富士フイルムとパナソニックは6月11日、イメージセンサの受光部に、光を電気信号に変換する機能を持つ有機薄膜を用いることで、これまでのイメージセンサを超える性能を実現した有機CMOSイメージセンサ技術を開発したと発表した。

同成果の詳細は、6月11日に京都で開催された「2013 Symposium on VLSI Technology(VLSI2013)」で発表されたほか、6月15日に米国ユタ州で開催される「2013 International Image Sensor Workshop」でも発表される予定だという。

従来のイメージセンサは、受光部のシリコンフォトダイオード、金属配線、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズで構成されているが、今回開発された有機CMOSイメージセンサ技術では、シリコンフォトダイオードの代わりに、富士フイルムが開発した光吸収係数が大きい有機薄膜を採用することで、受光部をシリコンフォトダイオードの数分の1となる0.5μmまで薄膜化することに成功した。

今回開発された有機CMOSイメージセンサ(左)と従来イメージセンサ(右)の構造イメージ

また、従来イメージセンサでは、各画素に金属配線や、フォトダイオード以外の部分に光が入射するのを防止する遮光膜を形成する必要があったが、今回の有機CMOSイメージセンサ技術では、全面に有機薄膜を形成することが可能になるため、センサ面上で受ける光をすべて有機薄膜で受光することができるようになったことから、従来の約1.2倍の感度を実現し、暗いところでもクリアな映像を撮ることができるようになったほか、従来のシリコンフォトダイオードでは光線入射角が30～40°であったものが、60°まで拡大することに成功。斜めから入射する光を効率よく利用することが可能となったため、混色のない忠実な色再現性が可能となったほか、レンズの設計自由度が向上するため、カメラの小型化が可能になるという。

有機CMOSイメージセンサの画素部分のイメージ

さらに、パナソニックの半導体デバイス技術により、信号の飽和値を従来のイメージセンサ比で4倍に向上させることに成功したほか、ノイズ抑制回路を新たに開発することで、ダイナミックレンジ88dBを実現。これにより明るいところで白トビなく、暗い被写体も鮮明で階調豊かな映像が取得可能となったとする。

有機CMOSイメージセンサの撮像例。右は低ダイナミックレンジの撮像例

加えて、富士フイルムが有機薄膜を保護する無機薄膜を成膜するプロセス技術を開発し、有機薄膜への水分および酸素の浸入を阻止することに成功。これにより、性能劣化を防ぐことが可能となったことから幅広い用途での利用が可能となり、パナソニックでは、監視・車載カメラ、モバイル端末、デジタルカメラなど幅広い用途に同技術を提案していく計画としている。