JP2008294137A - 光センサ及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体層２４に傾斜部４０を有する光センサ１について、その特性のばらつき低減する。
【解決手段】基板２１上に第１遮光膜２２を介して形成され、ｐ型不純物領域３２とｎ型不純物領域３１とを有する半導体層２４と、半導体層２４を覆う絶縁膜２５とを備え、半導体層２４は、基板２１側に向かってテーパ状に広がる傾斜部４０を有し、絶縁膜２５には、傾斜部４０の少なくとも一部を覆う第２遮光膜２６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光センサ及びそれを備えた表示装置に関するものである。

近年、例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージャーに代表される光センサが広く知られている（例えば、特許文献１等参照）。ここで、シリコン半導体層を用いた光センサについて、断面図である図５及び図６を参照して説明する。尚、図６では、後述の層間絶縁膜１０９等の図示を省略している。

図５及び図６に示すように、光センサ１００は、例えばＰＩＮダイオードにより構成されている。すなわち、基板１０１には、遮光膜１０２及びベースコート層１０３が形成されている。ベースコート層１０３の表面には、遮光膜１０２に重なるように半導体層１０４が島状に形成されている。半導体層１０４は、ｎ型高濃度不純物領域１０５及びｐ型高濃度不純物領域１０６と、これらの間に介在されたチャネル領域１０７とによって構成されている。

半導体層１０４は、絶縁膜１０８によって覆われており、この絶縁膜１０８はさらに層間絶縁膜１０９によって覆われている。層間絶縁膜１０９の表面には、ｎ型高濃度不純物領域１０５に電気的に接続されたソース電極１１０と、ｐ型高濃度不純物領域１０６に電気的に接続されたドレイン電極１１１とが形成されている。

そうして、半導体層１０４に光が照射されることにより、ｎ型高濃度不純物領域１０５とｐ型高濃度不純物領域１０６との間に起電力が生じて、ソース電極１１０とドレイン電極１１１との間に所定の値の電流が流れることとなる。その電流値によって、光センサ１００の周囲の明るさを検出することが可能になる。

また、図６に示すように、半導体層１０４を絶縁膜１０８によって確実に覆う目的で、その半導体層１０４の側部（エッジ部分）にテーパ状の傾斜部１１２を形成することも知られている。
特開２００５−３０２８８８号公報

ところが、上記傾斜部１１２は、それ以外の半導体層の平坦部分に比べて半導体層の膜厚が薄いため、不純物のドーピング濃度が低くなっている。光センサの特性は、傾斜部の特性と平坦部分の特性との重ね合わせであるため、傾斜部を有する上記光センサの特性は、傾斜部を有しない光センサの特性に対してばらつきが生じてしまう。また、この傾斜部における不純物のドーピング濃度自体を正確に制御することも困難である。すなわち、傾斜部を有する従来の光センサには、得られる検出値にばらつきが生じてしまうという問題がある。

特に、ＰＩＮダイオードを用いた光センサでは、微小な電流等を検知することによって光量を検出するため、上述の問題は極めて顕著になる。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体層に傾斜部を有する光センサについて、その特性のばらつき低減し、得られる検出値の精度を高めることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、半導体層の傾斜部の少なくとも一部を覆う第２遮光膜を形成するようにした。

具体的に、本発明に係る光センサは、基板上に第１遮光膜を介して形成され、ｐ型不純物が導入されたｐ型不純物領域とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物領域とを有する半導体層と、上記半導体層を覆う絶縁膜とを備えた光センサであって、上記半導体層は、上記基板側に向かってテーパ状に広がる傾斜部を有し、上記絶縁膜には、上記傾斜部の少なくとも一部を覆う第２遮光膜が形成されている。

上記半導体層は、上記ｐ型不純物領域と上記ｎ型不純物領域との間に介在されたチャネル領域を備えていてもよい。

上記第２遮光膜は、少なくとも上記チャネル領域に形成された傾斜部を覆っていることが望ましい。

上記第２遮光膜は、金属材料により構成されていてもよい。

また、本発明に係る表示装置は、表示パネルと、表示パネルに形成された光センサとを備えた表示装置であって、上記光センサは、基板上に第１遮光膜を介して形成され、ｐ型不純物が導入されたｐ型不純物領域とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物領域とを有する半導体層と、上記半導体層を覆う絶縁膜とを備え、上記半導体層は、上記基板側に向かってテーパ状に広がる傾斜部を有し、上記絶縁膜には、上記傾斜部の少なくとも一部を覆う第２遮光膜が形成されている。

上記表示パネルに重なるように配置されたバックライトと、上記光センサによって検出された周囲の光量に基づいて、上記バックライトの輝度を調整する制御部とを備えていてもよい。

上記半導体層は、上記ｐ型不純物領域と上記ｎ型不純物領域との間に介在されたチャネル領域を備えていてもよい。

上記第２遮光膜は、少なくとも上記チャネル領域に形成された傾斜部を覆っていることが望ましい。

上記第２遮光膜は、上記表示パネルに形成されている配線と同じ金属材料により構成されていることが好ましい。

−作用−
次に、本発明の作用について説明する。

上記光センサは、半導体層にテーパ状の傾斜部が形成されているので、その半導体層は製造工程において絶縁膜によって確実に覆われる。また、基板側から半導体層へ向かう周囲光は、第１遮光膜によって遮光される。

一方、基板とは反対側から半導体層へ向かう周囲光は、その一部が第２遮光膜によって遮光される一方、他の一部が、第２遮光膜に覆われていない半導体層の領域に入射する。そのことによって、ｎ型不純物領域とｐ型不純物領域との間に起電力が生じて電流が流れることとなる。その電流値によって、光センサは周囲の明るさを検出することが可能となる。

ところで、半導体層の傾斜部は、その厚みが傾斜部以外の領域よりも薄くなっているため、不純物のドーピング濃度が低くなっている。したがって、傾斜部を有する光センサの特性は、傾斜部を有しない光センサの特性に対してばらつきが生じてしまう。これに対し、本発明では、傾斜部の少なくとも一部が第２遮光膜によって覆われているので、その傾斜部の光センサの特性に与える影響を少なくすることができる。その結果、光センサの特性のばらつきを低減して、得られる検出値の精度を高めることが可能になる。

ｐ型不純物領域とｎ型不純物領域との間にチャネル領域が介在されている場合には、上記光センサはＰＩＮダイオードにより構成されることとなり、第２遮光膜が、そのチャネル領域に形成された傾斜部を覆うことによって、そのＰＩＮダイオードの特性のばらつきが低減されることとなる。ＰＩＮダイオードは、特に微小な電流等を検知することによって光量を検出するため、上記第２遮光膜を設けることは特に好ましい。

第２遮光膜が金属材料により構成されていれば、基板上に形成される他の配線等の金属膜を利用して、第２遮光膜を形成することが可能になる。

また、上記光センサが形成された表示パネルを表示装置が有する場合には、その光センサの特性のばらつきが低減されることになる。特に、表示装置が、バックライトと制御部とを備える場合には、表示装置の周囲の光量が、特性のばらつきが低減された光センサによって検出される。制御部は、その光センサにより検出された周囲の光量に基づいて、バックライトの輝度を調整する。したがって、例えば、周囲が比較的明るいときにはバックライトの輝度を低く調整する一方、周囲が比較的暗いときにはバックライトの輝度を高く調整することが可能になる。

また、第２遮光膜を、表示パネルに形成されている配線と同じ金属材料によって構成すれば、その第２遮光膜を形成するための工程を追加する必要がなくなり、コストの低減が図られる。

本発明によれば、傾斜部を有する半導体層を覆う絶縁膜に対し、その傾斜部の少なくとも一部を覆う第２遮光膜を形成するようにしたので、半導体層を絶縁膜によって確実に覆うことができると共に、傾斜部の光センサの特性に与える影響を少なくすることができる。その結果、光センサの特性のばらつきを低減して、得られる検出値の精度を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図４は、本発明の実施形態１を示している。図１は、光センサ１の要部を拡大して示す平面図である。図２は、光センサ１の構造を示す断面図である。図３は、光センサ１の要部の構造を示す断面図である。図４は、液晶表示装置Ｓの概略構造を示す断面図である。

まず、本実施形態１の表示装置である液晶表示装置Ｓの構成について、図４を参照して説明する。

液晶表示装置Ｓは、表示パネル２と、表示パネル２に重なるように配置されたバックライト１５とを備え、少なくとも透過表示を行うように構成されている。表示パネル２は、ＴＦＴ基板１１と、ＴＦＴ基板１１に対向して配置された対向基板１２と、上記対向基板１２及び上記ＴＦＴ基板１１の間に設けられた液晶層１３とを備えている。

ＴＦＴ基板１１の背面側（つまり、液晶層１３とは反対側）には、照明装置である上記バックライト１５が配置されている。バックライト１５は、図示を省略するが、導光板と、その導光板の側方に配置された光源である複数のＬＥＤ等とを備えている。そうして、ＬＥＤの光を導光板の内部で散乱させて、一様な面状光を上記ＴＦＴ基板１１へ供給するようになっている。

対向基板１２には、図示を省略するが、カラーフィルタ、ＩＴＯ等からなる共通電極及びブラックマトリクス等が形成されている。また、対向基板１２は、液晶層１３側の表面に配向膜が設けられると共に、液晶層１３とは反対側の表面に偏光板が積層されている。また、液晶層１３は、ＴＦＴ基板１１と対向基板１２との間に介在されたシール材１４によって封止されている。

一方、ＴＦＴ基板１１は、４つの辺を有する矩形板状に形成され、いわゆるアクティブマトリクス基板に構成されている。本実施形態１では、ＴＦＴ基板１１に例えばガラス基板を適用している。尚、ＴＦＴ基板１１の種類は、例えばプラスチック基板等、ガラス基板以外のものであってもよい。

ＴＦＴ基板１１には、図示を省略するが、表示の単位領域である画素が複数マトリクス状に配置されている。また、ＴＦＴ基板１１は、液晶層１３側の表面に配向膜が設けられると共に、液晶層１３とは反対側の表面に偏光板が積層されている。

表示パネル２には、光センサ１が形成されている。すなわち、ＴＦＴ基板１１には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を駆動制御するためのドライバー（図示省略）等に加えて、周囲の光量を検出するための光センサ１が形成されている。

また、液晶表示装置Ｓは、上記光センサ１によって検出された周囲の光量に基づいて、バックライト１５の輝度を調整する制御部１６を備えている。制御部１６は、例えばＴＦＴ基板１１に形成された制御回路によって構成されている。

次に、上記光センサ１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。

光センサ１は、図１〜図３に示すように、ガラス基板２１上に第１遮光膜２２を介して形成された半導体層２４と、半導体層２４を覆う絶縁膜２５とを備えている。

すなわち、ガラス基板２１の表面には、矩形島状の第１遮光膜２２が形成されている。第１遮光膜２２は、遮光性を有する例えば樹脂材料等により構成されている。ガラス基板２１の上には、上記第１遮光膜２２を覆うようにベースコート層２３が一様に形成されている。このベースコート層２３の表面に上記半導体層２４が矩形島状に形成されている。半導体層２４は、図１に示すように、ガラス基板２１表面の法線方向から見て、その全体が第１遮光膜２２に重なるように配置されている。さらに、第１遮光膜２２は、半導体層２４よりも僅かに大きく形成されている。

半導体層２４は、図１及び図２に示すように、ｐ型不純物が高濃度に導入されたｐ型不純物領域３２と、ｎ型不純物が高濃度に導入されたｎ型不純物領域３１とを有している。半導体層２４は、さらに、ｐ型不純物領域３２とｎ型不純物領域３１との間に介在されたチャネル領域３３を備えている。

半導体層２４は、図１に示すように、例えば長方形状に形成され、その長手方向（図１で左右方向）に上記ｎ型不純物領域３１、チャネル領域３３及びｐ型不純物領域３２が、この順に並んで配置されている。半導体層２４の長辺を構成する両側部には、ガラス基板２１側に向かってテーパ状に広がる傾斜部４０がそれぞれ形成されている。傾斜部４０は、半導体層２４の側部全体に、上記ｎ型不純物領域３１、チャネル領域３３及びｐ型不純物領域３２に亘って形成されている。

ベースコート層２３の上には、図２に示すように、上記半導体層２４を覆うように絶縁膜２５が形成されている。絶縁膜２５は、上記ＴＦＴ基板１１の各画素におけるＴＦＴのゲート絶縁膜（図示省略）と同じ絶縁膜によって形成されている。したがって、絶縁膜２５は、
絶縁膜２５には、傾斜部４０の少なくとも一部を覆う第２遮光膜２６が形成されている。第２遮光膜２６は、図１に示すように、少なくともチャネル領域３３に形成された傾斜部４０を覆っている。すなわち、第２遮光膜２６は、チャネル領域３３の傾斜部４０の全体を覆うと共に、そのチャネル領域３３の両外側のｎ型不純物領域３１及びｐ型不純物領域３２における傾斜部４０を僅かに覆っている。

こうして、図１に示すように、２つの第２遮光膜２６が所定の間隔で配置され、その１つの第２遮光膜２６同士の間において、チャネル領域３３が第２遮光膜２６から露出して周囲の光が入射可能になっている。第２遮光膜２６は、表示パネル２に形成されている配線と同じ金属材料により構成されている。つまり、第２遮光膜２６は、表示パネル２に形成される配線等と同じ工程で形成される。

上記絶縁膜２５の上には、上記第２遮光膜２６を覆うように、層間絶縁膜２７が形成されている。層間絶縁膜２７及び絶縁膜２５には、これらを厚み方向に貫通するコンタクトホール３５が形成されている。コンタクトホール３５は、上記ｎ型不純物領域３１の上方と、ｐ型不純物領域３２の上方とにそれぞれ形成されている。そうして、層間絶縁膜２７の表面には、ソース電極２８及びドレイン電極２９が形成されている。ソース電極２８はコンタクトホール３５を介してｎ型不純物領域３１に電気的に接続されている。一方、ドレイン電極２９は、コンタクトホール３６を介してｐ型不純物領域３２に電気的に接続されている。

そして、上記液晶表示装置Ｓは、バックライト１５から表示パネル２に供給される光を所望に透過させることによって、透過表示を行う。このとき、バックライト１５の光は、第１遮光膜２２によって遮光されるため、半導体層２４には入射しない。

一方、周囲の光は、表示パネル２における光センサ１の半導体層２４に入射するが、チャネル領域３３の傾斜部４０には、上記第２遮光膜２６によって遮光されて入射しない。その結果、光センサ１は、上記２つの第２遮光膜２６の間から入射した周囲光の光量を検出することとなる。

制御部１６は、上記光センサ１によって検出された周囲光の光量に基づいて、バックライト１５の輝度を調整する。制御部１６は、例えば、周囲が比較的明るいときにはバックライト１５の輝度を低く調整する一方、周囲が比較的暗いときにはバックライト１５の輝度を高く調整する。

−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、傾斜部４０を有する半導体層２４を覆う絶縁膜２５に対し、その傾斜部４０の少なくとも一部を覆う第２遮光膜２６を形成するようにしたので、半導体層２４を絶縁膜２５によって確実に覆うことができると共に、傾斜部４０の光センサ１の特性に与える影響を少なくすることができる。その結果、光センサ１の特性のばらつきを低減して、得られる検出値の精度を高めることができる。

すなわち、半導体層２４の傾斜部４０は、その厚みが傾斜部４０以外の平坦な領域よりも薄くなっているため、不純物のドーピング濃度が低くなっている。したがって、傾斜部４０を有する光センサ１の特性は、傾斜部４０を有さずに平坦な領域のみによって構成された光センサ１の特性に対してばらつきが生じてしまう。これに対し、本実施形態１では、傾斜部４０の少なくとも一部を第２遮光膜２６によって覆うようにしたので、その傾斜部４０の光センサ１の特性に与える影響を少なくすることができる。その結果、光センサ１の特性のばらつきを低減して、得られる検出値の精度を高めることができる。

特に、本実施形態１の光センサ１は、ＰＩＮダイオードにより構成されているが、このＰＩＮダイオードは、特に微小な電流等を検知することによって光量を検出するため、第２遮光膜２６を設けることが特に好ましい。

さらに、第２遮光膜２６を、表示パネル２に形成されている配線と同じ金属材料によって構成するようにしたので、その第２遮光膜２６を形成するための工程を別個独立に追加する必要がなくなり、コストの低減を図ることができる。

さらに、液晶表示装置Ｓの周囲の光量を、上記特性のばらつきが低減された光センサ１によって好適に検出することができる。そのため、制御部１６によって、光センサ１により検出された周囲の光量に応じて、バックライト１５の輝度を精度良く調整することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態１では、ＰＩＮダイオードにより構成された光センサ１を一例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ＰＮ型等の他の構成を有する光センサについても、本発明を同様に適用することができる。ＰＮ型の光センサの場合には、ｎ型不純物領域とｐ型不純物領域との境界部分における傾斜部を、第２遮光膜によって覆うようにすればよい。

また、第２遮光膜２６は、金属材料に限らず、遮光性を有する樹脂等の他の材料を適用することも可能である。ただし、工程の増加を避ける観点から、上記実施形態１で説明したように、表示パネル２に形成される配線や素子と同じ金属材料によって構成することが好ましい。

また、上記実施形態１では液晶表示装置について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば有機ＥＬ表示装置やプラズマ表示装置等の他の表示装置についても適用することが可能である。

以上説明したように、本発明は、半導体層に傾斜部を有する光センサ、及びそれを備えた表示装置について有用であり、特に、光センサの特性のばらつき低減し、得られる検出値の精度を高める場合に適している。

図１は、光センサの要部を拡大して示す平面図である。 図２は、光センサの構造を示す断面図である。 図３は、光センサの要部の構造を示す断面図である。 図４は、液晶表示装置の概略構造を示す断面図である。 図５は、従来の光センサの構造を示す断面図である。 図６は、従来の光センサの要部の構造を示す断面図である。

符号の説明

Ｓ 液晶表示装置
１ 光センサ
２ 表示パネル
１１ ＴＦＴ基板
１２ 対向基板
１３ 液晶層
１４ シール材
１５ バックライト
１６ 制御部
２１ ガラス基板
２２ 第１遮光膜
２３ ベースコート層
２４ 半導体層
２５ 絶縁膜
２６ 第２遮光膜
２７ 層間絶縁膜
２８ ソース電極
２９ ドレイン電極
３１ ｎ型不純物領域
３２ ｐ型不純物領域
３３ チャネル領域
３５ コンタクトホール
３６ コンタクトホール
４０ 傾斜部

Claims (9)

1. 基板上に第１遮光膜を介して形成され、ｐ型不純物が導入されたｐ型不純物領域とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物領域とを有する半導体層と、
   上記半導体層を覆う絶縁膜とを備えた光センサであって、
   上記半導体層は、上記基板側に向かってテーパ状に広がる傾斜部を有し、
   上記絶縁膜には、上記傾斜部の少なくとも一部を覆う第２遮光膜が形成されている
   ことを特徴とする光センサ。
2. 請求項１において、
   上記半導体層は、上記ｐ型不純物領域と上記ｎ型不純物領域との間に介在されたチャネル領域を備えている
   ことを特徴とする光センサ。
3. 請求項２において、
   上記第２遮光膜は、少なくとも上記チャネル領域に形成された傾斜部を覆っている
   ことを特徴とする光センサ。
4. 請求項１において、
   上記第２遮光膜は、金属材料により構成されている
   ことを特徴とする光センサ。
5. 表示パネルと、表示パネルに形成された光センサとを備えた表示装置であって、
   上記光センサは、基板上に第１遮光膜を介して形成され、ｐ型不純物が導入されたｐ型不純物領域とｎ型不純物が導入されたｎ型不純物領域とを有する半導体層と、上記半導体層を覆う絶縁膜とを備え、
   上記半導体層は、上記基板側に向かってテーパ状に広がる傾斜部を有し、
   上記絶縁膜には、上記傾斜部の少なくとも一部を覆う第２遮光膜が形成されている
   ことを特徴とする表示装置。
6. 請求項５において、
   上記表示パネルに重なるように配置されたバックライトと、
   上記光センサによって検出された周囲の光量に基づいて、上記バックライトの輝度を調整する制御部とを備えている
   ことを特徴とする表示装置。
7. 請求項５において、
   上記半導体層は、上記ｐ型不純物領域と上記ｎ型不純物領域との間に介在されたチャネル領域を備えている
   ことを特徴とする表示装置。
8. 請求項７において、
   上記第２遮光膜は、少なくとも上記チャネル領域に形成された傾斜部を覆っている
   ことを特徴とする表示装置。
9. 請求項５において、
   上記第２遮光膜は、上記表示パネルに形成されている配線と同じ金属材料により構成されている
   ことを特徴とする表示装置。

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