JP4728309B2 - 有機電界発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機電界発光装置及びその製造方法に関し、より詳細には受光部にも乾式エッチングを加えて受光部にディフェクトサイト（ｄｅｆｅｃｔ ｓｉｔｅ）が形成されたフォトダイオードを具備する有機電界発光装置及びその製造方法に関する。

有機電界発光装置（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）は、自発発光特性を持つ次世代表示素子として、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｄｅｖｉｃｅ）と、ＬＣＤに比べて視野角、コントラスト（ｃｏｎｔｒａｓｔ）、応答速度、消費電力などの側面から優秀な特性を持つ。

有機電界発光装置は、アノード電極、有機薄膜層及びカソード電極で構成される有機電界発光ダイオードを含み、走査線と信号線の間に有機電界発光ダイオードがマトリックス方式で連結されて画素を構成するパッシブマトリックス（ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）方式と、各画素の動作がスイッチの役目をする薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、ＴＦＴによって制御されるアクティブマトリックス（ａｃｔｉｖｅｍａ ｔｒｉｘ）方式で構成されることができる。

図１は、薄膜トランジスターを含む有機電界発光装置を説明するための概略的な断面図である。
基板１０上にバッファー層１１が形成されて、バッファー層１１上にソース及びドレイン領域１２ａ及び１２ｂとチャンネル領域１２ｃを提供する半導体層１２が形成される。半導体層１２上部にはゲート絶縁膜１３によって半導体層１２と絶縁されるゲート電極１４が形成されて、ゲート電極１４を含む全体上部面にはソース及びドレイン領域１２ａ及び１２ｂが露出されるようにコンタクトホールが形成された層間絶縁膜１５が形成される。

層間絶縁膜１５上にはコンタクトホールを通じてソース及びドレイン領域１２ａ及び１２ｂと連結されるソース及びドレイン電極１６ａ及び１６ｂが形成されて、ソース及びドレイン電極１６ａ及び１６ｂを含む全体上部面にはソースまたはドレイン電極１６ａまたは１６ｂが露出されるようにビアホールが形成された平坦化膜１７が形成される。そして、平坦化膜１７上にはビアホールを通じてソースまたはドレイン電極１６ａまたは１６ｂと連結されるアノード電極１８及び発光領域を規定するためにアノード電極１８を所定部分露出させるための画素規定膜１９が形成されて、アノード電極１８上には有機薄膜層２０及びカソード電極２１が形成される。

上記のようにアノード電極１８、有機薄膜層２０及びカソード電極２１で構成される有機電界発光装置は、アノード電極１８とカソード電極２１に所定の電圧が印加されれば、アノード電極１８を通じて注入される正孔とカソード電極２１を通じて注入される電子が有機薄膜層２０で再結合するようになって、この過程で発生されるエネルギーの差によって光を放出する。

ところで、上記のように構成された有機電界発光装置は、光を放出する有機薄膜層２０が有機物質で構成されるから、時間によって有機物質の特性が劣化されて放出される光の輝度が低下されるという問題点があった。また、発光された光が外部に放出されるうちに有機電界発光装置には外部光源から光が入射されるが、外部から入射される光の反射によってコントラストが低下されるという問題点があった。
特願平１０−１６３５１７号公報 大韓民国特許出願公開第２００５−００３１３９７号明細書

したがって、本発明は上記問題点を改善するための発明であり、外部から入射される光の量にしたがって放出される光の輝度が調節されるようにするために、フォトダイオードが具備された有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供するのにその目的がある。

また、フォトダイオードの受光効率を増大させることができる有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供するのに他の目的がある。
本発明の目的は上述の目的等に制限されず、言及されなかったまた他の目的等は下記記載より当業者にとって明確に理解されるであろう。

上述した目的を果たすための有機電界発光装置は、基板上に形成されて、ゲート、ソース及びドレインを含むトランジスターと連結されて、第１電極、有機薄膜層、及び第２電極を含む有機電界発光ダイオードにおいて、前記基板上に形成されて、高濃度のＰドーピング領域、欠陷が形成された真性領域及び高濃度のＮドーピング領域が接合された半導体層を持つフォトダイオード及び前記フォトダイオードから出力される電圧によって前記第１電極及び前記第２電極に印加される電圧を調節することで、前記有機電界発光ダイオードから放出される光の輝度を一定に調節する制御部と、を含む。

また、有機電界発光装置の製造方法は、基板上面に形成されたバッファー層上に第１半導体層及び第２半導体層を形成する段階と、前記第１半導体層に高濃度Ｐドーピング領域、真性領域及び高濃度Ｎドーピング領域を具備したフォトダイオードを形成して、前記第２半導体層にソース及びドレイン領域とチャンネル領域を形成する段階と、前記第１及び第２半導体層を含む全体面上にゲート絶縁膜を形成した後、前記チャンネル領域の上面に位置した前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階、及び前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間絶縁膜とゲート絶縁膜を乾式エッチング方法でパターニングして前記ソース及びドレイン領域、前記高濃度Ｐドーピング領域及び前記高濃度Ｎドーピング領域が露出されるようにコンタクトホールを形成し、前記真性領域を露出させる段階と、を含む。

上述したように本発明によれば、外部から入射される光の量によって放出される光の輝度が調節されるようにするためにフォトダイオードが具備された有機電界発光装置及びその製造方法を提供し、フォトダイオードの受光効率を増大させることができる有機電界発光装置及びその製造方法を提供する。

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例について説明する。
図２は、本発明の一実施例によるフォトダイオードを具備する有機電界発光装置を説明するための断面図である。

有機電界発光装置の発光層を構成する有機物質は、時間の経過とともにその特性が劣化され、これによって有機電界発光装置から放出される光の輝度が低下されるような問題点がある。このような問題点を解決するためにフォトダイオードを利用して外部から入射される光や内部から放出される光を感知して放出される光の輝度を一定に調節する方法が開発された。

しかし、表示装置の大きさ及び厚さがますます減少されるにつれてフォトダイオードの大きさも減少されるため、受光面積及び効率が低下されるという問題点がある。

図２に示されたように、基板１００の所定部分に反射膜１１０が形成される。反射膜１１０は発光領域と接した非発光領域にＡｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、ＡｌまたはＮｉなどの金属で形成される。本発明の一実施例によれば、外部から光が入射される時フォトダイオードを透過した光と基板方向へ進行する光が反射膜１１０によって反射してフォトダイオードに入射されるようにすることで受光効率が増大される。

反射膜１１０を含む基板１００の全体面にはバッファー層１２０が形成される。反射膜１１０上部のバッファー層１２０上には高濃度Ｐドーピング領域１３１、高濃度Ｎドーピング領域１３２と真性領域１３３で構成された半導体層１３０ａが形成されて、半導体層１３０ａと隣接された部分のバッファー層１２０上にはソース及びドレイン領域１３４及び１３５とチャンネル領域１３６が具備された半導体層１３０ｂが形成される。

半導体層１３０ｂ上部にはゲート絶縁膜１４０によって半導体層１３０ｂと絶縁されるゲート電極１５０が形成されて、ゲート電極１５０を含む全体上部面にはソース及びドレイン領域１３４及び１３５が露出されるようにコンタクトホールが形成された層間絶縁膜１６０が形成される。層間絶縁膜１６０上にはコンタクトホールを通じてソース及びドレイン領域１３４及び１３５と連結されるソース及びドレイン電極１７０ａ及び１７０ｂが形成される。

以後のパッケージング順序は、一般的な有機電界発光装置と同様である。ソース及びドレイン電極１７０ａ及び１７０ｂを含む全体上部面にはソースまたはドレイン電極が露出されるようにビアホールが形成された平坦化膜が形成される。そして、平坦化膜上にはビアホールを通じてソースまたはドレイン電極１７０ａまたは１７０ｂと連結されるアノード電極及び発光領域を規定するためにアノード電極を所定部分露出させるための画素規定膜が形成されて、アノード電極上には有機薄膜層及びカソード電極が形成される。有機薄膜層は、正孔輸送層、有機発光層及び電子輸送層が積層された構造で形成されて、正孔注入層と電子注入層がさらに含まれることができる。

上述のようにアノード電極、有機薄膜層及びカソード電極で構成される有機電界発光ダイオードは、アノード電極とカソード電極に所定の電圧が印加されればアノード電極を通じて注入される正孔とカソード電極を通じて注入される電子が有機薄膜層で再結合するようになって、この過程で発生されるエネルギーの差によって光を放出する。このように光が外部に放出されるうちに有機電界発光装置には外部の光源から光が入射されるが、高濃度Ｐドーピング領域１３１、高濃度Ｎドーピング領域１３２と真性領域１３３で構成された半導体層１３０ａで形成されるフォトダイオードは外部から入射される光を受光して光の量による電気信号を発生する。

フォトダイオードは、光信号を電気信号に変換する半導体素子であり、逆バイアス状態すなわち、高濃度Ｐドーピング領域１３１には陰電圧が印加されて、高濃度Ｎドーピング領域１３２には陽電圧が印加される。そして、このような状態で光が入射されれば電子と正孔が真性領域１３３に形成される空乏領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）に沿って移動することで電流が流れるようになる。これによって光の量に比例する電圧を出力するようになる。

したがって、フォトダイオードから出力される電圧によって有機電界発光ダイオードのアノード電極とカソード電極に印加される電圧を調節させる制御部を形成すれば、外部から入射される光の量によって有機電界発光装置によって放出される光の量を調節することができるようになり、結局、有機電界発光装置から放出される光の輝度を一定に調節することができる。

以上のように、本発明の一実施例によれば、外部から光がフォトダイオードに入射される時フォトダイオードを透過した光と、入射されずに基板１００方向へ進行する光が反射膜１１０に反射されてフォトダイオードに入射されるようにすることで受光効率が増大されるようにする。

一般に、フォトダイオードを構成する半導体層１３０ａは、ポリシリコンで形成されるが、５００Å程度に薄く形成されるから、十分な受光効率を得にくい。また、表示装置の大きさ及び厚さが徐徐に減少されることによって、フォトダイオードの大きさも減少されるので、受光効率はさらに低くなる。しかし、本発明の一実施例によれば、反射膜１１０によって受光効率が増大されるためフォトダイオードの大きさの減少が可能になり、これによって表示装置の大きさの減少が容易になる。

図３ａは、本発明の一実施例によるフォトダイオードの半導体層及びその上部層を示す概路図である。
図３ａに図示されるように、一般的にフォトダイオードの半導体層１３０ａは、基板１００、反射膜１１０及びバッファー層１２０上に形成され、ポリシリコンで構成される。半導体層１３０ａは、高濃度Ｐドーピング領域１３１、真性領域１３３、高濃度Ｎドーピング領域１３２で形成される。このような一般的なＰＩＮ構造のフォトダイオードの場合に電子−ホール対（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｈｏｌｅ Ｐａｉｒ）が半導体層の中央部である真性領域１３３で主に発生する。

このような半導体層上にゲート絶縁膜１４０及び層間絶縁膜１６０が形成されて、乾式エッチングをしてコンタクトホールを形成した後、高濃度Ｐドーピング領域１３１及び高濃度Ｎドーピング領域１３２と連結されるそれぞれの電極１８０ａ、１８０ｂが形成される。

現在、有機電界発光装置の製造工程において、半導体層１３０ａ、１３０ｂはポリシリコンで形成される。ポリシリコンを使って製作されたフォトダイオードは非晶質シリコンを利用した場合より光に対する敏感度が落ちるという短所がある。これを乗り越えるために図３ｂで説明される方法が用いられる。

図３ｂは、本発明の他の実施例によるフォトダイオードの半導体層及びその上部層を示す概路図である。
図３ｂで図示されるように、フォトダイオードの半導体層１３０ａは、基板１００、反射膜１１０及びバッファー層１２０上に形成されて、ポリシリコンで構成される。半導体層１３０ａは高濃度Ｐドーピング領域１３１、真性領域１３３、高濃度Ｎドーピング領域１３２で形成されて、このような半導体層上にゲート絶縁膜１４０及び層間絶縁膜１６０が形成される。

一般的に乾式エッチングをしてコンタクトホールのみを形成したが、本発明の他の実施例では真性領域１３３上部の受光部１９０まで乾式エッチングを行う。その結果、本発明の他の実施例によるフォトダイオードでは乾式エッチングを通じて生成されたコンタクトホールで形成されて、高濃度Ｐドーピング領域１３１及び高濃度Ｎドーピング領域１３２と連結されるそれぞれの電極１８０ａ、１８０ｂと乾式エッチングの結果として真性領域１３３が開放された受光部１９０が具備される。

このように乾式エッチングをすることで、ポリシリコンで形成された半導体層１３０ａの真性領域１３３にプラズマ損傷（Ｐｌａｓｍａ ｄａｍａｇｅ）が加えられて、その結果、真性領域１３３に欠陷（ｄｅｆｅｃｔ ｓｉｔｅ）が生成される。これによって光による電子−ホール対の生成が増加される。

図３ｃは、ディフェクトの密度による光による導電率を示すグラフである。
図３ｃに図示されたように単位体積１ｃｍ^３あたりディフェクトの密度が増加すれば、光による導電率が増加することを実験を通じて分かる。本発明の一実施例では意図的に乾式エッチングをすることで、真性領域１３３に欠陷を増大させて光による電子−ホール対生成の増大を誘導する。

以下では本発明の一実施例による有機電界発光装置の製造方法を図４ａないし図４ｅを参照して説明する。
図４ａを参照すれば、基板１００上にＡｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉなどの金属をスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法などで蒸着した後、所定のマスクを利用した露光及び現象工程でパターニングして所定部分に反射膜１１０を形成する。反射膜１１０を形成するための金属は、光を反射させることができる程度の厚さ、例えば、１００ないし５０００Åの厚さで蒸着する。

本実施例で、基板１００方向へ進行する光を效果的に反射させるためには、反射膜１１０を半導体層１３０ａより広く形成することが望ましい。

図４ｂを参照すれば、反射膜１１０を含む基板１００の全体面にバッファー層１２０及び半導体層１３０を順次形成した後、半導体層１３０をパターニングして反射膜１１０上部には半導体層１３０ａが残留されるようにし、反射膜１１０と隣接された部分のバッファー層１２０上には半導体層１３０ｂが残留されるようにする。

バッファー層１２０は、熱による基板１００の被害を防止するためのもので、シリコン酸化膜ＳｉＯ２やシリコン窒化膜ＳｉＮｘのような絶縁膜で形成し、半導体層１３０は非晶質シリコンやポリシリコンで形成するが、非晶質シリコンを使う場合、熱処理を通じて結晶化させる。

図４ｃを参照すれば、Ｎ型及びＰ型不純物イオン注入工程で半導体層１３０ａには高濃度Ｐドーピング領域１３１、高濃度Ｎドーピング領域１３２と真性領域１３３が具備された一つの半導体層１３０ａを形成し、他の半導体層１３０ｂにはソース及びドレイン領域１３４及び１３５とチャンネル領域１３６を形成する。したがって、一つの半導体層１３０ａには高濃度Ｐドーピング領域１３１、高濃度Ｎドーピング領域１３２と真性領域１３３が具備されたフォトダイオードが形成されて、他の半導体層１３０ｂにはソース及びドレイン領域１３４及び１３５と、ソース及びドレイン領域１３４及び１３５の間のチャンネル領域１３６からなるトランジスターが形成される。

図４ｄを参照すれば、半導体層１３０ａ及び１３０ｂを含む全体面にゲート絶縁膜１４０を形成した後、チャンネル領域１３６上部のゲート絶縁膜１４０上にゲート電極１５０を形成する。

図４ｅを参照すれば、ゲート電極１５０を含む全体面に層間絶縁膜１６０を形成する。そして層間絶縁膜１６０とゲート絶縁膜１４０を乾式エッチング方式でパターニングして半導体層１３０ｂのソース及びドレイン領域１３４及び１３５が露出されるようにコンタクトホールを形成して、コンタクトホールを通じてソース及びドレイン領域１３４及び１３５と連結されるようにソース及びドレイン電極１７０ａ及び１７０ｂを形成する。

また、層間絶縁膜１６０とゲート絶縁膜１４０を乾式エッチング方式でパターニングして半導体層１３０ａの高濃度Ｐドーピング領域１３１及び高濃度Ｎドーピング領域１３２が露出されるようにコンタクトホールを形成して、コンタクトホールを通じて高濃度Ｐドーピング領域１３１及び高濃度Ｎドーピング領域１３２がそれぞれ連結される電極１８０ａ及び１８０ｂを形成する。

前の例では乾式エッチングをしてフォトダイオードとのコンタクトホールのみを形成したが、本発明の他の実施例では真性領域１３３上部の受光部１９０に存在するゲート絶縁膜１４０及び層間絶縁膜１６０まで乾式エッチングを行う。その結果、本発明の他の実施例によるフォトダイオードには乾式エッチングの結果、高濃度Ｐドーピング領域１３１及び高濃度Ｎドーピング領域１３２が露出されるコンタクトホールが形成され、さらに、乾式エッチングの結果により真性領域１３３の上部層までエッチングされた受光部１９０が具備される。

このように乾式エッチングをすることで、ポリシリコンで形成された半導体層１３０ａの真性領域１３３にプラズマ損傷が加えられて、その結果、真性領域１３３に欠陷が生成される。これによって光による電子−ホール対の生成が増加される。

図１は、薄膜トランジスターを含む従来の有機電界発光装置を説明するための概略的な断面図である。 図２は、本発明の一実施例によるフォトダイオードを具備する有機電界発光装置を説明するための断面図である。 図３ａは、本発明の一実施例によるフォトダイオードの半導体層及びその上部層を示す概略図である。 図３ｂは、本発明の他の実施例によるフォトダイオードの半導体層及びその上部層を示す概路図である。 図３ｃは、ディフェクトの密度による光による導電率を示すグラフである。 図４ａは、本発明による有機電界発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 図４ｂは、本発明による有機電界発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 図４ｃは、本発明による有機電界発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 図４ｄは、本発明による有機電界発光装置の製造方法を説明するための断面図である。 図４ｅは、本発明による有機電界発光装置の製造方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１０、１００ 基板
１１、１２０ バッファー層
１２、１３０ａ、１３０ｂ 半導体層
１２ａ、１３４ ソース領域
１２ｂ、１３５ ドレイン領域
１２ｃ、１３６ チャンネル領域
１３、１４０ ゲート絶縁膜
１４、１５０ ゲート電極
１５、１６０ 層間絶縁膜
１６ａ、１７０ａ ソース電極
１６ｂ、１７０ｂ ドレイン電極
１３１ 高濃度Ｐドーピング領域
１３２ 高濃度Ｎドーピング領域
１３３ 真性領域

Claims (6)

1. 基板上に形成されて、ゲート、ソース及びドレインを含むトランジスターと連結されて、第１電極、有機薄膜層及び第２電極を含む有機電界発光ダイオードと、
   前記基板上に形成されて、高濃度Ｐドーピング領域、絶縁膜が除去されて露出し、欠陷が形成された真性領域及び高濃度Ｎドーピング領域が接合された半導体層を持つフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードから出力される電圧によって前記第１電極及び前記第２電極に印加される電圧を調節することで、前記有機電界発光ダイオードから放出される光の輝度を一定に調節する制御部と、を含み、
   前記フォトダイオード及び装置全体の小型化を図るために、前記基板上面と前記フォトダイオードの下面との間で形成されて、外部から入射される光を前記フォトダイオードへ反射させる反射膜をさらに含むことを特徴とする有機電界発光装置。
2. 前記反射膜が、Ａｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ及びＮｉを含む群より選択された一つで形成されることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光装置。
3. 前記反射膜が、１００ないし５０００Åの厚さで形成されることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光装置。
4. 基板上面に形成されたバッファー層上に第１半導体層及び第２半導体層を形成する段階と、
   前記第１半導体層に高濃度Ｐドーピング領域、真性領域及び高濃度Ｎドーピング領域を具備したフォトダイオードを形成し、
   前記第２半導体層にソース及びドレイン領域とチャンネル領域を形成する段階と、
   前記第１及び第２半導体層を含む全体面上にゲート絶縁膜を形成した後、前記チャンネル領域の上面に位置した前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、
   前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成した後、前記層間絶縁膜とゲート絶縁膜を乾式エッチング方法でパターニングして前記真性領域を露出させて欠陥を生じさせると共に、前記ソース及びドレイン領域、前記高濃度Ｐドーピング領域及び前記高濃度Ｎドーピング領域を露出させてコンタクトホールを形成し、さらに該コンタクトホールを通じて前記高濃度Ｐドーピング領域及び高濃度Ｎドーピング領域がそれぞれ連結される電極を形成する段階と、
   前記乾式エッチング方式でパターニングして前記第２半導体層のソース及びドレイン領域が露出されたコンタクトホールを通じてソース及びドレイン領域と連結されるようにソース及びドレイン電極を形成し、これらソース又はドレイン電極と連結されるアノード電極、有機薄膜層及びカソード電極で構成される有機発光ダイオードを形成する段階と、を含み、
   前記フォトダイオード及び装置全体の小型化を図るために、前記基板上面と前記フォトダイオードの下面との間に反射膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする有機電界発光装置の製造方法。
5. 前記反射膜をＡｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ及びＮｉを含む群より選択された一つで形成することを特徴とする請求項４記載の有機電界発光装置の製造方法。
6. 前記反射膜を１００ないし５０００Åの厚さで形成することを特徴とする請求項４記載の有機電界発光装置の製造方法。

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