KR102092550B1 - 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 발광영역과 구동영역이 구비된 화소영역 정의된 기판과; 상기 기판 상의 상기 구동영역에 구비되며 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 박막트랜지스터에 대응하여 상기 각 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며 형성된 제 1 차광패턴과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 형성된 컬러필터층과; 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 각 박막트랜지스터의 상부 및 측면에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 2 차광패턴과; 상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 형성된 제 2 전극을 포함하는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 유기전계 발광소자(organic electro luminescent device)에 관한 것이며, 특히 외부광 또는 발광층으로부터 나온 빛에 기인한 스위칭 또는 구동 박막트랜지스터에의 영향을 최소화할 수 있는 유기전계 발광소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이(FPD ; Flat Panel Display)중 하나인 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 갖는다. 또한 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
따라서, 전술한 바와 같은 장점을 갖는 유기전계 발광소자는 최근에는 TV, 모니터, 핸드폰 등 다양한 IT기기에 이용되고 있다.
이하, 유기전계 발광 소자의 기본적인 구조에 대해서 조금 더 상세히 설명한다.
유기전계 발광소자는 크게 어레이 소자와 유기전계 발광 다이오드로 이루지고 있다. 상기 어레이 소자는 게이트 및 데이터 배선과 연결된 스위칭 박막트랜지스터와, 상기 유기전계 발광 다이오드와 연결된 구동 박막트랜지스터로 이루어지며, 상기 유기전계 발광 다이오드는 상기 구동 박막트랜지스터와 연결된 제 1 전극과 유기 발광층 및 제 2 전극으로 이루어지고 있다.
이러한 유기전계 발광소자는 상기 유기 발광층 자체가 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 발광물질로 형성하여 컬러를 표시하는 방법과, 상기 유기 발광층 전체를 화이트를 발광하는 유기 발광물질을 형성함으로써 백색광을 발광하도록 하고, 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 안료를 포함하는 컬러필터 패턴을 형성하여 백색광을 발광하는 유기 발광층으로부터 나온 백색광이 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 통과하도록 함으로써 컬러를 표시하는 방법이 있다.
한편, 이러한 유기전계 발광소자에 있어서 각 화소영역에 구비되는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는 이동도 특성이 우수한 폴리실리콘 또는 산화물 반도체 물질로 이루어진 반도체층을 구비하고 있다.
특히 근래 들어서는 상대적으로 복잡한 공정을 요구하는 폴리실리콘보다는 덜 복잡한 공정이 요구되는 산화물 반도체층을 구비한 박막트랜지스터를 스위칭 및 구동 소자로서 이용하고 있다.
하지만, 산화물 반도체층은 외부광 또는 유기발광층으로부터 나온 빛에 반응하여 광 누설전류를 발생시킴으로서 스위칭 및 구동 박막트랜지스터의 오동작을 발생시키는 문제를 발생시키고 있다.
따라서, 산화물 반도체층을 구비한 유기전계 발광소자는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터로 유입되는 외부광 또는 유기발광층으로부터 나온 빛을 효과적으로 차단할 수 있는 수단이 필요로 되고 있다.
나아가 산화물 반도체층의 주위에 형성되는 절연층으로부터의 수소가 그 내부로 유입됨으로서 스위칭 및 구동 박막트랜지스터의 문턱전압의 산포를 증가시켜 휘도 불균일 현상을 초래하는 문제 또한 발생되고 있으며 이를 억제하는 방안이 필요로 되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 산화물 반도체층을 구비한 스위칭 및 구동 박막트랜지스터로의 빛의 유입을 효과적으로 방지하며, 나아가 주위 절연층으로부터 산화물 반도체층으로의 수소 유입을 억제할 수 있는 구조를 갖는 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 발광영역과 소자영역이 구비된 화소영역 정의된 기판과; 상기 기판 상의 상기 소자영역에 구비되며 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 박막트랜지스터에 대응하여 상기 각 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결되며 형성된 제 1 차광패턴과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 형성된 컬러필터층과; 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 각 박막트랜지스터의 상부 및 측면에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 2 차광패턴과; 상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 형성된 제 2 전극을 포함한다.
이때, 상기 박막트랜지스터는 상기 기판으로부터 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 아일랜드 형태의 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층의 양 측을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 구비한 에치스토퍼와, 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터는 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터가 되며, 상기 제 1 전극과 연결된 박막트랜지스터는 상기 구동 박막트랜지스터인 것이 특징이다.
또한, 상기 기판에는 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결된 게이트 배선과, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결된 데이터 배선이 더욱 구비되며, 상기 구동 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결된 전원배선이 더욱 구비된다.
그리고, 상기 컬러필터층은 각 화소영역별로 적, 녹, 청색의 컬러필터 패턴이 주기적으로 반복되는 형태를 이루거나, 또는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴과 더불어 화이트 컬러필터 패턴이 주기적으로 반복되는 형태를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 차광패턴은 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 중 하나 이상의 컬러필터 패턴으로 이루어지며, 상기 제 2 차광패턴은 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 중 2가지 색의 컬러필터패턴이 중첩 형성되어 이중층 구조를 이루거나, 또는 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 모두 중첩 형성되어 3중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
그리고, 상기 유기 발광층은 화이트를 발광하거나, 또는 적, 녹, 청색을 발광하며, 상기 유기 발광층이 적, 녹, 청색을 발광하는 경우 상기 유기 발광층 하부에 형성된 상기 컬러필터 패턴의 색과 동일한 색을 발광하도록 상기 유기 발광층이 배치된 것이 특징이다.
또한, 상기 컬러필터층과 상기 제 1 전극 사이에는 상기 제 2 차광패턴 위로 평탄한 표면을 갖는 오버코트층과 무기절연물질로 이루어진 제 2 보호층이 더욱 형성된 것이 특징이며, 이때, 상기 제 2 보호층과 오버코트층 및 제 1 보호층에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀이 구비되며, 상기 제 1 전극과 상기 드레인 전극은 상기 드레인 콘태홀을 통해 서로 접촉하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 차광패턴은 불투명한 금속물질로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 각 화소영역의 경계에는 상기 유기 발광층을 둘러싸는 형태로 뱅크가 형성된 것이 특징이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 발광영역과 소자영역이 구비된 화소영역 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 박막트랜지스터에 대응하여 상기 각 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결된 제 1 차광패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역 별로 컬러필터층을 형성하고, 동시에 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 박막트랜지스터의 상부 및 측면에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 제 2 차광패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 박막트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 기판 상의 상기 소자영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 아일랜드 형태의 산화물 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 산화물 반도체층 위로 상기 산화물 반도체층의 양 측을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀을 구비한 에치스토퍼를 형성하는 단계와; 상기 에치스토퍼 위로 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터는 각 소자영역에 있어 구동 박막트랜지스터 및 스위칭 박막트랜지스터로 이루어지며, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극과 상기 제 1 전극이 서로 연결되도록 형성된 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계는, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 게이트 전극과 연결된 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계는, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극과 연결된 데이터 배선과, 상기 데이터 배선과 이격하는 전원배선을 형성하는 단계를 포함한다.
한편, 상기 컬러필터층과 상기 제 2 차광패턴을 형성하는 단계는, 상기 제 1 보호층 위로 적, 녹, 청색 또는 적, 녹, 청 및 화이트의 컬러 레지스트 각각을 도포하고 이를 각각 패터닝하는 공정을 반복 진행함으로서 각 화소영역의 발광영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 또는 적, 녹, 청 및 화이트의 컬러필터 패턴 순차 반복하는 형태를 이루도록 하며, 동시에 상기 구동영역에는 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴 중 하나 또는 둘 이상이 중첩하도록 형성하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 전극을 형성하기 이전에 상기 컬러필터층 및 제 2 차광패턴 위로 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계와; 상기 오버코트층 위로 무기절연물질로 이루어진 제 2 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 보호층과 오버코트층 및 제 1 보호층을 패터닝하여 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 박막트랜지스터 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하는 단계는, 상기 제 1 보호층과 에치스토퍼와 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 게이트 전극을 노출시키는 게이트 콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 유기 발광층을 형성하기 이전에 상기 제 1 전극의 가장자리와 중첩하며 각 화소영역의 경계에 뱅크를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 특징이다.
한편, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자는, 발광영역과 소자영역이 구비된 화소영역 정의된 기판과; 상기 기판 상의 상기 소자영역에 구비된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 위로 상기 기판 전면에 형성된 제 1 게이트 절연막과; 상기 제 1 게이트 절연막 위로 상기 기판 전면에 형성되며 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 재질로 이루어진 배리어층과; 상기 배리어층 위로 상기 기판 전면에 형성된 제 2 게이트 절연막과; 상기 제 2 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 형성된 산화물 반도체층과; 상기 산화물 반도체층 위로 상기 산화물 반도체층을 노출시키는 반도체층 콘택홀을 가지며 형성된 에치스토퍼와; 상기 에치스토퍼 상부에 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함한다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 게이트 전극과 연결되며 형성된 제 1 차광패턴과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역별로 형성된 컬러필터층과; 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 2 차광패턴과; 상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 드레인 전극과 연결되며 형성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 위로 형성된 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 위로 형성된 제 2 전극을 포함한다.
또한, 상기 제 1 게이트 절연막은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제 2 게이트 절연막은 산화실리콘(SiO2)으로 이루어진 것이 특징이다.
그리고 상기 배리어층은 인듐:갈륨:징크:산소의 함량비율이 1:1:1:5 내지 1:1:1:10인 것이 특징이며, 상기 산화물 반도체층은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 IGZO, ZTO, ZIO 각각은 산소 이외의 함유물은 모두 동일한 1의 비율을 가지며, 산소는 산소 이외의 함유물 대비 1 내지 3의 비율을 갖는 것이 특징이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 발광영역과 소자영역이 구비된 화소영역 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위로 상기 기판 전면에 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 제 1 게이트 절연막 위로 상기 기판 전면에 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide) 재질로 이루어진 배리어층을 형성하는 단계와; 상기 배리어층 위로 상기 기판 전면에 제 2 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 제 2 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 산화물 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 산화물 반도체층 위로 상기 산화물 반도체층을 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 에치스토퍼를 형성하는 단계와; 상기 에치스토퍼 상부로 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 게이트 전극과 연결되는 제 1 차광패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역에 컬러필터층을 형성하고, 동시에 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 2 차광패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
그리고 상기 제 1 게이트 절연막은 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 형성하고, 상기 제 2 게이트 절연막은 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 배리어층은 인듐:갈륨:징크:산소의 함량 비율이 1:1:1:5 내지 1:1:1:10이 되도록 형성하는 것이 특징이다.
한편, 상기 제 1 게이트 절연막, 제 2 게이트 절연막 및 에치스토퍼를 각각 형성한 후에는 탈수소화를 위해 300℃ 내지 500℃의 온도분위기에서 30분 내지 60분 동안 열처리 공정을 진행하는 것이 특징이다.
그리고 상기 제 1 게이트 절연막, 제 2 게이트 절연막 및 에치스토퍼를 각각 형성한 후에는 100 내지 400nm의 파장대 중 어느 하나의 파장대를 갖는 극자외선을 상기 제 1 게이트 절연막, 제 2 게이트 절연막 및 에치스토퍼 각각에 대해 조사하는 단계를 더욱 포함하며, 이때, 상기 극자외선의 조사는 1분 내지 10분간 진행하는 것이 특징이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법은, 발광영역과 소자영역이 구비된 화소영역 정의된 기판 상의 상기 소자영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위로 상기 기판 전면에 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 단일층 또는 서로 다른 물질로 이루어진 이중층 구조의 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막에 대해 100 내지 400nm의 파장대 중 어느 하나의 파장대를 갖는 극자외선을 조사하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 산화물 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 산화물 반도체층 위로 상기 산화물 반도체층을 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 에치스토퍼를 형성하는 단계와; 상기 에치스토퍼에 대해 100 내지 400nm의 파장대 중 어느 하나의 파장대를 갖는 극자외선을 조사하는 단계와; 상기 에치스토퍼 상부로 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 에치스토퍼에 대해 극자외선을 조사하는 단계는, 상기 에치스토퍼에 상기 반도체층 콘택홀을 형성하기 전 또는 형성한 후에 진행되는 것이 특징이다.
그리고 상기 극자외선의 조사는 1분 내지 10분간 진행하는 것이 특징이며, 이때, 상기 극자외선 조사에 의해 상기 게이트 절연막 및 에치스토퍼 각각의 그 내부에서는 실리콘과 결합된 수소가 탈리되며, 상기 극자외선 조사에 의해 생성되는 오존 또는 산소 라디칼과 반응하여 OH 결합이 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 게이트 전극과 연결되는 제 1 차광패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역에 컬러필터층을 형성하고, 동시에 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 2 차광패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 위로 유기 발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 각 박막트랜지스터의 상부에 상기 제 1 차광패턴 구비되며, 상기 제 1 차광패턴 상부로 상기 각 박막트랜지스터의 상부 및 측면을 감싸는 형태로 제 2 차광패턴이 구비됨으로서 외부광이 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터에 구비되는 산화물 반도체층으로 유입되는 것을 원천적으로 억제할 수 있으며, 유기 발광층을 통해 측면으로 입사되는 빛 또한 유입을 억제할 수 있으므로 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터의 광 누설 전류 생성을 억제하여 오 동작을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판의 경우, 산소 함유량이 상대적으로 많은 IGZO 재질의 배리어층이 구비됨으로서 이의 주위에 위치하는 절연막 일례로 제 1 및 제 2 게이트 절연막 및 에치스토퍼으로부터 발생되는 수소를 끌어들여 산화물 반도체층으로 침투되는 수소를 저감시키는 수소 게터의 역할을 하므로 산화물 반도체층으로 침투하는 수소 량을 현저히 저감시킬 수 있다.
따라서 산화물 반도체층 내부로 수소 침투에 의해 발생되는 문턱전압의 쉬프트에 의한 산포 증가에 기인하는 휘도 불균일 현상을 방지시키는 효과가 있다.
나아가 제 1 및 제 2 게이트 절연막의 열 전도도 차이에 의한 얼룩 발생을 억제시키는 효과가 있다.
또한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 의해 제조되는 유기전계 발광소자는, 무기절연물질로 이루어지는 게이트 절연막과 에치스토퍼가 극자외선 조사에 의해 내부의 수소가 실리콘과의 결합이 깨져 탈리되며, 탈리된 수소는 극자외선 조사에 의해 발생된 오존 또는 산소 라디칼과 반응하여 OH결합을 하게 됨으로서 그 자체 내부의 수소량을 저감시킴으로서 산화물 반도체층으로의 수소 침투를 효과적으로 방지하는 동시에 표면 거칠기를 개선시킴으로서 최종적으로 구동 및 스위칭 소자의 문턱전압 산포 특성 향상 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
나아가 게이트 절연막 및 에치스토퍼의 표면 개질 및 클리닝 효과에 의해 이와 접촉하는 물질층과의 접합력을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 3a 내지 도 3o는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 제 1 기판에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성하는 단계를 위주로 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 제 1 기판에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 위주로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 3a 내지 도 3o는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판의 표시영역 일부에 대한 단면도.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 제 1 기판에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성하는 단계를 위주로 나타낸 도면.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 제 1 기판에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 위주로 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 유기전계 발광소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 회로도이다.
도시한 바와 같이 유기전계 발광소자의 하나의 화소는 스위칭(switching) 박막트랜지스터(STr)와 구동(driving) 박막트랜지스터(DTr), 스토리지 커패시터(StgC), 그리고 유기전계 발광 다이오드(E)로 이루어진다.
즉, 제 1 방향으로 게이트 배선(GL)이 형성되어 있고, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되어 화소영역(P)을 정의하며 데이터 배선(DL)이 형성되어 있으며, 상기 데이터 배선(DL)과 이격하며 전원전압을 인가하기 위한 전원배선(PL)이 형성되어 있다.
또한, 상기 데이터 배선(DL)과 게이트 배선(GL)이 교차하는 부분에는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)와 전기적으로 연결된 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있다.
상기 유기전계 발광 다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 접지되고 있으며, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 소스 전극은 상기 전원배선(PL)과 연결되고 있으며, 따라서 상기 전원배선(PL)은 전원전압을 상기 유기전계발광 다이오드(E)로 전달하게 된다.
그리고, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에는 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되고 있다.
따라서, 상기 게이트 배선(GL)을 통해 신호가 인가되면 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 온(on) 되고, 상기 데이터 배선(DL)의 신호가 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극에 전달되어 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 되므로 유기전계발광 다이오드(E)를 통해 빛이 출력된다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)가 온(on) 상태가 되면, 전원배선(PL)으로부터 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 상기 유기전계발광 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 되며, 상기 스토리지 커패시터(StgC)는 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 되었을 때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전압을 일정하게 유지시키는 역할을 함으로써 상기 스위칭 박막트랜지스터(STr)가 오프(off) 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 상기 유기전계발광 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이후에는 전술한 구동에 의해 화상을 표시하는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구성에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 표시영역 일부에 대한 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성될 영역을 구동영역(DA), 유기 발광층(163)이 형성되는 영역을 발광영역(EA)이라 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)와 유기전계 발광 다이오드(E) 및 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시)을 포함하는 컬러필터층(145)이 형성된 제 1 기판(110)과, 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)으로 구성되고 있다. 이때, 상기 제 2 기판(170)은 필름, 무기절연막 또는 유기절연막 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.
우선, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)와 유기전계 발광 다이오드(E)가 구비된 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(110)에는 상기 표시영역에는 서로 교차하며 화소영역(P)을 정의하며 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)이 형성되고 있으며, 상기 게이트 배선(미도시) 또는 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 다수의 각 화소영역(P)의 구동영역(DA)에는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 일 전극 및 상기 전원배선(미도시)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되고 있다.
이때, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 게이트 전극(115)과, 게이트 절연막(118)과, 산화물 반도체층(120)과, 반도체층 콘택홀(123)이 구비된 에치스토퍼(122)와, 상기 에치스토퍼(122) 상에서 서로 이격하며 각각 상기 반도체층 콘택홀(122)을 통해 상기 산화물 반도체층(120)과 접촉하는 소스 전극(133) 및 드레인 전극(136)으로 구성되고 있다.
그리고, 도면에 나타내지 않았지만 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조를 이루고 있다.
한편, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결된다.
그리고, 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나로 이루어진 제 1 보호층(140)이 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)에 있어 특징적인 구성 중 하나로서 상기 제 1 보호층(140) 위로 상기 각 구동영역(DA)에 있어서 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)에 대응하여 각 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 최하부를 이루는 게이트 전극(115)과 게이트 콘택홀(gch)을 통해 연결되며 제 1 차광패턴(143)이 구비되고 있는 것이 특징이다.
이러한 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)에 대응하여 이의 상부로 각각 형성된 상기 제 1 차광패턴(143)은 게이트 전극(115)과 연결됨으로서 제 2 게이트 전극으로서의 역할을 하는 동시에 상기 소스 전극(133)과 드레인 전극(136)의 이격영역으로 노출되는 산화물 반도체층(120)을 차단하는 구성을 이룬다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 상기 제 1 차광패턴(143)이 구비됨으로서 외부광 또는 유기 발광층(163)으로부터 발광된 빛이 상기 각 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 산화물 반도체층(120)으로 입사되는 것을 1차적으로 막아 줌으로서 빛이 유입되어 광누설 전류를 발생시킴에 의한 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 오 동작을 방지하는 효과를 갖는다.
그리고, 상기 제 1 보호층(140)과 위로 각 화소영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시)이 주기적으로 반복하는 형태의 컬러필터층(145)이 구비되고 있다.
이때, 상기 컬러필터층(145)은 전술한 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시) 이외에 휘도 특성 향상으로 위해 투명한 재질로 이루어진 물질로 화이트를 발광하는 화이트 패턴(미도시)이 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시)과 더불어 주기적으로 형성될 수도 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 특징적인 구성 중 하나로서 상기 컬러필터층(145)을 이루는 동일한 물질로서 이루어지며 각 화소영역(P) 내에서 발광영역 뿐 아니라 상기 제 1 차광패턴(143) 상부로 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 상면 및 측면을 감싸는 형태로 제 2 차광패턴(146)이 형성되고 있는 것이 특징이다.
즉, 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)는 적층된 구성요소가 각 화소영역(P) 내의 중앙부 대비 많으므로 타 영역 대비 큰 단차를 가지며, 따라서 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 상부에 상기 컬러필터층(145)을 이루는 동일한 물질로 이루어진 상기 제 2 차광패턴(146)은 자연스럽게 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 상부뿐만 아니라 측면까지 감싸는 구성을 이루게 되는 것이다.
이때, 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 상부 및 측면에 형성되는 상기 제 2 차광패턴(146)은 화이트를 제외한 적, 녹, 청색 중 적어도 어느 하나 색의 더미 컬러필터 패턴으로 이루어지는 특징이다.
즉, 상기 제 2 차광패턴(146)은 상기 컬러필터층(145)을 이루는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시) 중 어느 하나의 색의 더미 컬러필터 패턴으로 이루어지거나, 나아가 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시) 중 어느 2가지 색의 컬러필터 패턴이 적층되어 이중층 구조로 이루어지거나, 또는 적, 녹, 청색 더미 컬러필터 패턴이 모두 적층되어 3중층 구조로 이루어진 구성을 이루는 것이 특징이다.
이때, 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)로의 광 유입을 효과를 극대화하기 위해서는 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 상부 및 측면에 구비되는 제 2 차광패턴(146)은 적어도 2가지 색의 더미 컬러필터 패턴(146a, 146b)이 적층 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 2가지 색의 더미 컬러필터 패턴(146a, 146b)이 적층 구성되는 경우 적색 더미 컬러필터 패턴(146a)과 더불어 녹 및 청색 더미 컬러필터 패턴(146b, 미도시) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
컬러필터 패턴의 경우, 특정 파장대의 빛은 흡수하지만 자기 색의 파장대를 제외한 타 파장대의 빛은 통과시키게 되며, 적색 더미 컬러필터 패턴(146a)의 파장대가 가장 넓으며 상기 적색 더미 컬러필터 패턴(146a)을 포함하여 적어도 2가지 색의 더미 컬러필터 패턴이 중첩 형성되는 경우, 가시광선 영역의 대부분의 파장대의 빛은 흡수할 수 있기 때문이다.
하지만, 반드시 상기 적색 더미 컬러필터 패턴(146a)을 포함하도록 구성될 필요는 없으며, 한 가지의 색의 더미 컬러필터 패턴이 구비되더라도 특정 파장대의 빛에 대해서는 차광의 효과를 가지므로 문제되지 않는다.
도면에 있어서는 상기 제 2 차광패턴(146)은 적색 및 녹색 더미 컬러필터 필터 패턴(146a, 146b)으로 이루어지 이중층 구조를 이루는 것을 일례로 도시하였다.
이렇게 적, 녹, 청색 더미 컬러필터 패턴(146a, 146b, 미도시) 중 적어도 하나 이상의 더미 컬러필터 패턴으로 이루어진 제 2 차광패턴(146)이 상기 스위칭 또는 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 상측과 측면에 대해 구성되는 경우, 외부광이 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)에 구비되는 산화물 반도체층(120)으로 유입되는 것을 원천적으로 억제할 수 있으며, 유기 발광층(163)을 통해 측면으로 입사되는 빛 또한 유입을 억제할 수 있으므로 상기 각 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)의 광 누설 전류 생성을 억제하여 오 동작을 방지할 수 있다.
다음, 상기 컬러필터층(145) 및 제 2 차광패턴(146) 위로 유기절연물질로 이루어지며 평탄화된 표면을 갖는 오버코트층(150)이 형성되고 있으며, 상기 오버코트층(150) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나로 이루어진 제 2 보호층(153)이 형성되고 있다.
이때, 상기 오버코트층(150) 또는 상기 제 2 보호층(153) 중 어느 하나는 생략될 수도 있다. 상기 오버코트층(150)은 상기 컬러필터층(145)에 의해 발생된 단차를 없애며 상기 컬러필터층(145)의 보호를 위해 형성하는 것이며, 상기 제 2 보호층(153)은 추후 형성되는 도전성 물질로 이루어진 제 1 전극(157)과 상기 오버코트층(150)간의 접합력이 약한 것을 보상하기 위해 상기 제 1 전극(157)과 오버코트층(150) 사이에 형성한 것이다.
그리고, 상기 제 2 보호층(153) 위로 각 화소영역(P)의 발광영역(EA)에 대해서는 제 1 전극(157)이 형성되고 있다. 이때, 상기 제 1 전극(157)은 상기 구동영역(DA)에 구비된 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)과 드레인 콘택홀(154)을 통해 접촉하고 있다. 상기 드레인 콘택홀(154)은 상기 드레인 전극(136)을 노출시키는 형태로 상기 제 2 보호층(153)과 오버코트층(150)과 제 1 보호층(140)에 구비되고 있다.
이는, 컬러필터층(145)의 경우 각 화소영역(P)별로 선택적으로 형성됨으로서 상기 드레인 콘택홀(154)이 형성되는 영역에 대해서는 형성되지 않기 때문이다.
한편, 상기 제 1 전극(157)은 애노드 전극의 역할을 하도록 일함수 값이 비교적 큰 값을 갖는 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101) 특성 상 컬러필터층(145)을 통과하여 적, 녹, 청색을 구현하는 구성이므로 하부발광 방식이 되며, 따라서 상기 제 1 전극(157)은 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다음, 상기 제 1 전극(157) 위로 각 화소영역(P)의 경계에는 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태로 상기 제 1 전극(157)의 테두리와 중첩하도록 뱅크(160)가 형성되어 있다.
이때, 상기 뱅크(160)는 투명한 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 스티렌(styrene), 메틸마사크릴레이트(methyl mathacrylate), 폴리테트라플로우틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나로 이루어진다.
또한, 상기 뱅크(160)로 둘러싸인 각 화소영역(P)에 있어 상기 제 1 전극(157) 위로는 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 발광하는 것을 특징으로 하는 유기 발광층(163)이 형성되거나, 또는 상기 유기 발광층(163)은 상기 적, 녹, 청색을 발광하는 물질 이외에 화이트를 발광하는 물질로 이루어짐으로써 백색광을 발광할 수도 있다.
도면에 있어서는 일례로 화이트를 발광하는 유기 발광층(163)이 형성된 것을 일례로 도시하였다.
한편, 상기 유기 발광층(163)이 적, 녹, 청색을 발광하는 물질로 이루어진 경우, 각 화소영역(P)에 있어서는 하부에 구비된 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시)의 색과 동일한 색을 발광하는 물질로서 이루어진 유기 발광층(163)이 각 화소영역(P)의 발광영역(EA)에 구비되는 것이 특징이며, 화이트를 발광하는 유기 발광물질로 이루어지는 경우 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시)의 색에 관계없이 각 발광영역(EA)에 화이트를 발광하는 유기 발광층(163)이 구비되는 것이 특징이다.
그리고, 상기 유기 발광층(163) 상부에는 표시영역 전면에 대응하여 일함수 값이 작은 불투명한 금속물질로 이루어짐으로서 캐소드 전극의 역할을 하는 제 2 전극(167)이 형성되고 있다.
이때, 상기 일함수 값이 작은 불투명한 금속물질은 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 하나 또는 둘 이상의 물질이 될 수 있다.
이때, 상기 제 1, 2 전극(157, 167)과 그 사이에 형성된 상기 유기 발광층(163)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이루게 된다.
도면에 나타나지 않았지만, 상기 제 1 전극(157)과 유기 발광층(163) 사이 및 상기 유기 발광층(163)과 제 2 전극(167) 사이에는 각각 상기 유기 발광층(163)의 발광 효율 향상을 위해 다층 구조의 제 1 발광보상층(미도시)과 제 2 발광보상층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다.
이때, 다층의 상기 제 1 발광보상층(미도시)은 상기 제 1 전극(157)으로부터 그 상부로 순차 적층되며 정공주입층(hole injection layer) 및 정공수송층(hole transporting layer)으로 이루어질 수 있으며, 상기 제 2 발광보상층(미도시)은 상기 유기 발광층(163)으로부터 순차적으로 전자수송층(electron transporting layer)과 전자주입층(electron injection layer)으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제 1 발광보상층(미도시)은 상기 정공주입층(hole injection layer)(미도시) 및 정공수송층(hole transporting layer)(미도시) 중 어느 하나의 층만으로 이루어질 수 있으며, 상기 제 2 발광보상층(미도시) 또한 상기 전자수송층(electron transporting layer)(미도시) 및 전자주입층(electron injection layer)(미도시) 중 어느 하나의 층만으로 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 다층 구조의 제 1 발광보상층(미도시)과 상기 제 2 발광보상층(미도시)은 상기 표시영역 전면에 판 형태로 형성될 수도 있고, 또는 각 화소영역(P)별로 분리 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)의 제 1 기판(110)에 대응하여 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비되고 있다.
상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)은 그 가장자리를 따라 실란트 또는 프릿으로 이루어진 접착제(미도시)가 구비되고 있으며, 이러한 접착제(미도시)에 의해 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)이 합착되어 패널상태를 유지하고 있다.
이때, 서로 이격하는 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170) 사이에는 진공의 상태를 갖거나 또는 불활성 기체로 채워짐으로써 불활성 가스 분위기를 가질 수 있다.
상기 인캡슐레이션을 위한 상기 제 2 기판(170)은 유연한 특성을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수도 있으며, 또는 유리기판으로 이루어질 수도 있다.
한편, 전술한 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)는 제 1 기판(110)과 마주하여 이격하는 형태로 인캡슐레이션을 위한 제 2 기판(170)이 구비된 것을 나타내고 있지만, 변형예로서 상기 제 2 기판(170)은 점착층을 포함하는 필름 형태로 상기 제 1 기판(110)의 최상층에 구비된 상기 제 2 전극(167)과 접촉하도록 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 또 다른 변형예로서 상기 제 2 전극(167) 상부로 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(미도시)이 더욱 구비되어 수분 및 산소 침투를 방지하는 역할을 하도록 할 수 있으며, 상기 유기절연막(미도시) 또는 무기절연막(162)은 그 자체로 인캡슐레이션 막(미도시)으로 이용될 수도 있으며, 이 경우 상기 제 2 기판(170)은 생략할 수도 있다.
이후에는 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3a 내지 도 3o는 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 및 구동 박막트랜지스터가 형성될 영역을 통괄하여 구동영역이라 정의하고, 유기 발광층(163)이 형성되는 영역을 발광영역(EA)이라 정의하며, 스위칭 및 구동 박막트랜지스터는 그 적층 구성이 동일하므로 이하 스위칭 및 구동 박막트랜지스터의 구별없이 박막트랜지스터(DTr)라 칭한다.
우선, 도 3a에 도시한 바와같이, 기판(101) 예를들면 유리기판 또는 플렉서블한 플라스틱 기판 상에 저저항 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 단일층 또는 이중층 이상 다중층 구조를 갖는 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 1 금속층(미도시)을 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 상기 제 1 금속층(미도시)의 식각, 포토레지스트의 스트립의 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 구동영역(DA)에 게이트 전극(115)을 형성한다.
이때, 도면에 나타내지 않았지만, 추후 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이루는 게이트 전극(미도시)과 상기 게이트 배선(미도시)은 서로 연결되도록 형성한다.
이후, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(115) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나를 증착하여 게이트 절연막(118)을 형성한다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(118) 위로 산화물 반도체 물질 예를들면 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나를 증착하거나 또는 도포하여 산화물 반도체 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 각 구동영역(DA)에 있어 상기 게이트 전극(115) 위로 아일랜드 형태의 산화물 반도체층(120)을 형성한다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 산화물 반도체층(120) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나를 증착하여 에치스토퍼(122)를 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 각 산화물 반도체층(120)의 양측을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(123(123a, 123b))을 형성한다.
다음, 상기 도 3d에 도시한 바와같이, 상기 반도체층 콘택홀(123)이 구비된 에치스토퍼(122) 위로 저저항 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 단일층 또는 이중층 이상 다중층 구조를 갖는 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 2 금속층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 에치스토퍼(122) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 각 구동영역(DA)에 서로 이격하는 소스 전극(133) 및 드레인 전극(136)을 형성한다.
이때, 상기 소스 전극(133) 중 추후 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이루는 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되도록 형성한다.
한편, 상기 구동영역(DA)에 구비된 상기 소스 전극(133)과 드레인 전극(136)은 각각 상기 반도체층 콘택홀(123)을 통해 상기 산화물 반도체층(120)과 접촉하도록 형성한다.
상기 각 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(115)과, 게이트 절연막(118)과, 산화물 반도체층(120)과, 에치스토퍼(122)와, 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(미도시)과 소스 및 드레인 전극(133, 136) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나를 증착함으로서 제 1 보호층(140)을 형성한다.
그리고, 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 보호층(140)과 이의 하부에 위치하는 상기 에치스토퍼(122) 및 게이트 절연막(118)을 패터닝함으로서 상기 각 게이트 전극(115)을 노출시키는 게이트 콘택홀(gch)을 형성한다.
다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 콘택홀(gch)이 구비된 제 1 보호층(140) 위로 불투명한 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나를 증착하여 제 3 금속층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 구동영역(DA)에 상기 각 박막트랜지스터(DTr)에 대응하여 상기 게이트 콘택홀(gch)을 통해 상기 게이트 전극(115)과 접촉하는 제 1 차광패턴(143)을 형성한다.
이렇게 구성되는 상기 제 1 차광패턴(143)은 상기 박막트랜지스터(DTr)의 상부로 입사되는 광을 차단하는 역할을 하는 동시에 제 2 게이트 전극으로서의 역할을 하는 것이 특징이다.
다음, 도 3g 및 도 3h에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 차광패턴(143)과 상기 제 1 보호층(140) 위로 적, 녹, 청색, 또는 적, 녹, 청 및 화이트의 컬러 레지스트 각각을 도포하고 이를 각각 패터닝하는 공정을 반복 진행함으로서 각 화소영역(P)의 발광영역(EA)에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시), 또는 적, 녹, 청 및 화이트의 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시, 미도시)이 순차 반복하는 형태의 컬러필터층(145)을 형성한다.
동시에 상기 각 구동영역(DA)에 있어서는 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(145a, 미도시, 미도시) 중 어느 하나의 색의 컬러필터 패턴이 각 박막트랜지스터(DTr)의 상부 및 측면을 감싸는 형태로 형성함으로서 제 2 차광패턴(146)을 형성한다.
이러한 컬러필터층(145)을 형성하는 과정에서 상기 구동영역(DA)에 있어서는 각 색의 더미 컬러필터 패턴(146a, 146b)을 선택적으로 적층되도록 구성함으로서 2가지 이상의 서로 다른 색의 더미 컬러필터 패턴(146a, 146b)으로 이루어진 이중층 또는 삼중층 구조로서 상기 제 2 차광패턴(146)을 형성할 수 있다.
도면에서는 상기 제 2 차광패턴(146)은 적색 컬러필터 패턴(146a)과 녹색 컬러필터 패턴(146b)의 이중층 구조를 이루는 것을 일례로 도시하였다.
다음, 도 3i에 도시한 바와 같이, 상기 컬러필터층(145)과 제 2 차광패턴(146) 위로 유기절연물질 예를들면 포토아크릴을 도포함으로서 표시영역 전면에 있어 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(150)을 형성한다.
그리고 도 3j에 도시한 바와 같이, 상기 오버코트층(150) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나를 증착하여 제 2 보호층(153)을 형성한다.
이후, 상기 제 2 보호층(153)과 이의 하부에 위치하는 상기 오버코트층(150)과 제 1 보호층(140)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 구동영역(DA)에 있어 상기 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(136)을 노출하는 드레인 콘택홀(154)을 형성한다.
이때, 실질적으로 상기 드레인 콘택홀(154)이 구비되는 박막트랜지스터(DTr)는 구동 박막트랜지스터(DTr)가 되며, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 경우 생략된다.
한편, 상기 오버코트층(150)과 상기 제 2 보호층(153) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
다음, 도 3k에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(154)을 구비한 제 2 보호층(153) 위로 일함수 값이 상대적으로 큰 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 각 화소영역(P) 별로 상기 드레인 콘택홀(154)을 통해 상기 박막트랜지스터(DTr)(구동 박막트랜지스터)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 제 1 전극(157)을 형성한다.
다음, 도 3l에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 전극(157)과 서로 이웃한 상기 제 1 전극(157) 사이로 노출된 상기 보호층(140) 위로 전면에 유기절연물질 예를들면 폴리이미드(poly imide), 스티렌(styrene), 메틸마사크릴레이트(methyl mathacrylate), 폴리테트라플로우틸렌(polytetrafluoroethylene) 중 어느 하나를 도포하고 이에 대해 마스크 공정을 진행함으로서 각 화소영역(P)의 경계에 상기 제 1 전극(157)의 가장자리와 중첩하는 뱅크(160)를 형성한다.
다음, 도 3m에 도시한 바와 같이, 상기 뱅크(160)와 제 1 전극(157) 위로 고상의 유기 발광 물질을 쉐도우 마스크(미도시)를 이용하여 열증착을 실시하거나, 또는 잉크젯 장치(미도시) 또는 노즐 코팅장치(미도시)를 이용하여 액상의 유기 발광 물질을 상기 뱅크(160)로 둘러싸인 각 화소영역(P) 대응하여 분사 또는 드롭핑 함으로서 상기 제 1 전극(157) 상부에 유기 발광층(163)을 형성한다.
한편, 도면에 있어서는 상기 제 1 전극(157) 단일층 구조를 갖는 유기 발광층(163)이 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 유기 발광층(163)은 발광효율 향상을 위해 다수층 구조로 이루어질 수도 있다.
이 경우, 상기 단일층의 유기 발광층(163)을 형성한 동일한 방법을 진행하거나, 또는 표시영역 내에 전면 증착하는 방법을 진행하여 상기 유기 발광층(163)의 하부 정공주입층(hole injection layer)(미도시)과 정공수송층(hole transporting layer)(미도시)을 선택적으로 더 형성하고, 상기 유기 발광층(163)의 상부에 전자수송층(electron transporting layer)(미도시) 및 전자주입층(electron injection layer)(미도시)을 선택적으로 더 형성할 수도 있다.
다음, 도 3n에 도시한 바와 같이, 상기 유기 발광층(163) 위로 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄마그네슘 합금(AlMg) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 표시영역 전면에 증착하여 제 2 전극(167)을 형성함으로서 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판(110)을 완성한다.
이때, 전술한 방법에 의해 각 화소영역(P) 내에 순차 적층된 상기 제 1 전극(157)과 유기 발광층(163)과 제 2 전극(167)은 유기전계 발광 다이오드(E)를 이룬다.
다음, 도 3o에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 기판(110)과 대응하여 상기 유기발광 다이오드(E)의 인캡슐레이션을 위해 제 2 기판(170)이 대향하여 위치시키고, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)의 사이에는 투명하며 접착 특성을 갖는 프릿(Frit), 유기절연물질, 고분자 물질 중 어느 하나로 이루어진 페이스 씰(미도시)을 상기 제 1 기판(110)의 전면에 코팅한 상태에서 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(170)을 합착하거나, 또는 진공 혹은 불활성 가스 분위기에서 상기 제 1 기판(110)의 가장자리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성한 후 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)을 합착함으로서 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자(101)를 완성한다.
한편, 상기 제 1 기판(110)의 상기 제 2 전극(167) 위로 무기절연물질 또는 유기절연물질을 증착 또는 도포하거나, 또는 점착층(미도시)을 재개하여 필름(미도시)을 부착함으로서 인캡슐레이션 막(미도시)으로 이용할 경우, 상기 제 2 기판(170)은 생략될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판의 표시영역 일부에 대한 단면도로서, 유기전계 발광 다이오드를 형성하기 전 구동 및 스위칭 박막트랜지스터와 이의 상부로 제 1 보호층을 형성한 상태에서의 단면 구조를 나타낸 도면이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성될 영역을 구동영역(DA)이라 정의한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판(210)은 산화물 반도체층(220)으로서의 수소 침투를 억제하기 위한 구성에 초점을 맞춘 것으로, 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 적층 구성 및 이의 형성 방법에 특징이 있으므로, 도면에 있어서는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성된 상태까지만 나타내었다.
이때, 이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판(210)에 있어 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시) 위로 형성되는 구성요소는 일반적인 유기전계 발광소자와 동일한 형태를 이룰 수도 있고, 나아가 이러한 일반적인 유기전계 발광소자의 구성요소와 더불어 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판(도 2의 110)의 특징적인 구성인 제 1 및 제 2 차광패턴(도 2의 143, 146)이 더욱 형성될 수도 있음은 자명하다 할 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판(210)에는 배리어층(219)과 제 1 및 제 2 게이트 절연막(218a, 218b)을 포함하는 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr)가 구비되고 있으며, 비록 도면에 나타내지 않았지만, 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)의 일 전극과 연결된 유기전계 발광 다이오드(미도시)가 구비되고 있다.
조금 더 상세히 제 1 기판(210)의 구성에 대해 설명한다.
상기 제 1 기판(210)의 표시영역에는 서로 교차하며 화소영역(P)을 정의하며 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)이 형성되고 있으며, 상기 게이트 배선(미도시) 또는 상기 데이터 배선(미도시)과 나란하게 전원배선(미도시)이 형성되고 있다.
또한, 다수의 각 화소영역(P)의 구동영역(DA)에는 상기 게이트 배선(미도시) 및 데이터 배선(미도시)과 연결되며 스위칭 박막트랜지스터(미도시)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 일 전극 및 상기 전원배선(미도시)과 연결되며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되고 있다.
상기 구동 박막트랜지스터(DTr)는 게이트 전극(215)과, 제 1 게이트 절연막(218a)과, 배리어층(219)과, 제 2 게이트 절연막(218b)과, 산화물 반도체층(220)과, 반도체층 콘택홀(223)이 구비된 에치스토퍼(222)와, 상기 에치스토퍼(222) 상에서 서로 이격하며 각각 상기 반도체층 콘택홀(222)을 통해 상기 산화물 반도체층(220)과 접촉하는 소스 전극(233) 및 드레인 전극(236)으로 구성되고 있다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판(210)에 있어서 가장 특징적인 것으로 게이트 절연막(218)이 제 1 및 제 2 게이트 절연막(218a, 218b)으로 분리되고 있다는 것과, 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막(218a, 218b) 사이에 상기 배리어층(219)이 형성되고 있는 것이 특징이다.
나아가 상기 제 1 게이트 절연막(218a)은 무기절연물질인 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제 2 게이트 절연막(218b)은 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지며, 상기 배리어층(219)은 상기 산화실리콘(SiO2)과 열전도성 특성이 유사한 인듐-갈륨-징크-옥사이드(IGZO, 이하 IGZO로 표기함)로 이루어지는 것이 또 다른 특징이다. 이때, 상기 IGZO로 이루어진 상기 배리어층(219)의 형성 시 산소(O2)의 함량을 산화물 반도체층(220)을 형성 시의 IGZO 대비 큰 함량을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 IGZO로 이루어지는 배리어층(219)은 인듐:갈륨:징크:산소의 함량비는 1:1:1:5 내지 1:1:1:10 인 것이 바람직하다. 이때, 상기 IGZO가 산화물 반도체층(220)의 역할을 하는 경우 인듐:갈륨:징크:산소의 함량비가 1:1:1:1 내지 1:1:1:3 정도가 되며, 부도체적 특성을 갖도록 하기 위해서는 최소 산소의 함량비는 타 함유물인 인듐, 갈륨, 징크 대비 5배 이상이 된다.
따라서 상기 배리어층(219)은 부도체 특성을 가지며 나아가 수소 게터(getter)로서의 역할을 하도록 하기 위해 전술한 바와같은 인듐:갈륨:징크:산소의 함량비가 1:1:1:5 내지 1:1:1:10이 되도록 형성되고 있는 것이다.
산화물 반도체 물질인 IGZO에 있어서 산소(O2)의 함량이 증가하면 부도체적 특성이 향상되는 동시에 주변에 위치하는 무기절연물질로 이루어진 절연막(일례로 게이트 절연막(218), 에치스토퍼(222), 제 1 보호층(미도시)으로부터 나오는 수소를 받아들이려는 성향이 강해지기 때문이다.
그러므로 산소 함류량이 증가되어 부도체적 성격을 갖는 IGZO로 이루어진 상기 배리어층(219)은 이의 주변 더욱 정확히는 하부 및 상부에 위치하는 게이트 절연막(218)으로부터 나오는 수소를 흡수하게 됨으로서 이의 상부에 위치하는 산화물 반도체층(220)으로 침투하는 수소를 억제하는 수소 게터(getter)의 역할을 하게 된다.
이렇게 게이트 절연막(218)을 분리된 이중층 구조를 이루도록 하고, 동시에 상기 제 1 및 제 2 게이트 절연막(218a, 218b) 사이에 인듐-갈륨-징크-옥사이드(IGZO)로 이루어진 배리어층(219)을 형성하게 되면, 상기 게이트 절연막(218)으로부터의 상기 산화물 반도체층(220)으로의 수소 공급이 억제됨으로서 상기 산화물 반도체층(220)으로의 수소 공급에 기인하는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 문턱전압 산포 증가를 억제하며, 나아가 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 문턱전압 산포 증가에 기인하는 휘도 특성 저하를 억제할 수 있다.
상기 배리어층(219)은 실질적으로 상기 제 1 기판(210)의 제조 시에 형성되는 절연막 특히 게이트 절연막(218) 및 에치스토퍼(222)에서의 수소를 흡수하여 상기 산화물 반도체층(220)으로의 수소의 침투를 억제하게 되는 바, 이에 대해서는 추후 제조 방법을 통해 상세히 설명한다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 또한 상기 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조를 이루고 있다. 이때, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 게이트 전극(미도시)은 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(미도시)의 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결된다.
그리고 도면에 나타내지 않았지만, 전술한 구성을 갖는 상기 스위칭 및 구동 박막트랜지스터(미도시, DTr) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2) 중 어느 하나로 이루어진 제 1 보호층(미도시)이 형성되어 있으며, 이의 상부로 뱅크(미도시)와 유기전계 발광 다이오드(미도시)가 더욱 구비되고 있다.
이때, 상기 제 1 보호층(140) 위로 구동영역(DA)에 있어서는, 도 5(본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판의 표시영역 일부에 대한 단면도)에 도시한 바와같이, 본 발명의 제 1 실시예를 통해 나타낸 제 1 및 제 2 차광패턴(243, 246)이 더욱 형성될 수도 있으며, 각 발광영역(LA)에는 컬러필터층(245)과 오버코트층(250)이 더욱 형성될 수도 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자용 제 1 기판(210)에 있어 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 상부 더욱 정확히 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성한 이후에 추가 형성되는 구성요소는 일반적인 유기전계 발광소자의 제 1 기판(미도시)에 형성되는 구성과 동일 구성을 이루거나, 또는 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판의 구성(도 5 참조)과 동일하므로 생략한다.
한편, 도 4를 참조하면, 이러한 구성을 갖는 제 1 기판(210)에 대응하여 인캡슐레이션의 역할을 하는 제 2 기판(미도시)이 더욱 구비됨으로서 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 이루게 된다.
이때, 상기 제 2 기판(미도시)은 필름, 무기절연막 또는 유기절연막 등으로 대체됨으로써 생략될 수 있다.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 제 1 기판에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성하는 단계를 위주로 나타낸 도면이다.
우선, 도 6a에 도시한 바와같이, 투명한 절연재질의 제 1 기판(210) 예를들면 유리기판 또는 플렉서블한 플라스틱 기판 상에 저저항 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 단일층 또는 이중층 이상 다중층 구조를 갖는 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 구동영역(DA)에 게이트 전극(215)을 형성한다.
다음, 도 6b에 도시한 바와같이, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(215)이 형성된 상기 제 1 기판(210)을 화학기상증착 장치(이하 CVD 장치라 칭함)의 챔버(293) 내부에 위치시키고, 반응가스 예를들면 SiH4 및 NH3를 각각 일정 유량비를 갖도록 공급하는 동시에 플라즈마를 형성함으로서 화학기상증착을 통해 SiNx로 이루어진 제 1 게이트 절연막(218a)을 형성한다.
이렇게 형성되는 SiNx 재질의 상기 제 1 게이트 절연막(218a)은 반응가스로서 수소를 포함하는 SiH4 및 NH3을 이용하여 형성됨으로서 그 내부에 수소를 다량 함유하고 있다.
그러므로 이러한 제 1 게이트 절연막(218a)은 고온의 분위기에 노출되면 자연적으로 그 내부에 함유된 수소가 외부로 빠져나오게 되는데, 이러한 수소가 통상적으로 산화물 반도체층(도 6h의 220)으로 침투하게 된다.
따라서 이러한 현상을 억제시키고자, 도 6c에 도시한 바와같이, 상기 제 1 게이트 절연막(218a)이 형성된 상기 제 1 기판(210)을 스퍼터 장치의 챔버(295)로 위치시킨 후, 스퍼터링을 진행함으로서 상기 제 1 게이트 절연막(218a) 위로 IGZO를 증착함으로서 상기 제 1 기판(210) 전면에 배리어층(219)을 형성한다.
이때, 상기 배리어층(219)은 부도체적 특성이 크게 나타나도록 하기 위해 타 함윰물질 대비 산소의 함량비가 월등히 크도록 즉, 인듐:갈륨:징크:산소의 함량비가 1:1:1:5 내지 1:1:1:10 정도가 되도록 형성하는 것이 특징이다.
이러한 IGZO 재질로 이루어진 상기 배리어층(219)은 추후 형성되는 제 2 게이트 절연막(도 6d의 218b)을 이루는 산화실리콘(SiO2)과 유사한 열전도성을 가지므로 산화실리콘(SiO2) 재질의 제 2 게이트 절연막(도 6d의 218b)을 형성하는 과정에서 CVD 장치의 챔버(도 6d의 293)내에서 히팅 라인과 중첩되는 부분에서의 열전도율 차이에 의해 발생되는 얼룩을 억제시키는 효과가 있다.
즉, 상기 배리어층(219) 없이 질화실리콘(SiNx)을 증착한 후 산화실리콘(SiO2)을 증착하게 되면 상기 산화실리콘(SiO2)과 질화실리콘(SiNx)의 열 전도도 차이(산화실리콘(SiO2)은 )에 의해 상기 챔버(도 6d의 293) 내의 히팅 라인(미도시)과 중첩되는 부분에서 얼룩이 발생되었다.
하지만, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 의해서는 열 전도도를 달리하는 상기 질화실리콘(SiNx) 재질의 제 1 게이트 절연막(218a)과 산화실리콘(SiO2) 재질의 제 2 게이트 절연막(도 6d의 218)이 CVD 장치의 챔버(도 6d의 293) 내부에서 연속적으로 형성되지 않고, 상기 질화실리콘(SiNx) 재질의 제 1 게이트 절연막(218a)을 형성 후, 스퍼터 장치를 통해 상기 배리어층(219)이 형성된 상태에서 상기 배리어층(219) 상부에 산화실리콘(SiO2) 재질의 제 2 게이트 절연막(도 6d의 218b)이 형성됨으로서 열 전도도 불균일에 기인하는 열 분산 차이에 의한 얼룩 발생을 억제할 수 있는 것이다.
상기 IGZO 재질의 배리어층(219)은 산소 함유량이 크므로 주위의 수소를 끌어들이려는 성향이 강하다. 따라서 상기 제 1 게이트 절연막(218a)으로부터 나온 수소는 대부부이 상기 배리어층(219)에 머물게 된다.
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 제 1 게이트 절연막(218a) 형성 후 상기 배리어층(219)을 형성하기 전에 탈수소화를 위한 열처리 공정을 더욱 진행할 수도 있다.
*180이때, 상기 탈수소화를 위한 상기 열처리 공정은 300 내지 500℃ 분위기에서 소정 시간 즉 30 내지 60분정도 진행되는 것이 특징이며, 이러한 열처리 공정에 의해 상기 제 1 게이트 절연막(218a) 내부에 함유된 수소 중 일부가 공기중으로 배출됨으로서 상기 제 1 게이트 절연막(218a) 내부의 수소 함량을 줄이는 역할을 한다.
하지만, 이러한 탈수소화를 위한 열처리 공정은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판(210) 특성상 반드시 진행할 필요는 없으며 생략할 수 있다.
다음, 도 6d에 도시한 바와같이, 상기 배리어층(219)이 형성된 상기 제 1 기판(210)을 다시 상기 CVD 장치의 챔버(293) 내부에 위치시킨 후, 반응가스로서 SiH4 및 N2O를 적정 유량비를 갖도록 투입하고 상기 챔버(293) 내부에서 플라즈마를 발현시킴으로서 상기 배리어층(219) 상부에 산화실리콘(SiO2) 재질의 제 2 게이트 절연막(218b)을 형성한다.
이러한 산화실리콘(SiO2) 재질의 제 2 게이트 절연막(218b) 또한 반응가스로서 SiH4를 이용하고 있으므로 그 내부에 수소가 존재하지만, 질화실리콘(SiNx) 재질의 제 1 게이트 절연막(218a) 대비 그 양이 매우 적으며, 이러한 제 2 게이트 절연막(218b) 내부에 위치하는 소량의 수소 또한 산소 함유량이 많은 상기 배리어층(219)으로 이동하게 됨으로서 추후 형성되는 산화물 반도체층(도 6h의 220)으로 수 수소 침투량은 종래의 유기전계 발광소자 대비 월등히 줄어들게 된다.
한편, 이러한 제 2 게이트 절연막(218b) 형성 후 상기 산화물 반도체층(도 6h의 220)을 형성하기 전에 상기 제 2 게이트 절연막(218b) 내부의 탈수소화를 위한 열처리 공정을 더욱 진행할 수도 있으며, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 특성 상 생략할 수도 있다.
다음, 도 6e에 도시한 바와같이, 상기 제 2 게이트 절연막(218b) 위로 산화물 반도체 물질 예를들면 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나를 증착하거나, 또는 도포하여 산화물 반도체 물질층(미도시)을 형성한다.
이러한 산화물 반도체 물질층(미도시)은 배리어층(219)과는 달리 반드시 스퍼터 장치를 이용할 필요없이 액상의 산화물 반도체 물질을 이용하여 도포함으로서 형성할 수도 있다.
한편, 상기 산화물 반도체 물질층(미도시)을 이루는 물질이 IGZO인 경우, 상기 IGZO로 이루어진 산화물 반도체 물질층(미도시)은 인듐:갈륨:징크:산소의 함량비가 1:1:1:1 내지 1:1:1:3 가 되도록 형성하는 것이 특징이다. 이렇게 IGZO가 산소의 함량비가 타 함유물 대비 5배 이상 커지게 되면 반도체 특성보다는 부도체적 특성이 나타나지 때문이다.
나아가 상기 산화물 반도체 물질층(미도시)이 ZTO 또는 ZIO로 이루어진 경우도, 반도체적 특성 발현을 위해 IZGO와 유사하게 산소를 제외한 함유물은 1:1의 비율이 되며, 산소는 어느 하나의 함유물 대비 3배 이하로 함유되도록 형성하는 것이 바람직하다.
이후, 전술한 바와같이 산화물 반도체 물질층(미도시)을 형성한 후, 상기 산화물 반도체 물질층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 각 구동영역(DA)내의 각 게이트 전극(215)에 대응하여 아일랜드 형태의 산화물 반도체층(220)을 이루도록 한다.
다음, 도 6f에 도시한 바와 같이, 상기 아일랜드 형태의 각 산화물 반도체층(220) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 상기 제 1 기판(210) 전면에 에치스토퍼(222)를 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 각 산화물 반도체층(220)의 양측을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(223(223a, 223b))을 형성한다.
이때, 상기 에치스토퍼(222)에 마스크 공정을 진행하여 상기 반도체층 콘택홀(220)을 형성하기 이전에 상기 에치스토퍼(222)의 탈수소화를 위해 상기 제 1 게이트 절연막(218a) 형성 후 진행한 것과 동일한 열처리 공정을 더욱 진행할 수도 있다.
다음, 상기 도 6g에 도시한 바와같이, 상기 반도체층 콘택홀(223)이 구비된 에치스토퍼(222) 위로 저저항 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 단일층 또는 이중층 이상 다중층 구조를 갖는 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 2 금속층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 에치스토퍼(222) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 각 구동영역(DA)에 서로 이격하는 소스 전극(233) 및 드레인 전극(236)을 형성한다.
이때, 상기 소스 전극(233) 중 추후 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이루는 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되도록 형성한다.
한편, 상기 구동영역(DA)에 구비된 상기 소스 전극(233)과 드레인 전극(236)은 각각 상기 반도체층 콘택홀(223)을 통해 상기 산화물 반도체층(220)과 접촉하도록 형성한다.
상기 각 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(215)과, 제 1 게이트 절연막(218a)과, 배리어층(219)과, 제 2 게이트 절연막(118)과, 산화물 반도체층(220)과, 에치스토퍼(222)와, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(233, 236)은 스위칭 또는 구동 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
이렇게 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성한 이후의 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법(도 3e 내지 도 3o 참조)과 동일하게 진행하거나, 또는 일반적인 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하게 진행되므로 이하 그 설명을 생략한다.
전술한 바와같이 제조되는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제 1 기판(210)의 경우, 산소 함유량이 상대적으로 많은 IGZO 재질의 배리어층(219)이 구비됨으로서 이의 주위에 위치하는 절연막 일례로 제 1 및 제 2 게이트 절연막(218a, 218b) 및 에치스토퍼(222)으로부터 발생되는 수소를 끌어들여 산화물 반도체층(220)으로 침투되는 수소를 저감시키는 수소 게터의 역할을 하므로 산화물 반도체층(220)으로 침투하는 수소 량을 현저히 저감시킬 수 있다.
따라서 산화물 반도체층(220) 내부로 수소 침투에 의해 발생되는 문턱전압의 쉬프트에 의한 산포 증가에 기인하는 휘도 불균일 현상을 방지시키는 효과가 있다.
나아가 제 1 및 제 2 게이트 절연막(218a, 218b)의 열 전도도 차이에 의한 얼룩 발생을 억제시키는 효과가 있다.
한편, 산화물 반도체층으로의 수소 침투를 억제하기 위한 방법으로는 전술한 IGZO 재질의 배리어층(219)을 형성하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법 이외에 무기절연 재질의 절연층에 대해 극자외선(extreme ultraviolet)을 소정시간 조사함으로서 내부에 존재하는 수소를 탈리시키는 동시에 OH 결합을 유도하는 방법이 있다.
이하, 산화물 반도체층으로의 수소 침투 억제를 위해 극자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법을 통해 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 단계별 공정 단면도로서, 제 1 기판에 구동 및 스위칭 박막트랜지스터를 형성하는 단계를 위주로 나타낸 도면이다. 이러한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성한 이후의 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하게 진행(도 3e 내지 3o 참조)하거나, 또는 일반적인 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하게 진행되므로 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)를 형성하는 단계까지에 대해서만 설명한다.
우선, 도 7a에 도시한 바와같이, 투명한 절연재질의 제 1 기판(210) 예를들면 유리기판 또는 플렉서블한 플라스틱 기판 상에 저저항 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 단일층 또는 이중층 이상 다중층 구조를 갖는 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 구동영역(DA)에 게이트 전극(315)을 형성한다.
다음, 도 7b에 도시한 바와같이, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(315) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로서 게이트 절연막(318)을 형성한다.
이러한 게이트 절연막(318)은 도면에 있어서는 단일층 구조를 나타내고 있지만 이중층 구조 예를들면 질화실리콘(SiNx)의 제 1 게이트 절연막(미도시)과 산화실리콘(SiO2)의 제 2 게이트 절연막(미도시)으로 이루어질 수 있다.
이후, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어 가장 특징적인 것으로 상기 게이트 절연막(318)에 대해 146nm 또는 172nm의 파장대를 포함하는 100 내지 400nm의 파장대를 갖는 극자외선(EUV)을 1분 내지 10분간 조사한다.
이러한 극자외선이 전술한 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 재질의 게이트 절연막(318)에 조사되면, 상기 게이트 절연막(318) 내부에 함유된 수소는 실리콘과의 결합이 깨져 탈리되는 동시에 상기 극자외선 조사에 의해 발생되는 오존 및 산소 라디칼과 반응하여 OH결합을 이루게 됨으로서 그 함유량이 저감되는 동시에 상기 게이트 절연막(318) 자체의 내부에서 안정된 결합 상태를 이루게 된다.
나아가 상기 게이트 절연막(318)이 질화실리콘(SiNx)의 단일층을 이루거나, 또는 질화실리콘(SiNx)의 제 1 게이트 절연막(미도시)과 산화실리콘(SiO2)의 제 2 게이트 절연막(미도시)으로 이루어진 경우, 특히 상기 질화실리콘(SiNx) 재질의 게이트 절연막(218) 표면에서 상기 극자외선 조사에 의해 발생되는 오존 및 산소 라디칼을 상기 질화실리콘(SiNx) 재질의 게이트 절연막(318) 표면에 결합시킴으로서 상기 게이트 절연막(318) 내부로의 산소를 보충함과 동시에 그 표면에서의 거칠기를 개선시키게 된다.
이를 통해 질화실리콘(SiNx) 재질의 게이트 절연막(218)의 계면 특성이 향상됨으로서 이와 접촉하는 물질층(산화물 반도체층 또는 산화실리콘(SiO2) 재질의 제 2 게이트 절연막(미도시))과의 접합력을 강화시키고, 최종적으로 상기 게이트 절연막(318)을 포함하는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 문턱전압 산포 특성을 개선시키게 되므로 상기 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과를 갖는다.
이렇게 무기절연물질로 이루어진 게이트 절연막(318)에 대해 극자외선을 조사하는 경우, 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에서 선택적으로 진행하는 탈수소화를 위한 열 처리 공정은 진행할 필요가 없다.
그리고 이렇게 극자외선을 무기절연물질로 이루어진 절연막에 조사하는 방법은 탈수소화를 위한 열처리 공정 대비 수소 탈리에 있어서 더욱 효과적이며, 나아가 그 공정 시간이 단축됨으로서 유기전계 발광소자의 단위 시간당 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
즉, 탈수소화를 통한 열처리 공정의 경우 통상 300 내지 500℃의 온도 분위기에서 30분 내지 60분 정도 진행하지만, 본 발명의 제 3 실시예에 특징적인 공정인 극자외선 조사는 상온(통상 20 내지 25℃)의 분위기 1분 내지 10분간 진행되므로 유기전계 발광소자의 단위 시간당 생산성에 있어서 더욱 유리하다 할 것이다.
다음, 도 7c에 도시한 바와같이, 상기 게이트 절연막(318) 위로 산화물 반도체 물질 예를들면 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide) 중 어느 하나를 증착하거나, 또는 도포하여 산화물 반도체 물질층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 각 구동영역(DA)내의 각 게이트 전극(315)에 대응하여 아일랜드 형태의 산화물 반도체층(320)을 이루도록 한다.
다음, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 아일랜드 형태의 각 산화물 반도체층(320) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 상기 제 1 기판(310) 전면에 에치스토퍼(322)를 형성한다.
이후, 상기 에치스토퍼(322)에 대해 146nm 또는 172nm의 파장대를 포함하는 100 내지 400nm의 파장대를 갖는 극자외선(EUV)을 1 내지 10분간 조사함으로서 상기 에치스토퍼(322) 내부에 함유된 수소를 탈리하는 동시에 OH 결합을 유도함으로서 상기 에치스토퍼(322) 내부에서 수소 함유량을 저감시키는 동시에 상기 에치스토퍼(322) 자체의 내부에서 안정된 결합 상태를 이루도록 한다.
이러한 극자외선 조사에 의해 상기 에치스토퍼(322) 또한 계면 특성이 향상됨으로서 이의 상부에 형성되는 소스 및 드레인 전극(도 7f의 333, 336)과의 접합력이 향상된다.
다음, 도 7e에 도시한 바와 같이, 상기 극자외선 조사가 완료된 상기 에치스토퍼(322)에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 각 산화물 반도체층(320)의 양측을 각각 노출시키는 반도체층 콘택홀(323(323a, 323b))을 형성한다.
이러한 극자외선 조사 공정 진행에 의해 상기 에치스토퍼(322)에 대해서도 탈수소화를 위한 열처리 공정은 불필요한 공정이 되므로 생략된다.
한편, 도면에 있어서는 상기 에치스토퍼(322)에 대해서는 상기 반도체층 콘택홀(323)을 형성하기 이전에 상기 극자외선 조사 공정이 진행됨을 일례로 보이고 있지만, 상기 극자외선 조사는 상기 에치스토퍼(322)에 대해 마스크 공정을 우선 진행하여 상기 반도체층 콘택홀(323)을 형성한 이후 진행할 수도 있다.
이렇게 상기 반도체층 콘택홀(323)을 우선 형성 후, 상기 극자외선 조사 공정을 진행하면 상기 반도체층 콘택홀(323) 형성 시 마스크 공정 진행에 의해 상기 에치스토퍼(322) 상에 포토레지스트 패턴(미도시)이 형성되고 이를 스트립(strip)하여 제거하는 과정에서 소정의 포토레지스트 잔유물이 남아 있을 수 있으며, 이러한 포토레지스트 잔유물까지 상기 극자외선에 의해 연소(burn out)되어 완전히 제거됨으로서 상기 에치스토퍼(322)의 표면 클리닝 효과로 인해 더욱더 이와 접촉하는 소스 및 드레인 전극(도 7f의 333, 336)과의 접합력을 향상시키는 효과를 갖는다.
다음, 상기 도 7f에 도시한 바와같이, 상기 반도체층 콘택홀(323)이 구비된 에치스토퍼(322) 위로 저저항 금속물질 예를들면 구리(Cu), 구리 합금(AlNd), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 선택된 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 단일층 또는 이중층 이상 다중층 구조를 갖는 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 2 금속층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 에치스토퍼(322) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 각 구동영역(DA)에 서로 이격하는 소스 전극(333) 및 드레인 전극(336)을 형성한다.
이때, 상기 소스 전극(333) 중 추후 스위칭 박막트랜지스터(미도시)를 이루는 소스 전극(미도시)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되도록 형성한다.
한편, 상기 구동영역(DA)에 구비된 상기 소스 전극(333)과 드레인 전극(336)은 각각 상기 반도체층 콘택홀(323)을 통해 상기 산화물 반도체층(320)과 접촉하도록 형성한다.
상기 각 구동영역(DA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(315)과, 게이트 절연막과, 산화물 반도체층(320)과, 에치스토퍼(322)와, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(333, 336)은 스위칭 또는 구동 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
이후 공정은 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하게 진행하거나, 또는 일반적인 유기전계 발광소자의 제조 방법과 동일하게 진행되므로 생략한다.
전술한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 의해 제조되는 유기전계 발광소자는 무기절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(318)과 에치스토퍼(322)가 극자외선 조사에 의해 내부의 수소가 실리콘과의 결합이 깨져 탈리되며, 탈리된 수소는 극자외선 조사에 의해 발생된 오존 또는 산소 라디칼과 반응하여 OH결합을 하게 됨으로서 그 자체 내부의 수소량을 저감시킴으로서 산화물 반도체층(320)으로의 수소 침투를 효과적으로 방지하는 동시에 표면 거칠기를 개선시킴으로서 최종적으로 구동 및 스위칭 소자의 문턱전압 산포 특성 향상 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
나아가 게이트 절연막(318) 및 에치스토퍼(322)의 표면 개질 및 클리닝 효과에 의해 이와 접촉하는 물질층과의 접합력을 향상시키는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에 있어 가장 특징적인 구성인 극자외선 조사 공정은 전술한 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조 방법에만 제한되지 않고, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조에 있어서도 적용될 수 있음은 자명하며, 이 경우 무기절연물질로 이루어진 각 게이트 절연막과 에치스토퍼에 있어서 탈수소화를 위한 열처리 공정은 생략된다.
본 발명은 전술한 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 유기전계 발광소자
110 : 제 1 기판
115 : 게이트 전극
118 : 게이트 절연막
120 : 산화물 반도체층
122 : 에치스토퍼
123 : 반도체층 콘택홀
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
140 : 제 1 보호층
143 : 제 1 차광패턴
145 : 컬러필터층
145a : 적색 컬러필터 패턴
146 : 제 2 차광패턴
146a, 146b : 적색 및 녹색 더미 컬러필터 패턴
150 : 오버코트층
153 : 제 2 보호층
154 : 드레인 콘택홀
157 : 제 1 전극
160 : 뱅크
163 : 유기 발광층
167 : 제 2 전극
170 : 제 2 기판
DA : 구동영역
DTr : (구동)박막트랜지스터
E : 유기전계 발광 다이오드
gch : 게이트 콘택홀
LA : 발광영역
P : 화소영역
110 : 제 1 기판
115 : 게이트 전극
118 : 게이트 절연막
120 : 산화물 반도체층
122 : 에치스토퍼
123 : 반도체층 콘택홀
133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극
140 : 제 1 보호층
143 : 제 1 차광패턴
145 : 컬러필터층
145a : 적색 컬러필터 패턴
146 : 제 2 차광패턴
146a, 146b : 적색 및 녹색 더미 컬러필터 패턴
150 : 오버코트층
153 : 제 2 보호층
154 : 드레인 콘택홀
157 : 제 1 전극
160 : 뱅크
163 : 유기 발광층
167 : 제 2 전극
170 : 제 2 기판
DA : 구동영역
DTr : (구동)박막트랜지스터
E : 유기전계 발광 다이오드
gch : 게이트 콘택홀
LA : 발광영역
P : 화소영역
Claims (6)
- 발광영역과 구동영역이 구비된 화소영역 정의된 기판 상의 상기 구동영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 위로 상기 기판 전면에 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 단일층 또는 서로 다른 물질로 이루어진 이중층 구조의 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
상기 게이트 절연막에 대해 100 내지 400nm의 파장대 중 어느 하나의 파장대를 갖는 극자외선을 조사하는 단계와;
상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 산화물 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 산화물 반도체층 위로 상기 산화물 반도체층을 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 에치스토퍼를 형성하는 단계와;
상기 에치스토퍼에 대해 100 내지 400nm의 파장대 중 어느 하나의 파장대를 갖는 극자외선을 조사하는 단계와;
상기 에치스토퍼 상부로 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 보호층 위로 상기 게이트 전극과 연결되는 제 1 차광패턴을 형성하는 단계와;
상기 제 1 보호층 위로 상기 각 화소영역에 컬러필터층을 형성하고, 동시에 상기 제 1 차광패턴 위로 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 대응하여 상기 컬러필터층을 이루는 동일한 물질로 이루어진 제 2 차광패턴을 형성하는 단계와;
상기 컬러필터층 위로 각 화소영역 별로 상기 드레인 전극과 연결된 제 1 전극을 형성하는 단계와;
상기 제 1 전극 위로 유기 발광층을 형성하는 단계와;
상기 유기 발광층 위로 제 2 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에치스토퍼에 대해 극자외선을 조사하는 단계는,
상기 에치스토퍼에 상기 반도체층 콘택홀을 형성하기 전 또는 형성한 후에 진행되는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 극자외선의 조사는 1분 내지 10분간 진행하는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 극자외선 조사에 의해 상기 게이트 절연막 및 에치스토퍼 각각의 그 내부에서는 실리콘과 결합된 수소가 탈리되며, 상기 극자외선 조사에 의해 생성되는 오존 또는 산소 라디칼과 반응하여 OH 결합이 이루어지는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
- 삭제
- 발광영역과 구동영역이 구비된 화소영역 정의된 기판 상의 상기 구동영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트 전극 위로 상기 기판 전면에 무기절연물질인 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 단일층 또는 서로 다른 물질로 이루어진 이중층 구조의 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
상기 게이트 절연막에 대해 146nm 파장대 또는 172nm 파장대를 갖는 극자외선을 조사하는 단계와;
상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 산화물 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 산화물 반도체층 위로 상기 산화물 반도체층을 노출시키는 반도체층 콘택홀을 갖는 에치스토퍼를 형성하는 단계와;
상기 에치스토퍼에 대해 146nm 파장대 또는 172nm 파장대 중 어느 하나의 파장대를 갖는 극자외선을 조사하는 단계와;
상기 에치스토퍼 상부로 서로 이격하며 상기 반도체층 콘택홀을 통해 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 극자외선 조사에 의해 상기 게이트 절연막 및 상기 에치스토퍼 각각의 그 내부에서는 실리콘과 결합된 수소가 탈리되며, 상기 극자외선 조사에 의해 생성되는 오존 또는 산소 라디칼과 반응하여 OH 결합이 이루어지는 것이 특징인 유기전계 발광소자의 제조 방법.
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| KR1020190146022A KR102092550B1 (ko) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 |
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| KR1020190146022A KR102092550B1 (ko) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 유기전계 발광소자 및 이의 제조 방법 |
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