JPH03278458A - 薄膜受光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、透光性基板上に受光素子が形成されてなる分
解能の優れた薄膜受光装置に関する。

〈従来の技術〉 透光性基板上に受光素子が形成されてなる薄膜受光装置
には、例えばａ−８ｉカラーセンサや薄膜ポジションセ
ンサがある。

第１４図はａ−８ｉカラーセンサの構造の１例を示す略
断面図である。このａ−８ｉカラーセンサは、可視光に
対して透光性のあるガラス基板１１の一方の面にａ−３
ｉフオトダイオードからなる受光素子１４２ａｔ　　ｂ
？　　ｃ、他方の面に着色した樹脂からなるＲ、Ｇ、Ｂ
のカラーフィルタ１４８ａ＋ｂ＋ｅが形成されて成る。

このようなカラーセンサでは、同図に示すように斜め入
射した光が隣接する受光素子に入射することがあり、例
えばＧフィルター１４３ｂを通過した光がＲ用受光素子
１４２ａに入射するクロストーク現象が起こる。

そこで、このクロストークを減少させるために次の様な
方法が用いられている。

（１）　　斜め入射し次光の横方向に移動する距離は光
の縦方向に移動する距離に比例する。これを利用したガ
ラス基板の厚みを薄くする方法。

（２）横方向からの光の入射を遮ぎるための遮光フード
を光入射側の基板の垂直方向に設けて奥行きを作り、斜
方向からの光の入射を低減し、入射光のうち入射角の大
きい成分を除去する方法。

（３）受光素子と受光素子の間に光を感知しないデッド
スベーヌを設け、回り込んで入射してくる光がこのデッ
ドヌベーヌ部に到達するようにして、回り込む範囲の光
を検知しないようにする方法。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら上記の方法には以下の様な問題がアク、ク
ロストーク低減のための十分な解決策とはなっていない
。

（１）ガラス基板の厚みを薄くする方法は、センサの光
のクロストークを低減するのに最も有効であるが、生産
性を考慮した場合、光のクロストークを十分低減できる
ほど薄いガラス基板を使用することは難しい。現在、カ
ラーセンサでは、受光素子の大きさが１〜１．５−角程
度であり、基板厚みだけで光のクロストークを低減しよ
うとした場合、１００〜２００μｍ厚さのガラス基板が
必要となる。しかし、コストや技術的な取り扱いの難し
さから、実際には、厚さ４００〜５００μｍのガラス基
板が使われている。

（２）センサの面に垂直な遮光板でセンサを囲って側面
からの入射光をカットする方法を用いた場合、センサ前
方に遮光フードが突き出した分だけセンサは厚くなる。

このため、実際のセンサは遮光フードが無いときの２〜
３倍の厚みを持ち小型、薄型が望まれる現在の市場にお
いてはデメリットとなる。また、入射光の一部をカット
することになり、センサ感度の低下を招くことになる。

（３）斜め入射光が到達する範囲に光を感知しないデッ
ドヌベーヌを設けた場合、センサ面積は、２〜３倍と拡
大することになり、小型化の観点からデメリットとなる
。

また、各方法の欠点を補うために、各方法を組み合わせ
ることも行われているが、これも十分ではない。

ところで、斜め入射した光によるクロストークの問題は
透光性基板上に受光素子が形成されてなる薄膜受光装置
において広く生じる問題であり、例えば第１５図に示す
ように薄膜ポジションセンサでは、ガラス基板１１に斜
め入射した光は、ガラス基板１１の厚みのため実際とわ
ずかにずれて検出されたり、入射光がガラス基板ｌｌ内
で反射を繰り返して複数の位置から信号が検出されたり
する。

そこで、本発明は上記従来の方法の有する欠点を解消す
ると共に、クロストークを十分に低減することを目的と
する。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明は、受光素子の形成
された透光性基板に溝を形成することにより、斜めに入
射した光によるクロストークを防止する。

上記溝は、複数の受光素子間でのクロストークを防止す
る場合には、受光素子の形成された透光性基板の第１の
面上の受光素子と受光素子の間に形成するか、光の入射
する面である透光性基板の第２の面上の受光素子と受光
素子の間に対応する位置に形成する。また、−の受光素
子内でのクロストークを防止する場合には、透光性基板
の第１の面上に形成された受光素子に対応する第２の面
上の領域内に−または複数の溝を形成する。

く作　用〉 第１３図は互いに直交する面での入射光の経路を示す図
である。面Ａと面Ｂは互いに直交しており、共に物質■
と物質口との境界面である。物質工から物質ロヘ面Ａに
対してθ０の角度で光が入射すると、この光は面Ａに対
してθｌの角度で物質口中へ進み面Ｂに達する。

この場合、物質■の屈折率をｎｌ＋物質■の屈折率をｎ
２＋面Ｂから物質Ｉへと光が出ていく角度をθ２とする
と、面Ａへの入射角θｌとの間で、ｓｉｎθｚ　＝　（
ｎｚ／ｎｔ　正−５ｉｎ”　Ｏｏ　　　（１１の関係が
成立する。この式はスネルの法則より導かれるものであ
る。この式（ＩＪより、ｎｚ／ｎｘの値に応じて特定の
入射角θ０において、入射光は面Ｂで全反射することが
わかる。さらに、（ｎ２／ｎｘ）＞２　の場合には、入
射角θ０の大きさに関係なく入射光がすべて面Ｂで全反
射することがわかる。

本発明は、上記光の性質を利用したものであり、例えば
第２の面上のある受光素子に対応する領域に、斜め方向
に光が入射した場合に、該入射光が透光性基板に設けら
れた溝によって全反射され。

別の受光素子に入射することなく対応する受光素子に達
するように働く。これによって、クロストークが防止さ
れ、同時に受光素子への光の入射効率が上がる。

したがって、溝内部の屈折率が透光性基板の屈折率に比
べて小さい程、広い入射角の範囲で入射光を反射でき、
また溝の深さが深い程溝と溝の間に光を閉じ込める効果
が大きくなる。

尚、溝内部に他の物質を形成しない場合には、ガラスと
空気の界面で反射が生じることとなり、ガラスの屈折率
が１，４５〜１．９程度であり、空気の屈折率が１．０
０であるので、第７図の場合には上記（ｎｚ／ｎｓ）　
　の条件を満たすことになり、すべての入射光が溝で全
反射される。

く実施例〉 実施例１ 第１図は本発明の実施例１の断面図である。

実施例１は、ガラス基板１１の一方の面にスパッタ法に
より作製されたＩ　Ｔ　０９　Ｓ　ｎ　Ｏｘ等の透明導
電膜と、プラズマＣＶＤにより作製されたｐ−ｉ　−ｎ
構造のａ　−Ｓ　ｉフォトダイオードと、蒸着により作
製されたＡｌｅ　Ｎｉ等の金属電極とからなる受光素子
１２　＆、　　１２　ｂ、１２　ｃが形成され、他方の
面に着色したエポキシ樹脂を印刷したＲ、Ｇ、Ｂカラー
フィルター１３ａ。

１３ｂ、１８ｃが形成され、Ｒ，Ｇ、Ｂカラーフィ／Ｖ
ター＋３ａｖ　　１８ｂｔ　　１８ｃの間に凹形の溝１
４が形成され九ａ−８ｔカラーセンサーである。溝１４
は同一基板上に作製した複数個のカラーセンサを切り離
す際ダイシング加工によジ同時に形成し、ガラス基板１
】に垂直に深く形成しｆｃ。

実施例１のａ−８ｔカラーセンサでは、側光ばＧフィル
ター１３ｂに斜めに入射した光は、一部界面で反射され
、残りはフィルター内に入射する。この入射光はフィル
ター内で緑以外の光が吸収されて緑の光となりガラス基
板ｌｌ内に入射する。ガラス基板の可視光域での屈折率
Ｕｉ１．６．エポキシフィルターの屈折率は約１．６、
空気の屈折率は１．０であるので、入射光はフィルター
とガラスの界面でほぼ直進して溝１４に達し、溝１４の
空気とガラスの界面で全反射し、他の素子に入射するこ
となくＧ用受光素子１２ｂに入射する。

このように、実施例１のカラーセンサは光のクロストー
クを低減し、光の閉じ込めにより感度の上昇を実現する
。

実施例２ 第２図は実施例２の断面図である。

実施例２は、ガラス基板１１の一方の面に複数の薄膜多
結晶Ｓｉ　　フォトダイオードの受光素子２２　＆、　
２２　ｂｙ　２２　ｃが形成され、他方の面に受光素子
２２　ａｔ　２２　ｂ＋　２２　ｃを区切るように凹形
の溝１４が形成されてなるエリアセンサである。

実施例２では入射光はフィルターを通過しない以外は実
施例１と同様にふるまう。

実施例８ 第３図は実施例３の断面図である。

実施例３は実施例１と同じ構造のカラーセンサを、透光
性樹脂３２でモールドして保護膜を形成したものである
。尚、透光性樹脂３２の屈折率と透光性基板３１の屈折
率は透光性基板の屈折率の方が大きくかつ２つの屈折率
の差が大きくなるような組合せを選ぶ。

実施例４ 第４図は実施例４の断面図である。

実施例４は、ガラス基板１１の一方の面にａ−８ｉ＋ｐ
−１−ｎフォトダイオードからなる連続した膜の受光素
子４２が形成され、他方の面に溝１４が形成されてなる
ポジションセンサである。溝１４が形成されることによ
って、溝で仕切られた領域内に入射光が閉じ込められて
入射光が実質的に分割され、デジタル信号出力に対する
分解能が向上する。

実施例５ 第５図は実施例５の断面図である。

実施例５は、ガラス基板１１の一方の面にａ−８ｉフオ
トダイオードからなる複数の受光素子１２が形成され、
他方の面にエポキシ樹脂からなるカラーフィルター１３
が形成され、受光素子１２の各素子間に溝１４が形成さ
れてなるａ−８ｉカラーセンサである。

実施例６ 第６図は実施例６の断面図である。

実施例６は、受光素子６２のプレイと受光素子６２の各
素子間にある溝１４が形成されたガラス基板１１に、フ
ィルター６３の形成されたガラス基板１１が、透光性接
着剤６４によって貼り合わされた光センサ装置である。

実施例６の構造は、受光素子とフィルターとの作製温度
が異なり同一基板上に形成するのが困難な場合等に適し
ている。

実施例７ 第７図は実施例７の断面図である。

実施例７は、透光性基板であるガラス基板ｌｌ上に、ス
パッタ、蒸着などによりＡｒ、Ｎｉなどからなる電流取
り出し用の金属電極７２ａ＋　　ｂが形成され、この上
にプラズマＣＶＤ法によりａ−８ｔ：Ｈからなる１層７
３，１層７４．ｎ層７５が積層され、さらに裏面電極７
６としてＡ　ｌｓ　Ｎ　ｉなどからなる金属電極がスパ
ッタ、蒸着などにより形成されてなるＰ　Ｓ　Ｄ　（ｐ
ｏｓ　１ｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）である。本実施例ではガラス基板１１の受光素子が
形成された面とは反対の面上に複数の深い凹形の溝１４
が形成されている。

本実施例のＰＳＤでは、上記溝１４により斜め入射した
光は溝１４の側面で反射され、溝と溝の間に閉じ込めら
れて、光の斜め入射やガラス基板１１内での多重反射に
よって隣接受光部への入射を阻止される。

また、位置Ｘに入射した光は、その位置で光電流工０を
生成し、この光電流Ｉｏは金属電極７２ａ、７２ｂより
取り出されるが、このときｐ層が抵抗層であるため、こ
の抵抗率′ｆ：Ｊ、金属電極７２ａ、７２ｂ間の距離を
し、金属電極？２ａ、７２ｂから取り出す電流をＩＡｔ
ＩＢとすると、抵抗値に反比例して となる。そしてこれら検出電流の比からアナログ的に受
光ポイントが算出される。以上のように動作することで
本実施例のＰＳＤは、測定精度を溝１４の間隔で決定す
ることができ、斜め入射による位置ズレ、ボケ等のない
位置の分解能の高い薄膜ポジシランセンサとして働く。

尚、第１Ｉ図に本ＰＳＤの簡単な等価回路を示す。また
、以上は一次元のものについて示したが、第１２図の模
式図に示すような金属電極７２ａ＋　ｂｔ　Ｃ１ｄを有
する二次元のＰＳＤの場合にも縦横に溝を形成すること
で同様に測定精度の高いＰＳＤを作製できる。

実施例８ 第８図は実施例８の斜視図である。

実施例８は、凹型の溝１４の形成されたガラス基板ｌｌ
上にスパッタやＣＶＤによジＩＴＯ。

５ｎ０２などの透明電極８２が形成され、この上にプラ
ズマＣＶＤ法によりａ−８ｉ：Ｈのｐ　−ｉ　−ｎ層か
らなる受光層８３が形成され、さらに裏面電極８４とし
て分割したＡＩやＮ１などの金属電極が形成されてなる
ポジションセンサである。

本実施例では受光層８３Ｆｉ、１つであるが、分割され
た裏面電極８４により実質的に複数の受光素子が形成さ
れており、光の入射した位置の裏面電極８４から信号が
取り出されて位置が検出される。本実施例の溝１４は分
割された裏面電極８４のｘｉと電極の間に対応する位置
に形成されておジ、受光素子間での光のクロス）　−り
を防いでいる。

実施例９ 第９図は実施例９の断面図である。

実施例９は、凹型の溝１４の形成されたガラヌ基板ｌｌ
上にＸ方向に分割されたＩＴＯ。

Ｓ・０・などの透明電極からな矛輸用電極９２がスパッ
タやＣＶＤにより形成され、この上にプラズマＣｖＤに
よりａ−８ｉ：Ｈのｐ−ｉｎ層からなる受光層９３が形
成され、さらにこの上にＹ方向に分割されたＡｌｔＮｉ
などの金属電極からなるＹ軸周電極９４が形成されてな
るＸ方向とＹ方向にマｔｌックス状に形成された電極で
位置検出が行われるポジションセンサである。本実施例
では光の入射した位置を通るＸ動用電極９２、Ｙ軸用を
極９４がら信号が検出され、その交点として位置が検出
される。

本実施例の溝】４はＸ動用電極９２、Ｙ軸周電極９４の
それぞれの各を極間に対応する位置に形成されて、受光
層９３に入射する光のクロストークを防いでいる。

実施例１Ｏ 第１０図は実施例１０の断面図である。

実施例１０は実施例８のポジションセンサにおいて、分
割された裏面電極８４に対応するガラス基板】１上の位
置に、数種類のフィルター８５をモザイク模様に形成し
たものである。

本実施例では、特定のフィルター８５に入射した光は溝
１４によりその進路が限定されて、対応する離面電極８
４領域に入射し、他の裏面電極８４領域に入射すること
がない。

〈発明の効果〉 本発明では、溝を形成するという簡単な方法で、受光素
子へ入射する光の透光性基板によるクロストークを防ぎ
、さらに光の閉じ込め効果によって薄膜受光装置の感度
を実質的に増加させることができる。また、従来のよう
に薄膜受光装置の形状を不必要に大きくすることもない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の断面図、 第２図は実施例２の断面図、 第３図は実施例３の断面図、 第４図は実施例４の断面図、 第５図は実施例５の断面図、 第６図は実施例６の断面図、 第７図Ｆｉ実施例７の断面図、 第８図は実施例８の斜視図、 第９図は実施例９の斜視図、 第ｉｏ図は実施例１Ｏの断面図、 第１１図は実施例７の等価回路図、 第１２図は二次元ＰＳＤの模式図、 第１３図は入射光の経路図、 第１４図は従来のカラーセンサの断面図、第１５図は従
来の薄膜ポジションセンサの断面図である。 １１・・・ガラス基板 ｔ２ｖ　　１２ａｔ　　１２ｂｚ　　１２ｃｔ　　２２
ａｔ　　２２ｂｙ２２ｃ、４２．６２・・・受光素子 １４・・・溝　　７３・・・９層　　７４・・・１層７
５・・・ｎ層　　８３．９３・・・受光層第 １３図 第１５図 「

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性基板の第１の面上に複数の受光素子が形成さ
   れ、上記透光性基板の第２の面から上記受光素子に光が
   入射する薄膜受光装置において、上記透光性基板の第１
   または第２の面の上記複数の受光素子の受光素子と受光
   素子の間に相当する位置に溝が形成されていることを特
   徴とする薄膜受光装置。 ２、透光性基板の第１の面上に受光素子が形成され、上
   記透光性基板の第２の面から上記受光素子に光が入射す
   る薄膜受光装置において、上記透光性基板の第２の面上
   の上記受光素子に対応する領域内に溝が形成されている
   ことを特徴とする薄膜受光装置。