JP2022084273A - 検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】検出精度を向上させることが可能な検出装置を提供する。【解決手段】検出装置は、検出領域を有する基板と、検出領域に設けられた複数のフォトダイオードと、複数のフォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズと、検出領域の外周と基板の端部との間の周辺領域に設けられ、複数のフォトダイオードと非重畳に設けられた複数のダミーレンズと、を有する。さらに、検出領域に設けられた複数の走査線及び複数の信号線と、周辺領域に設けられ、複数の走査線に接続された駆動回路と、を有し、複数のダミーレンズは、駆動回路に重畳して設けられる。【選択図】図3
Description
本発明は、検出装置に関する。
特許文献1には、複数のレンズを配列したレンズアレイと、複数の光センサを配列した光センサアレイと、レンズアレイと光センサアレイとの間に設けられたピンホールアレイとを有する表示パネルについて記載されている。
光センサアレイの上にピンホールアレイ及びレンズアレイが積層された検出装置では、製造工程でのプロセス条件(熱、光、薬液等)のばらつきにより、レンズの形状が不均一に形成される可能性がある。レンズの形状のばらつきが生じると、レンズを透過してセンサに集光される光の状態が異なる。このため、レンズの形状のばらつきにより、検出精度が低下する可能性がある。
本発明は、検出精度を向上させることが可能な検出装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の検出装置は、検出領域を有する基板と、前記検出領域に設けられた複数のフォトダイオードと、複数の前記フォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズと、前記検出領域の外周と前記基板の端部との間の周辺領域に設けられ、複数の前記フォトダイオードと非重畳に設けられた複数のダミーレンズと、を有する。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本開示が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、本開示の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本開示の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
本明細書及び特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
図1Aは、実施形態に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図1Bは、変形例1に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図1Cは、変形例2に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。図1Dは、変形例3に係る検出装置を有する照明装置付き検出機器の概略断面構成を示す断面図である。
図1Aに示すように、照明装置付き検出機器120は、検出装置1と、照明装置121と、を有する。検出装置1は、アレイ基板2と、光フィルタ7と、接着層125と、カバー部材122と、を有する。つまり、アレイ基板2の表面に垂直な方向において、アレイ基板2、光フィルタ7、接着層125、カバー部材122の順に積層されている。なお、後述するように検出装置1のカバー部材122を照明装置121に置き換えることもできる。接着層125は、光フィルタ7とカバー部材122とを接着させるものであればよく、検出領域AAに相当する領域に接着層125は無い構造であっても構わない。検出領域AAに接着層125が無い場合、検出領域AAの外側の周辺領域GAに相当する領域で接着層125がカバー部材122と光フィルタ7とを接着させている構造となる。また、検出領域AAに設けられる接着層125は、単に光フィルタ7の保護層と言い換えてもよい。
図1Aに示すように、照明装置121は、例えば、カバー部材122を検出装置1の検出領域AAに対応する位置に設けられた導光板として用い、カバー部材122の一方端又は両端に並ぶ複数の光源123を有する、いわゆるサイドライト型のフロントライトであってもよい。つまり、カバー部材122は、光を照射する光照射面121aを有し、照明装置121の一構成要素となっている。この照明装置121によれば、カバー部材122の光照射面121aから検出対象である指Fgに向けて光L1を照射する。光源として、例えば、所定の色の光を発する発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)が用いられる。
また、図1Bに示すように、照明装置121は、検出装置1の検出領域AAの直下に設けられた光源(例えば、LED)を有するものであってもよく、光源を備えた照明装置121はカバー部材122としても機能する。
また、照明装置121は、図1Bの例に限らず、図1Cに示すように、カバー部材122の側方や上方に設けられていてもよく、指Fgの側方や上方から指Fgに光L1を照射してもよい。
さらには、図1Dに示すように、照明装置121は、検出装置1の検出領域に設けられた光源(例えば、LED)を有する、いわゆる直下型のバックライトであってもよい。
照明装置121から照射された光L1は、検出対象である指Fgにより光L2として反射される。検出装置1は、指Fgで反射された光L2を検出することで、指Fgの表面の凹凸(例えば、指紋)を検出する。さらに、検出装置1は、指紋の検出に加え、指Fgの内部で反射した光L2を検出することで、生体に関する情報を検出してもよい。生体に関する情報は、例えば、静脈等の血管像や脈拍、脈波等である。照明装置121からの光L1の色は、検出対象に応じて異ならせてもよい。
カバー部材122は、アレイ基板2及び光フィルタ7を保護するための部材であり、アレイ基板2及び光フィルタ7を覆っている。上述のように、照明装置121がカバー部材122を兼ねる構造でもよい。図1C及び図1Dに示すカバー部材122が照明装置121と分離されている構造においては、カバー部材122は、例えばガラス基板である。なお、カバー部材122はガラス基板に限定されず、樹脂基板等であってもよい。また、カバー部材122が設けられていなくてもよい。この場合、アレイ基板2及び光フィルタ7の表面に絶縁膜等の保護層が設けられ、指Fgは検出装置1の保護層に接する。
照明装置付き検出機器120は、図1Bに示すように、照明装置121に換えて表示パネルが設けられていてもよい。表示パネルは、例えば、有機ELディスプレイパネル(OLED:Organic Light Emitting Diode)や無機ELディスプレイ(マイクロLED、ミニLED)であってもよい。或いは、表示パネルは、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示パネル(LCD:Liquid Crystal Display)や、表示素子として電気泳動素子を用いた電気泳動型表示パネル(EPD:Electrophoretic Display)であってもよい。この場合であっても、表示パネルから照射された表示光(光L1)が指Fgで反射された光L2に基づいて、指Fgの指紋や生体に関する情報を検出することができる。
図2は、実施形態に係る検出装置を示す平面図である。なお、図2以下で示す、第1方向Dxは、基板21と平行な面内の一方向である。第2方向Dyは、基板21と平行な面内の一方向であり、第1方向Dxと直交する方向である。なお、第2方向Dyは、第1方向Dxと直交しないで交差してもよい。第3方向Dzは、第1方向Dx及び第2方向Dyと直交する方向であり、基板21の法線方向である。また、「平面視」とは、第3方向Dzから見た場合の位置関係をいう。
図2に示すように、検出装置1は、アレイ基板2(基板21)と、センサ部10と、走査線駆動回路15と、信号線選択回路16と、検出回路48と、制御回路102と、電源回路103と、を有する。
基板21には、配線基板110を介して制御基板101が電気的に接続される。配線基板110は、例えば、フレキシブルプリント基板やリジット基板である。配線基板110には、検出回路48が設けられている。制御基板101には、制御回路102及び電源回路103が設けられている。制御回路102は、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)である。制御回路102は、センサ部10、走査線駆動回路15及び信号線選択回路16に制御信号を供給し、センサ部10の動作を制御する。電源回路103は、電源電位VDDや基準電位VCOM(図4参照)等の電圧信号をセンサ部10、走査線駆動回路15及び信号線選択回路16に供給する。なお、本実施形態においては、検出回路48が配線基板110に配置される場合を例示したがこれに限られない。検出回路48は、基板21の上に配置されてもよい。
基板21は、検出領域AAと、周辺領域GAとを有する。検出領域AA及び周辺領域GAは、基板21と平行な面方向に延在している。検出領域AA内には、センサ部10の各素子(検出素子3)が設けられている。周辺領域GAは、検出領域AAの外側の領域であり、各素子(検出素子3)が設けられない領域である。すなわち、周辺領域GAは、検出領域AAの外周と基板21の端部との間の領域である。周辺領域GA内には、走査線駆動回路15及び信号線選択回路16が設けられる。走査線駆動回路15は、周辺領域GAのうち第2方向Dyに沿って延在する領域に設けられる。信号線選択回路16は、周辺領域GAのうち第1方向Dxに沿って延在する領域に設けられ、センサ部10と検出回路48との間に設けられる。
センサ部10の複数の検出素子3は、それぞれ、センサ素子としてフォトダイオード30を有する光センサである。フォトダイオード30は、光電変換素子であり、それぞれに照射される光に応じた電気信号を出力する。より具体的には、フォトダイオード30は、PIN(Positive Intrinsic Negative)フォトダイオードである。また、フォトダイオード30はOPD(Organic Photo Diode)と言い換えてもよい。検出素子3は、検出領域AAにマトリクス状に配列される。複数の検出素子3が有するフォトダイオード30は、走査線駆動回路15から供給されるゲート駆動信号(例えば、リセット制御信号RST、読出制御信号RD)に従って検出を行う。複数のフォトダイオード30は、それぞれに照射される光に応じた電気信号を、検出信号Vdetとして信号線選択回路16に出力する。検出装置1は、複数のフォトダイオード30からの検出信号Vdetに基づいて生体に関する情報を検出する。
図3は、図2のIII-III’断面図である。図3は、アレイ基板2、フォトダイオード30及び光フィルタ7の積層構成を模式的に示している。
光フィルタ7は、複数のフォトダイオード30(部分フォトダイオード30S)の上に設けられる。光フィルタ7は、指Fg等の被検出体で反射された光L2のうち、第3方向Dzに進行する成分をフォトダイオード30に向けて透過させ、斜め方向に進行する成分を遮蔽する光学素子である。光フィルタ7は、コリメートアパーチャ、あるいは、コリメータとも呼ばれる。
光フィルタ7は、検出領域AA及び周辺領域GAに亘って設けられる。光フィルタ7は、上面に複数のレンズ78と、複数のダミーレンズ78Dと、を有する。複数のレンズ78は、検出領域AAに設けられ、複数のフォトダイオード30(部分フォトダイオード30S)のそれぞれに重畳して設けられる。指Fg等の被検出体で反射された光L2は、複数のレンズ78のそれぞれで集光され、複数のレンズ78のそれぞれに対応する複数のフォトダイオード30(部分フォトダイオード30S)に照射される。
複数のダミーレンズ78Dは、周辺領域GAに設けられ、検出領域AAの複数のフォトダイオード30(部分フォトダイオード30S)と非重畳に設けられる。複数のダミーレンズ78Dは、複数のレンズ78と同様の構成で形成される。ただし、複数のダミーレンズ78Dを透過した光は、光フィルタ7の遮光層(第1遮光層71又は第2遮光層72)で遮光され、検出領域AAの複数のフォトダイオード30には、入射しない。つまり、複数のダミーレンズ78Dは、検出領域AAの複数のフォトダイオード30に対する光学素子として機能しない。
図3では、検出領域AAと第2方向Dyに隣接する周辺領域GAに複数のダミーレンズ78Dが設けられている。ただし、検出領域AAと第1方向Dxに隣接する周辺領域GA(図3では図示されない)にも、複数のダミーレンズ78Dが設けられている。すなわち、複数のダミーレンズ78Dは、好ましくは、検出領域AAを囲む枠状に配列される。
なお、アレイ基板2、フォトダイオード30、及び、レンズ78及びダミーレンズ78Dを有する光フィルタ7の詳細な構成については後述する。
図4は、実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、検出装置1は、さらに検出制御回路11と検出部40と、を有する。検出制御回路11の機能の一部又は全部は、制御回路102に含まれる。また、検出部40のうち、検出回路48以外の機能の一部又は全部は、制御回路102に含まれる。
検出制御回路11は、走査線駆動回路15、信号線選択回路16及び検出部40にそれぞれ制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御回路11は、スタート信号STV、クロック信号CK等の各種制御信号を走査線駆動回路15に供給する。また、検出制御回路11は、選択信号ASW等の各種制御信号を信号線選択回路16に供給する。
走査線駆動回路15は、各種制御信号に基づいて複数の走査線(読出制御走査線GLrd、リセット制御走査線GLrst(図5参照))を駆動する回路である。走査線駆動回路15は、複数の走査線を順次又は同時に選択し、選択された走査線にゲート駆動信号(例えば、リセット制御信号RST、読出制御信号RD)を供給する。これにより、走査線駆動回路15は、走査線に接続された複数のフォトダイオード30を選択する。
信号線選択回路16は、複数の出力信号線SL(図5参照)を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路16は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路16は、検出制御回路11から供給される選択信号ASWに基づいて、選択された出力信号線SLと検出回路48とを接続する。これにより、信号線選択回路16は、フォトダイオード30の検出信号Vdetを検出部40に出力する。
検出部40は、検出回路48と、信号処理回路44と、座標抽出回路45と、記憶回路46と、検出タイミング制御回路47と、を備える。検出タイミング制御回路47は、検出制御回路11から供給される制御信号に基づいて、検出回路48と、信号処理回路44と、座標抽出回路45と、が同期して動作するように制御する。
検出回路48は、例えばアナログフロントエンド回路(AFE:Analog Front End)である。検出回路48は、少なくとも検出信号増幅回路42及びA/D変換回路43の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅回路42は、検出信号Vdetを増幅する回路であり、例えば、積分回路である。A/D変換回路43は、検出信号増幅回路42から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
信号処理回路44は、検出回路48の出力信号に基づいて、センサ部10に入力された所定の物理量を検出する論理回路である。信号処理回路44は、指Fgが検出面に接触又は近接した場合に、検出回路48からの信号に基づいて指Fgや掌の表面の凹凸を検出できる。また、信号処理回路44は、検出回路48からの信号に基づいて生体に関する情報を検出してもよい。生体に関する情報は、例えば、指Fgや掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素飽和度等である。
記憶回路46は、信号処理回路44で演算された信号を一時的に保存する。記憶回路46は、例えばRAM(Random Access Memory)、レジスタ回路等であってもよい。
座標抽出回路45は、信号処理回路44において指Fgの接触又は近接が検出されたときに、指Fg等の表面の凹凸の検出座標を求める論理回路である。また、座標抽出回路45は、指Fgや掌の血管の検出座標を求める論理回路である。座標抽出回路45は、センサ部10の各検出素子3から出力される検出信号Vdetを組み合わせて、指Fg等の表面の凹凸の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出回路45は、検出座標を算出せずにセンサ出力Voとして検出信号Vdetを出力してもよい。
次に、検出装置1の回路構成例について説明する。図5は、検出素子を示す回路図である。図5に示すように、検出素子3は、フォトダイオード30、リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfを有する。リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfは、1つのフォトダイオード30に対応して設けられる。リセットトランジスタMrst、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsfは、それぞれn型TFT(Thin Film Transistor)で構成される。ただし、これに限定されず、各トランジスタは、それぞれp型TFTで構成されてもよい。
フォトダイオード30のアノードには、基準電位VCOMが印加される。フォトダイオード30のカソードは、ノードN1に接続される。ノードN1は、容量素子Cs、リセットトランジスタMrstのソース又はドレインの一方及びソースフォロワトランジスタMsfのゲートに接続される。さらにノードN1には、寄生容量Cpが存在する。フォトダイオード30に光が入射した場合、フォトダイオード30から出力された信号(電荷)は、容量素子Csに蓄積される。ここで、容量素子Csは、例えば、フォトダイオード30に接続された上部導電層34と下部導電層35(図12参照)との間に形成される容量である。寄生容量Cpは、容量素子Csに付加された容量であり、アレイ基板2に設けられた各種配線、電極間に形成される容量である。
リセットトランジスタMrstのゲートは、リセット制御走査線GLrstに接続される。リセットトランジスタMrstのソース又はドレインの他方には、リセット電位Vrstが供給される。リセットトランジスタMrstがリセット制御信号RSTに応答してオン(導通状態)になると、ノードN1の電位がリセット電位Vrstにリセットされる。基準電位VCOMは、リセット電位Vrstよりも低い電位を有しており、フォトダイオード30は、逆バイアス駆動される。
ソースフォロワトランジスタMsfは、電源電位VDDが供給される端子と読出トランジスタMrd(ノードN2)との間に接続される。ソースフォロワトランジスタMsfのゲートは、ノードN1に接続される。ソースフォロワトランジスタMsfのゲートには、フォトダイオード30で発生した信号(電荷)が供給される。これにより、ソースフォロワトランジスタMsfは、フォトダイオード30で発生した信号(電荷)に応じた電圧信号を読出トランジスタMrdに出力する。
読出トランジスタMrdは、ソースフォロワトランジスタMsfのソース(ノードN2)と出力信号線SL(ノードN3)との間に接続される。読出トランジスタMrdのゲートは、読出制御走査線GLrdに接続される。読出トランジスタMrdが読出制御信号RDに応答してオンになると、ソースフォロワトランジスタMsfから出力される信号、すなわち、フォトダイオード30で発生した信号(電荷)に応じた電圧信号が、検出信号Vdetとして出力信号線SLに出力される。
なお、図5に示す例では、リセットトランジスタMrst及び読出トランジスタMrdは、それぞれ、2つのトランジスタが直列に接続されて構成されたいわゆるダブルゲート構造である。ただし、これに限定されず、リセットトランジスタMrst及び読出トランジスタMrdは、シングルゲート構造でもよく、3つ以上のトランジスタが直列に接続されたマルチゲート構造でもよい。また、1つの検出素子3の回路は、リセットトランジスタMrst、ソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdの3つのトランジスタを有する構成に限定されない。検出素子3は、2つ、又は、4つ以上のトランジスタを有していてもよい。
次に、検出素子3及び光フィルタ7の詳細な構成について説明する。図6は、実施形態に係る光フィルタを示す平面図である。
図6に示すように、光フィルタ7は、マトリクス状に配列された複数の検出素子3(フォトダイオード30)を覆って設けられる。光フィルタ7は、複数の検出素子3を覆う第1透光性樹脂層74及び第2透光性樹脂層75と、複数の検出素子3のそれぞれに設けられた複数のレンズ78を有する。1つの検出素子3に対して複数のレンズ78が配置される。図6に示す例では、1つの検出素子3に、レンズ78-1、78-2、・・・、78-8の8個のレンズ78が設けられる。複数のレンズ78-1、78-2、・・・、78-8は、三角格子状に配置される。また、後述するように、1つの検出素子3は、複数の検出領域(部分フォトダイオード30S)を有し、1つの検出素子3における複数の検出領域それぞれにレンズ78が対応する構造となる。
ただし、1つの検出素子3に配置される複数のレンズ78の数は、複数の検出領域の数に合わせ、7個以下でもよいし、9個以上でもよい。複数のレンズ78の配置も、フォトダイオード30の構成に応じて適宜変更できる。
図7は、光フィルタを示す断面図である。図7は、図6のVII-VII’断面図である。なお、図7では、アレイ基板2の構成を簡略化して示しており、フォトダイオード30(部分フォトダイオード30S-1)と、フォトダイオード30を覆う保護膜29(有機保護膜)と、を模式的に示している。
図7に示すように、光フィルタ7は、第1遮光層71と、第2遮光層72と、フィルタ層73と、第1透光性樹脂層74と、第2透光性樹脂層75と、レンズ78と、を有する。本実施形態では、保護膜29の上に、第1遮光層71、フィルタ層73、第1透光性樹脂層74、第2遮光層72、第2透光性樹脂層75、レンズ78の順に積層されている。
レンズ78は、1つのフォトダイオード30の部分フォトダイオード30S-1に重畳する領域に設けられる。レンズ78は、凸レンズである。レンズ78の光軸CLは、第3方向Dzと平行方向に設けられ、部分フォトダイオード30S-1と交差する。レンズ78は、第2透光性樹脂層75の上に直接接して設けられる。また、本実施形態では、隣接するレンズ78の間では、第2透光性樹脂層75の上に遮光層等が設けられていない。
第1遮光層71は、アレイ基板2の保護膜29の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第1遮光層71は、第3方向Dzでフォトダイオード30とレンズ78との間に設けられる。また、第1遮光層71には、フォトダイオード30に重畳する領域に第1開口OP1が設けられる。第1開口OP1は、光軸CLと重なる領域に形成される。
第1遮光層71はアレイ基板2の保護膜29上に直接、接して設けられる。第1遮光層71は、例えば、モリブデン(Mo)等の金属材料で形成されている。これにより、第1遮光層71は、第1開口OP1を透過する光L2以外の、斜め方向に進行する光L2の成分を反射することができる。また、第1遮光層71が金属材料で形成されているので、第1開口OP1の第1方向Dxでの幅W1(直径)を精度よく形成することができる。したがって、フォトダイオード30の配置ピッチや面積が小さい場合でも、フォトダイオード30に対応させて第1開口OP1を設けることができる。
第1遮光層71は、アレイ基板2の保護膜29上にスパッタなどで堆積された金属材料に第1開口OP1を形成する加工が施されるものであり、いわゆる外付けの光フィルタをアレイ基板2の保護膜29上に貼り合わせるものとは異なる。外付け光フィルタをアレイ基板2に貼り合わせることは、特に本実施形態の第1遮光層71の第1開口OP1に相当する遮光層の小さな開口と部分フォトダイオード30S-1との位置合わせの難易度が高い。一方、本実施形態の光フィルタ7はアレイ基板2の保護膜29上に直接形成していくものであるため、外付けの光フィルタを貼り合わせるよりも精度よく第1開口OP1を部分フォトダイオード30S-1上に設けることが可能となる。
さらに第1遮光層71は、後述する樹脂材料で形成される第2遮光層72と異なり金属材料により形成されるものであるため、第2遮光層72よりも薄く形成することができ、第2遮光層72に形成される第2開口OP2よりも小さな第1開口OP1を形成することができる。第1遮光層71の厚さは、第2遮光層72の厚さの10分の1以下である。一例として、第1遮光層71の厚さは、0.055μm以上であり、例えば0.065μmであり、第2遮光層の厚さは例えば1μmである。第1遮光層71は第2遮光層72の厚さに比べ極めて薄く形成されることになる。
フィルタ層73は、第1遮光層71の上に直接、接して設けられる。言い換えると、フィルタ層73は、第3方向Dzで、第1遮光層71と第1透光性樹脂層74との間に設けられる。フィルタ層73は、所定の波長帯域の光を遮光するフィルタである。フィルタ層73は、例えば、緑色に着色された樹脂材料で形成され、赤外線を遮光するIRカットフィルタである。これにより、光フィルタ7は、光L2のうち、例えば指紋検出に必要な波長帯域の成分をフォトダイオード30に入射させて、検出感度を向上させることができる。
第1透光性樹脂層74は、フィルタ層73の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第1透光性樹脂層74は、第3方向Dzで、第1遮光層71と第2遮光層72との間に設けられる。第1透光性樹脂層74及び第2透光性樹脂層75は、例えば透光性のアクリル系樹脂で形成される。
第2遮光層72は、第1透光性樹脂層74の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第2遮光層72は、第3方向Dzで第1遮光層71と、レンズ78との間に設けられる。また、第2遮光層72には、フォトダイオード30及び第1開口OP1に重畳する領域に第2開口OP2が設けられる。第2開口OP2は、光軸CLと重なる領域に形成される。より好ましくは、第2開口OP2の中心及び第1開口OP1の中心は、光軸CLと重なって設けられる。
第2遮光層72は、例えば黒色に着色された樹脂材料で形成される。これにより、第2遮光層72は、第2開口OP2を透過する光L2以外の、斜め方向に進行する光L2の成分を吸収する光吸収層として機能する。また、第2遮光層72は、第1遮光層71で反射された光を吸収する。これにより、第2遮光層72が金属材料で形成された構成に比べて、第1遮光層71で反射された光が、複数回反射を繰り返して迷光として第1透光性樹脂層74を進行し、他のフォトダイオード30に入射することを抑制できる。また、第2遮光層72は、隣接するレンズ78の間から入射した外光を吸収することができる。これにより、第2遮光層72が金属材料で形成された構成に比べて、第2遮光層72での反射光を抑制できる。ただし、第2遮光層72は、黒色に着色された樹脂材料により形成される例に限らず、表面に黒色化処理された金属材料により形成されるものであってもよい。
第2透光性樹脂層75は、第2遮光層72の上に直接、接して設けられる。言い換えると、第2透光性樹脂層75は、第2遮光層72とレンズ78との間に設けられる。
第2透光性樹脂層75は、第1透光性樹脂層74と同じ材料が用いられ、第2透光性樹脂層75の屈折率は、第1透光性樹脂層74の屈折率と実質的に等しい。これにより、第2開口OP2での、第1透光性樹脂層74と第2透光性樹脂層75との界面での光L2の反射を抑制することができる。ただしこれに限定されず、第1透光性樹脂層74と第2透光性樹脂層75とは異なる材料で形成されていてもよく、第1透光性樹脂層74の屈折率と第2透光性樹脂層75の屈折率とが異なっていてもよい。
本実施形態では、レンズ78の第1方向Dxでの幅W3(径)、第2開口OP2の第1方向Dxでの幅W2(径)、第1開口OP1の第1方向Dxでの幅W1(径)の順に小さくなっている。また、第1開口OP1の第1方向Dxでの幅W1は、フォトダイオード30の部分フォトダイオード30S-1の第1方向Dxでの幅よりも小さい。幅W1は、2μm以上、10μm以下、例えば3.5μm程度である。幅W2は、3μm以上、20μm以下、例えば10.0μm程度である。幅W3は、10μm以上、50μm以下、例えば21.9μm程度である。
また、図7に示す第2透光性樹脂層75の厚さt2は、第1透光性樹脂層74の厚さt1とほぼ同じか、あるいは第1透光性樹脂層74の厚さt1よりも薄くよりも厚く形成される。第1透光性樹脂層74の厚さt1及び第2透光性樹脂層75の厚さt2は、フィルタ層73の厚さt4よりも厚く形成される。また、第1透光性樹脂層74の厚さt1及び第2透光性樹脂層75の厚さt2は、アレイ基板2の保護膜29の厚さt3よりも厚い。厚さt1及び厚さt2は、3μm以上、30μm以下、例えば厚さt1は18μm程度である。厚さt2は、例えば16.5μm程度である。厚さt3は、1μm以上、10μm以下、例えば4.5μm以上である。また、一例としてのフィルタ層73の厚さt4は、1μm以上、5μm以下、例えば1.35μmである。
このような構成により、指Fg等の被検出体で反射された光L2のうち、第3方向Dzに進行する光L2-1は、レンズ78で集光され、第2開口OP2及び第1開口OP1を透過して、フォトダイオード30に入射する。また、第3方向Dzに対して角度θ1だけ傾斜した光L2-2についても、第2開口OP2及び第1開口OP1を透過して、フォトダイオード30に入射する。
なお、光フィルタ7の各層の膜厚、第1開口OP1の幅W1及び第2開口OP2の幅W2については光フィルタ7に求められる特性に合わせて適宜変更可能である。
図8は、光フィルタに斜め方向の光が入射した場合の、光の進行を模式的に説明するための説明図である。図8では、隣り合う2つのレンズ78-1、78-6の断面構造を模式的に示しており、レンズ78-1、78-6は、それぞれ、フォトダイオード30の部分フォトダイオード30S-1、30S-6と重畳する位置に設けられる。また、図8は、光フィルタ7に、第3方向Dzに対して斜め方向に傾斜した方向に進行する光L2が入射した場合を示す。図8に示す例では、光L2と第3方向Dzとが成す角度θ2は、65°である。
図8に示すように、レンズ78-1、78-6に斜め方向に入射した光L2は、それぞれ光L2-3、L2-5として集光され、第2遮光層72で遮光される。また、隣り合うレンズ78の間の第2透光性樹脂層75に入射した光L2は、第2透光性樹脂層75の上面で屈折して光L2-4として第2透光性樹脂層75内を進行する。光L2-4の一部は、第2遮光層72で遮光される。また、第2開口OP2を透過した光L2-4の成分は、第1遮光層71で遮光される。
このように、光フィルタ7は、第1遮光層71及び第2遮光層72を設けることにより、1層の遮光層のみで形成されている場合(例えば、図8において、第2遮光層72が設けられず、第1遮光層71のみで形成されている場合)に比べて、斜め方向から入射する光L2を効果的に遮光して、いわゆるクロストークが発生することを抑制することができる。
また第1遮光層71及び第2遮光層72を設けた場合であっても、第3方向Dzに平行な方向に入射する光L2に対しては、第1遮光層71及び第2遮光層72により遮光されることを抑制して効率よく部分フォトダイオード30Sに入射できる。以上のように、検出装置1は、クロストークの発生を抑制して、検出精度を向上させることが可能である。
また、光フィルタ7は、アレイ基板2と一体に形成されている。すなわち、光フィルタ7の第1遮光層71は、保護膜29の上に直接、接して設けられており、第1遮光層71と保護膜29との間に粘着層等の部材が設けられていない。光フィルタ7は、アレイ基板2上に直接、成膜され、パターニング等の工程が施されて形成されるので、光フィルタ7を別体でアレイ基板2に貼り合わせた場合に比べて、光フィルタ7の第1開口OP1、第2開口OP2及びレンズ78と、フォトダイオード30との位置精度を向上させることができる。ただし、これに限定されず、光フィルタ7は、接着層を介してアレイ基板2の保護膜29上に貼り合わされた、いわゆる外付けの光フィルタであってもよい。
また、光フィルタ7は、第1遮光層71及び第2遮光層72を有する構成に限定されず、1層の遮光層で形成されていてもよい。フィルタ層73は、第1遮光層71と第1透光性樹脂層74との間に設けられているが、フィルタ層73の位置はこれに限定されない。フィルタ層73の位置は、光フィルタ7に要求される特性や製造プロセスに応じて適宜変更することができる。また、光フィルタ7は、遮光層と透光性樹脂層とが積層された構成に限定されない。例えば、光フィルタ7は、導光柱タイプの構造であってもよい。すなわち、光フィルタ7は、黒色の樹脂材料で形成された非透光性部材と、非透光性部材の上下面を貫通する柱状に形成された複数の透光領域(導光柱)と、を有する構成であってもよい。
次に、周辺領域GAに設けられたダミーレンズ78Dの構成について説明する。図9は、周辺領域のアレイ基板及び光フィルタを示す平面図である。なお、図9では、フォトダイオード30(部分フォトダイオード30S)を模式的に点線で示している。
図9に示すように、複数のダミーレンズ78Dは、周辺領域GAに設けられ、検出領域AAにおける複数のフォトダイオード30(部分フォトダイオード30S)と非重畳に設けられる。また、複数のダミーレンズ78Dは、周辺領域GAに設けられた走査線駆動回路15と重畳して設けられる。上述したように、走査線駆動回路15は、検出領域GAに設けられた複数の走査線(読出制御走査線GLrd、リセット制御走査線GLrst(図5参照))に接続され、複数の走査線を駆動する回路である。複数のダミーレンズ78Dの、配置ピッチ、配置パターンは、検出領域AAの複数のレンズ78と同じ配置ピッチ、配置パターンで形成される。複数のダミーレンズ78Dは、第1方向Dxで、例えば10列程度(3個の検出素子3程度)配列される。
図10は、周辺領域の光フィルタを示す断面図である。図10に示すように、ダミーレンズ78Dは、レンズ78(図7参照)と同層に、第2透光性樹脂層75の上に設けられる。少なくとも1つのダミーレンズ78Dの高さHL2は、レンズ78の高さHL1(図7参照)と異なる。図10では、ダミーレンズ78Dの高さHL2は、レンズ78の高さHL1(図7参照)よりも低く形成される。また、ダミーレンズ78Dの幅W5は、レンズ78の幅W3と等しい。ただし、ダミーレンズ78Dの幅W5は、レンズ78の幅W3と異なっていてもよい。また、より詳細には、ダミーレンズ78Dの形状は、検出領域AAに近いものほどレンズ78の形状に近似する。また、ダミーレンズ78Dの形状は、検出領域AAから離れるにしたがってレンズ78の形状と異なってくる。これに伴い、ダミーレンズ78Dの高さHL2及び幅W5は、検出領域AAに近いものほどレンズ78の高さHL1及び幅W3に近く、検出領域AAから離れるにしたがってレンズ78の高さHL1及び幅W3と異なる。すなわち、検出領域AA近傍に位置するダミーレンズ78Dの形状は検出領域のレンズ78と概ね一致し、周辺領域GA近傍のレンズ78の形状は検出領域AA中央におけるレンズ78の形状と概ね一致する。これにより、特に検出領域AAの最も周辺領域GAに近い位置に設けられるレンズ78の形状と、検出領域AA中央部におけるレンズ78の形状と、のばらつきが抑制される。
周辺領域GAで、アレイ基板2の保護膜29の上に、第1遮光層71、フィルタ層73、第1透光性樹脂層74、第2遮光層72、第2透光性樹脂層75、ダミーレンズ78Dの順に積層されている。つまり、検出装置1は、周辺領域GAでの積層構造と、検出領域AAでの積層構造とが同様に形成される。第1遮光層71、フィルタ層73、第1透光性樹脂層74、第2遮光層72及び第2透光性樹脂層75は、それぞれ、検出領域AA、及び、周辺領域GAの複数のダミーレンズ78Dと重畳する領域に亘って連続して形成される。これにより、周辺領域GAと検出領域AAとで、厚さや表面状態のばらつきが抑制される。
より具体的には、第2遮光層72には、ダミーレンズ78Dと重畳する領域に第2開口OP2が設けられる。これにより、検出領域AAでの、第2遮光層72(第2開口OP2)、第2透光性樹脂層75及びレンズ78の積層構造と、周辺領域GAでの、第2遮光層72(第2開口OP2)、第2透光性樹脂層75及びダミーレンズ78Dの積層構造のばらつき(厚さ、表面状態のばらつき)を抑制できる。
一方、第1遮光層71には、ダミーレンズ78Dと重畳する領域に第1開口OP1が設けられていない。第1遮光層71は、ダミーレンズ78Dと重畳する領域を覆って設けられる。これにより、第1遮光層71は、ダミーレンズ78D及び第2開口OP2を透過した光L2を遮光することができ、走査線駆動回路15に光が入射することを抑制できる。なお、第1遮光層71は、第2遮光層72よりも薄く形成されているので、第1開口OP1が設けられていなくても、周辺領域GAと検出領域AAとの積層構造のばらつき(厚さ、表面状態のばらつき)はほとんど生じない。
また、第2遮光層72が第1遮光層71と同様に金属材料で薄く形成されている場合には、ダミーレンズ78Dと重畳する領域に第2開口OP2が設けられていなくてもよい。すなわち、複数のダミーレンズ78Dと重畳する領域で、第1遮光層71の第1開口OP1及び第2遮光層72の第2開口OP2の少なくとも一方が設けられない構成であればよい。言い換えると、第1遮光層71及び第2遮光層72の少なくとも一方が複数のダミーレンズ78Dと重畳する領域を覆って設けられていればよい。
複数のレンズ78及び複数のダミーレンズ78Dは、同じ製造プロセスで形成される。複数のレンズ78及び複数のダミーレンズ78Dは、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチングによりパターニングされ、ベークを施すことで表面が曲面状に形成される。光フィルタ7及びアレイ基板2の製造プロセスにおいて、アレイ基板2の中央部に位置する複数のレンズ78と、アレイ基板2の周縁部に位置する複数のダミーレンズ78Dとで、配置ピッチ(配置密度)が異なる。具体的には、アレイ基板2の中央部に位置する複数のレンズ78は、四方に同じ配置パターンで複数のレンズ78が設けられる。アレイ基板2の周縁部に位置する複数のダミーレンズ78Dは、例えば図9に示すように、第1方向Dxの一方(アレイ基板2の中央部側)では、複数のダミーレンズ78D及び複数のレンズ78が同じ配置パターンで設けられるのに対し、第1方向Dxの他方(アレイ基板2の端部側)には、複数のダミーレンズ78Dが設けられない。
複数のレンズ78(及びダミーレンズ78D)は、アレイ基板2の中央部と周縁部とで、周囲の構造から受ける影響の度合いが異なる。このため、アレイ基板2の中央部と周縁部とで、プロセス条件(熱、光、薬液等)のばらつきが発生する可能性がある。本実施形態では、周辺領域GAに複数のダミーレンズ78Dが設けられているので、少なくとも検出領域AAでは、検出領域AAの中央部に位置するレンズ78と、検出領域AAの周縁部に位置するレンズ78とで、周囲のレンズ78(及びダミーレンズ78D)の配置ピッチ(配置密度)が等しくなるように配置される。
このため、プロセス条件のばらつきが発生した場合でも、検出領域AAの中央部と周縁部とのレンズ78の形状のばらつきが抑制される。この結果、特に検出領域AAの周縁部に設けられる検出素子3においてレンズ78で集光されフォトダイオード30に入射する光L2の強度と、検出領域AAの中央部におけるフォトダイオード30に入射する光L2の強度とのばらつきが抑制され、検出装置1は、検出領域AAの周縁部においても検出精度を向上させることができる。なお、上述したように、複数のダミーレンズ78Dの少なくとも一部では、プロセス条件のばらつきにより、レンズ78と異なる形状(高さ、幅)に形成される場合がある。この場合であっても、複数のダミーレンズ78Dは、フォトダイオード30と非重畳に設けられるので、検出精度の低下を抑制できる。
図11は、検出素子を示す平面図である。なお、図11では、図面を見やすくするために、検出素子3が有する複数のトランジスタ及び走査線、信号線等の各種配線を省略して示す。1つの検出素子3は、例えば、複数の走査線と、複数の信号線とで囲まれた領域で規定される。
図11に示すように、フォトダイオード30は、複数の部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8を有する。部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8は、三角格子状に配置される。部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8のそれぞれに重畳して、図6に示すレンズ78-1、78-2、・・・、78-8、第1遮光層71の第1開口OP1及び第2遮光層72の第2開口OP2が設けられる。
より具体的には、部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3は、第2方向Dyに配列される。部分フォトダイオード30S-4、30S-5は、第2方向Dyに配列され、部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3で構成される素子列と第1方向Dxに隣り合う。部分フォトダイオード30S-6、30S-7、30S-8は、第2方向Dyに配列され、部分フォトダイオード30S-4、30S-5で構成される素子列と第1方向Dxに隣り合う。隣接する素子列間で、部分フォトダイオード30Sの第2方向Dyでの位置が、互い違いに配置される。
部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8には、それぞれ、レンズ78-1、78-2、・・・、78-8から光L2が入射する。部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8は、電気的に接続され、1つのフォトダイオード30として機能する。つまり、部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8のそれぞれが出力する信号が統合されて、フォトダイオード30から1つの検出信号Vdetが出力される。なお以下の説明では、部分フォトダイオード30S-1、30S-2、・・・、30S-8を区別して説明する必要が無い場合には、単に部分フォトダイオード30Sと表す。
部分フォトダイオード30Sは、それぞれi型半導体層31、n型半導体層32及びp型半導体層33を含む。i型半導体層31及びn型半導体層32は、例えば、アモルファスシリコン(a-Si)である。p型半導体層33は、例えば、ポリシリコン(p-Si)である。なお、半導体層の材料は、これに限定されず、ポリシリコン、微結晶シリコン等であってもよい。
n型半導体層32は、a-Siに不純物がドープされてn+領域を形成する。p型半導体層33は、p-Siに不純物がドープされてp+領域を形成する。i型半導体層31は、例えば、ノンドープの真性半導体であり、n型半導体層32及びp型半導体層33よりも低い導電性を有する。
また、図11では、p型半導体層33とi型半導体層31(n型半導体層32)とが接続された実効的なセンサ領域37を一点鎖線で示している。第1遮光層71の第1開口OP1は、センサ領域37と重畳して設けられる。
部分フォトダイオード30Sは、平面視で、それぞれ異なる形状を有する。部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3は、それぞれ、多角形状で形成される。また、部分フォトダイオード30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8は、それぞれ、円形状又は半円形状で形成される。
第2方向Dyに配列された部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3のn型半導体層32は、連結部CN1-1、CN1-2により電気的に接続される。部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3のp型半導体層33は、連結部CN2-1、CN2-2により電気的に接続される。
また、部分フォトダイオード30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8のn型半導体層32(i型半導体層31)は、基部BA1により電気的に接続される。部分フォトダイオード30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8のp型半導体層33は、基部BA2により電気的に接続される。基部BA1、基部BA2は、略五角形状に形成され、頂点の位置に部分フォトダイオード30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8が設けられる。基部BA2と、部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3のp型半導体層33とは、連結部CN2-3により電気的に接続される。これにより、1つのフォトダイオード30を構成する複数の部分フォトダイオード30Sが電気的に接続される。
下部導電層35は、部分フォトダイオード30Sのそれぞれと重なる領域に設けられる。下部導電層35は、いずれも平面視で円形状である。つまり、下部導電層35は、部分フォトダイオード30Sと異なる形状であってもよい。例えば、部分フォトダイオード30S-1、30S-2、30S-3は、平面視で多角形状であり、円形状の下部導電層35の上に形成される。部分フォトダイオード30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8は、平面視で、下部導電層35よりも小さい径を有する円形状又は半円形状であり、円形状の下部導電層35の上に形成される。下部導電層35には、p型半導体層33と同じ基準電位VCOMが供給され、下部導電層35とp型半導体層33との間の寄生容量を抑制することができる。
上部導電層34は、複数の部分フォトダイオード30Sのn型半導体層32を電気的に接続する。上部導電層34は、アレイ基板2の各トランジスタ(リセットトランジスタMrst及びソースフォロワトランジスタMsf(図5参照))と電気的に接続される。上部導電層34は、どのように設けられていてもよく、例えば、部分フォトダイオード30Sの一部を覆っていてもよいし、部分フォトダイオード30Sの全体を覆って設けられていてもよい。
本実施形態では、複数のレンズ78及び複数の第1開口OP1ごとに部分フォトダイオード30Sが設けられている。これにより、フォトダイオード30が、平面視で検出素子3の全体を覆うように四角形状等のベタ膜で形成された構成に比べて、複数のレンズ78及び複数の第1開口OP1に重畳しない領域での半導体層や配線層を削減できるので、フォトダイオード30の寄生容量を抑制することができる。
なお、図11に示すフォトダイオード30の平面構造は、あくまで一例であり、適宜変更することができる。1つのフォトダイオード30が有する部分フォトダイオード30Sの数は、7個以下でもよいし、9個以上でもよい。部分フォトダイオード30Sの配置は、三角格子状に限定されず、例えば、マトリクス状に配置されていてもよい。また、光フィルタ7が有する複数のレンズ78、第1開口OP1及び第2開口OP2の配置も、部分フォトダイオード30Sの構成に応じて適宜変更できる。
図12は、図11のXII-XII’断面図である。なお、図12では、部分フォトダイオード30S-1の断面構成とともに、検出素子3が有するリセットトランジスタMrstの断面構成を示している。なお、検出素子3が有するソースフォロワトランジスタMsf及び読出トランジスタMrdの断面構成もリセットトランジスタMrstと同様である。
基板21は絶縁基板であり、例えば、石英、無アルカリガラス等のガラス基板、又はポリイミド等の樹脂基板が用いられる。ゲート電極64は、基板21の上に設けられる。絶縁膜22、23は、ゲート電極64を覆って基板21の上に設けられる。絶縁膜22、23及び絶縁膜24、25、26は、無機絶縁膜であり、例えば、酸化シリコン(SiO2)や窒化シリコン(SiN)等である。
半導体層61は、絶縁膜23の上に設けられる。半導体層61は、例えば、ポリシリコンが用いられる。ただし、半導体層61は、これに限定されず、微結晶酸化物半導体、アモルファス酸化物半導体、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Polycrystalline Silicone)等であってもよい。リセットトランジスタMrstは、ゲート電極64が半導体層61の下側に設けられたボトムゲート構造であるが、ゲート電極64が半導体層61の上側に設けられたトップゲート構造でもよく、ゲート電極64が半導体層61の上側及び下側に設けられたデュアルゲート構造でもよい。
半導体層61は、チャネル領域61aと、高濃度不純物領域61b、61cと、低濃度不純物領域61d、61eと、を含む。チャネル領域61aは、例えば、ノンドープの真性半導体又は低不純物領域であり、高濃度不純物領域61b、61c及び低濃度不純物領域61d、61eよりも低い導電性を有する。チャネル領域61aは、ゲート電極64と重なる領域に設けられる。
絶縁膜24、25は、半導体層61を覆って絶縁膜23の上に設けられる。ソース電極62及びドレイン電極63は、絶縁膜25の上に設けられる。ソース電極62は、コンタクトホールH5を介して半導体層61の高濃度不純物領域61bと接続される。また、ドレイン電極63は、コンタクトホールH3を介して、半導体層61の高濃度不純物領域61cに接続される。ソース電極62及びドレイン電極63は、例えば、チタンとアルミニウムとの積層構造であるTiAlTi又はTiAlの積層膜で構成されている。
ゲート線GLsfは、ソースフォロワトランジスタMsfのゲートに接続される配線である。ゲート線GLsfは、ゲート電極64と同層に設けられる。ドレイン電極63(接続配線SLcn)は、絶縁膜22から絶縁膜25を貫通するコンタクトホールを介してゲート線GLsfに接続される。
次に、フォトダイオード30の断面構成について説明する。図12では、部分フォトダイオード30S-1について説明するが、部分フォトダイオード30S-1についての説明は、他の部分フォトダイオード30S-2、・・・、30S-8にも適用できる。図12に示すように、下部導電層35は、ゲート電極64及びゲート線GLsfと同層に基板21の上に設けられる。絶縁膜22及び絶縁膜23は、下部導電層35の上に設けられる。フォトダイオード30は、絶縁膜23の上に設けられる。言い換えると、下部導電層35は、基板21と、p型半導体層33との間に設けられる。下部導電層35が、ゲート電極64と同じ材料で形成されることで遮光層として機能し、下部導電層35は、フォトダイオード30への基板21側からの光の侵入を抑制できる。
第3方向Dzで、i型半導体層31は、p型半導体層33とn型半導体層32との間に設けられる。本実施形態では、絶縁膜23の上に、p型半導体層33、i型半導体層31及びn型半導体層32の順に積層されている。図11に示した実効的なセンサ領域37は、i型半導体層31とp型半導体層33とが接続された領域である。
具体的には、p型半導体層33は、半導体層61と同層に、絶縁膜23の上に設けられる。絶縁膜24、25、及び、26は、p型半導体層33を覆って設けられる。絶縁膜24及び絶縁膜25は、p型半導体層33と重なる位置にコンタクトホールH13が設けられる。絶縁膜26は、リセットトランジスタMrstを含む複数のトランジスタを覆って絶縁膜25の上に設けられる。絶縁膜26は、コンタクトホールH13の内壁を構成する絶縁膜24及び絶縁膜25の側面を覆う。また、絶縁膜26には、p型半導体層33と重なる位置にコンタクトホールH14が設けられる。
i型半導体層31は、絶縁膜26の上に設けられ、絶縁膜24から絶縁膜26を貫通するコンタクトホールH14を介してp型半導体層33と接続される。n型半導体層32は、i型半導体層31の上に設けられる。
絶縁膜27は、フォトダイオード30を覆って絶縁膜26の上に設けられる。絶縁膜27は、フォトダイオード30及び絶縁膜26に直接、接して設けられる。絶縁膜27は、感光性アクリル等の有機材料からなる。絶縁膜27は、絶縁膜26よりも厚い。絶縁膜27は、無機絶縁材料に比べ、段差のカバレッジ性が良好であり、i型半導体層31及びn型半導体層32の側面を覆って設けられる。
上部導電層34は、絶縁膜27の上に設けられる。上部導電層34は、例えばITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電材料である。上部導電層34は、絶縁膜27の表面に倣って設けられ、絶縁膜27に設けられたコンタクトホールH1を介してn型半導体層32と接続される。また、上部導電層34は、絶縁膜27に設けられたコンタクトホールH2を介してリセットトランジスタMrstのドレイン電極63及びゲート線GLsfと電気的に接続される。
絶縁膜28は、上部導電層34を覆って絶縁膜27の上に設けられる。絶縁膜28は、無機絶縁膜である。絶縁膜28は、フォトダイオード30への水分の侵入を抑制する保護層として設けられる。重畳導電層36は、絶縁膜28の上に設けられる。重畳導電層36は、例えばITO等の透光性を有する導電材料である。なお、重畳導電層36は、なくてもよい。
保護膜29は、重畳導電層36を覆って絶縁膜28の上に設けられる。保護膜29は、有機保護膜である。保護膜29は、検出装置1の表面を平坦化するように形成される。
本実施形態では、フォトダイオード30のp型半導体層33及び下部導電層35が、各トランジスタと同層に設けられるので、フォトダイオード30を各トランジスタと異なる層に形成した場合に比べて製造工程を簡略化できる。
なお、図12に示すフォトダイオード30の断面構成は、あくまで一例である。これに限定されず、例えば、フォトダイオード30は、各トランジスタと異なる層に設けられていてもよく、絶縁膜26の上にp型半導体層33、i型半導体層31及びn型半導体層32の順に積層されて設けられてもよい。
以上説明したように、本実施形態の検出装置1は、検出領域AAを有する基板21(アレイ基板2)と、検出領域AAに設けられた複数のフォトダイオード30と、複数のフォトダイオード30のそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズ78と、検出領域AAの外周と基板21の端部との間の周辺領域GAに設けられ、複数のフォトダイオード30と非重畳に設けられた複数のダミーレンズ78Dと、を有する。
これによれば、ダミーレンズ78Dが設けられているので、検出領域AAの中央部でのレンズ78の配置ピッチと、検出領域AAの外縁部でのレンズ78(及びダミーレンズ78D)の配置ピッチと、のばらつきを抑制することができる。これにより、検出領域AAの中央部と外縁部とで、プロセス条件のばらつきが発生することを抑制できる。したがって、検出領域AAのレンズ78の形状のばらつきが抑制され、検出装置1は、検出精度を向上させることができる。
図13は、変形例4に係るアレイ基板及び光フィルタを示す平面図である。図13に示すように、変形例4に係る検出装置1Aにおいて、アレイ基板2は、検出領域AAと、周辺領域GA1と、ダミー領域GA2と、を有する。検出領域AAには、上述した実施形態と同様に、複数のフォトダイオード30及び複数のフォトダイオード30に重畳する複数のレンズ78が設けられる。
ダミー領域GA2は、検出領域AAと周辺領域GA1との間に設けられ、矩形枠状を成し、検出領域AAを囲んでいる。ダミー領域GA2は、検出領域AAの外周と基板21の端部との間に設けられる。言い換えると、周辺領域GA1及びダミー領域GA2は、周辺領域GA(図3、図4参照)に含まれる。
ダミー領域GA2には、指紋等を検出しないダミー素子3Dが設けられる。ダミー素子3Dは、それぞれ、ダミーフォトダイオード30Dを有する。ダミーフォトダイオード30Dは、検出素子3のフォトダイオード30と同様のPINフォトダイオードである。ただし、ダミー素子3Dは、読出トランジスタMrd及びソースフォロワトランジスタMsf(図5参照)を有していない。よって、ダミー素子3Dのダミーフォトダイオード30Dは、少なくとも検出領域AAに設けられた出力信号線SL(図5参照)と非接続である。よって、ダミーフォトダイオード30Dで発生した信号(電荷)は、検出信号Vdetとして出力信号線SLに出力されない。なお、ダミー素子3Dの詳細な回路構成は省略するが、ダミー素子3Dは、検出素子3として機能しない回路構成であれば、どのような構成であってもよい。
光フィルタ7Aのダミーレンズ78Dは、ダミーフォトダイオード30Dが有する部分フォトダイオード30SDと重畳して設けられる。ダミーレンズ78D及び部分フォトダイオード30SDの配置パターン、配置ピッチは、検出領域AAでのレンズ78及び部分フォトダイオード30Sの配置パターン、配置ピッチと等しい。なお、図13では、ダミー素子3Dは、検出領域AAの周囲に1列分設けられているが、例えば2列以上設けられていてもよい。より好ましくは、ダミーレンズ78D及び部分フォトダイオード30SDは、検出領域AAの周囲に10列程度設けられることが好ましい。
なお、ダミーフォトダイオード30Dの部分フォトダイオード30SDと重畳する領域には、図10に示す例と同様に、第1遮光層71及び第2遮光層72が設けられる。本変形例においても、第1遮光層71の第1開口OP1及び第2遮光層72の第2開口OP2の少なくとも一方が形成されない構成とすることで、部分フォトダイオード30SDに入射する光L2を遮光することができる。
本変形例では、ダミーレンズ78Dと重畳する領域にダミーフォトダイオード30Dが設けられるので、検出領域AAの中央部でのフォトダイオード30及びレンズ78の積層構造と、ダミー領域GA2でのダミーフォトダイオード30D及びダミーレンズ78Dの積層構造と、のばらつきが抑制される。これにより、検出領域AAの周縁部におけるレンズ78の形状を検出領域AAの中央部におけるレンズ78の形状と同形状に形成し、検出領域AAの周縁部における検出精度と検出領域AAの中央部における検出精度とのばらつきを抑制し、特に検出領域AAの周縁部における検出精度の低下を抑制することができる。また、ダミーフォトダイオード30Dが設けられているので、検出領域AAのフォトダイオード30の配置ピッチ(配置密度)のばらつきが抑制される。これにより、検出領域AAの中央部に位置するフォトダイオード30に発生する寄生容量と、検出領域AAの周縁部に位置するフォトダイオード30に発生する寄生容量とのばらつきが抑制される。この結果、検出装置1Aは、フォトダイオード30の検出信号Vdetのばらつきが抑制され、検出精度を向上させることができる。
なお、本変形例は、上述した実施形態と組み合わせることができる。すなわち、1つの検出装置1で、周辺領域GAの一部の領域では、ダミーレンズ78Dは、走査線駆動回路15と重畳して設けられ、周辺領域GAの他の領域では、ダミーレンズ78Dは、ダミーフォトダイオード30Dと重畳して設けられていてもよい。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも1つを行うことができる。
1、1A 検出装置
2 アレイ基板
3 検出素子
3D ダミー素子
7、7A 光フィルタ
10 センサ部
21 基板
29 保護膜
30 フォトダイオード
30S、30S-1、30S-2、30S-3、30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8、30SD 部分フォトダイオード
30D ダミーフォトダイオード
71 第1遮光層
72 第2遮光層
73 フィルタ層
74 第1透光性樹脂層
75 第2透光性樹脂層
78、78-1、78-2、78-6、78-8 レンズ
78D ダミーレンズ
AA 検出領域
GA、GA1 周辺領域
GA2 ダミー領域
OP1 第1開口
OP2 第2開口
2 アレイ基板
3 検出素子
3D ダミー素子
7、7A 光フィルタ
10 センサ部
21 基板
29 保護膜
30 フォトダイオード
30S、30S-1、30S-2、30S-3、30S-4、30S-5、30S-6、30S-7、30S-8、30SD 部分フォトダイオード
30D ダミーフォトダイオード
71 第1遮光層
72 第2遮光層
73 フィルタ層
74 第1透光性樹脂層
75 第2透光性樹脂層
78、78-1、78-2、78-6、78-8 レンズ
78D ダミーレンズ
AA 検出領域
GA、GA1 周辺領域
GA2 ダミー領域
OP1 第1開口
OP2 第2開口
Claims (8)
- 検出領域を有する基板と、
前記検出領域に設けられた複数のフォトダイオードと、
複数の前記フォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられた複数のレンズと、
前記検出領域の外周と前記基板の端部との間の周辺領域に設けられ、複数の前記フォトダイオードと非重畳に設けられた複数のダミーレンズと、を有する
検出装置。 - 前記検出領域に設けられた複数の走査線と、
前記周辺領域に設けられ、複数の前記走査線に接続された駆動回路と、を有し、
複数の前記ダミーレンズは、前記駆動回路に重畳して設けられる
請求項1に記載の検出装置。 - 前記検出領域に設けられた複数の信号線と、
前記周辺領域に設けられ、少なくとも前記信号線と非接続に設けられた複数のダミーフォトダイオードと、を有し、
複数の前記ダミーレンズは、複数の前記ダミーフォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられる
請求項1又は請求項2に記載の検出装置。 - 複数の前記フォトダイオードを覆う有機保護膜と、
複数の前記有機保護膜と複数の前記レンズとの間に設けられ、複数の前記フォトダイオードのそれぞれに重畳する領域に第1開口が設けられた第1遮光層と、
前記第1遮光層と、複数の前記レンズとの間に設けられ、複数の前記フォトダイオード及び複数の前記第1開口のそれぞれに重畳する領域に第2開口が設けられた第2遮光層と、
前記第1遮光層と前記第2遮光層との間に設けられた第1透光性樹脂層と、
前記第2遮光層と複数の前記レンズとの間に設けられた第2透光性樹脂層と、を有し、
前記第1遮光層は、前記有機保護膜の上に直接、接して設けられる
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の検出装置。 - 前記第1遮光層及び前記第2遮光層は、前記検出領域、及び、前記周辺領域の複数の前記ダミーレンズと重畳する領域に亘って設けられ、
複数の前記ダミーレンズと重畳する領域で、前記第1開口及び前記第2開口の少なくとも一方は設けられない
請求項4に記載の検出装置。 - 所定の波長帯域の光を遮光するフィルタ層を有し、
前記フィルタ層は、前記検出領域、及び、前記周辺領域の複数の前記ダミーレンズと重畳する領域に亘って設けられる
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の検出装置。 - 少なくとも一つの前記ダミーレンズの高さは、前記レンズの高さと異なる
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の検出装置。 - 一つの前記フォトダイオードは、複数の部分フォトダイオードを有し、
前記レンズは、複数の前記部分フォトダイオードのそれぞれに重畳して設けられる
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の検出装置。
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