WO2022163681A1 - 検出装置 - Google Patents

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WO2022163681A1
WO2022163681A1 PCT/JP2022/002773 JP2022002773W WO2022163681A1 WO 2022163681 A1 WO2022163681 A1 WO 2022163681A1 JP 2022002773 W JP2022002773 W JP 2022002773W WO 2022163681 A1 WO2022163681 A1 WO 2022163681A1
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photodiode
signal
detection
circuit
voltage
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PCT/JP2022/002773
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恵一 斉藤
卓 中村
元 小出
隆夫 染谷
知之 横田
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株式会社ジャパンディスプレイ
国立大学法人東京大学
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    • H10K39/10—Organic photovoltaic [PV] modules; Arrays of single organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a detection device.
  • An optical sensor capable of detecting fingerprint patterns and blood vessel patterns is known (for example, Patent Document 1).
  • a flexible sheet sensor using an organic semiconductor material as an active layer is known.
  • a reverse bias voltage is supplied during detection, and the sensitivity characteristics may change over time.
  • An object of the present invention is to provide a detection device capable of suppressing changes in sensitivity characteristics.
  • a detection device of one embodiment of the present invention is a detection device including a plurality of optical sensors arranged on a substrate, wherein the plurality of optical sensors are each a first photodiode and the first photodiode. and a second photodiode connected in series and in the opposite direction.
  • FIG. 1 is a plan view showing the detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the detection device.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing multiple partial detection areas.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of diode characteristics of an optical sensor.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of the sensor section.
  • FIG. 7 is a timing waveform diagram showing an operation example of the detection device.
  • FIG. 8 is a timing waveform diagram showing an operation example during the readout period in FIG.
  • FIG. 9 is a graph schematically showing the relationship between bias voltage and detected value.
  • FIG. 1 is a plan view showing the detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the detection device.
  • FIG. 4
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an example of a driving method of the detection device.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing part of the partial detection area according to the modification.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of an optical sensor according to a modification.
  • FIG. 13 is a graph schematically showing wavelength sensitivity characteristics of an optical sensor according to a modification.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view showing the detection device according to the first embodiment.
  • the detection device 1 includes a sensor substrate 21, a sensor section 10, a gate line drive circuit 15, a signal line selection circuit 16, a detection circuit 48, a control circuit 122, and a power supply circuit 123. , a first light source substrate 51 , a second light source substrate 52 , a first light source 61 , and a second light source 62 .
  • a plurality of first light sources 61 are provided on the first light source substrate 51 .
  • a plurality of second light sources 62 are provided on the second light source substrate 52 .
  • a control board 121 is electrically connected to the sensor base 21 via a flexible printed board 71 .
  • a detection circuit 48 is provided on the flexible printed circuit board 71 .
  • a control circuit 122 and a power supply circuit 123 are provided on the control board 121 .
  • the control circuit 122 is, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the control circuit 122 supplies control signals to the sensor section 10 , the gate line drive circuit 15 and the signal line selection circuit 16 to control the detection operation of the sensor section 10 .
  • the control circuit 122 also supplies control signals to the first light source 61 and the second light source 62 to control lighting or non-lighting of the first light source 61 and the second light source 62 .
  • the power supply circuit 123 supplies voltage signals such as the drive signal VDDSNS (see FIG. 4) to the sensor section 10 , the gate line drive circuit 15 and the signal line selection circuit 16 . Also, the power supply circuit 123 supplies a power supply voltage to the first light source 61 and the second light source 62 .
  • the sensor substrate 21 has a detection area AA and a peripheral area GA.
  • the detection area AA is an area in which a plurality of optical sensors PD (see FIG. 4) of the sensor section 10 are provided.
  • the peripheral area GA is an area between the outer periphery of the detection area AA and the end of the sensor substrate 21, and is an area where the optical sensor PD is not provided.
  • the gate line drive circuit 15 and the signal line selection circuit 16 are provided in the peripheral area GA. Specifically, the gate line driving circuit 15 is provided in a region extending along the second direction Dy in the peripheral region GA.
  • the signal line selection circuit 16 is provided in an area extending along the first direction Dx in the peripheral area GA, and is provided between the sensor section 10 and the detection circuit 48 .
  • first direction Dx is one direction in a plane parallel to the sensor substrate 21 .
  • the second direction Dy is one direction in a plane parallel to the sensor substrate 21 and perpendicular to the first direction Dx. Note that the second direction Dy may not be perpendicular to the first direction Dx, but may intersect with it.
  • the plurality of first light sources 61 are provided on the first light source substrate 51 and arranged along the second direction Dy.
  • a plurality of second light sources 62 are provided on the second light source substrate 52 and arranged along the second direction Dy.
  • the first light source base material 51 and the second light source base material 52 are electrically connected to a control circuit 122 and a power supply circuit 123 via terminal portions 124 and 125 provided on the control board 121, respectively.
  • first light sources 61 and the plurality of second light sources 62 for example, inorganic LEDs (Light Emitting Diodes) or organic ELs (OLEDs: Organic Light Emitting Diodes) are used.
  • the plurality of first light sources 61 and the plurality of second light sources 62 emit first light and second light with different wavelengths, respectively.
  • the first light emitted from the first light source 61 is mainly reflected by the surface of the object to be detected such as the finger Fg and enters the sensor section 10 .
  • the sensor unit 10 can detect a fingerprint by detecting the uneven shape of the surface of the finger Fg or the like.
  • the second light emitted from the second light source 62 is mainly reflected inside the finger Fg or the like or transmitted through the finger Fg or the like to enter the sensor section 10 .
  • the sensor unit 10 can detect information about the internal living body such as the finger Fg.
  • the biological information is, for example, finger Fg or palm pulse wave, pulse, blood vessel image, and the like. That is, the detection device 1 may be configured as a fingerprint detection device that detects fingerprints or a vein detection device that detects blood vessel patterns such as veins.
  • the first light may have a wavelength of 500 nm or more and 600 nm or less, for example about 550 nm
  • the second light may have a wavelength of 780 nm or more and 950 nm or less, for example about 850 nm.
  • the first light is blue or green visible light
  • the second light is infrared light.
  • the sensor section 10 can detect a fingerprint based on the first light emitted from the first light source 61 .
  • the second light emitted from the second light source 62 is reflected inside the object to be detected such as the finger Fg or is transmitted/absorbed by the finger Fg or the like and enters the sensor section 10 .
  • the sensor unit 10 can detect a pulse wave and a blood vessel image (blood vessel pattern) as information related to the internal living body such as the finger Fg.
  • the first light may have a wavelength of 600 nm or more and 700 nm or less, for example about 660 nm
  • the second light may have a wavelength of 780 nm or more and 900 nm or less, for example about 850 nm.
  • the sensor unit 10 obtains information about the living body in addition to the pulse wave, the pulse, and the blood vessel image. , can detect blood oxygen saturation.
  • the detection device 1 since the detection device 1 has the first light source 61 and the plurality of second light sources 62, various detections can be performed by performing detection based on the first light and detection based on the second light. can detect information about the living body of
  • the detection device 1 is provided with a plurality of types of light sources (first light source 61 and second light source 62) as light sources.
  • first light source 61 and second light source 62 may be arranged on each of the first light source substrate 51 and the second light source substrate 52 .
  • the number of light source substrates on which the first light source 61 and the second light source 62 are provided may be one or three or more. Alternatively, at least one or more light sources may be arranged.
  • the detection device 1 (the first photodiode PDa and the second photodiode PDb (see FIG. 4)) is one type of light source that emits light over different wavelength ranges with detection sensitivity. good.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the detection device according to the first embodiment.
  • the detection device 1 further has a detection control section 11 and a detection section 40 .
  • a part or all of the functions of the detection control section 11 are included in the control circuit 122 .
  • part or all of the functions of the detection unit 40 other than the detection circuit 48 are included in the control circuit 122 .
  • the sensor unit 10 has a plurality of optical sensors PD.
  • the optical sensor PD included in the sensor unit 10 is a photodiode, and outputs an electrical signal corresponding to the irradiated light to the signal line selection circuit 16 as the detection signal Vdet. Further, the sensor section 10 performs detection according to the gate drive signal Vgcl supplied from the gate line drive circuit 15 .
  • the detection control unit 11 is a circuit that supplies control signals to the gate line drive circuit 15, the signal line selection circuit 16, and the detection unit 40, respectively, and controls their operations.
  • the detection control unit 11 supplies various control signals such as a start signal STV, a clock signal CK, and a reset signal RST1 to the gate line drive circuit 15 .
  • the detection control unit 11 also supplies various control signals such as the selection signal ASW to the signal line selection circuit 16 .
  • the detection control unit 11 also supplies various control signals to the first light source 61 and the second light source 62 to control lighting and non-lighting of each.
  • the gate line drive circuit 15 is a circuit that drives a plurality of gate lines GCL (see FIG. 3) based on various control signals.
  • the gate line driving circuit 15 sequentially or simultaneously selects a plurality of gate lines GCL and supplies a gate driving signal Vgcl to the selected gate lines GCL. Thereby, the gate line driving circuit 15 selects a plurality of photosensors PD electrically connected to the gate line GCL.
  • the signal line selection circuit 16 is a switch circuit that sequentially or simultaneously selects a plurality of signal lines SGL (see FIG. 3).
  • the signal line selection circuit 16 is, for example, a multiplexer.
  • the signal line selection circuit 16 electrically connects the selected signal line SGL and the detection circuit 48 based on the selection signal ASW supplied from the detection control section 11 . Thereby, the signal line selection circuit 16 outputs the detection signal Vdet of the photosensor PD to the detection section 40 .
  • the detection unit 40 includes a detection circuit 48 , a signal processing unit 44 , a coordinate extraction unit 45 , a storage unit 46 , a detection timing control unit 47 , an image processing unit 49 and an output processing unit 50 .
  • the detection timing control section 47 the detection circuit 48, the signal processing section 44, the coordinate extraction section 45, and the image processing section 49 operate in synchronization based on the control signal supplied from the detection control section 11. to control.
  • the detection circuit 48 is, for example, an analog front end circuit (AFE, Analog Front End).
  • the detection circuit 48 is a signal processing circuit having at least the functions of the detection signal amplification section 42 and the A/D conversion section 43 .
  • the detection signal amplifier 42 amplifies the detection signal Vdet.
  • the A/D converter 43 converts the analog signal output from the detection signal amplifier 42 into a digital signal.
  • the signal processing section 44 is a logic circuit that detects a predetermined physical quantity input to the sensor section 10 based on the output signal of the detection circuit 48 .
  • the signal processing unit 44 can detect the unevenness of the surface of the finger Fg or the palm based on the signal from the detection circuit 48 when the finger Fg contacts or approaches the detection surface.
  • the signal processing unit 44 can detect information about the living body based on the signal from the detection circuit 48 .
  • the information about the living body includes, for example, finger Fg, blood vessel images of the palm, pulse wave, pulse rate, blood oxygen concentration, and the like.
  • the signal processing unit 44 may acquire detection signals Vdet (information related to the living body) simultaneously detected by a plurality of optical sensors PD and perform processing for averaging them.
  • the detection unit 40 suppresses measurement errors caused by noise and relative positional deviation between the object to be detected such as the finger Fg and the sensor unit 10, thereby enabling stable detection.
  • the storage unit 46 temporarily stores the signal calculated by the signal processing unit 44 .
  • the storage unit 46 may be, for example, a RAM (Random Access Memory), a register circuit, or the like.
  • the coordinate extraction unit 45 is a logic circuit that obtains the detection coordinates of the unevenness of the surface of the finger or the like when the signal processing unit 44 detects contact or proximity of the finger. Also, the coordinate extraction unit 45 is a logic circuit that obtains the detected coordinates of the blood vessels of the finger Fg and the palm.
  • the image processing unit 49 combines the detection signals Vdet output from the optical sensors PD of the sensor unit 10 to obtain two-dimensional information indicating the shape of the unevenness of the surface of the finger Fg or the like and the shape of the blood vessels of the finger Fg or the palm. Generate two-dimensional information. Note that the coordinate extraction unit 45 may output the detection signal Vdet as the sensor output voltage Vo without calculating the detection coordinates. Also, the coordinate extraction unit 45 and the image processing unit 49 may not be included in the detection unit 40 .
  • the output processing unit 50 functions as a processing unit that performs processing based on outputs from the plurality of optical sensors PD. Specifically, the output processing unit 50 of the embodiment outputs the sensor output voltage Vo including at least pulse wave data based on the detection signal Vdet obtained through the signal processing unit 44 . In the embodiment, the signal processing unit 44 outputs data indicating the change (amplitude) of the output voltage of the detection signal Vdet of each optical sensor PD, which will be described later, and the output processing unit determines which output is used as the sensor output voltage Vo. 50, but both of these may be performed by the signal processing unit 44 or the output processing unit 50. FIG.
  • the output processing unit 50 may include the detected coordinates obtained by the coordinate extraction unit 45, the two-dimensional information generated by the image processing unit 49, and the like in the sensor output voltage Vo. Also, the function of the output processing unit 50 may be integrated into another configuration (for example, the image processing unit 49 or the like).
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing the detection device.
  • the sensor section 10 has a plurality of partial detection areas PAA arranged in a matrix.
  • a photosensor PD is provided in each of the plurality of partial detection areas PAA. That is, the plurality of optical sensors PD are arranged in a matrix on the sensor substrate 21 .
  • the gate line GCL extends in the first direction Dx and is electrically connected to a plurality of partial detection areas PAA arranged in the first direction Dx.
  • the signal line SGL extends in the second direction Dy and is electrically connected to the optical sensors PD of the plurality of partial detection areas PAA arranged in the second direction Dy.
  • SGL(12) are arranged in the first direction Dx and electrically connected to the signal line selection circuit 16 and the reset circuit 17, respectively.
  • the sensor section 10 is provided between the signal line selection circuit 16 and the reset circuit 17 .
  • the signal line selection circuit 16 and the reset circuit 17 may be electrically connected to ends of the signal line SGL in the same direction.
  • the substantial area of one sensor is, for example, substantially 50 ⁇ 50 ⁇ m 2
  • the resolution of the detection area AA is, for example, substantially 508 ppi
  • the number of sensors arranged in the detection area AA is, for example, 252 cells ⁇ 256 cells.
  • the area of the detection area AA is, for example, 12.6 ⁇ 12.8 mm 2 .
  • the gate line drive circuit 15 receives various control signals such as the start signal STV, the clock signal CK, and the reset signal RST1 from the control circuit 122 (see FIG. 1).
  • the gate line drive circuit 15 sequentially selects a plurality of gate lines GCL(1), GCL(2), .
  • the gate line drive circuit 15 supplies a gate drive signal Vgcl to the selected gate line GCL.
  • the gate drive signal Vgcl is supplied to the plurality of first switching elements Tr electrically connected to the gate line GCL, and the plurality of partial detection areas PAA arranged in the first direction Dx are selected as detection targets. be.
  • the gate line driving circuit 15 may perform different driving for each detection mode of fingerprint detection and information on a plurality of different living organisms (pulse wave, pulse, blood vessel image, blood oxygen concentration, etc.). .
  • the gate line drive circuit 15 may bundle and drive a plurality of gate lines GCL.
  • the signal line selection circuit 16 has multiple selection signal lines Lsel, multiple output signal lines Lout, and a third switching element TrS.
  • the plurality of third switching elements TrS are provided corresponding to the plurality of signal lines SGL, respectively.
  • Six signal lines SGL(1), SGL(2), . . . , SGL(6) are electrically connected to a common output signal line Lout1.
  • Six signal lines SGL(7), SGL(8), . . . , SGL(12) are electrically connected to a common output signal line Lout2.
  • the output signal lines Lout1 and Lout2 are electrically connected to the detection circuit 48, respectively.
  • the signal lines SGL(1), SGL(2), . Signal line block A plurality of selection signal lines Lsel are electrically connected to the gates of the third switching elements TrS included in one signal line block. Also, one selection signal line Lsel is electrically connected to the gates of the third switching elements TrS of the plurality of signal line blocks.
  • the control circuit 122 (see FIG. 1) sequentially supplies the selection signal ASW to the selection signal line Lsel.
  • the signal line selection circuit 16 sequentially selects the signal lines SGL in one signal line block in a time division manner by the operation of the third switching element TrS. Also, the signal line selection circuit 16 selects one signal line SGL in each of the plurality of signal line blocks.
  • the detection device 1 can reduce the number of ICs (Integrated Circuits) including the detection circuit 48 or the number of IC terminals. Note that the signal line selection circuit 16 may bundle a plurality of signal lines SGL and electrically connect them to the detection circuit 48 .
  • the reset circuit 17 has a reference signal line Lvr, a reset signal line Lrst and a fourth switching element TrR.
  • the fourth switching elements TrR are provided corresponding to the plurality of signal lines SGL.
  • the reference signal line Lvr is electrically connected to one of the sources or drains of the plurality of fourth switching elements TrR.
  • the reset signal line Lrst is electrically connected to gates of the plurality of fourth switching elements TrR.
  • the control circuit 122 supplies the reset signal RST2 to the reset signal line Lrst.
  • the multiple fourth switching elements TrR are turned on, and the multiple signal lines SGL are electrically connected to the reference signal line Lvr.
  • the power supply circuit 123 supplies the reference potential COM to the reference signal line Lvr.
  • the reference potential COM is supplied to the capacitive elements Ca (see FIG. 4) included in the plurality of partial detection areas PAA.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a plurality of partial detection areas. 4 also shows the circuit configuration of the detection circuit 48.
  • the partial detection area PAA includes an optical sensor PD, a capacitive element Ca, and a first switching element Tr.
  • the capacitive element Ca is a capacitor (sensor capacitor) formed in the photosensor PD, and equivalently electrically connected in parallel with the photosensor PD.
  • FIG. 4 shows two gate lines GCL(m) and GCL(m+1) aligned in the second direction Dy among the plurality of gate lines GCL. Also, two signal lines SGL(n) and SGL(n+1) arranged in the first direction Dx among the plurality of signal lines SGL are shown.
  • the partial detection area PAA is an area surrounded by the gate lines GCL and the signal lines SGL.
  • the first switching element Tr is provided corresponding to the optical sensor PD.
  • the first switching element Tr is composed of a thin film transistor, and in this example, is composed of an n-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) type TFT (Thin Film Transistor).
  • MOS Metal Oxide Semiconductor
  • TFT Thin Film Transistor
  • the gates of the first switching elements Tr belonging to the plurality of partial detection areas PAA arranged in the first direction Dx are electrically connected to the gate line GCL.
  • the sources of the first switching elements Tr belonging to the plurality of partial detection areas PAA arranged in the second direction Dy are electrically connected to the signal line SGL.
  • the drain of the first switching element Tr is electrically connected to the first terminal N1 on the one end side of the optical sensor PD and the capacitive element Ca.
  • the optical sensor PD has a first photodiode PDa and a second photodiode PDb.
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb are connected in series and in opposite directions between a first terminal N1 on one end side and a second terminal N2 on the other end side of the photosensor PD.
  • “reversely connected” indicates a connection configuration in which the rectification characteristics of the first photodiode PDa and the second photodiode PDb are reversed.
  • the cathode of the first photodiode PDa is electrically connected to the first terminal N1
  • the anode of the first photodiode PDa is electrically connected to the anode of the second photodiode PDb
  • the second photodiode PDb is electrically connected to the anode of the second photodiode PDb.
  • a cathode of the photodiode PDb is electrically connected to the second terminal N2.
  • a drive signal VDDSNS is supplied from the drive signal supply circuit 123a to the second terminal N2 (cathode of the second photodiode PDb) of the photosensor PD.
  • the drive signal supply circuit 123 a is provided in the power supply circuit 123 . However, it is not limited to this, and the drive signal supply circuit 123 a may be provided in the control circuit 122 or may be provided on the sensor substrate 21 .
  • the signal line SGL and the first terminal N1 are supplied from the power supply circuit 123 with a reference voltage that is the initial potential of the signal line SGL and the first terminal N1 (the capacitive element Ca and the optical sensor PD).
  • a potential COM is supplied.
  • a bias voltage VB is supplied to the photosensor PD by the drive signal VDDSNS and the reference potential COM.
  • the drive signal supply circuit 123a that supplies the drive signal VDDSNS to the photosensor PD includes a first voltage signal supply section 123H, a second voltage signal supply section 123L, and a switch BSW.
  • the first voltage signal supply section 123H is a circuit that supplies a first voltage signal VH having a higher level voltage than the reference potential COM.
  • the second voltage signal supply section 123L is a circuit that supplies a second voltage signal VL having a voltage level lower than the reference potential COM.
  • the switch BSW is a switching element that switches connection states between the first voltage signal supply section 123H and the second voltage signal supply section 123L, and the second terminal N2 of the optical sensor PD. By the operation of the switch BSW, the drive signal supply circuit 123a supplies the first voltage signal VH and the second voltage signal VL in a time division manner to the second terminal N2 of the photosensor PD.
  • the first photodiode PDa When the first voltage signal VH (VH>COM) is supplied from the drive signal supply circuit 123a to the second terminal N2 of the photosensor PD, the first photodiode PDa is forward bias driven and the second photodiode PDb is reverse bias driven. Bias driven. In this case, the second photodiode PDb performs detection, and forward current flows through the first photodiode PDa.
  • the reference potential COM is set to 0.75V and the first voltage signal VH is set to 2.75V.
  • the first photodiode PDa When the second voltage signal VL (VL ⁇ COM) is supplied from the drive signal supply circuit 123a to the second terminal N2 of the photosensor PD, the first photodiode PDa is reverse bias driven, and the second photodiode PDb is driven forward. Bias driven. In this case, the first photodiode PDa performs detection, and forward current flows through the second photodiode PDb.
  • the reference potential COM is set to 0.75V and the second voltage signal VL is set to -1.25V.
  • the detection device 1 can detect a signal corresponding to the amount of light irradiated to the optical sensor PD for each partial detection area PAA or for each block unit PAG.
  • the detection circuit 48 is electrically connected to the signal line SGL when the switch SSW is turned on during the readout period Pdet (see FIG. 7).
  • the detection signal amplifying unit 42 of the detection circuit 48 converts the current fluctuation supplied from the signal line SGL into a voltage fluctuation and amplifies it.
  • a reference potential (Vref) having a fixed potential is input to the non-inverting input section (+) of the detection signal amplifying section 42, and the signal line SGL is electrically connected to the inverting input terminal (-). .
  • the same signal as the reference potential COM is input as the reference potential (Vref) voltage.
  • the signal processing unit 44 (see FIG.
  • the detection signal amplifying section 42 has a capacitive element Cb and a reset switch RSW. In the reset period Prst (see FIG. 7), the reset switch RSW is turned on to reset the charge of the capacitive element Cb.
  • the optical sensor PD OPD: Organic Photo Diode
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of diode characteristics of an optical sensor.
  • the horizontal axis indicates current and the vertical axis indicates voltage.
  • the solid line shows the diode characteristics in the normal state
  • the dashed line shows an example of the characteristic change due to the characteristic variation of the OPD.
  • the reverse direction characteristics of the OPD may change as indicated by the dashed line.
  • the reverse current flowing through the photosensor PD during an exposure period (effective exposure period), which will be described later, varies for each partial detection area PAA, and the detection accuracy decreases.
  • the characteristics of the OPD are returned to the initial state (the solid line shown in FIG. 5) by passing a forward bias current through the photosensor PD at a predetermined timing.
  • the operation of returning the OPD characteristics to the initial state is referred to as "refresh operation”.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of the sensor section.
  • the sensor section 10 includes a sensor substrate 21, a TFT layer 22, an insulating layer 23, an optical sensor PD, an intermediate layer 24, a sealing layer 25, and a protective layer 29.
  • the sensor base material 21 is an insulating base material, and is made of, for example, glass or a resin material.
  • the sensor substrate 21 is not limited to a flat plate shape, and may have a curved surface. In this case, the sensor substrate 21 may be a film-like resin.
  • the sensor substrate 21 has a first surface S1 and a second surface S2 opposite to the first surface.
  • a TFT layer 22, an insulating layer 23, an optical sensor PD, an intermediate layer 24, a sealing layer 25, and a protective layer 29 are laminated in this order on the first surface S1.
  • a configuration will be described in which the light L1 is irradiated onto the optical sensor PD from the second surface S2 side.
  • the configuration is not limited to this, and the light L1 may be irradiated to the optical sensor PD from the first surface S1 side.
  • the TFT layer 22 is provided with circuits such as the gate line drive circuit 15 and the signal line selection circuit 16 described above. Further, the TFT layer 22 is provided with TFTs (Thin Film Transistors) such as the first switching element Tr, and various wirings such as gate lines GCL and signal lines SGL.
  • TFTs Thin Film Transistors
  • the sensor substrate 21 and the TFT layer 22 are driving circuit substrates for driving sensors in predetermined detection regions, and are also called backplanes or array substrates.
  • the insulating layer 23 is an organic insulating layer and is provided on the TFT layer 22 .
  • the insulating layer 23 is a flattening layer that flattens irregularities formed in the first switching element Tr formed in the TFT layer 22 and various conductive layers.
  • the photosensor PD is provided on the insulating layer 23 .
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb are stacked in this order on the insulating layer 23 .
  • the optical sensor PD includes a lower electrode 35 (first electrode), an electron transport layer 33, a first active layer 31a, and a hole transport layer in a direction perpendicular to the first surface S1 of the sensor substrate 21.
  • 32, the second active layer 31b, and the upper electrode 34 (second electrode) are stacked in this order.
  • the lower electrode 35 is provided on the insulating layer 23 and electrically connected to the first switching element Tr of the TFT layer 22 through a contact hole (not shown).
  • the lower electrode 35 is the cathode (first terminal N1) of the first photodiode PDa, and is an electrode for reading out the detection signal Vdet.
  • the lower electrode 35 is made of, for example, a translucent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide).
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b change their characteristics (for example, voltage-current characteristics and resistance value) according to the irradiated light.
  • An organic material is used as the material of the first active layer 31a and the second active layer 31b.
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b are bulk heterostructures in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor, n-type fullerene derivative (PCBM) are mixed.
  • C 60 fulllerene
  • PCBM phenyl C61 butyric acid methyl ester: [6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester
  • CuPc copper phthalocyanine
  • F 16 CuPc fluorinated copper phthalocyanine
  • rubrene 5,6,11,12-tetraphenyltetracene
  • PDI perylene derivative
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b can be formed by vapor deposition (dry process) using these low-molecular-weight organic materials.
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b may be, for example, a laminated film of CuPc and F16CuPc or a laminated film of rubrene and C60.
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b can also be formed by a wet process.
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b are made of a combination of the above-described low-molecular-weight organic material and high-molecular-weight organic material.
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b can be a mixed film of P3HT and PCBM or a mixed film of F8BT and PDI.
  • the first active layer 31a and the second active layer 31b may be made of the same material or may be made of different materials.
  • P3HT:PCMB a film in which P3HT and PCBM are mixed
  • PMDPP3T poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1, 4-diyl]-alt-[3′,3′′-dimethyl-2,2′:5′,2′′-terthiophene]-5,5′′-diyl]
  • PCBM [6,6]- Phenyl C61 butyric acid methyl ester) (film in which PMDPP3T and PCBM are mixed) can be used.
  • the first photodiode PDa has sensitivity to visible light (for example, wavelengths of 400 nm to 650 nm).
  • the second photodiode PDb has sensitivity to near-infrared light (for example, wavelengths of 780 nm to 950 nm).
  • the upper electrode 34 is the cathode (second terminal N2) of the second photodiode PDb, and is an electrode for supplying the drive signal VDDSNS to the photosensor PD.
  • the upper electrode 34 and the lower electrode 35 face each other with the first active layer 31a and the second active layer 31b interposed therebetween.
  • Aluminum (Al) for example, is used for the upper electrode 34 .
  • the upper electrode 34 may be a metal material such as silver (Ag), or an alloy material containing at least one of these metal materials.
  • the electron transport layer 33 and the hole transport layer 32 are provided to facilitate the holes and electrons generated in the first active layer 31 a and the second active layer 31 b to reach the upper electrode 34 or the lower electrode 35 .
  • the electron transport layer 33 is provided between the lower electrode 35 and the first active layer 31a in a direction perpendicular to the first surface S1 of the sensor substrate 21 .
  • the electron transport layer 33 is directly on the lower electrode 35 and the first active layer 31 a is directly on the electron transport layer 33 .
  • Ethoxylated polyethyleneimine (PEIE) or zinc oxide (ZnO) is used as the material of the electron transport layer 33 .
  • the hole transport layer 32 is provided between the first active layer 31a and the second active layer 31b in a direction perpendicular to the first surface S1 of the sensor substrate 21.
  • the hole transport layer 32 is directly on the first active layer 31 a and the second active layer 31 b is directly on the hole transport layer 32 .
  • a polythiophene-based conductive polymer (PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)): PSS (poly(styrene sulfonate))) is used for the hole transport layer 32 .
  • the hole transport layer 32 is shared by the first photodiode PDa and the second photodiode PDb.
  • a sealing layer 25 is provided to cover the photosensor PD. More specifically, the sealing layer 25 is provided on the upper electrode 34 with the intermediate layer 24 interposed therebetween.
  • the material of the sealing layer 25 is aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the detection device 1 can seal the photosensor PD better than when parylene is used as the sealing layer 25 .
  • ITO is used as the material of the intermediate layer 24 , and the intermediate layer 24 can improve adhesion between the upper electrode 34 and the sealing layer 25 .
  • a protective layer 29 is provided to cover the sealing layer 25 .
  • a resin film for example, is used for the protective layer 29 .
  • a protective layer 29 is provided to protect the optical sensor PD.
  • the material of the protective layer 29 is not limited to the resin film, and other materials may be used.
  • the configuration in which the light L1 is irradiated to the optical sensor PD from the second surface S2 side has been described, but the configuration may be such that the light L1 is irradiated to the optical sensor PD from the first surface S1 side.
  • a conductive material having translucency such as ITO is used as the upper electrode 34 and a metal material such as aluminum or silver is used as the lower electrode 35 .
  • FIG. 7 is a timing waveform diagram showing an operation example of the detection device.
  • FIG. 7 shows the operation when the second voltage signal VL is mainly supplied as the drive signal VDDSNS, that is, when the first photodiode PDa of the photosensor PD detects.
  • the description of FIG. 7 can also be applied to the case where the first voltage signal VH is supplied as the drive signal VDDSNS, that is, detection by the second photodiode PDb of the photosensor PD.
  • the detection device 1 has a reset period Prst, an exposure period Pex, and a readout period Pdet.
  • the power supply circuit 123 (drive signal supply circuit 123a) supplies the drive signal VDDSNS to the anode of the photosensor PD over the reset period Prst, the exposure period Pex, and the readout period Pdet.
  • the drive signal VDDSNS is a signal that applies a bias voltage VB between the first terminal N1 and the second terminal N2 of the photosensor PD.
  • the reference potential COM of substantially 0.75 V is applied to the first terminal N1 of the photosensor PD.
  • a bias voltage VB of substantially 2.0V is supplied between the -second terminals N2.
  • the control circuit 122 After setting the reset signal RST2 to "H", the control circuit 122 supplies the start signal STV and the clock signal CK to the gate line driving circuit 15, and the reset period Prst starts. In the reset period Prst, the control circuit 122 supplies the reference potential COM to the reset circuit 17, and turns on the fourth switching element TrR for supplying the reset voltage by the reset signal RST2. As a result, each signal line SGL is supplied with the reference potential COM as a reset voltage.
  • the gate line drive circuit 15 sequentially selects the gate lines GCL based on the start signal STV, clock signal CK, and reset signal RST1.
  • the gate line driving circuit 15 sequentially supplies gate driving signals Vgcl ⁇ Vgcl(1) to Vgcl(M) ⁇ to the gate lines GCL.
  • the gate drive signal Vgcl has a pulse-like waveform having a high-level power supply voltage VDD and a low-level power supply voltage VSS.
  • gate lines GCL are provided, and gate drive signals Vgcl(1), .
  • One switching element Tr is sequentially turned on for each row, and a reset voltage is supplied. For example, a reference potential COM of 0.75 V is supplied as the reset voltage.
  • the capacitive elements Ca in all the partial detection areas PAA are electrically connected to the signal line SGL in sequence and supplied with the reference potential COM.
  • the capacitance of the capacitive element Ca is reset.
  • Examples of exposure timing include a gate line non-selected exposure control method and a constant exposure control method.
  • gate line non-selected exposure control method gate drive signals ⁇ Vgcl(1) to (M) ⁇ are sequentially supplied to all gate lines GCL electrically connected to the photosensor PD to be detected, A reset voltage is supplied to all the photosensors PD. After that, when all the gate lines GCL electrically connected to the photosensor PD to be detected become low voltage (the first switching element Tr is turned off), exposure is started, and exposure is performed during the exposure period Pex.
  • the gate drive signals ⁇ Vgcl(1) to (M) ⁇ are sequentially supplied to the gate lines GCL electrically connected to the photosensor PD to be detected as described above, and the readout is performed during the readout period Pdet.
  • the effective exposure period SPex(1) starts immediately after the gate drive signal Vgcl(1) is supplied to the gate line GCL during the reset period Prst.
  • the effective exposure period SPex ⁇ (1) . . . (M) ⁇ is a period during which the photosensor PD charges the capacitive element Ca.
  • the effective exposure period SPex is started when the first switching element Tr is turned off.
  • the charge charged in the capacitive element Ca during the reset period Prst flows as a reverse current (from the cathode to the anode) into the photosensor PD due to light irradiation, and the potential difference of the capacitive element Ca decreases.
  • the effective exposure periods SPex(1), . . . , SPex(M) have the same exposure time length.
  • the control circuit 122 sets the reset signal RST2 to a low level voltage. This stops the operation of the reset circuit 17 .
  • the reset signal may be a high level voltage only during the reset period Prst.
  • the gate line drive circuit 15 sequentially supplies the gate drive signals Vgcl(1), . . . , Vgcl(M) to the gate lines GCL.
  • the gate line drive circuit 15 supplies the gate drive signal Vgcl(1) of the high level voltage (power supply voltage VDD) to the gate line GCL(1) in the period V(1).
  • the control circuit 122 sequentially supplies the selection signals ASW1, .
  • the signal lines SGL of the partial detection areas PAA selected by the gate drive signal Vgcl(1) are electrically connected to the detection circuit 48 sequentially or simultaneously.
  • the detection signal Vdet is supplied to the detection circuit 48 for each partial detection area PAA.
  • the gate line driving circuit 15 drives the gate lines GCL(2), . . . , GCL(M ⁇ 1), GCL(M ) are supplied with high level voltage gate drive signals Vgcl(2), . . . , Vgcl(M ⁇ 1), Vgcl(M). That is, the gate line drive circuit 15 supplies the gate drive signal Vgcl to the gate line GCL every period V(1), V(2), . . . , V(M ⁇ 1), V(M).
  • the signal line selection circuit 16 sequentially selects the signal lines SGL based on the selection signal ASW each time the gate drive signal Vgcl is at a high level voltage.
  • the signal line selection circuit 16 is electrically connected to one detection circuit 48 in sequence for each signal line SGL. Thereby, the detection device 1 can output the detection signals Vdet of all the partial detection areas PAA to the detection circuit 48 during the readout period Pdet.
  • FIG. 8 is a timing waveform diagram showing an operation example during the readout period in FIG. An operation example in the supply period Readout of one gate drive signal Vgcl(j) in FIG. 7 will be described below with reference to FIG. In FIG. 7, the first gate drive signal Vgcl(1) is labeled with the supply period Readout, but the other gate drive signals Vgcl(2), . . . , Vgcl(M) are the same. j is any natural number from 1 to M;
  • the output voltage (V out ) of the third switching element TrS is previously reset to the reference potential (Vref) voltage.
  • a reference potential (Vref) voltage is a reset voltage, for example, 0.75V.
  • the gate drive signal Vgcl(j) becomes high level to turn on the first switching element Tr of the row, and the signal line SGL of each row is turned on according to the charge accumulated in the capacitance (capacitive element Ca) of the partial detection area PAA. voltage.
  • the period t1 elapses from the rise of the gate drive signal Vgcl(j), there occurs a period t2 in which the selection signal ASW(k) is high.
  • the switch SSW is turned on (the high level period t4 of the SSW signal)
  • the charge accumulated in the capacitance (capacitance element Ca) of the partial detection area PAA is transferred to the capacitance (capacitance element Cb) of the detection signal amplifying section 42 of the detection circuit 48.
  • the output voltage of the detection signal amplifier 42 becomes a voltage corresponding to the charge accumulated in the capacitive element Cb.
  • the inverting input portion of the detection signal amplifying portion 42 is at the imaginary short potential of the operational amplifier, so that it returns to the reference potential (Vref).
  • the output voltage of the detection signal amplifier 42 is read out by the A/D converter 43 .
  • ASW(k), ASW(k+1), . . . in FIG. 8 are, for example, any one of ASW1 to ASW6 in FIG.
  • the voltage of the capacitive element Cb becomes a voltage corresponding to the charge accumulated in the capacitance (capacitive element Ca) of the partial detection area PAA at the portion where the third switching element TrS is turned on according to the selection signal ASW(k). .
  • the output voltage (V out ) of the third switching element TrS becomes the reference potential (Vref) voltage due to an imaginary short
  • the output voltage of the detection signal amplifier 42 becomes a voltage corresponding to the capacitance of the capacitive element Cb.
  • the output voltage is read by the A/D converter 43 .
  • the voltage of the capacitive element Cb is, for example, the voltage between two electrodes provided in the capacitor that constitutes the capacitive element Cb.
  • the period t1 is, for example, 20 [ ⁇ s].
  • the period t2 is, for example, 60 [ ⁇ s].
  • the period t3 is, for example, 44.7 [ ⁇ s].
  • the period t4 is, for example, 0.98 [ ⁇ s].
  • the gate line drive circuit 15 selects the gate lines GCL individually, but the present invention is not limited to this.
  • the gate line drive circuit 15 may simultaneously select a predetermined number of gate lines GCL, which is two or more, and sequentially supply the gate drive signal Vgcl to each of the predetermined number of gate lines GCL.
  • the signal line selection circuit 16 may also electrically connect a predetermined number of signal lines SGL, which is two or more, to one detection circuit 48 at the same time.
  • the gate line driving circuit 15 may scan a plurality of gate lines GCL by thinning them out.
  • FIG. 9 is a graph schematically showing the relationship between bias voltage and detected value.
  • FIG. 9 shows the relationship between the bias voltage VB and the detected value for each of the first photodiode PDa and the second photodiode PDb of the photosensor PD.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 represents the bias voltage VB supplied to the optical sensor PD, and the vertical axis represents the detected value from the optical sensor PD.
  • the detected value is a voltage signal output from the detection circuit 48 .
  • the detected value may be the output voltage (V out ) of the third switching element TrS shown in FIG.
  • the first photodiode PDa detects visible light (wavelength 400 nm or more and 650 nm or less, for example 525 nm), and the second photodiode PDb detects near-infrared light (wavelength 780 nm or more and 950 nm or less, for example 850 nm). A case of detection will be described.
  • the first photodiode PDa is forward bias driven and the second photodiode PDb is reverse bias driven. Thereby, the current flowing through the second photodiode PDb is detected. Therefore, when the bias voltage VB has a negative polarity, the photosensor PD is mainly sensitive to near-infrared light.
  • the second photodiode PDb has sensitivity to visible light in addition to near-infrared light. Therefore, as shown in FIG. 9, when the bias voltage VB has a negative polarity, the photosensor PD has sensitivity to near-infrared light and visible light.
  • the first photodiode PDa When the bias voltage VB has a positive polarity, the first photodiode PDa is reverse bias driven and the second photodiode PDb is forward bias driven. Thereby, the current flowing through the first photodiode PDa is detected. Therefore, when the bias voltage VB is of positive polarity, the photosensor PD is primarily sensitive to visible light.
  • the detection device 1 can change the wavelength region of the light L1 to which the photosensor PD is sensitive by switching the polarity of the bias voltage VB.
  • the detection device 1 can have detection sensitivity in a different wavelength region than when the optical sensor PD is formed of either the first photodiode PDa or the second photodiode PDb.
  • the detection device 1 can have detection sensitivity in a different wavelength region than when the optical sensor PD is formed of either the first photodiode PDa or the second photodiode PDb.
  • the detection device 1 can change the wavelength region of the light L1 to which the photosensor PD is sensitive by switching the polarity of the bias voltage VB.
  • the detection device 1 can have detection sensitivity in a different wavelength region than when the optical sensor PD is formed of either the first photodiode PDa or the second photodiode PDb.
  • the sensitivity can be set to two different wavelengths, it is possible to obtain blood oxygen saturation measurement, which requires information at different wavelength
  • the wavelength region having sensitivity is not limited to this.
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb have sensitivities in different regions of the visible region
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb have sensitivities in different regions of the infrared region
  • the first photodiode PDa And/or a case where the second photodiode PDb has sensitivity in the ultraviolet wavelength range is also included in the present invention.
  • first photodiode PDa and the second photodiode PDb are not limited to biosensors, and can be applied to color scanners, color image detection devices, and the like.
  • three pixels with different sensitivities of RGB were required to detect a color image
  • only two pixels are required. That is, one of the two pixels is sensitive to two wavelength regions and the other pixel is sensitive to one or two wavelength regions.
  • two pixels may be sensitized in three or four wavelength regions.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an example of the driving method of the detection device.
  • the period Tm is a period during which the drive signal supply circuit 123a (see FIG. 4) supplies the second voltage signal VL to the second terminal N2 of the photosensor PD through the operation of the switch BSW.
  • the period Tp is a period during which the drive signal supply circuit 123a (see FIG. 4) supplies the first voltage signal VH to the second terminal N2 of the photosensor PD by the operation of the switch BSW.
  • the driving signal supply circuit 123a supplies the first voltage signal VH and the second voltage signal VL to the photosensor PD in a time-division manner, so that the polarity of the bias voltage VB alternates between the period Tm and the period Tp. flip to
  • the first photodiode PDa is refreshed in period Tp and performs detection in period Tm.
  • the second photodiode PDb performs detection during the period Tp and is refreshed during the period Tm.
  • a detection period and a refresh period are alternately arranged. Therefore, the optical sensor PD can suppress changes in detection sensitivity over time.
  • the optical sensor PD can suppress a decrease in detection speed.
  • the period Tm and the period Tp may be arranged in any way.
  • the period Tm and the period Tp are alternately arranged for each detection frame period in which the gate line driving circuit 15 scans all the gate lines GCL (gate line GCL(1) to gate line GCL(M)).
  • the period Tm and the period Tp may be arranged in one detection frame period.
  • the period Tm and the period Tp may be alternately arranged for every plurality of detection frames.
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb detect light of different wavelengths, for example, the first photodiode PDa detects visible light and the second photodiode PDb detects near-infrared light, as described above.
  • the first light source 61 and the second light source 62 (see FIG. 1) for irradiation may be turned on and off every period Tm and period Tp.
  • the first photodiode PDa detects visible light and the second photodiode PDb detects near-infrared light.
  • the diode PDb may be configured to detect visible light.
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb may be configured to detect light in the same wavelength range.
  • the detection device 1 of the present embodiment is a detection device 1 having a plurality of optical sensors PD arranged on a substrate (sensor substrate 21). , a first photodiode PDa, and a second photodiode PDb connected in series and in the opposite direction to the first photodiode PDa.
  • the detection device 1 suppresses a decrease in the detection speed while suppressing changes in the sensitivity characteristic over time. can be suppressed.
  • FIG. 11 is a circuit diagram showing part of the partial detection area according to the modification.
  • the detection device 1A of the modified example differs from the above-described first embodiment in the connection configuration between the first photodiode PDa and the second photodiode PDb.
  • the cathode of the second photodiode PDb is electrically connected to the first terminal N1
  • the anode of the first photodiode PDa is electrically connected to the anode of the second photodiode PDb
  • the first photodiode PDb is electrically connected to the anode of the second photodiode PDb.
  • a cathode of the diode PDa is electrically connected to the second terminal N2.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional configuration of an optical sensor according to a modification.
  • the sensor unit 10 according to the modification includes a sensor substrate 21 and an optical sensor PD.
  • the sensor substrate 21 is a glass substrate.
  • the optical sensor PD is provided on the sensor substrate 21 .
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb are laminated on the sensor substrate 21 in this order.
  • the optical sensor PD includes a lower electrode 35 (first electrode), an electron transport layer 33, a first active layer 31a, a hole transport layer 32, and a second active layer 31b on the sensor substrate 21.
  • the upper electrode 34 second electrode
  • the lower electrode 35 is made of a translucent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide). Zinc oxide (ZnO) is used as the material of the electron transport layer 33 .
  • the first active layer 31a is P3HT (poly(3-hexylthiophene)):PCMB ([6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester).
  • P3HT is a P-type semiconductor
  • PCBM is an N-type semiconductor
  • P3HT:PCMB is a heterojunction OPD in which P3HT and PCMB are mixed.
  • a polythiophene-based conductive polymer (PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)): PSS (poly (styrene sulfonate)) is used for the hole transport layer 32 .
  • PEDOT poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
  • PSS poly (styrene sulfonate)
  • the second active layer 31b is composed of PMDPP3T (poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4 -diyl]-alt-[3′,3′′-dimethyl-2,2′:5′,2′′-terthiophene]-5,5′′-diyl]): PCBM ([6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester).
  • PMDPP3T is a P-type semiconductor
  • PCBM is an N-type semiconductor
  • PMDPP3T:PCMB is a heterojunction OPD in which PMDPP3T and PCMB are mixed.
  • aluminum (Al) is used for the upper electrode 34 .
  • FIG. 13 is a graph schematically showing wavelength sensitivity characteristics of the optical sensor according to the modification.
  • the bias voltage VB has a negative polarity
  • the first photodiode PDa is reverse bias driven and the second photodiode PDb is forward bias driven.
  • the current flowing through the first photodiode PDa is detected. Therefore, when the bias voltage VB is of negative polarity, the photosensor PD is primarily sensitive to visible light.
  • the second photodiode PDb When the bias voltage VB has a positive polarity, the second photodiode PDb is reverse bias driven and the first photodiode PDa is forward bias driven. Thereby, the current flowing through the second photodiode PDb is detected. Therefore, when the bias voltage VB has a positive polarity, the photosensor PD is mainly sensitive to near-infrared light.
  • FIG. 14 is a circuit diagram showing a detection device according to the second embodiment.
  • the same components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the detection device 1B of the second embodiment differs from the above-described first embodiment in the connection configuration of the optical sensor PDA. Specifically, the anode of the first photodiode PDa is electrically connected to the second terminal N2, the cathode of the first photodiode PDa is electrically connected to the cathode of the second photodiode PDb, and the second photodiode PDa is electrically connected to the cathode of the second photodiode PDb.
  • the anode of diode PDb is electrically connected to first terminal N1.
  • the first photodiode PDa and the second photodiode PDb are connected in series and in reverse between the first terminal N1 on one end side and the second terminal N2 on the other end side of the photosensor PDA. direction is connected.
  • the rectification characteristics of each of the first photodiode PDa and the second photodiode PDb are inverted with respect to the configuration of the first embodiment. Therefore, when the bias voltage VB of ⁇ 2.0 V is supplied to the photosensor PDA (for example, period Tm in FIG. 10), the first photodiode PDa is forward-bias driven (refreshed), and the second photodiode PDb is driven (refreshed). is driven (detected) in reverse bias. Further, when the bias voltage VB of +2.0 V is supplied to the photosensor PDA (for example, period Tp in FIG. 10), the first photodiode PDa is reverse bias driven (detected), and the second photodiode PDb is forward biased. Bias driven (refreshed).
  • Reference Signs List 1 1A, 1B detection device 10 sensor unit 11 detection control unit 15 gate line drive circuit 16 signal line selection circuit 21 sensor substrate 31a first active layer 31b second active layer 32 hole transport layer 33 electron transport layer 34 upper electrode 35 lower electrode 40 detection unit 48 detection circuit 123a drive signal supply circuit N1 first terminal N2 second terminal PD optical sensor PDa first photodiode PDb second photodiode VDDSNS drive signal COM reference potential VB bias voltage VH first voltage signal VL Second voltage signal

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Abstract

検出装置（1）は基板（21）の上に配列された複数の光センサ（PD）を有する検出装置であって、複数の光センサは、それぞれ、第１フォトダイオード（PDa）と、第１フォトダイオードと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオード（PDb）と、を有する。また、第１フォトダイオードと第２フォトダイオードは、光の波長に対して異なる感度特性を有する。また、第１フォトダイオードは、可視光を検出し、第２フォトダイオードは、近赤外光を検出する。

Description

検出装置
　本発明は、検出装置に関する。
　指紋パターンや血管パターンを検出可能な光センサが知られている（例えば、特許文献１）。このような光センサでは、活性層として有機半導体材料が用いられたフレキシブルなシートセンサが知られている。
特開２００９－３２００５号公報
　光センサでは、検出の際に逆バイアス電圧が供給され、感度特性が経時的に変化する可能性がある。
　本発明は、感度特性の変化を抑制することが可能な検出装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様の検出装置は、基板の上に配列された複数の光センサを有する検出装置であって、複数の前記光センサは、それぞれ、第１フォトダイオードと、前記第１フォトダイオードと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオードと、を有する。
図１は、第１実施形態に係る検出装置を示す平面図である。 図２は、第１実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、検出装置を示す回路図である。 図４は、複数の部分検出領域を示す回路図である。 図５は、光センサのダイオード特性の一例を示す図である。 図６は、センサ部の概略断面構成を示す断面図である。 図７は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。 図８は、図７における読み出し期間の動作例を表すタイミング波形図である。 図９は、バイアス電圧と検出値との関係を模式的に示すグラフである。 図１０は、検出装置の駆動方法の一例を説明するための説明図である。 図１１は、変形例に係る部分検出領域の一部を示す回路図である。 図１２は、変形例に係る光センサの概略断面構成を示す断面図である。 図１３は、変形例に係る光センサの波長感度特性を模式的に示すグラフである。 図１４は、第２実施形態に係る検出装置を示す回路図である。
　本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
　本明細書及び請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る検出装置を示す平面図である。図１に示すように、検出装置１は、センサ基材２１と、センサ部１０と、ゲート線駆動回路１５と、信号線選択回路１６と、検出回路４８と、制御回路１２２と、電源回路１２３と、第１光源基材５１と、第２光源基材５２と、第１光源６１と、第２光源６２と、を有する。第１光源基材５１には、複数の第１光源６１が設けられる。第２光源基材５２には複数の第２光源６２が設けられる。
　センサ基材２１には、フレキシブルプリント基板７１を介して制御基板１２１が電気的に接続される。フレキシブルプリント基板７１には、検出回路４８が設けられている。制御基板１２１には、制御回路１２２及び電源回路１２３が設けられている。制御回路１２２は、例えばＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）である。制御回路１２２は、センサ部１０、ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に制御信号を供給して、センサ部１０の検出動作を制御する。また、制御回路１２２は、第１光源６１及び第２光源６２に制御信号を供給して、第１光源６１及び第２光源６２の点灯又は非点灯を制御する。電源回路１２３は、駆動信号ＶＤＤＳＮＳ（図４参照）等の電圧信号をセンサ部１０、ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６に供給する。また、電源回路１２３は、電源電圧を第１光源６１及び第２光源６２に供給する。
　センサ基材２１は、検出領域ＡＡと、周辺領域ＧＡとを有する。検出領域ＡＡは、センサ部１０が有する複数の光センサＰＤ（図４参照）が設けられた領域である。周辺領域ＧＡは、検出領域ＡＡの外周と、センサ基材２１の端部との間の領域であり、光センサＰＤが設けられない領域である。
　ゲート線駆動回路１５及び信号線選択回路１６は、周辺領域ＧＡに設けられる。具体的には、ゲート線駆動回路１５は、周辺領域ＧＡのうち第２方向Ｄｙに沿って延在する領域に設けられる。信号線選択回路１６は、周辺領域ＧＡのうち第１方向Ｄｘに沿って延在する領域に設けられ、センサ部１０と検出回路４８との間に設けられる。
　なお、第１方向Ｄｘは、センサ基材２１と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、センサ基材２１と平行な面内の一方向であり、第１方向Ｄｘと直交する方向である。なお、第２方向Ｄｙは、第１方向Ｄｘと直交しないで交差してもよい。
　複数の第１光源６１は、第１光源基材５１に設けられ、第２方向Ｄｙに沿って配列される。複数の第２光源６２は、第２光源基材５２に設けられ、第２方向Ｄｙに沿って配列される。第１光源基材５１及び第２光源基材５２は、それぞれ、制御基板１２１に設けられた端子部１２４、１２５を介して、制御回路１２２及び電源回路１２３と電気的に接続される。
　複数の第１光源６１及び複数の第２光源６２は、例えば、無機ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）や、有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Organic　Light　Emitting　Diode）等が用いられる。複数の第１光源６１及び複数の第２光源６２は、それぞれ異なる波長の第１光及び第２光を出射する。
　第１光源６１から出射された第１光は、主に指Ｆｇ等の被検出体の表面で反射されセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指Ｆｇ等の表面の凹凸の形状を検出することで指紋を検出することができる。第２光源６２から出射された第２光は、主に指Ｆｇ等の内部で反射し又は指Ｆｇ等を透過してセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指Ｆｇ等の内部の生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報とは、例えば、指Ｆｇや掌の脈波、脈拍、血管像等である。すなわち、検出装置１は、指紋を検出する指紋検出装置や、静脈などの血管パターンを検出する静脈検出装置として構成されてもよい。
　第１光は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、例えば５５０ｎｍ程度の波長を有し、第２光は、７８０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下、例えば８５０ｎｍ程度の波長を有していてもよい。この場合、第１光は、青色又は緑色の可視光であり、第２光は、赤外光である。センサ部１０は、第１光源６１から出射された第１光に基づいて、指紋を検出することができる。第２光源６２から出射された第２光は、指Ｆｇ等の被検出体の内部で反射し又は指Ｆｇ等を透過・吸収されてセンサ部１０に入射する。これにより、センサ部１０は、指Ｆｇ等の内部の生体に関する情報として脈波や血管像（血管パターン）を検出できる。
　又は、第１光は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下、例えば６６０ｎｍ程度の波長を有し、第２光は、７８０ｎｍ以上９００ｎｍ以下、例えば８５０ｎｍ程度の波長を有していてもよい。この場合、第１光源６１から出射された第１光及び第２光源６２から出射された第２光に基づいて、センサ部１０は、生体に関する情報として、脈波、脈拍や血管像に加えて、血中酸素飽和度を検出することができる。このように、検出装置１は、第１光源６１及び複数の第２光源６２を有しているので、第１光に基づいた検出と、第２光に基づいた検出とを行うことで、種々の生体に関する情報を検出することができる。
　なお、図１に示す第１光源６１及び第２光源６２の配置は、あくまで一例であり適宜変更することができる。検出装置１は、光源として複数種類の光源（第１光源６１と第２光源６２）が設けられている。ただし、これに限定されず、光源は１種類であってもよい。例えば、第１光源基材５１及び第２光源基材５２のそれぞれに、複数の第１光源６１及び複数の第２光源６２が配置されていてもよい。また、第１光源６１及び第２光源６２が設けられる光源基材は１つ又は３つ以上であってもよい。あるいは、光源は、少なくとも１つ以上配置されていればよい。ただし、これに限定されず、検出装置１（第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂ（図４参照））が検出感度を有する異なる波長領域にわたる光を出射する１種類の光源であってもよい。
　図２は、第１実施形態に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、検出装置１は、さらに検出制御部１１と検出部４０と、有する。検出制御部１１の機能の一部又は全部は、制御回路１２２に含まれる。また、検出部４０のうち、検出回路４８以外の機能の一部又は全部は、制御回路１２２に含まれる。
　センサ部１０は、複数の光センサＰＤを有する。センサ部１０が有する光センサＰＤはフォトダイオードであり、照射される光に応じた電気信号を、検出信号Ｖｄｅｔとして信号線選択回路１６に出力する。また、センサ部１０は、ゲート線駆動回路１５から供給されるゲート駆動信号Ｖｇｃｌにしたがって検出を行う。
　検出制御部１１は、ゲート線駆動回路１５、信号線選択回路１６及び検出部４０にそれぞれ制御信号を供給し、これらの動作を制御する回路である。検出制御部１１は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ１等の各種制御信号をゲート線駆動回路１５に供給する。また、検出制御部１１は、選択信号ＡＳＷ等の各種制御信号を信号線選択回路１６に供給する。また、検出制御部１１は、各種制御信号を第１光源６１及び第２光源６２に供給して、それぞれの点灯及び非点灯を制御する。
　ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて複数のゲート線ＧＣＬ（図３参照）を駆動する回路である。ゲート線駆動回路１５は、複数のゲート線ＧＣＬを順次又は同時に選択し、選択されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌを供給する。これにより、ゲート線駆動回路１５は、ゲート線ＧＣＬに電気的に接続された複数の光センサＰＤを選択する。
　信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＧＬ（図３参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路である。信号線選択回路１６は、例えばマルチプレクサである。信号線選択回路１６は、検出制御部１１から供給される選択信号ＡＳＷに基づいて、選択された信号線ＳＧＬと検出回路４８とを電気的に接続する。これにより、信号線選択回路１６は、光センサＰＤの検出信号Ｖｄｅｔを検出部４０に出力する。
　検出部４０は、検出回路４８と、信号処理部４４と、座標抽出部４５と、記憶部４６と、検出タイミング制御部４７と、画像処理部４９と、出力処理部５０とを備える。検出タイミング制御部４７は、検出制御部１１から供給される制御信号に基づいて、検出回路４８と、信号処理部４４と、座標抽出部４５と、画像処理部４９と、が同期して動作するように制御する。
　検出回路４８は、例えばアナログフロントエンド回路（ＡＦＥ、Analog　Front　End）である。検出回路４８は、少なくとも検出信号増幅部４２及びＡ／Ｄ変換部４３の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅部４２は、検出信号Ｖｄｅｔを増幅する。Ａ／Ｄ変換部４３は、検出信号増幅部４２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。
　信号処理部４４は、検出回路４８の出力信号に基づいて、センサ部１０に入力された所定の物理量を検出する論理回路である。信号処理部４４は、指Ｆｇが検出面に接触又は近接した場合に、検出回路４８からの信号に基づいて指Ｆｇや掌の表面の凹凸を検出できる。また、信号処理部４４は、検出回路４８からの信号に基づいて生体に関する情報を検出できる。生体に関する情報は、例えば、指Ｆｇや掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素濃度等である。
　また、信号処理部４４は、複数の光センサＰＤにより同時に検出された検出信号Ｖｄｅｔ（生体に関する情報）を取得し、これらを平均化する処理を実行してもよい。この場合、検出部４０は、ノイズや、指Ｆｇ等の被検出体とセンサ部１０との相対的な位置ずれに起因する測定誤差を抑制して、安定した検出が可能となる。
　記憶部４６は、信号処理部４４で演算された信号を一時的に保存する。記憶部４６は、例えばＲＡＭ（Random　Access　Memory）、レジスタ回路等であってもよい。
　座標抽出部４５は、信号処理部４４において指の接触又は近接が検出されたときに、指等の表面の凹凸の検出座標を求める論理回路である。また、座標抽出部４５は、指Ｆｇや掌の血管の検出座標を求める論理回路である。画像処理部４９は、センサ部１０の各光センサＰＤから出力される検出信号Ｖｄｅｔを組み合わせて、指Ｆｇ等の表面の凹凸の形状を示す二次元情報及び指Ｆｇや掌の血管の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出部４５は、検出座標を算出せずにセンサ出力電圧Ｖｏとして検出信号Ｖｄｅｔを出力してもよい。また、座標抽出部４５及び画像処理部４９は、検出部４０に含まれていない場合であってもよい。
　出力処理部５０は、複数の光センサＰＤからの出力に基づいた処理を行う処理部として機能する。具体的には、実施形態の出力処理部５０は、少なくとも、信号処理部４４を経て取得された検出信号Ｖｄｅｔに基づいて、少なくとも脈波データを含むセンサ出力電圧Ｖｏを出力する。実施形態では、後述する各光センサＰＤの検出信号Ｖｄｅｔの出力電圧の変化（振幅）を示すデータを信号処理部４４が出力し、どの出力がセンサ出力電圧Ｖｏに採用されるかを出力処理部５０が決定するが、この両方を信号処理部４４又は出力処理部５０が行うようにしてもよい。なお、出力処理部５０は、座標抽出部４５が求めた検出座標、画像処理部４９が生成した二次元情報等をセンサ出力電圧Ｖｏに含めるようにしてもよい。また、出力処理部５０の機能は、他の構成（例えば、画像処理部４９等）に統合されてもよい。
　次に、検出装置１の回路構成例について説明する。図３は、検出装置を示す回路図である。図３に示すように、センサ部１０は、マトリクス状に配列された複数の部分検出領域ＰＡＡを有する。複数の部分検出領域ＰＡＡには、それぞれ光センサＰＤが設けられている。すなわち、複数の光センサＰＤは、センサ基材２１上にマトリクス状に配列される。
　ゲート線ＧＣＬは、第１方向Ｄｘに延在し、第１方向Ｄｘに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡと電気的に接続される。また、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）は、第２方向Ｄｙに配列され、それぞれゲート線駆動回路１５に電気的に接続される。なお、以下の説明において、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）を区別して説明する必要がない場合には、単にゲート線ＧＣＬと表す。また、図３では説明を分かりやすくするために、８本のゲート線ＧＣＬを示しているが、あくまで一例であり、ゲート線ＧＣＬは、Ｍ本（Ｍは８以上、例えばＭ＝２５６）配列されていてもよい。
　信号線ＳＧＬは、第２方向Ｄｙに延在し、第２方向Ｄｙに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡの光センサＰＤに電気的に接続される。また、複数の信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（１２）は、第１方向Ｄｘに配列されて、それぞれ信号線選択回路１６及びリセット回路１７に電気的に接続される。なお、以下の説明において、複数の信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（１２）を区別して説明する必要がない場合には、単に信号線ＳＧＬと表す。
　また、説明を分かりやすくするために、１２本の信号線ＳＧＬを示しているが、あくまで一例であり、信号線ＳＧＬは、Ｎ本（Ｎは１２以上、例えばＮ＝２５２）配列されていてもよい。また、図３では、信号線選択回路１６とリセット回路１７との間にセンサ部１０が設けられている。これに限定されず、信号線選択回路１６とリセット回路１７とは、信号線ＳＧＬの同じ方向の端部にそれぞれ電気的に接続されていてもよい。また、１つのセンサの実質的な面積は例えば実質５０×５０ｕｍ２とされ、検出領域ＡＡの解像度は例えば実質５０８ｐｐｉとされ、検出領域ＡＡに配置されるセンサ数は例えば２５２セル×２５６セルとされ、検出領域ＡＡの面積は例えば１２．６×１２．８ｍｍ２とされる。
　ゲート線駆動回路１５は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ１等の各種制御信号を、制御回路１２２（図１参照）から受け取る。ゲート線駆動回路１５は、各種制御信号に基づいて、複数のゲート線ＧＣＬ（１）、ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（８）を時分割的に順次選択する。ゲート線駆動回路１５は、選択されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌを供給する。これにより、ゲート線ＧＣＬに電気的に接続された複数の第１スイッチング素子Ｔｒにゲート駆動信号Ｖｇｃｌが供給され、第１方向Ｄｘに配列された複数の部分検出領域ＰＡＡが、検出対象として選択される。
　なお、ゲート線駆動回路１５は、指紋の検出及び異なる複数の生体に関する情報（脈波、脈拍、血管像、血中酸素濃度等）のそれぞれの検出モードごとに、異なる駆動を実行してもよい。例えば、ゲート線駆動回路１５は、複数のゲート線ＧＣＬを束ねて駆動してもよい。
　信号線選択回路１６は、複数の選択信号線Ｌｓｅｌと、複数の出力信号線Ｌｏｕｔと、第３スイッチング素子ＴｒＳと、を有する。複数の第３スイッチング素子ＴｒＳは、それぞれ複数の信号線ＳＧＬに対応して設けられている。６本の信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（６）は、共通の出力信号線Ｌｏｕｔ１に電気的に接続される。６本の信号線ＳＧＬ（７）、ＳＧＬ（８）、…、ＳＧＬ（１２）は、共通の出力信号線Ｌｏｕｔ２に電気的に接続される。出力信号線Ｌｏｕｔ１、Ｌｏｕｔ２は、それぞれ検出回路４８に電気的に接続される。
　ここで、信号線ＳＧＬ（１）、ＳＧＬ（２）、…、ＳＧＬ（６）を第１信号線ブロックとし、信号線ＳＧＬ（７）、ＳＧＬ（８）、…、ＳＧＬ（１２）を第２信号線ブロックとする。複数の選択信号線Ｌｓｅｌは、１つの信号線ブロックに含まれる第３スイッチング素子ＴｒＳのゲートにそれぞれ電気的に接続される。また、１本の選択信号線Ｌｓｅｌは、複数の信号線ブロックの第３スイッチング素子ＴｒＳのゲートに電気的に接続される。
　制御回路１２２（図１参照）は、選択信号ＡＳＷを順次選択信号線Ｌｓｅｌに供給する。これにより、信号線選択回路１６は、第３スイッチング素子ＴｒＳの動作により、１つの信号線ブロックにおいて信号線ＳＧＬを時分割的に順次選択する。また、信号線選択回路１６は、複数の信号線ブロックでそれぞれ１本ずつ信号線ＳＧＬを選択する。このような構成により、検出装置１は、検出回路４８を含むＩＣ（Integrated　Circuit）の数、又はＩＣの端子数を少なくすることができる。なお、信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＧＬを束ねて検出回路４８に電気的に接続してもよい。
　図３に示すように、リセット回路１７は、基準信号線Ｌｖｒ、リセット信号線Ｌｒｓｔ及び第４スイッチング素子ＴｒＲを有する。第４スイッチング素子ＴｒＲは、複数の信号線ＳＧＬに対応して設けられている。基準信号線Ｌｖｒは、複数の第４スイッチング素子ＴｒＲのソース又はドレインの一方に電気的に接続される。リセット信号線Ｌｒｓｔは、複数の第４スイッチング素子ＴｒＲのゲートに電気的に接続される。
　制御回路１２２は、リセット信号ＲＳＴ２をリセット信号線Ｌｒｓｔに供給する。これにより、複数の第４スイッチング素子ＴｒＲがオンになり、複数の信号線ＳＧＬは基準信号線Ｌｖｒと電気的に接続される。電源回路１２３は、基準電位ＣＯＭを基準信号線Ｌｖｒに供給する。これにより、複数の部分検出領域ＰＡＡに含まれる容量素子Ｃａ（図４参照）に基準電位ＣＯＭが供給される。
　図４は、複数の部分検出領域を示す回路図である。なお、図４では、検出回路４８の回路構成も併せて示している。図４に示すように、部分検出領域ＰＡＡは、光センサＰＤと、容量素子Ｃａと、第１スイッチング素子Ｔｒとを含む。容量素子Ｃａは、光センサＰＤに形成される容量（センサ容量）であり、等価的に光センサＰＤと並列に電気的に接続される。
　図４では、複数のゲート線ＧＣＬのうち、第２方向Ｄｙに並ぶ２つのゲート線ＧＣＬ（ｍ）、ＧＣＬ（ｍ＋１）を示す。また、複数の信号線ＳＧＬのうち、第１方向Ｄｘに並ぶ２つの信号線ＳＧＬ（ｎ）、ＳＧＬ（ｎ＋１）を示す。部分検出領域ＰＡＡは、ゲート線ＧＣＬと信号線ＳＧＬとで囲まれた領域である。
　第１スイッチング素子Ｔｒは、光センサＰＤに対応して設けられる。第１スイッチング素子Ｔｒは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、ｎチャネルのＭＯＳ（Metal　Oxide　Semiconductor）型のＴＦＴ（Thin　Film　Transistor）で構成されている。
　第１方向Ｄｘに並ぶ複数の部分検出領域ＰＡＡに属する第１スイッチング素子Ｔｒのゲートは、ゲート線ＧＣＬに電気的に接続される。第２方向Ｄｙに並ぶ複数の部分検出領域ＰＡＡに属する第１スイッチング素子Ｔｒのソースは、信号線ＳＧＬに電気的に接続される。第１スイッチング素子Ｔｒのドレインは、光センサＰＤの一端側の第１端子Ｎ１及び容量素子Ｃａに電気的に接続される。
　光センサＰＤは、第１フォトダイオードＰＤａと、第２フォトダイオードＰＤｂと、を有する。第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、光センサＰＤの一端側の第１端子Ｎ１と他端側の第２端子Ｎ２との間で、直列に、かつ逆方向に接続される。なお、「逆方向に接続」とは、第１フォトダイオードＰＤａと、第２フォトダイオードＰＤｂとで整流特性が逆方向になる接続構成を示す。より具体的には、第１フォトダイオードＰＤａのカソードが第１端子Ｎ１に電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのアノードと第２フォトダイオードＰＤｂのアノードとが電気的に接続され、第２フォトダイオードＰＤｂのカソードが第２端子Ｎ２に電気的に接続される。
　光センサＰＤの第２端子Ｎ２（第２フォトダイオードＰＤｂのカソード）には、駆動信号供給回路１２３ａから駆動信号ＶＤＤＳＮＳが供給される。駆動信号供給回路１２３ａは、電源回路１２３に設けられる。ただし、これに限定されず、駆動信号供給回路１２３ａは、制御回路１２２に設けられていてもよいし、センサ基材２１上に設けられていてもよい。また、信号線ＳＧＬ及び第１端子Ｎ１（容量素子Ｃａ及び光センサＰＤ）には、電源回路１２３から、信号線ＳＧＬ及び第１端子Ｎ１（容量素子Ｃａ及び光センサＰＤ）の初期電位となる基準電位ＣＯＭが供給される。駆動信号ＶＤＤＳＮＳと基準電位ＣＯＭとで、光センサＰＤにバイアス電圧ＶＢが供給される。バイアス電圧ＶＢは、ＶＢ＝ＣＯＭ－ＶＤＤＳＮＳで表される。
　光センサＰＤに駆動信号ＶＤＤＳＮＳを供給する駆動信号供給回路１２３ａは、第１電圧信号供給部１２３Ｈと、第２電圧信号供給部１２３Ｌと、スイッチＢＳＷとを備える。第１電圧信号供給部１２３Ｈは、基準電位ＣＯＭよりも高レベル電圧の第１電圧信号ＶＨを供給する回路である。第２電圧信号供給部１２３Ｌは、基準電位ＣＯＭよりも低レベル電圧の第２電圧信号ＶＬを供給する回路である。スイッチＢＳＷは、第１電圧信号供給部１２３Ｈ及び第２電圧信号供給部１２３Ｌと、光センサＰＤの第２端子Ｎ２と、の接続状態を切り替えるスイッチ素子である。スイッチＢＳＷの動作により、駆動信号供給回路１２３ａは、第１電圧信号ＶＨと、第２電圧信号ＶＬとを時分割で光センサＰＤの第２端子Ｎ２に供給する。
　駆動信号供給回路１２３ａから、光センサＰＤの第２端子Ｎ２に第１電圧信号ＶＨ（ＶＨ＞ＣＯＭ）が供給された場合、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動される。この場合、第２フォトダイオードＰＤｂが検出を行い、第１フォトダイオードＰＤａには順方向の電流が流れる。例えば、基準電位ＣＯＭは０．７５Ｖとされ、第１電圧信号ＶＨは２．７５Ｖとされる。この場合、バイアス電圧ＶＢは、ＶＢ＝０．７５－２．７５＝－２．０Ｖとなる。
　駆動信号供給回路１２３ａから、光センサＰＤの第２端子Ｎ２に第２電圧信号ＶＬ（ＶＬ＜ＣＯＭ）が供給された場合、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動される。この場合、第１フォトダイオードＰＤａが検出を行い、第２フォトダイオードＰＤｂには順方向の電流が流れる。例えば、基準電位ＣＯＭは０．７５Ｖとされ、第２電圧信号ＶＬは－１．２５Ｖとされる。この場合、バイアス電圧ＶＢは、ＶＢ＝０．７５－（－１．２５）＝＋２．０Ｖとなる。
　部分検出領域ＰＡＡに光が照射されると、光センサＰＤ（第１フォトダイオードＰＤａ又は第２フォトダイオードＰＤｂ）には光量に応じた電流が流れ、これにより容量素子Ｃａに電荷が蓄積される。第１スイッチング素子Ｔｒがオンになると、容量素子Ｃａに蓄積された電荷に応じて、信号線ＳＧＬに電流が流れる。信号線ＳＧＬは、信号線選択回路１６の第３スイッチング素子ＴｒＳを介して検出回路４８に電気的に接続される。これにより、検出装置１は、部分検出領域ＰＡＡごとに、又はブロック単位ＰＡＧごとに光センサＰＤに照射される光の光量に応じた信号を検出できる。
　検出回路４８は、読み出し期間Ｐｄｅｔ（図７参照）にスイッチＳＳＷがオンになり、信号線ＳＧＬと電気的に接続される。検出回路４８の検出信号増幅部４２は、信号線ＳＧＬから供給された電流の変動を電圧の変動に変換して増幅する。検出信号増幅部４２の非反転入力部（＋）には、固定された電位を有する基準電位（Ｖｒｅｆ）が入力され、反転入力端子（－）には、信号線ＳＧＬが電気的に接続される。実施形態では、基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧として基準電位ＣＯＭと同じ信号が入力される。信号処理部４４（図２参照）は、光が照射された場合の検出信号Ｖｄｅｔと、光が照射されていない場合の検出信号Ｖｄｅｔとの差分をセンサ出力電圧Ｖｏとして演算する。また、検出信号増幅部４２は、容量素子Ｃｂ及びリセットスイッチＲＳＷを有する。リセット期間Ｐｒｓｔ（図７参照）において、リセットスイッチＲＳＷがオンになり、容量素子Ｃｂの電荷がリセットされる。
　ここで、光センサＰＤ（ＯＰＤ：Organic　Photo　Diode）が形成される有機半導体層にバラツキが生じた場合、ＯＰＤの特性にバラツキが生じて検出精度が低下する可能性がある。以下、有機半導体層にバラツキが生じた場合の光センサＰＤのダイオード特性について、図５を参照して説明する。
　図５は、光センサのダイオード特性の一例を示す図である。図５において、横軸は電流を示し、縦軸は電圧を示している。また、図５において、実線は正常時のダイオード特性を示し、破線はＯＰＤの特性バラツキによる特性変化の一例を示している。
　光センサＰＤ（ＯＰＤ：Organic　Photo　Diode）が形成される有機半導体層のバラツキにより、ＯＰＤの逆方向特性が破線で示したように変化する場合がある。これにより、後述する露光期間（実効露光期間）において光センサＰＤに流れる逆方向電流が部分検出領域ＰＡＡごとにバラツキが生じることとなり、検出精度が低下する。
　本実施形態では、所定のタイミングで光センサＰＤに順方向バイアス電流を流すことで、ＯＰＤの特性を初期状態（図５に示す実線）に戻す。本開示では、このＯＰＤの特性を初期状態に戻す動作を、「リフレッシュ動作」と称する。
　次に、光センサＰＤの構成について説明する。図６は、センサ部の概略断面構成を示す断面図である。図６に示すように、センサ部１０は、センサ基材２１と、ＴＦＴ層２２と、絶縁層２３と、光センサＰＤと、中間層２４と、封止層２５と、保護層２９と、を備える。センサ基材２１は、絶縁性の基材であり、例えば、ガラスや樹脂材料が用いられる。センサ基材２１は、平板状に限定されず、曲面を有していてもよい。この場合、センサ基材２１は、フィルム状の樹脂であってもよい。センサ基材２１は、第１面Ｓ１と、第１面の反対側の第２面Ｓ２とを有する。第１面Ｓ１に、ＴＦＴ層２２、絶縁層２３、光センサＰＤ、中間層２４、封止層２５、保護層２９の順に積層される。本実施形態では、光Ｌ１が第２面Ｓ２側から光センサＰＤに照射される構成について説明する。ただし、これに限定されず、光Ｌ１が第１面Ｓ１側から光センサＰＤに照射される構成であってもよい。
　ＴＦＴ層２２は、上述したゲート線駆動回路１５や信号線選択回路１６等の回路が設けられる。また、ＴＦＴ層２２には、第１スイッチング素子Ｔｒ等のＴＦＴ（Thin　Film　Transistor）や、ゲート線ＧＣＬ、信号線ＳＧＬ等の各種配線が設けられる。センサ基材２１及びＴＦＴ層２２は、所定の検出領域ごとにセンサを駆動する駆動回路基板であり、バックプレーン又はアレイ基板とも呼ばれる。
　絶縁層２３は、有機絶縁層であり、ＴＦＴ層２２の上に設けられる。絶縁層２３は、ＴＦＴ層２２に形成される第１スイッチング素子Ｔｒや、各種導電層で形成される凹凸を平坦化する平坦化層である。
　光センサＰＤは、絶縁層２３の上に設けられる。光センサＰＤは、絶縁層２３の上に第１フォトダイオードＰＤａ、第２フォトダイオードＰＤｂの順に積層される。より具体的には、光センサＰＤは、センサ基材２１の第１面Ｓ１に垂直な方向で、下部電極３５（第１電極）、電子輸送層３３、第１活性層３１ａ、正孔輸送層３２、第２活性層３１ｂ、上部電極３４（第２電極）の順に積層される。
　下部電極３５は、絶縁層２３の上に設けられ、コンタクトホール（図示しない）を介してＴＦＴ層２２の第１スイッチング素子Ｔｒと電気的に接続される。下部電極３５は、第１フォトダイオードＰＤａのカソード（第１端子Ｎ１）であり、検出信号Ｖｄｅｔを読み出すための電極である。下部電極３５は、例えば、ＩＴＯ（Indium　Tin　Oxide）等の透光性を有する導電材料で形成される。
　第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、照射される光に応じて特性（例えば、電圧電流特性や抵抗値）が変化する。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂの材料として、有機材料が用いられる。具体的には、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、ｐ型有機半導体と、ｎ型有機半導体であるｎ型フラーレン誘導体（ＰＣＢＭ）とが混在するバルクヘテロ構造である。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂとして、例えば、低分子有機材料であるＣ６０（フラーレン）、ＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル：[6,6]-Phenyl　C61　butyric　acid　methyl　ester）、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン：Copper　Phthalocyanine）、Ｆ１６ＣｕＰｃ（フッ素化銅フタロシアニン）、ｒｕｂｒｅｎｅ（ルブレン：5,6,11,12-tetraphenyltetracene）、ＰＤＩ（Perylene（ペリレン）の誘導体）等を用いることができる。
　第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、これらの低分子有機材料を用いて蒸着型（Dry　Process）で形成することができる。この場合、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、例えば、ＣｕＰｃとＦ１６ＣｕＰｃとの積層膜、又はｒｕｂｒｅｎｅとＣ６０との積層膜であってもよい。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、塗布型（Wet　Process）で形成することもできる。この場合、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、上述した低分子有機材料と高分子有機材料とを組み合わせた材料が用いられる。高分子有機材料として、例えばＰ３ＨＴ（poly（3-hexylthiophene））、Ｆ８ＢＴ（F8-alt-benzothiadiazole）等を用いることができる。第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜、又はＦ８ＢＴとＰＤＩとが混合した状態の膜とすることができる。
　第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂは、同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。例えば、第１活性層３１ａとして、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＭＢ（Ｐ３ＨＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜）を用いることができる。また、第２活性層３１ｂとしてＰＭＤＰＰ３Ｔ（poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl]-alt-[3′,3′'-dimethyl-2,2′:5′,2′'-terthiophene]-5,5′'-diyl]）：ＰＣＢＭ（[6,6]-Phenyl　C61　butyric　acid　methyl　ester）（ＰＭＤＰＰ３ＴとＰＣＢＭとが混合した状態の膜）を用いることができる。この場合、第１フォトダイオードＰＤａは、可視光（例えば４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の波長）に対し感度を有する。第２フォトダイオードＰＤｂは、近赤外光（例えば７８０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長）に対し感度を有する。
　上部電極３４は、第２フォトダイオードＰＤｂのカソード（第２端子Ｎ２）であり、駆動信号ＶＤＤＳＮＳを光センサＰＤに供給するための電極である。上部電極３４と、下部電極３５とは、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂを挟んで対向する。上部電極３４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が用いられる。あるいは、上部電極３４は、銀（Ａｇ）等の金属材料、あるいは、これらの金属材料の少なくとも１以上を含む合金材料であってもよい。
　電子輸送層３３及び正孔輸送層３２は、第１活性層３１ａ及び第２活性層３１ｂで発生した正孔及び電子が上部電極３４又は下部電極３５に到達しやすくするために設けられる。電子輸送層３３は、センサ基材２１の第１面Ｓ１に垂直な方向で、下部電極３５と第１活性層３１ａとの間に設けられる。電子輸送層３３は、下部電極３５の上に直接、接し、第１活性層３１ａは、電子輸送層３３の上に直接、接する。電子輸送層３３の材料は、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。
　正孔輸送層３２は、センサ基材２１の第１面Ｓ１に垂直な方向で、第１活性層３１ａと第２活性層３１ｂとの間に設けられる。正孔輸送層３２は、第１活性層３１ａの上に直接、接し、第２活性層３１ｂは、正孔輸送層３２の上に直接、接する。正孔輸送層３２は、ポリチオフェン系導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））：ＰＳＳ（poly（styrene　sulfonate）））が用いられる。本実施形態では、正孔輸送層３２は、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂに共用される。
　封止層２５は、光センサＰＤを覆って設けられる。より具体的には、封止層２５は、中間層２４を介して上部電極３４の上に設けられる。封止層２５の材料は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。これにより、検出装置１は、封止層２５としてパリレンを用いた場合に比べて、光センサＰＤを良好に封止することができる。また、中間層２４の材料は、ＩＴＯが用いられ、中間層２４により、上部電極３４と封止層２５との間の密着性を向上させることができる。
　保護層２９は、封止層２５を覆って設けられる。保護層２９は、例えば樹脂フィルムが用いられる。保護層２９は、光センサＰＤを保護するために設けられる。なお、保護層２９の材料は、樹脂フィルムに限定されず、他の材料が用いられていてもよい。
　本実施形態では、光Ｌ１が第２面Ｓ２側から光センサＰＤに照射される構成について説明したが、光Ｌ１が第１面Ｓ１側から光センサＰＤに照射される構成であってもよい。この場合、上部電極３４として、ＩＴＯ等の透光性を有する導電材料が用いられ、下部電極３５として、アルミニウム又は銀等の金属材料が用いられる。
　次に、検出装置１の動作例について説明する。図７は、検出装置の動作例を表すタイミング波形図である。なお、図７では、駆動信号ＶＤＤＳＮＳとして主に第２電圧信号ＶＬが供給された場合、すなわち、光センサＰＤの第１フォトダイオードＰＤａが検出する場合の動作を示す。ただし、図７の説明は、駆動信号ＶＤＤＳＮＳとして第１電圧信号ＶＨが供給された場合、すなわち、光センサＰＤの第２フォトダイオードＰＤｂでの検出にも適用できる。
　図７に示すように、検出装置１は、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘ及び読み出し期間Ｐｄｅｔを有する。電源回路１２３（駆動信号供給回路１２３ａ）は、リセット期間Ｐｒｓｔ、露光期間Ｐｅｘ及び読み出し期間Ｐｄｅｔに亘って、駆動信号ＶＤＤＳＮＳを光センサＰＤのアノードに供給する。駆動信号ＶＤＤＳＮＳは光センサＰＤの第１端子Ｎ１－第２端子Ｎ２間にバイアス電圧ＶＢを印加する信号である。例えば、光センサＰＤの第１端子Ｎ１には実質０．７５Ｖの基準電位ＣＯＭがされているが、第２端子Ｎ２に実質－１．２５Ｖの駆動信号ＶＤＤＳＮＳを印加することにより、第１端子Ｎ１－第２端子Ｎ２間は実質２．０Ｖのバイアス電圧ＶＢが供給される。制御回路１２２は、リセット信号ＲＳＴ２を”Ｈ”とした後にゲート線駆動回路１５にスタート信号ＳＴＶおよびクロック信号ＣＫを供給し、リセット期間Ｐｒｓｔが開始する。リセット期間Ｐｒｓｔにおいて、制御回路１２２は、基準電位ＣＯＭをリセット回路１７に供給し、リセット信号ＲＳＴ２によってリセット電圧を供給するための第４スイッチング素子ＴｒＲをオンさせる。これにより各信号線ＳＧＬにはリセット電圧として基準電位ＣＯＭが供給される。
　リセット期間Ｐｒｓｔにおいて、ゲート線駆動回路１５は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ及びリセット信号ＲＳＴ１に基づいて、順次ゲート線ＧＣＬを選択する。ゲート線駆動回路１５は、ゲート駆動信号Ｖｇｃｌ｛Ｖｇｃｌ（１）～Ｖｇｃｌ（Ｍ）｝をゲート線ＧＣＬに順次供給する。ゲート駆動信号Ｖｇｃｌは、高レベル電圧である電源電圧ＶＤＤと低レベル電圧である電源電圧ＶＳＳとを有するパルス状の波形を有する。図７では、Ｍ本（例えばＭ＝２５６）のゲート線ＧＣＬが設けられており、各ゲート線ＧＣＬに、ゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）、…、Ｖｇｃｌ（Ｍ）が順次供給され、複数の第１スイッチング素子Ｔｒは各行毎に順次導通され、リセット電圧が供給される。リセット電圧として例えば、基準電位ＣＯＭの電圧０．７５Ｖが供給される。
　これにより、リセット期間Ｐｒｓｔでは、全ての部分検出領域ＰＡＡの容量素子Ｃａは、順次信号線ＳＧＬと電気的に接続されて、基準電位ＣＯＭが供給される。この結果、容量素子Ｃａの容量がリセットされる。尚、部分的にゲート線、および信号線ＳＧＬを選択することにより部分検出領域ＰＡＡのうち一部の容量素子Ｃａの容量をリセットすることも可能である。
　露光するタイミングの例として、ゲート線非選択時露光制御方法と常時露光制御方法がある。ゲート線非選択時露光制御方法においては、検出対象の光センサＰＤに電気的に接続された全てのゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号｛Ｖｇｃｌ（１）～（Ｍ）｝が順次供給され、検出対象の全ての光センサＰＤにリセット電圧が供給される。その後、検出対象の光センサＰＤに電気的に接続された全てのゲート線ＧＣＬが低電圧（第１スイッチング素子Ｔｒがオフ）になると露光が開始され、露光期間Ｐｅｘの間に露光が行われる。露光が終了すると前述のように検出対象の光センサＰＤに電気的に接続されたゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号｛Ｖｇｃｌ（１）～（Ｍ）｝が順次供給され、読み出し期間Ｐｄｅｔに読み出しが行われる。常時露光制御方法においては、リセット期間Ｐｒｓｔ、読み出し期間Ｐｄｅｔにおいても露光を行う制御（常時露光制御）をすることも可能である。この場合は、リセット期間Ｐｒｓｔにゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）がゲート線ＧＣＬに供給された直後に、実効露光期間ＳＰｅｘ（１）が開始する。ここで、実効露光期間ＳＰｅｘ｛（１）・・・（Ｍ）｝とは光センサＰＤから容量素子Ｃａへ充電される期間とされる。すなわち常時露光制御方法においては、第１スイッチング素子Ｔｒがオフになったときに実効露光期間ＳＰｅｘが開始されることになる。リセット期間Ｐｒｓｔに容量素子Ｃａにチャージされた電荷が、光照射によって光センサＰＤに逆方向電流（カソードからアノードへ）として流れ、容量素子Ｃａの電位差は減少する。なお、各ゲート線ＧＣＬに対応する部分検出領域ＰＡＡでの、実際の実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（Ｍ）は、開始のタイミング及び終了のタイミングが異なっている。実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（Ｍ）は、それぞれ、リセット期間Ｐｒｓｔでゲート駆動信号Ｖｇｃｌが高レベル電圧の電源電圧ＶＤＤから低レベル電圧の電源電圧ＶＳＳに変化したタイミングで開始される。また、実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（Ｍ）は、それぞれ、読み出し期間Ｐｄｅｔでゲート駆動信号Ｖｇｃｌが電源電圧ＶＳＳから電源電圧ＶＤＤに変化したタイミングで終了する。各実効露光期間ＳＰｅｘ（１）、…、ＳＰｅｘ（Ｍ）の露光時間の長さは等しい。
　ゲート線非選択時露光制御方法において、露光期間Ｐｅｘ｛（１）・・・（Ｍ）｝では、各部分検出領域ＰＡＡで、光センサＰＤに照射された光に応じて電流が流れる。この結果、各容量素子Ｃａに電荷が蓄積される。
　読み出し期間Ｐｄｅｔが開始する前のタイミングで、制御回路１２２は、リセット信号ＲＳＴ２を低レベル電圧にする。これにより、リセット回路１７の動作が停止する。尚、リセット信号はリセット期間Ｐｒｓｔのみ高レベル電圧としてもよい。読み出し期間Ｐｄｅｔでは、リセット期間Ｐｒｓｔと同様に、ゲート線駆動回路１５は、ゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）、…、Ｖｇｃｌ（Ｍ）を順次供給する。
　具体的には、ゲート線駆動回路１５は、期間Ｖ（１）において、ゲート線ＧＣＬ（１）に、高レベル電圧（電源電圧ＶＤＤ）のゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）を供給する。制御回路１２２は、ゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）が高レベル電圧（電源電圧ＶＤＤ）の期間に、選択信号ＡＳＷ１、…、ＡＳＷ６を、信号線選択回路１６に順次供給する。これにより、ゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）により選択された部分検出領域ＰＡＡの信号線ＳＧＬが順次、又は同時に検出回路４８に電気的に接続される。この結果、検出信号Ｖｄｅｔが部分検出領域ＰＡＡごとに検出回路４８に供給される。
　同様に、ゲート線駆動回路１５は、期間Ｖ（２）、…、Ｖ（Ｍ－１）、Ｖ（Ｍ）において、ゲート線ＧＣＬ（２）、…、ＧＣＬ（Ｍ－１）、ＧＣＬ（Ｍ）に、それぞれ高レベル電圧のゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（２）、…、Ｖｇｃｌ（Ｍ－１）、Ｖｇｃｌ（Ｍ）を供給する。すなわち、ゲート線駆動回路１５は、期間Ｖ（１）、Ｖ（２）、…、Ｖ（Ｍ－１）、Ｖ（Ｍ）ごとに、ゲート線ＧＣＬにゲート駆動信号Ｖｇｃｌを供給する。各ゲート駆動信号Ｖｇｃｌが高レベル電圧となる期間ごとに、信号線選択回路１６は選択信号ＡＳＷに基づいて、順次信号線ＳＧＬを選択する。信号線選択回路１６は、信号線ＳＧＬごとに順次、１つの検出回路４８に電気的に接続する。これにより、読み出し期間Ｐｄｅｔで、検出装置１は、全ての部分検出領域ＰＡＡの検出信号Ｖｄｅｔを検出回路４８に出力することができる。
　図８は、図７における読み出し期間の動作例を表すタイミング波形図である。以下、図８を参照して、図７における１つのゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（ｊ）の供給期間Ｒｅａｄｏｕｔでの動作例について説明する。図７では、最初のゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（１）に供給期間Ｒｅａｄｏｕｔの符号を付しているが、他のゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（２）、…、Ｖｇｃｌ（Ｍ）についても同様である。ｊは、１からＭのいずれかの自然数である。
　図８および図４に示すように、第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖｏｕｔ）は予め基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧にリセットされている。基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧はリセット電圧とされ、例えば０．７５Ｖとされる。次にゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（ｊ）がハイレベルとなり当該行の第１スイッチング素子Ｔｒがオンし、各行の信号線ＳＧＬは当該部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷に応じた電圧になる。ゲート駆動信号Ｖｇｃｌ（ｊ）の立ち上がりから期間ｔ１の経過後、選択信号ＡＳＷ（ｋ）がハイになる期間ｔ２が生じる。選択信号ＡＳＷ（ｋ）がハイになって第３スイッチング素子ＴｒＳがオンすると、当該第３スイッチング素子ＴｒＳを介して検出回路４８と電気的に接続されている部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に充電された電荷により、第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖｏｕｔ）（図４参照）が当該部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷に応じた電圧に変化する（期間ｔ３）。図８の例では期間ｔ３のようにこの電圧はリセット電圧から下がっている。その後、スイッチＳＳＷがオン（ＳＳＷ信号のハイレベルの期間ｔ４）すると当該部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷が検出回路４８の検出信号増幅部４２の容量（容量素子Ｃｂ）へ電荷が移動し、検出信号増幅部４２の出力電圧は容量素子Ｃｂに蓄積された電荷に応じた電圧となる。このとき検出信号増幅部４２の反転入力部はオペアンプのイマジナリショート電位となるため、基準電位（Ｖｒｅｆ）に戻っている。検出信号増幅部４２の出力電圧はＡ／Ｄ変換部４３で読み出す。図８の例では、各列の信号線ＳＧＬに対応する選択信号ＡＳＷ（ｋ）、ＡＳＷ（ｋ＋１）、…の波形がハイになって第３スイッチング素子ＴｒＳを順次オンさせ、同様の動作を順次行うことで当該ゲート線ＧＣＬに電気的に接続された部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷を順次読み出している。なお図８におけるＡＳＷ（ｋ）、ＡＳＷ（ｋ＋１）…は、例えば、図８におけるＡＳＷ１からＡＳＷ６のいずれかである。
　具体的には、スイッチＳＳＷがオンになる期間ｔ４が生じると、部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）から検出回路４８の検出信号増幅部４２の容量（容量素子Ｃｂ）へ電荷が移動する。このとき検出信号増幅部４２の非反転入力（＋）は、基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧（例えば、０．７５［Ｖ］）にバイアスされている。このため、検出信号増幅部４２の入力間のイマジナリショートにより第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖｏｕｔ）も基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧になる。また、容量素子Ｃｂの電圧は、選択信号ＡＳＷ（ｋ）に応じて第３スイッチング素子ＴｒＳがオンした箇所の部分検出領域ＰＡＡの容量（容量素子Ｃａ）に蓄積された電荷に応じた電圧となる。検出信号増幅部４２の出力電圧は、イマジナリショートによって第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖｏｕｔ）が基準電位（Ｖｒｅｆ）電圧になった後に、容量素子Ｃｂの容量に応じた電圧になり、この出力電圧をＡ／Ｄ変換部４３で読み取る。なお、容量素子Ｃｂの電圧とは、例えば、容量素子Ｃｂを構成するコンデンサに設けられる２つの電極間の電圧である。
　なお、期間ｔ１は、例えば２０［μｓ］である。期間ｔ２は、例えば６０［μｓ］である。期間ｔ３は、例えば４４．７［μｓ］である。期間ｔ４は、例えば０．９８［μｓ］である。
　なお、図７及び図８では、ゲート線駆動回路１５がゲート線ＧＣＬを個別に選択する例を示したが、これに限定されない。ゲート線駆動回路１５は、２以上の所定数のゲート線ＧＣＬを同時に選択し、所定数のゲート線ＧＣＬごとに順次ゲート駆動信号Ｖｇｃｌを供給してもよい。また、信号線選択回路１６も、２以上の所定数の信号線ＳＧＬを同時に１つの検出回路４８に電気的に接続してもよい。また更には、ゲート線駆動回路１５は、複数のゲート線ＧＣＬを間引いて走査してもよい。
　次に、バイアス電圧ＶＢと、光センサＰＤの特性との関係について説明する。図９は、バイアス電圧と検出値との関係を模式的に示すグラフである。図９は、光センサＰＤの第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂのそれぞれについて、バイアス電圧ＶＢと検出値との関係を示している。図９に示すグラフの横軸は、光センサＰＤに供給されるバイアス電圧ＶＢであり、縦軸は、光センサＰＤからの検出値を示す。検出値は、検出回路４８から出力される電圧信号である。あるいは、検出値は、図４に示す第３スイッチング素子ＴｒＳの出力電圧（Ｖｏｕｔ）としてもよい。
　また、図９では、第１フォトダイオードＰＤａは可視光（波長４００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下、例えば５２５ｎｍ）を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂは、近赤外光（波長７８０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下、例えば８５０ｎｍ）を検出する場合について説明する。
　図９に示すように、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動される。これにより、第２フォトダイオードＰＤｂに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合に、光センサＰＤは主に近赤外光に対して感度を有する。なお、第２フォトダイオードＰＤｂは、近赤外光に加え、可視光にも感度を有する。このため、図９に示すように、バイアス電圧ＶＢが負の極性において、光センサＰＤは近赤外光及び可視光に感度を有する。
　バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動される。これにより、第１フォトダイオードＰＤａに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、光センサＰＤは主に可視光に対して感度を有する。
　このように、検出装置１は、バイアス電圧ＶＢの極性を切り替えることで、光センサＰＤが感度を有する光Ｌ１の波長領域を異ならせることができる。言い換えると、光センサＰＤが第１フォトダイオードＰＤａ又は第２フォトダイオードＰＤｂのいずれか一方で形成された場合に比べて、検出装置１は、異なる波長領域に検出感度を持たせることが可能になり、可視域の感度で指紋を、赤外の感度で血管パターンなど異なる生体情報を一種類の光源で取得する事が出来る。また異なる二種類の波長に感度を設定できる事から、異なる波長での情報が必要な血中酸素飽和度の測定を一種類の光源で取得する事が出来る。尚、第１フォトダイオードＰＤａは可視域に感度を有し、第２フォトダイオードＰＤｂは赤外領域に感度を有する場合を記載したが、感度を有する波長領域はこれに限定されず、第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂが可視域の別々の領域に感度を持つ場合、第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂが赤外域の別々の領域に感度を持つ場合、第１フォトダイオードＰＤａおよびもしくは第２フォトダイオードＰＤｂが紫外線の波長領域に感度を持つ場合も本発明に含まれる。また、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、生体センサに限定されず、カラースキャナあるいはカラー画像検出装置等にも適用できる。この場合において、これまでカラーの画像を検出するのにＲＧＢの３つの異なる感度を持つピクセルが必要だったのが、２つのピクセルで済むことになる。すなわち、２つのピクセルのうち１つのピクセルが２つの波長領域に感度を持ち、他の１つのピクセルは１つあるいは２つの波長領域に感度を有する。このように、２つのピクセルで３つまたは４つの波長領域に感度を設定してもよい。
　図１０は、検出装置の駆動方法の一例を説明するための説明図である。図１０に示すように、検出装置１は、負の極性の駆動信号ＶＤＤＳＮＳ（例えばＶＤＤＳＮＳ＝－１．２５Ｖ）を光センサＰＤに供給する期間Ｔｍと、正の極性の駆動信号ＶＤＤＳＮＳ（例えばＶＤＤＳＮＳ＝＋２．７５Ｖ）を光センサＰＤに供給する期間Ｔｐと、が時分割で交互に設けられる。言い換えると、期間Ｔｍは、駆動信号供給回路１２３ａ（図４参照）が、スイッチＢＳＷの動作により、第２電圧信号ＶＬを光センサＰＤの第２端子Ｎ２に供給する期間である。また、期間Ｔｐは、駆動信号供給回路１２３ａ（図４参照）が、スイッチＢＳＷの動作により、第１電圧信号ＶＨを光センサＰＤの第２端子Ｎ２に供給する期間である。このように、駆動信号供給回路１２３ａが第１電圧信号ＶＨと第２電圧信号ＶＬとを時分割で光センサＰＤに供給することで、バイアス電圧ＶＢの極性が、期間Ｔｍ、期間Ｔｐごとの交互に反転する。
　第１フォトダイオードＰＤａは、期間Ｔｐでリフレッシュされ、期間Ｔｍで検出を行う。第２フォトダイオードＰＤｂは、期間Ｔｐで検出を行い、期間Ｔｍでリフレッシュされる。第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、それぞれ、検出を行う期間と、リフレッシュを行う期間とが交互に配置される。したがって、光センサＰＤは、検出感度の経時的な変化を抑制することができる。
　また、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの一方が検出を行っている期間に、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの他方がリフレッシュされる。したがって、光センサＰＤが１つのフォトダイオードで形成され、検出を行う期間と、リフレッシュ期間を個別に設ける場合に比べて、光センサＰＤは、検出速度の低下を抑制することができる。
　なお、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐは、どのように配置されてもよい。例えば、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐは、それぞれ、ゲート線駆動回路１５が全てのゲート線ＧＣＬ（ゲート線ＧＣＬ（１）からゲート線ＧＣＬ（Ｍ））を走査する１検出フレーム期間ごとに交互に配置してもよい。あるいは、１検出フレーム期間に、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐが配置されていてもよい。あるいは、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐは、複数の検出フレームごとに交互に配置してもよい。
　第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂが異なる波長の光を検出する場合、例えば、上述したように第１フォトダイオードＰＤａが可視光を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂが近赤外光を検出する場合には、期間Ｔｍ及び期間Ｔｐごとに照射する第１光源６１及び第２光源６２（図１参照）のオンオフを切り替えてもよい。
　なお、第１フォトダイオードＰＤａが可視光を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂが近赤外光を検出する場合に限定されず、第１フォトダイオードＰＤａが近赤外光を検出し、第２フォトダイオードＰＤｂが可視光を検出する構成であってもよい。あるいは、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂが同じ波長領域の光を検出する構成であってもよい。
　以上説明したように、本実施形態の検出装置１は、基板（センサ基材２１）の上に配列された複数の光センサＰＤを有する検出装置１であって、複数の光センサＰＤは、それぞれ、第１フォトダイオードＰＤａと、第１フォトダイオードＰＤａと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオードＰＤｂと、を有する。
　これによれば、光センサＰＤにバイアス電圧ＶＢが供給された場合に、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの一方は逆バイアス駆動されて検出を行い、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂの他方は順バイアス駆動されリフレッシュされる。したがって、光センサＰＤが１つのフォトダイオードで形成され、検出期間とリフレッシュ期間を時分割で行う場合に比べて、検出装置１は、検出速度の低下を抑制しつつ、感度特性の経時的な変化を抑制することができる。
　図１１は、変形例に係る部分検出領域の一部を示す回路図である。図１１に示すように、変形例の検出装置１Ａは、上述した第１実施形態に比べて、第１フォトダイオードＰＤａと第２フォトダイオードＰＤｂとの接続構成が異なる。具体的には、第２フォトダイオードＰＤｂのカソードが第１端子Ｎ１に電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのアノードと第２フォトダイオードＰＤｂのアノードとが電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのカソードが第２端子Ｎ２に電気的に接続される。
　図１２は、変形例に係る光センサの概略断面構成を示す断面図である。図１２に示すように、変形例に係るセンサ部１０は、センサ基材２１と、光センサＰＤと、を備える。センサ基材２１は、ガラス基板である。光センサＰＤは、センサ基材２１の上に設けられる。光センサＰＤは、センサ基材２１の上に第１フォトダイオードＰＤａ、第２フォトダイオードＰＤｂの順に積層される。より具体的には、光センサＰＤは、センサ基材２１の上に、下部電極３５（第１電極）、電子輸送層３３、第１活性層３１ａ、正孔輸送層３２、第２活性層３１ｂ、上部電極３４（第２電極）の順に積層される。
　下部電極３５は、例えば、ＩＴＯ（Indium　Tin　Oxide）等の透光性を有する導電材料で形成される。電子輸送層３３の材料は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられる。
　第１活性層３１ａは、Ｐ３ＨＴ（poly（3-hexylthiophene））：ＰＣＭＢ（[6,6]-Phenyl　C61　butyric　acid　methyl　ester）である。Ｐ３ＨＴはＰ型半導体であり、ＰＣＢＭはＮ型半導体であり、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＭＢは、Ｐ３ＨＴとＰＣＭＢとが混合したヘテロジャンクション構成のＯＰＤである。
　正孔輸送層３２は、ポリチオフェン系導電性ポリマー（ＰＥＤＯＴ（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））：ＰＳＳ（poly（styrene　sulfonate）））が用いられる。
　第２活性層３１ｂは、ＰＭＤＰＰ３Ｔ（poly[[2,5-bis(2-hexyldecyl)-2,3,5,6-tetrahydro-3,6-dioxopyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-diyl]-alt-[3′,3′'-dimethyl-2,2′:5′,2′'-terthiophene]-5,5′'-diyl]）：ＰＣＢＭ（[6,6]-Phenyl　C61　butyric　acid　methyl　ester）である。ＰＭＤＰＰ３ＴはＰ型半導体であり、ＰＣＢＭはＮ型半導体であり、ＰＭＤＰＰ３Ｔ：ＰＣＭＢは、ＰＭＤＰＰ３ＴとＰＣＭＢとが混合したヘテロジャンクション構成のＯＰＤである。
　上部電極３４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）が用いられる。
　図１３は、変形例に係る光センサの波長感度特性を模式的に示すグラフである。図１３に示すように、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動される。これにより、第１フォトダイオードＰＤａに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが負の極性の場合に、光センサＰＤは主に可視光に対して感度を有する。
　バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動され、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動される。これにより、第２フォトダイオードＰＤｂに流れる電流が検出される。したがって、バイアス電圧ＶＢが正の極性の場合、光センサＰＤは主に近赤外光に対して感度を有する。
（第２実施形態）
　図１４は、第２実施形態に係る検出装置を示す回路図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
　図１４に示すように、第２実施形態の検出装置１Ｂは、上述した第１実施形態に比べて光センサＰＤＡの接続構成が異なる。具体的には、第１フォトダイオードＰＤａのアノードが第２端子Ｎ２に電気的に接続され、第１フォトダイオードＰＤａのカソードと第２フォトダイオードＰＤｂのカソードとが電気的に接続され、第２フォトダイオードＰＤｂのアノードが第１端子Ｎ１に電気的に接続される。第２実施形態においても、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂは、光センサＰＤＡの一端側の第１端子Ｎ１と他端側の第２端子Ｎ２との間で、直列に、かつ逆方向に接続される。
　第２実施形態では、第１フォトダイオードＰＤａ及び第２フォトダイオードＰＤｂのそれぞれの整流特性が第１実施形態の構成に対して反転している。このため、光センサＰＤＡに－２．０Ｖのバイアス電圧ＶＢが供給された場合（例えば、図１０の期間Ｔｍ）に、第１フォトダイオードＰＤａが順バイアス駆動（リフレッシュ）され、第２フォトダイオードＰＤｂが逆バイアス駆動（検出）される。また、光センサＰＤＡに＋２．０Ｖのバイアス電圧ＶＢが供給された場合（例えば、図１０の期間Ｔｐ）に、第１フォトダイオードＰＤａが逆バイアス駆動（検出）され、第２フォトダイオードＰＤｂが順バイアス駆動（リフレッシュ）される。
　以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。上述した各実施形態及び各変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。
　１、１Ａ、１Ｂ　検出装置
　１０　センサ部
　１１　検出制御部
　１５　ゲート線駆動回路
　１６　信号線選択回路
　２１　センサ基材
　３１ａ　第１活性層
　３１ｂ　第２活性層
　３２　正孔輸送層
　３３　電子輸送層
　３４　上部電極
　３５　下部電極
　４０　検出部
　４８　検出回路
　１２３ａ　駆動信号供給回路
　Ｎ１　第１端子
　Ｎ２　第２端子
　ＰＤ　光センサ
　ＰＤａ　第１フォトダイオード
　ＰＤｂ　第２フォトダイオード
　ＶＤＤＳＮＳ　駆動信号
　ＣＯＭ　基準電位
　ＶＢ　バイアス電圧
　ＶＨ　第１電圧信号
　ＶＬ　第２電圧信号

Claims (6)

  1. 　基板の上に配列された複数の光センサを有する検出装置であって、
    　複数の前記光センサは、それぞれ、
    　第１フォトダイオードと、
    　前記第１フォトダイオードと直列に、かつ、逆方向に接続される第２フォトダイオードと、を有する
    　検出装置。
  2. 　前記第１フォトダイオードと前記第２フォトダイオードは、光の波長に対して異なる感度特性を有する
    　請求項１に記載の検出装置。
  3. 　前記第１フォトダイオードは、可視光を検出し、
    　前記第２フォトダイオードは、近赤外光を検出する
    　請求項１又は請求項２に記載の検出装置。
  4. 　前記光センサに駆動信号を供給する駆動信号供給回路を有し、
    　前記駆動信号供給回路は、基準電位よりも高レベル電圧の第１電圧信号と、前記基準電位よりも低レベル電圧の第２電圧信号と、を時分割で前記光センサに供給する
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検出装置。
  5. 　前記第１フォトダイオードが順バイアス駆動され、前記第２フォトダイオードが逆バイアス駆動された場合に、前記第２フォトダイオードが検出し、
    　前記第１フォトダイオードが逆バイアス駆動され、前記第２フォトダイオードが順バイアス駆動された場合に、前記第１フォトダイオードが検出する
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の検出装置。
  6. 　前記光センサは、前記基板に垂直な方向で、第１電極、電子輸送層、第１活性層、正孔輸送層、第２活性層、第２電極の順に積層される
    　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の検出装置。
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