特開 2024-136770 検出装置

(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】P2024136770

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   H10K 39/32 20230101AFI20240927BHJP

   H04N 25/70 20230101ALI20240927BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

H10K39/32

H04N25/70

H01L27/146 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048006

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】多田 正浩

【テーマコード（参考）】

4M118

5C024

【Ｆターム（参考）】

4M118AA10

4M118AB01

4M118BA05

4M118CA14

4M118CA24

4M118CB20

4M118DD09

4M118FB03

5C024GX02

5C024GX07

5C024HX40

5C024HX50

(57)【要約】

【課題】検出精度を向上させることが可能な検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置は、基板と、基板の上に、第１下部電極及び第２下部電極、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層、上部電極の順に積層された複数の光センサと、を有し、第１下部電極は、複数の光センサごとに離隔して配置され、第２下部電極は、複数の第１下部電極のそれぞれを囲んで設けられ、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層及び上部電極は、複数の第１下部電極及び複数の第２下部電極を覆って、複数の光センサに亘って連続して設けられる。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上に、第１下部電極及び第２下部電極、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層、上部電極の順に積層された複数の光センサと、を有し、
前記第１下部電極は、複数の前記光センサごとに離隔して配置され、
前記第２下部電極は、複数の前記第１下部電極のそれぞれを囲んで設けられ、
前記下部バッファ層、前記活性層、前記上部バッファ層及び前記上部電極は、複数の前記第１下部電極及び複数の前記第２下部電極を覆って、複数の前記光センサに亘って連続して設けられる
検出装置。

【請求項2】

複数の光センサは、前記基板にマトリクス状に配置され、
前記光センサの前記第１下部電極に接続された第１トランジスタと、
前記第１トランジスタに接続されたゲート線及び信号線と、を有する
請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記第１トランジスタ及び前記信号線を介して前記光センサの前記第１下部電極と接続される検出回路を有し、
前記上部電極には共通電位が印加される
請求項２に記載の検出装置。

【請求項4】

前記第１下部電極と前記第２下部電極との間の接続と非接続とを切り替える第２トランジスタを有する
請求項１に記載の検出装置。

【請求項5】

前記第２下部電極に所定電位を供給する電位供給配線と、
前記第２下部電極と前記電位供給配線との間の、接続と非接続とを切り替える第３トランジスタを有する
請求項４に記載の検出装置。

【請求項6】

前記光センサは、前記第２トランジスタがオフ、かつ、前記第３トランジスタがオンとなる第１検出モードを有し、
前記第１検出モードで、前記第１下部電極と前記第２下部電極とは前記第２トランジスタにより非接続となり、前記第２下部電極と前記電位供給配線とは前記第３トランジスタを介して接続される
請求項５に記載の検出装置。

【請求項7】

前記光センサは、前記第２トランジスタがオン、かつ、前記第３トランジスタがオフとなる第２検出モードを有し、
前記第２検出モードで、前記第１下部電極と前記第２下部電極とは前記第２トランジスタを介して接続され、前記第２下部電極と前記電位供給配線とは前記第３トランジスタにより非接続となる
請求項５に記載の検出装置。

【請求項8】

前記光センサは、
前記第２トランジスタがオフ、かつ、前記第３トランジスタがオンとなる第１検出モードと、
前記第２トランジスタがオン、かつ、前記第３トランジスタがオフとなる第２検出モードと、を有し、
前記第１検出モードと前記第２検出モードとの切り替えは、外部スイッチからの入力に基づいて行われる
請求項５に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

指紋パターンや静脈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は、活性層として有機半導体材料が用いられた複数のフォトダイオード（ＯＰＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を有する。特許文献２に記載されるように、フォトダイオードは、例えば、下部電極、電子輸送層、活性層、正孔輸送層、上部電極の順に積層される。

【0003】

特許文献３には、撮像素子として、入射光を光電変換する有機感光層を備え、高解像度画像撮像領域と低解像度画像撮像領域の少なくとも２領域を備えるＸ線撮像装置について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－３２００５号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／１８８９５９号

【特許文献3】特開２００７－９７６９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなＯＰＤを有する光センサは、検出精度の向上が要求されている。

【0006】

本発明は、検出精度を向上させることが可能な検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様の検出装置は、基板と、前記基板の上に、第１下部電極及び第２下部電極、下部バッファ層、活性層、上部バッファ層、上部電極の順に積層された複数の光センサと、を有し、前記第１下部電極は、複数の前記光センサごとに離隔して配置され、前記第２下部電極は、複数の前記第１下部電極のそれぞれを囲んで設けられ、前記下部バッファ層、前記活性層、前記上部バッファ層及び前記上部電極は、複数の前記第１下部電極及び複数の前記第２下部電極を覆って、複数の前記光センサに亘って連続して設けられる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る検出装置を模式的に示す平面図である。

【図2】図２は、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】図３は、実施形態に係る検出装置を示す回路図である。

【図4】図４は、センサ部が有する複数の光センサを示す平面図である。

【図5】図５は、図４のＶ－Ｖ’断面図である。

【図6】図６は、光センサの第１検出モードを説明するための説明図である。

【図7】図７は、光センサの第２検出モードを説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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開示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、本開示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、当然に本開示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、本開示の解釈を限定するものではない。また、本開示と各図において、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。

【0010】

本明細書及び特許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。

【0011】

（実施形態）
図１は、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、基板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、光源５３、５４と、を有する。第１光源基材５１には、複数の光源５３が設けられる。第２光源基材５２には複数の光源５４が設けられる。

【0012】

基板２１には、配線基板７１を介して制御基板１２１が電気的に接続される。配線基板７１は、例えばフレキシブルプリント基板やリジット基板である。配線基板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、光源５３、５４に制御信号を供給して、光源５３、５４の点灯又は非点灯を制御する。電源回路１２３は、プリチャージ電位Ｖｐｒ、共通電位Ｖｃｏｍ、シールド電位Ｖｓｈ（図３参照）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、電源電圧を光源５３、５４に供給する。

【0013】

基板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、基板２１の外縁部との間の領域であり、複数の光センサＰＤが設けられない領域である。

【0014】

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。

【0015】

なお、以下の説明において、第１方向Ｄｘは、基板２１と平行な面内の一方向である。第２方向Ｄｙは、基板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。第３方向Ｄｚは、第１方向Ｄｘ及び第２方向Ｄｙと直交する方向であり、基板２１の主面の法線方向である。また、「平面視」とは、基板２１と垂直な方向から見た場合の位置関係をいう。

【0016】

複数の光源５３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。複数の光源５４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。

【0017】

複数の光源５３及び複数の光源５４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。複数の光源５３及び複数の光源５４は、それぞれ異なる波長の光を出射する。

【0018】

光源５３から出射された第１光は、主に指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。光源５４から出射された第２光は、主に指等の内部で反射し又は指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。

【0019】

なお、図１に示す光源５３、５４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５３、５４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、複数の光源５３及び複数の光源５４が配置されていてもよい。また、光源５３及び光源５４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。

【0020】

図２は、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、さらに検出制御回路１１と検出部４０と、有する。検出制御回路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。

【0021】

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、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ＶＧＬにしたがって検出を行う。

【0022】

検出制御回路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。検出制御回路１１は、スタート信号ＳＴＶ、クロック信号ＣＫ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、検出制御回路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、検出制御回路１１は、各種制御信号を光源５３、５４に供給して、それぞれの点灯及び非点灯を制御する。

【0023】

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ＧＬ（図３参照）を駆動する。ゲート線駆動回路１５は、複数のゲート線ＧＬを順次又は同時に選択し、選択されたゲート線ＧＬにゲート駆動信号ＶＧＬを供給する。これにより、ゲート線駆動回路１５は、ゲート線ＧＬに接続された複数の光センサＰＤを選択する。

【0024】

信号線選択回路１６は、複数の信号線ＳＬ（図３参照）を順次又は同時に選択するスイッチ回路を有する。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、検出制御回路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ＳＬと検出回路４８とを接続する。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。

【0025】

検出部４０は、検出回路４８と、信号処理回路４４と、座標抽出回路４５と、記憶回路４６と、検出タイミング制御回路４７と、を備える。検出タイミング制御回路４７は、検出制御回路１１から供給される制御信号に基づいて、検出回路４８と、信号処理回路４４と、座標抽出回路４５と、が同期して動作するように制御する。

【0026】

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回路４２及びＡ／Ｄ変換回路４３の機能を有する信号処理回路である。検出信号増幅回路４２は、検出信号Ｖｄｅｔを増幅する。Ａ／Ｄ変換回路４３は、検出信号増幅回路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。

【0027】

信号処理回路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。信号処理回路４４は、論理回路である。信号処理回路４４は、指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や掌の表面の凹凸を検出できる。また、信号処理回路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、指や掌の血管像、脈波、脈拍、血中酸素濃度等である。

【0028】

記憶回路４６は、信号処理回路４４で演算された信号を一時的に保存する。記憶回路４６は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、レジスタ回路等であってもよい。

【0029】

座標抽出回路４５は、信号処理回路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。また、座標抽出回路４５は、指や掌の血管の検出座標を求める。座標抽出回路４５は、論理回路である。座標抽出回路４５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、指等の表面の凹凸の形状を示す二次元情報及び指や掌の血管の形状を示す二次元情報を生成する。なお、座標抽出回路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。

【0030】

図３は、実施形態に係る検出装置を示す回路図である。なお、図３では、検出回路４８の回路構成も併せて示している。図３に示すように、センサ画素ＰＸは、光センサＰＤと、容量素子Ｃａ、Ｃｂと、第１トランジスタＴｒ１と、第２トランジスタＴｒ２と、第３トランジスタＴｒ３と、を含む。

【0031】

本実施形態の光センサＰＤは、活性層３１（図５参照）として有機半導体が用いられたフォトダイオード（ＯＰＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。光センサＰＤは、メインフォトダイオードＰＤａと、サブフォトダイオードＰＤｂと、を有する。なお、以下の説明では、メインフォトダイオードＰＤａとサブフォトダイオードＰＤｂとを区別して説明する必要が無い場合には、単に光センサＰＤと表す。

【0032】

センサ画素ＰＸにおいて、メインフォトダイオードＰＤａと、サブフォトダイオードＰＤｂとは、並列に配置される。具体的には、メインフォトダイオードＰＤａのアノードと、サブフォトダイオードＰＤｂのアノードとは、共通の上部電極２４により接続される。メインフォトダイオードＰＤａのカソード（第１下部電極２２）と、サブフォトダイオードＰＤｂのカソード（第２下部電極２３）とは、第２トランジスタＴｒ２を間に挟んで接続可能に配置される。

【0033】

容量素子Ｃａ、Ｃｂは、光センサＰＤに形成される容量（センサ容量）である。容量素子Ｃａは、等価的にメインフォトダイオードＰＤａと並列に接続される。容量素子Ｃｂは、等価的にサブフォトダイオードＰＤｂと並列に接続される。

【0034】

第１トランジスタＴｒ１、第２トランジスタＴｒ２及び第３トランジスタＴｒ３は、複数の光センサＰＤ（センサ画素ＰＸ）のそれぞれに対応して設けられる。なお、以下の説明では、第１トランジスタＴｒ１、第２トランジスタＴｒ２及び第３トランジスタＴｒ３を区別して説明する必要が無い場合には、単にトランジスタＴｒと表す。

【0035】

トランジスタ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。

【0036】

図３では、複数のゲート線ＧＬのうち、第２方向Ｄｙに並ぶ２つのゲート線ＧＬ（ｍ）、ＧＬ（ｍ＋１）を示す。また、複数の信号線ＳＬのうち、第１方向Ｄｘに並ぶ２つの信号線ＳＬ（ｎ）、ＳＬ（ｎ＋１）を示す。

【0037】

複数のゲート線ＧＬは、それぞれ第１方向Ｄｘに延在し、第２方向Ｄｙに間隔を有して配列される。複数の信号線ＳＬは、それぞれ第２方向Ｄｙに延在し、第１方向Ｄｘに間隔を有して配列される。複数の光センサＰＤ（センサ画素ＰＸ）は、２つのゲート線ＧＬと２つの信号線ＳＬとで囲まれた領域に設けられる。

【0038】

複数のゲート線ＧＬのそれぞれは、第１方向Ｄｘに配列された複数の第１トランジスタＴｒ１のゲートに接続される。複数の信号線ＳＬのそれぞれは、第２方向Ｄｙに配列された複数の第１トランジスタＴｒ１のソース及びドレインの一方に接続される。複数の第１トランジスタＴｒ１のソース及びドレインの他方は、メインフォトダイオードＰＤａのカソード（第１下部電極２２）及び容量素子Ｃａに接続される。

【0039】

第２トランジスタＴｒ２のゲートは、第１制御配線３６に接続される。本実施形態では、複数のセンサ画素ＰＸにおいて、複数の第２トランジスタＴｒ２のゲートは、共通の第１制御配線３６に接続される。第１制御配線３６は、複数の第２トランジスタＴｒ２のゲートに検出モード制御信号Ｖｍｃを供給する。

【0040】

メインフォトダイオードＰＤａのカソード（第１下部電極２２）は、第２トランジスタＴｒ２のソース及びドレインの一方に接続される。サブフォトダイオードＰＤｂのカソード（第２下部電極２３）は、第２トランジスタＴｒ２のソース及びドレインの他方に接続される。すなわち、第２トランジスタＴｒ２は、第１下部電極２２と第２下部電極２３との間の、接続と非接続とを切り替えるスイッチ素子である。

【0041】

第２制御配線３７は、第３トランジスタＴｒ３のゲートに接続される。本実施形態では、複数のセンサ画素ＰＸにおいて、複数の第３トランジスタＴｒ３のゲートは、共通の第２制御配線３７に接続される。第２制御配線３７は、複数の第３トランジスタＴｒ３のゲートにシールド制御信号Ｖｓｃを供給する。

【0042】

サブフォトダイオードＰＤｂのカソード（第２下部電極２３）は、第３トランジスタＴｒ３のソース及びドレインの一方に接続される。シールド電位供給配線３５は、第３トランジスタＴｒ３のソース及びドレインの他方に接続される。すなわち、第３トランジスタＴｒ３は、第２下部電極２３とシールド電位供給配線３５（電位供給配線）との間の、接続と非接続とを切り替えるスイッチ素子である。また、シールド電位供給配線３５は、第３トランジスタＴｒ３を介して、サブフォトダイオードＰＤｂのカソード（第２下部電極２３）に所定電位としてシールド電位Ｖｓｈを供給する。

【0043】

光センサＰＤのアノード（上部電極２４）には、電源回路１２３から共通電位Ｖｃｏｍが供給される。また、信号線ＳＬ及び容量素子Ｃａには、電源回路１２３からリセットトランジスタＴｒＲ及び第１トランジスタＴｒ１を介して、信号線ＳＬ及び容量素子Ｃａの初期電位となるプリチャージ電位Ｖｐｒが供給される。リセットトランジスタＴｒＲは、リセット制御信号ＲＳＴに基づいてオンオフが制御される。光センサＰＤは、共通電位Ｖｃｏｍ及びプリチャージ電位Ｖｐｒにより逆バイアス駆動される。例えば、共通電位Ｖｃｏｍは０Ｖであり、プリチャージ電位Ｖｐｒは０．７５Ｖに設定される。

【0044】

光センサＰＤは、第１検出モードＭ１と、第２検出モードＭ２と、を有する。第１検出モードＭ１では、第２トランジスタＴｒ２がオフ（非導通状態）、かつ、第３トランジスタＴｒ３がオン（導通状態）となる。具体的には、電源回路１２３は、複数の第２トランジスタＴｒ２のゲートに、低レベル電圧の検出モード制御信号Ｖｍｃを供給する。これにより、第２トランジスタＴｒ２がオフとなる。また、電源回路１２３は、複数の第３トランジスタＴｒ３のゲートに、高レベル電圧のシールド制御信号Ｖｓｃを供給する。これにより、第３トランジスタＴｒ３がオンとなる。

【0045】

第１検出モードＭ１では、メインフォトダイオードＰＤａのカソード（第１下部電極２２）と、サブフォトダイオードＰＤｂのカソード（第２下部電極２３）とは、第２トランジスタＴｒ２により非接続となる。また、第２下部電極２３は、第３トランジスタＴｒ３を介してシールド電位供給配線３５と接続される。これにより、第２下部電極２３にはシールド電位Ｖｓｈが供給される。

【0046】

第１検出モードＭ１において、露光期間でセンサ画素ＰＸに光が照射されると、光センサＰＤのメインフォトダイオードＰＤａ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。読み出し期間で第１トランジスタＴｒ１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ＳＬに電流が流れる。信号線ＳＬは、信号線選択回路１６の出力トランジスタＴｒＳを介して検出回路４８に接続される。出力トランジスタＴｒＳは、選択信号ＡＳＷに基づいて信号線ＳＬごとにオン、オフが制御される。これにより、検出装置１は、センサ画素ＰＸごとに光センサＰＤのメインフォトダイオードＰＤａに照射される光の光量に応じた信号を検出できる。

【0047】

上述したように、第２トランジスタＴｒ２がオフであり、サブフォトダイオードＰＤｂの第２下部電極２３は信号線ＳＬ及び検出回路４８には接続されない。すなわち、第１検出モードＭ１では、サブフォトダイオードＰＤｂは光センサとして機能しない。第２下部電極２３は、シールド電位Ｖｓｈが供給され、隣接するセンサ画素ＰＸ（メインフォトダイオードＰＤａ）の間のシールド電極となる。

【0048】

第２検出モードＭ２では、第２トランジスタＴｒ２がオン（導通状態）、かつ、第３トランジスタＴｒ３がオフ（非導通状態）となる。具体的には、電源回路１２３は、複数の第２トランジスタＴｒ２のゲートに、高レベル電圧の検出モード制御信号Ｖｍｃを供給し、第２トランジスタＴｒ２がオンとなる。また、電源回路１２３は、複数の第３トランジスタＴｒ３のゲートに、低レベル電圧のシールド制御信号Ｖｓｃを供給し、第３トランジスタＴｒ３がオフとなる。

【0049】

第２検出モードＭ２では、メインフォトダイオードＰＤａのカソード（第１下部電極２２）と、サブフォトダイオードＰＤｂのカソード（第２下部電極２３）とは、第２トランジスタＴｒ２を介して接続される。また、第２下部電極２３は、第３トランジスタＴｒ３によりシールド電位供給配線３５と非接続となる。これにより、第２下部電極２３にはシールド電位Ｖｓｈは供給されない。

【0050】

第２検出モードＭ２において、露光期間でセンサ画素ＰＸに光が照射されると、光センサＰＤのメインフォトダイオードＰＤａ及びサブフォトダイオードＰＤｂには光量に応じた電流が流れ、これにより容量素子Ｃａ、Ｃｂに電荷が蓄積される。読み出し期間で第１トランジスタＴｒ１がオンになると、容量素子Ｃａ、Ｃｂに蓄積された電荷に応じて、信号線ＳＬに電流が流れる。信号線ＳＬは、信号線選択回路１６の出力トランジスタＴｒＳを介して検出回路４８に接続される。これにより、検出装置１は、センサ画素ＰＸごとに光センサＰＤのメインフォトダイオードＰＤａ及びサブフォトダイオードＰＤｂに照射される光の光量に応じた信号を検出できる。

【0051】

検出回路４８は、読み出し期間にスイッチＳＳＷがオンになり、信号線ＳＬと接続される。検出回路４８の検出信号増幅回路４２は、信号線ＳＬから供給された電流または電荷に応じた電圧に変換する。検出信号増幅回路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、反転入力部（－）には、信号線ＳＬが接続される。実施形態では、基準電位（Ｖｒｅｆ）としてプリチャージ電位Ｖｐｒと同じ電圧信号が入力される。制御回路１２２（図１参照）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、検出信号増幅回路４２は、容量素子Ｃｃ及びリセットスイッチＲＳＷを有する。リセット期間においてリセットスイッチＲＳＷがオンになり、容量素子Ｃｃの電荷がリセットされる。

【0052】

なお、第１検出モードＭ１及び第２検出モードＭ２での、光センサＰＤの詳細な動作については、図６、７にて後述する。また、トランジスタＴｒは、ｎ型ＴＦＴに限定されず、ｐ型ＴＦＴで構成されてもよい。また、図３に示すセンサ画素ＰＸの画素回路はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、１つのセンサ画素ＰＸが有するトランジスタＴｒは３つに限定されず、４つ以上の複数のトランジスタＴｒが設けられていてもよい。

【0053】

第１検出モードＭ１と第２検出モードＭ２との切り替えは、外部スイッチ１３０からの入力に基づいて行われる。外部スイッチ１３０はどのようなものであってもよいが、例えば、検出装置１が収納される筐体に設けられた押しボタンスイッチ等である。外部スイッチ１３０からの入力に基づいて制御回路１２２が有するレジスタが設定される。制御回路１２２からの制御信号に基づいて、検出モード制御信号Ｖｍｃが第２トランジスタＴｒ２に供給され、第２トランジスタＴｒ２のオン、オフが制御される。また、制御回路１２２からの制御信号に基づいて、シールド制御信号Ｖｓｃが第３トランジスタＴｒ３に供給され、第３トランジスタＴｒ３のオン、オフが制御される。

【0054】

なお、第１検出モードＭ１と第２検出モードＭ２との切り替えは、外部スイッチ１３０の入力に限定されない。例えば、制御回路１２２が有するレジスタをあらかじめ設定することで、第１検出モードＭ１と第２検出モードＭ２との切り替えが行われてもよい。この場合、制御回路１２２が有するレジスタは、例えば被検出体の種類や、検出する生体情報の種類に応じて、あらかじめ検出装置１の出荷前に設定される。

【0055】

次に、光センサＰＤの構成について説明する。図４は、センサ部が有する複数の光センサを示す平面図である。図４では、図面を見やすくするために、第１下部電極２２及び第２下部電極２３にそれぞれハッチングを付けて示している。

【0056】

図４に示すように、複数の光センサＰＤは、基板２１の検出領域ＡＡにマトリクス状に配置される。光センサＰＤは、第１下部電極２２、第２下部電極２３及び上部電極２４を有する。第１下部電極２２及び第２下部電極２３は、複数の光センサＰＤごとに離隔して配置される。第１下部電極２２は、基板２１の検出領域ＡＡに島状に設けられる。第２下部電極２３は、複数の第１下部電極２２のそれぞれを囲んで設けられる。上部電極２４は、複数の第１下部電極２２及び複数の第２下部電極２３を覆って、複数の光センサＰＤに亘って連続して設けられる。

【0057】

より具体的には、第１下部電極２２は、四角形状である。第２下部電極２３は、第１下部電極２２の４辺を囲む環状である。第２下部電極２３は、第１下部電極２２の外周と離隔して配置される。言い換えると、第２下部電極２３に設けられた開口部と重なる領域に第１下部電極２２が配置される。また、隣接する２つの光センサＰＤで、一方の光センサＰＤの第２下部電極２３と、他方の光センサＰＤの第２下部電極２３とは、間隔を有して隣り合う。

【0058】

複数の光センサＰＤのそれぞれにおいて、第１下部電極２２と重なる領域が図３にて説明したメインフォトダイオードＰＤａに対応する。また、第２下部電極２３と重なる領域が図３にて説明したサブフォトダイオードＰＤｂに対応する。

【0059】

なお、第１下部電極２２は、四角形状に限定されず、円形状、多角形状等、他の形状であってもよい。第２下部電極２３の形状も、第１下部電極２２の形状に応じて適宜変更できる。なお、第２下部電極２３は連続して設けられているが、これに限定されない。例えば、第２下部電極２３の一部にスリットが設けられていてもよいし、第２下部電極２３が複数の部分に分離されていてもよい。

【0060】

図５は、図４のＶ－Ｖ’断面図である。図５に示すように、検出装置１は、基板２１の上に、回路形成層２９、有機絶縁膜２７、無機絶縁膜２８、光センサＰＤ、封止膜９０の順に積層される。

【0061】

なお、以下の説明において、基板２１の表面に垂直な方向において、基板２１から封止膜９０に向かう方向を「上側」又は単に「上」とする。また、封止膜９０から基板２１に向かう方向を「下側」又は単に「下」とする。

【0062】

基板２１は絶縁基板であり、例えば、石英、無アルカリガラス等のガラス基板が用いられる。基板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、基板２１は、フィルム状の樹脂材料であってもよい。

【0063】

回路形成層２９は、基板２１上に設けられる。図示は省略するが、回路形成層２９には、図３に示す各トランジスタＴｒ、ゲート線ＧＬ、信号線ＳＬ等の各種配線が形成される。有機絶縁膜２７は、回路形成層２９の上に設けられ、回路形成層２９の各トランジスタＴｒ及び各種配線を覆う。有機絶縁膜２７は、有機絶縁材料で形成された有機平坦化膜である。

【0064】

無機絶縁膜２８は、有機絶縁膜２７の上に設けられる。無機絶縁膜２８は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）等の無機絶縁材料で形成されたバリア膜である。

【0065】

光センサＰＤは、無機絶縁膜２８の上に設けられる。より詳細には、光センサＰＤは、第１下部電極２２と、第２下部電極２３と、下部バッファ層３２と、活性層３１と、上部バッファ層３３と、上部電極２４と、を有する。光センサＰＤは、基板２１に垂直な方向で、第１下部電極２２及び第２下部電極２３、下部バッファ層３２、活性層３１、上部バッファ層３３、上部電極２４の順に積層される。

【0066】

第１下部電極２２及び第２下部電極２３は、無機絶縁膜２８の上に同層に設けられる。第１下部電極２２は、メインフォトダイオードＰＤａのカソード電極である。第２下部電極２３は、サブフォトダイオードＰＤｂのカソード電極である。第１下部電極２２及び第２下部電極２３は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透光性を有する導電材料で形成される。

【0067】

下部バッファ層３２、活性層３１、上部バッファ層３３及び上部電極２４は、第１下部電極２２及び第２下部電極２３を覆って、複数の光センサＰＤに亘って連続して設けられる。具体的には、下部バッファ層３２、活性層３１、上部バッファ層３３及び上部電極２４は、第１下部電極２２及び第２下部電極２３と重なる領域に設けられるとともに、隣り合う第１下部電極２２と第２下部電極２３との間の領域、及び、隣り合う光センサＰＤの第２下部電極２３と第２下部電極２３との間の領域にも設けられる。

【0068】

活性層３１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。活性層３１の材料として、有機材料が用いられる。具体的には、活性層３１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。活性層３１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：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。

【0069】

活性層３１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、活性層３１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。活性層３１は、塗布型（Wet Process）で形成することもできる。この場合、活性層３１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。活性層３１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。なお、活性層３１は、バルクヘテロ構造に限定されずＰＩＮ型であってもよい。

【0070】

下部バッファ層３２及び上部バッファ層３３は、活性層３１で発生した正孔及び電子が第１下部電極２２、第２下部電極２３又は上部電極２４に到達しやすくするために設けられる。下部バッファ層３２は、第１下部電極２２及び第２下部電極２３の上に直接接し、隣り合う第１下部電極２２と第２下部電極２３との間、及び、隣り合う光センサＰＤの第２下部電極２３と第２下部電極２３との間で無機絶縁膜２８を覆って設けられる。

【0071】

上部バッファ層３３は、活性層３１の上に直接接する。本実施形態では、下部バッファ層３２は電子輸送層であり、上部バッファ層３３は正孔輸送層である。電子輸送層の材料は、エトキシ化ポリエチレンイミン（ＰＥＩＥ）が用いられる。正孔輸送層の材料は、酸化金属層とされる。酸化金属層として、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化モリブデン等が用いられる。

【0072】

上部電極２４は、上部バッファ層３３の上に設けられる。上部電極２４は、光センサＰＤのアノード電極であり、検出領域ＡＡの全体に亘って連続して形成される。言い換えると、上部電極２４は複数の光センサＰＤの上に連続して設けられる。上部電極２４は、下部バッファ層３２、活性層３１及び上部バッファ層３３を挟んで、複数の第１下部電極２２及び複数の第２下部電極２３と対向する。上部電極２４は、例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等の透光性を有する導電材料で形成される。上部電極２４は、複数の透光性を有する導電材料の積層膜であってもよい。

【0073】

封止膜９０は、上部電極２４の上に設けられる。封止膜９０は、シリコン窒化膜や酸化アルミニウム膜などの無機膜、あるいはアクリルなどの樹脂膜が用いられる。封止膜９０は、単層に限定されず、上記の無機膜及び樹脂膜を組み合わせた２層以上の積層膜であってもよい。封止膜９０により光センサＰＤは良好に封止され、上面側からの水分の侵入を抑制することができる。

【0074】

次に、図３及び図６、７を参照して、光センサＰＤの、第１検出モードＭ１及び第２検出モードＭ２での動作について説明する。図６は、光センサの第１検出モードを説明するための説明図である。

【0075】

図３にて上述したように、第１検出モードＭ１では、第２トランジスタＴｒ２がオフ、かつ、第３トランジスタＴｒ３がオンとなる。すなわち、第１検出モードＭ１では、第１下部電極２２と第２下部電極２３とは第２トランジスタＴｒ２により非接続となる。また、第２下部電極２３とシールド電位供給配線３５とは第３トランジスタＴｒ３を介して接続される。第２下部電極２３には、シールド電位供給配線３５を介してシールド電位Ｖｓｈが供給される。シールド電位Ｖｓｈは、固定された所定の電位である。より好ましくは、シールド電位Ｖｓｈは、第１下部電極２２に供給されるプリチャージ電位Ｖｐｒと等しい電位である。

【0076】

図６に示すように、第１検出モードＭ１では、第１下部電極２２を含むメインフォトダイオードＰＤａが光センサＰＤとして機能し、第２下部電極２３を含むサブフォトダイオードＰＤｂは実質的に光センサＰＤとして機能しない。第１検出モードＭ１において、隣り合う第１下部電極２２間の領域を画素間領域ＰＡとする。画素間領域ＰＡは、実質的に光センサＰＤとして機能しない領域である。

【0077】

光源５３、５４（図１参照）から出射された光は、被検出体で反射又は透過して光センサＰＤの活性層３１に入射する。活性層３１には、照射された光に応じたキャリア１０１が発生する。活性層３１のうち、第１下部電極２２と重なる領域（メインフォトダイオードＰＤａ）の活性層３１で生じたキャリア１０１は下部バッファ層３２を通って第１下部電極２２に流れる。第１下部電極２２は、第１トランジスタＴｒ１、信号線ＳＬ、出力トランジスタＴｒＳ（図３参照）を介して検出回路４８に接続される。

【0078】

第１検出モードＭ１では、上述したように、第２下部電極２３は、第１下部電極２２と非接続とされ、かつ、固定電位であるシールド電位Ｖｓｈが供給される。これにより、画素間領域ＰＡの活性層３１で発生したキャリア１０１ａは、下部バッファ層３２を通って第２下部電極２３に流れる。これにより、画素間領域ＰＡの活性層３１で発生したキャリア１０１ａは、第１下部電極２２側に流れることが抑制される。

【0079】

ここで、仮に第２下部電極２３が設けられていない場合、画素間領域ＰＡの活性層３１で発生したキャリア１０１ａは、第１下部電極２２と重なる領域（メインフォトダイオードＰＤａ）の活性層３１で発生したキャリア１０１に比べて、第１下部電極２２に到達するまでの応答に遅延が生じる可能性がある。

【0080】

第１検出モードＭ１では、第２下部電極２３が設けられているので、第１下部電極２２と重なる領域（メインフォトダイオードＰＤａ）での応答速度を向上させることができ、かつ、隣り合うセンサ画素ＰＸ（光センサＰＤ）の第１下部電極２２間でのキャリア１０１のリークが抑制される。また、第２下部電極２３に供給されるシールド電位Ｖｓｈを、第１下部電極２２に供給されるプリチャージ電位Ｖｐｒと等しい電位とすることで、隣り合う第１下部電極２２と第２下部電極２３との間のキャリア１０１のリークを抑制できる。これにより、第１検出モードＭ１では、光センサＰＤの解像度を向上させることができる。

【0081】

図７は、光センサの第２検出モードを説明するための説明図である。図３にて上述したように、第２検出モードＭ２では、第２トランジスタＴｒ２がオン、かつ、第３トランジスタＴｒ３がオフとなる。すなわち、第２検出モードＭ２では、第１下部電極２２と第２下部電極２３とは第２トランジスタＴｒ２を介して接続され、第２下部電極２３とシールド電位供給配線３５とは第３トランジスタＴｒ３により非接続となる。

【0082】

図７に示すように、第２検出モードＭ２では、第１下部電極２２を含むメインフォトダイオードＰＤａ及び第２下部電極２３を含むサブフォトダイオードＰＤｂの両方が光センサＰＤとして機能する。第２検出モードＭ２において、隣り合うセンサ画素ＰＸ（光センサＰＤ）の、第２下部電極２３間の領域が画素間領域ＰＡとなる。

【0083】

活性層３１のうち、第１下部電極２２と重なる領域（メインフォトダイオードＰＤａ）の活性層３１で生じたキャリア１０１は、下部バッファ層３２を通って第１下部電極２２に流れる。第２下部電極２３と重なる領域（サブフォトダイオードＰＤｂ）の活性層３１で生じたキャリア１０１は、下部バッファ層３２を通って第２下部電極２３に流れる。また、第１下部電極２２と第２下部電極２３との間の領域の活性層３１で生じたキャリア１０１は、下部バッファ層３２を通って第１下部電極２２又は第２下部電極２３に流れる。第１下部電極２２及び第２下部電極２３は、第１トランジスタＴｒ１、信号線ＳＬ、出力トランジスタＴｒＳ（図３参照）を介して検出回路４８に接続される。

【0084】

第２検出モードＭ２では、第１検出モードＭ１に比べて実効的な光センサＰＤの幅（面積）が大きくなり、光感度を向上させることができる。また、第２検出モードＭ２では、第１検出モードＭ１に比べて、光センサＰＤとして機能しない画素間領域ＰＡの幅（面積）が小さくなり、画素間領域ＰＡの活性層３１で生じるキャリア１０１ａの量が少なくなる。これにより、第２検出モードＭ２では、光センサＰＤの光応答速度を向上させることができる。

【0085】

以上のように、本実施形態に係る検出装置１は、解像度が要求される場合（第１検出モードＭ１）と、光応答速度が要求される場合（第２検出モードＭ２）の、いずれにも対応可能である。なお、解像度が要求される場合とは、例えば検出装置１により指紋や血管像等の画像を検出する場合が挙げられる。また、光応答速度が要求される場合とは、例えば検出装置１により脈波、脈拍、心拍等を検出する場合が挙げられる。

【0086】

なお、図４から図７に示す光センサＰＤの構成はあくまで一例であり、適宜変更することができる。例えば、下部バッファ層３２、活性層３１及び上部バッファ層３３の材料、製法はあくまで一例であり、他の材料、製法であってもよい。例えば、下部バッファ層３２及び上部バッファ層３３は、それぞれ単層膜に限定されず、電子ブロック層や、正孔ブロック層を含んで積層膜として形成されていてもよい。例えば、上部電極２４が光センサＰＤのカソード電極であり、第１下部電極２２及び第２下部電極２３が光センサＰＤのアノード電極であってもよい。この場合、下部バッファ層３２は正孔輸送層であり、上部バッファ層３３は電子輸送層である。

【0087】

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。

【符号の説明】

【0088】

１ 検出装置
１０ センサ部
２１ 基板
２２ 第１下部電極
２３ 第２下部電極
２４ 上部電極
３１ 活性層
３２ 下部バッファ層
３３ 上部バッファ層
３５ シールド電位供給配線
９０ 封止膜
１３０ 外部スイッチ
Ｍ１ 第１検出モード
Ｍ２ 第２検出モード
ＰＤ 光センサ
ＰＤａ メインフォトダイオード
ＰＤｂ サブフォトダイオード
Ｔｒ１ 第１トランジスタ
Ｔｒ２ 第２トランジスタ
Ｔｒ３ 第３トランジスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】