JP2006080254A - Color imaging element and collar imaging device - Google Patents

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Satoshi Aihara
聡 相原
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Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a color imaging device capable of raising a numerical aperture, than before, to improve sensitivity. <P>SOLUTION: The color imaging device 10 comprises a color imaging element 20 for imaging a subject, a vertical scan control circuit 11 which controls scanning of the color imaging element 20 in vertical direction, and a horizontal scan control circuit 12 which controls scanning in the horizontal direction. The color imaging elements 20 are arranged in a matrix shape in horizontal and vertical directions, and provided with light receiving pixels 30 which generate electric charges in response to incident light. The light receiving pixel 30 comprises a pixel electrode 34c having an area almost equal to the light receiving area of the light receiving pixel 30. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被写体を撮像するカラー撮像素子及びカラー撮像装置に関する。   The present invention relates to a color imaging device and a color imaging device for imaging a subject.

従来のカラー撮像装置は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補型金属酸化物半導体）等の固体撮像素子を備えている。これらの固体撮像素子は、素子の開口率を十分に高めることができないという構造上の制約があるので、従来のカラー撮像装置は、素子に導かれた光の全てを電気信号に変換して取り出せず、低照度時の感度が不足するという問題があった。なお、素子の開口率とは、受光面の面積と素子全体の面積との比をいう。   A conventional color imaging device includes a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor: complementary metal oxide semiconductor). Since these solid-state image sensors have a structural limitation that the aperture ratio of the elements cannot be sufficiently increased, conventional color imaging devices can convert all of the light guided to the elements into electric signals and extract them. However, there was a problem that the sensitivity at low illumination was insufficient. The aperture ratio of the element means a ratio between the area of the light receiving surface and the area of the entire element.

この問題の対策を図ったものとしては、例えば特許文献１に示すようなものが知られている。特許文献１に示された従来のカラー撮像装置は、受光面に形成された複数の受光セルと、個々の受光セルに対応して設けられた集光レンズとを備え、集光レンズが受光面に到達した光を受光セルに効率的に集めることによって開口率を高め、低照度時の感度不足の改善を図ることができるようになっている。
特開昭６１−６７００３号公報（第７−１０頁、第１図） As a countermeasure for this problem, for example, the one shown in Patent Document 1 is known. A conventional color imaging device disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of light receiving cells formed on a light receiving surface and a condensing lens provided corresponding to each light receiving cell. The aperture ratio can be increased by efficiently collecting the light that reaches the light receiving cell into the light receiving cell, and improvement of insufficient sensitivity at the time of low illuminance can be achieved.
Japanese Patent Laid-Open No. 61-67003 (page 7-10, FIG. 1)

しかしながら、このような従来のカラー撮像装置では、集光レンズを受光セル毎に設ける構成なので、集光レンズと受光セルとの位置ずれが発生した場合は、開口率が低下してしまい、低照度時の感度不足が改善できないという問題があった。   However, in such a conventional color imaging device, since the condensing lens is provided for each light receiving cell, when the positional deviation between the condensing lens and the light receiving cell occurs, the aperture ratio decreases, resulting in low illuminance. There was a problem that insufficient sensitivity at the time could not be improved.

特に、受光セルの微細化が進んだ現状においては、受光セルの大きさが数ミクロン程度になっているので、集光レンズと受光セルとの位置ずれが発生しやすく、また、受光部の周辺部では集光レンズの集光点と各受光セルとの位置ずれが顕著に表れやすいので、従来のカラー撮像装置では、開口率を十分に高めることができず、低照度時の感度不足が改善できないという問題があった。   In particular, with the progress of miniaturization of the light receiving cell, the size of the light receiving cell is about several microns, so that the misalignment between the condenser lens and the light receiving cell is likely to occur, and the periphery of the light receiving unit Because the position of the condensing point of the condensing lens and each light-receiving cell is prominently displayed in the area, the conventional color imaging device cannot sufficiently increase the aperture ratio and improves the lack of sensitivity at low illuminance. There was a problem that I could not.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができるカラー撮像素子及びカラー撮像装置を提供するものである。   The present invention has been made to solve such a problem, and provides a color imaging device and a color imaging apparatus capable of improving the sensitivity by increasing the aperture ratio as compared with the conventional one.

本発明のカラー撮像素子は、行及び列方向に沿ってマトリクス状に配置された光電変換素子を有し、前記光電変換素子は、所定の波長の入射光を吸収して前記入射光の強度に応じた電荷を発生する光電変換膜と、この光電変換膜の前記入射光の入射面に設けられた第１の電極と、前記光電変換膜の前記入射面と対向する面に設けられた第２の電極とを備えた構成を有している。   The color imaging device of the present invention has photoelectric conversion elements arranged in a matrix along the row and column directions, and the photoelectric conversion elements absorb incident light of a predetermined wavelength to increase the intensity of the incident light. A photoelectric conversion film that generates a corresponding charge, a first electrode provided on the incident surface of the incident light of the photoelectric conversion film, and a second electrode provided on a surface of the photoelectric conversion film facing the incident surface. And the electrode.

この構成により、本発明のカラー撮像素子は、光電変換膜が、選択した波長の入射光を吸収して入射光の強度に応じた電荷を発生し、第１の電極と第２の電極との間の電界によって電荷を第２の電極に移動して出力するので、マトリクス状に配置された第２の電極が互いに干渉しない範囲内で第２の電極を拡大することができ、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができる。   With this configuration, in the color imaging device of the present invention, the photoelectric conversion film absorbs incident light of the selected wavelength and generates charges according to the intensity of the incident light, and the first electrode and the second electrode Since electric charges are moved to the second electrode by the electric field between them and output, the second electrode can be enlarged within a range where the second electrodes arranged in a matrix do not interfere with each other. Can increase the aperture ratio and improve the sensitivity.

本発明のカラー撮像装置は、カラー撮像素子と、前記行及び列方向の位置をそれぞれ表す行及び列アドレスにより前記光電変換素子を指定して前記第２の電極から前記電荷を取り出す電荷取出手段とを備えた構成を有している。   The color imaging device of the present invention includes a color imaging device, and a charge extracting unit that extracts the charge from the second electrode by designating the photoelectric conversion element by a row and column address representing the position in the row and column directions, respectively. It has the composition provided with.

この構成により、本発明のカラー撮像装置は、電荷取出手段が、従来のものよりも開口率が高められたカラー撮像素子から電荷を取り出すので、低照度時における感度の向上を図ることができる。   With this configuration, in the color imaging apparatus of the present invention, the charge extraction unit extracts charges from the color imaging element having an aperture ratio higher than that of the conventional one, so that it is possible to improve sensitivity at low illuminance.

本発明のカラー撮像装置は、カラー撮像素子と、前記電荷を前記列方向に転送する列方向電荷転送部と、前記列方向電荷転送部から前記電荷を受け取って前記行方向に転送する行方向電荷転送部とを有し、前記列方向電荷転送部は、前記第２の電極側に前記光電変換素子毎に設けられ、前記第２の電極から前記電荷を取り出して蓄積する電荷蓄積素子と、蓄積された前記電荷を列方向に転送する列方向電荷転送素子とを備えた構成を有している。   The color imaging device of the present invention includes a color imaging device, a column direction charge transfer unit that transfers the charge in the column direction, and a row direction charge that receives the charge from the column direction charge transfer unit and transfers the charge in the row direction. A charge storage element that is provided for each of the photoelectric conversion elements on the second electrode side, extracts the charge from the second electrode, and stores the charge storage element. And a column-direction charge transfer element that transfers the generated charge in the column direction.

この構成により、本発明のカラー撮像装置は、列方向電荷転送部が、従来のものよりも開口率が高められたカラー撮像素子から取り出された電荷を蓄積して列方向に転送し、行方向電荷転送部が、列方向電荷転送部から電荷を受け取って行方向に転送して出力するので、低照度時における感度の向上を図ることができる。   With this configuration, in the color imaging device of the present invention, the column-direction charge transfer unit accumulates charges taken from the color imaging element having a higher aperture ratio than the conventional one, and transfers the charges in the column direction. Since the charge transfer unit receives charges from the column direction charge transfer unit, transfers them in the row direction and outputs them, it is possible to improve the sensitivity at low illuminance.

本発明は、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができるという効果を有するカラー撮像素子及びカラー撮像装置を提供することができるものである。   The present invention can provide a color imaging device and a color imaging device having an effect that the sensitivity can be improved by increasing the aperture ratio as compared with the conventional one.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態のカラー撮像装置の構成について説明する。なお、本発明のカラー撮像素子をＸＹアドレス方式で駆動させる単板型カラー撮像装置に適用した例を挙げて説明する。ＸＹアドレス方式とは、行及び列方向に沿ってマトリクス状に配置された光電変換素子を行及び列方向の位置をそれぞれ表すＸ及びＹアドレスによって指定する方式をいう。 (First embodiment)
First, the configuration of the color imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. An example in which the color image pickup device of the present invention is applied to a single-plate color image pickup device that is driven by an XY address method will be described. The XY address system is a system in which photoelectric conversion elements arranged in a matrix along the row and column directions are designated by X and Y addresses representing positions in the row and column directions, respectively.

ＸＹアドレス方式で光電変換素子をスイッチング動作させて走査する構成は、例えばＣＭＯＳやＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の回路基板を用いて実現することができる。以下、Ｘ及びＹ方向を水平及び垂直方向とし、水平及び垂直方向にそれぞれ６４０個及び４８０個の画素電極が配置されたＴＦＴ回路基板を下地としたカラー撮像装置について説明する。   The configuration in which the photoelectric conversion element is switched by the XY address method for scanning can be realized by using a circuit board such as a CMOS or a TFT (Thin Film Transistor). In the following, a color imaging device will be described in which the X and Y directions are horizontal and vertical directions, and a TFT circuit substrate on which 640 and 480 pixel electrodes are arranged in the horizontal and vertical directions, respectively.

図１に示すように、本実施の形態のカラー撮像装置１０は、被写体を撮像するカラー撮像素子２０と、カラー撮像素子２０の垂直方向の走査を制御する垂直走査制御回路１１と、水平方向の走査を制御する水平走査制御回路１２とを備えている。   As shown in FIG. 1, a color imaging device 10 according to the present embodiment includes a color imaging device 20 that images a subject, a vertical scanning control circuit 11 that controls scanning in the vertical direction of the color imaging device 20, and a horizontal imaging device. And a horizontal scanning control circuit 12 for controlling scanning.

カラー撮像素子２０は、水平及び垂直方向に沿ってマトリクス状に配置され、入射光に応答して電荷を発生する受光画素３０を備えている。受光画素３０は、垂直方向において垂直選択線１３によって指定され、水平方向において水平選択線１４によって指定されるようになっている。また、受光画素３０は、電荷を取り出す画素電極３４ｃを含み、画素電極３４ｃは、受光画素３０の受光面積とほぼ同等な面積を有している。   The color imaging device 20 includes light receiving pixels 30 that are arranged in a matrix along the horizontal and vertical directions and generate charges in response to incident light. The light receiving pixel 30 is designated by the vertical selection line 13 in the vertical direction and designated by the horizontal selection line 14 in the horizontal direction. In addition, the light receiving pixel 30 includes a pixel electrode 34 c that extracts charge, and the pixel electrode 34 c has an area substantially equal to the light receiving area of the light receiving pixel 30.

垂直走査制御回路１１及び水平走査制御回路１２は、パルス信号を生成し、このパルス信号をそれぞれ垂直選択線１３及び水平選択線１４に出力するようになっている。また、垂直走査制御回路１１及び水平走査制御回路１２は、制御回路（図示省略）から所定の制御信号が送られ、動作が制御されるようになっている。   The vertical scanning control circuit 11 and the horizontal scanning control circuit 12 generate a pulse signal and output the pulse signal to the vertical selection line 13 and the horizontal selection line 14, respectively. The vertical scanning control circuit 11 and the horizontal scanning control circuit 12 are configured to be controlled by a predetermined control signal sent from a control circuit (not shown).

なお、垂直選択線１３は、Ｖ１からＶ４８０までの４８０本で構成され、水平選択線１４は、Ｈ１からＨ６４０までの６４０本で構成されている。また、図面を簡略化するため、図１においては、Ｈ１及びＨ２と、Ｖ１及びＶ２とで囲まれた受光画素３０のみにトランジスタスイッチ（後述）を描いている。   The vertical selection line 13 is composed of 480 lines from V1 to V480, and the horizontal selection line 14 is composed of 640 lines from H1 to H640. Further, in order to simplify the drawing, in FIG. 1, transistor switches (described later) are drawn only in the light receiving pixels 30 surrounded by H1 and H2 and V1 and V2.

受光画素３０は、図２の断面図に示すように構成されている。すなわち、受光画素３０は、基板３１上に設けられたトランジスタスイッチ３２と、トランジスタスイッチ３２上に設けられた絶縁膜３３と、絶縁膜３３上に設けられた光電変換素子３４とを備えている。なお、図２は、図１におけるＨ１及びＨ２と、Ｖ１及びＶ２とで囲まれた範囲のＨ１と平行な断面を示している。   The light receiving pixel 30 is configured as shown in the sectional view of FIG. That is, the light receiving pixel 30 includes a transistor switch 32 provided on the substrate 31, an insulating film 33 provided on the transistor switch 32, and a photoelectric conversion element 34 provided on the insulating film 33. 2 shows a cross section parallel to H1 in a range surrounded by H1 and H2 and V1 and V2 in FIG.

基板３１は、例えば厚さが１ｍｍ程度の無アルカリガラスによって構成されている。絶縁膜３３は、例えば膜厚が数百ｎｍ〜１μｍ程度のＳｉＯ２（二酸化シリコン）によって構成されている。 The substrate 31 is made of non-alkali glass having a thickness of about 1 mm, for example. The insulating film 33 is made of, for example, SiO 2 (silicon dioxide) having a thickness of about several hundred nm to 1 μm.

トランジスタスイッチ３２はＴＦＴで構成され、垂直選択線１３に接続されたゲート電極３２ａと、半導体層３２ｂと、ゲート電極３２ａと半導体層３２ｂとの間を絶縁する絶縁層３２ｃと、水平選択線１４に接続されたソース電極３２ｄと、画素電極３４ｃと接続されたドレイン電極３２ｅとを備えている。   The transistor switch 32 is composed of a TFT, and includes a gate electrode 32 a connected to the vertical selection line 13, a semiconductor layer 32 b, an insulating layer 32 c that insulates between the gate electrode 32 a and the semiconductor layer 32 b, and a horizontal selection line 14. A source electrode 32d connected and a drain electrode 32e connected to the pixel electrode 34c are provided.

ゲート電極３２ａ、ソース電極３２ｄ及びドレイン電極３２ｅは、それぞれ、例えば膜厚が２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のアルミニウム膜によって構成されている。半導体層３２ｂは、例えば膜厚が３００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）によって構成されている。絶縁層３２ｃは、例えば膜厚が１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉＯ２によって構成されている。 Each of the gate electrode 32a, the source electrode 32d, and the drain electrode 32e is composed of, for example, an aluminum film having a thickness of about 200 nm to 500 nm. The semiconductor layer 32b is made of, for example, a-Si (amorphous silicon) having a film thickness of about 300 nm to 500 nm. The insulating layer 32c is made of SiO 2 having a thickness of about 100 nm to 200 nm, for example.

光電変換素子３４は、入射光を透過させる透明電極３４ａと、波長選択性を備えて選択された波長の入射光を吸収して入射光の強度に応じた電荷を発生する光電変換膜３４ｂと、光電変換膜３４ｂによって発生された電荷を取り出す画素電極３４ｃとで構成されている。透明電極３４ａと画素電極３４ｃとの間には、光電変換膜３４ｂ内に電界を発生させる電圧が印加されるようになっている。なお、透明電極３４ａ及び画素電極３４ｃは、それぞれ、本発明の第１の電極及び第２の電極を構成している。   The photoelectric conversion element 34 includes a transparent electrode 34a that transmits incident light, a photoelectric conversion film 34b that absorbs incident light having a wavelength selected with wavelength selectivity and generates charges according to the intensity of the incident light, The pixel electrode 34c extracts the charge generated by the photoelectric conversion film 34b. A voltage that generates an electric field in the photoelectric conversion film 34b is applied between the transparent electrode 34a and the pixel electrode 34c. Note that the transparent electrode 34a and the pixel electrode 34c constitute a first electrode and a second electrode of the present invention, respectively.

透明電極３４ａは、例えば１００ｎｍ程度のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）のような無機透明電極や、ＰＥＤＴ／ＰＳＳ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｃｅ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ）のような有機導電膜等によって構成されている。画素電極３４ｃは、例えば膜厚が３００ｎｍ〜６００ｎｍ程度のアルミニウム膜によって構成されている。   The transparent electrode 34a is made of, for example, an inorganic transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide) having a thickness of about 100 nm, an organic conductive film such as PEDT / PSS (Polyethylene dioxythiophene polysulfene sulfonate), and the like. The pixel electrode 34c is made of, for example, an aluminum film having a thickness of about 300 nm to 600 nm.

光電変換膜３４ｂは、例えば、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）及び赤色光（Ｒ）をそれぞれ吸収する有機材料で構成され、これらの光電変換膜３４ｂをそれぞれ含む受光画素が図３に示すようなベイヤー配列でマトリクス状に配置される。ここで、青色光のみを吸収する有機材料としてはポルフィリン誘導体、緑色光のみを吸収する有機材料としてはペリレン誘導体、赤色光のみを吸収する有機材料としてはフタロシアニン誘導体が一例として挙げられる。   The photoelectric conversion film 34b is made of, for example, an organic material that absorbs blue light (B), green light (G), and red light (R), and the light receiving pixels including these photoelectric conversion films 34b are shown in FIG. They are arranged in a matrix with a Bayer array as shown. Here, examples of the organic material that absorbs only blue light include porphyrin derivatives, examples of the organic material that absorbs only green light include perylene derivatives, and examples of the organic material that absorbs only red light include phthalocyanine derivatives.

なお、受光画素の配列はベイヤー配列に限定されるものではなく、単板型カラー撮像素子用の色フィルタ配列で使用される公知の全ての方式を適用することができる。例えば、原色配列としては、インターライン配列、ストライプ配列、斜めストライプ配列、ＧストライプＲＢ市松模様配列等を適用することができる。また、ＲＧＢ３原色の補色光を吸収する有機材料で光電変換膜３４ｂを構成することにより、フィールド色差順次配列、フレーム色差順次配列、フレームインターリーブ配列、フィールドインターリーブ配列、ストライプ配列等の補色配列方式を適用することができる。   Note that the arrangement of the light receiving pixels is not limited to the Bayer arrangement, and all known methods used in the color filter array for the single-plate color image sensor can be applied. For example, as the primary color arrangement, an interline arrangement, a stripe arrangement, an oblique stripe arrangement, a G stripe RB checkerboard arrangement, or the like can be applied. In addition, by forming the photoelectric conversion film 34b with an organic material that absorbs complementary light of the three primary colors of RGB, a complementary color arrangement method such as a field color difference sequential arrangement, a frame color difference sequential arrangement, a frame interleave arrangement, a field interleave arrangement, and a stripe arrangement is applied. can do.

また、光電変換膜３４ｂの材料は、前述のものに限られるものではない。例えば、アクリジン、クマリン、キナクリドン、シアニン、スクエアリリウム、オキサジン、キサンテントリフェニルアミン、ベンジジン、ピラゾリン、スチリルアミン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、カルバゾール、ポリシラン、チオフェン、ポリアミン、オキサジアゾール、トリアゾール、トリアジン、キノキサリン、フェナンスロリン、フラーレン、アルミニウムキノリン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾール、ポリチオール、ポリピロール、ポリチオフェン及びこれらの誘導体等を単独で、又はこれらに代表される有機材料を２種類以上混合若しくは積層することで、光電変換膜３４ｂを形成することも可能である。   In addition, the material of the photoelectric conversion film 34b is not limited to the above-described material. For example, acridine, coumarin, quinacridone, cyanine, squarylium, oxazine, xanthenetriphenylamine, benzidine, pyrazoline, styrylamine, hydrazone, triphenylmethane, carbazole, polysilane, thiophene, polyamine, oxadiazole, triazole, triazine, quinoxaline , Phenanthroline, fullerene, aluminum quinoline, polyparaphenylene vinylene, polyfluorene, polyvinyl carbazole, polythiol, polypyrrole, polythiophene and their derivatives alone, or a mixture or lamination of two or more organic materials typified by them Thus, the photoelectric conversion film 34b can also be formed.

次に、本実施の形態のカラー撮像装置１０の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the color imaging device 10 of the present embodiment will be described.

最初に、光電変換膜３４ｂを形成する溶液の製造方法の一例について説明する。   Initially, an example of the manufacturing method of the solution which forms the photoelectric converting film 34b is demonstrated.

まず、青色光のみを吸収する有機材料としてクマリン６と、緑色光のみを吸収する有機材料としてローダミン６Ｇと、赤色光のみを吸収する有機材料としてオキサジン１７０と、これらの有機材料の成膜強度を上げるためのバインダとして可視光域の光を透過するポリビニルカルバゾールとを準備する。   First, coumarin 6 as an organic material that absorbs only blue light, rhodamine 6G as an organic material that absorbs only green light, oxazine 170 as an organic material that absorbs only red light, and the film strength of these organic materials. Polyvinyl carbazole that transmits light in the visible light region is prepared as a binder for raising.

次いで、クマリン６を５ｍｇと、ポリビニルカルバゾールを９５ｍｇとを５ｍｌのクロロホルムに加えて十分に攪拌することによって青色光用溶液が得られる。同様に、ローダミン６Ｇを５ｍｇと、ポリビニルカルバゾールを９５ｍｇとを５ｍｌのクロロホルムに加えて緑色光用溶液が得られ、オキサジン１７０を５ｍｇと、ポリビニルカルバゾールを９５ｍｇとを５ｍｌのクロロホルムに加えて赤色光用溶液が得られる。   Next, 5 mg of coumarin 6 and 95 mg of polyvinylcarbazole are added to 5 ml of chloroform and sufficiently stirred to obtain a blue light solution. Similarly, a solution for green light is obtained by adding 5 mg of rhodamine 6G and 95 mg of polyvinylcarbazole to 5 ml of chloroform, and 5 mg of oxazine 170 and 95 mg of polyvinylcarbazole are added to 5 ml of chloroform for red light. A solution is obtained.

次に、カラー撮像装置１０の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the color imaging device 10 will be described.

まず、下地となる走査部として、例えば１０μｍ角の画素電極３４ｃが、水平及び垂直方向にそれぞれ６４０個及び４８０個配列されたＴＦＴ回路基板を準備する。画素電極３４ｃの寸法は、隣接する画素電極３４ｃ同士が互いに干渉しない範囲内で大きくする設定することができる。   First, as a scanning unit serving as a base, for example, a TFT circuit substrate in which 640 and 480 pixel electrodes 34c of 10 μm square are arranged in the horizontal and vertical directions, respectively, is prepared. The size of the pixel electrode 34c can be set large within a range in which the adjacent pixel electrodes 34c do not interfere with each other.

次いで、例えばインクジェット法により、青色光用溶液、緑色光用溶液及び赤色光用溶液をベイヤー配列となるように、それぞれ、ＴＦＴ回路基板の画素電極３４ｃ上に塗布する。   Next, the blue light solution, the green light solution, and the red light solution are respectively applied onto the pixel electrodes 34c of the TFT circuit substrate by an inkjet method so as to form a Bayer array.

引き続き、各溶液が塗布されたＴＦＴ回路基板を、１Ｐａ程度に排気した真空デシケータ内に２４時間放置し、残留溶媒を除去する。   Subsequently, the TFT circuit substrate coated with each solution is left in a vacuum desiccator evacuated to about 1 Pa for 24 hours to remove the residual solvent.

次いで、低温スパッタ法を用い、ＩＴＯ電極が約７０ｎｍ堆積されることによって、カラー撮像素子２０が生成される。そして、垂直走査制御回路１１及び水平走査制御回路１２がカラー撮像素子２０に接続されることによって、カラー撮像装置１０が得られる。   Next, the color imaging element 20 is generated by depositing an ITO electrode of about 70 nm using a low-temperature sputtering method. Then, the color imaging device 10 is obtained by connecting the vertical scanning control circuit 11 and the horizontal scanning control circuit 12 to the color imaging device 20.

光電変換膜３４ｂの膜厚は、１０ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは、５０ｎｍ〜１μｍ程度に設定する。ただし、透明電極３４ａが光電変換膜３４ｂの上面に設けられるので、光電変換膜３４ｂの膜厚は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各層の膜厚がほぼ均一になるよう設定するのが好ましい。なお、実験によれば、前述の条件で作製した場合、各画素エリア内でほぼ一様に膜厚２００ｎｍの光電変換膜３４ｂが得られた。   The film thickness of the photoelectric conversion film 34b is set to about 10 nm to 5 μm, preferably about 50 nm to 1 μm. However, since the transparent electrode 34a is provided on the upper surface of the photoelectric conversion film 34b, the film thickness of the photoelectric conversion film 34b is preferably set so that the film thicknesses of the R, G, and B layers are substantially uniform. According to the experiment, when manufactured under the above-described conditions, a photoelectric conversion film 34b having a thickness of 200 nm was obtained almost uniformly in each pixel area.

なお、前述した製造方法において示した材質、寸法、手法等は一例であり、これらに限定されるものではない。   Note that the materials, dimensions, methods, and the like shown in the manufacturing method described above are examples, and the present invention is not limited to these.

次に、本実施の形態のカラー撮像装置１０の動作について説明する。   Next, the operation of the color imaging device 10 of the present embodiment will be described.

まず、被写体からの光は、透明電極３４ａを透過して光電変換膜３４ｂに到達する。次いで、光電変換膜３４ｂによって、入射光のうち選択された波長の光が吸収され、この光の強度に応じた正負の電荷、すなわち電子−正孔対が発生される。例えば、青色光のみを吸収するクマリン６によって製造された受光画素においては、光電変換膜３４ｂによって、入射光のうちの青色光が吸収され、この青色光の強度に応じた電荷が発生される。   First, light from the subject passes through the transparent electrode 34a and reaches the photoelectric conversion film 34b. Next, light of a selected wavelength among incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 34b, and positive and negative charges corresponding to the intensity of the light, that is, electron-hole pairs are generated. For example, in the light receiving pixel manufactured by the coumarin 6 that absorbs only blue light, the blue light of the incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 34b, and a charge corresponding to the intensity of the blue light is generated.

透明電極３４ａと画素電極３４ｃとの間には所定の電圧が印加されており、光電変換膜３４ｂに生じる電界によって、電子が画素電極３４ｃ側に移動し、電子が画素電極３４ｃに蓄積される。   A predetermined voltage is applied between the transparent electrode 34a and the pixel electrode 34c, and electrons move to the pixel electrode 34c side by the electric field generated in the photoelectric conversion film 34b, and the electrons are accumulated in the pixel electrode 34c.

ここで、透明電極３４ａと画素電極３４ｃとの間に印加する電圧としては、光電変換膜３４ｂに生じる電界が、１０４〜１０７Ｖ／ｃｍ程度になるように、好ましくは、１０５〜１０６Ｖ／ｃｍ程度になるように設定する。実験によれば、前述の条件で製造されたものにおいては、透明電極３４ａを負電極として、−１０Ｖの電圧を印加したところ、色再現性の良好な撮像画像が得られた。 Here, the voltage applied between the transparent electrode 34a and the pixel electrode 34c is preferably 10 5 to 10 so that the electric field generated in the photoelectric conversion film 34b is about 10 4 to 10 7 V / cm. Set to about 6 V / cm. According to the experiment, when manufactured under the above-described conditions, a transparent image 34a was used as a negative electrode and a voltage of -10V was applied. As a result, a captured image with good color reproducibility was obtained.

続いて、トランジスタスイッチ３２がオンにされたとき、画素電極３４ｃに蓄積された電子が、ゲート電極３２ａ、半導体層３２ｂ、ソース電極３２ｄ及び水平選択線１４を経由して所定の信号処理回路（図示省略）に信号電荷として出力される。   Subsequently, when the transistor switch 32 is turned on, electrons accumulated in the pixel electrode 34c pass through the gate electrode 32a, the semiconductor layer 32b, the source electrode 32d, and the horizontal selection line 14, and a predetermined signal processing circuit (illustrated). (Omitted) is output as signal charge.

そして、垂直走査制御回路１１及び水平走査制御回路１２によって、各受光画素３０のトランジスタスイッチ３２が順次オンにされ、全体の受光画素３０が走査されてカラー撮像素子２０の撮像信号が取得される。   Then, the vertical scanning control circuit 11 and the horizontal scanning control circuit 12 sequentially turn on the transistor switches 32 of the respective light receiving pixels 30, and the entire light receiving pixels 30 are scanned to acquire the image pickup signal of the color image pickup device 20.

具体的には、図１において、Ｖ１行の垂直選択線１３が垂直走査制御回路１１によって選択された後、水平走査制御回路１２によってＨ１列からＨ６４０列の水平選択線１４にパルス信号が順次印加されることにより、Ｖ１行のトランジスタスイッチ３２が順次指定され、Ｖ１行の受光画素３０から信号電荷が順次出力される。同様に、垂直走査制御回路１１によって、Ｖ２行〜Ｖ４８０行の垂直選択線１３が順次選択されることにより、カラー撮像素子２０に含まれる全部の受光画素３０が走査される。   Specifically, in FIG. 1, after the vertical selection line 13 of the V1 row is selected by the vertical scanning control circuit 11, a pulse signal is sequentially applied from the H1 column to the horizontal selection line 14 of the H640 column by the horizontal scanning control circuit 12. Thus, the transistor switches 32 in the V1 row are sequentially designated, and signal charges are sequentially output from the light receiving pixels 30 in the V1 row. Similarly, the vertical scanning control circuit 11 sequentially selects the vertical selection lines 13 of the V2 to V480 rows, thereby scanning all the light receiving pixels 30 included in the color image sensor 20.

以上のように、本実施の形態のカラー撮像装置１０によれば、受光画素３０は、選択された波長の入射光を吸収して入射光の強度に応じた電荷を発生する光電変換膜３４ｂと、光電変換膜３４ｂが発生した電荷を取り出す画素電極３４ｃとを備え、垂直走査制御回路１１及び水平走査制御回路１２は、垂直選択線１３と水平選択線１４とによって受光画素３０を指定して電荷を取り出す構成としたので、画素電極３４ｃを受光画素３０の面積とほぼ同等になるよう拡大して開口率を１００％に近づけることができ、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができる。   As described above, according to the color imaging device 10 of the present embodiment, the light receiving pixels 30 absorb the incident light having the selected wavelength and generate the charge according to the intensity of the incident light. The vertical scanning control circuit 11 and the horizontal scanning control circuit 12 designate the light receiving pixel 30 by the vertical selection line 13 and the horizontal selection line 14 and charge the pixel electrode 34c for taking out the charge generated by the photoelectric conversion film 34b. Since the pixel electrode 34c can be enlarged so as to be almost equal to the area of the light receiving pixel 30, the aperture ratio can be made close to 100%, and the sensitivity can be improved by increasing the aperture ratio compared to the conventional one. be able to.

なお、前述の実施の形態において、ＴＦＴの回路基板を下地として受光画素３０を走査する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＭＯＳの回路基板を下地として受光画素３０を走査する構成としても同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the configuration in which the light receiving pixels 30 are scanned using the TFT circuit substrate as a base has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, a CMOS circuit substrate is used. A similar effect can be obtained by scanning the light receiving pixels 30 as a base.

（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態のカラー撮像装置の構成について説明する。なお、本発明のカラー撮像素子をインターライン型ＣＣＤ撮像装置に適用した例を挙げて説明する。インターライン型とは、受光素子と遮光された電荷転送部とで受光画素が構成され、受光部に蓄積された電荷を電荷転送部が転送するものをいう。従来のインターライン型ＣＣＤ撮像装置は、受光画素内に電荷転送部が存在する構造のため、開口率は一般に５０％前後である。 (Second Embodiment)
First, the configuration of the color imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. An example in which the color imaging device of the present invention is applied to an interline CCD imaging device will be described. The interline type means that a light receiving pixel is constituted by a light receiving element and a light-shielded charge transfer unit, and the charge transfer unit transfers charges accumulated in the light receiving unit. Since the conventional interline CCD image pickup device has a structure in which a charge transfer portion is present in a light receiving pixel, the aperture ratio is generally around 50%.

図４に示すように、本実施の形態のカラー撮像装置４０は、被写体を撮像するカラー撮像素子５０と、電荷を蓄積するフォトダイオード４１と、蓄積された電荷を垂直方向に転送する垂直転送ＣＣＤ４２と、垂直転送ＣＣＤ４２から電荷を受け取って水平方向に転送する水平転送ＣＣＤ４３と、電荷を出力する出力回路４４とを備えている。ここで、フォトダイオード４１は、本発明の電荷蓄積素子を構成し、垂直転送ＣＣＤ４２は、本発明の列方向電荷転送素子を構成している。また、フォトダイオード４１及び垂直転送ＣＣＤ４２は、本発明の列方向電荷転送部を構成し、水平転送ＣＣＤ４３は、本発明の行方向電荷転送部を構成している。   As shown in FIG. 4, the color imaging device 40 of the present embodiment includes a color imaging device 50 that images a subject, a photodiode 41 that accumulates charges, and a vertical transfer CCD 42 that transfers accumulated charges in the vertical direction. A horizontal transfer CCD 43 that receives charges from the vertical transfer CCD 42 and transfers them in the horizontal direction, and an output circuit 44 that outputs the charges. Here, the photodiode 41 constitutes the charge storage element of the present invention, and the vertical transfer CCD 42 constitutes the column direction charge transfer element of the present invention. The photodiode 41 and the vertical transfer CCD 42 constitute the column direction charge transfer unit of the present invention, and the horizontal transfer CCD 43 constitutes the row direction charge transfer unit of the present invention.

カラー撮像素子５０は、水平及び垂直方向に沿ってマトリクス状に配置され、入射光に応答して電荷を発生する受光画素６０を備えている。受光画素６０は、電荷を取り出す画素電極６０ａを含み、画素電極６０ａは、受光画素６０の受光面積とほぼ同等な面積を有している。   The color imaging device 50 includes light receiving pixels 60 that are arranged in a matrix along the horizontal and vertical directions and generate charges in response to incident light. The light receiving pixel 60 includes a pixel electrode 60 a that extracts charge, and the pixel electrode 60 a has an area substantially equal to the light receiving area of the light receiving pixel 60.

図示を省略したが、受光画素６０は、前述の受光画素３０と同様な光電変換素子を備えており、光電変換素子は、入射光を透過させる透明電極と、波長選択性を備えて選択された波長の入射光を吸収して入射光の強度に応じた電荷を発生する光電変換膜と、光電変換膜によって発生された電荷を取り出す画素電極６０ａとで構成されている。なお、透明電極、光電変換膜及び画素電極６０ａの材質は、本発明の第１の実施の形態のカラー撮像装置１０に係るものと同様であるので説明を省略する。また、受光画素６０は、前述のベイヤー配列でマトリクス状に配置されるものとする。   Although not shown, the light receiving pixel 60 includes a photoelectric conversion element similar to the light receiving pixel 30 described above, and the photoelectric conversion element is selected with a transparent electrode that transmits incident light and wavelength selectivity. It comprises a photoelectric conversion film that absorbs incident light of a wavelength and generates a charge corresponding to the intensity of the incident light, and a pixel electrode 60a that extracts the charge generated by the photoelectric conversion film. Note that the materials of the transparent electrode, the photoelectric conversion film, and the pixel electrode 60a are the same as those of the color imaging device 10 according to the first embodiment of the present invention, and thus the description thereof is omitted. The light receiving pixels 60 are arranged in a matrix with the aforementioned Bayer arrangement.

また、画素電極６０ａは、フォトダイオード４１と電気的に接続されており、光電変換膜によって発生された電荷は、画素電極６０ａを介してフォトダイオード４１に送出されるようになっている。   Further, the pixel electrode 60a is electrically connected to the photodiode 41, and the electric charge generated by the photoelectric conversion film is sent to the photodiode 41 through the pixel electrode 60a.

また、フォトダイオード４１に蓄積された電荷は、制御回路（図示省略）からのフィールドシフトパルスにより、垂直転送ＣＣＤ４２に転送されるようになっている。   The electric charge accumulated in the photodiode 41 is transferred to the vertical transfer CCD 42 by a field shift pulse from a control circuit (not shown).

次に、本実施の形態のカラー撮像装置４０の動作について説明する。   Next, the operation of the color imaging device 40 of the present embodiment will be described.

まず、被写体からの光は、透明電極を透過して光電変換膜に到達する。次いで、光電変換膜によって、入射光のうち選択された波長の光が吸収され、この光の強度に応じた正負の電荷、すなわち電子−正孔対が発生される。   First, light from the subject passes through the transparent electrode and reaches the photoelectric conversion film. Next, the photoelectric conversion film absorbs light having a wavelength selected from incident light, and positive and negative charges corresponding to the intensity of the light, that is, electron-hole pairs are generated.

透明電極と画素電極６０ａとの間には所定の電圧が印加されており、光電変換膜内に生じる電界によって、電子が画素電極６０ａに引き寄せられ、これらの電子は、フォトダイオード４１に蓄積される。   A predetermined voltage is applied between the transparent electrode and the pixel electrode 60 a, and electrons are attracted to the pixel electrode 60 a by an electric field generated in the photoelectric conversion film, and these electrons are accumulated in the photodiode 41. .

引き続き、フォトダイオード４１に蓄積された電子は、フィールドシフトパルスにより、一斉に垂直転送ＣＣＤ４２に転送される。次いで、垂直転送ＣＣＤ４２の全てが並列に下方に電荷転送を開始し、水平１行分の信号が水平転送ＣＣＤ４３に送出されるたびに、水平転送ＣＣＤ４３は、信号を左方に転送し、出力回路４４を介して信号が出力される。   Subsequently, the electrons accumulated in the photodiode 41 are simultaneously transferred to the vertical transfer CCD 42 by a field shift pulse. Next, all of the vertical transfer CCDs 42 start to transfer charges in parallel downward, and each time a signal for one horizontal row is sent to the horizontal transfer CCD 43, the horizontal transfer CCD 43 transfers the signal to the left and outputs the output circuit. A signal is output via 44.

なお、本実施の形態のカラー撮像装置４０は、本発明の第１の実施の形態のカラー撮像装置１０に係る光電変換素子３４をＴＦＴ回路基板に設けたのと同様に、製造方法が公知のインターライン型ＣＣＤ撮像装置を下地としてカラー撮像素子５０を設けたものである。したがって、本実施の形態のカラー撮像装置４０の製造方法の説明は省略する。   The color imaging device 40 according to the present embodiment has a known manufacturing method in the same manner as the photoelectric conversion element 34 according to the color imaging device 10 according to the first embodiment of the present invention is provided on the TFT circuit substrate. A color imaging device 50 is provided with an interline CCD imaging device as a base. Therefore, the description of the manufacturing method of the color imaging device 40 of the present embodiment is omitted.

以上のように、本実施の形態のカラー撮像装置４０によれば、受光画素６０は、選択された波長の入射光を吸収して入射光の強度に応じた電荷を発生する光電変換膜と、光電変換膜が発生した電荷を取り出す画素電極６０ａとを備え、垂直転送ＣＣＤ４２は、フォトダイオード４１が蓄積した電荷を垂直方向に転送し、水平転送ＣＣＤ４３は、垂直転送ＣＣＤ４２から電荷を受け取って水平方向に転送する構成としたので、画素電極６０ａを受光画素６０の面積とほぼ同等になるよう拡大して開口率を１００％に近づけることができ、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができる。   As described above, according to the color imaging device 40 of the present embodiment, the light receiving pixel 60 absorbs incident light of a selected wavelength and generates a charge according to the intensity of the incident light; The vertical transfer CCD 42 transfers the charge accumulated in the photodiode 41 in the vertical direction, and the horizontal transfer CCD 43 receives the charge from the vertical transfer CCD 42 in the horizontal direction. Since the pixel electrode 60a can be enlarged so as to be almost equal to the area of the light receiving pixel 60, the aperture ratio can be brought close to 100%, and the sensitivity is improved by increasing the aperture ratio compared to the conventional one. Can be made.

なお、前述の実施の形態において、本発明のカラー撮像素子５０をインターライン型ＣＣＤ撮像装置に適用する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、フルフレーム型、フレーム転送型、フレームインターライン型等に適用しても同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiment, the example in which the color image pickup device 50 of the present invention is applied to an interline CCD image pickup device has been described. However, the present invention is not limited to this, for example, a full frame The same effect can be obtained when applied to a type, a frame transfer type, a frame interline type, and the like.

本発明の第１の実施の形態のカラー撮像装置に係る受光面の平面図The top view of the light-receiving surface which concerns on the color imaging device of the 1st Embodiment of this invention 本発明の第１の実施の形態のカラー撮像装置に係る受光画素の断面図Sectional drawing of the light receiving pixel which concerns on the color imaging device of the 1st Embodiment of this invention 本発明の第１の実施の形態のカラー撮像装置に係る受光画素の配置例を示す図The figure which shows the example of arrangement | positioning of the light receiving pixel which concerns on the color imaging device of the 1st Embodiment of this invention 本発明の第２の実施の形態のカラー撮像装置に係る受光面の平面図The top view of the light-receiving surface which concerns on the color imaging device of the 2nd Embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

１０、４０ カラー撮像装置
１１ 垂直走査制御回路（電荷取出手段）
１２ 水平走査制御回路（電荷取出手段）
１３ 垂直選択線
１４ 水平選択線
２０、５０ カラー撮像素子
３０、６０ 受光画素
３１ 基板
３２ トランジスタスイッチ
３２ａ ゲート電極
３２ｂ 半導体層
３２ｃ 絶縁層
３２ｄ ソース電極
３２ｅ ドレイン電極
３３ 絶縁膜
３４ 光電変換素子
３４ａ 透明電極（第１の電極）
３４ｂ 光電変換膜
３４ｃ、６０ａ 画素電極（第２の電極）
４１ フォトダイオード（電荷蓄積素子、列方向電荷転送部）
４２ 垂直転送ＣＣＤ（列方向電荷転送素子、列方向電荷転送部）
４３ 水平転送ＣＣＤ（行方向電荷転送部）
４４ 出力回路 10, 40 Color imaging device 11 Vertical scanning control circuit (charge extraction means)
12 Horizontal scanning control circuit (charge extraction means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Vertical selection line 14 Horizontal selection line 20, 50 Color image pick-up element 30, 60 Light receiving pixel 31 Substrate 32 Transistor switch 32a Gate electrode 32b Semiconductor layer 32c Insulating layer 32d Source electrode 32e Drain electrode 33 Insulating film 34 Photoelectric conversion element 34a Transparent electrode ( First electrode)
34b Photoelectric conversion film 34c, 60a Pixel electrode (second electrode)
41 Photodiode (charge storage element, column direction charge transfer unit)
42 Vertical transfer CCD (column direction charge transfer element, column direction charge transfer unit)
43 Horizontal transfer CCD (Row direction charge transfer unit)
44 Output circuit

Claims (3)

行及び列方向に沿ってマトリクス状に配置された光電変換素子を有し、
前記光電変換素子は、所定の波長の入射光を吸収して前記入射光の強度に応じた電荷を発生する光電変換膜と、この光電変換膜の前記入射光の入射面に設けられた第１の電極と、前記光電変換膜の前記入射面と対向する面に設けられた第２の電極とを備えたことを特徴とするカラー撮像素子。 Having photoelectric conversion elements arranged in a matrix along the row and column directions;
The photoelectric conversion element absorbs incident light of a predetermined wavelength and generates a charge corresponding to the intensity of the incident light, and a first provided on the incident surface of the incident light of the photoelectric conversion film And a second electrode provided on a surface facing the incident surface of the photoelectric conversion film. 請求項１に記載のカラー撮像素子と、前記行及び列方向の位置をそれぞれ表す行及び列アドレスにより前記光電変換素子を指定して前記第２の電極から前記電荷を取り出す電荷取出手段とを備えたことを特徴とするカラー撮像装置。 The color imaging device according to claim 1, and a charge extraction unit that takes out the charge from the second electrode by designating the photoelectric conversion element by a row and a column address representing the position in the row and column directions, respectively. A color imaging apparatus characterized by the above. 請求項１に記載のカラー撮像素子と、前記電荷を前記列方向に転送する列方向電荷転送部と、この列方向電荷転送部から前記電荷を受け取って前記行方向に転送する行方向電荷転送部とを有し、
前記列方向電荷転送部は、前記第２の電極側に前記光電変換素子毎に設けられ、前記第２の電極から前記電荷を取り出して蓄積する電荷蓄積素子と、蓄積された前記電荷を列方向に転送する列方向電荷転送素子とを備えたことを特徴とするカラー撮像装置。 2. The color imaging device according to claim 1, a column direction charge transfer unit that transfers the charge in the column direction, and a row direction charge transfer unit that receives the charge from the column direction charge transfer unit and transfers the charge in the row direction. And
The column-direction charge transfer unit is provided for each photoelectric conversion element on the second electrode side, extracts the charge from the second electrode and stores the charge-storage element, and stores the stored charge in the column direction. A color imaging device comprising: a column-direction charge transfer element for transferring to a light source.
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