KR20220148119A - 검출 장치 - Google Patents

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게이지 다고
기미또시 오기이찌
사또루 가와사끼
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가부시키가이샤 재팬 디스프레이
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Abstract

[과제] 복수의 포토다이오드에 입사하는 광에, 의도하지 않은 모양이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능한 검출 장치를 제공한다.
[해결 수단] 검출 장치는, 기판과, 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와, 복수의 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와, 복수의 포토다이오드와, 복수의 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고, 하나의 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 개구가 마련되고, 또한, 하나의 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 개구의 배열 방향은, 제1 방향에 대하여 경사진다.

Description

검출 장치{DETECTION DEVICE}
본 발명은 검출 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 복수의 렌즈를 배열한 렌즈 어레이와, 복수의 광 센서를 배열한 광 센서 어레이와, 렌즈 어레이와 광 센서 어레이 사이에 마련된 핀 홀 어레이를 갖는 화상 입력 광학계에 대하여 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 마이크로렌즈와 광 센서 사이에, 개구가 마련된 차광층을 갖는 광학 촬상 장치에 대하여 기재되어 있다.
특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 각각 표시 장치 밑에 배치되는 광학 지문 센서가 기재되어 있다. 특허문헌 3에서는, 실리콘 기판 상에서의 복수의 광 센서의 배열 방향이, 표시 장치의 화소 배열 방향에 대하여 경사져서 배치된다. 특허문헌 4에서는, 지문 센서는, 표시 장치의 장축 방향에 대하여 경사져서 마련된다.
일본 특허 공개 평9-171154호 공보 미국 특허 출원 공개 제2020/0089928호 명세서 미국 특허 출원 공개 제2018/0239941호 명세서 일본 특허 공개 제2019-49716호 공보
광 센서의 포토다이오드 등의 배열과, 광 센서 상에 배치되는 표시 장치의 배선이나 발광 소자 등의 배열의 관계에서, 광 센서에 입사하는 광에, 무아레(간섭 줄무늬) 등의 의도하지 않은 모양이 발생하는 경우가 있다. 특허문헌 3 및 특허문헌 4에서는, 광 센서의 제조 공정이나, 지문 센서와 표시 장치의 조립 공정에서의 제약이 크기 때문에, 실현이 곤란하게 되는 경우가 있다.
본 발명은 복수의 포토다이오드에 입사하는 광에, 의도하지 않은 모양이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능한 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태의 검출 장치는, 기판과, 상기 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와, 복수의 상기 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와, 복수의 상기 포토다이오드와, 복수의 상기 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구가 마련되고, 또한, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 제1 방향에 대하여 경사진다.
본 발명의 일 양태 검출 장치는, 기판과, 상기 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와, 복수의 상기 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와, 복수의 상기 포토다이오드와, 복수의 상기 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구가 마련되고, 또한, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구 중, 적어도 하나의 상기 개구의 직경은, 다른 상기 개구의 직경과 다르다.
본 발명의 일 양태의 검출 장치는, 상기 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와, 복수의 상기 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와, 복수의 상기 포토다이오드와, 복수의 상기 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구 및 복수의 상기 렌즈가 마련되고, 복수의 상기 개구의 수는, 복수의 상기 렌즈의 수와 다르다.
도 1은, 제1 실시 형태에 관계되는 검출 장치 및 표시 장치를 도시하는 평면도이다.
도 2는, 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 3은, 실시 형태에 관계되는 검출 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다.
도 4는, 검출 소자를 도시하는 회로도이다.
도 5는, 제1 실시 형태에 관계되는 광 필터를 도시하는 평면도이다.
도 6은, 광 필터를 도시하는 단면도이다.
도 7은, 광 필터에 경사 방향의 광이 입사한 경우의, 광의 진행을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은, 검출 소자의 포토다이오드를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 9는, 제1 변형예에 관계되는 광 필터를 도시하는 평면도이다.
도 10은, 제2 변형예에 관계되는 광 필터를 도시하는 평면도이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 관계되는 검출 장치가 갖는 광 필터를 도시하는 평면도이다.
도 12는, 제3 실시 형태에 관계되는 검출 장치가 갖는 광 필터를 도시하는 평면도이다.
도 13은, 제4 실시 형태에 관계되는 포토다이오드를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 14는, 부분 포토다이오드의 개략 단면 구성을 도시하는 단면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시 형태)에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시 형태에 기재한 내용에 의해 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 개시는 어디까지나 일례에 지나지 않고, 당업자에게 있어서, 본 개시의 주지를 유지한 적절한 변경에 대하여 용이하게 상도할 수 있는 것에 대해서는, 당연히 본 개시의 범위에 함유되는 것이다. 또한, 도면은 설명을 보다 명확히 하기 위해서, 실제의 양태에 비해, 각 부의 폭, 두께, 형상 등에 대하여 모식적으로 표현되는 경우가 있지만, 어디까지나 일례이며, 본 개시의 해석을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 개시와 각 도면에 있어서, 기출된 도면에 대하여 전술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 적절히 생략하는 경우가 있다.
본 명세서 및 특허 청구 범위에 있어서, 어떤 구조체 상에 다른 구조체를 배치하는 양태를 표현함에 있어서, 간단히 「상에」라고 표기하는 경우, 특별히 언급이 없는 한, 어떤 구조체에 접하도록, 바로 위에 다른 구조체를 배치하는 경우와, 어떤 구조체의 상방에, 또다른 구조체를 개재하여 다른 구조체를 배치하는 경우의 양쪽을 포함하는 것으로 한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 관계되는 검출 장치 및 표시 장치를 도시하는 평면도이다. 도 2는, 도 1의 II-II' 단면도이다. 또한, 도 1에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 표시 장치(100)를 이점쇄선으로 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 관계되는 검출 장치(1)는 표시 장치(100)의 하측(도 2에 도시하는 커버 부재(122)와 반대측)에 배치된다. 표시 장치(100)는, 유기 EL 디스플레이 패널(OLED: Organic Light Emitting Diode)이다. 도 1에 도시하는 바와 같이 표시 장치(100)는, 복수의 부화소(SPX)를 갖는다. 복수의 부화소(SPX)는 표시 영역에 매트릭스상으로 배열된다. 또한, 표시 장치(100)의 표시 영역은, 검출 장치(1)의 검출 영역(AA)과 겹쳐서 마련된다. 도 1에서는, 표시 장치(100)의 표시 영역의 전체 영역이 검출 장치(1)의 검출 영역(AA)과 겹친다. 단, 표시 장치(100)의 표시 영역의 일부와 겹쳐서 검출 장치(1)의 검출 영역(AA)이 마련되어 있어도 된다.
부화소(SPX(R)), 부화소(SPX(G)), 부화소(SPX(B))는 이 순으로 제1 방향 Dx로 반복하여 배열된다. 또한, 부화소(SPX(R)), 부화소(SPX(G)), 부화소(SPX(B))는 각각 제2 방향 Dy로 나란히 배열된다. 부화소(SPX(R))는 예를 들어 적색(R)을 표시한다. 부화소(SPX(G))는 예를 들어 녹색(G)을 표시한다. 부화소(SPX(B))는 예를 들어 청색(B)을 표시한다. 또한, 부화소(SPX)는, 3색에 한정되지 않고, 4색 이상을 표시하는 구성이어도 된다.
또한, 이하의 설명에서는, 제1 방향 Dx는, 검출 장치(1)의 기판(21)과 평행한 면 내의 일방향이다. 제2 방향 Dy는, 기판(21)과 평행한 면 내의 일방향이며, 제1 방향 Dx와 직교하는 방향이다. 또한, 제2 방향 Dy는, 제1 방향 Dx와 직교하지 않고 교차해도 된다. 제3 방향 Dz는, 제1 방향 Dx 및 제2 방향 Dy와 직교하는 방향이며, 기판(21)의 법선 방향이다. 또한, 「평면으로 본다」란, 제3 방향 Dz로부터 본 경우의 위치 관계를 말한다.
또한, 표시 장치(100)는, 유기 EL 디스플레이 패널에 한정되지 않는다. 표시 장치(100)는, 예를 들어, 무기 EL 디스플레이 패널(마이크로 LED, 미니 LED)이나, 표시 소자로서 액정 소자를 사용한 액정 표시 패널(LCD: Liquid Crystal Display)이나, 표시 소자로서 전기 영동 소자를 사용한 전기 영동형 표시 패널(EPD: Electrophoretic Display)이어도 된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 검출 장치(1)는, 어레이 기판(2)(기판(21))과, 센서부(10)와, 주사선 구동 회로(15)와, 신호선 선택 회로(16)와, 검출 회로(48)와, 제어 회로(102)와, 전원 회로(103)를 갖는다.
기판(21)에는, 배선 기판(110)을 통하여 제어 기판(101)이 전기적으로 접속된다. 배선 기판(110)은 예를 들어, 플렉시블 프린트 기판이나 리지드 기판이다. 배선 기판(110)에는 검출 회로(48)가 마련되어 있다. 제어 기판(101)에는, 제어 회로(102) 및 전원 회로(103)가 마련되어 있다. 제어 회로(102)는 예를 들어 FPGA(Field Programmable Gate Array)이다. 제어 회로(102)는, 센서부(10), 주사선 구동 회로(15) 및 신호선 선택 회로(16)에 제어 신호를 공급하고, 센서부(10)의 동작을 제어한다. 전원 회로(103)는 전원 전위 VDD나 기준 전위 VCOM(도 4 참조) 등의 전압 신호를 센서부(10), 주사선 구동 회로(15) 및 신호선 선택 회로(16)에 공급한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 검출 회로(48)가 배선 기판(110)에 배치되는 경우를 예시했지만 이것에 한정되지 않는다. 검출 회로(48)는 기판(21) 상에 배치되어도 된다.
기판(21)은 검출 영역(AA)과, 주변 영역(GA)을 갖는다. 검출 영역(AA) 및 주변 영역(GA)은, 기판(21)과 평행한 면 방향으로 연장되어 있다. 검출 영역(AA) 내에는, 센서부(10)의 각 소자(검출 소자(3))가 마련되어 있다. 주변 영역(GA)은, 검출 영역(AA)의 외측의 영역이며, 각 소자(검출 소자(3))가 마련되지 않는 영역이다. 즉, 주변 영역(GA)은, 검출 영역(AA)의 외주와 기판(21)의 단부 사이의 영역이다. 주변 영역(GA) 내에는, 주사선 구동 회로(15) 및 신호선 선택 회로(16)가 마련된다. 주사선 구동 회로(15)는 주변 영역(GA) 중 제2 방향 Dy를 따라서 연장되는 영역에 마련된다. 신호선 선택 회로(16)는 주변 영역(GA) 중 제1 방향 Dx를 따라서 연장되는 영역에 마련되고, 센서부(10)와 검출 회로(48) 사이에 마련된다.
센서부(10)의 복수의 검출 소자(3)는 각각, 센서 소자로서 포토다이오드(30)를 갖는 광 센서이다. 포토다이오드(30)는 광전 변환 소자이며, 각각에 조사되는 광에 따른 전기 신호를 출력한다. 보다 구체적으로는, 포토다이오드(30)는 PIN(Positive Intrinsic Negative) 포토다이오드이다. 또한, 포토다이오드(30)는 OPD(Organic Photo Diode)여도 된다.
검출 소자(3)(포토다이오드(30))는 검출 영역(AA)에 매트릭스상으로 배열된다. 보다 구체적으로는, 복수의 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd는, 복수의 부화소(SPX)의 배열 방향 Dpx와 평행 방향으로 마련된다. 도 1에서는, 배열 방향 Dpd 및 배열 방향 Dpx는, 모두 제1 방향 Dx에 평행 방향이다. 복수의 포토다이오드(30)의 제1 방향 Dx에서의 배치 피치 P1은, 복수의 부화소(SPX)의 제1 방향 Dx에서의 배치 피치 P2와 다르다. 예를 들어, 배치 피치 P1은 배치 피치 P2보다도 작다.
제2 방향 Dy에 있어서도, 복수의 포토다이오드(30)의 배열 방향은, 복수의 부화소(SPX)의 배열 방향과 평행 방향이며, 또한, 제2 방향 Dy에 평행 방향이다. 복수의 포토다이오드(30)의 제2 방향 Dy에서의 배치 피치는, 복수의 부화소(SPX)의 제2 방향 Dy에서의 배치 피치와 다르다. 복수의 포토다이오드(30)의 제2 방향 Dy에서의 배치 피치는, 복수의 부화소(SPX)의 제2 방향 Dy에서의 배치 피치보다도 작다.
복수의 검출 소자(3)가 갖는 포토다이오드(30)는 주사선 구동 회로(15)로부터 공급되는 게이트 구동 신호(예를 들어, 리셋 제어 신호 RST, 판독 제어 신호 RD)에 따라서 검출을 행한다. 복수의 포토다이오드(30)는 각각에 조사되는 광에 따른 전기 신호를, 검출 신호 Vdet로서 신호선 선택 회로(16)로 출력한다. 검출 장치(1)는 복수의 포토다이오드(30)로부터의 검출 신호 Vdet에 기초하여 생체에 관한 정보를 검출한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 검출 장치(1) 상에 표시 장치(100), 커버 부재(122)의 순으로 적층된다. 검출 장치(1)는 어레이 기판(2)과, 복수의 포토다이오드(30)와, 광 필터(7)를 갖는다. 또한, 도 2에서는, 어레이 기판(2), 포토다이오드(30) 및 광 필터(7)의 적층 구성을 모식적으로 도시하고 있다. 또한, 검출 장치(1)(광 필터(7))와 표시 장치(100) 사이, 및 표시 장치(100)와 커버 부재(122) 사이에는, 각각 접착층(도시는 생략한다)이 마련된다.
커버 부재(122)는 표시 장치(100) 및 검출 장치(1)를 보호하기 위한 부재이며, 표시 장치(100) 및 검출 장치(1)를 덮고 있다. 커버 부재(122)는 예를 들어 유리 기판이다. 또한, 커버 부재(122)는 유리 기판에 한정되지 않고, 수지 기판 등이어도 된다. 또한, 커버 부재(122)가 마련되어 있지 않아도 된다.
표시 장치(100)로부터 조사된 광(L)(표시광)의 일부는, 커버 부재(122)를 통과하고, 검출 대상인 손가락(Fg)에서 반사된다. 손가락(Fg)에서 반사된 광(L)은, 표시 장치(100)의 투광 영역(100a)을 투과하여 검출 장치(1)에 입사한다. 투광 영역(100a)은 표시 장치(100)의 발광 소자나 트랜지스터 등의 소자 및 각종 배선 등과 겹치지 않는 영역이며, 개구 영역이라고도 한다. 투광 영역(100a)의 배열 방향 및 배치 피치(P2a)는, 표시 장치(100)의 발광 소자나 회로 구성에 따라서 다르지만, 전체적으로, 도 1에 도시하는 복수의 부화소(SPX)의 배열 방향 Dpx 및 배치 피치 P2에 대응하여 형성된다.
검출 장치(1)는 손가락(Fg)에서 반사된 광(L)을 검출함으로써, 손가락(Fg)의 표면의 요철(예를 들어, 지문)을 검출한다. 또한, 검출 장치(1)는 지문의 검출에 추가로, 손가락(Fg)의 내부에서 반사한 광(L)을 검출함으로써, 생체에 관한 정보를 검출해도 된다. 생체에 관한 정보는, 예를 들어, 정맥 등의 혈관상이나 맥박, 맥파 등이다.
광 필터(7)는 복수의 포토다이오드(30) 상에 마련된다. 광 필터(7)는 손가락(Fg) 등의 피검출체에서 반사된 광(L) 중, 제3 방향 Dz로 진행하는 성분을 포토다이오드(30)를 향하여 투과시켜, 경사 방향으로 진행하는 성분을 차폐하는 광학 소자이다. 광 필터(7)는 콜리메이트 애퍼처, 혹은, 콜리메이터라고도 불린다.
광 필터(7)는 검출 영역(AA) 및 주변 영역(GA)에 걸쳐서 마련된다. 광 필터(7)는 제1 차광층(71)과, 제2 차광층(72)과, 제1 투광성 수지층(74)과, 제2 투광성 수지층(75)과, 렌즈(78)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 어레이 기판(2) 및 복수의 포토다이오드(30) 상에 제1 차광층(71), 제1 투광성 수지층(74), 제2 차광층(72), 제2 투광성 수지층(75), 렌즈(78)의 순으로 적층되어 있다. 복수의 렌즈(78)는 검출 영역(AA)에 마련되고, 복수의 포토다이오드(30) 각각에 겹쳐서 마련된다. 손가락(Fg) 등의 피검출체에서 반사된 광(L)은, 복수의 렌즈(78) 각각에서집광되어, 복수의 렌즈(78) 각각에 대응하는 복수의 포토다이오드(30)에 조사된다.
또한, 어레이 기판(2), 포토다이오드(30), 및 렌즈(78)를 갖는 광 필터(7)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
도 3은, 실시 형태에 관계되는 검출 장치의 구성예를 도시하는 블록도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 검출 장치(1)는 또한 검출 제어 회로(11)와 검출부(40)를 갖는다. 검출 제어 회로(11)의 기능의 일부 또는 전부는, 제어 회로(102)에 포함된다. 또한, 검출부(40) 중, 검출 회로(48) 이외의 기능의 일부 또는 전부는, 제어 회로(102)에 포함된다.
검출 제어 회로(11)는 주사선 구동 회로(15), 신호선 선택 회로(16) 및 검출부(40)에 각각 제어 신호를 공급하여, 이들 동작을 제어하는 회로이다. 검출 제어회로(11)는 스타트 신호 STV, 클럭 신호 CK 등의 각종 제어 신호를 주사선 구동 회로(15)에 공급한다. 또한, 검출 제어 회로(11)는 선택 신호 ASW 등의 각종 제어 신호를 신호선 선택 회로(16)에 공급한다.
주사선 구동 회로(15)는 각종 제어 신호에 기초하여 복수의 주사선(판독 제어 주사선(GLrd), 리셋 제어 주사선(GLrst)(도 4 참조))을 구동하는 회로이다. 주사선 구동 회로(15)는 복수의 주사선을 순차 또는 동시에 선택하고, 선택된 주사선에 게이트 구동 신호(예를 들어, 리셋 제어 신호 RST, 판독 제어 신호 RD)를 공급한다. 이에 의해, 주사선 구동 회로(15)는 주사선에 접속된 복수의 포토다이오드(30)를 선택한다.
신호선 선택 회로(16)는 복수의 출력 신호선(SL)(도 4 참조)을 순차 또는 동시에 선택하는 스위치 회로이다. 신호선 선택 회로(16)는 예를 들어 멀티플렉서이다. 신호선 선택 회로(16)는 검출 제어 회로(11)로부터 공급되는 선택 신호 ASW에 기초하여, 선택된 출력 신호선(SL)과 검출 회로(48)를 접속한다. 이에 의해, 신호선 선택 회로(16)는 포토다이오드(30)의 검출 신호 Vdet를 검출부(40)로 출력한다.
검출부(40)는 검출 회로(48)와, 신호 처리 회로(44)와, 좌표 추출 회로(45)와, 기억 회로(46)와, 검출 타이밍 제어 회로(47)를 구비한다. 검출 타이밍 제어 회로(47)는 검출 제어 회로(11)로부터 공급되는 제어 신호에 기초하여, 검출 회로(48)와, 신호 처리 회로(44)와, 좌표 추출 회로(45)가 동기하여 동작하도록 제어한다.
검출 회로(48)는 예를 들어 아날로그 프론트엔드 회로(AFE: Analog Front End)이다. 검출 회로(48)는 적어도 검출 신호 증폭 회로(42) 및 A/D 변환 회로(43)의 기능을 갖는 신호 처리 회로이다. 검출 신호 증폭 회로(42)는 검출 신호 Vdet를 증폭하는 회로이며, 예를 들어, 적분 회로이다. A/D 변환 회로(43)는 검출 신호 증폭 회로(42)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
신호 처리 회로(44)는 검출 회로(48)의 출력 신호에 기초하여, 센서부(10)에 입력된 소정의 물리량을 검출하는 논리 회로이다. 신호 처리 회로(44)는 손가락(Fg)이 검출면에 접촉 또는 근접한 경우에, 검출 회로(48)로부터의 신호에 기초하여 손가락(Fg)나 손바닥의 표면 요철을 검출할 수 있다. 또한, 신호 처리 회로(44)는 검출 회로(48)로부터의 신호에 기초하여 생체에 관한 정보를 검출해도 된다. 생체에 관한 정보는, 예를 들어, 손가락(Fg)나 손바닥의 혈관상, 맥파, 맥박, 혈중 산소 포화도 등이다.
기억 회로(46)는 신호 처리 회로(44)에서 연산된 신호를 일시적으로 보존한다. 기억 회로(46)는 예를 들어 RAM(Random Access Memory), 레지스터 회로 등이어도 된다.
좌표 추출 회로(45)는 신호 처리 회로(44)에 있어서 손가락(Fg)의 접촉 또는 근접이 검출되었을 때에, 손가락(Fg) 등의 표면의 요철의 검출 좌표를 구하는 논리 회로이다. 또한, 좌표 추출 회로(45)는 손가락(Fg)나 손바닥의 혈관의 검출 좌표를 구하는 논리 회로이다. 좌표 추출 회로(45)는 센서부(10)의 각 검출 소자(3)로부터 출력되는 검출 신호 Vdet를 조합하여, 손가락(Fg) 등의 표면의 요철의 형상을 나타내는 이차원 정보를 생성한다. 또한, 좌표 추출 회로(45)는 검출 좌표를 산출하지 않고 센서 출력 Vo로서 검출 신호 Vdet를 출력해도 된다.
이어서, 검출 장치(1)의 회로 구성예에 대하여 설명한다. 도 4는, 검출 소자를 도시하는 회로도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 검출 소자(3)는 포토다이오드(30), 리셋 트랜지스터(Mrst), 판독 트랜지스터(Mrd) 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)를 갖는다. 리셋 트랜지스터(Mrst), 판독 트랜지스터(Mrd) 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)는, 하나의 포토다이오드(30)에 대응하여 마련된다. 리셋 트랜지스터(Mrst), 판독 트랜지스터(Mrd) 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)는, 각각 n형 TFT(Thin Film Transistor)를 포함한다. 단, 이것에 한정되지 않고, 각 트랜지스터는, 각각 p형 TFT를 포함해도 된다.
포토다이오드(30)의 애노드에는, 기준 전위 VCOM이 인가된다. 포토다이오드(30)의 캐소드는, 노드(N1)에 접속된다. 노드(N1)는, 용량 소자(Cs), 리셋 트랜지스터(Mrst)의 소스 또는 드레인의 한쪽 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)의 게이트에 접속된다. 또한 노드(N1)에는, 기생 용량(Cp)이 존재한다. 포토다이오드(30)에 광이 입사한 경우, 포토다이오드(30)로부터 출력된 신호(전하)는 용량 소자(Cs)에 축적된다. 여기서, 용량 소자(Cs)는, 예를 들어, 포토다이오드(30)에 접속된 상부 전극(34)과 하부 전극(35)(도 8 참조) 사이에 형성되는 용량이다. 기생 용량(Cp)은, 용량 소자(Cs)에 부가된 용량이며, 어레이 기판(2)에 마련된 각종 배선, 전극 간에 형성되는 용량이다.
리셋 트랜지스터(Mrst)의 게이트는, 리셋 제어 주사선(GLrst)에 접속된다. 리셋 트랜지스터(Mrst)의 소스 또는 드레인의 다른 쪽에는, 리셋 전위 Vrst가 공급된다. 리셋 트랜지스터(Mrst)가 리셋 제어 신호 RST에 응답하여 온(도통 상태)으로 되면, 노드(N1)의 전위가 리셋 전위 Vrst로 리셋된다. 기준 전위 VCOM은, 리셋 전위 Vrst보다도 낮은 전위를 갖고 있고, 포토다이오드(30)는 역방향 바이어스 구동된다.
소스 팔로워 트랜지스터(Msf)는, 전원 전위 VDD가 공급되는 단자와 판독 트랜지스터(Mrd)(노드(N2)) 사이에 접속된다. 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)의 게이트는 노드(N1)에 접속된다. 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)의 게이트에는, 포토다이오드(30)에서 발생한 신호(전하)가 공급된다. 이에 의해, 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)는, 포토다이오드(30)에서 발생한 신호(전하)에 따른 전압 신호를 판독 트랜지스터(Mrd)로 출력한다.
판독 트랜지스터(Mrd)는, 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)의 소스(노드(N2))와 출력 신호선(SL)(노드(N3)) 사이에 접속된다. 판독 트랜지스터(Mrd)의 게이트는, 판독 제어 주사선(GLrd)에 접속된다. 판독 트랜지스터(Mrd)가 판독 제어 신호 RD에 응답하여 온으로 되면, 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)로부터 출력되는 신호, 즉, 포토다이오드(30)에서 발생한 신호(전하)에 따른 전압 신호가, 검출 신호 Vdet로서 출력 신호선(SL)으로 출력된다.
또한, 도 4에 도시하는 예에서는, 리셋 트랜지스터(Mrst) 및 판독 트랜지스터(Mrd)는, 각각, 2개의 트랜지스터가 직렬로 접속되어서 구성된 소위 더블 게이트 구조이다. 단, 이것에 한정되지 않고, 리셋 트랜지스터(Mrst) 및 판독 트랜지스터(Mrd)는, 싱글 게이트 구조여도 되고, 3개 이상의 트랜지스터가 직렬로 접속된 멀티 게이트 구조여도 된다. 또한, 하나의 검출 소자(3)의 회로는, 리셋 트랜지스터(Mrst), 소스 팔로워 트랜지스터(Msf) 및 판독 트랜지스터(Mrd)의 3개의 트랜지스터를 갖는 구성에 한정되지 않는다. 검출 소자(3)는 2개, 또는, 4개 이상의 트랜지스터를 갖고 있어도 된다.
이어서, 검출 소자(3) 및 광 필터(7)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 5는, 제1 실시 형태에 관계되는 광 필터를 도시하는 평면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 광 필터(7)는 매트릭스상으로 배열된 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))를 덮어서 마련된다. 광 필터(7)는 복수의 포토다이오드(30)를 덮는 제1 투광성 수지층(74)(도 6 참조) 및 제2 투광성 수지층(75)과, 복수의 검출 소자(3) 각각에 마련된 복수의 렌즈(78)를 갖는다. 하나의 검출 소자(3)에서는, 하나의 포토다이오드(30)에 겹쳐서 복수의 렌즈(78)가 배치된다. 도 5에 도시하는 예에서는, 하나의 포토다이오드(30)에 겹쳐서, 렌즈(78-1, 78-2, …, 78-8)의 8개의 렌즈(78)가 마련된다. 복수의 렌즈(78-1, 78-2, …, 78-8)는, 삼각 격자상으로 배치된다. 단, 하나의 검출 소자(3)에 배치되는 복수의 렌즈(78)의 수는, 7개 이하여도 되고, 9개 이상이어도 된다.
도 5에 도시하는 제1 개구(OP1)는, 제1 차광층(71)(도 6 참조)에 형성되고, 손가락(Fg) 등의 피검출체에서 반사된 광(L) 중, 제3 방향 Dz의 성분의 광(L)이 포토다이오드(30)에 입사하도록 형성된다. 제1 개구(OP1)는, 복수의 렌즈(78) 각각에 겹쳐서 형성된다. 하나의 포토다이오드(30)에 겹쳐서 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 배치된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 평면으로 보아, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제1 방향 Dx(포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd)에 대하여 경사진다. 보다 상세하게는, 렌즈(78-1, 78-2, 78-3) 및 이들에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd(제1 방향 Dx)에 대하여 각도 θop를 갖고서 경사진다. 또한, 배열 방향 D1은, 제2 방향 Dy에 대해서도 소정의 각도를 갖고서 경사진다. 또한, 배열 방향 D1은, 인접하는 적어도 2개의 제1 개구(OP1)의 중심을 연결하는 방향이다.
렌즈(78-4, 78-5) 및 이들에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1)는, 배열 방향 D1과 평행 방향으로 배열되고, 렌즈(78-1, 78-2, 78-3) 및 이들에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1)와 인접하여 배열된다. 렌즈(78-6, 78-7, 78-8) 및 이들에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1)는, 배열 방향 D1과 평행 방향으로 배열되고, 렌즈(78-4, 78-5) 및 이들에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1)와 인접하여 배열된다.
도 5에서는, 배열 방향 D1로서, 렌즈(78-1, 78-2, 78-3) 및 이들에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1)가 배열되는 방향을 예시하였다. 단, 이것에 한정되지 않고, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 인접하는 임의의 2개의 렌즈(78) 및 이들에 겹치는 2개의 제1 개구(OP1)의 중심 간을 연결하는 방향을 배열 방향 D1로 해도 된다. 예를 들어, 렌즈(78-4)에 착안하면, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 인접하는 2개의 렌즈(78-4, 78-5) 및 이들에 겹치는 2개의 제1 개구(OP1)의 중심 간을 연결하는 방향을 배열 방향 D1로 해도 된다. 또한, 인접하는 3개의 렌즈(78-1, 78-4, 78-7) 및 이들에 겹치는 3개의 제1 개구(OP1)의 중심 간을 연결하는 방향을 배열 방향 D1로 해도 된다. 또한, 인접하는 3개의 렌즈(78-2, 78-4, 78-6) 및 이들에 겹치는 3개의 제1 개구(OP1)의 중심 간을 연결하는 방향을 배열 방향 D1로 해도 된다. 본 실시 형태에서는, 어느 배열 방향 D1도 제1 방향 Dx에 대하여 경사져서 마련된다.
또한, 도 5에 도시하는 예에서는, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 동일한 형상(직경)으로 형성된다. 또한, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 동일한 배치 패턴으로 형성된다. 즉, 제1 방향 Dx로 인접하는 2개의 포토다이오드(30)를 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드로 했을 때에, 제1 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제2 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1과 평행하다.
이와 같은 구성에 의해, 제1 방향 Dx(즉 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd)에서, 광 필터(7)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 불규칙하게 배치된다. 바꾸어 말하면, 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd에서, 광 필터(7)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 형성되는 영역과, 광 필터(7)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 형성되지 않는 영역의 치우침이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상술한 바와 같이, 검출 장치(1)의 복수의 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd는, 표시 장치(100)의 복수의 부화소(SPX)의 배열 방향 Dpx와 평행 방향으로 배치되고, 복수의 포토다이오드(30)의 배치 피치 P1은, 복수의 부화소(SPX)의 배치 피치 P2와 다르다(도 1 참조). 이에 의해, 복수의 포토다이오드(30)와 복수의 부화소(SPX)의 배치 관계에 주기적인 규칙성이 발생하는 경우에도, 광 필터(7)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가, 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd에서 불규칙하게 배치되므로, 광 필터(7)를 통하여 복수의 포토다이오드(30)에 입사하는 광에 무아레(의도하지 않은 모양, 예를 들어 줄무늬상의 광 분포)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 6은, 광 필터를 도시하는 단면도이다. 도 6은, 도 5의 VI-VI' 단면도이다. 또한, 도 6에서는, 어레이 기판(2)의 구성을 간략화하여 도시하고 있고, 포토다이오드(30)와, 포토다이오드(30)를 덮는 보호막(29)(유기 보호막)을 모식적으로 도시하고 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 광 필터(7)는 제1 차광층(71)과, 제2 차광층(72)과, 필터층(73)과, 제1 투광성 수지층(74)과, 제2 투광성 수지층(75)과, 렌즈(78)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 보호막(29) 상에 제1 차광층(71), 필터층(73), 제1 투광성 수지층(74), 제2 차광층(72), 제2 투광성 수지층(75), 렌즈(78)의 순으로 적층되어 있다.
도 6에서는, 하나의 렌즈(78)가 마련된 영역에 대하여 확대하여 도시하고 있다. 단, 상술한 바와 같이, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에 복수의 렌즈(78) 및 제1 개구(OP1) 및 제2 개구(OP2)가 마련된다. 렌즈(78)는 볼록 렌즈이다. 렌즈(78)의 광축(CL)은, 제3 방향 Dz와 평행 방향으로 마련되고, 포토다이오드(30)와 교차한다. 렌즈(78)는 제2 투광성 수지층(75) 상에 직접 접하여 마련된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 인접하는 렌즈(78)의 사이에서는, 제2 투광성 수지층(75) 상에 차광층 등이 마련되어 있지 않다.
제1 차광층(71)은 어레이 기판(2)의 보호막(29) 상에 직접 접하여 마련된다. 바꾸어 말하면, 제1 차광층(71)은 제3 방향 Dz로 포토다이오드(30)와 렌즈(78) 사이에 마련된다. 또한, 제1 차광층(71)에는, 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에 제1 개구(OP1)가 마련된다. 제1 개구(OP1)는, 광축(CL)과 겹치는 영역에 형성된다.
제1 차광층(71)은 어레이 기판(2)의 보호막(29) 상에 직접 접하여 마련된다. 제1 차광층(71)은 예를 들어, 몰리브덴(Mo) 등의 금속 재료로 형성되어 있다. 이에 의해, 제1 차광층(71)은 제1 개구(OP1)를 투과하는 광(L2) 이외의, 경사 방향으로 진행하는 광(L2)의 성분을 반사할 수 있다. 또한, 제1 차광층(71)이 금속 재료로 형성되어 있으므로, 제1 개구(OP1)의 제1 방향 Dx에서의 폭 W1(직경)을 고정밀도로 형성할 수 있다. 따라서, 포토다이오드(30)의 배치 피치나 면적이 작은 경우에도, 포토다이오드(30)에 대응시켜서 제1 개구(OP1)를 마련할 수 있다.
제1 차광층(71)은 어레이 기판(2)의 보호막(29) 상에 스퍼터 등으로 퇴적된 금속 재료에 제1 개구(OP1)를 형성하는 가공이 실시되는 것이며, 소위 외장의 광 필터를 어레이 기판(2)의 보호막(29) 상에 접합하는 것과는 다르다. 단, 이것에 한정되지 않고, 광 필터(7)는 외장 광 필터로서 마련되고, 접착층(도시하지 않음)을 통하여 어레이 기판(2)에 접합된 구성이어도 된다. 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제1 방향 Dx에 대하여 기울어서 설치되어 있기 때문에, 광 필터(7)를 접합할 때에, 위치 어긋남이 발생한 경우에도, 복수의 제1 개구(OP1)의 배치의 불규칙성이 유지된다.
또한 제1 차광층(71)은 후술하는 수지 재료로 형성되는 제2 차광층(72)과 달리 금속 재료에 의해 형성되는 것이기 때문에, 제2 차광층(72)보다도 얇게 형성할 수 있고, 제2 차광층(72)에 형성되는 제2 개구(OP2)보다도 작은 제1 개구(OP1)를 형성할 수 있다. 제1 차광층(71)의 두께는, 제2 차광층(72)의 두께의 10분의 1 이하이다. 일례로서, 제1 차광층(71)의 두께는, 0.055㎛ 이상이며, 예를 들어 0.065㎛이며, 제2 차광층의 두께는 예를 들어 1㎛이다. 제1 차광층(71)은 제2 차광층(72)의 두께에 비해 극히 얇게 형성되게 된다.
필터층(73)은 제1 차광층(71) 상에 직접 접하여 마련된다. 바꾸어 말하면, 필터층(73)은 제3 방향 Dz로, 제1 차광층(71)과 제1 투광성 수지층(74) 사이에 마련된다. 필터층(73)은 소정의 파장 대역의 광을 차광하는 필터이다. 필터층(73)은 예를 들어, 녹색으로 착색된 수지 재료로 형성되고, 적외선을 차광하는 IR 커트 필터이다. 이에 의해, 광 필터(7)는 광(L2) 중, 예를 들어 지문 검출에 필요한 파장 대역의 성분을 포토다이오드(30)에 입사시켜서, 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
제1 투광성 수지층(74)은 필터층(73) 상에 직접 접하여 마련된다. 바꾸어 말하면, 제1 투광성 수지층(74)은 제3 방향 Dz로, 제1 차광층(71)과 제2 차광층(72) 사이에 마련된다. 제1 투광성 수지층(74) 및 제2 투광성 수지층(75)은 예를 들어 투광성의 아크릴계 수지로 형성된다.
제2 차광층(72)은 제1 투광성 수지층(74) 상에 직접 접하여 마련된다. 바꾸어 말하면, 제2 차광층(72)은 제3 방향 Dz로 제1 차광층(71)과, 렌즈(78) 사이에 마련된다. 또한, 제2 차광층(72)에는, 포토다이오드(30) 및 제1 개구(OP1)에 겹치는 영역에 제2 개구(OP2)가 마련된다. 제2 개구(OP2)는, 광축(CL)과 겹치는 영역에 형성된다. 보다 바람직하게는, 제2 개구(OP2)의 중심 및 제1 개구(OP1)의 중심은, 광축(CL)과 겹쳐서 마련된다.
제2 차광층(72)은 예를 들어 흑색으로 착색된 수지 재료로 형성된다. 이에 의해, 제2 차광층(72)은 제2 개구(OP2)를 투과하는 광(L2) 이외의, 경사 방향으로 진행하는 광(L2)의 성분을 흡수하는 광 흡수층으로서 기능한다. 또한, 제2 차광층(72)은 제1 차광층(71)에서 반사된 광을 흡수한다. 이에 의해, 제2 차광층(72)이 금속 재료로 형성된 구성에 비하여, 제1 차광층(71)에서 반사된 광이, 복수회 반사를 반복하여 미광으로서 제1 투광성 수지층(74)을 진행하고, 다른 포토다이오드(30)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제2 차광층(72)은 인접하는 렌즈(78)의 사이로부터 입사한 외광을 흡수할 수 있다. 이에 의해, 제2 차광층(72)이 금속 재료로 형성된 구성에 비하여, 제2 차광층(72)에서의 반사광을 억제할 수 있다. 단, 제2 차광층(72)은 흑색으로 착색된 수지 재료에 의해 형성되는 예에 한하지 않고, 표면에 흑색화 처리된 금속 재료에 의해 형성되는 것이어도 된다.
제2 투광성 수지층(75)은 제2 차광층(72) 상에 직접 접하여 마련된다. 바꾸어 말하면, 제2 투광성 수지층(75)은 제2 차광층(72)과 렌즈(78) 사이에 마련된다.
제2 투광성 수지층(75)은 제1 투광성 수지층(74)과 동일한 재료가 사용되고, 제2 투광성 수지층(75)의 굴절률은, 제1 투광성 수지층(74)의 굴절률과 실질적으로 동등하다. 이에 의해, 제2 개구(OP2)에서의, 제1 투광성 수지층(74)과 제2 투광성 수지층(75)의 계면에서의 광(L2)의 반사를 억제할 수 있다. 단 이것에 한정되지 않고, 제1 투광성 수지층(74)과 제2 투광성 수지층(75)은 다른 재료로 형성되어 있어도 되고, 제1 투광성 수지층(74)의 굴절률과 제2 투광성 수지층(75)의 굴절률이 달라도 된다.
본 실시 형태에서는, 렌즈(78)의 제1 방향 Dx에서의 폭 W3(직경), 제2 개구(OP2)의 제1 방향 Dx에서의 폭 W2(직경), 제1 개구(OP1)의 제1 방향 Dx에서의 폭 W1(직경)의 순으로 작게 되어 있다. 폭 W1은, 2㎛ 이상, 10㎛ 이하, 예를 들어 3.5㎛ 정도이다. 폭 W2는, 3㎛ 이상, 20㎛ 이하, 예를 들어 10.0㎛ 정도이다. 폭 W3은, 10㎛ 이상, 50㎛ 이하, 예를 들어 21.9㎛ 정도이다.
또한, 도 6에 도시하는 제2 투광성 수지층(75)의 두께 t2는, 제1 투광성 수지층(74)의 두께 t1과 거의 동일하거나, 혹은 제1 투광성 수지층(74)의 두께 t1보다도 얇게 형성된다. 제1 투광성 수지층(74)의 두께 t1 및 제2 투광성 수지층(75)의 두께 t2는, 필터층(73)의 두께 t4보다도 두껍게 형성된다. 또한, 제1 투광성 수지층(74)의 두께 t1 및 제2 투광성 수지층(75)의 두께 t2는, 어레이 기판(2)의 보호막(29)의 두께 t3보다도 두껍다. 두께 t1 및 두께 t2는, 3㎛ 이상, 30㎛ 이하, 예를 들어 두께 t1은 18㎛ 정도이다. 두께 t2는, 예를 들어 16.5㎛ 정도이다. 두께 t3은, 1㎛ 이상, 10㎛ 이하, 예를 들어 4.5㎛ 이상이다. 또한, 일례로서의 필터층(73)의 두께 t4는, 1㎛ 이상, 5㎛ 이하, 예를 들어 1.35㎛이다.
이와 같은 구성에 의해, 손가락(Fg) 등의 피검출체에서 반사된 광(L) 중, 제3 방향 Dz로 진행하는 광(L2-1)은, 렌즈(78)에서 집광되어, 제2 개구(OP2) 및 제1 개구(OP1)를 투과하여, 포토다이오드(30)에 입사한다. 또한, 제3 방향 Dz에 대하여 각도 θ1만큼 경사진 광(L2-2)에 대해서도, 제2 개구(OP2) 및 제1 개구(OP1)를 투과하여, 포토다이오드(30)에 입사한다.
또한, 광 필터(7)의 각 층의 막 두께, 제1 개구(OP1)의 폭 W1 및 제2 개구(OP2)의 폭 W2에 대해서는 광 필터(7)에 요구되는 특성에 맞춰서 적절히 변경 가능하다.
도 7은, 광 필터에 경사 방향의 광이 입사한 경우의, 광의 진행을 모식적으로 설명하기 위한 설명도이다. 도 7에서는, 인접하는 2개의 렌즈(78-1, 78-6)의 단면 구조를 모식적으로 도시하고 있고, 렌즈(78-1, 78-6)는, 각각, 포토다이오드(30)와 겹치는 위치에 마련된다. 또한, 도 7은, 광 필터(7)에, 제3 방향 Dz에 대하여 경사진 방향으로 진행하는 광(L2)이 입사한 경우를 도시한다. 도 7에 도시하는 예에서는, 광(L2)과 제3 방향 Dz가 이루는 각도 θ2는, 65°이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 렌즈(78-1, 78-6)에 경사 방향으로 입사한 광(L2)은, 각각 광(L2-3, L2-5)으로서 집광되고, 제2 차광층(72)으로 차광된다. 또한, 인접하는 렌즈(78)의 사이의 제2 투광성 수지층(75)에 입사한 광(L2)은, 제2 투광성 수지층(75)의 상면에서 굴절하여 광(L2-4)으로서 제2 투광성 수지층(75) 내를 진행한다. 광(L2-4)의 일부는, 제2 차광층(72)으로 차광된다. 또한, 제2 개구(OP2)를 투과한 광(L2-4)의 성분은, 제1 차광층(71)으로 차광된다.
이와 같이, 광 필터(7)는 제1 차광층(71) 및 제2 차광층(72)을 마련함으로써, 1층의 차광층만으로 형성되어 있는 경우(예를 들어, 도 7에 있어서, 제2 차광층(72)이 마련되지 않고, 제1 차광층(71)만으로 형성되어 있는 경우)에 비하여, 경사 방향으로부터 입사하는 광(L2)을 효과적으로 차광하여, 소위 크로스토크가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한 제1 차광층(71) 및 제2 차광층(72)을 마련한 경우에도, 제3 방향 Dz에 평행한 방향으로 입사하는 광(L2)에 대해서는, 제1 차광층(71) 및 제2 차광층(72)에 의해 차광되는 것을 억제하여 효율적으로 포토다이오드(30)에 입사할 수 있다. 이상과 같이, 검출 장치(1)는 크로스토크의 발생을 억제하여, 검출 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 광 필터(7)는 어레이 기판(2)과 일체로 형성되어 있다. 즉, 광 필터(7)의 제1 차광층(71)은 보호막(29) 상에 직접 접하여 마련되어 있고, 제1 차광층(71)과 보호막(29) 사이에 점착층 등의 부재가 마련되어 있지 않다. 광 필터(7)는 어레이 기판(2) 상에 직접, 성막되어, 패터닝 등의 공정이 실시되어서 형성되므로, 광 필터(7)를 별체로 어레이 기판(2)에 접합한 경우에 비하여, 광 필터(7)의 제1 개구(OP1), 제2 개구(OP2) 및 렌즈(78)와, 포토다이오드(30)와의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, 광 필터(7)는 접착층을 통하여 어레이 기판(2)의 보호막(29) 상에 접합된, 소위 외장의 광 필터여도 된다.
또한, 광 필터(7)는 제1 차광층(71) 및 제2 차광층(72)을 갖는 구성에 한정되지 않고, 1층의 차광층으로 형성되어 있어도 된다. 필터층(73)은 제1 차광층(71)과 제1 투광성 수지층(74) 사이에 마련되어 있지만, 필터층(73)의 위치는 이것에 한정되지 않는다. 필터층(73)의 위치는, 광 필터(7)에 요구되는 특성이나 제조 프로세스에 따라서 적절히 변경할 수 있다.
이어서, 포토다이오드(30)의 평면 구성에 대하여 설명한다. 도 8은, 검출 소자의 포토다이오드를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 포토다이오드(30)는 제2 방향 Dy로 인접하는 2개의 리셋 제어 주사선(GLrst)과, 제1 방향 Dx로 인접하는 2개의 출력 신호선(SL)으로 둘러싸인 영역에 마련된다. 본 실시 형태에서는, 하나의 검출 소자(3)는 제2 방향 Dy로 인접하는 2개의 주사선(예를 들어, 리셋 제어 주사선(GLrst))과, 제1 방향 Dx로 인접하는 2개의 신호선(예를 들어, 출력 신호선(SL))으로 둘러싸인 영역으로 규정된다.
리셋 제어 주사선(GLrst)은, 제1 방향 Dx로 연장된다. 출력 신호선(SL)은, 리셋 제어 주사선(GLrst)과 교차하여 제2 방향 Dy로 연장된다. 바꾸어 말하면, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1(도 5 참조)은 주사선(예를 들어, 리셋 제어 주사선(GLrst))의 연장 방향에 대하여 경사진다.
포토다이오드(30)는 검출 소자(3)의 대부분의 영역을 덮어서 형성된다. 또한, 포토다이오드(30)는 검출 소자(3)가 갖는 리셋 트랜지스터(Mrst), 판독 트랜지스터(Mrd) 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)(도 4 참조) 등의 회로 소자(도 8에서는 도시를 생략한다)를 덮어서 마련된다.
상부 전극(34) 및 하부 전극(35)은 제3 방향 Dz로 포토다이오드(30)를 사이에 두고 대향한다. 구체적으로는, 포토다이오드(30)는 각종 배선 및 각종 트랜지스터가 마련된 어레이 기판(2) 상에 하부 전극(35)을 통하여 배치된다.
하부 전극(35)은 포토다이오드(30) 및 상부 전극(34)과 겹치지 않는 부분에서, 콘택트 홀(H2)을 통하여 리셋 트랜지스터(Mrst) 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)에 전기적으로 접속된다. 상부 전극(34)은 콘택트 홀(H1)을 통하여 포토다이오드(30)와 전기적으로 접속된다. 절연막(27)(도 14 참조)에 마련된 콘택트 홀(H1)은, 상부 전극(34)의 대부분 영역과 겹쳐서 마련되고, 상부 전극(34)의 주연부에서 절연막(27)은 상부 전극(34)과 겹친다. 상부 전극(34)은 접속 배선(34a)을 통하여 기준 전위 공급 배선(SLcom)(도 8에서는 도시를 생략)에 접속된다. 기준 전위 공급 배선(SLcom)은, 기준 전위 VCOM을 포토다이오드(30)에 공급하는 배선이며, 예를 들어, 출력 신호선(SL)과 겹쳐서 제2 방향 Dy로 연장되어서 마련된다.
또한, 포토다이오드(30)의 구성은 어디까지나 일례이며, 검출 장치(1)에 요구되는 특성에 따라, 형상, 면적 등은 적절히 변경할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 검출 장치(1)는 기판(21)과, 기판(21)에 마련되고, 제1 방향 Dx로 배열된 복수의 포토다이오드(30)와, 복수의 포토다이오드(30) 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈(78)와, 복수의 포토다이오드(30)와, 복수의 렌즈(78) 사이에 마련되고, 복수의 제1 개구(OP1)를 갖는 제1 차광층(71)을 갖는다. 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 제1 개구(OP1)가 마련되고, 또한, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서의 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제1 방향 Dx에 대하여 경사진다.
이것에 의하면, 이와 같은 구성에 의해, 포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd에서, 광 필터(7)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 불규칙하게 배치된다. 따라서, 복수의 포토다이오드(30)와, 검출 장치(1) 상에 마련되는 표시 장치(100)의 복수의 부화소(SPX)의 배치 관계에 주기적인 규칙성이 발생하는 경우에도, 검출 장치(1)는 광 필터(7)를 통하여 복수의 포토다이오드(30)에 입사하는 광에 무아레(의도하지 않은 모양, 예를 들어 줄무늬상의 광 분포)가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(제1 변형예)
도 9는, 제1 변형예에 관계되는 광 필터를 도시하는 평면도이다. 상술한 제1 실시 형태에서는, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 동일한 배치 패턴으로 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 형성된다. 단, 이것에 한정되지 않고, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 복수의 검출 소자(3)에서 다른 배치 패턴으로 형성되어도 된다.
도 9는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 2행 2열, 계 4개의 검출 소자(3)에 대하여 설명한다. 또한, 각 검출 소자(3)의 포토다이오드(30)를 각각 제1 포토다이오드(30-1), 제2 포토다이오드(30-2), 제3 포토다이오드(30-3), 제4 포토다이오드(30-4)로 나타낸다. 단, 이하의 설명에서, 제1 포토다이오드(30-1), 제2 포토다이오드(30-2), 제3 포토다이오드(30-3) 및 제4 포토다이오드(30-4)를 구별하여 설명할 필요가 없을 경우에는, 간단히 포토다이오드(30)로 나타낸다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 제1 변형예에 관계되는 검출 장치(1A)의 광 필터(7A)에서는, 제1 포토다이오드(30-1)는 제2 포토다이오드(30-2)와 제1 방향 Dx로 인접한다. 제3 포토다이오드(30-3)는, 제1 포토다이오드(30-1)와 제2 방향 Dy로 인접한다. 제4 포토다이오드(30-4)는, 제3 포토다이오드(30-3)와 제1 방향 Dx로 인접한다.
포토다이오드(30)의 각각 겹쳐서 마련되는 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배치 패턴은, 서로 90° 회전하여 배치된다. 보다 구체적으로는, 제1 포토다이오드(30-1)에 겹치는 영역에서의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-1은, 제2 포토다이오드(30-2)에 겹치는 영역에서의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-2와 교차(직교)한다. 제2 포토다이오드(30-2)에 겹치는 영역에서의 배열 방향 D1-2와 제1 방향 Dx가 이루는 각도 θop2는, 제1 포토다이오드(30-1)에 겹치는 영역에서의 배열 방향 D1-1과 제1 방향 Dx가 이루는 각도 θop1에 대하여 θop2=θop1+90°로 된다.
마찬가지로, 제4 포토다이오드(30-4)에 겹치는 영역에서의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-4는, 제2 포토다이오드(30-2)에 겹치는 영역에서의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-2와 교차(직교)한다. 또한, 제3 포토다이오드(30-3)에 겹치는 영역에서의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-3은, 제4 포토다이오드(30-4)에 겹치는 영역에서의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-4와 교차(직교)한다.
4개의 검출 소자(3)의 중심에 대하여 시계 방향의 순(제1 포토다이오드(30-1), 제2 포토다이오드(30-2), 제4 포토다이오드(30-4) 및 제3 포토다이오드(30-3))으로, 각각의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배치 패턴이 90° 회전하여 배치된다. 즉, 배열 방향 D1-1, D1-2, D1-4, D1-3의 각도 θop1, θop2, θop4, θop3은, 순차 90° 회전하도록 마련된다.
도 9에서는, 4개의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))를 나타내고 있지만, 검출 영역(AA)에는, 4개의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))의 조합을 하나의 단위로 하여, 4개의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))가 매트릭스상으로 배열된다.
이와 같은 구성에 의해, 제1 변형예에서는, 인접하는 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 광 필터(7A)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)가 불규칙하게 배치된다. 즉, 제1 실시 형태에 비하여, 더 넓은 영역에서, 광 필터(7A)의 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배치 패턴의 불규칙성을 높일 수 있다. 따라서, 제1 변형예의 검출 장치(1A)는 광 필터(7A)를 통하여 복수의 포토다이오드(30)에 입사하는 광에 무아레가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
(제2 변형예)
도 10은, 제2 변형예에 관계되는 광 필터를 도시하는 평면도이다. 상술한 제1 실시 형태 및 제1 변형예에서는, 하나의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에 겹쳐서 8개의 렌즈(78) 및 제1 개구(OP1)가 마련되어 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 수는, 7개 이하여도 되고, 9개 이상이어도 된다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 제2 변형예에 관계되는 검출 장치(1B)의 광 필터(7B)에서는, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에 3개의 렌즈(78) 및 이들에 겹치는 3개의 제1 개구(OP1)가 마련된다. 3개의 렌즈(78) 및 3개의 제1 개구(OP1)는, 삼각형의 정점 위치에 배치된다.
본 변형예에 있어서도, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제1 방향 Dx(포토다이오드(30)의 배열 방향 Dpd)에 대하여 경사진다. 보다 상세하게는, 제1 포토다이오드(30-1)에 겹치는 영역에서, 인접하는 2개의 렌즈(78-1, 78-2) 및 이들에 겹치는 2개의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1-1은, 제1 방향 Dx에 대하여 각도 θop1을 갖고서 경사진다. 인접하는 2개의 렌즈(78-2, 78-3) 및 이들에 겹치는 2개의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1(도시는 생략한다)도 제1 방향 Dx에 대하여 경사진다. 또한, 인접하는 2개의 렌즈(78-1, 78-3) 및 이들에 겹치는 2개의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1(도시는 생략한다)도 제1 방향 Dx에 대하여 경사진다.
또한, 인접하는 포토다이오드(30)의 각각 겹쳐서 마련되는 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배치 패턴은, 서로 90° 회전하여 배치된다. 인접하는 4개의 포토다이오드(30)에서의, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배치 패턴의 관계는, 상술한 제1 변형예와 마찬가지이며, 반복되는 설명은 생략한다.
또한, 제2 변형예에서는, 상술한 제1 실시 형태와 조합할 수 있다. 즉, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 3개의 렌즈(78-1, 78-2, 78-3) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 동일한 배치 패턴으로 형성되어도 된다.
(제2 실시 형태)
도 11은, 제2 실시 형태에 관계되는 검출 장치가 갖는 광 필터를 도시하는 평면도이다. 도 11에 도시하는 바와 같이 제2 실시 형태에 관계되는 검출 장치(1C)가 갖는 광 필터(7C)에서는, 복수의 제1 개구(OP1)의 직경이 불규칙하게 형성되는 구성이 다르다. 즉, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 제1 개구(OP1)가 마련되고, 또한, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서의 복수의 제1 개구(OP1) 중, 적어도 하나의 제1 개구(OP1)의 직경은, 다른 상기 개구의 직경과 다르다.
예를 들어, 렌즈(78-1)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경은, 렌즈(78-2)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경보다도 크다. 렌즈(78-3)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경은, 렌즈(78-2)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경보다도 크고, 렌즈(78-1)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경보다도 작다. 렌즈(78-4)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경은, 렌즈(78-5)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경과 동등하다. 렌즈(78-6)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경은, 렌즈(78-7)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경보다도 작고, 렌즈(78-8)에 겹치는 제1 개구(OP1)의 직경보다도 크다.
제2 실시 형태에서는, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제2 방향 Dy에 평행 방향으로 마련된다. 또한, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 동일한 배치 패턴으로 형성된다.
즉, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배치 패턴은, 상술한 제1 실시 형태, 제1 변형예 및 제2 변형예에 비하여, 포토다이오드(30)의 배열 방향(제1 방향 Dx 및 제2 방향 Dy)에서의 규칙성이 높다.
이러한 배치 패턴에서도, 복수의 제1 개구(OP1)의 직경이 달라서 불규칙하게 형성되므로, 복수의 포토다이오드(30)와 복수의 부화소(SPX)의 배치 관계에, 주기적인 규칙성이 발생하는 경우에도, 광 필터(7C)의 복수의 제1 개구(OP1)를 통하여 복수의 포토다이오드(30)에 입사하는 광에 무아레가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 구성은, 상술한 제1 실시 형태, 제1 변형예 및 제2 변형예와 조합할 수 있다. 즉, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1이, 제1 방향 Dx에 대하여 경사져서 마련되고, 또한, 복수의 제1 개구(OP1)의 직경이 불규칙하게 형성되어도 된다. 또한, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 90° 회전한 배치 패턴으로 형성되고, 또한, 복수의 제1 개구(OP1)의 직경이 불규칙하게 형성되어도 된다. 또한, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 수도 3개 이상 7개 이하, 혹은 9개 이상이어도 된다.
(제3 실시 형태)
도 12는, 제3 실시 형태에 관계되는 검출 장치가 갖는 광 필터를 도시하는 평면도이다. 도 12에 도시하는 바와 같이 제3 실시 형태에 관계되는 검출 장치(1D)가 갖는 광 필터(7D)에서는, 렌즈(78-1)에 겹치는 제1 개구(OP1)가 마련되어 있지 않다. 즉, 렌즈(78-1)에 겹치는 영역에서는, 제1 차광층(71)(도 6)이 연속하여 형성된다. 또한, 렌즈(78-2)로부터 렌즈(78-8)에 겹치는 영역에는 각각 제1 개구(OP1)가 형성된다. 본 실시 형태에서는, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 제1 개구(OP1)가 마련되고, 복수의 제1 개구(OP1)의 수는, 복수의 렌즈(78)의 수와 다르다.
또한, 제1 개구(OP1)가 형성되어 있지 않은 영역에서는, 렌즈(78-1)는 없어도 된다. 제3 실시 형태에서는, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지로, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1은, 제2 방향 Dy에 평행 방향으로 마련된다. 또한, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 동일한 배치 패턴으로 형성된다.
본 실시 형태에서는, 렌즈(78-1)에 겹쳐서 제1 개구(OP1)가 마련된 구성, 즉, 배열 방향 D1로 3개의 제1 개구(OP1)가 나란히 배치된 구성에 비하여, 배열 방향 D1로 직선 상에 배열되는 제1 개구(OP1)의 수가 적다. 이에 의해, 렌즈(78-1)에 겹치는 배열 방향 D1에서의, 제1 개구(OP1)의 배치의 불규칙성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 개구(OP1)를 마련하지 않는 위치는 렌즈(78-2)부터 렌즈(78-8)에 겹치는 영역의 어느 것이어도 되고, 제1 개구(OP1)를 마련하지 않는 영역이 2개 이상이어도 된다.
또한, 제3 실시 형태의 구성은, 상술한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 제1 변형예 및 제2 변형예와 조합할 수 있다. 즉, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1이, 제1 방향 Dx에 대하여 경사져서 마련되고, 또한, 복수의 렌즈(78)에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1) 중 적어도 하나의 복수의 제1 개구(OP1)가 형성되지 않아도 된다. 또한, 복수의 검출 소자(3)(포토다이오드(30))에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)는, 90° 회전한 배치 패턴으로 형성되고, 또한, 복수의 렌즈(78)에 겹치는 복수의 제1 개구(OP1) 중 적어도 하나의 복수의 제1 개구(OP1)가 형성되지 않아도 된다. 또한, 하나의 포토다이오드(30)에 겹치는 영역에서, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 수도 3개 이상 7개 이하, 혹은 9개 이상이어도 된다.
(제4 실시 형태)
도 13은, 제4 실시 형태에 관계되는 포토다이오드를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 또한, 도 13에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 검출 소자(3)가 갖는 복수의 트랜지스터 및 주사선, 신호선 등의 각종 배선을 생략하여 도시한다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 포토다이오드(30A)는 복수의 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)를 갖는다. 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)는, 삼각 격자상으로 배치된다. 도 13에 도시하는 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)의 배치는, 제2 실시 형태(도 11 참조)의 검출 장치(1C)에 적용할 수 있다. 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8) 각각에 겹치고, 도 13에 도시하는 렌즈(78-1, 78-2, …, 78-8), 제1 차광층(71)의 제1 개구(OP1), 및 제2 차광층(72)의 제2 개구(OP2)가 마련된다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)는, 제2 방향 Dy로 배열된다. 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5)는, 제2 방향 Dy로 배열되고, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)를 포함하는 소자열과 제1 방향 Dx로 인접한다. 부분 포토다이오드(30S-6, 30S-7, 30S-8)는, 제2 방향 Dy로 배열되고, 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5)를 포함하는 소자열과 제1 방향 Dx로 인접한다. 인접하는 소자열 사이에서, 부분 포토다이오드(30S)의 제2 방향 Dy에서의 위치가 엇갈리게 배치된다.
부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)에는, 각각, 렌즈(78-1, 78-2, …, 78-8) 및 각 제1 개구(OP1) 및 각 제2 개구(OP2)를 통하여 광(L)이 입사한다. 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)는, 전기적으로 접속되어, 하나의 포토다이오드(30A)로서 기능한다. 즉, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8) 각각이 출력하는 신호가 통합되어서, 포토다이오드(30A)로부터 하나의 검출 신호 Vdet가 출력된다. 또한 이하의 설명에서는, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)를 구별하여 설명할 필요가 없을 경우에는, 간단히 부분 포토다이오드(30S)로 나타낸다.
부분 포토다이오드(30S)는 각각 i형 반도체층(31), n형 반도체층(32) 및 p형 반도체층(33)을 포함한다. i형 반도체층(31) 및 n형 반도체층(32)은 예를 들어, 아몰퍼스 실리콘(a-Si)이다. p형 반도체층(33)은 예를 들어, 폴리실리콘(p-Si)이다. 또한, 반도체층의 재료는, 이것에 한정되지 않고, 폴리실리콘, 미결정 실리콘 등이어도 된다.
n형 반도체층(32)은 a-Si에 불순물이 도핑되어서 n+ 영역을 형성한다. p형 반도체층(33)은 p-Si에 불순물이 도핑되어서 p+ 영역을 형성한다. i형 반도체층(31)은 예를 들어, 논 도프의 진성 반도체이며, n형 반도체층(32) 및 p형 반도체층(33)보다도 낮은 도전성을 갖는다.
또한, 도 11에서는, p형 반도체층(33)과 i형 반도체층(31)(n형 반도체층(32))이 접속된 실효적인 센서 영역(37)을 일점쇄선으로 나타내고 있다. 제1 차광층(71)의 제1 개구(OP1)는, 센서 영역(37)과 겹쳐서 마련된다.
부분 포토다이오드(30S)는 평면으로 보아, 각각 다른 형상을 갖는다. 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)는, 각각, 다각 형상으로 형성된다. 또한, 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5, 30S-6, 30S-7, 30S-8)는, 각각, 원 형상 또는 반원 형상으로 형성된다.
제2 방향 Dy로 배열된 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)의 n형 반도체층(32)은 연결부(CN1-1, CN1-2)에 의해 전기적으로 접속된다. 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)의 p형 반도체층(33)은 연결부(CN2-1, CN2-2)에 의해 전기적으로 접속된다.
또한, 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5, 30S-6, 30S-7, 30S-8)의 n형 반도체층(32)(i형 반도체층(31))은 기부(BA1)에 의해 전기적으로 접속된다. 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5, 30S-6, 30S-7, 30S-8)의 p형 반도체층(33)은 기부(BA2)에 의해 전기적으로 접속된다. 기부(BA1), 기부(BA2)는, 대략 오각 형상으로 형성되고, 정점의 위치에 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5, 30S-6, 30S-7, 30S-8)가 마련된다. 기부(BA2)와, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)의 p형 반도체층(33)은, 연결부(CN2-3)에 의해 전기적으로 접속된다. 이에 의해, 하나의 포토다이오드(30A)를 구성하는 복수의 부분 포토다이오드(30S)가 전기적으로 접속된다.
하부 전극(35)은 부분 포토다이오드(30S) 각각과 겹치는 영역에 마련된다. 하부 전극(35)은 모두 평면으로 보아 원 형상이다. 즉, 하부 전극(35)은 부분 포토다이오드(30S)와 다른 형상이어도 된다. 예를 들어, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, 30S-3)는, 평면으로 보아 다각 형상이며, 원 형상의 하부 전극(35) 상에 형성된다. 부분 포토다이오드(30S-4, 30S-5, 30S-6, 30S-7, 30S-8)는, 평면으로 보아, 하부 전극(35)보다도 작은 직경을 갖는 원 형상 또는 반원 형상이며, 원 형상의 하부 전극(35) 상에 형성된다. 하부 전극(35)에는, p형 반도체층(33)과 같은 기준 전위 VCOM이 공급되어, 하부 전극(35)과 p형 반도체층(33) 간의 기생 용량을 억제할 수 있다.
상부 전극(34)은 복수의 부분 포토다이오드(30S)의 n형 반도체층(32)을 전기적으로 접속한다. 상부 전극(34)은 어레이 기판(2)의 각 트랜지스터(리셋 트랜지스터(Mrst) 및 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)(도 4 참조))와 전기적으로 접속된다. 상부 전극(34)은 어떻게 마련되어 있어도 되고, 예를 들어, 부분 포토다이오드(30S)의 일부를 덮고 있어도 되고, 부분 포토다이오드(30S)의 전체를 덮어서 마련되어 있어도 된다.
본 실시 형태에서는, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)마다 부분 포토다이오드(30S)가 마련되어 있다. 이에 의해, 도 8에 도시하는 바와 같이, 포토다이오드(30)가 평면으로 보아 검출 소자(3)의 전체를 덮도록 사각 형상 등의 솔리드막으로 형성된 구성에 비하여, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)에 겹치지 않는 영역에서의 반도체층이나 배선층을 삭감할 수 있으므로, 포토다이오드(30A)의 기생 용량을 억제할 수 있다.
또한, 도 13에 도시하는 포토다이오드(30A)의 평면 구조는 어디까지나 일례이며, 적절히 변경할 수 있다. 하나의 포토다이오드(30A)가 갖는 부분 포토다이오드(30S)의 수는, 7개 이하여도 되고, 9개 이상이어도 된다. 부분 포토다이오드(30S)의 배치는, 삼각 격자상에 한정되지 않고, 예를 들어, 매트릭스상으로 배치되어 있어도 된다. 또한, 도 13에 도시하는 포토다이오드(30A)는 제1 실시 형태, 제3 실시 형태, 제1 변형예 및 제2 변형예에도 적용할 수 있다. 이 경우, 부분 포토다이오드(30S-1, 30S-2, …, 30S-8)는, 복수의 렌즈(78) 및 복수의 제1 개구(OP1)의 배열 방향 D1에 대응하고, 제1 방향 Dx에 대하여 경사져서 배열된다.
도 14는, 부분 포토다이오드의 개략 단면 구성을 도시하는 단면도이다. 또한, 도 14에서는, 하나의 부분 포토다이오드(30S-1)의 단면 구성과 함께, 검출 소자(3)가 갖는 리셋 트랜지스터(Mrst)의 단면 구성을 도시하고 있다. 또한, 검출 소자(3)가 갖는 소스 팔로워 트랜지스터(Msf) 및 판독 트랜지스터(Mrd)의 단면 구성도 리셋 트랜지스터(Mrst)와 마찬가지이다.
기판(21)은 절연 기판이며, 예를 들어, 석영, 무알칼리 유리 등의 유리 기판, 또는 폴리이미드 등의 수지 기판이 사용된다. 게이트 전극(64)은 기판(21) 상에 마련된다. 절연막(22, 23)은, 게이트 전극(64)을 덮어서 기판(21) 상에 마련된다. 절연막(22, 23) 및 절연막(24, 25, 26)은, 무기 절연막이며, 예를 들어, 산화 실리콘(SiO2)이나 질화 실리콘(SiN) 등이다.
반도체층(61)은 절연막(23) 상에 마련된다. 반도체층(61)은 예를 들어, 폴리실리콘이 사용된다. 단, 반도체층(61)은 이것에 한정되지 않고, 미결정 산화물 반도체, 아몰퍼스 산화물 반도체, 저온 폴리실리콘(LTPS: Low Temperature Polycrystalline Silicone) 등이어도 된다. 리셋 트랜지스터(Mrst)는, 게이트 전극(64)이 반도체층(61)의 하측에 마련된 보텀 게이트 구조이지만, 게이트 전극(64)이 반도체층(61)의 상측에 마련된 톱 게이트 구조여도 되고, 게이트 전극(64)이 반도체층(61)의 상측 및 하측에 마련된 듀얼 게이트 구조여도 된다.
반도체층(61)은 채널 영역(61a)과, 고농도 불순물 영역(61b, 61c)과, 저농도 불순물 영역(61d, 61e)을 포함한다. 채널 영역(61a)은 예를 들어, 논 도프의 진성 반도체 또는 저불순물 영역이며, 고농도 불순물 영역(61b, 61c) 및 저농도 불순물 영역(61d, 61e)보다도 낮은 도전성을 갖는다. 채널 영역(61a)은 게이트 전극(64)과 겹치는 영역에 마련된다.
절연막(24, 25)은, 반도체층(61)을 덮어서 절연막(23) 상에 마련된다. 소스 전극(62) 및 드레인 전극(63)은 절연막(25) 상에 마련된다. 소스 전극(62)은 콘택트 홀(H5)을 통하여 반도체층(61)의 고농도 불순물 영역(61b)과 접속된다. 또한, 드레인 전극(63)은 콘택트 홀(H3)을 통하여, 반도체층(61)의 고농도 불순물 영역(61c)에 접속된다. 소스 전극(62) 및 드레인 전극(63)은 예를 들어, 티타늄과 알루미늄의 적층 구조인 TiAlTi 또는 TiAl의 적층막을 포함하고 있다.
게이트선(GLsf)은, 소스 팔로워 트랜지스터(Msf)의 게이트에 접속되는 배선이다. 게이트선(GLsf)은, 게이트 전극(64)과 동일층에 마련된다. 드레인 전극(63)은 절연막(22)으로부터 절연막(25)을 관통하는 콘택트 홀을 통하여 게이트선(GLsf)에 접속된다.
이어서, 포토다이오드(30A)의 단면 구성에 대하여 설명한다. 도 14에서는, 부분 포토다이오드(30S-1)에 대하여 설명하지만, 부분 포토다이오드(30S-1)에 관한 설명은, 다른 부분 포토다이오드(30S-2, …, 30S-8)에도 적용할 수 있다. 도 14에 도시하는 바와 같이, 하부 전극(35)은 게이트 전극(64) 및 게이트선(GLsf)과 동일층에 기판(21) 상에 마련된다. 절연막(22) 및 절연막(23)은 하부 전극(35) 상에 마련된다. 포토다이오드(30A)는 절연막(23) 상에 마련된다. 바꾸어 말하면, 하부 전극(35)은 기판(21)과, p형 반도체층(33) 사이에 마련된다. 하부 전극(35)이 게이트 전극(64)과 동일한 재료로 형성됨으로써 차광층으로서 기능하고, 하부 전극(35)은 포토다이오드(30A)에의 기판(21)측으로부터의 광의 침입을 억제할 수 있다.
제3 방향 Dz에서, i형 반도체층(31)은 p형 반도체층(33)과 n형 반도체층(32) 사이에 마련된다. 본 실시 형태에서는, 절연막(23) 상에 p형 반도체층(33), i형 반도체층(31) 및 n형 반도체층(32)의 순으로 적층되어 있다.
구체적으로는, p형 반도체층(33)은 반도체층(61)과 동일층에, 절연막(23) 상에 마련된다. 절연막(24, 25, 및 26)은, p형 반도체층(33)을 덮어서 마련된다. 절연막(24) 및 절연막(25)은 p형 반도체층(33)과 겹치는 위치에 콘택트 홀(H13)이 마련된다. 절연막(26)은 리셋 트랜지스터(Mrst)를 포함하는 복수의 트랜지스터를 덮어서 절연막(25) 상에 마련된다. 절연막(26)은 콘택트 홀(H13)의 내벽을 구성하는 절연막(24) 및 절연막(25)의 측면을 덮는다. 또한, 절연막(26)에는, p형 반도체층(33)과 겹치는 위치에 콘택트 홀(H14)이 마련된다.
i형 반도체층(31)은 절연막(26) 상에 마련되고, 절연막(24)으로부터 절연막(26)을 관통하는 콘택트 홀(H14)을 통하여 p형 반도체층(33)과 접속된다. n형 반도체층(32)은 i형 반도체층(31) 상에 마련된다.
절연막(27)은 포토다이오드(30A)를 덮어서 절연막(26) 상에 마련된다. 절연막(27)은 포토다이오드(30A) 및 절연막(26)에 직접 접하여 마련된다. 절연막(27)은 감광성 아크릴 등이 유기 재료를 포함한다. 절연막(27)은 절연막(26)보다도 두껍다. 절연막(27)은 무기 절연 재료에 비해, 단차의 커버리지성이 양호해서, i형 반도체층(31) 및 n형 반도체층(32)의 측면을 덮어서 마련된다.
상부 전극(34)은 절연막(27) 상에 마련된다. 상부 전극(34)은 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투광성을 갖는 도전 재료이다. 상부 전극(34)은 절연막(27)의 표면에 근사하여 마련되고, 절연막(27)에 마련된 콘택트 홀(H1)을 통하여 n형 반도체층(32)과 접속된다. 또한, 상부 전극(34)은 절연막(27)에 마련된 콘택트 홀(H2)을 통하여 리셋 트랜지스터(Mrst)의 드레인 전극(63) 및 게이트선(GLsf)과 전기적으로 접속된다.
절연막(28)은 상부 전극(34)을 덮어서 절연막(27) 상에 마련된다. 절연막(28)은 무기 절연막이다. 절연막(28)은 포토다이오드(30A)에의 수분의 침입을 억제하는 보호층으로서 마련된다. 중첩 도전층(36)은 절연막(28) 상에 마련된다. 중첩 도전층(36)은 예를 들어 ITO 등의 투광성을 갖는 도전 재료이다. 또한, 중첩 도전층(36)은 없어도 된다.
보호막(29)은 중첩 도전층(36)을 덮어서 절연막(28) 상에 마련된다. 보호막(29)은 유기 보호막이다. 보호막(29)은 검출 장치(1)의 표면을 평탄화하도록 형성된다.
본 실시 형태에서는, 포토다이오드(30A)의 p형 반도체층(33) 및 하부 전극(35)이 각 트랜지스터와 동일층에 마련되므로, 포토다이오드(30)를 각 트랜지스터와 다른 층에 형성한 경우에 비하여 제조 공정을 간략화할 수 있다.
또한, 도 14에 도시하는 포토다이오드(30A)의 단면 구성은 어디까지나 일례이다. 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 포토다이오드(30A)는 각 트랜지스터와 다른 층에 마련되어 있어도 되고, 도 8에 도시하는 포토다이오드(30)와 마찬가지로, 절연막(26) 상에 p형 반도체층(33), i형 반도체층(31) 및 n형 반도체층(32)의 순으로 적층되어서 마련되어도 된다.
이상, 본 발명의 적합한 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 실시 형태에서 개시된 내용은 어디까지나 일례에 지나지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 행하여진 적절한 변경에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속한다. 상술한 각 실시 형태 및 각 변형예의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성 요소의 다양한 생략, 치환 및 변경 중 적어도 하나를 행할 수 있다.
예를 들어, 본 실시 형태에 있어서 표시 장치(100)와 검출 장치(1)는 각각 별도의 장치로서 설명을 했지만, 검출 장치(1)를 표시 장치(100) 내부에 추가하는 것도 가능하다. 예를 들어, 액정 표시 장치(100)의 TFT 기판 및 컬러 필터 기판의 사이에 검출 장치(1)의 기능을 갖는 구조를 추가하는 것이나, OLED 표시 장치(100)의 TFT 기판 상에 검출 장치(1)를 형성하는 등이 생각된다. 그 경우, 검출 장치(1)는 표시 장치(100)의 일부라고 해도 된다.
1, 1A, 1B, 1C, 1D: 검출 장치
2: 어레이 기판
3: 검출 소자
7, 7A, 7B, 7C, 7D: 광 필터
10: 센서부
21: 기판
29: 보호막
30, 30A: 포토다이오드
30S, 30S-1, 30S-2, 30S-3, 30S-4, 30S-5, 30S-6, 30S-7, 30S-8: 부분 포토다이오드
71: 제1 차광층
72: 제2 차광층
73: 필터층
74: 제1 투광성 수지층
75: 제2 투광성 수지층
78: 렌즈
100: 표시 장치
AA: 검출 영역
GA: 주변 영역
OP1: 제1개구
OP2: 제2개구

Claims (16)

  1. 기판과,
    상기 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와,
    복수의 상기 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와,
    복수의 상기 포토다이오드와, 복수의 상기 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구가 마련되고, 또한, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 제1 방향에 대하여 경사지는
    검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 상기 렌즈는, 복수의 상기 개구 각각에 겹쳐서 마련되고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 렌즈의 배열 방향은, 상기 제1 방향에 대하여 경사지는
    검출 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 다이오드는, 상기 제1 방향으로 인접하는 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드를 갖고,
    상기 제1 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 제2 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향과 평행한
    검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 다이오드는, 상기 제1 방향으로 인접하는 제1 포토다이오드 및 제2 포토다이오드를 갖고,
    상기 제1 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 제2 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향과 교차하는
    검출 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 다이오드는, 또한 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로도 배열되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로, 상기 제1 포토다이오드와 인접하는 제3 포토다이오드와,
    상기 제3 포토다이오드와 상기 제1 방향으로 인접하는 제4 포토다이오드를 갖고,
    상기 제1 포토다이오드로부터 상기 제4 포토다이오드 각각에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 서로 직교하여 배치되는
    검출 장치.
  6. 제1항에 있어서, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구 중, 적어도 하나의 상기 개구의 직경은, 다른 상기 개구의 직경과 다른
    검출 장치.
  7. 제1항에 있어서, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구의 수는 복수의 상기 렌즈의 수와 다른
    검출 장치.
  8. 제1항에 있어서, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 렌즈 중, 적어도 하나의 상기 렌즈와 대응하는 영역에서, 상기 차광층에는 상기 개구가 형성되지 않는
    검출 장치.
  9. 제1항에 있어서, 하나의 상기 포토다이오드는, 복수의 부분 포토다이오드를 갖고,
    상기 렌즈는, 복수의 상기 부분 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련되는
    검출 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판에 마련되고, 복수의 상기 포토다이오드에 대응하여 상기 제1 방향으로 연장되는 주사선을 갖고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 주사선의 연장 방향에 대하여 경사지는
    검출 장치.
  11. 기판과,
    상기 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와,
    복수의 상기 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와,
    복수의 상기 포토다이오드와, 복수의 상기 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구가 마련되고, 또한, 하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서의 복수의 상기 개구 중, 적어도 하나의 상기 개구의 직경은, 다른 상기 개구의 직경과 다른
    검출 장치.
  12. 제11항에 있어서, 하나의 상기 포토다이오드는, 복수의 부분 포토다이오드를 갖고,
    상기 렌즈는, 복수의 상기 부분 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련되는
    검출 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 기판에 마련되고, 복수의 상기 포토다이오드에 대응하여 상기 제1 방향으로 연장되는 주사선을 갖고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 주사선의 연장 방향에 대하여 경사지는
    검출 장치.
  14. 기판과,
    상기 기판에 마련되고, 제1 방향으로 배열된 복수의 포토다이오드와,
    복수의 상기 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련된 복수의 렌즈와,
    복수의 상기 포토다이오드와, 복수의 상기 렌즈 사이에 마련되고, 복수의 개구를 갖는 차광층을 갖고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구 및 복수의 상기 렌즈가 마련되고, 복수의 상기 개구의 수는, 복수의 상기 렌즈의 수와 다른
    검출 장치.
  15. 제14항에 있어서, 하나의 상기 포토다이오드는, 복수의 부분 포토다이오드를 갖고,
    상기 렌즈는, 복수의 상기 부분 포토다이오드 각각에 겹쳐서 마련되는
    검출 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 기판에 마련되고, 복수의 상기 포토다이오드에 대응하여 상기 제1 방향으로 연장되는 주사선을 갖고,
    하나의 상기 포토다이오드에 겹치는 영역에서, 복수의 상기 개구의 배열 방향은, 상기 주사선의 연장 방향에 대하여 경사지는
    검출 장치.
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