JPS63300575A

JPS63300575A - カラ−センサ

Info

Publication number: JPS63300575A
Application number: JP62137187A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyuki Kurata; 哲之蔵田; Makoto Tsunoda; 誠角田; Yuji Hizuka; 裕至肥塚; Torahiko Ando; 虎彦安藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はカラーセンサに関し、特に入射光を赤（Ｒ）
緑（Ｇ）青（Ｂ）の３つの領域に分光した３成分の出力
を得ることのできるＲＧＢ方式の全可視光領域のカラー
センサに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、全可視光領域のＲＧＢ方式のカラーセンサとして
は、フォトダイオードやＣＣＤなどの光電変換素子と赤
（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の３色のカラーフィルタを組合
せたものが実用化されている。

第５図は従来のカラーセンサ素子の一例（桑野幸徳；エ
レクトロニクス、昭和５７年９月号、ｐｐ、５３−５６
）を示す図である。この例では、アモルファスシリコン
１３を光電変換素子として用いている、この素子の動作
原理は、赤（Ｒ）緑ＣＧ）青（Ｂ）の３色のカラーフィ
ルタ１７によって入射光の３色それぞれの成分を透過し
、３個の光電変換素子によって電気信号に変換して３色
に対応する出力を得るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のＲＧＢ方式のカラーセンサでは、
フォトダイオードなどの光検知素子が全ての色領域にわ
たって大きく変化しない感度波長特性を持っていること
が必要であり、素子１組について３色のカラーフィルタ
に対応して３つの独立な素子が必要であることや、カラ
ーフィルタと光検知素子を組合せるため素子の微細化に
おいてはその位置調整が重要であることから、製造工程
も複雑で高コストであるなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、カラーフィルタおよび独立な３個の光電変換
素子を必要とせず、実効的に１素子分の面積でＲＧＢ３
色の成分を取出すことができ、微細化においても有利と
なるＲＧＢ方式〇カラーセンサを得ることを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るカラーセンサは、第１ないし第４の電極を
順次配列し、この各電極間に、光電変換能力を有し、ｐ
型、ｎ型、およびｐ型、あるいはｎ型、ｐ型、およびｎ
型であり、それぞれの光起電力スペクトルが互いに重畳
しない部分を有する第１．第２．および第３の有機色素
層を挿入し、上記第１ないし第４の各電極材料を上記各
有機色素層の光が入射する側の面と異方接合を形成する
ような仕事関数の導電材料としたものである。

〔作用〕

本発明においては、光電変換材料に有機色素を用い、こ
の有機色素のｐ型かｎ型かの特性と電極材料の仕事関数
の大小を都合よく選び組合せて各有機色素層の光が入射
する側に異方接合を形成した構造とすることにより、特
定の波長領域の光のみを吸収して光起電力を発生し、そ
の波長領域以外の光は透過するために、光起電力スペク
トルの違う３種の光電変換層を積層することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例によるカラーセンサの素子断
面図であり、図において、１は第１の電極、２は第１の
有機色素層、３は第２の電極、４は第２の有機色素層、
５は第３の電極、６は第３の有機色素層、７は第４の電
極である。

この素子では、第１．第２．第３の有機色素層２．４．
６はそれぞれｐ型、ｎ型、ｐ型であって、それぞれの光
起電力スペクトルが互いに重畳しない部分を有し、第１
．第３の電極１，５材料はｐ型材料とは異方接合を形成
し、ｎ型材料とは等方接合を形成するような仕事関数の
小さい導電材料であり、第２．第４の電極３，７材料は
ｐ型材料とは等方接合を形成し、ｎ型材料とは異方接合
を形成するような仕事関数の大きい導電材料である。

また、第１．第２．第３の有機色素層２．　４．　６が
それぞれｎ型、ｐ型、ｎ型である場合には、第１、第３
の電極１．５材料はｐ型材料とは等方接合を形成し、ｎ
型材料とは異方接合を形成するような仕事関数の大きい
導電材料であり、第２．第４の電極３，７材料はｐ型材
料とは異方接合を形成し、ｎ型材料とは等方接合を形成
するような仕事関数の小さい導電材料である。

さらに詳しく説明すると、本実施例の素子においては電
極と有機色素層を交互に積層した構成になっていて、光
は第１の電極１側から入射するが、第１．第２．第３の
有機色素層２．４．６はそれぞれの光が入射する側の電
極すなわち第１．第２゜第３の電極１．３．５と光起電
力を発生するような異方接合を形成し、かつその反対側
の電極すなわち第２．第３．第４の電極３，５．７と等
方接合を形成しているものである。さらに第１．第２゜
第３の有機色素層２．４．６の光起電力を発生する感光
波長域を、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の３色の領域に選
ぶと、各有機色素層２，４．６からはＲＧＢ方式の３つ
の出力が得られる。このとき第１．第２．第３の有機色
素層２．４．６とＲＧＢ３色との組合せは、各色素が感
光波長域以外の光は透過するのでどのような組合せでも
何ら問題はない。

上記のような構成を取るためには有機色素層は第１．第
３の有機色素層２．６がｐ型であれば第２の有機色素層
４がｎ型、あるいは第１．第３の有機色素Ｎ２．６がｎ
型であれば第２の有機色素層４がｐ型であることが必要
であるが、光電変換ａ能を持つｐ型の有機色素としては
例えばメロシアニン、フタロシアニン、サフラニン、メ
チレンブルー、クロロフィルなどがあげられる。また、
ｎ型の有機色素としてはポルフィリン、ローダミンＢ、
マラカイトグリーン、クリスタルバイオレフトなどがあ
げられる。これらの有機色素の中でも光起電力が大きく
、３種の有機色素で可視光全域を分けてカバーできるも
のがよいが、中でも赤色の領域に感度を持つメタルフリ
ーのフタロシアニンやフタロシアニンのＦｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ。

Ｐｂ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇなどの金属錯体（５５０〜７０
０ｎｍ）と緑色の領域に感度を持つメロシアニン色素（
４５０〜５６０ｎｍ）と青色の領域に感度を持つテトラ
（４−ピリジル）ポルフィリン（４００〜４４０ｎｍ）
の組合せが最も優れている。また、これら有機色素は薄
膜状に形成されるが、その形成方法には通常の溶媒キャ
スト法（スピナーコート、スプレーコート法なども含む
）や真空蒸着法などがあるが、単独あるいは混合して高
分子マトリックス中に化学的あるいは物理的手法でトラ
ップして用いるようにしてもよい。

また電極材料では、ｎ型有機色素と異方接合を形成し、
ｎ型有機色素と等方接合を形成するような仕事関数の小
さい導電材料としては、ＡＩ、Ｉｎなどの金属や、Ｓｎ
Ｏ，、ＩＴＯ，ＺｎＯなどの金属酸化物が用いられる。

また、ｎ型有機色素と異方接合を形成し、ｎ型有機色素
と等方接合を形成するような仕事関数の大きい導電材料
としては、Ａｕ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｎｉ、ＴＩなどの金属や
、アクセプタをドープした導電性高分子、例えばポリア
セチレン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの中から
単独にあるいは組合せて用いられる。

次に本実施例によるカラーセンサの動作原理について説
明する。第１．第２．第３の有機色素がそれぞれｎ型、
ｐ型、ｎ型である場合は、ｐ型。

ｎ型、ｐ型である場合の極性を逆にした場合であり動作
原理は同じであるから、ここではｐ型、ｎ型、ｐ型であ
る場合について述べる。

今、第１．第２．第３の有機色素はそれぞれｐ型、ｎ型
、ｐ型であり、その光起電力スペクトルはそれぞれ波長
λ１．λ２．λ３に極大を持ち、それぞれ赤、緑、青の
波長領域に対応している。

すなわちλ８は６００〜６８０ｎｍの領域に、λ２は５
００〜６００ｎｍの領域に、λ、は４００〜５００ｎｍ
の領域にあるものとする。このときの様子を第２図に示
す。なお、波長λ１．λ２゜λ３とその光起電力発生波
長領域の組合せはどのような組合せでもよく、この例は
何ら本発明を制限するものではない。

このように本素子を構成したとき、本素子は従来より提
案されている有機充電変換素子を直列に配置したもので
あることがわかる。すなわち第１゜第２の電極１．３と
第１の有機色素層２からなる部分は、波長λ１　（赤色
）の光に対して第１の電極１側に負の光起電力を生ずる
。また、第２．第３の電極３．５と第２の有機色素層４
からなる部分は、波長λ８　（緑色）の光に対して第２
の電極３側に正の光起電力を生ずる。また、第３．第４
の電極５．７と第３の有機色素層６からなる部分は、波
長λ３　（青色）の光に対して第３の電極５側に負の光
起電力を生ずる。この様子を、各光電変換素子をダイオ
ードで置換えた模式図で第３図に示す。

この素子に、第１の電極１側から種々の波長を含んだ光
が入射する場合について説明する。入射光のうち波長λ
、近くの領域の光（赤色）は第１力Ｖ、　　（Ｖ＋　＞
０とする）を発生する。このとき波長λ、の領域以外の
光は第１の有機色素層２を透過して、はとんど減光する
ことなく第２の有機色素層４に到達する。第２の有機色
素層４に到達した光のうち波長λ２近くの領域の光（緑
色）は第２の有機色素層４で吸収され、第２の電極３と
第３の電極５の間に第２の電極３側に正の光起電力Ｖ２
　　（Ｖ２　＞０とする）を発生する。このとき波長λ
よの領域以外の光は第２の有機色素層４を透過して、は
とんど減光することなく第３の有機色素層６に到達する
。第３の有機色素層６に到達した光は紫外光や赤外光を
除けばほとんど波長Ａ３近くの領域の光（青色）であり
、第３の有機色素層６で吸収されて、第３の電極５と第
４の電極７の間に第３の電極５側に負の光起電力Ｖ３　
（Ｖ、＞Ｏとする）を発生する。このようにして入射光
を赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の３つのＲＧＢ成分に分解
して、それぞれの出力Ｖ、、Ｖ、、ｖ。

を得ることが可能となる。

次に、このＲＧＢ成分に対応する出力Ｖ、、Ｖ２、■、
を外部に取出す一回路例について述べる。

出力を取出す回路については種々の方式が考えられ、以
下第４図に示す例は何ら本発明を制限するものではない
、第４図において、第４の電極７は接地し共通電極とす
る。第１．第２．第３の電極１．３．５はそれぞれオペ
アンプ８１．８２．８３に入力し、第４の電極７との間
の出力電圧を増幅して出力とする。今、オペアンプの増
幅率を省略して考えれば、オペアンプ８１．オペアンプ
８２、オペアンプ８３の出力はそれぞれ（Ｖ、＋Ｖｚ　
　Ｖ３　）、　　（Ｖｚ　　Ｖ３）、　　（−Ｖ３　）
となり、これから演算により簡単にＶ、、Ｖ、、Ｖ３を
出力として取出すことができる。

この動作原理により、積層型でＲＧＢａ色の成分の出力
を得ることのできるフルカラーセンサが可能となった。

本実施例による素子では、積層化しているため、従来の
プレーナ型ＲＧＢカラーセンサに比べて素子面積は単純
にはその１／３で済み、またカラーフィルタを必要とし
ないため、製造工程も簡単となり、材料が安価な有機材
料であるため低コストとなった。

以下、具体例にてさらに詳細に説明する。

具体例ｌＣｒ−Ａｕを真空蒸着（厚さそれぞれ８００人。

１０００人）した青板ガラス基板上に、メロシアニン色
素（日本感光色素社製：ＮＫ　　２０４５）を真空蒸着
によって８００人の厚さに設け、さらにその上にスパッ
タリング法でＳｎＯ，膜（面抵抗約２００Ω／口）をピ
ット毎に分割して形成し、さらにその上に５．１０．１
５．２０−テトラ（４−ピリジル）ポルフィリンのＺｎ
錯体を約７００人の厚さで真空蒸着し、さらにその上に
Ａｕを透過率約７０％（ａｔ５５０ｎｍ）になるように
真空蒸着して、次いでフタロンアニンのＮｉ錯体を約１
０００人の厚さで真空蒸着し、最後にＡＩを半透明にな
るようにして真空蒸着してカラーセンサ１を得た。

具体例２具体例１で用いた基板上に、電解重合法でＣｌＯ４−ド
ープしたポリピロール膜を約３０００人の厚さで設け（
Ｈ，コエヅカ（Ｈ，Ｋｏｅｚｕｋａ　）等；ジャーナル
　オブ　アプライド　フィジックス、第５４Ｓ、　２５
１１頁（１９８３）　　（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、
５４．２５１１　（１９８３）　）　、この上にメタル
フリーのフタロシアニンを約１５００人の厚さで真空蒸
着し、その上にＡ１を透過率約６０％（ａｔ　５５０ｎ
＋ａ）になるように真空蒸着し、次いで５．１０．１５
．２０−テトラ（４−ピリジル）ポルフィリンのクロロ
ホルム溶液をスピンコード法により膜厚約１０００人で
形成し、さらにその上にＡｕを透過率約７０％（ａｔ　
５５０ｎｍ）になるように真空蒸着し、その上にメロシ
アニン色素（日本感光色素社製：　ＮＫ−２０４５）を
真空蒸着によって８００人の厚さに設け、最後にＡ１を
半透明になるようにして真空蒸着してカラーセンサ２を
得た。

具体例３ＩＴＯ基板（面抵抗５０Ω／口）上に、ポリ塩化ビニル
と５．１０．１５．２０−テトラ（４−ピリジル）ポル
フィリン（重量比で３０　：　７０）のテトラヒドロフ
ラン溶液をスピンコード法により膜厚約２０００人で形
成し、その上にＡｕを透過率約７０％（ａｔ　５５０ｎ
ｍ）になるように真空蒸着し、次いでメタルフリーのフ
タロシアニンを約１０００人の厚さで真空蒸着し、さら
にＡ１を透過率約６０％（ａｔ　５５０ｎｎ＋）になる
ように真空蒸着して、さらにその上にローダミンＢのク
ロロホルム溶液をスピンコード法により膜厚約１０００
人で形成し、さらにその上にＡｕを透過率約７０％（ａ
ｔ　５５０ｎｍ）になるように真空蒸着してカラーセン
サ３を得た。

以上の具体例工ないし３で得たカラーセンサ１ないし３
をそれぞれ第４図のように接続し、センサの上方から光
照射を行なった。光照射は標準色票（Ｊ　Ｉ　Ｓ　　Ｚ
８７２１−１９６４準拠）にタングステンランプを照射
し、その反射光を用いて行なった。

各センサについて第４図に示すオペアンプのゲインを調
節したところ、いずれのセンサも再現性の良い３出力が
得られた。

また、カラーセンサ１ないし３を、それぞれシリコーン
系樹脂でモールドし、上記特性の経時変化を測定した。

いずれのカラーセンサも、少な（とも４ケ月間はほとん
ど経時変化は認められなかった。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、第１ないし第４の電
極を順次配列し、この各電極間に、光電変換能力を有し
ｐ型、ｎ型、ｐ型あるいはｎ型。

ｐ型、ｎ型であり、それぞれの光起電力スペクトルが互
いに重畳しない部分を有する第１．第２゜第３の有機色
素層を挿入し、各電極材料を各有機色素層の光が入射す
る側の面と異方接合を形成するような仕事関数の材料と
したので、フィルタ効果を持った光起電力スペクトルの
異なる３種の光電変換層を積層することができ、画素密
度を低下させることな（ＲＧＢａ色に対応し得るカラー
フィルタネ用のカラーセンサが安価に得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるカラーセンサの素子断
面図、第２図は有機色素の光起電力スペクトルを示す模
式図、第３図は本発明によるカラーセンサの等価回路図
、第４図は本発明の一実施例によるカラーセンサのＲＧ
Ｂ出力の回路図、第５図は従来のプレーナ型カラーセン
サを示す断面図である。１・・・第１電極、２・・・第１有機色素層、３・・・
第２電極、４・・・第２有機色素層、５・・・第３電極
、６・・・第３有機色素層、７・・・第４電極。なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。第１図１：勇１ｆ＃ｚ２：男１＃Ａ！！’ｔｒＪｉ３：男２Ｃ涜４：ｙ２衆だＩｊ５：ヌ３Ｃ涜６：Ｍ３μ静Ｕ７：勇４２腸第２図第３図第４図８１，８２，８３ニア１７少り。第５図１１７７ン矛色夕１２：Δ軽櫂を便１３：ノ７４じシ／ジノ３シ１４：メＩＣ☆ １５：ノーメ゛フｂプ１６：Ｅ−メカ汐承房１７：／７ラー２Ｙシタ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平板状で透光性を有する第１、第２、および第３
の電極と平板状の第４の電極が順次配列され、それぞれ
の間に光電変換能力を有する第１、第２、および第３の
有機色素層が挿入されてなるカラーセンサであって、上記第１、第２、および第３の有機色素層はそれぞれｐ
型、ｎ型、およびｐ型、あるいはｎ型、ｐ型、およびｎ
型であり、それぞれの光起電力スペクトルが互いに重畳
しない部分を有し、上記第１ないし第４の各電極材料は上記各有機色素層の
光が入射する側の面とは異方接合を形成し該光入射面の
反対側の面とは等方接合を形成するような仕事関数の導
電材料であることをを特徴とするカラーセンサ。
（２）上記第１の有機色素層は少なくともフタロシアニ
ン骨格を含み、上記第２の有機色素層は少なくともテト
ラ（４−ピリジル）ポルフィリン骨格を含み、上記第３
の有機色素層は少なくともメロシアニン構造を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカラーセンサ
。