KR101736925B1 - 플렉서블 표시장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

제조 비용 절감 및 공정 시간을 단축할 수 있는 플렉서블 표시장치의 제조방법이 제공된다. 플렉서블 표시장치의 제조방법은, 기판 상에 희생층 및 폴리이드막을 형성하는 단계, 상기 폴리이미드막에 버퍼막을 형성하는 단계, 상기 버퍼막 상에 Ar을 기반으로 하는 비정질 실리콘층을 형성하는 단계, 상기 비정질 실리콘층에 엑시머 레이저를 조사하여 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계, 상기 폴리실리콘층을 패터닝하여 액티브층을 형성하는 단계, 상기 액티브층 상에 구동층을 형성하는 단계 및 상기 액티브층 상에 표시층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

플렉서블 표시장치의 제조방법{Manufacturing method for flexible display device}
본 발명은 플렉서블 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 비용 절감 및 공정 시간을 단축할 수 있는 플렉서블 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이장치는 시각정보 전달매체로서, 브라운관 면에 문자나 도형의 형식으로 데이터를 시각적으로 표시하는 것을 말한다.
일반적으로 평판디스플레이(Flat Panel Display: FPD)장치는 TV 또는 컴퓨터 모니터 브라운관을 이용하여 보다 두께가 얇고 가벼운 영상표시장치로서, 그 종류에는 액정을 이용한 LCD(Liquid Crystal Display; 이하, 액정표시장치라 함), 가스 방전을 이용한 PDP(Plasma Display Panel: PDP), 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 발광현상을 이용하여 만든 유기물질인 OLED(Organic Light Emitting) 및 전기장내 하전된 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상을 이용하는 EPD(Electric Paper Display) 등이 있다.
평판디스플레이장치 중 가장 대표적인 액정표시장치는 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시한다.
이러한 액정표시장치는 외부에서 입력되는 화상 데이터를 표시하는 액정패널과 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 포함한다.
최근 기존의 유연성이 없는 유리기판 대신에 플라스틱등과 같이 유연성 있는 재료의 기판을 사용하여 구부러질 수 있는 가요성(flexible) 기판을 이용한 표시장치가 개발되고 있다.
도 1은 종래 플렉서블 표시장치의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 비가요성(rigid) 기판(10) 상에 비정질 실리콘(amorphous silicon)으로 이루어지는 희생층(12)을 형성한다. 이때, 비가요성 기판(10)은 유연성이 없는 유리 기판일 수 있다.
이어서, 희생층(12) 상에 폴리이미드막(polyimide, 14)을 코팅한다. 이때, 폴리이미드막(14)은 최종적으로 플렉서블 표시장치의 기판의 역할을 한다.
폴리이미드막(14)이 코팅된 기판(10) 상에 버퍼막(16)을 형성하고, 버퍼막(16) 상에 구동층(18)을 형성한다. 이때, 구동층(18)에는 비정질 실리콘층을 형성하고, 비정질 실리콘층에 레이저를 조사하여 폴리실리콘층으로 결정화 한 후 패터닝하여 액티브층(미도시)을 형성한다. 이후, 액티브층 상에 박막트랜지스터 공정을 진행하여 다수의 박막트랜지스터를 형성한다.
그 다음, 플렉서블 표시장치의 표시 모드에 따라 구동층(18) 상에 표시 패널 공정을 진행하여 표시층(22)을 형성한다.
여기서, 플렉서블 표시장치의 표시 모드가 AMOLED(Active Matrix Organic Light-Emitting Diode)인 경우, 구동층(18) 상에 유기발광 다이오드(OLED)를 형성한다. 또한, 플렉서블 표시장치의 표시 모드가 AMEPD(Active Matrix Electrophoretic Display)인 경우, 구동층(18) 상에 전기영동필름(Front Plane Laminate)을 부착한다.
이어서, 도면에 도시하지 않았으나, 표시층(22)이 형성된 기판(10)을 절단 공정을 통해 각각 단위 패널로 자른 후, 단위 패널에 게이트 및 데이터 테이프 캐리어 패키지를 각각 부착하는 모듈 공정을 진행한다. 이때, 각각의 게이트 및 데이터 테이프 캐리어 패키지에는 게이트 및 데이터 구동 칩이 실장되어 있다.
그 다음, 비가요성 기판(10)과 플렉서블 표시장치의 기판의 역할을 하는 폴리이미드막(14)을 분리하기 위해 비가요성 기판(10)의 배면에 레이저(24)를 조사한다. 이렇게 기판(10)의 배면에 레이저(24)를 조사하게 되면, 탈수소화 반응이 발생하여 기판(10)과 폴리이미드막(14)이 분리된다. 이에 따라 폴리이미드막(14)을 기판으로 하는 플렉서블 표시장치가 제조된다.
그러나, 플렉서블 표시장치를 제조하기 위해 도 1에서와 같이, 비정질 실리콘층에 레이저(24)를 조사하여 폴리실리콘층으로 결정화시키는 대신 비정질 실리콘층에 열처리를 진행하는 경우, 비정질 실리콘층과 함께 하부의 희생층(12)도 동시에 탈수소화가 진행된다.
한편, 단위 패널에 모듈 공정 후 희생층(12)을 탈착시키는 단계에서 레이저(24)를 조사시 희생층(12)에 수소가 다량으로 포함되어 있어야 막 터짐이 발생하게 되는데, 비정질 실리콘층에 열처리를 진행하게 되면 막터짐이 발생하지 않게 되어 기판과 분리가 되지 않게 되는 단점이 있다. 이에 따라 액티브층을 형성하기 위해 비정질 실리콘층에 레이저를 조사하고 있다.
이렇게 비정질 실리콘층에 레이저를 조사하게 되면, 고가의 레이저 장비가 필수적이며, 기판 전체에 레이저를 조사하기 때문에 공정 시간이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 제조 비용 절감 및 공정 시간을 단축할 수 있는 플렉서블 표시장치의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조방법은, 기판 상에 희생층 및 폴리이드막을 형성하는 단계, 상기 폴리이미드막에 버퍼막을 형성하는 단계, 상기 버퍼막 상에 Ar을 기반으로 하는 비정질 실리콘층을 형성하는 단계, 상기 비정질 실리콘층에 엑시머 레이저를 조사하여 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계, 상기 폴리실리콘층을 패터닝하여 액티브층을 형성하는 단계, 상기 액티브층 상에 구동층을 형성하는 단계 및 상기 액티브층 상에 표시층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계는 SiH4와 Ar의 비를 1:50으로 설정한다.
상기 액티브층에는 수소가 2% 정도 포함된다.
상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와 상기 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계 사이에 저온 탈수소화 공정을 진행하는 단계를 포함한다.
상기 저온 탈수소화 공정은 350~500℃의 온도 범위를 갖는다.
상기 희생층은 수소를 기반으로 하는 비정질 실리콘층 및 상기 비정질 실리콘층 상에 형성되는 실리콘 질화막을 포함한다.
상기 버퍼막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막이다.
상기 버퍼막은 실리콘 산화막 및 상기 실리콘 산화막 상에 형성되는 실리콘 질화막을 포함한다.
상기 구동층에는 다수의 박막트랜지스터가 형성된다.
상기 표시층에는 표시 패널의 표시 모드에 따라 유기발광 다이오드(OLED)가 형성되거나 또는 전기영동필름이 부착된다.
상기 기판은 비가요성 기판이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플렉서블 표시장치의 제조방법은 제조 비용 절감 및 공정 시간을 단축할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 플렉서블 표시장치의 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 온도 변화에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 플렉서블 표시장치의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 표시장치의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 플렉서블 표시장치의 제조 공정을 지탱하는 지지력을 부여해주기 위해 비가요성 기판(110) 상에 비정질 실리콘막으로 이루어지는 희생층(112)을 형성한다. 이때, 비가요성 기판(110)은 유연성이 없는 유리 기판일 수 있다.
여기서, 희생층(112)은 도 3에서와 같이, 예를 들면, 기판(110) 상에 순차적으로 형성되는 a-Si:H2를 포함하는 비정질 실리콘막(112a)과 실리콘 질화막(SiNx, 112b)일 수 있다. 이때, 비정질 실리콘막(112a)과 실리콘 질화막(112b)의 두께는 각각 예를 들면, 500Å으로 형성될 수 있다.
이어서, 희생층(112) 상에 폴리이미드막(polyimide, 114)을 코팅한다. 이때, 폴리이미드막(114)은 예를 들면, 20㎛의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 폴리이미드막(114)은 최종적으로 플렉서블 표시장치의 기판의 역할을 한다.
도 4를 참조하면, 폴리이미드막(114)이 코팅된 기판(110) 상에 버퍼막(116)을 형성한다. 이때, 버퍼막(116)은 도 5에서와 같이, 예를 들면, 폴리이미드막(114) 상에 순차적으로 형성되는 실리콘 산화막(SiO2, 116a)과 실리콘 질화막(SiNx, 116b)일 수 있다. 또한, 버퍼막(116)은 실리콘 산화막(SiO2, 116a) 또는 실리콘 질화막(SiNx, 116b)일 수 있다. 이때, 실리콘 산화막(116a)과 실리콘 질화막(116b)의 두께는 예를 들면, 1㎛이하로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 버퍼막(116) 상에 a-Si:Ar을 포함하는 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한 다음, 엑시머 레이저(Eximer laser, 140)를 조사하여 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정화시킨다. 이어서, 폴리실리콘층을 패터닝하여 액티브층(118)을 형성한다.
여기서, a-Si:Ar을 포함하는 비정질 실리콘층(미도시)을 형성시 SiH4와 Ar의 비는 예를 들면, 1:50으로 설정할 수 있으며, 비정질 실리콘층에 레이저를 조사하기 전에 저온 탈수소 공정을 진행할 수 도 있다.
이렇게 버퍼막(116) 상에 a-Si:Ar을 포함하는 비정질 실리콘층을 형성하게 되면, 액티브층(118)에 예를 들면, 약 2% 정도의 수소만 함유되어 있으므로 저온 탈수소 공정이 가능하며, 탈수소 공정을 제거할 수 도 있다.
도 7을 참조하면, 액티브층(118) 상에 구동층(120)을 형성한다. 이때, 구동층(120)에는 박막 트랜지스터 공정을 진행하여 다수의 박막트랜지스터를 형성한다. 여기서, 도 8을 참조하여 박막 트랜지스터 공정을 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 액티브층(118a, 118b)을 포함하는 버퍼막(116) 상에 게이트 절연막(212)을 형성한다. 이어서, 게이트 절연막(212) 상에 금속층(미도시)을 형성한 후 패터닝하여 게이트 라인(214), 게이트 전극(214a), 공통 전극(214b) 및 공통 라인(미도시)을 각각 형성한다.
여기서, 액티브층(118b)과 게이트 절연막(212) 및 공통 전극(214b)으로 이루어지는 스토리지 캐패시터(Cst)가 형성된다.
계속해서, 게이트 라인(214), 게이트 전극(214a) 및 공통 전극(214b) 상에 층간 절연막(216)을 형성하고, 액티브층(118a)의 일부분이 노출되도록 게이트 절연막(212) 및 층간 절연막(216)을 제거하여 제1 및 제2 콘택홀(216a, 216b)을 형성한다. 이때, 제1 콘택홀(216a)은 이후 소스 전극이 형성될 부분이고, 제2 콘택홀(216b)은 드레인 전극이 형성될 부분이다.
그 다음, 제1 및 제2 콘택홀(216a, 216b)을 포함한 층간 절연막(216) 상에 금속층(미도시)을 형성한 후, 패터닝하여 데이터 라인(미도시)과 소스 및 드레인 전극(218a, 218b)을 각각 형성한다.
이어서, 소스 및 드레인 전극(218a, 218b) 상에 절연막(220)을 형성하고, 드레인 전극(218b)의 일부분이 노출되도록 절연막(220)을 제거하여 제3 콘택홀(220a)을 형성한다.
마지막으로, 제3 콘택홀(220a)을 포함한 절연막(220) 상에 도전층을 형성하고, 패터닝하여 제3 콘택홀(220a)을 통해 드레인 전극(218b)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(222)을 형성한다.
그 다음, 플렉서블 표시장치의 표시 모드에 따라 구동층(120) 상에 표시 패널 공정을 진행하여 표시층(122)을 형성한다.
여기서, 플렉서블 표시장치의 표시 모드가 AMOLED인 경우, 구동층(120) 상에 유기발광 다이오드(OLED)를 형성하고, 플렉서블 표시장치의 표시 모드가 AMEPD인 경우, 전기영동필름(Front Plane Laminate)을 부착한다.
본 발명의 일 실시예서는 설명의 편의를 위하여 도 9를 참조하여 구동층(120) 상에 유기발광 다이오드(OLED)를 형성하는 것에 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 구동층(120) 상에 하부 전극(302)을 형성한다. 이때, 하부 전극(302)은 유기발광 다이오드의 애노드(anode)의 역할을 한다.
그 다음, 하부 전극(302) 상에 정공주입층(304), 정공수송층(306), 발광층(308), 전자수송층(312) 및 전자주입층(314)을 순차적으로 형성한다.
이때, 정공수송층(306)과 전자수송층(312)은 높은 전압이 걸리면 전기가 흐르는 성질을 갖으며, 감광 재료로 형성될 수 있는데, 예를 들면, TPD를 사용할 수 있다. 또한, 정공수송층(306)은 TPD, NPD, TPAC 등과 같은 물질로 형성될 수 있으며, 전자수송층(312)은 BND, PBD, BCP 등과 같은 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 발광층(308)은 발광 물질에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다.
이어서, 전자주입층(314) 상에 상부 전극(316)을 형성한다. 이때, 상부 전극(316)은 유기발광 다이오드의 캐소드(cathode)의 역할을 한다.
상기와 같은 구조를 갖는 유기발광 다이오드는 수동형 유기발광 다이오드 (Passive Matrix OLED: PMOLED)일 수 있다.
이어서, 비가요성 기판(110)과 플렉서블 표시장치의 기판의 역할을 하는 폴리이미드막(114)을 분리하기 위해 비가요성 기판(10)의 배면에 레이저(160)를 조사한다.
도 10을 참조하면, 비가요성 기판(110)의 배면에 레이저(160)를 조사하게 되면, 탈수소화 반응이 발생하여 비가요성 기판(110)과 폴리이미드막(114)이 분리된다. 이에 따라 폴리이미드막(114)을 기판으로 하는 플렉서블 표시장치가 제조된다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 온도 변화에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 박막 트랜지스터의 액티브층(118) 형성시 버퍼막(116) 상에 a-Si:Ar을 포함하는 비정질 실리콘층을 형성하고, 저온 탈수소화 공정을 진행한 다음 비정질 실리콘층에 엑시머 레이저(140)를 조사하여 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정화시킨다. 이때, 도 10은 저온 탈수소화 공정을 예를 들면, 470℃의 온도에서 진행한 것이고, 도 11은 저온 탈수소화 공정을 예를 들면, 380℃의 온도에서 진행한 것이다.
상기와 같이 박막트랜지스터를 형성한 후, 박막트랜지스터의 게이트 전극에 소정 전압을 인가하여 턴 온시킨 다음, 드레인 전극에 흐르는 전류를 측정하여 보면, 정상적으로 박막트랜지스터가 동작하는 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 수소(H)를 기반으로 하여 희생층(12)과 액티브층을 형성하는 종래 기술과 달리, 희생층(112)은 수소(H)를 기반으로 하여 형성하고, 액티브층(118)은 Ar을 기반으로 하여 형성함으로써 희생층(112)과 액티브층(118)이 수소 함량의 차이를 갖도록 형성한다.
이에 따라 액티브층(118)에 레이저를 이용한 탈수소화 공정을 사용하지 않고, 저온 탈수소화 공정을 진행하여 고가의 레이저 장비를 사용하지 않고도 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정화시킬 수 있다. 또한, 액티브층(118)에 저온 탈수소화 공정을 진행함으로써 공정 시간을 단축시킬 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서, 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
110: 비가요성 기판 112: 희생층
114: 폴리이미드막 116: 버퍼막
118: 액티브층 120: 구동층
122: 표시층 140: 엑시머 레이저
302: 하부 전극 304: 정공주입층
306: 정공수송층 308: 발광층
312: 전자수송층 314: 전자주입층
316: 상부 전극

Claims (11)

  1. 기판 상에 희생층 및 폴리이미드막을 형성하는 단계;
    상기 폴리이미드막에 버퍼막을 형성하는 단계;
    상기 버퍼막 상에 Ar을 포함하는 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    상기 비정질 실리콘층에 엑시머 레이저를 조사하여 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계;
    상기 폴리실리콘층을 패터닝하여 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 액티브층 상에 구동층을 형성하는 단계; 및
    상기 액티브층 상에 표시층을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계는 SiH4와 Ar의 비를 1:50으로 설정하는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액티브층에는 수소가 2% 포함된 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와 상기 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계 사이에 저온 탈수소화 공정을 진행하는 단계를 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저온 탈수소화 공정은 350~500℃의 온도 범위를 갖는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 희생층은 수소를 포함하는 비정질 실리콘층; 및
    상기 비정질 실리콘층 상에 형성되는 실리콘 질화막을 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼막은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막인 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼막은 실리콘 산화막; 및
    상기 실리콘 산화막 상에 형성되는 실리콘 질화막을 포함하는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구동층에는 다수의 박막트랜지스터가 형성되는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표시층에는 표시 패널의 표시 모드에 따라 유기발광 다이오드(OLED)가 형성되거나 또는 전기영동필름이 부착되는 플렉서블 표시장치의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 비가요성 기판인 플렉서블 표시장치의 제조방법.
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