JP2020024228A - Light detecting device and electronic apparatus - Google Patents
Light detecting device and electronic apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020024228A JP2020024228A JP2019203281A JP2019203281A JP2020024228A JP 2020024228 A JP2020024228 A JP 2020024228A JP 2019203281 A JP2019203281 A JP 2019203281A JP 2019203281 A JP2019203281 A JP 2019203281A JP 2020024228 A JP2020024228 A JP 2020024228A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light receiving
- receiving unit
- light
- filter
- infrared
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 33
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 25
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 108010025899 gelatin film Proteins 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、カラーフィルタを備える光検出装置およびこれを備える電子機器に関する。 The present invention relates to a light detection device including a color filter and an electronic device including the same.
従来、カラーセンサへの入射光の赤外線を分離するために、赤外線カットフィルタが使用されている。
たとえば、特許文献1は、複数のセンサを有する基板と、基板上でセンサを覆う赤外線カットフィルタと、赤外線カットフィルタ上の可視光線フィルタとを含む、光電子センサを開示している。この赤外線カットフィルタは、たとえば、約50層の誘電体膜を積層することによって形成された多層膜からなる。
Conventionally, an infrared cut filter has been used to separate infrared light of light incident on a color sensor.
For example, Patent Document 1 discloses an optoelectronic sensor including a substrate having a plurality of sensors, an infrared cut filter that covers the sensors on the substrate, and a visible light filter on the infrared cut filter. This infrared cut filter is composed of, for example, a multilayer film formed by laminating about 50 dielectric films.
しかしながら、多層膜の赤外線カットフィルタは、フィルタに対して光が垂直に入射することを前提に設計されているため、斜めから入射する光の赤外線を完全に分離することが難しいという課題がある。
本発明の一実施形態は、赤外線の波長域の感度を良好に低減することができる光検出装置を提供する。
However, the multilayer infrared cut filter has a problem that it is difficult to completely separate infrared rays of light obliquely incident because the infrared cut filter is designed on the assumption that light is incident perpendicularly on the filter.
One embodiment of the present invention provides a photodetector capable of favorably reducing the sensitivity in the infrared wavelength range.
本発明の一実施形態は、赤外線の波長域の感度を良好に低減できる光検出装置を備える電子機器を提供する。 One embodiment of the present invention provides an electronic apparatus including a photodetector capable of favorably reducing sensitivity in a wavelength region of infrared light.
本発明の一実施形態は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、少なくとも共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部と、前記赤外線受光部上で前記カラーフィルタに重なっており、前記カラーフィルタを透過する波長域の光を阻止可能な第2カラーフィルタとを含む、光検出装置を提供する。
この構成によれば、共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部のうち、赤外線受光部のみが選択的に第2カラーフィルタで覆われている。これにより、信号検出用受光部および赤外線受光部に同じ光が入射した場合に、信号検出用受光部では所定の波長域の可視光および赤外線が検出される一方、赤外線受光部では、可視光を第2カラーフィルタで選択的に阻止し、信号検出用受光部で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみを検出することができる。したがって、前記光検出装置の内部または外部に備えられた論理回路等によって、信号検出用受光部の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで、入射光の実際の可視光成分に近い出力信号(情報)を得ることができる。したがって、本発明の一実施形態に係る光検出装置を用いれば、少ない誤差で、照度および色温度を精度よく算出することができる。
One embodiment of the present invention provides a semiconductor substrate, a signal detection light receiving unit and an infrared light receiving unit formed on the semiconductor substrate and covered by at least a color filter of a common color, and the color filter on the infrared light receiving unit. And a second color filter that overlaps and is capable of blocking light in a wavelength range that passes through the color filter.
According to this configuration, of the signal detection light receiving unit and the infrared light receiving unit covered with the color filter of the common color, only the infrared light receiving unit is selectively covered with the second color filter. Thus, when the same light is incident on the signal detection light-receiving unit and the infrared light reception unit, the signal detection light-receiving unit detects visible light and infrared light in a predetermined wavelength range, while the infrared light reception unit emits visible light. It can be selectively blocked by the second color filter, and can detect only infrared rays of the same level as the infrared rays detected by the signal detection light-receiving unit. Therefore, by a logic circuit or the like provided inside or outside the photodetector, the wavelength range of the infrared light from the output signal of the signal detection light-receiving unit can be selectively selected based on the magnitude of the output signal of the infrared light-receiving unit. By eliminating or attenuating, an output signal (information) close to the actual visible light component of the incident light can be obtained. Therefore, with the use of the photodetector according to the embodiment of the present invention, it is possible to accurately calculate the illuminance and the color temperature with a small error.
そして、このような信号の分別処理は、論理演算によって赤外線の波長域分の信号のみがデジタル的に分離されるものなので、光の入射方向に関係なく、赤外線の波長域の感度を良好に低減することができる。
本発明の一実施形態では、前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部は、それぞれ、前記半導体基板の表面から同じ深さ位置にある第1pn接合部と、前記第1pn接合部よりも深い位置にある第2pn接合部とを含む。
In such signal separation processing, only signals in the infrared wavelength range are digitally separated by a logical operation, so that the sensitivity in the infrared wavelength range is favorably reduced regardless of the incident direction of light. can do.
In one embodiment of the present invention, the signal detection light-receiving unit and the infrared light-receiving unit are respectively located at a first pn junction located at the same depth from the surface of the semiconductor substrate, and at a position deeper than the first pn junction. And a second pn junction portion.
半導体基板における光の透過深さは、波長が長いほど深くなるという関係がある。したがって、検出対象の光の波長に応じてpn接合部を使い分けることで、光を効率よく検出することができる。
本発明の一実施形態では、前記カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含み、前記第2カラーフィルタは、赤色フィルタを含む。
There is a relationship that the depth of light transmission through a semiconductor substrate increases as the wavelength increases. Therefore, light can be efficiently detected by properly using the pn junction according to the wavelength of the light to be detected.
In one embodiment, the color filter includes a blue filter or a green filter, and the second color filter includes a red filter.
青色フィルタまたは緑色フィルタを透過する光の分光感度曲線は、青色または緑色の波長域、および赤外線の波長域のそれぞれに、互いに独立したピークを持つ。したがって、これらのピークが現れた分光感度曲線から青色または緑色の波長域にピークを有する山形の曲線を分離すれば、赤外線に由来するとみなしてよい山形の曲線が明確に残ることになる。すなわち、この構成によれば、赤外線受光部において、青色または緑色の波長域の光を赤色フィルタで分離することで、赤外線を簡単に判別することができる。 The spectral sensitivity curve of light transmitted through the blue filter or the green filter has independent peaks in each of the blue or green wavelength range and the infrared wavelength range. Therefore, if a mountain-shaped curve having a peak in the blue or green wavelength region is separated from the spectral sensitivity curve in which these peaks appear, the mountain-shaped curve that can be considered to be derived from infrared rays will remain clearly. That is, according to this configuration, the infrared light can be easily determined by separating the light in the blue or green wavelength range by the red filter in the infrared light receiving unit.
本発明の一実施形態では、前記カラーフィルタは、赤色フィルタを含み、前記第2カラーフィルタは、青色フィルタまたは緑色フィルタを含む。この場合、前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部は、それぞれ、前記半導体基板の表面から同じ深さ位置にある第1pn接合部と、前記第1pn接合部よりも深い位置にある第2pn接合部とを含むことが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the color filter includes a red filter, and the second color filter includes a blue filter or a green filter. In this case, the signal detection light receiving unit and the infrared light receiving unit are respectively a first pn junction at the same depth position from the surface of the semiconductor substrate and a second pn junction at a position deeper than the first pn junction. It is preferable to include a part.
前述のように青色フィルタまたは緑色フィルタを透過する光とは異なり、赤色フィルタを透過する光の分光感度曲線は、赤色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、明確に独立したピークを持つわけではない。したがって、赤外線受光部において、青色フィルタまたは緑色フィルタを用いて赤色の光を単に分離するやり方では、赤外線を選択的に判別することは難しい。そこで、この構成によれば、光の波長が長いほど半導体基板における透過深さが深くなるという関係を利用している。すなわち、信号検出用受光部では、相対的に浅い位置に形成され、赤外線よりも波長が短い赤色の光の検出に適した第1pn接合部において主に赤色の光を検出する。一方、赤外線受光部では、相対的に深い位置にあり、赤色の光よりも波長が長い赤外線の検出に適した第2pn接合部において赤外線を検出することができる。これにより、赤外線を選択的に判別し易くなる。 Unlike the light that passes through the blue or green filter as described above, the spectral sensitivity curve of the light that passes through the red filter does not have distinctly independent peaks in each of the red and infrared wavelength ranges. is not. Therefore, it is difficult to selectively discriminate infrared light by a method of simply separating red light using a blue filter or a green filter in the infrared light receiving unit. Therefore, according to this configuration, the relationship is used that the longer the wavelength of light, the deeper the transmission depth in the semiconductor substrate. That is, the signal detection light-receiving portion mainly detects red light at the first pn junction, which is formed at a relatively shallow position and is suitable for detecting red light having a shorter wavelength than infrared light. On the other hand, in the infrared light receiving unit, the infrared light can be detected at the second pn junction, which is located at a relatively deep position and is suitable for detecting infrared light having a longer wavelength than red light. This makes it easier to selectively distinguish infrared light.
本発明の一実施形態では、前記信号検出用受光部は、前記半導体基板上の受光領域の中央部を対称の中心として点対称となる位置にそれぞれ設けられている。
この構成によれば、半導体基板の受光領域全体に光が均一に当たらない等の理由によって一方の信号検出用受光部に十分な光が入射しなくても、他方の信号検出用受光部で光を検出できるので、信頼性が良い。
In one embodiment of the present invention, the signal detection light-receiving units are provided at positions that are point-symmetric with respect to a center of a light-receiving region on the semiconductor substrate.
According to this configuration, even if sufficient light does not enter one of the signal detection light receiving units because light does not uniformly hit the entire light receiving region of the semiconductor substrate, the other signal detection light receiving unit receives light. Can be detected, so the reliability is good.
本発明の一実施形態は、前記信号検出用受光部および前記赤外線受光部を覆う赤外線カットフィルタをさらに含む。
この構成によれば、より確実に、赤外線の波長域の感度を低減することができる。
本発明の一実施形態では、前記カラーフィルタは、カラーレジストを含む。
本発明の一実施形態は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、少なくとも共通色のカラーフィルタで覆われた信号検出用受光部および赤外線受光部と、前記赤外線受光部上で前記カラーフィルタに重なっており、前記カラーフィルタを透過する波長域の光を阻止可能な第2カラーフィルタとを含む、光検出装置と、前記光検出装置を収容した筐体とを含む、電子機器を提供する。
One embodiment of the present invention further includes an infrared cut filter that covers the signal detection light receiving unit and the infrared light receiving unit.
According to this configuration, the sensitivity in the infrared wavelength region can be reduced more reliably.
In one embodiment of the present invention, the color filter includes a color resist.
One embodiment of the present invention provides a semiconductor substrate, a signal detection light receiving unit and an infrared light receiving unit formed on the semiconductor substrate and covered by at least a color filter of a common color, and the color filter on the infrared light receiving unit. Provided is an electronic apparatus including: a photodetector; and a housing accommodating the photodetector, wherein the photodetector includes a second color filter that overlaps and can block light in a wavelength range that passes through the color filter.
この構成によれば、赤外線の波長域の感度を良好に低減できる光検出装置を備えているので、電子機器に形成された受光用の窓の可視光線透過率が低くても実用可能である。そのため、受光用の窓のデザインの自由度を広げることができる。 According to this configuration, since the photodetector capable of satisfactorily reducing the sensitivity in the infrared wavelength region is provided, it is practical even if the visible light transmittance of the light receiving window formed in the electronic device is low. Therefore, the degree of freedom in designing the light receiving window can be increased.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る光検出装置1の電気的構成を示すブロック図である。
光検出装置1は、赤色受光部2R、緑色受光部2Gおよび青色受光部2Bと、これらの受光部2R,2G,2Bを覆う赤外線カットフィルタ3と、演算部4とを含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a photodetector 1 according to one embodiment of the present invention.
The light detection device 1 includes a red
赤色受光部2R、緑色受光部2Gおよび青色受光部2Bは、それぞれ、フォトダイオード5R,5G,5Bを有している。フォトダイオード5R,5G,5Bは、それぞれ、演算部4に電気的に接続されている。フォトダイオード5R,5G,5Bと演算部4との間には、ADC(アナログ・デジタル・コンバータ)6が介挿されている。各フォトダイオード5R,5G,5Bのpn接合部に光が入射すると、光起電力効果によって電流が発生し、その電流がADC6においてアナログ信号からデジタル信号に変換され、演算部4に入力される。演算部4では、入力信号に基づいて演算処理が実行される。
The red
演算部4は、たとえばLSI(Large Scale Integration)等の集積回路からなり、トランジスタ、キャパシタ、レジスタ等の各種回路素子を含んでいる。演算部4は、光検出装置1の最表面に形成された複数の外部電極7に電気的に接続されている。複数の外部電極7を介して、演算部4からの信号出力、演算部4やフォトダイオード5R,5G,5Bへの電源入力等が行われる。
The
図2は、光検出装置1の受光領域9のレイアウト図である。
光検出装置1は、半導体基板8と、半導体基板8上に受光領域9とを有している。赤色受光部2R、緑色受光部2Gおよび青色受光部2Bは、それぞれ、複数の受光部を有しており、それらが受光領域9に配列されている。
具体的には、赤色受光部2Rが信号検出用受光部R1および赤外線受光部R2,R3を含み、緑色受光部2Gが信号検出用受光部G1および赤外線受光部G2を含み、青色受光部2Bが信号検出用受光部B1および赤外線受光部B2を含んでいる。信号検出用受光部R1,G1,B1、および赤外線受光部R2,R3,G2,B2は、それぞれ、複数備えられている。これらの受光部のうち、少なくとも複数の信号検出用受光部R1,G1,B1は、たとえば、平面視四角形の受光領域9の中心C(重心)を対称の中心として点対称となる位置に、それぞれ設けられている。複数の赤外線受光部R2,R3,G2,B2についても同様に、図2に示すように、点対称の位置にそれぞれ設けられていてもよい。これにより、半導体基板8の受光領域9全体に光が均一に当たらない等の理由によって一方の信号検出用受光部R1,G1,B1に十分な光が入射しなくても、他方の信号検出用受光部R1,G1,B1で光を検出できるので、信頼性が良い。たとえば、受光領域9の紙面下側の縁部への光の入射が乏しく、当該縁部上の信号検出用受光部R1,B1においてうまく光を検出できなくても、受光領域9の紙面上側の縁部上の信号検出用受光部R1,B1で光を検出することができる。
FIG. 2 is a layout diagram of the
The light detection device 1 has a
Specifically, the red
なお、図2では、明瞭化のため、赤色受光部2R、緑色受光部2Gおよび青色受光部2Bの参照符号を省略すると共に、信号検出用受光部R1,G1,B1を白抜きの四角形で示し、赤外線受光部R2,R3,G2,B2をクロスハッチングが付された四角形で示している。
平面視四角形状の受光領域9の角部には、可視光および赤外線を受光可能なクリア受光部10が形成されている。たとえば、クリア受光部10は、平面視において、少なくとも受光領域9の一対の対角を構成する角部に一つずつ配置されていてもよい。クリア受光部10はフォトダイオードを備え、赤外線カットフィルタ3で覆われていないものである。
In FIG. 2, for the sake of clarity, reference numerals for the red
A clear
次に、信号検出用受光部R1,G1,B1、および赤外線受光部R2,R3,G2,B2の断面構造を、図3〜図5を参照して説明する。
図3は、光検出装置1の断面図(図2のA−A´線断面図)である。図4は、光検出装置1の断面図(図2のB−B´線断面図)である。図5は、図3および図4のフォトダイオードの拡大図である。
Next, the sectional structures of the signal detection light receiving units R1, G1, B1 and the infrared light receiving units R2, R3, G2, B2 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a cross-sectional view (a cross-sectional view along line AA ′ in FIG. 2) of the photodetector 1. FIG. 4 is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 2) of the photodetector 1. FIG. 5 is an enlarged view of the photodiode of FIGS. 3 and 4.
信号検出用受光部R1,G1,B1、および赤外線受光部R2,R3,G2,B2は、共通する要素として、半導体基板8と、半導体基板8に形成されたフォトダイオード11と、半導体基板8上の全面を覆う層間絶縁膜12とを含む。なお、フォトダイオード11は、図1のフォトダイオード5R,5G,5Bのそれぞれに対応するものであるが、図3〜図5では明瞭化のため、フォトダイオード5R,5G,5Bの参照符号を省略する。
The signal detection light receiving units R1, G1, B1 and the infrared light receiving units R2, R3, G2, B2 are common elements such as a
半導体基板8は、この実施形態では、p型シリコン基板からなる。
フォトダイオード11は、p型の半導体基板8の表面8Aから順に形成された第1n型領域13、第1p型領域14、第2n型領域15、p型半導体基板8によって構成されたnpnp構造を有している。第2n型領域15がp型半導体基板8の表面部に形成され、この第2n型領域15の内方領域に第1p型領域14が形成され、さらに第1p型領域14の内方領域に第1n型領域13が形成されている。これにより、図5に示すように、フォトダイオード11は、半導体基板8の表面8Aからの深さが互いに異なるpn接合部を含むフォトDi1、フォトDi2およびフォトDi3を有している。
In this embodiment, the
The
フォトDi1は、第1p型領域14と第1n型領域13とのpn接合部を含み、表面8Aからの当該pn接合部の深さは、たとえば、0.09μm〜0.17μmである。フォトDi2は、第1p型領域14と第2n型領域15とのpn接合部を含み、表面8Aからの当該pn接合部の深さは、フォトDi1のpn接合部よりも深く、たとえば、1.0μm〜1.8μmである。フォトDi3は、p型の半導体基板8と第2n型領域15とのpn接合部を含み、表面8Aからの当該pn接合部の深さは、フォトDi2のpn接合部よりも深く、たとえば、3.2μm〜5.9μmである。
Photo Di1 includes a pn junction between first p-
フォトダイオード11が、互いに深さの異なるフォトDi1〜Di3を有する利点は次の通りである。すなわち、シリコン基板に対しては、光の波長が長いほど透過深さが深くなる傾向にあり、光検出装置1のように検出すべき光成分の波長域が複数ある場合には、フォトDi1〜Di3のいずれかにおいて効率よく光を検出することができる。たとえば、フォトDi1は、青色の波長域(たとえば420nm〜480nm)および緑色の波長域(たとえば500nm〜560nm)の成分の検出に適しており、フォトDi2は、緑色の波長域および赤色の波長域(たとえば590nm〜680nm)の成分の検出に適している。また、フォトDi3は、赤外線の波長域(たとえば700nm〜1300nm)の成分の検出に適している。
The advantages of the
なお、半導体基板8には、フォトダイオード11の他、たとえば、演算部4を構成するトランジスタの不純物領域が形成されていてもよい。この場合、第1n型領域13、第1p型領域14、第2n型領域15は、トランジスタを構成するソース領域(S)、ドレイン領域(D)、素子分離用の埋め込み層(L/I、B/L)等の不純物領域と同じ工程で形成されてもよい。
Note that, in addition to the
層間絶縁膜12は、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる。層間絶縁膜12は、図3および図4で示したように単層であってもよいし、複数層であってもよい。
層間絶縁膜12上には、赤色フィルタ16R、緑色フィルタ16Gおよび青色フィルタ16Bが形成され、これらのフィルタ16R,16G,16Bを覆うように赤外線カットフィルタ3が形成されている。赤外線カットフィルタ3は、たとえば、SiO2/TiO2構造が複数(たとえば50層程度)積層された多層誘電体膜からなっていてもよい。赤外線カットフィルタ3は、全ての信号検出用受光部R1,G1,B1、および赤外線受光部R2,R3,G2,B2に対して共通の被覆膜となっている。また、赤色フィルタ16R、緑色フィルタ16Gおよび青色フィルタ16Bは、たとえば、顔料をベースとしたカラーレジスト、ナノインプリント技術を用いて形成した透過型レジスト、ゼラチン膜等で構成することができる。
The
A
赤色フィルタ16R、緑色フィルタ16Gおよび青色フィルタ16Bは、その下の受光部の種類によって設けられるか否か決定されるが、同じ色の光を検出するための受光部には、共通色のカラーフィルタが必ず設けられている。つまり、赤色用の信号検出用受光部R1および赤外線受光部R2,R3には赤色フィルタ16Rが必ず設けられ、信号検出用受光部G1および赤外線受光部G2における緑色フィルタ16G、信号検出用受光部B1および赤外線受光部B2における青色フィルタ16Bについても同じことである。
Whether or not the
カラーフィルタ16R,16G,16Bの配置形態をより具体的に説明すると、信号検出用受光部R1には赤色フィルタ16Rの単層膜が設けられ、赤外線受光部R2には赤色フィルタ16Rの単層膜が設けられ、赤外線受光部R3には赤色フィルタ16Rと緑色フィルタ16Gの積層膜(16Rが上側)が設けられている。また、信号検出用受光部G1には緑色フィルタ16Gの単層膜が設けられ、赤外線受光部G2には赤色フィルタ16Rと緑色フィルタ16Gの積層膜(16Rが上側)が設けられている。さらに、信号検出用受光部B1には青色フィルタ16Bの単層膜が設けられ、赤外線受光部B2には赤色フィルタ16Rと青色フィルタ16Bの積層膜(16Rが上側)が設けられている。
More specifically, the arrangement of the
次に、赤色受光部2R、緑色受光部2Gおよび青色受光部2Bにおける赤外線分離の演算によって得られる分光感度特性を個別に説明する。
(1)青色(Blue)特性
青色受光部2Bに関しては、まず、信号検出用受光部B1および赤外線受光部B2に光が入射すると、信号検出用受光部B1のフォトDi1では、青色の光および赤外線が検出される。一方、赤外線受光部B2のフォトDi1では、青色の光が赤色フィルタ16Rで選択的に阻止され、信号検出用受光部B1で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみが検出される。そのときの分光感度特性を曲線で示すと、図6Aの左端および真ん中の通りになる。演算部4には、信号検出用受光部B1から青色の光および赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力され、赤外線受光部B2から赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力される。そして、信号検出用受光部B1の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部B2の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで(B1−B2)、入射光の実際の青色の光成分に近い出力信号(情報)が得られる。この信号の分別処理によって得られる分光感度特性を曲線で示すと、図6Aの右端の通りとなる。この実施形態では、さらに、赤外線カットフィルタ3によっても赤外線の一部がフィルタリング(分離)されるので、最終的には、図6Bに示すような分光感度曲線が得られる。
Next, spectral sensitivity characteristics obtained by calculation of infrared separation in the red
(1) Blue (Blue) Characteristics Regarding the blue
図6Aから明らかなように、信号検出用受光部B1において青色フィルタ16Bの単層膜を透過する光の分光感度曲線は、青色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、互いに独立したピークを持つ。したがって、これらのピークが現れた分光感度曲線から青色の波長域にピークを有する山形の曲線を分離すれば、赤外線に由来するとみなしてよい山形の曲線が明確に残ることになる。すなわち、この実施形態によれば、赤外線受光部B2において、青色の波長域の光を赤色フィルタ16Rで分離することで、図6Aの赤外線受光部B2の分光感度曲線で示されるように、赤外線を簡単に判別することができる。
(2)緑色(Green)特性
緑色受光部2Gに関しては、まず、信号検出用受光部G1および赤外線受光部G2に光が入射すると、信号検出用受光部G1のフォトDi1およびフォトDi2では、緑色の光および赤外線が検出される。一方、赤外線受光部G2のフォトDi1およびフォトDi2では、緑色の光が赤色フィルタ16Rで選択的に阻止され、信号検出用受光部G1で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみが検出される。そのときの分光感度特性を曲線で示すと、図7Aの左端および真ん中の通りになる。演算部4には、信号検出用受光部G1から緑色の光および赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力され、赤外線受光部G2から赤外線の検出に応じた大きさの信号が入力される。そして、信号検出用受光部G1の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部G2の出力信号の大きさに基づいて選択的に排除または減弱することで(G1−G2)、入射光の実際の緑色の光成分に近い出力信号(情報)が得られる。この信号の分別処理によって得られる分光感度特性を曲線で示すと、図7Aの右端の通りとなる。この実施形態では、さらに、赤外線カットフィルタ3によっても赤外線の一部がフィルタリング(分離)されるので、最終的には、図7Bに示すような分光感度曲線が得られる。
As is clear from FIG. 6A, the spectral sensitivity curve of light transmitted through the single-layer film of the
(2) Green (Green) Characteristics Regarding the green
図7Aから明らかなように、信号検出用受光部G1において緑色フィルタ16Gの単層膜を透過する光の分光感度曲線は、緑色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、互いに独立したピークを持つ。したがって、これらのピークが現れた分光感度曲線から緑色の波長域にピークを有する山形の曲線を分離すれば、赤外線に由来するとみなしてよい山形の曲線が明確に残ることになる。すなわち、この実施形態によれば、赤外線受光部G2において、緑色の波長域の光を赤色フィルタ16Rで分離することで、図7Aの赤外線受光部G2の分光感度曲線で示されるように、赤外線を簡単に判別することができる。
(3)赤色(Red)特性
一方、赤色受光部2Rに関しては、前述の青色受光部2Bおよび緑色受光部2Gの場合とは異なり、図8Aの左端に示されるように、信号検出用受光部R1において赤色フィルタ16Rの単層膜を透過する光の分光感度曲線は、赤色の波長域および赤外線の波長域のそれぞれに、明確に独立したピークを持つわけではない。したがって、赤外線受光部R2,R3において、青色フィルタ16Bまたは緑色フィルタ16Gを用いて赤色の光を単に分離するやり方では、赤外線を選択的に判別することは難しい。そこで、この実施形態では、光の波長が長いほど半導体基板8における透過深さが深くなるという関係を利用している。
As is clear from FIG. 7A, the spectral sensitivity curve of the light transmitted through the single-layer film of the
(3) Red (Red) Characteristics On the other hand, the red
すなわち、図8Aに示すように、信号検出用受光部R1においては、相対的に浅い位置に形成されたフォトDi2で主に赤色の光が検出される。フォトDi2で検出することによって、赤外線よりも波長が短い赤色の光を良好に検出することができる。
一方、赤外線受光部R2,R3によって、信号検出用受光部R1の赤外帯域に近い分光特性を作り出す。具体的には、赤外線受光部R2のフォトDi3で赤色の光および赤外線が検出される。一方、赤外線受光部R3のフォトDi3では、赤色の光が緑色フィルタ16Gで選択的に阻止され、信号検出用受光部R1で検出された赤外線と同レベルの赤外線のみが検出される。信号検出用受光部R1の赤外線と同レベルの赤外線の検出は、赤外線受光部R3の面積を赤外線受光部R2よりも若干(10〜20%程度)小さくし、また、カラーフィルタの素材を変えることによって可能となる。そして、信号検出用受光部R1の出力信号から赤外線の波長域分を、赤外線受光部R2および赤外線受光部R3の組み合わせによって得られた情報に基づいて選択的に排除または減弱することで(R1−(R2−R3))、入射光の実際の赤色の光成分に近い出力信号(情報)が得られる。この信号の分別処理によって得られる分光感度特性を曲線で示すと、図8Aの下段の通りとなる。この実施形態では、さらに、赤外線カットフィルタ3によっても赤外線の一部がフィルタリング(分離)されるので、最終的には、図8Bに示すような分光感度曲線が得られる。
That is, as shown in FIG. 8A, in the signal detection light receiving unit R1, mainly red light is detected by the photo Di2 formed at a relatively shallow position. By detecting with the photo Di2, red light having a shorter wavelength than infrared light can be detected favorably.
On the other hand, the infrared light receiving units R2 and R3 create spectral characteristics close to the infrared band of the signal detection light receiving unit R1. Specifically, red light and infrared light are detected by the photo Di3 of the infrared light receiving unit R2. On the other hand, in the photo Di3 of the infrared light receiving portion R3, red light is selectively blocked by the
以上より、上記の演算処理によって、各受光部2R,2G,2Bにおける赤外線の波長域の感度が低減されるので、光検出装置1の分光感度特性として図9に示すものが得られる。図9から明らかなように、赤外線の波長域の感度をほぼゼロに近い値にまで低減することができている。したがって、本発明の一実施形態に係る光検出装置1を用いれば、少ない誤差で、照度および色温度を精度よく算出することができる。
As described above, the sensitivity in the infrared wavelength range in each of the
光検出装置1は、カラーセンサの他、照度センサ、近接センサ等の複数の光学フィルタを有する光センサに適用することができる。さらに、これらの光センサは、たとえば、スマートフォン、携帯電話、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム、ノートパソコン、タブレットPC等に搭載することができる。
具体的に、スマートフォンに適用される場合の形態を次に示す。
The light detection device 1 can be applied to an optical sensor having a plurality of optical filters, such as an illuminance sensor and a proximity sensor, in addition to a color sensor. Furthermore, these optical sensors can be mounted on, for example, smartphones, mobile phones, digital cameras, car navigation systems, notebook computers, tablet PCs, and the like.
Specifically, a form when applied to a smartphone is shown below.
図10は、光検出装置1が用いられる電子機器の一例であるスマートフォン21の外観を示す斜視図である。
スマートフォン21は、扁平な直方体形状の筐体22の内部に電子部品を収納して構成されている。筐体22は表側および裏側に長方形状の一対の主面を有しており、その一対の主面が4つの側面で結合されている。筐体22の一つの主面には、液晶パネルや有機ELパネル等で構成された表示パネル23の表示面が露出している。表示パネル23の表示面は、タッチパネルを構成しており、使用者に対する入力インターフェースを提供している。
FIG. 10 is a perspective view illustrating an external appearance of a
The
表示パネル23は、筐体22の一つの主面の大部分を占める長方形形状に形成されている。表示パネル23の一つの短辺に沿うように、操作ボタン24が配置されている。この実施形態では、複数(3つ)の操作ボタン24が表示パネル23の短辺に沿って配列されている。使用者は、操作ボタン24およびタッチパネルを操作することによって、スマートフォン21に対する操作を行い、必要な機能を呼び出して実行させることができる。
The
表示パネル23の別の一つの短辺の近傍には、スピーカ25が配置されている。スピーカ25は、電話機能のための受話口を提供すると共に、音楽データ等を再生するための音響化ユニットとしても用いられる。スピーカ25の隣には、レンズ窓26が配置されている。レンズ窓26に対向するように、筐体22内に光検出装置1が配置されている。一方、操作ボタン24の近くには、筐体22の一つの側面にマイクロフォン27が配置されている。マイクロフォン27は、電話機能のための送話口を提供するほか、録音用のマイクロフォンとして用いることもできる。
In the vicinity of another short side of the
このスマートフォン21は、赤外線の波長域の感度を良好に低減できる光検出装置1を備えているので、スマートフォン21に形成された受光用のレンズ窓26の可視光線透過率が低くても実用可能である。そのため、レンズ窓26のデザインの自由度(色や形状の変更等)を広げることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
Since the
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be embodied in other forms.
たとえば、前述の実施形態では、光検出装置1の一部として演算部4が設けられていたが、上記した演算部4による信号分別処理は、光検出装置1外にある論理回路(電子機器のCPU等)で行ってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
For example, in the above-described embodiment, the
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
1 光検出装置
2R,2G,2B 受光部
3 赤外線カットフィルタ
4 演算部
5R,5G,5B フォトダイオード
6 ADC
7 外部電極
8 半導体基板
8A 表面
9 受光領域
10 クリア受光部
11 フォトダイオード
12 層間絶縁膜
13 第1n型領域
14 第1p型領域
15 第2n型領域
16R 赤色フィルタ
16G 緑色フィルタ
16B 青色フィルタ
Di1 フォトダイオード
Di2 フォトダイオード
Di3 フォトダイオード
R1,G1,B1 信号検出用受光部
R2,R3,G2,B2 赤外線受光部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Reference Signs List 7
Claims (15)
前記半導体基板上に形成され、第1色の第1フィルタで覆われた第1受光部と、
前記第1フィルタで覆われ、前記第1受光部に隣接する第2受光部と、
第2色の第2フィルタで覆われ、前記第1受光部に隣接する第3受光部と、
前記第2色の第3フィルタで覆われ、前記第1受光部に隣接する第4受光部とを含む、光検出装置。 A semiconductor substrate;
A first light receiving unit formed on the semiconductor substrate and covered with a first filter of a first color;
A second light receiving unit that is covered with the first filter and is adjacent to the first light receiving unit;
A third light receiving unit that is covered with a second filter of a second color and is adjacent to the first light receiving unit;
A photodetector, comprising: a fourth light receiving unit which is covered with the third filter of the second color and is adjacent to the first light receiving unit.
前記半導体基板上に形成され、第1色の第1フィルタで覆われた第1受光部と、
前記第1フィルタで覆われ、第1方向において前記第1受光部に隣接する第2受光部と、
前記第1色の第2フィルタで覆われ、第2方向において前記第1受光部に隣接する第3受光部とを含む、光検出装置。 A semiconductor substrate;
A first light receiving unit formed on the semiconductor substrate and covered with a first filter of a first color;
A second light receiving unit covered with the first filter and adjacent to the first light receiving unit in a first direction;
And a third light receiving unit that is covered with the second filter of the first color and is adjacent to the first light receiving unit in a second direction.
前記光検出装置を収容した筐体とを含む、電子機器。 The light detection device according to any one of claims 1 to 14,
An electronic device, comprising: a housing accommodating the photodetector.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019203281A JP2020024228A (en) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | Light detecting device and electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019203281A JP2020024228A (en) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | Light detecting device and electronic apparatus |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014251714A Division JP6616571B2 (en) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | Photodetector and electronic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020024228A true JP2020024228A (en) | 2020-02-13 |
Family
ID=69618569
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019203281A Pending JP2020024228A (en) | 2019-11-08 | 2019-11-08 | Light detecting device and electronic apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020024228A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020187108A (en) * | 2019-05-09 | 2020-11-19 | ローム株式会社 | Illuminance sensor, electronic apparatus, and two-dimensional image sensor |
CN113552663A (en) * | 2021-07-01 | 2021-10-26 | 北京极豪科技有限公司 | Filter film and preparation method thereof, optical filter, fingerprint identification module and identification method |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06217079A (en) * | 1993-01-19 | 1994-08-05 | Canon Inc | Image sensor and picture information processor |
JPH07170366A (en) * | 1993-10-22 | 1995-07-04 | Canon Inc | Filter for image sensor, image sensor and image information processor |
JP2003303949A (en) * | 2002-04-11 | 2003-10-24 | Canon Inc | Imaging device |
WO2006003807A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Toppan Printing Co., Ltd. | Imaging element |
JP2008203544A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Toppan Printing Co Ltd | Filter for optical sensor and optical sensor |
JP2008218670A (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | Solid-state image pickup device |
JP2010050369A (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2010087379A (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Brookman Technology Inc | Color imaging device |
JP2011254266A (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Sharp Corp | Solid-state image sensor and electronic information apparatus |
JP2012064824A (en) * | 2010-09-17 | 2012-03-29 | Toshiba Corp | Solid state image sensor, method of manufacturing the same, and camera |
JP2013016729A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Sony Corp | Solid state image pickup device and electronic apparatus |
-
2019
- 2019-11-08 JP JP2019203281A patent/JP2020024228A/en active Pending
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06217079A (en) * | 1993-01-19 | 1994-08-05 | Canon Inc | Image sensor and picture information processor |
JPH07170366A (en) * | 1993-10-22 | 1995-07-04 | Canon Inc | Filter for image sensor, image sensor and image information processor |
JP2003303949A (en) * | 2002-04-11 | 2003-10-24 | Canon Inc | Imaging device |
WO2006003807A1 (en) * | 2004-06-30 | 2006-01-12 | Toppan Printing Co., Ltd. | Imaging element |
JP2008203544A (en) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Toppan Printing Co Ltd | Filter for optical sensor and optical sensor |
JP2008218670A (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | Solid-state image pickup device |
JP2010050369A (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2010087379A (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Brookman Technology Inc | Color imaging device |
JP2011254266A (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Sharp Corp | Solid-state image sensor and electronic information apparatus |
JP2012064824A (en) * | 2010-09-17 | 2012-03-29 | Toshiba Corp | Solid state image sensor, method of manufacturing the same, and camera |
JP2013016729A (en) * | 2011-07-06 | 2013-01-24 | Sony Corp | Solid state image pickup device and electronic apparatus |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020187108A (en) * | 2019-05-09 | 2020-11-19 | ローム株式会社 | Illuminance sensor, electronic apparatus, and two-dimensional image sensor |
CN113552663A (en) * | 2021-07-01 | 2021-10-26 | 北京极豪科技有限公司 | Filter film and preparation method thereof, optical filter, fingerprint identification module and identification method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6616571B2 (en) | Photodetector and electronic device | |
TWI465979B (en) | Touch panel | |
US11121167B2 (en) | Back side illumination image sensors and electronic device including the same | |
JP7326572B2 (en) | Optical sensors and electronics | |
KR20120062284A (en) | Light sensing circuit, method of fabricating the light sensing circuit, and optical touch panel including the light sensing circuit | |
JP6223779B2 (en) | Photodetector and electronic device | |
JP2020024228A (en) | Light detecting device and electronic apparatus | |
JP6892745B2 (en) | Photodetectors and electronic devices | |
TW202040341A (en) | Optical fingerprint detecting system | |
CN113494960B (en) | Optical sensor and electronic device | |
TW201222364A (en) | Optical touch sensing unit and touch display panel | |
WO2019119245A1 (en) | Optical path modulator and manufacturing method, image recognition sensor and electronic device | |
TWI732186B (en) | Under-screen sensing and display device | |
JP4432837B2 (en) | Semiconductor optical sensor device | |
JP7187260B2 (en) | Optical sensors and electronics | |
JP5625707B2 (en) | SEMICONDUCTOR DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD | |
KR20160025320A (en) | Staked image sensor | |
CN111354750A (en) | Backside illuminated image sensor with infrared filter | |
KR102677769B1 (en) | Back side illumination image sensors and electronic device including the same | |
JP2023074252A (en) | Photosensor, and electronic apparatus | |
JP2023039247A (en) | Optical sensors and electronics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210204 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210329 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210902 |