KR940005256B1 - 밀착형 이미지 센서 및 그의 제조방법 - Google Patents

밀착형 이미지 센서 및 그의 제조방법 Download PDF

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가부시끼가이샤 도시바(Toshiba Corporation)
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Abstract

내용 없음.

Description

밀착형 이미지 센서 및 그의 제조방법
제1도는 종래의 밀착형 이미지 센서의 한 구조의 예를 나타낸 단면도.
제2도는 본 발명의 밀착형 이미지 센서의 한 실시예의 주요부의 구조를 나타낸 단면도.
제3도는 본 발명의 한 실시예의 밀착형 이미지 센서에 이용한 유기박막 EL소자의 발광특성을 나타낸 도면.
제4도는 본 발명의 다른실시예의 밀착형 이미지 센서의 주요부 구조를 나타낸 단면도.
제5도는 본 발명의 또다른 실시예의 밀착형 이미지 센서의 주요부 구조를 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 11 : 유리기판(투명기판) 2, 15 : 공통전극
3, 17 : 비결정성 실리콘층(감광재료층 또는 a-Si층)
4, 19 : 투명전극 5, 35 : 보호층
6, 23 : 도광창(導光窓) 7 : LED칩
8 : LED기판 13, A : 센서부
21 : 투명보호층 25, 37, B : 조명부
27 : 애노드 29 : 정공전도성 박막
31 : 전자전도성 유기형광박막 33 : 캐소드
S : 원고
본 발명은 팩시밀리 장치등에 있어서의 화상판독에 이용되는 밀착형 이미지 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
밀착형 이미지 센서는 원고와 동일한 길이의 센서부를 원고에 접근시켜서 1 : 1로서 판독하는 광전변환 센서로서 소형 광학계의 조정이 불필요하며 유지보수가 필요없이 기계설계가 쉬운등의 특징을 가지고 있다. 팩시밀리, OCR 및 복사기 등의 화상입력장치를 구비한 각종 사무자동화기기의 보급에 따라서 밀착형 이미지 센서는 폭넓게 사용되어지고 있다. 종래의 밀착형 이미지 센서의 한 구조예를 제1도에 나타낸다(전자사진학회 심포지움「비결정성 실리콘 소자는 어디까지 왔는가」의 논문집(일본국 소화 60년 5월 24일)참조.
제1도에 나타낸 밀착형 이미지 센서는 센서부(A) 및 조명부(B)로서 구성된다. 센서부(A)는 투명한 유리기판(1)위에 공통전극(2), 감광재료층으로서 비결정성 실리콘층(이하 a-Si층으로 표기한다)(3), 개별전극으로서 투명전극(4), 또한 보호층(5)이 차례로 적층된 구조를 가지고 있다. 이러한 각부로서 구성된 센서부(A)는 섬(島) 형태의 피치가 0.1-0.2mm, 총갯수 2000-3000개의 감광소자가 어레이 형태로 배열된 것으로서 섬 형태의 각 감광소자에는 도광창(導光窓)(6)이 형성되어 있다. 또 조명부(B)는 LED칩(7)과 LED기판(8)으로 되어 있다. LED로부터의 빛은 유리기판(1) 및 도광창(6)을 통과해서 원고(S)에 조사되며 그 반사광이 투명전극(4)을 통과하여 a-Si층(3)에 신호광으로서 입사한다.
본래는 하나의 도광창(6)에 대해서 하나의 LED칩(7)을 대응시키는 것이 바람직하지만 0.1-0.2mm 피치로서 2000-3000개의 LED칩(7)을 배치하면 이미지 센서 자체가 대단히 값비싼 것이 된다. 따라서 일반적으로는 0.3mm×0.3mm 정도 크기의 LED칩(7)이 2.5mm 정도의 간격으로 배치되어 있다. 그러나 이 경우에는 원고 위치에서의 빛의 조사가 고르지 않음을 방지하기 위하여 조명부(B)는 원고(S) 및 센서부(A)로부터 분리해서 배치할 필요가 있다. 따라서 상술한 밀착형 이미지 센서에서는 센서를 박형화 하는 것 및 값싼 비용으로 제조하는 것은 곤란했었다.
이와 같은 문제를 해결한 것으로서 고주파 구동의 EL소자를 조명부(B)로서 이용한 밀착형 이미지 센서가 알려져 있다(일본특개소 82-279776호 공보참조).
상기 밀착형 이미지 센서에서는 유리기판등의 투명기판의 한쪽면 위에 공통전극, a-Si층, 투명전극, 투명보호층등으로 된 박막 감광소자가 센서부로서 설치되어 있다. 또 투명기판의 다른쪽 면위에서는 상기 센서부와 대향하여 투명전극, ZnS : Mn, CaS : Eu, SrS : Ce등으로 된 발광층, 절연층 및 배면전극이 차례로 적층되어 구성된 EL소자가 조명부로서 설치되어 있다. EL소자의 형상은 예를들면 폭 2mm 길이 250mm정도의 크기를 가진 띠 형태로서 a-Si층의 전역을 덮을 수 있도록 배치된다.
상기와 같은 EL소자는 박막 또는 후막기술에 의해 균질하게 형성할 수 있도록 한 것도 있으며 발광강도분포를 전역에 걸쳐서 균일화할 수 있다. 또 동일한 유리기판 위에 센서부와 조명부를 형성할 수 있기 때문에 박형화가 용이하다.
그러나 이러한 타입의 EL소자를 발광시키기 위해서는 고주파 전원이 필요하다. 일반적으로 이미지 센서에서는 조명광의 강도는 항상 일정하며 혹은 판독속도와 비교하여 현저하게 빠른 점등주기가 요구된다. 예를들면 GIII형 팩시밀리에서는 한 라인의 판독속도 10ms에 대하여 20KHz 이상 바람직하게는 40KHz 정도의 구동주파수가 요구된다. 여기에 대하여 후막 타입의 분산형 EL소자에서는 5KHz 이상의 주파수를 초과하면 점등주기가 전원의 주기에 따라가지 못하는 문제가 있다. 또 발열이 현저한 주파수에 있어서는 사용재료가 용융에 이르는 경우도 있었다. 한편 박막 타입의 EL소자는 점등주파수적으로는 상술한 조건을 만족할 수 있지만 이미지 센서의 광원으로서의 소정의 휘도를 달성하기 위해 200V 정도의 높은 전압을 필요로 하기 때문에 소비전력이 크며 또 전원 노이즈에 의한 판독중의 영향을 없애기 위해 전원회로계가 복잡한 동시에 대형화하는 문제가 있다. 또 고전압 구동이기 때문에 빛의 흔들림이 발생하여 판독불량이 발생하기 쉬운 문제도 있다.
또 상술한 일본특개소 62-279776호 공보에서는 EL소자 대신에 플라즈마소자 패널과 형광소자 패널을 사용할 수 있는 것도 기재되어 있지만 이러한 것은 EL소자와 비교하여 두꺼워지며 장치의 박형화를 도모하는 것이 어려운 문제가 있다. 또 제조시에 진공을 필요로 하기 때문에 이미지 센서와 같이 패널의 가로 세로비가 현저하게 다른 용도에서는 패널의 강도상의 문제가 발생할 가능성이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 저전압의 직류로서 구동가능한 발광소자를 이용함으로서 조명광의 강도의 변동 및 소비전력을 감소시킬 수 있으며 또한 장치의 박형화를 도모할 수 있는 밀착형 아미지 센서를 제공하는데 있다.
또 본 발명의 다른 목적은 조명광의 강도 변동 및 소비전력이 작고 또한 박형화된 밀착형 이미지 센서를 값싼 비용으로서 제조할 수 있도록 한 밀착형 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 있다.
즉 본 발명의 밀착형 이미지 센서는 광학적으로 투명한 기판과 전술한 투명기판의 한쪽면에 설치된 박막발광소자를 가진 조명부에 있어서 전술한 박막 발광소자는 적어도 애노드, 정공전도성박막, 전자전도성 유기형광박막 및 캐소드를 가진 것과 전술한 투명기판의 다른면에 설치된 박막 감광소자를 가진 센서부를 구비하고 있다.
또 본 발명의 밀착형 이미지 센서의 제조방법은 투명기판의 한쪽면 위에 애노드로 된 투명도전성박막, 정공전도성박막, 전자전도성 유기형광박막 및 캐소드로 된 도전성 박막을 차례로 적층 형성하여 박막 발광소자를 가진 조명부를 제작하는 공정과 전술한 박막 발광소자를 봉지제(封止劑)로서 덮는 공정과 전술한 투명기판의 다른쪽 면위에 박막감광소자를 가진 센서부를 제작하는 공정을 가지고 있다.
본 발명의 밀착형 이미지 센서에서는, 애노드, 정공전도성박막, 전자전도성 유기형광박막 및 캐소드를 가진 박막 발광소자 소위 유기 박막 EL소자를 이용하고 있다. 이 유기박막 EL소자는 정공전도성 박막과 전자전도성 유기형광박막과의 경계면에서 정공과 전자가 결합함으로서 빛을 방사하는 것으로서 저전압의 전류로서 구동이 가능하다. 따라서 조명광의 강도변동을 감소시킬 수 있으며 판독의 정확성을 대폭적으로 향상시킬 수 있다. 또 구동회로를 노이즈가 없는 소형으로 만드는 것도 가능하다. 상기 박막 발광소자는 박막기술에 의해 균질로서 형성되는 것으로서 그 발광강도가 전체에 걸쳐서 균일하게 됨으로 조명의 고르지 못함을 감소시킬 수 있는 신뢰성이 뛰어난 것이다.
또 상기 박막 발광소자는 저 소비전력으로 작동시킬 수 있는 잇점도 있다. 또한 밀착형 이미지 센서의 광원으로서 필요한 휘도 범위에서 종래의 각종 광원과 비교하여 휘도가 나쁘지 않는 특징도 가지고 있으며 장시간에 걸쳐서 센서의 감도를 안정하게 유지할 수 있다.
또한 본 발명의 밀착형 이미지 센서의 제조는 센서전체를 박막기술의 일관된 기술로서 실시할 수 있기 때문에 생산성이 우수하며 원가절감을 효과적으로 도모할 수 있다.
이하 본 발명의 밀착형 이미지 센서의 실시예에 대하여 도면을 참조로 해서 설명한다.
제2도는 본 발명의 한 실시예의 밀착형 이미지 센서의 주요부의 구성을 설명하기 위한 단면도이다. 제2도에 있어서 부호 "11"은 이미지 센서의 기저부가 되는 광학적으로 투명한 기판, 예를들면 투명 유리기판이다. 센서부(13)는 유리기판(11)의 한쪽면 위에 공통전극(15), 감광재료층으로서의 a-Si층(17), 투명전극(19), 투명보호층(21)이 차례로 적층된 구조를 가지고 있다. 이러한 각부로 구성되는 센서부(13)는 섬 형태로서의 피치가 0.1-0.2mm 총갯수 2,000-3,000개의 박막 감광소자가 어레이 형태로 배열된 것이다. 섬형태의 각 박막 감광소자에는 도광창(23)이 각각 형성되어 있다.
또 조명부(25)는 유리기판(11)의 다른쪽 면위에 상기 센서부(13)와 대향하여 애노드(27), 정공전도성박막(29), 전자전도성 유기형광박막(31), 및 캐소드(33)가 차례로 적층된 박막 발광소자 소위 유기박막 EL소자에 의해 구성되어 있다. 이 박막 발광소자는 바깥공기로부터 차단되도록 봉지재에 의해 보호층(35)으로 덮혀져 있다.
상기 박막 발광소자의 형상은 띠 형태로 예를들면 폭 2mm, 길이 250mm의 크기를 가지고 있으며, 센서부(13)측의 a-Si층(17)의 전역을 덮을 수 있도록 배치되어 있다.
이와 같은 구조를 가진 밀착형 이미지 센서에서는 박막 발광소자로부터의 빛이 유리기판(11) 및 도광창(23), 투명보호층(21)을 통해서 원고(S)을 조명하고 그 반사광이 투명보호층(21) 및 투명전극(19)을 통과해서 a-Si층(17)에 신호광으로 입사된다.
상기 조명부(25)는 예를들면 이하와 같이 해서 제작된다. 먼저 유리기판(11)의 한쪽면을 연마하여 표면의 요철을 없앤후 세척하고 건조한 후 진공증착법, 스퍼터링법, 및 CVD법등의 이미 알려져 있는 박막 형성법에 의해 산화 인듐 주석(이하 ITO로 표기한다), 산화주석등으로 된 투명전도성박막을 형성하는 애노드(27)로 한다.
계속해서 전자사진에 이용되는 정공수송 물질인 프탈로시아닌, 옥사디아졸 및 트리페닐디아민 유도체등을 증발원으로서 예를들면 진공증발법에 의해 두께 700Å-1000Å 정도의 정공전도성 박막(29)을 형성한다. 이 정공전도성 박막(29)의 소재로서는 상기와 같은 정공전도성을 가진 유기물질을 이용하는 것이 바람직하다.
계속해서 예를들면 레이져 색소로서 유용한 쿠마린 색소와 알루미늄 트리스옥신등으로 대표되는 킬레이트화 옥시노이드 화합물을 증발원으로서 진공증착법으로 두께 700Å-1000Å 정도의 전자전도성 유기형광박막(31)을 형성한다.
이후 낮은 일 함수(work function)로서 또한 산화안정성에 우수한 금속과 합금, 예를들면 In, Al, Mg-In, Mg-Al 합금등을 증발원으로서 전자비임 증착법등으로 두께 1000Å-2000Å 정도의 전도성 박막을 형성하여 캐소드(33)로 한다.
또 보호층(35)에 이용되는 봉지재로서는 기체형상증합 폴리파라크실릴렌 또는 그 유도체, 삼불화 염화에틸렌, 실리콘수지등을 이용하는 것이 바람직하다. 이것은 상기와 같은 정공전도성 박막(29) 재료와 전자전도성 유기형광박막(31) 재료가 흡습이나 산소의 흡착에 의해 현저하게 악화하기 때문에 물과 산소가 투과하기 어려운 재료로서 봉지할 필요가 있다. 상기와 같은 봉지재를 이용한 보호층(35)은 기체형상중합법과 진공증착법 또는 니스제의 코팅등에 의해 형성된다.
상기 실시예의 밀착형 이미지 센서중 애노드(27)로서의 ITO, 정공전도성 박막(29)으로서 프탈로시아닌, 전자전도성 유기형광박막(31)으로서 알루미늄 트리스옥신, 캐소드(33)로서 Mg-Al 합금, 보호층(35)으로서 기체형상 중합 폴리파라크실릴렌을 이용한 경우의 인가전압-휘도특성을 제3도에 나타낸다.
제3도에 나타낸 것처럼 5V 전후의 직류의 저전압으로 밀착형 이미지 센서의 광원으로서 필요한 100-200cd/㎡의 휘도를 얻을 수 있는 것을 알았다.
또 발광색은 520nm-540nm에 중심파장을 가진 녹색발광이었다. 이 영역은 a-Si에 있어서 가장감도가 좋은 영역이다. 또 100-200cd/m2의 휘도에 이니셜(초기) 휘도를 설정한 경우 2000 시간에 걸쳐서 휘도의 감쇄는 거의 인정되지 않은 대단히 안정된 광원이었다.
또 상기 실시예의 의한 밀착형 이미지 센서의 특성을 평가한 결과를 표 1에 정리해서 나타냈다. 평가내용은 전체의 두께, 휘도, 조명의 고르지 못함, 화상판독시의 노이즈이다.
한편 본 발명과의 비교로서 조명부에 LED, FL, 분산형 EL소자, 무기박막 EL소자, 플라즈마소자, 형광소자를 각각 이용해서 구성한 밀착형 이미지 센서에 대해서도 동일하게 특성평가를 행하여 이러한 결과를 함께 표 1에 나타냈다.
[표 1]
표 1에서 명백한 것처럼 본 발명에 의한 밀착형 이미지 센서는 구동방식이 저전압의 직류로서 또한 휘도특성에 우수하며 조명의 고르지 못함이 없기 때문에 화상판독시의 노이즈가 작다는 것을 알았다. 따라서 화상판독시의 신뢰성에 우수한 것을 이해할 수 있다.
계속해서 본 발명의 밀착형 이미지 센서의 다른 실시예에 대하여 제4도를 참조로 해서 설명한다.
또한 제4도에서 센서부(13)의 구성은 제2도에 나타낸 것과 동일함으로 동일한 부호를 붙여서 그 설명은 생략한다. 본 실시예의 밀착형 이미지 센서에서의 조명부(37)는 기저부가 되는 유리기판(11)과는 별도의 투명기판(39), 예를들면 유리기판과 투명한 플라스틱 필름위에 애노드(27), 정공전도성 박막(29), 전자전도성 유기형광박막(31), 및 캐소드(33)가 차례로 적층되어 구성된 박막 발광소자를 가지고 있다. 이 박막 발광소자는 유리기판(11)의 한쪽면에 맞닿고 보호층(35)으로 덮혀짐으로서 밀착고정된 구조로 되어 있다.
따라서 본 실시예의 밀착형 이미지 센서에서는 제2도에 나타낸 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 조명부(25)를 센서부(13)와 별체로 제조할 수 있기 때문에 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
제5도는 본 발명의 또 다른 실시예의 밀착형 이미지 센서의 구성을 나타낸 측면단면도이다. 또한 제5도에 있어서 센서부(13)의 구성은 제2도에 나타낸 것과 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.
제5도에 나타낸 것처럼 본 실시예에 있어서의 조명부(41)는 전자전도성 유기형광박막(31)과 캐소드(33)의 사이에 전자전도성 유기 박막(43)을 끼워 넣은 박막 발광소자를 가지고 있다. 이 전자전도성 유기 박막(43)의 삽입은 전자전도성 유기형광박막(31)으로서 박막 형성이 낮은 물질을 이용하는 경우에 박막형 성능을 향상시키기에 유효하다. 그리고 본 실시예에서도 제2도에 나타낸 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한 상술한 각 실시예에서는 도광창(23)이 센서부(13)의 중앙부근에 설치된 것을 나타냈지만 도광창(23)이 센서부(13)의 사이드에 설치된 구조에 있어서도 본 발명은 유효하다.

Claims (11)

  1. 밀착형 이미지 센서에 있어서, 광학적으로 투명한 투명기판(11)과, 상기 투명기판(11)의 한쪽면에 설치되어 있고, 애노드(27), 정공전도성 박막(29), 전자전도성 유기형광박막(31) 및 캐소드(33)로 구성된 박막 발광소자를 가진 조명부(25)와, 투명기판(11)의 다른쪽면에 설치된 박막감광소자를 가지고 있는 센서부(13)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막 발광소자는 직류에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서, 정공전도성 박막(29)는 정공전도성 유기박막인 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서, 정공전도성 박막(29)은 P형 무기반도체 박막인 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서, 박막감광소자는 공통전극(15), 감광재료층(17) 및 개별전극으로서의 투명전극(19)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  6. 제5항에 있어서, 박막 발광소자의 중심발광 파장은 520nm-620nm인 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서, 전자전도성 유기형광박막(31)은 알루미늄 트리스옥신을 가지며, 감광재료층은 비결정성 실리콘를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서, 박막 발광소자는 봉지재에 의해 보호층(35)으로 덮혀져 있는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서, 봉지재는 기체형상 중합 폴리파라크실린렌 또는 그 중합체인 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서.
  10. 밀착형 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 투명기판(11)의 한쪽면위에 애노드(27)로 된 투명도전성 박막, 정공전도성 박막(29), 전자전도성 유기형광박막(31) 및 캐소드(33)로 된 도전성 박막을 차례로 적층형성하여 박막 발광소자를 가진 조명부(25)를 만드는 공정과, 상기 박막 발광소자를 봉지재로 만들어진 보호층(35)으로 덮는 공정과, 상기 투명기판(11)의 다른쪽 면위에 박막 감광소자를 가진 센서부(13)를 만드는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미지 센서의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 센서부(13)를 만드는 공정은 공통전극(15)으로 된 전도성박막, 재료박막(17), 개별전극으로 된 투명도전성박막인 투명전극(19)을 차례로 적층형성하는 공정을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 밀착형 이미 센서.
KR1019900015775A 1989-09-29 1990-09-28 밀착형 이미지 센서 및 그의 제조방법 KR940005256B1 (ko)

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