JP2008235756A - 受光素子およびそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光感度を向上させることのできる受光素子およびそれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 基板１０の一面側にｐ型半導体よりなるＰ領域２０と、ｎ型半導体よりなるＮ領域３０と、そのＰ領域２０およびＮ領域３０の間に設けられたｉ型半導体よりなるＩ領域４０とを有している。Ｐ領域２０およびＮ領域３０は、結晶質の半導体により構成されている。Ｉ領域４０は、Ｐ領域２０およびＮ領域３０より厚い非晶質半導体層を含んで構成されている。これにより、可視光領域の波長を効率よく吸収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受光素子およびその受光素子を備えた表示装置に関する。

近年、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置において、表示画像の明るさやコントラストを検出して制御するためにフォトダイオードなどの受光素子が広く用いられている。このフォトダイオードは、表示装置においてＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）などの駆動回路を有する表示素子と共に搭載されるので、小型化が要求され、かつ製造工程の簡略化が求められている。このため、従来のフォトダイオードでは、非晶質シリコンを溶融固化した多結晶シリコンが材料として用いられている。

特許文献１では、平面形状のＰＩＮ型フォトダイオードを形成する技術を開示している。図１７にその平面形状のＰＩＮ型フォトダイオードの断面構成を模式的に示す。このＰＩＮ型フォトダイオードでは、透明基板１００面上に形成された多結晶シリコンからなるｐ型半導体領域１１０およびｎ型半導体領域１２０と、その間の透明基板１００面上に形成された多結晶シリコンからなるｉ型半導体（真性半導体）領域１３０とを備えている。このＰＩＮ型フォトダイオードは、透明基板１００上に非晶質シリコンをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより製膜したのち、これに熱アニールで溶融固化することにより形成される。

ところが、このような熱アニールによる形成方法では、透明基板１００も含めて全体に熱をかけることにより各半導体領域が形成されるので、同一基板上の他のデバイスに悪影響を及ぼすおそれがある。

一方、全体に熱をかけずに局所的に熱をかけて各領域を形成する方法としては、透明基板１００上に製膜された非晶質シリコンにエキシマレーザや固体レーザなどのレーザ光を照射して溶融固化することにより形成する方法が考えられる。
特開平６−２７５８０８号公報

しかしながら、上記したレーザ光により局所的に熱をかけて各領域を形成する方法では、使用するレーザ光の波長との関係上、各領域の厚さが同一で数１００ｎｍ程度以下とせざる得ないため、図１８に示した多結晶シリコンの相対感度から明らかなように、吸収できる光の波長が短波長側に偏り、十分な受光感度が得られていなかった。このため、表示装置に搭載した場合においても十分な表示特性が得られていなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、受光感度を向上させることができる受光素子およびそれを備えた表示装置を提供することである。

本発明の受光素子は、素子形成面上に形成された結晶質の第１導電型半導体領域と、その素子形成面上に形成された結晶質の第２導電型半導体領域と、第１導電型半導体領域と第２導電型半導体領域との間の素子形成面上に、これらの２つの半導体領域よりも不純物濃度が低く形成された中間半導体領域とを有し、中間半導体領域が、第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域よりも厚い非晶質半導体層を含むものである。

本発明の表示装置は、配列された複数の表示素子および受光素子を備えたものであって、受光素子が、素子形成面上に形成された結晶質の第１導電型半導体領域と、その素子形成面上に形成された結晶質の第２導電型半導体領域と、第１導電型半導体領域と第２導電型半導体領域との間の素子形成面上に、これらの２つの半導体領域よりも不純物濃度が低く形成された中間半導体領域とを有し、中間半導体領域が、第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域よりも厚い非晶質半導体層を含むものである。

本発明の受光素子では、中間半導体領域が第１導電型領域および第２導電型領域よりも厚い非晶質半導体層を含むことから、可視光領域の波長を効率よく吸収する。

本発明の表示装置では、上記した受光素子を備えるので、光強度の変化を精度よく検出することができる。

本発明の受光素子によれば、中間半導体領域が第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域よりも厚い非晶質半導体層を含ませることで、可視光領域の波長を効率よく吸収し、受光感度を向上させることができる。特に、中間半導体領域が第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域の一部を覆うようにすれば、より高い効果が得られる。

また、中間半導体領域における素子形成面側およびその反対側のうち、一方側に反射膜を有し、他方側に反射防止膜を有するようにすれば、受光方向が制限されると共に光電変換効率が向上し、より高い効果が得られる。

本発明の表示装置によれば、上記の受光素子を備えるので、その高精度の検出結果に基づいて制御することにより表示特性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置に搭載される受光素子１の断面模式図であり、図１（Ｂ）は、受光素子１の動作時（逆バイアス電圧印可時）の状態を表している。また、図２は、受光素子１の平面模式図である。この受光素子１は、基板１０の一面側に、第１導電型半導体領域としてのｐ型半導体よりなるＰ領域２０と、第２導電型半導体領域としてのｎ型半導体よりなるＮ領域３０と、そのＰ領域およびＮ領域の間に設けられた中間半導体領域としてのｉ型半導体よりなるＩ領域４０とが形成された構成を有している。この受光素子１は、いわゆるＰＩＮ型フォトダイオードを有する光センサであり、Ｐ領域２０にはアノード電極２１が、Ｎ領域３０にはカソード電極３１が接続され、絶縁層５０がＰ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０を覆うように設けられている。なお、図２では、簡略化のためにアノード電極２１およびカソード電極３１を省略して表している。受光素子１では、アノード電極２１とカソード電極３１との間に通常動作時に印可される電圧範囲内の逆バイアス電圧が電圧源（図示せず）により印可されており、この逆バイアス電圧により、図１（Ｂ）に示した空乏層４０Ａが形成される。

基板１０では、透明基板１１の一面側に沿って窒化シリコン膜１２が形成され、その窒化シリコン膜１２の上に、酸化シリコン膜１３が積層されている。また、基板１０には、透明基板１１と窒化シリコン膜１２との間に、Ｉ領域４０へ入射する光を遮るように遮光膜１４が設けられている。

透明基板１１は、例えば、ガラス、プラスチック、石英、酸化アルミニウムなどの透明（光透過性）材料により構成されている。

窒化シリコン膜１２および酸化シリコン膜１３は、いわゆる絶縁膜である。図１では二層としているが、いずれか一層としてもよい。また、酸化シリコン膜１３の上に窒化シリコン膜１２を形成するようにしてもよい。この絶縁性の材料としては、上記の他に、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などが挙げられる。これらは単独層を積層してもよいし、複数の材料を用いて混合層としてもよい。

遮光膜１４は、光（特に可視光領域の光）を透過しない材料により構成されており、透明基板１１の遮光膜１４を設けた面と逆側の面からＩ領域４０へ入射する光を遮るように、透明基板１１と窒化シリコン膜１２との間に配置されている。すなわち、本実施の形態では、受光方向が絶縁層５０側にほとんど制限されている。遮光膜１４の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）あるいはチタン（Ｔｉ）などの金属、またはそれらの化合物などが挙げられる。

なお、この遮光膜１４は、上記したように受光素子１の受光方向を制限するものであるので、基板１０および絶縁層５０の両側から光を受光させるのであれば設ける必要はない。また、例えば、表示装置として透過型液晶表示装置のバックライトの光量検出に受光素子１を用いる場合には、表示素子のブラックマトリクスを遮光膜１４としてもよい。

Ｐ領域２０は、酸化シリコン膜１３の上にＩ領域４０と接して形成されており、ｐ型不純物が注入されたｐ型半導体により構成されている。このｐ型半導体は、結晶質の半導体であり、例えば、多結晶シリコン（ポリシリコン）により構成されている。ｐ型不純物は、例えば、ホウ素などである。多結晶シリコンによりなるＰ領域は、例えば、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより製膜し、エキシマレーザなどのレーザ光を照射し、溶融固化することにより形成することができる。このため、表示装置に受光素子１を搭載する場合、ＴＦＴなどの駆動回路と共に同一基板上に製造することができるので好ましい。アノード電極２１は、Ｐ領域２０と電気的に接続されており、導電性の材料により構成されている。

Ｎ領域３０は、酸化シリコン膜１３の上にＩ領域４０と接して形成されており、ｎ型不純物が注入されたｎ型半導体により構成されている。このｎ型半導体は、結晶質の半導体であり、例えば、多結晶シリコンにより構成されている。ｎ型不純物は、例えば、リンなどである。多結晶シリコンによりなるＮ領域は、例えば、Ｐ領域２０と同様の製造方法により形成することができるので好ましい。カソード電極３１は、Ｎ領域３０と電気的に接続されており、アノード電極２１と同様に導電性の材料により構成されている。

Ｉ領域４０は、受光素子１の受光領域であり、Ｐ領域２０およびＮ領域３０の間の酸化シリコン膜１３の上に、これらの領域と接して形成されている。Ｉ領域４０は、Ｐ領域２０およびＮ領域３０よりも不純物（ｐ型不純物およびｎ型不純物）濃度が低いｉ型半導体により構成されている。また、このＩ領域４０は、Ｐ領域２０およびＮ領域３０よりも厚い非晶質半導体層により構成されている。ここで可視光領域において同じ厚さの多結晶シリコンと非晶質シリコンとの吸収係数とを比較すると、例えば、図３で表されるように、非晶質シリコンのほうが可視光域にかけての吸収係数が高い。この吸収係数の関係から、Ｉ領域４０を非晶質半導体により形成することで、広い波長域の可視光を吸収することができることが判明した。このため、Ｉ領域４０をＰ領域２０およびＮ領域３０よりも厚い非晶質半導体層により構成することで、受光感度を向上することができる。Ｉ領域４０を構成する非晶質半導体層の材料としては、非晶質シリコンまたは炭化シリコンが好ましい。より高い効果が得られるからである。

また、Ｉ領域４０は、図１に示したように、Ｐ領域２０およびＮ領域３０の一部を覆うように設けられているのが好ましい。Ｉ領域４０と、Ｐ領域２０およびＮ領域３０との接合面積が広くなることにより、より優れた受光感度が得られるからである。

絶縁層５０は、アノード電極２１およびカソード電極３１が形成された領域を除いて、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０を覆うようになっている。絶縁層５０の材料としては、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコンまたは窒化シリコンなどが挙げられる。これらは単独の材料を用いてもよいし、複数の材料を用いて混合層としてもよい。

次に、図４を参照して上記した受光素子１を備える表示装置について説明する。図４は、図１および図２に示した受光素子１を備える表示装置の回路構成を表している。

この表示装置は、表示部７０と、表示信号ドライバ７１と、表示信号スキャナ７２と、センサ入力側スキャナ７３と、センサ出力側ドライバ７４とを含んで構成されている。この表示装置は、表示データに基づく所定の画像を表示する機能（表示機能）を有すると共に、受光素子１（７６）を備えることで表示部７０に接触または近接する物体を撮像する機能（撮像機能）を有する、いわゆるＩ／Ｏディスプレイである。

表示部７０は、表示データに基づく所定の画像を表示すると共に表示部７０に接触または近接する物体を撮像する領域である。この表示部７０には複数の画素Ｇが設けられ、各画素Ｇには、表示素子（図示せず）とその表示素子を駆動する駆動回路７５と受光素子７６（１）とがそれぞれ配置されている。表示素子としては、例えば、液晶表示素子が挙げられる。

表示信号ドライバ７１は、表示駆動用の表示信号に基づいて、表示信号スキャナ７２と共に表示部７０内の各画素Ｇの駆動回路７５により表示素子を線順次駆動するものである。

センサ入力側スキャナ７３は、表示部７０内の各画素Ｇの受光素子７６を線順次受光駆動し、センサ出力側ドライバ７４に受光信号を取得させるものである。センサ出力側ドライバ７４は、センサ入力側スキャナ７３によって、線順次受光駆動された受光素子７６より受光信号を取得するものである。

次に、本実施の形態の表示装置の動作（表示機能および撮像機能）について図１および図４を参照して説明する。

この表示装置では、表示機能においては、表示データに基づいて生成された表示駆動用の表示信号が表示信号ドライバ７１および表示信号スキャナ７２に入力される。この入力された表示信号に基づいて表示部７０内の各画素Ｇの駆動回路７５により表示素子を線順次駆動することにより、画像が表示される。

一方、撮像機能においては、表示部７０に接触または近接する物体（例えば、指先など）がある場合、センサ入力側スキャナ７３による線順次受光駆動により、選択される各線ごとの各画素Ｇの受光素子７６において、その物体により反射した光による光強度の変化（受光領域）を検知する。

光強度の変化を検知する際、受光素子７６では、図１（Ｂ）に示した空乏層４０Ａが形成されたＩ領域４０に、可視光領域の光が絶縁層５０側から入射し、この光のエネルギーを効率よく吸収することで、電離作用によりキャリヤ（電子と正孔）が生じる。このキャリヤが正極（アノード電極２１）および負極（カソード電極３１）に移動することで電流が流れ、光強度に応じた受光信号として検出される。

この受光信号は、各受光素子７６からセンサ出力側ドライバ７４へ出力される。図５は、表示部７０の受光領域Ａにおいて検出される受光信号の一例を模式的に表している。センサ入力側スキャナ７３により線順次受光駆動される各線の中でＸ１−Ｘ２線上における受光素子７６が駆動された場合、受光信号は、例えば、図５に示した実線のように出力される。

このように出力された受光信号を撮像画像として画像処理などを行うことで表示部７０に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）が検出される。

この受光素子１（７６）によれば、Ｐ領域２０およびＮ領域３０と、その間に設けられたＩ領域４０とを同一面上に有し、Ｉ領域４０がＰ領域２０およびＮ領域３０よりも厚い非晶質半導体層を含むことで、各領域を同一の厚さで、かつ結晶質の半導体により構成された受光素子と比較して、可視光領域の光を効率よく吸収することができる。よって、受光感度を向上させることができる。特に、Ｉ領域４０がＰ領域２０およびＮ領域３０の一部を覆うように形成すれば、より高い効果が得られる。

この表示装置によれば、上記した受光素子１を備えるので、光強度の変化を精度よく検出することができ、その検出結果に基づいて制御することにより表示特性を向上することができる。

なお、遮光膜１４は、導電性の材料により構成されているのが好ましい。絶縁膜である窒化シリコン膜１２および酸化シリコン膜１３を介してＩ領域４０に電圧が印可できるからである。遮光膜１４によりＩ領域４０に電圧が印可された場合、アノード電極２１とカソード電極３１との間に印可されている逆バイアス電圧の電圧勾配が緩和され、逆バイアス電圧をかけることにより流れる暗電流が低減される。よって、遮光膜１４をＩ領域４０に電圧が印可可能な電極とすることで駆動を制御することができる。

遮光膜１４を電極（セレクタ電極）として備える受光素子１を搭載した表示装置では、例えば、セレクタ電極により電圧を印可させるための駆動線（図示せず）が設けられている。これにより、複数の受光素子の中から駆動するものを個別に選択することができる。よって、精度よく多点検知することが可能になる。また、セレクタ電極により選択されていない（電圧が印可されている）受光素子１のＩ領域４０が光を吸収した際に生じるリーク電流を抑制することができる。これにより、図５に示した破線のような受光信号が得られる。すなわち、受光素子１にセレクタ電極がない場合と比較して、Ｓ／Ｎ比が向上し、読み取り精度（分解能）を向上させることが可能になる。また、表示装置に搭載する場合、遮光膜１４をセレクタ電極として使用することにより、セレクタ電極を別に設ける必要が無くなるため、製造コストの面でも有利となる。

なお、上記した表示装置では、表示部７０内の各受光素子７６を線順次受光駆動し、受光信号を取得しているが、従来の抵抗分割方式のタッチパネルと同様の方式で受光信号を取得するようにしてもよい。その場合、例えば、図６で表される回路構成となる。この表示装置では、表示機能においては、上記した表示装置と同様にして画像が表示される。一方、撮像機能においては、表示部７０に接触または近接する物体がある場合、その物体により反射した光による光強度の変化（受光領域Ｂ）を受光素子７６が受光信号として検知する。この受光信号は、センサ出力Ｙ側７７およびセンサ出力Ｘ側７８に、例えば図６に示したように出力される。このように出力された受光信号を撮像画像として画像処理などを行うことで表示部７０に接触または近接する物体に関する情報（位置座標データ、物体の形状や大きさに関するデータなど）が検出される。この表示装置によれば、上記した受光素子７６（１）を備えるので、従来の表示装置（図１７に示した受光素子を搭載した表示装置）と比較して、より高い効果が得られる。

次に、第１の実施の形態としての表示装置に搭載された受光素子１の変形例について説明するが、第１の実施の形態と共通の構成要素については、同一の符号を付して説明は省略する。

［第１の実施の形態の変形例］
図７（Ａ）は、第１の実施の形態の変形例としての表示装置に搭載される受光素子２の断面模式図であり、図７（Ｂ）は、受光素子２の動作時（逆バイアス電圧印可時）の状態を表している。また、図８は受光素子２の平面模式図である。この受光素子２は、Ｉ領域４０の構成が異なる点を除き、第１の実施の形態の受光素子と同様の構成および作用を有している。なお、図８では、簡略化のためにアノード電極２１およびカソード電極３１を省略して表している。受光素子２では、アノード電極２１とカソード電極３１との間に通常動作時に印可される電圧範囲内の逆バイアス電圧が電圧源（図示せず）により印可されており、この逆バイアス電圧により、図７（Ｂ）に示した空乏層４０Ｂが形成される。

Ｉ領域４０は、図７に示したように基板１０にＰ領域２０およびＮ領域３０とほぼ同じ厚さの結晶質半導体層としての結晶質層４１と、結晶質層４１上に積層されたＰ領域２０およびＮ領域３０よりも厚い非晶質半導体よりなる非晶質層４２により構成されている。なお、非晶質層４２は、Ｐ領域２０およびＮ領域３０の一部を覆うように設けられているのが好ましい。より高い効果が得られるからである。結晶質層４１の材料としては、例えば、多結晶シリコンが挙げられる。非晶質層４２の材料としては、例えば、非晶質シリコンまたは炭化シリコンが挙げられる。

この受光素子２では、図７（Ｂ）に示した空乏層４０Ｂが形成されたＩ領域４０に絶縁層５０側から光が入射し、この光のエネルギーを効率よく吸収することで、電離作用によりキャリヤが生じる。このキャリヤが正極および負極に移動することで電流が流れ、光強度に応じた信号が検出される。

この受光素子２によれば、Ｉ領域４０が結晶質層４１とＰ領域２０およびＮ領域３０よりも厚い非晶質層４２により構成されているので、Ｉ領域４０が非晶質半導体により構成されている受光素子１と比較して、広い波長域の可視光を効率よく吸収し、より高い受光感度が得られる。

この受光素子２を搭載した表示装置の回路構成、動作、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、「背景技術」に記載した特許文献１（特開平６−２７５８０８号公報）の図２（Ｃ）において、多結晶シリコン層と非晶質シリコン層とを積層したＩ領域を有するフォトダイオードが示されているが、その非晶質シリコン層がＰ領域およびＮ領域と同じ厚さであるので、Ｉ領域４０がＰ領域２０およびＮ領域３０よりも厚い非晶質半導体層を含む本発明の受光素子と同様の効果が得られないのは、明らかである。

次に、本発明の他の実施の形態を説明するが、第１の実施の形態と共通の構成要素については、同一の符号を付して説明は省略する。また、第１の実施の形態と同様の作用および効果は、適宜省略する。

［第２の実施の形態］
図９は、第２の実施の形態としての表示装置に搭載される受光素子３の断面模式図を表している。この受光素子３は、基板１０が反射膜１５を有する点と、絶縁層５０とＰ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０との間に各領域を覆う反射防止膜６０を設けた点とを除き、第１の実施の形態と同様の構成を有している。受光素子３では、受光素子１および受光素子２と同様にアノード電極２１とカソード電極３１との間に通常動作時に印可される電圧範囲内の逆バイアス電圧が印可されている。

基板１０は、透明基板１１の一面側に、Ｉ領域４０に対して基板１０側から入射する光を遮るように遮光膜１４が設けられ、この遮光膜１４を覆うように反射膜１５が形成されている。また、基板１０は、反射膜１５を覆うように窒化シリコン膜１２および酸化シリコン膜１３が積層されている。

反射膜１５は、可視光領域の光を反射可能な金属などの材料により構成されている。この反射膜１５が設けられているのは、Ｉ領域４０で吸収されずに通過した光を反射膜１５により、再度、Ｉ領域４０に入射させるようにすることで、より高い受光感度が得られるからである。このため、反射膜１５は、窒化シリコン膜１２および酸化シリコン膜１３を介して、Ｉ領域４０と透明基板１１との間に形成されていれば十分な効果が得られる。

反射防止膜６０は、例えば、酸窒化シリコンなどの材料により構成されている。この反射防止膜６０は、絶縁層５０とＰ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０との間に、アノード電極２１との接続面を除いたＰ領域２０、カソード電極３１との接続面を除いたＮ領域３０およびＩ領域４０を覆うように設けられている。この反射防止膜６０を設けたことにより、絶縁層５０側から入射する光がＰ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０の各領域の絶縁層５０側の表面で反射することが抑制される。これにより、Ｉ領域４０に入射する光量を確保することができる。よって、より高い受光感度が得られる。なお、反射防止膜６０は、少なくともＩ領域４０を覆うように形成されていれば十分な効果が得られる。

この受光素子３では、絶縁層５０側から入射する光がＰ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０の表面において反射するのを反射防止膜６０により抑制し、反射されなかった光がＩ領域４０に入射する。この入射した光のエネルギーを吸収し、電離作用によりキャリヤ（電子と正孔）が生じる。一方、Ｉ領域４０において吸収されなかった光はＩ領域４０から射出される。この射出した光が反射膜１５により反射され、Ｉ領域４０に再び入射し、キャリヤが生じる。そして、絶縁層５０側から入射した光により生じたキャリヤと、反射膜１５により反射した光により生じたキャリヤとが正極（アノード電極２１）および負極（カソード電極３１）に移動することで電流が流れ、信号が検出される。

この受光素子３によれば、基板１０に反射膜１５を設けると共に、各領域を介して反射膜１５と対向するように反射防止膜６０を設けることで、入射する光に対する光電変換効率を向上させることができる。これにより、より優れた受光感度が得られる。

この受光素子３を搭載した表示装置の回路構成、動作、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、反射膜１５は、導電性の材料により構成され、窒化シリコン膜１２および酸化シリコン膜１３の絶縁膜を介してＩ領域４０に電圧を印可可能となるのが好ましい。これにより、上記した遮光膜１４によりＩ領域４０に電圧が印可された場合と同様の作用が得られる。よって、表示装置に複数の受光素子３を搭載した場合にも、遮光膜１４をセレクタ電極として使用するのと同様の効果が得られる。すなわち、反射膜１５をセレクタ電極として使用することにより、複数の受光素子の中から駆動するものを個別に選択することができ、精度よく多点検知することが可能になる。また、選択されていない受光素子によるリーク電流を抑制することができるので、Ｓ／Ｎ比が向上し、読み取り精度（分解能）を向上させることが可能になる。また、表示装置に受光素子３を搭載する場合、反射膜１５をセレクタ電極とすることで、電極を別に設ける必要が無くなるため、製造コストの面でも有利となる。なお、反射膜１５を上記したセレクタ電極として使用する場合、遮光膜１４は、電極として機能しなくてもよい。また、その場合、各受光素子ごとに反射膜１５が分割されていることは、言うまでもない。

また、反射防止膜６０が絶縁膜を介してＩ領域４０に電圧を印可可能となるようにしてもよい。その場合、例えば、図１０に示した受光素子３Ａのように基板１０と対向するようにＩ領域４０を介して絶縁層６０Ａを形成し、その上に導電層６０Ｂを設けるようにする。これにより、絶縁層６０Ａを介して導電層６０ＢによりＩ領域４０に電圧が印可可能となる。よって、遮光膜１４または反射膜１５が絶縁膜（窒化シリコン膜１２および酸化シリコン膜１３）を介してＩ領域４０に電圧を印可可能となる場合と同様の作用が得られ、表示装置に受光素子３Ａを搭載した場合にも、遮光膜１４または反射膜１５をセレクタ電極として使用するのと同様の効果が得られる。絶縁層６０Ａの材料としては、例えば、酸窒化シリコンなどが挙げられる。導電層６０Ｂの材料としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）などの透明電極材料や、酸化亜鉛などの透明酸化物半導体材料などが挙げられる。なお、反射防止膜６０が、例えば絶縁層６０Ａと導電層６０Ｂとからなり、導電層６０Ｂが上記した電極としての機能を有する場合、遮光膜１４および反射膜１５は、電極として機能しなくてもよい。

［第２の実施の形態の変形例］
第２の実施の形態では、上記した反射膜１５および反射防止膜６０の双方を有する構成としたが、図１１に示した反射防止膜６０を有さない構成の受光素子４や、図１２に示した反射膜１５を有さない構成の受光素子５においても、反射膜１５および反射防止膜６０の双方を有しない受光素子１と比較して、より高い効果が得られる。

また、図１３に示したように、図１１に示した受光素子４が有する反射膜１５に代えて回り込み防止膜１６を設けた構成としてもよい。この回り込み防止膜１６は、透明基板１１側から遮光膜１４を回り込んでＩ領域４０に入射する回折光を低減させる機能を有するものである。また、回り込み防止膜１６は、基板１０を伝播してきた光がＩ領域４０に入射するのを妨げる機能も有している。これにより、受光素子６では、Ｓ／Ｎ比が向上するので、受光感度を向上させることができる。

この受光素子４〜６を搭載した表示装置の回路構成、動作、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、図１４に示したように、遮光膜１４を設けず、基板１０と対向するようにＩ領域４０および絶縁層５０を介して絶縁層５０の中に反射膜６１を設けた構成としてもよい。この反射膜６１は、反射膜１５と同様の材料により構成されている。この受光素子７では、受光方向が透明基板１１側に制限されるので、例えば、透過型の液晶表示装置に搭載された場合、バックライトの光量検出に用いることができる。

［第３の実施の形態］
図１５は、第３の実施の形態としての表示装置に搭載される受光素子８の一断面を表し、図１６は、図１５における受光素子８のＡ−Ａ線に沿った断面を表している。この受光素子８は、基板１０に反射膜１５を備えると共に、この反射膜１５と対向するようにＩ領域４０および絶縁層５０を介して絶縁層５０の中に反射膜６２を設けたものである。また、この受光素子８は、絶縁層５０側から入射する光をＩ領域４０に集光するように第２の反射膜として反射膜６３を有している。

反射膜６２は、Ｉ領域４０の基板１０と接する面と逆側の面側に絶縁層５０を介して配置されている。この反射膜６２は、反射膜６３により反射したのちＩ領域４０に入射した光を反射膜１５との間で多重反射させるものである。この反射膜６２は、反射膜１５と同様の材料により構成されている。

反射膜６３は、Ｉ領域４０の側面４０Ｃおよび側面４０Ｄに光を入射させるものであり、反射膜６２と交差する方向に延び、かつ基板１０面に対して傾斜した方向に延びている。また、反射膜６３は、反射膜６２と、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０と、アノード電極２１およびカソード電極３１と所定の間隔を有して配置されている。この反射膜６３は、反射膜１５と同様の材料により構成されている。絶縁層５１は、反射膜６３に傾斜を付与するものであり、絶縁層５０と同様の材料により構成されている。

この受光素子８では、絶縁層５０側からの光が反射膜６３により反射されＩ領域４０に入射する。この入射した光のエネルギーを吸収し、電離作用によりキャリヤが生じる。一方、Ｉ領域４０を通過した光は、反射膜１５と反射膜６２との間で多重反射されるためその間に吸収がおこる。この多重反射の際に吸収された光のエネルギーによってもキャリヤが生じる。そして、これらのキャリヤが正極および負極に移動することで電流が流れ、信号が検出される。

この受光素子８によれば、Ｉ領域４０を介して対向して配置された反射膜１５および反射膜６２と共に、Ｉ領域４０に集光するように設けられた反射膜６３を有するので、入射する光がＩ領域４０に閉じこめられたようになる。これにより、光電変換効率が向上する。よって、より優れた受光感度が得られる。

この受光素子８を搭載した表示装置の回路構成、動作、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

なお、受光素子８において反射膜１５を有さない構成としてもよい。この場合、反射膜６３により反射された光はＩ領域４０に入射し、吸収されなかった光の一部が反射膜６２で反射されるので、反射膜１５、反射膜６２および反射膜６３を有しない受光素子１より、高い効果が得られる。また、受光素子８において反射膜６２をいわゆるハーフミラーのような半透明材料とすれば、反射膜６３および絶縁層５１を有さない構成としてもよい。この場合においても受光素子１より、より高い効果が得られる。

以上、実施の形態を挙げて本発明の受光素子、表示素子および表示装置を説明したが、本発明は上記実施の形態において説明した態様に限定されず、それらの受光素子および表示装置の構成は自由に変更可能である。

具体的には、例えば、上記実施の形態では、表示装置としてＩ／Ｏディスプレイの表示装置に受光素子を搭載した例を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、外部の明るさの変化を検知するために液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に受光素子を搭載した場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図１に示した受光素子の平面構成を表す模式図である。 多結晶シリコンおよび非晶質シリコンの波長と吸収係数との関係を表す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の回路構成を表す模式図である。 図４に示した表示装置の受光領域と信号強度との関係を表す模式図である。 図４に示した表示装置の他の回路構成を表す模式図である。 図１の変形例に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図７に示した受光素子の平面構成を表す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図９に示した受光素子の他の構成を表す断面模式図である。 図９の変形例に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図９の変形例に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図９の変形例に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図９の変形例に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る表示装置に搭載される受光素子の断面構成を表す模式図である。 図１５に示した受光素子のＡ−Ａ線に沿った断面構成を表す模式図である。 従来の受光素子を説明するための断面模式図である。 結晶質シリコンの波長と相対感度との関係を表す図である。

符号の説明

１，２，３，３Ａ，４，５，６，７，８，７６…受光素子、１０…基板、１１…透明基板、１２…窒化シリコン膜、１３…酸化シリコン膜、１４…遮光膜、１５，６１，６２，６３…反射膜、１６…回り込み防止膜、２０…Ｐ領域、２１…アノード電極、３０…Ｎ領域、３１…カソード電極、４０…Ｉ領域、４０Ａ，４０Ｂ…空乏層、４０Ｃ，４０Ｄ…側面、４１…結晶質層、４２…非晶質層、５０，５１…絶縁層、６０…反射防止膜、６０Ａ…絶縁層、６０Ｂ…導電層、７０…表示部、７１…表示信号ドライバ、７２…表示信号スキャナ、７３…センサ入力側スキャナ、７４…センサ出力側ドライバ、７５…駆動回路、７７…センサ出力Ｙ側、７８…センサ出力Ｘ側、Ａ、Ｂ…受光領域、Ｇ…画素。

Claims (13)

1. 素子形成面上に形成された結晶質の第１導電型半導体領域と、
   前記素子形成面上に形成された結晶質の第２導電型半導体領域と、
   前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型半導体領域との間の素子形成面上に、これらの２つの半導体領域よりも不純物濃度が低く形成された中間半導体領域と
   を有し、
   前記中間半導体領域が、前記第１導電型半導体領域および前記第２導電型半導体領域よりも厚い非晶質半導体層を含む
   ことを特徴とする受光素子。
2. 前記中間半導体領域は、前記第１導電型半導体領域および前記第２導電型半導体領域の一部を覆って設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
3. 前記中間半導体領域は、さらに結晶質半導体層を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
4. 前記第１導電型半導体領域および前記第２導電型半導体領域は多結晶シリコンにより構成され、
   前記非晶質半導体層は非晶質シリコンおよび炭化シリコンのうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
5. 前記中間半導体領域における前記素子形成面側またはその反対面側に遮光膜を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
6. 前記中間半導体領域における前記素子形成面側またはその反対面側に反射膜を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
7. 前記中間半導体領域における前記素子形成面側またはその反対面側に反射防止膜を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
8. 前記中間半導体領域における前記素子形成面側およびその反対面側のうち、一面側に反射膜を有し、他方側に反射防止膜を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
9. 前記中間半導体領域に絶縁膜を介して電圧を印可可能な電極を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
10. 前記電極は、遮光膜、反射膜または反射防止膜として機能する
    ことを特徴とする請求項９記載の受光素子。
11. 前記第１導電型半導体領域、前記第２導電型半導体領域および前記中間半導体領域における前記素子形成面側またはその反対面側に回り込み防止膜を有し、
    前記中間半導体領域における前記回り込み防止膜が形成された側に前記遮光膜を有する
    ことを特徴とする請求項５記載の受光素子。
12. 前記反射膜は、前記中間半導体領域における前記素子形成面の反対側の面に設けられ、
    さらに、前記反射膜の側方に、前記反射膜と交差する方向に延びる第２の反射膜が設けられている
    ことを特徴とする請求項６記載の受光素子。
13. 配列された複数の表示素子および受光素子を備えた表示装置であって、
    前記受光素子は、
    素子形成面上に形成された結晶質の第１導電型半導体領域と、
    前記素子形成面上に形成された結晶質の第２導電型半導体領域と、
    前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型半導体領域との間の素子形成面上に、これらの２つの半導体領域よりも不純物濃度が低く形成された中間半導体領域と
    を有し、
    前記中間半導体領域が、前記第１導電型半導体領域および前記第２導電型半導体領域よりも厚い非晶質半導体層を含む
    ことを特徴とする表示装置。

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