KR20080012661A - 콜리메이터가 포함된 보호필름층을 이용하여 센싱 성능과신뢰성을 높이는 접촉형 광 감지센서 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 접촉형 광 감지센서 장치에 있어서 광의 집광성과 보호필름층의 신뢰도를 높이는 소자 및 그 제조 방법이 개시된다.
상기 장치는 종래의 접촉형 광 감지센서에서의 얇은 보호막을 대치하여 두꺼운 보호필름을 씀과 함께 보호필름에 각 광 감지센서 단위 소자별로 빛을 집광시켜주는 콜리메이터(collimator) 패턴을 형성시켜 놓는 것이다.
상기 장치는 종래의 접촉형 광 감지센서에서 보호필름층이 두꺼워지면 센싱 성능이 떨어지는 단점으로 인하여 얇은 보호필름을 씀으로해서 야기되는 낮은 신뢰성 문제를 해결하는 효과가 있다.
광 감지센서, 지문, 박막트랜지스터(TFT), 스캐너, 보호필름
Description
도1은 종래기술을 설명하기 위한 단면도
도2는 종래기술의 광 감지 센싱TFT의 광 감지 특성 설명을 위한 그래프
도3, 도4는 본 발명을 설명하기 위한 광 감지기판의 단면도와 단위 광 감지소자의 평면도
도5는 본 발명을 설명하기 위한 평면도
도6은 종래기술의 접촉형 광 감지센서 장치를 설명하기 위한 단면도
도7은 종래기술의 접촉형 광 감지센서 기판과 보호필름이 배치된 장치를 설명하기 위한 단면도
도8은 도7의 종래기술이 접촉형 광 감지센서 장치 획득한 이미지
도9는 본 발명의 접촉형 광 감지센서 기판과 콜리메이터가 내장된 보호필름이 배치된 장치를 설명하기 위한 단면도
도10은 도9의 본 발명의 접촉형 광 광지센서 장치로 획득한 이미지
도11은 본 발명을 설명하기 위한 전체도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 기판 2: 보호필름 3: 콜리메이터 형상이 구비된 보호필름
4: 광 감지 기판 5: 백라이트 유닛(Backlight Unit)
F: 지문
100: 단위 광 감지소자
101: 게이트 절연막
102: 반도체 활성층(Active layer: a-Si 또는 p-Si)
103: 소스, 드레인막
104: 층간 절연막
105: 광차폐막
106: 상부보호막
S: 소스 단자 D: 드레인 단자 G: 게이트단자
110: 스위칭TFT
111: 스위칭게이트
112: 게이트 온 라인(gate_on line)
113: 리드아웃 라인(Readout line)
120: 센싱TFT
121: 센싱 게이트
122: VDD 라인
130: 저장 커패시터 (Cst)
131: 하부투명전극
132: 상부투명전극
gate_off_bias: 게이트오프바이어스 라인
본 발명은 접촉형 광 감지센서 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 손가락의 지문이나 인쇄물 등을 광 감지센서 장치에 밀착시켜서 밀착 표면에서의 빛의 반사, 산란에 의한 2차 빛을 센싱하는 장치에 관한 것이다.
박막트랜지스터(이하, TFT) 액정표시장치(이하, LCD)는 평판 디스플레이 장치로서 노트북 컴퓨터, 모니터, 텔레비전, 모바일 단말기 등에 널리 사용되고 있다.
여기서, TFT는 스위칭 기능을 가지고 있어서 디스플레이 소자로 사용된다. 또한 TFT의 반도체 활성층인 아몰퍼스-실리콘(이하, a-Si)이나 폴리-실리콘(이하 p-Si)은 빛이 조사되면 전자, 정공 쌍(Electron hole pair) 가 생김으로 해서 광전류를 생성할 수 있고 이를 이용하여 만든 광 감지 센서가 이미지 스캐너와 바이오메트릭스(biometrics)산업의 지문인식 센서에도 이용되고 있다. TFT를 이용한 접촉형 광 감지센서가 있으며 TFT를 이용한 디스플레이 장치에 센싱 TFT를 더 첨가하여 만든 접촉형 광 감지부를 갖는 전자 표시장치도 있다.
종래기술의 접촉형 광 감지센서 장치의 개략도를 도 1에 도시하였다. 종래의 접촉형 광 감지센서에서는 센서와 센싱 대상체 사이에 별도의 광학계(Optics)가 존재하지 않으므로 센서 수광부와 센싱 대상체 사이의 이격거리를 최대한 가깝게 유지해야 한다. 따라서, 해상도에 해당하는 센서 단위소자 별 간격 이하의 밀착 거리가 필수적으로 요구된다. 이는 결국 센서 표면에 배치할 보호막의 두께가 수 마이크로미터(μm)내지 그 이하가 되어야하는 제약점을 주게 된다.
따라서, 얇은 보호막으로 인하여 TFT를 포함한 반도체 소자들이 물리적, 전기적, 화학적 요인에 손상되기 쉬운 취약점이 있다. 그러나, 견고하고 두꺼운 보호필름을 쓸 경우에는 이미지의 퍼짐현상(Blur)으로 인하여 센싱 성능이 현격히 저하된다.
상술한 바와 같이 종래의 접촉형 광 감지센서 장치는 얇은 보호막에 따른 취약한 신뢰성 문제가 있고, 두껍고 견고한 보호필름을 쓸 경우에는 센싱 성능 저하에 따른 이미지 퍼짐현상 문제가 있다.
따라서, 본원은 접촉형 광 감지센서에 콜리메이터가 내장된 보호필름을 사용함으로 해서 광 감지센서의 신뢰성과 센싱 성능을 높이는 방법과 그 소자를 개시한다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 기판; 상기 기판 상에 형성된 복수개의 센싱 TFT와 복수개의 스위칭 TFT와 복수개의 전하저장 커패시터들; 및 상기기판 하부에 백라이트유닛(Backlight unit)을 구비하고; 및 상기기판 위에 보호필름이 배치되고 이 보호필름은 콜리메이터 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉형 광 감지센서를 제공한다.
바람직하게는, 상기 광 감지센서는 복수의 단위 광 감지소자로 형성된 어레이 구조로 제작된다.
바람직하게는, 상기 복수개의 센싱 TFT와 스위칭 TFT는 a-Si TFT로 이루어지지만 p-Si TFT를 이용하는 것도 무방하다.
또한, 상기 센싱 TFT는 기판 위에 매트릭스 형상으로 배치되고 센싱 TFT의 드레인단자는 정전압 VDD라인에 접속되고 소스단자는 저장 커패시터 양극단(positive)에 접속되고 게이트단자는 저장 커패시터의 음극단(negative)에 접속되고 다시 게이트오프바이어스 라인(gate_off_bias line)에 접속된다.
또한, 상기 스위칭 TFT는 기판 위에 매트릭스 형상으로 배치되고 스위칭 TFT의 반도체 활성층(active layer; a-Si 또는 p-Si) 상부에는 광차폐막이 구비되고, 상기 스위칭 TFT의 드레인단자는 저장 커패시터의 양극단(positive)에 접속되고 소스단자는 리드아웃라인(Readout line)에 접속되고 게이트단자는 게이트온라인(gate_on line)에 접속된다.
또한, 상기 센싱 TFT는 반도체 활성층(active layer; a-Si 또는 p-Si)에 입 사되는 빛의 광량(light flux) 및 광세기(light intensity)에 비례하는 광전류(photo-current)를 발생시켜 저장커패시터에 전하를 저장시키고, 저장된 전하는 스위칭 TFT를 턴온(turn-on) 시킴으로써 리드아웃라인을 통하여 외부회로로 검출된다.
또한, 상기기판 위에 배치되는 보호필름에는 단위 광 감지소자를 이웃하는 단위 광 감지소자와 광차폐시키는 콜리메이터 형상이 형성되어 각각의 단위 광 감지소자에 해당하는 빛만을 검출하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 접촉형 광 감지센서 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 종래기술의 접촉형 광 감지센서의 단면도이고 도11은 본 발명에 따른 접촉형 광 감지센서의 전체도이다.
도2는 단위 광 광지소자(100)에서의 센싱TFT(120)의 광 입사시와 부재시 각각의 광 전류 그래프이다. 화살표로 도시된 차이가 광량 및 광세기에 야기된 광전류의 차이이다.
도3, 도4는 단위 광 감지소자의 평면도와 a-a' 단면도이다. 단위 광 감지소자(100)는 기판(1) 위의 센싱TFT(120), 스위칭TFT(110), 저장 커패시터(130)의 소자로 이루어진다.
기판(1)은 본 실시예에서 유리로 이루어지지만, 예를 들면 석영이나 사파이어, 투명/반투명 세라믹, 투명/반투명 플라스틱 및 폴리머 재질 기판도 무방하다.
센싱TFT(120)는 기판(1) 위에 매트릭스 형상으로 배치되고 센싱TFT(120)의 게이트(G)는 저장 커패시터(130)의 음극단(negative)/하부투명전극(131)과 연결되고 이는 다시 게이트오프바이어스 라인(gate_off_bias line)과 연결된다. 하부투명전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명전극이 바람직하다. 이는 저장 커패시터(130) 영역이 백라이트유닛의 빛을 투과시켜야 함이 바람직하기 때문이다. 센싱TFT(120)의 드레인단자(D)는 정전압 VDD라인(122)에 접속되고 소스단자(S)는 저장 커패시터(130) 양극단(positive)/상부투명전극(132)에 접속된다.
스위칭TFT(110)는 기판(1) 위에 매트릭스 형상으로 배치되고 스위칭 TFT의 반도체 활성층(102) (active layer; a-Si 또는 p-Si) 상부에는 광차폐막(105)이 구비되고, 상기 스위칭TFT의 드레인단자(D)는 저장 커패시터(130)의 양극단(positive)/상부투명전극(132)에 접속되고 소스단자(S)는 리드아웃라인(Readout line)에 접속되고 게이트단자(G)는 게이트온 라인(gate_on line)에 접속된다.
저장 커패시터(130)은 상부투명전극(132)과 하부투명전극(131) 그리고 그 사이에 개재하는 절연막으로 이루어 진다. 이때 절연막은 TFT의 게이트절연막(101)과 함께 일괄 증착된다.
상부투명전극(132)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명전극이 바람직하다. 이는 저장 커패시터(130) 영역이 백라이트유닛의 빛을 투과시켜야 함이 바람직하기 때문이다.
도5는 단위 광 감지소자(100)가 매트릭스 형태로 배치된 기판의 그림이다. 센싱TFT(120)의 반도체 활성층(102)에 입사되는 광량 및 광세기에 비례하는 전류가 저장 커패시터(130)에 쌓이고 순차적으로 스위칭TFT가 턴온(Turn-on)하여 저장 커패시터에 쌓인 전하(Charge)가 리드아웃 라인(Readout line)으로 검출된다.
도6은 종래기술의 접촉형 광 감지센서 장치에 손가락 지문(F)을 얹고 가볍게 누른 단면도이다.
도7은 종래기술의 접촉형 광 감지센서 장치에 보호필름이 배치되고 손가락 지문(F)을 얹고 가볍게 누른 단면도이다.
도8은 도7과 같은 감지센서에서 획득되는 저품질의 이미지이다.
도9는 본 발명의 콜리메이터 패턴이 구비된 보호필름이 배치된 접촉형 광 감지센서 장치에 손가락 지문(F)을 얹고 가볍게 누른 단면도이다.
도10은 본 발명의 접촉형 광 감지센서 장치에서 획득되는 고품질의 이미지이다.
도6에서 백라이트 유닛(5)(Backlight unit)으로부터 입사된 광은 저장 커패시터(130) 영역의 투명영역을 투과한다. 단위 광 감지 소자(100)들 사이는 도6에 도시되지 않은 금속 배선들로 광차폐된다. 저장 커패시터(130)영역을 투과한 빛은 지문의 융선(Ridge)에서 반사, 산란 및 투과(흡수)되어 반사 및 산란된 빛이 센싱TFT(120)에 입사되어 광전류를 발생시킨다. 저장 커패시터(130)의 투명한 영역을 투과한 빛은 지문의 골(Valley)에서 반사, 산란 및 투과(흡수)되나 융선 부분과 비교하여 더 많은 흡수가 이루어지고 광경로가 길어짐으로 해서 센싱TFT에 입사되는 광량이 적어서 융선 부분보다 골 부분에서의 광전류가 더 미약하다.
상기 도6의 종래기술의 접촉형 광 감지센서 장치는 고품질의 이미지를 획득 할 수 있으나 상부보호막이 얇고 약하므로 물리적, 화학적, 전기적 충격에 약하다.
도7의 종래기술의 접촉형 광 감지센서에 두꺼운 보호필름(2)이 배치된 장치에서 백라이트 유닛(5)으로부터 입사된 광은 저장 커패시터(130) 영역의 투명영역을 투과한다. 단위 광 감지 소자(100)들 사이는 도7에 도시되지 않은 금속 배선들로 광차폐된다. 저장 커패시터(130)영역을 투과한 빛은 두꺼운 보호필름층을 더 투과하게 되고 지문의 융선(Ridge)에서 반사, 산란 및 투과(흡수)되어 반사 및 산란된 빛이 두꺼운 보호필름층을 다시 투과하여 센싱TFT(120)에 입사되어 광전류를 발생시킨다. 그러나 융선 부분에서 반사 및 산란된 빛은 두꺼운 보호필름층의 긴 광경로로 인해 인접 골(Valley) 부분의 센싱TFT에도 입사되어 원치 않는 광전류를 발생시킨다. 이러한 영향으로 두꺼운 보호필름층을 쓰는 접촉형 광 감지센서는 이미지의 선명도가 떨어지고 초점이 맞지 않은 상과 같은 도8과 같은 뿌연 상을 검출한다. 두꺼운 보호필름을 씀으로해서 물리적, 화학적, 전기적 충격에 강해지나 센싱 성능이 저하된다.
도9의 본 발명의 콜리메이터 패턴이 구비된 보호필름(3)이 배치된 접촉형 광 감지센서 장치에서 백라이트 유닛(5)으로부터 입사된 광은 저장 커패시터(130)영역의 투명영역을 투과한다. 단위 광 감지 소자(100)들 사이는 도9에 도시되지 않은 금속 배선들로 광 차폐된다. 저장 커패시터(130)영역을 투과한 빛은 두꺼운 보호필름층을 더 투과하고 지문의 융선(Ridge)에서 반사, 산란 및 투과(흡수)되어 반사 및 산란된 빛이 두꺼운 보호필름층을 다시 투과하여 센싱TFT(120)에 입사되어 광전류를 발생시킨다. 이때 단위 광 감지소자는 보호필름의 콜리메이터 형상으로 인해 광 격리(light isolation)되므로 도7에서와 같이 반사 및 산란된 빛이 인접 단위 광 감지소자의 센싱TFT에 입사될 수 없다. 골(valley) 부분은 긴 광 경로와 많은 반사, 산란, 투과(흡수)로인해 융선(Ridge)부분에 비해 센싱TFT의 광전류가 미약하다. 따라서 도10과 같은 고품질의 이미지를 검출한다.
콜리메이터 패턴은 크롬 및 산화크롬이 바람직하나 통상의 빛을 차폐할 수 있는 금속 및 폴리머 재질도 무방하다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명은 접촉형 광 감지센서에 콜리메이터가 포함된 보호필름을 씀으로해서 종래기술의 접촉형 광 감지센서보다 우수한 신뢰성을 보장함과 동시에 센싱 성능을 우수하게 유지할 수 있는 방법을 제시한다.
Claims (5)
- 기판;상기 기판 상의 복수개의 단위 광 감지소자가 형성된 접촉형 광 감지센서 기판; 및 상기 기판 하부에 합착되는 백라이트 유닛을 구비; 및 상기 기판 상부에 배치되는 콜리메이터 패턴이 내장된 보호필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 접촉형 광 감지센서 장치
- 제1항에 있어서, 상기 보호필름의 콜리메이터 패턴은 크롬, 산화크롬으로 형성되는 것을 특징으로하는 접촉형 광 감지센서 장치
- 제1항에 있어서, 상기 보호필름의 콜리메이터 패턴은 광차폐 금속 및 광차폐 폴리머 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 접촉형 광 감지센서 장치
- 제1항에 있어서, 상기 보호필름은 10um~1mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 접촉형 광 감지센서 장치
- 제1항에 있어서, 상기 보호필름은 콜리메이터 이외 부분은 투명폴리머 재질, 무기물 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 접촉형 광 감지센서 장치
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060073834A KR20080012661A (ko) | 2006-08-04 | 2006-08-04 | 콜리메이터가 포함된 보호필름층을 이용하여 센싱 성능과신뢰성을 높이는 접촉형 광 감지센서 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20080012661A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105723381A (zh) * | 2013-09-17 | 2016-06-29 | 硅显示技术有限公司 | 光学指纹传感器 |
| US11694468B2 (en) | 2020-03-23 | 2023-07-04 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device and method of fabricating the same |
-
2006
- 2006-08-04 KR KR1020060073834A patent/KR20080012661A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105723381A (zh) * | 2013-09-17 | 2016-06-29 | 硅显示技术有限公司 | 光学指纹传感器 |
| US11694468B2 (en) | 2020-03-23 | 2023-07-04 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device and method of fabricating the same |
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