JP2005085933A - 光センサ及びそれを用いた光論理素子並びに電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】偏光吸収特性や複数波長応答性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性等様々な特性を付与した高機能な光センサ及びそれを用いた光論理素子並びに電子デバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】光センサは、基板１上に少なくとも２つの電極２，６と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料１５と、電子受容性材料１６とからなる光電変換領域１７とを有し、光電変換領域１７に偏光吸収特性を付与している。これにより入射光の偏光面の違いに応じて異なった電気信号を出力する偏光応答特性を有する光センサを得ることができる。また、光センサは構成材料の吸収特性を制御することにより複数の波長に応答する複数波長応答特性を持つ光センサを得ることや、構成材料に光透過性を持たせることで光を透過する光センサを得ることが可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、各種位置検出や光通信等に用いられる光センサ及びそれを用いた光論理素子並びに電子デバイスに関するものである。

ＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）社会の急速な発達に伴い記録または伝達する情報量は膨大になってきており、記録容量の増大や情報伝達速度の高速化が非常に重要になってきている。そのため従来は電気、磁気等により記録されていた記録メディアは高密度化が可能な光記録方式のものへと移り変わり、また通信においてもその媒体を電気から光へと移行することで高速化を図るなど、光の重要性は増す一方である。

このような光記録、光通信等でまず重要となるのはどのような光源を用いるかであるが、各種レーザの研究が進んだことで、直線性が高くコヒーレントな光が比較的簡単に得られるようになったことから、このレーザを中心に開発が進められている。最近ではその中でも、より短波長の青色領域の光を用いることで高密度記録を行う開発が活発に行われている。

光源と同様に重要であるのが光の制御と検出であり、この機能を担う光センサの重要性も益々大きなものとなってきている。

従来この光センサには主に無機のシリコン材料をもとに形成したフォトダイオードが用いられてきており、イメージセンサ、固体撮像素子、フォトカプラ等ほとんど全ての光センサが無機材料によって形成されている。

このように、シリコンフォトダイオードに代表されるような無機光センサは幅広い分野で使用されているが、その形成には大掛りな真空成膜装置やエッチング装置等といった従来の半導体プロセスが不可欠であるため大型化や低コスト化が困難である。さらに、無機光センサは、生態系への影響が大きいＩｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ｐ等の元素を含むことが多く、廃棄の環境負荷が大きいという課題を有している。

また近年、製造が容易で、大面積のものが得られる有機光電変換素子も開発されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、一般的な有機光電変換素子について説明を行う。図５は一般的な有機光電変換素子の要部断面図である。図５に示すように有機光電変換素子は、ガラス等の光透過性の基板１上にスパッタリング法や抵抗加熱蒸着法等により形成されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明な導電性膜からなる陽極２と、陽極２上に電子供与性層４と電子受容性層５をそれぞれ抵抗加熱蒸着法等によって成膜した光電変換領域３、さらにその上部に抵抗加熱蒸着法等により形成された金属からなる陰極６とを備えている。

上記構成を有する有機光電変換素子に、光照射を行うと光電変換領域３にて光吸収が起こり、励起子が形成される。続いてキャリアが分離され、電子は電子受容性層５を通して陰極６へ、正孔は電子供与性層４を通して陽極２へと移動する。これにより両電極間には起電力が発生し、外部回路をつなげることで電気信号を取り出すことが可能となる。

光電変換素子は、各種の光センサとして用いられる。その一例として、イメージセンサがある。図６は従来のイメージセンサの要部断面図である。ここで７は光源、８はセルフ
ォックレンズ（商品名）、９は光センサ、１０は原稿である。光源７により照射された原稿１０はセルフォックレンズ８で集光され、光センサ９で読み取られる。
特開平５−１４５０９８号公報

上述したように、従来の光センサは単純に光を検出するものが多く、特別な機能を有するものは少なかった。例えば従来の光センサは応答する光の選択性が乏しく、ある任意の偏光面や波長の光のみに応答させることは困難であったり、また光透過性を付与することが非常に困難なため、光のセンシングのために光を分岐する必要があったり、光路の途中にセンサを配置することができないといった課題を有している。

また、従来の光センサはでは、同一センサで複数の波長領域の光を個別に検出することは困難であった。そのため複数の波長領域の光を検出するためには、その数に応じた光センサを配置する必要があり、省スペース化の妨げやコスト高を招くという課題を有している。

さらに、従来の光センサを用いたイメージセンサでは、図６に示すように、光センサ９の受光部が光透過性を持たないため、光センサ９に対して斜め方向に光源７を配置し、原稿１０を照射する必要があった。そのため光センサ９と原稿１０とは必然的に空間的な距離を要し、解像度を保つためにセルフォックレンズ８等の各種光学系が必要となる。このような構成のため、従来のイメージセンサは必要以上に大きなものとなる。

また、従来の光センサの多くは光透過性を有していないため、検出に用いた光は再利用することができなかった。そのため利用する光と検出するための光は分岐する必要があり、これにより光学部品数が多くなり、小型化が困難になるという課題を有している。

本発明は上記課題を解決するものであり、偏光吸収特性や複数波長応答性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性等様々な特性を付与した高機能な光センサ及びそれを用いた光論理素子並びに電子デバイスを提供することを目的とする。

本発明の光センサは、光電変換領域を構成する有機材料等に様々な特性を付与した有機光電変換素子からなる。

本発明の光センサはこの有機光電変換素子の光電変換領域に偏光吸収特性を付与している。これにより入射光の偏光面の違いに応じて異なった電気信号を出力する偏光応答特性を有する光センサを得ることができる。

また本発明の光センサは構成材料の吸収特性を制御することにより複数の波長に応答する複数波長応答性を持つ光センサを得ることや、構成材料に光透過性を持たせることで光を透過する光センサを得ることが可能である。

さらに本発明の光センサは基板や電極の光透過特性や光電変換領域の膜厚を制御することにより、同一センサ内部で光電変換効率に分布を持たせることが可能になったり、側面入射光に応答させることが可能になる。

本発明によれば、偏光応答特性、複数波長応答性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性等を付与することにより、高機能な光センサ及びそれを用いた電子デバイス
を提供することができる。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有し、入射光の偏光面の違いに応じて異なった電気信号を出力することができる偏光応答特性を有する光センサであることを特徴としたものであり、素子自体が偏光応答特性を持つことで偏光子が不要になり小型の偏光センサを得ることができる。

上記課題を解決するためになされた請求項２の発明は、請求項１の発明の光センサにおいて、偏光応答特性を有する光センサからの電流出力の最大値をＩｍａｘと最小値をＩｍｉｎとしたときＩｍａｘ／Ｉｍｉｎが２よりも大きいことを特徴としたものであり、素子自体が偏光応答特性を持つことで偏光子が不要になり小型の偏光センサを得ることができるとともに、２倍以上の出力比を有することで光スイッチ等の偏光を利用した電子デバイスの信頼性を向上させることが可能となる。

上記課題を解決するためになされた請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明の光センサにおいて、光電変換領域における電子供与性有機材料が配向されていることを特徴としたものであって、電子供与性有機材料を配向させることにより容易に光電変換領域に偏光吸収特性を付与することが可能となり、偏光応答特性を有する光センサを提供することが可能となる。この電子供与性有機材料の配向方法はラビング法、延伸法等、材料を配向させることができるものであればどのようなものであってもよいが、電子供与性有機材料として高分子材料を用いた場合などには、ラビング法を用いるのが簡便で好ましい。

上記課題を解決するためになされた請求項４の発明は、基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有し、複数の異なる波長の光を吸収して、各々の波長に応じた異なる電気信号を出力することが可能で、かつそれぞれの電気信号が区別可能であることを特徴としたものである。

従来の光センサでは不連続で広範囲の波長領域の光を吸収し、検知することは困難であった。つまり検知する波長を複数個有し、その間の波長の光は検知せずに透過するといったことは難しかった。この原因は主に構成材料の光吸収特性によるものであるが、本発明の光センサでは、例えば電子供与性材料を２種類混合することによって全く異なる波長領域の光を同一素子で検出することも可能となる。また材料選択によってはある波長領域の光には全く反応しないようにすることも可能である。

上記課題を解決するためになされた請求項５の発明は、基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有する光センサであって、光センサの少なくとも一部が光透過性を有することを特徴としたものである。

従来の光センサの多くは光透過性を有していないため、検出に用いた光は再利用することができなかった。そのため利用する光と検出するための光は分岐してやる必要があり、これにより光学部品数が多くなり、小型化が困難になるという課題を有していた。しかしながら本発明の光センサはそれ自身が光透過性を有しており検出に用いた光以外の光を透過することができるため、検出用に光を分岐する必要がなくなる。また従来のイメージセンサ等では原稿を照射するための光源と受光部とは別々に配置する必要があったが、本発
明の光センサは光透過性を有しているため光源部と積層することが可能となり、大幅な省スペース化も可能となる等、光センサに光透過性を付与することによってその応用範囲を各段に広げることが可能となる。

上記課題を解決するためになされた請求項６の発明は、基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有する光センサであって、光センサの光電変換効率が同一センサ内で分布を有していることを特徴としたものであり、電気出力の大小により光が照射された位置の情報を得ること等ができる。例えばセンサ内の中心部の変換効率を高くし、中心から離れるに従って変換効率が低下するように作製した光センサを用いると、照射光の中心からのズレを電気出力の低下として検出することが可能となる。なお変換効率の分布は基板の透過率や電極の反射率に分布を持たせたり、光電変換領域の膜厚に分布を付与することで得ることができる。

上記課題を解決するためになされた請求項７の発明は、請求項６の発明の光センサにおいて、光電変換効率の分布がセンサの中心部から外側に向かって変化していることを特徴としたものであり電気出力の大小により光が照射された位置の情報を得ること等ができる。

上記課題を解決するためになされた請求項８の発明は、基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有する光センサであって、電極及び光電変換領域の積層方向に対する側方部を受光部としたことを特徴としたものであり、光電変換素子の断面積と同等の大きさを有する非常に小型の光センサを得ることが可能となる。また互いに吸収波長の異なる光センサを複数個積層したものを用いることにより多波長応答性を有する光センサを容易に形成することが可能となる。

上記課題を解決するためになされた請求項９の発明は、請求項１から請求項８の光センサの機能のうち少なくとも２つを併せ持つことを特徴としたものであり、偏光応答特性、複数波長応答性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性のうち複数個の機能を一つのセンサが持つことで、小型で多機能なセンサを提供することが可能となる。

上記課題を解決するためになされた請求項１０の発明は、請求項１から９に記載の光センサにおいて、光電変換領域が少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料との混合物からなることを特徴としたものであり、高機能な光センサを、混合溶液を塗布法等によって簡単に作製することができる。

上記課題を解決するためになされた請求項１１の発明は、請求項１から請求項１０の発明の光センサを少なくとも一つ用いたことを特徴とする光論理素子としたものであり、偏光応答特性、波長選択性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性を有する光センサを各種組み合わせることにより小型、薄型の光論理素子を安価で作製することが可能となる。

上記課題を解決するためになされた請求項１２の発明は、請求項４の発明の光センサを用いた電子デバイスであって、１つの波長で情報の書き込みを行い、それとは異なる波長で情報の消去を行うことが可能であることを特徴としたものであり、電子デバイスに照射する光の波長を変えるだけで簡単に情報の書き込み、消去が可能となり低コストで高精細な情報表示デバイス等を提供することが可能となる。

以下、本発明の光センサの実施の形態について詳細に説明する。

本発明の光センサに用いられる基板は、機械的、熱的強度を有し、照射光を有効に透過するものであれば特に限定されるものではない。

例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の可視光領域について透明度の高い材料を用いることができ、これらの材料をフィルム化した可撓性を有するフレキシブル基板であっても良い。また、高分子材料を使用する場合には、その耐湿性を向上させる目的で、透過率を極力損なわない程度に各種金属、金属酸化物等からなる被膜を基板の外表面に設けることも有効である。

さらに、用途によっては特定波長のみを透過する材料、光−光変換機能をもった特定の波長の光へ変換する材料などであってもよい。また、基板は絶縁性であることが好ましいが、特に限定されるものではなく、光センサの動作を妨げない範囲、或いは用途によって、導電性を有していても良い。

光センサの電極のうち少なくとも一つは光を透過する必要があり、この透過率が光電変換特性に大きく影響する。そのため上記光センサの陽極としては、ＩＴＯ、ＡＴＯ（ＳｂをドープしたＳｎＯ₂）、ＡＺＯ（ＡｌをドープしたＺｎＯ）等をスパッタリング法や、イオンビーム蒸着法等によって成膜したいわゆる一般に透明電極と呼ばれるものが用いられる。また補助電極の併設等によりＡｕ、Ａｇ等の各種金属材料薄膜や比較的高抵抗の塗布型ＩＴＯ、さらにはＰＥＤＯＴ（Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））やＰＰＶ（Ｐｏｌｙ（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌｅｎｅ））、ポリフルオレン等の各種導電性高分子化合物等も用いることができる。

電子供与性有機材料としては、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体が用いられる。また、高分子に限定されるものではなく、例えばポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、１，１−ビス｛４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）フェニル｝シクロヘキサン、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（Ｐ−トリル）−Ｐ−フェニレンジアミン、１−（Ｎ，Ｎ−ジ−Ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、４，４’−ビス（ジメチルアミノ）−２−２’−ジメチルトリフェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ、Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、Ｎ’−ジ−ｍ−トリル−４、４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾ−ル等の芳香族第三級アミンや、４−ジ−Ｐ−トリルアミノスチルベン、４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）−４’−〔４−（ジ−Ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジアゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体や、スチリルアントラセン誘導体や、フルオレノン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体や、ポリシラン系アニリン系共重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン系化合物や、ポリ３−メチルチオフェン等も用いられる。

電子受容性材料としてはＣ６０、Ｃ７０をはじめとするフラーレンやカーボンナノチューブ、及びそれらの誘導体や、１，３−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）フェニレン（ＯＸＤ−７）等のオキサジアゾール誘導体、アント
ラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体等が用いられる。

陰極としては発生した電荷を外部回路に効率良く取り出すことができるものであればどのようなものであってもよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ等の金属や、Ｍｇ−Ａｇ合金、Ｍｇ−Ｉｎ合金等のＭｇ合金や、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ−Ｓｒ合金、Ａｌ−Ｂａ合金等のＡｌ合金等が用いられる。また短絡電流の改善を図るため、有機層と陰極との間に金属酸化物、金属弗化物等を導入する手法も好適に用いられる。

このような材料を用いて有機光電変換素子を作製するときの作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法等の各種真空プロセスや、スピンコート法、ディッピング法等のウエットプロセス等どのようなものであってもよく、使用する材料、構成等に合ったものを任意に選択することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、各図に基づいて説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における光センサについて述べる。

素子構成は図５の従来のものと同一である。

本発明の光センサが従来例と異なっているのは、光電変換領域３が入射光の偏光面の違いに応じて異なる電気信号を出力することができる偏光応答特性を有している点である。有機光電変換素子を用いた光センサでは、電子供与性有機材料に光が吸収されてはじめて光電変換することができる。そのため電子供与性材料を一軸配向し、吸収のモーメントを揃えると偏光面によって吸収される光とされない光ができ、入射光の偏光面に応じて異なる電気信号を出力する偏光応答特性を付与することが可能となる。通常の高分子材料等からなる電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域はスピンコート法等によって形成されるため形成された光電変換領域はその吸収特性が等方的であり、吸収特性はどの方向の光に対しても同様である。しかしながらこの電子供与性有機材料をラビング法や延伸法によって一軸配向させることによって光の吸収モーメントを一方向に揃えることでこの吸収のモーメントと同じ偏光面を持つ光のみを吸収させることが可能になる。

なおこの偏光応答特性を有効に利用するためには、光センサからの電流出力Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎを２以上とすることが好ましく、これにより偏光面の違いを利用した光スイッチの信頼性の向上等、検出の信頼性の高い光センサを得ることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における光センサについて述べる。

素子構成は図５の従来のものと同一である。

本発明の光センサが従来例と異なっているのは、光電変換領域が複数の異なる波長の光を吸収し、各々の波長に応じた異なる電気信号を出力することが可能で、かつそれぞれの電気信号が区別可能である点である。

上述したように、従来の光センサはでは、同一センサで複数の波長領域の光を個別に検出することは困難であった。そのため複数の波長領域の光を検出するためには、その数に応じた光センサを配置する必要があり、省スペース化の妨げやコスト高を招くという課題を有していた。

本発明の光センサはこの課題を解決するものであり、電子供与性有機材料の吸収特性を制御したり、場合によっては電子供与性有機材料を複数混合することによって異なる波長領域の光を検出することが可能となる。さらに吸収波長の異なる複数の電子供与性有機材料を用いた場合、入射光の波長に応じて開放端電圧が変化することから、この違いを利用し入射光を区別する光センサを得ることもできる。

またこの光センサを使用することにより一つの素子で情報の書き込み、消去を担う電子デバイスを作製することも可能である。例えば波長αを吸収することで情報を表示する信号を出力し、波長βで消去する信号を出力する光センサをマトリクス状に配置し、光透過性を有する表示素子と組み合わせることで瞬時に入力、消去が可能な情報表示デバイスを提供することができる。すなわちこの情報表示デバイスに波長αの光を出すことができる書き込み手段を用いて情報入力表示デバイス上に情報を書き込むと光センサがこの光を感知して情報を表示することができ、またその後波長βの光を出すことができる消去手段を用いて情報表示デバイス上の情報をなぞると光センサがこの光を感知して情報を消去することが可能となる。このように一つの光センサが異なる波長の光を別々に検知することができれば、配置する光センサの数を低減することができるため高精細の情報表示デバイスを提供すること等が可能となる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における光センサについて述べる。

図１は本発明の実施の形態３における光センサの要部断面図である。図１において基板１、電極２、光電変換領域３、陰極６という構成は従来例と同様である。

本発明の光センサが従来例と異なっているのは、光センサの一部分が光を透過し、さらに／または光を検出して電気信号を出力することが可能な光透過部２２を有している点である。有機光電変換素子を形成する材料の多くは光透過性を有している。通常の素子で光透過性がないのは金属材料を用いている陰極のみであるが、この陰極も１０ｎｍ程度の金属超薄膜やインジウム酸化物（ＩＴＯ）を用いることにより光透過性を付与することが可能であり、このような陰極を用いることで光透過部２２を有した光透過性の光センサを形成することができる。このような光透過性の光センサを用いれば光を検出するために一部の光を吸収し、残りの光を透過することができ、光の有効利用が可能となる。なお本実施の形態では光センサの一部分が光透過部２２である場合について説明を行ったが、光センサ全体が光透過してもなんら問題はない。

またこのような光透過性の光センサを用いれば従来広く用いられてきたイメージセンサの小型化も可能になる。上述したように、図６に示した従来のイメージセンサでは、受光部が光透過性を持たないため、受光部に対して斜め方向に光源を配置し原稿を照射する必要があった。そのため受光部と原稿とは必然的に距離ができてしまい、解像度を保つためにセルフォックレンズ等の各種光学系が必要となっていた。このような構成のため、従来のイメージセンサは必要以上に大きなものであった。

しかしながら本実施の形態３における光透過性の光センサを使用すれば、光源と受光部とを積層し、受光部越しに原稿を照射して、原稿からの反射光を受光部によって読み取る新しい方式のイメージセンサを実現することが可能となる。

図２は本発明の実施の形態３における光センサを用いたイメージセンサの要部断面図である。ここで１１は基板、１２は光源、１３は光センサ、１４は原稿である。このように光透過性の光センサ１３を用いることによって光源１２と光センサ１３とを積層すること
が可能となり、場合によってはセルフォックレンズ８等も不要になるため大幅な小型、薄型化が可能になる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における光センサについて述べる。

素子構成は図５の従来のものと同一である。

本発明の光センサが従来例と異なっているのは、同一センサ内で光電変換効率に分布がある点である。これにより光センサから出力される電気信号の強弱により、センサのどの部分に光照射されているのかを判別することが可能となる。例えばセンサの中心部が最も変換効率が高く、中心から離れるに従って変換効率が低下するようにセンサを作製した場合、入射光の中心からのずれを電気信号の減衰として検出することが可能となる。このような変換効率の分布は基板の透過率や、光電変換領域の膜厚に分布を付与する方法で実現可能である。なお本発明における光電変換効率の分布とは意図的につくりだすものを指し、デバイス作製上のバラツキでやむを得ず光電変換効率に分布が生じるものについては含まない。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５における光センサについて述べる。

素子構成は図５の従来のものと同一である。

本発明の光センサが従来例と異なっているのは、電極及び光電変換領域の積層方向に対する側方部より照射される光を検出する点である。通常の光センサでは入射光はまず基板及び電極を通過した後に光電変換領域へと到達する。そのため基板や電極の吸収による光ロスを防ぐことができない他、電極や光電変換領域といった各構成要素の小型化にも限界があった。しかしながら本発明の光センサは素子作製時の各構成要素の積層方向に対して側方から光を照射することによってこれらの課題を解決することができる。

これは例えば通常の光センサと同様に基板上に陽極、光電変換領域、陰極の順に積層したものを用い、側方から光照射するだけで実現可能である。これにより入射光は直接光電変換領域へと到達し光起電力を発生することが可能となる。特にこのような構成の光センサの場合には電極に光透過性は不要であり、全ての電極を反射率の高い金属材料で形成することも可能である。さらにこの光センサを用いることにより、狭ピッチでのＲＧＢ光センサの配置等も可能となる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６における光センサについて述べる。

素子構成は図５の従来のものと同一である。

本発明の光センサが従来例と異なっているのは、偏光応答特性、複数波長応答性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性のうち複数個の機能を一つのセンサが有している点である。これにより小型で多機能な光センサを得ることができる。例えば偏光応答特性と光透過性を併せ持つセンサでは、光路の途中で偏光面のずれを確認することが可能になったり、また複数波長応答性と光透過性を併せ持つセンサでは応答しない波長の光を透過して、その光を別の用途に使用することができる。このように一つのセンサに複数個の機能を付与することにより、従来のただ光を検出するだけのセンサではなく、光を有効に利用したセンサを提供することが可能となる。

（実施の形態７）
本発明の実施の形態７における光センサについて述べる。

図３は本発明の実施の形態７における光センサの要部断面図である。図３において基板１、陽極２、陰極６という構成は従来例と同様である。

本実施の形態７の光センサが従来と異なっているのは、偏光応答特性、複数波長応答特性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答特性等を有する光センサの光電変換領域１７が、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含んだ電子受容性材料１６と電子供与性有機材料１５との混合物からなっている点である。

ここで、「混合」とは、液体または固体状の材料を容器に入れ、必要であれば溶剤を加えた上で攪拌などすることで混ざり合った状態をいい、これをスピンコート法等によって成膜したものも含む。

このような混合型の光センサは光電変換領域１７の全体で光吸収、励起、電子の授受を行うことで、非常に簡単な構造でありながら、比較的高い変換効率を示すことから、さらに変換効率を向上させた光センサを提供することも可能である。

（実施の形態８）
本発明の実施の形態８における光論理素子について述べる。

本発明の光論理素子は実施の形態１から４に記載の偏光応答特性、波長選択性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性またはそれらを併せ持つ光センサを少なくとも１つ用いており、これにより素子への光入力によって異なる信号を出力することが可能となる。例えば２つの波長に応答し、それぞれ異なった出力を発生する光センサを用いた場合、応答する波長の光が１つ照射されるか２つ照射されるかによってＡＮＤ、ＯＲ等の出力を得ることができる。また用いる光センサが光透過性を有している場合は、それぞれの光センサを積層することでさらに複雑な論理回路を設計することも可能である。

（実施の形態９）
本発明の実施の形態９における電子デバイスについて述べる。

図４（ａ）及び（ｂ）は光センサと表示素子とを組み合わせた電子デバイスの平面図である。

図４（ａ）において１８は書き込み用光センサ、１９は消去用光センサ、２０は表示素子である。この電子デバイスにおいて、情報書き込み手段から照射された書き込み用光線は、表示素子２０を透過した後書き込み用光センサ１８によって検知され、この情報に基づき表示素子２０の対応する画素を点灯させる。これにより任意の手書きの情報を表示素子２０に表示させることが可能である。またこの情報を消去する場合には、書き込みの場合と同様にして情報消去手段からの光を消去用光センサ１９に照射する。

以上のような電子デバイスによって手書き入力にも対応する情報表示デバイスを提供することが可能ではあるが、書き込み用と消去用の２つのセンサを別々に配置する必要があるため高精細化に問題がある。そこで本実施の形態の電子デバイスでは図４（ｂ）に示すように複数の異なる波長の光を吸収し、各々の波長に応じた異なる電気信号を出力することが可能な光センサを使用している。図４（ｂ）において２１は２つの異なる波長に個別に応答することが可能な２波長応答センサである。この２波長応答センサ２１は１つのセ
ンサで書き込みと消去の２種類の光に個別に応答することができるためセンサの数を半分に減らすことができ、受光エリアを小さくすることが可能であるため表示素子２０も含めた高精細化に対応することができる。

ガラス基板上に、スパッタリング法により膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ膜を成膜した後、そのＩＴＯ膜上部にレジスト材（東京応化製、ＯＦＰＲ−８００）をスピンコート法により塗布して厚さ５μｍのレジスト膜を形成し、マスキング、露光、現像してレジストを所定の形状にパターニングした。次にこのガラス基板を６０℃、１８Ｎの塩酸水溶液中に浸漬し、レジスト膜が形成されていない部分のＩＴＯ膜をエッチングした後水洗し、最後にレジスト膜も除去することで所定のパターンのＩＴＯ膜からなる第一電極を有するガラス基板を得た。

次に、これらのガラス基板を、洗剤（フルウチ化学社製、セミコクリーン）による５分間の超音波洗浄、純水による１０分間の超音波洗浄、アンモニア水１（体積比）に対して過酸化水素水１と水５を混合した溶液による５分間の超音波洗浄、７０℃の純水による５分間の超音波洗浄の順に洗浄処理した後、窒素ブロアーでガラス基板に付着した水分を除去し、さらに２５０℃に加熱して乾燥した。

続いてこの基板上にポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＴ／ＰＳＳ）を０．４５μｍのフィルターを通して滴下し、スピンコート法によって均一に塗布した。これを２００℃のクリーンオーブン中で１０分間加熱することでバッファ層を形成した。

次に、ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（ＭＥＨ−ＰＰＶ）と［５，６］−フェニル Ｃ６１ ブチリックアシッドメチルエステル（［５，６］−ＰＣＢＭ）の重量比１：４のクロロベンゼン溶液を垂直スピンコート法を用い、溶液が基板内で一方向のみに塗り広げられるように成膜し、その後１００℃のクリーンオーブン中で３０分間加熱処理することで一方向に配向した約１００ｎｍの光電変換領域を形成した。

最後に、この光電変換領域上部に０．２７ｍＰａ（＝２×１０^-6Ｔｏｒｒ）以下の真空度まで減圧した抵抗加熱蒸着装置内にて、ＬｉＦを約１ｎｍ、続いてＡｌを約１００ｎｍの膜厚で成膜し、偏光応答特性を有する光センサを得た。

この光センサに偏光を照射したことろ、Ｉｍａｘ／Ｉｍｉｎ＝３であり、偏光面の回転に応じて電気出力が変化する偏光応答特性を有することが確認できた。

実施例１と同様にしてバッファ層まで形成した後、ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン）（ＭＥＨ−ＰＰＶ）と［５，６］−フェニル Ｃ６１ ブチリックアシッドメチルエステル（［５，６］−ＰＣＢＭ）の重量比１：４のクロロベンゼン溶液を通常のスピンコート法によって塗布し、約１００ｎｍの光電変換領域を形成した。この上部に０．２７ｍＰａ（＝２×１０^-6Ｔｏｒｒ）以下の真空度まで減圧した抵抗加熱蒸着装置内にて、ＬｉＦを約１ｎｍ、続いてＡｕを約１０ｎｍの膜厚で成膜し、光透過性を有する光センサを得た。この時の素子部の光透過性は５００ｎｍ付近で約３０％程度であった。この光センサにＮｄ−ＹＡＧレーザの２倍波（５３２ｎｍ）を照射したところ、センサ部では光起電力を発生しつつ、残りの光は素子部を通過し背面から出てきており、光透過性の光センサができていることが確認できた。

本発明にかかる光センサは、偏光応答特性、複数波長応答性、光透過性、光電変換効率分布、側方照射光応答性を有し、各種位置検出や光通信さらには光論理素子等に用いられる光センサとして有用である。

本発明の実施の形態３における光センサの要部断面図 本発明の実施の形態３における光センサを用いたイメージセンサの要部断面図 本発明の実施の形態７における光センサの要部断面図 （ａ），（ｂ）共に、本発明の実施の形態９における光センサと表示素子とを組み合わせた電子デバイスの平面図 一般的な有機光電変換素子の要部断面図 従来のイメージセンサの要部断面図

符号の説明

１ 基板
２ 陽極
３ 光電変換領域
４ 電子供与性層
５ 電子受容性層
６ 陰極
７ 光源
８ セルフォックレンズ
９ 光センサ
１０ 原稿
１１ 基板
１２ 光源
１３ 光センサ
１４ 原稿
１５ 電子供与性有機材料
１６ 電子受容性材料
１７ 光電変換領域
１８ 書き込み用光センサ
１９ 消去用光センサ
２０ 表示素子
２１ ２波長応答センサ
２２ 光透過部

Claims (12)

1. 基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有し、入射光の偏光面の違いに応じて異なった電気信号を出力する偏光応答特性を有することを特徴とする光センサ。
2. 前記偏光応答特性を有する光センサからの電流出力の最大値をＩｍａｘ、最小値をＩｍｉｎとしたときＩｍａｘ／Ｉｍｉｎが２以上であることを特徴とする請求項１に記載の光センサ。
3. 前記光電変換領域において電子供与性有機材料が配向されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光センサ。
4. 基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有し、複数の異なる波長の光を吸収して、各々の波長に応じた異なる電気信号を出力することが可能で、かつそれぞれの電気信号が区別可能であることを特徴とする光センサ。
5. 基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有する光センサであって、前記光センサの少なくとも一部が光透過性を有することを特徴とする光センサ。
6. 基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有する光センサであって、前記光センサの光電変換効率が同一センサ内で分布を有していることを特徴とする光センサ。
7. 前記光電変換効率の分布がセンサの中心部から外側に向かって変化することを特徴とする請求項６に記載の光センサ。
8. 基板上に少なくとも２つの電極と、その電極間に少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料とからなる光電変換領域とを有する光センサであって、前記電極及び光電変換領域の積層方向に対する側方部を受光部としたことを特徴とする光センサ。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の光センサの機能のうち少なくとも２つを併せ持つことを特徴とする光センサ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の光センサにおいて、光電変換領域が少なくとも一種の電子供与性有機材料と、フラーレン類及び／またはカーボンナノチューブ類を含む電子受容性材料との混合物からなることを特徴とする光センサ。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の光センサを少なくとも１つ用いたことを特徴とする光論理素子。
12. 請求項４に記載の光センサを用いた電子デバイスであって、１つの波長で情報の書き込みを行い、それとは異なる波長で情報の消去を行う手段を設けたことを特徴とする電子デバ
    イス。

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