KR100869647B1 - 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터에 있어서, 기판의 전면에 소정의 패턴으로 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극의 상부 소정부에 서로 이격되어 형성되는 한쌍의 절연 박막; 상기 절연박막 상부에 적층되는 제 1 및 제 2 게이트 전극; 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극과 상기 절연 박막이 코팅되지 않아 외부로 노출된 상기 하부 전극의 상면에 코팅되는 유기반도체 박막층; 및 상기 유기반도체 박막층의 상부에 형성되는 상부 전극을 포함하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터를 제공한다.
유기발광트랜지스터, 소스, 드레인, 게이트

Description

이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법{Double side gate type Organic Light-Emitting Transistors and method of the same}
본 발명은 새로운 구조의 유기발광트랜지스터(Organic Light-Emitting Transistors)에 관한 것으로, 특히 상부 및 하부 전극 사이에 유기반도체 박막층이 존재하고, 그 양 옆에 게이트 전극이 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Display Device: LCD)나 전계발광표시장치(Electroluminescence Display Device: ELD) 등의 평판표시장치에는 각 화소의 동작을 제어하는 스위칭 소자 및 각 화소의 구동 소자로 박막 트랜지스터를 사용하고 있다. 이러한 평판표시장치는 최근 요구되고 있는 대형화 및 박형화와 더불어 플렉서블(Flexible) 특성을 만족시키기 위해 기존의 글라스재가 아닌 플라스틱제 등으로 구비되는 기판을 사용하려는 시도가 계속되고 있다. 그러나 플라스틱 기판을 사용할 경우에는 전술한 바와 같이 고온 공정이 아닌 저온 공정을 사용해야 한다. 따라서, 종래의 실리콘 박막 트랜지스터를 사용하기가 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 저온 공정이 가능한 유기막을 반도체층으로 사용하는 유기박막트랜지스터(OTFT)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
도 1은 미국 특허출원 US7,126,153(이하, '선행특허 1'이라 함)에 개시된 유기트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상부 전극과 하부 전극 사이에 플로팅(Floating) 전극을 콤브(comb)나 메쉬(mesh) 형태로 삽입하여 게이트 전극 역할을 하는 유기트랜지스터 구조를 개시한다.
상기 도 1에 개시된 유기트랜지스터의 경우 유기박막층 중간에 삽입한 플로팅(Floating) 전극이 존재하기 때문에 실제로 만들어진 여기자(Exciton)가 전극 표면에서 자연적으로 quenching되어 소실될 수 있는 문제점이 있으며, 유기박막층 중간에 금속 전극이 존재함으로 박리에 의한 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.
도 2는 미국 특허출원 US6,897,621(이하, '선행특허 2'라 함)에 개시된 유기트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 하부 전극과 평행한 한쪽 측면 위치에 게이트 전극을 배치시킨 유기트랜지스터 구조를 개시한다. 상기 유기트랜지스터는 상기 게이트 전극과 상부 전극 사이에 전압을 걸어 제어하는 방식을 사용한다.
상기 도 2에 개시된 유기트랜지스터의 경우 게이트 전극이 일반적인 트랜지스터의 게이트 기능을 수행하는 것이 아니고 상기 게이트 전극과 상부 전극인 음전극 사이에 기본 발광소자와 동일한 방향의 전압을 인가하였을 때 부가적으로 휘도 가 증가되거나, 기본 발광소자와 역방향의 전압을 인가하였을 때 휘도가 감소되는 것으로서 진정한 의미의 트랜지스터가 아니다.
즉, 상기 게이트 전극과 상부 전극이 연결된 부분이 하나의 보조 다이오드 역할만 할 뿐이므로 두개의 발광다이오드가 병렬로 연결되어 있는 단순한 구조를 개시한다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 상부 및 하부 전극 사이에 유기반도체 박막층이 존재하고, 그 양 옆에 게이트 전극이 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법을 통하여 종래 유기발광트랜지스터가 가지는 단점인 높은 전압과 국소한 발광면적을 해결하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 측면 게이트 사이의 전기장에 의한 유기반도체 박막층의 전기적 도핑에 의해 소자가 온(On) 되어 발광되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터에 있어서, 기판의 전면에 소정의 패턴으로 형성된 하부 전극; 상기 하부 전극의 상부 소정부에 서로 이격되어 형성되는 한쌍의 절연 박막; 상기 절연박막 상부에 적층되는 제 1 및 제 2 게이트 전극; 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극과 상기 절연 박막이 코팅되지 않아 외부로 노출된 상기 하부 전극의 상면에 코팅되는 유기반도체 박막층; 및 상기 유기반도체 박막층의 상부에 형성되는 상부 전극을 포함하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터를 제공한다.
바람직하게는, 상기 하부 전극은 소스 또는 드레인 전극으로 동작할 수 있다.
또한, 상기 상부 전극은 드레인 또는 소스 전극으로 동작할 수 있다.
또한, 상기 하부 전극과 인접하는 유기반도체 박막층에 나노입자 또는 나노선이 선택적으로 삽입된다.
보다 바람직하게는, 상기 나노입자 또는 나노선은 유기, 무기, 금속 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 정공주입층으로 동작할 경우, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 감소하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 정공이 주입되어 빛을 발산할 수 있다.
또한, 상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 전자주입층으로 동작할 경우, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 증가하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 전자가 주입되어 빛을 발산할 수 있다.
또한, 상기 기판은 투명 기판일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 기판은 유리, 금속, 플라스틱, 세라믹, 실리콘(Si)을 포함한 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법에 있어서, (a) 기판의 전면에 소정의 패턴으로 하부 전극을 적층하는 단계; (b) 상기 하부 전극의 양쪽 상부에 절연 박막을 형성한 후 패터닝 하는 단계; (c) 상기 하부 전극 위에 소정 간격 이격되도록 제 1 및 제 2 게이트 전극을 적층하는 단계; (d) 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극과 상기 절연 박막이 코팅되지 않아 외부로 노출된 하부 전극 상부에 유기반도체 박막층을 코팅하는 단계; 및 (e) 상기 유기반도체 박막층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 하부 전극은 소스 또는 드레인 전극으로 동작할 수 있다.
또한, 상기 상부 전극은 드레인 또는 소스 전극으로 동작할 수 있다.
또한, 상기 하부 전극과 인접하는 유기반도체 박막층에 나노입자 또는 나노선이 선택적으로 삽입된다.
보다 바람직하게는, 상기 나노입자 또는 나노선은 유기, 무기, 금속 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 정공주입층으로 동작할 경우, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 감소하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 정공이 주입되어 빛을 발산할 수 있다.
또한, 상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 전자주입층으로 동작할 경우, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 증가하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 전자가 주입되어 빛을 발산할 수 있다.
또한, 상기 기판은 투명 기판일 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 기판은 유리, 금속, 플라스틱, 세라믹, 실리콘(Si)을 포함한 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
본 발명은, 상부 및 하부 전극 사이에 유기반도체 박막층이 존재하고, 그 양 옆에 게이트 전극이 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법을 통하여 종래 유기발광트랜지스터가 가지는 단점인 높은 전압과 국소한 발광면적을 해결한다.
또한, 본 발명은 측면 게이트 사이의 전기장에 의한 유기반도체 박막층의 전기적 도핑에 의해 소자가 온(On) 되어 발광되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 도면부호 1은 기판, 2는 소스(또는 드레인) 전극으로 동작하는 하부 전극, 3은 절연 박막, 4는 제 1 게이트 전극, 5는 제 2 게이트 전극, 6은 유기반도체 박막층, 7은 드레인(또는 소스) 전극으로 동작하는 상부 전극, 8은 나노입자 또는 나노선을 나타낸다.
보다 상세히, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 전면에 소정의 패턴으로 형성된 소스(또는 드레인) 전극으로 동작하는 하부 전극(2)이 적층되고, 상기 하부 전극(2)의 상부 양측에는 절연 박막(3)이 형성되어 패터닝되고, 상기 절연 박막(3)의 상부에는 제 1 또는 제 2 게이트 전극(4, 5)이 형성된다. 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(4, 5)과 절연 박막(3)이 덮이지 않아 외부로 노출된 하부 전극(2) 상부에는 유기반도체 박막층(6)이 코팅되고, 상기 유기반도체 박막층(6)의 상부에는 드레인(또는 소스) 전극으로 동작하는 상부 전극(7)이 형성된다.
한편, 상기 하부 전극(2)과 인접하는 유기반도체 박막층(6)에는 나노입자 또는 나노선(8)이 선택적으로 삽입되어 상기 제 1 게이트 전극(4)과 제 2 게이트 전극(5) 사이의 전압을 낮출 수 있다. 상기 나노입자 또는 나노선(8)은 유기, 무기, 금속 등 다양하게 선택 가능하다.
상기 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 작동원리는 먼저 하부 전극(2)에 접하는 유기반도체 박막층(6)이 정공주입층으로 동작할 경우 상기 상부 전극(7)과 하부 전극(2)에 전압이 걸려 있더라도 상기 유기반도체 박막층(6) 중 하부 전극(2)에 접하는 부분의 이온화 포텐셜이 하부 전극(2)의 일 함수(work function) 보다 크기 때문에 정공이 주입되지 못한다. 그러나 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(4, 5)에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층(6) 중 상기 하부 전극(2)에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 감소하고 상기 하부 전극(2)에서 유기반도체 박막층으로 정공이 주입되어 빛을 발산한다.
다른 실시예로 상기 하부 전극(2)을 전자주입 전극으로 할 경우 상기 유기반도체 박막층(6) 부분을 전자주입층, 상기 상부 전극(7)을 정공주입층으로 동작시키는 역구조도 가능하다.
그러면, 상기 구성을 갖는 본 발명에 의한 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(1)의 전면에 소정의 패턴으로 하부 전극(2)을 적층한다.
그 다음, 소스(또는 드레인) 전극 역할을 하는 상기 하부 전극(2)의 양쪽 상부에 절연 박막(3)을 형성한 후 패터닝 하고 그 위에 상기 제 1 또는 제 2 게이트 전극(4, 5)을 적층한다. 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(4, 5)과 절연 박막(3)이 덮이지 않아 외부로 노출된 하부 전극(2) 상부에 유기반도체 박막층(6)을 코팅하고, 상기 유기반도체 박막층(6)의 상부에는 드레인(또는 소스) 전극으로 동작하는 상부 전극(7)을 형성한다.
이때, 상기 기판(1)은 유리, 금속, 플라스틱, 세라믹, 실리콘(Si) 등과 같은 투명물질로 구성된 투명기판을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 하부 전극(2)은 상기 기판(1)의 전면에 전도성 물질을 증착한 후 리소그래피 공정으로 형 성하거나 진공 증착 또는 스핀 코팅 공정으로 형성할 수 있다.
상기 본 발명의 직접 공유 전극형 유기발광트랜지스터는 구조가 단순하고, 공정이 간단하기 때문에 매우 경제적이며, 특히 상부 전극들 사이의 간격(channel width)을 상부 전극 형성시 적절히 조절할 수 있으므로 소자의 전자 이동 특성을 제어할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 미국 특허출원 US7,126,153(이하, '선행특허 1'이라 함)에 개시된 유기트랜지스터를 나타낸 단면도.
도 2는 미국 특허출원 US6,897,621(이하, '선행특허 2'라 함)에 개시된 유기트랜지스터를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의한 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터를 나타낸 단면도.

Claims (18)

  1. 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터에 있어서,
    기판의 전면에 소정의 패턴으로 형성된 하부 전극;
    상기 하부 전극의 상부 소정부에 서로 이격되어 형성되는 한쌍의 절연 박막;
    상기 절연박막 상부에 적층되는 제 1 및 제 2 게이트 전극;
    상기 제 1 및 제 2 게이트 전극과 상기 절연 박막이 코팅되지 않아 외부로 노출된 상기 하부 전극의 상면에 코팅되는 유기반도체 박막층; 및
    상기 유기반도체 박막층의 상부에 형성되는 상부 전극을 포함하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 전극은 소스 또는 드레인 전극으로 동작하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 드레인 또는 소스 전극으로 동작하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 전극과 인접하는 유기반도체 박막층에 나노입자 또는 나노선이 선택적으로 삽입되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 나노입자 또는 나노선은 유기, 무기, 금속 중 어느 하나로 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 정공주입층으로 동작할 경우,
    상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 감소하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 정공이 주입되어 빛을 발산하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 전자주입층으로 동작할 경우,
    상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 증가하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 전자가 주입되어 빛을 발산하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 투명 기판인 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 금속, 플라스틱, 세라믹, 실리콘(Si)을 포함한 물질 중 어느 하나의 물질로 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터.
  10. 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법에 있어서,
    (a) 기판의 전면에 소정의 패턴으로 하부 전극을 적층하는 단계;
    (b) 상기 하부 전극의 양쪽 상부에 절연 박막을 형성한 후 패터닝 하는 단 계;
    (c) 상기 하부 전극 위에 소정 간격 이격되도록 제 1 및 제 2 게이트 전극을 적층하는 단계;
    (d) 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극과 상기 절연 박막이 코팅되지 않아 외부로 노출된 하부 전극 상부에 유기반도체 박막층을 코팅하는 단계; 및
    (e) 상기 유기반도체 박막층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 하부 전극은 소스 또는 드레인 전극으로 동작하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 상부 전극은 드레인 또는 소스 전극으로 동작하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 하부 전극과 인접하는 유기반도체 박막층에 나노입자 또는 나노선이 선택적으로 삽입되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 나노입자 또는 나노선은 유기, 무기, 금속 중 어느 하나로 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 정공주입층으로 동작할 경우,
    상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 감소하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 정공이 주입되어 빛을 발산하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 하부 전극에 접하는 유기반도체 박막층이 전자주입층으로 동작할 경우,
    상기 제 1 및 제 2 게이트 전극에 전압을 인가할 경우 상기 유기반도체 박막 층 중 상기 하부 전극에 접하는 부분이 전기적으로 도핑이 되어 이온화 포텐셜이 증가하고 상기 하부 전극에서 유기반도체 박막층으로 전자가 주입되어 빛을 발산하는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 기판은 투명 기판인 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 금속, 플라스틱, 세라믹, 실리콘(Si)을 포함한 물질 중 어느 하나의 물질로 형성되는 이중 측면 게이트형 유기발광트랜지스터의 제조 방법.
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