KR19990043863A - Field-emitting device having photodiode and manufacturing method thereof - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, FED 소자에 있어서, 형광층의 후발광 빛을 포토 다이오드를 이용하여 흡수한 다음, 이를 전압원으로 사용함으로써 FED 의 구동전압 감소효과와 후발광에 의한 이웃 셀에 대한 반사를 줄여 색순도 저하를 감소시킨 기술이다.The present invention relates to a field emission device having a photodiode and a method for manufacturing the same. In the FED device, after absorbing the post-emitting light of the fluorescent layer using a photodiode, and then using it as a voltage source to reduce the drive voltage of the FED It is a technology that reduces the color purity by reducing the reflection on the neighboring cell by the effect and post-luminescence.

Description

포토 다이오드를 구비한 전계방출소자 및 이의 제조방법Field-emitting device having photodiode and manufacturing method thereof

본 발명은 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자(Field Emission Display; 이하 FED라 칭함) 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 FED 에 있어서, 형광층의 후 발광 빛을 포토 다이오드를 이용하여 흡수한 다음, 이를 전압원으로 사용함으로써 FED 의 구동전압 감소효과를 얻을 수 있는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.Field of the Invention The present invention relates to a field emission device having a photodiode (hereinafter referred to as a FED) and a method of manufacturing the same. Particularly, in a FED, after absorbing post-emitting light of a fluorescent layer using a photodiode, The present invention relates to a field emission device having a photodiode capable of obtaining a driving voltage reduction effect of an FED, and a method of manufacturing the same.

일반적으로 전계 방출소자는 팁의 날카로운 부분에 전계가 집중되는 현상을 이용하여 비교적 낮은 전압, 예를 들어 5∼10V 정도의 전압을 인가하여 터널효과에 의한 냉전자를 방출시키는 소자로서, 이를 이용하여 형성되는 FED는 CRT의 고선명성과 액정표시장치(liquid crystal display; 이하 LCD라 칭함)의 경박형의 장점을 모두 갖추고 있어 차세대 표시장치로서 주목받고 있다.In general, the field emission device is a device that emits cold electrons due to the tunnel effect by applying a relatively low voltage, for example, a voltage of about 5 to 10V by using a phenomenon in which an electric field is concentrated on a sharp part of a tip. The FED is attracting attention as a next generation display device because it has both the high definition of the CRT and the light and thin advantages of a liquid crystal display (LCD).

특히 FED는 경박형의 제작이 가능할 뿐만 아니라, LCD의 결정적인 단점인 공정수율, 제조단가 및 대형화의 문제점들을 해결할 수 있다.In particular, the FED can not only manufacture the thin and thin, but also solve the problems of process yield, manufacturing cost, and enlargement, which are crucial disadvantages of the LCD.

즉 LCD는 하나의 단위화소라도 불량이 발생되면 제품전체가 불량 처리되지만, FED는 하나의 화소 그룹에 그보다 작은 다수개의 단위화소들이 형성되어 있어 한 두개의 단위화소에 불량이 발생하여도 화소 그룹의 동작에는 이상이 없어 제품 전체의 수율이 향상된다.That is, in case of LCD, even if one unit pixel is defective, the whole product is treated badly. However, FED has a smaller number of unit pixels in one pixel group, so even if one or two unit pixels are defective, There is no problem in operation, and the yield of the whole product is improved.

또한 FED는 LCD에 비해 구조가 간단하고, 소비전력이 작아 단가가 낮고, 휴대형 표시장치에 적합한 등의 이점이 있다.In addition, FED has advantages such as simple structure, low power consumption, low unit cost, and suitable for portable display device.

상기 FED는 도 1 에 도시된 바와 같이, 공동에 의해 외부로 노출되어 있으며, 날카로운 금속 팁(tip) 형상의 원뿔형 에미터(emitter)(9)와, 상기 에미터(9)의 양측에 정렬되어 있는 게이트(8)와, 상기 게이트(8)와 일정간격 이격되어 형광판이 부착되어 있는 전극(미도시)으로 구성되어 각각이 CRT의 캐소드, 그리드 및 애노드와 대응된다.The FED is exposed to the outside by a cavity, as shown in FIG. 1, and is arranged on both sides of the emitter 9 with a conical emitter 9 in the shape of a sharp metal tip. A gate 8 and an electrode (not shown) to which a fluorescent plate is attached at a predetermined interval from the gate 8 to correspond to a cathode, a grid, and an anode of the CRT.

상기의 FED는 소정전압, 예를들어 500∼10㎸ 정도의 전압이 인가되어 에미터(9)의 꼭지부에 집중된 전계에 의해 전자가 방출되며, 상기 방출된 전자는 양의 전압이 인가된 애노드에 의해 인도되어 애노드에 도포되어있는 형광물질을 발광시키고, 상기 게이트(8)는 전자의 방향 및 양을 조절한다.In the FED, a predetermined voltage, for example, a voltage of about 500 to 10 kV is applied, and electrons are emitted by an electric field concentrated at the top of the emitter 9. The emitted electrons are an anode to which a positive voltage is applied. Guides the light emitting fluorescent material on the anode, and the gate 8 controls the direction and amount of electrons.

상기와 같이 구성된 종래의 FED 소자는 전계에 의한 전자방출 구조로 형성되어 있으며, 방출전자에 의해 빛을 발하는 후면발광이 매우 큰 편이다. 그러나 상기 후면발광 빛은 현재까지는 전혀 사용이 어려운 에너지로 이웃하는 픽셀의 색순도를 감소시키는 문제점으로 남아 있으며, 또한 상기 전자에 의해 형광층에서 후발광되는 빛을 이용하지 못함으로 FED 소자 구동에 있어 효율적 에너지 운용을 기할 수 없고, 이에 따라 구동전압이 상승하는 요인으로 작용하는 문제점이 있다.Conventional FED device configured as described above is formed of an electron emission structure by the electric field, the back light emitting light by the emitting electrons is very large. However, the back-emitting light remains a problem of reducing the color purity of neighboring pixels with energy that is difficult to use until now, and also does not use the light emitted from the fluorescent layer by the electrons, which is effective in driving the FED device. Energy operation is not possible, and thus there is a problem in that the driving voltage increases.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 형광층의 후발광 빛을 포토 다이오드를 이용하여 흡수한 다음, 이를 전압원으로 사용함으로써 FED 의 구동전압 감소효과를 얻을 수 있는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to absorb the post-emitting light of the fluorescent layer using a photodiode, and then use it as a voltage source to obtain a driving voltage reduction effect of the FED A field emission device having a photodiode and a method of manufacturing the same are provided.

도 1 은 종래의 기술에 따른 전계방출소자 구조의 일예를 도시한 단면도1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the field emission device according to the prior art

도 2a 내지 도 2c 는 본 발명의 방법에 따라 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자의 제조공정단계를 도시한 단면도2A to 2C are cross-sectional views showing the manufacturing process steps of the field emission device having a photodiode according to the method of the present invention.

도 3 은 전계방출소자의 에너지밴드 다이어그램을 도시한 도면3 is an energy band diagram of a field emission device;

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 기판 3 : 비정질 실리콘 n 층1: substrate 3: amorphous silicon n layer

2 : 캐소드 라인(포토 다이오드의 금속층 산화막)2: cathode line (metal layer oxide film of photodiode)

4 : 비정질 실리콘 I층 5 : 비정질 실리콘 p 층4: amorphous silicon I layer 5: amorphous silicon p layer

6 : 투명전극층(Indium Thin Oxide) 7 : 게이트 절연막6 Indium Thin Oxide 7 Gate Insulation

8 : 게이트 전극층 9 : 금속팁8: gate electrode layer 9: metal tip

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은The present invention to achieve the above object

금속 팁 형상의 에미터와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와, 상기 게이트와 일정간격 이격되어 형광판이 부착되어 있는 전극을 포함하여 구성되는 FED 소자에 있어서,An FED element comprising a metal tip shaped emitter, a gate arranged on both sides of the emitter, and an electrode on which a fluorescent plate is attached at a predetermined distance from the gate,

상기 기판 상부와 에미터의 사이에 포토 다이오드를 구비하여 FED 소자의 후발광 빛의 자발전위를 구동전위에 연결시켜 FED 소자의 구동전압 감소 및 후발광에 의한 이웃 셀에 대한 반사를 줄여 색순도 저하를 감소시킨 것을 특징으로 한다.A photodiode is provided between the upper part of the substrate and the emitter to connect the self-generating potential of the post-emitting light of the FED device to the driving potential, thereby reducing the driving voltage of the FED device and reducing reflection on the neighboring cell due to post-emitting light, thereby reducing color purity. It is characterized by a reduced.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자의 제조방법은,In addition, the manufacturing method of the field emission device having a photodiode of the present invention for achieving the above object,

포토 다이오드를 구비한 전계방출소의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the field emission station having a photodiode,

기판상에 캐소드 전극 금속층을 형성한 후 n,i,p 비정질 실리콘을 차례로 증착하고, 상기 비정질 실리콘층 상부에 투명전극을 증착한 다음, 패턴 형성후 식각처리하는 단계와,Forming a cathode electrode metal layer on the substrate, and then depositing n, i, p amorphous silicon, and depositing a transparent electrode on the amorphous silicon layer, followed by etching after pattern formation;

상기 투명전극의 상부에 게이트 절연막, 게이트 전극용 금속을 차례로 증착하는 단계와,Sequentially depositing a gate insulating film and a metal for a gate electrode on the transparent electrode;

상기 게이트 전극용 금속과 그 하부의 게이트 절연막을 식각하여 팁 홀을 형성하는 단계와,Etching the gate electrode metal and a gate insulating layer under the gate electrode to form a tip hole;

게이트 전극을 형성하는 단계와,Forming a gate electrode,

상기 팁 홀내에 팁 금속을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And depositing a tip metal in the tip hole.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자 및 이의 제조방법에 대해 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, a field emission device including a photodiode and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2c 는 본 발명의 방법에 따라 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자의 제조공정단계를 도시한 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views showing the manufacturing process steps of the field emission device having a photodiode according to the method of the present invention.

본 발명에서 사용하고 있는 pin 포토 다이오드는 투명전극(Idium Thin Oxide; 이하 ITO 라 함)(6)과, p,i,n 비정질 실리콘층(5,4,3)과 금속 전극층(2)으로 이루어져 있다.The pin photodiode used in the present invention comprises a transparent electrode (Idium Thin Oxide; ITO) 6, a p, i, n amorphous silicon layer (5, 4, 3) and a metal electrode layer (2) have.

한편, 도 2d 는 다이오드의 에너지 밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.2D is a diagram illustrating an energy band diagram of a diode.

상기 도면을 참조하면, 상기 포토 다이오드 소자(3,4,5,6)는 어두운 암상태에서는 평형상태를 이루지만 빛을 받은 광상태에서는 가전도대(valance band)의 전자가 빛에너지에 의해 전도대(conduction band)로 여기되고, 전위의 차이에 의해 즉 내부전계에 의해 투명 전극(6)에서 금속전극(2)으로 이동하게 된다. 이때 전류의 방향은 반대가 된다.Referring to the drawings, the photodiode elements 3, 4, 5, and 6 are in an equilibrium state in a dark dark state, but in a light state in which light is received, electrons of a valence band are conducted by light energy. It is excited by a conduction band and is moved from the transparent electrode 6 to the metal electrode 2 by the difference in electric potential, that is, by an internal electric field. At this time, the direction of current is reversed.

이는 포토 다이오드가 빛에너지에 의해 전자의 소스(source)로서의 작용을 하게 되는 데, 양단에 전류계를 붙이면 광상태에서 전류가 흐름을 알 수 있다.This is because the photodiode acts as a source of electrons by light energy. If the ammeter is attached to both ends, the current flows in the optical state.

도 2a 를 참조하면, 기판(1)상에 캐소드 전극 금속층(2)을 형성한 후 n,i,p 비정질 실리콘(3,4,5)을 차례로 증착한다.Referring to FIG. 2A, after forming the cathode electrode metal layer 2 on the substrate 1, n, i, p amorphous silicon 3, 4, 5 is sequentially deposited.

그리고 상기 비정질 실리콘층(5) 상부에 투명전극(6)을 증착한 다음 패턴 형성후 식각처리한다.The transparent electrode 6 is deposited on the amorphous silicon layer 5, and then etched after forming a pattern.

상기 투명전극(6)의 상부에 게이트 절연막(7)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(7) 상부에 게이트 전극용 금속(8)을 증착한다.A gate insulating film 7 is formed on the transparent electrode 6, and a gate electrode metal 8 is deposited on the gate insulating film 7.

도 2b 를 참조하면, 상기 게이트 전극용 금속(8)과 그 하부의 게이트 절연막(7)을 식각하여 팁 홀(10)을 형성하고, 게이트 전극(8)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, a tip hole 10 is formed by etching the gate electrode metal 8 and a gate insulating layer 7 below the gate electrode 8 to form a gate electrode 8.

도 2c 를 참조하면, 전자빔 증착기를 이용하여 Al 희생층(미도시)을 경사증착하고 팁 금속을 수직증착한 후, 리프트-오프 방법으로 상부 잔류금속을 제거한다.Referring to FIG. 2C, the Al sacrificial layer (not shown) is gradient-deposited using the electron beam evaporator, the tip metal is vertically deposited, and the upper residual metal is removed by a lift-off method.

도 3 은 전계방출소자의 에너지밴드 다이어그램을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating an energy band diagram of a field emission device.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따른 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자는 FED 소자의 후발광 빛을 이용하기 위하여 포토 다이오드를 전계방출소자에 응용하였으며, 상기 후발광 빛에 의한 색순도를 감소시키는 문제를 해결할 뿐만 아니라, 자발전위를 구동전위에 연결시켜 FED 소자의 구동전압을 감소시킴으로써 소비전력을 줄일 수 있다.As described above, in the field emission device having a photodiode according to the method of the present invention, a photodiode is applied to the field emission device to use the post-emitting light of the FED device, and the color purity caused by the post-emitting light is reduced. In addition to solving the problem, the power consumption can be reduced by reducing the driving voltage of the FED device by connecting the self-generating potential to the driving potential.

Claims (5)

포토 다이오드를 구비한 전계방출소의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the field emission station having a photodiode, 기판상에 캐소드 전극 금속층을 형성한 후 n,i,p 비정질 실리콘을 차례로 증착하고, 상기 비정질 실리콘층 상부에 투명전극을 증착한 다음, 패턴 형성후 식각처리하는 단계와,Forming a cathode electrode metal layer on the substrate, and then depositing n, i, p amorphous silicon, and depositing a transparent electrode on the amorphous silicon layer, followed by etching after pattern formation; 상기 투명전극의 상부에 게이트 절연막, 게이트 전극용 금속을 차례로 증착하는 단계와,Sequentially depositing a gate insulating film and a metal for a gate electrode on the transparent electrode; 상기 게이트 전극용 금속과 그 하부의 게이트 절연막을 식각하여 팁 홀을 형성하는 단계와,Etching the gate electrode metal and a gate insulating layer under the gate electrode to form a tip hole; 게이트 전극을 형성하는 단계와,Forming a gate electrode, 상기 팁 홀내에 팁 금속을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자의 제조방법.A method of manufacturing a field emission device having a photodiode, comprising depositing a tip metal in the tip hole. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포토 다이오드는 투명전극과, p,i,n 비정질 실리콘과 금속 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소의 제조방법.And the photodiode comprises a transparent electrode, a p, i, n amorphous silicon and a metal electrode layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 팁 형성시 전자빔 증착기를 이용하여 Al 희생층을 경사증착하고 팁 금속을 수직증착한 후, 리프트-오프하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자의 제조방법.The method of manufacturing a field emission device having a photodiode, wherein the metal tip is formed by gradient deposition of an Al sacrificial layer using an electron beam evaporator, vertical deposition of the tip metal, and then lift-off. 금속 팁 형상의 에미터와, 상기 에미터의 양측에 정렬되어 있는 게이트와, 상기 게이트와 일정간격 이격되어 형광판이 부착되어 있는 전극을 포함하여 구성되는 FED 소자에 있어서,An FED element comprising a metal tip shaped emitter, a gate arranged on both sides of the emitter, and an electrode on which a fluorescent plate is attached at a predetermined distance from the gate, 상기 기판 상부와 에미터의 사이에 포토 다이오드를 구비하여 FED 소자의 후발광 빛의 자발전위를 구동전위에 연결시켜 FED 소자의 구동전압 감소 및 후발광에 의한 이웃 셀에 대한 반사를 줄여 색순도 저하를 감소시킨 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자.A photodiode is provided between the upper part of the substrate and the emitter to connect the self-generating potential of the post-emitting light of the FED device to the driving potential, thereby reducing the driving voltage of the FED device and reducing reflection on the neighboring cell due to post-emitting light, thereby reducing color purity. A field emission device having a photodiode, characterized in that the reduction. 제 4 항에 있어서, 상기 포토 다이오드는 투명전극과, p,i,n 비정질 실리콘 및 금속 전극층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 다이오드를 구비한 전계방출소자.5. The field emission device as claimed in claim 4, wherein the photodiode comprises a transparent electrode, a p, i, n amorphous silicon and a metal electrode layer.