专利名称：Photo-detection device and image display device的制作方法
技术领域：
本发明涉及光检测装置及图像显示装置，例如涉及利用受光元件测定外界的照度 的装置。
背景技术：
利用照度计，例如调节液晶画面的背光源的亮度或者自动点亮路灯等，测定外界 的亮度而控制对象。在这样的照度计上，采用将接受的光的强度(光强度)变换为与之对应的电流的 受光元件。但是，由于用作受光元件的材料的硅(Si)对红外光具有灵敏度的峰值，为了使传 感器得到针对例如可见光、紫外光等规定波长区域的光的灵敏度，组合两个受光元件而得 到所希望的光谱特性，该两个受光元件的光谱特性不同，即在该波长区域有差分，而在其它 区域截断输出。如此，通过适当地组合光谱特性不同的受光元件，能够检测出可见光中的光而实 现接近肉眼的光谱特性，或者探测紫外光。作为这样组合两个受光元件而得到所希望的光谱特性的技术，有以下专利文献1 的“半导体光检测装置”。专利文献1 日本特开平1-207640号公报该技术中，在P型衬底上形成两个不同深度的N型层来形成两个不同光谱特性的 光电二极管，通过取得两者的电流差分来探测紫外区域的光。
发明内容
但是，在传统技术中，在改善SN比而提高灵敏度时，需要增大受光元件的电流，为 此需要增大受光元件本身。如果受光元件增大，则存在形成该受光元件的IC芯片也大型化，难以进行传感器 的小型化的问题。因此，本发明的目的在于提供小型且灵敏度良好的光检测装置等。本发明为了达成上述目的，在第1方面的发明中，提供一种光检测装置，其特征在 于具备根据入射的光发生电荷的受光元件；将所述发生的电荷蓄积在所述受光元件的蓄 积单元；以及输出与蓄积在所述蓄积单元的所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量的输 出单元。在第2方面的发明中，根据第1方面提供的光检测装置，其特征在于具备对入射 到所述受光元件的所述希望波长的入射光以外的光进行遮光的遮光单元，所述输出单元输 出蓄积在所述蓄积单元的电荷量作为与所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量。在第3方面的发明中，根据第1方面或第2方面提供的光检测装置，其特征在于 所述蓄积单元使所述受光元件的规定电极成为电气开路端，从而使所述电荷蓄积。
在第4方面的发明中，根据第3方面提供的光检测装置，其特征在于所述受光元 件的所述规定电极经由规定开关连接到恒压源，该恒压源用于将蓄积在这些受光元件中的 电荷复位，所述蓄积单元通过截止所述开关，使所述规定电极成为电气开路端。在第5方面的发明中，根据第3方面提供的光检测装置，其特征在于具备复位单 元，通过将所述受光元件的所述规定电极连接到规定恒压源，该复位单元将蓄积在所述受 光元件的电荷复位。在第6方面的发明中，根据第1方面提供的光检测装置，其特征在于所述受光元 件利用第一受光元件和第二受光元件构成，其中第一受光元件设有对入射的所述所希望波 长的入射光以外的光进行遮光的第一遮光单元，该第二受光元件设有对入射的光进行遮光 的第二遮光单元，所述蓄积单元使所述发生的电荷蓄积于所述第一受光元件和所述第二 受光元件，所述输出单元具备取得蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷量 的差分的差分取得单元，并将该差分作为与所述所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量 加以输出。在第7方面的发明中，根据第6方面提供的光检测装置，其特征在于所述第一受 光元件和所述第二受光元件中受光和蓄电的特性相同。在第8方面的发明中，根据第1方面提供的光检测装置，其特征在于所述受光元 件利用第一受光元件和具有不同于所述第一受光元件的光谱特性的第二受光元件构成，所 述蓄积单元使所述发生的电荷蓄积到所述第一受光元件和所述第二受光元件，所述输出单 元具备取得蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷量的差分的差分取得单 元，并将该差分作为与所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量加以输出。在第9方面的发明中，提供一种光检测装置，其特征在于具备根据接受的光发生 电荷的第一受光元件；根据接受的光发生电荷且具有不同于所述第一受光元件的光谱特性 的第二受光元件；使所述发生的电荷蓄积于所述第一受光元件和所述第二受光元件的蓄积 单元；取得蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷的差分的差分取得单元； 以及输出所述取得的差分的差分输出单元。在第10方面的发明中，根据第6方面至第9方面的任一方面提供的光检测装置， 其特征在于所述蓄积单元使所述第一受光元件和所述第二受光元件的规定电极成为电气 开路端。在第11方面的发明中，根据第10方面提供的光检测装置，其特征在于所述第一 受光元件和所述第二受光元件的所述规定电极经由规定开关连接到恒压源，该恒压源用于 复位蓄积在这些受光元件的电荷，通过使所述开关截止，所述蓄积单元使所述规定电极成 为电气开路端。在第12方面的发明中，根据第10方面或第11方面提供的光检测装置，其特征在 于所述差分取得单元根据所述第一受光元件和所述第二受光元件的、所述规定电极间的 电压差，取得所述蓄积的电荷的差分。在第13方面的发明中，根据第10方面提供的光检测装置，其特征在于具备复位 单元，该复位单元通过将所述第一受光元件和所述第二受光元件的所述规定电极连接至规 定恒压源，复位蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷。在第14方面的发明中，根据第6方面至第13方面的任一方面提供的光检测装置，其特征在于具备驱动单元，该驱动单元以所述差分输出单元输出差分的定时驱动所述差 分取得单元。在第15方面的发明中，根据第6方面至第14方面的任一方面提供的光检测装置， 其特征在于具备缓冲单元，该缓冲单元根据光源发射的光强度的变动缓冲发生在所述差 分输出单元输出的差分的变动。在第16方面的发明中，根据第1方面至第15方面的任一方面提供的光检测装置， 其特征在于具备变更单元，该变更单元按照光的强度变更所述蓄积单元蓄积电荷的时间。在第17方面的发明中，提供一种图像显示装置，其特征在于具备第1方面至第 16方面的任一方面所述的光检测装置；显示图像的图像显示单元；利用所述光检测装置的 输出来判断外界亮度的亮度判断单元；以及根据所述判断的亮度调节所述图像显示单元的 亮度的亮度调节单元。(发明效果)依据本发明，能够提供小型且灵敏度良好的光检测装置等。
图1是表示一例形成有光电二极管的半导体装置的结构的图。图2是示意地表示光电二极管的光谱特性的图。图3是用于说明光检测装置的结构的图。图4是用于说明光电二极管的输出的饱和的示意图。图5是表示变形例的光检测装置的结构的图。图6是表示变形例的光检测装置的结构的图。图7是表示变形例的光检测装置的结构的图。图8是表示另一实施方式的半导体装置的结构的图。图9是表示变形例的半导体装置的结构的图。图10是表示另一实施方式的半导体装置的结构的图。图11是表示变形例的半导体装置的结构的图。图12是表示数字化电路和数字输出光检测电路的结构的图。图13是表示与数字化电路相关的时序图。图14是表示另一实施方式的数字化电路和数字输出光检测电路的结构的图。图15是表示另一实施方式的与数字化电路相关的时序图。图16是表示一例形成有光电二极管的半导体装置的图。图17是示意地表示利用了光电二极管的差分的光谱特性的图。图18是用于说明光电二极管的输出的饱和的示意图。图19是用于说明屏蔽电磁波噪声的例子的图。附图标记说明1光电二极管；2光电二极管；3P型衬底；4N型层；5N型层；6半导体装置；7N型层； 10光检测装置；12照度判定部；13放大器；14放大器；15差分电路；16复位电路；17开关； 18开关；19直流电源；21比较器；22直流电源；31定时器时钟；32开关；33开关；41积分 电路；51P型层；57多晶硅层；71计数器电路；72时钟；73差分运算部；75数字输出光检测电路；77数字化电路；78数字化电路；101光学滤波器；102遮光层。
具体实施例方式(1)实施方式的概要[关于光检测装置的实施方式]光检测装置10(图3)使光谱特性不同的光电二极管1、2的阴极端子、或者以设置 光学滤波器的光电二极管1和设置遮光层的光电二极管2处于开路端状态，在一定时间的 期间由蓄积在它们的电荷的差分检测出所希望波长区域的光强度。光电二极管1、2采用蓄积电荷的方式，因此即便光电流较小，也能进行蓄积而得 到检测所需要的电荷，能够实现形成光电二极管1、2的半导体装置的小型化/高探测能力 化。此外，可根据光强度改变电荷的蓄积时间，从而能够实现较宽的动态范围，或者在 差分检测时间歇驱动差分检测所需要的元素而能够抑制电力消耗量，或者将输出平均化而 能够降低闪烁的影响。[关于光检测半导体装置的实施方式]使检测对象的光透射到光电二极管1、2(图8(a))的受光面，并通过设置具有导电 性的屏蔽部，来抑制因从外部进入的电磁波而在光电二极管1、2中感应的电荷。此外，通过将光的透射率依赖于波长的两种滤波器(图10(a))分别设置在光电 二极管1、2的受光面，能够在它们的光谱特性上设置差分。屏蔽部或滤波器能够由例如多晶硅或规定导电型的半导体的薄膜构成，并且通过 将它们的制造工艺结合到半导体制造工艺，能够容易地制造。[关于数字输出光检测电路的实施方式]使光电二极管1、2蓄积的电荷的量与时钟对应而生成与电荷的量对应的计数值， 由此将蓄积的电荷的量变换为数字值。这有对蓄积的电荷变化至规定量的时钟脉冲数进行计数的方式(图12)；对规定 基准脉冲的期间内光电二极管1、2重复电荷的蓄积/复位的次数进行计数的方式(图14)。再者，对数字化的光电二极管1、2的输出进行运算，能够以数字值的方式输出其差分。在该方式中，通过计数器或时钟等的简单的结构，能够得到数字值，无需使用A/D 转换器等的复杂逻辑。(2)实施方式的详细本实施方式大致分为[光检测装置]、[光检测半导体装置]及[数字输出光检测 电路]，以下按照顺序对它们进行说明。此外，以下采用光电二极管作为受光元件进行说明，但是也可以使用例如光电晶 体管等其它的元件。[关于光检测装置的实施方式]传统的光检测装置取得光电二极管发生的电流的差分而测定光强度，但为了改善 SN比，并得到充分的灵敏度，需要增大受光元件的电流，为此需要增大受光元件的面积。因此，要提高灵敏度，则半导体装置及形成该半导体装置的IC芯片的尺寸变大，存在传感器难以小型化的问题。因此，在本实施方式中，采用这样的方式即，一定时间蓄积光电二极管中发生的 电荷，用放大器放大蓄积的电荷而取得差分的方式。图1是表示一例本实施方式中采用的形成光电二极管的半导体装置的图。半导体装置6为例如在材料中形成硅的单结晶的装置，由形成为P型的P型衬底 3和N型的区域即N型层4、5构成。N型层4、5从P型衬底3的表面形成到规定深度，而N型层4形成到比N型层5深 的位置。再者，由N型层4和P型衬底3构成光电二极管1，由N型层5和P型衬底3构成 光电二极管2。当光入射到半导体装置6的受光面(表面)时，通过光的能量，在PN结部生 成电子和空穴，能以电压或电流的方式得到其输出。光从受光面入射后到达PN结部之前透射N型层，但N型层的光透射率依赖于光的 波长和N型层的厚度，因此光电二极管1、2显示不同的光谱特性。在此，光谱特性是指光电二极管的输出与入射的光波长的对应关系(依赖关系)， 也称为光谱灵敏度或光谱灵敏度特性等。如此，光电二极管1用作第一受光元件，通过接受的光而发生电荷，光电二极管2 用作第二受光元件，通过接受的光而发生电荷且具有与第一受光元件不同的光谱特性。图2是示意地表示光电二极管1 (PDl)和光电二极管2 (PD2)的光谱特性的图。此 外，图2是用于说明概念的示意图，所以并没有严紧地绘出。纵轴表示光电二极管发生的输出(电流、电压等)，横轴表示入射的光的波长。此 外，入射的光的光强度一定。在本例中，光电二极管2的光谱灵敏度特性的峰值波长比光电二极管1更加靠近 短波长一侧，使光电二极管2的峰值波长的灵敏度大于光电二极管1，红外区域(波长大致 长于700[nm]的区域)中的灵敏度成为与光电二极管1相同。因此，若取两者的差分，则红外区域中的输出被截断，能够得到可见光区域的灵敏度。光电二极管1、2的光谱特性可根据N型层的厚度等而个别地进行调节，因此适当 地形成光电二极管1、2的光谱特性而取得它们的输出的差分，由此能够得到所希望的光谱 特性。图3是用于说明本实施方式的光检测装置10的结构的图。光检测装置10例如用作测定外界的照度的照度计，用于调节便携电话的液晶显 示画面中背光源的亮度。光电二极管1、2是光谱特性分别不同的光电二极管，构成为输出的差分接近于肉 眼的光谱特性。光电二极管1的阳极端子接地，阴极端子与放大器13连接并且经由开关17连接 到直流电源19。开关17由晶体管等的开关元件构成，根据来自复位电路16的复位信号对光电二 极管1和直流电源19的连接进行导通/截止。放大器13由运算放大器等的放大电路构成，探测光电二极管1的阴极端子的电压并加以放大，输出至差分电路15。放大器13例如成为使输入阻抗无限大而不会从光电二极管1流入电流，能够不影 响光电二极管1中产生的电压的情况下对其进行放大。直流电源19例如由恒压电路构成，当开关17导通时，使光电二极管1的阴极端子 成为基准电压。另一方面，当开关17截止时，阴极端子成为电气开路端状态(浮置状态)而在光 电二极管1中蓄积对应于光强度的电荷。这时，光电二极管1通过直流电源19来反向偏置，因此阴极端子的电压因光电二 极管1产生的电子而降低。如此，能以蓄积在光电二极管1的电荷的量为电压进行探测。而且，该降低的速度 与电子生成的速度即光强度成反比例。再次，当开关17导通时，蓄积在光电二极管1的电荷复位到初始状态，阴极端子 的电压成为基准电压。开关18、光电二极管2、放大器14的结构分别与开关17、光电二极管1、放大器14 相同。复位电路16以规定间隔对开关17、18发送复位信号，使开关17、18同时导通/截止。再者，通过使开关17、18导通，复位电路16使光电二极管1、2的阴极端子的电压 复位至基准电压(即，将蓄积在光电二极管1、2的电荷复位到初始值)，且通过截止来使光 电二极管1、2蓄积电荷。如此，通过使第一受光元件和第二受光元件的端子成为开路端状态，复位电路16 和开关17、18用作蓄积该受光元件发生的电荷的蓄积单元，并且通过将第一受光元件和第 二受光元件的规定电极(这时阴极端子)连接至规定恒压源(直流电源19)，复位电路16 和开关17、18用作对蓄积在该受光元件的电荷进行复位的复位单元。差分电路15接受从放大器13和放大器14输出的电压，生成它们的差分，并将该 差分输出至照度判定部12。如此，差分电路15用作取得蓄积在第一受光元件(光电二极管1)和第二受光元 件(光电二极管2)的电荷的差分的差分取得单元，并且作用将该取得后的差分(向照度判 定部12)输出的差分输出单元。此外，差分电路15根据第一受光元件(光电二极管1)和第二受光元件(光电二 极管2)的、规定电极间(阴极端子间)的电压差，取得这些受光元件蓄积的电荷的差分。照度判定部12与复位电路16的复位信号同步地采样取得从差分电路15输出的 电压的差分(例如刚要复位之前)，并根据该差分判定照度。照度判定部12存储例如差分与照度的对应，由此能够判定外界的照度。照度判定部12利用光检测装置10 (在此，从光检测装置10除去照度判定部12 后的结构)的输出，作为判断外界的亮度的亮度判断单元起作用。此外，虽然未做图示，但是照度判定部12例如与调节液晶显示装置的背光源的亮 度的亮度调节部连接，该亮度调节部成为根据照度判定部12的判定结果调节液晶显示装 置的背光源的亮度。
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在此液晶显示装置用作显示图像的图像显示单元，亮度调节部作用根据照度判定 部12判断的亮度调节图像显示单元的亮度的亮度调节单元。对如上构成的光检测装置10的动作进行说明。首先，对光电二极管1的动作进行说明。当复位电路16使开关17导通时，通过直流电源19，光电二极管1的阴极端子成为 基准电压，使蓄积在光电二极管1的电荷复位到初始值。接着，当复位电路16使开关17截止时，光电二极管1从直流电源19切断，此外放 大器13的输入阻抗为无限大，因此成为阴极端子从电路电气切断的开路端状态。这时，光电二极管1如图中的虚线框所示，PN结面像电容器一样作用，蓄积因光而 产生的电荷。又，因直流电源19而反向偏置，因此通过蓄积在光电二极管1的电荷而阴极端子 的电压以对应于光强度的速度降低。复位电路16重复开关17的导通/截止，因此光电二极管1的阴极端子的电压重复 基准电压(电荷复位)一电压降低(电荷蓄积)一基准电压(电荷复位)一...的状态。 该情况示于图13(a)。光电二极管2也同样地，与光电二极管1同步地重复基准电压一电压降低一基准 电压一· · ·的状态，但由于光电二极管1、2的光谱特性不同，所以电压降低的速度不同。因此，在放大光电二极管1、2的输出之后，由差分电路15取得其差分时，该差分成 为蓄积在光电二极管1、2的电荷的差，即对应于照度的值。因此，照度判定部12在复位之后经过规定时间后(例如，刚要进行下一次的复位 之前)探测到差分电路15的输出时，能够检测从复位到探测为止的期间蓄积在光电二极管 1、2的电荷的差分作为电压差，由此能够判定照度。如上所述，在光检测装置10中，不同光谱特性的两个受光元件(光电二极管1、2) 的输出连接至放大器的输入，并且受光元件能够成为浮置状态。此外，光检测装置10成为这样的方式利用直流电源19和复位电路16，成为以一 定周期复位受光元件的电荷的机构，由此以一定周期对受光元件蓄积电荷，输出由放大器 放大后的信号的差。并且，能够通过得到不同光谱特性的两个受光元件的电压的输出差来得到所希望 的光谱特性。此外，放大器的输入电压Vin由受光元件的总电容C和因光照度而发生的电荷Q 以Vin = Q/C的公式决定，所以能够通过减小受光元件的电容来提高传感器灵敏度。这意味着随着传感器的小型化提高传感器的灵敏度，从传感器的小型化观点来看 成为有利的性质。此外，光检测装置10例如测定室内的照度，但这只是一个例子，通过适当地形成 光电二极管1、2的光谱特性，例如可以用作紫外线传感器。(变形例1)接受的光越强，光电二极管1、2就越急剧地将电荷蓄电。因此，当照度较大时，在 照度判定部12探测到差分电路15的输出之前，光电二极管1、2的输出会饱和，有时无法测 定正确的值。
因此，在本变形例中，在接受的光的强度越强时使复位间隔越短而缩短电荷的蓄 积期间，以防止光电二极管1、2的饱和。由此能够扩大动态范围。图4(a)是用于说明复位时光电二极管2的输出饱和的情况的示意图。首先，将光电二极管1、2连接到直流电源19而使阴极端子的电压成为基准电压之 后，使开关17、18截止的情况下，阴极端子的电压如图所的那样降低。此外，在这里通过光谱特性的不同，使光电二极管2的电压比光电二极管1更快降 低。在图4(a)中光强度较大，因此光电二极管2的输出在到达复位时刻tl之前饱和。当照度判定部12在刚要复位之前探测到差分电路15的输出时，在复位时刻tl，关 于光电二极管1，探测到对应于光强度的电压即E1，但关于光电二极管2，由于输出饱和，所 以无法得到对应于光强度的检测值。因此，在本变形例中，如图4(b)所示，在电压的下降较大的一侧的光电二极管(这 时光电二极管2)的电压达到规定的比较用的基准电压(以下，比较电压)时进行复位。在图4 (b)的例子中，在光电二极管2成为比较电压的时刻t2进行复位，这时光电 二极管1的电压成为E2。因此，光电二极管1、2都能输出对应于光强度的电压。图5是表示进行以上那样的动作的光检测装置IOa的结构的图。对于与图3相同 的结构采用相同的附图标记，并简化或省略其说明。光检测装置IOa与光检测装置10的结构相比，还具备直流电源22和比较器21。直流电源22是对比较器21提供比较电压的恒压源。在此，直流电源22构成为输 出固定的比较电压，但也可以构成为使比较电压可变，并能选择适合于光强度的比较电压。比较器21比较放大器14放大后的光电二极管2的电压与比较电压的大小关系， 以数字信号输出其比较结果，例如在放大器14的输出大于比较电压时输出1，而在比较电 压以下时输出0。复位电路16监视比较器21的输出，当探测到放大器14的电压降低至比较电压时 (上例中探测到输出从1切换到O时)，使开关17、18复位。从而，光检测装置IOa能够在光电二极管1、2的输出饱和之前将电荷复位。此外，照度判定部12存储放大器13、14的电压差、复位间隔、光强度的对应等，以 能从差分电路15的输出判定照度。比较器21和直流电源22用作根据光强度变更蓄积单元蓄积电荷的时间的变更单兀。如此，在本变形例中，通过具备按照照度变更受光元件蓄积电荷的期间的(具体 而言，照度越大就越缩短蓄积期间的)功能，能够实现高动态范围(能够测定照度的范围的 宽)的照度传感器。(变形例2)光检测装置10(图3)的放大器13、14或差分电路15从未图示的电源接受供电而 进行放大处理或差分处理。因此，在本变形例中，对放大器13、14或差分电路15不进行恒常驱动，而仅在照度 判定部12探测到光电二极管1、2的差分并加以判定时(即，仅在必要时)间歇驱动它们，从而节约耗电。图6是表示本变形例的光检测装置IOb的结构的图。此外，对于与图3相同的结构采用相同的附图标记，并简化或省略其说明。此外，为了简化图示，省略了光电二极管2、放大器14、开关18。光检测装置IOb与光检测装置10的结构相比还具备定时器时钟31和开关32、33。开关32和开关33由晶体管等的开关元件构成，分别对差分电路15和放大器13 的供电进行导通/截止。此外，虽然未做图示，但在放大器14中也设有同样的开关。定时器时钟31是以规定时间间隔将开关32、33导通/截止的时钟，还将其时钟输 出至照度判定部12。定时器时钟31可以这样形成，例如可以将内部时钟用分频电路发生低周期的时钟等。照度判定部12与定时器时钟31输出的时钟同步动作，在开关32、33成为导通的 定时探测差分电路15的输出。复位电路16与定时器时钟31同步动作，例如，在照度判定部12刚进行探测后将 光电二极管1、2的电荷复位。如此，定时器时钟31、开关32、33及设于放大器14的开关(未图示)，作为在差分 输出单元输出差分的定时驱动差分输出单元的驱动单元起作用。如上所述，在光检测装置IOb中，仅在照度判定部12探测/判断光电二极管1、2 的输出的差分时，使放大器13、14、差分电路15间歇动作，因此与光检测装置10相比能够减 少耗电量。(变形例3)本变形例用于减少光源的闪烁造成的影响。在荧光灯等的光源中，有以50[Hz]或60[Hz]等的周期反复点亮/熄灭(闪变)。 该现象称为闪烁。当用光检测装置10(图3)测定存在闪烁的光源的光强度时，根据照度判定部12 探测到差分的瞬间处于点亮/熄灭的哪个位置，照度的测定值有所不同。例如，便携电话等，往往用于由荧光灯照明的室内，因此需要即便存在闪烁也能适 当地测定光强度。因此，在本变形例中，通过对光电二极管1、2的差分进行时间平均化来缓冲闪烁 的影响。图7是表示实施闪烁对策的光检测装置IOc的结构的图。此外，对于与图3相同的结构采用相同的附图标记，并简化或省略说明。此外，为了简化图示，省略光电二极管2、放大器14、开关18。与光检测装置10的结构相比，光检测装置IOc构成为在差分电路15和照度判定 部12之间具备积分电路41，成为用积分电路41对差分电路15的输出进行积分。积分电路41按时间对差分电路15的输出进行积分，其结果将得到的积分值输出。 积分值为多次的检测值的累积值，因此通过平均化来缓冲差分的变动。如此，在因闪烁等而光源发射的光强度发生变动时，积分电路41作为缓冲差分电 路15的差分中产生的变动的缓冲单元起作用。
照度判定部12成为与复位电路16的复位信号联合动作，在积分电路41开始积分 后，在复位电路16只复位了规定次数的时刻探测其积分值。此外，当照度判定部12进行了探测时，进行将积分电路41的积分值设为0等的初 始化。如此，在本实施方式中，即便因闪烁而差分电路15的输出不均勻，通过在积分电 路41中相加多次的测定值来平均化输出的变动，能够得到抑制了闪烁的影响的检测值。此外，在本变形例中，为了抑制闪烁的影响而采用了积分，但是只要能使用一些方 法缓冲闪烁造成的检测值的不均勻即可。通过以上说明的本实施方式及变形例能够得到如下效果。(1)能够对光电二极管1、2蓄积因接受的光而发生的电荷。(2)通过取得不同光谱特性的两个光电二极管1、2发生的电荷的差分，能够得到 所希望的光谱特性。(3)可根据电压探测光电二极管1、2发生的电荷的量。(4)由于用蓄积在光电二极管1、2的电荷来测定光强度，无需较大的光电流，能够 将光电二极管1、2小型化。(5)由于通过减小光电二极管1、2的电容，能够得到较大的灵敏度，因此能够减 小光电二极管1、2的面积，并能实现低成本的传感器。(6)根据外光的强弱，能够改变蓄积在光电二极管1、2的电荷的复位间隔，能够实 现较宽的动态范围。(7)通过仅在需要时驱动放大器13、14或差分电路15，能够节约耗电。(8)通过利用积分电路41缓冲闪烁的影响，能够减少闪烁的影响。(9)能够如下作成小型的照度传感器，即，在具有不同光谱特性的两个受光元件、 连接了该受光元件的输出的放大器、和在将受光元件设为浮置状态后以一定周期复位受光 元件的电荷的机构的IC(集成电路)中，将电荷以一定周期蓄积到受光元件，输出由放大器 放大的信号的差值。[关于光检测半导体装置的实施方式]在光检测装置10中，能够使用图1所示的结构的半导体装置6，但也可以使用与此 不同的结构的半导体装置。以下，对可适用于光检测装置10的其它方式的半导体装置进行说明。(光检测半导体装置的第一实施方式)光检测装置10对光电二极管1、2蓄积电荷而测定照度。因此，与以往取得电流的 差分的情况相比，来自外部的电磁波的影响有可能影响测定结果。因此，在本实施方式中，在光电二极管上配置具有光透射性的薄膜电极，将光电二 极管从来自外部的电磁波噪声(例如，商用电波或从电气设备发射的电磁波噪声)屏蔽。图8(a)是表示本实施方式的半导体装置6a的结构的图。半导体装置6a为光检测半导体装置，与半导体装置6同样地在P型衬底3形成有 不同厚度的N型层4、5。在此，光电二极管1用作由第一导电型(在此P型)的半导体构成的半导体衬底 (P型衬底3)和从该半导体衬底的表面仅以规定深度形成的第二导电型(在此为N型)的半导体的第一导电层(N型层4)构成的第一受光元件，光电二极管2用作由半导体衬底(P 型衬底3)和在从该半导体衬底的表面以深于规定深度的深度形成的第二导电型的半导体 的第二导电层(N型层5)构成的第二受光元件。在N型层4、5的上表面形成有薄膜状的P型层51、51、...。P型层51对于检测对象的光具有透射性，且具有导电性，因此使照度测定用的光 透射，而屏蔽从外部接进入至受光面的电磁波。P型层51能够在制造半导体装置6a时利用普通的半导体制造工艺形成，因此能够 以低成本形成。如此，在第一导电层(N型层4)和第二导电层(N型层5)的表面，形成有透射光并 具有导电性的电磁波屏蔽层(P型层51)。此外，P型层51在接地的情况下能够更加有效地发挥屏蔽部功能。与N型层4、5连接的铝布线52、52经由N型的浓度较浓的N+层55连接至N型层 4、5。在P型层51设有布线用的贯通孔，铝布线52形成在该贯通孔。此外，P型衬底3在P型的浓度较浓的P+层56中与铝布线54连接而接地。在受光面中没有形成光电二极管的区域形成有遮光用铝53、53、...，截断光的入射。图8(b)是表示光电二极管I(PDl)和光电二极管2(PD2)的光谱特性的概要的示意图。N型层4较深的光电二极管1的红外线一侧的灵敏度优于光电二极管2。图9(a)是表示本实施方式的变形例的半导体装置6b的结构的图。半导体装置6b由薄膜状的多晶硅层57、57、...形成。多晶硅层57也能使检测对 象的光透射并屏蔽电磁波。此外，能够利用一般的半导体制造工艺容易形成。其它结构与半导体装置6a相同，光谱特性也如图9(b)所示的那样，与半导体装置 6a相同。如上所述，在本实施方式及变形例中，在受光元件上配置具有透射性的薄膜电极 (例如，1000 [ A ]左右的多晶硅)，能够屏蔽来自外部的电磁波噪声。(光检测半导体装置的第二实施方式)在本实施方式中，使N型层的深度相同，通过在受光面设置具有光谱特性的滤波 器，使光电二极管1、2在光谱特性上产生差异。图10(a)是表示本实施方式的半导体装置6c的结构的图。光电二极管2的N型层7以与N型层4相同的深度形成。因此，N型层的深度造 成的光谱特性在光电二极管1和光电二极管2中相同。另一方面，在N型层4的上表面形成有多晶硅层61，在N型层7的上表面形成有厚 度比多晶硅层61厚的多晶硅层62。其它结构与半导体装置6相同。如此，在半导体装置6c中，在第一导电层(N型层4)的表面形成有光的透射度依 赖于光波长的滤波层(多晶硅层61)，在第二导电层(N型层7)的表面形成有具有与该滤波 层不同的依赖性的滤波层(多晶硅层62)。如图10(b)所示，多晶硅具有越厚就越衰减(截断)蓝色 紫外线的区域的光。即，形成随着光波长而透射率有所不同的滤波器。因此，与多晶硅层61相比，多晶硅层62在蓝色 紫外线区域的光的透射率较低， 由此，光电二极管1和光电二极管2显示不同的光谱特性。这样，通过在受光元件上配置不同膜厚的多晶硅，能够产生不同的光谱特性。图10(c)是表示光电二极管1、2的光谱特性的示意图，与光电二极管1相比，光电 二极管2的灵敏度在光波长较短一侧较低。此外，在本实施方式中，将多晶硅的薄膜用作滤波器，但例如，也可将P型层的薄 膜用作滤波器。图11(a)是表示本实施方式的变形例的半导体装置6d的结构图。在该例子中，在 光电二极管1的受光面不形成多晶硅层，而在光电二极管2的受光面设置多晶硅层63。在这种情况下，光电二极管2接受的光中，在蓝色 紫外线区域中光衰减，因此如 图11(b)所示，示出与半导体装置6c相同的特性。以上，在半导体装置6c、6d中，使N型层4、7的深度相同，但也可以将它的深度不 同。通过调节滤波器和N型层的两个厚度，能够实现更加多种多样的光谱特性。此外，多晶硅层具有导电性，并且还具有屏蔽电磁波的功能，能够实现光电二极管 的光谱特性和电磁波屏蔽这两方。以上说明的本实施方式及变形例，能够得到如下效果。(1)通过具有导电性的薄膜，能够衰减或截断入射到受光面的电磁波。(2)根据光波长，将不同透射率的滤波器设置在受光面，能够使光电二极管具有光 谱特性。(3)通过使滤波器具有导电性，也同样地进行电磁波的屏蔽。[关于数字输出光检测电路的实施方式]光电二极管1、2的输出为模拟值，另一方面，利用便携电话等的数字设备利用光 电二极管1、2检测的光强度。因此，需要将光电二极管1、2的检测值变换为数字信号，可是，在将光电二极管的输出变换为数字信号时，以往用A/D转换器能够变换为 数字信号。作为这样的技术，例如，有在日本特开平11-304584号公报中公开的“光传感器 电路”。该技术中，准备多个用于检测光电二极管的输出的基准电压，选择与A/D转换器 的输入范围对应的基准电压。但是，通过使用A/D转换器，逻辑的规模变大，电路规模也随之变大，因此IC芯片 的尺寸变大而存在不仅违背了小型化的要求，而且制造成本也变高的问题。因此在本实施方式中，光电二极管1、2利用进行电荷的蓄积的特性，提供不需要 电路规模较大的A/D转换器的数字输出光检测电路。(数字输出光检测电路的第一实施方式)在本实施方式中，通过以基准脉冲的次数测定光电二极管1、2的电压下降的时 间，将光强度数字化。
图12(a)是表示将光电二极管1的输出数字化的数字化电路77的结构的图。数字化电路77采用与图5所示的光检测装置IOa同样的构成要素构成。对于与 图5相同的构成要素采用相同的附图标记，并省略/简化说明。比较器21对由放大器13放大的光电二极管1的电压与比较电压的大小关系进行 比较，将其比较结果以数字信号输出，即，当放大器13的输出大于比较电压时输出1，当在 比较电压以下的情况下输出0。复位电路16对比较器21的输出进行监视，当探测到放大器13的电压降低至比较 电压时(在上例中探测输出由1切换到0)，使开关17导通而将光电二极管1的电荷复位。光电二极管1的电压(由放大器13放大后的，以下同样)从基准电压达到比较电 压的时间，在光强度越大时就越短，因此复位电路16进行复位的间隔缩短。时钟72发生一定间隔的脉冲信号即时钟脉冲，将它输入至计数器电路71。时钟脉冲的脉宽以能够测定光电二极管1的电压从基准电压达到比较电压的时 间的方式，设定为充分小于该时间。时钟72作为发生时钟信号的时钟信号发生单元起作用。计数器电路71从比较器21接受显示比较结果的数字信号的输入，并且，从时钟72 接受时钟脉冲的输入。然后，利用它们，对光电二极管1的电压从基准电压降低至比较电压为止的时间 的时钟脉冲的脉冲数进行计数，并输出其计数值。在光电二极管1的输出成为比较电压为止的时间，对光强度成反比例，因此光强 度越大，计数值就越小，得到对应于光强度的计数值。如此，计数器电路71通过使蓄积到光电二极管1的电荷的量与时钟72发生的时 钟信号对应，作为生成与该蓄积的电荷的量对应的计数值的计数值生成单元起作用，并且 也作为输出该生成的计数值的计数值输出单元起作用。此外，计数器电路71生成蓄积的电荷从初始值变化至规定值为止发生的时钟信 号的数作为计数值。图13示出关于数字化电路77的时序图。光电二极管1的输出(图13(a))因复位电路16的复位信号(图13(c))而复位 至基准电压，其后达到比较电压为止，光强度越大就越快降低。比较器21输出的比较结果(图13(b))在光电二极管1的电压从基准电压达到比 较电压时输出0，从而复位电路16输出复位信号(图13(c))。计数器电路71在比较器21的比较结果为1的期间，测定时钟72发生的时钟脉冲 (图13(d)的时钟脉冲测定期间)，输出该测定值。这样，在数字化电路77中，光强度越大时测定的时钟脉冲就越小，因此得到与光 强度对应的脉冲数。图12(b)是用于说明本实施方式的数字输出光检测电路75的结构的图。数字输出光检测电路75具备将光电二极管1的输出数字化的数字化电路77和将 光电二极管2的输出数字化的数字化电路78。数字化电路78的结构与数字化电路77相 同。差分运算部73从数字化电路77、78接受变换为数字值的光电二极管1、2的输出，用数字处理来对它们的差分进行运算，输出运算后的差分作为数字值。如此，差分运算部73取得与第一受光元件(光电二极管1)蓄积的电荷的量对应 的第一计数值和与具有不同于第一受光元件的光谱特性的第二受光元件(光电二极管2) 蓄积的电荷的量对应的第二计数值，作为计数值取得单元起作用，并且也作为对该取得的 第一计数值与第二计数值的差分进行数字运算的差分运算单元起作用，而且，也作为用数 字值输出该运算后的差分的差分输出单元起作用。这样，在数字输出光检测电路75中，即便不使用A/D转换器等的运算逻辑，也能通 过利用计数器电路71、时钟72等的简单结构，将光电二极管1、2的差分数字化。(数字输出光检测电路的第二实施方式)在本实施方式中，在基准脉冲的期间内，测定光电二极管1、2复位的次数来将光
强度数字化。这以每一次的蓄积量为单位，通过测定基准脉冲的期间内蓄积的电荷的量，使蓄 积的电荷的量与发生的时钟信号对应。图14(a)是表示将光电二极管1的输出数字化的数字化电路77a的结构的图。本实施方式的数字化电路77a的结构与第一实施方式所示的数字化电路77相同， 在对应的构成要素采用相同的附图标记，并省略/简化其说明。比较器21和复位电路16的结构与图12(a)相同。时钟72a发生一定间隔的脉冲信号即基准脉冲，并将它输入至计数器电路71。基准脉冲的脉宽设定为充分长于复位电路16复位光电二极管1的时间，以能测定 光电二极管1的电压从基准电压达到比较电压而复位的次数。此外，将基准脉宽设为比闪烁的周期(荧光灯为200 [ms]左右)长，能够减轻闪烁 导致的测定误差。计数器电路71a从比较器21接受表示比较结果的数字信号的输入，并且，从时钟 72a接受基准脉冲的输入。再者，利用它们，在基准脉冲之间，测定光电二极管1的电压从基准电压降低至比 较电压而通过复位电路16复位的次数，S卩，测定在基准脉冲内光电二极管1的输出达到比 较电压的次数，并将其次数输出。在一定时间内光电二极管1的输出达到比较电压的次数与光强度成比例，因此该 次数表示光强度。此外，在第一实施方式的数字化电路77中，输出的次数在光强度越大时就越小， 而在本实施方式的数字化电路77a中，光强度越大时输出的次数也越大，因此适合于使用 传感器的人们的感觉。如此，数字化电路77a具备每次在光电二极管1蓄积的电荷的量达到规定量时，将 蓄积的电荷复位至初始值的复位单元(复位电路16、开关17等)，计数器电路71a用作在 时钟信号测定的规定时间的期间，生成该复位单元复位的次数作为计数值的计数值生成单元。图15示出与第二实施方式的数字化电路77a的时序图。光电二极管1的输出(图15(a))通过复位电路16的复位信号(图15(c))复位 至基准电压，其后在达到比较电压为止，光强度越大就越快降低。
比较器21输出的比较结果(图15(b))在光电二极管1的电压从基准电压达到比 较电压时输出0，由此复位电路16输出复位信号(图15(c))。计数器电路71a在时钟72a发生的基准脉冲成为1的期间(图15 (d)的光电二极 管成为比较电压的次数的测定期间)，测定光电二极管1的电压达到比较电压的次数，即， 复位电路16复位光电二极管1的次数并加以输出。这样，在数字化电路77a中，光强度越大，光电二极管1的复位次数就越增加，因此 得到与光强度对应的脉冲数。图14(b)是用于说明本实施方式的数字输出光检测电路75a的结构的图。数字输出光检测电路75a具备将光电二极管1的输出数字化的数字化电路77a和 将光电二极管2的输出数字化的数字化电路78a。数字化电路78a的结构与数字化电路77a 相同。差分运算部73从数字化电路77a、78a接受变换为数字值的光电二极管1、2的输 出，用数字处理来对它们的差分进行运算，以数字值的方式将运算后的差分输出。如此，在数字输出光检测电路75a中，即便不使用A/D转换器等的运算逻辑，通过 利用了计数器电路71a、时钟72a等的简单结构，能够将光电二极管1、2的差分数字化。此外，本实施方式的数字化电路77a，其特征在于构成具备以下部分的数字输出光 检测电路根据接受的光而发生电荷的受光元件；在受光元件蓄积了规定量的电荷时，将 受光元件蓄积的电荷复位至初始值的复位单元；以及输出复位单元在规定时间的期间复位 受光元件的次数的次数输出单元。通过以上说明的本实施方式，能够得到如下的效果。(1)能够将蓄积在光电二极管1、2的电荷的量与时钟对应。由此，生成与电荷的量 对应的计数值，能够将在光电二极管1、2蓄积的电荷的量数字化。(2)由于利用计数器电路71、时钟72等的简单元件进行数字化，所以无需使用A/ D转换器等的大规模逻辑。(3)由于无需使用A/D转换器等，能够将它们IC芯片小型化。(4)以时钟脉冲测定受光元件达到基准电压为止的时间，能够将脉冲数以数字值 方式输出。(5)测定用基准脉冲制作的一定时间内受光元件达到基准电压的次数，能以数字 值方式输出。以上，对各种实施方式或变形例进行了说明，但由此能够提供下一个构成。(A)关于光检测装置的实施方式提供以下的构成。在与光检测装置相关的实施方式中，可得到以下的构成。(第一构成)一种光检测装置，其特征在于具备根据接受的光而发生电荷的第一 受光元件；根据接受的光而发生电荷并具有不同于所述第一受光元件的光谱特性的第二受 光元件；对所述第一受光元件和所述第二受光元件蓄积所述发生的电荷的蓄积单元；取得 蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷的差分的差分取得单元；以及输出所 述取得的差分的差分输出单元。(第二构成)第一构成所述的光检测装置，其特征在于所述蓄积单元通过将所述 第一受光元件和所述第二受光元件的规定电极设为电气开路端，使所述电荷蓄积。
(第三构成)第二构成所述的光检测装置，其特征在于所述第一受光元件和所述 第二受光元件的所述规定电极经由规定开关连接至恒压源，该恒压源用于复位蓄积在这些 受光元件的电荷，所述蓄积单元通过使所述开关截止，将所述规定电极设为电气开路端。(第四构成)第二构成或第三构成所述的光检测装置，其特征在于所述差分取得 单元通过所述第一受光元件和所述第二受光元件的、所述规定电极间的电压差，取得所述 蓄积后的电荷的差分。(第五构成)第一构成所述的光检测装置，其特征在于具备复位单元，该复位单 元通过将所述第一受光元件和所述第二受光元件的所述规定电极连接至规定恒压源，将蓄 积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷复位。(第六构成)第一构成至第五构成中的任一构成所述的光检测装置，其特征在于 具备根据光的强度变更所述蓄积单元蓄积电荷的时间的变更单元。(第七构成)第一构成至第六构成中的任一构成所述的光检测装置，其特征在于 具备以所述差分输出单元输出差分的定时驱动所述差分取得单元的驱动单元。(第八构成)第一构成至第七构成中的任一构成所述的光检测装置，其特征在于 具备缓冲单元，该缓冲单元根据光源发射的光强度的变动缓冲所述差分输出单元输出的差 分中产生的变动。(第九构成)一种图像显示装置，其特征在于具备第一构成至第八构成中的任一 构成所述的光检测装置；显示图像的图像显示单元；利用所述光检测装置的输出判断外界 的亮度的亮度判断单元；以及根据所述判断的亮度调节所述图像显示单元的亮度的亮度调 节单元。(B)与光检测半导体装置相关的第一实施方式，提供以下构成。(第一构成)一种光检测半导体装置，利用蓄积在第一受光元件的电荷和具有与 所述第一受光元件不同的光谱特性的第二受光元件中蓄积的电荷的差分探测光强度，其特 征在于所述第一受光元件由半导体衬底和第二导电型的半导体的第一导电层构成，该半 导体衬底由第一导电型的半导体构成，该第一导电层由从所述半导体衬底的表面形成至规 定深度，所述第二受光元件由所述半导体衬底和从所述半导体衬底的表面形成至比所述规 定深度更深的深度的第二导电型的半导体的第二导电层构成，在所述第一导电层和所述第 二导电层的表面，形成有透射光并具有导电性的电磁波屏蔽层。(第二构成)第一构成所述的光检测半导体装置，其特征在于所述电磁波屏蔽层 由第一导电型的半导体构成。(第三构成)第一构成所述的光检测半导体装置，其特征在于所述电磁波屏蔽层 由多晶硅构成。(第四构成)一种光检测装置，其特征在于具备蓄积单元，与第一构成、第二构 成或第三构成所述的光检测半导体装置连接，并对该光检测半导体装置的第一受光元件和 第二受光元件分别蓄积这些受光元件发生的电荷；取得所述蓄积的电荷的差分的差分取得 单元；以及输出所述取得的差分的差分输出单元。(第五构成)一种图像显示装置，其特征在于具备第四构成所述的光检测装置； 显示图像的图像显示单元；利用所述光检测装置的输出判断外界的亮度的亮度判断单元； 以及按照所述判断的亮度调节所述图像显示单元的亮度的亮度调节单元。
(C)与光检测半导体装置相关的第二实施方式，提供以下构成。(第一构成)一种光检测半导体装置，利用蓄积在第一受光元件的电荷和蓄积在 第二受光元件的电荷的差分探测光强度，其特征在于所述第一受光元件由半导体衬底和 第二导电型的半导体的第一导电层构成，该半导体衬底由第一导电型的半导体构成，该第 一导电层从所述半导体衬底的表面形成至规定深度，所述第二受光元件由所述半导体衬底 和从所述半导体衬底的表面形成至规定深度的第二导电型的半导体的第二导电层构成，在 所述第一导电层的表面形成有光的透射度依赖于光波长的滤波层，在所述第二导电层的表 面形成或未形成具有不同于所述滤波层的依赖性的滤波层。(第二构成)第一构成所述的光检测半导体装置，其特征在于所述滤波层具有导 电性。(第三构成)第一构成或第二构成所述的光检测半导体装置，其特征在于所述滤 波层由第一导电型的半导体构成。(第四构成)第一构成或第二构成所述的光检测半导体装置，其特征在于所述滤 波层由多晶硅构成。(第五构成)一种光检测装置，其特征在于具备蓄积单元，与第一构成至第四构 成中的任一构成所述的光检测半导体装置连接，对该光检测半导体装置的第一受光元件和 所述第二受光元件蓄积发生的电荷；取得所述蓄积的电荷的差分的差分取得单元；以及输 出所述取得的差分的差分输出单元。(第六构成)一种图像显示装置，其特征在于具备第五构成所述的光检测装置； 显示图像的图像显示单元；利用所述光检测装置的输出判断外界的亮度的亮度判断单元； 以及按照所述判断的亮度调节所述图像显示单元的亮度的亮度调节单元。(D)与数字输出光检测电路相关的实施方式，提供以下构成。(第一构成)一种数字输出光检测电路，其特征在于具备根据接受的光发生电荷 的受光元件；蓄积所述受光元件中发生的电荷的蓄积单元；发生时钟信号的时钟信号发生 单元；通过使所述蓄积的电荷的量与所述发生的时钟信号对应来生成与所述蓄积的电荷的 量对应的计数值的计数值生成单元；以及输出所述生成的计数值的计数值输出单元。(第二构成)第一构成所述的数字输出光检测电路，其特征在于所述计数值生成 单元生成所述蓄积的电荷从初始值变化至规定值之前发生的时钟信号的数作为计数值。(第三构成)第一构成所述的数字输出光检测电路，其特征在于具备每次蓄积的 电荷的量达到规定量时将蓄积的电荷复位至初始值的复位单元，所述计数值生成单元生成 由所述时钟信号测定的规定时间的期间所述复位单元复位的次数作为计数值。(第四构成)一种光检测装置，其特征在于具备计数值取得单元，利用第一构成、 第二构成或第三构成的任一构成所述的数字输出光检测电路，取得与第一受光元件蓄积的 电荷的量对应的第一计数值和与具有不同于所述第一受光元件的光谱特性的第二受光元 件蓄积的电荷的量对应的第二计数值；对所述取得的第一计数值和第二计数值的差分进行 数字运算的差分运算单元；以及以数字值输出所述运算的差分的差分输出单元。(第五构成)一种图像显示装置，其特征在于具备第四构成所述的光检测装置； 显示图像的图像显示单元；利用所述数字输出光检测电路的输出判断外界的亮度的亮度 判断单元；以及按照所述判断的亮度调节所述图像显示单元的亮度的亮度调节单元。
[与光检测装置相关的第二实施方式]本实施方式的光检测装置10(图3)，将相同的光电二极管1、2的阴极端子设为开 路端状态，在一定时间的期间检测蓄积在它们中的电荷。这时，在光电二极管1之上配置有将红外线及紫外线遮光的光学滤波器，以使可 见光线到达光电二极管1。另一方面，通过在光电二极管2之上配置将红外线、紫外线及可见光线遮光的遮 光层，以使光到达光电二极管2，在没有光入射时检测出光电二极管2中发生的电荷。再者，当没有光入射时光电二极管2中感应的电荷是暗电荷，即以电流方式探测 该电荷时以暗电流方式探测暗电荷。又，在本实施方式中，将光电二极管1、2的阴极端子设为开路端状态，从一定时间 的期间蓄积在它们中的电荷的差分除去暗电荷噪声分量而检测出所希望的光强度。图16是表示一例本实施方式中使用的形成有光电二极管的半导体装置的图。半导体装置6e采用与图1所示的半导体装置6同样的结构，例如，在材料中形成 硅的单结晶，由形成为P型的P型衬底3和N型区域即N型层4、5构成。N型层4、5从P型衬底3的表面形成至规定深度，N型层4、N型层5以相同的深度 形成。然后，由N型层4和P型衬底3构成光电二极管1，由N型层5和P型衬底3构成 光电二极管2。由于光电二极管1、2的构成相同，所以具有相同的光谱特性。在光电二极管1之上配置有将红外线及紫外线遮光的光学滤波器101，在光电二 极管2之上配置有将红外线、紫外线及可见光线遮光的遮光层102。入射到光电二极管1的光经光学滤波器101滤波，使除去了红外线和紫外线的可 见光到达光电二极管1的受光面。另一方面，入射到光电二极管2的光(红外线、紫外线及可见光)被遮光层102遮 光，无法到达光电二极管2的受光面。如此，在半导体装置6e中，设置光不入射的光电二极管2的原因是除去光电二极 管1中产生的暗电荷噪声。即，光电二极管1和光电二极管2包括N型层的深度在内其结构相同，因此产生相 同的暗电荷。因此，在光电二极管1检测到光时，光电二极管1中作为噪声而发生的暗电荷与在 光电二极管2发生的暗电荷相同，通过从光电二极管1发生的电荷减去光电二极管2的暗 电荷，能够得到因入射光而在光电二极管1发生的电荷。图17是示意地表示利用了光电二极管1、2的差分的光谱特性的图。此外，图17 是用于说明概念的示意图，所以不一定严格地描绘。纵轴表示光电二极管发生的输出(电流、电压等)，横轴表示入射光的波长。此外， 入射光的光强度恒定。通过光学滤波器101，光电二极管1上入射可见光，发生可见光造成的电荷和暗电 荷，但是通过从这里减去光电二极管2中发生的暗电荷，得到入射的可见光产生的电荷。测定该电荷形成的电压，则如图17所示，得到可见光区域的约400 [nm] 700[nm]
21的灵敏度。如此，在光电二极管1中，得到透射光学滤波器101的光形成的输出，因此在例如 将光学滤波器101构成为透射紫外线而对其它光进行遮光时，半导体装置6e能够使用紫外 线传感器，当透射红外线并对其它光进行遮光时，能够用于红外线传感器。S卩，通过将光学滤波器101构成为透射成为观测对象的波长的光，能够用于检测 所希望波长带域的光的传感器。采用半导体装置6e的光检测装置10的结构与图3相同。在图3的光电二极管1的受光面配置光学滤波器101，在光电二极管2的受光面配 置遮光层102，这样就得到使用了半导体装置6e的光检测装置10。利用半导体装置6e的光检测装置10的动作与图3相同，所以省略说明。以上，对半导体装置6e和光检测装置10的构成进行了说明，但在半导体装置6e 中，光学滤波器101作为对入射的所希望波长的入射光以外的光进行遮光的第一遮光单元 起作用，遮光层102作为对入射的光(全部)遮光的第二遮光单元起作用。因此，在半导体装置6e中，光电二极管1和光学滤波器101作为设有对入射的所 述所希望波长的入射光以外的光进行遮光的第一遮光单元的第一受光元件起作用，光电二 极管2和遮光层102作为设有对入射的光进行遮光的第二遮光单元的第二受光元件起作 用。此外，使用了半导体装置6e的光检测装置10中，通过开关17、18使光电二极管1 和光电二极管2蓄电，因此光检测装置10具备蓄积第一受光元件和第二受光元件中发生的 电荷。再者，使用了半导体装置6e的光检测装置10中，为了入射光在差分电路15中输 出在光电二极管1、2中蓄电的电荷量的差分，光检测装置10具备取得蓄积在第一受光元件 和第二受光元件的电荷量的差分的差分取得单元，并具备将该差分作为与所希望波长的入 射光对应的电荷的电荷量加以输出的输出单元。而且，由于光电二极管1和光电二极管2的结构相同，第一受光元件和第二受光元 件在受光和蓄电的特性上相同。如此，利用了半导体装置6e的光检测装置10的蓄积单元，通过将第一受光元件 (光电二极管1)和第二受光元件(光电二极管2)的规定电极(阴极端子)设为电气开路 端，使电荷蓄积。然后，第一变光元件和第二受光元件的规定电极经由规定开关(开关17、18)连 接到用于复位蓄积在这些受光元件的电荷的恒压源(直流电源19)，蓄积单元通过将该开 关截止，将规定电极设为电气开路端。而且，差分取得单元(差分电路15)通过第一受光元件(光电二极管1)和第二受 光元件(光电二极管2)的、规定电极间(阴极端子间)的电压差来取得蓄积的电荷的差 分，光检测装置10具备复位单元，通过使开关17、18导通，将第一受光元件(光电二极管1) 和第二受光元件(光电二极管2)的规定电极(阴极端子)连接到规定恒压源(直流电源 19)，从而该复位单元对蓄积在第一受光元件和所述第二受光元件的电荷进行复位。可以进一步考虑以下方面。S卩，在半导体装置6e中，光电二极管2用于除去光电二极管1中发生的暗电荷噪声，并提高光电二极管1的检测精度，因此可见光的检测是光电二极管1进行的。因此，虽然比使用光电二极管2时精度较差，但也可以构成为不用光电二极管2， 而利用光电二极管1和光学滤波器101检测可见光。在这种情况下，通过光检测装置10，检测在光电二极管1中蓄电的电荷量(由于没 有光电二极管2，从差分电路15输出光电二极管1中蓄电的电荷产生的电压)，将该电荷量 本身作为检测值。这时，能够这样构成光检测装置，其中包括将除去了光电二极管2的半导体装置 6e适用于光检测装置10，具备根据入射的光发生电荷的受光元件(光电二极管1)；使发生 的电荷蓄积到受光元件的蓄积单元；以及输出与蓄积在蓄积单元的所希望波长的入射光对 应的电荷的电荷量的输出单元。并且，具备入射至受光元件的对所希望波长的入射光以外的光进行遮光的遮光单 元(光学滤波器101)，输出单元构成为将蓄积到蓄积单元的电荷量作为与所希望波长的入 射光对应的电荷的电荷量加以输出。此外，关于蓄积单元(开关17)通过将受光元件(光电二极管1)的规定电极(阴 极端子)设为电气开路端，使电荷蓄积的特点，或者受光元件的规定电极经由规定开关(开 关17)连接到用于对这些受光元件中蓄积的电荷进行复位的恒压源(直流电源19)，从而蓄 积单元通过将该开关截止来将规定电极设为电气开路端的特点，以及具备通过将受光元件 的规定电极连接到规定恒压源来对蓄积在受光元件的电荷进行复位的复位单元的特点，与 使用半导体装置6e的光检测装置10相同。图4的各图是用于说明半导体装置6e的光电二极管1、2饱和时的图。光电二极管1在接受的光越强时电荷越是急剧地蓄电。因此，在照度较大时，有时 会在照度判定部12探测差分电路15的输出之前，光电二极管1的输出饱和，无法测定正确 的值。图4(a)是用于说明复位时光电二极管1的输出饱和时的示意图。首先，将光电二极管1、2连接到直流电源19(图2)，使阴极端子的电压成为基准电 压后，使开关17、18截止，这样阴极端子的电压如图所示那样降低。光电二极管1上入射透射光学滤波器101的光，而光电二极管2上因遮光层102 而不会放射光，因此光电二极管1的电压比光电二极管2更快下降。在图18(a)中由于光强度较大，光电二极管1的输出在到达复位时刻tl之前饱 和。照度判定部12设为刚要复位之前探测差分电路15的输出时，在复位时刻tl，关于 光电二极管2，探测到与暗电荷对应的电压即E1，但关于光电二极管1，由于输出饱和，无法 得到对应于光强度的检测值。因此，如图18(b)所示，当光电二极管1的电压达到规定的比较电压时进行复位。在图18(b)的例子中，在光电二极管1成为比较电压的时刻t2进行复位，这时光 电二极管2的电压成为E2。因此，光电二极管1能够输出对应于光强度的电压。为了执行这样的动作，对图5所示的光检测装置IOa组装半导体装置6e即可。但是，在图5中，构成为将光电二极管2的电压与直流电源22的比较电压进行比较，但在半导体装置6e的情况下，光电二极管1的电压与比较电压进行比较，因此在图5中 将光电二极管1和光电二极管2调换。组装了半导体装置6e的光检测装置IOa的动作，如之前用图5进行了说明的那样。如此，能够构成为具备根据光的强度变更蓄积单元蓄积电荷的时间的变更单元。此外，通过将半导体装置6e用于图6所示的光检测装置10b，能够构成为仅在照度 判定部12探测光电二极管1、2的差分并加以判定时，间歇地驱动它们而节约耗电。这时的光检测装置IOb的动作如之前用图6进行说明的那样。如此，能够构成为具备以差分输出单元输出差分的定时驱动差分取得单元(差分 电路15)的驱动单元(定时器时钟31)。而且，通过在半导体装置6e适用图7所示的光检测装置10c，能够减小光源的闪烁 造成的影响。这时的光检测装置IOc的动作如之前用图7进行说明的那样。如此，也可以构成为具备缓冲单元(积分电路41)，该缓冲单元根据光源发射的光 强度的变动缓冲差分输出单元(差分电路15)输出的差分中产生的变动。进而，如图19所示，也可以构成为在光电二极管上配置具有光透射性的薄膜电 极，从来自外部的电磁波噪声屏蔽光电二极管。图19是表示本实施方式的半导体装置6f的结构的图，对应于图8。对于与图8相同的构成要素采用相同的附图标记，并简化或省略其说明。半导体装置6f为光检测半导体装置，与半导体装置6e同样地在P型衬底3形成 有N型层4、5。在此，光电二极管1用作第一受光元件，由第一导电型(在此为P型)的半导体构 成的半导体衬底(P型衬底3)和从该半导体衬底的表面形成至规定深度的第二导电型(在 此为N型)的半导体的第一导电层(N型层4)构成，光电二极管2用作第二受光元件，由半 导体衬底(P型衬底3)和从该半导体衬底的表面形成至规定深度的第二导电型的半导体的 第二导电层(N型层5)构成。在N型层4、5的上表面形成有薄膜状的P型层51、51、...。P型层51使检测对象的光透射，并且屏蔽电磁波。如此，在第一导电层(N型层4)和第二导电层(N型层5)的表面，形成有透射光并 具有导电性的电磁波屏蔽层(P型层51)。再者，P型层51通过接地能够更加有效地发挥其屏蔽功能。与N型层4、5连接的铝布线52、52经由N型的浓度较浓的N+层55连接至N型层 4、5。在P型层51设有布线用的贯通孔，铝布线52形成在该贯通孔。此外，P型衬底3在P型的浓度较浓的P+层56中与铝布线54连接而接地。在受光面没有形成光电二极管的区域，以及在光电二极管2之上形成有遮光用铝 53、53、...，截断光的入射。如此，在本例中，遮光用铝53用作遮光层102。在光电二极管1之上，配置有光学滤波器101，以得到所希望的光谱特性。
利用如以上那样构成的半导体装置6e或光检测装置10等，能够构成为调节便携 电话的液晶画面等。这时，用光检测装置10测量外界的可见光的亮度，例如，当外界较亮时使画面的 亮度较低，当外界较暗时使画面的亮度较高。由此，能够提供一种图像显示装置，其中包括显示图像的图像显示单元；利用光 检测装置的输出判断外界的亮度的亮度判断单元；以及根据判断的亮度调节图像显示单元 的亮度的亮度调节单元。此外，如上所述，对于半导体装置6e适用以下的数字输出光检测电路，能够构成 光检测装置。(第一构成)一种数字输出光检测电路，其特征在于具备根据接受的光发生电荷 的受光元件(具备光学滤波器101的光电二极管1和具备遮光层102的光电二极管2中的 至少一个)；蓄积所述受光元件中发生的电荷的蓄积单元；发生时钟信号的时钟信号发生 单元；通过使所述蓄积的电荷的量与所述发生的时钟信号对应来生成与所述蓄积的电荷的 量对应的计数值的计数值生成单元；以及输出所述生成的计数值的计数值输出单元。(第二构成)第一构成所述的数字输出光检测电路，其特征在于所述计数值生成 单元生成所述蓄积的电荷从初始值变化至规定值之前发生的时钟信号的数作为计数值。(第三构成)第一构成所述的数字输出光检测电路，其特征在于具备复位单元， 该复位单元每次蓄积的电荷的量达到规定量时，将蓄积的电荷复位到初始值，所述计数值 生成单元在由所述时钟信号测定的规定时间的期间，生成所述复位单元复位的次数作为计 数值。(第四构成)一种光检测装置，其特征在于具备计数值取得单元，利用第一构成、 第二构成或第三构成的任一构成所述的数字输出光检测电路，取得与第一受光元件蓄积的 电荷的量对应的第一计数值和与具有不同于所述第一受光元件的光谱特性的第二受光元 件蓄积的电荷的量对应的第二计数值；对所述取得的第一计数值和第二计数值的差分进行 数字运算的差分运算单元；以及以数字值输出所述运算的差分的差分输出单元。(第五构成)一种图像显示装置，其特征在于具备第四构成所述的光检测装置； 显示图像的图像显示单元；利用所述数字输出光检测电路的输出判断外界的亮度的亮度判 断单元；以及按照所述判断的亮度调节所述图像显示单元的亮度的亮度调节单元。通过以上说明的与光检测装置相关的第二实施方式，能够得到如下效果。(1)通过对光电二极管1设置使观测对象的光即可见光透射并对其它光进行遮光 的光学滤波器101，由光电二极管1蓄积对应于可见光的电荷，并能以电压方式得到由此而 来的输出。(2)通过形成与光电二极管1相同结构的光电二极管2，并对入射光电二极管2的 光进行全部遮光，能够发生与在光电二极管1发生的暗电荷相同的暗电荷。(3)通过取得光电二极管1和光电二极管2的电压的差分，消除在光电二极管1产 生的暗电荷的影响，能够得到所希望的光谱特性。(4)由于光电二极管1和光电二极管2为相同结构，容易制造，且能够减少制造成 本。(5)通过适当地形成光学滤波器101的光谱特性，能够构成以各种光为对象的光检测装置，例如，可用作紫外线传感器。
权利要求
一种光检测装置，其特征在于具备根据入射的光发生电荷的受光元件；将所述发生的电荷蓄积在所述受光元件的蓄积单元；以及输出与蓄积在所述蓄积单元的所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量的输出单元。
2.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于具备对入射到所述受光元件的所述希望波长的入射光以外的光进行遮光的遮光单元， 所述输出单元输出蓄积在所述蓄积单元的电荷量作为与所述所希望波长的入射光对 应的电荷的电荷量。
3.如权利要求1或权利要求2所述的光检测装置，其特征在于所述蓄积单元使所述 受光元件的规定电极成为电气开路端，从而使所述电荷蓄积。
4.如权利要求3所述的光检测装置，其特征在于所述受光元件的所述规定电极经由 规定开关连接到恒压源，该恒压源用于将蓄积在这些受光元件中的电荷复位，所述蓄积单 元通过截止所述开关，使所述规定电极成为电气开路端。
5.如权利要求3所述的光检测装置，其特征在于具备复位单元，通过将所述受光元件 的所述规定电极连接到规定恒压源，该复位单元将蓄积在所述受光元件的电荷复位。
6.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于所述受光元件利用第一受光元件和第二受光元件构成，其中第一受光元件设有对入射 的所述所希望波长的入射光以外的光进行遮光的第一遮光单元，该第二受光元件设有对入 射的光进行遮光的第二遮光单元，所述蓄积单元使所述发生的电荷蓄积于所述第一受光元件和所述第二受光元件， 所述输出单元具备取得蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷量的差 分的差分取得单元，并将该差分作为与所述所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量加以 输出。
7.如权利要求6所述的光检测装置，其特征在于所述第一受光元件和所述第二受光 元件中受光和蓄电的特性相同。
8.如权利要求1所述的光检测装置，其特征在于所述受光元件利用第一受光元件和具有不同于所述第一受光元件的光谱特性的第二 受光元件构成，所述蓄积单元使所述发生的电荷蓄积到所述第一受光元件和所述第二受光元件， 所述输出单元具备取得蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷量的差 分的差分取得单元，并将该差分作为与所希望波长的入射光对应的电荷的电荷量加以输出ο
9.一种光检测装置，其特征在于具备 根据接受的光发生电荷的第一受光元件；根据接受的光发生电荷且具有不同于所述第一受光元件的光谱特性的第二受光元件；使所述发生的电荷蓄积于所述第一受光元件和所述第二受光元件的蓄积单元； 取得蓄积在所述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷的差分的差分取得单元；以及输出所述取得的差分的差分输出单元。
10.如权利要求6至权利要求9中任一项所述的光检测装置，其特征在于所述蓄积单 元使所述第一受光元件和所述第二受光元件的规定电极成为电气开路端。
11.如权利要求10所述的光检测装置，其特征在于所述第一受光元件和所述第二受 光元件的所述规定电极经由规定开关连接到恒压源，该恒压源用于复位蓄积在这些受光元 件的电荷，通过使所述开关截止，所述蓄积单元使所述规定电极成为电气开路端。
12.如权利要求10或权利要求11所述的光检测装置，其特征在于所述差分取得单元 根据所述第一受光元件和所述第二受光元件的、所述规定电极间的电压差，取得所述蓄积 的电荷的差分。
13.如权利要求10所述的光检测装置，其特征在于具备复位单元，该复位单元通过将 所述第一受光元件和所述第二受光元件的所述规定电极连接至规定恒压源，复位蓄积在所 述第一受光元件和所述第二受光元件的电荷。
14.如权利要求6至权利要求13中任一项所述的光检测装置，其特征在于具备驱动 单元，该驱动单元以所述差分输出单元输出差分的定时驱动所述差分取得单元。
15.如权利要求6至权利要求14中任一项所述的光检测装置，其特征在于具备缓冲 单元，该缓冲单元根据光源发射的光强度的变动缓冲发生在所述差分输出单元输出的差分 的变动。
16.如权利要求1至权利要求15中任一项所述的光检测装置，其特征在于具备变更 单元，该变更单元按照光的强度变更所述蓄积单元蓄积电荷的时间。
17.一种图像显示装置，其特征在于具备权利要求1至权利要求16中的任一项所述的光检测装置；显示图像的图像显示单元；利用所述光检测装置的输出来判断外界亮度的亮度判断单元；以及根据所述判断的亮度调节所述图像显示单元的亮度的亮度调节单元。
全文摘要
文档编号H01L31/10GK101952981SQ20088012356
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者Nakata Taro, Omi Toshihiko 申请人:Seiko Instr Inc