JP4152857B2 - 画像読み取り装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像読み取り装置に関し、特に薄膜半導体素子で構成された画像読み取り装置に関する。また、画像読み取り装置を用いた電子機器に関する。

近年、通信技術の進歩に伴って、携帯電子機器が普及している。今後は更に動画の伝送やより多くの情報伝達が予想される。また、パーソナルコンピュータもその軽量化によって、モバイル対応の製品が生産されている。電子手帳に始まったＰＤＡと呼ばれる情報端末も多数生産され普及しつつある。そして、それらの中には画像読み取り機能を有するものがあり、印刷された情報を電子化することが可能になっている。

このような画像読み取り機能を有する従来の画像読み取り装置、特に薄膜トランジスタを用いた画像読み取り装置には以下のようなものがあった。図２に従来の画像読み取り装置の等価回路を示す。ここに示す画像読み取り装置は1次元のラインセンサであり、シフトレジスタ２０１とスイッチ２０２〜２０４、フォトダイオード２０５〜２０７によって構成されている。シフトレジスタは順次スイッチ２０２〜２０４を駆動していく、スイッチ２０２がオンするとフォトダイオード２０５が信号出力線に接続される。フォトダイオードは光を照射されると光の強度に応じた電流を出力する機能を有し、フォトダイオード２０５に光があたるとスイッチ２０２を介して、フォトダイオード２０５から信号出力線に電流が流れる。次にスイッチ２０２がオフし、スイッチ２０３がオンすると、フォトダイオード２０６の電流がスイッチ２０３を介して、信号出力線に流れる。これを順次おこない。1ライン分のフォトダイオードの出力電流を順次信号出力線に出力していく（例えば特許文献1参照。）。

また、画像読み取り装置には、1次元ラインセンサだけでなく、２次元エリアセンサもあり、その例を図３に示す。エリアセンサでは画素３００がマトリクス状に配置され、画素を駆動する駆動回路が周囲に配置される。図３では説明簡略化のため２ｘ２の画素が表記されているが、２ｘ２には限定されない。画素３００はフォトダイオード３０８、スイッチ３１４、ソースフォロワトランジスタ３１２、スイッチ３１０によって構成される。信号線３３５、３３６から信号を読み取る信号線読み取り回路３３７はシフトレジスタ３０１、スイッチ３０２、３０３、ソースフォロワ３０４、３０５、容量３０６、３０７より構成される。また、スイッチ３０２、３０３は信号出力線３２４に接続され、電源線３２５、３２６はそれぞれソースフォロワＴＦＴ３０４、３０５、容量３０６、３０７に直流電位を与える。

次にその動作を説明する。まず走査線駆動回路３３４によって、走査線３３０がアクティブになるとスイッチ３１４、３１５がオンとなり、フォトダイオード３０８、３０９の両端には電源線３２８、３３９の電位が印加される。このときフォトダイオードは逆バイアスが加わるように電位を印加する。次に走査線３３０がノンアクティブになると、スイッチ３１４、３１５はオフになる。ここで、フォトダイオードが受光すると、フォトダイオードのカソードからアノードに電流が流れ、フォトダイオード３１４、３１５のカソード電位が低下していく。

スイッチ３１０、３１１にはフォトダイオード３１４、３１５のカソード電位よりソースフォロワＴＦＴ３１２、３１３のＶＧＳだけ低い電位が加わる。次に走査線駆動回路３３４によって走査線３２７がアクティブとなり、スイッチ３１０、３１１がオンする。従って、容量３０６、３０７はソースフォロワＴＦＴ３１２、３１３によって充電される。スイッチ３０２、３０３には容量３０６、３０７の電位よりソースフォロワＴＦＴ３０４、３０５のＶＧＳだけ低い電位が加わる。シフトレジスタ３０１が順次スイッチ３０２、３０３をオンさせ、まずソースフォロワＴＦＴ３０４の出力が信号出力線３２４に出力される。このようにして、１行目のセンシングが終了する。

次に、走査線駆動回路３３４によって、走査線３３３がアクティブになるとスイッチ３２２、３２３がオンとなり、フォトダイオード３１６、３１７の両端には電源線３３１、３３２の電位が印加される。このときフォトダイオードは逆バイアスが加わるように電位を印加する。次に走査線３３３がノンアクティブになると、スイッチ３２２、３２３はオフになる。ここで、フォトダイオードが受光すると、フォトダイオードのカソードからアノードに電流が流れ、フォトダイオード３１６、３１７のカソード電位が低下していく。

スイッチ３１８、３１９にはフォトダイオード３１６、３１７のカソード電位よりソースフォロワＴＦＴ３２０、３２１のＶＧＳだけ低い電位が加わる。次に走査線駆動回路３３４によって走査線３３１がアクティブとなり、スイッチ３１８、３１９がオンする。従って、容量３０６、３０７はソースフォロワＴＦＴ３２０、３２１によって充電される。スイッチ３０２、３０３には容量３０６、３０７の電位よりソースフォロワＴＦＴ３０４、３０５のＶＧＳだけ低い電位が加わる。シフトレジスタ３０１が順次スイッチ３０２、３０３をオンさせ、まずソースフォロワＴＦＴ３０４の出力が信号出力線３２４に出力される。このようにして、２行目のセンシングが終了する。その後さらに他の行をセンシングして、２次元のセンシングが可能となる（例えば特許文献２参照。）。
特開平７−１１５２２３号公報 特開２００１−３０８３０６号公報

前述したような従来のラインセンサ型画像読み取り装置では、フォトダイオードの出力電流を、スイッチを介して、取り出しているため信号が微弱であり、ノイズの影響を受けやすいという課題があった。また、電流出力であるため、その電流値が小さい場合、電流が基板上の寄生容量の充放電に使われ正確な電流が検出できないという課題があった。

また、従来のエリアセンサ型画像読み取り装置では、フォトダイオードの出力を、ソースフォロワトランジスタを介して電圧で取り出しているため、上記ラインセンサ型画像読み取り装置のような電流出力方式の課題は少ない。しかし、ソースフォロワ回路の出力電圧はソースフォロワを構成するトランジスタのしきい値電圧に大きく依存する。薄膜トランジスタでソースフォロワ回路を構成した場合、薄膜トランジスタのしきい値電圧の面内ばらつきが大きいため、場所によってソースフォロワの出力電圧がばらついてしまい、読み取りが不正確になるという課題があった。

以上のような問題を解決するため、本発明者は薄膜トランジスタを用いて、画像読み取り回路を構成する場合、ソースフォロワを用いず、差動増幅器を使用したバッファ回路を用いて、画像読み取り回路を構成することを考えた。
差動増幅器を用いた場合、その出力ばらつきはしきい値電圧の絶対値バラツキではなく、差動増幅器を構成するトランジスタ対の相対バラツキに依存するため、面内バラツキが大きな薄膜トランジスタを用いても、良好な特性を得ることができる。

本発明は、絶縁基板上に薄膜トランジスタと受光素子を有する画像読み取り装置において、前記画像読み取り装置は前記薄膜トランジスタで構成された差動回路を有するバッファ回路と、前記バッファ回路の出力を選択する手段とを有し、前記受光素子は前記バッファ回路に電気的に接続されていることを特徴としている。

本発明は、上記において、前記バッファ回路を順次選択する手段はシフトレジスタであることを特徴としている。

本発明は、絶縁基板上に薄膜トランジスタと受光素子を有する画像読み取り装置において、前記受光素子は前記薄膜トランジスタで構成された差動回路を有する第１および第２のバッファ回路と、第１および第２のスイッチと、信号出力線と前記第２のスイッチを順次選択する手段とを有し、前記受光素子は前記第１のバッファ回路と電気的に接続され、前記第１のスイッチの一端は前記第１のバッファ回路に電気的に接続され、前記第１のスイッチの他端は前記第２のバッファ回路に電気的に接続され、前記第２のスイッチの一端は前記第２のバッファ回路に電気的に接続され、前記第２のスイッチの他端は前記信号出力線に電気的に接続されることを特徴としている。

本発明は、上記において、前記第２のスイッチを順次選択する手段はシフトレジスタであることを特徴としている。

本発明は、上記において、受光素子はアモルファスシリコンフォトダイオードによって構成されていることを特徴としている。

本発明は、上記において、受光素子はポリシリコン薄膜素子によって構成されていることを特徴としている。

本発明は、表示装置を有するモジュールにおいて絶縁基板上に受光素子と薄膜トランジスタによって構成された画像読み取り装置を有し、前記画像読み取り装置を表示装置上に実装したことを特徴としている。

本発明は、表示装置を有するモジュールにおいて前記モジュールは、絶縁基板上に受光素子および薄膜トランジスタによって構成された差動回路を用いたバッファ回路を有する画像読み取り装置を有し、前記画像読み取り装置を表示装置上に実装したことを特徴としている。

本発明は、上記おいて、前記表示装置を構成する基板と、前記画像読み取り装置を構成する基板とは、同一の組成を有していることを特徴としている。

本発明は、上記において前記表示装置は液晶表示装置であることを特徴としている。

本発明は、上記において、前記表示装置はＥＬ表示装置であることを特徴としている。

本発明は、上記の画像読み取り装置を備える電子機器である。

本発明は、上記のモジュールを備える電子機器である。

前述したように、本発明の画像読み取り装置では、受光素子と、薄膜トランジスタを用いて構成された差動回路を有するバッファ回路を有し、従来技術の課題であった、出力信号のノイズ重畳や、寄生容量による信号の劣化、薄膜トランジスタのしきい値電圧のバラツキによる信号の変動などを解消することが可能になり、読み取り誤差の小さい画像読み取り装置を構成することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明を１次元ラインセンサ型画像読み取り装置に適応したものである。図１に示すラインセンサはシフトレジスタ１０１と回路列１０２、１０３によって構成されている。図１には説明簡略化のため回路列は１０２と１０３しか記載されていないが、２列に限定されずより多数の回路列を接続することができる。

回路列１０２は受光素子１２２、第１のスイッチ１２０、差動回路を有する第１のバッファ回路１１８、第２のスイッチ１１６、保持容量１１４、差動回路を有する第２のバッファ回路１１２、第１のスイッチ１１０によって構成されている。同様に回路列１０３は受光素子１２３、第４のスイッチ１２１、差動回路を有する第３のバッファ回路１１９、第５のスイッチ１１７、保持容量１１５、差動回路を有する第４のバッファ回路１１３、第６のスイッチ１１１によって構成されている。また、信号出力線１０４はスイッチ１１０、１１１に接続され、スイッチ制御線１０６はスイッチ１１６、１１７を制御し、スイッチ制御線１０９はスイッチ１２０、１２１を制御する。そして、電源線１０５は保持容量１１４、１１５に直流電位を与え、電源線１０８、１０７は受光素子１２２、１２３に電位を与える。

次に、本実施形態の動作を説明する。最初に、スイッチ制御線１０８がアクティブになり、第１のスイッチ１２０および第４のスイッチ１２１がオンになる。これによって、受光素子１２２、１２３の両端には電源線１０７と電源線１０８の電位が与えられる。これをリセット状態と称する。次に、スイッチ制御線１０８がノンアクティブとなり、第１のスイッチ１２０および第４のスイッチ１２１がオフになる。光が照射されると受光素子１２２、１２３に受光電流が流れ、受光素子の電流が低下していく。受光素子１２２、１２３の電源線１０７に接続されていない端はそれぞれ差動回路を有するバッファ回路１１８、１１９に接続されているため、受光素子１２２、１２３の電位はバッファ回路１１８、１１９を介して、スイッチ１１６、１１７に入力される。

第１のスイッチ１２０、第４のスイッチ１２１がオフになってから、一定時間の後に、スイッチ制御線１０６がアクティブになり、第２のスイッチ１１６、第５のスイッチ１１７がオンとなる。従って、容量１１４、１１５はバッファ回路１１８、１１９によって充電される。充電が終了すると、スイッチ制御線１０６はノンアクティブとなり、スイッチ１１６、１１７はオフとなる。

容量１１４、１１５はそれぞれ差動回路を有する第２のバッファ回路１１２、差動回路を有する第４のバッファ回路１１３に接続されているため、容量１１４、１１５の電位はバッファ回路１１２、１１３を介して第３のスイッチ１１０、第６のスイッチに出力される。

シフトレジスタ１０１はスイッチ１１０、１１１を順次選択し、スイッチ１１０がオンになると、バッファ回路１１２の出力が信号出力線１０４に接続される。また、スイッチ１１１がオンになると、バッファ回路１１３の出力が信号出力線に接続される。このようにして、バッファ回路１１２、１１３の出力は順次、信号出力線に出力される。以上では回路列を１０２、１０３の２つにおいて説明したが、３つ以上の回路列を接続し、１次元のラインセンサ型画像読み取り装置を構成することが可能である。

図１に示すような差動回路を用い、帰還をかけたバッファ回路では、バッファ回路の入力と出力の電位をほぼ同じにすることができる。従来例で示したようなソースフォロワを用いたバッファ回路では、入出力間に必ず、電位差が発生し、且つ、その電位差がトランジスタのしきい値のバラツキ、特に基板内のばらつきの影響を受けるため、信号読み取り装置のようなものには不向きである。特に、基板内バラツキの大きな薄膜トランジスタを用いた信号読み取り装置には不向きである。

以上に示したように、本発明では、信号読み取り装置において、受光素子の出力を、差動回路を有するバッファ回路を介して取り出すことにより、ばらつきの少ない信号読み取り装置を構成することが可能である。特に、薄膜トランジスタを用いた信号読み取り装置において、その効果は顕著である。

尚、本実施形態に用いる受光素子は、フォトダイオード、フォトトランジスタなど、様々な受光素子が使用可能であり、種類を特に限定しない。

図４は薄膜半導体素子、特にＴＦＴを用いて、バッファ回路とくにオペアンプ型バッファ回路を作成した場合の等価回路図である。このオペアンプ型バッファ回路は、ＴＦＴ９５０１、ＴＦＴ９５０２で構成される差動回路、ＴＦＴ９５０３、ＴＦＴ９５０４で構成されるカレントミラー回路、ＴＦＴ９５０５、ＴＦＴ９５０９で構成される定電流源、ＴＦＴ９５０６で構成されるソース接地回路、ＴＦＴ９５０７、ＴＦＴ９５０８で構成されるアイドリング回路、ＴＦＴ９５１０、ＴＦＴ９５１１で構成されるソースフォロワ回路、位相補償コンデンサ９５１２より成り立っている。また、カレントミラー用ＴＦＴ，ソース接地回路用ＴＦＴは高電位側電源端子に接続され、定電流源用ＴＦＴは低電位用電源端子に接続される。

以下に、図４のオペアンプ型バッファ回路の動作を説明する。非反転端子に＋信号が入力されると、差動回路を構成するＴＦＴのソースにはＴＦＴ９５０５で構成される定電流源が接続されているため、ＴＦＴ９５０１のドレイン電流がＴＦＴ９５０２のドレイン電流より大きくなり、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流は、ＴＦＴ９５０４とＴＦＴ９５０３がカレントミラー回路を構成するため、ＴＦＴ９５０２のドレイン電流と同じになり、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流とＴＦＴ９５０１のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ９５０６のゲート電位は低下する方向に変化する。ＴＦＴ９５０６はＰ型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ９５０６のゲート電位が下がると、ＴＦＴ９５０６はよりオンする方向に動作し、ドレイン電流が増加する。よって、ＴＦＴ９５１０のゲート電位は上昇し、それに伴い、ＴＦＴ９５１０のソース電位すなわち、出力端子も上昇する。

また、非反転入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ９５０１のドレイン電流がＴＦＴ９５０２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流は、ＴＦＴ９５０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ９５０３のドレイ電流とＴＦＴ９５０１の差電流によって、ＴＦＴ９５０６のゲート電位は上昇する方向に変化する。ＴＦＴ９５０６はＰ型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ９５０６のゲート電位が上がると、ＴＦＴ９５０６はオフする方向に動作し、ドレイン電流が減少する。よって、ＴＦＴ９５１０のゲート電位は低下し、それに伴い、ＴＦＴ９５１０のソース電位すなわち、出力端子も低下する。このように非反転入力端子の信号と同相の信号が、出力端子より出力される。

反転入力端子に＋信号が入力されると、ＴＦＴ９５０１のドレイン電流がＴＦＴ９５０２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流は、ＴＦＴ９５０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流とＴＦＴ９５０１の差電流によって、ＴＦＴ９５０６のゲート電位は上昇する方向に変化する。ＴＦＴ９５０６はＰ型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ９５０６のゲート電位が上がると、ＴＦＴ９５０６はオフする方向に動作し、ドレイン電流が減少する。よって、ＴＦＴ９５１０のゲート電位は低下し、それに伴い、ＴＦＴ９５１０のソース電位すなわち、出力端子も低下する。

また、反転入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ９５０１のドレイン電流がＴＦＴ９５０２のドレイン電流より大きくなり、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流は、ＴＦＴ９５０２のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ９５０３のドレイン電流とＴＦＴ９５０１のドレイン電流の差電流によって、ＴＦＴ９５０６のゲート電位は低下する方向に変化する。ＴＦＴ９５０６はＰ型ＴＦＴであるので、ＴＦＴ９５０６のゲート電位が下がると、ＴＦＴ９５０６はよりオンする方向に動作し、ドレイン電流が増加する。よって、ＴＦＴ９５１０のゲート電位は上昇し、それに伴い、ＴＦＴ９５１０のソース電位すなわち、出力端子も上昇する。このようにして、反転入力端子の信号と逆相の信号が出力端子より出力される。

以上の回路において出力端子と反転入力端子を電気的に接続することにより、帰還をかけることができ、ばらつきの少ないバッファ回路を構成することが可能となる。

本実施例では、差動回路をＮｃｈＴＦＴ、カレントミラー回路をＰｃｈＴＦＴで作成しているが、本発明では、それには限定されず逆であっても良い。その場合には、定電流源用ＴＦＴは高電位側電源端子に接続され、カレントミラー回路用ＴＦＴおよびソース接地回路用ＴＦＴは低電位側電源端子に接続される。
また、本発明に用いるオペアンプ型バッファ回路はこのような回路形式には限定されることはなく、必要な機能を満たすものであれば使用可能である。

図５は薄膜半導体素子、特にＴＦＴを用いて、バッファ回路を作成した場合の等価回路図である。このバッファアンプは、ＴＦＴ９６０１、ＴＦＴ９６０２で構成される差動回路、ＴＦＴ９６０３、ＴＦＴ９６０４で構成されるカレントミラー回路、ＴＦＴ９６０５で構成される定電流源より成り立っている。また、カレントミラー回路用ＴＦＴは高電位側電源端子に接続され、定電流源用ＴＦＴは低電位側電源端子に接続される。

以下に、図５のバッファ回路の動作を説明する。入力端子に＋信号が入力されると、差動回路を構成するＴＦＴのソースにはＴＦＴ９６０５で構成される定電流源が接続されているため、ＴＦＴ９６０１のドレイン電流がＴＦＴ９６０２のドレイン電流より大きくなる。ＴＦＴ９６０４のドレイン電流は、ＴＦＴ９６０４とＴＦＴ９６０３がカレントミラー回路を構成するため、ＴＦＴ９６０１のドレイン電流と同じになり、ＴＦＴ９６０４のドレイン電流とＴＦＴ９６０２のドレイン電流の差電流によって、出力端子の電位は上昇する方向に変化する。

また、入力端子に−信号が入力されると、ＴＦＴ９６０１のドレイン電流がＴＦＴ９６０２のドレイン電流より小さくなり、ＴＦＴ９６０４のドレイン電流は、ＴＦＴ９６０１のドレイン電流と同じであるため、ＴＦＴ９６０４のドレイ電流とＴＦＴ９６０２の差電流によって、出力端子の電位は低下する方向に変化する。

本実施例では、差動回路をＮｃｈＴＦＴ、カレントミラー回路をＰｃｈＴＦＴで作成しているが、それには限定されず逆であっても良い。このような場合には高電位側電源端子に定電流源用ＴＦＴが接続され、低電位用電源端子にカレントミラー回路用ＴＦＴが接続される。
また、本発明に用いるバッファ回路は本実施例の回路に限定されず、必要な機能を満足すれば他の回路を用いても良い。

図７に本発明の画像読み取り装置の断面構造の実施例を示す。図７の断面構造は基板７０１、下地膜７０２、薄膜トランジスタ活性層７０３、ゲート絶縁膜７０４、ゲート電極７０５、層間絶縁膜７０６、配線７０７、ソース電極７０８、ドレイン電極７０９、透明電極７１０、Ｐ型電極７１１、Ｉ型電極７１２、Ｎ型電極７１３、第２層間膜７１４、取り出し電極７１５、７１６より構成されている。

以下、その製造方法を述べる。ガラス基板、石英基板、プラスチックなどの絶縁基板７０１上に下地膜７０２を成膜する。この下地膜は酸化膜、窒化膜またはそれらの複合物、あるいは積層膜などで形成される。つぎにアモルファスシリコン膜を成膜して、次に、それを結晶化する。結晶化の方法はレーザー結晶化、熱結晶化などがあり、それらを組み合わせても良い。また、触媒元素を添加した後に熱結晶化をおこなっても良い。レーザーは連続発振であることが望ましいがパルス発振であっても良い。レーザーは気体発振、固体発振がいずれも使用でき、気体レーザーはエキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー等があり、固体レーザーはＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡＩＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、サファイアレーザーなどがある。次に、結晶化されたシリコン膜をパターニングして、島状領域７０３を形成する。

次に、ゲート絶縁膜を成膜した後、ゲート電極用金属を成膜する。そして、それをパターニングしゲート電極を形成する。さらに、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物をドープし、熱またはレーザーで活性化する。これによって、不純物がドープされた場所はソースまたはドレイン領域となる。次に、層間膜７０６を成膜する。この層間膜は酸化膜、窒化膜、樹脂膜などを用いることができる。

次にコンタクトホールを開口し、ソースドレイン電極となる金属を成膜する。そして、ソースドレイン電極用金属をパターニングして、配線７０７、ソース電極７０８、ドレイン電極７０９を形成する。次に透明電極７１０を成膜して、パターニングをおこなう。そして、受光素子となるＮ型アモルファスシリコン７１１、Ｉ型アモルファスシリコン７１２、Ｐ型アモルファスシリコン７１３を成膜して、パターニングをおこなう。これによって、アモルファスシリコンフォトダイオードが形成される。次に第２層間膜７１４を成膜し、コンタクトホールを開口し、取り出し電極用金属を成膜して、パターニングをおこなう。以上によって、薄膜トランジスタとアモルファスシリコンのフォトダイオードをもった画像読み取り装置が形成される。
このように、本発明では絶縁基板上に薄膜トランジスタ、受光素子を形成することにより画像読み取り装置を構成することができるため、単結晶シリコンチップより大きなスティック状の画像読み取り装置を構成することが可能となる。

図８に図７とは別の画像読み取り装置の断面構造の実施例を示す。図８の断面構造は基板８０１、下地膜８０２、薄膜トランジスタ活性層８０３、８０４、ゲート絶縁膜８０５、ゲート電極８０６、８０７、層間絶縁膜８０８、配線８０９、ソース電極８１０、ドレイン電極およびカソード電極８１１、アノード電極８１２、第２層間膜８１３、取り出し電極８１４、８１５より構成されている。

以下、その製造方法を述べる。ガラス基板、石英基板、プラスチックなどの絶縁基板８０１上に下地膜８０２を成膜する。この下地膜は酸化膜、窒化膜またはそれらの複合物、あるいは積層膜などで形成される。つぎにアモルファスシリコン膜を成膜して、次に、それを結晶化する。結晶化の方法はレーザー結晶化、熱結晶化などがあり、それらを組み合わせても良い。また、触媒元素を添加した後に熱結晶化をおこなっても良い。レーザーは連続発振であることが望ましいがパルス発振であっても良い。レーザーは気体発振、固体発振がいずれも使用でき、気体レーザーはエキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー等があり、固体レーザーはＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡＩＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、サファイアレーザーなどがある。次に、結晶化されたシリコン膜をパターニングして、島状領域８０３、８０４を形成する。

次に、ゲート絶縁膜を成膜した後、ゲート電極用金属を成膜する。そして、それをパターニングしゲート電極８０６、８０７を形成する。さらに、Ｐ型不純物、Ｎ型不純物をドープし、熱またはレーザーで活性化する。これによって、不純物がドープされた場所はソースまたはドレイン領域となる。
ここで、ゲート電極の両側に同一極性の不純物をドープすることによって、薄膜トランジスタを形成することができ、ゲート電極の両側に、それぞれ異なる極性の不純物をドープすることによって、薄膜ＰＩＮダイオードを形成することができる。次に、層間膜８０８を成膜する。この層間膜は酸化膜、窒化膜、樹脂膜などを用いることができる。

次にコンタクトホールを開口し、ソースドレイン電極となる金属を成膜する。そして、ソースドレイン電極用金属をパターニングして、配線８０９、ソース電極８１０、ドレイン電極およびカソード電極８１１、アノード電極８１２を形成する。次に第２層間膜８１３を成膜し、コンタクトホールを開口し、取り出し電極用金属を成膜して、パターニングをおこない取り出し電極８１４、８１５を形成する。以上によって、薄膜トランジスタと薄膜ＰＩＮダイオードの受光素子をもった画像読み取り装置が形成される。
このように、本発明では絶縁基板上に薄膜トランジスタ、受光素子を形成することにより画像読み取り装置を構成することができるため、単結晶シリコンチップより大きなスティック状の画像読み取り装置を構成することが可能となる。

図６に本発明の画像読み取り装置を液晶表示装置に実装したモジュール例を示すものである。図６の液晶表示装置はＴＦＴ基板６０１上に、薄膜トランジスタで画素部６０３、ソース信号線駆動回路６０５、ゲート信号線駆動回路６０４を形成し、対向基板６０２を装着している。そして、ＴＦＴ基板６０１と対向基板６０２の間に液晶材料を挿入している。また液晶材料は封止材（図示せず）によって、封入されている。ＴＦＴ基板上にはＦＰＣ６０６（フレキシブルプリントサーキット）が装着され、ＦＰＣ６０６よりゲート信号線駆動回路６０４、ソース信号線駆動回路６０５および画像読み取り装置６０７に必要な信号を供給している。

画像読み取り装置はＴＦＴ基板６０１上に実装されている。この実装はＴＦＴ基板上にバンプをおいても良いし、導電性のペーストなどを用いて電気的接続をとってもよい。また、画像読み取り装置の電気的信号の入出力は液晶表示装置の電気信号入力と分けて、別のＦＰＣを設けても良い。
また、以上は表示装置として、液晶表示装置を例に取り説明をおこなったが本実施例は液晶表示装置に限定されず、ＥＬ表示装置、電気泳動表示装置など、液晶表示装置以外の様々な表示装置を用いたモジュールに使用することが可能である。

また、本発明の画像読み取り装置を形成する基板と、表示装置を形成する基板は同じ種類の基板材料を用いることが望ましい。
本発明の画像読み取り装置は、単結晶シリコンのチップと異なり絶縁基板上に形成することが可能であるため、単結晶シリコンチップのように長さの上限が２〜３ｃｍということはなく、数１０ｃｍの長さの画像読み取り装置、スティック状画像読み取り装置を形成することが可能であるため、複雑な光学系を持つことなく大きな表示装置に実装することも可能である。このような本発明を用いたモジュールは多様な電子機器に使用可能である。

図６に示した表示装置は画素部と信号線駆動回路を一体形成しているが、これに限定されず、信号線駆動回路はＩＣチップをＣＯＧで実装しても良いし、ＴＡＢを用いて実装しても良い。

図９は実施例５に示した表示装置上に本発明の画像読み取り装置を実装したモジュールを携帯情報端末（ＰＤＡ）に応用した実施例である。図９は携帯情報端末の上面図を（Ａ）に示し、長辺側面図を（Ｂ）、短辺側面図を（Ｃ）に示している。本実施例の携帯情報端末は筐体９０１、表示部９０２、ローラー９０３、センシング用スリット９０４から構成されている。筐体９０１の中に実施例５に示した表示装置が内蔵され、表示装置の表示画面を表示部９０２からみることができる。

短辺側には画像読み取り装置に映像を取り込むためのスリット９０３があけられ、ここから画像の光学像を取り込むことができる。また、ここで用いる画像読み取り装置は１次元ラインセンサであるため、その像を２次元化するための距離計として、ローラー９０３が配置されている。このローラー９０３の回転数によってセンシングをおこなった距離を計算することができる。この計算値と読み取りをおこなった画像データより２次元画像が構成できる。

図１０に図９で示した画像読み取り装置内蔵の携帯情報端末の内部構造図を示す。図１０の構造図は筐体１００１、ＴＦＴ基板１００２、対向基板１００３、画像読み取り装置１００４、ミラー１００５、ローラー１００６、光源１００７、レンズ１００８より構成される。
資料１００９には光源１００７よりスリットを介して、光が当てられる。資料１００９で反射した光はレンズ１００８を通過した後、ミラー１００５で反射し画像読み取り装置１００４に入力され、光学情報が電気情報に変換される。このようにして、本実施例においては資料１００９の内容を読み取ることが可能になる。

本発明の画像読み取り装置の適用範囲は極めて広く、上記の携帯情報端末に限定されず、スキャナ、パソコンなど多数の分野の電子機器に適用することが可能である。

本発明の画像読み取り回路の等価回路を示す図。 従来の画像読み取り回路の等価回路を示す図。 従来の画像読み取り回路の等価回路を示す図。 本発明のバッファ回路の等価回路を示す図。 本発明のバッファ回路の等価回路を示す図。 本発明の画像読み取り装置を実装した表示装置を示す図。 本発明の画像読み取り装置の断面図を示す図。 本発明の画像読み取り装置の断面図を示す図。 本発明の画像読み取り装置をＰＤＡに応用した実施例を示す図。 本発明の画像読み取り装置をＰＤＡに応用した実施例を示す図。

Claims (9)

1. 絶縁表面を有する基板上に薄膜トランジスタと受光素子とを一体形成した画像読み取り装置であって、
   前記画像読み取り装置は、信号出力線と、複数の回路列と、前記複数の回路列の出力を順次選択する手段とを有し、
   前記複数の回路列、及び前記複数の回路列の出力を順次選択する手段は、前記薄膜トランジスタを用いて形成され、
   前記複数の回路列はそれぞれ、前記受光素子と、差動回路を有する第一及び第二のバッファ回路と、第一及び第二のスイッチとを有し、
   前記受光素子は、前記第一のバッファ回路の入力端子と電気的に接続され、
   前記第一のスイッチの一端は、前記第一のバッファ回路の出力端子と電気的に接続され、
   前記第一のスイッチの他端は、前記第二のバッファ回路の入力端子と電気的に接続され、
   前記第二のスイッチの一端は、前記第二のバッファ回路の出力端子と電気的に接続され、
   前記第二のスイッチの他端は、前記信号出力線と電気的に接続され、
   前記複数の回路列の出力を順次選択する手段は、前記第二のスイッチを順次選択し、前記第二のバッファ回路の出力を、前記信号出力線を介して順次取り出すことを特徴とした画像読み取り装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の回路列の出力を順次選択する手段は、シフトレジスタであることを特徴とした画像読み取り装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記受光素子はアモルファスシリコンフォトダイオードによって形成されていることを特徴とした画像読み取り装置。
4. 請求項１又は請求項２において、
   前記受光素子はポリシリコン薄膜素子によって形成されていることを特徴とした画像読み取り装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の前記画像読み取り装置を、表示装置に実装したことを特徴としたモジュール。
6. 請求項５において、
   前記表示装置が形成された基板と、前記絶縁表面を有する基板とは、同一の組成を有していることを特徴としたモジュール。
7. 請求項５又は請求項６において、
   前記表示装置は、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、又は電気泳動表示装置であることを特徴としたモジュール。
8. 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の画像読み取り装置を具備した電子機器。
9. 請求項５乃至請求項７のいずれか一に記載のモジュールを具備した電子機器。

Images