KR101675841B1 - Photo Sensor of Display Device and Method of Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부광을 수광하여 조도에 따라 표시 장치 내의 발광 유닛의 휘도를 조절할 수 있는 표시 장치의 포토 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 표시 장치의 포토 센서는 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되며, 상기 표시 영역 상에 박막 트랜지스터 어레이가 형성되고, 상기 비표시 영역 중 일부에 외광이 수광되는 수광 영역을 갖는 기판과, 상기 수광 영역 상에 형성되며, 양측이 동일한 제 1형 불순물로 도핑되어 소오스 영역과 드레인 영역으로 정의되며, 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 진성 영역(intrinsic area)을 갖는 폴리 실리콘으로 이루어진 반도체층과, 상기 반도체층의 드레인 영역에 인접한 진성 영역 상에 대응되어 형성된 제어 전극 및 상기 반도체층의 소오스 영역과 드레인 영역과 콘택된 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a photosensor of a display device capable of adjusting the brightness of a light emitting unit in a display device according to illuminance by receiving external light, and a method of manufacturing the same. In the photosensor of the display device of the present invention, A substrate having a light receiving region in which a thin film transistor array is formed on the display region and in which a part of the non-display region receives external light; and a substrate formed on the light receiving region and having the same first type impurity A semiconductor layer formed of polysilicon doped and defined as a source region and a drain region and having an intrinsic area between the source region and the drain region; and a gate electrode formed on the intrinsic region adjacent to the drain region of the semiconductor layer A control electrode, and a source electrode and a drain, which are in contact with the source and drain regions of the semiconductor layer, That made, including polar characterized.
포토 센서, 액정 표시 장치, 포토 다이오드 Photo sensor, liquid crystal display, photodiode
Description
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로 특히, 외부광을 수광하여 조도에 따라 표시 장치 내의 발광 유닛의 휘도를 조절할 수 있는 표시 장치의 포토 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a display device, and more particularly, to a photosensor of a display device and a method of manufacturing the same, capable of adjusting the luminance of a light emitting unit in a display device by receiving external light and adjusting the luminance according to the illuminance.
본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.As the information age has come to a full-fledged information age, the display field for visually expressing electrical information signals has been rapidly developed. In response to this, various flat display devices having excellent performance such as thinning, lightweighting and low power consumption have been developed. Devices have been developed and are rapidly replacing existing cathode ray tubes (CRTs).
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유 의 발광 또는 편광물질층을 사이에 두고 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.Specific examples of such a flat panel display include a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), a field emission display (FED) (Electro Luminescence Display Device: ELD). In general, a flat panel display panel that realizes an image is an essential component. The flat panel display panel has a pair of light emitting or polarizing material layers interposed therebetween And a transparent insulating substrate facing each other.
이중 액정 표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광 투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여, 화상 표시장치는 액정셀을 가지는 표시패널과, 표시패널에 광을 조사하는 백 라이트 유닛 및 액정셀을 구동하기 위한 구동회로를 포함하여 구성된다.In a liquid crystal display device, an image is displayed by adjusting the light transmittance of a liquid crystal using an electric field. To this end, the image display apparatus includes a display panel having a liquid crystal cell, a backlight unit for irradiating the display panel with light, and a drive circuit for driving the liquid crystal cell.
이러한 액정표시장치의 분야에서는 능동형 액정표시장치(Active Matrix Liquid Crystal Display, 이하 AMLCD)가 주류를 이루고 있는데, 이 AMLCD 에서는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT) 하나가 한 개의 화소를 정의하고, 이 하나의 TFT가 스위칭 소자로써 화소의 전압레벨을 제어하여 화소의 광 투과율을 변화시켜서 영상을 표시한다.In the field of such a liquid crystal display device, an active matrix liquid crystal display (hereinafter referred to as " AMLCD ") is the mainstream. In this AMLCD, a thin film transistor (TFT) defines one pixel, One TFT controls the voltage level of the pixel by the switching element to change the light transmittance of the pixel to display the image.
일반적인 액정 표시 장치는, 다수개의 TFT가 매트릭스형태로 구비되어 영상을 표시하는 액정패널과, 상기 액정패널에 데이터신호의 입력을 제어하는 게이트 드라이버와, 상기 액정패널로 데이터신호를 출력하는 데이터 드라이버와, 상기 각 드라이버의 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러와, 상기 액정 패널에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛으로 구성되며, 이 백라이트 유닛은 상기 액정 패널의 배면에 구성되어 데이터신호의 시각적 표시를 수행하는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 제어하는 백라이트 제어부를 포함한다. 또한, 상기 구성은 각각 구동에 요구되는 적합한 전원을 공급하는 전원 공급부에 의해 구동 전원을 공급받으며, 각 제어부는 통상 인쇄회로기판(PCB) 상에 집적되어 구성된다.A general liquid crystal display device includes a liquid crystal panel having a plurality of TFTs arranged in a matrix form to display an image, a gate driver for controlling the input of data signals to the liquid crystal panel, a data driver for outputting data signals to the liquid crystal panel A timing controller for controlling timings of the respective drivers, and a backlight unit for irradiating light to the liquid crystal panel, the backlight unit being formed on the back surface of the liquid crystal panel and configured to perform a visual display of a data signal, And a backlight control unit for controlling the backlight unit. In addition, each of the above-described configurations is supplied with driving power by a power supply unit that supplies appropriate power required for driving, and each of the controls is usually integrated on a printed circuit board (PCB).
또한, 도시되지는 않았지만 상기 백라이트 유닛은 하나 이상의 형광램프 또는 복수개의 LED(Light emitting diode)일 수 있다.Also, although not shown, the backlight unit may be one or more fluorescent lamps or a plurality of LEDs (light emitting diodes).
이러한 구성의 액정표시장치에서 상기 TFT의 반도체층은 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H, 이하, 비정질 실리콘)이 주로 이용되는데, 이는 대면적으로 제작이 용이하여 생산성이 높고, 350℃ 이하의 낮은 기판 온도에서 증착이 가능하여 저가의 절연기판을 사용할 수 있기 때문이다.In a liquid crystal display device having such a structure, a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H, hereinafter referred to as amorphous silicon) is mainly used as the semiconductor layer of the TFT. Deposition can be performed at a low substrate temperature and an inexpensive insulating substrate can be used.
그러나, 상술한 비정질 실리콘은 빛 조사에 의해 특성이 저하되는 문제점이 있고, TFT의 전기적 특성(낮은 전계효과 이동도: 0.1~1.0㎠/V·s)과 신뢰성 저하로 인해 구동회로에 사용하기 어렵다.However, the above-described amorphous silicon has a problem in that its properties are deteriorated by light irradiation, and it is difficult to use in a driving circuit due to the electric characteristics (low electric field effect mobility: 0.1 to 1.0
그래서, 비정질 실리콘 박막트랜지스터 기판은 TCP(Tape Carrier Package) 구동 IC(Integrated Circuit)를 이용하여 절연 기판과 PCB(Printed Circuit Board)를 연결하며, 이로 인해 구동 IC 및 실장비용이 원가에 많은 부분을 차지한다.Therefore, the amorphous silicon thin film transistor substrate uses a TCP (Tape Carrier Package) driving integrated circuit (IC) to connect the insulating substrate and the printed circuit board (PCB), which causes the driving IC and the mounting cost to take a large portion do.
한편, 상기 액정패널은 2개의 기판이 합착되고, 박막트랜지스터가 형성되어 영상을 표시하는 표시영역과, 드라이버 및 신호배선이 형성되는 비표시영역으로 구분된다.Meanwhile, the liquid crystal panel is divided into a display region in which two substrates are adhered, a thin film transistor is formed and displays an image, and a non-display region in which a driver and a signal wiring are formed.
보다 상세하게는, 상기 표시영역에는 다수개의 게이트라인 및 데이터라인이 매트릭스 형태로 교차하여 형성되며, 상기 게이트라인과 데이터라인이 교차되는 지점에는 TFT(박막 트랜지스터)가 구비된다.In more detail, a plurality of gate lines and data lines are formed in a matrix in the display region, and TFTs (thin film transistors) are provided at intersections of the gate lines and the data lines.
게이트 드라이버 및 데이터드라이버는 외부로부터 주사신호 및 데이터신호를 입력받아 상기 게이트 라인과 데이터 라인을 통해 상기 표시영역의 TFT를 제어하여, 액정의 광 투과율을 변화시킨다.The gate driver and the data driver receive a scan signal and a data signal from the outside and control the TFT of the display region through the gate line and the data line to change the light transmittance of the liquid crystal.
또한, 도시하지는 않았지만, 타이밍컨트롤러, 전원공급부는 별도로 구비되는 PCB기판에 실장되어 상기 게이트 드라이버 및 데이터 드라이버와 접속되고, 백라이트유닛도 상기 액정패널의 배면에 구비된다.Although not shown, the timing controller and the power supply unit are separately mounted on the PCB substrate, connected to the gate driver and the data driver, and the backlight unit is also provided on the back surface of the liquid crystal panel.
상술한 비정질 실리콘 또는 폴리 실리콘을 이용한 액정표시장치는 상기 백라이트 유닛에서 발생하는 광이 일정하기 때문에, 외부 휘도 및 휘도에 따라 액정표시장치의 휘도 및 휘도를 제어하기 어려운 한계가 있다. 따라서 이러한 액정표시장치의 휘도 및 휘도를 제어하기 위해 백라이트 유닛의 입력전압을 제어하기 위한 시도가 있으며, 포토센서 등을 이용하여 외부 휘도 및 휘도를 측정하고, 이를 피드백 시켜 액정표시장치의 백라이트 램프의 휘도 및 휘도를 제어하는 것이 시도되고 있다.In the above-described liquid crystal display using amorphous silicon or polysilicon, since the light generated in the backlight unit is constant, it is difficult to control the brightness and brightness of the liquid crystal display device in accordance with the external brightness and brightness. Therefore, there is an attempt to control the input voltage of the backlight unit to control the brightness and brightness of such a liquid crystal display device. The external brightness and brightness are measured using a photosensor or the like, and fed back to measure the brightness and brightness of the backlight lamp of the liquid crystal display. It has been attempted to control luminance and luminance.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 포토 센서를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional photo sensor will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 포토 센서를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional photo sensor.
도 1과 같이, 종래의 포토 센서는, 일종의 다이오드(diode) 형태로, 반도체 기판을 웨이퍼로 하는 기판(10)과, 상기 기판(10) 상에 차광층(11)과, 상기 차광층(11) 상의 버퍼층(12)과, p+형(13a), 진성 영역(13b), n+형(13c)으로 측상으로 영역이 차례로 정의된 반도체층(13)과, 상기 반도체층(13)의 P+형(13a)과 n+형(13c) 상에 층간 절연막(14)을 개재하여 형성된 소오스 전극(15a)과 드레인 전극(15b)을 포함하여 이루어진다.1, a conventional photosensor includes a
여기서, 장치 상에서 상기 소오스 전극(15a)과 드레인 전극(15b)의 보호를 위해 보호막(16)이 더 형성된다.Here, a
이 경우, 예를 들어, 상기 포토 센서에 역방향의 바이어스를 걸게 되는 경우, 즉, 상기 소오스 전극(15a)에는 0V의 전압을 인가하고, 드레인 전극(15b)은 양의 정전압을 인가하면(Vds로 양전압을 인가), 외부광의 인가에 따라 Vds에 대한 광전류가 선형적으로 증가하는 특성을 갖는다.In this case, for example, when a reverse bias is applied to the photo sensor, that is, a voltage of 0 V is applied to the
이에 따라, 상기 포토 센서로부터 측정된 광전류 값에 따라 외부 광 정도를 센싱할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the degree of external light can be sensed according to the photocurrent value measured from the photosensor.
그러나, 종래의 포토 센서는 액정 표시 장치 내에, 액정 패널과 별개로 외장되어 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 것으로, 전압 인가와 측정을 위한 별도의 모듈을 요구하는 것으로 가격 상승의 원인이 되고 있다.However, the conventional photo sensor is formed in a liquid crystal display device separately from the liquid crystal panel and is formed on a semiconductor wafer, which requires a separate module for voltage application and measurement, which causes a rise in price.
또한, 포토 센서에 포함되는 반도체층은 p+형-진성 영역-n+형으로 정의되어, 각각 p+형과 n+형을 정의하기 위한 도핑 마스크가 개별적으로 요구되어, 공정에 필요한 마스크 공정에 대한 부담이 크다. Further, the semiconductor layer included in the photosensor is defined as a p + type-intrinsic region-n + type, and a doping mask for defining the p + type and the n + type is individually required, which places a heavy burden on the mask process required for the process .
상기와 같은 종래의 액정 표시 장치의 포토 센서는 다음과 같은 문제점이 있다.The conventional photosensor of the liquid crystal display has the following problems.
액정 패널과 별개로 기구물에 외장되어 별도로 구비된 모듈을 통해 동작이 가능하여, 이를 액정 패널 외 기구물에 실장하기 위한 공정, 이러한 모듈을 형성하기 위한 공정 등이 부가되어 포토 센서를 형성하기 위한 비용 부담이 크다. It is possible to operate the liquid crystal display panel separately from the liquid crystal panel through a module provided separately and to mount the liquid crystal panel on a device other than the liquid crystal panel and a process for forming such a module, This is big.
또한, 장치로서 살펴보면, PIN 다이오드 형태로 적어도 반도체층의 영역을 정의하기 위하여 p형과 n형을 위한 마스크가 개별적으로 요구되는 관계로, 마스크 공정 수가 늘어나는 문제점이 있다. In addition, as a device, a mask for p-type and n-type is individually required in order to define at least the region of the semiconductor layer in the form of PIN diodes, which increases the number of mask processes.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 포토 센서의 구조 및 제조 방법을 변경하여, 외부광을 수광하여 조도에 따라 표시 장치 내의 발광 유닛의 휘도를 조절할 수 있는 표시 장치의 포토 센서 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a photo sensor and a photo sensor of a display device which can change the structure and manufacturing method of a photo sensor, And a method for producing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 포토 센서는 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되며, 상기 표시 영역 상에 박막 트랜지스터 어레이가 형성되고, 상기 비표시 영역 중 일부에 외광이 수광되는 수광 영역을 갖는 기판과, 상기 수광 영역 상에 형성되며, 양측이 동일한 제 1형 불순물로 도핑되어 소오스 영역과 드레인 영역으로 정의되며, 상기 소오스 영역과 드레인 영역 사이에 진성 영역(intrinsic area)을 갖는 폴리 실리콘으로 이루어진 반도체층과, 상기 반도체층의 드레인 영역에 인접한 진성 영역 상에 대응되어 형성된 제어 전극 및 상기 반도체층의 소오스 영역과 드레인 영역과 콘택된 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a photo sensor including a display region and a non-display region, a thin film transistor array formed on the display region, and external light being received in a part of the non- A semiconductor device comprising: a substrate having a light receiving region; a substrate formed on the light receiving region and doped with the same first type impurity on both sides to define a source region and a drain region, and having an intrinsic area between the source region and the drain region A control electrode formed on the intrinsic region adjacent to the drain region of the semiconductor layer and a source electrode and a drain electrode contacted with the source region and the drain region of the semiconductor layer, .
여기서, 상기 제 1 형 불순물을 p+형 불순물이다. Here, the first type impurity is a p + type impurity.
그리고, 상기 반도체층과 제어 전극 사이의 층간에 제 1 절연막; 및 상기 제어 전극과 상기 소오스 전극/드레인 전극 사이의 층간에 제 2 층간 절연막이 더 형성될 수 있다. A first insulating layer between the semiconductor layer and the control electrode; And a second interlayer insulating film may be further formed between the control electrode and the source electrode / drain electrode.
여기서, 상기 소오스 전극 및 드레인 전극과 접속되는 반도체층 상의 상기 제 2 층간 절연막 및 제 1 층간 절연막에 콘택홀이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 제어 전극이 형성되지 않은 상기 반도체층 상의 상기 제 2 층간 절연막에 오픈 영역이 더 형성될 수 있다. A contact hole may be further formed in the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film on the semiconductor layer connected to the source electrode and the drain electrode. In this case, an open region may be further formed in the second interlayer insulating film on the semiconductor layer on which the control electrode is not formed.
또한, 상기 반도체층 하부에 대응되는 상기 기판 상에 쉴딩층 (shielding layer)을 더 구비할 수 있다. In addition, a shielding layer may be further formed on the substrate corresponding to the lower portion of the semiconductor layer.
이 경우, 상기 제어 전극은 상기 반도체층의 진성 영역의 길이에 대해 1/4의 길이 이하로 형성하는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the control electrode is formed to have a length equal to or less than 1/4 of the length of the intrinsic region of the semiconductor layer.
상기 제어 전극에는 양의 정전압이 인가되며, 보다 바람직하게는 상기 제어 전극에는 상기 드레인 전극-소오스 전극간 전압(Vds)에 대해 (Vds -2)V≤Vds≤<(Vds+3)V의 조건으로 양의 정전압이 인가되는 것을 특징으로 한다. (Vds -2) V? Vds? (Vds + 3) V with respect to the drain electrode-source electrode voltage (Vds) is preferably applied to the control electrode, A positive positive voltage is applied to the gate electrode.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 표시 장치의 포토 센서 제조 방법은 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되며, 상기 비표시 영역 중 일부에 외광이 수광되는 수광 영역을 갖는 기판을 준비하는 단계와, 상기 수광 영역 상에, 저온 결정화하여 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 제 1 절연막을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 상의 일부분을 가리는 전극 패턴을 형성하고, 상기 전극 패턴을 마스크로 이용하여 상기 전극 패턴의 양측의 반도체층에 대해 제 1형 불순물을 도핑하여 소오스 영역과 드레인 영역을 형성하는 단계와, 상기 반도체층과 전극 패턴을 포함한 제 1 절연막 상에 제 2 절연막을 증착하는 단계와, 상기 제 2 절연막, 제 1 절연막을 선택적으로 제거하여, 상기 소오스 영역과 드레인 영역의 일부를 노출하는 콘택홀과, 상기 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 전극 패턴 중 상기 드레인 영역에 인접한 영역만을 남기도록 그 외 영역을 오픈하는 오픈 영역을 형성하는 단계와, 상기 오픈 영역, 콘택홀을 포함한 상기 제 2 절연막 상에 금속층을 하고, 이를 선택적으로 제거하여 상기 콘택홀에 상기 소오스 영역 및 드레인 영역과 접속되는 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다. A method of manufacturing a photosensor of a display device for achieving the same object includes the steps of preparing a substrate having a light receiving area in which a part of the non-display area is divided into a display area and a non- Forming a first insulating film on the substrate including the semiconductor layer; forming an electrode pattern covering a portion on the semiconductor layer; Forming a source region and a drain region by doping a semiconductor layer on both sides of the electrode pattern with a first-type impurity; forming a second insulating film on the first insulating film including the semiconductor layer and the electrode pattern, And selectively removing the second insulating film and the first insulating film to expose a part of the source region and the drain region Forming an open region for selectively removing the second insulating film and opening an outer region of the electrode pattern so as to leave only a region adjacent to the drain region; Forming a metal layer on the second insulating film and selectively removing the metal layer to form a source electrode and a drain electrode connected to the source region and the drain region in the contact hole.
이 때, 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계에서, 상기 오픈 영역 하부의 전극 패턴을 함께 제거하여 제어 전극을 형성한다. At this time, in the step of forming the source electrode and the drain electrode by selectively removing the metal layer, the electrode pattern under the open region is removed together to form the control electrode.
그리고, 상기 제 1 형 불순물은 p+형이거나 n+형일 수 있다. The first-type impurity may be p + -type or n + -type.
이 경우, 상기 콘택홀과 오픈 영역은 하나의 마스크로 형성하는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the contact hole and the open region are formed by one mask.
여기서, 상기 반도체층 하부에 쉴딩층이 더 형성될 수 있다. Here, a shielding layer may be further formed under the semiconductor layer.
그리고, 상기 표시 영역에는 서로 교차하는 게이트 라인과 데이터 라인, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차부에 형성되는 폴리 실리콘으로 이루어진 화소부 반도체층을 포함한 박막 트랜지스터를 포함하며, 상기 반도체층은 화소부 반도체층과 동일층에 형성하며, 제어 전극은 상기 게이트 라인과 동일층에 형성하며, 상기 소오스/드레인 전극은 상기 데이터 라인과 동일층에 형성한다. The display region includes a gate line and a data line intersecting with each other, and a thin film transistor including a pixel portion semiconductor layer formed of polysilicon formed at an intersection of the gate line and the data line, The control electrode is formed on the same layer as the gate line, and the source / drain electrode is formed on the same layer as the data line.
상기와 같은 본 발명의 표시 장치의 포토 센서 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The above-described photosensor of the display device of the present invention and its manufacturing method have the following effects.
본 발명의 표시 장치의 포토 센서는, 반도체층의 도핑 영역을 p+형 또는 n+형으로 하나의 도전형의 불순물만을 이용한 것이다. 하나의 도전형만으로 불순물층을 정의할 수 있어, 마스크 공정이 저감된다.In the photosensor of the display device of the present invention, the doping region of the semiconductor layer is a p + -type or n + -type and only one conductivity type impurity is used. The impurity layer can be defined by only one conductivity type, and the mask process is reduced.
그리고, 표시 장치의 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 공정과 동시에 상기 포토 센서를 함께 형성할 수 있어, 포토 센서를 외장하는 경우에 비해 장치의 비용 감소에서 현저한 효과가 있다. Further, the photosensor can be formed together with the step of forming the thin film transistor array of the display device, which is remarkably effective in reducing the cost of the device as compared with the case of covering the photosensor.
또한, 제어 전극에 인가하는 전압 조건에 따라 전류-전압 특성이 달라지며, 이를 이용하여 광센싱이 가능하여, 소자로 적용하기 유리하며, 광을 센싱하는 여러 어플리케이션으로 이용이 가능하여, 넓은 범위에서 활용할 수 있을 것이다. .In addition, the current-voltage characteristic is changed according to the voltage condition applied to the control electrode, and the optical sensing can be performed using the same, which is advantageous for application as a device and can be used in various applications for sensing light, You can use it. .
더불어, 광전류 측정의 편의를 위해 반도체층의 길이를 늘리고, 증폭기 등을 구비할 경우, Vds의 넓은 구간에서 광전류 센싱이 가능하여, 휘도의 판독이 쉽게 가능할 것이다. In addition, when the length of the semiconductor layer is increased for the convenience of photocurrent measurement and an amplifier or the like is provided, the photocurrent sensing is possible in a wide section of Vds, and the reading of the luminance can be easily performed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 표시 장치의 포토 센서 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a photosensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 표시 장치의 포토 센서를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a photosensor of the display device of the present invention.
도 2와 같이, 본 발명의 표시 장치의 포토 센서는, 기판(100) 상에, 버퍼층(101)과, p+형 영역(102a), 진성 영역(intrinsic area)(102b), p+형 영역(102c)이 평면 상에 차례로 정의된 반도체층(102)과, 상기 반도체층(102) 상에 형성된 제 1 절연막(103)을 개재하여 상기 드레인 영역(102c)에 인접한 상기 진성 영역에만 중첩하여 형성된 제어 전극(control electrode)(104)과, 제 2 절연막(105)을 개재하여 상기 소오스 영역(102a) 및 드레인 영역(102c)과 각각 접속하여 형성된 소오스 전극(106) 및 드레인 전극(107)을 포함하여 이루어진다. 2, the photosensor of the display device of the present invention includes a
여기서, 상기 반도체층(102)은 저온으로 결정화된 폴리 실리콘층으로, 일정 이상의 전기 이동도를 가지기 때문에, 회로 내의 소자 구성에 이용될 수 있는 것이다.Here, since the
여기서, 상기 표시 장치의 기판(100)은, 표시 영역과 비표시 영역으로 구분되며, 상기 표시 영역 상에 박막 트랜지스터 어레이가 형성되고, 상기 비표시 영역 중 일부에 외광이 수광되는 수광 영역을 갖는 것으로, 도시된 도 2의 포토 센서는 외광이 수광되는 비표시 영역의 일부에 상당하여 위치한다. Here, the
이 경우, 도시되지 않은 기판(100)의 표시 영역에는 박막 트랜지스터 어레이 가 형성되며, 이러한 박막 트랜지스터 어레이와 동일 공정에서 본 발명의 표시 장치의 포토 센서가 형성된다.In this case, a thin film transistor array is formed in a display region of the substrate 100 (not shown), and a photosensor of the display device of the present invention is formed in the same process as the thin film transistor array.
그리고, 상기 포토 센서는 상기 기판(100)의 비표시 영역 중 외광의 수광이 있는 영역으로, 표시에는 기여하지 않지만, 케이스 물에 의해서는 가려지지 않는 영역인 것이 바람직하다. The photosensor is preferably a region that receives light of external light among the non-display regions of the
한편, 본 발명의 포토 센서가 이용되는 표시 장치는 예를 들어, 발광 유닛으로서 백라이트 유닛을 이용할 수 있는 액정 표시 장치를 들 수 있으며, 그 외에도 유기 발광 표시 장치나 전기 영동 표시 장치와 같이 자발광 소자의 경우라도, 상기 포토 센서로부터 감지되는 외광에 따라 발광 정도를 조절할 수 있도록 각 셀에 인가하는 전류 또는 전압을 다른 레벨로 조절할 수 있는 조절부를 구비하여 적용할 수 있을 것이다. On the other hand, a display device using the photosensor of the present invention may be, for example, a liquid crystal display device which can use a backlight unit as a light emitting unit. In addition, as an organic light emitting display device or an electrophoretic display device, It is possible to apply the present invention to a control unit which can adjust current or voltage applied to each cell to a different level so as to control the degree of light emission according to external light sensed by the photosensor.
여기서, 상기 반도체층(102)의 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102c)을 정의하기 위해 p+형 불순물이 도시되어 있으나, 이는 표시 장치에 형성되는 박막 트랜지스터가 p형 트랜지스터일 경우를 고려하여 이루어진 것이고, 만일 표시 장치에 형성되는 박막 트랜지스터가 n형 트랜지스터일 경우에는 n+형의 불순물을 도핑하여 형성할 수도 있다. 어느 경우나 상기 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102c)에 도핑하는 불순물은 동일한 불순물로 동일 공정에서 함께 하나의 마스크로 정의되는 것이다.Here, the p + -type impurity is shown for defining the
한편, 상기 소오스 전극(106) 및 드레인 전극(107)과 접속되는 반도체층(102) 상의 상기 제 2 층간 절연막(105) 및 제 1 층간 절연막(103)에 콘택홀이 구비되어, 상기 콘택홀 내에 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 금속층이 매립되어 형성된다. 또한, 상기 제어 전극(104)이 형성되지 않은 상기 반도체층 상의 상기 제 2 층간 절연막(105)에 오픈 영역이 더 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제어 전극(104)은 일차적으로 표시 영역의 박막 트랜지스터 어레이의 게이트 라인 및 게이트 전극을 형성시 함께 전극 패턴으로 상기 진성 영역(102b)에 대응되는 영역만큼 형성하여 두었다가, 이후 상기 콘택홀을 형성하는 공정에서, 오픈 영역의 정의로 상기 전극 패턴 중 드레인 영역에 가깝지 않은 부분만을 노출하도록 상기 제 2 층간 절연막(105)을 식각하여 오픈 영역을 형성한다. 이후, 박막 트랜지스터 어레이의 데이터 라인을 형성하는 식각 공정에서, 상기 소오스 전극(106) 및 드레인 전극(107)의 패터닝과 함께, 상기 노출된 전극 패턴까지 함께 제거함에 의해 제어 전극(104)이 형성되는 것이다.On the other hand, a contact hole is formed in the second
이 경우, 상기 제어 전극(104)은 게이트 라인과 동일 금속으로 형성되며, 그 패턴의 정의는 소오스 전극(106) 및 드레인 전극(107)의 형성시 함께 정의되는 것이다.In this case, the
한편, 상기 반도체층(102) 하부에 대응되는 상기 기판(100) 상에는 쉴딩층(shielding layer)을 더 구비할 수 있는데, 이는 하부에서 들어오는 백라이트 유닛에 기인한 에러를 방지하기 위함이다. A shielding layer may be further formed on the
그러나, 상기 포토 센서가 위치하는 수광 영역은 비표시 영역으로, 백라이트 유닛이 발광 영역이 상기 포토 센서 형성 영역이 미치지 않게 하여, 상술한 쉴딩층을 생략할 수도 있을 것이다. However, the light-receiving region in which the photosensor is located may be a non-display region, and the light-emitting region of the backlight unit may not overlap the photosensor forming region, so that the shielding layer may be omitted.
도 3은 도 2의 반도체층의 평면도이다.3 is a plan view of the semiconductor layer of FIG.
도 3과 같이, 반도체층(102)은 그 영역들이 왼쪽에서부터 오른쪽으로 보면, 소오스 영역(102a), 진성 영역(102b), 드레인 영역(102c)이 차례로 측상으로 정의되며, 이 경우, 진성 영역(102b)은 불순물이 도핑되지 않는 폴리 실리콘 영역이며, 나머지 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102c)은 p+형의 불순물이 도핑되는 영역이다.As shown in FIG. 3, the
이러한 반도체층(102)에 대해 제어 전극(104)이 드레인 영역(102c)에 인접하게 상기 진성 영역(102b)과 오버랩하여 배치된다.The
이 때, 도시된 도면상의 반도체층(102)의 세로 길이에 대응되는 것을 폭(W)으로, 상기 제어 전극(104)과 오버랩하지 않는 진성 영역에 대한 가로 길이는 길이(L)로 정의하고, 상기 진성 영역과 오버랩한 제어 전극의 가로 길이(Lg)를 상기 반도체층의 길이(L)와 비교하여 본다.At this time, the width (W) corresponding to the vertical length of the
여기서는 상기 진성 영역과 오버랩한 제어 전극의 가로 길이(Lg)를 약 2㎛로 하여 실험을 진행한 것으로, 이러한 진성 영역과 오버랩하는 제어 전극의 가로 길이(Lg)는 반도체층의 진성 영역의 길이(L)에 대해 약 1/4 이하의 길이로 형성하는 것이 바람직하다. Experiments were carried out with a width Lg of the control electrode overlapping with the intrinsic region of about 2 m. The width Lg of the control electrode overlapped with the intrinsic region was determined by the length of the intrinsic region of the semiconductor layer L) of about 1/4 or less.
한편, 위와 같은 구성의 제어 전극을 구비한 표시 장치의 포토 센서는, 그 구조의 비대칭성에 의해 상기 폴리 실리콘으로 이루어진 반도체층(102)의 의사 페르미 준위(quasi Fermi level)를 변경할 수 있게 된다. 즉, 상기 제어 전극(104)을 게이트 전극과 유사하게 생각한다면 일측에 긴 오프셋(offset)을 갖는 p형의 박막 트랜지스터와 유사하게 작동하게 되는 것이다.On the other hand, the photosensor of the display device having the above-described control electrode can change the quasi Fermi level of the
이 경우, 상기 본 발명의 포토 센서는 상기 제어 전극(104)에 인가하는 전압에 따라서, 광전류가 변화하는 전류-전압 특성을 나타나게 되는 것으로, 상기 제어 전극(104)에 인가하는 전압의 조절에 의해 광전류 측정이 가능한 것이다.In this case, the photosensor of the present invention exhibits a current-voltage characteristic in which the photocurrent changes according to the voltage applied to the
한편, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 표시 장치의 포토 센서 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.The method of manufacturing the photosensor of the display device of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
표시 영역과 비표시 영역으로 구분되며, 상기 비표시 영역 중 일부에 외광이 수광되는 수광 영역을 갖는 기판(100)을 준비한다. A substrate (100) having a light receiving area divided into a display area and a non-display area and receiving a part of the non-display area is prepared.
이어, 결정화 전 기판(100)의 손상을 방지하기 위해 버퍼층(101)을 형성한다.Next, a
이어, 상기 수광 영역 상에, 저온 결정화하여 반도체층(102)을 형성한다. 이 경우, 상기 표시 영역에도 박막 트랜지스터 형성용 반도체층을 형성한다.Then, the
이어, 상기 반도체층(102)을 포함한 상기 기판(100) 상에 제 1 절연막(103)을 형성한다.Next, a first insulating
이어, 상기 반도체층(103) 상의 일부분을 가리는 전극 패턴(미도시)을 형성하고, 상기 전극 패턴(미도시)을 마스크로 이용하여 상기 전극 패턴의 양측의 반도체층에 대해 제 1형 불순물을 도핑하여 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102c)을 형성한다. 이 때, 상기 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102c) 사이의 불순물이 도핑되지 않은 영역이 진성 영역(102b)이다. 또한, 상기 진성 영역(102b)에 대응된 크기로 전극 패턴이 형성되는 것이다. 이 때, 상기 표시 영역에는 각 화소별 박막 트랜지스터의 반도체층 상에 형성된 게이트 전극과 상기 게이트 전극과 연결되어 일 방향으로 형성된 게이트 라인이 함께 형성된다.Next, an electrode pattern (not shown) for covering a part of the
이어, 상기 반도체층(102)과 전극 패턴을 포함한 제 1 절연막(103) 상에 제 2 절연막(105)을 증착한다.Next, a second insulating
이어, 상기 제 2 절연막(105), 제 1 절연막(103)을 선택적으로 제거하여, 상기 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102c)의 일부를 노출하는 콘택홀과, 상기 제 2 절연막(105)을 선택적으로 제거하여 상기 전극 패턴 중 상기 드레인 영역(102c)에 인접한 영역만을 남기도록 그 외 영역을 오픈하는 오픈 영역을 형성한다. 이 과정 중에 상기 표시 영역의 화소별로 상기 반도체층의 소오스/드레인 영역도 함께 이 형성된다. The second
이어, 상기 오픈 영역, 콘택홀을 포함한 상기 제 2 절연막(105) 상에 금속층을 하고, 이를 선택적으로 제거하여 상기 콘택홀에 상기 소오스 영역 및 드레인 영역과 접속되는 소오스 전극(106) 및 드레인 전극(107)을 형성한다. 이 과정 중에 상기 표시 영역의 화소별로 소오스 전극 및 드레인 전극이 형성되며, 상기 소오스 전극과 연결되며 상기 게이트 라인과 교차하는 방향의 데이터 라인이 형성된다.Next, a metal layer is formed on the second insulating
이러한 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계에서, 상기 오픈 영역 하부의 전극 패턴을 함께 제거하여 제어 전극(104)을 형성하는 것이다. In the step of forming the source electrode and the drain electrode by selectively removing the metal layer, the electrode pattern under the open region is removed together to form the
이어, 상기 소오스 전극(106) 및 드레인 전극(107)을 포함한 제 2 절연 막(105) 전면에 보호막을 전면 형성하고, 상기 표시 영역의 각 화소의 각 박막 트랜지스터에는 드레인 전극과 콘택되는 화소 전극을 더 형성한다.A protective film is formed on the entire surface of the second
한편, 이하에서는 상술한 본 발명의 제시된 방법으로 형성되는 표시 장치의 포토 센서의 광전류 센싱 정도를 평가한 데이터를 소개한다.On the other hand, data evaluating the degree of photocurrent sensing of a photosensor of a display device formed by the proposed method of the present invention will be introduced below.
도 4 내지 도 7은, 각각 반도체층의 W/L의 조건을 32㎛/8㎛, 32㎛/16㎛, 32㎛/32㎛ 및 32㎛/64㎛의 조건으로 하여, 본 발명의 표시 장치의 포토 센서의 제어 전극에 전압 인가 값에 따른 Vds-광전류 관계를 나타낸 그래프이다.Figs. 4 to 7 are graphs showing the relationship between W / L of the semiconductor layer and the display device of the present invention, under the conditions of 32 占 퐉 / 8 占 퐉, 32 占 퐉 / 16 占 퐉, 32 占 퐉 32 占 퐉 and 32 占 퐉 / And the photoelectric current of the photoelectric sensor of the photosensor of FIG.
즉, 도 3에 도시된 반도체층에 W를 32㎛의 동일 조건을 유지한 상태에서, L을 각각 8㎛, 16㎛, 32㎛ 및 64㎛의 조건으로 변경하여 실험을 진행하였다. 여기서, 상기 소오스 전극측은 접지시켰다(0V). That is, experiments were conducted by changing the conditions of L, 8 μm, 16 μm, 32 μm and 64 μm, respectively, in the semiconductor layer shown in FIG. 3 while maintaining the same condition of W of 32 μm. Here, the source electrode side was grounded (0V).
여기서, 각 실험에서 반도체층의 사이즈에 관계없이, 모든 경우에서 상기 제어 전극에 특정한 양전압의 바이어스 전압을 걸어줄 때, 해당 양전압에서 광전류가 선형으로 변하는 구간이 발생함을 알 수 있고, 또한, 그 선형으로 변하는 구간은 상기 드레인-소오스 전극간 전압(Vds)이 상기 제어 전극에 인가하는 양의 정전압에 유사한 구간임을 알 수 있다. Here, it can be seen that, in each experiment, when a bias voltage having a specific positive voltage is applied to the control electrode in all cases regardless of the size of the semiconductor layer, a period in which the photocurrent linearly changes occurs at the positive voltage, , It can be seen that the linearly varying section is a section similar to the positive constant voltage applied to the control electrode by the drain-source voltage Vds.
또한, 상기 L(진성 영역 중 제어 전극이 형성되지 않은 진성 영역의 길이)이 길이가 짧을수록 광전류가 변하는 선형 구간이 좁은 것으로, 이는 Vds에 대해 광전류 값이 변화하는 기울기가 급격해지는 것을 의미한다. 즉, 상기 반도체층의 길이가 길어지는 경우는 Vds의 변화 폭이 넓은 구간에서 광전류가 변하는 것이며, 길이가 짧은 경우는 Vds의 변화 폭이 좁은 구간에서 광전류가 변하는 것이다.Further, the shorter the length of the L (the length of the intrinsic region where the control electrode is not formed in the intrinsic region) is, the narrower the linear region in which the photocurrent changes is. This means that the slope at which the photocurrent value changes with respect to Vds becomes steep. That is, when the length of the semiconductor layer is long, the photocurrent changes in a wide range of the variation width of Vds. When the length of the semiconductor layer is short, the photocurrent changes in a narrow range of the variation width of Vds.
어느 경우이나 검출되는 상기 광전류 값은 10-8 A 이하로 낮은 수준이므로, 상기 포토 센서의 광전류 검출부에 증폭기를 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 이에 따라, 해당 부분의 광전류 센싱을 수행하고 이로 인해 외광에 따른 휘도를 판별할 수 있다.In any case, since the detected photocurrent value is as low as 10 -8 A or less, it may be preferable to provide an amplifier in the photocurrent detecting portion of the photosensor. Accordingly, the photocurrent sensing of the corresponding portion can be performed, and the luminance according to the external light can be discriminated.
여기서, 상기 제어 전극을 플로팅(floating) 상태로 두었을 때는 선형 영역을 찾기 어려운 것으로, 이는 상기 광전류 특성을 측정하기 어려움을 의미하고, 이에 반해 5V, 10V 와 같이 양의 정전압일 경우, 일정 구간의 Vds에서 선형 특성을 갖는 광전류를 찾을 수 있음을 알 수 있다. Here, when the control electrode is placed in a floating state, it is difficult to find a linear region. This means that it is difficult to measure the photocurrent characteristic. On the other hand, in the case of a positive constant voltage such as 5V and 10V, It can be seen that a photocurrent having a linear characteristic can be found in Vds.
즉, 상기 포토 센서에 제어 전극에 전압을 가하면 광전류가 일정하게 출력되는 구간과 드레인 전극과 소오스 전극 사이의 전압 Vds가 커짐에 따라 광전류가 급격하게 증가하는 구간이 존재한다. 급격하게 광전류가 증가하기 시작할 때의 소자 양단의 전압 Vds는 제어 전극에 걸어준 전압과 유사하다. 또한, 제어 전극에 걸어준 전압이 5V이거나 10V이거나 관계없이 발생하는 광전류는 거의 같으며, 제어 전극을 플로팅시키면, 광전류가 나타나는 전압 구간이 없어 포토 센서로 사용하기 힘듦을 알 수 있다.That is, when a voltage is applied to the control electrode of the photosensor, a photocurrent rapidly increases as the voltage Vds between the drain electrode and the source electrode increases. The voltage Vds across the device when the photocurrent begins to increase sharply is similar to the voltage across the control electrode. In addition, the photocurrent generated regardless of whether the voltage applied to the control electrode is 5V or 10V is almost the same, and if the control electrode is floated, it is difficult to use it as a photosensor because there is no voltage section in which the photocurrent appears.
즉, 본 발명의 표시 장치의 포토 센서는 적절한 바이어스 조건과 드레인 영역에 편향된 제어 전극을 구비하여 광 센싱이 가능하게 한 것이다.That is, the photosensor of the display device of the present invention is provided with appropriate bias condition and control electrode deflected in the drain region to enable optical sensing.
상술한 본 발명의 표시 장치의 포토 센서는, 반도체층의 도핑 영역을 p+형 또는 n+형으로 하나의 도전형의 불순물만을 이용한 것이다. 따라서, 마스크 공정이 저감된다.In the photosensor of the display device of the present invention described above, the doping region of the semiconductor layer is a p + -type or n + -type and only one impurity of the conductive type is used. Thus, the masking process is reduced.
또한, 제어 전극에 인가하는 전압 조건에 따라 전류-전압 특성이 달라지며, 이를 이용하여 광센싱이 가능하여, 소자로 적용하기 유리하며, 광을 센싱하는 여러 어플리케이션으로 이용이 가능하여, 넓은 범위에서 활용할 수 있을 것이다.In addition, the current-voltage characteristic is changed according to the voltage condition applied to the control electrode, and the optical sensing can be performed using the same, which is advantageous for application as a device and can be used in various applications for sensing light, You can use it.
그리고, 측정의 편의를 위해 반도체층의 길이를 늘려, Vds의 넓은 구간에서 광전류 센싱이 가능할 수 있다. For convenience of measurement, the length of the semiconductor layer is increased, and the photocurrent sensing can be performed in a wide section of Vds.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
도 1은 종래의 포토 센서를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view of a conventional photo sensor
도 2는 본 발명의 표시 장치의 포토 센서를 나타낸 단면도2 is a cross-sectional view showing the photosensor of the display device of the present invention
도 3은 도 2의 반도체층의 평면도FIG. 3 is a plan view of the semiconductor layer of FIG.
도 4 내지 도 7은, 각각 반도체층의 W/L의 조건을 32㎛/8㎛, 32㎛/16㎛, 32㎛/32㎛ 및 32㎛/64㎛의 조건으로 하여, 본 발명의 표시 장치의 포토 센서의 제어 전극에 전압 인가 값에 따른 Vds-광전류 관계를 나타낸 그래프Figs. 4 to 7 are graphs showing the relationship between W / L of the semiconductor layer and the display device of the present invention, under the conditions of 32 占 퐉 / 8 占 퐉, 32 占 퐉 / 16 占 퐉, 32 占 퐉 32 占 퐉 and 32 占 퐉 / A graph showing the relationship between Vds and photocurrent according to the voltage applied value to the control electrode of the photo sensor of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*Description of the Related Art [0002]
100: 기판 101: 버퍼층100: substrate 101: buffer layer
102: 반도체층 102a: 소오스 영역102:
102b: 진성 영역 102c: 드레인 영역102b:
103: 제 1 절연막 104: 제어 전극103: first insulating film 104: control electrode
105: 제 2 절연막 106: 소오스 전극105: second insulating film 106: source electrode
107: 드레인 전극 108: 보호막107: drain electrode 108: protective film
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