JPH0482063B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は読取素子に関し、特にフアクシミリ、
プリンター等その他画像の読取りを行い、情報処
理を行う装置における新規な画像の読取素子に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、フアクシミリ、プリンター等に用いられ
る読取装置としてはCCD、フオトダイオードア
レイ例えばMOSフオトダイオードアレイ等の半
導体イメージセンサが広く用いられて来た。これ
らのイメージセンサに於ては縮小光学系を用いる
のが通例の為、レンズ等が必要となり、光路長が
長くなる結果、装置の小型化をはかる上で大きな
問題があつた。

これに対し、最近原稿巾と同一寸法をもつ密着
型薄膜読取装置が提案されている。この装置はプ
レーナ型と呼ばれ第４図で示す如く、基板１上に
光導電性層２を設けさらにこの上に設けられた電
極３，４対により１ピツトに対応する素子として
いる。上記読取装置はこの素子を複数個列状に形
成しこれらの素子部分の光照射に対応した光電流
を順次測定し、読取りをおこなうものである。

また、太陽電池からの応用としてアモルフアス
シリコンを光電変換層に用い、上下に電極を設け
たサンドイツチ型構造のものも多く提案されてい
る。ここでアモルフアスシリコンをｐ−ｉ−ｎ型
としたものはｎ型アモルフアスシリコン層の比抵
抗が10⁴〜10⁶Ω・cmと低い為、フオトレジスト塗
布およびエツチングなどのリソグラフイー技術を
用いて分割されたピツト間を完全に分離しないと
ピツト間に電流が流れてしまい、画像の読取りが
困難となる。この事情は、前述した第４図のプレ
ーナ型構造のものにおいても同様であり、ピツト
間の信号の分離が大きな問題となる。

また最近、高抵抗のアモルフアスシリコン層を
用いた構造のものも多く提案され、製造されてい
るが、やはり隣接するピツト間の電流のもれは解
決されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、各画像素子であるピツト間の信号
のもれは、鋭敏な画像再生のためにはなくさなけ
ればならない問題点である。リソグラフイー技術
によるピツトの完全な分離は工程を複雑化し、ま
たピツト毎のばらつきを大きくし、また高抵抗の
アモルフアスシリコンを用いてもやはりそのもつ
れはなくならない。

本発明は上記のような従来の欠点を除去するた
めになされたもので、ピツト間の電気的な分離が
よく、さらに簡便かつ低コストに製造できる有機
長尺読取素子を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかる有機長尺薄膜読取素子は、第１
の透明または半透明金属電極とピツト毎に分割さ
れた複数の第２の金属電極との間に光電変換能力
を有する平板状有機色素層を挿してなる読取素子
を絶縁性基板上に設けてなるものである。

〔作用〕

本発明においては、光電変換層を有機色素によ
り構成したから、該層のインピーダンスは高くな
り上記層の面内方向にキヤリアは拡散せず、隣接
する画像素子間で信号のもれは発生しない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。

この素子は主として第１図に示したような構造
のものであり、まず絶縁性基板９上に設けられた
複数の下部金属電極（第２金属電極）５、該金属
電極５上に電解重合法によつて形成されたπ−共
役系導電性高分子層６、該π−共役系導電性高分
子層６上一面に平板状に形成された有機色素層
７、該有機色素層７に蒸着によつて設けられた上
部半透明金属電極（第１金属電極）８により構成
されている。

ここで上記絶縁性基板９はセラミツク、ガラ
ス、プラスチツク等の機械的強度が高く、絶縁性
の高いものであればよく、また上記基板材料を２
種以上積層したものでも良い。

また、上記素子は上部、下部電極を上下反対に
したものでもよく、この場合上記絶縁性基板は透
明なものでなければならない。

複数の第２の金属電極５は任意の形状が可能で
あるが、これは一例として第２図のような正方形
５１〜５５にしている。又、金属電極５の材質と
してはAu，Cr，Pt，Ni，Tl等が可能であり、勿
論、２種以上を併用しても良い。

π−共役系高分子は骨格に共役２重結合を有す
るものであり、ドーピング処理によつて導電化す
る。電子受容体（例えば臭素、ヨウ素、ヨウ化臭
素、五フツ化ヒ素および過塩素酸等）および電子
供与対（例えばNa，Ｋ，Liおよびアミン等）を
ドーピングすることによつてそれぞれｐ型および
ｎ型の材料にすることができ、その電導度も半導
体領域から金属領域まで幅広く制御可能である。
また、π−共役系導電性高分子層６はもちろん他
の方法でもよいが、電解重合法で作製するのが有
利である。電解重合法によつて合成される膜は複
数の金属電極５上にのみ形成され、例えば電極５
１と５２の素子の分離に非常に都合がよい。他の
方法、たとえば蒸着法によつてπ−共役系導電性
高分子層６を作成する場合には、ドーピングを行
なつていない絶縁性薄膜をいつたん形成し、その
のち金属電極５上の部分のみを選択的にドーピン
グしてこれを導電性とすることが必要である。し
かるに電解重合法によれば、この工程を簡略化で
き、なおかつ、電極上の重合膜が周囲にまわり込
む限界まで素子間の距離を小さくとれ、小型化、
集積化にも有利である。

有機色素層７はメロシアニン、フタロシアニン
等が用いられるが、その高いインピーダンスのた
めに平板状に作成しても金属電極５１，５２など
の信号が混合することはなく、このため製造の際
にリソグラフイー技術を必要としない。また、そ
の有機色素層７をキヤスト法や蒸着法などでつく
ることができるので、大面積化も容易である。

また、有機色素としては、特定の波長の光を吸
収する能力を有するものであれば使用可能である
が、光電変換効率を考慮すると、色素内での電子
とホールの再結合を抑えて、これをπ−共役系高
分子側に能率良く移動させることにより、π−共
役系高分子層を増感する能力を有するものが好ま
しい。このような色素化合物としては、たとえば
ローダミンＢなどのキサンテン系、サフラニンＴ
などのフエナジン系、チオニン、メチレンブルー
などのフエノチアジン系およびメロシアニン、フ
タロシアニンなどのシアニン系のものなどがあげ
られる。これらは第１図に示したようにπ−共役
系高分子層６上に層状に形成される。

この有機色素層の形成方法は通常の溶媒キヤス
ト法（スピナーコート、スプレーコート法なども
含む）や蒸着法などでもよい。またピンホールレ
スであることや色素の内部インピーダンスが大き
くなりすぎないことを考慮すると、膜厚を200Å
〜1μmの範囲内とするのが好ましい。200Å以下
ではピンホールが生じやすくなり、1μm以上では
色素の内部インピーダンスが大きくなりすぎる。

また、有機色素の光吸収特性に応じて二種以上
のものを重ねて用いてもよい。また、ドーピング
処理されたπ−供役系高分子層６上に有機色素を
被着させることはπ−供役系高分子層を保護する
ことにもなり動作安定性を一段と増す結果につな
がつている。

上記金属電極８は蒸着によつて形成されるが、
照射光が有機色素層に到達するために透明または
半透明であることが必要である。その材料として
は金属であれば使用可能であるが、Al，In，Au
等がよく用いられる。

また、本実施例の光電変換素子の片面あるいは
全面を光透光性を損わない材料もしくは例えばシ
リコン樹脂、エポキシ樹脂などの紫外線のみ遮断
する材料で封止してもよい。

次に本実施例の作用効果について説明する。動
作原理の詳細については不明であるが、次のよう
に考えられる。光は半透明金属電極８の側から照
射され、有機色素層７において電子・正孔対が発
生して内部電界によつて電子・正孔対が分離さ
れ、起電力を発生する。

ここで内部電界発生のメカニズムとしては、上
部半透明金属電極８と有機色素層７がシヨツトキ
ー接合を形成している場合か、あるいは上部半透
明金属電極８と下部金属電極５の仕事関数に差が
ある場合が考えられる。またπ−共役系導電性高
分子層６を有機色素層７と下部金属電極５の間に
挟んだ構造の素子ではπ−共役系導電性高分子層
６が有機色素層７で発生した電子・正孔対を効率
よく分離してより大きな光起電力が得られる。さ
らに、有機色素層７とπ−共役系導電性高分子層
６がヘテロ接合を形成していればより大きな光起
電力が得られる。たとえば有機色素がｐ型である
とき、π−共役系導電性高分子がｐ型で、有機色
素内の正孔に対して障壁をつくらないバンド構造
のものであればよい。

このとき電子は半透明金属電極８の方へ、正孔
は金属電極５の方へ引き寄せられ、金属電極５側
に正の起電力が発生することになる。また、これ
は光電流としてとり出してもよい。この素子を第
２図のように複数個並べることによつて、１ライ
ンの画像を読取ることができる。

また本素子は従来の読取素子にくらべて次に述
べるような特徴を有する。

光電変換機能を有する層には従来無機物質たと
えばアルモフアスシリコンなどが用いられて来た
が、本実施例では有機色素層を用いることによつ
て、製造が簡便となつた。さらに、その高インピ
ーダンスのために膜の面内方向のキヤリアの移動
が少ないために平板状の膜を用いても隣の素子と
の電気的分離を効果的に行うことができ、大面積
化も容易である。

また、有機色素層７とヘテロ接合を形成するよ
うなπ−共役系導電性高分子層６を組み合わせる
ことによつて有機色素層７の光電変換能力は著し
く大きくなり、また複数の下部電極５上にのみπ
−共役系導電性高分子層６を設ける方法として電
解重合法は非常に有利である。絶縁体領域のπ−
供役系高分子を平板状に設け複数の下部金属電極
の上に重なる部分を選択的にドーピングする方法
もあるがこの方法は工程を複雑にする。

また特定の波長を強く吸収する有機色素を用い
ているために光電変換特性は波長依存性を示すこ
とになり、従つて本実施例の有機長尺薄膜読取素
子は色を検知することができ、有機色素を選択す
ることによつて特定の色に対する読取素子として
働かせることができる。従来無機半導体（例えば
アモルフアスシリコン）を用いた素子ではカラー
フイルターが必要であつたが、本実施例では、有
機色素にフイルター効果をもたせることができ、
工程が簡略化される。

また、一定の強度の白色光で照射された原稿に
対して出力信号の大きさの違いによつて３色ない
し４色を区別して検知することもできる。

以下、本発明の実施例による読取素子の製造方
法について説明する。

４cm×5.5cmのガラス基板上に真空蒸着法によ
つて厚さ1000Åのクロム（Cr）層を設け、更に
この上に金（Au）層を2000Åの厚さに真空蒸着
法によつて設けたものを作用電極とする。有効作
用電極面積は１mm×３mmでありこの有効作用電極
部を5μm離して10個並べてつくる。次に100mlの
アセトニトリルにピロール0.07ｇ、Ｎ−メチルピ
ロール0.35ｇおよびテトラエチルアンモニウムパ
ークロレート0.7ｇを溶解させ反応溶液を作る。
対極として白金（pt）電極を、参照電極として
SCE（飽和カロメル電極）を使用し、上記反応溶
液中に、作用電極と共に浸し、その後窒素ガス雰
囲気下で、作用電極を陽極として対極との間に一
定電流（0.15mA）を90分間流して、作用電極上
にπ−供役系高分子層を約2000Åの厚さに形成
し、アセトニトリルで洗浄後真空乾燥を行い、π
−供役系高分子試料を得る。次にπ−供役系高分
子層試料上にさらに真空蒸着法でメロシアニン色
素（日本感光色素社製：NK−2045）を800Åの
厚さに形成し、さらにその上にアルミニウム
（Al）層を真空蒸着する。このときのAl層単独の
光透過率は500nmの単色光に対して10％であつ
た。このようにして光電変換素子試料を得る。

次にこのようにして得た試料に対してAu側を
正、Al側を負として行なつた光電変換特性の測
定方法及び測定結果を以下に示す。

250Wのクセノンランプおよび紫外線カツトフ
イルター（東芝製UV−38）、熱線カツトフイル
ター（保谷ガラス製HA−30）を用い分光器によ
つて分光された受光面で46μW／cm²の波長520nm
の光を試料のAl電極側から照射した。光照射開
始３分後に各試料が発生した開放端電圧V_pc（Ｖ）
および短絡電流I_sc（μA／cm²）は0.9（Ｖ）および３
×10^-2（μA／cm²）であつた、光遮断時には開放端
電圧V_pcはほぼ0V、短絡暗電流は1.6×10^-4（μA／
cm²）であつた。従つて光による短絡電流のスイツ
チング比は約200でありこのような微小な光に対
しても大きな値を持つており、読取素子としての
性能を備えていることがわかる。

また素子間の電気的分離は以下のようにして試
験した。マイクロステージ上に読取素子全体を固
定し素子上に光を照射する。光は、分光器から出
た単色光（250nm）の焦点が素子上に来るように
配置する。このとき光の照射されている部分と遮
光された部分の境界は鋭い。そして、マイクロス
テージを動作して隣合つた各素子での光起電力の
差を調べた。このときある素子に光が照射されて
いても、隣合う光の照射されない素子は光起電力
を生じないことがわかつた。また光が隣合う２素
子のギヤツプ上に照射されても、光の照射されて
いない素子は光起電力を発生せず、有機色素層で
発生した光キヤリアは該層の面内方向には拡散せ
ず垂直方向にのみ効率よく分離され、光起電力を
生ずることがわかる。

また、この素子の短絡電流I_SCの照射光波長依
存性について調べた。250Wのクセノンランプお
よびモノクロメーター（ニコンｐ−250）を用い
て、受光面で46μW／cm²の光を試料のAl電極側か
ら照射し、I_SC（Ａ）光波長依存性を測定した。こ
の測定結果を第３図に示す。図からわかるように
波長500−550（mm）の緑色光に最も感度が高く、
650（mm）の赤色光に対して感度が低い。この感度
差のために照射光強度一定のとき、緑、黄、赤３
色に対して、出力信号強度のレベルが大きく違つ
てくるので適当なしきい値レベルを設定してやる
ことによつてカラー読取素子として用いることが
できる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明にかかる有機長尺薄膜読
取素子によれば、光電変換層を有機色素により構
成したので、隣接する画像素子間を効果的に絶縁
することができ、これにより製造法が簡単とな
り、安価なものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による有機長尺読取
素子の断面図、第２図は該素子を上部半透明電極
側から見た図、第３図は上記素子の照射光波長
（nm）による短絡電流（Ａ）変化を示す特性図、
第４図は従来のプレーナー型読取素子を示す概略
図である。 ５…下部金属電極、６…π−供役系高分子層、
７…有機色素層、８…上部半透明金属電極、９…
基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の透明または半透明金属電極とピツト毎
   に分割された複数の第２の金属電極との間に光電
   変換能力をもつ平板状有機色素層を挿入してなる
   読取素子を、 上記第１あるいは第２の金属電極を下にして絶
   縁基板上に設けてなることを特徴とする有機長尺
   薄膜読取素子。 ２ 上記絶縁基板は透明体からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の有機長尺薄膜読
   取素子。 ３ 上記有機色素層と該層下側の金属電極との間
   にπ−共役系高分子層が挿入されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   有機長尺薄膜読取素子。 ４ 上記π−共役系高分子層は電解重合法により
   作製されたものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第３項記載の有機長尺薄膜読取素子。 ５ 上記π−共役系高分子層がポリピロール、ポ
   リ−Ｎ−置換ピロール、ピロールとＮ−置換ピロ
   ールの共重合体、ポリチオフエン、ポリアニリ
   ン、ポリフランおよびポリアズレンの内少なくと
   も一種により形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項又は第４項記載の有機長尺薄
   膜読取素子。 ６ 上記π−共役系高分子層と有機色素層がpp
   型またはnn型のヘテロ接合を形成することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項ないし第５項のい
   ずれかに記載の有機長尺薄膜読取素子。