JP4910289B2 - 画像読取装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置に関し、特に、複数のフォトセンサをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ上に被写体（被検出体）を載置、密着させて、その画像パターン（被写体画像）を読み取る画像読取装置に関する。

従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸の形状等を読み取る２次元画像の読取装置として、例えば、特許文献１等に記載されているように、フォトトランジスタやフォトダイオードのような光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス状に配列したフォトセンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上に設けられた検知面に被写体を載置、密着させ、該被写体に照射した光の反射光を各フォトセンサにより検出することにより、該被写体の画像パターン（被写体画像）を読み取る構造のものがある。

このような被写体が検知面に直接接触する構造を有する画像読取装置においては、被写体に帯電した静電気による素子破壊や誤動作の発生を抑制するために、静電気を放電、除去するための様々な手法（静電気除去機構）が考えられている。
図１４は、従来技術における静電気除去機構を備えた画像読取装置の一構成例を示す概略構成図である。なお、ここでは、指紋読取装置に適用される画像読取装置について示す。また、図示の都合上、素子構造の断面を示すハッチングを省略する。

従来技術における静電気除去機構は、例えば、特許文献２等に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、面光源ＢＬＴの光放射面側（図１４（ｂ）上方側）に配置された透明な絶縁性基板ＳＵＢ上に、複数のフォトセンサＰＳＰがマトリクス状に配列されたフォトセンサアレイＰＳＡを備えた画像読取装置（指紋読取装置）において、フォトセンサアレイＰＳＡ上に保護絶縁膜（オーバーコート膜）ＯＣＦを介して、静電気除去用の透明導電層ＳＣＮが形成された構成が記載されている。

このような画像読取装置においては、図１４（ｂ）に示すように、透明導電層ＳＣＮの上面に設定された検知面ＤＴＣに載置、密着された被写体（指）ＦＮＧに対して、面光源ＢＬＴから光Ｌｐを照射し、被写体ＦＮＧの画像パターン（指紋の凹凸パターン）に応じて反射してフォトセンサＰＳＰに入射する光Ｌｒの光量を検出することにより、明暗情報が電気信号として取り出され、被写体画像（指紋画像）が生成される。

ここで、保護絶縁膜ＯＣＦは、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）や酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）等の透明な絶縁膜が適用され、また、透明導電層ＳＣＮは、例えば、ＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide：インジウム−スズ酸化物）等の透明な導電性材料により形成される。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、保護絶縁膜ＯＣＦは、少なくともフォトセンサアレイＰＳＡ（フォトセンサＰＳＰ）の上面全域に形成され、また、透明導電層ＳＣＮは、フォトセンサアレイＰＳＡ（保護絶縁膜ＯＣＦ）上に、所定の形状パターンを有して薄膜状に形成されているとともに、図示を省略した一定電位（例えば、接地電位）に電気的に接続されている。

特開２００４−４７７１９号公報（第７頁〜第９頁、図１、図３、図４） 特開２００２−９４０４０号公報（第２頁〜第３頁、図１５）

しかしながら、上述したような静電気除去機構を備えた画像読取装置においては、装置構造の小型、薄型、軽量化を図るために、特許文献１、２等にも記載されているように、フォトセンサＰＳＰや保護絶縁膜（オーバーコート膜）ＯＣＦ、透明導電層ＳＣＮが、半導体製造プロセスにおいて多用される薄膜トランジスタ技術を用いて形成されている。

例えば、保護絶縁膜ＯＣＦは、ＣＶＤ法（Chemical vapor deposition：化学気相成長法）等を適用して形成されるが、ここで、ＣＶＤ法を適用した場合、膜形成時のプロセスタイム（成膜時間）や膜応力等の諸条件に起因して、保護絶縁膜ＯＣＦの膜厚を１μｍ程度の薄さにしか形成でなかった。

そのため、フォトセンサアレイＰＳＡ表面が比較的薄い保護絶縁膜によって保護されることになり、当該保護絶縁膜の表面を硬いもので擦る等の外部からの物理的なダメージや、薬品等による浸食による化学的なダメージが加わると、フォトセンサが損傷を受けて、画像読取装置の故障や動作不良の原因となり、信頼性の低下を招くという問題を有していた。なお、従来技術（特許文献２等）と同等の素子構造を適用した場合の不良発生率については、後述する発明の実施形態において、詳しく説明する。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、フォトセンサアレイ上の検知面に載置、密着された被写体に帯電した静電気を十分に除去しつつ、外部からの物理的、化学的ダメージによる影響を低減し、故障や動作不良の発生を抑制して信頼性の高い画像読取装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、絶縁性基板の一面側に複数のフォトセンサが２次元配列されたフォトセンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上に設けられた検知面上に載置された被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、前記画像読取装置は、前記フォトセンサアレイ上に、少なくとも、前記フォトセンサアレイの全域を被覆するよう形成された、透明な絶縁膜と、第１の透明導電層と、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂からなる透明な有機膜層と、前記有機膜層の上面に積層されて所定の形状パターンを有するように形成された静電気除去用の第２の透明導電層と、が順次積層された構成を有し、前記第２の透明導電層の上面が前記検知面に設定されていることを特徴とする。

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、前記有機膜層は、透明な感光性有機材料からなることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像読取装置において、前記有機膜層は、概ね１０μｍ以下の膜厚に設定されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、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、前記フォトセンサは、光の入射によりキャリアが生成、蓄積される半導体層と、該半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透明な上部絶縁膜を介して形成された透明な上部ゲート電極と、前記半導体層の下方に透明な下部絶縁膜を介して形成された不透明な下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有していることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、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、前記透明導電層は、所定の電位に接続され、前記検知面に載置された前記被写体に帯電した静電気を、前記所定の電位に放電することを特徴とする。

本発明に係る画像読取装置によれば、例えば、フォトトランジスタやダブルゲート型フォトセンサ等の複数のフォトセンサを２次元配列したフォトセンサアレイ上に、被写体が載置される検知面が設けられた画像読取装置において、上記フォトセンサアレイ上に、少なくとも、上記フォトセンサアレイの全域を被覆するよう形成された、透明な絶縁膜と、第１の透明導電層と、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂からなる透明な感光性の有機膜層と、有機膜層の上面に積層されて所定の形状パターンを有するように形成され、所定の電位に接続されたＩＴＯ膜等の静電気除去用の第２の透明導電層と、が順次積層された構成を有しているので、有機膜層によりフォトセンサ（各フォトセンサ）への外部からの物理的なダメージを防止することができるとともに、第１及び第２の透明導電層により被写体に帯電した静電気を放電して、フォトセンサ（各フォトセンサ）への静電気による電気的なダメージを防止することができる。

ここで、フォトセンサアレイ上に設けられる有機膜層の膜厚を、概ね１０μｍ以下に設定することにより、外部からの物理的なダメージの影響を抑制しつつ、良好なコントラストで比較的鮮明な読取画像を得ることができる。したがって、フォトセンサアレイの破損や読取誤動作が抑制されるので、信頼性及び耐久性に優れた画像読取装置を実現することができる。

また、上記有機膜層と透明導電層の積層構造として、有機膜層上に透明導電層が積層形成された構成を有することにより、有機膜層に比較して硬く、かつ、薬品等の浸食に強いＩＴＯ膜等の透明導電層を最上層（被写体が載置される検知面が設定される層）に配置しているので、外部からの物理的なダメージや化学的なダメージの影響をより一層抑制することができる。したがって、外部からのダメージに対して同等の耐圧を実現するために必要となる有機膜層の膜厚を薄く形成することができるので、フォトセンサアレイの保護効果を向上させつつ、読取画像のコントラストを向上させて一層鮮明な画像を得ることができる。

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、本発明に係る画像読取装置に適用して良好なフォトセンサについて説明する。
本発明に係る画像読取装置に適用可能なフォトセンサアレイ（フォトセンサシステム）としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の周知の固体撮像デバイスを良好に用いることができる。

ＣＣＤは、例えば、上述した特許文献１等にも開示されているフォトトランジスタやフォトダイオード等のフォトセンサをライン状又はマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に入射した光に応じて発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、入射光の輝度（明暗情報）を検知するものであり、デジタルビデオカメラや複写機等、様々な撮像装置や画像読取装置に適用されている。

ところで、このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、特許文献１等にも開示されているように、走査された各フォトセンサを選択状態に設定するための選択トランジスタを、各フォトセンサごとに個別に設ける必要があるため、被写体画像の高解像度化等に対応するために読取画素数（フォトセンサの数）を増加させると、システム自体が大型化するという問題を有している。

そこで、近年、このような問題を解決するための構成として、特許文献２等にも開示されているように、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有するフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）が開発され、システムの小型化を図りつつ、被写体画像の高解像度化を図る試みがなされている。そのため、本発明における画像読取装置においても、このダブルゲート型フォトセンサを良好に適用することができる。
ダブルゲート型フォトセンサやこれを適用したフォトセンサシステムの具体的な構成や動作は、概ね、以下に示す通りである。

＜ダブルゲート型フォトセンサ＞
図１は、本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型フォトセンサの素子構造を示す断面構造図である。

図１（ａ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサＰＳは、概略、励起光（ここでは、可視光）の入射により電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層（チャネル領域）１１と、該半導体層１１の両端に、各々ｎ^＋シリコンからなる不純物層（オーミックコンタクト層）１７、１８を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なドレイン電極１２（ドレイン端子Ｄ）及びソース電極１３（ソース端子Ｓ）と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜（ストッパ膜）１４及びトップゲート絶縁膜（上部絶縁膜）１５を介して形成され、酸化スズ膜やＩＴＯ膜（インジウム−スズ酸化膜）等の透明電極層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極ＴＧｘ（上部ゲート電極；トップゲート端子ＴＧ）と、半導体層１１の下方（図面下方）にボトムゲート絶縁膜（下部絶縁膜）１６を介して形成され、クロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された導電性材料からなり、可視光に対して不透明なボトムゲート電極ＢＧｘ（下部ゲート電極；ボトムゲート端子ＢＧ）と、を有して構成されている。

そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサＰＳは、図１（ａ）に示すように、例えば、ガラス基板等の透明な絶縁性基板ＳＵＢの一面側に形成されている。また、該ダブルゲート型フォトセンサＰＳを含む絶縁性基板ＳＵＢの一面側全体には保護絶縁膜１９が被覆形成されて、ダブルゲート型フォトセンサＰＳに対する電気的、物理的、化学的なダメージによる損傷や浸食を防止するように構成されている。なお、上述した従来技術に示した特許文献２等においては、上記保護絶縁膜１９上に、図示を省略した透明導電層が設けられ、該透明導電膜の上面に被写体（被検出体）が載置される検知面が設定された構成を有している（図１４参照）。

ここで、図１（ａ）に示したダブルゲート型フォトセンサＰＳおいては、トップゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、ボトムゲート絶縁膜１６を構成する絶縁膜、及び、トップゲート電極ＴＧｘ上に設けられる保護絶縁膜１９は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して高い透過率を有する材質、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等により構成されていることにより、図面下方に設けられた光源（図示を省略）からの放射光を図面上方に透過させるとともに、保護絶縁膜１９の上方に設けられた検知面に載置された被写体に反射して、図面上方からダブルゲート型フォトセンサＰＳ（詳しくは、半導体層１１）に入射する光のみを検知する構造を有している（後述する図４参照）。

なお、このようなダブルゲート型フォトセンサＰＳは、一般に、図１（ｂ）に示すような等価回路により表される。ここで、ＴＧはトップゲート電極ＴＧｘに電気的に接続されたトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート電極ＢＧｘに電気的に接続されたボトムゲート端子、Ｄはドレイン電極１２に電気的に接続されたドレイン端子、Ｓはソース電極１３に電気的に接続されたソース端子である。

＜フォトセンサシステム＞
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサを絶縁性基板上に２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムについて説明する。
図２は、ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの概略構成図である。なお、ここでは、複数のダブルゲート型フォトセンサをマトリクス状に２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを示して説明するが、複数のダブルゲート型フォトセンサを、例えば、直線状（Ｘ方向）に１次元配列してラインセンサアレイを構成し、該ラインセンサアレイを延在方向と垂直方向（Ｘ方向に直交するＹ方向）に移動させて被写体の画像パターン（２次元領域）を走査（スキャン）するものであってもよい。

フォトセンサシステムは、図２に示すように、大別して、複数のダブルゲート型フォトセンサＰＳを、例えば、ｎ行×ｍ列（ｎ、ｍは任意の自然数）のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサＰＳのトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極ＴＧｘ）を行方向に接続して伸延するトップゲートラインＬｔと、各ダブルゲート型フォトセンサＰＳのボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極ＢＧｘ）を行方向に接続して伸延するボトムゲートラインＬｂと、各ダブルゲート型フォトセンサＰＳのドレイン端子Ｄ（ドレイン電極１２）を列方向に接続して伸延するドレインライン（データライン）Ｌｄと、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を所定の一定電位（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、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１１０と、ボトムゲートラインＬｂに接続されたボトムゲートドライバ１２０と、ドレインラインＬｄに接続されたドレインドライバ１３０と、を有して構成されている。

なお、図２において、トップゲート制御信号は、トップゲートドライバ１１０において、後述するリセット電圧（リセットパルス）又はキャリア蓄積電圧のいずれかとして、トップゲートラインＬｔに選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、ボトムゲート制御信号は、ボトムゲートドライバ１２０において、後述する読み出し電圧又は非読み出し電圧のいずれかとして、ボトムゲートラインＬｂに選択的に出力される信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号であり、ドレイン制御信号は、ドレインドライバ１３０において、ドレインラインＬｄに後述するプリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制御するプリチャージ信号である。詳しくは、駆動制御方法において説明する。

（駆動制御方法）
次いで、上述したフォトセンサシステム（ダブルゲート型フォトセンサ）の駆動制御方法について、図面を参照して簡単に説明する。
図３は、ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。また、図４は、ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムを指紋読取装置に適用した場合の被写体の画像パターン（指紋画像）の読み取り動作を示す概念図である。ここで、図４においては、図示の都合上、フォトセンサアレイ１００周辺の断面部分を表すハッチングを省略する。

上述したフォトセンサアレイ１００の駆動制御方法は、例えば、図３に示すように、所定の処理動作期間（１処理サイクル）に、リセット期間Ｔrst、電荷蓄積期間Ｔａ、プリチャージ期間Ｔprch及び読み出し期間Ｔreadを設定することにより実現される。
まず、リセット期間Ｔrstにおいては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲートラインＬｔを介して、ｉ行目（ｉは１≦ｉ≦ｎの任意の整数）のダブルゲート型フォトセンサＰＳのトップゲート端子ＴＧにリセットパルス（例えば、トップゲート電圧Ｖtg＝＋１５Ｖのハイレベル；リセット電圧）φＴｉを印加して、半導体層１１に蓄積されているキャリア（ここでは、正孔）を放出するリセット動作（初期化動作）を実行する。

次いで、電荷蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲートドライバ１１０によりトップゲート端子ＴＧにローレベル（例えば、トップゲート電圧Ｖtg＝−１５Ｖのローレベル；キャリア蓄積電圧）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、上記リセット動作を終了し、電荷蓄積動作（キャリア蓄積動作）を開始する。

ここで、電荷蓄積期間Ｔａにおいては、図４に示すように、例えば、図１に示したダブルゲート型フォトセンサＰＳが形成された透明な絶縁性基板ＳＵＢの背面側に配置されたバックライトＢＬＴから、絶縁性基板ＳＵＢ、フォトセンサアレイ１００を透過して保護絶縁膜１９の上方（上面であってもよい）に設けられた検知面ＤＴＣに載置された被写体（指）ＦＮＧに対して照射された光Ｌｘの反射光Ｌｙが、保護絶縁膜１９及び透明電極層からなるトップゲート電極ＴＧｘを通過して半導体層１１に入射する。これにより、電荷蓄積期間Ｔａ中に半導体層１１に入射した光量に応じて、半導体層１１の入射有効領域（キャリア発生領域）で電子−正孔対が生成され、半導体層１１とブロック絶縁膜１４との界面近傍（チャネル領域周辺）に正孔が蓄積される。

そして、プリチャージ期間Ｔprchにおいては、上記電荷蓄積期間Ｔａに並行して、ドレイン制御信号として供給されるプリチャージ信号φpgに基づいて、ドレインドライバ１３０によりドレインラインＬｄを介して、ドレイン端子Ｄにプリチャージパルス（例えば、ドレイン電圧ＶＤ（＝プリチャージ電圧Ｖpg）＝＋５Ｖ；プリチャージ電圧）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。

次いで、読み出し期間Ｔreadにおいては、上記プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートドライバ１２０によりボトムゲートラインＬｂを介して、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルス（例えば、ボトムゲート電圧（＝読み出しパルス電圧）Ｖbg＝＋１０Ｖのハイレベル；読み出し電圧）φＢｉを印加することにより、電荷蓄積期間Ｔａにチャネル領域に蓄積されたキャリア（正孔）に応じたドレイン電圧ＶＤ（＝データ電圧Ｖrd）を、ドレインラインＬｄを介して、ドレインドライバ１３０により読み出す読み出し動作が実行される。

ここで、読み出しパルスφＢｉの印加期間（読み出し期間）におけるドレイン電圧ＶＤ（データ電圧Ｖrd）の変化傾向は、電荷蓄積期間Ｔａに蓄積されたキャリアが多い場合（明状態）には、当該電圧が急峻に低下する傾向を示し、一方、蓄積されたキャリアが少ない場合（暗状態）には緩やかに低下する傾向を示すので、例えば、読み出し期間Ｔreadの開始から所定の時間経過後のデータ電圧Ｖrdを検出することにより、ダブルゲート型フォトセンサＰＳに入射した光の量、すなわち、被写体画像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。

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１００の各行（ｉ＝１、２、・・・ｎ）に対して、同等の動作処理を繰り返すことにより、ダブルゲート型フォトセンサＰＳを適用して、所望の被写体の２次元画像を明度データとして読み取るフォトセンサシステムを実現することができる。

＜第１の実施形態＞
次に、上述したダブルゲート型フォトセンサの素子構造を適用した画像読取装置の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図５は、本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイを含む積層構造の第１の実施形態を示す概略断面図である。ここで、図１に示したダブルゲート型フォトセンサの素子構造に対応する構成については、同一又は同等の符号を付して説明する。

本実施形態に係る画像読取装置（フォトセンサアレイを含む積層構造）は、図５に示すように、ガラス基板等の透明な絶縁性基板ＳＵＢの一面側に、アモルファスシリコン等からなる半導体層１１の両端に接続形成されたドレイン電極１２及びソース電極１３、半導体層１１の上方にトップゲート絶縁膜１５を介して形成された透明電極層からなるトップゲート電極ＴＧｘ、及び、半導体層１１の下方にボトムゲート絶縁膜１６を介して形成されたボトムゲート電極ＢＧｘからなる複数のダブルゲート型フォトセンサＰＳが２次元配列されたフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサＰＳのトップゲート電極ＴＧｘを含むトップゲート絶縁膜１５上に、被覆形成された保護絶縁膜（透明な絶縁膜）１９と、該保護絶縁膜１９上に所定の形状パターンを有して形成され、ＩＴＯ膜等の透明導電層からなる静電気除去用の透明導電層２１と、フォトセンサアレイ１００上（透明導電層２１を含む保護絶縁膜１９上）の全域を被覆するように形成された表面保護用の有機膜層３０と、を順次積層した構成を有している。

ここで、半導体層１１とドレイン電極１２及びソース電極１３との間には、図１に示した素子構造と同様に、不純物層（オーミックコンタクト層）１７、１８が介在するように形成され、また、半導体層１１とトップゲート絶縁膜１５との間には、ブロック絶縁膜（ストッパ膜）１４が介在するように形成されている。また、フォトセンサアレイ１００上に積層された有機膜層３０の上面は、被写体が載置される検知面ＤＴＣに設定されている。

また、トップゲート絶縁膜１５、ボトムゲート絶縁膜１６及び保護絶縁膜１９は、図１に示した素子構造と同様に、ＣＶＤ法等を適用して、窒化シリコンや酸化シリコン等の透過率の高い絶縁膜により構成され、さらに、トップゲート電極ＴＧｘ及び透明導電層２１は、ＩＴＯ等の透明電極材料により構成され、ボトムゲート電極ＢＧｘは、クロムやアルミニウム等から選択された不透明な電極層により構成されている。

また、本実施形態においては、特に、透明導電層２１を含む保護絶縁膜１９上に設けられる有機膜層３０として、例えば、半導体製造プロセスにおける露光処理において多用されている周知の感光性有機材料、具体的には、アクリル樹脂や感光性ポリイミド等を適用して形成されている。

なお、周知の露光処理に適用される感光性有機材料は、例えば、ベースフィルム層、アクリルフィルム層、保護フィルム層を積層した多層フィルム構造を有し、かつ、各フィルム層相互が剥離可能な膜構造を有する感光性有機膜として提供されている。このような感光性有機膜は、まず、上記保護フィルム層を剥離し、絶縁性基板ＳＵＢのフォトセンサアレイ１００上（透明導電層２１を含む保護絶縁膜１９の上面）を含む領域に、ラミネータ（熱圧着ローラ）を用いてアクリルフィルム層側を貼り合わせる（ラミネート形成する）。

次いで、露光、現像、焼成プロセスからなる周知の露光処理を、ベースフィルム層側から施して所望の形状パターンに（例えば、絶縁性基板ＳＵＢの周辺領域を除く、フォトセンサアレイ１００に対応する上方領域にのみ残留するように）パターニングした後、ベースフィルム層を剥離することにより、フォトセンサアレイ１００に対応する領域にアクリルフィルム層（有機膜層）からなる有機膜層３０が形成される。

次いで、上述したような表面保護用の有機膜層（感光性有機膜）をフォトセンサアレイ上に設けた場合の、外圧に対する保護効果（外部からの物理的ダメージに対する耐圧）について具体的に検証する。
図６は、本実施形態に係る画像読取装置における有機膜層の保護効果の検証実験の結果（引っ掻き荷重とフォトセンサの不良発生率の関係）を示す図である。

ここで、感光性有機膜の保護効果の検証実験として、引っ掻き試験機に引っ掻き部材としてダイヤモンドペンを装着し、上記画像読取装置（フォトセンサアレイ）の最上層に形成された表面保護用の有機膜層（感光性有機膜）の表面を所定の荷重を印加して引っ掻き、当該荷重とフォトセンサアレイ（フォトセンサ）における不良発生率との関係を観測して評価した。なお、本検証実験で使用した引っ掻き試験機は、鉛筆の芯の硬度測定に適用される周知の試験機を流用し、鉛筆硬度試験の試験方法に準ずる手法により、荷重を印加して引っ掻く方法を採用した。また、本検証実験においては、本実施形態に係る画像読取装置に形成される有機膜層（感光性有機膜）３０として、上述したアクリル樹脂を適用した。

まず、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９及びＩＴＯ膜からなる透明導電層２１のみを形成し、有機膜層３０を設けない装置構造（特許文献２等に開示された構成）においては、図６中、実験結果ＳＸに示すように、概ね３０ｇ程度の荷重を印加して引っ掻いた状態で、フォトセンサアレイ１００を構成するほぼすべて（１００％）のフォトセンサＰＳに、引っ掻き傷が到達して、線欠陥や動作不良が発生することが判明した。

一方、本実施形態（図５）に示したように、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９を介して、ＩＴＯ膜からなる透明導電層２１を所定の形状パターンで形成し、さらにその上層にアクリル樹脂（感光性有機膜）からなる有機膜層３０を形成した装置構造においては、膜厚に関わらず、図６中、実験結果ＳＡ〜ＳＣに示すように、上記実験結果ＳＸに比較して不良発生率が大幅に低下して、外部からの物理的ダメージ（荷重）に対する強度（耐圧）が大幅に向上することが判明した。

より具体的には、図６に示した各実験結果ＳＸ、ＳＡ〜ＳＣにおいて、不良発生率が１００％に達した時点の荷重に着目して概略的に比較すると、有機膜層３０を設けていない装置構造（実験結果ＳＸ）に対して、膜厚２μｍのアクリル樹脂からなる有機膜層３０を設けた場合（実験結果ＳＡ）には概ね７倍程度、膜厚５μｍの有機膜層３０を設けた場合（実験結果ＳＢ）には概ね１３倍程度、膜厚１０μｍの有機膜層３０を設けた場合（実験結果ＳＣ）には概ね２０倍程度、耐圧が向上することが判明した。

次いで、上述したような有機膜層（感光性有機膜）をフォトセンサアレイ上に設けた場合の、読取画像の鮮明さ（コントラスト）について具体的に検証する。
図７は、本実施形態に係る画像読取装置における読取画像の鮮明さの検証実験の結果を示す図であり、図８は、本実施形態に係る画像読取装置における読取画像のコントラストと有機膜層の膜厚との関係を示す図である。ここでは、本発明に係る画像読取装置を、図４に示したように、指紋読取装置に適用した場合において、被写体（指）の画像パターン（指紋）を２５０階調で読み取った場合の読取画像（指紋画像）の実画像、及び、該画像の階調データに基づくコントラストについて、具体的に検証する。

まず、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９及びＩＴＯ膜からなる透明導電層２１のみを形成し、有機膜層（感光性有機膜）３０を設けない装置構造においては、図７（ａ）の上図に示すように、被写体（指）の読取画像（指紋画像）は鮮明であり、また、図７（ａ）の下図に示すように、該読取画像についての各階調データにおける受光強度の分布も、暗部及び明部におけるピークが明確に表れており、かつ、当該ピーク間の階調差（コントラストに相当する；図中、「指紋コントラスト」と表記）Ｗｐも大きいという、極めて良好な読取画像が得られる。

一方、本実施形態に示したように、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９及びＩＴＯ膜からなる透明導電層２１を形成し、さらに、その上層に所定の膜厚を有するアクリル樹脂からなる有機膜層３０を形成した装置構造においては、図７（ｂ）〜（ｄ）の各上図に示すように、有機膜層３０の膜厚が厚くなるにしたがって（２μｍ→５μｍ→１０μｍ）、読取画像（指紋画像）が不鮮明になり、また、図７（ｂ）〜（ｄ）の各下図に示すように、各読取画像についての各階調データにおける受光強度の分布も、有機膜層３０の膜厚が厚くなるにしたがって（２μｍ→５μｍ→１０μｍ）、暗部及び明部におけるピークが次第に不明確になって、さらに、当該ピーク間の階調差Ｗｐも小さくなることが判明した。

なお、上述した検証実験においては、市販品として一般的に入手が容易なアクリル樹脂フィルムを用いたため、上述した膜厚２μｍ、５μｍ、１０μｍにおける実験結果のみを示した。より大きな膜厚の有機膜層３０を適用した場合の実験結果については、アクリル樹脂フィルムと同等の感光性有機膜であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用い、膜厚２５μｍで形成した場合の読取画像の実画像、及び、該画像の階調データに基づくコントラスト（受光強度の分布）を図７（ｅ）に示す。

膜厚２５μｍの有機膜層３０を設けた場合、図７（ｅ）の上図に示すように、図７（ｂ）〜（ｄ）に示した各膜厚（２μｍ、５μｍ、１０μｍ）を有する有機膜層３０を設けた場合よりも、さらに読取画像（指紋画像）が不鮮明になり、また、図７（ｅ）の下図に示すように、該読取画像についての各階調データにおける受光強度の分布も、暗部及び明部におけるピークが著しく不明確で、当該ピーク間の階調差も判別が困難になることが判明した。

なお、図８に示した曲線ＳＰは、図７（ａ）〜（ｅ）に示した、有機膜層３０の各膜厚における読取画像についての受光強度の分布における暗部及び明部におけるピーク間の階調差（コントラスト）Ｗｐを、有機膜層３０の膜厚０の場合（図７（ａ）に示した有機膜層３０を設けない構成）を基準（１．０）として規格化した場合の、有機膜層の膜厚と当該規格化コントラスト（ダイナミックレンジ）との関係を示したものである。

これによれば、図８に示すように、有機膜層の膜厚が概ね１０μｍ以下、すなわち、規格化コントラストが概ね０．４以上、あるいは、有機膜層の膜厚が０μｍの場合に比較して規格化コントラストが概ね１／２以上であれば、図７（ｂ）〜（ｄ）に示したように、明瞭な読取画像が得られることが判明した。

したがって、上述した本実施形態に係る画像読取装置において、外部からの物理的なダメージの影響を抑制、防止するために、最上層に設ける有機膜層（感光性有機膜）を無制限に厚くすると、読取画像の劣化を招き（図７（ｅ）参照）、上述したように画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合にあっては、指紋画像を用いて認証処理を実行する際に誤動作を生じる可能性がある。

そこで、本実施形態に係る画像読取装置においては、最上層に設ける有機膜層の膜厚を、概ね１０μｍ以下に設定することにより、図６に示したように、外部からの物理的なダメージの影響を大幅に抑制することができるとともに、図７（ｂ）〜（ｄ）に示したように、コントラストが良好で比較的鮮明な読取画像（指紋画像）を得ることができるという結論に達した。

なお、上述した有機膜層（感光性有機膜）において、下限となる２μｍという膜厚は、感光性有機膜が上述したようにフィルム状を有しているため、その製造技術上の限界により規定されるものである。
また、本実施形態に係る画像読取装置においては、フォトセンサアレイ上に設けられた静電気除去用の透明導電層を被覆するように、比較的膜厚の大きい有機膜層（感光性有機膜）が形成された構成を有しているが、この場合の静電気除去機能について検証すると、被写体（例えば、指）が直接透明導電層に接触する構成を有していないものの、帯電した被写体から有機膜層に侵入した静電気は下層の透明導電層を介して、接地電位等に放電されることになるので、被写体が直接透明導電層に接触した場合と同程度の静電気除去効果を得ることができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図９は、本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイの第２の実施形態を示す概略断面図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。

本実施形態に係る画像読取装置（フォトセンサアレイを含む積層構造）は、図９に示すように、上述した第１の実施形態と同等の構成を有するフォトセンサアレイ１００上に、保護絶縁膜（透明な絶縁膜）１９、透明導電層（第１の透明導電層）２１及び有機膜層（感光性有機膜）３０を順次積層形成した構成に加え、さらに、該有機膜層３０上にＩＴＯ等からなる透明導電層（第２の透明導電層）２２を設けた構成を有している。

上述したような有機膜層上に透明導電層を設けた場合の、外圧に対する保護効果（外部からの物理的ダメージに対する耐圧）について具体的に検証する。
図１０は、本実施形態に係る画像読取装置における有機膜層及び透明導電層の保護効果の検証実験の結果（引っ掻き荷重とフォトセンサの線欠陥発生率の関係）を示す図である。なお、本検証実験の手法や条件については、上述した第１の実施形態における検証実験と同等である。

まず、上述した第１の実施形態においては、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９及びＩＴＯ膜からなる透明導電層２１のみを形成し、有機膜層３０を設けない装置構造（図１０中、実験結果ＳＸ）に比較して、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９を介して、ＩＴＯ膜からなる透明導電層２１を所定の形状パターンで形成し、さらにその上層に膜厚２μｍのアクリル樹脂（感光性有機膜）からなる有機膜層３０を形成した装置構造においては、図１０中、実験結果ＳＡに示すように、不良発生率が低下して、外部からの物理的ダメージに対する耐圧が概ね７倍程度向上することを示した。

一方、本実施形態に示すように、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９、ＩＴＯ膜からなる透明導電層２１、膜厚２μｍの有機膜層（感光性有機膜）３０を順次形成した後、さらにその上層に膜厚０．１５μｍのＩＴＯ膜からなる透明導電層２２を形成した装置構造においては、図１０中、実験結果ＳＡαに示すように、上記実験結果ＳＡに比較して不良発生率がさらに低下して、外部からの物理的ダメージに対する耐圧が概ね１．５倍程度、また、上記実験結果ＳＸに比較して、概ね１０倍程度、耐圧が向上することが判明した。

すなわち、フォトセンサアレイ１００上に保護絶縁膜１９、ＩＴＯ膜からなる透明導電層２１、有機膜層（感光性有機膜）３０が順次積層された構成に加えて、さらに透明導電層２２が形成されていることにより、有機膜層３０を構成する感光性有機膜に比較して透明導電層２２を構成するＩＴＯ膜の方が硬いので、外部からの物理的ダメージに対する耐圧を向上させることができる。

これは、換言すると、同等の耐圧を実現するために必要となる有機膜層（感光性有機膜）３０の膜厚を、上述した第１実施形態の場合（図６参照；１０μｍ以下）よりも薄く形成することができることを意味する。したがって、フォトセンサアレイ１００の外圧に対する保護効果を向上させつつ、有機膜層（感光性有機膜）３０の膜厚を薄くすることができるので、図７に示したように、読取画像のコントラストを向上させて、鮮明な画像を得ることができる。

また、画像読取装置の最上層、及び、保護絶縁膜１９上の２層に、透明導電層２１、２２が設けられているので、帯電した被写体により印加される静電気を、双方の透明導電層２１、２２を介して十分に放電することができ、フォトセンサアレイ１００の静電気破壊を良好に防止することができる。

さらに、画像読取装置の最上層に、有機膜層３０を構成する感光性有機膜（アクリル樹脂）に比較して化学的ダメージに対する耐圧が高いＩＴＯ膜からなる透明導電層２２が設けられているので、薬品等による浸食からフォトセンサアレイ１００を良好な保護することができる。

なお、最上層に設けられる透明導電層２２は、上述したように、例えば、膜厚０．１５μｍ程度に比較的薄く形成した場合であっても十分な静電気除去効果を実現することができるが、極端に薄く形成した場合には外部からの物理的なダメージにより、当該透明導電層２２が損傷する可能性がある。しかしながら、その下層に比較的厚い（例えば、２μｍ程度）有機膜層３０が設けられていることにより、フォトセンサアレイ（フォトセンサ）における線欠陥や動作不良の発生を良好に防止することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１１は、本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイの第３の実施形態を示す概略断面図である。ここで、上述した第１及び第２の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。

本実施形態に係る画像読取装置（フォトセンサアレイを含む積層構造）は、図１１に示すように、上述した第１の実施形態と同等の構成を有するフォトセンサアレイ１００上に、保護絶縁膜１９及び有機膜層（感光性有機膜）３０を順次積層形成した構成に加え、さらに、該有機膜層３０上にＩＴＯ等からなる透明導電層２２を設けた構成を有している。すなわち、保護絶縁膜１９上に第１及び第３の実施形態に示した透明導電層２１を設けることなく、直接有機膜層３０が積層形成された構成を有している。

ここで、本実施形態に係る画像読取装置に適用される製造プロセスの一例について説明する。
図１２は、本実施形態に係る画像読取装置に適用される製造プロセスの一例を示すプロセス断面図である。なお、ここでは、絶縁性基板ＳＵＢ上に複数のダブルゲート型フォトセンサＰＳからなるフォトセンサアレイ１００が形成された状態から後の工程について説明する。

まず、図１２（ａ）に示すように、絶縁性基板ＳＵＢの一面側に複数のダブルゲート型フォトセンサＰＳを２次元配列することによりフォトセンサアレイ１００が形成され、さらに、該フォトセンサアレイ１００の全域を被覆するように、絶縁性基板ＳＵＢの一面側に保護絶縁膜１９が形成され、さらに、フォトセンサアレイ１００の全域を被覆するように、アクリル樹脂等からなる感光性有機膜３０ｘをラミネート形成する。

次いで、図１２（ｂ）に示すように、感光性有機膜３０ｘを周知の露光工程により露光、現像、焼成して、少なくともフォトセンサアレイ１００上を被覆する所定の形状パターンを有する有機膜層３０を形成して有機膜層とする。
次いで、図１２（ｃ）に示すように、フォトセンサアレイ１００の周辺領域であって、絶縁性基板ＳＵＢの縁辺部近傍（図右方領域）に、フォトセンサアレイ１００と図２に示した各ドライバ等と電気的に接続するための端子パッド部ＰＡＤ（詳しくは後述する）上の保護絶縁膜１９をエッチングしてコンタクトホール１９ｈを形成して、第３パッド層ＴＭの上面を露出させる。

次いで、フォトセンサアレイ１００の全域を被覆し、かつ、コンタクトホール１９ｈを介して第３パッド層ＴＭの上面に電気的に接触するようにＩＴＯ膜を形成した後、図１２（ｄ）に示すように、少なくともフォトセンサアレイ１００上、及び、端子パッド部ＰＡＤ近傍にＩＴＯ膜を残すようにパターニングして、フォトセンサアレイ１００上に静電気除去用の透明導電層２２を形成すると同時に、端子パッド部ＰＡＤの最上層となる第４パッド層ＣＭを形成する。

ここで、端子パッド部ＰＡＤは、図２に示したフォトセンサシステムに適用されるトップゲートドライバ１１０やボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０のいずれか、もしくは、接地電位と電気的に接続するためのものであって、ダブルゲート型フォトセンサＰＳを構成するボトムゲート電極ＢＧｘ、ドレイン電極１２及びソース電極１３、トップゲート電極ＴＧｘ、透明導電層２２の各導電層を形成する工程と同時に形成された４層の導電層により構成されている。

すなわち、ダブルゲート型フォトセンサＰＳのボトムゲート電極ＢＧｘの製造工程において、同一の金属層により形成された第１パッド層ＢＭと、ドレイン電極１２及びソース電極１３の製造工程において、同一の金属層により形成された第２パッド層ＤＳＭと、トップゲート電極ＴＧｘの製造工程において、同一の透明電極層により形成された第３パッド層ＴＭと、透明導電層２２の製造工程において、同一の透明導電層により形成された第４パッド層ＣＭと、が電気的に接続されるように積層形成された構成を有している。なお、各ドライバ等とは、端子パッド部ＰＡＤの最上層となる第４パッド層ＣＭの上面を介して電気的に接続される。

したがって、本実施形態に係る画像読取装置によれば、フォトセンサアレイ１００上（保護絶縁膜１９上）に静電気除去用の透明導電層を直接積層した構成を有していないので、当該透明導電層を形成する工程を削減することができ、製造プロセスの簡素化を図ることができる。また、保護絶縁膜１９上に直接透明導電層が設けられていないので、当該保護絶縁膜１９を介して、下層のダブルゲート型フォトセンサＰＳのトップゲート電極ＴＧｘと、静電気除去用の透明導電層２２との間の層間距離を大きくして、電気的な短絡（層間ショート）を抑制することができ、画像読取装置の故障や動作不良の発生を抑制することができる。

さらに、上述した第２実施形態の場合と同様に、表面保護用の有機膜層３０より上層に設けた透明導電層（ＩＴＯ膜）２２の方が硬いので、外部からの物理的ダメージに対する耐圧を向上させることができ、これにより有機膜層３０の膜厚を第１実施形態の場合よりも薄くすることができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る画像読取装置の第４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フォトセンサアレイの第４の実施形態を示す概略断面図である。ここで、上述した第１乃至第３の実施形態と同等の構成については、同一又は同等の符号を付してその説明を簡略化する。

本実施形態に係る画像読取装置（フォトセンサアレイを含む積層構造）は、図１３に示すように、上述した第１の実施形態と同等の構成を有するフォトセンサアレイ１００上（各ダブルゲート型フォトセンサＰＳのトップゲート電極ＴＧｘを含むトップゲート絶縁膜１５上）に、有機膜層（感光性有機膜）３０を積層形成し、さらに、該有機膜層３０上にＩＴＯ等からなる透明導電層２２を設けた構成を有している。すなわち、トップゲート絶縁膜１５上に保護絶縁膜１９を設けることなく、直接有機膜層３０が積層形成された構成を有している。

したがって、本実施形態に係る画像読取装置によれば、フォトセンサアレイ１００上に、保護絶縁膜１９を積層した構成を有していないので、当該保護絶縁膜１９をＣＶＤ法等により形成する工程を削減することができ、製造プロセスの一層の簡素化を図ることができる。

なお、上述した各実施形態においては、フォトセンサアレイを構成す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、上述したように、本発明はこれに限定されるものではなく、周知のフォトトランジスタやフォトダイオード等のフォトセンサを適用するものであっても、同等の装置構造を適用することができることはいうまでもない。

本発明に係る画像読取装置に適用可能なダブルゲート型フォトセンサの概略構成を示す断面構造図である。 ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの概略構成図である。 ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。 ダブルゲート型フォトセンサを適用したフォトセンサシステムを指紋読取装置に適用した場合の被写体の画像パターン（指紋画像）の読み取り動作を示す概念図である。 本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイを含む積層構造の第１の実施形態を示す概略断面図である。 本実施形態に係る画像読取装置における有機膜層の保護効果の検証実験の結果（引っ掻き荷重とフォトセンサの不良発生率の関係）を示す図である。 本実施形態に係る画像読取装置における読取画像の鮮明さの検証実験の結果を示す図である。 本実施形態に係る画像読取装置における読取画像のコントラストと有機膜層の膜厚との関係を示す図である。 本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイを含む積層構造の第２の実施形態を示す概略断面図である。 本実施形態に係る画像読取装置における有機膜層及び透明導電層の保護効果の検証実験の結果（引っ掻き荷重とフォトセンサの線欠陥発生率の関係）を示す図である。 本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイを含む積層構造の第３の実施形態を示す概略断面図である。 本実施形態に係る画像読取装置に適用される製造プロセスの一例を示すプロセス断面図である。 本発明に係る画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイを含む積層構造の第４の実施形態を示す概略断面図である。 従来技術における静電気除去機構を備えた画像読取装置の一構成例を示す概略構成図である。

符号の説明

１１ 半導体層
１５ トップゲート絶縁膜
１６ ボトムゲート絶縁膜
１９ 保護絶縁膜
２１、２２ 透明導電層
３０ 有機膜層
１００ フォトセンサアレイ
ＰＳ ダブルゲート型フォトセンサ
ＴＧｘ トップゲート電極
ＢＧｘ ボトムゲート電極
ＳＵＢ 絶縁性基板
ＤＴＣ 検知面

Claims (5)

1. 絶縁性基板の一面側に複数のフォトセンサが２次元配列されたフォトセンサアレイを備え、該フォトセンサアレイ上に設けられた検知面上に載置された被写体の画像パターンを読み取る画像読取装置において、
   前記画像読取装置は、前記フォトセンサアレイ上に、少なくとも、前記フォトセンサアレイの全域を被覆するよう形成された、透明な絶縁膜と、第１の透明導電層と、アクリル樹脂又はポリイミド樹脂からなる透明な有機膜層と、前記有機膜層の上面に積層されて所定の形状パターンを有するように形成された静電気除去用の第２の透明導電層と、が順次積層された構成を有し、前記第２の透明導電層の上面が前記検知面に設定されていることを特徴とする画像読取装置。
2. 前記有機膜層は、透明な感光性有機材料からなることを特徴とする請求項１記載の画像読取装置。
3. 前記有機膜層は、概ね１０μｍ以下の膜厚に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像読取装置。
4. 前記フォトセンサは、光の入射によりキャリアが生成、蓄積される半導体層と、該半導体層を挟んで形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記半導体層の上方に透明な上部絶縁膜を介して形成された透明な上部ゲート電極と、前記半導体層の下方に透明な下部絶縁膜を介して形成された不透明な下部ゲート電極と、を有するダブルゲート型の薄膜トランジスタ構造を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像読取装置。
5. 前記透明導電層は、所定の電位に接続され、前記検知面に載置された前記被写体に帯電した静電気を、前記所定の電位に放電する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。
   

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