JP2761730B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光照射を受けると導電率の変化や光電流を発
生する光センサー部と、該光センサー部の出力を制御す
る回路とを同一基板上に併設した光電変換装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来より、光照射により、その照度に対応する出力を
導出する光センサーが一般に使用されている。例えば、
非晶質半導体層を有する光導電型光センサーの場合、外
部からバイアス電圧を印加しておき、光照度の変化によ
る非晶質半導体層の光導電率の変化をバイアス電流とし
て出力端子から導出し、そのバイアス電流を外部回路で
制御処理していた。

しかしながら、上述の外部回路は光動作する実装機器
と光センサーの特性に応じて使用者が設計しなくてはな
らず、利用範囲を狭め、使用が極めて困難であった。

また、受光素子と回路素子とを同一基板上に形成した
受光装置が既に提案されている（特開昭58-54687号公
報、特開昭59-76483号公報）が、いずれも同一基板上に
平面的に広がって受光素子と回路素子とが形成されてい
るだけであり、集積度が低く、基板が増大化してしまう
ものであった。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の背景に鑑み案出されたものであり、
その目的は、薄膜技法と厚膜技法とを駆使して光センサ
ー部上に検出回路部を形成し、機能の向上及び実装機器
の省スペース化が可能な光電変換装置を提供することに
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、下
面より光が入射する透明基板の上面に、非晶質半導体
層、バイアス電圧を印加する裏面電極層を順次積層して
光センサー部を構成するとともに、前記非晶質半導体層
上に前記裏面電極層と接続して設けた複数の抵抗パター
ンによりブリッジ回路を構成し、前記透明基板を通って
入る光の入射量に応じて前記ブリッジ回路を流れる電流
値でもって照度を検出するようにしたことを特徴とする
光電変換装置とした。

〔実施例〕

以下、本発明の光電変換装置を図面に基づいて詳細に
説明する。

実施例では、第３図に示すように未知の抵抗値の測定
に利用されるホイートストンブリッジを回路部に用いた
例で説明する。即ち、ホイートストンブリッジ回路は、
電流計Ｉに流れる電流が０の時、Ra＝Rb・Rc/Rdとな
り、ブリッジ回路として一般的にもちいられている。

第１図は本発明の光電変換装置の構造を示す断面図で
ある。尚、同時に第２図（ａ）〜（ｇ）を用いて主要構
造工程及び平面的な構造を説明する。

本発明の光電変換装置は、下面より光が入射される透
明絶縁基板（透明基板ともいう）１、第１の電極（受光
面電極）である透明導電膜２、非晶質シリコンから成る
非晶質半導体層３、第２の電極（裏面電極）である金属
電極4x,4y、絶縁膜５とからなる光センサー部と、導電
パターンである導電層６、抵抗パターンである抵抗層７
及び絶縁保護膜８とからなる回路部とで構成される。

先ず、光センサー部の構成について、透明基板上にＰ
−Ｉ−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された構造となっている。

第２図（ａ）は透明絶縁基板１上に、透明電極２を形
成した状態の平面図である。

透明絶縁基板１はガラス、透光性セラミックなどから
成り、該透明絶縁基板１の一主面の一部には、透明導電
膜２が被着されている。該透明導電膜２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、透明絶縁基板１の一主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。具体的には、
この透明導電膜２は透明絶縁基板１の一主面上にマスク
を装着し、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、透明絶縁基板１の一
主面上に酸化錫、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・エッチング
処理したりして所定パターンに形成される。

第２図（ｂ）は透明絶縁基板１上の透明導電膜２上に
非晶質シリコンから成る非晶質半導体層３を形成した状
態の平面図である。非晶質半導体層３は光照射により正
孔、電子を発生するためにＰ−Ｉ−Ｎ接合されて、透明
導電膜２上からＰ層、Ｉ層、Ｎ層と順次被着されてい
る。具体的には、非晶質半導体層３はシリコン化合物ガ
ス、水素、不活性ガスなどのキャリアガスの混合ガスを
グロー放電分解することにより被着される。そして、Ｐ
層被着時にはボロンなどを含むＰ型ドーピングガスを混
合し、Ｎ層被着時にはリンなどを含むＮ型ドーピングガ
スを混合しされる。

第２図（ｃ）は透明絶縁基板１の非晶質半導体層３上
に、金属電極4x,4yを形成した状態の平面図である。

金属電極4x,4yは、非晶質半導体層３上に所定間隔を
置いて形成され、所定電圧値のバイアス電圧が印加され
る。金属電極4x,4yは非晶質半導体層３とオーミックコ
ンタクト可能な金属、例えばニッケル、アルミニウム、
クロム、チタン等で形成される。具体的には、金属電極
4x、4yは非晶質半導体層３上にマスクを装着し、上述の
金属を抵抗加熱法等の薄膜技法により被着したり、非晶
質半導体層３上にアルミニウム、ニッケル、チタン、ク
ロム等の金属膜を薄膜技法により被着した後、レジスト
・エッチング処理したりして所定パターンに形成され
る。この金属電極４の膜厚は0.1〜1.0μｍである。

第２図（ｄ）は透明絶縁基板１及び金属電極4x、4y上
に、絶縁膜５を形成した状態の平面図である。

絶縁膜５は、少なくとも金属電極4x、4yの一部を露出
して前記バイアス電圧が印加される開口部51x、51yが形
成されるように、非晶質半導体層３及び金属電極4x、4y
上に形成される。具体的には、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、アクリル樹脂等の絶縁樹脂がスクリーン印刷法
等の厚膜技法によって、膜厚10〜100μｍで形成された
り、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁膜が薄膜技法
によって形成される。

絶縁膜５は、少なくとも非晶質半導体層３に対応する
部分にのみ覆われているが、好ましくは、導電膜６や抵
抗膜７が基板１全体に形成される場合には、非晶質半導
体層３が被着されていない部分を形成する。これによ
り、導電層６や抵抗層７が基板１に強固に接着されるか
らである。さらに絶縁膜５の形状においても金属電極4
x、4yを強固に接着するために、金属電極4x、4yの全周
囲の縁部を覆って形成することが望ましい。

上述の構成の光センサー部は、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
っており、導電層６や抵抗層７は第二電極である金属電
極4x、4yにのみ接続している構造である。そして、その
動作は次の通りである。

前記開口部51x、51yを通じ、積層体ｘの金属電極4xに
＋、積層体ｙの金属電極4yに−のバイアス電圧をかけて
おくと、積層体ｘの非晶質半導体層3xには逆バイアス
が、積層体ｙの非晶質半導体層3y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ｘ）と順方向のフォトダイ
オード（積層体ｙ）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つの金属電極4x、4y間は
積層体ｘの逆方向抵抗Rxと積層体ｙの順方向抵抗Ryとの
合成抵抗に対応する。

上述の光センサー部に、基板１側から光照射される明
状態において、積層体ｘ及び積層体ｙ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、金属電極4xに＋、金属
電極4yに−のバイアス電圧が印加されているので、積層
体ｘには、逆方向光電流が発生する。なお、積層体ｙ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つの金属電極4x、4y間の電流は、積層体ｘの
金属電極4x−非晶質半導体層3xのＮ層−Ｉ層−Ｐ層−透
明導電膜２−積層体ｙの非晶質半導体層3yのＰ層−Ｉ層
−Ｎ層−金属電極4yにながれる。

ここで積層体ｙ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
電圧を金属電極4x、4y間に印加することが重要である。

このため、光センサー部全体において、見かけ上光照
射により抵抗Ｒ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、γ値が約１となる。

次に、回路部の構成について説明する。

回路部は、前記開口部51x、51yに接続する導電層６と
抵抗層７とから構成されている。第２図（ｅ）は絶縁膜
５より露出する開口部51x、51y部分、導電印加端子71
x、71yとなる部分及び比較器器接続端子72x、72yとなる
部分に対応する絶縁膜５上に分離して導電層６を形成し
た状態の平面図である。

導電層６は絶縁膜５より露出する開口部51x、51yと接
続し、また上記各端子71x、71y、72x、72yとなるように
絶縁膜５上に所定パターン形状に形成される。具体的に
は、導電層６は製造の容易さからスクリーン印刷法等の
厚膜技法によって形成され、導電層６はエポキシ樹脂、
フェノール樹脂、アクリル樹脂等の樹脂溶液に、金属電
極4x、4yと低抵抗で接合が可能な金属、例えば銅、銀、
ニッケル、錫等が多量に分散されている導電ペーストを
用いる。特に前記絶縁膜５に樹脂を用いた場合、この導
電膜６と絶縁保護膜５との接着力が向上するため好まし
い。また製造上、絶縁保護膜５の硬化工程と導電層６の
硬化工程とを同時に行え得るからである。

第２図（ｆ）は分離した導電層６と接続し、第３図に
示すホイートスンブリッジ回路の抵抗Rb,Rc,Rdに対応す
る抵抗層7b,7c,7dを形成した状態の平面図である。

抵抗層７は導電層６と接続し、所定の回路部（本実施
例では第３図に示すホイートストンブリッジ回路）を形
成するように、絶縁膜５及び導電層６上に所定パターン
形状に形成される。第３図に示すホイートストンブリッ
ジ回路の抵抗Rb,Rc,Rdに対応して分離した導電層６間に
夫々7b,7c,7dが形成される。具体的には、抵抗層７は導
電層６同様に製造の容易さからスクリーン印刷技法等の
厚膜技法によって形成され、抵抗層７はエポキシ樹脂、
フェノール樹脂、アクリル樹脂等の樹脂溶液に、例えば
銅、銀、ニッケル、錫等が所定量に分散されている抵抗
ペーストを用いる。特にペーストの組成は導電ペースト
と変わらないが、分散されている金属量が異なる。例え
ば第４図はフェノール樹脂中に銅を分散したとき、銅の
含有量と抵抗値との関係を示した特性図である。導電ペ
ーストと抵抗ペーストとを調合するときには、この特性
関係に考慮して分散される金属量を決定すればよい。

第２図（ｇ）は絶縁膜５上に電圧印加端子71x、71y及
び比較器接続端子72x、72yを形成するように絶縁保護膜
８を形成した状態の平面図である。

絶縁保護膜８は導電層６の一部を露出して電圧印加端
子71x、71y、比較器接続端子72x、72yが形成されるよう
に、絶縁膜５、導電層６及び抵抗層７上に形成される。
具体的には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル
樹脂等の絶縁樹脂がスクリーン印刷法等の厚膜技法によ
って、で形成されたり、酸化シリコン、窒化シリコン等
の絶縁膜が薄膜技法によって形成される。

本発明の光電変換装置は、上述の構成により、光セン
サー部の明抵抗値Ｒと抵抗層7b,7c,7dとがブリッジ回路
となる。今、第３図に示すホイートストンブリッジ回路
と対応させると、光センサー部の抗値ＲはRaに、抵抗層
7bはRbに、抵抗層7cはRcに、抵抗層7dはRdに夫々対応す
ることになる。

この光電変換装置の電圧印加端子71x、71yに一定電圧
を印加し、比較器接続端子72x、72yにオペアンプ等の比
較器を接続する。これにより、光センサー部の明抵抗値
Ｒの変化により、光入射量がオペアンプ等の比較器に定
量的に検出できることになる。

本発明の光電変換装置の応用例として、例えばカメラ
用の絞り機構においては、カメラの絞りと連動する光セ
ンサー部の光入射制御手段をオペアンプ等の比較器の出
力で制御するように構成する。

電圧印加端子71x,71yに一定電圧を印加し、比較器接
続端子72x、72yに流れる電流をオペアンプ等の比較器で
検出して、これが０になるように光センサー部への光入
射量を制御する。光入射量制御手段の動作により、連動
するカメラの絞りを適正量に制御できることになる。

尚、上述の実施例では回路部としてホイートストンブ
リッジ回路を形成したが、このホイートストンブリッジ
回路に限らず、外部の接続機器の規格に合致するよう
に、電圧降下回路や電流制限回路を形成してもよい。ま
た光センサー部においてもダイオードが逆方向に抱き合
わせた構造の他に第一電極のである透明導電膜と第二電
極のである金属電極とに夫々導電層や抵抗層を接続する
フォトダイオード型の光センサーを用いても構わない
し、基板の平面方向で非晶質半導体層を金属電極の第一
電極、第二電極で挟持したプレーナー型の光センサーを
用いても構わない。

さらに、絶縁保護膜から露出している電圧印加端子、
比較器接続端子に外部リード線を半田付け容易にするた
めや、電子部品として直接回路基板に実装できるチップ
部品として使用するために光電変換装置全体を溶解した
半田浴に浸漬して、該端子に半田層を形成することが極
めて有益である。

〔発明の効果〕

光照射される非晶質半導体層上に複数の電圧印加用の
裏面電極を配設して成り光照射により抵抗変化する光セ
ンサー部と、複数の抵抗パターンとを透明基板上に設
け、これら抵抗パターンと光センサー部とでもってブリ
ッジ回路を構成したため、外部制御のための回路や制御
機器が極めて簡略化でき、機能の向上及び実装機器の省
スペース化が可能となる。

また、薄膜技法と厚膜技法とを駆使して光センサー部
の一部又は全部上に回路部を形成できるので、基板に対
する実装効率が向上し、光センサー部にマッチする回路
部を確実に形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の構造を示す断面図であ
る。第２図（ａ）〜（ｇ）は本発明の光電変換装置の構
造をより明確化する各工程の平面図である 第３図はホイートストンブリッジ回路を示す回路図であ
る。 第４図はペーストの組成において樹脂中に分散し銅の含
有量と抵抗値との関係を示した特性図である。 １……透明絶縁基板 ２……透明導電膜 ３……非晶質半導体層 4x,4y……金属電極 ５……絶縁膜 ６……導電層 ７、7b,7c,7d……抵抗層 ８……絶縁保護膜

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下面より光が入射する透明基板の上面に、
   非晶質半導体層、バイアス電圧を印加する裏面電極層を
   順次積層して光センサー部を構成するとともに、前記非
   晶質半導体層上に前記裏面電極層と接続して設けた複数
   の抵抗パターンによりブリッジ回路を構成し、前記透明
   基板を通って入る光の入射量に応じて前記ブリッジ回路
   を流れる電流値でもって照度を検出するようにしたこと
   を特徴とする光電変換装置。