JPH0262922A

JPH0262922A - 光センサー

Info

Publication number: JPH0262922A
Application number: JP63215883A
Authority: JP
Inventors: Noritoshi Yamaguchi; 文紀山口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1988-08-30
Publication date: 1990-03-02

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】〔産業の利用分野〕本発明は、異なる色のカラーフィルターを有する光セン
サーに関するものである。

〔発明の背景〕

本発明者は、先に透明導電膜を被着した透明基板上に、
Ｐ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層及び金属電極から成
る積層体を複数個形成して構成された光センサーを提案
した（特願昭６２−３３１６２０号）。第５図（ａ）、
（ｂ）はその光センサーの構造を示す断面図及び平面図
である。

透明基板５１はガラス、透光性セラミックなどから成り
、該透明基板５１の一主面には透明導電膜５２が被着さ
れている。

透明導電膜５２は酸化錫、酸化インジウム、酸化インジ
ウム・錫などの金属酸化物膜で形成され、透明基板５１
の一主面の少な（とも積層体ｘ、　　ｙに共通の膜とな
るように形成されている。

非晶質半導体層５３は、少なくとも金属電極５４ｘ、５
４ｙが形成される積層体Ｘ＋７部分には、Ｐ−Ｉ−Ｎ接
合が形成されている。

金属電極５４ｘ、５４ｙは、非晶質半導体層５３上に矩
形形状で所定間隔を置いて形成されている。そして、金
属電極５４ｘ、５４ｙ間に外部回路（図示せず）から一
定のバイアス電圧を印加される。

上述の構成の光センサーは、Ｐ−１−Ｎ接合された積層
体ｘ、　　ｙであるダイオードが抱き合わされた構造に
なっている。

今、積層体Ｘの金属電極５４ｘに＋、積層体ｙの金属電
極５４ｙに−でバイアス電圧をかけておくと、積層体Ｘ
側には逆バイアス、積層体ｙ側には順バイアスがかかる
ことになる。

バイアス印加による電流は、積層体Ｘの金属電極５４ｘ
−非晶質半導体層の８層５３Ｎ−Ｉ層５３１−２層５３
Ｐ−透明導電膜５２−積層体ｙの非晶質半導体層の２層
５３Ｐ−Ｉ層５３Ｉ−ＮＦｔ５３Ｎ−金属電極５４ｙに
流れる。即ち金属電極５４ｘ、５４ｙ間の抵抗は積層体
Ｘの逆方向抵抗と積層体ｙの順方向抵抗の和になるが、
明状態においては、積層体Ｘ及び積層体ｙに光起電力が
生じるが、互いに逆電位であるため相殺され、実際には
光起電流は流れないものの、導電膜Ｘに＋、導電膜ｙに
−のバイアス電圧が印加されているので、積層体Ｘには
逆方向光電流（明電流）が発生し、積層体Ｘの逆方向光
電流の変化が、光センサーの抵抗変化（バイアス電圧／
明電流）としてハタラく。このため、光センサー全体に
おいて、見かけ上光照射により抵抗が下がったことにな
り、光導電型センサーのようにはたらく。これにより照
度−抵抗値特性がリニアとなる。

そして、近時、光センサーは、単に光が照射される入射
光強度は検出できるだけでなく、光の波長の分光強度を
検出する、即ちカラーセンサーの需要が増大している。

第６図は、従来のカラーセンサーの断面図である。

従来のカラーセンサーは、該支持体６２上に、非晶質半
導体層からなる光導電層６３を挟持するように、各画素
に対応する一対の対向電極６５．６５”が形成されてい
る。そして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の１色のカ
ラーフィルター６４が光導電層６３上に被着形成されて
いる（特開昭５７−１４１９５６号公報参照）。

そして、該センサーの受光面側から光が照射されると、
カラーフィルター６４を通して、光導電層６３に所定波
長の光の強度に対応した光電流が出力される。

ところが、受光面側から照射される一般的な光には、あ
らゆる波長の光が混在しており、非晶質半導体層の分光
感度によれば、５５０ｎｍ付近にピークがあり、同一感
度のカラーフィルターを用いると、緑のみが高感度にな
ってしまう。このため、従来のカラーセンサーでは、カ
ラーフィルターの分光感度分布と感度を任意にコントロ
ールして、各フィルターを介して非晶質半導体層に入射
される光量を制御していた。

即ち、カラーフィルターの分光感度分布や感度を制御す
るためにフィルターの成分材料、光学的な特性など複雑
な選定を行っていた。

さらに、各カラーフィルターが光導電領域に一対一に対
応しているため、光導電領域からの出力信号が導出され
る端子及び導線が増加し、出力信号を処理する検出回路
が複雑になる。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の光センサーの背景に鑑み案出されたも
のであり、その目的は極めて面単な構造で各カラーフィ
ルターに対応する光導電領域から等しい感度の出力信号
が出力できるダイオード抱き合わせの光センサーを提供
するものである。

〔問題点を解決するための具体的な手段〕本発明によれ
ば、上述の目的を達成するために、透明基板上に、透明
導電膜、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層及びバイア
ス電圧を印加するための２つの導電膜から成る光導電領
域を複数個形成し、さらに、該光導電領域に異なるカラ
ーフィルターを形成した光センサーにおいて、該光導電
領域のバイアス電圧に対してＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質
半導体層が逆方向となる一方の導電膜を、各光導電領域
間でカラーフィルターを介して入射される光量を補正す
るように所定面積に設定した光センサーが提供される。

〔実施例〕

以下、本発明の光センサーを図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図（ａ）は本発明に係る光センサーの構造を示す平
面図であり、第１図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線断面
構造図である。

本発明の光センサーは、透明基板１上に形成した異なる
色例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィ
ルター５Ｒ，５Ｃ，，５Ｂに対応するように３つの光導
電領域Ｒ，Ｇ、　Ｂが形成されている。

光導電領域Ｒ，Ｇ、　Ｂを構成する１つの光導電領域Ｒ
は、透明基板ｌ上のカラーフィルター５Ｒに透明導電膜
２Ｒが被着され、さらに、該透明導電膜２Ｒ上にＰ−Ｉ
−Ｎ接合した非晶質半導体層３が被着され、そして、Ｐ
−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層３上にバイアス電圧が
印加される導電膜４Ｒａ、４Ｒｂが形成されている。

その他の光導電領域Ｇ、　　Ｂも同様な構造であるが、
透明導電膜２Ｇ、２Ｂ上に被着された非晶半導体層３は
、各光導電領域Ｒ，Ｇ、　Ｂに共通な膜として形成され
ている。

透明基板１はガラス、透光性セラミックなどから成り、
該透明基板１の一生面にはカラーフィルター５Ｒ，５Ｇ
、５Ｂが、各光導電領域Ｒ，Ｇ。

Ｂに対応してそれぞれ独立して被着されている。

カラーフィルター５Ｒ，５Ｇ、５Ｂは、透明基板１上に
ゼラチン、ポリイミド樹脂などの有機樹脂を所定の色料
で着色したもので、例えば、赤にはアシッドレッド２５
７、緑にはソルベントイエロー７７及びアシッドブルー
フ、青にはソルベントブルー４２などが使用される。ま
た、顔料を使用したものや、干渉フィルターも使用でき
る。

なお、有機樹脂に所定色料で一着色したのち、耐熱性の
向上及び色料の流出を防ぐために酸化珪素、窒化珪素な
どの保護膜（図示せず）で、全体を覆ってもよい。

透明導電膜２Ｒ，２Ｇ、２Ｂは酸化錫、酸化インジウム
、酸化インジウム錫などの金属酸化物膜で形成され、透
明基板１の一生面に形成された各カラーフィルター５Ｒ
，５Ｇ、５Ｂ上に夫々独立して形成されている。具体的
には透明基板１の一生面上にマスクを装着した後、上述
の金属酸化物膜を被着したり、絶縁基板１の一生面上に
金属酸化物膜を被着した後、レジスト・工、７チング処
理したりして所定形状に構成されている。

非晶質半導体層３は、各光導電領域Ｒ，Ｇ、　Ｂに連続
して形成され、基板側から第１の導電型、第２の導電型
、第３の導電型を接合、即ちＰ−Ｉ−Ｎ接合が形成され
ている。具体的には、非晶質半導体層３はシラン、ジシ
ランなどのシリコン化合物ガスをグロー放電によって分
解するプラズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法等で被着される非
晶質シリコンなどから成り、Ｐ層はシランガスにジポラ
ンなどのＰ型ドーピングガスを混入した反応ガスで形成
され、ＩＪ’５はシランガスを反応ガスとして形成され
　ＮＦ４はシランガスにフォスフインなどのＮ型ドーピ
ングガスを混入した反応ガスで形成される。

導電膜４Ｒａ、４Ｇａ、４Ｂａ、４Ｒｂ、４Ｇｂ、４Ｂ
ｂは、非晶質半導体層３上に所定形状、所定間隔に形成
されている。即ち、光導電領域Ｒの透明導、電膜２Ｒに
対応する非晶質半導体層３上に、導電膜４Ｒａと４Ｒｂ
が形成され、光導電領域Ｇの透明導電ＩＰＡ２Ｇに対応
する非晶質半導体層３上に、導電膜４Ｇａと４Ｇｂが形
成され、光導電領域Ｂの透明導電膜２Ｂに対応する非晶
質半導体層３上に、導電膜４Ｂａと４Ｂｂが形成されて
いる。具体的には、導電膜４Ｒａ、４Ｇａ、４Ｂａ、４
Ｒｂ、４Ｇｂ、４Ｂｂは非晶質半導体層３上にマスクを
装着した後、ニッケル、アルミニウム、チタン、クロム
等の金属を被着したり、非晶質半導体層３上にニッケル
、アルミニウム、チタン、クロム等の金属膜を被着した
後、レジスト・エツチング処理、ＹＡＧレーザーによる
レーザー溶断処理などで所定パターンに形成される。

上述の構成の光センサーは、各光導電領域Ｒ２Ｇ、　　
Ｂ内でＰ−Ｉ−Ｎ接合された積層体Ｒａ−Ｒｂ、Ｇａ−
ＧｂＸＢａ−Ｂｂであるダイオードが互いに逆向きに抱
き合わされた構造になっている。

第１図（ｂ）に示される光導電領域Ｒを用いてその動作
を説明する。

等測的には、導電膜４Ｒａと導電膜４Ｒｂとの間では、
積層体Ｒａの抵抗Ｒ１と積層体Ｒｂの抵抗Ｒ２とが直列
的に接続され、さらに、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との合成さ
れた抵抗に並列的に積層体Ｒａと積層体Ｒｂとの間の非
晶質半導体層３での抵抗Ｒ３が接続されていることにな
る。

今、積層体Ｒａの導電膜４Ｒａに＋、積層体Ｒｂの導電
膜４Ｒｂに−でバイアス電圧をかけておくと、積層体Ｒ
ａ側の非晶質半導体Ｍ　３　Ｒａには逆バイアス、積層
体す側の非晶質半導体Ｆｆ３Ｒｂには順バイアスがかか
ることになる。

暗状態において、導電膜４Ｒａ、４Ｒｂ間の抵抗は積層
体Ｒａの逆方向抵抗Ｒ１と積層体Ｒｂの順方向抵抗Ｒ２
の和になり、導電膜４Ｒａ、４Ｒｂ間に流れる電流は、
該抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）に対応する。上述の光センサーの
透明基板１側よりカラーフィルター５Ｒを介して光照射
される明状態では、積層体Ｒａ及び積層体Ｒｂに光起電
力が生じるが、互いに逆電位であるため相殺され、実際
には光起電流は流れないものの、導電膜４Ｒａに士、導
電膜４Ｒｂに−でバイアス電圧を印加されているので、
積層体Ｒａに逆方向光電流が発生する。なお、積層体Ｒ
ｈはダイオードの順方向抵抗から成る抵抗体となる。

そして、２つの導電膜４Ｒａ、ＡＲｂ間の電流はｖｉ、
屠体Ｒａの導電膜４Ｒａ−非晶質半導体層３ａのＮ層−
１層−２層−透明導電膜２−積層体Ｒｂの非晶質半導体
層３ｂの２層−１層−Ｎ層−導電膜４Ｒｂに流れる。

ここで、光導電領域Ｒにおいて見かけ上、光照射によっ
て抵抗が低下したことになり、光導電型センサーのよう
にはたらく。これにより、照度抵抗値特性がリニアとな
り、γ値が約１となる。

即ち、カラーフィルター５Ｒを介して光照射される例え
ば、長波長側の光の照度（光量）に応じて２つの導電膜
４．　Ｒａ、ＡＲｂ間の電流が変化し、光センサーとし
て作用する。

これは、他の光導電領域Ｇ、　Ｂについても同様である
。

ここで、上述の非晶質半導体層３に用いた非晶質シリコ
ンは、光学的禁制帯幅が約１．８ｅＶであるため、分光
感度は、第２図のように、５５０ｎｍをピークに７００
ｎｍが限界波長となる。このとき、青（Ｂ）　４５０ｎ
ｍ　、緑（Ｇ）　５５０ｎｍ　、赤（Ｒ）　６５０ｎｍ
の強度は、それぞれ約５０χ、１００χ、３５ｚである
。

これを同一受光面積を有する上述の光センサーに照射す
ると、緑（Ｇ）の光導電領域Ｇから出力される明電流の
みが突出してしまう。緑（Ｇ）の光導電領域Ｇから出力
される明電流を１００とすると、青（Ｂ）の光導電領域
Ｂは約４０、赤（Ｒ）の光導電領域Ｒは約２０となって
しまう。

このため、光導電領域Ｒ，Ｇ、Ｂの明電流の相対強度（
光量に対する感度）が同一になるように、逆バイアスと
なる積層体Ｒａｓ　Ｇａ、Ｂａの面積（実際には、導電
膜４Ｒａ、４Ｇａ、４Ｂａの面積）を所定大きさに設定
することが極めて重要となる。

ここで、第１図（ａ）に示すように、光導亀頭Ｊｌ、Ｇ
、Ｂの逆バイアスとなる積層体Ｒａ、Ｇａ、Ｂａの面積
、導電膜４Ｒａ、４Ｇａ、４Ｂａの面積がそれぞれ異な
っている。

導電膜４Ｒａ、４Ｇａ、４Ｂａの面積の設定方法として
、各光導電領域Ｒ，Ｇ、Ｂの非晶質半導体層３に到達さ
れる入射光量を同一にしなくてはならない。即ち、各光
導電領域で、非晶質半導体層３の分光感度での強度とカ
ラーフィルターでの透光率と導電膜の面積との積が同一
になるようにする。例えば、光導電領域Ｇについて導電
膜４Ｇａを１、緑（Ｇ）　５５０ｎｍの分光感度強度を
１、カラーフィルター５Ｇの透光率を１とすると、その
積はｌとなる。

光導電領域Ｒについて、赤（Ｒ）　６５０ｎｍの分光感
度強度は、緑（Ｇ）　５５０ｎｍの分光感度強度に対し
て０．３５であり、カラーフィルター５Ｒの透光率は製
造方法の違いにもよるが、カラーフィルター５Ｇの透光
率に対して（１６である。このため分光感度の強度とカ
ラーフィルターでの透光率と導電膜の面積との積が光導
電領域Ｇと同一になるようにするためには、導電膜４Ｒ
ａの面積を約４．７とすればよい。

同様に、光導電領域Ｂについて、青（Ｂ）　４５０ｎｍ
の分光感度強度は、緑、　（Ｇ）　５５０ｎｍの分光感
度強度に対して０．５であり、カラーフィルター５Ｂの
透光率はカラーフィルター５Ｇの透光率に対して０．８
である。このため分光感度の強度とカラーフィルターで
の透光率と導電膜の面積との積が光導電領域Ｇと同一に
なるようにするために、導電膜４Ｂａの面積を約２．５
とすればよい。

第３図は第１図（ａ）に示した光センサーの導電膜４Ｒ
ａ、４Ｒｂ、４Ｇａ、４Ｇｂ、４Ｂａ。

４Ｂｂ及び非晶質半導体層３上に出力端子のみを露出し
て、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの絶縁保護膜６を
形成した状態の平面図である。

光センサーは、各光導電領域に２端子づつ合計６つの出
力端子が形成されている。

第４図は本発明の他の実施例の光センサーの平面図であ
る。

本実施例では、各光導電領域Ｒ，Ｇ、Ｂの順バイアスと
なる積層体Ｒｂ、Ｇｂ、Ｂｂの導電膜を共通の膜４ｂと
した。

これにより、第３図に示すように絶縁保護膜６で被覆し
、全体で４端子で済ませることができ、出力信号の制御
を行う外部回路（図示せず）の構成が極めて面素化でき
る。

上述の実施例では、透明基板上にＲＧＢの３つの光導電
領域を１つの光センサーとして説明したが、さらに透明
基板上にＲＧＢの３つの光導電領域をアレイ状に多数配
列形成しても構わない。

また、導電膜の面積は、光センサーに用いるカラーフィ
ルターの光透過率、非晶質半導体層の分光感度によって
適宜設定されるものである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明は透明基板上に、透明導電膜、Ｐ
−Ｉ−Ｎ接合した非晶質半導体層及びバイアス電圧を印
加するための２つの導電膜から成る光導電領域を複数個
形成し、さらに、該光導電領域に異なるカラーフィルタ
ーを形成した光センサーにおいて、該光導電領域のバイ
アス電圧に対してＰ−１−Ｎ接合した非晶質半導体層が
逆方向となる一方の導電膜を、各光導電領域間でカラー
フィルターを介して入射される光量を補正するように所
定面積に設定するという構造上の操作により、カラーフ
ィルターに対応する光導電領域から出力される出力信号
の感度（相対強度）が一定に導出できる。

さらに、１つの光導電領域が逆方向のフォトダイオード
と順方向のフォトダイオードとが互いに抱き合わされた
構造であるため、高い電圧がかかっても、Ｐ−Ｉ−Ｎ接
合した非晶質半導体層が破壊されることがなく、幅広い
照度の変化に対して抵抗値の変化が良好な直線性応答が
得られ、Ｔ値が約１となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の光センサーの構造を示す平面図
であり、第１図（ｂ）は、同図（ａ）のＸ−Ｘ線の断面
図である。第２図は、非晶質半導体層の分光感度の強度をしめず特
性図である。第３図は本発明の光センサーの発展的な構造を示す非受
光面側の平面図である。第４図は本発明の他の実施例を示す平面図である。第５図（ａ）、　　（ｂ）は従来のフォトダイオード抱
き合わせ型光センサーの構造を示す断面図及び平面図で
ある。第６図は、従来のカラーセンサーの断面図である。 ■・・・・−・・・・透明基板２・・・・・・・・・透明導電膜３・・・・・・・・・非晶質半導体層４Ｒａ、４Ｒｂ、４Ｇａ、４Ｇｂ、４Ｂａ、４Ｂｂ　・
−導電膜５Ｒ，５Ｇ、５Ｂ・・カラーフィルターＲ，Ｇ
、　　Ｂ・・・・・光導電領域ａ、　　ｂ・−・・・・・・積層体

Claims

【特許請求の範囲】透明基板上に、透明導電膜、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質
半導体層及びバイアス電圧を印加するための２つの導電
膜から成る光導電領域を複数個形成し、さらに、該光導
電領域に異なるカラーフィルターを形成した光センサー
において、前記光導電領域のバイアス電圧に対してＰ−Ｉ−Ｎ接合
した非晶質半導体層が逆方向となる一方の導電膜を、各
光導電領域間でカラーフィルターを介して入射される光
量を補正するように所定面積に設定したことを特徴とす
る光センサー。