KR100696200B1 - 능동 구동 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 능동 구동 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 능동 표시 구동 장치는 플라스틱 재질로 이루어진 기판 상에 형성되어 상기 기판 상부에서 가해지는 열 또는 빛에 의한 상기 기판의 변형을 막아주는 제1 완충층; 상기 제1 완충층 상에 형성되어 상기 열 또는 빛을 흡수하는 흡수층; 상기 흡수층 상에 형성되어 상기 열 또는 빛이 상기 기판에 전달되는 것을 방지하는 제2 완충층; 상기 전2 완충층 상에 형성되는 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터; 및 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 커패시터 및 유기발광소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 활성층을 형성하는 과정에서 빛 또는 열 등을 이용하여도 플라스틱 기판의 변형을 방지할 수 있다.
Description
도 1은 유리기판상에 형성된 능동 구동 표시 장치의 부분 측단면도이다.
도 2는 플라스틱 재질로 이루어진 기판상에 형성된 본 발명에 따른 능동 구동 표시 장치의 부분 측단면도이다.
도 3은 도 2의 능동 구동 표시 장치 중 활성층 영역까지의 제조 공정을 나타낸 측단면도이다.
도 4a는 도 3의 (Ⅰ)영역의 부분 확대도이고, 도 4b 및 도 4c는 영역 (Ⅰ)에 조사된 레이저 조사량에 따른 플라스틱 기판 변형 상태를 촬영한 사진이다.
도 5 및 도 6은 도 3의 제조 공정 이후의 제조 공정을 도시한 제조 단계별 측단면도이다.
도 7a는 도 5의 (Ⅱ)영역의 부분 확대도이고, 도 7b 및 도 7c는 영역 (Ⅱ)에 조사된 레이저 조사량에 따른 플라스틱 기판 변형 상태를 촬영한 사진이다.
도 8은 도 6의 제조 공정 이후의 제조 공정을 도시한 제조 단계별 측단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 구체적인 설명 *
200 : 능동 구동 표시 장치 210 : 플라스틱 기판
211 : 제1 완충층 212 : 흡수층
213 : 제2 완충층 220 : 박막트랜지스터
221 : 활성층 223 : 게이트 전극
225 : 소스 전극 227 : 드레인 전극
230 : 커패시터 240 : 유기 발광 소자
본 발명은 능동 구동 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라스틱 기판을 이용하여 제조된 능동 구동 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 유리기판상에 형성된 능동 구동 표시 장치의 부분 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 능동 구동 표시 장치(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 형성된 활성층(121)(일명, 반도체층)을 포함하는 박막트랜지스터(120), 커패시터(130) 및 발광소자(140)를 포함한다. 능동 구동 표시 장치(100)를 구성하는 기판(110)은 투명성이 있는 유리 또는 플라스틱 등을 이용할 수 있으며, 도 1에서는 유리 기판을 이용한다. 본 유리 기판(110) 상에는 금속 이온 등의 불순물이 활성층(121)으로 확산되는 것을 방지하기 위해 버퍼층(111)이 형성될 수 있다.
버퍼층(111) 상에는 활성층(121), 게이트 전극(123), 소스 전극(125) 및 드레인 전극(127)을 포함하는 박막트랜지스터(120)가 형성된다. 박막트랜지스터(120)를 구성하는 활성층(121)은 다양한 증착 공정(예를 들면, CVD, 스퍼터링 등)을 통해 비정질 실리콘층을 증착한 후, 증착된 비정질 실리콘층을 소정의 방법(예를 들면, 리소그래피(lithography) 방법, 레이저(laser) 방법 등)으로 결정화한 다음, 이온 도핑 공정을 수행함으로써 형성된다.
상기 활성층(121) 상에는 게이트 절연막(112)이 형성되고, 게이트 절연막(112) 상에는 게이트 금속층을 증착한 다음 패터닝함으로써 게이트 전극(123)이 형성된다. 이때, 커패시터(130)의 제1 전극(131)이 게이트 전극(123)과 함께 형성된다. 게이트 전극(123) 상에는 층간 절연막(113)이 형성되고, 층간 절연막(113)에는 제1 콘택홀(미도시)이 각각 형성된다. 그 다음, 층간 절연막(113) 상에는 전술한 콘택홀들을 통해 활성층(121)과 전기적으로 접촉되는 소스 전극(125)과 드레인 전극(127)이 형성된다. 이때, 커패시터(130)의 제2 전극(133)이 소스 전극(125) 및 드레인 전극(127)과 함께 형성될 수 있다.
박막트랜지스터(120)와 커패시터(130) 상에는 패시베이션막(114)이 형성되며, 패시베이션막(114)에는 제2 콘택홀(미도시)이 형성된다. 제2 콘택홀이 형성된 패시베이션막(114) 상에는 제2 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되며, 하부전극(141), 유기 발광층(143), 및 상부전극(145)를 포함하는 유기 발광 소자(140)가 형성된다. 전술한 제조 단계를 순차적으로 수행함으로써, 능동 구동 표시 장치가 제조된다. 전술한 예에서는 설명의 편의상 평탄화막을 개시하지 않고 있지만, 박막트랜지스터(120)와 커패시터(130) 상에 평탄화막을 더 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 능동 구동 표시 장치(100)를 제조할 때, 유리 기판(110)을 이용하는 경우에는 유리 기판(110) 상에 활성층(121)을 형성하기 위하여, 비정질 실리콘층을 증착한 다음, 리소그래피(lithography) 방법, 레이저 방법 등을 이용할 수 있다. 유리 기판(110)은 상대적으로 열에 강하기 때문에, 리소그래피 방법과 레이저 방법 중 어느 방법을 이용하여도 유리 기판(110)에 열적 변형을 일으키지 않는다. 특히, 레이저 방법을 이용하여 비정질 실리콘층을 결정화하는 경우에는, 레이저 빛이 유리 기판(110)을 통과하기 때문에, 유리 기판(110)은 열적 변형을 일으키지 않는다.
그러나, 유리 기판을 이용하여 능동 구동 표시 장치를 제조하는 경우에는, 유리 기판의 무게가 상대적으로 무겁고 깨지기 쉽다는 단점 때문에 능동 구동 표시 장치의 대용량화가 용이하지 않을 뿐만 아니라 생산 자체가 용이하지 않다는 문제점이 있다.
유리 기판 이용에 따른 전술한 문제점들을 해소하기 위해, 최근에는 두께가 얇고 경량일 뿐 아니라 가요성(flexiblity)을 갖는 플라스틱 기판이 능동 구동 표시 장치의 제조에 널리 이용되고 있다. 플라스틱 재질로 이루어진 기판을 이용하여 능동 구동 표시 장치를 제조하는 경우에도, 기판 상에 활성층을 형성하기 위해 리소그래피 방법, 레이저 방법 등 각종 다양한 방법을 이용할 수 있다.
그러나, 상대적으로 고에너지를 이용하는 리소그래피 방법을 이용하여 활성층을 형성하는 경우에는, 열에 약한 플라스틱 기판이 고에너지에 의해 변형되기 쉬우며, 이에 따라, 활성층 형성이 용이하지 않다. 또한, 레이저 방법을 이용하여 플라스틱 기판 상에 활성층을 형성하는 경우에는, 유리 기판에 비해 투명성이 떨어지는 플라스틱 기판이 레이저 빛을 흡수하기 때문에, 플라스틱 기판이 변형된다. 이러한 문제점들을 해소하기 위하여, 레이저 방법을 이용한 활성화 공정을 진행한 다음, 활성층을 식각하는 방법을 이용하기도 하지만, 이 경우에는 게이트 전극의 단부를 통해 누설(leakage)이 발생할 수 있어 능동 구동 표시 장치를 효과적으로 구동시키는 것이 용이하지 않다.
따라서, 본 발명은 전술한 모든 문제점들을 해소하기 위해 고안된 발명으로, 플라스틱 기판의 열적 변형을 줄일 수 있으며, 플라스틱 기판을 보호함으로써 안전성을 더욱 향상시킨 능동 구동 표시 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 능동 구동 표시 장치는 플라스틱 재질로 이루어진 기판 상에 형성되어 상기 기판 상부에서 가해지는 열 또는 빛에 의한 상기 기판의 변형을 막아주는 제1 완충층; 상기 제1 완충층 상에 형성되어 상기 열 또는 빛을 흡수하는 흡수층; 상기 흡수층 상에 형성되어 상기 열 또는 빛이 상기 기판에 전달되는 것을 방지하는 제2 완충층; 상기 제2 완충층 상에 형성되는 활성층; 상기 활성층 상에 형성되며 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터; 및 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 커패시터 및 유기발광소자를 포함한다.
바람직하게, 상기 흡수층의 두께는 100 ~ 2000Å 범위이며, 상기 흡수층은 상기 플라스틱 기판 상부에서 조사되는 레이저 빛을 흡수하는 물질로 이루어진다. 상기 흡수층은 비정질 실리콘 또는 몰리브덴을 포함한다. 또한, 상기 제1 완충층 및 상기 제2 완충층의 두께는 1000 ~ 5000Å범위이며, 상기 제1 완충층 및 상기 제2 완충층은 산화물 또는 질화물로 이루어진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 능동 구동 표시 장치의 제조방법은 플라스틱 재질로 이루어진 기판 상에 상기 기판 상부에서 가해지는 열 또는 빛에 의한 상기 기판의 변형을 막아주는 제1 완충층을 형성하는 단계; 상기 제1 완충층 상에 상기 열 또는 빛을 흡수하는 흡수층을 형성하는 단계; 상기 흡수층 상에 상기 열 또는 빛이 상기 기판에 전달되는 것을 방지하는 제2 완충층을 형성하는 단계; 상기 제2 완충층 상에 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층을 포함하며, 상기 활성층 상에 형성되는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 유기발광소자를 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 활성층을 형성하는 단계는 상기 제2 완충층 상에 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와,상기 증착된 비정질 실리콘층을 결정화시키는 단계를 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 능동 구동 표시 장치의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 능동 구동 표시 장치의 부분 측 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 능동 구동 표시 장치(200)는 플라스틱 기판(210), 박막트랜지스터(220), 커패시터(230) 및 유기 발광 소자(240)를 포함한다. 박막트랜지스터(220)는 플라스틱 기판 상에 형성되며, 활성층(221), 게이트 전극(223), 소스 전극(225) 및 드레인 전극(227)을 포함한다. 커패시터(230)는 한 쌍의 전극(231,233)으로 이루어지고, 유기 발광 소자(240)는 박막트랜지스터(220)와 전기적으로 연결되며, 화소전극(241), 유기 발광층(243), 대향전극(245)을 포함한다.
도 3은 도 2의 능동 구동 표시 장치 중 활성층 영역까지의 제조 공정을 나타낸 측단면도이다. 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 능동 구동 표시 장치(200)를 제조하기 위해서는, 먼저 플라스틱 기판(210)을 준비한다. 플라스틱 재질로 이루어진 기판(210, 플라스틱 기판)은 PET (Poly(ethyleneterephtalate)), PEN, Pi 등과 같은 폴리머재를 이용하여 형성되며, 본 실시 예에서는 플라스틱 기판(210)으로 아릴라이트(arylite)를 이용한다. 플라스틱 기판(210) 상에는 제1 완충층(211)이 증착된다. 증착된 제1 완충층(211)은 제1 완충층(211) 하부에 형성된 플라스틱 기판(210)이 외부로부터의 열에 변형되지 않을 정도의 두께를 갖도록 형성되며, 바람직하게 제1 완충층(211)은 1000 ~ 5000Å 범위에서 선택되어 증착된다.
제1 완충층(211) 상에는 흡수층(212)이 형성되며, 이 흡수층(212)은 활성층 (221)형성 시에 플라스틱 기판(220) 측으로 가해지는 열을 흡수하는 역할을 수행한다. 흡수층(212)은 빛 또는 열을 잘 흡수하면서 활성층(221)에 비해 녹는점이 높은 물질(예를 들면, 비정질 실리콘, 몰리브덴(Mo) 등)을 이용한다. 이 흡수층(212)은 열 또는 빛을 흡수할 수 있는 두께 범위, 대략 100 ~ 2000Å 범위에서 형성된다. 다음, 흡수층(212) 상에는 제2 완충층(213)이 증착된다. 제2 완충층(213)은 상부에서 전달된 열 또는 빛을 플라스틱 기판(210)으로 전달되지 않게 하거나 최소화시키는 두께로 형성되며, 대략 1000 ~ 5000Å 범위에서 선택되어 증착된다. 제1 완충층(211)과 제2 완충층(213)은 활성층(221)에 비해 녹는점이 높으며, 제1 완충층(211)과 제2 완충층(213)은 산화물(Oxide), 질화물(Nitride) 등으로 형성되며, 상기 제1 및 제2 완충층(211,213)은 아르곤(Ar), 수소(H)와 같은 불순물을 포함하지 않는 산화물 또는 질화물(예를 들면, SiN)을 이용할 수 있다.
제2 완충층(213) 상에는 활성층(221)으로 이용될 비정질 실리콘층이 증착된다. 비정질 실리콘층이 증착된 다음, 비정질 실리콘층 상부에서 열 또는 빛을 가하여 결정화공정을 수행한다. 결정화 공정 시에는 리소그래피 방법, 레이저 방법 등 다양한 결정화방법을 이용할 수 있다.
도 4a는 도 3의 (Ⅰ)영역의 부분 확대도이고, 도 4b 및 도 4c는 영역 (Ⅰ)에 조사된 레이저 조사량에 따른 플라스틱 기판 변형 상태를 실험한 사진이다. 본 실시 예에서에서는, 플라스틱 기판(210)은 아릴라이트를 이용하고, 기판(210) 상에는 산화물(Oxide)로 구성된 제1 완충층(211)이 2500Å두께로 증착되고, 제1 완충층(211) 상에는 800Å두께의 실리콘(Si)으로 이루어진 흡수층(212)이 증착된다. 흡수층(212) 상에는 산화물로 이루어진 제2 완충층(213)이 2700Å두께로 증착되며, 제2 완충층(213) 상에는 활성층(221)으로 이용될 실리콘층이 800Å두께로 증착된다. 도 4b는 전술한 실시예 구조에 750mJ/㎠의 레이저 빛을 조사했을 때의 플라스틱 기판(210) 변형 상태를 촬영한 사진이고, 도 4c는 800mJ/㎠의 레이저 빛을 조사했을 때의 플라스틱 기판(210)의 변형 상태를 촬영한 사진이다. 실험에 따른 사진 촬영 결과에 따르면, 전술한 실시예 구조에서는 플라스틱 기판(210)에 고에너지의 레이저 빛 또는 열을 조사하여도 플라스틱 기판(210)에 변형이 일어나지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
도 5 내지 도 6은 도 3의 제조 공정 이후의 제조 공정을 도시한 제조 단계별 측단면도이다. 도 5를 참조하면, 활성층(221)은 도 3의 결정화 단계를 통해 결정화된 폴리실리콘층을 식각함으로써 형성된다. 활성층(221)이 형성된 다음, 활성층 (221)상에는 절연성을 띠는 게이트 유전체(이하, 게이트 절연층; 214)가 증착된다. 그 다음, 게이트 절연층(214) 상에는 게이트 금속(223)이 증착된다. 이때, 게이트 금속(223)은 반사율이 좋은 물질(예를 들면, 알루미늄 등)을 사용한다. 그 다음 단계에서는 게이트 금속(223) 상부에 제1 감광제(photo resist:P/R)(250)을 스핀 코팅한 다음, 그 상부에 마스크(미도시)를 씌워 포토 공정을 진행하여 게이트 금속(223)을 식각한다. 다음 단계에서는 제1 감광제(250)가 더 이상 현상(develop)되지 않도록 오븐(oven)을 이용하여 대략 140℃ 정도의 온도에서 굽는(bake) 공정을 진행한다.
도 6을 참조하여, 전술한 굽는 공정 다음 공정을 설명한다. 다음 단계는 제2 감광제(251)를 게이트 금속(223) 상부에 스핑 코팅한 후, 마스크를 사용하지 않고 노광시킨다. 노광 공정을 수행하면, 굽기 처리된 제1 감광제(250)는 현상되지 않고, 제2 감광제(251) 중 두꺼운 부분만 남아서 스페이서를 형성한다. 다음 단계에서, 게이트 절연층(215)를 식각하면, 활성층(221)과 게이트 금속(223) 사이에는 스페이서 만큼의 오프셋(offset)영역이 형성된다. 다음, 제1 및 제2 감광제(250,251)를 스트립한(strip) 다음, 도핑 공정을 실시하고 활성화한다. 본 실시예에서는 이온 샤워(260) 도핑을 실시한 다음, 레이저(261)를 이용하여 활성화한다. 이때, 도핑된 폴리실리콘 영역은 레이저(261)에 의해 활성화되고, 오프셋 영역은 도핑이 이루어지지 않으므로 활성화되지 않는다. 또한, 제2 완충층(213)이 노출되어 있는 영역(Ⅱ)에서는 제2 완충층(213)을 통해 레이저 빛이 흡수층(212)으로 전달되어 흡수된다.
도 7a는 도 5의 (Ⅱ)영역의 부분 확대도이고, 도 7b 및 도 7c는 영역 (Ⅱ)에 조사된 레이저 조사량에 따른 플라스틱 기판(210) 변형 상태를 촬영한 사진이다. 도 7a를 참조하면, 플라스틱 기판(210)은 아릴라이트를 이용하고, 기판 상에는 산화물로 이루어진 제1 완충층(211)이 2500Å두께로 증착되고, 제1 완충층(211) 상에는 800Å두께의 흡수층(212)이 증착되고, 흡수층(212) 상에는 2700Å두께의 산화물로 구성된 제2 완충층(213)이 증착된다. 도 7b는 전술한 실시예 구조에 450mJ/㎠의 레이저 빛을 조사했을 때의 플라스틱 기판(210) 변형 상태를 촬영한 사진이고, 도 7c는 750mJ/㎠의 레이저 빛을 조사했을 때의 플라스틱 기판(210)의 변형 상태를 촬영한 사진이다. 이들 실험 결과에 따르면, 전술한 구조에서는 플라스틱 기판에 450mJ/㎠에서 부터 750mJ/㎠까지 플라스틱 기판에 변형이 일어나지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 일반적으로, 활성화를 위해서는 450mJ/㎠에서 부터 600mJ/㎠ 정도의 활성화 에너지가 필요하므로, 상기 실험을 통해 제1 및 제2 완충층(211, 213) 사이에 흡수층(212)을 형성하는 경우에는 플라스틱 기판(210)에 변형을 일으키지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 덧붙여, 흡수층(212)이 수소를 함유하고 있는 경우 또는 흡수층(212)에 수소를 주입하여 형성하는 경우에는 수소 패시베이션 을 형성할 수 있으므로, 플라스틱 기판(210) 변형을 방지할 수 있다.
그 다음 공정들은 도 8을 참조하여 설명한다. 활성층(221)과 게이트 금속(223)이 형성된 다음에는, 활성층(221)과 게이트 금속(223) 상부에 층간 절연막(215)이 증착된다. 그 다음 공정에서 층간절연막(215)에는 콘택홀(미도시)을 형성되고, 콘택홀이 형성된 다음에는 소스 전극 및 드레인 전극(225, 227)이 형성된다. 전술한 공정을 이용하여 박막트랜지스터(220)가 형성된다. 그 다음 공정에서는 박막트랜지스터(220)와 전기적으로 연결되는 커패시터(230)와 발광소자(240)가 형성된다. 커패시터(230)와 발광소자(240)의 제조공정에 대한 설명은 공지되어 있는 기술과 유사 동일하므로 생략한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다 양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이상, 전술에 따르면, 본 발명은 복수의 완충층 사이에 빛 또는 열을 흡수할 수 있는 흡수층을 형성함으로써, 다양한 결정화 장비를 이용하여 비정질 실리콘층을 결정화하여도 플라스틱 기판의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명은 흡수층에 수소가 함유되어 있는 경우에는, 수소에 의해 수소 패시베이션(passivation) 효과를 제공할 수 있다.
Claims (11)
- 플라스틱 재질로 이루어진 기판 상에 형성되어 상기 기판 상부에서 가해지는 열 또는 빛에 의한 상기 기판의 변형을 막아주는 제1 완충층;상기 제1 완충층 상에 형성되어 상기 열 또는 빛을 흡수하는 흡수층;상기 흡수층 상에 형성되어 상기 열 또는 빛이 상기 기판에 전달되는 것을 방지하는 제2 완충층;상기 제2 완충층 상에 형성되는 활성층;상기 활성층 상에 형성되며 게이트 전극, 소스 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터; 및상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 커패시터 및 유기발광소자를 포함하는 능동 구동 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 흡수층의 두께는 100 ~ 2000Å 범위인 능동 구동 표시 장치.
- 삭제
- 제2항에 있어서,상기 흡수층은 비정질 실리콘 또는 몰리브덴을 이용하는 능동 구동 표시 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1 완충층 및 상기 제2 완충층의 두께는 1000 ~ 5000Å범위인 능동 구동 표시 장치.
- 제5항에 있어서,상기 제1 완충층 및 상기 제2 완충층은 산화물 또는 질화물로 이루어지는 능동 구동 표시 장치.
- 삭제
- 삭제
- 플라스틱 재질로 이루어진 기판 상에 상기 기판 상부에서 가해지는 열 또는 빛에 의한 상기 기판의 변형을 막아주는 제1 완충층을 형성하는 단계;상기 제1 완충층 상에 상기 열 또는 빛을 흡수하는 흡수층을 형성하는 단계;상기 흡수층 상에 상기 열 또는 빛이 상기 기판에 전달되는 것을 방지하는 제2 완충층을 형성하는 단계;상기 제2 완충층 상에 활성층을 형성하는 단계;상기 활성층을 포함하며, 상기 활성층 상에 형성되는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 단계;상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 유기발광소자를 형성하는 단계를 포함하는 능동 구동 표시 장치 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 활성층을 형성하는 단계는상기 제1 완충층 상에 비정질 실리콘층을 증착하는 단계와,상기 증착된 비정질 실리콘층을 결정화시키는 단계를 포함하는 능동 구동 표시 장치 제조방법.
- 삭제
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