(57)【要約】【課題】信号対雑音比を向上する。【解決手段】光センサを動作させる方法であって、直列に接続されたｎ個（ｎ＞１）の光検知素子８を備える光センサ１２にバイアス電圧を印加するステップと、光センサ１２への印加バイアス電圧によって、光センサ１２がその信号対雑音比が最高となる点またはそれに近い点に保たれている時に、光センサ１２に流れる電流を測定するステップとを含む方法。この方法は、光センサ１２への印加バイアス電圧が、ｎ×Ｖｂｉ（暗状態で、その電圧付近で光検知素子８の一つに流れる電流の符号が変化するバイアス電圧；光検知素子８がフォトダイオードである実施形態ではフォトダイオードの「ビルトイン」電圧）に等しいまたはほぼ等しい時に、光センサ１２に流れる電流を測定することによって、容易に実行できる。直列に接続されたｎ個のフォトダイオードが照射されたときに生成される光電流は一つのフォトダイオードが照射されたときに生成される光電流とほぼ等しいが、直列に接続されたｎ個のフォトダイオードの漏洩電流（暗電流）は一つのフォトダイオードの漏洩電流よりも著しく低いので、信号対雑音比が顕著に向上する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサを動作させる方法であって、
直列に接続されたｎ個（ｎは１より大きい整数）の光検知素子を備える光センサにバイアス電圧を印加するステップと、
上記光センサに印加されたバイアス電圧によって、上記光センサが、上記光センサの信号対雑音比が最高となる点、またはその点に近い点に保たれている時に、上記光センサに流れる電流を測定するステップとを含む方法。
【請求項２】
上記光センサ上の光レベルに関係なく、上記光センサに一定のバイアス電圧を印加し続けるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記光センサに印加されているバイアス電圧が、ｎ×Ｖｂｉ（Ｖｂｉは、暗状態で、その電圧付近で上記光検知素子のうちの一つに流れる電流の符号が変化するようなバイアス電圧）に等しい、またはほぼ等しい時に、上記光センサに流れる電流を測定するステップを含む請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
上記のバイアス電圧を印加するステップは、ｎ×Ｖｂｉに等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記光センサに印加されているバイアス電圧が、０に等しい、またはほぼ等しい時に、上記光センサに流れる電流を測定するステップを含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
上記のバイアス電圧を印加する上記ステップは、０に等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ｎ≧１０である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ｎ≧２０である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ｎ≧５０である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ｎ≧１００である請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
各光検知素子は、フォトダイオードである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
各光検知素子は、横型フォトダイオードである請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各光検知素子は、フォトトランジスタである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
各光検知素子は、薄膜光検知素子である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
各光検知素子は、シリコン薄膜光検知素子である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記複数の光検知素子は、表面上、互いに同一である請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
上記ｎ個の光検知素子を演算増幅器の第１の入力と上記演算増幅器の第２の入力との間に直列に接続するステップを含む請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
上記ｎ個の光検知素子を演算増幅器の第１の入力と上記演算増幅器の出力との間に直列に接続するステップを含む請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
表示装置を動作させる方法であって、
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法に従って周囲光の光強度を検知するステップと、
上記光センサからの出力に基づいて上記表示装置のバックライトの光強度を制御するステップとを含む方法。
【請求項２０】
直列に接続されたｎ個（ｎは１より大きい整数）の光検知素子を備える光センサと、
上記光センサにバイアス電圧を印加するためのバイアス手段と、
上記光センサに印加されたバイアス電圧によって、上記光センサが、上記光センサの信号対雑音比が最高となる点、またはその点に近い点に保たれている時に、上記光センサに流れる電流を測定するための測定手段とを備える光検知システム。
【請求項２１】
上記バイアス手段は、上記光センサ上の光レベルに関係なく一定のバイアス電圧を上記光センサに印加し続けるように構成されている請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
上記測定手段は、ｎ×Ｖｂｉ（Ｖｂｉは、暗状態で、その電圧付近で上記光検知素子のうちの一つに流れる電流の符号が変化するようなバイアス電圧）に等しい、またはほぼ等しいバイアス電圧を上記バイアス手段が上記光センサに印加している時に、上記光センサに流れる電流を測定するように構成されていることを特徴とする請求項２０または２１に記載のシステム。
【請求項２３】
上記バイアス手段は、使用時に、ｎ×Ｖｂｉに等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するものである、請求項２１、または請求項２１に従属する場合の請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
上記測定手段は、上記バイアス手段が０に等しい、またはほぼ等しいバイアス電圧を上記光センサに印加している時に、上記光センサに流れる電流を測定するように構成されている請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２５】
上記バイアス手段は、０に等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するように構成されている、請求項２１、または請求項２１に直接または間接的に従属する場合の請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
ｎ≧１０である請求項２０〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２７】
ｎ≧２０である請求項２０〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２８】
ｎ≧５０である請求項２０〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２９】
ｎ≧１００である請求項２０〜２５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３０】
上記第１の光センサと並列に接続された第２の光センサをさらに備え、上記第２の光センサは直列に接続されたｎ個の光検知素子を備え、上記第２の光センサは上記第１の光センサの接続方向とは逆の方向に接続されている、請求項２４、または請求項２４に従属する場合の請求項２５〜２９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３１】
上記第１の光センサの素子間ノードと、それに対応する、上記第２の光センサの素子間ノードとの間に、少なくとも一つの交差接続が設けられていることを特徴としている請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
各光検知素子は、フォトダイオードである請求項２０〜３１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３３】
各光検知素子は、横型フォトダイオードである請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
各光検知素子は、フォトトランジスタである請求項２０〜３１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３５】
各光検知素子は、薄膜光検知素子である請求項２０〜３４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３６】
各光検知素子は、シリコン薄膜光検知素子である請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
上記光検知素子は、表面上、互いに同一である請求項２０〜３６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３８】
上記ｎ個の光検知素子は、演算増幅器の第１の入力と上記演算増幅器の第２の入力との間に、直列に接続されている請求項２０〜３７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３９】
上記ｎ個の光検知素子は、演算増幅器の第１の入力と上記演算増幅器の出力との間に直列に接続されている請求項２０〜３７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４０】
上記バイアス手段と上記測定手段とは、単一の回路内に備えられている請求項２０〜３９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４１】
バックライトを備える表示装置と、
周囲光の光強度を検知するための請求項２０〜４０のいずれか１項に記載の光検知システムと、
上記光検知システムからの出力に基づいて、上記表示装置のバックライトの光強度を制御するための制御装置とを備える表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周囲光センサなどとして使用される光センサに関する。このようなセンサは、例えばアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ（ＡＭＬＣＤ）と一緒に使用される。
【背景技術】
【０００２】
ＡＭＬＣＤとしては、例えば、ディスプレイにおける観視者(observer)の反対側に配置されたバックライトによって照射される、透過型ディスプレイがあげられる。または、ＡＭＬＣＤとして、周囲光が乏しい条件下ではバックライトにより照射され、周囲光が豊富な条件下では反射させた周囲光によって照射される半透過型(transflective)ディスプレイがあげられる。ＡＭＬＣＤ上に表示された画像が、常に観視者に鮮明に見え、かつ不快なほど明るくならないように、周囲光の条件に合わせて、バックライトの光強度を制御することが望ましい。さらに考慮すべきは、とりわけＡＭＬＣＤが携帯電話機などの携帯機器に内蔵されている場合に、電池の寿命を最大限に伸ばすためにバックライトの消費電力を低減することが非常に望ましいということである。したがって、半透過型ディスプレイの場合、バックライトを、周囲光が非常に乏しい条件下では低い光強度で動作させ、明るすぎず暗すぎない周囲光条件下では、確実に画像が観視者に見え続けるようにより強い光強度で動作させ、反射させた周囲光だけで画像を表示させられるほど明るい周囲光条件下では消灯させることが好ましい。
【０００３】
そのため、携帯ＡＭＬＣＤデバイスに周囲光センサ（ＡＬＳ）システムを搭載し、上記ＡＬＳシステムの出力に基づいてバックライトの電力レベルを制御することが知られている。明るい太陽光から暗状態に近い条件まで、周囲光条件のあらゆる範囲の検出を可能にするために、このようなＡＬＳシステムは、高いダイナミックレンジを必要とする。これには、広い動作温度範囲にわたって低レベルの光を検出することが必要である。通常、ＡＬＳシステムは、広い入射光レベル範囲にわたって、また携帯ＬＣＤデバイスの一般的な動作温度範囲にわたって、光を検知できることが必要である。
【０００４】
光検出素子自体を含めた、ＡＬＳシステムの全ての部品をディスプレイのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板上にモノリシックに集積することは、コストおよび機構的な観点から見て有利である。しかしながら、ディスプレイ基板上にモノリシックに集積されたＡＬＳシステムでは、特に低い光レベルにおいて、ＡＬＳシステムに求められる感度を実現することが困難である。これは、ポリシリコンプロセス（例えば、通常のディスプレイＴＦＴ基板の製造に使用されるポリシリコンプロセス）で製造された光検出素子の性能が比較的低いためである。
【０００５】
従来の周囲光センサシステムには、複数の個別の光検出素子を使用しているものと、ディスプレイ基板上に集積された複数の光検出素子を使用しているものがある。別個の光検出素子の場合、上記素子を製造するための製造技術は、デバイスの感度が最大化されるように最適化されている。しかし、集積された光検出素子（例えば、ＣＭＯＳ集積回路（ＩＣ）上に集積された光検出素子）の場合には、製造技術は、上記光検出素子の感度の最大化と、周辺回路の性能の最大化との折衷となる。
【０００６】
モノリシックに集積された周囲光センサを有するＡＭＬＣＤの場合、使用される基本的な光検出デバイスは、ディスプレイＴＦＴ基板の製造に使用される製造プロセスに適合していなければならない。標準的なＴＦＴプロセスに適合する周知の光検出デバイスとしては、横型薄膜ポリシリコンｐ−ｉ−ｎダイオードがある。上記ダイオードの構造の断面図を図１に示す。
【０００７】
図１に示す薄膜ｐ−ｉ−ｎダイオードでは、基板１の上にシリコン層３が堆積されている。上記シリコン層と基板１との間に、中間層が１層以上存在していてもよい。図１に、そのような中間層２を示す。シリコン層３は、真性層（すなわち、意図的に(intentionally)ドープされていない層）として堆積され、続いて、シリコン層３の一端領域３ａがｐ型にドープされ、シリコン層３の他端領域３ｂがｎ型にドープされる。シリコン層の残部は、真性シリコンの領域３ｃとして残る。ゲート絶縁層４および誘電体層５は基板１およびシリコン層３の上に形成される。その後、シリコン層のｐ型ドープされた領域３ａおよびｎ型ドープされた領域３ｂを露出させるように、ゲート絶縁層４および誘電体層５の中にビアホールが形成される。最後に、電極６および７がそれぞれ、シリコン層のｐ型ドープされた領域３ａ、およびｎ型ドープされた領域３ｂに接触するように設けられる。
【０００８】
図２は、図１に示すｐ−ｉ−ｎ型ダイオードを使用しているときの模式図である。このデバイスの詳細な動作はやや複雑なものであるが、要するに電極６と電極７との間に印加されているバイアスＶ０が、図に示すように負であるとき（図２に示すように、Ｖａｎｏｄｅが、陽極に印加された負電圧であり、上記デバイスの陰極が接地されている場合）、２つの感光性の空乏領域ＡおよびＢが形成される。空乏領域ＡおよびＢの一方は、ｐ型シリコン領域３ａと真性領域３ｃとの界面に形成され、もう一方は、ｎ型シリコン領域３ｂと真性領域３ｃとの界面に形成される。上記デバイスが照射されると、入射光子の一部が、光電効果により半導体材料中に吸収される。このとき吸収された各光子により、（少なくとも）１つの電子正孔対が生成される。このような光生成電子正孔対はキャリアとして知られており、上記デバイスの照射された部分の至る所で生成される。しかしながら、一般に、光生成電流の発生に寄与でき、それゆえ上記デバイスによって検出可能であるのは、空乏領域内、または空乏領域内へ拡散できるほど空乏領域に十分近い他の領域内の何れかで生成されるキャリアだけである。図２では、光電流に寄与できるのは、空乏領域Ａからの電子と、空乏領域Ｂからの正孔だけである。なぜならば、上記デバイスの中央部にある非空乏真性領域３ｃでは、キャリアの寿命が短いため、空乏領域電界の影響下において非空乏真性領域３ｃ内へ掃引されたキャリアは、ほとんど必然的に再結合するからである。
【０００９】
集積されたＡＬＳシステムを提供する上での問題の１つは、ポリシリコンＴＦＴプロセスで製造されるフォトダイオードの感度が、バルク技術（ＣＭＯＳなど）で製造されるフォトダイオードの感度よりも、ずっと低いことである。その主な理由は、以下の二つである。
【００１０】
第１の理由は、一般的に、感光性である半導体材料の体積（上記デバイスの空乏領域）がかなり小さいことである。特に材料の薄膜層の厚みは、通常、わずか数十ナノメートルになるように設計される。その結果、照射光の大部分が、吸収されずに上記デバイスを真っ直ぐに通り抜けてしまい、そのために検出されない。
【００１１】
第２の理由は、薄膜デバイスによって生成される暗電流は、バルクデバイス内の暗電流よりも高くなる傾向があることである。暗電流とは、非照射条件下でのダイオードの漏洩電流であり、温度と上記デバイスにかけられた電界の両方に依存するところが大きい。そのため、暗電流は、フォトダイオードの陰極端子および陽極端子の間に印加された電位差にも極めて敏感である。
【００１２】
したがって、薄膜ポリシリコンフォトダイオードを備えている周囲光センサは、感度が悪くなりやすく、またダイナミックレンジが低くなりやすい。
【００１３】
欧州特許出願公開第１，３９４，８５９号明細書には、漏洩電流を抑制するために使用される新規の製造技術を用いて、ｐ−ＳｉＴＦＴプロセスで横型フォトダイオードを製造することが記載されている。しかし、回路構成にこのデバイスを実装しても、横型フォトダイオードは依然として、横方向電界がかなり高い形態で動作する。そのため、漏洩電流は比較的高いままである。したがって、記載されている加工技術は漏洩電流の減少に効果があるかもしれないが、記載されている実装は、ダイナミックレンジの高いＡＬＳシステムに使用できるほど、フォトダイオードの感度を十分に増加できそうにない。
【００１４】
Ｓ．Ｖ．Ｋａｒｎｉｋらは、"Novel multiple lateral Polysilicon p+-n-n+ and p+-p-n+ Diodes”,Proceedings of SPIE Vol.4295 (p. 120-124,Flat Panel Display Technology and Display Metrology II),2001において、直列に接続されたポリシリコン薄膜ダイオードを、順方向バイアスおよび逆方向バイアスの動作モードの電気回路素子として使用することを記載している。この構成の主な利点は、直列に接続された構成の逆方向バイアスモードにおいて、漏洩電流が減少することである。しかし、これらの構造をフォトダイオードとして使用することは記載されていない。
【００１５】
また、上記光検出素子と同様に、実用的なＡＭＬＣＤ内の周囲光センサシステムは、
（ａ）光検出素子を制御し、また、光生成電荷を検知するバイアス回路と、
（ｂ）測定された周囲光のレベルを表す出力信号（アナログまたはデジタル）を供給する出力回路とを備えている。
【００１６】
上記ディスプレイは、さらに、（ｃ）測定された周囲光のレベルに基づいてディスプレイの動作を調整する（例えば、バックライトの光強度を制御することによって調整する）手段を備えている。
【００１７】
多くの適切な形式の出力回路（すなわち、アナログ出力のための増幅器や、デジタル出力のためのアナログ−デジタル変換器）が、よく知られている。同様に、測定された周囲光のレベルに基づいてバックライトの光強度を動的に調整する着想も知られており、例えば国際公開第２００５／０７６２５３Ａ号パンフレットや、K.Maeda et al., “The System LCD with Monolithic Ambient-Light Sensor System”, Proceeding of SID 2005,Vol.XXXVI,Book 1,p356に開示されている。
【００１８】
現行のＡＬＳシステム、特にモノリシックに集積されたシステムの制限は、（上述したように）光検出デバイスに原因があるだけではなく、上記システムの動作を制御するために使用されるバイアス回路の性能のレベルにも原因がある。バイアス回路は、理想としては、光検出デバイスの感度を最大化し、また、光検出デバイスおよび／またはバイアス回路の部品の製造における加工のばらつき、電気的干渉、そして温度効果に影響されることなく、光検出デバイスの電流の一貫した測定が可能となるように、光検出デバイスの動作を確実に制御するよう構成されねばならない。
【００１９】
米国特許出願公開第２００５／１３４７１５号明細書には、フォトダイオードに加えて積分回路を備えている能動画素センサが記載されている。この積分回路によって、フォトダイオードの感度を最大化するように、フィードバックを用いて最適なバイアスを印加する。この方法の欠点は、フォトダイオードに印加されている動作バイアスをフィードバック機構が調整できるようにするために、フォトダイオードに対する照明の供給を中断することが必要であることである。さらに、ポリシリコンを使用する場合、記載された回路の実施形態を、要求される精度まで再現することは、困難である。
【００２０】
上述したMaeda et al.に記載されているＬＣＤは、横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードとアナログ処理回路とを含んでいる周囲光センサを内蔵している。横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードおよびアナログ処理回路は、ディスプレイ基板上に直接、集積されている。この文献に開示されているバイアス回路は、フォトダイオードの端子に高電位を付与するため、フォトダイオードの暗電流を多く生成し、このシステムの感度を制限してしまう。
【００２１】
欧州特許出願公開１，１２８，１７０号明細書および米国特許出願公開第２００５／０２０５７５９号明細書にはそれぞれ、フォトダイオードに流れる電流を測定し、参照値と比較する方法が記載されている。電流が測定された後で、測定された電流が所定の参照値よりも高いか低いかによって、フォトダイオードのバイアス回路が調整される。欧州特許出願公開１，１２８，１７０号明細書には、入射光レベルの大きな変化に対処するために、比較的広い範囲にわたってフォトダイオードのバイアスの調整を可能にする方法が記載されている。このように、適切な参照値を選択することによって、入射光レベルが低い場合には、フォトダイオードを最も感度のよい領域で動作させることができる。しかし、入射光レベルが高い場合、出力信号の飽和を避けるためにバイアス電圧が変更されることがある。米国特許出願公開第２００５／０２０５７５９号明細書では、通信システム内の光受信機について特に言及されており、いかなる検出性能パラメータの値も最適化されるように、フォトダイオードのバイアス電圧を動的に制御できる方法が記載されている。
【００２２】
同様に、米国特許出願公開第２００３／０１２２５３３号明細書には、生成された電流の測定に基づいて、フォトダイオードに印加されるバイアスを制御する回路が記載されている。この場合、記載されているバイアス回路は、印加されるバイアスを広い範囲にわたって変更するという要件を満たしている。設定されるバイアスを決定するのに使用される方法は、欧州特許出願公開１，１２８，１７０号明細書および米国特許出願公開第２００５／０２０５７５９号明細書の方法に類似しており、フォトダイオードの電流の検出とフィードバック機構の使用とに基づいている。
【００２３】
一般に、上記バイアス方法はどれも、集積された薄膜フォトダイオードを利用するＡＬＳに対して適用することができないであろう。さらに、フォトダイオードの電流の検出に関与するフィードバック機構が、集積された薄膜フォトダイオードを使用するＡＬＳシステムの感度の要件を満たせるほど十分に、フォトダイオードへのバイアス印加の精度を高めることができるのかが不明である。
【００２４】
英国特許１，１７５，５１７号明細書には、複数の直列に接続された「光検知体(photosensitive body)」から形成されている光センサが開示されている。動作時には、バイアス電圧が光センサと負荷抵抗との組み合わせに印加される。
【００２５】
米国特許第５１１７０９９号明細書には、電流領域において、検出フォトダイオードおよび参照フォトダイオードからの電流を減算する仕組みが記載されている。これは、検出フォトダイオードおよび参照フォトダイオードをループ状に配置し、検出フォトダイオードの陽極を参照フォトダイオードの陰極に接続し、検出フォトダイオードの陰極を参照フォトダイオードの陽極に接続することによって実現される。これにより、周囲温度および迷光の変動を補償することができる。
【発明の概要】
【００２６】
本発明の第１の態様によれば、光センサを動作させる方法であって、直列に接続されたｎ個（ｎは１より大きい整数）の光検知素子を備える光センサにバイアス電圧を印加するステップと、上記光センサに印加されたバイアス電圧によって、上記光センサが、上記光センサの信号対雑音比が最高となる動作点、またはその動作点に近い動作点に保たれている時に、上記光センサに流れる電流を測定するステップとを含む方法が提供される。
【００２７】
「直列に接続された」という用語は、ある光検知素子の陰極が別の光検知素子の陽極に接続されており、（光検知素子が３つ以上である場合には）上記別の光検知素子の陰極も同様にさらに別の光検知素子の陽極に接続されているような、あらゆる構成を包含する概念を意図している。「直列に接続された」という用語は、ｎ個の光検知素子が別々の半導体領域内に形成されている場合のみならず、ｎ個の光検知素子が単一の半導体領域内に形成されている場合も含む概念を意図している。
【００２８】
欧州特許出願公開１，１２８，１７０号明細書（ＥＰ１１２８１７０）、米国特許出願公開第２００５／０２０５７５９号明細書、および米国特許出願公開第２００３／０１２２５３３号明細書のバイアス方法と比べると、上記光センサに、その感度が最も高くなる動作点、または上記動作点に近い動作点で、光レベルにかかわらず単純にバイアスが印加される。
【００２９】
直列に接続された複数の光検知素子を使用すると、光検知素子を最も感度のよい領域内で動作させるのに必要なバイアス印加の精度を下げることができるという効果が得られる。このように、必要とされるバイアス印加の精度を下げることは、光センサ用バイアス回路がディスプレイ基板上にモノリシックに集積されていて、例えば、光センサ用のバイアス回路がポリシリコンプロセスで製造された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を備えている場合に、最も重要なことである。そのようなＴＦＴは通常、加工のばらつきが大きく、予期しない回路動作をもたらす。本発明の方法では、直列に接続された複数の光検知素子を使用して、光検知素子を最も感度のよい領域で動作させるのに必要なバイアス印加の精度を下げることによって、モノリシックに集積されたバイアス回路が使用できる程度まで上記の必要とされるバイアス印加の精度が低下する。
【００３０】
上記方法は、印加されているバイアス電圧が、ｎ×Ｖｂｉ（Ｖｂｉは、暗状態で、その電圧付近で上記光検知素子のうちの一つに流れる電流の符号が変化するようなバイアス電圧）に等しい、またはほぼ等しい時に、光センサに流れる電流を測定するステップを含んでいてもよい。
【００３１】
また、バイアス電圧Ｖｂｉは、暗状態で、光検知素子のうちの一つに流れる電流が０となるバイアス電圧でもある。
【００３２】
上記複数の光検知素子が複数のフォトダイオードである場合、バイアス電圧Ｖｂｉは、光検知素子のうちの一つの「ビルトイン電圧(built-in voltage)」である。公知のように、フォトダイオードの「ビルトイン電圧」は、暗電流を０にするために、デバイスの両端間に印加しなければならないバイアス電圧である。印加されるバイアス電圧が正のビルトイン電圧であると、順方向電流（正電流）が得られる。印加されるバイアス電圧が負のビルトイン電圧であると、ダイオードの電流は、逆方向となる（負電流）。フォトダイオードの「ビルトイン電圧」は、フォトダイオードに流れる暗電流が最小値となるバイアス電圧である。
【００３３】
上記光検知素子がフォトトランジスタである場合、暗状態のデバイスにおいて、フォトトランジスタのソースとドレインとの間に電流が流れないように、フォトトランジスタのソースとドレインとの間にバイアスが印加される。ソース−ドレイン間に印加されるこのバイアス電圧の値は、その電圧値付近で電流の符号が変化するものであり、かつ、フォトトランジスタのゲートに印加される電圧に依存して変化しうるものである。
【００３４】
光センサの「暗電流」は、光センサが照射されていないときに、光センサによって生成される電流である。本願明細書では、「暗電流」を「漏洩電流」とも呼ぶ。
【００３５】
上記のバイアス電圧を印加するステップは、ｎ×Ｖｂｉに等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するステップを含んでいてもよい。
【００３６】
上記方法は、光センサに印加されているバイアス電圧が、０に等しい、またはほぼ等しい時に、上記光センサに流れる電流を測定するステップを含んでいてもよい。
【００３７】
上記のバイアス電圧を印加するステップは、０に等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するステップを含んでいてもよい。
【００３８】
直列に接続された光検知素子の個数ｎは、１０以上であってもよく、２０以上であってもよく、５０以上であってもよく、１００以上であってもよい。
【００３９】
各光検知素子は、フォトダイオード、例えば横型フォトダイオードであってもよい。または、各光検知素子は、フォトトランジスタであってもよい。
【００４０】
各光検知素子は、薄膜光検知素子であってもよく、シリコン薄膜光検知素子であってもよい。
【００４１】
上記複数の光検知素子は、表面上(nominally)、互いに同一であってもよい。
【００４２】
上記方法は、上記ｎ個の光検知素子を演算増幅器の第１の入力と上記演算増幅器の第２の入力との間に直列に接続するステップを含んでいてもよい。これは、適切なフィードバック（１の利得(unity gain)または積分器など）を与えることにより、光検知素子に０のバイアス電圧を印加するのに便利な方法となる。
【００４３】
または、上記方法は、上記ｎ個の光検知素子を演算増幅器の第１の入力と上記演算増幅器の出力との間に直列に接続するステップを含んでいてもよい。これは、適切なフィードバック（例えば１の利得など）を与えることにより、光検知素子に０のバイアス電圧を印加するのに便利な方法となる。
【００４４】
本発明の第２の態様によれば、表示装置を動作させる方法であって、第１の態様の方法に従って周囲光の光強度を検知するステップと、上記光センサからの出力に従って上記表示装置のバックライトの光強度を制御するステップとを含んでいる方法が提供される。
【００４５】
本発明の第３の態様によれば、直列に接続されたｎ個（ｎは１より大きい整数）の光検知素子を備える光センサと、上記光センサにバイアス電圧を印加するためのバイアス手段と、上記光センサに印加されたバイアス電圧によって、上記光センサが、上記光センサの信号対雑音比が最高となる点、またはその点に近い点に保たれている時に、上記光センサに流れる電流を測定するための測定手段とを備える光検知システムが提供される。
【００４６】
上記バイアス手段は、上記光センサ上の光レベルに関係なく一定のバイアス電圧を上記光センサに印加し続けるように構成されていてもよい。
【００４７】
上記測定手段は、ｎ×Ｖｂｉ（Ｖｂｉは、暗状態で、その電圧付近で上記光検知素子のうちの一つに流れる電流がＶｂｉ周辺で符号を変えるバイアス電圧）に等しい、またはほぼ等しいバイアス電圧を上記バイアス手段が光センサに印加している時に、上記光センサに流れる電流を測定するように構成されていてもよい。
【００４８】
上記バイアス手段は、使用時に、ｎ×Ｖｂｉに等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するものであってもよい。
【００４９】
上記測定手段は、上記バイアス手段が０に等しい、またはほぼ等しいバイアス電圧を上記光センサに印加している時に、上記光センサに流れる電流を測定するように構成されていてもよい。
【００５０】
上記バイアス手段は、０に等しい、またはほぼ等しい、一定のバイアス電圧を印加するように構成されていてもよい。
【００５１】
直列に接続された光検知素子の個数ｎは、１０以上であってもよいし、２０以上であってもよいし、５０以上であってもよいし、１００以上であってもよい。
【００５２】
上記システムは、上記第１の光センサと並列に接続された第２の光センサをさらに備え、上記第２の光センサは直列に接続されたｎ個の光検知素子を備え、上記第２の光センサは第１の光センサの接続方向とは逆の方向に接続されていてもよい。
【００５３】
上記第１の光センサの素子間ノードと、それに対応する、上記第２の光センサの素子間ノードとの間に、少なくとも一つの交差接続が設けられていてもよい。
【００５４】
各光検知素子は、フォトダイオードであってもよく、横型フォトダイオードであってもよい。
【００５５】
各光検知素子は、フォトトランジスタであってもよい。
【００５６】
各光検知素子は、薄膜光検知素子であってもよい。
【００５７】
各光検知素子は、シリコン薄膜光検知素子であってもよい。
【００５８】
光検知素子は、表面上、互いに同一であってもよい。
【００５９】
上記ｎ個の光検知素子は、演算増幅器の第１の入力と第２の入力との間に直列に接続されていてもよい。
【００６０】
上記ｎ個の光検知素子は、演算増幅器の第１の入力と出力との間に直列に接続されていてもよい。
【００６１】
上記バイアス手段と上記測定手段とは、単一の回路内に備えられていてもよい。
【００６２】
本発明の第４の態様によれば、バックライトを備える表示装置と、周囲光の光強度を検知するための第３の態様の光検知システムと、上記光検知システムからの出力に基づいて、上記表示装置のバックライトの光強度を制御するための制御装置とを備える表示システムが提供される。
【００６３】
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードの断面図である。
【図２】図２は、図１の横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードの動作を示す図である。
【図３】図３は、暗時および被照射時における、図１の横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードの典型的な電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。
【図４】図４は、図３のＩ−Ｖ特性の部分拡大図である。
【図５】図５は、図１の横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードにおける、典型的な暗電流に対する光生成電流の比を印加されたバイアスの関数として示す図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は、暗時および被照射時における、直列に接続された１００個の横型フォトダイオードの典型的な電流−電圧特性を示す図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は、暗時および被照射時における、直列に接続された１０個の横型フォトダイオードの典型的な電流−電圧特性を示す図である。
【図７】図７は、直列に接続された複数の横型フォトダイオードにおける、空乏領域の構成、および発生したキャリアの動きを示す模式図である。
【図８（ａ）】図８（ａ）は、直列に接続された１００個の横型フォトダイオードにおける、典型的な暗電流に対する光生成電流の比を印加されたバイアスの関数として示す図である。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は、直列に接続された１０個の横型フォトダイオードにおける、典型的な暗電流に対する光生成電流の比を印加されたバイアスの関数として示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第５の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す光検知システムの動作の原理を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第７の実施形態に係る光検知システムを示す図である。
【図１７】図１７は、ＡＭＬＣＤ上に集積された周囲光センサシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
本発明の基本概念は、２つの要素からなっている。第１に、本発明は、光検知素子(photo-sensing element)の信号対雑音比が最高となる点、またはその点に近い点に、上記光検知素子を保ちながら、上記光検知素子の光生成電流を測定するステップを含んでいる。第２に、複数の光検知素子を直列に接続する構成を使用することにより、モノリシックに集積されたバイアス回路の使用が可能となるようにバイアス印加の必要条件を緩和する。
【００６６】
以下に、光検知素子がフォトダイオードである例を参照して、本発明を説明する。しかしながら、本発明は、フォトダイオードの使用に限定されるものではなく、例えばフォトトランジスタなど、他の光検知素子を使用してもよい。
【００６７】
フォトダイオードの感度が最大になるのは、フォトダイオードが照射されていないときの漏洩電流（すなわち暗電流）に対する、フォトダイオードが照射されているときに発生する光電流の比が、最高になるときである。図３は、フォトダイオードの典型的なＩ−Ｖ特性を示し、光電流を破線で、漏洩電流を実線で示している。この図から、印加されるバイアスが０ボルトに非常に近いときに漏洩電流に対する光電流の比が最高になることが分かる。
【００６８】
図４は、フォトダイオードの典型的なＩ−Ｖ特性を、０に近い印加バイアス電圧について部分的に拡大した図である。実線は漏洩電流（すなわち暗状態での応答）であり、破線は高照度レベル時の光電流であり、正方形で構成されている線は、低照度レベル時の光電流である。図４に示す、漏洩電流（実線）および高照度レベル時の光電流（破線）は、図３に示す漏洩電流および光電流に対応している。
【００６９】
ここから、漏洩電流の大きさは、非常に狭い谷を持ち、バイアス電圧がダイオードのビルトイン電圧Ｖｂｉと一致するときに最小となることが分かる。ポリシリコン薄膜フォトダイオードの場合、Ｖｂｉはゼ０ボルトに非常に近い値となる。バイアス電圧がＶｂｉに等しい場合の漏洩電流の最小値は、上記デバイスが暗状態の時に、漏洩電流の方向の符号が変化する点に対応している。光電流も、同様の最小値をとり、同じくその最小値で符号が変化するが、この符号の変化は異なる印加バイアス電圧で起こる。符号の変化が異なる印加バイアス電圧で起こる点は重要である。つまり、光電流が最小になるのは、バイアス電圧がＶＯＣと表記する開路電圧に等しいときである。ＶＯＣの値は、（図４から分かるように）光レベルおよび温度の両方に依存して変化する。
【００７０】
図５は、図３に示すＩ−Ｖ特性を有するフォトダイオードの、漏洩電流に対する光電流の比として信号対雑音比（ＳＮＲ）を定義したときの、信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す図である。図５は、ＳＮＲの曲線を２つ示しており、これら２つの曲線はそれぞれ、図４の高照度レベル時および低照度レベル時に対応している。ここから、フォトダイオードがビルトイン電圧Ｖｂｉに近いバイアスを印加された場合、信号対雑音比は非常に高くなり、このバイアス領域で動作させるとセンサの感度は最高になる。
【００７１】
さらに、ビルトイン電圧Ｖｂｉは０に近いので、フォトダイオードに０ボルトのバイアスを印加することによって、高い信号対雑音比を得ることができる。したがって、フォトダイオードに対して０ボルトのバイアスを印加した場合、他のバイアス電圧を印加した場合と比べて、ずっと低い入射照度レベルを検出することが原理上可能となる。しかしながら、実際には、０Ｖのバイアス電圧を発生するよう意図されたバイアス回路は、ＶＡ＝０±δＶという、０ではないバイアス電圧を発生する。このため、ＳＮＲのピークを十分活用するためには、δＶを最小にしなければならない。図５に示すＳＮＲのピークの典型的な幅は、この特定の照度レベルで６０ｄＢのダイナミックレンジを実現するために、δＶ＜１ｍＶであることを必要とする。これほどの精度でフォトダイオードにバイアスを印加することは、上述したように相当の加工のばらつきによって性能にばらつきが生じているＴＦＴからバイアス回路が構築されている完全にモノリシックな実装においては、非常に困難である。さらに、広範囲の照度レベルにわたって、要求される精度でフォトダイオードにバイアスを印加することが必要であり、図５に示すように、照度レベルが低くなるに従って、ＳＮＲ曲線の幅が狭くなる。
【００７２】
それゆえ、本発明では、印加バイアス電圧に必要な精度を緩和するために、複数の直列に接続されたフォトダイオードの構成を使用している。
【００７３】
いくつものフォトダイオードを直列に接続することによって得られる効果は、単一のフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示す図４と、直列に接続された１００個のフォトダイオード（各々のフォトダイオードは、図３または図４のＩ−Ｖ特性を有している）のＩ−Ｖ特性を示す図６（ａ）とを比較することによって分かる。図６（ａ）は、暗時、高照度レベル時、および低照度レベル時におけるＩ−Ｖ特性を示す。その注目すべき特徴は、以下の通りである。第１に、最も重要なこととして、バイアス電圧０Ｖ近くの漏洩電流の谷が広くなっている。第２に、照射条件下での開路電圧が増加している（図６（ａ）に示すバイアス電圧の最大値を超えている）。第３に、複数のフォトダイオードを直列に構成したことによって、Ｖ０＝０Ｖというバイアス電圧を印加したときの光電流が変化しない。フォトダイオードのアレイに対してＶ０＝０Ｖのバイアスが印加されたときの光電流は、照度レベルと比例するが、直列に接続されたフォトダイオードの個数には影響されない。
【００７４】
これらの現象は、図７を参照して説明することができる。図７は、直列に接続された横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードの動作を概略的に示す図である。各フォトダイオード８は、ｐ型シリコン領域３ａと、ｎ型シリコン領域３ｂとを備えており、それら２つの領域３ａおよび３ｂは真性シリコン領域３ｃによって分離されている。各フォトダイオード内に２つの空乏領域９，１０が形成されており、これらの一方はｐ型シリコン領域３ａと真性領域３ｃとの界面に形成され、もう一方はｎ型シリコン領域３ｂと真性領域３ｃとの界面に形成されている。したがって、ｎ個のフォトダイオードが直列に接続されている場合、各フォトダイオード毎に２個ずつ、合計で２ｎ個の空乏領域が形成されている。各フォトダイオードは、オーミック接続１１によって、隣接したフォトダイオードに接続されている（上記記載は「直列に接続されたフォトダイオード」について言及したものであるが、実際には、フォトダイオード８は、シリコン層の複数の領域をそれぞれ適切にドープすることによって形成され、ｐ型領域３ａ、ｎ型領域３ｂ、およびオーム領域１１を形成している）。
【００７５】
上記デバイスが照射されたとき、入射光子の一部は、光電効果によって半導体材料中に吸収され、吸収された各光子は（少なくとも）１つの電子正孔対を生成する。しかしながら、注目すべき重要な点は、総電流に対する正味の貢献だけを見れば、その貢献は、図７の左手側の端の空乏領域Ａに発生した電子、または図７の左手側の端の空乏領域Ｂに発生した正孔によるものである、ということである。他のキャリアはすべて、熱的に生成されたものであっても、吸収された光子によって生成されたものであっても、空乏領域を分離する真性領域中において再結合する可能性が非常に高い。それゆえ、複数のフォトダイオードを直列に接続することによって、直列に接続されたフォトダイオードのアレイが照射されたときに発生する光電流は増加しない。図２と図７とを比較すると、どちらの場合でも２つの欠乏領域が光電流に寄与していることがわかる。また、図４と図６（ａ）とを比較すると、実際に、直列に接続された１００個のフォトダイオードが０Ｖのバイアスを印加されて照射されたときに発生する光電流が、１つのフォトダイオードが０Ｖのバイアスを印加されて照射されたときに発生する光電流にほぼ等しいことがわかる。
【００７６】
しかしながら、ｎ個のフォトダイオードを直列に接続し、ＶＡのバイアス電圧を印加することによって、各空乏領域にかかる総バイアス電圧は、１つのフォトダイオードにＶＡのバイアス電圧を印加した場合と比べて、ｎ分の１に減少する。また、このバイアス電圧の減少は、各空乏領域にかかる電界を減少させる効果も有している。その結果、熱的に発生したキャリアはずっと遅い移動速度で送り出され、このため、上記キャリアが空乏領域を離れる前に再結合する可能性が一層高まる。それゆえ、直列に接続されたｎ個のフォトダイオードの場合、漏洩電流の、ビルトイン電圧Ｖｂｉ付近の谷は、顕著に広がる。つまり、バイアス電圧が０Ｖに近い場合、直列に接続されたｎ個のフォトダイオードの漏洩電流は、１個のフォトダイオードの漏洩電流よりも顕著に低くなる。このことは、図４に示す、バイアス電圧が０に近いときの、１個のフォトダイオードの漏洩電流（実線の曲線）と、図６（ａ）に示す、０に近いバイアスが印加されたときの、直列に接続された１００個のフォトダイオードの漏洩電流（実線の曲線）とを比較することによっても分かる。
【００７７】
上記で説明したように、光電流の最小は、Ｖｂｉではなく、むしろ開路電圧ＶＯＣが中心となっている。ｎ個のフォトダイオードを直列に接続することによって、ＶＯＣをｎ倍に増加させる効果が得られる。なぜならば、開路電圧が各フォトダイオードにかかるからである。
【００７８】
図４および図６（ａ）から分かるように、１００個のフォトダイオードを直列に接続すると、バイアス電圧の値が０Ｖに近いときの信号対雑音比が上昇した。さらに、バイアス電圧が０Ｖに近いときの漏洩電流の最小の幅が広くなっている。例えば図６（ａ）では、バイアス電圧の約０．０１５Ｖの範囲にわるバイアス電圧で、１０−１５Ａ以下の漏洩電流を実現し、それによって光電流：漏洩電流の比を１０４：１以上にすることができる。このように、複数のフォトダイオードを直列に接続することによって、バイアス回路に要求される精度が、達成可能なレベルにまで緩和される。さらに、バイアス電圧が０Ｖに近いときに、光電流が、印加されるバイアス電圧にあまり依存しなくなるという利点がある。これには、バイアス電圧の正確な値が事前に分からない状況において、検出された光電流の再生成を容易にできるという利点がある。
【００７９】
これらの利点は、図８（ａ）からも分かる。図８（ａ）は、直列に接続された１００個のフォトダイオードの、漏洩電流に対する光電流の比（すなわち信号対雑音比ＳＮＲ）を印加されたバイアス電圧の関数として示す。図８（ａ）は、図６（ａ）の高照度レベル時および低照度レベル時のＳＮＲを示す。ここから、図５に示す１個のフォトダイオードのＳＮＲの曲線と比較すると、ＳＮＲにおけるピークの振幅が増大しており、ピーク幅が広がっていることが分かる。
【００８０】
直列に接続されたフォトダイオード、または積層フォトダイオードの使用は知られている。しかしながら、先行技術における直列接続／積層は、発生される光電流の値を増大させる手段として使用されてきた。一方、本発明では、ｎ個のフォトダイオードの直列接続が、最高の信号対雑音比を得るために必要な、光センサに対するバイアス印加の精度を下げるために使用され、また信号対雑音比の最高値を向上させるためにも使用される。
【００８１】
図９は、本発明の一実施形態に係る光検知システムの概略図である。本発明の光検知システムは、直列に接続されたｎ個（ｎ＞１）の光検知素子を備えている光センサと、上記光センサにバイアス電圧を印加するためのバイアス手段と、上記光センサに印加されたバイアス電圧によって、上記光センサが、上記光センサの信号対雑音比が最高となる点、またはその点に近い点に保たれている時に、上記光センサに流れる電流を測定するための測定手段とを含んでいる。
【００８２】
本実施形態では、複数のｎ個の光ダイオード８が、直列に接続されて、直列接続フォトダイオードアレイ１２を形成している。本実施形態では、光センサにバイアス電圧を印加するためのバイアス手段と、光センサに流れる電流を測定するための測定手段とが、単一の回路（図９の測定回路１３）内に含まれている。直列接続フォトダイオードアレイ１２の出力端子は、測定回路１３に接続されている。
【００８３】
測定回路１３は、直列接続フォトダイオードアレイ１２に印加されるバイアス電圧によって、直列接続フォトダイオードアレイ１２が、直列接続フォトダイオードアレイ１２の信号対雑音比が最高となる点、またはその点に近い点に保たれている時に、直列接続フォトダイオードアレイ１２に流れる電流を測定するように構成されている。本実施形態の好ましい実施例では、測定回路１３を、直列接続フォトダイオードアレイ１２にかかるバイアスが
ＶＡ＝ｎＶｂｉ
（ｎは、直列に接続されたフォトダイオードの個数であり、Ｖｂｉは単一のフォトダイオードのビルトイン電圧である）
であるときに、直列接続フォトダイオードアレイ１２に流れる電流を測定するように構成する。
【００８４】
上記で説明したように、本実施形態によって、先行技術と比べて、感度を顕著に向上させることができる。さらに、測定回路１３によってフォトダイオード８の動作が、その最も感度の高いい領域に保たれるだけでなく、直列接続フォトダイオードアレイ１２の使用により、測定回路１３に必要とされる、バイアス電圧ＶＡを所望の値に保つ精度を下げることができる。それゆえ、測定回路１３がポリシリコンプロセスにおいて製造されたＴＦＴで構成されていることによって、設計性能からの著しい逸脱が生じても、高いダイナミックレンジの出力が可能となる。
【００８５】
測定回路１３は、ＶＡ＝ｎＶｂｉの振幅を持つ一定のバイアス電圧を直列接続フォトダイオードアレイ１２に印加し続ける構成とすることができる。または、第一に、バイアス電圧の値が、時々ＶＡ＝ｎＶｂｉの値になり、第二に、測定回路１３が、バイアス電圧の値がＶＡ＝ｎＶｂｉの値に等しい時、またはその値にほぼ等しい時にだけ、直列接続フォトファイオードアレイ１２に流れる電流を測定するのであれば、測定回路１３は、時間的に変化するバイアス電圧を直列接続フォトダイオードアレイ１２に印加してもよい。
【００８６】
フォトダイオード８は、横型ダイオード、例えば横型ｐ−ｉ−ｎフォトダイオードであってもよい。また、フォトダイオード８は、例えばシリコン薄膜フォトダイオードなどの、薄膜フォトダイオードであってもよく、したがって、フォトダイオードのアレイは、図７に示すような汎用の構成でよい。
【００８７】
ｎ個の光検知素子は、表面上、互いに同一であることが望ましい。すなわち、ｎ個の光検知素子は、製造許容誤差の限界内で互いに同一であることが望ましい。
【００８８】
直列接続フォトダイオードアレイ１２中におけるフォトダイオード８の個数ｎは、所望の信号対雑音比が得られるように、および／または、信号対雑音比を所望の値より高く保つために必要とされるバイアス電圧の許容誤差δＶが、測定回路１３からの出力バイアス電圧に生じうるばらつきよりも確実に大きくなるように、選択すればよい。携帯ＬＣＤデバイスでの使用を見込んだＡＬＳシステムの用途においては、多くの場合、直列接続フォトダイオードアレイ１２が少なくとも１００個のフォトダイオードを含むであろう。しかしながら、これよりも要求が低い用途では、直列接続フォトダイオードアレイ１２に含まれるフォトダイオードの個数は、これよりも少なくてよく、例えば、５０以上でもよいし、２０以上でもよいし、１０以上でもよい。
【００８９】
図９の実施形態では、バイアス電圧を光センサに印加するためのバイアス手段と、光センサ内の電流を測定するための測定手段とが、どちらも単一の回路内（すなわち、図９の測定回路１３内）に含まれている。しかしながら、原理上は、直列接続フォトダイオードアレイ１２にバイアスを印加するためのバイアス回路と、直列接続フォトダイオードアレイ１２に流れる電流を測定するための測定回路とは、別々の回路として設けられていてもよい。
【００９０】
実際には、横型薄膜ポリシリコンフォトダイオードのビルトイン電圧は、無視できるほど小さい。そのため、本実施形態、および以下に続くすべての実施形態において、「Ｖｂｉは実質的に０Ｖとほぼ等しい」という近似を使用している。したがって、本実施形態は、０Ｖまたはそれに近い一定のバイアス電圧を供給する測定回路１３を用いて実現することが好ましい。あるいは、本実施形態は、フォトダイオードアレイに流れる電流の測定が、バイアス電圧が０Ｖにほぼ等しい時だけ行われるのであれば、ときどき０Ｖの値をとる、時間的に変化するバイアス電圧を供給する測定回路１３を用いて実現することも好ましい。例えば、上記測定回路１３は、時間とともに正弦波状に変化していくバイアス電圧を供給してもよい。
【００９１】
注目すべきは、フォトダイオードアレイに流れる電流が測定される時のバイアス電圧が所望の値からどれだけの量まで外れてよいかは、所望される暗信号に対する光信号の比、および暗信号に対する光信号の比の電圧依存性に依存する、ということである。暗信号に対する光信号の比の電圧依存性が図８（ａ）に示す通りである場合、高照度レベルの場合、暗信号に対する光信号の比が１０４を超えるのは、バイアス電圧がおおよそ−０．０２Ｖから＋０．０２Ｖまでの範囲内にあるときであるが、低照度レベルの場合、暗信号に対する光信号の比が１０４を超えるのは、バイアス電圧がおおよそ−０．００６Ｖから＋０．００６Ｖまでの範囲内にあるときであることが分かる。一例として、図８（ａ）の高照度レベルと図８（ｂ）の低照度レベルとの間のいかなる照度レベルでも、暗信号に対する光信号の比が少なくとも１０４となるように光検知システムを動作させることが所望されるときには、バイアス電圧を−０．００６Ｖから＋０．００６Ｖまでの範囲内に保たなければならない。
【００９２】
設計の際、直列に配置される光検知素子の個数ｎは、利用可能な部品（例えば、ＴＦＴ基板上に設けられる光センサの場合、利用可能なＴＦＴ部品）で実現可能なバイアス回路の性能によって決まる。バイアス回路がより精密になるにつれて（すなわち出力バイアス電圧のばらつきδＶが小さくなるにつれて）、使用可能なｎの値を小さくなる。このことは、図６（ｂ）および図８（ｂ）からもわかる。図６（ｂ）および図８（ｂ）は、図６（ａ）および図８（ａ）にそれぞれ対応しているが、１０個の直列に接続されたフォトダイオードの場合のＩ−Ｖ特性およびＳＮＲを示す。ここから、図８（ｂ）に示す、１０個の直列に接続されたフォトダイオードの場合のＳＮＲ曲線は、図８（ａ）に示す、１００個の直列に接続されたフォトダイオードの場合のＳＮＲ曲線よりも狭くなっていることが分かる。これは、所定の精度を持つバイアス回路を用いた場合、１０個の直列に接続されたフォトダイオードを使用する方が、１００個の直列に接続されたフォトダイオードを使用する場合よりもＳＮＲ値が低いことを意味している。例えば、図８（ａ）に示す、１００個の直列に接続されたフォトダイオードが１００個の場合、０±０．００６Ｖの出力電圧を供給できるバイアス回路は、たとえ低照度レベルであっても、少なくとも１０４のＳＮＲ値を得ることができるのに対して、図８（ｂ）に示す、１０個の直列に接続されたフォトダイオードの場合、このバイアス回路は、低照度レベルでは、わずか１０１ほどのＳＮＲ値しか得ることができない。
【００９３】
一般に、設計段階においては、次に示す要素を考慮しなければならない。
【００９４】
１）直列に配置される光検知素子の個数ｎ（達成可能なバイアス印加の精度によって決まる）。
【００９５】
２）ダイオード幅（低光レベルで生成される小さい電流を検出できるほど十分に大きいことが必要である）。
【００９６】
３）面積（ｎ×Ｗで求められ、この面積が広いほどコストが高くなる）。
【００９７】
それゆえ、直列に配置される光検知素子の個数ｎの最適な値は、状況に応じて、また、設計仕様に応じて決まる。
【００９８】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る光検知システムを示す図である。本実施形態は、測定回路１３が、フォトダイオードアレイ１２の両端間に印加されるバイアス電圧が０に等しい、またはほぼ等しい時に、フォトダイオードアレイ１２に流れる電流Ｉを測定するように構成されている点を除いて、図９に示す実施形態と概ね同様である。図９に示す実施形態と同一の特徴については説明を省略する。
【００９９】
好ましい一実施形態では、測定回路１３が、０Ｖに等しい、または近い、一定のバイアス電圧ＶＡをフォトダイオードアレイ１２の両端間に印加しながら、フォトダイオードアレイ１２に流れる電流Ｉを測定するように構成されている。
【０１００】
本実施形態は、フォトダイオードアレイ１２に印加するバイアス電圧ＶＡが、一定であり、かつＶＡ＝０ＶまたはＶＡ≒０Ｖに明らかに保たれる、という必要条件は、上記第１の実施形態と概ね同様である。これにより、フォトダイオードの電流の正確な測定を実現する、実用的な方法が提供される。
【０１０１】
本実施形態の利点は、フォトダイオードアレイ１２によって生成された電流が、フォトダイオード上に入射する周囲光のレベルの指標として常に有効であることである。対照的に、時間的に変化するバイアス電圧がフォトダイオードアレイ１２に印加される場合、フォトダイオードアレイ１２によって生成された電流がフォトダイオードに投射される周囲光のレベルの指標として有効なのは、バイアス電圧ＶＡの瞬時値がＶＡ＝ｎＶｂｉを満たす時（または、Ｖｂｉが無視できると仮定した場合、ＶＡ＝０を満たす時）のみである。
【０１０２】
図９および図１０の実施形態において、測定回路の出力は、デジタル出力を供給するアナログ／デジタル変換器（図示せず）へと供給することができる。
【０１０３】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る光検知システムを示す図である。図９に示す実施形態と同様の特徴については説明を省略する。
【０１０４】
図１１に示す実施形態においても同様に、複数のｎ個のフォトダイオード８が、直列に接続されて、直列接続フォトダイオードアレイ１２を形成している。直列接続フォトダイオードアレイ１２の出力端子は、測定回路１３に接続されている。測定回路１３は、直列接続フォトダイオードアレイ１２に印加するバイアス電圧を保ちながら、直列接続フォトダイオードアレイ１２に流れる電流を測定するように構成されている。測定回路１３の出力は、デジタル出力を供給するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１４へと供給される。
【０１０５】
本実施形態では、測定回路１３は、積分器として構成された演算増幅器１５を備えており、直列接続フォトダイオードアレイ１２は、演算増幅器１５の入力端子１５ａ、１５ｂの間に接続されている。演算増幅器１５の−ｖｅ入力端子１５ａは仮想接地されており、演算増幅器１５の＋ｖｅ入力端子１５ｂは接地されているため、直列接続フォトダイオードアレイ１２に印加される電圧ＶＡは０Ｖである。
【０１０６】
演算増幅器（積分器）１５の出力端子１５ｃは、スイッチＳ１を介してアースに接続されている。スイッチＳ１は、ＲＳＴ信号によって制御されている。
【０１０７】
コンデンサＣＩＮＴは、演算増幅器１５の出力端子１５ｃと、演算増幅器１５の−ｖｅ入力端子１５ａとの間に接続されている。
【０１０８】
本実施形態の動作を以下に説明する。
【０１０９】
積分期間の初めに、ＲＳＴ信号がスイッチＳ１をオンにし、積分器１５の出力が０Ｖにリセットされる。積分期間は、ＲＳＴ信号がスイッチＳ１をオフにしたときに始まる。光電流は、積分コンデンサＣＩＮＴで積分される。
【０１１０】
ＡＤＣ１４を用いて出力電圧をデジタル値に変換することができる。ＡＤＣ１４は、サンプルホールド動作するように構成されていてもよいし、連続時間動作するように構成されていてもよい。サンプルホールド構成においては、出力電圧は、積分期間の終わりに一度サンプリングされ、デジタル値に変換される。連続時間動作においては、ＡＤＣは、積分された電圧を一定の参照電圧と比較するように構成されている。上記積分された電圧がこの参照電圧に達するまでにかかる時間が、デジタルカウンタによって測定され、このデジタルカウンタは、積分期間の終わりにＡＤＣ出力値を供給する。
【０１１１】
本実施形態の利点は、０Ｖにほぼ等しいバイアス電圧を直列接続フォトダイオードアレイ１２の両端間に印加し、かつ、選択された積分期間内で生成されるフォトダイオード電流の平均を測定する、簡単な方法を提供することができる点である。さらに重要な利点は、本実施形態は、標準的なＴＦＴプロセスにおいて得ることができる標準的な素子を使用して実施できる、という点である。
【０１１２】
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る光検知システムを示す図である。図９に示す実施形態と同一の特徴については説明を省略する。
【０１１３】
本実施形態でも同様に、複数のｎ個のフォトダイオードが、直列に接続されて、直列接続フォトダイオードアレイ１２を形成している。直列接続フォトダイオードアレイ１２の出力端子は、測定回路１３に接続されている。測定回路１３は、直列接続フォトダイオードアレイ１２に印加されるバイアス電圧を保ちながら、直列接続フォトダイオードアレイ１２に流れる電流を測定するように構成されている。測定回路１３の出力は、デジタル出力を供給するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１４へと供給される。
【０１１４】
測定回路は、１の利得を持つ増幅器として構成された増幅器１５と、増幅器１５の＋ｖｅ入力端子１５ｂとアースとの間に接続された積分コンデンサＣＩＮＴと、上記積分コンデンサＣＩＮＴと並列に接続されたリセットスイッチＳ１とをさらに備えている。フォトダイオードアレイ１２は、フォトダイオードアレイ１２に印加される電圧ＶＡが０Ｖとなるように、上記の１の利得を持つ増幅器１５の＋ｖｅ入力端子１５ｂと、上記増幅器１５の出力１５ｃとの間に接続されている。ＡＤＣ１４は、上記の１の利得を持つ増幅器の＋ｖｅ入力端子１５ｂに接続されている。
【０１１５】
本実施形態における動作は以下の通りである。
【０１１６】
積分期間の初めに、ＲＳＴ信号がスイッチＳ１をオンにし、積分コンデンサＣＩＮＴの積分端子が０Ｖにリセットされる。積分期間は、ＲＳＴ信号がスイッチＳ１をオフにしたときに始まる。光電流は、積分コンデンサＣＩＮＴで積分される。積分コンデンサＣＩＮＴに印加される電圧が上昇している時に、上記の１の利得を持つ増幅器１５は、上記フォトダイオードに印加される電圧をＶＡ＝０Ｖに保つ。
【０１１７】
ＡＤＣ１４を用いて積分された電圧をデジタル値に変換してもよい。ＡＤＣ１４は、サンプルホールド動作するように構成されていてもよいし、連続時間動作するように構成されていてもよい。サンプルホールド構成においては、出力電圧は、積分期間の終わりに一度サンプリングされ、デジタル値に変換される。連続時間動作においては、ＡＤＣは、積分された電圧と、一定の参照電圧とを比較するように構成されている。上記積分された電圧がこの参照電圧に達するまでにかかる時間が、デジタルカウンタによって測定され、このデジタルカウンタは、積分期間の終わりにＡＤＣ出力値を供給する。
【０１１８】
本実施形態の利点は、第３の実施形態の利点と類似しており、電流を測定しながら０Ｖにほぼ等しいバイアス電圧を印加するための必要条件を満たすことと、通常のＴＦＴプロセスにおいて実施が可能であることである。第３の実施形態との比較においてのさらなる利点は、第３の実施形態の代替手段である積分コンデンサの配置によって、容易に、フォトダイオードに印加される０Ｖにほぼ等しく保たれるバイアス電圧の精度をさらに高めることができるという点である。
【０１１９】
測定回路１３は、図１１および図１２に示す実施形態の特定の回路に限定されない。原理上は、０Ｖまたはそれに近い、一定のバイアス電圧を保ちながら、フォトダイオードアレイへの電荷の注入を防ぐことができるものであれば、どのような回路でも使用できる。
【０１２０】
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る光検知システムを示す図である。図９に示す実施形態と同一の特徴については説明を省略する。
【０１２１】
図１３に示す光検知システムは、直列に接続されたｎ個の光検知素子８（ｎは２以上）を含む光センサ１２を備えている。ｎ個の光検知素子は、表面上、互いに同一であることが好ましい。上記光検知システムは、上記光センサに所望のバイアス電圧を印加するための回路と、光センサ１２に流れる電流を測定するための測定回路１３とをさらに備えている。光センサに所望のバイアス電圧を印加するための回路は、図１３に具体的に示してはいないが、上述したように、測定回路１３とは別個に設けられていてもよく、測定回路１３と一体化されていてもよい。
【０１２２】
図１３に示す光検知システムは、上記第１の光センサ１２に直列に接続された第２の光センサ１２´をさらに備えている。第２の光センサ１２´もまた、互いに直列に接続されたｎ個の光検知素子８´を備えている。第２の光センサ１２´の光検知素子８´は、表面上、互いに同一であることが好ましく、また、第１の光センサ１２の光検知素子８と表面上、同一であることが好ましい。光検知素子８および８´は、例えば、フォトダイオード（例えば横型フォトダイオード）またはフォトトランジスタであってもよい。
【０１２３】
第２の光センサは、第１の光センサの接続方向とは逆の方向に接続されている。つまり、測定回路１３の一方の端子Ａは、第１の光センサ１２における端の光検知素子の陰極と接続されており、かつ、第２の光センサ１２´における端の光検知素子の陽極に接続されている。また、測定回路のもう一方の端子Ｂは、第１の光センサ１２における端の光検知素子の陽極に接続されており、かつ、第２の光センサ１２´における端の光検知素子の陰極に接続されている。
【０１２４】
第２の光センサ１２´の光検知素子８´には、周囲光を遮断するための遮光シールド２９が設けられている。そのため、第２の光センサ１２´の光検知素子８´は迷光（例えばディスプレイのバックライトからの光）のみを受光する一方、第１の光センサ１２の光検知素子８は周囲光および迷光の両方を受光する。
【０１２５】
図１４は、図１３に示す光検知システムの動作原理を示す図である。上述したように、第１の光センサ１２（「検出」光センサ）は迷光および周囲光の両方を受光する一方、第２の光センサ１２´（「参照」光センサ）は迷光のみを受光する。これら二つの光センサを設けることによって、温度や迷光による影響を補償することができる。すなわち、これら二つの光センサが互いに同一であると仮定すれば、温度の変化や迷光は二つの光センサの両方に対して均等に影響を与えるため、第１の光センサ１２の出力と第２の光センサ１２´の出力との間のいかなる差も、（第１の光センサ１２にのみ入射し、第２の光センサ１２´に入射しない）周囲光によって生じたものとなる。
【０１２６】
図１３および図１４に示すように、二つの光センサを逆方向に接続するということは、第１の光センサ１２の光検知素子に逆方向のバイアス電圧が印加されると、第２の光センサ１２´の光検知素子に順方向のバイアス電圧が印加されることを意味する（逆の場合も同様）。さらに、上記光検知システムのバイアス回路を０Ｖのバイアス電圧を供給するように構成すると、第１の光センサ１２の光検知素子と、第２の光センサ１２´の光検知素子とに、同じバイアス電圧が印加される（そのため、所定の光レベルおよび温度で同じ出力電流を供給することになる）。
【０１２７】
それゆえに、図１３に示す光検知システムの測定回路１３は、図３０に模式的に示すように、印加されるバイアス電圧が０Ｖまたはそれに近い時に、二つの光センサ１２および１２´からの出力電流を測定するように構成されている。測定された出力電流は、図１４の３１に模式的に示すように、第１の光センサ１２の出力電流（Ｉｄｅｔ）と、第２の光センサ１２´の出力電流（Ｉｒｅｆ）との差であり、その差は、上記二つの光センサが互いに同一であるものとすれば、迷光レベルや温度に依存しない。
【０１２８】
それゆえ、図１３に示す光検知システムは、印加されるバイアス電圧が０Ｖまたはそれに近い時に、二つの光センサ１２および１２´からの出力電流を測定することによって、二つの利点をもたらすことが分かる。一つめは、暗信号に対する光信号の比にとして高い値を得ることができ、それによって良好な信号対雑音比が得られる点である。二つめは、測定される出力電流に対する温度の変化や迷光の影響を、除去、あるいは少なくとも減少させることができる点である。
【０１２９】
図１５は、本発明の第６の実施形態に係る光検知システムを示す図である。図１３に示す実施形態と同一の特徴については説明を省略する。
【０１３０】
図１５に示す光検知回路の測定回路１３は、印加されているバイアス電圧が０またはそれに近い時に出力電流を測定するだけでなく、第１の光センサ１２および第２の光センサ１２´にバイアス電圧を供給するように構成されている。例えば、図１５に示す光検知回路の測定回路１３は、０またはそれに近い一定のバイアス電圧を供給してもよいし、代わりに、周期的に０Ｖを通るバイアス電圧を供給し、かつバイアス電圧が０またはそれに近い時に出力電圧を測定するように構成されていてもよい。
【０１３１】
図１６は、本発明の第７の実施形態に係る光検知システムを示す図である。図１５に示す実施形態と同一の特徴については説明を省略する。
【０１３２】
図１６に示す光検知システムでは、第１の光センサの素子間ノードと、それに対応する、第２の光センサの素子間ノードとの間に、少なくとも一つの交差接続が設けられている。第１の光センサの素子間ノードは、概括的な言葉で説明すると、第１の光センサ１２のｉ番目の光検知素子８ｉと第１の光センサ１２の（ｉ＋１）番目の光検知素子との間のノードであり、それに対応する、第２の光センサの素子間ノードは、第２の光センサ１２´のｉ番目の光検知素子８ｉ´と第２の光センサ１２´の（ｉ＋１）番目の光検知素子との間のノードである。
【０１３３】
特に好ましい実施形態では、図１６に示すように、交差接続が、第１の光センサの各素子間ノードと、それに対応する、第２の光センサの各素子間ノードとの間に設けられている。したがって、図１６に示す光検知システムにおいては、第１の光センサ１２の１番目の光検知素子８１の陽極が、第２の光センサ１２´の１番目の光検知素子８１´の陰極に接続されている。また、第１の光センサ１２の１番目の光検知素子８１の陰極は、測定回路１３の出力Ａを介して、第２の光センサ１２´の１番目の光検知素子８１´の陽極に接続されている。
【０１３４】
第１の光センサ１２のｉ番目の光検知素子８ｉの陰極は、第２の光センサ１２´のｉ番目の光検知素子８ｉ´の陽極に接続されており、ｋつ、第２の光センサ１２´の（ｉ−１）番目の光検知素子の陰極に接続されている。第１の光センサ１２のｉ番目の光検知素子８ｉの陽極は、第２の光センサ１２´のｉ番目の光検知素子８ｉ´の陰極に接続されており、かつ、第２の光センサ１２´の（ｉ＋１）番目の光検知素子の陽極に接続されている。
【０１３５】
第１の光センサ１２のｎ番目の光検知素子８ｎの陰極は、第２の光センサ１２´のｎ番目の光検知素子８ｎ´の陽極に接続されている。また、第１の光センサ１２のｎ番目の光検知素子８ｎの陽極は、測定回路１３の出力Ｂを介して、第２の光センサ１２´のｎ番目の光検知素子８ｎ´の陰極に接続されている。
【０１３６】
本実施形態において、光検知素子が互いに完全に同一でない場合、第１の光センサ１２の光検知素子８と、第２の光センサ１２´の光検知素子８´との間に追加の接続を設けることにより、容易に性能を向上させることができる。
【０１３７】
本発明の光検知システムを用いて、検知された周囲光の光強度に基づいて表示装置の照度レベルを制御することができる。例えば、バックライトを備えた表示装置の場合、通常、表示装置には、バックライトの光強度を制御するための制御装置が備えられている。本発明の光検知システムは、周囲光の光強度を検知するために備えられ、検知された周囲光の光強度を示す出力をバックライト制御装置に入力し、バックライト制御装置が、上記光検知システムからの出力に応じて、表示装置のバックライトの光強度を制御してもよい。
【０１３８】
図１７は、周囲光センサシステムを備えたＡＭＬＣＤデバイスを示し、上記デバイス内において、上記周囲光センサシステムは、本発明の方法に従って動作する構成、および／または、本発明の光検知システムの構成であってもよい。典型的には、ＡＭＬＣＤデバイス自体を、携帯電話機やＰＤＡなど、多くの製品に使用することができる。
【０１３９】
図１７に示すように、ＡＭＬＣＤデバイス１６は、以下の要素から成っている。
・ディスプレイ・画素マトリックス１７（この上に画像が表示される）
・ディスプレイ・ゲートドライバ回路１８
・ディスプレイ・ソースドライバ回路１９
・ディスプレイ制御装置（ディスプレイコントローラ）２０
・バックライトユニット２１
・バックライト制御装置（バックライトコントローラ）２２
・周囲光センサ（ＡＬＳ）システム２３
・ＡＬＳ制御装置２４
ディスプレイ・画素マトリックス１７、ディスプレイ・ゲートドライバ１８、ディスプレイ・ソースドライバ１９、およびＡＬＳシステム２３は、ディスプレイ基板２８（例えばＴＦＴ基板など）上に設けられている。
【０１４０】
ＡＬＳシステム２３は、薄膜フォトダイオード２５、それに関連付けられた測定回路２６、およびアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２７からなる。これらの構成要素はすべて、ＴＦＴ基板２８上に集積されていてもよい。薄膜フォトダイオードは、上述したように、直列で接続されていてもよく、測定回路２６は、図９〜図１６の何れかを参照して上述したように動作してもよい。測定回路２６は、例えば、図１１または図１２に示す測定回路であってもよい。
【０１４１】
ＡＭＬＣＤ１６の動作は、以下の通りである。
【０１４２】
ディスプレイ・画素マトリックス１７は、ディスプレイ制御装置２０の制御下でゲート駆動回路１８およびソース駆動回路１９によって駆動される、という標準的な方法で画像を表示するように動作する。ディスプレイの光源は、バックライト２１であり、典型的には、バックライト制御装置によって駆動および制御される白色ＬＥＤのアレイである。
【０１４３】
ＡＬＳシステム２３は、フォトダイオード２５上に入射した周囲光のレベルを検出し、周期的な時間間隔で、ＡＬＳ制御装置２４にデジタル化された出力を供給する。
【０１４４】
ＡＬＳ制御装置２４は、バックライト制御装置２２と通信し、バックライト制御装置２２は、ＡＬＳシステム２３からの出力に従ってバックライト２１の光強度を変調する。その結果、この構成は、周囲光の光強度に従って、表示される画像の明るさを調節することができる。
【０１４５】
本実施形態の利点は、周囲光条件に従って画像の明るさを調節することで、様々な周囲光条件の下で、バックライトの光強度を小さくしたり、バックライトを完全にオフにしたりすることができるので、容易に、ユーザの経験を改善すると共に、システム全体を低消費電力化できる、ということである。
【０１４６】
さらに重要な利点は、（フォトダイオード２５、測定回路２６、およびＡＤＣ２７を備える）周囲光センサ回路の全てを、ディスプレイＴＦＴ基板２８上にモノリシックに集積することができる、ということである。このことは、ＡＭＬＣＤ製品の製造の、サイズ、コスト、および容易さの点で相当に有益である。
【０１４７】
上記フォトダイオードの幅が広くなるにしたがって、薄膜シリコンフォトダイオードによって生成される光電流の振幅が大きくなる。それゆえ、薄膜シリコンフォトダイオードを使用する実施形態では、フォトダイオードの幅は、光電流を大きくすることへの要望と、ＡＬＳシステムのサイズを最小化することへの要望との間の妥協点となる。
【０１４８】
原理上、ＡＬＳ２３は、ディスプレイ基板２８上に集積されるのではなく、別の基板上に形成されていてもよい。
【０１４９】
本発明の実施形態を、薄膜シリコンフォトダイオードを参照して説明した。しかしながら、直列に接続された光検知素子の物理的性質から考えると、直列に接続された光検知素子をアレイの形態で使用し、０Ｖまたはそれに近いバイアス電圧を上記アレイに印加して、容易に信号対雑音比を向上できる、という原理は、他の光検知素子システムにも適用可能である。
【０１５０】
本発明は、感度が暗信号に対する光生成信号の比によって制限され、光センサにおける光電流の符号が変化するバイアス電圧値の付近で信号対雑音比のピークが得られるシステムであれば、いかなるシステムにも適用できるであろう。
【０１５１】
さらに、本発明は、シリコン以外の半導体系で製造された薄膜光検知素子を用いるシステムにも適用できるであろう。
【図１】
2010506141.tif 000003
【図２】
2010506141.tif 000004
【図３】
2010506141.tif 000005
【図４】
2010506141.tif 000006
【図５】
2010506141.tif 000007
【図６（ａ）】
2010506141.tif 000008
【図６（ｂ）】
2010506141.tif 000009
【図７】
2010506141.tif 000010
【図８（ａ）】
2010506141.tif 000011
【図８（ｂ）】
2010506141.tif 000012
【図９】
2010506141.tif 000013
【図１０】
2010506141.tif 000014
【図１１】
2010506141.tif 000015
【図１２】
2010506141.tif 000016
【図１３】
2010506141.tif 000017
【図１４】
2010506141.tif 000018
【図１５】
2010506141.tif 000019
【図１６】
2010506141.tif 000020
【図１７】
2010506141.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
図２は、図１に示すｐ−ｉ−ｎ型ダイオードを使用しているときの模式図である。このデバイスの詳細な動作はやや複雑なものであるが、要するに電極６と電極７との間に印加されているバイアスＶＡが、図に示すように負であるとき（図２に示すように、Ｖａｎｏｄｅが、陽極に印加された負電圧であり、上記デバイスの陰極が接地されている場合）、２つの感光性の空乏領域ＡおよびＢが形成される。空乏領域ＡおよびＢの一方は、ｐ型シリコン領域３ａと真性領域３ｃとの界面に形成され、もう一方は、ｎ型シリコン領域３ｂと真性領域３ｃとの界面に形成される。上記デバイスが照射されると、入射光子の一部が、光電効果により半導体材料中に吸収される。このとき吸収された各光子により、（少なくとも）１つの電子正孔対が生成される。このような光生成電子正孔対はキャリアとして知られており、上記デバイスの照射された部分の至る所で生成される。しかしながら、一般に、光生成電流の発生に寄与でき、それゆえ上記デバイスによって検出可能であるのは、空乏領域内、または空乏領域内へ拡散できるほど空乏領域に十分近い他の領域内の何れかで生成されるキャリアだけである。図２では、光電流に寄与できるのは、空乏領域Ａからの電子と、空乏領域Ｂからの正孔だけである。なぜならば、上記デバイスの中央部にある非空乏真性領域３ｃでは、キャリアの寿命が短いため、空乏領域電界の影響下において非空乏真性領域３ｃ内へ掃引されたキャリアは、ほとんど必然的に再結合するからである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
いくつものフォトダイオードを直列に接続することによって得られる効果は、単一のフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示す図４と、直列に接続された１００個のフォトダイオード（各々のフォトダイオードは、図３または図４のＩ−Ｖ特性を有している）のＩ−Ｖ特性を示す図６（ａ）とを比較することによって分かる。図６（ａ）は、暗時、高照度レベル時、および低照度レベル時におけるＩ−Ｖ特性を示す。その注目すべき特徴は、以下の通りである。第１に、最も重要なこととして、バイアス電圧０Ｖ近くの漏洩電流の谷が広くなっている。第２に、照射条件下での開路電圧が増加している（図６（ａ）に示すバイアス電圧の最大値を超えている）。第３に、複数のフォトダイオードを直列に構成したことによって、ＶＡ＝０Ｖというバイアス電圧を印加したときの光電流が変化しない。フォトダイオードのアレイに対してＶＡ＝０Ｖのバイアスが印加されたときの光電流は、照度レベルと比例するが、直列に接続されたフォトダイオードの個数には影響されない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る光検知システムを示す図である。本実施形態は、測定回路１３が、フォトダイオードアレイ１２の両端間に印加されるバイアス電圧ＶＡが値ｎＶｂｉ（０にほぼ等しい）に等しい、またはほぼ等しい時に、フォトダイオードアレイ１２に流れる電流Ｉを測定するように構成されている点を除いて、図９に示す実施形態と概ね同様である。図９に示す実施形態と同一の特徴については説明を省略する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2010506141.tif 000022
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2010506141.tif 000023
【国際調査報告】
2010506141.tif 000024
2010506141.tif 000025