JP7460392B2 - Optical Sensor Device - Google Patents

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Description

本発明は、コリメータ、及び、コリメータが搭載された、高解像度の光センサデバイスに関する。 The present invention relates to a collimator and a high-resolution optical sensor device equipped with a collimator.

光電変換を利用した光センサは、画像の認識のみでなく、生体認証等の分野でも使用され、用途が広がっている。光センサを用いる場合、光の入射角度に関連する解像度が問題となる。光センサの受光面側にコリメータを配置することによって、光の入射角度に関連する解像度を向上させることが出来る。 Optical sensors that use photoelectric conversion are used not only for image recognition but also in fields such as biometric authentication, and their applications are expanding. When using optical sensors, the resolution related to the angle of incidence of light becomes an issue. By placing a collimator on the light receiving surface side of the optical sensor, it is possible to improve the resolution related to the angle of incidence of light.

しかし、コリメータにおけるホール、すなわち、コリメータの導光部と、光センサのセンサ素子の位置を正確に合わせなければ、同じ強度の光が入ったとしても、センサ素子毎に出力が変化し、正確な測定を行うことが出来ない。特許文献1には、センサ素子毎に、コリメータのホールを1個対応させるのではく、各センサ素子毎に、複数のホールを対応させることによって光センサデバイスとコリメータの位置合わせに起因する問題を対策する構成が記載されている。 However, if the holes in the collimator, that is, the light guide part of the collimator, and the sensor elements of the optical sensor are not aligned accurately, the output will vary from sensor element to sensor element even if the same intensity of light enters, resulting in accurate Unable to perform measurements. Patent Document 1 discloses that instead of making each sensor element correspond to one collimator hole, each sensor element is made to correspond to a plurality of holes, thereby solving problems caused by alignment between the optical sensor device and the collimator. The configuration to take measures is described.

特開2019-3650号公報JP 2019-3650 A

光センサ装置の表示面にコリメータを配置することによって空間的な解像度を向上させるたには、コリメータのアスペクト比を大きくする必要がある。コリメータのアスペクト比は、コリメータにおけるホール、すなわち導光部の平面での径と導光部の深さの比で定義される。すなわち、導光部の径が小さく、深さが大きいほうがアスペクト比を大きくすることが出来る。 In order to improve spatial resolution by disposing a collimator on the display surface of an optical sensor device, it is necessary to increase the aspect ratio of the collimator. The aspect ratio of a collimator is defined by the ratio of the hole in the collimator, ie, the diameter of the light guide in a plane, to the depth of the light guide. In other words, the smaller the diameter of the light guiding portion and the larger the depth, the larger the aspect ratio can be.

しかし、径が小さく、かつ、深さが大きいホール、すなわち導光部を形成することは難しい。特に、解像度を上げるために、センサ素子のピッチを小さくすると、深いホールを高密度で形成することが、より難しくなる。 However, it is difficult to form holes, i.e. light guides, that are small in diameter and deep. In particular, if the pitch of the sensor elements is reduced to increase resolution, it becomes even more difficult to form deep holes at high density.

本発明の課題は、光センサ装置にアスペクト比の大きなコリメータを搭載することを可能とするための構成を実現することである。 The objective of the present invention is to realize a configuration that enables a collimator with a large aspect ratio to be mounted on an optical sensor device.

本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。 The present invention aims to solve the above problems, and the main specific means are as follows:

(1)受光装置、コリメータ、発光装置を有する光センサ装置であって、前記コリメータは、前記受光装置と前記発光装置の間に配置し、前記コリメータは、第1のコリメータと第2のコリメータを含む複数層が積層された構成であり、前記第1のコリメータと前記第2のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させるホールが形成された構成であり、nを4以上の整数とした場合、平面で視て、前記第1のコリメータに形成された第1のホールはn角形であり、前記第2のコリメータに形成された第2のホールは前記第1のホールと中心が同じで、第1のホールに対して、360度/2n回転した構成であることを特徴とする光センサ装置。 (1) An optical sensor device having a light receiving device, a collimator, and a light emitting device, the collimator being disposed between the light receiving device and the light emitting device, the collimator being configured by stacking multiple layers including a first collimator and a second collimator, the first collimator and the second collimator being configured by forming holes through which light passes in a light blocking resin, and the optical sensor device being configured such that, when n is an integer of 4 or more, the first hole formed in the first collimator is an n-sided polygon in plan view, and the second hole formed in the second collimator is centered at the same center as the first hole and is rotated 360 degrees/2n with respect to the first hole.

(2)受光装置、コリメータ、発光装置を有する光センサ装置であって、前記コリメータは、前記受光装置と前記発光装置の間に配置し、前記コリメータは、第1のコリメータと第2のコリメータを含む複数層が積層された構成であり、前記第1のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させる第1のホール内に透明樹脂が形成された構成であり、第2のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させる第2のホールが形成された構成であり、nを4以上の整数とした場合、平面で視て、前記第1のコリメータに形成された第1のホールはn角形であり、前記第2のコリメータに形成された第2のホールは前記第1のホールと中心が同じで、第1のホールに対して、360度/2n回転した構成であることを特徴とする光センサ装置。 (2) An optical sensor device having a light receiving device, a collimator, and a light emitting device, the collimator being disposed between the light receiving device and the light emitting device, the collimator being configured by stacking multiple layers including a first collimator and a second collimator, the first collimator being configured by forming a transparent resin in a first hole that allows light to pass through the light blocking resin, the second collimator being configured by forming a second hole that allows light to pass through the light blocking resin, and the optical sensor device being configured such that, when n is an integer of 4 or more, the first hole formed in the first collimator is an n-sided polygon in plan view, and the second hole formed in the second collimator is centered at the same center as the first hole and is rotated 360 degrees/2n with respect to the first hole.

(3)受光装置、コリメータ、発光装置を有する光センサ装置であって、前記コリメータは、前記受光装置と前記発光装置の間に配置し、前記発光装置の基板は透明樹脂で形成され、前記コリメータは、前記発光装置の前記基板と対向し、前記コリメータは、第1のコリメータと第2のコリメータを含む複数層が積層された構成であり、前記第1のコリメータと前記第2のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させるホールが形成された構成であり、nを4以上の整数とした場合、平面で視て、前記第1のコリメータに形成された第1のホールはn角形であり、前記第2のコリメータに形成された第2のホールは前記第1のホールと中心が同じで、第1のホールに対して、360度/2n回転した構成であり、前記第2のホールには前記発光装置の基板と同じ材料の透明樹脂が存在していることを特徴とすることを特徴とする光センサ装置。 (3) An optical sensor device having a light receiving device, a collimator, and a light emitting device, the collimator is disposed between the light receiving device and the light emitting device, the substrate of the light emitting device is formed of a transparent resin, the collimator faces the substrate of the light emitting device, the collimator is configured by stacking multiple layers including a first collimator and a second collimator, the first collimator and the second collimator are configured by forming holes through which light passes in a light blocking resin, and when n is an integer of 4 or more, the first hole formed in the first collimator is an n-sided polygon in a plan view, the second hole formed in the second collimator has the same center as the first hole and is rotated 360 degrees/2n with respect to the first hole, and the second hole is made of a transparent resin of the same material as the substrate of the light emitting device. An optical sensor device characterized in that the second hole is made of a transparent resin of the same material as the substrate of the light emitting device.

光センサ装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical sensor device. 受光装置の平面図である。FIG. 受光装置の詳細断面を記載した光センサ装置の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the optical sensor device showing a detailed cross section of the light receiving device. 発光装置の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a light emitting device. 発光素子の回路図であるである。FIG. 2 is a circuit diagram of a light emitting element. 発光装置の詳細断面を記載した光センサ装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical sensor device showing a detailed cross section of the light-emitting device. コリメータの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a collimator. 他の例のコリメータの斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of another example of a collimator. 図8のコリメータの平面図である。FIG. 9 is a plan view of the collimator of FIG. 8 . 図9のA-A断面図である。This is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図8のコリメータの問題点を説明する平面図である。9 is a plan view illustrating a problem with the collimator shown in FIG. 8. FIG. 図11のB-B断面図である。12 is a sectional view taken along line BB in FIG. 11. 図11のC-C断面図である。12 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 11. 実施例1の構成を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a first embodiment. 図14のD-D断面図である。15 is a sectional view taken along line DD in FIG. 14. FIG. 図14のE-E断面図である。15 is a sectional view taken along line EE in FIG. 14. FIG. 図14のF-F断面図である。15 is a sectional view taken along the line FF in FIG. 14. FIG. 3層構造のコリメータの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a collimator having a three-layer structure. 4層構造のコリメータの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a collimator having a four-layer structure. デルタ配置による受光素子、発光素子、コリメータの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a light receiving element, a light emitting element, and a collimator arranged in a delta arrangement. 実施例2の構成例を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing a configuration example of a second embodiment. 図21のG-G断面図である。22 is a sectional view taken along line GG in FIG. 21. FIG. 図21のH-H断面図である。This is a cross-sectional view taken along line HH of Figure 21. コリメータの第1層を形成する感光性黒色樹脂を塗布した状態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a photosensitive black resin forming the first layer of the collimator is applied. 第1層のコリメータの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a first layer collimator. コリメータの第2層を形成する感光性黒色樹脂を塗布した状態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a photosensitive black resin forming the second layer of the collimator is applied. 感光性黒色樹脂の残渣を示す断面図である。It is a sectional view showing the residue of photosensitive black resin. 実施例3の第1の形態によるプロセスを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process according to a first embodiment of Example 3; 実施例3の第1の形態を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the third embodiment. 実施例3の第2の形態によるプロセスを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process according to a second embodiment of Example 3; 図26Aに続くプロセスを示す断面図である。26B is a cross-sectional view showing a process subsequent to FIG. 26A. 実施例3の第2の形態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second form of Example 3. 実施例3の第2の形態による、3層構成のコリメータを形成する場合のプロセスを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process for forming a three-layer collimator according to a second embodiment of Example 3; 実施例3の第2の形態による、3層構成のコリメータの構成を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a three-layer collimator according to a second embodiment of the present invention. 実施例3の第3の形態によるプロセスを示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a process according to a third embodiment of the present invention. 実施例3の第3の形態を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention. 実施例3の第3の形態による、3層構成のコリメータを形成する場合のプロセスを示す断面図である。13A to 13C are cross-sectional views showing a process for forming a collimator having a three-layer structure according to a third embodiment of the present invention. 実施例3の第3の形態による、3層構成のコリメータの構成を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of a three-layer collimator according to a third embodiment of Example 3. コリメータにおける屈折率の影響を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the influence of the refractive index in a collimator. コリメータの一部に透明樹脂が存在する場合における屈折率の影響を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the influence of refractive index when transparent resin is present in a part of the collimator. 実施例4の第1の形態によるプロセスを示す断面図である。11A to 11C are cross-sectional views showing a process according to a first embodiment of Example 4. 図30Aに続くプロセスを示す断面図である。A cross-sectional view showing a process following FIG. 30A. 図30Bに続くプロセスを示す断面図である。FIG. 30B is a cross-sectional view showing a process following FIG. 30B. 実施例4の第1の形態のコリメータの構成を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a collimator according to a first embodiment of the present invention. 実施例4の第2の形態によるプロセスを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process according to a second embodiment of Example 4. 図31Aに続くプロセスを示す断面図である。FIG. 31B is a cross-sectional view showing a process following FIG. 31A. 実施例4の第2の形態によるコリメータの構成を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a collimator according to a second embodiment of the present invention. 実施例4の第3の形態によるプロセスを示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a process according to a third embodiment of Example 4. 図32Aに続くプロセスを示す断面図である。FIG. 32B is a cross-sectional view showing a process subsequent to FIG. 32A. 実施例4の第3の形態によるコリメータの構成を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of a collimator according to a third embodiment of the present invention.

以下に実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。 The contents of the present invention will be explained in detail below using Examples.

図1は、本発明における光センサ装置を示す断面図である。図1の構成は、受光装置10の上にコリメータ20が配置し、その上に発光装置30が配置している。発光装置30は、上面が保護ガラス34によって保護されており、この保護ガラス34の上に被測定物40を載置する。指認証装置であれば、被測定物40は人間の指である。 FIG. 1 is a sectional view showing an optical sensor device according to the present invention. In the configuration of FIG. 1, a collimator 20 is placed on a light receiving device 10, and a light emitting device 30 is placed on top of the collimator 20. The upper surface of the light emitting device 30 is protected by a protective glass 34 , and the object to be measured 40 is placed on the protective glass 34 . In the case of a finger authentication device, the object to be measured 40 is a human finger.

図1において、受光装置10は第1基板100の上に複数の受光素子11が形成され、受光素子11を覆って第1保護膜12が形成されている。第1保護膜12の上にコリメータ20が配置している。コリメータ20は、導光部となるホール21(以後ホールという)と黒色の遮光樹脂22で形成されている。コリメータ20のホール21は受光装置10の受光素子11に対応して形成されている。図1では、受光装置10の上にコリメータ20が連続して形成されている。 In FIG. 1, the light receiving device 10 has a plurality of light receiving elements 11 formed on a first substrate 100, and a first protective film 12 formed to cover the light receiving elements 11. A collimator 20 is disposed on the first protective film 12. The collimator 20 is formed of holes 21 (hereinafter referred to as holes) that serve as light guides and black light-shielding resin 22. The holes 21 of the collimator 20 are formed to correspond to the light receiving elements 11 of the light receiving device 10. In FIG. 1, the collimator 20 is formed continuously on the light receiving device 10.

コリメータ20の上に発光装置30が形成されている。発光装置30は、第2基板200の上に複数の発光素子32が形成され、これを覆って第2保護膜33が形成されている構造である。発光素子32は、平面で見て、コリメータ20のホール21の部分には形成されず、遮光樹脂22に対応する部分に形成されている。第2保護膜33の上には、ガラス等で形成された保護基板34が形成されている。 A light emitting device 30 is formed on the collimator 20. The light emitting device 30 has a structure in which a plurality of light emitting elements 32 are formed on a second substrate 200, and a second protective film 33 is formed to cover the light emitting elements 32. The light emitting element 32 is not formed in the hole 21 of the collimator 20 when viewed in plan, but is formed in a portion corresponding to the light shielding resin 22. A protective substrate 34 made of glass or the like is formed on the second protective film 33 .

図1において、被測定物40は保護基板34の上に載置される。指認証システムであれば、被測定物40は人間の指である。発光装置30における発光素子32から放射された光は被測定物40で反射し、コリメータ20のホール21を通過して受光装置10の受光素子11で検知される。コリメータ20のアスペクト比が大きいほど、解像度を上げることができる。 In FIG. 1, an object to be measured 40 is placed on a protective substrate 34. As shown in FIG. In the case of a finger authentication system, the object to be measured 40 is a human finger. Light emitted from the light emitting element 32 in the light emitting device 30 is reflected by the object to be measured 40, passes through the hole 21 of the collimator 20, and is detected by the light receiving element 11 of the light receiving device 10. The larger the aspect ratio of the collimator 20, the higher the resolution can be.

図1に示す光センサ装置における画像検出には、受光装置10において、受光面を走査して光電流を検出してもよいし、発光装置30において、光を走査することによって検出してもよい。受光装置10において光電流を走査して検出する場合は、発光装置30では、かならずしも、各発光素子32にスイッチング素子を設ける必要はなく、全発光素子を画一的にON、OFFすればよい。一方、発光装置30において、光を走査する場合、受光装置10においては、かならずしも、各受光素子11にスイッチング素子を設ける必要はない。ただし、検出精度を向上させるために、受光装置10、発光装置30を同時に走査して信号を取り出す場合もありうる。 For image detection in the optical sensor device shown in FIG. 1, the photocurrent may be detected by scanning the light receiving surface in the light receiving device 10, or may be detected by scanning light in the light emitting device 30. . When the photocurrent is scanned and detected in the light receiving device 10, it is not necessarily necessary to provide a switching element for each light emitting element 32 in the light emitting device 30, and it is sufficient to uniformly turn on and off all the light emitting elements. On the other hand, when scanning light in the light emitting device 30, it is not necessarily necessary to provide a switching element in each light receiving element 11 in the light receiving device 10. However, in order to improve detection accuracy, the light receiving device 10 and the light emitting device 30 may be scanned simultaneously to extract signals.

図2および図3は、受光装置10において、マトリクス状に形成された受光素子11を走査して信号を検出する場合の例である。図2は、受光装置の10の構成を示す等価回路である。図2において、第1基板100には、受光素子11がマトリクス状に形成されている。第1基板100の大きさは、例えば、横方向の径xxが3cm、縦方向の径yyが3cmである。第1基板100には、走査線51が横方向(x方向)に延在し、縦方向(y方向)に配列している。検出線52と電源線53が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線51と検出線52、あるいは、走査線51と電源線53で囲まれた領域が受光素子11となっている。各受光素子11内には、スイッチングTFT(Thin Film Transistor)16とPIN型フォトダイオード15、及び蓄積容量17が形成されている。蓄積容量17の一方の電極はTFT16のソースと接続し、他方の電極は、例えば基準電位に接続する。 FIGS. 2 and 3 are examples of a case where the light receiving device 10 scans the light receiving elements 11 formed in a matrix to detect a signal. FIG. 2 is an equivalent circuit showing the configuration of 10 of the light receiving device. In FIG. 2, light receiving elements 11 are formed in a matrix on a first substrate 100. As shown in FIG. The first substrate 100 has, for example, a horizontal diameter xx of 3 cm and a vertical diameter yy of 3 cm. On the first substrate 100, scanning lines 51 extend in the horizontal direction (x direction) and are arranged in the vertical direction (y direction). The detection line 52 and the power supply line 53 extend vertically and are arranged horizontally. The area surrounded by the scanning line 51 and the detection line 52 or the scanning line 51 and the power supply line 53 serves as the light receiving element 11. A switching TFT (Thin Film Transistor) 16, a PIN photodiode 15, and a storage capacitor 17 are formed in each light receiving element 11. One electrode of the storage capacitor 17 is connected to the source of the TFT 16, and the other electrode is connected to, for example, a reference potential.

センサ領域外側の横方向には走査線駆動回路55が配置し、上方向には電源回路57が配置し、下方向には検出回路56が配置している。走査線駆動回路55や検出回路56は、TFTで形成されている。走査線駆動回路55内のシフトレジスタによって、走査線51が上方向から順次選択される。 A scanning line drive circuit 55 is arranged in the horizontal direction outside the sensor area, a power supply circuit 57 is arranged in the upper direction, and a detection circuit 56 is arranged in the lower direction. The scanning line drive circuit 55 and the detection circuit 56 are formed of TFTs. A shift register in the scanning line drive circuit 55 sequentially selects the scanning lines 51 from above.

電源線53は、各フォトダイオード15のアノードと接続し、縦方向に延在して、センサ領域上側における電源回路57において、同一電源に接続される。そして、電源線53にはアノード電位が供給される。検出線52は、スイッチングTFT16のドレインと接続し、スイッチングTFT16のソースは、フォトダイオード15のカソードと接続する。検出線52は、各受光素子54から下方向に延在し、検出回路56にて光電流が検出される。図2において、走査線51によって選択された受光素子に光が照射されると、フォトダイオード15に光電流が発生し、この光電流を、検出線52を通して検出回路56にて検出する。受光素子54は、走査線51と検出線52とによってランダムアクセスが可能となっている。 The power supply line 53 is connected to the anode of each photodiode 15, extends in the vertical direction, and is connected to the same power supply in a power supply circuit 57 above the sensor area. Then, an anode potential is supplied to the power supply line 53. The detection line 52 is connected to the drain of the switching TFT 16, and the source of the switching TFT 16 is connected to the cathode of the photodiode 15. The detection line 52 extends downward from each light receiving element 54, and a detection circuit 56 detects the photocurrent. In FIG. 2, when a light receiving element selected by a scanning line 51 is irradiated with light, a photocurrent is generated in the photodiode 15, and this photocurrent is detected by a detection circuit 56 through a detection line 52. The light receiving element 54 can be randomly accessed by the scanning line 51 and the detection line 52.

図3は、図2の受光装置10の上にコリメータ20を積層した状態を示す断面図である。図3において、第1基板100の上に窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)の積層膜による下地膜101を形成する。第1基板100からの不純物がTFTを構成する半導体膜104を汚染することを防止するためである。SiO膜の厚さは、例えば200nm、SiN膜の厚さは例えば20nmである。なお、第1基板はガラス基板でも樹脂基板でもよい。 Figure 3 is a cross-sectional view showing the state in which the collimator 20 is laminated on the light receiving device 10 of Figure 2. In Figure 3, a base film 101 made of a laminated film of silicon nitride (SiN) and silicon oxide (SiO) is formed on the first substrate 100. This is to prevent impurities from the first substrate 100 from contaminating the semiconductor film 104 that constitutes the TFT. The thickness of the SiO film is, for example, 200 nm, and the thickness of the SiN film is, for example, 20 nm. The first substrate may be a glass substrate or a resin substrate.

下地膜101の上に、遮光膜102を金属で形成する。遮光膜102は上方に形成されるTFTに対する遮光膜となる。遮光膜102は、所定の電位を供給することによって基板100の帯電によるTFTへの影響を防止するシールド電極として使用することも出来るし、ゲート電圧を加えることによってボトムゲートとして使用することも出来る。 A light shielding film 102 is formed of metal on the base film 101. The light shielding film 102 serves as a light shielding film for the TFT formed above. The light shielding film 102 can be used as a shield electrode that prevents the TFT from being affected by charging of the substrate 100 by supplying a predetermined potential, and can also be used as a bottom gate by applying a gate voltage.

遮光膜102を覆って絶縁膜103を、SiO膜あるいはSiO膜とSiN膜の積層膜で形成する。絶縁膜103の上にTFTを構成するための半導体膜104を形成する。半導体膜104は酸化物半導体、ポリシリコン、あるいは、a-Si等で形成することができるが、図3では酸化物半導体を用いている。酸化物半導体として、例えば、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)が使用される。酸化物半導体膜104のドレイン領域に積層してドレイン電極105が形成され、ソース領域に積層してソース電極106が形成されている。 An insulating film 103 is formed to cover the light shielding film 102 using a SiO film or a laminated film of an SiO film and a SiN film. A semiconductor film 104 for forming a TFT is formed on the insulating film 103. The semiconductor film 104 can be formed of an oxide semiconductor, polysilicon, a-Si, or the like, and in FIG. 3, an oxide semiconductor is used. For example, IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide) is used as the oxide semiconductor. A drain electrode 105 is formed over the drain region of the oxide semiconductor film 104, and a source electrode 106 is formed over the source region.

酸化物半導体104を覆って第2ゲート絶縁膜107がSiO膜で形成される。SiO膜から酸素が酸化物半導体膜104に供給され、酸化物半導体膜104の特性を安定させる。第2ゲート絶縁膜107の上にゲート電極108が金属あるいは合金によって形成される。第2ゲート絶縁膜107の上に、TFTとは別な場所に、図2における蓄積容量を形成するための、容量電極109が形成されている。 A second gate insulating film 107 is formed of a SiO film covering the oxide semiconductor 104. Oxygen is supplied from the SiO film to the oxide semiconductor film 104 to stabilize the characteristics of the oxide semiconductor film 104. A gate electrode 108 is formed of metal or an alloy on the second gate insulating film 107. A capacitor electrode 109 for forming a storage capacitor in FIG. 2 is formed on the second gate insulating film 107 at a location different from the TFT.

ゲート電極108、容量電極109を覆って層間絶縁膜110が形成される。層間絶縁膜110はSiO膜とSiN膜の積層構造の場合が多い。第2ゲート絶縁膜107、層間絶縁膜110を貫通し、スルーホール121を形成してドレイン配線(検出線)111とドレイン電極105を接続し、スルーホール122を形成してソース電極106とコンタクト電極112を接続する。ドレイン配線112は図2における検出線52に対応する。 An interlayer insulating film 110 is formed covering the gate electrode 108 and the capacitance electrode 109. The interlayer insulating film 110 is often a laminated structure of a SiO film and a SiN film. A through hole 121 is formed penetrating the second gate insulating film 107 and the interlayer insulating film 110 to connect the drain wiring (detection line) 111 to the drain electrode 105, and a through hole 122 is formed to connect the source electrode 106 to the contact electrode 112. The drain wiring 112 corresponds to the detection line 52 in FIG. 2.

ドレイン配線111、コンタクト電極112を覆って有機パッシベーション膜113が形成される。有機パッシベーション膜113は浮遊容量を低減するために、2ミクロン程度に厚く形成される。有機パッシベーション膜113には、TFTのソース電極112と接続しているコンタクト電極112とフォトダイオードのカソード123を接続するためのスルーホール123が形成される。 An organic passivation film 113 is formed covering the drain wiring 111 and the contact electrode 112. The organic passivation film 113 is formed to a thickness of about 2 microns in order to reduce stray capacitance. A through hole 123 is formed in the organic passivation film 113 to connect the contact electrode 112, which is connected to the source electrode 112 of the TFT, to the cathode 123 of the photodiode.

有機パッシベーション膜113の上にTiによってカソード114が形成される。カソード114は厚さが100nm程度であり、有機パッシベーション膜113の上及びスルーホール123内に形成される。カソード114の上に光導電膜115が形成される。光導電膜115はPIN構造となっており、カソード114の上に厚さ40nm程度でn+層1151が形成され、その上に厚さ600nmでi層(a-Si層)1152が形成され、その上に厚さ30nmでp+層1153が形成された構成である。なお、PIN膜130のこれらの値は例である。n+層1151、i層1152、p+層1153は全てa-Siで形成される。これらは、全てCVDによって連続して形成することが出来る。また、シリコン以外、有機半導体を用いることも可能である。 The cathode 114 is formed of Ti on the organic passivation film 113. The cathode 114 is about 100 nm thick and is formed on the organic passivation film 113 and in the through hole 123. A photoconductive film 115 is formed on the cathode 114. The photoconductive film 115 has a PIN structure, in which an n+ layer 1151 is formed on the cathode 114 with a thickness of about 40 nm, an i layer (a-Si layer) 1152 is formed on the n+ layer 1151 with a thickness of 600 nm, and a p+ layer 1153 is formed on the i layer with a thickness of 30 nm. Note that these values of the PIN film 130 are examples. The n+ layer 1151, i layer 1152, and p+ layer 1153 are all formed of a-Si. All of these can be formed continuously by CVD. In addition to silicon, organic semiconductors can also be used.

p+層1153の上にアノードとしてのITO(Indium TinOxide)膜116が、例えば、厚さ50nmで形成される。その後、電気的なリークを防止するために、第2層間絶縁膜117を例えばSiNによって形成する。第2層間絶縁膜117には、アノード116の表面に開口部が形成され、この部分からアノード電位を、アノード配線(電源線)118を介して供給している。 An ITO (Indium Tin Oxide) film 116 is formed as an anode on the p+ layer 1153, for example, with a thickness of 50 nm. Then, to prevent electrical leakage, a second interlayer insulating film 117 is formed, for example, from SiN. An opening is formed in the second interlayer insulating film 117 on the surface of the anode 116, and the anode potential is supplied from this opening via the anode wiring (power line) 118.

アノード配線118は、厚さ100nmのTi膜、厚さ300nmのアルミニウム膜、厚さ100nmのTi膜の積層構造によって形成される。アノード配線118、アノード116、第2層間絶縁膜117等を覆って無機パッシベーション膜119が、例えばSiNによって形成される。 The anode wiring 118 is formed by a laminated structure of a 100 nm thick Ti film, a 300 nm thick aluminum film, and a 100 nm thick Ti film. An inorganic passivation film 119 is formed by, for example, SiN, covering the anode wiring 118, the anode 116, the second interlayer insulating film 117, etc.

この状態では、表面は厚さが200nm程度のSiN膜119であるので機械的な強度が十分でない。そこで、光センサを機械的に保護するために、無機パッシベーション膜119の上に透明有機保護膜120を、例えばアクリル樹脂で形成する。透明有機保護膜120は平坦化膜を兼ねているので、例えば2μm程度と、厚く形成される。以上で受光装置10は完成するが、受光装置10は、図2、図3以外の構成を使用することも可能である。 In this state, the surface is a SiN film 119 with a thickness of about 200 nm, and therefore does not have sufficient mechanical strength. Therefore, in order to mechanically protect the optical sensor, a transparent organic protective film 120 is formed on the inorganic passivation film 119 using, for example, acrylic resin. Since the transparent organic protective film 120 also serves as a flattening film, it is formed thick, for example, about 2 μm. Although the light receiving device 10 is completed above, it is also possible for the light receiving device 10 to use a configuration other than those shown in FIGS. 2 and 3.

図3において、受光装置10の透明保護膜120の上にコリメータ20を形成する。コリメータ20は遮光樹脂膜22内に導光部であるホール21が形成された構成である。遮光樹脂膜22の材料としては、例えば表示装置に使用されるブラックマトリクスと同じ材料を使用することができる。遮光樹脂膜22の材料として感光性の樹脂を使用すれば、遮光樹脂膜22内にレジストを用いず、直接ホール21を形成することができる。コリメータ20の構成及び製造方法は後で説明する。なお、遮光樹脂膜は、黒色に限らず、所定の波長の光のみを遮光する膜であってもよい。また、遮光とは、ホールの透過率よりも低い透過率を有することである。 In FIG. 3, the collimator 20 is formed on the transparent protective film 120 of the light receiving device 10. The collimator 20 has a structure in which holes 21, which are light guides, are formed in a light-shielding resin film 22. The material of the light-shielding resin film 22 can be the same as the black matrix used in the display device. If a photosensitive resin is used as the material of the light-shielding resin film 22, the holes 21 can be directly formed in the light-shielding resin film 22 without using a resist. The structure and manufacturing method of the collimator 20 will be described later. Note that the light-shielding resin film is not limited to being black, and may be a film that blocks only light of a specified wavelength. Also, light-shielding means having a transmittance lower than the transmittance of the holes.

コリメータ20の上に発光装置30を配置する。発光装置30は、第2基板200の上に発光素子32が形成され、これを覆って保護膜33が形成され、その上に保護基板34が形成された構成である。発光素子30からの光Lは、被測定物40で反射し、受光装置10において、光電流として検出される。 A light emitting device 30 is placed on the collimator 20. The light emitting device 30 has a structure in which a light emitting element 32 is formed on a second substrate 200, a protective film 33 is formed to cover this, and a protective substrate 34 is formed thereon. Light L from the light emitting element 30 is reflected by the object to be measured 40 and detected as a photocurrent by the light receiving device 10.

図2に示すように、検出した光電流は検出線52を通して検出回路56にてデータとして取り込まれる。つまり、受光装置10において、走査線51を走査しながら各受光素子のデータを取り込むことによって必要なデータを取得することができる。したがって、図2および図3の構成では、発光装置30には、走査回路や検出回路は、必ずしも必要ではなく、各発光素子30を画一的にON、OFFさせることによって、動作させることも可能である。言い換えると、図2、図3で説明した受光装置10を用いれば、発光装置30は、必ずしもランダムアクセスの構成は必要ではない。 As shown in FIG. 2, the detected photocurrent is taken in as data by a detection circuit 56 through a detection line 52. That is, in the light receiving device 10, necessary data can be acquired by capturing data of each light receiving element while scanning the scanning line 51. Therefore, in the configurations of FIGS. 2 and 3, the light emitting device 30 does not necessarily require a scanning circuit or a detection circuit, and can be operated by uniformly turning on and off each light emitting element 30. It is. In other words, if the light receiving device 10 described in FIGS. 2 and 3 is used, the light emitting device 30 does not necessarily need to have a random access configuration.

図4乃至図6は、発光装置30を走査することによって画像データを検出する構成の説明図である。言い換えると、図4乃至図6は、発光装置30をランダムアクセス可能にする場合の構成である。図4乃至6は、発光装置30として有機EL表示装置と同様な構成を用いている。ただし、図6に示すように、発光層の一部に透過領域400を形成し、この部分から、被測定物40から反射した光を受光装置10に入射させる。 Figures 4 to 6 are explanatory diagrams of a configuration for detecting image data by scanning the light-emitting device 30. In other words, Figures 4 to 6 are configurations for allowing random access to the light-emitting device 30. Figures 4 to 6 use a configuration similar to that of an organic EL display device as the light-emitting device 30. However, as shown in Figure 6, a transmissive region 400 is formed in part of the light-emitting layer, and light reflected from the object to be measured 40 is made incident on the light-receiving device 10 from this part.

図4は、発光装置30として有機EL表示装置と同様な構成を用いた場合の平面図である。発光領域60には、走査線61が走査線駆動回路65から横方向に延在し、縦方向に配列している。信号線62が信号回路66から上方向に延在し、横方向に配列している。また、電源線63が電源回路67から下方向に延在し、横方向に配列している。走査線61と信号線62、あるいは走査61線と電源線63で囲まれた領域に発光素子32が形成されている。各発光素子32は、走査線61と検出線62によってランダムアクセスすることができる。 Figure 4 is a plan view of a light-emitting device 30 having a similar configuration to an organic EL display device. In the light-emitting region 60, scanning lines 61 extend horizontally from a scanning line driving circuit 65 and are arranged vertically. Signal lines 62 extend upward from a signal circuit 66 and are arranged horizontally. Power lines 63 extend downward from a power circuit 67 and are arranged horizontally. Light-emitting elements 32 are formed in an area surrounded by the scanning lines 61 and signal lines 62, or the scanning lines 61 and power lines 63. Each light-emitting element 32 can be randomly accessed by the scanning lines 61 and detection lines 62.

図5は各発光素子32の等価回路である。図5において、走査線61と信号線62、あるいは、走査線61と電源線63で囲まれた領域に有機EL層で構成された発光層ELが形成されている。図5において、走査線61に走査信号が印加されると、スイッチングTFT(T1)がONし、信号線62から発光信号が保持容量Chに蓄積される。駆動TFT(T2)は保持容量Chの電圧に応じて電源線から発光層ELに電流を供給する。図5において、Vaはアノード電圧であり、Vkはカソ―ド電圧である。 FIG. 5 shows an equivalent circuit of each light emitting element 32. In FIG. 5, a light emitting layer EL made of an organic EL layer is formed in a region surrounded by a scanning line 61 and a signal line 62 or a scanning line 61 and a power supply line 63. In FIG. 5, when a scanning signal is applied to the scanning line 61, the switching TFT (T1) is turned on, and a light emission signal from the signal line 62 is accumulated in the storage capacitor Ch. The drive TFT (T2) supplies current from the power supply line to the light emitting layer EL in accordance with the voltage of the storage capacitor Ch. In FIG. 5, Va is the anode voltage and Vk is the cathode voltage.

図6は、発光装置30として有機EL表示装置と同様な構成を用いた場合の断面図である。図6において、受光装置10の上にコリメータ20が形成されている。受光装置10は、スイッチング素子を持たない単純な受光素子11で構成してもよいし、図2、図3で説明したようなランダムアクセス可能な受光素子10で構成してもよい。コリメータ20については後で説明する。 FIG. 6 is a cross-sectional view of a case where the light emitting device 30 has a structure similar to that of an organic EL display device. In FIG. 6, a collimator 20 is formed on the light receiving device 10. The light receiving device 10 may be configured with a simple light receiving element 11 without a switching element, or may be configured with a randomly accessible light receiving element 10 as described in FIGS. 2 and 3. The collimator 20 will be explained later.

図6において、コリメータ20の上に第2基板200が形成されている。第2基板200はガラスでもよいし、ポリイミドのような透明樹脂でもよい。第2基板200に透明樹脂を使用すれば、コリメータ20の上に連続したプロセスで発光装置30を形成することができる。第2基板30を透明樹脂で形成する場合、レベリング効果によって、硬化前の樹脂がコリメータ20のホール21内に流れ込む場合がある。この場合は、コリメータ20のホール21内がポリイミドの屈折率になる。つまり、光は、第2基板200とコリメータ20のホール21との間で屈折しない。 In FIG. 6, the second substrate 200 is formed on the collimator 20. The second substrate 200 may be glass or a transparent resin such as polyimide. If a transparent resin is used for the second substrate 200, the light emitting device 30 can be formed on the collimator 20 in a continuous process. When the second substrate 30 is formed of a transparent resin, the resin before hardening may flow into the hole 21 of the collimator 20 due to a leveling effect. In this case, the refractive index inside the hole 21 of the collimator 20 becomes that of polyimide. In other words, the light is not refracted between the second substrate 200 and the hole 21 of the collimator 20.

図6において、下地膜101から有機パッシベーション膜140の上にドレイン配線111とコンタクト電極112を形成するまでは図3と同じなので説明を省略する。 In FIG. 6, the process from the base film 101 to the formation of the drain wiring 111 and the contact electrode 112 on the organic passivation film 140 is the same as in FIG. 3, so the explanation will be omitted.

図6において、有機パッシベーション膜140の上にアノードとしての下部電極150が形成されている。下部電極150は、下層がAlあるいはAg等で形成された反射電極で、上層がITO等で形成されたアノードとなっている。下部電極150の上に、凹部を有するバンク160が形成されている。バンク160の凹部に発光層としての有機EL層151が形成されている。 In FIG. 6, a lower electrode 150 serving as an anode is formed on an organic passivation film 140. The lower layer of the lower electrode 150 is a reflective electrode made of Al or Ag or the like, and the upper layer is an anode made of ITO or the like. A bank 160 having a recess is formed on the lower electrode 150. An organic EL layer 151 serving as a light-emitting layer is formed in the recess of the bank 160.

有機EL層151の上にカソードとしての上部電極152が透明導電膜によって形成されている。上部電極152は各画素共通に形成されている。上部電極152を覆ってシリコン窒化膜等を有する無機保護膜153が形成されている。無機保護膜153の上に平坦化膜あるいは接着材を兼ねた有機保護膜33が形成され、その上にガラス等で形成された保護基板34が形成されている。 An upper electrode 152 serving as a cathode is formed on the organic EL layer 151 using a transparent conductive film. The upper electrode 152 is formed in common for each pixel. An inorganic protective film 153 having a silicon nitride film or the like is formed to cover the upper electrode 152. An organic protective film 33 which also serves as a planarizing film or adhesive is formed on the inorganic protective film 153, and a protective substrate 34 made of glass or the like is formed on top of that.

被測定物40は、発光装置30の保護基板34の上に載置される。図6において、有機EL層151の中央付近には開口部400が形成され、被測定物40から反射した、矢印で示す光Lが開口部400及びコリメータ20のホール21を介して受光装置10に入射することができるようになっている。発光装置10がランダムアクセス可能であれば、受光装置10は、単純にON、OFFするものでもよいし、必要に応じて、図2及び図3で説明したようなランダムアクセス可能とするものであってもよい。なお、発光装置として、表示用に用いられる有機EL表示装置を用い、受光装置を駆動する際、有機EL表示装置は所定の波長の光(例えば緑)を発光させるものであってもよい。 The object to be measured 40 is placed on the protective substrate 34 of the light emitting device 30 . In FIG. 6, an opening 400 is formed near the center of the organic EL layer 151, and light L reflected from the object to be measured 40 and indicated by an arrow passes through the opening 400 and the hole 21 of the collimator 20 to the light receiving device 10. It is now possible to enter. If the light emitting device 10 can be randomly accessed, the light receiving device 10 can be simply turned on and off, or can be randomly accessed as described in FIGS. 2 and 3 as necessary. It's okay. Note that when an organic EL display device used for display is used as the light emitting device and the light receiving device is driven, the organic EL display device may emit light of a predetermined wavelength (for example, green).

図7はコリメータ20の斜視図である。図7では、受光装置10の上にコリメータ20が配置している。コリメータ20は、黒色の感光性樹脂22に光を通すためのホール21が形成された構造である。各ホール21は、発光装置30の発光素子32、あるいは、受光装置10の受光素子11に対応して形成されている。ただし、本発明は、1個の発光素子32、あるいは、1個の受光素子11に対応して複数のホール21が対応する場合にも適用することができる。 FIG. 7 is a perspective view of the collimator 20. In FIG. 7 , a collimator 20 is placed above the light receiving device 10 . The collimator 20 has a structure in which a hole 21 for passing light is formed in a black photosensitive resin 22. Each hole 21 is formed corresponding to the light emitting element 32 of the light emitting device 30 or the light receiving element 11 of the light receiving device 10. However, the present invention can also be applied to a case where a plurality of holes 21 correspond to one light emitting element 32 or one light receiving element 11.

図7では、コリメータ20のホール21の平面形状は円である。ホール21は、感光性黒色樹脂22を露光することによって形成するが、この感光性樹脂22はネガ型を使用する必要がある。ネガ型の感光性樹脂22に円形のホールを形成しようとすると、十分なパターニング精度を得ることができない。一方、ネガ型の感光性樹脂22は、平面が角型であるパターニングは、精度よく行うことができる。 In FIG. 7, the planar shape of the hole 21 in the collimator 20 is a circle. The hole 21 is formed by exposing the photosensitive black resin 22 to light, but this photosensitive resin 22 must be negative. If an attempt is made to form a circular hole in the negative photosensitive resin 22, sufficient patterning precision cannot be obtained. On the other hand, the negative photosensitive resin 22 can be patterned with good precision to have a square planar shape.

図8は、平面形状が正方形であるホール21が感光性黒色樹脂22内に形成されたコリメータ20の斜視図である。図8のようなコリメータ20は、ネガ型感光性樹脂22を使用する場合は、精度よくパターニングすることができる。図9は、図8に示すコリメータ20の平面図である。感光性黒色樹脂22内にホール21がマトリクス状に形成されている。図9において、ホール21は、1辺の長さがaの正方形であり、例えば、aはパターニング精度から、現状では、10ミクロン以上となっている。横方向ピッチpx、縦方向ピッチpyは必要な解像度に応じて決められる。 Figure 8 is a perspective view of a collimator 20 in which holes 21 with a square planar shape are formed in a photosensitive black resin 22. A collimator 20 such as that shown in Figure 8 can be patterned with high precision when a negative photosensitive resin 22 is used. Figure 9 is a plan view of the collimator 20 shown in Figure 8. Holes 21 are formed in a matrix in the photosensitive black resin 22. In Figure 9, the holes 21 are squares with a side length of a, and currently, for example, a is 10 microns or more due to patterning precision. The horizontal pitch px and vertical pitch py are determined according to the required resolution.

図10は図9のA-A断面図である。図10において、コリメータ20の厚さはhである。コリメータ20のアスペクト比は、h/aで定義される。アスペクト比が大きいほど、光センサ装置としての解像度を上げることができる。アスペクト比は、5以上とする必要があり、好ましくは10以上、さらに好ましくは20以上である。 FIG. 10 is a sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 10, the thickness of the collimator 20 is h. The aspect ratio of collimator 20 is defined as h/a. The larger the aspect ratio, the higher the resolution of the optical sensor device. The aspect ratio must be 5 or more, preferably 10 or more, and more preferably 20 or more.

図9および図10に示すようなコリメータ20は次のような2つの問題を有している。第1の問題は、このような大きなアスペクト比を有するホールは加工が困難であるということである。この問題を解決するために、本発明では、図10に示すように、コリメータ20を積層構造とし、各層毎にホール21を形成する。図10では、コリメータ20を2層に分けて形成する場合であり、各層におけるアスペクト比はh/2aとすることができる。 The collimator 20 as shown in FIGS. 9 and 10 has the following two problems. The first problem is that holes with such large aspect ratios are difficult to process. In order to solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 10, the collimator 20 has a laminated structure, and holes 21 are formed in each layer. In FIG. 10, the collimator 20 is formed in two layers, and the aspect ratio of each layer can be h/2a.

第2の問題は、図9に示すように、平面におけるコリメータ20のホール21の径が、方位角方向の角度によって異なるということである。すなわち、コリメータのアスペクト比は、x方向ではh/aであるのに対し、x方向と45度の方向では、アスペクト比はh/a√2となることである。つまり、方向によってアスペクト比が異なることになり、測定精度を悪化させる。 The second problem is that, as shown in Figure 9, the diameter of the hole 21 of the collimator 20 in a plane varies depending on the azimuth angle. That is, the aspect ratio of the collimator is h/a in the x direction, whereas the aspect ratio is h/a√2 in a direction at 45 degrees to the x direction. In other words, the aspect ratio varies depending on the direction, which deteriorates the measurement accuracy.

図11乃至図13は、この問題を図によって示したものである。図11において、コリメータ20に正方形のホール21が形成されている。図12は、図11のB-B断面である。図11のコリメータの取り込み角度はθ1である。図13は、図11のC-C断面である。図13のコリメータの取り込み角度はθ2である。θ2のほうがθ1より大きい。 FIGS. 11-13 illustrate this problem graphically. In FIG. 11, a square hole 21 is formed in the collimator 20. FIG. 12 is a cross section taken along line BB in FIG. The take-in angle of the collimator in FIG. 11 is θ1. FIG. 13 is a cross section taken along line CC in FIG. The take-in angle of the collimator in FIG. 13 is θ2. θ2 is larger than θ1.

そこで、実施例1では、平面が正方形であるホール21を、平面で見て各層毎に45度ずらしている。これによって、方位角方向によるアスペクト比の差は大幅に緩和される。図14は本実施例におけるコリメータ20の平面図であり、図15乃至図17は断面図である。図14において、下側の層に形成されたホール21は、辺がx方向であり、上側の層に形成されたホール21は対角軸がx方向となっている。 Therefore, in the first embodiment, the holes 21, which have a square planar shape, are shifted by 45 degrees in each layer when viewed in plan. This significantly reduces the difference in aspect ratio due to the azimuth angle direction. Figure 14 is a plan view of the collimator 20 in this embodiment, and Figures 15 to 17 are cross-sectional views. In Figure 14, the holes 21 formed in the lower layer have sides in the x direction, and the holes 21 formed in the upper layer have diagonal axes in the x direction.

図15は図14のD-D断面図である。図15においては、上側の層のほうがホール21の径が大きくなっており、取り込み角度はθ3である。θ3は、図13におけるθ2よりも小さい。 FIG. 15 is a sectional view taken along line DD in FIG. 14. In FIG. 15, the diameter of the hole 21 is larger in the upper layer, and the intake angle is θ3. θ3 is smaller than θ2 in FIG.

図16は図14のE-E断面図である。図16においては、上側の層のほうがホール21の径が小さくなっているが、取り込み角度は図15と同じθ3である。 FIG. 16 is a sectional view taken along line EE in FIG. In FIG. 16, the diameter of the hole 21 is smaller in the upper layer, but the intake angle is θ3, which is the same as in FIG. 15.

図17は、図14のF-F断面図であり、取り込み角度はθ4である。図17は、図14の構成において、取り込み角度が最も小さくなる角度であるが、θ4は図12におけるθ1よりも大きい。 FIG. 17 is a sectional view taken along line FF in FIG. 14, and the intake angle is θ4. 17 shows the angle at which the intake angle is the smallest in the configuration of FIG. 14, but θ4 is larger than θ1 in FIG. 12.

ここで、重要な点は、取り込み角度の絶対値よりも、取り込み角度の差である。図11乃至図13の構成は取り込み角度の差は、(θ2-θ1)であるのに対し、図14乃至図17の構成では、取り込み角度の差は(θ3-θ4)であり、(θ3-θ4)は(θ2-θ1)に比べて大幅に小さくなっている。したがって、図14乃至図17の構成のほうが、優れたコリメータ特性を得ることが出来る。 Here, the important point is the difference between the take-in angles rather than the absolute value of the take-in angles. In the configurations shown in FIGS. 11 to 13, the difference in intake angle is (θ2-θ1), whereas in the configurations shown in FIGS. 14 to 17, the difference in intake angle is (θ3-θ4), and (θ3-θ1). θ4) is significantly smaller than (θ2−θ1). Therefore, the configurations shown in FIGS. 14 to 17 can provide better collimator characteristics.

コリメータの層を重ねるほど、アスペクト比を大きくできる。しかし、取り込み角で比較した場合、かならずしも、単純に向上するとは限らない。図18の左側の図は、コリメータ20を3層で構成した場合における、図14のD-D断面図である。図14の上側の層と同一形状の層を最下層に設けたものである。この場合の、取り込み角度はθ5である。図18の右側の図は、コリメータ20を3層で構成した場合における、図14のE-E断面図である。この場合の、取り込み角度はθ6である。θ5のほうがθ6よりも大きい。すなわち、コリメータ20を2層で構成した場合、図14におけるx方向の取り込み角度とx方向と45度の方向における取り込み角度を比較した場合、2層の場合よりも、3層の場合のほうが悪化している。 The more layers of collimators are added, the larger the aspect ratio can be. However, when compared in terms of intake angle, it is not always the case that the improvement simply occurs. The diagram on the left side of FIG. 18 is a sectional view taken along line DD in FIG. 14 in the case where the collimator 20 is composed of three layers. A layer having the same shape as the upper layer in FIG. 14 is provided at the bottom layer. In this case, the intake angle is θ5. The figure on the right side of FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 14 in the case where the collimator 20 is composed of three layers. In this case, the intake angle is θ6. θ5 is larger than θ6. That is, when the collimator 20 is configured with two layers, when comparing the intake angle in the x direction and the intake angle in a direction 45 degrees from the x direction in FIG. 14, the case with three layers is worse than the case with two layers. are doing.

図19は、コリメータ20を4層で構成した場合の断面図である。図19の左側の図は、コリメータ20を4層で構成した場合における、図14のD-D断面図である。この場合の、取り込み角度はθ7である。図19の右側の図は、コリメータ20を4層で構成した場合における、図14のE-E断面図である。この場合の、取り込み角度はθ7である。すなわち、取り込み角度の差は再び小さくなっている。 FIG. 19 is a cross-sectional view of the collimator 20 composed of four layers. The diagram on the left side of FIG. 19 is a sectional view taken along line DD in FIG. 14 in the case where the collimator 20 is configured with four layers. In this case, the intake angle is θ7. The figure on the right side of FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 14 in the case where the collimator 20 is composed of four layers. In this case, the intake angle is θ7. In other words, the difference in intake angles has become smaller again.

したがって、コリメータ20における取り込み角度の、方位角による差を小さくするためには、偶数層、積層することが好ましい。ただし、奇数層であっても、層数が大きい分、取り込み角の絶対値が小さくなる。つまり、取り込み角の絶対値が小さくなった分、差も小さくなるといえる。したがって、層数を増やすことによって、コリメータ20のアスペクト比は大きくなり、コリメータとしての性能は向上するが、より向上させるためには、可能であれば、偶数層積層することが望ましいということである。また、図14では、層に形成されている正方形のホールを45度ずらす構成を開示しているが、特に制限されるものではなく、層の数をmとした場合、各層の正方形を90/m度ずつずらせるものであってもよい。 Therefore, in order to reduce the difference in the intake angle depending on the azimuth angle in the collimator 20, it is preferable to stack an even number of layers. However, even with an odd number of layers, the absolute value of the uptake angle becomes smaller as the number of layers increases. In other words, it can be said that as the absolute value of the uptake angle becomes smaller, the difference also becomes smaller. Therefore, by increasing the number of layers, the aspect ratio of the collimator 20 increases and the performance as a collimator improves, but in order to further improve it, it is desirable to stack an even number of layers if possible. . Further, although FIG. 14 discloses a configuration in which the square holes formed in the layers are shifted by 45 degrees, this is not particularly limited. If the number of layers is m, the square holes in each layer are shifted by 90 degrees. It may be shifted by m degrees.

実施例1は、発光素子32、コリメータ20のホール、受光素子11をx方向、y方向に整列して配置している。しかし、検出解像度を上げるために、発光素子32、あるいは、受光素子11をデルタ配置するほうが良い場合がある。図20は、発光素子32又は受光素子11をデルタ配置した場合の平面図である。発光素子32又は受光素子11をデルタ配置とした場合の細密充填は、各素子を6角形にすることである。このような配置であっても、配線領域等は必要である。図20では、配線等に必要な幅をd1で表している。 In the first embodiment, the light-emitting elements 32, the holes of the collimator 20, and the light-receiving elements 11 are aligned in the x and y directions. However, to increase the detection resolution, it may be better to arrange the light-emitting elements 32 or the light-receiving elements 11 in a delta configuration. Figure 20 is a plan view of the light-emitting elements 32 or the light-receiving elements 11 in a delta configuration. When the light-emitting elements 32 or the light-receiving elements 11 are arranged in a delta configuration, close packing is achieved by making each element hexagonal. Even with this arrangement, wiring areas and the like are necessary. In Figure 20, the width required for wiring and the like is represented by d1.

発光素子32又は受光素子11をデルタ配置した場合、コリメータ20のホール21の平面形状も6角形とするのが良い。コリメータ20のホール21の中心と発光素子32又は受光素子11の中心がずれた場合に対する裕度d2を、全方向において同じ値、確保することができるからである。 When the light emitting element 32 or the light receiving element 11 is disposed in a delta arrangement, the planar shape of the hole 21 of the collimator 20 is also preferably hexagonal. This is because the tolerance d2 against the case where the center of the hole 21 of the collimator 20 and the center of the light emitting element 32 or the light receiving element 11 deviate from each other can be maintained at the same value in all directions.

コリメータ20のホール21の平面形状を6角形とした場合であっても、方位角による取り込み角の問題は存在する。図20に示すように、y方向のホールの径bとy方向から30度傾いた方向の径aが異なるからである。なお、ホール21の平面が6角形の場合のコリメータ20のアスペクト比は、コリメータ20の高さをhとした場合、h/aで定義される。 Even when the planar shape of the hole 21 of the collimator 20 is hexagonal, the problem of the intake angle due to the azimuth still exists. This is because, as shown in FIG. 20, the diameter b of the hole in the y direction is different from the diameter a in a direction tilted by 30 degrees from the y direction. Note that the aspect ratio of the collimator 20 when the plane of the hole 21 is hexagonal is defined as h/a, where h is the height of the collimator 20.

図21は、実施例2におけるコリメータ20に形成されるホール21の平面形状である。図21において、コリメータ20を2層で構成している。ただし、下層の6角形のホール21に対して、上層の6角形のホール21を、方位角方向で30度回転して配置している。 Figure 21 shows the planar shape of the holes 21 formed in the collimator 20 in Example 2. In Figure 21, the collimator 20 is configured in two layers. However, the hexagonal holes 21 in the upper layer are rotated 30 degrees in the azimuth direction relative to the hexagonal holes 21 in the lower layer.

図22は、図21のG-G断面図である。図22におけるコリメータ20の取り込み角度はθ11である。図23は、図21のH-H断面図である。図23におけるコリメータ20の取り込み角度は、図22と同じθ11である。つまり、ホールが4角形の場合と同様に、コリメータ20のホール21における取り込み角の差を軽減することが出来る。 FIG. 22 is a sectional view taken along line GG in FIG. 21. The intake angle of the collimator 20 in FIG. 22 is θ11. FIG. 23 is a sectional view taken along line HH in FIG. 21. The take-in angle of the collimator 20 in FIG. 23 is θ11, which is the same as in FIG. 22. In other words, as in the case where the holes are rectangular, the difference in the intake angle in the holes 21 of the collimator 20 can be reduced.

コリメータ20を3層以上で形成する場合も、実施例1において、図18乃至図19で説明した場合と同じである。以上は、ホール21の平面形状が6角形の場合について説明したが、5角形、あるいは、7角形以上の場合も同様である。つまり、実施例1及び実施例2で示しているように、コリメータ20を積層構造で形成し、ホール21の平面形状をn角形とする場合、第1層におけるホール21に対して、第2層におけるホール22を、平面において360/2n回転させることによって、コリメータ20の方位角方向におけるアスペクト比の差を小さくすることが出来る。なお、n角形における角部は、直線と直線とが交差するといった厳密な形状である必要はなく、丸みを帯びた角部を有するものであってもよい。角部に丸みを帯びさせることで、角度による取り込み角の差異を小さく出来る場合もある。 The case where the collimator 20 is formed with three or more layers is also the same as the case described with reference to FIGS. 18 and 19 in the first embodiment. The above description has been made regarding the case where the hole 21 has a hexagonal planar shape, but the same applies to the case where the hole 21 has a pentagonal shape, a heptagonal shape or more. In other words, as shown in Examples 1 and 2, when the collimator 20 is formed with a laminated structure and the planar shape of the hole 21 is an n-gon, the hole 21 in the first layer is By rotating the hole 22 in the plane by 360/2n, the difference in aspect ratio of the collimator 20 in the azimuth direction can be reduced. Note that the corners of the n-gon do not need to have a strict shape in which straight lines intersect, and may have rounded corners. By rounding the corners, it may be possible to reduce the difference in the intake angle depending on the angle.

図24A乃至図24Dは、コリメータ20を積層して形成する場合の問題点を示す断面図である。コリメータ20は、ネガ型の感光性黒色樹脂22をパターニングして形成する。図24Aは、第1層のための感光性黒色樹脂221を、受光装置10の上に塗布した状態を示す断面図である。以後の図もコリメータ20は受光装置10の上に形成するとして説明する。図24Bは、露光マスクを用いて露光し、感光性黒色樹脂221をパターニングしてホール21を形成した状態を示す断面図である。 24A to 24D are cross-sectional views showing problems when forming the collimator 20 by stacking them. The collimator 20 is formed by patterning a negative photosensitive black resin 22. FIG. 24A is a cross-sectional view showing a state in which the photosensitive black resin 221 for the first layer is applied onto the light receiving device 10. The following figures will also be described assuming that the collimator 20 is formed on the light receiving device 10. FIG. 24B is a cross-sectional view showing a state in which holes 21 are formed by patterning the photosensitive black resin 221 by exposing it to light using an exposure mask.

図24Cは第2層を形成するための感光性黒色樹脂222を塗布した状態を示す断面図である。図24Cにおいて、第2層を構成する樹脂222が第1層のホール21にも充填される。コリメータ22の第1層の厚さをh1とし、第2層の厚さをh2とした場合、ホール21における感光性黒色樹脂222の厚さはh1+h2となる。そうすると、第1層のホール部分21における第2層の感光性黒色樹脂222は厚いために、同じ現像条件では、十分に除去できないために、残渣225が存在することになる。 FIG. 24C is a cross-sectional view showing a state in which a photosensitive black resin 222 for forming the second layer is applied. In FIG. 24C, the resin 222 constituting the second layer is also filled in the holes 21 of the first layer. When the thickness of the first layer of the collimator 22 is h1 and the thickness of the second layer is h2, the thickness of the photosensitive black resin 222 in the hole 21 is h1+h2. In this case, since the photosensitive black resin 222 of the second layer in the hole portion 21 of the first layer is thick, it cannot be sufficiently removed under the same development conditions, so that a residue 225 exists.

図25Aおよび図25Bはこれを対策する第1の形態を示す断面図である。図25Aにおいて、コリメータを構成する第1層221の上に第2層を構成する感光性黒色樹脂222が塗布されている。第2層222の厚さh2は第1層221の厚さh1よりも大きい。図25Aにおいて、ホール21における第2層の感光性黒色樹脂222の厚さh1+h2と第1層221の上の第2層の感光性黒色樹脂222の厚さh2の差が大きくなければ、同じ現像条件でも、第1層221のホール21内に第2層の感光性黒色樹脂222の残渣225が残らないようにすることが出来る。この状態を図25Bに示す。 FIGS. 25A and 25B are cross-sectional views showing a first form of countermeasure against this problem. In FIG. 25A, a photosensitive black resin 222 constituting a second layer is applied on a first layer 221 constituting the collimator. The thickness h2 of the second layer 222 is greater than the thickness h1 of the first layer 221. In FIG. 25A, if the difference between the thickness h1+h2 of the second layer of photosensitive black resin 222 in the hole 21 and the thickness h2 of the second layer of photosensitive black resin 222 on the first layer 221 is not large, the same development Under these conditions, it is possible to prevent the residue 225 of the photosensitive black resin 222 of the second layer from remaining in the hole 21 of the first layer 221. This state is shown in FIG. 25B.

図26A乃至図27Bは実施例3における第2の形態を示す断面図である。図26Aは、第1層221にホール21を形成した断面図であり、図26Bは第1層221の上に第2層のための感光性黒色樹脂222を形成した状態を示す断面図である。図26Bの特徴は、第2層を構成する感光性黒色樹脂222の厚さh2を第1層221の厚さh1よりも小さくして、第1層221のホール21を第2層の感光性黒色樹脂222で充填しないようにしたものである。 Figures 26A to 27B are cross-sectional views showing a second embodiment of Example 3. Figure 26A is a cross-sectional view of a first layer 221 with holes 21 formed therein, and Figure 26B is a cross-sectional view of a second layer with photosensitive black resin 222 formed on the first layer 221. The feature of Figure 26B is that the thickness h2 of the photosensitive black resin 222 constituting the second layer is smaller than the thickness h1 of the first layer 221, so that the holes 21 in the first layer 221 are not filled with the photosensitive black resin 222 of the second layer.

図26Bにおいて、ホール21内の第2層の感光性黒色樹脂222の厚さh3と第1層221上の第2層の感光性黒色樹脂222の厚さh2の差を小さくできるので、図26Cに示すように、ホール21内に感光性黒色樹脂222の残渣225が残らないようにすることが出来る。 In FIG. 26B, the difference between the thickness h3 of the second layer of photosensitive black resin 222 in the hole 21 and the thickness h2 of the second layer of photosensitive black resin 222 on the first layer 221 can be made small; As shown in FIG. 2, it is possible to prevent the residue 225 of the photosensitive black resin 222 from remaining inside the hole 21.

図27Aおよび図27Bは、図26A乃至図26Cで説明したのと同様なプロセスをコリメータ20の第3層223に適用した場合の例である。4層以上の場合にも同様のプロセスを適用することが出来る。 Figures 27A and 27B show an example in which a process similar to that described in Figures 26A to 26C is applied to the third layer 223 of the collimator 20. A similar process can also be applied to four or more layers.

図28A乃至図28Dは、実施例3における第3の形態を示す断面図である。図28Aは第1層221の上に第2層を形成するための感光性黒色樹脂222を塗布した状態を示す断面図である。この場合の第2層の感光性黒色樹脂222は、第1層221のホール21の径、第2層の感光性黒色樹脂222の粘度、第2層の感光性黒色樹脂222の材料の受光素子10の表面との濡れ性等との関係で、感光性黒色樹脂222の材料が第1層221のホール21内に入り込まないような材料に選定する。 28A to 28D are cross-sectional views showing a third embodiment of the third embodiment. FIG. 28A is a cross-sectional view showing a state in which photosensitive black resin 222 for forming a second layer is applied onto the first layer 221. In this case, the photosensitive black resin 222 of the second layer is selected to be a material that does not penetrate into the holes 21 of the first layer 221 in relation to the diameter of the holes 21 of the first layer 221, the viscosity of the photosensitive black resin 222 of the second layer, and the wettability of the material of the photosensitive black resin 222 of the second layer with the surface of the light receiving element 10.

図28Bは、露光、現像を行って、第2層222の形状を成形した状態を示す断面図である。図28Bに示すように、ホール21内に第2層の材料222の残渣225が残らないようにすることが出来る。 FIG. 28B is a cross-sectional view showing a state in which the shape of the second layer 222 is formed by performing exposure and development. As shown in FIG. 28B, it is possible to prevent residues 225 of the second layer material 222 from remaining within the hole 21.

図28Cおよび図28Dは、コリメータの第3層223を構成するためのプロセスである。プロセス的には、図28Cが図28Aに対応し、図28Dが図28Bに対応する。このように、3層以上でコリメータ20を形成する場合も、図28Aおよび図28Bで説明したプロセスによってホール21内に感光性黒色樹脂の残渣225を残さないようにすることが出来る。 28C and 28D are processes for constructing the third layer 223 of the collimator. In terms of process, FIG. 28C corresponds to FIG. 28A, and FIG. 28D corresponds to FIG. 28B. In this way, even when the collimator 20 is formed with three or more layers, it is possible to prevent the photosensitive black resin residue 225 from remaining in the hole 21 by the process described in FIGS. 28A and 28B.

実施例4は、コリメータ20を積層して形成する場合の他の構成を与えるものである。図29Aはコリメータ20のホール21内に空気のみが存在している状態の断面図である。図29Aにおいて、受光装置10の上にコリメータ20が配置し、コリメータ20の上に発光装置30の基板200が配置している。 Example 4 provides another configuration when the collimator 20 is formed by stacking. Fig. 29A is a cross-sectional view of a state in which only air exists in the hole 21 of the collimator 20. In Fig. 29A, the collimator 20 is placed on the light receiving device 10, and the substrate 200 of the light emitting device 30 is placed on the collimator 20.

図29Aにおいて、基板200から入射した光は、基板200と空気との界面で屈折する。空気の屈折率n0のほうが、基板200の屈折率n2よりも小さいので、θ1<θ2である。大きく屈折した光は黒色樹脂22に吸収され、受光装置10に到達しない。したがって、θ1よりも大きな入射角で入射する光は、受光装置10に到達しない。つまり、図29Aの構成は、屈折率の差の効果によって、よりコリメートされた光を受光装置10に入射させることが出来る。 In FIG. 29A, light incident from the substrate 200 is refracted at the interface between the substrate 200 and air. Since the refractive index n0 of air is smaller than the refractive index n2 of the substrate 200, θ1<θ2. The significantly refracted light is absorbed by the black resin 22 and does not reach the light receiving device 10. Therefore, light incident at an incident angle greater than θ1 does not reach the light receiving device 10. In other words, the configuration of FIG. 29A allows more collimated light to enter the light receiving device 10 due to the effect of the difference in refractive index.

図29Bは、コリメータ20の第1層221の導光部であるホール21に、屈折率がn1である透明樹脂25を充填した状態を示す断面図である。コリメータ20の第2層222のホール21には空気のみ存在している。図29において、基板200からコリメータ20の第2層222に入射角θ3で入射した光は屈折して角度θ4で進行し、コリメータの第1層と第2層の界面において再び屈折して、入射角θ5で進行する。この光は、コリメータ20の黒色樹脂221に吸収され、受光装置10に到達しない。したがって、θ3よりも大きな入射角で入射する光は、受光装置10に到達しない。つまり、図29Aの構成は、屈折率の差の効果によって、よりコリメートされた光を受光装置に入射させることが出来る。 FIG. 29B is a cross-sectional view showing a state in which the hole 21, which is the light guiding portion of the first layer 221 of the collimator 20, is filled with a transparent resin 25 having a refractive index of n1. Only air exists in the holes 21 of the second layer 222 of the collimator 20. In FIG. 29, light that enters the second layer 222 of the collimator 20 from the substrate 200 at an incident angle θ3 is refracted and travels at an angle θ4, is refracted again at the interface between the first layer and the second layer of the collimator, and then enters the second layer 222 of the collimator 20. Proceeds at an angle θ5. This light is absorbed by the black resin 221 of the collimator 20 and does not reach the light receiving device 10. Therefore, light incident at an incident angle greater than θ3 does not reach the light receiving device 10. In other words, the configuration of FIG. 29A allows more collimated light to enter the light receiving device due to the effect of the difference in refractive index.

仮に、第2基板200の屈折率n2よりも、透明樹脂25の屈折率n1が小さければ透明樹脂25を第1層221のホール21に充填した場合でも、十分な効果を上げることが出来る。つまり、透明樹脂25の屈折率n1が小さいほど、効果を上げることが出来る。 If the refractive index n1 of the transparent resin 25 is smaller than the refractive index n2 of the second substrate 200, sufficient effects can be achieved even when the holes 21 of the first layer 221 are filled with the transparent resin 25. In other words, the smaller the refractive index n1 of the transparent resin 25, the more effective the effect can be.

図30A乃至図30Dは、コリメータ20を積層して形成する場合、コリメータ20のホール21内に感光性黒色樹脂222の残渣225を残さないための構成を示す断面図である。図30Aはコリメータ20の第1層221を覆って透明樹脂25を塗布した状態を示す断面図である。透明樹脂25は第1層221のホール21内にも充填されている。透明樹脂25は感光性樹脂で形成される。 30A to 30D are cross-sectional views showing a configuration for not leaving residue 225 of the photosensitive black resin 222 in the hole 21 of the collimator 20 when the collimator 20 is formed by laminating. FIG. 30A is a cross-sectional view showing a state in which the transparent resin 25 is applied to cover the first layer 221 of the collimator 20. The transparent resin 25 is also filled in the holes 21 of the first layer 221. The transparent resin 25 is made of photosensitive resin.

図30Bは、透明樹脂25を露光、現像して、第1層221のホール21内以外から透明樹脂25を除去した状態を示す断面図である。図30Cは、第1層221の上に第2層を構成するための感光性黒色樹脂222を塗布した状態を示す断面図である。図30Dは、第2層の感光性黒色樹脂222を露光、現像してコリメータ20の第2層222を形成した状態を示す断面図である。 Figure 30B is a cross-sectional view showing the state in which the transparent resin 25 has been exposed and developed, and the transparent resin 25 has been removed from all parts of the first layer 221 except for the inside of the holes 21. Figure 30C is a cross-sectional view showing the state in which the photosensitive black resin 222 for forming the second layer has been applied onto the first layer 221. Figure 30D is a cross-sectional view showing the state in which the photosensitive black resin 222 of the second layer has been exposed and developed to form the second layer 222 of the collimator 20.

図30Cに示すように、第2層を形成する感光性黒色樹脂222は、均一な膜厚になっているので、図30Dに示すように、ホール21内に感光性黒色樹脂222の残渣225は存在しない。 As shown in FIG. 30C, the photosensitive black resin 222 forming the second layer has a uniform thickness, so that no residue 225 of the photosensitive black resin 222 is present in the hole 21, as shown in FIG. 30D.

図31A乃至図31Cは、実施例4の第2の形態を示す断面図である。第2の形態においても、まず、最初に図30Aに示すように、コリメータの第1層221の上に透明樹脂25を形成することは同じである。図30Aを露光、現像した場合、透明樹脂25を第1層の感光性黒色樹脂221と同じ厚さに制御するのは難しい。 31A to 31C are cross-sectional views showing a second form of Example 4. FIG. In the second embodiment as well, the transparent resin 25 is first formed on the first layer 221 of the collimator, as shown in FIG. 30A. When exposing and developing the image shown in FIG. 30A, it is difficult to control the transparent resin 25 to have the same thickness as the first layer of photosensitive black resin 221.

図31Aは、第1層の感光性黒色樹脂221の上にも透明樹脂25を薄く残した状態を示す断面図である。図31Aのような構成は、露光をやや少なめにすればよいので、安定して形成することが出来る。図31Bは、透明樹脂25の上に第2層の感光性黒色樹脂222を塗布した状態を示す断面図である。 Figure 31A is a cross-sectional view showing a state in which a thin layer of transparent resin 25 remains on the first layer of photosensitive black resin 221. A configuration like that shown in Figure 31A can be formed stably because it requires slightly less exposure. Figure 31B is a cross-sectional view showing a state in which a second layer of photosensitive black resin 222 has been applied on top of the transparent resin 25.

図31Cは、感光性黒色樹脂222を現像しての第2層を形成した状態を示す断面図である。第2層を構成する感光性黒色樹脂222は均一な膜厚なので、ホール21内に、感光性黒色樹脂222の残渣225が存在することはない。コリメータ20において、第1層221と第2層222の間に透明樹脂25の薄い膜が存在しているが、コリメータ20の特性的にはほとんど問題はない。 FIG. 31C is a cross-sectional view showing a state in which the photosensitive black resin 222 is developed to form a second layer. Since the photosensitive black resin 222 constituting the second layer has a uniform thickness, there is no residue 225 of the photosensitive black resin 222 in the hole 21 . In the collimator 20, a thin film of transparent resin 25 exists between the first layer 221 and the second layer 222, but there is almost no problem in terms of the characteristics of the collimator 20.

図32A乃至図32Cは、実施例4の第3の形態を示す断面図である。第3の形態においても、まず、最初に図30Aに示すように、コリメータの第1層221の上に透明樹脂25を形成することは同じである。 32A to 32C are cross-sectional views showing a third form of Example 4. FIG. In the third embodiment, the transparent resin 25 is first formed on the first layer 221 of the collimator, as shown in FIG. 30A.

図32Aは、図31Aとは逆に、透明樹脂25をやや強く露光することによって、コリメータの第1層221のホール21内の透明樹脂25の厚さを第1層の黒色樹脂221の厚さよりも小さくした場合を示す断面図である。 In FIG. 32A, contrary to FIG. 31A, the thickness of the transparent resin 25 in the hole 21 of the first layer 221 of the collimator is made greater than the thickness of the black resin 221 of the first layer by exposing the transparent resin 25 to a slightly stronger light. FIG.

図32Bは、図32Aの上に第2層を構成する感光性黒色樹脂222を塗布した状態を示す断面図である。図32Bにおいて、第2層の感光性黒色樹脂222の厚さは、透明樹脂25の上において、第1層の感光性黒色樹脂221の上よりも厚いが、その差は小さいので、図32Cに示すように、第2層222を現像したときにホール21内に感光性黒色樹脂222の残渣225が存在することはない。 Figure 32B is a cross-sectional view showing the state in which the photosensitive black resin 222 constituting the second layer is applied on the view of Figure 32A. In Figure 32B, the thickness of the second layer of photosensitive black resin 222 is thicker on the transparent resin 25 than on the first layer of photosensitive black resin 221, but the difference is small, so that no residue 225 of the photosensitive black resin 222 remains in the hole 21 when the second layer 222 is developed, as shown in Figure 32C.

10…受光装置、 11…受光素子、 12…受光素子保護膜、 15…光導電素子、 16…TFT、 17…蓄積容量、 20…コリメータ、 21…ホール(導光部)、 22…黒色樹脂、 25…透明樹脂、 30…発光装置、 32…発光素子、 33…発光素子保護膜、 34…保護基板、 40…被測定物、 51…走査線、 52…検出線、 53…電源線、 55…走査回路、 56…検出線駆動回路、 57…電源回路、 60…発光領域、 61…走査線、 62…信号線、 63…電源線、 65…走査回路、 66…信号線駆動回路、 67…電源回路、 100…第1基板、 101…下地膜、 102…遮光膜、 103…下ゲート絶縁膜、 104…半導体膜、 105…ドレイン電極、 106…ソース電極、 107…ゲート絶縁膜、 108…上ゲート電極、 109…容量電極、 110…層間絶縁膜、 111…ドレイン配線、 112…コンタクト電極、 113…有機パッシベーション膜、 114…カソード、 115…光導電膜、 116…アノード、 117…第2層間絶縁膜、 118…アノード配線、 119…無機保護膜、 120…有機保護膜、 121…スルーホール、 122…スルーホール、 123…スルーホール、 140…バンク、 150…アノード、 151…有機EL層、 152…カソード、 153…保護膜、 200…第2基板、 221…第1感光性黒色樹脂、 222…第2感光性黒色樹脂、 223…第3感光性黒色樹脂、 225…感光性黒色樹脂の残渣、 400…開口部、 1151…p層、 1152…i層、 1153…n層、 EL…有機EL発光層、 T1…スイッチングTFT、 T2…駆動TFT、 Ch…保持容量、 Va…アノード電圧、 Vk…カソード電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Light receiving device, 11... Light receiving element, 12... Light receiving element protective film, 15... Photoconductive element, 16... TFT, 17... Storage capacitor, 20... Collimator, 21... Hole (light guide part), 22... Black resin, 25... Transparent resin, 30... Light emitting device, 32... Light emitting element, 33... Light emitting element protective film, 34... Protective substrate, 40... Measured object, 51... Scanning line, 52... Detection line, 53... Power line, 55... Scanning circuit, 56...Detection line drive circuit, 57...Power supply circuit, 60...Light emitting region, 61...Scanning line, 62...Signal line, 63...Power supply line, 65...Scanning circuit, 66...Signal line drive circuit, 67...Power supply Circuit, 100... First substrate, 101... Base film, 102... Light shielding film, 103... Lower gate insulating film, 104... Semiconductor film, 105... Drain electrode, 106... Source electrode, 107... Gate insulating film, 108... Upper gate Electrode, 109... Capacitance electrode, 110... Interlayer insulating film, 111... Drain wiring, 112... Contact electrode, 113... Organic passivation film, 114... Cathode, 115... Photoconductive film, 116... Anode, 117... Second interlayer insulating film , 118... Anode wiring, 119... Inorganic protective film, 120... Organic protective film, 121... Through hole, 122... Through hole, 123... Through hole, 140... Bank, 150... Anode, 151... Organic EL layer, 152... Cathode , 153... Protective film, 200... Second substrate, 221... First photosensitive black resin, 222... Second photosensitive black resin, 223... Third photosensitive black resin, 225... Residue of photosensitive black resin, 400... Opening, 1151...p layer, 1152...i layer, 1153...n layer, EL...organic EL light emitting layer, T1...switching TFT, T2...driving TFT, Ch...retention capacitor, Va...anode voltage, Vk...cathode voltage

Claims (18)

受光装置、コリメータ、発光装置を有する光センサ装置であって、
前記コリメータは、前記受光装置と前記発光装置の間に配置し、
前記コリメータは、第1のコリメータと第2のコリメータを含む複数層が積層された構成であり、
前記第1のコリメータと前記第2のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させるホールが形成された構成であり、
nを4以上の整数とした場合、平面で視て、前記第1のコリメータに形成された第1のホールはn角形であり、前記第2のコリメータに形成された第2のホールは前記第1のホールと中心が同じで、前記第1のホールに対して、360度/2n回転した構成であることを特徴とする光センサ装置。
An optical sensor device having a light receiving device, a collimator, and a light emitting device,
The collimator is arranged between the light receiving device and the light emitting device,
The collimator has a structure in which multiple layers including a first collimator and a second collimator are laminated,
The first collimator and the second collimator have a structure in which a hole through which light passes is formed in a light-shielding resin,
When n is an integer of 4 or more, the first hole formed in the first collimator has an n-gon shape when viewed in plan, and the second hole formed in the second collimator has an n-gon shape when viewed in plan. 1. An optical sensor device characterized in that the center thereof is the same as that of the first hole, and the center thereof is rotated by 360 degrees/2n with respect to the first hole.
前記遮光性の樹脂は、ネガ型の感光性黒色樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 2. The optical sensor device according to claim 1, wherein the light-shielding resin is made of a negative photosensitive black resin. 前記n角形は4角形であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the n-sided shape is a quadrilateral. 前記n角形は6角形であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, wherein the n-gon is a hexagon. 前記第1のコリメータの厚さは、前記第2のコリメータの厚さよりも厚いことを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the thickness of the first collimator is greater than the thickness of the second collimator. 前記第1のコリメータの厚さは、前記第2のコリメータの厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the thickness of the first collimator is thinner than the thickness of the second collimator. 前記コリメータのアスペクト比は5以上であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the aspect ratio of the collimator is 5 or more. 前記コリメータのアスペクト比は10以上であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the aspect ratio of the collimator is 10 or more. 前記受光装置、前記コリメータ、前記発光装置は、この順に積層して一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, wherein the light receiving device, the collimator, and the light emitting device are integrally formed by stacking them in this order. 前記受光装置、前記コリメータ、前記発光装置は、この順に積層して連続的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the light receiving device, the collimator, and the light emitting device are continuously formed by stacking them in this order. 前記受光装置は、ランダムアクセス可能であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, characterized in that the light receiving device is randomly accessible. 前記発光装置は、ランダムアクセス可能であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 1, wherein the light emitting device is randomly accessible. コリメータを有する光センサ装置であって、
前記コリメータは、第1のコリメータと第2のコリメータとを含む複数層が積層された構成であり、
前記第1のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させる第1のホール内に透明樹脂が形成された構成であり、前記第2のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させる第2のホールが形成された構成であり、
nを4以上の整数とした場合、平面で視て、前記第1のコリメータに形成された第1のホールはn角形であり、前記第2のコリメータに形成された前記第2のホールは前記第1のホールと中心が同じで、前記第1のホールに対して、360度/2n回転した構成であることを特徴とする光センサ装置。
An optical sensor device having a collimator,
The collimator has a structure in which multiple layers including a first collimator and a second collimator are laminated,
The first collimator has a structure in which a transparent resin is formed in a first hole that allows light to pass through a light-blocking resin, and the second collimator has a second hole that allows light to pass through a light-blocking resin. is formed,
When n is an integer of 4 or more, the first hole formed in the first collimator has an n-gon shape when viewed in plan, and the second hole formed in the second collimator has an n-gon shape when viewed in plan . An optical sensor device characterized in that the center thereof is the same as that of the first hole, and the center thereof is rotated by 360 degrees/2n with respect to the first hole.
前記第1のコリメータと前記第2のコリメータの間には、前記第1のコリメータおよび前記第2のコリメータよりも厚さが薄い、前記透明樹脂が存在していることを特徴とする請求項13に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 13, characterized in that the transparent resin is present between the first collimator and the second collimator and has a thickness thinner than the first collimator and the second collimator. 前記第1のホール内の前記透明樹脂の厚さは、前記第1のコリメータの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項13に記載の光センサ装置。 The optical sensor device according to claim 13, characterized in that the thickness of the transparent resin in the first hole is smaller than the thickness of the first collimator. 前記第2のコリメータの上には、受光装置を構成する基板が配置し、
前記基板の屈折率は、前記透明樹脂の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項13に記載の光センサ装置。
a substrate constituting a light receiving device is disposed on the second collimator;
14. The optical sensor device according to claim 13, wherein the refractive index of the substrate is greater than the refractive index of the transparent resin.
受光装置、コリメータ、発光装置を有する光センサ装置であって、
前記コリメータは、前記受光装置と前記発光装置の間に配置し、
前記発光装置の基板は透明樹脂で形成され、
前記コリメータは、前記発光装置の前記基板と対向し、
前記コリメータは、第1のコリメータと第2のコリメータを含む複数層が積層された構成であり、
前記第1のコリメータと前記第2のコリメータは遮光性の樹脂に光を通過させるホールが形成された構成であり、
nを4以上の整数とした場合、平面で視て、前記第1のコリメータに形成された第1のホールはn角形であり、前記第2のコリメータに形成された第2のホールは前記第1のホールと中心が同じで、前記第1のホールに対して、360度/2n回転した構成であり、
前記第2のホールには前記発光装置の前記基板と同じ材料の透明樹脂が存在していることを特徴とすることを特徴とする光センサ装置。
An optical sensor device having a light receiving device, a collimator, and a light emitting device,
The collimator is arranged between the light receiving device and the light emitting device,
The substrate of the light emitting device is made of transparent resin,
The collimator faces the substrate of the light emitting device,
The collimator has a structure in which multiple layers including a first collimator and a second collimator are laminated,
The first collimator and the second collimator have a structure in which a hole through which light passes is formed in a light-shielding resin,
When n is an integer of 4 or more, the first hole formed in the first collimator has an n-gon shape when viewed in plan, and the second hole formed in the second collimator has an n-gon shape when viewed in plan. It has the same center as the first hole and is rotated 360 degrees/2n with respect to the first hole,
The optical sensor device according to claim 1, wherein a transparent resin made of the same material as the substrate of the light emitting device is present in the second hole.
前記第1のホールには前記発光装置の前記基板と同じ材料の透明樹脂が存在していることを特徴とする請求項17に記載の光センサ装置。 18. The optical sensor device according to claim 17, wherein a transparent resin made of the same material as the substrate of the light emitting device is present in the first hole.
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