JP2005536792A - 改良された撮像表面を有するｔｆｔ検出装置 - Google Patents

Abstract

所定の光量の検出に応答して電気を伝導する感光層を有する光検出トランジスタと、光検出トランジスタに相互接続され、かつ光検出トランジスタによる光検出に応答するスイッチ１１３とを有する、画像取込検出装置１００が開示される。ガラス基板１１１は、光検出トランジスタおよびスイッチの両方の上に層状に重ねられる。ガラス基板は、耐久性および平滑表面を提供し、ガラス基板上に、撮像されるべきパターン化された対象物が置かれる。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００２年８月２１日出願の米国仮特許出願第６０／４０５，６０４号の優先権を主張する。

本発明は、一般に、指紋などのパターン化された対象物の撮像に関する。さらに詳細には、本発明は、薄膜トランジスタを含むパターン化された対象物取込検出装置（ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｏｂｊｅｃｔ ｃａｐｔｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ）に関する。

当業者には知られているように、指紋認証は、コンピュータ、アクセス管理システム、銀行業務システムなどのシステムへのアクセス権限を承認するための技術の一種である。指紋認証システムは、一般に、２つの方式に分類される。すなわち、レンズおよびプリズムを利用する光方式システムと、半導体または薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を利用しレンズを使用しない、非光方式システムの２つに分類される。ＴＦＴ指紋取込装置は、ａ−Ｓｉ：Ｈの光電感度を利用する一種の接触型画像検出装置であり、比較的薄い構造体であるために高い光電感度を有する。

図１は、指紋取込検出装置の構造を示す。図１は、従来の指紋取込検出装置の単位セルを示す垂直断面図である。図１は、識別検査を実現する装置およびソフトウェアとともに使用される、指紋を撮像するのに利用できる、従来の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）画像獲得検出装置を示している。このような画像獲得装置は、本明細書にその全体を参照して組み込まれる、２００１年１２月１０日出願の同時係属の米国特許出願第１０／０１４，２９０号において開示される。図１は、従来の指紋取込検出装置の単位セルを示す断面図である。指紋取込検出装置１０においては、光検知ユニット１２およびスイッチィングユニット１３は、透明基板１１に水平方向に配置される。透明基板の下で、バックライト（図示せず）が、指紋取込検出装置１０を透過する光を上方に照射する。光検知ユニット１２のソース電極１２−Ｓ、およびスイッチングユニット１３のドレイン電極１３−Ｄは、第１の電極１４を介して相互に電気的に接続される。光検知ユニット１２のゲート電極１２−Ｇは、第２の電極１５に接続される。

前述の構造においては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）などの感光層１２−Ｐは、光検知ユニット１２のドレイン電極１２−Ｄとソース電極１２−Ｓとの間に形成される。このとき、所定量より多い光が受光されると、ドレイン電極１２−Ｄおよびソース電極１２−Ｓに電流が流れる。図２は、検出装置１０が、どのように作用して指紋２０の隆起２２を取込むかを示す。透明基板の下のバックライトから発生する光２４は、指紋パターンで反射され、光検知ユニット１２の感光層１２−Ｐで受光されて、光検知ユニット１２内を流れる電流を発生させる。図１を再度参照すると、ドレイン電極１２−Ｄからソース電極１２−Ｓにわたる上部表面は、光遮断層１３−ｓｈで覆われており、このため外部光は、スイッチングユニット１３で受光できない。好ましくは、絶縁層１７は、第１の電極１４の上に形成され、パッシベーション層１８は、絶縁層１７の上に形成される。保護層１８は、シリコン−窒化物（ＳｉＮｘ）から形成でき、取込検出装置１０残り部分に電気的および物理的な保護を提供する。当業者には理解されるように、取込検出装置１０などの取込検出装置のアレイを形成することにより、指紋全体を撮像することができる。

ただし、取込検出装置１０に関しては、パッシベーション層１８は、検出装置１０の度重なる繰返し使用に耐えるほど十分な耐久性は無いことがある。さらに、パッシベーション層１８の表面を比較的平滑にするのは困難である。さらに、パッシベーション層１８の表面の不規則性は、検出装置１０が獲得する指紋画像にひずみを生じる可能性がある。

本発明による画像取込検出装置は、その上に撮像される対象物が置かれるガラス層を有する。背景技術の部分で述べたパッシベーション層と異なり、ガラス層は、かなりの耐久性を備えるのに十分なだけの厚さで形成でき、従来技術のパッシベーション層に比べてより平滑にできる。したがって、本発明による画像取込検出装置は、所定の光量の検出に応答して電気を伝導する感光層を含む光検出トランンジスタと、光検出トランジスタに相互接続され、かつ光検出トランジスタによる光検出に応答するスイッチとを含む。ガラス基板は、光検出トランジスタおよびスイッチの両方の上に層状に重ねられる。ガラス基板は、撮像されるべきパターン化された対象物が置かれる表面を形成する。

本発明の別の態様においては、ガラス基板は、光ファイバストランドを含み、ガラス基板をより厚くでき、それによって、好適に耐久性を増す。

図３は、本発明による画像取込検出装置を示す。取込検出装置１００は、ＳｉＮｘで形成されることができるパッシベーション層１１８を有する。パッシベーション層１１８の上面には、第１の電極１１５を含む蓄積キャパシタ層が形成される。好ましくはこの蓄積キャパシタ層は、導電性の透明なインジウム酸化錫（ＩＴＯ）で形成される。第１の電極１１５の上面には、絶縁層１１７が、好ましくはＳｉＮｘで形成される。絶縁層１１７の上には、第２の電極１１４が、好ましくは酸化錫で形成される。第１の電極１１５、絶縁層１１７、および第２の電極１１４は、一体となって蓄積キャパシタを形成する。第２の電極１１４上には、ＳｉＮｘで形成できる別の絶縁層１１６が形成される。ガラス層１１１の1つの層は、絶縁層１１６上に置かれる。撮像される指紋は、本明細書では撮像表面と称するガラス層１１１上に置かれる。

好ましくは薄膜トランジスタである光検知ユニット１１２、および好ましくは同じく薄膜トランジスタであるスイッチィングユニット１１３は、パッシベーション層１１８上に水平方向に配置される。パッシベーション層１１８の下では、バックライト１２０が、指紋取込検出装置１００を透過する光を上方に照射する。図３に示すように、バックライト１２０は、パッシベーション層１１８の下側の露出面から分離されている。ただし、バックライト１２０は、パッシベーション層１１８の下側面に接触させて置くことも考えられる。バックライト１２０は、ＬＥＤまたは当技術分野で知られている他のどのような種類の光源であってもよい。光検知ユニット１１２のソース電極１１２−Ｓ、およびスイッチングユニット１１３のドレイン電極１１３−Ｄは、第２の電極１１４を介して電気的に接続される。光検知ユニット１１２のゲート電極１１２−Ｇは、第１の電極１１５に接続される。さらに、第１の光遮断層１１３−ｓｈが、スイッチングユニット１１３の絶縁層１１７とパッシベーション層１１８との間に置かれる。以下に詳細に述べるように、第１の光遮断層１１３−ｓｈは、バックライト１２０からの光を遮断して、光がスイッチングユニット１１３に達するのを防止する。さらに、第２の光遮断層１２２が、スイッチングユニット１１３のガラス層１１１と絶縁層１１６との間に置かれ、ガラス層１１１を透過する光またはガラス層１１１から反射する光から、スイッチングユニット１１３を遮断する。

前述の構造においては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）などの感光層１１２−Ｐは、光検知ユニット１１２のドレイン電極１１２−Ｄとソース電極１１２−Ｓとの間に形成される。当技術分野では知られているように、感光層１１２−Ｐは、感光層１１２−Ｐの層の表面に入射する所定の光の量に応答して電気を伝導することを可能にする。このように、所定量より多い光が、感光層１１２−Ｐの表面で受光されると、ドレイン電極１１２−Ｄとソース電極１１２−Ｓを通り電流が流れる。

図４ａおよび図４ｂは、前述の検出装置１００の動作を示す。図４ａは、ガラス層１１１に接して置かれた指紋１３０を示す。図４ｂは、図４ａの一部の詳細図であり、検出装置１００のガラス層１１１に接して置かれた指紋１３０ａの単一隆起を示す。パッシベーション層１１８の下のバックライト１２０から発生する光１５０は、指紋の隆起１３０ａで反射され、光検知ユニット１１２の感光層１１２−Ｐで受光され、この結果、光検知ユニット１１２に流れる電気が発生する。光検知ユニット１１２のゲート電極１１２−Ｇは、光源１２０から放射される直接光１５０を遮断して、光が、検知ユニット１１２の下側面を通りこの光検知ユニットに達するのを防止するのに役立つ。さらに前述のように、ドレイン電極１１３−Ｄからソース電極１１３−Ｓへのスイッチングユニット１１３の部分は、光遮断層１１３−ｓｈで覆われており、このため外部光は、スイッチングユニット１１３で受光できない。

光検知ユニット１１２の感光層１１２−Ｐにより電流が流れることを可能にされると、この電流は、電極１１４を通過して、スイッチングユニット１１３のドレイン電極１１３−Ｄに流れ込む。これによりスイッチングユニット１１３が作動され、その結果、指紋隆起の部分が、指紋検出装置アレイ（図示せず）の検出装置１００位置の上にあることを示す。指紋の谷が検出装置１００位置の上にある場合、バックライト１２０からの入射光は、隆起が検出装置１００位置の上にある場合に比べて著しく少ない程度で、検出装置１００に戻る方向に反射される。したがって、感光層１１２−Ｐは、スイッチングユニット１１３を作動するだけの電流を流し始めるのに十分な光量を受光しない。このように、画像取込検出装置１００などの画像取込検出装置のアレイを利用して、このようなアレイの撮像表面に置かれた指紋の隆起および谷の輪郭を決定できる。

前述のように、比較的耐久性に優れたガラス表面は、取込検出装置１００の撮像表面として用いられる。このように比較的高い程度の保護は、取込検出装置１００の残り部分に提供される。さらに、ガラス撮像表面は、比較的平滑であるため、取り込む画像にひずみを比較的ほとんど発生させない。さらに、本発明による取込検出装置の表面への追加のコーティングは、必要としない。

再度図３を参照すると、取込検出装置１００を作製する方法において、蒸着、スパッタリング、または任意の別の方法によって、第２の光遮断層１２２が最初にガラス層１１１上に置かれる。好ましくは、ガラス層１１１は、約５μｍから１０μｍであるが、これより厚いかまたは薄くてもよい。好ましくは、光遮断層１２２は、アルミニウムなどの金属で形成されるが、任意の適切な光遮断材料で形成してもよい。次に、絶縁層１１６が、ガラス層１１１および第２の光遮断層１２２の上面に形成される。前述のように、好ましくは、絶縁層１１６はＳｉＮｘで形成される。次に、感光層１１２−Ｐが、絶縁層１１６の上に形成される。前述のように、感光層１１２−Ｐは、好ましくはａ−Ｓｉ：Ｈで形成される。次に、光検知ユニット１１２のソース電極１１２−Ｄ、第２の電極１１４、およびスイッチングユニット１１３のドレイン電極１１３−Ｄが、絶縁層１１６の上に形成される。好ましくは、ソース電極１１２−Ｄ、第２の電極１１４、およびドレイン電極１１３−Ｄは、それぞれＩＴＯで形成されるが、任意の別の適切な導体で形成することもできる。次に、絶縁層１１７が形成され、この絶縁層１１７上に第１の電極１１５が形成される。好ましくは、絶縁層１１７はＳｉＮｘで形成され、また好ましくは、第１の電極１１５はＩＴＯで形成されるが、任意の適切な導体で形成することもできる。次に、光検知ユニット１１２のゲート電極１１２−Ｇおよび光遮断層１１３−ｓｈが、形成される。好ましくは、ゲート電極１１２−Ｇおよび光遮断層１１３−ｓｈは、それぞれＩＴＯで形成されるが、任意の適切な材料で形成することもできる。光遮断層１１３−ｓｈは、必ずしもゲート電極１１２−Ｇと同一材料で形成する必要はない。次に、ＳｉＮｘで形成するのが望ましいパッシベーション層１８が、第１の電極１１５、ゲート電極１１２−Ｇ、および光遮断層１１３−ｓｈの上に形成される。前述のように、バックライト１２０は、パッシベーション層１１８の下側の露出面に取り付けられるか、または知られている方法で別個に支持される。

図５は、本発明による画像取込検出装置の第２の実施形態を示す。画像取込検出装置２００は、取込検出装置１００とほぼ同一構造を有するが、異なる点は、導電性ＩＴＯ層２３０が、ガラス層２１１の下に置かれ、ＳｉＮｘで形成されることができる絶縁層２３２が、ＩＴＯ層２３０の下に置かれる点である。ＩＴＯ層２３０は導電性であるため、ガラス層２１１上に蓄積される静電荷は、知られている方法でＩＴＯ層をグラウンドに接続することにより放電できる。これは、取込検出装置２００へのダメージを防止するのに有利である。画像取込検出装置２００は、画像取込検出装置１００とほぼ同一方法で作製できるが、異なる点は、ＩＴＯ層２３０がガラス層２１１の上に形成され、絶縁層２３２が、ＩＴＯ層２３０に上に形成された後に、絶縁層２３２上に光遮断層２２２が形成される点である。

図６は、本発明による画像取込検出装置の第３の実施形態を示す。画像取込検出装置３００は、画像取込検出装置１００とほぼ同一の構造である。詳細には、取込検出装置３００は、光検知ユニット１１２とほぼ同一の光検知ユニット３１２と、スイッチングユニット１１３とほぼ同一で、絶縁層３１６とパッシベーション層３１８との間に形成されるスイッチングユニット３１３とを含む。ただし、絶縁層３１６の上で、取込検出装置３００が、基板層３３０の表面に垂直な方向に延びる、複数の光ファイバストランド３３０ａを有する基板層３３０を含む。好ましくは、基板層３３０を形成する光ファイバストランド３３０ａの直径は、約４μｍから８μｍであり、さらに好ましくは、約６μｍであるが、これ以上またはこれ以下の直径を使用することもできる。基板層３３０は、ガラス光ファイバストランド３３０ａ、またはポリマーを含む他のほぼ透明な材料の光ファイバストランドで形成できる。基板層３３０を形成するのに利用できる光ファイバシートは、当技術分野で知られており、例えば、マサチューセッツ州サウスブリッジのスコットファイバオプティック社（Ｓｃｈｏｔｔ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｂｒｉｄｇｅ ＭＡ）から入手できる。

動作においては、図６に示されるように、撮像される指紋隆起３２２を含む指紋３２０は、光ファイバ層３３０の露出表面上に置かれる。取込検出装置１００のバックライト１２０とほぼ同一にできるバックライト３２０からの入射光は、光ファイバ層３３０内に入り、矢印３４０に示すように光ファイバ層３３０を直接透過するか、または矢印３４２に示すように光ファイバストランド３３０ａの側面からの内部全反射（ＴＩＲ）を受けることにより、光ファイバ層３３０を透過する。いずれにせよ、バックライト３２０からの入射光が、指紋隆起３２２を照射する場合、入射光は、散乱して光ファイバ層３３０を通り直接戻るか、矢印３４４に示すように、ＴＩＲを受けて戻り、光検知ユニット３１２の感光層３１２−Ｐに達する。指紋隆起３２２から散乱された光は、内部全反射を受けることにより、光ファイバ層３３０を透過できるため、光ファイバ層３３０は、取込検出装置３００の性能を低下させることなく、ガラス層１１１などのガラス層より相対的に厚くできる。したがって、好ましくは、光ファイバ層は、０．８ｍｍから１．０ｍｍであるが、これより厚くてもまたは薄くてもよい。前述のように、光ファイバ層は比較的厚くできるため、光ファイバ層３３０などの光ファイバ層は、画像取込検出装置３００などの画像取込検出装置に対して、比較的より良好な保護を提供できる。画像取込検出装置３００は、画像取込検出装置１００とほぼ同一方法で作製できるが、異なる点は、ガラス層１１１の代わりに光ファイバ層３３０が使用される点である。ガラス取込検出装置２００のガラス層２１１を、光ファイバ層３３０などの光ファイバ層に交換することも考えられる。

従来技術の薄膜トランジスタの対象物取込検出装置の断面図であり、検出装置は、光検出トランジスタとスイッチとを含み、指紋などのパターン化された対象物を検出するのに利用できる。 図１に示される対象物取込検出装置の動作を示す図である。 本発明による対象物取込検出装置の断面図であり、パターン化された対象物がその上に置かれるガラス基板を有する。 図３に示される対象物取込検出装置の動作を示す図である。 図３および図４ａに示される対象物取込検出装置の動作の詳細を示す図である。 本発明による対象物取込検出装置の第２実施形態の断面図であり、検出装置は、パターン化された対象物がその上に置かれるガラス基板に近接する導電層を有する。 本発明による対象物取込検出装置の第３実施形態の断面図であり、検出装置は、パターン化された対象物がその上に置かれるガラス基板に光ファイバストランドを含む。

Claims (19)

1. 画像取込検出装置であって、
   所定の光量の検出に応答して電気を伝導する感光層を含む光検出トランジスタと、
   光検出トランジスタに相互接続され、かつ光検出トランジスタによる光の検出に応答するスイッチと、
   光検出トランジスタおよびスイッチの上に層状に重ねられるガラス基板とを含み、ガラス基板上に、撮像されるべきパターン化された対象物が置かれる、画像取込検出装置。
2. 光検出トランジスタおよびスイッチを相互接続するキャパシタをさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. スイッチがトランジスタスイッチである、請求項２に記載の装置。
4. 感光層の第１の表面が露光される光量を減少させる第１の光遮断層を含む、請求項３に記載の装置。
5. ガラス基板が、光ファイバ層の表面に垂直に形成される光ファイバストランドを有する光ファイバ層を含み、該光ファイバ層の上に、撮像されるべき対象物が置かれる、請求項４に記載の装置。
6. 撮像されるべき対象物が指紋である、請求項５に記載の装置。
7. バックライトを含み、該バックライトは、光検出トランジスタおよびスイッチがガラス基板とバックライトとの間に配置されるように配置される、請求項６に記載の装置。
8. 導電層および絶縁層を有し、導電層および絶縁層の両方が、ガラス基板と光検知トランジスタとの間にあるように、導電層がガラス基板上に形成され、かつ絶縁層が導電層の上に形成される、請求項４に記載の装置。
9. 撮像されるべき対象物が指紋である、請求項７に記載の装置。
10. パターン化された対象物を撮像する方法であって、
    画像取込検出装置を設けることを含み、該画像取込検出装置が、
    所定の光量の検出に応答して電気を伝導する感光層を含む光検出トランジスタと、
    光検出トランジスタに相互接続され、かつ光検出トランジスタによる光の検出に応答するスイッチと、
    光検出トランジスタおよびスイッチの上に層状に重ねられるガラス基板とを有し、パターン化された対象物を撮像する方法がさらに、
    撮像されるべき対象物をガラス基板上に置くことを含む、方法。
11. 撮像されるべき対象物をガラス基板上に置くことが、撮像されるべき指紋をガラス基板上に置くことを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 画像取込検出装置を設けることが、光ファイバストランドを含むガラス基板を有する画像取込検出装置を設けることを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 画像取込検出装置を設けることが、ガラス基板上に形成される導電層および導電層の上に形成される絶縁層とを有する、画像取込検出装置を設けることを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 画像取込検出装置であって、
    所定の光量の検出に応答して電気を伝導する感光層を含む光検出トランジスタと、
    光検出トランジスタに相互接続され、かつ光検出トランジスタによる光の検出に応答するスイッチと、
    光検出トランジスタおよびスイッチの上に層状に重ねられる基板とを含み、基板上に、撮像されるべきパターン化された対象物が置かれ、基板が、光ファイバストランドを有する、画像取込検出装置。
15. 光検出トランジスタおよびスイッチを相互接続するキャパシタをさらに含む、請求項１４に記載の装置。
16. スイッチがトランジスタスイッチである、請求項１５に記載の装置。
17. 感光層の第１の表面が露光される光量を減少させる第１の光遮断層を有する、請求項１６に記載の装置。
18. 光ファイバストランドが基板の表面に垂直方向に形成される、請求項１７に記載の装置。
19. 撮像されるべき対象物が指紋である、請求項１８に記載の装置。

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