CN101276107A - 具有感测功能的液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有感测功能的液晶显示装置及其制造方法，其能够提高亮度并降低功耗，该具有感测功能的液晶显示装置包括：选通线和数据线，它们在基板上彼此交叉从而限定出包括像素电极的像素区；第一开关薄膜晶体管，其形成在所述选通线和所述数据线的交叉处；感测薄膜晶体管，其形成在所述像素区的预定部分处，用于感测外部光；感测存储电容器，其用于存储所述感测薄膜晶体管感测出的信号；以及第二开关薄膜晶体管，其用于接收所存储的感测信号并读取从外部输入的信息，其中，所述感测存储电容器和所述第二开关薄膜晶体管设置有包括反射电极的反射区。

Description

具有感测功能的液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示装置及其制造方法，更具体地涉及一种具有感测功能的液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
液晶显示装置包括：设置有滤色器和黑底的滤色器基板；设置有用作开关单元的薄膜晶体管和像素电极的薄膜晶体管阵列基板；以及通过将具有各向异性介电常数的液晶材料注入到滤色器基板与薄膜晶体管阵列基板之间的空间中而形成的液晶层。随着将不同电势施加至基板上的电极，可以对形成在液晶材料中的电场的强度进行控制，由此来改变液晶层中包括的液晶分子的配向。通过改变液晶分子的配向，可以对穿过透明绝缘基板的光量进行控制，由此显示期望的图像。
液晶显示装置自身不能发光，从而必须为液晶显示装置提供背光单元。背光单元设置在用于显示图像的液晶板的背面，从而整个屏幕被从背光单元发出的光均匀照明。基于薄膜晶体管阵列基板的结构，可以将液晶显示装置分为显示功能和感测功能(触摸传感器、指纹传感器等)。
对于具有感测功能的液晶显示装置来说，每个像素区都设置有传感器驱动电路。形成在每个像素区中的传感器驱动电路都设置有防止背光单元所生成的光入射进来的遮光区。
由于传感器驱动电路在每个像素区中都有遮光区，因而，准许背光单元所生成的光入射进来的透光区的尺寸减小，由此降低了液晶板的整体亮度。
具有感测功能的液晶显示装置包括传感器驱动电路以及开关单元，从而增大了液晶显示板的功耗。
发明内容
因此，本发明致力于提供一种具有感测功能的液晶显示装置及其制造方法，其基本上消除了因现有技术的局限性和缺点而造成的一个或更多个问题。
本发明的目的是提供一种能够提高亮度并降低功耗的具有感测功能的液晶显示装置及其制造方法。
本发明的其它优点、目的以及特征将在下面的说明中部分地加以阐述，并且本领域普通技术人员，在研究下面的内容之后将变得部分地明了，或者可以通过对本发明的具体实践而获知。通过在书面说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构可以实现并获得本发明的这些目的和其它优点。
为了实现这些目的和其它优点，并且根据在此具体实现和广泛描述的本发明的目的，本发明提供了一种具有感测功能的液晶显示装置，该液晶显示装置包括：选通线和数据线，它们在基板上彼此交叉从而限定出包括像素电极的像素区；第一开关薄膜晶体管，其形成在所述选通线和所述数据线的交叉处；感测薄膜晶体管，其形成在所述像素区的预定部分处，用于感测外部光；感测存储电容器，其用于存储所述感测薄膜晶体管感测出的信号；以及第二开关薄膜晶体管，其用于接收所存储的感测信号并读取从外部输入的信息，其中，所述感测存储电容器和所述第二开关薄膜晶体管设置有包括反射电极的反射区。
这种情况下，所述感测薄膜晶体管包括：栅极，其连接至第一驱动电压供应线，该第一驱动电压供应线被供应了第一驱动电压；驱动源极，其连接至第二驱动电压供应线，该第二驱动电压供应线被供应了第二驱动电压；驱动漏极，其与所述驱动源极相对放置；以及半导体层，其形成在所述栅极与所述驱动源极之间，或者所述栅极与所述驱动漏极之间。
所述感测存储电容器包括：存储电容器下电极，其与所述感测薄膜晶体管的所述栅极形成为一体；以及存储电容器上电极，其与所述存储电容器下电极以其间插设有绝缘膜的状态相交叠，并且与所述感测薄膜晶体管的所述驱动漏极形成为一体。
另外，所述第二开关薄膜晶体管包括：连接至所述选通线的栅极；连接至所述存储电容器上电极的源极；与所述源极相对放置的漏极；以及半导体层，其形成在所述栅极与所述源极之间，或者所述栅极与所述漏极之间。
另外，所述漏极连接至与所述数据线平行形成的读出线。
另一方面，本发明提供了一种制造具有感测功能的液晶显示装置的方法，该方法包括以下步骤：在基板上形成栅极图案，该栅极图案包括选通线、第一开关薄膜晶体管的栅极、第二开关薄膜晶体管的栅极以及感测薄膜晶体管的栅极；在包括所述栅极图案的所述基板上形成栅极绝缘膜；在形成于包括所述栅极绝缘膜的所述基板上的所述第一开关薄膜晶体管、所述第二开关薄膜晶体管以及所述感测薄膜晶体管上形成半导体层；形成源极/漏极图案，该源极/漏极图案包括与所述选通线交叉并且所述栅极绝缘膜插设在其间的数据线、所述第一开关薄膜晶体管的源极和漏极、所述第二开关薄膜晶体管的源极和漏极，以及所述感测薄膜晶体管的驱动源极和驱动漏极；在所述存储电容器和所述第二开关薄膜晶体管的区域上形成第一钝化膜和反射电极；在包括所述反射电极的所述基板上形成包括孔的第二钝化膜，所述孔用于暴露所述第一开关薄膜晶体管的所述漏极；以及形成像素电极，该像素电极通过所述孔与所述第一开关薄膜晶体管的所述漏极相连。
形成栅极图案的所述步骤包括：形成第一驱动电压供应线和第二驱动电压供应线。
这时，所述第二驱动电压供应线与所述感测薄膜晶体管的所述栅极以及存储电容器下电极形成为一体。
另外，形成源极/漏极图案的所述步骤包括：形成与所述第二开关薄膜晶体管的所述漏极相连并与所述数据线平行形成的读出线。
所述感测薄膜晶体管的所述驱动漏极与所述第一存储电容器的存储电容器上电极以及所述第二开关薄膜晶体管的所述源极形成为一体。
应当理解，本发明的前述一般描述和下面的详细描述都是示范性和说明性的，旨在提供对要求保护的本发明的进一步说明。
附图说明
所包括的用于对本发明提供进一步理解且被并入而构成本申请一部分的附图例示了本发明的(多个)实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。图中：
图1是例示了根据本发明的具有感测功能的液晶显示装置的平面图；
图2是沿图1的I-I′和II-II′线截取的截面图；而
图3A到3D是例示了根据本发明的制造具有感测功能的液晶显示装置的方法的截面图。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施方式进行详细说明，附图中例示了其示例。尽可能地在所有图中使用相同标号来指代相同或相似部分。
下面参照附图，对根据本发明的液晶显示装置进行说明。
图1是例示了根据本发明的具有感测功能的液晶显示装置的平面图。图2是沿图1的I-I′和II-II′线截取的截面图。具体来说，图1和2例示了根据本发明的具有感测功能的液晶显示装置的薄膜晶体管阵列基板。薄膜晶体管阵列基板与滤色器阵列基板以其间插设有液晶层的状态相对放置，其中，滤色器阵列基板包括黑底和滤色器。
如图1和2所示，根据本发明的具有感测功能的薄膜晶体管阵列基板包括：以其间插设有栅极绝缘膜114的状态在下基板100上彼此交叉从而限定出像素区的选通线112和数据线116；形成在选通线112和数据线116的每个交叉处的像素的第一开关薄膜晶体管10；形成在所述像素区的预定部分中的像素电极118；以在像素区内插设有像素电极118的状态与数据线116平行形成的读出线120；与选通线平行形成的用于向感测薄膜晶体管20供应驱动电压的第一驱动电压供应线(未示出)和第二驱动电压供应线122；形成在第二驱动电压供应线122与读出线120的交叉处的感测薄膜晶体管20；以及形成在选通线112与读出线120的交叉处的第二开关薄膜晶体管30。另外，在感测薄膜晶体管20与第二开关薄膜晶体管30之间还放置有感测存储电容器40，在像素电极118与前一选通线之间的交叠处还放置有像素存储电容器(未示出)。
第一开关薄膜晶体管10包括：从选通线112分出的栅极112a；从数据线116分出的源极116a；经由接触孔与像素电极118相连的漏极116b；与栅极112a相交叠并且在源极116a与漏极116b之间形成了沟道的半导体层117；以及形成在半导体层117上的欧姆接触层(未示出)。半导体层117与源极116a和漏极116b相交叠，并包括源极116a与漏极116b之间的沟道区。因此，第一开关薄膜晶体管10响应于向选通线112供应的选通信号，利用向数据线116供应的像素电压信号对像素电极118进行充电并维持充电。
像素电极118经由穿过钝化膜124的接触孔与第一开关薄膜晶体管10的漏极116b相连。因而，在充有像素电压的像素电极118与滤色器阵列基板(未示出)上的公共电极或具有所述像素电极的下基板上的公共电极之间存在电势差。由于该电势差，设置在薄膜晶体管阵列基板与滤色器阵列基板之间的液晶分子发生旋转，使穿过像素电极118的入射光从下基板的下表面朝向滤色器阵列基板透射。
由前一选通线116和像素电极118形成了像素存储电容器(未示出)，并且选通线116与像素电极118之间放置有栅极绝缘膜114和钝化膜124。因此，像素存储电容器(未示出)使像素电极维持其中所充的像素电压，直到其中充入下一个像素电压为止。
该具有感测功能的液晶显示装置除了包括第一开关薄膜晶体管和像素存储电容器以外还包括感测驱动电路。该感测驱动电路包括：感测薄膜晶体管20、第二存储电容器30以及第二开关薄膜晶体管40。
感测薄膜晶体管20包括：连接至第二驱动电压供应线122的栅极122a，第二驱动电压供应线122被供应了第二驱动电压；与栅极122a以其间插设有栅极绝缘膜114的状态相交叠的半导体层和欧姆接触层117；与半导体层和欧姆接触层117电连接并且连接至第一驱动电压供应线(未示出)的驱动源极120c，第一驱动电压供应线被供应了第一驱动电压；以及与驱动源极120c相对放置的驱动漏极120b。感测薄膜晶体管20包括穿过栅极绝缘膜114从而暴露第一驱动电压供应线(未示出)的预定部分的第二接触孔(未示出)。另外，驱动源极120c经由形成在第二接触孔(未示出)上的金属图案(未示出)连接至第一驱动电压供应线(未示出)。半导体层和欧姆接触层117与驱动源极120c和驱动漏极120b相交叠，并且还包括驱动源极120c与驱动漏极120b之间的沟道区。因而，感测薄膜晶体管20通过触摸或者图像(例如，指纹)来感测入射光。
第一存储电容器40包括：存储电容器下电极122a，其与感测薄膜晶体管20的栅极122a形成为一体；以及存储电容器上电极122b，其与存储电容器下电极122a以其间插设有栅极绝缘膜114的状态相交叠，并与感测薄膜晶体管20的驱动漏极120b形成为一体。因此，第一存储电容器40根据从感测薄膜晶体管20生成的光电流而存储电荷。
第二开关薄膜晶体管30包括：形成在基板上的栅极122b；连接至存储电容器上电极的源极120b；与源极120b相对放置并连接至读出线120的漏极120a；与栅极112a相交叠的用于形成源极与漏极之间的沟道区的半导体层；以及形成在半导体层上的欧姆接触层(未示出)。
下面简要地对根据本发明的感测驱动电路的操作进行说明。随着将驱动电压施加至感测薄膜晶体管20的驱动源极120c，该电压施加在栅极122a上，从而在有源层中感测到光，基于感测到的光量来生成从驱动源极120c通过沟道到达驱动漏极112b的光电流路径。
光电流路径流向存储电容器上电极120b，同时存储电容器下电极122a开始与感测薄膜晶体管20的栅极122a相接触，由此，存储电容器由于光电流而被充入电荷。经由第二开关薄膜晶体管和读出线120在读出集成电路(未示出)中读出存储电容器中所充的电荷。即，读出集成电路中检测到的信号根据感测薄膜晶体管所感测到的光量而改变，可以感测文档的图像、图像扫描或触摸输入。可以将感测图像发送至控制器，或者可以根据用户的控制在液晶显示板上实现该图像。
同时，设置有感测驱动电路的第二存储电容器30和第二开关薄膜晶体管40的区域设置有具有反射电极(图3D的124)的反射区。与仅在遮光区形成有感测电路的现有技术液晶显示板相比，本发明的包括设置有反射区和遮光区的感测驱动电路的液晶显示板具有相对较高的亮度。另外，根据本发明的液晶显示板包括设置有反射区的感测驱动电路，从而可以降低因使用外部光或人造光源而造成的功耗。
图3A到3D是例示了根据本发明的制造具有感测功能的液晶显示装置的方法的截面图。
在基板100上形成栅极金属层之后，通过光刻法对该栅极金属层进行构图，由此形成了栅极图案，该栅极图案包括选通线112、第一开关薄膜晶体管10的栅极112a、第二开关薄膜晶体管30的栅极112b、第一驱动电压供应线(未示出)、第二驱动电压供应线122，以及感测薄膜晶体管20的栅极122a，如图3A所示。这时，第二驱动电压供应线122与存储电容器下电极122a形成为一体。接着，在包括栅极图案的基板100上形成栅极绝缘膜114。
此后，在包括栅极绝缘膜114的基板100上形成n+型非晶硅层，接着通过光刻法对其进行构图，由此形成了第一开关薄膜晶体管10、第二开关薄膜晶体管30，以及感测薄膜晶体管20的半导体层117，如图3B所示。在这种情况下，半导体层117被形成为由有源层和欧姆接触层组成的双层结构。
在包括半导体层117的基板100上形成源极/漏极金属层之后，通过光刻法对该源极/漏极金属层进行构图，由此形成了源极/漏极图案，该源极/漏极图案包括数据线116、第一开关薄膜晶体管10的源极116a和漏极116b、第二开关薄膜晶体管30的源极120a和漏极120b、感测薄膜晶体管20的驱动源极120c和驱动漏极120b，与驱动漏极120b相连的第一存储电容器40的存储电容器上电极120b，以及读出线120。
在包括源极/漏极图案的基板100上形成第一钝化膜之后，通过光刻法对该第一钝化膜进行构图，由此在第一存储电容器40和第二开关薄膜晶体管30上形成了第一钝化膜123，如图3C所示。接着，在包括第一钝化膜123的基板100上形成反射电极金属层，接着，通过光刻法对该反射电极金属层进行构图，由此在第一钝化膜123上形成了反射电极124。这时，反射电极金属层是由低电阻和高反射率的金属材料(例如，铝Al)形成的。
如图3D所示，在包括反射电极124的基板100上形成第二钝化膜125之后，通过光刻法对该第二钝化膜进行构图，由此形成了用于暴露第一开关薄膜晶体管30的漏极的接触孔(未示出)。接着，在包括接触孔(未示出)的第二钝化膜125上形成透明导电膜，接着，通过光刻法对该透明导电膜进行构图，由此形成了与第一开关薄膜晶体管30的漏极相连的像素电极118。处理至此完成。
在前述图中，感测驱动电路放置在像素区的右侧。然而，也可以将感测驱动电路放置在像素区的左侧、上侧或下侧。
如上所述，根据本发明的液晶显示装置及其制造方法具有以下优点。
在根据本发明的液晶显示装置中，感测驱动电路设置有反射区。因而，与包括仅设置有遮光区的感测驱动电路的现有技术液晶显示板相比，本发明的包括设置有反射区和遮光区的感测驱动电路的液晶显示板的亮度得到了很大的提高。
根据本发明的液晶显示板包括设置有反射区的感测驱动电路，由此降低了因使用外部光或人造光源而造成的功耗。
本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同形式范围内的本发明的这些修改和变型。
本申请要求2007年3月30日提交的韩国专利申请No.P2007-31485的优先权，此处通过引用将其并入，如同在此进行了充分阐述。

Claims (10)

1、一种具有感测功能的液晶显示装置，该具有感测功能的液晶显示装置包括：
选通线和数据线，它们在基板上彼此交叉从而限定出包括像素电极的像素区；
第一开关薄膜晶体管，其形成在所述选通线和所述数据线的交叉处；
感测薄膜晶体管，其形成在所述像素区的预定部分处，用于感测外部光；
感测存储电容器，其用于存储所述感测薄膜晶体管感测出的信号；以及
第二开关薄膜晶体管，其用于接收所存储的感测信号并读取从外部输入的信息，
其中，所述感测存储电容器和所述第二开关薄膜晶体管设置有包括反射电极的反射区。
2、根据权利要求1所述的具有感测功能的液晶显示装置，其中，所述感测薄膜晶体管包括：
栅极，其连接至第一驱动电压供应线，该第一驱动电压供应线被供应了第一驱动电压；
驱动源极，其连接至第二驱动电压供应线，该第二驱动电压供应线被供应了第二驱动电压；
驱动漏极，其与所述驱动源极相对放置；以及
半导体层，其形成在所述栅极与所述驱动源极之间，或者所述栅极与所述驱动漏极之间。
3、根据权利要求1或2所述的具有感测功能的液晶显示装置，其中，所述感测存储电容器包括：
存储电容器下电极，其与所述感测薄膜晶体管的所述栅极形成为一体；以及
存储电容器上电极，其与所述存储电容器下电极以其间插设有绝缘膜的状态相交叠，并且与所述感测薄膜晶体管的所述驱动漏极形成为一体。
4、根据权利要求1或3所述的具有感测功能的液晶显示装置，其中，所述第二开关薄膜晶体管包括：
连接至所述选通线的栅极；
连接至所述存储电容器上电极的源极；
与所述源极相对放置的漏极；以及
半导体层，其形成在所述栅极与所述源极之间，或者所述栅极与所述漏极之间。
5、根据权利要求4所述的具有感测功能的液晶显示装置，其中，所述漏极连接至与所述数据线平行形成的读出线。
6、一种制造具有感测功能的液晶显示装置的方法，该方法包括以下步骤：
在基板上形成栅极图案，该栅极图案包括选通线、第一开关薄膜晶体管的栅极、第二开关薄膜晶体管的栅极以及感测薄膜晶体管的栅极；
在包括所述栅极图案的所述基板上形成栅极绝缘膜；
在形成于包括所述栅极绝缘膜的所述基板上的所述第一开关薄膜晶体管、所述第二开关薄膜晶体管以及所述感测薄膜晶体管上形成半导体层；
形成源极/漏极图案，该源极/漏极图案包括与所述选通线交叉并且所述栅极绝缘膜插设在其间的数据线、所述第一开关薄膜晶体管的源极和漏极、所述第二开关薄膜晶体管的源极和漏极，以及所述感测薄膜晶体管的驱动源极和驱动漏极；
在所述存储电容器和所述第二开关薄膜晶体管的区域上形成第一钝化膜和反射电极；
在包括所述反射电极的所述基板上形成包括孔的第二钝化膜，所述孔用于暴露所述第一开关薄膜晶体管的所述漏极；以及
形成像素电极，该像素电极通过所述孔与所述第一开关薄膜晶体管的所述漏极相连。
7、根据权利要求6所述的方法，其中，形成栅极图案的所述步骤包括：形成第一驱动电压供应线和第二驱动电压供应线。
8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二驱动电压供应线与所述感测薄膜晶体管的所述栅极以及所述存储电容器下电极形成为一体。
9、根据权利要求6所述的方法，其中，形成源极/漏极图案的所述步骤包括：形成与所述第二开关薄膜晶体管的所述漏极相连并与所述数据线平行形成的读出线。
10、根据权利要求6所述的方法，其中，所述感测薄膜晶体管的所述驱动漏极与所述第一存储电容器的所述存储电容器上电极以及所述第二开关薄膜晶体管的所述源极形成为一体。
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