KR20010063769A - X-ray Image Sensor and Field Emission Display Device Using Multi-channel Plate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디스플레이 소자 제조 분야에 관한 것으로, 특히 전자증폭을 위한다중채널 플레이트를 구비하는 디스플레이 소자에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of display device manufacturing, and more particularly, to a display device having a multichannel plate for electron amplification.
먼저 X-선(X-ray) 이미지센서는 최근 병원 정보 자동화(PACS)와 관련된 새로운 영역의 디스플레이 소자로서 주목을 끌고 있다. 즉, 종래 X-선 필름을 사용하는 여러가지 불편함을 극복코자 현재 상용화되어 있는 TFT-LCD(Thin Film Transister-Liquid Crystal Display)의 기술을 응용하여 X-선 필름 면적에 해당하는 X-선 이미지 센서들이 개발되었다.First, X-ray image sensors have recently attracted attention as display devices in a new area related to hospital information automation (PACS). In other words, to overcome various inconveniences of using conventional X-ray film, X-ray image sensor corresponding to X-ray film area is applied by applying technology of TFT-LCD (Thin Film Transister-Liquid Crystal Display) which is currently commercialized. Were developed.
X-선 이미지 센서에 채용되는 TFT는 통상의 TFT와는 차이점이 있다. X-선 이미지 센서의 TFT는 신호전달 전극의 한쪽단에 Se, 비정질 실리콘(a-Si) 등의 광여기물질이 증착되고, 광여기 물질에 X-선이 도달하면 전자-홀 쌍(electron-hole pair)이 발생한다. 광여기 물질의 한쪽 단에 배선라인을 형성하여 적당한 음의 전압을 인가하면 홀 전류를 외부 회로로 유도하여 불필요한 전하가 제거한다.TFTs employed in X-ray image sensors differ from conventional TFTs. In the TFT of the X-ray image sensor, photoexcitation materials such as Se and amorphous silicon (a-Si) are deposited on one end of the signal transmission electrode, and when the X-rays reach the photoexcitation material, electron-hole pairs (electron- hole pairs). By forming a wiring line at one end of the photoexcited material and applying an appropriate negative voltage, the hall current is induced to an external circuit to remove unnecessary charges.
따라서 광여기 물질의 전자가 TFT로 이동하도록 하고, 신호 아웃라인을 통해 외부의 전하증폭기를 통해 광여기 전자 전류 신호를 증폭하고, 아날로그-디지털 신호 변환기를 거치게 한 다음, 이미지를 처리하면 모니터 또는 레이저 필름에 이미지를 표현할 수 있다.Therefore, electrons in the photoexcited material move to the TFT, amplify the photoexcited electron current signal through an external charge amplifier through the signal outline, pass through an analog-to-digital signal converter, and then process the image to monitor or laser Images can be expressed on film.
이하 첨부된 도1 및 도2를 참조하여 종래 기술에 따른 X-선 이미지 센서를 상세하게 설명한다.Hereinafter, an X-ray image sensor according to the related art will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도1에서 패널의 TFT 게이트 배선(10)은 TFT-LCD의 게이트 배선과 동일한 기능을 하며, TFT의 신호 아웃라인(signal out lline)(11)은 TFT-LCD의 데이터 배선과 배선 방법은 유사하나 그 역할이 다르다. 즉, TFT-LCD의 경우는 트랜지스터의 소오스 라인으로서 외부신호를 TFT 패널에 유입시키는 구실을 하나 X-선 이미지 센서의 경우는 TFT 패널의 전류신호를 외부 회로로 뽑아내는 구실을 한다.In Fig. 1, the TFT gate wiring line 10 of the panel has the same function as the gate wiring of the TFT-LCD, and the signal out line 11 of the TFT has a similar data wiring and wiring method of the TFT-LCD. Its role is different. In other words, in the case of a TFT-LCD, the source line of the transistor serves as a source for injecting an external signal into the TFT panel, whereas in the case of an X-ray image sensor, the TFT-LCD serves as an extractor to extract the current signal of the TFT panel to an external circuit.
포토다이오드(13)는 스윗칭 소자인 TFT(12)에 연결되며, 광여기물질인 Se, a-Si 등이 다이오드 혹은 쇼트키형으로 형성되어 있다. 포토 다이오드(13)에 X-선이 투사되어 전자-홀 쌍을 만들고 그 중 원하는 하나의 전하는 접지배선을 통해 배출하고 다른 하나의 전하는 이미지 처리를 위해 TFT 게이트의 배선(10)의 스캐닝에 의해 패널의 TFT의 신호 아웃라인(11)으로 흐르게 된다. 스토리지 캐패시터(14)는 TFT-LCD의 스토리지 캐패시터와 같은 역할을 한다. 패널의 TFT 신호 아웃라인(11)을 통해 흐르는 신호는 외부 전하증폭기(15a)를 거친다. 그리고 증폭된 신호는 아날로그-디지털 변환기(AD convertor, 이하 ADC라 함)(16a), 디지털 이미지 처리기(17a)를 거쳐 최종적으로 모니터 혹은 레이저 필름(18a)에 이미지로 구현된다.The photodiode 13 is connected to the TFT 12, which is a switching element, and photoexcitation materials Se, a-Si, and the like are formed in a diode or schottky type. X-rays are projected onto the photodiode 13 to form an electron-hole pair, one of which is discharged through the ground wiring and the other by the scanning of the wiring 10 of the TFT gate for image processing. To the signal outline 11 of the TFT. The storage capacitor 14 serves as a storage capacitor of the TFT-LCD. The signal flowing through the TFT signal outline 11 of the panel passes through the external charge amplifier 15a. The amplified signal is finally implemented as an image on a monitor or laser film 18a via an analog to digital converter (AD converter) 16a and a digital image processor 17a.
도2는 종래 X-선 이미지 센서의 단면도로서, 유리(glass) 기판(20a) 위에 알루미늄, 크롬 또는 알미늄/크롬 2중층으로 TFT 게이트 전극(21a)을 형성하고, 실리콘 질화막 혹은 실리콘 산화막으로 이루어지는 TFT 게이트 절연막(22a)을 증착하고, TFT 게이트 절연막(22a) 상에 TFT 게이트 전극(21a)과 중첩되는 TFT 활성층(23a)을 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 형성하고, TFT 활성층(23a) 상에 인(P), 보론(B) 등의 불순물이 첨가된 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘으로 TFT 옴접촉(Ohmic contact)층(24a)을 형성하고, TFT 옴접촉층(24a)과 접하며 패널의 신호전류를 읽어내는 소오스, 드레인층(25a)을 형성한 다음, 질화막 또는 산화막을 증착하여 TFT의 제1 보호막층(26)을 형성하고, TFT의 소오스 또는 드레인 중 어느 하나의 전극 상에 광여기 물질층(27)을 이루는 비정질 실리콘 박막 또는 셸레늄 박막을 증착한 상태를 보이고 있다.Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional X-ray image sensor, in which a TFT gate electrode 21a is formed of an aluminum, chromium or aluminum / chromium double layer on a glass substrate 20a, and is formed of a silicon nitride film or a silicon oxide film. The gate insulating film 22a is deposited, and the TFT active layer 23a overlapping with the TFT gate electrode 21a is formed of amorphous silicon or polycrystalline silicon on the TFT gate insulating film 22a, and the phosphorus on the TFT active layer 23a is formed. The TFT ohmic contact layer 24a is formed of amorphous silicon or polycrystalline silicon to which impurities such as P) and boron (B) are added, and the signal current of the panel is read while being in contact with the TFT ohmic contact layer 24a. After forming the source and drain layers 25a, a nitride film or an oxide film is deposited to form a first passivation layer 26 of the TFT, and the photoexcited material layer 27 on either electrode of the source or drain of the TFT. Amorphous silicon foil Or showing a state where the shell rhenium deposited thin film.
광여기 물질층(27)에 X-선이 입사되면 전술한 도1의 설명에서와 같이 광여기(photo-sensitivity)에 의해 104내지 106의 증폭된 전자-홀쌍 중 전자만이 TFT(12)를 거쳐 패널의 TFT 신호 아웃라인(11)을 통해 외부 전하증폭기(15a), ADC(16a), 디지털 이미지처리기(17a)를 거쳐 모니터 또는 레이저 필름(18a)에 출력된다.When the X-ray is incident on the photoexcited material layer 27, only electrons among the amplified electron-hole pairs of 10 4 to 10 6 by photo-sensitivity as described in FIG. Is output to the monitor or laser film 18a via the TFT signal outline 11 of the panel via the external charge amplifier 15a, the ADC 16a, and the digital image processor 17a.
그러나 종래의 기술에서 비정질 실리콘이나 비정질 셀레늄 박막같은 광여기 물질은 X-선에 의해 열화 현상(photo-degradation)을 일으키는데 이러한 현상은 비정질 실리콘 태양전지나 비정질 셰리움 태양전지에서 보고되어 있고 태양전지 개발의 실용화에 걸림돌이되는 것은 이미 알려져 있다.However, in the prior art, photoexcitation materials such as amorphous silicon or amorphous selenium thin films cause photo-degradation by X-ray, which is reported in amorphous silicon solar cells or amorphous shelium solar cells, Obstacles to commercialization are already known.
또한, 광여기 물질층에서 발생하는 전하량이 충분치 않아서 신호선 노이즈(noise) 신호에 크게 미치지 않을 수 있으므로 일단 광여기층의 면적을 크게하여 X-선의 입사량을 증가시킬 필요가 있다. 이에 따라 화소의 해상도를 증가시키는데는 일정한 한계를 갖고 있다.In addition, since the amount of charge generated in the photoexcitation material layer may not be large enough to reach the signal line noise signal, it is necessary to increase the incident amount of X-rays by increasing the area of the photoexcitation layer. Accordingly, there is a certain limit to increasing the resolution of the pixel.
또 한가지의 단점은 노이즈 신호 등을 제압하고 원활한 센서로서의 기능 수행에 필요한 충분한 전하량을 확보하기 위하여 고밀도의 X-선을 광여기 물질층(27)에 입사할 경우 그 기기 사용자의 피폭 우려가 있다.Another drawback is that there is a risk of exposure of the user of the device when high density X-rays are incident on the photoexcited material layer 27 in order to suppress noise signals and the like and secure sufficient amount of charge necessary to perform a function as a smooth sensor.
둘째로, 종래의 전계방출 디스플레이 소자는 TFT-LCD에서의 TFT 제조기술에 전계방출 에미터를 일체화하여 TFT로 에미터의 전자 방출을 스윗칭하고자 하는 것이다. 이를 도3과 도4를 참조하여 설명한다. 도 3에서 패널의 TFT의 게이트 배선(TFT 게이트 신호선)(50)은 TFT-LCD에서의 그것과 기능이 일치한다. 마찬가지로 데이터 신호선(TFT 신호아웃라인)(51), TFT(52)도 TFT-LCD에서의 기능과 일치한다.Second, the conventional field emission display device is to integrate the field emission emitter into TFT manufacturing technology in TFT-LCD to switch the electron emission of the emitter to the TFT. This will be described with reference to FIGS. 3 and 4. In Fig. 3, the gate wiring (TFT gate signal line) 50 of the TFT of the panel has the same function as that of the TFT-LCD. Similarly, the data signal lines (TFT signal outline) 51 and the TFT 52 also match the functions in the TFT-LCD.
전계방출 에미터(53)의 에미터 게이트 전극 배선(54)에 전압이 인가되면 전자를 방출한다. 도3에 표현되지는 않았지만 방출된 전자들은 상부패널의 양전압 전극(에노우드)의 형광체를 향하여 에너지를 받으며 충돌하고 상기 형광체는 발광을 한다.When a voltage is applied to the emitter gate electrode wiring 54 of the field emission emitter 53, electrons are emitted. Although not represented in FIG. 3, the emitted electrons collide with energy toward the phosphor of the positive voltage electrode (enowood) of the upper panel, and the phosphor emits light.
도4는 상기 트랜지스터와 에미터가 일체화된 하부패널과 형광체가 패터닝된 상부패널이 진공 패키징된 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the lower panel in which the transistor and the emitter are integrated and the upper panel in which the phosphor is patterned are vacuum packaged.
상기 하부패널 형성 과정은 다음과 같이 이루어진다.The lower panel forming process is performed as follows.
즉, 유리 기판(20c), 금속으로 이루어지는 TFT 게이트 전극(21c), TFT 게이트 절연막(22c)을 형성하고, TFT 게이트 절연막(22c) 상에 TFT 게이트 전극(21c)과 중첩되는 TFT 활성층(23c)을 형성하고, TFT 활성층(23c) 상에 TFT 옴접촉층(24c)을 형성하고, TFT옴접촉층(24c)과 접하며 외부신호를 패널에 인가하는 소오스, 드레인층(25c)을 형성한 다음, TFT 보호 및 에미터 전극 절연을 위한 절연층(600a)을 1 ㎛ 두께 정도로 증착한다.That is, the TFT active layer 23c which forms the glass substrate 20c, the TFT gate electrode 21c made of metal, and the TFT gate insulating film 22c, and overlaps with the TFT gate electrode 21c on the TFT gate insulating film 22c A TFT ohmic contact layer 24c on the TFT active layer 23c, a source and drain layer 25c for contacting the TFT ohmic contact layer 24c and applying an external signal to the panel, An insulating layer 600a for TFT protection and emitter electrode insulation is deposited to a thickness of about 1 μm.
이어서, 절연층(600a) 상에 Cr 등의 금속으로 전계방출 에미터의 게이트 전극(601a)을 형성한 다음, 에미터 팁 크기에 맞는 홀을 정의하는 식각마스크(도시하지 않음)를 형성하고, 가스를 이용하여 금속층(601a) 및 절연층(600a)을 선택적으로 식각하여 소오스, 드레인 금속층(25c)의 일부를 노출시키는 홀을 형성하고, 홀 내부에 스핀트법으로 Al 또는 Mo을 전자빔(e-beam) 장치에서 진공증착하여 약 1 ㎛ 높이의 에미터 팁(602a)을 형성하고, 식각마스크를 제거하면서 에미트 게이트 전극(601a) 위에 증착된 Al, Mo을 리프트오프(lift-off)법으로 제거하면 하부 패널이 완성된다.Subsequently, the gate electrode 601a of the field emission emitter is formed on the insulating layer 600a with a metal such as Cr, and then an etching mask (not shown) defining a hole corresponding to the emitter tip size is formed. The metal layer 601a and the insulating layer 600a are selectively etched using a gas to form a hole for exposing a part of the source and drain metal layer 25c, and Al or Mo is formed in the hole by the spin method. vacuum deposition in a beam apparatus to form an emitter tip 602a having a height of about 1 μm, and Al and Mo deposited on the emit gate electrode 601a by a lift-off method while removing the etching mask. Removing it completes the bottom panel.
이어서, 유리기판(604a)에 형광체(605)를 패터닝하여 상부패턴을 형성하고, 상부패널과 하부패널의 간격유지를 위하여 폭이 좁고 높이가 500 ㎛ 내지 1000 ㎛인 스페이서(spacer)(603)를 형성한다. 이 후, 상부패널과 하부패널을 진공중에서 적당한 열과 함께 패키징하면 종래의 전계방출 디스플레이 패널이 완성된다.Subsequently, the phosphor 605 is patterned on the glass substrate 604a to form an upper pattern, and a spacer 603 having a width of 500 μm to 1000 μm is narrowed to maintain the gap between the upper panel and the lower panel. Form. Thereafter, the upper panel and the lower panel are packaged together with appropriate heat in a vacuum to complete a conventional field emission display panel.
종래의 기술은 현재까지 저전압 발광 형광체의 개발이 부진하여 상부패널에 걸어주는 양극 전압이 500 V 내지 2KV까지 이르는 단점이 있다. 이러한 고전압에 의해 에미터 팁 혹은 에미터 게이트 전극과 양극 사이에 아킹(arking)의 발생이 잦은 결점이 있다. 또한 형광체의 휘도는 방출전자의 에너지와 그 밀도에 좌우되는데, 종래의 방출 전자는 아킹 예방 가능한 양극 전압하에서는 고에너지를 갖기 힘들고, 전자 밀도 또한 에미터 팁과 에미터 게이트의 기하학적 구조에 크게 의존하므로 공정상의 최적 조건을 확보하기가 쉽지 않다. 근원적으로는 에미터 팁에서 방출된 전자외에는 공급될 전자가 없는 제한이 있다.The conventional technology has a disadvantage that the anode voltage to the upper panel is up to 500V to 2KV due to the poor development of low-voltage light emitting phosphors to date. Due to this high voltage, arcing occurs frequently between the emitter tip or the emitter gate electrode and the anode. In addition, the luminance of the phosphor depends on the energy of the emitted electrons and the density thereof. Conventional emission electrons are less likely to have high energy under an arcing-preventable anode voltage, and the electron density is also highly dependent on the geometry of the emitter tip and emitter gate. It is not easy to obtain optimum conditions for the process. Fundamentally, there is a limitation that there are no electrons to be supplied other than the electrons emitted from the emitter tip.
즉, 고에너지 전자에 의해 발광되도록 개발된 형광체를 전계방출 에미터만으로는 발광시키는 종래의 전계방출 디스플레이 소자는 전계방출된 전자중 형광체의 표면에서 투과할 수 있는 고에너지를 갖는 전자가 많지 않기 때문에 발광이 충분하지 않다. 효율적인 발광은 개개의 전자의 에너지가 클수록, 그리고 고에너지의 전자의 개수가 많을수록 양호하게 나타나기 때문이다. 형광체가 부착된 상부패널에 고전압을 인가하여 전자의 에너지를 크게 할 수는 있으나 에미터 전극과의 아킹발생에 의한 수명의 단축 문제가 있다.That is, the conventional field emission display device that emits a phosphor developed to emit light by high energy electrons using only field emission emitters emits light because there are not many electrons having high energy that can pass through the surface of the phosphor among the field emission electrons. This is not enough. Efficient light emission is because the larger the energy of individual electrons and the higher the number of electrons of high energy, the better. Although the energy of the electrons can be increased by applying a high voltage to the upper panel to which the phosphor is attached, there is a problem of shortening the life due to arcing with the emitter electrode.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, X-선 이미지 센서에 있어서, X-선에 의해 광여기 물질층이 열화되는 것을 고려하지 않을 수 있고, 광여기층 의 면적 증가없이 화소의 해상도를 향상시키고, 노이즈 신호 등을 제압하고 원활한 센서로서의 기능 수행에 필요한 충분한 전하량을 확보할 수 있으며 기기 사용자의 피폭 우려를 해소할 수 있는 다중채널 플레이트를 구비하는 X-선 이미지 센서를 제공하는데 목적이 있다.The present invention for solving the above problems, in the X-ray image sensor, may not consider that the light excitation material layer is degraded by the X-ray, and the resolution of the pixel without increasing the area of the light excitation layer It is an object of the present invention to provide an X-ray image sensor having a multi-channel plate that can improve the amount of charge necessary to suppress the noise signal, perform a function as a smooth sensor, and solve the exposure concern of the user of the device. .
또한, 본 발명은 전계방출 디스플레이 소자에 있어서, 고전압에 의해 에미터 팁 혹은 에미터 게이트 전극과 양극 사이에 아킹이 발생하는 것을 방지하면서 상부패널에 부착된 형광체 표면에 보다 많은 양의 전자를 투과시킬 수 있는, 다중 패널 플레이트를 구비하는 전계방출 디스플레이 소자를 제공하는데 목적이 있다.In addition, in the field emission display device, a large amount of electrons may be transmitted to the surface of the phosphor attached to the upper panel while preventing arcing from occurring between the emitter tip or the emitter gate electrode and the anode due to the high voltage. It is an object of the present invention to provide a field emission display device having multiple panel plates.
도1은 종래의 박막트랜지스터와 광여기 물질소자로 이루어진 X-ray 이미지 센서 회로의 개략도,1 is a schematic diagram of an X-ray image sensor circuit composed of a conventional thin film transistor and a photoexcited material element;
도2는 종래의 박막트렌지스터와 광여기 물질소자로 이루어진 X-ray 이미지 센서의 패널 단면도,2 is a cross-sectional view of a panel of an X-ray image sensor including a conventional thin film transistor and an optical excitation material device;
도3은 종래의 전계방출 에미터 회로의 개략도,3 is a schematic diagram of a conventional field emission emitter circuit;
도4는 종래의 전계방출 디스플레이 패널의 주요 단면도,4 is a main cross-sectional view of a conventional field emission display panel;
도5는 본 발명의 박막트랜지스터와 이미지 증폭기로서의 다중채널 플레이트로 이루어진 회로도,5 is a circuit diagram of a thin film transistor of the present invention and a multichannel plate as an image amplifier;
도6은 본 발명의 박막트랜지스터와 이미지 증폭기로서의 다중채널 플레이트 이루어진 패널의 단면도,6 is a cross-sectional view of a panel consisting of a thin film transistor of the present invention and a multichannel plate as an image amplifier;
도7은 본 발명의 전계방출 에미터 회로의 개략도,7 is a schematic diagram of a field emission emitter circuit of the present invention;
도8은 본 발명의 전계방출 디스플레이 패널의 개략도.8 is a schematic diagram of a field emission display panel of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
10, 30, 50, 70 : TFT의 게이트 배선10, 30, 50, 70: TFT gate wiring
11, 31: TFT 신호 아웃라인(signal out line)11, 31: TFT signal out line
12, 32, 52, 72 : TFT12, 32, 52, 72: TFT
13: 포토다이오드13: photodiode
14: 스토리지 캐패시터(storage capacitor)14: storage capacitor
15a, 15b : 외부 전하증폭기15a, 15b: external charge amplifier
16a,16b : 아날로그-디지털 신호변환기(ADC)16a, 16b: Analog-to-digital signal converter (ADC)
17a, 17b : 디지털 이미지 처리기17a, 17b: digital image processor
18a, 18b : 모니터 또는 레이저 필름18a, 18b: monitor or laser film
20a, 20b, 20c,20d : 패널의 유리 기판20a, 20b, 20c, 20d: glass substrate of panel
21a, 21b, 21c,21d : TFT 게이트 전극21a, 21b, 21c, 21d: TFT gate electrode
22a, 22b, 22c, 22d : TFT 게이트 절연막22a, 22b, 22c, 22d: TFT gate insulating film
23a, 23b, 23c, 23d : TFT 활성층(active layer)23a, 23b, 23c, 23d: TFT active layer
24a, 24b, 24c, 24d : TFT 옴 접촉층(Ohm' contact layer)24a, 24b, 24c, 24d: TFT Ohm contact layer
25a, 25b, 25c, 25d : 소오스, 드레인 층Source, drain layer: 25a, 25b, 25c, 25d
26, 401: TFT의 제 1 보호막층(passivation layer)26, 401: first passivation layer of the TFT
27: 광여기 물질층(photo-sensitive material)27: photo-sensitive material layer
33a, 33b: 다중 채널 플레이트33a, 33b: multichannel plates
34: 전압인가 배선34: voltage application wiring
403: TFT의 제 2 보호막403: second protective film of TFT
404: TFT로의 전자입사 통로404: electron incidence path to TFT
405a, 405b: 다중채널 플레이트의 고 전압 전극405a, 405b: high voltage electrodes of multichannel plates
406a, 406b: 다중채널 플레이트의 전자 증폭튜브 물질(CsI)406a, 406b: electron amplification tube material (CsI) in multichannel plates
407a, 407b: 다중채널 플레이트의 전자 증폭튜브 홀407a, 407b: Electron Amplification Tube Holes in Multichannel Plates
408: 다중채널 플레이트의 접지 전극408: ground electrode of the multichannel plate
409a, 409b: 하부 패널과 상부패널의 스페이서(spacer)409a and 409b: spacers on the lower panel and upper panel
410: X-선 입사창 패널을 이루는 상부 기판410: upper substrate forming an X-ray entrance window panel
53, 73, 602a, 602b: 전계방출 에미터53, 73, 602a, 602b: field emission emitters
54, 74 : 전계방출 에미터의 게이트전극 배선라인54, 74: gate electrode wiring line of the field emission emitter
600a, 600b: 전계방출 에미터의 게이트 절연막600a, 600b: gate insulating film of field emission emitter
601a, 601b: 전계방출 에미터의 게이트전극601a and 601b: gate electrodes of field emission emitters
603: 전계방출 에미터의 스페이서(spacer)603: spacer of field emission emitter
604a, 604b: 상부패널 유리기판604a, 604b: top panel glass substrate
605a, 605b: 전계방출 전자들605a, 605b: field emission electrons
먼저, 상기 X-선 이미지센서의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스윗칭을 위한 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터의 게이트에 연결된 제1 배선; 상기 박막트랜지스터의 제1 단에 연결되어 상기 TFT에 저장된 전하를 외부로 출력하는 제2 배선; 상기 박막트랜지스터의 제2 단에 연결되고 그 일단은 전압을 인가받고 그 타단은 접지되어 전자를 증폭시키는 다중 채널 플레이트; 상기 다중 채널 플레이트에 전압을 인가하기 위한 제3 배선; 상기 제2 배선으로부터 입력받은 전하를 증폭하는 전하증폭수단; 상기 전하증폭수단으로부터 입력받은 신호를 변환하는 아날로그-디지털 변환순단; 상기 아날로그-디지털 변환순단으로부터 입력받은 데이터를 처리하는 이미지 처리수단; 및 상기 이미지 처리수단으로부터 입력받은 데이터를 출력하는 디스플레이 수단을 포함하는 X-선 이미지 센서를 제공한다.First, the present invention for achieving the object of the X-ray image sensor, a thin film transistor for switching; A first wiring connected to the gate of the thin film transistor; A second wiring connected to the first end of the thin film transistor to output charge stored in the TFT to the outside; A multi-channel plate connected to a second end of the thin film transistor, one end of which is applied a voltage and the other end of which is grounded to amplify electrons; Third wirings for applying a voltage to the multi-channel plate; Charge amplifying means for amplifying the charge received from the second wiring; An analog-digital conversion step of converting a signal received from the charge amplifying means; Image processing means for processing data received from the analog-digital conversion sequence; And it provides an X-ray image sensor comprising a display means for outputting data received from the image processing means.
둘째로, 상기 전계방출디스플레이의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스윗칭을 위한 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터의 게이트에 연결된 제1 배선; 상기 박막트랜지스터의 제1 단에 연결되어 데이터를 전달하는 제2 배선; 상기 박막트랜지스터의 제2 단에 연결된 전계 방출 에미터; 상기 에미터에 연결된 에미터 전극선; 및 상기 에미터 전극 선과 대향하며 그 일단은 전압을 인가받고 그 타단은 접지되어 전자를 증폭시키는 채널 플레이트를 포함하는 전계방출 디스플레이 소자를 제공한다.Second, the present invention for achieving the object of the field emission display, the thin film transistor for switching; A first wiring connected to the gate of the thin film transistor; A second wire connected to a first end of the thin film transistor to transfer data; A field emission emitter connected to the second end of the thin film transistor; An emitter electrode wire connected to the emitter; And a channel plate facing the emitter electrode line, one end of which is applied with a voltage and the other end of which is grounded to amplify electrons.
본 발명은 전자증폭기를 이용하여 이미지를 증폭한다. 즉, 패널 내부 또는 외부의 신호를 증폭하기 위하여 전자증폭기를 이용한다. 패널 내부 신호의 증폭이필요한 X-선 이미지 센서와 패널 외부 신호의 증폭이 필요한 전계방출 디스플레이 소자 각각에 전자증폭기를 구비하여 이미지를 증폭한다.The present invention amplifies the image using an electron amplifier. That is, an electronic amplifier is used to amplify the signal inside or outside the panel. An X-ray image sensor, which requires amplification of the signal inside the panel, and an electric amplifier, are provided in each of the field emission display elements, which need amplification of the external signal of the panel, to amplify the image.
전자 증폭기는 CsI 등 외부 X-선이나 외부 전자의 충돌에 대해 전자를 쉽게 다량으로 방출하는 소자로서의 전자증폭 튜브채널을 적용하는 것이다. 이 튜브채널들을 평면상에 많이 형성시키면 평면상의 튜브 다발이 묶여있는 것과 같아서 다중채널 플레이트이라 부른다.The electron amplifier is to apply an electron amplification tube channel as a device that easily emits a large amount of electrons against the impact of external X-rays or external electrons such as CsI. When these tube channels are formed in a large plane, they are called multichannel plates because they are like bundles of tube bundles on a plane.
본 발명에서는 박막트랜지스터 혹은 실리콘 웨이퍼상에 엑티브 메트릭스로 배열된 트랜지스터와 이 다중채널 플레이트 각각의 채널들을 일체화하여 튜브채널에서 증폭된 전자의 전류를 이용한다. 이 튜브채널을 X-선 이미지 센서에 적용할 경우 X-선이 튜브채널에서 충돌하면 광전효과에 의해 전자가 CsI로부터 방출되고 이 방출된 전자는 튜브채널의 양단에 걸린 전계방향으로 나아가면서 CsI 튜브채널의 벽에 2차 충돌하면 다시 2차 방출 전자들이 다량 발생하고, 제 3, 제4 등과 같은 연속적인 충돌에 의해 전자들은 기하급수적으로 방출, 전계에 따라 이동하게 된다.In the present invention, transistors arranged in an active matrix on a thin film transistor or a silicon wafer and the channels of each of the multichannel plates are integrated to utilize the current of electrons amplified in the tube channel. When the tube channel is applied to an X-ray image sensor, when the X-ray collides with the tube channel, electrons are released from the CsI due to the photoelectric effect, and the emitted electrons move in the direction of the electric field across both ends of the tube channel. Secondary collision with the wall of the channel generates a large number of secondary emission electrons again, and the electrons move exponentially according to the emission and the electric field by successive collisions such as the third and fourth.
본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 센서는 병원용을 비롯한 기타 산업용 X-선 이미징 스코프(imaging scope)의 부품으로서, 입사된 X-선에 의해 증폭된 전자 다발을 얻기 위한 것이다.The X-ray image sensor according to the first embodiment of the present invention is a component of other industrial X-ray imaging scopes for hospitals and the like, to obtain an electron bunch amplified by incident X-rays.
본 발명에 따른 X-선 이미지 센서 패널은, 2차원 평면 어레이로 구성된 다중채널 플레이트(Multi-Channel Plate, MCP), 화소전극의 전자전류를 스윗칭하기 위한 어레이 평면 TFT와, 각각의 TFT에 연결되어 다중채널 플레이트의 전자 출력단의 전자들을 유입하기 위하여 화소 전극, 그리고 다중채널 플레이트의 각각의 채널과 각각의 화소전극을 정렬(alignment)시켜 만든 두 개의 유리기판으로 구성된다.An X-ray image sensor panel according to the present invention includes a multi-channel plate (MCP) composed of a two-dimensional planar array, an array planar TFT for switching the electron current of the pixel electrode, and connected to each TFT. It consists of a pixel electrode and two glass substrates formed by aligning each channel and each pixel electrode of the multichannel plate to introduce electrons from the electron output terminal of the multichannel plate.
상기 다중 채널 플레이트는 100 × 200 ㎠ 이상의 면적, 0.4 ~ 1㎜ 두께를 갖는 대면적 유리기판에 제작하여 동일 면적의 TFT 패널에 다중 채널 플레이트를 결합하여 제조한다. 또한, 다중채널 플레이트는 CsI기판, 유리기판 또는 실리콘 웨이퍼를 재료로 건식식각, 습식식각, 화학증착, 진공이나 가스분위기 상태에서 열처리하여 제조한다. 한편, 사각형의 실리콘 웨이퍼상에 다중채널 플레이트를 구성하여 정밀하게 각각의 플레이트를 연결하여 대면적의 다중채널 플레이트를 형성할 수도 있다.The multi channel plate is 100 × 200 cm 2 It is manufactured on a large-area glass substrate having an area of 0.4 to 1 mm or more and bonded to a multi-channel plate on a TFT panel having the same area. In addition, the multi-channel plate is manufactured by dry etching, wet etching, chemical vapor deposition, heat treatment in a vacuum or gas atmosphere using a CsI substrate, a glass substrate, or a silicon wafer. Meanwhile, a multichannel plate may be formed on a rectangular silicon wafer to precisely connect each plate to form a large area multichannel plate.
TFT, 다중 패널 플레이트 및 TFT의 화소전극을 구비하는 하부패널과 X-선 입사창으로서의 상부 패널 사이에 일정크기의 구형스페이서 산포하여 페널간 일정간격을 유지하도록 한다. 상기 다중채널 플레이트의 한쪽 전극에는 고전압을, 그리고 다른 한쪽 전극을 접지하여 증폭된 전자들이 TFT 화소전극에 모이도록 전계를 형성한다.A constant-sized spherical spacer is distributed between the lower panel including the TFT, the multi-panel plate and the pixel electrode of the TFT, and the upper panel as the X-ray incidence window to maintain a constant interval between the panels. A high voltage is applied to one electrode of the multichannel plate, and the other electrode is grounded to form an electric field so that the amplified electrons are collected on the TFT pixel electrode.
다중 채널 플레이트는, CsI 기판 혹은 기타 이미지 증폭을 위한 전자증폭 물질로 이루어진 기판 상에 건식식각 혹은 습식식각법으로 일정직경의 홀(hole)을 기판의 두께만큼 식각하여 형성한다. 그리고 채널플레이트의 물질이 전자증폭물질이 아닌 경우, 예를들어 절연체 혹은 반도체인경우는 홀 내부에 CsI 혹은 전자증폭이 가능한 물질을 진공 증착(evaporation)법등으로 코팅하여 형성한다. 상기 홀의 직경대 홀의 깊이(기판 두께)비는 20배 이상이 되도록 한다.The multi-channel plate is formed by etching a hole having a predetermined diameter by the thickness of the substrate by dry etching or wet etching on a CsI substrate or a substrate made of an electron amplifying material for image amplification. In the case where the material of the channel plate is not an electron amplifying material, for example, an insulator or a semiconductor, the material of the channel plate is formed by coating CsI or an electron amplifying material by a vacuum evaporation method. The ratio of the diameter of the hole to the depth (substrate thickness) of the hole is 20 times or more.
트랜지스터의 화소전극과 다중채널 플레이트의 각 화소채널을 연결하기 위하여 트랜지스터 화소전극 형성 이후 BPSG(borophospho silicate glass) 산화막, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 산화막, PECVD 질화막, TEOS(tetra ethyl ortho silicate) 산화막 등의 절연막(도 6의 403, 도8의 600b)을 증착하고 이후 CsI튜브와 화소전극사이의 절연막을 식각하여 일정간격의 빈공간만큼 격리시킨다. 이 격리된 빈공간을 통하여 CsI튜브로 부터 전자들이 TFT화소전극으로 쏟아져 들어오는 것이다.In order to connect the pixel electrode of the transistor and each pixel channel of the multichannel plate, after forming the transistor pixel electrode, a borophospho silicate glass (BPSG) oxide, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) oxide film, a PECVD nitride film, and a tetra ethyl ortho silicate (TEOS) oxide film An insulating film (403 in FIG. 6 and 600b in FIG. 8) is deposited, and the insulating film between the CsI tube and the pixel electrode is etched to isolate a predetermined space. Through this isolated void, electrons flow from the CsI tube into the TFT pixel electrode.
본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 센서에서는 상기와 같은 과정에 따라 증폭된 전자 전류를 트랜지스터를 통해 신호아웃라인으로 흐르게하여 이미지 처리한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에서는 플레이트에 주입된 X-선의 2차원 이미지를 센서로 포착하기 위해서는, 이미지 증폭기로서 CsI 튜브채널 플레이트를 트랜지스터 패널과 일체화시킨다.In the X-ray image sensor according to the first embodiment of the present invention, an electron current amplified according to the above process is flowed to a signal outline through a transistor to perform image processing. That is, in the first embodiment of the present invention, in order to capture the two-dimensional image of the X-ray injected into the plate by the sensor, the CsI tube channel plate is integrated with the transistor panel as an image amplifier.
이와 달리 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 디스플레이 소자의 경우는, 외부 데이터 신호에 따라 트랜지스터와 전계방출 에미터를 통해 방출된 전자를 CsI 튜브채널을 통과시킴으로서 막대한 양의 고에너지 전자들을 발생시켜 상부패널상의 형광체에 충돌시키는데 특징이 있다.In contrast, in the field emission display device according to the second embodiment of the present invention, a large amount of high energy electrons are generated by passing electrons emitted through a transistor and a field emission emitter through a CsI tube channel according to an external data signal. To impinge on the phosphor on the top panel.
이하 첨부된 도면 도5 및 도6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다.Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 센서의 회로의 개략도로서, TFT의 게이트 배선(30), TFT 신호 아웃라인(31), TFT(32), 그리고 이미지 증폭을위한 다중채널 플레이트(33a), 다중채널 플레이트에 의해 증폭된 전자의 방향을 정해주기 위한 양의 전압 인가 배선(34), 그리고 X-선에 기인하여 증폭된 전자들을 TFT(32) 및 TFT 신호 아웃라인(31)을 거쳐 입력받아 증폭하는 외부 전하증폭기(15b), 외부 전하증폭기(15b)의 신호를 디지털화하는 ADC(16b), 디지털 변화된 신호를 이미지처리 하는 디지털 이미지처리기(17b) 및 모니터 혹은 레이저 필름(18b)으로 구성되어 있다.Fig. 5 is a schematic diagram of a circuit of an X-ray image sensor according to a first embodiment of the present invention, in which a gate wiring 30 of a TFT, a TFT signal outline 31, a TFT 32, and multiplexes for image amplification are shown. The TFT 32 and the TFT signal outline (A), the positive voltage applying wiring 34 for directing the electrons amplified by the multi-channel plate, and the electrons amplified due to the X-rays 31, an external charge amplifier 15b for input and amplification, an ADC 16b for digitizing the signal of the external charge amplifier 15b, a digital image processor 17b for image processing the digitally changed signal, and a monitor or laser film ( 18b).
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 센서의 구조를 보이는 단면도이다. 본 발명에 따른 X-선 이미지 센서는 트랜지스터 부분, 화소전극부분, 다중채널 부분, X-선 창부분으로 크게 나누어진다.6 is a cross-sectional view showing the structure of an X-ray image sensor according to a first embodiment of the present invention. The X-ray image sensor according to the present invention is largely divided into a transistor portion, a pixel electrode portion, a multichannel portion, and an X-ray window portion.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X-선 이미지 센서는 유리 기판(20b), 금속으로 이루어지는 TFT 게이트 전극(21b), TFT 게이트 절연막(22b)을 형성하고, TFT 게이트 절연막(22b) 상에 TFT 게이트 전극(21b)과 중첩되며 반도체 물질로 이루어지는 TFT 활성층(23b)을 형성하고, TFT 활성층(23b) 상에 TFT 옴접촉층(24b)을 형성하고, TFT 옴접촉층(24b)과 접하며 외부신호를 패널에 인가하는 소오스, 드레인 금속층(25b)을 형성한 다음, TFT 보호 및 에미터 전극 절연을 위한 TFT의 제1 보호막(401)을 1 ㎛ 두께 정도로 증착한다.6 shows an X-ray image sensor according to the first embodiment of the present invention, forming a glass substrate 20b, a TFT gate electrode 21b made of metal, and a TFT gate insulating film 22b, and a TFT gate insulating film 22b. A TFT active layer 23b formed of a semiconductor material overlapping the TFT gate electrode 21b is formed thereon, and a TFT ohmic contact layer 24b is formed on the TFT active layer 23b, and the TFT ohmic contact layer 24b is formed. A source and drain metal layer 25b is formed in contact with the panel to apply an external signal to the panel, and then a first protective film 401 of the TFT for TFT protection and emitter electrode insulation is deposited to a thickness of about 1 μm.
상부 패널과 하부 패널은 도 6과 같이 직경 1 ㎛ 내지 10 ㎛ 정도의 구형 스페이서(409a)를 TFT-LCD 공정에서와 같이 산포한후 진공 패키징한다. 혹은 구형 스페이서 대신 격벽을 구성할 수도 있다.The upper panel and the lower panel are vacuum-packed after scattering spherical spacers 409a having a diameter of about 1 μm to about 10 μm as in the TFT-LCD process as shown in FIG. 6. Alternatively, the partition wall may be configured instead of the spherical spacer.
먼저 다중채널 플레이트의 제조 과정과 TFT 패널에 부착하는 과정을 설명한다. 본 발명의 다중채널 플레이트는 진찰용 X-선 필름의 크기 정도의 유리 기판 위에 다중채널 튜브를 형성하여 CsI를 코팅하거나 용도에 따라 실리콘 웨이퍼 웨이퍼 또는 CsI 웨이퍼에 다중채널을 가공할 수도 있다. 이때 실리콘 웨이퍼인 경우는 튜브내부에 CsI 박막을 코팅하지만 CsI기판인 경우는 CsI박막을 코팅할 필요가 없다. 유리 기판 상에 직경 20 ㎛ 내지 200 ㎛의 구멍을 형성할시 구멍의 깊이 즉 유리 기판의 두께는 구멍의 직경의 10~300배 정도의 두께로 한다.First, the manufacturing process of the multichannel plate and the process of attaching to the TFT panel will be described. The multichannel plate of the present invention may form a multichannel tube on a glass substrate about the size of a medical X-ray film to coat CsI or process a multichannel on a silicon wafer wafer or a CsI wafer depending on the application. In this case, in the case of the silicon wafer, the CsI thin film is coated inside the tube, but in the case of the CsI substrate, the CsI thin film does not need to be coated. When forming a hole having a diameter of 20 μm to 200 μm on the glass substrate, the depth of the hole, that is, the thickness of the glass substrate is about 10 to 300 times the diameter of the hole.
구멍의 길이(L)와 직경(d)의 비(L/d)는 증폭율(이득율, gain)을 증가시키는 중요한 변수가 된다. 다중채널 플레이트의 특성을 결정하는 주요 항목은 채널의 직경(diameter), 채널의 중심과 중심사이의 핏치(pitch), 패널의 두께, 채널길이와 직경의 비 등인데 이러한 요소중 증폭률을 결정하는 주요 변수는 채널 길이와 직경의 비이다.The ratio L / d of the length L of the hole and the diameter d is an important variable for increasing the amplification rate (gain). The main factors that determine the characteristics of a multichannel plate are the diameter of the channel, the pitch between the center and center of the channel, the thickness of the panel, the ratio of the channel length to the diameter, etc. The variable is the ratio of channel length to diameter.
도 6에 보이는 바와 같이 다중 채널 플레이트의 전자 증폭 튜브 물질(406) 각 구멍의 내부벽에는 CsI 박막 혹은 후막이 노출된다. 다중 채널 플레이트의 전자 증폭 튜브 물질(406)을 CsI 박막으로 형성하는 이유는 2차 전자의 발생효과가 크고, 즉 일함수가 작고 적정 전기장을 일으킬만한 저항을 갖기 때문이다. 보통은 수십 메가옴을 갖는 CsI 등의 박막을 사용한다.As shown in FIG. 6, the CsI thin film or thick film is exposed on the inner wall of each hole of the electron amplifying tube material 406 of the multi-channel plate. The reason why the electron amplifying tube material 406 of the multi-channel plate is formed of the CsI thin film is that the generation effect of the secondary electrons is large, that is, the work function is small and the resistance to generate an appropriate electric field is obtained. Usually, thin films such as CsI having tens of megaohms are used.
X-선의 자극에 의해 다중 채널 플레이트의 전자 증폭 튜브 물질(406)로부터 발생(emission)된 광전자(photo-electron)가 상기 전자 증폭 튜브 물질(406)에 재충돌하여 다수의 2차 전자를 발생(emission)시킨다. 발생된 각각의 전자는 유리기판, 실리콘 기판 혹은 CsI기판의 상,하 양 표면에 증착된 전극(408,405)에 인가되어진 전압(V)에 의한 전기장(E)의 역방향으로 가속되어 진다. 상부전극(408)은 접지하며 하부전극(405)는 양의 전압을 인가한다. 가속된 전자들은 다시 광여기 물질층(400)인 CsI 박막에 충돌하여 다시 다수의 2차 전자들을 생산한다. 이와같이 전기장하에서 충돌을 반복하면서 기하급수적으로 생산된 2차전자들은 화소전극(402)을 이루는 금속에 흡수되어 트랜지스터를 통해 신호 배출선으로 전도되어진다. 화소전극(402)은 전도성이 좋은 Pt, Au, Ag, Cu, Al 등으로 형성한다.Photo-electrons emitted from the electron amplification tube material 406 of the multi-channel plate by the stimulation of X-rays collide with the electron amplification tube material 406 to generate a plurality of secondary electrons ( emission). The generated electrons are accelerated in the opposite direction of the electric field E by the voltage V applied to the electrodes 408 and 405 deposited on the upper and lower surfaces of the glass substrate, the silicon substrate, or the CsI substrate. The upper electrode 408 is grounded and the lower electrode 405 applies a positive voltage. The accelerated electrons again impinge on the CsI thin film, which is the photoexcitation material layer 400, again producing a plurality of secondary electrons. As such, the secondary electrons produced exponentially while repeating the collision under the electric field are absorbed by the metal constituting the pixel electrode 402 and conducted to the signal emission line through the transistor. The pixel electrode 402 is formed of Pt, Au, Ag, Cu, Al, or the like having good conductivity.
다중채널 플레이트는 2개 내지 4개를 겹쳐서 사용되어지기도 하는데 이 경우 전자의 충돌횟수 증가에 따르는 증폭율 증가를 기대할 수 있다.Multi-channel plates may be used by overlapping two to four, in this case, can be expected to increase the amplification rate by increasing the number of collision of electrons.
도 6에서 X-선 밀도에 비례하는 전자 증폭 양상을 화살표의 밀도로서 표현하였다. 이러한 전자증폭의 밀도차이가 패널 전체적으로는 이미지로서 나타내게 되는것이다.In FIG. 6, the electron amplification pattern proportional to the X-ray density is expressed as the density of the arrow. The density difference of the electron amplification is represented as an image as a whole panel.
다중채널에서 증폭된 전자들은 TFT 와 화소(pixcel) 전극들로 이루어진 2차원 평면 어레이(array) 패널의 동작으로 2차원 이미지가 포착된다. 본 발명에 따른 X-선 이미지 센서는 화소의 크기가 20 ㎛ 내지 200 ㎛로서 고분해능에서 저분해능까지 얻을 수 있도록 제조 가능하다. 한편, 기존의 X-선 촬영장치에서 소요되는 X-선 현상 필름이 불필요하며 피사체의 X-선 촬영 데이터를 다른 장소에서 퍼스널 컴퓨터를 사용하여 전송할 수 있다.The electrons amplified in the multi-channel are captured by the operation of a two-dimensional planar array panel consisting of TFT and pixel electrodes. The X-ray image sensor according to the present invention can be manufactured so that the size of the pixel is 20 µm to 200 µm to obtain a high resolution to a low resolution. On the other hand, the X-ray developing film required by the existing X-ray imaging apparatus is unnecessary, and the X-ray imaging data of the subject can be transmitted by using a personal computer at another place.
또한 X-선 촬영시 극도로 작은 밀도의 X-선을 사용할 수 있어 그에 따른 안전성을 확보할 수 있는 잇점이 있고 피사체의 X-선 데이터에 대한 보관, X-선 데이터에 대한 사용자들의 시간 절약 등의 장점이 있다. 또한 촬영된 X-선 필름의 현상과 인화에 따르는 현상액과 폐현상액의 처리에 드는 비용의 상승, 그 현상액에 의한 인체에의 피해, 환경의 파괴등 2 차적인 비용의 상승을 줄일 수 있다. 그리고, 본 발명은 국제 방사선 협회(NRC)가 지정한 안전에 필요한 최소량(safety limit)이하 보다 낮은 도즈(user declaration level)를 사용함으로서 사용자가 무거운 X-선 방지복을 입을 필요가 없는 장점도 있다.In addition, the use of extremely small density of X-rays can be used for X-ray imaging, which is an advantage of ensuring safety, and the storage of the X-ray data of the subject and the user's time saving on the X-ray data, etc. Has the advantage. In addition, it is possible to reduce secondary costs such as the increase in the cost of processing the developer and the waste developer due to the development and printing of the photographed X-ray film, damage to the human body by the developer, and destruction of the environment. The present invention also has the advantage that the user does not need to wear heavy X-ray protective clothing by using a user declaration level lower than the safety limit specified by the International Radiation Association (NRC).
본 발명의 제2 실시예로서, 전계방출 디스플레이 플레이트을 구성하는데 있어서 유리기판 혹은 실리콘 웨이퍼상에 트랜지스터를 구동하기 위한 게이트 신호선들과 데이터 신호선들을 서로 직교 배치토록 배선 라인들을 구성하고 각 직교점에 트랜지스터가 연결되도록 한다. 상기 트랜지스터는 2차원 평면상에 디스플레이를 목적으로하는 것으로 메트릭스 배열을 이루도록 한다. 이것은 상기 본 발명의 제 1실시예와 유사하다. 상기 각 트랜지스터의 엑티브 구동 스윗칭의 도움을 받아 전자를 방출하는 전계방출 에미터를 상기 트랜지스터 드레인 전극위에 형성한다. 상기 각 전계방출 에미터로부터 방출된 전자들을 증폭하기 위해 각각의 전자 증폭채널을 가진 2 차원 패널로서의 다중채널 플레이트를 트랜지스터층 상에 위치하는 다중채널 플레이트를 포함하는 하부패널을 형성한다. 또한, 상기 다중 패널 플레이트에서 증폭된 전자의 2 차원 이미지들을 색상으로 표현시킬 목적의 형광체가 부착된 유리기판 패널로서의 상부패널, 상기 하부패널과 상부 패널의 간격유지 목적의 직경 1 ~ 10 ㎛의 구형 스페이서의 산포후 하부패널과 상부패널을 진공 패키징한 전계방출 디스플레이 소자를 제작한다.As a second embodiment of the present invention, in constructing a field emission display plate, wiring lines are arranged so that gate signal lines and data signal lines for driving transistors are orthogonal to each other on a glass substrate or a silicon wafer, and a transistor is disposed at each orthogonal point. To be connected. The transistor is arranged in a matrix arrangement for display purposes on a two-dimensional plane. This is similar to the first embodiment of the present invention. A field emission emitter for emitting electrons is formed on the transistor drain electrode with the aid of active driving switching of each transistor. In order to amplify the electrons emitted from each of the field emission emitters, a lower panel including a multichannel plate positioned on the transistor layer is formed as a two-dimensional panel having a respective electron amplification channel. In addition, the upper panel as a glass substrate panel with a phosphor for the purpose of expressing the two-dimensional images of the electrons amplified in the multi-panel plate, a sphere having a diameter of 1 ~ 10 ㎛ for the purpose of maintaining the gap between the lower panel and the upper panel After the dispersion of spacers, a field emission display device is fabricated by vacuum-packing the lower panel and the upper panel.
한편, 전계방출 에미터로부터 방출된 전자의 증폭을 목적으로 하는 다중채널 플레이트을 형성하는데에 있어서, 각각의 채널의 직경 대 채널의 길이비가 30배 이상이 되도록 한다.On the other hand, in forming a multichannel plate for the purpose of amplifying the electrons emitted from the field emission emitter, the diameter-to-channel length ratio of each channel is 30 times or more.
전계방출 에미터로부터 방출된 전자의 증폭을 목적으로 하는 다중채널 플레이트의 각각의 채널을 형성하기 위하여, 유리기판, 실리콘 기판, CsI등의 전자증폭 가능 물질로 이루어진 웨이퍼 위에 채널의 직경에 해당하는 홀(구멍)을 관통시킨후 CsI등의 전자증폭 가능 물질을 진공 이베이퍼레이션 혹은 스퍼터링법으로 증착하여 홀내부에 피막을 형성한다.A hole corresponding to the diameter of a channel on a wafer made of an electron amplifying material, such as a glass substrate, a silicon substrate, or a CsI, to form each channel of a multichannel plate for the purpose of amplifying the electrons emitted from the field emission emitter. After the (hole) is penetrated, an electron amplifying material such as CsI is deposited by vacuum evaporation or sputtering to form a film inside the hole.
한편, 전계방출 에미터로부터 방출된 전자가 각각의 CsI채널에서 증폭되어 상부패널의 형광체에 충돌하도록 전계를 형성키 위해서, 전계 방출 에미터전극과 다중채널 플레이트의 한쪽 전극을 동일 전극으로 취급하여 10~100V의 전압을 인가하며, 에미터 반대쪽의 다중채널 플레이트의 다른 한쪽 전극에는 고전압인 100~ 1KV을 걸어 증폭된 전자들이 형광체로 유도하도록 다중 패널 플레이트의 전극을 구성한다.On the other hand, in order to form an electric field so that electrons emitted from the field emission emitter are amplified in each CsI channel and collide with the phosphor of the upper panel, the field emission emitter electrode and one electrode of the multichannel plate are treated as the same electrode. A voltage of ˜100 V is applied, and the other electrode of the multi-channel plate opposite to the emitter is configured to apply a high voltage of 100 to 1 KV so that the amplified electrons are guided to the phosphor.
전계방출 에미터의 에미터 팁은 Mo, Si, 아몰퍼스 카본, 카본나노튜브 등을 사용할 수 있다. 다이오드(2 극)형 전계방출에미터의 경우 도 8의 에미터 전극(601b)을 생략하고 상부전극(405b)만으로 구설될 수 있다.The emitter tip of the field emission emitter may be Mo, Si, amorphous carbon, carbon nanotube, or the like. In the case of the diode (dipole) type field emission emitter, the emitter electrode 601b of FIG. 8 may be omitted and only the upper electrode 405b may be formed.
이하 첨부된 도7 및 도8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 에미터 소자를 설명한다.Hereinafter, a field emission emitter device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 디스플레이 소자의 개략적인 구성을 보이는 회로도로서, TFT의 게이트 배선(70), TFT 데이터 라인(71), TFT(72), 전계방출 에미터(73), 에미터 게이트 전극선(74), 다중채널 플레이트(33b), 그리고 다중채널 플레이트의 고전압 인가전극선(76)으로 이루어지는 화소(pixel)를 표현하였다.7 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a field emission display device according to a second embodiment of the present invention, in which a gate wiring 70 of a TFT, a TFT data line 71, a TFT 72, and a field emission emitter ( 73, a pixel including the emitter gate electrode line 74, the multichannel plate 33b, and the high voltage applying electrode line 76 of the multichannel plate is represented.
도 8은 본 발명의 주요 단면도를 나타낸 것으로, TFT 게이트 전극(21d), TFT 게이트 절연막(22d), TFT 활성층(23d), TFT 옴 접촉층(24d), 소오스, 드레인층(25d)을 덮는 절연층(600b) 상에 Cr 등의 금속으로 전계방출 에미터의 게이트 전극(601b)을 형성한 다음, 에미터 팁 크기에 맞는 홀을 정의하는 식각마스크(도시하지 않음)를 형성하고, 가스를 이용하여 금속층(601b) 및 절연층(600b)을 선택적으로 식각하여 소오스, 드레인 금속층(25d)의 일부를 노출시키는 홀을 형성하고, 홀 내부에 스핀트법으로 Al 또는 Mo을 전자빔 장치에서 진공증착하여 에미터 팁(602b)을 형성하고, 식각마스크를 제거하면서 에미트 게이트 전극(601b) 위에 증착된 Al, Mo을 리프트오프법으로 제거하면 하부 패널이 완성된다.Fig. 8 shows a main cross-sectional view of the present invention, which covers the TFT gate electrode 21d, the TFT gate insulating film 22d, the TFT active layer 23d, the TFT ohmic contact layer 24d, the source, and the drain layer 25d. After forming the gate electrode 601b of the field emission emitter with a metal such as Cr on the layer 600b, an etch mask (not shown) defining a hole corresponding to the emitter tip size is formed, and a gas is used. Selectively etching the metal layer 601b and the insulating layer 600b to form a hole for exposing a part of the source and drain metal layers 25d, and depositing Al or Mo in the hole using a spin method in an electron beam device. The lower panel is completed by forming the rotor tip 602b and removing Al and Mo deposited on the emit gate electrode 601b by the lift-off method while removing the etching mask.
도7의 TFT 데이터 라인(71)에 신호가 들어오면 도8의 패널의 유리기판(20d)상의 TFT의 소오스, 드레인층(25d)으로 전류가 흐르고, 이때 전계방출 에미터의 게이트전극(601b)에 항상 전압이 걸려있으므로 에미터 팁(602b)에서 전자가 방출된다. 방출된 전자는 CsI 튜브채널(406b)의 내벽에 충돌하여 다수의 2차 전자를 생산하고, 이 2차 전자들은 튜브채널의 상단 고전압 전극(405b)의 전계에 이끌리며 다시 반복적으로 충돌을 거듭하여 전자들을 100 ~ 1,000,000배 만큼 대량 생산해낸다. 이렇게 전계에 이끌린 대규모 전자들은 고에너지 상태로 1 ㎛ ~ 10 ㎛의 스페이서(409b) 간격을 통과하여 상부 패널의 형광체(605b)에 충돌, 발광한다. 다중채널 플레이트의 구비조건 및 기능 등은 전술한 X-선 이미지 센서와 동일하다.When a signal enters the TFT data line 71 of FIG. 7, current flows to the source and drain layers 25d of the TFT on the glass substrate 20d of the panel of FIG. 8, and at this time, the gate electrode 601b of the field emission emitter. Electrons are emitted from the emitter tip 602b because there is always a voltage on the emitter tip 602b. The emitted electrons collide with the inner wall of the CsI tube channel 406b to produce a plurality of secondary electrons, which are repeatedly attracted to the electric field of the upper high voltage electrode 405b of the tube channel and repeatedly collide with each other. Mass production of electrons 100 to 1,000,000 times. The large-scale electrons attracted to the electric field collide and emit light through the spacer 409b between 1 μm and 10 μm in a high energy state and emit light through the phosphor 605b of the upper panel. Requirements and functions of the multi-channel plate is the same as the X-ray image sensor described above.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.
상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 X-선 이미지 센서는, 유리기판 혹은 실리콘 웨이퍼상의 트랜지스터의 화소전극과 전자증폭을 위한 CsI 튜브의 각 채널이 겹쳐있는 구조의 단위소자가 수십~수백만개로 이루어진 패널로서의 다중채널 플레이트의 기본구성을 갖추고, 상기 패널위의 X-선 입사창으로부터 입사된 X-선이 다중채널 플레이트의 각각의 CsI 물질로 피팍이 이루어진 채널 내부에서 증폭된 전자들을 트랜지스터 화소전극에서 유입하여 트랜지스터를 통하여 전류로서 신호배출선을 거쳐 전하증폭을 위한 외부 회로 그리고 아날로그-디지털 변환기를 거쳐 이미지 처리된후 모니터에 표현되므로, 2차원 평면 트랜지스터와 그 위에 평행하게 2 차원면을 이루는 다중채널 플레이트을 X-ray 디텍터로서 2차원 X-ray 이미지를 구현할 수 있다.The X-ray image sensor according to the present invention comprises a panel consisting of several tens to millions of unit elements of the structure in which each channel of the CsI tube for electron amplification and the pixel electrode of a transistor on a glass substrate or a silicon wafer is overlapped. With the basic configuration of the multichannel plate, the X-rays incident from the X-ray incident window on the panel induce amplification of electrons amplified inside the channel where the PIP is formed with the respective CsI materials of the multichannel plate, As a current through a transistor, through a signal line, through an external circuit for charge amplification, and through an analog-to-digital converter, it is imaged and then displayed on a monitor. As a -ray detector, two-dimensional X-ray images can be implemented.
종래 다중채널 플레이트이 없는 박막트랜지스터와 광여기 물질만으로 이루어진 패널로서 2 차원 X-선 이미지를 수용할 수는 있으나 본 발명에서 제시한 X-선 이미지 센서의 해상도에는 미치지 못한다. 그 이유는 기존의 기술은 박막트랜지스터의 노이즈(noise)없는 동작을 위하여 화소전극의 면적을 크게할 수 밖에 없으나 본 발명은 다중채널에서 전자가 100 ~ 1,000,000배 이상 증폭되므로 화소의 크기를 전자증폭비에 반비례하게 축소시킬 수 있다. 물론 트랜지스터 신호아웃라인 노이즈 수준보다 큰 전류을 얻을수 있는 화소크기를 가져야 한다. 즉 X-선을 받아들이는 면적과 전자의 발생량은 비례하기 때문이다. 다시말하면, 본 발명의 다중채널을 적용한 이미지 센서는 X-선을 받아들이는 면적은 작지만 CsI 튜브 내에서 전자 증폭이 일어나기 때문에 TFT의 드레인 단에 흐르는 전류값은 매우 크다. 따라서 노이즈 전류보다 매우 큰 전류를 작은 면적에도 불구하고 얻을 수 있으므로 화소전극을 축소하여 해상도을 극대화하는 장점이 있다. 그리고, X-선 도즈(dose)를 작게하여도 다중채널에서 증폭된 전류를 흐르게 할 수 있으므로 X-선 기기 사용자들의 인체 보호 혹은 피사체의 X-선 피폭량을 줄일 수 있는 장점이 있다.Conventionally, a panel consisting of only a thin film transistor and a photoexcited material without a multi-channel plate can accommodate a two-dimensional X-ray image, but does not reach the resolution of the X-ray image sensor proposed in the present invention. The reason is that the existing technology has to increase the area of the pixel electrode for the noise-free operation of the thin film transistor, but the present invention is because the electron is amplified more than 100 ~ 1,000,000 times in the multi-channel transistor, the size of the electron amplification ratio You can shrink inversely. Of course, it must have a pixel size that can obtain a current larger than the transistor signal outline noise level. In other words, the area receiving X-rays is proportional to the amount of electrons generated. In other words, the image sensor adopting the multi-channel of the present invention has a small area for receiving X-rays, but electron amplification occurs in the CsI tube, so the current value flowing in the drain terminal of the TFT is very large. Therefore, a current larger than the noise current can be obtained in spite of the small area, thereby minimizing the pixel electrode to maximize the resolution. In addition, even if the X-ray dose is reduced, the amplified current can flow even in multiple channels, thereby protecting the human body of the user of the X-ray device or reducing the X-ray exposure of the subject.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전계방출 디스플레이 소자는 다중채널 플레이트을 전계방출 에미터와 형광막사이에 내장함으로서 전자의 고에너지화 및 고에너지 전자 개수의 폭증화를 구현함으로서 종래의 전계방출 디스플레이 소자에 비해 혁신적인 고휘도 디스플레이를 구현할 수 있다. 그리고, 화소의 크기가 작아도 고밀도 고에너지 전자에 의한 형광체의 발광량이 매우 크므로 해상도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 고에너지 전자에 의해서만 발광되는 고전압용 형광체에도 적용이 가능하고, TFT-LCD 패널 제작에서 사용하는 3 ~5 ㎛ 구형 스페이서를 산포하여 상부패널과 하부패널을 패키징하므로 종래와 같이 50 ~ 1000 ㎛의 높은 스페이서를 구성해야하는 어려움이 없다. 또한, 종래의 방법이 패키징이후 에미터의 동작에 지장을 주지 않는 상당한 수준의 진공도를 요하나, 본 발명은 진공 패키징이후 약간의 공기가 흡입되어 진공도가 악화되어도 전계방출 에미터에서의 방출전자 밀도가 낮아져도 다중채널 증폭기에서의 전자량이 회복되므로 양호한 디스플레이 소자를 구현할 수 있다. 즉 진공도에 따른 디스플레이의 안정성을 높일수 있다. 전계방출 에미터에서의 방출 전자 밀도가 종래의 밀도에 못미쳐도 다중채널에서 전자증폭을 이룰수 있으므로 전계방출 에미터의 게이트 전압을 종래의 상용 전압보다 낮추어 전력 소비량을 낮출 수 있으며 전계방출 에미터의 게이트 전압을 낮출수 있어 그에 따라 전계방출 게이트 절연막의 누설전류를 감소시켜 소자의 수명을 연장시키거나 혹은 전계방출 게이트 절연막의 두께를 낮출수 있다.In addition, the field emission display device according to the second embodiment of the present invention implements a conventional field emission by embodying a high energy of electrons and an explosion of a number of high energy electrons by embedding a multi-channel plate between a field emission emitter and a fluorescent film. Innovative high brightness displays can be realized compared to display devices. Further, even if the size of the pixel is small, the amount of light emitted by the phosphor by the high density high energy electron is very large, so that the resolution can be improved. In addition, it can be applied to high-voltage phosphors that emit light only by high-energy electrons, and the upper and lower panels are packaged by distributing 3 to 5 μm spherical spacers used in manufacturing TFT-LCD panels. There is no difficulty to construct a high spacer. In addition, while the conventional method requires a considerable degree of vacuum that does not interfere with the operation of the emitter after packaging, the present invention provides a discharge electron density in the field emission emitter even if some degree of air is sucked up and deteriorated in vacuum after the vacuum packaging. Even if it is lower, the amount of electrons in the multichannel amplifier is recovered, so that a good display device can be realized. That is, the stability of the display according to the degree of vacuum can be improved. Even if the emission electron density in the field emission emitter is less than the conventional density, electron amplification can be achieved in multiple channels, so that the gate voltage of the field emission emitter can be lowered than the conventional commercial voltage, thereby reducing power consumption and the gate of the field emission emitter. The voltage can be lowered, thereby reducing the leakage current of the field emission gate insulating film, thereby extending the life of the device, or reducing the thickness of the field emission gate insulating film.
상기와 같은 다양한 장점을 갖는 본 발명에 따른 디스플레이 소자는 TFT-LCD 또는 유기 EL 디스플레이보다 고휘도를 구현할 수있고, 종래의 전계방출 디스플레이 소자가 갖는 단점인 진공도 유지문제, 상하패널의 간격유지를 위한 좁고 높은 스페이서 형성문제와 높은 소비전력 문제, 해상도 문제, 아킹 문제등이 일거에 해결될 수 있으며 현재로서는 저전압용 형광체 개발이 난관에 부디쳐 있음을 상기 할 때 본 발명은 고전압용 형광체에도 충분히 대응되는 디스플레이 소자로서 필요적절안 발명이다.The display device according to the present invention having various advantages as described above can implement a higher brightness than a TFT-LCD or an organic EL display, and the problem of maintaining the vacuum degree, which is a disadvantage of the conventional field emission display device, and narrowing the gap between the upper and lower panels. In view of the fact that high spacer formation problems, high power consumption problems, resolution problems, arcing problems, and the like can be solved at once, the present invention is sufficiently compatible with high voltage phosphors when the low voltage phosphor development is in trouble. It is a suitable invention as an element.
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