KR101319343B1 - 유기전계발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터를 제 1 전극 또는 차단층이 커버하도록 하여 상기 박막트랜지스터가 자연광 또는 X-ray에 노출되는 것을 방지하기 위한 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 유기전계발광소자는, 기판; 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 상기 기판상에 형성되는 반도체층; 상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 1 콘택홀을 갖고, 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 형성되는 게이트 전극; 상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 2 콘택홀을 갖고,상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 형성되는 층간 절연막; 상기 제 1, 제 2 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 형성되는 소오스 전극 및 드레인 전극; 상기 드레인 전극상에 제 3 콘택홀을 갖고 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 평탄화막; 상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되고 상기 반도체층을 커버하도록 상기 평탄화막위에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극상에 형성되는 유기 발광층; 그리고 상기 유기 발광층상에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성된 것이다.
애노드 전극, 제 1 전극, 박막트랜지스터, 유기전계발광소자
Description
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로서, 특히 박막트랜지스터를 제 1 전극 또는 차단층이 커버하도록 하여 상기 박막트랜지스터가 자연광 또는 X-ray에 노출되는 것을 방지하기 위한 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
멀티 미디어 시대의 도래와 함께 더 세밀하고, 더 크고, 더욱 자연색에 가까운 색을 표현해줄 수 있는 디스플레이 장치의 등장이 요구되고 있다. 그런데, 40인치 이상의 큰 화면을 구성하기에는 현재의 CRT(Cathode Ray Tube)는 한계가 있어서, 유기전계발광소자(Organic electroluminescence device), LCD(Liquid Crystal Display Divice), PDP(Plasma Display Panel) 및 프로젝션 TV(Television) 등이 고화질 영상의 분야로 용도확대를 위해 급속도로 발전하고 있다.
상기 유기전계발광소자는 음극과 양극 사이에 형성된 유기막에 전하를 주입하면, 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 따라서, 유기전계발광소자는 플라스틱과 같이 휠 수 있는 투명 기판 상에 소자를 형성할 수 있다. 또한, 플라즈마 디스플레이 패널이나 무기전계발광소자에 비하여 낮은 전압(약 10V 이하)에서 구동이 가능하다. 또한, 유기전계발광소자는 전력소모가 비교적 적고 색감이 뛰어나다는 장점이 있어서, 차세대 디스플레이로 주목받고 있다. 그리고, 낮은 전압에서 구동하기 위하여 유기막의 총 두께는 100~200 나노미터 정도로 매우 얇고, 균일하면서도, 소자의 안정성을 유지하는 것이 중요하다.
상기 유기전계발광소자는 서브픽셀을 구동하는 방식에 따라 전기신호의 스위치 컨트롤로 구동하는 방식인 패시브 매트릭스(Passive matrix)형 유기전계발광소자와 박막트랜지스터(TFT)를 이용하여 구동하는 방식인 액티브 매트릭스(Active matrix)형 유기전계발광소자로 나뉘어진다.
종래의 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자를 설명하면 다음과 같다.
종래의 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자는 투명 기판 상에 형성되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되는 평탄화막과, 상기 평탄화층에 형성되는 발광소자로 구성된다.
상기 박막트랜지스터는 소오스 영역과 드레인 영역 및 채널 영역을 포함하는 활성층과, 상기 활성층을 포함한 기판 전면에 형성되는 게이트 절연막과, 상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막상에 형성되는 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 층간 절연막과, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되어 상기 층간 절연막상에 형성되는 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한다.
상기 발광 소자는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극에 전기적으로 연결되어 상기 평탄화막상에 형성되는 애노드 전극과, 상기 애노드 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 상기 유기 발광층위에 형성되는 캐소드 전극을 포함한다.
상기 유기 발광층은 정공 수송층과, R(Red), G(Green) 및 B(Blue) 발광층 및 전자 수송층으로 이루어진다. 여기서, 상기 정공 수송층은 정공 주입층과 정공 전달층으로 이루어지고, 상기 전자 수송층은 전자 전달층과 전자 주입층으로 이루어진다.
그러나, 상술한 종래의 유기전계발광소자는 다음과 같은 문제점이 있었다.
도 1은 유기전계발광소자 내의 트랜지스터가 외부광에 의하여 전기적인 특성이 변화된 것을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 외부광이 오프(off)된 상태에서 노화(aging)된 경우보다, 상기 외부광이 온(on)된 상태에서 에이징(aging)된 경우의 유기전계발광소자는 전기적인 특성이 저하된다. 즉, 박막트랜지스터의 활성층 등에 외부광이 조사되면 외부광이 조사되지 않을 때보다 누설 전류 등의 특성이 저하된다.
또한, 상기 박막 트랜지스터가 상기 발광 소자 (애노드 전극, 유기 발광층 및 캐소드 전극)의 증착 공정에서 X-ray 등에 노출되어 상기 박막 트랜지스터에 손상이 발생할 수 있고, 상기 드레인 전극과 애노드 전극 간의 전기 접촉도가 저하될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부광으로부터 상기 박막트랜지스터를 보호하고, 발광소자 증착 공정에서 박막 트랜지스터가 X-ray에 노출됨을 방지하여 박막트랜지스터의 특성 저하를 방지할 수 있는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광소자는, 기판; 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 상기 기판상에 형성되는 반도체층; 상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 1 콘택홀을 갖고, 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 형성되는 게이트 전극; 상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 2 콘택홀을 갖고,상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 형성되는 층간 절연막; 상기 제 1, 제 2 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 형성되는 소오스 전극 및 드레인 전극; 상기 드레인 전극상에 제 3 콘택홀을 갖고 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 평탄화막; 상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되고 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 상기 평탄화막위에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극상에 형성되는 유기 발광층; 그리고 상기 유기 발광층상에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광소자는, 투명 기판; 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 상기 기판상에 형성되는 반도체층; 상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 1 콘택홀을 갖고, 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 형성되는 게이트 전극; 상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 2 콘택홀을 갖고,상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 형성되는 층간 절연막; 상기 제 1, 제 2 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 형성되는 소오스 전극 및 드레인 전극; 상기 드레인 전극상에 제 3 콘택홀을 갖고 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 평탄화막; 상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 상기 평탄화막위에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상측 또는 하측에 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 형성되는 차단층; 상기 제 1 전극상에 형성되는 유기 발광층; 그리고 상기 유기 발광층상에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성됨에 또 다른 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광소자는, 복수개의 셀을 구비하고 각 셀은 제 1 트랜지스터와 발광소자를 구비한 표시 영역과, 상기 표시 영역의 각 셀을 구동하기 위한 제 2 트랜지스터를 구비한 비표시 영역으로 구분되는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 발광소자는 제 1 전극, 발광층 및 제 2 전극을 구비하고, 상기 제 1 전극이 상기 제 1, 제 2 트랜지스터를 완전히 커버하도록 형성됨에 또 다른 특징이 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조 방법은, 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 기판상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막 및 층간 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극상에 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되고 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 상기 평탄화막위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 그리고 상기 유기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 제조 방법은, 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 투명 기판상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막 및 층간 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 평탄화막을 형성하는 단계; 상기 평탄화막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극상에 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 상기 평탄화막위에 제 1 전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극 상측 또는 하측에 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 차단층을 형성하는 단계; 상기 제 1 전극상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 그리고 상기 유기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자 및 그 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 유기전계발광소자의 제조공정 중, 발광층 등의 증착 공정에서 발생하는 X-선 등으로부터 박막 트랜지스터를 보호할 수 있다.
둘째, 액티브 매트릭스 타입의 유기전계발광소자에서, 박막 트랜지스터의 전기적인 특성을 태양광 등으로부터 보존할 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 유기전계발광소자 및 그의 제조 방 법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 비발광 영역의 트랜지스터와 제 1 전극(애노드 전극)을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발광소자의 제 1 전극이 트랜지스터(Tr.)를 커버함을 특징으로 한다. 여기서, 박막 트랜지스터는 소오스 영역, 드레인 영역 및 채널 영역 등을 포함한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도이다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 제 1 실시예의 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자는, 기판(100) 상에 복수 개의 박막 트랜지스터(110), 평탄화막(140) 및 발광소자(150, 160, 165, 170, 180, 185, 190)가 구비된다.
여기서, 상기 기판(100)은 유리, 석영 또는 사파이어 등의 투명한 기판으로 형성될 수 있고, 기타 불 투명 기판으로 형성될 수 있다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 투명 기판(100)과 박막 트랜지스터(110)의 사이에는 절연층이 형성되어, 기판 내의 각종 불순물들이 박막트랜지스터의 활성층으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터(110)는 다음과 같이 구성된다.
즉, 소오스 영역(111), 드레인 영역(112) 및 채널 영역(113)을 갖고 상기 기판(100)상에 형성되는 활성층과, 상기 활성층을 포함한 기판 전면에 형성되는 게 이트 절연막(120)과, 상기 채널 영역(113) 상측의 상기 게이트 절연막(120)위에 형성되는 게이트 전극(114)과, 상기 게이트 전극(114)을 포함한 기판 전면에 형성되는 층간 절연막(130)과, 상기 소오스 영역(111) 및 드레인 영역(112)의 소정 부분이 노출되도록 상기 게이트 절연막(120) 및 층간 절연막(130)에 콘택홀이 형성되어, 상기 소오스 영역(111) 및 드레인 전극(112)에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막(130)위에 형성되는 소오스 전극(115) 및 드레인 전극(116)을 구비하여 박막트랜지스터가 형성된다.
상기 소오스 전극(115)과 드레인 전극(116)은, Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄타룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질로 이루어지고, 200~500 나노미터의 두께를 갖는다.
그리고, 박막 트랜지스터(110)를 포함한 투명 기판(100)의 전면에, 화소 영역의 평탄화를 위하여 평탄화막(140)이 형성된다. 여기서, 평탄화막(130)은 아크릴(acryl)계 유기화합물, 폴리이미드(polyimide), BCB(Benzo Cyclo Butene) 또는 PFCB 등과 같은 유기 절연물질로 이루어질 수 있으며, 실리콘 질화물과 같은 무기 절연물질로 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 드레인 전극(116) 상측의 평탄화막(140)에는 후술할 발광소자의 제 1 전극(150)이 상기 드레인 전극(116)에 전기적으로 연결되도록 하기 위한 콘택홀이 형성된다.
그리고, 상기 평탄화막(140)상에는 상기 컨택 홀을 통하여 상기 드레인 전 극(116)과 전기적으로 연결되는 발광소자의 제 1 전극(150)이 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극(150)은 빛을 차단할 수 있고 후술하는 발광층 및 제 2 전극 형성 시 X-ray로부터 상기 박막트랜지스터를 보호하기 위해 단일층 또는 다층의 금속층으로 형성된다. 상기 제 1 전극(150)의 물질로는, Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 그 이상이 선택되어 다층구조로 형성된다. 상기 제 1 전극(150)의 두께 및 물질은, 자연광을 차단함은 물론 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖도록 함이 바람직하다.
따라서, 상기 제 1 전극(150)은 박막트랜지스터의 상측으로 연장되어 상기 박막트랜지스터(특히, 박막트랜지스터의 활성층)를 완전히 커버하도록 형성된다. 또한, 상기 제 1 전극(150)의 물질이 비발광 영역(도면에는 도시되지 않았지만, 구동부 등)의 박막트랜지스터도 완전히 커버하도록 형성된다.
따라서, 제 1 전극(150)이 박막트랜지스터를 완전히 커버하고 있으므로 자연광 또는 X-ray로부터 박막트랜지스터가 노출되어 박막트랜지스터의 특성이 저하됨을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 평탄화막(140)상의 각 셀 영역 사이에 화소 분리막(155)이 형성된다. 여기서, 화소 분리막은 실리콘 질화막(Sinx) 또는 실리콘 산화막(SiO2) 등의 무기 절연물질로 이루어질 수 있다.
상기 화소 분리막(155)과 상기 제 1 전극(150) 상에는 유기 발광층과 제 2 전극(190)이 차례로 형성된다.
상기 유기 발광층은, 정공 주입층(hole injection layer, 160), 정공 수송층(hole transfer layer, 165), 발광층(emitting layer, 170), 전자 수송층(electron transfer layer, 180) 및 전자 주입층(electron injection layer, 185)이 차례로 적층되어 이루어진다. 그리고, 상기 유기 발광층상에 상기 유기전계발광소자의 제 2 전극(190)이 적층된다.
여기서, 상기 전자 수송층(180)이 상기 발광층(170)과 제 2 전극(190)의 사이에 구비되어, 상기 제 2 전극(190)으로부터 발광층(170)으로 주입된 전자의 대부분은 정공과 재결합하기 위하여 상기 제 1 전극(150) 쪽으로 이동하게 된다. 그리고, 정공 수송층(160)이 상기 제 1 전극(150)과 발광층(170) 사이에 구비되어, 발광층(170)에 주입된 전자는 상기 정공 수송층(160)과의 계면에 막혀 더 이상 제 1 전극(150) 쪽으로 이동하지 못하고 발광층(170)에만 존재하므로 재결합 효율이 향상될 수 있다.
여기서, 상기 유기 발광층의 적층 순서는 반대로 구성될 수 있다. 즉, 제 1 전극(150)위에 전자 주입층(electron injection layer), 전자 수송층(electron transfer layer), 발광층(emitting layer),정공 수송층(hole transfer layer), 정공 주입층(hole injection layer)이 차례로 적층되고, 상기 정공 주입층위에 제 2 전극(190)이 적층될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광소자의 구조 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광소자와 도 3에서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 차이점은, 제 1 전극을 투명 도전층으로 형성하고, 제 2 전극을 금속층으로 형성하며, 별도로 상기 제 1 전극 상측 또는 하측에 상기 박막트랜지스터를 완전히 커버하도록 자연광 또는 X-ray를 차단하기 위한 차단층(200)을 더 형성한 것이다. 그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광소자의 나머지 구성은 도 3에서 설명한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 구성과 같으므로 구체적인 구성은 생락한다.
즉, 유리, 석영 또는 사파이어 등의 투명한 기판(100)상에 상술한 바와 같은 활성층 및 게이트 전극(114), 소오스/드레인 전극(115, 116)을 포함한 박막트랜지스터(110)가 형성된다. 그리고, 박막 트랜지스터(110)를 포함한 투명 기판(100)의 전면에, 화소 영역의 평탄화를 위하여 평탄화막(140)이 형성된다.
상기 드레인 전극(116) 상측의 평탄화막(140)에는 후술할 발광소자의 제 1 전극(150)이 상기 드레인 전극(116)에 전기적으로 연결되도록 하기 위한 콘택홀이 형성된다.
상기 평탄화막(140)상에는 상기 컨택 홀을 통하여 상기 드레인 전극(116)과 전기적으로 연결되는 발광소자의 제 1 전극(150)이 형성되고, 상기 제 전극(150)의 상측 또는 하측에 상기 박막트랜지스터를 완전 커버하도록 차단층(200)이 형성된다.
여기서, 상기 제 1 전극(150)은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 IZO(Indium-Zinc-Oxide) 등과 같이 빛을 투과하는 투명 도전막으로 형성되고, 상기 차단층(200)은 빛을 차단할 수 있고 후술하는 발광층 및 제 2 전극 형성 시 X-ray로부 터 상기 박막트랜지스터를 보호하기 위해 단일층 또는 다층의 금속층으로 형성된다. 상기 차단층(200)의 물질로는, Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 그 이상이 선택되어 다층구조로 형성된다. 상기 차단층(200)의 두께 및 물질은, 자연광을 차단함은 물론 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖도록 함이 바람직하다.
따라서, 상기 차단층(200)은 상기 박막트랜지스터(특히, 박막트랜지스터의 활성층)를 완전히 커버하도록 형성되고, 또한, 상기 차단층(200)의 물질이 비발광 영역(도면에는 도시되지 않았지만, 구동부 등)의 박막트랜지스터도 완전히 커버하도록 형성된다.
따라서, 상기 차단층(200)이 박막트랜지스터를 커버하고 있으므로 자연광 또는 X-ray로부터 박막트랜지스터가 노출되어 박막트랜지스터의 특성이 저하됨을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(150) 상에는 유기 발광층과 제 2 전극(190)이 차례로 형성된다.
여기서, 상기 제 2 전극은 금속층으로 형성된다.
이하에서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 공정 단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 유리, 석영 또는 사파이어 등으로 이루어진 투명 기판(100)을 준비한다. 상기 투명 기판(100) 상에 비정질 실리콘막을, 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition) 또는 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition) 등에 의하여, 약 200~800 옹스트롱(Å)의 두께로 형성한다. 그리고, 레이저 어닐링(laser annealing) 등의 방법으로 상기 비정질 실리콘막을 다결정 실리콘으로 결정화시킨다. 물론, 비정질 실리콘막 대신에 바로 다결정 실리콘막을 증착할 수도 있다.
이어서, 사진 식각 공정 등의 방법으로 상기 다결정 실리콘을 패터닝하여, 단위 화소 내의 박막 트랜지스터의 활성층(113a)을 형성한다. 그리고, 상기 활성층(113a)를 포함한 기판 전면에 게이트 절연막(120)을 증착한다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 활성층(113a) 상측의 상기 게이트 절연막(120)위에 게이트 전극(114)을 형성한다. 즉, 상기 게이트 절연막(120)위에 알루미늄-네오디늄(AlNd) 등을 스퍼터링법으로 약 1500~5000 옹스트롱의 두께로 증착한 후, 사진 식각 공정으로 상기 알루미늄-네오디늄(AlNd)을 패터닝하여 게이트 전극(114)을 형성한다.
상기 게이트 전극(114)을 마스크로 이용하여, 상기 활성층(113a)에 불순물 이온을 주입하고, 주입된 불순물 이온을 활성화시켜 박막 트랜지스터의 소오스 영역(111) 및 드레인 영역(112)을 형성한다. 이 때, 게이트 전극(114) 하측의 상기 활성층(113a)에는 불순물 이온이 주입되지 않아 자연적으로 채널 영역(113)이 형성된다.
그리고, 상기 게이트 전극(114)를 포함한 기판 전면에 실리곤 산화막 또는 실리콘 질화막 등으로 층간 절연막(130)을 형성한다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 소오스 영역(111) 및 드레인 영역(112)이 노출되도록 상기 게이트 절연막(120) 및 층간 절연막(130)을 선택적으로 제거하여 콘택 홀을 형성한다.
그리고, 상기 층간 절연막(130)위에 적어도 한층의 금속층을 증착하고 사진 식각 공정으로 상기 금속층을 제거하여 상기 소오스 영역(111) 및 드레인 영역(112)에 전기적으로 연결되는 소오스 전극(115) 및 드레인 전극(116)을 형성한다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 박막 트랜지스터(110)를 포함한 층간 절연막(130) 전면에 평탄화막(140)을 형성한다. 여기서, 평탄화막(140)은 다음에 형성될 발광소자의 제 1 전극의 평탄화를 위한 것이며, 유기 또는 무기 절연물질을 약 1000~5000 옹스트롱의 두께로 증착하여 형성한다.
사진식각 공정으로 상기 평탄화막(140)을 식각하여 상기 소오스 전극(115) 및 드레인 전극(116) 중 하나를 노출시키는 콘택 홀을 형성한다 (도면에서는 드레인 전극(116)에 콘택홀을 형성함을 도시함).
상기 콘택 홀을 통해 상기 드레인 전극(116)에 전기적으로 연결되고, 상기 박막트랜지스터를 완전히 커버하도록 상기 평탄화막(140)상에 제 1 전극(150)을 형성한다.
상기 제 1 전극(150)을 형성하는 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄타룸), Al(알루미늄), AlNd(알미네리윰) 및 W(텅스텐) 중 하나의 물 질 또는 적어도 2개의 물질층을 증착하고, 사진 식각 공정으로 상기 물질층을 선택적으로 제거하여 제 1 전극(150)을 형성한다.
상기 제 1 전극(150)의 두께 및 적층 수를 조절하여 빛을 차광함은 물론 0.001~0.1%의 X-선 투과율을 갖도록 형성한다.
그리고, 상기 결과물의 전체 상부면에 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등으로 이루어진 무기 절연막을 약 1000~2000 옹스트롱의 두께로 증착하고, 화소 영역 사이에만 남도록 패터닝하여, 화소 분리막(155)을 형성한다.
도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 전극(150)을 포함한 기판 전면에 정공 주입층(160), 정공 수송층(165), 발광층(170), 전자 수송층(180) 및 전자 주입층(185)을 순차적으로 적층하여 유기 발광층을 형성한다. 이어서, 상기 결과물의 전체 상부면에 소정 두께의 유기전계발광소자의 제 2 전극(190)을 형성한다.
여기서, 정공 주입층(160)은 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine(CuPC))을 10~30 나노미터의 두께로 증착하여 형성한다. 그리고, 정공 수송층(165)은 4,4'-qltm[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenthylamino]-biphenyl(NPB)을 30~60 나노미터의 두께로 증착하여 형성한다. 그리고, 발광층(170)은 적색과 녹색 및 청색 픽셀에 따라 유기 발광 물질을 사용하며, 필요에 따라 도펀트를 첨가하여 형성된다.
여기서, 유기발광층 및 제 2 전극의 형성 공정 중 적어도 한 공정은 전자 빔(X-ray)을 이용하여 증착한다.
상기 전자 빔을 이용하여 유기 발광층 및 제 2 전극을 형성하는 이유는, 동 일 챔버에서 상기 공정을 진행하여 유기 발광층의 발광 특성을 향상시키기 위한 것이다. 즉, 유기 발광층을 증착하고, 스퍼터링 장비로 이동하여 제 2 전극을 스퍼터링법으로 증착하게 되면, 상기 유기 발광층이 대기중에 노출되어 발광 특성이 저하되거나, 증착 공정이 복잡해 진다.
이와 같이 유기 발광층 및 제 2 전극 형성 공정 시, 전자 빔을 이용하여도, 상기 제 1 전극(150)에 의해 박막트랜지스터의 활성층이 완전 커버되므로, X-선에 의한 상기 박막트랜지스터의 활성층의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능해도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자 및 그 제조방법은, 제조 공정 및 완제품에서 박막 트랜지스터의 특성을 보존하여 유기전계발광소자의 성능 향상과 수명 연장에 기여할 수 있다.
도 1은 유기전계발광소자 내의 트랜지스터가 외광에 의하여 전기적인 특성이 변화된 것을 나타낸 그래프
도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광소자의 비발광 영역의 트랜지스터와 제 1 전극 (애노드 전극)을 모식적으로 나타낸 단면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광소자의 단면도
도 5a 내지 5e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광소자의 공정 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판 110 : 박막 트랜지스터
111 : 소오스 영역 112 : 드레인 영역
113 : 채널 영역 114 : 게이트 전극
115 : 소오스 전극 116 : 드레인 전극
120 : 게이트 절연막 130 : 층간 절연막
140 : 평탄화막 150 : 제 1 전극
155 : 화소 분리막 160 : 정공 주입층
165 : 정공 수송층 170 : 발광층
180 : 전자 수송층 185 : 전자 주입층
190 : 제 2 전극 200 : 차단층
Claims (17)
- 기판;소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 상기 기판상에 형성되는 반도체층;상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 1 콘택홀을 갖고, 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 형성된 게이트 절연막;상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 형성되는 게이트 전극;상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 2 콘택홀을 갖고,상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 형성되는 층간 절연막;상기 제 1, 제 2 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 형성되는 소오스 전극 및 드레인 전극;상기 드레인 전극상에 제 3 콘택홀을 갖고 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 평탄화막;상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되고 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 상기 평탄화막위에 형성되는 제 1 전극;상기 제 1 전극상에 형성되는 유기 발광층; 그리고상기 유기 발광층상에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극은, Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 적어도 2개 선택되어 단일층 또는 다층구조로 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 전극은 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖음을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 투명 기판;소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 상기 기판상에 형성되는 반도체층;상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 1 콘택홀을 갖고, 상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 형성된 게이트 절연막;상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 형성되는 게이트 전극;상기 소오스 영역 및 드레인 영역상에 제 2 콘택홀을 갖고,상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 형성되는 층간 절연막;상기 제 1, 제 2 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 형성되는 소오스 전극 및 드레인 전극;상기 드레인 전극상에 제 3 콘택홀을 갖고 상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 형성되는 평탄화막;상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 상기 평탄화막위에 형성되는 제 1 전극;상기 제 1 전극 상측 또는 하측에 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 형성되는 차단층;상기 제 1 전극상에 형성되는 유기 발광층; 그리고상기 유기 발광층상에 형성되는 제 2 전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 차단층은 Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 적어도 2개 선택되어 단일층 또는 다층구조로 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 차단층은 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖음을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 전극은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 IZO(Indium-Zinc-Oxide)으로 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 복수개의 셀을 구비하고 각 셀은 제 1 트랜지스터와 발광소자를 구비한 표시 영역과, 상기 표시 영역의 각 셀을 구동하기 위한 제 2 트랜지스터를 구비한 비표시 영역으로 구분되는 유기전계발광소자에 있어서,상기 발광소자는 제 1 전극, 발광층 및 제 2 전극을 구비하고, 상기 제 1 전극이 상기 제 1, 제 2 트랜지스터를 완전히 커버하도록 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 전극은 Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 적어도 2개 선택되어 단일층 또는 다층구조로 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 전극은 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖음을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 기판상에 반도체층을 형성하는 단계;상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막 및 층간 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 제 1 콘택홀을 형성하는 단계;상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 평탄화막을 형성하는 단계;상기 평탄화막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극상에 제 2 콘택홀을 형성하는 단계;상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되고 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 상기 평탄화막위에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 그리고상기 유기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 전극은, Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 적어도 2개를 선택하여 단일층 또는 다층구조로 형성함을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 전극의 물질 및 두께를 조절하여 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖도록 형성함을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 구비하여 투명 기판상에 반도체층을 형성하는 단계;상기 반도체층을 포함한 상기 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 채널 영역 상측의 게이트 절연막위에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극을 포함한 게이트 절연막 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막 및 층간 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 소오스 영역 및 드레인 영역에 제 1 콘택홀을 형성하는 단계;상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스 영역 및 드레인 영역에 전기적으로 연결되도록 상기 층간 절연막위에 소오스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;상기 소오스 전극 및 드레인 전극을 포함한 기판 전면에 평탄화막을 형성하는 단계;상기 평탄화막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극상에 제 2 콘택홀을 형성하는 단계;상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극에 전기적으로 연결되도록 상기 평탄화막위에 제 1 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 전극 상측 또는 하측에 상기 반도체층을 완전히 커버하도록 차단층을 형성하는 단계;상기 제 1 전극상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 그리고상기 유기 발광층상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 차단층은 Ti(티타늄), Mo(몰리브덴), Cr(크롬), Cu(구리), Au(금) , Ni(니켈), Ag(은), Ta(탄탈룸), Al(알루미늄) 및 AlNd(알미네리윰), W(텅스텐) 중 하나 또는 적어도 2개를 선택하여 단일층 또는 다층구조로 형성함을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 차단층은 상기 차단층의 물질 또는 두께를 조절하여 0.001 ~ 1.0 %의 X-선 투과율을 갖도록 형성함을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1 전극은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 IZO(Indium-Zinc-Oxide)으로 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광소자의 제조 방법.
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