KR20030058719A - 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 센서 게이트 전극과 감광층과 센서 소오스 전극 및 센서 드레인 전극으로 구성되어 광전류를 생성하는 센서 박막트랜지스터부와, 제1투명 전극과 절연막 및 제2투명 전극으로 구성되어 상기 광전류를 전하 형태로 저장하는 충전부와, 스위치 게이트 전극과 반도체층과 스위치 소스 전극 및 스위치 드레인 전극으로 구성되어 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터부로 구성되는 광센서층이 상부 투명기판 상에 형성되어 있고, 하부 투명기판 상에는 반사전극이 형성되어 있으며, 상기 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에는 액정층이 형성되어 있는 것이며, 광센서층(지문입력층)을 반사형/반투과형 액정표시장치의 액정패널 내부에 형성하여 휴대폰이나 PDA 등에 직접 부착하여 지문 인식 결제 시스템을 구축할 수 있으며, 또한 제품의 크기나 두께의 변동없이 제조비용도 감소시키며 액정표시장치의 표시품질도 향상시킬 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 반사형/반투과형 액정표시장치의 내부에 지문입력기에 응용될 수 있는 광센서를 구비하는 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.
지문인증 보안기술은 여러 신체인증 분야 중에서 가장 보편적으로 사용되어 왔으며 보안적인 측면에서도 그 신뢰성이 매우 높다. 일반적으로, 현재 사용되는 반도체를 이용한 압전센서 및 광학센서는 신뢰성도 낮고 가격적인 면에서 박막트랜지스터(TFT)를 이용한 센서보다 많은 단점이 있다. 그러나, 박막트랜지스터 센서는 가격적인 면이나 신뢰성도 우수하며, 제조공정 및 형성방법 등도 종래 기술과 동일하여 쉽게 접근할 수 있다. 따라서, 이를 더 효율적이고 우수한 응용범위(application)를 갖는 STN-LCD 또는 TFT-LCD 패널에 직접 응용하여 여러가지 보안기술에 적용가능하고 특히 휴대폰 및 PDA의 결재 시스템 및 보안장치로 사용가능하여 그 산업상 효용가치는 매우 크게 전망되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, TFT를 이용한 지문입력층의 단위셀을 도시한 단면도이다.
종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, TFT를 이용한 지문입력층(광센서층)의 단위셀은, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명기판(1) 상부에 광감지부인 센서 TFT부와 스위치 TFT가 횡으로 배열되어 있다. 상기 투명기판(1) 하부에는 백라이트 또는 LED 등의 조명장치(미도시)가 상부를 향해 발광한다. 상기 센서 TFT부의 센서 소스 전극(3)과 스위치 TFT부의 스위치 드레인 전극(12)은 제1투명 전극(8)을 통해 전기적으로 연결되고, 센서 TFT부의 센서 게이트 전극(2)에는 제2투명 전극(6)이 연결되어 있다.
여기서, 상기 센서 TFT부의 센서 드레인 전극(3)과 센서 소스 전극(5) 사이에는 비정질 실리콘(a-Si:H) 등의 감광층(4)이 형성되어 있어, 상기 감광층(4)으로 소정 광량 이상의 빛이 입사되면 상기 센서 드레인 전극(3)과 센서 소소 전극(5)이 전기적으로 도통된다. 이에 따라, 지문을 지문입력층에 대면 상기 투명기판(1) 하부의 조명장치(미도시)로부터 발생된 빛이 지문패턴에 따라 반사되어 상기 센서 TFT부의 감광층(4)에 수광됨으로써 상기 센서 TFT부가 도통된다.
한편, 상기 스위치 TFT부는 스위치 게이트 전극(10)에 인가되는 게이트 제어신호에 의해 지문을 스캐닝하도록 설정된 매 프레임마다 스위칭되어 지문입력층에 입력되는 지문영상을 배열된 각 센서 TFT부별로 스캔한 프레임으로서 형성되도록한다. 한편, 상기 스위치 FTF부에는 외부광이 입사되지 못하도록 상기 스위치 드레인 전극(12)과 소스 전극(13)은 광차단층(14)으로 덥혀 있으며, 스위치 드레인 전극(12)과 스위치 소스 전극(13)은 반도체층(11)으로 연결되어 있다.
또한, 상기 제1투명 전극(8)과 제2투명 전극(6) 사이에는 절연막(7)이 형성되어 있고, 상기 제1투명 전극(8)상에는 광센서층 전부를 덮는 보호막(9)이 오버코팅층(15)이 형성되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 기술에 있어서는, 핸드폰이나 PDA 등의 소형 응용제품에 적용시 응용제품의 화면창 이외의 별도 공간에 지문입력기를 형성해야 하므로 제품의 크기가 커지는 단점이 발생한다. 따라서, 제품의 크기를 그대로 유지하기 위해서 지문입력기를 제품의 화면창 위에 형성하는 경우에는 제품이 두꺼워지는 문제점이 있으며, 또한 투명기판간의 합착 불완전 등에 의해 표시품질의 큰 저하를 일으키는 문제점이 있다. 특히, 현재 휴대폰이나 PDA 등 휴대용 정보기기에 가장 많이 사용되고 있는 반사형/반투과형 제품에서는 위와 같은 문제점이 더욱 부각된다.
이에, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 센서 박막트랜지스터와 스위치 TFT 및 충전부로 구성되어 있는 박막트랜지스터 광센서가 상판의 투명기판에 형성되어 있고, 상기 하판의 투명기판상에는 반사전극이 형성되어 있는 액정표시장치 내부에 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
21; 상부 투명기판22; 센서 게이트 전극
23; 센서 드레인 전극24; 감광층
25; 센서 소스 전극26; 제2투명 전극
27; 제2절연막28; 제1투명 전극
29; 제1절연막30; 스위치 게이트 전극
31; 반도체층32; 스위치 드레인 전극
33; 스위치 소스 전극34; 광차단층
35; 보호막37; 제3투명 전극
39; 액정층40; 어레이층
41; 반사전극42; 컬러필터층
43; 하부 투명기판
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 상부 투명기판, 하부 투명기판, 광센서층, 컬러필터층, 어레이층, 및 액정층을 포함하여 구성된 박막트랜지스터 액정표시장치로서, 상기 광센서층은, 센서 게이트 전극과 감광층과 센서 소오스 전극 및 센서 드레인 전극으로 구성되어 광전류를 생성하는 센서 박막트랜지스터부와, 제1투명 전극과 절연막 및 제2투명 전극으로 구성되어 상기 광전류를 전하 형태로 저장하는 충전부와, 스위치 게이트 전극과 반도체층과 스위치 소스 전극 및 스위치 드레인 전극으로 구성되어 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터부로 구성되되, 상부 투명기판상에 형성되어 있고, 상기 하부 투명기판상에는 반사전극이 형성되어 있으며, 상기 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에는 액정층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예 1에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 패널 어레이층(40)과 컬러필터층(42) 및 액정층(39) 외에 센서 박막트랜지스터부와 충전부(투과부) 및 스위치 박막트랜지스터부로 구성된 광센서층(지문입력층)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 센서 박막트랜지스터부는 센서 게이트 전극(22)과, 센서 반도체층인 감광층(24)과, 센서 소스 전극(25)과, 센서 드레인 전극(23)으로 구성되어 있다. 상기 충전부(투과부)는 제1스토리지 전극으로서의 제1투명 전극(28)과 제2스토리지 전극으로서의 제2투명 전극(26)으로 구성되고 상기 센서 박막트랜지스터부에서 발생한 전류를 전하의 형태로 저장하는 역할을 제공한다. 상기 스위치 박막트랜지스터부는 스위치 게이트 전극(30)과, 반도체층(31)과, 스위치 소스 전극(23)과, 스위치 드레인 전극(22)으로 구성되고 외부의 제어신호에 따라 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 역할을 제공한다.
한편, 상기 센서 박막트랜지스터부와 충전부 및 스위치 박막트랜지스터부는 상부 투명기판(21) 바로 아래에 연속적으로 횡으로 배열되어 광센서층(지문입력층)을 구성하며, 상기 센서 박막트랜지스터부 및 스위치 박막트랜지스터부는 정 스태거(atagger) 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 센서 박막트랜지스터부는 반도체로 구성된 감광층(24)이 형성되어 있어 빛의 반사에 대한 감광특성을 나타낸다. 한편, 상기 스위치 박막트랜지스터부는 광차단층(34)이 형성되어 있어 외부광이 입사되지 못하도록 되어 있다.
상기 상부 투명기판(21) 하부에는 컬러필터층(42)이 형성되어 있고 상기 컬러필터층(42) 하부에는 제3투명 전극(37)이 형성되어 있으며, 상기 하부 투명기판(43) 상에는 어레이층(40)이 형성되어 있고, 상기 어레이층(40)상에는 반사전극(41)이 형성되어 있어 외부 입사광을 상기 상부 투명기판(21)을 향해 반사시켜 상기 상부 투명기판(21)으로부터 상기 감광층(24)으로 빛을 전달시켜 감광되게 하는 역할을 제공한다. 또한, 상기 상부 투명기판(21)과 하부 투명기판(43) 사이에 액정층(39)이 구성되어 있으며, 상기 컬러필터층(42) 바로 위에는 보호막(35)이 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는 다음과 같이 동작한다.
센서부를 이루는 상기 센서 박막트랜지스터부의 반도체층인 감광층(24)은 빛을 받아 광전류를 생성하며, 상기 충전부는 상기 센서 박막트랜지스터부에서 생성된 광전류를 전하의 형태로 저장하며, 상기 스위치 박막트랜지스터부는 외부의 구동 IC(미도시)와 연결되어 제어신호에 따라 충전영역에 저장된 전하를 선택적으로 외부로 방출한다. 한편, 상기 센서 박막트랜지스터부의 센서 소스 전극(25)은 상기 스위치 박막트랜지스터부의 스위치 드레인 전극(32)은 제1투명 전극(28)을 통해 상호 전기적으로 연결되고, 상기 센서 박막트랜지스터부의 센서 게이트 전극(22)에는 제2투명 전극(26)이 연결되어 있다.
상기 센서 박막트랜지스터부의 센서 드레인 전극(23)과 센서 소스 전극(25) 사이의 감광층(24)으로 소정 광량 이상의 빛이 입사되면 상기 센서 드레인전극(23)과 센서 소스 전극(25)이 도통된다. 이에 따라, 지문을 지문입력층에 대면 상기 하부 투명전극(43)상의 반사전극(41)에 의해 외부광이 다시 상기 상부 투명기판(21)으로 반사되어 그 빛이 지문패턴에 따라 반사되어 상기 센서 박막트랜지스터부의 감광층(24)에 수광됨으로써 상기 센서 박막트랜지스터부가 작동하게 된다. 한편, 상기 스위치 박막트랜지스터부는 스위치 게이트 전극(30)에 인가되는 게이트 제어신호에 의해 지문을 스캐닝하도록 설정된 매 프레임마다 스위칭 되어 지문입력기에 입력되는 지문영상을 배열된 각 센서 박막트랜지스터부별로 스캔한 프레임으로서 형성토록 하는 것이다.
본 발명의 실시예 2에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2의 구조와 달리 하부 투명기판(143) 상에 컬러필터층(142)과 반사전극(141)이 순차로 형성되어 있고, 상부 투명기판(121)상에는 어레이층(140)이 형성되어 있는 반사형 구조이다. 그 외는 도 2의 구조 및 작용이 동일하므로 본원에서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 본 발명의 실시예 1 및 2는 반사형 액정표시장치의 패널에 적용하여 외부광을 이용한 구조로서 상부 투명기판에 박막트랜지스터 광센서를 정 스테거(stagger) 구조의 트랜지스터를 형성한 것이다. 여기서, 센서 박막트랜지스터부는 반도체층(감광층)이 상부 투명기판 바로 밑에 형성되어 있어 빛의 반사에 대한 박막트랜지스터의 감광특성이 나타나게 한 것이고, 스위치 박막트랜지스터부는 광차단층이 반도체층보다 먼저 형성되어 있어 외부광이 입사되지 못하도록 되어 있는 구조이다. 한편, 어레이층은 STN, a-Si TFT, poly-Si TFT 모두 가능하며, 모노(mono) 반사형 액정표시장치의 경우는 컬러필터층이 필요없다.
한편, 본 발명의 실시예 3에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부 투명기판(243)상에는 어레이층(240)과 반사전극(241)이 형성되어 있으며, 상부 투명기판(221)상에는 컬러필터층(242)이 형성되어 있으며, 특히 상기 하부 투명기판(243)상에는 상기 반사전극(241)과 횡으로 배열되어 있는 보조 투명전극(244)이 더 형성되어 있다. 그 외는 도 2의 구조와 동일하므로 본원에서의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예 4에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 투명기판(343)상에 컬러필터층(342)이 형성되어 있고, 상부 투명기판(321)상에는 어레이층(340)이 형성되어 있으며, 특히, 상기 하부 투명기판(343)상에는 상기 반사전극(341)과 횡으로 배열되어 있는 보조 투명전극(344)이 더 형성되어 있다. 그 외는 도 2의 구조와 동일하므로 본원에서의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 본 발명의 실시예 3 및 4는 실외환경에는 외부광에 의한 반사특성을 이용하고, 실내환경에서는 백라이트와 같은 조명장치에 의한 투과특성을 이용하는 반투과형 액정표시장치 패널에 박막트랜지스터 광센서를 적용한 경우로서 동작원리는 동일하다. 즉, 지문을 지문입력층에 대면 실외환경에서는 하부 투명기판의 반사전극에 의해 반투과형 액정표시장치의 패널 상부의 외부광이 다시 패널 위로 반사되어 그 빛이 지문 패턴에 따라 또 다시 광센서에 반사되어 센서 박막트랜지스터부의 감광층에 수광됨으로써 센서 박막트랜지스터부가 도통된다. 이와 달리, 실내환경에서는 하부 투명기판의 보조 투명전극에 의해 반투과형 액정표시장치의 패널 하부의 조명장치가 위를 향해 패널 상부의 지문패턴까지 발광하여 그 지문패턴에 따라 다시 반사되어 센서 박막트랜지스터부의 감광층에 수광됨으로써 센서 박막트랜지스터부가 도통된다.
본 발명의 실시예 1 내지 4에 있어서, 어레이층은 STN, a-Si TFT, poly-Si TFT 모두 가능하며, 모노(mono) 반사형 액정표시장치의 경우는 컬러필터층이 필요없다. 특히, 박막트랜지스터 광센서층(지문입력층)은 하부 투명기판과 독립적으로, 예를 들어, 하부 투명기판의 단위셀의 정수배 형태로 형성할 수 있다. 또한, 박막트랜지스터 광센서층을 액정패널의 사각부분과 같이 액정패널의 특정위치에 형성할 수 있어서 노트북이나 모니터 이용시 지문 인식 시스템을 구축할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 1 및 2에 있어서는 반사전극 대신에 하부 투명기판 외면에 반사필름을 부착해서 적용할 수 있으며, 본 발명의 실시예 3 및 4는 반사전극 및 보조 투명전극 대신에 하부 투명기판 외면에 반투과필름을 부착해서 적용할 수 있다.
본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 실시할 수 있다. 따라서, 본원에 첨부된 특허청구범위는 이미 상술된 것에 한정되지 않으며, 하기 특허청구범위는 당해 발명에 내재되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 사항을 포함하며, 아울러 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 있어서는, 센서 박막트랜지스터부와 충전부 및 스위치 박막트랜지스터부로 구성된 광센서층(지문입력층)을 반사형/반투과형 액정표시장치의 액정패널 내부에 형성하여 휴대폰이나 PDA 등에 직접 부착하여 지문 인식 결제 시스템을 구축할 수 있으며, 제품의 크기나 두께의 변동없이 제조비용도 감소시키며 액정표시장치의 표시품질도 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 상부 투명기판, 하부 투명기판, 광센서층, 컬러필터층, 어레이층, 및 액정층을 포함하여 구성된 박막트랜지스터 액정표시장치로서,상기 광센서층은, 센서 게이트 전극과 감광층과 센서 소오스 전극 및 센서 드레인 전극으로 구성되어 광전류를 생성하는 센서 박막트랜지스터부와, 제1투명 전극과 절연막 및 제2투명 전극으로 구성되어 상기 광전류를 전하 형태로 저장하는 충전부와, 스위치 게이트 전극과 반도체층과 스위치 소스 전극 및 스위치 드레인 전극으로 구성되어 상기 충전부의 전하를 선택적으로 방출하는 스위치 박막트랜지스터부로 구성되되, 상부 투명기판상에 형성되어 있고,상기 하부 투명기판상에는 반사전극이 형성되어 있으며,상기 상부 투명기판과 하부 투명기판 사이에는 액정층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 어레이층이 형성되어 있고, 상기 상부 투명기판상에는 컬러필터층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 컬러필터층이 형성되어 있고, 상기 상부 투명기판상에는 어레이층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,상기 하부 투명기판상에는 투명전극이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제1항에 있어서,상기 상부 투명기판상의 광센서층은 상기 하부 투명기판의 단위셀의 정수배로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광센서를 구비한 박막트랜지스터 액정표시장치.
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