KR100703157B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것으로 기판 소재와; 상기 기판 소재 상에 형성되어 있으며 반도체층과 상기 반도체층의 양단에 전기적으로 접촉되어 있는 입력단 및 출력단을 포함하는 광센서와; 상기 광센서의 상부에 형성되어 있는 층간 절연막과; 상기 층간 절연막 상에 순차적으로 형성되어 있는 화소전극, 유기층 및 공통전극층과; 상기 광센서의 출력에 기초하여 상기 화소전극에 인가되는 데이터 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 기생용량이 감소한 표시장치가 제공된다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 등가회로도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 배치도이고,
도 3는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이고,
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ을 따른 단면도이고,
도 5a 내지 도 11b는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도이고,
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
110 : 기판소재 211 : 게이트선
251 : 네가티브 전극선 252 : 광차단부
450 : 광센서 반도체층 611 : 데이터선
651 : 구동전압선 661 : 센서선
721 : 층간 절연막 810 : 화소전극
911 : 격벽 920 : 유기층
본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는, 층간 절연막을 도입하여 기생 용량이 억제된 표시장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이 장치(flat panel display) 중 저전압 구동, 경량 박형, 광시야각 그리고 고속응답 등의 장점으로 인하여, 최근 OLED(organic light emitting diode)가 각광 받고 있다. OLED는 구동방식에 따라 수동형(passive matrix)과 능동형(active matrix)으로 나누어진다. 이중 수동형은 제조과정은 간단하지만 디스플레이 면적과 해상도가 증가할수록 소비전력이 급격히 증가하는 문제가 있다. 따라서 수동형은 주로 소형 디스플레이에 응용되고 있다. 반면 능동형은 제조과정은 복잡하지만 대화면과 고해상도를 실현할 수 있는 장점이 있다.
능동형 OLED는 박막트랜지스터가 각 화소 영역마다 연결되어, 각 화소 영역별로 유기발광층의 발광을 제어한다. 각 화소 영역에는 화소전극이 위치하고 있는데, 각 화소전극은 독립된 구동을 위해 인접한 화소전극과 전기적으로 분리되어 있다. 또한 화소 영역간에는 화소전극보다 더 높은 격벽이 형성되어 있는데, 이 격벽은 화소전극 간의 단락을 방지하고 화소 영역 간을 분리하는 역할을 한다. 격벽 사이의 화소전극 상에는 정공주입층과 유기발광층이 순차적으로 형성되어 있다.
OLED기판에는 하나의 화소에 복수의 트랜지스터가 배치되어 있는데, 일반적으로 데이터선과 연결된 스위칭 트랜지스터와 구동전압선에 연결된 구동 트랜지스터가 배치된다. 이러한 복잡한 구조로 인해 각 배선층 간에 기생용량이 발생하여 품질이 저하되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 기생용량이 감소한 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 기판 소재와; 상기 기판 소재 상에 형성되어 있으며 반도체층과 상기 반도체층의 양단에 전기적으로 접촉되어 있는 입력단 및 출력단을 포함하는 광센서와; 상기 광센서의 상부에 형성되어 있는 층간 절연막과; 상기 층간 절연막 상에 순차적으로 형성되어 있는 화소전극, 유기층 및 공통전극층과; 상기 광센서의 출력에 기초하여 상기 화소전극에 인가되는 데이터 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 표시장치에 의하여 달성된다.
상기 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 광센서는 상기 반도체층과 상기 입력단 사이 및 상기 반도체층과 상기 출력단 사이에 위치하는 저항 접촉층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 반도체층과 상기 기판소재 사이에 위치하며, 외부로부터의 빛이 상기 반도체층으로 입사되는 것을 방지하는 금속층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속층은 상기 반도체층과 절연층을 사이에 두고 형성되며, 상기 금속층에는 네가티브 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
상기 층간절연막의 유전율은 4이하인 것이 바람직하다.
상기 층간절연막은 SiOF, SiOC, 유기물 중 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 유기물은 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴 수지 (acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 테프론계열, 사이토프(cytop), PFCB (perfluorocyclobutane) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 층간절연막의 두께는 1 내지 5㎛인 것이 바람직하다.
상기 반도체층과 상기 층간절연막 사이에 위치하는 보호층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보호층은 질화 실리콘으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 광센서의 입력단과 연결되어 있는 센서 트랜지스터를 더 포함하며, 상기 광센서의 입력단은 상기 센서 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 있는 것이 바람직하다.
상기 센서 트랜지스터의 소스 전극과 연결되어 있으며 상기 센서 트랜지스터의 소스 전극에 일정한 전압을 인가하는 센서선을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광센서의 입력단과 일체를 이루며 센서 저장용량을 형성하는 저장용량형성부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기판소재와 상기 저장용량 형성부 사이에서 센서 저장용량형성부와 절연층을 사이에 두고 위치하며 네가티브 전압이 입력되는 금속층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 저장용량 형성부 상에서 상기 저장용량 형성부와 상기 층간 절연막을 사이에 두고 위치하며, 상기 금속층과 전기적으로 연결되어 있는 투명전극층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
서로 절연 교차하는 게이트선 및 데이터선을 더 포함하며, 상기 광센서의 출 력단자는 상기 게이트선에 전기적으로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
상기 반도체층은 긴 띠 형상인 것이 바람직하다.
상기 유기층은 정공주입층과 상기 정공주입층 상에 형성되어 있는 발광층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정공주입층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리스티렌술폰산을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 발광층들은 고분자 물질인 것이 바람직하다.
상기 유기층은 잉크젯 방식으로 형성된 것이 바람직하다.
상기 표시장치는 바텀-에미션(bottom-emission) 방식인 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
여러 실시예에 있어서 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 부여하였으며, 동일한 구성요소에 대하여는 제1실시예에서 대표적으로 설명하고 다른 실시예에서는 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 등가회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시장치(1)는 복수의 신호선(211, 251, 611, 651, 661)을 포함한다.
신호선은 주사신호를 전달하는 게이트선(211), 네가티브 전압을 인가하는 네가티브 전극선(251), 데이터 신호를 전달하는 데이터선(611), 구동 전압을 전달하는 구동 전압선(651), 광센서(LS)에 연결되어 있는 센서선(661)을 포함한다.
각 화소는 유기발광소자(LD), 스위칭 트랜지스터(Tsw), 구동 트랜지스터 (Tdr), 센서 트랜지스터(Tss), 광센서(LS), 축전기(C1, C2)를 포함한다.
구동 트랜지스터(Tdr)는 제어 단자, 입력 단자 및 출력단자를 가지는데, 제어단자는 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(651)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기발광소자(LD)에 연결되어 있다.
유기발광소자(LD)는 구동트랜지스터(Tdr)의 출력 단자에 연결되는 애노드(anode)와 공통전압(Vcom)에 연결되어 있는 캐소드(cathod)를 가진다. 유기 발광 소자(LD)는 구동 트랜지스터(Tdr)의 출력 전류에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다. 구동 트랜지스터(Tdr)의 전류는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라진다.
스위칭 트랜지스터(Tsw)는 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 게이트선(211)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(611)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 연결되어 있다. 스위칭 트랜지스터(Tsw)는 게이트선(211)에 인가되는 주사 신호에 따라 데이터선(611)에 인가되는 데이터 신호를 구동 트랜지스터(Tdr)에 전달한다.
축전기(C1)는 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어 단자와 입력단자 사이에 연결되어 있다. 축전기(C1)는 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어 단자에 입력되는 데이터 신호를 충전하고 유지한다.
이상의 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 구동 트랜지스터(Tdr)는 구동되면서 점점 열화되어 성능이 저하된다. 센서 트랜지스터(Tsw), 광센서(LS), 축전기(C2) 그리고 네가티브 전극선(251)은 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 구동 트랜지스터(Tdr)의 열화를 보상하는 역할을 한다.
센서 트랜지스터(Tsw)는 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 게이트선(211)에 연결되어 있고, 입력 단자는 센서선(661)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 광센서(LS) 및 축전기(C2)에 연결되어 있다.
축전기(C2)는 센서 트랜지스터(Tsw)의 출력 단자와 네가티브 전극선(251) 사이에 연결되어 있다. 이 축전기(C2)는 센서 트랜지스터(Tsw)의 입력 단자에 입력되는 전압을 충전하고 유지한다.
광센서(LS)는 반도체층과, 반도체층의 일단에 연결되어 있으며 센서 트랜지스터(Tsw)의 출력단자에 연결되어 있는 입력단, 반도체층의 타단에 연결되어 있으며 후단 게이트선(211)에 연결되어 있는 출력단을 가진다.
광센서(LS)의 반도체층은 유기발광소자(LD)로부터 빛을 받으면 저항이 작아져 전류가 흐르는 특성을 가진다. 이에 따라 반도체층에 빛이 입사되면 입력단으로부터 출력단으로 전류가 흐르게 되고 축전기(C2)의 충전 용량이 감소한다. 입사되는 빛의 강도가 클수록 출력단으로 흐르는 전류는 증가하여 축전기(C2)의 용량 감소가 커지며 센서선(661)을 통해 더 많은 전류를 공급해야 한다.
동일한 데이터 전압이 인가되어도, 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 구동 트랜지스터(Tdr)의 열화 정도에 따라 반도체층에 입사되는 빛의 세기가 감소(증가)한다.
이상으로부터 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 구동 트랜지스터(Tdr)의 열화, 유기발광소자(LD)로부터 반도체층에 입사되는 빛의 강도, 광센서(LS)의 출력단에 흐르는 전류의 크기, 축전기(C2)의 용량 감소 및 이를 보상하기 위한 센서선(661)의 전 류 공급량이 상호 연관되어 있는 것을 알 수 있다.
제어부(10)는 센서선(661)을 통해 공급된 전류량을 기초로 하여 데이터선(611)에 공급되는 데이터 전압을 조절한다. 이에 의해 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 구동 트랜지스터(Tdr)의 열화가 보상된다.
제어부(10)와 연결되어 있는 메모리(20)에는 데이터 전압의 크기에 따른 센서선(661)을 통한 공급 전류값 테이블이 저장되어 있다. 제어부(10)는 메모리(20)를 이용하여 다양한 데이터 전압에 대하여 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 구동 트랜지스터(Tdr)의 열화를 보상한다.
이하에서는 도 1에 도시한 표시장치의 구조에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 배치도, 도 3는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ을 따른 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 투명한 유리 따위로 만들어진 기판 소재(110) 위에 게이트선(211), 스위칭 게이트 전극(221), 구동 게이트 전극(231), 센서 게이트 전극(241), 네가티브 전극선(251), 광차단부(252), 게이트 용량형성부(253)를 포함하는 게이트 배선(200)이 형성되어 있다. 게이트 배선(200)은 금속층으로 이루어져 있으며 단일층 또는 다중층일 수 있다. 이 중 게이트선(211), 스위칭 게이트 전극(221), 센서 게이트 전극(241)은 일체를 이루고 있다. 네가티브 전극선(251), 광차단부(252) 및 게이트 용량형성부(253) 역시 일체를 이루고 있다.
주사 신호를 전달하는 게이트선(211)은 주로 가로방향으로 뻗어 데이터선 (611)과 교차하며, 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 가질 수 있다. 주사 신호를 생성하는 게이트 구동회로(도시하지 않음)가 기판소재(110)에 집적되어 있는 경우, 게이트선(211)이 직접 게이트 구동 회로에 연결될 수 있다. 스위칭 게이트 전극(221)과 센서 게이트 전극(241)은 게이트선(211)에 연결되어 있으며 각각 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 센서 트랜지스터(Tss)의 제어 단자가 된다.
구동 게이트 전극(231)은 구동 트랜지스터(Tdr)의 제어단자호서 스위칭 트랜지스터(Tsw)의 스위칭 드레인 전극(622)에 연결되어 있으며, 스위칭 소스 전극(621)과 함께 축전기(C1)를 형성한다.
네가티브 전극선(251)은 게이트선(211)과 인접하며 평행하게 형성되어 있다. 네가티브 전극선(251)에는 네가티브 전압, 예를 들어 -5V 또는 -10V가 인가된다.
네가티브 전극선(251)에 연결되어 있는 광차단부(252)는 광센서(LS)의 하부에 위치하며, 외부로부터의 빛이 광센서(LS)의 광센서 반도체층(450)에 입사하는 것을 방지한다. 이에 의해 광차단부(252)에 의해 광센서(LS)는 유기발광소자(LD)로부터의 빛만이 조사된다. 광차단부(252)에는 네가티브 전압이 인가되고 있기 때문에 게이트 절연막(310)을 사이에 두고 위치하는 광센서 반도체층(450)이 활성화되는 것을 방지하는 역할도 한다.
네가티브 전극선(251)에 연결되어 있는 게이트 용량형성부(253)는 센서 트랜지스터(Tss)의 센서 드레인 전극(641)에 연결되어 있는 데이터 용량형성부(671)와 함께 축전기(C2)를 형성한다. 데이터 용량형성부(671)는 네가티브 전극선(251)에 연결되어 있는 투명 전극 용량 형성부(840)와도 축전기(C2)를 형성한다. 즉 게이트 용량형성부(253), 데이터 용량형성부(671) 및 투명전극 용량형성부(840)는 순차적으로 배치되어 있으며, 축전기(C2)는 게이트 용량형성부(253)과 데이터 용량형성부(671) 및 데이터 용량형성부(671) 및 투명전극 용량형성부(840) 사이에서 모두 형성된다.
기판 소재(10)과 게이트 배선(200) 위에는 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(310)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(310) 상에는 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(400)이 형성되어 있다. 반도체층(400)은 스위칭 트랜지스터(Tsw)에 위치하는 스위칭 반도체층(420), 구동 트랜지스터(Tdr)에 위치하는 구동 반도체층(430), 센서 트랜지스터(Tss)에 위치하는 센서 반도체층(440) 그리고 광센서(LS)에 위치하는 광센서 반도체층(450)을 포함한다. 스위칭 반도체(420)와 센서 반도체층(440)은 섬모양이며, 구동 반도체층(430)은 구동 게이트 전극(231)을 따라 길게 연장되어 있다. 광센서 반도체층(450)은 띠 모양으로 데이터선(611)에 평행하게 배치되어 있으며 광차단부(252)에 의해 완전히 가려져 있다.
반도체층(400)과 데이터 배선(600) 사이에는 n형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 수소화 비정질 실리콘으로 이루어진 저항성 접촉층(510)이 형성되어 있다.
저항성 접촉층(510) 및 저항성 접촉층(510)이 가리지 않은 게이트 절연막(310) 상에는 데이터 배선(600)이 형성되어 있다.
데이터 배선(600)은 데이터선(611), 스위칭 소스 전극(621), 스위칭 드레인 전극(622), 구동전압선(651), 구동 소스전극(631), 구동 드레인 전극(632), 센서 소스 전극(641), 센서 드레인 전극(642), 데이터 용량 형성부(671), 입력단(672), 출력단(673) 그리고 센서선(661)을 포함한다. 데이터선(611)과 스위칭 소스 전극(621)은 일체로 형성되어 있다. 구동전압선(651)과 구동 소스전극(631)도 일체로 형성되어 있으며 센서 드레인 전극(642), 데이터 용량 형성부(671) 및 입력단(672)도 일체로 형성되어 있다.
데이터 신호를 전달하는 데이터선(611)은 주로 세로방향으로 뻗어 게이트선(211)과 교차하며, 다른 층 또는 외부 장치와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 가질 수 있다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동회로(도시하지 않음)가 기판소재(110)에 집적되어 있는 경우, 데이터선(611)이 직접 데이터 구동 회로에 연결될 수 있다. 스위칭 소스 전극(621)은 데이터선(611)과 일체를 이루며 스위칭 트랜지스터(Tsw)의 입력 단자가 된다.
스위칭 트랜지스터(Tsw)의 스위칭 드레인 전극(622)은 구동 트랜지스터(Tdr)의 구동 게이트 전극(231)에 연결되어 있다.
구동전압선(651)은 데이터선(611)과 평행하게 배치되어 있으며 구동 트랜지스터(Tdr)의 구동 소스 전극(631)에 구동전압을 인가한다. 구동 소스 전극(631)은 구동전압선(651)과 일체를 이루면서 길게 연장되어 있다.
구동 드레인 전극(642)은 구동 소스 전극(631)과 일정한 간격을 두고 나란히 형성되어 있으며 화소전극(810)에 전류를 출력한다.
센서 트랜지스터(Tss)의 센서 소스 전극(641)은 센서선(661)에 연결되어 있 다. 센서선(661)은 센서 소스 전극(641)에 일정한 전압, 예를 들어 5V를 공급한다. 센서 드레인 전극(642)은 광센서(LS)의 입력단(672)과 데이터 용량 형성부(671)과 일체를 이루고 있다. 입력단(672)은 광센서 반도체층(450)의 일단과 연결되어 있으며 데이터 용량 형성부(671)는 게이트 용량형성부(253) 및 투명전극 용량형성부(840)과 함께 축전기(C2)를 형성한다.
센서 드레인 전극(642)은 섬모양으로 광센서 반도체층(450)의 타단과 연결되어 있으며 후단 게이트선(211)에 연결되어 있다. 센서 트랜지스터(Tss)의 센서 드레인 전극(642)으로 흐르는 전류는 후단 게이트선(211)으로 방전된다.
센서선(661)은 데이터선(611)과 평행하게 배치되어 있으며 센서 트랜지스터(Tss)의 센서 소스 전극(641)에 일정한 전압을 인가한다. 센서 트랜지스터(Tss)의 일단은 제어부(10)에 연결되어 있을 수 있다.
데이터 배선(600)과 이들이 가리지 않는 반도체층(400)의 상부에는 보호층(711)이 형성되어 있다. 보호층(711)은 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다.
보호층(711)의 상부에는 층간 절연막(721)이 형성되어 있다. 층간 절연막(721)은 유전율이 4이하인 저유전율 물질로서 SiOF, SiOC, 유기물 등으로 이루어 질 수 있다. SiOF, SiOC 는 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 방법을 이용하여 형성될 수 있으며 유기물은 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다. 유기물은 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴 수지(acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 테프론계열, 사이토프(cytop), PFCB (perfluorocyclobutane) 중 어느 하나일 수 있다. 층간 절연막(721)로 유기 절연물 중 감광성을 가지는 물질을 사용할 수도 있다. 층간 절연막(721)의 두께(d1)는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다.
층간 절연막(721)의 상부에는 투명전극층(800)이 형성되어 있다. 투명전극층(800)은 화소전극(810), 구동 브릿지(820), 센서 브릿지(830), 투명전극 용량형성부(840), 광센서 브릿지(850)를 포함한다. 투명전극층(800)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어져 있다.
화소전극(810)은 음극(anode)이라고도 불리며 유기층(920)에 정공을 공급한다. 화소전극(810)은 광센서 반도체층(450)의 상부에도 위치하고 있다. 화소전극(810)은 접촉구(955)를 통해 구동 드레인 전극(632)과 연결되어 있다.
구동 브릿지(820)는 스위칭 트랜지스터(Tss)의 스위칭 드레인 전극(622)과 구동 트랜지스터(Tdr)의 구동 게이트 전극(231)을 연결한다. 이를 위해 스위칭 드레인 전극(622)과 구동 게이트 전극(231)은 각각 접촉구(951, 952)를 통해 노출되어 있다.
센서 브릿지(830)는 센서선(661)과 센서 트랜지스터(Tss)의 센서 소스 전극(641)을 연결한다. 이를 위해 센서선(661)과 센서 소스 전극(641)은 각각 접촉구(953, 954)를 통해 노출되어 있다.
투명전극 용량 형성부(840)는 게이트 용량형성부(253)에 연결되어 있으며 데이터 용량형성부(252)와 함께 축전기(C2)를 형성한다. 이를 위해 게이트 용량형성부(252)는 접촉구(956)를 통해 노출되어 있다.
광센서 브릿지(850)는 광센서(LS)의 게이트선(211)과 출력단(673)을 연결한 다. 이를 위해 게이트선(211)과 출력단(673)은 각각 접촉구(957, 958)를 통해 노출되어 있다.
인접한 화소전극(810) 간에는 격벽(911)이 형성되어 있다. 격벽(911)은 화소전극(810) 간을 구분하여 화소영역을 정의하며 박막트랜지스터(Tsw, Tdr, Tss) 상에 형성되어 있다. 격벽(911)은 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 내열성, 내용매성이 있는 감광물질이나 SiO2, TiO2와 같은 무기재료로 이루어질 수 있으며 유기층과 무기층의 2층 구조도 가능하다.
격벽(911)이 가리지 않은 화소전극(810) 상에는 유기층(920)이 형성되어 있다. 유기층(920)은 정공주입층(921, hole injecting layer)과 발광층(922, light emitting layer)으로 이루어져 있다..
정공주입층(921)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT)과 폴리스티렌술폰산(PSS)과 같은 정공 주입 물질로 이루어져 있으며, 이들 정공 주입 물질을 물에 혼합시켜 수상 서스펜션 상태에서 잉크젯 방식으로 형성될 수 있다.
발광층(922)은 폴리플루오렌 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리비닐카바졸, 폴리티오펜 유도체, 또는 이들의 고분자 재료에 페릴렌계 색소, 로더민계 색소, 루브렌, 페릴렌, 9,10-디페닐안트라센, 테트라페닐부타디엔, 나일 레드, 쿠마린 6, 퀴나크리돈 등을 도핑하여 사용할 수 있다.
화소전극(810)에서 전달된 정공과 공통전극(930)에서 전달된 전자는 발광층(922)에서 결합하여 여기자(exciton)가 된 후, 여기자의 비활성화 과정에서 빛을 발생시킨다.
격벽(911) 및 발광층(922)의 상부에는 공통전극(930)이 위치한다. 공통전극(930)은 양극(cathode)이라고도 불리며 발광층(922)에 전자를 공급한다. 공통전극(930)은 칼슘층과 알루미늄층으로 적층되어 구성될 수 있다. 이 때 발광층(922)에 가까운 측에는 일함수가 낮은 것을 배치하는 것이 바람직하다. 공통전극(930)은 발광층(922)에 직접 접하여 전자를 주입한다.
불화 리튬은 발광층(922)의 재료에 따라서는 발광효율을 증가시키기 때문에, 발광층(922)과 공통전극(930) 사이에 불화리튬층을 형성할 수도 있다. 공통전극(930)을 알루미늄, 은과 같은 불투명한 재질로 만들 경우 발광층(922)에서 발광된 빛은 기판 소재(110) 방향으로 출사되며 이를 바텀 에미션(bottom emission) 방식이라 한다.
이상 설명한 화소전극(810), 유기층(920) 및 공통전극(930)이 도 1에 도시한 유기발광소자(LD)를 구성한다.
도시하지는 않았지만 표시장치(1)는 발광층(922)과 공통전극(930) 사이에 전자수송층(electron transfer layer)과 전자주입층(electron injection layer)을 더 포함할 수 있다. 또한 공통전극(930)의 보호를 위한 보호층, 유기층(920)으로의 수분 및 공기 침투를 방지하기 위한 봉지부재를 더 포함할 수 있다. 봉지부재는 밀봉수지와 밀봉캔으로 이루어질 수 있다.
광센서(LS)의 작용을 이상에서 설명한 도 1 내지 도 4를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
게이트선(211)을 통해 게이트 온 전압이 인가되면 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 센서 트랜지스터(Tss)가 온된다.
센서 트랜지스터(Tss)가 온 된 상태에서 센서선(661)과 센서 브릿지(830)을 통해 축전기(C2)의 충전이 이루어진다.
스위칭 트랜지스터(Tsw)가 온 된 상태에서 데이터선(611)을 통해 인가된 데이터 전압이 스위칭 드레인 전극(622)에 전달된다. 데이터 전압은 구동 브릿지(820)을 통해 구동 트랜지스터(Tdr)의 구동 게이트 전극(231)에 인가되어 구동 트랜지스터(Tdr)이 온 된다.
온 상태의 구동 트랜지스터(Tdr)를 통해 구동전류가 구동 드레인 전극(632)로 인가되는데, 구동전류의 크기는 데이터 전압에 의해 결정된다. 구동 드레인 전극(632)에 인가된 구동전류는 화소전극(810)에 인가되고 이에 의해 유기층(920)이 발광하게 된다.
유기층(920)에서 발광한 빛은 광센서 반도체층(450)을 활성시켜 입력단(672)으로부터 출력단(673)으로 전류가 흐른다. 이에 의해 축전기(C2)의 용량이 감소하게 되는데, 제어부(10)는 축전기(C2)를 다시 충전하기 위해 공급된 전류량을 기초로 데이터 전압을 조절하는 것이다. 출력단(673)으로 흐른 전류는 센서 브릿지(830)를 통해 후단 게이트선(211)으로 방전된다.
이상과 같은 제1실시예에서 투명전극층(800)와 게이트 배선(200) 사이 그리고 투명전극층(800)과 데이터 배선(600) 사이에는 층간 절연막(721)이 형성되어 있다. 층간 절연막(721)은 유전율이 낮으면서 두께는 상대적으로 크기 때문에 투명전극층(800)와 게이트 배선(200) 사이 그리고 투명전극층(800)과 데이터 배선(600) 사이에는 층간 절연막(721)의 기생용량이 감소하여 표시장치(1)의 품질이 향상된다.
도 2에서 보면 광센서 반도체층(450)의 양단에는 입력단(672)과 출력단(673)이 연결되어 있으며 광차단부(252)는 게이트 절연층(310)을 사이에 두고 반도체층(450) 하부에 위치하고 있다. 이러한 구조에서 광센서 반도체층(450), 입력단(672), 출력단(673) 그리고 광차단부(252)는 박막트랜지스터를 형성할 가능성이 있다. 이러한 박막트랜지스터가 형성되면 광센서 반도체층(450)의 전류흐름을 제어하기 어려워져 광센서(LS)가 발광층(922)의 빛의 세기를 측정하기 어려워진다. 그러나 이 문제는 광차단부(252)에 네가티브 전압을 인가함으로써 해결될 수 있다.
한편 광센서 반도체층(450)의 상부에는 보호층(711)과 층간 절연막(721)을 사이에 두고 화소전극(810)이 형성되어 있다. 이러한 구조에서 광센서 반도체층(450), 입력단(672), 출력단(673) 그리고 화소전극(810)은 박막트랜지스터를 형성할 가능성이 있다. 이러한 박막트랜지스터가 형성되면 광센서 반도체층(450)의 전류흐름을 제어하기 어려워져 광센서(LS)가 발광층(922)의 빛의 세기를 측정하기 어려워진다. 본 발명의 층간 절연막(721)은 유전율이 낮으면서 두께는 상대적으로 크기 때문에 박막트랜지스터의 형성을 방지한다.
이와 같은 구성으로서 광센서(LS)는 하부의 광차단부(252) 및 상부의 화소전극(810)의 영향을 받지 않고 발광층(922)의 빛의 세기를 측정할 수 있게 된다.
이하에서는 본발명의 제1실시예에 따른 표시 장치의 제조방법을 도 5a 내지 도 11b를 참조하여 설명한다. 도 5a, 도 6a, 도 7a, 도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a 는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면에 해당하며, 도 5b, 도 6b, 도 7b, 도 8b, 도 9b, 도 10b, 도 11b는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ을 따른 단면도이다.
먼저, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 기판소재(10) 위에 게이트 금속층을 형성하고 패터닝하여 광차단부(252)와 게이트 용량형성부(253)를 형성한다. 게이트 금속층은 기판소재(110) 전면에 걸쳐 형성되며 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용할 수 있다. 이 후 광차단부(252)와 게이트 용량형성부(253) 상부에 게이트 절연막(310)을 형성한다. 게이트 절연막(310)은 질화 실리콘으로 이루어질 수 있으며 화학기상증착(CVD) 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
다음, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(310) 위에 섬 모양의 광센서 반도체층(450)과 저항성 접촉층(510)을 형성한다. 게이트 절연막(310), 광센서 반도체층(450) 및 저항성 접촉층(510)은 연속적으로 형성될 수 있다.
다음, 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 데이터 금속층을 형성하고 패터닝하여 데이터 용량형성부(671), 입력단(672) 그리고 출력단(673)을 형성한다. 데이터 용량형성부(671), 입력단(672)은 일체로 형성된다. 데이터 금속층은 기판소재(110) 전면에 걸쳐 형성되며 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용할 수 있다. 이 과정에서 입력단(672) 그리고 출력단(673)에 의해 가려지지 않은 저항성 접촉층(510)이 제거된다. 저항성 접촉층(510) 제거 후에 노출된 광센서 반도체층(450)의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 실시하는 것이 바람직하다. 저항접촉층(510)의 식각은 플라즈마를 이용한 건식식각 방법을 사용할 수 있다.
다음 도 8a 및 도 8b와 같이 보호층(711)과 층간 절연막(721)을 형성한다. 보호층(711)은 질화 실리콘으로 이루어질 수 있으며 화학기상증착(CVD) 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 층간 절연막(721)은 SiOF, SiOC 등을 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 방법을 형성하거나 유기물을 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등의 방법으로 형성할 수 있다.
다음, 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이, ITO 또는 IZO등의 투명전도막을 증착하고 사진 식각하여 화소전극(810)과 투명전극 용량형성부(840)를 형성한다. ITO나 IZO를 적층하기 전의 예열(pre-heating) 공정에서 사용하는 기체는 질소를 이용하는 것이 바람직하다. 그 후 전면에 격벽 물질층을 형성하고 노광하여 격벽(911)을 형성한다. 격벽 물질층은 감광성 물질로 이루어져 있으며 슬릿 코팅 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다.
이후 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 정공주입층(921)을 형성하기 위해 정공주입물질을 포함하는 고분자 용액인 정공주입용액(925)을 화소전극(810) 상에 잉크젯 방법을 사용하여 드로핑한다. 정공주입용액(925)은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 등의 폴리티오펜 유도체와 폴리스틸렌 술폰산(PSS) 등의 혼합물과 이들 혼합물이 용해되어 있는 극성 용매를 포함할 수 있다. 극성 용매로는, 예를 들어 이소프로필알콜(IPA), n-부탄올, γ-부틸올락톤, N-메틸피를리돈(NMP), 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논(DMI) 및 그 유도체, 카비톨아세테이트, 부틸카비톨아세테이트 등의 글리콜에테류 등을 들 수 있다.
건조는 질소 분위기 하 실온에서 압력을 1Torr 정도로 낮추어 행할 수 있다. 압력이 너무 낮으면 정공주입용액(925)이 급격히 끊을 위험이 있다. 한편 온도를 실온 이상으로 하면 용매의 증발 속도가 높아져 균일한 두께의 막을 형성하기 어려워 바람직하지 않다.
도 11a 및 도 11b는 완성된 정공주입층(921)을 나타낸다. 건조가 완료된 후 질소 중, 바람직하게는 진공 중에서 약 200℃에서 10분 정도 열처리를 할 수 있는데, 이 과정을 통해 정공주입층(921) 내에 잔존하는 용매나 물이 제거된다. 이후 발광층(922)을 형성하기 위해 발광물질을 포함하는 고분자 용액인 발광용액(926)을 정공주입층(921)이 형성되어 있는 화소전극(810) 상에 드로핑한다.
발광용액(926)의 용매는 정공주입층(921)의 재용해를 방지하게 위해 정공주입층(921)에 대하여 불용인 비극성 용매를 사용한다. 비극성 용매로는 시클로헥실벤젠, 디하이드로벤조퓨란, 트리메틸벤젠, 테트라메틸벤젠 등이 있다.
한편 정공주입층(921)은 비극성 용매에 대한 친화성이 낮으므로, 비극성 용매를 포함하는 발광용액(926)을 사용할 경우 정공주입층(921)과 발광층(922)을 밀착시킬 수 없게 되거나, 발광층(922)을 균일하게 도포할 수 없게 될 우려가 있다.
따라서 비극성 용매에 대한 정공주입층(921)의 친화성을 높이기 위하여, 발광용액(926)의 드로핑 전에 정공주입층(921)의 표면개질공정을 거치는 것이 바람직하다.
표면개질공정에서는 표면개질제를 정공주입층(921)에 도포한 후 건조 증발시킨다. 표면개질제는 발광용액(926)의 용매인 시클로헥실벤젠, 디하이드로벤조퓨란, 트리메틸벤젠, 테트라메틸벤젠 또는 이들 용매와 유사한 톨루엔 또는 자일렌을 사용할 수 있다. 표면개질제의 도포방법은 잉크젯 방법, 스핀 코팅법 또는 딥 방법이 가능하다.
표면개질공정을 통해 정공주입층(921)의 표면이 비극성 용매에 융합하기 쉬워져 발광용액(926)을 균일하게 도포할 수 있다.
이후 발광용액(926)을 건조하여 발광층(922)을 형성하고 발광층(922)상에 공통전극(930)을 형성하면 도 3 및 도 4와 같은 표시 장치가 완성된다.
이하 도 12를 참조하여 본발명의 제2실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명하며, 제1실시예에 따른 표시 장치와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 12는 제1실시예에 대한 도 3에 해당하는 부분의 단면이다.
제2실시예에 따른 표시 장치(1)에 있어서, 층간 절연막(722)은 보호층(711) 상에 부분적으로 위치한다. 더욱 상세하게는 층간 절연막(722)은 광센서 반도체(450)에 대응하는 부분에만 위치하고 있으며 광센서(LS)가 화소전극(810)으로부터 받는 영향이 감소한다.
비록 본발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기생용량의 형성이 감소한 표시장치가 제공된다.

Claims (23)

  1. 기판 소재와;
    상기 기판 소재 상에 형성되어 있으며 반도체층과 상기 반도체층의 양단에 전기적으로 접촉되어 있는 입력단 및 출력단을 포함하는 광센서와;
    상기 광센서의 상부에 순차적으로 형성되어 있는 보호막 및 유기물로 이루어진 층간 절연막과;
    상기 층간 절연막 상에 순차적으로 형성되어 있는 화소전극, 유기층 및 공통전극층과;
    상기 광센서의 출력에 기초하여 상기 화소전극에 인가되는 데이터 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는 상기 반도체층과 상기 입력단 사이 및 상기 반도체층과 상기 출력단 사이에 위치하는 저항 접촉층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 상기 기판소재 사이에 위치하며
    외부로부터의 빛이 상기 반도체층으로 입사되는 것을 방지하는 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 금속층과 상기 반도체층 사이에 형성되어 있는 절연층을 더 포함하며, 상기 금속층에는 네가티브 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 층간절연막의 유전율은 4이하인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 층간절연막은 SiOF, SiOC, 유기물 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기물은 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴 수지(acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 테프론계열, 사이토프(cytop), PFCB (perfluorocyclobutane) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 층간절연막의 두께는 1 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층과 상기 층간절연막 사이에 위치하는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보호층은 질화 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광센서의 입력단과 연결되어 있는 센서 트랜지스터를 더 포함하며,
    상기 광센서의 입력단은 상기 센서 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 있는 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서 트랜지스터의 소스 전극과 연결되어 있으며 상기 센서 트랜지스터의 소스 전극에 일정한 전압을 인가하는 센서선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광센서의 입력단과 일체를 이루며 센서 저장용량을 형성하는 저장용량형성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판소재와 상기 저장용량 형성부 사이 위치하며 네가티브 전압이 입력되는 금속층과;
    상기 금속층과 상기 저장용량 형성부 사이에 위치하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 층간 절연막 상에 형성되어 있으며 상기 저장용량 형성부와 마주하며, 상기 금속층과 전기적으로 연결되어 있는 투명전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제1항에 있어서,
    서로 절연 교차하는 게이트선 및 데이터선을 더 포함하며,
    상기 광센서의 출력단자는 상기 게이트선에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 반도체층은 긴 띠 형상인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 유기층은 정공주입층과 상기 정공주입층 상에 형성되어 있는 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 정공주입층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리스티렌술폰산을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 발광층들은 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 유기층은 잉크젯 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 표시장치는 바텀-에미션(bottom-emission) 방식인 것을 특징으로 하는 표시장치.
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