JPS63164280A - 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、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、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上に透明扉電膜９２、
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εｇ
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、価電子帯の電子が導１帯に上げられ、
Ｐ−１，１−Ｎの接合部の電界によって電子はｎ層へ、
正孔は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。

Ｃを得ることができる。

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１ｓｃが両電極９
２．９４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−Ｔ−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Ｉｓｃ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Ｎ９３上の任意の点に光照射Ａ位置を検出
ｔ、４光ヤ７ヶーカ、達成あゎるに至らなかった。

〔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、位置検出を感度良く行うとと
もに生産性に富んだ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−ト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両面に被着した第１
及び第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、該第１乃至第４
の出力端子上に形成された半田層と、該半田層部分を除
いて、第２の導電層上に設けられた裏面保護層とから構
成されるとともに、該アモルファス半導体層の任意点に
照射出力端子に導出される各電流値から該任意点の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該任意点のＹ座標を求め、前記２
座標の交点から光照射の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−１−Ｎ接合したアモルファ
ス半導体Ｆ３３と、該アモルファス半導体Ｎ３の両面を
挟持する第１の導電層２、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Ｎ
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
電層４の端部に設けた第３及び第４の出力端子４１．４
２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３１３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３１で正孔及び電子が発生する。

そして正孔は２層３Ｐに、電子は１層３ｎに夫々運ばれ
、第２の導電層４、第１の導１１層２間に短絡電流が流
れる。

この時、第１の導電層２に流れる電流は、その導電層２
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ＩＸ＋＋ＩＸ２は光照射が行われた点
Ｏ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１ｘｔ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＋＋ＩＸ１の比を求め、これを位置信号Ｐ１とすれ
（ただしＬ＝ｘｔ＋ｘｚ：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０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Ｉｘｚ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＝Ｘ１＋Ｘｚ） が得られ、光照射点０から第１の出力端子２１までの距
離×、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
層４の第３の出力端子４１の電流値１ｙＩ　と、第４の
出力端子４２の電流値ＩＶｔとの比をとることにより、
光照射さた点Ｏ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−Ｔ−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層６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ッド（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Ｎ２と独立して形成さたパッ
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ｌ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１９
７６部分の第１の導電層２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？４８１．８２を介して
独立して形成されている。第１の導電Ｗｉ２は所定シー
ト抵抗、例えば５０〜２００Ω／口となる様に、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Ｗｉ２
から延出したパッド２３．２４を露出する様に、第１の
導電層２上に被着形成される。アモルファス半導体層３
は光が入射する側から１層３Ｐ、　Ｉ　Ｎ３ｉ、Ｎ）ｔ
１３ｎが重量したＰ−１−Ｎ接合が施されており、シリ
コンを主成分とし、１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
モルファス半導体層３はグロー放電分解法、熱ＣＶＤ法
、スパッタリング法、光ＣＶＤ法等より形成され、２層
３ｐの１模厚は５０〜３００　人、１層３１の膜厚は５
０００〜１５０００　人、ＮＮ５ｎの膜厚は３００〜７
００　人である。　　゛第２の導電層４は金属又は金属
酸化物等で形成され、位置検出エリアＥ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４１．４
２が形成されるバンド２５．２６部分にまで延出する延
出部分４３．４４が形成されている。

上記金属又は金属酸化物はアモルファス半導体層３、特
に接合するＮｉ３ｎとオーミックコンタクトが可能であ
ること、シート抵抗値が均一でその値が５０〜２００Ω
／口の範囲で制御が容易であることが要求される。これ
を満足するために、クロム、ニッケル、チタン又はその
合金や酸化錫、酸化インジウム又はその合金、例えば酸
化インジウム・錫などが用いられ、そのシート抵抗値が
５０〜２００Ω／口となるように、所定厚さ２００〜４
０００人に設定される。

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２Ｑ、２
６上に延出した第２導電層４の延出部４３．４４上に形
成され、第２の導電Ｎ４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。

裏面保護層６は前記出力端子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４を形成しても
、その膜厚が１００００人程度であれば、光の透過は可
能であり、アモルファス半導体層３の裏面側からも光入
射が行われ、若干の電力を発生してしまうのである。こ
のため裏面保護層６はエポキシ樹脂等の絶縁樹脂に所定
顔料を添加して被着形成されている。

半田層７は前記第１乃至第４の出力端子２１，２２．。

４１．４２上に形成されている。該半田層７は出力端子
２１，２２．４１．４２に接続されるリード線（図示せ
ず）が、出力端子２１．２２，４１．４２の任意の１点
で半田接合される際、帯状の出力端子２１．２２．４１
．４２の長さに起因する電気抵抗値を極小化するととも
に、リード線との接合を強固かつ容易に行わせる下坩層
としての役割を果たす。

具体的には、半田Ｎ７は該出力端子２１．２２，４１．
４２の長さに渡り、形成されなければならないために、
半田浴の液中に、出力端子２１．２２．４１．４２部分
を浸漬させて形成される。その厚みは０．５ｎ＋−以上
である。ここで、半田層７の形成時、半田浴の熱（一般
に１７０℃以上）により、出力端子２１．２２．４１．
４２又はその下に位置する第２の導電１！４の延出部４
３，４４　、アモルファス半導体３、パッド２３．２４
゜２５．２６などが剥離することが懸念される。これを
未然に防止するために、第２図（ｄ）　（ｅ）の出力端
子部分の拡大図のように、裏面保護層６を出力端子２１
の周縁部の一部又は全周に被覆すればよい。これにより
剥離が発生し易い出力端子２１の隅部を強固に接合させ
ることができる。また、裏面保護層６は半田の付着が不
可能であるため、出力端子２１の露出部以外に半田が付
着されることがない。

以上の様な構成をした位置検出装置にライトペン等の光
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
ぞれ電流値ＩＸ＋　＋　ｔｘ、及び’！＋＋Ｉｙｇの比
較から光照射点０が検出される。例えば光照射人力手段
５から１ｎ＋−の光で照射を行うと、第１及び第２の出
力端子２１．２２から４出される電流値１ｘ、、Ｉｘよ
の和が０．１ｍＡの光感度電流が得られる。

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
力タブレットであり、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ｌＯの位置検出エリアＥは出力表示袋２
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、Ｘ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Ｉｘ＋＋ＩＸｚの比較値を６４
０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ｔｔａ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Ｏを精度よく検出できる位置検
出装置である。

また、出力端子上に、その端子長さに渡り、電気抵抗を
極小化する半田層を設けたため、光怒度電流を損失なく
恵出することができる。

さらに、前記出力端子の一部又は全周囲を裏面保護層を
被覆し、半田浴中に該端子を浸漬しても、剥離すること
が全くないため、極めて生産性に富んだ位置検出装置と
なる。

【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
明するための概略範であり、第２図（ａ）は本発明の位
置検出装置の平面図であり、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−Ｂ’線断面図である。 第２図（ｄ）は第２図（ａ）に示す位置検出装置の部分
背面図であり、第２図（ｅ）は本発明の位置検出装置の
他の実施例の部分背面図である。 第３図は本発明の位置検出装置をコンピューターの入カ
タプレソ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 ７・・・半田層

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両面に被着した第１及び第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、 該第１乃至第４の出力端子上に形成された半田層と、 該半田層部分を除いて、前記第２の導電層上に設けられ
   た裏面保護層とから構成される位置検出装置。