JP2022528629A - 角度フィルタを備えた画像センサ - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本明細書は、有機光検出器(38)、及び有機光検出器から20μｍ未満離れた角度フィルタ(82)を備えている画像センサ(80)に関する。本明細書は、画像センサ(80)を製造する方法に更に関し、この方法では、有機光検出器(38)、及び有機光検出器から20μｍ未満離れた角度フィルタ(82)を形成する。

Description

本願は、画像センサに関する。
画像センサを備えた画像取得システムは一般に光学系を更に備えており、光学系は、画像センサの高感度部分と撮像対象との間に配置されており、撮像対象の鮮明な画像を画像センサの高感度部分に形成することができる。従来の光学系は、画像取得システムの光軸に沿って一連の固定レンズ又は可動レンズを備え得る。
ある用途では、特に嵩高さの理由から、このような光学系を設けることが不可能である。
実施形態の目的は、撮像対象の鮮明な画像を画像センサの高感度部分に形成する光学系が設けられない場合に、画像取得システムの画像センサによって取得する画像の鮮明さを高めることである。
実施形態の別の目的は、画像センサの高感度部分の表面積が１平方センチメートルより大きいことである。
実施形態の別の目的は、撮像対象と画像センサの高感度部分との距離が１センチメートルより短いことである。
実施形態は、有機光検出器、及び前記有機光検出器から20μｍ未満離れた角度フィルタを備えている、画像センサを提供する。
実施形態は、画像センサを製造する方法であって、有機光検出器、及び前記有機光検出器から20μｍ未満離れた角度フィルタを形成する、方法を更に提供する。
実施形態によれば、前記画像センサは、放射光を受ける表面を有し、前記有機光検出器は、前記放射光を検出するように構成されており、前記角度フィルタは、前記画像センサを覆っており、前記表面に直交する方向に対する入射角が閾値より大きい前記放射光の光線を遮断して、前記表面に直交する方向に対する入射角が前記閾値より小さい前記放射光の光線を通すように構成されている。
実施形態によれば、前記角度フィルタは、前記放射光を通さない層、及び前記層に形成された開口部のアレイを有しており、前記開口部に、空気又は前記放射光を少なくとも部分的に通す材料が充填されている。
実施形態によれば、前記表面に垂直に測定された前記開口部の高さ対前記表面に平行に測定された前記開口部の幅の比が、前記開口部毎に１～１０の範囲内である。
実施形態によれば、前記開口部は行及び列に配置されており、同一の行又は同一の列の隣り合う開口部間のピッチが10μｍ～60μｍの範囲内である。
実施形態によれば、前記表面に直交する方向に沿って測定された各開口部の高さが、１μｍ～１ｍｍの範囲内である。
実施形態によれば、前記表面と平行に測定された各開口部の幅が、５μｍ～30μｍの範囲内である。
実施形態によれば、前記画像センサは、基板、薄膜トランジスタを含む層の第１の積層体、及び前記有機光検出器を含む層の第２の積層体を備えている。
実施形態によれば、前記角度フィルタは、前記基板内、前記基板と前記第１の積層体との間、前記第１の積層体内、又は前記第１の積層体と前記第２の積層体との間に配置されている。
実施形態によれば、前記有機光検出器は、前記角度フィルタを横切るビアによって前記第１の積層体のトランジスタに連結されている。
実施形態によれば、前記画像センサは、前記有機光検出器を覆っている、酸素及び湿度に対して緊密な封止膜を備えており、前記角度フィルタは、前記第１の積層体と反対の前記有機光検出器の側で前記有機光検出器と前記封止膜との間で前記有機光検出器を覆っている。
実施形態によれば、前記画像センサ又は方法は、前記開口部を覆うレンズを更に備えている。
実施形態によれば、前記有機光検出器は有機フォトダイオードを有している。
前述及び他の特徴及び利点は、添付図面を参照して本発明を限定するものではない実例として与えられる以下の特定の実施形態に詳細に記載されている。
画像センサの例を示す電気回路図である。 図１の画像センサの例を示す部分的な平面略図である。 図２の画像センサを示す部分的な断面略図である。 角度フィルタを備えた画像センサの例を示す部分的な断面略図である。 角度フィルタを備えた画像センサの実施形態を示す部分的な断面略図である。 図５に示されている角度フィルタの実施形態を示す部分的な断面略図である。 図６に示されている角度フィルタを示す部分的な平面略図である。 角度フィルタの別の実施形態を示す部分的な拡大断面略図である。 角度フィルタの別の実施形態を示す部分的な拡大断面略図である。 角度フィルタを備えた画像センサの別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 角度フィルタを備えた画像センサの別の実施形態を示す部分的な断面略図である。 図５に示されている画像センサを製造する方法の実施形態の工程を示す部分的な断面略図である。 本方法の別の工程を示す図である。 本方法の別の工程を示す図である。 本方法の別の工程を示す図である。 本方法の別の工程を示す図である。 本方法の別の工程を示す図である。 本方法の別の工程を示す図である。
同様の特徴が、様々な図面で同様の参照符号によって示されている。特に、様々な実施形態に共通する構造的特徴及び／又は機能的特徴は同一の参照符号を有してもよく、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有してもよい。明瞭化のために、本明細書に記載されている実施形態の理解に有用な要素のみが図示され、詳細に記載されている。特に、画像センサの動作は詳述されておらず、記載された実施形態は通常の画像センサと適合する。
以下の開示では、特に示されていない場合、「前」、「後ろ」、「最上部」、「底部」、「左」、「右」などの絶対位置、若しくは「上方」、「下方」、「高」、「低」などの相対位置を限定する文言、又は「水平」、「垂直」などの向きを限定する文言を参照するとき、この文言は図面の向き、又は通常の使用中の画像センサの向きを指す。特に指定されていない場合、「約」、「略」、「実質的に」及び「程度」という表現は、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。特に指定されていない場合、「約」、「略」、「実質的に」及び「程度」という表現は、該当する値の１０％の範囲内、好ましくは５％の範囲内を表す。
光検出器のアクティブ領域という表現は、光検出器が受ける電磁放射線の大部分を取り込む領域を表す。以下の記載では、光電子部品のアクティブ領域が主に、好ましくは完全に少なくとも１つの有機材料又は有機材料の混合物で形成されている場合、その光電子部品は有機と称される。
層の透過率は、層から出る放射光の強度対層に入る放射光の強度の比に相当し、入射放射光の光線は層に垂直である。以下の記載では、層又は膜を通る放射光の透過率が10％未満であるとき、その層又は膜は放射光を通さないとする。以下の記載では、層又は膜を通る放射光の透過率が10％を超えるとき、その層又は膜は放射光を通すとする。
材料の屈折率は、画像センサによって取り込まれる放射光の波長領域に関する材料の屈折率に相当する。特に指定されていない場合、屈折率は、有用な放射光の波長領域に亘って実質的に一定とみなされ、例えば、画像センサによって取り込まれる放射光の波長範囲に亘る屈折率の平均と等しいとみなされる。
以下の記載では、「可視光線」は、400 nm～700 nmの範囲内の波長を有する電磁放射線を示し、「赤外線」は、700 nm～１mmの範囲内の波長を有する電磁放射線を示す。赤外線では、700 nm～1.4 μｍの範囲内の波長を有する近赤外線を特に識別することができる。
図１は、画像センサ10を部分的且つ概略的に示す。画像センサ10は、以下に検出アレイと称される検出素子12のアレイ11を備えている。検出素子12は行及び列に配置されてもよい。各検出素子12は、光検出器14、例えばフォトダイオードと、選択素子16、例えばソース又はドレインがフォトダイオード14の第１の電極、例えばカソードに連結されているトランジスタとを有している。画像センサ10は、選択トランジスタ16のゲートに連結されている導電性トラック20を行毎に有している選択回路18を備えている。画像センサ10は、例えば列の選択トランジスタ16のソース又はドレインに連結されている導電性トラック24を列毎に有している読み出し回路22を更に備えている。更に、フォトダイオード14の第２の電極、例えばアノードが、基準電位の電位源28に導電性トラック26によって連結されてもよい。
図２及び図３は、図１に示されている検出アレイ11に相当してもよい、等価電気回路図を有する検出アレイ30の例を部分的に簡略化して夫々示す平面図及び側断面図である。
検出アレイ30は、図３の下から上に、
－ 単層構造又は多層構造を有してもよく、図３では中間層33で覆われている基板32を有する支持体31と、
－ 薄膜トランジスタＴが形成されている積層体34（２つの薄膜トランジスタＴのみが図３に示されている）と、
－ 光検出器38、例えばOPD とも称される有機フォトダイオードが形成されている積層体35であって、薄膜トランジスタＴの１つに夫々連結されている下部電極36、下部電極36と接してフォトダイオード38のアクティブ領域が形成されている層37、及び層37と接している上部電極40を有している積層体35（２つのフォトダイオード38及び２つの下部電極36のみが図３に示されている）と、
－ 接着材料の層42と、
－ 被覆体44と
を備えている。
各フォトダイオード38は、フォトダイオード38に関連付けられている下部電極36と上部電極40との間に配置されている層37の部分に相当するアクティブ領域46を有している。変形例として、各有機フォトダイオード38は、下部電極36の１つと接している第１の界面層、第１の界面層と接しているアクティブ領域46、及びアクティブ領域46と接している第２の界面層を有してもよく、上部電極40は第２の界面層と接している。
本例によれば、積層体34は、
－ 支持体31に載置されている導電性トラック50, 51（導電性トラック50はトランジスタＴのゲート導体を形成し、図１の等価電気回路図の導電性トラック20に相当し、導電性トラック51はトランジスタＴのドレイン又はソースに連結されている）と、
－ 導電性トラック50, 51及び導電性トラック50, 51間の支持体31を覆って、トランジスタＴのゲート絶縁体を形成している誘電体材料の誘電体層52と、
－ ゲート導体50に対向して誘電体層52に載置されているアクティブ領域54と、
－ トランジスタＴのドレイン及びソースの接点を形成して誘電体層52上に延びており、特に図１の等価電気回路図の導電性トラック24に相当する導電性トラック56（導電性トラック56の一部はアクティブ領域54を下部電極36に連結し、導電性トラック56の一部は、誘電体層52を通って延びている導電性ビア57を介して導電性トラック51に電気的に連結されている）と、
－ アクティブ領域54及び導電性トラック56を覆っている誘電体材料の層58（下部電極36は層58に載置されて、絶縁層58を横切る導電性ビア60によって導電性トラック56の一部に接続されており、上部電極40は、絶縁層58, 52を横切る、図２及び図３に示されていない導電性ビアによって導電性トラック51の一部に接続されている）と
を有している。
図３では、トランジスタＴは、いわゆる逆スタガ型構造で示されている。変形例として、トランジスタＴはスタガ型であってもよい。
少なくとも１つの界面層がアクティブ領域46に接して設けられている場合、この界面層は電子注入層又は正孔注入層に相当してもよい。各界面層の仕事関数は、界面層がカソードの機能を果たすか又はアノードの機能を果たすかに応じて正孔及び／又は電子を遮断、収集又は注入することができる。より具体的には、界面層がアノードの機能を果たす場合、界面層は、正孔を注入して電子を遮断する層に相当する。そのため、界面層の仕事関数は4.5 eV以上であり、好ましくは５eV以上である。界面層がカソードの機能を果たす場合、界面層は電子を注入して正孔を遮断する層に相当する。そのため、界面層の仕事関数は4.5 eV以下であり、好ましくは4.2 eV以下である。本実施形態では、下部電極36又は上部電極40は、フォトダイオード38のための電子注入層又は正孔注入層の機能を直接果たすことが有利であり、フォトダイオード38のために、アクティブ領域46に接して電子注入層又は正孔注入層の機能を果たす界面層を設ける必要がない。
図４は、画像センサ70の例を示す側断面図である。画像センサ70は、図２及び図３に示されている検出アレイ30を備えており、開口部76が横切る不透明膜74に相当する角度フィルタ72を更に備えている。不透明膜74は、接着材料の層78を使用して積層によって被覆体44に取り付けられている。角度フィルタ72は、画像センサによって取得する画像の鮮明さを高めるために光線の入射角に応じて光線をフィルタ処理すべく適合されている。入射光線が遮断される入射角は、特に開口部76の高さ対幅の比に応じて決められる。
上部電極40の厚さは500 ｎｍ程度であってもよい。接着材料の層42, 78の厚さは25μｍ程度であってもよい。被覆体44の厚さは50μｍ程度であってもよい。そのため、図４に示されている画像センサ70の不利点は、角度フィルタ72とフォトダイオード38との距離が一般に100 μｍより大きいことである。このため、角度フィルタ72の開口部76に高さ対幅の高い比を使用しなければならない場合があり、角度フィルタ72の製造が複雑になる場合がある。更に、高さ対幅の高い比の使用により、角度フィルタ72の透過率が低下し、これは望ましくない場合がある。ある用途では、開口部76をフォトダイオード38に対して正確に配置することが望ましい。そのため、画像センサ70の不利点は、フォトダイオード38に対する角度フィルタ72の位置合わせが、追加の組み立て技術の実施を必要とし、画像センサの製造コストを増大させることである。
図５は、画像センサ80の実施形態を示す側断面図である。画像センサ80は、角度フィルタ82が基板32と積層体34との間に配置されている点を除いて、図２及び図３に示されている検出アレイ30を備えている。本実施形態では、角度フィルタ82は基板32と中間層33との間に配置されている。画像センサ80は、基板32の側に照射されるように構成されている。図２に示されているように、トランジスタＴのゲートに連結された導電性トラック50はフォトダイオード38の列間に延びており、トランジスタＴのソースに連結された導電性トラック56はフォトダイオード38の行間に延びている。そのため、導電性トラック50, 56はフォトダイオード38を覆わないので、導電性トラック50, 56は、フォトダイオード38によって取り込まれる放射光を通さなくてもよい。
角度フィルタ82は、光検出器38によって取り込まれる放射光を通さない層84であって、開口部86が横切る層84に相当する。角度フィルタ82は、基板32の側に対向する下面88、及びフォトダイオード38の側に対向する上面90を有している。下面88及び上面90は、好ましくは実質的に平面である。本実施形態では、角度フィルタ82の上面90とフォトダイオード38との距離は20μｍより短く、好ましくは10μｍより短く、より好ましくは６μｍより短い。
角度フィルタ82は、角度フィルタ82の下面88に対する入射光線の入射角に応じて入射光線をフィルタ処理することができるため、特に各光検出器38は、角度フィルタ82の下面88に垂直な軸芯に対して45°未満、好ましくは30°未満、より好ましくは20°未満、更により好ましくは10°未満の最大入射角より小さい入射角を有する光線のみを受ける。角度フィルタ82は、角度フィルタ82の下面88に垂直な軸芯に対して最大入射角より小さい入射角を有する入射放射光の入射光線を遮断することができる。
検出アレイ30は、画像センサの照明光に応じて、例えば被覆体44に亘って又は基板32に亘って配置された偏光フィルタを更に有してもよい。検出アレイ30は、光検出器38に達する放射光の波長選択を可能にすべく光検出器38に対向するカラーフィルタを更に有してもよい。
図６及び図７は、角度フィルタ82の実施形態を部分的に簡略化して夫々示す断面図及び平面図である。
基板32から測定された開口部86の高さを「ｈ」と称する。層84は、光検出器38によって検出される放射光を通さず、例えば、光検出器38によって検出される放射光を吸収する及び／又は反射する。実施形態によれば、層84は、可視域及び／又は近赤外域及び／又は赤外域の放射光を吸収する。
図７には、開口部86が正方形の断面で示されている。一般に、平面視での開口部86の断面は、円形、楕円形又は多角形であってもよく、例えば三角形、正方形又は矩形であってもよい。
実施形態によれば、開口部86は行及び列に配置されている。開口部86の大きさは実質的に同一であってもよい。行方向又は列方向に沿って測定される開口部86の幅を「ｗ」と称する。実施形態によれば、開口部86は行及び列に規則的に配置されている。開口部86の繰返しピッチ、つまり、行又は列の２つの連続する開口部86の中心間の平面視での距離を「ｐ」と称する。
図６及び図７に示されている角度フィルタ82は、入射角が基板32に対して以下の式（１）によって定められる最大入射角αより小さい入射放射光の光線のみを通す。
ｔａｎα＝ｗ／ｈ （１）
ｗ／ｈの比が小さい程、最大入射角αも小さくなる。角度フィルタ82のゼロ入射角の透過率は、角度フィルタ82の平面視での透明な表面積対吸収表面積の比に比例する。低い光レベルの用途では、透過率が画像センサ80によって集められる光の量を増加させるために可能な限り高いことが望ましい。高い光レベルの用途では、画像センサ80のブルーミングを回避すべく、透過率を減少させてもよい。
実施形態によれば、光検出器38は行及び列に分散してもよい。実施形態によれば、開口部86のピッチｐは、画像センサ80の光検出器38のピッチより小さい。この場合、複数の開口部86が、図５に概略的に示されているように光検出器38に対向して配置されてもよい。別の実施形態によれば、開口部86のピッチｐは、画像センサ80の光検出器38のピッチと同一である。そのため、各開口部86が光検出器38に対向するように、角度フィルタ82は画像センサ80と整列していることが好ましい。実施形態によれば、開口部86のピッチｐは、画像センサ80の光検出器38のピッチより大きい。この場合、複数の光検出器38が開口部86に対向して配置されてもよい。
ｈ／ｗの比が１～10の範囲内であってもよい。ピッチｐは10μｍ～60μｍの範囲内であってもよく、例えば略15μｍであってもよい。高さｈは１μｍ～１mmの範囲内であってもよく、好ましくは20μｍ～100 μｍの範囲内であってもよい。幅ｗは５μｍ～30μｍの範囲内であってもよく、例えば略10μｍであってもよい。
図８は、図６に示されている実施形態の変形例を示す部分的な断面略図であり、開口部86の断面が一定ではなく、基板32までの距離が増大するにつれて開口部86の断面は減少する。変形例として、基板32までの距離が増大するにつれて、断面が増大してもよく、基板32までの距離が増大するにつれて、減少段階、続いて拡大段階などを連続的に有してもよい。
図９は、角度フィルタ82の別の実施形態を示す部分的な断面略図である。角度フィルタ82は、図６及び図７に示されている構造を有しており、層84に載置されて開口部86を覆うマイクロレンズ92を開口部86毎に更に有している。接合層94が、マイクロレンズ92と基板32との間に配置されている。
各マイクロレンズ92により、所望の最大入射角より小さい入射角を有するが、マイクロレンズ92が設けられていない場合には開口部86の壁によって遮断されることになる入射放射光の光線の収集を高め得ることが有利である。このような実施形態は、特に光レベルが低い用途に適合されている。開口部86の充填材料は、マイクロレンズ92を形成する材料と同一であってもよい。マイクロレンズは、焦点距離ｆが夫々１μｍ～100 μｍの範囲、好ましくは１μｍ～50μｍの範囲である集光レンズであってもよい。
マイクロレンズ92のピッチは光検出器38のピッチと同一であってもよく、又は光検出器38のピッチより小さくてもよい。マイクロレンズ92が設けられている場合、角度フィルタ82の開口部86は、基本的にマイクロレンズ92と光検出器38との間の光学的な微小絞りの機能を果たすため、マイクロレンズ92が設けられていない場合に対して、開口部86のアスペクト比ｗ／ｈの制約がより小さくなる。最大入射角は、開口部86の幅ｗ及びマイクロレンズ92の曲率によって決定される。
変形例として、各マイクロレンズは、別のタイプのマイクロメートルサイズの光学素子、特にマイクロメートルサイズのフレネルレンズ、マイクロメートルサイズの屈折率分布型レンズ又はマイクロメートルサイズの回折格子と置き換えられてもよい。
図１０は、画像センサ95の実施形態を示す側断面図である。画像センサ95は、角度フィルタ82が積層体34内に配置されている点を除いて、図５に示されている画像センサ80の全ての要素を備えている。本実施形態では、角度フィルタ82は、層58を覆う絶縁層96内に配置されている。開口部86の高さｈは、絶縁層96の厚さと同じであってもよく、又は絶縁層96の厚さより小さくてもよい。絶縁層96は開口部86を充填してもよい。従って、電極36を導電性トラック56に連結するビア60は、角度フィルタ82及び絶縁層96を更に横切る。画像センサ95は、基板32の側に照射されるように構成されている。
図１１は、画像センサ100 の実施形態を示す側面図である。画像センサ100 は、角度フィルタ82が、光検出器38と反対の電極40の側で電極40上に配置されている点を除いて、図５に示されている画像センサ80の全ての要素を備えている。開口部86に、接着層42の接着材料が充填されてもよい。画像センサ100 は、被覆体44の側で照射されるように構成されている。
基板32は、光検出器38によって取り込まれる放射光を少なくとも部分的に通す材料で形成されている。基板32は剛性基板であってもよく、又は可撓性基板であってもよい。基板32は単層構造を有してもよく、又は少なくとも２層の積層体に相当してもよい。剛性基板の例として、シリコン、ゲルマニウム又はガラスの基板が挙げられる。基板32は可撓性膜であることが好ましい。可撓性基板の例として、PEN （ポリエチレンナフタレート）、PET （ポリエチレンテレフタレート）、PI（ポリイミド）、TAC （セルローストリアセテート）、COP （シクロオレフィン共重合体）又はPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）の膜が挙げられる。基板32は、例えばPEN 、PET 、PI、TAC 、COP で形成された有機層で覆われた、例えばガラスで形成された無機層を含んでもよい。基板32の厚さは５μｍ～1,000 μｍの範囲内であってもよい。実施形態によれば、基板32は、10μｍ～500 μｍの範囲、好ましくは20μｍ～300 μｍの範囲、特に75μｍ程度の厚さを有して可撓性の性質を有してもよく、すなわち、基板32は外力の作用下で壊れる又は裂けることなく変形してもよく、特に撓んでもよい。
中間層33は、検出領域30の有機層を保護するために酸素及び湿度に対して実質的に緊密な層であってもよい。中間層33は、原子層堆積法(ALD) によって堆積した一又は複数の層、例えばAl2O3 層、物理蒸着法(PVD) 又はプラズマ化学蒸着法(PECVD) によって堆積して、例えばSiN 又はSiO2で形成された層であってもよい。中間層33は単層構造を有してもよく、又は、例えば有機層及び無機層を含む少なくとも２層の積層体に相当してもよい。
導電性トラック50, 51, 56、電極40（画像センサが基板32の側で照射されるように構成されている場合）、並びに電極36及びビア60（画像センサが被覆体44の側で照射されるように構成されている場合）は、金属材料、例えば銀(Ag)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、クロム(Cr)又はモリブデン(Mo)で形成されてもよい。導電性トラック50, 51, 56、電極40（画像センサが基板32の側で照射されるように構成されている場合）、並びに電極36及びビア60（画像センサが被覆体44の側で照射されるように構成されている場合）は、単層構造又は多層構造を有してもよい。
積層体34の各絶縁層52, 58, 96は無機材料、例えば酸化シリコン(SiO2)若しくは窒化シリコン(SiN) 、又は、例えば有機樹脂で形成された絶縁有機層で形成されてもよい。
実施形態によれば、電極36, 40を形成する材料は、
－ 透明導電性酸化物(TCO) 、特に酸化インジウムスズ(ITO) 、酸化アルミニウム亜鉛(AZO) 、酸化ガリウム亜鉛(GZO) 、酸化タングステン(WO3) 、酸化ニッケル(NiO) 、酸化バナジウム(V2O5) 、酸化モリブデン(MoO3)、ITO/Ag/ITO合金、ITO/Mo/ITO合金、AZO/Ag/AZO合金、又はZnO/Ag/ZnO合金、
－ 金属又は金属合金、例えば銀(Ag)、金(Au)、鉛(Pb)、パラジウム(PD)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、タングステン(W) 、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、又はマグネシウム及び銀の合金(MgAg)、
－ 炭素、銀及び／又は銅のナノワイヤ、
－ グラフェン、
－ 導電性ポリマー、特にポリ(3,4)-エチレンジオキシチオフェン及びポリスチレンスルホン酸ナトリウムの混合物であるPEDOT/PSS ポリマー、又はポリアニリン、並びに
－ これらの材料の少なくとも２つの混合物
を含む群から選択されている。
検出アレイ30が、被覆体44を通ってフォトダイオード38に達する放射光に曝される場合、電極40及び被覆体44は、フォトダイオード38によって取り込まれる電磁放射線を少なくとも部分的に通す。電極40は、例えばTCO 又はドープされたポリマー、例えばPEDOT:PSS で形成されている。そのため、電極36及び基板32は、フォトダイオード38によって取り込まれる電磁放射線を通さなくてもよい。放射光が基板32を通ってフォトダイオード38に達する場合、電極36及び基板32は、フォトダイオード38によって取り込まれる電磁放射線を少なくとも部分的に通す材料で形成されている。電極36は、例えばTCO で形成されている。そのため、電極40は、フォトダイオード38によって取り込まれる電磁放射線を通さなくてもよい。
画像センサが被覆体44の側で照射される場合、接着材料の接着層42は可視光線を通す、又は部分的に通す。接着材料の接着層42は、好ましくは実質的に気密及び水密である。接着材料の接着層42を形成する材料は、ポリエポキシド及びポリアクリレートを含む群から選択されている。ポリエポキシドの内、接着材料の接着層42を形成する材料は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、特にビスフェノールＡジグリシジルエーテル(DGEBA) 及びビスフェノールＡ及びテトラブロモビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、特にフェノールノボラック型エポキシ樹脂(EPN) 、及びクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(ECN) 、脂肪族エポキシ樹脂、特にグリシジル基を有するエポキシ樹脂、及び脂環式エポキシド、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、特にメチレンジアニリンのグリシジルエーテル(TGMDA) 、及びこれらの化合物の少なくとも２つの混合物を含む群から選択されてもよい。ポリアクリレートの内、接着材料の接着層42を形成する材料は、アクリル酸、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、メタクリレート、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、2-クロロエチルビニルエーテル、2-アクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA) 又はこれらの製品の誘導体を含む単量体から形成されてもよい。接着材料の接着層42が少なくとも１つのポリエポキシド又は１つのポリアクリレートを含む場合、接着材料の接着層42の厚さは、１μｍ～50μｍの範囲内であり、好ましくは５μｍ～40μｍの範囲内であり、特に15μｍ程度である。
被覆体44は可撓性膜である。可撓性膜の例として、PEN （ポリエチレンナフタレート）、PET （ポリエチレンテレフタレート）、PI（ポリイミド）、TAC （セルローストリアセテート）、COP （シクロオレフィン共重合体）又はPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）の膜が挙げられる。被覆体44の厚さは５μｍ～1,000 μｍの範囲内であってもよい。被覆体44は、検出アレイ30の有機層を保護するために酸素及び湿度に対して実質的に緊密な少なくとも１つの層を含んでもよい。被覆体44は、例えばPECVD によって堆積した少なくとも１つのSiN 層、及び／又は、例えばALD によって堆積した１つの酸化アルミニウム層(Al2O3) を含んでもよい。
フォトダイオード38が形成されている層37は、小分子、オリゴマー又はポリマーを含んでもよい。これらは有機材料であってもよく無機材料であってもよい。層37は、両極性半導体材料を含んでもよく、つまり、例えば積層の形態又はバルクヘテロ接合を形成すべくナノメートルスケールで均質な混合物の形態でＮ型半導体材料及びＰ型半導体材料の混合物を含んでもよい。層37の厚さは、50nm～２μｍの範囲内であってもよく、例えば500 nm程度であってもよい。
層37を形成することができるＰ型半導体ポリマーの例として、ポリ（3-ヘキシルチオフェン）(P3HT)、ポリ［N-9'-ヘプタデカニル-2,7-カルバゾール-alt-5,5-（4,7-di-2-チエニル-2',1',3'-ベンゾチアジアゾール）］(PCDTBT)、ポリ［（4,8-bis-（2-エチルヘキシルオキシ）－ベンゾ［1,2-b;4, 5-b'］ジチオフェン）-2,6-ジイル-alt-（4-（2-エチルヘキサノイル）－チエノ［3,4-b］チオフェン）-2,6-ジイル］(PBDTTT-C)、ポリ［2-メトキシ-5-（2-エチル－ヘキシルオキシ）-1,4-フェニレン－ビニレン］(MEH-PPV) 、又はポリ［2,6-（4,4-bis-（2-エチルヘキシル）-4H-シクロペンタ［2,1-b;3,4-b'］ジチオフェン）-alt-4,7（2,1,3-ベンゾチアジアゾール）］(PCPDTBT) が挙げられる。
層37を形成することができるＮ型半導体材料の例として、フラーレン、特にC60 、[6,6]-フェニル-C61- メチルブタノエート（[60]PCBM）、[6,6]-フェニル-C71- メチルブタノエート（[70]PCBM）、ペリレンジイミド、酸化亜鉛(ZnO) 、又は量子ドットの形成を可能にするナノ結晶が挙げられる。
界面層が設けられている場合、各界面層の厚さは0.1 nm～１μｍの範囲内であってもよい。界面層の内の１つは、炭酸セシウム(CSCO3) 、金属酸化物、特に酸化亜鉛(ZnO) 、又はこれらの化合物の少なくとも２つの混合物で形成されてもよい。界面層の内の１つは、自己組織化された単分子層又はポリマー、例えばポリエチレンイミン、エトキシ化ポリエチレンイミン、ポリ［（9,9-bis（3'-（N,N-ジメチルアミノ）プロピル）-2,7-フルオレン）-alt-2,7-（9,9-ジオクチルフルオレン）］を含んでもよい。他の界面層は、酸化銅(CuO) 、酸化ニッケル(NiO) 、酸化バナジウム(V2O5)、酸化マグネシウム(MgO) 、酸化タングステン(WO3) 、又はこれらの化合物の少なくとも２つの混合物で形成されてもよい。
アクティブ領域54は、ポリシリコン、特に低温多結晶シリコン(LTPS)、アモルファスシリコン(aSi) 、インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物(IGZO)、ポリマーで形成されてもよく、又は有機薄膜トランジスタ(OTFT)の形成に既知のように使用される小分子を含んでもよい。
実施形態によれば、層84全体が、角度的にフィルタ処理される波長を少なくとも吸収する材料で形成されてもよい。層84は、着色樹脂、例えば着色又は黒色のSU-8樹脂で形成されてもよい。例として、層84は、可視域及び近赤外域の放射光を吸収する黒色樹脂で形成されてもよい。開口部86に空気が充填されてもよく、又は光検出器38によって検出される放射光を少なくとも部分的に通す材料、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)が充填されてもよい。変形例として、角度フィルタ82によって角度的にフィルタ処理される光線を色に関してフィルタ処理するために、部分的に吸収する材料が開口部86に充填されてもよい。そのため、角度フィルタ82はカラーフィルタの機能を更に果たしてもよい。このため、角度フィルタ82とは異なるカラーフィルタが設けられている場合と比較してシステムの厚さを減少させることが可能になる。部分的に吸収する充填材料は、PDMSのような着色樹脂又は着色されたプラスチック材料であってもよい。開口部86の充填材料は、角度フィルタ82と接する層と屈折率を一致させるため、又は構造を堅くして角度フィルタ82の機械抵抗を高めるために適合されてもよい。
マイクロレンズ92が設けられている場合、マイクロレンズ92は、シリカ、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポジ型レジスト、PET 、PEN 、COP 、ポリジメチルシロキサン(PDMS)及びシリコーンの混合物、又はエポキシ樹脂で形成されてもよい。マイクロレンズ92は、レジストブロックを変形することにより形成されてもよい。マイクロレンズ92は更に、PET 、PEN 、COP 、PDMS／シリコーン又はエポキシ樹脂の層上に成型により形成されてもよい。
接合層94は、光学透明接着剤(OCA) 、特に液状光学透明接着剤(LOCA)、又は低屈折率の材料、又はエポキシ樹脂／アクリル系接着剤、又はガス若しくはガス状混合物、例えば空気の膜から形成されてもよい。接合層94がマイクロレンズ92の形状に沿う場合、接合層94は、マイクロレンズ92の材料の屈折率より低い低屈折率の材料で形成されていることが好ましい。接合層94は、非粘着性の透明な材料である充填材料で形成されてもよい。別の実施形態によれば、接合層94は、マイクロレンズ92のアレイが当接する膜、例えばOCA 膜に相当する。この場合、接合層94とマイクロレンズ92との接触領域は減少してもよく、例えばマイクロレンズの最上部に限定されてもよい。そのため、接合層94は、接合層94がマイクロレンズ92の形状に沿う場合より高い屈折率の材料で形成されてもよい。
対象とする材料に応じて、画像センサの少なくともある層を形成する方法は、例えば、特にはソル－ゲル形態で所望の位置に有機層を形成する材料の直接印刷によるいわゆるアディティブ処理、例えばインクジェット印刷、グラビア印刷、シルクスクリーン、フレキソ印刷、スプレーコーティング又はドロップキャストによるアディティブ処理に相当してもよい。対象とする材料に応じて、画像センサの層を形成する方法は、いわゆるサブトラクティブ法に相当してもよく、この方法では、有機層を形成する材料を構造全体に堆積させ、その後、例えばフォトリソグラフィ又はレーザアブレーションによって未使用部分を除去する。スピンコーティング、スプレーコーティング、ヘリオグラフィ、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、フレキソ印刷又はシルクスクリーンのような方法を特に使用してもよい。層が金属製であるとき、金属を、例えば支持体全体に蒸着法又はカソードスパッタリング法によって堆積させ、金属層をエッチングによって画定する。
画像センサの層の少なくとも一部を印刷技術によって形成してもよいことが有利である。前述した層の材料を、液体の形態で、例えばインクジェットプリンタにより導電性の半導体インクの形態で堆積させてもよい。ここで、「液体の形態の材料」は、印刷技術によって堆積可能なゲル材料を更に表す。アニール工程を異なる層の堆積間に行ってもよいが、アニール温度は150 ℃を超えないことが可能であり、堆積及び場合によってアニールを大気圧で行ってもよい。
図１２～１８は、図５に示されている画像センサ80を製造する方法の実施形態の連続的な工程で得られた構造を示す断面図であり、この方法は、
ａ）例えば２つの層102, 104の積層体を含む基板32を形成する工程（図１２）、
ｂ）高さｈと実質的に等しい厚さを有する着色樹脂の層84を基板32上に堆積させる工程（図１３）、
ｃ）フォトリソグラフィにより樹脂層84に開口部86のパターンを印刷して樹脂層を現像して開口部86を形成する工程（図１４）、
ｄ）開口部86を充填する工程（図１５）、
ｅ）中間層33を形成する工程（図１６）、
ｆ）トランジスタを含む積層体34を形成する工程（図１７）、及び
ｇ）フォトダイオードに関連付けられた層の積層体35を形成する工程（図１８）
を連続的に有する。
この方法の最後の工程は、被覆体44及び接着材料の層42を適用する工程を特に有する。
図１０に示されている画像センサ95を製造する方法の実施形態は、工程ｂ）、工程ｃ）及び工程ｄ）を工程ｆ）の後に実行する点を除いて、図１２～１８に関連して前述した工程を有する。画像センサ80, 95を製造する方法の利点は、角度フィルタ82の不透明層84の堆積に使用される溶媒が層37を劣化させ得るので、角度フィルタ82の不透明層84が層37と接して堆積していないことである。
図１１に示されている画像センサ100 を製造する方法の実施形態は、工程ｂ）、工程ｃ）及び工程ｄ）を工程ｇ）の後であって、被覆体44及び接着材料の層42を適用する前に実行する点を除いて、図１２～１８に関連して前述した工程を有する。画像センサ80, 95, 100 を製造する方法の利点は、開口部86を形成する工程が被覆体44を劣化させる場合があるので、角度フィルタ82の不透明層84が被覆体44と接して堆積しないことである。
様々な実施形態及び変形例が述べられている。当業者は、これらの様々な実施形態及び変形例のある特徴を組み合わせてもよいと理解し、他の変形例が当業者に想起される。特に、図６～９に示されている角度フィルタ82の実施形態は、図５，１０及び１１に示されている画像センサのいずれかと共に実施されてもよい。最後に、本明細書に記載されている実施形態及び変形例の実際の実施は、上記に記載されている機能的な表示に基づく当業者の技能の範囲内である。
本特許出願は、参照によって本明細書に組み込まれている仏国特許出願第19／02965 号明細書の優先権を主張している。

Claims (14)

  1. 有機光検出器(38)、及び前記有機光検出器から20μｍ未満離れた角度フィルタ(82)を備えている、画像センサ(80; 95; 100) 。
  2. 画像センサ(80; 95; 100) を製造する方法であって、
    有機光検出器(38)、及び前記有機光検出器から20μｍ未満離れた角度フィルタ(82)を形成する、方法。
  3. 前記画像センサは、放射光を受ける表面を有し、
    前記有機光検出器(38)は、前記放射光を検出するように構成されており、
    前記角度フィルタ(82)は、前記画像センサを覆っており、前記表面に直交する方向に対する入射角が閾値より大きい前記放射光の光線を遮断して、前記表面に直交する方向に対する入射角が前記閾値より小さい前記放射光の光線を通すように構成されている、請求項１又は２に記載の画像センサ又は方法。
  4. 前記角度フィルタ(82)は、前記放射光を通さない層(84)、及び前記層に形成された開口部(86)のアレイを有しており、前記開口部に、空気又は前記放射光を少なくとも部分的に通す材料が充填されている、請求項３に記載の画像センサ又は方法。
  5. 前記表面に垂直に測定された前記開口部の高さ対前記表面に平行に測定された前記開口部の幅の比が、前記開口部(86)毎に１～１０の範囲内である、請求項４に記載の画像センサ又は方法。
  6. 前記開口部(86)は行及び列に配置されており、同一の行又は同一の列の隣り合う開口部間のピッチが10μｍ～60μｍの範囲内である、請求項４又は５に記載の画像センサ又は方法。
  7. 前記表面に直交する方向に沿って測定された各開口部(86)の高さが、１μｍ～１ｍｍの範囲内である、請求項４～６のいずれか１つに記載の画像センサ又は方法。
  8. 前記表面と平行に測定された各開口部(86)の幅が、５μｍ～30μｍの範囲内である、請求項４～７のいずれか１つに記載の画像センサ又は方法。
  9. 前記画像センサ(80; 95; 100) は、基板(32)、薄膜トランジスタ(T) を含む層の第１の積層体(34)、及び前記有機光検出器(38)を含む層の第２の積層体(35)を備えている、請求項１～８のいずれか１つに記載の画像センサ又は方法。
  10. 前記角度フィルタ(82)は、前記基板(32)内、前記基板(32)と前記第１の積層体(34)との間、前記第１の積層体(34)内、又は前記第１の積層体と前記第２の積層体(35)との間に配置されている、請求項９に記載の画像センサ又は方法。
  11. 前記有機光検出器(38)は、前記角度フィルタ(82)を横切るビア(60)によって前記第１の積層体のトランジスタに連結されている、請求項９又は１０に記載の画像センサ又は方法。
  12. 前記画像センサは、前記有機光検出器(38)を覆っている、酸素及び湿度に対して緊密な封止膜(44)を備えており、前記角度フィルタ(82)は、前記第１の積層体(34)と反対の前記有機光検出器の側で前記有機光検出器と前記封止膜(44)との間で前記有機光検出器(38)を覆っている、請求項９に記載の画像センサ又は方法。
  13. 前記開口部(86)を覆うレンズ(92)を更に備えている、請求項３～１２のいずれか１つに記載の画像センサ又は方法。
  14. 前記有機光検出器(38)は有機フォトダイオードを有している、請求項１～１３のいずれか１つに記載の画像センサ又は方法。
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