JPWO2016166863A1 - 検出装置および処理装置 - Google Patents
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Abstract
実施形態に係る検出装置は、光透過性の基板と、光検出器と、発光部と、を含む。発光部は、基板と光検出器との間に設けられている。発光部は、光透過性の第1電極と、発光層と、複数の第2電極と、を含む。第1電極は、光検出器と基板との間に設けられている。発光層は、光検出器と第1電極との間に設けられている。第2電極は、光検出器と発光層との間に設けられている。
Description
本発明の実施形態は、検出装置および処理装置に関する。
発光部から放射された光を検出対象に照射し、検出対象で反射された光を検出する検出装置がある。検出装置は、小さいことが望まれる。
実施形態に係る発明は、小型化を可能とする検出装置および処理装置を提供する。
実施形態に係る検出装置は、光透過性の基板と、光検出器と、発光部と、を含む。発光部は、基板と光検出器との間に設けられている。発光部は、光透過性の第1電極と、発光層と、複数の第2電極と、を含む。第1電極は、光検出器と基板との間に設けられている。発光層は、光検出器と第1電極との間に設けられている。第2電極は、光検出器と発光層との間に設けられている。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1実施形態)
図1(a)および図1(b)は、第1実施形態に係る検出装置の一例を表す模式図である。図1(a)は、模式平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A´断面を表す模式断面図である。図1(a)において、光検出器50は省略されている。
図1(a)および図1(b)は、第1実施形態に係る検出装置の一例を表す模式図である。図1(a)は、模式平面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A´断面を表す模式断面図である。図1(a)において、光検出器50は省略されている。
検出装置1000は、図1(b)に表されるように、基板1、光検出器50、および発光部100を含む。発光部100は、第1電極31、発光層41、および複数の第2電極32を含む。
基板1から光検出器50に向かう方向を第1方向とする。第1方向は、例えば、図1(a)および図1(b)に表されるZ方向である。第1方向に対して垂直であり、互いに垂直な2方向を、それぞれ第2方向および第3方向とする。例えば、第2方向はX方向であり、第3方向はY方向である。
基板1から光検出器50に向かう方向を第1方向とする。第1方向は、例えば、図1(a)および図1(b)に表されるZ方向である。第1方向に対して垂直であり、互いに垂直な2方向を、それぞれ第2方向および第3方向とする。例えば、第2方向はX方向であり、第3方向はY方向である。
基板1の少なくとも一部と光検出器50の少なくとも一部との間には、第1電極31が設けられている。光検出器50の少なくとも一部と、第1電極31と、の間には、発光層41が設けられている。発光層41と光検出器50との間には、複数の第2電極32が設けられている。光検出器50は、例えば、第1方向において、複数の第2電極32と離間して設けられている。
図1(a)および図1(b)に表される例において、複数の第2電極32は第2方向に並べられ、それぞれの第2電極32は第3方向に延びている。発光層41は、複数の発光領域41aと、複数の非発光領域41bと、を含む。それぞれの発光領域41aは、第1方向において、第1電極31と、それぞれの第2電極32と、の間に位置している。それぞれの非発光領域41bは、第1方向において第1電極31と第2電極32との間に位置していない。発光領域41aと非発光領域41bは、例えば、第2方向において交互に設けられている。
光検出器50は、少なくとも発光領域41aと第1方向において並んでいる。より望ましくは、光検出器50は、発光領域41aと非発光領域41bの両方と第1方向において並ぶ。光検出器50が、複数の発光領域41aおよび複数の非発光領域41bと第1方向において並んでいることで、光検出器50に入射する光の量を増加させることができる。
第1電極31および第2電極32から発光層41にキャリアが注入されると、主に発光領域41aから光が放射される。有機物を含む発光層が用いられた発光素子から放射される光は、無機化合物を含む発光層が用いられた発光素子から放射される光に比べて、ノイズが小さい。このため、有機物を含む発光層が用いられた発光素子から放射される光は、例えば脈波などの、出力される信号が微弱な検出対象を検出する用途に適している。
基板1および第1電極31は、発光層41から放射された光を透過する。基板1および第1電極31は、光透過性である。第2電極32は、光反射性を有する。第2電極32の反射率は、第1電極31の反射率より高く、かつ基板1の反射率より高い。第2電極32は、発光層41から放射された光を基板1に向けて反射する。このため、発光層41から直接光検出器50に入射する光の量を低減し、検出感度を向上させることができる。
図2(a)および図2(b)は、検出装置における光路の一例を表す模式断面図である。図2(a)は参考例に係る検出装置1900における光路の一例を表す。図2(b)は本実施形態に係る検出装置1000における光路の一例を表す。
検出装置1900では、光検出器50は、基板1と第2方向において並んでいる。発光部100から放射された光は、検出対象60で反射され、第2方向に進み、光検出器50に入射する。
一方、検出装置1000では、発光部100と光検出器50は第1方向において重なっている。発光部100は、検出対象60と光検出器50との間に位置する。発光層41から放射された光は検出対象60で反射される。反射された光は、第2電極32同士の間隙を通って光検出器50に入射する。
発光層41と光検出器50との間に複数の第2電極32を設け、検出対象60からの反射光が第2電極32同士の間隙を通ることで、発光層41から放射された光が光検出器50に入射するまでの光路を短くすることができる。この結果、検出感度の低下を抑制しつつ、検出装置を小型化することが可能となる。
各要素の例を説明する。
基板1は、例えば、ガラスを含む。基板1の屈折率は、例えば、1.4以上2.2以下である。基板1の第1方向に沿った厚さT1は、例えば、0.05〜2.0mmである。
基板1は、例えば、ガラスを含む。基板1の屈折率は、例えば、1.4以上2.2以下である。基板1の第1方向に沿った厚さT1は、例えば、0.05〜2.0mmである。
第2電極32は、例えば、アルミニウム、銀、および金の少なくともいずれかを含む。第2電極32は、例えば、マグネシウムと銀の合金を含む。
第1電極31は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)を含む。第1電極31は、例えば、PEDOT:PSSなどの導電性ポリマーを含んでいてもよい。第1電極31は、アルミ二ウムまたは銀などの金属を含んでいてもよい。第1電極31が金属を含む場合、第1電極31の厚さは5〜20nmであることが好ましい。
第1電極31は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)を含む。第1電極31は、例えば、PEDOT:PSSなどの導電性ポリマーを含んでいてもよい。第1電極31は、アルミ二ウムまたは銀などの金属を含んでいてもよい。第1電極31が金属を含む場合、第1電極31の厚さは5〜20nmであることが好ましい。
発光層41は、例えば、Alq3(トリス(8−ヒドロキシキノリノラト)アルミニウム)、F8BT(ポリ(9,9-ジオクチルフルオレン-co-ベンゾチアジアゾール)、およびPPV(ポリパラフェニレンビニレン)の少なくともいずれかを含む。
または、発光層41は、ホスト材料と、ドーパントと、を含有する混合材料を含んでいてもよい。ホスト材料は、例えば、CBP(4,4'−N,N'-ビスジカルバゾリルール−ビフェニル)、BCP(2,9−ジメチル-4,7ジフェニル−1,10−フェナントロリン)、TPD(2,9−ジメチル-4,7ジフェニル−1,10−フェナントロリン)、PVK(ポリビニルカルバゾール)、およびPPT(ポリ(3−フェニルチオフェン))の少なくともいずれかを含む。ドーパント材料は、例えば、Flrpic(イリジウム(III)ビス(4,6-ジ-フルオロフェニル)-ピ.リジネート-N,C2'-ピコリネート)、Ir(ppy)3(トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム)、およびFlr6(ビス(2,4−ジフルオロフェニルピリジナト)−テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート−イリジウム(III))の少なくともいずれかを含む。
発光層41から放射される光は、例えば、可視光である。発光層41から放射される光は、例えば、赤色、橙色、黄色、緑色、および青色のいずれかの光、またはこれらを組み合わせた光である。発光層41から放射される光は、紫外光または赤外光でもよい。
第1方向に対して垂直な面における、第1電極31の形状および発光層41の形状は、例えば、多角形(角部が曲線でも良い)または、円形(扁平円を含む)である。これらの形状は、任意である。第1方向に対して垂直な面における、それぞれの第2電極32の形状は、例えば、多角形(角部が曲線でも良い)または、円形(扁平円を含む)である。それぞれの第2電極32の形状は、任意である。
図3は、第1実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式断面図である。図3に表される検出装置1010のように、発光部100は、第3層43および第4層44をさらに含んでいてもよい。第3層43は、例えば、第2方向において複数設けられ、それぞれの第2電極32と発光層41との間に、それぞれの第3層43が設けられる。または、発光層41の全面上に第3層43が設けられていてもよい。第4層44は、第1電極31と発光層41との間に設けられる。
第3層43は、例えば、キャリア注入層として機能する。この場合、第3層43は、電子注入層として機能しうる。第3層43は、キャリア輸送層として機能してもよい。この場合、第3層43は、電子輸送層として機能しうる。第3層43は、キャリア注入層として機能する層と、キャリア輸送層として機能する層と、を含んでいてもよい。
第3層43は、例えば、Alq3、BAlq、POPy2、Bphen、および3TPYMBの少なくともいずれかを含む。第3層43がこれらの材料の少なくとも1つを含む場合、第3層43は電子輸送層として機能する。
あるいは、第3層43は、例えば、LiF、CsF、Ba,およびCaの少なくともいずれかを含む。第3層43がこれらの材料の少なくとも1つを含む場合、第3層43は、電子注入層として機能する。
あるいは、第3層43は、例えば、LiF、CsF、Ba,およびCaの少なくともいずれかを含む。第3層43がこれらの材料の少なくとも1つを含む場合、第3層43は、電子注入層として機能する。
第4層44は、例えば、キャリア注入層として機能する。この場合、第4層44は、正孔注入層として機能しうる。第4層44は、キャリア輸送層として機能してもよい。この場合、第4層44は、正孔輸送層として機能しうる。第4層44は、キャリア注入層として機能する層と、キャリア輸送層として機能する層と、を含んでいてもよい。
第4層44は、例えば、α−NPD、TAPC、m−MTDATA、TPD、およびTCTAの少なくともいずれかを含む。第4層44がこれらの材料の少なくとも1つを含む場合、第4層44は正孔輸送層として機能する。
あるいは、第4層44は、例えば、PEDPOT:PPS、CuPc、およびMoO3の少なくともいずれかを含む。第4層44がこれらの材料の少なくとも1つを含む場合、第4層44は正孔注入層して機能する。
あるいは、第4層44は、例えば、PEDPOT:PPS、CuPc、およびMoO3の少なくともいずれかを含む。第4層44がこれらの材料の少なくとも1つを含む場合、第4層44は正孔注入層して機能する。
図4(a)〜図4(e)は、検出装置のシミュレーション結果を表す。図4(a)〜図4(d)は、それぞれのシミュレーションで用いた発光部の構造および光の分布を表す模式平面図である。図4(a)〜図4(c)は、第1実施形態に係る検出装置に含まれる発光部の構造を表し、図4(d)は、参考例に係る検出装置に含まれる発光部の構造を表す。
図4(a)〜図4(d)において、発光領域41aから放射された光が検出対象60から反射され、基板1の第1電極31側の面に到達したときの座標の分布が表されている。それぞれの図において、領域1aは、第1電極31および発光層41と第1方向において重なる領域を表す。灰色で表されたドットは、基板1の第1電極31側の面において、非発光領域41bと第1方向において重なる領域に入射した光を表す。
図4(e)は、幅W1および幅W2を変化させた場合の効率の変化を表すグラフである。効率は、基板1を通過して検出対象60で反射された後、非発光領域41bを通過した光量L0の、発光領域41aから放射された光量L1に対する割合(L0/L1)を表す。
幅W1は、発光領域41aの第2方向における長さである。幅W2は、非発光領域41bの第2方向における長さである。幅W1は、例えば、第2電極32の第2方向における長さと等しい。幅W2は、例えば、隣り合う第2電極32同士の第2方向における距離と等しい。
シミュレーションでは、基板1と検出対象60との第1方向における距離は0mmであり、基板1の外部へ出た光はすぐに検出対象60に入射するものとした。
その他の条件は以下の通りである。基板1の第1方向における厚さは0.7mmである。発光層41の第2方向における長さおよび第3方向における長さは2mmである。第1電極31の大きさおよび形状は、発光層41の大きさおよび形状と同じである。基板1の屈折率は1.5である。光源は等方的である。第1電極31および発光層41のそれぞれの第1方向における厚さは、例えば、10〜100nmである。従って、第1電極31および発光層41が基板1よりも十分薄いため、光源の第1方向における位置は、基板1が第1電極31と接する部分とした。
図4(a)に表される検出装置において、幅W1および幅W2は、0.1mmである。図4(b)に表される検出装置において、幅W1および幅W2は、0.2mmである。図4(c)に表される検出装置において、幅W1および幅W2は、0.5mmである。図4(d)に表される検出装置において、幅W1および幅W2は、1.0mmである。
図4(e)に表されるグラフについて、図4(a)〜(c)に表される形態は、図4(d)に表される形態に比べ、効率が向上していることがわかる。従って、第2電極32を複数に分割して設けることで、効率を向上できることがわかる。さらに、幅W1および幅W2が小さく、第2電極32がより多くの数に分割されているほど、効率が向上していることがわかる。
この点について、図5を用いて説明する。図5は、光の検出位置と効率の関係を表す模式図である。図5に表される例では、光は、光源70から等方的に放射されている。この例において、曲面71の単位面積あたりを通過する光の量は、いずれの場所においても一定である。これに対して、平面72では、単位面積あたりに入射する光の量は、光源70からの距離が離れるほど、小さくなる。
図5において、光源70と平面72との間の最小距離をZとし、光源70から平面72への光の放射角度をθとする。このとき、光源70から放射された光が平面72に入射する位置Xは、以下の式(1)で表される。
この式(1)をθで微分することで、以下の式(2)が得られる。
式(2)から、放射角θが大きくなるほど、Xが大きくなることがわかる。このため、平面72の単位面積あたりに入射する光の量は、光源70から離れれば離れるほど小さくなることがわかる。
式(2)から、放射角θが大きくなるほど、Xが大きくなることがわかる。このため、平面72の単位面積あたりに入射する光の量は、光源70から離れれば離れるほど小さくなることがわかる。
第2電極32が複数に分割して設けられている場合、光は、第2電極32同士の間隙を通って光検出器50に入射する。換言すると、光検出器50に入射する光について、θの最小値を小さくすることができる。第2電極32がより多くの数に分割されているほど、θの最小値も小さくなり、効率を向上させることができる。これらの点は、図4(e)に表されるシミュレーション結果と整合している。
図6(a)〜図6(e)、図7(a)〜図7(e)、および図8(a)〜図8(e)は、検出装置の他のシミュレーション結果を表す。
図6(a)〜図6(d)、図7(a)〜図7(d)、および図8(a)〜図8(d)は、図4(a)〜図4(d)と同様に、それぞれのシミュレーションで用いた発光部の構造および光の分布を表す模式平面図である。図6(e)、図7(e)、および図8(e)は、幅W1および幅W2を変化させた場合の効率の変化を表すグラフである。
図6(a)、図6(b)、図7(a)〜図7(c)、および図8(a)〜図8(c)は、第1実施形態に係る他の検出装置に含まれる発光部の構造を表す。図6(c)、図6(d)、図7(d)、および図8(d)は、参考例に係る他の検出装置に含まれる発光部の構造を表す。
図6(a)〜図6(d)、図7(a)〜図7(d)、および図8(a)〜図8(d)は、図4(a)〜図4(d)と同様に、それぞれのシミュレーションで用いた発光部の構造および光の分布を表す模式平面図である。図6(e)、図7(e)、および図8(e)は、幅W1および幅W2を変化させた場合の効率の変化を表すグラフである。
図6(a)、図6(b)、図7(a)〜図7(c)、および図8(a)〜図8(c)は、第1実施形態に係る他の検出装置に含まれる発光部の構造を表す。図6(c)、図6(d)、図7(d)、および図8(d)は、参考例に係る他の検出装置に含まれる発光部の構造を表す。
基板1の厚さ、基板1の屈折率、および光源に関する条件は、図4に表されるシミュレーションで用いた条件と同様である。
図6(e)に表されるグラフにおいて、実線は、発光層41の第2方向における長さが2mm、第3方向における長さが4mmの場合の結果を表している。破線は、発光層41の第2方向における長さが4mm、第3方向における長さが2mmの場合の結果を表している。
図6(e)から、いずれの場合においても、幅W1および幅W2が狭くなるにつれて、効率も向上していることがわかる。幅W1およびW2が同じであっても、発光層41の第2方向における長さが第3方向における長さよりも長い場合のほうが、発光層41の第3方向における長さが第2方向における長さよりも長い場合よりも、効率が高いことがわかる。これは、発光層41の第2方向における長さが第3方向における長さよりも長い場合のほうが、第2電極32がより多くに分割されて設けられるためである。
図6(c)と図6(d)との比較から、分割された第2電極32の数が同じであっても、効率が異なることがわかる。具体的には、第2電極32の数が同じである場合、第1電極31および発光層41の短辺方向に沿って複数の第2電極32が並べられている方が、長辺方向に沿って複数の第2電極32が並べられている検出装置よりも、効率が高い。
図7(a)〜図7(e)は、発光層41の第2方向および第3方向における長さが10mmである場合のシミュレーション結果を表している。図7(e)に表される結果から、幅W1および幅W2が小さく、第2電極32がより多くの数に分割されているほど、効率が向上していることがわかる。
図8(a)〜図8(e)は、発光層41の第2方向における長さが4mm、第3方向における長さが2mmである場合のシミュレーション結果を表している。図8において、基板1と検出対象60との第1方向における距離は2mmに設定されている。図8(e)に表される結果から、幅W1および幅W2が小さく、第2電極32がより多くの数に分割されているほど、効率が向上していることがわかる。
図4、図6、図7、および図8に表されるように、本実施形態に係る検出装置においては、第2電極32が第2方向に分割して設けられ、第2電極32の第3方向における長さが、第2電極32の第2方向における長さよりも長い。それぞれの第2電極32をさらに第3方向に延ばし、発光層41と第1方向において重なる領域の外に引き出すことで、各第2電極32を、他の配線と容易に電気的に接続することが可能となる。すなわち、このような構成を採用することで、検出装置の作製をより容易にすることができる。
図9(a)および図9(b)は、第1実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式図である。図9(a)は模式平面図であり、図9(b)は、図9(a)のA−A´断面を表す模式断面図である。図9(a)において、光検出器50は省略されている。図9(a)に表されるように、第1方向から見た場合の発光層41の形状は、例えば、円形である。検出装置1100は、環状に設けられた複数の第2電極32を含む。複数の第2電極32は、互いに離間して設けられている。
図10〜図12は、第1実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式平面図である。図10〜図12において、光検出器50は省略されている。図10〜図12のA−A´断面における構造は、例えば、図1(b)と同様である。
図10に表される検出装置1200は、複数の第2電極32を含む。複数の第2電極32は、互いに離間して第2方向および第3方向に並んでいる。
図11に表される検出装置1300は、例えば、1つの第2電極32を含む。第2電極32は、複数の第1部分32aを含む。複数の第1部分32aは、互いに離間して第2方向に並んでいる。検出対象60で反射された光は、第1部分32a同士の第2方向における間隙を通って光検出器50に入射する。発光領域41aの幅W1は、例えば、第1部分32aの第2方向における長さと等しい。非発光領域41bの幅W2は、例えば、隣り合う第1部分32a同士の第2方向における距離と等しい。
図12に表される検出装置1400は、例えば、1つの第2電極32を含む。第2電極32は、複数の第1部分32aを含む。複数の第1部分32aは、第2方向および第3方向に、互いに離間して並んでいる。検出対象60で反射された光は、第1部分32a同士の第2方向における間隙および第3方向における間隙を通って光検出器50に入射する。
第2電極32は、第2方向に延びる部分と、第3方向に延びる部分と、を含む。発光領域41aの幅W1は、例えば、第3方向に延びる部分の第2方向における長さと等しい。幅W1は、第2方向に延びる部分の第3方向における長さと等しくてもよい。非発光領域41bの幅W2は、例えば、第1部分32a同士の第2方向における距離と等しい。幅W2は、第1部分32a同士の第3方向における距離と等しくてもよい。
上述したそれぞれの検出装置の例において、幅W1は幅W2と同じでも良いし、異なっていてもよい。
(第2実施形態)
図13は、第2実施形態に係る検出装置の一例を表す模式断面図である。図13に表されるように、検出装置2000は、基板1、第1電極31、発光層41、複数の第2電極32、第4電極34、光電変換層51、および第3電極33を含む。
図13は、第2実施形態に係る検出装置の一例を表す模式断面図である。図13に表されるように、検出装置2000は、基板1、第1電極31、発光層41、複数の第2電極32、第4電極34、光電変換層51、および第3電極33を含む。
第3電極33と発光層41との間には、光電変換層51が設けられている。光電変換層51と発光層41との間には、第4電極34が設けられている。第4電極34は、光透過性である。第4電極34と光電変換層51との間には、複数の第2電極32が設けられている。
複数の第2電極32は、例えば、第2方向に並べられている。第2電極32の構造としてその他に、図9〜図12のいずれかに表される構造を採用可能である。第2方向において、第2電極32同士の間には、例えば、第4電極34の一部が設けられている。
第4電極34と発光層41との間の注入障壁は、第2電極32と発光層41との間の注入障壁よりも大きい。このため、発光層41には、主に、第1電極31と、複数の第2電極32と、からキャリアが注入され、第1電極31と、それぞれの第2電極32と、の間に位置する発光領域41aから主に光が放射される。
検出装置2000が、複数の第2電極32と、発光層41と、の間に設けられた第3層43を含む場合、第4電極34と第3層43層との間の注入障壁は、第2電極32と第3層43層との間の注入障壁よりも大きい。このため、発光層41には、主に、第1電極31と、複数の第2電極32と、からキャリアが注入され、第1電極31と、それぞれ第2電極32と、の間に位置する発光領域41aから主に光が放射される。
複数の第2電極32と発光層41との間に、電子注入層として機能する第3層43が第2電極32に接して設けられる場合、第2電極32に含まれる材料は、第4電極34に含まれる材料と同じであってもよい。第2電極32および第4電極34が同じ材料を含んでいる場合であっても、第3層43が設けられることで、第4電極34から発光層41への電子の注入量よりも第2電極32から発光層41への電子の注入量が多くなる。このため、第1電極31とそれぞれの第2電極32との間に位置する発光領域41aから主に光が放射される。
第3電極33、光電変換層51、および第4電極34は、光検出器として機能しうる。発光層41から放射された光は検出対象60で反射され、第2電極32同士の間隙を通って光電変換層51に入射する。光電変換層51に光が入射すると第3電極33と第4電極34との間に電流が流れるため、この電流を検出することで、検出対象60に関する情報を得ることができる。
第3電極33は、例えば、アルミニウム、銀、および金の少なくともいずれかを含む。第3電極33は、例えば、マグネシウムと銀の合金を含む。
第4電極34は、例えば、例えば、ITOを含む。第4電極34は、アルミ二ウムまたは銀などの金属を含んでいてもよい。第4電極34が金属を含む場合、第4電極34の第1方向における厚さは5〜20nmであることが好ましい。
第4電極34は、例えば、例えば、ITOを含む。第4電極34は、アルミ二ウムまたは銀などの金属を含んでいてもよい。第4電極34が金属を含む場合、第4電極34の第1方向における厚さは5〜20nmであることが好ましい。
光電変換層51は、例えば、ポルフィリンコバルト錯体、クマリン誘導体、フラーレン、フラーレン誘導体、フルオレン化合物、ピラゾール誘導体、キナクリドン誘導体、ペリレンビスイミド誘導体、オリゴチオフェン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、ケトシアニン誘導体、フタロシアニン誘導体、スクアリリウム誘導体、およびサブナフタロシアニン誘導体の少なくともいずれかを含む。
ポルフィリンコバルト錯体、クマリン誘導体、フラーレンおよびその誘導体、フルオレン化合物、およびピラゾール誘導体は、例えば、青色の光を選択的に吸収する。
キナクリドン誘導体、ペリレンビスイミド誘導体、オリゴチオフェン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、およびケトシアニン誘導体は、例えば、緑色の光を選択的に吸収する。
フタロシアニン誘導体、スクアリリウム誘導体、およびサブナフタロシアニン誘導体は、例えば、赤色を選択的に吸収する。
キナクリドン誘導体、ペリレンビスイミド誘導体、オリゴチオフェン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、およびケトシアニン誘導体は、例えば、緑色の光を選択的に吸収する。
フタロシアニン誘導体、スクアリリウム誘導体、およびサブナフタロシアニン誘導体は、例えば、赤色を選択的に吸収する。
図14は、第2実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式断面図である。図14に表される検出装置2100のように、第4電極34と光電変換層51との間に第5層45が設けられ、第3電極33と光電変換層51との間に第6層46が設けられていても良い。
第5層45は、例えば、電子の流れを阻害する電子ブロック層、または正孔を流れやすくする正孔取り出し層(捕集層)として機能する。第5層45は、さらに光電変換層51で生成された励起子を閉じ込めるための励起子ブロック層として機能しうる。第5層45は、例えば、正孔受容性材料を含むことが好ましい。正孔受容性材料としては、例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、および縮合芳香族化合物などを用いることができる。縮合芳香族化合物としては、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体などを用いることができる。
第6層46は、例えば正孔の流れを阻害する正孔ブロック層として機能する。第6層46は、さらに、光電変換層51で生成された励起子を閉じ込めるための励起子ブロック層としても機能しうる。第6層46は、例えば、電子受容性材料を含むことが好ましい。電子受容性材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール化合物、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン、バソクプロイン誘導体、バソフェナントロリン、バソフェナントロリン誘導体、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体、およびナフタレン-1,4,5,8-テトラカルボン酸二無水物などを用いることができる。
検出装置2100において、第5層45の機能と第6層46の機能とが反転してもよい。
(第3実施形態)
図15は、第3実施形態に係る検出装置の一例を表す模式断面図である。図15において、光路の一例を破線で表す。検出装置3000は、例えば、基板1と、光検出器50と、複数の第2電極32と、発光層41と、第1電極31と、を含む。
図15は、第3実施形態に係る検出装置の一例を表す模式断面図である。図15において、光路の一例を破線で表す。検出装置3000は、例えば、基板1と、光検出器50と、複数の第2電極32と、発光層41と、第1電極31と、を含む。
検出装置3000において、基板1の少なくとも一部と第1電極31との間に光検出器50が設けられている。光検出器50と第1電極31との間に発光層41が設けられている。発光層41の一部と光検出器50の一部との間に第2電極32が設けられている。第2電極32は、例えば、第2方向において複数設けられている。第2電極32の構造としてその他に、例えば、図9〜図12のいずれかに表される構造を採用可能である。
発光層41の発光領域41aから放射された光は、第1電極31を通り検出対象60に入射する。検出対象60で反射された光が、第2電極32同士の間を通って光検出器50に入射することで、検出対象60に関する情報を得ることができる。
図16は、第3実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式断面図である。図16に表されるように、検出装置3100は、例えば、基板1、第3電極33、光電変換層51、第4電極34、複数の第2電極32、発光層41、および第1電極31を含む。
第3電極33と第4電極34との間には、光電変換層51が設けられている。光電変換層51と発光層41との間には、第4電極34が設けられている。第4電極34は、光透過性である。第4電極34と光電変換層51との間には、複数の第2電極32が設けられている。第2電極32の構造としてその他に、図9〜図12のいずれかに表される構造を採用可能である。
(第4実施形態)
図17は、第4実施形態に係る検出装置の一例を表す模式断面図である。検出装置4000は、例えば、検出装置1000が含む要素に加えて、さらに封止部81を含む。封止部81は、第1電極31、発光層41、および複数の第2電極32を含む発光部100と離間して設けられている。発光部100は、第1方向において封止部81と基板1との間に設けられ、第1方向に対して垂直な面に沿って封止部81に囲まれている。
図17は、第4実施形態に係る検出装置の一例を表す模式断面図である。検出装置4000は、例えば、検出装置1000が含む要素に加えて、さらに封止部81を含む。封止部81は、第1電極31、発光層41、および複数の第2電極32を含む発光部100と離間して設けられている。発光部100は、第1方向において封止部81と基板1との間に設けられ、第1方向に対して垂直な面に沿って封止部81に囲まれている。
封止部81は、例えばガラスを含み、接着剤89によって基板1と接合されている。封止部81の内部には、例えば、窒素ガスが充填される。光検出器50は、例えば、封止部81の内壁に取り付けられる。
図18は、第4実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式断面図である。検出装置4100は、基板1と、発光部100と、光検出器50と、支持部85と、支持台86と、を含む。支持部85は柱状の部材であり、支持台86は支持部85を介して基板1に固定されている。支持部85は、発光部100の周りに複数設けられていてもよい。光検出器50は支持台86に取り付けられ、発光部100および光検出器50は、基板1と支持台86との間に位置している。
図19は、第4実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式断面図である。検出装置4200は、基板1と、発光部100と、光検出器50と、支持部87と、支持板88と、を含む。支持部87は、例えば、第1方向および第3方向を含む面に沿った断面が円形の部材である。当該断面の形状は任意であり、四角形であってもよい。支持部87は、例えば、基板1の上に、第1方向に対して垂直な面に沿って環状に設けられる。支持板88は、支持部87を介して基板1に固定されている。支持板88は光透過性である。支持板88の上に光検出器50が設けられ、支持板88は、光検出器50と発光部100との間に位置する。
図20は、第4実施形態に係る検出装置の他の一例を表す模式断面図である。検出装置4300は、基板1と、発光部100と、第7層47と、光検出器50と、を含む。第7層47は、発光部100と光検出器50との間に設けられている。第7層47は、光透過性であり、絶縁材料を含む。第7層47は、例えば、ポリイミドおよび酸化シリコン(SiO2)の少なくともいずれかを含む。
図21および図22は、実施形態に係る検出装置を含む処理装置の一例を表す模式図である。図21に表すように、処理装置5000は、例えば、検出装置1000と、制御部900と、信号処理部903と、記録装置904と、表示装置909と、を含む。処理装置5000は、検出装置1000に代えて、実施形態に係る他の検出装置を含んでいてもよい。
制御部900から入力信号を受けた検出装置1000は、発光部100から光を発する。発せられた光は検出対象60により反射されて、検出装置1000の光検出器50で検出される。検出装置1000は、光検出器50の検出感度を向上させるため、制御部900からバイアス信号を受信しても良い。
光検出器50で検出された信号は、信号処理部903に出力される。信号処理部903は、検出装置1000からの信号を受信し、当該信号に対して、例えば、AC検波、信号増幅、およびノイズ除去などの処理が適宜行われる。信号処理部903は適切な信号処理を行うために、制御部900から同期信号を受信してもよい。発光部100から放射される光量を調整するためのフィードバック信号を、信号処理部903から制御部900に送信してもよい。信号処理部903で生成された信号は記録装置904に保存され、表示装置909に情報が表示される。
処理装置5000は、記録装置904および表示装置909を含んでいなくてもよい。この場合、信号処理部903で生成された信号は、例えば、処理装置5000の外部の記録装置および表示装置に出力される。
図22を参照して、処理装置5000をより具体的に説明する。図22に表されるように、検出装置1000の発光部は、制御部900のパルス生成器900aからDCバイアス信号あるいはパルス信号を含む入力信号905を受信する。発光部100から発せられた光は、検出対象60で反射されて、光検出器50で検出される。光検出器50は、制御部900のバイアス回路900bよりバイアス信号を受信しても良い。光検出器50で検出された信号は、信号処理部903に入力される。信号処理部903では光検出器からの信号を、必要に応じてAC検波した後、増幅器903aで増幅し、不要なノイズ成分をフィルター部903bで除去する。信号同期部903cは、フィルター部903bから出力された信号を受信するとともに、制御部900から同期信号906を適宜受信し、光と同期させる。
信号同期部903cから出力された信号は信号整形部903dに入力される。処理装置5000は、信号同期部903cを含んでいなくてもよい。この場合、フィルター部903bから出力された信号は、信号同期部903cを介さず、信号整形部903dに入力される。
信号整形部903dにおいて、信号計算部903eで適切な信号処理が行われるように所望の信号に整形される。信号整形は例えば、時間平均などが行われる。信号処理部903において、AC検波および各処理部で行われる処理の順番は、適宜変更可能である。信号処理部903の信号計算部903eから、計算値904aが記録装置および表示装置へ出力される。
図23〜図26は、実施形態に係る検出装置を用いて脈波を測定している様子を表す模式図である。図23〜図26に表される例では検出装置1000が用いられているが、検出装置1000に代えて、実施形態に係る他の検出装置が用いられてもよい。
図23(a)および図23(b)は、指610中の血管611の脈波を検出する際の様子を表している。図23(b)は、図23(a)の一部を拡大した模式図である。生体箇所は、指610以外に、耳、胸部、または腕など、任意に選ぶことができる。図23に表される例において、発光部100から発せられた光304は、血管611で反射されて、光検出器50で検出される。このとき、光検出器50では、血管611の血流を反映した信号が検出される。検出された信号は例えば図21および図22に表す信号処理部903で信号処理され、脈拍が計測される。
図24(b)に表されるように、発光部100の第1電極31と第2電極32には、入力信号Vinとして、例えば、一定の電圧が印加される。図24(a)に表されるように、光検出器50は、指610で反射された光を検出する。このとき、図24(c)に表されるように、光検出器50で検出される信号Voutには、血中の信号が重畳されている。
または、図25(a)および図25(b)に表されるように、発光部100の第1電極31と第2電極32には入力信号Vinとしてパルス電圧が印加され、発光部100から光が放射されてもよい。図25(c)に表されるように、光検出器50では、血中の信号が重畳された光が検出される。
図26(a)および(b)は、入力信号Vinとしてパルス電圧が印加された場合の、検出された光信号の一例を表している。図26(b)は、図26(a)の破線で囲まれた部分を拡大した様子を表している。発光部100に印加されるパルス電圧の周波数が、脈波の周波数よりも十分早い場合、図26(a)および(b)に表されるように、各光パルスの光信号だけを見ると脈波信号が得られる。脈波は典型的には1Hz程度であり、パルス電圧の周波数は、例えば、100Hz〜100KHzとすることができる。図25および図26に表されるパルス電圧を用いた形態は、図24に表される定電圧を用いた形態に比べ、発光部100を発光させている時間が短いため、発光部100の劣化を抑制し、消費電力を低減できる点で有利である。
図27(a)および図27(b)は、実施形態に係る検出装置を含む処理装置を表す模式図である。処理装置6001および6002は、検出装置1000と、制御部/信号処理部910と、を含む。これらの処理装置は、検出装置1000に代えて、実施形態に係る他の検出装置が用いられてもよい。
処理装置6001において、検出装置1000は支持基板1000S上に設けられている。処理装置6001は、検出装置1000と制御部/信号処理部910とが、それぞれ独立に設けられた構成を有する。
処理装置6002において、検出装置1000および制御部/信号処理部910は、共通の支持基板1000Sの上に設けられている。
図28(a)〜図28(e)は、実施形態に係る検出装置を含む処理装置の用途を例示する模式図である。それぞれの例において処理装置は、例えば、脈拍および/または血中の酸素濃度を測定する。
図28(a)に表される例において、処理装置7001は指輪に含まれる。処理装置7001は、例えば、処理装置7001に接する指の脈を検出する。図28(b)に表される例では、処理装置7002は腕輪に含まれる。処理装置7002は、例えば、処理装置7002に接する腕または足の脈を検出する。
図28(c)に表される例では、処理装置7003はイヤホンに含まれる。図28(d)に表される例では、処理装置7004はメガネに含まれる。処理装置7003および7004は、例えば、耳たぶの脈を検出する。図28(e)に表される例では、処理装置7005は携帯電話またはスマートフォンのボタンや画面などに含まれる。処理装置7005は、例えば、処理装置7005に触れた指の脈を検出する。
図29は、図28に表される処理装置を用いたシステムを例示する模式図である。
例えば、処理装置7001〜7005は、測定したデータを有線あるいは無線でデスクトップPC、ノートPC、またはタブレット端末などの機器7010に転送する。あるいは、処理装置7001〜7005は、データをネットワーク7020に転送してもよい。
例えば、処理装置7001〜7005は、測定したデータを有線あるいは無線でデスクトップPC、ノートPC、またはタブレット端末などの機器7010に転送する。あるいは、処理装置7001〜7005は、データをネットワーク7020に転送してもよい。
機器7010またはネットワーク7020を利用して、処理装置によって測定されたデータを管理することができる。または測定されたデータを解析プログラムなどを用いて解析し、管理あるいは統計処理を行っても良い。測定されたデータが脈拍または血中の酸素濃度である場合、任意の時間ごとにデータの集計を行うことができる。集計されたデータは、例えば、健康管理に利用される。病院であれば、例えば、患者の健康状態を常時モニタリングするために利用される。
上記の各実施形態によれば、小型化を可能とする検出装置および処理装置が提供できる。
なお、本願明細書において、「垂直」は、厳密な垂直だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、基板1、第1電極31、第3電極33、第4電極34、発光層41、第3層43、第4層44、第5層45、第6層46、第7層47、光検出器50、光電変換層51、封止部81、制御部900、信号処理部903、記録装置904、および表示装置909などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した検出装置および処理装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての検出装置および処理装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (20)
- 光透過性の基板と、
光検出器と、
前記基板と前記光検出器との間に設けられた発光部であって、
前記光検出器と前記基板との間に設けられた光透過性の第1電極と、
前記光検出器と前記第1電極との間に設けられた発光層と、
前記光検出器と前記発光層との間に設けられた複数の第2電極と、
を含む前記発光部と、
を備えた検出装置。 - 前記複数の第2電極は、前記基板から前記光検出器に向かう第1方向に対して垂直な第2方向に並べられた請求項1記載の検出装置。
- 前記第2電極の、前記第1方向および前記第2方向に対して垂直な第3方向における長さは、前記第2電極の前記第2方向における長さよりも長い請求項2記載の検出装置。
- 前記第2電極の反射率は、前記第1電極の反射率よりも高い請求項1記載の検出装置。
- 前記発光層は、有機物を含む請求項1記載の検出装置。
- 前記光検出器は、
第3電極と、
前記発光部と前記第3電極との間に設けられた光透過性の第4電極と、
前記第3電極と前記第4電極との間に設けられた光電変換層と、
を含む請求項1記載の検出装置。 - 前記第4電極の一部は、前記基板から前記光検出器に向かう第1方向に対して垂直な第2方向において、前記第2電極同士の間に設けられた請求項6記載の検出装置。
- 前記第4電極と前記発光層との間の注入障壁は、前記第2電極と前記発光層との間の注入障壁よりも大きい請求項6記載の検出装置。
- キャリア注入層をさらに備え、
前記キャリア注入層の少なくとも一部は、前記複数の第2電極の少なくとも1つと、前記発光層と、の間に設けられた請求項6記載の検出装置。 - 封止部をさらに備え、
前記発光層は、前記第1方向において前記封止部の一部と前記基板の一部との間に設けられ、
前記発光層は、前記第1方向に対して垂直な面に沿って、前記封止部に囲まれた請求項1記載の検出装置。 - 基板と、
光透過性の第1電極と、
前記基板と前記第1電極との間に設けられた光検出器と、
前記光検出器と前記第1電極との間に設けられた発光層と、
前記光検出器と前記発光層との間に設けられた複数の第2電極と、
を備えた検出装置。 - 前記複数の第2電極は、前記基板から前記光検出器に向かう第1方向に対して垂直な第2方向に並べられた請求項11記載の検出装置。
- 前記第2電極の、前記第1方向および前記第2方向に対して垂直な第3方向における長さは、前記第2電極の前記第2方向における長さよりも長い請求項12記載の検出装置。
- 前記光検出器は、
第3電極と、
前記第1電極と前記第3電極との間に設けられた光透過性の第4電極と、
前記第3電極と前記第4電極との間に設けられた光電変換層と、
を含む、請求項11記載の検出装置。 - 前記第4電極と前記発光層との間の注入障壁は、前記第2電極と前記発光層との間の注入障壁よりも大きい請求項14記載の検出装置。
- キャリア注入層をさらに備え、
前記キャリア注入層の少なくとも一部は、前記複数の第2電極の少なくとも一つと、前記発光層と、の間に設けられた請求項14記載の検出装置。 - 光透過性の基板と、
光検出器と、
前記基板と前記光検出器との間に設けられた発光部であって、
前記光検出器と前記基板の間に設けられた光透過性の第1電極と、
前記光検出器と前記第1電極との間に設けられた発光層と、
前記光検出器の一部と前記発光層の一部との間に設けられた第2電極と、
を含む前記発光部と、
を備え、
前記第2電極は、互いに離間して設けられた複数の第1部分を含む検出装置。 - 前記複数の第1部分は、前記基板から前記光検出器に向かう第1方向に対して垂直な第2方向に並べられた請求項17記載の検出装置。
- 前記光検出器は、
第3電極と、
前記発光部と前記第3電極との間に設けられた光透過性の第4電極と、
前記第3電極と前記第4電極との間に設けられた光電変換層と、
を含む、請求項17記載の検出装置。 - 請求項1記載の前記検出装置と、
前記検出装置において検出された信号を受信し、前記信号を処理する処理部と、
を備えた処理装置。
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