(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトセンサが配列して構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサを駆動し、それぞれトランジスタを備えた複数の駆動回路と、を備え、前記フォトセンサアレイ上に載置された被検出体の画像パターンを読み取る２次元画像読取装置において、
前記複数の駆動回路は、それぞれが接続する各信号路の配線抵抗が最も低い信号路に接続された回路のトランジスタの耐圧を、その他の回路のトランジスタの耐圧より高くなるように前記被検出体に帯電した静電気に対する耐性を設定したことを特徴とする２次元画像読取装置。
【請求項２】
前記フォトセンサは、励起光が入射されることにより、キャリヤを生成する半導体層を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極及び第２のゲート電極と、を有し、
前記複数の駆動回路は、前記信号路となる第１のゲートラインを介して、前記複数のフォトセンサの前記第１のゲート電極と接続し、フォトセンス動作を制御する第１のドライバと、前記信号路となる第２のゲートラインを介して、前記複数のフォトセンサの前記第２のゲート電極に接続し、選択読み出し動作を制御する第２のドライバと、前記信号路となるドレインラインを介して、前記複数のフォトセンサの前記ドレイン電極に接続し、前記フォトセンサに蓄積されたキャリヤに応じた電圧を読み出す出力回路と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の２次元画像読取装置。
【請求項３】
前記第１のゲートラインは、透明導電材料からなり、前記第２のゲートラインは、第１のゲートラインを構成する材料より低抵抗率の材料からなることを特徴とする請求項２に記載の２次元画像読取装置。
【請求項４】
前記複数の駆動回路はそれぞれトランジスタを備えるとともに、前記複数の駆動回路のうち、配線抵抗が最も低い信号路の接続された回路のトランジスタのチャネル抵抗は、その他の回路のトランジスタのチャネル抵抗より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の２次元画像読取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元画像読取装置に関し、特に、複数のフォトセンサをマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ上に、被検出体を接触させて、その画像パターンを読み取る２次元画像読取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印刷物や写真、あるいは、指紋等の微細な凹凸の形状等を読み取る２次元画像の読取装置として、光電変換素子（フォトセンサ）をマトリクス状に配列して構成されるフォトセンサアレイ上に設けられた検出面に被検出体を載置、接触させて、被検出体の２次元画像を読み取る構造のものがある。
このような被検出体が直接検出面に接触する構造を有する２次元画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気等による誤動作や破損を抑制するために、様々な手法が考えられている。
【０００３】
例えば、特開平１１−２５９６３８号公報等には、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、面光源２０１の光出射面側に設けられ、複数のフォトセンサ２０２ａがマトリクス状に配列されたフォトセンサデバイス２０２上に、透明導電層２０３が形成された指紋読取装置が記載されている。このような指紋読取装置においては、透明導電層２０３の上面（検出体接触面）２０３ａに接触された指（被検出体）２１０に対して、面光源２０１から光Ｌｐを照射することにより、指紋の凹凸パターンに応じて反射し、フォトセンサ２０２ａに入射する反射光Ｌｒに基づいて、明暗情報を検出して指紋画像を生成するように構成されている。
【０００４】
ここで、透明導電層２０３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム・スズ）等の透明な導電性材料により形成され、フォトセンサデバイス２０２の上面全域に、あるいは、所定の形状パターンを有して薄膜状に形成されている。このような透明導電層２０３の役割は、検出体接触面２０３ａに接触される指２１０に帯電した静電気を、図示を省略した接地電位等に放電することにより、指紋読取装置（２次元画像読取装置）における読取誤動作やフォトセンサデバイス２０２の破損を防止するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の２次元画像読取装置においては、被検出体に帯電した静電気を十分かつ確実に放電することができない場合があり、上記静電気による２次元画像読取装置の読取誤動作や破損等を確実に防止することができないという問題を有していた。
【０００６】
具体的には、例えば、２次元画像読取装置を指紋読取装置に適用した場合、被検出体となる指（人体）に帯電した静電気による電圧（帯電圧）として、一般に１０ｋＶ以下（概ね数ｋＶ程度）を想定して、上述したような透明導電層やフォトセンサデバイスの耐圧が設定されている。
これに対して、人体の帯電圧は、季節や気象条件、体質、着衣等に大きく依存し、例えば、冬の乾燥した晴天日等においては、帯電圧が１０ｋＶを越える場合が発生する。この場合、上記透明導電層による静電気の除去（放電）が良好に行われず、透明導電層の電位の変化により、フォトセンサデバイスを構成する各配線に流れる電流が特定の配線に集中して、当該配線に接続されたドライバの破壊や誤動作を生じる可能性があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、フォトセンサデバイスに載置される被検出体に帯電した静電気を適切に放電して、読取誤動作やデバイスの破損を大幅に抑制することができる２次元画像読取装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の２次元画像読取装置は、複数のフォトセンサが配列して構成されるフォトセンサアレイと、前記フォトセンサを駆動する複数の駆動回路と、を備え、前記フォトセンサアレイ上に載置された被検出体の画像パターンを読み取る２次元画像読取装置において、前記複数の駆動回路は、それぞれが接続する各信号路の配線抵抗に応じて前記被検出体に帯電した静電気に対する耐性を設定したことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、フォトセンサアレイと複数の駆動回路とを接続する各信号路のうち、配線抵抗が低い信号路に接続された回路を、被検出体に帯電した静電気に対する耐圧を高くするように構成する。具体的には、例えば、前記複数の駆動回路のうち、接続された各信号路の配線抵抗が最も低いものを構成するトランジスタを、その耐圧を最も高くしたり、チャネル抵抗を最も低くなるように設定する。
【００１０】
つまり、前記複数の駆動回路のうち、接続された各信号路のうち、配線抵抗が最も低いものを構成するトランジスタの耐圧を最も高く設定することにより、被検出体に帯電した静電気の放電動作時に、配線抵抗が低い信号路に電流が集中し、大電流が流下した場合であっても、信号路に接続された駆動回路の耐圧が高く設定されているので、駆動回路の破損や誤動作を抑制することができ、また、信号路の配線抵抗が最も低いものを構成するトランジスタのチャネル抵抗を最も低くなるようにトランジスタのオフ抵抗を下げることにより、静電気を流しやすくするとともに、トランジスタ分圧を小さくすることができるので、静電気による電圧をより均等に分散させて、駆動回路の破損や誤動作を大幅に抑制することができる。
【００１３】
ここで、上記フォトセンサは、励起光が入射されることによりキャリヤを生成する半導体層を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極（トップゲート電極）及び第２のゲート電極（ボトムゲート電極）と、を有する、いわゆる、ダブルゲート型トランジスタであって、第１のゲート電極相互を第１のドライバに接続し、第２のゲート電極相互を第２のドライバに接続し、ドレイン電極相互を出力回路に接続した構成を有していてもよい。
【００１４】
したがって、第１のゲート電極及び第１ゲート電極と第１のドライバとを接続する第１のゲートラインを高抵抗率の透明材料で構成しても、他の回路に接続された配線を制御することにより各配線抵抗を均一にすることができるので、静電気による電荷が特定の回路に一極集中することがなく、破壊や誤動作を抑制することができる。
これにより、フォトセンサを大幅に薄膜化して、指紋センサを小型化することができるとともに、検出画素の高密度化を図ることができ、かつ、上述したような静電気耐圧に優れた２次元画像読取装置を実現することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る２次元画像読取装置の実施形態について、詳しく説明する。
まず、本発明に係る２次元画像読取装置に適用して良好なフォトセンサの構成について説明する。
本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるフォトセンサとしては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像デバイスを用いることができる。
【００１６】
ＣＣＤは、周知の通り、単結晶シリコンの集積回路やフォトダイオードや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）等のフォトセンサをマトリクス状に配列した構成を有し、各フォトセンサの受光部に照射された光量に対応して発生する電子−正孔対の量（電荷量）を、水平走査回路及び垂直走査回路により検出し、照射光の輝度を検知するものである。
ところで、このようなＣＣＤを用いたフォトセンサシステムにおいては、走査された各フォトセンサを選択状態にするための選択トランジスタを個別に設ける必要があるため、検出画素数が増大するにしたがってシステム自体が大型化するという問題を有している。
【００１７】
そこで、近年、このような問題を解決するための構成として、フォトセンサ自体にフォトセンス機能と選択トランジスタ機能とを持たせた、いわゆる、ダブルゲート構造を有する薄膜トランジスタ（以下、「ダブルゲート型トランジスタ」という）が開発され、システムの小型化、及び、画素の高密度化を図る試みがなされている。そのため、本発明における２次元画像読取装置においても、このダブルゲート型トランジスタを良好に適用することができる。
【００１８】
ここで、本発明に係る２次元画像読取装置に適用されるダブルゲート型トランジスタによるフォトセンサ（以下、「ダブルゲート型フォトセンサ」と記す）について、図面を参照して説明する。
図１は、ダブルゲート型フォトセンサの基本構造を示す概略構成図である。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ダブルゲート型フォトセンサ１０は、励起光（ここでは、可視光）が入射されると電子−正孔対が生成されるアモルファスシリコン等の半導体層（チャネル層）１１と、半導体層１１の両端にそれぞれ設けられたｎ＋シリコンからなる不純物層１７、１８と、不純物層１７、１８上に形成されたクロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等から選択された可視光に対して不透明のドレイン電極１２及びソース電極１３と、半導体層１１の上方（図面上方）にブロック絶縁膜１４及び上部（トップ）ゲート絶縁膜１５を介して形成されたＩＴＯ等の透明導電層からなり、可視光に対して透過性を示すトップゲート電極２１と、半導体層１１の下方（図面下方）に下部（ボトム）ゲート絶縁膜１６を介して形成されたクロム、クロム合金、アルミ、アルミ合金等の可視光に対して不透明なボトムゲート電極２２と、を有して構成されている。そして、このような構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０は、ガラス基板等の透明な絶縁性基板１９上に形成されている。なお、図１（ａ）中、１０１はトップゲートライン、１０２はボトムゲートライン、１０３はドレインライン、１０４はソースラインである。
【００２０】
ここで、図１（ｂ）に示したトップゲート絶縁膜１５、ブロック絶縁膜１４、ボトムゲート絶縁膜１６、及び、トップゲート電極２１上に設けられる保護絶縁膜２０は、いずれも半導体層１１を励起する可視光に対して透過率の高い絶縁性の材質、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン等により構成され、また、保護絶縁膜２０上に設けられる静電気除去用のアース電極層３０は、半導体層１１を励起する可視光に対して透過率の高い材質、例えば、ＩＴＯ等により構成されていることにより、図面上方からの光ｈν（矢印）のみが半導体層１１に入射する構造を有している。
【００２１】
次いで、上述したダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイ（フォトセンサデバイス）を備えたフォトセンサシステムについて、図面を参照して簡単に説明する。
図２は、ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。なお、図中、１０は上述したダブルゲート型フォトセンサの等価回路であって、ＴＧはトップゲート端子、ＢＧはボトムゲート端子、Ｓはソース端子、Ｄはドレイン端子を示している。
【００２２】
図２に示すように、フォトセンサシステムは、大別して、多数のダブルゲート型フォトセンサ１０を、例えば、ｎ行×ｍ列のマトリクス状に配列したフォトセンサアレイ１００と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート端子ＴＧ（トップゲート電極２１）及びボトムゲート端子ＢＧ（ボトムゲート電極２２）を各々行方向に接続して延伸するトップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２と、各ダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン端子Ｄ（ドレイン電極１２）を列方向に接続したドレインライン（データライン）１０３と、ソース端子Ｓ（ソース電極１３）を列方向に接続した（コモンライン）ソースライン１０４と、トップゲートライン１０１に接続されたトップゲートドライバ（第１のドライバ）１１０と、ボトムゲートライン１０２に接続されたボトムゲートドライバ（第２のドライバ）１２０と、ドレインライン１０３に接続されたコラムスイッチ１３１、プリチャージスイッチ１３２、アンプ１３３からなるドレインドライバ（出力回路）１３０と、を有して構成されている。
【００２３】
ここで、トップゲートライン１０１は、図１に示したように、トップゲート電極２１とともに、ＩＴＯ等の透明導電層で一体的に形成され、ボトムゲートライン１０２、ドレインライン１０３並びにソースライン１０４は、それぞれボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３と同一の励起光に不透明な材料で一体的に形成されている。また、ソースライン１０４には、後述するプリチャージ電圧に応じて設定される定電圧Ｖｓｓが印加されるが、接地電位であってもよい。
【００２４】
なお、図２において、φtgは、リセット電圧及び光キャリア蓄積電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＴ１、φＴ２、…φＴｉ、…φＴｎを生成するための制御信号であり、φbgは、読み出し電圧及び非読み出し電圧のいずれかとして選択的に出力される信号φＢ１、φＢ２、…φＢｉ、…φＢｎを生成するための制御信号、φpgは、プリチャージ電圧Ｖpgを印加するタイミングを制御するプリチャージ信号である。
【００２５】
このような構成において、トップゲートドライバ１１０からトップゲートライン１０１を介して、トップゲート端子ＴＧに信号φＴｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）を印加することにより、フォトセンス機能が実現され、ボトムゲートドライバ１２０からボトムゲートライン１０２を介して、ボトムゲート端子ＢＧに信号φＢｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）を印加し、ドレインライン１０３を介して検出信号をドレインドライバ１３０に取り込んで、シリアルデータ又はパラレルデータとして出力（Ｖout）することにより、選択読み出し機能が実現される。
【００２６】
次いで、上述したフォトセンサシステムの駆動制御方法について、図面を参照して説明する。
図３は、フォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートであり、図４は、ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図であり、図５は、フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。ここでは、上述したダブルゲート型フォトセンサ及びフォトセンサシステムの構成（図１、図２）を適宜参照して説明する。
【００２７】
まず、リセット動作においては、図３、図４（ａ）に示すように、ｉ番目の行のトップゲートライン１０１にパルス電圧（リセットパルス；例えばＶtg＝＋１５Ｖのハイレベル）φＴｉを印加して、各ダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍に蓄積されているキャリヤ（ここでは、正孔）を放出する（リセット期間Ｔreset）。
【００２８】
次いで、光蓄積動作においては、図３、図４（ｂ）に示すように、トップゲートライン１０１にローレベル（例えばＶtg＝−１５Ｖ）のバイアス電圧φＴｉを印加することにより、リセット動作を終了し、キャリヤ蓄積動作による光蓄積期間Ｔａがスタートする。光蓄積期間Ｔａにおいては、トップゲート電極側から入射した光量に応じて半導体層１１の入射有効領域、すなわち、キャリヤ発生領域で生成された電子−正孔対が生成され、半導体層１１、及び、ブロック絶縁膜１４における半導体層１１との界面近傍、すなわちチャネル領域周辺に正孔が蓄積される。
【００２９】
そして、プリチャージ動作においては、図３、図４（ｃ）に示すように、光蓄積期間Ｔａに並行して、プリチャージ信号φpgに基づいてドレインライン１０３に所定の電圧（プリチャージ電圧）Ｖpgを印加し、ドレイン電極１２に電荷を保持させる（プリチャージ期間Ｔprch）。
次いで、読み出し動作においては、図３、図４（ｄ）に示すように、プリチャージ期間Ｔprchを経過した後、ボトムゲートライン１０２にハイレベル（例えばＶbg＝＋１０Ｖ）のバイアス電圧（読み出し選択信号；以下、読み出しパルスという）φＢｉを印加することにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０をＯＮ状態にする（読み出し期間Ｔread）。
【００３０】
ここで、読み出し期間Ｔreadにおいては、チャネル領域に蓄積されたキャリヤ（正孔）が逆極性のトップゲート端子ＴＧに印加されたＶtg（−１５Ｖ）を緩和する方向に働くため、ボトムゲート端子ＢＧのＶbgによりｎチャネルが形成され、ドレイン電流に応じてドレインライン１０３のドレインライン電圧ＶＤは、図５（ａ）に示すように、プリチャージ電圧Ｖpgから時間の経過とともに徐々に低下する傾向を示す。
【００３１】
すなわち、光蓄積期間Ｔａにおける光蓄積状態が暗状態で、チャネル領域にキャリヤ（正孔）が蓄積されていない場合には、図４（ｅ）、図５（ａ）に示すように、トップゲート端子ＴＧに負バイアスをかけることによって、ボトムゲート端子ＢＧの正バイアスが打ち消され、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態となり、ドレイン電圧、すなわち、ドレインライン１０３の電圧ＶＤが、ほぼそのまま保持されることになる。
【００３２】
一方、光蓄積状態が明状態の場合には、図４（ｄ）、図５（ａ）に示すように、チャネル領域に入射光量に応じたキャリヤ（正孔）が捕獲されているため、トップゲート端子ＴＧの負バイアスを打ち消すように作用し、この打ち消された分だけボトムゲート端子ＢＧの正バイアスによって、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＮ状態となる。そして、この入射光量に応じたＯＮ抵抗に従って、ドレインライン１０３の電圧ＶＤは、低下することになる。
【００３３】
したがって、図５（ａ）に示したように、ドレインライン１０３の電圧ＶＤの変化傾向は、トップゲート端子ＴＧへのリセットパルスφＴｉの印加によるリセット動作の終了時点から、ボトムゲート端子ＢＧに読み出しパルスφＢｉが印加されるまでの時間（光蓄積期間Ｔａ）に受光した光量に深く関連し、蓄積されたキャリヤが少ない場合には緩やかに低下する傾向を示し、また、蓄積されたキャリヤが多い場合には急峻に低下する傾向を示す。そのため、読み出し期間Ｔreadがスタートして、所定の時間経過後のドレインライン１０３の電圧ＶＤを検出することにより、あるいは、所定のしきい値電圧を基準にして、その電圧に至るまでの時間を検出することにより、照射光の光量が換算される。
【００３４】
上述した一連の画像読み取り動作を１サイクルとして、ｉ＋１番目の行のダブルゲート型フォトセンサ１０にも同等の処理手順を繰り返すことにより、ダブルゲート型フォトセンサ１０を２次元のセンサシステムとして動作させることができる。
なお、図３に示したタイミングチャートにおいて、プリチャージ期間Ｔprchの経過後、図４（ｆ）、（ｇ）に示すように、ボトムゲートライン１０２にローレベル（例えばＶbg＝０Ｖ）を印加した状態を継続すると、ダブルゲート型フォトセンサ１０はＯＦＦ状態を持続し、図５（ｂ）に示すように、ドレインライン１０３の電圧ＶＤは、プリチャージ電圧Ｖpgを保持する。このように、ボトムゲートライン１０２への電圧の印加状態により、ダブルゲート型フォトセンサ１０の読み出し状態を選択する選択機能が実現される。
【００３５】
図６は、上述したようなフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置（指紋読取装置）の要部断面図である。なお、ここでは、説明及び図示の都合上、フォトセンサシステムの断面部分を表すハッチングを省略する。
図６に示すように、指紋等の２次元画像を読み取る画像読取装置においては、ダブルゲート型フォトセンサ１０が形成されたガラス基板（絶縁性基板）１９下方側に設けられたバックライト（面光源）４０から照射光Ｌａを入射させ、この照射光Ｌａがダブルゲート型フォトセンサ１０（詳しくは、ボトムゲート電極２２、ドレイン電極１２、ソース電極１３）の形成領域を除く、透明な絶縁性基板１９と絶縁膜１５、１６、２０を透過して、透明なアース電極層３０上の検出面３０ａに載置された指（被検出体）５０に照射される。
【００３６】
そして、指紋読取装置による指紋の検出時においては、指５０の皮膚表層５１の半透明層が、フォトセンサアレイ１００の最上層に形成された透明な層（アース電極層３０）に接触することにより、アース電極層３０と皮膚表層５１との間の界面に屈折率の低い空気層がなくなる。ここで、皮膚表層５１の厚さは、可視光上限（８００ｎｍ程度）より厚いため、指紋５２の凸部５２ａにおいて内部に入射された可視光Ｌａは、皮膚表層５１内を散乱、反射しながら伝搬する。伝搬された可視光Ｌｂの一部は、透明なアース電極層３０、透明な絶縁膜２０、１５、１４及びトップゲート電極２１を透過してダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に励起光として入射される。
【００３７】
このように、指５０の凸部５２ａに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１に光が入射されて生成されるキャリヤ（正孔）が蓄積されることにより、上述した一連の駆動制御方法にしたがって、指５０の画像パターンを明暗情報として読み取ることができる。
なお、指紋５２の凹部５２ｂにおいては、照射された光Ｌａは、アース電極層３０の検出面３０ａと空気層との間の界面を通過し、空気層の先の指に到達して皮膚表層５１内で散乱するが、指５０の皮膚表層５１は空気より屈折率が高いため、ある角度で界面に入射された皮膚表層５１内の光Ｌｃは空気層に抜けにくく凹部５２ｂに対応する位置に配置されたダブルゲート型フォトセンサ１０の半導体層１１への入射が抑制される。
【００３８】
＜第１の実施の形態＞
次に、本発明に係る２次元画像読取装置の具体的な実施の形態について説明する。
図７は、本発明に係る２次元画像読取装置の第１の実施形態の全体構成を示す概略構成図であり、図８は、本実施形態に係る２次元画像読取装置の行方向（ｘ方向）の構成を示す概略断面図であり、図９は、本実施形態に係る２次元画像読取装置の列方向（ｙ方向）の構成を示す概略断面図である。また、図１０は、本実施形態に係る２次元画像読取装置の各構成に対応する等価回路図である。なお、図９においては、説明の都合上、ダブルゲート型フォトセンサ１０部分の構成を行方向に見た断面構造を示す。ここで、上述した構成（図１、図６）と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【００３９】
図７乃至図９に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置に適用されるフォトセンサアレイ１００は、上述した構成を有するダブルゲート型フォトセンサ１０が複数個、絶縁性基板（ガラス基板）１９上にマトリクス状に配列して形成され、少なくともダブルゲート型フォトセンサ１０が配置されたアレイ領域Ａａの全域を被覆するように積層された光透過性を有する保護絶縁膜２０上に、透明な導電性材料からなるアース電極層３０が設けられている。
【００４０】
また、図２に示したフォトセンサシステムと同様に、フォトセンサアレイ１００を構成する複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のトップゲート電極２１及びボトムゲート電極２２は、各々トップゲートライン１０１及びボトムゲートライン１０２により行方向（ｘ方向）に接続され、各々トップゲートパッド部Ｐｔ及びボトムゲートパッド部Ｐｂを介して、トップゲートドライバ１１０及びボトムゲートドライバ１２０に接続されている。また、複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のドレイン電極１２は、ドレインライン１０３により列方向（ｙ方向）に接続され、ドレインパッド部Ｐｄを介して、ドレインドライバ１３０に接続されている。また、複数のダブルゲート型フォトセンサ１０のソース電極１３は、ソースライン１０４により列方向（ｙ方向）に接続され、ソースパッド部Ｐｓを介して、定電位Ｖｓｓが供給されている。
なお、図示を省略したが、フォトセンサアレイ１００の背面側（図面下方側）には、フォトセンサアレイ１００の上面側（アース電極層３０の上面）に接触された指（被検出体）５０に均一な光を照射する面光源（図６における面光源４０）が配置されている。
【００４１】
ここで、トップゲートパッド部Ｐｔは、図８に示すように、トップゲート電極２１及びトップゲートライン１０１と一体的に形成されたベースパッド２１ａと、例えば、保護絶縁膜２０上に形成されるアース電極層３０と同時に形成されたトップパッド電極層２１ｂと、を積層した構成を有し、このトップゲートパッド部Ｐｔに対して、例えば、バンプＢｔを介してトップゲートドライバ１１０が電気的に接続されている。すなわち、トップゲートパッド部Ｐｔは、トップゲート電極２１及びアース電極層３０を構成するＩＴＯ等の高抵抗の透明導電層を含んで構成されている。
【００４２】
また、ボトムゲートパッド部Ｐｂは、図８に示すように、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２と一体的に形成されたベースパッド２２ａ上に、例えば、ドレイン電極１２及びソース電極１３と同時に形成された第１のボトムパッド電極層２２ｂと、例えば、トップゲート電極２９と同時に形成された第２のボトムパッド電極層２２ｃと、例えば、保護絶縁膜２０上に形成されるアース電極層３０と同時に形成された第２３ボトムパッド電極層２２ｄと、を積層した構成を有し、このボトムゲートパッド部Ｐｂに対して、例えば、バンプＢｂを介してボトムゲートドライバ１２０が電気的に接続されている。すなわち、ボトムゲートパッド部Ｐｂは、ボトムゲート電極２２やドレイン電極１２及びソース電極１３を構成するクロム等の低抵抗の金属導電層と、トップゲート電極２１及びアース電極層３０を構成するＩＴＯ等の高抵抗の透明導電層を含んで構成されている。
【００４３】
また、ドレインパッド部Ｐｄは、図９に示すように、ドレイン電極１２及びドレインライン１０３と一体的に形成されたベースパッド１２ａ上に、例えば、トップゲート電極２９と同時に形成された第１のドレインパッド電極層１２ｂと、例えば、保護絶縁膜２０上に形成されるアース電極層３０と同時に形成された第２のドレインパッド電極層１２ｃと、を積層した構成を有している。そして、このドレインゲートパッド部Ｐｄに対して、例えば、バンプＢｄを介してドレインドライバ１３０が電気的に接続されている。
【００４４】
さらに、ソースパッド部Ｐｓは、図９に示すように、ソース電極１３及びソースライン１０４と一体的に形成されたベースパッド１３ａ上に、例えば、トップゲート電極２１と同時に形成された第１のソースパッド電極層１３ｂと、例えば、保護絶縁膜２０上に形成されるアース電極層３０と同時に形成された第２のソースパッド電極層１３ｃと、を積層した構成を有している。そして、このソースゲートパッド部Ｐｓに対して、例えば、図示を省略した配線層を介して定電位Ｖｓｓが接続されている。
【００４５】
すなわち、ドレインパッド部Ｐｄ及びソースパッド部Ｐｓは、ドレイン電極１２及びソース電極１３を構成するクロム等の低抵抗の金属導電層と、トップゲート電極２１及びアース電極層３０を構成するＩＴＯ等の高抵抗の透明導電層を含んで構成されている。
なお、本実施形態においては、各パッド部として、他の導電層の製造工程時に同時に形成される電極層を積層した構成を有するものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各パッド部を別個の製造工程により単一の導電性材料を用いて形成するものであってもよい。
【００４６】
そして、以上説明したような構成は、図１０に示す等価回路により表すことができる。
すなわち、図１０に示すように、アース電極層３０及び接地電位に接続するための配線（図示を省略）には、ＩＴＯ等の高抵抗の導電性材料に基づく配線抵抗Ｒ３０が存在し、当該アース電極３０とトップゲート電極２１及びトップゲートライン１０１との間には、配線容量Ｃ１が形成される。また、トップゲート電極２１、トップゲートライン１０１及びトップゲートパッド部Ｐｔからなる信号路には、ＩＴＯ等の高抵抗率の導電性材料、配線長、配線の断面積に依存した高いシート抵抗に基づく配線抵抗Ｒ１０１が存在し、当該トップゲートライン１０１とドレインライン１０３との間には、配線容量Ｃ２が形成され、当該トップゲートライン１０１とソースライン１０４との間には、配線容量Ｃ３が形成される。
【００４７】
また、ドレイン電極１２、ドレインライン１０３及びドレインパッド部Ｐｄからなる信号路には、主にクロム等の低抵抗の導電性材料に依存した配線抵抗Ｒ１０３が存在し、当該ドレインライン１０３とソースライン１０４との間には、配線容量Ｃ４が形成され、当該ドレインライン１０３とボトムゲート電極及びボトムゲートライン１０２との間には、配線容量Ｃ５が形成される。さらに、ボトムゲート電極２２、ボトムゲートライン１０２及びボトムゲートパッド部Ｐｂからなる信号路には、主にクロム等の低抵抗率の導電性材料や配線長、配線の断面積に依存した低いシート抵抗に基づく配線抵抗Ｒ１０２が存在し、当該ボトムゲートライン１０２とソースライン１０４との間には、配線容量Ｃ６が形成される。また、ソースライン１０４には、配線抵抗Ｒ１０４が存在する。
【００４８】
なお、図１０において、トップゲートライン１０１に接続されるトップゲートドライバ１１０、ボトムゲートライン１０２に接続されるボトムゲートドライバ１２０及びドレインライン１０３に接続されるドレインドライバ１３０は、集積回路（ＩＣ又はＬＳＩ）、あるいは、ａ−ＳｉＴＦＴやｐ−ＳｉＴＦＴ等のトランジスタ回路として構成され、上述した各パッド部Ｐｔ、Ｐｂ、Ｐｄを介して、電気的に接続される。
【００４９】
したがって、このような等価回路を有する２次元画像読取装置においては、トップゲート電極２１及びトップゲートライン１０１の配線抵抗Ｒ１０１、アース電極層３０の配線抵抗Ｒ３０は、ＩＴＯ等の高抵抗率の導電性材料に依存して高く設定され、一方、ドレイン電極及びドレインライン１０３の配線抵抗Ｒ１０３、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２の配線抵抗Ｒ１０２は、クロム等の低抵抗率の導電性材料に依存して、上記配線抵抗Ｒ１０１に比較して、低く設定されることになる。
【００５０】
これにより、アース電極層３０に被検出体（指）が接触することにより、被検出体に帯電した静電気が接地電位に放電される際に、アース電極層３０及び接地電位に接続された配線による静電気耐圧（概ね１０ｋＶ程度）を越える帯電圧が印加された場合には、上記静電気耐圧以上の電圧（電荷）については接地電位への十分な放電が行われず、主に被検出体に残留し、上記配線容量Ｃ１〜Ｃ６を介してアース電極層３０の下方に形成されたフォトセンサアレイ３０の各導電層（電極及びライン）の配線抵抗Ｒ１０１〜Ｒ１０４に応じて、当該導電層に流れる電流に影響を及ぼす。このとき、抵抗値が最も低くなる導電層への電流集中が顕著となり、当該導電層に接続されたドライバへの過電流の流下により、ドライバの動作機能の劣化や破損を生じる可能性がある。
【００５１】
そこで、本実施形態においては、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０又はドレインドライバ１３０のうち、配線抵抗が他と比較して低く、静電気の放電による電流集中が生じやすい導電層（例えば、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２）に接続されたドライバ（ボトムゲートドライバ１２０）の静電気耐圧を高くするように構成する。
【００５２】
具体的には、ボトムゲートドライバ１２０のトランジスタにおける設計ルールを、他のドライバのトランジスタの設計ルールに比較して異なるようにする。例えば、ソース、ドレイン間距離を長くしてソース−ドレイン間の耐圧を向上したり、オフセットゲート構造としたり、ゲート絶縁膜を厚くしてゲート−ソース間、ゲート−ドレイン間の耐圧を向上したり、あるいは、半導体層のチャネル長を短くしてチャネル抵抗を小さくし、静電気による電荷をリークしやすくすることにより、トランジスタの抵抗を低減してトランジスタ分圧比を小さくする。
【００５３】
したがって、被検出体の静電気による帯電による電圧が、アース電極層３０に設定された静電気耐圧よりも大きい場合に、配線抵抗が低い導電層への電流集中に起因して、当該導電層に接続されたドライバに過電流が流下した場合であっても、当該ドライバのトランジスタに印加される分圧が低減されるので、静電気による電圧が当該ドライバと他のドライバに、よりバランスよく分散することができ、また、トランジスタ耐圧を高くすることができるので、ドライバの劣化や破損を極力抑制することができる。
【００５４】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１１は、本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態の一構成例を示す概略断面図であり、図１２は、本実施形態に係る２次元画像読取装置の他の構成例を示す概略断面図である。また、図１３は、本実施形態に係る２次元画像読取装置におけるさらに他の構成例を示す概略断面図である。ここで、上述した構成（図８、図９）と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。また、図１０に示した等価回路を適宜参照しながら説明する。
【００５５】
本実施形態に係る２次元画像読取装置は、被写体に帯電した静電気に対する耐圧を向上させるため、上述したドライバの静電気耐圧を高めた構成に替えて、フォトセンサアレイを構成する導電層（電極又はライン）における静電気による電流集中を抑制した構成を有している。
具体的には、図１１に示すように、例えば、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２を構成するクロム等の金属導電層の膜厚を、通常の構成（図８参照）に比較して薄い膜厚Ｓｔとなるように形成する。ここで、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２の膜厚Ｓｔは、図１０に示した各配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３のバランスを取るように設定する。
【００５６】
また、他の構成としては、図１２に示すように、例えば、ボトムゲートライン１０２を構成する金属導電層の配線幅を、通常の構成（図１参照）に比較して狭い幅Ｓｗとなるように形成する。ここで、ボトムゲートライン１０２の配線幅Ｓｗは、図１０に示した各配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３のバランスを取るように設定する。
【００５７】
さらに、他の構成としては、例えば、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２を構成する金属導電層の製造工程における成膜条件等を、金属導電層の配線抵抗がより高抵抗になるように変化させる。ここで、例えば、金属導電層の成膜工程における圧力を、通常の圧力に比較して高くするように設定することにより、図１０に示した各配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３のバランスを取る。
【００５８】
また、さらに他の構成としては、例えば、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２を構成する導電性材料（材質）を、クロム等の金属導電層の配線抵抗よりも高抵抗なものに変更する。ここで、例えば、クロム等の金属材料からＩＴＯ等の高抵抗の導電性材料に変更することにより、図１０に示した各配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３のバランスを取る。その他に、ボトムゲートライン１０２を蛇行させ、他の低抵抗配線より長くして高抵抗化してもよい。
ここで、上述した各構成における配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３のバランスは、フォトセンサアレイ部の仕様等によっても異なるが、静電気による特定の導電層への電流の集中を分散させるためには、各配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３の抵抗値を略均等にすることが望ましい。
【００５９】
なお、本実施形態においては、配線抵抗のバランスを取る対象として、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２の構成を変更する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の導電層の配線抵抗を増大させるように、その構成を変更設定するものであってもよいし、配線抵抗を略均一化しているバランスを取るものであれば、ＩＴＯ等の高抵抗の導電性材料により構成される導電層（例えば、トップゲート電極２１及びトップゲートライン１０１等）の配線抵抗を低減するように、配線構造や材質を変更設定するものであってもよい。
【００６０】
ところで、上述したような各構成例において、例えば、ボトムゲート電極２２及びボトムゲートライン１０２を構成する金属導電層について、図１１に示したように、膜厚Ｓｔを薄く形成した構成や、その材質を、クロム等の遮光性を有する導電性材料からＩＴＯ等の透明な導電性材料に変更した構成にあっては、ダブルゲート型フォトセンサ１０の下方からの光が半導体層１１に入射することを防止するという、ボトムゲート電極２２の本来の遮光機能が損なわれる可能性がある。
【００６１】
そこで、このようなボトムゲート電極２２の遮光性が低下する場合にあっては、例えば、図１３に示すように、少なくともボトムゲート電極２２Ａを２層構造として、上記膜厚を薄く形成したクロム層、あるいは、ＩＴＯ等の透明導電性材料により構成された上部導電層２２ｘの下層に、薄膜形成された場合であっても良好な遮光特性を有する遮光層２２ｙを設けた構成を良好に適用することができる。
【００６２】
したがって、本実施形態に係る２次元画像読取装置によれば、フォトセンサアレイを構成する各導電層の配線抵抗Ｒ１０１、Ｒ１０２、Ｒ１０３のバランスを取るように、例えば、配線抵抗が低い導電層の抵抗値を高くするように構成しているので、被検出体の静電気による帯電圧が、アース電極層３０に設定された静電気耐圧よりも大きい場合であっても、配線抵抗が低い導電層への電流集中を抑制することができ、ドライバの劣化や破損を大幅に抑制することができる。
【００６３】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１４は、本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態の概略構成を示す概略断面図である。ここで、上述した構成（図７）と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【００６４】
図１４に示すように、本実施形態に係る２次元画像読取装置は、フォトセンサアレイ１００上に形成されるアース電極が、アレイ領域Ａａを２分するように、僅かな間隙を介して互いに離間する一対の方形の電極層３１ａ、３１ｂにより構成され、例えば、一方の電極層３１ａは、所定の直流電圧を常時印加する電源１４１に接続されるとともに、他方の電極層３１ｂは、接地電位に電気的に接続されている。また、一方の電極層３１ａには上記電源１４１により印加された電圧の変化を検出する検出部１４２が接続されている。この検出部２６は、指の接触特有の電圧の変化を検知すると、フォトセンサシステムの駆動を開始する。
【００６５】
したがって、検出部１４２は、一対の電極層３１ａ、３１ｂに跨って指等の被検出体が載置されると、指（人体）に帯電していた電荷が放電されるとともに、電極層３１ａ、３１ｂ間が短絡することにより生じる電圧変化を検出し、フォトセンサアレイ１００上への指の載置の有無を判断して、トップゲートドライバ１１０、ボトムゲートドライバ１２０、ドレインドライバ１３０の各動作を制御する制御信号を出力するとともに、指に対して図６に示した面光源４０から光Ｌａを照射するスイッチ機能を有している。
【００６６】
このような構成を有する２次元画像読取装置において、被検出体（たとえば、指）を、アース電極層を構成する一対の電極層３１ａ、３１ｂに同時に接触するように載置することにより、被検出体に帯電していた静電気が電極層３１ｂを介して接地電位に放電されるとともに、電極層３１ａに接続された検出部１４２により被検出体の接触状態が検出されて、図３に示した一連の駆動制御方法に基づいて、被検出体の画像パターン（指紋）の読取動作が自動的に実行制御される。
したがって、上述した実施形態と同様に、指（人体）に帯電した静電気を良好に放電しつつ、過度の帯電圧に対してはドライバの劣化や破損を抑制することにより、静電気耐圧を高めることができるとともに、画像読取動作を被検出体の載置により自動的に実行する２次元画像読取装置を提供することができる。
【００６７】
なお、上述した各実施形態においては、静電気による特定の導電層への電流集中、又は、それによるドライバの劣化や破損を抑制するために、ドライバの静電気耐圧を高めた構成や、低抵抗の導電層の抵抗を増大させた構成を個別に示したが、本発明は、これらの構成を適宜組み合わせたものも良好に適用することができることはいうまでもない。
また、上述した各実施形態においては、フォトセンサとしてダブルゲート型フォトセンサを適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、周知のフォトダイオードやＴＦＴ等を良好に適用することができることはいうまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、前記複数の駆動回路のうち、接続された各信号路のうち、配線抵抗が最も低いものを構成するトランジスタの耐圧を最も高く設定することにより、被検出体に帯電した静電気の放電動作時に、配線抵抗が低い信号路に電流が集中し、大電流が流下した場合であっても、信号路に接続された駆動回路の耐圧が高く設定されているので、駆動回路の破損や誤動作を抑制することができ、また、信号路の配線抵抗が最も低いものを構成するトランジスタのチャネル抵抗を最も低くなるようにトランジスタのオフ抵抗を下げることにより、静電気を流しやすくするとともに、トランジスタ分圧を小さくすることができるので、静電気による電圧をより均等に分散させて、駆動回路の破損や誤動作を大幅に抑制することができる。
【００６９】
また、請求項６記載の発明によれば、上述した各信号路のうち、配線抵抗が低くなる信号路の配線抵抗を増大させて、他の信号路の配線抵抗と略均一になるように、配線抵抗のバランスが設定される。具体的には、例えば、当該信号路を構成する配線の膜厚や幅、成膜条件、あるいは、材質等を任意に制御して、各信号路の配線抵抗のバランスをとるように設定することにより、被検出体に帯電した静電気の放電動作時に、配線抵抗の低い信号路に電流が集中することがなく、各信号路に分散されるので、特定のドライバ又は回路への大電流の流下による破損や誤動作の発生を抑制することができる２次元画像読取装置を実現することができる。
【００７０】
ここで、上記フォトセンサは、励起光が入射されることによりキャリヤを生成する半導体層を挟んで形成されたソース電極及びドレイン電極と、少なくとも前記チャネル領域の上方及び下方に各々絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極（トップゲート電極）及び第２のゲート電極（ボトムゲート電極）と、を有する、いわゆる、ダブルゲート型トランジスタであって、第１のゲート電極相互を第１のドライバに接続し、第２のゲート電極相互を第２のドライバに接続し、ドレイン電極相互を出力回路に接続した構成を有していてもよく、これにより、フォトセンサを大幅に薄膜化して、指紋センサを小型化することができるとともに、検出画素の高密度化を図ることができ、かつ、上述したような静電気耐圧に優れた２次元画像読取装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダブルゲート型フォトセンサの基本構造を示す概略断面図である。
【図２】ダブルゲート型フォトセンサを２次元配列して構成されるフォトセンサアレイを備えたフォトセンサシステムの概略構成図である。
【図３】フォトセンサシステムの駆動制御方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】ダブルゲート型フォトセンサの動作概念図である。
【図５】フォトセンサシステムの出力電圧の光応答特性を示す図である。
【図６】ダブルゲート型フォトセンサを備えたフォトセンサシステムを適用した２次元画像読取装置の要部断面図である。
【図７】本発明に係る２次元画像読取装置の第１の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る２次元画像読取装置の行方向（ｘ方向）の構成を示す概略断面図である。
【図９】本実施形態に係る２次元画像読取装置の列方向（ｙ方向）の構成を示す概略断面図である。
【図１０】本実施形態に係る２次元画像読取装置の各構成に対応する等価回路図である。
【図１１】本発明に係る２次元画像読取装置の第２の実施形態の一構成例を示す概略断面図である。
【図１２】本実施形態に係る２次元画像読取装置の他の構成例を示す概略断面図である。
【図１３】本実施形態に係る２次元画像読取装置におけるさらに他の構成例を示す概略断面図である。
【図１４】本発明に係る２次元画像読取装置の第３の実施形態の概略構成を示す概略断面図である。
【図１５】従来技術における静電気放電構造を備えた指紋読取装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０        ダブルゲート型フォトセンサ
１１        半導体層
１２        ドレイン電極
１３        ソース電極
２０        保護絶縁膜
２１        トップゲート電極
２２、２２Ａ        ボトムゲート電極
３０        アース電極層
１００      フォトセンサアレイ
１０１      トップゲートライン
１０２      ボトムゲートライン
１１０      トップゲートドライバ
１２０      ボトムゲートドライバ
１３０      ドレインドライバ
Ｒ３０、Ｒ１０１〜Ｒ１０４    配線抵抗
【図１】
0004203783.tif 000002
【図２】
0004203783.tif 000003
【図３】
0004203783.tif 000004
【図４】
0004203783.tif 000005
【図５】
0004203783.tif 000006
【図６】
0004203783.tif 000007
【図７】
0004203783.tif 000008
【図８】
0004203783.tif 000009
【図９】
0004203783.tif 000010
【図１０】
0004203783.tif 000011
【図１１】
0004203783.tif 000012
【図１２】
0004203783.tif 000013
【図１３】
0004203783.tif 000014
【図１４】
0004203783.tif 000015
【図１５】
0004203783.tif 000016