JP2529248Y2 - 色センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、非晶質半導体を用いてホトダイオード層を
形成する色センサの改良に関し、特にホトダイオード層
の金属電極の配線構造に関する。

〔従来の技術〕

従来の色センサとして例えば特開昭58−125867号公報
があり、光活性層となるホトダイオード層の領域に単結
晶の半導体を用いた色センサとして第11図に示すものが
知られており、一方、非晶質の半導体を用いた色センサ
として第12図に示すものが知られている。

すなわち、第11図に示す色センサのホトダイオード層
Ｄは層52と層54とでｐ−ｎ接合を形成した単結晶シリコ
ンを主体としている。さらに、このホトダイオード層Ｄ
上に赤色系フィルタ55、緑色系フィルタ56、青色系フィ
ルタ57の色フィルタを設けて、各色フィルタに紫外線カ
ットフィルタ58と赤外線カットフィルタ59とを順次積層
して３種類の波長帯域の光に感応するホトダイオード層
Ｄを形成している。

また、第12図に示す色センサは、ガラス等の透光性の
絶縁基板61の一主面に赤色系フィルタ65、緑色系フィル
タ66、青色系フィルタ67の色フィルタが配設されてお
り、絶縁基板61の他の主面に前記各色フィルタの対向す
る位置に酸化スズ等の透明導電膜62が設けられ、各透明
導電膜62上にホトダイオ−ド層Ｄが設けられ、該ホトダ
イオード層Ｄ上にアルミニウム等の第１金属膜64が設け
られている。ホトダイオード層Ｄはｐ−ｉ−ｎ接合を形
成した非晶質シリコンを主体としている。このように、
ホトダイオード層Ｄは各色フィルタに対向した位置に形
成されており、各ホトダイオード層Ｄがそれぞれ異なる
波長帯域の光を感応するようになっている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記提案の色センサでは赤色系フィル
タ55、65、緑色系フィルタ56、66、及び青色系フィルタ
57、67で被覆されたホトダイオード層Ｄの領域が色フィ
ルタの色数だけ設けられているため、このような色セン
サを電子機器等の凹部等に取り付けた場合に、斜めに光
が入射して特定の色フィルタ上にのみ影がかかるような
ことがあり、色センサとして機能しないという問題点が
あった。

〔考案の目的〕

そこで、本考案は上記従来技術の問題点を解決すると
ともにホトダイオード層からの色情報を取り出す端子位
置の制約が少なく、また、例えば色センサの回路基板に
おける実装密度をも向上させて、色センサを用いる装置
の小型化等が図れるような色センサを提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は以下に述べる手段によって解決される。

すなわち、 透光性の絶縁基板の一主面上に隣接する色どうしが互
いに異なるように同一形状の色フィルタを縦横同数ずつ
配設し、該色フィルタ上に透明導電膜を設け、該透明導
電膜上に非晶質半導体を主体とするホトダイオード層を
設け、該ホトダイオード層上の前記各色フィルタに対応
する位置にオーミックコンタクト用の第１金属膜を島状
に設け、該第１金属膜上に開口を有する絶縁膜で前記ホ
トダイオード層上を被覆し、かつそのホトダイオード層
上で同一色の色フィルタに対応する位置に設けた第１金
属膜どうしを接続する導電パターンをもった第２金属膜
を前記絶縁膜上に設けて成る色センサによって上記課題
は解決される。

〔作用〕

次に、本考案の作用について説明する。

上記構成の色センサは、隣合うホトダイオード層の領
域が互いに異なる波長帯域の光を受光し、かつ同一の波
長帯域の光を受光するホトダイオード層の領域どうしを
第２金属膜で電気的に接続している。

したがって、従来の色センサのように特定の色フィル
タにのみ影がかかることはなく、各色フィルタには均等
に影がかかるので色センサとしての機能を果たすことが
できる。

また、ホトダイオード層の任意の一列の領域から全種
の色フィルタの透過光の情報が得られるので、例えばホ
トダイオード層からの色情報を処理するICチップと電気
的に接続する場合に、ICの入力端子位置の制約を受ける
ことの少ないホトダイオード層の出力端子位置を決定す
ることができる。

さらに、例えばホトダイオード層の受光面の裏面側に
ICチップを貼着させること等により色センサを小型にす
ることもできる。

〔実施例〕

＜第１実施例＞ 本考案に係る第１実施例を第１図〜第５図に基づいて
詳細に説明する。

第１図（ａ）はセンサ１にICチップ２を貼着した様子
を示す斜視図であり、第１図（ｂ）は耐熱性及び耐湿性
の樹脂である封止部材４によりセンサ１とICチップ２と
を一体に封止してパッケージ化した色センサの斜視図で
ある。

図中Ａはセンサ１の受光面であり、この面に後記する
透光性の絶縁基板が設けられている。センサ１の他方の
面Ｚには金属膜（後記する第３金属膜）20が絶縁膜（後
記する第３絶縁膜）21の開口21aに露出しており、さら
に、センサ１からの信号を入力して処理するICチップ２
を貼着している。ここで、ICチップ２は導電性の接着剤
である銀ペースト（例えばドータイト，藤倉化成製）に
よって絶縁膜21上に貼着されている。また、金属膜20と
ICチップ２とをボンディング線５で電気的に接続してお
り、センサ１からの信号（色情報）を処理するようにな
っている。さらに、リード３によって外部と電気的に接
続されるようにしている。ICチップ２上の図示左端の表
記R,G,Bは、それぞれセンサ１からの赤色，緑色，青色
の色情報を得る入力端子となっている。また、図中GND
はアース端子である。

第２図（ａ）はセンサ１の構成を各層別に分解して示
した斜視図であり、第２図（ｂ）が第２図（ａ）の各層
を一体にしたセンサ１の斜視図である。以下、第２図
（ａ）の図示下側から順に説明する。

図中10は素子体であり、それを拡大した部分縦断面図
を第３図に示し、主に第３図を参照しながら素子体10に
ついて説明する。図中11は透光性の絶縁基板である。こ
こで、絶縁基板11は厚さ約0.7mmの透明の石英ガラスを
用いている。なお、絶縁基板11はソーダガラス等でもか
まわない。絶縁基板11の主面上にはポリイミド、アクリ
ル等の透明樹脂中に所定の顔料を分散させた厚さ約３μ
ｍの色フィルタが形成されている。色フィルタが所定の
波長帯域の光を透過させるように赤色系フィルタ12R、
緑色系フィルタ12G、青色系フィルタ12Bの光を３原色か
らなる色フィルタとなっている。すなわち、赤色系フィ
ルタ12Rは約550nm〜約700の光を透過し、緑色系フィル
タ12Gは約450〜約600nmの光を透過し、青色系フィルタ1
2Bは約350〜約550nmの光を透過する。なお、これら色フ
ィルタの色は光の３原色となっているが、それ以外の色
でももちろんよく、色数も３つに限らない。

ここで、色フィルタについて第４図を参照にしながら
説明する。第４図は第１図においてセンサ１の面Ｚ側か
ら視た色フィルタの色の配置を示したものである。図示
左側の第１列はＲ（赤）→Ｇ（緑）→Ｂ（青）の順で色
フィルタの色が配置されており、第２列はＢ→Ｒ→Ｇの
順で、第３列はＧ→Ｂ→Ｒの順で配置されており、隣接
する色どうしが互いに異なるように色フィルタを配置し
ている。なお、上記R,G,Bの配置は一例であり、それら
位置関係は互いに交代し得るのはいうまでもない。この
ように、本実施例においては９領域のホトダイオード層
の領域を形成するために、各色フィルタ12R,12G,12Bに
より縦横３×３の合計９領域に色区分している。なお、
各色フイルタ上には色フィルタ内の顔料の流出を防止す
るために、例えば酸化窒素、窒化珪素等の透明の無機材
料やポリイミド、アクリル等の透明保護膜を被着させて
もよい。

第３図から理解されるように、色フィルタ上には厚さ
約0.05μｍの透明導電膜13が形成されている。この透明
導電膜13は後記するホトダイオード層のアノード電極と
して作用し、例えば酸化スズ、酸化インジウムもしくは
酸化インジウムスズ等が用いられる。

透明導電膜13上には、厚さ１μｍの非晶質半導体であ
るシリコンを主体とするホトダイオード層14が形成され
いる。このホトダイオード層14はｐ−ｉ−ｎ接合の非晶
質シリコン膜となっており、色フィルタ12R,12G,12B上
において、各色フィルタを透過する光に感応する層とな
っている。ここで、ｐ層はシランガス等ににジボラン等
のｐ型ドーピングガスを混合したガスを、ｉ層は例えば
シランガスを、ｎ層がシランガス等にホスフィン等のｎ
型ドーピングガスを混合したガスをそれぞれ反応ガスと
してプラズマCVD法等により形成する。

ホトダイオード層14上には、前記した各色フィルタに
対応する位置にオーミックコンタクトをとるための第１
金属膜15が島状に設けられている。これは蒸着及びエッ
チング等により形成された厚さ約0.5〜約1.0μｍのアル
ミニウム、ニッケル等の金属膜であり、各ホトダイオー
ド層のカソード電極となっている。なお、第２図（ａ）
に図示されているようにホトダイオード層14上にはその
左端にアース用金属膜16が設けられている。

素子体10上には第１絶縁膜17が設けられている。第１
絶縁膜17は厚さ約１μｍであり、ホトダイオード層の各
色フィルタで被覆された領域の電気的接続が得られるよ
うに、第１金属膜15及びアース用金属膜16の部分に開口
17aを有している。第１絶縁膜17はポリイミド等の感光
性耐熱樹脂を使用しており、ロールコート法、スピンコ
ート法等により形成されているが、CVD法等により形成
した酸化シリコンや窒化シリコン等の薄膜を用いてもよ
い。

第１絶縁膜17上にはアルミニウム、ニッケル等の第２
金属膜18が第１金属膜15とほぼ同様な厚さで設けられて
いる。第２金属膜18は第１絶縁膜17の開口17aを覆い、
かつ同一色の色フィルタで覆われたホトダイオード層14
のカソード電極（第１金属膜15）どうしを電気的に接続
する導電パターンとなっている。ここで、第５図を参照
にしながら第２金属膜18について説明する。第５図は第
２金属膜18の平面図であり、赤色系フィルタ14Rで覆わ
れたホトダイオード層14上の第１金属膜15どうしをパタ
ーン18rによって図示左上から右下へ一本に配線し、緑
色系フィルタ14Gで覆われたホトダイオード層14上の第
１金属膜15どうしをパターン18gによって中央下から中
央左へさらに右上へ取り回して配線し、青色系フィルタ
14Bで覆われたホトダイオード層14上の第１金属膜15ど
うしをパターン18bによって中央上から中央右へさらに
左下へ取り回して配線している。なお、図中18eはアー
ス用パターンである。

第２金属膜18及び第２絶縁膜19の上には、厚さ約１μ
ｍの第３金属膜20が被覆されている。第２絶縁膜19には
ホトダイオード層の任意の一列の電極を取り出せるよう
に開口19aを有している。なお、この第２絶縁膜19も第
１絶縁膜17と同様にロールコート法、スピンコート法等
によって形成する。第２絶縁膜19及び第２金属膜18の上
には蒸着等によりアルミニウム等の第３金属膜20が第２
金属膜18とほぼ同様な厚さで設けられている。ここで、
図示左列のパターン20aはホトダイオード層14からの色
情報を前記したICチップ２の入力端子へ入力するための
端子用金属膜となっている。一方、図示右列のパターン
30bはICチップ２からの出力を外部へ出力するための端
子用金属膜となっており、第１図に示したリード３と電
気的に接続される。なお、図示右列のパターン30bはな
くともよい。パターン30bがない場合には、第１図
（ａ）においてボンディング線５が直接リード３上に接
続される。

第３金属膜20及び第２絶縁膜19の上には厚さ約１μｍ
の第３絶縁膜21が被覆されている。第３絶縁膜21も上記
他の絶縁膜と同様にロールコート法、スピンコート法等
で形成したものである。この第３絶縁膜21はICチップ２
がパターン20aに接触しないようにするために設けてい
る。

このように、色フィルタから絶縁膜32までの厚みは、
10μｍ以下のきわめて薄い層となっている。

以上のように、センサ１とICチップ２との電気的接続
がしやすいように第３絶縁膜21の開口21aに第３金属膜2
0を形成している。センサ１からの信号はICチップ２の
片側にのみ入力され、ICチップ２のもう一方の側からリ
ード３へ出力されるようになっている。これにより、リ
ード３は一方の側にのみ導出する態様となり、色センサ
の回路基板への実装面積をきわめて小さくすることがで
きるようになっている。

また、第１図（ａ）において図示左側の電極の列にリ
ード３と同様なロードを対称に設けてもよい。すなわ
ち、このようにすることによって、色センサを製造する
際にセンサ１を支持することができ、これにより、セン
サ１とICチップ２とのボンディング作業をしやすくする
ことができる。また、このリードを用いて不良解析や照
度モニタとしても用いることができる。すなわち、この
リードからの信号を用いてICチップ２側に問題があるの
かセンサ１側に問題があるのかを調べるためのテスト用
端子にすることができる。

さらに、色フィルタの配設（第４図参照）及び第２金
属膜の各ホトダイオード層に対応した導電パターンをも
った配線構造（第５図参照）によって、たとえ上記色セ
ンサが電子機器等の凹部等に置かれて、垂直光でない斜
めの入射光によって色フィルタに影がかかっても、各色
の色フィルタが受光する面積はほぼ等しくなるので、色
センサとしての機能を損なうことはない。

＜第２実施例＞ 次に、本考案に係る第２実施例について第６図〜第10
図に基づいて説明する。

第６図は、第１実施例の第４図の色フィルタのの色区
分の数を増やした例であり、縦横６×６の合計36領域に
色区分した色フィルタとなっており、第４図と同様に隣
接する色フィルタの色は互いに異なっている。図示しな
いホトダイオード層も各色フィルタで覆われた箇所に形
成され、合計36領域できている。したがって、各ホトダ
イオード層上には図示しない第１金属膜が形成されてお
り、第１金属膜が形成されている箇所に開口を有する図
示しない第１絶縁膜がホトダイオード層上に被覆されて
いる。

また、第２実施例では図示しない各ホトダイオード層
上の金属電極どうしを電気的に接続する第２金属膜118
（第１実施例における第２金属膜18に相当）の平面図は
第７図に図示したごとくになる。この配線パターンは、
既に第５図で説明したように同一の色フィルタで覆われ
たホトダイオード層の金属電極どうしのみを電気的に接
続するパターンとなっており、その一例を示したもので
ある。すなわち、赤色系フィルタで覆われたホトダイオ
ード層の金属電極どうしはパターン118rによって、緑色
系フィルタの場合はパターン118gによって、青色系フィ
ルタの場合はパターン118bによってそれぞれ電気的に接
続されている。なお、ここではアース用パターンは省略
している。

第８図は第１実施例における第２絶縁膜19（第２図
（ａ）参照）に相当する第２絶縁膜119の平面図であ
る。すなわち、赤色系フィルタに対向する位置に３箇所
の開口119r、緑色系フィルタに対向する位置に開口119
b、青色系フィルタに対向する位置に開口119gを有した
第２絶縁膜119が第２金属膜118上に設けられている。な
お、アース用の開口は図示を省略している。以下、簡単
のためアースに関しては説明を省略する。

第９図は第１実施例における第３金属膜20のパターン
20aに相当するパターン（第２図（ａ）参照）の平面図
であり、第10図はこのパターンの上に形成される第３絶
縁膜121（第１実施例における第３絶縁膜21に相当）の
平面図である。すなわち、第２絶縁膜119の各開口を覆
う第３金属膜120（開口119rに対して120r、開口119gに
対して120g、開口119bに対して120b）によって所定の一
列に全色情報を出力する端子を提供することができる。
なお、他の構成については第１実施例とほぼ同様である
ので説明を省略する。また、本実施例では上記金属膜11
8rに関して途切れた態様となっているが、これを唯一層
で途切れなく接続するようにしてもよい。このようにす
ることで第８図及び第９図において第２絶縁膜119の開
口は３つで済み、第３金属膜120のパターンも単純化さ
れる。

以上により、第２実施例においても第１実施例と同様
な作用効果を得ることが期待される。

なお、色フィルタの形状は上記実施例の形状に限るこ
とはなく任意の一列が色フィルタのすべての色情報が得
られるような態様であれば、例えば、一つの色フィルタ
の形が扇状、多角形等の形状でもよく、また、それら形
状の組合せであってもよい。また、金属膜及び絶縁膜の
態様もそれに伴って適宜変更しうる。さらに、本考案は
上記しかつ図面に示す実施例にのみに限定されるもので
はなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し
得る。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案の色センサによれば、隣
合うホトダイオード層が互いに異なる波長帯域の光を受
光し、かつホトダイオード層の任意の一列の領域が全種
の色フィルタを透過する光の情報が得られるように、同
一の波長帯域の光を受光するホトダイオード層上の第１
金属膜どうしを多層構造にすることなく唯一層の第２金
属膜で電気的に接続している。

これにより、まず、従来の色センサのように斜めに入
射された光による影が色フィルタにかかっても色センサ
としての機能を損なうことが極力防止される。

また、ホトダイオード層の任意の一列の領域から全種
の色フィルタの透過光の情報が得られるので、例えばホ
トダイオード層からの色情報を処理するICチップと電気
的に接続する場合に、ICの端子位置の制約を受けること
なくホトダイオード層からの出力を取り出すことが可能
となり、きわめて汎用性の高い色センサを提供できる。

さらに、例えばホトダイオード層の受光面の裏面側に
ホトダイオード層からの色情報を処理するICチップを貼
着させること等により、色センサは全体的に小型とな
り、色センサの回路基板上における実装密度が向上し、
色センサを組み込む装置の小型化にもつながる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本考案に係る第１実施例を示す図であ
り、第１図（ａ）及び第１図（ｂ）はそれぞれセンサと
ICチップとを一体に封止してパッケージ化する前と後を
示す斜視図、第２図（ａ）はセンサを分解した各層を示
す斜視図、第２図（ｂ）はセンサの斜視図、第３図は素
子体の一部縦断面図、第４図は色フィルタの色の配置
図、第５図は第２金属膜の平面図である。 第６図〜第10図は本考案に係る第２実施例を示す図であ
り、第６図は、色フィルタの色の配置図、第７図は第２
金属膜の平面図、第８図は第２金属膜上に設けられる第
２絶縁膜の平面図、第９図は第８図の第２絶縁膜上に設
けられる第３金属膜の平面図、第10図は第９図の第３金
属膜上に設けられる第３絶縁膜の平面図である。 第11図及び第12図はそれぞれ従来の技術を示す図であ
り、第11図は単結晶シリコンを主体とするホトダイオー
ド層を有する色センサの構造の一例を示す断面図、第12
図は非晶質シリコンを主体とするホトダイオード層を有
する色センサの構造の一例を示す断面図である。 １……センサ、２……ICチップ、11……基板、12R……
赤色系フィルタ、12G……緑色系フィルタ、12B……青色
系フィルタ、13……透明導電膜、14……非晶質シリコン
膜、15……第１金属膜、18,118……第２金属膜、20,120
……第３金属膜、17……第１絶縁膜、19,119……第２絶
縁膜、21,121……第３絶縁膜。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性の絶縁基板の一主面上に隣接する色
   どうしが互いに異なるように同一形状の色フィルタを縦
   横同数ずつ配設し、該色フィルタ上に透明導電膜を設
   け、該透明導電膜上に非晶質半導体を主体とするホトダ
   イオード層を設け、該ホトダイオード層上の前記各色フ
   ィルタに対応する位置にオーミックコンタクト用の第１
   金属膜を島状に設け、該第１金属膜上に開口を有する絶
   縁膜で前記ホトダイオード層上を被覆し、かつそのホト
   ダイオード層上で同一色の色フィルタに対応する位置に
   設けた第１金属膜どうしを接続する導電パターンをもっ
   た第２金属膜を前記絶縁膜上に設けて成る色センサ。