KR101427776B1

KR101427776B1 - 준 면발광 수직형 유기발광 트랜지스터 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101427776B1
Application number: KR1020130007683A
Authority: KR
Inventors: 이신두; 김민회; 금창민
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2013-01-23
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2014-08-12
Also published as: US20140203249A1; KR20140094970A; JP2014143179A; EP2760060B1; EP2760060A1

Abstract

유기발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor)는, 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 갖는 그물형(mesh-type) 소스 전극을 포함할 수 있다. 상기 그물형 소스 전극은 유기발광 트랜지스터의 게이트 전극 및 드레인 전극 사이에 위치할 수도 있다. 그물형 소스 전극이 적용된 유기발광 트랜지스터는, 유기발광 트랜지스터의 가장 큰 한계인 선발광(line emission) 문제를 해결하고 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode)와 유사한 수준의 준 면발광(quasi-surface emission)을 확보할 수 있으며, 유기발광 다이오드 보다 높은 개구율, 휘도 및 발광효율을 달성할 수 있다. 나아가, 추가적인 구동 박막 트랜지스터(driving thin-film transistor)를 필요로 하지 않으므로 생산원가를 절감할 수 있다.

Description

준 면발광 수직형 유기발광 트랜지스터 및 그 제조 방법{QUASI-SURFACE EMISSION VERTICAL-TYPE ORGANIC LIGHT-EMITTING TRANSISTORS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

실시예들은 준 면발광(quasi-surface emission) 수직형 유기발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

유기발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor)는 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode)와 유기전계효과 트랜지스터(organic field-effect transistor)를 결합한 구조로서, 추가의 구동소자 없이 발광 특성을 자체적으로 조절하는 기능을 가진다. 그 결과, 유기발광 트랜지스터는 높은 개구율(aperture ratio) 및 발광효율을 가져 차세대 발광소자로서 큰 잠재력을 가지고 있다.

그러나, 지금까지 연구되어 오고 있는 유기발광 트랜지스터는 대부분 동일한 평면 위에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 구조를 가지며, 그 결과 필연적으로 선발광(line emission) 특성을 갖게 되어 소자 전체 면적에서 실제 유효한 발광 면적이 대단히 낮은 수준이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 깍지 모양의(interdigitated) 전극을 도입한 유기발광 트랜지스터 또는 삼중층(trilayer) 유기발광 트랜지스터 등이 제안되었으나, 이들 소자들은 여전히 선발광 영역을 단순하게 더하는(additive) 방식으로 발광면적을 증가시키도록 구성되므로, 실제 유기발광 소자로 사용하기에는 많은 문제점을 안고 있다.

이를 극복하기 위해 수직형 유기발광 트랜지스터의 한 형태로서 금속-절연체-반도체(metal-insulator-semiconductor) 구조가 제안되었다. 또한, 최근에는 탄소나노튜브(carbon nano-tube)를 소스 전극으로 사용한 저전압 저전력의 유기발광 트랜지스터가 제안되었는데, 여기서 소스 전극으로 사용된 탄소나노튜브 층은 균일한 분포를 얻는 것이 대단히 어려우며, 이로 인해 표면 거칠기가 증가되어 잠재적으로 소자의 안정성이 낮아지고 수명이 짧아지는 문제점이 있다. 또한, 탄소나노튜브들 사이에 근본적으로 불연결성(connectivity) 및 공간적인 불균일성(non-uniformity)이 항상 존재하게 되어 발광 효율이 저하되고 재현성이 낮은 문제가 있다.

미국등록특허 제8,232,561호

본 발명의 일 측면에 따르면, 넓은 발광 면적을 가지는 새로운 유기발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor) 구조와 이를 안정적으로 제작하는 기술을 제공할 수 있다. 이러한 유기발광 트랜지스터 구조는 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode)의 성능을 넘어서는 차세대 디스플레이 및 다양한 광전자 소자에 응용될 수 있다.

일 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor)는, 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 갖는 그물형(mesh-type) 소스 전극을 포함할 수 있다. 상기 그물형 소스 전극은 유기발광 트랜지스트의 게이트 전극 및 드레인 전극 사이에 위치할 수도 있다.

일 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터의 제조 방법은, 전극층을 형성하는 단계; 및 전극층을 패터닝하여, 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 갖는 그물형 소스 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 유기발광 트랜지스터의 제조 방법은, 전극층을 형성하는 단계 전에, 게이트 전극을 형성하는 단계; 및 게이트 전극상에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 유기발광 트랜지스터의 제조 방법은, 그물형 소스 전극상에 반도체 층을 형성하는 단계; 반도체 층상에 유기 발광층을 형성하는 단계; 및 유기 발광층상에 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 유기발광 트랜지스터(organic light-emitting transistor)는, 그물형(mesh-type) 소스 전극이 적용되어 준 면발광(quasi-surface emission) 특성을 보인다. 그 결과, 유기발광 트랜지스터의 가장 큰 한계인 선발광(line emission) 문제를 해결하고 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode)와 유사한 수준의 준 면발광을 확보할 수 있으며, 유기발광 다이오드 보다 높은 개구율, 휘도 및 발광 효율을 달성할 수 있다. 나아가, 추가적인 구동 박막 트랜지스터(driving thin-film transistor)를 필요로 하지 않으므로 생산원가를 절감할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 유기발광 트랜지스터 및 이의 제조 방법은 실제 적용이 용이한 전극 및 반도체 제조 공정을 기반으로 하여 고성능 유기발광 소자의 제작에 응용될 수 있으며, 더 나아가 새로운 유기 광전자 소자와 플렉시블(flexible) 디스플레이 등의 차세대 디스플레이 개발에 응용될 수 있다.

도 1a는 일 실시예에 따른 준 면발광(quasi-surface emission) 수직형 유기발광 트랜지스터(organic light-emitting diode)의 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 유기발광 트랜지스터에서 그물형(mesh-type) 소스 전극의 평면도이다.
도 2a 및 2b는 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터의 소스 전극의 개구부에서의 전하의 주입 및 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 3a 내지 3e는 일 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터의 제조 방법에서 그물형 소스 전극의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4a 및 4b는 실시예들에 따라 제조된 그물형 소스 전극의 광학현미경 사진이다.
도 5a 내지 5c는 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터에서 게이트 전극과 소스 전극 간의 전압에 따른 준 면발광을 나타내는 사진이다.
도 5d는 도 5a 내지 5c에서 밝기의 공간적 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6a 내지 6c는 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터에서 소스 전극과 드레인 전극 간의 전압에 따른 준 면발광을 나타내는 사진이다.
도 6d는 도 6c에서 밝기의 공간적 분포를 나타내는 그래프이다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 1a는 일 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터(organic light-emitting diode)의 단면도이며, 도 1b는 도 1a에 도시된 유기발광 트랜지스터에서 그물형(mesh-type) 소스 전극의 평면도이다. 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터는 전하의 수직 이동에 의하여 발광이 이루어지며 발광 영역이 넓어 준 면발광(quasi-surface emission) 특성을 갖는 수직형(vertical-type) 유기발광 트랜지스터일 수 있다.

도 1a 및 1b를 참조하면, 일 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터는 그물형 소스 전극(40)을 포함할 수 있다. 그물형 소스 전극(40)은 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부(400)를 가질 수 있다. 각각의 개구부(400)는 소스 전극(40)을 관통하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 개구부(400)는 소스 전극(40)을 위에서 바라보았을 때 소스 전극(40) 내부에 형성되는 복수 개의 홀(hole)의 형태일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 각각의 개구부(400)는 소스 전극(40)을 위에서 바라보았을 때 소스 전극(40)의 내부로부터 소스 전극(40)의 한쪽 측면까지 연장된 띠의 형태일 수도 있다. 개구부(400)를 구성하는 홀 또는 띠는 원, 타원, 또는 다각형 등의 단면 형상을 가질 수 있다.

또한, 유기발광 트랜지스터는 그물형 소스 전극(40) 하부의 기판(10), 게이트 전극(20) 및 게이트 절연막(30)과, 그물형 소스 전극(40) 상부의 광 수지 물질(photoresist; PR)(50), 반도체 층(semiconductor layer)(60), 유기 발광층(emission layer)(70) 및 드레인 전극(80) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그물형 소스 전극(40)은 하부의 게이트 전극(20)과 상부의 드레인 전극(80) 사이에 위치할 수 있다.

기판(10)은 유기발광 트랜지스터의 전체 구조를 지지하는 부분이다. 기판(10)은 유리, 수정(quartz), 고분자 수지(예컨대, 플라스틱 등), 실리콘(silicon), 또는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다.

게이트 전극(20)은 기판(10)상에 형성될 수 있다. 게이트 전극(20)은 전기전도가 가능한 투명전극 물질(예컨대, 인듐주석산화물(indium-tin-oxide)), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag) 등의 금속, 전도성 유기 물질, 전도성 고분자, 또는 전도성 입자 등의 비금속 물질, 또는 다른 적당한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 게이트 전극(20)은 진공 증착에 의하여 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

게이트 절연막(30)은 게이트 전극(20)상에 형성될 수 있다. 게이트 절연막(30)은 절연 기능을 가진 실리콘 산화물(silicon oxide; SiO₂) 등의 무기 물질, 절연성 고분자 중합체 등 유기 물질, 또는 게이트 전극(20)으로부터의 전류를 차단하고 게이트 전압에 의한 전계를 반도체 층(60)으로 전달할 수 있는 성질을 가진 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다.

그물형 소스 전극(40)은 게이트 절연막(30)상에 형성될 수 있다. 소스 전극(40)은 전기 전도성이 우수하고 반도체 층(60)으로의 전하 주입이 용이하며 패턴 형성이 가능한 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 소스 전극(40)은 금(Au) 등의 금속, 전도성 유기 물질이나 전도성 입자 등의 비금속 물질, 또는 다른 적당한 도전 물질로 이루어질 수 있다. 소스 전극(40)은 도전 물질을 진공 증착하고 사진식각(photolithography) 방법을 통하여 패터닝함으로써 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일 실시예에서는, 사진식각을 위하여 소스 전극(40)상에 도포된 광 수지 물질(50)을 제거하지 않고 남겨 두어 소스 전극(40)에 대한 절연막의 역할을 하도록 할 수도 있다. 소스 전극(40)상의 절연막이 없다면 게이트 전압의 영향 없이 단지 소스 전극(40)과 드레인 전극(80) 사이의 전압 차이에 의한 전하 주입과 전하 이동이 생기게 되어 유기발광 다이오드(organic light-emitting diode)와 유사한 형태의 발광구조가 된다.

반도체 층(60)은 소스 전극(40)상의 광 수지 물질(50) 및 소스 전극(40)의 개구부(400)를 통해 노출된 게이트 절연막(30)상에 형성될 수 있다. 반도체 층(60)은 저분자 유기 반도체 또는 고분자 유기 반도체 물질, 무기 반도체 물질, 또는 전압 인가에 의해 반도체 채널을 형성할 수 있는 다른 적당한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 반도체 층(60)은 전술한 물질들에 금속 입자를 추가한 물질로 이루어질 수도 있다. 일 실시예에서, 반도체 층(60)은 p형 반도체 성질을 갖는 펜타센으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

반도체 층(60)상에는 유기 발광층(70)이 형성될 수 있다. 유기 발광층(70)은 p형 반도체, n형 반도체, 양극성(ambipolar) 반도체 물질 등을 이용하여 단층으로 구성될 수 있으며, 또는 발광 효율과 발광 색의 조절 등을 위해 이중층 또는 삼중층으로 구성될 수도 있다. 일 실시예에서, 유기 발광층(70)은 진공 증착된 α-NPD(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine) 및 Alq3((tri-(8-hydroxyquinoline)aluminum)의 이중층으로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

드레인 전극(80)은 유기 발광층(70)상에 형성될 수 있다. 드레인 전극(80)은 소스 전극(40)과 마찬가지로 전기 전도성이 우수하고 반도체 층(60)으로의 전하 주입이 용이한 금속 또는 비금속 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 드레인 전극(80)은 플루오르화리튬(LiF) 및 알루미늄(Al)의 이중층으로 구성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터에서는, 소스 전극(40)이 복수 개의 개구부(400)를 가져 그물형으로 형성되며, 소스 전극(40)의 개구부(400)에서 반도체 층(60)으로의 전하 주입 및 전하 이동이 조절된다. 그 결과, 유기 발광층(70)의 유효 발광영역(effective emission area)이 확대되어 준 면발광(quasi-surface emission) 특성을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 준 면발광 특성은 게이트 전압에 따라 변화하는 특징을 갖는다.

구체적으로는, 소스 전극(40)의 개구부(400)를 통해 반도체 층(60) 내로 전하가 이동하며, 이동된 전하는 유기 발광층(70)에서 반대 극성의 전하와 결합하여 빛을 발하게 된다. 반도체 층(60)으로의 전하 주입 및 전하 흐름, 유기 발광층(70)에서의 전하 결합, 및 이에 의한 발광 영역과 휘도 등은 개구부(400)의 크기에 의해 영향을 받는다. 따라서, 그물형 소스 전극(40)에서 각각의 개구부(400)의 크기 및 간격 등을 조절함으로써 유기발광 트랜지스터의 발광 특성을 최적화할 수 있다.

일 실시예에서, 그물형 소스 전극(40)은 복수 개의 정사각형 개구부(400)를 포함할 수 있다. 여기서, 각각의 개구부(400)의 한 변의 폭(W)은 수 nm 에서 약 200 ㎛ 이하 일 수 있다. 또한, 개구부(400) 사이의 간격(즉, 소스 전극(40)의 선폭)은 수 nm 에서 약 200 ㎛ 이하 일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 소스 전극(40)에서 개구부(400)의 형상, 배치 및 크기는 전술한 것에 한정되는 것은 아니다.

종래의 수직형 유기발광 트랜지스터에서는, 게이트 전극이 소스 전극과 드레인 전극 사이에 위치하여 소스와 드레인 간의 전하 흐름을 게이트 전압으로 조절하는 방식이 사용되었으며, 이 경우 게이트 전극에서의 누설전류가 대단히 크다. 반면, 전술한 실시예들에 따른 수직형 유기발광 트랜지스터에서는 소스 전극(40)이 드레인 전극(80)과 게이트 전극(20) 사이에 위치하므로 누설전류를 감소시킬 수 있다. 즉, 게이트 전극(20)에서 발생하는 전기장이 소스 전극(40) 영역을 거쳐서 지나가게 되므로, 소스 전극(40)과 드레인 전극(80) 사이의 전하 주입 및 흐름이 게이트 전압에 의하여 조절될 수 있다.

본 명세서에 기재된 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터는 복수 개의 개구부가 소스 전극에 형성되도록 구성되었으나, 다른 실시예에서는 유기발광 트랜지스터의 게이트 전극 및/또는 드레인 전극이 복수 개의 개구부를 갖도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 게이트 전극 및/또는 드레인 전극은 2차원 배열된 복수 개의 홀 또는 1차원 배열된 복수 개의 띠 형태의 개구부를 포함할 수도 있다. 그물형의 게이트 및/또는 드레인 전극을 통해 전기장의 분포를 적절히 변화시킴으로써, 소스 전극에서의 전하 주입 및 이동이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.

도 2a 및 2b는 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터의 소스 전극의 개구부에서의 전하의 주입 및 흐름을 나타내는 모식도이다. 도 2a 및 2b에 도시된 화살표는 각각의 소스 전극(40, 41)의 개구부(400, 410)에서의 전하의 이동 방향을 도시한다.

도 2a를 참조하면, 일 실시예에서 소스 전극(40)은 주기적으로 배열된 복수 개의 개구부(400)를 포함하되, 소스 전극(40)의 각 측면은 개구부(400)에 의하여 개방되어 있지 않고 닫힌 구조를 가질 수 있다. 각각의 개구부(400)는 소스 전극(40)을 위에서 바라보았을 때 소스 전극(40) 내에 형성된 복수 개의 홀의 형태를 가지며, 복수 개의 홀은 2차원 어레이 형태로 배열될 수 있다. 도 2a에 도시된 소스 전극(40)에서는, 소스 전극(40)으로부터 방출되는 전하의 흐름이 개구부(400)의 각 변으로부터 중심으로 향하고 있으므로 2차원적인 전하 주입이 가능하다. 따라서, 도 2a에 도시된 구조를 갖는 소스 전극(40)에 의하여 동일한 면적에서 더 많은 전하를 주입할 수 있으며, 전하 결합 영역이 확대될 수 있다. 그 결과, 유기발광 트랜지스터의 발광 효율 및 휘도가 증가할 뿐 아니라 준 면발광 특성이 얻어질 수 있다.

도 2b를 참조하면, 다른 실시예에서 소스 전극(41)은 주기적으로 배열된 복수 개의 개구부(410)를 포함하되, 소스 전극(41)의 한쪽 측면이 개구부(410)에 의하여 개방된 열린 구조를 가질 수 있다. 각각의 개구부(410)는 소스 전극(41)을 위에서 바라보았을 때 소스 전극(41)의 내부로부터 한쪽 측면까지 연장되는 복수 개의 띠의 형태를 가지며, 복수 개의 띠는 1차원 어레이 형태로 배열될 수 있다. 그 결과 개구부(410)를 제외한 소스 전극(41)의 전극 부분은 빗살과 유사한 구조를 갖는다. 도 2b에 도시된 소스 전극(41)에서는, 소스 전극(41)으로부터 방출되는 전하의 흐름이 빗살 사이의 개구부(410) 안쪽을 향하므로 1차원적이며, 도 2a에 도시된 그물형 구조와 비교하여 발광 면적 및 효율이 상대적으로 낮다.

그러나 도 2a 및 2b에 도시된 소스 전극(40, 41) 및 개구부(400, 410)의 형태는 단지 예시적인 것으로서, 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터에서 전극에 형성되는 개구부의 형태, 배열 및 크기는 도 2a 및 2b에 도시된 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 각각의 개구부는 임의의 원, 타원, 또는 다각형 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 본 명세서에서 그물형 전극이라는 용어는, 전극에 형성된 개구부가 2차원의 닫힌 공간인 경우와 1차원의 열린 공간인 경우를 모두 포괄하는 것으로 의도되며, 개구부의 특정 위치, 형상 및 배열을 한정하는 것으로 의도되지 않는다.

도 3a 내지 3e는 일 실시예에 따른 유기발광 트랜지스터에서 그물형 소스 전극의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.

도 3a를 참조하면, 먼저 게이트 절연막(30)을 준비할 수 있다. 이를 위하여 유리나 플라스틱 등으로 이루어진 기판(미도시)상에 게이트 전극(미도시)을 형성하고, 게이트 전극상에 게이트 절연막(30)을 형성할 수 있다. 다음으로, 게이트 절연막(30)상에 소스 전극(40)을 형성할 수 있다. 이때 소스 전극(40)은 게이트 절연막(30) 전체에 형성된 단일막일 수 있다. 예를 들어, 진공 증착을 통해 게이트 절연막(30) 전체에 소스 전극(40)으로 금(Au) 박막을 형성할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3b를 참조하면, 소스 전극(40)상에 광 수지 물질(50)을 형성할 수 있다. 광 수지 물질(50)은 추후 개구부를 갖도록 패턴된 소스 전극(40)에 대한 절연막의 기능을 수행할 수도 있다. 광 수지 물질(50)은 스핀코팅(spin-coating) 방법으로 도포될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3c를 참조하면, 광 수지 물질(50)의 상부에 광 마스크(photomask)(55)를 위치시키고, 광 마스크(55)의 상부에서 자외선(ultraviolet; UV)을 조사할 수 있다. 광 마스크(55)는 소스 전극(40)에 형성하고자 하는 복수 개의 개구부의 형상에 대응되는 패턴을 갖도록 준비될 수 있다. 자외선 조사 후 광 마스크(55)는 제거될 수 있다.

도 3d를 참조하면, 자외선이 조시된 광 수지 물질(50)을 광 수지 현상액(developer)에 노출시킴으로써 광 수지 물질(50)에서 자외선이 조사된 부분을 제거할 수 있다. 그 결과, 광 수지 물질(50)에 광 마스크(55)의 패턴에 대응되는 패턴이 형성되며, 광 수지 물질(50)이 제거된 부분을 통해 하부의 소스 전극(40)이 노출될 수 있다.

도 3e를 참조하면, 광 수지 물질(50)을 식각 마스크로 이용하여 소스 전극(40)을 제거함으로써 복수 개의 개구부(400)를 갖는 그물형 소스 전극(40)을 형성할 수 있다. 예컨대, 소스 전극(40)은 플라즈마 식각(plasma etching)을 이용하여 식각될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그물형 소스 전극(40)상에 남아 있는 광 수지 물질(50)은 소스 전극(40)에 대한 절연막의 기능을 할 수 있다.

이후, 광 수지 물질(50) 및 개구부(400)를 통해 드러난 게이트 절연막(30)상에, 반도체 층(미도시), 유기 발광층(미도시) 및 드레인 전극(미도시)을 순차적으로 형성할 수 있다. 이상에서 설명한 실시예에 따라 제조된 유기발광 트랜지스터에서는 유기 물질로 이루어지는 반도체 층 또는 유기 발광층의 형성 공정에 앞서 소스 전극(40)이 형성되므로, 용액 공정이나 식각 공정에 의한 유기물 층의 피해를 원천적으로 배제할 수 있다.

도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 공정 순서에 따라 제조된 그물형 소스 전극의 광학현미경 사진이다.

광 마스크의 패턴을 변화시킴으로써 그물형 소스 전극에서 전극에 해당하는 부분과 개구부에 해당하는 부분의 위치, 배열 및/또는 크기를 조절할 수 있다. 개구부에서 반도체 층으로의 전하 주입 및 흐름에 의해 유기 발광층에서 발광이 이루어지므로, 이하에서 그물형 소스 전극 중 전극 영역을 전극부, 개구부 영역을 발광부로 지칭한다. 도 4a는 전극부의 폭을 약 20 ㎛로, 발광부의 폭을 약 40 ㎛로 하여 제조된 그물형 소스 전극을 도시한다. 또한, 도 4b는 전극부의 폭을 약 5 ㎛로, 발광부의 폭을 약 20 ㎛로 하여 제조된 그물형 소스 전극을 도시한다. 전극부와 발광부의 상대적인 크기를 조절함으로써, 반도체 층에서의 전하 이동 및 흐름을 변화시켜 유기 발광층의 발광 특성을 최적화할 수 있다.

도 5a 내지 5c는 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터에서 게이트 전극과 소스 전극 간의 전압에 따른 준 면발광을 나타내는 사진이다. 또한, 도 5d는 도 5a 내지 5c에서 밝기의 공간적 분포를 나타내는 그래프이다.

도 5a 내지 5c는 게이트 전극과 소스 전극 사이에 각각 0 V, 약 -40 V 및 약 +40 V의 전압을 인가하였을 때 유기발광 트랜지스터의 준 면발광을 나타낸다. 이때, 소스 전극으로는, 약 40 ㎛의 폭을 갖는 개구부를 가지며 개구부들 사이의 간격(즉, 전극부의 선폭)은 약 20 ㎛인 그물형 소스 전극이 사용되었다. 또한, 반도체 층으로는 p형 유기 반도체인 펜타센이 이용되었다. 도 5d에 도시된 3개의 그래프(510, 520, 530)는 각각 도 5a 내지 5c에서 하나의 개구부에 걸친 영역(붉은 색 선으로 도시됨)에서 밝기의 공간적 분포를 나타낸다.

도 5c를 참조하면, 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압이 약 +40 V일 때는 반도체 층에서의 전하가 채널 영역에 모이지 못하기 때문에 전하의 이동이 제한되며, 그 결과 발광이 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있다. 도 5a를 참조하면, 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압이 0 V일 때는 전하가 일부 이동되어 개구부의 가장자리 부분에서만 발광이 일어난다. 도 5b를 참조하면, 게이트 전극과 소스 전극 사이의 전압이 약 -40 V일 때 반도체 층에서 채널이 형성되고 수평 방향으로의 전하 이동이 증가하며, 수평 방향으로 이동한 전하들이 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전압 차이에 의해 수직 방향으로 이동하면서 유기 발광층에서 결합되어 발광이 일어난다. 다만, 개구부의 폭이 약 40 ㎛이므로 수평 방향으로의 전하 이동에 한계가 있어 전면적인 발광이 이루어지지는 않았다.

도 6a 내지 6c는 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터에서 소스 전극과 드레인 전극 간의 전압에 따른 준 면발광을 나타내는 사진이다. 또한, 도 6d는 도 6c에서 밝기의 공간적 분포를 나타내는 그래프이다.

도 6a 내지 6c는 드레인 전극과 소스 전극 사이에 각각 0 V, 약 -5 V 및 약 -8.5 V의 전압을 인가하였을 때 유기발광 트랜지스터의 준 면발광을 나타낸다. 이때, 소스 전극으로는, 약 20 ㎛의 폭을 갖는 개구부를 가지며 개구부들 사이의 간격(즉, 전극부의 선폭)이 약 20 ㎛인 그물형 소스 전극이 사용되었으다. 또한, 반도체 층으로는 p형 유기 반도체인 펜타센이 이용되었다. 도 6d에 도시된 그래프는 도 6c에서 하나의 개구부에 걸친 영역(붉은 색 선으로 도시됨)에서의 밝기의 공간적 분포를 나타낸다.

도 5 및 도 6을 비교하면, 그물형 소스 전극에서 개구부의 폭을 약 40 ㎛로부터 약 20 ㎛로 감소시킨 결과, 그물형 소스 전극에서 전극부 사이의 간격이 상대적으로 작아 거의 면발광에 가까운 발광 특성을 보인다. 도 6d에 도시된 밝기의 공간적 분포를 분석한 결과, 수평 방향으로의 전하 이동 거리는 약 10 ㎛ 수준으로 파악된다.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터는, 그물형 소스 전극이 적용되어 준 면발광 특성을 보인다. 그 결과, 유기발광 트랜지스터의 가장 큰 한계인 선발광(line emission) 문제를 해결하고 유기발광 다이오드와 유사한 수준의 준 면발광을 확보할 수 있으며, 유기발광 다이오드 보다 높은 개구율, 휘도 및 발광 효율을 달성할 수 있다. 나아가, 추가적인 구동 박막 트랜지스터(driving thin-film transistor)를 필요로 하지 않으므로 생산원가를 절감할 수 있다. 또한, 이상의 실시예들에 따른 유기발광 트랜지스터 및 이의 제조 방법은 실제 적용이 용이한 전극 및 반도체 제조 공정을 기반으로 하여 고성능 유기발광 소자의 제작에 응용될 수 있으며, 더 나아가 새로운 유기 광전자 소자와 플렉시블(flexible) 디스플레이 등의 차세대 디스플레이 개발에 응용될 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 갖는 그물형 소스 전극;
상기 그물형 소스 전극상에 위치하는 절연막;
상기 그물형 소스 전극 및 상기 절연막상에 위치하는 반도체 층; 및
상기 반도체 층상에 위치하는 유기 발광층을 포함하되,
상기 복수 개의 개구부는 상기 절연막을 마스크로 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 1항에 있어서,
게이트 전극 및 드레인 전극을 더 포함하되,
상기 그물형 소스 전극은 상기 게이트 전극상에 위치하며,
상기 드레인 전극은 상기 유기 발광층상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 2항에 있어서,
상기 게이트 전극 및 상기 그물형 소스 전극 사이에 위치하는 게이트 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 절연막은 광 수지 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 2항에 있어서,
상기 드레인 전극은 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 2항에 있어서,
상기 게이트 전극은 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 1항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부 각각은, 원, 타원 또는 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 8항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부 각각의 폭은 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 8항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부 사이의 간격은 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 1항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부는, 상기 그물형 소스 전극을 관통하도록 형성되며 2차원 어레이 형태로 배열된 복수 개의 홀 형태인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
제 1항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부는, 상기 그물형 소스 전극을 관통하며 상기 그물형 전극의 한쪽 측면까지 연장되고, 일 방향으로 배열된 복수 개의 띠 형태인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터.
전극층을 형성하는 단계;
상기 전극층상에 절연막을 형성하는 단계;
상기 절연막을 마스크로 이용하여 상기 전극층을 패터닝하여, 어레이 형태로 배열된 복수 개의 개구부를 갖는 그물형 소스 전극을 형성하는 단계;
상기 그물형 소스 전극 및 상기 절연막상에 반도체 층을 형성하는 단계; 및
상기 반도체 층상에 유기 발광층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 전극층을 형성하는 단계 전에,
게이트 전극을 형성하는 단계; 및
상기 게이트 전극상에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 그물형 소스 전극은 상기 게이트 절연막상에 위치하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 유기 발광층상에 드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 절연막은 광 수지 물질로 이루어지며,
상기 그물형 소스 전극을 형성하는 단계는,
상기 전극층상에 상기 광 수지 물질을 형성하는 단계;
상기 광 수지 물질의 미리 결정된 영역에 자외선을 조사하는 단계;
상기 광 수지 물질에서 자외선이 조사된 영역을 제거하는 단계; 및
상기 광 수지 물질을 식각 마스크로 이용하여 상기 전극층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부 각각은, 원, 타원 또는 다각형 형상인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 17항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부 각각의 폭은 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 17항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부 사이의 간격은 200 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부는, 상기 그물형 소스 전극을 관통하도록 형성되며 2차원 어레이 형태로 배열된 복수 개의 홀 형태인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 복수 개의 개구부는, 상기 그물형 소스 전극을 관통하며 상기 그물형 전극의 한쪽 측면까지 연장되고, 일 방향으로 배열된 복수 개의 띠 형태인 것을 특징으로 하는 유기발광 트랜지스터의 제조 방법.