KR100595795B1 - 화상 판독 장치 및 화상 판독 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 화상 판독 장치는, Cs 전극의 구동 전압의 극성을 판독 사이클(프레임)마다 반전시키고 있다. 예를 들면, 홀수의 사이클(프레임)에서는 축적 용량에 플러스의 전하를 충전하고, 짝수의 사이클(프레임)에서는 축적 용량에 마이너스의 전하를 충전하여 Cs 전극을 구동한다. 이에 의해, 축적 용량이나 TFT의 전기 특성이 변화되기 어렵고, 장기간에 걸쳐 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 화상 판독 장치를 제공할 수 있다.
광 응답성, 박막 트랜지스터, 드레인 전극
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 판독 장치에 의한 원고 화상의 판독 시의 1개의 화소에서의 Cs 반전 구동을 도시하는 타이밍차트.
도 2는 본 발명의 화상 판독 장치의 간이한 구성을 도시하는 회로도.
도 3은 도 2의 화상 판독 장치가 구비하고 있는 TFT 부분을 도시하는 단면도.
도 4는 도 2의 화상 판독 장치에 의한 화상 판독 동작을 도시하는 흐름도.
도 5는 도 2의 화상 판독 장치 내에서의 1개의 소스선에 대응하는 등가 회로와 판독 회로를 도시하는 회로도.
도 6은 도 5의 등가 회로 및 판독 회로에 대한 다른 예를 나타내는 회로도.
도 7은 도 2의 화상 판독 장치에 의한 각 프레임마다의 Cs 반전 구동을 도시하는 타이밍차트.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상 판독 장치에 의한 Cs 반전 구동을 도시하는 타이밍차트.
도 9는 종래의 화상 판독 장치를 갖춘 액티브 매트릭스형 화상 판독 장치를 도시하는 평면도.
도 10은 광 검출용 TFT의 일반적인 특성인, 게이트 전압과 소스-드레인 간 전류와의 관계를 도시하는 그래프.
도 11은 종래의 화상 판독 장치에 의한 구동을 도시하는 타이밍차트.
도 12는 종래의 화상 판독 장치에 의한 전체의 구동을 도시하는 타이밍차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 원고
2 : 조사광
3 : 보호 기재(또는 원고대)
4 : n+ 실리콘층
5 : 보호막(또는 평탄화막)
6 : 개구부
7 : 박막 트랜지스터
8 : 광전 변환 소자
9 : 절연성 기판
10 : 소스 전극
11 : 게이트 전극
12 : 반도체층(감광성 반도체층)
13 : 게이트 절연막
14 : 절연막
15 : 드레인 전극
16 : Cs 전극
18 : 백 라이트
22 : 화소 용량
본 발명은 원고, 사진 등의 화상을 판독할 수 있는 화상 판독 장치에 관한 것으로, 특히 광 응답성을 갖는 박막 포토 트랜지스터(TFT)를 광 검출 소자로 이용한 화상 판독 장치에 관한 것이다.
종래, 광 검출 소자(포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등)와 스위칭 소자(박막 트랜지스터 등)를 2차원형상으로 배열시킨 액티브 매트릭스형의 2차원 이미지 센서(화상 판독 장치)가 개발되어 있다(실개평 2-8055호 공보(공개일: 1990년 1월 18일) 특허 문헌 1 참조).
이러한 2차원 이미지 센서로 사용되는 액티브 매트릭스 어레이(액티브 매트릭스 기판)는 도 9에 도시한 바와 같이, 서로 교차하는 소스 배선(s1, s2, …, sm)과 게이트 배선(g1, g2, …, gn)과, 이들의 교차 부분에 XY 매트릭스 형상으로 배열된 화소를 구비하고 있다. 그리고, 각 화소에는 광 센서용 TFT(광 검출용 박막 트랜지스터), 스위칭용 TFT(스위칭용 박막 트랜지스터), 및 축적 용량이 구비되어 있다.
2차원 이미지 센서에 있어서는, 소스-드레인 간 전극이 고저항으로 되어 있는 상태, 즉 광 센서용 TFT가 오프가 되도록 게이트 전극의 전압을 Vg1로 설정한 상태에서, 판독 원고에 대하여 광을 조사한다. 그리고, 원고면으로부터의 반사광이 광 센서용 TFT에 입사되면, 광 센서용 TFT의 저항값이 저저항화되기 때문에, 도 10에 도시한 바와 같이, 소스-드레인 간의 전류가 암 전류(Idark)로부터 명 전류(Iphoto)로 변화한다.
이 원리를 이용하면, 광이 조사되는 원고 등의 피사체의 밝기, 즉 광의 반사율에 의해 소스-드레인 간의 전류의 크기가 변화하기 때문에, 이 Idark와 Iphoto와의 차가, 각 화소의 축적 용량에 축적되는 전하량, 또는 축적 용량으로부터 방전되는 전하량의 차가 되어 나타난다.
따라서, 이 축적 용량의 전하량 분포(면내 분포)를, 액티브 매트릭스 기판의 스위칭용 TFT를 이용하여 순차 판독함으로써 피사체의 2차원 정보를 얻을 수 있다.
그러나, 상기 종래의 2차원 이미지 센서 등의 화상 판독 장치는, 이하에 도시한 바와 같은 문제점을 갖고 있다.
즉, 종래의 화상 판독 장치에서는, Cs 전극의 구동 전압의 극성을, 판독 사이클(프레임)을 통하여 항상 동일한 극성으로 하면, 장기간의 사용에 있어서는 TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스의 스트레스가 인가되고, TFT 소자나 축적 용량의 전기 특성이 변화한다고 하는 문제가 발생한다.
구체적으로는, DC 바이어스 스트레스를 받아 절연막 중에 포획된 전하의 영 향에 의해 축적 용량에서의 전위의 변동이나 극성의 비대칭성이 약간이지만 발생한다.
이와 같이, 종래의 화상 판독 장치는 장기간의 사용에서의 신뢰성의 면에서 과제를 갖는다.
본 발명은, 상기한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 축적 용량이나 TFT의 전기 특성이 변화하기 어려워, 장기간에 걸쳐 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 화상 판독 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 화상 판독 장치는, 상기 목적을 달성하기 위해서, 광 응답성을 갖는 박막 트랜지스터 및 해당 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속된 축적 용량을 갖는 광전 변환 소자와, 상기 박막 트랜지스터에 조사되는 광의 강약에 따라 변화하는 해당 축적 용량의 전하량을 검출하는 광전 변환량 검출부와, 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극의 전위를 중심으로 하여 반전시키는 제어부를 포함한다.
상기한 구성에 따르면, 제어부에 의해, 예를 들면 1 프레임마다 Cs 전극(축적 용량의 드레인 전극과 접속된 측과는 다른 측의 전극)에 인가하는 구동 전압을 반전시켜서, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 반전시킴으로써 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 프레임마다 반전시킬 수 있기 때문에, 박막 트랜지스터의 TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 방지하여, 장기간의 사용에서도 전기적 특성의 변화가 없는 신뢰성이 우수한 화상 판독 장치 를 얻을 수 있다.
즉, 종래의 화상 판독 장치에 의한 원고 화상의 판독에서는 Cs 전극의 구동 전압으로서 항상 동일한 극성의 전압을 인가하고 있기 때문에 TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 걸리게 된다. 이 DC 바이어스 스트레스는 TFT 소자나 축적 용량의 전기적 특성을 변화시켜서, 화상 판독 장치의 신뢰성을 저하시키게 된다.
그래서, 본 발명의 화상 판독 장치는, 축적 용량에 양음 쌍방의 극성의 전하가 축적되도록 Cs 전극을 구동함으로써, TFT 소자나 축적 용량에 대하여, Cs 배선의 입력 신호에 기인하는 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 방지하여, 장기간의 사용에 있어서도 TFT 소자나 화소 전극의 전기적 특성이 변화하지 않는 신뢰성이 높은 화상 판독 장치를 얻을 수 있다.
상기 제어부는 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을, 1회의 화상 판독 사이클마다 또는 복수회의 화상 판독 사이클마다 반전시키는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 1회 혹은 복수회의 화상 판독 사이클이 종료할 때마다, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 반전하기 때문에, TFT 소자나 축적 용량의 전기적 특성의 변화를 방지하여, 신뢰성이 높은 화상 판독 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징, 및 우수한 점은 이하에 도시하는 기재에 의해 충분히 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 이점은 첨부 도면을 참조한 다음 설명에서 명백해질 것이다.
〔실시예 1〕
본 발명의 화상 판독 장치 및 화상 판독 방법의 일 실시예에 따른 화상 판독 장치에 대하여, 도 1∼도 7을 이용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시예의 화상 판독 장치(20)는 도 2에 도시한 바와 같이, 광 검출용 TFT와 스위칭용 TFT를 겸용하는 TFT 소자(21)를 갖춘 화상 판독 장치이다.
화상 판독 장치(20)는 서로 직교하는 게이트 배선(g1 … gn)(이하 「g」라고 기재함) 및 소스 배선(s1 … sn)(이하 「s」라고 기재함), 게이트 배선(g)과 평행하게 배치된 용량 배선 Cs, 게이트 배선(g)과 소스 배선(s)과의 교차 부분에 배치된 TFT 소자(박막 트랜지스터)(21) 및 화소 용량(축적 용량)(22), 게이트 배선(g)과 접속된 구동 회로(23), 소스 배선(s)과 접속된 판독 회로(24)를 구비하고 있다.
여기서, 이 TFT 소자(21)를 구성하는 광 검출용 박막 트랜지스터에 대하여, 도 3을 이용하여 자세히 설명하면, 이하와 같다. 도 3은 화상 판독 장치(20)에서의 1 화소의 단면도이다.
광 검출용 박막 트랜지스터(7)는 역스태거형 박막 트랜지스터로서, 절연성 기판(9) 상에 알루미늄(Al)이나 탄탈(Ta) 등으로 이루어지는 게이트 전극(11)이 형성되어 있고, 이 게이트 전극(11) 및 절연성 기판(9)을 피복하도록 질화 실리콘(SiN)으로 이루어지는 게이트 절연막(13)이 형성되어 있다.
상기 게이트 전극(11) 상에는 게이트 전극(11)과 대향하는 위치에, i형 비정질 실리콘(i-a-Si)으로 형성된 반도체층(감광성 반도체층)(12)이 형성되어 있고, 상기 반도체층(12) 상에 소정의 간격을 두고 서로 대향하는 위치에 소스 전극(10) 및 드레인 전극(15)이 형성되어 있다.
이들 소스 전극(10) 및 드레인 전극(15)은 각각 n+ 실리콘층(4)을 개재하여 반도체층(12)과 접속되어 있다.
소스 전극(10) 및 드레인 전극(15)의 상부에는 절연막(14)(보호층)이 형성되고, 이들에 의해 트랜지스터(역스태거형 박막 트랜지스터)가 구성되어 있다. 또, 도 3 중, 참조 부호 5는 보호막(또는 평탄화막), 참조 부호 3은 보호 기재(또는 원고대), 참조 부호 8은 광전 변환 소자이다. 또한, 도 3 중 참조 부호 16은 게이트 전극(11)과 동층에 형성된 용량 배선 Cs에 이어지는 Cs 전극으로, 이 부분에 화소 용량(22)이 구성되어 있다.
여기서, 광은 절연성 기판(9)측의 백 라이트(18)로부터 조사된다. 백 라이트(18)로부터 조사된 조사광(2)은 개구부(6)를 투과하고, 원고(1)에서 반사하여 광 검출용 박막 트랜지스터(7)의 반도체층(12)을 조사한다.
그리고, 광 검출용 박막 트랜지스터(7)는 게이트 전극(11)에 인가하는 전압을 제어함으로써, 도통 상태와 비도통 상태를 제어할 수 있다. 예를 들면, 광 검출용 박막 트랜지스터(7)의 게이트 전극(11)에 정전압을 인가한 경우에는, 반도체층(12)에 n 채널이 형성된다. 여기서, 소스 전극(10)과 드레인 전극(15)과의 사이에 전압을 인가하면, 소스 전극(10)과 드레인 전극(15)과의 사이에 전류가 흐른다.
상기 광 검출용 박막 트랜지스터(7)의 게이트 전압과 드레인 전류와의 관계를 나타내면, 도 10에 도시하는 그래프와 같이 된다. 곡선 Iphoto는 광이 조사된 화소에서의 게이트 전압과 드레인 전류와의 관계를 나타낸다. 곡선 Idark는 광이 조사되어 있지 않은 화소에서의 게이트 전압과 드레인 전류와의 관계를 나타낸다.
즉, 도 10에 도시하는 곡선 Iphoto와 같이, 비도통 상태(게이트 전극(11)에 마이너스 전압을 인가한 상태)에서의 광 조사 시에는 반도체층(12)에 캐리어가 유기되고, 소스 전극(10)과 드레인 전극(15)과의 사이에, 조사광에 의해 유기된 전자정공의 수, 즉 조사광의 광량에 따른 드레인 전류가 흐른다. 또한, 광 비조사 시에는 도 4에 도시한 곡선 Idark로 나타낸 바와 같이, 드레인 전류는 매우 작고, 예를 들면 10-14A(암페어) 정도로 할 수 있다.
그 결과, 광 검출용 박막 트랜지스터(7)는 광조사 시의 드레인 전류(Iphoto)와 광 무조사 시의 드레인 전류(Idark)와의 차를 크게 취할 수 있다. 또한, 이 광조사 시의 드레인 전류와, 광 무조사 시의 드레인 전류를 소정의 시간 축적함으로써, 그 차를 보다 크게 취할 수 있어, 다이내믹 레인지가 큰 광전 변환 소자(8)를 얻을 수 있다.
또, 여기서는 광 검출용 박막 트랜지스터(7)로서, 역스태거형 박막 트랜지스터를 예로 들었지만, 상부 게이트 전극이 광 투과성의 재질인 경우에는 스태거형 박막 트랜지스터의 구성으로 되어도 된다.
다음에, 본 실시예의 화상 판독 장치(20)에 의한 구동 방법에 대하여, 도 4의 흐름도를 이용하여 설명하면, 이하와 같다.
화상 판독 장치(20)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 하기의 기본 단계(이하, S로 나타냄) 1∼3에 따라 동작하고, 원고 화상의 판독을 행한다.
S1에서는, 소스 배선(s) 또는 용량 배선 Cs를 이용하여, 화소 용량(22)을 미리 소정의 값이 될 때까지 충전하고, 화소 용량(22)의 프리차지를 행한다.
S2에서는, 백 라이트(18)를 점등함과 함께, S1에서 각 화소의 화소 용량(22)에 충전한 전하를, TFT 소자(21)를 통하여 소정 시간 방출한다. 이 때, 도 10에 도시한 바와 같이, 광이 조사된 화소로부터는 소스-드레인 간 전류 Iphoto, 광이 조사되어 있지 않은 화소로부터는 소스-드레인 간 전류 Idark가 각각 출력되게 된다.
S3에서는, 백 라이트(18)를 오프함과 함께, 상기 화소 용량(22)에 남은 전하를 소스 배선(s)과 접속된 판독 회로(24)에 의해 검출하여 판독한다. 이것으로써, 판독한 원고 화상에 대응하는 화상 정보를 얻을 수 있다.
또, 연속하여 복수의 원고 화상을 판독하는 경우에는, 상기 S1∼S3을 순차 반복하면 된다.
다음에, 도 2에 도시하는 매트릭스 배선 중, 소스선(s) 한개분의 등가 회로도와, 해당 소스선(s)과 접속되어 있는 판독 회로(광전 변환량 검출 수단, 광전 변환량 검출부)(24)에 대하여 도 5를 이용하여 설명하면 이하와 같다.
판독 회로(24)는, 내부에, 전하 적분 증폭기(이하, CSA)(31), 증폭기(32), 샘플 홀드 회로(이하, S/H 회로)(33) 등을 판독 회로(24)가 검출하는 라인수분(예를 들면, 수백 라인) 구비한다. 또한, S/H 회로(33)의 후단에는, 도시하지 않은 아날로그 멀티플렉서를 통하여, 아날로그/디지털 변환 회로(이하, A/D 컨버터)(34)를 갖추고 있다.
CSA(31)의 출력은 증폭기(32)에 입력되고, 소정의 배율로 증폭되어 출력된다. 또, CSA(31)와 증폭기(32)와의 사이에, 노이즈 성분을 컷트하는 로우 패스 필터를 삽입해도 된다.
그리고, 증폭기(32)의 출력은 S/H 회로(33)에 입력되어 일단 유지되고, 유지된 값은 아날로그 멀티플렉서의 복수 입력의 하나의 입력에 출력된다.
아날로그 멀티플렉서의 출력은, 다음단의 A/D 컨버터(34)에 입력되고, 해당 A/D 컨버터(34)에 의해서 아날로그 데이터가 디지털 데이터로 변환되어, 외부로 출력된다.
그리고, Cs 라인 전원부(50)가 Cs 전극의 구동 전압의 극성을 반전시키는 것이다. Cs 라인 전원부(50)가 Cs 전극의 구동 전압의 극성을 반전시키면서 Cs 전극을 구동하고 화소 용량(22)의 프리차지를 행한다. 이에 의해, 화소 용량(22)에 축적되는 전하가 소스 전극(10)의 전위를 중심으로 하여, 소정의 기간마다 반전하게 된다. 즉, Cs 라인 전원부(50)가 본 발명에서의 제어부, 제어 수단으로서의 기능을 포함한다.
또, 도 5에서는 Cs 전극을 구동함으로써 화소 용량(22)의 프리차지를 행하는 화상 판독 장치(20)에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6에 도시한 바와 같이, CSA(31)의 기준 전위 Vref를 구동하는 화상 판독 장치(20')라도, 화소 용량(22)에 대하여 프리차지를 행할 수 있다. 이 때, 화소 용량(22)과 소스 배선(s)이 TFT 소자(21)를 개재하여 접속되어 있기 때문에, TFT 소자(21)를 ON 상태로 함으로써 소스 배선(s)으로부터 화소 용량(22)을 충 전할 수 있다. 여기서, 소스 배선(s)의 전위는 CSA(31)의 기준 전위 Vref와 동등해지도록 피드백이 걸려 있기 때문에, CSA(31)의 기준 전위 Vref로 화소 용량(22)이 충전되게 된다. 즉, 이 경우에는 Vref 전원부(51)가 본 발명에서의 제어부, 제어 수단으로서의 기능을 포함한다.
여기서 또한, 상기한 바와 같은 구성의 화상 판독 장치(20)의 구체적인 동작에 대하여, 상단에서 설명한 도 4에 도시하는 흐름도와 도 1에 도시하는 타임차트를 이용하여 설명하면, 이하와 같다.
우선, 도 4에 도시한 흐름도의 S1에 대응하는 시간 t4∼t7에서의 화소 용량(22)의 프리차지를 행하는 동작에 대하여 설명한다.
시간 t4에서, CSA(31)의 리세트 스위치 SW(도 5 참조)를 온으로 하면, CSA(31)의 귀환 용량(35)(도 5 참조)이 쇼트하여 CSA(31)의 출력이 기준 전압 Vref로 되기 때문에, 증폭기(32)의 출력도 기준 전압 Vref가 된다. 그리고, 이 상태에서, 시간 t5에서 Cs 전극의 구동 전압을 온으로 하면, 화소 용량(22)에 축적된 전하가 TFT 소자(21)의 드레인측에 유입된다. 단, TFT 소자(21)가 온으로 되어 있는 경우에는 CSA(31)가 리세트되어 있기 때문에 이 전하는 소멸한다.
그리고, 시간 t6에서 게이트 구동 신호를 오프, 시간 t7에서 Cs 전극 구동 전압을 오프하면, 화소 용량(22)이 프리차지되고, 화소 용량(22)의 전위가 변화한다.
계속해서, 도 4에 도시한 흐름도의 S2에 대응하는 시간 t7∼t1에서의 백 라이트 점등 시의 동작에 대하여 설명한다.
시간 t7에서, 화소 용량(22)에 충전된 전하는 TFT 소자(21)가 오프 상태이기 때문에, 시간 t7∼ 시간 t1의 기간, 즉 다음 사이클이 시작되기까지의 기간은 TFT 소자(21)의 오프 저항의 값과 화소 용량(22)의 값으로 결정되는 시상수로 유지되어 있다.
여기서, 시간 t7∼ 시간 t1의 기간에 있어서, 소정의 시간, 백 라이트(18)를 점등하고 원고(1)에 대하여 광조사를 한다.
이 때, TFT 소자(21)에 광이 조사된 화소에 있어서는, TFT 소자(21)의 저항값이 작아지기 때문에, 화소 용량(22)의 전하는 TFT 소자(21)의 소스측으로 흐르고, TFT-드레인 전압이 Vref에 근접한다. 한편, 광이 조사되지 않은 화소에서, TFT 소자(21)가 높은 저항값을 유지하고 있기 때문에, 화소 용량(22)의 전하는 유지되고, TFT-드레인 전압은 크게 변화하지 않는다. 그 결과, 시간 t7∼t1 사이에, 광이 조사된 화소와 조사되지 않았던 화소에서, TFT 소자(21)의 드레인 전압, 즉 화소 용량(22)의 잔존 전하량에 차가 발생한다.
마지막으로, 도 4에 도시한 흐름도의 S3에 대응하는 시간 t1∼t4에서의 전하의 판독의 동작에 대하여 설명한다.
시간 t1에서는, CSA(31)의 리세트 스위치 SW를 오프 상태로 하고, CSA(31)의 리세트를 해제한다. 시간 t2에서 게이트 구동 신호를 온 상태로 하여 TFT 소자(21)를 온 상태로 한다.
TFT 소자(21)를 온으로 하면, 각 화소에서의 화소 용량(22)의 전하가 CSA(31)의 귀환 용량(35)으로 이동하고, 그에 따라 CSA(31)의 출력을 결정한다. 또, CSA(31)는 광조사된 화소로부터는 도 1의 실선으로 나타내는 출력을 행하고, 광조사되지 않았던 화소로부터는 도 1의 파선으로 나타내는 출력을 행한다.
증폭기(32)의 출력은 CSA(31)의 출력치×G(게인)가 되고, 시간 t3에서 S/H(33)에서 이 값을 샘플 홀드한다. 이에 의해, 광조사 기간에 얻어진 원고의 화상 정보를 전기 신호로서 얻을 수 있다.
또, 이 기간은 데이터의 판독 시에서의 TFT 소자(21)의 동작에 영향을 주지 않도록 광조사는 행하지 않는다. 데이터 판독이 종료하면 시간 t4로 되돌아가, CSA(31)의 리세트 스위치 SW를 온으로 한다.
이상과 같이, 상기 S1∼S3의 단계를 행함으로써 원고 화상의 판독을 행할 수 있다.
또한, S1∼S3의 단계를 반복함으로써, 연속하여 원고 화상의 화상 정보를 취득하는 것이 가능해진다. 또한, 광을 조사할 때에 있어서, RGB의 3원색을 순차 전환하여 발광함으로써 컬러 화상의 판독도 가능해진다.
본 실시예의 화상 판독 장치(20)는 도 1에 도시한 바와 같이, Cs 전극의 구동 전압의 극성을 판독 사이클(프레임)마다 반전시키고 있다. 예를 들면, 홀수의 사이클(프레임)에서는 화소 용량(22)에 플러스의 전하를 충전하고, 짝수의 사이클(프레임)에서는 마이너스의 전하를 충전하여 Cs 전극을 구동한다.
이와 같이, 구동 전압의 극성을 반전시키면서 Cs 전극을 구동함으로써, TFT 소자(21)나 화소 용량(22)에 대하여 DC적으로 바이어스가 인가되어, TFT 소자(21)나 화소 용량(22)의 전기적 특성이 변화하는 등의 문제점의 발생을 방지할 수 있 다. 그리고, 그 결과 장기간에 걸친 사용에 있어서도, 신뢰성이 높은 화상 판독 장치를 제공할 수 있다.
여기서 또한, 화상 판독 장치(20)의 전체적인 시퀀스에 대하여, 도 7을 이용하여 설명하면, 이하와 같다.
또, 실제의 구동 시에는, 화소 용량(22)에 축적되는 전하량은 게이트 전극과 소스 전극과의 사이의 기생 용량 Cgs, 게이트 전극과 드레인 전극과의 사이의 기생 용량 Cgd에 기인하는 피드스루를 받지만, 여기서는 설명을 알기 쉽게 하기 위해서 생략한다. 피드스루란 게이트 신호의 변화에 대한 Cgs, Cgd의 커플링 효과의 영향을 말한다.
화상 판독 장치는 통상 게이트선(g)을 복수개 구비하고 있고, 도 7에서는 게이트선을 512개 구비하고 있는 예를 나타내고 있다.
화상 판독 장치(20)는 광의 조사 기간에서 발생한 화소 용량(22)의 잔존 전하(드레인 전압)를, 광조사 정지 기간에서 게이트선(g)을 선순차적으로 스캔하고 있다. 이에 의해, 순차 각 화소에서의 화소 용량(22)의 잔존 전하에 대응한 출력을 화상 정보로서 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 화상 판독 장치(20)는 도 1, 도 7에 도시한 바와 같은 구동 시퀀스를 구비하고, 화소 용량(22)에는 플러스 극성의 펄스와 마이너스 극성의 펄스를 프레임마다 교대로 입력한다.
이 때문에, 장기간의 사용에 있어서도, TFT 소자(21)나 화소 용량(22)에 대하여, Cs 라인의 입력 신호에 기인하는 DC 바이어스 스트레스가 인가되지 않고, TFT 소자(21)나 화소 용량(22)의 특성 변동을 방지할 수 있다.
또, 도 2에 도시하는 화상 판독 장치에 있어서, 도 11에 도시한 바와 같이, Cs 전극의 구동 전압의 극성을, 판독 사이클(프레임)을 통하여 항상 동일한 극성으로 하고, 도 12에 도시한 바와 같은 타이밍차트에 따라 전체의 구동을 행하면, Cs 전극의 구동 전압은 반복하여 행해지는 판독 사이클에 있어서, 항상 양음 어느 한쪽측의 극성이 되게 된다. 이 때문에, 장기간의 사용에서는 TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스의 스트레스가 인가되고, TFT 소자나 축적 용량의 전기 특성이 변화한다고 하는 문제가 발생하였다.
그래서, 본 실시예의 화상 판독 장치(20)에서는 화소 용량(22)에 충전되는 전하의 극성이 프레임마다 반전하기 때문에, 소스선(s)을 개재하여 입력되는 전하의 극성이 프레임마다 반전한다. 따라서, CSA(31)로서는 양 극성의 전하에 대응할 수 있는 것이 사용되는 것이 바람직하다.
이에 의해, 화소 용량(22)에 극성을 반전시킨 전하가 교대로 입력된 경우에도, 양 극성에 대응한 출력을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 화소 용량(22)에 충전하는 전하의 극성을 반전시키기 위해, Cs 전극에 Vref를 기준으로 하여, 플러스측과 마이너스측에서 동일한 진폭폭의 전하를 입력하는 예를 들어 설명했다. 그러나, 실제로는 t6에서 게이트가 온 상태로부터 오프로 전환될 때의 기생 용량 Cgd에 기인하는 피드스루(전하의 인입)의 영향을 받아, 화소 용량 Cs에 프리차지되는 전하는 플러스측과 마이너스측이 서로 다르다.
이 때문에, TFT 소자(21)나 화소 용량(22)에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 보다 확실하게 방지하기 위해서는, 기생 용량 Cgd에 기인하는 피드스루의 영향을 고려하여 화소 용량(22)에 충전되는 전하량이 플러스측과 마이너스측에서 실질적으로 균등하게 되도록, Cs 전극에 입력되는 플러스/마이너스의 펄스의 진폭폭이 Vref를 기준으로 하여 비대칭으로 설정하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, Cs 전극의 극성을 1 사이클마다 반전시키는 경우에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 복수의 판독 사이클마다 반전시켜도 된다.
〔실시예 2〕
본 발명의 화상 판독 장치 및 화상 판독 방법의 다른 실시예에 따른 화상 판독 방법에 대하여, 도 8을 이용하여 설명하면 이하와 같다.
본 실시예의 화상 판독 장치는, CSA(31)로서, 양 극성의 전하에 대응한 CSA 대신에, 한쪽측 극성의 전하에 대응한 CSA(전하 적분 증폭기)를 사용하고 있는 점 이외에는, 상기 실시예 1의 화상 판독 장치(20·20')와 마찬가지의 구성이다.
본 실시예의 화상 판독 장치는 도 8에 도시한 바와 같은 구동 시퀀스를 이용하여, Cs 전극을 구동하고 있다.
즉, 본 실시예의 화상 판독 장치에서는, Cs 전극에 입력하는 신호를 프레임 A, 프레임 B마다 극성 반전시키고 있지만, CSA는 플러스의 전하에 대해서만 대응할 수 있기 때문에, 프레임 B에서만 샘플 홀드에 의해서 출력치를 판독한다. 반대로, 마이너스의 전하를 판독해야 하는 프레임 A에서는 CSA로부터의 출력은 없고, 또한 샘플 홀드도 행하지 않는다.
이에 의해, 프레임 B에서만 원고 화상의 판독을 행하는, 즉 2 프레임에 1회의 비율로 원고 화상의 판독을 행함으로써 한쪽측 극성으로밖에 대응할 수 없는 CSA를 갖춘 화상 형성 장치에서도, 실시예 1의 화상 판독 장치(20)와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 실시예의 화상 판독 장치에서는 2 프레임에 1회의 비율로 원고 화상의 판독을 행하지만, CSA로서 한쪽측 극성의 전하에 대응한 것을 이용하고 있기 때문에, A/D 컨버터의 출력 비트수를 한쪽측 극성에 할당할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 화상 판독 장치는 결과적으로 계조 성능을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 상기 실시예 1, 2에서는, 일 화소에 스위칭용 박막 트랜지스터와 포토센서용 박막 트랜지스터를 1개의 TFT 소자로 겸용하는 화상 판독 장치를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 일 화소에 스위칭용 박막 트랜지스터와 포토 센서용 박막 트랜지스터를 별도로 설치한 화상 판독 장치에 대해서도, 본 발명의 화상 판독 방법을 적용할 수 있다.
또, 본 발명의 화상 판독 장치는 광 응답성을 갖는 박막 트랜지스터와, 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속된 축적 용량을 갖는 광전 변환 소자를 구비하고, 그 박막 트랜지스터에 조사되는 광의 강약에 따라 변화하는 해당 축적 용량의 전하량을 검출함으로써 화상을 판독하는 화상 판독 장치에 있어서, 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극의 전위를 중심으로 하 여, 플러스인 경우와 마이너스인 경우와의 양자가 존재하는 시퀀스를 갖추고 있는 화상 판독 장치로 표현할 수도 있다.
본 발명의 화상 판독 장치는, 이상과 같이 광 응답성을 갖는 박막 트랜지스터 및 그 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속된 축적 용량을 갖는 광전 변환 소자와, 상기 박막 트랜지스터에 조사되는 광의 강약에 따라 변화하는 해당 축적 용량의 전하량을 검출하는 광전 변환량 검출 수단을 구비한 화상 판독 장치에 있어서, 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극의 전위를 중심으로 하여 반전시키는 제어 수단을 구비하는 구성이다.
상기한 구성에 따르면, 제어 수단에 의해, 예를 들면 1 프레임마다 Cs 전극에 인가하는 구동 전압을 반전시켜, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 반전시킴으로써, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 프레임마다 반전시킬 수 있기 때문에, 박막 트랜지스터의 TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 방지하여, 장기간의 사용에서도 전기적 특성의 변화가 없는 신뢰성이 우수한 화상 판독 장치를 얻을 수 있다.
즉, 종래의 화상 판독 장치에 의한 원고 화상의 판독에서는 Cs 전극의 구동 전극으로서 항상 동일한 극성의 전압을 인가하고 있기 때문에, TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 걸리게 된다. 이 DC 바이어스 스트레스는, TFT 소자나 축적 용량의 전기적 특성을 변화시켜 화상 판독 장치의 신뢰성을 저하시키게 된다.
그래서, 본 발명의 화상 판독 장치는 축적 용량에 양음 쌍방의 극성의 전하 가 축적되도록 Cs 전극을 구동함으로써, TFT 소자나 축적 용량에 대하여 Cs 배선의 입력 신호에 기인하는 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 방지하고, 장기간의 사용에 있어서도 TFT 소자나 화소 전극의 전기적 특성이 변화하지 않는 신뢰성이 높은 화상 판독 장치를 얻을 수 있다.
상기 제어 수단은 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을, 1회의 판독 사이클마다 또는 복수회의 화상 판독 사이클마다 반전시키는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 1회 혹은 복수회의 화상 판독 사이클이 종료할 때마다 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 반전하기 때문에, TFT 소자나 축적 용량의 전기적 특성의 변화를 방지하여 신뢰성이 높은 화상 판독 장치를 얻을 수 있다.
상기 광전 변환량 검출 수단은 양음 양 극성의 전하를 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 구비하는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 양 극성의 전하를 검출할 수 있기 때문에, 예를 들면 화상 판독 사이클마다 축적 용량에 양음 양 극성의 전하가 교대로 축적되는 것 같은 경우에도, 프레임마다 전하의 판독을 행하여, 모든 화소에서의 화상 정보를 취득할 수 있다.
상기 광전 변환량 검출 수단은 양음 어느 한쪽의 극성의 전하를 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 갖추고 있는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 예를 들면 화소 전극에 축적되는 전하가 교대로 반전하는 경우에, 광전 변환량 검출 수단이 양음 어느 한쪽의 극성의 전하의 검출로밖에 할 수 없는 경우에도, 1 프레임마다 전하를 검출함으로써 항상 동일한 극성의 전하를 검 출할 수 있어, 원고 화상의 판독을 행할 수 있다.
또, 이 경우에는 1개마다 프레임의 화상 정보밖에 얻을 수 없지만, A/D 컨버터의 출력 비트수를 한쪽측 극성에 할당할 수 있기 때문에, 계조 성능을 향상시킬 수 있다. 즉, 양 극성에 대응하는 것보다도 적은 비트수로 처리 가능하게 되기 때문에, 그 남은 비트수분을 계조 특성의 향상에 할당할 수 있다.
본 발명의 화상 판독 방법은, 이상과 같이, 광 응답성을 갖는 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속된 축적 용량에 소정량의 전하를 충전하는 제1 단계와, 상기 박막 트랜지스터를 오프 상태로 하고, 상기 박막 트랜지스터에 대하여 광을 조사하면서 상기 전하를 방전하는 제2 단계와, 상기 축적 용량에 축적된 전하량을 검출하는 제3 단계를 포함하는 동작을 1 사이클로서 원고 화상의 판독을 행하는 화상 판독 방법으로서, 상기 1 사이클 혹은 복수 사이클 후에, 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극의 전위를 중심으로 하여 반전시키는 구성이다.
상기한 방법에 따르면, 1 사이클 혹은 복수 사이클마다 Cs 전극에 인가하는 구동 전압을 반전시키고, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 반전시킴으로써 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 1 프레임 혹은 복수 프레임마다 반전시킬 수 있기 때문에, 박막 트랜지스터의 TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 방지하여, 장기간의 사용에서도 장치의 전기적 특성에 변화가 없는 신뢰성이 우수한 화상 판독 방법을 제공할 수 있다.
즉, 종래의 화상 판독 방법에서는, Cs 전극의 구동 전극으로서 항상 동일한 극성의 전압을 인가하고 있기 때문에, TFT 소자나 축적 용량에 대하여 DC 바이어스 스트레스가 걸리게 된다. 이 DC 바이어스 스트레스는 TFT 소자나 축적 용량의 전기적 특성을 변화시키기 때문에, 장치의 신뢰성이 저하한다.
그래서, 본 발명의 화상 판독 방법에서는 축적 용량에 양음 양쪽의 극성의 전하가 축적되도록 Cs 전극을 구동함으로써, TFT 소자나 축적 용량에 대하여 Cs 배선의 입력 신호에 기인하는 DC 바이어스 스트레스가 인가되는 것을 방지하여 장기간의 사용에 있어서도 TFT 소자나 화소 전극의 전기적 특성을 변화시키지 않고, 화상 판독 장치를 신뢰성이 높은 상태에서 유지할 수 있다.
상기 제3 단계는 양 극성의 전하의 검출이 가능한 전하 적분 증폭기를 이용하여 프레임마다 행해지는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 1 프레임마다 양음 반전하고 있는 경우에도, 각 화소에서의 전하를 판독하여, 원고 화상에 대응한 화상 정보를 얻을 수 있다.
상기 제3 단계는 양음 어느 한쪽의 극성의 전하만 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 이용하여, 1 프레임마다 행해지는 것이 보다 바람직하다.
이에 의해, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 1 프레임마다 양음 반전하고 있는 경우에도, 1 프레임마다 각 화소에서의 전하를 판독함으로써 항상 동일한 극성의 전하의 판독을 행할 수 있어, 원고 화상에 대응한 1 프레임마다 화상 정보를 얻을 수 있다.
또, 이 경우에는 1개마다의 프레임의 화상 정보로밖에 얻을 수 없지만, A/D 컨버터의 출력 비트수를 한쪽측 극성에 할당할 수 있기 때문에, 계조 성능을 향상시킬 수 있다. 즉, 양 극성에 대응하는 것보다도 적은 비트수로 처리 가능하게 되기 때문에, 그 남은 비트수분을 계조 특성의 향상에 할당할 수 있다.
본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니라, 청구항에 기재된 범위 내에서 여러가지의 변경이 가능하고, 다른 실시예에 각각 개시된 기술적 수단을 적절하게 조합하여 얻어지는 실시예에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
본 발명에 따르면, 축적 용량이나 TFT의 전기 특성이 변화되기 어렵고, 장기간에 걸쳐 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 화상 판독 장치를 제공할 수 있다.
Claims (15)
- 광 응답성을 갖는 박막 트랜지스터 및 해당 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속된 축적 용량을 갖는 광전 변환 소자와, 상기 박막 트랜지스터에 조사되는 광의 강약에 따라 변화하는 해당 축적 용량의 전하량을 검출하는 광전 변환량 검출 수단을 구비한 화상 판독 장치에 있어서,상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극의 전위를 중심으로 하여 반전시키는 제어 수단을 포함하는 화상 판독 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제어 수단은 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을, 1회의 화상 판독 사이클마다, 또는 복수회의 화상 판독 사이클마다 반전시키는 화상 판독 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 광전 변환량 검출 수단은 양음 양 극성의 전하를 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 구비하는 화상 판독 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 광전 변환량 검출 수단은, 양음 어느 한쪽의 극성의 전하의 검출이 가능한 전하 적분 증폭기를 구비하는 화상 판독 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 제어 수단은, 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 반전시키도록, 상기 축적 용량에서의 전극으로, 상기 드레인 전극과 접속된 측과는 다른 측의 전극에 인가하는 전압을 제어하는 화상 판독 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 광전 변환량 검출 수단은, 전하 적분 증폭기를 구비하고,상기 제어 수단은 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을 반전시키도록, 해당 전하 축적 증폭기의 기준 전위를 제어하는 화상 판독 장치.
- 광 응답성을 갖는 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 접속된 축적 용량에 소정량의 전하를 충전하는 제1 단계와,상기 박막 트랜지스터를 오프 상태로 하고, 상기 박막 트랜지스터에 대하여 광을 조사하면서 상기 전하를 방전하는 제2 단계와,상기 축적 용량에 축적된 전하량을 검출하는 제3 단계를 포함하는 동작을 1 사이클로 하여 원고 화상의 판독을 행하는 화상 판독 방법에 있어서,상기 사이클마다 혹은 복수 사이클마다 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성을, 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극의 전위를 중심으로 하여 반전시키는 화상 판독 방법.
- 제7항에 있어서,상기 제3 단계를, 양(兩) 극성의 전하의 검출이 가능한 전하 적분 증폭기를 이용하여, 사이클마다 행하는 화상 판독 방법.
- 제7항에 있어서,상기 제3 단계를, 양음 어느 한쪽의 극성의 전하만 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 이용하여, 1 사이클마다 행하는 화상 판독 방법.
- 제7항에 있어서,상기 제3 단계를, 양음 어느 한쪽의 극성의 전하만 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 이용하여, 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 상기 전하 적분 증폭기로서 검출 가능한 극성인 경우에만 행하는 화상 판독 방법.
- 제7항에 있어서,상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성의 반전을, 상기 축적 용량에서의 전극으로서, 상기 드레인 전극과 접속된 측과는 다른 측의 전극에 인가하는 전압을 제어하여 행하는 화상 판독 방법.
- 제7항에 있어서,상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성의 반전을, 상기 제3 단계에서 이용하는 전하 적분 증폭기의 기준 전위를 제어하여 행하는 화상 판독 방법.
- 제1항에 있어서,상기 광전 변환량 검출 수단은 양(兩) 극성의 전하의 검출이 가능한 전하 적분 증폭기를 구비하여, 화상 판독 사이클마다 상기 축적 용량에 축적된 전하량을 검출하는 화상 판독 장치.
- 제1항에 있어서,상기 광전 변환량 검출 수단은 양음 어느 한쪽 극성의 전하만 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 구비하여, 1회의 화상 판독 사이클마다 상기 축적 용량에 축적된 전하량을 검출하는 화상 판독 장치.
- 제1항에 있어서,상기 광전 변환량 검출 수단은 양음 어느 한쪽 극성의 전하만 검출 가능한 전하 적분 증폭기를 구비하여, 상기 축적 용량에 축적되는 전하의 극성이 상기 전하 적분 증폭기로서 검출 가능한 극성인 경우에만 상기 축적 용량에 축적된 전하량을 검출하는 화상 판독 장치.
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