KR101367139B1 - 표시 장치와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 표시장치는 절연기판과; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며, 데이터 전압을 입력받으며, 비정질 실리콘으로 이루어진 제1반도체층을 포함하는 스위칭 박막트랜지스터와; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며, 제어단이 상기 스위칭 박막트랜지스터의 출력단에 연결되어 있으며, 폴리 실리콘으로 이루어진 제2반도체층을 포함하는 구동 박막트랜지스터와; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며, 제3반도체층과 상기 제3반도체층에 전기적으로 연결되어 있는 센서측 입력단 및 센서측 출력단을 포함하는 광센서와; 상기 광센서 상에 형성되어 있는 절연막과; 상기 절연막 상에 형성되어 있으며 상기 구동박막트랜지스터의 출력단에 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성되어 있으며 발광층을 포함하는 유기층과; 상기 유기층 상에 형성되어 있는 제2전극과; 상기 광센서의 출력에 기초하여 상기 데이터 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 표시품질이 안정된 표시장치가 제공된다.

Description

표시 장치와 그 제조방법{DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 등가회로도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 단면도이고,
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 표시장치의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 표시장치의 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 표시장치의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 표시장치의 단면도이고,
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
110 : 절연기판 220 : 제2반도체층
320 : 제1반도체층 420 : 제3반도체층
620 : 화소전극 800 : 유기층
830 : 공통전극
본 발명은 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이 장치(flat panel display) 중 저전압 구동, 경량 박형, 광시야각 그리고 고속응답 등의 장점으로 인하여, 최근 유기전계발광장치(organic light emitting diode)가 각광 받고 있다.
유기전계발광장치에서는 하나의 화소에 복수의 박막트랜지스터가 배치되어 있는데, 일반적으로 데이터선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와 구동전압선에 연결된 구동 박막트랜지스터 등 최소한 2개의 박막트랜지스터가 배치된다.
이들 박막트랜지스터는 통상 비정질 실리콘을 반도체층으로 사용하는데, 장시간 사용시 반도체층의 품질이 불안정해지는 문제가 있다. 한편 빛을 생성하는 유기층도 사용시간이 길어지면 열화되어 발광품질이 불안정해지는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 표시 품질이 안정된 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 표시 품질이 안정된 표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 절연기판과; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며, 데이터 전압을 입력받으며, 비정질 실리콘으로 이루어진 제1반도체층을 포함하는 스위칭 박막트랜지스터와; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며, 제어단이 상기 스 위칭 박막트랜지스터의 출력단에 연결되어 있으며, 폴리 실리콘으로 이루어진 제2반도체층을 포함하는 구동 박막트랜지스터와; 상기 절연기판 상에 형성되어 있으며, 제3반도체층과 상기 제3반도체층에 전기적으로 연결되어 있는 센서측 입력단 및 센서측 출력단을 포함하는 광센서와; 상기 광센서 상에 형성되어 있는 절연막과; 상기 절연막 상에 형성되어 있으며 상기 구동박막트랜지스터의 출력단에 전기적으로 연결되어 있는 제1전극과; 상기 제1전극 상에 형성되어 있으며 발광층을 포함하는 유기층과; 상기 유기층 상에 형성되어 있는 제2전극과; 상기 광센서의 출력에 기초하여 데이터 전압을 조절하는 제어부를 포함하는 표시장치에 의하여 달성된다.
상기 제3반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제1반도체층과 상기 제3반도체층은 동일한 층인 것이 바람직하다.
상기 스위칭 박막트랜지스터의 제어단은 상기 제1반도체층과 상기 절연기판 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 절연기판과 상기 제3반도체층 사이에 위치하며 외부로부터의 빛이 상기 제3반도체층으로 입사되는 것을 방지하는 금속층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속층에는 네가티브 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
상기 스위칭 박막트랜지스터의 제어단과 상기 금속층은 동일한 층인 것이 바람직하다.
상기 구동박막트랜지스터의 제어단은 상기 제2반도체층의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 제3반도체층은 폴리 실리콘으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제2반도체층과 상기 제3반도체층은 동일한 층인 것이 바람직하다.
상기 절연기판과 상기 제3반도체층 사이에 위치하며 외부로부터의 빛이 상기 제3반도체층으로 입사되는 것을 방지하는 금속층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 금속층에는 네가티브 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
상기 구동박막트랜지스터의 제어단은 상기 제2반도체층과 상기 절연기판 사이에 위치하며, 상기 구동박막트랜지스터의 제어단과 상기 금속층은 동일 층인 것이 바람직하다.
상기 발광층은 백색광을 발광하며, 상기 유기층과 상기 절연기판 사이에 위치하는 컬러 필터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광센서의 센서측 입력단과 연결되어 있는 센서 박막트랜지스터를 더 포함하며, 상기 광센서의 센서측 입력단은 상기 센서 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 있는 것이 바람직하다.
상기 센서 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되어 있으며 상기 센서 트랜지스터의 소스 전극에 일정한 전압을 인가하는 센서선을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 비정질 실리콘으로 이루어진 제1반도체층을 포함하는 스위칭 박막트랜지스터와, 제어단이 상기 스위칭 박막트랜지스터의 출력단 에 연결되어 있으며 폴리 실리콘으로 이루어진 제2반도체층을 포함하는 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 제1반도체층과 동시에 형성되는 제3반도체층, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 출력단과 동시에 형성되며 상기 제3반도체층에 전기적으로 연결되어 있는 센서측 입력단 및 센서측 출력단, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 제어단과 동시에 형성되며 외부의 빛이 상기 제3반도체층에 입사되는 것을 방지하는 금속층을 포함하는 광센서를 형성하는 단계와; 상기 광센서 상에 절연막을 형성하는 단계와; 상기 절연막 상에 상기 구동박막트랜지스터의 출력단과 전기적으로 연결되는 제1전극을 형성하는 단계와; 상기 제1전극 상에 발광층을 포함하는 유기층을 형성하는 단계와; 상기 유기층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 표시장치의 제조방법에 의하여 달성된다.
상기 제2반도체층의 형성은, 비정질 실리콘층과 n+비정질 실리콘층을 순차적으로 증착하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층과 n+비정질 실리콘층을 패터닝하고 결정화시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 결정화는 고상결정화(solid phase crystallization)를 통해 수행되는 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 신호선을 포함한다.
신호선은 주사신호를 전달하는 게이트선(911), 네가티브 전압을 인가하는 네가티브 전극선(933), 데이터 신호를 전달하는 데이터선(922), 구동 전압을 전달하는 구동 전압선(944), 광센서(LS)에 연결되어 있는 센서선(955)을 포함한다.
각 화소는 유기발광소자(LD), 스위칭 박막트랜지스터(Tsw), 구동 박막트랜지스터(Tdr), 센서 박막트랜지스터(Tss), 광센서(LS), 축전기(C1, C2)를 포함한다.
구동 박막트랜지스터(Tdr)는 제어단, 입력단 및 출력단을 가지는데, 제어단은 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)에 연결되어 있고, 입력단은 구동 전압선(944)에 연결되어 있으며, 출력단은 유기발광소자(LD)에 연결되어 있다.
유기발광소자(LD)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 출력단에 연결되는 애노드(anode)와 공통전압(Vcom)에 연결되어 있는 캐소드(cathode)를 가진다. 유기 발광 소자(LD)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 출력 전류에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다. 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 전류는 제어단과 출력단 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라진다.
스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 또한 제어단, 입력단 및 출력단을 가지는데, 제어단은 게이트선(911)에 연결되어 있고, 입력단은 데이터선(922)에 연결되어 있으며, 출력단은 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어단에 연결되어 있다. 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 게이트선(911)에 인가되는 주사 신호에 따라 데이터선(922)에 인가되는 데이터 신호를 구동 박막트랜지스터(Tdr)에 전달한다.
축전기(C1)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어단과 입력단 사이에 연결되어 있다. 축전기(C1)는 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 제어단에 입력되는 데이터 신호를 충전하고 유지한다.
이상의 유기발광소자(LD)는 구동되면서 점점 열화되어 성능이 저하된다. 센서 박막트랜지스터(Tss), 광센서(LS), 축전기(C2) 그리고 네가티브 전극선(933)은 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)와 구동 박막트랜지스터(Tdr)의 열화를 보상하는 역할을 한다.
센서 박막트랜지스터(Tss)는 또한 제어단, 입력단 및 출력단을 가지는데, 제어단은 게이트선(911)에 연결되어 있고, 입력단은 센서선(955)에 연결되어 있으며, 출력단은 광센서(LS) 및 축전기(C2)에 연결되어 있다.
축전기(C2)는 센서 박막트랜지스터(Tss)의 출력단과 네가티브 전극선(933) 사이에 연결되어 있다. 이 축전기(C2)는 센서 박막트랜지스터(Tss)의 입력단에 입력되는 전압을 충전하고 유지한다.
광센서(LS)는 반도체층과, 반도체층의 일단에 연결되어 있으며 센서 박막트랜지스터(Tss)의 출력단에 연결되어 있는 입력단, 반도체층의 타단에 연결되어 있으며 후단 게이트선(911)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 감 소가 커지며 센서선(955)을 통해 더 많은 전류를 공급해야 한다.
동일한 데이터 전압이 인가되어도, 유기발광소자(LD)의 열화 정도에 따라 광센서(LS)의 반도체층에 입사되는 빛의 세기가 감소(증가)한다.
이상으로부터 유기발광소자(LD)로부터 반도체층에 입사되는 빛의 강도, 광센서(LS)의 출력단에 흐르는 전류의 크기, 축전기(C2)의 용량 감소 및 이를 보상하기 위한 센서선(955)의 전류 공급량이 상호 연관되어 있는 것을 알 수 있다.
제어부(10)는 센서선(955)을 통해 공급된 전류량을 기초로 하여 데이터선(922)에 공급되는 데이터 전압을 조절한다. 이에 의해 유기발광소자(LD)의 열화가 보상된다.
제어부(10)와 연결되어 있는 메모리(20)에는 데이터 전압의 크기에 따른 센서선(955)을 통한 공급 전류값 테이블이 저장되어 있다. 제어부(10)는 메모리(20)를 이용하여 다양한 데이터 전압에 대하여 유기발광소자(LD)의 열화를 보상한다.
이하에서는 도 1에 도시한 표시장치의 구조에 대하여 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
투명한 유리 따위로 만들어진 절연기판(110) 상에 구동 게이트 전극(210)이 형성되어 있다. 구동 게이트 전극(210)은 제1절연막(510)으로 덮여 있다. 제1절연막(510)에는 구동 게이트 전극(210)을 노출시키는 접촉구(542)가 형성되어 있는데, 접촉구(542)는 제2절연막(520) 및 제3절연막(530)도 같이 제거되어 형성되어 있다.
구동 게이트 전극(210)에 대응하는 제1절연막(510) 상에는 제2반도체층(220)이 형성되어 있다. 제2반도체층(220)은 폴리 실리콘으로 이루어져 있다. 제 2반도체층(220) 상에는 제2반도체층(220)을 중심으로 양 편으로 나누어진 저항접촉층(230)이 형성되어 있다. 저항 접촉층(230)은 n형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 폴리 실리콘으로 이루어져 있다.
제1절연막(510)과 저항 접촉층(230) 상에는 스위칭 게이트 전극(310), 구동 소스 전극(240), 구동 드레인 전극(250) 및 광차단층(410)이 마련되어 있다. 이들 패턴(310, 240, 250, 410)은 동일한 금속층을 패터닝하여 형성된 것이다.
이들 패턴(310, 240, 250, 410) 및 이들 패턴(310, 240, 250, 410)이 가리지 않은 제2반도체층(220)의 상부에는 제2절연막(520)이 마련되어 있다. 제2절연막(520)에는 구동 드레인 전극(250)을 노출시키는 접촉구(543)가 형성되어 있는데 이 접촉구(543)는 제3절연막(530)도 같이 제거되어 형성되어 있다.
스위칭 게이트 전극(310)에 대응하는 제2절연막(520)의 상부에는 제1반도체층(320)이 형성되어 있으며, 광차단층(410)에 대응하는 제2절연막(520)의 상부에는 제3반도체층(420)이 형성되어 있다.
제1반도체층(320)과 제3반도체층(420)은 비정질 실리콘층으로 이루어져 있으며, 동일한 실리콘층을 패터닝하여 형성된 것이다.
제1반도체층(320) 및 제3반도체층(420) 상에는 각각 n형 불순물이 고농도 도핑된 n+ 비정질 실리콘으로 이루어져 있는 저항 접촉층(330, 430)이 형성되어 있다. 저항 접촉층(330, 430)은 동일한 n+ 비정질 실리콘층을 패터닝하여 형성된 것이다.
저항접촉층(330) 상에는 스위칭 소스 전극(340) 및 스위칭 드레인 전 극(350)이 형성되어 있으며, 저항접촉층(430) 상에는 센서 소스 전극(440) 및 센서 드레인 전극(450)이 형성되어 있다. 이들 패턴(340, 350, 440, 450)은 동일한 금속층을 패터닝하여 형성된 것이다.
이들 패턴(340, 350, 440, 450) 및 이들 패턴(340, 350, 440, 450)이 가리지 않은 제1반도체층(320) 및 제3반도체층(420)의 상부에는 제3절연막(530)이 마련되어 있다. 제3절연막(530)에는 스위칭 드레인 전극(350)을 노출시키는 접촉구(541)가 형성되어 있다.
이상의 절연막(510, 520, 530)은 실리콘 질화물(SiNx)과 같이 무기물 또는 유기물로 이루어질 수 있다. 유기물로는 BCB(benzocyclobutene) 계열, 올레핀 계열, 아크릴 수지(acrylic resin)계열, 폴리 이미드(polyimide)계열, 불소수지 등이 사용될 수 있다.
제3절연막(530)의 상부에는 투명전극층이 형성되어 있다. 투명전극층은 구동 브릿지(610) 및 화소전극(620)을 포함한다. 투명전극층은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)등의 투명한 도전물질로 이루어져 있다. 구동 브릿지(610)는 접촉구(541, 542)를 통해 스위칭 드레인 전극(350)과 구동 게이트 전극(210)을 전기적으로 연결한다.
화소전극(620)은 음극(anode)이라고도 불리며 유기층(800)에 정공을 공급한다. 화소전극(620)은 제3반도체층(420)의 상부에도 위치하고 있다. 화소전극(620)은 접촉구(543)를 통해 구동 드레인 전극(250)과 연결되어 화소 전류를 공급받는다.
인접한 화소전극(620) 간에는 격벽(700)이 형성되어 있다. 격벽(700)은 화소전극(620) 간을 구분하여 화소영역을 정의한다. 격벽(700)은 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 등의 내열성, 내용매성이 있는 감광물질이나 SiO2, TiO2와 같은 무기재료로 이루어질 수 있으며 유기층과 무기층의 2층 구조도 가능하다.
격벽(700)이 가리지 않은 화소전극(620) 상에는 유기층(800)이 형성되어 있다. 유기층(800)은 발광층을 포함하며, 이 외에 전자주입층, 전자수송층, 정공주입층 및 정공수송층 등을 더 포함할 수 있다.
정공주입층 및 정공수송층은 강한 형광을 가진 아민(amine)유도체, 예를 들면 트리페닐디아민 유도체, 스티릴 아민 유도체, 방향족 축합환을 가지는 아민 유도체를 사용할 수 있다.
전자수송층으로는 퀴놀린(quinoline) 유도체, 특히 알루미늄 트리스(8-히드록시퀴놀린) (aluminum tris(8-hydroxyquinoline), Alq3)를 사용할 수 있다. 또한 페닐 안트라센(phenyl anthracene) 유도체, 테트라아릴에텐 유도체도 사용할 수 있다. 전자주입층으로는 바륨(Ba) 또는 칼슘(Ca)으로 형성될 수 있다.
발광층은 예를 들어, 적색, 청색, 녹색 중 어느 하나의 색을 발광하며, 이웃한 발광층은 서로 다른 색을 발광한다.
유기층(800)이 고분자물질로 이루어진 경우 유기층(800)은 잉크제팅 방식으로 형성될 수 있다.
이 경우, 정공주입층은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT)과 폴리스티렌술폰산(PSS)과 같은 정공 주입 물질로 이루어지 수 있으며, 발광층은 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.
격벽(700) 및 유기층(800)의 상부에는 공통전극(830)이 위치한다. 공통전극(830)은 양극(cathode)이라고도 불리며 유기층(800)에 전자를 공급한다. 공통전극(830)은 칼슘층과 알루미늄층으로 적층되어 구성될 수 있다.
화소전극(620)에서 전달된 정공과 공통전극(830)에서 전달된 전자는 유기층(800)에서 결합하여 여기자(exciton)가 된 후, 여기자의 비활성화 과정에서 빛을 발생시킨다.
도시하지는 않았지만 표시장치(1)는 또한 공통전극(830)의 보호를 위한 보호층, 유기층(800)으로의 수분 및 공기 침투를 방지하기 위한 봉지부재를 더 포함할 수 있다. 봉지부재는 밀봉수지와 밀봉캔으로 이루어질 수 있다.
이상 설명한 제1실시예에서 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)는 제1반도체층(320)이 비정질 실리콘으로 이루어진 비정질 실리콘 박막트랜지스터이며, 구동 박막트랜지스터(Tdr)는 제2반도체층(220)이 폴리 실리콘으로 이루어진 폴리 실리콘 박막트랜지스터이다.
비정질 실리콘 박막트랜지스터는 누설전류(leakage current)가 적은 반면 장시간 사용 시 품질인 불안정한 문제가 있다. 반면 폴리 실리콘 박막트랜지스터는 품질이 안정적이지만 누설전류가 비교적 큰 문제가 있다.
본 발명에서는 구동 박막트랜지스터(Tdr)로서 폴리 실리콘 박막트랜지스터를 사용하는데, 오프 상태에서 수 nA 수준의 누설전류로는 발광소자(LD)가 턴온 되지 않기 때문에 누설전류가 문제되지 않는다. 반면 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)에 폴리 실리콘 박막트랜지스터를 사용하면 누설전류에 의해 크로스 톡(cross talk)과 같은 불량이 발생한다.
본 발명에서는 누설전류가 문제되지 않는 구동 박막트랜지스터(Tdr)에는 폴리 실리콘 박막트랜지스터를 사용하여 표시장치의 품질을 안정적으로 유지하며, 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)에는 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 사용하여 크로스 톡과 같은 불량을 방지한다.
광센서(LS)의 광차단층(410)은 광센서(LS)의 하부에 위치하며, 외부로부터의 빛이 광센서(LS)의 제3반도체층(420)에 입사하는 것을 방지한다. 광차단층(410)에 의해 광센서(LS)는 유기발광소자(LD)로부터의 빛만이 조사된다.
광차단층(410)은 도 1의 네가티브 전극선(933)에 연결되어 네가티브 전압이 인가되고 있기 때문에 제3반도체층(420)이 활성화되는 것을 방지하는 역할도 한다.
다른 실시예에서 광차단층(410)에는 빛에 따른 출력변화가 최대가 되는 전압이 인가될 수도 있다.
한편 광센서(LS)는 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)와 함께 형성되기 때문에 광센서(LS) 형성을 위한 추가의 공정은 필요하지 않다.
광센서(LS)의 작용을 이상에서 설명한 도 1 내지 도 2를 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.
게이트선(911)을 통해 게이트 온 전압이 인가되면 스위칭 트랜지스터(Tsw)와 센서 트랜지스터(Tss)가 온된다. 센서 트랜지스터(Tss)가 온 된 상태에서 축전기(C2)의 충전이 이루어진다.
스위칭 트랜지스터(Tsw)가 온 된 상태에서 데이터선(922)을 통해 인가된 데이터 전압이 스위칭 드레인 전극(350)에 전달된다. 데이터 전압은 구동 브릿지(610)를 통해 구동 트랜지스터(Tdr)의 구동 게이트 전극(210)에 인가되어 구동 트랜지스터(Tdr)가 온 된다.
온 상태의 구동 트랜지스터(Tdr)를 통해 구동전류가 구동 드레인 전극(250)로 인가되는데, 구동전류의 크기는 데이터 전압에 의해 결정된다. 구동 드레인 전극(250)에 인가된 구동전류는 화소전극(620)에 인가되고 이에 의해 유기층(800)이 발광하게 된다.
유기층(800)에서 발광한 빛은 제3반도체층(420)을 활성시켜 센서 소스 전극(440)으로부터 센서 드레인 전극(450)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. 센서 드레인 전극(450)으로 흐른 전류는 후단 게이트선(911)으로 방전된다.
이하에서는 본발명의 제1실시예에 따른 표시 장치의 제조방법을 도 3a 내지 도 3h를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 절연기판(110) 위에 금속층을 형성하고 패터닝하여 구동 게이트 전극(210)을 형성한다. 이 후 구동 게이트 전극(210) 상에 제1절연막(510), 비정질 실리콘층(221) 및 n+비정질 실리콘층(231)을 형성한다.
제1절연막(510)이 실리콘 질화물로 이루어진 경우, 제1절연막(510), 비정질 실리콘층(221) 및 n+비정질 실리콘층(231)은 동일 챔버에서 연속으로 형성될 수 있다.
이후 도 3b와 같이 비정질 실리콘층(221) 및 n+비정질 실리콘층(231)을 패터닝한 후 결정화 시켜 폴리실리콘으로 이루어진 제2반도체층(220)과 저항 접촉층(230)을 형성한다. 결정화를 통해 패터닝되어 있는 비정질 실리콘층(221) 및 n+비정질 실리콘층(231)은 모두 폴리 실리콘으로 변화한다.
다른 실시예에서, 비정질 실리콘층(221) 및 n+비정질 실리콘층(231)을 먼저 결정화 한 후, 패터닝할 수 있다.
결정화 방법으로는 고상결정화, 레이저 결정화, 급속열처리 방법 등을 사용할 수 있다.
고상결정화는 600℃이하의 저온에서 장시간 열처리하여 결정입자가 큰 폴리실리콘을 얻는 방법이다. 레이저 결정화는 엑시머 레이저 어닐링(excimer laser annealing) 및 순차적 측면 고상화(sequential lateral solidification) 등 레이저를 이용하여 폴리실리콘을 얻는 방법이다. 급속 열처리 방법은 저온에서 비정질 실리콘 증착 후 표면을 빛으로 급속하게 열처리하여 결정화하는 방법이다.
다음으로 도 3c와 같이 금속층을 증착하고 패터닝하여 스위칭 게이트 전극(310), 구동 소스 전극(240), 구동 드레인 전극(250) 및 광차단층(410)을 형성한다. 이 과정에서 구동 소스 전극(240)과 구동 드레인 전극(250) 사이의 저항 접촉 층(230)은 제거된다. 이 과정에서 구동 박막트랜지스터(Tdr)가 형성된다.
이 후 도 3d와 같이 제2절연막(520)을 형성하고, 제2절연막 (520) 상에 제1반도체층(320), 제3반도체층(420) 및 저항접촉층(330, 430)을 형성한다. 반도체층(320, 420) 및 저항접촉층(330, 430)의 형성을 자세히 설명하면 다음과 같다.
제2절연막(520)상에 비정질 실리콘층 및 n+비정질 실리콘층을 순차적으로 형성한다. 제2절연막(520)이 실리콘 질화물로 이루어진 경우, 제2절연막(520), 비정질 실리콘층 및 n+비정질 실리콘층은 동일 챔버에서 연속으로 형성될 수 있다.
이 후 비정질 실리콘층 및 n+비정질 실리콘층을 패터닝하면 도 3d와 같은 반도체층(320, 420) 및 저항접촉층(330, 430)이 형성된다.
이후 도 3e와 같이 금속층을 증착하고 패터닝하여 스위칭 소스 전극(340), 스위칭 드레인 전극(350), 센서 소스 전극(440) 및 센서 드레인 전극(450)을 형성한다. 이 과정에서 이들 전극(340, 350, 440, 450)에 의해 가려지지 않은 저항접촉층(330, 430)이 제거된다. 이 과정에서 스위칭 박막트랜지스터(Tsw)와 광센서(LS)가 형성된다.
다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, ITO 또는 IZO등의 투명도전막을 증착하고 사진 식각하여 구동 브릿지부(610)와 화소전극(620)을 형성한다.
도시하지는 않았지만, 투명도전막 증착 전에 절연막(510, 520, 530)을 패터닝하여 접촉구(541, 542, 543)를 형성하게 된다.
구동 브릿지부(610)와 화소전극(620)을 형성한 후 전면에 격벽 물질층을 형성하고 노광 및 현상하여 격벽(700)을 형성한다. 격벽 물질층은 감광성 물질로 이 루어져 있으며 슬릿 코팅 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다.
이후 도 3g에 도시한 바와 같이 유기층(800)을 형성한다. 유기층(800)은 발광층을 포함하는 복수의 층으로 이루어지며 도 3h과 같은 증발법으로 형성될 수 있다.
증발법에서는 절연기판(110)을 화소전극(620)이 하부를 향하도록 배치한 후, 절연기판(110) 하부의 유기물 소스(40)를 가열하여 유기물 증기를 공급한다.
절연기판(110)과 유기물 소스(40) 사이에는 쉐도우 마스크(30)가 위치한다. 쉐도우 마스크(30)에는 개구(도시하지 않음)가 형성되어 있다.
유기물 소스(40)에서 공급된 유기물 증기는 쉐도우 마스크(30)의 개구를 통해 화소전극(620) 상에 공급된다. 화소전극(620)과 접촉된 유기물 증기는 온도가 하강하며 고상화되면서 유기층(800)을 형성한다.
유기층(800)이 일정한 두께로 형성되기 위해, 유기층(800) 형성과정에서 절연기판(110)은 회전한다.
제1실시예에서 도시한 유기층(800)은 쉐도우 마스크(30)를 사용하여 형성된 경우이며, 오픈 마스크를 사용하면 유기층(800)은 격벽(700)의 전체 면에 형성된다. 유기층(800)이 여러 층으로 구성되는 경우 일부 층은 오픈 마스크를 사용하여 형성되고, 다른 층은 쉐도우 마스크를 사용하여 형성되는 것도 가능하다.
이 후 공통전극(830)을 형성하면 도 2에 도시한 표시장치(1)가 완성된다.
도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다.
광센서(LS)의 제3반도체층(420)은 폴리 실리콘으로 이루어져 있으며, 제2반 도체층(220)과 동시에 형성된다.
한편 광센서(LS)의 광차단층(410)은 구동 게이트 전극(210)과 동일한 층으로 이루어진다.
광센서(LS)의 제3반도체층(420)을 폴리 실리콘으로 마련하면, 광센서(LS) 자체의 열화가 느리게 진행되어 표시품질을 안정화시키기 용이하다.
도 5를 참조하여 본 발명의 제3실시예를 설명한다.
유기층(800)은 백색광을 발광하며 화소전극(620)과 절연기판(110) 사이에는 컬러필터(530)가 형성되어 있다. 컬러필터(530)는 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색상을 가진다.
도 6을 참조하여 본 발명의 제4실시예를 설명한다.
제4실시예에서 구동 박막트랜지스터(Tdr)는 구동 게이트 전극(210)이 제2반도체층(220)의 상부에 위치하는 탑 게이트(top gate) 타입이다. 또한 절연막(510, 520)은 2 층으로 마련되어 있다.
제조 공정에서는 먼저 절연기판(110) 상에 비정질 실리콘층과 n+비정질 실리콘층 증착이 먼저 행해진다. 이 후 패터닝과 결정화를 통해 폴리 실리콘으로 이루어진 제2반도체층(220) 및 저항접촉층(230)을 형성한다.
다음으로 스위칭 게이트 전극(310), 구동 소스 전극(240), 구동 드레인 전극(250) 및 광차단층(410)을 형성한다. 이들 패턴(310, 240, 250, 410)들은 동일한 금속층을 패터닝하여 형성된다.
제2실시예의 유기층(800)은 저분자물질로 이루어져 있으며 오픈 마스크를 사용하여 격벽(700)의 전체 면에 걸쳐 형성되어 있다. 다만 유기층(800) 중 발광층은 격벽(700) 전체에 형성되지 않고 화소마다 분리되어 형성될 수 있다.
도 7을 참조하여 본 발명의 제5실시예를 설명한다.
제5실시예에서 구동 박막트랜지스터(Tdr)는 제4실시예와 같이 탑 게이트(top gate) 타입이다. 그러나 제4실시예와 달리 구동 소스 전극(240)과 구동 드레인 전극(250)이 제2반도체층(220) 보다 하부에 위치한다.
제조 공정에서는 먼저 절연기판(110) 상에 금속층과 n+비정질 실리콘층을 형성한다. 다음으로, 금속층과 n+비정질 실리콘층을 단일 마스크를 이용하여 패터닝하여 스위칭 게이트 전극(310), 구동 소스 전극(240), 구동 드레인 전극(250) 및 광차단층(410)을 형성한다. 이 때 구동 소스 전극(240)과 구동 드레인 전극(250) 상에는 저항접촉층(230)이 남아 있도록 한다.
이 후 비정질 실리콘층을 증착하고 패터닝과 결정화를 통해 제2반도체층(220)을 형성한다.
도 8을 참조하여 제6실시예를 설명한다.
구동 박막트랜지스터(Tdr)는 제4실시예와 같이 탑 게이트(top gate) 타입이다. 그러나 제4실시예와 달리 저항접촉층(230)이 제2반도체층(220) 외부로 연장되어 있다. 또한 스위칭 게이트 전극(310) 및 광차단층(410) 하부에는 n+비정질 실리콘으로 이루어진 하부 저항접촉층(360, 460)이 형성되어 있다.
제조 공정에서는 먼저 절연기판(110) 상에 비정질 실리콘층을 증착한다. 비정질 실리콘층을 패터닝하고 결정화하여 제2반도체층(220)을 형성한다. 이후 n+비 정질 실리콘층과 금속층을 형성 한 후 단일의 마스크를 이용하여 패터닝하여 스위칭 게이트 전극(310), 구동 소스 전극(240), 구동 드레인 전극(250) 및 광차단층(410)을 형성한다.
비정질 실리콘층과 금속층은 단일의 마스크를 이용하여 패터닝되기 때문에 이들 패턴(310, 240, 250, 410)의 하부에는 n+비정질 실리콘층으로 이루어진 저항접촉층(230) 및 하부 저항접촉층(360, 460)이 형성된다.
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 표시 품질이 안정된 표시장치와 그 제조방법이 제공된다.

Claims (19)

  1. 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터, 광센서, 그리고 유기발광소자를 포함하는 화소; 그리고
    데이터 전압을 조절하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 스위칭 박막트랜지스터는 절연기판 상에 형성되어 있고, 데이터 전압을 입력 받는 입력단 및 비정질 실리콘으로 이루어진 제1반도체층을 포함하고,
    상기 구동 박막트랜지스터는 상기 절연기판 상에 형성되어 있고, 폴리 실리콘으로 이루어진 제2반도체층 및 상기 스위칭 박막트랜지스터의 출력단에 연결되어 있는 제어단을 포함하고,
    상기 광센서는 상기 절연기판 상에 형성되어 있고, 제3반도체층 및 상기 제3반도체층에 전기적으로 연결되어 있는 센서측 입력단 및 센서측 출력단을 포함하고,
    상기 유기발광소자는 상기 광센서 상에 위치하는 절연막 상에 형성되어 있으며 상기 구동박막트랜지스터의 출력단에 전기적으로 연결되어 있는 제1전극, 상기 제1전극 상에 형성되어 있으며 발광층을 포함하는 유기층, 그리고 상기 유기층 상에 형성되어 있는 제2전극을 포함하고,
    상기 광센서는 상기 유기발광소자의 빛을 감지하여 전류를 출력하고,
    상기 제어부는 상기 광센서가 출력한 전류에 기초하여 상기 데이터 전압을 조절하는
    표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1반도체층과 상기 제3반도체층은 동일한 층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭 박막트랜지스터의 제어단은 상기 제1반도체층과 상기 절연기판 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연기판과 상기 제3반도체층 사이에 위치하며 외부로부터의 빛이 상기 제3반도체층으로 입사되는 것을 방지하는 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속층에는 네가티브 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 박막트랜지스터의 제어단과 상기 금속층은 동일한 층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 구동박막트랜지스터의 제어단은 상기 제2반도체층의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제3반도체층은 폴리 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2반도체층과 상기 제3반도체층은 동일한 층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 절연기판과 상기 제3반도체층 사이에 위치하며 외부로부터의 빛이 상기 제3반도체층으로 입사되는 것을 방지하는 금속층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속층에는 네가티브 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 구동박막트랜지스터의 제어단은 상기 제2반도체층과 상기 절연기판 사이에 위치하며, 상기 구동박막트랜지스터의 제어단과 상기 금속층은 동일한 층인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 백색광을 발광하며,
    상기 유기층과 상기 절연기판 사이에 위치하는 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광센서의 센서측 입력단과 연결되어 있는 센서 박막트랜지스터를 더 포함하며,
    상기 광센서의 센서측 입력단은 상기 센서 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 있는 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 센서 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결되어 있으며 상기 센서 트랜 지스터의 소스 전극에 일정한 전압을 인가하는 센서선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 비정질 실리콘으로 이루어진 제1반도체층을 포함하는 스위칭 박막트랜지스터와, 제어단이 상기 스위칭 박막트랜지스터의 출력단에 연결되어 있으며 폴리 실리콘으로 이루어진 제2반도체층을 포함하는 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 제1반도체층과 동시에 형성되는 제3반도체층, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 출력단과 동시에 형성되며 상기 제3반도체층에 전기적으로 연결되어 있는 센서측 입력단 및 센서측 출력단, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 제어단과 동시에 형성되며 외부의 빛이 상기 제3반도체층에 입사되는 것을 방지하는 금속층을 포함하는 광센서를 형성하는 단계와;
    상기 광센서 상에 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 절연막 상에 상기 구동박막트랜지스터의 출력단과 전기적으로 연결되는 제1전극을 형성하는 단계와;
    상기 제1전극 상에 발광층을 포함하는 유기층을 형성하는 단계와;
    상기 유기층 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 광센서는 상기 제1전극 및 상기 발광층이 위치하는 화소와 동일한 화소에 위치하여 상기 발광층의 빛을 감지하는
    표시장치의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2반도체층의 형성은,
    비정질 실리콘층과 n+비정질 실리콘층을 순차적으로 증착하는 단계와;
    상기 비정질 실리콘층과 n+비정질 실리콘층을 패터닝하고 결정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 결정화는 고상결정화(solid phase crystallization)를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 표시장치의 제조방법.
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