JPH01278077A - 光センサー - 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】 〔発明の背景〕 本発明者は、先に、透明導電膜を被着した透明基板上に
、Ｐ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層及び金属電極から
成る積層体を複数個形成して構成された光センサーを提
案した（特願昭６２−３３１６２０号）。即ち、透明基
板上にＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層を有する８Ｊ
３体のダイオードが逆方向に抱き合わせた構造となって
いた。

第５図（ａ）、　　（ｂ）はその光センサーの構造を示
す断面図及び平面図である。

透明基板５１はガラス、透光性セラミックなどから成り
、該透明基板５１の一生面には透明導電膜５２が被着さ
れている。

透明導電膜５２は酸化錫、酸化インジウム、酸゛′　化
インジウム・錫などの金属酸化物膜で形成され、透明基
板５１の一生面の少な（とも積層体ｘ、　　ｙに共通の
膜となるように形成されている。

非晶質半導体層５３は、少なくとも金属電極５４Ｘ、５
４ｙが形成される積層体ｘ、　　ｙ部分には、Ｐ−Ｉ−
Ｎ接合が形成されている。

金属電極５４ｘ、５４ｙは、非晶質半導体層５３上に矩
形形状で所定間隔を置いて形成されている。

そして、金属電極５４ｘ、５４ｙ間に外部回路（図示せ
ず）から一定のバイアス電圧を印加しておく。

上述の構成の光センサーは、Ｐ−１−Ｎ接合された積層
体ｘ、　　ｙであるダイオードが抱き合わされた構造に
なっている。

今、積層体Ｘの金属電極５４ｘに＋、積層体ｙの金属電
極５４ｙに−でバイアス電圧をかけておくと、積層体Ｘ
側には逆バイアス、積層体ｙ側には順バイアスがかかる
ことになる。

バイアス印加による電流は、積層体Ｘの金属電極５４ｘ
−非晶質半導体層のＮ層５３Ｎ−Ｉ層５３１−２層５３
Ｐ−透明導電膜５２−積層体ｙの非晶質半導体層の２層
５３Ｐ−Ｉ層５３Ｉ−Ｎ層５３Ｎ−金属電極５４ｙに流
れる。即ち金属電極５４ｘ、５４ｙ間の抵抗は積層体Ｘ
の逆方向抵抗と積層体ｙの順方向抵抗の和になるが、明
状態においては、積層体Ｘには逆方向光電流が発生し、
積層体ｙは順バイアスなので、積層体Ｘの逆方向光電流
の変化が、光センサーの抵抗変化としてはたらく。この
ため、光センサー全体において、見かけ主光照射により
抵抗が下がったことになり、光導電型センサーのように
はたらく。これにより照度−抵抗値特性がリニアとなる
。

即ち、明状態においては、積層体ｘ、ｙのうち、逆バイ
アス方向となる積層体Ｘのみが光センサーの抵抗変化に
寄与し、積層体ｙは太き（寄与しない。

しかじも、上述の光センサーは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された
積層体ｘ、　　ｙであるダイオードが抱き合わされた構
造になっているために、両積層体Ｘ。

ｙに光が照射される入射光強度は検出できるものの、入
射光の強度分布は検出できなかった。たとえば、カメラ
の露出用の光センサーの場合、ファインダーを通してカ
メラに導入された光束（結像光）を単独でしか検出でき
ず、周囲光の強い中の被写体を測光すると、強い周囲光
量に露出が合い、被写体が暗くなったりしていた。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の光センサーの背景に鑑み案出されたも
のであり、その目的は検出したい入射光の中央部分と、
周縁部分とで光量強度を検出し、より精度の高い光セン
サーを提供するものである。

〔問題点を解決するための具体的な手段〕本発明によれ
ば、上述の目的を達成するために、部分及び周縁部分に
対応する非晶質半導体層上に２つの導電膜を形成すると
ともに、該２つの導電股間にバイアス電圧を印加し、少
な（とも光検出時にバイアス電圧の極性を反転させるこ
とを特徴とする光センサーが提供される。

〔作用〕

上述の手段により、基板の中央部分と、周縁部分との２
つの積層体のうち、バイアス電圧に対して逆バイアスと
なっている一方の積層体が、光センサーの抵抗変化に寄
与し、バイアス電圧の印加方向、即ちバイアス電圧を反
転すれば、他方の積層体が、光センサーの抵抗変化に寄
与す°ることになる。このため、基板の中央部分に一方
のＭＥ体、該積層体を取り囲むように周縁部分に他方の
積層体が形成されているので、基板に検出光が入射され
ている時にバイアス電圧を反転することにより、基板の
中央部分及び周縁部分の検出光の強度を一枚の基板で検
出できることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の光センサーを図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図（ａ）、　　（ｂ）は本発明に係る光センサーの
構造を示す断面構造図及び平面図である。

本発明の光センサーは、矩形状の透明基板１上の中央部
分Ａと、周縁部分Ｂとに、夫々透明導電膜２を共通とし
て、該透明導電膜２及びバイアス電圧を印加する導電膜
４ａ、４ｂとで挟持されたＰ−Ｉ−Ｎ接合の非晶質半導
体層３から成る積層体ａ、ｂが形成され、構成されてい
る。

そして、検出光が入射されると、導電膜４ａ。

４ｂに印加されるバイアス電圧の極性を反転するもので
ある。

絶縁基板１はガラス、透光性セラミックなどから成り、
該絶縁基板１の一生面には第１の導電膜である透明導電
膜２が被着されている。

第１の導電膜である透明導電膜２は酸化錫、酸化インジ
ウム、酸化インジウム錫などの金属酸化物膜で形成され
、透明基板１の一生面の少な（とも中央部分Ａの積層体
ａ、周縁部分Ｂの積層体すに共通の膜となるように形成
されている。具体的には透明基板１の一主面上にマスク
を装着した後、上述の全屈酸化物膜を被着したり、絶縁
基板１の一主面上に金属酸化物膜を被着した後、レジス
ト・エツチング処理したりして所定形状に形成されてい
る。

非晶質半導体層３は、少なくとも導電膜４ａ、４ｂが形
成される積層体ａ、　　ｂ部分には、第１の導電型、第
２の導電型、第３の導電型を接合、即ちＰ−Ｉ−Ｎ接合
が形成されている。具体的には、非晶質半導体層３はシ
ラン、ジシランなどのシリコン化合物ガスをグロー放電
によって分解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等で被
着される非晶質シリコンなどから成り、２層３１はシラ
ンガスにジボランなどのＰ型ドーピングガスを混入した
反応ガスで形成され、１層３２はシランガスを反応ガス
として形成され、８層３３はシランガスにフォスフイン
などのＮ型ドーピングガスを混入した反応ガスで形成さ
れる。

尚、導電１１！２４ａ、４ｂが形成されない部分の非晶
質半導体層３はＰ−Ｉ−Ｎ接合していなくともよい。

導電膜４ａ、４ｂは、非晶質半導体層３上に所定形状、
所定間隔、即ち中央部分Ａの積層体ａ、周縁部分Ｂの積
層体すとなるように形成されている。具体的には、導電
膜４ａ、４ｂは非晶質半導体層３上にマスクを装着した
後、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム等の金属
を被着したり、非晶質半導体層３上にニッケル、アルミ
ニウム、チタン、クロム等の金属膜を被着した後、レジ
スト・エツチング処理、ＹＡＧレーザーによるレーザー
溶断処理などで所定パターンに形成される。

即ち第１図（ｂ）に示されるように、導電膜４ａ、４ｂ
の形状は、＋側のバイアスが印加された導電膜４ａが基
板１の中央部分Ａに、−側のバイアスが印加された導電
膜４ｂが導電膜４ａを取り囲むように基板１の周縁部分
Ｂに形成される。

上述の構成の光センサーは、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合された積層
体ａＸｂであるダイオードが抱き合わされた構造になっ
ている。

等価的には、導電膜４ａと導電膜４ｂとの間では、積層
体ａの抵抗Ｒａと積層体すの抵抗Ｒｂとが直列的に接続
され、さらに、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとの合成された抵抗
に並列的に積層体ａと積層体すとの間の非晶質半導体層
３での抵抗Ｒｘが接続されていることになる。

そして、基板１の中央部分Ａの積層体ａに＋、基板ｌの
周縁部分Ｂの積層体すに−のバイアス電圧をかけておく
と、積層体ａ側の非晶質半導体層３には逆バイアス、積
層体す側の非晶質半導体層には順バイアスがかかること
になる。

暗状態において、導電膜４ａ、４ｂ間に流れるバイアス
電流は積層体ａの逆方向抵抗Ｒａと積層体すの順方向抵
抗Ｒｂと抵抗Ｒｘとの合成抵抗値−に対応する。

上述の光センサーの絶縁基板１側から光照射される明状
態では、積層体ａ及び積層体すに夫々光起電力が生じる
が、互いに逆電位となるため、光照射の強度が大きく異
ならない限り、この光起電力は相殺され、殆ど光電流は
流れないものの、導電膜４ａに＋、導電膜４ｂに−のバ
イアス電圧が印加されているので積層体ａには逆方向光
電流が発生する。尚、積層体すはダイオードの順方向抵
抗の抵抗体となる。そして、バイアス電圧の印加による
電流は、積層体ａの導電膜４ａ−非晶質半導体層の８層
３３−１層３２−２層３１−導電膜２−積層体すの非晶
質半導体層の２層３１−１．層３２−Ｎ層３３−導電膜
４ｂに流れる。ここで、積層体すがダイオードの順方向
抵抗の抵抗体と等価になるためには、Ｐ−１−Ｎ接合し
た非晶質半導体層により発生する開放電圧以上のバイア
ス電圧を導電膜４ａ、４ｂ間に印加することが重要であ
る。

このため、光センサーにおいて、基板１の中央部分Ａの
光照射により発生したＷＦｉ体ａの逆方向光電流によっ
て、フォトダイオードのようにはたらく。これにより、
照度−明電流特性がリニアとなり、Ｔ値が約１となる。

さらに、導電膜４ａ、４ｂに印加されるパイアスミ圧の
極性を反転、即ち基板ｌの中央部分Ａの積層体ａに一１
基＠１の周縁部分Ｂの積層体すに十のバイアス電圧をか
けると、積層体ａ側の非晶質半導体層３には順バイアス
、積層体す側の非晶質半導体層には逆バイアスがかかる
ことになり、上述の動作と全く逆になり、光センサーと
して、基板１の周縁部分Ｂの光照射により発生した積層
体すの逆方向光電流によって、フォトダイオードのよう
にはたらく。

以上、本発明によれば、基板の中央部分Ａの積層体ａの
導電膜４ａと、該積層体ａを取り囲む基板１の周縁部分
Ｂの積層体すの導電膜４ｂとの間に印加されるバイアス
電圧の極性を反転動作させることにより、基板１に照射
されている検出光の中央部分及び周縁部分の光の強度を
容易に検出できることになる。

尚、第２の導電膜４ａ、４ｂ間の抵抗Ｒｘは、第２の導
電膜４ａ、４ｂが形成されない部分の非晶質半導体層３
が存在するが、第２の導電膜４ａ、４ｂ間の非晶質半導
体層３の横方向（間隙０．　１〜数ｍｍ　）の抵抗は厚
み方向（厚み約１〜数μｍ）よりも充分大きいため、バ
イアス電圧がＩＯＶ以上など高い電圧が印加されない限
り漏れ電流が発生することはない。

つぎに、本発明の光センサーを有効に作動させるための
外部回路を第２図に基づいて説明する。

外部回路は少なくとも、バイアス電圧の電源２１と、積
層体ａ、積層体すに印加されるバイアス電圧の極性を反
転動作させる切り換え手段２２と、積層体ａ、ｂ間に流
れる電流を検出する検出手段２３と、検出手段２３から
の信号と基準信号とを２比較処理する出力手段２４とか
ら構成されている。

バイアス電圧の電源２１は、照射されている光を検出し
たい間、積層体ａ、ｂに、切り換え手段２２をかいして
常時印加されている。

切り換え手段２２は、マルチバイブレークなどの発振手
段を備え、少なくとも光を検出する瞬間に動作し、バイ
アス電源２１から、積層体ａ、　ｂに印加されているバ
イアス電圧の極性を反転動作させる。

検出手段２３は、積層体ａ、ｂを通して流れる明電流を
検出するもので、その出力信号を比較処理する出力手段
２４に与える。

出力手段２４は検出手段２３の信号と内部に発生させた
基準信号とを比較し、照射されている光の強度を定量測
定するものである。また、出力手段２４には、切り換え
手段２２から、反転動作信号が供給され、バイアス電圧
の極性の反転動作に同期して検出手段２３の信号を比較
処理する。これにより、基板の中央部分Ａの積層体ａに
照射されている光の強度と、基板１の周縁部分Ｂの積層
体すに照射されている光の強度とが混同することなく抽
出される。

尚、第２図で示した外部回路は、単なる一例に過ぎず、
例えばバイアス電源２１と切り換え手段２２とを一体に
用いた高周波電源を用いたり、出力手段２４を複数設置
してバイアス電圧の極性の反転動作に応じて切り換えた
り、マイクロコンピュタ−による筒略化を行ったりする
ことができるが、要は、バイアス電圧の極性を反転動作
と舌養検出信号の比較処理を同期させることが重要であ
る。

さらに、第３図に示すように、ＩＪ体ａ、ｂに対応し、
バイアス電圧が外部回路から印加される端子部分４１ａ
、４１ｂのみが露出されるように絶縁１１Ａ５が形成さ
れる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェ
ノール樹脂などの母材に遮光顔料、黒色系着色顔料など
を添加した絶縁性樹脂ペーストが厚膜手法によって形成
される。卯ち、基板ｌの裏面の端子部分４１ａが中央部
分Ａに形成された積層体ａのバイアス電圧の印加の、ま
た、端子部分４１ｂが周縁部分Ｂに形成された積層体す
のバイアス電圧の印加の端子となる。そしてこの端子４
１ａ、４１ｂに外部回路からリード線を半田付けする。

第４図（ａ）、（ｂ）は第３図から更に発展させた実施
例の断面図及び平面図である。

本実施例では、第３図に示した実施例にさらに、第２の
導電膜６ａ、６ｂ及び第２の絶縁膜７を設けてバイアス
電圧が印加される端子を基板１の隅部に配置させたもの
で、これにより外部回路との接続を容易にし、チップ部
品化を可能になる光センサーが達成される。

第２の導電膜６ａ、６ｂは、絶縁膜５上に所定パターン
で形成され、積層体ａ、ｂに対応して露出した端子４１
ａ、４１ｂから、基板１の隅部にまで延出するように所
定形状に形成される。具体的には、半田付けできるニッ
ケルなどの金属を含有する導電性ペーストをスクリーン
印刷法などの厚膜手法によって形成されることが望まし
い。その他に半田付けできるニッケルなどの金属を抵抗
加熱法などで形成するこも考えられるがチップ部品化に
するには、半田デイツプ処理が必要になるため十分の厚
みを確保し、第２の導電膜６ａ、６ｂに半田喰われが生
じないようにするためである。

第２の絶縁膜７は、絶縁膜５で形成された積層体ａ、ｂ
に対応する端子４１ａ、４１ｂを第２の導電膜６ａ、６
ｂによって基板１の隅部にまで延出したが、実際に外部
回路と接続する端子？ａ、７ｂを形成するために、端子
７ａ、７ｂを除いて絶縁膜５及び第２の導電膜６ａ、６
ｂ上に形成される。

具体的には、絶縁膜５及び第２の導電膜６ａ、６ｂとの
接合強度、半田デイツプ処理時の耐熱性に鑑みて、エポ
キシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂などの絶縁性
樹脂ペーストが厚膜手法によって形成される。

尚、第４図（ｂ）は基板１の隅部に端子７ａ。

７ｂが形成されているが、その他に基板１の一端部のみ
に端子？ａ、７ｂを集中させるなど、外部回路との接続
条件に応じて第２の導電膜６ａ、６ｂ及び第２の絶縁膜
７のパターンを適宜設定すればよい。

以上の構成のように、透明基板１の中央部分Ａの積層体
ａの導電膜４ａと、該積層体ａを取り囲む基板１の周縁
部分Ｂの積層体すの導電膜４ｂとの間に印加されるバイ
アス電圧の極性を反転動作させることにより、透明基板
１に照射される光束の中央部と、周縁部とが、独立に且
つ同時に測定でき、より精度の高い光センサーとなる。

また、光検出セルａ、ｂが逆方向のフォトダイオードと
順方向のフォトダイオードとが互いに抱き合わされた構
造であるため、単一のフォトダイオードに比べ、高い電
圧がかかっても、非晶質半導体層のＰ−Ｉ−Ｎ接合が破
壊されることがなく、幅広い照度の変化に対して抵抗値
の変化が直線性となる。

たとえば、一つの光検出セルにバイアス電圧１〜１０ボ
ルトを印加した状態では、０．１〜１０００００Ｌｘま
での幅広い照度範囲で抵抗値の変化が良好な直線性応答
かえられた。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は、透明導電膜を共通として、該
透明導電膜及びバイアス電圧を印加する２つの導電膜と
で挟持したＰ−Ｉ−Ｎ接合の非晶質半導体層から成る光
検出セルを、透明基板上の中央部分と、周縁部分に夫々
形成したため、透明基板に照射される光束の中央部と、
周縁部との光量強度が、独立に且つ同時に測定でき、よ
り精度の高い光センサーとなる。これにより、光センサ
ーを実装する装置の外部回路も簡略化できる。

また、中央部と、周縁部との光量検出するが、基板全面
で行われ、基板に対する受光面積が向上する。

さらに、１つの光検出セルが逆方向のフォトダイオード
と順方向のフォトダイオードとが互いに抱き合わされた
構造であるため、高い電圧がかかっても、Ｐ−Ｉ−Ｎ接
合した非晶質半導体層が破壊されることがなく、幅広い
照度の変化に対して抵抗値の変化が良好な直線性応答が
得られ、Ｔ値が約１となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係る光センサーの構造
を示す断面図及び非受光面側の平面図である。 第２図は、本発明の光センサーを有効に動作させるため
の外部回路のブロック回路図である。 第３図は本発明の光センサーの発展的な構造を示す非受
光面側の平面図である。 第４図（ａ）、（ｂ）は第３図から更に発展させた実施
例の断面図及び非受光面側の平面図である。 第５図（ａ）、　　（ｂ）は従来のフォトダイオード抱
き合わせ型光センサーの構造を示す断面図及び平面図で
ある １・・・・・・・・・・透明基板 ２・・・・・・・・・・透明導電膜 ３・・・・・・・・・・非晶質半導体層４ａ、４ｂ・・
・・・・導電膜 ５・・・・・・・・・・絶縁膜 ａ、　ｂ・・・・・・・・積層体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　透明基板上に、透明導電膜及びＰ−Ｉ−Ｎ接合した非
   晶質半導体層を形成し、さらに、該基板の中央部分及び
   周縁部分に対応する非晶質半導体層上に２つの導電膜を
   形成するとともに、該２つの導電膜間にバイアス電圧を
   印加し、少なくとも光検出時にバイアス電圧の極性を反
   転させることを特徴とする光センサー。