JPH05347397A

JPH05347397A - ラインイメージセンサ、ファクシミリ装置

Info

Publication number: JPH05347397A
Application number: JP4156319A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Shimizu; 浩也清水; Tatsuya Nagata; 達也永田; Michihiro Watanabe; 道弘渡邊; Satoru Hashimoto; 悟橋本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1992-06-16
Publication date: 1993-12-27

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で高品質に画像読み取りが行えるライン
イメージセンサを提供する。【構成】透光性基板１０２の一方の側に非晶質半導体
１０７を、複数の受光素子１０４と薄膜トランジスタ１
０５との活性層として形成し、反対側に非晶質半導体１
０７のバンドギャップエネルギーと等しいかまたは大き
いエネルギーをもつ波長の光と、非晶質半導体１０７の
バンドギャップエネルギーよりも小さいエネルギーを持
つ波長の光１１５を放射する２種類の光源を配置する。【効果】光１１４が受光素子１０４内で大きな光電流
を生じてセンサ動作を効率よく行い、光１１４が薄膜ト
ランジスタ１０５内のリーク電流を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリやイメー
ジスキャナ等に用いられる原稿読み取り用のラインイメ
ージセンサ及びそれを用いたファクシミリ装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のラインイメージセンサは、特開昭
６１−２３４５６０号記載のように、透光性基板上に、
原稿からの反射光を受光する受光素子（光電変換素子）
と、この素子の駆動回路（またはスイッチに用いる薄膜
トランジスタ）の活性層である非晶質半導体とを形成
し、更に原稿からの反射光の一部である散乱光が上記駆
動回路へ入力するのを防ぐために、駆動回路の上部に光
導電性薄膜から成る遮光層を形成していた。駆動回路に
散乱光が入射すると、駆動回路にリーク電流が流れ、正
しい駆動ができなくなる恐れがあるためである。駆動回
路及びスイッチに用いる薄膜トランジスタでの等価回路
を図２に示す。受光素子に直列にラッチコンデンサが形
成され、コンデンサの出力端から薄膜トランジスタが出
力され、このトランジスタのスイッチングを駆動回路が
行う回路例を示している。この回路で受光素子へ原稿か
らの反射光が入射するのは当然であるが、薄膜トランジ
スタや駆動回路に散乱光等の光が入射すると、リーク電
流が発生し、スイッチング性能の低下、駆動回路の駆動
性能が低下する。こうした散乱光の入射を避けるため
に、遮光層を設けたのである。

【０００３】特開昭６２−１０４１６４号記載のライン
イメージセンサでは、透光性基板上に受光素子の活性層
である非晶質半導体を形成し、受光素子の概略上部に、
金属薄膜から成る遮光層を設けて、光検出感度の低下や
不要な光電流の流れるのを抑制していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、い
ずれも金属薄膜の遮光層を用いるため、他の電極などと
の間に寄生容量が形成される。この例を図３に示す。光
源１００からの散乱光の薄膜トランジスタ１０５への入
射を防止するために、図２に示すように、薄膜トランジ
スタ１０５の上部に遮光層２０１が設けてある。この様
な構成とすると、遮光層２０１と上部電極１０９及びゲ
ート電極１０３との間に寄生容量が生じ、薄膜トランジ
スタ駆動時に、この寄生容量の充放電が生じる分、動作
が遅くなる。従って、駆動速度を確保するためには、そ
の分、薄膜トランジスタのサイズを大きくしなければ成
らず、結果的にこれがラインイメージセンサのサイズを
大きくすることにつながっていた。即ち、薄膜トランジ
スタや受光素子はこの寄生容量を高速充電して動作させ
る必要があるから、トランジスタや受光素子を大きいサ
イズにして大きな電力で回路を動作させることになる。
このため、ラインイメージセンサ１個当りの基板のサイ
ズが大きくなり、小型化の障害となる、１枚の基板材料
から取得できるラインイメージセンサの個数が少なくな
ってラインイメージセンサの価格が高価になるという問
題点があり、また遮光層形成に伴う製造工程の増加、複
雑化のためにも高価格になるという問題点があった。さ
らに、遮光層を設けても薄膜トランジスタや受光素子の
活性層への光入射を完全に防止することはできず、ライ
ンイメージセンサの読み取り特性が低下するという問題
があった。

【０００５】本発明の目的は、小型化が可能で、１枚の
基板材料からより多くが取得でき、その製造工程がより
簡単で製造の所用時間を短縮できる、安価なラインイメ
ージセンサを提供するにあり、さらに散乱光の入射によ
る読み取り特性の低下を防止した、高性能なラインイメ
ージセンサを提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、透光性基
板上の一方の側に、複数の受光素子と、各受光素子の駆
動回路またはスイッチとしての複数の薄膜トランジスタ
とを、同じバンドギャップエネルギーを有する非晶質半
導体をその活性層として形成し、透光性基板の他の側に
第１及び第２の光源を設けるとともに、上記第１の光源
はその光子１個当りのエネルギーが上記バンドギャップ
エネルギーに等しいか大きい波長の光を出力し、上記第
２の光源はその光子１個当りのエネルギーが上記バンド
ギャップエネルギーよりも小さい波長の光を出力し、上
記第１の光源からの出力光が上記受光素子を選択的に照
射し、かつ上記第２の光源からの出力光が上記薄膜トラ
ンジスタを選択的に照射するように構成することにより
達成され、また、透光性基板の一方の側に、その活性層
として第１の非晶質半導体を用いた受光素子と、各受光
素子の駆動回路またはスイッチとしての、その活性層と
して上記第１の非晶質半導体よりも大きいエネルギーギ
ャップを有する第２の非晶質半導体を用いた複数の薄膜
トランジスタとを形成し、透光性基板の他方の側に１つ
の光源を設けるとともに、上記光源は、その光子１個当
りのエネルギーが上記第１の非晶質半導体のバンドギャ
ップエネルギーよりも大きくかつ上記第２の非晶質半導
体のバンドギャップエネルギーよりも小さい波長の光を
出力するように構成することにより達成される。

【０００７】

【作用】透光性基板上に同じ非晶質半導体を用いて受光
素子及び薄膜トランジスタを形成し、２つの光源でこれ
らを励起する場合には、第１の光源は非晶質半導体のバ
ンドギャップエネルギーと等しいかまたは大きいエネル
ギーの光を照射して非晶質半導体の価電子帯の電子を伝
導帯へと効率よく励起することができるので、これを用
いて読み取り特性を向上できる。一方、第２の光源は非
晶質半導体のバンドギャップエネルギーよりも小さいエ
ネルギーの光を出力するから、非晶質半導体の禁制帯に
存在する局在状態中に捕獲されている電子または正孔を
励起し、これらを局在状態から放出させることができ
る。その結果、電荷の中性条件のため、伝導帯に留まる
ことのできる電子または価電子帯に留まることのできる
正孔の数が減少し、上記局在状態の存在による薄膜トラ
ンジスタや受光素子のリーク電流や、非励起時の電流を
大幅に減らすことができ、センサとしての性能を向上す
ることができる。そしてこの効果により、従来のような
遮光層の設置を省略、またはその面積を縮小することが
できるから、素子の寄生容量をなくす、または低下させ
ることができ、その分、素子のサイズを縮小することが
できる。従って、ラインイメージセンサのサイズも縮小
することが可能となり、価格もより安価にすることがで
きる。

【０００８】受光素子を構成する非晶質半導体層のバン
ドギャップエネルギーよりも、薄膜トランジスタを構成
する非晶質半導体のバンドギャップエネルギーの方がよ
り大きくなるようにした場合には、この２つのバンドギ
ャップエネルギーの間の大きさのエネルギーを持つ光を
光源から出力することで、前述の２光源の場合と同じ効
果が得られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。図１は本発明になるラインイメージセンサの一実施
例を示す断面図である。ラインセンサは、紙面の奥行き
方向にＡ４〜Ｂ４の如き紙サイズの１ライン又は複数ラ
インを読み取るように複数の受光素子が配列されてい
る。勿論、１個の受光素子においては、図２の如き等価
回路が形成される。透光性基板１０２上には、光源１０
０及び１０１からの直接光が受光素子１０４及び薄膜ト
ランジスタ１０５（受光素子１０４の駆動またはスイッ
チとして動作）に入射することを防ぐための遮光層１０
３が形成されており、この遮光層１０３は薄膜トランジ
スタ１０５のゲート電極もかねている。この上に絶縁層
１０６、活性層である非晶質半導体１０７、上部電極１
０９との電気的接続を良好にするための強いｎ型または
強いＰ型の非晶質半導体１０８、上部電極１０９が形成
され、さらに最上部には保護層１１０が形成されてい
る。受光素子１０４は、図１の左側の遮光層１０３から
上部電極１０９の間の層構造により形成されており、薄
膜トランジスタ１０５は同図中央及び右側の部分の同様
な層構造から形成されている。フィルム（またはガラス
板）１１１は、原稿１１２との摩擦による保護層１１０
の摩耗を防止するために設けられている。プラテンロー
ラ１１３は、原稿１１２をラインイメージセンサに押し
付けながら原稿を送る。

【００１０】本実施例においては、２つの光源１００、
１０１を設けている。即ち、光源１００は、光子１個当
りのエネルギーが非晶質半導体層１０７のバンドギャッ
プエネルギーと等しいかまたは大きい波長の光１１４を
放射し、光源１０１は、光子１個当りのエネルギーが非
晶質半導体層１０７のバンドギャップエネルギーよりも
小さい波長の光１１５を放射する。さらに光源１００
は、これから放射される光１１４が原稿１１２に達した
後、効率よく受光素子１０４の活性層に入射するよう
に、受光素子１０４の概略下方に配置し、一方光源１０
１は、これから放射される光１１５が薄膜トランジスタ
１０５を照射するように、薄膜トランジスタ１０５のほ
ぼ下方に配置すると良い。これら光源１００及び光源１
０１は、蛍光灯等でも良いが、その大きさや、使用する
非晶質半導体層１０７のバンドギャップエネルギーに応
じた光が簡単に得られ、しかも安価な発光ダイオードを
用いてもよい。また、光源１００から放射される光が薄
膜トランジスタ１０７に入射してリーク電流を生じるこ
とをできるだけ防ぐために、光源１００と光源１０１の
間に非透光性のスペーサ１１６を配置しても良い。

【００１１】以上のような光源を用いたときの動作を説
明する。図４は非晶質半導体１０７のエネルギー準位図
で、非晶質半導体には、伝導帯中の電子３０２を捕獲し
た電子３０５や価電子帯の正孔３０３を捕獲した正孔３
０４が禁制帯中の局在準位３０１に多数存在している。
このため、バンドギャップエネルギーよりも大きいか等
しい光子１個当りのエネルギーを持つ光１１４により直
接励起された電子及び正孔以外にも、局在準位に捕獲さ
れた電子や正孔を含めて電荷の中性条件が成立しなけれ
ばならない。このため、局在準位に電子や正孔が捕獲さ
れた状態ではその分だけ過剰の電子が伝導帯に、過剰の
正孔が価電子帯に存在することになり、これが薄膜トラ
ンジスタのリーク電流の源となる。ところが図１の実施
例では、この非晶質半導体を図５に示すように、バンド
ギャップエネルギーよりも小さい光子１個当りのエネル
ギーを持つ光１１５により照射する。そうすると電子ま
たは正孔を捕獲していた局在準位は、電子と正孔の対を
作ることなく空になり、光電流はほとんど無視できるほ
どに小さくなる。光電流のみならず、暗状態において流
れる電流、つまり薄膜トランジスタのオフ電流も減少さ
せることができる。

【００１２】図６は本発明になるラインイメージセンサ
の別の実施例の断面図である。本実施例は、基本的な構
成は図１と同様であるが、受光素子１０４に用いる非晶
質半導体５０１のバンドギャップエネルギーが、薄膜ト
ランジスタ１０５に用いる非晶質半導体５０２のバンド
ギャップエネルギーよりも小さいものが用いられてお
り、光源は単一の光源５００だけを用いる。この構成で
は、非晶質半導体５０１での電子の伝導帯への励起割合
よりも非晶質半導体５０２での電子の伝導帯への励起割
合の方が低く、その結果、光入射による薄膜トランジス
タ１０５のリーク電流を低減することができる。光源５
００より放射される光５０３は、その光子１個当りのエ
ネルギーを、非晶質半導体５０１のバンドギャップエネ
ルギーよりも等しいか大きく、かつ非晶質半導体５０２
のバンドギャップエネルギーよりも小さいように設定す
れば、非晶質半導体５０２での電子の伝導帯への励起は
ほとんど生じないため、なお望ましい。なお、非晶質半
導体５０１と非晶質半導体５０２のバンドギャップエネ
ルギーに差を生じさせるためには、バンドギャップエネ
ルギーに差のある材料をそれぞれ成膜しても良い。ま
た、一般に非晶質半導体を薄膜技術を用いて成膜する際
に、成膜時の温度にバンドギャップエネルギーの大きさ
が依存する性質があり、これを利用して、非晶質半導体
５０１と５０２のうち、より高温で成膜した方が良いも
のに関し、これをまず形成し、続いてもう一方をより低
温で成膜すれば、単一の材料でありながら、バンドギャ
ップエネルギーに差を生じさせることが可能である。本
実施例によれば、受光素子の感度を高く保ったまま、薄
膜トランジスタのリーク電流を低減でき、高品質の画像
読み取りを行うことができる効果がある。

【００１３】図７は、本発明のラインイメージセンサを
ファクシミリに実装したときの一例を示す断面図で、ラ
インイメージセンサ６００、プラテンローラ１１３、感
熱記録ヘッド６０１、感熱紙６０２を示しており、他の
回路、電源等は省略している。ラインイメージセンサ６
００は、図１の断面図に示すような構成となっており、
光源や保護のためのガラス板またはフィルムも含んでい
るものである。この図に示すように、原稿を矢印６０３
の方向より、原稿面を下側にして入れると、原稿はプラ
テンローラ１１３によりラインイメージセンサ６００に
押しつけられ、読み取りが行われる。また、感熱紙６０
２はプラテンローラ６０４で感熱記録ヘッド６０１の発
熱素子に押しつけられ、こうして記録面が得られる。こ
のように、ファクシミリの実装は、ラインイメージセン
サ及びプラテンローラによって形成される読み取り系
と、感熱記録ヘッド及びプラテンローラによって構成さ
れる記録系の配置によりデザインが制約されるが、本発
明のラインイメージセンサを用いれば小型化が可能であ
るので、図７のようにコンパクトな設計が可能となり、
設計の自由度が増す効果がある。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、薄膜トランジスタの上
部にリーク電流低減のための遮光膜を必要としないか
ら、ラインイメージセンサの製造工程のうち、複雑で時
間を要する成膜工程を低減でき、また、薄膜トランジス
タの不必要な寄生容量を低減できるから、駆動回路やス
イッチを構成する薄膜トランジスタのサイズを縮小でき
るため、ラインイメージセンサに使用する透光性基板の
サイズも縮小でき、製造コスト及び材料コストが低減で
きる効果があり、さらに小型化によって、ラインイメー
ジセンサを用いたファクシミリやイメージスキャナの小
型化及び設計自由度が向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のラインイメージセンサの一実施例を示
す断面図である。

【図２】従来例での等価回路図である。

【図３】従来の薄膜トランジスタの断面図である。

【図４】非晶質半導体のエネルギー準位図である。

【図５】非晶質半導体のエネルギー準位図である。

【図６】本発明のラインイメージセンサの別の実施例を
示す断面図である。

【図７】本発明のラインイメージセンサを用いたファク
シミリの例を示す断面図である。

【符号の説明】

１００光源１０１光源１０２透光性基板１０４受光素子１０５薄膜トランジスタ１０７非晶質半導体３０１局在準位５０１非晶質半導体層５０２非晶質半導体層６００ラインイメージセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 1/04 １０２ 7251−5Ｃ (72)発明者橋本悟神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板上の一方の側に、複数の受光
素子と、各受光素子の駆動回路またはスイッチとしての
複数の薄膜トランジスタとを、同じバンドギャップエネ
ルギーを有する非晶質半導体をその活性層として形成
し、透光性基板の他の側に第１及び第２の光源を設ける
とともに、上記第１の光源はその光子１個当りのエネル
ギーが上記バンドギャップエネルギーに等しいか大きい
波長の光を出力し、上記第２の光源はその光子１個当り
のエネルギーが上記バンドギャップエネルギーよりも小
さい波長の光を出力することを特徴とするラインイメー
ジセンサ。
【請求項２】前記第１の光源からの出力光が前記受光
素子を選択的に照射し、かつ前記第２の光源からの出力
光が前記薄膜トランジスタを選択的に照射するように構
成したことを特徴とする請求項１記載のラインイメージ
センサ。
【請求項３】前記第１及び第２の光源は発光ダイオー
ドよりなることを特徴とする請求項１または２に記載の
ラインイメージセンサ。
【請求項４】透光性基板の一方の側に、その活性層
として第１の非晶質半導体を用いた受光素子と、各受光
素子の駆動回路またはスイッチとしての、その活性層と
して上記第１の非晶質半導体よりも大きいエネルギーギ
ャップを有する第２の非晶質半導体を用いた複数の薄膜
トランジスタとを形成し、透光性基板の他方の側に１つ
の光源を設けるとともに、上記光源は、その光子１個当
りのエネルギーが上記第１の非晶質半導体のバンドギャ
ップエネルギーよりも大きくかつ上記第２の非晶質半導
体のバンドギャップエネルギーよりも小さい波長の光を
出力することを特徴とするラインイメージセンサ。
【請求項５】請求項１または２または３または４に記
載のラインイメージセンサを用いたファクシミリ装置。