JP5542259B2

JP5542259B2 - 光センサー装置

Info

Publication number: JP5542259B2
Application number: JP2010244928A
Authority: JP
Inventors: 潤小山; 剛長多; 隆徳松嵜; 和夫西; 純矢丸山
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: US8461509B2; US7253391B2; US20120025064A1; US20070267665A1; JP2011023753A; US20050082463A1; US8039782B2

Description

本発明は、光センサー装置に関し、特に薄膜半導体素子で構成された光センサー装置に
関する。また、光センサー装置を用いた電子機器に関する。

近年、通信技術の進歩に伴って、携帯電話が普及している。今後は更に動画の伝送やよ
り多くの情報伝達が予想される。一方、パーソナルコンピュータもその軽量化によって、
モバイル対応の製品が生産されている。電子手帳に始まったＰＤＡと呼ばれる情報端末も
多数生産され普及しつつある。また、表示装置の発展により、それらの携帯情報機器のほ
とんどにはフラットパネルディスプレイが装備されている。

このような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。このように周囲の明るさを検出し、適度な表示輝度を得ることによ
って、無駄な電力を減らすことが可能である。例えば、携帯電話やパーソナルコンピュー
タにそのような輝度調整用の光センサー装置が用いられている。（例えば特許文献１）

また、プロジェクタを用いた表示装置においては、光センサー装置を用いて、そのコン
バージェンス調整を行なっている。コンバージェンス調整とはＲＧＢの各色の映像がずれ
を生じないように、映像を調整することである。光センサーを用いて、各色の映像の位置
を検出して、正しい位置に映像を配置している。（例えば特許文献２）

ここで用いられる光センサー装置は、アモルファスシリコンフォトダイオードを用いた
ものが使用されている。アモルファスシリコンフォトダイオードは、単結晶シリコンフォ
トダイオードに比較して、長波長側、すなわち赤外領域の感度が低いという特徴がある。
図１３にアモルファスシリコンフォトダイオードと単結晶シリコンフォトダイオードの感
度特性の図を示す。アモルファスシリコンフォトダイオードでは、人間の視覚感度と同じ
ように、可視光領域以外では感度が低くなるような特性を持っている。一方、単結晶シリ
コンフォトダイオードは赤外領域でも感度があるため、赤外光がある場合、視覚感度と異
なる反応をしてしまうという問題がある。したがって、アモルファスシリコンフォトダイ
オードを用いた光センサー装置がこのような場合には適している。

前述したようなアモルファスシリコンフォトダイオードで構成した光センサー装置には
以下のような課題があった。アモルファスシリコンフォトダイオードは前述したように光
感度が人間の視覚感度に近いと言う長所がある反面、その出力電流が単結晶シリコンフォ
トダイオードに比べて小さいという問題があった。したがって、アモルファスシリコンフ
ォトダイオードでは、直接ほかの回路を動かすことが困難であり、図５に示すようにアモ
ルファスフォトダイオード５０２と外部増幅回路５０１、帰還抵抗５０３とを組み合わせ
て、光センサー装置を構成し、アモルファスフォトダイオード５０２の出力電流を帰還抵
抗５０３で電圧に変換し、出力端子５０４から電圧出力として、取り出していた。

特開２００３−６０７４４特開２００３−４７０１７

前述したような従来の光センサー装置では、アモルファスフォトダイオード５０２と外
部増幅回路５０１、帰還抵抗５０３とを組み合わせていたため、コストが高い、実装面積
が大きいなどの問題点があった。また、アモルファスフォトダイオード５０２の出力がプ
リント基板上において、外部増幅回路５０１と接続されているため、ノイズが重畳しやす
いなどの問題点があった。

以上のような問題を解決するため、本発明者らは光センサー素子と薄膜トランジスタに
よる増幅回路を一体形成することを考えた。アモルファスシリコンを用いた光センサー素
子（アモルファスシリコンフォトダイオードなど）は通常絶縁基板上に形成される。同様
に薄膜トランジスタもまた通常絶縁基板上に形成されるのであるから、両者は共通点が多
い。本発明の光センサー装置は光センサー素子と薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）で構成
した増幅回路を基板上に一体形成することによって、コストを低減し、実装面積を削減す
ることを可能としている。また、光センサー素子と増幅回路が直接、センサー基板上で接
続されているため、ノイズが重畳しにくいという特徴を有している。
また、アモルファスシリコンのみでなく、ポリシリコンを用いたセンサー素子、たとえ
ばポリシリコンフォトダイオードなどにも本発明は適応できる。

以下に本発明の構成を示す。

本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記光センサー
素子と前記増幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、光センサー素子はアモルファスシリコンを用いたセンサー素子
によって構成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、光センサー素子はアモルファスシリコンフォトダイオードによ
って構成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、光センサー素子はポリシリコンを用いたセンサー素子によって
構成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、光センサー素子はポリシリコンフォトダイオードによって構成
されていることを特徴としている。

本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は
薄膜トランジスタで構成され、前記光センサー素子と前記増幅回路は基板上に一体形成さ
れていることを特徴としている。

本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は
薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、前記光センサー素子と前記増幅回路は
基板上に一体形成されていることを特徴としている。

本発明は光センサー素子と増幅回路と帰還抵抗を有する光センサー装置において、前記
増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、前記光センサー素子と前記
増幅回路は基板上に一体形成され、前記帰還抵抗を前記基板外に有することを特徴として
いる。

本発明は光センサー素子と増幅回路とＩＶ変換抵抗を有する光センサー装置において、
前記増幅回路は薄膜トランジスタで構成された演算増幅器であり、前記光センサー素子と
前記増幅回路は基板上に一体形成され、前記ＩＶ変換抵抗を前記基板外に有することを特
徴としている。

本発明は光センサー素子と増幅回路とレベルシフト回路を有する光センサー装置におい
て、前記増幅回路と前記レベルシフト回路は薄膜トランジスタで構成され、前記光センサ
ー素子と前記増幅回路と前記レベルシフト回路は基板上に一体形成されることを特徴とし
ている。

本発明は上記において、前記レベルシフト回路はＰチャネル型ＴＦＴと定電流源によっ
て構成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、前記レベルシフト回路はＮチャネル型ＴＦＴと定電流源によっ
て構成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、前記基板上の接続電極端子が４端子であることを特徴としてい
る。

本発明は上記において、前記基板上の接続電極端子が４端子であり、そのうちの２端子
が電源端子であることを特徴としている。

本発明は光センサー素子と増幅回路を有する光センサー装置において、前記増幅回路は
薄膜トランジスタで構成されたカレントミラー回路であり、前記光センサー素子と前記増
幅回路は基板上に一体形成されていることを特徴としている。

本発明は上記において、カレントミラー回路を構成するＴＦＴのゲートが複数から成る
、マルチゲート構造によって構成されることを特徴としている。

本発明は上記において、カレントミラー回路がカスコード接続で構成されていることを
特徴としている。

本発明は上記において、カレントミラー回路がウィルソン型接続で構成されていること
を特徴としている。

本発明は上記において、カレントミラー回路が改良ウィルソン型接続で構成されている
ことを特徴としている。

本発明は上記において、カレントミラー回路を構成するＴＦＴの数、ゲート長Ｌ、チャ
ネル幅Ｗを任意に変更することで、増幅率を選択することができることを特徴としている
。

本発明は上記において、前記カレントミラー回路がＮチャネル型ＴＦＴによって構成さ
れていることを特徴としている。

本発明は上記において、前記カレントミラー回路がＰチャネル型ＴＦＴによって構成さ
れていることを特徴としている。

本発明は上記において、前記基板上の接続電気電極が２端子であることを特徴としてい
る。

本発明は上記において、
前記光センサー素子および前記増幅回路はプラスチック基板上に一体形成されているこ
とを特徴としている。

本発明は上記において、
前記光センサー素子および前記増幅回路はガラス基板上に一体形成されていることを特
徴としている。

本発明は、上記の光センサー装置を備える電子機器である。

前述したように、本発明の光センサー装置では、フォトダイオードと、ＴＦＴを用いて
構成された増幅回路をセンサー基板上に一体形成することによって、コスト、実装面積を
削減することができ、ノイズの重畳を低減することができる。

本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。従来の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の外形を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。フォトダイオードの感度特性を示す図。本発明に使用する増幅回路の等価回路を示す図。本発明の光センサー装置を応用した携帯電話を示す図。本発明の光センサー装置を応用したパーソナルコンピューターを示す図。本発明の光センサー装置の構造の一例を示す図。本発明の光センサー装置の断面構造の一例を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施形態を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。本発明の光センサー装置の実施例を示す図。

本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の
説明に限定されず、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、本発明は以下に示す
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。

また、本発明の実施の形態において、フォトダイオードに逆電圧（逆バイアスともいう
）を印加して駆動する例を示す。このため、第２の電極から第１の電極へ電圧を印加する
。また、第１の電極は、フォトダイオードのアモルファスシリコン層内のｐ層側に接する
電極であり、第２の電極は、フォトダイオードのアモルファスシリコン層内のｎ層側に接
する電極である。

（実施形態１）
図１に本発明の第１の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路１０
１、フォトダイオード１０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作につい
て説明をおこなう。増幅回路１０１の非反転入力端子は外部電源ＶＢＢに接続されている
。外部電源ＶＢＢは増幅回路１０１の高電位側電源ＶＤＤと低電位側電源ＶＳＳの間の電
位を有している。フォトダイオード１０２の第１の電極は外部電源ＶＢＢに接続され、第
２の電極は増幅回路１０１の反転入力端子、および帰還抵抗１０３の第１の端子に接続さ
れている。また、帰還抵抗１０３の第２の端子は増幅回路１０１の出力端子１０４に接続
されている。ここで、帰還抵抗１０３は増幅回路１０１の出力電圧のばらつきを低減する
ため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には
帰還抵抗１０３をセンサー基板上に形成することも可能である。

フォトダイオード１０２に光が入力されると、フォトダイオード１０２の第２の電極か
ら第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路１０１の出力端子１０４から帰
還抵抗１０３に電流が流れ、帰還抵抗１０３の両端に電圧が発生する。
本実施形態では増幅回路１０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子１０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。

また、フォトダイオードの向きを図１に示すものと逆に接続したものを図７に示す。図
７の光センサー回路は増幅回路７０１、フォトダイオード７０２、帰還抵抗７０３によっ
て構成され、フォトダイオード７０２の第１の電極が増幅回路７０１の反転入力端子と帰
還抵抗７０３に接続され、第２の電極が外部電源ＶＢＢと増幅回路７０１の非反転入力端
子に接続される。そして、電流は外部電源ＶＢＢからフォトダイオード７０２、帰還抵抗
７０３を介して、増幅回路７０１の出力端子７０４に流れる。このようにフォトダイオー
ドの向きはどちらも可能である。
本実施形態では、増幅回路１０１、７０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をお
こなっているが、増幅回路１０１、７０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態２）
図２に本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路２０
１、フォトダイオード２０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作につい
て説明をおこなう。増幅回路２０１の非反転入力端子はＩＶ変換抵抗２０３の第１の端子
とフォトダイオード２０２の第２の電極に接続されている。また増幅回路２０１の出力端
子２０４は反転入力端子に接続され、増幅回路２０１はボルテージフォロワとして機能す
る。また、フォトダイオード２０２の第１の電極は外部電源ＶＢＢ２に接続されている。
ＩＶ変換抵抗２０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢ１に接続されている。ここで、ＩＶ変
換抵抗２０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していない
が、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗２０３をセンサー基板上に形
成することも可能である。

フォトダイオード２０２に光が入力されると、外部電源ＶＢＢ１より、ＩＶ変換抵抗２
０３を介して、フォトダイオード２０２の第２の電極から第１の電極に光電流が流れる。
これによって、ＩＶ変換抵抗２０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード２０２に電流が流れない場合には、出力端
子２０４にはＶＢＢ１と同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード２０２に電
流が流れるとその電流量に比例して、出力端子２０４の電位は低下する。
本実施形態では増幅回路２０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子２０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。

また、フォトダイオードの向きを図２に示すものと逆に接続したものを図８に示す。図
８の光センサー回路は増幅回路８０１、フォトダイオード８０２、ＩＶ変換抵抗８０３に
よって構成され、フォトダイオード８０２の第１の電極が増幅回路８０１の非反転入力端
子とＩＶ変換抵抗８０３に接続され、第２の電極が外部電源ＶＢＢ２に接続される。そし
て、電流は外部電源ＶＢＢ２からフォトダイオード８０２、ＩＶ変換抵抗８０３を介して
、外部電源ＶＢＢ１に流れる。このようにフォトダイオードの向きはどちらも可能である
。
本実施形態では、増幅回路２０１、８０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をお
こなっているが、増幅回路２０１、８０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態３）
図３に本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路３０
１、フォトダイオード３０２、レベルシフト回路３０５、３０６をセンサー基板上に一体
形成している。以下その動作について説明をおこなう。レベルシフト回路３０５の入力は
低電位側電源ＶＳＳに接続され、その出力は増幅回路３０１の非反転入力端子に接続され
ている。レベルシフト回路３０６の入力はフォトダイオード３０２の第２の電極および帰
還抵抗３０３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路３０１の反転入力端子に接続
されている。また、帰還抵抗３０３の第２の端子は増幅回路３０１の出力端子３０４に接
続されている。フォトダイオード３０２の第１の電極は低電位側電源ＶＳＳに接続される
。ここで、帰還抵抗３０３は増幅回路３０１の出力電圧のばらつきを低減するため、セン
サー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には帰還抵抗３
０３をセンサー基板上に形成することも可能である。

フォトダイオード３０２に光が入力されると、フォトダイオード３０２の第２の電極か
ら第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路３０１の出力端子から帰還抵抗
３０３に電流が流れ、帰還抵抗３０３の両端に電圧が発生する。
本実施形態では増幅回路３０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子３０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。

このようなレベルシフト回路を用いることの利点は以下のようなものがある。一体型セ
ンサーチップ６００の外形図を図６に示す。図６（Ａ）に示すように、チップ６００の上
面にはフォトダイオード部６０１と増幅回路部６０２が形成される。また図６（Ｂ）の側
面図、図６（Ｃ）の下面図に示すように、チップの基板６０３およびＴＦＴ形成領域６０
４の下面には接続電極端子６０５が形成される。このようなセンサーチップではチップ上
の４点で接続電極端子を構成し、プリント基板などの上に実装をおこなうのが、強度的に
望ましい。ところが前述した第１の実施形態では端子の数が５端子となるため、これを満
たさない。

また、第１の実施形態では、高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳのほかにＶＢＢ
という電源が必要となる。よって、レベルシフタを用いることによって、図３に示すよう
に電源数を削減することが可能となる。
本実施形態では、増幅回路３０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなって
いるが、増幅回路３０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態４）
図４に本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態はＴＦＴで構成された増幅回路４０
１、フォトダイオード４０２、レベルシフト回路４０５、４０６をセンサー基板上に一体
形成している。以下その動作について説明をおこなう。レベルシフト回路４０５の入力は
ＩＶ変換抵抗４０３の第１の端子とフォトダイオード４０２の第２の電極に接続され、そ
の出力は増幅回路４０１の非反転入力端子に接続されている。レベルシフト回路４０６の
入力は出力端子４０４に接続され、その出力は増幅回路４０１の反転入力端子に接続され
ている、そして増幅回路４０１はボルテージフォロワとして機能する。また、フォトダイ
オード４０２の第１の電極は増幅回路４０１の低電位側電源ＶＳＳに接続されている。Ｉ
Ｖ変換抵抗４０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。ここで、ＩＶ変換抵
抗４０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、
ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗４０３をセンサー基板上に形成す
ることも可能である。

フォトダイオード４０２に光が入力されると、フォトダイオード４０２の第２の電極か
ら第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗４０３に電流が流れ、ＩＶ
変換抵抗４０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード４０２に電流が流れない場合には、出力端
子４０４にはＶＢＢと同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード４０２に電流
が流れるとその電流量に比例して、出力端子４０４の電位は低下する。
本実施形態では増幅回路４０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子４０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。

このようなレベルシフト回路を用いることの利点は以下のようなものがある。一体型セ
ンサーチップの外形図を図６に示す。図６（Ａ）に示すように、チップの上面にはフォト
ダイオード部６０１と増幅回路部６０２が形成される。また図６（Ｂ）の側面図、図６（
Ｃ）の下面図に示すように、チップの下面には接続電極６０５が形成される。このような
センサーチップではチップ上の４点で接続電極端子を構成し、プリント基板などの上に実
装をおこなうのが、強度的に望ましい。ところが前述した第２の実施形態では端子の数が
５端子となるため、これを満たさない。

また、第２の実施形態では、高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳＳ、外部電源ＶＢ
Ｂ１のほかにＶＢＢ２という電源が必要となる。よって、レベルシフタを用いることによ
って、図４に示すように電源数を削減することが可能となる。
本実施形態では、増幅回路４０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなって
いるが、増幅回路４０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態５）
図１９に本発明の第５の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路
１９０１、フォトダイオード１９０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動
作について説明をおこなう。増幅回路１９０１のＴＦＴのソース領域は外部電源ＧＮＤに
接続され、Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子１９０４に接続されている。増幅回路１
９０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード１９０２の第１の電極と接続、第２
の電極は出力端子１９０４と接続されている。

フォトダイオード１９０２に光が入力されると、フォトダイオード１９０２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路１９０１のＸ側ＴＦＴに電
流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和
領域において、ＴＦＴＸ側、Ｙ側両方のゲート電圧が等しいため同じ電流が流れる。所望
の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ数：Ｙ側ＴＦＴ数 = １：ｎ”とすればｎ倍と
なる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。

また、図１９（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであるが、
Ｐチャネル型ＴＦＴを用いたものを図１９（Ｂ）に示す。図１９（Ｂ）の光センサー回路
は増幅回路１９０１、フォトダイオード１９０２によって構成され、増幅回路１９０１の
Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は外部電源ＧＮＤに接続され、ソース領域は出力端子１９０４
に接続されている。増幅回路１９０１のＸ側ＴＦＴのドレイン領域はフォトダイオード１
９０２の第２の電極と接続し、フォトダイオード１９０２の第１の電極はＧＮＤと接続さ
れている。本実施形態では、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態６）
図２０に本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路
２００１、フォトダイオード２００２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動
作について説明をおこなう。増幅回路２００１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配
置されソース領域とドレイン領域が接続され、そのゲートは共通接続され、マルチゲート
構造となっている。そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ
側ＴＦＴ高電圧側の段のドレイン領域は出力端子２００４に接続されている。増幅回路２
００１のＸ側ＴＦＴ高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２００２の第１の電極
と接続、第２の電極は出力端子２００４と接続されている。

フォトダイオード２００２に光が入力されると、フォトダイオード２００２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２００１のＸ側ＴＦＴに電
流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｘ側、Ｙ側両方のＴＦＴにかかるゲート電圧が等しいので、Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、
ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において、同じ電流が流
れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦＴ並列接続数
= １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２００１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっ
ているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、
対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。

図２０（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２０（
Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限
らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態７）
図２１に本発明の第７の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路
２１０１、フォトダイオード２１０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動
作について説明をおこなう。増幅回路２１０１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配
置されソース領域とドレイン領域が接続され、そのゲートの接続はＸ側ＴＦＴはダイオー
ド接続で、それぞれが直列に接続された構造、Ｙ側ＴＦＴは向かいのＸ側ＴＦＴのゲート
と接続されている。そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ
側ＴＦＴ高電圧側の段のドレイン領域は出力端子２１０４に接続されている。増幅回路２
１０１のＸ側ＴＦＴ高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２１０２の第１の電極
と接続、第２の電極は出力端子２１０４と接続されている。

フォトダイオード２１０２に光が入力されると、フォトダイオード２１０２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２１０１のＸ側ＴＦＴに電
流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧が各ゲートに発生する。
Ｘ側、Ｙ側両方のＴＦＴにかかるゲート電圧は対応する各段で等しいのため、Ｙ側ＴＦ
Ｔの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域におい
て、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側Ｔ
ＦＴ並列接続数 = １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同
じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２１０１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっ
ているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、
対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。

図２１（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２１（
Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限
らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態８）
図２２に本発明の第８の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路
２２０１、フォトダイオード２２０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動
作について説明をおこなう。増幅回路２２０１内のＴＦＴはウィルソン型カレントミラー
回路接続で、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴのドレ
イン領域は出力端子２２０４に接続されている。増幅回路２２０１のＸ側ＴＦＴドレイン
領域はフォトダイオード２２０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２２０４と
接続されている。

フォトダイオード２２０２に光が入力されると、フォトダイオード２２０２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２２０１のＸ側ＴＦＴに電
流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧が各ゲートに発生する。ウィルソン型カレント
ミラー回路は、Ｙ側ＴＦＴの並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等し
ければ、飽和領域において、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側Ｔ
ＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦＴ並列接続数 = １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他
のＸ側、Ｙ側の特性は同じものとする）。
本実施形態では、増幅回路２２０１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっ
ているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、
対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。

図２２（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２２（
Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限
らず他の光センサー素子でもよい。

（実施形態９）
図２３に本発明の第９の実施形態を示す。本実施形態は、ＴＦＴで構成された増幅回路
２３０１、フォトダイオード２３０２をセンサー基板上に一体形成している。以下その動
作について説明をおこなう。増幅回路２３０１内のＴＦＴは改良ウィルソン型カレントミ
ラー回路接続である。図２２に示したウィルソン型カレントミラー回路との違いは、Ｘ側
とＹ側のＴＦＴの数を同じにすることで、対応する各ＴＦＴにかかるソース−ドレイン間
電圧を同じにし、このことによりＴＦＴが有限の出力抵抗であっても、Ｘ側、Ｙ側に両側
に流れる電流が等しくなることである。上記、増幅回路２３０１の低電圧側の段のソース
領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２３０４に接続
されている。増幅回路２３０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２３０２の
第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２３０４と接続されている。

フォトダイオード２３０２に光が入力されると、フォトダイオード２３０２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路２３０１のＸ側ＴＦＴに電
流が流れ、その電流を流すのに必要な電圧が各ゲートに発生する。
Ｘ側、Ｙ側両方のＴＦＴにかかるゲート電圧は対応する各段で等しいため、Ｙ側ＴＦＴ
の並列接続数、ゲート長Ｌ、チャネル幅ＷがＸ側ＴＦＴと等しければ、飽和領域において
、同じ電流が流れる。所望の増幅を得るには、例えば”Ｘ側ＴＦＴ並列接続数：Ｙ側ＴＦ
Ｔ並列接続数 = １：ｎ”とすればｎ倍となる（ただし、他のＸ側、Ｙ側の特性は同じ
ものとする）。
本実施形態では、増幅回路２３０１内のＴＦＴの直列接続は二段として説明をおこなっ
ているが、その段数には限定されない。また、各段のＴＦＴの特性は同じ必要はないが、
対応するＸ側とＹ側の関係は各段で同じ必要がある。

図２３（Ａ）に示した回路に実装されるＴＦＴはＮチャネル型ＴＦＴであり、図２３（
Ｂ）に示した回路はＰチャネル型ＴＦＴである。本実施形態では、フォトダイオードに限
らず他の光センサー素子でもよい。

図９に本発明の第１の実施例を示す。本実施例はレベルシフト回路を用いた実施形態３
を具体化したものである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路９０１、フォトダイオ
ード９０２、Ｐチャネル型ＴＦＴ９０５、９０６、定電流源９０７、９０８によって構成
された２組のレベルシフト回路をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作につ
いて説明をおこなう。Ｐチャネル型ＴＦＴ９０５、定電流源９０７によって構成されるレ
ベルシフト回路の入力は低電位側電源ＶＳＳに接続され、その出力は増幅回路９０１の非
反転入力端子に接続されている。Ｐチャネル型ＴＦＴ９０６、定電流源９０８によって構
成されるレベルシフト回路の入力はフォトダイオード９０２の第２の電極と帰還抵抗９０
３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路９０１の反転入力端子に接続される。フ
ォトダイオード９０２の第１の電極は低電位側電源ＶＳＳに接続される。また、帰還抵抗
９０３の第２の端子は増幅回路９０１の出力端子９０４に接続されている。ここで、帰還
抵抗９０３は増幅回路９０１の出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には
形成していないが、ばらつきがあまり問題にならない場合には帰還抵抗９０３をセンサー
基板上に形成することも可能である。

フォトダイオード９０２に光が入力されると、フォトダイオードの第２の電極９０２か
ら第１の電極に光電流が流れる。これによって、増幅回路９０１の出力端子９０４から帰
還抵抗９０３に電流が流れ、帰還抵抗９０３の両端に電圧が発生する。
本実施例では増幅回路９０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端子
９０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳ
Ｓ、増幅回路９０１出力端子９０４、帰還抵抗９０３−フォトダイオード９０２接続端子
の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。また、レベル
シフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路９０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなってい
るが、増幅回路９０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図１０に本発明の第２の実施例を示す。本実施例はレベルシフト回路を用いた実施形態
３を具体化したものである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路１００１、フォトダ
イオード１００２、Ｎチャネル型ＴＦＴ１００５、１００６、定電流源１００７、１００
８によって構成された２組のレベルシフト回路をセンサー基板上に一体形成している。以
下その動作について説明をおこなう。Ｎチャネル型ＴＦＴ１００５、定電流源１００７に
よって構成されるレベルシフト回路の入力は高電位側電源ＶＤＤに接続され、その出力は
増幅回路１００１の非反転入力端子に接続されている。Ｎチャネル型ＴＦＴ１００６、定
電流源１００８によって構成されるレベルシフト回路の入力はフォトダイオード１００２
の第１の電極と帰還抵抗１００３の第１の端子に接続され、その出力は増幅回路１００１
の反転入力端子に接続される。フォトダイオード１００２の第２の電極は高電位側電源Ｖ
ＤＤに接続される。また、帰還抵抗１００３の第２の端子は増幅回路１００１の出力端子
１００４に接続されている。ここで、帰還抵抗１００３は増幅回路１００１の出力電圧の
ばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが、ばらつきがあまり問題
にならない場合には帰還抵抗１００３をセンサー基板上に形成することも可能である。

フォトダイオード１００２に光が入力されると、フォトダイオード１００２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、帰還抵抗１００３を介して、増幅回
路１００１の出力端子１００４に電流が流れ、帰還抵抗１００３の両端に電圧が発生する
。
本実施例では増幅回路１００１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子１００４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳ
Ｓ、増幅回路１００１出力端子１００４、帰還抵抗１００３−フォトダイオード１００２
接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。また
、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路１００１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなって
いるが、増幅回路１００１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図１１に本発明の第３の実施例を示す。本実施例は前述した実施形態４を具体化したも
のである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路１１０１、フォトダイオード１１０２
、ＴＦＴ１１０５、１１０６、定電流源１１０７、１１０８によって構成される２組のレ
ベルシフト回路のセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこ
なう。Ｐチャネル型ＴＦＴ１１０５と定電流源１１０７によって構成されるレベルシフト
回路に入力は、フォトダイオード１１０２の第１の電極とＩＶ変換抵抗１１０３の第１の
端子に接続され、その出力は増幅回路１１０１の非反転入力端子に接続される。Ｐチャネ
ル型ＴＦＴ１１０６と定電流源１１０８によって構成されるレベルシフト回路の入力は増
幅回路１１０１の出力端子１１０４に接続され、その出力は増幅回路１１０１の反転入力
端子に接続される。ここで増幅回路１１０１はボルテージフォロワとして機能する。また
、フォトダイオード１１０２の第２の電極は高電位側電源ＶＤＤに接続されている。ＩＶ
変換抵抗１１０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。ここで、ＩＶ変換抵
抗１１０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが
、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗１１０３をセンサー基板上に形
成することも可能である。

フォトダイオード１１０２に光が入力されると、フォトダイオード１１０２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗１１０３に電流が流れ
、ＩＶ変換抵抗１１０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード１１０２に電流が流れない場合には、出力
端子１１０４にはＶＢＢと同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード１１０２
に電流が流れるとその電流量に比例して、出力端子１１０４の電位は上昇する。
本実施例では増幅回路１１０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子１１０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳ
Ｓ、増幅回路１１０１出力端子１１０４、ＩＶ変換抵抗１１０３−フォトダイオード１１
０２接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。
また、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路１１０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなって
いるが、増幅回路１１０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図１２に本発明の第４の実施例を示す。本実施例は前述した実施形態４を具体化したも
のである。本実施例はＴＦＴで構成された増幅回路１２０１、フォトダイオード１２０２
、ＴＦＴ１２０５、１２０６、定電流源１２０７、１２０８によって構成される２組のレ
ベルシフト回路をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこ
なう。Ｎチャネル型ＴＦＴ１２０５と定電流源１２０７によって構成されるレベルシフト
回路の入力は、フォトダイオード１２０２の第２の電極とＩＶ変換抵抗１２０３の第１の
端子に接続され、その出力は増幅回路１２０１の非反転入力端子に接続される。Ｎチャネ
ル型ＴＦＴ１２０６と定電流源１２０８によって構成されるレベルシフト回路の入力は増
幅回路１２０１の出力端子１２０４に接続され、その出力は増幅回路１２０１の反転入力
端子に接続される。ここで増幅回路１２０１はボルテージフォロワとして機能する。また
、フォトダイオード１２０２の第１の電極は低電位側電源ＶＳＳに接続されている。ＩＶ
変換抵抗１２０３の第２の端子は外部電源ＶＢＢに接続されている。ここで、ＩＶ変換抵
抗１２０３は出力電圧のばらつきを低減するため、センサー基板上には形成していないが
、ばらつきがあまり問題にならない場合にはＩＶ変換抵抗１２０３をセンサー基板上に形
成することも可能である。

フォトダイオード１２０２に光が入力されると、フォトダイオード１２０２の第２の電
極から第１の電極に光電流が流れる。これによって、ＩＶ変換抵抗１２０３に電流が流れ
、ＩＶ変換抵抗１２０３の両端に電圧が発生する。
すなわち、光が入力されずフォトダイオード１２０２に電流が流れない場合には、出力
端子１２０４にはＶＢＢと同じ電位が出力され、光が入力されフォトダイオード１２０２
に電流が流れるとその電流量に比例して、出力端子１２０４の電位は低下する。
本実施例では増幅回路１２０１の駆動能力を大きく取ることが可能であるため、出力端
子１２０４に負荷を接続し、駆動することが可能となる。
本実施例では光センサー装置の接続電極端子を高電位側電源ＶＤＤ、低電位側電源ＶＳ
Ｓ、増幅回路１２０１出力端子１２０４、ＩＶ変換抵抗１２０３−フォトダイオード１２
０２接続端子の４端子にすることができ、前述した実装強度を向上させることができる。
また、レベルシフタを用いることによって、電源数を２電源にすることが可能となる。
本実施例では、増幅回路１２０１を演算増幅器（オペアンプ）として説明をおこなって
いるが、増幅回路１２０１は演算増幅器には限定されない。
また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図１４は薄膜半導体素子、特にＴＦＴを用いて、増幅回路とくに演算増幅器（以下オペ
アンプ）回路を作成した場合の等価回路図である。このオペアンプは、ＴＦＴ１４０１、
ＴＦＴ１４０２で構成される差動回路、ＴＦＴ１４０３、ＴＦＴ１４０４で構成されるカ
レントミラー回路、ＴＦＴ１４０５、ＴＦＴ１４０９で構成される定電流源、ＴＦＴ１４
０６で構成されるソース接地回路、ＴＦＴ１４０７、ＴＦＴ１４０８で構成されるアイド
リング回路、ＴＦＴ１４１０、ＴＦＴ１４１１で構成されるソースフォロワ回路、位相補
償コンデンサ１４１２より成り立っている。

以下に、図１４のオペアンプ回路の動作を説明する。非反転入力端子に＋信号が入力さ
れると、差動回路を構成するＴＦＴ１４０１、１４０２のソースにはＴＦＴ１４０５で構
成される定電流源が接続されているため、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ１４０
２のドレイン電流より大きくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４０４と
ＴＦＴ１４０３がカレントミラー回路を構成するため、ＴＦＴ１４０２のドレイン電流と
同じになり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１のドレイン電流の差電流に
よって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は低下する方向に変化する。ＴＦＴ１４０６はＰチ
ャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が下がると、ＴＦＴ１４０６は
よりオンする方向に動作し、ドレイン電流が増加する。よって、ＴＦＴ１４１０のゲート
電位は上昇し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわち、出力端子の電位も上
昇する。

また、非反転入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦ
Ｔ１４０２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１
４０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０
１のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は上昇する方向に変化
する。ＴＦＴ１４０６はＰチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が
上がると、ＴＦＴ１４０６はオフする方向に動作し、ドレイン電流が減少する。よって、
ＴＦＴ１４１０のゲート電位は低下し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわ
ち、出力端子の電位も低下する。このように非反転入力端子の信号と同相の信号が、出力
端子より出力される。

反転入力端子に＋信号が入力されると、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ１４０
２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４０２の
ドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１の差電
流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は上昇する方向に変化する。ＴＦＴ１４０６は
Ｐチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が上がると、ＴＦＴ１４０
６はオフする方向に動作し、ドレイン電流が減少する。よって、ＴＦＴ１４１０のゲート
電位は低下し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すなわち、出力端子の電位も低
下する。

また、反転入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ１４０１のドレイン電流がＴＦＴ
１４０２のドレイン電流より大きくなり、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流は、ＴＦＴ１４
０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ１４０３のドレイン電流とＴＦＴ１４０１
のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ１４０６のゲート電位は低下する方向に変化す
る。ＴＦＴ１４０６はＰチャネル型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ１４０６のゲート電位が下
がると、ＴＦＴ１４０６はよりオンする方向に動作し、ドレイン電流が増加する。よって
、ＴＦＴ１４１０のゲート電位は上昇し、それに伴い、ＴＦＴ１４１０のソース電位すな
わち、出力端子の電位も上昇する。このようにして、反転入力端子の信号と逆相の信号が
出力端子より出力される。

この例では、差動回路をＮチャネル型ＴＦＴ、カレントミラー回路をＰチャネル型ＴＦ
Ｔで作成しているが、本発明では、それには限定されず逆であっても良い。また、回路形
式もこのような回路形式には限定されることはなく、増幅回路としての機能を満たすもの
であれば使用可能である。
また、本実施例は前述した実施形態、実施例と組み合わせて使用することが可能である
。

以下に本発明の光センサー装置の構造の一例について説明する。図１７はフォトダイオ
ードと増幅回路が一体形成されている光センサー装置を示しており、プリント基板等に実
装する時に貼り付ける面方向から見た図である。

基板１７０１上に増幅回路１７０２及びフォトダイオード１７０３が形成され、その上
部に接続電極端子１７０４が形成されている。接続電極端子１７０４はコンタクトホール
１７０５を介して増幅回路１７０２及びフォトダイオード１７０３と接続されている。

増幅回路１７０２とフォトダイオード１７０３が接続されている部分１７０６の拡大図
を線で示している。ＴＦＴ１７０７はソース又はドレイン領域１７０８、１７０９及びチ
ャネル形成領域（ここでは図示しない）及びソース又はドレイン電極１７１０、１７１１
及びゲート電極１７１２で構成されている。

ゲート電極１７１２上には層間絶縁膜（ここでは図示しない）が形成され、その上部の
配線１７１３はコンタクトホール１７１４を介してゲート電極１７１２と接続されている
。そして配線１７１３上にフォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５が形成されて
いる。

次に、フォトダイオードと増幅回路が一体形成されている光センサー装置の断面図１８
（Ａ）を用いて増幅回路１７０２のＴＦＴ１７０７とフォトダイオード１７０３が電気的
に接続されている様子をより詳しく説明する。図１８（Ａ）は図１７の線Ａ−Ａ’の断面
図であり図１７と共通する部分は共通の符号を用いている。基板１７０１上に接して下地
絶縁膜１８０１が形成され、下地絶縁膜１８０１上にはＴＦＴ１７０７及びフォトダイオ
ード１７０３が形成されている。

半導体層１８０２はチャネル形成領域である。このチャネル形成領域の紙面表及び裏側
にソース又はドレイン領域１７０８、１７０９が形成されている。半導体層１８０２上に
はゲート絶縁膜１８０３を介してゲート電極１７１２が形成され、その上部に第１層間絶
縁膜１８０４及び第２層間絶縁膜１８０５が形成されている。

ＴＦＴ１７０７のゲート電極１７１２はコンタクトホール１７１４を介して配線１７１
３によりフォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５と接続されている。

フォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５に接するようにＰ型半導体層１８０６
が形成され、その上に光電変換層１８０７、Ｎ型半導体層１８０８が積層され、さらにＮ
チャネル型半導体層１８０８上にフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９が形成
されている。そしてフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９上には第３の層間絶
縁膜１８１０が形成され、フォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９はコンタクト
ホール１７０５を介して接続電極端子１７０４と接続されている。

フォトダイオード１７０３の第１の電極１７１５としてはＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍｔｉ
ｎｏｘｉｄｅ）等のように透光性かつ導電性を有する物質を用いることで、フォトダイ
オード１７０３に入射する光を遮断しないようにすることができる。そしてフォトダイオ
ード１７０３の第２の電極１８０９としては、Ｔｉのように光を反射する物質を用いるこ
とでＰ型半導体層１８０６から入射した光のうち、光電変換層１８０７で光が吸収されず
に光電変換層１８０７及びＮ型半導体層１８０８を通過した光を反射させることで、再び
光電変換層１８０７で反射光を吸収させることができる。Ｐ型半導体層１８０６としては
Ｐ型の非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）又はいわゆるマイクロクリスタル半導体（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ）、光電変換層１８０７としては非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、Ｎ型半導体層１
８０８としてはＮ型の非晶質珪素膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）又はいわゆるマイクロクリスタル半
導体（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）で形成することができる。

図１８（Ｂ）は図１７の線Ｂ−Ｂ’の断面を線Ａ−Ａ’のＡ側から見た図であり、線Ｂ
−Ｂ’の断面において、第３の層間絶縁膜１８１０を透かして見た時の様子を示している
。

ＴＦＴ１７０７は半導体層１８０２、ソース又はドレイン領域１７０８、１７０９、ソ
ース又はドレイン電極１７１０、１７１１及びゲート電極１７１２からなり、ゲート電極
１７１２が紙面裏側へ伸びコンタクトホール１７１４を介して配線１７１３によりフォト
ダイオード１７０３の第１の電極１７１５と接続されている。そしてフォトダイオード１
７０３の第１の電極１７１５に接するようにＰチャネル型半導体層１８０６が形成され、
その上に光電変換層１８０７、Ｎチャネル型半導体層１８０８が積層され、さらにＮチャ
ネル型半導体層１８０８上にフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９が形成され
ている。そしてフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９上には第３の層間絶縁膜
１８１０、接続電極端子１７０４が形成されている。接続電極端子１７０４はコンタクト
ホール（ここでは図示しない）を介してフォトダイオード１７０３の第２の電極１８０９
と接続されている。

なお、本発明は実施例６で示した光センサー装置の構成に限定しているのではない。例
えば増幅回路１７０２としてオペアンプの代わりにカレントミラー回路を備えた構成でも
良い。また、光センサー素子も上記の構成に限られずポリシリコンフォトダイオードでも
良く、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図２４（Ａ）に本発明の第７の実施例を示す。本実施例は実施形態５を具体化したもの
である。本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２４０１、フォトダイオード２４０２
をセンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路
２４０１のＴＦＴのソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接
続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２４０４に接続されている。増幅回
路２４０１のＸ側ＴＦＴドレイン領域はフォトダイオード２４０２の第１の電極と接続、
第２の電極は出力端子２４０４と接続されている。

フォトダイオード２４０２に光が入力されると、フォトダイオード２４０２の第２の電
極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２４０１のＸ側ＴＦＴに
電流Ｉが流れ、その電流Ｉを流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴ
のゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが
流れる。この結果、フォトダイオード２４０２に光電流Ｉが流れると出力端子２４０４に
（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。

本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよ
い。また、図２４（Ａ）に示した回路は並列接続数をＮ倍にして増幅を行ったが、図２４
（Ｂ）に示すように”チャネル幅Ｗ／ゲート長Ｌ”をＮ倍してもよい。また、フォトダイ
オードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図２５に本発明の第８の実施例を示す。本実施例は実施形態６を具体化したものである
。
本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２５０１、フォトダイオード２５０２をセンサ
ー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２５０１
内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配置されソース領域とドレイン領域が接続され、
そのゲートは共通接続され、マルチゲート構造となっている。そして、低電圧側の段のソ
ース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側Ｔ
ＦＴの高電圧側段のドレイン領域は出力端子２５０４に接続されている。増幅回路２５０
１のＸ側ＴＦＴの高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２５０２の第１の電極と
接続、第２の電極は出力端子２５０４と接続されている。

フォトダイオード２５０２に光が入力されると、フォトダイオード２５０２の第２の電
極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２５０１のＸ側ＴＦＴに
電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴ
のゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが
流れる。この結果、フォトダイオード２５０２に光電流Ｉが流れると出力端子２５０４に
（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。

本実施例では、Ｎチャネル型ＴＦＴに関して説明をしたが、Ｐチャネル型ＴＦＴでもよ
い。また、フォトダイオードに限らず他の光センサー素子でもよい。

図２６に本発明の第９の実施例を示す。本実施例は実施形態７を具体化したものである
。
本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２６０１、フォトダイオード２６０２をセン
サー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２６０
１内のＴＦＴはＸ側、Ｙ側両側とも直列に配置されソース領域とドレイン領域が接続され
、そして、低電圧側の段のソース領域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の
並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレイン領域は出力端子２６０４に接続され、高電圧
側段のドレイン領域は出力端子２６０４に接続されている。増幅回路２６０１のＸ側ＴＦ
Ｔの高電圧側段のドレイン領域はフォトダイオード２６０２の第１の電極と接続、第２の
電極は出力端子２６０４と接続されている。

フォトダイオード２６０２に光が入力されると、フォトダイオード２６０２の第２の電
極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２６０１のＸ側ＴＦＴに
電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴ
のゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが
流れる。この結果、フォトダイオード２６０２に光電流Ｉが流れると出力端子２６０４に
（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。

図２７に本発明の第１０の実施例を示す。本実施例は実施形態８を具体化したものであ
る。本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２７０１、フォトダイオード２７０２をセ
ンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２７
０１内のＴＦＴはウィルソン型カレントミラー回路接続で、低電圧側の段のソース領域は
外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴのドレ
イン領域は出力端子２７０４に接続されている。増幅回路２７０１のＸ側ＴＦＴドレイン
領域はフォトダイオード２７０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２７０４と
接続されている。

フォトダイオード２７０２に光が入力されると、フォトダイオード２７０２の第２の電
極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２７０１のＸ側ＴＦＴに
電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴ
のゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが
流れる。この結果、フォトダイオード２７０２に光電流Ｉが流れると出力端子２７０４に
（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。

図２８に本発明の第１１の実施例を示す。本実施例は実施形態９を具体化したものであ
る。本実施例は、ＴＦＴで構成された増幅回路２８０１、フォトダイオード２８０２をセ
ンサー基板上に一体形成している。以下その動作について説明をおこなう。増幅回路２８
０１内のＴＦＴは改良ウィルソン型カレントミラー回路接続で、低電圧側の段のソース領
域は外部電源ＧＮＤに接続され、Ｙ側ＴＦＴはＮ列の並列接続を持ち、上記Ｙ側ＴＦＴの
ドレイン領域は出力端子２８０４に接続されている。増幅回路２８０１のＸ側ＴＦＴドレ
イン領域はフォトダイオード２８０２の第１の電極と接続、第２の電極は出力端子２８０
４と接続されている。

フォトダイオード２８０２に光が入力されると、フォトダイオード２８０２の第２の電
極から第１の電極に光電流Ｉが流れる。これによって、増幅回路２８０１のＸ側ＴＦＴに
電流Ｉが流れ、その電流を流すのに必要な電圧がゲートに発生する。
Ｙ側ＴＦＴのゲート長Ｌ、チャネル幅ＷはＸ側ＴＦＴと等しいため、また、Ｘ側ＴＦＴ
のゲートにＹ側ＴＦＴの各ゲートは接続されているため、Ｙ側ＴＦＴの各列には電流Ｉが
流れる。この結果、フォトダイオード２８０２に光電流Ｉが流れると出力端子２８０４に
（１＋Ｎ）*Ｉの電流が流れる。

絶縁基板上にフォトダイオードなどの光センサー素子と、ＴＦＴを一体形成する方法に
ついては、公知の方法を使用することが可能である。具体的には特開平１１−１２５８４
１、特開２００２−３０５２９６、３０５２９７などにおいて記載されている方法を用い
ればよい。

以上のようにして構成される本発明の光センサー装置は各種電子機器の表示部の輝度調
整として用いることができる。以下に、本発明の光センサー装置を組み込んだ電子機器に
ついて説明する。

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプ
レイ（ゴーグル型ディスプレイ）、ゲーム機、カーナビゲーション、パーソナルコンピュ
ータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）、テレビなど
が挙げられる。

図１６はパーソナルコンピューターであり、本体３２０１、筐体３２０２、表示部３２
０３、キーボード３２０４、外部接続ポート３２０５、ポインティングマウス３２０６、
光センサー部３２０７等を含む。もちろん光センサーは図の位置に設けなくても良く、例
えば表示部３２０３が両面発光装置からなり、図の裏面側にも表示が出来る構成ならば、
裏面にも光センサー部を設けると良い。

特にパーソナルコンピューターは近年急速に普及し、用途や使用される場所が様々であ
ることから、使用される場所により外部の明るさが変わり、パーソナルコンピューターの
表示に必要とする輝度は異なる。また、持ち歩いて使用する場合にはパーソナルコンピュ
ーターはバッテリーの電源に頼ることが多く、長時間の使用を可能とするため消費電力を
抑えることは課題の一つである。そこで、本発明の光センサー装置を光センサー部３２０
７に用いることで、外部の明るさを検出し、外部の明るさに応じた輝度で、表示部３２０
３を表示することによって、消費電力の少ないパーソナルコンピューターを構成すること
ができる。さらに表示装置にＥＬ発光素子を用いている場合には本発明により消費電力を
抑えることで、発光素子の経時的な劣化を抑制することが出来る。

図１５は携帯電話であり、筐体１５０１、１５０２、表示部１５０３、音声入力部１５
１０、アンテナ１５０７、操作キー１５０５、１５０９、スピーカー１５０６、ヒンジ１
５０８、バッテリー１５１１、光センサー部１５０４などによって構成されている。もち
ろん光センサーは図の位置に設けなくても良く、例えば表示部１５０３が両面発光装置か
らなり、図の裏面側にも表示が出来る構成ならば、裏面にも光センサー部を設けると良い
。

パーソナルコンピューターと同様に近年携帯電話も急速に普及しており、様々な機能を
備えた携帯電話が開発されている。その機能はゲーム、カメラ、インターネットなどであ
り、これらの機能は表示装置を用いて使用されることが多く、様々な場所で使用される。
そのため使用される場所により外部の明るさは変わり、携帯電話の表示に必要とする輝度
は異なる。また、携帯電話は、バッテリーの電源に頼ることが多く、長時間の使用を可能
とするため、消費電力を抑えることは課題の一つである。そこで、本発明の光センサー装
置を光センサー部１５０４に用いることで、外部の明るさを検出し、外部の明るさに応じ
た輝度で、表示部１５０３または操作キー１５０５、１５０９を表示することによって、
消費電力の少ない携帯電話を構成することができる。さらに表示装置にＥＬ発光素子を用
いている場合には本発明により消費電力を抑えることで、発光素子の経時的な劣化を抑制
することが出来る。

本実施例の電子機器は実施形態１〜９、実施例１〜１３のどのような組み合わせからな
る構成を用いても実現することができる。

本発明の適用範囲は極めて広く、上記のパーソナルコンピューター、携帯電話に限定さ
れず、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

Claims

光センサー素子と、増幅回路と、第１のレベルシフト回路と第２のレベルシフト回路と、帰還抵抗と、を有する光センサー装置において、
前記光センサー素子と、前記増幅回路と、前記第１のレベルシフト回路と、前記第２のレベルシフト回路とは、基板上に一体形成されており、
前記基板上に第１乃至第４の接続電極端子が設けられており、
前記光センサー素子の第１の電極は、前記第１の接続電極端子を介して第１の電源と電気的に接続されており、
前記第１のレベルシフト回路の入力は、前記第１の電源と電気的に接続されており、
前記第１のレベルシフト回路の出力は、前記増幅回路の非反転入力端子と電気的に接続されており、
前記第２のレベルシフト回路の入力は、前記光センサー素子の第２の電極と電気的に接続されており、
前記第２のレベルシフト回路の入力は、前記第２の接続電極端子を介して前記帰還抵抗の第１の端子と電気的に接続され、
前記第２のレベルシフト回路の出力は、前記増幅回路の反転入力端子と電気的に接続されており、
前記増幅回路の出力は、前記第３の接続電極端子を介して前記帰還抵抗の第２の端子と電気的に接続されており、
前記増幅回路は、前記第１の接続電極端子を介して前記第１の電源と電気的に接続されており、
前記増幅回路は、前記第４の接続電極端子を介して第２の電源と電気的に接続されており、
前記第１乃至前記第４の接続電極端子の各々は、前記基板の四隅に配置されていることを特徴とする光センサー装置。
光センサー素子と、増幅回路と、第１のレベルシフト回路と、第２のレベルシフト回路と、ＩＶ変換抵抗と、を有する光センサー装置において、
前記光センサー素子と、前記増幅回路と、前記第１のレベルシフト回路と、前記第２のレベルシフト回路とは、基板上に一体形成されており、
前記基板上に第１乃至第４の接続電極端子が設けられており、
前記光センサー素子の第１の電極は、前記第１の接続電極端子を介して第１の電源と電気的に接続されており、
前記第１のレベルシフト回路の入力は、前記第２の接続電極端子を介して前記ＩＶ変換抵抗の第１の端子と電気的に接続されており、
前記第１のレベルシフト回路の入力は、前記光センサー素子の第２の電極と電気的に接続されており、
前記第１のレベルシフト回路の出力は、前記増幅回路の非反転入力端子と電気的に接続されており、
前記第２のレベルシフト回路の入力は、前記第３の接続電極端子と電気的に接続されており、
前記第２のレベルシフト回路の出力は、前記増幅回路の反転入力端子と電気的に接続されており、
前記ＩＶ変換抵抗の第２の端子は、第２の電源と電気的に接続されており、
前記増幅回路の出力は、前記第３の接続電極端子と電気的に接続されており、
前記増幅回路は、前記第１の接続電極端子を介して前記第１の電源と電気的に接続されており、
前記増幅回路は、前記第４の接続電極端子を介して第３の電源と電気的に接続されており、
前記第１乃至前記第４の接続電極端子の各々は、前記基板の四隅に配置されていることを特徴とする光センサー装置。
請求項１又は２において、
前記増幅回路は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタで構成されたカレントミラー回路であり、
前記第１のトランジスタのチャネル幅をＷ、ゲート長をＬとする場合、前記第２のトランジスタのチャネル幅をゲート長で割った値は、Ｗ／ＬのＮ倍（Ｎは自然数）を満たすことを特徴とする光センサー装置。