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Description
本発明は、画像読取装置に関し、特に、画像表示パネルの前面(視野側)に画像読取センサを配置し、画像表示機能と画像読取機能を備えた画像読取装置に関する。 The present invention relates to an image reading apparatus, and more particularly to an image reading apparatus in which an image reading sensor is disposed on the front surface (view side) of an image display panel and has an image display function and an image reading function.
近年、携帯電話機や携帯情報端末(PDA)、ノート型パーソナルコンピュータ(ノートパソコン)、デジタルカメラ等の携帯型の電子機器の普及が著しい。このような電子機器は、気軽に音声や電子メール等によるコミュニケーションや、画像の撮影、各種情報の編集を行ったり、大量の情報を持ち歩いたりすることができる。さらに、一部の携帯電話機等においては、電子マネーやクレジットカード機能、さらには、公共交通機関の定期券機能等も搭載されるようになっており、今後、一層の普及が見込まれている。 In recent years, portable electronic devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers (notebook personal computers), digital cameras, and the like have become widespread. Such electronic devices can easily communicate by voice, e-mail, etc., take images, edit various information, and carry a large amount of information. In addition, some mobile phones and the like are equipped with electronic money and credit card functions, as well as commuter pass functions for public transportation, and are expected to become more popular in the future.
しかしながら、携帯型の電子機器においては、上述したような利便性の向上の反面、個人情報や機密情報が漏洩したり、盗難されたりして悪用されるという危険性が高いという問題点も有している。そのため、このような各種の情報の漏洩や盗難を防止し、当該情報へのアクセスを制限するために、当該電子機器において使用者本人を識別、認証する個人認証機能の搭載が重要になってきている。 However, in the portable electronic device, although the convenience is improved as described above, there is also a problem that there is a high risk that personal information or confidential information is leaked or stolen and misused. ing. For this reason, in order to prevent the leakage and theft of various types of information and restrict access to the information, it is important to install a personal authentication function that identifies and authenticates the user in the electronic device. Yes.
従来、個人認証技術としては、暗証番号等の入力による簡易な手法のほか、近年では、指紋や眼球の虹彩をはじめとする人体固有の生体データを用いて個人を特定する、より高度で厳密な手法が研究、開発され、一部がすでに実用化されている。例えば、指紋を用いた個人認証技術においては、大別して、指(被写体)と検出センサ間に生じる電位の差に基づいて静電容量を検出することにより指紋画像(被写体画像)を読み取る半導体式(静電容量読取型)の指紋読取装置や、指紋画像をプリズムやミラー等の光学系を介して取り込み、マトリクス状に配列されたフォトセンサ(具体的には、CCDやCMOSセンサ等)により明暗情報を読み取る光学式(光学画像読取型)の指紋読取装置等が知られている。 Conventionally, as a personal authentication technique, in addition to a simple method by inputting a personal identification number or the like, in recent years, a more sophisticated and rigorous method has been used in which an individual is identified using biometric data unique to the human body including fingerprints and irises of the eye Methods have been researched and developed, and some have already been put into practical use. For example, in a personal authentication technique using a fingerprint, it is roughly classified into a semiconductor type that reads a fingerprint image (subject image) by detecting a capacitance based on a potential difference generated between a finger (subject) and a detection sensor ( Brightness information using a capacitance reading type fingerprint reader or photosensor (specifically, CCD or CMOS sensor) that captures a fingerprint image via an optical system such as a prism or mirror and is arranged in a matrix. An optical (optical image reading type) fingerprint reading device and the like are known.
ここで、上述した半導体式の指紋読取装置においては、指が載置され、該指紋画像を読み取る読取検知部(センサアレイ)を、半導体製造技術を用いて極めて薄く、かつ、軽く形成することができるという利点を有している。一方、光学式の指紋読取装置においては、指とフォトセンサの間に光学系が介在するため、薄型化や軽量化に適さないものの、双方の間に電気的な接続状態が存在しないため、被写体に帯電した静電気による指紋読取装置の破損や、使用者本人が静電気放電に伴う不快感を感じることがなく、また、指紋の読取応答速度も比較的速いという利点を有している。 Here, in the semiconductor fingerprint reading apparatus described above, a finger is placed, and a reading detection unit (sensor array) that reads the fingerprint image can be formed extremely thin and light using semiconductor manufacturing technology. It has the advantage of being able to. On the other hand, in an optical fingerprint reader, an optical system is interposed between a finger and a photo sensor, which is not suitable for thinning and weight reduction. There is an advantage that the fingerprint reader is not damaged by static electricity, the user himself does not feel discomfort associated with electrostatic discharge, and the fingerprint reading response speed is relatively fast.
しかしながら、上述した半導体式の指紋読取装置に適用される検出センサのみならず、光学式の指紋読取装置に適用されるCCDやCMOSセンサも、周知のように、半導体基板上に形成される構成を有しているため、従来技術における指紋読取装置(検出センサやフォトセンサ)はいずれも不透明であった。そのため、より小型薄型化や軽量化が求められる携帯型の電子機器においては、このような指紋読取装置を電子機器が本来備えている機能部(例えば、画像表示パネル)上に直接重ね合わせる(積層する)ように設けることはできなかった。 However, not only the detection sensor applied to the semiconductor fingerprint reader described above, but also a CCD or CMOS sensor applied to the optical fingerprint reader is formed on a semiconductor substrate as is well known. Therefore, all of the fingerprint readers (detection sensors and photosensors) in the prior art are opaque. Therefore, in a portable electronic device that is required to be smaller and thinner and lighter, such a fingerprint reader is directly superimposed on a functional unit (for example, an image display panel) that is originally provided in the electronic device (lamination). Could not be provided.
以下に、従来技術における個人認証機能として、指紋読取装置を搭載した携帯型の電子機器について具体例を示して説明する。
図22は、従来技術における指紋読取装置を搭載した携帯型の電子機器(携帯電話機)の一例を示す概略構成図である。
Hereinafter, as a personal authentication function in the prior art, a portable electronic device equipped with a fingerprint reader will be described with a specific example.
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing an example of a portable electronic device (mobile phone) equipped with a fingerprint reading device in the prior art.
図22(a)、(b)に示す装置構成は、例えば、特許文献1等に記載されているように、携帯電話機(電子機器)10P、10Qが本来備えている画像表示パネル(画像表示部)11P、11Qとは独立した別の位置(図では、画像表示パネルの上方)に、指紋読取センサ(指紋読取装置)12P、12Qを設けた構成を有している。なお、図中、13P、13Qは、携帯電話機10P、10Qの各種機能を操作するための操作キー(操作ボタン)である。ここで、指紋読取センサ12P、12Qは、図22に示した位置のほか、例えば、操作キー13P、13Qの下方に配置したものも知られている。
The apparatus configuration shown in FIGS. 22A and 22B is, for example, an image display panel (image display unit) that is originally provided in a mobile phone (electronic device) 10P or 10Q as described in
また、指紋読取センサ(個人認証機能)を搭載した電子機器の他の構成例としては、例えば、特許文献2や特許文献3等に記載されているように、電子機器が本来有している画像表示パネルに、指紋読取センサを一体化して搭載するようにしたものも知られている。
例えば、特許文献2には、バックライトを備えた液晶表示パネル(画像表示パネル)上にプリズムを設けて、指紋画像(被写体画像)をフォトセンサ(指紋読取センサ)に導くようにした構成が記載されており、また、特許文献3には、液晶表示パネルの各表示画素内に、画素トランジスタ(TFT)とともに、フォトダイオードを内蔵するようにした構成が記載されている。
In addition, as another example of the configuration of an electronic device equipped with a fingerprint reading sensor (personal authentication function), for example, as described in
For example,
しかしながら、上述したような従来技術においては、次に示すような問題点を有している。
すなわち、上述した特許文献1等に記載された構成においては、電子機器の装置規模が増大してしまい、携帯型の電子機器に対する小型化、軽量化、薄型化等の要望に十分応えることができないという問題があった。
However, the conventional technology as described above has the following problems.
In other words, in the configuration described in
そこで、このような問題を回避するために、指紋読取センサを小型化することが考えられるが、指紋による個人認証においては、指紋画像から数カ所以上の特徴点を抽出する必要があること、また、種々の読取機構が考案されているセンサ構造のうち、センサ部が回転したり、指をスライドさせて指紋画像を読み取る方式の指紋読取センサに比較して、センサパネル上に指を載置、静止させて指紋画像を読み取る方式(便宜的に「平面型」と表記する)の方が、読取精度が比較的高く、装置構造が簡易であること、等を勘案して、平面型の指紋読取センサを適用した場合、検知面(センサパネルの検知エリア)が少なくとも指先の大きさに対して十分な大きさを有していることが必要となる。
そのため、電子機器の既存の筐体において、個人認証機能を搭載するために指紋読取センサを小型化した場合には、指紋画像の良好な読み取りが困難となり、認証精度が低下するという問題があった。
Therefore, in order to avoid such problems, it is conceivable to reduce the size of the fingerprint reading sensor. However, in personal authentication by fingerprint, it is necessary to extract several or more feature points from the fingerprint image, Among sensor structures for which various reading mechanisms have been devised, the finger is placed on the sensor panel and stationary compared to a fingerprint reading sensor that reads the fingerprint image by rotating the sensor unit or sliding the finger. In consideration of the fact that the method of reading a fingerprint image (denoted as “planar type” for convenience) has a relatively high reading accuracy and a simple device structure, etc. When is applied, it is necessary that the detection surface (the detection area of the sensor panel) has a size sufficient for at least the size of the fingertip.
Therefore, when the fingerprint reading sensor is downsized in order to provide a personal authentication function in an existing housing of an electronic device, there is a problem that it is difficult to read a fingerprint image well and authentication accuracy is lowered. .
また、特許文献2等に記載された構成のように、画像表示パネル上にプリズム等の光学部材を設け、側面に設けた指紋読取センサに被写体画像を導くようにした装置構成においては、被写体画像を指紋読取センサまで導くための、プリズム等の光学部材の厚みが比較的大きくなり、また、一部の光学部品(ミラー)や指紋読取センサ等を画像表示パネルの設置領域(画像表示パネルの前面)の外部に設ける必要があり、電子機器を十分に小型薄型化することが困難であるという問題を有している。
Further, in the configuration in which an optical member such as a prism is provided on the image display panel and the subject image is guided to the fingerprint reading sensor provided on the side surface as in the configuration described in
さらに、特許文献3等に記載された構成のように、表示画素内にフォトダイオードを形成するようにした構成においては、既存の画像表示パネルや指紋読取センサ(デバイス)、さらには、その設計資産等をそのまま適用することができないうえ、基板上に形成する素子数が増加するとともに、回路構成が複雑になり、加えて、微細加工を必要とするため、製品の歩留まりの低下を招き、製造コストが上昇するという問題を有している。
Further, in the configuration in which the photodiode is formed in the display pixel as in the configuration described in
そこで、本発明は、上述した課題に鑑み、使用者固有の情報(指紋画像等)を良好に読み取り、適切な個人認証を実現しつつ、画像表示部本来の良好な画像表示を実現することができ、さらに、装置構成の小型薄型化や低コスト化が可能な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-described problems, the present invention is capable of reading user-specific information (such as a fingerprint image) well and realizing proper personal authentication while realizing an original good image display of the image display unit. In addition, an object of the present invention is to provide an image reading apparatus capable of reducing the size and thickness of the apparatus and reducing the cost.
請求項1記載の発明は、特定の画像領域に所望の画像情報を表示する画像表示機能と、前記特定の画像領域に載置された所望の被写体の画像を読み取る画像読取機能と、を備えた画像読取装置において、前記画像情報に応じた階調の光を視野側に放射する複数の表示画素の各々が、第1の基板上に、第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向にマトリクス状に規則的に配列された表示画素アレイと、前記各表示画素間に格子状に形成された遮光性を有するブラックマトリクスと、を備えた画像表示手段と、透過性を有し、前記被写体の画像を読み取る複数の読取画素の各々が、第2の基板上に、行方向及び列方向沿って二次元配列され、少なくとも前記行方向又は前記列方向に千鳥配列された構造を有する読取画素アレイを備えた画像読取手段と、を具備し、前記画像表示手段の前記視野側に、前記画像読取手段が、前記行方向が前記第1の方向と平行となり、前記列方向が前記第2の方向と平行となるように積層配置されるとともに、前記表示画素アレイにより規定される画像表示領域に平面的に重なるように、前記読取画素アレイにより規定される画像読取領域が設定されていることを特徴とする。
The invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記列方向に交互に配置されて前記行方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列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1記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記行方向に交互に配置されて前記列方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the invention, in the image reading apparatus according to
According to a third aspect of the invention, in the image reading apparatus according to
請求項4記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記複数の読取画素が、前記列方向に交互に配置されて前記行方向に配列された千鳥配列構造を有し、且つ、前記行方向に交互に配置されて前記行方向に配列された千鳥配列構造を有するように配列されていることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項3又は4記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記列方向に千鳥配列構造を有するように配列された前記複数の読取画素が、当該列の左列と右列で素子構造が左右対称となるように形成されていることを特徴とする。
Invention of
According to a fifth aspect of the present invention, in the image reading device according to the third or fourth aspect, the image reading means includes the plurality of read pixels arranged so as to have a staggered arrangement structure in the column direction. It is characterized in that the element structures are symmetrical in the left and right columns.
請求項6記載の発明は、請求項2又は5記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、少なくとも各列の前記複数の読取画素が前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続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3記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、少なくとも各行の前記複数の読取画素が前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されていることを特徴とする。
Invention according to claim 6, in the image reading apparatus according to
Invention of claim 7, in the image reading apparatus according to
請求項8記載の発明は、請求項2乃至7のいずれかに記載の画像読取装置において、前記画像読取手段における前記複数の読取画素の、前記行方向に配列された千鳥配列構造は、前記行方向の1読取画素おきに、前記読取画素間の前記列方向の配置間隔の1/2だけ、前記読取画素を前記列方向にずらして配置した構造を有し、 前記列方向に配列された千鳥配列構造は、前記列方向の1読取画素おきに、前記読取画素間の前記列方向の配置間隔の1/2だけ、前記読取画素を前記行方向にずらして配置した構造を有することを特徴とする。
Invention of claim 8, wherein, in the image reading apparatus according to any one of
請求項9記載の発明は、請求項1乃至8のいずれかに記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、前記画像表示手段から放射され、該画像読取手段を透過し、前記画像読取領域上に設けられた検知面に載置された前記被写体に反射した光を、前記読取画素により受光して、前記被写体画像を読み取ることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the image reading apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the image reading means is radiated from the image display means, passes through the image reading means, and the image reading area. Light reflected by the subject placed on a detection surface provided on the light is received by the reading pixel, and the subject image is read.
請求項10記載の発明は、請求項1記載の画像読取装置において、前記読取画素は、透過性を有する前記第2の基板上に、半導体層からなるチャネル領域を挟んで形成された透過性を有する電極材料からなるドレイン電極及びソース電極と、前記チャネル領域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第1のゲート電極と、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第2のゲート電極と、前記第1のゲート電極の上方に透過性を有する絶縁膜を介して形成され、前記被写体が載置される前記検知面と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサであることを特徴とする。
The invention of
請求項11記載の発明は、請求項10記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、少なくとも各列の前記複数の読取画素が前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されており、前記画像読取手段における前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線は、前記各列の前記複数の読取画素を構成する前記フォトセンサの前記ドレイン電極相互、及び、前記ソース電極相互を、各々個別に接続する信号線であることを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the image reading device according to the tenth aspect, the image reading means has a signal having a linear wiring pattern in which at least the plurality of read pixels in each column are arranged in the column direction. A signal line connected by a line and having a linear wiring pattern arranged in the column direction in the image reading means is the drain electrode of the photosensor constituting the plurality of read pixels in each column. The signal lines connect the source electrodes to each other and the source electrodes.
請求項12記載の発明は、請求項10記載の画像読取装置において、前記画像読取手段は、少なくとも各列の前記複数の読取画素が前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線により接続されており、前記画像読取手段における前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線は、前記各列の前記複数の読取画素を構成する前記フォトセンサの前記第1のゲート電極相互、及び、前記第2のゲート電極相互を、各々個別に接続する信号線であることを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the image reading device according to the tenth aspect, the image reading means has a linear wiring pattern in which at least the plurality of read pixels in each column are arranged in the row direction. A signal line having a linear wiring pattern arranged in the row direction in the image reading means is connected by a line, and the first of the photosensors constituting the plurality of read pixels in each column. Each of the gate electrodes and the second gate electrode are signal lines that individually connect each other.
請求項13記載の発明は、請求項1乃至12記載の画像読取装置において、前記画像読取装置は、前記画像読取領域が前記画像表示領域に含まれるように、平面的な広がり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 first to twelfth aspects, the image reading device is set to have a two-dimensional spread so that the image reading region is included in the image display region. It is characterized by that.
請求項14記載の発明は、請求項1乃至13記載の画像読取装置において、前記画像表示手段は、少なくとも、面光源を構成し、特定の一面方向に光を放射する発光手段と、前記発光手段の前記一面側に配置され、液晶画素を二次元配列した透過型の液晶表示パネルと、を備えていることを特徴とする。
請求項15記載の発明は、請求項1乃至13記載の画像読取装置において、前記画像表示手段は、少なくとも、発光素子を含む前記表示画素を二次元配列した自己発光型の表示パネルを備えていることを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the image reading apparatus according to the first to thirteenth aspects, the image display means constitutes at least a surface light source and emits light in a specific one-surface direction, and the light emitting means. And a transmission type liquid crystal display panel in which liquid crystal pixels are two-dimensionally arranged.
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image reading device according to the first to thirteenth aspects, the image display means includes at least a self-luminous display panel in which the display pixels including light emitting elements are two-dimensionally arranged. It is characterized by that.
本発明に係る画像読取装置は、画像表示機能と画像読取機能とを備え、所望の画像情報を表示する画像表示エリア(画像表示領域)に平面的に重なるように、被写体の画像(指紋画像)を読み取る画像読取エリア(画像読取領域)が設定された画像読取装置において、液晶画素等の複数の表示画素の各々が第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向にマトリクス状に規則的に配列され、上記画像表示エリアを規定する画素アレイ(表示画素アレイ)と、上記表示画素間に格子状に形成された遮光性を有するブラックマトリクスと、を備えた画像表示部(画像表示手段)と、ダブルゲート型フォトセンサ等の透過性を有する複数のフォトセンサ(読取画素)の各々が行方向及び列方向沿って二次元配列され、少なくとも行方向又は列方向に千鳥配列構造を有するように配列されたセンサアレイ(読取画素アレイ)を備えた画像読取手段と、を具備し、画像表示部の視野側に、画像読取手段が、行方向が第1の方向と平行となり、列方向が第2の方向と平行となるように積層配置されるように構成されている。 An image reading apparatus according to the present invention has an image display function and an image reading function, and an image of a subject (fingerprint image) so as to overlap with an image display area (image display area) for displaying desired image information. in the image reading apparatus in which the image reading area (image reading region) is set reading, a matrix in a second direction, each of the plurality of display pixels of liquid crystal pixels is orthogonal to the first direction and the first direction And an image display unit (image) comprising: a pixel array (display pixel array) that is regularly arranged and defines the image display area; and a black matrix having a light shielding property formed in a lattice shape between the display pixels. a display unit), each of the plurality of photo having permeability such as a double gate type photosensor sensor (read pixel) are arranged two-dimensionally along the row and column directions, at least the row direction or column direction An image reading means having a array of sensor array to have a staggered arrangement structure (read pixel array), and provided to, the field side of the image display section, an image reading means, the row direction first direction and become parallel, are configured so that the stacked so the column direction is parallel to the second direction.
ここで、センサアレイに適用されるフォトセンサの千鳥配列構造としては、行方向においては、例えば、列方向に交互に配置されて行方向に配列された構造を適用することができ、また、列方向においては、例えば、行方向に交互に配置されて列方向に配列された構造を適用することができる。 Here, as the staggered arrangement of the photosensors applied to the sensor array, in the row direction, for example, a structure in which the photosensors are alternately arranged in the column direction and arranged in the row direction can be applied. In the direction, for example, it is possible to apply a structure that is alternately arranged in the row direction and arranged in the column direction.
これによれば、行方向及び列方向にフォトセンサが規則的に配列された通常のマトリクス配列構造に比較して、千鳥配列構造を適用した行方向又は列方向に直線的に配置されるフォトセンサの数を削減することができる。
したがって、センサアレイ(画像読取部)の背面側に配置された画像表示部の画素アレイに規則的に設けられたブラックマトリクスに対して、行方向又は列方向のうち、少なくとも一方向に配列されるフォトセンサの配置数を低減することができるので、画素アレイのブラックマトリクスにおける規則的な格子構造と、センサアレイにおけるフォトセンサの規則的な配列構造との間の光の干渉に起因するモアレ縞の発生を抑制することができ、画像表示部(画素アレイ)に表示された画像情報の表示品位の劣化を改善することができる。
According to this, as compared with a normal matrix arrangement structure in which photosensors are regularly arranged in the row direction and the column direction, the photosensors are linearly arranged in the row direction or the column direction to which the staggered arrangement structure is applied. The number of can be reduced.
Accordingly, the black matrix regularly arranged in the pixel array of the image display unit arranged on the back side of the sensor array (image reading unit) is arranged in at least one direction of the row direction or the column direction. Since the number of photosensors can be reduced, moire fringes caused by light interference between the regular lattice structure in the black matrix of the pixel array and the regular arrangement structure of the photosensors in the sensor array can be reduced. Generation | occurrence | production can be suppressed and degradation of the display quality of the image information displayed on the image display part (pixel array) can be improved.
この場合、画像読取部(センサアレイ)において、行方向又は列方向のうち、少なくとも一方向に配列されるフォトセンサを、千鳥配列構造となるようにシフトさせることにより、全体としてセンサアレイに配置されるフォトセンサの数が減少することはないので、被写体画像(指紋画像)を適切な読取精度及び充分な読取面積で読み取ることができる。 In this case, in the image reading unit (sensor array), the photosensors arranged in at least one of the row direction or the column direction are shifted so as to have a staggered arrangement structure, thereby being arranged in the sensor array as a whole. Since the number of photosensors to be reduced does not decrease, a subject image (fingerprint image) can be read with appropriate reading accuracy and a sufficient reading area.
また、本発明に係る画像読取装置によれば、画像読取部(センサアレイ)の行方向又は列方向のうち、いずれか一方向に配列されるフォトセンサのみを、千鳥配列構造となるようにシフトさせた構成においては、各行方向又は各列方向のフォトセンサ相互を接続する信号線(ドレインライン及びソースライン、あるいは、トップゲートライン及びボトムゲートライン)のいずれか一方のみを蛇行するように屈曲して配線すればよいので、設計、製造プロセスの煩雑化や、歩留まりの低下、配線に寄生する抵抗成分や容量成分の増加を極力抑制することができる。 Further, according to the image reading apparatus of the present invention, only the photosensors arranged in any one of the row direction and the column direction of the image reading unit (sensor array) are shifted so as to have a staggered arrangement structure. In the configuration described above, only one of the signal lines (drain line and source line or top gate line and bottom gate line) connecting the photosensors in each row direction or each column direction is bent so as to meander. Therefore, it is possible to suppress as much as possible the complexity of the design and manufacturing process, the decrease in yield, and the increase in resistance and capacitance components parasitic on the wiring.
一方、画像読取部(センサアレイ)の行方向及び列方向の二方向に配列されるフォトセンサを、千鳥配列構造となるようにシフトさせた構成においては、列方向に千鳥配列構造を有するように配列されたフォトセンサが、当該列の左列と右列で素子構造が左右対称となるように形成することにより、少なくとも、各列方向のフォトセンサ相互を接続する信号線(ドレインライン及びソースライン)を直線状の配線パターンを有する信号線により接続することができるので、配線パターンの複雑化(蛇行等)や配線長に起因する、設計、製造プロセスの煩雑化や歩留まりの低下、配線に寄生する抵抗成分や容量成分の増加を極力抑制することができる。 On the other hand, in the configuration in which the photosensors arranged in the row direction and the column direction of the image reading unit (sensor array) are shifted so as to have a staggered arrangement structure, the photosensors have a staggered arrangement structure in the column direction. By forming the arranged photosensors so that the element structures are symmetrical in the left and right columns of the column, at least a signal line (drain line and source line) that connects the photosensors in each column direction. ) Can be connected by a signal line having a linear wiring pattern, which complicates the wiring pattern (such as meandering) and wiring length, complicates the design and manufacturing process, decreases the yield, and parasitics on the wiring. Increase in resistance component and capacitance component can be suppressed as much as possible.
さらに、本発明に係る画像読取装置によれば、画像表示部(画素アレイ)の視野側に、別個に製造した画像読取部(センサアレイ)を平面的に重ね合わせた(積層配置した)構成を適用することができるので、既存の画像表示部(液晶表示装置)や画像読取部(指紋読取センサ)における製造技術や設計資産をそのまま流用することができ、製品の歩留まりの低下や製造コストの上昇を抑制することができるとともに、例えば、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、画像読取部を比較的薄く形成することができるので、装置規模の大型化や肉厚化を極力抑制することができる。 Furthermore, the image reading apparatus according to the present invention has a configuration in which an image reading unit (sensor array) manufactured separately is planarly stacked (stacked) on the visual field side of the image display unit (pixel array). Since it can be applied, the manufacturing technology and design assets in the existing image display unit (liquid crystal display device) and image reading unit (fingerprint reading sensor) can be used as they are, and the product yield and manufacturing cost increase For example, by applying a double gate type photo sensor as a photo sensor, the image reading unit can be formed relatively thin, so that the increase in the size and thickness of the apparatus is suppressed as much as possible. can do.
加えて、本発明に係る画像読取装置においては、画像表示部の構成として、バックライトを備えた、周知の透過型の液晶表示パネルを良好に適用できるほか、有機EL素子等の自己発光型の表示画素を2次元配列した表示パネルを適用することもできる。前者によれば、既存の液晶表示パネルをそのまま適用することができ、また、後者によれば、表示パネルを大幅に薄型化することができるので、画像読取装置、及び、画像読取装置が搭載された機器の一層の小型薄型化を図ることができる。 In addition, in the image reading apparatus according to the present invention, as a configuration of the image display unit, a well-known transmissive liquid crystal display panel having a backlight can be applied well, and a self-luminous type such as an organic EL element can be used. A display panel in which display pixels are two-dimensionally arranged can also be applied. According to the former, the existing liquid crystal display panel can be applied as it is, and according to the latter, since the display panel can be significantly thinned, the image reading device and the image reading device are mounted. The device can be further reduced in size and thickness.
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。
<全体構成>
まず、本発明に係る画像読取装置の全体構成について簡単に説明する。
図1は、本発明に係る画像読取装置の一実施形態を示す全体構成図である。ここで、図1(a)は、本実施形態に係る画像読取装置の全体構成を示す概略斜視図であり、図1(b)は、画像読取装置の全体構成を示す概略断面図である。
Hereinafter, embodiments of an image reading apparatus according to the present invention will be described in detail.
<Overall configuration>
First, the overall configuration of the image reading apparatus according to the present invention will be briefly described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of an image reading apparatus according to the present invention. Here, FIG. 1A is a schematic perspective view illustrating the overall configuration of the image reading apparatus according to the present embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view illustrating the overall configuration of the image reading apparatus.
本実施形態に係る画像読取装置は、図1(a)、(b)に示すように、大別して、液晶表示装置等の透過型の画像表示部(画像表示手段、透過型の液晶表示パネル)200と、該画像表示部200の視野側に配置された、透過型の画像読取部(画像読取手段)100と、画像表示部200の背面側(視野側の反対側;図1(b)における下方)に配置されたバックライト300(発光手段)と、を備え、少なくとも、画像読取部100のセンサアレイ140により規定される被写体の画像読取エリア(検知エリア;画像読取領域)が、画像表示部200の画素アレイ(表示画素アレイ)250により規定される画像表示エリア(画像表示領域)に平面的に重なるように設定されているとともに、該画像読取部100のセンサアレイ(読取画素アレイ)140に配列されたフォトセンサ(読取画素)が、本発明特有の配列構造を有している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the image reading apparatus according to the present embodiment is roughly divided into a transmissive image display unit such as a liquid crystal display device (image display means, transmissive liquid crystal display panel). 200, a transmissive image reading unit (image reading unit) 100 disposed on the visual field side of the
ここで、図1(a)、(b)においては、図示の都合上、画像表示部200と画像読取部100との間、画像表示部200とバックライト300との間が、相互に離間するように示したが、これらの構成は、相互に密着した積層構造を有するものであってもよいし、各構成間に、拡散フィルムや偏光板等の光学部材を介挿して密着した積層構造を有するものであってもよい。
Here, in FIGS. 1A and 1B, for the sake of illustration, the
また、本実施形態に適用されるバックライト300は、例えば、図1に示すように、画像表示部200の背面側に、対向して配置されたアクリル板等からなる導光板310と、該導光板310の一側方端面側に設けられた、冷陰極線管や発光ダイオード(LED)等からなる光源320と、を備えた構成を適用することができるが、特に限定するものではなく、例えば、有機エレクトルミネッセント素子(有機EL素子)や発光ダイオード等の自発光素子を2次元配列した平面型の光源を適用するものであってもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 1, the
本実施形態に適用される画像表示部200は、概略、図1(b)に示すように、上述したバックライト300において光が放射される導光板の一面側(放射面側;上記視野側)に配置されたガラス基板等の透明な絶縁性基板(第1の基板)210と、該絶縁性基板210の一面側(視野側)に対向するように配置された透明な対向基板220と、絶縁性基板210及び対向基板220の各々の対向面側に設けられた電極層や配線層、該電極層間に封入された液晶からなる液晶封入層240からなり、上記画像表示エリアの全域にわたり、2次元配列された複数の液晶画素(表示画素)と、各液晶画素ごとに設けられた画素トランジスタ(詳しくは後述する)と、上記液晶画素間に設けられた遮光性の金属材料からなるブラックマトリクス(詳しくは後述する)と、を備えた構成を有している。
As shown schematically in FIG. 1B, the
ここで、上記画像表示エリアに配設された複数の液晶画素は、画素アレイ250を構成する。また、対向基板220が配置されていない絶縁性基板210上には、画素アレイ250における画像情報の表示動作を制御するための表示駆動ドライバ(後述するゲートドライバ、ソースドライバ)230が設けられている。
Here, the plurality of liquid crystal pixels arranged in the image display area constitute a
また、本実施形態に適用される画像読取部100は、概略、図1に示すように、上述した画像表示部200の視野側に配置されたガラス基板等の透明な絶縁性基板(第2の基板)110と、少なくとも上記画像読取エリアに2次元配列された複数のフォトセンサ(読取画素)からなるセンサアレイ140と、上記絶縁性基板110上であって、センサアレイ140における画像情報の読取動作を制御するための走査ドライバ120及び読出ドライバ130と、を備えた構成を有している。
In addition, an
そして、本実施形態においては、バックライト300から放射された光が、画像表示部200の画素アレイ250を構成する絶縁性基板210及び対向基板220を透過し、画像読取部100を介して視野側に放射されることにより、画像表示エリアに所望の画像情報を表示することができる(画像表示機能)とともに、画像読取部100の画像読取エリアに載置された被写体に照射されて反射した光をセンサアレイ140の各フォトセンサにより検出することにより被写体画像を読み取ることができる(画像読取機能)。
In the present embodiment, the light emitted from the
以下、各構成について、具体的に説明する。
<画像表示部>
図2は、本実施形態に係る画像読取装置に適用される画像表示部の一構成例を示す要部構成図であり、図3は、本実施形態に係る画像表示部に適用されるブラックマトリクスの一例を示す概略構成図である。ここでは、本実施形態に適用される画像表示部として、周知のアクティブマトリクス型の駆動方式に対応した表示画素構造及びドライバ構造を備える場合について説明する。
Each configuration will be specifically described below.
<Image display section>
FIG. 2 is a main part configuration diagram showing an example of the configuration of an image display unit applied to the image reading apparatus according to the present embodiment, and FIG. 3 is a black matrix applied to the image display unit according to the present embodiment. It is a schematic block diagram which shows an example. Here, a case where a display pixel structure and a driver structure corresponding to a known active matrix type driving method are described as an image display unit applied to the present embodiment will be described.
図2に示すように、本実施形態に係る画像表示部(液晶表示装置)200は、大別して、多数の液晶画素(表示画素)Pxを2次元配列した透過型の液晶画素アレイ(表示画素アレイ)250Pと、該液晶画素アレイ250Pの各行の液晶画素Px群を行方向に接続して伸延する走査ラインSLと、各液晶画素Pxを列方向に接続して伸延するデータラインDLと、各走査ラインSLに接続されたゲートドライバ(走査ドライバ)231と、各データラインDLに接続されたソースドライバ(データドライバ)232と、を有して構成されている。ここで、ゲートドライバ231及びソースドライバ232は、図1に示した表示駆動ドライバ230を構成する。
As shown in FIG. 2, an image display unit (liquid crystal display device) 200 according to this embodiment is roughly divided into a transmissive liquid crystal pixel array (display pixel array) in which a large number of liquid crystal pixels (display pixels) Px are two-dimensionally arranged. ) 250P, a scanning line SL that extends by connecting the liquid crystal pixels Px of each row of the liquid
なお、図2において、垂直制御信号は、ゲートドライバ231において、各行の液晶画素Px群を選択状態に設定するための走査信号を順次生成して出力するための制御信号であり、水平制御信号は、ソースドライバ232において、ゲートドライバ231により選択状態に設定された各液晶画素Pxに対して表示データに基づく階調表示を行うための表示信号電圧を生成して印加するための制御信号である。これらの制御信号はいずれも、例えば、図示を省略したLCDコントローラ(タイミング制御手段)等により生成されて供給される。 In FIG. 2, the vertical control signal is a control signal for sequentially generating and outputting a scanning signal for setting the liquid crystal pixel Px group of each row to the selected state in the gate driver 231, and the horizontal control signal is In the source driver 232, a control signal for generating and applying a display signal voltage for performing gradation display based on display data to each liquid crystal pixel Px set in a selected state by the gate driver 231. All of these control signals are generated and supplied by, for example, an LCD controller (timing control means) (not shown).
液晶画素アレイ250Pは、概略、図2に示すように、相互に直交して配設された複数の走査ラインSL及び複数のデータラインDLの各交点近傍に、液晶画素Pxが接続されて、マトリクス状に配列された構成を有している。ここで、各液晶画素Pxは、周知のように、走査ラインSLにゲート端子が接続され、データラインDLにソース端子が接続された画素トランジスタTFTと、該画素トランジスタTFTのドレイン端子に一端側(画素電極)が接続され、コモン信号電圧Vcomが他端側(共通電極)に印加される液晶容量Clcと、該液晶容量Clcに並列に、画素トランジスタTFTのドレイン端子に一端側(容量電極)が接続され、共通ラインCLを介して共通電圧Vcs(例えば、コモン信号電圧Vcom)が他端側(対向電極)に印加される蓄積容量Csと、を有している。
As shown schematically in FIG. 2, the liquid
また、本実施形態に係る液晶画素アレイ250Pにおいては、例えば、図3(a)、(b)に示すように、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に対応したフィルタを備えた各画素領域Pr、Pg、Pbからなる液晶画素Pxがマトリクス状に配列され、各色の各画素領域Pr、Pg、Pb間には、隣接する色同士の混色や画素間領域における光の透過や入射を防止する目的で、遮光性の金属材料等からなる周知のブラックマトリクスBMが形成されている。なお、ここでは、ブラックマトリクスの配列構造として、縦長の形状を有する画素領域に対応するようにストライプ配列を適用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、規則的に配列された周知の他の構造を適用するものであってもよい。
Further, in the liquid
なお、図3においては、液晶画素Pxの一構成例として、例えば、画素ピッチ(すなわち、液晶画素を規定する領域の縦方向と横方向)がx、yの各方向に222μmに設定され、かつ、当該液晶画素Pxの領域(222μm□)において、x方向にRGBの各色を有し、各々縦長の画素領域(縦222μm×横74ミクロン)Pr、Pg、Pbを有する場合について示すが、本発明はこの形状及び寸法に限定されるものではない。 In FIG. 3, as one configuration example of the liquid crystal pixel Px, for example, the pixel pitch (that is, the vertical direction and the horizontal direction of the region defining the liquid crystal pixel) is set to 222 μm in each of the x and y directions, and In the region of the liquid crystal pixel Px (222 μm □), there is shown a case where each color of RGB is in the x direction and each has a vertically long pixel region (222 μm long × 74 μm wide) Pr, Pg, Pb. Is not limited to this shape and size.
ゲートドライバ231は、例えば、図2に示すように、概略、図示を省略したLCDコントローラ等から供給される垂直制御信号(スタート信号、基準クロック信号等)に基づいて、各行の走査ラインSLに対応するシフト信号を順次出力するシフトレジスタ回路部231sと、該シフトレジスタ回路部231sから順次出力されるシフト信号を、所定の信号レベルに増幅して走査信号として、各走査ラインSLに出力する出力バッファ部231bと、を有して構成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the gate driver 231 corresponds to the scanning line SL of each row on the basis of vertical control signals (start signal, reference clock signal, etc.) supplied from an LCD controller or the like not shown schematically. Shift
ソースドライバ232は、例えば、図2に示すように、概略、図示を省略したLCDコントローラ等から出力される水平制御信号(スタート信号、基準クロック信号、出力イネーブル信号等)に基づいて、各データラインDLに対応するシフト信号を順次出力するシフトレジスタ回路部232sと、該シフトレジスタ回路部232sから順次出力されるシフト信号に基づくタイミングで、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)各色のアナログ信号からなる表示データ(アナログRGB)を1行単位で取り込んで保持するサンプルホールド回路部232hと、該サンプルホールド回路部232hにより保持された表示データに対応する信号電圧を、所定の信号レベルに増幅して表示信号電圧として、各データラインDLに出力する出力バッファ部232bと、を有して構成されている。
For example, as shown in FIG. 2, the source driver 232 is configured to display each data line on the basis of horizontal control signals (start signal, reference clock signal, output enable signal, etc.) output from an LCD controller or the like that is schematically omitted. A shift
なお、図示を省略したLCDコントローラは、画像表示部200に供給される水平同期信号、垂直同期信号、システムクロック等の各種タイミング信号に基づいて、上記水平制御信号及び垂直制御信号を生成して、ゲートドライバ231及びソースドライバ232に供給する。
The LCD controller (not shown) generates the horizontal control signal and the vertical control signal based on various timing signals such as a horizontal synchronization signal, a vertical synchronization signal, and a system clock supplied to the
このような構成を有する画像表示部200における駆動制御方法は、まず、水平制御信号に基づいて、ソースドライバ232により液晶画素アレイ250Pの1行分の表示データが順次取り込み保持される。一方、垂直制御信号に基づいて、ゲートドライバ231により液晶画素アレイ250Pに配設された各走査ラインSLに走査信号を順次印加して各行の液晶画素Px群を選択状態に設定する。そして、上記保持した表示データに対応する行の液晶画素Px群の選択タイミングに同期して、ソースドライバ232により、上記保持した表示データに対応する表示信号電圧を、各データラインDLを介して各表示画素Pxに一斉に印加することにより、当該選択状態に設定された各液晶画素Pxに充填された液晶分子が、上記表示データに応じた配向状態に制御される。
In the drive control method in the
このような一連の動作を、1画面分の各行に対して繰り返し実行することにより、上記表示データに基づく階調表示が行われ、このとき、バックライト300を点灯動作させて、放射光を液晶画素アレイ250Pの視野側に透過させることにより、所望の画像情報が表示されて、使用者により視認される。
By repeating such a series of operations for each row for one screen, gradation display based on the display data is performed. At this time, the
<画像読取部>
図4は、本実施形態に係る画像読取装置に適用される画像読取部の一構成例を示す要部構成図である。
図4に示すように、本実施形態に係る画像読取部(指紋読取センサ)100は、大別して、多数のフォトセンサ(読取画素;後述する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透過型のフォトセンサアレイ(センサアレイ、読取画素アレイ)140Pと、各フォトセンサPSのトップゲート端子TGを行方向に接続して伸延するトップゲートラインLtと、各フォトセンサPSのボトムゲート端子BGを行方向に接続して伸延するボトムゲートラインLbと、各フォトセンサPSのドレイン端子D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を所定の低電位電圧(例えば、接地電位)Vssに共通に接続するソースライン(コモンライン)Lsと、各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120Tと、各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120Bと、各ドレインラインLdに接続されたドレインドライバ130Dと、を有して構成されている。ここで、トップゲートドライバ120T及びボトムゲートドライバ120Bは、図1に示した走査ドライバ120に対応し、ドレインドライバ130Dは、読出ドライバ130に対応する。
<Image reading unit>
FIG. 4 is a main part configuration diagram showing a configuration example of an image reading unit applied to the image reading apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 4, the image reading unit (fingerprint reading sensor) 100 according to the present embodiment is roughly divided into a large number of photosensors (reading pixels; a double gate type photosensor described later) PS, for example, n rows × A transmission type photosensor array (sensor array, read pixel array) 140P arranged in a matrix of m columns (n and m are arbitrary natural numbers) and a top gate terminal TG of each photosensor PS are connected in the row direction. The extending top gate line Lt, the bottom gate line Lb extending by connecting the bottom gate terminal BG of each photosensor PS in the row direction, and the drain extending by connecting the drain terminal D of each photosensor PS in the column direction A source line (common line) that commonly connects a line (data line) Ld and a source terminal S to a predetermined low potential voltage (for example, ground potential) Vss. Ls, a top gate driver 120T connected to each top gate line Lt, a
なお、図4に示したトップゲート制御信号は、トップゲートドライバ120Tにおいて後述するリセット電圧(リセットパルス)及びキャリヤ蓄積電圧のいずれかとして、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120Bにおいて後述する読み出し電圧及び非読み出し電圧のいずれかとして、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であり、ドレイン制御信号は、ドレインドライバ130Dにおいて後述するプリチャージ電圧Vpgを各フォトセンサPSに印加するとともに、各フォトセンサPSに蓄積されたキャリヤに対応するデータ電圧Vrdの読み出しを制御するための制御信号である。これらの制御信号はいずれも、例えば、図示を省略したシステムコントローラ(タイミング制御手段)等により生成されて供給される。
Note that the top gate control signal shown in FIG. 4 is selectively output as signals φT1, φT2,... ΦTi,. The bottom gate control signal is a control signal for generating φTn, and the
また、図4に示したフォトセンサアレイ140Pにおいては、後述するフォトセンサPSの構成及び駆動制御動作の説明を簡明にするために、複数のフォトセンサPSが行及び列方向に各々直線状に配列された、通常のマトリクス配列構造(基本構造)について示したが、後述するように、本発明は、フォトセンサアレイ140PにおけるフォトセンサPSの配列構造が通常のマトリクス配列ではなく、特異な構造を有していることを特徴としている。フォトセンサアレイにおけるフォトセンサの配列構造については、詳しくは後述する。
In the
(フォトセンサPS)
図5は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なフォトセンサの素子構造を示す概略断面図である。ここで、図5(a)は、本実施形態に係るフォトセンサの一構成例を示す概略平面図であり、図5(b)は、フォトセンサのB−B断面における概略断面図である。なお、図5(a)においては、図示の都合上、各層の絶縁膜を省略するとともに、フォトセンサの主要な構成のみを示し、さらに、透明なトップゲート電極及びトップゲートラインを介して透視される、下層の各構成(ドレイン、ソース電極及び半導体層)を実線で示した。また、フォトセンサの構成を明瞭にするために、ドレイン、ソース電極及び半導体層にハッチングを施した。
(Photo sensor PS)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the element structure of a photosensor applicable to the image reading unit according to the present embodiment. Here, FIG. 5A is a schematic plan view showing a configuration example of the photosensor according to the present embodiment, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of the photosensor in the BB cross section. In FIG. 5A, for convenience of illustration, the insulating film of each layer is omitted, only the main structure of the photosensor is shown, and further, it is seen through the transparent top gate electrode and the top gate line. Each structure of the lower layer (drain, source electrode and semiconductor layer) is indicated by a solid line. In order to clarify the structure of the photosensor, the drain, the source electrode, and the semiconductor layer were hatched.
上述した画像読取部100(フォトセンサアレイ140P)に適用可能なフォトセンサPSは、概略、図5(a)、(b)に示すように、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(第1のゲート電極;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(遮光性を有する)ボトムゲート電極BGx(第2のゲート電極;ボトムゲート端子BG)と、を有して構成されている。
A photosensor PS applicable to the above-described image reading unit 100 (
すなわち、本実施形態に係るセンサアレイ110に適用されるフォトセンサPSは、いわゆる、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有し(ダブルゲート型フォトセンサ)、図5に示すように、半導体製造技術を適用して絶縁性基板110上に薄膜形成されている。また、該フォトセンサPSを含む絶縁性基板110の一面側全体には保護絶縁膜(パッシベーション膜)19が被覆形成されて、該保護絶縁膜19の上面を検知面DTCとして、被写体を載置することにより、フォトセンサPSへの直接的な電気的、物理化学的ダメージを抑制するように構成されている。
That is, the photosensor PS applied to the
なお、図5に示したフォトセンサPSおいて、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、絶縁性基板110側に設けられた光源(図示を省略;上述した画像表示部200の背面側に設けられたバックライト300)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(指)に反射して、図面上方からフォトセンサ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。
In the photosensor PS shown in FIG. 5, the top
(トップゲートドライバ120T/ボトムゲートドライバ120B)
図6は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なトップゲートドライバ又はボトムゲートドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。ここで、トップゲートドライバ120T及びボトムゲートドライバ120Bは、略同等の構成を有しているので、以下の説明においては、主に、トップゲートドライバを例にして構成を説明する。
(Top gate driver 120T /
FIG. 6 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of a top gate driver or a bottom gate driver applicable to the image reading unit according to the present embodiment. Here, since the top gate driver 120T and the
トップゲートドライバ120T(又は、ボトムゲートドライバ120B)は、例えば、図6に示すように、概略、図示を省略したシステムコントローラ等からトップゲート制御信号(又は、ボトムゲート制御信号)として供給されるスタート信号STtb、基準クロック信号CKtb、出力イネーブル信号OEtb等に基づいて、スタート信号STtbを基準クロック信号CKtbに基づくタイミングで順次次段へシフトしつつ、出力イネーブル信号OEtb等に基づくタイミングで、各行のトップゲートラインLt(又は、ボトムゲートラインLb)に対応するシフト信号SG1、SG2、・・・SGnとして出力するシフトレジスタ回路部121と、該シフトレジスタ回路部121から順次出力されるシフト信号SG1、SG2、・・・SGnを、所定の信号レベルに増幅してリセットパルスφTi(又は、読み出しパルスφBi)として、各トップゲートラインLt(又は、ボトムゲートラインLb)に出力する出力バッファ部122と、を有して構成されている。
For example, as shown in FIG. 6, the top gate driver 120T (or the
(ドレインドライバ130D)
図7は、本実施形態に係る画像読取部に適用可能なドレインドライバの一構成例を示す概略ブロック図である。
ドレインドライバ130Dは、例えば、図7に示すように、概略、図示を省略したシステムコントローラ等からドレイン制御信号として供給されるスタート信号STd、基準クロック信号CKd、出力イネーブル信号OEd等に基づいて、スタート信号STdを基準クロック信号CKdに基づくタイミングで順次次段へシフトしつつ、出力イネーブル信号OEd等に基づくタイミングで各ドレインラインLdに対応するシフト信号SD1、SD
S2、・・・SDmとして出力するシフトレジスタ回路部131と、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に基づくタイミング(後述するプリチャージ期間)で、各ドレインラインLdに所定のプリチャージパルス(プリチャージ電圧Vpg)を一斉に印加するプリチャージ回路部135と、ドレイン制御信号として供給されるサンプリング信号φsrに基づくタイミング(後述する読み出し期間)で、各ドレインラインLdを介して各フォトセンサPSに蓄積されたキャリヤに対応するドレイン電圧VD(データ電圧Vrd)を並列的に読み出して保持するサンプリング回路部134と、該サンプリング回路部134により読み出された(保持された)ドレインライン電圧VDを所定の信号レベルに増幅するソースフォロワ回路部133と、上記シフトレジスタ回路部131から順次出力されるシフト信号SD1、SD2、・・・SDmに基づくタイミングで、ソースフォロワ回路部1D3から出力されるデータ電圧を時系列的に取り出してシリアル信号に変換し、読取データ信号Vdataとして出力するパラレル−シリアル変換回路部132と、を有して構成されている。
(
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating a configuration example of a drain driver applicable to the image reading unit according to the present embodiment.
For example, as shown in FIG. 7, the
S2,... SDm output as a shift register circuit portion 131 and a timing (precharge period described later) based on a precharge signal φpg supplied as a drain control signal, a predetermined precharge pulse ( The precharge circuit unit 135 that simultaneously applies the precharge voltage Vpg) and a timing (reading period described later) based on a sampling signal φsr supplied as a drain control signal to each photosensor PS via each drain line Ld. A sampling circuit unit 134 that reads and holds the drain voltage VD (data voltage Vrd) corresponding to the accumulated carrier in parallel, and the drain line voltage VD read (held) by the sampling circuit unit 134 is predetermined. Source follower circuit that amplifies to the signal level of 33 and the timing based on the shift signals SD1, SD2,... SDm sequentially output from the shift register circuit unit 131, the data voltage output from the source follower circuit unit 1D3 is extracted in time series and converted into a serial signal. And a parallel-serial conversion circuit unit 132 that converts and outputs the data as a read data signal Vdata.
(駆動制御方法)
次いで、上述した画像読取部(フォトセンサアレイ)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8は、本実施形態に係る画像読取部(フォトセンサアレイ)における駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。また、図9は、本実施形態に係る画像読取部を指紋読取センサに適用した場合の指紋画像の読み取り動作を示す概念図である。ここで、図9においては、図示の都合上、フォトセンサアレイ140Pの断面部分を表すハッチングの一部を省略する。
(Drive control method)
Next, a driving control method for the above-described image reading unit (photosensor array) will be briefly described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a timing chart showing an example of a drive control method in the image reading unit (photo sensor array) according to the present embodiment. FIG. 9 is a conceptual diagram showing a fingerprint image reading operation when the image reading unit according to this embodiment is applied to a fingerprint reading sensor. Here, in FIG. 9, for convenience of illustration, a part of hatching that represents a cross-sectional portion of the
上述したフォトセンサアレイ140Pの駆動制御方法は、例えば、図8に示すように、所定の処理動作期間(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。
図8に示すように、まず、リセット期間Trstにおいては、トップゲートドライバ120T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の任意の自然数)のフォトセンサ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(=リセットパルス電圧)Vtg=+15Vのハイレベル)φTiを印加して、半導体層11に蓄積されているキャリヤ(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. 8, the drive control method for the
As shown in FIG. 8, first, in the reset period Trst, the top of the photo sensor PS in the i-th row (i is an arbitrary natural number of 1 ≦ i ≦ n) by the top gate driver 120T via the top gate line Lt. A reset pulse (for example, a high level of top gate voltage (= reset pulse voltage) Vtg = + 15 V) φTi is applied to the gate terminal TG to release carriers (here, holes) accumulated in the
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120T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(キャリヤ蓄積動作)をスタートする。 Next, in the charge accumulation period Ta, the top gate driver 120T applies a low level (for example, top gate voltage Vtg = −15V) bias voltage φTi to the top gate terminal TG, thereby ending 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、図9に示すように、図5に示したフォトセンサPSが形成された透明な絶縁性基板110の下方(本実施形態に係る画像読取装置においては、画像表示部200の背面側)に配置されたバックライト300から放射された光Lxが、(画像表示部200及び)画像読取部100を透過して、フォトセンサアレイ140Pの上面の検知面DTCに密着して載置された指(被写体)FGに照射され、該光Lxの反射光Ly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(キャリヤ発生領域)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, as shown in FIG. 9, below the transparent insulating
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130D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、プリチャージ電圧Vpg=+5V)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
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120B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)φBiを印加することにより、電荷蓄積期間Taに上記チャネル領域に蓄積されたキャリヤ(正孔)に応じたドレイン電圧VD(データ電圧Vrd;電圧信号)をドレインラインLdを介してドレインドライバ130D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 via the bottom gate line Lb by the
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ヤが多い場合(明状態)には、電圧が急峻に低下する傾向を示し、一方、蓄積されたキャリヤが少ない場合(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、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 is such 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 number of accumulated carriers is small (dark state), it tends to decrease gradually. For example, the data voltage Vrd after a predetermined time has elapsed after the start of the read period Tread is detected. Accordingly, it is possible to detect the amount of light incident on the photosensor PS, that is, lightness data (lightness / darkness information) corresponding to the light / dark 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、上述したフォトセンサアレイ140P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、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサPSを適用したフォトセンサアレイ140Pを、被写体の2次元画像(指紋画像)を明度データとして読み取るモノクローム型の画像読取部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 it is equivalent to each row (i = 1, 2,... N) of the
<第1の実施形態>
次に、上述したような構成を有する画像読取部に適用されるセンサアレイの第1の実施形態について、図面を参照して説明する。
図10は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第1の実施形態を示す概略図であり、図11は、本実施形態に係るセンサアレイとの比較のための、通常のマトリクス配列構造を有するセンサアレイを示す概略図である。また、図12は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第1の実施形態の他の例を示す概略図である。
<First Embodiment>
Next, a first embodiment of a sensor array applied to the image reading unit having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a first embodiment of the sensor array of the image reading unit applied to the image reading apparatus according to the present invention, and FIG. 11 is for comparison with the sensor array according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing a sensor array having a normal matrix arrangement structure. FIG. 12 is a schematic view showing another example of the first embodiment of the sensor array of the image reading unit applied to the image reading apparatus according to the present invention.
本実施形態に係るセンサアレイ140Aにおいては、上述したような構成を有する複数のフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)PSが、図11に示すように、例えば、行及び列方向に、各々同一の素子間ピッチPTp(フォトセンサPS相互の配置間隔;行間ピッチPTc及び列間ピッチPTrと同一)を有して直線状に配列された、通常のマトリクス配列構造(図4参照)を有するフォトセンサアレイ140Pに対して、図10に示すように、1列おきに、当該列のフォトセンサPSを列方向(図中、上下方向に対応するy方向)に、上記素子間ピッチPTp(又は、行間ピッチPTc)の半分の寸法(PTp/2又はPTc/2)だけ、シフトさせた(ずらした)配列構造を有している。
In the
具体的には、図11に示した通常のマトリクス配列構造において、行及び列方向(x方向及びy方向)のフォトセンサ相互間の素子間ピッチPTp(又は、行間ピッチPTc及び列間ピッチPTr)を、例えば、60μmとした場合、本実施形態に係るセンサアレイ140においては、各列における列方向(y方向)のフォトセンサ相互間の素子間ピッチPTp及び列間ピッチPTrは、図11と同様に、60μmに設定されるとともに、例えば、偶数列のフォトセンサPSのみが、図11に示した通常のマトリクス配列構造におけるフォトセンサPSpの配置位置に対して、列方向(y方向)に、上記素子間ピッチPTp=60μmの半分(半ピッチ=30μm)だけ、シフトした位置に配列されている。
すなわち、各行のフォトセンサPSが奇数列と偶数列との間で、列方向(y方向)に半ピッチ分(=30μm;行間ピッチの半ピッチ分にも相当する)だけシフトして、上下交互に配置された千鳥配列構造を有している。
Specifically, in the normal matrix arrangement structure shown in FIG. 11, the element pitch PTp between the photosensors in the row and column directions (x direction and y direction) (or the row pitch PTc and the column pitch PTr). Is 60 μm, for example, in the
That is, the photosensors PS of each row are shifted up and down alternately by a half pitch (= 30 μm; corresponding to a half pitch of the pitch between rows) in the column direction (y direction) between the odd and even columns. Has a staggered arrangement structure.
また、本実施形態の他の構成例に係るセンサアレイ140Bにおいては、上述したような構成を有する複数のフォトセンサ(ダブルゲート型フォトセンサ)PSが、図12に示すように、1行おきに、当該行のフォトセンサPSを行方向(図中、左右方向に対応するx方向)に、上記素子間ピッチPTp(又は、列間ピッチPTr)の半分の寸法(PTp/2又はPTr/2)だけ、シフトさせた配列構造を有している。 Further, in the sensor array 140B according to another configuration example of the present embodiment, a plurality of photosensors (double gate type photosensors) PS having the configuration as described above are provided every other row as shown in FIG. The photosensor PS of the row in the row direction (x direction corresponding to the left-right direction in the figure) is half the dimension (PTp / 2 or PTr / 2) of the element pitch PTp (or column pitch PTr). Only have a shifted array structure.
具体的には、各行における行方向(x方向)のフォトセンサ相互間の素子間ピッチPTp及び行間ピッチPTcは、図11と同様に、60μmに設定されるとともに、例えば、偶数列のフォトセンサPSのみが、図11に示した通常のマトリクス配列構造におけるフォトセンサPSpの配置位置に対して、行方向(x方向)に、上記素子間ピッチPTp=60μmの半分(半ピッチ=30μm)だけ、シフトした位置に配列され、各列のフォトセンサPSが奇数行と偶数行との間で、行方向(x方向)に半ピッチ分(=30μm;列間ピッチの半ピッチ分にも相当する)だけシフトして、左右交互に配置された千鳥配列構造を有している。 Specifically, the inter-element pitch PTp and the inter-row pitch PTc between the photosensors in the row direction (x direction) in each row are set to 60 μm as in FIG. However, only the half of the inter-element pitch PTp = 60 μm (half pitch = 30 μm) is shifted in the row direction (x direction) with respect to the arrangement position of the photosensors PSp in the normal matrix arrangement structure shown in FIG. The photosensors PS of each column are arranged at half-pitch in the row direction (x direction) between the odd-numbered rows and the even-numbered rows (= 30 μm; corresponding to the half-pitch of the pitch between columns). It has a staggered arrangement structure that is shifted and arranged alternately on the left and right.
次に、上述したようなフォトセンサの配列構造を有するセンサアレイ(画像読取部)の作用効果について詳しく検証する。
図1に示したような画像表示部の視野側に透過型の画像読取部を配置した構成において、まず、画像表示部200の画素アレイ250に、図3に示したように、遮光性のブラックマトリクスBMが格子状に設けられ、また、画像読取部100のセンサアレイ140に、図11に示したように、遮光性の領域を有するフォトセンサPSが通常のマトリクス配列された構成について検討する。
Next, the effect of the sensor array (image reading unit) having the photosensor array structure as described above will be examined in detail.
In the configuration in which the transmissive image reading unit is arranged on the visual field side of the image display unit as shown in FIG. 1, first, as shown in FIG. Consider a configuration in which a matrix BM is provided in a grid pattern and photosensors PS having a light-shielding region are arranged in a normal matrix as shown in FIG. 11 in the
このような構成においては、画像表示部200の画素アレイ250、及び、画像読取部100のセンサアレイ140のいずれもが、ガラス基板等の絶縁性基板上に形成された構成を有しているため、画像情報の表示が行われる画素アレイ250と、被写体画像の読み取りが行われるセンサアレイ140との間には、絶縁性基板が介在することになり、両者間に必然的に間隙が生じることになる。
In such a configuration, both the
そのため、画像表示部200(画素アレイ250)上に画像読取部100(センサアレイ140)を積層した場合、画素アレイ250のブラックマトリクスBMにおける規則的な格子構造と、センサアレイ140におけるフォトセンサPSの規則的な配列構造との間で生じる光の干渉により周期的な縞状のパターン、いわゆる、モアレ縞が発生することがあり、これにより、画像表示部に表示された画像情報の品質(表示品位)が大きく低下することが判明した。
Therefore, when the image reading unit 100 (sensor array 140) is stacked on the image display unit 200 (pixel array 250), the regular lattice structure in the black matrix BM of the
ここで、このモアレ縞の発生の程度は、画像表示部200(画素アレイ250)上に画像読取部100(センサアレイ140)を積層する際の位置合わせ精度によっても大きく変化し、特に、回転方向の僅かなずれによっても増大するため、モアレ縞の発生を抑えるには、両者の位置合わせ精度を高くする必要がある。そのため、製造プロセスにおいて、高い位置合わせ制度が要求されることになり、高精度の製造装置や煩雑なプロセスを必要とするため、製造コストの高騰や歩留まりの低下等を招くという問題を有している。 Here, the degree of occurrence of the moire fringes varies greatly depending on the alignment accuracy when the image reading unit 100 (sensor array 140) is stacked on the image display unit 200 (pixel array 250), and in particular, the rotation direction. Therefore, in order to suppress the occurrence of moire fringes, it is necessary to increase the alignment accuracy between the two. For this reason, a high alignment system is required in the manufacturing process, which requires a high-precision manufacturing apparatus and a complicated process, resulting in a problem that the manufacturing cost increases and the yield decreases. Yes.
そこで、本願発明者は、図1に示したような画像表示部200(画素アレイ250)上に画像読取部100(センサアレイ140)を積層した構成において、上述したようなモアレ縞の発生について、種々検証した結果、画素アレイ250に設けられたブラックマトリクスBMの延在方向に対するセンサアレイ140のフォトセンサPSの配列方向とその配置数とに起因して、モアレ縞の発生の程度が大きく変化することを見出した。それによれば、ブラックマトリクスBMの延在方向(すなわち、x方向又はy方向)に直線的に配列されるフォトセンサPSの個数(配置数)が多くなるほどモアレ縞の強度が増加し、フォトセンサPSの個数が少なくなるほどその強度が低下し、一定の依存性があることが判明した。
Therefore, the inventor of the present application is concerned with the generation of moire fringes as described above in the configuration in which the image reading unit 100 (sensor array 140) is stacked on the image display unit 200 (pixel array 250) as shown in FIG. As a result of various verifications, the degree of occurrence of moire fringes varies greatly depending on the arrangement direction of the photosensors PS of the
一方、画像読取部100においては、被写体に応じて予め画像の読取精度が設定されている。例えば、上述した指紋画像を読み取る際には、少なくとも数点の特徴点を高い精度で識別できる程度の画素数が必要となるため、センサアレイ140に配列されるフォトセンサPSの個数を大幅に削減することはできない。
On the other hand, in the
このような検証結果及び機能上の要求に基づいて、本発明においては、図11に示したようなマトリクス状に規則的に配列されたフォトセンサPSpのうち、図10に示したように、1列おきに、当該列のフォトセンサPSをy方向に素子間ピッチPTp(あるいは、行間ピッチPTc)の半ピッチ分だけシフトさせて配列することにより、x方向に直線状に配列されるフォトセンサPSの数を実質的に減少させるように設定する。 Based on such verification results and functional requirements, in the present invention, among the photosensors PSp regularly arranged in a matrix as shown in FIG. The photosensors PS arranged in a straight line in the x direction are arranged by shifting the photosensors PS in the corresponding column in the y direction by a half pitch of the inter-element pitch PTp (or the inter-row pitch PTc). Is set to substantially reduce the number of.
あるいは、図11に示したようなマトリクス状に規則的に配列されたフォトセンサPSpのうち、図12に示したように、1行おきに、当該行のフォトセンサPSをx方向に素子間ピッチPTp(あるいは、列間ピッチPTr)の半ピッチ分だけシフトさせて配列することにより、y方向に直線状に配列されるフォトセンサPSの数を実質的に減少させるように設定する。 Alternatively, among the photosensors PSp regularly arranged in a matrix as shown in FIG. 11, as shown in FIG. 12, every other row, the photosensors PS in the row are inter-element pitches in the x direction. By shifting the arrangement by a half pitch of PTp (or inter-column pitch PTr), the number of photosensors PS arranged linearly in the y direction is set to be substantially reduced.
これにより、図11に示した通常のマトリクス配列構造に比較して、図10に示した配列構造ではx方向(行方向)に配置されるフォトセンサPSの数を半減(1/2)することができ、また、図12に示した配列構造ではy方向(列方向)の直線上に配置されるフォトセンサPSの数を半減(1/2)することができる。 Thus, the number of photosensors PS arranged in the x direction (row direction) is halved (1/2) in the array structure shown in FIG. 10 compared to the normal matrix array structure shown in FIG. In the arrangement structure shown in FIG. 12, the number of photosensors PS arranged on the straight line in the y direction (column direction) can be halved (1/2).
したがって、規則的に設けられた画素アレイのブラックマトリクスの延在方向のうち、少なくとも特定の一方向に配列されるフォトセンサの配置数を低減することができるので、モアレ縞の発生を抑制して視認されない程度にすることができ、画像表示部(画素アレイ)に表示された画像情報の表示品位の劣化を抑制することができる。 Therefore, since the number of photosensors arranged in at least one specific direction among the extending directions of the black matrix of the regularly arranged pixel array can be reduced, the occurrence of moire fringes can be suppressed. It is possible to reduce the display quality of the image information displayed on the image display unit (pixel array).
<第2の実施形態>
次に、本発明に係る画像読取部に適用されるセンサアレイの第2の実施形態について、図面を参照して説明する。
図13は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第2の実施形態を示す概略図であり、図14は、本実施形態に係るセンサアレイにおけるフォトセンサの配列構造を説明するための概念図である。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the sensor array applied to the image reading unit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a second embodiment of the sensor array of the image reading unit applied to the image reading apparatus according to the present invention, and FIG. 14 is an arrangement of photosensors in the sensor array according to the present embodiment. It is a conceptual diagram for demonstrating a structure.
本実施形態に係るセンサアレイ140Cにおいては、図11に示すように、複数のフォトセンサPSpが行及び列方向に、各々同一の素子間ピッチPTp(行間ピッチPTc及び列間ピッチPTr)を有して直線状に配列された、通常のマトリクス配列構造(図4参照)を有するフォトセンサアレイ140Pに対して、図13に示すように、行方向において、1列おきに、当該列のフォトセンサPSを列方向(y方向)に、上記素子間ピッチPTp(又は、行間ピッチPTc)の半分の寸法(PTp/2又はPTc/2)だけシフトさせた配列構造を有するとともに、列方向において、1行おきに、当該行のフォトセンサPSを行方向(x方向)に、上記素子間ピッチPTp(又は、列間ピッチPTr)の半分の寸法(PTp/2又はPTr/2)だけシフトさせた配列構造を有している。
In the
具体的には、図14(a)に示すように、図11に示した通常のマトリクス配列構造において、図14(b)に示すように、例えば、偶数列のフォトセンサPSpのみが、列方向(y方向)に、上記素子間ピッチPTs(例えば、60μm)の半分(半ピッチ=30μm)だけ、シフトした位置に配列されて、行方向に千鳥配列構造を有し、かつ、図14(c)に示すように、例えば、奇数行の、各々千鳥配列構造を有するフォトセンサPSpのみが、行方向(x方向)に、上記素子間ピッチPTsの半分(30μm)だけ、シフトした位置に配列されて、列方向にも千鳥配列構造を有している。 Specifically, as shown in FIG. 14A, in the normal matrix arrangement structure shown in FIG. 11, for example, as shown in FIG. In the (y direction), it is arranged at a position shifted by half (half pitch = 30 μm) of the inter-element pitch PTs (for example, 60 μm), has a staggered arrangement structure in the row direction, and FIG. ), For example, only odd-numbered photosensors PSp each having a staggered arrangement structure are arranged at positions shifted in the row direction (x direction) by half (30 μm) of the inter-element pitch PTs. Thus, it also has a staggered arrangement in the column direction.
したがって、このような配列構造を有するセンサアレイにおいても、マトリクス状に規則的に配列されたフォトセンサを、1列おきに、当該列のフォトセンサをy方向に素子間ピッチ(あるいは、行間ピッチ)の半ピッチ分だけシフトさせて配列し、かつ、1行おきに、当該行のフォトセンサをx方向に素子間ピッチ(あるいは、列間ピッチ)の半ピッチ分だけシフトさせて配列することにより、x方向及びy方向の2方向において、直線状に配列されるフォトセンサの数を減少(半減)させることができるので、モアレ縞の発生を大幅に抑制して、実質的にモアレ縞が視認されないようにすることができ、画像表示部(画素アレイ)に表示された画像情報の表示品位の劣化を顕著に抑制することができる。 Therefore, even in a sensor array having such an arrangement structure, the photosensors regularly arranged in a matrix form are arranged every other column, and the photosensors in the column are arranged in an element pitch (or pitch between rows) in the y direction. And by shifting the photosensors in the corresponding row in the x direction by a half pitch of the inter-element pitch (or inter-column pitch) every other row, In two directions, the x direction and the y direction, the number of photosensors arranged in a straight line can be reduced (halved), so that the generation of moire fringes is greatly suppressed and the moire fringes are not visually recognized. As a result, deterioration of display quality of image information displayed on the image display unit (pixel array) can be remarkably suppressed.
<第3の実施形態>
次に、本発明に係る画像読取部に適用されるセンサアレイの第3の実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、上述した第1及び第2の実施形態に係るセンサアレイに適用される信号線の接続構造について検討する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the sensor array applied to the image reading unit according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the signal line connection structure applied to the sensor arrays according to the first and second embodiments described above will be discussed.
図15は、第1の実施形態に係る画像読取部のセンサアレイに適用される信号線の接続構造の一例を示す概略図であり、図16は、第2の実施形態に係る画像読取部のセンサアレイに適用される信号線の接続構造の一例を示す概略図であり、図17は、図16に示した信号線の接続構造を説明するための詳細図である。ここで、図17(a)は、第2の実施形態に係るセンサアレイにおけるフォトセンサと、ドレインライン及びソースラインとの接続構造のみを抽出した概略図であり、図17(b)は、第2の実施形態に係るセンサアレイにおけるフォトセンサと、トップゲートライン及びボトムゲートラインとの接続構造のみを抽出した概略図である。 FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a connection structure of signal lines applied to the sensor array of the image reading unit according to the first embodiment, and FIG. 16 is a diagram of the image reading unit according to the second embodiment. FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an example of a signal line connection structure applied to the sensor array, and FIG. 17 is a detailed diagram for explaining the signal line connection structure illustrated in FIG. 16. Here, FIG. 17A is a schematic diagram in which only the connection structure between the photosensor, the drain line, and the source line in the sensor array according to the second embodiment is extracted, and FIG. It is the schematic which extracted only the connection structure of the photosensor in the sensor array which concerns on 2 embodiment, and a top gate line and a bottom gate line.
上述したように、第1の実施形態においては、図10、図12に示したように、マトリクス状に規則的に配列されたフォトセンサPSpのうち、1列おき又は1行おきに、当該列又は行のフォトセンサPSpをy方向又はx方向に素子間ピッチの半ピッチ分だけシフトさせて配列することにより、各行又は各列のいずれか一方の方向においてフォトセンサPSが千鳥配列構造を有している。 As described above, in the first embodiment, as shown in FIGS. 10 and 12, among the photosensors PSp regularly arranged in a matrix, every other column or every other row. Alternatively, the photosensors PS in the rows have a staggered arrangement structure in either the direction of each row or each column by shifting the photosensors PSp in the y direction or the x direction by a half pitch of the inter-element pitch. ing.
そのため、フォトセンサPSとして、図5(a)に示したような配線構造を有するダブルゲート型フォトセンサを適用した場合、図10に示したようなフォトセンサPSの配列構造においては、図15(a)に示すように、列方向には直線状に配列されているので、フォトセンサPSのドレイン端子D及びソース端子Sは、各々、直線状のドレインラインLd及びソースラインLsにより相互に接続された配線構造(すなわち、図4、図11に示したような通常のマトリクス配列構造における場合と同じ配線構造)を有し、一方、行方向には千鳥配列されているため、フォトセンサPSのトップゲート端子TG及びボトムゲート端子BGは、各々、蛇行するように屈曲したトップゲートラインLt及びボトムゲートラインLbにより接続された配線構造を有することになる。 Therefore, when a double gate type photosensor having a wiring structure as shown in FIG. 5A is applied as the photosensor PS, in the arrangement structure of the photosensor PS as shown in FIG. As shown in a), since they are arranged in a straight line in the column direction, the drain terminal D and the source terminal S of the photosensor PS are connected to each other by a straight drain line Ld and a source line Ls, respectively. Since the wiring structure (that is, the same wiring structure as in the normal matrix array structure as shown in FIGS. 4 and 11) is arranged in a staggered manner in the row direction, the top of the photosensor PS The gate terminal TG and the bottom gate terminal BG are respectively connected by a top gate line Lt and a bottom gate line Lb that are bent so as to meander. It will have a wiring structure.
また、図12に示したようなフォトセンサの配列構造においては、図15(b)に示すように、列方向には千鳥配列されているため、フォトセンサPSのドレイン端子D及びソース端子Sは、各々、蛇行するように屈曲したドレインラインLd及びソースラインLsにより相互に接続された配線構造を有し、一方、列方向には直線状に配列されているので、フォトセンサPSのトップゲート端子TG及びボトムゲート端子BGは、各々、直線状のトップゲートラインLt及びボトムゲートラインLbにより接続された配線構造(すなわち、図4、図11に示したような通常のマトリクス配列構造における場合と同じ配線構造)を有することになる。 In addition, in the photosensor array structure as shown in FIG. 12, as shown in FIG. 15B, the drain terminals D and the source terminals S of the photosensor PS are arranged in a staggered manner in the column direction. , Each having a wiring structure interconnected by meandering drain line Ld and source line Ls, while being arranged linearly in the column direction, the top gate terminal of photosensor PS The TG and the bottom gate terminal BG are respectively the same in the wiring structure connected by the linear top gate line Lt and the bottom gate line Lb (that is, in the normal matrix arrangement structure as shown in FIGS. 4 and 11). Wiring structure).
したがって、第1の実施形態においては、モアレ縞を抑制するために、センサアレイ140A、140Bのx方向又はy方向のいずれか一方向のフォトセンサPSの配置を、半ピッチ分シフトした千鳥配列構造とした場合、ドレインラインLd及びソースラインLs、あるいは、トップゲートラインLt及びボトムゲートラインLbのいずれか一方のみを蛇行するように屈曲して配線すればよく、設計、製造プロセスの煩雑化や、歩留まりの低下、配線に寄生する抵抗成分や容量成分の増加を極力抑制することができる。
Therefore, in the first embodiment, in order to suppress moire fringes, the arrangement of the photosensors PS in either the x direction or the y direction of the
これに対して、第2の実施形態においては、図13に示したように、マトリクス状に規則的に配列されたフォトセンサPSpのうち、1列おき、かつ、1行おきに、当該列及び行のフォトセンサPSpをy方向及びx方向に素子間ピッチの半ピッチ分だけシフトさせて配列することにより、各行及び各列の2方向においてフォトセンサPSが千鳥配列構造を有している。 On the other hand, in the second embodiment, as shown in FIG. 13, among the photosensors PSp regularly arranged in a matrix, every other column and every other row, By arranging the photosensors PSp in the rows by shifting the photosensors PSp in the y direction and the x direction by a half pitch of the inter-element pitch, the photosensors PS have a staggered arrangement structure in the two directions of each row and each column.
そのため、フォトセンサとして、図5(a)に示したような配線構造を有するダブルゲート型フォトセンサを適用した場合、列方向に千鳥配列されたフォトセンサPSのドレイン端子D及びソース端子Sは、図16、図17(a)に示すように、各々、蛇行するように屈曲したドレインラインLd及びソースラインLsにより相互に接続された配線構造を有し、また、行方向に千鳥配列されたフォトセンサPSのトップゲート端子TG及びボトムゲート端子BGも、図16、図17(b)に示すように、各々、蛇行するように屈曲したトップゲートラインLt及びボトムゲートラインLbにより接続された配線構造を有することになる。 Therefore, when a double gate type photosensor having a wiring structure as shown in FIG. 5A is applied as the photosensor, the drain terminal D and the source terminal S of the photosensor PS arranged in a staggered manner in the column direction are: As shown in FIG. 16 and FIG. 17A, each has a wiring structure interconnected by a drain line Ld and a source line Ls that are bent so as to meander, and is also a photo that is staggered in the row direction. The top gate terminal TG and the bottom gate terminal BG of the sensor PS are also connected by a top gate line Lt and a bottom gate line Lb that are bent so as to meander as shown in FIGS. 16 and 17B. Will have.
このように、ドレインラインLd及びソースラインLs、並びに、トップゲートラインLt及びボトムゲートラインLb(すなわち、センサアレイ140Cに配設される全ての信号線)が蛇行するように屈曲して配設された配線構造においては、配線パターンが複雑になって、設計、製造プロセスの煩雑化や増加、歩留まりの低下等が顕著となるうえ、配線長が長くなって当該配線に寄生する抵抗成分や容量成分も増大するため、画像読取部における駆動制御動作に大きな影響(動作遅延や誤動作等)を及ぼす可能性がある。
As described above, the drain line Ld and the source line Ls, and the top gate line Lt and the bottom gate line Lb (that is, all the signal lines provided in the
図18は、本発明に係る画像読取装置に適用される画像読取部のセンサアレイの第3の実施形態であって、該センサアレイに適用される信号線の接続構造の一例を示す概略図であり、図19は、図18に示した信号線の接続構造を説明するための詳細図である。ここで、図19(a)は、本実施形態に係るセンサアレイにおけるフォトセンサと、ドレインライン及びソースラインとの接続構造のみを抽出した概略図であり、図19(b)は、本実施形態に係るセンサアレイにおけるフォトセンサと、トップゲートライン及びボトムゲートラインとの接続構造のみを抽出した概略図である。 FIG. 18 is a schematic diagram showing an example of a connection structure of signal lines applied to the sensor array of the third embodiment of the sensor array of the image reading unit applied to the image reading apparatus according to the present invention. FIG. 19 is a detailed view for explaining the signal line connection structure shown in FIG. Here, FIG. 19A is a schematic diagram in which only the connection structure between the photosensor, the drain line, and the source line in the sensor array according to the present embodiment is extracted, and FIG. 19B is the present embodiment. It is the schematic which extracted only the connection structure of the photosensor in the sensor array which concerns on, and a top gate line and a bottom gate line.
そこで、本実施形態に係るセンサアレイ140Cにおいては、上述したような検討内容に鑑みて、図18(a)、図19(a)に示すように、センサアレイ140Cに配置されたフォトセンサPSのうち、隣り合う列に配列された各フォトセンサPSのドレイン端子D相互を共通の直線状のドレインラインLdにより接続し、また、同様に、ソース端子S相互を共通の直線状のソースラインLsにより接続した構成を有している。
Therefore, in the
すなわち、図18(b)に示すように、千鳥配列構造を有して配置された各列(例えば、第1列)のフォトセンサPSに着目した場合、当該列(第1列)の左列のフォトセンサPSと右列のフォトセンサPSの素子構造を左右対称となる(左右反転する)ように形成し、例えば、これら左列と右列のフォトセンサのドレイン端子D(ドレイン電極12)同士が、1本の共通の直線状のドレインラインLdに接続された構成を有している。 That is, as shown in FIG. 18B, when attention is paid to the photosensors PS in each column (for example, the first column) arranged with a staggered arrangement structure, the left column of the column (first column) The element structures of the photosensor PS of the right column and the photosensor PS of the right column are formed so as to be bilaterally symmetric (inverted horizontally). Are connected to one common linear drain line Ld.
また、隣り合う列相互(例えば、第1列の右列のフォトセンサPSと第2列の左列のフォトセンサPS)に着目した場合、一方の列(第1列)の右列のフォトセンサPSと他方の列(第2列)の左列のフォトセンサPSの素子構造は相互に左右対称となるように形成されていることから、例えば、これら一方の列の右列と、他方の列の左列のフォトセンサPSのソース端子S(ソース電極13)同士が、1本の共通の直線状のソースラインLsに接続された構成を有している。 When attention is paid to adjacent columns (for example, the photosensor PS in the right column of the first column and the photosensor PS in the left column of the second column), the photosensors in the right column of one column (first column) The element structures of the photosensors PS in the left column of the PS and the other column (second column) are formed so as to be symmetrical with each other. For example, the right column of the one column and the other column The source terminals S (source electrodes 13) of the photosensors PS in the left column are connected to one common linear source line Ls.
このような列方向の信号線の接続構造により、少なくとも、ドレインライン及びソースラインを直線状の配線パターンを有するように形成することができるので、上述したような配線パターンの複雑化(蛇行等)や配線長に起因する、設計、製造プロセスの煩雑化や歩留まりの低下、寄生抵抗や寄生容量による画像読取動作への影響等を排除することができる。 With such a signal line connection structure in the column direction, at least the drain line and the source line can be formed to have a linear wiring pattern, so that the wiring pattern is complicated (meandering etc.) as described above. Further, it is possible to eliminate the complexity of the design and manufacturing process, the decrease in yield, the influence on the image reading operation due to the parasitic resistance and the parasitic capacitance due to the wiring length.
また、本実施形態に係るセンサアレイ140Cにおいては、図18(a)、図19(b)に示すように、例えば、センサアレイ140Cに配置されたフォトセンサPSのうち、各行において、千鳥配列構造を有して配置された各フォトセンサPSのボトムゲート端子BG相互を最短距離となる配線パターンを有するボトムゲートラインLbにより接続した構成を有しているものであってもよい。
Further, in the
すなわち、図19(b)に示すように、千鳥配列構造を有して配置された各行(例えば、第1行)のフォトセンサPSに着目した場合、当該行(第1行)の上行のフォトセンサPSと下行のフォトセンサPSのボトムゲート端子BG(ボトムゲート電極BGx)同士が、最短距離となる経路及び配線パターンを有するボトムゲートラインLbに接続された構成を有している。 That is, as shown in FIG. 19B, when attention is paid to the photosensors PS in each row (for example, the first row) arranged with the staggered arrangement structure, the photo in the upper row of the row (first row). The bottom gate terminals BG (bottom gate electrodes BGx) of the sensor PS and the lower photosensor PS are connected to a bottom gate line Lb having a path and a wiring pattern that have the shortest distance.
このような列方向の信号線の接続構造により、少なくとも、ボトムゲートラインの配線長を、フォトセンサの千鳥配列構造に起因する蛇行距離よりも短くすることができるので、上述したような配線に寄生する抵抗成分や容量成分による画像読取動作への影響を抑制することができる。 With such a signal line connection structure in the column direction, at least the wiring length of the bottom gate line can be made shorter than the meandering distance caused by the staggered arrangement structure of the photosensors. It is possible to suppress the influence on the image reading operation due to the resistance component and the capacitance component.
なお、本実施形態においては、上述した第2の実施形態に示したように、センサアレイ140Cの行方向及び列方向の2方向に、各行及び各列のフォトセンサPSがそれぞれ千鳥配列構造を有して配置された構成を対象にして、信号線の接続構造を検証したが、同様の技術思想を上述した第1の実施形態に示したような、行方向又は列方向のいずれか一方向に、フォトセンサが千鳥配列構造を有して配置された構成に適用するものであってもよい。
In the present embodiment, as shown in the second embodiment described above, the photosensors PS in each row and each column have a staggered arrangement structure in the two directions of the
すなわち、行方向にのみフォトセンサPSが千鳥配列構造を有する場合(図10に相当する構成の場合)には、図19(b)に示した場合と同様に、各行の上行のフォトセンサPSと下行のフォトセンサPSのボトムゲート端子BG(ボトムゲート電極BGx)同士を、最短距離となる経路及び配線パターンを有するボトムゲートラインLbにより接続した構成を適用することができ、これにより、少なくとも、ボトムゲートラインの配線長を、フォトセンサの千鳥配列構造に起因する蛇行距離よりも短くすることができる。 That is, when the photosensor PS has a staggered arrangement only in the row direction (in the case of a configuration corresponding to FIG. 10), the photosensor PS in the upper row of each row is similar to the case shown in FIG. A configuration in which the bottom gate terminals BG (bottom gate electrodes BGx) of the lower photosensor PS are connected to each other by a bottom gate line Lb having a path and a wiring pattern having the shortest distance can be applied. The wiring length of the gate line can be made shorter than the meandering distance due to the staggered arrangement structure of the photosensors.
また、列方向にのみフォトセンサPSが千鳥配列構造を有する場合(図12に相当する構成の場合)には、図18(b)、図19(a)に示した場合と同様に、各列の左列のフォトセンサPSと右列のフォトセンサPSの素子構造を左右対称となる(左右反転する)ように形成し、例えば、これら左列と右列のフォトセンサPSのドレイン端子D(ドレイン電極12)同士を、1本の共通の直線状のドレインラインLdにより接続し、さらに、隣り合う列の右列と左列のフォトセンサPSのソース端子S(ソース電極13)同士を、1本の共通の直線状のソースラインLsにより接続した構成を適用することができ、これにより、少なくとも、ドレインライン及びソースラインを直線状の配線パターンを有するように形成することができる。 Further, when the photosensor PS has a staggered arrangement only in the column direction (in the case of a configuration corresponding to FIG. 12), each column is similar to the case shown in FIGS. 18B and 19A. The left column photosensor PS and the right column photosensor PS are formed so as to be symmetrical (inverted horizontally). For example, the drain terminals D (drains) of the left column and right column photosensors PS are formed. The electrodes 12) are connected to each other by one common linear drain line Ld, and the source terminals S (source electrodes 13) of the photosensors PS in the right column and the left column in adjacent columns are connected to each other. The common linear source line Ls can be applied, whereby at least the drain line and the source line can be formed to have a linear wiring pattern.
(画像読取エリアと画像表示エリアとの関係)
次いで、本実施形態に係る画像読取部における画像読取エリア(検知エリア)と、画像表示部における画像表示エリアとの関係について、図面を参照して説明する。
図20は、本実施形態に係る画像読取部における画像読取エリア(画像読取領域)と、画像表示部における画像表示エリア(画像表示領域)との関係を示す概念図である。なお、図20においては、画像読取エリアを明確にするために便宜的にハッチングを施した。
(Relationship between image reading area and image display area)
Next, the relationship between the image reading area (detection area) in the image reading unit according to the present embodiment and the image display area in the image display unit will be described with reference to the drawings.
FIG. 20 is a conceptual diagram showing a relationship between an image reading area (image reading area) in the image reading unit according to the present embodiment and an image display area (image display area) in the image display unit. In FIG. 20, hatching is performed for the sake of convenience in order to clarify the image reading area.
本実施形態に係る画像読取装置は、図1に示したように、単一のバックライト300の放射面側に、透過型の画素アレイ250を有する画像表示部200、及び、透過型のセンサアレイ140を有する画像読取部100が順次に積層配置された構成を有している。ここで、画像表示部200は、画素アレイ250により規定される画像表示エリアを有し、画像読取部100は、該画像表示エリアを透過して放射される光を、さらに視野側に透過するとともに、センサアレイ140により規定される画像読取エリア(検知エリア)ARfを有している。
As shown in FIG. 1, the image reading apparatus according to the present embodiment includes an
この画像読取部100における画像読取エリアと、画像表示部200における画像表示エリアとの関係は、例えば、図20(a)に示すように、画像読取エリアARfと画像表示エリアARiとが、略同一の領域を有して、平面的に重なるように設定されるものであってもよいし、図20(b)に示すように、画像読取エリアARfが画像表示エリアARiに含まれる一部の領域にのみ平面的に重なるように(すなわち、画像読取エリアARfを画像表示エリアARiに比較して小さくなるように)設定するものであってもよい。
Regarding the relationship between the image reading area in the
なお、図20(b)に示した構成においては、画像表示エリアARi(表示画素アレイ250)の略中央領域にのみ画像読取エリアARfが設定され、画像表示エリアARiに平面的に重なる画像読取エリアARf以外の領域(すなわち、画像読取エリアARfの周辺領域)には、フォトセンサPSが形成されないことになり、画像読取エリアARfとそれ以外の領域では、画像読取部100(センサアレイ140)を介して視野側に放射される光の透過率が異なることになる。そのため、画像情報の表示時に視認される、表面輝度にバラツキが生じ、表示画質の低下を招く可能性がある。 In the configuration shown in FIG. 20B, the image reading area ARf is set only in the substantially central region of the image display area ARi (display pixel array 250), and the image reading area overlaps the image display area ARi in a plane. The photosensor PS is not formed in the area other than ARf (that is, the peripheral area of the image reading area ARf). In the image reading area ARf and other areas, the image reading unit 100 (sensor array 140) is interposed. Thus, the transmittance of light emitted toward the field of view is different. For this reason, there is a possibility that the surface luminance that is visually recognized when displaying the image information varies and the display image quality is deteriorated.
そこで、画像読取エリアARfが画像表示エリアARiに比較して小さくなるように設定した構成においては、例えば、画像読取エリアARf以外の、画像表示エリアARiに対応する全領域(画像読取エリアARfの周辺領域)に、画像読取エリアARfと同様に、ダミーのフォトセンサ(ダミー画素)及び信号ライン(例えば、上述したトップゲートラインLtやボトムゲートラインLb、ドレインラインLd、ソースラインLsに相当するダミー配線)を設けることにより、画像表示エリアARiの全域において表面輝度を均一化することができ、表示画質の劣化を抑制することができる。 Therefore, in the configuration in which the image reading area ARf is set to be smaller than the image display area ARi, for example, all the regions (the periphery of the image reading area ARf) corresponding to the image display area ARi other than the image reading area ARf. As in the image reading area ARf, dummy photosensors (dummy pixels) and signal lines (for example, dummy wirings corresponding to the above-described top gate line Lt, bottom gate line Lb, drain line Ld, and source line Ls) ), The surface luminance can be made uniform over the entire area of the image display area ARi, and deterioration of display image quality can be suppressed.
したがって、このような画像読取装置によれば、液晶画素や有機EL素子、発光ダイオード等の周知の表示画素からなる画素アレイを備えた画像表示部の前面に、ダブルゲート型フォトセンサ等からなる透過型のセンサアレイを備えた画像読取部を配置し、画像表示部の画像表示エリアと画像読取部の画像読取エリアとが平面的に重なるように設定することにより、画像表示部(画像表示エリア)に表示された画像情報が、透明な画像読取部(画像読取エリア)を介して、視野側から良好な輝度階調で視認することができるとともに、被写体画像(指紋画像等)を適切な読取精度及び充分な読取面積で読み取ることができる。 Therefore, according to such an image reading apparatus, a transmission made of a double gate type photosensor or the like is provided on the front surface of an image display unit having a pixel array including known display pixels such as liquid crystal pixels, organic EL elements, and light emitting diodes. An image reading unit having a sensor array of a type is arranged, and an image display unit (image display area) is set so that the image display area of the image display unit and the image reading area of the image reading unit overlap in a plane The image information displayed on the screen can be viewed with a good luminance gradation from the visual field side through a transparent image reading unit (image reading area), and the subject image (fingerprint image, etc.) can be read with appropriate accuracy. And it can be read with a sufficient reading area.
また、画像表示部(画素アレイ)の視野側に、別個に製造した画像読取部(センサアレイ)を平面的に重ね合わせた(積層配置した)構成を適用することができるので、既存の画像表示部(液晶表示装置)や画像読取部(指紋読取センサ)における製造技術や設計資産をそのまま流用することができ、製品の歩留まりの低下や製造コストの上昇を抑制することができるうえ、例えば、携帯型の電子機器等の筐体にすでに設けられている表示パネル(画像表示部)の前面に重ねて比較的薄い指紋読取センサ(画像読取部)を配置することができるので、電子機器の大幅な大型化や肉厚化を招くことがない。 In addition, it is possible to apply a configuration in which image reading units (sensor arrays) manufactured separately are stacked in a planar manner on the visual field side of the image display unit (pixel array). Manufacturing technology and design assets in the display unit (liquid crystal display device) and image reading unit (fingerprint reading sensor) can be used as they are, and the decrease in product yield and the increase in manufacturing cost can be suppressed. Since a relatively thin fingerprint reading sensor (image reading unit) can be arranged on the front surface of a display panel (image display unit) already provided in a housing of a type electronic device, There is no increase in size or thickness.
特に、画像表示部の視野側に配置される画像読取部(センサアレイ)として、透明な絶縁性基板上に、半導体製造技術を用いて形成した薄膜トランジスタ構造を有するダブルゲート型フォトセンサを適用した場合には、センサアレイを含む画像読取部の構成を、従来技術に示したような光学式の画像読取部(指紋読取センサ)に比較して大幅に薄型化することができるので、画像読取装置が搭載された電子機器の小型薄型化を実現することができる。 In particular, when a double gate type photosensor having a thin film transistor structure formed on a transparent insulating substrate using a semiconductor manufacturing technique is applied as an image reading unit (sensor array) disposed on the visual field side of the image display unit Since the configuration of the image reading unit including the sensor array can be significantly reduced compared to the optical image reading unit (fingerprint reading sensor) as shown in the prior art, the image reading apparatus The mounted electronic device can be reduced in size and thickness.
<画像読取装置の他の構成例>
次に、本発明に係る画像読取装置の他の実施形態について説明する。
図21は、本発明に係る画像読取装置の他の実施形態を示す全体構成図である。ここで、図21(a)は、本実施形態に係る画像読取装置の全体構成を示す概略斜視図であり、図21(b)は、画像読取装置の全体構成を示す概略断面図である。なお、上述した実施形態に示した全体構成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又は省略する。
<Another configuration example of the image reading apparatus>
Next, another embodiment of the image reading apparatus according to the present invention will be described.
FIG. 21 is an overall configuration diagram showing another embodiment of the image reading apparatus according to the present invention. Here, FIG. 21A is a schematic perspective view illustrating the overall configuration of the image reading apparatus according to the present embodiment, and FIG. 21B is a schematic cross-sectional view illustrating the overall configuration of the image reading apparatus. In addition, about the structure equivalent to the whole structure shown to embodiment mentioned above, the same or equivalent code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
上述した実施形態(図1参照)においては、本発明に係る画像読取装置に適用される画像表示部200として、透過型の液晶画素アレイ(液晶表示パネル)250を備え、該画像表示部200の背面側に、面光源型のバックライト300を配置した構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図21(a)、(b)に示すように、絶縁性の主基板410上に有機EL素子や発光ダイオード等の発光素子を含む表示画素を2次元配列した画素アレイ430を備えた自己発光型の画像表示部400を適用するものであってもよい。
In the above-described embodiment (see FIG. 1), the
ここで、例えば、有機EL素子を発光素子として含む表示画素を適用する場合にあっては、図21(a)、(b)に示すように、上記主基板410の一面側に、各画素領域に対応して有機EL層及び電極層(図示を省略)が形成された複数の表示画素を、2次元配列した画素アレイ430により画像表示エリアが規定され、主基板410上に配置された表示駆動ドライバ420からの制御信号に基づいて、表示駆動動作が制御される。
Here, for example, when a display pixel including an organic EL element as a light emitting element is applied, each pixel region is formed on one surface side of the
このような自己発光型の画像表示部を備えた画像読取部によれば、当該画像表示部からの放射光により、所望の画像情報の画示動作、及び、視野側に配置された透過型の画像読取部における被写体画像の読み取り動作を実現することができるので、上述したバックライトや、該バックライトを発光駆動制御するための制御回路や電源回路等を省略して画像読取装置の装置構成をより小型、軽量、薄型化することができすることができるとともに、消費電力の削減を図ることができる。 According to the image reading unit provided with such a self-luminous image display unit, the image display operation of desired image information and the transmission type arranged on the visual field side by the radiated light from the image display unit. Since the subject image reading operation in the image reading unit can be realized, the configuration of the image reading apparatus is omitted by omitting the above-described backlight, the control circuit for controlling the light emission drive of the backlight, the power supply circuit, and the like. It can be made smaller, lighter, and thinner, and power consumption can be reduced.
なお、上述した各実施形態においては、画像読取部に適用される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した場合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、要するに、センサアレイが透過型のフォトセンサにより構成され、画像表示部において表示された画像情報が、該フォトセンサを備えた画像読取部を介して、視野側から良好な輝度階調で視認することができるものであれば、他の素子構造を有するものであってもよいことはいうまでもない。 In each of the embodiments described above, the case where a double gate type photosensor is applied as the photosensor applied to the image reading unit has been described. However, the present invention is not limited to this, and in short, the sensor. The array is composed of a transmissive photosensor, and the image information displayed on the image display unit can be viewed with good luminance gradation from the visual field side through the image reading unit equipped with the photosensor. Needless to say, other element structures may be used.
100 画像読取部
110 絶縁性基板
120 走査ドライバ
130 読出ドライバ
140 センサアレイ
200 画像表示部
210 絶縁性基板
220 対向基板
230 表示駆動ドライバ
250 画素アレイ
300 バックライト
PS フォトセンサ
Px 液晶画素
PTp 素子間ピッチ
PTc 行間ピッチ
PTr 列間ピッチ
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記画像情報に応じた階調の光を視野側に放射する複数の表示画素の各々が、第1の基板上に、第1の方向及び該第1の方向に直交する第2の方向にマトリクス状に規則的に配列された表示画素アレイと、前記各表示画素間に格子状に形成された遮光性を有するブラックマトリクスと、を備えた画像表示手段と、
透過性を有し、前記被写体の画像を読み取る複数の読取画素の各々が、第2の基板上に、行方向及び列方向沿って二次元配列され、少なくとも前記行方向又は前記列方向に千鳥配列された構造を有する読取画素アレイを備えた画像読取手段と、
を具備し、
前記画像表示手段の前記視野側に、前記画像読取手段が、前記行方向が前記第1の方向と平行となり、前記列方向が前記第2の方向と平行となるように積層配置されるとともに、前記表示画素アレイにより規定される画像表示領域に平面的に重なるように、前記読取画素アレイにより規定される画像読取領域が設定されていることを特徴とする画像読取装置。 An image reading apparatus comprising: an image display function for displaying desired image information in a specific image area; and an image reading function for reading an image of a desired subject placed in the specific image area.
Each of the plurality of display pixels that emit light of gradation according to the image information to the field of view is matrixed on the first substrate in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction. a display pixel array which are regularly arranged in Jo, an image display means and a black matrix having a light shielding property formed in a lattice pattern between the display pixels,
It has permeability, each of the plurality of read pixels for reading the image of the subject, on the second substrate, arranged along row and column directions two-dimensionally, at least the row direction or the column direction in a staggered sequence An image reading means comprising a read pixel array having the above structure;
Comprising
The field side of the image display means, said image reading means, the row direction is parallel to the first direction, together with the column direction are stacked in parallel with the second direction, An image reading apparatus, wherein an image reading area defined by the reading pixel array is set so as to overlap the image display area defined by the display pixel array in a plane.
前記画像読取手段における前記列方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線は、前記各列の前記複数の読取画素を構成する前記フォトセンサの前記ドレイン電極相互、及び、前記ソース電極相互を、各々個別に接続する信号線であることを特徴とする請求項10記載の画像読取装置。 The image reading means is connected by a signal line having a linear wiring pattern in which at least the plurality of reading pixels in each column are arranged in the column direction,
The signal lines having a linear wiring pattern arranged in the column direction in the image reading means are the drain electrodes of the photosensors constituting the plurality of reading pixels in each column, and the source electrodes. The image reading apparatus according to claim 10, wherein the image reading apparatuses are signal lines that individually connect each other.
前記画像読取手段における前記行方向に配設された直線状の配線パターンを有する信号線は、前記各列の前記複数の読取画素を構成する前記フォトセンサの前記第1のゲート電極相互、及び、前記第2のゲート電極相互を、各々個別に接続する信号線であることを特徴とする請求項10記載の画像読取装置。 The image reading means is connected by a signal line having a linear wiring pattern in which at least the plurality of reading pixels in each column are arranged in the row direction,
A signal line having a linear wiring pattern arranged in the row direction in the image reading means includes the first gate electrodes of the photosensors constituting the plurality of reading pixels in each column, and The image reading apparatus according to claim 10, wherein the second gate electrodes are signal lines that individually connect each other.
The image display means, at least, the image reading apparatus of claims 1 to 13, wherein it has a display panel of the self-emission type of the display pixels including a light emitting element are arranged two-dimensionally.
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