JPH01134977A

JPH01134977A - イメージセンサ

Info

Publication number: JPH01134977A
Application number: JP62292839A
Authority: JP
Inventors: Akira Sakata; 坂田　朗; Setsuko Wada; 和田　節子; Michio Arai; 三千男荒井; Takeaki Kiso; 木曽　武陽
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1989-05-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■　発明の背景技術分野本発明は、光導電膜を用いたイメージセンサに関する。

従来技術とその問題点ファクシミリ等には、光導電膜を用いたイメージセンサ
が使われている。

従来、光導電膜の材料としては、原稿寸法とほぼ同程度
まで大面積化が可能なアモルファスシリコン、Ｃｄ５−
ＣｄＳｅ等が用いられて゛おり、これらの光導電膜は、
完全密着型イメージセンサあるいは正立等倍レンズ使用
型イメージセンサ等の密着型イメージセンサに使用され
る。

しかし、これらの光導電膜材料には、以下のような問題
点がある。

アモルファスシリコン光導電膜は、ＰＩＦ、ＮＩＮ、Ｎ
Ｉ等のような多層構造となるため生産性が低い。　また
、プラズマＣＶＤ法により成膜するためコストが高く、
しかも、多数の大型基板（Ａ４、Ｂ４サイズ等）に均一
な成膜を行なうことが困難である。　さらに、プラズマ
ＣＶＤ法ではフレークが生じ易く、欠陥のない膜を得る
ことが困難である。

また、ｏ、　、Ｈ２０等の表面吸着により、膜が不安定
となり易い。

Ｃｄ５−ＣｄＳｅ光導電膜は、光応答速度が８〜１０ｍ
５ｅｃと遅いため、高速タイプのファクシミリやカラー
の読み取りが困難である。　また、変換効率の一定な膜
が得難く、歩留が悪い。

ＩＩ　　発明の目的本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、応答速
度が速く、特性が安定であり、しかも、製造が容易でコ
ストが低いイメージセンサを提供することにある。

ＩＩ＋　　発明の開示このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち、本発明は、光の入射により導電率が変化する
光導電膜を有するイメージセンサであって、前記光導電
膜が（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１ｘ　（Ｔｌｌ）　１−
Ｘ（ただし、０．４≦ｘ≦０．７）から形成された厚膜
であることを特徴とするイメージセンナである。

なお、本発明者等は、特開昭６２−７３６７７号にて、
ハロゲン化タリウム、例えばＴｌＢｒ、ＴｌＣ１を光導
電素子として用いる旨を提案している。

これらのうち、本発明と同様にＴｌＢｒとＴＩＩ　とか
らなり、緑色感光性を有するＫＲＳ−５（塩基製作所製
）は単結晶板であるため、イメージセンサに適用するに
際して、薄板とすることが困難であり、また、大面積の
ものが得難いため、密着型イメージセンサに適用するこ
とが困難である。

本発明では、特に緑色発光ＬＥＤに高感度をもつ（Ｔｌ
Ｂｒ）ｘ（ＴｌＩ）１　−（ＴＩＩ）　１−１ｌを厚膜
法により光導電膜とする旨を提案するものである。

■　発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成を、詳細に説明する。

本発明のイメージセンサの好適実施例を、第１°図およ
び第２図に示す。

第１図および第２図に示される本発明のイメージセンサ
１は、基板３上に、導光窓１０を有する透明導電膜６、
共通電極４、光導電膜２および個別電極５を順次有し、
基板３の光導電膜２の反対側に、光源７と正立等倍レン
ズアレイ８とを有する。

イメージセンサ１は、光源７から照射され原稿９の表面
上で反射された光を、正立等倍レンズアレイ８により導
光窓１０内の光導電膜２に導いて光導電膜２の導電率を
変化させ、この光導電膜２を介して対向する導光窓１０
内の透明導電膜６と個別電極５との間に生じる電流の変
化を読み取り、原８％９表面の濃度分布による反射率の
強弱を電流の強弱に変換するものである。

本発明では、光導電膜２を（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１ｘ　（Ｔｌｌ）　ｒ−ｘか
ら形成する。　ただし、０．４≦ｘ≦０．７である。

Ｘが上記範囲外となると、緑色発光ＬＥＤに対し、感度
が低下する。

この場合、ＴＩＩおよびＴｌＢｒは、化学量論組成であ
ることが好ましいが、これから多少偶奇していてもよい
。

また、光導電膜２は、ＴＩＩおよびＴｌＢｒのみから形
成されることが好ましいが、不純物としてＢｒ％　Ｉｎ
、Ｓ等が全体の５ｗｔ％以下含有されていてもよい。

このような光導電膜は、通常、（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ
）１。

（ＴＩＩ）　ｌ−ｘの多結晶膜である。

また、光導電膜２の膜厚は、一般に０．２〜２００μｍ
１特に１〜２０μｍ程度とされる。

（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１−（Ｔｌｌ）　１−Ｘから
なる本発明の光導電膜は、スクリーン印刷法等の厚膜法
による厚膜として成膜する。

このため、本発明のイメージセンサは、製造が容易で量
産性が高く、コストが低いものである。

また、きわめて良好な光導電性を示す。

これに対し、（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１、１（ＴＩＩ
）　ｒ−ｘの形成に薄膜法を用い、例えば真空蒸着を行
うときには、低い光感度しかえられない。　この場合、
成膜後に熱処理を施せば光感度は向上するが、工程増を
招き生産性が低下する。

また、スパッタリングでは（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１
。

（ＴＩＩ）　、−の分解を生じ、低い光感度しかえられ
ない。

印刷法により成膜する場合、ＴｌｌおよびＴｌＢｒを、
あらかじめ公知の方法により混晶化して（ＴｌＢｒ）ｘ
（ＴｌＩ）１ｘ　（ＴＩＩ）　ｒ　−とし、これを、エ
チ）Ｌｔ　−ｔｙルロース等のバインダと、テルピネオ
ール、ブチルカルピトール等の溶剤を用いてペースト化
してスクリーン印刷を行い、その後、焼成する。

ペーストに用いる（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１、　（Ｔ
ｌｌ）　ｒ−は、平均粒径０．１〜２μｍ程度とすれば
よい。

また、ペースト中に２０〜７０ｗｔ％含有させればよい
。

焼成条件としては、真空または常圧中で２００〜５００
℃、より好ましくは真空中で２５０〜３５０℃にて０．
２〜３時間、より好ましくは０．５〜１時間とすること
が好ましい。

なお、あらかじめ混晶とせずに、ＴＩＩおよびＴｌＢｒ
の粉末と上記バインダおよび溶剤とを混合してペースト
化してスクリーン印刷を行ない、上記の焼成によって（
ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１　−（ＴＩ　Ｉ）　ｌ−ノ混
晶とすることもできる。

光源、特に緑色発光ＬＥＤの光は、光導電膜の表層にて
吸収されて光導電性を示す。　このため、厚膜法にて成
膜して膜厚がバラついたとしてもイメージセンサ特性に
はバラつきは生じず、容易でしかも安価な製法にて特性
の良好なイメージセンサが実現する。

基板３は、光源７から照射される光の透過率が高いもの
であれば特に制限はないが、通常、板ガラスや石英、各
種樹脂等で形成される。

基板３の厚さは、通常０．５〜３ｍｍ程度である。

共通電極４は、原稿９からの反射光を個別電極５に導く
ために導光窓１０を有し、かつ迷光を防ぎ高い分解能を
得るために不透明材質で形成され遮光板の機能を有する
。

導光窓１０の寸法は、個別電極５の寸法に対応するが、
通常５０Ｘ５０μｍ〜２００×２００μｍ程度である。

なお、後述する透明導電膜を共通電極として用い、上記
の機能を有する遮光板を別に設けてもよい。　この場合
、遮光板の材質としては、Ｃｒ、Ｍｏ等の金属あるいは
Ｓｔ等の非導電物質であってもよい。

また、共通電極４の材質としては、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、
Ｐｔ等を用いればよい。

個別電極５の配設密度は、画素数に対応し、通常、６〜
１６個／　ｍ　ｍ程度である。

個別電極５の材質としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ％ｐｔ等
を用いればよい。

共通電極４および個別電極５の間には所定の電圧が印加
され、光導電膜２の導電率変化に応じた電流が両電極間
を流れる。

透明導電膜６は、共通電極４と接触して設けられ、光導
電膜２の光受光部分を介して個別電極５と対向している
ため、光導電膜２の導電率変化に応じた電流は、主とし
て透明導電膜６および個別電極５間を流れる。

透明導電膜６の材質としては、ＩＴＯｌＮＥＳＡ等を用
いればよい。

光源７としては、省スペース、低消費電流であることな
どから、ＬＥＤを用いることが好ましい。

本発明では、光導電１ｌＬ２の材質に（ＴｌＢｒ）ｘ（
ＴｌＩ）１ｘ（ＴＩＩ）　Ｉ−Ｘ　　（ただし、０．４
≦ｘ≦０．７）を用いるので、感光性の点で、緑色発光
ＬＥＤを用いることが好ましく、特に発光スペクトルの
波長が５５５ｎｍ程度の波長の緑色発光ＬＥＤを用いる
ことが好ましい。

正立等倍レンズアレイ８は公知のものを用いればよく、
また、これに替え、ファイバレンズアレイ等を用いても
よい。

第３図および第４図に、本発明のイメージセンサの他の
好適実施例を示す。

これらの図に示されるイメージセンサ１は、基板３上に
光導電膜２を有し、この光導電膜２を挟んで共通電極４
および個別電極５が基板３上に設けられる。

この場合の各部材の構成および作用は、第１図および第
２図の説明にて前述したこととほぼ同様である。

第５図および第６図に、本発明のイメージセンサのさら
に他の好適実施例を示す。

これらの図に示されるイメージセンサ１は、いわゆる完
全密着型のものであり、正立等倍レンズアレイ等の光学
系を用いないものである。

イメージセンサ１は、基板３の上側に光源７を有し、基
板３の下面に共通電極４、光導電膜２、透明導電膜６お
よび個別室ｆｉ５を順次有し、さらにこの個別電極５の
下面に透明保護層１１を有する。

共通電極４、光導電＠２および透明導電膜６には、光源
７から照射された光を原稿９に導くための導光窓１０が
設けられる。

光源７から照射された光は、導光窓１０を通って原稿９
の表面で反射して光導電膜２に達する。　この後は、前
述した実施例と同様にして、原稿９表面の濃度分布を電
流の強弱に変換するものである。

この実施例において、透明保護層１１は、各部材を原稿
９の接触から保護するために設けられ、その厚さは３〜
１５μｍ程度であることが好ましく、その材質としては
、５ｉｎ２　、Ａ１２０３、Ｓｉ３　Ｎ４．５ｉＣｘＯ
ｙ　Ｎｚ、５ｉＢｘ　Ｏ，Ｎ！、５ｉＢｘＯ，、，５ｉ
Ａ１．０１−８、Ｔａ２０５等を用いればよい。

■　発明の具体的効果本発明のイメージセンサは、（ｒ　ｌ　Ｂ　ｒ）　ｘ（
Ｔｌｌ）　ｌ−ｘからなる厚膜である光導電膜を有する
。

このため、応答速度が速く、高速ファクシミリ等に好適
に用いることができる。

また、光導電膜が単層構造であるため製造が容易であり
、スクリーン印刷法等の厚膜法により成膜するので製造
コストを低く抑えることができる。

さらに、（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）１　−（ＴＩＩ）　
Ｉ−からなる光導電膜は特性が良好かつ安定であり、ま
た、均一な特性が得られ易く、製造歩留が高いものであ
る。

このような効果を有する本発明のイメージセンサは、フ
ァクシミリ等に好適に用いることができ、特にその感光
性から、緑色発光ＬＥＤと組合わせて好適に使用するこ
とができる。

本発明者等は、本発明の効果を確認するため、以下に示
す実験を行なった。

［実験例１］平均粒径５μｍのＴｌＢｒとＴＩＩを６対４の比で混合
した溶質１重量部と、エチルセルロース０．５重量部と
テルピネオール０．５重量部とを混合し、ペーストを作
製した。

このペーストをスクリーン印刷によりガラス基板上に印刷し、真空中（ＩＸＩＯ−３Ｔｏｒｒ
）で３００℃にて３０分間焼成し、光導電膜を成膜した
。

焼成後の膜厚は、２０μｍであった。

この光導電膜を、第４図に示すように対向するＣｕ製電
極で挟んで光電変換素子を形成し、光波長に対する相対
感度を測定した。

なお、Ｃｕ製電極は蒸着法により１．５μｍ厚に形成し
、ウェットエツチングにより所定のパターンとした。　
エッチャントには、２０％Ｈ，Ｓｏ４．１０％Ｃｒｙｓ
水溶ン夜を用いた。

また、エツチングレートは２μｍ／ｍｉｎであった。

結果を第７図に示す。

第７図に示される結果から、（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）
１。６（Ｔｌｌ）。４からなる光導電膜は、緑色部に最
大感度を有し、緑色発光ＬＥＤを用いたイメージセンサ
に好適に適用可能であることがわかる。

なお、比較のために、上記と同組成の光導電膜を蒸着法
により１μｍ厚に形成し、上記と同様にして光電変換素
子を作製した。　このものも上記本発明の光電変換素子
と同波長に最大感度を有していたが、その最大感度は、
本発明のものの３０％であった。

［実験例２］実験例１で作製した光電変換素子を用いて、光源として
波長５５５ｎｍの純緑色発光ＬＥＤを用い、光強度に対
する光電流を測定した。

結果を第８図に示す。

第８図に示されるように、（Ｔ　Ｉ　Ｂ　ｒ）。６（Ｔ
ｌｌ）。４からなる光導電膜は、光強度に対して光電流
がほぼ直線的に増加し、イメージセンサに好適に用い得
ることが明らかである。

［実験例３］発色波長５５５ｎｍのＧ　ａ　Ｐ　　Ｌ　Ｅ　Ｄを用い
、ＴＩＩとＴｌＢｒとの比を変化させて相対感度を測定
した。

結果を第９図に示す。　なお、第９図において、横軸は
Ｔｌｌ　／ＴｌＢｒであり、（ＴｌＢｒ）ｘ（ＴｌＩ）
１。

（ＴＩＩ）　ｒ−８において、０．４≦ｘ≦０．７のと
き０．４３≦ＴＩＩ　／　ＴｌＢｒ　　≦１，５である
。

第９図に示される結果から、本発明のイメージセンサに
用いる光導電膜は、緑色光に対し、高い感度を示すこと
がわかる。

［実験例４コ上記の光電変換素子を用いて、光照射に対する応答速度
（立ち上がりおよび立ち下がり）を測定した。

光源として、発光波長５５５ｎｍのＧａＰ−ＬＥＤを用
いた。

立ち上がり時間は１５０μｓｅｃ以下、立ち下がり時間
は３００μｓｅｃ以下であった。

この結果、本発明のイメージセンサに用いる光導電膜は
光応答速度が速く、高速ファクシミリ等に好適に通、用
し得ることがわかる。

［実験例５］上記実験例１に準じて第４図に示す構成のイメージセン
サを作製し、特性を測定した。

このイメージセンサの細目および特性を、下記表１に示
す。

表　　　　　　　１素子数　　　　　　１７２８画素素子密度　　　　　８画素／　ｍ　ｍ光感度　　　　　　０．３μＡ　／　１　ｘ分光感度　
　　　　５５５ｎｍＳＮ比　　　　　　１０：１以上素子間ばらつき　　±１０％以下光応答速度　　　　１ｍ５ｅｃ以下上記表１において、光感度は、印加電圧１゜Ｖで光源と
して緑色発光ＬＥＤ　（波長５５５ｎｍ）を使用した場
合のものであり、分光感度は、ピーク波長を示す。　ま
た、Ｓ／Ｎ比は白黒２値のものであり、光応答速度はピ
ーク照度１００ルクスのときのものである。

表１に示される結果から、本発明のイメージセンサは、
特性が良好であることがわかる。

【図面の簡単な説明】第１図および第３図は、本発明のイメージセンサの好適
実施例の平面図であり、第２図および第４図は、それぞ
れ第１図および第３図に示すイメージセンサのＩｆ　−
Ｉｆ線およびＩＶ−ＩＶ線断面図である。第５図は、本発明のイメージセンサの他の実施例の縦断
面図であり、第６図は、第５図に示すイメージセンサの
底面図である。第７図は、光の波長と相対感度との関係を表わすグラフ
、第８図は、光強度と電流量との関係を表わすグラフ、
第９図は、ＴＩＩ　／　ＴｌＢｒと相対感度との関係を
表わすグラフである。符号の説明１・・・イメージセンサ、２・・・光導電膜、３・・・基板、４共通電極、５・・・個別電極、６・・・透明導電膜、７・・・光源、８・・・光学系、９・・・原稿、１０・・・導光窓、１１・・・透明保護層ＦＩＧ、１Ｆ　Ｉ　Ｇ、　２ＦＩＧ、３ＦＩＧ、４ ′　　　９Ｆｌ（３，５Ｆｌ（３，５Ｆ　ｌ（３，７浪　長（ｎｍ）Ｆ　Ｉ　Ｇ、　８光強度（１ｘ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光の入射により導電率が変化する光導電膜を有す
るイメージセンサであって、前記光導電膜が（ＴｌＢｒ）＿ｘ（ＴｌＩ）＿１＿−＿
ｘ（ただし、０．４≦ｘ≦０．７）から形成された厚膜
であることを特徴とするイメージセンサ。
（２）前記光が、緑色発光ＬＥＤから照射されるもので
ある特許請求の範囲第１項に記載のイメージセンサ。