JP4590340B2 - 液晶表示装置及び液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法 - Google Patents

液晶表示装置及び液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法 Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、文書、イメージスキャン、タッチ入力のできるイメージセンシング機能を有する液晶表示装置及びその製造方法と液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法に関する。
通常の液晶表示装置は電界を用いて液晶の光透過率を調節することによって画像を表示する。このため、液晶表示装置は、液晶セルがマトリクス状に配列された液晶表示パネルと液晶表示パネルを駆動するための駆動回路とを備える。
液晶表示パネルは、互いに対向する薄膜トランジスタアレイ基板及びカラーフィルタアレイ基板と、両基板間に一定なセルギャップの維持のために位置するスペーサーと、そのセルギャップに満たされた液晶とを備える。
薄膜トランジスタアレイ基板は、ゲートライン及びデータラインと、そのゲートラインとデータラインとの交差部ごとにスイッチ素子として形成された薄膜トランジスタと、液晶セル単位に形成され、薄膜トランジスタに接続された画素電極等と、その上に塗布された背向膜とで構成される。ゲートラインとデータラインは、各々のパッド部を通じて駆動回路から信号の供給を受ける。薄膜トランジスタは、ゲートラインに供給されるスキャン信号に応じてデータラインに供給される画素電圧信号を画素電極に供給する。
カラーフィルターアレイ基板は、液晶セル単位に形成されたカラーフィルターと、カラーフィルター間の区分及び外部光の反射のためのブラックマトリクスと、液晶セルに共通的に基準電圧を供給する共通電極等と、その上に塗布される背向膜とで構成される。
液晶表示パネルは、薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルターアレイ基板とを別途に製作し合着した後、液晶を注入し封入することによって完成される。
図１は、従来の液晶表示パネルの薄膜トランジスタアレイ基板を示した平面図であり、図２は、図１に示した薄膜トランジスタアレイ基板をI−I’線に沿って切り取って示した断面図である。
図１及び図２に示した薄膜トランジスタアレイ基板は、下部基板４２上にゲート絶縁膜４４を介して交差して形成されたゲートライン２及びデータライン４と、その交差部ごとに形成された薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と称する）６と、その交差構造に設けられたセル領域に形成された画素電極１８とを備える。そして、ＴＦＴアレイ基板は画素電極１８とその前段のゲートライン２との重畳部に形成されたストレージキャパシタ２０を備える。
ＴＦＴ６は、ゲートライン２に接続されたゲート電極８と、データライン４に接続されたソース電極１０と、画素電極１８に接続されたドレイン電極１２と、ゲート電極８と重畳されソース電極１０とドレイン電極１２間にチャンネルを形成する活性層１４とを備える。活性層１４は、データライン４、ソース電極１０及びドレイン電極１２と重畳されるよう形成され、ソース電極１０とドレイン電極１２間のチャンネル部をさらに含む。活性層１４上には、データライン４、ソース電極１０及びドレイン電極１２とオーミック接触のためのオーミック接触層４８がさらに形成される。ここで、通常、活性層１４及びオーミック接触層４８を半導体パターン４５と名付ける。
このようなＴＦＴ６は、ゲートライン２に供給されるゲート信号に応答してデータライン４に供給される画素電圧信号が画素電極１８に充電され維持されるようにする。
画素電極１８は、保護膜５０を貫通する接触ホール１６を通じてＴＦＴ６のドレイン電極１２と接続される。画素電極１８は、充電された画素電圧によって図示しない上部基板に形成される共通電極と電位差を発生させる。この電位差によってＴＦＴアレイ基板とカラーフィルターアレイ基板との間に位置する液晶が誘電異方性によって回転し、図示しない光源から画素電極１８を経由して入射する光を上部基板側に透過させる。
ストレージキャパシタ２０は、前段のゲートライン２と画素電極１８とによって形成される。ゲートライン２と画素電極１８との間にはゲート絶縁膜４４及び保護膜５０が位置する。このようなストレージキャパシタ２０は、画素電極１８に充電された画素電圧が次の画素電圧の充電されるまで維持されるようにする。
このような従来の液晶表示装置は、ディスプレイ機能のみを有するだけであり、外部イメージをセンシングしてディスプレイすることができる機能は有していない。図３は、従来のイメージセンシング素子を示す図面である。（図３に示したイメージセンシング素子内の各構成要素の中、通常のＴＦＴに含まれる構成要素には図１及び図２に示したＴＦＴの構成要素と同一な図面符号を与えることにする。）
図３に示したイメージセンシング素子は、フォトＴＦＴ４０、フォトＴＦＴ４０と接続されたストレージキャパシタ８０、ストレージキャパシタ８０を介してフォトＴＦＴ４０とは反対方向に位置するスイッチＴＦＴ６を備える。
フォトＴＦＴ４０は、基板４２上に形成されたゲート電極８と、ゲート絶縁膜４４を介してゲート電極８と重畳される活性層１４、活性層１４と電気的に接続される駆動ソース電極６０、駆動ソース電極６０と対向する駆動ドレイン電極６２を備える。活性層１４は、駆動ソース電極６０及び駆動ドレイン電極６２と重畳するように形成され、駆動ソース電極６０と駆動ドレイン電極６２間のチャンネル部をさらに含む。活性層１４上には駆動ソース電極６０及び駆動ドレイン電極６２とオーミック接触のためのオーミック接触層４８がさらに形成される。このようなフォトＴＦＴ４０は文書または人の指紋等の所定のイメージによる入射光をセンシングする役割をする。
ストレージキャパシタ８０は、フォトＴＦＴ４０のゲート電極８と接続されたストレージ下部電極７２、絶縁膜４４を介してストレージ下部電極７２と重畳するように形成され、フォトＴＦＴ４０の駆動ドレイン電極６２と接続されたストレージ上部電極７４を備える。このようなストレージキャパシタ８０は、フォトＴＦＴ４０から発生された光電流による電荷を貯蔵する役割をする。
スイッチングＴＦＴ６は、基板４２上に形成されたゲート電極８と、ストレージ上部電極７４と接続されたソース電極１０と、ソース電極１０と対向するドレイン電極１２と、ゲート電極８と重畳され、ソース電極１０とドレイン電極１２間にチャンネルを形成する活性層１４とを備える。活性層１４は、ソース電極１０及びドレイン電極１２と重畳するように形成され、ソース電極１０とドレイン電極１２間のチャンネル部をさらに含む。活性層１４上にはソース電極１０及びドレイン電極１２とオーミック接触のためのオーミック接触層４８がさらに形成される。
このような構造を有するイメージセンシング素子の駆動を簡略に説明すると、フォトＴＦＴ４０の駆動ソース電極６０に、例えば約１０Ｖ程の駆動電圧が印加されると共に、ゲート電極８に、例えば約−５Ｖ程の逆バイアス電圧が印加され、活性層１４に光がセンシングされると、センシングされた光量に従って駆動ソース電極６０からチャンネルを経由して駆動ドレイン電極６２に流れる光電流（Ｐｈoｔo Ｃｕｒｒｅｎｔ）パスが発生される。光電流パスは、駆動ドレイン電極６２からストレージ上部電極７４に流れると同時に、ストレージ下部電極７２は、フォトＴＦＴ４０のゲート電極８と接続されているので、ストレージキャパシタ８０には光電流による電荷が充電される。このようにストレージキャパシタ８０に充電された電荷はスイッチＴＦＴ６に伝達され、フォトＴＦＴ４０によってセンシングされたイメージを読出することが可能になる。
このように従来の液晶表示装置はディスプレイのための機能のみを有し、従来のイメージセンシング素子はイメージをセンシングする機能のみを有する。
従って、本発明の目的は、文書、指紋等のイメージが入力されると共に、入力されたイメージを画像に写すことのできる液晶表示装置及びそれを用いたイメージセンシング方法を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明による液晶表示装置は、データ電圧を供給するデータラインと、前記データラインと交差するゲートラインと、前記データラインと前記ゲートラインとの交差領域に位置する第１薄膜トランジスタと、外部からの光をセンシングするためのフォトＴＦＴと、前記フォトＴＦＴによりセンシングされた信号を貯蔵するための第１ストレージキャパシタと、前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号を選択的に供給する第２ＴＦＴと、前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号の供給を前記第２ＴＦＴを通じて受ける集積回路と、前記フォトＴＦＴに第１駆動電圧を供給する第１駆動電圧供給ラインと、前記フォトＴＦＴに第２駆動電圧を供給するための第２駆動電圧供給ラインとを含み、前記フォトＴＦＴは、前記第２駆動電圧供給ラインと接続された第１ゲート電極と、前記第１駆動電圧供給ラインと電気的に接続された第１ソース電極と、前記第２ＴＦＴに連結された第１ドレイン電極とを含み、前記第１ストレージキャパシタは、前記第１ゲート電極及び前記電圧供給ラインと一体に形成される第１ストレージ下部電極と、前記第１ストレージ下部電極と重畳され、前記第１ドレイン電極と一体に形成される第１ストレージ上部電極とを含み、前記第２ＴＦＴは、前記ゲートラインから伸張された第２ゲート電極と、前記第１ストレージ上部電極と一体に形成された第２ソース電極と、前記集積回路と接続される第２ドレイン電極とを含むことを特徴とする。液晶表示装置。
さらに、本発明による液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法は、データ電圧を供給するデータラインと、前記データラインと交差するゲートラインと、前記データラインと前記ゲートラインとの交差領域に位置する第１薄膜トランジスタと、外部からの光をセンシングするためのフォトＴＦＴと、前記フォトＴＦＴによりセンシングされた信号を貯蔵するための第１ストレージキャパシタと、前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号を選択的に供給する第２ＴＦＴと、前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号の供給を前記第２ＴＦＴを通じて受ける集積回路と、前記フォトＴＦＴに第１駆動電圧を供給する第１駆動電圧供給ラインと、前記フォトＴＦＴに第２駆動電圧を供給するための第２駆動電圧供給ラインとを含み、前記フォトＴＦＴは、前記第２駆動電圧供給ラインと接続された第１ゲート電極と、前記第１駆動電圧供給ラインと電気的に接続された第１ソース電極と、前記第２ＴＦＴに連結された第１ドレイン電極とを含み、前記第１ストレージキャパシタは、前記第１ゲート電極及び前記電圧供給ラインと一体に形成される第１ストレージ下部電極と、前記第１ストレージ下部電極と重畳され、前記第１ドレイン電極と一体に形成される第１ストレージ上部電極とを含み、前記第２ＴＦＴは、前記ゲートラインから伸張された第２ゲート電極と、前記第１ストレージ上部電極と一体に形成された第２ソース電極と、前記集積回路と接続される第２ドレイン電極とを含む液晶表示装置を設ける段階と、所定のイメージ情報を有する光が前記フォトセンシング素子に照射される段階と、前記フォトセンシング素子に照射された光が所定の信号に変換される段階と、前記変換された信号を用いて前記イメージ情報を検出する段階とを含むことを特徴とする。
本発明による液晶表示装置及びその製造方法とそれを用いたイメージセンシング方法は、画像のみを具現することのできる液晶表示装置に、文書、イメージ等のセンシングができるセンシング素子が含めることができることによって、一つの液晶表示装置を用いてイメージ等を入力することができるだけでなく、必要に応じては入力されたイメージを画像に具現することが可能になる。特に、液晶表示装置にイメージのセンシング機能を付加することによって液晶表示装置内にイメージの入・出力が可能になり、費用とサイズの面において非常に大きな利点を有する。
以下、添付の図面を参照して本発明による有機電界発光表示素子に対して詳細に説明する。
図４は、本発明の第１の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置を示す平面図であり、図５は、図４に示したI−I’線及びII−II’線を各々切り取って示した断面図である。特に、図４及び図５には、イメージセンシング機能を有する液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板を示した。ＴＦＴアレイ基板と液晶とを介して位置するカラーフィルターアレイ基板は、通常のブラックマトリクス、カラーフィルター等を含む。
図４及び図５に示したイメージセンシング機能を有するＴＦＴアレイ基板は、下部基板１４２上にゲート絶縁膜１４４を介して交差するよう形成されたゲートライン１０２及びデータライン１０４と、その交差部ごとに形成された画素スイッチングＴＦＴ（以下、「第１ＴＦＴ」と称す）１０６と、その交差構造で備えられたセル領域に形成された画素電極１１８、画素電極１１８を介してデータライン１０４と並列に形成されたリードアウトライン（Ｒｅａｄ−Ｏｕｔ Ｌｉｎｅ）２０４、ゲートライン１０２と並列に形成されフォトＴＦＴ１４０に第１及び第２駆動電圧を供給する第１及び第２駆動電圧供給ライン１５２、１７１、第１駆動電圧供給ライン１５２とリードアウトライン２０４との交差領域に形成されたフォトＴＦＴ１４０、ゲートライン１０２とリードアウトライン２０４との交差領域に形成されたスイッチングＴＦＴ（以下、「第２ＴＦＴ」と称す）１７０を備える。そして、フォトＴＦＴ１４０と第２ＴＦＴ１７０間に位置するフォトセンシング用ストレージキャパシタ（以下、「第１ストレージキャパシタ」と称す）１８０、画素電極１１８と前段のゲートライン１０２との重畳部に形成された画素用ストレージキャパシタ（以下、「第２ストレージキャパシタ」と称す）１２０を備える。図面上の第２ストレージキャパシタ１２０は、便宜上次の画素の第２ストレージキャパシタ１２０を示す。
第１ＴＦＴ１０６は、ゲートライン１０２に接続されたゲート電極１０８と、データライン１０４に接続されたソース電極１１０と、画素電極１１８に接続されたドレイン電極１１２と、ゲート電極１０８と重畳されソース電極１１０とドレイン電極１１２間にチャンネルを形成する活性層１１４とを備える。活性層１１４は、データライン１０４、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２と重畳するように形成され、ソース電極１１０とドレイン電極１１２間のチャンネル部をさらに含む。活性層１１４上には、データライン１０４、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２とオーミック接触のためのオーミック接触層１４８がさらに形成される。ここで、通常、活性層１１４及びオーミック接触層１４８を半導体パターン１４５と名付ける。
このような第１ＴＦＴ１０６は、ゲートライン１０２に供給されるゲート信号に応答してデータライン１０４に供給される画素電圧信号が画素電極１１８に充電され維持されるようにする。
画素電極１１８は、保護膜１５０を貫通する第１接触ホール１１６を通じてＴＦＴ１０６のドレイン電極１１２と接続される。画素電極１１８は、充電された画素電圧によって図示しない上部基板（例えば、カラーフィルターアレイ基板）に形成される共通電極との電位差を発生させる。この電位差によってＴＦＴアレイ基板とカラーフィルターアレイ基板との間に位置する液晶が誘電異方性によって回転し、図示しない光源から画素電極１１８を経由し入射される光を上部基板側に透過させる。
第２ストレージキャパシタ１２０は、前段のゲートライン１０２と画素電極１１８とによって形成される。ゲートライン１０２と画素電極１１８との間にはゲート絶縁膜１４４及び保護膜１５０が位置する。このような第２ストレージキャパシタ１２０は、画素電極１１８に充電された画素電圧が次の画素電圧が充電されるまで維持されるようにする。
フォトＴＦＴ１４０（以下、ＴＦＴの各構成要素中、前述した第１ＴＦＴの構成要素と同一機能を有する構成要素には第１ＴＦＴの構成要素と同一符号を与えることにする）は、第２駆動電圧供給ライン１７１と接続されるゲート電極１０８と、ゲート絶縁膜１４４を介してゲート電極１０８と重畳される活性層１１４、活性層１１４と電気的に接続されると共に第１駆動電圧供給ライン１５２と接続された駆動ソース電極１６０、駆動ソース電極１６０と対向する駆動ドレイン電極１６２を備える。ここで、フォトＴＦＴ１４０は、保護膜１５０及びゲート絶縁膜１４４を貫通して第１駆動電圧供給ライン１５２を一部露出させる第２接触ホール１５５を備え、駆動ソース電極１６０は、第２接触ホール１５５上に形成された透明電極パターン１５４によって第１駆動電圧供給ライン１５２と接続される。活性層１１４は、駆動ソース電極１６０及び駆動ドレイン電極１６２と重畳するように形成され、駆動ソース電極１６０と駆動ドレイン電極１６２との間のチャンネル部をさらに含む。活性層１１４上には、駆動ソース電極１６０及び駆動ドレイン電極１６２とのオーミック接触のためのオーミック接触層１４８がさらに形成される。このようなフォトＴＦＴ１４０は、文書または指紋等の所定のイメージによる入射光をセンシングする役割をする。
第１ストレージキャパシタ１８０は、フォトＴＦＴ１４０のゲート電極１０８と一体化された第１ストレージ下部電極１７２、絶縁膜１４４を介して第１ストレージ下部電極１７２と重畳するように形成され、フォトＴＦＴ１４０の駆動ドレイン電極１６２と接続されたストレージ上部電極１７４を備える。このような第１ストレージキャパシタ１８０は、フォトＴＦＴ１４０から発生された光電流による電荷を貯蔵する役割をする。
第２ＴＦＴ１７０は、基板１４２上に形成されたゲート電極１０８と、第２ストレージ上部電極１７４と接続されたソース電極１１０と、ソース電極１１０と対向するドレイン電極１１２と、ゲート電極１０８と重畳され、ソース電極１１０とドレイン電極１１２との間にチャンネルを形成する活性層１１４とを備える。活性層１１４は、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２と重畳するように形成され、ソース電極１１０とドレイン電極１１２間のチャンネル部をさらに含む。活性層１１４上には、ソース電極１１０及びドレイン電極１１２とオーミック接触のためのオーミック接触層１４８がさらに形成される。
このような構造を有する本発明におけるイメージセンシング素子の駆動の過程を図６に示した回路図を参照して説明すると次のとおりである。
まず、フォトＴＦＴ１４０の駆動ソース電極１６０に第１駆動電圧が印加されると共に、ゲート電極１０８に第２駆動電圧が印加され、活性層１１４に所定の光がセンシングされると、センシングされた光量に従って駆動ソース電極１６０からチャンネルを経由して駆動ドレイン電極１６２に流れる光電流（Ｐｈoｔo Ｃｕｒｒｅｎｔ）パスが発生する。光電流パスは、駆動ドレイン電極１６２から第１ストレージ上部電極１７４に流れると同時に、第１ストレージ下部電極１７２は、フォトＴＦＴ１４０のゲート電極１０８と接続されているので、第１ストレージキャパシタ１８０（Ｐｈoｔo ＴＦＴ）には光電流による電荷が充電される。このように第１ストレージキャパシタ１８０（Ｐｈoｔo ＴＦＴ）に充電された電荷は、第２ＴＦＴ１７０及びリードアウトライン２０４を経由してリードアウト集積回路（Ｒｅａｄ Ｏｕｔ ＩＣ）から読出される。
即ち、フォトＴＦＴ１４０からセンシングされた光量に従うリードアウト集積回路（Ｒｅａｄ Ｏｕｔ ＩＣ）から検出される信号が変わることによって、文書、イメージスキャン、タッチ入力等のイメージのセンシングが可能になる。センシングされたイメージは制御部等に伝達されるか、または使用者の調節に従って液晶表示パネルの画像に具現される。
一方、本発明においては、図７に示したように、画素電極１１８が位置する画素領域Ａ及び光をセンシングするためのフォトＴＦＴ１４０を除いた領域は、カラーフィルターアレイ基板のブラックマトリクスＢによって遮られる。
図８は、本発明の第１の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置が光をセンシングする過程を示す断面図であり、図９は、外部光がフォトＴＦＴに入射されセンシングされる過程を示す回路図である。図１０は、センシングされた信号がリードアウト集積回路（ＩＣ）に検出される過程を示す回路図である。
まず、図８に示した液晶表示装置は、液晶１９５を介してフォトＴＦＴ１４０が形成されたＴＦＴアレイ基板と対向するカラーフィルターアレイ基板を備える。カラーフィルターアレイ基板には、第２ＴＦＴ１７０等はマスキングし、画素領域及びフォトＴＦＴ１４０は開口させるブラックマトリクス２５４と、画素領域と対応するカラーフィルター２５６とが形成される。
このような液晶表示装置は、第１駆動電圧供給ライン１５２からフォトＴＦＴ１４０の駆動ソース電極１６０に、例えば約１０Ｖ程度の駆動電圧が印加されると共に、第２駆動電圧供給ライン１７１からフォトＴＦＴ１４０のゲート電極１０８に、例えば約−５Ｖ程度の逆バイアス電圧が印加され、活性層１１４に光（例えば、外部光）がセンシングされると、センシングされた光量に従って駆動ソース電極１６０から活性層１１４のチャンネルを経由して駆動ドレイン電極１６２に流れる光電流パスが発生する。光電流パスは駆動ドレイン電極１６２から第１ストレージ上部電極１７４に流れると同時に、第１ストレージ下部電極１７２はフォトＴＦＴ１４０のゲート電極１０８と接続されているので、第１ストレージキャパシタ１８０には光電流による電荷が充電される。ここで、第１ストレージキャパシタ１８０の最大の充電量は、駆動ソース電極１６０とゲート電極１０８との電圧差、例えば１５Ｖ程度充電される。
このように、フォトＴＦＴ１４０が光をセンシングし、第１ストレージキャパシタ１８０に電荷が充電される間、第２ＴＦＴ１７０のゲート電極１０８にはゲートロー電圧、例えば−５Ｖが印加されることによって、第２ＴＦＴ１７０はターンオフ状態を維持するようになる。
以後、図１０に示したように、第２ＴＦＴ１７０のゲート電極１０８にハイ電圧、例えば約２０〜２５Ｖ程度供給される第２ＴＦＴ１７０がターンオンされることによって、第２ストレージキャパシタ１２０に充電された電荷による電流パスが第２ＴＦＴ１７０のソース電極１１０、活性層１１４チャンネル、ドレイン電極１１２及びリードアウトライン２０４を経由してリードアウト集積回路（ＩＣ）に供給される。このように供給された電流パスによるセンシング信号をリードアウト集積回路（ＩＣ）から読出するようになる。
このように、本発明によるイメージセンシング機能を有する液晶表示装置は、画像を具現するディスプレイ機能だけでなく、イメージセンシング能力も有することによって、外部文書、タッチ等を入力することと共に、入力されたイメージを使用者の要求に応じて出力することのできる機能を両方有することが可能になる。
図１１は、本発明の第２の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置が光をセンシングする過程を示す断面図である。
図１１に示した第２の実施の形態においては、指またはタッチペン（以下、「イメージ等」と称す）等によるイメージをセンシングする過程を示す。
第２の実施の形態のセンシングの原理は、イメージ等によって遮られる領域には、外部光が遮断されることによって遮断領域に対応するフォトＴＦＴ１４０がターンオフされたり、または少量の光電流が発生し、イメージ等によって遮られない部分に対応するフォトＴＦＴ１４０は多量の光をセンシングするためターンオンされる。即ち、液晶表示装置内におけるおけるフォトＴＦＴ１４０のターンオン、ターンオフまたは光のセンシング程度によって、イメージ等の位置情報を得ることが可能になる。
即ち、第２の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置の光センシングの原理は、外部光が照射された領域には光電流が増加することによって第１ストレージキャパシタ１８０に充電される電荷量が増加し、反面、イメージ等に対応するる領域には外部光が遮断され光電流が増加しないことによって第１ストレージキャパシタ１８０に貯蔵される電荷量が減少する。本発明におけるおける第２の実施の形態は、このような一連の過程によって読まれる値の差を用いてイメージ等の位置を判断することを除いては、図９及び図１０に示したセンシング及びセンシングされた信号のリーディング方法と同一な方式によって成される。従って、図９及び図１０に対応する回路に対する説明は省略する。
図１２は、本発明の第３の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置が光をセンシングする過程を示す断面図である。
図１２に示した第３の実施の形態においては、外部光だけでなくＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）ペンのようなライトペンの光をフォトＴＦＴ１４０に照射し、照射された光量をセンシングする過程を示す。
第３の実施の形態のセンシングの原理は、外部光と共にライトペンの光を照射すると本発明の第１の実施の形態の光量より多量の光電流が発生される。これに従って、第１ストレージキャパシタ１８０に貯蔵される電荷量は第１及び第２の実施の形態より多くなり、また、第２ＴＦＴ１７０及びリードアウトライン２０４を経由する電流量も多くなることによって、リードアウト集積回路（ＩＣ）はさらに多くの信号を検出するようになる。
即ち、本発明の第３の実施の形態のイメージセンサー機能を有する液晶表示装置の光センシングの原理は、外部光だけでなくライトペンの光をフォトＴＦＴ１４０に照射させて光量をセンシングすることを除いては、本発明の第１の実施の形態と同一な構成を有するので、本発明の第１の実施の形態と同一な図９及び図１０に関する詳細な説明は省略する。
図１３及び図１４は、本発明の第４の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置が光をセンシングする過程を示す断面図である。
本発明の第４の実施の形態においては、明暗を有する印刷物をスキャンすることのできるスキャナー機能を有する液晶表示装置として、図１３は、紙２７１の余白、即ち、所定のイメージのない領域からの反射を示す図面であり、図１４は、紙２７３のイメージ領域、例えば、絵、文字、記号等からの反射を示す図面である。
第４の実施の形態においては、液晶表示パネルの下部に位置するバックライト光が液晶表示パネルを通過した後、図１３に示したように、紙２７１に反射されフォトＴＦＴ１４０にセンシングされるようになり、その際の光量に従う信号をリードアウト集積回路（ＩＣ）が検出する。即ち、紙の背景、または明るい領域（例えば、黒色インクのない領域）から反射された光によって発生した各々の光電流によって充電される電荷量に従う第２ＴＦＴ１７０のターンオンによって、リードアウト集積回路（ＩＣ）がセンシング信号を検出する。
反面、バックライト光は液晶表示パネルを通過した後、図１４に示したように紙の暗い領域（例えば、文字、記号等の黒色インクのある領域）から反射されフォトＴＦＴ１４０にセンシングされるようになり、その際の光量に従う信号をリードアウト集積回路（ＩＣ）が検出する。即ち、紙の暗い領域から反射された光によって発生された各々の光電流によって充電される電荷量に従う第２ＴＦＴ１７０のターンオンによって、リードアウト集積回路（ＩＣ）がセンシング信号を検出する。
ここで、図１３におけるフォトＴＦＴ１４０にセンシングされる光量より図１４におけるフォトＴＦＴ１４０にセンシングされる光量が少ないため、紙内の文字及びイメージと紙２７１、２７３内の余白及び非イメージ領域とが区分される。
このような一連のセンシング過程を通じて検出された信号に従ってスキャニングすることと共に、使用者の要求に応じてセンシングされたイメージを画像に写すことが可能になる。
このような本発明の第４の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置内のフォトＴＦＴ１４０の各々の光センシングの原理も本発明の第１の実施の形態で説明した図９及び図１０に示したセンシング及びリーディング方法と同一な方式によって成される。従って、図９及び図１０に対応される回路に対する説明は省略する。
以下、図１５Ａ乃至図１５Ｅを参照して、本発明によるイメージセンシング機能を有する液晶表示パネルの製造方法を具体的に調べる。
まず、下部基板１４２上にスパッタリング方法等の蒸着方法を通じてゲート金属層が形成された後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってゲート金属層がパターニングされることによって、図１５Ａに示したように、ゲートライン１０２、第１ＴＦＴ１０６のゲート電極１０８、第２ＴＦＴ１７０のゲート電極１０８、第１駆動電圧供給ライン１５２、第１ストレージキャパシタの第１ストレージ下部電極１７２及び第２駆動電圧供給ライン１７１を含むゲートパターンが形成される。ここで、第２駆動電圧供給ライン１７１は、第１ストレージキャパシタ１８０の第１ストレージ下部電極１７２と一体化される。
ゲートパターンが形成された下部基板１４２上に、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング等の蒸着方法を通じてゲート絶縁膜１４４が形成される。ゲート絶縁膜１４４が形成された下部基板１４２上に、非晶質シリコン層、ｎ＋非晶質シリコン層が順次形成される。
以後、マスクフォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって非晶質シリコン層、ｎ＋非晶質シリコン層がパターニングされることによって、図１５Ｂに示したように、第１、第２ＴＦＴ１０６、１７０及びフォトＴＦＴ１４０の半導体パターン１４５が形成される。ここで、半導体パターン１４５は、活性層１１４及びオーミック接触層１４８の二重層からなる。
半導体パターン１４５が形成された下部基板１４２上にソース/ドレイン金属層が順次形成された後、マスクを用いたフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程等を用いて、図１５Ｃに示したように、データライン１０４、第１及び第２ＴＦＴ１０６、１７０のソース電極１１０、ドレイン電極１１２、フォトＴＦＴ１４０の駆動ソース電極１６０及び駆動ドレイン電極１６２、フォトＴＦＴ１４０の駆動ドレイン電極１６２と接続された第１ストレージ上部電極１７４を含むソース/ドレインパターンが形成される。
以後、ソース/ドレインパターンが形成されたゲート絶縁膜１４４上にＰＥＣＶＤ等の蒸着方法によって保護膜１５０が全面形成された後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によってパターニングされることによって、図１５Ｄに示したように、第１ＴＦＴ１０６のドレイン電極１１２を露出させる第１接触ホール１１６と第１駆動電圧供給ライン１５２を露出させる第２接触ホール１５５とが形成される。保護膜１５０上にスパッタリング等の蒸着方法によって透明電極物質が全面蒸着された後、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程を通じて透明電極物質がパターニングされるによって、図１５Ｅに示したように、画素電極１１８、第１駆動電圧供給ライン１５２と駆動ソースライン１６０を電気的に連結させるための透明電極パターン１５４が形成される。画素電極１１８は、接触ホール１１６を通じてドレイン電極１１２と電気的に接続される。また、画素電極１１８は、ゲート絶縁膜１４４及び保護膜１５０を介して前段のゲートライン１０２と重畳するように形成されることによって、第２ストレージキャパシタ１２０を構成する。
一方、本発明における画素を成す各々のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のサブ画素は、図１６に示したような配列を有する。ここで、フォトＴＦＴ１４０及び第２ＴＦＴ１７０等を含むフォトセンシング素子２００は、ディスプレイ透過特性に一番影響を少なく与えるＢ（青色）のサブ画素にだけ形成されることのできる四つの画素の中の一つにだけ形成されることもでき、二つの画素または六つの画素の中の一つにだけ形成されることもできる。このようなフォトセンシング素子２００は、図１６に示した配列に限らず、ランダムに形成できる。
通常的なＴＦＴアレイ基板の一部を示した平面図である。 図１に示したＴＦＴアレイ基板をI−I’線に沿って切り取って示した断面図である。 従来のフォトセンシング素子を示す断面図である。 本発明のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置を概略的に示す図面である。 図４のI−I’線及びII−II’線を切り取って示した断面図である。 図４に示した一つの画素を概略的に示す回路図である。 図５に示した画素の中、ブラックマトリクスに遮られる領域と開口領域とを区分する図面である。 本発明の第１の実施の形態のフォトセンシング方法を説明するための断面図である。 本発明の第１の実施の形態のフォトセンシング方法を具体的に説明するための回路図である。 本発明の第１の実施の形態のフォトセンシング方法を具体的に説明するための回路図である。 本発明の第２の実施の形態のフォトセンシング方法を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施の形態のフォトセンシング方法を説明するための断面図である。 本発明の第４の実施の形態のフォトセンシング方法を説明するための断面図である。 本発明の第４の実施の形態のフォトセンシング方法を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置の製造方法を説明するための工程図である。 図１５Ａに続く工程図である。 図１５Ｂに続く工程図である。 図１５Ｃに続く工程図である。 図１５Ｄに続く工程図である。 本発明におけるフォトセンシング素子の位置を示す図面である。
符号の説明
１０２：ゲートライン １０４：データライン
１０６：第１ＴＦＴ １０８：ゲート電極
１０、１１０：ソース電極 １２、１１２：ドレイン電極
１４、１１４：活性層 １６、１１６：接触ホール
１８、１１８：画素電極 １８０：第１ストレージキャパシタ
１２０：第２ストレージキャパシタ ４４、１４４：ゲート絶縁膜
５０、１５０：保護膜 １４０：フォトＴＦＴ
１７０：第２ＴＦＴ １５２：第１駆動電圧供給ライン
１７２：第２ストレージ下部電極 １７４：第２ストレージ上部電極
１５５：第２接触ホール

Claims (15)

  1. データ電圧を供給するデータラインと、
    前記データラインと交差するゲートラインと、
    前記データラインと前記ゲートラインとの交差領域に位置する第１薄膜トランジスタと、
    外部からの光をセンシングするためのフォトＴＦＴと、
    前記フォトＴＦＴによりセンシングされた信号を貯蔵するための第１ストレージキャパシタと、
    前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号を選択的に供給する第２ＴＦＴと、
    前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号の供給を前記第２ＴＦＴを通じて受ける集積回路と、
    前記フォトＴＦＴに第１駆動電圧を供給する第１駆動電圧供給ラインと、
    前記フォトＴＦＴに第２駆動電圧を供給するための第２駆動電圧供給ラインと
    を含み、
    前記フォトＴＦＴは、
    前記第２駆動電圧供給ラインと接続された第１ゲート電極と、
    前記第１駆動電圧供給ラインと電気的に接続された第１ソース電極と、
    前記第２ＴＦＴに連結された第１ドレイン電極とを含み、
    前記第１ストレージキャパシタは、前記第１ゲート電極及び前記電圧供給ラインと一体に形成される第１ストレージ下部電極と、前記第１ストレージ下部電極と重畳され、前記第１ドレイン電極と一体に形成される第１ストレージ上部電極とを含み、
    前記第２ＴＦＴは、
    前記ゲートラインから伸張された第２ゲート電極と、
    前記第１ストレージ上部電極と一体に形成された第２ソース電極と、
    前記集積回路と接続される第２ドレイン電極とを含む
    液晶表示装置。
  2. 前記第１駆動電圧は前記フォトＴＦＴのソース電極に供給され、前記第２駆動電圧は前記フォトＴＦＴのドレイン電極に供給されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第２ＴＦＴからのセンシング信号を集積回路に伝達するためのセンシング信号伝達ラインをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第１ソース電極と第１駆動電圧供給ラインは、透明電極パターンによって電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  5. 画素電極とゲートラインとを含む第２ストレージキャパシタを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 前記ゲートラインとデータラインの交差領域に設けられる画素領域と、
    前記画素領域に対応するカラーフィルターと前記画素領域及びフォトＴＦＴを除く領域をマスキングするためのブラックマトリクスが形成されたカラーフィルターアレイ基板とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  7. 前記液晶表示装置は、互いに異なる色を具現する赤色、青色、緑色画素を備え、前記フォトセンシング素子は、前記赤色、青色、緑色画素の中、少なくとも何れか一つに位置することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
  8. データ電圧を供給するデータラインと、
    前記データラインと交差するゲートラインと、
    前記データラインと前記ゲートラインとの交差領域に位置する第１薄膜トランジスタと、
    外部からの光をセンシングするためのフォトＴＦＴと、
    前記フォトＴＦＴによりセンシングされた信号を貯蔵するための第１ストレージキャパシタと、
    前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号を選択的に供給する第２ＴＦＴと、
    前記第１ストレージキャパシタに貯蔵されるセンシング信号の供給を前記第２ＴＦＴを通じて受ける集積回路と、
    前記フォトＴＦＴに第１駆動電圧を供給する第１駆動電圧供給ラインと、
    前記フォトＴＦＴに第２駆動電圧を供給するための第２駆動電圧供給ラインと
    を含み、
    前記フォトＴＦＴは、
    前記第２駆動電圧供給ラインと接続された第１ゲート電極と、
    前記第１駆動電圧供給ラインと電気的に接続された第１ソース電極と、
    前記第２ＴＦＴに連結された第１ドレイン電極とを含み、
    前記第１ストレージキャパシタは、前記第１ゲート電極及び前記電圧供給ラインと一体に形成される第１ストレージ下部電極と、前記第１ストレージ下部電極と重畳され、前記第１ドレイン電極と一体に形成される第１ストレージ上部電極とを含み、
    前記第２ＴＦＴは、
    前記ゲートラインから伸張された第２ゲート電極と、
    前記第１ストレージ上部電極と一体に形成された第２ソース電極と、
    前記集積回路と接続される第２ドレイン電極とを含む
    液晶表示装置を設ける段階と、
    所定のイメージ情報を有する光が前記フォトセンシング素子に照射される段階と、
    前記フォトセンシング素子に照射された光が所定の信号に変換される段階と、
    前記変換された信号を用いて前記イメージ情報を検出する段階とを含むことを特徴とする液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  9. 前記イメージ情報は、前記液晶表示装置上に位置する人の手及びタッチペンの中、少なくとも何れか一つに光が反射され形成されたことを特徴とする請求項８に記載のイメージセンシング機能を有する液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  10. 前記イメージ情報は、前記人の手及びタッチペンの中、少なくとも何れか一つによって対応する領域及び非対応する領域間のフォトセンシング素子間のセンシング程度を用いて、タッチペンによるイメージ情報を検出することを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  11. 前記イメージ情報は、外部光及びライトペンを用いた光の中、少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  12. 前記イメージ情報は、前記液晶表示装置上に位置する明暗を有する印刷物に光が反射され形成されたことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  13. 前記イメージ情報を検出する段階は、前記明暗を有する印刷物内から明るい領域に反射される光量と暗い領域に反射される光量とに従ってイメージ情報を検出することを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  14. 前記光は前記液晶表示装置のバックライトから出射されたことを特徴とする請求項１２に記載の液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
  15. 前記変換された信号を用いて前記イメージ情報を検出する段階は、前記変換された信号を貯蔵する段階と、前記貯蔵された変換信号を信号検出回路に供給する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置を用いたイメージセンシング方法。
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