JPH04103258A - カラー密着イメージセンサ - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はイメージスキャナやファクシミリ等に用いられ
るカラー密着イメージセンサに関する。

（従来の技術） ファクシミリ等が高級化するにしたがいカラー密着イメ
ージセンサ゛が一般に用いられてきている。このうち、
光電変換部に半導体膜を用いたカラー密着イメージセン
サが主流となりつつある。

このカラー密着イメージセンサは、ガラス等の高抵抗基
板上に形成されたａ−３ｉ：Ｈ等からなる半導体薄膜か
らなる光電変換素子と、この光電変換素子からの信号を
読み呂す集積回路素子と、この光電変換素子上に色フィ
ルタを配置することにより構成されている。なお、光電
変換素子と集積回路素子とは１対１に接続されており、
色フィルタは赤、緑、青の順番で配置されている。

上述の如く、３色の色フィルタを用いるため、カラー密
着イメージセンサは、白黒の密着イメージセンサに比べ
、３色に対応した３光電変換素子で１画素となるため同
一画素数を得るためには、光電変換素子数は３倍となる
。さらに、密着イメージセンサは原稿画像と１対１に対
応するため、カラー密着イメージセンサは、白黒密着イ
メージセンサに比べその素子密度、配線密度が３倍とな
る。したがって、従来のカラー密着イメージセンサにお
いては、高密度、多素子、多配線構成は特に実装の困難
、集積回路素子の増大をまねき現実的ではない。

この問題を解決した技術が、実開平１−１７６９５２号
公報に記載されている。この公報に記載のカラー密着イ
メージセンサは、第３図に示す如く光電変換素子が３種
類の色特性（Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青）により分類され
、それぞれの色特性毎に３本の共通電極（ＣＲＩ　ＣＧ
Ｉ　ＣＢ）に接続されている。−方、各画素に対応した
３色光電変換素子（ＲＮ＋　ＧＮ＋ＢＮ）の個別電極は
１本にまとめられ、集積回路素子の対応する入力チャン
ネルに１対１に接続されている。これにより、実装密度
を１／３に改善し、集積回路素子数を１／３に減らすこ
とができた。

しかしながら、この公報に記載されたカラー密着イメー
ジセンサは、光感度の低下、残像率の増大、色分解能の
低下をもたらし、実際使用することは困難である。以下
に、その理由を詳述する。

フォトダイオードｐｈにより構成された光電変換素子は
、光電流ｉｐにより発生する素子容量Ｃｓに蓄積された
信号電荷の変化分を外部に出力する素子である。しかし
ながら、第３図に示したカラー密着イメージセンサの如
く、個別電極を共通に接続した場合、次の問題がある。

第１に、カラー密着イメージセンサとしては、光感度が
１／３に低下する。換言するならば、読取りを行なう所
定の光電変換素子（例えばＲＮ）に付随して残りの２素
子（例えばＧＮ？　ＢＮ）の素子容量が接続する。これ
により、信号電荷はこれら素子容量に分配され、外部に
読み出される信号高力が低下する。特に高感度化のため
、入力チャンネルにボルテージフォロアを設置した集積
回路素子を使用した場合には、略１／３に信号出力が低
下することになる。

第２に、カラー密着イメージセンサの特性としては、残
像率が増大する問題がある。すなわち。

フォトダイオード部で光励起された電荷を光電流として
取り出すには、フォトダイオード部両極の電位差が大き
い方が望ましい、しかし、第３図に示すカラー密着イメ
ージセンサでは、読み取り対象以外の２素子において、
フォトダイオード部両極の電位が略同電位（接地）とな
る状態が生じる。

この様な状態では、光励起された電荷のなかで、素子中
の欠陥準位にトラップされ、光電流として外部に放出さ
れずに素子内部に止まる比率が大幅に増大する。トラッ
プされた電荷は光入力に関係なく熱励起により徐々に解
放されるため、密着イメージセンサの特性としては残像
率が増大する問題がある。

第３に、第３図に示すカラー密着イメージセンサは、３
色の光電変換素子の個別電極が共通となっている。この
ため、３色それぞれの素子容量に蓄積された信号電荷の
混合を防く゛こと！±できず、結果的に色分解能の低下
をも引き起こす問題力１ある。

（発明が解決しようとする課題） 上述の問題を鑑み、本発明しよ、実装密度を低減し、集
積回路素子数を大幅しこ削減しな力１ら、高光感度、低
残像率、高色分解能を可能としたカラー密着イメージセ
ンサを提供することを１１１Ｍとする。

〔発明の構成〕

（１１題を解決するための手段） 上述の課題を達成するため、本発明のカラー密着イメー
ジセンサは、 フォトダイオードと色フィルターとを積層してなる光電
変換素子を複数個配列した光電変換部と、との光電変換
素子に接続した、信号電荷１ノセツト用の薄膜トランジ
スタと信号電荷読み出し用薄膜トランジスタからなる薄
膜トランジスタ部ト、個々の画素を構成し各色に対応し
前記光電変換素子に接続した、この信号電荷読み出し用
の薄膜トランジスタの出力線を一本にまとめた配線部と
、この配線部に接続し、各画素に対応する信号を選択的
に読み出す集積回路素子とを備えたことを特徴とする ものである。

（作用） 上述の手段により、本発明のカラー密着イメージセンサ
は、個々の画素毎に各色の出力線を一本にまとめること
により、集積回路素子の数を大幅に削減することができ
る。また、本発明のカラー密着イメージセンサにおいて
は、個々の光電変換素子が信号電荷読み畠し用の薄膜ト
ランジスタにより、完全に分離されるため、従来の如く
光感度の低下や色分解能の低下を起こすことがない。

さらに、信号電荷リセット用の薄膜トランジスタの設置
により各光電変換素子の信号電荷リセットを充分に行な
うことができる。したがって、本発明のカラー密着イメ
ージセンサでは、信号読み出し用薄膜トランジスタ、及
び信号電荷リセット用薄膜トランジスタの組み合せによ
り、各光電変換素子は適切な電圧印加状態に保つことが
可能となり、各光電変換素子の残像率を低くおさえるこ
とができる。

（実施例） 以下、第１図を参照して本発明の一実施例について説明
する。

フォトダイオードｐｈと色フィルターとを積層し、３色
の色特性（Ｒ，Ｇ、Ｂ）を持たせてなる光電変換素子を
複数個配列して、光電変換部を形成してなる。なお、第
１図中Ｎは画素の番号を示し、Ｎ番目の画素は光電変換
素子ＲＮ？　ＧＮＩ　ＢＮから構成される。すなわち、
３つの光電変換素子ＲＮｔ　ＧＮＩＢＮから、Ｎ番目の
１画素が構成されてなる。この薄膜フォトダイオードｐ
ｈは、Ｃｒからなる個別電極、水素化アモルファスシリ
コン（ａ−Ｓｉ：　Ｈ）　、Ｉ　。

Ｔ、　Ｏ，（Ｉｎ、　Ｓｎ、　Ｏの化合物）からなる透
明導電膜からなる共通電極の積層構成からなる。

この光電変換素子に接続した個別電極には、信号電荷リ
セット用薄膜トランジスタＴ８のソース電極と信号電荷
読み出し用薄膜トランジスタＴＤのソース電極とが接続
する。この信号電荷リセット用薄膜トランジスタＴＲと
信号電荷読み出し用薄膜トランジスタとから、薄膜トラ
ンジスタが構成されてなる。

この信号電荷リセット用薄膜トランジスタＴＲのドレイ
ン電極は接地電極に接続し、ゲート電極は各色毎に共通
配線となっている０例えば、信号電荷リセット用薄膜ト
ランジスタＴＲ（Ｎ）（Ｎ　＝　１〜最終画素）の全て
のゲート電極は共通配線にまとめられ、駆動用集積回路
素子ＩＣ２の出力端子ＲＲに接続しである。すなわち、
出力端子Ｒλにリセット信号を入力すると、光電変換素
子ＲＮ（Ｎ＝１〜最終画素）の個別電極はすべて接地状
態となり、光電変換素子ＲＮ両極にはセンサ印加電圧ｖ
ｂが直に印加されることとなる。

この信号電荷リセット用薄膜トランジスタＴ８は、光電
変換素子と同様にａ−Ｓｉ：Ｈを基材として形成した薄
膜トランジスタである。したがって、構造、製造プロセ
スを簡単化することができるという利点がある一方、　
０Ｎ１０ＦＦ応答が遅いという欠点がある。しかしなが
ら、第１図に示すカラー密着イメージセンサの構造はこ
の欠点に影響されることなく使用することが可能である
。すなわち、所定の色の光電変換素子例えばＲＮ（Ｎ＝
１〜最終画素）を読み出す場合、他の色の光電変換素子
例えばＧＮｔ　’ＢＮ　（Ｎ　＝　１〜最終画素）を適
切な時間、リセットを行なうことができるため上記欠点
は問題とはならない。

次に、信号電荷読み出し用薄膜トランジスタＴ。

（Ｎ）について説明する。この信号電荷読み出し用薄膜
トランジスタＴＤ（Ｎ）（Ｎ　＝　１〜最終画素）のド
レイン電極ＴＤ１　は、３色（ＢＮ９　ＧＮＩ　ＢＮ）
共通にまとめられた配線に接続し、さらにそれぞれの配
線はワイヤーボンディングにより信号読み出し用集積回
路素子（ＩＣ１）の各チャンネルＩ　（Ｎ）に接続され
る。また、信号読み出し用薄膜トランジスタτＤのゲー
ト電極ＴＤｚは、信号リセット用薄膜トランジスタＴＲ
と同様、各色毎に共通配線にまとめられ、駆動用集積回
路素子ＩＣ２の出力端子ＤＲｔ　ＤＧｔＤ、に接続しで
ある。

この信号読み出し用薄膜トランジスタＴＤの動作につい
て説明する。所定の色、例えばＲ色を選択した場合、駆
動用Ｍ’＝＆回路素子ＩＣ２の出力端子ＤＲに読み出し
信号を入力する。この結果、Ｒ色に対応した一群の光電
変換素子は読み出し可能な状態となる。この状態下にお
いて、信号読み出し用集積回路素子ＩＣＩ内部のスイッ
チを順次０Ｎ１０ＦＦにすることにより、Ｒ色に対応し
た光電変換素子ＲＮ（Ｎ＝１〜最終画素）の信号出力を
順次読み出すことができる。

ところで、信号読み出し用薄膜トランジスタＴｒ。

も、信号電荷リセット用薄膜トランジスタＴＲと同様に
ａ−Ｓｉ：Ｈを基材として形成されている。したがって
、構造、製造プロセスを簡単化することができるという
利点がある一方、０Ｎ１０ＦＦ応答が遅いという欠点が
ある。しかしながら、この０Ｎ１０ＦＦ応答が遅いとい
う欠点は、カラー密着イメージセンサの特性に影響を与
えることはない、この理由は、以下の通りである。信号
読み出し用薄膜トランジスタＴＤの役割は所望の色の一
群の光電変換素子を選択することにある。すなわち、こ
の信号読み出し用薄膜トランジスタの０Ｎ１０ＦＦは所
定の色の選択のときに１回行なわれるのみであり、同色
の個々の光電変換素子スイッチング時には０Ｎ１０ＦＦ
の切換えは行なわない。結果として、０Ｎ１０ＦＦ応答
が遅いという欠点は、カラー密着イメージセンサの特性
に影響を与えることはない。

また、信号読み出し用集積回路素子ＩＣＩの各入力チャ
ンネルには、各画素を構成する３色の光電変換素子（Ｒ
，Ｇ、Ｂ）の配線がまとめられて接続しである。したが
って、Ｎ個の画素を構成する３Ｎ個の光電変換素子に対
して、入力チャンネル数はＮ個で良くなる。これにより
、従来と異なり集積回路素子の数は大幅に削減すること
ができる。

しかも、１画素を構成する３色の光電変換素子は、信号
読み出し用薄膜トランジスタＴＯにより完全に分離され
るため光感度以下、色分解能の低下を起こさない。

さらに、信号読み呂し用薄膜トランジスタＴＤ及び信号
電荷リセット用薄膜トランジスタＴＲを適切に０Ｎ１０
ＦＦ制御することにより、各光電変換素子を充分にリセ
ットし、かつ適正な電圧印加状態に保つことが可能とな
り、各光電変換素子の残像率を低くおさえることができ
る。

次に第２図を参照して本発明の他の実施例について説明
する。第１図の実施例との違いは、信号読み出し用薄膜
トランジスタＴＤのドレイン電極ＴＤ工側の配線部りに
信号電荷転送用の容量部ＣＬを追加し、信号読み出し用
集積回路素子ＩＣＩには従来例と同様に各入力チャンネ
ルにリセット用のスイッチを設けたタイプを使用した点
にある。

第２図に示した実施例においても、第１図に示した実施
例と同等の効果がある。主要な相違点は、信号読み出し
用薄膜トランジスタの０Ｎ１０ＦＦタイミングと信号読
み出し用集積回路素子ＩＣＩの各入力チャンネルの読み
出しスイッチの０Ｎ１０ＦＦタイミングにある。以下詳
述する。

第１図に示した実施例においては、薄膜トランジスタの
ＯＮ状態で各入力チャンネルの読み呂しスイッチを順次
０Ｎ１０ＦＦ　ｕた。しかしながら・第２図に示す実施
例においては、第１に信号読み出し用薄膜トランジスタ
τＤを所定時間ＯＮシて、信号電荷を容量部ＣＬに転送
した後、信号読み出し用薄膜トランジスタＴＤをＯＦＦ
にし、次いで、信号読み出し用集積回路素子ＩＣＩの各
入力チャンネルの読み出しスイッチ及びリセットスイッ
チを順次０Ｎ１０ＦＦ　シて行くことにある。

第２図に示す薄膜トランジスタの０Ｎ１０ＦＦ駆動方式
においても、信号読み出し用薄膜トランジスタ及び信号
電荷リセット用薄膜トランジスタの０Ｎ１０ＦＦ選択は
色別に区分された光電変換素子群を選択駆動するため、
適切なタイミング、時間間隔を設定でき、充分な諸特性
を引き出すことができる。

なお、実装密度の低減、集積回路素子数の削減ができる
ことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

上述の構成をとることにより、本発明のカラー密着イメ
ージセンサは、実装密度の低減、集積回路素子数の大幅
な削減を可能とし、かつ、光感度１色分解能の低下もな
く残像率も良好に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成概略図、第２図は
本発明の他の実施例を示す構成概略図、第３図は従来例
を示す平面１ＩＩ８図である。 ＲＮ・・・Ｎ番目素子のＲ色光電変換素子ｐｈ・・・フ
ォトダイオード Ｃｓ・・・−素子容量 ＴＲ・・・信号電荷リセット用薄膜トランジスタＴＤ・
・・信号読み出し用薄膜トランジスタＩＣＩ・・・信号
読み呂し用集積回路素子ＩＣ２・・・駆動用集積回路素
子 ＣＬ・・・信号電荷転送用容量 Ｓ・・・光電変換部 Ｔ・・・薄膜トランジスタ部 Ｌ・・・配線部 ＩＮ・・・Ｎ番目の入力チャンネル 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　竹花喜久男 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォトダイオードと色フィルターとを積層してな
   る光電変換素子を複数個配列した光電変換部と、 この光電変換素子に接続した、信号電荷リセット用の薄
   膜トランジスタと信号電荷読み出し用薄膜トランジスタ
   とからなる薄膜トランジスタ部と、個々の画素を構成し
   各色に対応し前記光電変換素子に接続した、この信号電
   荷読み出し用の薄膜トランジスタの出力線を一本にまと
   めた配線部と、この配線部に接続し、各画素に対応する
   信号を選択的に読み出す集積回路素子とを備えたことを
   特徴とするカラー密着イメージセンサ。
2. （２）請求項１記載の前記光電変換部を構成する半導体
   材料と前記薄膜トランジスタ部を構成する半導体材料と
   は、同一の非晶質材料または同一の多結晶材料との一方
   を選択した材料を基材とすることを特徴とするカラー密
   着イメージセンサ。