KR100685426B1 - 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층을 레이져 결정화 공정으로 돌기를 갖는 다결정 실리콘층으로 결정화한 후, 화소부의 다결정 실리콘층을 식각하여 상기 돌기를 섬형태로 기판상에 잔류시킨 후, 이후 공정을 진행하여 제1전극을 형성하여 상기 돌기의 요철을 제1전극에 투영하여 요철을 갖는 제1전극을 형성함으로서, 발광 면적이 증가할 뿐만 아니라 광을 집속할 수 있는 렌즈를 형성한 것과 같은 효과를 내어 광취출효율을 높일 수 있는 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법은 절연 기판상에 형성된 발광 영역과 박막트랜지스터 영역을 포함하는 화소부; 상기 발광 영역의 절연 기판상에 형성된 섬형태의 다결정 실리콘 돌기; 상기 돌기가 형성된 기판상에 형성되고, 상기 돌기에 의해 발생한 요철을 갖는 절연막; 및 상기 요철을 갖는 절연막상에 형성되어 요철을 갖는 제1전극을 포함하여 이루어진 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법은 비정질 실리콘층을 레이져 결정화법으로 결정화할 때 생성되는 돌기를 이용하여 요철을 갖는 제1전극을 형성함으로서, 발광 면적이 증가할 뿐만 아니라 광을 집속할 수 있는 렌즈를 형성한 것과 같은 효과를 내어 광취출효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
레이져 결정화, 돌기, 요철, 평판 표시 장치
Description
도 1은 본 발명에 의해 제조된 유기 전계 발광 소자의 평면도.
도 2 내지 도 11은 본 발명에 의한 유기 발광 소자 제조 방법의 단면도.
도 12는 레이져 결정화법에 의해 형성된 돌기를 갖는 다결정 실리콘층의 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
206 : 다결정 실리콘층 207 : 돌기
212 : 다결정 실리콘 돌기
본 발명은 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 비정질 실리콘층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층을 레이져 결정화 공정 으로 돌기를 갖는 다결정 실리콘층으로 결정화한 후, 화소부의 다결정 실리콘층을 식각하여 상기 돌기를 섬형태로 기판상에 잔류시킨 후, 이후 공정을 진행하여 제1전극을 형성하여 상기 돌기의 요철을 제1전극에 투영하여 요철을 갖는 제1전극을 형성하느 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 음극선관(cathode ray tube)과 같이 무겁고, 크기가 크다는 종래의 표시 소자의 단점을 해결하는 액정 표시 장치(liquid crystal display device), 유기 전계 발광 소자(organic electroluminescence device) 또는 PDP(plasma display plane) 등과 같은 평판형 표시 장치(plat panel display device)가 주목 받고 있다.
이때, 상기 액정 표시 장치는 자체 발광 소자가 아니라 수광 소자이기 때문에 밝기, 콘트라스트, 시야각 및 대면적화 등에 한계가 있고, 상기 PDP는 자체 발광 소자이기는 하지만, 다른 평판형 표시 장치에 비해 무게가 무겁고, 소비 전력이 높을 뿐만 아니라 제조 방법이 복잡하다는 문제점이 있는 반면, 상기 유기 전계 발광 소자는 자체 발광 소자이기 때문에 시야각, 콘트라스트 등이 우수하고, 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비 전력 측면에서도 유리하다.
그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부 충격에 강하고 사용 온도 범위도 넓을 뿐만 아니라 제조 방법이 단순하고 저렴하다는 장점을 가지고 있다.
상기와 같은 유기 전계 발광 소자는 두 개의 전극에 양극 및 음극 전압이 인가됨에 따라 양극 전압이 인가된 전극으로부터 주입된 정공(Hole)이 정공 수송층과 같은 유기막층을 통과하여 유기 발광층으로 이동되고, 음극 전압이 인가된 전극으로부터 주입된 전자(Electron)이 전자 수송층과 같은 유기막층을 통과하여 유기 발광층으로 주입되고, 상기 유기 발광층으로 이동된 전자와 홀이 재결합하여 여기자(Exition)를 생성하고, 상기 여기자가 여기 상태에서 기저 상태로 변화됨에 따라 발광층의 형광성 분자가 발광함으로써 빛이 생성된다.
상기와 같이 구동되는 유기 전계 발광 소자의 광효율은 크게 내부효율(Internal Efficicency)와 외부효율(External Efficicency)로 나누어지는데, 상기 내부 효율은 유기 발광층의 광전변화 효율에 의존하고, 상기 외부 효율은 유기 전계 발광 소자를 구성하고, 빛이 진행하는 각층의 굴절율에 의존하게된다. 상기와 같은 내부 효율은 광취출효율(Light Coupling Efficiency)이라고도 한다.
이때, 유기 전계 발광 소자의 광취출효율은 다른 평판형 표시 장치에 비해 낮은 편인데, 이러한 이유는 유기 전계 발광 소자를 구성하는 여러 층의 절연막을 빛이 투과해야하기 때문에 다른 평판형 표시 장치에 비해 광취출효율이 낮다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층을 레이져 결정화 공정으로 돌기를 갖는 다결정 실리콘층으로 결정화한 후, 화소부의 다결정 실리콘층을 식각하여 상기 돌기를 섬형태로 기판상에 잔류시킨 후, 이후 공 정을 진행하여 제1전극을 형성하여 상기 돌기의 요철을 제1전극에 투영하여 요철을 갖는 제1전극을 형성함으로서, 발광 면적이 증가할 뿐만 아니라 광을 집속할 수 있는 렌즈를 형성한 것과 같은 효과를 내어 광취출효율을 높일 수 있는 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 절연 기판상에 형성된 발광 영역과 박막트랜지스터 영역을 포함하는 화소부; 상기 발광 영역의 절연 기판상에 형성된 섬형태의 다결정 실리콘 돌기; 상기 돌기가 형성된 기판상에 형성되고, 상기 돌기에 의해 발생한 요철을 갖는 절연막; 및 상기 요철을 갖는 절연막상에 형성되어 요철을 갖는 제1전극으로 이루어진 유기 전계 발광 소자에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기 목적은 절연 기판을 준비하는 단계; 상기 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘층을 레이져 결정화법을 이용하여 표면에 돌기를 갖는 다결정 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 다결정 실리콘층을 식각하여 박막트랜지스터 영역은 반도체층을 형성하고, 발광 영역은 섬형태의 다결정 실리콘 돌기를 형성하는 단계; 상기 기판상에 게이트 절연막, 게이트 전극, 층간절연막, 소오스/드레인 전극 및 패시베이션층을 형성하는 단계; 및 상기 다결정 실리콘 돌기에 의해 요철이 형성된 패시베이션층상에 요철을 갖는 제1전극을 형성하는 단계로 이루어진 유기 전계 발광 소자에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 유기 전계 발광 소자의 평면도이다. 도에서 보는 바와 같이 절연 기판(101)상에 스캔 라인(102), 데이터 라인(103) 및 공통전원 라인(104)과 같은 라인에 의해 정의되는 하나의 단위 화소가 형성되어 있는데, 상기 단위 화소내에는 스위칭(Switching) 또는 구동(Driving) 박막트랜지스터가 형성된 박막트랜지스터 영역(105), 캐패시터(Capacitor) 영역(106) 및 발광 영역(107)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 발광 영역은 상기 박막트랜지스터의 구동 박막트랜지스터와 연결된 제1전극(108)이 형성되어 있고, 상기 제1전극상에 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층 및 제2전극이 형성되어 있다.
이때, 상기 제1전극, 유기막층 또는 제2전극은 상기 제1전극의 하부 영역, 즉, 발광 영역의 하부 영역에 상기 박막트랜지스터의 반도체층을 형성하는 공정 직전 또는 직후에 반구의 섬형태로 형성된 다결정 실리콘 돌기(109)에 의해서 요철 구조를 갖게 된다. 상기 요철을 갖게된 제1전극, 유기막층 또는 제2전극에 의해 동일한 크기를 갖고, 다결정 실리콘층 돌기를 갖지 않는 다른 유기 전계 발광 소자에 비해 넓은 발광 표면적을 갖게 된다. 이때, 증가하는 발광 표면적은 요철을 갖는 제1전극의 표면적에 비례하게 되고, 상기 제1전극의 표면적은 상기 다결정 실리콘층 돌기의 크기 및 밀도에 비례하게 된다.
도 2 내지 도 11은 본 발명에 의한 유기 발광 소자 제조 방법의 단면도이다
먼저, 도 2는 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 2는 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 절연 기판(201)상에 버퍼층(202)을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 비정질 실리콘층을 형성한다.
이때, 상기 버퍼층은 하부 기판에서 발생하는 수분 또는 불순물의 확산을 방지하거나, 결정화시 열의 전달의 속도를 조절함으로서, 반도체층의 결정화가 잘 이루어질 수 있도록 하는 역활을 한다.
이때, 상기 비정질 실리콘은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)을 이용할 수 있다. 또한 상기 비정질 실리콘을 형성할 때 또는 형성한 후에 탈수소처리하여 수소의 농도를 낮추는 공정을 진행할 수 있다.
다음, 도 3은 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 상기 비정질 실리콘층을 결정화하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 3은 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 비정질 실리콘층이 형성된 기판을 레이져 빔(204)을 일정한 속도로 이동(205)시키면서 비정질 실리콘 영역(a)을 다결정 실리콘 영역(b)으로 결정화하여 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층(206)을 결정화시킨다.
이때, 상기 레이져 결정화법에 의해 다결정 실리콘으로 결정화되는 영역의 표면에는 돌기(207)를 갖게 되는데, 이러한 돌기는 레이져 결정화법에 많은 영향을 받는다. 즉, 레이져 결정화법에 이용되는데 대표적인 레이져인 엑시머(XeCl) 레이져의 경우, 레이져에서 발생하는 에너지는 약 수십J이기 때문에 기판 전체에 걸쳐 레이져 빔을 조사할 경우, 가해지는 에너지 밀도는 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하기에는 너무 낮은 에너지 밀도를 갖기 때문에 일반적으로 결정화가 가능한 에너지 밀도를 갖는 직사각형 형태로 기판의 일부분만 조사한 후, 이동해가는 방법으로 결정화을 진행한다.
이때, 레이져 빔은 펄스(Pulse) 방식으로 일정 시간 동안(보통 수십에서 수백ns) 빛을 비정질 실리콘층에 조사하게 되는데, 이를 샷(shot)이라고 표현하며, 비정질 실리콘층의 소정 영역에 1회 또는 다회의 샷으로 결정화를 진행한 후, 다음 조사 영역을 이동하게 된다. 이때, 각각의 조사 영역은 서로 겹쳐지도록 하는데, 이는 레이져 빔의 에너지 밀도가 전체적으로 불균일(특히, 레이져 빔의 가장자리로 갈수록 에너지 밀도가 낮아지는 경향이 있다)하여 이를 해결하기 위해 레이져 빔을 일정 부분 겹치도록 한다. 이때, 레이져 빔이 처음 조사 영역에서 다음 조사 영역으로 이동하는 거리를 스캔 피치(Scan Pitch)라고 하는데, 상기 스캔 피치는 상기 돌기의 형성에 많은 영향을 주게 된다.
상기 스캔 피치가 짧아질 수록, 즉, 레이져 빔의 다음 조사 영역으로의 이동 거리가 짧아질 수록 돌기가 형성될 확률이 높이지고, 스캔 피치가 길어질 수록 돌기의 생성 확률이 낮아지게 된다.
따라서, 상기 레이져 결정화법의 공정 조건인 레이져 빔의 에너지 밀도, 샷수 또는 스캔 피치를 제어하여 돌기의 형성 밀도 또는 크기 등을 제어할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 반도체층으로 이용되는 다결정 실리콘층의 특성 및 이후 발광 영역의 제1전극의 요철의 크기를 고려하여 상기 돌기의 높이를 500 내지 2000Å으로 형성한다.
다음, 도 4는 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 상기 비정질 실리콘층 전체를 다결정 실리콘층으로 결정화한 후의 단면도이다.(이때, 도 4는 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 상기 레이져 결정화법으로 상기 비정질 실리콘층 전체를 표면에 돌기(207)을 갖는 다결정 실리콘층(206)으로 형성한 후이다. 이때, 상기 돌기의 크기 또는 간격(즉, 밀도)은 상기에서도 상술한 바와 같이 레이져 결정화법의 공정 조건에 의해 결정된다.
이때, 도 12는 실제 비정질 실리콘층을 레이져 결정화법으로 결정화한 경우 다결정 실리콘층(206)상에 돌기(207)가 형성된 것을 보여주는 사진으로서, 그 돌기의 크기가 1219Å(h1), 1275Å(h2) 및 1294Å(h3)로 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
다음, 도 5는 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 제1패턴을 이용하여 형성된 돌기의 일부를 제거하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 5는 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 박막트랜지스터 영역(A)은 오픈하고, 발광 영역(B)은 덮는 제1패턴(208)을 형성한 후, 상기 돌기를 제거하는 공정을 진행하여 박막트랜지스터 영역에 형성된 다결정 실리콘층은 돌기가 제거되어 거칠기가 적은 다결정 실리콘층을 형성하는데, 이는 박막트랜지스터의 반도체층 표면의 거칠기는 낮을 수록 게이트 절연막의 항복 전압(Breakdown Voltage) 가 높아지기 등의 박막트랜지스터의 특성이 우수해지기 때문이다.
다음, 도 6은 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 제1패턴 및 제2패턴을 이용하여 박막트랜지스터의 반도체층을 형성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 6은 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 상기 제1패턴을 이용하여 박막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층에서 돌기를 제거하는 공정을 진행하여 표면의 거칠기를 개선한 후, 제2패턴(209)을 형성하여 상기 박막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층을 패터닝하여 반도체층(210)을 형성한다.
이때, 상기 제1패턴은 상기 발광 영역만을 덮도록 형성하고, 상기 제2패턴은 상기 제1패턴을 제거하지 않은 기판상에 형성하고, 박막트랜지스터의 반도체층만을 덮도록 형성하여 박막트랜지스터의 반도체층을 형성할 뿐만 아니라, 박막트랜지스터의 반도체층과 발광 영역의 하부에만 다결정 실리콘층이 존재하고 다른 영역에는 다결정 실리콘층을 제거한다. 이때, 상기 다결정 실리콘층이 필요한 경우, 예를 들면 캐패시터 영역에서 하부 전극으로서 다결정 실리콘층이 필요한 경우에는 제1패턴 또는 제2패턴의 형상을 조절하여 남겨둘 수도 있다. 만일 거칠기가 개선된 다결정 실리콘층이 필요하면, 제1패턴은 덮지 않고, 제2패턴은 덮도록 형성하고, 거칠기가 개선될 필요가 없을 경우에는 제1패턴으로 덮고 반도체층을 형성하면 캐패시터의 하부 전극을 형성할 수 있다.
다음, 도 7은 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 기판상에 발광 영역을 노출시키는 제3패턴을 형성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 7은 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 상기 제1패턴 및 제2패턴을 제거한 후, 박막트랜지스터 영역을 덮는 제3패턴을 형성한다. 이때, 상기 제3패턴은 박막트랜지스터 영역 뿐만 아니라 발광 영역을 제외한 모든 영역에 형성하여도 무방하다.
이때, 상기 제1패턴, 제2패턴 또는 제3패턴은 포토레지스트를 이용하여 형성할 수도 있고, 버퍼층과는 다른 절연막으로 형성하여도 무방하다.
다음, 도 8은 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 제3패턴을 이용하여 다결정 실리콘 돌기를 형성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 8은 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 상기 형성된 제3패턴을 이용하여 돌기를 갖는 다결정 실리콘층을 식각한다. 이때, 상기 돌기가 형성된 영역의 다결정 실리콘층은 돌기가 형성되지 않은 다결정 실리콘층보다 두께가 더 두껍게 형성되어 있음으로, 돌기가 형성되지 않은 다결정 실리콘층이 식각되어 없어질 때까지 식각하여도 돌기가 형성된 영역의 다결정 실리콘층을 식각되어 없어지지 않게된다. 따라서, 돌기가 형성된 영역에서는 상기 돌기에 의해 실리콘이 잔류하여 섬형태의 실리콘을 이루게되는데 이를 다결정 실리콘 돌기(212)이라 할 수 있다.
이때, 도 5 내지 도 8에서는 제1패턴 및 제2패턴을 이용하여 반도체층을 먼저 형성하고, 제3패턴을 이용하여 다결정 실리콘 돌기를 형성하는 공정을 설명하였다. 그러나, 본원 발명의 제3패턴을 이용하여 다결정 실리콘 돌기를 먼저 형성하고, 제1패턴 및 제2패턴을 이용하여 반도체층을 형성하는 공정을 진행하여도 무방하다.
다음, 도 9는 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 기판상에 유기 전계 발광 소자를 형성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 9는 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 반도체층 및 다결정 실리콘 돌기가 형성된 기판상에 산화막 또는 질화막의 단층 또는 복층으로 게이트 절연막(213)을 형성하고, 상기 게이트 절연막이 형성된 기판상에 게이트 전극 형성 물질을 형성한 후, 패터닝하여 도 1의 스캔 라인 및 게이트 전극(214)을 형성한다.
이어서, 상기 기판 전면에 층간절연막(215)을 형성한 후, 상기 층간절연막 및 게이트 절연막의 소정 영역을 식각하여 상기 반도체층의 일부를 노출시키는 콘택홀을 형성하고, 상기 기판 전면에 소오스/드레인 전극 형성 물질을 증착한 후, 패터닝하여 소오스/드레인 전극(216), 데이터 라인(217) 및 공통전원 라인(218)을 형성한다.
이때, 도에서는 도시하지 않았지만, 다결정 실리콘층, 게이트 전극 형성 물질 또는 소오스/드레인 전극 형성 물질 중 어느 둘 이상을 이용하여 캐패시터 영역에서 캐패시터의 하부 전극 및 상부 전극을 형성하여 캐패시터를 형성할 수 있다. 즉, 예를 들어, 게이트 전극 형성 물질을 패터닝할 때, 스캔 라인 및 게이트 전극을 형성할 뿐만 아니라 캐패시터의 하부 전극을 동시에 형성하고, 소오스/드레인 전극 형성 물질을 패터닝할 때, 소오스/드레인 전극, 데이터 라인 및 공통전원 라인을 형성할 뿐만 아니라 캐패시터의 상부 전극을 동시에 형성한다. 따라서, 상기와 같은 공정으로 형성된 캐패시터는 하부 전극이 게이트 전극 형성 물질로 구성되고, 상부 전극은 소오스/드레인 전극 형성 물질로 구성되며 유전막은 층간절연막으 로 형성된다.
이어서, 상기 기판 전면에 하부의 소자들과 상부에 형성될 소자들을 보호하기 위한 패시베이션층(219)을 형성한다.
이때, 상기 형성된 다결정 실리콘 돌기상에 형성된 절연막들, 즉, 게이트 절연막, 층간절연막 및 패시베이션층은 상기 돌기에 의해 형성된 요철에 영향을 받아 도면의 "C" 영역에서 보는 바와 같이 요철을 갖게 된다. 그러나, 상기 다결정 실리콘 돌기에 의한 요철보다는 완만한 요철(즉, 다결정 실리콘 돌기의 곡율보다는 낮은 곡율을 갖게됨)을 갖게 되는데, 이는 상기 절연막들이 형성되면서 평탄화되려는 경향이 있기 때문이다.
따라서, 상기 레이져 결정화에 의해 형성된 다결정 실리콘 돌기는 층간절연막이 요철을 갖게하고, 상기 층간절연막의 요철은 상기 다결정 실리콘 돌기의 밀도 및 크기에 의해 직접적으로 영향을 받음으로 상기 다결정 실리콘 돌기의 높이 및 갯수를 조절하여 층간절연막의 요철의 굴곡 및 요철의 갯수를 조절할 수 있다.
다음, 도 10은 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로서, 상기 기판상에 제1전극을 형성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 10은 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 상기 패시베이션층의 일부를 식각하여 상기 소오스/드레인 전극의 일부를 노출시키는 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀을 통해 상기 소오스/드레인 전극과 콘택하는 제1전극(220)을 발광 영역상에 형성한다.
다음, 도 11은 본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 제조 공정의 단면도로 서, 유기 전계 발광 소자를 완성하는 공정의 단면도이다.(이때, 도 11은 도 1의 A-B선의 단면도이다.) 도에서 보는 바와 같이 상기 제1전극이 형성된 기판상에 발광 영역을 정의하는 화소 정의막(221)을 형성하고, 상기 발광 영역상에 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층(222)을 형성한 후, 기판 전면에 걸쳐 제2전극(223)을 형성함으로 유기 전계 발광 소자를 완성한다.
이때, 상기 제1전극, 유기막층 및 제2전극은 요철을 갖는 패시베이션층상에 형성됨으로서, 제1전극, 유기막층 및 제2전극 또한 요철을 갖게 된다. 이로 인해 본 발원 발명에 의한 유기 전계 발광 소자는 종래의 소자보다 발광 면적이 최대 78.5%가 증가할 수 있다.
예를 들어, 발광 영역이 한변의 길이가 10㎛인 정사각형이라고 하고, 본원 발명에 의해 형성된 다결정 실리콘 돌기에 의해 제1전극, 유기막층 및 제2전극의 요철이 반지름이 1㎛인 반구 형태로 형성되어진다면, 상기 발광 면적 내의 요철은 최대 25개가 생성될 것이고, 이로 인해 발광 영역의 표면적은 178.5㎛2이 될 것이다. 따라서, 요철이 없는 구조에서의 발광 면적은 100㎛2이고, 요철이 있는 구조에서의 발광 면적은 178.5㎛2임으로 증가하는 발광 면적은 최대 78.5㎛2가 된다.
이때, 상기 절연막들, 즉, 패시베이션층, 층간절연막 및 게이트 절연막이 요철(도 9의 "C" 영역에서 보는 바와 같이)을 갖음으로서, 유기막층에서 발생한 빛이 상기 절연막을 통과하여 진행하는 경우, 오목 렌즈을 설치한 것과 같은 효과를 내게 되어 빛을 집속하게 된다. 즉, 하나의 요철이 하나의 오목 렌즈의 역할을 하게 되어 광을 집속함으로서 광손실을 최소화할 수 있게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 유기 전계 발광 소자 및 그 제조 방법은 비정질 실리콘층을 레이져 결정화법으로 결정화할 때 생성되는 돌기를 이용하여 요철을 갖는 제1전극을 형성함으로서, 발광 면적이 증가할 뿐만 아니라 광을 집속할 수 있는 렌즈를 형성한 것과 같은 효과를 내어 광취출효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
Claims (14)
- 절연 기판상에 형성된 발광 영역 및 박막트랜지스터 영역을 포함하는 화소부;상기 발광 영역의 절연 기판상에 형성된 섬형태의 다결정 실리콘 돌기;상기 돌기가 형성된 기판상에 형성되고, 상기 돌기에 의해 발생한 요철을 갖는 절연막; 및상기 요철을 갖는 절연막상에 형성되어 요철을 갖는 제1전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1전극상에 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층 및 제2전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연막은 게이트 절연막, 층간절연막 또는 패시베이션층 중 어느 하나 이상임을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 다결정 실리콘 돌기는 비정질 실리콘층을 레이져 결정화법으로 다결정 실리콘으로 결정화할 때 다결정 실리콘층의 표면에 형성되는 돌기임을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 돌기의 높이는 500 내지 2000Å임을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1전극의 요철의 곡율은 상기 돌기의 곡율보다 더 완만함을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1전극은 절연막이 채워져 있는 오목한 영역을 구비하여 상기 제1전극상에 형성된 유기막에서 발생한 빛을 집속하는 오목 렌즈 역할을 하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 절연 기판을 준비하는 단계;상기 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;상기 비정질 실리콘층을 레이져 결정화법을 이용하여 표면에 돌기를 갖는 다결정 실리콘층을 형성하는 단계;상기 다결정 실리콘층을 식각하여 박막트랜지스터 영역은 반도체층을 형성하고, 발광 영역은 섬형태의 다결정 실리콘 돌기를 형성하는 단계;상기 기판상에 게이트 절연막, 게이트 전극, 층간절연막, 소오스/드레인 전극 및 패시베이션층을 형성하는 단계; 및상기 다결정 실리콘 돌기에 의해 요철이 형성된 패시베이션층상에 요철을 갖는 제1전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제1전극을 형성하는 단계 이후,상기 제1전극상에 적어도 유기 발광층을 포함하는 유기막층을 형성하는 단계; 및상기 유기막층상에 제2전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 돌기는 레이져 결정화법에 의해 다결정 실리콘층의 표면에 500 내지 2000Å의 높이로 형성됨을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 다결정 실리콘층을 식각하여 박막트랜지스터 영역은 반도체층을 형성하고, 발광 영역은 섬형태의 다결정 실리콘 돌기를 형성하는 단계는상기 박막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층을 노출시키는 제1패턴을 형성하는 단계;상기 제1패턴에 의해 노출된 박막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층의 돌기를 제거하는 단계;상기 기판상에 제2패턴을 형성하고, 상기 제2패턴으로 상기 박막막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층을 패터닝하여 반도체층을 형성하는 단계;상기 제1패턴 및 제2패턴을 제거하고, 발광 영역의 다결정 실리콘층을 노출시키는 제3패턴을 형성하는 단계; 및상기 제3패턴에 의해 노출된 발광 영역의 다결정 실리콘층을 식각하여 다결정 실리콘층 돌기를 형성하는 단계임을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 다결정 실리콘층을 식각하여 박막트랜지스터 영역은 반도체층을 형성하고, 발광 영역은 섬형태의 다결정 실리콘 돌기를 형성하는 단계는상기 발광 영역의 다결정 실리콘층을 노출시키는 제3패턴을 형성하는 단계;상기 발광 영역의 다결정 실리콘층을 식각하여 다결정 실리콘층 돌기를 형성하는 단계;상기 제3패턴을 제거하고, 박막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층을 노출시키는 제1패턴을 형성하는 단계;상기 제1패턴에 의해 노출된 박막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층의 돌기를 제거하는 단계; 및상기 기판상에 제2패턴을 형성하고, 상기 제2패턴으로 상기 박막막트랜지스터 영역의 다결정 실리콘층을 패터닝하여 반도체층을 형성하는 단계임을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 제조 방법.
- 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,상기 반도체층을 형성하는 공정은 상기 다결정 실리콘층 표면에 형성된 돌기를 제거하여 다결정 실리콘층 표면의 거칠기를 개선하는 공정을 포함하고 있음을 특징으로 하는 유기전계 발광 소자 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 제1전극의 요철의 형태는 상기 다결정 실리콘 돌기의 높이 및 간격에 의해 결정됨을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자 제조 방법.
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