JP4253826B2

JP4253826B2 - 画像読取装置

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Publication number: JP4253826B2
Application number: JP25279699A
Authority: JP
Inventors: 建史神谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 1999-09-07
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2019-09-07
Also published as: JP2001077342A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像読取装置に関し、特に、いわゆる、ダブルゲート構造を有するフォトセンサを指紋照合等の個人情報の識別手段として適用した画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋読取装置は、特開平２−１１８７９０号公報、特開平４−３５２５４７号公報、特開平７−２３４８３７号公報等に記載されているように、ＩＣカードや携帯電話、パーソナルコンピュータ等の個人所有物、あるいは、個人使用物におけるセキュリティ確保のために、使用者を認証する手段（個人情報の識別手段）として適用されている。そして、これらの技術は、いずれも携帯電話やパーソナルコンピュータ等の本来の構成に、指紋読取装置を付設する形態を有している。
【０００３】
一方、近年、２次元画像読取装置として、特開平１１−５３５２４号公報等に示されるように、いわゆるダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタ（以下、ダブルゲート型トランジスタという）によるフォトセンサを適用することが考えられている。
このようなフォトセンサを用いた２次元画像読取装置は、ガラス基板上にダブルゲート型トランジスタをマトリクス状に形成してフォトセンサアレイを構成し、例えば、ガラス基板の背面側から照射光を入射して、フォトセンサアレイの上方に載置された２次元画像の画像パターンに応じた反射光を、ダブルゲート型トランジスタにより明暗情報として検出し、２次元画像を読み取るものである。なお、ダブルゲート型トランジスタ、及び、フォトセンサアレイの構成及び動作については、後述する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、指紋読取装置は、個人の識別が必要な機器や個人専用で使用される機器に付設する形態で適用されるものであるが、それらの機器本来の構成として、あるいは、指紋照合の識別結果等の報知手段として、表示装置を備え持つように構成されている。
そして、これらの指紋読取装置及び表示装置は、一般に、別個の生産設備による別個の製造プロセスを経て、別個のモジュール部品として製造され、これらのモジュール部品を同一の筐体に搭載（アセンブリ）することにより、完成品を製造していた。
そのため、機器の大型化を招くうえ、各モジュール部品の製造コストの低減にも自ずと限界があり、近年の小型軽量化、安価かつ高性能という市場ニーズへの対応が困難であるという問題を有していた。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決し、表示装置を併せ持つ画像読取装置を小型軽量化するとともに、安価に製造することができる画像読取装置を製造することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明に係る画像読取装置は、単一の絶縁性基板における読取対象物が載置される読取領域に、第１の半導体層を挟んで対向して設けられた第１のソース電極及びドレイン電極と、前記第１の半導体層の下方側に、第1の絶縁膜を介して設けられたボトムゲート電極と、前記第1の半導体層の上方側に、第２の絶縁膜を介して設けられたトップゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有するフォトセンサが形成されたフォトセンサアレイと、前記絶縁性基板上に、第２の半導体層を挟んで対向して設けられた第２のソース電極及びドレイン電極と、前記第２の半導体層の下方側に前記第１の絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記第２の半導体層の上方側に、前記第２の絶縁膜を介して、前記第２のソース電極に電気的に接続された画素電極と、を備えた薄膜トランジスタが形成されたトランジスタアレイと、前記絶縁性基板の下方の、前記絶縁性基板における前記トランジスタアレイが形成されている領域に設けられた偏光板と、ガラス基板、カラーフィルタ及び直線偏光板を有するフィルタ基板と、前記トランジスタアレイと前記フィルタ基板との間に封止された液晶と、前記絶縁性基板の下方側に前記フォトセンサアレイ及び前記薄膜トランジスタの双方に、照射光を照射する面光源と、を備え、前記フォトセンサアレイ上に読取対象物が載置される読取面と前記フォトセンサアレイとの間には前記液晶及び前記フィルタ基板が形成されていないことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１記載の画像読取装置において、前記第１の半導体層並びに前記第２の半導体層、前記第１のソース電極及びドレイン電極並びに前記第２のソース電極及びドレイン電極、前記ボトムゲート電極並びに前記ゲート電極、前記トップゲート電極並びに前記画素電極は、各々同一の製造工程により形成される、同一の膜質を有することを特徴とする。
請求項３記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１又は２記載の画像読取装置において、前記薄膜トランジスタは、液晶表示装置のスイッチング素子であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置において、前記単一の絶縁性基板の下方側に、前記読取領域への、該読取対象物の接触押圧状態に応じて、電気的に導通するスイッチ部が設けられ、前記スイッチ部により、少なくとも前記センサアレイを駆動する電源が投入されることを特徴とする。
【０００９】
請求項５記載の発明に係る画像読取装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置において、前記センサアレイに対する読取対象物が載置される読取領域の上方に、前記センサアレイへの外光の進入を遮断する可動式の遮蔽板が設けられ、前記読取領域への前記読取対象物の接触時にのみ、前記遮蔽板を可動して前記読取領域を露出するようにしたことを特徴とする。
請求項６記載の発明に係る画像読取装置は、請求項５記載の画像読取装置において、前記遮蔽板の可動状態に応じて、電気的に導通するスイッチ部が設けられ、前記スイッチ部により、少なくとも前記センサアレイを駆動する電源が投入されることを特徴とする。
請求項７記載の発明に係る画像読取装置は、請求項５又は６記載の画像読取装置において、前記遮蔽板は、導電性部材により構成され、前記読取領域への前記読取対象物の接触に際し、前記読取対象物に帯電した静電気を前記遮蔽板を介して放電することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る画像読取装置の実施の形態について詳しく説明する。
まず、本発明に適用されるダブルゲート型トランジスタについて、図面を参照して説明する。
図１は、ダブルゲート型トランジスタの構造を示す断面図である。
図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆは、ガラス基板等の透明な絶縁性基板（以下、ガラス基板という）１９上に形成されたボトムゲート電極２２と、ボトムゲート電極２２を覆うボトムゲート絶縁膜１６と、ボトムゲート絶縁膜１６上に形成された、可視光が入射されると電子−正孔対を発生するアモルファスシリコン等の半導体層１１と、半導体層１１の中央上方（図面上方）に形成されたブロック絶縁膜１４と、半導体層１１の各端上からそれぞれブロック絶縁膜１４の各端上に跨って設けられたｎ^＋シリコン層１７、１８と、ｎ^＋シリコン層１７、１８上に形成されたソース電極１２及びドレイン電極１３と、ソース電極１２及びドレイン電極１３を覆う等に形成されたトップゲート絶縁膜１５と、トップゲート絶縁膜１５を介して形成されたトップゲート電極２１と、を有して構成されている。
【００１７】
なお、図１（ａ）において、トップゲート電極２１はＩＴＯからなり、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は窒化シリコンからなり、ともに光透過性の高い（透明な）材質により構成され、一方、ボトムゲート電極２２は、Ｃｒ等の遮光性を有する材質により構成されることにより、図面上方から入射する照射光のみを検知する構造を有している。また、ソース電極１２及びドレイン電極１３と、半導体層１１は、たとえばｎ^＋シリコン層１７及び１８を介してオーミック接続されている。
【００１８】
すなわち、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆは、半導体層１１を共通のチャネル領域として、半導体層１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３、トップゲート絶縁膜１５及びトップゲート電極２１により形成される上部ＭＯＳトランジスタと、半導体層１１、ソース電極１２、ドレイン電極１３、ボトムゲート絶縁膜１６及びボトムゲート電極２２により形成される下部ＭＯＳトランジスタとからなる２つのＭＯＳトランジスタを組み合わせた構造が、ガラス基板等の透明な絶縁性基板（以下、ガラス基板という）１９上に形成されている。
そして、このようなダブルゲート型トランジスタ１０Ｆ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はトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子である。
【００１９】
次に、上述したダブルゲート型トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図２は、ダブルゲート型トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
図２に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型トランジスタ１０Ｆをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００Ｆと、各ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆのトップゲート端子ＴＧ及びボトムゲート端子ＢＧを各々行方向に接続したトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２に各々接続されたトップゲートドライバ１１１及びボトムゲートドライバ１１２と、各ダブルゲート型トランジスタのドレイン端子Ｄを列方向に接続したデータライン１０３と、データライン１０３に接続されたコラムスイッチ１１３と、を有して構成される。ここで、φｔｇ及びφｂｇは、それぞれ後述するリセットパルスφＴn、及び、読み出しパルスφＢnを生成するための基準電圧、φpgは、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。
【００２０】
このような構成において、トップゲートドライバ１１１からトップゲート端子ＴＧに電圧を印加することによりフォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１１２からボトムゲート端子ＢＧに電圧を印加し、データライン１０３を介して検出信号をコラムスイッチ１１３に取り込んでシリアルデータとして出力（Ｖout）することにより選択読み出し機能が実現される。
【００２１】
次に、上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図３は、フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
図３に示すように、まず、リセット動作においては、ｎ番目の行のトップゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；例えばＶtg＝＋１５ＶのＨレベル）φＴnを印加して、各ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層に蓄積されている電荷（正孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。
次いで、光（キャリヤ）蓄積動作においては、トップゲートライン１０１にＬレベル（例えばＶtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴnを印加することにより、リセット動作を終了し、光蓄積動作によるキャリヤ蓄積期間Ｔaがスタートする。キャリヤ蓄積期間Ｔaにおいては、トップゲート電極側から入射した光量に応じてチャネル領域に電荷（正孔）が蓄積される。
【００２２】
そして、プリチャージ動作においては、キャリヤ蓄積期間Ｔaに並行して、データライン１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１３に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
次いで、読み出し動作においては、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートライン１０２にＨレベル（例えばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢnを印加することにより、ダブルゲート型トランジスタ１０ＦをＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積された電荷（正孔）が、ボトムゲートＢＧの正電圧Ｖbgを妨げるトップゲートＴＧの負電圧Ｖtgよる半導体層１１への電界を緩和させる方向に働くため、電荷（正孔）の蓄積量に応じてｎチャネルが形成されてドレイン電流が流れる。このためデータライン１０３の電圧ＶＤが、プリチャージ電圧Ｖpgから電荷（正孔）の蓄積量に応じて低下する傾向を示す。
【００２３】
すなわち、キャリヤ蓄積期間Ｔaにおける光蓄積状態が暗状態で、チャネル領域に正孔が蓄積（捕獲）されていない場合には、トップゲートＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲートＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型トランジスタ１０ＦはＯＦＦ状態となり、ドレイン電圧、すなわち、データライン１０３の電圧ＶＤが、略そのまま保持されることになる。
一方、光蓄積状態が明状態の場合には、チャネル領域に入射光量に応じた正孔が捕獲されているため、トップゲートＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲートＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型トランジスタ１０ＦはＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、データライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００２４】
したがって、データライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲートＴＧへのリセットパルスφＴnの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲートＢＧに読み出しパルスφＢnが印加されるまでの時間（キャリヤ蓄積期間Ｔa）に、受光した光量に深く関連し、蓄積された電荷が少ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積された電荷が多い場合には急峻に低下する傾向を示す。
そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のデータライン１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、照射光の光量が換算される。
上述した一連の駆動制御を１サイクルとして、ｎ＋１番目の行のダブルゲート型トランジスタ１０Ｆにも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆを２次元のセンサシステムとして動作させることができる。
【００２５】
図４は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置の要部断面図である。
２次元画像読取装置においては、図４に示すように、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆのガラス基板１９下方側に設けられた面光源３０から照射光Ｒ１を入射させ、この照射光Ｒ１がダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの形成領域を除く、透明な絶縁性基板１９と絶縁膜１５、１６、２０を透過して、保護絶縁膜２０上の被写体（指）４０に照射される。
そして、被写体４０の画像パターン（あるいは、凹凸パターン）によって決まる反射率に応じた反射光Ｒ２が、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過して半導体層１１に入射することにより、被写体４０の画像パターンに対応したキャリヤが蓄積され、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、被写体４０の画像パターンを明暗情報として読み取ることができる。
【００２６】
次に、本発明に係る２次元画像読取装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
図５は、本発明に係る２次元画像読取装置の第１の実施形態を示す要部断面図である。ここで、上述したダブルゲート型トランジスタと同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
図５に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、フォトセンサアレイ１００Ｆを構成するダブルゲート型トランジスタ（群）１０Ｆと、液晶表示装置のスイッチング素子に適用されるトランジスタアレイ（以下、ＴＦＴアレイという）１００Ｌを構成する薄膜トランジスタ（群）１０Ｌが、単一のガラス基板（本発明における単一のガラス基板を構成する）１９上に設けられた構成を有している。なお、図５では、説明の簡略化のため、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆ及び薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記する）１０Ｌを各１個のみ図示し、また、装置外部に引き出す配線や電極構造については図示を省略した。
【００２７】
ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆは、半導体層１１ａ及びブロック層（絶縁膜）１４ａを挟み、対向して形成されたソース電極１２ａ及びドレイン電極１３ａと、半導体層１１ａとソース電極１２ａ及びドレイン電極１３ａ各々とのオーミック接続を実現するためのｎ⁺シリコン層１７ａ、１８ａと、半導体層１１ａの上方に絶縁膜（トップゲート絶縁膜としての機能を有する）１５を介して設けられたトップゲート電極２１ａと、半導体層１１ａの下方に絶縁膜（ボトムゲート絶縁膜としての機能を有する）１６を介して設けられたボトムゲート電極２２ａと、トップゲート電極２１ａの上方に設けられた絶縁膜（保護絶縁膜としての機能を有する）２０ａと、を有して構成されている。
【００２８】
ここで、ボトムゲート電極２２ａ、ソース−ドレイン電極１２ａ、１３ａは、Ｃｒ等の遮光性を有する金属薄膜により形成され、絶縁膜１４ａ、１５、１６、２０ａは、各々窒化シリコンや酸化シリコン等の光透過性を有する透明な絶縁膜により形成されている。また、トップゲート電極２１ａは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）等の透明な導電性材料により形成されている。そして、このようなダブルゲート型トランジスタ１０Ｆを、ガラス基板１９上にマトリクス状に配置形成することにより、フォトセンサアレイ１００Ｆが構成されている。
【００２９】
一方、ＴＦＴ１０Ｌは、チャネル領域を形成する半導体層１１ｂ及びブロック層（絶縁膜）１４ｂを挟み、対向して形成されたソース電極１２ｂ及びドレイン電極１３ｂと、半導体層１１ｂとソース電極１２ｂ及びドレイン電極１３ｂとのオーミック接続を実現するためのｎ⁺シリコン層１７ｂ、１８ｂと、半導体層１１ｂの上方に絶縁膜１５を介し、かつ、ソース電極１２ｂに接続されて設けられた画素電極２１ｂと、半導体層１１ｂの下方に絶縁膜（ゲート絶縁膜としての機能を有する）１６を介して設けられたゲート電極２２ｂと、画素電極２１ｂの上方に設けられ、画素電極２１ｂを所定の露出パターンで被覆する絶縁膜２０ａと、少なくとも露出した画素電極２１ｂ上に設けられた配向膜２０ｂと、を有して構成されている。
【００３０】
ここで、ゲート電極２２ｂ、ソース−ドレイン電極１２ｂ、１３ｂは、金属薄膜により形成され、また、絶縁膜１４ｂ、１５、１６、２０ａは、上述したように、窒化シリコンや酸化シリコン等により形成され、配向膜２０ｂは、ポリイミド等の樹脂材料により形成され、さらに、画素電極２１ｂは、ＩＴＯ等の透明な導電性材料により形成されている。
そして、上述したＴＦＴ１０Ｌを、ガラス基板１９上にマトリクス状に配置形成することにより、ＴＦＴアレイ１００Ｌが構成されている。
【００３１】
次に、上述したような構成を有する２次元画像読取装置の製造方法について、図面を参照して説明する。
図６は、本実施形態に係る２次元画像読取装置の製造方法を示すプロセス断面図である。
まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板１９上にＡｌ（アルミニウム）合金やＴａ（タンタル）等の、遮光性を有する金属膜をスパッタリングまたは蒸着により形成し、所定の電極形状にパターニングして、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆのボトムゲート電極２２ａ、及び、ＴＦＴ１０Ｌのゲート電極２２ｂを同一工程で同時に形成する。
【００３２】
次いで、図６（ｂ）に示すように、ボトムゲート電極２２ａ及びゲート電極２２ｂ上に、該Ａｌ合金やＴａ等の金属酸化膜、あるいは、ＣＶＤシリコン窒化膜等の単層、あるいは、複数層から構成される絶縁膜１６を形成する。この絶縁膜１６は、ダブルゲート型トランジスタのボトムゲート絶縁膜、及び、ＴＦＴのゲート絶縁膜として機能するものであり、後述する半導体層１１ａ、１１ｂとの界面状態により、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆ及びＴＦＴ１０Ｌの特性に影響を及ぼすため、膜質の向上が不可欠である。そのため、絶縁膜の欠陥を低減する目的で、異種の絶縁膜を積層したり、洗浄工程を追加することが行われる。また、後述する半導体層１１ａ、１１ｂの形成工程と連続的に行われる。
【００３３】
次いで、図６（ｃ）に示すように、ボトムゲート電極２２ａ及びゲート電極２２ｂの形成位置に対応する絶縁膜１６上にＣＶＤ法により、アモルファスシリコンやポリシリコン等の半導体層１１ａ、１１ｂを蒸着形成する。ここで、半導体層１１ａ、１１ｂに適用される材質としては、ＴＦＴにおいてチャネル領域の形成層として用いられる半導体層であればよい。
さらに、半導体層１１ａ、１１ｂを後工程におけるダメージから保護するためのブロック層１４ａ、１４ｂを作成する。上述したように、半導体層１１ａ、１１ｂに接する絶縁膜は、その界面状態により、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆ及びＴＦＴ１０Ｌの特性を左右するため、半導体層１１ａ、１１ｂとブロック層１４ａ、１４ｂは、真空中で連続成膜することにより、汚れがつかないようにすることが望ましい。
【００３４】
次いで、図６（ｄ）に示すように、半導体層１１ａ、１１ｂ及びブロック層１４ａ、１４ｂ上に、ｎ⁺シリコン層１７Ａ、１７Ｂを形成する。これは、ブロック層１４ａ、１４ｂ上にｎ⁺シリコン膜を成膜する方法によってもよいし、半導体層１１ａ、１１ｂにリンなどをドーピングして形成するものであってもよい。このｎ⁺シリコン層１７Ａ、１７Ｂ（後述する１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ）は、後述するソース電極１２ａ、１２ｂ及びドレイン電極１３ａ、１３ｂと、半導体層１１ａ、１１ｂとの電気的接続（オーミック接続）を良好にし、逆電界におけるリーク電流を防止する目的で形成される。
【００３５】
次いで、図６（ｅ）に示すように、ｎ⁺シリコン層１７Ａ、１７Ｂ上に、Ａｌ合金やＴａ等の金属膜をスパッタリングまたは蒸着により形成し、ｎ⁺シリコン層１７Ａ、１７Ｂとともに、所定の電極形状にパターニングして、ダブルゲート型トランジスタのソース電極１２ａ及びドレイン電極１３ａと、ＴＦＴのソース電極１２ｂ及びドレイン電極１３ｂと、ｎ⁺シリコン層１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂを同一工程で形成する。
そして、図６（ｆ）に示すように、全面にＣＶＤシリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の、透明な絶縁膜１５を形成した後、ＩＴＯ等の透明導電膜を蒸着により形成し、所定形状にパターニングして、ダブルゲート型トランジスタのトップゲート電極２１ａ、及び、ＴＦＴの画素電極２１ｂを同一工程で形成する。このとき、画素電極２１ｂは、ソース電極１２ｂ上の絶縁膜１５に形成された開口部１５ｈを介して、ソース電極１２ｂと電気的に接続するように形成する。なお、図示を省略したが、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆにおいても、ソース電極１２ａ及びドレイン電極１３ａに信号を入力するための端子部分の絶縁膜１５に、同様の開口部が形成される。
【００３６】
その後、図５に示したように、ＣＶＤシリコン窒化膜等の透明な絶縁膜２０ａをオーバーコート膜（保護絶縁膜）として形成した後、フォトセンサアレイ１００Ｆにおける電極引き出し部（図示を省略）や、ＴＦＴアレイ１００Ｌにおける画素電極２１ｂを露出するように開口部を形成し、少なくとも露出した画素電極２１ｂ上にポリイミド等の配向膜２０ｂを形成することにより、単一のガラス基板１９上にフォトセンサアレイ１００ＦとＴＦＴアレイ１００Ｌが併設された２次元画像読取装置が完成する。
【００３７】
このような構成及び製造方法を有する２次元画像読取装置によれば、単一のガラス基板１９上にフォトセンサアレイ１００ＦとＴＦＴアレイ１００Ｌを、同一の工程で、同時に形成することができ、フォトセンサアレイ１００Ｆを指紋読取装置に、また、ＴＦＴアレイ１００Ｌを液晶表示装置として適用することができる。特に、上記製造方法は、ガラス基板１９にＴＦＴアレイ１００Ｌを形成する際に施される、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置の製造プロセスをそのまま適用することができる。
したがって、フォトセンサアレイ及びＴＦＴアレイを、同一の生産設備による同一の製造プロセスを経て、単一のモジュール部品として製造することができ、機器の小型軽量化、及び、製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【００３８】
次に、上述した構成及び製造方法を有する２次元画像読取装置を、表示装置を備えた指紋読取装置（あるいは、指紋読取装置を備えた表示装置）に適用した場合の実施例について、図面を参照して説明する。
図７は、表示装置が併設された指紋読取装置の一実施例を示す概略構成図であり、図８は、指紋読取状態を説明する概略図である。なお、図８においては、説明の都合上、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの構成を簡略化して示す。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、指紋読取装置は、単一のガラス基板１９上に、指紋読取部１１０を構成するフォトセンサアレイ１００Ｆと、液晶表示部１４０を構成するＴＦＴアレイ１００Ｌが形成されている。
【００３９】
指紋読取部１１０は、上述したフォトセンサアレイ１００Ｆと、フォトセンサアレイ１００Ｆの直上に設けられ、読取対象物である指が接触する指紋読取面（本発明における読取面を構成する）１２３と、を有し、その周辺には、指紋読取部１１０を駆動するための駆動回路（トップアドレスドライバ、ローアドレスドライバを含む）１２１ａ、１２１ｂが設けられている。
液晶表示部１４０は、上述したＴＦＴアレイ１００Ｌと、周知のアクティブマトリクス方式の液晶表示装置と同様に、ＴＦＴアレイ１００Ｌに対向して設けられたフィルタ基板１３０と、ＴＦＴアレイ１００Ｌ及びフィルタ基板１３０間に封止された液晶１３７と、を有し、その周辺には、液晶表示部１４０を駆動するための、データドライバ、走査ドライバ等の周辺回路１４１ａ〜１４１ｃが設けられている。
【００４０】
フィルタ基板１３０は、図７（ｂ）に示すように、ガラス基板１３１の一面側（ＴＦＴアレイ１００Ｌ側）に、ＲＧＢの各画素に対応したカラーフィルタ１３２と、カラーフィルタ１３２間に形成されたブラックマスク１３３と、カラーフィルタ１３２上の全面に、絶縁膜１３９を介して形成されたＩＴＯからなる共通電極１３４と、共通電極１３４上の全面に形成された配向膜１３５と、を有し、また、ガラス基板１３１の他面側に形成された直線偏光板１３６と、を有して構成されている。
さらに、ガラス基板１９の背面（図面下方）側には照射光を透過的に照射するための光源１５１及び導光板１５２からなるバックライト（本発明における面光源を構成する）１５０が設けられている。ここで、液晶表示部１４０のガラス基板１９の背面には、バックライト１５０との間に偏光板１３８が設けられている。
【００４１】
なお、指紋読取部１１０及び液晶表示部１４０の周辺に設けられる周辺回路１２０ａ、１２０ｂ、１４０ａ〜１４０ｃは、上述した製造方法におけるフォトセンサアレイ１００Ｆ及びＴＦＴアレイ１００Ｌの製造方法と同一の工程を適用して、同一のガラス基板１９上に同時に形成するものであってもよい。
このような指紋読取装置によれば、まず、使用者あるいは所有者の個人情報を認識するために、指紋読取部（フォトセンサアレイ１００Ｆ）１１０が駆動され、図８に示すように、指４０ａが指紋読取面１２３に載置、接触されると、ガラス基板１９の背面側のバックライト１５０から光Ｒ１が入射されて、ガラス基板１９及びフォトセンサアレイ１００Ｆの透明材料部分を透過して指４０ａに照射される。
【００４２】
指４０ａに照射された光Ｒ１は、指紋４０ｂによる凹凸と指紋読取面１２３との接触状態によって決まる反射率に応じた反射光Ｒ２が、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層に入射することにより、各ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆに指紋４０ｂに対応したキャリヤが蓄積され、明暗情報として検出される。ここでは、面光源３０が被検物となる指の直下に配置されるため、指４０ａの凸部で面光源３０からの光が乱反射してダブルゲート型トランジスタ１０Ｆに入射され、指４０ａの凹部では、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層１１ａを励起する光は反射されない。
そして、検出された指紋画像が、あらかじめ登録された使用者あるいは所有者の個人情報と同一であると認証された場合には、セキュリティ機能が解除されて、所定の機能の実行や、アプリケーションソフトウェアの起動等が許可されるとともに、液晶表示部１４０に所定の画像情報が表示される。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
図９は、本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態を示す概略構成図であり、図１０は、本実施形態に適用されるスイッチ部の概略断面図であり、図１１は、本実施形態における機能ブロック図である。ここで、上述した２次元画像読取装置と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
図９に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、上述した実施形態と同様に、単一のガラス基板１９上にフォトセンサアレイ１００Ｆ（指紋読取部１１０）及びＴＦＴアレイ１００Ｌ（液晶表示部１４０）が形成され、さらに、ガラス基板１９の下方に配置されたバックライト１５０と、該バックライト１５０と例えば筐体２００との間に、少なくとも指紋読取部１１０を駆動するための電源を投入／遮断するスイッチ部１６０と、緩衝部材１８０と、を設けたことを特徴としている。
【００４４】
スイッチ部１６０は、具体的には、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、指紋読取部１１０の下方に密着して形成された導光板１５２（バックライト１５０）の下面側に設けられた接点１６１ａと、接点１６１ａに対向して筐体２００側に設けられた接点１６１ｂと、導光板１５２と筐体２００間に介装されたバネ等の弾性部材１６２と、を有して構成されている。緩衝部材１８０は、弾性部材１６２のバネと同等の弾性をもつバネ等からなる。
このような構成における動作について、ブロック図を参照して説明すると、図１１に示すように、読取対象物である指４０ａを指紋読取面１２３に載置、接触する際に印加される押圧力Ｆに対応して、スイッチ部１６０の接点１６１ａ、１６１ｂ相互が電気的に接触すると、フォトセンサアレイ１００Ｆの駆動回路１２１ａ、１２１ｂに電源が投入されて駆動状態となり、図８に示したように、バックライト１５０から指４０ａに対して光Ｒ１が照射されるとともに、その反射光Ｒ２がフォトセンサアレイ１００Ｆにより明暗情報として検出される。このとき、弾性部材１６２は圧縮され、原形に復帰しようとする復帰力が蓄積される。
【００４５】
そして、明暗情報に基づいて指紋画像が生成され、個人認証処理が終了し、指４０ａによる押圧力Ｆが解除されると、スイッチ部１６０の接点１６１ａ、１６１ｂ相互が、弾性部材１６２の復帰力により離間して電気的に非接触となり、駆動回路１２１ａ、１２１ｂへの電源の供給が遮断されてフォトセンサアレイ１００Ｆの駆動が停止される。ここで、フォトセンサアレイ１００Ｆが駆動した後、一連の指紋の読取動作が終了した時点、あるいは、個人情報の認証が終了した時点で、指紋読取面１２３への指４０ａによる押圧力Ｆを解除、あるいは、指４０ａを離間させるタイミングを、音声や表示等の出力により報知する構成を採用することもできる。
【００４６】
したがって、指紋読取面１２３に指４０ａを載置、接触（押圧）するという動作により、指紋読取部１１０の駆動状態をＯＮ／ＯＦＦ制御しているので、指紋読取動作時のみ電源が投入され、消費電力の低減を図ることができる。また、弾性部材１６２の弾性力に抗する押圧力で指４０ａを指紋読取面１２３に接触（押圧）することによって、フォトセンサアレイ１００Ｆが駆動するので、指４０ａの押圧力不足に伴って生じる、バックライト１５０からの照射光の漏れに起因する読取画像（指紋画像）の乱れや、指４０ａの接触面積の減少等に起因する個人認証処理の誤動作を抑制することができる。
【００４７】
図１２は、本実施形態に適用されるスイッチ部１６０の他の構成例を示す概略断面図である。
本構成例におけるスイッチ部１６０は、図１２に示すように、導光板１５２と筐体２００間に、上記弾性部材１６２と、指紋読取面１２３への指による押圧力を緩和、吸収するダンパー１６３と、を有している。
このような構成を有するスイッチ部１６０によれば、指（図示を省略：図１０（ｂ）参照）４０ａが弾性部材１６２の弾性力に抗して所定の押圧力以上で指紋読取面１２３に接触されるとともに、ダンパー１６３の圧縮に要する時間分、押圧を継続することになるので、指紋の読取動作中に指４０ａの押圧力が低減して、指紋画像の乱れ等が発生することを抑制することができる。
【００４８】
なお、本実施形態においては、指紋読取面１２３への指４０ａの押圧力について、具体的な力の強さを提示していないが、この押圧力は、人間が意識的に指紋読取面１２３に触れる程度の圧力であって、例えば１０ｇ／cm²程度であればよいが、この数値は、本発明の構成を何ら限定するものではない。すなわち、指紋読取部１１０の構造や大きさ等に応じて、適宜設定されるものであることはいうまでもない。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図１３は、本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態を示す要部概略構成図であり、図１４は、本実施形態に適用される遮蔽部の概略断面図である。ここで、上述した２次元画像読取装置と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
図１３に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、上述した実施形態と同様に、単一のガラス基板１９上にフォトセンサアレイ１００Ｆ（指紋読取部１１０）及びＴＦＴアレイ１００Ｌ（液晶表示部１４０）が形成され、さらに、指紋読取面１２３の上方に、フォトセンサアレイ１００Ｆへの外光の入射を遮断する遮蔽部１７０を設けたことを特徴としている。
【００５０】
具体的には、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、指紋読取面（厳密には、フォトセンサアレイ１００Ｆ）１２３の上方に、遮光性の高い材質で形成され、かつ、開閉可動式に設けられた遮蔽板１７１と、該遮蔽板１７１の可動状態に対応して電気的に導通するスイッチ部１７２と、を有して構成されている。
ここで、遮蔽板１７１の開閉方式としては、例えば、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、図面の左右方向に直線移動するスライド方式等が考えられ、この場合、指４０ａにより遮蔽板１７１の端部（図中左端）を図面右方向に押圧することによって、遮蔽板１７１を開放して指紋読取面１２３を露出すると同時に、指４０ａを指紋読取面１２３に載置、接触することができる。ここで、遮蔽板１７１は、常時指紋読取面１２３を外光Ｒ１１から遮蔽する位置に復帰するように、上記指４０ａによる押圧方向とは逆方向にスプリング等のバネ部材により支持された構成を有するものであってもよい。
【００５１】
このような構成を有する指紋読取装置において、指紋読取面１２３に指４０ａを載置、接触するために、遮蔽板１７１を押圧して開放し、指紋読取面１２３を露出すると、スイッチ部１７２により指紋読取部１１０の駆動回路（１２１ａ、１２１ｂ）に電源が投入されて駆動状態となり、指紋読取面１２３に載置された指４０ａに対して、図示を省略した光源から光が照射されるとともに、その反射光がフォトセンサアレイ１００Ｆにより明暗情報として検出される。
そして、明暗情報に基づいて指紋画像が生成され、個人認証処理が終了し、指４０ａによる遮光板１７１への押圧力が解除されると、例えば、遮蔽板１７１の他端側に設けられたバネ部材の反発力により指紋読取面１２３を遮蔽する位置（図１４（ａ））に復帰して、スイッチ部１７２により駆動回路（１２１ａ、１２１ｂ）への電源の供給が遮断されてフォトセンサアレイ１００Ｆの駆動が停止される。
【００５２】
したがって、指紋読取動作時にのみ指紋読取面１２３を露出し、指紋読取動作時以外には、指紋読取面１２３を外光Ｒ１１から遮蔽する遮蔽板１７１を設けたので、指紋読取動作時以外に入射する外光Ｒ１１によって生じる、半導体層の劣化を抑制することができるとともに、薄いガラス基板１９上に形成されている指紋読取部１１０への物理的な衝撃を緩和することができる。
また、遮蔽板１７１の開閉操作に連動して、指紋読取部１１０の駆動状態をＯＮ／ＯＦＦ制御しているので、指紋読取動作時のみ電源が投入され、消費電力の低減を図ることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、遮蔽部１７０の構成として、遮蔽板１７１を直線移動（直線的に押し引き動作）するスライド方式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、遮蔽板１７１の一端を支点として回動する構成や、光学的に外光Ｒ１１の入射を遮断する偏光フィルタを挿入するものであってもよい。また、遮蔽板１７１の開閉操作は、上述したように指４０ａにより、押圧される構成であってもよいし、機械的に開閉する他の構造等を有するものであってもよい。
【００５４】
さらに、本実施形態においては、遮蔽板１７１を導電性部材により構成し、さらに、接地電位に接続するようにしてもよい。
このような構成を有する指紋読取装置によれば、指紋読取動作に先立って遮蔽板１７１を開放操作する際に、指４０ａにより遮蔽板１７１を押圧（接触）することにより、指４０ａあるいは人体に帯電した静電気が遮蔽板１７１を介して接地電位に放電されるので、帯電した指４０ａが指紋読取面１２３に接触することによって生じる、フォトセンサアレイ１００Ｆの破損や特性のシフト等を抑制することができる。ここで、遮蔽板１７１は、上述したように遮光性、耐衝撃性、及び、導電性を備えているものであればよく、例えば、各種金属やカーボン樹脂、遮光性の色素や導電性材料を混入した複合材料等を良好に適用することができる。
【００５５】
＜第４の実施形態＞
図１５は、本発明に係る２次元画像読取装置の第４の実施形態を示す概略構成図である。ここで、上述した指紋読取装置と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
本実施形態に係る指紋読取装置は、図１５に示すように、単一のガラス基板１９上にフォトセンサアレイ１００Ｆ（指紋読取部１１０）及びＴＦＴアレイ１００Ｌ（液晶表示部１４０）が形成され、さらに、指紋読取部１１０を構成する指紋読取面１２３とフォトセンサアレイ１００Ｆが、相互に平面的に重なることなく離間した位置に形成されていることを特徴としている。また、フォトセンサアレイ１００Ｆの上方に、フォトセンサアレイ１００Ｆへの外光の入射を遮断する遮光膜１１３を設けたことを特徴としている。
【００５６】
具体的には、図１５（ａ）に示すように、ＴＦＴアレイ１００Ｌに対向して設けられたフィルタ基板１３０を構成するガラス基板（以下、上側ガラス基板という）１３１が、フォトセンサアレイ１００Ｆ上方を含んで側方（図面左方）に延伸して構成され、フォトセンサアレイ１００Ｆ直上の上側ガラス基板上に、フォトセンサアレイ１００Ｆに入射する外光を遮断する遮光膜１１３が形成されている。また、該遮光膜１１３の形成領域に隣接し、遮光膜１１３が形成されていない上側ガラス基板１３１上に、指紋読取面１２３が形成され、さらに、上側ガラス基板１３１の、指紋読取面１２３が形成されている側の端部には、指紋読取面１２３に載置された指に光を照射する指紋読取用光源１１４が設けられている。
【００５７】
一方、フォトセンサアレイ１００Ｆが形成されているガラス基板（以下、便宜的に下側ガラス基板という）１９の下方には、液晶表示部１４０用のバックライト１５０を構成する光源１５１及び導光板１５２が設置され、さらに、フォトセンサアレイ１００Ｆ直下の下側ガラス基板１９の下面には、光源１５１からフォトセンサアレイ１００Ｆに入射する光を遮断する遮光膜１１５が形成されている。ここで、遮光膜１１３、１１５は、例えば酸化クロム等の薄膜を適用することができる。
【００５８】
すなわち、図１５（ｂ）に示すように、上側ガラス基板１３１の左方縁辺部に設けられた指紋読取面１２３に対して、液晶表示部１４０方向（図面右方向）に平面的に隣接する位置に外光の入射を遮断する遮光膜１１３が形成されるとともに、遮光膜１１３直下の、下側ガラス基板１９上面にフォトセンサアレイ１００Ｆが形成、配置され、外光が遮断されている。また、指紋読取面１２３側の上側ガラス基板１３１の端部には、指紋読取用の光源１１４が設けられ、指紋読取面１２３に載置された指４０ａに対して全反射角よりも小さい入射角度で光を照射する。
【００５９】
このような構成を有する指紋読取装置によれば、上側ガラス基板１３１の端部から指紋読取面１２３に接触した指４０ａに照射された照射光は、指紋４０ｂ（凹凸パターン）の凹部においては全反射し、また、凸部においては指４０ａの表層の皮膚内部に吸収されて散乱し、反射光が低減する。このような反射光は、下側ガラス基板１９に形成されたフォトセンサアレイ１００Ｆにより明暗信号として検出され、指紋画像に変換される。
したがって、指紋読取面１２３とフォトセンサアレイ１００Ｆが、相互に平面的に離間した位置に形成され、遮光膜１１３によりフォトセンサアレイ１００Ｆへの外光が常に遮断されているので、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層の劣化を抑制することができる。また、外光の影響を受けることがないので、外光による指紋画像の乱れ等を完全に阻止して誤動作を防止することができるとともに、光源１１４の光量を任意に設定することができ、鮮明な明暗情報（指紋画像）を得ることができ、さらに、指紋読取面１２３を大きく設定して、指紋の照合精度を向上させることができる。
【００６０】
ここで、指紋読取面１２３及び遮光膜１１３が形成される上側ガラス基板１３１は、液晶表示部１４０に適用されるフィルタ基板１３０を構成しているので、指紋読取部１１０が駆動し、光源１１４を点灯している場合には、液晶表示部１４０の駆動を停止し、一方、液晶表示部１４０が駆動し、バックライト１５０を点灯して、所定の画像情報を表示している場合には、指紋読取部１１０の駆動を停止する。
すなわち、指紋読取部１１０が動作し、光源１１４から照射光が入射されている場合には、上側ガラス基板１３１内に光源１１４からの指紋読取用の照射光が伝搬して面発光するため、液晶表示部１４０において画像情報を表示した場合、表示が薄れて品質が低下する。一方、液晶表示部１４０が動作し、バックライト１５０から照射光が入射されている場合には、上側ガラス基板１３１及び下側ガラス基板１９内にバックライト１５０からの照射光が伝搬するため、指紋読取部１１０において指紋読取動作を行った場合、指紋読取面１２３からの反射光以外の光が検出されて個人認証処理の誤動作を生じる。したがって、指紋読取部１１０及び液晶表示部１４０を、排他的に動作制御する必要がある。
【００６１】
なお、指紋読取用の光源１１４からの照射光が入射される導光板として、上述したようなフィルタ基板１３０を構成する上側ガラス基板１３１を使用せず、別個の導光板を利用することにより、指紋読取部１１０側の光が液晶表示部１４０に、あるいは、液晶表示部１４０側の光が指紋読取部１１０に伝搬することを阻止することができるので、指紋読取動作を実行しつつ、液晶表示部１４０を駆動させることができる。
【００６２】
図１６は、本実施形態に適用される他の構成例を示す概略断面図である。
本構成例は、図１６に示すように、指紋読取面１２３直下の下側ガラス基板１９上面の空き空間を利用して、ドライバ等の周辺回路１２２を形成、配置したことを特徴としている。
このような構成を有する指紋読取装置によれば、フォトセンサアレイ１００Ｆの形成位置を離間させたことにより生じた、下側ガラス基板１９上の空き空間を、周辺回路１２２の形成領域として有効に利用することができるとともに、フォトセンサアレイ１００Ｆへの外光の入射が完全に遮断され、指紋画像の乱れ等を抑制した安定した読取動作を実現した指紋読取装置を提供することができる。また、フォトセンサアレイ１００Ｆと指紋読取面１２３とが平面的に重なることなく離間して構成されているので、フォトセンサアレイ１００Ｆに対して指４０ａを直接載置し、押圧力を印加することがなくなるので、フォトセンサアレイ１００Ｆの破損や特性の劣化等を防止することができる。
【００６３】
＜第５の実施形態＞
図１７は、本発明に係る２次元画像読取装置の第５の実施形態を示す概略構成図である。ここで、上述した指紋読取装置及び液晶表示装置と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
図１７（ａ）に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、単一のガラス基板１１９の一面側（液晶封止側）に、ＲＧＢの各画素に対応したカラーフィルタ１３２と、カラーフィルタ１３２間に形成されたブラックマスク１３３が形成され、該カラーフィルタ１３２及びブラックマスク１３３上に、透明な絶縁膜１３８を介して、フォトセンサアレイ１００Ｆ及びＴＦＴアレイ１００Ｌが形成された構成を有している。
【００６４】
そして、フォトセンサアレイ１００Ｆが形成されたガラス基板１１９の他面側には、フォトセンサアレイ１００Ｆへの外光の入射を遮断する遮光膜１１６と、該遮光膜１１６の形成領域に隣接する指紋読取面１２３が形成されている。すなわち、指紋読取部１１０を構成する指紋読取面１２３とフォトセンサアレイ１００Ｆが、相互に平面的に重なることなく離間した位置に形成されている。さらに、ガラス基板１１９の、指紋読取面１２３が形成されている側の端部には、指紋読取面１２３に載置された指に光を照射する指紋読取用光源１１４が設けられている。
【００６５】
一方、フォトセンサアレイ１００Ｆに対向するガラス基板１１８の一面側（液晶封止側）には、ＩＴＯからなる共通電極１３４と、共通電極１３４上の全面に形成された配向膜１３５が形成され、また、ガラス基板１１８の他面側には、直線偏光板１３８が形成されている。ガラス基板１１８の他面側には、光源１５１及び導光板１５２からなるバックライト１５０が設けられている。さらに、フォトセンサアレイ１００Ｆの形成領域に対応するガラス基板１１８の他面側には、光源１５１からフォトセンサアレイ１００Ｆに入射する光を遮断する遮光膜１１７が形成されている。ここで、遮光膜１１６、１１７は、例えば酸化クロム等の薄膜を適用することができる。
【００６６】
すなわち、図１７（ｂ）に示すように、ガラス基板１１９上面の右方縁辺部に設けられた指紋読取面１２３に対して、液晶表示部１４０方向（図面左方向）に平面的に隣接する位置に外光の入射を遮断する遮光膜１１６が形成されるとともに、遮光膜１１６直下の、ガラス基板１１９下面にフォトセンサアレイ１００Ｆが形成、配置され、外光が遮断されている。また、指紋読取面１２３側のガラス基板１１９の端部には、指紋読取用の光源１１４が設けられ、指紋読取面１２３に載置された指４０ａに対して全反射角よりも小さい入射角度で光を照射する。
【００６７】
このような構成を有する指紋読取装置によれば、上述した実施形態（図１５）と同様に、ガラス基板１１９の端部から指紋読取面１２３に接触した指４０ａに照射された照射光は、指紋４０ｂ（凹凸パターン）の凹部においては全反射し、また、凸部においては指４０ａの表層の皮膚内部に吸収されて散乱し、反射光が低減する。このような反射光は、ガラス基板１１９の対向面側（図面下面）に形成されたフォトセンサアレイ１００Ｆにより明暗信号として検出され、指紋画像に変換される。
したがって、指紋読取面１２３とフォトセンサアレイ１００Ｆが、相互に平面的に離間した位置に形成され、遮光膜１１６によりフォトセンサアレイ１００Ｆへの外光が常に遮断されているので、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆの半導体層の劣化を抑制することができる。また、外光の影響を受けることがないので、外光による指紋画像の乱れ等を完全に阻止して誤動作を防止することができるとともに、光源１１４の光量を任意に設定することができ、鮮明な明暗情報（指紋画像）を得ることができ、さらに、指紋読取面１２３を大きく設定して、指紋の照合精度を向上させることができる。
【００６８】
ここで、本実施形態においては、フォトセンサアレイ１００Ｆの背面側に指紋読取面１２３が形成されることになるので、指紋読取面１２３からの反射光は、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆのボトムゲート電極側から入射することになる。したがって、少なくとも、ダブルゲート型トランジスタ１０Ｆのボトムゲート電極を、例えばＩＴＯ等の透明電極により形成し、かつ、トップゲート電極側からの外光の入射を抑制するために、トップゲート電極を、金属膜等の遮光性の高い膜により形成する必要がある。
また、指紋読取面１２３及び遮光膜１１３が形成されるガラス基板１１９は、液晶表示部１４０に適用されるフィルタ基板の機能も有しているので、上述した第４の実施形態と同様に、指紋読取部１１０が駆動し、光源１１４を点灯している場合には、液晶表示部１４０の駆動を停止し、一方、液晶表示部１４０が駆動し、バックライト１５０を点灯して、所定の画像情報を表示している場合には、指紋読取部１１０の駆動を停止する、排他的な駆動制御を行う必要がある。
【００６９】
図１８は、本実施形態に適用される他の構成例を示す概略断面図である。
本構成例は、図１８に示すように、指紋読取面１２３直下のガラス基板１１９下面の空き空間を利用して、ドライバ等の周辺回路１２２を形成、配置したことを特徴としている。
このような構成を有する指紋読取装置によれば、フォトセンサアレイ１００Ｆの形成位置を離間させたことにより生じた、下側ガラス基板１９上の空き空間を、周辺回路１２２の形成領域として有効に利用することができるとともに、フォトセンサアレイ１００Ｆへの外光の入射が完全に遮断され、指紋画像の乱れ等を抑制した安定した読取動作を実現した指紋読取装置を提供することができる。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１、２、１６記載の発明によれば、単一の絶縁性基板上に、半導体層を挟んで対向して設けられたソース電極及びドレイン電極と、第１の絶縁膜を介して設けられたボトムゲート電極と、第２の絶縁膜を介して設けられたトップゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有するフォトセンサと、半導体層を挟んで対向して設けられたソース電極及びドレイン電極と、第１の絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、第２の絶縁膜を介してソース電極に電気的に接続された画素電極と、を備えた薄膜トランジスタと、が形成され、かつ、フォトセンサと薄膜トランジスタの各構成が、各々同一の製造工程により、同一の膜質で構成されているので、フォトセンサアレイ及びＴＦＴアレイを、同一の生産設備による同一の製造プロセスを経て、単一のモジュール部品として製造することができ、機器の小型軽量化、及び、製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【００７１】
請求項３記載の発明によれば、単一のガラス基板上に、フォトセンサをマトリクス状に配置したフォトセンサアレイと、薄膜トランジスタをマトリクス状に配置したトランジスタアレイが、同一の工程で同時に形成されるので、フォトセンサアレイを２次元画像の読取部に、また、トランジスタアレイを液晶表示部に適用することにより、両者を併設した単一のモジュール部品として製造することができ、２次元画像読取装置の小型軽量化、及び、製造コストの大幅な削減を図ることができる。
請求項４、１３記載の発明によれば、単一の絶縁性基板の下方側に面光源を備え、該面光源を、フォトセンサセンサ及び薄膜トランジスタの双方、あるいは、センサアレイ及びトランジスタアレイの双方に、共通の光源として照射光を照射する構成を有しているので、２次元画像の読取部及び液晶表示部に設置される光源を共通化することができ、２次元画像読取装置の小型軽量化を図ることができる。
【００７２】
請求項５記載の発明によれば、単一の絶縁性基板の下方側に、読取領域への読取対象物の接触押圧状態に応じて、電気的に導通するスイッチ部が設けられ、スイッチ部により、センサアレイを駆動する電源が投入される構成を有しているので、読取対象物が接触押圧した場合にのみセンサアレイが駆動され、それ以外の場合には電源を遮断することができ、消費電力の低減を図ることができる。
請求項６記載の発明によれば、読取領域の上方に、センサアレイへの外光の進入を遮断する可動式の遮蔽板が設けられ、読取領域への前記読取対象物の接触時にのみ、読取領域を露出するようにしたので、画像の読取動作時以外にフォトセンサに入射する外光Ｒ１１によって生じる、半導体層の劣化を抑制することができるとともに、絶縁性基板上に形成されているセンサアレイへの物理的な衝撃を緩和することができる。
【００７３】
請求項７記載の発明によれば、遮蔽板の可動状態に応じて、電気的に導通するスイッチ部が設けられ、スイッチ部により、センサアレイを駆動する電源が投入される構成を有しているので、画像の読取動作時のみ電源が投入され、消費電力の低減を図ることができる。
請求項８記載の発明によれば、遮蔽板は、導電性部材により構成され、読取領域への読取対象物の接触に際し、読取対象物に帯電した静電気を遮蔽板を介して放電する構成を有しているので、帯電した読取対象物の接触により生じる、センサアレイの破損や特性のシフト等を防止することができる。
【００７４】
請求項９、１０記載の発明によれば、ダブルゲート構造を有するフォトセンサをマトリクス状に配列して構成され、２次元画像の画像情報を読み取るセンサアレイと、薄膜トランジスタをマトリクス状に配列して構成され、液晶表示装置のスイッチング素子として使用されるトランジスタアレイと、を単一の絶縁性基板上に形成し、かつ、センサアレイと、読取対象物を載置する読取領域が、相互に平面的に離間した位置に形成され、さらに、センサアレイ上方に設けられた遮光膜と、読取領域に対して、傾斜方向から照射光を入射する光源とを有しているので、遮光膜によりセンサアレイへの外光の入射を常に遮断することができ、フォトセンサの半導体層の劣化を抑制することができる。また、外光の影響を受けることがないので、外光による読取画像の乱れ等を抑制して誤動作を防止することができるとともに、光源の光量を任意に設定して鮮明な明暗情報を得ることができる。
【００７５】
請求項１１、１５記載の発明によれば、センサアレイと、読取対象物を載置する読取領域が、相互に平面的に離間した位置に形成されることにより、読取領域直下の単一の絶縁性基板に生じた空き空間に、少なくともセンサアレイの駆動回路が形成されているので、周辺回路の形成領域を削減することができ、小型軽量化された２次元画像読取装置を提供することができる。
請求項１２記載の発明によれば、導光板として、トランジスタアレイに対して液晶を介して対向配置されるフィルタ基板を構成する光透過性絶縁性基板を適用しているので、読取領域に照射光を伝搬するための導光板を、液晶表示装置の構成と併用することができ、一層小型軽量化された２次元画像読取装置を提供することができる。
【００７６】
請求項１４記載の発明によれば、センサアレイと、センサアレイが形成された単一の絶縁性基板の他面側に設けられた読取領域が、相互に平面的に離間した位置に形成され、さらに、センサアレイに対応して単一の絶縁性基板の他面側に設けられた遮光膜と、読取領域に対して、傾斜方向から照射光を入射する光源とを有しているので、遮光膜によりセンサアレイへの外光の入射を常に遮断することができ、フォトセンサの半導体層の劣化を抑制することができる。また、外光の影響を受けることがないので、外光による読取画像の乱れ等を抑制して誤動作を防止することができるとともに、光源の光量を任意に設定して鮮明な明暗情報を得ることができる。
【００７７】
請求項１７記載の発明によれば、単一のガラス基板上に、フォトセンサをマトリクス状に配置したフォトセンサアレイと、薄膜トランジスタをマトリクス状に配置したトランジスタアレイが、同一の工程で同時に形成され、さらに、フォトセンサ上に読取領域となる第３の絶縁膜、及び、薄膜トランジスタ上に液晶配向膜が形成されるので、フォトセンサアレイを２次元画像の読取部に、また、トランジスタアレイを液晶表示部に適用して、両者を併設した単一のモジュール部品として製造することができ、２次元画像読取装置の小型軽量化、及び、製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用されるダブルゲート型トランジスタの構造を示す断面図である。
【図２】ダブルゲート型トランジスタを２次元配列して構成されるフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図３】フォトセンサシステムの駆動制御方法を示すタイミングチャートである。
【図４】フォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置の要部断面図である。
【図５】本発明に係る２次元画像読取装置の第１の実施形態を示す要部断面図である。
【図６】本実施形態に係る２次元画像読取装置の製造方法を示すプロセス断面図である。
【図７】表示装置が併設された指紋読取装置の一実施例を示す概略図である。
【図８】第１の実施形態における指紋読取状態を説明する概略図である。
【図９】本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】第２の実施形態に適用されるスイッチ部の概略断面図である。
【図１１】第２の実施形態における機能ブロック図である。
【図１２】第２の実施形態に適用されるスイッチ部の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態を示す要部概略構成図である。
【図１４】第３の実施形態に適用される遮蔽部の概略断面図である。
【図１５】本発明に係る２次元画像読取装置の第４の実施形態を示す概略構成図である。
【図１６】第４の実施形態に適用される他の構成例を示す概略断面図である。
【図１７】本発明に係る２次元画像読取装置の第５の実施形態を示す概略構成図である。
【図１８】第５の実施形態に適用される他の構成例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０Ｆダブルゲート型トランジスタ
１０Ｌ薄膜トランジスタ
１１ａ、１１ｂ半導体層
１２ａ、１２ｂソース電極
１３ａ、１３ｂドレイン電極
１９ガラス基板
２１ａトップゲート電極
２１ｂ画素電極
２２ａボトムゲート電極
２２ｂゲート電極
１００Ｆフォトセンサアレイ
１００Ｌトランジスタアレイ
１１０指紋読取部
１２３指紋読取面
１３０フィルタ基板
１４０液晶表示部

Claims

単一の絶縁性基板における読取対象物が載置される読取領域に、第１の半導体層を挟んで対向して設けられた第１のソース電極及びドレイン電極と、前記第１の半導体層の下方側に、第1の絶縁膜を介して設けられたボトムゲート電極と、前記第1の半導体層の上方側に、第２の絶縁膜を介して設けられたトップゲート電極と、を備えたダブルゲート構造を有するフォトセンサが形成されたフォトセンサアレイと、
前記絶縁性基板上に、第２の半導体層を挟んで対向して設けられた第２のソース電極及びドレイン電極と、前記第２の半導体層の下方側に前記第１の絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記第２の半導体層の上方側に、前記第２の絶縁膜を介して、前記第２のソース電極に電気的に接続された画素電極と、を備えた薄膜トランジスタが形成されたトランジスタアレイと、
前記絶縁性基板の下方の、前記絶縁性基板における前記トランジスタアレイが形成されている領域に設けられた偏光板と、
ガラス基板、カラーフィルタ及び直線偏光板を有するフィルタ基板と、
前記トランジスタアレイと前記フィルタ基板との間に封止された液晶と、
前記絶縁性基板の下方側に前記フォトセンサアレイ及び前記薄膜トランジスタの双方に、照射光を照射する面光源と、
を備え、前記フォトセンサアレイ上に読取対象物が載置される読取面と前記フォトセンサアレイとの間には前記液晶及び前記フィルタ基板が形成されていないことを特徴とする画像読取装置。
前記第１の半導体層並びに前記第２の半導体層、前記第1のソース電極及びドレイン電極並びに前記第２のソース電極及びドレイン電極、前記ボトムゲート電極並びに前記ゲート電極、前記トップゲート電極並びに前記画素電極は、各々同一の製造工程により形成される、同一の膜質を有することを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
前記薄膜トランジスタは、液晶表示装置のスイッチング素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像読取装置。
前記単一の絶縁性基板の下方側に、前記読取領域への、該読取対象物の接触押圧状態に応じて、電気的に導通するスイッチ部が設けられ、
前記スイッチ部により、少なくとも前記センサアレイを駆動する電源が投入されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置。
前記読取領域の上方に、前記センサアレイへの外光の進入を遮断する可動式の遮蔽板が設けられ、
前記読取領域への前記読取対象物の接触時にのみ、前記遮蔽板を可動して前記読取領域を露出するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像読取装置。
前記遮蔽板の可動状態に応じて、電気的に導通するスイッチ部が設けられ、
前記スイッチ部により、少なくとも前記センサアレイを駆動する電源が投入されることを特徴とする請求項５記載の画像読取装置。
前記遮蔽板は、導電性部材により構成され、
前記読取領域への前記読取対象物の接触に際し、前記読取対象物に帯電した静電気を前記遮蔽板を介して放電することを特徴とする請求項５又は６記載の画像読取装置。