KR100248392B1 - 유기물전계효과트랜지스터와결합된유기물능동구동전기발광소자및그소자의제작방법 - Google Patents

유기물전계효과트랜지스터와결합된유기물능동구동전기발광소자및그소자의제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기물 전계효과 트랜지스터로 구동·조절되는 유기물 전기 발광소자에 관한 것으로서, 유기물 전기 발광소자와 그 소자를 구동하는 유기물 전계효과 소자가 하나의 소자로 결합함으로써, 유기물 트랜지스터를 유기물 전기 발광소자의 구동 및 조절에 응용할 경우, 무기물 트랜지스터를 사용하는 경우에 비하여, 첫째 기계적 구부림이 가능하고, 둘째 진공 증착 또는 스핀 코팅을 이용하여 무기물 트랜지스터 제작시에 비해 완화된 조건하에서 쉽게 박막을 형성할 수 있으므로 유기물 전기발광소자와의 결합을 통해 유기물 전기 발광 개별 화소의 구동 및 조절이 용이한 대면적 유기물 전기 발광 표시판을 제작할 수 있다. 또한, 박막 전기 발광소자에서 박막화에 따른 소자의 소형화에 있어서도 무기물 트랜지스터에 비해 간단한 공정과 저가로 구동 부분을 소형, 박막화함과 더불어 집적화를 통해 전체적인 발광소자의 크기를 소형화할 수 있는 소형 박막 표시 소자의 제작이 용이해지고, 발광소자의 구동 및 조절을 위한 부분인 박막 트랜지스터를 유기물로 제작할 수 있기 때문에 전체적인 구부림이 가능한 전기 발광소자의 제작을 실현할 수 있는 효과가 있다.

Description

유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법
본 발명은 유기물 전계효과 트랜지스터로 구동·조절되는 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법에 관한 것이다.
종래의 유기물 전기 발광소자의 경우, 소자의 발광 부분과 이를 구동하는 트랜지스터의 부분이 서로 독립되어 있고, 트랜지스터 부분이 무기물로 제작되므로 소자의 전체적인 크기가 커지게 되며, 기계적 변형에 대해 약하다는 단점을 가지게 된다.
상기 단점을 개선하기 위해 본 발명은, 유기물 전기 발광소자와 유기물 전계효과 트렌지스터가 하나로 결합하여, 제작공정을 단순화시키고, 소자의 크기를 최소화시키고, 표시판 제작시 화소의 구동 및 조절이 용하도록 하고, 기계적 구부림이 가능하도록 하는 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 유기물 전계효과 트랜지스터를 이용한 유기물 전기발광소자의 단면도.
도 2a에서 도 2e는 본 발명에 따른 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자의 제작 공정도.
도 3은 본 발명에 따른 유기물 전기 발광소자의 구동 회로 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 투명한 플라스틱 기판2 : 게이트 전극(G)
3 : 유기물 게이트 절연층4 : 유기물 반도체층
5 : 소스 전극(S)6 : 드레인 전극(D)
7 : 반투명 전극 8 : 유기물 발광층
9 : 금속 전극10,17 : 게이트 전압(VG)
11,18 : 소스 전압(VSD)12 : 유기물 전기 발광소자(OLED)
13 : 소스(S)14 : 게이트
15 : 드레인(D)16 : 소스와 드레인간의 전류(ISD)
17 : 게이트 전압(VG)
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유기물 전기 발광소자는, 투명한 플라스틱 기판과, 기판위에 유기물 발광층이 입혀질 부분으로 형성되는 반투명 전극층(ITO)과, 반투명 전극층이 형성되지 않은 부분에 형성된 유기물 트랜지스터의 게이트 전극(G)과, 게이트 전극 위에 진공 증착 혹은 스핀 코팅 방법으로 형성된 유기물 게이트 절연층과, 게이트 절연층의 상부에 진공 증착 또는 스핀 코팅 방법을 이용하여 일정 두께로 형성된 유기물 반도체층과, 유기물 반도체층 상부에 진공증착을 이용하여 전기 전도도가 높은 금속으로 형성한 소오스 전극 및 드레인 전극과, 유기물 반도체층 위에 형성되는 반대쪽 끝에 반투명 전극층 상부에 적층되는 유기물 발광층과, 유기물 발광층의 상부에 반투명 전극보다 일함수가 적은 진공 증착 등의 방법을 이용하여 형성한 금속 전극으로 이루어진다.
또한 유기물 전기 발광소자의 제작방법은, 투명한 플라스틱 기판위에 유기물 발광층과 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하는 과정과, 그 게이트 전극 형성 후, 전계효과를 일으키기 위해 유기물 게이트 절연층을 형성하는 과정과, 게이트 절연층 상부에 유기물 반도체층을 형성하는 과정과, 유기물 반도체층 형성 후, 유기물 반도체층 위에 반대쪽 끝은 반투명 전극과 접촉할 수 있도록 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 과정과, 반투명 전극위의 발광층 상부에 일함수가 적은 금속을 형성하는 과정을 포함하여 구성된다.
이와같은 본 발명은 유기물 발광소자와 하나의 기판 위에 결합된 유기물 전계효과 트랜지스터를 통하여 유기물 발광층에 흐르는 전류를 조절함으로써, 유기물 발광소자 부분의 스위칭 및 전기 발광에 의해 발생되는 빛의 세기 조절을 가능하게 하며, 대면적 디스플레이 활용시 집적화된 화소의 개별 구동이 가능하고, 플라스틱 기판을 사용할 경우 전체 디스플레이의 기계적 구부림이 가능할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 유기물 전계효과 트랜지스터를 이용한 유기물 전기발광소자의 단면도로서, 유기물을 이용한 전계효과 트랜지스터와 유기물 전기 발광소자가 하나의 기판에 결합, 제작된 소자의 단면을 나타낸 것이다.
그 유기물 전기 발광소자의 구성을 살펴보면, 투명한 플라스틱 기판(1) 위에 유기물 발광층이 입혀질 부분을 반투명 전극층(ITO)(7)으로 형성하고, 반투명 전극층이 형성되지 않은 부분에는 유기물 트랜지스터의 게이트 전극(Gate electrode, G)(2)을 형성한 후, 게이트 전극(2) 위에 진공 증착 혹은 스핀 코팅 방법으로 유기물 게이트 절연층(Gate dielectrics)(3)을 형성하고, 게이트 절연층(3)의 상부에 진공 증착 또는 스핀 코팅 방법을 이용하여 일정 두께로 유기물 반도체층(Organic semiconductors)(4)을 형성하고, 진공증착을 이용하여 소스 전극(Source electrode, S)(5)과 드레인 전극(Drain electrode, D)(6)을 전기 전도도가 높은 금속으로 형성한 후, 유기물 반도체층 위에 형성되는 반대쪽 끝에 반투명 전극(Semitransparent electrode) 상부에 유기물 발광층(8)을 입힌 후 발광층의 상부에 반투명 전극보다 일함수가 적은 금속 전극(Metal cathode)을 진공 증착 등의 방법을 이용하여 형성한다.
도 2a에서 도 2e는 본 발명에 따른 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자의 제작 공정도이다.
먼저, 도 2a를 참조하여 설명하면, 투명한 플라스틱 기판(1) 위에 발광층이 입혀질 부분을 반투명 전극층(ITO)(7)으로 형성한다.
반투명 전극층이 형성되지 않은 부분에는 유기물 트랜지스터의 게이트 전극(Gate, G)(2)을 진공 증착 등의 방법을 이용하여 1000Å 이내의 두께로 형성한다.
이때 게이트 전극 물질은 일반적으로 크롬/금(Cr/Au) 또는 티타늄/금(Ti/Au) 등을 사용하여 순서대로 코팅하게 된다.
도 2b를 참조하여 설명하면, 게이트 전극(2)의 형성 후, 상기 유기물 게이트 절연층(3)을 진공 증착, 혹은 스핀 코팅 방법으로 형성하여 유기물 반도체층(4)에 전계효과를 발생시킨다.
이때 형성되는 게이트 절연층(3)은 3 ㎛ 이내의 두께로 게이트 전극을 충분히 덮을 수 있어야 하고, 전기 전도도는 10-14S/㎝ 이하로 높은 전기 절연성을 가져야 한다.
도 2c를 참조하여 설명하면, 상기 게이트 절연층(3)의 상부에 유기물 반도체층(4)을 진공 증착 또는 스핀 코팅 등의 방법을 이용하여 100 nm 이하의 두께로 형성한다.
유기물 반도체층의 두께가 두꺼울 경우, 유기물 반도체층을 통하여 반도체층의 상부에 형성되는 소스 전극(5)과 드레인 전극(6) 사이를 흐르는 전류를 증가시킬 수 있으나, 게이트 전압(VG) 인가시 유기물 반도체층 내부의 공핍층(depletion region) 성장에 영향을 미치고, 이에 따라 핀치-오프 전압(pinch-off voltage)이 상승하는 역효과를 가져온다.
도 2d를 참조하여 설명하면, 상기 유기물 반도체층(4)을 형성한 후, 진공 증착을 이용하여 소스 전극(Source, S)(5)과 드레인 전극(Drain, D)(6)을 금(Au)과 같이 전기 전도도가 매우 높은 금속으로 형성한다.
전기 전도도가 높은 금속을 사용함으로써, 유기물 반도체층과 금속간의 접촉 저항을 줄이고, 이를 통해 소스 전극으로부터 유기물 반도체층을 통해 드레인 전극으로 흐르는 전류의 흐름을 쉽게 할 수가 있다.
형성되는 소스 전극과 드레인 전극간의 간격, 즉 채널 거리(channel length)는 10 ㎛ 이하로 유지할 수 있어야 한다.
만일 체널 거리가 너무 넓을 경우 소스 전극과 드레인 전극간의 스위칭 전류에 대한 일정 전계를 유지하기 위해 상대적으로 인가 전압이 상승하게 되고, 이러한 인가 전압의 상승으로 인해 트랜지스터의 소비 전력이 증가하게 된다.
상기 도 1에 나타난 바와 같이 유기물 반도체층 위에 형성되는 드레인 전극(6)의 반대쪽 끝은 반투명 전극(7)과 접촉할 수 있도록 한다.
상기와 같은 구조를 형성함으로써, 반투명 전극으로부터 반투명 전극의 상부에 형성되는 유기물 발광층(8)으로 주입되는 전자 또는 정공을 조절할 수 있다.
도 2e를 참조하여 설명하면, 상기 반투명 전극 위에 유기물 발광층(8)을 입힌 후, 최종적으로 발광층의 상부에 반투명 전극보다 일함수가 1.5∼2 eV 정도로 적은 금속(칼슘 또는 마그네슘 등)(9)을 진공 증착 등의 방법으로 형성한다.
도 3은 본 발명에 따른 유기물 전기 발광소자의 구동 회로구성도이다.
상기 형성된 소자의 전체적인 전기적 구동회로로서, 즉 유기물 발광층이 유기물 트랜지스터의 게이트와 드레인 전극 사이에 위치함으로써 전체적으로는 유기물 트랜지스터와 유기물 전기 발광소자가 직렬로 연결된 형태이다.
유기물 발광소자의 전기 발광을 조절하기 위해서는 먼저 소스 전극과 드레인 전극 사이에 인가되는 전압(VSD)을 발광소자의 발광 개시 전압(Vturn-on)까지 증가시킨다.
발광 개시 전압에서, 게이트 전압(VG)을 증가 또는 감소시킴으로써, 유기물 반도체층 내부에서 일어나는 전계효과를 통하여 소스와 드레인간의 전류(ISD), 즉 유기물 발광층에 흐르는 전류를 조절할 수 있다.
상기와 같이 전류의 흐름을 제어함으로써, 발광층에서 발생되는 빛의 세기를 조절하거나, 발생되는 빛을 스위칭할 수 있게 된다.
상기 사항을 적용하기 위해서는 다음과 같은 조건이 필요하다.
먼저 유기물 발광 표시 부분을 형성하는 발광 유기물의 전기적 저항값이 유기물 트랜지스터의 스위칭 저항 범위내에 존재할 수 있어야 한다.
즉 발광 유기물의 전기적 저항(REL)이 유기물 트랜지스터가 ON 상태일 때의 전기적 저항(RON)보다는 크고, OFF 상태일 때의 전기적 저항(ROFF)보다는 작아야 한다.
따라서 본 발명은 표시 소자를 구성하는 유기물 발광층들이 상기와 같은 전기적 조건, 즉 RON<REL<ROFF을 만족할 때를 가정하여 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 유기물 전기 발광 표시 소자의 개발에 있어서 전기 발광 부분의 구동 및 조절을 유기물 박막 트랜지스터를 이용하여 하나의 소지로 결합함으로써, 첫째 낮은 제조가격과 쉬운 공정으로 표시 소자를 제작할 수 있고, 둘째 구동 및 조절 부분을 유기물 트랜지스터를 이용함으로써, 유기물 전기 발광소자 전체의 기계적 구부림을 실현할 수 있게 되어 두루말이식 벽걸이 TV 스크린의 제작 가능성을 높일 수가 있고, 셋째 대면적 표시판의 제작시 집적화된 제작을 통해 개별 화소의 구동 및 조절을 쉽게 할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (7)

  1. 유기물 전기 발광 표시 소자에 있어서,
    투명한 플라스틱 기판(1)과,
    기판(1)위에 유기물 발광층이 입혀질 부분으로 형성되는 반투명 전극층(ITO)(7)과,
    반투명 전극층이 형성되지 않은 부분에 형성된 유기물 트랜지스터의 게이트 전극(G)(2)과,
    게이트 전극(2) 위에 진공 증착 혹은 스핀 코팅 방법으로 형성된 유기물 게이트 절연층(3)과,
    게이트 절연층(3)의 상부에 진공 증착 또는 스핀 코팅 방법을 이용하여 일정 두께로 형성된 유기물 반도체층(4)과,
    유기물 반도체층(4) 상부에 진공증착을 이용하여 전기 전도도가 높은 금속으로 형성한 소오스 전극(5) 및 드레인 전극(6)과,
    유기물 반도체층(4) 위에 형성되는 반대쪽 끝에 반투명 전극층(7) 상부에 적층되는 유기물 발광층(8)과,
    유기물 발광층(8)의 상부에 반투명 전극보다 일함수가 적은 진공 증착 등의 방법을 이용하여 형성한 금속 전극(9)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
  2. 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자의 제작방법에 있어서,
    투명한 플라스틱 기판(1)위에 유기물 발광층과 트랜지스터의 게이트 전극(2)을 형성하는 제 1 과정과;
    그 게이트 전극(2) 형성 후, 전계효과를 일으키기 위해 유기물 게이트 절연층(3)을 형성하는 제 2 과정과;
    게이트 절연층(3) 상부에 유기물 반도체층(4)을 형성하는 제 3 과정과;
    유기물 반도체층(4) 형성 후, 유기물 반도체층 위에 반대쪽 끝은 반투명 전극(7)과 접촉할 수 있도록 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 제 4 과정과;
    반투명 전극위의 발광층 상부에 일함수가 적은 금속을 형성하는 제 5 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 과정은
    투명한 플라스틱 기판(1) 위에 발광층이 입혀질 부분을 반투명 전극층(ITO)(7)으로 형성하는 제 1 단계와;
    반투명 전극층이 형성되지 않은 부분에는 크롬/금(Cr/Au) 또는 티타늄/금(Ti/Au)을 사용하여 순서대로 코팅한 유기물 트랜지스터의 게이트 전극(G)(2)을 진공 증착의 방법을 이용하여 일정 두께로 형성하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 과정은
    유기물 게이트 절연층(3)을 일정 두께로 게이트 전극을 충분히 덮을 수 있도록 하고, 전기 전도도는 일정 범위 이하로 높은 전기 절연성을 가지도록 진공 증착, 혹은 스핀 코팅 방법으로 유기물 반도체층(4)에 전계효과를 발생시키도록 형성하는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 과정은
    게이트 절연층(3)의 상부에 유기물 반도체층(4)을 진공 증착 또는 스핀 코팅 등의 방법을 이용하여 일정 두께 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제 4 과정은
    진공 증착을 이용하여 소오스 전극과 드레인 전극을 금(Au)과 같이 전기 전도도가 매우 높은 금속으로 형성하는 제 1 단계와;
    유기물 반도체층 위의 드레인 전극(6)은 반대쪽 끝이 반투명 전극(7)과 접촉할 수 있도록 형성하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 5 과정은
    반투명 전극 위에 유기물 발광층(8)을 입히는 제 1 단계와;
    유기물 발광층을 입힌 후 발광층 상부에 반투명 전극보다 일함수가 적은 칼슘 또는 마그네슘과 같은 금속(9)을 진공 증착 등의 방법으로 형성하는 제 2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 전계효과 트랜지스터와 결합된 유기물 전기 발광소자 및 그 소자의 제작방법.
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