JP2006196496A - Photosensor and image reader - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photosensor where luminescence of an optical source can easily be controlled, a reading image can be made highly minute and an object image can sufficiently be read as a color image, and to provide an image reader to which the photosensor is applied. <P>SOLUTION: In the photosensor, a first double-gate photosensor PSA becoming a light receiving part of the uppermost layer, a second double-gate photosensor PSB becoming a light receiver of an intermediate layer, and a third double-gate photosensor PSC becoming a light receiving part of the lowermost layer, are laminated and formed on one face side of a transparent insulating substrate SUB. Film thickness of the semiconductor layer 11a of the first double-gate photosensor PSA is set to 50 nm, that of a semiconductor layer 11b of the second double-gate photosensor PSB to 150 nm, and that of a semiconductor layer 11c of the third double-gate photosensor PSC to 300 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、フォトセンサ及び画像読取装置に関し、特に、被写体画像をカラー画像として読み取ることができるフォトセンサ、及び、該フォトセンサを適用した画像読取装置に関する。   The present invention relates to a photosensor and an image reading apparatus, and more particularly to a photosensor that can read a subject image as a color image and an image reading apparatus to which the photosensor is applied.

従来、印刷物や写真等の被写体画像を読み取る画像読取装置としては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)等の光電変換素子(フォトセンサ)をライン状又はマトリクス状に配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたものが知られている。このような画像読取装置においては、上記フォトセンサアレイ上の検知面に載置された被写体に対して、光を照射し、その反射光を各フォトセンサにより読み取り、電気信号に変換することにより、被写体画像を読み取ることができる。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an image reading apparatus that reads a subject image such as a printed matter or a photograph, for example, a photosensor array configured by arranging photoelectric conversion elements (photosensors) such as a CCD (Charge Coupled Device) in a line shape or a matrix shape. The one with is known. In such an image reading device, by irradiating the subject placed on the detection surface on the photosensor array with light, reading the reflected light by each photosensor, and converting it into an electrical signal, A subject image can be read.

ここで、被写体画像をカラー画像として読み取る(撮像する)技術としては、一般に、被写体画像の明暗成分(明度階調)のみを検出するモノクローム型のフォトセンサからなるフォトセンサアレイと、該フォトセンサアレイの背面側(検知面側とは反対側)等に配置された、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色の光を発光可能な光源と、を備えた構成や、上記モノクローム型のフォトセンサアレイと、該フォトセンサアレイの検知面側であって、各フォトセンサに対応して配置された赤、緑、青のカラーフィルタと、フォトセンサアレイの背面側等に配置された、単色(例えば、白色)の光を発光可能な光源と、を備えた構成等が知られている。   Here, as a technique for reading (capturing) a subject image as a color image, in general, a photosensor array including a monochrome photosensor that detects only light and dark components (lightness gradation) of the subject image, and the photosensor array A light source capable of emitting light of the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) disposed on the back side (opposite side of the detection surface) of The monochrome photosensor array, the detection surface side of the photosensor array, the red, green, and blue color filters arranged corresponding to each photosensor, and the backside of the photosensor array, etc. A configuration including a light source capable of emitting monochromatic (for example, white) light is known.

前者の構成においては、光源を赤、緑、青の各色で順次切り換えて発光させ、被写体に照射された赤色光、緑色光、青色光の各反射光が、フォトセンサアレイを構成する各モノクローム型フォトセンサに入射した際に得られる信号レベルに基づいて、赤、緑、青の各色ごとの画像データを時系列的に読み取り、各画像データを合成することにより、被写体のカラー画像が生成される。このような構成を有する画像読取装置としては、例えば、特許文献1等に記載されている。   In the former configuration, the light sources are sequentially switched in red, green, and blue colors to emit light, and the reflected red light, green light, and blue light emitted to the subject are each monochrome type that constitutes the photosensor array. Based on the signal level obtained when entering the photosensor, the image data for each color of red, green, and blue is read in time series, and the image data is combined to generate a color image of the subject. . An image reading apparatus having such a configuration is described in, for example, Patent Document 1 and the like.

また、後者の構成においては、光源から被写体に照射された単色光(白色光)の反射光が、フォトセンサアレイ上に配置された赤、緑、青の各カラーフィルタを介して、各モノクローム型フォトセンサに入射した際に得られる信号レベルに基づいて、赤、緑、青の各色ごとの画像データを同時に一括して読み取り、各画像データを合成することにより、被写体のカラー画像が生成される。このような構成を有する画像読取装置としては、例えば、特許文献2等に記載されている。   In the latter configuration, the monochromatic light (white light) reflected from the light source to the subject passes through the red, green, and blue color filters disposed on the photosensor array, and each monochrome type is reflected. Based on the signal level obtained when entering the photo sensor, the image data for each color of red, green, and blue is read simultaneously and synthesized to generate a color image of the subject. . An image reading apparatus having such a configuration is described in, for example, Patent Document 2.

特開平10−32681号公報(第2頁、図5)Japanese Patent Laid-Open No. 10-32681 (2nd page, FIG. 5) 特開2000−324298号公報(第3頁〜第4頁、図2)JP 2000-324298 A (page 3 to page 4, FIG. 2)

しかしながら、上述したような従来の画像読取装置においては、以下に示すような課題を有していた。
すなわち、光源を赤、緑、青の各色で順次切り換えて発光させ、各色の反射光をモノクローム型のフォトセンサにより時系列的に検出する方式(上記前者の構成)においては、光源の発光制御が複雑になるうえ、読取時間が長くなるという問題を有していた。
However, the conventional image reading apparatus as described above has the following problems.
That is, in the method (the former configuration) in which the light source is sequentially switched between red, green, and blue to emit light, and the reflected light of each color is detected in time series by a monochrome photosensor, the light emission control of the light source is performed. In addition to being complicated, there is a problem that reading time becomes long.

また、光源から照射される単色光の反射光を、カラーフィルタを介して検出する方式(上記後者の構成)においては、各フォトセンサに対応して赤、緑、青の各色のフィルタを設ける必要があるうえ、赤、緑、青の各色に対応した3個のフォトセンサを一組(一読取画素)として被写体画像の読取が行われるため、読取画像を高精細なカラー画像として読み取るためにはフォトセンサやフィルタを小型化してフォトセンサアレイを高精細化しなければならないという問題を有していた。   In addition, in a method of detecting reflected light of monochromatic light emitted from a light source through a color filter (the latter configuration), it is necessary to provide a filter for each color of red, green, and blue corresponding to each photosensor. In addition, since the subject image is read with a set of three photosensors (one reading pixel) corresponding to each color of red, green, and blue, in order to read the read image as a high-definition color image There has been a problem that the photosensor array has to be miniaturized to make the photosensor array highly precise.

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、光源の発光制御が簡易であり、かつ、読取画像の高精細化が可能な構成で、被写体画像をカラー画像として良好に読み取ることができるフォトセンサ、及び、該フォトセンサを適用した画像読取装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a photosensor that can easily read a subject image as a color image with a configuration in which light emission control of a light source is simple and a high-definition read image is possible. An object of the present invention is to provide an image reading apparatus to which the photosensor is applied.

請求項1記載の発明は、透明な絶縁性基板上に設けられた受光手段により、被写体のカラー画像に応じた複数の色成分の光を検出して、電気信号に変換して出力するフォトセンサにおいて、前記受光手段は、前記複数の色成分の光の各々に対応した受光感度を有する複数の受光部を備え、前記複数の受光部は、薄膜トランジスタ構造を有するとともに、前記絶縁性基板上に、平面的な広がりが相互に重なるように積層して形成されていることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a light sensor provided on a transparent insulating substrate detects light of a plurality of color components corresponding to a color image of a subject, converts the light into an electric signal, and outputs the signal. The light receiving means includes a plurality of light receiving portions having light receiving sensitivities corresponding to each of the light of the plurality of color components, and the plurality of light receiving portions have a thin film transistor structure, and on the insulating substrate, It is characterized in that it is formed by laminating so that planar spreads overlap each other.

請求項2記載の発明は、請求項1記載のフォトセンサにおいて、前記複数の受光部は、前記薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する半導体層の膜厚により、前記各色成分の光に対する受光感度が設定されていることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項2記載のフォトセンサにおいて、前記薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する半導体層は、アモルファスシリコン膜により形成されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the photosensor according to the first aspect, in the plurality of light receiving portions, a light receiving sensitivity to the light of each color component is set according to a film thickness of a semiconductor layer constituting a channel region of the thin film transistor. It is characterized by.
According to a third aspect of the present invention, in the photosensor according to the second aspect, the semiconductor layer constituting the channel region of the thin film transistor is formed of an amorphous silicon film.

請求項4記載の発明は、請求項1記載のフォトセンサにおいて、前記複数の受光部は、少なくとも、前記各色成分の光における第1の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第1の受光部と、第2の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第2の受光部と、第3の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第3の受光部と、が積層された構成を有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the photosensor according to the first aspect, at least the plurality of light receiving units are set to have a high light receiving sensitivity with respect to light of a color component having a first wavelength band in the light of each color component. The first light-receiving unit, the second light-receiving unit set with high light-receiving sensitivity with respect to light of the color component having the second wavelength band, and the light-receiving sensitivity with respect to light of color component having the third wavelength band are high. It is characterized by having a configuration in which the set third light receiving section is laminated.

請求項5記載の発明は、請求項4記載のフォトセンサにおいて、前記第1及び第2の受光部は、各々、前記半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる上部ゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し、前記第3の受光部は、前記半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる上部ゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された遮光性を有する電極材料からなる下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有していることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the photosensor according to the fourth aspect, each of the first and second light receiving portions includes a drain electrode and a source electrode formed with the semiconductor layer sandwiched therebetween, and the semiconductor layer. An upper gate electrode made of a transparent electrode material formed through an insulating film having transparency above, and a transparent electrode formed through a transparent insulating film below the channel region A third gate light-receiving portion, a drain electrode and a source electrode formed on both sides of the semiconductor layer; and a third gate electrode formed above the semiconductor layer. An upper gate electrode made of a transparent electrode material formed through a transparent insulating film and a transparent insulating film formed under the channel region. Characterized in that it has a lower gate electrode made of the electrode material having a light shielding property, a double gate thin film transistor structure having.

請求項6記載の発明は、請求項5記載のフォトセンサにおいて、前記第1乃至第3の受光部を構成する前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、各々、アモルファスシリコン膜からなり、前記半導体層と一体的に形成されていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項4乃至6のいずれかに記載のフォトセンサにおいて、前記第1の波長帯域の中心波長は、450nmであり、前記第2の波長帯域の中心波長は、550nmであり、前記第3の波長帯域の中心波長は、600nmであることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the photosensor according to the fifth aspect, each of the drain electrode and the source electrode constituting the first to third light receiving portions is made of an amorphous silicon film, It is formed integrally.
According to a seventh aspect of the present invention, in the photosensor according to any one of the fourth to sixth aspects, a center wavelength of the first wavelength band is 450 nm, and a center wavelength of the second wavelength band is 550 nm. The center wavelength of the third wavelength band is 600 nm.

請求項8記載の発明は、請求項7記載のフォトセンサにおいて、前記フォトセンサは、前記第1の受光部を構成する前記半導体層の膜厚が50nmに設定され、前記第2の受光部のチャネル領域を構成する前記半導体層の膜厚が150nmに設定され、前記第3の受光部のチャネル領域を構成する前記半導体層の膜厚が300nmに設定され、前記光が、前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層を順次透過することを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項4乃至7のいずれかに記載のフォトセンサにおいて、前記フォトセンサは、少なくとも、前記第1及び第2の受光部間、並びに、前記第2及び第3の受光部間に、アモルファスシリコン膜からなる調整層を備えていることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the photosensor according to the seventh aspect, in the photosensor, a film thickness of the semiconductor layer constituting the first light receiving portion is set to 50 nm, and the second light receiving portion The thickness of the semiconductor layer constituting the channel region is set to 150 nm, the thickness of the semiconductor layer constituting the channel region of the third light receiving portion is set to 300 nm, and the light is transmitted from the first to the first The semiconductor layers constituting the three light receiving portions are sequentially transmitted.
According to a ninth aspect of the present invention, in the photosensor according to any one of the fourth to seventh aspects, the photosensor includes at least the first and second light receiving units, and the second and third. An adjustment layer made of an amorphous silicon film is provided between the light receiving portions.

請求項10記載の発明は、請求項9記載のフォトセンサにおいて、前記フォトセンサは、前記被写体からの前記光が透過する前記アモルファスシリコン膜の膜厚総計が、前記第1の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層を含めて50nmとなるように設定され、前記第2の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層、前記調整層及び前記第2の受光部を構成する前記半導体層を含めて200nmとなるように設定され、前記第3の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層、前記調整層、前記第2の受光部を構成する前記半導体層及び前記第3の受光部を構成する前記半導体層を含めて500nmとなるように設定されていることを特徴とする。
請求項11記載の発明は、請求項9又は10記載のフォトセンサにおいて、前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層の膜厚は、各々同一に設定されていることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the photosensor according to the ninth aspect, the photosensor includes a total film thickness of the amorphous silicon film through which the light from the subject is transmitted, in the first light receiving unit. Including the semiconductor layer constituting one light receiving portion, the thickness is set to 50 nm, and in the second light receiving portion, the semiconductor layer, the adjustment layer, and the second light receiving portion constituting the first light receiving portion. Including the semiconductor layer that constitutes the portion, and is set to 200 nm, and the third light receiving portion constitutes the semiconductor layer, the adjustment layer, and the second light receiving portion that constitute the first light receiving portion. Including the semiconductor layer and the semiconductor layer constituting the third light receiving portion, the thickness is set to 500 nm.
The invention described in claim 11 is the photosensor according to claim 9 or 10, wherein the thicknesses of the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions are set to be the same. To do.

請求項12記載の発明は、複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、所望の被写体に光を照射して反射した光のうち、前記被写体のカラー画像に応じた複数の色成分の光を前記フォトセンサにより検出して、前記カラー画像に応じた電気信号として読み取る画像読取装置において、前記フォトセンサは、各々、前記複数の色成分の光の各々に対応した受光感度を有する複数の受光部を備え、前記複数の受光部が、薄膜トランジスタ構造を有するとともに、前記絶縁性基板上に、平面的な広がりが相互に重なるように積層して形成されていることを特徴とする。   The invention according to claim 12 includes a photosensor array in which a plurality of photosensors are arranged, and includes a plurality of color components corresponding to a color image of the subject out of light reflected by irradiating the desired subject with light. In the image reading device that detects light by the photosensor and reads it as an electrical signal corresponding to the color image, the photosensor has a plurality of light receiving sensitivities corresponding to each of the light of the plurality of color components. The light receiving portion is provided, and the plurality of light receiving portions have a thin film transistor structure and are stacked and formed on the insulating substrate so that the planar spreads overlap each other.

請求項13記載の発明は、請求項12記載の画像読取装置において、前記複数の受光部は、前記薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する半導体層がアモルファスシリコン膜により形成され、前記アモルファスシリコン膜の膜厚により、前記各色成分の光に対する受光感度が設定されていることを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image reading device according to the twelfth aspect, in the plurality of light receiving portions, a semiconductor layer constituting a channel region of the thin film transistor is formed of an amorphous silicon film, and the film thickness of the amorphous silicon film Thus, the light receiving sensitivity for the light of each color component is set.

請求項14記載の発明は、請求項12記載の画像読取装置において、前記画像読取装置は、少なくとも、前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部を、一斉にリセット状態に設定する制御信号を出力する上部ゲート駆動手段と、前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部を、一斉に読み出し状態に設定する制御信号を出力する下部ゲート駆動手段と、前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部を、一斉にプリチャージ状態に設定する制御信号を出力するプリチャージ手段と、前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部から、前記被写体のカラー画像に応じた前記各色成分の光を検出して生成された前記電気信号を、前記各色成分ごとに個別に読み出す読み出し手段と、を備えたことを特徴とする。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the image reading device according to the twelfth aspect, the image reading device simultaneously resets at least the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array. Upper gate driving means for outputting a control signal for setting the state, and a lower gate for outputting a control signal for simultaneously setting the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array to a reading state Drive means, precharge means for outputting a control signal for simultaneously setting the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array to a precharge state, and arranged in the photosensor array The light of each color component corresponding to the color image of the subject is detected from the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors. The electrical signals generated Te and characterized by comprising a reading means for reading separately the each color component.

請求項15記載の発明は、請求項12記載の画像読取装置において、前記複数の受光部は、少なくとも、前記各色成分の光における第1の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第1の受光部と、第2の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第2の受光部と、第3の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第3の受光部と、が積層された構成を有することを特徴とする。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image reading device according to the twelfth aspect, the plurality of light receiving units are set to have a high light receiving sensitivity with respect to light of a color component having a first wavelength band in the light of each color component. The first light receiving unit, the second light receiving unit set to have a high light receiving sensitivity with respect to the light of the color component having the second wavelength band, and the light receiving sensitivity with respect to the light of the color component having the third wavelength band. It is characterized by having a configuration in which a third light receiving portion set high is stacked.

請求項16記載の発明は、請求項15記載の画像読取装置において、前記第1乃至第3の受光部は、各々、少なくとも、前記半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された上部ゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有していることを特徴とする。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the image reading device according to the fifteenth aspect, each of the first to third light receiving portions includes at least a drain electrode and a source electrode formed with the semiconductor layer interposed therebetween, and A double gate type having an upper gate electrode formed through a transmissive insulating film above a semiconductor layer and a lower gate electrode formed through a transmissive insulating film below the channel region It has a thin film transistor structure.

請求項17記載の発明は、請求項15又は16記載の画像読取装置において、前記第1の波長帯域の中心波長は、450nmであり、前記第2の波長帯域の中心波長は、550nmであり、前記第3の波長帯域の中心波長は、600nmであることを特徴とする。
請求項18記載の発明は、請求項15乃至17のいずれかに記載の画像読取装置において、前記フォトセンサは、前記被写体に反射した前記光が透過する前記アモルファスシリコン膜の膜厚総計が、前記第1の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層を含めて50nmとなるように設定され、前記第2の受光部において前記第1及び前記第2の受光部を構成する前記半導体層を含めて200nmとなるように設定され、前記第3の受光部において前記第1乃至前記第3の受光部を構成する前記半導体層を含めて500nmとなるように設定されていることを特徴とする。
The invention according to claim 17 is the image reading apparatus according to claim 15 or 16, wherein a center wavelength of the first wavelength band is 450 nm, and a center wavelength of the second wavelength band is 550 nm, The center wavelength of the third wavelength band is 600 nm.
The invention according to claim 18 is the image reading device according to any one of claims 15 to 17, wherein the photosensor has a total film thickness of the amorphous silicon film through which the light reflected by the subject is transmitted. The first light receiving part is set to 50 nm including the semiconductor layer constituting the first light receiving part, and the second light receiving part constitutes the first and second light receiving parts. It is set to be 200 nm including the semiconductor layer, and is set to be 500 nm including the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions in the third light receiving portion. Features.

請求項19記載の発明は、請求項18記載の画像読取装置において、前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層の膜厚は、各々異なるように設定されていることを特徴とする。
請求項20記載の発明は、請求項18記載の画像読取装置において、前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層の膜厚は、各々同一に設定されていることを特徴とする。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the image reading device according to the eighteenth aspect, the film thicknesses of the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions are set to be different from each other. To do.
According to a twentieth aspect of the present invention, in the image reading device according to the eighteenth aspect, the film thicknesses of the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions are set to be the same. .

本発明に係るフォトセンサ及び画像読取装置は、所望の被写体に光を照射して反射した光のうち、被写体のカラー画像に応じた色成分(例えば、赤、緑、青の各色成分)の光を、フォトセンサアレイに配列された複数のフォトセンサにより検出し、該検出信号(読取データ信号)に基づいて、被写体のカラー画像を生成する画像読取装置において、各フォトセンサが薄膜トランジスタ構造を有する複数の受光部(例えば、第1〜第3の受光部)を相互に積層した構成を有し、各受光部により、各々異なる波長帯域を有する色成分の光を吸収して検出するように構成されている。   The photosensor and the image reading apparatus according to the present invention have light of color components (for example, red, green, and blue color components) corresponding to the color image of the subject among the light reflected by irradiating the desired subject with light. Is detected by a plurality of photosensors arranged in a photosensor array, and a color image of a subject is generated based on the detection signal (reading data signal), and each photosensor has a thin film transistor structure. The light receiving units (for example, first to third light receiving units) are stacked on each other, and each light receiving unit is configured to absorb and detect light of color components having different wavelength bands. ing.

ここで、複数の受光部は、チャネル領域を構成する半導体層がアモルファスシリコン膜により形成され、該アモルファスシリコン膜の膜厚を適宜設定することにより、上記各色成分に対応した波長帯域の光に対して高い光吸収特性を有するように設定することができ、カラーフィルタを適用した場合と同等の分光感度特性を実現することができる。   Here, in the plurality of light receiving portions, the semiconductor layer constituting the channel region is formed of an amorphous silicon film, and by appropriately setting the film thickness of the amorphous silicon film, the plurality of light receiving portions can detect light in the wavelength bands corresponding to the color components. Therefore, it is possible to realize a spectral sensitivity characteristic equivalent to that when a color filter is applied.

特に、被写体に反射した光が透過するアモルファスシリコン膜の膜厚総計が、第1の受光部において50nmとなるように設定することにより、第1の受光部において中心波長450nmの波長帯域を有する青色成分の光を良好に吸収することができ、第2の受光部において200nmとなるように設定することにより、第2の受光部において中心波長550nmの波長帯域を有する緑色成分の光を良好に吸収することができ、第3の受光部において500nmとなるように設定することにより、第3の受光部において中心波長600nmの波長帯域を有する赤色成分の光を良好に吸収することができる。   In particular, by setting the total thickness of the amorphous silicon film through which the light reflected by the subject is transmitted to be 50 nm in the first light receiving portion, the blue light having a wavelength band with a center wavelength of 450 nm in the first light receiving portion. The component light can be absorbed well, and by setting the second light receiving unit to be 200 nm, the second light receiving unit can absorb green component light having a central wavelength band of 550 nm. By setting the third light receiving portion to be 500 nm, the third light receiving portion can absorb the red component light having the wavelength band of the center wavelength of 600 nm satisfactorily.

また、本発明によれば、上記膜厚に設定されたアモルファスシリコン膜を半導体層として用いた受光部を、3層積層した素子構造を適用することにより、1画素分の読取画素領域(画素面積)で、入射する光(被写体からの反射光)に含まれる青色成分、緑色成分、赤色成分を一括して同時に検出することができるので、被写体画像を高精細なカラー画像として読み取ることができるとともに、従来技術に適用されるような光源の発光色を制御する必要がなく、また、カラーフィルタを用いることもなく、被写体の色に対応した検出信号を短時間で読み取り、適正なカラー画像を迅速に生成することができる。   In addition, according to the present invention, a reading pixel region (pixel area) for one pixel is applied by applying an element structure in which three layers of light receiving portions using the amorphous silicon film set to the above thickness as a semiconductor layer are stacked. ), The blue component, green component, and red component contained in the incident light (reflected light from the subject) can be detected simultaneously, so that the subject image can be read as a high-definition color image. It is not necessary to control the emission color of the light source as applied to the prior art, and without using a color filter, a detection signal corresponding to the color of the subject is read in a short time, and an appropriate color image is quickly obtained. Can be generated.

また、各受光部にダブルゲート型フォトセンサを適用することにより、単一の素子構造で選択機能とフォトセンス機能を持たせることができるので、周知のCCDのように、各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを、各読取画素ごとに個別に設ける必要がなく、システムの小型化や読取画素の高密度化を容易に実現することができる。   In addition, by applying a double gate type photosensor to each light receiving part, it is possible to provide a selection function and a photo sensing function with a single element structure, so that each photosensor is in a selected state like a well-known CCD. Therefore, it is not necessary to provide a selection transistor for each read pixel individually, and it is possible to easily reduce the size of the system and increase the density of the read pixels.

以下、本発明に係るフォトセンサ、及び、該フォトセンサを適用した画像読取装置について、実施の形態を示して詳しく説明する。
まず、本発明に適用して良好なフォトセンサ、及び、該フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの構成及び制御動作について説明する。
Hereinafter, a photosensor according to the present invention and an image reading apparatus to which the photosensor is applied will be described in detail with reference to embodiments.
First, a configuration and control operation of a photo sensor that is favorable to the present invention and a photo sensor system to which the photo sensor is applied will be described.

ここで、本発明に適用可能なフォトセンサとしては、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサ(以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す)を良好に適用することができる。   Here, as a photosensor applicable to the present invention, a photosensor having a so-called double gate type thin film transistor structure in which the photosensor itself has a photosense function and a select transistor function (hereinafter referred to as “double gate type”). (Referred to as “photosensor”) can be applied satisfactorily.

<ダブルゲート型フォトセンサ>
図1は、本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型フォトセンサの素子構造を示す概略断面図である。
図1(a)に示すように、ダブルゲート型フォトセンサPSは、概略、励起光(ここでは、可視光)の入射により電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層(チャネル領域)11と、該半導体層11の両端に、各々nシリコンからなる不純物層(オーミックコンタクト層)17、18を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極12(ドレイン端子D)及びソース電極13(ソース端子S)と、半導体層11の上方(図面上方)にブロック絶縁膜(ストッパ膜)14及び上部ゲート絶縁膜15を介して形成され、酸化スズ膜やITO膜(インジウム−スズ酸化膜)等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極TGx(上部ゲート電極;トップゲート端子TG)と、半導体層11の下方(図面下方)に下部ゲート絶縁膜16を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なボトムゲート電極BGx(下部ゲート電極;ボトムゲート端子BG)と、を有して構成されている。
<Double gate type photo sensor>
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an element structure of a double gate type photosensor applicable to the image reading apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1A, a double-gate photosensor PS generally includes a semiconductor layer (channel region) such as amorphous silicon in which electron-hole pairs are generated by the incidence of excitation light (here, visible light). ) 11 and both ends of the semiconductor layer 11 through n + silicon impurity layers (ohmic contact layers) 17 and 18, respectively, and selected from chromium, chromium alloy, aluminum, aluminum alloy, etc. A drain electrode 12 (drain terminal D) and a source electrode 13 (source terminal S) which are made of a material and are opaque to visible light, a block insulating film (stopper film) 14 and an upper portion above the semiconductor layer 11 (upward in the drawing) A transparent electrode layer such as a tin oxide film or an ITO film (indium-tin oxide film) formed through the gate insulating film 15 and having transparency to visible light. A gate electrode TGx (upper gate electrode; top gate terminal TG) and a lower gate insulating film 16 below the semiconductor layer 11 (downward in the drawing) and selected from chromium, chromium alloy, aluminum, aluminum alloy, etc. A bottom gate electrode BGx (lower gate electrode; bottom gate terminal BG) made of a conductive material and opaque to visible light is configured.

そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサPSは、図1(a)に示すように、例えば、ガラス基板等の透明な絶縁性基板SUB上に形成されている。また、該ダブルゲート型フォトセンサPSを含む絶縁性基板SUBの一面側全体には保護絶縁膜19が被覆形成されて、ダブルゲート型フォトセンサPSの電気的、物理的、化学的な損傷や浸食を防止するように構成されている。   The double-gate photosensor PS having such a configuration is formed on a transparent insulating substrate SUB such as a glass substrate as shown in FIG. In addition, a protective insulating film 19 is formed on the entire surface of the insulating substrate SUB including the double-gate photosensor PS, so that electrical, physical, and chemical damage and erosion of the double-gate photosensor PS are performed. Is configured to prevent.

ここで、図1(a)に示したダブルゲート型フォトセンサPSおいては、基本的な素子構造として、トップゲート絶縁膜15、ブロック絶縁膜14、ボトムゲート絶縁膜16を構成する絶縁膜、及び、トップゲート電極TGx上に設けられる保護絶縁膜19は、いずれも半導体層11を励起する可視光に対して高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成されていることにより、図面下方に設けられた光源(図示を省略)からの放射光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜19の上面に設けられた検知面DTCに載置された被写体に反射して、図面上方からダブルゲート型フォトセンサPS(詳しくは、半導体層11)に入射する光のみを検知する構造を有している。   Here, in the double gate type photosensor PS shown in FIG. 1A, as a basic element structure, an insulating film constituting the top gate insulating film 15, the block insulating film 14, and the bottom gate insulating film 16, The protective insulating film 19 provided on the top gate electrode TGx is made of a material having a high transmittance for visible light that excites the semiconductor layer 11, for example, silicon nitride, silicon oxide, or the like. Thus, the radiated light from the light source (not shown) provided in the lower part of the drawing is transmitted to the upper side of the figure, and reflected to the subject placed on the detection surface DTC provided on the upper surface of the protective insulating film 19, It has a structure for detecting only light incident on the double gate type photosensor PS (specifically, the semiconductor layer 11) from the upper side of the drawing.

なお、このようなダブルゲート型フォトセンサPSは、一般に、図1(b)に示すような等価回路により表される。ここで、TGはトップゲート電極TGxに電気的に接続されたトップゲート端子、BGはボトムゲート電極BGxに電気的に接続されたボトムゲート端子、Dはドレイン電極12に電気的に接続されたドレイン端子、Sはソース電極13に電気的に接続されたソース端子である。   Such a double-gate photosensor PS is generally represented by an equivalent circuit as shown in FIG. Here, TG is a top gate terminal electrically connected to the top gate electrode TGx, BG is a bottom gate terminal electrically connected to the bottom gate electrode BGx, and D is a drain electrically connected to the drain electrode 12. A terminal S is a source terminal electrically connected to the source electrode 13.

<フォトセンサシステム>
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサを絶縁性基板上に2次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムについて説明する。
図2は、ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの概略構成図である。なお、ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサを2次元配列して構成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサを、例えば、直線状(X方向)に1次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイを延在方向と垂直方向(X方向に直交するY方向)に移動させて2次元領域を走査(スキャン)するものであってもよい。
<Photo sensor system>
Next, a photo sensor system including a photo sensor array configured by two-dimensionally arranging the above-described double gate type photo sensors on an insulating substrate will be described.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a photosensor system to which a double gate type photosensor is applied. Here, a photosensor array configured by two-dimensionally arranging a plurality of double-gate photosensors will be described and described. However, a plurality of double-gate photosensors are, for example, linearly (X direction) 1 A line sensor array may be configured by dimensionally arranging, and the line sensor array may be moved in a direction perpendicular to the extending direction (Y direction orthogonal to the X direction) to scan (scan) a two-dimensional region. .

フォトセンサシステムは、図2に示すように、大別して、複数のダブルゲート型フォトセンサPSを、例えば、n行×m列(n、mは任意の自然数)のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ100と、各ダブルゲート型フォトセンサPSのトップゲート端子TG(トップゲート電極TGx)を行方向に接続して伸延するトップゲートラインLtと、各ダブルゲート型フォトセンサPSのボトムゲート端子BG(ボトムゲート電極BGx)を行方向に接続して伸延するボトムゲートラインLbと、各ダブルゲート型フォトセンサPSのドレイン端子D(ドレイン電極12)を列方向に接続して伸延するドレインライン(データライン)Ldと、ソース端子S(ソース電極13)を接地電位に共通に接続するソースライン(コモンライン)Lsと、トップゲートラインLtに接続されたトップゲートドライバ(上部ゲート駆動手段)110と、ボトムゲートラインLbに接続されたボトムゲートドライバ(下部ゲート駆動手段)120と、ドレインラインLdに接続されたドレインドライバ(プリチャージ手段、読み出し手段)130と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 2, the photosensor system is roughly divided into a photosensor array in which a plurality of double-gate photosensors PS are arranged in a matrix of, for example, n rows × m columns (n and m are arbitrary natural numbers). 100, a top gate line Lt extending by connecting the top gate terminal TG (top gate electrode TGx) of each double-gate photosensor PS in the row direction, and a bottom gate terminal BG (bottom) of each double-gate photosensor PS The bottom gate line Lb extending by connecting the gate electrode BGx) in the row direction, and the drain line (data line) extending by connecting the drain terminal D (drain electrode 12) of each double-gate photosensor PS in the column direction A source line (common line) for commonly connecting Ld and the source terminal S (source electrode 13) to the ground potential s, a top gate driver (upper gate driving means) 110 connected to the top gate line Lt, a bottom gate driver (lower gate driving means) 120 connected to the bottom gate line Lb, and a drain line Ld And a drain driver (precharge means, read means) 130.

なお、図2において、トップゲート制御信号は、トップゲートドライバ110において、リセット電圧(リセットパルス)又はキャリア蓄積電圧のいずれかとして、トップゲートラインLtに選択的に出力される信号φT1、φT2、…φTi、…φTnを生成するための制御信号であり、ボトムゲート制御信号は、ボトムゲートドライバ120において、読み出し電圧又は非読み出し電圧のいずれかとして、ボトムゲートラインLbに選択的に出力される信号φB1、φB2、…φBi、…φBnを生成するための制御信号、ドレイン制御信号は、ドレインドライバ130において、ドレインラインLdにプリチャージ電圧Vpgを印加するタイミングを制御するプリチャージ信号である。詳しくは、駆動制御方法において説明する。   In FIG. 2, the top gate control signal is a signal φT1, φT2,... Selectively output to the top gate line Lt as either a reset voltage (reset pulse) or a carrier storage voltage in the top gate driver 110. φTi,..., φTn, and the bottom gate control signal is a signal φB1 selectively output to the bottom gate line Lb as either a read voltage or a non-read voltage in the bottom gate driver 120. , ΦB2,... ΦBi,... ΦBn are precharge signals for controlling the timing at which the drain driver 130 applies the precharge voltage Vpg to the drain line Ld. Details will be described in the drive control method.

(駆動制御方法)
次いで、上述したフォトセンサアレイシステム(ダブルゲート型フォトセンサ)の駆動制御方法について、図面を参照して簡単に説明する。
図3は、ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
(Drive control method)
Next, a driving control method of the above-described photosensor array system (double gate type photosensor) will be briefly described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a timing chart showing an example of a drive control method of a photo sensor system to which a double gate type photo sensor is applied.

上述したセンサアレイ100の駆動制御方法は、例えば、図3に示すように、所定の処理動作期間(1処理サイクル)に、リセット期間Trst、電荷蓄積期間Ta、プリチャージ期間Tprch及び読み出し期間Treadを設定することにより実現される。
まず、リセット期間Trstにおいては、トップゲートドライバ110によりトップゲートラインLtを介して、i行目(iは1≦i≦nの任意の整数)のダブルゲート型フォトセンサPSのトップゲート端子TGにリセットパルス(例えば、トップゲート電圧Vtg=+15Vのハイレベル;リセット制御信号)φTiを印加して、半導体層11に蓄積されているキャリア(ここでは、正孔)を放出するリセット動作(初期化動作)を実行する。
For example, as shown in FIG. 3, the drive control method for the sensor array 100 described above includes a reset period Trst, a charge accumulation period Ta, a precharge period Tprch, and a readout period Tread in a predetermined processing operation period (one processing cycle). This is realized by setting.
First, in the reset period Trst, the top gate driver 110 passes the top gate line Lt to the top gate terminal TG of the i-th row (i is an arbitrary integer of 1 ≦ i ≦ n) double gate photosensor PS. Applying a reset pulse (for example, high level of top gate voltage Vtg = + 15V; reset control signal) φTi to reset carriers (here, holes) accumulated in the semiconductor layer 11 (initializing operation) ).

次いで、電荷蓄積期間Taにおいては、トップゲートドライバ110によりトップゲート端子TGにローレベル(例えば、トップゲート電圧Vtg=−15V)のバイアス電圧φTiを印加することにより、上記リセット動作を終了し、電荷蓄積動作(キャリア蓄積動作)を開始する。   Next, in the charge accumulation period Ta, the top gate driver 110 applies a low level (for example, top gate voltage Vtg = −15V) bias voltage φTi to the top gate terminal TG, thereby terminating the reset operation. The accumulation operation (carrier accumulation operation) is started.

ここで、電荷蓄積期間Taにおいては、例えば、図1に示したダブルゲート型フォトセンサPSが形成された透明な絶縁性基板SUBの背面側(図1下方)に設けられた光源(図示を省略)から、センサアレイ100の上面の検知面DTCに載置された被写体に対して照射された光の反射光が透明電極層からなるトップゲート電極TGxを通過して半導体層11に入射する。これにより、電荷蓄積期間Ta中に半導体層11に入射した光量に応じて、半導体層11の入射有効領域(キャリア発生領域)で電子−正孔対が生成され、半導体層11とブロック絶縁膜14との界面近傍(チャネル領域周辺)に正孔が蓄積される。   Here, in the charge accumulation period Ta, for example, a light source (not shown) provided on the back side (lower side in FIG. 1) of the transparent insulating substrate SUB on which the double-gate photosensor PS shown in FIG. 1 is formed. ), The reflected light of the light irradiated to the subject placed on the detection surface DTC on the upper surface of the sensor array 100 passes through the top gate electrode TGx made of a transparent electrode layer and enters the semiconductor layer 11. Thus, electron-hole pairs are generated in the incident effective region (carrier generation region) of the semiconductor layer 11 according to the amount of light incident on the semiconductor layer 11 during the charge accumulation period Ta, and the semiconductor layer 11 and the block insulating film 14 Holes are accumulated in the vicinity of the interface (around the channel region).

そして、プリチャージ期間Tprchにおいては、上記電荷蓄積期間Taに並行して、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号φpgに基づいて、ドレインドライバ130によりドレインラインLdを介して、ドレイン端子Dにプリチャージパルス(例えば、ドレイン電圧VD(=プリチャージ電圧Vpg)=+5V;プリチャージ制御信号)を印加し、ドレイン電極12に電荷を保持させるプリチャージ動作を実行する。   In the precharge period Tprch, the drain driver 130 precharges the drain terminal D via the drain line Ld based on the precharge signal φpg supplied as a drain control signal in parallel with the charge accumulation period Ta. A charge pulse (for example, drain voltage VD (= precharge voltage Vpg) = + 5 V; precharge control signal) is applied, and a precharge operation for holding the charge in the drain electrode 12 is executed.

次いで、読み出し期間Treadにおいては、上記プリチャージ期間Tprchを経過した後、ボトムゲートドライバ120によりボトムゲートラインLbを介して、ボトムゲート端子BGに読み出しパルス(例えば、ボトムゲート電圧(=読み出しパルス電圧)Vbg=+10Vのハイレベル;読み出し制御信号)φBiを印加することにより、電荷蓄積期間Taにチャネル領域に蓄積されたキャリア(正孔)に応じたドレイン電圧VD(=データ電圧Vrd;電気信号)を、ドレインラインLdを介して、ドレインドライバ130により読み出す読み出し動作が実行される。   Next, in the read period Tread, after the precharge period Tprch has elapsed, a read pulse (for example, a bottom gate voltage (= read pulse voltage)) is applied to the bottom gate terminal BG by the bottom gate driver 120 via the bottom gate line Lb. By applying Vbg = + 10V high level; read control signal) φBi, a drain voltage VD (= data voltage Vrd; electrical signal) corresponding to carriers (holes) accumulated in the channel region during the charge accumulation period Ta is applied. The read operation is performed by the drain driver 130 via the drain line Ld.

ここで、読み出しパルスφBiの印加期間(読み出し期間)におけるドレイン電圧VD(データ電圧Vrd)の変化傾向は、電荷蓄積期間Taに蓄積されたキャリアが多い場合(明状態)には、電圧が急峻に低下する傾向を示し、一方、蓄積されたキャリアが少ない場合(暗状態)には緩やかに低下する傾向を示すので、例えば、読み出し期間Treadの開始から所定の時間経過後のデータ電圧Vrdを検出することにより、ダブルゲート型フォトセンサPSに入射した光の量、すなわち、被写体の明暗パターンに対応した明度データ(明暗情報)を検出することができる。   Here, the change tendency of the drain voltage VD (data voltage Vrd) during the application period (readout period) of the read pulse φBi indicates that the voltage is steep when there are many carriers accumulated in the charge accumulation period Ta (bright state). On the other hand, when the accumulated carriers are small (dark state), the data tends to decrease gradually. For example, the data voltage Vrd after the elapse of a predetermined time from the start of the read period Tread is detected. Thus, it is possible to detect the amount of light incident on the double gate type photosensor PS, that is, brightness data (brightness information) corresponding to the brightness pattern of the subject.

そして、このような特定の行(i行目)に対する一連の明度データ検出動作を1サイクルとして、上述したセンサアレイ100の各行(i=1、2、・・・n)に対して、同等の動作処理を繰り返すことにより、ダブルゲート型フォトセンサPSを適用したセンサアレイ100を、被写体の2次元画像を明度データとして読み取るフォトセンサシステムとして動作させることができる。   Then, a series of brightness data detection operations for such a specific row (i-th row) is regarded as one cycle, and each row (i = 1, 2,... N) of the sensor array 100 described above is equivalent. By repeating the operation process, the sensor array 100 to which the double-gate photosensor PS is applied can be operated as a photosensor system that reads a two-dimensional image of a subject as lightness data.

次に、本発明に係るフォトセンサについて具体的に説明する。ここでは、上述したダブルゲート型フォトセンサの素子構造を適用したフォトセンサの実施形態について説明する。
<フォトセンサの第1の実施形態>
図4は、本発明に係るフォトセンサの素子構造の第1の実施形態を示す概略断面図であり、図5は、本実施形態に係るフォトセンサにおける各受光部の光の吸収状態を示す概念図である。ここでは、図示の都合上、図1に示したダブルゲート型フォトセンサの素子構造を簡略化して示すとともに、対応する構成については、同一又は同等の符号を付して説明する。また、図5においては、図示の都合上、ハッチングを省略して示す。
Next, the photosensor according to the present invention will be specifically described. Here, an embodiment of a photosensor to which the element structure of the double gate photosensor described above is applied will be described.
<First Embodiment of Photosensor>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the first embodiment of the element structure of the photosensor according to the present invention, and FIG. 5 is a concept showing the light absorption state of each light receiving unit in the photosensor according to this embodiment. FIG. Here, for the sake of illustration, the element structure of the double-gate photosensor shown in FIG. 1 is simplified and corresponding components will be described with the same or equivalent reference numerals. In FIG. 5, hatching is omitted for convenience of illustration.

本実施形態に係るフォトセンサは、図4に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板SUBの一面側に、最上層の受光部となる第1のダブルゲート型フォトセンサ(第1の受光部)PSAと、中間層の受光部となる第2のダブルゲート型フォトセンサ(第2の受光部)PSBと、最下層の受光部となる第3のダブルゲート型フォトセンサ(第3の受光部)PSCと、が積層形成された構成を有している。なお、図示を省略したが、絶縁性基板SUBの背面側(図面下方)に、第1のダブルゲート型フォトセンサPSAの上面に設けられる検知面DTC上に載置された被写体に対して白色光を照射する光源(面光源)が配置された構成を有するものであってもよい。   As shown in FIG. 4, the photosensor according to the present embodiment has a first double-gate photosensor (first photosensor) serving as the uppermost light receiving portion on one surface side of a transparent insulating substrate SUB such as a glass substrate. (Light receiving portion) PSA, second double gate photosensor (second light receiving portion) PSB serving as the light receiving portion of the intermediate layer, and third double gate photosensor (third light receiving portion) serving as the lowermost light receiving portion. Light receiving part) PSC. Although not shown, white light is emitted to the subject placed on the detection surface DTC provided on the upper surface of the first double-gate photosensor PSA on the back side (lower side of the drawing) of the insulating substrate SUB. It may have a configuration in which a light source (surface light source) for irradiating is disposed.

第1のダブルゲート型フォトセンサPSAは、概略、アモルファスシリコンからなる半導体層11aの両端に接続形成されたドレイン電極12a及びソース電極13aと、半導体層11aの上方に上部ゲート絶縁膜15aを介して形成された透明電極層からなるトップゲート電極TGaと、半導体層11aの下方に下部ゲート絶縁膜16aを介して形成されたボトムゲート電極BGaと、トップゲート電極TGaを含む上部ゲート絶縁膜15a上に、被覆形成された保護絶縁膜19aと、を有して構成されている。なお、図1に示した不純物層(オーミックコンタクト層)17、18及びブロック絶縁膜(ストッパ膜)14については、図示を省略した。   The first double-gate photosensor PSA is roughly composed of a drain electrode 12a and a source electrode 13a connected to both ends of a semiconductor layer 11a made of amorphous silicon, and an upper gate insulating film 15a above the semiconductor layer 11a. On the top gate electrode TGa formed of the formed transparent electrode layer, the bottom gate electrode BGa formed below the semiconductor layer 11a via the lower gate insulating film 16a, and the upper gate insulating film 15a including the top gate electrode TGa And a protective insulating film 19a having a coating formed thereon. The impurity layers (ohmic contact layers) 17 and 18 and the block insulating film (stopper film) 14 shown in FIG.

ここで、図1に示した素子構造と同様に、上部ゲート絶縁膜15a、下部ゲート絶縁膜16a及び保護絶縁膜19aは、窒化シリコンや酸化シリコン等の透過率の高い絶縁膜により構成され、さらに、少なくともボトムゲート電極BGaが、上記図1に示した素子構造とは異なり、酸化スズ膜やITO膜等の透過率の高い電極層(透明電極層)により構成されている。   Here, similarly to the element structure shown in FIG. 1, the upper gate insulating film 15a, the lower gate insulating film 16a, and the protective insulating film 19a are made of an insulating film having a high transmittance such as silicon nitride or silicon oxide. Unlike the element structure shown in FIG. 1, at least the bottom gate electrode BGa is composed of an electrode layer (transparent electrode layer) having a high transmittance such as a tin oxide film or an ITO film.

これにより、第1のダブルゲート型フォトセンサPSAの上方から入射する光は、保護絶縁膜19a、トップゲート電極TGa及び上部ゲート絶縁膜15aを介して半導体層11aに入射するとともに、さらに、当該半導体層11aを透過し、下部ゲート絶縁膜16a及びボトムゲート電極BGaを透過して、下層に形成された第2のダブルゲート型フォトセンサPSBに入射する。   Thereby, light incident from above the first double-gate photosensor PSA enters the semiconductor layer 11a via the protective insulating film 19a, the top gate electrode TGa, and the upper gate insulating film 15a, and further, the semiconductor The light passes through the layer 11a, passes through the lower gate insulating film 16a and the bottom gate electrode BGa, and enters the second double-gate photosensor PSB formed in the lower layer.

また、第2のダブルゲート型フォトセンサPSBは、上記第1のダブルゲート型フォトセンサPSAと同様に、概略、アモルファスシリコンからなる半導体層11bと、ドレイン電極12b及びソース電極13bと、上部ゲート絶縁膜15bと、透明電極層からなるトップゲート電極TGbと、下部ゲート絶縁膜16bと、ボトムゲート電極BGbと、トップゲート電極TGbを含む上部ゲート絶縁膜15b上に、被覆形成された層間絶縁膜19bと、を有して構成されている。   The second double-gate photosensor PSB is roughly similar to the first double-gate photosensor PSA, and includes a semiconductor layer 11b made of amorphous silicon, a drain electrode 12b and a source electrode 13b, and an upper gate insulation. Interlayer insulating film 19b coated on film 15b, top gate electrode TGb made of a transparent electrode layer, lower gate insulating film 16b, bottom gate electrode BGb, and upper gate insulating film 15b including top gate electrode TGb And is configured.

ここで、上部ゲート絶縁膜15b、下部ゲート絶縁膜16b及び層間絶縁膜19bは、窒化シリコンや酸化シリコン等の透過率の高い絶縁膜により構成され、さらに、少なくともボトムゲート電極BGbも、酸化スズ膜やITO膜等の透過率の高い透明電極層により構成されている。   Here, the upper gate insulating film 15b, the lower gate insulating film 16b, and the interlayer insulating film 19b are made of an insulating film having a high transmittance such as silicon nitride or silicon oxide, and at least the bottom gate electrode BGb is also a tin oxide film. And a transparent electrode layer having a high transmittance such as an ITO film.

これにより、第1のダブルゲート型フォトセンサPSAを透過して、第2のダブルゲート型フォトセンサPSBの上方から入射する光は、層間絶縁膜19b、トップゲート電極TGb及び上部ゲート絶縁膜15bを透過して半導体層11bに入射するとともに、さらに、当該半導体層11bを透過して、下部ゲート絶縁膜16b及びボトムゲート電極BGbを介して、下層に形成された第3のダブルゲート型フォトセンサPSCに入射する。   As a result, light that passes through the first double-gate photosensor PSA and enters from above the second double-gate photosensor PSB passes through the interlayer insulating film 19b, the top gate electrode TGb, and the upper gate insulating film 15b. A third double-gate photosensor PSC that is transmitted through and incident on the semiconductor layer 11b and further transmitted through the semiconductor layer 11b and formed in the lower layer through the lower gate insulating film 16b and the bottom gate electrode BGb. Is incident on.

また、第3のダブルゲート型フォトセンサPSCは、上記図1に示した素子構造と同様に、概略、アモルファスシリコンからなる半導体層11cの両端に接続形成されたドレイン電極12c及びソース電極13cと、半導体層11cの上方に上部ゲート絶縁膜15cを介して形成された透明電極層からなるトップゲート電極TGcと、半導体層11cの下方に下部ゲート絶縁膜16cを介して形成された不透明なボトムゲート電極BGcと、トップゲート電極TGcを含む上部ゲート絶縁膜15c上に、被覆形成された層間絶縁膜19cと、を有して構成されている。   The third double-gate photosensor PSC has a drain electrode 12c and a source electrode 13c connected to both ends of a semiconductor layer 11c made of amorphous silicon, as in the element structure shown in FIG. A top gate electrode TGc made of a transparent electrode layer formed above the semiconductor layer 11c via an upper gate insulating film 15c, and an opaque bottom gate electrode formed below the semiconductor layer 11c via a lower gate insulating film 16c. The interlayer insulating film 19c is formed on the upper gate insulating film 15c including the BGc and the top gate electrode TGc.

ここで、図1に示した素子構造と同様に、上部ゲート絶縁膜15c、下部ゲート絶縁膜16c及び層間絶縁膜19cは、窒化シリコンや酸化シリコン等の透過率の高い絶縁膜により構成され、また、ボトムゲート電極BGcは、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された不透明な電極層により構成されている。   Here, similarly to the element structure shown in FIG. 1, the upper gate insulating film 15c, the lower gate insulating film 16c, and the interlayer insulating film 19c are composed of an insulating film having a high transmittance such as silicon nitride or silicon oxide. The bottom gate electrode BGc is composed of an opaque electrode layer selected from chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or the like.

これにより、第1のダブルゲート型フォトセンサPSA及び第2のダブルゲート型フォトセンサPSBを透過して、第3のダブルゲート型フォトセンサPSCの上方から入射する光は、層間絶縁膜19c、トップゲート電極TGc及び上部ゲート絶縁膜15cを透過して半導体層11cに入射する。なお、当該半導体層11cを透過した光は、下部ゲート絶縁膜16cを介して不透明なボトムゲート電極BGbにより遮光されて下層に形成された絶縁性基板SUBへの入射が阻止される。   As a result, the light that passes through the first double gate photosensor PSA and the second double gate photosensor PSB and enters from above the third double gate photosensor PSC is transmitted through the interlayer insulating film 19c and the top. The light passes through the gate electrode TGc and the upper gate insulating film 15c and enters the semiconductor layer 11c. The light transmitted through the semiconductor layer 11c is blocked by the opaque bottom gate electrode BGb through the lower gate insulating film 16c, and is prevented from entering the insulating substrate SUB formed in the lower layer.

さらに、本実施形態に係るフォトセンサにおいては、各受光部のダブルゲート型フォトセンサの半導体層を構成するアモルファスシリコン膜の膜厚を、例えば次のように設定する。
(1)第1のダブルゲート型フォトセンサPSAの半導体層11a:膜厚50nm
(2)第2のダブルゲート型フォトセンサPSBの半導体層11b:膜厚150nm
(3)第3のダブルゲート型フォトセンサPSCの半導体層11c:膜厚300nm
Furthermore, in the photosensor according to the present embodiment, the film thickness of the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer of the double-gate photosensor of each light receiving unit is set as follows, for example.
(1) Semiconductor layer 11a of first double-gate photosensor PSA: film thickness 50 nm
(2) Semiconductor layer 11b of second double-gate photosensor PSB: film thickness 150 nm
(3) Semiconductor layer 11c of third double gate type photosensor PSC: film thickness of 300 nm

このような素子構造を有するフォトセンサ(各ダブルゲート型フォトセンサ)における光吸収特性は、まず、最上層の第1のダブルゲート型フォトセンサPSAにおいて、半導体層11aを構成するアモルファスシリコン膜の膜厚を50nmに設定することにより、図5中、矢印LYaに示すように、当該半導体層11a(アモルファスシリコン膜)に入射した光のうち、波長450nm及びその近傍波長域(第1の波長帯域)を有する青色光のみが半導体層(チャネル領域)11aに吸収される。   The light absorption characteristics of the photosensor (each double-gate photosensor) having such an element structure are as follows. First, in the first double-gate photosensor PSA of the uppermost layer, the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer 11a By setting the thickness to 50 nm, as indicated by an arrow LYa in FIG. 5, among the light incident on the semiconductor layer 11 a (amorphous silicon film), a wavelength of 450 nm and its nearby wavelength band (first wavelength band) Only the blue light having s is absorbed by the semiconductor layer (channel region) 11a.

また、中間層のダブルゲート型フォトセンサPSBにおいては、半導体層11bを構成するアモルファスシリコン膜の膜厚を150nmに設定することにより、実質的に、当該半導体層11bの膜厚(150nm)に半導体層11aの膜厚(50nm)を加えた膜厚総計200nmのアモルファスシリコン膜が形成されることになり、上記第1のダブルゲート型フォトセンサPSAの半導体層11aを透過する光のうち、図5中、矢印LYbに示すように、波長550nm及びその近傍波長域(第2の波長帯域)を有する緑色光のみが半導体層(チャネル領域)11bに吸収される。   In the double-gate photosensor PSB of the intermediate layer, by setting the thickness of the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer 11b to 150 nm, the thickness of the semiconductor layer 11b (150 nm) is substantially reduced. An amorphous silicon film having a total film thickness of 200 nm including the film thickness (50 nm) of the layer 11a is formed. Of the light transmitted through the semiconductor layer 11a of the first double-gate photosensor PSA, FIG. In the middle, as indicated by an arrow LYb, only green light having a wavelength of 550 nm and a wavelength region near it (second wavelength band) is absorbed by the semiconductor layer (channel region) 11b.

さらに、最下層のダブルゲート型フォトセンサPSCにおいては、半導体層11cを構成するアモルファスシリコン膜の膜厚を300nmに設定することにより、実質的に、当該半導体層11cの膜厚(300nm)に半導体層11aの膜厚(50nm)及び半導体層11bの膜厚(150nm)を加えた膜厚総計500nmのアモルファスシリコン膜が形成されることになり、上記第1のダブルゲート型フォトセンサPSAの半導体層11a及び第2のダブルゲート型フォトセンサPSBの半導体層11bを透過する光のうち、図5中、矢印LYcに示すように、波長550nm及びその近傍波長域(第3の波長帯域)を有する赤色光のみが半導体層(チャネル領域)11cに吸収される。   Furthermore, in the double-gate photosensor PSC at the lowest layer, by setting the film thickness of the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer 11c to 300 nm, the semiconductor layer 11c is substantially reduced in thickness (300 nm). An amorphous silicon film having a total film thickness of 500 nm is formed by adding the film thickness of the layer 11a (50 nm) and the film thickness of the semiconductor layer 11b (150 nm), and the semiconductor layer of the first double-gate photosensor PSA is formed. 11a and red light having a wavelength of 550 nm and its nearby wavelength band (third wavelength band) as shown by an arrow LYc in FIG. 5 among the light transmitted through the semiconductor layer 11b of the second double-gate photosensor PSB. Only light is absorbed by the semiconductor layer (channel region) 11c.

ここで、本実施形態においては、各受光部のダブルゲート型フォトセンサPSA、PSB、PSCが、各々、図1に示した素子構造と同様に、個別のダブルゲート型フォトセンサとしての構成を有しているが、上記各ダブルゲート型フォトセンサPSA、PSB、PSCに対して、図3に示した駆動制御方法を同時に(並行して)実行することにより、各半導体層11a、11b、11cに個別に吸収された特定の波長(色成分)を有する光を同時に検出することができる。
なお、各受光部のダブルゲート型フォトセンサPSA、PSB、PSCを、個別に、又は、単独で駆動制御することにより、任意の波長(色成分)の光のみを検出することもできる。
Here, in the present embodiment, the double gate type photosensors PSA, PSB, and PSC of each light receiving unit each have a configuration as an individual double gate type photosensor, similarly to the element structure shown in FIG. However, by executing the drive control method shown in FIG. 3 simultaneously (in parallel) on each of the double gate photosensors PSA, PSB, and PSC, the semiconductor layers 11a, 11b, and 11c Light having specific wavelengths (color components) absorbed individually can be detected simultaneously.
In addition, it is also possible to detect only light of an arbitrary wavelength (color component) by driving or controlling the double gate type photosensors PSA, PSB, and PSC of each light receiving unit individually or independently.

ここで、本発明に係るアモルファスシリコン膜の光吸収特性について詳しく説明する。
図6は、本実施形態に係るフォトセンサに適用されるアモルファスシリコン膜の膜厚と吸収波長の関係を説明するための図である。ここで、図6(a)は、NTSC方式の映像信号規格における、赤、緑、青の各色における一般的な分光感度特性(分光特性)を示す図であり、図6(b)は、本実施形態に係るフォトセンサに適用されるアモルファスシリコン膜(半導体層)の膜厚に対する吸収波長特性(光吸収特性)を示す図である。なお、図6(b)においては、図6(a)に示した分光感度特性との差異を明確にするため、同一グラフに特性曲線を重ねて示した。
Here, the light absorption characteristics of the amorphous silicon film according to the present invention will be described in detail.
FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the film thickness of the amorphous silicon film applied to the photosensor according to this embodiment and the absorption wavelength. Here, FIG. 6A is a diagram showing general spectral sensitivity characteristics (spectral characteristics) in red, green, and blue colors in the NTSC video signal standard, and FIG. It is a figure which shows the absorption wavelength characteristic (light absorption characteristic) with respect to the film thickness of the amorphous silicon film (semiconductor layer) applied to the photosensor which concerns on embodiment. In FIG. 6B, in order to clarify the difference from the spectral sensitivity characteristic shown in FIG. 6A, a characteristic curve is superimposed on the same graph.

NTSC方式の映像信号規格における、赤、緑、青の各色における一般的な分光感度特性(等色関数)は、図6(a)に示すように、青色光は波長450nm及びその近傍波長域に比較的急峻なピークを有し、緑色光は波長550nm及びその近傍波長域に比較的急峻なピークを有し、赤色光は波長600nm及びその近傍波長域に比較的急峻なピークを有している。   As shown in FIG. 6A, the general spectral sensitivity characteristics (color matching functions) of red, green, and blue in the NTSC video signal standard are such that blue light has a wavelength of 450 nm and a wavelength region in the vicinity thereof. It has a relatively steep peak, green light has a relatively steep peak at a wavelength of 550 nm and its nearby wavelength region, and red light has a relatively steep peak at a wavelength of 600 nm and its nearby wavelength region. .

これに対して、本実施形態に示したように、アモルファスシリコン膜の膜厚総計を設定した場合の吸収波長特性は、図6(b)に示すように、膜厚総計が50nmの場合には、概ね波長450〜470nmになだらかなピークを有し、膜厚総計が200nmの場合には、概ね波長540〜560nmになだらかなピークを有し、膜厚総計が500nmの場合には、概ね波長590〜610nmになだらかなピークを有している。   On the other hand, as shown in this embodiment, the absorption wavelength characteristic when the total film thickness of the amorphous silicon film is set is as shown in FIG. 6B when the total film thickness is 50 nm. When the total film thickness is 200 nm, the total film thickness is approximately 540 to 560 nm. When the total film thickness is 500 nm, the wavelength is approximately 590. It has a gentle peak at ˜610 nm.

すなわち、図6(b)に示すように、アモルファスシリコン膜の膜厚を適宜設定することにより、NTSC方式のRGB分光感度特性におけるピークと略同等のピークを有する吸収波長特性が得られることが判明した。
したがって、赤、緑、青の各色に対応して各受光部(ダブルゲート型フォトセンサ)を構成する半導体層の実質的な膜厚(すなわち、膜厚総計)を適宜設定することにより、赤、緑、青の各色の波長の光のみを吸収するカラーフィルタを適用した場合と同様の分光感度特性を実現することができる。
That is, as shown in FIG. 6B, it is found that an absorption wavelength characteristic having a peak substantially equal to the peak in the NTSC RGB spectral sensitivity characteristic can be obtained by appropriately setting the film thickness of the amorphous silicon film. did.
Therefore, by appropriately setting the substantial film thickness (that is, the total film thickness) of the semiconductor layers constituting each light receiving unit (double gate type photosensor) corresponding to each color of red, green, and blue, red, Spectral sensitivity characteristics similar to the case where a color filter that absorbs only light of wavelengths of green and blue are applied can be realized.

このようなアモルファスシリコン膜における吸収波長特性について、光学的な理論に基づいてさらに検証すると、まず、一般に、特定の膜質を有する透明膜における光吸収は次の(11)式の微分方程式で表すことができる。
dI(λ)/dx=−α(λ)・I(λ) ・・・(11)
ここで、I(λ)は光強度、xは透明膜の表面からの深さ(膜厚に相当する)、αは当該透明膜における光吸収係数である。
When the absorption wavelength characteristic in such an amorphous silicon film is further verified based on an optical theory, first, in general, light absorption in a transparent film having a specific film quality is expressed by the following differential equation (11). Can do.
dI (λ) / dx = −α (λ) · I (λ) (11)
Here, I (λ) is the light intensity, x is the depth (corresponding to the film thickness) from the surface of the transparent film, and α is the light absorption coefficient in the transparent film.

透明膜の表面(x=0)における光強度I(λ)をI0とすると、上記(11)式は、次の(12)式で表すことができる。
I=I0・exp{−α(λ)・x} ・・・(12)
この結果を再度(11)式に代入すると、次の(13)式が得られる。
dI(λ)/dx=−I0・α(λ)・exp{−α(λ)・x} ・・・(13)
When the light intensity I (λ) on the surface (x = 0) of the transparent film is I0, the above equation (11) can be expressed by the following equation (12).
I = I0 · exp {−α (λ) · x} (12)
Substituting this result into equation (11) again yields the following equation (13).
dI (λ) / dx = −I0 · α (λ) · exp {−α (λ) · x} (13)

上記(13)式より、深さxのところでの吸収スペクトルは次の(14)式の分光スペクトル特性を有するカラーフィルタを適用した場合と等価になる。
S(λ)=α(λ)・exp{−α(λ)・x} ・・・(14)
上記(14)式におけるS(λ)がRGB表色系の等色関数(図6(a)に示した分光感度特性)に近似していれば、当該透明膜(すなわち、半導体層を構成するアモルファスシリコン膜)自体をRGBカラーフィルタと等価の機能を有する構成として適用することができる。
From the above equation (13), the absorption spectrum at the depth x is equivalent to the case where the color filter having the spectral spectrum characteristic of the following equation (14) is applied.
S (λ) = α (λ) · exp {−α (λ) · x} (14)
If S (λ) in the above equation (14) approximates the color matching function of the RGB color system (spectral sensitivity characteristics shown in FIG. 6A), the transparent film (that is, the semiconductor layer) is formed. (Amorphous silicon film) itself can be applied as a structure having a function equivalent to an RGB color filter.

そこで、S(λ)の波長依存性を検証するために上記(14)式をλで微分すると、次の(15)式を得ることができる。
dS(λ)/dλ={1−α(λ)・x}・dα/dλ・exp{−α(λ)・x} ・・・(15)
ここで、αが単調である(dα/dλが正又は負で0にならない)とすると、次の(16)式を満たすλで極大ピークを示す。
1−α(λ)・x=0 ・・・(16)
Therefore, the following equation (15) can be obtained by differentiating the above equation (14) by λ in order to verify the wavelength dependence of S (λ).
dS (λ) / dλ = {1−α (λ) · x} · dα / dλ · exp {−α (λ) · x} (15)
Here, if α is monotonic (dα / dλ is positive or negative and does not become 0), a maximum peak is shown at λ satisfying the following expression (16).
1-α (λ) · x = 0 (16)

一方、RGB表色系の等色関数のピーク波長は、上述したように、青色系(B)において概ね450nm、緑色系(G)において概ね550nm、赤色系(R)において概ね600nmであるので、これらのピーク波長で上記(16)式が成り立つような深さxでの光吸収が検出されれば、近似的に青、緑、赤の各色の光成分とみなすことができる。   On the other hand, the peak wavelength of the color matching function of the RGB color system is approximately 450 nm in the blue system (B), approximately 550 nm in the green system (G), and approximately 600 nm in the red system (R), as described above. If light absorption at a depth x such that the above equation (16) holds is detected at these peak wavelengths, it can be regarded approximately as light components of blue, green, and red colors.

ここで、本実施形態に係るフォトセンサの受光部(ダブルゲート型フォトセンサの半導体層)に適用されるアモルファスシリコン膜の光吸収スペクトルは、一般に強い波長依存性を有し、かつ、可視光領域で単調な変化を示すことが知られているので、上述した技術思想を良好に適用することができる。   Here, the light absorption spectrum of the amorphous silicon film applied to the light receiving portion of the photosensor according to the present embodiment (semiconductor layer of the double gate type photosensor) generally has a strong wavelength dependency and is in the visible light region. Since it is known that a monotonous change is exhibited, the above-described technical idea can be favorably applied.

次いで、上記透明膜としてアモルファスシリコン膜を適用した場合において、上述した青、緑、赤の各色成分の波長の光を検出するために適した膜厚を導出する。
図7は、アモルファスシリコン膜における光の波長と光吸収係数との関係を示す特性図である。
Next, in the case where an amorphous silicon film is applied as the transparent film, a film thickness suitable for detecting light having the wavelength components of blue, green, and red described above is derived.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the wavelength of light and the light absorption coefficient in an amorphous silicon film.

図7に示した特性図により、アモルファスシリコン膜における青、緑、赤の各色の波長の光吸収係数αは、青色の場合、概ねα(450nm)=2.0E+7m−1程度(図中、α(b)点)であり、緑色の場合、概ねα(550nm)=5.0E+6m−1程度(図中、α(g)点)であり、赤色の場合、概ねα(600nm)=2.0E+6m−1程度(図中、α(r)点)であることから、上記(16)式に基づいて、最適な膜厚(深さx)を求めると、青色の場合には概ね50nm程度であり、緑色の場合には概ね200nm程度であり、赤色の場合には概ね500nm程度という数値が算出される。
すなわち、単一のアモルファスシリコン膜の膜厚、もしくは、複数のアモルファスシリコン膜の膜厚総計を、各々、50nm、200nm、500nmに設定することにより、各々、青色、緑色、赤色の特定の色成分を有する光のみを吸収することができる。
According to the characteristic diagram shown in FIG. 7, the light absorption coefficient α of the wavelengths of blue, green, and red in the amorphous silicon film is approximately α (450 nm) = 2.0E + 7 m −1 in the case of blue (in the figure, α (B) point), in the case of green, approximately α (550 nm) = 5.0E + 6 m −1 (in the figure, α (g) point), and in the case of red, generally α (600 nm) = 2.0 E + 6 m Since it is about −1 (α (r) point in the figure), when an optimum film thickness (depth x) is obtained based on the above equation (16), it is about 50 nm in the case of blue. In the case of green, the numerical value is approximately 200 nm, and in the case of red, a numerical value of approximately 500 nm is calculated.
That is, by setting the thickness of a single amorphous silicon film or the total thickness of a plurality of amorphous silicon films to 50 nm, 200 nm, and 500 nm, respectively, specific color components of blue, green, and red are set. Can absorb only light having

したがって、本実施形態に係るフォトセンサによれば、上述したようにアモルファスシリコン膜が膜厚によって光吸収特性が異なる(吸収波長が膜厚に依存する)ことに着目し、受光部となるダブルゲート型フォトセンサを相互に平面的に重なるように積層形成した素子構造において、各ダブルゲート型フォトセンサの半導体層を構成するアモルファスシリコン膜を青、緑、赤の各色に対応させた膜厚に設定することによって、カラーフィルタを適用した場合と同等の分光感度特性を実現することができる。   Therefore, according to the photosensor according to the present embodiment, as described above, paying attention to the fact that the amorphous silicon film has different light absorption characteristics depending on the film thickness (absorption wavelength depends on the film thickness), the double gate serving as the light receiving unit In an element structure in which stacked photosensors are stacked so as to overlap each other, the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer of each double-gate photosensor is set to a film thickness corresponding to each color of blue, green, and red By doing so, it is possible to realize a spectral sensitivity characteristic equivalent to that when a color filter is applied.

特に、上述した(1)〜(3)に示したような膜厚を有するアモルファスシリコン膜を半導体層として用いたダブルゲート型フォトセンサを、3層積層した素子構造を適用することにより、1画素分の読取画素領域(画素面積)で、入射する光(被写体からの反射光)に含まれる青色成分、緑色成分、赤色成分を一括して同時に検出することができるので、当該素子構造を高密度化して被写体画像を高精細なカラー画像として読み取ることができるとともに、従来技術に示したような光源の発光色を制御する必要がなく、また、カラーフィルタを用いることもなく、被写体の色に対応した検出信号を短時間で読み取り、適正なカラー画像を迅速に生成することができる。   In particular, by applying an element structure in which three layers of double gate type photosensors using an amorphous silicon film having a film thickness as shown in (1) to (3) described above as a semiconductor layer are applied, one pixel is obtained. The blue, green, and red components contained in the incident light (reflected light from the subject) can be detected simultaneously in a single read pixel area (pixel area), so that the element structure has a high density. The subject image can be read as a high-definition color image, and it is not necessary to control the light emission color of the light source as shown in the prior art, and it corresponds to the subject color without using a color filter The detected signal can be read in a short time, and an appropriate color image can be quickly generated.

また、周知のCCDにおいては、各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを、各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、読取精度を向上させるために読取画素数を増加させると、システム自体が大型化するという問題を有しているのに対して、本実施形態のように、フォトセンサを構成する各受光部にダブルゲート型フォトセンサを適用することにより、単一の素子構造で選択機能とフォトセンス機能を持たせることができるので、一層のシステムの小型化や、読取画素の高密度化を図ることができる。   Further, in the well-known CCD, since it is necessary to provide a selection transistor for making each photosensor in a selected state for each photosensor, if the number of read pixels is increased in order to improve reading accuracy, In contrast to the problem that the system itself is increased in size, a single element structure can be obtained by applying a double gate type photosensor to each light receiving portion constituting the photosensor as in this embodiment. Thus, since the selection function and the photo sensing function can be provided, the system can be further miniaturized and the density of read pixels can be increased.

なお、図5(b)に示したように、アモルファスシリコン膜の膜厚を適宜設定した構成においては、NTSC方式の分光感度特性に比較して、吸収波長のピークは略一致するものの、各特性曲線は、上記ピークを中心にして、比較的緩やかな波長域の広がりを有している。このような特性曲線を理想値(NTSC方式の分光感度特性)により近似させるためには、例えば、上記特性曲線を数学的に補正(例えば、マトリクス補正)する手法や、フィルタ等の光学素子を付設して素子構造により補正する手法、特性曲線の歪みを補正する分光特性を有する光を放射する光源(バックライト)を適用する手法等を、単独で、又は、これらを適宜組み合わせて適用することができる。   As shown in FIG. 5B, in the configuration in which the film thickness of the amorphous silicon film is appropriately set, although the absorption wavelength peaks substantially coincide with the spectral sensitivity characteristics of the NTSC system, The curve has a relatively gentle spread in the wavelength range centered on the peak. In order to approximate such a characteristic curve with an ideal value (NTSC spectral sensitivity characteristic), for example, a method for mathematically correcting the characteristic curve (for example, matrix correction) or an optical element such as a filter is provided. Then, a method of correcting by an element structure, a method of applying a light source (backlight) that emits light having spectral characteristics for correcting distortion of a characteristic curve, etc., may be applied alone or in combination as appropriate. it can.

<フォトセンサの第2の実施形態>
次に、本発明に係るフォトセンサの第2の実施形態について、図面を参照して説明する。
図8は、本発明に係るフォトセンサの素子構造の第2の実施形態を示す概略断面図である。ここで、上述した第1の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。
<Second Embodiment of Photosensor>
Next, a second embodiment of the photosensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the element structure of the photosensor according to the present invention. Here, about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same or equivalent code | symbol is attached | subjected and the description is simplified.

本実施形態に係るフォトセンサは、図8に示すように、絶縁性基板SUBの一面側に、最上層の受光部となる第1のダブルゲート型フォトセンサ(第1の受光部)PSDと、中間層の受光部となる第2のダブルゲート型フォトセンサ(第2の受光部)PSEと、最下層の受光部となる第3のダブルゲート型フォトセンサ(第3の受光部)PSFと、が積層形成された構成を有している。なお、図示を省略したが、本実施形態においても、絶縁性基板SUBの背面側(図面下方)に、被写体に対して白色光を照射する光源(面光源)が配置された構成を有するものであってもよい。   As shown in FIG. 8, the photosensor according to the present embodiment has a first double-gate photosensor (first light receiving portion) PSD serving as the uppermost light receiving portion on one surface side of the insulating substrate SUB. A second double-gate photosensor (second light-receiving unit) PSE serving as a light-receiving unit in the intermediate layer; a third double-gate photosensor (third light-receiving unit) PSF serving as the light-receiving unit in the lowermost layer; Has a configuration in which the layers are stacked. Although not shown, the present embodiment also has a configuration in which a light source (surface light source) that irradiates a subject with white light is disposed on the back side (lower side of the drawing) of the insulating substrate SUB. There may be.

第1のダブルゲート型フォトセンサPSDは、概略、アモルファスシリコンからなる半導体層11dの両端に一体的に薄膜形成されたドレイン電極12d及びソース電極13dと、半導体層11dの上方に上部ゲート絶縁膜15dを介して形成された透明電極層からなるトップゲート電極TGdと、トップゲート電極TGdを含む上部ゲート絶縁膜15d上に、被覆形成された保護絶縁膜19dと、を有して構成されている。   In general, the first double-gate photosensor PSD includes a drain electrode 12d and a source electrode 13d integrally formed on both ends of an amorphous silicon semiconductor layer 11d, and an upper gate insulating film 15d above the semiconductor layer 11d. A top gate electrode TGd made of a transparent electrode layer formed via the upper gate electrode TGd, and a protective insulating film 19d formed on the upper gate insulating film 15d including the top gate electrode TGd.

ここで、半導体層11d及びドレイン電極12d、ソース電極13dは、一体的にパターン形成されたアモルファスシリコン膜に対して、当該ドレイン電極12d及びソース電極13dの形成領域にのみ不純物を注入することにより導電性を付与し、半導体層11dの形成領域には不純物を注入しないようにして半導体特性を保持することにより形成される。また、図1に示した素子構造と同様に、上部ゲート絶縁膜15d及び保護絶縁膜19dは、透過率の高い絶縁膜により構成されている。   Here, the semiconductor layer 11d, the drain electrode 12d, and the source electrode 13d are conductive by injecting impurities only into the formation region of the drain electrode 12d and the source electrode 13d into the integrally formed amorphous silicon film. The semiconductor layer 11d is formed by retaining the semiconductor characteristics so that impurities are not implanted into the formation region of the semiconductor layer 11d. Similarly to the element structure shown in FIG. 1, the upper gate insulating film 15d and the protective insulating film 19d are made of an insulating film having a high transmittance.

また、第2のダブルゲート型フォトセンサPSEは、上記第1のダブルゲート型フォトセンサPSDと同様に、概略、アモルファスシリコンにより一体的に薄膜形成された半導体層11e、ドレイン電極12e及びソース電極13eと、半導体層11eの上方に形成された上部ゲート絶縁膜15eと、を有して構成されている。
ここで、上部ゲート絶縁膜15eは、透過率の高い絶縁膜により構成され、上述した第1のダブルゲート型フォトセンサPSDとの層間絶縁膜として機能も有している。
The second double-gate photosensor PSE is similar to the first double-gate photosensor PSD described above, generally, the semiconductor layer 11e, the drain electrode 12e, and the source electrode 13e that are integrally formed of amorphous silicon. And an upper gate insulating film 15e formed above the semiconductor layer 11e.
Here, the upper gate insulating film 15e is composed of an insulating film having a high transmittance, and also functions as an interlayer insulating film with the first double-gate photosensor PSD described above.

また、第3のダブルゲート型フォトセンサPSFは、概略、上記第1のダブルゲート型フォトセンサPSDと同様に、アモルファスシリコンにより一体的に薄膜形成された半導体層11f、ドレイン電極12f及びソース電極13fと、半導体層11fの上方に形成された上部ゲート絶縁膜15fと、半導体層11fの下方に下部ゲート絶縁膜16fを介して形成された不透明なボトムゲート電極BGfと、を有して構成されている。
ここで、上部ゲート絶縁膜15f及び下部ゲート絶縁膜16fは、透過率の高い絶縁膜により構成され、上述した第2のダブルゲート型フォトセンサPSEとの層間絶縁膜として機能も有している。
The third double-gate photosensor PSF is roughly similar to the first double-gate photosensor PSD, and includes a semiconductor layer 11f, a drain electrode 12f, and a source electrode 13f that are integrally formed of amorphous silicon. And an upper gate insulating film 15f formed above the semiconductor layer 11f, and an opaque bottom gate electrode BGf formed below the semiconductor layer 11f via the lower gate insulating film 16f. Yes.
Here, the upper gate insulating film 15f and the lower gate insulating film 16f are made of an insulating film having a high transmittance, and also have a function as an interlayer insulating film for the second double-gate photosensor PSE described above.

さらに、本実施形態に係るフォトセンサにおいては、上述した第1の実施形態に示した(1)〜(3)と同様に、第1のダブルゲート型フォトセンサPSDの半導体層(アモルファスシリコン膜)11dの膜厚が50nmに設定され、第2のダブルゲート型フォトセンサPSEの半導体層11eの膜厚が150nmに設定され、第3のダブルゲート型フォトセンサPSFの半導体層11fの膜厚が300nmに設定されている。   Furthermore, in the photosensor according to the present embodiment, the semiconductor layer (amorphous silicon film) of the first double-gate photosensor PSD, as in (1) to (3) described in the first embodiment. The film thickness of 11d is set to 50 nm, the film thickness of the semiconductor layer 11e of the second double-gate photosensor PSE is set to 150 nm, and the film thickness of the semiconductor layer 11f of the third double-gate photosensor PSF is 300 nm. Is set to

すなわち、本実施形態に係るフォトセンサにおいては、各々異なる膜厚を有するアモルファスシリコン膜からなる半導体層11d、11e、11fが層間絶縁膜15e、15fのみを介して、3層積層され、さらに、当該3層の半導体層11d、11e、11fに対して、最上部(上部ゲート絶縁膜15d上)に単一のトップゲート電極TGdが設けられ、最下部(下部ゲート絶縁膜16f下)に単一のボトムゲート電極を備えた構成を有している。   That is, in the photosensor according to the present embodiment, the semiconductor layers 11d, 11e, and 11f made of amorphous silicon films having different film thicknesses are laminated through only the interlayer insulating films 15e and 15f, and further, For the three semiconductor layers 11d, 11e, and 11f, a single top gate electrode TGd is provided on the uppermost portion (on the upper gate insulating film 15d) and a single upper gate electrode TGd is provided on the lowermost portion (below the lower gate insulating film 16f). The structure has a bottom gate electrode.

これにより、第1のダブルゲート型フォトセンサPSDの上方から入射する光は、保護絶縁膜19d、トップゲート電極TGd及び上部ゲート絶縁膜15dを介して半導体層11dに入射するとともに、さらに、当該半導体層11dを透過して、下層に形成された第2のダブルゲート型フォトセンサPSEに入射する。   Thereby, light incident from above the first double-gate photosensor PSD enters the semiconductor layer 11d via the protective insulating film 19d, the top gate electrode TGd, and the upper gate insulating film 15d, and further, the semiconductor The light passes through the layer 11d and enters the second double-gate photosensor PSE formed in the lower layer.

また、第1のダブルゲート型フォトセンサPSDを介して、第2のダブルゲート型フォトセンサPSEの上方から入射する光は、上部ゲート絶縁膜15eを介して半導体層11eに入射するとともに、さらに、当該半導体層11eを透過して、下層に形成された第3のダブルゲート型フォトセンサPSFに入射する。   In addition, light incident from above the second double-gate photosensor PSE via the first double-gate photosensor PSD enters the semiconductor layer 11e via the upper gate insulating film 15e. The light passes through the semiconductor layer 11e and enters the third double-gate photosensor PSF formed in the lower layer.

また、第1のダブルゲート型フォトセンサPSD及び第2のダブルゲート型フォトセンサPSEを介して、第3のダブルゲート型フォトセンサPSFの上方から入射する光は、上部ゲート絶縁膜15fを介して半導体層11fに入射する。なお、当該半導体層11fを透過した光は、下部ゲート絶縁膜16fを介して不透明なボトムゲート電極BGfにより遮光されて下層に形成された絶縁性基板SUBへの入射が阻止される。   In addition, light incident from above the third double-gate photosensor PSF via the first double-gate photosensor PSD and the second double-gate photosensor PSE passes through the upper gate insulating film 15f. The light enters the semiconductor layer 11f. The light transmitted through the semiconductor layer 11f is blocked by the opaque bottom gate electrode BGf through the lower gate insulating film 16f, and is prevented from entering the insulating substrate SUB formed in the lower layer.

そして、本実施形態に係るフォトセンサにおいても、上述した第1の実施形態と同様に、各受光部のダブルゲート型フォトセンサを構成するアモルファスシリコン膜(半導体層11d、11e、11f)の膜厚を、上記(1)〜(3)に示したように、各々、50nm、150nm、300nmに設定することにより、図5に示した場合と同様に、各受光部(ダブルゲート型フォトセンサ)により、各々特定の波長を有する光が吸収、検出される。   Also in the photosensor according to the present embodiment, the film thickness of the amorphous silicon films (semiconductor layers 11d, 11e, and 11f) constituting the double-gate photosensor of each light receiving unit, as in the first embodiment described above. Is set to 50 nm, 150 nm, and 300 nm, respectively, as shown in the above (1) to (3), and similarly to the case shown in FIG. 5, each light receiving portion (double gate type photosensor) , Each having a specific wavelength is absorbed and detected.

ここで、本実施形態においては、各受光部のダブルゲート型フォトセンサPSD、PSE、PSFが、共通(単一)のトップゲート電極TGd及びボトムゲート電極BGfを有する構成を有しているので、各ダブルゲート型フォトセンサPSD、PSE、PSFに対して、図3に示した駆動制御方法を実行することにより、各半導体層11d、11e、11fに個別に吸収された特定の波長(色成分)を有する光を同時に検出することができる。   Here, in the present embodiment, the double gate photosensors PSD, PSE, PSF of each light receiving unit have a configuration having a common (single) top gate electrode TGd and bottom gate electrode BGf. A specific wavelength (color component) absorbed individually in each of the semiconductor layers 11d, 11e, and 11f by executing the drive control method shown in FIG. 3 for each double-gate photosensor PSD, PSE, and PSF. Can be detected simultaneously.

したがって、本実施形態に係るフォトセンサによれば、上述した第1の実施形態と同様に、ダブルゲート型フォトセンサを3層積層した素子構造において、青、緑、赤の各色に対応した光吸収特性を有するように各半導体層(アモルファスシリコン膜)の膜厚を設定することによって、当該素子構造を高密度化して被写体画像を高精細なカラー画像として読み取ることができるとともに、光源の複雑な発光制御やカラーフィルタを適用することなく、適正なカラー画像を迅速に生成することができる。   Therefore, according to the photosensor according to the present embodiment, similarly to the first embodiment described above, in the element structure in which three layers of double gate type photosensors are stacked, light absorption corresponding to each color of blue, green, and red is performed. By setting the thickness of each semiconductor layer (amorphous silicon film) to have characteristics, the device structure can be densified and the subject image can be read as a high-definition color image, and the complex light emission of the light source An appropriate color image can be quickly generated without applying control or a color filter.

特に、本実施形態によれば、各受光部のダブルゲート型フォトセンサPSD、PSE、PSFを構成する半導体層11d、11e、11fに対して、共通(単一)のトップゲート電極TGd及びボトムゲート電極BGfが設けられた構成を有しているので、フォトセンサの素子構造を一層薄型化することができるとともに、トップゲートラインLt及びボトムゲートラインLbの本数を削減することができるので、配線構造を簡素化して、設計容易性や歩留まりの向上を図ることができる。   In particular, according to the present embodiment, a common (single) top gate electrode TGd and bottom gate are provided for the semiconductor layers 11d, 11e, and 11f constituting the double gate photosensors PSD, PSE, and PSF of each light receiving unit. Since the electrode BGf is provided, the device structure of the photosensor can be further reduced, and the number of top gate lines Lt and bottom gate lines Lb can be reduced. Can be simplified to improve design easiness and yield.

なお、上述した第1の実施形態においては、各受光部ごとに独立したダブルゲート型フォトセンサを備え、かつ、各ダブルゲート型フォトセンサが図1に示した基本構造を有する場合について説明し、一方、第2の実施形態においては、各受光部ごとにアモルファスシリコン膜により一体的に形成された半導体層及びソース電極、ドレイン電極を有し、かつ、トップゲート電極及びボトムゲート電極を各受光部に共通に設けた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第1の実施形態において、半導体層及びソース電極、ドレイン電極をアモルファスシリコン膜により一体的に形成された構成を適用するものであってもよいし、第2の実施形態において、半導体層及びソース電極、ドレイン電極を個別の薄膜により形成した構成(図1に示した基本構造)を適用するものであってもよい。   In the first embodiment described above, a case will be described in which a double gate type photosensor is provided for each light receiving unit, and each double gate type photosensor has the basic structure shown in FIG. On the other hand, in the second embodiment, each light receiving portion has a semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode integrally formed of an amorphous silicon film, and the top gate electrode and the bottom gate electrode are connected to each light receiving portion. However, the present invention is not limited to this. In the first embodiment, the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are integrally formed of an amorphous silicon film. In the second embodiment, the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are formed by separate thin films. Form configuration may be configured to apply the (basic structure shown in FIG. 1).

<フォトセンサの第3の実施形態>
次に、本発明に係るフォトセンサの第3の実施形態について、図面を参照して説明する。
図9は、本発明に係るフォトセンサの素子構造の第3の実施形態を示す概略断面図である。ここで、上述した第1及び第2の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。
<Third Embodiment of Photosensor>
Next, a third embodiment of the photosensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the element structure of the photosensor according to the present invention. Here, about the structure equivalent to 1st and 2nd embodiment mentioned above, the same or equivalent code | symbol is attached | subjected and the description is simplified.

上述した各実施形態においては、各受光部を構成するダブルゲート型フォトセンサの半導体層(アモルファスシリコン膜)の膜厚を、各々、青、緑、赤の各色成分に対応した光吸収特性を有するように、最上層の受光部で50nm、中間層の受光部で150nm、最下層の受光部で300nmに設定した場合を示したが、本実施形態においては、各受光部の半導体層の膜厚を均一に設定した構成を有している。   In each of the embodiments described above, the film thickness of the semiconductor layer (amorphous silicon film) of the double-gate photosensor that constitutes each light receiving portion has light absorption characteristics corresponding to the respective color components of blue, green, and red. As described above, the case where the uppermost light receiving part is set to 50 nm, the intermediate light receiving part is set to 150 nm, and the lowermost light receiving part is set to 300 nm. In this embodiment, the film thickness of the semiconductor layer of each light receiving part is shown. Are set uniformly.

すなわち、本実施形態に係るフォトセンサは、図9(a)、(b)に示すように、第1及び第2の実施形態に示した素子構造において、各受光部を構成するダブルゲート型フォトセンサPSA〜PSC、PSD〜PSFの半導体層(アモルファスシリコン膜)11a〜11c、11d〜11fの膜厚を、各々50nmに設定した構成を有し、さらに、最上層と中間層の各受光部間に、膜厚100nmのアモルファスシリコン膜からなる第1のダミー層(調整層)DMAが設けられ、中間層と最下層の各受光部間に、膜厚250nmのアモルファスシリコン膜からなる第2のダミー層(調整層)DMBが設けられた構成を有している。   That is, as shown in FIGS. 9A and 9B, the photosensor according to the present embodiment has a double gate type photo that constitutes each light receiving portion in the element structure shown in the first and second embodiments. The thickness of each of the semiconductor layers (amorphous silicon films) 11a to 11c and 11d to 11f of the sensors PSA to PSC and PSD to PSF is set to 50 nm, and between the light receiving portions of the uppermost layer and the intermediate layer. In addition, a first dummy layer (adjustment layer) DMA made of an amorphous silicon film having a thickness of 100 nm is provided, and a second dummy made of an amorphous silicon film having a thickness of 250 nm is provided between the intermediate layer and the lowermost light receiving portion. A layer (adjustment layer) DMB is provided.

これにより、第1のダブルゲート型フォトセンサPSA、PSDの上方から入射する光は、各々、保護絶縁膜19a、19d、トップゲート電極TGa、TGd及び上部ゲート絶縁膜15a、15dを透過して半導体層11a、11dに入射する。半導体層11aを透過した光は、下部ゲート絶縁膜16a、ボトムゲート電極BGa、層間絶縁膜20A及び第1のダミー層DMAを介して、下層に形成された第2のダブルゲート型フォトセンサPSBに入射し、半導体層11dを透過した光は、層間絶縁膜20A及び第1のダミー層DMAを透過して、下層に形成された第2のダブルゲート型フォトセンサPSEに入射する。   As a result, light incident from above the first double-gate photosensors PSA and PSD passes through the protective insulating films 19a and 19d, the top gate electrodes TGa and TGd, and the upper gate insulating films 15a and 15d, respectively. The light enters the layers 11a and 11d. The light transmitted through the semiconductor layer 11a passes through the lower gate insulating film 16a, the bottom gate electrode BGa, the interlayer insulating film 20A, and the first dummy layer DMA to the second double-gate photosensor PSB formed in the lower layer. The incident light that has passed through the semiconductor layer 11d passes through the interlayer insulating film 20A and the first dummy layer DMA, and enters the second double-gate photosensor PSE formed in the lower layer.

また、第1のダブルゲート型フォトセンサPSAを介して、第2のダブルゲート型フォトセンサPSBの上方から入射する光は、層間絶縁膜19b、トップゲート電極TGb及び上部ゲート絶縁膜15bを介して半導体層11bに入射し、第2のダブルゲート型フォトセンサPSEの上方から入射する光は、上部ゲート絶縁膜15eを透過して半導体層11eに入射する。半導体層11bを透過した光は、下部ゲート絶縁膜16b、ボトムゲート電極BGb、層間絶縁膜20B及び第2のダミー層DMBを介して、下層に形成された第3のダブルゲート型フォトセンサPSCに入射し、半導体層11eを透過した光は、層間絶縁膜20B及び第2のダミー層DMBを透過して、下層に形成された第3のダブルゲート型フォトセンサPSFに入射する。   Light entering from above the second double-gate photosensor PSB via the first double-gate photosensor PSA passes through the interlayer insulating film 19b, the top gate electrode TGb, and the upper gate insulating film 15b. Light that enters the semiconductor layer 11b and enters from above the second double-gate photosensor PSE passes through the upper gate insulating film 15e and enters the semiconductor layer 11e. The light transmitted through the semiconductor layer 11b passes through the lower gate insulating film 16b, the bottom gate electrode BGb, the interlayer insulating film 20B, and the second dummy layer DMB to the third double gate type photosensor PSC formed in the lower layer. The incident light that has passed through the semiconductor layer 11e passes through the interlayer insulating film 20B and the second dummy layer DMB, and enters the third double-gate photosensor PSF formed in the lower layer.

さらに、第1のダブルゲート型フォトセンサPSA及び第2のダブルゲート型フォトセンサPSBを介して、第3のダブルゲート型フォトセンサPSCの上方から入射する光は、層間絶縁膜19c、トップゲート電極TGc及び上部ゲート絶縁膜15cを透過して半導体層11cに入射し、第3のダブルゲート型フォトセンサPSFの上方から入射する光は、上部ゲート絶縁膜15fを透過して半導体層11fに入射する。なお、当該半導体層11c、11fを透過した光は、下部ゲート絶縁膜16c、16fを介して不透明なボトムゲート電極BGc、BGfにより遮光されて下層に形成された絶縁性基板SUBへの入射が阻止される。   Further, the light incident from above the third double-gate photosensor PSC via the first double-gate photosensor PSA and the second double-gate photosensor PSB is transmitted through the interlayer insulating film 19c and the top gate electrode. Light that enters the semiconductor layer 11c through the TGc and the upper gate insulating film 15c and enters from above the third double-gate photosensor PSF passes through the upper gate insulating film 15f and enters the semiconductor layer 11f. . The light transmitted through the semiconductor layers 11c and 11f is blocked by the opaque bottom gate electrodes BGc and BGf through the lower gate insulating films 16c and 16f and is prevented from entering the insulating substrate SUB formed in the lower layer. Is done.

そして、本実施形態に係るフォトセンサにおいても、上述した第1及び第2の実施形態と同様に、まず、最上層の受光部のダブルゲート型フォトセンサPSA、PSDにおいて、アモルファスシリコン膜からなる半導体層11a,11dの膜厚が50nmに設定されていることにより、波長450nm近傍の青色光のみが吸収される。   Also in the photosensor according to this embodiment, as in the first and second embodiments described above, first, in the double-gate photosensors PSA and PSD of the uppermost light receiving section, a semiconductor made of an amorphous silicon film is used. Since the thickness of the layers 11a and 11d is set to 50 nm, only blue light having a wavelength near 450 nm is absorbed.

また、中間層の受光部を構成するダブルゲート型フォトセンサPSB、PSEにおいては、最上層の受光部における膜厚50nmのアモルファスシリコン膜に加え、膜厚100nmの第1のダミー層DMA、及び、膜厚50nmの半導体層11b,11eにより、アモルファスシリコン膜の膜厚総計が200nmに設定されていることにより、波長550nm近傍の緑色光のみが半導体層11b,11eに吸収される。   In the double gate type photosensors PSB and PSE constituting the light receiving part of the intermediate layer, in addition to the amorphous silicon film with a film thickness of 50 nm in the light receiving part of the uppermost layer, the first dummy layer DMA with a film thickness of 100 nm, and Since the total thickness of the amorphous silicon film is set to 200 nm by the semiconductor layers 11b and 11e having a thickness of 50 nm, only the green light near the wavelength of 550 nm is absorbed by the semiconductor layers 11b and 11e.

さらに、最下層の受光部を構成するダブルゲート型フォトセンサPSC、PSFにおいては、最上層の受光部における膜厚50nmのアモルファスシリコン膜、膜厚100nmの第1のダミー層DMA、中間層の受光部における膜厚50nmのアモルファスシリコン膜に加え、膜厚250nmの第2のダミー層DMB、及び、膜厚50nmの半導体層11c,11fにより、アモルファスシリコン膜の膜厚総計が500nmに設定されていることにより、波長600nm近傍の赤色光のみが半導体層11c,11fに吸収される。   Further, in the double gate type photosensors PSC and PSF constituting the lowermost light receiving part, the amorphous silicon film having a film thickness of 50 nm, the first dummy layer DMA having a film thickness of 100 nm, and the light reception of the intermediate layer in the uppermost light receiving part. The total thickness of the amorphous silicon film is set to 500 nm by the second dummy layer DMB with a film thickness of 250 nm and the semiconductor layers 11c and 11f with a film thickness of 50 nm in addition to the amorphous silicon film with a film thickness of 50 nm in the portion. As a result, only red light having a wavelength in the vicinity of 600 nm is absorbed by the semiconductor layers 11c and 11f.

すなわち、本実施形態においては、各受光部のダブルゲート型フォトセンサの半導体層に至までに透過するアモルファスシリコン膜の膜厚を、上記(1)〜(3)に示した場合と同様に、各々、50nm、200nm、500nmに設定することにより、図5に示した場合と同様に、各受光部(ダブルゲート型フォトセンサ)により、各々特定の波長を有する光が吸収されて検出される。   That is, in the present embodiment, the film thickness of the amorphous silicon film that penetrates to the semiconductor layer of the double-gate photosensor of each light-receiving unit is the same as in the cases shown in the above (1) to (3). By setting each to 50 nm, 200 nm, and 500 nm, light having a specific wavelength is absorbed and detected by each light receiving unit (double-gate photosensor) as in the case shown in FIG.

したがって、本実施形態に係るフォトセンサによれば、各受光部のダブルゲート型フォトセンサを構成する半導体層(アモルファスシリコン膜)の膜厚を均一化することができるので、各受光部における素子特性のバラツキを抑制することができるとともに、製造プロセスの簡素化を図ることができる。   Therefore, according to the photosensor according to the present embodiment, the film thickness of the semiconductor layer (amorphous silicon film) constituting the double-gate photosensor of each light receiving portion can be made uniform. Variation can be suppressed, and the manufacturing process can be simplified.

なお、上述した各受光部におけるアモルファスシリコン膜の膜厚(50nm)、及び、第1及び第2のダミー層におけるアモルファスシリコン膜の膜厚(100nm、250nm)は、一例を示したものに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。要するに、フォトセンサの一方側から入射する光(被写体に反射した光)が、膜厚総計が50nmのアモルファスシリコン膜からなる最上層の半導体層、膜厚総計が200nmのアモルファスシリコン膜からなる中間層の半導体層、及び、膜厚総計500nmのアモルファスシリコン膜からなる最下層の半導体層に各々吸収されるものであれば、他の膜厚に設定されているものであってもよいことは言うまでもない。   In addition, the film thickness (50 nm) of the amorphous silicon film in each light receiving portion and the film thickness (100 nm, 250 nm) of the amorphous silicon film in the first and second dummy layers are merely examples. However, the present invention is not limited to this. In short, light incident from one side of the photosensor (light reflected by the subject) is an uppermost semiconductor layer made of an amorphous silicon film with a total film thickness of 50 nm, and an intermediate layer made of an amorphous silicon film with a total film thickness of 200 nm. It is needless to say that other film thicknesses may be set as long as they are respectively absorbed by the lowermost semiconductor layer made of an amorphous silicon film having a total film thickness of 500 nm. .

なお、上述した各実施形態においては、フォトセンサを構成する各受光部として、ダブルゲート型フォトセンサを適用した場合ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各受光部(半導体層を構成するアモルファスシリコン膜)の光吸収特性が、青、緑、赤の各色に対応するように当該膜厚が設定され、かつ、各受光部が積層構造を有するものであれば、他の光電変換素子を適用するものであってもよい。   In each of the above-described embodiments, the case where a double gate type photosensor is applied as each light receiving unit constituting the photosensor has been described. However, the present invention is not limited to this, and each light receiving unit ( If the film thickness is set so that the light absorption characteristics of the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer correspond to each color of blue, green, and red, and each light receiving portion has a laminated structure, other The photoelectric conversion element may be applied.

<画像読取装置>
次に、上述した各実施形態に係るフォトセンサを適用可能な画像読取装置の全体構成について説明する。
図10は、本発明に係る画像読取装置の全体構成の一実施形態を示すブロック図である。なお、図2に示したフォトセンサシステムと同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
<Image reading device>
Next, the overall configuration of the image reading apparatus to which the photosensor according to each of the embodiments described above can be applied will be described.
FIG. 10 is a block diagram showing an embodiment of the overall configuration of the image reading apparatus according to the present invention. In addition, about the structure equivalent to the photosensor system shown in FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.

図10に示すように、本実施形態に係る画像読取装置は、大別して、図2に示したフォトセンサシステムと同様の構成を有するフォトセンサアレイ100と、トップゲートドライバ(上部ゲート駆動手段)110と、ボトムゲートドライバ(下部ゲート駆動手段)120と、ドレインドライバ(プリチャージ手段、読み出し手段)130と、に加え、ドレインドライバ130を介して読み出されたアナログ信号からなる読み取りデータ信号を、デジタル信号からなる画像出力信号(画像データ)に変換するアナログ−デジタル変換器(以下、「A/Dコンバータ」と記す)140と、フォトセンサアレイ100が形成された透明な絶縁性基板SUBの背面側に配置され、フォトセンサアレイ100上に載置された被写体に所定の照射光を照射するバックライト(光源)BLと、フォトセンサアレイ100による被写体画像の読み取り動作制御や、画像データの照合、加工等の所定の処理を実行する外部機能部200とのデータのやり取り等を行うコントローラ150と、コントローラ150のワークエリアとして用いられ、取得した画像データや読み取り動作に関連する処理データ等を一時的に保存(記憶)するRAM160と、コントローラ150の制御プログラムや制御用各種データを保持するROM170と、を有して構成されている。   As shown in FIG. 10, the image reading apparatus according to the present embodiment is roughly divided into a photosensor array 100 having the same configuration as the photosensor system shown in FIG. 2, and a top gate driver (upper gate drive unit) 110. In addition to the bottom gate driver (lower gate driving means) 120 and the drain driver (precharge means, reading means) 130, a read data signal composed of an analog signal read through the drain driver 130 is digitally converted. An analog-to-digital converter (hereinafter referred to as “A / D converter”) 140 that converts an image output signal (image data) consisting of a signal, and the back side of a transparent insulating substrate SUB on which the photosensor array 100 is formed And irradiating a subject placed on the photosensor array 100 with predetermined irradiation light A controller 150 that exchanges data with an external function unit 200 that performs predetermined processing such as reading operation control of a subject image by the photosensor array 100 and collation and processing of image data. And a RAM 160 that is used as a work area of the controller 150 and temporarily stores (stores) acquired image data, processing data related to a reading operation, and the like, and a ROM 170 that holds a control program of the controller 150 and various control data. And is configured.

ここで、フォトセンサアレイ100として、上述した各実施形態に示したフォトセンサを適用し、バックライトBLからフォトセンサアレイ100を介して被写体に照射された光の反射光に含まれる青、緑、赤の各色成分を、積層構造を有する(最上層、中間層及び最下層に設けられた)各受光部により、同一タイミングで検出する場合にあっては、フォトセンサアレイ100の各層の受光部に対して、共通に設けられた単一のトップゲートドライバ110及びボトムゲートドライバ120により、各層の同一行にリセットパルス又は読み出しパルスが同時に印加されて、リセット期間又は読み出し期間が同時に設定され、また、各層の受光部(すなわち、青、緑、赤の各色成分)に対応して個別に設けられた、後述するコラムスイッチを備えたドレインドライバ130により、各層の全列にプリチャージ電圧が印加されてプリチャージ期間が同時に設定されるとともに、上記読み出し期間において各層の全列からドレイン電圧が同時に個別のコラムスイッチに読み出される。   Here, as the photosensor array 100, the photosensor described in each of the above-described embodiments is applied, and blue, green, and blue included in the reflected light of the light emitted from the backlight BL to the subject via the photosensor array 100, In the case where each color component of red is detected at the same timing by each light receiving unit having a laminated structure (provided in the uppermost layer, the intermediate layer, and the lowermost layer), On the other hand, a single top gate driver 110 and a bottom gate driver 120 provided in common apply a reset pulse or a readout pulse to the same row of each layer at the same time to set a reset period or a readout period at the same time. Provided with column switches, which will be described later, individually provided corresponding to the light-receiving sections of each layer (that is, each color component of blue, green, and red) The drain driver 130, along with the full precharge period a precharge voltage is applied to the columns of each layer is set at the same time, the drain voltage from all columns of each layer in the read period are read out at the same time a separate column switch.

なお、ドレインドライバ130は、例えば、単一のプリチャージスイッチ(プリチャージ手段)132と、各層ごとに個別に設けられたコラムスイッチ(読み出し手段)131及びアンプ133と、からなる構成を適用することができ、上記プリチャージ期間においては、コントローラ150から供給されるドレイン制御信号(プリチャージ信号)に基づいて、プリチャージスイッチ132により、各層の各列のドレインラインLdに所定のプリチャージパルス(プリチャージ電圧Vpg)を一斉に印加し、上記読み出し期間においては、各列のドレインラインLdの電圧(ドレイン電圧VD)を、各層ごとに設けられたコラムスイッチ131により一括して読み出し、アンプ133を介して所定の信号レベルを有する各色成分ごとの読取データ信号(シリアル信号)としてコントローラ150に出力する。   For example, the drain driver 130 has a configuration including a single precharge switch (precharge unit) 132 and a column switch (readout unit) 131 and an amplifier 133 provided separately for each layer. In the precharge period, based on a drain control signal (precharge signal) supplied from the controller 150, a precharge switch 132 applies a predetermined precharge pulse (precharge pulse) to the drain line Ld of each column of each layer. The charge voltage Vpg) is applied all at once, and in the reading period, the voltage (drain voltage VD) of the drain line Ld of each column is read in a batch by the column switch 131 provided for each layer, and is passed through the amplifier 133. Read data for each color component having a predetermined signal level. And outputs to the controller 150 as a signal (serial signal).

したがって、本実施形態に係る画像読取装置によれば、フォトセンサアレイに2次元配列されたフォトセンサとして、ダブルゲート型フォトセンサを相互に平面的に重なるように3層積層した素子構造を有し、かつ、各層のダブルゲート型フォトセンサの半導体層を構成するアモルファスシリコン膜の膜厚、もしくは、該半導体層に至までのアモルファスシリコン膜の膜厚総計を、青、緑、赤の各色成分に対応した光吸収特性を有するように設定することによって、カラーフィルタを適用した場合と同等の分光感度特性を実現することができるので、フォトセンサアレイを各行ごとに読取駆動制御ことにより、被写体からの反射光に含まれる青色成分、緑色成分、赤色成分を一括して同時に検出することができ、被写体画像を高精細なカラー画像として迅速に読み取ることができる。
また、上記フォトセンサとしてダブルゲート型フォトセンサを適用することにより、素子構造を小型、薄型化することができるので、システムの小型化や読取画像の高精細化を比較的容易に実現することができる。
Therefore, the image reading apparatus according to the present embodiment has an element structure in which three layers of double-gate photosensors are stacked so as to overlap each other as photosensors arranged two-dimensionally in the photosensor array. In addition, the thickness of the amorphous silicon film constituting the semiconductor layer of the double-gate photosensor of each layer, or the total thickness of the amorphous silicon film up to the semiconductor layer is converted into each color component of blue, green, and red. By setting so as to have a corresponding light absorption characteristic, it is possible to achieve a spectral sensitivity characteristic equivalent to that when a color filter is applied. The blue, green, and red components contained in the reflected light can be detected simultaneously at the same time, and the subject image is in high-definition color. It can be read quickly as an image.
In addition, by applying a double gate type photosensor as the photosensor, the element structure can be reduced in size and thickness. Therefore, it is possible to relatively easily realize downsizing of the system and high definition of the read image. it can.

本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型フォトセンサの素子構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the element structure of the double gate type photosensor applicable to the image reading apparatus which concerns on this invention. ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the photosensor system to which a double gate type photosensor is applied. ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the drive control method of the photo sensor system to which a double gate type photo sensor is applied. 本発明に係るフォトセンサの素子構造の第1の実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows 1st Embodiment of the element structure of the photosensor which concerns on this invention. 本実施形態に係るフォトセンサにおける各受光部の光の吸収状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the light absorption state of each light-receiving part in the photosensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るフォトセンサに適用されるアモルファスシリコン膜の膜厚と吸収波長の関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the film thickness of the amorphous silicon film applied to the photosensor which concerns on this embodiment, and an absorption wavelength. アモルファスシリコン膜における光の波長と光吸収係数との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the wavelength of the light in an amorphous silicon film, and a light absorption coefficient. 本発明に係るフォトセンサの素子構造の第2の実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the element structure of the photosensor which concerns on this invention. 本発明に係るフォトセンサの素子構造の第3の実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the element structure of the photosensor which concerns on this invention. 本発明に係る画像読取装置の全体構成の一実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an embodiment of an overall configuration of an image reading apparatus according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

PSA〜PSF ダブルゲート型フォトセンサ
SUB 絶縁性基板
DTC 検知面
11a〜11f 半導体層
TGa〜TGd トップゲート電極
BGa〜BGf ボトムゲート電極
100 フォトセンサアレイ
110 トップゲートドライバ
120 ボトムゲートドライバ
130 ドレインドライバ
PSA to PSF Double gate type photosensor SUB Insulating substrate DTC detection surface 11a to 11f Semiconductor layer TGa to TGd Top gate electrode BGa to BGf Bottom gate electrode 100 Photosensor array 110 Top gate driver 120 Bottom gate driver 130 Drain driver

Claims (20)

透明な絶縁性基板上に設けられた受光手段により、被写体のカラー画像に応じた複数の色成分の光を検出して、電気信号に変換して出力するフォトセンサにおいて、
前記受光手段は、前記複数の色成分の光の各々に対応した受光感度を有する複数の受光部を備え、
前記複数の受光部は、薄膜トランジスタ構造を有するとともに、前記絶縁性基板上に、平面的な広がりが相互に重なるように積層して形成されていることを特徴とするフォトセンサ。
In a photosensor that detects light of a plurality of color components corresponding to a color image of a subject by a light receiving means provided on a transparent insulating substrate, converts the light into an electrical signal, and outputs the electrical signal.
The light receiving means includes a plurality of light receiving portions having light reception sensitivity corresponding to each of the light of the plurality of color components,
The plurality of light receiving portions have a thin film transistor structure, and are formed on the insulating substrate so as to be stacked so that planar extensions overlap each other.
前記複数の受光部は、前記薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する半導体層の膜厚により、前記各色成分の光に対する受光感度が設定されていることを特徴とする請求項1記載のフォトセンサ。 2. The photosensor according to claim 1, wherein the plurality of light receiving portions have light receiving sensitivities with respect to light of the respective color components set by a film thickness of a semiconductor layer constituting a channel region of the thin film transistor. 前記薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する半導体層は、アモルファスシリコン膜により形成されていることを特徴とする請求項2記載のフォトセンサ。 3. The photosensor according to claim 2, wherein the semiconductor layer constituting the channel region of the thin film transistor is formed of an amorphous silicon film. 前記複数の受光部は、少なくとも、前記各色成分の光における第1の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第1の受光部と、第2の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第2の受光部と、第3の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第3の受光部と、が積層された構成を有することを特徴とする請求項1記載のフォトセンサ。 The plurality of light receiving units include at least a first light receiving unit set to have a high light receiving sensitivity with respect to light of a color component having a first wavelength band in the light of each color component, and a color component having a second wavelength band. The second light receiving unit set with a high light receiving sensitivity to light and the third light receiving unit set with a high light receiving sensitivity with respect to light of a color component having the third wavelength band are stacked. The photosensor according to claim 1. 前記第1及び第2の受光部は、各々、前記半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる上部ゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し、
前記第3の受光部は、前記半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された透過性を有する電極材料からなる上部ゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された遮光性を有する電極材料からなる下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有していることを特徴とする請求項4記載のフォトセンサ。
The first and second light receiving portions each have a drain electrode and a source electrode formed with the semiconductor layer interposed therebetween, and a transparency formed through a transparent insulating film above the semiconductor layer. A double gate type thin film transistor structure comprising: an upper gate electrode made of an electrode material having an upper gate electrode; and a lower gate electrode made of a transparent electrode material formed through a transparent insulating film below the channel region. Have
The third light receiving portion is made of a drain electrode and a source electrode formed with the semiconductor layer interposed therebetween, and a transmissive electrode material formed through a transmissive insulating film above the semiconductor layer. It has a double gate type thin film transistor structure having an upper gate electrode and a lower gate electrode made of a light-shielding electrode material formed through a transparent insulating film below the channel region. The photosensor according to claim 4.
前記第1乃至第3の受光部を構成する前記ドレイン電極及び前記ソース電極は、各々、アモルファスシリコン膜からなり、前記半導体層と一体的に形成されていることを特徴とする請求項5記載のフォトセンサ。 6. The drain electrode and the source electrode constituting the first to third light receiving portions are each made of an amorphous silicon film and formed integrally with the semiconductor layer. Photo sensor. 前記第1の波長帯域の中心波長は、450nmであり、前記第2の波長帯域の中心波長は、550nmであり、前記第3の波長帯域の中心波長は、600nmであることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のフォトセンサ。 The center wavelength of the first wavelength band is 450 nm, the center wavelength of the second wavelength band is 550 nm, and the center wavelength of the third wavelength band is 600 nm. Item 7. The photosensor according to any one of Items 4 to 6. 前記フォトセンサは、前記第1の受光部を構成する前記半導体層の膜厚が50nmに設定され、前記第2の受光部のチャネル領域を構成する前記半導体層の膜厚が150nmに設定され、前記第3の受光部のチャネル領域を構成する前記半導体層の膜厚が300nmに設定され、前記光が、前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層を順次透過することを特徴とする請求項7記載のフォトセンサ。 In the photosensor, the film thickness of the semiconductor layer constituting the first light receiving part is set to 50 nm, the film thickness of the semiconductor layer constituting the channel region of the second light receiving part is set to 150 nm, The film thickness of the semiconductor layer constituting the channel region of the third light receiving portion is set to 300 nm, and the light sequentially passes through the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions. The photosensor according to claim 7. 前記フォトセンサは、少なくとも、前記第1及び第2の受光部間、並びに、前記第2及び第3の受光部間に、アモルファスシリコン膜からなる調整層を備えていることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載のフォトセンサ。 The photosensor includes an adjustment layer made of an amorphous silicon film at least between the first and second light receiving portions and between the second and third light receiving portions. The photosensor according to any one of 4 to 7. 前記フォトセンサは、前記被写体からの前記光が透過する前記アモルファスシリコン膜の膜厚総計が、前記第1の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層を含めて50nmとなるように設定され、前記第2の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層、前記調整層及び前記第2の受光部を構成する前記半導体層を含めて200nmとなるように設定され、前記第3の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層、前記調整層、前記第2の受光部を構成する前記半導体層及び前記第3の受光部を構成する前記半導体層を含めて500nmとなるように設定されていることを特徴とする請求項9記載のフォトセンサ。 In the photosensor, the total thickness of the amorphous silicon film through which the light from the subject is transmitted is 50 nm including the semiconductor layer constituting the first light receiving unit in the first light receiving unit. And the second light receiving portion is set to 200 nm including the semiconductor layer constituting the first light receiving portion, the adjustment layer, and the semiconductor layer constituting the second light receiving portion. In the third light receiving portion, the semiconductor layer constituting the first light receiving portion, the adjustment layer, the semiconductor layer constituting the second light receiving portion, and the semiconductor layer constituting the third light receiving portion The photosensor according to claim 9, wherein the photosensor is set to 500 nm including 前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層の膜厚は、各々同一に設定されていることを特徴とする請求項9又は10記載のフォトセンサ。 11. The photosensor according to claim 9, wherein film thicknesses of the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions are set to be the same. 複数のフォトセンサが配列されたフォトセンサアレイを備え、所望の被写体に光を照射して反射した光のうち、前記被写体のカラー画像に応じた複数の色成分の光を前記フォトセンサにより検出して、前記カラー画像に応じた電気信号として読み取る画像読取装置において、
前記フォトセンサは、各々、前記複数の色成分の光の各々に対応した受光感度を有する複数の受光部を備え、
前記複数の受光部が、薄膜トランジスタ構造を有するとともに、前記絶縁性基板上に、平面的な広がりが相互に重なるように積層して形成されていることを特徴とする画像読取装置。
A photosensor array in which a plurality of photosensors are arranged, and light of a plurality of color components corresponding to a color image of the subject is detected by the photosensor among light reflected from a desired subject. In the image reading device that reads as an electrical signal corresponding to the color image,
Each of the photosensors includes a plurality of light receiving units each having a light receiving sensitivity corresponding to each of the light of the plurality of color components,
The image reading apparatus, wherein the plurality of light receiving portions have a thin film transistor structure and are stacked on the insulating substrate so that planar spreads overlap each other.
前記複数の受光部は、前記薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する半導体層がアモルファスシリコン膜により形成され、前記アモルファスシリコン膜の膜厚により、前記各色成分の光に対する受光感度が設定されていることを特徴とする請求項12記載の画像読取装置。 In the plurality of light receiving portions, a semiconductor layer constituting a channel region of the thin film transistor is formed of an amorphous silicon film, and the light receiving sensitivity to the light of each color component is set by the film thickness of the amorphous silicon film. The image reading apparatus according to claim 12. 前記画像読取装置は、少なくとも、
前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部を、一斉にリセット状態に設定する制御信号を出力する上部ゲート駆動手段と、
前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部を、一斉に読み出し状態に設定する制御信号を出力する下部ゲート駆動手段と、
前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部を、一斉にプリチャージ状態に設定する制御信号を出力するプリチャージ手段と、
前記フォトセンサアレイに配列された前記複数のフォトセンサの前記複数の受光部から、前記被写体のカラー画像に応じた前記各色成分の光を検出して生成された前記電気信号を、前記各色成分ごとに個別に読み出す読み出し手段と、
を備えたことを特徴とする請求項12記載の画像読取装置。
The image reader is at least
Upper gate driving means for outputting a control signal for simultaneously setting the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array to a reset state;
Lower gate driving means for outputting a control signal for simultaneously setting the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array to a read state;
Precharge means for outputting a control signal for simultaneously setting the plurality of light receiving portions of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array to a precharge state;
The electrical signals generated by detecting the light of each color component corresponding to the color image of the subject from the plurality of light receiving units of the plurality of photosensors arranged in the photosensor array, for each color component Reading means for individually reading,
The image reading apparatus according to claim 12, further comprising:
前記複数の受光部は、少なくとも、前記各色成分の光における第1の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第1の受光部と、第2の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第2の受光部と、第3の波長帯域を有する色成分の光に対する受光感度が高く設定された第3の受光部と、が積層された構成を有することを特徴とする請求項12記載の画像読取装置。 The plurality of light receiving units include at least a first light receiving unit set to have a high light receiving sensitivity with respect to light of a color component having a first wavelength band in the light of each color component, and a color component having a second wavelength band. The second light receiving unit set with a high light receiving sensitivity to light and the third light receiving unit set with a high light receiving sensitivity with respect to light of a color component having the third wavelength band are stacked. The image reading apparatus according to claim 12. 前記第1乃至第3の受光部は、各々、少なくとも、前記半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された上部ゲート電極と、前記チャネル領域の下方に透過性を有する絶縁膜を介して形成された下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有していることを特徴とする請求項15記載の画像読取装置。 Each of the first to third light receiving portions includes at least a drain electrode and a source electrode formed with the semiconductor layer interposed therebetween, and an upper portion formed above the semiconductor layer via a transparent insulating film. 16. The semiconductor device according to claim 15, further comprising a double gate type thin film transistor structure having a gate electrode and a lower gate electrode formed through a transparent insulating film below the channel region. Image reading device. 前記第1の波長帯域の中心波長は、450nmであり、前記第2の波長帯域の中心波長は、550nmであり、前記第3の波長帯域の中心波長は、600nmであることを特徴とする請求項15又は16記載の画像読取装置。 The center wavelength of the first wavelength band is 450 nm, the center wavelength of the second wavelength band is 550 nm, and the center wavelength of the third wavelength band is 600 nm. Item 15. The image reading device according to Item 15 or 16. 前記フォトセンサは、前記被写体に反射した前記光が透過する前記アモルファスシリコン膜の膜厚総計が、前記第1の受光部において前記第1の受光部を構成する前記半導体層を含めて50nmとなるように設定され、前記第2の受光部において前記第1及び前記第2の受光部を構成する前記半導体層を含めて200nmとなるように設定され、前記第3の受光部において前記第1乃至前記第3の受光部を構成する前記半導体層を含めて500nmとなるように設定されていることを特徴とする請求項15乃至17のいずれかに記載の画像読取装置。 In the photosensor, the total thickness of the amorphous silicon film through which the light reflected by the subject is transmitted is 50 nm including the semiconductor layer constituting the first light receiving portion in the first light receiving portion. In the second light receiving part, the first light receiving part is set to 200 nm including the semiconductor layers constituting the first and second light receiving parts, and in the third light receiving part, the first to 18. The image reading apparatus according to claim 15, wherein the image reading apparatus is set to 500 nm including the semiconductor layer constituting the third light receiving unit. 前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層の膜厚は、各々異なるように設定されていることを特徴とする請求項18記載の画像読取装置。 19. The image reading apparatus according to claim 18, wherein the thicknesses of the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions are set to be different from each other. 前記第1乃至第3の受光部を構成する前記半導体層の膜厚は、各々同一に設定されていることを特徴とする請求項18記載の画像読取装置。 19. The image reading apparatus according to claim 18, wherein the thicknesses of the semiconductor layers constituting the first to third light receiving portions are set to be the same.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008218476A (en) * 2007-02-28 2008-09-18 Casio Comput Co Ltd Photoelectric conversion device
CN105470205A (en) * 2015-12-24 2016-04-06 上海天马有机发光显示技术有限公司 Manufacturing method for multilayer low-temperature poly-silicon thin film transistor (LTPS-TFT)
KR101905717B1 (en) * 2017-03-02 2018-11-21 포항공과대학교 산학협력단 Logic circuitry using three dimensionally stacked dual-gate thin-film transistors
KR20190083582A (en) * 2018-01-04 2019-07-12 포항공과대학교 산학협력단 Dual-gate thin film transistor and logic gate comprising the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5710983A (en) * 1980-06-23 1982-01-20 Canon Inc Photo sensor
JPS61204967A (en) * 1985-03-08 1986-09-11 Fuji Photo Film Co Ltd Solid color image sensor device
JP2001332716A (en) * 2000-05-24 2001-11-30 Casio Comput Co Ltd Photosensor array and its manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5710983A (en) * 1980-06-23 1982-01-20 Canon Inc Photo sensor
JPS61204967A (en) * 1985-03-08 1986-09-11 Fuji Photo Film Co Ltd Solid color image sensor device
JP2001332716A (en) * 2000-05-24 2001-11-30 Casio Comput Co Ltd Photosensor array and its manufacturing method

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008218476A (en) * 2007-02-28 2008-09-18 Casio Comput Co Ltd Photoelectric conversion device
CN105470205A (en) * 2015-12-24 2016-04-06 上海天马有机发光显示技术有限公司 Manufacturing method for multilayer low-temperature poly-silicon thin film transistor (LTPS-TFT)
KR101905717B1 (en) * 2017-03-02 2018-11-21 포항공과대학교 산학협력단 Logic circuitry using three dimensionally stacked dual-gate thin-film transistors
US10403759B2 (en) 2017-03-02 2019-09-03 Postech Academy-Industry Foundation Logic circuitry using three dimensionally stacked dual-gate thin-film transistors
KR20190083582A (en) * 2018-01-04 2019-07-12 포항공과대학교 산학협력단 Dual-gate thin film transistor and logic gate comprising the same
KR102108098B1 (en) * 2018-01-04 2020-05-07 포항공과대학교 산학협력단 Dual-gate thin film transistor and logic gate comprising the same

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