JP2017135703A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1は、以下のことを開示している。有機光電変換層で生成する信号電荷は、有機光電変換層中での移動速度が小さいため、高輝度光が有機光電変換層に入射した場合、残像(以下、単に「高輝度残像」と呼ぶ)を生じやすい。残像の原因は残留電荷の発生であり、それを抑制するためには、画素電極間の直下に配線を配置しないことが望ましい。画素電極間の直下に配線を配置しないことにより、画素電極間の有機光電変換層内において、画素電極に向かう方向の電界強度を強めることができる。それにより、信号電荷が画素電極に捕集されるのに要する時間を短縮することができ、高輝度残像を低減することができる。
第1電極、
第1電極に対向する第2電極、
第1電極と第2電極との間の第1光電変換層、および
第1電極に接続され、第1光電変換層で発生した第1信号電荷を検出する第1信号検出回路
を含む第1単位画素セルと、
電圧供給回路と、
を備え、
電圧供給回路は、第1単位画素セルが第1信号電荷を蓄積する第1期間において、第2電極に第1電圧を印加し、
電圧供給回路は、第1電極と第2電極との電位差がゼロになるタイミングを含むように、第1期間とは異なる第2期間において、第1電極または第2電極の少なくとも一方に第2電圧を印加する、撮像装置。
第1光電変換層は、有機半導体材料を含む、項目1に記載の撮像装置。
第2電圧は、第2期間内において変化する電圧である、項目1または2に記載の撮像装置。
第3電極、
第3電極に対向する第4電極、
第3電極と第4電極との間の第2光電変換層、および
第3電極に接続され、第2光電変換層で発生した第2信号電荷を検出する第2信号検出回路
を含む第2単位画素セルをさらに備え、
電圧供給回路は、第2単位画素セルが第2信号電荷を蓄積する第3期間において、第4電極に第1電圧を印加し、
電圧供給回路は、第3電極と第4電極との電位差がゼロになるタイミングを含むように、第2期間において、第3電極または第4電極の少なくとも一方に第2電圧を印加し、
第1単位画素セルにおいて第1電極と第2電極との電位差がゼロになるタイミングと、第2単位画素セルにおいて第3電極と第4電極との電位差がゼロになるタイミングとは、互いに異なる、項目1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
第2光電変換層は、有機半導体材料を含む、項目4に記載の撮像装置。
第2期間は、所定のフレームに対応する第1期間の途中に設けられている、項目1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
第1単位画素セルは、行および列に沿って2次元に配置される複数の単位画素セルの中の1つであり、
複数の単位画素セルは、行ごとに異なるタイミングで信号が読み出される、項目1に記載の撮像装置。
2次元に配列された複数の単位画素セルと、撮影時に複数の単位画素セルをローリングシャッタ方式で駆動する駆動部とを備え、
複数の単位画素セルのそれぞれは、
第1面と、第1面の反対側の第2面とを有し、有機半導体材料を含む光電変換層と、
第1面に接する第1電極と、
第2面に接する第2電極と、
第1電極に接続され、光電変換層で発生した信号電荷を検出する信号検出回路と、
を含み、
駆動部は、Nフレームに少なくとも1回、第1電極の電位が、撮影時の値からグランドレベルまでの間であって、第1電極と第2電極との電位差がゼロになるタイミングを含むよう、所定の期間内において、第1電極または第2電極の少なくとも一方に印加する電圧を変化させる、撮像装置。
駆動部は、複数の単位画素セルの全てにおいて、第1電極または第2電極の少なくとも一方に印加する電圧を変化させる、項目8に記載の撮像装置。
複数の単位画素セルは、第1の画素セルと第2の画素セルとを含み、
所定の期間内において、第1の画素セルおよび第2の画素セルの第1電極と第2電極との電位差がゼロになるタイミングは互いに異なる、項目8または9に記載の撮像装置。
駆動部は、複数の単位画素セルの露光期間中に所定の期間を設定する項目8から10のいずれかに記載の撮像装置。
図1は、本開示の実施形態に係る撮像装置の例示的な回路構成を示す。図1に示す撮像装置100は、2次元に配列された複数の単位画素セル10を含む画素アレイPAを有する。図1は、単位画素セル10が2行2列のマトリクス状に配置された例を模式的に示している。言うまでもないが、撮像装置100における単位画素セル10の数および配置は、図1に示す例に限定されない。
図2は、単位画素セル10の例示的なデバイス構造を模式的に示す。図2に例示する構成では、上述の信号検出トランジスタ24、アドレストランジスタ26およびリセットトランジスタ28が、半導体基板20に形成されている。半導体基板20は、その全体が半導体である基板に限定されない。半導体基板20は、感光領域が形成される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板などであってもよい。ここでは、半導体基板20としてP型シリコン(Si)基板を用いる例を説明する。
以下、光電変換層15の構成の例を説明する。
図5は、本開示の実施形態に係る撮像装置における動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。図5中のグラフ(a)は、垂直同期信号Vssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(b)は、水平同期信号Hssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(c)は、電圧制御線42を介して電圧供給回路32から対向電極12に印加される電圧Vbの時間的変化の一例を示す。グラフ(d)は、画素電極11の電位を基準としたときの対向電極12の電位φの時間的変化を示す。グラフ(e)は、画素アレイPA(図1参照)の各行におけるリセットおよび露光、高輝度残像リセットのタイミングを模式的に示す。
図6は本開示の実施形態に係る撮像装置における他の動作例を説明するための図である。図5と同様、図6中のグラフ(a)は、垂直同期信号Vssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(b)は、水平同期信号Hssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(c)は、電圧制御線42を介して電圧供給回路32から対向電極12に印加される電圧Vbの時間的変化の一例を示す。グラフ(d)は、画素電極11の電位を基準としたときの対向電極12の電位φの時間的変化を示す。グラフ(e)は、画素アレイPAの各行におけるリセットおよび露光、高輝度残像リセットのタイミングを模式的に示す。
図7のグラフ(f)中、白の矩形は、各行における高輝度残像リセット期間を模式的に表している。高輝度残像リセット期間は、図5を参照して説明したように、電圧供給回路32が、対向電極12に印加する電圧を電圧Veから変化させることによって開始される。具体的には、高輝度残像リセット期間の開始時刻t9から終了時刻t13にかけて、対向電極12に印加する電圧を、電圧Veから電圧V3まで徐々に低下させる。また、高輝度残像リセット期間の終了タイミングである時刻t13と同時に、電圧をV3からVeに戻している。電圧V3は、典型的には、画素電極11の電位を基準としたときの対向電極12の電位が0V以下となるような電圧(例えば0V程度)である。なお、電圧V3は、0Vに限定されない。
11 画素電極
12 対向電極
13 光電変換部
14 信号検出回路
15 光電変換層
15A 光電変換構造
15e 電子ブロッキング層
15h 正孔ブロッキング層
20 半導体基板
20t 素子分離領域
24d、24s、26s、28d、28s 不純物領域
24 信号検出トランジスタ
26 アドレストランジスタ
28 リセットトランジスタ
24g、26g、28g ゲート電極
32 電圧供給回路
34 リセット電圧源(リセット電圧供給回路)
36 垂直走査回路
40 電源線
41 電荷蓄積ノード
42 感度制御線
50 層間絶縁層
44 リセット電圧線
46 アドレス制御線
47 垂直信号線
48 リセット制御線
Claims (7)
- 第1電極、
前記第1電極に対向する第2電極、
前記第1電極と前記第2電極との間の第1光電変換層、および
前記第1電極に接続され、前記第1光電変換層で発生した第1信号電荷を検出する第1信号検出回路
を含む第1単位画素セルと、
電圧供給回路と、
を備え、
前記電圧供給回路は、前記第1単位画素セルが前記第1信号電荷を蓄積する第1期間において、前記第2電極に第1電圧を印加し、
前記電圧供給回路は、前記第1電極と前記第2電極との電位差がゼロになるタイミングを含むように、前記第1期間とは異なる第2期間において、前記第1電極または前記第2電極の少なくとも一方に第2電圧を印加する、撮像装置。 - 前記第1光電変換層は、有機半導体材料を含む、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第2電圧は、前記第2期間内において変化する電圧である、請求項1または2に記載の撮像装置。
- 第3電極、
前記第3電極に対向する第4電極、
前記第3電極と前記第4電極との間の第2光電変換層、および
前記第3電極に接続され、前記第2光電変換層で発生した第2信号電荷を検出する第2信号検出回路、
を含む第2単位画素セルをさらに備え、
前記電圧供給回路は、前記第2単位画素セルが前記第2信号電荷を蓄積する第3期間において、前記第4電極に前記第1電圧を印加し、
前記電圧供給回路は、前記第3電極と前記第4電極との電位差がゼロになるタイミングを含むように、前記第2期間において、前記第3電極または前記第4電極の少なくとも一方に前記第2電圧を印加し、
前記第1単位画素セルにおいて前記第1電極と前記第2電極との電位差がゼロになるタイミングと、前記第2単位画素セルにおいて前記第3電極と前記第4電極との電位差がゼロになるタイミングとは、互いに異なる、請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第2光電変換層は、有機半導体材料を含む、請求項4に記載の撮像装置。
- 前記第2期間は、所定のフレームに対応する前記第1期間の途中に設けられている、請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1単位画素セルは、行および列に沿って2次元に配置される複数の単位画素セルの中の1つであり、
前記複数の単位画素セルは、前記行ごとに異なるタイミングで信号が読み出される、請求項1に記載の撮像装置。
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