JP4915477B2 - 画像入出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像入出力装置に関し、特に、光を照射することにより情報の書き込みを行う画像入出力装置に関する。

従来、光を照射することにより情報の書き込みを行う画像入出力装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、ベース基板上に、光センサと光源とが同一面となるように配置された完全密着型イメージセンサが記載されている。この完全密着型イメージセンサでは、光源は、たとえば、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子からなる薄膜発光層から構成されている。そして、光センサと光源との上には薄板ガラスが配置され、この薄板ガラス上に原稿が置かれる。上記のように構成された特許文献１に記載の完全密着型イメージセンサでは、光源からの光が原稿で反射され、その反射光が光センサで光電変換される。そして、反射光が光センサで光電変換されることによって、原稿の濃淡画像に応じた画像信号が画像データとして取り込まれる。その後、取り込まれた画像データをもとに画像の書き込みスキャンが行われ、取り込まれた画像が表示画面に表示される。

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来のイメージセンサでは、画像を表示させるために、取り込んだ画像データをもとに画像の書き込みスキャンを行う必要があるので、画像を表示させるまでの時間が長くなるという不都合があった。また、上記特許文献１に記載された従来のイメージセンサでは、画像の書き込みスキャンを行う必要があるため、書き込みスキャン用のドライバや電源などを別途設ける必要があるという不都合もあった。

一方、従来、光学的なパターン照射によって画像を瞬時に書き込むことが可能な光アドレス型空間光変調素子が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この光アドレス型空間光変調素子は、一対の透明電極を有する基板内に、メモリ性を有するコレステリック液晶などからなる表示層、光吸収層および光導電層が挟まれた構造を有している。上記した構造を有する光アドレス型空間光変調素子では、透明電極間にバイアス電圧を印加しながら、画像を表すパターン光を光導電層に照射すると、光が当たった部分は光導電層のインピーダンスが低下し、表示層に強い電界が加わる。これにより、電源印加後に外光を反射する状態に液晶が保持される。一方、光が当たらなかった部分は、光導電層のインピーダンスが高いままの状態なので、表示層側には弱い電界しか加わらない。このため、電圧印加後に光を透過する状態に液晶が保持される。この反射と透過の状態差により、画像が表示される。すなわち、光学的なパターン照射と同時に表示層に画像が表示される。

また、上記特許文献２の光アドレス型空間光変調素子では、上記構成により、画像の書き込みスキャンが不要であるため、書き込みスキャン用のドライバや電源などを別途設ける必要がない。

特開平８−５５９７４号公報 特開２００７−１１４４７２号公報

しなしながら、上記特許文献２で提案されている従来の光アドレス型空間光変調素子では、光学的なパターン照射によって画像を瞬時に書き込むことが可能であるものの、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことができないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、光学的なパターン照射によって画像を瞬時に書き込むことが可能であるとともに、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことが可能な画像入出力装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による画像入出力装置は、基板上に形成されたスイッチング素子と、基板上に形成され、表示層と表示層を挟む第１画素電極および第１共通電極とを含む表示部と、基板上に形成され、光電変換層と光電変換層を挟む第２画素電極および第２共通電極とを含む光電変換部と、光電変換部からの出力信号を増幅する増幅部とを備えている。そして、表示部の第１画素電極と光電変換部の第２画素電極とは、互いに電気的に接続されており、スイッチング素子は、互いに電気的に接続された第１画素電極および第２画素電極と増幅部との間をオン状態またはオフ状態に切替可能に構成されており、第１共通電極は、一定電位状態とフロート状態とを切替可能に構成されており、画像を表す書き込み光が露光され、露光された書き込み光が前記光電変換部で受光されることで画像が入力され、前記増幅部によって画素出力信号が読み出されることで画像が出力される。

この一の局面による画像入出力装置では、上記のように、表示部の第１画素電極と光電変換部の第２画素電極とを互いに電気的に接続することによって、第１共通電極を一定電位状態に切り替えることにより、表示層および光電変換層を、それぞれ、所定の電位（電圧）が印加された状態にすることができる。このような状態で光電変換層にパターン光が照射されると、照射される光量に応じて光電変換層に印加される電位（電圧）が変化する。そして、光電変換層に印加される電位（電圧）の変化に対応して、表示層に印加される電位（電圧）も変化するので、照射される光量に応じて表示部の表示状態を変化させることができる。これにより、表示部に画像を表示させることができる。したがって、上記のように構成することによって、光学的なパターン照射により、画像を瞬時に書き込むことができる。たとえば、発光しているディスプレイ画面の光学像などを瞬時に写し取ることができる。

また、一の局面による画像入出力装置では、上記のように構成することによって、光電変換層に、表示画像に対応した電荷を蓄積することができるので、光電変換層に蓄積されている電荷を読み出すことにより、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことができる。

なお、上記一の局面による画像入出力装置において、スイッチング素子、光電変換部および表示部は、同一基板上にそれぞれ形成してもよいし、スイッチング素子、光電変換部および表示部の少なくとも１つを異なる基板上に形成してもよい。たとえば、スイッチング素子と光電変換部とを同一基板上に形成するとともに、表示部を、スイッチング素子および光電変換部が形成されている基板とは異なる基板上に形成してもよい。この場合、表示部を分離することが可能に構成することができる。

上記一の局面による画像入出力装置において、露光された前記書き込み光を前記光電変換部で受光することにより、露光パターンに応じた画像が表示部に表示されるように構成することができる。このように構成した場合でも、たとえば、発光しているディスプレイ画面の光学像などを瞬時に写し取ることができる。

上記一の局面による画像入出力装置において、第１共通電極を一定電位状態とすることにより、表示部の表示層が実質的に透過状態とされ、表示層が実質的に透過な状態で露光されることによって、表示部に露光パターンに応じた画像が表示されるように構成することができる。

上記露光により画像が表示される構成において、露光後、第１共通電極をフロート状態にするとともに、スイッチング素子をオン状態にすることによって、表示部に表示された画像の画像情報を画像データとして取り込むように構成することができる。すなわち、上記のように構成することによって、スイッチング素子をオン状態にすることにより、光電変換層に蓄積されている電荷（表示画像に対応する電荷）を増幅部に送出することができるので、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことができる。

この場合において、取り込まれた画像データを記録する記録部をさらに備えていてもよい。

上記一の局面による画像入出力装置において、好ましくは、光電変換部に所定の電位を印加することにより、光電変換部がリセットされ、第１共通電極への印加電位と光電変換部をリセットするための印加電位との電位差が、表示部の表示状態を透過率が１００％であるオン状態から透過率が０％であるオフ状態にするために必要な電位差未満である。このように構成すれば、微小露光量と飽和露光量近傍との間で、画像濃度の変化を表示することができるので、良好なコントラストで表示部に画像を表示させることができる。

上記一の局面による画像入出力装置において、好ましくは、光電変換部に所定の電位を印加することにより、光電変換部がリセットされ、第１共通電極への印加電位と光電変換部をリセットするための印加電位との電位差が、表示部の表示状態を透過率が１００％であるオン状態から透過率が０％であるオフ状態にするために必要な電位差以上である。このように構成すれば、表示部のコントラストを最大に設定することができる。

上記一の局面による画像入出力装置において、光吸収層、光反射層、半吸収半透過層および半反射半透過層のいずれかを備え、観察側から見た場合に、光吸収層、光反射層、半吸収半透過層および半反射半透過層のいずれかが、表示部の表示層の裏面側に形成されているのが好ましい。

上記一の局面による画像入出力装置において、好ましくは、表示部は、メモリ性を有する表示素子を含んでいる。このように構成すれば、第１共通電極をフロート状態にすることによって、無電源供給で表示部に表示されている画像を保持することができる。

この場合において、好ましくは、メモリ性を有する表示素子がカイラルネマチック液晶を含む。このように構成すれば、容易に、無電源供給で表示部に表示されている画像を保持することができる。

上記表示部がメモリ性を有する表示素子を含む構成において、好ましくは、メモリ性を有する表示素子は、電気化学反応型表示素子であってもよい。なお、電気化学反応型表示素子としては、たとえば、酸化還元反応によるエレクトロクロミック材料の色変化を利用するＥＣＤ（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）素子や、金属または金属塩の溶解析出を利用するエレクトロデポジション（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＥＤ）型の表示素子などが挙げられる。

上記一の局面による画像入出力装置において、基板上に、基板側から、光電変換層および表示層が順次形成された構成にすることができる。

上記一の局面による画像入出力装置において、基板上に、基板側から、表示層および光電変換層を順次形成された構成にすることもできる。

上記一の局面による画像入出力装置において、基板の裏面側から露光されることによって、露光パターンに応じた画像が表示部に表示されるように構成してもよい。

上記一の局面による画像入出力装置において、基板の表面側から露光されることによって、露光パターンに応じた画像が表示部に表示されるように構成することもできる。

上記一の局面による画像入出力装置において、スイッチング素子は、薄膜トランジスタ素子から構成することができる。

上記スイッチング素子が薄膜トランジスタ素子から構成される場合において、第２画素電極を、光電変換層に対して基板側に配置するとともに、第２共通電極を、光電変換層に対して基板と反対側に配置することによって、薄膜トランジスタ素子と光電変換部とを、バイアストップ構造に構成してもよい。

上記スイッチング素子が薄膜トランジスタ素子から構成される場合において、第２画素電極を、光電変換層に対して基板と反対側に配置するとともに、第２共通電極を、光電変換層に対して基板側に配置することによって、薄膜トランジスタ素子と光電変換部とを、バイアスボトム構造に構成することもできる。

上記スイッチング素子が薄膜トランジスタ素子から構成される場合において、光電変換部を、薄膜トランジスタ素子の上方に形成することによって、薄膜トランジスタ素子と光電変換部とを、スタック構造に構成することもできる。

上記スイッチング素子が薄膜トランジスタ素子から構成される場合において、好ましくは、薄膜トランジスタ素子および光電変換層の少なくとも一方は、有機半導体を用いて形成されている。このように構成すれば、無機半導体を用いる場合に比べて、薄膜トランジスタ素子および光電変換層の少なくとも一方を容易に形成することができる。なお、薄膜トランジスタ素子および光電変換層の両方を、有機半導体を用いて形成すれば、基板に、樹脂基板などを用いることができるので、軽くて薄く、かつ、折り曲げることが可能な画像入出力装置を得ることができる。

上記一の局面による画像入出力装置において、増幅部を、オペアンプとキャパシタとを含むチャージセンシングアンプとするのが好ましい。

以上のように、本発明によれば、光学的なパターン照射によって画像を瞬時に書き込むことが可能であるとともに、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことが可能な画像入出力装置を容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態による画像入出力装置の回路構成を示した図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の回路構成を示した図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の回路構成の一部を示した図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の概略断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の表示素子を示した概略図である。 液晶分子の屈折率を説明するための図である。 図８に示した表示素子の特性を示す図である。 図８に示した表示素子の表示原理を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第４実施形態による画像入出力装置の表示素子を示した概略図である。 図２１に示した表示素子の特性を示す図である。 図２１に示した表示素子の表示原理を説明するための図である。 本発明の第４実施形態による画像入出力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第５実施形態による画像入出力装置の表示素子の表示原理を説明するための図である。 本発明の第５実施形態による画像入出力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 光電変換部および表示部に印加される電位を説明するための図である。 本発明の第６実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第６実施形態の第１変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第６実施形態の第２変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第６実施形態の第３変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 本発明の第７実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第７実施形態の第１変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第７実施形態の第２変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第７実施形態の第３変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 第７実施形態の第４変形例による画像入出力装置の画素アレイ部の構成を簡略化して示した図である。 本発明の第８実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した平面図である。 図３７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第９実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した断面図である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した断面図である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（導電性高分子化合物の基本骨格を示した図）である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（π共役系高分子化合物の具体例（その１）を示した図）である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（π共役系高分子化合物の具体例（その２）を示した図）である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（π共役系高分子化合物の具体例（その３）を示した図）である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（π共役系高分子化合物の具体例（その４）を示した図）である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（π共役系以外の導電性高分子化合物の具体例（その１）を示した図）である。 本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図（π共役系以外の導電性高分子化合物の具体例（その２）を示した図）である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の回路構成を示した図である。図３は、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の回路構成の一部を示した図である。なお、図１と図２とで、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の全体構成を示している。まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の構成について説明する。

第１実施形態による画像入出力装置は、図１および図２に示すように、二次元マトリクス状（行列状）に配列された複数の画素５０ａを含む画素アレイ部５０と、画素アレイ部５０の各画素５０ａを列方向に走査する走査駆動回路６０と、画素アレイ部５０の各画素５０ａから出力される電気信号を保持する列出力回路７０（図２参照）と、列出力回路７０で保持された電気信号を列毎のシリアルな電気信号に変換するマルチプレクサ８０（図２参照）と、マルチプレクサ８０から与えられた電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器９０（図２参照）と、タイミングジェネレータ１００（図２参照）と、デジタルデータを記録するメモリ１１０（図２参照）とを備えている。なお、メモリ１１０は、本発明の「記録部」の一例である。

画素アレイ部５０は、複数の薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１０と、入射（照射）された光を光電変換する複数の光電変換部（フォトダイオード）２０と、表示部３０とを含んでいる。この表示部３０は、図３に示すように、各画素５０ａに対応する複数の表示用画素電極３１と、表示用画素電極３１と対向し、全画素で共通の１つの電極となっている表示用共通電極３２と、表示用画素電極３１および表示用共通電極３２の間に設けられた表示層３３とを有している。

また、第１実施形態では、表示部３０の表示層３３は、液晶組成物から構成されている。このため、表示層３３は誘電体として機能するので、図１〜図３では、表示部３０はキャパシタＣ_ＬＣとして示されている。なお、薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）１０は、本発明の「スイッチング素子」の一例である。また、表示用画素電極３１および表示用共通電極３２は、それぞれ、本発明の「第１画素電極」および「第１共通電極」の一例である。

また、画素アレイ部５０を構成する複数の画素５０ａは、それぞれ、上記ＴＦＴ１０と上記光電変換部（フォトダイオード）２０とを１つずつ有している。

ここで、第１実施形態では、図１〜図３に示すように、画素アレイ部５０の各画素５０ａにおいて、表示用画素電極３１と光電変換部２０のカソード電極（光電変換用画素電極）とが互いに電気的に接続されている。そして、ＴＦＴ１０の一方の入出力端子であるドレイン電極に、互いに電気的に接続された表示用画素電極３１および光電変換部２０のカソード電極（光電変換用画素電極）が接続されている。一方、ＴＦＴ１０の他方の入出力端子であるソース電極は信号線５１に接続されており、信号線５１は、後述するチャージセンシングアンプ７１に接続されている。なお、チャージセンシングアンプ７１は、本発明の「増幅部」の一例である。

また、ＴＦＴ１０のゲート電極は、走査線１１に接続されており、走査線１１は、走査駆動回路６０の出力端子に接続されている。走査駆動回路６０は、正の電圧を順に出力することによって走査線１１を走査する。このため、走査線１１が走査されることによってＴＦＴ１０のＯＮ／ＯＦＦが制御される。したがって、ＴＦＴ１０のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、互いに電気的に接続された表示用画素電極３１および光電変換部２０のカソード電極（光電変換用画素電極）とチャージセンシングアンプ７１との間をオン状態（ＯＮ）またはオフ状態（ＯＦＦ）に切り替えることが可能となる。

また、第１実施形態では、表示用共通電極３２に直流電圧（電位）を印加する直流電圧源４０とスイッチ４１とを備えている。この直流電圧源４０は、スイッチ４１を介して、表示用共通電極３２と接続される。このため、スイッチ４１がオン状態（ＯＮ）にされることによって、表示用共通電極３２に所定の電位（一定電位）が印加される。また、光電変換部（フォトダイオード）２０のアノード電極（光電変換用共通電極）は、バイアス線５２に接続されており、バイアス線５２は接地されている。このため、スイッチ４１をオン状態（ＯＮ）にすることによって、直流電圧源４０により、表示部３０の表示用共通電極３２と光電変換部２０のアノード電極（光電変換用共通電極）との間に一定電圧Ｖ_Ｅが印加される。一方、スイッチ４１をオフ状態（ＯＦＦ）にすることによって、表示用共通電極３２がフロート状態となる。すなわち、第１実施形態による画像入出力装置では、スイッチ４１のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより表示用共通電極３２を一定電位状態とフロート状態とに切り替えることが可能に構成されている。

また、列出力回路７０は、図２に示すように、チャージセンシングアンプ７１と、スイッチ７２および７３と、サンプルホールド回路７４および７５とを有している。

上記チャージセンシングアンプ７１は、図３に示すように、オペアンプ７１ａ、キャパシタ７１ｂおよびスイッチ７１ｃによって構成されている。チャージセンシングアンプ７１を構成するオペアンプ７１ａの反転入力端子には、信号線５１が接続されており、このオペアンプ７１ａの非反転入力端子には、リファレンス電源１２０からリファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦが印加される。また、オペアンプ７１ａの反転入力端子と出力端子との間には、キャパシタ７１ｂおよびスイッチ７１ｃが並列に接続されている。そして、タイミングジェネレータ１００（図２参照）からリセット線５３を通じて与えられる信号φＲＳＴによって、スイッチ７１ｃのＯＮ／ＯＦＦが制御される。上記のように構成されたチャージセンシングアンプ７１は、電気信号をキャパシタ７１ｂに保持することで積分機能を具備した読み出し回路であり、キャパシタ７１ｂがリセットされない限り、電気信号を読み出しても電気信号は保持されるという特性を有している。

また、オペアンプ７１ａの出力端子は、図２に示すように、スイッチ７２を介してサンプルホールド回路７４の入力端に接続されるとともに、スイッチ７３を介してサンプルホールド回路７５の入力端にも接続される。サンプルホールド回路７４および７５の出力端は、それぞれ、マルチプレクサ８０の入力側に接続されている。そして、マルチプレクサ８０から出力された出力信号ＭＸは、Ａ／Ｄ変換器９０によってＡ／Ｄ変換される。

タイミングジェネレータ１００は、走査駆動回路６０、列出力回路７０、マルチプレクサ８０およびＡ／Ｄ変換器９０のそれぞれの動作タイミングを制御しており、信号φＲＳＴをスイッチ７１ｃ（図３参照）に供給し、信号φＳＨＲをスイッチ７２に供給し、信号φＳＨＳをスイッチ７３に供給している。

メモリ１１０は、たとえば、書き換え可能なフラッシュメモリなどから構成されており、Ａ／Ｄ変換器９０から出力されたデジタルデータ（画像データ）を記録する。

図４は、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した平面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６〜図１１は、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の構造を説明するための図である。なお、図４では、表示部等についての図示を省略しているが、図５では、省略した部分についても図示をしている。また、図４および図５では、画素アレイ部５０における１画素分の画素構造を示している。次に、図３〜図１１を参照して、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部５０の構造について説明する。

第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部５０は、図５および図６に示すように、アレイ基板５５と、アレイ基板５５と対向する対向基板５６とを備えており、アレイ基板５５と対向基板５６との間に表示層３３が挟持された構造を有している。

アレイ基板５５は、約０．７ｍｍの厚みを有する無アルカリガラスからなる第１基板１を備えている。この第１基板１は、光透過性を有し、第１基板１上には、可視光を吸収する光吸収層２が所定の厚みで形成されている。光吸収層２上には、複数の画素５０ａが二次元マトリクス状に配されることによって画素アレイが形成されている。画素アレイを構成する各画素５０ａは、それぞれ、光を電荷（電気エネルギ）に変換する光電変換部２０と、電荷による電気信号を読み出すためのＴＦＴ１０とを含んでいる。なお、第１基板１は、本発明の「基板」の一例である。また、画素５０ａの大きさは５００μｍであり、画素ピッチは８００μｍである。

ＴＦＴ１０は、ボトムゲート型のトップコンタクト構造に構成されている。具体的には、光吸収層２上の所定領域に、約１４０ｎｍの厚みを有するＣｒ（クロム）層からなるゲート電極１１ａが形成されている。このゲート電極１１ａは、走査線として機能するゲート配線層１１と一体的に形成されている。なお、ゲート配線層１１は、約１４０ｎｍの厚みを有するＣｒ層から構成されており、行方向に延びるように形成されている。また、第１基板１の上面上には、図５に示すように、ゲート電極１１ａおよびゲート配線層１１を覆うように全面に、約４００ｎｍの厚みを有するとともにＳｉＮｘからなる絶縁層１２が形成されている。また、ゲート電極１１ａの上方に位置する絶縁層１２上の所定領域には、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）からなる半導体層１３が形成されている。さらに、半導体層１３上には、ｎ^＋ａ−Ｓｉからなるオーミックコンタクト層１４が形成されている。そして、オーミックコンタクト層１４と接するように、ソース電極１５およびドレイン電極１６が形成されている。

また、図４に示すように、絶縁層１２上の所定領域には、信号線として機能する配線層５１が列方向に延びるように形成されている。この配線層５１は、約１４０ｎｍの厚みを有するＣｒ層から構成されている。上記ＴＦＴ１０のソース電極１５は、配線層５１と電気的に接続されている。

光電変換部２０は、図４および図５に示すように、光電変換可能な半導体材料からなる光電変換層２１と、この光電変換層２１を上下に挟む２つの電極（光電変換用画素電極２２および光電変換用共通電極２３）とを含んでいる。この光電変換用画素電極２２は、光電変換層２１に対して第１基板１側に配置されており、光電変換用共通電極２３は、光電変換層２１に対して第１基板１と反対側に配置されている。また、光電変換部２０は、ＴＦＴ１０が形成されている領域以外の領域に、画素毎に分離されて形成されている。

具体的には、光吸収層２上の所定領域に、画素毎に分離された光電変換用画素電極２２が所定の平面積（パターン）で形成されている。この光電変換用画素電極２２は、約４０ｎｍの厚みを有しており、光透過性を有する導電性材料であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から構成されている。また、光電変換用画素電極２２は、各画素５０ａにおいて、ＴＦＴ１０のドレイン電極１６と電気的に接続されている。光電変換用画素電極２２上には、上記光電変換層２１が形成されている。この光電変換層２１は、光電変換用画素電極２２側から、約５０ｎｍの厚みを有するＮ型アモルファスシリコン層２１ａ、約５００ｎｍの厚みを有するＩ型アモルファスシリコン層２１ｂおよび約１５ｎｍの厚みを有するＰ型アモルファスシリコン層２１ｃが順次積層されたＰＩＮ型光電変換膜からなる。そして、光電変換層２１のＰ型アモルファスシリコン層２１ｃ上に、上記光電変換用共通電極２３が形成されている。この光電変換用共通電極２３は、約７０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜から構成されている。これにより、上述したように、光電変換部２０は、光電変換用画素電極２２がカソード電極になるとともに、光電変換用共通電極２３がアノード電極となるように構成される。なお、光電変換用画素電極２２および光電変換用共通電極２３は、それぞれ、本発明の「第２画素電極」および「第２共通電極」の一例である。

また、第１基板１上には、ＴＦＴ１０および光電変換部２０を覆うように、ＳｉＮｘからなるパッシベーション膜２４が形成されている。パッシベーション膜２４上には、バイアス線としてのバイアス配線層５２が列方向に延びるように形成されており、パッシベーション膜２４の所定部分に形成されたコンタクトホール２４ｂを介して、バイアス配線層５２と光電変換用共通電極２３とが互いに電気的に接続されている。これにより、ＴＦＴ１０と光電変換部２０とがバイアストップ構造に構成されている。そして、ＴＦＴ１０および光電変換部２０を覆うように、第１基板１の上面上に感光性アクリル樹脂などからなる平坦化膜２７が形成されている。

また、平坦化膜２７上の所定領域には、上記した表示用画素電極３１が、画素毎に分離されて形成されている。この表示用画素電極３１は、ＩＴＯ膜から構成されており、所定の平面積（パターン）に形成されている。なお、表示用画素電極３１のＩＴＯシート抵抗値は、１０Ω／□である。

ここで、第１実施形態では、平坦化膜２７およびパッシベーション膜２４の所定部分に、光電変換用画素電極２２に達するコンタクトホール２７ａが形成されている。このコンタクトホール２７ａ内には接続配線２８が設けられており、この接続配線２８を介して、表示用画素電極３１と光電変換用画素電極２２とが互いに電気的に接続されている。

また、図６に示すように、平坦化膜２７上には、表示用画素電極３１を覆うように、絶縁性薄膜３４が形成されており、絶縁性薄膜３４上には、約６０ｎｍの厚みで配向膜３５が形成されている。

対向基板５６は、光透過性を有する第２基板３を備えており、第２基板３の第１基板１と対向する面上に表示用共通電極３２が全面に形成されている。この表示用共通電極３２は、所定の厚みを有するＩＴＯ膜から構成されている。また、表示用共通電極３２上には、絶縁性薄膜３４が形成されており、絶縁性薄膜３４上には、約６０ｎｍの厚みを有する配向膜３５が形成されている。なお、光透過性を有する第２基板３としては、ガラス基板、ならびにポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレートまたはポリエチレンテレフタレートなどの樹脂からなるフレキシブル基板を用いることができる。

また、アレイ基板５５と対向基板５６とは、配向膜同士が向き合うように対向配置されており、アレイ基板５５と対向基板５６とによって、表示層３３が挟持されている。アレイ基板５５と対向基板５６との間には、高分子構造物３６およびスペーサ３７が設けられている。上記高分子構造物３６は、スペース保持部材としての機能と、両基板を接着する接着部材としての機能とを兼ねている。また、スペーサ３７は、スペース保持部材としての機能を有しており、両基板間の間隔（セルギャップ）を均一に保持するために設けられている。なお、スペーサ３７としては、たとえば、積水ファインケミカル社製のミクロパール５．０μｍを用いることができる。これにより、両基板間の間隔（セルギャップ）が約５μｍに設定されている。そして、シール材３８によって、アレイ基板５５と対向基板５６との間に表示層３３が封止されている。シール材３８としては、たとえば、住友ベークライト社製のスミライトＥＲＳ−２４００（主剤）＋ＥＲＳ−２８４０（硬化剤）を用いることができる。

なお、上記絶縁性薄膜３４は、たとえば、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウムやそのアルコキシドからなる無機膜やポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などの有機膜から構成されており、これらの材料を用いて蒸着法、スピンコート法、ロールコート法などの方法を用いて形成することができる。また、絶縁性薄膜３４は、高分子構造物３６に用いる高分子樹脂と同じ材料を用いて形成することもできる。また、上記配向膜３５は、可溶性ポリイミド（たとえば、ＪＳＲ社製 垂直配向膜Ａｌ−２０２２）から構成されており、印刷法などを用いて形成することができる。

このように、第１実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部５０は、表示層３３、表示用画素電極３１および表示用共通電極３２を少なくとも含む表示素子からなる表示部３０を備えた構成となっている。また、図５および図６に示すように、上記表示部（表示素子）３０は、ＴＦＴ１０および光電変換部２０の上方（第１基板１と反対側）に配された構成となっている。すなわち、図７に示すように、第１基板１上に、第１基板１側から、光電変換層２１および表示層３３が順次形成された構成となっている。そして、表示用共通電極３２と光電変換用共通電極２３との間に、上記した直流電圧源４０（図３参照）がスイッチ４１（図３参照）を介して接続されている。なお、光電変換部２０の光電変換用共通電極２３は、上述したように、バイアス配線層（バイアス線）５２（図３参照）に接続されており、バイアス配線層（バイアス線）５２は接地されている。

また、第１実施形態による画像入出力装置は、図６および図７に示すように、第１基板１の上面側（表面側）が観察側となるように構成されている。そして、画像を表すパターン光である書き込み光が、第１基板１の上面側（表面側）から照射されるように構成されている。すなわち、観察側と同じ側から露光が行われるように構成されている。さらに、第１実施形態の画像入出力装置（画素アレイ部５０）は、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２が配置（形成）された構成となっている。

また、第１実施形態では、表示部３０の表示層３３は、図８に示すように、ネマチック液晶３３ａとポリマー３３ｂとを含む透過散乱型の液晶層から構成されている。具体的には、表示層３３は、ネマチック液晶と光重合性モノマーの均一混合液からなり、紫外線光重合によって微細な３次元網目状のポリマーネットワーク構造が液晶中に形成されている。これにより、光散乱が誘起される。

ネマチック液晶（液晶分子）３３ａは、図９に示すように、短軸方向の屈折率（ｎ１）が、ポリマー３３ｂ（図８参照）の屈折率（ｎ１）と一致し、長軸方向の屈折率（ｎ２）がポリマー３３ｂの屈折率（ｎ１）と異なっている。

上記のように構成された表示層３３に電圧Ｖ_ＬＣが印加されると、ネマチック液晶の液晶分子３３ａが、印加される電圧Ｖ_ＬＣに応じて配向する。具体的には、図１１に示すように、無電圧状態または表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが低電圧の場合、液晶分子３３ａの長軸が基板面と平行となるように配向し、液晶分子３３ａが寝た状態となる。これにより、液晶分子３３ａは、ポリマー３３ｂに沿って並ぶので、ポリマー３３ｂとの屈折率差が小さくなる（液晶分子３３ａの屈折率とポリマー３３ｂの屈折率とが一致する）。したがって、液晶分子３３ａとポリマー３３ｂとの界面で反射が無く、表示層３３は透過状態となる。その結果、入射された光は、表示層３３を透過して光吸収層２（図７および図８参照）で吸収され、黒く見える。

一方、表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが高電圧の場合、液晶分子３３ａの長軸が基板面と垂直となるように配向（電界方向に配向）し、液晶分子３３ａが立った状態となる。これにより、液晶分子３３ａは、ポリマー３３ｂとの屈折率差が大きくなる（液晶分子３３ａの屈折率とポリマー３３ｂの屈折率とが異なる）。したがって、表示層３３に光が入射されると、液晶分子３３ａとポリマー３３ｂとの界面で反射が生じ、入射された光は後方散乱する。その結果、白く見える。

このように、表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが変化することによって、液晶分子３３ａの配向が変化し、表示部３０の表示状態が変化する。

また、第１実施形態による画像入出力装置では、上記した表示素子３０は、図１０に示すような特性を有するように調整されている。具体的には、ネマチック液晶（ＢＬ００６；メルク社製、屈折率異方性：０．２８６、誘電率異方性：１７．３、粘度：７１ｍＰ・ｓ、ＮＩ点：１１３℃）にモノマー（ＫＡＹＡＲＡＤ Ｒ−６８４；日本化薬（株）社製）および重合開始剤（ダロキュア１１７３；長瀬産業（株）社製）を混合することによって、ネマチック液晶組成物を得ている。これらの混合比率は、以下の通りである。
・モノマー：重合開始剤＝９７：３（重量比）
・モノマー＋重合開始剤：ネマチック液晶＝５：９５（重量比）

そして、得られた表示素子に対して、ＵＶ照度：５ｍＷ／ｃｍ^２で、５分間ＵＶ照射を行うことによって、図１０に示す特性を有する表示素子３０を得ている。得られた表示素子３０は、印加される電圧Ｖ_ＬＣが０．５Ｖのとき、透過率が１００％となり、印加される電圧Ｖ_ＬＣが５Ｖのとき、透過率が０％となるように調整されている。この場合、電圧Ｖ_ＬＣが０．５Ｖのとき、表示は黒となり、電圧Ｖ_ＬＣが５Ｖのとき、表示は白となる。そして、表示層３３（表示部３０）に印加される電圧Ｖ_ＬＣの変化値が、０．５Ｖ〜５Ｖとなるように設定されている。なお、この間の電位差を、表示状態をオン状態からオフ状態にするために必要な電位差Ｖ_Ａとすることができる。

なお、上記した構成において、光電変換部２０に補助容量を設けてもよい。

図１２は、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。次に、図１〜図３、図６、図７および図１０〜図１２を参照して、本発明の第１実施形態による画像入出力装置の動作について説明する。なお、以下の動作説明では、表示部（表示素子）３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣが＋５Ｖのときに、表示層３３（表示素子３０）の透過率Ｔが１００％（図１０のＶ_ＬＣ＝０．５Ｖに対応）となるように設定されているものとする。

まず、タイミングジェネレータ１００（図２参照）からハイ（Ｈｉｇｈ）となる信号φＲＳＴが与えられて、チャージセンシングアンプ７１のスイッチ７１ｃ（図３参照）がオン（ＯＮ）された状態で、走査駆動回路６０（図１および図２参照）から走査線１１（図１〜図３参照）に正の電圧が出力される。これにより、その走査線１１に接続されているＴＦＴ１０がすべてオン（ＯＮ）される。スイッチ７１ｃがオン（ＯＮ）されているため、オペアンプ７１ａの出力端子と反転入力端子とが接続されており、チャージセンシングアンプ７１がリセットされる。また、図１〜図３に示したように、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されると、光電変換部（フォトダイオード）２０のカソード電極（光電変換用画素電極２２）が、ＴＦＴ１０とスイッチ７１ｃとを介してオペアンプ７１ａの出力端子と電気的に接続される。これにより、光電変換部（フォトダイオード）２０が初期状態にリセットされる。

なお、チャージセンシングアンプ７１のリセットが行われると、タイミングジェネレータ１００から信号φＳＨＲが与えられて、列出力回路７０のスイッチ７２がオン（ＯＮ）される。そして、リセットされたときのチャージセンシングアンプ７１の出力がサンプルホールド回路７４によってサンプルホールドされる。

また、図３および図１２に示すように、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されると、光電変換部２０の光電変換用画素電極２２（カソード電極）にリファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦ（たとえば、＋５Ｖ）が印加される。光電変換部（フォトダイオード）２０の光電変換用共通電極（アノード電極）２３は接地されているため、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤ（光電変換部２０の両端に印加される電圧）は、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦと同じ＋５Ｖとなる。このとき、光電変換部（フォトダイオード）２０には逆バイアスの電圧が印加される。

次に、スイッチ４１がオン（ＯＮ）されて、表示用共通電極３２に一定電位（たとえば、＋１０Ｖ）が印加されると、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤ（光電変換部２０の光電変換用画素電極２２の電位）は＋５Ｖとなっているため、表示部３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣ（表示部３０の両端に印加される電圧）は、＋５Ｖ（＝（＋１０Ｖ）−（＋５Ｖ））となる。表示部３０は、電圧Ｖ_ＬＣが＋５Ｖのときに、透過状態（透過率Ｔが１００％）となるように設定されているため、表示（見え方）は黒となる。これにより、表示部３０の表示が初期状態にリセットされる。そして、走査駆動回路６０によりＴＦＴ１０が全てオフ（ＯＦＦ）にされる。

続いて、図６、図７および図１２に示すように、画像を表すパターン光である書き込み光が、第１基板１の上面側（表面側）から照射（露光（パターン照射））されることによって画像の書き込みが行われる。具体的には、上記した状態では、表示部３０（表示層３３）は透過状態であるため、第１基板１の上面側（表面側）から書き込み光が照射されると、照射された書き込み光は、表示部３０を透過して光電変換部（フォトダイオード）２０で受光される。書き込み光を受光した光電変換部（フォトダイオード）２０は、内部で電子−ホール対が発生する。そのため、光電変換部（フォトダイオード）２０に充電されていた電荷は、発生した電子−ホール対の分だけ減少する。これにより、図１２に示すように、ある画素では、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤが、たとえば、＋５Ｖから＋３Ｖに変化する。また、表示用共通電極３２は、一定電位状態（＋１０Ｖ）となっているため、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤの変化に対応して、表示部３０（対応する表示画素）の電圧Ｖ_ＬＣが＋５Ｖから＋７Ｖに変化する。すなわち、光電変換部（フォトダイオード）２０がパターン光を受光することによって、表示部３０の分圧が変化する。これにより、液晶分子３３ａ（図１１参照）の配向が変化するので、表示部３０の表示状態が変化する。たとえば、中程度の散乱が生じて、表示がグレーとなる。

このように、書き込み光が照射されることによって、表示部３０の表示状態が画素毎に変化するので、画像が瞬時に書き込まれる。すなわち、画像を表すパターン光の照射（露光）により、パターン光（露光パターン）に応じた画像が瞬時に表示部３０に表示される。

次に、画像が表示された状態で、スイッチ４１（図３参照）がオフ（ＯＦＦ）にされ、図１２に示すように、表示用共通電極３２（図３参照）がフロート状態に切り替えられる。これにより、画像が表示され続ける。

パターン光の照射に続いて、書き込まれた画像の画像データの読み出し走査が行われる。読み出し走査では、まず、チャージセンシングアンプ７１のスイッチ７１ｃ（図３参照）がオフ（ＯＦＦ）にされる。そして、走査駆動回路６０から走査線１１に正の電圧が出力されて、ＴＦＴ１０が行単位でオン（ＯＮ）にされる。これにより、信号線５１に電流が流れ、オペアンプ７１ａから電荷−電圧変換された電圧が出力される。電荷−電圧変換された電圧は、パターン光の照射のときに光電変換部（フォトダイオード）２０から減少した電荷に相当する。このようにして、画素出力信号（電圧）が列出力回路７０（図２参照）の各チャージセンシングアンプ７１によって読み出される。なお、画像データの読み出し走査と同時に、光電変換部（フォトダイオード）２０が初期状態にリセットされる。また、画像データの読み出し走査および光電変換部（フォトダイオード）２０のリセット動作が行われた場合でも、表示部３０のリセット動作が行われない限り、しばらくの間は書き込まれた画像の表示は保持される。

続いて、タイミングジェネレータ１００（図２参照）から信号φＳＨＳが与えられて、列出力回路７０のスイッチ７３がオン（ＯＮ）され、画素出力信号（電圧）を読み出したときのチャージセンシングアンプ７１の出力がサンプルホールド回路７５によってサンプルホールドされる。

そして、サンプルホールドされた出力信号がマルチプレクサ８０によって順次選択されてシリアルな電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器９０に送信される。なお、リセットされたときのチャージセンシングアンプ７１の出力と画素出力信号を読み出したときのチャージセンシングアンプ７１の出力とを差分することにより、相関二重サンプリング処理が実施される。

その後、Ａ／Ｄ変換器９０によってマルチプレクサ８０から送信された電気信号がデジタルデータに変換される。

このような動作が全画素について行われることにより、書き込まれた画像の画像情報が画像データとして取り込まれる。そして、取り込まれた画像データは、メモリ１１０に記録される。

図１３〜図２０は、本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板の製造方法を説明するための断面図である。続いて、図５および図１３〜図２０を参照して、本発明の第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板５５の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、光電変換部２０に補助容量を設けた場合について説明する。

まず、図１３に示すように、約０．７ｍｍの厚みを有する無アルカリガラスからなる第１基板１上に、印刷法などを用いて、光吸収層２を形成する。次に、光吸収層２上に、ＴＦＴ１０を形成する。ＴＦＴ１０の形成は、まず、光吸収層２上に、スパッタリング法などを用いて、約１４０ｎｍの厚みを有するＣｒ層を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ゲート電極１１ａおよび補助容量電極１１ｂを形成する。次に、プラズマＣＶＤ法などを用いて、ゲート電極１１ａおよび補助容量電極１１ｂを覆うように、約４００ｎｍの厚みを有するＳｉＮｘからなる絶縁層１２を全面に形成する。

続いて、プラズマＣＶＤ法などを用いて、絶縁層１２上の所定領域に、ａ−Ｓｉからなる半導体層１３およびｎ^＋ａ−Ｓｉからなるオーミックコンタクト層１４を形成する。そして、スパッタリング法などを用いて、約１４０ｎｍの厚みを有するＣｒ層を形成した後、パターニングすることによりソース電極１５およびドレイン電極１６を形成する。その後、約１３０ｎｍの厚みを有するＳｉＮｘからなる絶縁層１２ａを形成する。これにより、第１基板１上に、ＴＦＴ１０が形成される。

次に、約４０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜からなる光電変換用画素電極２２を形成する。この際、光電変換用画素電極２２は、ＴＦＴ１０のドレイン電極１６と電気的に接続されるように形成する。

次に、図１４に示すように、ＴＦＴ１０上にパッシベーション膜２４ａを形成する。具体的には、原料ガスに２０％ＳｉＨ_４（Ｎ_２希釈）を用いたプラズマＣＶＤ法で、約３００μｍの厚みを有するパッシベーション膜２４ａを成膜する。このときの成膜温度は、約２００℃であった。そして、光電変換用画素電極２２を露出させるように、パッシベーション膜２４ａのパターニングを行う。パッシベーション膜２４ａのパターニングは、ＲＩＥドライエッチング装置１０ＮＲを用いて以下の条件で行うことができる。
・使用ガス：ＣＦ_４（流量；１１ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ_３（流量；１４ｓｃｃｍ）
・ＲＦ出力：２４４Ｗ
・設定圧力：６．７Ｐａ
・エッチングレート：１２１．４ｎｍ／ｍｉｎ
・エッチング時間：５ｍｉｎ

続いて、図１５に示すように、光電変換用画素電極２２上に、約５０ｎｍの厚みを有するＣｒ層２２ａを形成するとともに、第１基板１上に、光電変換層を形成する。具体的には、図１６に示すように、プラズマＣＶＤ法などを用いて、第１基板１側から、約５０ｎｍの厚みを有するＮ型アモルファスシリコン層２１ａ、約５００ｎｍの厚みを有するＩ型アモルファスシリコン層２１ｂおよび約１５ｎｍの厚みを有するＰ型アモルファスシリコン層２１ｃを順次形成する。そして、図１７に示すように、スパッタリング法を用いて、Ｐ型アモルファスシリコン層２１ｃ上に、約７０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜からなる光電変換用共通電極２３を形成する。光電変換用共通電極２３の形成は、マグネトロンスパッタリング装置を用いて以下の条件で行うことができる。
・到達真空度：５×１０^−４Ｐａ
・電極間距離：６５ｍｍ
・基板成膜温度：室温
・圧力：１Ｐａ
・ＲＦパワー：１００Ｗ
・成膜時間：１３ｍｉｎ
なお、ＩＴＯ膜のパターニング条件は、以下の通りである。
・エッチャント：ＩＴＯエッチャント
・エッチング時間：２０ｍｉｎ

その後、図１８に示すように、Ｎ型アモルファスシリコン層２１ａ、Ｉ型アモルファスシリコン層２１ｂおよびＰ型アモルファスシリコン層２１ｃをパターニングすることによって、画素毎に分離されたＰＩＮ型の光電変換層２１を形成する。これにより、光電変換層２１と、この光電変換層２１を上下に挟む光電変換用画素電極２２および光電変換用共通電極２３とを含む光電変換部２０が形成される。なお、光電変換層２１を得るためのパターニングは、ＲＩＥドライエッチング装置１０ＮＲを用いて以下の条件で行うことができる。
・使用ガス：ＳＦ_６（流量；２１ｓｃｃｍ）、Ｏ_２（流量；９ｓｃｃｍ）
・ＲＦ出力：３０Ｗ
・設定圧力：６．７Ｐａ
・エッチングレート：１１７ｎｍ／ｍｉｎ
・エッチング時間：５ｍｉｎ

次に、図１９に示すように、ＴＦＴ１０および光電変換部２０を覆うように、パッシベーション膜２４を成膜する。このパッシベーション膜２４は、上記パッシベーション膜２４ａと同様の成膜条件で行うことができる。そして、パッシベーション膜２４の所定部分にコンタクトホール２４ｂを形成する。このコンタクトホール２４ｂの形成は、上記パッシベーション膜２４ａのパターニング条件と同様の条件で行うことができる。

次に、図２０に示すように、コンタクトホール２４ｂを介して光電変換用共通電極２３と電気的に接続されるバイアス配線層５２を形成する。その後、図５に示したように、第１基板１上に平坦化膜２７を形成するとともに、平坦化膜２７上に、光電変換用画素電極２２と電気的に接続されるように表示用画素電極３１を形成する。

このようにして、第１実施形態による画像入出力装置のアレイ基板５５が製造される。

第１実施形態による画像入出力装置では、上記のように、表示部３０の表示用画素電極３１と光電変換部２０の光電変換用画素電極２２とを互いに電気的に接続することによって、表示用共通電極３２を一定電位状態に切り替えることにより、表示層３３（表示部３０）および光電変換層２１（光電変換部２０）を、それぞれ、所定の電位（電圧）が印加された状態にすることができる。このような状態で光電変換層２１（光電変換部２０）にパターン光が照射されると、各画素５０ａにおいて、照射される光量に応じて光電変換層２１に印加される電位（電圧）が変化する。そして、光電変換層２１に印加される電位（電圧）の変化に対応して、表示層３３に印加される電位（電圧、分圧）も変化するので、照射される光量に応じて表示部３０の表示状態を変化させることができる。これにより、表示部３０に画像を表示させることができる。したがって、上記のように構成することによって、光学的なパターン照射により、画像を瞬時に書き込むことができる。たとえば、発光しているディスプレイ画面の光学像などを瞬時に写し取ることができる。

また、表示用共通電極３２を一定電位状態とすることにより、表示部３０の表示層３３が実質的に透過状態とされるので、表示層３３が実質的に透過な状態で露光することによって、表示部３０に露光パターンに応じた画像を表示させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように構成することによって、光電変換層２１に、表示画像に対応した電荷が蓄積されるので、光電変換層２１に蓄積されている電荷を読み出すことにより、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことができる。

なお、上記した第１実施形態の構成および動作により、良好な画像表示と画像データの取り込みが可能となった。

（第２実施形態）
第２実施形態による画像入出力装置は、上記第１実施形態の構成において、表示用共通電極３２に印加される電位と光電変換部２０をリセットするために印加される電位との電位差が、表示部３０の表示状態をオン状態からオフ状態にするのに必要な電位差Ｖ_Ａ（図１０参照）よりも小さくなるように設定されている。すなわち、第２実施形態による画像入出力装置では、表示層３３（表示部３０）に印加される電圧Ｖ_ＬＣの変化値が図１０に示すＶ_Ａよりも小さいＶ_Ｂとなるように、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦと直流電圧源４０の電圧Ｖ_Ｅとが設定されている。具体的には、表示層３３（表示部３０）に印加される電圧Ｖ_ＬＣの変化値が０．５Ｖ〜４．５Ｖに対応するように、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦと直流電圧源４０の電圧Ｖ_Ｅとが設定されている。

これにより、第２実施形態による画像入出力装置では、微小露光量と飽和露光量近傍との間で、画像濃度の変化を表示することができるので、良好なコントラストで表示部３０に画像を表示させることが可能となる。

なお、第２実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
第３実施形態による画像入出力装置は、上記第１実施形態の構成において、表示用共通電極３２に印加される電位と光電変換部２０をリセットするために印加される電位との電位差が、表示部３０の表示状態をオン状態からオフ状態にするのに必要な電位差Ｖ_Ａ（図１０参照）以上となるように設定されている。すなわち、第３実施形態による画像入出力装置では、表示層３３（表示部３０）に印加される電圧Ｖ_ＬＣの変化値が図１０に示すＶ_Ａ以上であるＶ_Ｃとなるように、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦと直流電圧源４０の電圧Ｖ_Ｅとが設定されている。具体的には、表示層３３（表示部３０）に印加される電圧Ｖ_ＬＣの変化値が０Ｖ〜５．５Ｖに対応するように、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦと直流電圧源４０の電圧Ｖ_Ｅとが設定されている。

これにより、第３実施形態による画像入出力装置では、表示部３０のコントラストを最大に設定することが可能となる。

なお、第３実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。また、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図２１は、本発明の第４実施形態による画像入出力装置の表示素子を示した概略図である。図２２は、図２１に示した表示素子の特性を示す図である。図２３は、図２１に示した表示素子の表示原理を説明するための図である。次に、図３、図５および図２１〜図２３を参照して、本発明の第４実施形態による画像入出力装置について説明する。

この第４実施形態による画像入出力装置は、上記第１〜第３実施形態と異なり、表示素子（表示部）３０の表示層３３（図３および図５参照）がカイラルネマチック液晶組成物から構成されている。カイラルネマチック液晶組成物は、ネマチック液晶材料にカイラル剤を混合することによって得られる。また、カイラルネマチック液晶は、分子配列の方向が少しずつ捩れながら積み重なった螺旋構造を有している。

第４実施形態による画像入出力装置では、図２１に示すように、表示素子（表示部）３０は、カイラルネマチック液晶１３３を含む表示層３３が、配向膜３５を介して表示用画素電極３１と表示用共通電極３２とに挟持された構造を有している。

表示用画素電極３１と表示用共通電極３２とによって表示層３３に電圧Ｖ_ＬＣが印加されると、カイラルネマチック液晶組成物からなる表示層３３は、印加される電圧Ｖ_ＬＣの値に応じてカイラルネマチック液晶１３３の配向が変化する。

また、第４実施形態による画像入出力装置では、上記した表示素子（表示部）３０は、図２２に示すような特性を有するように調整されている。具体的には、ネマチック液晶（ＢＬ００６；メルク社製）にカイラル剤（ＣＢ１５；メルク社製）を混合することによってカイラルネマチック液晶１３３を得ている。この際、ネマチック液晶とカイラル剤との混合比率は、選択反射波長が１０００ｎｍとなるように設定されており、プレーナ配向では透過状態になるとともに、フォーカルコニック配向では散乱を示すように調整されている。なお、表示層３３は、無電圧状態から電圧Ｖ_ＬＣが３Ｖ程度まではプレーナ配向、電圧Ｖ_ＬＣが１０Ｖ程度のときはフォーカルコニック配向、電圧Ｖ_ＬＣが１５Ｖ程度のときはホメオトロピック配向となるように調整されている。

このため、図２３に示すように、無電圧状態または表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが低電圧（たとえば約３Ｖ）の場合、カイラルネマチック液晶１３３はプレーナ配向（螺旋軸が基板面に垂直）となり、表示層３３は透過状態となる。このため、入射された光は、表示層３３を透過して光吸収層２で吸収され、黒く見える（表示は黒）。表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣがやや高電圧（たとえば約１０Ｖ）になると、カイラルネマチック液晶１３３はプレーナ配向（螺旋軸が基板面に垂直）からフォーカルコニック配向（螺旋軸が基板面と平行）に変化する。フォーカルコニック配向では、入射された光は後方散乱するので、白く見える（表示は白）。そして、表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが高電圧（たとえば約１５Ｖ）になると、カイラルネマチック液晶１３３は、フォーカルコニック配向からホメオトロピック配向に変化する。ホメオトロピック配向では、表示層３３は透過状態となるので、入射された光は表示層３３を透過して光吸収層２で吸収され、黒く見える（表示は黒）。この状態から電圧の印加が解除されるとプレーナ配向に変化する。

このように、表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが変化することによって、カイラルネマチック液晶１３３の配向が変化し、表示素子（表示部）３０の表示状態が変化する。また、プレーナ配向およびフォーカルコニック配向は、無電圧状態でも安定でありメモリ性を示す。なお、表示層３３に中間的な電圧が印加されることによって、プレーナ配向とフォーカルコニック配向とが混在した状態となる。このため、白表示と黒表示との２値表示のみならず、中間調表示も可能となる。

第４実施形態のその他の構成は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

図２４は、本発明の第４実施形態による画像入出力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。次に、図１〜図３、図５および図２４を参照して、本発明の第４実施形態による画像入出力装置の動作について説明する。なお、以下の動作説明では、表示用共通電極３２に印加される一定電位が＋１５Ｖとなるように設定されているものとする。

まず、図２４に示すように、ＴＦＴ１０（図３参照）がオン（ＯＮ）され、その後、スイッチ４１（図３参照）がオン（ＯＮ）されて、表示用共通電極３２に一定電位（＋１５Ｖ）が印加される。ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されると、この期間のみ＋０Ｖのリファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦが光電変換部２０（図３および図５参照）の光電変換用画素電極２２（カソード電極）（図５参照）に印加される。これにより、光電変換部（フォトダイオード）２０に印加される電圧Ｖ_ＰＤは、＋０Ｖとなる。表示用共通電極３２には、一定電位（＋１５Ｖ）が印加されているので、表示部３０（表示層３３）に印加される電圧Ｖ_ＬＣは、＋１５Ｖとなり、表示部３０（表示層３３）はホメオトロピック配向となる。したがって、表示部３０（表示層３３）は透過状態となるので、表示（見え方）は黒となる。

その後、スイッチ４１がオフ（ＯＦＦ）にされて、表示用共通電極３２はフロート状態とされ、ホメオトロピック配向が保持される。

この状態で、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）され、その後、スイッチ４１がオン（ＯＮ）されて、表示用共通電極３２に一定電位（＋１５Ｖ）が印加される。ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されると、この期間のみ＋１５Ｖのリファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦが光電変換部２０の光電変換用画素電極２２（カソード電極）に印加される。このため、光電変換部（フォトダイオード）２０に印加される電圧Ｖ_ＰＤは、＋１５Ｖとなり、表示部３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣは、＋０Ｖとなる。そのため、表示部３０（表示層３３）はプレーナ配向となるので、表示部３０（表示層３３）が透過状態となり、表示（見え方）は黒となる。これにより、表示部３０の表示が初期状態にリセットされる。

その後、スイッチ４１がオフ（ＯＦＦ）されて、表示用共通電極３２はフロート状態とされ、プレーナ配向が保持される。

そして、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されることによって、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦ（＋５Ｖ）が光電変換部２０の光電変換用画素電極２２（カソード電極）に印加される。これにより、光電変換部（フォトダイオード）２０に印加される電圧Ｖ_ＰＤは、＋５Ｖとなる。一方、表示用共通電極３２はフロート状態のため、表示部３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣは、そのままの状態（＋０Ｖ）に保持される。これにより、光電変換部（フォトダイオード）２０が初期状態にリセットされる。

次に、画像を表すパターン光である書き込み光が照射（露光（パターン照射））されると同時に、スイッチ４１がオン（ＯＮ）されて画像の書き込みが行われる。具体的には、表示部３０（表示層３３）はプレーナ配向であるため透過状態となっており、照射された書き込み光は、表示部３０を透過して光電変換部２０で受光される。書き込み光を受光した光電変換部（フォトダイオード）２０は、内部で電子−ホール対が発生する。そのため、光電変換部（フォトダイオード）２０に充電されていた電荷は、発生した電子−ホール対の分だけ減少する。これにより、ある画素では、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤが、たとえば、＋５Ｖから＋３Ｖに変化する。また、表示用共通電極３２は、スイッチ４１がオン（ＯＮ）されることによって一定電位状態（＋１５Ｖ）となっているため、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤの変化に対応して、表示部３０（対応する表示画素）の電圧Ｖ_ＬＣが＋０Ｖから＋１２Ｖに変化する。すなわち、光電変換部２０がパターン光を受光することによって、表示部３０の分圧が変化する。これにより、ほぼフォーカルコニック配向となり、透過率の低い状態となる。したがって、散乱が生じて表示が白に近いグレーとなる。

このように、書き込み光が照射されることによって、表示部３０の表示状態が画素毎に変化するので、画像が瞬時に書き込まれる。すなわち、画像を表すパターン光の照射（露光）により、パターン光（露光パターン）に応じた画像が瞬時に表示部３０に表示される。

次に、画像が表示された状態で、スイッチ４１がオフ（ＯＦＦ）にされ、表示用共通電極３２がフロート状態に切り替えられる。これにより、画像が表示され続ける。

パターン光の照射に続いて、書き込まれた画像の画像データの読み出し走査が行われる。読み出し走査では、まず、チャージセンシングアンプ７１（図３参照）のスイッチ７１ｃがオフ（ＯＦＦ）にされる。そして、走査駆動回路６０（図１および図２参照）から走査線１１に正の電圧が出力されて、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）にされる。これにより、信号線５１（図３参照）に電流が流れ、オペアンプ７１ａ（図３参照）から電荷−電圧変換された電圧が出力される。電荷−電圧変換された電圧は、パターン光の照射のときに光電変換部（フォトダイオード）２０から減少した電荷に相当する。このようにして、画素出力信号（電圧）が列出力回路７０（図２参照）の各チャージセンシングアンプ７１（図３参照）によって読み出される。なお、画像データの読み出し走査と同時に、光電変換部（フォトダイオード）２０が初期状態にリセットされる。また、画像データの読み出し走査および光電変換部（フォトダイオード）２０のリセット動作が行われた場合でも、表示部３０のリセット動作が行われない限り、書き込まれた画像の表示は保持される。

チャージセンシングアンプ７１（図２および図３参照）によって読み出された画素出力信号は、マルチプレクサ８０（図２参照）によって順次選択されてシリアルな電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器９０（図２参照）に送信される。

そして、Ａ／Ｄ変換器９０によってマルチプレクサ８０から送信された電気信号がデジタルデータに変換される。

このような動作が全画素について行われることにより、書き込まれた画像の画像情報が画像データとして取り込まれる。そして、取り込まれた画像データは、メモリ１１０に記録される。

なお、相関二重サンプリング処理などの動作は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

第４実施形態による画像入出力装置では、上記のように、表示層３３をカイラルネマチック液晶組成物から構成することによって、表示素子（表示部）３０はメモリ性を有するので、表示部３０に表示されている画像を無電源供給で保持することができる。

また、上記した第１〜第３実施形態による画像入出力装置では、表示メモリ時間は１０分程度であるのに対して、第４実施形態の画像入出力装置（表示素子（表示部）３０）では、半永久的にメモリ性を示すため、書き込まれた画像を無電源供給で半永久的に表示させておくことができる。

第４実施形態のその他の効果は、上記第１〜第３実施形態と同様である。

（第５実施形態）
図２５は、本発明の第５実施形態による画像入出力装置の表示素子の表示原理を説明するための図である。次に、図２５を参照して、本発明の第５実施形態による画像入出力装置について説明する。

この第５実施形態による画像入出力装置は、上記第１〜第４実施形態と異なり、表示素子（表示部）３０が電気化学反応型表示素子から構成されている。具体的には、第５実施形態による表示素子（表示部）３０は、酸化還元反応によるエレクトロクロミック材料の色変化を利用するＥＣＤ素子から構成されている。

また、第５実施形態による画像入出力装置では、表示素子（表示部）３０は、銀または銀を化学構造中に含む化合物を有する電解質層からなる表示層３３が、表示用画素電極３１と表示用共通電極３２とに挟持された構造を有している。

なお、第５実施形態では、上記電解質層はヨウ化銀を含む電解液からなる。この電解質層（表示層３３）は、以下のようにして作製することができる。すなわち、ジメチルスルホキシド２．５ｇ中に、ヨウ化ナトリウム９０ｍｇ、ヨウ化銀７５ｍｇを加えて溶解させた後、ポリビニルピロリドン（平均分子量１５０００）を１５０ｍｇ加えて１２０℃に加熱しながら１時間攪拌することでヨウ化銀を含む電解液を作製することができる。

さらに、第５実施形態では、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に、光吸収層に代えて光反射層２０２が配置（形成）された構成となっている。

表示用画素電極３１と表示用共通電極３２とによって表示層３３に電圧Ｖ_ＬＣが印加されると、表示用画素電極３１上と表示用共通電極３２上とで銀の酸化還元反応が生じる。このため、印加される電圧Ｖ_ＬＣの値を制御することにより、還元状態の黒い銀画像と、酸化状態の透明な銀の状態とを可逆的に切り替えることが可能となる。

具体的には、図２５に示す状態１では、黒化銀が溶解液中に溶解することによって透明状態となる。このため、観察側から入射した入射光は、表示層３３を透過する。透過した光は光反射層２０２で反射するため、白く見える（表示は白）。なお、この状態を表示リセット状態とする。

一方、図２５に示す状態２では、銀イオンが電極（表示用共通電極３２）上に析出し、黒化銀となり、黒状態となる。このため、黒く見える（表示は黒）。

このように、表示層３３に印加される電圧Ｖ_ＬＣが変化することによって、銀の酸化還元反応が生じるので、表示素子（表示部）３０の表示状態が変化する。これにより、表示部３０に画像が表示される。

第５実施形態のその他の構成は、上記第１〜第４実施形態と同様である。

図２６は、本発明の第５実施形態による画像入出力装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図２７は、光電変換部および表示部に印加される電位を説明するための図である。次に、図１〜図３、図５、図２６および図２７を参照して、本発明の第５実施形態による画像入出力装置の動作について説明する。

なお、第５実施形態の動作説明では、図２７に示すように、表示用共通電極３２の電位をａ点の電位とし、画素電極の電位をｂ点の電位とし、光電変換部（フォトダイオード）２０のアノード電極の電位をｃ点の電位とする。アノード電極は接地されているため、ｃ点の電位は、０Ｖとなる。このため、ｂ点の電位が光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤ（光電変換部２０の両端に印加される電圧）とされ、ｂ点に対するａ点の電位が、表示部３０の電圧Ｖ_ＬＣ（表示部３０の両端に印加される電圧）とされる。

まず、図２６に示すように、ＴＦＴ１０（図３参照）がオン（ＯＮ）され、その後、スイッチ４１（図３参照）がオン（ＯＮ）されて、表示用共通電極３２（ａ点）に一定電位（−３Ｖ）が印加される。ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されると、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦ（０Ｖ）が光電変換部２０（図３および図５参照）の光電変換用画素電極２２（カソード電極）（ｂ点）（図５参照）に印加される。これにより、光電変換部（フォトダイオード）２０に印加される電圧Ｖ_ＰＤ（ｂ点の電位）は０Ｖとなる。表示用共通電極３２（ａ点）には、一定電位（−３Ｖ）が印加されているので、表示部３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣは、−３Ｖとなり、Ａｇ（銀）が電界液中に溶解して透明状態となる。これにより、表示（見え方）は白となり、表示部３０の表示が初期状態にリセットされる。

次に、スイッチ４１がオフ（ＯＦＦ）にされて、表示用共通電極３２（ａ点）はフロート状態とされる。

続いて、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）されて、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦ（＋３Ｖ）が光電変換部２０の光電変換用画素電極２２（カソード電極）（ｂ点）に印加される。これにより、光電変換部（フォトダイオード）２０に印加される電圧Ｖ_ＰＤは、＋３Ｖとなり、光電変換部（フォトダイオード）２０が初期状態にリセットされる。一方、表示用共通電極３２（ａ点）（図２７参照）は、フロート状態とされているため、表示部３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣは、そのままの状態（−３Ｖ）が保持される。

その後、スイッチ４１がオン（ＯＮ）されて、表示用共通電極３２（ａ点）に一定電位（＋３Ｖ）が印加される。これにより、表示部３０に印加される電圧Ｖ_ＬＣは０Ｖとなる。

このような状態で画像を表すパターン光である書き込み光が照射（露光（パターン照射））されることによって、画像の書き込みが行われる。具体的には、表示部３０は透明状態となっているため、照射された書き込み光は、表示部３０を透過して光電変換部２０で受光される。書き込み光を受光した光電変換部（フォトダイオード）２０は、内部で電子−ホール対が発生する。そのため、光電変換部（フォトダイオード）２０に充電されていた電荷は、発生した電子−ホール対の分だけ減少する。これにより、ある画素では、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤが、たとえば、＋３Ｖから＋１Ｖに変化する。また、表示用共通電極３２（ａ点）は、スイッチ４１がオン（ＯＮ）されることによって一定電位状態（＋３Ｖ）となっているため、光電変換部（フォトダイオード）２０の電圧Ｖ_ＰＤの変化に対応して、表示部３０（対応する表示画素）の電圧Ｖ_ＬＣが０Ｖから＋２Ｖに変化する。これにより、表示層３３（電解質層）中の銀イオンが電極（表示用共通電極３２）上に析出し、黒化銀となり、黒状態となる。

このように、書き込み光が照射されることによって、表示部３０の表示状態が画素毎に変化するので、画像が瞬時に書き込まれる。すなわち、画像を表すパターン光の照射（露光）により、パターン光（露光パターン）に応じた画像が瞬時に表示部３０に表示される。

次に、画像が表示された状態で、スイッチ４１がオフ（ＯＦＦ）にされ、表示用共通電極３２（ａ点）がフロート状態に切り替えられる。これにより、画像が表示され続ける。

パターン光の照射に続いて、書き込まれた画像の画像データの読み出し走査が行われる。読み出し走査では、まず、チャージセンシングアンプ７１（図３参照）のスイッチ７１ｃがオフ（ＯＦＦ）にされる。そして、走査駆動回路６０（図１および図２参照）から走査線１１に正の電圧が出力されて、ＴＦＴ１０がオン（ＯＮ）にされる。これにより、信号線５１（図３参照）に電流が流れ、オペアンプ７１ａ（図３参照）から電荷−電圧変換された電圧が出力される。電荷−電圧変換された電圧は、パターン光の照射のときに光電変換部（フォトダイオード）２０から減少した電荷に相当する。このようにして、画素出力信号（電圧）が列出力回路７０（図２参照）の各チャージセンシングアンプ７１（図３参照）によって読み出される。なお、画像データの読み出し走査と同時に、光電変換部（フォトダイオード）２０が初期状態にリセットされる。また、画像データの読み出し走査および光電変換部（フォトダイオード）２０のリセット動作が行われた場合でも、表示部３０のリセット動作が行われない限り、書き込まれた画像の表示は保持される。

チャージセンシングアンプ７１（図２および図３参照）によって読み出された画素出力信号は、マルチプレクサ８０（図２参照）によって順次選択されてシリアルな電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器９０（図２参照）に送信される。

そして、Ａ／Ｄ変換器９０によってマルチプレクサ８０から送信された電気信号がデジタルデータに変換される。

このような動作が全画素について行われることにより、書き込まれた画像の画像情報が画像データとして取り込まれる。そして、取り込まれた画像データは、メモリ１１０に記録される。

なお、相関二重サンプリング処理などの動作は、上記第１〜第４実施形態と同様である。

第５実施形態による画像入出力装置では、上記のように、表示素子（表示部）３０を電気化学反応型表示素子から構成することによって、表示素子（表示部）３０はメモリ性を有するので、表示部３０に表示されている画像を無電源供給で保持することができる。

また、第５実施形態では、表示素子（表示部）３０を電気化学反応型表示素子から構成することによって、３Ｖ以下の低電圧で駆動させることが可能であり、優れた表示品位（明るいペーパーライクな白色と引き締まった黒色）を得ることができる。

第５実施形態のその他の効果は、上記第１〜第４実施形態と同様である。

（第６実施形態）
図２８は、本発明の第６実施形態による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。次に、図２８を参照して、本発明の第６実施形態による画像入出力装置について説明する。

第６実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、上記第１〜第５実施形態と同様、基板（第１基板）１上に、基板１側から、光電変換層２１および表示層３３が順次形成された構成を有している。また、第６実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、基板１の上面側（表面側）が観察側となるように構成されている。

その一方、第６実施形態では、画像を表すパターン光である書き込み光は、基板１の下面側（裏面側）から照射されるように構成されている。すなわち、第６実施形態では、観察側と反対側から露光が行われるように構成されている。また、第６実施形態では、光電変換層２１と表示層３３との間に光吸収層２（または光反射層２０２）が形成されている。

なお、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）される点については、上記第１〜第５実施形態と同様である。

第６実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。また、第６実施形態による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図２９は、第６実施形態の第１変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図２９を参照して、第６実施形態の第１変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、基板（第１基板）１の下面側（裏面側）が観察側となるように構成されている。

また、画像を表すパターン光である書き込み光は、上記第６実施形態と同様、基板１の下面側（裏面側）から照射されるように構成されている。すなわち、第６実施形態の第１変形例では、観察側と同じ側から露光が行われるように構成されている。

その一方、第６実施形態の第１変形例では、光吸収層２（または光反射層２０２）が、表示層３３の上面上（光電変換層２１と反対側の面上）に形成されている。なお、このような場合でも、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）されることになる。

第６実施形態の第１変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。また、第６実施形態の第１変形例による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図３０は、第６実施形態の第２変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図３０を参照して、第６実施形態の第２変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、基板（第１基板）１の下面側（裏面側）が観察側となるように構成されている。

また、画像を表すパターン光である書き込み光は、上記第１〜第５実施形態と同様、基板１の上面側（表面側）から照射されるように構成されている。すなわち、第６実施形態の第２変形例では、観察側と反対側から露光が行われるように構成されている。

また、第６実施形態の第２変形例では、表示層３３の上面上（光電変換層２１と反対側の面上）におけるＴＦＴ１０に対応する領域に、光吸収層２（または光反射層２０２）が形成されている。すなわち、表示層３３の上面上にＴＦＴ１０を覆うように、光吸収層２（または光反射層２０２）が形成されている。これにより、ＴＦＴ１０に書き込み光が照射されるのが抑制される。なお、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）されるのは、上記と同様である。

第６実施形態の第２変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

第６実施形態の第２変形例では、上記のように構成することによって、ＴＦＴ１０に光が当たるのを抑制することができるので、光リーク電流の発生によるＴＦＴ１０の特性低下を抑制することができる。

第６実施形態の第２変形例による画像入出力装置のその他の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図３１は、第６実施形態の第３変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図３１を参照して、第６実施形態の第３変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、上記第６実施形態の第２変形例の構成において、光吸収層（または光反射層）の代わりに、半吸収半透過層２１２（または半反射半透過層２２２）が形成されている。また、半吸収半透過層２１２（または半反射半透過層２２２）は、表示層３３の上面上（光電変換層２１と反対側の面上）の略全面に形成されている。

第６実施形態の第３変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第６実施形態の第２変形例と同様である。

第６実施形態の第３変形例による画像入出力装置の効果は、上記第６実施形態の第２変形例と同様である。

（第７実施形態）
図３２は、本発明の第７実施形態による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。次に、図３２を参照して、本発明の第７実施形態による画像入出力装置について説明する。

第７実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、基板（第１基板）１上に、基板１側から、表示層３３および光電変換層２１が順次形成された構成を有している。また、第７実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、基板１の上面側（表面側）が観察側となるように構成されている。

また、第７実施形態では、上記第１〜第５実施形態と同様、画像を表すパターン光である書き込み光は、基板１の上面側（表面側）から照射されるように構成されている。すなわち、観察側と同じ側から露光が行われるように構成されている。また、第７実施形態では、基板１と表示層３３との間に光吸収層２（または光反射層２０２）が形成されている。

なお、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）される点については、上記第１〜第６実施形態と同様である。

第７実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。また、第７実施形態による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図３３は、第７実施形態の第１変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図３３を参照して、第７実施形態の第１変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、基板（第１基板）１の下面側（裏面側）が観察側となるように構成されている。

また、画像を表すパターン光である書き込み光は、上記第７実施形態と同様、基板１の上面側（表面側）から照射されるように構成されている。すなわち、第７実施形態の第１変形例では、観察側と反対側から露光が行われるように構成されている。

また、第７実施形態の第１変形例では、光電変換層２１と表示層３３との間に光吸収層２（または光反射層２０２）が形成されている。なお、このような場合でも、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）されることになる。

第７実施形態の第１変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。また、第７実施形態の第１変形例による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図３４は、第７実施形態の第２変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図３４を参照して、第７実施形態の第２変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、基板（第１基板）１の下面側（裏面側）が観察側となるように構成されている。

また、画像を表すパターン光である書き込み光は、基板１の下面側（裏面側）から照射されるように構成されている。すなわち、第７実施形態の第２変形例では、観察側と同じ側から露光が行われるように構成されている。

また、第７実施形態の第２変形例では、光吸収層２（または光反射層２０２）が、光電変換層２１の上面上（表示層３３と反対側の面上）に形成されている。なお、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）されるのは、上記と同様である。

第７実施形態の第２変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。また、第７実施形態の第２変形例による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図３５は、第７実施形態の第３変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図３５を参照して、第７実施形態の第３変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、基板（第１基板）１の上面側（表面側）が観察側となるように構成されている。

また、画像を表すパターン光である書き込み光は、基板１の下面側（裏面側）から照射されるように構成されている。すなわち、第７実施形態の第３変形例では、観察側と反対側から露光が行われるように構成されている。

また、第７実施形態の第３変形例では、基板１と表示層３３との間におけるＴＦＴ１０に対応する領域に、光吸収層２（または光反射層２０２）が形成されている。これにより、ＴＦＴ１０に書き込み光が照射されるのが抑制される。なお、観察側から見た場合に、表示層３３の裏面側に光吸収層２（または光反射層２０２）が配置（形成）されるのは、上記と同様である。

第７実施形態の第３変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

第７実施形態の第３変形例では、上記のように構成することによって、ＴＦＴ１０に光が当たるのを抑制することができるので、光リーク電流の発生によるＴＦＴ１０の特性低下を抑制することができる。

第７実施形態の第３変形例による画像入出力装置のその他の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

図３６は、第７実施形態の第４変形例による画像入出力装置の構成を簡略化して示した図である。図３６を参照して、第７実施形態の第４変形例による画像入出力装置（画素アレイ部）では、上記第７実施形態の第３変形例の構成において、光吸収層（または光反射層）の代わりに、半吸収半透過層２１２（または半反射半透過層２２２）が形成されている。また、半吸収半透過層２１２（または半反射半透過層２２２）は、基板１と表示層３３との間において、表示層３３の略全面に形成されている。

第７実施形態の第４変形例による画像入出力装置のその他の構成は、上記第７実施形態の第３変形例と同様である。

第７実施形態の第４変形例による画像入出力装置の効果は、上記第７実施形態の第３変形例と同様である。

（第８実施形態）
図３７は、本発明の第８実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した平面図である。図３８は、図３７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、図３７では、表示部等についての図示は省略しているが、図３８では、省略した部分についても図示している。また、図３７および図３８では、画素アレイ部における１画素分の画素構造を示している。次に、図３７および図３８を参照して、本発明の第８実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）について説明する。

第８実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、図３７および図３８に示すように、上記第１〜第５実施形態の構成において、ＴＦＴ１０と光電変換部２０とがバイアストップ構造に構成されている。具体的には、第８実施形態では、光電変換部２０の光電変換用画素電極２２が、光電変換層２１に対して第１基板１と反対側に配置されており、光電変換部２０の光電変換用共通電極２３が、光電変換層２１に対して第１基板１側に配置されている。そして、接続配線２８を介して、ＴＦＴ１０のドレイン電極１６と光電変換部２０の光電変換用画素電極２２とが互いに電気的に接続されている。

なお、第８実施形態では、光電変換層２１は、第１基板１側（光電変換用共通電極２３側）から、Ｐ型アモルファスシリコン層２１ｃ、Ｉ型アモルファスシリコン層２１ｂおよびＮ型アモルファスシリコン層２１ａが順次積層されることによって形成されている。

第８実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

第８実施形態による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

（第９実施形態）
図３９は、本発明の第９実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した断面図である。次に、図３９を参照して、本発明の第９実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）について説明する。

第９実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、上記第１〜第５実施形態の構成において、ＴＦＴ１０と光電変換部２０とがスタック構造に構成されている。具体的には、第９実施形態では、第１基板１上に形成されたＴＦＴ１０の上方に、光電変換部２０が形成された構造を有している。光電変換部２０は、ＴＦＴ１０側から、光電変換用画素電極２２、光電変換層２１および光電変換用共通電極２３が順次形成された構造を有している。また、光電変換層２１は、光電変換用画素電極２２側から、Ｎ型アモルファスシリコン層２１ａ、Ｉ型アモルファスシリコン層２１ｂおよびＰ型アモルファスシリコン層２１ｃが順次積層されたＰＩＮ型光電変換膜からなる。そして、接続配線２９を介して、ＴＦＴ１０のドレイン電極１６と光電変換部２０の光電変換用画素電極２２とが互いに電気的に接続されている。

第９実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

第９実施形態による画像入出力装置の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

（第１０実施形態）
図４０は、本発明の第１０実施形態による画像入出力装置の画素アレイ部の一部を示した断面図である。図４１〜図４７は、光電変換部を構成する構成材料の具体例の一例を示した図である。次に、図４０〜図４７を参照して、本発明の第１０実施形態による画像入出力装置について説明する。なお、図４０では、光吸収層、光反射層、半吸収半透過層または半反射半透過層について図示を省略している。

第１０実施形態による画像入出力装置（画素アレイ部）は、有機半導体を用いて構成された有機ＴＦＴ３１０および有機半導体を用いて構成された光電変換部３２０を備えている。なお、有機ＴＦＴ３１０は、本発明の「スイッチング素子」の一例である。

有機ＴＦＴ３１０は、図４０に示すように、基板３０１上に、基板３０１側から、ゲート電極３１１、絶縁層３１２、ソース電極３１３／ドレイン電極３１４、有機半導体層３１５が順に形成されることによって構成されている。また、光電変換部３２０は、基板３０１上に、基板３０１側から、光電変換用画素電極２２、ホールブロック層３２２、光電変換層３２３、電子ブロック層３２４、光電変換用共通電極２３が順に形成されることによって構成されている。また、光電変換用共通電極２３には、図示しないバイアス配線層が電気的に接続されている。

一方、光電変換部３２０の下層側には、電気エネルギを蓄積するためのキャパシタ３０２が画素毎に設けられている。そして、光電変換部３２０の光電変換用画素電極２２が、キャパシタ３０２の一方の電極として機能する収集電極３０２ａを介して有機ＴＦＴ３１０のドレイン電極３１４と電気的に接続されている。このため、有機ＴＦＴ３１０と光電変換部３２０とは、バイアストップ構造に構成されている。

また、基板３０１の上面上には、有機ＴＦＴ３１０および光電変換部３２０を覆うように、平坦化膜３０３が形成されている。この平坦化膜３０３上には図示しない表示用画素電極が形成されており、この表示用画素電極と光電変換用画素電極２２とが接続配線（図示せず）を介して互いに電気的に接続されている。

なお、上記光電変換部３２０を構成する光電変換層３２３は、いわゆる有機ＥＬ素子の構成を適用することができる。有機ＥＬ素子は、その構成材料が低分子系のものでも高分子系のもの（ライトエミッティングポリマーともいう）でもよい。第１０実施形態における光電変換層３２３で用いる光電変換可能な材料としては、導電性高分子材料（π共役系高分子材料など）や低分子系有機ＥＬ素子に使用される発光材料などが挙げられる。たとえば、導電性高分子材料としては、ポリ（２−メトキシ、５−（２'エチルヘキシロキシ）−ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（３−アルキルチオフェン）などが挙げられる。また、「有機ＥＬ材料とディスプレイ（２００１年２月２８日株式会社シー・エー・シー発行）」の第１９０頁〜第２０３頁に記載されている化合物や、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の第８１頁〜第９９頁に記載されている化合物などが挙げられる。

また、上記低分子系有機ＥＬ素子に使用される発光材料としては、たとえば、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の第３６頁〜第５６頁に記載されている化合物や、「有機ＥＬ材料とディスプレイ（２００１年２月２８日株式会社シー・エー・シー発行）」の第１４８頁〜第１７２頁に記載されている化合物などが挙げられる。第１０実施形態において、光電変換可能な有機化合物として特に好ましいものは導電性高分子化合物であり、最も好ましいものはπ共役系高分子化合物である。ここで、図４１は、導電性高分子化合物の基本骨格、図４２〜図４５は、π共役系高分子化合物の具体例、図４６および図４７は、π共役系以外の導電性高分子化合物の具体例を示している。なお、導電性高分子材料や低分子系有機ＥＬ素子は上述のものに限定されるものではない。

また、上記ホールブロック層３２２は、たとえば、ＰＥＤＯＴ・ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｐｈｅｎｅ）・ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ ｓｕｌｐｈｏｎｉｃ ａｃｉｄ）やポリアニリンなどを用いて形成することができる。また、上記電子ブロック層３２４は、たとえば、ＢＣＰ、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、Ｃ６０、ＬｉＦ、ＴｉＯｘなどを用いて形成することができる。

なお、光電変換層３２３に変換効率や電極へのキャリア受け渡しを向上させるために添加剤を加えるとともに、上記添加剤を加えた部分を別の層として設けることによって、上記ホールブロック層３２２および上記電子ブロック層３２４を形成してもよい。

上記添加剤としては、有機ＥＬ素子で使用される正孔注入材料や正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料などを適用することができる。その具体例としては、たとえば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また、導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物およびスチリルアミン化合物、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ナフタレンペリレンなどの複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体（たとえばトリス（８−キノリノラート）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリトラート）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリラート）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリラート）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリラート）アルミニウム、ビス（８−キノリラート）亜鉛（Ｚｎｑ２）など）である。

また、π共役系高分子化合物を用いるホールブロック層３２２、光電変換層３２３および電子ブロック層３２４には、複数のπ共役高分子化合物間でのキャリア授受やキャリアトラップを行う目的で、フラーレンやカーボンナノチューブのような立体的なπ電子雲を有する化合物を添加することが好ましい。

これらの化合物は、たとえば、フラーレンＣ−６０，フラーレンＣ−７０，フラーレンＣ−７６，フラーレンＣ−７８，フラーレンＣ−８４，フラーレンＣ−２４０，フラーレンＣ−５４０，ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ（Ｍｕｌｔｉ Ｗａｌｌｅｄ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、単層ナノチューブ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｌｌｅｄ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）である。さらに、フラーレンやカーボンナノチューブは溶剤への相溶性を付与する目的で置換基を導入してもよい。

また、上記有機ＴＦＴ３１０を構成する有機半導体層３１５には、たとえば、ペンタセンなどを構成材料として用いることができる。また、有機半導体層３１５の構成材料として、溶媒に溶解または分散可能な有機半導体材料を用いることもできる。たとえば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）などのポリチオフェン類、チオフェンの６量体を基本に側鎖を有するオリゴチオフェンなどの芳香族オリゴマー類、ペンタセンに置換基を持たせ溶解性を高めたペンタセン類、ポリフルオレンとチオフェンとの共重合体（Ｆ８Ｔ２）、ポリチエニレンビニレンまたはフタロシアニンなどを構成材料として用いることができる。このように、有機半導体層３１５を溶媒に溶解または分散可能な有機半導体材料から構成した場合には、印刷プロセスを用いて容易に有機半導体層３１５（有機ＴＦＴ３１０）を形成することが可能となる。

なお、有機半導体層３１５を形成する化合物は、単結晶材料でもアモルファス材料でもよい、低分子でも高分子でもよいが、特に好ましいものとしては、ペンタセンやトリフェニレン、アントラセンなどに代表される縮環系芳香族炭化水素化合物の単結晶や、上記したπ共役系高分子が挙げられる。

また、上記有機ＴＦＴ３１０において、ソース電極３１３、ドレイン電極３１４およびゲート電極３１１は、金属でも導電性無機化合物でも導電性有機化合物でも何れでもよいが、作製の容易さの観点から導電性有機化合物であることが好ましく、その代表例としては、上記したπ共役系高分子化合物にルイス酸（塩化鉄、塩化アルミニウム、臭化アンチモンなど）やハロゲン（ヨウ素や臭素など）、スルホン酸塩（ポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩（ＰＳＳ）、ｐ−トルエンスルホン酸カリウムなど）などをドープしたものが挙げられる。具体的にはＰＥＤＯＴにＰＳＳを添加した導電性高分子が代表例として挙げられる。

第１０実施形態による画像入出力装置のその他の構成は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

第１０実施形態による画像入出力装置では、上記のように、ＴＦＴ３１０および光電変換部３２０を、それぞれ、有機半導体を用いて形成することによって、印刷技術やインクジェット技術を活用することができるので、無機半導体を用いて形成する場合のように真空蒸着装置などの設備が不要となる。このため、ＴＦＴ３１０および光電変換部３２０を容易に形成することができるとともに、安価に製造することができる。これにより、光学的なパターン照射によって画像を瞬時に書き込むことが可能であるとともに、書き込まれた画像の画像情報を画像データとして取り込むことが可能な画像入出力装置を容易に製造することができる。また、上記画像入出力装置の製造コストも低減することができる。

また、第１０実施形態では、上記のように構成することによって、印刷技術やインクジェット技術を活用することができるので、加工温度を低くできる。このため、熱に弱いプラスチック基板上にも有機ＴＦＴ３１０および光電変換部３２０を形成することができる。すなわち、基板３０１にプラスチックフィルムなどからなる樹脂基板を用いることができる。これにより、軽くて薄く、かつ、折り曲げることが可能な画像入出力装置を得ることができる。また、衝撃に対する耐性を向上させることができる。

なお、プラスチックフィルムとしては、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）などからなるフィルム等が挙げられる。
向上できる。

さらに、これらのプラスチックフィルムには、トリオクチルホスフェートやジブチルフタレートなどの可塑剤を添加してもよく、ベンゾトリアゾール系やベンゾフェノン系などの公知の紫外線吸収剤を添加してもよい。また、テトラエトキシシランなどの無機高分子の原料を添加し、化学触媒や熱、光などのエネルギを付与することにより高分子量化する、いわゆる有機−無機ポリマーハイブリッド法を適用して作製した樹脂を原料として用いることもできる。

第１０実施形態による画像入出力装置のその他の効果は、上記第１〜第５実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第１０実施形態では、表示部の表示層が実質的に透過な状態で露光されることによって表示部に画像が表示されるように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、書き込み光が表示層を透過せずに光電変換部で受光されるような構成であれば、露光時に表示層が実質的に透過な状態でなくてもよい。

また、上記第１〜第１０実施形態では、１つの基板上に、ＴＦＴ、光電変換部および表示部を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＴＦＴ、光電変換部および表示部を異なる基板上に形成してもよい。たとえば、ＴＦＴと光電変換部とを同一基板上に形成するとともに、表示部を、スイッチング素子および光電変換部が形成されている基板とは異なる基板を用いて形成することにより、表示部が、ＴＦＴおよび光電変換部と分離されるように構成してもよい。

また、上記第１〜第１０実施形態では、画素電極および共通電極をＩＴＯから構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、画素電極および共通電極をＩＴＯ以外の透明導電材料から構成してもよい。たとえば、画素電極および共通電極をＩＺＯ（登録商標）から構成してもよい。なお、画素電極および共通電極の一方（透明にする必要がない方の電極）を不透明な電極材料を用いて構成してもよい。不透明な電極材料としては、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、カーボン、Ｃｅ、Ａｌ、Ｍｏなどや、これらの積層膜あるいは合金などが挙げられる。

また、上記第１〜第１０実施形態では、光透過性を有する基板（第１基板、第２基板）を用いて画素アレイ部を構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、画素アレイ部を構成する基板の少なくとも１つは、光透過性を有さない基板であってもよい。すなわち、観察側の基板および露光側の基板が光透過性を有していればよい。たとえば、観察側と同じ側から露光が行われるように構成されている画像入出力装置の場合、観察側と反対側の基板に光透過性を有さない基板を用いることができる。この場合、可視光吸収性を有する基板を用いることによって、光吸収層を形成しない構成にしてもよい。

なお、上記第１〜第１０実施形態において、リファレンス電圧Ｖ_ＲＥＦおよび直流電圧源の電圧Ｖ_Ｅは、所望の動作を得るために適宜設定することができる。

また、上記第１〜第１０実施形態において、第２基板が設けられていない構成であってもよい。

さらに、上記第１〜第１０実施形態において、電圧の印加により表示状態を変化させることが可能な表示部であれば、上記以外の表示部であってもよい。

また、上記第１〜第９実施形態では、ＴＦＴを、ボトムゲート型のトップコンタクト構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ボトムゲート型のトップコンタクト構造以外の構造にＴＦＴを構成してもよい。たとえば、ＴＦＴをトップゲート型に構成してもよい。また、ＴＦＴをボトムゲート型のボトムコンタクト構造に構成してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、表示部（表示素子）に絶縁性薄膜を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、表示部（表示素子）に絶縁性薄膜を設けない構成にしてもよい。なお、電極間の短絡を防止したり、液晶表示素子のガスバリア性に対する信頼性を向上させたりするために、表示用画素電極および表示用共通電極の少なくとも一方側に絶縁性薄膜を形成するのが好ましい。

また、上記第１〜第４実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、表示部（表示素子）に配向膜を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、表示部（表示素子）に配向膜を設けない構成にしてもよい。なお、素子の安定化などのために配向膜を設けておくのが好ましい。配向膜が形成される場合、電極上に絶縁性薄膜が形成されている場合には、絶縁性薄膜上に配向膜を形成し、電極上に絶縁性薄膜が形成されていない場合には、電極上に配向膜を形成するのが好ましい。また、配向膜は、上記実施形態で示したもの以外に、たとえば、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルブリラール樹脂またはアクリル樹脂などから構成することができる。また、配向膜は、印刷法などを用いて形成することができる。また、これらの材料を用いて形成された配向膜に、ラビング処理を施してもよい。さらに、配向膜は、高分子構造物に用いる高分子樹脂と同じ材料を用いて形成することもできる。

また、上記第１〜第４実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、積水ファインケミカル社製のスペーサ（ミクロパール５．０μｍ）を用いた例を示したが、スペーサは上記以外のものであってもよい。

なお、上記第１〜第４実施形態（および第６〜第１０実施形態）において、表示部（表示素子）に設けられる高分子構造物は、円柱状体、楕円柱状体、四角柱状体など形状はどのようなものでもよく、また、その配置はランダムであってもよいし、格子状などの規則性を有するものであってもよい。このような高分子構造物を表示部（表示素子）に設けることにより、基板間の間隔（セルギャップ）を一定に保つことが容易になり、また、表示素子自体の自己保持性を高めることができる。特に、ドット形状の高分子構造物を一定間隔に配置すると表示性能を均一化し易い。高分子構造物の高さはセルギャップの厚み、すなわち液晶組成物からなる表示層の厚みに相当する。表示層を挟持する基板としてフレキシブルな樹脂製基板を用いる場合には、高分子構造物を設けることが特に効果的である。基板がフレキシブルであることにより表示層の厚みが不均一になるのを防止することが可能となるからである。

上記高分子構造物を形成するには、紫外線硬化型モノマーからなるホトレジスト材料などの光硬化性樹脂材料を用いて、所望の厚さで基板の最表面膜（絶縁性薄膜、配向膜）に塗布し、これにマスクを通して紫外線を照射するなどしてパターン露光を行い、未硬化部分を除去するいわゆるフォトリソグラフィ法を用いることができる。また、熱可塑性樹脂を適当な溶剤に溶かした樹脂材料などを用いて、熱可塑性樹脂からなる高分子構造物を形成してもよい。この場合、スクリーン版やメタルマスクなどを用いて熱可塑性樹脂材料をスキージで押し出すことにより基板上に印刷を行う印刷法や、ディスペンサ法やインクジェット法などの樹脂材料をノズルの先から基板上に吐出して形成する方法、あるいは、樹脂材料を平板またはローラ上に供給した後、これを基板表面に転写する転写法などにより高分子構造物を形成することができる。

なお、表示部（表示素子）に、スペーサおよび柱状構造物のいずれか一方を設けるようにしてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、画素アレイ部のセルギャップを約５μｍに設定した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記以外の値となるようにセルギャップを設定してもよい。なお、セルギャップは、２μｍ〜５０μｍに設定されていてもよいが、３μｍ〜１５μｍに設定されているのが好ましい。セルギャップをこのような好ましい範囲とすることにより、比較的低い印加電圧でも高コントラストを達成できるという効果をより有効に得ることができる。

また、上記第１〜第３実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、表示層の液晶組成物にメルク社製のネマチック液晶（ＢＬ００６）を用いた例を示したが、ネマチック液晶としては、特に制限されず、従来から液晶表示素子の分野で知られているネマチック液晶が使用可能である。このようなネマチック液晶材料としては、たとえば、液晶性エステル化合物、液晶性ピリミジン化合物、液晶性シアノビフェニル化合物、液晶性トラン化合物、液晶性フェニルシクロヘキサン化合物、液晶性ターフェニル化合物ならびにフッ素原子、フルオロアルキル基およびシアノ基などの極性基を有する他の液晶化合物、およびそれらの混合物などが挙げられる。

また、上記第４実施形態では、ネマチック液晶（ＢＬ００６；メルク社製）にカイラル剤（ＣＢ１５；メルク社製）を混合することによってカイラルネマチック液晶を作製した例を示したが、所望の特性を得ることが可能であれば、上記以外のネマチック液晶およびカイラル剤を用いてカイラルネマチック液晶を作製してもよい。ネマチック液晶としては、特に制限されず、従来から液晶表示素子の分野で知られているネマチック液晶が使用可能である。このようなネマチック液晶材料としては、たとえば、液晶性エステル化合物、液晶性ピリミジン化合物、液晶性シアノビフェニル化合物、液晶性トラン化合物、液晶性フェニルシクロヘキサン化合物、液晶性ターフェニル化合物ならびにフッ素原子、フルオロアルキル基およびシアノ基などの極性基を有する他の液晶化合物、およびそれらの混合物などが挙げられる。また、カイラル剤としては、液晶表示素子の分野で従来から知られている種々のものが使用可能である。たとえば、コレステリック環を有するコレステリック化合物、ビフェニル骨格を有するビフェニル化合物、ターフェニル骨格を有するターフェニル化合物、２つのベンゼン環がエステル結合によって連結されてなる骨格を有するエステル化合物、シクロヘキサン環がベンゼン環に直接的に連結されてなる骨格を有するシクロヘキサン化合物、シクロヘキサン環がベンゼン環に直接的に連結されてなる骨格を有するシクロヘキサン化合物、ピリミジン環がベンゼン環に直接的に連結されてなる骨格を有するピリミジン化合物、２つのベンゼン環がアゾキシ結合またはアゾ結合によって連結されてなる骨格を有するアゾキシ化合物などが挙げられる。

また、上記第５実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、電解質層からなる表示層を、ヨウ化銀を含む電解液から構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記電解質層は、銀または銀を化学構造中に含む化合物を有するものであればよい。銀または銀を化学構造中に含む化合物とは、たとえば、酸化銀、硫化銀、金属銀、銀コロイド粒子、ハロゲン化銀、銀錯体化合物、銀イオンなどの化合物の総称であり、固体状態や液体への可溶化状態や気体状態などの相の状態種、中性、アニオン性、カチオン性等の荷電状態種は特に問わない。

また、上記第５実施形態（および第６〜第１０実施形態）では、電気化学反応型表示素子の例として、酸化還元反応によるエレクトロクロミック材料の色変化を利用するＥＣＤ素子について説明したが、本発明はこれに限らず、電気化学反応型表示素子は、金属または金属塩の溶解析出を利用するエレクトロデポジション（ＥＤ）型の表示素子であってもよい。

なお、上記第８〜第１０実施形態において、基板、光電変換層および表示層の積層構成などを上記第６実施形態（変形例を含む）または上記第７実施形態（変形例を含む）のように構成してもよい。

また、上記第１０実施形態では、基板上にゲート電極、絶縁層、ソース電極／ドレイン電極、有機半導体層を順に形成することにより有機ＴＦＴを構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、基板上にゲート電極、絶縁層、有機半導体層、ソース電極／ドレイン電極を順に形成することにより有機ＴＦＴを構成してもよいし、有機半導体単結晶上にソース電極／ドレイン電極、絶縁層、ゲート電極を順に形成することにより有機ＴＦＴを構成してもよい。また、Ｓｃｉｅｎｃｅ２８３，８２２（１９９９）やＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，７７１４８８（１９９８）、Ｎａｔｕｒｅ，４０３，５２１（２０００）などの文献に記載されているような有機半導体を用いて有機ＴＦＴを構成してもよい。

また、上記第１０実施形態では、光電変換部に、ホールブロック層および電子ブロック層を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、ホールブロック層および電子ブロック層を設けない構成にしてもよい。

また、上記第１０実施形態では、画素アレイ部の光電変換部の下層側に、電気エネルギを蓄積するためのキャパシタを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、上記キャパシタを設けない構成にしてもよい。

また、上記第１０実施形態では、有機ＴＦＴと光電変換部とをバイアストップ構造に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、有機ＴＦＴと光電変換部とをバイアスボトム構造に構成してもよいし、スタック構造に構成してもよい。

１ 第１基板（基板）
２ 光吸収層
３ 第２基板
１０ ＦＴ（スイッチング素子）
１１ ゲート配線層、走査線
１１ａ ゲート電極
１３ 半導体層
１４ オーミックコンタクト層
１５ ソース電極
１６ ドレイン電極
２０ 光電変換部
２１ 光電変換層
２２ 光電変換用画素電極（第２画素電極）
２３ 光電変換用共通電極（第２共通電極）
３０ 表示部、表示素子
３１ 表示用画素電極（第１画素電極）
３２ 表示用共通電極（第１共通電極）
３３ 表示層
４０ 直流電圧源
５０ 画素アレイ部
５０ａ 画素
５５ アレイ基板
５６ 対向基板
６０ 走査駆動回路
７０ 列出力回路
７１ チャージセンシングアンプ（増幅部）
７４、７５ サンプルホールド回路
８０ マルチプレクサ
９０ Ａ／Ｄ変換器
１００ タイミングジェネレータ
１１０ メモリ（記録部）
２０２ 光反射層
２１２ 半吸収半透過層
２２２ 半反射半透過層
３０１ 基板
３０３ 平坦化膜
３１０ 有機ＴＦＴ（スイッチング素子）
３１１ ゲート電極
３１２ 絶縁層
３１３ ソース電極
３１４ ドレイン電極
３１５ 有機半導体層
３２０ 光電変換部
３２２ ホールブロック層
３２３ 光電変換層
３２４ 電子ブロック層

Claims (21)

1. 基板上に形成されたスイッチング素子と、
   基板上に形成され、表示層と前記表示層を挟む第１画素電極および第１共通電極とを含む表示部と、
   基板上に形成され、光電変換層と前記光電変換層を挟む第２画素電極および第２共通電極とを含む光電変換部と、
   前記光電変換部からの出力信号を増幅する増幅部とを備え、
   前記表示部の第１画素電極と前記光電変換部の第２画素電極とは、互いに電気的に接続されており、
   前記スイッチング素子は、互いに電気的に接続された前記第１画素電極および前記第２画素電極と前記増幅部との間をオン状態またはオフ状態に切替可能に構成されており、
   前記第１共通電極は、一定電位状態とフロート状態とを切替可能に構成されており、
   画像を表す書き込み光が露光され、露光された書き込み光が前記光電変換部で受光されることで画像が入力され、
   前記増幅部によって画素出力信号が読み出されることで画像が出力されることを特徴とする、画像入出力装置。
2. 露光された前記書き込み光を前記光電変換部で受光することにより、露光パターンに応じた画像が前記表示部に表示されることを特徴とする、請求項１に記載の画像入出力装置。
3. 前記第１共通電極が一定電位状態とされることにより、前記表示部の表示層が実質的に透過状態とされ、
   前記表示層が実質的に透過な状態で露光されることによって、前記表示部に露光パターンに応じた画像が表示されることを特徴とする、請求項１に記載の画像入出力装置。
4. 露光後、前記第１共通電極をフロート状態にするとともに、前記スイッチング素子をオン状態にすることによって、前記表示部に表示された画像の画像情報が画像データとして取り込まれることを特徴とする、請求項２に記載の画像入出力装置。
5. 取り込まれた画像データを記録する記録部をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載の画像入出力装置。
6. 前記光電変換部に所定の電位を印加することにより、前記光電変換部がリセットされ、
   前記第１共通電極への印加電位と前記光電変換部をリセットするための印加電位との電位差が、前記表示部の表示状態を透過率が１００％であるオン状態から透過率が０％であるオフ状態にするために必要な電位差未満であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
7. 前記光電変換部に所定の電位を印加することにより、前記光電変換部がリセットされ、
   前記第１共通電極への印加電位と前記光電変換部をリセットするための印加電位との電位差が、前記表示部の表示状態を透過率が１００％であるオン状態から透過率が０％であるオフ状態にするために必要な電位差以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
8. 光吸収層、光反射層、半吸収半透過層および半反射半透過層のいずれかを備え、
   観察側から見た場合に、前記光吸収層、前記光反射層、前記半吸収半透過層および前記半反射半透過層のいずれかが、前記表示部の表示層の裏面側に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
9. 前記表示部は、メモリ性を有する表示素子を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
10. 前記メモリ性を有する表示素子がカイラルネマチック液晶を含むことを特徴とする、請求項９に記載の画像入出力装置。
11. 前記メモリ性を有する表示素子が電気化学反応型表示素子であることを特徴とする、請求項９に記載の画像入出力装置。
12. 前記基板上に、前記基板側から、前記光電変換層および前記表示層が順次形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
13. 前記基板上に、前記基板側から、前記表示層および前記光電変換層が順次形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
14. 前記基板の裏面側から露光されることによって、露光パターンに応じた画像が前記表示部に表示されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
15. 前記基板の表面側から露光されることによって、露光パターンに応じた画像が前記表示部に表示されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
16. 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタ素子から構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。
17. 前記第２画素電極が、前記光電変換層に対して前記基板側に配置されるとともに、前記第２共通電極が、前記光電変換層に対して前記基板と反対側に配置されることによって、前記薄膜トランジスタ素子と前記光電変換部とが、バイアストップ構造に構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の画像入出力装置。
18. 前記第２画素電極が、前記光電変換層に対して前記基板と反対側に配置されるとともに、前記第２共通電極が、前記光電変換層に対して前記基板側に配置されることによって、前記薄膜トランジスタ素子と前記光電変換部とが、バイアスボトム構造に構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の画像入出力装置。
19. 前記光電変換部が、前記薄膜トランジスタ素子の上方に形成されることによって、前記薄膜トランジスタ素子と前記光電変換部とが、スタック構造に構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の画像入出力装置。
20. 前記薄膜トランジスタ素子および前記光電変換層の少なくとも一方は、有機半導体を用いて形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の画像入出力装置。
21. 前記増幅部は、オペアンプとキャパシタとを含むチャージセンシングアンプであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像入出力装置。

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