JP5132443B2 - Photoelectric conversion device, and photo IC and electronic device including the photoelectric conversion device - Google Patents

Photoelectric conversion device, and photo IC and electronic device including the photoelectric conversion device Download PDF

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Description

本発明は、光電変換装置に関する。また、当該光電変換装置を具備するフォトIC、及び電子機器に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device. Further, the present invention relates to a photo IC including the photoelectric conversion device and an electronic device.

電磁波を検知するための用途に用いられる光電変換装置は数多く知られており、例えば紫外線から赤外線にかけて感度を有するものは総括して光センサと呼ばれている。その中でも波長400nm〜700nmの可視光線領域に感度を持つものは特に可視光センサと呼ばれ、人間の生活環境に応じて照度調整や、オンまたはオフの制御などが必要な機器類に数多く用いられている。   Many photoelectric conversion devices used for detecting electromagnetic waves are known. For example, devices that have sensitivity from ultraviolet rays to infrared rays are collectively called optical sensors. Among them, those having sensitivity in the visible light region with a wavelength of 400 nm to 700 nm are particularly called visible light sensors, and are used in many devices that require illuminance adjustment and on / off control according to the human living environment. ing.

表示装置では、表示装置の周囲の明るさを検出し、その表示輝度を調整することが行なわれているものもある。光センサにより、周囲の明るさを検出して適度な表示輝度を得ることによって、視認性を向上させ、表示装置の無駄な電力を減らすことができるからである。例えば、輝度調整用の光センサを具備する表示装置としては、携帯電話、表示部付きコンピュータが挙げられる。また表示部周囲の明るさだけではなく、表示装置、特に液晶表示装置のバックライトの輝度を光センサにより検出し、表示画面の輝度を調節することも行われている。   Some display devices detect brightness around the display device and adjust the display brightness. This is because by detecting the brightness of the surroundings with an optical sensor and obtaining appropriate display luminance, visibility can be improved and wasteful power of the display device can be reduced. For example, a display device including a light sensor for adjusting luminance includes a mobile phone and a computer with a display unit. Further, not only the brightness around the display unit but also the brightness of a backlight of a display device, particularly a liquid crystal display device, is detected by an optical sensor to adjust the brightness of the display screen.

光電変換装置である光センサは、光のセンシング部分にフォトダイオードなどの光電変換素子を用い、光電変換素子に流れる電流量に基づいて照度を検出することができる。特許文献1には電荷蓄積型の光センサについて、入射光量に応じてフォトダイオードから流れる電流によりコンデンサ(容量素子)に蓄積された電荷を定電流回路(定電流源)により放電させることで変化する電位をコンパレータで検出し、コンパレータで検出した電位の変化に要する時間をカウンター回路及びラッチ回路によってデジタル信号として出力する構成について記載している。
特開平6−313840号公報
An optical sensor, which is a photoelectric conversion device, uses a photoelectric conversion element such as a photodiode as a light sensing portion, and can detect illuminance based on the amount of current flowing through the photoelectric conversion element. Patent Document 1 discloses a charge accumulation type photosensor that changes by discharging a charge accumulated in a capacitor (capacitance element) by a constant current circuit (constant current source) by a current flowing from a photodiode according to an incident light amount. A configuration is described in which a potential is detected by a comparator, and a time required to change the potential detected by the comparator is output as a digital signal by a counter circuit and a latch circuit.
JP-A-6-313840

特許文献1の光電変換装置では、入射光量に応じてフォトダイオードより流れる電流が小さい場合、容量素子に入射光量の検出が可能な程度の電荷が蓄積できず、入射光量が小さい場合での照度の検出が難しくなるといった課題がある。 In the photoelectric conversion device of Patent Document 1, when the current flowing from the photodiode is small according to the amount of incident light, the charge cannot be accumulated in the capacitive element so that the amount of incident light can be detected. There is a problem that detection becomes difficult.

また、表示装置の技術の進歩に伴い、液晶表示装置ではバックライトの輝度、エレクトロルミネッセンス素子(EL素子)を具備する表示装置ではEL素子の輝度が向上している。輝度の向上は、高画質化を図る上で重要であるものの、消費電力の増加が問題となる。消費電力増加の問題に対しては、室内等の暗い場所で表示装置の輝度を、視認性を低減させない程度に、小さくすることが有効である。そのため、表示装置周辺の明るさを検知する光電変換装置には、特に低照度領域での分解能を高めた検知が求められている。 Further, with the progress of display device technology, the luminance of a backlight is improved in a liquid crystal display device, and the luminance of an EL element is improved in a display device including an electroluminescence element (EL element). Although improvement in luminance is important for achieving high image quality, an increase in power consumption becomes a problem. For the problem of increased power consumption, it is effective to reduce the luminance of the display device in a dark place such as a room to such an extent that visibility is not reduced. For this reason, a photoelectric conversion device that detects the brightness around the display device is required to detect with increased resolution, particularly in a low illuminance region.

なお分解能とは、単位照度区間における測定分解能のことをいう。 The resolution means the measurement resolution in the unit illuminance section.

本発明の課題の一は、入射光量が小さい場合であっても、容量素子への電荷の蓄積を行い、照度の検出ができる光電変換装置を提供することである。また本発明の課題の一は、低照度領域での照度の分解能を向上させた光電変換装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that can accumulate charge in a capacitor element and detect illuminance even when the amount of incident light is small. Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device with improved illuminance resolution in a low illuminance region.

本発明の一は、光電変換素子と、光電変換素子の光電流を増幅する増幅回路と、第1のスイッチを介してリセット電位が供給され、第2のスイッチを介して増幅回路で増幅された電流に応じた充電または放電がなされる第1の容量素子と、第1の容量素子の一方の電極の電位と参照電位を比較するためのコンパレータと、コンパレータの出力に応じてパルスを出力するパルス出力回路と、第2の容量素子と、第2の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第2の容量素子に定電流を供給する定電流回路と、第2の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、パルスに応じて一方の端子と他方の端子との導通または非導通が制御される第3のスイッチと、第2の容量素子に蓄積された電荷を放電するための第4のスイッチと、を有する光電変換装置である。 According to one aspect of the present invention, a photoelectric conversion element, an amplifier circuit that amplifies the photoelectric current of the photoelectric conversion element, a reset potential is supplied through a first switch, and the amplifier circuit is amplified through a second switch. A first capacitor that is charged or discharged according to current, a comparator that compares the potential of one electrode of the first capacitor with a reference potential, and a pulse that outputs a pulse according to the output of the comparator An output circuit, a second capacitive element, a constant current circuit electrically connected to one electrode of the second capacitive element and supplying a constant current to the second capacitive element, and one of the second capacitive elements A third switch that is electrically connected to the first electrode and that controls conduction or non-conduction between one terminal and the other in accordance with a pulse, and discharges the charge accumulated in the second capacitor element A fourth switch; It is a conversion apparatus.

なお本発明の光電変換装置において、パルス出力回路は、単安定マルチバイブレータ回路であってもよい。 Note that in the photoelectric conversion device of the present invention, the pulse output circuit may be a monostable multivibrator circuit.

なお本発明の光電変換装置において、増幅回路は、カレントミラー回路で構成されていてもよい。 Note that in the photoelectric conversion device of the present invention, the amplifier circuit may be formed of a current mirror circuit.

なお本発明の光電変換装置において、カレントミラー回路を構成するトランジスタは、薄膜トランジスタであってもよい。 Note that in the photoelectric conversion device of the present invention, the transistor included in the current mirror circuit may be a thin film transistor.

なお本発明の光電変換装置において、光電変換装置は、透光性を有する基板上に設けられていてもよい。 Note that in the photoelectric conversion device of the present invention, the photoelectric conversion device may be provided over a light-transmitting substrate.

本発明の光電変換装置により、入射光量が小さい場合であっても、容量素子への電荷の蓄積を行い、照度の検出ができる光電変換装置を提供することできる。また本発明の光電変換装置により、低照度領域での照度の分解能を向上させた光電変換装置を提供することができる。 With the photoelectric conversion device of the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion device that can accumulate charges in a capacitor element and detect illuminance even when the amount of incident light is small. In addition, the photoelectric conversion device of the present invention can provide a photoelectric conversion device with improved illuminance resolution in a low illuminance region.

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の光電変換装置の構成及びその動作について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structure and operation of a photoelectric conversion device of the present invention will be described.

まず本発明の光電変換装置における回路図について説明する。図1に示す光電変換装置100は、光電変換素子101、増幅回路102、第1のスイッチ103、第2のスイッチ104、第1の容量素子105、コンパレータ106(比較回路ともいう)、パルス出力回路107、第2の容量素子108、第3のスイッチ109、定電流回路110、及び第4のスイッチ111を有する。光電変換素子101は、一方の端子(陰極側)に高電源電位(Vdd)が供給され、他方の端子(陽極側)が増幅回路102の入力側に電気的に接続されている。増幅回路102は、光電変換素子101の出力電流を増幅するための回路である。増幅回路102は低電源電位(Vss)が供給されている。また、第1のスイッチ103の一方の端子はリセット電位(第1の電位、充電電位、またはVsetともいう)が供給され、第2の端子は第1の容量素子105の一方の電極、第2のスイッチ104の一方の端子、及びコンパレータ106の反転入力端子に電気的に接続されている。第1の容量素子105の他方の電極には、低電源電位が供給されている。第2のスイッチ104の第2の端子は増幅回路102に電気的に接続されている。コンパレータ106の非反転入力端子には参照電位(第2の電位、参照電位、またはVrefともいう)が供給されている。コンパレータ106の出力端子は、パルス出力回路107の入力端子に電気的に接続されている。パルス出力回路107の出力端子は、第3のスイッチ109の制御端子に電気的に接続されている。第2の容量素子108の一方の電極は、高電源電位に電気的に接続された定電流回路の出力端子、及び第3のスイッチ109の一方の端子、第4のスイッチ111の一方の端子が電気的に接続されている。第2の容量素子108の他方の電極は、低電源電位、及び第4のスイッチ111の他方の端子が電気的に接続されている。第3のスイッチの他方の端子からは、第2の容量素子の一方の電極の電位が、外部出力信号(以下、出力信号、Voutともいう)として出力される。 First, a circuit diagram of the photoelectric conversion device of the present invention will be described. A photoelectric conversion device 100 illustrated in FIG. 1 includes a photoelectric conversion element 101, an amplifier circuit 102, a first switch 103, a second switch 104, a first capacitor 105, a comparator 106 (also referred to as a comparison circuit), and a pulse output circuit. 107, a second capacitor element 108, a third switch 109, a constant current circuit 110, and a fourth switch 111. In the photoelectric conversion element 101, a high power supply potential (Vdd) is supplied to one terminal (cathode side), and the other terminal (anode side) is electrically connected to the input side of the amplifier circuit 102. The amplifier circuit 102 is a circuit for amplifying the output current of the photoelectric conversion element 101. The amplifier circuit 102 is supplied with a low power supply potential (Vss). One terminal of the first switch 103 is supplied with a reset potential (also referred to as a first potential, a charging potential, or Vset), and the second terminal is one electrode of the first capacitor 105, the second potential The switch 104 is electrically connected to one terminal of the switch 104 and the inverting input terminal of the comparator 106. A low power supply potential is supplied to the other electrode of the first capacitor 105. A second terminal of the second switch 104 is electrically connected to the amplifier circuit 102. A reference potential (also referred to as a second potential, a reference potential, or Vref) is supplied to the non-inverting input terminal of the comparator 106. The output terminal of the comparator 106 is electrically connected to the input terminal of the pulse output circuit 107. The output terminal of the pulse output circuit 107 is electrically connected to the control terminal of the third switch 109. One electrode of the second capacitor 108 has an output terminal of a constant current circuit electrically connected to a high power supply potential, one terminal of the third switch 109, and one terminal of the fourth switch 111. Electrically connected. The other electrode of the second capacitor 108 is electrically connected to the low power supply potential and the other terminal of the fourth switch 111. From the other terminal of the third switch, the potential of one electrode of the second capacitor is output as an external output signal (hereinafter also referred to as an output signal, Vout).

なお本明細書にて用いる第1、第2、第3、乃至第N(Nは自然数)という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。 Note that the terms “first”, “second”, “third” to “N” (N is a natural number) used in this specification are given to avoid confusion of components and are not limited numerically. I will add that.

なお本明細書において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間に何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、対象物を介してAとBとが概略同一ノードとなる場合を表すものとする。   Note that in this specification, A and B are connected to each other, including A and B being directly connected, as well as those being electrically connected. Here, A and B are electrically connected when A and B have an object having some electrical action, and A and B are substantially identical through the object. It shall represent the case of becoming a node.

具体的には、トランジスタをはじめとするスイッチング素子を介してAとBとが接続され、該スイッチング素子の導通によって、AとBとが概略同電位となる場合や、抵抗素子を介してAとBとが接続され、該抵抗素子の両端に発生する電位差が、AとBとを含む回路の動作に影響しない程度となっている場合など、回路動作を考えた場合、AとBとが同一ノードとして捉えて差し支えない状態である場合を表す。 Specifically, A and B are connected via a switching element such as a transistor, and when A and B are approximately at the same potential due to conduction of the switching element, or A and B are connected via a resistance element. When B is connected and the circuit operation is considered, such as when the potential difference generated at both ends of the resistance element is such that it does not affect the operation of the circuit including A and B, A and B are the same. This represents a case where it can be regarded as a node.

なお本明細書において、スイッチは、一方の端子と他方の端子との導通または非導通を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。スイッチとしては、電気的スイッチや機械的なスイッチなどがあり、一例として薄膜トランジスタを用いてアナログスイッチ等を構成すればよい。   Note that in this specification, the switch is not limited to a specific one as long as it can control conduction or non-conduction between one terminal and the other terminal. Examples of the switch include an electrical switch and a mechanical switch. As an example, an analog switch or the like may be configured using a thin film transistor.

なお、光電変換素子101は、PINフォトダイオードを用いればよい。また光電変換素子101として、PINフォトダイオードの代わりに、PNフォトダイオードを用いても良い。 Note that a PIN photodiode may be used as the photoelectric conversion element 101. Further, as the photoelectric conversion element 101, a PN photodiode may be used instead of the PIN photodiode.

なお本実施の形態で説明する増幅回路は、光電変換素子からの出力電流をN倍(Nは正の数)に増幅した電流とする回路のことをいう。増幅回路により増幅された電流の流れる経路に応じて、容量素子では、電荷の充電または容量素子の電荷の放電が行われる。一例として、増幅回路102は、図2(A)に示すようにカレントミラー回路で構成されており、第1のnチャネル型トランジスタ201及び第2のnチャネル型トランジスタ202を有する。第1のnチャネル型トランジスタ201の第1端子は光電変換素子101の陽極に電気的に接続されている。第1のnチャネル型トランジスタ201及び第2のnチャネル型トランジスタ202のゲート端子は互いに電気的に接続されており、第1のnチャネル型トランジスタ201の第1端子は第1のnチャネル型トランジスタ201及び第2のnチャネル型トランジスタ202のゲート端子に電気的に接続されている。第1のnチャネル型トランジスタ201及び第2のnチャネル型トランジスタ202の第2端子は低電源電位(Vss)が供給されている。 Note that the amplifier circuit described in this embodiment refers to a circuit in which an output current from a photoelectric conversion element is amplified N times (N is a positive number). Depending on the path through which the current amplified by the amplifier circuit flows, the capacitor is charged or discharged. As an example, the amplifier circuit 102 includes a current mirror circuit as illustrated in FIG. 2A, and includes a first n-channel transistor 201 and a second n-channel transistor 202. A first terminal of the first n-channel transistor 201 is electrically connected to the anode of the photoelectric conversion element 101. The gate terminals of the first n-channel transistor 201 and the second n-channel transistor 202 are electrically connected to each other, and the first terminal of the first n-channel transistor 201 is the first n-channel transistor. 201 and the gate terminal of the second n-channel transistor 202 are electrically connected. A low power supply potential (Vss) is supplied to the second terminals of the first n-channel transistor 201 and the second n-channel transistor 202.

なお増幅回路102における第2のnチャネル型トランジスタ202を、図2(B)に示すように電気的に並列に複数配設する構成としてもよい。図2(B)に示すように第2のnチャネル型トランジスタ202−1乃至202−n(nは2以上の自然数)と複数設けることにより、光電変換素子101に光が照射されることで第1のnチャネル型トランジスタ201のソースとドレインの間を流れる電流を、n倍にして第2のnチャネル型トランジスタ202―1乃至202−nの側で流すことができる。そのため、光電変換素子101に照射される入射光量が小さい場合であっても、第2のnチャネル型トランジスタ202―1乃至202−nの側に十分な電流を流すことができる。また第2のnチャネル型トランジスタ201のチャネル幅を長くする、またはチャネル長を短くすることでも十分な電流を流すことができる。 Note that a plurality of second n-channel transistors 202 in the amplifier circuit 102 may be electrically arranged in parallel as illustrated in FIG. As shown in FIG. 2B, by providing a plurality of second n-channel transistors 202-1 to 202-n (n is a natural number of 2 or more), the photoelectric conversion element 101 is irradiated with light. The current flowing between the source and drain of one n-channel transistor 201 can be multiplied by n and passed on the second n-channel transistors 202-1 to 202-n side. Therefore, even when the amount of incident light applied to the photoelectric conversion element 101 is small, a sufficient current can flow through the second n-channel transistors 202-1 to 202-n. A sufficient current can also be passed by increasing the channel width of the second n-channel transistor 201 or decreasing the channel length.

なお、nチャネル型トランジスタまたはpチャネル型トランジスタのようなトランジスタは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ドレイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難な場合もある。そこで、本実施の形態においては、ソース及びドレインとして機能する領域のそれぞれを、第1端子、第2端子と表記するものとする。またゲートとして機能する端子については、ゲート端子と表記するものとする。   Note that a transistor such as an n-channel transistor or a p-channel transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source, and has a channel region between the drain region and the source region. Current can flow through the drain region, the channel region, and the source region. Here, since the source and the drain vary depending on the structure and operating conditions of the transistor, it may be difficult to limit which is the source or the drain. Therefore, in this embodiment, the regions functioning as the source and the drain are referred to as a first terminal and a second terminal, respectively. A terminal functioning as a gate is expressed as a gate terminal.

なお、nチャネル型トランジスタまたはpチャネル型トランジスタのようなトランジスタとして、様々な形態のトランジスタを用いることができる。例えば、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶(マイクロクリスタル、セミアモルファスとも言う)シリコンなどに代表される非単結晶半導体膜を有する薄膜トランジスタ(TFT)などを用いることができる。TFTを用いる場合、比較的に低温のプロセスで作製することができるため製造装置を大きくでき、大型基板上に製造できる。そのため、一度の製造工程で多くの取り数を得ることができ、低コストで製造することができる。さらに、比較的に低温のプロセスで作製するため、耐熱性の弱い基板を用いることができる。そのため、透光性を有する基板(例えば、絶縁表面を有するガラス基板)上にトランジスタを製造でき、透光性を有する基板上のトランジスタを用いて光の透過を利用した装置に用いることができる。 Note that various types of transistors can be used as a transistor such as an n-channel transistor or a p-channel transistor. For example, a thin film transistor (TFT) including a non-single-crystal semiconductor film typified by amorphous silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline (also referred to as semi-amorphous) silicon, or the like can be used. In the case of using a TFT, since it can be manufactured by a relatively low temperature process, the manufacturing apparatus can be enlarged and manufactured on a large substrate. Therefore, a large number can be obtained in one manufacturing process, and manufacturing can be performed at low cost. Further, a substrate with low heat resistance can be used because it is manufactured by a relatively low temperature process. Therefore, a transistor can be manufactured over a light-transmitting substrate (e.g., a glass substrate having an insulating surface), and the transistor over a light-transmitting substrate can be used for a device using light transmission.

なお第1のスイッチ103、第2のスイッチ104、第3のスイッチ109、及び第4のスイッチ111の導通または非導通の制御については、一部の信号を共通して入力しても良いし、スイッチ毎に信号を入力して制御してもよい。 Note that some signals may be input in common for controlling the conduction or non-conduction of the first switch 103, the second switch 104, the third switch 109, and the fourth switch 111. You may control by inputting a signal for every switch.

なお第1の容量素子105は、第1のスイッチ103がオンになることでリセット電位Vsetにより充電がなされ、その後第2のスイッチ104がオンになり、増幅回路102に流れる電流に応じて放電するものである。そのため、増幅回路102の第2のnチャネル型トランジスタの電荷の放電される際の時間を考慮して、第1の容量素子105の静電容量は電荷を充電できる容量を備えておくことが望ましい。また、リセット電位Vsetとしては、高電源電位Vdd以下で、低電源電位Vssよりも大きい値に設定することが好ましい。なお、リセット電位Vsetを高電源電位Vddとする場合には、高電源電位Vddが固定電位であることが望ましい。 Note that the first capacitor 105 is charged by the reset potential Vset when the first switch 103 is turned on, and then the second switch 104 is turned on and is discharged according to the current flowing through the amplifier circuit 102. Is. Therefore, in consideration of the time when the charge of the second n-channel transistor of the amplifier circuit 102 is discharged, it is desirable that the capacitance of the first capacitor 105 has a capacity capable of charging the charge. . The reset potential Vset is preferably set to a value lower than the high power supply potential Vdd and higher than the low power supply potential Vss. Note that when the reset potential Vset is set to the high power supply potential Vdd, the high power supply potential Vdd is preferably a fixed potential.

またコンパレータ106の非反転入力端子に供給される参照電位Vrefは、第1のスイッチ103がオンになることでリセット電位Vsetによる充電がなされ、その後増幅回路102による放電がなされた際の第1の容量素子105の一方の電極の電位と、比較されることで出力端子より出力信号Voutを出力するための電位である。参照電位Vrefとしては、リセット電位Vsetよりも小さく、低電位電源Vssより大きい値に設定することが好ましい。コンパレータ106から出力される信号は、Hレベルの信号またはLレベルの信号となる。 The reference potential Vref supplied to the non-inverting input terminal of the comparator 106 is charged with the reset potential Vset when the first switch 103 is turned on, and then the first potential when the amplifier circuit 102 is discharged. This is a potential for outputting the output signal Vout from the output terminal by being compared with the potential of one electrode of the capacitor 105. The reference potential Vref is preferably set to a value smaller than the reset potential Vset and larger than the low potential power supply Vss. The signal output from the comparator 106 is an H level signal or an L level signal.

なおパルス出力回路107は、コンパレータ106が出力される信号がH信号からL信号、またはL信号からH信号と変化するタイミングによって、一定の幅をもった矩形波のパルスを出力するための回路である。パルス出力回路107より出力されるパルスは、第3のスイッチ109の第1の端子と第2の端子との導通または非導通を制御するものである。パルス出力回路107は、単安定マルチバイブレータ回路(ワンショットマルチバイブレータ回路ともいう)を用いて構成すればよい。 Note that the pulse output circuit 107 is a circuit for outputting a rectangular wave pulse having a certain width according to the timing at which the signal output from the comparator 106 changes from the H signal to the L signal or from the L signal to the H signal. is there. The pulse output from the pulse output circuit 107 controls conduction or non-conduction between the first terminal and the second terminal of the third switch 109. The pulse output circuit 107 may be configured using a monostable multivibrator circuit (also referred to as a one-shot multivibrator circuit).

なお第2の容量素子108は、第4のスイッチ111がオンになることで充電された電荷による電位の上昇をリセットし、その後定電流回路110により電荷の充電をするものである。そのため、定電流回路110により充電される際の時間を考慮して、第2の容量素子108の静電容量は電荷を充電できる容量を備えておくことが望ましい。 Note that the second capacitor element 108 resets the rise in potential due to the charged electric charge when the fourth switch 111 is turned on, and then charges the electric charge by the constant current circuit 110. Therefore, in consideration of the time required for charging by the constant current circuit 110, it is desirable that the capacitance of the second capacitor element 108 has a capacity capable of charging electric charge.

次に図2で説明した光電変換装置に加え、アナログ信号をデジタル信号に変換するための回路を加えたブロック図の構成について図3を用いて説明する。図3に示すデジタル出力型のフォトIC300は、図2で示した光電変換装置100に加え、アナログ/デジタル変換回路301(以下AD変換回路という)、アドレスメモリ302、I2C(Inter Integrated circuit)インターフェース回路303を有する。また、I2Cインターフェース回路303は、他の装置とのデータ通信のためのシリアルデータライン(SDA)と、他の装置との間のデータ通信を制御及び同期化するためのシリアルクロックライン(SCL)と、からなるI2Cバスによって外部装置と電気的に接続されている。SDAとSCLからなるI2Cバスは、各装置に設けられるアドレスメモリに割り振られた固有のアドレスによって、マイクロコンピュータ311からの制御を行うためのバス規格である。なお他の装置が液晶表示装置である場合には、一例として、アドレスメモリ321、I2Cインターフェース回路322、ロジック部323を有するディスプレイドライバー312、アドレスメモリ331、I2Cインターフェース回路332、ロジック部333を有するLEDドライバー313がI2Cバスに電気的に接続される構成となる。他の装置がEL素子を具備する表示装置の場合には、バックライトであるLEDの制御を行うLEDドライバーは必ずしも必要ない。 Next, a configuration of a block diagram in which a circuit for converting an analog signal into a digital signal in addition to the photoelectric conversion device described in FIG. 2 is described with reference to FIG. A digital output type photo IC 300 shown in FIG. 3 includes an analog / digital conversion circuit 301 (hereinafter referred to as an AD conversion circuit), an address memory 302, and an I2C (Inter Integrated circuit) interface circuit in addition to the photoelectric conversion device 100 shown in FIG. 303. The I2C interface circuit 303 includes a serial data line (SDA) for data communication with other devices and a serial clock line (SCL) for controlling and synchronizing data communication with other devices. Are electrically connected to an external device through an I2C bus. The I2C bus composed of SDA and SCL is a bus standard for performing control from the microcomputer 311 by a unique address assigned to an address memory provided in each device. When the other device is a liquid crystal display device, for example, an address memory 321, an I2C interface circuit 322, a display driver 312 having a logic unit 323, an address memory 331, an I2C interface circuit 332, and an LED having a logic unit 333 The driver 313 is electrically connected to the I2C bus. In the case where the other device is a display device including an EL element, an LED driver for controlling the LED as a backlight is not necessarily required.

なお、A/D変換回路301は、連続量である電位の値Voutを量子化して、デジタル信号に変換するための回路である。A/D変換回路301としては、一例として、並列比較方式A/D変換回路、パイプライン方式A/D変換回路、逐次比較方式A/D変換回路、デルタシグマ方式A/D変換回路、二重積分方式A/D変換回路があり、任意で選択すればよい。A/D変換回路301で変換されたデジタル信号は、I2Cインターフェース回路303を介して、LEDドライバー313等の他の外部装置に送られる。LEDドライバー313は、フォトIC300で得られた照度に関するデジタル信号に応じて、表示装置のバックライトであるLEDを制御するための信号を生成し、出力するものである。 Note that the A / D conversion circuit 301 is a circuit that quantizes the potential value Vout, which is a continuous amount, and converts it into a digital signal. As an example of the A / D conversion circuit 301, a parallel comparison type A / D conversion circuit, a pipeline type A / D conversion circuit, a successive approximation type A / D conversion circuit, a delta-sigma type A / D conversion circuit, a double There is an integration type A / D conversion circuit, which may be arbitrarily selected. The digital signal converted by the A / D conversion circuit 301 is sent to another external device such as the LED driver 313 via the I2C interface circuit 303. The LED driver 313 generates and outputs a signal for controlling the LED, which is a backlight of the display device, according to the digital signal relating to the illuminance obtained by the photo IC 300.

なお図示していないが、フォトIC300は、クロック生成回路、レギュレータ回路、分周回路等を具備する。クロック生成回路は、フォトICの各回路を動作するクロック信号を生成するための回路である。レギュレータ回路はフォトICの各回路を動作する電源電圧等の電位を作るための回路である。分周回路は、フォトICの各回路に所定のタイミングの信号を供給するための信号を出力するために、クロック信号を分周するための回路である。 Although not shown, the photo IC 300 includes a clock generation circuit, a regulator circuit, a frequency divider circuit, and the like. The clock generation circuit is a circuit for generating a clock signal for operating each circuit of the photo IC. The regulator circuit is a circuit for generating a potential such as a power supply voltage for operating each circuit of the photo IC. The frequency dividing circuit is a circuit for frequency-dividing the clock signal in order to output a signal for supplying a signal of a predetermined timing to each circuit of the photo IC.

また図3に示したデジタル出力型のフォトIC300について、別の構成を図4に示す。図4で示すフォトIC400は、光電変換装置100に加え、AD変換回路301、アドレスメモリ302、I2Cインターフェース回路303、LEDドライバー401を有する。また、I2Cインターフェース回路303は、SDAと、SCLと、からなるI2Cバスによってディスプレイドライバー312と電気的に接続されている。図4に示す構成が、図3と異なる点はフォトIC400の内部にロジック部333を有するLEDドライバー401とする点にある。LEDドライバー401をフォトIC400の内部に設ける構成とすることにより、A/D変換回路301で生成されたデジタル信号を直接LEDドライバー313で受け取り、I2Cインターフェース回路303より出力することができるため、回路の共通化を図ることができるため、小型化及び高付加価値化を図ることができる。 FIG. 4 shows another structure of the digital output photo IC 300 shown in FIG. A photo IC 400 illustrated in FIG. 4 includes an AD conversion circuit 301, an address memory 302, an I2C interface circuit 303, and an LED driver 401 in addition to the photoelectric conversion device 100. The I2C interface circuit 303 is electrically connected to the display driver 312 via an I2C bus composed of SDA and SCL. The configuration shown in FIG. 4 is different from FIG. 3 in that an LED driver 401 having a logic unit 333 inside the photo IC 400 is used. Since the LED driver 401 is provided in the photo IC 400, the digital signal generated by the A / D conversion circuit 301 can be directly received by the LED driver 313 and output from the I2C interface circuit 303. Since commonality can be achieved, miniaturization and high added value can be achieved.

なお図3、図4において、各回路のインターフェースは、一例として、デジタルシリアルインターフェースの一つであるI2Cインターフェースを用いる構成について示した。なおI2Cバス以外に、ユニバーサルシリアルバス(Universal Serial Bus)、シリアル周辺インターフェース(Serial Peripheral Interface)等のバス規格を用いることが可能である。 3 and 4, the interface of each circuit is shown as an example of a configuration using an I2C interface that is one of digital serial interfaces. In addition to the I2C bus, bus standards such as a universal serial bus (Universal Serial Bus) and a serial peripheral interface (Serial Peripheral Interface) can be used.

次に図1で示したデジタル出力型の光電変換装置100の具体的な動作について、図5、図6、図7(A)、及び図7(B)を用いて説明する。図5には、第1のスイッチ103(図5中SW1と記す)、第2のスイッチ104(図5中SW2と記す)、第3のスイッチ109(図5中SW3と記す)、及び第4のスイッチ111(図5中SW4と記す)のオンまたはオフを切り替えた際の第1の容量素子105の一方の電極の電位Vcap1、コンパレータ106の出力信号の電位CPout、パルス出力回路107の出力信号の電位Pout、及び第2の容量素子108の電位Vcap2についてのタイミングチャートについて示したものである。なお、Vcap1、CPout、Pout、第3のスイッチについては、光電変換素子101に光が照射された際の光電流Iの大きさを大(以下、Large:Lと略記する)、中(以下、Middle:Mと略記する)、小(以下、Small:Sと略記する)の3段階に分けて説明する。また図6は、第1のスイッチ103がオン、第2のスイッチ104がオフ、第4のスイッチ111がオンとなった際の第1の容量素子105及び第2の容量素子108に蓄積される電荷について説明する図である(図5中期間Aと記す)。また図7(A)は、第1のスイッチ103がオフ、第2のスイッチ104がオン、第4のスイッチ111がオフとなった際の第1の容量素子105及び第2の容量素子108に蓄積される電荷、及び流れる電流の経路について説明する図である(図5中期間Bと記す)。また図7(B)は、第1のスイッチ103がオフ、第2のスイッチ104がオン、第3のスイッチ109がオン、第4のスイッチ111がオフになる際の第1の容量素子105及び第2の容量素子108に蓄積される電荷、及び電流の経路について説明する図である(図5中期間Cと記す)。 Next, specific operation of the digital output photoelectric conversion device 100 illustrated in FIG. 1 is described with reference to FIGS. 5, 6, 7 </ b> A, and 7 </ b> B. 5 includes a first switch 103 (denoted as SW1 in FIG. 5), a second switch 104 (denoted as SW2 in FIG. 5), a third switch 109 (denoted as SW3 in FIG. 5), and a fourth switch. When the switch 111 (denoted as SW4 in FIG. 5) is turned on or off, the potential Vcap1 of one electrode of the first capacitor 105, the potential CPout of the output signal of the comparator 106, and the output signal of the pulse output circuit 107 9 is a timing chart of the potential Pout of the second capacitor element 108 and the potential Vcap2 of the second capacitor element 108. Incidentally, Vcap1, CPout, Pout, for a third switch, the magnitude of the photocurrent I L when the light is irradiated to the photoelectric conversion element 101 large (hereinafter, Large: L abbreviated), medium (hereinafter , Middle: abbreviated as M) and small (hereinafter abbreviated as “Small: S”). In FIG. 6, the first capacitor 103 and the second capacitor 108 are accumulated when the first switch 103 is turned on, the second switch 104 is turned off, and the fourth switch 111 is turned on. FIG. 6 is a diagram for explaining electric charges (denoted as period A in FIG. 5). FIG. 7A illustrates the first capacitor 105 and the second capacitor 108 when the first switch 103 is off, the second switch 104 is on, and the fourth switch 111 is off. FIG. 6 is a diagram for explaining accumulated charge and a path of a flowing current (denoted as period B in FIG. 5). FIG. 7B illustrates the first capacitor 105 when the first switch 103 is off, the second switch 104 is on, the third switch 109 is on, and the fourth switch 111 is off. FIG. 6 is a diagram for describing a path of electric charges and current accumulated in the second capacitor element 108 (denoted as a period C in FIG. 5).

なお、図5中では説明のため、各スイッチはHレベルの信号でオンとなり、Lレベルの信号でオフとなるものであるとする。また、パルス出力回路107は、入力される信号がLレベルからHレベルに切り替わった際に一定の幅をもった矩形波のパルスを出力するものであるとする。 In FIG. 5, for the sake of explanation, it is assumed that each switch is turned on by an H level signal and turned off by an L level signal. Further, it is assumed that the pulse output circuit 107 outputs a rectangular wave pulse having a certain width when the input signal is switched from the L level to the H level.

まず図6に示した、第1のスイッチ103がオン、第2のスイッチ104がオフ、第4のスイッチ111がオンの状態である期間Aにおいて説明する。期間Aにおいて、容量素子105の一方の電極の電位Vcap1(以下、Vcap1と略記)は、光電流Iの大きさに関わらずリセット電位Vsetとなるものである。また期間Aにおいて、コンパレータ106の出力信号の電位CPout(以下、CPoutと略記)は光電流Iの大きさに関わらず、リセット電位Vsetが参照電位Vrefを上回るため、Lレベルの信号が出力されるものである。また期間Aにおいて、パルス出力回路107の出力信号の電位Pout(以下、Poutと略記)は、光電流Iの大きさに関わらず、CPoutに変化がないため、Lレベルの信号が出力されるものである。また期間Aにおいて、第3のスイッチ109(以下、SW3と略記)のオンまたはオフは、光電流Iの大きさに関わらず、PoutがLレベルであるため、オフになっている。また期間Aにおいて、第2の容量素子108の一方の電極の電位Vcap2(以下、Vcap2と略記)は、第4のスイッチ111がオンになっているため、低電源電位Vssとなる。 First, a description will be given in the period A shown in FIG. 6 in which the first switch 103 is on, the second switch 104 is off, and the fourth switch 111 is on. In period A, the potential of one electrode of the capacitor 105 Vcap1 (hereinafter, Vcap1 abbreviated) is to be a reset potential Vset regardless of the magnitude of the photocurrent I L. In period A, the potential CPout the output signal of the comparator 106 (hereinafter, CPout hereinafter) regardless of the magnitude of the photocurrent I L, since the reset potential Vset exceeds the reference potential Vref, L level signal is output Is. In period A, the potential Pout of the output signal of the pulse output circuit 107 (hereinafter, abbreviated Pout), regardless of the magnitude of the photocurrent I L, since there is no change in CPout, L-level signal is output Is. In period A, the third switch 109 (hereinafter, SW3 hereinafter) on or off, regardless of the magnitude of the photocurrent I L, because Pout is at the L level, is turned off. In the period A, the potential Vcap2 (hereinafter abbreviated as Vcap2) of one electrode of the second capacitor 108 becomes the low power supply potential Vss because the fourth switch 111 is on.

次に、図7(A)に示した、第1のスイッチ103がオフ、第2のスイッチ104がオン、第4のスイッチ111がオフの状態である期間Bにおいて説明する。期間Bにおいて、Vcap1は、光電流Iの大きさに応じて、リセット電位Vsetから減少していく。Vcap1の減少の程度は、光電流Iが大きい程大きく、光電流Iが小さければ減少も緩やかとなる。なお図7(A)では、第1の容量素子105より流れる電流の大きさについて、図2(B)で説明したように、光電流Iがn倍された大きさであるものとして説明している。また期間Bにおいて、CPoutは、光電流Iの大きさに応じてVcap1が減少するものの参照電位Vrefを下回ることはないため、Lレベルの信号が出力されることとなる。また期間Bにおいて、Poutは、光電流Iの大きさに応じてCPoutがLレベルからHレベルに切り替わらないため、Lレベルの信号が出力されるものとなる。また期間Bにおいて、SW3のオンまたはオフは、光電流Iの大きさに関わらず、PoutがLレベルであるため、オフになっている。また期間Bにおいて、Vcap2は、第4のスイッチ111がオフになっているため、期間Bに引き続き、定電流回路からの電流iconsに応じて、時間に比例し上昇していく。 Next, description is made in the period B shown in FIG. 7A in which the first switch 103 is off, the second switch 104 is on, and the fourth switch 111 is off. In the period B, Vcap1, depending on the magnitude of the photocurrent I L, decreases from the reset potential Vset. The degree of reduction of the Vcap1 is higher photocurrent I L is large increases, decreases also becomes gentle smaller light current I L. Note that in FIG. 7A, the magnitude of the current flowing from the first capacitor 105 is described as the magnitude obtained by multiplying the photocurrent IL by n as described in FIG. ing. In period B, CPout because Vcap1 in accordance with the magnitude of the photocurrent I L does not fall below reference potential Vref of which decreases, so that the L-level signal is output. In period B, Pout, since CPout in accordance with the magnitude of the photocurrent I L is not switched from L level to H level, becomes an L-level signal is output. In period B, SW3 on or off, regardless of the magnitude of the photocurrent I L, since Pout is at the L level, is turned off. In the period B, since the fourth switch 111 is turned off, the Vcap2 increases in proportion to the time according to the current i cons from the constant current circuit, following the period B.

次に、図7(B)に示した、第1のスイッチ103がオフ、第2のスイッチ104がオン、第4のスイッチ111がオフの状態である期間Cにおいて説明する。期間Cにおいて、Vcap1は、光電流Iの大きさに応じて、リセット電位Vsetから減少していき、参照電位Vrefとなる。Vcap1の減少の程度は、光電流Iが大きい程大きいため、Vcap1が参照電位Vref以下になるまでの減少のスピードも大きい。また。Vcap1の減少の程度は、光電流Iが小さければVcap1の減少も緩やかとなる。また期間Cにおいて、CPoutは、光電流Iの大きさに応じてVcap1が参照電位Vrefを下回ることにより、Hレベルの信号に切り替わることとなる。また期間Cにおいて、Poutは、光電流Iの大きさに応じて、CPoutにLレベルからHレベルに切り替わるため、一定の幅をもった矩形波のパルスを出力することとなる。また期間Cにおいて、SW3のオンまたはオフは、光電流Iの大きさに応じて、一定の幅をもった矩形波のHレベルのパルスがPoutより出力されるため、オンとなる。また期間Cにおいて、Vcap2は、第4のスイッチ111がオフになっているため、定電流回路からの電流iconsに応じて、時間に比例し上昇していき、SW3がオンになることでVoutとして出力されることとなる。なお、光電流Iが「L」程度であるときVcap2の電圧値が小さくなり(V)、光電流Iが「M」程度であるときVcap2の電圧値が中程度であり(V)、光電流Iが「S」程度であるときVcap2の電圧値が大きくなる(V)。 Next, description is made in a period C shown in FIG. 7B in which the first switch 103 is off, the second switch 104 is on, and the fourth switch 111 is off. In the period C, Vcap1, depending on the magnitude of the photocurrent I L, gradually decreases from the reset potential Vset, the reference potential Vref. The degree of reduction of the Vcap1 is larger as the photocurrent I L is large, even large speed reduction until Vcap1 becomes equal to or less than the reference voltage Vref. Also. The degree of reduction of the Vcap1 is decreased Vcap1 smaller light current I L also becomes gentle. In the period C, CPout is, Vcap1 according to the size of the optical current I L by less than a reference voltage Vref, so that the switch to H level signal. In the period C, Pout, depending on the magnitude of the photocurrent I L, for switching from the L level to the H level to CPout, so that the output pulse of a rectangular wave having a constant width. In the period C, SW3 on or off, since in accordance with the magnitude of the photocurrent I L, H level pulse of a rectangular wave having a predetermined width is outputted from Pout, turned on. In the period C, Vcap2 rises in proportion to time according to the current i cons from the constant current circuit because the fourth switch 111 is turned off, and Vout is obtained by turning on SW3. Will be output. The voltage value of Vcap2 when the photocurrent I L is approximately "L" decreases (V S), a moderate voltage value Vcap2 when the photocurrent I L is approximately "M" (V M ), the voltage value of Vcap2 when the photocurrent I L is approximately "S" is increased (V S).

上述のように本実施の形態の構成では、光電流Iが小さい場合であっても増幅回路102によって光電流を増幅することができるため、低照度領域の照度の検出を行うことができる。 As described above, in the configuration of the present embodiment, even when the photocurrent IL is small, the photocurrent can be amplified by the amplifier circuit 102, so that the illuminance in the low illuminance region can be detected.

また、光電流Iに応じて変化するVcap1の減少幅は、照度と光電流Iとの関係が比較的線形性を有するため、光電流Iが小さければ、緩やかとなる。そのため、Vcap1に応じて変化するCPout、Pout、Vcap2について、光電変換素子に照射される光の照度に対応する値の間隔を大きくすることができ、低照度領域の光の大きさを検出する上で分解能を向上させることができる。 Moreover, decline of Vcap1 which changes according to the light current I L, since it has a relationship is relatively linear with the intensity and the photocurrent I L, the smaller the light current I L, it becomes gentle. Therefore, with respect to CPout, Pout, and Vcap2 that change according to Vcap1, the interval of values corresponding to the illuminance of light irradiated to the photoelectric conversion element can be increased, and the magnitude of light in the low illuminance region is detected. Can improve the resolution.

なお、低照度領域とは、0.1ルクス以上6400ルクス以下の領域のことをいう。 Note that the low illuminance region refers to a region of 0.1 lux to 6400 lux.

なお、期間Bで、光電変換素子101に光が照射されず光電流Iが検出できない場合、Vcap1は電流n×Iが生じないため、ほとんど減少しない。そのため、時間に応じて上昇するVcap2が飽和する。この場合、飽和するVcap2を照度の検出下限とすることが好ましい。 In period B, and not in the photoelectric conversion element 101 is light irradiated light current I L can not be detected, Vcap1 because no current n × I L, hardly reduced. Therefore, Vcap2 that rises with time is saturated. In this case, it is preferable that Vcap2 that saturates be the lower limit of detection of illuminance.

次に、本発明の構成による有利な点について数式を交えて説明する。上述したように、Vcap1がコンパレータ106を反転させる電圧は、Vrefとなる。また第1の容量素子105の静電容量をCとする。また増幅回路102における光電流Iの増幅率とn倍し、第2のスイッチをオンしてVcap1がリセット電位Vsetから参照電位Vrefになるまでの時間をtとすると、数式 C×Vref=I×n×t ・・・(1)との関係を有する。 Next, the advantages of the configuration of the present invention will be described using mathematical formulas. As described above, the voltage at which Vcap1 inverts the comparator 106 is Vref. The electrostatic capacitance of the first capacitor 105 and C 1. The multiplied amplification factor of the photocurrent I L in the amplifier circuit 102 and n, the Vcap1 turns on the second switch is a time until the reference potential Vref from the reset potential Vset and t, Equation C 1 × Vref = I L × n × t (1)

またVcap2は、第4のスイッチをオフにしてから定電流回路110からの定電流iconsによって上昇していく。時間tが経過すると共に、第3のスイッチ109がオンになりVoutとして出力され、数式 C×Vcap2=icons×t ・・・(2)との関係を有する。 Further, Vcap2 rises due to the constant current i cons from the constant current circuit 110 after the fourth switch is turned off. As time t elapses, the third switch 109 is turned on and output as Vout, which has a relationship with the formula C 2 × Vcap2 = i cons × t (2).

数式(1)、(2)について解くと、数式 Vcap2=(C/C)×(icons×Vref/n)×(1/I) ・・・(3)との関係を有する。数式(3)より、VoutとなるVcap2は、光電流Iに反比例する関係が得られる。すなわち、照度を横軸、Vcap2を縦軸とした際に、照度の増加に伴い、Vcap2の電圧値は減少する右下がりのグラフとなる。 Solving for Equations (1) and (2), there is a relationship of Equation Vcap2 = (C 1 / C 2 ) × (i cons × Vref / n) × (1 / I L ) (3). From Equation (3), Vcap2 as the Vout is inversely proportional to the photocurrent I L is obtained. That is, when the illuminance is on the horizontal axis and Vcap2 is on the vertical axis, the voltage value of Vcap2 decreases as the illuminance increases.

また、図5において、照度の大きさを光電流Iの大きさを引き合いにして示したが、光電流Iの大きさは、Vcap2の電圧値V、V、Vに対応する。図8に横軸に照度、縦軸にVcap2の電圧値とした際の関係をグラフにして示す。図8に示すように、照度の増加に伴い、Vcap2の電圧値は減少する右下がりのグラフとなる。 Further, in FIG. 5, although the magnitude of the illuminance shown in the cited the magnitude of the photocurrent I L, magnitude of the photocurrent I L corresponds to the voltage value of Vcap2 V L, V M, V S . FIG. 8 is a graph showing the relationship when the horizontal axis represents illuminance and the vertical axis represents the voltage value of Vcap2. As shown in FIG. 8, the voltage value of Vcap2 decreases to the right as the illuminance increases.

上記照度と出力電圧となるVcap2の関係が右下がりのグラフに対して、照度の増加によって出力電圧も増加する右上がりのグラフだと、照度が大きすぎると出力電圧が飽和してしまう。また、右上がりのグラフで低照度領域の分解能を高くしようとすると、低照度領域で対応する出力電圧の間隔をあけてとる必要があるため、照度のダイナミックレンジは広く取れないといったことになる。これに対し、右下がりのグラフの関係を有する本実施の形態で示す構成では、低照度であると出力電圧が飽和するため、低照度領域の分解能を高めたとしてもダイナミックレンジを広く取ることができる。そのため、本実施の形態で示す構成においては、特に低照度領域で分解能も高く、確度の高い出力電圧を出力することができるとともに、広いダイナミックレンジを取る事ができる。 If the illuminance is too large, the output voltage will be saturated if the illuminance is too large in the graph with the output voltage also increasing as the illuminance increases. Further, when trying to increase the resolution of the low illuminance area in the graph rising to the right, it is necessary to provide a corresponding output voltage interval in the low illuminance area, so that the dynamic range of the illuminance cannot be widened. On the other hand, in the configuration shown in the present embodiment having a right-downward graph relationship, the output voltage is saturated at low illuminance, so that the dynamic range can be widened even if the resolution in the low illuminance region is increased. it can. Therefore, in the structure shown in this embodiment mode, it is possible to output an output voltage with high accuracy and high accuracy, particularly in a low illuminance region, and a wide dynamic range.

以上説明したように本実施の形態の光電変換装置の構成では、入射光量が小さい場合であっても、容量素子への電荷の蓄積を行い、照度の検出ができる。また本実施の形態の光電変換装置により、低照度領域での照度の分解能を向上させることができる。 As described above, in the configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment, even when the amount of incident light is small, charge can be accumulated in the capacitor element and illuminance can be detected. In addition, with the photoelectric conversion device of this embodiment, the resolution of illuminance in a low illuminance region can be improved.

なお、本実施の形態において、各々の図で述べた内容は、別の実施の形態で述べた内容に対して、適宜、組み合わせ、又は置き換えなどを自由に行うことができる。 Note that the contents described in each drawing in this embodiment can be freely combined with or replaced with the contents described in any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の光電変換装置の作製方法について図9、図10を用いて詳しく述べる。なお、本実施の形態では、光電変換装置の各回路を構成する素子である薄膜トランジスタ(TFT)と、光電変換素子である縦型接合タイプのPINフォトダイオード(以下、フォトダイオードともいう)とを具備する光電変換装置の一例を示す。なお本発明の光電変換装置は、TFT及びPINフォトダイオードの他に、記憶素子、抵抗、ダイオード、容量、インダクタなども用いることがある。また、本発明の光電変換装置は、縦型接合タイプのPINフォトダイオードの代わりに、縦型接合タイプのPNフォトダイオードを用いていても良い。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Note that in this embodiment, a thin film transistor (TFT) that is an element included in each circuit of the photoelectric conversion device, and a vertical junction type PIN photodiode (hereinafter also referred to as a photodiode) that is a photoelectric conversion element are provided. An example of a photoelectric conversion device is shown. Note that the photoelectric conversion device of the present invention may use a memory element, a resistor, a diode, a capacitor, an inductor, and the like in addition to the TFT and the PIN photodiode. The photoelectric conversion device of the present invention may use a vertical junction type PN photodiode instead of the vertical junction type PIN photodiode.

まず、透光性を有する基板1401上にフォトダイオード及び薄膜トランジスタを形成する。ここでは基板1401として、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板等を用いることができる。基板上に形成するトランジスタとして、薄膜トランジスタを用いることにより、基板上に、フォトダイオードと薄膜トランジスタを同一工程で作製することができるため、光電変換装置の量産化がし易いといった利点がある。 First, a photodiode and a thin film transistor are formed over a light-transmitting substrate 1401. Here, as the substrate 1401, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, or the like can be used. When a thin film transistor is used as a transistor formed over the substrate, a photodiode and a thin film transistor can be manufactured over the substrate in the same process, so that there is an advantage that mass production of the photoelectric conversion device is easy.

次いで、プラズマCVD法で下地絶縁膜1402となる酸化窒化珪素膜(膜厚100nm)を形成し、さらに大気にふれることなく、半導体膜例えば水素を含む非晶質珪素膜(膜厚54nm)を積層形成する。また、下地絶縁膜1402は酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜を用いた積層してもよい。例えば、下地絶縁膜1402として、窒化酸化珪素膜を50nm、さらに酸化窒化珪素膜を100nm積層した膜を形成してもよい。なお、窒化酸化珪素膜や窒化珪素膜は、ガラス基板からのアルカリ金属などの不純物拡散を防止するブロッキング層として機能する。なお、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない基板1401を用いる場合は、必ずしも設ける必要はない。 Next, a silicon oxynitride film (film thickness: 100 nm) to be a base insulating film 1402 is formed by plasma CVD, and a semiconductor film such as an amorphous silicon film (film thickness: 54 nm) containing hydrogen is stacked without exposure to the air. Form. The base insulating film 1402 may be stacked using a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film. For example, as the base insulating film 1402, a film in which a silicon nitride oxide film is stacked with a thickness of 50 nm and a silicon oxynitride film with a thickness of 100 nm may be formed. Note that the silicon nitride oxide film or the silicon nitride film functions as a blocking layer for preventing diffusion of impurities such as alkali metal from the glass substrate. Note that it is not always necessary to provide a substrate 1401 such as a quartz substrate which does not cause any problem of impurity diffusion.

なお、酸化窒化珪素膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜であって、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、珪素が25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれる膜をいう。また、窒化酸化珪素膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜であって、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、珪素が25〜35原子%、水素が10〜25原子%の範囲で含まれる膜をいう。但し、酸化窒化珪素または窒化酸化珪素を構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、珪素及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。 Note that the silicon oxynitride film is a film having a higher oxygen content than nitrogen as a composition, and is Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS). As a concentration range, oxygen is included in the range of 50 to 70 atomic%, nitrogen is 0.5 to 15 atomic%, silicon is 25 to 35 atomic%, and hydrogen is 0.1 to 10 atomic%. Refers to a membrane. A silicon nitride oxide film is a film having a nitrogen content higher than that of oxygen as a composition. When measured using RBS and HFS, the concentration range of oxygen is 5 to 30 atomic%, nitrogen. Is a film containing 20 to 55 atomic%, silicon is 25 to 35 atomic%, and hydrogen is 10 to 25 atomic%. However, when the total number of atoms constituting silicon oxynitride or silicon nitride oxide is 100 atomic%, the content ratio of nitrogen, oxygen, silicon, and hydrogen is included in the above range.

次いで、上記非晶質珪素膜を公知の技術(固相成長法、レーザ結晶化方法、触媒金属を用いた結晶化方法など)により結晶化させて、結晶構造を有する半導体膜(結晶性半導体膜)、例えば多結晶珪素膜を形成する。ここでは、触媒元素を用いた結晶化方法を用いて多結晶珪素膜を得る。重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル溶液をスピナーで添加する。なお、溶液を添加する方法に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜(ここでは多結晶珪素膜)を形成する。ここでは熱処理(500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃、4時間)を行って多結晶珪素膜を得る。 Next, the amorphous silicon film is crystallized by a known technique (solid phase growth method, laser crystallization method, crystallization method using a catalytic metal, etc.), and a semiconductor film having a crystal structure (crystalline semiconductor film) For example, a polycrystalline silicon film is formed. Here, a polycrystalline silicon film is obtained by a crystallization method using a catalytic element. A nickel acetate solution containing 10 ppm nickel by weight is added with a spinner. Instead of adding the solution, a method of spraying nickel element over the entire surface by sputtering may be used. Next, heat treatment is performed for crystallization to form a semiconductor film having a crystal structure (here, a polycrystalline silicon film). Here, after heat treatment (500 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed to obtain a polycrystalline silicon film.

次いで、多結晶珪素膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去する。その後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザ光(XeCl:波長308nm)の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。 Next, the oxide film on the surface of the polycrystalline silicon film is removed with dilute hydrofluoric acid or the like. After that, irradiation with laser light (XeCl: wavelength 308 nm) for increasing the crystallization rate and repairing defects left in the crystal grains is performed in the air or an oxygen atmosphere.

レーザ光には波長400nm以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波又は第3高調波を用いる。ここでは、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザ光を用い、当該レーザ光を光学系にて100〜500mJ/cmに集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。本実施例では、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度470mJ/cmでレーザ光の照射を大気中で行なう。 As the laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, or the second harmonic or the third harmonic of a YAG laser is used. Here, a pulsed laser beam having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, the laser beam is condensed to 100 to 500 mJ / cm 2 by an optical system, and irradiated with an overlap rate of 90 to 95%. May be scanned. In this embodiment, laser light irradiation is performed in the atmosphere at a repetition frequency of 30 Hz and an energy density of 470 mJ / cm 2 .

なお、大気中、または酸素雰囲気中で行うため、レーザ光の照射により表面に酸化膜が形成される。なお、本実施例ではパルスレーザを用いた例を示したが、連続発振のレーザを用いてもよく、半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVOレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。 Note that an oxide film is formed on the surface by irradiation with a laser beam because it is performed in the air or in an oxygen atmosphere. Although an example using a pulse laser is shown in this embodiment, a continuous wave laser may be used. In order to obtain a crystal with a large grain size when crystallizing a semiconductor film, continuous oscillation is possible. It is preferable to apply a second to fourth harmonic of the fundamental wave using a solid-state laser. Typically, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) may be applied.

連続発振のレーザを用いる場合には、出力10Wの連続発振のYVOレーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にYVO結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm程度(好ましくは0.1〜10MW/cm)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。 In the case of using a continuous wave laser, laser light emitted from a continuous wave YVO 4 laser having an output of 10 W is converted into a harmonic by a non-linear optical element. There is also a method of emitting harmonics by putting a YVO 4 crystal and a nonlinear optical element in a resonator. Then, it is preferably formed into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and irradiated to the object to be processed. At this time, the energy density of approximately 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation may be performed by moving the semiconductor film relative to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.

次いで、上記レーザ光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を120秒処理して合計1〜5nmの酸化膜からなるバリア層を形成する。このバリア層は、結晶化させるために添加した触媒元素、例えばニッケル(Ni)を膜中から除去するために形成する。ここではオゾン水を用いてバリア層を形成したが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。また、バリア層を形成する前にレーザ光の照射により形成された酸化膜を除去してもよい。 Next, in addition to the oxide film formed by the laser light irradiation, the surface is treated with ozone water for 120 seconds to form a barrier layer made of an oxide film having a total thickness of 1 to 5 nm. This barrier layer is formed to remove a catalyst element added for crystallization, for example, nickel (Ni) from the film. Here, the barrier layer is formed using ozone water, but the surface of the semiconductor film having a crystal structure is oxidized by a method of oxidizing the surface of the semiconductor film having a crystal structure by irradiation with ultraviolet light in an oxygen atmosphere or the oxygen plasma treatment. The barrier layer may be formed by depositing an oxide film of about 1 to 10 nm by a method, plasma CVD method, sputtering method or vapor deposition method. Further, the oxide film formed by laser light irradiation may be removed before forming the barrier layer.

次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を10nm〜400nm、ここでは膜厚100nmで成膜する。ここでは、アルゴン元素を含む非晶質珪素膜は、シリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成する。プラズマCVD法を用いてアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比(SiH:Ar)を1:99とし、成膜圧力を6.665Paとし、RFパワー密度を0.087W/cmとし、成膜温度を350℃とする。 Next, an amorphous silicon film containing an argon element serving as a gettering site is formed with a thickness of 10 to 400 nm, here 100 nm, over the barrier layer by a sputtering method. Here, the amorphous silicon film containing an argon element is formed using a silicon target in an atmosphere containing argon. In the case where an amorphous silicon film containing an argon element is formed using a plasma CVD method, the film formation conditions are as follows: the flow ratio of monosilane to argon (SiH 4 : Ar) is 1:99, and the film formation pressure is 6.665 Pa. The RF power density is 0.087 W / cm 2 and the film formation temperature is 350 ° C.

その後、650℃に加熱された炉に入れて3分の熱処理を行い触媒元素を除去(ゲッタリング)する。これにより結晶構造を有する半導体膜中の触媒元素濃度が低減される。炉に代えてランプアニール装置を用いてもよい。 Thereafter, the catalyst element is removed (gettering) by performing a heat treatment for 3 minutes in a furnace heated to 650 ° C. As a result, the concentration of the catalytic element in the semiconductor film having a crystal structure is reduced. A lamp annealing apparatus may be used instead of the furnace.

次いで、バリア層をエッチングストッパとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。 Next, the amorphous silicon film containing an argon element which is a gettering site is selectively removed using the barrier layer as an etching stopper, and then the barrier layer is selectively removed with dilute hydrofluoric acid. Note that during gettering, nickel tends to move to a region with a high oxygen concentration, and thus it is desirable to remove the barrier layer made of an oxide film after gettering.

なお、触媒元素を用いて半導体膜の結晶化を行わない場合には、上述したバリア層の形成、ゲッタリングサイトの形成、ゲッタリングのための熱処理、ゲッタリングサイトの除去、バリア層の除去などの工程は不要である。 Note that in the case where the semiconductor film is not crystallized using a catalytic element, the above-described barrier layer formation, gettering site formation, heat treatment for gettering, gettering site removal, barrier layer removal, etc. This step is unnecessary.

次いで、得られた結晶構造を有する半導体膜(例えば結晶性珪素膜)の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、第1のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体膜(本明細書では「島状半導体領域1403」という)を形成する(図9(A)参照)。島状半導体領域を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。 Next, after forming a thin oxide film with ozone water on the surface of the obtained semiconductor film having a crystalline structure (for example, a crystalline silicon film), a mask made of resist is formed using a first photomask, and a desired film is formed. A semiconductor film (in this specification, referred to as “island semiconductor region 1403”) that is separated into island shapes is formed by etching treatment into a shape (see FIG. 9A). After the island-shaped semiconductor region is formed, the resist mask is removed.

次いで、必要があればTFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ホウ素またはリン)のドーピングを行う。ここでは、ジボラン(B)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いる。 Next, if necessary, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) is doped in order to control the threshold value of the TFT. Here, an ion doping method in which diborane (B 2 H 6 ) is plasma-excited without mass separation is used.

次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時に島状半導体領域1403の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜1404となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。ここでは、プラズマCVD法により115nmの厚さで窒素を含む酸化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。 Next, the oxide film is removed with an etchant containing hydrofluoric acid, and at the same time, the surface of the island-shaped semiconductor region 1403 is washed, and then an insulating film containing silicon as a main component to be the gate insulating film 1404 is formed. Here, a silicon oxide film containing nitrogen (composition ratio: Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) with a thickness of 115 nm is formed by a plasma CVD method.

次いで、ゲート絶縁膜1404上に金属膜を形成した後、第2のフォトマスクを用いて、ゲート電極1408、配線1405及び1406、端子電極1407を形成する(図9(B)参照)。この金属膜として、例えば窒化タンタル及びタングステン(W)をそれぞれ30nm、370nm積層した膜を用いる。 Next, after a metal film is formed over the gate insulating film 1404, a gate electrode 1408, wirings 1405 and 1406, and a terminal electrode 1407 are formed using a second photomask (see FIG. 9B). As this metal film, for example, a film in which tantalum nitride and tungsten (W) are stacked by 30 nm and 370 nm, respectively, is used.

また、ゲート電極1408、配線1405、配線1406、及び端子電極1407として、上記以外にもチタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ネオジム(Nd)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。 Further, as the gate electrode 1408, the wiring 1405, the wiring 1406, and the terminal electrode 1407, titanium (Ti), tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), neodymium (Nd), cobalt (Co) ), Zirconium (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), aluminum (Al), gold (Au) ), Silver (Ag), copper (Cu), or a single layer film made of an alloy material or a compound material containing the element as a main component, or a nitride thereof, for example, titanium nitride, tungsten nitride A single layer film made of tantalum nitride or molybdenum nitride can be used.

次いで、島状半導体領域1403への一導電型を付与する不純物の導入を行って、TFT1500のソース領域またはドレイン領域1409の形成を行う(図9(C)参照)。本実施の形態では一例として、nチャネル型TFTを形成するので、n型の不純物、例えばリン(P)、砒素(As)を島状半導体領域1403に導入する。pチャネル型TFTを形成する際には、p型の不純物を島状半導体領域1403に導入する。 Next, an impurity imparting one conductivity type is introduced into the island-shaped semiconductor region 1403 to form a source region or a drain region 1409 of the TFT 1500 (see FIG. 9C). In this embodiment mode, as an example, an n-channel TFT is formed; therefore, n-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As) are introduced into the island-shaped semiconductor region 1403. When forming a p-channel TFT, a p-type impurity is introduced into the island-shaped semiconductor region 1403.

次いで、CVD法により酸化珪素膜を含む第1の層間絶縁膜(図示しない)を50nm形成した後、それぞれの島状半導体領域に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザまたはエキシマレーザを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。 Next, after forming a first interlayer insulating film (not shown) including a silicon oxide film by CVD with a thickness of 50 nm, a step of activating the impurity element added to each island-like semiconductor region is performed. This activation process is performed by a rapid thermal annealing method (RTA method) using a lamp light source, a method of irradiating a YAG laser or an excimer laser from the back surface, a heat treatment using a furnace, or a combination thereof. By different methods.

次いで、水素及び酸素を含む窒化珪素膜を含む第2の層間絶縁膜1410を、例えば10nmの膜厚で形成する。 Next, a second interlayer insulating film 1410 including a silicon nitride film containing hydrogen and oxygen is formed with a thickness of 10 nm, for example.

次いで、第2の層間絶縁膜1410上に絶縁物材料から成る第3の層間絶縁膜1411を形成する(図9(D)参照)。第3の層間絶縁膜1411はCVD法で得られる絶縁膜を用いることができる。本実施の形態においては密着性を向上させるため、第3の層間絶縁膜1411として、900nmの膜厚で形成した窒素を含む酸化珪素膜を形成する。 Next, a third interlayer insulating film 1411 made of an insulating material is formed over the second interlayer insulating film 1410 (see FIG. 9D). As the third interlayer insulating film 1411, an insulating film obtained by a CVD method can be used. In this embodiment mode, a silicon oxide film containing nitrogen formed with a thickness of 900 nm is formed as the third interlayer insulating film 1411 in order to improve adhesion.

次に、熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理、例えば窒素雰囲気中410℃で1時間)を行い、島状半導体膜を水素化する。この工程は第2の層間絶縁膜1410に含まれる水素により島状半導体膜のダングリングボンドを終端させるために行うものである。ゲート絶縁膜1404の存在に関係なく島状半導体膜を水素化することができる。 Next, heat treatment (300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours, for example, in a nitrogen atmosphere at 410 ° C. for 1 hour) is performed to hydrogenate the island-shaped semiconductor film. This step is performed in order to terminate dangling bonds of the island-shaped semiconductor film by hydrogen contained in the second interlayer insulating film 1410. The island-shaped semiconductor film can be hydrogenated regardless of the presence of the gate insulating film 1404.

また第3の層間絶縁膜1411として、シロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いることも可能である。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造で構成される。置換基として、少なくとも水素を含む化合物(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フッ素を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む化合物と、フッ素とを用いてもよい。 In addition, as the third interlayer insulating film 1411, an insulating film using siloxane and a stacked structure thereof can be used. Siloxane has a skeleton structure with a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, a compound containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or aromatic hydrocarbon) is used. Fluorine may be used as a substituent. Alternatively, as a substituent, a compound containing at least hydrogen and fluorine may be used.

第3の層間絶縁膜1411としてシロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いた場合は、第2の層間絶縁膜1410を形成後、島状半導体膜を水素化するための熱処理を行い、次に第3の層間絶縁膜1411を形成することもできる。 In the case where an insulating film using siloxane and a stacked structure thereof are used as the third interlayer insulating film 1411, a heat treatment for hydrogenating the island-shaped semiconductor film is performed after the second interlayer insulating film 1410 is formed. Next, a third interlayer insulating film 1411 can be formed.

次いで、第3のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、第1の層間絶縁膜、第2の層間絶縁膜1410及び第3の層間絶縁膜1411またはゲート絶縁膜1404を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。 Next, a resist mask is formed using a third photomask, and the first interlayer insulating film, the second interlayer insulating film 1410 and the third interlayer insulating film 1411 or the gate insulating film 1404 are selectively etched. A contact hole is formed. Then, the resist mask is removed.

なお、第3の層間絶縁膜1411は必要に応じて形成すればよく、第3の層間絶縁膜1411を形成しない場合は、第2の層間絶縁膜1410を形成後に第1の層間絶縁膜、第2の層間絶縁膜1410及びゲート絶縁膜1404を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。 Note that the third interlayer insulating film 1411 may be formed as necessary. When the third interlayer insulating film 1411 is not formed, the first interlayer insulating film 1411 is formed after the second interlayer insulating film 1410 is formed. The second interlayer insulating film 1410 and the gate insulating film 1404 are selectively etched to form contact holes.

次いで、スパッタ法で金属積層膜を成膜した後、第4のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に金属膜をエッチングして、配線1412、接続電極1413、端子電極1414、TFT1500のソース電極またはドレイン電極1415を形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。なお、本実施の形態の金属膜は、膜厚100nmのTi膜と、膜厚350nmのSiを微量に含むAl膜と、膜厚100nmのTi膜との3層を積層したものとする。 Next, after a metal laminated film is formed by a sputtering method, a resist mask is formed using a fourth photomask, and the metal film is selectively etched to form a wiring 1412, a connection electrode 1413, and a terminal electrode 1414. A source electrode or drain electrode 1415 of the TFT 1500 is formed. Then, the resist mask is removed. Note that the metal film in this embodiment is formed by stacking three layers of a Ti film with a thickness of 100 nm, an Al film containing a trace amount of Si with a thickness of 350 nm, and a Ti film with a thickness of 100 nm.

また配線1412、接続電極1413、端子電極1414、及びTFT1500のソース電極又はドレイン電極1415を単層の導電膜により形成する場合は、耐熱性及び導電率等の点からチタン膜(Ti膜)が好ましい。またチタン膜に変えて、タングステン(W)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、ネオジム(Nd)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。配線1412、接続電極1413、端子電極1414、及びTFT1500のソース電極又はドレイン電極1415を単層膜にすることにより、作製工程において成膜回数を減少させることが可能となる。 In the case where the wiring 1412, the connection electrode 1413, the terminal electrode 1414, and the source or drain electrode 1415 of the TFT 1500 are formed using a single-layer conductive film, a titanium film (Ti film) is preferable in terms of heat resistance and conductivity. . Further, in place of the titanium film, tungsten (W), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), neodymium (Nd), cobalt (Co), zirconium (Zr), zinc (Zn), ruthenium (Ru), rhodium (Rh) ), Palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), or a single layer film made of an alloy material or a compound material containing the element as a main component, or these A single layer film made of a nitride such as titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, or molybdenum nitride can be used. By forming the wiring 1412, the connection electrode 1413, the terminal electrode 1414, and the source or drain electrode 1415 of the TFT 1500 as a single layer film, the number of film formations can be reduced in the manufacturing process.

以上の工程で、多結晶珪素膜を用いたトップゲート型TFT1500を作製することができる。 Through the above steps, a top-gate TFT 1500 using a polycrystalline silicon film can be manufactured.

次いで、後に形成される光電変換素子(代表的にはアモルファスシリコン)と反応して合金になりにくい導電性の金属膜(チタン(Ti)またはモリブデン(Mo)など)を成膜した後、第5のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に導電性の金属膜をエッチングして配線1412を覆う保護電極1416、保護電極1417、保護電極1418、及び保護電極1419を形成する(図10(A))。ここではスパッタ法で得られる膜厚200nmのTi膜を用いる。なお、同様に接続電極1413、端子電極1414、TFT1500のソース電極またはドレイン電極1415も導電性の金属膜で覆われる。従って、導電性の金属膜は、これらの電極における2層目のAl膜が露呈されている側面も覆い、導電性の金属膜は光電変換素子へのアルミニウム原子の拡散も防止できる。 Next, after forming a conductive metal film (such as titanium (Ti) or molybdenum (Mo)) that hardly reacts with a photoelectric conversion element (typically amorphous silicon) to be formed later, A mask made of resist is formed using the photomask, and a conductive metal film is selectively etched to form a protective electrode 1416, a protective electrode 1417, a protective electrode 1418, and a protective electrode 1419 that cover the wiring 1412 ( FIG. 10 (A)). Here, a 200-nm-thick Ti film obtained by sputtering is used. Similarly, the connection electrode 1413, the terminal electrode 1414, and the source or drain electrode 1415 of the TFT 1500 are also covered with a conductive metal film. Therefore, the conductive metal film also covers the side surface of the electrode where the second Al film is exposed, and the conductive metal film can prevent diffusion of aluminum atoms into the photoelectric conversion element.

ただし、配線1412、接続電極1413、端子電極1414、及びTFT1500のソース電極またはドレイン電極1415を、単層の導電膜で形成する場合、保護電極1416、保護電極1417、保護電極1418、及び保護電極1419は形成しなくてもよい。 However, in the case where the wiring 1412, the connection electrode 1413, the terminal electrode 1414, and the source or drain electrode 1415 of the TFT 1500 are formed using a single-layer conductive film, the protective electrode 1416, the protective electrode 1417, the protective electrode 1418, and the protective electrode 1419 May not be formed.

次に第3の層間絶縁膜1411上に、p型半導体層1420p、i型半導体層1420i及びn型半導体層1420nを含む光電変換素子1420を形成する。 Next, a photoelectric conversion element 1420 including a p-type semiconductor layer 1420p, an i-type semiconductor layer 1420i, and an n-type semiconductor layer 1420n is formed over the third interlayer insulating film 1411.

p型半導体層1420pは、周期表第13属の不純物元素、例えばホウ素(B)を含んだセミアモルファスシリコン膜をプラズマCVD法にて成膜して形成すればよい。 The p-type semiconductor layer 1420p may be formed by forming a semi-amorphous silicon film containing an impurity element belonging to Group 13 of the periodic table, for example, boron (B) by a plasma CVD method.

また配線1412及び保護電極1416は光電変換素子1420の最下層、本実施例ではp型半導体層1420pと接している。 Further, the wiring 1412 and the protective electrode 1416 are in contact with the lowermost layer of the photoelectric conversion element 1420, in this embodiment, the p-type semiconductor layer 1420p.

p型半導体層1420pを形成したら、さらにi型半導体層1420i及びn型半導体層1420nを順に形成する。これによりp型半導体層1420p、i型半導体層1420i及びn型半導体層1420nを有する光電変換素子1420が形成される。 After the p-type semiconductor layer 1420p is formed, an i-type semiconductor layer 1420i and an n-type semiconductor layer 1420n are further formed in order. Thus, the photoelectric conversion element 1420 including the p-type semiconductor layer 1420p, the i-type semiconductor layer 1420i, and the n-type semiconductor layer 1420n is formed.

i型半導体層1420iとしては、例えばプラズマCVD法でセミアモルファスシリコン膜を形成すればよい。またn型半導体層1420nとしては、周期表第15属の不純物元素、例えばリン(P)を含むセミアモルファスシリコン膜を形成してもよいし、セミアモルファスシリコン膜を形成後、周期表第15属の不純物元素を導入してもよい。 As the i-type semiconductor layer 1420i, a semi-amorphous silicon film may be formed by a plasma CVD method, for example. Further, as the n-type semiconductor layer 1420n, a semi-amorphous silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table, for example, phosphorus (P) may be formed. These impurity elements may be introduced.

またp型半導体層1420p、i型半導体層1420i、n型半導体層1420nとして、セミアモルファス半導体膜だけではなく、アモルファス半導体膜を用いてもよい。 Further, as the p-type semiconductor layer 1420p, the i-type semiconductor layer 1420i, and the n-type semiconductor layer 1420n, not only a semi-amorphous semiconductor film but also an amorphous semiconductor film may be used.

次いで、全面に絶縁物材料(例えば珪素を含む無機絶縁膜)からなる封止層1421を厚さ1μm〜30μmで形成して図10(B)の状態を得る。ここでは絶縁物材料膜としてCVD法により、膜厚1μmの窒素を含む酸化珪素膜を形成する。CVD法による絶縁膜を用いることによって密着性の向上を図っている。 Next, a sealing layer 1421 made of an insulating material (for example, an inorganic insulating film containing silicon) is formed to a thickness of 1 μm to 30 μm over the entire surface to obtain the state shown in FIG. Here, a silicon oxide film containing nitrogen having a thickness of 1 μm is formed as the insulating material film by a CVD method. Adhesion is improved by using an insulating film formed by CVD.

次いで、封止層1421をエッチングして開口部を設けた後、スパッタ法により端子電極1422及び端子電極1423を形成する。端子電極1422及び1423は、チタン膜(Ti膜)(100nm)と、ニッケル膜(Ni膜)(300nm)と、金膜(Au膜)(50nm)との積層膜とする。こうして得られる端子電極1422及び端子電極1423の固着強度は5Nを超え、端子電極として十分な固着強度を有している。 Next, after the sealing layer 1421 is etched to provide an opening, a terminal electrode 1422 and a terminal electrode 1423 are formed by a sputtering method. The terminal electrodes 1422 and 1423 are stacked films of a titanium film (Ti film) (100 nm), a nickel film (Ni film) (300 nm), and a gold film (Au film) (50 nm). The fixing strength of the terminal electrode 1422 and the terminal electrode 1423 obtained in this way exceeds 5N, and has sufficient fixing strength as a terminal electrode.

以上の工程で、半田接続が可能な端子電極1422及び端子電極1423が形成され、図10(C)に示す構造が得られる。 Through the above steps, the terminal electrode 1422 and the terminal electrode 1423 that can be soldered are formed, and the structure shown in FIG. 10C is obtained.

なお上記工程で得られる光電変換装置は、基板より個々に切断して複数の光電変換装置を切り出すことで大量生産が可能である。1枚の大面積基板(例えば600cm×720cm)からは大量の光電変換装置(例えば2mm×1.5mm)を製造することができる。 Note that the photoelectric conversion device obtained in the above process can be mass-produced by cutting a plurality of photoelectric conversion devices individually from the substrate. A large amount of photoelectric conversion devices (for example, 2 mm × 1.5 mm) can be manufactured from one large-area substrate (for example, 600 cm × 720 cm).

なお、本実施の形態で示す島状半導体領域1403の作製方法としては、上記作製方法に限らず他の作製方法を用いて形成することもできる。一例としては、SOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板を用いて島状半導体領域1403を形成してもよい。SOI基板としては、公知のSOI基板を用いればよく、その作製方法や構造は特に限定されない。SOI基板としては、代表的にはSIMOX基板や貼り合わせ基板が挙げられる。また、貼り合わせ基板の例として、ELTRAN(登録商標)、UNIBOND(登録商標)、スマートカット(登録商標)等が挙げられる。 Note that the method for manufacturing the island-shaped semiconductor region 1403 described in this embodiment is not limited to the above manufacturing method, and other manufacturing methods can also be used. As an example, the island-shaped semiconductor region 1403 may be formed using an SOI (silicon-on-insulator) substrate. A known SOI substrate may be used as the SOI substrate, and a manufacturing method and structure thereof are not particularly limited. Typical examples of the SOI substrate include a SIMOX substrate and a bonded substrate. Further, examples of the bonded substrate include ELTRAN (registered trademark), UNIBOND (registered trademark), smart cut (registered trademark), and the like.

SIMOX基板は、単結晶シリコン基板に酸素イオンを注入し、1300℃以上で熱処理して埋め込み酸化膜層(BOX;Buried Oxide)を形成することにより、表面に薄膜シリコン層を形成し、SOI構造を得ることができる。薄膜シリコン層は、埋め込み酸化膜層により、単結晶シリコン基板と絶縁分離されている。また、埋め込み酸化膜層形成後に、さらに熱酸化するITOX(Internal Thermal Oxidation−SIMOX)と呼ばれる技術を用いることもできる。 A SIMOX substrate is formed by implanting oxygen ions into a single crystal silicon substrate and heat-treating at 1300 ° C. or higher to form a buried oxide film (BOX), thereby forming a thin film silicon layer on the surface and forming an SOI structure. Can be obtained. The thin film silicon layer is insulated from the single crystal silicon substrate by the buried oxide film layer. Further, a technique called ITOX (Internal Thermal Oxidation-SIMOX), which is further thermally oxidized after forming the buried oxide film layer, can be used.

貼り合わせ基板は、酸化膜層を介して2枚の単結晶シリコン基板(第1単結晶シリコン基板、第2単結晶シリコン基板)を貼り合わせ、一方の単結晶シリコン基板を貼り合わせた面ではない方の面から薄膜化することにより、表面に薄膜シリコン層を形成したSOI基板のことをいう。酸化膜層は、一方の基板(ここでは第1単結晶シリコン基板)を熱酸化して形成することができる。また、2枚の単結晶シリコン基板は、接着剤なしで直接貼り合わせることができる。 The bonded substrate is not a surface in which two single crystal silicon substrates (a first single crystal silicon substrate and a second single crystal silicon substrate) are bonded via an oxide film layer and one single crystal silicon substrate is bonded. An SOI substrate in which a thin film silicon layer is formed on the surface by thinning from one side. The oxide film layer can be formed by thermally oxidizing one substrate (here, the first single crystal silicon substrate). In addition, the two single crystal silicon substrates can be directly bonded without an adhesive.

なお、貼り合わせ基板としては、2枚の単結晶基板を貼り合わせることに限らず、ガラス基板等の絶縁表面を有する基板と、単結晶基板とを貼り合わせてSOI基板を作製してもよい。 Note that the bonded substrate is not limited to bonding two single crystal substrates, and an SOI substrate may be manufactured by bonding a substrate having an insulating surface such as a glass substrate and a single crystal substrate.

なお、本実施の形態において、各々の図で述べた内容は、別の実施の形態で述べた内容に対して、適宜、組み合わせ、又は置き換えなどを自由に行うことができる。 Note that the contents described in each drawing in this embodiment can be freely combined with or replaced with the contents described in any of the other embodiments as appropriate.

(実施の形態3)
本発明の光電変換装置は、入射光量が小さい場合であっても、容量素子への電荷の蓄積を行い、光の強度の検出を可能とし、構成する定電流源またはスイッチ等の素子数を増加させることなく動作させることができるといった特徴を有している。よって、本発明の光電変換装置を具備する電子機器は、光電変換装置をその構成要素に追加することに伴って、電子機器の生産コストの上昇を抑制し、暗所での光の検出を行うことができる。本発明の光電変換装置は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、本発明の光電変換装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図11に示す。
(Embodiment 3)
The photoelectric conversion device of the present invention accumulates electric charges in a capacitive element even when the amount of incident light is small, enables detection of light intensity, and increases the number of elements such as a constant current source or a switch. It has the feature that it can be operated without causing it. Therefore, an electronic device including the photoelectric conversion device of the present invention suppresses an increase in production cost of the electronic device and adds light to the component, and detects light in a dark place. be able to. The photoelectric conversion device of the present invention includes a display device, a notebook personal computer, and an image playback device including a recording medium (typically a display capable of playing back a recording medium such as a DVD: Digital Versatile Disc and displaying the image. Device). In addition, as an electronic device that can use the photoelectric conversion device of the present invention, a mobile phone, a portable game machine or an electronic book, a video camera, a digital still camera, a goggle-type display (head-mounted display), a navigation system, and sound reproduction Devices (car audio, audio components, etc.). Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図11(A)は表示装置であり、筐体5001、表示部5002、センサ部5003等を有する。本発明の光電変換装置は、センサ部5003に用いることができる。センサ部5003は外光の強度を検知する。表示装置は、検知した外光の強度に合わせて、表示部5002の輝度のコントロールを行うことができる。外光の強度に合わせて表示部5002の輝度のコントロールすることで、表示装置の消費電力を抑えることができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。 FIG. 11A illustrates a display device, which includes a housing 5001, a display portion 5002, a sensor portion 5003, and the like. The photoelectric conversion device of the present invention can be used for the sensor portion 5003. The sensor unit 5003 detects the intensity of external light. The display device can control the luminance of the display portion 5002 in accordance with the detected intensity of external light. By controlling the luminance of the display portion 5002 in accordance with the intensity of external light, power consumption of the display device can be suppressed. The display device includes all information display devices for personal computers, TV broadcast reception, advertisement display, and the like.

図11(B)は携帯電話であり、本体5101、表示部5102、音声入力部5103、音声出力部5104、操作キー5105、センサ部5106等を有する。センサ部5106は外光の強度を検知する。携帯電話は、検知した外光の強度に合わせて、表示部5102または操作キー5105の輝度のコントロールを行うことができる。外光の強度に合わせて表示部5102または操作キー5105の輝度のコントロールすることで、携帯電話の消費電力を抑えることができる。 FIG. 11B illustrates a mobile phone, which includes a main body 5101, a display portion 5102, a sound input portion 5103, a sound output portion 5104, operation keys 5105, a sensor portion 5106, and the like. The sensor unit 5106 detects the intensity of external light. The mobile phone can control the luminance of the display portion 5102 or the operation key 5105 in accordance with the detected intensity of external light. By controlling the luminance of the display portion 5102 or the operation key 5105 in accordance with the intensity of external light, power consumption of the mobile phone can be suppressed.

なお、本実施の形態において、各々の図で述べた内容は、別の実施の形態で述べた内容に対して、適宜、組み合わせ、又は置き換えなどを自由に行うことができる。 Note that the contents described in each drawing in this embodiment can be freely combined with or replaced with the contents described in any of the other embodiments as appropriate.

実施の形態1を説明するための回路図。FIG. 3 is a circuit diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するための回路図。FIG. 3 is a circuit diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するためのブロック図。FIG. 3 is a block diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するためのブロック図。FIG. 3 is a block diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するためのタイミングチャート図。FIG. 3 is a timing chart for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するための回路図。FIG. 3 is a circuit diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するための回路図。FIG. 3 is a circuit diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態1を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for illustrating Embodiment 1; 実施の形態2を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for illustrating Embodiment 2; 実施の形態2を説明するための図。FIG. 6 is a diagram for illustrating Embodiment 2; 実施の形態3を説明するための図。FIG. 5 is a diagram for illustrating Embodiment 3;

符号の説明Explanation of symbols

100 光電変換装置
101 光電変換素子
102 増幅回路
103 第1のスイッチ
104 第2のスイッチ
105 容量素子
106 コンパレータ
107 パルス出力回路
108 第2の容量素子
109 第3のスイッチ
110 定電流回路
111 第4のスイッチ
201 nチャネル型トランジスタ
202 nチャネル型トランジスタ
300 フォトIC
301 A/D変換回路
302 アドレスメモリ
303 I2Cインターフェース回路
311 マイクロコンピュータ
312 ディスプレイドライバー
313 LEDドライバー
321 アドレスメモリ
322 I2Cインターフェース回路
323 ロジック部
331 アドレスメモリ
332 I2Cインターフェース回路
333 ロジック部
400 フォトIC
401 LEDドライバー
1401 基板
1402 下地絶縁膜
1403 島状半導体領域
1404 ゲート絶縁膜
1405 配線
1406 配線
1407 端子電極
1408 ゲート電極
1409 ドレイン領域
1410 層間絶縁膜
1411 層間絶縁膜
1412 配線
1413 接続電極
1414 端子電極
1415 ドレイン電極
1416 保護電極
1417 保護電極
1418 保護電極
1419 保護電極
1420 光電変換素子
1421 封止層
1422 端子電極
1423 端子電極
1500 TFT
5001 筐体
5002 表示部
5003 センサ部
5101 本体
5102 表示部
5103 音声入力部
5104 音声出力部
5105 操作キー
5106 センサ部
1420i i型半導体層
1420n n型半導体層
1420p p型半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Photoelectric conversion apparatus 101 Photoelectric conversion element 102 Amplifying circuit 103 1st switch 104 2nd switch 105 Capacitance element 106 Comparator 107 Pulse output circuit 108 2nd capacitance element 109 3rd switch 110 Constant current circuit 111 4th switch 201 n-channel transistor 202 n-channel transistor 300 Photo IC
301 A / D conversion circuit 302 Address memory 303 I2C interface circuit 311 Microcomputer 312 Display driver 313 LED driver 321 Address memory 322 I2C interface circuit 323 Logic unit 331 Address memory 332 I2C interface circuit 333 Logic unit 400 Photo IC
401 LED driver 1401 Substrate 1402 Underlying insulating film 1403 Insular semiconductor region 1404 Gate insulating film 1405 Wiring 1406 Wiring 1407 Terminal electrode 1408 Gate electrode 1409 Drain region 1410 Interlayer insulating film 1411 Interlayer insulating film 1412 Wiring 1413 Connection electrode 1414 Terminal electrode 1415 Drain electrode 1416 Protective electrode 1417 Protective electrode 1418 Protective electrode 1419 Protective electrode 1420 Photoelectric conversion element 1421 Sealing layer 1422 Terminal electrode 1423 Terminal electrode 1500 TFT
5001 Housing 5002 Display unit 5003 Sensor unit 5101 Main body 5102 Display unit 5103 Audio input unit 5104 Audio output unit 5105 Operation key 5106 Sensor unit 1420i i-type semiconductor layer 1420n n-type semiconductor layer 1420p p-type semiconductor layer

Claims (6)

光電変換素子と、
前記光電変換素子の光電流を増幅する増幅回路と、
第1のスイッチと、
第2のスイッチと、
前記第1のスイッチを介してリセット電位が供給され、前記第2のスイッチを介して前記増幅回路で増幅された電流に応じた充電または放電がなされる第1の容量素子と、
前記第1の容量素子の一方の電極の電位と参照電位を比較するためのコンパレータと、
前記コンパレータの出力に応じてパルスを出力するパルス出力回路と、
第2の容量素子と、
前記第2の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、前記第2の容量素子に定電流を供給する定電流回路と、
前記第2の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、前記パルスに応じて一方の端子と他方の端子との導通または非導通が制御される第3のスイッチと、
前記第2の容量素子に蓄積された電荷を放電するための第4のスイッチと、を有することを特徴とする光電変換装置。
A photoelectric conversion element;
An amplifier circuit for amplifying the photoelectric current of the photoelectric conversion element;
A first switch;
A second switch;
Said first reset potential via the switch is supplied, the second of the first capacitor charged or discharged in accordance with the current amplified by the amplifier circuit through the switch is made,
A comparator for comparing the potential of one electrode of the first capacitive element with a reference potential;
A pulse output circuit that outputs a pulse in accordance with the output of the comparator;
A second capacitive element;
A constant current circuit electrically connected to one electrode of the second capacitor element and supplying a constant current to the second capacitor element;
A third switch that is electrically connected to one electrode of the second capacitive element and that controls conduction or non-conduction between one terminal and the other terminal in accordance with the pulse;
And a fourth switch for discharging the charge accumulated in the second capacitor element.
請求項1において、
前記パルス出力回路は、単安定マルチバイブレータ回路であることを特徴とする光電変換装置。
In claim 1,
The photoelectric conversion device, wherein the pulse output circuit is a monostable multivibrator circuit.
請求項1または請求項2において、
前記増幅回路は、nチャネル型の第1の薄膜トランジスタと、nチャネル型の第2の薄膜トランジスタとを有するカレントミラー回路で構成されていることを特徴とする光電変換装置。
In claim 1 or claim 2,
The amplifier circuit includes a current mirror circuit having an n-channel first thin film transistor and an n-channel second thin film transistor .
請求項1乃至のいずれか一において、
前記光電変換装置は、透光性を有する基板上に設けられていることを特徴とする光電変換装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The photoelectric conversion device is provided over a light-transmitting substrate.
請求項1乃至のいずれか一に記載の光電変換装置から出力される出力信号をデジタル信号に変換するAD変換回路と、前記デジタル信号を外部装置に出力するためのI2Cインタフェース回路と、を有することを特徴とするフォトIC。 Has an AD conversion circuit that the output signal output from the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4 into a digital signal, and a I2C interface circuit for outputting the digital signal to an external device A photo IC characterized by that . 請求項1乃至のいずれか一に記載の光電変換装置を具備することを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus characterized by comprising a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4.
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