(57)【要約】【課題】斜め入射光による混色を低減し、感度を向上させることができる撮像素子及び撮像装置を提供することを課題とする。【解決手段】撮像素子は、複数の画素（１０５）を含む画素部を有し、前記複数の画素の各々は、第１の電極（２０３）と、第２の電極（２０５）と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられている光電変換膜（２０４）とを有し、前記第１の電極は、光を透過し、前記第２の電極は、前記光電変換膜から入射した光を前記光電変換膜に反射し、前記第２の電極は、前記画素内の中央部が前記画素内の端部よりも、前記光電変換膜に対して凹んでいることを特徴とする。【選択図】図２
2017073527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を含む画素部を有し、
前記複数の画素の各々は、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられている光電変換膜とを有し、
前記第１の電極は、光を透過し、
前記第２の電極は、前記光電変換膜から入射した光を前記光電変換膜に反射し、
前記第２の電極は、前記画素内の中央部が前記画素内の端部よりも、前記光電変換膜に対して凹んでいることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
複数の画素を含む画素部を有し、
前記複数の画素の各々は、
第１の電極と、
第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられている光電変換膜とを有し、
前記第１の電極は、光を透過し、
前記第２の電極は、前記光電変換膜から入射した光を前記光電変換膜に反射し、
前記画素内の中央部における前記第１の電極と前記第２の電極との間の間隔は、前記画素内の端部における前記第１の電極と前記第２の電極との間の間隔よりも広いことを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
前記画素の断面形状は、前記画素内の端部と中央部との間において、前記光電変換膜と前記第２の電極との間の境界線が直線であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像素子。
【請求項４】
前記画素の断面形状は、前記画素内の端部と中央部との間において、前記光電変換膜と前記第２の電極との間の境界線が曲線であることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像素子。
【請求項５】
前記画素の断面形状は、前記画素内の中央部では、前記光電変換膜と前記第２の電極との間の境界線が直線であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１の電極は、前記光電変換膜に対して逆側に突出した凸形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項７】
さらに、マイクロレンズを有し、
前記第１の電極は、前記マイクロレンズと前記光電変換膜との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項８】
さらに、前記マイクロレンズと前記第１の電極との間に設けられているカラーフィルタを有することを特徴とする請求項７記載の撮像素子。
【請求項９】
前記画素部内の端部の前記画素の前記第２の電極と、前記画素部内の中央部の前記画素の前記第２の電極とは、相互に形状が異なることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項１０】
前記画素部内の端部の前記画素の前記第２の電極と、前記画素部内の中央部の前記画素の前記第２の電極とは、相互に最も凹んでいる位置が異なることを特徴とする請求項９記載の撮像素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子の出力信号に対して信号処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置には、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ型撮像素子が用いられる。撮像素子は、半導体基板上に形成された画素毎のフォトダイオードに入射した光を光電変換して、画素毎の信号量を読み出す。しかし、近年の撮像素子の多画素化に伴って、画素毎のフォトダイオードの受光面積は低下傾向にある。フォトダイオードの受光面積の低下は、撮像素子の感度低下に直結するため、好ましくない。
【０００３】
特許文献１には、画素毎の受光面積を拡げた撮像素子として、半導体基板の上方に、下部電極と、下部電極と対向する上部電極と、下部電極と上部電極の間に形成された有機光電変換膜と、カラーフィルタを積層させた、積層型撮像素子が開示されている。
【０００４】
ところで、有機光電変換膜を備えた積層型撮像素子の感度を、さらに向上させるためのアプローチとして、単純には、有機光電変換膜の層を厚くすることで、光の吸収率を上げる方法が知られている。しかし、有機光電変換膜の層を厚くすることによって下部電極から離れた所で発生した電子は、有機光電変換膜の電子移動度が小さいために応答性が悪くなる。応答性が悪くなると、有機光電変換膜に発生した信号電荷が、完全に読み出されずに、次のフレームの信号電荷と混ざって残像を発生させてしまうという課題がある。従って、有機光電変換膜を厚くすることなく、有機光電変換膜の光の吸収率を上げて、感度を向上させることが求められている。
【０００５】
特許文献２には、下部電極と上部電極の間に形成された光電変換層を有し、上部電極を光入射側の電極とし、上部電極が透明電極であり、下部電極が光の反射機能を有する金属電極とする撮像素子が開示されている。この撮像素子は、光電変換層を透過した光が、下部電極で反射され光電変換層に再入射し、光電変換層で先程吸収しきれなかった光をさらに吸収する。従って、光吸収率が上がり、撮像素子の感度が向上する。
【０００６】
他方、有機光電変換膜を備えた積層型撮像素子では、光が斜めに入射した時、ある画素のカラーフィルタを透過した光が、その隣接画素の有機光電変換膜に入射して、混色が発生するという課題がある。
【０００７】
特許文献３には、下部電極と上部電極に挟まれた光電変換膜を含む光電変換素子と、上部電極上方に形成されたカラーフィルタとを備える撮像素子が開示されている。この撮像素子は、光電変換膜下面からカラーフィルタ上面までの距離をｄとし、光電変換素子の配列ピッチをｐとしたときに、ｄ＜ｐである。特許文献３の撮像素子は、上記のｄ＜ｐを満たすことにより、斜め入射光による混色を防止できる。また、特許文献３の撮像素子は、下部電極が、反射光が隣の画素に侵入するのを防ぐための光侵入防止部をさらに備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５０８７３０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３８９４号公報
【特許文献３】特許第４６３７１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２の撮像素子は、下部電極からの最適な反射光路が考慮されておらず、撮像素子の感度向上が不十分である。また、増えた反射光が隣接画素に入射して混色を悪化させる課題については、考慮されていない。
【００１０】
また、特許文献３の撮像素子は、単位面積当たりに必要な画素数を得るための配列ピッチｐが決まっている時に、上記のｄ＜ｐを満たしながら光電変換膜を十分に厚くすることができないために、必要な撮像素子の感度が得られないことがある。
【００１１】
本発明の目的は、斜め入射光による混色を低減し、感度を向上させることができる撮像素子及び撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の撮像素子は、複数の画素を含む画素部を有し、前記複数の画素の各々は、第１の電極と、第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に設けられている光電変換膜とを有し、前記第１の電極は、光を透過し、前記第２の電極は、前記光電変換膜から入射した光を前記光電変換膜に反射し、前記第２の電極は、前記画素内の中央部が前記画素内の端部よりも、前記光電変換膜に対して凹んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、斜め入射光による混色を低減し、感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る画素の入射光路を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る画素の入射光路を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る画素の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る画素の入射光路を示す図である。
【図８】撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る画素の入射光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す上面図である。撮像素子は、画素部１０１、垂直走査部１０２、読み出し部１０３、及び水平走査部１０４を有する。画素部１０１は、行列状に配置されている複数の画素１０５を含み、光学系により結像された光学像を受光する。複数の画素１０５の各々は、有機光電変換膜を有し、光を電荷に変換し、画素信号を生成する。図１には、９個の画素１０５のみを示しているが、実際にはさらに多くの画素１０５が配置されている。垂直走査部１０２は、画素部１０１の複数の行を行単位で垂直方向に順次選択し、行毎に画素１０５の信号を読み出し部１０３に出力させる。読み出し部１０３は、行毎に画素１０５の信号を保持する。水平走査部１０４は、読み出し部１０３に保持されている行毎の画素１０５の信号を、列毎に順次選択することによって、後段のアナログフロントエンド（ＡＦＥ）８０２（図８）などの回路へ出力させる。
【００１６】
図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った画素１０５の断面を示す図である。複数の画素１０５の各々は、マイクロレンズ２０１、カラーフィルタ２０２、上部電極２０３、有機光電変換膜２０４、及び下部電極２０５を有する。マイクロレンズ２０１は、不図示の光学系を通過して画素部１０１に結像された光を画素１０５毎にさらに集光している。カラーフィルタ２０２は、マイクロレンズ２０１の下に設けられ、画素１０５毎に、例えば赤系、青系、緑系の特定の波長の光のみを透過させる。これらのカラーフィルタ２０２は、例えばベイヤー配列に従って配置される。
【００１７】
上部電極２０３は、第１の電極であり、カラーフィルタ２０２の下かつ有機光電変換膜２０４の上に設けられている。有機光電変換膜２０４は、上部電極２０３の下に設けられ、光を電荷に変換する。下部電極２０５は、第２の電極であり、有機光電変換膜２０４の下に設けられ、上部電極２０３と対向して設けられている。カラーフィルタ２０２は、マイクロレンズ２０１と上部電極２０３との間に設けられている。上部電極２０３は、カラーフィルタ２０２と有機光電変換膜２０４との間に設けられている。有機光電変換膜２０４は、上部電極２０３と下部電極２０５との間に設けられている。
【００１８】
複数の画素１０５の各々では、マイクロレンズ２０１により集光されて、カラーフィルタ２０２を透過した特定の波長の光のみが、有機光電変換膜２０４により光電変換されて信号電荷が発生する。そして、上部電極２０３及び下部電極２０５間にバイアス電圧を印加し、有機光電変換膜２０４中に電界をかけることで、下部電極２０５に移動した信号電荷を外部に取り出すことができる。
【００１９】
上部電極２０３は、マイクロレンズ２０１から有機光電変換膜２０４に光を入射させる必要があるため、透明であり、光を透過する。透明な上部電極２０３の材料としては、透明導電性酸化物が好ましく、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が好ましい。また、上部電極２０３は、画素１０５毎に分割されていてもよいし、すべての画素１０５で共通化されていてもよい。
【００２０】
下部電極２０５は、光を反射する機能を有する金属電極である。下部電極２０５の材料は、例えばＡｌやＴｉが挙げられる。下部電極２０５は、有機光電変換膜２０４から入射した光を有機光電変換膜２０４に反射する。そして、第１の実施形態の下部電極２０５は、中心部分が凹んだＹ字形状にする。すなわち、下部電極２０５は、画素１０５内の中央部が画素１０５内の端部よりも、有機光電変換膜２０４に対して凹んでいる。また、画素１０５内の中央部における上部電極２０３と下部電極２０５との間の間隔は、画素１０５内の端部における上部電極２０３と下部電極２０５との間の間隔よりも広い。また、画素１０５の断面形状は、画素１０５内の端部と中央部との間において、有機光電変換膜２０４と下部電極２０５との間の境界線が直線である。これにより、画素１０５に斜めの光（例えば、図２の光路２０９）が入射した場合でも、隣接する画素１０５への混色の発生を低減することができる。また、このように下部電極２０５を構成することで、下部電極２０５による反射光を含めた光が、有機光電変換膜２０４中を進む距離（光路長）を長くすることができる。有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすればする程、光は有機光電変換膜２０４に吸収され易くなり、撮像素子の感度を向上させることができる。
【００２１】
有機光電変換膜２０４は、光を吸収して、吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換材料で構成される。有機光電変換膜２０４は、単層構造でも多層構造でも良い。下部電極２０５の下には、絶縁膜２０６及び金属配線２０７が設けられている。絶縁膜２０６は、複数の金属配線２０７の間、及び複数の下部電極２０５の間に形成される。これにより、絶縁膜２０６は、複数の金属配線２０７の間、及び複数の下部電極２０５の間を電気的に絶縁する。半導体基板２０８には、複数の画素１０５に対応する不純物領域が形成され、有機光電変換膜２０４で生成された信号電荷を、保持する。さらに、半導体基板２０８には、不図示の信号電荷を読み出すための回路が形成されている。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）は、画素１０５に入射する光の光路を示す図である。図３（ａ）は、画素部１０１内の中央部の画素１０５の構成例を示す図である。図３（ｂ）は、画素部１０１内の端部の画素１０５の構成例を示す図である。光路３０１、３０２、・・・３１０は、画素１０５に入射する光路である。但し、光路３０４及び光路３０５は、それぞれ、光路３０２及び光路３０１と各々対称に描かれるため、図３（ａ）において省略している。
【００２３】
図３（ａ）及び（ｂ）では、マイクロレンズ２０１で集光して、カラーフィルタ２０２及び上部電極２０３を透過した光が、有機光電変換膜２０４中を進む光路３０１〜３１０を示している。有機光電変換膜２０４は、入射した光を吸収して、吸収した光に応じた電荷を発生させる。下部電極２０５は、光を反射する機能を有する金属電極である。従って、有機光電変換膜２０４を透過した光は、下部電極２０５で反射されて、有機光電変換膜２０４に再入射して、さらに吸収される。有機光電変換膜２０４は、吸収した光に応じた電荷を発生させる。従って、下部電極２０５の光の反射効果により、有機光電変換膜２０４の光吸収率を増加させることができる。
【００２４】
第１の実施形態においては、下部電極２０５の形状を、中心部分が凹んだＹ字形状にすることで、下部電極２０５による反射光を含めた光の有機光電変換膜２０４中の光路長を長くしている。このように下部電極２０５を構成することにより、有機光電変換膜２０４を厚くすることなく、有機光電変換膜２０４の光吸収率を上げて感度を向上させて、さらに混色を低減することができる。また、下部電極２０５に当たる光線の入射角は、下部電極を単純な平板にした時と比較して大きくなるため、下部電極２０５をも透過する光を低減させて反射率を上げることができる。下部電極２０５の反射率を上げることは、撮像素子の感度向上に寄与する。
【００２５】
ここで、画素部１０１の端部の画素１０５では、図３（ｂ）のように、マイクロレンズ２０１を透過して半導体基板２０８（図２）に垂直に向かう光（光路３０７）が、下部電極２０５の最も凹んだ部分となるように、下部電極２０５の形状を変えることが好ましい。画素部１０１内の中央部の画素１０５では、図３（ａ）に示すように、下部電極２０５は左右対称な形状を有する。これに対し、画素部１０１内の端部の画素１０５では、図３（ｂ）に示すように、下部電極２０５は左右非対称な形状を有する。画素部１０１内の端部の画素１０５の下部電極２０５と、画素部１０１内の中央部の画素１０５の下部電極２０５とは、相互に形状が異なる。具体的には、画素部１０１内の端部の画素１０５の下部電極２０５と、画素部１０１内の中央部の画素１０５の下部電極２０５とは、相互に最も凹んでいる位置が異なる。画素部１０１内における画素１０５の位置に応じて、下部電極２０５の形状を変化させることにより、より適切に隣接する画素１０５への混色を低減し、さらには撮像素子の感度を向上させることができる。
【００２６】
次に、下部電極２０５の形状を中心部分が凹んだＹ字形状にすることにより、有機光電変換膜２０４中の光路長が長くなる点について、図９（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ）は、第１の実施形態による画素１０５に入射する光の光路を示す図である。図９（ｂ）は、比較例による単純な平板の下部電極２１０を有する画素１０５に入射する光の光路を示す図である。図９（ａ）及び（ｂ）では、簡単のため、有機光電変換膜２０４に入射する光は、半導体基板２０８に対して垂直であるとしている。また、以下の図９（ａ）の説明では、有機光電変換膜２０４に入射した光が下部電極２０５で２回反射する時の光路長を、一例として説明する。
【００２７】
図９（ａ）において、有機光電変換膜２０４に入射して１回目に下部電極２０５に当たる光の光路をｐ１、１回目の反射後から２回目に下部電極２０５に当たる光の光路をｐ２、２回目の反射後から有機光電変換膜２０４を透過するまでの光路をｐ３とする。この場合、有機光電変換膜２０４に入射した光が、有機光電変換膜２０４中を進む光路長は（ｐ１＋ｐ２＋ｐ３）である。
【００２８】
また、有機光電変換膜２０４の上面から下部電極２０５の最も凹んだ部分（ここでは下部電極２０５の中心）までの厚さをＤとする。また、有機光電変換膜２０４の上面から２回目の光が反射する点までの厚さをｄ２、２回目の光が反射する点から下部電極２０５の中心までの厚さをｄ１とする。この場合、Ｄ＝ｄ１＋ｄ２である。
【００２９】
また、下部電極２０５が、半導体基板２０８に対して傾斜する角度をθとする。また、下部電極２０５の中心から１回目の光が反射する点までの長さをｗとする。ここで、ｄ１とｗとθは、次式（１）の関係を有する。
ｄ１＝ｗ×ｓｉｎθ／ｓｉｎ（３θ−９０°）  ・・・（１）
【００３０】
また、ｐ１、ｐ２、ｐ３は、それぞれ、次式（２）〜（４）のように表される。
ｐ１＝ｄ２＋ｄ１−ｗ×ｔａｎθ  ・・・（２）
ｐ２＝（ｄ１−ｗ×ｔａｎθ）／ｃｏｓ２θ  ・・・（３）
ｐ３＝ｄ２／ｃｏｓ（１８０°−４θ）  ・・・（４）
【００３１】
図９（ｂ）において、有機光電変換膜２０４に入射してから下部電極２１０に当たるまでの光の光路をｑ１、下部電極２１０での反射から有機光電変換膜２０４の上面まで透過する光路をｑ２とする。この場合、有機光電変換膜２０４に入射した光が、有機光電変換膜２０４中を進む光路長は（ｑ１＋ｑ２）である。
【００３２】
ここで、３０°＜θ＜４５°の範囲において、（ｑ１＋ｑ２）＜（ｐ１＋ｐ２＋ｐ３）である。従って、図９（ａ）の第１の実施形態は、下部電極２０５の形状を、中心部分が凹んだＹ字形状にすることで、図９（ｂ）の場合に比べ、反射光を含めた光の有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすることができる。このように下部電極２０５を構成することで、有機光電変換膜２０４を厚くすることなく、有機光電変換膜２０４の光吸収率を向上させて、撮像素子の感度を向上させることができる。
【００３３】
但し、図９（ａ）の説明では、有機光電変換膜２０４に入射した光が下部電極２０５で２回反射する時の光路長を例として説明したため、角度θは、３０°＜θ＜４５°の範囲と述べたが、実際には、θ≦３０°でも第１の実施形態の効果は発揮できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による図１の線Ｘ−Ｘに沿った画素１０５の断面を示す図である。本実施形態の図４の画素１０５は、第１の実施形態の図２の画素１０５に対し、Ｙ字形状の下部電極２０５の代わりに、２次曲面形状の下部電極４０５を設けたものである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。
【００３５】
本実施形態の下部電極４０５は、第１実施形態の下部電極２０５と同様に、光を反射する機能を有する金属電極である。そして、下部電極４０５は、中心部分が凹んだ２次曲面形状を有する。画素１０５の断面形状は、画素１０５内の端部と中央部との間において、有機光電変換膜２０４と下部電極４０５との間の境界線が曲線である。これにより、画素１０５に斜めの光（例えば、図４の光路４０９）が入射した場合でも、隣接する画素１０５への混色の発生を低減することができる。また、このように下部電極４０５を構成することで、反射光を含めた光の有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすることができる。有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすればする程、光は有機光電変換膜２０４に吸収され易くなり、撮像素子の感度を向上させることができる。
【００３６】
図５（ａ）及び（ｂ）は、画素１０５に入射する光の光路を示す図である。図５（ａ）は、画素部１０１内の中央部の画素１０５の構成例を示す図である。図５（ｂ）は、画素部１０１内の端部の画素１０５の構成例を示す図である。光路５０１、５０２、・・・５１０は、画素１０５に入射する光路である。但し、光路５０４及び光路５０５は、それぞれ、光路５０２及び光路５０１と各々対称に描かれるため、図５（ａ）において省略している。
【００３７】
下部電極４０５は、光を反射する機能を有する金属電極である。従って、マイクロレンズ２０１から有機光電変換膜２０４を透過した光は、下部電極４０５で反射されて、有機光電変換膜２０４に再入射して、さらに吸収される。有機光電変換膜２０４は、吸収した光に応じた電荷を発生させる。従って、下部電極４０５の光の反射効果により、有機光電変換膜２０４の光吸収率を増加させることができる。
【００３８】
本実施形態では、下部電極４０５の形状を、中心部分が凹んだ２次曲面形状にすることで、反射光を含めた光の有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすることができる。このように下部電極４０５を構成することで、有機光電変換膜２０４を厚くすることなく、有機光電変換膜２０４の光吸収率を上げて感度を向上させて、さらに混色を低減することができる。また、下部電極４０５に当たる光線の入射角は、図９（ｂ）の単純な平版の下部電極４１０の場合と比較して大きくなるため、下部電極４０５を透過する光を低減させて反射率を上げることができる。下部電極４０５の反射率を上げることは、撮像素子の感度向上に寄与する。
【００３９】
画素部１０１内の端部の画素１０５は、図５（ｂ）のように、マイクロレンズ２０１を透過して半導体基板２０８に対して垂直に向かう光（光路５０７）が、下部電極４０５の最も凹んだ部分（２次曲面の極点）となるように、下部電極４０５の形状を変える。画素部１０１内の中央部の画素１０５では、図５（ａ）に示すように、下部電極４０５は左右対称な形状を有する。これに対し、画素部１０１内の端部の画素１０５では、図５（ｂ）に示すように、下部電極４０５は左右非対称な形状を有する。画素部１０１内の画素１０５の位置に応じて、下部電極４０５の形状を変化させることで、より適切に隣接する画素１０５への混色を低減し、さらには撮像素子の感度を向上させることができる。
【００４０】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態による図１の線Ｘ−Ｘに沿った画素１０５の断面を示す図である。本実施形態の図６の画素１０５は、第２の実施形態の図４の画素１０５に対して、平板形状の上部電極２０３の代わりに、凸レンズ形状の上部電極６０３を設けたものである。以下、本実施形態が第２の実施形態と異なる点を説明する。
【００４１】
下部電極４０５は、第２の実施形態と同様に、光を反射する機能を有する２次曲面形状の金属電極であり、画素１０５に斜めの光（例えば、図６の光路６０９）が入射した場合でも、隣接する画素１０５への混色の発生を低減することができる。また、本実施形態では、上部電極６０３は、有機光電変換膜２０４に対して逆側に突出した凸形状である。すなわち、上部電極６０３は、凸レンズ形状であるので、マイクロレンズ６０１と同じような光の集光機能を備えている。従って、斜めの入射光は、マイクロレンズ６０１に加えて、上部電極６０３によって、画素１０５の中心側へと屈折させられる作用が働き、第２の実施形態に対して、より混色を低減させることができる。
【００４２】
図７（ａ）及び（ｂ）は、画素１０５に入射する光の光路を示す図である。図７（ａ）は、画素部１０１内の中央部の画素１０５の構成例を示す図である。図７（ｂ）は、画素部１０１内の端部の画素１０５の構成例を示す図である。光路７０１、７０２、・・・７１０は、画素１０５に入射する光路である。但し、光路７０４及び光路７０５は、それぞれ、光路７０２及び光路７０１と各々対称に描かれるため、図７（ａ）において省略している。
【００４３】
下部電極４０５は、光を反射する機能を有する金属電極である。従って、マイクロレンズ２０１から有機光電変換膜２０４を透過した光は、下部電極４０５で反射されて、有機光電変換膜２０４に再入射して、さらに吸収される。有機光電変換膜２０４は、吸収した光に応じた電荷を発生させる。従って、下部電極４０５の光の反射効果により、有機光電変換膜２０４の光吸収率を増加させることができる。
【００４４】
本実施形態では、上部電極６０３の形状を凸レンズ形状としたことで、画素１０５の中心側へと光を屈折させる作用が働き、第２の実施形態と同様に、反射光を含めた光の有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすることができる。有機光電変換膜２０４中の光路長を長くすればする程、光は有機光電変換膜２０４に吸収され易くなり、撮像素子の感度を向上させることができる。
【００４５】
以上、説明したように、第１〜第３の実施形態によれば、有機光電変換膜２０４を用いた積層型撮像素子は、斜め入射光による混色を低減させることができる。また、有機光電変換膜２０４中の光路長を長くして、光吸収率を上げることで、撮像素子の感度を上げることができる。
【００４６】
但し、上部電極及び下部電極の形状は、上記の実施形態で説明した形状に限定されず、上記の実施形態の効果が発揮できる範囲で、自由に変形させてもよい。例えば、下部電極の形状が、画素１０５内の中央部で平坦（半導体基板２０８面と平行にして）として、画素１０５内の端部のみを斜めにして（半導体基板２０８面に対して傾斜させて）構成することもできる。その場合、画素１０５の断面形状は、画素１０５内の中央部では、有機光電変換膜２０４と下部電極２０５，４０５との間の境界線が直線である。
【００４７】
また、上部電極及び下部電極の形状は、画素部１０１の全ての画素１０５で共通でなくてもよい。例えば、画素部１０１内の中央部と端部、あるいは画素１０５のカラーフィルタ２０２の色毎に、下部電極の傾斜角度を各々変えたり、下部電極及び上部電極の曲率を各々変えてもよい。
【００４８】
また、第１〜第３の実施形態の説明では、画素１０５はカラーフィルタ２０２を含む構成として説明したが、カラーフィルタ２０２は無くても良い。カラーフィルタ２０２を無くす場合、有機光電変換膜２０４の材料を画素１０５毎に変えることによって、画素１０５毎に異なる分光感度特性が得られるように、有機光電変換膜２０４を構成すればよい。
【００４９】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像素子８０１は、第１〜第３の実施形態のいずれかによる撮像素子であり、不図示の光学系で結像された光学像を受光し、画像信号を出力する。アナログフロントエンド（ＡＦＥ）８０２は、撮像素子８０１が出力する画像信号に対して、基準レベルの調整（クランプ処理）及びアナログデジタル変換処理を行う。デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）８０３は、アナログフロントエンド８０２の出力信号に対して、画像信号の補正や画素の並び替え等をデジタル処理する。デジタル信号処理部８０４は、デジタルフロントエンド８０３の出力信号に対して、現像処理や欠陥画素の補間処理等の信号処理を行う。メモリ部８０５は、デジタル信号処理部８０４の作業用メモリであり、連続撮影等においてはバッファメモリとしても使用される。制御部８０６は、ＣＰＵなどを内蔵し、撮像装置全体を統括的に制御する。操作部８０７は、デジタルスチルカメラなどの操作部材の操作による信号を電気的に入力する。表示部８０８は、画像等を表示する。記録部８０９は、メモリカードやハードディスクなどの記録媒体に画像等を記録する。タイミング発生回路（ＴＧ）８１０は、撮像素子８０１を駆動するための各種タイミング信号を生成する。
【００５０】
本実施形態の撮像装置は、第１〜第３の実施形態の撮像素子８０１を有し、撮像素子８０１を駆動することができる。但し、撮像装置の構成としては、上記に限定されない。例えば、撮像素子８０１は、列毎のアナログ／デジタル変換回路を含む構成としてもよい。この場合は、撮像素子８０１は、画素毎のデジタル信号をデジタルフロントエンド８０３へ出力する。また、撮像素子８０１は、アナログ／デジタル変換回路とデジタルフロントエンド８０３を、内部に備えた構成であってもよい。
【００５１】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０１  画素部、１０５  画素、２０３  上部電極、２０４  有機光電変換膜、２０５  下部電極
【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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