JP4989415B2 - 有機電界発光表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は有機電界発光表示装置及びその製造方法に関し、詳しくは駆動トランジスタのスレッショルド電圧を補償することができる補償回路を含み、製造工程及び開口率の低下を最小化す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(Organic Light Emitting Diode Display Device and Fabrication method of the same)に関するものである。
平板表示装置(Flat Panel Display Device)は、軽量及び薄型などの特性から陰極線管表示装置(Cathode−ray Tube Display Device)を代替する表示装置として用いられている。このような平板表示装置の代表例として液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device;LCD)と有機電界発光表示装置(Organic Light Emitting Diode Display Device;OLED Display Device)がある。このうち、有機電界発光表示装置は液晶表示装置に比べて輝度特性及び視野角特性が優秀であり、バックライトを必要とせず、超薄型として具現できるという長所がある。
このような有機電界発光表示装置は、有機薄膜に陰極(カソード)と陽極(アノード)を介して注入された電子と正孔が再結合して励起子を形成し、形成された励起子からのエネルギーにより特定波長の光が発生される現象を利用した表示装置である。
前記有機電界発光表示装置は駆動方法によって受動駆動(パッシブマトリクス)方式と能動駆動(アクティブマトリクス)方式とで分類されていて、能動駆動方式は薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)を利用した回路を有する。受動駆動方式は、その表示領域が陽極と陰極によって単純にマトリックス形態の素子で構成されていて製造が容易であるという長所を有するが、解像度、駆動電圧の上昇、材料寿命の低下などの問題により低解像度及び小型ディスプレイの応用分野として制限される。能動駆動方式は表示領域の画素ごとに薄膜トランジスタを装着することで、画素ごとに一定電流が供給されて安定的な輝度を示すことができる。また、電力消耗が少なく高解像度及び大型ディスプレイが具現できるという重要な役割をする。
前記能動駆動方式の有機電界発光表示装置は、前記薄膜トランジスタの製造工程上の問題により各画素における駆動トランジスタのスレッショルド電圧が不規則な偏差を有することとなり、このようなスレッショルド電圧の不規則な偏差は前記有機電界発光表示装置の輝度ばらつきを誘発するので、前記スレッショルド電圧の偏差を補償するために前記有機電界発光表示装置は多様な形態の補償回路を含む画素回路を有することになる。
しかしながら、前述のような有機電界発光表示装置の画素回路は、駆動トランジスタのスレッショルド電圧偏差を補償するために複数の薄膜トランジスタ及び1つまたは複数のキャパシタが形成されて、画素回路が複雑となって信頼性が低下したり、工程が複雑となったりする問題点がある。
特開2003−167533号公報 大韓民国特許第0599727号明細書 大韓民国特許公開第2006−0019022号明細書 大韓民国特許公開第2006−0063254号明細書
したがって、本発明の目的は、前述のような従来技術の問題点を解決しようとするもので、駆動トランジスタのスレッショルド電圧を補償する薄膜トランジスタ及びキャパシタの個数を最小化し、前記スレッショルド電圧補償に用いられる薄膜トランジスタ及びキャパシタを簡単な工程から形成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ことにある。
本発明の前記目的は、第1キャパシタ領域、第2キャパシタ領域及び薄膜トランジスタ領域を含む基板と、前記基板の第1キャパシタ領域上に位置し、不純物ドーピングされた第1領域を含む第1半導体層、第1電極及び前記第1半導体層と第1電極との間に位置する第1絶縁膜を含む第1キャパシタと、前記基板の第2キャパシタ領域上に位置し、第2半導体層、第2電極及び前記第2半導体層と第2電極との間に位置する第2絶縁膜を含む第2キャパシタと、前記基板の薄膜トランジスタ領域上に位置し、ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域を含む第3半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極及びソース/ドレイン電極を含む複数の薄膜トランジスタと、前記第1キャパシタ上に位置し、前記第1領域と電気的に接続する第1電源電圧供給ラインと、前記複数の薄膜トランジスタ上に位置し、1つまたは複数の有機発光層を含む有機電界発光ダイオードと、を含む有機電界発光表示装置によって達成される。
また、本発明の前記目的は、第1キャパシタ領域、第2キャパシタ領域及び薄膜トランジスタ領域を含む基板を提供する段階と、前記第1キャパシタ領域、第2キャパシタ領域及び薄膜トランジスタ領域に第1半導体層、第2半導体層及び第3半導体層を形成する段階と、前記第1半導体層上に第1絶縁膜を形成する段階と、前記第2半導体層上に第2絶縁膜を形成する段階と、前記第3半導体層上にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上に前記第1半導体層の一部領域に対応する第1電極を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上に前記第2半導体層に対応する第2電極を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上に前記第3半導体層の一部領域に対応するゲート電極を形成する段階と、前記第1電極、第2電極及びゲート電極をマスクとして不純物ドーピングする段階と、前記第1半導体層の第1領域及び第3半導体層のソース/ドレイン領域を形成する段階と、前記第1電極、第2電極及びゲート電極上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜に前記第1領域の一部及び前記ソース/ドレイン領域の一部を露出させる第1コンタクトホール及び第2コンタクトホールを形成する段階と、前記第1コンタクトホールを介して前記第1領域と接続する第1電源電圧供給ラインを形成する段階と、前記第2コンタクトホールを介して前記第3半導体層のソース/ドレイン領域と接触するソース/ドレイン電極を形成する段階と、前記ソース/ドレイン電極及び第1電源電圧供給ライン上に1つまたは複数の有機膜層を含む有機電界発光ダイオードを形成する段階と、を含む有機電界発光表示装置の製造方法によって達成される。
したがって、本発明に係る有機電界発光表示装置は、駆動トランジスタのスレッショルド電圧を補償するためのキャパシタをMOS型キャパシタに形成して前記駆動トランジスタのスレッショルド電圧補償に用いられる薄膜トランジスタとキャパシタを容易に製造できる効果がある。
また、前記MOS型キャパシタの半導体層を第1電源電圧供給ラインと接続させ、前記MOS型キャパシタがいつも飽和状態で作動することによって、前記MOS型キャパシタを含む有機電界発光表示装置の画素構造を安定的に駆動できる効果がある。
本発明における前記目的と技術的構成及びその作用効果に関する詳細は、本発明の好適な実施形態を示す図面を参照して以下詳細な説明によりさらに明確に理解することができる。さらに、図面において、層及び領域の厚みは明確性をあたえるために誇張して図示されたものである。また、明細書全体にわたって同じ参照番号は、同様の構成要素を示していて、ある部分が他の部分と「接続」されているとした場合は、「直接的に接続」されている場合のみでなく、その間に、他の素子も含んでいる「電気的に接続」されている場合も含むものとする。
図1Aは本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の画素回路を示す回路図であり、図2は本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の画素構造を示す平面図である。
図1A及び図2を参照すると、本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の画素は、有機電界発光ダイオードOLED、駆動トランジスタTr1、第1スイッチングトランジスタTr2、第2スイッチングトランジスタTr3、第1キャパシタC1及び第2キャパシタC2を含む。
前記駆動トランジスタTr1は、前記有機電界発光ダイオードOLEDと第2ノードN2との間に電気的に接続され、第1ノードN1の電圧により前記有機電界発光ダイオードOLEDに駆動電流を印加する。
前記第1スイッチングトランジスタTr2は、前記データラインDmと第1ノードN1との間に電気的に接続され、前記スキャン信号により前記データ信号を前記第1ノードN1に伝達する。
前記第2スイッチングトランジスタTr3は、前記第2ノードN2と第1電源電圧供給ラインVDDとの間に電気的に接続され、前記制御信号により第1電源電圧を前記第2ノードN2に伝達する。
前記第1キャパシタC1は、前記第1電源電圧供給ラインVDDと第1ノードN1との間に電気的に接続され、前記第1ノードN1の電圧と第1電源電圧との差分の電圧を保存する。
前記第2キャパシタC2は、前記第1ノードN1と第2ノードN2との間に電気的に接続され、前記第1ノードN1の電圧と第2ノードN2との電圧の差分の電圧を保存する。
図1Bは、本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置における画素回路の駆動を説明するための波形図である。
図1A、図1B及び図2を参照して本発明の第1実施形態に係る有機電界発光表示装置における画素回路の駆動を説明すると、第1区間T1においてスキャンラインSn及び制御ラインEnを介してローレベルのスキャン信号及び制御信号が印加される。
前記ローレベルのスキャン信号により第1スイッチングトランジスタTr2はターンオンされて第1ノードN1にデータラインDmを介して印加されたデータ信号が伝達されるので、前記第1ノードN1は前記データ信号の電圧と同じ電圧を有し、前記第1ノードN1と第1電源電圧供給ラインVDDとの間に電気的に接続される第1キャパシタC1は前記データ信号の電圧と第1電源電圧との差分の電圧を保存する。
また、前記ローレベルの制御信号により第2スイッチングトランジスタTr3はターンオンされて第2ノードN2に前記第1電源電圧供給ラインVDDを介して印加された第1電源電圧が伝達されるので、前記第2ノードN2は前記第1電源電圧と同じ電圧を有し、前記第2ノードN2と第1ノードN1との間に電気的に接続される第2キャパシタC2は前記第1キャパシタC1と同様に前記データ信号の電圧と第1電源電圧との差分の電圧を保存する。
前記第1区間T1において、前記第2ノードN2に第1電源電圧が伝達され、前記第1ノードN1にデータ信号が伝達されるので、前記駆動トランジスタTr1はターンオンされて、前記第1ノードN1に伝達された前記データ信号の電圧による駆動電流を前記有機電界発光ダイオードOLEDに印加することになるが、前記第1区間T1は後続する第3区間T3に比べて非常に短い区間なので、全体的な輝度には大きな影響を与えない。
続いて、第2区間T2において、スキャンラインSnにローレベルのスキャン信号が印加され、制御ラインEnにハイレベルの制御信号が印加される。
前記ローレベルのスキャン信号Snにより前記第1スイッチングトランジスタTr2は前記第1区間T1と同様にターンオン状態を維持するので、前記第1ノードN1は前記データ信号の電圧を維持し、前記第1キャパシタC1は前記データ信号の電圧と第1電源電圧との差分の電圧を保存する。
前記ハイレベルの制御信号により前記第2スイッチングトランジスタTr3はターンオフされて、前記第2ノードN2に前記第1電源電圧を伝達することができず、前記第1ノードN1と第2ノードN2は駆動トランジスタTr1のゲート端子とソース端子に接続されているので、前記第2キャパシタC2は前記駆動トランジスタTr1のスレッショルド電圧を保存し、前記第2ノードN2は前記データ信号の電圧に前記スレッショルド電圧を加えた値分の電圧を維持する。
したがって、前記第2区間T2において、前記駆動トランジスタTr1は前記第1ノードN1に印加されたデータ信号の電圧によりターンオンされて、前記第1区間T1と同様に前記第1ノードN1に伝達された前記データ信号の電圧による駆動電流を前記有機電界発光ダイオードOLEDに印加するようになるが、前記第2区間T2は後続する第3区間T3に比べて非常に短い区間なので、全体的な輝度には大きな影響を与えない。また、前記第2区間T2において前記第2ノードN2の電圧は前記第1ノードN1の電圧と比べてスレッショルド電圧分の差があるので、前記駆動トランジスタTr1は前記有機電界発光ダイオードOLEDが十分な輝度を示すぐらいの駆動電流を印加することができない。
次に、第3区間T3において、前記スキャンラインSnにハイレベルのスキャン信号を印加され、前記制御ラインEnにローレベルの制御信号が印加される。
前記ローレベルの制御信号により第2スイッチングトランジスタTr3はターンオンされて、前記第2ノードN2は前記第1電源電圧と同じ電圧を有することになって、前記ハイレベルのスキャン信号により前記第1スイッチングトランジスタTr2はターンオフされて、前記第1ノードN1は前記第1キャパシタC1及び第2キャパシタC2のカップリング効果により下記のような電圧を維持する。
Figure 0004989415
ここで、VN1は第1ノードの電圧、Cは第1キャパシタのキャパシタンス、Cは第2キャパシタのキャパシタンス、Vdataはデータ信号の電圧、ELVDDは第1電源電圧、Vthは駆動トランジスタのスレッショルド電圧を表す。
前記第3区間T3において、前記駆動トランジスタTr1は前記第1ノードN1の電圧VN1により前記有機電界発光ダイオードOLEDに駆動電流を印加することになり、前記第1キャパシタC1と第2キャパシタC2のキャパシタンスとの割合を制御すれば前記駆動トランジスタのスレッショルド電圧による輝度のばらつきを最小化することができる。
本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置は3つの薄膜トランジスタと2つのキャパシタを用いて駆動トランジスタのスレッショルド電圧を補償するので、補償回路による開口率の低下を最小化することができる。
続いて、図1A及び図2に示す本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する。
図3Aないし図3Dは、図2のA−A’線の断面図であり、本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を順に説明するための断面図である。
図3Aを参照すると、第1キャパシタ領域Ca、第2キャパシタ領域Cb及び薄膜トランジスタ領域Tを含み、ガラスや合成樹脂、ステンレススチールなどの材質により形成される基板100上に前記第1キャパシタ領域Ca、第2キャパシタ領域Cb及び薄膜トランジスタ領域Tに各々位置する第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116を形成する。ここで、前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116は、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンとすることができ、前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116は他の方法により各々形成することもできる。
前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116は、工程上便宜のために同時に形成するのが好ましく、同一結晶構造を有する多結晶シリコンで形成するのがさらに好ましい。前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116を同時に同一結晶構造で形成する方法では、前記基板100上に非晶質シリコン層(図示せず)を積層し、前記非晶質シリコン層を固相結晶化法(Solid Phase Crystallization:SPC)、急速熱処理方法(Rapid Thermal Annealing:RTA)、金属誘導結晶化(Metal Induced Crystallization:MIC)、金属誘導側面結晶化(Metal Induced Lateral Crystallization:MILC)、エキシマレーザアニリング(Excimer Laser Annealing:ELA)結晶化法及び順次側面固相(Sequential Lateral Solidification:SLS)結晶化法のうちから選択されたいずれか1つを用いて多結晶シリコンに結晶化し、前記多結晶シリコンをパターニングして前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116を形成する方法がある。
また、前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116を多結晶シリコンで形成する場合、非晶質シリコン層の結晶化工程時の前記基板100上の不純物が拡散することを防止するために、前記基板100上にSiN、SiOまたはこれらの積層からバッファ層(図示せず)を形成した後、前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116を形成することもできる。
続いて、図3Bに示すように、前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116を含む基板100上にゲート絶縁膜120を形成する。ここで、図示したものとは違って、前記第1半導体層112及び第2半導体層114上に各々第1絶縁膜(図示せず)と第2絶縁膜(図示せず)を形成し、前記第1キャパシタC1及び第2キャパシタC2のキャパシタンスの割合を制御することができ、前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜上に前記ゲート絶縁膜120をさらに形成したり、形成しなかったりすることもある。
次に、前記ゲート絶縁膜120上に前記第1半導体層112、第2半導体層114及び第3半導体層116に対応できるように、第1電極132、第2電極134及びゲート電極136を形成する。ここで、前記第1電極132及びゲート電極136は、各々前記第1半導体層112及び第3半導体層116よりも小さい面積を有するようにし、前記第1電極132に対応しない第1半導体層112の一部領域及び前記ゲート電極136に対応しない第3半導体層116の一部領域が後続工程である不純物ドーピング工程によりドーピングできるようにする。
ここで、前記第1電極132、第2電極134及びゲート電極136は同一物質で同時に形成することができるが、前記第1電極132及び第2電極134の物質を制御して、前記第1キャパシタC1と第2キャパシタC2とのキャパシタンス比を制御することもでき、本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置における画素回路の平面図である図2を参照すると、図3Cとは違って、前記第1キャパシタC1と第2キャパシタC2との間に薄膜トランジスタTr1のゲート電極136は前記第1キャパシタC1の第1電極132及び前記第2キャパシタC2の第2電極134と物理的に接触するように形成することができる。
続いて、図3Cに示すように、前記第1電極132、第2電極134及びゲート電極136をマスクによって不純物ドーピング工程を行って、前記第1電極132及びゲート電極136に対応しない前記第1半導体層112の一部領域113及び第3半導体層116の一部領域117が不純物ドーピングされるようにする。ここで、前記第1半導体層112のドーピングされた一部領域113は、後続工程を介して形成される第1電源電圧供給ライン152と電気的に接続する領域113になり、前記第3半導体層116のドーピングされた一部領域117は前記基板100の薄膜トランジスタ領域T上に形成される薄膜トランジスタのソース/ドレイン領域117の役割をする。前記第1半導体層112のドーピングされない領域は第1キャパシタC1の下部電極の役割をし、前記第3半導体層116のドーピングされない領域は前記薄膜トランジスタのチャンネル領域の役割をする。
次に、図3Dに示すように、前記第1電極132、第2電極134及びゲート電極136を含む前記基板100上に層間絶縁膜140を形成する。ここで、前述説明と違って、前記不純物ドーピング工程を前記第1電極132、第2電極134及びゲート電極136を形成した後に行わないで、前記層間絶縁膜140を形成した後に行うこともできる。
続いて、前記ゲート絶縁膜120及び層間絶縁膜140をエッチングして、前記第1半導体層112のドーピングされた領域113及び第3半導体層116のドーピングされた領域117中の一部を露出する第1コンタクトホール142及び第2コンタクトホール146を形成し、前記第1コンタクトホール142を介して前記第1半導体層のドーピングされた領域113と接続する第1電源電圧供給ライン152及び前記第2コンタクトホール146を介して前記第3半導体層のドーピングされた領域117と接続するソース/ドレイン電極156を各々形成する。ここで、前記第1電源電圧供給ライン152及びソース/ドレイン電極156は同一物質で形成することができ、同時に形成することもできる。
続いて、図示していないが、通常的な有機電界発光表示装置の製造方法により前記ソース/ドレイン電極146上に有機電界発光ダイオード(図示せず)を形成する。ここで、前記有機電界発光ダイオードは前記ソース/ドレイン電極146と電気的に接続する下部電極、上部電極及び前記2つの電極間に位置する1つまたは複数の有機発光層を含み、前記有機電界発光ダイオードとソース/ドレイン電極146との間には保護膜(図示せず)を形成する。また、前記有機電界発光ダイオードと保護膜との間にはアクリルなどの有機絶縁膜またはシリコン酸化物などの無機絶縁膜である平坦化膜をさらに形成することができる。
結果的に、本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置は、3つの薄膜トランジスタと2つのキャパシタを用いて駆動トランジスタのスレッショルド電圧を最小化しているので、前記駆動トランジスタのスレッショルド電圧を補償するための補償回路により開口率が低下することを最小化しており、前記キャパシタをMOS型キャパシタに形成することによって、前記薄膜トランジスタと同じくキャパシタを形成するようにし、前記有機電界発光表示装置の画素構造を容易に製造できるようにする。
また、前記MOS型キャパシタの半導体層を第1電源電圧供給ラインと電気的に接続させて、前記MOS型キャパシタがいつも飽和状態で作動するようにすることで、前記MOS型キャパシタを含む画素回路が安定的に駆動できるようにする。
本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の画素構造を示す回路図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の画素構造の駆動を説明するための波形図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の画素構造を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光表示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
100 基板
112 第1半導体層
114 第2半導体層
116 第3半導体層
120 ゲート絶縁膜
132 第1電極
134 第2電極
136 ゲート電極
140 層間絶縁膜
152 第1電源電圧供給ライン
156 ソース/ドレイン電極

Claims (10)

  1. 第1キャパシタ領域、第2キャパシタ領域及び薄膜トランジスタ領域を含む基板と、
    前記基板の第1キャパシタ領域上に位置し、不純物ドーピングされた第1領域を含む第1半導体層、第1電極及び前記第1半導体層と第1電極との間に位置する第1絶縁膜を含む第1キャパシタと、
    前記基板の第2キャパシタ領域上に位置し、第2半導体層、第2電極及び前記第2半導体層と第2電極との間に位置する第2絶縁膜を含む第2キャパシタと、
    前記基板の薄膜トランジスタ領域上に位置し、ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域を含む第3半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極及びソース/ドレイン電極を含む複数の薄膜トランジスタと、
    前記第1キャパシタ上に位置し、前記第1領域と電気的に接続する第1電源電圧供給ラインと、
    前記複数の薄膜トランジスタ上に位置し、1つまたは複数の有機発光層を含む有機電界発光ダイオードと、を含み、
    前記複数の薄膜トランジスタは、
    データラインと第1ノードとの間に電気的に接続する第1スイッチングトランジスタと、
    前記第1電源電圧供給ラインと第2ノードとの間に電気的に接続する第2スイッチングトランジスタと、
    前記第2ノードと有機電界発光ダイオードとの間に位置し、前記第1ノードの電圧による駆動電流を前記有機電界発光ダイオードに印加するための駆動トランジスタと、を含み、
    前記第1キャパシタは、前記第1ノードと第1電源電圧供給ラインとの間に電気的に接続され、前記第2キャパシタは、前記第1ノードと第2ノードとの間に電気的に接続される、
    ことを特徴とする有機電界発光表示装置。
  2. 前記第1半導体層、第2半導体層及び第3半導体層は、同一結晶構造を有する
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置。
  3. 前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜は、同一物質である
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置。
  4. 前記第1絶縁膜、第2絶縁膜及びゲート絶縁膜は、同一物質である
    ことを特徴とする請求項3に記載の有機電界発光表示装置。
  5. 前記第1電極は、前記第1半導体層の面積よりも前記第1領域の面積分小さい
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置。
  6. 前記第1電極及び第2電極は、同一物質である
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置。
  7. 前記第1電極、第2電極及びゲート電極は、同一物質である
    ことを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光表示装置。
  8. 前記第1電極と第2電極は、接触している
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置。
  9. 前記第1半導体層の第1領域及び前記第3半導体層のソース/ドレイン領域は、同一不純物によりドーピングされた
    ことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光表示装置。
  10. 前記第1領域及び前記第3半導体層のソース/ドレイン領域は、P型不純物によりドーピングされた
    ことを特徴とする請求項9に記載の有機電界発光表示装置。
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