JP2014003042A - 光センサ素子内蔵の液晶表示装置 - Google Patents

光センサ素子内蔵の液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】効率よく、光を電気信号に変換する光センサ素子を備えた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１は、対象物の位置を検知するための光センサ素子２０を内蔵し、光センサ素子２０は、絶縁層２５と、絶縁層２５に覆われており、絶縁層２５とは異なる屈折率を有する柱状の誘電体ロッド２６が複数配されて構成されているフォトニック結晶構造２４と、フォトニック結晶構造２４の下方に配されているｉ型半導体２３ｂと、ｉ型半導体２３が積層されている絶縁層２２と、絶縁層２２が積層されている遮光層とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光センサ素子を内蔵した液晶表示装置に関する。
タッチパネルとして、液晶パネル内に光センサ素子を内蔵した光センサタッチパネルが開発されている。
図２２（ａ）は一般的な光センサタッチパネルの構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光センサ素子に入射する赤外光の様子を表す図である。
図２２（ａ）に示すように、光センサタッチパネル３００は、例えばピーク波長が８５０ｎｍ程度の赤外光を、液晶パネル３１０に内蔵している光センサ素子３１１でセンシングを行なうことで、座標の検出を行なうＵＩ（ユーザインターフェース）である。
光センサタッチパネル３００は、バックライト等、自身が備える光源から、赤外光を発光する。そして、液晶パネル３１０の表面に配された指などの検出対象物で反射された赤外光を、液晶パネル３１０内に配された光センサ素子３１１で受光する。これにより、液晶パネル３１０の表面に配された指の座標を検知する。
しかし、指で反射された赤外光は、図２２（ｂ）に示すように、光センサ素子３１１に入射せず、光センサ素子３１１の受光面で反射されたり、光センサ素子３１１に入射したとしても、光センサ素子３１１で吸収されず、そのまま透過してしまい、充分に、光センサ素子３１１で電気信号へ変換されないという課題が生じる。
図２３は、特許文献１の太陽電池の構成を表す図である。図２３に示すように、太陽電池本体４０１の表面側には、誘電体であり透明な材料（有機、無機を問わず、ポリエチレン、ＳｉＯ２など）をロッド状にした無数の誘電体アンテナ４０２を突出して設けられている。そして、誘電体アンテナ４０２の間の凹部４０６に、太陽電池本体４０１の表面電極７が配設されている。
この誘電体アンテナ４０２を設けることで、太陽から放射される可視光線を含む電磁波を、誘電体アンテナ４０２がアンテナとして受信し、受信した電磁波を太陽電池本体４０１に供給することができる。このため、誘電体アンテナ４０２の先端面に入射する電磁波のみでなく、近傍を通過する電磁波をも受信する。これにより、多くの電磁波を太陽電池本体４０１に取り込むことができる。
太陽電池本体４０１の構成によると、例えば、本来なら表面反射を起こし、取り込むことのできない太陽光などの外からの入射光を取り込むことができるので、発電量を向上させることができる。
特開２００２‐３６８２４４号（２００２年１２月２０日公開）
上述した光センサ素子３１１に入射した赤外光が吸収されず、大部分が透過してしまう原因として、光センサ素子３１１に用いられる光起電力材料の波長毎の吸収率違いや、光起電力材料の厚みを挙げることができる。
光センサ素子３１１に用いられる光起電力材料は、波長毎の光の感度及び光の吸収率が異なり、波長によっては、波長毎の光の感度及び光の吸収率が非常に小さくなる場合がある。
一般的に、光センサ素子３１１の光起電力材料としては、ａ‐Ｓｉ（アモルファスシリコン）が用いられている。
図２４は、ａ‐Ｓｉ（アモルファスシリコン）の波長に対する光の感度の様子を表す図である。
図２４の破線部分に示すように、ａ‐Ｓｉは、高波長での光の吸収率が小さくなり、特に、ピーク波長が８５０ｎｍ程度の赤外光の吸収率は小さい。
このため、光センサ素子３１１に入射した赤外光は、充分に電気信号に変換されず、大部分は、光センサ素子３１１を透過してしまう。
このため、光センサ素子３１１が、センシングするために必要な赤外光の量を充分に得られない場合があるので、赤外光の発光量を増やす必要がある。しかし、赤外光の発光量を増加させると、液晶表示装置の消費電力が増加してしまう。
また、上述したように、光センサ素子３１１の吸収率が小さくなる原因の一つに、光センサタッチパネル３００に配されている光センサ素子３１１の厚みが薄いことを挙げることができる。
このため、光センサ素子３１１の厚みを厚くすれば、光センサ素子３１１で、充分に、赤外光を吸収することができるようにも考えられる。
しかし、光起電力材料自体の特性や、プロセスの関係上、厚みを厚くすると、赤外光によって生成された電子と、ホールとが再結合を起こして、光を電子に変換する効率（変換効率）が落ちる。このため、単純に厚みを厚くしただけでは、光センサ素子３１１で、充分に赤外光を吸収することはできない。さらに、光センサ素子３１１の厚みを厚くすると、それだけ段差が生じるので、光センサ素子３１１を備える光センサタッチパネル３００に不良が発生しやすくなる。
図２３を用いて説明した特許文献１の太陽電池本体４０１でも光起電力材料としてａ‐Ｓｉを用いている。特許文献１の太陽電池本体４０１では、誘電体アンテナ４０２を設けることで、多くの電磁波を取り込むことができたとしても、取り込んだ電磁波の吸収率は低いままであり、効率よく電気信号へ変換することができない。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、効率よく、光を電気信号に変換する光センサ素子を備えた液晶表示装置を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、対象物の位置を検知するための光センサ素子内蔵の液晶表示装置であって、上記光センサ素子は、第１の絶縁膜と、上記第１の絶縁膜に覆われており、上記第１の絶縁膜とは異なる屈折率を有する柱状の誘電体柱が、２次元的に複数配されて構成されているフォトニック結晶構造と、上記フォトニック結晶構造の下方に配されている光起電力層と、上記光起電力層が積層されている第２の絶縁膜と、上記第２の絶縁膜が積層されている金属膜と、を備えていることを特徴とする。
ここで、光をあてることで、内部で電子を生成し、生成した電子を電気信号として外部に取り出すことができる材料からなる層を光起電力層と称する。
上記構成によると、光センサ素子への入射光のうち、光起電力層を透過又は反射した光を、上記フォトニック結晶構造と、上記金属膜との間で共振（共鳴）させることができる。
このため、上記入射光のうち、光起電力層を透過又は反射した光は、上記フォトニック結晶構造と、上記金属膜との間を行き来し、上記光起電力層によって吸収され、光起電力が発生する。
このため、上記光起電力層での光の吸収量を増加させることができるので、当該光起電力層での光起電力量を増加させることができる。
これにより、効率よく、光を電気信号に変換する光センサ素子を内蔵した液晶表示装置を提供することができる。
また、上記複数の誘電体柱のピッチａとし、上記フォトニック結晶構造と上記金属膜との間で共鳴させる光のピーク波長λとし、ａ／λを規格化周波数とすると、上記規格化周波数は、０．３以上０．７以下であることが好ましい。
上記構成により、ピーク波長λとする光を、上記フォトニック結晶構造と、上記金属膜との間で共鳴させるフォトニック結晶構造を構成することができる。これにより、上記光起電力層でのピーク波長λの光の吸収量を増加させることができる。
また、上記複数の誘電体ロッドのピッチａは、２５５ｎｍ以上５９５ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を、上記フォトニック結晶構造と、上記金属膜との間で、共鳴させることができる。
このため、対象物の位置を検出するために、一般的に用いられている赤外光である８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光の吸収量を増加させることができる。
また、真空中での光の速度をｃ、上記光起電力層の屈折率をｎ、上記光センサ素子への入射光の角周波数をω０、上記光起電力層の厚みをｄとすると、上記フォトニック結晶構造の光の抜けの大きさＱと、上記光起電力層の光の吸収係数αとは、
（αｃ）／（２ｎ）＝{ω０（１＋ｅ‐αｄ×ｃｏｓθ）}／（２Ｑ）
の関係が成り立つことが好ましい。
上記構成によると、上記光センサ素子への入射光を、上記光センサ素子内に閉じ込める構造を構成することができる。このように、上記フォトニック結晶構造と、上記金属膜との間での共鳴効果に加えて、光センサ素子内に、入射光を閉じ込めることで、さらに、上記光起電力層での光の吸収量を増加させることができる。
このため、さらに、光センサ素子の光の変換効率を増加させることができる。
また、上記光起電力層は真性半導体層であり、上記真性半導体層を挟んで横並びに配されているｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とを備えていることが好ましい。
上記構成によると、ｐｉｎ型半導体層を構成することができる。このため、上記真性半導体層で、電子及び正孔を生成し、光起電力を得ることができる。また、上記真性半導体層の受光面に上記フォトニック結晶構造を配することができる。これにより、上記光検出素子を構成することができる。
また、上記光起電力層は真性半導体層であり、横並びに配され、上記真性半導体層を挟むｎ型半導体層を備えていることが好ましい。
上記構成によると、ｎｉｎ型半導体層を構成することができる。このため、上記真性半導体層で、電子及び正孔を生成し、光起電力を得ることができる。また、上記真性半導体層の受光面に上記フォトニック結晶構造を配することができる。これにより、上記光検出素子を構成することができる。
また、上記誘電体柱の形状は、円柱、三角柱、又は四角柱であることが好ましい。これにより上記誘電体柱を構成することができる。
また、上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に近い側の面を下底とし、当該下底とは逆側の面を上底とした場合、上記誘電体柱は、上記上底より、上記下底の半径が大きい台形柱形状であることが好ましい。
上記構成により、上記誘電体柱は、上記上底から上記下底にかけて屈折率が連続的に変化するので、反射防止膜と同じ効果を得ることができる。このため、入射光などの電磁波が上記フォトニック結晶構造に入射し易くなり、フォトニック結晶構造での表面反射を低減することができ、光の吸収量を増加させることができる。
また、上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に近い側の面を下底とし、当該下底とは逆側の面を上底とした場合、上記誘電体柱は、上記下底より、上記上底の半径が大きい台形柱形状であることが好ましい。
上記構成により、上記誘電体柱は、上記上底近傍より、上記下底近傍での実質的な屈折率が大きくなる。このため、フォトニック結晶構造に入射した光が、上記上底近傍へ戻り難くなり光の吸収量を向上させることができる。
また、上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に近い側の面を下底とすると、上記下底は、上記光起電力層に埋め込まれていることが好ましい。一例として、上記誘電体柱は、自身の高さの１／３が、上記光起電力層に埋め込まれていることが好ましい。
上記構成により、上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に埋め込まれた部分の実質的な屈折率が小さくなる。このため、吸収に寄与する光の量を増加させることができる。
さらに、上記誘電体柱内での屈折率差が大きくなる。このため、フォトニック結晶構造と、上記金属膜との間で共振させる光の周波数を小さくすることができる。
また、上記光起電力層と、上記複数の誘電体柱とは、電気的に分離して配されていることが好ましい。
上記構成により、上記光起電力層は、上記複数の誘電体層と電気的に分離されているので、光の吸収量を増加させることができ、さらに、電気の取り出しを阻害しない構成することができる。従って、電気の取り出し効率を向上させることができる。
また、上記複数の誘電体柱は、上記光起電力層と電気的に分離されているので、導電性をもたせることも可能である。このため、ａ‐Ｓｉなど対象波長の光吸収が小さい半導体材料を用いることができる。これにより、誘電体柱と、周囲の材料との屈折率差を大きくすることができる。
上記光起電力層の表面に配された第３の絶縁膜を備え、上記誘電体柱は、上記第３の絶縁膜の表面に形成されていることが好ましい。上記構成により、上記光起電力層と、上記複数の誘電体柱とを電気的に分離することができる。
本発明の液晶表示装置は、対象物の位置を検知するための光センサ素子内蔵の液晶表示装置であり、上記光センサ素子は、第１の絶縁膜と、上記第１の絶縁膜に覆われており、上記第１の絶縁膜とは異なる屈折率を有する柱状の誘電体柱が、２次元的に複数配されて構成されているフォトニック結晶構造と、上記フォトニック結晶構造の下方に配されている光起電力層と、上記光起電力層が積層されている第２の絶縁膜と、上記第２の絶縁膜が積層されている金属膜と、を備えている。
これにより、効率よく、光を電気信号に変換する光センサ素子を内蔵した液晶表示装置を提供することができるという効果を奏する。
（ａ）は、第１の実施形態に係る光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 光センサ素子内蔵の液晶パネルの構成を表す平面図である。 光センサ素子内蔵の液晶パネルの画素の構成を表す平面図である。 （ａ）は、図３のｘ１‐ｘ’１線断面図であり、（ｂ）は図３のｙ１‐ｙ’１線断面図である。 光センサ素子を透過又は反射する光の様子を表す図である。 （ａ）はフォトニック結晶構造を設けていない光センサ素子の光吸収の様子を表す図であり、（ｂ）はフォトニック結晶構造を設けている光センサ素子の光吸収の様子を表す図である。 光センサ素子内での光の閉じ込め効果を説明する図である。 本発明の液晶表示装置が備える光センサ素子の製造工程の第１の例を説明する図である。 本発明の液晶表示装置が備える光センサ素子の製造工程の第２の例を説明する図である。 本発明の液晶表示装置が備える光センサ素子の製造工程の第３の例を説明する図である。 （ａ）は、第２の実施形態に係る光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）はフォトニック結晶構造を設けていない光センサ素子の構成を表す図であり、（ｂ）は、フォトニック結晶構造を設けている光センサ素子の構成を表す図である。 （ａ）は、下底の半径が大きい台形柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 図１３（ａ）（ｂ）の光センサ素子の効果を説明する図である。 （ａ）は、上底の半径が大きい台形柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 図１５（ａ）（ｂ）の光センサ素子の効果を説明する図である。 三角柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は、四角柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は、第４の実施の形態に係る光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）は、第５の実施の形態に係る光センサ素子の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 第６の実施形態に係る光センサ素子の構成を表す断面図である。 （ａ）は従来の光センサタッチパネルの構成を表す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の光センサ素子に入射する赤外光の様子を表す図である。 従来の太陽電池の構成を表す図である。 ａ‐Ｓｉ（アモルファスシリコン）の波長に対する光の感度の様子を表す図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
図２は、光センサ素子内蔵の液晶パネルの構成を表す平面図である。
液晶表示装置１は、内部に、起電力材料からなる起電力層を配置することで、赤外光（ＩＲ光）を用いて、タッチパネルとしての機能を持たせるＩＲ方式の光タッチパネルとして機能する液晶表示装置である。
液晶表示装置１は、画像を表示するための有効表示領域であるアクティブ領域２と、アクティブ領域２の周囲に配されている周辺領域３と備えている。
アクティブ領域２には、複数の画素１０がマトリクス状に配されている。周辺領域３は、アクティブ領域２の４辺の周囲に配された、液晶表示装置１の額縁状の領域である。そして、液晶表示装置１の４辺の周辺領域３のうち、１辺にはＦＰＣ(flexible printed circuits)４が配されている。
周辺領域３には、後述する画素１０を構成する複数の副画素に画像信号を出力するためのデータ信号線駆動回路、複数の副画素の駆動を制御する走査信号線駆動回路、光センサ素子の駆動を制御する光センサ素子駆動回路、光センサ素子からの出力を取得するための光センサ素子出力線回路とが配されている。
図３は、画素１０の構成を表す平面図である。
画素１０は、平面視したとき、ブラックマトリクス１１ＢＬに形成された開口内に、それぞれ形成されている複数の副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂと、複数の光センサ素子２０とを備えている。
副画素１０Ｒは赤色光を出射し、副画素１０Ｇは緑色光を出射し、副画素１０Ｂは青色光を出射する。複数の光センサ素子２０は、画素１０を平面視したとき、副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂのそれぞれに隣接して配されている。複数の光センサ素子２０は、画素１０の上方に載置された、座標を検知する対象物（例えばユーザの指等）の座標を検知するためのものである。
図４（ａ）は、図３のｘ１‐ｘ’１線断面図であり、（ｂ）は図３のｙ１‐ｙ’１線断面図である。
液晶表示装置１は、液晶層１２と、液晶層１２を介して対向配置されているアクティブマトリクス基板１３及び対向基板１４と、アクティブマトリクス基板１３の裏面側に配されたバックライト１５とを備えている。バックライト１５は、画像表示用の白（Ｗ）を発光する光源と、対象物のセンシング用の赤外光を発光する光源とを備えている。
アクティブマトリクス基板１３は、偏光板１３１と、ガラス基板１３２と、絶縁膜（パッシベーション）１３３と、光センサ素子２０と、光センサ素子用電極配線２１と、データ信号線１３４と、走査信号線１３５と、画素電極１３６と、配向膜１３７とを備えている。
偏光板１３１は、ガラス基板１３２の裏面に配されている。偏光板１３１の下方には、バックライト１５が配されている。
光センサ素子２０は、フォトニック結晶構造による共鳴効果を用いることで、デバイス（光センサ素子２０）内での光の寿命（lifetime）を増やし、入射された光を、より効率よく吸収させることを実現するものである。
光センサ素子２０は、後述するように、遮光層２７と、光起電力材料からなる光起電力層と、フォトニック結晶構造とを備えている。光センサ素子２０は、バックライト１５から発光された光であって、対向基板１４の表面に載置、又は対向基板１４の上方に配された対象物５からの反射光を受光する。そして、光センサ素子２０は、当該受光した光の強度に対応した強度の電気信号を外部に出力する。これにより、対象物５の座標を検知することができる。なお、光センサ素子２０の詳細な説明は後述する。
ＴＦＴ１３９は、各副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂの駆動を制御するスイッチング素子である。ＴＦＴ１３９は、ガラス基板１３２の表面であって、各副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂ内に配されている。
絶縁層１３３は、ガラス基板１３２の表面であって、ＴＦＴ１３９、光センサ素子２０を覆っている。
データ信号線１３４は、各副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂのそれぞれに画像データを出力するためのものである。データ信号線１３４は、上記データ信号線駆動回路（不図示）から垂直方向（図３の上下方向）に延びて配されており、ＴＦＴ１３９のドレイン電極と接続されている。
走査信号線１３５は、各副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂのそれぞれの駆動を制御するものである。走査信号線１３５は、上記走査信号線駆動回路（不図示）から水平方向（図３の左右方向）に延びて配されており、ＴＦＴ１３９のゲート電極と接続されている。
光センサ素子用電極配線２１は、光センサ素子２０の駆動を制御するため光センサ素子駆動制御用配線２１ａと、光センサ素子２０からの電気信号を出力するための光センサ素子出力用配線２１ｂとから構成されている。
光センサ素子駆動制御用配線２１ａは、上記光センサ素子駆動回路（不図示）から水平方向（図３の左右方向）に延びて配されており、光センサ素子２０と接続されている。また、光センサ素子出力用配線２１ｂは、上記光センサ素子出力線回路（不図示）から水平方向（図３の左右方向）に延びて配されており、光センサ素子２０と接続されている。
画素電極１３６は、ＩＴＯ等からなるの透明な電極である。画素電極１３６は、副画素１０Ｒと、副画素１０Ｒと隣接する光センサ素子２０とを覆って形成されている。同様に、画素電極１３６は、副画素１０Ｇ及び副画素１０Ｇと隣接する光センサ素子２０、副画素１０Ｂ及び副画素１０Ｂと隣接する光センサ素子２０を覆って形成されている。
また画素電極１３６は、絶縁層１３３に設けられたコンタクトホールによって、ＴＦＴ１３９のソース電極と接続されている。
配向膜１３７は、絶縁層１３３及び画素電極１３６を覆って配されている。配向膜１３７の表面に液晶層１２が配されている。
対向基板１４は、偏光板１４１と、ガラス基板１４２と、カラーフィルタ層１１と、対向電極１４３と、配向膜１４４とを備えている。
偏光板１４１は、ガラス基板１４２の表面に配されている。偏光板１４１の表面に載置又は近傍に近づけられた対象物５からの反射光を、光センサ素子２０が受光する。
カラーフィルタ層１１は、ガラス基板１４２の裏面に配されている。カラーフィルタ層１１は、各副画素が出射する光を透過するカラーフィルタ（ＣＦ）１１ＣＦと、各副画素間に配されたブラックマトリクス１１ＢＬと、赤外光を透過する赤外フィルタ１１ＩＲと、を備えている。
カラーフィルタ層１１が有するカラーフィルタ１１ＣＦは、赤色光を透過する赤色カラーフィルタと、緑色光を透過する緑色カラーフィルタと、青色光を透過する青色カラーフィルタとを有している。赤色・緑色・青色カラーフィルタは、それぞれ、副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１Ｂのそれぞれの対応する領域に配されている。
ブラックマトリクス１１ＢＬは、カラーフィルタ１１ＣＦ（赤色・緑色・青色カラーフィルタ）間に配されている。すなわち、ブラックマトリクス１１ＢＬは、各副画素１０Ｒ・１０Ｇ・１０Ｂ間に配されている。
赤外フィルタ１１ＩＲは、光センサ素子２０の受光面と対向する領域に配されている。
赤外フィルタ１１ＩＲは、バックライト１５から発光された光のうち、対象物５で反射された赤外光を透過する。そして、赤外フィルタ１１ＩＲを透過した赤外光が光センサ素子２０に入射することで、液晶表示装置１は、対象物５の位置を検知することができる。
対向電極１４３は、カラーフィルタ層１１の裏面であって、画素電極１３６と対応する領域に配されている。
配向膜１４４は、対向電極１４３及びカラーフィルタ層１１の裏面を覆って配されている。配向膜１４４の裏面に液晶層１２が配されている。
（光センサ素子の構成）
次に、図１（ａ）（ｂ）を用いて、光センサ素子２０の構成について説明する。
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る光センサ素子２０の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
光センサ素子２０は、ガラス基板１３２側から順に積層された、遮光層（金属膜）２７、絶縁層（第２の絶縁膜）２２、半導体層２３、フォトニック結晶構造２４、及び絶縁膜（第１の絶縁膜）２５を備えている。絶縁層１３３は、絶縁層２５に積層されている。
ここで、ガラス基板１３２の屈折率ｎ＝１．５２、透明導電膜の屈折率ｎ＝２．０である。
遮光層２７は、金属材料から構成されており、ガラス基板１３２の表面であって、光センサ素子２０の形成領域に配されている。この遮光層２７の表面に、半導体層２３が積層されている。遮光層２７により、バックライト１５から出射された光が、直接、光センサ素子２０の裏面から、半導体層２３に入射することを防止することができる。
遮光層２７には、一般的に、光センサ素子を備えている液晶表示装置の当該光センサ素子への入射光を遮光するために配されている金属材料を用いることができる。遮光層２７を構成する金属材料としては、一例として、モリブデン（Ｍｏ）等を挙げることができる。
半導体層２３は、ｉ型半導体（光起電力層、真性半導体層）２３ｂを挟んで横並びに配されているｐ型半導体（ｐ型半導体層）２３ａと、ｎ型半導体（ｎ型半導体層）２３ｂとを備えている。
すなわち、半導体層２３は、ｐ型半導体２３ａ、ｉ型半導体２３ｂ、ｎ型半導体２３ｃが横に接合されたラテラル構造であるｐｉｎ型半導体層である。半導体層２３は、例えば、μｃ‐Ｓｉ（微結晶シリコン）、a‐Ｓｉ（アモルファスシリコン）等を用いることができる。
半導体層２３のうち、ｉ型半導体２３ｂが光起電力材料からなる光起電力層である。半導体層２３に光が入射すると、ｉ型半導体２３ｂで電子と正孔（ホール）とが生成される。これにより、ｉ型半導体２３ｂで光起電力を得ることができるので、光センサ素子２０から出力する電流を得ることができる。ｉ型半導体２３ｂは、フォトニック結晶構造２４の下方に配されている。
このように、半導体層２３は、ラテラル構造なので、ｉ型半導体２３ｂの受光面にフォトニック結晶構造２４を配することができる。これにより、光センサ素子２０を構成することができる。
フォトニック結晶構造２４は、屈折率を波長の１／３〜１／２程度で、周期的に変化させることで、光に代表される電磁波を効率よく共振させて、トラップやレーザー発振が可能な素子である。
光センサ素子２０では、このフォトニック結晶構造２４をｉ型半導体２３ｂに加工する場合に、ｉ型半導体２３ｂの体積を減少させること無く、フォトニック結晶構造２４の共振による光吸収増大を実現することができる。
フォトニック結晶構造２４は、複数の誘電体ロッド（誘電体柱）２６から構成されている。複数の誘電体ロッド２６は、ｉ型半導体層２３ｂ上に形成されている。複数の誘電体ロッド２６は、ｉ型半導体２３ｂと接触して配されている。複数の誘電体ロッド２６は、ｉ型半導体２３ｂの表面に、２次元的に、規則的に配されている。なお、複数の誘電体ロッド２６と、ｉ型半導体層２３ｂとの間に、例えば、ＳｉＯ２単層、又はＳｉＯ２とＳｉＮＸとの２層からなる絶縁膜７８（図８〜図１０、図２０参照）を設けてもよい。
複数の誘電体ロッド２６は、絶縁層２５に覆われており、絶縁層２５とは異なる屈折率を有する柱状形状を有している。例えば、複数の誘電体ロッド２６のそれぞれは、円柱形状を有している。
このように、フォトニック結晶構造２４は、複数の誘電体ロッド２６から構成され、周期構造を有する、２次元フォトニック結晶である。
複数の誘電体ロッド２６のそれぞれは、円柱形状なので、電磁界の分布が上下左右に対象になる。この対象性によって、誘電体ロッド２６のそれぞれは、入射光に対する偏光依存性をなくすことができる。又は、逆に、線状に（たとえば紙面上下方向を対象とし、紙面左右方向を非対称とする）入射光に対する偏光依存性を、誘電体ロッド２６に与えたりすることが可能となる。このため、光センサ素子２０を内蔵させる液晶表示装置１の機種や目的に応じて、要求される仕様に必要な光センサ素子２０を設計するための設計上の自由度を向上させることができる。
絶縁層２５は、誘電体ロッド２６を覆って、ｉ型半導体２３ｂ等に積層されている。すなわち、誘電体ロッド２６は、周囲を絶縁層２５で囲まれている。
誘電体ロッド２６は、絶縁層２５より屈折率が小さい材料から構成されている。本実施の形態では、例えば、絶縁層２５はＳｉＮｘ（屈折率ｎ＝１．９０）から構成されており、誘電体ロッド２６はＳｉＯ２（屈折率ｎ＝１.４５）から構成されている。
または、誘電体ロッド２６をＳｉＮＸから構成してもよい。この場合、絶縁膜２５は、ＳｉＯ２から構成する。誘電体ロッド２６は、一例として、厚さ１００ｎｍ程度で形成する。
なお、誘電体ロッド２６の配置について、詳細は後述する。
このように、光センサ素子２０は、光起電力層であるｉ型半導体２３ｂの光の入射面側に、入射光の波長を共振するためのフォトニック結晶構造２４が配されている。
すなわち、光センサ素子２０は、赤外光のうち、対象物５で反射した赤外光（入射光）が入射する順に、絶縁層２５と、フォトニック結晶構造２４と、ｉ型半導体２３ｂと、絶縁層２２とが配され、さらに、絶縁層２２の裏面に、金属材料から構成されている遮光層２７が配されている。
また、光センサ素子２０に入射した光のうち、フォトニック結晶構造２４で共鳴可能な波長の光を共鳴させることができる。フォトニック結晶構造２４で共鳴した波長の光は、遮光層２７と、フォトニック結晶構造２４との間で共振（共鳴）する。
このため、光センサ素子２０へ入射した赤外光のうち、ｉ型半導体２３ｂを透過又は反射した光は、フォトニック結晶構造２４と、遮光層２７との間を行き来し、ｉ型半導体２３ｂによって吸収され、光起電力が発生する。
つまり、ｉ型半導体２３ｂの表面及び裏面、ｉ型半導体２３ｂとｐ型半導体２３ａとの境界、ｉ型半導体２３ｂとｎ型半導体２３ｃとの境界での光吸収量を増加させることができる。これにより、光起電力層であるｉ型半導体２３ｂでの光吸収量を増加させることができる。
このため、光センサ素子２０の構成によると、光起電力量を増加させるために、ｉ型半導体２３ｂの厚みを厚くする必要がない。光センサ素子２０の構成によると、ｉ型半導体２３ｂの厚みを厚くすることなく、ｉ型半導体２３ｂの光吸収を向上させることができるという利点を有する（利点（i））。このため、ｉ型半導体２３ｂ内の結晶による欠陥や未結合手などが増加しない。
これにより、ｉ型半導体２３ｂでの光起電力量の向上が見込まれる。さらに、プロセスの高速化が見込まれる。また、材料消費を最低限に抑えることにより、コストダウンにも寄与することができる。
また、図５に示すように、光センサ素子２０へ入射した赤外光（入射光）のうち、ｉ型半導体２３ｂで光電変換しきれずｉ型半導体２３ｂを透過、又は、ｉ型半導体２３ｂの表面で反射する赤外光の量を減らすことができる。つまり、光センサ素子２０によると、ｉ型半導体２３ｂの反射率又は透過率を小さくすることができる。
図６（ａ）はフォトニック結晶構造を設けていない光センサ素子の光吸収の様子を表す図であり、（ｂ）はフォトニック結晶構造を設けている光センサ素子の光吸収の様子を表す図である。
図６（ａ）（ｂ）に示すように、センシング用光源の波長特性は、８５０ｎｍにピークを有している。センシングに利用する波長は、センシングの検知感度を向上させるため、なるべく可視光領域から離すことが好ましい。つまり、センシングに利用する波長領域は高波長側の領域である。
赤外フィルタの波長特性は高波長側から、８５０ｎｍ程度までピーク波長が続き、８５０ｎｍより底波長側になると、吸収率が低下する。
図６（ａ）に示すように、フォトニック結晶構造を形成しない場合、ｉ型半導体層での吸収率は、４００ｎｍ程度から高波長側にいくにつれて次第に減少していき、７００ｎｍを過ぎたあたり以上の高波長の吸収率は低いままとなる。
一方、図６（ｂ）に示すように、フォトニック結晶構造２４を形成した光センサ素子２０の場合、ｉ型半導体２３ｂでの吸収率は、４００ｎｍ程度から次第に減少していき、７００ｎｍを過ぎたあたりで吸収率は低くなるが、８５０ｎｍにも吸収のピークを有している。
このように、光センサ素子２０によると、本来なら光吸収が低く、光起電力の効果が小さい波長領域に対しても、ｉ型半導体２３ｂの光吸収自体を増加させることができるという利点（利点（ii））を得ることができる。このため、上述した特許文献１の構成と比べ高い光起電力を得ることができる。
すなわち、フォトニック結晶構造２４を配しない光センサ素子と比べて、ｉ型半導体２３ｂでの光の吸収量を増加させることができるので、ｉ型半導体２３ｂでの光起電力量を増加させることができる。
これにより、効率よく、光を電気信号に変換する光センサ素子２０を内蔵した液晶表示装置１を提供することができる。
（フォトニック結晶構造）
次に、フォトニック結晶構造２４で、光の共振効果を得るための誘電体ロッド２６の配置について説明する。
誘電体ロッド２６は、（１）複数の誘電体ロッド２６のピッチ（格子定数）ａとし、フォトニック結晶構造２４と遮光層２７との間で共鳴させる光のピーク波長λとし、ａ／λを規格化周波数とすると、規格化周波数は、０．３以上０．７以下となるように配されている。
これにより、ピーク波長λとする光を、フォトニック結晶構造２４と、遮光層２７との間で共鳴させるフォトニック結晶構造２４を構成することができる。これにより、ｉ型半導体２３ｂでのピーク波長λの光の吸収量を増加させることができる。
誘電体ロッド２６は、上記の規格化周波数を決定するために、一例として（２）誘電体ロッド２６が並んでいる間隔（ピッチ）をaとすると、誘電体ロッド２６の半径は０．４ａ以下である（３）誘電体ロッド２６のピッチａは、共鳴ピーク波長の１／１〜１／４程度のピッチで配されている構成を有している。
すなわち、本実施の形態では、誘電体ロッド２６は、上記（１）〜（３）の構成を備えており、光センサ素子２０への入射光のうち、i型半導体２３ｂを透過又は反射した赤外光を、フォトニック結晶構造２４と、遮光層２７との間で共振（共鳴）させることができる。このため、光センサ素子２０は、i型半導体２３ｂでの光の吸収量を増加させることができるので、i型半導体２３ｂでの光起電力量を増加させることができる。
加えて、光センサ素子２０は、一例として、下記（４）〜（６）のように、８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を、フォトニック結晶構造２４と、遮光膜２７との間で、共鳴させるように配されている。
（４）誘電体ロッド２６は、その周囲を囲っている材料（本実施形態では絶縁層２５）との屈折率差が０．４以上である。（５）誘電体ロッド２６の屈折率の方が、その周囲を囲っている材料（本実施形態では絶縁層２５）の屈折率より小さい。（６）誘電体ロッド２６は、結晶学の正方格子構造と同様に正方形状に等間隔に配置されている。
すなわち、本実施の形態では、誘電体ロッド２６は、上記（１）〜（６）の構成を備えていることで、光センサ素子２０は、８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を、フォトニック結晶構造２４と、遮光膜２７との間で、共鳴させることができる。
このように、光センサ素子２０は、位置検出のために一般的に用いられている赤外光である８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光の吸収量を増加させることができる。
ここで、誘電体ロッド２６のピッチａを、上記（３）より、２１２．５ｎｍ以上８５０ｎｍ以下とすることで、波長８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を共鳴させることによる吸収量の向上効果を得ることができる。しかし、ピッチａが２１２．５ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の範囲では、光センサ素子２０のうち、ピーク波長８５０ｎｍの光の閉じ込め効果が小さい領域が存在する。
一方、（１）より、誘電体ロッド２６のピッチａを２５５ｎｍ以上５９５ｎｍ以下の範囲とすることで、波長８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を共鳴させ、さらに、高い閉じ込め効果を得ることができる。
このように、好ましくは、誘電体ロッド２６のピッチａを、２５５ｎｍ以上５９５ｎｍ以下とすることで、波長８５０ｎｍの赤外光に対して共鳴する構成とすることができ、ｉ型半導体２３ｂへの赤外光の吸収量を増加させることができる。
さらに、光センサ素子２０は、一例として、誘電体ロッド２６は、上記（１）〜（６）のように配されているので、光センサ素子２０への入射光（赤外光）を、光センサ素子２０内に閉じ込めることができる。
すなわち、８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を共振させることで、８５０ｎｍをピーク波長とする赤外光を、光センサ素子２０内に閉じ込めることができる。
このように、フォトニック結晶構造２４と、遮光層２７との間での共鳴効果に加えて、光センサ素子２０内に、入射光（赤外光）を閉じ込めることで、さらに、i型半導体２３ｂでの光の吸収量を増加させることができる。このため、さらに、光センサ素子２０の光の変換効率を増加させることができる。
上述した（１）の記載の規格化周波数０．３以上０．７以下を得るための、（２）〜（６）の一例は以下の通りである。
（２）誘電体ロッド２６の半径：１４８ｎｍ（ピッチａ×０．４）（３）誘電体ロッド２６のピッチａ：３７０ｎｍ（４）及び（５）誘電体ロッド２６（ＳｉＯ２）の屈折率ｎ＝１．４５、誘電体ロッド２６の周囲に配されている絶縁層２５（ＳｉＮｘ）の屈折率ｎ＝１．９０（６）誘電体ロッド２６の配置：正方格子状配置。
このように、光センサ素子２０は、上記（１）〜（６）を備えることで、フォトニック結晶構造２４と、遮光層２７との間で、特定の波長の光を共振させることができるだけでなく、構造全体を効率的に利用するができ、これにより、構造（光センサ素子２０）全体による光の閉じ込め効果を得ることがきる。このため、光吸収の向上効果を得ることができる。
（光センサ素子内での光の閉じ込め効果を得るための構成の設計）
また、光センサ素子２０は、フォトニック結晶構造２４を備えているので、以下のように構造全体を設計することで、光の閉じ込め効果を得ることもできる。これについて、図１（ｂ）、図７を用いて説明する。
図７は、光センサ素子内での光の閉じ込め効果を説明する図である。
光センサ素子２０では、フォトニック結晶構造２４と、ｉ型半導体２３ｂと、遮光層２７と、ｉ型半導体２３ｂ及び遮光層２７の間の絶縁層２２と、の厚みを制御することで、光を閉じ込める構造を形成する。
つまり、フォトニック結晶構造２４の光のもれの大きさ（Ｑ値）とｉ型半導体２３ｂの吸収係数αの最適化を図ることで、ｉ型半導体２３ｂの光吸収量を増大させることができる。
このような設計は、以下のように表すことができる。すなわち、フォトニック結晶構造２４の光のもれの大きさＱ（Ｑ値）と、ｉ型半導体２３ｂの光の吸収係数αとは、以下の式で表すことができる。
（αｃ）／（２ｎ）＝{ω０（１＋ｅ‐αｄ×ｃｏｓθ）}／（２Ｑ）
上記式では、真空中での光の速度をｃ、ｉ型半導体２３ｂの屈折率をｎ、光センサ素子２０への入射光の角周波数をω０、ｉ型半導体２３ｂの厚みをｄとする。
図７は、上記式での設計をモデル化したものである。図７のモデル図は、デバイスの概念図と対応している。
すなわち、図１（ｂ）の「外から入ってくる光」は、図７の「入射光Ｓ＋１」に対応する。図１（ｂ）のフォトニック結晶構造２４は、図７の「フォトニック結晶光共振器」に対応する。図１（ｂ）の遮光層２７は、図７の「金属層での反射」に対応する。
上記構成によると、光センサ素子２０への入射光（対象物５で反射された赤外光）を、光センサ素子２０内に閉じ込める構造を構成することができる。
このように、フォトニック結晶構造２４と、遮光層２７との間での共鳴効果に加えて、光センサ素子２０内に、入射光を閉じ込めることで、さらに、ｉ型半導体２３ｂでの光の吸収量を増加させることができる。このため、さらに、光センサ素子２０の光の変換効率を増加させることができる。
Ｑ値を設計するには、まず、フォトニック結晶構造２４を作成し、フォトニック結晶構造２４の内部で発光した場合に得られる共振による光の漏れの大きさ（Ｑ値）を得る。
フォトニック結晶構造２４と光センサ素子２０全体の構造を最適に設計することと、Ｑ値とｉ型半導体２３ｂの吸収係数αとの関係が最適である場合に吸収率を理論上１００％まで向上することができる。
（ポイント１）
次に、上述したように構成される光センサ素子２０の代表的なポイントを幾つか説明する。
光センサ素子２０の構成によると、ｉ型半導体２３ｂにフォトニック結晶構造２４を積層している。すなわち、ｉ型半導体２３ｂとは別に、フォトニック結晶構造２４を設けている。
このため、フォトニック結晶構造２４を形成するために、ｉ型半導体２３ｂを直接加工する必要はない。すなわち、ｉ型半導体２３ｂを含め、半導体層２３の形状を変えること無く、フォトニック結晶構造２４を配することができる。
例えば、フォトニック結晶構造を直接、半導体層２３内に加工したり、又は誘電体ロッドを挟み込んだりすることで、半導体層２３の体積が減少したり、変形したりすると、特に、横方向に電子の取り出しを行う半導体層２３の場合、誘電体ロッドを加工した部分に結晶結果が発生して、その部分で、電子がトラップされ、光起電力が得られなくなる可能性がある。このため、半導体層２３のように、横方向に電子を取り出す場合、半導体層２３に加工や変形を加えることは好ましくない。
一方、光センサ素子２０では、半導体層２３とは別に、積層してフォトニック結晶構造２４を配しているので、ｉ型半導体２３ｂで光起電力が得られなくなることを防止することができる。
光センサ素子２０は、上述したように、横方向（ラテラル）に配されたｐｉｎ構造を持ち、ｉ型半導体２３ｂに光（入射光）をあてると起電力を生じる。このような光センサ素子２０に対して、フォトニック結晶構造２４をｉ型半導体２３ｂの直上に配することで、ｉ型半導体２３ｂの体積を、フォトニック結晶構造２４を配していない場合のｉ型半導体２３ｂと同等に維持することができる。
このようなフォトニック結晶構造２４では、複数の誘電体ロッド２６を正方格子として、共鳴波長の１／１〜１／４程度のピッチで配置することが必要である。
（ポイント２）
光センサ素子２０によると、多波長で光が入射してきたとしても、その波長のうち、単一の波長もしくは複数の独立した波長の光に対して光吸収の向上効果を得ることができる。
図６（ａ）（ｂ）を用いて説明したように、ｉ型半導体２３ｂとその表面に配されているフォトニック結晶構造２４により、単一のピーク波長（例えば８５０ｎｍ）の光に強く共振効果を持たせることができる。これにより、光センサ素子として必要な波長の光吸収を高めることができる。これは、フォトニック結晶構造２４による共振効果が、主に単一の波長に高い効果を持つためである。
特に、単一の波長のみを考慮すれば、フォトニック結晶構造を備えていない光センサ素子と比べて、１０倍以上のｉ型半導体２３ｂでの光の吸収量の向上が期待できる。
光センサ素子２０では、ｉ型半導体２３ｂでの光の吸収量が増えることで、同じ電力による赤外光のエネルギー量でも、光起電力として得られる電気量が増えることから、赤外発光素子の消費電力を抑えることができ、全体としての低消費電力化を行なうことができる。
（ポイント３）
光センサ素子２０の構成によると、光センサ素子２０全体で光の閉じ込め効果を得ることができる。及び、効果の予測と、予測した効果を得られる構造の設計が可能である。
図７を用いて説明したように、光センサ素子２０によると、フォトニック結晶構造２４での光の共振効果のみでなく、光センサ素子２０の構造全体を効率的に利用することにより、構造全体による光の閉じ込め効果を得ることができる。これにより、光吸収の向上効果を得ることができる。
上述したように、フォトニック結晶構造２４と、ｉ型半導体２３ｂと、遮光層２７と、ｉ型半導体２３ｂ及び遮光層２７の間の絶縁層２２と、の厚みを制御することで、光を閉じ込める構造を形成する。
フォトニック結晶構造２４の光の抜けの大きさ（Ｑ値）とｉ型半導体２３ｂの吸収係数αの最適化を図ることで、光吸収量を増大させることができる。
（光センサ素子２０による他の利点）
次に、上述した光センサ素子２０の構成による利点の幾つかを以下に説明する。
光センサ素子２０の構成によると、上述した（i）ｉ型半導体２３ｂの厚みを厚くすること無く、ｉ型半導体２３ｂの光吸収を向上させることができるという利点（ii）本来なら光吸収が低く、光起電力の効果が小さい領域に対しても、光起電力材料の光吸収自体を増加させることができるという利点以外にも、以下の利点を有している。
（iii）光センサ素子２０では、半導体層２３とは別に、積層してフォトニック結晶構造２４を配しているので、フォトニック結晶構造２４のような光の共振効果を得られる構造を、ｉ型半導体２３ｂの体積を減少させずに形成することができる。すなわち、ｉ型半導体２３ｂ内にフォトニック結晶構造２４を設ける場合のように、ｉ型半導体２３ｂの体積、厚みが減少することがない。このように、ｉ型半導体２３ｂ内にフォトニック結晶構造２４を設ける場合と比べて、光吸収向上の効果を得ることができる。
（iv）光センサ素子２０によると、上述した（１）〜（６）のように配されているフォトニック結晶構造２４を有するので、光起起電力量が飛躍的に増加する。これにより、シグナル光（光センサ素子２０から出力するセンシング用の電気信号）が増えることになる。よって、電気的なノイズや周囲からの光による光学的ノイズに対して強くなり、低消費電力化や外部環境の変化に対して、性能の安定性を得ることが可能となる。
このように、光センサ素子２０は、フォトニック結晶構造２４と呼ばれる、屈折率が周期的に変化する構造と光センサ素子２０全体の構造を利用して、光吸収量を、ｉ型半導体２３ｂ自体がもつものよりも向上させることができる。
光センサ素子２０では、ｉ型半導体２３ｂの上部にフォトニック結晶構造２４を構成し、このフォトニック結晶構造２４と、裏面の遮光層２７との相互作用による共振状態とｉ型半導体２３ｂの吸収の効果との調整を行なうことで、フォトニック結晶構造２４が無い場合と比べて光吸収量を向上させる効果を得られる。
一方、図２３を用いて説明した特許文献１の太陽電池本体４０１は、共振させて光を内部に取り込むのみである。光センサ素子２０では、上述したように、共振と材料吸収との調整を行なうことで、光吸収量全体を調整する方法である点で、根本的に相違している。
また、図２３を用いた特許文献１に記載の太陽電池本体４０１では、規格化周波数については、何ら考慮されていない。このため、誘電体アンテナ４０２を設けることで、誘電体アンテナ４０２の近傍の光を取り込むことはできても、太陽電池本体４０１で、取り込んだ光の吸収率を向上させることはできない。さらに、構造による光の散乱効果もほとんど期待することができない。
また、太陽電池構造の内部で光が垂直に入射することから（角度がつくほうが光吸収は大きくなる）、全体の吸収量が低下することが考えられる。
一方、本実施の形態に係るフォトニック結晶構造２４を設けた光センサ素子２０のように、ナノオーダ構造であるフォトニック結晶構造２４を半導体層２３と共振させる構成とすることで、半導体層２３への光の吸収量を向上させることができる。又、半導体層２３である半導体材料が、本来有する光の吸収量より大きな吸収量を得ることができ、従来より、光起電力量を飛躍的に向上させることができる。
（光センサ素子の製造工程１）
図８の（ａ）〜（ｅ）を用い、光センサ素子２０の製造工程の第１の例について説明する。
図８は、光センサ素子２０の製造工程の第１の例を説明する図である。
図８の（ａ）に示すように、ガラス基板１３２上に、遮光層２７となるモリブデン等の金属材料を、スパッタリング法などによりパターニングを行い、遮光層２７を形成する。
次に、その遮光層２７上に、ＳｉＮＸ等の材料を１００ｎｍ程度の厚みで蒸着することでＳｉＮＸ膜２２ａ等を形成し、さらに、その形成したＳｉＮＸ膜などの上に、ＳｉＯ２等の材料を１５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚みで蒸着することで、ＳｉＯ２膜２２ｂ等を形成する。このようにして、遮光層２７上に、ＳｉＮＸ膜２２ａ等と、ＳｉＯ２膜２２ｂ等とからなる絶縁膜２２が形成される。
次に、絶縁膜２２上に半導体層２３となるａ‐Ｓｉ膜を蒸着する。そして、蒸着したａ‐Ｓｉ膜上に、ｐ型半導体層２３ａ形成領域を開口して、フォトレジストを形成する。そして、ｐ型不純物をドープし、ａ‐Ｓｉ上に形成したフォトレジストを除去する。これにより、上記ａ‐Ｓｉ膜に、ｐ型半導体層２３ａが形成される（図１（ａ）（ｂ）等参照）。
さらに、上記a‐Ｓｉ膜上に、ｎ型半導体層２３ｃ形成領域を開口して、フォトレジストを形成する。そして、ｎ型不純物をドープし、ａ‐Ｓｉ上に形成したフォトレジストを除去する。これにより、上記ａ‐Ｓｉ膜に、ｎ型半導体層２３ｃが形成される（図１（ａ）（ｂ）等参照）。そして、上記a‐Ｓｉ膜のうち、ｐ型半導体層２３ａ及びｎ型半導体層２３ｃが形成されなかった領域がｉ型半導体層２３ｂとなる。
このようにして、図８の（ａ）に示すように、半導体層２３（ｉ型半導体層２３ｂ）が、絶縁膜２２上に形成される。
なお、上記の説明では、ｐ型半導体層２３ａを形成後にｎ型半導体層２３ｃを形成するように説明したが、順番は逆でもよく、ｎ型半導体層２３ｃを形成後に、ｐ型半導体層２３ａを形成してもよい。
次に、半導体層２３のうち、ｉ型半導体層２３ｂ上のみに、蒸着等により、ＳｉＯ２膜を数十ｎｍで形成し、さらに、そのＳｉＯ２膜の上に、蒸着などにより、ＳｉＮＸ膜を数十ｎｍで形成する。これにより、ＳｉＯ２膜と、そのＳｉＯ２膜に積層されたＳｉＮＸ膜とからなる絶縁膜７８が形成される。
このように、誘電体ロッド２６をＳｉＯ２から構成する場合、絶縁膜７８のうち、誘電体ロッド２６と接触する側の層をＳｉＮＸ膜で形成することで、誘電体ロッド２６を、所望の厚みでエッチングを行うことができる。
なお、誘電体ロッド２６をＳｉＯ２から構成する場合は、上記のように絶縁膜７８を、ＳｉＯ２膜と、そのＳｉＯ２膜に積層されたＳｉＮＸ膜とから構成するが、誘電体ロッド２６をＳｉＮＸから構成する場合は、蒸着等により形成されるＳｉＯ２膜のみから、絶縁膜７８を構成すればよい。すなわち、絶縁膜７８をＳｉＯ２膜のみからなる単層構造として構成する。
このように、絶縁膜７８をＳｉＯ２膜のみからなる単層で構成する場合は、例えば、ＳｉＯ２膜を３０ｎｍ程度の厚さで形成する。
また、図１に示すように、この絶縁膜７８は省略しても良い。
次に、ｐ型半導体層２３ａ、ｎ型半導体層２３ｃ上に、スパッタリング法等により、金属材料からなる光センサ素子駆動制御用配線２１ａ、光センサ素子出力用配線２１ｂをパターニングする。これにより、ｐ型半導体層２３ａ上に、光センサ素子駆動制御用配線２１ａが形成され、ｎ型半導体層２３ｃ上に、光センサ素子出力用配線２１ｂが形成される（図１参照）。
そして、図８の（ａ）に示すように、絶縁膜７８上に、蒸着等により、ＳｉＯ２からなる、誘電体ロッド２６となる誘電体膜２６’を、１００ｎｍ程度の厚みで形成する（デポジション（Deposition）を行う）。なお、誘電体ロッド２６をＳｉＮＸから構成する場合は、ＳｉＯ２に替えてＳｉＮＸからなる誘電体膜２６’を成膜する。
次に、この誘電体膜２６’上に、レジスト膜となるレジスト溶液を塗布し、当該レジスト膜を、３００ｎｍ以上の厚さで成膜する。そして、誘電体膜２６’上に成膜したレジスト膜のうち、誘電体ロッド２６を形成する領域に電子線（ＥＢ）描画を行い、当該レジスト膜を現像する。これにより、図８の（ｂ）に示すように、誘電体膜２６’のうち、誘電体ロッド２６の形成領域上に、レジスト膜８１が形成される。
次に、図８の（ｃ）に示すように、エッチング等を行うことで、レジスト膜８１の形成領域以外の誘電体膜２６’が除去されて、誘電体ロッド２６が形成される。なお、このエッチングを行うことで、レジスト膜８１の膜厚は若干減少する。
そして、図８の（ｄ）に示すように、酸による洗浄等を行うことで、誘電体ロッド２６上のレジスト膜８１を除去する。これにより、複数の誘電体ロッド２６からなるフォトニック結晶構造２４が形成される。
次に、図８の（ｅ）に示すように、誘電体ロッド２６を覆うように絶縁膜７８上に、蒸着等により、誘電体（絶縁体）材料であるＳｉＮＸからなる絶縁膜２５を、誘電体ロッド２６を覆うことが可能な厚さ以上の厚さ（例えば、１００ｎｍ以上）で成膜する（デポジションを行う）。これにより、光センサ素子２０が形成される。
（光センサ素子の製造工程２）
次に、図９の（ａ）〜（ｅ）を用い光センサ素子２０の製造工程の第２の例について説明する。図９は、光センサ素子２０の製造工程の第２の例を説明する図である。
図９の（ａ）に示すように、図８の（ａ）を用いて説明したものと同様にして、ガラス基板１３２に、順に、遮光層２７、絶縁膜２２、半導体層２３（ｉ型半導体層２３ｂ）、絶縁膜７８、及び誘電体膜２６’を形成する。
次に、図９の（ｂ）に示すように、誘電体膜２６’上に、レジスト膜となるレジスト溶液を塗布し、当該レジスト膜を、３００ｎｍ以上の厚さで成膜する。そして、誘電体膜２６’上に成膜したレジスト膜のうち、誘電体ロッド２６を形成する領域に電子線（ＥＢ）描画を行い、当該レジスト膜を現像する。これにより、図９の（ｂ）に示すように、誘電体膜２６’のうち、誘電体ロッド２６の形成領域以外の領域上に、レジスト膜８２が形成される。
ここで、レジスト膜８２として、ポジレジスト材料を用いた場合、誘電体ロッド２６の形成領域に対応する領域のレジスト膜にだけ、電子線を照射すればよいので、電子線描画時間を短縮することができる。
次に、図９の（ｃ）に示すように、スパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）からなるＡｌ膜８３を、誘電体ロッド２６の形成領域上の誘電体ロッド２６’及びレジスト膜８２上に成膜する（デポジションを行う）。
そして、図９の（ｄ）に示すように、レジスト８３を、現像等により除去することで、レジスト８３上に形成されていたＡｌ膜８３を除去する。このようにして、誘電体ロッド２６の形成領域の誘電体ロッド２６’上のみにＡｌ膜８３を形成することで、Ａｌ膜８３のリフトオフを行う。
次に、図９（ｅ）に示すように、エッチング等を行うことで、Ａｌ膜８３の形成領域外の誘電体ロッド２６’が除去されて、誘電体ロッド２６が形成される。
そして、図８の（ｆ）に示すように、エッチング等を行うことで、誘電体ロッド２６上Ａｌ膜８３を除去する。これにより、複数の誘電体ロッド２６からなるフォトニック結晶構造２４が形成される。
次に、図９の（ｇ）に示すように、誘電体ロッド２６を覆うように絶縁膜７８上に、蒸着等により、誘電体（絶縁体）材料であるＳｉＮＸからなる絶縁膜２５を、誘電体ロッド２６を覆うことが可能な厚さ以上の厚さ（例えば、１００ｎｍ以上）で成膜する（デポジションを行う）。これにより、光センサ素子２０が形成される。
（光センサ素子の製造工程３）
次に、図１０の（ａ）〜（ｅ）を用い光センサ素子２０の製造工程の第３の例について説明する。図１０は、光センサ素子２０の製造工程の第３の例を説明する図である。
図１０の（ａ）に示すように、図１０の（ａ）を用いて説明したものと同様にして、ガラス基板１３２に、順に、遮光層２７、絶縁膜２２、半導体層２３（ｉ型半導体層２３ｂ）、絶縁膜７８を形成する。
次に、絶縁膜７８上に、ＳＯＧ材料からなるＳＯＧ膜８４を、スピンコート法等により、１００ｎｍ程度の厚さで形成する。
そして、図１０の（ｂ）に示すように、そして、絶縁膜７８に上に成膜したＳＯＧ膜８４のうち、誘電体ロッド２６を形成する領域に、電子線（ＥＢ）描画を行う。これにより、ＳＯＧ膜８４は、電子線描画により露光されたＳＯＧ膜８４ａと、電子線描画により露光されていないＳＯＧ膜８４ｂとが形成される。
次に、図１０の（ｃ）に示すように、現像処理等を行うことにより、ＳＯＧ膜８４のうち、ＳＯＧ膜８４ｂが絶縁膜７８上から除去され、ＳＯＧ膜８４ａが絶縁膜７８上に残る。
そして、図１０の（ｄ）に示すように、絶縁膜７８上に形成されているＳＯＧ膜８４ａに対して、Ｏ２プラズマを行い、さらに、焼成することで、ＳＯＧ材料からなるＳＯＧ膜８４ａを、ＳｉＯ２材料からなる誘電体ロッド２６へと変化させる。これにより、複数の誘電体ロッド２６からなるフォトニック結晶構造２４が形成される。
次に、図１０の（ｅ）に示すように、誘電体ロッド２６を覆うように絶縁膜７８上に、蒸着等により、誘電体（絶縁体）材料であるＳｉＮＸからなる絶縁膜２５を、誘電体ロッド２６を覆うことが可能な厚さ以上の厚さ（例えば、１００ｎｍ以上）で成膜する（デポジションを行う）。これにより、光センサ素子２０が形成される。
ここで、ａ‐Ｓｉに加工を施して誘電体ロッド２６を形成した場合、形成された誘電体ロッド２６に、ダメージが加わる場合がある。
一方、図１０を用いて説明したように、誘電体ロッド２６を、ａ‐ＳｉではなくＳＯＧ材料から形成することで、ａ‐Ｓｉに加工を施して誘電体ロッド２６を形成する場合のように、誘電体ロッド２６に加わるダメージを防止することができる。
〔実施の形態２〕
次に、図１１（ａ）（ｂ）、図１２（ａ）（ｂ）を用いて、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図１１（ａ）は、第２の実施形態に係る光センサ素子３０の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
光センサ素子３０が配される液晶表示装置の構成は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。
光センサ素子３０は、光センサ素子２０の半導体層２３に替えて、半導体層３３を備えている点で、光センサ素子２０と相違する。
半導体層３３は、ｐｉｎ構造ではなく、ｎｉｎ構造である。
図１１（ａ）に示すように、半導体層３３は、横並びに配され、ｉ型半導体（光起電力層）３３ｂを挟むｎ型半導体３３ａ・３３ｃを備えている。半導体層３３は、ラテラル構造である。このようにして、半導体層３３に、ｎｉｎ型半導体層が構成されている。
また、これにより、光センサ素子２０の遮光層２７に替えて、ゲート電極層３７が配されている。
ゲート電極層３７は、一例として、ＴａＮの積層膜から構成することができ、実施の形態１で説明した遮光膜２７のようにモリブデン（Ｍｏ）を用いた場合と比べて、高い反射率を得ることができる。このため、さらに、ｉ型半導体（光起電力層）３３ｂでの光の吸収効率を向上させることができる。
そして、ｉ型半導体（光起電力層）３３ｂの表面に、フォトニック結晶構造２４が配されている。
このように、光センサ素子３０によると、ｉ型半導体３３ｂで、電子及び正孔を生成し、光起電力を得ることができる。また、ｉ型半導体３３ｂの受光面にフォトニック結晶構造２４を配することができる。これにより、光センサ素子３０を構成することができる。
このように、光センサ素子３０の半導体層３３は、ｎｉｎ構造であるため、ｉ型半導体３３ｂに、光が当たることで、ｉ型半導体３３ｂ部分の電気抵抗が低減され、電気エネルギーが取り出せることにより、センサとして機能する。
具体的には、センシングのタイミングで、光センサ素子駆動制御用配線２１ａ・光センサ素子出力用配線２１ｂに電界を付加する。
ｉ型半導体３３ｂに光が当たらない状態では、ｉ型半導体３３ｂは高抵抗となっている。そして、ｉ型半導体３３ｂに光が照射されると、ｉ型半導体３３ｂで電子が生成されてｉ型半導体３３ｂの抵抗が低くなる。これにより、センシングが可能となる。
光センサ素子３０では、ｉ型半導体３３ｂの表面にフォトニック結晶構造２４を形成することで、小さいエネルギーの光でも電子の生成量を増加させることができる。
このときに、光の吸収量を向上させることで、電気抵抗をより低減することができ、電気エネルギーの取り出し損失を低減することができる。
これにより、デバイス、すなわち、光センサ素子３０を設けている液晶表示装置１の駆動に関わる電力の消費電力化が可能である。
図１２（ａ）はフォトニック結晶構造を設けていない光センサ素子１３０の構成を表す図であり、（ｂ）は、フォトニック結晶構造を設けている光センサ素子３０の構成を表す図である。
ｉ型半導体３３ｂの表面にフォトニック結晶構造２４を設けている光センサ素子３０と、ｉ型半導体３３ｂの表面にフォトニック結晶構造２４を設けていない光センサ素子１３０に、同一のエネルギーの光を入射したとする。
フォトニック結晶構造２４を設けていない光センサ素子１３０と比べて、フォトニック結晶構造２４を設けている光センサ素子３０は、光起電力量が構造することによって、電気的・光学的ノイズに強くなる効果を得ることができる。
すなわち、フォトニック結晶構造２４を設けていない光センサ素子１３０は、ｉ型半導体３３ｂでの抵抗大、光起電力量小（消費電力大、電気的・光学的ノイズに弱い）という特性がある。
一方、フォトニック結晶構造２４を設けている光センサ素子３０は、ｉ型半導体３３ｂでの抵抗小、光起電力量大（消費電力小、電気的・光学的ノイズに強い）という特性を得ることができる。
〔実施の形態３〕
次に、図１３〜図１８を用いて、本発明の第３の実施形態について説明する。
フォトニック結晶構造２４を構成する誘電体ロッド２６は、柱状であればよく、上述した円柱形状に限定されず、さまざまな形状であってもよい。
図１３（ａ）は、下底の半径が大きい台形柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子４０の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図１４は、図１３（ａ）（ｂ）の光センサ素子の効果を説明する図である。
図１５（ａ）は、上底の半径が大きい台形柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子５０の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。図１６は、図１５（ａ）（ｂ）の光センサ素子の効果を説明する図である。
図１３（ａ）（ｂ）、図１５（ａ）（ｂ）に示す誘電体ロッド（誘電体柱）４６・５６のように、台形柱形状とすることにより、入射した光の電磁界の分布を乱すことができる。このため、入射光の電磁界との相互作用による共振効果と光吸収向上効果の増強を可能とする。
以下、具体的に説明する。
図１３（ａ）（ｂ）に示す光センサ素子４０は、光センサ素子２０とでは、誘電体ロッド２６、フォトニック結晶構造２４に替えて、誘電体ロッド（誘電体柱）４６、フォトニック結晶構造４４を備えている点で相違する。
図１３（ａ）（ｂ）に示すように、フォトニック結晶構造４４は、複数の誘電体ロッド４６から構成されている。誘電体ロッド４６は、形状が台形柱である点で、誘電体ロッド２６と相違する。その他の構成は同様である。
誘電体ロッド４６のうち、ｉ型半導体２３ｂに近い側の面、すなわち、ｉ型半導体２３ｂと接している側の面を下底４６ａとし、下底４６ａとは逆側の面を上底４６ｂとした場合、誘電体ロッド４６は、上底４６ｂより、下底４６ａの半径が大きい台形柱形状である。
このため、図１４に示すように、誘電体ロッド４６は、光の入射側である上底４６ｂの面積が小さいことから、上底４６ｂから下底４６ａにかけて屈折率が連続的に変化し、電磁波（光）が伝播しやすくなる。これにより、フォトニック結晶構造４４は、反射防止膜と同じ効果を得ることができる。
すなわち、誘電体ロッド４６を複数備えているフォトニック結晶構造４４によると、入射光などの電磁波がフォトニック結晶構造４４に入射し易くなり、フォトニック結晶構造４４での表面反射を低減することができ、光の吸収量を増加させることができる。
図１５（ａ）（ｂ）に示す光センサ素子５０は、光センサ素子２０と、誘電体ロッド２６、フォトニック結晶構造２４に替えて、誘電体ロッド（誘電体柱）５６、フォトニック結晶構造５４を備えている点で相違する。
図１５（ａ）（ｂ）に示すように、フォトニック結晶構造５４は、複数の誘電体ロッド５６から構成されている。誘電体ロッド５６は、形状が台形柱である点で、誘電体ロッド２６と相違する。その他の構成は同様である。
誘電体ロッド５６のうち、ｉ型半導体２３ｂに近い側の面、すなわち、ｉ型半導体２３ｂと接している側の面を下底５６ａとし、下底５６ａとは逆側の面を上底５６ｂとした場合、誘電体ロッド５６は、下底５６ａより、上底５６ｂの半径が大きい台形柱形状である。
このため、図１６に示すように、誘電体ロッド５６は、ｉ型半導体２３ｂ側である下底５６ａが小さい。絶縁層２５の屈折率が１．９程度、フォトニック結晶構造４４の屈折率が１．４５程度であることから、フォトニック結晶構造５４のうち、下底５６ａ近傍において実効的な屈折率が大きくなる。
つまり、上底５６ｂ側→下底５６ａ側→ｉ型半導体２３ｂ側にかけて、順に、屈折率が、小→中→大となる。
このため、上底５６ｂと絶縁層２５との境界での屈折率差による反射は、実施の形態１で説明した光センサ素子２０と同様であるが、下底５６ａの屈折率が、上底５６ｂより大きくなることで、フォトニック結晶構造５４により、共振した光が上底５６ｂ側（光が入射してきた方向）に戻り難くなる。このため、入射光を吸収してほしい、ｉ型半導体２３ｂに光が向かうことで、光の吸収量の向上効果を増強することができる。
また、図１７（ａ）（ｂ）、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、誘電体ロッドは、三角柱や、四角柱であってもよい。
図１７（ａ）は、三角柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子５１の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
光センサ素子５１は、複数の誘電体ロッド（誘電体柱）５７から構成されているフォトニック結晶構造５５を、ｉ型半導体２３ｂの表面に備えている。誘電体ロッド５７は、三角柱形状を有している。
図１８（ａ）は、四角柱の誘電体ロッドを備えている光センサ素子５２の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
光センサ素子５２は、複数の誘電体ロッド（誘電体柱）５８から構成されているフォトニック結晶構造５９を、ｉ型半導体２３ｂの表面に備えている。誘電体ロッド５８は、四角柱形状を有している。
このように、誘電体ロッドを、円柱や台形柱のように、断面が円形以外の構成とすることで、電界分布を変更することができる。電界分布を変更することで、光の吸収効果が最大となる光の入射方向を変えたり、誘電体ロッドを、吸収係数の異なる材料に対応させたりすることができる。このため、誘電体ロッド（すなわちフォトニック結晶構造）を形成する誘電体材料の選択の幅を広げることができ、設計上の自由度を向上させることができる。
〔実施の形態４〕
次に、図１９（ａ）（ｂ）を用いて、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１９（ａ）は、実施の形態４に係る光センサ素子６０の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
光センサ素子６０は、光センサ素子２０と、フォトニック結晶構造の誘電体ロッドの一部が、ｉ型半導体２３ｂに埋め込まれている点で相違する。なお、光センサ素子６０が配される液晶表示装置の構成は実施の形態１と同様なので説明は省略する。
半導体層６３は、半導体層２３と同様に、ｐ型半導体（ｐ型半導体層）６３ａ、ｉ型半導体（光起電力層、真性半導体層）６３ｂ、ｎ型半導体（ｎ型半導体層）６３ｃが横に接合されたラテラル構造であるｐ-ｉ-ｎ型の半導体である。絶縁層（第２の絶縁膜）６２は、絶縁層２２と対応する。
光センサ素子６０は、誘電体ロッド（誘電体柱）６６のうち、ｉ型半導体６３ｂに近い側の面、すなわちｉ型半導体６３ｂと接している側の面を下底６６ａとすると、下底６６ａは、ｉ型半導体６３ｂに埋め込まれている。
すなわち、ｉ型半導体６３ｂの表面に凹部が形成されており、その凹部に複数の誘電体ロッド６６のそれぞれが形成されている。
そして、ｉ型半導体６３ｂは、誘電体ロッド６６が埋め込まれた分だけ、遮光層２７側にはみ出す構造となっている。すなわち、ｉ型半導体６３ｂの裏面には、表面に形成されている凹部と対応して、下向きに凸形状が形成されている。
一例として、誘電体ロッド６６は、自身の高さの１／３が、ｉ型半導体６３ｂに埋め込まれている。
これにより、誘電体ロッド６６のうち、ｉ型半導体６３ｂに埋め込まれた部分の実質的な屈折率が小さくなる。このため、吸収に寄与する光の量を増加させることができる。
さらに、ｉ型半導体６３ｂ内での屈折率差が大きくなる。このため、フォトニック結晶構造６４と、遮光層２７との間で共振させる光の周波数を小さくすることができる。
また、光センサ素子６０によると、フォトニック結晶構造６４による共振効果に加えて、フォトニック結晶構造６４の埋め込まれている部分と、ｉ型半導体６３ｂとが同じ層にあることから、ｉ型半導体６３ｂでの光吸収量の向上効果が得られ易くなる。
さらに、光センサ素子６０によると、誘電体ロッド６６のうち、ｉ型半導体６３ｂに埋め込まれた部分で、実効的な屈折率が小さくなることから、絶縁層６２とｉ型半導体６３ｂとの界面反射が低減し、吸収に寄与する光の量を増加させることができる。
また、誘電体ロッド６６が埋め込まれた部分は、屈折率が大きくなることから、共振周波数が小さくなる。これにより、斜め方向への伝播などの不要なモード（光の存在しうる角度や波長）を無くすことができる。このため、上述したＱ値計算が容易となり、モード結合理論による効果の予測が行ないやすく、光センサ素子の設計が容易となる。
また、誘電体ロッド６６をｉ型半導体６３ｂに埋め込む量が、誘電体ロッド６６の高さの１／３より大きいと、その後のデポジションを行う工程で、ｉ型半導体６３ｂが、埋め込まれた誘電体ロッド６６により、横方向に分断されてしまう可能性がある。
一方、上述したように、誘電体ロッド６６をｉ型半導体６３ｂに埋め込む量を、誘電体ロッド６６の高さの１／３程度とすることで、ｉ型半導体６３ｂが分断されることを防止することができる。
〔実施の形態５〕
次に、図２０（ａ）（ｂ）を用いて、本発明の第５の実施形態について説明する。
図２０（ａ）は、実施の形態５に係る光センサ素子７０の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
光センサ素子７０では、光を共振させる層と、光を電気として取り出すための層とを分けている点で、光センサ素子２０と相違する。なお、光センサ素子７０が配される液晶表示装置の構成は実施の形態１と同様なので説明は省略する。
光センサ素子７０は、ｉ型半導体２３ｂの表面に配された絶縁膜（第３の絶縁膜）７８を備えている。そして、複数の誘電体ロッド（誘電体柱）７６は、絶縁膜７８の表面に形成されている。すなわち、複数の誘電体ロッド７６は、絶縁膜７８を介して、ｉ型半導体２３ｂの表面に形成されている。絶縁膜７８は、例えば、ＳｉＯ２等の透明絶縁層である。
そして、フォトニック結晶構造７４は、この複数の誘電体ロッド７６から構成されている。また、複数の誘電体ロッド７６間には、ａ‐Ｓｉ７７が配されている。
このように、光センサ素子７０では、ｉ型半導体２３ｂと、複数の誘電体ロッド７６、すなわちフォトニック結晶構造７４とは、電気的に分離して配されている。
これにより、光センサ素子駆動制御用配線２１ａ、光センサ素子出力用配線２１ｂ、フォトニック結晶構造７４、ａ‐Ｓｉ７７が光を共振させる層７９として機能する。
また、ｉ型半導体２３ｂ、すなわち、半導体層２３が、光を電気として取り出すための層として機能する。
光を共振させる層（光センサ素子駆動制御用配線２１ａ、光センサ素子出力用配線２１ｂ、フォトニック結晶構造７４、ａ‐Ｓｉ７７）７９は、外部に電気の取り出しを行わないため、電子の引き出し用のｎ層と、ｐ層とが存在しない構成となっている。
フォトニック結晶構造７４は、光センサ素子駆動制御用配線２１ａ、光センサ素子出力用配線２１ｂと接していても接していなくてもよいが、光センサ素子駆動制御用配線２１ａ、光センサ素子出力用配線２１ｂと接していても、フォトニック結晶構造７４での電気取出しは行なわれない。
また、ｉ型半導体２３ｂ、すなわち、半導体層２３が、光を電気として取り出すための層として機能する。
このように、光センサ素子７０は、光を共振させる層と、光を電気として取り出す層との間は、絶縁膜７８が形成されているので、電気的に絶縁されている。すなわち、ｉ型半導体２３ｂと、複数の誘電体ロッド７６（すなわち、フォトニック結晶構造７４）とは、電気的に分離して配されている。
このように、光を共振させる層７９を、光を電気として取り出す層と分離することで、光吸収量を増加させることができることに加えて、電気の取り出しを阻害しない構成とすることができる。このため、光センサ素子７０によると、電気の取り出し効率を向上させることができる。
このため、光センサ素子７０によると、i型半導体２３ｂの体積を減少させずに、フォトニック結晶構造７４を導入することができる。
また、複数の誘電体ロッド７６は、i型半導体２３ｂと電気的に分離されているので、導電性をもたせることも可能である。このため、ａ‐Ｓｉなど対象波長の光吸収が小さい半導体材料を用いることができる。これにより、誘電体ロッド７６（すなわちフォトニック結晶構造７４）と、周囲の材料との屈折率差を大きくすることができる。
さらに、誘電体ロッド７６は、ａ‐Ｓｉに限定されず、光起電力効果がある加工物半導体であればよく、ａ‐Ｓｉ以外にも、μＣ‐Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等から構成されてもよい。
ここで、光センサ素子７０によると、フォトニック結晶構造７４による共振効果による光吸収量の向上効果を得られるのは、フォトニック結晶構造７４の共振の大きさであるＱ値と、i型半導体２３ｂの吸収係数αと、が最適条件を満たす場合である。
このため、光センサ素子７０では、光を共振させる層７９ではなく、光を電気として取り出す層と最適となるように、共振器のＱ値を設計する。このＱ値の設計は、実施の形態１で説明した式を用いることができる。
すなわち、以下の式が成り立つＱが最適なＱ値であるので、以下のＱ値を実現する構造をフォトニック結晶構造に対する内部励振により決定する。
（αｃ）／（２ｎ）＝{ω０（１＋ｅ‐αｄ×ｃｏｓθ）}／（２Ｑ）
ただし、ｄ：光起電力層（i型半導体２３ｂ）の厚み、α：光起電力層（i型半導体２３ｂ）の光吸収係数、ω０：光センサ素子７０への入射角の角周波数、ｃ：真空中での光の速度、ｎ：光起電力層（i型半導体２３ｂ）の屈折率、Ｑ：フォトニック結晶構造による共振器のＱ値である。
このように、光センサ素子７０では、光を共振させる層である複数の誘電体ロッド７６（すなわちフォトニック結晶構造７４）とその周囲の屈折率差が大きいことから、共振を得られ易くなるとともに、共振周波数が小さくなる。
これにより、光吸収量を向上させたい周波数に対して、フォトニック結晶構造の共振に寄与するモードが単一となりやすい構成とすることができる。
モードが単一であると、Ｑ値を比較的小さくすることが容易となり、フォトニック結晶構造７４が光を共振させることによるi型半導体２３ｂでの光吸収の向上効果を得られやすくすることができる。
ここで、光センサタッチパネルは、センサとして利用する波長（例えば８５０ｎｍ）を限定しており、その波長以外はノイズの成分となる。
そこで、光センサ素子７０のように、光を共振させる層を対象波長の以外の光吸収が大きな材料とすることで、対象波長以外の光を電気に変換して取り出す量が減少し、センサとしてのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
このように、光センサ素子７０によると、Ｓ／Ｎ比を向上した光センサ素子を構成することができる。
〔実施の形態６〕
次に、図２１を用いて、本発明の第６の実施形態について説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１〜５にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図２１は、第６の実施形態に係る光センサ素子９０の構成を表す断面図である。
本発明の液晶表示措置が内蔵する光センサ素子は、半導体層が横並びに配されたラテラル構造に限定されず、ｉ型半導体の上に、ｎ型半導体が積層された構造であってもよい。
なお、光センサ素子９０が配される液晶表示装置の構成は実施の形態１と同様なので説明は省略する。
図２１に示すように、本発明の液晶表示装置が備える光センサ素子９０は、絶縁層２２に、半導体層９３が積層されている。
半導体層９３は、ｎ型半導体９３ａと、ｉ型半導体層９３ｂと、ｎ型半導体９３ｃとから構成されている。
ｉ型半導体層９３ｂは絶縁層２２に積層されており、ｉ型半導体層９３ｂに、ｎ型半導体９３ａと、ｎ型半導体９３ｃとが積層されている。
ｎ型半導体９３ａと、ｎ型半導体９３ｃとは、ｉ型半導体層９３ｂの表面であって、両側端部に沿って、互いに離間して配されている。ｎ型半導体９３ａ上には光センサ素子駆動制御用配線２１ａが配されており、ｎ型半導体９３ｃ上には光センサ素子出力用配線２１ｂが配されている。
フォトニック結晶構造２４は、ｉ型半導体層９３ｂの表面であって、ｎ型半導体９３ａと、ｎ型半導体９３ｃとの間には、フォトニック結晶構造２４が配されている。
絶縁膜２５は、フォトニック結晶構造２４、光センサ素子駆動制御用配線２１ａ、光センサ素子出力用配線２１ｂ、ｉ型半導体層９３ｂの表面を覆うように形成されている。そして、絶縁膜２５上には絶縁膜１３３が積層されている。
光センサ素子９０は、上述したラテラル構造の半導体層と同様に、ｉ型半導体層９３ｂが光起電力層である。半導体層９３は、ｉ型半導体層９３ｂに光が入射することで、ｉ型半導体層９３ｂ内を電子がｉ型半導体層９３ｂに沿って、すなわち、横方向に移動し、ｎ型半導体９３ｃで電子が取り出される横方向に電子を取り出す構成である。
半導体層９３は、一般的なＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の構造と同様であり、ｎ型半導体９３ａと、ｎ型半導体９３ｃとの間に電界をかけることで、ｉ型半導体層９３ｂに電子が流れる。
ｉ型半導体層９３ｂの開口部である、ｎ型半導体９３ａと、ｎ型半導体９３ｃとの間の表面に当たる光の強さによって、ｉ型半導体層９３ｂの光起電力量が変わる。
これにより、半導体層９３内の抵抗値が変わり（小さくなり）、取り出せる電流量が変化する。
このため、光センサ素子９０の構成によると、上述したフォトニック結晶２４を配する効果に加え、さらに、効率よく、取り出せる電流量を向上させることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、光起電力層の表面にフォトニック結晶構造を設けることで、光起電力を向上することができるので、光起電力を向上することが要求される装置に利用することができる。
１ 液晶表示装置
５ 対象物
２０・３０・４０・５０・５１・５２・６０・７０・９０ 光センサ素子
２２・６２ 絶縁層（第２の絶縁膜）
２３・３３・６３・９３半導体層
２３ａ・６３ａ ｐ型半導体（ｐ型半導体層）
２３ｂ・６３ｂ ｉ型半導体（光起電力層、真性半導体層）
２３ｃ・６３ｃ ｎ型半導体（ｎ型半導体層）
２４・５４・５５ フォトニック結晶構造
２５ 絶縁層（第１の絶縁膜）
２６・４６・５６・５７・５８・６６・７６ 誘電体ロッド（誘電体柱）
２７ 遮光層（金属膜）
３３ａ・３３ｃ、９３ａ・９３ｃ ｎ型半導体（ｎ型半導体層）
３３ｂ・９３ｂ ｉ型半導体（光起電力層、真性半導体層）
３７ ゲート電極層（金属膜）
４４・５９・６４・７４ フォトニック結晶構造
４６ａ・５６ａ 下底
４６ｂ・５６ｂ 上底
６６ａ 下底
７８ 絶縁膜（第３の絶縁膜）

Claims (15)

  1. 対象物の位置を検知するための光センサ素子内蔵の液晶表示装置であって、
    上記光センサ素子は、
    第１の絶縁膜と、
    上記第１の絶縁膜に覆われており、上記第１の絶縁膜とは異なる屈折率を有する柱状の誘電体柱が複数配されて構成されているフォトニック結晶構造と、
    上記フォトニック結晶構造の下方に配されている光起電力層と、
    上記光起電力層が積層されている第２の絶縁膜と、
    上記第２の絶縁膜が積層されている金属膜と
    を備えていることを特徴とする光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  2. 上記複数の誘電体柱のピッチａとし、
    上記フォトニック結晶構造と上記金属膜との間で共鳴させる光の共鳴ピーク波長λとし、
    ａ／λを規格化周波数とすると、
    上記規格化周波数は、０．３以上０．７以下であることを特徴とする請求項１に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  3. 上記複数の誘電体柱のピッチａは、２５５ｎｍ以上５９５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  4. 真空中での光の速度をｃ、上記光起電力層の屈折率をｎ、上記光センサ素子への入射光の角周波数をω０、上記光起電力層の厚みをｄとすると、
    上記フォトニック結晶構造の光の抜けの大きさＱと、
    上記光起電力層の光の吸収係数αとは、
    （αｃ）／（２ｎ）＝{ω０（１＋ｅ‐αｄ×ｃｏｓθ）}／（２Ｑ）
    の関係が成り立つことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  5. 上記光起電力層は真性半導体層であり、
    上記真性半導体層を挟んで横並びに配されているｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とを備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  6. 上記光起電力層は真性半導体層であり、
    横並びに配され、上記真性半導体層を挟むｎ型半導体層を備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  7. 上記誘電体柱の形状は、円柱であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  8. 上記誘電体柱の形状は、三角柱であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  9. 上記誘電体柱の形状は、四角柱であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  10. 上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に近い側の面を下底とし、当該下底とは逆側の面を上底とした場合、
    上記誘電体柱は、上記上底より、上記下底の半径が大きい台形柱形状であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  11. 上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に近い側の面を下底とし、当該下底とは逆側の面を上底とした場合、
    上記誘電体柱は、上記下底より、上記上底の半径が大きい台形柱形状であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  12. 上記誘電体柱のうち、上記光起電力層に近い側の面を下底とすると、
    上記下底は、上記光起電力層に埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  13. 上記誘電体柱は、自身の高さの１／３が、上記光起電力層に埋め込まれていることを特徴とする請求項１２に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  14. 上記光起電力層と、上記複数の誘電体柱とは、電気的に分離して配されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
  15. 上記光起電力層との表面に配された第３の絶縁膜を備え、
    上記誘電体柱は、上記第３の絶縁膜の表面に形成されていることを特徴とする請求項１４の何れか１項に記載の光センサ素子内蔵の液晶表示装置。
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