(57)【要約】【課題】対象物に対応した光を高精度で検出することができ、しかも薄型化が可能な光源一体型光電変換装置を提供する。【解決手段】本発明の光源一体型光電変換装置は、発光層１８３を含んで構成され、発光層１８３の一方の面を通して所定の射出方向に光を射出する発光素子と、発光層１８３と重ならない領域に形成された光電変換層１５を含んで構成され、光電変換層１５の一方の面を通った光を電気信号に変換する複数の光電変換素子と、を備える。発光素子が複数の光電変換素子と同一の基板１０上に形成されているとともに、光電変換層１５の一方の面が発光層１８３の他方の面よりも光Ｌ１の射出方向と反対側に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含んで構成され、前記発光層の一方の面を通して所定の射出方向に光を射出する発光素子と、
前記発光層と重ならない領域に形成された光電変換層を含んで構成され、前記光電変換層の一方の面を通った光を電気信号に変換する複数の光電変換素子と、を備え、
前記発光素子が前記複数の光電変換素子と同一の基板上に形成されているとともに、前記光電変換層の一方の面が前記発光層の他方の面よりも前記射出方向と反対側に配置されていることを特徴とする光源一体型光電変換装置。
【請求項２】
前記発光層の他方の面と前記光電変換層の一方の面との間に、前記発光層の他方の面の全体を覆って光吸収材料と光反射材料との少なくとも一方を含んだ形成材料からなる遮光層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光源一体型光電変換装置。
【請求項３】
前記発光層が、光吸収材料と光反射材料との少なくとも一方を含んだ形成材料からなる隔壁の内側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源一体型光電変換装置。
【請求項４】
前記発光素子の駆動信号をスイッチングする駆動スイッチング素子が、前記発光層の一方の面よりも、前記射出方向と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光源一体型光電変換装置。
【請求項５】
前記複数の光電変換素子の各々から出力される電気信号を読出す読出回路を備え、
前記読出回路が前記光電変換層の一方の面よりも、前記射出方向と反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源一体型光電変換装置。
【請求項６】
前記発光素子が、有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光源一体型光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源一体型光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フォトダイオード等の光電変換素子を用いたイメージセンサーが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１のイメージセンサーは、複数の画素がマトリクス状に配置された構造になっている。複数の画素の各々には、フォトダイオードが設けられている。複数のフォトダイオードにより検出された光信号は、マトリクス回路によりフォトダイオードごとに読出すことが可能になっている。
【０００３】
イメージセンサーにおいて読取対象物のパターンを正確に読取るためには、読取対象物を高照度で均一に照明することが重要である。読取対象物の表面で反射した光の強度が強くなるほどこの光がフォトダイオードにより検出されやすくなるからである。
【０００４】
読取対象物を照明する薄膜発光素子を備えたイメージセンサーとして、特許文献２には光源一体型固体撮像装置が提案されている。特許文献２の光源一体型固体撮像装置は、一対の基板が透明体により貼り合わされた構造になっている。一方の基板には、フォトトランジスターにより構成される複数の固体撮像素子と、固体撮像素子の読み取り駆動回路とが形成されている。他方の基板には、エレクトロルミネッセンス膜が形成されている。
【特許文献１】特開平１１−１２１７３１号公報
【特許文献２】特許第３５６１３０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の技術を用いれば、エレクトロルミネッセンス膜から発せられた光により原稿等の対象物を照明することができる。したがって、原稿で反射した光の強度が確保され、固体撮像素子により原稿を正確に読み取ることができると考えられる。しかしながら、特許文献２の技術には、解像度を向上させるとともに装置を薄型化する観点で、改善すべき点がある。
【０００６】
特許文献２の技術では、一対の基板を透明体により貼り合せているので、基板の厚みや透明体の厚みに起因して装置を薄型化することが難しい。また、一対の基板を貼り合せる工程で、高精度な位置合わせ技術が必要になり製造コストが高くなるおそれがある。仮に一対の基板の位置合わせ精度が不足すると、一部の画素がエレクトロルミネッセンス素子と重なってしまい機能しなくなる。また、位置ずれに対するマージンを増加させると、マージンを増加させた分だけ画素サイズが小さくなり感度が低くなる不都合や、画素数が少なくなり解像度が低くなる不都合が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、対象物に対応した光を精度よく検出することができ、しかも薄型化が可能な光源一体型光電変換装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光源一体型光電変換装置は、発光層を含んで構成され、前記発光層の一方の面を通して所定の射出方向に光を射出する発光素子と、前記発光層と重ならない領域に形成された光電変換層を含んで構成され、前記光電変換層の一方の面を通った光を電気信号に変換する複数の光電変換素子と、を備え、前記発光素子が前記複数の光電変換素子と同一の基板上に形成されているとともに、前記光電変換層の一方の面が前記発光層の他方の面よりも前記射出方向と反対側に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
このようにすれば、発光素子から発せられた光は対象物の表面で反射し、光電変換層に入射して光電変換素子により電気信号に変換される。複数の光変換素子から出力される電気信号により、対象物に対応した光を検出することができる。
【００１０】
前記の構成によれば、発光素子が複数の光電変換素子と同一の基板上に形成されているので、発光素子が光電変換素子と独立した基板に形成される場合に比べて、素子形成に必要な基板を減らすことができ、装置を薄型化することができる。また、発光素子が設けられた基板と、光電変換素子が設けられた基板とを貼合せる場合に比べて、基板間の接着部を省くことができ、接着部の厚みの分だけ装置を薄型化することができる。
【００１１】
また、発光素子が複数の光電変換素子と同一の基板上に形成されているので、発光素子と光電変換素子との相対位置の精度が高くなる。したがって、発光素子と光電変換素子との相対位置の誤差に対するマージンを小さくすることができ、光電変換層の面積を大きくすることや光電変換素子の数を増やすことができる。光電変換層の面積を大きくすると光電変換素子の感度を高めることができ、光電変換素子の数を増やすと解像度を高めることができる。これにより、対象物に対応した光を精度よく検出することが可能になる。
【００１２】
また、光電変換層の一方の面が発光層の他方の面がよりも射出方向と反対側に配置されているので、発光層から発せられた光が光電変換層にほとんど入射しなくなる。したがって、光電変換層に入射する光のほとんどが対象物の表面で反射した光となり、対象物に対応した光を精度よく検出することが可能になる。
【００１３】
また、前記発光層の他方の面と前記光電変換層の一方の面との間に、前記発光層の他方の面の全体を覆って光吸収材料と光反射材料との少なくとも一方を含んだ形成材料からなる遮光層が設けられていることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、発光層の他方の面を通って光電変換層の一方の面に向かう光が遮光層を通らなくなる。したがって、発光層から発せられた光が対象物を経由せずに光電変換層に直接的に入射することが低減され、対象物に対応した光を精度よく検出することが可能になる。
【００１５】
また、前記発光層が、光吸収材料と光反射材料との少なくとも一方を含んだ形成材料からなる隔壁の内側に形成されていることが好ましい。
このようにすれば、発光層から隔壁に向けて発せられた光が、隔壁を通らなくなる。したがって、発光層から隔壁に向けて発せられた光が光電変換層に入射することが防止され、対象物に対応した光を精度よく検出することが可能になる。
【００１６】
また、前記発光素子の駆動信号をスイッチングする駆動スイッチング素子が、前記発光層の一方の面よりも、前記射出方向と反対側に配置されていることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、駆動スイッチング素子が発光層の一方の面よりも射出方向と反対側に配置されているので、発光層から射出方向に発せられた光が駆動スイッチング素子により遮られることがなくなる。したがって、発光素子の開口率が実質的に高くなり、対象物を明るく照明することができる。また、駆動スイッチング素子により光が遮られないので光のムダが少なくなり、消費電力が低減される。
【００１８】
また、光のムダが少なくなるので、照明に必要な光量を確保しつつ発光層の面積を小さくすることができる。これにより、発光層の面積を小さくした分だけ光電変換層の面積を大きくすることや光電変換素子の数を増やすことができ、これにより、対象物に対応した光を精度よく検出することが可能になる。
【００１９】
また、前記複数の光電変換素子の各々から出力される電気信号を読出す読出回路を備え、前記読出回路が前記光電変換層の一方の面よりも、前記射出方向と反対側に配置されていることが好ましい。
【００２０】
一般に、回路に用いられる配線やスイッチング素子は、光を通しにくい材質からなっている。前記の構成によれば、読出回路が光電変換層の一方の面よりも射出方向と反対側に配置されているので、光電変換層に入射する前の光が読出回路により遮られることがなくなる。したがって、光電変換層に入射する光の光量が増加するので、光電変換素子の感度が高くなる。また、光電変換層に入射する光の光量が増加する分だけ、光電変換層の面積を小さくするとともに光電変換素子の数を増やすこともできる。これにより、対象物に対応した光を高解像度で検出することが可能になる。
【００２１】
前記発光素子が、有機エレクトロルミネッセンス素子であることが好ましい。
有機エレクトロルミネッセンス素子は、液相法等の低温プロセスを用いて形成することが可能である。本発明では発光素子と光電変換素子とが同一基板に形成されているが、前記の構成によれば、発光素子の形成時の熱による光電変換素子への悪影響が格段に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る第１実施形態のイメージセンサー（光源一体型光電変換装置）１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、イメージセンサー１は、対象物９と対向する対向面１Ａを有している。対象物９は、例えば文字や画像が印刷された原稿等である。本実施形態の対向面１Ａの平面形状が略長方形になっている。対向面１Ａは、複数の発光領域Ａ１と、多数の光検出領域Ａ２とを含んでいる。
【００２４】
発光領域Ａ１は、対向面１Ａの短辺方向と略平行して延在しており、対向面１Ａの長辺方向に並んでいる。ここでは、対向面１Ａの２つの短辺付近の周縁部の各々と、対向面１Ａの中央部とに、合計３つの発光領域Ａ１が配置されている。
【００２５】
対向面１Ａの周縁部に配置された発光領域Ａ１と、対向面１Ａの中央部に配置された発光領域Ａ１との間には、複数の光検出領域Ａ２がマトリクス状に配置されている。複数の光検出領域Ａ２は、対向面１Ａの短辺方向に配列されているとともに、対向面１Ａの長辺方向にも配列されている。ここでは、光検出領域Ａ２の各々が、イメージセンサー１の１画素になっている。
【００２６】
イメージセンサー１において発光領域Ａ１と重なる部分には、後述する発光素子が配置されている。イメージセンサー１において光検出領域Ａ２と重なる部分には、後述するフォトダイオード（光電変換素子）が配置されている。発光素子は、対向面１Ａから対象物９に向かって光Ｌ１を射出するようになっている。すなわち、光Ｌ１の射出方向は、対向面１Ａを通ってイメージセンサー１の内側から外側に向かう方向である。ここでは、対向面１Ａは、後述する基板１０（図２参照）の基板面と概略平行になっており、基板１０の基板面の法線方向が射出方向になっている。
【００２７】
発光領域Ａ１から射出された光Ｌ１は、対象物９の表面に入射する。対象物９の表面に入射した光Ｌ１の一部は、対象物９の表面で反射し、光Ｌ１の一部は対象物９に吸収される。対象物９の表面で反射した光Ｌ２は、光検出領域Ａ２からフォトダイオードに入射して電荷（電気信号）に変換される。複数の光検出領域Ａ２の各々に対応した電気信号を読出すことにより、対象物９に対応した光を検出することができる。例えば、この電気信号により、原稿に印刷された文字や画像を含んだ画像が得られる。以下、イメージセンサー１の構成要素について詳しく説明する。
【００２８】
図２は、イメージセンサー１において発光領域Ａ１と重なる部分、及び光検出領域Ａ２と重なる部分の断面構造を拡大して示す要部断面図である。
【００２９】
図２に示すように、イメージセンサー１は、ガラス等からなる基板１０を基体にして製造されている。基板１０上には、光検出用ＴＦＴ素子１１と光源用ＴＦＴ素子（駆動スイッチング素子）１２とが設けられている。光検出用ＴＦＴ素子１１と光源用ＴＦＴ素子１２とを覆って、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）等からなる層間絶縁膜１３が設けられている。層間絶縁膜１３上には、樹脂材料等からなる平坦化層１４が設けられている。平坦化層１４上には、フォトダイオードを構成する光電変換層１５が設けられている。ここでは、光検出領域Ａ２と重なる領域に光電変換層１５が配置されている。
【００３０】
光電変換層１５の周縁部と平坦化層１４とに連続して、シリコン酸化物等からなるパッシベーション膜１６が設けられている。パッシベーション膜１６上には、隔壁１７が設けられている。パッシベーション膜１６上において隔壁１７に囲まれる領域には、発光素子を構成する有機機能層１８が設けられている。有機機能層１８には、発光層１８３が含まれている。有機機能層１８は、発光領域Ａ１と重なる領域に配置されている。ここでは、有機機能層１８の全体が、光電変換層１５の全体と平面的に重ならないようになっている。なお、射出方向から平面視した状態で、光電変換層１５の少なくとも一部が発光層１８３と重ならないようになっていればよい。
【００３１】
光検出用ＴＦＴ素子１１は、後述する読出回路の一部を構成している。光検出用ＴＦＴ素子１１は、半導体層１１１、ゲート絶縁膜１１２、ゲート電極１１３を含んでいる。本実施形態の光検出用ＴＦＴ素子１１は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）技術を用いて形成された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されている。
【００３２】
半導体層１１１は、例えばポリシリコンからなり、基板１０上に島状に設けられている。ここでは、半導体層１１１の全部又は一部が光検出領域Ａ２と重なるように、半導体層１１１が形成されている。ゲート絶縁膜１１２は、例えばシリコン酸化物からなり、半導体層１１１を覆って設けられている。ゲート電極１１３は、不純物が高濃度に注入されたポリシリコンや金属材料（例えばアルミニウム）等の導電材料からなっている。
【００３３】
ゲート電極１１３は、ゲート絶縁膜１１２上において半導体層１１１の一部と重なる位置に配置されている。ゲート電極１１３と重なる部分の半導体層１１１は、チャネル領域になっている。半導体層１１１においてチャネル領域を挟んだ一方の領域がソース領域になっており、他方の領域がドレイン領域になっている。
【００３４】
光源用ＴＦＴ素子１２は、半導体層１２１、ゲート絶縁膜１２２、ゲート電極１２３を含んでいる。光源用ＴＦＴ素子１２のゲート電極１２３は、発光素子の駆動回路と電気的に接続されている。
【００３５】
発光素子の駆動回路は、所定のタイミングで光源用ＴＦＴ素子１２をオンオフするようになっている。所定のタイミングとしては、発光素子の配置や数、イメージセンサー１の用途等に応じて、適宜設定することができる。例えば、フォトダイオードの動作と同期して、光源用ＴＦＴ素子１２をオンオフするように所定のタイミングを設定してもよい。また、イメージセンサー１の動作中に常時、光源用ＴＦＴ素子１２がオンになるように所定のタイミングを設定してもよい。
【００３６】
本実施形態の光源用ＴＦＴ素子１２は、光検出用ＴＦＴ素子１１と同一のプロセスにより一括して形成されている。すなわち、基板１０上に成膜されたポリシリコン膜をパターニングすることにより、半導体層１１１、１２１が一括して形成されている。ここでは、半導体層１２１の全部又は一部が発光領域Ａ１と重なるように、半導体層１２１が形成されている。ゲート絶縁膜１１２、１２２は、半導体層１１１、１２１を覆って形成されており、実質的に一体のものである。ゲート電極１１３、１２３は、ゲート絶縁膜１１２、１２２上に成膜された導電膜をパターニングすることにより、一括して形成されている。
【００３７】
層間絶縁膜１３、及びゲート絶縁膜１１２、１２２を貫通して、導電部１３１、１３２、１３３、１３４が設けられている。導電部１３１、１３２は、層間絶縁膜１３、及びゲート絶縁膜１１２を貫通するコンタクトホールの内側と、層間絶縁膜１３上とに連続して設けられている。導電部１３３、１３４は、層間絶縁膜１３、及びゲート絶縁膜１２２を貫通するコンタクトホールの内側と、層間絶縁膜１３上とに連続して設けられている。
【００３８】
導電部１３１、１３２、１３３、１３４は、同一のプロセスにより一括して形成されている。例えば、層間絶縁膜１３とゲート絶縁膜１１２とを貫通して、半導体層１１１のソース領域、ドレイン領域、半導体層１２１のソース領域、ドレイン領域をそれぞれ露出させるコンタクトホールを形成する。次いで、コンタクトホールの内側と層間絶縁膜１３上とに連続して導電材料を成膜し、この導電膜をパターニングすることにより、導電部１３１、１３２、１３３、１３４を一括して形成することができる。
【００３９】
導電部１３１は、光検出用ＴＦＴ素子１１の半導体層１１１のドレイン領域と導電接続されている。導電部１３２は、光検出用ＴＦＴ素子１１の半導体層１１１のソース領域と導電接続されている。導電部１３３は、光源用ＴＦＴ素子１２の半導体層１２１のソース領域と導電接続されているとともに、図示略の電源と電気的に接続されている導電部１３４は、光源用ＴＦＴ素子１２の半導体層１２１のドレイン領域と導電接続されている。
【００４０】
平坦化層１４を貫通して、導電部１４１、１４２が設けられている。導電部１４１、１４２は、それぞれ、平坦化層１４に設けられたコンタクトホールの内側と平坦化層１４上とに連続して設けられている。導電部１４１は、導電部１３２と導通接続されており、導電部１３２を介して半導体層１１１のソース領域と電気的に接続されている。導電部１４１は、平坦化層１４上において光検出領域Ａ２と重なる領域まで延設されている。導電部１４２は、導電部１３４と導通接続されており、導電部１３４を介して半導体層１２１のドレイン領域と電気的に接続されている。
【００４１】
本実施形態の導電部１４１は、光検出用ＴＦＴ素子１１の全体を覆って設けられている。導電部１４１は、光を反射させる光反射材料と、光を吸収する光吸収材料との少なくとも一方を含んだ導電材料からなっている。これにより、導電部１４１側から光検出用ＴＦＴ素子１１に光が入射しないようになっており、光の入射による光検出用ＴＦＴ素子１１の誤動作が防止されている。
【００４２】
ここでは、導電部１４１、１４２が、いずれもアルミニウム（光反射材料）からなっており、一括して形成されている。例えば、平坦化層１４を貫通するとともに、層間絶縁膜１３上に引き出された部分の導電部１３２、１３４を露出させるコンタクトホールを形成する。次いで、コンタクトホールの内側と、平坦化層１４上とに連続してアルミニウムを成膜する。次いで、このアルミニウム膜をパターニングすることにより、導電部１４１、１４２が得られる。
【００４３】
平坦化層１４上に延設された部分の導電部１４１上に、光電変換層１５が設けられている。光電変換層１５は、導電部１４１上に設けられたｐ型半導体層１５１、ｐ型半導体層１５１上に設けられたｉ型半導体層１５２、ｉ型半導体層１５２上に設けられたｎ型半導体層１５３からなっている。本実施形態では、ｐ型半導体層１５１、ｉ型半導体層１５２、ｎ型半導体層１５３は、いずれも微結晶シリコンからなっている。ｐ型半導体層１５１には、第III族の不純物（例えばボロン）がドープされている。ｎ型半導体層１５３には、第Ｖ族の不純物（例えばリン）がドープされている。
【００４４】
光電変換層１５の周縁部と、平坦化層１４上とに連続してパッシベーション膜１６が設けられている。パッシベーション膜１６には、光電変換層１５のｎ型半導体層１５３を露出させる開口が設けられている。この開口の内側に露出したｎ型半導体層１５３上と、パッシベーション膜１６上とに連続して、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透光性を有する導電材料からなる導電部１６２が設けられている。
【００４５】
導電部１４１、光電変換層１５、及び導電部１６２によりフォトダイオードが構成されている。光電変換層１５の一方の面から光Ｌ２が入射すると、光電変換層１５に光Ｌ２の光量に応じた数のキャリアが発生する。このキャリアは、導電部１４１、１６２を介して電気信号として取り出すことが可能になっている。このように導電部１４１、１６２は、フォトダイオードの電極として機能する。
【００４６】
パッシベーション膜１６上において発光領域Ａ１と重ね合わされる領域には、遮光層１６１が設けられている。遮光層１６１は、前記の光反射材料（例えば、アルミニウム）と光吸収材料（例えばニッケルクロム）との少なくとも一方を含んだ形成材料からなっている。遮光層１６１の形成材料は、導電材料や半導体材料、絶縁材料のいずれであってもよい。本実施形態の遮光層１６１は、アルミニウムからなっている。
【００４７】
パッシベーション膜１６を貫通して、透光性を有する導電材料からなる導電部１６３が設けられている。導電部１６３は、平坦化層１４上に引き出された部分の導電部１４２を露出させ、かつパッシベーション膜１６を貫通するコンタクトホールの内側に設けられている。導電部１６３は、コンタクトホールの内側と、パッシベーション膜１６上と、遮光層１６１上とに連続して設けられている。導電部１６３は、パッシベーション膜１６上や遮光層１６１上において発光領域Ａ１と重なる領域まで延設されている。導電部１６３は、導電部１４２と導通接続されており、導電部１４２、導電部１３４を介して光源用ＴＦＴ素子１２のドレイン領域と電気的に接続されている。
【００４８】
本実施形態の導電部１６３は、インジウム錫酸化物からなっており、導電部１６２と一括して形成されている。例えば、光電変換層１５を形成した後に、光電変換層１５と平坦化層１４上とに連続してパッシベーション膜１６を形成する。次いで、パッシベーション膜１６を開口して光電変換層１５を露出させるとともに、パッシベーション膜１６を貫通して導電部１４２を露出させるコンタクトホールを形成する。また、パッシベーション膜１６上に遮光層１６１を形成する。次いで、遮光層１６１上と、パッシベーション膜１６上と、開口の内側と、コンタクトホールの内側とに一括してインジウム錫酸化物を成膜する。このインジウム錫酸化物膜をパターニングすることにより、導電部１６２、１６３を一括して形成することができる。
【００４９】
パッシベーション膜１６上に隔壁１７が設けられている。隔壁１７は、透光性の樹脂材料からなっている。隔壁１７は、光電変換層１５と重ならないように配置されている。隔壁１７は、発光領域Ａ１と重なる部分に、導電部１６３を露出させる開口を有している。この開口の内側には、有機機能層１８が設けられている。なお、隔壁１７の形成材料としては、遮光性を有する形成材料、例えば光反射材料を含んだ無機材料や黒色顔料（光吸収材料）を含んだ樹脂材料を用いてもよい。
【００５０】
本実施形態の有機機能層１８は、導電部１６３上に設けられた正孔注入層１８１と、正孔注入層１８１上に設けられた正孔輸送層１８２と、正孔輸送層１８２上に設けられた発光層１８３を含んでいる。正孔注入層１８１、正孔輸送層１８２は、公知の形成材料からなるものである。発光層１８３は、公知の有機エレクトロルミネッセンス材料からなるものである。有機機能層１８は、液滴吐出法等の低温プロセスにより形成されている。これにより、有機機能層１８によりも先に形成された光電変換層１５や光検出用ＴＦＴ素子１１、光源用ＴＦＴ素子１２等が、有機機能層１８の形成時の熱により劣化あるいは損傷しないようになっている。
【００５１】
隔壁１７上と発光層１８３上とに連続して導電部１７１が設けられている。導電部１７１は、例えば銀マグネシウム等の透光性を有する導電材料からなっている。導電部１６３、有機機能層１８、及び導電部１７１により発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）が構成されている。導電部１６３は、陽極として機能するようになっており、導電部１７１は陰極として機能するようになっている。
【００５２】
以上のような構成の発光素子において、前記発光素子の駆動回路により光源用ＴＦＴ素子１２がオンになると、前記電源から導電部１３３、光源用ＴＦＴ素子１２のチャネル領域、導電部１３４、１４２、１６３を介して、導電部１６３と導電部１７１との間に電圧が印加される。すると、導電部１６３から正孔注入層１８１に正孔が供給され、導電部１７１から発光層１８３に電子が供給される。導電部１６３は、仕事関数が高い材質であるインジウム錫酸化物からなっており、導電部１６３から正孔注入層１８１に効率よく正孔が供給される。正孔注入層１８１に供給された正孔は、正孔輸送層１８２を介して発光層１８３に輸送される。発光層１８３に輸送された正孔が、導電部１７１から供給された電子と発光層１８３の内部で結合することにより、結合エネルギーが生じる。この結合エネルギーにより、発光層１８３に含まれる有機エレクトロルミネッセンス材料が励起され、光が生じる。
【００５３】
発光層１８３から導電部１７１に向けて発せられた光は、導電部１７１を通って射出される。導電部１６３に向けて発せられた光は、アルミニウムからなる遮光層１６１で反射して折り返され、導電部１７１を通って射出される。隔壁１７を光吸収材料、または光反射材料を含んだ材料により形成した場合には、隔壁１７に向けて発せられた光は隔壁１７に吸収され、隔壁１７の外部に射出されない。このように、発光素子から発光領域Ａ１を通して、光Ｌ１が射出されるようになっている。
【００５４】
図３は、イメージセンサー１において、フォトダイオードからの出力を読み出す読出回路の構成を示す模式図である。
図３に示すように読出回路は、互いに平行して延在する複数の走査線１９１と、走査線１９１に平行して延在する複数の容量線１９２とを含んでいる。読出回路は、走査線１９１と直交して延在する複数のデータ線１９３と、データ線１９３に平行して延在する複数の定電位線１９４とを含んでいる。走査線１９１とデータ線１９３とに囲まれる領域が光検出領域Ａ２に対応している。なお、発光領域Ａ１の延在方向は、走査線１９１の延在方向と略一致しており、発光領域Ａ１は複数のデータ線１９３をまたいで配置されている。
【００５５】
走査線１９１の一端は、走査線駆動回路１９５と電気的に接続されている。走査線駆動回路１９５は、シフトレジスタ、レベルシフタ、ビデオライン及びアナログスイッチ等を有している。走査線駆動回路１９５は、複数の走査線１９１に線順次で走査信号を供給する。データ線１９３の一端は、データ線駆動回路１９６と電気的に接続されている。
【００５６】
光検出領域Ａ２において走査線１９１がデータ線１９３と交差する領域付近には、光検出用ＴＦＴ素子１１が配置されている。光検出用ＴＦＴ素子１１のゲート電極１１３（図２参照）は、走査線１９１と電気的に接続されている。本実施形態の走査線１９１は、ゲート電極１１３と一体に形成されている。例えば、ゲート電極１１３、１２３の形成時に走査線１９１の形成領域に導電膜を残して、導電膜をパターニングすることにより、ゲート電極１１３と一体の走査線１９１をゲート電極１２３と一括して形成することができる。
【００５７】
光検出用ＴＦＴ素子１１のドレイン領域は、データ線１９３と電気的に接続されている。光検出用ＴＦＴ素子１１のソース領域は、フォトダイオードの一方の電極である導電部１４１と電気的に接続されているとともに、保持容量１９７の一端と電気的に接続されている。保持容量１９７の他端は、容量線１９２と電気的に接続されている。フォトダイオードの他方の電極である導電部１６２は、定電位線１９４と電気的に接続されている。定電位線１９４を介して導電部１６２が一定の電位に保持され、光電変換層１５に逆バイアスの電圧が印加されるようになっている。
【００５８】
図２に示した光電変換層１５に光Ｌ２が入射すると、光電変換層１５に電荷が生じる。光電変換層１５に逆バイアスの電圧が印加されており、光電変換層１５に生じた電荷により保持容量１９７が充電される。走査線駆動回路１９５から走査線１９１に走査信号が供給されると、この走査線１９１に接続された複数の光検出用ＴＦＴ素子１１がオンになる。光検出用ＴＦＴ素子１１がオンになると、保持容量１９７からデータ線１９３に電流が流れ、この電流が電気信号としてデータ線駆動回路１９６に読出される。これにより、１つの走査線１９１に接続された複数の光検出用ＴＦＴ素子１１から電気信号が並行して読出される。
【００５９】
１つの走査線１９１に対応する光検出用ＴＦＴ素子１１から電気信号が読出された後に、複数のデータ線１９３は放電されて所定の電位に保持される。複数のデータ線１９３が所定の電位になった後に、次の走査線１９１に走査線駆動回路１９５から走査信号が供給される。以下、同様にして複数の光電変換層１５に生じた電荷の各々に対応した電気信号が順に読出される。
【００６０】
以上のような構成のイメージセンサー１にあっては、光電変換層１５において光が入射する面が、発光層１８３よりも光Ｌ１の射出方向と反対側に配置されているので、光Ｌ１が光電変換層１５にほとんど入射しない。したがって、光電変換層１５に入射する光のほとんどが対象物９の表面で反射した光Ｌ２となり、対象物９に対応した光を精度よく検出することができる。
【００６１】
また、発光素子がフォトダイオードと同一の基板１０上に形成されているので、発光素子が形成された基板とフォトダイオードが形成された基板とを貼合せた装置に比べて、基板や貼合部を省くことができ、薄型化が可能なイメージセンサー１になっている。
【００６２】
発光素子がフォトダイオードと同一の基板１０上に形成されているので、発光素子とフォトダイオードとの相対位置が高精度になる。したがって、発光素子とフォトダイオードとの相対位置の誤差に対するマージンを小さくすることができ、対向面１Ａに占める発光領域Ａ１の割合や光検出領域Ａ２の割合を高めることが可能になる。発光領域Ａ１の割合を高めると、対象物９を高照度で照明することが可能になり、光電変換層１５による光検出精度が高くなる。また、光検出領域Ａ２の割合を高めると、光電変換層１５の大面積化や高解像度化を図ることが可能になり、対象物９に対応した光を精度よく検出することが可能になる。
【００６３】
光源用ＴＦＴ素子１２が、発光素子に対して光Ｌ１の射出方向と反対側に配置されており、発光素子がトップエミッション型になっているので、発光素子の開口率を高めることができ、対象物９を高照度で照明することが可能になっている。また、発光領域Ａ１が、対向面１Ａの周縁部と中央部とに配置されているので、対象物９を均一に照明することが可能になっている。
【００６４】
フォトダイオードに光Ｌ２が入射する側と反対側にフォトダイオードの読出回路が配置されているので、フォトダイオードの開口率を高めることができ、フォトダイオードの感度を高めることが可能になっている。
【００６５】
このように、第１実施形態のイメージセンサー１は、薄型化が可能でありながら、対象物９に対応した光を高精度で検出可能になっている。例えば、対象物９が印刷物である場合には、印刷物に記載された文字や画像をイメージセンサー１により正確に読取ることができる。また、例えば対象物９が指である場合には、イメージセンサー１により指紋を正確に読取ることができ、高精度に生体識別を行うこと等ができる。
【００６６】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態のイメージセンサー（光源一体型光電変換装置）を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、発光素子がボトムエミッション型である点である。
【００６７】
図４は、第２実施形態のイメージセンサー２の概略構成を示す要部断面図である。なお、図４において第１実施形態と同様の構成要素については、第１実施形態と同じ符号を付している。また、第１実施形態と同様の構成要素については、詳細な説明を省略する場合がある。
【００６８】
図４に示すようにイメージセンサー２は、ガラス等からなり透光性を有する基板１０を基体にして製造されている。基板１０上には、光検出用ＴＦＴ素子１１と光源用ＴＦＴ素子１２とが設けられている。光検出用ＴＦＴ素子１１と光源用ＴＦＴ素子１２とを覆って、層間絶縁膜１３が設けられている。
【００６９】
層間絶縁膜１３には、光検出用ＴＦＴ素子１１のソース領域と電気的に接続された導電部１３２と、光検出用ＴＦＴ素子１１のドレイン領域と電気的に接続された導電部１３１と、光源用ＴＦＴ素子１２のソース領域と電気的に接続された導電部１３３と、光源用ＴＦＴ素子１２のドレイン領域と電気的に接続された導電部１３４とが設けられている。
【００７０】
層間絶縁膜１３上には、透光性を有する樹脂材料（例えばアクリル樹脂）等からなる平坦化層２４が設けられている。平坦化層２４には、平坦化層２４を貫通して導電部１３２と導電接続された導電部２４１と、平坦化層２４を貫通して導電部１３４と導電接続された導電部２４２とが設けられている。導電部２４１、２４２は、いずれもインジウム錫酸化物からなり、同一のプロセスにより形成されたものである。導電部２４２は、平坦化層２４上において発光領域Ａ１と重なる領域まで延設されており、発光素子の陽極になっている。
【００７１】
平坦化層２４上のほぼ全面に、透光性を有する樹脂材料等からなる隔壁２７が設けられている。隔壁２７には、導電部２４１を露出させる開口が設けられており、この開口の内側に有機機能層１８が設けられている。隔壁２７の開口の内側における有機機能層１８上と、隔壁２７上とに連続して導電部２７１が設けられている。導電部２７１は、アルミニウム等の光反射材料からなっており、発光素子の陰極になっている。隔壁２７には、隔壁２７を貫通して導電部２４１と導通接続された導電部２７２が設けられている。導電部２７２は、隔壁２７上において光検出領域Ａ２と重なる領域まで延設されており、フォトダイオードの一方の電極になっている。導電部２７２は、透光性を有する導電材料（例えば、インジウム錫酸化物）からなっている。
【００７２】
導電部２７２上には、光電変換層１５が設けられている。光電変換層１５の周縁部と、導電部２４１と、導電部２７１と、隔壁２７を覆ってパッシベーション膜２６が設けられている。パッシベーション膜２６には、光電変換層１５を露出させる開口が設けられており、開口の内側とパッシベーション膜２６上とに連続して導電部２６１が設けられている。導電部２６１は、アルミニウム等の光反射材料からなり、フォトダイオードの他方の電極になっている。
【００７３】
以上のような構成のイメージセンサー２において、光源用ＴＦＴ素子１２や導電部１３４、２４２を介して有機機能層１８に電力が伝達されると、発光層１８３に光が生じる。発光層１８３から導電部２４２に向けて発せられた光は、導電部２４２を通って射出される。発光層１８３から導電部２７１に向けて発せられた光は、導電部２７１で反射して折り返され、導電部２４２を通って射出される。
【００７４】
このように第２実施形態の発光素子は、ボトムエミッション型になっており、発光素子からの光Ｌ１は基板１０を通って射出される。第２実施形態において、光Ｌ１の射出方向は、基板１０の法線方向に平行でありイメージセンサー２の内側から外側に向かう方向になっている。また、イメージセンサー２の外側から、光検出領域Ａ２と重なる部分の基板１０に入射した光Ｌ２が、光電変換層１５に入射するようになっている。
【００７５】
第２実施形態のイメージセンサー２にあっては、光電変換層１５において光が入射する面が、発光層１８３よりも光Ｌ１の射出方向と反対側に配置されているので、第１実施形態と同様に、対象物９に対応した光を高精度で検出することが可能になる。また、発光素子とフォトダイオードが同一の基板１０上に形成されているので、薄型化が可能でありながら、対象物９に対応した光を高精度で検出することが可能なものになっている。
【００７６】
有機機能層１８の電極である導電部２７１の材質として、光反射性あるいは光吸収性を有するものを採用することができる。一般に、アルミニウムや金、銀等の金属材料は、反射率と導電率とがともに高い材質であるので、発光素子の電気特性を第１実施形態に比べて良好にすることができる。
【００７７】
なお、第１実施形態では、対向面１Ａの周縁部と中央部とに互いに平行に延在する複数の発光領域Ａ１を含んでいるが、発光領域の数や配置、形状については様々な変更が可能である。例えば、発光領域が１つであってもよいし、発光領域と重なる領域に複数の発光素子が配置されていてもよい。発光領域が、対向面の周縁部の一箇所のみに配置されていてもよいし、中央部の一箇所のみに配置されていてもよい。また、対向面の周縁部に、複数の光検出領域を環状に囲むように枠状の発光領域が配置されていてもよい。また、複数の光検出領域の各々に隣接して、複数の発光領域が配置されていてもよい。
【００７８】
また、読出回路の構成については、光電変換層１５で発生した電荷の読出し方法に応じて適宜変更可能である。例えば、読出回路として、光電変換層１５で発生した電荷を増幅する回路部品を含んだものを採用することもできる。
【００７９】
また、発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることもできる。発光素子から射出させる光は、光電変換層１５により検出可能な波長域のものであればよい。例えば、光源一体型光電変換装置の用途に応じて、光電変換層の特性を設計するとともに、光電変換層の特性に応じて可視光の波長域、赤外光の波長域、紫外光の波長域のいずれかの光を射出するように発光素子を設計することができる。
【００８０】
なお、第２実施形態では、透光性を有する形成材料からなる隔壁２７を採用しているが、第１実施形態と同様の遮光性を有する形成材料からなる隔壁を形成してもよい。この場合には、発光素子の周囲に遮光性の隔壁を形成するとともに、この隔壁と同じ層において光電変換素子と重なる領域には透光性を有する層を設けるとよい。発光素子の厚み（例えば数百ｎｍ）が、発光素子の面方向の寸法（例えば数十μｍ）よりも格段に小さい（例えば数百分の１〜数十分の１）場合がある。このような場合には、発光層の側面から射出される光は僅かである。隔壁を遮光性のものにするか否かは、発光層の寸法等に応じて適宜選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態のイメージセンサーの概略構成を示す模式図である。
【図２】発光領域、光検出領域と重なる部分のイメージセンサーの断面図である。
【図３】イメージセンサーの読出回路の構成を示す模式図である。
【図４】第２実施形態のイメージセンサーの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１、２・・・イメージセンサー（光源一体型光電変換装置）、１０、２０・・・基板、１１・・・光検出用ＴＦＴ素子（読出回路）、１２・・・光源用ＴＦＴ素子（駆動スイッチング素子）、１５・・・光電変換層、１６１・・・遮光層、１７・・・隔壁、１８３・・・発光層
【図１】
2010153449.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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