(57)【要約】  フォトダイオード間の出力特性のばらつきを抑制し得る、光検出装置、及びそれを備えた表示装置を提供する。光透過性のベース基板（２）と、複数のアクティブ素子と、光検出装置とを備えたアクティブマトリクス基板（２０）を有する表示装置を用いる。光検出装置は、ベース基板２の一方の主面上に設けられた遮光膜（３）と、遮光膜（３）の上層に配置されたフォトダイオード（１）と、遮光膜（３）の上層のフォトダイオード（１）の周辺に配置された電極（１２）とを備える。フォトダイオード（１）は、シリコン膜（１１）を備え、シリコン膜（１１）は遮光膜（３）に対して電気的に絶縁されている。電極（１２）は、遮光膜（３）及びシリコン膜（１１）に対して電気的に絶縁されている。遮光膜（３）は、ベース基板（２）の厚み方向において、その一部がシリコン膜（１１）全部と重なり、一部以外の部分が電極（１２）に重なるように、形成されている。
2008156023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性のベース基板と、前記ベース基板の一方の主面に設けられた金属膜と、前記金属膜の上層に配置されたフォトダイオードと、前記金属膜の上層の前記フォトダイオードの周辺に配置された電極とを備え、
前記フォトダイオードは、半導体領域を有するシリコン膜を備え、前記シリコン膜は前記金属膜に対して電気的に絶縁され、
前記電極は、前記金属膜及び前記シリコン膜に対して電気的に絶縁され、
前記金属膜は、前記ベース基板の厚み方向において、その一部が前記シリコン膜と重なり、前記一部以外の部分が前記電極に重なるように、形成されていることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記シリコン膜が、ｐ型の半導体領域と、真性半導体領域と、ｎ型の半導体領域とを備え、
前記ｐ型の半導体領域、前記真性半導体領域、及び前記ｎ型の半導体領域は、前記シリコン膜の面方向において隣接している請求項１に記載の光検出装置。
【請求項３】
アクティブマトリクス基板を有する表示装置であって、
前記アクティブマトリクス基板は、光透過性のベース基板と、前記ベース基板の一方の主面に形成された複数のアクティブ素子と、光検出装置とを備え、
前記光検出装置は、前記ベース基板の一方の主面上に設けられた金属膜と、前記金属膜の上層に配置されたフォトダイオードと、前記金属膜の上層の前記フォトダイオードの周辺に配置された電極とを備え、
前記フォトダイオードは、半導体領域を有するシリコン膜を備え、前記シリコン膜は前記金属膜に対して電気的に絶縁され、
前記電極は、前記金属膜及び前記シリコン膜に対して電気的に絶縁され、
前記金属膜は、前記ベース基板の厚み方向において、その一部が前記シリコン膜と重なり、前記一部以外の部分が前記電極に重なるように、形成されていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記シリコン膜が、ｐ型の半導体領域と、真性半導体領域と、ｎ型の半導体領域とを備え、
前記ｐ型の半導体領域、前記真性半導体領域、及び前記ｎ型の半導体領域は、前記シリコン膜の面方向において隣接するように形成されている請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記電極が、前記複数のアクティブ素子のいずれかに接続された配線の一部である請求項３に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置、及びそれを備えた表示装置に関する。【０００２】
近年、液晶表示装置に代表される表示装置においては、表示装置の周囲の光の強度に応じて表示画面の輝度の調整を自動的に行うために、光センサが搭載されることがある。また、複数個の光センサがマトリクス状に配置された表示装置も知られている。この表示装置では、複数個の光センサが一つのエリアセンサとして働き、観察者側の画像が取り込まれる。【０００３】
表示装置への光センサの搭載は、表示パネルに、ディスクリート部品の光センサを実装することによって行うことができる。また、光センサは、アクティブ素子（ＴＦＴ）や周辺回路の形成プロセスを利用して、アクティブマトリクス基板にモノリシックに形成することもできる。【０００４】
このうち、特に、携帯端末装置用の表示装置の分野では、光センサは、部品点数の削減化や表示装置の小型化の観点から、アクティブマトリクス基板にモノリシックに形成することが求められている。モノリシックに形成された光センサとしては、例えば、シリコン膜によって形成されたフォトダイオードが知られている（例えば、特開２００６−３８５７号公報の図２，図３参照。）。【０００５】
ここで、従来からのフォトダイオード（光センサ）について、図１２を用いて説明する。図１２は、従来からの、フォトダイオードを備えた液晶表示パネルの構成を示す断面図である。図１２に示すように、フォトダイオード５１は、ラテラル構造を備えたＰＩＮダイオードであり、液晶表示パネルを構成するアクティブマトリクス基板５２にモノリシックに形成されている。【０００６】
図１２に示すように、フォトダイオード５１は、シリコン膜６０を備えている。シリコン膜６０は、アクティブマトリクス基板５０のベース基板となるガラス基板５２上に、アクティブ素子として機能する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin Film Transistor））の形成工程を利用して、これと同時に形成されている。また、シリコン膜６０には、面方向に沿って順に、ｎ型の半導体領域（ｎ層）５１ａ、真性半導体領域（ｉ層）５１ｂ、及びｐ型の半導体領域（ｐ層）５１ｃが設けられている。ｉ層５１ｂは、フォトダイオード５１の光検出領域となる。【０００７】
また、フォトダイオード５１の下層には、バックライト装置（図示せず）からの照明光を遮光する遮光膜５３が設けられている。遮光膜５３は、絶縁性のベースコート５４によって被覆されている。遮光膜５３は、通常、金属材料によって形成されている。また、遮光膜５３は、周囲から絶縁されて電気的に浮遊した状態にある。フォトダイオード５１は、更に、層間絶縁膜５５及び５６によって被覆されている。【０００８】
なお、図１２において、５７はｎ層５１ａに接続された配線を示し、５８はｐ層５１ｃに接続された配線を示している。また、５９は平坦化膜を示し、６１は保護膜を示している。６２は、液晶層である。フィルター基板６３は外形のみを図示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図１２に示す例では、フォトダイオード５１の下層に金属製の遮光膜５３が配置されているため、フォトダイオード５１の出力特性は、遮光膜５３の電位が変動すると変動する。また、遮光膜５３の電位は、フォトダイオードのｐ層５１ｃの電位と連動する。【００１０】
しかしながら、遮光膜５３、フォトダイオード５１、更にはフォトダイオード５１の近傍にあるその他の膜は、形成工程において取り込まれた固定電荷を含んでいる。また、固定電荷の量は、フォトダイオード毎又はアクティブマトリクス基板毎に異なり、固定電荷が異なると、遮光膜５３の電位とフォトダイオードの出力特性との関係が異なったものとなる。つまり、複数個の同一仕様のフォトダイオード５１が設けられている場合に、それぞれのｐ層５１ｃに同電圧が印加され、それぞれの遮光膜の電位が同一とされているにも拘わらず、フォトダイオード間で出力特性が異なる事態が発生してしまう。【００１１】
また、遮光膜５３の電位とフォトダイオードの出力特性との関係は、固定電荷だけでなく、フォトダイオード５１の半導体領域における不純物の拡散濃度のばらつきによっても、異なってしまう。この場合も、上記と同様に、それぞれのｐ層５１ｃに同電圧が印加されているにも拘わらず、フォトダイオード間で出力特性が異なる事態が発生してしまう。【００１２】
このように、図１２に示す例では、フォトダイオード毎の出力特性がばらつくという問題がある。具体的には、同一仕様のフォトダイオードであるのに、製品毎に出力特性が異なってしまう場合や、同一のアクティブマトリクス基板に搭載されている同一仕様のフォトダイオードであるのに、フォトダイオード毎に出力特性が異なってしまう場合が発生する。このような場合、光センサによる表示画面の輝度調整や、高画質での画像の取り込みは困難となる。【００１３】
本発明の目的は、上記問題を解消し、フォトダイオード間の出力特性のばらつきを抑制し得る、光検出装置、及びそれを備えた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明における光検出装置は、光透過性のベース基板と、前記ベース基板の一方の主面に設けられた金属膜と、前記金属膜の上層に配置されたフォトダイオードと、前記金属膜の上層の前記フォトダイオードの周辺に配置された電極とを備え、前記フォトダイオードは、半導体領域を有するシリコン膜を備え、前記シリコン膜は前記金属膜に対して電気的に絶縁され、前記電極は、前記金属膜及び前記シリコン膜に対して電気的に絶縁され、前記金属膜は、前記ベース基板の厚み方向において、その一部が前記シリコン膜と重なり、前記一部以外の部分が前記電極に重なるように、形成されていることを特徴とする。【００１５】
また、上記目的を達成するため本発明における表示装置は、アクティブマトリクス基板を有する表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、光透過性のベース基板と、前記ベース基板の一方の主面に形成された複数のアクティブ素子と、光検出装置とを備え、前記光検出装置は、前記ベース基板の一方の主面上に設けられた金属膜と、前記金属膜の上層に配置されたフォトダイオードと、前記金属膜の上層の前記フォトダイオードの周辺に配置された電極とを備え、前記フォトダイオードは、半導体領域を有するシリコン膜を備え、前記シリコン膜は前記金属膜に対して電気的に絶縁され、前記電極は、前記金属膜及び前記シリコン膜に対して電気的に絶縁され、前記金属膜は、前記ベース基板の厚み方向において、その一部が前記シリコン膜と重なり、前記一部以外の部分が前記電極に重なるように、形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明では、フォトダイオードの遮光膜となる金属膜は、フォトダイオードの周辺に配置された電極の下層にまで広がっており、この電極に電圧を印加することによって、遮光膜（金属膜）の電位を調整できる。また、遮光膜の電位の調整により、遮光膜の電位とフォトダイオードの出力特性との関係の制御が可能となり、各フォトダイオードに印加される電圧が同一であるにも拘わらず、フォトダイオード間で出力特性が異なる事態を回避できる。よって、本発明によれば、フォトダイオード間の出力特性のばらつきが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における光検出装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示した光検出装置を上方から見た状態を示す平面図である。
【図３】図３は、図１に示した光検出装置を備える表示装置の一部分の構成を概略的に示す平面図である。
【図４】図４は、遮光膜の電位とフォトダイオードの状態とを示す図である。図４（ａ）は、フォトダイオードにおける自由電子及び正孔の流れを示し、図４（ｂ）は、フォトダイオードにおけるエネルギーバンドを示し、図４（ｃ）は、等価回路を示している。
【図５】図５は、遮光膜の電位とフォトダイオードの状態とを示す図である。遮光膜の電位の大きさの点で図４と異なっている。図５（ａ）は、フォトダイオードにおける自由電子及び正孔の流れを示し、図５（ｂ）は、フォトダイオードにおけるエネルギーバンドを示し、図５（ｃ）は、等価回路を示している。
【図６】図６は、遮光膜の電位とフォトダイオードの状態とを示す図である。遮光膜の電位の大きさの点で図４及び図５と異なっている。図６（ａ）は、フォトダイオードにおける自由電子及び正孔の流れを示し、図６（ｂ）は、フォトダイオードにおけるエネルギーバンドを示し、図６（ｃ）は、等価回路を示している。
【図７】図７は、フォトダイオードにおけるフォト電流と遮光膜の電位との関係を示す図である。
【図８】図８は、モードＡ〜モードＣそれぞれの範囲を示す図である。
【図９】図９は、モードＡ〜モードＣそれぞれの範囲を示す図であり、図８の例とは、遮光膜の電位とフォトダイオードの出力特性との関係が異なる例を示している。
【図１０】図１０は、モードＡ〜モードＣそれぞれの範囲を示す図であり、図８及び図９の例とは、遮光膜の電位とフォトダイオードの出力特性との関係が異なる例を示している。
【図１１】図１１は、遮光膜、フォトダイオード及び電極の関係を示す説明図である。
【図１２】図１２は、従来からの、フォトダイオードを備えた液晶表示パネルの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明における光検出装置は、光透過性のベース基板と、前記ベース基板の一方の主面に設けられた金属膜と、前記金属膜の上層に配置されたフォトダイオードと、前記金属膜の上層の前記フォトダイオードの周辺に配置された電極とを備え、前記フォトダイオードは、半導体領域を有するシリコン膜を備え、前記シリコン膜は前記金属膜に対して電気的に絶縁され、前記電極は、前記金属膜及び前記シリコン膜に対して電気的に絶縁され、前記金属膜は、前記ベース基板の厚み方向において、その一部が前記シリコン膜全部と重なり、前記一部以外の部分が前記電極に重なるように、形成されていることを特徴とする。【００１９】
本発明における表示装置は、アクティブマトリクス基板を有する表示装置であって、前記アクティブマトリクス基板は、光透過性のベース基板と、前記ベース基板の一方の主面に形成された複数のアクティブ素子と、光検出装置とを備え、前記光検出装置は、前記ベース基板の一方の主面上に設けられた金属膜と、前記金属膜の上層に配置されたフォトダイオードと、前記金属膜の上層の前記フォトダイオードの周辺に配置された電極とを備え、前記フォトダイオードは、半導体領域を有するシリコン膜を備え、前記シリコン膜は前記金属膜に対して電気的に絶縁され、前記電極は、前記金属膜及び前記シリコン膜に対して電気的に絶縁され、前記金属膜は、前記ベース基板の厚み方向において、その一部が前記シリコン膜全部と重なり、前記一部以外の部分が前記電極に重なるように、形成されていることを特徴とする。【００２０】
上記本発明における光検出装置及び表示装置においては、前記シリコン膜が、ｐ型の半導体領域と、真性半導体領域と、ｎ型の半導体領域とを備え、前記ｐ型の半導体領域、前記真性半導体領域、及び前記ｎ型の半導体領域は、前記シリコン膜の面方向において隣接しているのが良い。【００２１】
また、上記本発明における表示装置においては、前記電極が、前記複数のアクティブ素子のいずれかに接続された配線の一部であっても良い。具体的には、前記アクティブ素子がトランジスタ素子である場合、前記電極は、前記トランジスタ素子のゲート電極に接続されているゲート配線又はソース配線の一部であっても良い。【００２２】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における光検出装置及び表示装置について、図１〜図１１を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態における光検出装置及び表示装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における光検出装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１に示した光検出装置を上方から見た状態を示す平面図である。図３は、図１に示した光検出装置を備える表示装置の一部分の構成を概略的に示す平面図である。なお、図１においては、後述のアクティブマトリクス基板２０を構成する導体及び半導体の部材にのみハッチングを施している。また、図２及び図３においては、主な構成要素のみを図示している。【００２３】
図１に示すように、本実施の形態における光検出装置は、アクティブマトリクス基板２０に備えられている。アクティブマトリクス基板２０は、本実施の形態における表示装置の一部を構成している。本実施の形態における表示装置は、液晶表示装置であって、アクティブマトリクス基板２０と、フィルター基板２２との間に液晶層２１を挟み込んで形成されている。図１においては、フィルター基板２２の図示は外形のみである。フィルター基板２２には、図示されていないが、対向電極やカラーフィルタが備えられている。【００２４】
本実施の形態では、図３に示すように、アクティブマトリクス基板２０には、複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）１５が形成されている。ＴＦＴ１５は、光透過性の画素電極１６と共に、ベース基板２（図１参照）の一方の主面に、マトリクス状に配置されている。ＴＦＴ１５は、画素電極１６をオン・オフするアクティブ素子として機能する。一つのＴＦＴ１５と、一つの画素電極１６とによって一つのサブ画素が構成され、更に、三つのサブ画素を一組として一つの画素が構成される。同一の画素を構成している三つのサブ画素は、それぞれ対応するカラーフィルタの色の点で異なっている。【００２５】
更に、ＴＦＴ１５は、ソース領域及びドレイン領域が形成されたシリコン膜１５ａと、ゲート電極１５ｂとを備えている。ゲート電極１５ｂは、画面の水平方向に沿って配置されたゲート配線１３と一体的に形成されている。また、ソース領域にはソース電極１７が接続され、ドレイン領域にはドレイン電極１８が接続されている。ソース電極１７は、画面の垂直方向に沿って配置されたソース配線１４と一体的に形成されている。ドレイン電極１８は、画素電極１６に接続されている。【００２６】
図１及び図２に示すように、光検出装置は、光透過性のベース基板２と、ベース基板２の一方の主面上に設けられた金属膜３と、金属膜３の上層に配置されたフォトダイオード１と、同じく金属膜３の上層に配置された電極１２とを備えている。本実施の形態では、ベース基板２は、アクティブマトリクス基板１の一部である。金属膜３は、バックライト装置からの照明光が、フォトダイオード１に入射するのを防ぐために設けられた遮光膜である（以下、「遮光膜３」とする。）。遮光膜３は、その全周囲において電気的に絶縁されており、電気的には浮遊した状態にある。【００２７】
また、図１及び図２に示すように、フォトダイオード１は、半導体領域を有するシリコン膜１１を備えている。シリコン膜１１は、遮光膜３を被覆する絶縁膜４の上に形成され、遮光膜３に対して電気的に絶縁されている。本実施の形態では、フォトダイオード１は、ラテラル構造を備えたＰＩＮダイオードである。シリコン膜１１には、面方向に沿って順に、ｎ型の半導体領域（ｎ層）１１ａ、真性半導体領域（ｉ層）１１ｂ及びｐ型の半導体領域（ｐ層）１１ｃが設けられている。このうち、ｉ層１１ｂがフォトダイオード１の光検出領域となる。また、ｎ層１１ａ、ｉ層１１ｂ、及びｐ層１１ｃは、シリコン膜１１の面方向において隣接するように形成されている。【００２８】
ｉ層１１ｂは、隣接するｎ層１１ａ及びｐ層１１ｃに比べて電気的に中性に近い領域であれば良い。ｉ層１１ｂは、不純物を全く含まない領域や、伝導電子密度と正孔密度とが等しい領域であるのが好ましい。但し、ｉ層１１ｂは、ｎ層１１ａよりもｎ型不純物の拡散濃度が低いｎ-領域や、ｐ層１１ｃよりもｐ型不純物の拡散濃度が低いｐ-領域であっても良い。【００２９】
本実施の形態において、シリコン膜１１を構成するシリコンの種類は特に限定されるものではない。但し、電荷の移動速度の点から、シリコン膜１１は、連続結晶粒界シリコンや、低温ポリシリコンによって形成されているのが好ましい。また、シリコン膜１１は、ＴＦＴ１５（図３参照）の形成工程を利用して形成されるのが好ましい。【００３０】
また、図１及び図２に示すように、電極１２は、フォトダイオード１の周辺の領域に、遮光膜３及びシリコン膜１１の双方に対して電気的に絶縁されるように形成されている。本実施の形態では、電極１２は、シリコン膜１１を被覆する層間絶縁膜５の上に形成されている。電極１２は、シリコン膜１１に対しては、層間絶縁膜５によって電気的に絶縁され、遮光膜３に対しては、絶縁膜４と層間絶縁膜５との両方によって電気的に絶縁されている。また、図２に示すように、上方から見ると、電極１２はシリコン膜１１に隣接している。電極１２の上には、これを被覆するように、層間絶縁膜６も形成されている。【００３１】
更に、図２に示すように、遮光膜３は、ベース基板２の厚み方向において、その一部がシリコン膜１１と重なり、この一部以外の部分が電極１２に重なるように形成されている。つまり、遮光膜３は、シリコン膜１１の直下の領域だけでなく、電極１２の直下の領域をも覆うように形成されている。なお、本実施の形態では、シリコン膜１１中のｉ層１１ｂのみが光検出領域である。よって、遮光膜３は、シリコン膜１１に対しては、少なくともｉ層１１ｂを遮光するものであれば良い。【００３２】
このように、本実施の形態では、背景技術において図１２に示した例と異なり、遮光膜３は、フォトダイオード１の直下の領域を超えて形成され、更に、その上に、電極１２が配置されている。よって、電極１２に電圧を印加することによって、遮光膜（金属膜）３の電位を調整でき、この結果、遮光膜３の電位とフォトダイオード１の出力特性との関係の制御も可能となる。【００３３】
このため、図３に示すように、例えば、一つのアクティブマトリクス基板２０に同一仕様のフォトダイオード１が複数個形成されている場合は、それぞれに対応する電極１２の電圧が調整される。そして、逆バイアス電圧が均一の場合は、各フォトダイオード１の出力特性も均一となり、フォトダイオード１間の出力特性のバラツキの発生が抑制される。この点については更に後述する。【００３４】
また、本実施の形態では、図３に示すように、電極１２は、ゲート配線１３の一部である。電極１２への電圧の印加は、対応するゲート配線１３が選択されていないときに行われる。そして、この時に電極１２に印加される電圧の大きさは、ＴＦＴ１５（図３参照）が不必要にオンされてしまうのを防ぐため、ＴＦＴ１５のスレッショールド電圧よりも低い値に設定される。【００３５】
本実施の形態においては、電極１２は、上記の例に限定されるものではなく、いずれかのＴＦＴ（アクティブ素子）１５に接続された配線の一部であれば良く、例えば、ＴＦＴ１５に接続されたソース配線の一部であっても良い。この場合は、ソース配線が表示用信号の送信に用いられていないタイミングを見計らって、電極１２に電圧信号が印加される。【００３６】
なお、図１において、９は、平坦化膜を示し、１０は、保護膜を示している。７はｎ層１１ａに接続された配線を示し、８はｐ層１１ｃに接続された配線を示している。配線７及び８は、層間絶縁膜５及び６と、平坦化膜９とを貫通するように形成されている。また、図３においては、配線７及び８の図示は省略している。【００３７】
次に、電極１２（図１〜図３参照）に印加する電圧ＶCTRLの設定について、図４〜図１１を用いて説明する。先ず、電極１２に電圧が印加されていない状態（電極１２が存在しない状態）において、遮光膜３の電位ＶGがフォトダイオード１に与える影響について、図４〜図６を用いて説明する。【００３８】
図４〜図６は、それぞれ、遮光膜の電位とフォトダイオードの状態とを示す図である。各図（ａ）は、フォトダイオードにおける自由電子及び正孔の流れを示し、各図（ｂ）は、フォトダイオードにおけるエネルギーバンドを示し、各図（ｃ）は、等価回路を示している。また、遮光膜３の電位ＶGは、図４では下記式（１）を満たし、図５では下記式（２）を満たし、図６では下記式（３）を満たしている。【００３９】
また、図４〜図６において、ＶCは、フォトダイオード１のｎ層１１ａにおける電位を示し、ＶAは、フォトダイオード１のｐ層１１ｃにおける電位を示している。Ｖth_nは、ｎ層１１ａをソース・ドレイン領域、遮光膜３をゲート電極、絶縁膜４をゲート絶縁膜とするｎチャンネルＭＯＳトランジスタを想定した場合のスレッショールド電圧を示している。同様に、Ｖth_pは、ｐ層１１ｃをソース・ドレイン領域、遮光膜３をゲート電極、絶縁膜４をゲート絶縁膜とするｐチャンネルＭＯＳトランジスタを想定した場合のスレッショールド電圧を示している。また、ＥCは伝導帯におけるエネルギー準位を示し、ＥFは禁制帯におけるエネルギー準位を示し、ＥVは価電子帯におけるエネルギー準位を示している。【００４０】
【数１】
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【００４１】
【数２】
2008156023.tif 000004
【００４２】
【数３】
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【００４３】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮光膜３の電位ＶGが、上記式（１）を満たす場合（以下、この場合を「モードＡ」とする。）は、ｉ層１１ｂの両界面付近において、自由電子及び正孔の移動が生じやすい状態となる。図４（ｃ）に示すように、モードＡでは、電流はフォトダイオード１内部をスムーズに流れることができる。【００４４】
一方、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮光膜３の電位ＶGが、上記式（２）を満たす場合（以下、この場合を「モードＢ」とする。）は、ｉ層１１ｂのｎ層１１ａ側の界面付近においてのみ、自由電子及び正孔の移動が生じやすい状態となる。図５（ｃ）に示すように、モードＢでは、電流の流れはｉ層１１ｂによって妨げられる。【００４５】
また、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮光膜３の電位ＶGが、上記式（３）を満たす場合（以下、この場合を「モードＣ」とする。）は、ｉ層１１ｂのｐ層１１ａ側の界面付近においてのみ、自由電子及び正孔の移動が生じやすい状態となる。図６（ｃ）に示すように、モードＣにおいても、モードＢの場合と同様に、電流の流れはｉ層１１ｂによって妨げられる。【００４６】
ここで、図７を用いて、各モードとフォト電流との関係について説明する。図７は、フォトダイオードにおけるフォト電流と遮光膜の電位との関係を示す図である。図７においては、縦軸はフォトダイオード１から出力される電流の電流値［Ａ／μｍ］を示し、横軸は遮光膜３の電位ＶG［Ｖ］を示している。【００４７】
図７に示すように、フォトダイオード１のフォト電流及び暗電流は、遮光膜３の電位ＶGに応じて変動する。そして、図４に示したモードＡのときに、フォト電流は最も増加し、暗電流は最も低下する傾向にある。即ち、フォトダイオード１がモードＡである場合は、暗電流に対するフォト電流の割合（Ｓ／Ｎ比）が高まり、フォトダイオード１の出力特性は良好な状態となる。つまり、図４〜図７に示すように、フォトダイオード１の出力特性は、遮光膜３の電位が変動すると変動する。そして、モード間の切り替えが生じるときに、フォト電流及び暗電流は大きく変動する。したがって、モード間の切り替えは発生しないのが好ましい。【００４８】
ところで、図７は一例に過ぎず、実際は、モードＡの範囲は、フォトダイオード毎に異なっている。つまり、遮光膜３の電位ＶGとフォトダイオード１の出力特性との関係はフォトダイオード１毎に異なっている。これは、同一仕様のフォトダイオード間であっても、ｎ層１１ａやｐ層１１ｂの拡散濃度が異なり、スレッショールド電圧Ｖth_n及びＶth_pにばらつきが存在するためである。また、フォトダイオード１や遮光膜３等に含まれる固定電荷の電荷量が、フォトダイオード間で異なるためである。図８〜図１０を用いて、フォトダイオード毎のモードＡの範囲の相違について説明する。【００４９】
図８〜図１０は、モードＡ〜モードＣそれぞれの範囲を示す図であり、それぞれにおいて遮光膜の電位とフォトダイオードの出力特性との関係は異なっている。各図において、縦軸は遮光膜の電位ＶGを示し、横軸はｐ層１１ｃの電位ＶAを示している。【００５０】
ここで、遮光膜３の電位ＶGについて検討する。先ず、遮光膜３とフォトダイオード１との間には、絶縁膜４により容量が形成される。ｎ層１１ａと遮光膜３との間の容量をＣgcとし、ｐ層１１ｃと遮光膜３との間の容量をＣgaとすると（図１１参照）、遮光膜３の電位ＶGは、下記式（４）に示すように、ｐ層１１ｃの電位ＶAを用いて近似することができる。【００５１】
【数４】
2008156023.tif 000006
【００５２】
上記式（４）において、（Ｃga／Ｃgc＋Ｃga）＝αとすると、遮光膜３の電位ＶGは、更に下記式（５）を用いて近似することができる。図８〜図１０においては、遮光膜３の電位ＶGは下記式（５）によって表されている。【００５３】
【数５】
2008156023.tif 000007
【００５４】
例えば、ｐ層１１ｃの順方向の長さＬpとｎ層１１ａの順方向の長さＬnとが等しい場合は、αの値は（１／２）となる。但し、実際は上記式（５）において、αは常に一定の値となるわけではなく、モード毎に異なった値となる。よって、図９及び図１０の例では、上記式（５）を示す直線の傾きはモード毎に変化することとなる。【００５５】
例えば、モードＢにおいては、図５に示すように、実質的にｐ層１１ｃの領域が広がり、モードＡのときよりもＣgaの値が大きくなる。このため、モードＢでは、αの値は大きくなり、上記式（５）を示す直線の傾きは大きくなる。一方、モードＣにおいては、図６に示すように、実質的にｎ層１１ａの領域が広がり、モードＡのときよりもＣgcの値が大きくなる。このため、モードＣでは、αの値は小さくなり、上記式（５）を示す直線の傾きは小さくなる。但し、実際のαの変動幅は僅かであるため、図８〜図１０においては、αの変動についての図示は省略している。【００５６】
図８〜図１０について検討する。図８に示した、スレッショールド電圧Ｖth_nが正、スレッショールド電圧Ｖth_pが負である例では、ｐ層１１ｃの電位ＶAに関係なく、上記式（５）を示す直線は常にモードＡの範囲内に存在する。よって、この場合は、フォトダイオード１も、常に、モードＡの状態となる。【００５７】
一方、図９に示した、スレッショールド電圧Ｖth_n及びＶth_pが共に正である例では、ｐ層１１ｃの電位ＶAが０（ゼロ）に近づくと、上記式（５）を示す直線はモードＡとモードＢとの境界線に交わる。このとき、フォトダイオード１のモードはモードＡからモードＢに変換され、その出力特性は大きく変動する。【００５８】
また、図１０に示した、スレッショールド電圧Ｖth_n及びＶth_pが共に負である例では、ｐ層１１ｃの電位ＶAが０（ゼロ）に近づくと、上記式（５）を示す直線はモードＡとモードＣとの境界線に交わる。このとき、フォトダイオード１のモードはモードＡからモードＣに変換され、その出力特性は大きく変動する。【００５９】
図８〜図１０に示すように、各フォトダイオード１のｐ層１１ｃに印加される電圧ＶAが同一であっても、各フォトダイオード１のモードが異なり、それぞれの出力特性が異なる場合が存在する。【００６０】
次に、図１１を用いて遮光膜３の電位ＶGの調整について説明する。図１１は、遮光膜、フォトダイオード及び電極の関係を示す説明図である。図１１に示すように、本実施の形態では、フォトダイオードの周辺に電極１２が配置されている。よって、電極１２に電圧ＶCTRLが印加されると、電極１２から遮光膜３に電界が与えられるため、遮光膜３の電位ＶGは変動する。この場合、遮光膜３の電位ＶGは下記式（６）によって表すことができる。【００６１】
【数６】
2008156023.tif 000008
【００６２】
上記式（６）において、容量ＣCTRLは電極１２と遮光膜３との間に形成された容量を示している。容量Ｃdiodeは、フォトダイオード１全体と遮光膜３との間の容量であり、容量Ｃgc、容量Ｃgi及び容量Ｃgaの総和である（Ｃdiode＝Ｃgc＋Ｃgi＋Ｃga）。容量Ｃgiは、ｉ層１１ｂと遮光膜３との間に形成される容量を示している（図１１参照）。【００６３】
また、上記式（６）において、Ｖg0は、電極１２に電圧を印加することによって上昇する電位を示している。Ｖg0は、下記式（７）によって表すことができる。また、下記式（７）を上記式（６）に代入することにより、遮光膜の電位ＶGは下記式（８）によって表すことができる。【００６４】
【数７】
2008156023.tif 000009
【００６５】
【数８】
2008156023.tif 000010
【００６６】
このように、本実施の形態では、電極１２に印加する電圧ＶCTRLを調整することによって、遮光膜３の電位ＶGを調整することができる。このため、例えば、図９及び図１０に示した例において、電圧ＶCTRLを調整すれば、これらの図中に破線の矢印で示したように、Ｖg0が直線の切片となり、直線を平行移動させることができる。この場合、ｐ層１１ｃの電位ＶAが０（ゼロ）に近づいても、フォトダイオード１のモードはモードＡのままである。【００６７】
本実施の形態における光検出装置及び表示装置によれば、各フォトダイオード１に対応する遮光膜３の電位ＶGを制御することによって、各フォトダイオード１間で出力特性が異なる事態が生じるのを抑制できる。つまり、同一仕様の複数のフォトダイオード１それぞれに、同電位の逆バイアス電圧を印加している場合に、一部はモードＡとなり、残りはモードＢ又はモードＣとなるような事態を回避できる。【００６８】
本実施の形態は、表示装置が液晶表示装置である場合を例にとって説明しているが、本実施の形態における表示装置は、これに限定されるものではない。表示装置は、液晶表示装置以外の表示装置、例えば、有機ＥＬ表示装置や、無機ＥＬ表示装置であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明の光検出装置は、液晶表示装置やＥＬ表示装置といった表示装置に搭載できる。また、本発明の表示装置は、液晶表示装置やＥＬ表示装置等として利用できる。本発明の光検出装置及び表示装置は、産業上の利用可能性を有するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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