KR102207941B1

KR102207941B1 - 어레이기판

Info

Publication number: KR102207941B1
Application number: KR1020130150068A
Authority: KR
Inventors: 서정석; 오새룬터; 백주혁
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2021-01-26
Also published as: KR20150065220A

Abstract

본 발명은 차광패턴을 포함하는 어레이기판에 관한 것으로, 특히 차광패턴에 의해 박막트랜지스터의 특성 저하 없는 어레이기판에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 하부발광 방식 OLED에 있어서 박막트랜지스터가 구비되는 소자영역에 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 형성하는 것이다.
이를 통해, 어레이기판의 외측으로부터 외부광이 박막트랜지스터의 산화물 반도체층으로 흡수되는 것을 차단할 수 있어, 외부광에 의해 박막트랜지스터의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 다수의 얇은 구리층을 형성한 후 각 구리층의 표면에 열처리를 진행하여 형성함으로써, 산화구리(CuOx)와 동일한 특성을 가지나 형성과정이 매우 손쉬운 차광패턴을 형성할 수 있다.

Description

어레이기판{Array substrate}

본 발명은 차광패턴을 포함하는 어레이기판에 관한 것으로, 특히 차광패턴에 의해 박막트랜지스터의 특성 저하 없는 어레이기판에 관한 것이다.

근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.

이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광소자(organic light emitting diodes : OLED) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.

위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기발광소자(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.

그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.

특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.

한편, 이러한 OLED는 발광된 빛의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 최근에는 상부 발광방식에 비해 안성성 및 공정의 자유도가 높은 하부 발광방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 1은 일반적인 하부발광 방식 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, OLED(10)는 제 1 기판(1)과, 제 1 기판(1)과 마주하는 제 2 기판(2)으로 구성되며, 제 1 및 제 2 기판(1, 2)은 접착성을 갖는 보호층(3)을 통해 서로 이격되어 합착된다.

이를 좀더 자세히 살펴보면, 제 1 기판(1)의 상부에는 각 화소영역(P) 별로 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되어 있고, 각각의 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결되는 제 1 전극(11)과 제 1 전극(11)의 상부에 특정한 색의 빛을 발광하는 유기발광층(13)과, 유기발광층(13)의 상부에는 제 2 전극(15)이 구성된다.

유기발광층(13)은 적, 녹, 청의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소마다 적, 녹, 청색을 발광하는 별도의 유기물질(13a, 13b, 13c)을 패턴하여 사용한다.

이들 제 1 및 제 2 전극(11, 15)과 그 사이에 형성된 유기발광층(13)은 발광다이오드를 이루게 된다. 이때, 이러한 구조를 갖는 OLED(10)는 제 1 전극(11)을 양극(anode)으로 제 2 전극(15)을 음극(cathode)으로 구성하게 된다.

이때, 제 1 전극(11)은 투명한 도전성물질로 이루어지며, 제 2 전극(15)은 불투명한 도전성물질로 이루어 질 수 있다. 이에 따라, 유기발광층(13)에서 발광된 빛은 제 1 전극(11) 방향으로 방출되게 된다.

그리고, 이러한 OLED(10)는 외부광의 세기에 따라 콘트라스트가 크게 감소하는 단점이 있다. 따라서, 외부광에 의한 콘트라스트의 저하를 방지하기 위하여 외부광 차단용 편광판(20)을 제 1 기판(1)의 외면에 부착하는 것이 일반적이다.

그러나, 외부광 차단용 편광판(20)은 OLED(10) 내부로 입사된 외부광이 외부로 나오지 못하고 소멸 간섭되도록 하는 역할을 할 뿐, 외부광 자체가 OLED(10) 내부로 입사되는 것을 방지하지는 못하게 된다.

특히, 하부발광 방식 OLED(10)는 구동 박막트랜지스터(DTr)가 구비되는 제 1 기판(1)의 외측으로 외부광이 OLED(10) 내부로 입사되는 것을 방지하기 위한 어떠한 구성도 존재하지 않는다.

이와 같이 외부광이 OLED(10) 내부로 입사될 경우, 특히 제 1 기판(1)의 외측으로부터 외부광이 입사될 경우, 입사된 외부광은 구동 박막트랜지스터(DTr)의 반도체층으로 흡수되어 구동 박막트랜지스터(DTr)의 특성을 저하시키게 되는 문제점을 야기하게 된다.

특히, 최근에는 비정질 실리콘의 반도체층 대비 캐리어의 이동도 특성이 수배 내지 수십배 더 큰 산화물 반도체층을 구비한 박막트랜지스터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 산화물 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터의 경우 산화물 반도체층이 빛에 매우 민감하게 반응하게 됨으로써, 위와 같은 문제점이 더욱 심화되게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박막트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 하부발광 방식 OLED를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 소자영역을 포함하는 다수의 화소영역이 정의된 기판 상에 형성된 제 1 버퍼층과; 상기 각 소자영역의 상기 제 1 버퍼층 상부에 구비되며, 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴과; 상기 차광패턴 상부로 형성되는 제 2 버퍼층과; 상기 제 2 버퍼층 상부로, 상기 차광패턴에 대응하여 상기 소자영역에 형성되는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판을 제공한다.

이때, 상기 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질은 표면이 각각 열처리된 다수의 구리층으로 이루어지며, 상기 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질은 최상단의 구리층을 제외하고 표면이 각각 열처리된 다수의 구리층으로 이루어지며, 최상단에 위치하는 구리층의 상부에는 산화실리콘(SiO2)층이 형성된다.

그리고, 상기 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질은 최하위에 산화티타늄(TiOx), 산화탄탈늄(TaOx), 질화실리콘(SiNx) 중 선택된 하나로 이루어지는 저반사막을 포함하며, 상기 박막트랜지스터는 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층 상부로 순차 적층된 게이트절연막 및 게이트전극과, 상기 게이트전극 상부로 형성되며, 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극을 포함한다.

또한, 상기 박막트랜지스터 상부로는, 상기 드레인전극과 연결되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부로 형성되는 유기발광층과, 상기 유기발광층 상부로 형성되는 제 2 전극으로 이루어지는 발광다이오드가 위치하며, 상기 유기발광층으로부터 발산된 빛은 상기 제 1 전극 방향으로 방출된다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 하부발광 방식 OLED에 있어서 박막트랜지스터가 형성되는 소자영역에 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 형성함으로써, 이를 통해, 어레이기판의 외측으로부터 외부광이 박막트랜지스터의 산화물 반도체층으로 흡수되는 것을 차단할 수 있어, 외부광에 의해 박막트랜지스터의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

특히, 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 다수의 얇은 구리층을 형성한 후 각 구리층의 표면에 열처리를 진행하여 형성함으로써, 산화구리(CuOx)와 동일한 특성을 가지나 형성과정이 매우 손쉬운 차광패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 하부발광 방식 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부발광 방식 OLED를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3a는 차광패턴이 구비되지 않은 어레이기판에 구비되는 박막트랜지스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프.
도 3b는 금속재질의 차광패턴을 포함하는 어레이기판에 구비되는 박막트랜지스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 포함하는 어레이기판에 구비되는 박막트랜지스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 포함하는 박막트랜지스터의 전도대에너지를 측정한 실험데이터와, 이의 비교데이터.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 차광패턴이 형성된 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따라 구리층에 열처리를 진행하여 형성된 차광패턴의 반사율 및 투과율을 측정한 실험데이터와, 이의 비교데이터.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차광패턴이 형성된 또 다른 모습을 개략적으로 도시한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부발광 방식 OLED를 개략적으로 도시한 단면도이다.

여기서, 설명의 편의를 위하여 화소영역(P) 내의 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성되는 영역을 소자영역(T)이라 정의하도록 하겠다.

도시한 바와 같이, OLED(100)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)와 발광다이오드(E)가 형성된 어레이기판(101)과, 인캡슐레이션을 위한 인캡기판(140)으로 구성된다.

이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 어레이기판(101) 상의 화소영역(P) 내에는 스위칭 또는 구동소자로서 산화물 반도체층(103)이 구비된 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 구비된다.

그리고, 도면에 도시하지는 않았지만 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 구비되는 각 화소영역(P)을 정의하며 서로 교차하는 게이트배선 및 데이터배선이 구비되고 있다.

이러한 어레이기판(101)의 전면에는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지는 제 1 버퍼층(102a)이 형성되어 있으며, 소자영역(T)에는 빛을 흡수 또는 반사시키는 역할을 하는 차광패턴(200)이 구비되고 있다.

이때, 차광패턴(200)은 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질은 높은 반사율을 가지면서도 열화에 대해 특성이 강해 광신뢰성에 유리한 특성을 갖는다.

이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

차광패턴(200) 상부로 어레이기판(101) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지는 제 2 버퍼층(102b)이 형성된다.

소자영역(T)의 제 2 버퍼층(102b) 상부로는 산화물 반도체층(103)이 형성되는데, 산화물 반도체층(103)은 예를 들어, 비정질구조를 가진 Zinc oxide, Tin oxide, Ga-In-Zn oxide, In-Sn oxide 및 이들 물질에 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 탄탈늄(Ta), 몰리브덴(Mo), 불화수소(Hf) 또는 티타늄(Ti)를 도핑한 물질로 이루어지는 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.

이러한 산화물 반도체층(103)은 비정질실리콘의 전계 효과 이동도와 비교하여, 전계 이동도가 20배 이상 향상될 수 있으며, 산화물 반도체층(103)은 낮은 온도에서 성막하여도 높은 이동도를 얻을 수 있어, 신뢰성 또한 우수하다.

따라서, 산화물 반도체층(103)을 포함하는 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 비정질실리콘을 이용하여 제작된 박막트랜지스터에 비하여 전계 효과 이동도가 수 배 내지 수백 배 크다.

이러한 산화물 반도체층(103)은 크게 두개의 영역으로 나뉘어 질 수 있는데, 즉, 채널이 형성되는 액티브영역(103a)과 액티브영역(103a)의 양측으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)으로 구성된다.

그리고, 산화물 반도체층(103) 상부로 더욱 정확하게는 액티브영역(103a) 상부로 순차적으로 적층되며 동일한 평면 형태를 가지는 게이트절연막(105)과 게이트전극(107)이 형성된다.

여기서, 게이트절연막(105)은 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)이 될 수 있으며, 게이트전극(107)은 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo) 및 몰리브덴 합금(MoTi) 중 어느 하나로 단일층 또는 다중층 구조로 이루어진다.

이러한 산화물 반도체층(103)을 포함하는 박막트랜지스터(DTr, 미도시)는 산화물 반도체층(103)의 채널이 형성되는 액티브영역(103a)이 차광패턴(200)과 완전히 중첩하도록 구성함으로써, 액티브영역(103a)의 하부는 차광패턴(200)에 의해 빛의 입사가 완전히 차단되며, 그 상부는 게이트전극(107)에 의해 빛의 입사가 차단되게 된다.

게이트전극(107) 상부로 어레이기판(101)의 전면에는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 제 1 층간절연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)에는 액티브영역(103a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)이 구비된다.

그리고, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(111a, 111b)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(113, 115)이 형성되어 있다.

그리고, 소스 및 드레인전극(113, 115)과 두 전극(113, 115) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(115)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.

여기서, 제 2 층간절연막(109b)은 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지거나, 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어진다.

이때, 소스 및 드레인 전극(113, 115)과 이들 전극(113, 115)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 포함하는 산화물 반도체층(103)과 산화물 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.

한편, 도면에 나타나지 않았지만, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.

또한, 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(115)과 연결되며, 제 2 층간절연막(109b) 상부의 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(121)이 형성되어 있는데, 제 1 전극(121)은 예를 들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 이루어져, 발광다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로써 작용한다.

이러한 제 1 전극(121)은 각 화소영역(P) 별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(121) 사이에는 뱅크(bank : 127)가 위치한다.

즉, 뱅크(127)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(121)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되어 있다.

그리고 제 1 전극(121)의 상부에 유기발광층(123)이 형성되어 있다.

여기서, 유기발광층(123)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입막(hole injection layer), 정공수송막(hole transport layer), 발광막(emitting material layer), 전자수송막(electron transport layer) 및 전자주입막(electron injection layer)의 다중막으로 구성될 수도 있다.

이러한 유기발광층(123)은 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소영역(P) 마다 적(R), 녹(G), 청(B)색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.

그리고, 유기발광층(123)의 상부로는 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(125)이 형성되어 있다.

이때, 제 2 전극(125)은 불투명한 도전성물질로 이루어질 수 있는데, 일함수 값이 비교적 낮은 금속물질인 예를 들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 알루미늄 마그네슘 합금(AlMg) 중에서 선택된 하나의 물질로 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 유기발광층(123)에서 발광된 빛은 투명한 제 1 전극(121) 방향으로 방출되는 하부 발광방식으로 구동된다.

이러한 OLED(100)는 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(121)과 제 2 전극(125)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(121)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(125)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(123)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.

이때, 발광된 빛은 투명한 제 1 전극(121)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.

그리고, 이러한 발광다이오드(E) 상부에는 인캡기판(140)이 구비되며, 어레이기판(101)과 인캡기판(140)은 접착특성을 갖는 접착층(130)을 통해 서로 이격되어 합착된다.

이를 통해, OLED(100)는 인캡슐레이션(encapsulation)된다.

이때, 접착층(130)은 외부 습기가 발광다이오드(E) 내부로 침투되는 것을 방지하여 어레이기판(101) 상에 형성된 구동 박막트랜지스터(DTr)와 발광다이오드(E)를 보호하는 막으로, 발광다이오드(E)를 에워싸며 어레이기판(101) 상에 형성된다.

한편, 어레이기판(101)은 유리, 플라스틱 재질, 스테인리스 스틸(stainless steel) 등을 재료로 하여 형성할 수 있으며, 인캡기판(140)은 유리로 이루어질 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 빛이 투과되는 어레이기판(101)의 외측으로 외부광에 의한 콘트라스트의 저하를 방지하기 위하여 편광판(150)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

즉, OLED(100)는 유기발광층(123)을 통해 발광된 빛의 투과방향에 외부로부터 입사되는 외부광을 차단하는 편광판(150)을 형성함으로써, 콘트라스트를 향상시키게 된다.

편광판(150)은 외부광을 차단하기 위한 원편광판으로, 어레이기판(101)의 외면에 부착된 위상차판과 선편광판으로 구성된다.

따라서, OLED(100)가 외부광의 세기에 따라 콘트라스트가 크게 감소할 수 있는데, 본 발명은 편광판(150)에 의해 외부로부터 입사되는 외부광의 반사를 최소화함으로써, 콘트라스트의 저하를 방지하고 향상시키게 된다.

한편, 본 발명의 OLED(100)는 구동 및 스위칭 박막트랜지스터(DTr, 미도시)가 형성되는 소자영역(T)에 대응하여 차광패턴(200)을 형성함으로써, 어레이기판(101)의 외측으로부터 외부광이 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 산화물 반도체층(103)으로 흡수되는 것을 차단할 수 있어, 외부광에 의해 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명의 차광패턴(200)은 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 형성함에 따라, 차광패턴(200)에 의해 박막트랜지스터(DTr, 미도시)의 특성이나 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이에 대해 이하 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

도 3a는 차광패턴이 구비되지 않은 어레이기판에 구비되는 박막트랜지스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이며, 도 3b는 금속재질의 차광패턴을 포함하는 어레이기판에 구비되는 박막트랜지스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.

그리고, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 포함하는 어레이기판에 구비되는 박막트랜지스터의 전압-전류 특성을 나타낸 그래프이다.

이때, 도면에 있어서 No LS라 표기된 것은 차광패턴이 없는 상태에서의 전류 곡선을 나타내며, metal LS라 표기된 것은 금속재질의 차광패턴에 따른 전류 곡선을 나타낸다. 그리고, 반도체 LS라 표기된 것은 본 발명의 실시예에 따른 전류 곡선을 나타낸다.

먼저 도 3a를 참조하면, 차광패턴이 존재하지 않는 경우, 드레인전압(VdS)이 0.1V와 10V일 때의 문턱전압이 동일하여, 그래프 상에서도 드레인전압(Vds)의 전류 곡선이 일치함을 확인할 수 있다.

이에 반해, 도 3b를 참조하면, 금속재질의 차광패턴이 구비될 경우, 차광패턴으로 대전되는 전하량 차이로 인해 10V일때의 밴드에너지가 감소하게 된다. 이를 통해, 박막트랜지스터의 구동을 위한 문턱전압이 변화되게 된다.

즉, 차광패턴이 존재하지 않을 경우에는 박막트랜지스터의 구동을 위한 문턱전압이 변화되는 문제점이 발생하지 않으나, 금속재질로 차광패턴을 형성할 경우에는 차광패턴이 소스 또는 드레인전극과 연결되어 차광패턴이 그라운드화 되어 대전되는 전하가 없거나 또는 일정하게 유지됨으로서 차광패턴에 대전되는 전하량 차이로 인해 박막트랜지스터의 구동을 위한 문턱전압이 변화되는 것이다.

따라서, 이에 기인하여 드레인전압(VdS)이 바이어스 되어 전류 곡선 자체의 이격이 발생되는 DIBL(Drain Induced Barrier Lower)현상이 나타나는 것을 알 수 있다.

DIBL현상은 드레인전극(또는 소스전극)과 웰(Well)간 정상 동작을 위한 역 바이어스 상황에서 드레인의 공핍영역이 채널영역으로 확장됨에 따라 전위장벽이 하향되는 현상을 의미한다.

DIBL현상은 반도체 장치의 문턱전압을 변동시켜 박막트랜지스터의 동작특성을 열화시키는 문제점을 유발하게 된다.

이는, 박막트랜지스터의 특성이 저하되는 동시에 신뢰성이 저감됨을 알 수 있다.

이에 반해 도 3c를 참조하면, 차광패턴(도 2의 200)을 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 형성할 경우에도 드레인전압(VdS)이 0.1V와 10V일 때의 문턱전압이 동일하여, 그래프 상에서도 드레인전압(Vds)의 전류 곡선이 일치함을 확인할 수 있다.

이는, 차광패턴(도 2의 200)으로 대전되는 전하가 없으므로, 차광패턴(도 2의 200)에 대전되는 전하량 차이로 인해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 구동을 위한 문턱전압이 변화되는 것을 원천적으로 방지할 수 있어 드레인전압(Vds)이 바이어스 되어 전류 곡선 자체가 이격되는 현상 또한 원천적으로 억제됨으로서 전류치가 특정 범위의 전압 내에서 이원화되지 않고 일관되게 지수 함수적으로 변화됨을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 어레이기판(도 2의 101)에 구비되는 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)는 차광패턴(도 2의 200)을 포함하여, 어레이기판(도 2의 101)의 외측으로부터 외부광이 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 산화물 반도체층(도 2의 103)으로 흡수되는 것을 차단할 수 있어, 외부광에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에 차광패턴(도 2의 200)에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성이 저하되거나, 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴을 포함하는 박막트랜지스터의 전도대에너지를 측정한 실험데이터와, 이의 비교데이터이다.

도 4를 참조하면, 금속재질의 차광패턴을 포함하는 박막트랜지스터의 경우 채널영역에서의 밴드에너지가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 DIBL(Drain Induced Barrier Lower)현상이 나타나는 것을 알 수 있다.

이에 반해, 차광패턴이 없는 경우와 본 발명의 실시예에 따라 차광패턴(도 2의 200)을 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 형성할 경우에는 채널영역에서의 밴드에너지의 감소가 발생하지 않아, DIBL(Drain Induced Barrier Lower)현상이 나타나지 않게 된다.

아래 표(1)은 차광패턴이 구비되지 않았을 경우와 본 발명의 실시예에 따라 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 차광패턴(도 2의 200)을 형성하였을 경우의 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 소자 특성을 비교한 실험데이터이다.

	No LS	반도체 LS
박막트랜지스터의 이동도(u_avg)(cm²/VS)	11.7	9.2
박막트랜지스터의 문턱전압 이하에서의 기울기(SS_avg)(V/decade)	0.14	0.15
박막트랜지스터의 평균 문턱전압(Vth_avg)	0.5 (Max:1.77, Min:0.27)	0.7 (Max:0.8, Min:0.5)

위의 표(1)을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴(도 2의 200)을 포함하는 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)는 차광패턴이 존재하지 않는 경우와 비교하여 볼 때, 박막트랜지스터의 특성에 큰 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.

이는 곧, 본 발명의 실시예에 따른 어레이기판(도 2의 101)에 구비되는 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)는 차광패턴(도 2의 200)을 포함하여, 외부광에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에 차광패턴(도 2의 200)에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성이 저하되거나, 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있음을 의미한다.

특히, 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질을 통해 차광패턴(도 2의 200)을 형성함으로써, 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 평균 문턱전압의 변동폭(Min ~ Max)이 좁아져 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 산포 특성이 더욱 향상되게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하부발광 방식 OLED(도 2의 100)는 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)가 구비되는 소자영역(도 2의 T)에 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴(도 2의 200)을 형성함으로써, 어레이기판(도 2의 101)의 외측으로부터 외부광이 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 산화물 반도체층(도 2의 103)으로 흡수되는 것을 차단할 수 있어, 외부광에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 차광패턴(도 2의 200)에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성이 저하되거나, 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 차광패턴(도 2의 200)은 Cu층을 증착한 후, Cu층에 열처리를 진행하여 형성하는 것을 특징으로 한다. 이에 대해 도 5를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 차광패턴이 형성된 모습을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따라 구리층에 열처리를 진행하여 형성된 차광패턴의 반사율 및 투과율을 측정한 실험데이터와, 이의 비교데이터이다.

본 발명의 실시예에 따른 차광패턴(200)은 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어질 수 있는데, 이는 산화구리(CuOx)를 포함하거나, 다수의 구리층(220a, 220b, 220c)에 열처리를 진행함으로써 형성할 수 있다.

이때, 산화구리(CuOx)는 빛의 차단을 위한 흑색 구현이 가능하여 광차단용으로 적합하지만 형성과정이 매우 어려운 특성을 갖고 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 차광패턴(200)은 도시한 바와 같이 최하부에 저반사막(210)을 형성하고, 이의 상부로 다수의 구리층(220a, 220b, 220c)을 형성한 후 각 구리층(220a, 220b, 220c)의 표면에 열처리를 진행함으로써 차광패턴(200)을 형성하는 것이 바람직하다.

일예로 차광패턴(200)의 두께가 1500Å일 경우, 제 1 버퍼층(102a) 상에 500Å의 제 1 구리층(220a)을 형성한 후, 제 1 구리층(220a)의 표면을 열처리한 후, 제 1 구리층(220a)의 상부로 500Å의 제 2 구리층(220b)을 형성한다.

그리고, 제 2 구리층(220b)의 표면을 열처리 한 후, 제 2 구리층(220b)의 상부로 500Å의 제 3 구리층(220c)을 형성하고, 제 3 구리층(220c)의 표면을 열처리함으로써, 1500Å의 본 발명의 실시예에 따른 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴(200)을 형성하게 된다.

이와 같이 형성된 차광패턴(200)은 산화구리(CuOx)로 이루어지는 경우와 동일한 특성을 갖게 된다.

이는 도 6a ~ 6b의 실험데이터를 통해 확인할 수 있는데, 즉, 도 6a에 도시한 바와 같이 500Å의 구리층의 반사율은 산화구리(CuOx)에 비해 낮으나, 산화구리(CuOx)의 반사율과 1000Å의 구리층에 열처리를 진행할 경우 반사율은 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 6b에 도시한 바와 같이 500Å의 구리층의 투과율은 산화구리(CuOx)에 비해 높은 투과율을 가지나, 본 발명의 실시예와 같이 구리층을 형성하고 이의 구리층을 열처리를 진행할 경우 투과율은 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다.

이때, 저반사막(210)은 산화티타늄(TiOx), 산화탄탈늄(TaOx), 질화실리콘(SiNx) 중 선택된 하나로 이루어질 수 있다.

또한 본 발명의 차광패턴(200)은 도 7에 도시한 바와 같이 최 상단에 위치하는 구리층(220a, 220b, 220c)의 표면에 산화실리콘(SiO2)층(230)을 증착하여도 산화구리(CuOx)와 동일한 특성을 갖는 차광패턴(200)을 형성할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하부발광 방식 OLED(도 2의 100)는 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)가 구비되는 소자영역(도 2의 T)에 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴(200)을 형성함으로써, 어레이기판(도 2의 101)의 외측으로부터 외부광이 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 산화물 반도체층(도 2의 103)으로 흡수되는 것을 차단할 수 있어, 외부광에 의해 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)의 특성을 저하되는 문제점이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

특히, 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴(200)을 다수의 얇은 구리층(220a, 220b, 220c)을 형성한 후 각 구리층(220a, 220b, 220c)의 표면에 열처리를 진행하여 형성함으로써, 산화구리(CuOx)와 동일한 특성을 가지나 형성과정이 매우 손쉬운 차광패턴(200)을 형성할 수 있다.

한편, 지금까지의 설명에서 본 발명은 하부발광 방식 OLED(도 2의 100)를 일예로 설명하였으나, 빛의 차단을 필요로 하는 박막트랜지스터(도 2의 DTr, 미도시)를 포함하는 어레이기판(도 2의 101)에 본 발명의 실시예와 같이 구리(Cu)를 포함하는 반도체물질로 이루어지는 차광패턴(200)을 포함하는 것도 가능하다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

100 : OLED
101 : 어레이기판, 130 : 접착층, 140 : 인캡기판, 150 : 편광판
103 : 산화물 반도체층(103a : 액티브영역, 103b, 103c : 소스 및 드레인영역)
105 : 게이트절연막, 107 : 게이트전극
109a, 109b : 제 1 및 제 2 층간절연막
111a, 111b : 제 1 및 제 2 반도체층 콘택홀
113 : 소스전극, 115 : 드레인전극
117 : 드레인콘택홀
E : 발광다이오드(121 : 제 1 전극, 123 : 유기발광층, 125 : 제 2 전극)
127 : 뱅크
200 : 차광패턴
DTr : 구동 박막트랜지스터, T : 소자영역, P : 화소영역

Claims

소자영역을 포함하는 다수의 화소영역이 정의된 기판 상에 형성된 제 1 버퍼층과;
상기 각 소자영역의 상기 제 1 버퍼층 상부에 구비되며, 구리(Cu)를 포함하는 차광패턴과;
상기 차광패턴 상부로 형성되는 제 2 버퍼층과;
상기 제 2 버퍼층 상부로, 상기 차광패턴에 대응하여 상기 소자영역에 형성되는 박막트랜지스터
를 포함하며, 상기 차광패턴은 표면이 각각 열처리된 다수의 구리층으로 이루어져, 제 1 구리층과 제 2 구리층 사이로 열처리된 제 1 구리표면층이 개재되며,
상기 제 1 구리표면층은 산화구리(CuOx)로 이루어지는 어레이기판.
제 1 항에 있어서,
상기 차광패턴은 상기 제 2 구리층 상부로 제 3 구리층을 더욱 포함하며, 상기 제 2 구리층과 상기 제 3 구리층 사이로 열처리된 제 2 구리표면층이 개재되는 어레이기판.
제 2 항에 있어서,
상기 제 3 구리층의 상부에는 산화실리콘(SiO2)층이 형성되는 어레이기판.
제 2 항 및 제 3 항 중 선택된 한 항에 있어서,
상기 제 1 구리층 하부로는 산화티타늄(TiOx), 산화탄탈늄(TaOx), 질화실리콘(SiNx) 중 선택된 하나로 이루어지는 저반사막을 포함하는 어레이기판.
제 1 항에 있어서,
상기 박막트랜지스터는 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층 상부로 순차 적층된 게이트절연막 및 게이트전극과, 상기 게이트전극 상부로 형성되며, 상기 산화물 반도체층과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극을 포함하는 어레이기판.
제 5 항에 있어서,
상기 박막트랜지스터 상부로는,
상기 드레인전극과 연결되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부로 형성되는 유기발광층과, 상기 유기발광층 상부로 형성되는 제 2 전극으로 이루어지는 발광다이오드가 위치하며,
상기 유기발광층으로부터 발산된 빛은 상기 제 1 전극 방향으로 방출되는 어레이기판.
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