JPS63137319A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアモルファス半導体層の光起電力効果を利用し
た位置検出装置に関する。

（発明の背景） 現在、アモルファス半導体が有する優れた物性的、工業
的特徴を生かし、これらを光センサーに応用することが
活発に行われている。

アモルファス半導体の光起電力効果を利用する光センサ
ーにはフォトダイオードやカラーセンサー等があり、光
導電効果を利用する光センサーにはフォトコンセル、−
次元光センサ−アレイや感光体ドラム等がある。

このうち光起電力効果を利用したフォトダイオードは、
第４図に示すように、ガラス基板９１上に透明導電膜９
２、Ｐ−１−Ｎ接合したアモルファス半導体層９３、裏
面電極９４が順次被着形成されている。

そして、今、アモルファス半導体層９３の禁制帯幅ε９
よりも大きなエネルギーをもつ光がガラス基板９１側よ
り入射されると、価電子帯の電子が伝導帯に上げられ、
Ｐ−Ｉ　、Ｉ−Ｎの接合部の電界によって電子はｎ層へ
、正札はＰ層へ運ばれる。

この場合、透明導電膜９２と裏面電極９４が開放状態で
あれば、フェルミ準位の差により開放電圧Ｖ　ＯＣ世得
ることができる。

また透明導電膜９２と裏面電極９４とが短絡状態であれ
ばフェルミ準位は一致し短絡電流Ｉ　３Ｃが両電極９２
．９４間に流れる。

この短絡電流は入射光量と受光面積とに比例する。そこ
でＰ−１−Ｎ接合したフォトダイオードはその両電極９
２．９４に小さい負荷抵抗を接続して、そこに流れる短
絡電流ｒｓｅを測定する。

従来の光起電力効果を利用した光センサーは光の強度や
特定の波長光の光強度を検出するものであり、アモルフ
ァス半導体層９３上の任意の点に光照射された位置を検
出する光センサーが達成されるに至らなかった。

（本発明の目的） 本発明は上述の背景に鑑み案出されたものであり、その
目的はアモルファス半導体層上の任意点に照射された光
の位置を容易に検出できる位置検出装置を提供すること
にある。

また、本発明の別の目的は、光照射の位置検出を感度よ
く行うとともに、シート抵抗の制御が容易な導電層を有
する位置検出装置を提供することにある。

（目的を達成するための具体的な手段）本発明が上述の
目的を達成するために行った具体的な手段は光照射によ
り電力を発生するＰ−１−Ｎ接合したアモルファス半導
体層と、該アモルファス半導体層の光入射側の一面に被
着した透明導電膜からなる第１の導電層と、該アモルフ
ァス半導体層の他面に被着したシート抵抗が５０〜２０
０Ω／□のクロム、ニッケル、チタン或いはその合金か
らなる第２の導電層と、第１の導電層に流れる電流を特
定方向（Ｘ方向）に分離して導出するために該導電層の
両端部に夫々設けられた第１及び第２の出力端子と、第
２の導電層に流れる電流を前記特定方向と直交する方向
（Ｙ方向）に分離して導出するために該導電層の両端部
に設けられた第３及び第４の出力端子とから構成される
とともに、前記アモルファス半導体層の任意点に照射さ
れる光によって、第１の導電層の第１及び第２の出力端
子に導出される各電流値から前記任意点のＸ座標を求め
、第２の導電層の第３及び第４の出力端子に導出される
各電流値から前記任意点のＹ座標を求め、前記２座標の
交点から前記任意点を検出する位置検出装置である。

（実施例） 以下、本発明の位置検出装置を図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明の位置検出装置の基本構造及び動作を説
明する概略図である。

本発明の位置検出装置はＰ層−Ｎ接合したアモルファス
半導体層３と、該アモルファス半導体層３の両面を挟持
する第１の導電Ｎ２、第２の導電層４と、第１の導電層
２に流れる電流（実線矢印）を特定方向（Ｘ方向）に分
離して導出するために該第１の導電層の端部に設けた第
１及び第２の出力端子２１．２２と、第２の導電層４に
流れる電流（破線矢印）を前記特定方向と直交する方向
（Ｙ方向）に分離して導出するために該第２の導電Ｎ４
の端部に設けた第３及び第４の出力端子４１．４２とか
ら構成されている。

今、ライトペンなどの光照射入力手段５によりアモルフ
ァス半導体層３の任意点に光照射されると、アモルファ
ス半導体層３の１層３ｉで正孔及び間に短絡電流が流れ
る。

この時、第１の導電Ｎ２に流れる電流はその導電Ｎ２の
両端部に設けた第１及び第２の出力端子２１．２２から
導出される。第１及び第２の出力端子２１．２２から導
出される電流値１ｘ、、ｌｘ、は光照射が行われた点０
から両出力端子２１．２２までの抵抗の比によって決定
される。即ち、第１の導電層２のシート抵抗が均一であ
れば、電流検出手段７１．７２で検出される第１の出力
端子２１の電流値ｌｘ、及び第２の出力端子２２の電流
値１ｘｚを比較すれば光照射された点０のＸ方向の座標
が求まる。

計算の一例を示す。

Ｉｘ、、Ｉｘ、の比を求め、これを位置信号Ｐ、とすれ
ば、 Ｉｘｚ　　　　ｘｌ　　　　ｘｌ （ただしＬ＝　ＸＩ＋Ｘ２　：　Ｌは位置検出装置の大
きさにより決定される。） となり、光照射点Ｏから第１の出力端子２１までの距離
Ｘ、が求まる。

また、別の計算例を示す。

ｌｘ、とＩＸ２の差及び和をとり、この比を位置信号Ｐ
２とすれば （ただしＬ＝　ＸＩ　＋　ｘｔ） が得られ、光照射点Ｏから第１の出力端子２１までの距
離Ｘ、が求まる。

同様に電流検出手段７３．７４で検出される第２の導電
Ｉ￥！Ｉ４の第３の出力端子４１の電流値ｔｙ１と、第
４の出力端子４２の電流値■ｙｚとの比をとることによ
り、光照射された点０のＹ方向の座標が求まる。

即ち、前記２座標より、光照射された点Ｏを検出できる
。

次に第２図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）を用いて本発明
の位置検出装置の構造を説明する。

位置検出装置は、透光性基板１と、該透光性基板１上に
被着形成した第１の導電層２と、第１の導電層２の所定
位置に被着形成したＰ−Ｉ−Ｎ接合したアモルファス半
導体層３と、該アモルファス半導体層３の所定位置に被
着形成した第２の導電層４と、該第２の導電層４上に被
着形成した裏面保護Ｎ６とから構成されている。尚、第
１及び第２の出力端子２１．２２は、第１の導電層２の
両端部から延出した出力端子パン！″（以下単にパッド
と記す、　）２３．２４上に被着形成されている。第３
及び第４の出力端子４１．４２は第１の導電層２を被着
形成する際に第１の導電層２と独立して形成されたバン
ド２５．２６部分にまで延出した第２の導電層４上に被
着形成されている。

透光性基板１はガラス、耐熱性樹脂等で形成され、その
形状は矩形状を成している。

第１の導電層２は金属酸化物、例えば酸化錫、酸化イン
ジウム又はその合金等で形成され、位置検出エリアＥに
相当する部分及び第１乃至第４の出力端子２１，２２．
４１．４２が形成されるパッド２３．２４゜２５．２６
として被着形成されている。第１及び第２の出力端子２
１．２２が形成されるパッド２３．２４は位置検出エリ
アＥ部分の第１の導電Ｎ２に延出され、他のパッド２５
．２６はレーザー照射、エツチング、マスク操作により
形成された第１及び第２の分離溝８１．８２を介して独
立して形成されている。第１の導電層２は所定シート抵
抗、例えば５０〜２００Ω／□となるように、その材料
、酸素の含有量及び膜厚が設定される。

アモルファス半導体層３は少なくとも第１の導電層２か
ら延出したバンド２３．２４を露出するよう層３ｉｓＮ
層３ｎが重畳したＰ−１−Ｎ接合が施されており、シリ
コンを主成分とし２層３ｐにはドープ剤としてボロン等
が、Ｎ層３ｎにはドープ剤としてリン等が混入されてい
る。また特にＰ　層３ｐにアモルファスシリコンカーバ
イドを用いて２層３ｐ中での光吸収を小さくし、短絡電
流を大幅に増加させ光照射による感度を向上させてもよ
い。さらに、入射される光の波長が特定されていれば、
該波長に応じた感度分布にするためにシリコン中にゲル
マニウム、炭素、窒素、錫等を所定量混入してもよい。

アモルファス半導体Ｎ３はグロー放電分解法、熱ＣＶＤ
法、スパッタ、リング法、光ＣＶＤ法等により形成され
、Ｐｉ！ｆ３ｐの膜厚は５０〜３００人、１層３１の膜
厚は５０００〜１５０００　人、Ｎ層３ｎの膜厚は３０
０〜７００人である。

第２の導電Ｎ４はニッケル、クロム、チタン或いはその
合金によって形成され、位置検出エリア已に相当する部
分及びそのエリアＥから第３及び第４の出力端子４１．
４２が形成されるパッド２５．２６部分にまで延出する
延出部４３．４４が形成されている。

第１乃至第４の出力端子２１，２２．４１．４２は夫々
パッド２３，２４．２５．２６上に位置されている。第
１及び第２の出力端子２１．２２は第１の導電層２から
延出したパッド２３．２４上に形成され、第１の導電層
２に流れる電流をＸ方向に分離して導出するものである
。第３及び第４の出力端子４１．４２はパッド２５．２
６上に延出した第２導電Ｎ４の延出部４３．４４上に形
成され、第２の導電層４に流れる電流をＸ方向に分離し
て導出するものである。ここで、該出力端子２１．２２
．４１．４２はその抵抗により導出する電流値が低下し
ないようにアルミニウム、ニッケル、チタン、クロム等
の金属材料を５０００Å以上の膜厚に設定することが望
ましい。

裏面保：１　層６　ハ前記出力端子２１，２２．４１．
４２を露出して、少なくとも位置検出エリアＥの第２導
電層４上に被着形成されている。裏面保護層６は裏面方
向からの衝撃、湿気等から前記構造体を保護すると同時
に裏面側からの光を完全に遮断するために設けられてい
る。例えば裏面側に金属から成る第２の導電層を形成し
ても、その膜が２０００人程度以下であれば光の入射は
可能であり、アモルファス半導体［３に、位置検出に誤
差を与える電力が発生してしまうのである。

裏面保護層６はエポキシ樹脂等の絶縁樹脂に所定の顔料
を添加して被着形成されている。

尚、７は出力端子２１，２２，４１．４２上に形成した
半８８層である。半田Ｎ７は、出力端子２１．２２．４
１．４２から導出されるリード線（図示せず）が一箇所
で半田接合されるため、出力端子２１，２２，４１．４
２の長さによる抵抗をなくし、半田接合を容易にするた
め半田浴中に浸漬することによって形成され、その厚み
は０．５ｍｍ以上である。

以上のような構成をした位置検出装置にライトベン等の
光照射入力手段５を用いて、光照射を行うと、第１乃至
第４の出力端子２１，２２，４１．４２に電流が流れ、
それぞれの電流値Ｉｘ、、Ｉｘ、及びＩｙ、、Ｉｙｚの
比から光照射点０が検出される。

ばＩｘ、、Ｉｘ、の和が０．０７ｍＡ以上の出力が必要
である。

即ち、光強度に対する出力電流値（以下光感度電流値と
記す）が０．０７Ａ／Ｗ以上である。

本発明は、上述したように第２の導電１ｉ４をニッケル
、クロム、チタンヌ１２その合金で形成することが極め
て重要である。

第２の導電層４はアモルファス半導体層３上に形成され
るため、アモルファス半導体層３と良好なオーミックコ
ンタクトが達成でき、アモルファス半導体層３内に拡散
されたり、Ｐ−１−Ｎ　ｓ−合をみだしたりすることが
ないことが要求される。

さらに第２の導電層４のシート抵抗値の制御が行い易い
ことが要求される。これは該シート抵抗値が位置検出の
精度を大きく左右するためである。

位置検出の分解能は ここでＬは位置検出エリアの一方向の長さｋはボルツマ
ン定数 Ｔは絶対温度 Ｂは系の常域幅 Ｒは第２の導電層の抵抗値 ■は入射光の強度 Ｓは入射波長における感度 である。

上述の式より、第２の導電層４のシート抵抗値Ｒが小さ
すぎると分解能ΔＬが低下し、精度のよい検出が不可能
となる。即ち、第２の導電Ｎ４の出力端子４１．４２か
ら導出される電流値■ｙ＋　とＩｙｚ　　　　　−との
差が小さくなり、誤差が生じる。

また、第２の導電層４のシード抵抗値Ｒが大きすぎると
、入射波長における感度Ｓが低下する。

即ち、光感度電流値が低下する。このために第２の導電
層４の抵抗値を５０〜２００Ω／□に設定すれば惨饗分
解能が高く、かつ良好な光感度電流値が得られる。

第２の導電層４に上述の金属を用いるとアモルファス半
導体層３と良好な接合ができ、シート抵抗値を５０〜２
００Ω／□に設定しやすい。

第２図（ｄ）は各金属におけるｉ厚とシート抵抗値の関
係を示す。

所定シート抵抗値である５０〜２００Ω／□を得るには
、ニッケルでは２００〜３００人の膜厚、チタンでは４
００〜１２００人の膜厚、クロムでは２０００〜４００
０にの膜厚、　ニッケルークロムでは５００〜１５００
４人の膜厚が必要となる。この金属を抵抗加熱法やスパ
ッタリング法で形成する際、膜厚の許容範囲が広いため
、シート抵抗値の制御が極めて容易となる。

さらに、上記金属を第２の導電層４に使用することによ
り、透明な金属酸化物を使用した場合よりも、光感度電
流値が約４５χも向上する。これは、第２の導電層４が
一種の反射部材の役割を果たし、アモルファス半導体層
３を通過してきた光が第２の導電層４の表面で反射し、
再度アモルファス半導体層３に入射されることによる。

第３図は本発明の位置検出装置をコンピュータの入力タ
ブレットとして使用した状態の外観図である。

図において１０は本発明の位置検出装置を組み込んだ入
力タブレフトであり、５は光照射入力手段であり、１１
はコンピュータ本体であり、１２はコンピュータの出力
表示装置である。

入力タブレット１０の位置検出エリアＥは出力表示装置
１２のディスプレイの画面りに対応させれば図案等のグ
ラフィック入力が極めて容易となる。

例えば、画面りのＸ方向の画素が６４０画素、ｙ方向の
画素が４００画素であれば、位置検出装置でＸ軸方向に
分離して検出された電流値■Ｘ＋＋Ｉｘ２の比較値を６
４０分するように量子化すればよい。またｙ軸方向に関
しても同様である。

このようにして光照射入力手段５で位置検出エリアＥ上
をなぞるようにして光照射を行うだけでコンピュータに
所定情報が入力される。

（発明の効果） 以上、上述したように本発明はアモルファス半導体層の
任意点Ｏに照射された光によって出力される複数の電流
値の比較から前記任意点０を精度よく検出できる位置検
出装置である。

また、第２の導電層にチタン、ニッケル、クロム或いは
その合金を用いたために、任意点０を精度よく検出でき
るシート抵抗値に設定するための許容膜厚範囲が広くな
り、シート抵抗値の設定が極めて容易となる。

さらに照射された光がアモルファス半導体層を通過し、
第２の導電層の界面で反射するため、第１及び第２の導
電層の出力端子から出力される光感度電流値が極めて向
上する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の位置検出装置の基本構造及び動作を説
明するための概念図であり、第２図（ａ）は本発明の位
置検出装置の平面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ
−Ａ’線断面図であり、第２図（ｃ）は第２図（ａ）の
Ｂ−８’線断面図であり、第２図（ｄ）は第２の導電層
の金属における膜厚とシート抵抗値の関係を示す特性図
である。 第３図は本発明の位置検出装置をコンピュータの入力タ
ブレットとして使用した状態の外観図である。 第４図は従来の光起電力効果の光センサーであるフォト
ダイオードの断面図である。 １　・・・透光性基板 ２　・・・第１の導電層 ３　・・・アモルファス半導体層 ４　・・・第２の導電層 ６　・・・裏面保護層 ２１・・・第１の出力端子 ２２・・・第２の出力端子 ４１・・・第３の出力端子 ４２・・・第４の出力端子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光照射により電力を発生するＰ−Ｉ−Ｎ接合したアモル
   ファス半導体層と、 該アモルファス半導体層の光入射側の一面に被着した透
   明導電膜からなる第１の導電層と、該アモルファス半導
   体層の他面に被着したシート抵抗が５０〜２００Ω／□
   のクロム、ニッケル、チタン或いはその合金からなる第
   ２の導電層と、第１の導電層に流れる電流を特定方向（
   Ｘ方向）に分離して導出するために該導電層の両端部に
   夫々設けられた第１及び第２の出力端子と、 第２の導電層に流れる電流を前記特定方向と直交する方
   向（Ｙ方向）に分離して導出するために該導電層の両端
   部に設けられた第３及び第４の出力端子とから構成され
   るとともに、 前記アモルファス半導体層の任意点に照射される光によ
   って、第１の導電層の第１及び第２の出力端子に導出さ
   れる各電流値から前記任意点のＸ座標を求め、第２の導
   電層の第３及び第４の出力端子に導出される各電流値か
   ら前記任意点のＹ座標を求め、前記２座標の交点から前
   記任意点を検出する位置検出装置。