JPH01278078A - 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】 〔産業の利用分野〕 本発明は光学的検出装置、カメラの露出調整用に用いら
れる光センサーに関するものである。

〔発明の背景〕

本発明者は、交流でも簡単に利用でき、耐圧信頼性を向
上させた光センサーとして、透明導電膜を被着した透明
基板上に、Ｐ−Ｉ−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
サーを先に提案した（特願昭６２−３３１６２０号）。

即ち、透明基板上にＰ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層
を有する積層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４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４１はガラス、透光性セラミックなどから成り
、該透明基板１の一生面には透明導電膜４２が被着され
ている。

透明導電膜４２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４１
の一生面に少なくとも積層体ｘ、　　ｙに共通の膜とな
るように形成される。

非晶質半導体層４３は、少なくとも金属電極４４ｘ、４
４ｙが形成される積層体ｘ、ｙ部分に、Ｐ−１−Ｎ接合
が形成される。

金属電極４４ｘ、４４ｙは、非晶質半導体層４３上に矩
形形状で所定間隔を置いて形成される。

好ましい金運は、電極と外部リードとが容易に半田付け
できるニッケルであり、予め金属電極４４Ｘ、４４ｙ上
に半田デツプによる半田層４５を設けてもよい。そして
、金属電極４４ｘ、４４ｙ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−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。

今、積層体Ｘの金属電極４４ｘに＋、積層体ｙの金属電
極４４ｙ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４４ｘ
−非晶質半導体層のＮ層４３Ｎ−１層４３ｒ−Ｐ層４３
Ｐ−透明導電膜４２−積層体ｙの非晶質半導体層の２層
４３　Ｐ−１層４３１−Ｎ層４３Ｎ−金属電極４４ｙに
流れる。即ち金属電極４４ｘ、４４ｙ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χには逆方向光電流が発生し
、積層体ｙは順バイアスであり、Ｐ−１−Ｎ接合したダ
イオードが抱き合わされて接続しているため、光起電力
は発生せず、積層体Ｘの逆方向抵抗の変化が、光センサ
ーの抵抗変化としてはたらく。このため、先センサー全
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。

しかしながら、上述の光センサーは、Ｐｌ−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ｍＥ体ＸｒＹ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、被写体が暗くなって
しまい、複数個の光センサ−、複雑な外部回路などが必
要であった。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の光センサーの問題点に鑑み案出された
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、上述の問題点を解決するために、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−１−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
分とに区分して形成した光センサーが提供される。

〔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
構造を示す平面図及び断面図である。

本発明の光センサーは、矩形状の透明基板ｌ上の中央部
分Ａと、周縁部分Ｂとに光検出セルａ。

ｂが夫々形成され構成されており、光検出セルａ。

ｂは、夫々透明導電膜２ａ、２ｂを共通として、該透明
導電膜２ａ、２ｂ及びバイアス電圧を印加する２つの導
電膜４１ａ、　４２ａ、４１ｂ、４２ｂとで挟持したＰ
−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体Ｆｊ３ａ。

３ｂから構成されている。

中央部分Ａの光検出セルａはガラスなどから成る透明基
板１の略中央部分に形成されている。

透明基板１の一生面で光検出セルａの領域には矩形状、
円形状などの透明導電膜２ａが被着されている。そして
、透明導電膜２ａ上に光照射により、正孔又は電子を発
生し、光電流が発生するＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導
体層３ａが形成されている。

さらに、該非晶質半導体層３ａ上には、バイアろ電圧が
印加される２つの導電膜４１ａ、　４２ａが路間−面積
で形成されている。即ち、光検出セルａの領域には透明
導電膜２ａ、非晶質半導体層３ａ及び導電膜４１ａ、　
４２ａとが積層する２つの積層体ａ　１　＋　３２が、
透明導電膜２ａを介して逆向きに接続されている。

そして、積層体ａ１の導電膜４１ａに＋、積層体ａ２の
導電膜４２ａに−のバイアス電圧をかけておくと、ＧＪ
３体ａ、の非晶質半導体層３ａには逆バィアスが、積層
体ａ２の非晶質半導体層３ａには順バイアスがかかるこ
とになり、バイアス電圧の印加方向に対して逆方向のフ
ォトダイオード（積層体ａυと順方向のフォトダイオー
ド（積層体ａ２）とが互いに抱き合わされた構造となっ
ている。

暗状態において、２つの導電膜４１ａ、４２ａ間は積層
体ａ、の逆方向抵抗Ｒａ、と積層体ａ２の順方向抵抗Ｒ
ａｇとの合成抵抗に対応する。

上述の光検出セルａに、基板１側から光照射される明状
態において、積層体ａ、及び積層体ａ２にも光起電力が
生じるが互いに逆電位となり、相殺されるため、実際に
は、光起電流は流れないものの、導電膜４１ａに＋、導
電膜４２ａ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。なお、積層
体ａ２はダイオードの順方向抵抗から成る抵抗体となる
。

そして２つの導電膜４１ａ、４２ａ間の電流は、積層体
ａ、の導電膜４１ａ−非晶質半導体層３ａのＮ層−１層
−２層−透明導電膜２ａ−積層体ａ２の非晶質半導体層
３ａの２層−１層−Ｎ層−導電膜４２ａに流れる。

ここで積層体ａ２のダイオードの順方向抵抗から成る抵
抗体と等価になるためには、明状態でＰ−Ｉ　−Ｎ接合
した非晶質半導体層から発生する開放電圧以上のバイア
ス電圧を導電膜４１ａ、４２ａ間に印加することが重要
である。

このため、光検出セルａ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
となり、Ｔ値が約１となる。

光検出セルｂは、透明基板１の略中央部分の光検出セル
ａを取り巻くように基板１の周縁部分Ｂに形成されてい
る。

透明基板１の一生面の光検出セルｂの領域には透明導電
膜２ｂが被着されている。そして、透明導電膜２ｂ上に
光照射により、正孔又は電子を発生し、光起電力を発生
するＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層３ｂが形成され
ている。

さらに、該非晶質半導体Ｆｊ３ｂ上には、バイアス電圧
が印加される２つの導電膜４１ｂ、　４２ｂが路間−面
積で形成されている。２つの導電膜４１ｂ。

４２ｂは、第１図（ｂ）に示すように、基板１の両端部
から形成され、基板１の中心線で互いに対向して配置さ
れている。即ち、光検出セルｂの領域には透明導電膜２
ｂ、非晶質半導体層３ｂ及び導電膜４１ｂ、　４２ｂと
が積層する２つの積層体す、、ｂ２が、透明導電膜２ｂ
を介して接続されている。

そして、積層体ｂ＋の導電膜４１ｂに＋、積層体ｂ２の
導電膜４２ｂに−のバイアス電圧をかけておくと、積層
体す、の非晶質半導体層３ｂには逆バイアス方向に、積
層体ｂ２の非晶質半導体層３ｂには順バイアスがかかる
ことになり、バイアス電圧の印加方向に対して逆方向の
フォトダイオード（積層体ｂ＋）と順方向のフォトダイ
オード（積層体ｂｚ）とが互いに抱き合わされ、上述の
光検出セルａと同様に光導電型センサーのようにはたら
く。

このように透明基板１上の中央部分Ａと、周縁部分Ｂと
に光検出セルａ、　　ｂを夫々形成した後、導電膜４１
ａ、４２ａ、４１ｂ、　４２ｂにバイアス電圧が外部回
路から印加される端子部分のみを露出して絶縁膜５を形
成されている（第２図参照）。

以上の構成のように、透明基板１上の中央部分Ａと、周
縁部分Ｂとに夫々光検出セルａ、ｂが設けられているた
めに、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、高い電位がかかっても、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関係となる。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。

また、抵抗値が光電流に依存しているために、Ｔ値は１
となる。

次に、上述の光センサーの製造方法を説明すると、ガラ
ス、透光性セラミックなどから成る透明基板１の一生面
には透明導電１ｆｉ２ａ、２ｂが中央部分Ａと、周縁部
分Ｂとに分割され、所定形状に形成されている。具体的
には、透明基板ｌの一生面上に、マスクを装着した後、
酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム・錫などの金
属酸化物膜を被着したり、透明基板１の一生面上に、酸
化錫、酸化インジウム、酸化インジウム・錫などの金属
酸化物膜を被着した後、レジスト・エツチング処理、Ｙ
ＡＧ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。

次に、中央部分Ａと周縁部分Ｂとの透明導電膜２ａ、２
ｂ上に非晶質半導体層３ａ、３ｂが形成される。具体的
には、非晶質半導体層３ａ、３ｂ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、Ｐ層はシランガスにジポラノなど
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層はシランガスを反応ガスとして形成され、Ｎ層はシ
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、非晶質半導体層３ａ、３ｂを光検出セルａ。

ｂに対応して分割に形成してもよいが、光検出セルａ、
ｂの間隔距離Ｃが非晶質半導体層の厚みよりも十分大き
ければ、非晶質半導体Ｅ３ａ、３ｂを光検出セルａ、ｂ
にわたって連続的に設けても構わない。

そして、光検出セルａに導電膜４１ａ、４２ａが、光検
出セルｂに導電膜４１ｂ、　４２ｂが、夫々非晶質半導
体層３ａ、３ｂ上に形成される。具体的には、非晶質半
導体層３ａ、３ｂ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３ａ、３ｂ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。尚、このエツチン
グ処理やレーザー溶断処理で非晶質半導体層３ａ。

３ｂを中央部分Ａと、周縁部分Ｂとに分割形成してもよ
い。

さらに、第２図に示すように、積層体ａｌ、ａ２　、ｂ
ｌ　＋　　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＋　、　４２ａｚ　、４１ｂ
、、４２ｂｚのみが露出されるように絶縁膜５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。即ち、基板１の裏面の端子部分４１ａ＝　、４
２ａｚが、中央部分Ａに形成された光検出セルａのバイ
アス電圧の印加の、また、端子部分４１ｂｔ　、４２ｂ
ｚが、周縁部分Ｂに形成された光検出セルｂのバイアス
電圧の印加の端子となる。そしてこの端子４１ａ＋　−
４２ａｚ　、４１ｂｌ、４２ｂＺに外部回路からリード
線を半田付けする。

第３図（ａ）、（ｂ）は第１図（ａ）、（ｂ）及び第２
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２図に示した実施例にさらに、第２の
導電膜６ａ＋　、６ａｚ　、６ｂ＋　、６ｂｚ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ｌの四隅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６ａｔ　、６ａｚ、６ｂ、、６ｂｚは、絶
縁膜５上に所定パターンで形成され、積層体ａｔ　＋　
　ａｚ、ｂｔ　ｓ　　ｂｚに対応して露出した端子４１
ａｔ　、４２ａｚ　、４１ｂ＋　、４２ｂｚから、基板
１の四隅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、＠２
の導電膜６ａ１．６ａｚ　、６ｂｌ　、ｓｂ、に半田喰
われが生じないようにする。

第２の絶縁膜７は、絶縁膜５で形成された積層体ａｌ　
ｙ　　ａｚ　、１）＋　＊　　１）ｚに対応する端子４
１３１、４２ａｚ　、４１ｂ＋　、４２ｂｚを第２の導
電膜６ａ。

、６ａｚ、６ｂｔ＋　　６ｂｚによって基板１の四隅に
まで延出したが、実際に外部回路と接続する端子７ａ＋
　、７ａｚ、７ｂ＋　、７ｂｚを形成するために、端子
７ａｔ　、７ａｚ、７ｂ＋　、７ｂｚを除いて絶縁膜５
及び第２の導電膜６ａＩ＊　　６ａ２．６ｂ＋　、６ｂ
ｚ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＋　、６ａｚ、６ｂｔ、６ｂ２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３図（ｂ）は基板１の四隅に端子７ａ。

、７ａｚ、７ｂｔ、７ｂｚ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７ａＩ、７ａ２、’ｉ、、
７ｂｚ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６　ａ　ｒ　ｔ　　６　ａｚ、６ｂｔ、
６ｂｚ及び第２の絶縁膜７のパターンを適宜設定すれば
よい。

上述の実施例で、中央部分Ａと、周縁部分Ｂの光検出セ
ルの２つの導電膜との対向状態が直線上となっているが
、さらに耐圧を向上させるために、対向状態を互いに噴
み合う櫛形にしたり、特に周縁部分Ｂの光検出セルｂに
おいて、例えば＋側のバイアスが印加される導電膜の外
周を、−例のバイアスが印加される導電膜で囲むように
してもかまわない。

〔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、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、高い電位がかかっても、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。さらに光検出セルの２つの導
電膜には、極性がないため、外部回路との接合が容易と
なり、交流動作が可能となり、汎用性がが極めて向上す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る光センサーの構造を示す平
面図であり、第１（ｂ）は同図（ａ）中Ｘ−Ｘ線の断面
図である。第２図は、本発明に係る光センサーの絶縁膜
の形状を示す非受光面側の平面図である。 第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の光センサーの発展的な
構造を示す断面図及び非受光面側の平面図である。 第４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２ａ、２ｂ・・
・・・・・・・透明導電膜３ａ、３ｂ・・・・・・・・
・非晶質半導体層４１ａ、　４２ａ、　４１ｂ、　４２
ｂ　−−−導電膜５・・・・・・・・・・・・・絶縁膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　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とに区分して形成した光センサー
   。