JPH01271706A - 光フィルタ及び該光フィルタを用いた光電センサー - 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、光フィルタ及び該光フィルタを用いた光電セ
ンサーに関する。

〔従来の技術〕

従来、フォトダイオードと色フィルタを組み合わせた光
電センサーは、第５図に示すようなものが用いられてい
る。すなわち、ガラス等の透明絶縁基板１０片側にフォ
トダイオードＤ１が形成され、もう一方の側にＲ（赤〕
、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色フィルタ２Ｒ，２Ｇ　、２Ｂ
が接着されて成る。こ２こで、前記フォトダイオードＤ
１をアモルファスシリコン等の薄膜デバイスで形成する
とすれば、フォトダイオードＤｌは透明導電膜３、アモ
ルファスシリコン層４及び裏面電極５で構成される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来のこの種の光電センサーでは、色認識を
するためには、少なくとも３種類（Ｒ。

Ｇ、Ｂ）の色フィルタが必要であシ、製作上非常に複雑
となる。また、このような光電センサーを１画素として
アレイ状にし、イメージセンサ−を構成する場合には、
前記色フィルタの微細化が非常に困難となシ、技術的な
課題となっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、工程が簡
単でコストや生産性に優れ、＊１１４ｆｌ化が容易な色
フィルタを提供すると共に、微細なイメージセンサ−等
の画素としても使用できる光電センサーを提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、透明絶縁基板と、該透明絶縁基板に接して形
成され、少なくとも透明絶縁基板と異なる屈折率を有す
る薄膜とようなる光フィルタであって、前記薄膜の膜厚
を変化させることにより、前記透明絶縁基板を通過する
光の波長を変化させたことを特徴とするものであシ、ま
た、上記光フィルタと対応する位置に透明絶縁基板を介
して光電変換素子を設けて成る光１ｔセンサーである。

〔作　用〕 次に、本発明の詳細な説明する。一般に透明基板に薄膜
が形成された場合、その光の干渉は第６図に示すように
なる。すなわち、屈折率ｎＯ＊　ｎ２の二つの媒質の中
間に屈折率ｎ１、厚さｄ、の薄膜があるとぎ、これに上
方から振幅ｌの光が入射した場合反射率、透過率を求め
てみる。この場合、光は薄膜内で多重反射をするが、こ
れらのおのおのの光は薄膜の上下両面は平行であるとみ
なせるので互いに同一方向に向かい互いに干渉し合う。

したがって、反射率、透過率は多重反射して出てきた各
党の振幅を合成して求めなければならない。

いま、上面での反射率をｒｌ、透過率を−、上下両のそ
れらをｒｌ２　ｐ　δ１２とすれば合成振幅ｒはｒ＝ｒ
Ｏｆ＋ｔＯＩｔＯＩ′ｒ１２ｅ””　ｔ０１ｔ０１’ｒ
ｏＩｒ１２”ｅ　”δ１．、、、、、−、。

ｊｏ＋ｊａ’ｒ１□ｅ　””　　　　　　　　　　　　
　１１１＝ｒｏ１＋ １＋ｒｏＩｒＩ２ｅ叩δ１ となる。ここで δｌ＝　　ｎ、ｄｌｃｏｓ　９’１ λ である。エネルギー保存の法則によりｔ。１ｔＯ１’　
＝ｒＯ１”であるから となる。同様に したがって、エネルギー反射率および透過率は次のよう
になる。

となる。

ここで具体的な実施例として透明基板に石英がラス、薄
膜に窒化シリコン膜を用いた場合には、屈折率はそれぞ
れｎ。＝１（空気）、ｎ１＝２．０、ｎ、＝ｌ、４５　
　となシ式１６）、にこれらの値を導入すると となる。つまシ、基板を貫通する光の透過も反射もδｌ
の値によって変化する。ここでδｌは垂直入射光のみを
考えると δ１＝　　ｄｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｉ
ｓｌス となる。ここで式１７）の値、つまシ透過率Ｔが極大を
とるためには、δ！＝０、π、・・・ｎπであればよい
。

式１８１より λ＝　、ｉｄ、　、　８ｄｌ、−ｚ・２ｎｄ。

となり、窒化シリコン膜の膜厚を変化させることによシ
、入射光のある波長の光の透過率を極大にすることがで
きる。例えば、Ｘ　＝　６６００１　（赤色）の光を考
えれば で透過率を極大にすることができるのである。

〔実施例〕

この発明は、上記原理を利用したもので、第１図はこの
発明の一実施例を示している。すなわち、れの膜厚を有
する部分１図において２Ｒ、２Ｇ　。

２Ｂで示す部分）を通過する光の透過率は第２図に示す
ようになる。つまシ色フィルタを用いることなくＲ（赤
）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルターを、窒化シ
リコン膜２の膜厚のみを変化させることによって構成で
きるのである。また、ここで窒化シリコン膜２は石英基
板表面ｌの保護膜も兼ねているう 次に、第３図は前記カラーフィルタを使用したカフ−セ
ンサーを示すもので、以下、このカラーセンサーについ
て説明する。まず、ガラス基板１等から成る透明絶縁基
板１１の片面に、それぞれＲ（赤ン、Ｇ（緑］、Ｂ（青
）に対応する膜質を有する窒化シリコン膜等の表面保護
膜νが形成されている。この表面保護膜枝が形成された
基板１１の反対側には、アモルファスシリコン等により
構成されるフォトダイオードＤが形成されている。フォ
トダイオードＤの構成は、まずＩＴＯ等の透明導電膜絽
が形成され、さらにアモルファスシリコン層１４が形見
戊されている。そのアモルファスシリコン層１４　！ｒ
：、には、Ｒ，Ｇ、Ｈのフィルタ位置にそれぞれ対応す
るＡｅ等の裏面電極１５ａ　、　１５ｂ　、　１５Ｃが
形成されている。

次に動作について説明すると、まず表面保護漢和が形成
された透明絶縁基板１１側（図中上方）から光が入射す
ると、表面保護膜ルの膜厚に応じた波長の光がＩＲＩ　
、　ＩＧＩ　、　ＩＢＩの膜を通過し、透明絶縁基板１
１を通ってフォトダイオード七ルに到達する。

到達した光はそこで光電変換によシ光の波長と強さに応
じた電流に変わυ外部へ取シ出されるのである。これに
よシ入射した光が赤、緑、青に分けられ検出されるので
ある。

第４図は第３図に示したカラーセンサーを一画素として
持つイメージセンサを示している。図中りが一画素を示
しておシ、表面保護膜η、透明絶縁基板２】、透明導電
膜ス、アモ〃ファスシリコン層別、裏面室ＩｆＭ２５ａ
　、　２５ｂ　、　２５Ｃよシ構成されている。また各
画素は透明導電膜ｎと裏面電極鍵。

２５ｂ、δＣによりマトリックス状に接続されている。

表面保護膜ηが形成された透明絶縁基板側（図中下方）
から入射した光は第３図の場合と同様に入射した光の波
長と強さに応じた電流が出力され、透明導電膜スと裏面
１Ｍ、極２５ａ　、　２５ｂ　、　２５Ｃで場所を指定
すれば、その場所の光入力が検出できるのである。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように、透明絶縁基板と、該透明絶縁基
板に接して形成され、少なくとも透明絶縁基板と異なる
屈折率を有する薄膜とよシなる光フィルタであって、前
記薄膜の膜厚を変化させることにより、前記透明絶縁基
板を通過する光の波長を変化させたことを特徴とするも
のであり、薄膜の膜厚を変化させるだけ形成できるため
、低コストで生産性に優れた光フィルタを提供できる。

また、上記光フィルタと対応する位置に透明絶縁基板を
介して光電変換素子を設けるだけで光電センサーを構成
できるため、低コストで生産性に優れた光電センサーを
提供できる。さらに、フォトリソグラフ工程等により薄
膜の微細加工も容易にできるため、イメージセンサ−の
画素等の集積デバイスへの応用も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１．２に係る光フィルタの一例を示す断
面図、第２図は同上の原理を説明する特外因、第３図は
請求項３．４に係る光電センサーの一例を示す断面図、
第４図は上記光電センサーを１画素に用いたイメージセ
ンサ−の要部を示す斜視図、第５図は従来の光電センサ
ーを示す断面図、第６図は薄膜中での光の反射屈折を説
明する図である。 １・・・透明絶縁基板、２・・・薄膜、Ｄ・・・光電変
換素子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明絶縁基板と、該透明絶縁基板に接して形成さ
   れ、少なくとも透明絶縁基板と異なる屈折率を有する薄
   膜とよりなる光フィルタであって、前記薄膜の膜厚を変
   化させることにより、前記透明絶縁基板を通過する光の
   波長を変化させたことを特徴とする光フィルタ。
2. （２）前記薄膜が前記透明絶縁基板の表面保護膜である
   ことを特徴とする請求項１記載の光フィルタ。
3. （３）透明絶縁基板と、該透明絶縁基板の一面に接して
   形成され、少なくとも透明絶縁基板と異なる屈折率を有
   する薄膜と、前記透明絶縁基板の他面に接して形成され
   た光電変換素子とよりなる光電センサー。
4. （４）前記光電変換素子が薄膜で形成された請求項３記
   載の光電センサー。