JP2010141140A - カラーイメージセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】色分離に優れ、偽色がなく、Ｂ・Ｒ光用光電変換部の開口率を向上させた単板式のカラーイメージセンサを提供する。
【解決手段】第１イメージセンサ１０と第２イメージセンサ２０とを含み、前記第２イメージセンサ２０に前記第１イメージセンサ１０が重ねられるカラーイメージセンサであって、前記第１イメージセンサ１０は、有機材料で構成され、撮像光のうちのＧ成分を光電変換する第１光電変換層１３と、前記第１光電変換層１３の上に配設される透明薄膜トランジスタで構成され、前記第１光電変換層１３で生成される撮像信号を読み出す透明読み出し回路１２と、前記透明読み出し回路１２の上に配設され、被写体からの撮像光が入射するガラス基板とを含み、前記第２イメージセンサ２０は、前記第１イメージセンサ１０を透過した撮像光のうちのＢ・Ｒ成分を光電変換し、当該光電変換によって得られる撮像信号を読み出すＢ・Ｒ成分用のイメージセンサ。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機材料で構成される光電変換部を用いたカラーイメージセンサに関する。

現在、ビデオカメラ等に用いられるイメージセンサとしては、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサやＣＭＯＳ(Complimentary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサがある。

これらのイメージセンサは、光電変換部の構成材料としてシリコン（Ｓｉ）単結晶を用いるため、可視光全域に広く感度を有する。そこで、これらのイメージセンサを用いてカラー撮像をするためには、入射光がイメージセンサに到達する前に、入射光をＢ(bleu：青）・Ｇ(Green：緑)・Ｒ(Red：赤)光の３色光に分離する必要があり、そのためには、主に、３板式と単板式の光電変換部が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。

３板式と単板式を同一画素数・同一サイズのイメージセンサで比較した場合、３板式には偽色が発生しにくく高い解像度が得られるという特長があり、単板式にはカメラの小型化・低価格化が容易という特長がある。

しかしながら、両方の方式の特長を共に備えるカメラを実現することは、従来のＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサでは、大変困難であった。

そこで、光の波長によりシリコン単結晶中での吸収の度合いが違うことを利用して、光電変換部を表面から３層に分離し、Ｂ・Ｇ・Ｒ光をそれぞれの層から独立に分離して取り出す構造のイメージセンサが提案され、実用化されている（例えば、非特許文献２、特許文献１参照）。

また、Ｂ・Ｇ・Ｒ光の各々に感度を有する有機材料製の光電変換層を３層積層したイメージセンサも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

これらいずれのイメージセンサも、１つの画素につきＢ・Ｇ・Ｒ光３色の信号が得られることから、従来の単板式と同様にカメラの小型化・低価格化が容易であり、かつ、従来の３板式と同様に偽色が発生しにくく高い解像度が得られるという特長がある。

しかしながら、非特許文献２や特許文献１に記載されているように、光の波長によりシリコン単結晶中での吸収の度合いが違うことを利用して色を分離するイメージセンサでは、ダイクロイックプリズムやカラーフィルタを利用した従来の色の分離方法に比べて、色分離性能が悪いこと、さらに画素構造が複雑で開口率が低いことが問題となる。

また、特許文献２に記載されているように、有機材料製の光電変換層を３層積層した構造のイメージセンサは、カラーフィルタを利用した場合と同等の色分離能力があり、そのうえ最上層の開口率を大きくできるが、中間層及び最下層の有機光電変換層を微細に加工しなくてはならないという問題がある。

そこで、上述の二つの構造を組み合わせたイメージセンサが提案されている（例えば、特許文献３の実施例２参照）。このイメージセンサは、非特許文献２や特許文献１のイメージセンサに比べて色分離能力が高く、また、特許文献２のイメージセンサと比べると、有機光電変換層の加工の必要がないという利点がある。
木内雄二著、「イメージセンサの基礎と応用」、日刊工業新聞社、１９９１年１２月２５日、ｐ１４３ 米本和也著、「ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサの基礎と応用」、ＣＱ出版、２００３年８月１０日、ｐ．２３４ 米国特許第５，９６５，８７５号明細書 特開２００５−２６９５２６号公報 特開２００３−３３２５５１号公報

ところで、特許文献３の実施例２に記載されたイメージセンサでは、Ｂ・Ｒ光用光電変換部の上層のＧ光用光電変換部から出力される信号をＢ・Ｒ光用光電変換部の下層Ｓｉ基板の画素内に設けられたトランジスタで読み出す構造であるため、Ｇ光用光電変換部の下層のＢ・Ｒ光用光電変換部の開口率が低下するという課題があった。

そこで、本発明は、色分離に優れ、偽色がなく、下層のＢ・Ｒ光用光電変換部の開口率を向上させた単板式のカラーイメージセンサを提供することを目的とする。

本発明の一局面のカラーイメージセンサは、第１イメージセンサと第２イメージセンサとを含み、前記第２イメージセンサに前記第１イメージセンサが重ねられるカラーイメージセンサであって、前記第１イメージセンサは、有機材料で構成され、撮像光のうちのＧ成分を光電変換する第１光電変換層と、前記第１光電変換層の上に配設される透明薄膜トランジスタで構成され、前記第１光電変換層で生成される撮像信号を読み出す透明読み出し回路と、前記透明読み出し回路の上に配設され、被写体からの撮像光が入射するガラス基板とを含み、前記第２イメージセンサは、前記第１イメージセンサを透過した撮像光のうちのＢ・Ｒ成分を光電変換し、当該光電変換によって得られる撮像信号を読み出すＢ・Ｒ成分用のイメージセンサである。

また、第１光電変換層は、ペリレン誘導体、メロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、又はローダミン色素のうちのいずれかの有機材料で構成される単層、あるいはこれらの有機材料で構成される層のうちのいずれか２層以上が積層される積層体、又は、これらの有機材料が混在して構成される薄膜で構成されてもよい。

また、前記第２イメージセンサは、シリコン基板に形成されるＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサであってもよい。

本発明によれば、Ｇ光用光電変換部から信号を読み出すための透明な読み出し回路を下層のＢ・Ｒ光用光電変換部の信号読み出し回路とは別に設けることで、色分離に優れ、偽色がなく、下層のＢ・Ｒ光用光電変換部の開口率を向上させた単板式のカラーイメージセンサを提供できるという特有の効果が得られる。

以下、本発明のイメージセンサを適用した実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１のカラーイメージセンサの断面構造を概略的に示す図である。

実施の形態１のカラーイメージセンサ１００は、イメージセンサ１０とイメージセンサ２０を含み、イメージセンサ２０の上にイメージセンサ１０が重ねられた構造を有する。

イメージセンサ１０は、図示しない柱状又は壁状の支持体により、イメージセンサ２０の上方（光入射方向における上方）に重ねられるように設置される。イメージセンサ１０と２０の間には空間があってもよく、また、透明樹脂材料で充填されていてもよい。

なお、透明樹脂材料だけでイメージセンサ１０をイメージセンサ２０の上方に設置できる場合は、必ずしも柱状又は壁状の支持体を用いる必要はない。

イメージセンサ１０には、電極３０Ａ、３０Ｂ及び配線３０Ｃを介して駆動回路３０Ｄが接続されている。駆動回路３０Ｄは、後述するイメージセンサ２０の基板内に形成されている。

図１に示すイメージセンサ１０は、第１イメージセンサであり、図中上方から入射する撮像信号のうちのＧ(Green：緑)成分であるＧ光を撮像して撮像信号を出力する。

また、イメージセンサ２０は、第２イメージセンサであり、イメージセンサ１０を透過したＢ(Bleu：青）成分であるＢ光とＲ(Red：赤)成分であるＲ光を撮像して撮像信号を出力する。

ここで、イメージセンサ１０には、図２に示すように、波長４９０ｎｍ付近から５９０ｎｍ付近までのＧ光を撮像するイメージセンサを用いる。また、イメージセンサ２０には、
波長４００ｎｍ付近から４９０ｎｍ付近までのＢ光と、波長５９０ｍｍ付近から７５０ｎｍ付近までのＲ光を撮像するイメージセンサを用いる。

カラーイメージセンサ１００は、イメージセンサ１０内の選択された特定の画素から得られるＧ光の撮像信号と、イメージセンサ２０内の対応する画素から得られるＢ・Ｒ光の撮像信号とを合成して最終的な撮像信号を得る。

イメージセンサ１０は、ガラス基板１１、透明読み出し回路１２、及びＧ光用光電変換部１３を有する。なお、Ｇ光用光電変換部１３の下側にも電極が存在するが、図１では図示を省いてある。

また、イメージセンサ２０は、Ｂ・Ｒ光を光電変換する光電変換部を有するＣＣＤイメージセンサ、又はＣＭＯＳイメージセンサで構成され、シリコン基板２１内に形成される。

イメージセンサ１０とイメージセンサ２０は、図１に示すように、Ｇ光用光電変換部１３とイメージセンサ２０の光電変換部が向かい合うようになるように重ねられる。これは、Ｇ光とＲ・Ｂ光を別々に撮像するにあたり、ガラス基板１１から光電変換部までの距離が大きく異ならないようにするためである。

このように、実施の形態１のカラーイメージセンサ１００は、２つのイメージセンサ１０と２０を含む。ここでは、まず、イメージセンサ１０について説明する。

ガラス基板１１は、透明読み出し回路１２及びＧ光用光電変換部１３を支持するための基板であり、例えば、石英、ＢＫ７、無アルカリガラス、ソーダガラス等の透明なガラス材料で構成される。透明読み出し回路１２及びＧ光用光電変換部１３は、マトリクス状に配列された画素領域を有する。また、透明読み出し回路１２及びＧ光用光電変換部１３は、図１に示す状態とは上下を逆にした状態でガラス基板１１の上に形成される。

透明読み出し回路１２は、Ｇ光用光電変換部１３で光電変換される撮像信号（信号電荷）を読み出すための回路であり、透明度が高い材料を用いて形成されるトランジスタとその配線で構成され、Ｇ光用光電変換部１３の各画素に蓄積される撮像信号（信号電荷）を読み出せるように、Ｇ光用光電変換部１３の各画素に対応した画素電極を有する。なお、上述のように、透明読み出し回路１２は、図１に示す状態とは上下を逆にした状態でガラス基板１１の上に形成される。

ここで、透明読み出し回路１２は、トランジスタとその配線を含み、各画素領域に配設される画素電極を有するため、透明読み出し回路１２を構成する材料としては、画素電極等を形成するための導電性材料、トランジスタを形成するための半導体材料、及び画素電極やトランジスタの絶縁を確保するための絶縁材料が必要である。

導電性材料としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等を用いることができる。また、半導体材料としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）等を用いることができる。また、絶縁体材料としては、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。

透明読み出し回路１２としては、例えば、図３に示すＸ−Ｙアドレス方式のＭＯＳ型の読み出し回路を用いることができる。

図３に示すＭＯＳ型の読み出し回路は、１画素内に１つのトランジスタを有するパッシブタイプの読み出し回路であり、各画素内に配設される垂直スイッチトランジスタ３２、すべての画素内の垂直スイッチトランジスタ３２に接続される行選択線３３及び列選択・信号線３４、水平スイッチトランジスタ３５、増幅器３６、垂直走査器３７、及び水平走査器３８を含む。なお、垂直スイッチトランジスタ３２、行選択線３３、及び列選択・信号線３４は、画素アレイ３１を構成する。なお、垂直走査器３７及び水平走査器３８は、図１における駆動回路３０Ｄに相当する。

また、透明読み出し回路１２に含まれる垂直スイッチトランジスタ３２としては、例えば、図４に示すようなボトムゲート構造の薄膜トランジスタを用いることができる。

図４に示すように、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタは、ガラス基板１１上にゲート電極４１、ゲート絶縁膜４２、半導体層４３、ソース電極４４、及びドレイン電極４５を積層した構造を有する。図４には示さないが、図１に示すＧ光用光電変換部１３は、ドレイン電極４５に接続される。ソース電極４４には、図３に示す列選択・信号線３４が接続される。

なお、垂直スイッチトランジスタ３２、行選択線３３、及び列選択・信号線３４はガラス基板１１上に形成する必要があるが、画素アレイ３１以外の部分（例えば、水平スイッチトランジスタ３５、増幅器３６、垂直走査器３７、及び水平走査器３８）については、シリコン基板２１上に形成してもよい。このため、図１に示す駆動回路３０Ｄには、垂直走査器３７、及び水平走査器３８に加えて、水平スイッチトランジスタ３５及び増幅器３６が含まれてもよい。

図５は、実施の形態１のカラーイメージセンサ１００に含まれるイメージセンサ１０のＧ光用光電変換部１３の断面構造を詳細に示す図である。

Ｇ光用光電変換部１３は、透明読み出し回路１２の表面上に形成されており、画素電極１３Ａ、有機光電変換膜１３Ｂ、及び対向電極１３Ｃを有する。有機光電変換膜１３Ｂは、画素電極１３Ａと対向電極１３Ｃに挟まれている。

画素電極１３Ａは、例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯ等で構成され、マトリクス状に配列される透明電極であり、その各々が図３に示す垂直スイッチトランジスタ３２に接続されている。すなわち、画素電極１３Ａの各々は、画素アレイ３１の画素に対応して配設されている。

また、対向電極１３Ｃは、例えば、ＩＴＯ又はＩＺＯ等で構成される透明電極で構成され、有機光電変換膜１３Ｂに電圧を印加するために設けられており、有機光電変換膜１３Ｂの表面の下面の一面に形成される。

有機光電変換膜１３Ｂは、入射光のうちＧ光成分を光電変換し、Ｂ・Ｒ光成分を透過する有機材料製の光電変換膜である。有機光電変換膜１３Ｂは、Ｇ光の強度に応じた量の信号電荷を生成する。

有機光電変換膜１３Ｂとしては、Ｇ光を光電変換し、Ｒ光及びＢ光を透過する有機材料製の薄膜を用いればよく、例えば、ペリレン誘導体、メロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、ローダミン色素等の有機材料製の薄膜を単層で用いることができるほか、これらの有機材料で構成される２層以上の薄膜を積層した積層体、又は、これらの有機材料が混在して構成される薄膜を用いることができる。

また、Ｇ光用光電変換部１３のＳ／Ｎを向上するために、画素電極１３Ａと対向電極１３Ｃから有機光電変換膜１３Ｂに正孔又は電子が注入されるのを防ぐために、有機光電変換膜１３Ｂの両面にキャリア注入阻止層を設けてもよい。

例えば、画素電極１３Ａが陽極、対向電極１３Ｃが陰極になる場合は、画素電極１３Ａと有機光電変換膜１３Ｂとの間に正孔注入阻止層を設け、有機光電変換膜１３Ｂと対向電極１３Ｃとの間に電子注入阻止層を設ければよい。画素電極１３Ａと対向電極１３Ｃの極性が逆の場合は、画素電極１３Ａと有機光電変換膜１３Ｂとの間に電子注入阻止層を設け、有機光電変換膜１３Ｂと対向電極１３Ｃとの間に正孔注入阻止層を設ければよい。

このような電子注入阻止層と正孔注入阻止層としては、透明度の高い阻止層を用いればよく、例えば、チオフェン誘導体、ベンゾキサゾール類、トリアジン誘導体、スチルベン誘導体、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属錯体、フラーレン等で構成される薄膜を用いればよい。

有機光電変換膜１３Ｂに撮像光が入射すると、撮像光のうちのＧ光が光電変換され、信号電荷が生成される。生成された信号電荷のうちの電子は、画素電極１３Ａと対向電極１３Ｃとの間の電界により、画素電極１３Ａに導かれる。また、生成された信号電荷のうちの正孔は、対向電極１３Ｃに導かれる。

信号電荷による画素電極１３Ａの電位の変位は、透明読み出し回路１２によって撮像信号として読み出される。

次に、イメージセンサ２０について説明する。

イメージセンサ２０は、カラーイメージセンサ１００に入射する撮像光のうちイメージセンサ１０を透過してきたＢ光及びＲ光を撮像するイメージセンサであり、図１に示すシリコン単結晶で構成されるシリコン基板２１上に形成した周知のカラーイメージセンサ１０４を用いることができる。

具体的には、例えば、非特許文献２、特許文献１に開示されているような、シリコンの吸収係数の波長係数の波長依存性を利用して、シリコン単結晶で構成されるシリコン基板２１内で深さ方向に色分離するカラーイメージセンサを用いてもよい。

なお、実施の形態１のカラーイメージセンサ１００のイメージセンサ２０として用いるにあたっては、Ｂ光及びＲ光の２色を深さ方向に色分離するように構成すればよい。

また、イメージセンサ２０としては、上述のように深さ方向に色分離したイメージセンサの代わりに、ＣＣＤイメージセンサ、又は、ＣＭＯＳイメージセンサ上にカラーフィルタを形成したセンサを用いることもできる。

ただし、実施の形態１のカラーイメージセンサ１００のイメージセンサ２０としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを単板でカラー化する際には、ＲＧＢ３色のカラーフィルタをセンサ上にベイヤー配列する必要はなく、ＲＢ２色のカラーフィルタを市松模様に配置すればよい。

次に、実施の形態１のカラーイメージセンサ１００の動作について説明する。

図示しないレンズによって集光された入射光は、イメージセンサ１０のガラス基板１１及び透明読み出し回路１２を透過した後に、まずＧ光成分のみがＧ光用光電変換部１３の有機光電変換膜１３Ｂで吸収され、光電変換される。

有機光電変換膜１３Ｂで光電変換された信号電荷は、画素電極１３Ａと対向電極１３Ｃの間の電界に従って移動し、電子が画素電極１３Ａに到達し、画素電極１３Ａの電位を変化させる。

透明読み出し回路１２は、垂直走査器３７及び水平走査器３８によって垂直スイッチトランジスタ３２及び水平スイッチトランジスタ３５が制御され、増幅器３６を介して、画素電極１３Ａの電位変化はＧ光の撮像信号として検出される。

また、イメージセンサ１０を透過したＢ光及びＲ光は、イメージセンサ２０の光電変換部に吸収されて光電変換され、Ｂ光及びＲ光の撮像信号として検出される。

このように、イメージセンサ１０で検出されるＧ光の撮像信号と、イメージセンサ２０で検出されるＢ光及びＲ光の撮像信号とを画素毎に合成することにより、被写体からの撮像光をカラーイメージセンサ１００の出力として検出することができる。

次に、実際に作製した実施の形態１のカラーイメージセンサ１００について説明する。

無アルカリガラス製のガラス基板１１上に、ゲート電極４１としてＩＴＯを形成し、ゲート絶縁膜４２として窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を形成し、半導体層４３として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を形成し、さらに、ソース電極４４及びドレイン電極４５としてＩＴＯを形成し、図４に示すボトムゲート構造のトランジスタを形成し、図３に示す画素アレイ３１を作製した。この画素アレイ３１は、図１に示す透明読み出し回路１２に含まれるものである。

なお、それぞれの材料は、スパッタ法又はＣＶＤ法を用いて成膜し、ウェットエッチング又はドライエッチングによりパターニングした。

さらに、透明読み出し回路１２の上に、層間絶縁膜として窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜をＣＶＤ法により形成した後に、画素電極１３ＡとしてＩＴＯをスパッタ法により形成して、ウェットエッチングによりパターニングした。

次に、Ｇ光用光電変換部１３の有機光電変換膜１３Ｂとして、キナクリドン／ぺリレン／アルミニウムキノリン積層膜を画素電極１３Ａの上に真空蒸着法により成膜し、さらに、その上に対向電極１３ＣとしてＩＴＯをスパッタ法により形成した。

これにより、イメージセンサ１０が完成した。

イメージセンサ２０として、特許文献１に示されるシリコンの吸収係数の波長係数の波長依存性を利用して、シリコン基板２１内の深さ方向に色分離するイメージセンサを用いた。

このイメージセンサ２０の作製は、従来の方法を用いて行い、Ｂ光の光電変換部をシリコン基板２１の表面から０．３μｍの深さのところに、Ｒ光の光電変換部をシリコン基板２１の表面から３μｍの深さのところに形成した。

また、イメージセンサ２０の周辺には、イメージセンサ１０とイメージセンサ２０を電気的に接続するための電極３０Ａ、３０Ｂ、及び、駆動回路３０Ｄとして、水平スイッチトランジスタ３５、増幅器３６、垂直走査器３７、水平走査器３８を従来の方法で形成した。

このようにして作製したイメージセンサ１０及びイメージセンサ２０を図１に示すようにそれぞれの受光部が向かい合うように設置し、フリップチップ実装により、イメージセンサ１０とイメージセンサ２０上の電極３０Ａ、３０Ｂを結ぶ配線３０Ｃを形成し、カラーイメージセンサ１００を作製した。

作製したカラーイメージセンサ１００では、入射光のうちＧ光成分をイメージセンサ１０で撮像でき、また、イメージセンサ１０を透過したＢ光・Ｒ光をイメージセンサ２０で撮像でき、偽色がなく、図６に示される分光感度特性（出力特性）が得られたことから、Ｇ光用光電変換部１３及び透明読み出し回路１２をガラス基板１１上に構成したイメージセンサ１０に、Ｂ・Ｒ光用光電変換部を有するイメージセンサ２０上に重ねた構造でカラー撮像が可能であることを確認できた。

また、特許文献３の実施例２に比べて、Ｇ光用光電変換部１３からの撮像信号を読み出すための垂直スイッチトランジスタ３２をイメージセンサ２０の画素内に形成する必要がなく、本発明の構造で、イメージセンサ２０のＢ・Ｒ光受光部の開口率を大きくできることを確認することができた。

［実施の形態２］
実施の形態２のカラーイメージセンサは、透明読み出し回路の構成が実施の形態１のカラーイメージセンサ１００と異なる。その他の構成は実施の形態１のカラーイメージセンサ１００に準ずるため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

図７は、実施の形態２のイメージセンサの透明読み出し回路２１２の構成を示す図である。

透明読み出し電極２１２は、Ｘ−Ｙアドレス方式のＣＭＯＳ型の読み出し回路であり、リセットトランジスタ２５２、増幅トランジスタ２５３、垂直スイッチトランジスタ２５４、リセット線２５５、増幅トランジスタ用電圧線２５６、行選択線２５７、列選択・信号線２５８、負荷トランジスタ２５９、相関二重サンプリング回路(Correlated Double Sampling)２６０、水平スイッチトランジスタ２６１、増幅器２６２、水平走査器２６３、及び垂直走査器２６４を含む。

これらのうち、リセットトランジスタ２５２、増幅トランジスタ２５３、及び垂直スイッチトランジスタ２５４の３つのトランジスタは、画素毎に配置される。各画素にリセットトランジスタ２５２、増幅トランジスタ２５３、及び垂直スイッチトランジスタ２５４が配設されることにより、画素アレイ２５１を構成する。

このように、透明読み出し電極２１２は、各画素内に３つのトランジスタを有するアクティブタイプの読み出し回路であり、水平走査器２６３と垂直走査器２６４によって垂直スイッチトランジスタ２５４、リセットトランジスタ２５２、及び水平スイッチトランジスタ２６１を制御することで画素を選択し、増幅トランジスタ２５３に接続されたＧ光用光電変換部１３に蓄積された信号電荷を読み出すことができる。

なお、ノイズ低減を目的とした相関二重サンプリング回路２６０は不可欠な要素ではないが、配設する場合は、画素領域を避けるために、透明読み出し回路２１２上の領域のうち、画素アレイ２５１の外側となる領域に配設すればよい。

なお、画素アレイ２５１を構成するリセットトランジスタ２５２、増幅トランジスタ２５３、及び垂直スイッチトランジスタ２５４としては、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示すようなトップゲート型を用いてもよい。

なお、画素アレイ２５１に含まれないリセット線２５５、増幅トランジスタ用電圧線２５６、行選択線２５７、列選択・信号線２５８、負荷トランジスタ２５９、相関二重サンプリング回路２６０、水平スイッチトランジスタ２６１、増幅器２６２、水平走査器２６３、及び垂直走査器２６４については、イメージセンサ２０のシリコン基板２１上に形成してもよい。

次に、実際に作製した実施の形態２のカラーイメージセンサについて説明する。

無アルカリガラス製のガラス基板１１上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）製の半導体層４３を形成し、半導体層４３の上に窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）製のゲート絶縁膜４２、ＩＴＯ製のソース電極４４、及びＩＴＯ製のドレイン電極４５を形成し、さらに、ゲート絶縁膜４２の上にＩＴＯ製のゲート電極４１を形成した。

さらに、層間絶縁膜として窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜を形成した後に、各画素のトランジスタを結ぶ配線としてＩＴＯを形成し、透明読み出し回路２１２を作製した。

また、Ｇ光用光電変換部１３の有機光電変換膜１３Ｂとして、ローダミン色素をポリシラン溶液に添加して塗布した膜を形成し、さらに、その上に対向電極１３ＣとしてＩＴＯをスパッタ法により形成した。

これにより、イメージセンサ１０が完成した。

イメージセンサ２０としては、実施の形態１と同一のイメージセンサ２０を用いた。

なお、シリコン基板１２の上の領域のうちイメージセンサ２０の外側の領域には、イメージセンサ１０とイメージセンサ２０を電気的に接続するための電極３０Ａ、３０Ｂ、及び、駆動回路３０Ｄとして、負荷トランジスタ２５９、相関二重サンプリング回路２６０、水平スイッチトランジスタ２６１、増幅器２６２、水平走査器２６３、及び垂直走査器２６４を従来の方法で形成した。

そして、実施の形態１と同様に、作製したイメージセンサ１０とイメージセンサ２０をそれぞれの受光部が向かい合うように設置し、実施の形態２のカラーイメージセンサを作製した。

作製したカラーイメージセンサ１００では、入射光のうちＧ光成分をイメージセンサ１０で撮像でき、また、イメージセンサ１０を透過したＢ光・Ｒ光をイメージセンサ２０で撮像でき、偽色がなく、図９に示される分光感度特性（出力特性）が得られたことから、Ｇ光用光電変換部１３及び透明読み出し回路１２をガラス基板１１上に構成したイメージセンサ１０を、Ｂ・Ｒ光用光電変換部を有するイメージセンサ２０上に重ねた構造でカラー撮像が可能であることを確認できた。

また、実施の形態１と同様に、Ｇ光用光電変換部１３からの信号を読み出すための垂直スイッチトランジスタ２５４をイメージセンサ２０の画素内に形成する必要がなく、本発明の構造で、イメージセンサ２０のＢ・Ｒ光受光部の開口率を大きくできることが確認できた。

以上、本発明の例示的な実施の形態のカラーイメージセンサについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

実施の形態１のカラーイメージセンサの断面構造を概略的に示す図である。 実施の形態１のカラーイメージセンサに用いる２つのイメージセンサの分光感度を示す図である。 実施の形態１のカラーイメージセンサ１００の透明読み出し回路１２の回路構成を示す図である。 実施の形態１のカラーイメージセンサ１００の透明読み出し回路１２に含まれるボトムゲート構造の薄膜トランジスタの断面構造を示す図である。 実施の形態１のカラーイメージセンサ１００に含まれるイメージセンサ１０のＧ光用光電変換部１３の断面構造を詳細に示す図である。 実施の形態１のカラーイメージセンサの分光感度を示す図である。 実施の形態２のイメージセンサの透明読み出し回路２１２の構成を示す図である。 実施の形態２のカラーイメージセンサの透明読み出し回路２１２に含まれるトップゲート構造の薄膜トランジスタの断面構造を示す図である。 実施の形態２のカラーイメージセンサの分光感度を示す図である。

符号の説明

１０、２０ イメージセンサ
１１ ガラス基板
１２ 透明読み出し回路
１３ Ｇ光用光電変換部
１３Ａ 画素電極
１３Ｂ 有機光電変換膜
１３Ｃ 対向電極
２１ シリコン基板
３０Ａ、３０Ｂ 電極
３０Ｃ 配線
３０Ｄ 駆動回路
３１ 画素アレイ
３２ 垂直スイッチトランジスタ
３３ 行選択線
３４ 列選択・信号線
３５ 水平スイッチトランジスタ
３６ 増幅器
３７ 垂直走査器
３８ 水平走査器
４１ ゲート電極
４２ ゲート絶縁膜
４３ 半導体層
４４ ソース電極
４５ ドレイン電極
１００ カラーイメージセンサ
２１２ 透明読み出し電極
２５１ 画素アレイ
２５２ リセットトランジスタ
２５３ 増幅トランジスタ
２５４ 垂直スイッチトランジスタ
２５５ リセット線
２５６ 増幅トランジスタ用電圧線
２５７ 行選択線
２５８ 列選択・信号線
２５９ 負荷トランジスタ
２６０ 相関二重サンプリング回路
２６１ 水平スイッチトランジスタ
２６２ 増幅器
２６３ 水平走査器
２６４ 垂直走査器

Claims (3)

1. 第１イメージセンサと第２イメージセンサとを含み、前記第２イメージセンサに前記第１イメージセンサが重ねられるカラーイメージセンサであって、
   前記第１イメージセンサは、
   有機材料で構成され、撮像光のうちのＧ成分を光電変換する第１光電変換層と、
   前記第１光電変換層の上に配設される透明薄膜トランジスタで構成され、前記第１光電変換層で生成される撮像信号を読み出す透明読み出し回路と、
   前記透明読み出し回路の上に配設され、被写体からの撮像光が入射するガラス基板と
   を含み、
   前記第２イメージセンサは、前記第１イメージセンサを透過した撮像光のうちのＢ・Ｒ成分を光電変換し、当該光電変換によって得られる撮像信号を読み出すＢ・Ｒ成分用のイメージセンサである、カラーイメージセンサ。
2. 第１光電変換層は、ペリレン誘導体、メロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、又はローダミン色素のうちのいずれかの有機材料で構成される単層、あるいはこれらの有機材料で構成される層のうちのいずれか２層以上が積層される積層体、又は、これらの有機材料が混在して構成される薄膜で構成される、請求項１に記載のカラーイメージセンサ。
3. 前記第２イメージセンサは、シリコン基板に形成されるＣＭＯＳイメージセンサ又はＣＣＤイメージセンサである、請求項１又は２に記載のカラーイメージセンサ。

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