KR101178908B1 - 화소전극 두께 모니터링 방법 - Google Patents

화소전극 두께 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화소전극, 발광층 및 캐소드전극을 포함하는 발광소자의 화소전극 두께 모니터링 방법에 관한 것으로, 상기 화소전극은 반사 가능한 막과, 상기 반사 가능한 막 상에 형성된 투명한 도전성 산화물을 포함하며, 소정 파장에 대한 상기 반사 가능한 막의 반사율을 측정하여 상기 투명한 도전성 산화물의 두께를 모니터링함으로써 얇은 두께의 전극층에 대해서도 두께를 정밀하게 측정할 수 있다.

Description

화소전극 두께 모니터링 방법 {The Thickness Monitoring Method of pixel electrode}
도 1은 전형적인 발광표시장치의 개략적인 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 화소전극을 구성하는 전극층 두께에 따른 청색 화소의 발광효율을 나타내는 실험그래프이다.
도 3은 본 발명의 전극층 두께와 파장에 따른 반사율 변화를 나타내는 그래프이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
100 : 발광표시장치 101 : 기판
110 : 박막트랜지스터 120a, 120b, 120c : 발광소자
121 : 화소전극 122 : 제1 전극층
123 : 막 124 : 제2 전극층
125 : 발광층 127 : 캐소드전극
본 발명은 화소전극 두께 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 블루 발광층 하부에 형성된 화소전극을 구성하는 막의 반사율을 이용하여 화소전극을 구성하는 전극층의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 화소전극 두께 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 발광소자는 한 쌍의 전극과 이들 사이에 형성되는 발광층을 포함한다. 한 쌍의 전극은 발광층 하부에 형성되는 화소전극과, 발광층 상부에 형성되는 캐소드 전극으로 구분한다.
일반적으로, 화소전극은 단일층 또는 다중층으로 구성할 수 있으나, 발광층의 발광효율을 증대시키기 위해 다중층구조가 널리 이용된다. 다중층구조의 화소전극은 제1 전극층과, 제1 전극층 상에 형성된 막과, 막 상에 형성된 제2 전극층을 포함한다(예를 들면, ITO/Ag/IZO, IZO/Ag/IZO 등). 제1 전극층 및 제2 전극층은 도전성 금속산화물, 예를 들면, ITO, IZO, ITZO 등으로 형성된다. 전술한 구조를 갖는 화소전극을 형성하는 경우, 화소전극을 구성하는 제1 전극층 및 제2 전극층의 두께를 조절하는 것은 양산공정에서 표준으로 채택되어 있어 공정상 반듯이 측정되어야 할 대상이다.
그러나, 현재 사용되고 있는 일반적인 두께 측정기는 적어도 100 ~ 200Å이상의 범위를 측정하는 것이 가능하기 때문에, 화소전극의 제2 전극층 두께가 50 ~ 100Å 내외로 형성되는 경우 얇게 형성된 제2 전극층의 두께를 정밀하게 측정하는 것이 용이하지 않으며, 이러한 두께 측정기를 이용하여 제2 전극층 두께를 측정한다 하더라도 그 오차 범위가 크기 때문에, 신뢰성이 떨어진다는 문제점을 갖고 있다. 예를 들면, 일반적인 두께 측정기 중 나노 메터(nano-meter)를 사용하는 경우에는 상당히 얇게 형성된 제2 전극층의 두께를 측정하는 것 자체가 거의 불가능하며, 엘립소 메터(ellipsometer)를 사용하는 경우에는 데이터의 오차 범위가 상당히 커서 측정 데이터를 신뢰하기 어렵다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 화소전극을 구성하는 막의 반사율을 이용하여 화소전극을 구성하는 전극층의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 화소전극 두께 모니터링 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명은 발광층을 포함하는 발광소자를 구성하며, 상기 발광층 하부에 형성되며, 적어도 하나의 전극층과, 상기 전극층 중 어느 하나의 전극층 상부 및 하부 중 어느 일측에 형성되는 적어도 하나의 막을 포함하는 화소전극의 두께 모니터링 방법에 있어서, 상기 발광층 하부에 형성된 상기 막의 반사율을 측정하여 상기 측정된 반사율의 크기에 따라 상기 전극층의 두께를 모니터링한다.
바람직하게, 상기 측정된 반사율에 따라 상기 막의 상부에 형성된 상기 전극층의 두께를 모니터링한다. 상기 막의 반사율은 상기 임의 파장 범위에 상기 전극 층의 두께에 따라 반비례한다. 상기 발광층은 적색발광층, 녹색발광층, 및 청색발광층을 포함하며, 상기 청색발광층 하부에 형성된 상기 막의 반사율을 이용한다.
상기 파장은 370㎚ ~ 500㎚ 범위이며, 상기 파장범위에서 선택된 상기 파장이 400㎚일 때, 상기 막의 반사율(R1)은
Figure 112005042147210-pat00001
에 의해 결정되며, 상기 d1는 상기 막 상에 형성된 상기 전극층의 두께를 나타낸다.
상기 파장범위에서 선택된 상기 파장이 430㎚일 때, 상기 막의 반사율(R2)은
Figure 112005042147210-pat00002
에 의해 결정되며, 상기 d2는 상기 막 상에 형성된 상기 전극층의 두께를 나타낸다.
상기 파장범위에서 선택된 상기 파장이 440㎚일 때, 상기 막의 반사율(R3)은
Figure 112005042147210-pat00003
에 의해 결정되며, 상기 d3는 상기 막 상에 형성된 상기 전극층의 두께를 나타낸다.
상기 전극층은 투명성을 띠는 도전성 산화물로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일반적인 발광표시장치의 개략적인 측단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발광표시장치(100)는 기판(101) 상에 형성되는 다수의 박막트랜지스터(110)와, 발광소자(120a, 120b, 120c)를 포함한다. 본 실시예에서는 발광소자(120c)를 참조하여 설명한다.
기판(101) 상에는 버퍼층(102)이 형성되며, 버퍼층(102) 상에는 반도체층(111)이 형성되며, 반도체층(111) 상에는 게이트 절연막(103)이 형성되고, 게이트 절연막(103) 상에는 게이트 전극(112)이 형성되고, 게이트 전극(112) 상에는 층간절연막(104)이 형성되고, 층간절연막(104) 상에는 소스 및 드레인 전극(113)이 형성된다. 박막트랜지스터(110)는 반도체층(111), 게이트 전극(112), 소스 및 드레인 전극(113)을 포함한다. 그 다음, 소스 및 드레인 전극(113) 상에는 평탄화막(105)이 형성되며, 평탄화막(105) 상에는 발광소자(120c)가 형성된다.
발광소자(120c)는 다중층으로 구성된 화소전극(121)과, 발광층(125) 및 캐소드전극(127)을 포함한다. 발광소자(120c)는 발광층(125)을 형성하는 물질에 따라 적색, 녹색, 청색으로 구성될 수 있으며, 본 실시예의 발광소자(120c)를 구성하는 발광층(125)은 청색 발광층이다.
화소전극(121)은 박막트랜지스터(110)와 전기적으로 연결되는 제1 전극층(122)과, 제1 전극층(122) 상에 형성되는 막(123)과, 막(123) 상에 형성되는 제2 전극층(124)으로 형성된다. 제1 전극층(122) 및 제2 전극층(124)은 도전성 금속산화물, 예를 들면, ITO, IZO, ITZO 등으로 형성될 수 있다. 막(123)은 반사가능한 물질인 은(Ag) 등을 이용하여 형성한다. 일반적으로, 제2 전극층(124)은 대략 40 ~ 130Å 정도의 두께 범위를 갖도록 형성되며, 특히, 청색 발광층(125)의 두께 변화는 반사율에 매우 민감한 영향을 미친다. 따라서, 이 청색 발광층의 반사율을 이용하는 경우, 제2 전극층(124) 두께를 측정하는 더 확실한 방법이 된다. 또한, Ag을 이용한 막(123)의 경우, 반사율이 청색영역에서 급격히 떨어지는 원리를 이용하며, 충분히 선형성을 보장하므로 양산공정에서 안정적인 공정두께 모니터링이 가능하다.
이하에서는, 은을 이용한 반사 가능한 막(123), 막(123) 상부에 형성된 투명성을 띠는 제2 전극층(124), 제2 전극층(124) 상부에 형성된 청색발광층(125)을 이용하여 제2 전극층(124)의 두께를 모니터링하는 실험데이터와 그래프를 이용하여 제2 전극층(124) 두께를 모니터링하는 방법을 구체적으로 설명한다.
표 1은 390㎚ ~ 500㎚범위의 파장과 제2 전극층 두께에 따른 반사율을 표시한 실험 데이터이고, 도 2는 본 발명의 화소전극을 구성하는 제2 전극층 두께에 따른 청색 화소의 반사율(%)을 나타내는 실험그래프이다. 표 1은 390㎚ ~ 500㎚범위의 파장과 제2 전극층 두께에 따른 반사율을 표시한 실험 데이터이다. 도 2의 가로축은 제2 전극층 두께를 나타내고, 세로축은 반사율을 나타낸다. 본 실험에서는 은(Ag)을 이용하여 형성된 막과, ITO를 이용하여 형성된 제2 전극층을 이용하여 청색화소의 반사율을 실험한다. 설명의 편의상, 도 2에 개시된 그래프 중 일부분만을 이용하여 본 발명의 특징을 설명한다.
Figure 112005042147210-pat00004
표 1과 도 2를 참조하면, 우선, 파장이 400㎚일 때(그래프 b 참조), 제2 전극층 두께를 변화시키면 반사율은 다음과 같다. 제2 전극층(124) 두께가 60Å이면, 반사율은 94.1%이고, 제2 전극층(124) 두께가 75Å이면 반사율은 91.487%이다. 또한, 동일 조건 하에서 제2 전극층(124) 두께가 100Å이면 반사율은 86.211%, 제2 전극층(124) 두께가 120Å이면, 79.224%아고, 제2 전극층(124) 두께가 180Å이면, 반사율은 65.686%이다. 이때, 이들 데이터를 이용하면, 반사율은 다음 식을 만족한다.
Figure 112005042147210-pat00005
여기서, R1은 반사율을 나타내며, d1는 제2 전극층 두께를 나타낸다.
그 다음, 파장을 430㎚(그래프 e 참조)로 하여 제2 전극층(124) 두께를 변화시키는 경우, 제2 전극층(124) 두께가 60Å이면, 반사율은 96.45%이고, 제2 전극층(124) 두께가 75Å이면 반사율은 93.438%이다. 또한, 동일 조건 하에서 제2 전극층(12$) 두께가 100Å이면 반사율은 87.55%, 제2 전극층 두께가 120Å이면, 78.34%아고, 제2 전극층 두께가 180Å이면, 반사율은 58.857%이다. 이때, 이들 데이터를 이용하면, 반사율은 다음 식을 만족한다.
Figure 112005042147210-pat00006
여기서, R2은 반사율을 나타내며, d2는 제2 전극층 두께를 나타낸다.
다음, 파장을 440㎚(그래프 f 참조)로 하여 제2 전극층(124) 두께를 변화시키는 경우의 반사율은 다음과 같다. 일단, 제2 전극층 두께가 60Å이면, 반사율은 97.955%이고, 제2 전극층 두께가 75Å이면 반사율은 94.415%이다. 또한, 동일 조건 하에서 제2 전극층 두께가 100Å이면 반사율은 92.092%, 제2 전극층 두께가 120Å이면, 81.331%아고, 제2 전극층 두께가 180Å이면, 반사율은 62.395%이다. 이때, 이들 데이터를 이용하면, 반사율은 다음 식을 만족한다.
Figure 112005042147210-pat00007
여기서, R3은 반사율을 나타내며, d3는 제2 전극층 두께를 나타낸다.
결론적으로, 상기 수학식 1, 2, 3은 기울기와 상수가 조금씩 차이가 있지만, 제2 전극층의 두께에 따라 반사율이 선형적으로 변화하고 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 반사율을 알고 있으면 제2 전극층 두께를, 제2 전극층 두께를 알고 있으면 반사율을 유추할 수 있다. 다시 말해, 제2 전극층 두께가 커질수록 반사율이 줄어든다는 것 역시 확인할 수 있다.
표 2는 파장과 제2 전극층 두께 실험에 따른 반사율을 표시하고, 도 3은 본 발명의 제2 전극층 두께와 파장에 따른 반사율 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3의 가로축은 파장의 변화를 나타내고, 세로축은 반사율(%)을 나타낸다. 설명의 편의상, 도시된 그래프 중 일부만을 참조하여 설명한다.
Figure 112005042147210-pat00008
도 3과 표 2에 나타난 바에 따르면, 제2 전극층의 두께를 60Å으로 유지하고(그래프 h 참조), 파장을 변화시키면, 예를 들면, 파장이 400㎚일 때 반사율은 94.1%이고, 파장이 410㎚일 때 반사율은 93.995%이고, 파장이 430㎚일 때 반사율은 96.45%이고, 파장이 440㎚일 때 반사율은 97.955%이고, 파장이 450㎚일 때 반사율은 98.776%이다. 마찬가지로, 제2 전극층의 두께를 100Å으로 유지하고(그래프 j 참조), 파장을 변화시키면, 파장이 400㎚일 때 반사율은 86.211%이고, 파장이 410㎚일 때 반사율은 87.55%이고, 파장이 440㎚일 때 반사율은 92.092%이고, 파장이 450㎚일 때 반사율은 94.086%이다. 즉, 파장이 클수록 제2 전극층 두께에 영향을 받지 않으며, 파장이 작은 경우에는 ITO두께에 영향을 받으므로 반사율에 영향을 준다.
표 1, 2 및 도 2, 3에 개시된 실험 결과를 통해, 파장을 일정하게 유지하고, 제2 전극층 두께를 조절하면, 제2전극층 하부에 형성된 막의 반사율을 알 수 있다. 이를 통해, 제2 전극층 두께를 모니터링할 수 있으며, 만약 제2 전극층 두께를 알고 있다면 청색 발광층 상에 형성된 화소전극을 구성하는 제2 전극층 두께를 유추할 수 있다. 또한, 제2 전극층 두께가 커질수록 반사율이 줄어든다는 것 역시 확인할 수 있다.
전술한 실시예에서는 제2 전극층으로 ITO을, 막으로 Ag을 이용하여, 청색발광층의 반사율을 이용하는 실험을 통해 제2 전극층 두께를 측정하는 것이 개시되어 있으나, 제2 전극층으로 IZO, ITZO는 물론 투명성을 띠는 다른 재료를 이용하여 형성하고 막으로 은을 포함한 다른 재료를 이용하여 제2 전극층 두께를 모니터링 할 수 있음은 물론이다.
또한, 전술한 실시예에서는 400㎚, 430㎚, 및 440㎚ 파장에서의 반사율과 제2 전극층 두께를 이용하여 반사율과 제2 전극층 두께의 관계를 나타내는 수학식을 도출하였으나, 다른 파장을 이용하여도 제2 전극층 두께가 두꺼워짐에 따라 반사율이 낮아지는 수학식을 도출할 수 있음은 물론이다.
전술한 실시예에서는 제1 전극층과 제2 전극층을 포함하고, 이들 사이에 형성된 막의 반사율을 이용하는 것이 개시되어 있으나, 하나의 전극층과 그 전극층 하부에 형성된 막의 반사율을 이용하여도 본원발명의 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 기존 두께 측정 방법 보다 효율적으로 화소전극을 구성하는 전극층 두께를 측정하는 것이 가능하며, 양산 공정에 있어 상대적으로 얇은 두께영역에서도 전극층 두께를 모니터링 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 안정적인 양산 공정 관리를 가능하게 할 수 있으며, 측정 원리가 매우 간단하여 측정에 따른 로드를 줄일 수 있다. 더욱이, 반사율만으로 두께를 측정하는 것이 용이하기 때문에 두께 측정에 따른 별도의 측정 설비를 유지비용이 소요되지 않는다.

Claims (10)

  1. 화소전극, 발광층 및 캐소드전극을 포함하는 발광소자의 상기 화소전극 두께 모니터링 방법에 있어서,
    상기 화소전극은 반사 가능한 막과, 상기 반사 가능한 막 상에 형성된 투명한 도전성 산화물을 포함하며,
    소정 파장에 대한 상기 반사 가능한 막의 반사율을 측정하여 상기 투명한 도전성 산화물의 두께를 모니터링하는 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사율은 상기 투명한 도전성 산화물의 두께에 반비례하는 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 적색발광층, 녹색발광층, 및 청색발광층을 포함하는 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정 파장은 370㎚ ~ 500㎚ 범위인 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파장 범위에서 선택된 상기 파장이 400㎚일 때,
    상기 반사 가능한 막의 반사율(R1)은
    Figure 112012014317407-pat00009
    에 의해 결정되며, 상기 d1는 상기 투명한 도전성 산화물의 두께를 나타내는 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 파장 범위에서 선택된 상기 파장이 430㎚일 때,
    상기 반사 가능한 막의 반사율(R2)은
    Figure 112012014317407-pat00010
    에 의해 결정되며, 상기 d2는 상기 투명한 도전성 산화물의 두께를 나타내는 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 파장 범위에서 선택된 상기 파장이 440㎚일 때,
    상기 반사 가능한 막의 반사율(R3)은
    Figure 112012014317407-pat00011
    에 의해 결정되며, 상기 d3는 상기 투명한 도전성 산화물의 두께를 나타내는 화소전극의 두께 모니터링 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 도전성 산화물은 ITO, IZO 또는 ITZO인 화소전극 두께 모니터링 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사 가능한 막은 은(Ag)을 포함하는 화소전극 두께 모니터링 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100203229B1 (ko) * 1995-07-17 1999-06-15 야스카와 히데아키 광학적 막 두께 측정 방법, 막 형성 방법 및 반도체 레이저 장치의 제조방법

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