(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一の面側に設けられた第一電極と、
前記第一電極における前記基板に対向する面の反対面側に各々設けられた光吸収用組成物の層である複数の受光部と、
受光することによって励起されて蛍光する蛍光材料を含有し、且つ前記各受光部の間を絶縁する隔壁と、
前記受光部における前記基板側の反対側に設けられた第二電極と
を備えたことを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項２】
前記蛍光材料は、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料を少なくとも１種ずつ含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトダイオードアレイ。
【請求項３】
前記隔壁は、ＰＶＫ、ポリスチレン、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、およびポリフェニレンオキシドのうちの少なくとも１種と、前記蛍光材料とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のフォトダイオードアレイ。
【請求項４】
前記受光部は、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との混合層、または積層層であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフォトダイオードアレイ。
【請求項５】
前記第一電極は光を透過する透明電極であり、
前記基板は透明であり、前記第一電極側の面の反対面に複数の突起が設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフォトダイオードアレイ。
【請求項６】
基板の一の面側に第一電極を形成する第一電極形成工程と、
受光することによって励起されて蛍光する蛍光材料を含有した絶縁層を、前記第一電極形成工程において形成された前記第一電極を覆うように形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層形成工程において形成された前記絶縁層上の複数の位置に、前記絶縁層を溶解する溶媒および光吸収用組成物を含有するインク溶液を塗布するインク溶液塗布工程と、
前記インク溶液塗布工程において塗布された前記インク溶液が前記絶縁層を溶解した後に、前記インク溶液の前記溶媒を蒸発させて、前記第一電極と接触するように前記光吸収用組成物の層である受光部を複数形成する受光部形成工程と、
前記受光部形成工程において形成された前記複数の受光部の表面側に第二電極を形成する第二電極形成工程と
を備えたことを特徴とするフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項７】
前記インク溶液に対する前記蛍光材料の溶解度は、前記インク溶液に対する前記絶縁層の基材の溶解度よりも低いことを特徴とする請求項６に記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項８】
前記蛍光材料は、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料を少なくとも１種ずつ含むことを特徴とする請求項６または７に記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層は、ＰＶＫ、ポリスチレン、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、およびポリフェニレンオキシドのうちの少なくとも１種と、前記蛍光材料とを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項１０】
前記受光部は、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との混合層、または積層層であることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記第一電極は光を透過する透明電極であり、
前記基板は透明であり、
前記基板における前記第一電極側の面の反対面に複数の突起を形成する突起形成工程を備えたことを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載のフォトダイオードアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機材料等の光吸収用組成物を含む複数の受光素子を備えたフォトダイオードアレイ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換するフォトダイオードアレイが知られている。例えば、特許文献１が開示しているフォトダイオードアレイの製造方法によると、絶縁層上の所定の位置に、絶縁層を溶解する溶媒と光吸収用組成物とを含むインク溶液が選択的に塗布される。インク溶液が塗布された部分では、絶縁層が溶解して溶解穴が形成され、形成された溶解穴に光吸収用組成物が充填される。インク溶液が塗布されなかった部分では、絶縁層が溶解せずに残存し、受光部間を絶縁する隔壁となる。その結果、隔壁に囲まれた複数の受光部を備えるフォトダイオードアレイが正確に製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォトダイオードアレイの課題の一つとして、吸光効率の向上が挙げられる。受光素子の厚みを厚くするとｐｎ接合点が増えるため、フォトダイオードアレイの吸光効率は原理上向上するはずである。しかし、受光素子の厚みが厚くなると、電子および正孔は電極に達する前に消滅し易くなり、且つ受光素子を光が通りにくくなる。従って、従来は、フォトダイオードアレイの吸光効率を向上させることは困難であった。
【０００５】
本発明は、吸光効率が高いフォトダイオードアレイ、およびその製造方法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】
【０００６】
本発明の第一の態様に係るフォトダイオードアレイは、基板と、前記基板の一の面側に設けられた第一電極と、前記第一電極における前記基板に対向する面の反対面側に各々設けられた光吸収用組成物の層である複数の受光部と、受光することによって励起されて蛍光する蛍光材料を含有し、且つ前記各受光部の間を絶縁する隔壁と、前記受光部における前記基板側の反対側に設けられた第二電極とを備えている。第一の態様に係るフォトダイオードアレイによると、外部から隔壁に光が入射することによって、隔壁内の蛍光材料が励起されて発光する。受光部は、フォトダイオードアレイの外部から入射する光に加えて、各受光部を隔てる隔壁から入射する光を受光する。よって、フォトダイオードアレイの吸光効率を向上させることができる。
【０００７】
前記蛍光材料は、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料を少なくとも１種ずつ含んでもよい。この場合、隔壁内の蛍光材料は、白色光を含む複数の色の光によって発光することができる。従って、フォトダイオードアレイの吸光効率をさらに向上させることができる。
【０００８】
前記隔壁は、ＰＶＫ、ポリスチレン、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、およびポリフェニレンオキシドのうちの少なくとも１種と、前記蛍光材料とを含んでもよい。この場合、フォトダイオードアレイは、効率よくセンシングを行うことができる。
【０００９】
前記受光部は、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との混合層、または積層層であってもよい。この場合、フォトダイオードアレイは、効率よくセンシングを行うことができる。
【００１０】
前記第一電極は光を透過する透明電極であってもよい。前記基板は透明であってもよく、前記第一電極側の面の反対面に複数の突起が設けられていてもよい。この場合、外部から基板に入射する光が反射される割合は減り、基板内に透過する割合が上がる。従って、フォトダイオードアレイの吸光効率をさらに向上させることができる。
【００１１】
本発明の第二の態様に係るフォトダイオードアレイの製造方法は、基板の一の面側に第一電極を形成する第一電極形成工程と、受光することによって励起されて蛍光する蛍光材料を含有した絶縁層を、前記第一電極形成工程において形成された前記第一電極を覆うように形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層形成工程において形成された前記絶縁層上の複数の位置に、前記絶縁層を溶解する溶媒および光吸収用組成物を含有するインク溶液を塗布するインク溶液塗布工程と、前記インク溶液塗布工程において塗布された前記インク溶液が前記絶縁層を溶解した後に、前記インク溶液の前記溶媒を蒸発させて、前記第一電極と接触するように前記光吸収用組成物の層である受光部を複数形成する受光部形成工程と、前記受光部形成工程において形成された前記複数の受光部の表面側に第二電極を形成する第二電極形成工程とを備えている。
【００１２】
第二の態様に係るフォトダイオードアレイの製造方法によると、インク溶液塗布工程によってインク溶液が塗布された部分に受光部が形成される。絶縁層のうち、インク溶液が塗布されなかった部分は、各受光部の間を絶縁する隔壁となる。製造されたフォトダイオードアレイに外部から光が入射すると、隔壁内の蛍光材料が励起されて発光する。受光部は、フォトダイオードアレイの外部から入射する光に加えて、各受光部を隔てる隔壁から入射する光を受光する。従って、吸光効率が高いフォトダイオードアレイを容易に製造することができる。
【００１３】
前記インク溶液に対する前記蛍光材料の溶解度は、前記インク溶液に対する前記絶縁層の基材の溶解度よりも低いことが望ましい。この場合、インク溶液によって絶縁層が溶解される過程で、絶縁層の基材よりも溶解度の低い絶縁層中の蛍光材料は、インク溶液の周囲に偏析される。インク溶液の周囲の絶縁層は残存し、隔壁となる。従って、隔壁内の蛍光材料を容易に高い濃度とすることができる。
【００１４】
前記蛍光材料は、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料を少なくとも１種ずつ含んでもよい。この場合、製造されるフォトダイオードアレイの隔壁内の蛍光材料は、白色光を含む複数の色の光によって発光することができる。従って、より高い効率で吸光するフォトダイオードアレイを製造することができる。
【００１５】
前記絶縁層は、ＰＶＫ、ポリスチレン、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、およびポリフェニレンオキシドのうちの少なくとも１種と、前記蛍光材料とを含んでもよい。この場合、製造されるフォトダイオードアレイの隔壁は、蛍光材料が発する光を効率よく受光部に出射させることができる。
【００１６】
前記受光部は、ｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との混合層、または積層層であってもよい。この場合、製造されるフォトダイオードアレイは、効率よくセンシングを行うことができる。
【００１７】
前記第一電極は光を透過する透明電極であってもよく、前記基板は透明であってもよい。前記製造工程は、前記基板における前記第一電極側の面の反対面に複数の突起を形成する突起形成工程を備えてもよい。この場合、製造されるフォトダイオードアレイにおいて、外部から基板に入射する光が反射される割合は減り、光が基板内に透過する割合は上がる。従って、吸光効率がより高いフォトダイオードアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】フォトダイオードアレイ１の物理的構成を示す斜視図である。
【図２】フォトダイオードアレイ１が備える６個の画素の回路構成を示す回路図である。
【図３】第一の実施形態におけるフォトダイオードアレイ１の受光素子３の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】第一の実施形態における陽極成膜工程（Ｓ１）を示す断面図である。
【図５】第一の実施形態におけるエッチング工程（Ｓ２）を示す断面図である。
【図６】第一の実施形態における絶縁層形成工程（Ｓ４）を示す断面図である。
【図７】第一の実施形態におけるインク溶液塗布工程（Ｓ５）の絶縁層１２溶解前の状態を示す断面図である。
【図８】インクジェットヘッド３０の構成を示す説明図である。
【図９】第一の実施形態におけるインク溶液塗布工程（Ｓ５）の絶縁層１２溶解後の状態を示す断面図である。
【図１０】第一の実施形態における陰極形成工程（Ｓ７）を示す断面図である。
【図１１】第一の実施形態における突起形成工程（Ｓ８）を示す断面図である。
【図１２】フォトダイオードアレイ１における光の入射経路を示す図である。
【図１３】フォトダイオードアレイ１の特性を示すグラフである。
【図１４】第二の実施形態におけるフォトダイオードアレイの受光素子１０３の製造工程を示すフローチャートである。
【図１５】第二の実施形態における陰極形成工程（Ｓ１０１）を示す断面図である。
【図１６】第二の実施形態における絶縁層形成工程（Ｓ１０２）を示す断面図である。
【図１７】第二の実施形態におけるインク溶液塗布工程（Ｓ１０３）の絶縁層１１２溶解前の状態を示す断面図である。
【図１８】第二の実施形態におけるインク溶液塗布工程（Ｓ１０３）の絶縁層１１２溶解後の状態を示す断面図である。
【図１９】第二の実施形態における陽極形成工程（Ｓ１０５）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具現化した第一の実施形態について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されているフォトダイオードアレイ１の構造および製造工程等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。
【００２０】
図１を参照して、フォトダイオードアレイ１の構造について説明する。フォトダイオードアレイ１は、ガラス基板２、受光素子３、スイッチングＴＦＴ４、水平アドレス回路５、垂直アドレス回路６、および封止層７を備える。受光素子３は、ガラス基板２の中央部に形成されており、格子状に分割された１５個の画素を備える。各画素は、受光部１３と、透明陽極１１と、反射陰極１５とを備える。透明陽極１１と反射陰極１５とは、受光部１３を上下から挟む。受光部１３は、有機材料である光吸収用組成物によって形成される光電変換層である。
【００２１】
スイッチングＴＦＴ４は、受光素子３の個々の画素毎に１個ずつ設けられている。水平アドレス回路５および垂直アドレス回路６は、各画素に設けられたスイッチングＴＦＴ４への電圧印加を制御する。ガラス基板２と反射陰極１５との間隙には、隣り合う画素間を絶縁する隔壁２１が形成されている。隔壁２１は、隣り合う画素間を絶縁する。さらに、隔壁２１は蛍光材料を備える。隔壁２１が光を受光し、隔壁２１中の蛍光材料が励起して発光することで、フォトダイオードアレイ１の吸光効率を向上させることができる。封止層７は、受光素子３、スイッチングＴＦＴ４、水平アドレス回路５、および垂直アドレス回路６を覆い、保護する。
【００２２】
フォトダイオードアレイ１の動作機構について説明する。受光素子３の個々の画素では、光吸収用組成物の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）と最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）とのエネルギー差以上の光が受光部１３に照射されると、電子および正孔が発生する。換言すると、禁制帯幅以上のエネルギーを有する光の照射によって、光吸収用組成物で電子および正孔が発生する。透明陽極１１と反射陰極１５との間に逆バイアスが加えられると、光吸収用組成物で発生した電子および正孔が電界に引かれて分離移動する。その結果、受光素子３内を電流が流れる。受光素子３を流れる電流は、受光部１３に入射する光の光量に比例する。
【００２３】
図２を参照して、スイッチングＴＦＴ４について説明する。前述したように、受光素子３の各画素にはスイッチングＴＦＴ４が設けられている。スイッチングＴＦＴ４は、各画素が備えるそれぞれの受光部１３への電圧印加を制御するスイッチとして機能する。詳細には、図２の等価回路で示すように、各画素は、データ線２３、走査線２４、コンデンサ２５、およびスイッチングＴＦＴ４を備える。データ線２３は、垂直アドレス回路６に接続する。走査線２４は、水平アドレス回路５に接続する。コンデンサ２５は、データ線２３から供給されたバイアス信号を保持する。スイッチングＴＦＴ４は、コンデンサ２５によって保持されたバイアス信号を読み出す。透明陽極１１をアノード、反射陰極１５をカソードとし、スイッチングＴＦＴ４によって電圧が印加されることで、アノード・カソード間にバイアス電流が流れる。
【００２４】
一方、受光部１３に光が照射されると、光電変換によって電荷が生成される。本実施形態では、受光部１３で生成された電荷が、受光量を表す信号として、カソードである反射陰極１５によって取り出される。反射陰極１５は、データ線２３を介して信号処理回路（図示せず）に接続されている。反射陰極１５から出力される微弱な信号は、増幅された後に各装置に応じた処理を受ける。
【００２５】
図３から図１１を参照して、フォトダイオードアレイ１の製造方法について説明する。なお、図３は、フォトダイオードアレイ１のうち、スイッチングＴＦＴ４、水平アドレス回路５、垂直アドレス回路６、および封止層７を除いた受光素子３の製造工程を示すフローチャートである。
【００２６】
まず、陽極成膜工程（Ｓ１）では、図４に示すように、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）をガラス基板２上に１５０ｎｍの厚みで蒸着し、透明陽極１１を成膜する。成膜した透明陽極１１の表面抵抗は５００〜６００μΩ／ｃｍであり、光透過率は８１％であった。
【００２７】
エッチング工程（Ｓ２）では、陽極成膜工程（Ｓ１）で成膜した透明陽極１１上に、露光用のレジストをスピンコートによって塗布し、所望の電極パターンをマスク露光する。その後、濃硝酸と濃塩酸の混合液である王水を用いたエッチングによって、露光されていない部分の透明陽極１１を取り除く。その結果、図５に示すように、所望の電極パターン（本実施形態では、格子状の電極パターン）が形成される。その後、不要となったレジストを除去する。
【００２８】
清浄工程（Ｓ３）では、透明陽極１１の表面を、中性洗剤洗浄、アセトン洗浄、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）洗浄、およびＵＶオゾン洗浄により順次洗浄する。以上の洗浄の目的は、（ｉ）透明陽極１１上の汚れを除去すること、（ｉｉ）透明陽極１１の表面の酸素欠陥を減らし、正孔注入障壁を低下させること、である。特に、ＵＶオゾン洗浄は、湿式洗浄では取れない有機物の汚れを除去することができる。
【００２９】
絶縁層形成工程（Ｓ４）では、図６に示すように、ガラス基板２上における受光素子３を形成する部分全体に、絶縁層１２を形成する。絶縁層１２の形成方法は、スピンコート法、ディップ法、カーテンコート法、バーコート法、印刷法、およびインクジェット法等のいずれを用いることも可能である。絶縁層１２の厚みは、透明陽極１１間の絶縁を保持できる厚みであればよい。後述するインクジェットヘッド３０からのインクの液滴径（ドロップ径）を考慮すると、絶縁層１２の厚みが薄い方が、高分解能、高画質の点で望ましい。絶縁層１２は、後述するインク溶液塗布工程（Ｓ５）において溶解されるので、半キュアー状態（完全に硬化していない状態）とされていることが望ましい。
【００３０】
絶縁層１２は、シクロオレフィンを基材とし、且つ蛍光材料を含有している。基材には、シクロオレフィン以外の物質を用いることも可能である。例えば、ＰＶＫ（ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール））、ポリスチレン、ナイロン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミドイミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、およびポリフェニレンオキシドの少なくとも１種以上を基材として用いればよい。
【００３１】
また、本実施形態では、蛍光材料として、クマリン、ルブレン、ナイルレッド、およびＴＰＢ（テトラフェニルブタジエン）を含有する。クマリンは、緑色光を吸収して発光する。ルブレンは、黄色光を吸収して発光する。ナイルレッドは、赤色光を吸収して発光する。ＴＰＢは、青色光を吸収して発光する。従って、本実施形態の蛍光材料は、白色光を含む多数の色の光を吸収して発光することができる。よって、フォトダイオードアレイ１の吸光効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
なお、蛍光材料として用いることができる物質はこれに限られない。例えば、赤色光を吸収して発光する赤色蛍光材料としては、ナイルレッド、ＤＣＭ（４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−ジメチルアミノスチリル−４−ピラン）、ＤＣＪＴＢ（４−ジシアノメチレン−６−シーピージュロリジノスチリル−２−ターシャルブチル−４Ｈ−ピラン）、スクアリリウム等を用いることができる。緑色光を吸収して発光する緑色蛍光材料としては、クマリン、ＰＭＤＦＢ、キナクリドン、アルミニウム錯体（例えば、ＡｌＱ３）、Ｂｅｑ２、ＢｅＭｑ２、ＺｎＭｑ２、Ｍｇｑ２等を用いることができる。青色光を吸収して発光する青色蛍光材料としては、ＴＰＢ、ペリレン、ジスチルビフェニル誘導体、ＤＰＴ等を用いることができる。黄色光を吸収して発光する黄色蛍光材料としては、ルブレン、ＢＴＸ、ＡＢＴＸ、ＡｌＰｒｑ３等を用いることができる。蛍光材料が多数の色を吸収して発光するためには、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料のそれぞれを少なくとも１種ずつ用いることが望ましい。
【００３３】
インク２７の調製について説明する。本実施形態では、炭化水素系の溶媒に光吸収用組成物の成分を含有したインク２７を予め調製しておく。本実施形態では、炭化水素系の溶媒としてテトラリンを使用した。なお、インク２７の溶媒には、炭化水素系溶媒、ハロゲン炭化水素系溶媒、アルコール系溶媒、ケトン、アルデヒド、ドデシルベンゼン、ジクロルエタン、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテルの１種以上の物質を用いることができる。
【００３４】
光吸収用組成物として、ｎ型半導体材料であるＰＣＢＭ（ｐｈｅｎｙｌ  Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ  ａｃｉｄ  ｍｅｔｈｙｌ  ｅｓｔｅｒ）と、ｐ型半導体材料であるＰ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））とを１対１の割合で混合させた。なお、ｎ型半導体材料には、例えば、全フッ素化フタロシアニン、フラーレン、アルキル鎖を導入したフラーレン、フラーレン誘導体Ｃ６０ＭＣ１２（Ｃ６０−ｆｕｓｅｄ  ｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ−ｍｅｔａ−Ｃ１２  ｐｈｅｎｙｌ）等を用いても良い。ｐ型半導体材料としてペンセン等を用いても良い。
【００３５】
なお、インク２７の溶媒に対する絶縁層１２中の蛍光材料の溶解度が、インク２７の溶媒に対する絶縁層１２の基材の溶解度よりも低くなるように、炭化水素系の溶媒（テトラリン）、蛍光材料（クマリン等）、および絶縁層１２の基材（シクロオレフィン）の材質を選択した。
【００３６】
インクジェット法を用いてインク２７を吐出する際のドロップ径を考慮すると、インク２７の粘度は５×１０−３〜１．５×１０−２Ｐａ・ｓの範囲にあることが望ましい。インクジェット法によるインク２７の吐出の際の飛行曲がりの抑制を考慮すると、インク２７の表面張力は２０〜５０ｍＮ／ｍの範囲にあることが望ましい。
【００３７】
インク溶液塗布工程（Ｓ５）では、図７に示すように、絶縁層１２上の画素を形成すべき箇所に、調製されていたインク２７が選択的に塗布される。本実施形態では、画素を形成すべき箇所とは、格子状に分割された各透明陽極１１に対向する位置である。
【００３８】
インク２７の塗布には、図８に示すインクジェットヘッド３０を使用した。インクジェットヘッド３０は、圧電素子３１を備えた圧電素子方式のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド３０は、ドライバー３２から入力される信号に応じて、インクジェットヘッド本体３３に形成されたオリフィス３４からインク２７のドロップを吐出する。吐出の駆動周波数は１ｋＨｚとし、ドロップ１個の液滴量を５０μｌとした。
【００３９】
インク２７が塗布された部分では、塗布されたインク２７に含まれる溶媒によって絶縁層１２が溶解する。その結果、インク２７は透明陽極１１に達する。透明陽極１１に達したインク２７は、後述する受光部形成工程（Ｓ６）において溶媒が乾燥することで、受光部１３となる（図９参照）。ここで、前述したように、インク２７の溶媒であるテトラリンに対する蛍光材料の溶解度は、テトラリンに対する絶縁層１２の基材（シクロオレフィン）の溶解度よりも低い。従って、インク２７によって絶縁層１２が溶解される過程で、溶解度の低い蛍光材料は、インク２７が滴下された部分の周辺部に偏析される。溶解せずに残存した絶縁層１２は、各画素を隔てる隔壁２１（図９参照）となる。従って、隔壁２１には蛍光材料が高い濃度で存在する。
【００４０】
受光部形成工程（Ｓ６）では、インク２７中の溶媒を５０〜６０℃で３０分間乾燥させて蒸発させる。その結果、インク２７中の不揮発性成分である光吸収用組成物が、透明陽極１１と電気的接合を持った状態で固化する。図９に示すように、固化した光吸収用組成物の層（ＰＣＢＭとＰ３ＨＴとの混合層）が、受光部１３となる。固化した複数の受光部１３のそれぞれが、１画素に対応する。インク２７が滴下されなかった部分の絶縁層１２は、隔壁２１として残存する。なお、本実施形態では受光部１３をｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との混合層としたが、積層層としてもよい。
【００４１】
陰極形成工程（Ｓ７）では、図１０に示すように、受光部１３および隔壁２１の表面側に、マスク真空蒸着によって所定のパターンでＬｉＦ（フッ化リチウム）／Ａｌを形成する。形成した層を、反射陰極１５とする。例示として、Ａｌ層の厚みは１０００A、ＬｉＦ層の厚みは１０Aとし、Ａｌ層とＬｉＦ層とを連続的に積層する。反射陰極１５の下面（図１０における下面）は、光反射面２８として形成される。なお、ＬｉＦ／Ａｌの代わりに、Ａｌ、ＬｉＦ、Ｍｇ／Ａｇ、Ｃａ／Ｌｌ、およびＢａ／Ａｌのいずれかで陰極を形成してもよい。
【００４２】
突起形成工程（Ｓ８）では、図１１に示すように、ガラス基板２の表面（図１１の下面）に複数の突起２９を形成する。具体的には、微細な構造を形成することが可能なナノインプリント用金型（例えば、特開２００９−２２０３２９および特開２００７−４４８３１に記載）を用いて突起２９を形成する方法がある。しかし、突起２９を形成する方法はこれに限られない。例えば、あらかじめ複数の突起が形成された透明な層を、ガラス基板２の表面に付着させてもよい。また、本実施形態では、最後の工程で微細な突起２９を形成する。その結果、製造工程の途中で突起２９に破損および変形が生じることを防止することができる。しかし、突起形成工程（Ｓ８）を実行するタイミングを変更することも可能である。
【００４３】
Ｓ１〜Ｓ８の工程によって受光素子３をガラス基板２の中心部に形成した後、ガラス基板２の周辺部に水平アドレス回路５および垂直アドレス回路６（図１参照）を形成する。さらに、封止層７（図１参照）によって、受光素子３、水平アドレス回路５、および垂直アドレス回路６を覆う。その結果、フォトダイオードアレイ１が完成する。封止層７は、ガラス板からなる。封止層７と受光素子３との間には０．３〜０．５ｍｍの隙間が設けられる。封止層７を取り付ける際に、受光素子３との間の隙間に窒素ガスを封入する。
【００４４】
図１２を参照して、フォトダイオードアレイ１における光の入射経路について説明する。光は、ガラス基板２および透明陽極１１を透過して、受光部１３および隔壁２１に入射することができる。ここで、ガラス基板２の表面には複数の突起２９が形成されている。従って、ガラス基板２の表面で全反射される光の量は、突起２９が形成されていない場合に比べて減少する。よって、突起２９を有するフォトダイオードアレイ１は、ガラス基板２から効率よく光を入射することができる。
【００４５】
受光部１３は、ガラス基板２を透過する光５１を受光すると、電子および正孔を発生させる。その結果、受光素子３（図１参照）内を電流が流れる。ここで、受光素子３の厚みを厚くするとｐｎ接合点が増えるため、フォトダイオードアレイ１の吸光効率は原理上向上するはずである。しかし、受光素子３の厚みが厚くなると、受光部１３内で発生した電子および正孔は、透明陽極１１または反射陰極１５に到達する前に消滅し易くなり、且つ受光素子３を光が通りにくくなる。また、吸光効率の向上を目的として、隔壁２１に反射板を設け、光を反射板に反射させて受光部１３に入射させる技術も提案されている。しかし、反射板まで光は到達しないため、反射板を設けても吸光効率を十分に向上させることはできなかった。
【００４６】
図１２に示すフォトダイオードアレイ１では、ガラス基板２を透過した光５２を隔壁２１が受光すると、隔壁２１内に存在する蛍光材料は励起されて光を発する。蛍光材料が発した光の一部である光５３は、隔壁２１に隣接する受光部１３に入射する。蛍光材料が光反射面２８に向けて発した光の一部は、光反射面２８に反射されて受光部１３に入射する。従って、受光部１３は、ガラス基板２を透過した光５１を直接受光することに加え、隔壁２１内に存在する蛍光材料が発した光を受光する。よって、フォトダイオードアレイ１は高い吸光効率を示す。
【００４７】
図１３を参照して、隔壁に蛍光材料を含有するフォトダイオードアレイの性能評価について説明する。図１３は、印加電圧と電流密度との関係を示す。実線は、隔壁に蛍光材料であるクマリンを０．５％Ｗｔ添加したときの光増感特性である。破線は、隔壁内に蛍光材料を含有しない場合の光増感特性である。なお、今回の性能評価に用いた２つのフォトダイオードアレイは、蛍光材料を含有しているか否かのみが異なる。両フォトダイオードアレイの受光層は、共にＰＣＢＭとＰ３ＨＴとの混合層である。図１３に示すように、隔壁に蛍光材料を添加することで、吸光効率が向上することが確認された。例えば、印加電圧−１Ｖの条件では、蛍光材料を添加することで、蛍光材料を添加しない場合に比べて約５倍の明電流が観測された。
【００４８】
以上説明したように、第一の実施形態に係るフォトダイオードアレイ１では、外部から隔壁２１に光が入射すると、隔壁２１内の蛍光材料が励起されて発光する。受光部１３は、外部から入射する光に加えて、蛍光材料が発した光を受光する。従って、フォトダイオードアレイ１の吸光効率を向上させることができる。
【００４９】
フォトダイオードアレイ１の隔壁２１は、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料を少なくとも１種ずつ含む。従って、隔壁２１内の蛍光材料は、白色光を含む複数の色の光によって発光することができる。よって、フォトダイオードアレイ１は、より高い吸光効率を示す。また、フォトダイオードアレイ１では、絶縁層１２の基材としてシクロオレフィンを用いた。従って、隔壁２１は、蛍光材料が発する光を効率よく受光部１３に出射することができる。
【００５０】
フォトダイオードアレイ１では、受光部１３はｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との混合層または積層層である。よって、フォトダイオードアレイ１は、効率よくセンシングを行うことができる。また、フォトダイオードアレイ１では、光が入射するガラス基板２の表面に複数の突起２９が設けられている。従って、外部からガラス基板２に入射する光が反射される割合は減少し、ガラス基板２内に透過する割合が増加する。よって、フォトダイオードアレイ１の吸光効率をさらに向上させることができる。
【００５１】
第一の実施形態に係るフォトダイオードアレイ１の製造方法によると、インク２７が塗布された部分に受光部１３が形成される。絶縁層１２のうち、インク２７が塗布されなかった部分は、各受光部１３の間を絶縁する隔壁２１となる。つまり、隔壁２１を形成する際に、マスク、露光、エッチング等の工程を行う必要がない。よって、吸光効率が高いフォトダイオードアレイ１を、短時間で容易に製造することができる。また、インク２７の溶媒であるテトラリンに対する蛍光材料の溶解度は、テトラリンに対する絶縁層１２の基材（シクロオレフィン）の溶解度よりも低い。従って、インク溶液塗布工程（Ｓ５）では、インク２７によって絶縁層１２が溶解される過程で、溶解度の低い蛍光材料は、インク２７が滴下された部分の周辺部に偏析される。溶解せずに残存した絶縁層１２は、各画素を隔てる隔壁２１となる。従って、第一の実施形態に係る製造方法によると、隔壁２１に蛍光材料を高い濃度で存在させることができる。
【００５２】
上記第一の実施形態において、ガラス基板２が本発明の「基板」に相当する。透明陽極１１が「第一電極」に相当する。反射陰極１５が「第二電極」に相当する。陽極成膜工程（Ｓ１）が「第一電極形成工程」に相当する。陰極形成工程（Ｓ７）が「第二電極形成工程」に相当する。
【００５３】
次に、図１４から図１９を参照して、本発明を具現化した第二の実施形態について説明する。第一の実施形態に係るフォトダイオードアレイ１の受光素子３は、ガラス基板２側に複数の透明陽極１１を、ガラス基板２の反対側に反射陰極１５を備え、ガラス基板２から光を受光する。一方、第二の実施形態に係るフォトダイオードアレイの受光素子１０３は、ガラス基板１０２側に反射陰極１１５を、ガラス基板１０２の反対側に複数の透明陽極１１１を備え、ガラス基板１０２の反対側から光を受光する。その他の構造および使用する材料については同一であるため、第一の実施形態と同一の構成（例えば、スイッチングＴＦＴ４等）および材料については説明を省略または簡略化する。
【００５４】
第二の実施形態に係るフォトダイオードアレイの製造方法について説明する。図１４は、フォトダイオードアレイの受光素子１０３（図１９参照）の部分の製造工程を示すフローチャートである。まず、陰極形成工程（Ｓ１０１）では、図１５に示すように、ガラス基板１０２上に、マスク真空蒸着によって所定のパターンでＡｌ／ＬｉＦ（フッ化リチウム）の層を形成する。形成した層を、反射陰極１１５とする。例示として、Ａｌ層の厚みは１０００A、ＬｉＦ層の厚みは１０Aとし、Ａｌ層とＬｉＦ層とを連続的に積層する。反射陰極１１５の上面（図１５における上面）は、光反射面１２８として形成される。
【００５５】
絶縁層形成工程（Ｓ１０２）では、図１６に示すように、反射陰極１１５の上面における受光素子１０３を形成する部分全体に、絶縁層１１２を形成する。絶縁層１１２は、シクロオレフィンを基材とし、蛍光材料であるクマリン、ルブレン、ナイルレッド、およびＴＰＢを含有する。
【００５６】
インク溶液塗布工程（Ｓ１０３）では、図１７に示すように、あらかじめ調製しておいたインク１２７を、絶縁層１１２上の画素を形成すべき箇所に選択的に塗布する。インク１２７は、炭化水素系溶媒と、ｎ型半導体材料と、ｐ型半導体材料とを含む。インク１２７の塗布には、インクジェットヘッド３０（図８参照）を使用した。インク１２７が塗布された部分では、塗布されたインク１２７に含まれる溶媒によって絶縁層１１２が溶解する。その結果、インク１２７は反射陰極１１５に達し、後述する受光部形成工程（Ｓ１０４）を経て受光部１１３となる（図１８参照）。ここで、インク１２７の炭化水素系溶媒に対する蛍光材料の溶解度は、炭化水素系溶媒に対する絶縁層１１２の基材の溶解度よりも低い。従って、インク１２７によって絶縁層１１２が溶解される過程で、蛍光材料は、インク１２７が滴下された部分の周辺部に偏析される。インク１２７が滴下された部分の周辺部は隔壁１２１となる。従って、隔壁１２１には蛍光材料が高い濃度で存在する。
【００５７】
受光部形成工程（Ｓ１０４）では、インク１２７中の溶媒を乾燥させて蒸発させる。その結果、インク１２７中の不揮発性成分である光吸収用組成物が、反射陰極１１５と電気的接合を持った状態で固化する。図１８に示すように、固化した光吸収用組成物の層が受光部１１３となる。複数の受光部１１３のそれぞれが１画素に対応する。インク１２７が滴下されなかった部分の絶縁層１１２は、隔壁１２１として残存する。
【００５８】
陽極形成工程（Ｓ１０５）では、図１９に示すように、マスク真空蒸着によって、受光部１１３のそれぞれと接触するように、ＩＴＯを１５０ｎｍの厚みで蒸着し、透明陽極１１１を形成する。以上の工程によって、受光素子１０３が形成される。
【００５９】
以上説明したように、第二の実施形態に係るフォトダイオードアレイでは、外部から隔壁１２１に光が入射すると、隔壁１２１内の蛍光材料が励起されて発光する。受光部１１３は、外部から入射する光に加えて、蛍光材料が発した光を受光する。従って、フォトダイオードアレイの吸光効率を向上させることができる。また、自己整合による製造方法を用いることで、上記のフォトダイオードを短時間で容易に製造することができる。
【００６０】
上記第二の実施形態において、ガラス基板１０２が本発明の「基板」に相当する。反射陰極１１５が「第一電極」に相当する。透明陽極１１１が「第二電極」に相当する。陰極形成工程（Ｓ１０１）が「第一電極形成工程」に相当する。陽極形成工程（Ｓ１０５）が「第二電極形成工程」に相当する。
【００６１】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは言うまでもない。例えば、第一および第二の実施形態のフォトダイオードアレイは、透明陽極１１，１１１から光を受光し、透明陽極１１，１１１の反対側には反射陰極１５，１１５を備える。しかし、陽極に加えて陰極も透明な部材で形成し、板状の本体の両面から光を受光する構成としてもよい。また、第一の実施形態における突起２９と同様の突起を、ガラス基板２，１０２の反対側に設けられた電極の表面に形成してもよい。この場合、ガラス基板２，１０２の反対側からの受光量を増加させることができる。
【００６２】
上記実施形態では、赤色蛍光材料、緑色蛍光材料、および青色蛍光材料を少なくとも１種ずつ受光部１３，１１３に含有させた。しかし、蛍光材料として用いる物質は適宜変更できる。例えば、上記の蛍光材料と共に、または上記の蛍光材料に代えて、可視光領域以外の波長の光によって励起されて発光する蛍光材料を用いてもよい。この場合、フォトダイオードアレイは、可視光領域以外の光を効率よく受光することができる。赤外領域の光によって励起される蛍光材料には、例えば、ポルフィリン・フラーレン電荷移動錯体がある。ＵＶ領域の光によって励起される蛍光材料には、例えばＰＣＡ（Ｐｏｌｙ［ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ−ｃｏ−（７−（４−ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｉｌ）ｃｏｕｍａｒｉｎ  ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）］）がある。また、赤色、緑色、および青色の各色に対応する蛍光材料として、高分子発光材料を用いることも可能である。高分子発光材料として、例えば、ポリパラフェニレン、ビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリチオフェン誘導体等を用いることができる。また、赤色、緑色、および青色の蛍光材料の１種または２種のみを用いても、本発明を実現することは可能である。
【００６３】
フォトダイオードアレイの構造も適宜変更できる。例えば、第一の実施形態において、透明陽極１１と受光部１３との間に正孔輸送層を形成してもよい。反射陰極１５と受光部１３との間に電子輸送層を形成してもよい。正孔輸送層および電子輸送層の少なくとも一方を形成することで、フォトダイオードアレイはより高いセンシング性能を発揮することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１    フォトダイオードアレイ
２，１０２    ガラス基板
３，１０３    受光素子
１１，１１１    透明陽極
１２，１１２    絶縁層
１３，１１３    受光部
１５，１１５    反射陰極
２１，１２１    隔壁
２７，１２７    インク
２９    突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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