JP2006503333A - 指紋認識素子を内装した一体型液晶表示装置、及びこれの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a−Si TFT−LCDは、スイッチング機能を有しているのでディスプレイ素子として用いられる。また、a−Si TFT−LCDは、感光性のため光感知センサとして用いられ、バイオメトリクス(biometrics)などにも広く用いられている。
既存の指紋認識装置としては、光学センサを用いる光学型と半導体センサを用いた半導体型がある。
光学型の指紋認証装置は、指紋の画像品質が高い長所があるが、イメージ歪に弱く、小型化が難しく、値段が高い短所がある。特に、複数のレンズを使用するため、軽薄短小が不可能であるので、モバイル端末機などには適合しない。
一方、前記のようなa−Si TFT指紋認識装置を携帯のTFT−LCDに結合したTFT−LCDがある。
図1及び図2を参照すると、複数のカラーフィルタを有するカラーフィルタ基板と薄膜トランジスタ(TFT)基板とで構成されたTFT−LCDパネル20上に、a−SiTFTを用いたTFT指紋認識基板10が付着されている。
また、正確なアラインのための作業が困難であり、基板間のミスアラインを考慮してTFT指紋認識基板10を実装したTFT−LCDパネル20を設計する場合、開口率減少によるディスプレイ特性が低下する。
本発明の第1の特徴は、基板間のミスアラインを減少させて開口率を増加させ、透過率を向上させることができる指紋認識素子を内装した一体型液晶表示装置を提供することにある。
また、本発明の第2の特徴は、基板間ミスアラインを減少させて開口率を増加させ、透過率を向上させることができる指紋認識素子を内装した一体型液晶表示装置の製造方法を提供することにある。
また、ガラス基板数の減少によって指紋認識素子を内装したTFT−LCDパネルの透過率が増加することによって、指紋認識の感度を更に向上させることができる。
さらに、指紋認識装置を備えた液晶表示装置を設計し製造する場合、設計マージンが増大し、かつ製造工程が簡単になる。
図3は、本発明の望ましい実施例による、TFT指紋識別基板を実装したカラーフィルタオンアレイ(COA)構造のa−Si TFT−LCDパネルの断面図である。
TFT指紋認識基板400は、ガラスのような材質からなる第1透明基板412、第1透明基板412の上面に形成された指紋認識のためのセンサTFTとスイッチングTFTからなる指紋認識TFT410、その上に形成された層間絶縁膜440、及び第1透明基板412の下面に形成された透明な導電性物質、例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)などからなる共通電極450を含む。
センサTFT410bのドレイン端子Dに所定レベルの直流電圧VDDが印加され、ゲート端子Gには所定レベルのバイアス電圧が印加される。
図7は、図4の指紋認識基板の単位セルの平面図を示し、図8は図7のA−A’に沿って見た断面図であり、図9A〜図14Cは、図7の指紋認識基板の単位セルの製造工程を説明するための平面図及び断面図である。
図13A及び図13Bを参照すると、データ配線及び第1電極432上に絶縁層434を形成し、保存キャパシタCstを作るために、第1電極432と対向するように絶縁層434上にITOからなる第2電極436を形成する。
図15A、図15B及び図15Cを参照すると、TFT−LCDパネルは、カラーフィルタ336が薄膜トランジスタ310及びデータライン334−j、334−(j+1)にセルフアラインされるように形成されるカラーフィルタオンアレイ(COA)構造を有する。
その結果得られた第1コンタクトホールを有する構造の表面全体上に、スイッチング薄膜トランジスタ310のドレイン電極311の第2部分を露出する第2コンタクトホールを有する有機保護膜338を形成する。ドレイン電極311の第2部分は、ドレイン電極の第1部分に対応するように、ドレイン電極311の第1部分の上に形成される。
そして、第2コンタクトホールを有する構造の表面全体に、スイッチング薄膜トランジスタ310のドレイン電極311と電気的に接触できるように、該ドレイン電極311の第3部分を露出する第3コンタクトホールを有する画素電極340を形成する。ドレイン電極311の第3部分は、ドレイン電極の第2部分に対応するように、ドレイン電極311の第2部分の上に形成される。
有機絶縁膜338は形成しなくてもよい。すなわち、スイッチング薄膜トランジスタ310が形成されている第2透明基板330上にカラーフィルタ336を形成した後、有機絶縁膜の代わりに画素電極340を、第1コンタクトホールを有する構造の表面全体にわたって形成してもよい。
図21は、本発明の他の実施例による図3のTFT指紋認識基板を実装したTFT−LCDの一つの画素を示す断面図である。
図21を参照すると、TFT基板500は、下部透明基板330、データ配線、カラーフィルタ336、絶縁膜338、ゲート配線、薄膜トランジスタ310及び画素電極340を含む。
絶縁膜338は、カラーフィルタ336上に形成され、望ましくは有機絶縁膜からなることができる。
ゲート配線は、絶縁膜338上に形成され、ゲートライン321とゲートパッド(図示せず)を含む。
薄膜トランジスタ310は、ゲート電極301、ゲート絶縁膜303、ソース電極309、ドレイン電極311、アクティブパターン305及びオーミックコンタクトパターン307を含む。
ソース電極309は、該電極上に形成されたコンタクトホール345cを通じて、データライン334a、334bと電気的に接続される。
一方、TFT基板の上部に位置するTFT指紋認識基板の構造は、前述したTFT指紋認識基板と類似であるので省略する。
Claims (28)
- i)指紋パターンによって反射された光を受光して前記反射された光の強さに相応する電荷量を有する電荷を発生させるセンサ薄膜トランジスタ、ii)前記電荷を保存する保存素子、iii)前記保存素子に保存された電荷を外部制御信号に応答して出力する第1スイッチング薄膜トランジスタを有する複数の単位セルで構成される第1基板と、
前記第1基板の下部に形成された第1透明電極と、
i)第2スイッチイング薄膜トランジスタ、ii)前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1電極に接続されるデータライン及びiii)前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第2電極に接続されるゲートライン、iv)前記ゲートライン、データライン及び前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1部分上に形成されるカラーフィルタ層、v)前記カラーフィルタ層上に形成され、前記第1電極の第2部分と電気的に接続される第2透明電極を含む複数の画素を含む第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に介在された液晶層と、
を含むことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記第2基板は、前記カラーフィルタ層をカバーするように前記カラーフィルタ層と前記第2透明電極との間に形成され、前記第1電極の前記第2部分と電気的に接続される第1絶縁層を更に含むことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 複数の単位セルが一つの画素に重なるように配列されることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 1:1の第2縦横比を有する単位セル三つが、1:3の第1縦横比を有する画素上に重なるように配列されることを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板はさらに、前記センサ薄膜トランジスタの前記ゲートラインと第3電極に接続され、センサ信号を出力するセンサ信号出力ラインを備え、該宣せ信号出力ラインは、透明導電膜で形成されることを特徴とする請求項4記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記センサ薄膜トランジスタ、保存素子及び第1スイッチング薄膜トランジスタをカバーするように形成される第2絶縁層を更に含むことを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記第1スイッチング薄膜トランジスタは、
非晶質シリコンからなるチャネル領域と、
前記チャネル領域の上部に相応する前記第2絶縁層の第3部分上に配置され、前記指紋パターンによって反射された光が前記チャネル領域に受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層と
を有することを特徴とする請求項6記載の液晶表示装置。 - 前記第1スイッチング薄膜トランジスタは、
非晶質シリコンからなるチャネル領域と、
前記チャネル領域の上部に配置され、前記指紋パターンによって反射された光が受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層と
を更に含むことを特徴とする請求項6記載の液晶表示装置。 - 前記液晶表示装置は、
前記第1基板の第1側面に隣接に位置して前記第1側面に接続され、前記指紋認識パターンに相応する指紋認識信号を生成するために、前記第1スイッチング薄膜トランジスタの第1電極から前記電荷の入力を受けるデータ読み出し部と、
前記第1基板の第2側面に隣接に位置して前記第2側面に接続され、前記第1スイッチング薄膜トランジスタ及びセンサ薄膜トランジスタの第2電極をオンオフ制御する第1ゲート駆動部と、
前記第2基板の第1側面に隣接に位置して前記第1側面に接続され、前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第3電極に前記データラインを通じて画像データを印加するデータ駆動部と、
前記第2基板の第2側面に隣接に位置して前記第2側面に接続され、前記第2スイッチング薄膜トランジスタの前記第2電極をオンオフ制御する第2ゲート駆動部と、
を含み、
前記データ駆動部は、前記データ読み出し部と反対側に位置し、前記第1ゲート駆動部は、前記第2ゲート駆動部と反対側に位置するように配置されることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。 - 絶縁物質からなる第1基板上に、指紋パターンによって反射された光を受光して前記反射された光の強さに相応する電荷量を発生させるセンサ薄膜トランジスタ、前記電荷を保存する保存素子、及び前記保存素子に保存された電荷を外部制御信号に応答して出力する第1スイッチング薄膜トランジスタを形成するステップと、
前記第1基板の下部表面に第1透明電極を形成するステップと、
絶縁物質からなる第2基板上に第2スイッチング薄膜トランジスタ及び前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1電極及び第2電極とそれぞれ接続されるゲートライン及びデータラインを形成するステップと、
前記ゲートライン、データライン及び前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1部分上にカラーフィルタ層を形成するステップと、
前記カラーフィルタ層上に、前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1電極の第2部分と電気的に接続される第2透明電極を形成するステップと、
前記第1基板と前記第2基板との間に液晶層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記カラーフィルタ層をカバーするように、前記カラーフィルタ層と前記第2透明電極との間に、前記第1電極の第2部分と電気的に接続される第1絶縁層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項10記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記センサ薄膜トランジスタ、保存素子、及び第1スイッチング薄膜トランジスタをカバーするように、センサ薄膜トランジスタ、保存素子、及び第1スイッチング薄膜トランジスタ上に第2絶縁層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項10記載の液晶表示装置の製造方法。
- 非晶質シリコンからなるチャネル領域を形成するステップと、
前記チャネル領域に重なるように配置され、前記第2絶縁層の第3部分に、前記指紋パターンによって反射された光が前記チャネル領域に受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層を形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項12記載の液晶表示装置の製造方法。 - 非晶質シリコンからなるチャネル領域を形成するステップと、
前記チャネル領域に重なるように配置され、前記指紋パターンによって反射された光が受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層を更に形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項13記載の液晶表示装置の製造方法。 - 絶縁物質からなる第1基板の上部に、指紋パターンによって反射された光を受光して電荷を発生させるセンサ薄膜トランジスタ、前記センサ薄膜トランジスタから発生した電荷を保存する保存素子、前記保存素子に保存された電荷を外部からの制御信号に応答して出力する第1スイッチング薄膜トランジスタを形成するステップと、
前記第1基板の下部表面に第1透明電極を形成するステップと、
絶縁物質からなる第2基板上に第2スイッチング薄膜トランジスタを形成するステップと、
前記第2スイッチング薄膜トランジスタ上にカラーフィルタ層を形成するステップと、
前記カラーフィルタ層上に第2透明電極を形成するステップと、
第1基板の第1画素単位に関する第1縦横比と、第2基板の第2画素単位に関する第2縦横比に基づいて、前記第1基板を前記第2基板上に整列させるステップと、
前記第1基板と前記第2基板との間に液晶層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記カラーフィルタ層に前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1電極の第1部分を露出させる第1コンタクトホールを形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項15記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第2透明電極に、前記第2スイッチング薄膜トランジスタの前記第1電極の第2部分を露出させる第2コンタクトホールを、前記第2スイッチング薄膜トランジスタの前記第1電極の前記第1部分に対応するように、形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項16記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記カラーフィルタ層をカバーするように、前記カラーフィルタ層と前記第2透明電極との間に形成される絶縁層であって、前記第2スイッチング薄膜トランジスタの前記第1電極の前記第2部分を露出させる第3コンタクトホールを有する第1絶縁層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項17記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記センサ薄膜トランジスタ、保存素子及び第1スイッチング薄膜トランジスタをカバーするように、センサ薄膜トランジスタ、保存素子、及び第1スイッチング薄膜トランジスタ上に第2絶縁層を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項18記載の液晶表示装置の製造方法。
- 非晶質シリコンからなるチャネル領域を形成するステップと、
前記チャネル領域上の前記第2絶縁層の第3部分に、前記指紋パターンによって反射された光が前記チャネル領域で受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層を形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項19記載の液晶表示装置の製造方法。 - 非晶質シリコンからなるチャネル領域を形成するステップと、
前記チャネル領域の上部に、前記指紋パターンによって反射された光が前記チャネル領域で受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層を形成するステップと
を更に含むことを特徴とする請求項15記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記指紋認識パターンに対応する指紋認識信号を生成するために、前記第1スイッチング薄膜トランジスタの第1電極から前記電荷の入力を受けるデータ読み出し部を、前記第1基板の第1側面に隣接配置して接続するステップと、
前記第1スイッチング薄膜トランジスタの第2電極及び前記センサ薄膜トランジスタの第2電極をオンオフ制御する第1ゲート駆動部を、前記第1基板の第2側面に隣接配置して接続するステップと、
前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第3電極に前記データラインを通じて画像データ信号を印加するデータ駆動部を、前記第2基板の第1側面に隣接配置して接続するステップと、
前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第2電極をオンオフ制御する第2ゲート駆動部を、前記第2基板の第2側面に隣接配置して接続するステップと、
を更に含み、
前記データ駆動部は、前記データ読み出し部と反対側に位置し、前記第1ゲート駆動部は、前記第2ゲート駆動部と反対側に位置するように配置する
ことを特徴とする請求項15記載の液晶表示装置の製造方法。 - 複数の単位セルを備えた第1基板であって、各単位セルが、i)指紋パターンによって反射された光を受光して前記反射された光の強さに相応する電荷量を有する電荷を発生させるセンサ薄膜トランジスタ、ii)前記電荷を保存する保存素子、iii)前記保存素子に保存された電荷を、外部制御信号に応答して出力する第1スイッチング薄膜トランジスタを有する、第1基板と、
前記第1基板の下部表面に形成された第1透明電極と、
第2基板と、
i)前記第2基板上に形成されたデータラインを含むデータ配線、ii)前記データ配線が形成された第2基板上に、前記データ配線の第1部分をカバーするように形成されたカラーフィルタ層、iii)前記データ配線及び前記カラーフィルタ層をカバーする絶縁膜、iv)前記絶縁膜上に形成された第2スイッチング薄膜トランジスタ、v)前記第2スイッチング薄膜トランジスタの第1電極の第2部分と電気的に接続される第2透明電極を含む画素と、
前記第2基板と前記第2基板との間に介在された液晶層と
を含むことを特徴とする液晶表示装置。 - それぞれが1:1の第2縦横比を有する3つの単位セルが、1:3の第1縦横比を有する画素上に重なるように配列されることを特徴とする請求項23記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記センサ薄膜トランジスタと、ゲートラインと、前記センサ薄膜トランジスタの第3電極とに接続され、センサ信号を出力する透明電極で形成されたセンサ信号出力ラインを有することを特徴とする請求項24記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板は、前記センサ薄膜トランジスタ、保存素子及び第1スイッチング薄膜トランジスタをカバーするように形成される第2絶縁層を更に含むことを特徴とする請求項23記載の液晶表示装置。
- 前記第1スイッチング薄膜トランジスタは、
非晶質シリコンからなるチャネル領域と、
前記チャネル領域上である前記第2絶縁層の第3部分に、前記指紋パターンによって反射された光が前記チャネル領域に受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層と
を有することを特徴とする請求項26記載の液晶表示装置。 - 前記第1スイッチング薄膜トランジスタは、
非晶質シリコンからなるチャネル領域と、
前記チャネル領域の上部に、前記指紋パターンによって反射された反射光が前記チャネル領域に受光されることを遮断するクロム/クロム酸化物からなる光遮断層と
を更に含むことを特徴とする請求項26記載の液晶表示装置。
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