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特開2017-228786光電変換素子、撮像装置及び光センサ
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-228786(P2017-228786A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】光電変換素子、撮像装置及び光センサ
(51)【国際特許分類】
   H01L 51/42 20060101AFI20171201BHJP
   H01L 27/146 20060101ALI20171201BHJP
【FI】
   H01L31/08 T
   H01L27/146 C
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2017-156806(P2017-156806)
(22)【出願日】2017年8月15日
(62)【分割の表示】特願2014-529348(P2014-529348)の分割
【原出願日】2013年6月21日
(31)【優先権主張番号】特願2012-176691(P2012-176691)
(32)【優先日】2012年8月9日
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112874
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 薫
(72)【発明者】
【氏名】宇高 融
(72)【発明者】
【氏名】村田 昌樹
(72)【発明者】
【氏名】森本 類
(72)【発明者】
【氏名】榎 修
【テーマコード(参考)】
4M118
5F849
【Fターム(参考)】
4M118AB01
4M118BA05
4M118CA14
4M118CA22
4M118CB05
4M118CB14
4M118FB09
5F849AB11
5F849FA02
5F849FA03
5F849FA04
5F849FA05
5F849GA02
5F849XA21
(57)【要約】
【課題】単一の素子構造で、複数の波長域を検出することが可能な有機光電変換素子、撮像装置及び光センサを提供する。
【解決手段】第1の電極と第2の電極との間に、分光感度が異なる2以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部を設けて光電変換素子とする。この光電変換素子は、第1及び第2の電極間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて波長感度特性が変化する。そして、撮像装置や光センサに、この光電変換素子を搭載する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1及び第2の電極間に設けられ、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部とを有し、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、波長感度特性が変化する光電変換素子。
【請求項2】
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一の層で構成されている請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項3】
前記有機光電変換部が、前記2種以上の有機半導体材料を共蒸着することにより形成された請求項2に記載の光電変換素子。
【請求項4】
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2以上の有機半導体層が積層された構成となっており、
各有機半導体層は1種又は2種以上の有機半導体材料を含有する請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項5】
前記有機光電変換部は、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層が交互に積層されている請求項4に記載の光電変換素子。
【請求項6】
前記有機光電変換部は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とで構成されている請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項7】
前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成されている請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項8】
請求項1に記載の光電変換素子を備える撮像装置。
【請求項9】
請求項1に記載の光電変換素子を備え、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、検出波長域が変化する光センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、光電変換素子、及びこの光電変換素子を備えた撮像装置並びに光センサに関する。より詳しくは、有機光電変換材料を用いた有機光電変換素子、撮像装置及び光センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、撮像素子(イメージセンサ)には、主に、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)構造の半導体素子が用いられている。また、近年、光電変換層が有機半導体材料により形成された有機光電変換素子を用いた撮像素子も提案されている(例えば、特許文献1〜5参照)。有機光電変換素子は、カラーフィルターが不要であり、従来の無機半導体素子に比べて、構造や製造プロセスを簡素化できるという特徴がある。
【0003】
具体的には、特許文献1には、第1導電材料と第2導電材料の間に、第1有機色素層及び第2有機色素層を設け、これらの有機色素層の間に、第3導電材料を設けた構造のカラーセンサが開示されている。また、特許文献2〜4には、R(赤色)、G(緑色)又はB(青色)に相当する波長に吸収のピークを有する有機光電材料で構成された2種又は3種の受光部を積層した構造の撮像素子が開示されている。
【0004】
一方、特許文献2〜4に記載された撮像素子は、いずれも受光部毎に1対の電極が設けられているが、特許文献5には、1対の電極間に吸収スペクトルが異なる複数の有機光電変換膜を積層した構造の光電変換素子が開示されている。この特許文献5に記載の撮像素子では、1対の電極間に印加する電圧を変えることで、電荷の取り出し範囲を制御し、検出する波長域を切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開昭63−300576号公報
【特許文献2】特開2003−234460号公報
【特許文献3】特開2003−332551号公報
【特許文献4】特開2005−303266号公報
【特許文献5】特開2008−227092号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、前述した従来の有機光電変換素子には、以下に示す問題点がある。先ず、特許文献1〜4に記載の素子のように、単色センサを積層した構造の有機光電変換素子は、検出対象の波長毎にモジュール(受光部)を設けなければならず、構造が複雑となり、製造タクトタイムも長くなるという問題点がある。そして、このような構造の有機光電変換素子で、複数の波長域や広範な波長域を検出するためには、光吸収ピークが異なる複数の有機光電変換層を形成し、その倍の数の電極を形成する必要がある。
【0007】
一方、特許文献5に記載の素子のような構造にすると、電極の数は少なくすることができるが、この撮像素子では、可視域での色変化は期待できない。具体的には、特許文献5に記載の素子は、例えば第1の光電変換膜が人間の明所視での分光感度特性に近似した吸収スペクトルを有し、第2の光電変換膜が可視域及び赤外域の範囲内において赤外域に吸収スペクトルの吸収ピーク波長をもつように設計されている。更に、特許文献5に記載の撮像素子は、光電変換層が厚くなる構造であるため、電界強度が弱くなるという問題点もある。
【0008】
そこで、本開示は、単一の素子構造で、複数の波長域を検出することが可能な有機光電変換素子、撮像装置及び光センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示に係る光電変換素子は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1及び第2の電極間に設けられ、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部とを有し、前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、波長感度特性が変化する。
この光電変換素子では、前記有機光電変換部が、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一の層で構成されていてもよい。
その場合、前記有機光電変換部は、例えば前記2種以上の有機半導体材料を共蒸着することにより形成することができる。
また、前記有機光電変換部を、波長感度が異なり、1種又は2種以上の有機半導体材料を含有する2以上の有機半導体層が積層された構成としてもよい。
その場合、前記有機光電変換部は、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層が交互に積層されている構成とすることもできる。
一方、前記有機光電変換部は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とで構成されていてもよい。
また、前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成することができる。
【0010】
本開示に係る撮像装置は、前述した光電変換素子を備える。
本開示に係る光センサは、前述した光電変換素子を備え、前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、検出波長域が変化するものである。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、有機光電変換部に波長感度が異なる2種類の有機半導体材料が含まれており、電圧に応じて波長感度特性が変化するため、従来のように検出波長毎に受光部を設けなくても、複数の波長域を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本開示の第1の実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。
図2】本開示の第2の実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である
図3】本開示の第3の実施形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。
図4】本開示の実施例で用いた光電変換素子の有機光電変換部の構成を示す図である。
図5図4に示す構成の光電変換素子のJ−V測定の結果を示す図である。
図6図4に示す構成の光電変換素子にバイアス電圧を印加したときの分光感度スペクトルを示す図である。
図7図6に示すバイアス電圧印加時の分光スペクトルと、定常時の分光スペクトルとを比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本開示を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。

1.第1の実施の形態
(光電変換部が1つの有機半導体層で構成されている光電変換素子の例)
2.第2の実施の形態
(波長感度が異なる2以上の有機半導体層が積層された光電変換素子の例)
3.第3の実施の形態
(2種以上の有機光電変換材料を含む光電変換素子を用いた撮像装置の例)
【0014】
<1.第1の実施の形態>
先ず、本開示の第1の実施形態に係る光電変換素子について説明する。図1は本開示の第1の実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施形態の光電変換素子10は、基板1上に、電極2、有機光電変換部4及び電極3がこの順に積層されている。即ち、光電変換素子10では、1対の電極2,3間に、有機光電変換部4が設けられている。
【0015】
[基板1]
基板1は、電極2,3及び有機光電変換部4などを支持可能なものであればよく、その材質や形状は特に限定されるものではない。基板1を構成する材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリエチレンナフタレート(PEN)などの合成樹脂が挙げられる。
【0016】
基板1を合成樹脂で形成する場合、その形態は、板状の他、フィルム状やシート状などでもよい。そして、可とう性を有する基板1を使用することで、例えば曲面形状を有する電子機器への電子デバイスの組込みや一体化が可能となる。
【0017】
また、基板1は、雲母、ガラス又は石英などの無機材料で形成されていてもよい。更に、基板1として、各種ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板及び炭素基板などの表面に、例えば酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、金属酸化物又は金属塩などからなる絶縁膜を形成したものを使用することもできる。
【0018】
そして、例えば、基板1側から受光を行う場合は、基板1は透明材料により形成されていることが好ましい。ここで、「透明材料」とは、有機光電変換部4への入射光を過度に吸収しない材料を指し、以下の説明においても同様である。なお、基板1の表面は、平滑であることが望ましいが、有機光電変換部4の特性に影響しない程度であれば、凹凸があってもよい。また、基板1の表面には、その上に形成される電極や絶縁層との接着性を向上させるための表面処理が施されていてもよい。
【0019】
[電極2,3]
電極2,3は、例えば、インジウム−錫酸化物(ITO,SnドープのIn、結晶性ITO及びアモルファスITOを含む)、IFO(FドープのIn)、酸化錫(SnO)、ATO(SbドープのSnO)、FTO(FドープのSnO)、酸化亜鉛(AlドープのZnOやBドープのZnO、GaドープのZnOを含む)、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)、酸化チタン(TiO)、スピネル形酸化物、YbFe構造を有する酸化物などの導電性を有する透明材料により形成することができる。
【0020】
なお、電極2,3のうち、光が入射する側ではない電極は透明性が低くてもよい。この場合、電極21は、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、インジウム(In)、錫(Sn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、モリブデン(Mo)などの金属材料やこれらの金属元素を含む合金材料により形成することもできる。
【0021】
また、電極2,3は、前述した金属又は合金を含む導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン、炭素系材料、酸化物半導体、カーボン・ナノ・チューブ、グラフェンなどの導電性材料で形成されていてもよい。その場合、これらの導電性材料をバインダー樹脂に混合してペースト又はインクとしたものを硬化させることで、電極21を形成してもよい。更に、電極2,3は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)やポリスチレンスルホン酸などの導電性高分子材料で形成することもできる。更にまた、電極2,3は、異なる材料からなる2以上の層を積層した構造とすることもできる。
【0022】
これら電極2,3の形成方法は、特に限定されるものではなく、電極材料に応じて適宜選択することができる。具体的には、電極2,3の形成には、真空蒸着法、反応性蒸着法、各種のスパッタリング法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的気相成長法(PVD法)、パイロゾル法、有機金属化合物を熱分解する方法、スプレー法、ディップ法、MOCVD法を含む各種の化学的気相成長法(CVD法)、無電解めっき法や電解めっき法などの各種めっき法、リフト・オフ法、ゾル・ゲル法、電着法、シャドウマスク法などを適用することができ、これらを組み合わせて行ってもよい。また、これらの技術とパターニング技術とを組合せて行うこともできる。
【0023】
[有機光電変換部4]
有機光電変換部4は、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機半導体層で構成されている。この有機光電変換部4を構成する有機半導体層に含有される有機半導体材料は、波長感度が異なるものであれば特に限定されるものではないが、例えばp型有機半導体材料とn型有機半導体材料とを組み合わせて使用することができる。
【0024】
なお、各材料のドナー性又はアクセプター性は、組み合わせにより変化するため、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とを組み合わせて使用する場合は、その組み合わせに応じて、デバイス構造を設計することが好ましい。具体的には、分子のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital;最高被占軌道)/LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital;最低空軌道)レベルから、例えばHOMOレベルの浅い分子をp型とし、HOMOレベルの低い分子をn型とすることができる。
【0025】
有機光電変換部(有機半導体層)4の厚さは、特に限定されるものではないが、電界強度確保の観点から、20〜500nmが好ましく、より好ましくは50〜200nmである。
【0026】
また、有機光電変換部(有機半導体層)4は、2種以上の有機半導体材料を、物理蒸着(PVD:Physical Vapor Deposition)法や有機金属気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などで共蒸着することにより形成することができる。ここで、PVD法としては、例えば電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、ランプ加熱法、高周波誘導加熱法などの各種加熱法を用いた真空蒸着法、プラズマ蒸着法、2極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法及びバイアススパッタリング法などの各種スパッタリング法、DC(direct current)法、RF法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法及び反応性イオンプレーティング法などの各種イオンプレーティング法が挙げられる。
【0027】
なお、有機光電変換部(有機半導体層)4の形成方法は共蒸着に限定されるものではなく、例えば、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含むインクを用いて、塗布法により有機光電変換部(有機半導体層)4を形成することもできる。その際、塗布法としては、例えばスピンコート法、浸漬法、キャスト法、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法及びグラビア印刷法などの各種印刷法、スタンプ法、スプレー法、エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法などの各種コーティング法などが挙げられる。また、溶媒としては、トルエン、クロロホルム、ヘキサン、エタノールなどの無極性又は極性の低い有機溶媒を使用することができる。
【0028】
[その他の構成]
本実施形態の光電変換素子10には、電極2と外部入出力端子とを接続するための電極6、電極3と外部入出力端子とを接続するための電極7、電極2,3及び有機光電変換部4の短絡を防止する絶縁層5などが設けられていてもよい。ここで、絶縁層5は、例えば、窒化シリコンや酸化シリコンにより形成されている。絶縁層5の成膜方法は、特に限定されるものではないが、例えばメカマスクを用いた蒸着法、スパッタ法及びCVD法などを適用することができる。
【0029】
一方、電極6,7は、例えば、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タンタル、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛、酸化スズ及び酸化マグネシウム、金、白金、イリジウム及びパラジウムなどにより形成することができる。
【0030】
[動作]
本実施形態の光電変換素子10は、電極2と電極3との間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、波長感度特性が変化する。例えば、有機光電変換部4にキナクドリンとペリレンテトラカルボン酸ジイミド(PTCDI)が含有されている場合、低バイアスのときは、p型分子として振る舞うキナクドリンの波長感度特性が支配的となる。一方、高バイアスのときはn型分子として振る舞うPTCDIの波長にまで波長感度特性が拡大する。
【0031】
以上詳述したように、本実施形態の光電変換素子10は、有機光電変換部4が、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一層で構成されているため、1種の有機半導体材料で構成されている場合に比べて、センシング帯域を広げることができる。また、この光電変換素子10は、バイアス電圧を変更することにより、感度波長をシフトさせることができるため、単一の素子構造でも、カラーフィルターなしで色分離することが可能となる
【0032】
更に、本実施形態の光電変換素子は、素子構造が単純で、電極も最小限の数で抑えることができるため、入射光の損失が少なく、光利用効率が高い。このため、本実施形態の光電変換素子10は、1つのデバイスで、マルチスペクトル計測が可能で、高感度の撮像素子や光センサを実現することができる。そして、本実施形態の光電変換素子10は、撮像素子として好適である。
【0033】
<2.第2の実施の形態>
次に、本開示の第2の実施形態に係る光電変換素子について説明する。図2は本開示の第2の実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。なお、図2においては、図1に示す光電変換素子10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図2に示すように、本実施形態の光電変換素子20は、有機光電変換部14が2以上の有機半導体層14a,14bを積層した構造となっている以外は、前述した第1の実施形態の光電変換素子10と同様である。
【0034】
[有機光電変換部14]
有機光電変換部14を構成する各有機半導体層14a,14bは、1種又は2種以上の有機半導体材料を含有し、波長感度が相互に異なる。これにより、前述した第1の実施形態の光電変換素子と同様に、感度波長を広げると共に、電極2と電極3との間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、波長感度特性を変化させることが可能となる。
【0035】
ここで、各有機半導体層14a,14bに含有される有機半導体材料は、特に限定されるものではなく、各有機半導体層14a,14bの波長感度が相互に異なれば、含有される有機半導体材料の数は1種類でもよく、2種以上を含有していてもよい。また、例えば、有機半導体層14aにp型有機半導体材料で構成し、有機半導体層14bをn型有機半導体材料で構成することもできる。
【0036】
なお、図2に示す光電変換素子20は、波長感度が異なる2つの有機半導体層14a,14bを積層した構造を示しているが、本開示はこれに限定されるものではなく、波長感度が異なる3以上の有機半導体層を積層してもよい。また、有機光電変換部14を、第1の有機半導体材料からなる層(有機半導体層14a)と、第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層(有機半導体層14b)とを交互に複数回積層した構造とすることもできる。
【0037】
この有機光電変換部14は、例えば、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を、PVD法やMOCVD法などの各種CVD法により、交互に成膜して形成することができる。また、波長感度が異なる有機半導体材料を含有する2種以上のインクを使用して、積層印刷などの塗布法により有機光電変換部14を形成してもよい。
【0038】
[動作]
本実施形態の光電変換素子20も、前述した第1の実施形態の光電変換素子10と同様に、電極2と電極3との間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、波長感度特性が変化する。
【0039】
以上詳述したように、本実施形態の光電変換素子20は、有機光電変換部14が、波長感度が異なる2以上の有機半導体層14a,14bで構成されているため、1種の有機半導体材料で構成されている場合に比べて、センシング帯域を広げることができる。また、期待する感度中心毎に有機半導体材料の分子濃度のバランスを変えることにより、波長感度特性についてより細かな調整が可能となる。
【0040】
更に、この光電変換素子20も、バイアス電圧を変更することにより、感度波長をシフトさせることができ、単一の素子構造でも、複数の波長域を検出することが可能となる。なお、本実施形態の光電変換素子20における上記以外の構成、動作及び効果は、前述した第1の実施形態と同様である。そして、本実施形態の光電変換素子20も、撮像素子として好適である。
【0041】
<3.第3の実施の形態>
[構成]
次に、本開示の第3の実施形態に係る撮像装置について説明する。本実施形態の撮像装置は、撮像素子として、前述した第1又は第2の実施形態の光電変換素子10,20を用いたものである。図3は本実施形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。なお、図3では、第1の実施形態の光電変換素子10を用いた場合を示しているが、本実施形態の撮像装置30では、光電変換素子10の代わりに、第2の実施形態の光電変換素子20を用いることもできる。
【0042】
図3に示すように、本実施形態の撮像装置30は、例えばSi基板などの半導体基板上に、複数の光電変換素子10がマトリクス状に配置されており、この光電変換素子10が配列されている領域が撮像領域31として機能する。なお、前述した第1又は第2の実施形態の光電変換素子10,20を集積化する場合は、例えばPLD法(パルスレーザーデポジション法)に基づいてパターンを形成する方法などを適用することができる。
【0043】
また、本実施形態の撮像装置30には、撮像領域31の周辺回路としての垂直駆動回路32、カラム信号処理回路33、水平駆動回路34、出力回路35及び制御回路36などが設けられている。
【0044】
制御回路36は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路32、カラム信号処理回路33及び水平駆動回路34の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成するものである。この制御回路36で生成されたクロック信号や制御信号は、垂直駆動回路32、カラム信号処理回路33及び水平駆動回路34に入力される。
【0045】
垂直駆動回路32は、例えば、シフトレジスタによって構成されており、撮像領域31の各光電変換素子10を行単位で順次垂直方向に選択走査する。垂直駆動回路32において各光電変換素子10における受光量に応じて生成した電流(信号)に基づく画素信号は、垂直信号線37を介してカラム信号処理回路33に送られる。
【0046】
カラム信号処理回路33は、例えば、光電変換素子10の列毎に配置されており、1行分の光電変換素子10から出力される信号を光電変換素子毎に黒基準画素(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅の信号処理を行う。また、カラム信号処理回路33の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線38との間に接続されて設けられる。
【0047】
水平駆動回路34は、例えばシフトレジスタによって構成されている。そして、この水平駆動回路34では、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路33の各々を順次選択し、カラム信号処理回路33の各々から信号を水平信号線38に出力する。
【0048】
出力回路35は、カラム信号処理回路33の各々から水平信号線38を介して順次供給される信号に対し、信号処理を行って出力するものである。
【0049】
なお、これらの回路は公知の回路で構成することができる。また、本実施形態の撮像装置30における回路構成は、前述した構成に限定されるものではなく例えば、従来のCCD撮像装置やCMOS撮像装置にて用いられる各種の回路などのように、他の回路構成を用いることもできる。
【0050】
本実施形態の撮像装置30は、分光感度が異なる2以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部を備える光電変換素子を用いているため、二色センサ識別が可能となる。
【0051】
なお、前述した第1及び第2の光電変換素子10,20は、前述した撮像装置30以外に、例えば光センサにも使用することができる。そして、第1及び第2の光電変換素子10,20を光センサに用いた場合は、電極2,3間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、検出波長域が変化する。
【0052】
また、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
(1)
第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1及び第2の電極間に設けられ、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部とを有し、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、波長感度特性が変化する光電変換素子。
(2)
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一の層で構成されている(1)に記載の光電変換素子。
(3)
前記有機光電変換部が、前記2種以上の有機半導体材料を共蒸着することにより形成された(1)又は(2)に記載の光電変換素子。
(4)
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2以上の有機半導体層が積層された構成となっており、
各有機半導体層は1種又は2種以上の有機半導体材料を含有する(1)に記載の光電変換素子。
(5)
前記有機光電変換部は、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層が交互に積層されている(1)又は(4)に記載の光電変換素子。
(6)
前記有機光電変換部は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とで構成されている(1)〜(5)のいずれかに記載の光電変換素子。
(7)
前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成されている(1)〜(6)のいずれかに記載の光電変換素子。
(8)
(1)〜(7)のいずれかに記載の光電変換素子を備える撮像装置。
(9)
(1)〜(7)のいずれかに記載の光電変換素子を備え、前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、検出波長域が変化する光センサ。
【実施例】
【0053】
以下、本開示の実施例を挙げて、本開示の効果について具体的に説明する。図4は、本実施例で用いた光電変換素子の光電変換部の構成を示す図である。本実施例においては、有機半導体材料にキナクリドン(QD)及びペリレンテトラカルボン酸ジイミド(PTCDI)を用いて、図4に示す構成の有機光電変換部44を備えた光電変換素子を作製し、その特性を評価した。
【0054】
具体的には、レジストで電極面積を規制済みの透明電極42上に、2元以上の蒸発源を有する真空蒸着装置を用いて、PTCDIとQDとをこの順に10回交互積層し、PTCDI層45とQD層46からなる有機光電変換部44を形成した。その際、各有機半導体層(PTCDI層45、QD層46)の設計厚さは10nmとした。そして、この光電変換部44上に、蒸着法により、電極43となるアルミニウム膜を成膜した。
【0055】
次に、作製した光電変換素子について電流−電圧特性の測定(J−V測定)を行った。図5はその結果を示す図である。本実施例の光電変換素子は、図5に示すように、暗電流(暗時の電流)に対して、光電流(光照射時の電流)が2V付近で最大となっていた。一般には、低バイアス側が非注入領域、高バイアス側が電極からのキャリア注入領域となっている。
【0056】
そこで、本実施例の光電変換素子について、バイアス電圧を3V及び1Vに設定して分光感度スペクトルを測定した。図6は本実施例の光電変換素子にバイアス電圧を印加したときの分光感度スペクトルを示す図であり、図7図6に示すバイアス電圧印加時の分光スペクトルと、定常時の分光スペクトルとを比較した図である。
【0057】
図6及び図7に示すように、本実施例の光電変換素子は、有機光電変換部がPTCDI層又はQD層のみで構成されている光電変換素子に比べて、センシング帯域が広かった。また、本実施例の光電変換素子は、バイアス電圧に応じて、波長感度特性が変化していた。以上の結果から、本開示によれば、従来のように検出波長毎に受光部を設けなくても、複数の波長域を検出することが可能であることが確認された。
【符号の説明】
【0058】
1 基板、2,3,6,7,42,43 電極、4,14,44 有機光電変換部、5 絶縁層、14a,14b 有機半導体層、10,20 光電変換素子、30 撮像装置、31 撮像領域、32 垂直駆動回路、33 カラム信号処理回路、34 水平駆動回路、35 出力回路、36 制御回路、37 垂直信号線、38 水平信号線、45 PTCDI層、46 QD層
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
【手続補正書】
【提出日】2017年9月14日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1及び第2の電極間に設けられ、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部とを有し、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、波長感度特性が変化し、
波長感度の中心毎に、前記波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料の分子濃度のバランスを変えることにより、前記波長感度特性が調整される、光電変換素子。
【請求項2】
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一の層で構成されている請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項3】
前記有機光電変換部が、前記2種以上の有機半導体材料を共蒸着することにより形成された請求項2に記載の光電変換素子。
【請求項4】
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2以上の有機半導体層が積層された構成となっており、
各有機半導体層は1種又は2種以上の有機半導体材料を含有する請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項5】
前記有機光電変換部は、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層が交互に積層されている請求項4に記載の光電変換素子。
【請求項6】
前記有機光電変換部は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とで構成されている請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項7】
前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成されている請求項1に記載の光電変換素子。
【請求項8】
請求項1に記載の光電変換素子を備える撮像装置。
【請求項9】
請求項1に記載の光電変換素子を備え、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、検出波長域が変化する光センサ。