KR100681250B1 - 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의제조 방법 - Google Patents

비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 일함수가 비대칭인 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 금속과 유기 발광 물질막 사이에 접촉저항을 줄여 높은 발광 효율을 갖는 소자를 구현할 수 있는 효과가 있다.
유기, 일함수, 트랜지스터, 발광

Description

비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의 제조 방법 { Organic light emitting transistor with asymmetric electrode structure and method for fabricating the same }
도 1a 내지 1f는 본 발명에 따른 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도
도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 트랜지스터를 이용한 디스플레이 패널의 개략적인 평면도
도 3은 본 발명에 따른 유기 발광 트랜지스터를 이용한 디스플레이 패널의 개략적인 평면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 기판 11 : 게이트 전극
12 : 절연막 13a,13b,13c,13d : 소스 전극
14a,14b,14c,14d : 드레인 전극 15,15a,15b,15c : 유기 발광 물질막
16 : 보호막 21,22,23 : 유기 발광 물질
31,32,33 : 컬러 필터
본 발명은 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일함수가 비대칭인 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 금속과 유기 발광 물질막 사이에 접촉저항을 줄여 높은 발광 효율을 갖는 소자를 구현할 수 있는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 디스플레이 형태로 개발 및 생산되고 있는 유기 발광 다이오드는 능동소자를 포함하고 있지 않은 수동방식(Passive Matrix)과 능동소자를 포함한 능동방식(Active Matrix)으로 구별된다.
수동방식은 별도의 능동소자가 없는 관계로 고해상도, 고품질의 화상을 얻기가 매우 힘들기 때문에, 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한 능동방식의 유기 이엘(EL)을 중심으로 개발이 이루어지고 있다.
하지만, 유기 이엘은 기존의 액정 디스플레이(LCD)와는 달리 전압구동 방식이 아닌 전류구동 방식이기 때문에 전류를 제어하기 위한 별도의 회로가 필요하다.
현재, 개발되는 있는 방식으로는 2개의 트랜지스터와 1개의 캐패시터를 포함한 구동회로, 4개의 트랜지스터와 2개의 캐패시터를 포함한 구동회로 등이 있다. 하지만, 하나의 픽셀을 구성하는데 있어서 이와 같이 2개 또는 4개의 트랜지스터를 포함하게 된다면 실제로 발광하는 부분은 매우 작아지게 된다.
기존의 LCD에서는 하나의 픽셀당 1개의 트랜지스터만 필요로 하기 때문에 이와 같은 문제가 크게 작용하지 않았으나, 유기 이엘(EL)의 경우 여러 개의 소자를 하나의 픽셀이 집적해야 하기 때문에 이런 문제점이 크게 작용하고 있다.
최근에는 발광면적을 넓히기 위해, 상면 발광(Top Emission) 유기 이엘(EL) 등이 선보이고 있으나, 이 경우 금속 전극의 낮은 투과율로 인해 휘도나 효율 등의 손실을 초래한다.
한편, 유기 이엘의 강점을 살리면서 또한 발광면적을 최대화하기 위해 제안된 소자가 유기 발광 트랜지스터(OLET ; Organic Light Emitting Transistor)이다. 이 유기 발광 트랜지스터는 다이오드 형태에서 발광층을 이용해 광을 생성하는 반면에, OLET는 3개의 전극(게이트, 소오스, 드레인)을 이용해 빛을 발광하는 한편, 스위칭 소자의 역할도 하게 된다.
이와 같은 구조를 가지게 되면 게이트 전압, 소오스-드레인 전압으로 광의 세기 조절이 가능하기 때문에 별도의 능동구동 소자가 없이도 고해상도, 고품질의 화면을 얻어낼 수 있다.
또한, 하나의 트랜지스터만을 이용하기 때문에 실제로 발광하는 면적이 넓어 휘도 및 효율 면에서도 우수한 특성을 얻어낼 수 있다.
현재까지 알려져 있는 OLET 구조는 소오스-드레인 전극으로 일함수(Work Function)가 높은 금, 은, 백금 등을 사용하고 있는데, 소오스-드레인 전극을 동일한 일함수를 가지는 물질로 사용할 경우 드레인 전극과 유기 반도체 사이에 쇼트키 접촉(Schottky Contact)이 생겨 접촉저항이 매우 커지게 되며, 결과적으로 발광효 율이 떨어지게 된다.
하지만, 드레인 전극으로 낮은 일함수를 가진 물질을 사용할 경우 접촉저항을 효과적으로 낮출 수 있으며 또한 발광효율도 높일 수 있다.
현재, 세계적으로 개발 초기 단계에 있는 유기발광 트랜지스터는 유기물의 높은 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 때문에 주로 일함수가 높은 (5eV 이상) 금(Au)을 소오스 및 드레인 전극 물질로 사용하고 있다.
이 경우, 높은 접촉저항 때문에 전자가 드레인 전극에서 유기물로 이동할 때 높은 에너지 장벽이 형성되고, 발광되는 부분도 드레인 전극 방향에 부분적으로 한정된다.
현재까지의 연구 개발은 단지 이 구조가 새로운 디스플레이 형태로 발전할 수 있다는 가능성만 보여준 것이며 아직까지 개선되어야 할 부분이 많이 존재하고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 일함수가 비대칭인 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 금속과 유기 발광 물질막 같에 접촉저항을 줄여 높은 발광 효율을 갖는 소자를 구현할 수 있는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 기판과;
상기 기판 상부 중앙에 형성된 게이트 전극과;
상기 게이트 전극을 감싸며 상기 기판 상부에 형성된 절연막과;
상기 절연막 상부에 상호 이격되어 형성된 복수개의 소스 전극들과;
상기소스 전극들 사이에 각각이 위치되며, 상기 절연막 상부에 형성된 복수개의 드레인 전극들과;
상기 소스 전극들 및 드레인 전극들을 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 유기 발광 물질막과;
상기 유기 발광 물질막을 감싸며 상기 절연막 상부에 형성된 보호막을 포함하여 구성된 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 기판 상부 중앙에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극을 감싸며 상기 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계와;
상기 절연막 상부에 상호 이격된 복수개의 소스 전극들을 형성하는 단계와;
상기 소스 전극들 사이 각각에 복수개의 드레인 전극들이 위치되도록 상기 절연막 상부에 형성하는 단계와;
상기 소스 전극들 및 드레인 전극들을 감싸며, 상기 절연막 상부에 유기 발광 물질막을 형성하는 단계와;
상기 유기 발광 물질막을 감싸며 상기 절연막 상부에 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1f는 본 발명에 따른 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 기판(10) 상부 중앙에 게이트 전극(11)을 형성한다.(도 1a)
상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 고분자 플라스틱 기판과 종이 기판 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 게이트 전극(11)은 금속 또는 전도성 고분자로 형성한다.
즉, 상기 게이트 전극(11) 물질로 반사율이 높은 Al, Ag 등을 사용할 수 있고, ITO(Indium tin oxide)와 같은 투명전극을 사용할 경우 양면 발광을 할 수 있다.
그 후, 상기 게이트 전극(11)을 감싸며 상기 기판(10) 상부에 절연막(12)을 형성한다.(도 1b)
여기서, 절연막(12)은 무기물 또는 유기물로 형성한다.
그 다음, 상기 절연막(12) 상부에 상호 이격된 복수개의 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들을 형성한다.(도 1c)
연이어, 상기 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들 사이 각각에 복수개의 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들이 위치되도록 상기 절연막(12) 상부에 형성한다.(도 1d)
즉, 상기 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들과 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들 은 교대로 위치되는 것이다.
이 때, 상기 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들은 일함수가 4.2 ~ 5.5eV인 ITO(Indium tin oxide), Au, Cr, Pt, Cu와 Zn 중 어느 하나로 형성한다.
그리고, 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들은 일함수가 2.0 ~ 4.0eV인 Ca, Al, Sm와 Yb 중 어느 하나로 형성한다.
또한, 상기 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들과 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들 사이의 간격인 채널의 길이는 50 ~ 5000nm의 범위내에 존재해야 효율적인 특성을 얻어낼 수 있다.
이어서, 상기 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들 및 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들을 감싸며, 상기 절연막(12) 상부에 유기 발광 물질막(15)을 형성한다.(도 1e)
상기 유기 발광 물질막(15)은 진공 증착(Vacuum evaporation), 스핀 코팅(Spin coating), 딥 코팅(Dip coating), 잉크젯 프린팅(Ink-jet printing)와, 스탬핑(stamping) 중 하나의 방법으로 형성한다.
그리고, 상기 유기 발광 물질의 두께(T)는 30 ~ 15000nm가 적당하다.
마지막으로, 상기 유기 발광 물질막(15)을 감싸며 상기 절연막(12) 상부에 보호막(16)을 형성한다.(도 1f)
전술된 공정에 의해 제조된 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터는, 기판(10)과; 상기 기판(10) 상부 중앙에 형성된 게이트 전극(11)과; 상기 게이트 전극(11)을 감싸며 상기 기판(10) 상부에 형성된 절연막(12)과; 상기 절연막 (12) 상부에 상호 이격되어 형성된 복수개의 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들과; 상기소스 전극(13a,13b,13c,13d)들 사이에 각각이 위치되며, 상기 절연막(12) 상부에 형성된 복수개의 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들과; 상기 소스 전극(13a,13b,13c,13d)들 및 드레인 전극(14a,14b,14c,14d)들을 감싸며, 상기 절연막(12) 상부에 형성된 유기 발광 물질막(15)과; 상기 유기 발광 물질막(15)을 감싸며 상기 절연막(12) 상부에 형성된 보호막(16)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 유기 발광 물질막(15)은 적색, 녹색, 청색과 백색 발광 물질 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
이런, 유기 발광 트랜지스터는, 게이트 전극에 -전압, 드레인 전극에 그라운드 전압과 소스 전극에 +전압을 인가하며, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 유기 발광 물질막에 해당되는 채널 영역에서 캐리어들(전자와 정공)이 재결합되어 광이 방출되어 동작된다.
도 2는 본 발명에 따른 유기 발광 트랜지스터를 이용한 디스플레이 패널의 개략적인 평면도로서, 유기 발광 트랜지스터를 이용한 디스플레이 패널을 구현하기 위해서는 전술된 도 1a 내지 도 1f의 공정과 같이 기판(10) 상부에 복수개의 유기 발광 트랜지스터들을 형성하는데, 각각의 유기 발광 트랜지스터들에 적색, 녹색과 청색 유기 발광 물질(21,22,23)을 도포하여 R,G,B로 이루어진 디스플레이의 픽셀(Pixel)을 복수개 형성하면 구현된다.
도 3은 본 발명에 따른 유기 발광 트랜지스터를 이용한 디스플레이 패널의 개략적인 평면도로서, 유기 발광 물질막(15a,15b,15c)이 백색 발광 물질이면, 각각 의 유기 발광 트랜지터의 보호막(16) 상부에 R,G,B의 컬러 필터(31,32,33)를 부착하여 디스플레이 패널을 구현한다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 일함수가 비대칭인 소스 전극과 드레인 전극을 형성하여 금속과 유기 발광 물질막 사이에 접촉저항을 줄여 높은 발광 효율을 갖는 소자를 구현할 수 있는 우수한 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.









Claims (14)

  1. 기판과;
    상기 기판 상부 중앙에 형성된 게이트 전극과;
    상기 게이트 전극을 감싸며 상기 기판 상부에 형성된 절연막과;
    상기 절연막 상부에 상호 이격되어 형성된 복수개의 소스 전극들과;
    상기소스 전극들 사이에 각각이 위치되며, 상기 절연막 상부에 형성된 복수개의 드레인 전극들과;
    상기 소스 전극들 및 드레인 전극들을 감싸며, 상기 절연막 상부에 형성된 유기 발광 물질막과;
    상기 유기 발광 물질막을 감싸며 상기 절연막 상부에 형성된 보호막을 포함하여 구성되며,
    상기 소스 전극은,
    상기 드레인 전극들보다 일함수가 더 큰 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 전극들의 일함수는 4.2 ~ 5.5eV이고,
    상기 드레인 전극들의 일함수는 2.0 ~ 4.0eV인 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 소스 전극들은 ITO(Indium tin oxide), Au, Cr, Pt, Cu와 Zn 중 어느 하나로 형성되어 있고,
    상기 드레인 전극들은 Ca, Al, Sm와 Yb 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유기 발광 물질막은,
    적색, 녹색, 청색과 백색 발광 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 기판은,
    실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 고분자 플라스틱 기판과 종이 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트 전극은 금속 또는 전도성 고분자로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  8. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 소스 전극들과 드레인 전극들 사이의 간격인 채널의 길이는,
    50 ~ 5000nm인 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  9. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유기 발광 물질의 두께(T)는 30 ~ 15000nm 인 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  10. 기판 상부 중앙에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극을 감싸며 상기 기판 상부에 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 절연막 상부에 상호 이격된 복수개의 소스 전극들을 형성하는 단계와;
    상기 소스 전극들 사이 각각에 복수개의 드레인 전극들이 위치되도록 상기 절연막 상부에 형성하는 단계와;
    상기 소스 전극들 및 드레인 전극들을 감싸며, 상기 절연막 상부에 유기 발광 물질막을 형성하는 단계와;
    상기 유기 발광 물질막을 감싸며 상기 절연막 상부에 보호막을 형성하는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 소스 전극들은,
    상기 드레인 전극들보다 일함수가 더 큰 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 소스 전극들의 일함수는 4.2 ~ 5.5eV이고,
    상기 드레인 전극들의 일함수는 2.0 ~ 4.0eV인 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  13. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 소스 전극들은 ITO(Indium tin oxide), Au, Cr, Pt, Cu와 Zn 중 어느 하나로 형성되어 있고,
    상기 드레인 전극들은 Ca, Al, Sm와 Yb 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기 발광 물질막은,
    진공 증착(Vacuum evaporation), 스핀 코팅(Spin coating), 딥 코팅(Dip coating), 잉크젯 프린팅(Ink-jet printing)와, 스탬핑(stamping) 중 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 비대칭 전극 구조를 가지는 유기 발광 트랜지스터의 제조 방법.
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