JP2008277710A - 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はアノード電極２１と、Ｎ領域はカソード電極３１と接続されている。Ｉ領域４０の側面側に反射膜を有している。これにより、効率よく受光することができる。
【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。

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が開示されている。図２１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。
特開平６−２７５８０８号公報

しかしながら、上記したような平面形状のＰＩＮ型フォトダイオードでは、ｉ型半導体領域の基板面またはその反対面側が実質的な受光面となるため、その受光面に応じた受光量しか得られず、十分な受光感度が得られていなかった。このため、平面形状のＰＩＮ型フォトダイオードを表示装置に搭載した場合に、表示画像の明るさやコントラストを精度よく検出することが困難であった。

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にある。

本発明の受光素子は、素子形成面上に形成された第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、中間半導体領域の側面側に素子形成面と交差する方向に延びる反射膜とを有するものである。

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、中間半導体領域の側面側に素子形成面と交差する方向に延びる反射膜とを有するものである。

本発明の受光素子では、中間半導体領域の側面側に素子形成面と交差する方向に延びる反射膜を有することから、中間半導体領域の受光面に直接入射する光と共に、反射膜で反射された光が中間半導体領域に入射する。これにより受光量が増大する。

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、中間半導体領域の側面側に素子形成面と交差する方向に延びる反射膜を有することで、効率よく受光することができるので、受光感度を向上させることができる。

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の一断面を模式的に表し、図２は、図１における受光素子１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を表している。受光素子１は、基板１０と、その一面側に設けられた第１導電型半導体領域としてのＰ領域２０と、Ｐ領域２０と基板１０の同一面側に設けられた第２導電型半導体領域としてのＮ領域３０と、Ｐ領域２０およびＮ領域３０の間に設けられた中間半導体領域としてのＩ領域４０とを備えている。Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０は、絶縁層５０により覆われている。Ｐ領域２０はアノード電極２１と、Ｎ領域３０はカソード電極３１と接続されている。また、受光素子１は、Ｉ領域４０の側面４０Ａ側に光を入射させる反射膜６０を備えている。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、Ｉ領域４０において空乏層が形成される。

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。ｐ型不純物は、例えば、ホウ素などである。このｐ型半導体は、例えば、結晶質半導体により構成されているのが好ましい。キャリヤの移動度を高くすることができるからである。結晶質半導体としては、多結晶シリコン（ポリシリコン）が挙げられる。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、表示装置が受光素子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。ｎ型不純物は、例えば、リンなどである。このｎ型半導体は、例えば、結晶質半導体により構成されているのが好ましい。キャリヤの移動度を高くすることができるからである。結晶質半導体としては、多結晶シリコンが挙げられる。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１４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。Ｉ領域４０は、非晶質半導体層を含んでいるのが好ましい。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が非晶質半導体層を含むことにより、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、受光感度を向上させることができる。この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。

絶縁層５０は、アノード電極２１の接合面を除いたＰ領域２０、カソード電極３１の接合面を除いたＮ領域３０およびＩ領域４０を覆うように形成されている。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。

絶縁層５１は、以下に記す反射膜６０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。

反射膜６０は、Ｉ領域４０の側面４０Ａ側から光をＩ領域４０に入射させるものであり、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６０は、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、かつＰ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０の配列方向に対して直交する方向に配置されている。この反射膜６０は、可視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。

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、絶縁層５０側から空乏層が形成されたＩ領域４０に光が入射する。この入射した光のエネルギーを吸収することで、電離作用によりキャリヤ（電子と正孔）が生じる。さらに、絶縁層５０側からの光が反射膜６０により反射され、側面４０Ａ側からＩ領域４０に入射する。この反射膜６０により入射し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（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、Ｉ領域４０の側面側から光を入射させる反射膜６０を有するので、受光量を増加させることができる。これにより光電変換効率を向上させることができる。よって、反射膜を有さない受光素子（図２１に示した受光素子）と比較して受光感度を向上させることができる。また、Ｐ領域２０およびＮ領域３０が結晶質半導体により構成され、Ｉ領域４０が非晶質半導体層を含んでいれば、図３に示した吸収係数の関係から、より高い受光感度が得られる。

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させることができる。

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２１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］
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は、遮光膜１４の構成が異なる点を除き、第１の実施の形態と同様の構成を有している。

遮光膜１４は、導電性の材料により構成されている。これにより窒化シリコン膜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。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。

この受光素子（遮光膜１４を電極（セレクタ電極）として備える受光素子）を備える表示装置は、例えば、図４に示した回路構成を有している。

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（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受光素子７６の中から、セレクタ電極により駆動を制御するための駆動制御線（図示せず）により、駆動する受光素子７６が個別に選択される。選択された受光素子７６は、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）を検知し、光強度に応じた受光信号として検出する。この受光信号は、センサ出力側ドライバ７４へ出力される。

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。

第１の実施の形態の変形例によれば、遮光膜１４をＩ領域４０に電圧が印可可能な電極とし、受光素子７６の制御を可能にしたので、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、この電極（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。さらに、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。

以下に、本発明の他の実施の形態を説明するが、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２の実施の形態］
図７は、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２の一断面を模式的に表し、図８は、図７における受光素子２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面を表している。受光素子２は、絶縁層５２および反射膜６１がＩ領域４０を介して絶縁層５１および反射膜６０と対称となるように設けられている点を除き、受光素子１と同様の構成を有している。

絶縁層５２は、反射膜６１に傾斜を付与するものであり、絶縁層５０および絶縁層５１と同様の材料により構成されている。

反射膜６１は、Ｉ領域４０の側面４０Ｂ側からＩ領域４０に光を入射させるものであり、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６１は、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６１は、反射膜６０と同様の材料により構成されている。

この受光素子２では、絶縁層５０側から空乏層が形成されたＩ領域４０に光が入射し、この光のエネルギーを吸収することで、電離作用によりキャリヤ（電子と正孔）が生じる。また絶縁層５０側からの光が反射膜６０により反射され、側面４０Ａ側からＩ領域４０に入射する。さらに絶縁層５０側からの光が反射膜６１により反射され、側面４０Ｂ側からもＩ領域４０に入射する。反射膜６０および反射膜６１により入射し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、光強度に応じた受光信号として検出される。

この受光素子２によれば、Ｉ領域４０の側面側から光を入射させる反射膜６０および反射膜６１を有するので、いずれか一方の反射膜を有する場合より、さらに受光量を増加させることができる。これにより光電変換効率をより向上させることができる。よって、受光素子１と比較して受光感度をより向上させることができる。

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

この表示装置によれば、受光素子２を備えるので、第１の実施の形態の表示装置（受光素子１を搭載した表示装置）と比較して、表示特性をより向上させることができる。

［第２の実施の形態の変形例］
図９は第２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の一断面を模式的に表し、図１０は図９における受光素子３のＸ−Ｘ線に沿った断面を表している。この受光素子３は、絶縁層５０と、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０との間に各領域を覆う反射防止膜５３を設けた点を除き、第２の実施の形態と同様の構成を有している。

反射防止膜５３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との接合面を除いたＰ領域２０、カソード電極３１との接合面を除いた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５３を設けることにより、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。反射防止膜５３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。

この受光素子３では、絶縁層５０側からの光（反射膜６０および反射膜６１により反射した光も含む）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５３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、信号が検出される。

この受光素子３によれば、Ｉ領域４０の側面側から光を入射させる反射膜６０および反射膜６１と共に、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０、およびＩ領域４０を覆う反射防止膜５３を設けることで、Ｉ領域４０の受光量を増加させ、Ｉ領域４０内に入射する光量も増加させることができる。これにより光電変換効率をより向上させることができる。よって、受光素子２と比較して受光感度をより向上させることができる。

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

この表示装置によれば、受光素子３を備えるので、第２の実施の形態の表示装置（受光素子２を搭載した表示装置）と比較して、表示特性をより向上させることができる。

なお、反射防止膜５３は、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。その場合の構成としては、例えば、図１１および図１２で表される受光素子３Ａの構成が挙げられる。図１１は、受光素子３Ａの一断面を表し、図１２は図１１における受光素子３ＡのＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面を表している。受光素子３Ａの反射防止膜５３は、アノード電極２１との接合面を除いたＰ領域２０、カソード電極３１との接合面を除いたＮ領域３０およびＩ領域４０を覆うように形成された絶縁膜５３Ａと、絶縁膜５３Ａを介してＩ領域４０の絶縁層５０側の面と対向するように形成されている導電膜５３Ｂとを有している。これにより、遮光膜１４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する場合と同様の作用および効果が得られ、表示装置に受光素子３Ａを搭載した場合にも、セレクタ電極として同様の作用および効果が得られる。絶縁膜５３Ａ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。導電膜５３Ｂ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５３が図１１および図１２に示した構成を有し、導電膜５３Ｂをセレクタ電極とする場合、遮光膜１４はその電極として機能しなくてもよい。

［第３の実施の形態］
図１３は第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一断面を模式的に表し、図１４は図１３における受光素子４のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面を表している。受光素子４は、基板１０に反射膜１５を設けた点を除き、受光素子３と同様の構成を有している。基板１０は、透明基板１１と窒化シリコン膜１２との間に反射膜１５を有している。

反射膜１５は、透明基板１１と窒化シリコン膜１２との間に遮光膜１４を覆うように形成されている。これにより、Ｉ領域４０で吸収されずに通過した光を反射膜１５で反射させ、再度、Ｉ領域４０に入射させることができる。よって、より高い受光感度が得られる。このため、反射膜１５は、透明基板１１とＩ領域４０との間に形成されていれば十分な効果が得られる。反射膜１５は、反射膜６０および反射膜６１と同様の材料により構成されている。なお、図１３および図１４では、反射膜１５と透明基板１１との間に遮光膜１４を設けているが、反射膜１５が透明基板１１側からＩ領域４０へ入射する光を十分に遮ることができるのであれば、遮光膜１４は設けなくてもよい。

この受光素子４では、絶縁層５０側から空乏層が形成されたＩ領域４０に光が入射し、この光のエネルギーを吸収することで、電離作用によりキャリヤが生じる。また絶縁層５０側からの光が反射膜６０および反射膜６１により反射され、側面４０Ａ側および側面４０Ｂ側からＩ領域４０に入射する。反射膜６０および反射膜６１により入射した光のエネルギーによってもキャリヤが生じる。一方、Ｉ領域４０において吸収されなかった光は通過し、Ｉ領域４０から射出される。射出した光が反射膜１５により反射され、再度、Ｉ領域４０に入射しキャリヤが生じる。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４によれば、Ｉ領域４０の側面側から光を入射させる反射膜６０および反射膜６１と共に、基板１０に反射膜１５を設けることで、Ｉ領域４０の受光量を増加させ、効率よく吸収させることができる。これにより、光電変換効率をより向上させることができる。よって、受光素子３と比較してより高い受光感度を得ることができる。

この受光素子４を搭載した表示装置の回路構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。

この表示装置によれば、受光素子４を備えるので、第２の実施の形態の表示装置（受光素子２を搭載した表示装置）と比較して、表示特性をより向上させることができる。

なお、反射膜１５は、遮光膜１４や受光素子３Ａの導電膜５３Ｂと同様にＩ領域４０に電圧を印可可能な電極（セレクタ電極）としてもよい。これにより遮光膜１４および導電膜５３Ｂをセレクタ電極として用いるのと同様の作用および効果が得られる。ただし、その場合、反射膜１５は受光素子ごとに分割されている。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はその電極として機能しなくてもよい。

また、受光素子４は、受光素子３と同様に絶縁層５０と、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０との間に反射防止膜を備えた構成としてもよい。その場合、各領域の表面における光の反射が抑制され、より高い効果が得られる。

［第４の実施の形態］
図１５は第４の実施の形態に係る表示装置に搭載される受光素子の一断面を模式的に表し、図１６は図１５における受光素子５のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面を表している。受光素子５は、絶縁層５０内に反射膜６２を設けた点を除き、受光素子４と同様の構成を有している。

反射膜６２は、絶縁層５０内に、Ｉ領域４０を介して反射膜１５と対向するように形成されている。すなわち、受光素子５では、反射膜１５および反射膜６２の間にＩ領域４０が挟み込まれるようになっている。これにより、Ｉ領域４０に入射した光を反射膜１５および反射膜６２の間で多重反射させることができる。よってより高い受光感度が得られる。なお、図１５および図１６では反射膜６２とアノード電極２１およびカソード電極３１とが離れて配置されているが、反射膜６２はアノード電極２１およびカソード電極３１と接続されていてもよい。

この受光素子５では、絶縁層５０側からの光が反射膜６０および反射膜６１により反射されＩ領域４０の側面４０Ａ側および側面４０Ｂ側から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することで、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、その間に光のエネルギーの吸収が起こる。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、信号として検出される。

この受光素子５によれば、Ｉ領域４０の側面側から光を入射させる反射膜６０および反射膜６１と共に、Ｉ領域４０を挟み込むように反射膜１５および反射膜６２を設けることで、Ｉ領域４０に入射した光が閉じこめられたようになり、その光を効率よく吸収させることができる。これにより、光電変換効率を向上させることができる。よって、優れた受光感度が得られる。

この受光素子５を搭載した表示装置の回路構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。

この表示装置によれば、受光素子５を備えるので、優れた表示特性が得られる。

なお、反射膜６２は、遮光膜１４や、反射膜１５や、受光素子３Ａの導電膜５３Ｂと同様にＩ領域４０に電圧を印可可能な電極（セレクタ電極）としてもよい。これにより遮光膜１４等をセレクタ電極として用いるのと同様の作用および効果が得られる。なお、反射膜６２を上記したセレクタ電極として使用する場合、遮光膜１４および反射膜１５はその電極として機能しなくてもよい。

また、受光素子５は、受光素子３と同様に絶縁層５０と、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０との間に反射防止膜を備えた構成としてもよい。その場合、各領域の表面における光の反射が抑制され、より高い効果が得られる。

また、受光素子５は、反射膜１５を有さない構成としてもよい。その場合においても、図２１に示した従来の受光素子と比較して、より高い効果が得られる。

［第５の実施の形態］
図１７は第５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を模式的に表している。第５の実施の形態は、Ｉ領域４０の構成が異なる点を除き、受光素子１と同様の構成を有している。なお、図１７に示した受光素子６の断面は、図１に示した受光素子１の断面と同一面を表し、受光素子６は、絶縁層５１および反射膜６０（図示せず）を有している。

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。これにより、受光面が広がると共に、可視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。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１７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、より高い効果が得られるからである。

この受光素子６によれば、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により構成されるので、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、受光量が増加すると共に、可視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。

この受光素子６を搭載した表示装置の回路構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。

この表示装置によれば、受光素子６を備えるので、第１の実施の形態の表示装置（受光素子１を搭載した受光素子）と比較して、表示特性をより向上させることができる。

なお、受光素子６は、さらに反射膜を備え、例えば、受光素子５と同様の構成としてもよい。その場合の構成としては、例えば、図１８および図１９で表される受光素子７の構成が挙げられる。図１８は、受光素子３Ａの一断面を表し、図１９は図１８における受光素子７のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿った断面を表している。この受光素子７によれば、可視域の光をさらに効率よく吸収することができるので、優れた効果が得られる。さらに、Ｐ領域２０、Ｎ領域３０およびＩ領域４０を覆うように反射防止膜を設けることにより、より優れた効果が得られる。

［第５の実施の形態の変形例］
図２０は、第５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の断面を模式的に表している。この受光素子８は、Ｉ領域４０の構成が異なる点を除き、第５の実施の形態の受光素子と同様の構成を有している。なお、図２０に示した受光素子８の断面は、図１に示した受光素子１の断面と同一面を表し、受光素子８は、絶縁層５１および反射膜６０（図示せず）を有している。

Ｉ領域４０は、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上に積層された非晶質半導体よりなる非晶質層４２とにより構成されている。これにより、可視域の光を効率よく吸収でき、かつキャリヤの移動度を高くすることができるので、受光感度を向上させることができる。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８によれば、Ｉ領域４０がＰ領域２０およびＮ領域３０よりも厚く、かつ結晶質層４１および非晶質層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５と比較して、広い波長域の可視光を効率よく吸収し、かつキャリヤの移動度を高くすることができる。よって、より高い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よび動作は、第１の実施の形態と同様である。

この表示装置によれば、受光素子８を備えるので、第１の実施の形態の表示装置（受光素子１を搭載した受光素子）と比較して、表示特性をより向上させることができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明の受光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ＩＩ−ＩＩ線に沿った断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。 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７に示した受光素子のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面構成を表す模式図である。 図７に示した受光素子の変形例を表す断面模式図である。 図９に示した受光素子のＸ−Ｘ線に沿った断面構成を表す模式図である。 図９に示した受光素子の変形例を表す断面模式図である。 図１１に示した受光素子のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った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１３に示した受光素子のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面構成を表す模式図である。 本発明の第４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ＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面構成を表す模式図である。 本発明の第５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１７に示した受光素子の変形例を表す断面模式図である。 図１８に示した受光素子のＸＩＸ−ＸＩＸ線に沿った断面構成を表す模式図である。 図１７に示した受光素子における他の変形例を表す断面模式図である。 従来の受光素子を説明するための断面模式図である。

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、１５，６０，６１，６２…反射膜、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…側面、４１…結晶質層、４２…非晶質層、５０，５１，５２…絶縁層、５３…反射防止膜、５３Ａ…絶縁膜、５３Ｂ…導電膜、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、
   前記中間半導体領域の側面側に、前記素子形成面と交差する方向に延びる反射膜と
   を有することを特徴とする受光素子。
2. 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の配列方向に対して直交する方向に、前記反射膜を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の受光素子。
3. 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の少なくとも一面側に、さら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。
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結晶質半導体により構成され、
   前記中間半導体領域は非晶質半導体層を含んでいる
   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４記載の受光素子。
6. 前記結晶質半導体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４記載の受光素子。
7. 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導電型半導体領域よりも厚い
   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７記載の受光素子。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 前記電極は、遮光膜、反射防止膜または反射膜として機能する
    ことを特徴とする請求項１１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、
    前記中間半導体領域の側面側に、前記素子形成面と交差する方向に延びる反射膜とを有する
    ことを特徴とする表示装置。

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