KR20160032754A

KR20160032754A - 지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20160032754A
Application number: KR1020140122704A
Authority: KR
Inventors: 황광조; 추교섭
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-25
Also published as: KR102220733B1

Abstract

본 발명은 지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 다수의 화소 영역에 배치되는 표시부; 및 상기 다수의 화소 영역 중에서 선택된 일부 또는 전체에 배치되며, 센싱 TFT, 쇼트키 포토다이오드(Schottky photodiode) 및 센싱 커패시터를 포함하여 구성된 센싱부를 포함하고; 상기 쇼트키 포토다이오드는 상기 센싱 TFT의 상부에 적층될 수 있다.

Description

지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치{LIQUID DISPLAY DEVICE INCLUDING FINGERPRINTING DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 전계를 이용하여 유전 이방성을 갖는 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위해, 액정 표시 장치는 표시 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 액정 패널과, 상기 액정 패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛을 포함한다.

한편, 최근의 액정 표시 장치는 영상을 표시하는 기능 외에, 다양한 기능이 추가되고 있는데, 그 일환으로서 지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

일반적으로 지문 인식 소자를 갖는 액정 표시 장치는 광학 센싱 방식 또는 정전 용량 방식으로 지문을 인식한다. 예를 들어, 광학 센싱 방식으로 지문을 인식하는 액정 표시 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 액정 패널(110)에 지문 센서로서 포토 센서(120)가 구비된다. 상기 포토 센서(120)는 백라이트 유닛(100)으로부터 출사되어 손가락(120)에 의해 반사된 광을 센싱하여 지문을 인식한다.

그런데, 종래의 지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 상기 액정 표시 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정 표시 장치의 단위 화소에 구비된 제 1 내지 제 3 서브 화소(SP1~SP3) 각각의 면적을 줄여, 제 4 서브 화소(SP4) 영역을 확보하고, 상기 제 4 서브 화소(SP4)에 상기 포토 센서(120)를 배치한다. 이러한, 액정 표시 장치는 제 1 내지 제 3 서브 화소(SP1~SP3)의 면적 감소로 인해 개구율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 개구율 감소를 최소화하기 위해 제 4 서브 픽셀(SP4)의 면적을 줄일 경우, 센싱 면적 감소로 인해 지문 인식 감도가 저하되는 문제점이 있다.

둘째, 상기 액정 표시 장치는 도 3에 도시한 바와 같이, 비표시 영역에 지문 인식 소자를 외장형으로 배치하는 경우가 있으나, 최근의 액정 표시 장치는 비표시 영역의 면적을 줄이는 추세에 있으므로, 지문 인식 소자를 배치할 공간적 제약이 크다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 개구율이 향상되고 지문 인식 감도가 향상되도록 한 지문 인식 소자를 포함한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 다수의 화소 영역에 배치되는 표시부; 및 상기 다수의 화소 영역 중에서 선택된 일부 또는 전체에 배치되며, 센싱 TFT, 쇼트키 포토다이오드(Schottky photodiode) 및 센싱 커패시터를 포함하여 구성된 센싱부를 포함하고; 상기 쇼트키 포토다이오드는 상기 센싱 TFT의 상부에 적층될 수 있다.

상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 본 발명은 센싱부에 구비된 쇼트키 포토다이오드가 상기 센싱 TFT의 상부에 적층되도록 구성하여, 개구율을 향상시키고 지문 인식 감도를 향상시킬 수 있다.

위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 광학 센싱 방식으로 지문을 인식하는 일반적인 액정 표시 장치를 설명한 도면이다.
도 2는 외장형 지문 인식 소자를 설명한 도면이다.
도 3은 포토 센서 구비로 인한 개구율 감소를 설명한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 화소 영역(P)의 등가 회로도이다.
도 6은 도 5에 도시된 센싱부(14)의 구동 파형도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱부(14)의 구성 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 센싱부(14)의 구성 단면도이다.
도 9는 진성 반도체층(i)에서의 전자(-) 및 정공(+) 쌍 생성 및 이동을 설명한 도면이다.
도 10은 상부 전극의 일 함수 증가에 따른 효과를 설명한 도면이다.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제 3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명에 따른 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치의 구성도이다. 도 5는 도 4에 도시된 화소 영역(P)의 등가 회로도이다. 도 6은 도 5에 도시된 센싱부(14)의 구동 파형도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널(10), 백라이트 유닛(70), 타이밍 컨트롤러(50), 게이트 드라이버(30), 데이터 드라이버(40), 리드 아웃 회로(20), 및 호스트(60)를 포함한다.

본 발명은 센싱부(14)에 구비된 쇼트키 포토다이오드(PD)가 상기 센싱 TFT(T2)의 상부에 적층되도록 구성하여, 개구율을 향상시키고 지문 인식 감도를 향상시킬 수 있다.

상기 액정 패널(10)은 상부 기판 및 하부 기판과, 상기 상부 기판의 상부에 배치된 상부 편광층과, 상기 하부 기판의 하부에 배치된 하부 편광층과, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 사이에 충진된 액정층을 포함한다. 상기 상부 기판은 컬러 필터, 공통 전극, 블랙 매트릭스 등을 구비할 수 있다. 상기 공통 전극은 액정 패널(10)의 액정 구동 방식에 따라 하부 기판에 구비될 수 있다. 상기 하부 기판은 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL)이 형성되고, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차부에는 화소 영역(P)이 형성된다. 또한, 하부 기판은 게이트 라인(GL)과 평행하게 배열되는 다수의 리셋 라인(RST)과 다수의 판독 라인(RW)이 더 형성된다. 상기 화소 영역(P)에는 표시부(12) 및 센싱부(14)가 배치된다. 여기서, 센싱부(14)는 다수의 화소 영역(P) 중에서 선택된 일부 또는 전체에 배치될 수 있다.

상기 표시부(12)는 도 5에 도시된 바와 같이, 스위칭 TFT(T1), 액정셀(Clc), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한다.

상기 스위칭 TFT(T1)는 게이트 라인(GL)으로부터 제공된 스캔 신호에 따라 턴-온되어 데이터 라인(DL)으로부터 제공된 데이터 전압을 액정셀(Clc)의 화소 전극에 공급한다.

상기 액정셀(Clc)은 스위칭 TFT(T1)에 접속된 화소 전극, 공통 전압이 인가되는 공통 전극, 및 액정층을 포함하여 구성된다.

상기 스토리지 커패시터(Cst)는 화소 전극에 인가된 데이터 전압과 공통 전극에 인가된 공통 전압 간의 차전압을 충전하여 액정셀(Clc)의 전압을 일정하게 유지한다.

상기 센싱부(14)는 도 5에 도시된 바와 같이, 센싱 TFT(T2), 센싱 커패시터(SC), 및 쇼트키 포토다이오드(PD)를 포함한다. 이러한, 센싱부(14)는 서로 이웃한 제 1 및 제 2 데이터 라인(DL1, DL2) 사이에 배치되고, 리셋 라인(RST) 및 판독 라인(RW)에 접속된다.

상기 센싱 TFT(T2)는 세트 노드(N1)의 전압 상태에 따라 제 1 및 제 2 데이터 라인(DL1, DL2)을 서로 연결한다. 이러한, 센싱 TFT(T2)는 지문 센싱 모드시, 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된 리드 아웃 노드(N2)의 전압이 소스 팔로우 형태로 상기 세트 노드(N1)에 충전된 전압을 추종하도록 한다. 한편, 센싱 TFT(T2)의 문턱 전압은 표시부(12)에 구비된 스위칭 TFT(T1)의 문턱 전압보다 큰 것이 바람직하다. 이는, 표시 모드시 센싱 TFT(T2)가 턴-온되어 제 1 및 제 2 데이터 라인(DL1, DL2)을 서로 연결하는 것을 방지하기 위함이다.

상기 센싱 커패시터(SC)는 판독 라인(RW)과 상기 세트 노드(N1) 각각에 접속되어, 정전 용량을 형성한다. 이러한, 센싱 커패시터(SC)는 지문 센싱 모드시, 판독 라인(RW)으로부터 제공된 판독 신호에 따라 상기 세트 노드(N1)에 충전된 전압을 상승시킨다.

상기 쇼트키 포토다이오드(Schottky photodiode)(PD)는 리셋 라인(RST)과 상기 세트 노드(N1) 각각에 접속된다. 이러한, 쇼트키 포토다이오드(PD)는 백라이트 유닛(70)으로부터 출사되어 사용자의 지문을 통해 반사된 광을 역방향의 광전류로 변환하여 상기 세트 노드(N1)의 전압을 방전시킨다. 이때, 상기 쇼트키 포토다이오드(PD)로부터 발생되는 상기 광전류의 양은 상기 광을 반사시킨 물체가 지문의 융선(Ridge)인지 또는 골(Valley)인지에 따라 가변된다. 여기서, 상기 골로부터 반사된 광에 의한 제 1 광전류는 상기 융선으로부터 반사된 광에 의한 제 2 광전류보다 크다.

본 발명은 센싱부(14)에 구비된 쇼트키 포토다이오드(PD)가 상기 센싱 TFT(T2)의 상부에 적층되도록 구성한다. 이러한, 본 발명은 센싱 TFT와는 별도의 영역에 PIN 타입의 포토다이오드 배치하여 센싱부를 구성하는 일반적인 액정 표시 장치에 비해, 센싱부(14)의 면적을 줄일 수 있다. 즉, 본 발명은 포토다이오드를 쇼트키 방식으로 구성함과 아울러 쇼트키 포토다이오드를 센싱 TFT(T2)의 상부에 적층함으로써, 센싱 TFT와는 별도로 포토다이오드의 배치하기 위해 마련되었던 별도의 영역을 삭제할 수 있다. 따라서, 본 발명은 센싱부 자체의 면적을 줄여, 상대적으로 표시부의 면적을 증가시키고 개구율이 향상된다.

또한, 본 발명은 포토다이오드를 쇼트키 방식으로 구성함에 따라, PIN 타입의 포토다이오드를 이용한 일반적인 액정 표시 장치에 비하여 지문 인식 감도를 향상시킬 수 있다. 이는, 쇼트키 포토다이오드의 특성상 PIN 타입의 포토다이오드에 비해 반응 민감도가 크기 때문이다.

상기 언급된 쇼트키 포토다이오드(PD)가 상기 센싱 TFT(T2)의 상부에 적층되는 구조는 도 7 및 도 8을 참조하여 구체적으로 후술하기로 한다.

한편, 상기 제 2 데이터 라인(DL2)의 끝단에는 지문 센싱 모드시, 프리 차징 신호(PRE)를 스위칭하여 상기 제 2 데이터 라인(DL2)에 공급하는 스위칭부(T3)가 형성된다. 이를 위해, 상기 스위칭부(T3)는 호스트(60)로부터 제공된 센싱 모드 신호(SS)에 응답하여 프리 차징 신호(PRE)를 제 2 데이터 라인(DL2)에 공급하는 프리 차징 TFT(T3)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 프리 차징 신호(PRE)는 지문 센싱 모드시 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된 각 센싱부(14)의 리드 아웃 노드(N2)들을 순차적으로 프리 차징하는 역할을 한다. 또한, 상기 프리 차징 신호(PRE)는 각 센싱부(14)의 리드 아웃 노드(N2)의 전압을 읽어들이는 리드 아웃 기간 이후에 상기 리드 아웃 노드(N2)의 전압을 초기화시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 프리 차징 신호(PRE)는 스캔 신호보다 폭이 작은 교류 신호 형태를 갖는다.

이하, 센싱부(14)의 구동 방법을 도 5 및 도 6을 결부하여 설명한다.

먼저, 리셋 라인(RST)에 리셋 신호가 인가됨에 따라, 상기 쇼트키 포토다이오드(PD)에는 순방향 바이어스가 가해진다. 이에 따라, 세트 노드(N1)의 전압은 리셋 전압으로 상승된다.

이어서, 리셋 전압으로 상승된 세트 노드(N1)는 판독 라인(RW)에 제 1 스캔 신호가 인가될 때까지 방전된다. 구체적으로, 세트 노드(N1)의 전압이 리셋 전압으로 상승되면, 쇼트키 포토다이오드(PD)는 역방향 바이어스 상태가 된다. 따라서, 쇼트키 포토다이오드(PD)는 백라이트 유닛(70)으로부터 출사되어 사용자의 지문을 통해 반사된 광에 따라 역방향 전류를 흐르게 하며, 세트 노드(N1)의 전압은 방전된다. 이때, 세트 노드(N1)의 전압은 액정 패널(10)에 접촉된 물체가 융선인 경우보다, 액정 패널(10)에 접촉된 물체가 골인 경우에 더 많이 방전된다.

이어서, 판독 라인(RW)에 판독 신호가 인가되면, 세트 노드(N1)의 전압은 센싱 커패시터(SC)의 커플링 현상에 의해 상승된다. 이에 따라, 센싱 TFT(T2)는 턴-온된다. 그러면, 제 1 데이터 라인(DL1)은 고전위 전압(VDD)을 유지하고 있는 바, 제 2 데이터 라인(DL2)에 접속된 리드 아웃 노드(N2)의 전압은 센싱 TFT(T2)의 게이트 전압, 즉 세트 노드(N1)에 충전된 전압을 소스 팔로우 형태로 추종한다. 이때, 리드 아웃 노드(N2)에 충전된 전압은 사용자의 지문 정보로서 리드 아웃 회로(20)로 출력된다.

상기 판독 라인(RW)에 판독 신호가 인가됨에 따라 센싱부(14)가 리드 아웃 회로(20)로 센싱 정보를 출력하는 기간은 프리 차지 기간(P1), 리드 아웃 기간(P2), 리셋 기간(P3)으로 구분 정의될 수 있다.

상기 프리 차지 기간(P1)에, 상기 스위칭부(T3)는 제 2 데이터 라인(DL2)에 프리 차징 신호(PRE)를 인가한다. 그러면, 리드 아웃 노드(N2)는 특정 전압 레벨로 프리 차지된다.

상기 리드 아웃 기간(P2)에, 리드 아웃 노드(N2)의 전압은 센싱 TFT(T2)의 턴-온에 따라 세트 노드(N1)의 전압을 추종하여 상승되어, 리드 아웃 회로(20)로 출력된다.

상기 리셋 기간(P3)에, 상기 리드 아웃 노드(N2)의 전압은 프리 차징 신호(PRE)가 하강되어 저전위 전압을 유지함에 따라 초기화된다.

상기 백라이트 유닛(70)은 액정 패널(10)의 배면측에 배치된다. 백라이트 유닛(70)은 백라이트 구동부에 의해 점등 및 소등되는 다수의 광원들을 포함하여 액정 패널(10)로 균일하게 광을 조사한다. 백라이트 유닛(70)은 직하형(direct type) 백라이트 유닛(70) 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛(70)으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛(70)의 광원은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나 또는 두 종류 이상의 광원을 포함할 수 있다.

상기 타이밍 컨트롤러(50)는 호스트(60)로부터 제공된 모드 신호(MODE)에 응답하여, 표시 모드 또는 지문 센싱 모드로 동작한다.

표시 모드시, 상기 타이밍 컨트롤러(50)는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 호스트(60)로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 입력 받고, 이를 정렬하여 데이터 드라이버(40)에 전송한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(50)는 호스트(60)로부터 동기 신호(SYNC)를 제공받아 게이트 드라이버(30) 및 데이터 드라이버(40)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어 신호 및 데이터 제어 신호를 출력한다. 여기서, 상기 동기 신호(SYNC)는 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등을 포함한다.

지문 센싱 모드시, 상기 타이밍 컨트롤러(50)는 데이터 드라이버(40)가 센싱부(14)에 접속된 제 1 데이터 라인(DL1)들에 고전위 전압(VDD)을 인가하도록 제어한다. 그리고 상기 타이밍 컨트롤러(50)는 게이트 드라이버(40)가 다수의 리셋 라인(RST)에 리셋 신호를 순차적으로 인가하고, 다수의 판독 라인(RW)에 판독 신호를 순차적으로 인가하도록 제어한다.

상기 게이트 드라이버(30)는 타이밍 컨트롤러(50)로부터 제공된 게이트 제어 신호(GCS)에 따라, 스캔 신호를 순차적으로 발생하고, 그 출력의 스윙전압을 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압으로 쉬프트시킨다. 게이트 드라이버(30)로부터 출력되는 스캔 신호는 데이터 드라이버(40)로부터 출력되는 데이터 전압에 동기되어 게이트 라인(GL)들에 순차적으로 공급된다. 여기서, 게이트 온 전압은 표시부(12)에 구비된 스위칭 TFT(T1)의 문턱 전압 이상의 전압이고, 게이트 오프 전압은 상기 스위칭 TFT(T1)의 문턱 전압보다 낮은 전압인다. 이러한 게이트 드라이버(30)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 집적화 되어, TAB(Tape Automated Bonding) 공정을 통해 게이트 라인(GL)들에 연결되거나, GIP(Gate In Panel) 공정으로 하부 기판의 비표시 영역(NA)에 직접 형성되어 게이트 라인(GL)들에 연결될 수 있다.

또한, 상기 게이트 드라이버(40)는 지문 세싱 모드시, 다수의 리셋 라인(RST)에 리셋 신호를 순차적으로 인가하고, 다수의 판독 라인(RW)에 판독 신호를 순차적으로 인가한다. 상기 게이트 드라이버(40)는 상기 리셋 신호를 다수의 리셋 라인(RST)에 순차적으로 인가하며, 상기 판독 신호를 다수의 판독 라인(RW)에 순차적으로 인가한다. 단, 게이트 드라이버(40)는 리셋 신호와 판독 신호를 번갈아가면서 출력한다.

상기 데이터 드라이버(40)는 타이밍 컨트롤러(50)로부터 제공된 데이터 제어 신호에 따라, 타이밍 컨트롤러(50)로부터 제공된 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링한 다음, 순차적으로 래치한다. 그리고 데이터 드라이버(40)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 정극성 또는 부극성의 감마 보상 전압으로 변환하여 데이터 전압을 생성한다. 그리고 데이터 드라이버(40)는 게이트 드라이버(30)로부터 출력되는 스캔 신호에 동기하여 상기 변환된 데이터 전압을 데이터 라인(DL)들에 공급한다. 이러한 데이터 드라이버(40)는 IC 형태로 집적화되어 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB 공정으로 데이터 라인(DL)들에 연결될 수 있다. 또한, 데이터 드라이버(40)는 타이밍 컨트롤러(50) 내에 집적되어 타이밍 컨트롤러(50)와 단일 IC로 구현될 수도 있다.

또한, 상기 데이터 드라이버(40)는 지문 센싱 모드시, 센싱부(14)에 접속된 제 1 데이터 라인(DL1)들에 고전위 전압(VDD)을 인가한다.

상기 리드 아웃 회로(20)는 지문 센싱 모드시 활성화되어, 상기 액정 패널(10)의 센싱부(14)로부터 출력된 신호들을 읽어들여 센싱 데이터(SDATA)를 생성하고, 이를 호스트(60)에 공급한다. 이를 위해, 리드 아웃 회로(20)는 센싱부(14)에 접속된 제 2 데이터 라인(DL2)들 각각에 전기적으로 접속되며, 상기 제 2 데이터 라인(DL2)으로부터 출력되는 전류 또는 전압값을 디지털 신호인 센싱 데이터(SDATA)로 변환하여, 호스트(60)에 공급한다.

상기 호스트(60)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와, 동기 신호(SYNC)들(SYNC) 등을 LVDS 인터페이스, TMDS 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 타이밍 컨트롤러(50)에 전송한다. 또한, 호스트(60)는 표시 모드와, 지문 센싱 모드를 지시하는 모드 신호(MODE)를 타이밍 컨트롤러(50)에 전송한다. 또한, 호스트(60)는 리드 아웃 회로(20)로부터 제공된 센싱 데이터(SDATA)를 미리 설정된 지문 센싱 알고리즘에 따라 분석하여 지문 정보를 산출한다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱부(14)의 구성 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 센싱부(14)의 구성 단면도이다.

도 5 및 도 7을 결부하여, 제 1 실시 예에 따른 센싱부(14)의 구성 단면을 살펴보면 다음과 같다.

상기 센싱 TFT(T2)는 게이트 전극(82), 소스 전극(84), 드레인 전극(85), 반도체층(83), 및 오믹접촉층(79)을 포함한다.

상기 게이트 전극(82)은 하부 기판(80) 상에 형성되며, 알루미늄(Al), 알루미늄네오듐(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu) 중에서 어느 한 금속 또는 둘 이상의 금속이나 합금의 재질로 형성된다.

상기 소스 전극(84) 및 상기 드레인 전극(85)은 게이트 절연막(95)을 사이에 두고 게이트 전극(82)의 상부에 배치되고, 서로 이격된다. 여기서, 상기 소스 전극(84)은 제 1 데이터 라인(DL1)에 연결되고, 상기 드레인 전극(85)은 제 2 데이터 라인(DL2)에 연결된다. 상기 소스 전극(84) 및 상기 드레인 전극(85)은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu)등에서 선택된 금속, 이들의 적층 또는 합금의 재질로 형성된다.

상기 반도체층(83)은 상기 소스 전극(84) 및 상기 드레인 전극(85) 사이에 채널을 형성한다. 이를 위해, 반도체층(83)은 순수 비정질 실리콘으로 형성된다.

상기 오믹접촉층(79)은 상기 소스 전극(84) 및 상기 드레인 전극(85)과 반도체층(83) 사이에 배치된다. 이러한, 오믹접촉층(79)은 불순물 비정질 실리콘으로 형성된다.

상기 쇼트키 포토다이오드(PD)는 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82)과 오버랩되는 영역에 배치되어, 상기 게이트 전극(82) 및 상부 전극(89) 각각에 접속된다. 이러한, 쇼트키 포토다이오드(PD)는 캐소드 전극인 상기 게이트 전극(82)과, 애노드 전극인 상기 상부 전극(89), 상기 게이트 전극(82) 및 상기 상부 전극(89) 사이에 순차적으로 적층되는 진성 반도체층(87) 및 불순물 반도체층(88)을 포함한다.

상기 진성 반도체층(87)은 층간 절연막(96) 및 상기 게이트 절연막(95)을 관통하여 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82)을 노출시키는 제 1 컨택홀을 덮음으로써, 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82)에 연결된다.

상기 불순물 반도체층(88)은 상기 진성 반도체층(87) 상에 적층되며, 상기 상부 전극(89)과 접속된다. 이러한, 불순물 반도체층(88)은 n+ 형 불순물이 도핑될 수 있다.

상기 상부 전극(89)은 상기 불순물 반도체층(88) 상에 적층되며, 상기 층간 절연막(96) 및 상기 게이트 절연막(95)을 관통하여 상기 리셋 라인(RST)을 노출시키는 제 2 컨택홀을 덮음으로써 상기 리셋 라인(RST)에 연결된다. 이러한, 상부 전극(89)은 표시부(12)에 구비된 화소 전극과 동일층에 형성되며, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zinc Oxide: ITZO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO)와 같은 광투명한 전극 소재로 형성될 수 있다.

상기 센싱 커패시터(SC)는 상기 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82) 및 보조 전극(91)이 게이트 절연막(95)을 사이에 두고 서로 오버랩됨으로써 형성된다. 상기 보조 전극(91)은 상기 소스 전극(84) 및 상기 드레인 전극(85)과 동일층에 형성되고, 상기 게이트 절연막(95)을 관통하여 판독 라인(RW)을 노출시키는 제 3 컨택홀을 덮음으로써 판독 라인(RW)에 연결된다.

도 5 및 도 8을 결부하여, 제 2 실시 예에 따른 센싱부(14)의 구성 단면을 살펴보면 다음과 같다.

상기 센싱 TFT(T2)는 반도체층(83), 게이트 전극(82), 소스 전극(84), 및 드레인 전극(85)을 포함한다.

상기 반도체층(83)은 폴리 실리콘(Poly Si)으로 형성된 액티브 영역(83b)과, 상기 액티브 영역(83b)의 양측에 위치하여 불순물이 도핑된 소스 영역(83a) 및 드레인 영역(83c)을 포함한다.

상기 게이트 전극(82)은 상기 반도체층(83)을 덮는 제 1 절연층(95) 상에 형성된다.

상기 소스 전극(84)은 상기 게이트 전극(82)을 덮는 제 2 절연층(96) 상에 형성되며, 상기 제 2 절연층(96)을 관통하여 상기 소스 영역(83a)을 노출시키는 제 1 컨택홀을 덮음으로써, 상기 소스 영역(83a)에 연결된다.

상기 소스 전극(85)은 상기 게이트 전극(82)을 덮는 제 2 절연층(96) 상에 형성되며, 상기 제 2 절연층(96)을 관통하여 상기 드레인 영역(83c)을 노출시키는 제 2 컨택홀을 덮음으로써, 상기 드레인 영역(83c)에 연결된다.

상기 쇼트키 포토다이오드(PD)는 상기 쇼트키 포토다이오드(PD)는 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82)과 오버랩되는 영역에 배치되어, 상기 게이트 전극(82) 및 상부 전극(89) 각각에 접속된다. 이러한, 쇼트키 포토다이오드(PD)는 캐소드 전극인 게이트 전극(82)과, 애노드 전극인 상기 상부 전극(89), 상기 게이트 전극(82) 및 상기 상부 전극(89) 사이에 순차적으로 적층되는 진성 반도체층(87) 및 불순물 반도체층(88)을 포함한다.

상기 진성 반도체층(87)은 제 1 보조 전극(98)을 통해 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82)와 연결된다. 상기 제 1 보조 전극(98)은 상기 제 2 절연층(96)을 관통하여 상기 센싱 TFT(T2)의 게이트 전극(82)을 노출시키는 제 3 컨택홀을 덮음으로써, 상기 게이트 전극(82)에 연결된다.

상기 상부 전극(89)은 상기 불순물 반도체층(88) 상에 적층되며, 제 3 절연층(97) 및 상기 제 2 절연층(96)을 관통하여 상기 리셋 라인(RST)을 노출시키는 제 4 컨택홀을 덮음으로써 상기 리셋 라인(RST)에 연결된다.

상기 센싱 커패시터(SC)는 판독 라인(RW) 및 제 2 보조 전극(92)이 상기 제 2 절연층(96)을 사이에 두고 서로 오버랩됨으로써 형성된다. 상기 제 2 보조 전극(92)은 상기 제 2 절연층(96) 상에 형성되며, 연결 라인(미도시)을 통해 상기 제 1 보조 전극과 연결된다.

상기 제 1 및 제 2 실시 예에서는 센싱 TFT(T2)의 반도체층이 각각 비정질 반도체, 다결정 반도체의 재질인 것을 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 즉, 본 발명의 센싱 TFT(T2)는 반도체층이 비정질 반도체, 다결정 반도체, 산화물 반도체 및 유기물 반도체 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성되어도 상관없을 것이다.

한편, 본 발명은 상기 상부 전극(89)의 일 함수(work function)가 표시부(12)에 구비된 화소 전극의 일 함수보다 커지도록, 상기 상부 전극(89)에 O2 Plasma 처리를 하거나, 상기 상부 전극(89)을 인듐 징크 옥사이드(IZO) 재질로 형성한다. 이는, 지문 센싱을 위해 액정 패널(10)에 접촉된 물체가 지문의 융선일 경우와, 지문의 골일 경우에 따른 역방향 전류의 차이를 크게 하여, 지문 센싱 감도를 향상시키기 위함이다. 상기와 달리, 본 발명은 상기 상부 전극(89)과 상기 화소 전극을 동일층에서 동일 재질로 형성할 수 있다. 상기와 달리, 본 발명은 상기 상부 전극(89)과 상기 화소 전극을 동일층에서 동일 재질로 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 상부 전극(89)은 일 함수가 4.7 eV 보다 큰 재질의 금속(적어도 4.9 eV 이상)으로 형성되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 쇼트키 포토다이오드(PD)에 외부광이 유입되면, 진성 반도체층(i)에서 전자(-) 및 정공(+) 쌍이 생성되고, 생성된 전자(-) 및 정공(+) 쌍은 각각 애노드 전극(ITO) 및 캐소드 전극(Al)으로 이동하게 된다. 만약, 도 10에 도시한 바와 같이, 액정 패널(10)에 접촉된 물체가 지문의 융선일 경우(일명, dark 상태), 쇼트키 포토다이오드(PD)의 애노드 전극(ITO)은 일 함수가 큰 상대적으로 바, 불순물 반도체층(88)으로부터 애노드 전극(ITO)으로의 정공(+)의 이동이 차단된다. 반면, 액정 패널(10)에 접촉된 물체가 지문의 골일 경우(일명, photo illuminated 상태), 밴드 갭 내에서 이온화된 억셉터 밀도(Acceptor Density)의 증가로 인해 애노드 전극(ITO) 및 캐소드 전극(Al) 간의 일 함수 차이(빌트-인 포텐셜(Built-In Potential))가 줄어든다. 따라서, 불순물 반도체층(88)으로부터 애노드 전극(ITO)으로의 정공(+)의 이동은 터널링(Tunneling) 효과에 따라 용이해져 역방향 전류가 잘 흐르게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 센싱부(14)에 구비된 쇼트키 포토다이오드(PD)가 상기 센싱 TFT(T2)의 상부에 적층되도록 구성한다. 이러한, 본 발명은 센싱 TFT와는 별도의 영역에 PIN 타입의 포토다이오드 배치하여 센싱부를 구성하는 일반적인 액정 표시 장치에 비해, 센싱부(14)의 면적을 줄일 수 있다. 즉, 본 발명은 포토다이오드를 쇼트키 방식으로 구성함과 아울러 쇼트키 포토다이오드를 센싱 TFT(T2)의 상부에 적층함으로써, 센싱 TFT와는 별도로 포토다이오드의 배치하기 위해 마련되었던 별도의 영역을 삭제할 수 있다. 따라서, 본 발명은 센싱부 자체의 면적을 줄여, 상대적으로 표시부의 면적을 증가시키고 개구율이 향상된다.

또한, 본 발명은 포토다이오드를 쇼트키 방식으로 구성함에 따라, PIN 타입의 포토다이오드를 이용한 일반적인 액정 표시 장치에 비하여 지문 인식 감도를 향상시킬 수 있다. 이는, 쇼트키 포토다이오드의 특성상 PIN 타입의 포토다이오드에 비해 반응 속도가 빠르기 때문이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

12: 표시부 14: 센싱부
T2: 센싱 TFT PD: 쇼트키 포토다이오드
SC: 센싱 커패시터 RST: 리셋 라인
RW: 판독 라인 PRE: 프리 차징 신호

Claims

서로 교차되는 다수의 게이트 라인 및 다수의 데이터 라인; 및
상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인의 교차부에 형성된 다수의 화소 영역에 배치되는 표시부; 및
상기 다수의 화소 영역 중에서 선택된 일부 또는 전체에 배치되며, 센싱 TFT, 쇼트키 포토다이오드(Schottky photodiode) 및 센싱 커패시터를 포함하여 구성된 센싱부를 포함하고;
상기 쇼트키 포토다이오드는 상기 센싱 TFT의 상부에 적층되는 액정 표시 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱 TFT는 세트 노드의 전압 상태에 따라 서로 이웃한 제 1 및 제 2 데이터 라인을 서로 연결하고,
상기 쇼트키 포토다이오드는 리셋 라인 및 상기 세트 노드 각각에 접속되고,
상기 센싱 커패시터는 판독 라인 및 상기 세트 노드 각각에 접속되는 액정 표시 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 쇼트키 포토다이오드는
상기 센싱 TFT의 게이트 전극과 오버랩되는 영역에 배치되어, 상기 센싱 TFT의 게이트 전극 및 상기 리셋 라인에 연결된 상부 전극 각각에 접속되고,
상기 센싱 TFT의 게이트 전극 및 상기 상부 전극 사이에 순차적으로 적층되는 진성 반도체층 및 불순물 반도체층을 포함하는 액정 표시 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 표시부는
상기 게이트 라인으로부터 제공된 스캔 신호에 응답하여 상기 데이터 라인으로부터 제공된 데이터 전압을 화소 전극에 공급하는 스위칭 TFT;
공통 전압이 인가되는 공통 전극, 액정층 및 상기 화소 전극을 포함하여 구성된 액정셀; 및
상기 화소 전극에 연결된 스토리지 커패시터를 포함하고;
상기 상부 전극 및 상기 화소 전극은 동일층에 형성되되, 상기 상부 전극의 일 함수(work function)는 상기 화소 전극의 일 함수보다 큰 액정 표시 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 센싱 TFT의 반도체층은
비정질 반도체, 다결정 반도체, 산화물 반도체 및 유기물 반도체 중 선택된 어느 하나의 재질인 액정 표시 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 상부 전극의 일 함수는 4.7 eV 보다 큰 액정 표시 장치.