例する関係を有するとともに、弾性率に反比例する関係を有し、１０％〜３００％の歪を有する性質を備えている。誘電性ＥＡＰ材料には、前例のものの他にも、例えば誘電エラストマポリマ、シリコンラバー、アクリルエラストマ等がある。

また、図３（ｂ）に示すように、各遮光体３２は、上部電極３５及び下部電極３６を介して並列に電界付与部３３に接続されている。電界付与部３３は、各遮光部材３４への電界の付与（電圧の印加）動作を行うものであり、その電界付与動作は遮光制御部２９により制御される。

絶縁層３１は、電界付与部３３により各遮光部材３４に電界が付与されたときに、その電界により撮像素子３の撮像動作に悪影響を及ぼすのを防止するべく、下部電極３６と撮像素子３とを電気的に絶縁するためのものである。絶縁層３１は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、感光性アクリル樹脂あるいはポリミド等の透明の樹脂材料で構成されており、絶縁層３１の光の透過率は、略１００％とみなすことができる値である。

図１に示す遮光制御部２９は、前述したように電界付与部３３の電界付与動作を制御するものである。具体的には、遮光制御部２９は、各画素に光を受光させるときには、上部電極３５及び下部電極３６を同電位（例えば０Ｖ）に設定する。これにより、遮光構造３０は、隣り合う遮光体３２間に間隙が存在する状態となり、各画素の受光領域Ａに光が導かれる非遮光状態となる。

一方、前記遮光制御部２９は、各画素への光の入射を遮断する必要が生じたとき、上部電極３５及び下部電極３６のうち一方の電極が他方の電極より高電位（上部電極３５に＋Ｖ、下部電極３６に０（Ｖ）の電圧）となるように、上部電極３５及び下部電極３６に電圧を前記電界付与部３３に印加させる。これにより、図４（ａ），（ｂ）に示すように、遮光部材３４は、厚み方向（図４（ｂ）の上下方向）に収縮する一方、図４（ｂ）の左右方向（厚み方向と略直交する方向）に膨張するように遮光部材３４が変形して、隣り合う遮光部材３４の各左右端部が当接し、各画素の受光領域Ａへの光の入射が遮断される遮光状態となる。図４（ａ）は、遮光状態における遮光構造３０の平面図、図４（ｂ）は、遮光状態における遮光構造３０の断面図である。なお、図４（ａ），（ｂ）に示す遮光状態から図３（ａ），（ｂ）に示す非遮光状態に戻すときには、遮光制御部２９は、上部電極３５及び下部電極３６を同電位（例えば０Ｖ）に設定する。

以上のように、前記電気駆動型ポリマー材料で構成した遮光部材３４を前記撮像素子３の撮像面上に設置し、電界付与による前記遮光部材３４の変形を利用して、各画素に光が導かれる非遮光状態と各画素への光が遮断される遮光状態とを生成するようにしたので、従来のようにメカニカルシャッターを設ける必要がなくなる。また、前記各遮光体３２は、所定数の画素分のサイズに近似する大きさであり極めて小さいものであるから、該遮光構造３０の設置による大型化を防止又は抑制することができる。さらに、前記電気駆動型ポリマー材料は、その大きさに対して比較的大きな変形量で変形するため、前記遮光動作を行うのに必要な変形量が得られる遮光部材として非常に小さいもので済み、本実施形態の遮光構造３０は小型のものとなる。これらの結果、撮像装置１の小型化（薄型化）を実現することができる。

また、本実施形態では、電界付与部３３により各遮光部材３４に同時に電界を付与することで、画素への光の入射の遮断及びその解除を全ての画素について同時に行うことができるため、全ての画素が同時に露光動作を開始したり該露光動作を終了したりすることができる。その結果、従来のようにメカニカルシャッターを用いることで生じる各画素の露光タイミングの時間ずれを解消または大幅に抑制することができ、撮影指示タイミングでの被写体像により忠実な画像を得ることができる。

また、本実施形態の遮光構造３０においては、絶縁層３１が撮像面への光の透過率を１００％より大幅に低くさせたり、前記遮光部材３４が遮光状態においても一部の光を撮像面に漏洩させたりするという問題はほとんど発生しないため、被写体により忠実な画像を得ることが出来る。また、前記遮光部材３４は、温度に応じて特性が変化するということがほとんどないため、利用可能な前記遮光部材３４の温度（状態）が制限されることもない。

さらに、遮光部材３４の変形について、画素のサイズと同等またはそれより小さい変形量で各画素の遮光状態を実現することができるから、高速（短時間）で遮光状態と非遮光状態との切替えを行うことができる。その結果、各画素に露光させる時間を正確なものとする（各画素に露光させる時間を目標値に限りなく近似させる）ことができ、適切な撮像動作を行うことができる。

また、前記特許文献２の技術にあっては、開口部分を完全に遮光させるためには該開口部分に相当する大きさのマスクが必要となるから、前記開口部分が画素の大きさの５０％を超える領域を占める場合には、この開口部分に相当する大きさのマスクを設置したときに、遮光を行わないときでも該マスクが開口部分の一部を遮光することとなる。これに対して、本実施形態では、遮光体３２を、フォトダイオード１６の受光領域Ａを避けた位置（非受光領域）に設置したので、撮像素子３の開口率の低下を回避しながら遮光動作を行う構成を実現することができる。なお、前記開口率とは、１画素の大きさ（広さ）に対して該画素に光が入射する範囲（広さ）が占める割合をいう。

前記有機材料をその光透過率が略０％またはそれに近い値のもので構成した場合には、遮光状態で、略完全に画素への光の入射を遮光することができるため、従来のように、遮光状態においても一部の光が撮像面に漏洩することで撮像素子３の感度に悪影響を与えるということもない。

また、前記電気駆動型ポリマー材料を用いて遮光構造３０を構成したので、各画素への光の入射を遮断する構成を比較的簡単に形成することができる。すなわち、仮に、前記遮光構造３０が、撮像素子３の製造プロセスにおけるプロセス温度より高い温度で形成する必要があるものである場合には、撮像素子３の性能に悪影響を及ぼす虞があるが、前記電気駆動型ポリマー材料を用いた遮光構造３０は、撮像素子３の製造プロセスにおけるプロセス温度より低い温度で形成することができるため、前述のような悪影響を解消又は抑制することができる。また、無機材料で構成する場合に比して、遮光体３２の量産化が可能となる。

本件は、前記実施形態に加えて、あるいは前記実施形態に代えて次の変形形態も含むものである。

（１）ＣＭＯＳを利用した撮像素子３においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）のように、画素（光電変換部）で生成した電荷を一時的に蓄積するシフトレジスタを有しておらず、また、該シフトレジスタを設置した場合には、開口率や感度の低下、熱雑音の増加、撮像素子の駆動電圧の増大等の課題が生じることから、従来では、メカニカルシャッターが必須ものとなっており、撮像装置の小型化が困難となっていたという背景のもと、この撮像素子３に本件を適用することの意義が大きいことから、前記第１の実施形態では、ＣＭＯＳを利用した撮像素子３に前記遮光構造を適用したが、遮光構造を適用する対象は、ＣＭＯＳを利用した撮像素子３に限られず、他の撮像素子にも適用可能である。

（２）前記第１の実施形態は、撮像素子３に本発明を適用したものであるが、これに限らず、本件は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置にも適用可能である。図５（ａ）は、本発明に係る遮光構造を設置した非遮光状態での表示装置の構成を示す断面図、図５（ｂ）は、遮光状態の構成を示す断面図、図６（ａ）は、本発明に係る遮光構造を設置していない状態における画素の構成を示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の構造に本発明に係る遮光構造を設置した非遮光状態における画素の構成を示す平面図、図６（ｃ）は、遮光状態の構成を示す平面図である。なお、図５、図６の矢印Ｂで示す領域が１画素に相当する。

図５（ａ）に示すように、表示装置１００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）であり、白色照明光（バックライト）を出力する蛍光管を有するとともに、下から順に、導光板１０２、第１偏光板１０３、第１ガラス基板１０４、第１電極１０５、第１配向膜１０６ａ、液晶層１０７、第２配向膜１０６ｂ、第２電極１０８、カラーフィルタ層１０９、第２ガラス基板１１０、第２偏光板１１１が積層されて成る。カラーフィルタ層１０９においては、遮光層（ブラックマトリックス）ＢＭで区画した所定のパターンで３色のカラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂが配列されている。

第１偏光板１０３及び第２偏光板１１１は、一定の振動方向の光波だけを透過させる部材である。第１ガラス基板１０４及び第２ガラス基板１１０は、第１電極１０５及び第２電極１０８から外部への漏電を防止するためのものである。第１電極１０５及び第２電極１０８は、透明度の高い材料で構成されており、液晶層１０７に電界を付与するため電極である。第１配向膜１０６ａ，第２配向膜１０６ｂは、例えばポリイミド膜からなり、液晶層１０７における液晶の分子を一定方向に並べるための膜である。第１電極１０５及び第１配向膜１０６ａは画素ごとに設けられている。

また、図６（ａ）にも示すように、前記第１電極１０５に電圧信号を付与するスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１１２が画素ごとに備えられている。この薄膜トランジスタ１１２を信号線１１３及びゲート線１１４を用いて駆動することにより、前記第１電極１０５から該第１電極１０５に対応するカラーフィルタの色の光が出力される。

さらに、本実施形態では、図５（ａ）、図６（ｂ）に示すように、カラーフィルタ層１０９の上面に、前記第１の実施形態と同様の絶縁層１１６が形成されているとともに、この絶縁層１１６の上面に前記第１の実施形態と同様の遮光体１１７が構成されている。すなわち、下から順に、下部電極１１８、遮光部材１１９及び上部電極１２０が積層されて成る遮光体１１７が、絶縁層１１６上の例えば前記ブラックマトリックスと対向する位置に設置されている。また、図示は省略しているが、前記第１の実施形態と同様の機能を有する電界付与部３３及び遮光制御部２９が備えられている。

そして、前記電界付与部３３により前記遮光体１１７に電界が付与されていないときには、各画素の第１電極１０５から光が外部に出射される非遮光状態となる。一方、前記電界付与部３３により前記遮光体１１７に電界が付与されると、図５（ｂ），図６（ｃ）に示すように、遮光部材１１９は、厚み方向（図６の紙面に直交する方向）に収縮するとともに表示面に沿って膨張するように変形して、隣り合う遮光部材１１９の各左右端部が当接し、各画素から外部に出射される光が遮断される遮光状態となる。なお、上部電極１２０及び下部電極１１８が同電位（例えば０Ｖ）に設定されると、図５（ｂ），図６（ｃ）に示す遮光状態から図５（ａ），図６（ｂ）に示す非遮光状態に戻る。これにより、各第１電極１０５から光が外部に出射される非遮光状態と、各第１電極１０５からの光の出射が遮光体１１７により遮断される遮光状態とが生成される。

本実施形態においても、前記各遮光体１１７は、所定数の画素分のサイズに近似する大きさであり極めて小さいものであるから、該遮光構造３０の設置による大型化を防止又は抑制することができる。また、前記電気駆動型ポリマー材料は、その大きさに対して比較的大きな変形量で変形するため、前記遮光動作を行うのに必要な変形量が得られる遮光部材として非常に小さいもので済み、本実施形態の遮光構造は小型のものとなる。これにより、該遮光構造を設けたことによる表示装置１００の大型化を回避又は抑制することができる。

また、遮光部材１１９の変形について、画素のサイズと同等またはそれより小さい変形量で各画素についての遮光を実現することができるから、高速で遮光状態と非遮光状態との切替えを行うことができる。すなわち、各画素に光を出力させる時間を正確に決定する（各画素に光を出力させる時間を目標値に限りなく近似させる）ことができる。また、前記有機材料をその光透過率が略０％またはそれに近い値のもので構成した場合には、遮光状態では、バックライトからの光を略完全に遮光することができるため、黒色を表示することが出来ると共に、従来のように遮光状態であっても一部の光が外部に漏洩する場合に比して画像のコントラストを向上することができる。以上のことから、綺麗な動画像を表示することができる。

また、遮光体１１７を、絶縁層１１６上の例えば前記ブラックマトリックスと対向する位置に設置したので、画素の開口率の低下を防止又は抑制することができる。特に前記遮光体１１７を変形率の大きな有機材料で構成した場合には、前記開口率を比較的大きな値、例えば７０％に設定することができる。なお、本実施形態における開口率とは、１画素の大きさ（広さ）に対して該画素から光が出射する範囲（広さ）が占める割合をいう。

なお、本実施形態では、カラーフィルタ層１０９の上面に各画素への光の入射を遮断するための遮光構造を設けたが、この遮断構造の設置場所は前述の場所に限られず、例えば画素ごとに設ける態様も採用可能である。また、本件の適用対象である表示装置は、前述のものに限られず、他の構成を有する表示装置であってもよい。

電子機器の一実施形態である撮像装置の電気的な構成を示すブロック図である。 撮像素子の概略構成を示す図である。 （ａ）は、本実施形態の特徴である遮光構造の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線からみた遮光構造の矢視断面図である。 （ａ）は、遮光状態における遮光構造の平面図、（ｂ）は、遮光状態における遮光構造の断面図である。 （ａ）は、本発明に係る遮光構造を設置した非遮光状態での表示装置の構成を示す断面図、（ｂ）は、遮光状態の構成を示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る遮光構造を設置していない状態における画素の構成を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の構造に本発明に係る遮光構造を設置した非遮光状態における画素の構成を示す平面図、（ｃ）は、遮光状態の構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 撮像装置
１５ 画素
２９ 遮光制御部
３０ 遮光構造
３１，１１６ 絶縁層
３２，１１７ 遮光体
３３ 電界付与部
３４，１１９ 遮光部材
３５，１２０ 上部電極
３６，１１８ 下部電極
１００ 表示装置
１０５ 第１電極

Claims (8)

1. 光を受光し、その受光量に応じた電気信号を出力する光電変換動作を行う画素を有する撮像部と、
   画素ごとに、又は前記撮像部の各画素を複数の受光領域でグループ分けしたときそのグループごとに対応して設けられた有機材料から成る複数の遮光部材と、
   前記遮光部材の形状を前記画素への光の入射を遮断する第１の形状と前記遮断を解除する第２の形状との間で可逆的に変化させる駆動部と
   を備えることを特徴とする撮像素子。
2. 前記遮光部材は、電界が付与されると変形する有機材料から成り、
   前記遮光部材に電界を付与するための動作を行う電界付与部を備え、
   前記駆動部は、前記遮光部材の形状を前記第１の形状と前記第２の形状との間で可逆的に変化させるように前記遮光部材への電界付与動作を前記電界付与部に行わせることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
3. 前記撮像部は、外部から入射される光を受光する受光領域とそれ以外の非受光領域とをそれぞれ有する複数の前記画素が規則的に配置されて成り、
   前記撮像部の受光面上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層上のうち前記画素の非受光領域と対向する領域に設置され、前記絶縁層により前記撮像部と電気的に絶縁された第１の電極と、
   前記第１の電極上に設置された前記遮光部材と、
   前記遮光部材上に設置された第２の電極とを備え、
   前記駆動部は、前記第１、第２の電極を介して前記遮光部材に付与する電界を制御することにより、前記第１の形状と前記第２の形状との間で前記遮光部材の形状を可逆的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の撮像素子。
4. 前記遮光部材は、隣接する２つの画素列に跨るように設置されており、
   前記第２の形状は、２つの遮光部材で１つの画素列に属する画素を覆うような形状であることを特徴とする請求項３に記載の撮像素子。
5. 光を出力する画素を有する表示部と、
   画素ごとに、又は前記表示部の各画素を複数の発光領域でグループ分けしたときそのグループごとに対応して設けられた有機材料から成る複数の遮光部材と、
   前記遮光部材の形状を前記画素から外部に出射される光を遮断する第１の形状と前記遮断を解除する第２の形状との間で可逆的に変化させる駆動部と
   を備えることを特徴とする表示素子。
6. 前記遮光部材は、電界が付与されると変形する有機材料から成り、
   前記遮光部材に電界を付与するための動作を行う電界付与部を備え、
   前記駆動部は、前記遮光部材の形状を前記第１の形状と前記第２の形状との間で可逆的に変化させるように前記遮光部材への電界付与動作を前記電界付与部に行わせることを特徴とする請求項５に記載の表示素子。
7. 前記表示部は、外部に光を出力する発光領域とそれ以外の非発光領域とをそれぞれ有する複数の前記画素が規則的に配置されて成り、
   前記表示部の表示面上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層上のうち前記画素の非発光領域と対向する領域に設置され、前記絶縁層により前記表示部と電気的に絶縁された第１の電極と、
   前記第１の電極上に設置された前記遮光部材と、
   前記遮光部材上に設置された第２の電極とを備え、
   前記駆動部は、前記第１、第２の電極を介して前記遮光部材に付与する電界を制御することにより、前記第１の形状と前記第２の形状との間で前記遮光部材の形状を可逆的に変化させることを特徴とする請求項６に記載の表示素子。
8. 前記遮光部材は、隣接する２つの画素列に跨るように設置されており、
   前記第２の形状は、２つの遮光部材で１つの画素列に属する画素を覆うような形状であることを特徴とする請求項７に記載の表示素子。

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