JP2010039659A - 光センサ装置および認証機能付き画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、かつ本人拒否の発生割合を低減させ、なりすまし、他人受け入れの発生割合を低減させた生体認証装置の提供。
【解決手段】検出用電磁波の発信源と、生体の特徴の情報を含む電磁波を検出するためのセンサ装置とから構成される生体認証装置であって、
前記発信源は、異なる波長帯をもった二種類以上の発信源によって構成され、
前記センサ装置は、電磁波を検出するための複数のセンサ素子が２次元的に配列されているエリアセンサ部と、前記エリアセンサ部の動作制御回路群と、前記エリアセンサ部からの出力を演算処理するための演算処理回路群とを具備し、前記エリアセンサ部が、検出波長帯の異なる２種類以上のセンサ素子群によって構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁膜基板上に形成した薄膜光センサ素子を有する光センサ装置に係り、特に、生体認証用近赤外線検出装置として用いられる光センサアレイを備えた生体認証装置、および、光センサアレイを用いて、認証機能、タッチパネル機能、入力機能を、表示パネル部に内蔵した画像表示装置、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、ＥＣ（Electro Chromic）ディスプレイ等に関する。

生体認証は、情報化社会の進展に従い、個人を認証する有力な手段として注目されている。生体認証の特徴は、利便性と安全性であり、パスワードやICカードのように忘失、紛失などがなく、また盗難や偽造の可能性も比較的低いものとして知られる。

主な生体認証手段として、筆跡、音声など行動的特徴を対象とするもの、指静脈、手のひら(手の甲)静脈、指紋、顔輪郭(顔の部位配置)、虹彩など身体的特徴を対象とするものがある（下記非特許文献１、非特許文献２参照）。認証対象に必要とされる特性としては、a.操作性が良いこと、b.認証のためのデータ量が少ないこと、c.精度が高い、あるいは予測可能、d.システム管理費用が抑えられている、e.安定性が良いこと、などであり、これらの全ての指標において優位なものは存在せず、いずれの認証対象も一長一短となっている。認証対象は可視光、近赤外光などの電磁波により画像パターンとして検知され、そのパターンと、あらかじめ登録されたパターンとを照合、一致、不一致を判定するものが多い。

現在、生体認証システムは、入退室管理、PC等のログインシステム、銀行ATMなどの鍵として利用されている。さらに将来的には、携帯、PDAなどの携帯端末機器、車載用ロック解除システムなどへの応用が期待されている。とくにユビキタス社会においては、携帯端末機器を介して、いつ、どのような場所においても、株式売買、預貯金などの電子商取引がなされると予測され、個人認証鍵として生体認証が主流になると期待される。

これらの応用では、認証装置の設置スペースに余裕がないため、薄型化、コンパクト化が望まれている。例えば、現在の指静脈認証システムにおいては、静脈像の撮像装置としてCCDカメラが利用されている。CCDカメラの場合、センサアレイの面積は数 mm角程度と小さく、認証に必要な面積を撮影するためには、縮小光学系が必要となる。このことが薄型化を困難にしている。

近年、液晶ディスプレイの分野において、システムインディスプレイ技術として、可視光域光センサのアレイをパネルに内蔵する技術が提案され、これを指紋認証に応用する技術が報告されている（下記非特許文献2参照）。この技術の特徴は、大面積の光センサアレイを安価な絶縁性基板に形成できる点である。大面積化によって縮小光学系は不要になり、薄型化を実現できる。また液晶ディスプレイにおけるTFT作製工程でセンサ素子を形成できることから、情報端末機器への装置搭載に対し有利である。

生体認証では一種類の認証対象を一種類の方法で検知する手段が一般的であるが、この手段では、（１）本人拒否（False rejection)が発生するという問題がある。例えば、指紋認証において、濡れた手で認証を行なう場合、反射率が変わるなどして、撮像データが変化する。また静脈認証においては、個体差により、ある波長光の吸収が弱い場合が発生する。本手段のもう一つの問題として挙げられるのは、（２）なりすまし、他人受け入れ（False acceptance)の可能性があることである。例えば指紋認証においては、他人の指紋パターンの付いた手袋で、他人として認証されることが可能である。上記（１）、（２）の問題は、一種類の認証対象を一種類の方法で検知する手段においては解決が困難である。認証のためのパターンの一致割合（認証しきい値）を高く設定すると、（２）の問題は解決するが、（１）の問題は顕在化してしまう。逆に、認証しきい値を低く設定すると、（１）の問題は解決するが、（２）の問題が顕在化する。

上記問題の（１）と（２）を同時に解決する手段として、認証対象を複数とする方法がある。各認証対象において、認証しきい値を下げ、かつ全認証作業において、認証しきいを超えた場合のみ合格とする方法である。また上記問題の（１）と（２）を同時に解決する別の手段として、1つの認証対象を複数の波長で読み取る方法がある。各波長における認証のしきい値を下げ、かつ全認証作業において、認証しきいを超えた場合のみ合格とする方法とするか、各波長における認証しきい値を高く設定し、かついずれか認証作業において、認証しきいを超えれば合格とする方法である。これらの認証手段を選択した場合、必要な装置仕様は、複数の波長光源、およびそれに対応するセンサ装置（あるいはセンサ素子）で構成された認証装置である。例えば、認証対象を複数とする方法で、指紋と静脈を選択した場合、前者の認証では可視光域の光源、後者の認証では近赤外域の光源とそれに対応するセンサ装置（センサ素子）が必要になる。また、1つの認証対象を複数の波長で読み取る方法において、静脈を選択した場合、近赤外域に属する複数の波長の光源と、それに対応するセンサ装置（センサ素子）が必要になる。

本仕様に見合う装置としては、例えば、下記特許文献１に記載の装置のように、複数の波長が異なる照明(光源)を持ち、選択的に発光あるいは光量の調整を行うことで、１つの認証対象（虹彩パターン）にて個人認証を行なう装置や、下記特許文献２に記載のように、２つの波長の光源と1つのセンサ装置とで構成され、光源を選択的に発光・調整することで、指紋と静脈画像を1種類のセンサ装置にて読取りを行なう個人認証装置がある。適用方法は異なるが下記特許文献３にも同様な装置の記載がある。
堀内かほり, 日経バイト, pp.28-47, (2005) 河合基伸, 日経エレクトロニクス, pp.61-66, (2005) 特開2006-31185号公報 特開2007-179434号公報 特開2006-285487号公報

上述した装置の特徴は、1種類のセンサ装置（センサ素子）で、複数波長の信号を読取ることにある。しかし、センサ装置（センサ素子）は一般に種類により波長感度特性が異なるため、ある認証対象（ある波長）に対して精度が低下するという問題が起こり、上記問題の（１）と（２）を同時に解決することは困難になる。

これを解決する装置仕様は、複数波長光源とそれに対応する複数のセンサ装置（センサ素子）で構成される個人認証装置ということになる。例えば上記特許文献３に記載のように、２つの異なる波長を出力する光源と、それぞれの波長の光を検出する２つのセンサ装置を具備し、指紋と静脈で認証を行なう装置であると良い。

本装置仕様であれば、上記問題の（１）と（２）を同時に解決することが可能である。しかし、上記特許文献３に記載のスイープ型センサ装置は、読み取り精度が悪く、ユーザの使い勝手が悪いという問題がある。また各センサ装置は別領域に形成（設置）されているため、設置スペースの少ない携帯端末への搭載のためには改善が必要となる。本発明は上述した事情に鑑みてなされたものである。

本発明の目的は、低コスト、かつ本人拒否（False rejection)の発生割合を低減させ、なりすまし、他人受け入れ（False acceptance)の発生割合を低減させた生体認証装置を提供することにある。

本発明は、異なる波長を出力する２種類以上の光源と、それに対応した異なる検出波長帯を持つ２種類以上のセンサ装置（センサ素子）とで構成される個人認証装置であって、基板上に、異なる検出波長帯を持つ２種類以上のセンサ素子を、同一の領域に、それぞれがマトリクス状に配置されるように形成し、かつ、上記領域の周縁部に、センサドライバ回路（必要に応じて、画素回路、その他回路）を同一の基板上に形成させるようにしたものである。これにより、本人拒否（False rejection)の割合を低減でき、なりすまし、他人受け入れ（False acceptance)の割合を低減できるようになる。

また、本発明は、同一絶縁性基板上に異なる検出波長帯を持つ２種類以上のセンサ素子を、同一の領域に、それぞれがマトリクス状に配置されるように形成し、かつ、上記領域の周縁部に、センサドライバ回路（必要に応じて、画素回路、その他回路）を形成されているセンサ装置を提供する。これにより、本人拒否（False rejection)の割合を低減でき、なりすまし、他人受け入れ（False acceptance)の割合を低減できることに加え、安価な認証装置、あるいは認証装置が内蔵された画像表示装置を提供できる。

なお、上記した構成はあくまで一例であり、本発明は、技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。また、上記した構成以外の本発明の構成の例は、本願明細書全体の記載または図面から明らかにされる。

本発明の生体認証装置によれば、低コスト、本人拒否（False rejection)の発生割合を低減させ、なりすまし、他人受け入れ（False acceptance)の発生割合を低減させることができる。

本発明のその他の効果については、明細書全体の記載から明らかにされる。

本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、各図および各実施例において、同一または類似の構成要素には同じ符号を付し、説明を省略する。

〈実施例１〉
（光センサ装置等の構成）
図１（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ、本発明に係る認証装置を構成する光センサ装置ＳＳの概略平面図である。

図１（ａ）ないし（ｄ）のそれぞれにおいて、電磁波を検出するための第１センサ素子ＳＡと第２センサ素子ＳＢが２次元的に配列されているエリアセンサ部ＴＳと、エリアセンサ部ＴＳの周縁に配置された動作制御回路群ＣＮＣと、エリアセンサ部ＴＳからの出力を演算処理するための演算回路群ＣＮＬとで構成されている。図１（ａ）ないし（ｄ）は、それぞれ、エリアセンサ部ＴＳにおいて、第１センサ素子ＳＡ、および第２センサ素子ＳＢの配列の状態が異なっていることを示している。この配列に関しては後に詳述する。

第１センサ素子ＳＡと第２センサ素子ＳＢは、同じエリアセンサ部ＴＳの領域内に２次元的に配列され、それぞれ異なる電磁波を検出するようになっている。第１センサ素子ＳＡ及び第２センサ素子ＳＢの上面にはカラーフィルタ、波長カットフィルタ等の波長を絞る目的の光学フィルタ膜を必要とせず、高い出力を確保できるとともに、それらの搭載コストを不要としている。またエリアセンサ部ＴＳの面積は、認証対象（たとえば指等）に依存するが、一般的には、1 cm2以上となっている。このため、CCD、CMOSカメラのような縮小光学系は不要となっている。また、装置の厚みとして約5 mm以下とする光センサ装置ＳＳを実現できる。また縮小光学系に起因する周辺部画像の歪み等の発生を抑制できる効果を奏する。

ここで、センサ素子（第１センサ素子ＳＡ、第２センサ素子ＳＢ）は、図２（ａ）に示す等価回路からなり、ダイオードから構成される光電変換部ＬＣＨ、キャパシタから構成され光電変換部ＬＣＨで生成された電荷を蓄積する電荷蓄積部ＡＭＬ、薄膜トランジスタから構成され蓄積電荷を増幅し信号として読み出す読み出し部ＷＲＴで構成される。この実施例では、光電変換部ＬＣＨをダイオード、電荷蓄積部ＡＬＭをキャパシタ、読み出し部ＷＲＴを薄膜トランジスタで構成しているが、これに限定されることはなく、上述した機能を満たす素子であれば、これらに代えて用いることができる。なお、図２（ａ）において、符号ＧＬはゲート線、符号ＲＳはリセット線、符号ＷＴは読み出し線を示している。

図２（ａ）に示したセンサ素子（第１センサ素子ＳＡ、第２センサ素子ＳＢ）は、エリアセンサ部ＴＳにおいて、たとえば図２（ｂ）に示すように、マトリックス状に配置され、ゲート信号線ＧＬは行方向に配置された各センサ素子において共通となっており、リセット線ＲＳおよび読み出し線ＷＴは列方向に配置された各センサ素子において共通となっている。この場合、各センサ素子が占める領域（図中点線によって囲まれた領域）を、この明細書ではセンサピクセルと称する。

図１に戻り、エリアセンサ部ＴＳにおける第１センサ素子ＳＡと第２センサ素子ＳＢの配列状態を、以下、説明する。

図１（ａ）に示すように、第１センサ素子ＳＡと第２センサ素子ＳＡは、それらのセンサピクセルの形状を同じくし、左右上下方向とも、交互に配置されている。

図中、斜線が施されたセンサ素子を第２センサ素子ＳＢとして、斜線が施されていないセンサ素子を第１センサ素子ＡＳとして示している。このような第１センサ素子ＳＡと第２センサ素子ＳＡの配列の場合、センサピクセルはどの素子も同じ形状であるため、配列はマトリクス状となり、配線、動作シーケンスの工夫は特に必要はなく、単純なタイミングチャート構成で、光センサ装置ＳＳを構成できる効果を奏する。図１（ｂ）に示す光センサ装置ＳＳは、たとえば、認証対象が２種類以上で、かつ必要な解像度が異なる場合を示している。図１（ｂ）において、第２センサ素子ＳＢは、エリアセンサ部ＴＳの図中左端部、中央部、右端部に、それぞれ図中上下方向に配列され、残りの他の部分において第１センサ素子ＳＡが配列されている。

そして、このような配列において、たとえば、第１センサ素子ＳＡは高解像度が必要な認証対象（例えば指紋認証）用とし、第２センサ素子ＳＢは低解像度でも構わない認証対象（例えば静脈認証）用として用いている。第２センサ素子ＳＢをこのように配列させることにより、不要な解像度のデータを読み込み、無駄な処理を行なうことを回避できる。またゲート線ＧＬ、あるいは読み出し線ＷＴを共有化することにより、配線数を低減できるので、画像表示装置などに内蔵する場合は開口率を向上できる効果がある。また、認証対象が２種類以上で、かつ必要な解像度が異なる場合として、図１（ｃ）に示すように、たとえば、第２センサ素子ＳＢのピクセルサイズを第１センサ素子ＡＳのピクセルサイズよりも大きくするようにして、それらのセンサ素子のセンサピクセルの形状を変えるという態様とすることもできる。なお、図１（ｃ）の場合、第２センサ素子ＳＢは、エリアセンサ部ＴＳ内において、それぞれ、等間隔に散在されて配置されている。配線に工夫が必要であるが、この場合も不要な解像度のデータを読み込み、無駄な処理を行なうことが回避できる。さらにピクセルサイズの大きい第２センサ素子ＳＢは、その光電変換部ＬＣＨを大きくすることができ、センサ出力を向上させることが可能となる。図１（ｄ）に示す光センサ装置ＳＳは、たとえば、指のような曲率を持つ対象について、エリアセンサ部ＴＳの上面と認証対象との距離が位置により変化するような場合に、好適なものとなっている。すなわち、領域的により広い画像パターンを取り込む必要がある場合は、エリアセンサ部ＴＳの中心部と周縁部とでは、解像度を変えることが望ましい。図１（ｄ）において、第１センサ素子ＳＡは、エリアセンサ部ＴＳの中央部で高解像となるように該センサ素子が配列され、第２センサ素子ＳＢは、エリアセンサ部ＴＳの中央部で低解像度、周縁部で低解像度となるよう該センサ素子が配列されている。このような光センサ装置ＳＳは、たとえば指紋と静脈を認証対象とする場合、指と装置との接触部付近の範囲の領域で、高解像度の像を必要とする指紋に対しては第１センサ素子ＳＡによって、広域の像を必要とし比較的低解像度でも認証可能な静脈に対しては、第２センサ素子ＳＢによって行うようになっている。

図３（ａ）ないし（ｃ）は、それぞれ、エリアセンサ部ＴＳにスイープ型光センサ装置を構成した場合の実施例を示す構成図である。このような実施例によれば、複数の光センサ装置を別個に設置した場合に比べ、設置スペースの省略と、機械的信頼性の確保、コスト低減を図ることができるようになる。

図３（ａ）ないし（ｃ）において、光センサ装置ＳＳは、図中矢印Ａ方向に平行になるように、対象物（例えば指）をエリアセンサ部ＴＳの中央部に置き、第１センサ素子ＳＡで読み取る対象（例えば静脈像）を撮像するようになっている。続いて矢印Ａ方向へ指を引き、その際にセンサ素子Ｂで読み取る対象（例えば指紋像）を撮像するようになっている。

図３（ａ）は、第２センサ素子ＳＢが、エリアセンサ部ＴＳの中央において矢印Ａ方向と直行する方向に並設されて配列されていることを示している。エリアセンサ部ＴＳの他の残りの領域においては第１センサ素子ＡＳが配列されている。図３（ｂ）は、第２センサ素子ＳＢが、エリアセンサ部ＴＳの矢印Ａ方向の一端辺において矢印Ａ方向と直行する方向に並設されて配列されていることを示している。エリアセンサ部ＴＳの他の残りの領域においては第１センサ素子ＡＳが配列されている。図３（ａ）の場合と比較すると、第１センサ素子ＳＡによって読み取る対象の像が連続して形成される効果を奏する。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の構成において、各第２センサ素子ＳＢのピクセルサイズを第１センサ素子ＡＳのピクセルサイズよりも大きくしていることにある。各第２センサ素子ＳＢからの出力を大きくしたい場合において効果的となる。なお、図３（ａ）ないし（ｃ）において、それぞれ、第２センサ素子ＳＢは、エリアセンサ部ＴＳ内に２列に配置させて描画している。しかし、実際には、１００行以上の配列に対し、およそ１から１０列程度に配列するようになっている。

上述した各実施例では、エリアセンサ部ＴＳに配列させるセンサ素子は、第１センサ素子ＡＳと第２センサ素子ＢＳの２種類の場合について示したものである。しかし、たとえば認証対象、あるいは読取波長の数に応じて３種以上とすることもできる。

図４（ａ）ないし（ｃ）は、本発明の他の実施例であって、少なくともエリアセンサ部ＴＳをガラス基板などの絶縁性基板上に形成した場合を示している。

図４（ａ）は、エリアセンサ部ＴＳを絶縁性基板ＳＵＢ１上に形成し、動作制御回路群ＣＮＣ、演算処理回路群ＣＬＮはLSIチップで構成し、これらを、他の基板ＳＵＢ２に搭載するようにして構成している。このようにすることによって、安価な絶縁性基板ＳＵＢ１にエリアセンサ部ＴＳを形成し、装置コストを低減することができる。図４（ｂ）は、エリアセンサ部ＴＳ、このエリアセンサ部ＴＳの周縁に配置される動作制御回路群ＣＮＣ、演算処理回路群ＣＬＮのそれぞれを、同一の絶縁性基板ＳＵＢ１に構成するようにしている。このようにすることにより、端子接続部が低減できることから、コスト低減に加え、装置の機械的信頼性も向上させることができるようになる。図４（ｃ）は、エリアセンサ部ＴＳ、動作制御回路群ＣＮＣの一部を絶縁性基板ＳＵＢ１上に形成し、他の残りの動作制御回路群ＣＮＣ、演算処理回路群ＣＬＮをLSIチップで構成し、これらを、他の基板ＳＵＢ２に搭載するようにして構成している。

図５は、上述した光センサ装置ＳＳを具備する生体認証装置の一実施例を示した断面図である。この実施例では、たとえば認証対象を指（図５中符号ＦＧで示す）の静脈像と指紋像である場合を示している。

図５に示す生態認証装置において、第１電磁波発信源ＭＡおよび第２電磁波発信源ＭＢを備え、それぞれ互いに異なる波長の電磁波を発生するようになっている。

光センサ装置ＳＳは、上述したように第１センサ素子ＳＡおよび第２センサ素子ＳＢが形成され、第１センサ素子ＳＡは第１電磁波発信源ＭＡが発生させる波長の光に対し感度を持ち、第２センサ素子ＳＢは第２電磁波発信源ＭＢが発生させる波長の光に対し感度を持つようになっている。センサ用基板ＳＳＢはシリコン基板あるいは絶縁性基板から構成されている。なお、図５においては、センサ用基板ＳＳＢの裏面側に、発信源制御回路ＯＣＣ、および他の回路群ＯＮＣが形成されている。

図６（ａ）は、第１センサ素子ＳＡにおいて、たとえば７００−１０００ｎｍの波長帯に感度を持っていることを示すグラフである。また、図６（ｂ）は、第２センサ素子ＳＢにおいて、たとえば５００−７００ ｎｍの波長帯に感度を持っていることを示すグラフである。認証対象から送られる第１電磁波発信源ＭＡ由来の信号電磁波Ａと、第２電磁波発信源ＭＢ由来の信号電磁波Ｂが、それぞれ、図６（ａ）、（ｂ）に示す様なスペクトルを持つ場合、第１センサ素子ＳＡ、第２センサ素子ＳＢの波長感度特性が異なるため、電磁波を同時に発生させても、信号の干渉は起こらない。すなわち、本発明の生体認証装置によれば、同時に信号電磁波Ａ、Ｂを検出できる。認証対象が静脈像と指紋像である場合、前者は第１電磁波発信源ＭＡおよび第１センサ素子ＳＡとで撮像され、後者は第２電磁波発信源ＭＢおよび第２センサ素子ＳＢとで撮像される。

以上は認証対象が静脈像と指紋像である場合、検出波長、センサ素子が２種類である場合を想定したが、認証対象の数など、必要に応じて、３種類以上に設定することもできる。また異なる波長帯をもった二種類以上の検出用電磁波とそれらを検知する２種類以上のセンサ素子は、共に同一の生体の特徴を検出するよう設計することもできる。

（製造方法）
次に、絶縁基板上に、波長感度の異なる２種類以上のセンサ素子から構成されるエリアセンサ部とその周縁の回路を構成する薄膜トランジスタからなるスイッチ素子（以下、ＴＦＴと称する場合がある）の製造方法の一実施例を説明する。この製造方法の一連の工程を図７（ａ）〜（ｄ）、図８（ｅ）〜（ｇ）、図９（ｈ）〜（ｊ）に示している。

まず、図７（ａ）に示すように、たとえばガラスを好適とする絶縁基板ＳＵＢ上に、化学気相成長法（ＣＶＤ）により、下層下地膜ＧＲＬ１としてシリコン窒化膜を、上層下地膜ＧＲＬ２としてシリコン酸化膜を順次成膜する。そして、上層下地膜ＧＲＬ２の上面に半導体膜ＰＳとしてポリシリコン膜を成膜する。最初の２層（シリコン窒化膜とシリコン酸化膜）からなる下地膜ＧＲＬ１、ＧＲＬ２は、絶縁基板ＳＵＢからの汚染を防ぐ役割を果たす。ポリシリコン膜はＣＶＤで直接成膜しても良いが、水素含有量の少ないアモルファスシリコン膜を形成した後、エキシマレーザ、固体レーザ、高速熱処理（ＲＴＡ）などで溶融と固化により形成するか、あるいは、炉体アニール、ＲＴＡ、赤外レーザなどで固相成長により形成する方法がある。半導体膜ＰＳの上面にフォトレジストを塗布し、ホトリソ工程により、パターン化されたフォトレジスト膜ＲＥＳを形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜ＲＥＳをマスクとして半導体層ＰＳをエッチングし、該フォトレジスト膜ＲＥＳを除去する。上層下地膜ＧＲＬ２の上面には島状にパターン化された半導体膜ＰＳが残存する。

次に、図７（ｃ）に示すように、半導体膜ＰＳをも被ってゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極形成用の金属膜ＭＴＬを順次形成する。ゲート絶縁膜ＧＩとしては、シリコン酸化膜、もしくはシリコン窒化膜を用いるのが望ましい。金属膜ＭＴＬは、必ずしも金属膜に限らず、高濃度の不純物を導入して低抵抗化したシリコン膜を用いてもよい。そして、金属膜ＭＴＬの上面にフォトレジストを塗布し、ホトリソ工程により、パターン化されたフォトレジスト膜ＲＥＳを形成する。

次に、図７（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜ＲＥＳをマスクとして金属膜ＭＴＬをエッチングする。残存される金属膜ＭＴＬはゲート電極ＧＴとして形成される。その後、フォトレジスト膜ＲＥＳ、ゲート電極ＧＴをマスクとしてイオン注入を行い、半導体層ＰＳ内にソース・ドレイン領域ＳＤを形成する。

この工程では、一種の不純物を導入するため、一種類の極性のＴＦＴのみが形成される（ＮＭＯＳ、あるいはＰＭＯＳ）。しかし、ホトリソ、イオン注入工程を追加することにより、ＣＭＯＳ構成とすることも可能となる。ＴＦＴをスイッチ素子として、センサピクセル内の読み出し部（ＴＦＴを採用する場合）、および周辺回路を形成する。ＴＦＴで構成される周辺回路は、エリアセンサ部周縁に配置された動作制御回路群と、エリアセンサ部からの出力を演算処理するための回路群、必要に応じて画像表示部のスイッチ、駆動回路群であることが最も理想的であるが、要求性能によっては、それらの一部をＬＳＩチップで補っても良い。

次に、図８（ｅ）に示すように、レーザアニール、もしくは、炉体アニール処理を行うことで、半導体膜ＰＳ内の導入不純物を活性化した後、絶縁保護膜ＰＡＳ１を形成し、ホトリソ工程により、パターン化された配線金属膜ＣＮＬを形成する。この配線金属膜ＣＮＬは絶縁保護膜ＰＡＳ１、ゲート絶縁膜ＧＩに形成されたスルーホールを通して薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域と電気的に接続されるようになっている。この配線金属膜ＣＮＬは配線であると同時にセンサ用の下部電極として機能するようになる。配線金属膜ＣＮＬは金属膜の代わりに、高濃度の不純物を導入し低抵抗化したシリコン膜でも良い。

次に、図８（ｆ）に示すように、絶縁保護膜ＰＡＳ２を形成し、ホトリソ工程により、パターン化されたフォトレジスト膜ＲＥＳを形成する。このフォトレジスト膜ＲＥＳはセンサ部分に開口部が形成されたものとなっている。

次に、図８（ｇ）に示すように、ＣＶＤにより、アモルファスシリコンからなるｎ型半導体層ｎＡＳ、ｉ型半導体層ｉＡＳ、ｐ型半導体層ｐＡＳを連続して順次形成する。これらの膜厚は成膜時間によって制御する。上記半導体層において、上下電極の組み合わせにより、ｎ型、ｐ型の順序を入れ替えることができる。続いて、その上部に透明導電膜ＴＣＮを形成し、この透明導電膜ＴＣＮの上面に、ホトリソ工程により、パターン化されたフォトレジスト膜ＲＥＳを形成する。透明導電膜ＴＣＮの材料は、ＩＴＯ、ＺｎＯが一般的だが、ＳｎＯ、もしくは抵抗が低く、可視-近赤外域（４００−１０００ ｎｍ）の透過率が高ければ有機系の高導電性材料でも良い。

次に、図９（ｈ）に示すように、図８（ｇ）に示したフォトレジスト膜ＲＥＳをマスクとし、エッチングにより、ＰＩＮ型ダイオードの光電変換部からなる第１センサ素子ＳＡを形成する。更に、ＣＶＤにより、アモルファスシリコンからなるｎ型半導体層ｎＡＳ、ｉ型半導体層ｉＡＳ、ｐ型半導体層ｐＡＳ、と透明導電膜ＴＣＮを連続して順次形成する。ここで、ｉ型半導体層ｉＡＳは第１センサ素子ＳＡにおけるｉ型半導体層ｉＡＳよりも膜厚を薄くして形成する。

次に、図９（ｉ）に示すように、図９（ｈ）に示したフォトレジスト膜ＲＥＳをマスクとし、エッチングにより、ＰＩＮ型ダイオードの光電変換部からなる第２センサ素子ＳＢを形成する。

第２センサ素子ＳＢの光電変換部の形成は、第１センサ素子ＳＡの光電変換部の加工精度を確保するために、透明導電膜とアモルファスシリコン層とは選択比が大きいエッチングを選択すると良い。選択比が取れない場合は、第１センサ素子ＳＡの光電変換部の上部に、選択比の大きい絶縁膜を形成し、ホトリソで第２センサ素子ＳＢの光電変換部にコンタクト孔を形成した後で第２センサ素子ＳＢの光電変換部を形成すると良い。

最後に、図９（ｊ）に示すように、絶縁保護膜ＰＡＳ３を形成、接続点の加工をして完成となる。

この製造方法では、第１センサ素子ＳＡおよび第２センサ素子ＳＢにおいて、それぞれのｉ型半導体層ｉＡＳの膜厚を変えることによって感度調整を行っている。第１センサ素子ＳＡの方が第２センサ素子ＳＢに比べ、真性アモルファスシリコンの膜厚が大きくなっている。この場合、膜厚を大きくすると長波長側の吸収が多くなるため、第１センサ素子ＳＡが高波長側に感度を有し、第２センサ素子ＳＢが低波長側に感度を有する。このように、膜厚を調整することで所望の波長特性を得るようにしている。

〈実施例２〉
次に、絶縁基板上に、波長感度の異なる２種類以上のセンサ素子から構成されるエリアセンサ部とその周縁の回路を構成するスイッチ素子の製造方法の他の実施例を、図１０、図１１を用いて説明をする。この製造方法は、図８（ｆ）の工程の後、図１０（ａ）、（ｂ）、図１１（ｃ）、（ｄ）を順次経てなされる。

このため、図８（ｇ）と図１０（ａ）は同一の図として示しており、以下の説明では図１０（ｂ）以降の工程について説明をする。

図１０（ｂ）に示すように、ホトリソ工程により、第１センサ素子ＳＡの光電変換部（ここでもＰＩＮ型ダイオードを例とする）を島状に加工した後に、ＣＶＤにより、アモルファスシリコンからなるｎ型半導体層ｎＡＳ、ｉ型半導体層ｉＡＳ、ｐ型半導体層ｐＡＳを連続成膜する。ここで、ｐ型半導体層ｐＡＳは第１センサ素子ＳＡのｐ型半導体層ｐＡＳよりも膜厚を大きくして形成する。続いて、その上部に透明導電膜ＴＣＮを形成する。透明導電膜ＴＣＮの上面に、ホトリソ工程により、パターン化されたフォトレジスト膜ＲＥＳを形成する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、図１０（ｂ）に示したフォトレジスト膜ＲＥＳをマスクとして、エッチングを行い、第２センサ素子ＳＢの光電変換部（ＰＩＮ型ダイオード）を島状に加工する。第２センサ素子ＳＢの光電変換部の島加工に際しては、第１センサ素子ＳＡの光電変換部の加工精度を確保するために、透明導電膜とアモルファスシリコン層とは選択比が大きいエッチングを選択するとよい。選択比が取れない場合は、第１センサ素子ＳＡの光電変換部の上部に、選択比の大きい絶縁膜を形成し、ホトリソで第２センサ素子ＳＢの光電変換部にコンタクト孔を形成した後でセンサ素子Ｂの光電変換部を形成するとよい。

最後に、図１１（ｄ）に示すように、絶縁保護膜ＰＡＳ３'を形成、接続点の加工をして完成となる。

この製造方法では、ｐ型半導体層ｐＡＳの膜厚を変えて感度調整を行っている。第２センサ素子ＳＢの方が第１センサ素子ＳＡに比べｐ型アモルファスシリコンの膜厚が大きい。この場合、短波長側の光の吸収は表層部で起こるため、ｐ型アモルファスシリコン膜厚を大きくすると、短波長起因の発生電荷は、ｐ型アモルファスシリコン膜内で発生、すぐに消滅するため、第２センサ素子ＳＢが高波長側に感度を有し、第１センサ素子ＳＡが低波長側に感度を有する。膜厚を調整することで所望の波長特性を得るようにしている。

〈実施例３〉
図１２（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、実施例１に示した生体認証装置を画像表示装置に搭載することによって、該画像表示装置に個人認証機能を具備させる場合のレイアウトを示した実施例である。

図１２（ａ）は、個人認証機能付き画像表示装置ＰＮＬにおいて、画像表示部ＡＲが形成された面にエリアセンサ部ＴＳが画素表示部ＡＲとは別の領域に設置されて構成されている。図１２（ｂ）は、個人認証機能付き画像表示装置ＰＮＬにおいて、画像表示部ＡＲが形成された領域に、エリアセンサ部ＴＳが設置されて構成されている。画像表示部ＡＲが形成される基板に、エリアセンサ部のＴＦＴ、ＰＩＮダイオード、キャパシタを形成することにより実現できる。図１２（ｃ）は、領域を異ならしめてエリアセンサ部ＴＳと画像表示部ＡＲが同一の絶縁性基板ＳＵＢ１上に形成され、この絶縁基板ＳＵＢ１に周辺回路ＰＲＣが形成された基板ＳＵＢ２に配置されることによって個人認証機能付き画像表示装置ＰＮＬが構成されている。図１２（ｄ）は、領域を異ならしめて、エリアセンサ部ＴＳ、画像表示部ＡＲ、第１周辺回路ＰＲＣ１が同一の絶縁性基板ＳＵＢ上に形成され、この絶縁基板ＳＵＢ１に第２周辺回路ＰＲＣ２が形成された基板ＳＵＢ２に配置されることによって個人認証機能付き画像表示装置ＰＮＬが構成されている。図１２（ｅ）は、基板ＳＵＢ１面の画像表示部ＡＲにエリアセンサ部ＴＳが形成され、該基板ＳＵＢ１が、周辺回路ＰＲＣを備える基板ＳＵＢ２に配置されて個人認証機能付き画像表示装置ＰＮＬが構成されている。この実施例では、周辺回路ＰＲＣは基板ＳＵＢ２の周縁部に形成されているが、その少なくとも一部が、基板ＳＵＢ１上の、画像表示部ＡＲ（エリアセンサ部ＴＳ）の周辺に形成されるように構成してもよい。２種類以上の電磁波発生源は、例えばＬＥＤなどを使用し、画像表示装置のバックライトの中に含まれるように設置しても良いし、別途周縁部に設置しても良い。

〈実施例４〉
図１３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、たとえば図１２（ｅ）に示したように画素表示部ＡＲの領域にエリアセンサ部ＴＳを形成した場合において、複数種類のセンサと画素との配置等の構成を示した実施例である。

図１３（ａ）は、複数種類のセンサのピクセル形状は、画素ピクセルの形状と同一となっており、複数種類のセンサは画素ピクセル内にほぼ均等に散在されて配置されている。この配列の場合、各ピクセルはマトリクス状となり、各ピクセルに接続させる配線は単純な構成にすることができる。図１３（ｂ）は、１３（ａ）の場合と類似し、異なる部分は、たとえば第２センサ素子ＳＢのように、少なくとも１種類のセンサ素子のセンサピクセル形状を画素ピクセル形状よりも大きくして配置している。認証対象が２種類以上で、かつ必要な解像度が異なる場合にはこのような配置が望ましい。図１３（ｃ）は、前述したスイープ型のセンサを内蔵しており、たとえば第２センサ素子ＳＢのように、少なくとも１種類のセンサ素子群を、図３で説明したと同様、１００行以上の配列に対し、およそ１から１０列程度配列するようにしている。なお、図１３（ｃ）において、第１センサ素子ＳＡは、画素ピクセル内にほぼ均等に散在されて配置されている。図１３（ｄ）は、画像表示部ＡＲ内において、たとえば第２センサ素子ＳＢのように、少なくとも１種類のセンサ素子群が、画像表示部ＡＲの１辺に沿うように配置されている。なお、図１３（ｄ）において、第１センサ素子ＳＡは、画素ピクセル内にほぼ均等に散在されて配置されている。

本発明の認証装置を構成する光センサ装置の概略平面図である。 センサ素子および前記センサ素子をマトリックス状に配列させた等価回路図である。 本発明の認証装置を構成する光センサ装置の概略平面図で、エリアセンサ部にスイープ型光センサ装置を構成した場合の実施例を示す構成図である。 本発明の認証装置を構成する光センサ装置の概略平面図で、少なくともエリアセンサ部を絶縁性基板上に形成した場合の実施例を示す平面図である。 前記光センサ装置を具備する生体認証装置の一実施例を示し断面図である。 異なる波長帯に感度を持っているセンサ素子について説明をするためのグラフである。 本発明の認証装置の製造方法の一実施例を示す工程図で、図８、図９ともに一連の工程を示す図である。 本発明の認証装置の製造方法の一実施例を示す工程図で、図７、図９ともに一連の工程を示す図である。 本発明の認証装置の製造方法の一実施例を示す工程図で、図７、図８ともに一連の工程を示す図である。 本発明の認証装置の製造方法の他の実施例を示す工程図で、図１１ともに一連の工程を示す図である。 本発明の認証装置の製造方法の他の実施例を示す工程図で、図１０ともに一連の工程を示す図である。 生体認証装置を画像表示装置に搭載することによって、該画像表示装置に個人認証機能を具備させる場合の実施例を示した平面図である。 画素表示部の領域にエリアセンサ部を形成した場合において、複数種類のセンサと画素との配置等の実施例を示した平面図である。

符号の説明

ＡＳ……第１センサ素子、ＳＢ……第２センサ素子、ＴＳ……エリアセンサ部、ＣＮＣ……動作制御回路群、ＣＮＬ……演算処理回路群、ＬＣＨ……光電変換部、ＡＭＬ……電荷蓄積部、ＷＲＴ……読み出し部、ＧＬ……ゲート線、ＲＳ……リセット線、ＷＴ……読み出し線、ＦＧ……指、ＭＡ……第１電磁波発信源、ＭＢ……第２電磁波発信源、ＳＳＢ……センサ用基板、ＯＣＣ……発信源制御回路、ＧＲＬ１……下層下地膜、ＧＲＬ２……上層下地膜、ＰＳ……半導体膜、ＲＥＳ……フォトレジスト膜、ＧＩ……ゲート絶縁膜、ＭＴＬ……金属膜、ＧＴ……ゲート電極、ＣＮＬ……配線金属膜、ＰＡＳ１、ＰＡＳ２、ＰＡＳ３'……絶縁保護膜、ｎＡＳ……ｎ型半導体層、ｉＡＳ……ｉ型半導体層、ｐＡＳ……ｐ型半導体層、ＴＣＮ……透明導電膜、ＰＮＬ……個人認証機能付き画像表示装置ＰＮＬ、ＡＲ……画像表示部、ＰＲＣ……周辺回路、ＰＲＣ１……第１周辺回路、ＰＲＣ２……第２周辺回路。

Claims (21)

1. 電磁波を検出するための複数のセンサ素子が２次元的に配列されているエリアセンサ部と、前記エリアセンサ部の動作制御回路群と、前記エリアセンサ部からの出力を演算処理するための演算処理回路群とを具備する光センサ装置であって、前記エリアセンサ部が、検出波長帯の異なる２種類以上のセンサ素子群によって構成されていることを特徴とする光センサ装置。
2. 請求項１に記載の光センサ装置であって、前記エリアセンサ部、および前記演算処理回路群の一部が、同一の絶縁性基板上に形成されていることを特徴とする光センサ装置。
3. 請求項１に記載の光センサ装置であって、異なる二種類以上の検出波長帯域を持つセンサ素子は、それぞれ、光電変換部の膜厚が異なっていることを特徴とする光センサ装置。
4. 請求項１に記載の光センサ装置であって、異なる二種類以上の検出波長帯域を持つセンサ素子は、それぞれ、基板面に対し電流方向が垂直であるＰＩＮ型素子で構成され、かつＰ型、Ｎ型領域のうち、入射光側の領域の厚さが互いに異なることを特徴とする光センサ装置。
5. 請求項１に記載の光センサ装置であって、各種センサ素子のピクセルの形状が同一で、各種センサ毎に観た場合の配列パターンが、１通りとなっていることを特徴とする光センサ装置。
6. 請求項１に記載の光センサ装置であって、各種センサ素子のピクセルの形状が同一で、各種センサ毎に観た場合の配列パターンが少なくとも２通りとなっていることを特徴とする光センサ装置。
7. 請求項１に記載の光センサ装置であって、少なくとも２種のセンサ素子においてピクセルの形状が互いに異なっていることを特徴とする光センサ装置。
8. 請求項１に記載の光センサ装置であって、少なくとも１種のセンサ素子は、ピクセルの形状が２種以上存在することを特徴とする光センサ装置。
9. 請求項１に記載の光センサ装置であって、少なくとも１種類のセンサ素子群は、１から１０列、Ｎ行（Ｎは整数で１００以上）のライン状に配置されていることを特徴とする光センサ装置。
10. 請求項９に記載のセンサ装置であって、前記エリアセンサ部は長方形の形状からなり、かつライン状に配置されている少なくとも１種類のセンサ素子群は、前記長方形の１辺に沿う形態で配列されていることを特徴とする光センサ装置。
11. 検出用電磁波の発信源と、生体の特徴の情報を含む電磁波を検出するためのセンサ装置とから構成される生体認証装置であって、
    前記発信源は、異なる波長帯をもった二種類以上の発信源によって構成され、
    前記センサ装置は、電磁波を検出するための複数のセンサ素子が２次元的に配列されているエリアセンサ部と、前記エリアセンサ部の動作制御回路群と、前記エリアセンサ部からの出力を演算処理するための演算処理回路群とを具備し、前記エリアセンサ部が、検出波長帯の異なる２種類以上のセンサ素子群によって構成されていることを特徴とする生体認証装置。
12. 請求項１１に記載の生体認証装置であって、異なる波長帯をもった二種類以上の検出用電磁波は、共に同一の生体の特徴を検出することを特徴とする生体認証装置。
13. 請求項１１に記載の生体認証装置であって、異なる波長帯をもった二種類以上の検出用電磁波は、それぞれ異なる生体の特徴を検出することを特徴とする生体認証装置。
14. 請求項１１に記載の生体認証装置であって、検出用電磁波、センサ素子は二種類からなり、かつ二種類の検出用電磁波、センサ素子の一組は、700-1000 nmの波長帯に強度分布、感度を持ち、他の検出用電磁波、センサ素子の一組は、500-700 nmの波長帯に強度分布を持つことを特徴とする生体認証装置。
15. 個人認証機能を具備した画像表示装置であって、前記個人認証機能は、検出用電磁波の発信源と、生体の特徴の情報を含む電磁波を検出するためのセンサ装置とから構成される生体認証装置であって、
    前記発信源は、異なる波長帯をもった二種類以上の発信源によって構成され、
    前記センサ装置は、電磁波を検出するための複数のセンサ素子が２次元的に配列されているエリアセンサ部と、前記エリアセンサ部の動作制御回路群と、前記エリアセンサ部からの出力を演算処理するための演算処理回路群とを具備し、前記エリアセンサ部が、検出波長帯の異なる２種類以上のセンサ素子群によって構成されている生体認証装置からなることを特徴とする画像表示装置。
16. 請求項１５に記載の画像表示装置であって、エリアセンサ部と、画素部が、同一の絶縁性基板上に形成されていることを特徴とする画像表示装置。
17. 請求項１６に記載の画像表示装置であって、回路群の少なくとも一部が、前記絶縁性基板上に形成されていることを特徴とする画像表示装置。
18. 請求項１６に記載の画像表示装置であって、各種類のセンサ素子のピクセル形状、サイズは、各画素のピクセル形状、サイズと同一であることを特徴とする画像表示装置。
19. 請求項１６に記載の画像表示装置であって、少なくとも1種類のセンサ素子のピクセル形状、サイズは、各画素のピクセル形状、サイズと異なることを特徴とする画像表示装置。
20. 請求項１６に記載の画像表示装置であって、少なくとも１種類のセンサ素子群は、１から１０列、Ｎ行（Ｎは整数で１００以上）のライン状に配置されていることを特徴とする画像表示装置。
21. 請求項２０に記載の画像表示装置であって、ライン状に配置されている少なくとも１種類のセンサ素子群は、画像表示部を形成する１辺に沿う形態で配列されていることを特徴とする画像表示装置。

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