JP4308376B2 - 指紋読み取り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋読み取り装置、特に、静電容量式の指紋読み取り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、秘密保持等の目的で個人を認証するためのシステムとしてＩＤ番号、パスワード等を用いたシステムがあるが、ＩＤ番号、パスワード等の漏洩等により、秘密保持性は万全ではない。一方、より高度な秘密保持性を実現するものとして、指紋読み取り装置を用いたシステムが提案されている。
【０００３】
従来、指紋読み取り装置としては、二次元アレイ状に配置された電極群と、これら電極群上に誘電体層を介して接触される指との間に生じる静電容量が指紋の凹凸に応じて異なることを使用して指紋形状を検出する静電容量型の指紋読み取り装置（特開平４−２３１８０３号公報等）が提案され、このような指紋読み取り装置が一部実用化されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような指紋読み取り装置を、どのような機器にどのように用いるかのアプリケーションが十分ではなく、実用化されているものは少ない。
本発明はこのような事情に鑑み、実際に使用する場合の使い勝手を向上し、高生産性、低コスト化を図った指紋読み取り装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、液晶パネル上に設けられた静電容量式の指紋読み取りセンサと、その駆動回路とを具備し、前記指紋読み取りセンサは、所定の位置に配置された検出電極と、該検出電極のそれぞれに接続されたアクティブ素子と、表面に設けられた保護膜とを有することを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【０００６】
かかる第１の態様では、指紋読み取りセンサを液晶パネル近傍に設けることにより、液晶パネルを搭載した電子機器等に容易に適用可能となる。
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記検出電極及び前記アクティブ素子は二次元アレイ状に設けられていることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【０００７】
かかる第２の態様では、二次元アレイ状に配置された検出電極により指紋のイメージを読み取ることができる。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記液晶パネルは一対の透明基板を有すると共に前記透明基板の一方は表示領域より外に突出した突出部を有し、前記指紋読み取りセンサは前記突出部に設けられていることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【０００８】
かかる第３の態様では、指紋読み取りセンサを電子機器等に組み込む際に液晶パネルと一体的に組み込むことができ且つ省スペース化を図ることができる。
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記指紋読み取りセンサは、前記液晶パネルの透明電極及びアクティブ素子と共に前記一方の透明基板上に同一プロセスで形成されたものであることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【０００９】
かかる第４の態様では、液晶パネルの透明電極及び薄膜アクティブ素子を形成する薄膜工程で同時に指紋読み取りセンサを形成することにより、製造コストを大幅に低下することができる。
本発明の第５の態様は、第３又は４の態様において、前記指紋読み取りセンサの前記アクティブ素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【００１０】
かかる第５の態様では、指紋読み取りセンサの薄膜トランジスタは液晶パネルの薄膜トランジスタと同一工程で形成することができる。
本発明の第６の態様は、第１又は２の態様において、前記指紋読み取りセンサの前記検出電極が透明電極であり、当該指紋読み取りセンサは前記液晶パネルの表示領域の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【００１１】
かかる第６の態様では、液晶パネルの表示領域に重ねて指紋読み取りセンサが設けられているので、電子機器等への搭載の際に液晶パネルと一緒に搭載でき且つ指紋読み取りセンサの設置スペースの省スペース化を図ることができる。
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記指紋読み取りセンサは、前記液晶パネルの透明基板又は偏光板の表面に設けられていることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【００１２】
かかる第７の態様では、指紋読み取りセンサを透明基板又は偏光板に設けることにより液晶パネルとの一体化が図られる。
本発明の第８の態様は、第６又は７の態様において、前記指紋読み取りセンサの前記アクティブ素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする指紋読み取り装置にある。
【００１３】
かかる第８の態様では、透明電極及び薄膜トランジスタからなる指紋読み取りセンサは液晶パネルと同様な製造工程で容易に形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態に基づいて説明する。
図１には一実施形態にかかる指紋読み取り装置を搭載した液晶表示装置の概略を示す。
同図に示すように、液晶表示装置１０は、液晶表示部１１に近接して指紋読み取りセンサ１２を具備し、図示しないが、これらをそれぞれ駆動する駆動回路が内蔵されている。
【００１５】
ここで、液晶表示部１１及び指紋読み取りセンサ１２を構成する液晶パネルの概略構成を概略断面を示す図２を参照しながら説明する。
これらの図面に示すように、液晶パネル部２０は、第１の透明基板２１と第２の透明基板２２とがスペーサ２３を介して接合し、その間に液晶層２４を設けることにより液晶表示部１１を構成している。また、第１の透明基板２１の内側には、液晶層２４に対向して、画素別に、透明電極２５及びアクティブ素子２６が二次元アレイ状に設けられ、これらを覆うように配向膜２７が設けられている。一方、第２の透明基板２２の内側には、液晶層２４を挟んで共通透明電極２８及びその表面を覆う配向膜２９が設けられている。なお、第１の透明基板２１及び第２の透明基板２２の外側には偏光板３１，３２が設けられている。
【００１６】
ここで、第１の透明基板２１はその一縁部に、第２の透明基板２２より突出した突出部を有し、この突出部には、液晶表示部１１の配線と共に、指紋読み取りセンサ１２が設けられている。
指紋読み取りセンサ１２は、二次元アレイ状に配置された検出電極３５及びアクティブ素子３６を具備し、これらは誘電膜である保護膜３７で覆われている。
【００１７】
液晶表示部１１の透明電極２５及びアクティブ素子２６と、指紋読み取りセンサ１２の検出電極３５及びアクティブ素子３６とは、例えば、第１の透明基板２１の概略平面を示す図３（ａ）のように構成され、また、それぞれの表示又は検出単位の構造は、図３（ｂ）に示すようになっている。なお、図では液晶表示部１１及び指紋読み取りセンサ１２は、３ラ３の二次元アレイ状に設けられているが、実際とは異なることは言うまでもない。
【００１８】
また、上述した実施形態では、透明基板２１の突出部に駆動回路まで設けた例を示しているが、基板の突出部上には配線の端子部だけを設け、駆動回路はフレキシブルケーブル等を介して接続する構造であってもよいことは言うまでもない。
ここで、アクティブ素子２６及び３６は、例えば、電界効果型絶縁ゲートトランジスタなどの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から構成される。以下、液晶表示部１１を代表して説明するが、後述するように、指紋読み取りセンサ１２の構造も基本的には同様な構造を有する。
【００１９】
アクティブ素子２６であるトランジスタのソース領域４１に接続されるソース電極４２は、透明電極２５に接続され、ゲート酸化膜４３上に設けられたゲート電極４４は走査線５１に接続されており、ドレイン領域４５に接続されるドレイン電極４６は信号線５２に接続されている。信号線５２は、各トランジスタのドレイン電極４６をＸ軸方向に直列に接続するように複数本設けられており、各信号線５２は、Ｘ軸ドライバ５３に接続されている。また、走査線５１は、各トランジスタのゲート電極４４をＹ軸方向に直列に接続するように複数本設けられており、各走査線５１は、Ｙ軸ドライバ５４に接続されている。
【００２０】
また、アクティブ素子３６のソース電極は透明電極３５に接続され、ゲート電極は走査線６１に直列に接続され、また、ドレイン電極は信号線６２に直列に接続されており、信号線６２はＸ軸ドライバ６３に接続され、走査線６１はＹ軸ドライバ６４に接続されている。
このような液晶表示部１１の透明電極２５及びアクティブ素子２６，並びに指紋読み取りセンサ１２の検出電極３５及びアクティブ素子３６は、従来から知られている一般的な薄膜製造プロセスで同時に形成することができる。すなわち、液晶表示部１１及び指紋読み取りセンサ１２は、各素子の大きさ及び配列ピッチが異なるだけで実質的に同一構造とすることができ、指紋読み取りセンサ１２の製造プロセスを液晶パネルの表示部の製造と同時に行えるので、その製造コストを大幅に低減することができる。なお、このように同一プロセスで形成する場合には検出電極３５も透明電極２５と同様な材料となるが、検出電極３５自体は透明電極である必要はないので、材料を替えて形成することもできる。
【００２１】
液晶表示部１１の解像度は使用用途によって決定され、特に限定されないが、指紋表示センサ１２の解像度は５０μｍ程度のピッチで３００ｄｐｉ程度が標準的である。また、アクティブ素子２５，３５は、上述した薄膜トランジスタに限定されず、薄膜ダイオードであってもよい。
次に、指紋読み取りセンサ１２による指紋読み取りの手順を簡単に説明する。図４（ａ）には指紋読み取りセンサ１２の検出電極３５の配列を示し、図４（ｂ）には指紋読み取り状態を模式的に示したものである。
【００２２】
図示するように、各検出電極３５は各アクティブ素子３６を介してアクティブアドレッシングされており、Ｘ軸ドライバ６３に接続されたｘ本の信号線６２と、Ｙ軸ドライバ６４に接続されたｙ本の走査線６１とに接続されて、（１，１）〜（ｘ，ｙ）のアドレスを有する。
指紋を検出する際には、まず、Ｘ軸ドライバ６３を介して所定の信号線６２を選択してゲート電極に所定の電圧をかけ、この状態で全ての走査線６１を介して全てのアクティブ素子３６に、例えば、１０Ｖ程度の電圧を印加する。これにより、ゲート電極に所定の電圧が印加されて選択されたアクティブ素子３６に接続されている検出電極３５に電圧が印加される。このときの状態が図４（ｂ）である。このとき、指７０と検出電極３５との間に破線で示すようなキャパシタＣ［（ｘ，ｙ−１），（ｘ，ｙ）,（ｘ，ｙ＋１）］が形成される。これらのキャパシタＣのキャパシタンスは検出電極と指との距離に依存し、指紋の***部が大きいほど大きなキャパシタンスが発生し、溝が深いほど小さなキャパシタンスが発生する。
【００２３】
このようなキャパシタンスは、各走査線６１を介してＹ軸ドライバ６４で検出することができる。そして、この作業を各信号線６２毎に行えば、各検出電極３５と指との間に発生したキャパシタンスを検出することができ、これにより、指紋のイメージを作成することができる。
以上説明した実施形態によると、液晶パネルに付随して指紋読み取り装置を設けることができ、しかも、液晶パネルの薄膜製造プロセスを用いて指紋読み取りセンサを形成することができるので、各種電子機器等に組み込む際に省スペースかを図ることができると共に、低コスト化を実現できる。
【００２４】
また、このような指紋読み取り装置は、液晶表示装置を具備する各種電子機器、例えば、各種パソコン、携帯端末、携帯電話、ＰＨＳ等に容易に組み込むことが可能である。この際、上述した構成では、指紋読み取りセンサ１２の表面は液晶パネル表面より窪んだ凹部となるが、凹部の周縁部が指を載せる際のガイドとなり、指の位置合わせが容易にできるという利点もある。
【００２５】
このように液晶パネルと一体化して電子機器への組み込みの際の取り扱い性の向上を図ると共に、省スペース化を図るという観点からすると、液晶パネルの表示領域に重ねて指紋検出センサを設けてもよい。
この例を図５に示す。図５（ａ）は第２の透明基板２２の外側に指紋検出センサ１２を設けた例を示し、図５（ｂ）は偏光板３２上に指紋検出センサ１２を設けた例である。なお、上述した実施形態と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２６】
このような指紋読み取りセンサは、液晶パネルの薄膜製造プロセルとは別に行う必要があるが、同様な薄膜製造プロセスで形成することができる。この場合、指紋検出センサ１２の検出電極は透明電極である必要があることは言うまでもない。
また、このような指紋読み取りセンサ１２の液晶表示領域の平面方向の配置も特に限定されず、表示領域の隅部でも、中央部でもよく、さらには、表示領域全体を指紋読み取りセンサとしてもよい。
【００２７】
さらに、上述した各実施形態では、指紋読み取りセンサの各検出電極は二次元アレイ状に配置されたものを例示したが、必ずしもこれに限定されず、一次元状に検出電極を配置し、この上に指を滑らせながら走査する方法によっても同様に指紋を検出することができる。なお、この場合の指紋読み取りセンサの構成は配置が一次元になっただけで上述した例と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００２８】
このような一次元アレイ状の指紋読み取りセンサを用いた場合には、小型携帯端末に搭載する際に省スペース化の面で有利になる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶パネル上に静電容量式の指紋読み取りセンサとその駆動回路とを設けることにより、実際に使用する場合の使い勝手を向上し、高生産性、低コスト化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る指紋読み取り装置を搭載した液晶表示装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る指紋読み取り装置を搭載した液晶表示装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る指紋読み取り装置を搭載した要部概略構成を示す平面図及び断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る指紋読み取り装置の指紋読み取りセンサの検出電極の配列及び指紋読み取り状態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る指紋読み取り装置を搭載した液晶パネルの概略断面図である。
【符号の説明】
１０ 液晶表示装置
１１ 液晶表示部
１２ 指紋読み取りセンサ
２１ 第１の透明基板
２２ 第２の透明基板
２５ 透明電極
２６ アクティブ素子
３５ 検出電極
３６ アクティブ素子
５１，６１ 信号線
５２，６２ 走査線
５３，６３ Ｘ軸ドライバ
５４，６４ Ｙ軸ドライバ

Claims (4)

1. 第１の透明基板および第２の透明基板との間に配置された液晶層および透明電極を有する液晶パネル部と、
   前記第１の透明基板の一縁部に設けられた前記液晶パネル部より突出した突出部と、
   前記突出部に前記液晶パネル部と離間して設けられた静電容量式の指紋読み取りセンサおよび駆動回路と、
   を具備し、
   前記指紋読み取りセンサは、前記第１の透明基板上に配置された検出電極と、該検出電極のそれぞれに接続されたアクティブ素子と、表面に設けられた保護膜とを有し、
   前記指紋読み取りセンサの表面は液晶パネル部表面より窪んだ凹部となっており、前記凹部の周辺部が指を載せる場合のガイドとなる指紋読み取り装置。
2. 前記検出電極は前記透明電極とは異なる材料からなることを特徴とする請求項１記載の指紋読み取り装置。
3. 前記検出電極及び前記アクティブ素子は二次元アレイ状に設けられていることを特徴とする請求項１記載の指紋読み取り装置。
4. 前記指紋読み取りセンサの前記アクティブ素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１記載の指紋読み取り装置。

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