KR20040062095A - 유기전계 발광소자와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 특히 비정질 박막트랜지스터를 스위칭 소자와 구동소자로 사용한 유기전계 발광소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 비정질 박막트랜지스터를 이용하여 구동 소자와 스위칭 소자를 구성함에 있어, 구동소자는 다수개의 박막트랜지스터가 병렬로 연결된 구조로 구성한다.
이때, 상기 구동소자의 각 박막트랜지스터 마다 구성된 소스 전극을 전원 배선과 연결한다.
전술한 바와 같은 구성은, 상기 구동소자에 가해지는 전류 스트레스가 다수의 박막트랜지스터로 분산되기 때문에 구동소자의 열화를 줄일 수 있고, 상기 각 구동소자가 전원배선과 연결된 상태이기 때문에, 병렬로 연결된 다수의 박막트랜지스터 중 일부에 결함이 발생하더라도 이에 상관없이 구동 가능하기 때문에, 점결함 발생과 같은 불량을 방지할 수 있다.

Description

유기전계 발광소자와 그 제조방법{The organic electro-luminescence device and method for fabricating of the same}
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로 특히, 비정질 박막트랜지스터인 구동소자의 열화를 방지하기 위한 유기전계 발광소자의 구성과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유기전계 발광소자는 전자(electron) 주입전극(cathode)과 정공(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해 종래의 박막 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 유기전계 발광소자는 고품위 패널특성(저전력, 고휘도, 고반응속도, 저중량)을 나타낸다. 이러한 특성때문에 OELD는 이동통신 단말기, CNS(Car Navigation System), PDA, Camcorder, Palm PC등 대부분의 consumer전자 응용제품에 사용될수 있는 강력한 차세대 디스플레이로 여겨지고 있다.
또한 제조 공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 LCD보다 많이 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 유기전계 발광소자를 구동하는 방식은 수동 매트릭스형(passive matrix type)과 능동 매트릭스형(active matrix type)으로 나눌 수 있다.
상기 수동 매트릭스형 유기전계 발광소자는 그 구성이 단순하여 제조방법 또한 단순 하나 높은 소비전력과 표시소자의 대면적화에 어려움이 있으며, 배선의 수가 증가하면 할 수록 개구율이 저하되는 단점이 있다.
반면 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자는 높은 발광효율과 고 화질을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(10)는 투명하고 유연성이 있는 제 1 기판(12)의 상부에 박막트랜지스터(T) 어레이부(14)와, 상기 박막트랜지스터 어레이부(14)의 상부에 화소마다 독립적으로 패턴된 제 1 전극(16)과, 유기 발광층(18)과, 유기 발광층 상부의 기판의 전면에 제 2 전극(20)을 구성한다.
이때, 상기 발광층(18)은 적(R),녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 상기 각 화소(P)마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.
상기 제 1 기판(12)이 흡습제(22)가 부착된 제 2 기판(28)과 실런트(26)를 통해 합착되므로서 유기전계 발광소자(10)가 완성된다.
이때, 상기 흡습제(22)는 캡슐내부에 침투할 수 있는 수분을 제거하기 위한 것이며, 기판(28)의 일부를 식각하고 식각된 부분에 분말형태의 흡습제(22)를 놓고 테이프(25)를 부착함으로서 흡습제(22)를 고정한다.
전술한 바와 같은 유기전계 발광소자의 한 화소에 대한 구성을 이하, 도 2의 등가회로도를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자의 한 화소에 해당하는 등가회로도이다.
도시한 바와 같이, 기판(12)의 일 방향으로 게이트 배선(13)과 이와는 수직하게 교차하는 데이터 배선(15)이 구성된다.
상기 데이터 배선(15)과 게이트 배선(13)의 교차지점에는 스위칭 소자(TS)가 구성되고, 상기 스위칭 소자(TS)와 전기적으로 연결된 구동소자(TD)가 구성된다.
상기 구동소자(TD)는 유기 발광층(E)과 전기적으로 접촉하도록 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 구동소자(TD)의 게이트 전극과 드레인 전극 사이에 스토리지 캐패시터(CST)가 구성된다.
상기 발광부(E)의 일측 단자는 구동소자(TD)의 드레인 전극과 연결되고, 에는 전원배선(21)을 연결하여 구성한다.
전술한 바와 같이 구성된 유기전계 발광소자의 동작특성을 이하, 간략히 설명한다.
먼저, 상기 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(17)에 게이트 신호가 인가되면 상기 데이터 배선(15)을 흐르는 전류 신호는 상기 스위칭 소자(TS)를 통해 전압 신호로 바뀌어 구동 소자(TD)의 게이트전극(17)에 인가된다.
이와 같이 하면, 상기 구동 소자(TD)가 동작되어 상기 전원 배선(21)으로부터 상기 발광부(E)에 흐르는 전류의 레벨이 정해지며 이로 인해 유기발광층은 그레이 스케일(grey scale)을 구현할 수 있게 된다.
이때, 상기 스토리지 캐패시터(CST)에 저장된 신호는 상기 게이트 전극(20)의 신호를 유지하는 역할을 하기 때문에, 상기 스위칭 소자(TS)가 오프 상태가 되더라도 다음신호가 인가될 때까지 상기 발광부(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
상기 구동소자(TD)와 스위칭 소자(TS)는 다결정 박막트랜지스터와 비정질 박막트랜지스터로 구성할 수 있으며, 비정질 박막트랜지스터는 다결정 박막트랜지스터에 비해 간편한 공정으로 제작할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 비정질 박막트랜지스터를 구동소자와 스위칭 소자로사용한 유기전계 발광소자의 구성을 설명한다.
도 3은 비정질 박막트랜지스터를 스위칭 소자와 구동소자로 사용한 종래의 유기전계 발광소자의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(30)의 일 방향으로 데이터 배선(49)이 구성되고, 데이터 배선(49)과 수직하게 교차하는 게이트 배선(36)과, 이에 평행하게 이격된 전원배선(62)으로 구성된다.
상기 데이터 배선(49)과 게이트 배선(36) 및 전원 배선(62)이 수직하게 교차하여 정의되는 영역의 일 측에는 스위칭 소자(TS)가 구성되고, 상기 스위칭 소자(TS)와 연결되어 상기 정의된 영역을 과도하게 차지하는 구동소자(TD)가 구성된다.
상기 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)는 게이트 전극(32,34)과 소스 및 드레인 전극(48/52,50/54)을 포함하고 액티브층(56a,58a)이 비정질 실리콘으로 형성된 비정질 박막트랜지스터를 사용한다.
전술한 구성에서, 상기 구동 소자(TD)의 게이트 전극(34)은 스위칭 소자(TS)의 드레인 전극(50)과 접촉되며, 상기 구동 소자(TD)의 소스 전극(52)은 전원 배선(62)과 연결되고 드레인 전극(54)은 화소전극(즉, 유기발광부의 제 1 전극)(66)과 연결된다.
이때, 비정질 실리콘층을 구동시키기 위한 충분한 구동능력을 가지는 박막트랜지스터를 형성하기 위해서는, 상기 액티브층(58a)의 너비대 길이비(W/L)가 큰 박막트랜지스터가 필요하다.
상기 너비 대 길이비(W/L)가 크게 되면 상기 유기 발광층(E)을 구동하기 위해 필요한 전류를 충분히 구현할 수 있기 때문이다.
이하, 도 4를 참조하여, 도 3의 단면 구성을 설명한다.
도 3은 도 4의 Ⅲ-Ⅲ`,Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단한 단면도이다.
(이때,Ⅲ-Ⅲ`은 스위칭 소자의 절단선이고, Ⅳ-Ⅳ`는 구동소자의 절단선이다. )
도시한 바와 같이, 다수의 화소 영역(P)이 정의된 기판(30) 상에 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(32)과 이에 연결된 게이트 배선(도 3의 36)과, 상기 구동소자(TD)의 게이트 전극(34)이 동일한 층에 형성된다.
이때, 구동소자(TD)의 게이트 전극(34)은 화소영역(P)의 일 측을 차지하면서 일 방향으로 길게 구성된다.
상기 게이트 배선(도 3의 36)과 스위칭 및 구동소자(TS,TD)의 게이트 전극(32,34)이 형성된 기판(30)의 전면에 제 1 절연막인 게이트 절연막(38)을 형성한다.
상기 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(32)에 대응한 게이트 절연막(38)의 상부에 섬형상으로 패턴된 액티브층(56a)과 오믹 콘택층(56b)이 적층된 제 1반도체(56)층이 형성되고, 상기 구동소자(TD)의 게이트 전극(34)에 대응한 제 1 절연막(38)의 상부에도 일 방향으로 연장되고 섬형상으로 패턴된 액티브층(58a)과 오믹 콘택층(58b)이 적층된 제 2 반도체층(58)이 구성된다.
상기 스위칭 및 구동소자(TS,TD)의 오믹 콘택층(56b,58b)과 접촉하고 서로 이격된 소스 전극(48,52)과 드레인 전극(50,54)이 구성되는데, 이때 상기 스위칭 소자(TS)의 드레인 전극(50)은 상기 구동소자(TD)의 게이트 전극(34)과 접촉하도록 형성된다.
상기 스위칭 및 구동소자(TS,TD)의 소스 및 드레인 전극(48/52,50/54)이 형성된 기판(30)의 전면에 제 2 절연막인 제 1 보호막(60)이 형성되고, 제 1 보호막(60)의 상부에는 상기 구동소자(TD)의 소스 전극(52)과 접촉하는 전원배선(62)이 형성된다.
상기 전원 배선(62)이 형성된 기판(30)의 전면에는 제 3 절연막인 제 2 보호막(64)이 형성되고, 제 2 보호막(64)의 상부에는 상기 구동소자(TD)의 드레인 전극(54)과 접촉하여 화소영역에 구성되는 화소전극(66)(발광부의 제 1 전극)이 형성된다.
전술한 바와 같은 종래의 유기전계 발광소자는 앞서 설명한 바와 같이 전류를 충분히 구동하기 위해, 액티브채널층(58a)의 너비대 길이비를 크게 하기 위한 방법으로 구동소자는 화소영역의 일측을 과도하게 차지하는 크기로 형성하게 된다.
따라서, 구동소자(TD)가 화소영역(P)을 차지하는 면적이 커지게 되어 반대로 개구율이 떨어지는 문제가 있고 또한, 전류에 의한 스트레스 가중 현상으로 박막트랜지스터의 열화가 발생하여 동작특성의 변화가 심하게 된다.
특히, 구동소자에 지속적으로 DC 바이어스(bias)가 인가되기 때문에 특성의 변화가 심하게 된다.
이에 따라 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 사용하여 제작된 능동매트릭스형 유기전계 발광소자는 화소에 잔상이 남는 화질불량을 야기하게 되며, 전술한 구성에서 구동 소자가 하나로 이루어 질 경우 구동소자에 불량이 발생하게 되면 이는 점결함을 유발하는 문제가 있다.
또한, 상기 구동소자의 크기에 의해 표시영역이 잠식되기 때문에 고개구율을 실현하기 힘든 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 목적으로 제안된 것으로, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 하부 발광식이 아닌 상부 발광식으로 구성하고, 상기 구동소자를 다수개 구성하여 병렬로 연결하는 동시에 병렬로 연결된 박막트랜지스터 마다 전원 배선을 연결하여 구성한다.
이와 같은 구성은 상기 구동소자에 가해지는 전류 스트레스가 다수의 구동소자로 분산되기 때문에, 전류 스트레스를 약화 시켜 구동소자의 동작에 영향을 미치지 않는 수준이 된다.
그리고, 병렬로 연결된 박막트랜지터의 일부가 결함이 발생하더라도 이와 상관없이 구동되는 리페어 기능을 하게 된다.
또한, 상부 발광식으로 구성하기 때문에 고개구율을 구현할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 고화질의 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자를 제작할 수 있다.
도 1은 유기전계 발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 유기전계 발광소자의 한 화소를 나타내는 등가회로도이고,
도 3은 비정질 박막트랜지스터를 포함하는 종래의 유기전계 발광소자의 한 화소를 확대하여 도시한 확대 평면도이고,
도 4는 도 3의 Ⅲ-Ⅲ`,Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단한 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자에 구성된 박막트랜지스터 어레이부의 한 화소를 도시한 확대 평면도이고,
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ`을 따라 절단하여, 본 발명의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,
도 7은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ`을 따라 절단하여, 이를 참조로 구성한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상부 발광형 유기전계 발광소자를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼플레이트 구조의 유기전계 발광소자의 구성을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 101 : 게이트 배선
102 : 스위칭 소자의 게이트 전극 104 : 구동소자의 게이트 전극
108 : 스위칭 소자의 액티브층 112a,b,c,d : 구동소자의 액티브층
115 : 데이터배선 116 : 스위칭 소자의 소스 전극
118 : 스위칭 소자의 드레인 전극
120a,b,c,d : 구동소자의 소스 전극
122a,b,c,d : 구동소자의 드레인 전극
128 : 전원 배선 132 : 드레인 콘택홀
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 서로 이격 하여 구성된 제 1 기판과 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 마주보는 일면에 일 방향으로 연장된 데이터 배선과, 데이터 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선; 상기 화소영역의 일측에 위치하여 상기 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극과, 상기 데이터 배선과 연결되는 소스 전극과 이와는 소정 간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 구성된 비정질 액티브층을 포함하는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부의 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 박막트랜지스터가 다수개 병렬로 연결된 구동소자와; 상기 구동소자의 소스 전극 마다 접촉하여 일 방향으로 구성된 전원 배선과; 상기 구동소자의 드레인 전극과 접촉하면서 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극의 상부에 구성된 발광층과; 상기 발광층 상부의 기판의 전면에 구성된 제 2 전극을 포함한다.
상기 액티브층은 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성한다.
상기 이웃한 박막트랜지스터는 소스 및 드레인 전극이 일체와 되어 구성된다.
본 발명의 특징에 따른 유기전계 발광소자 제조방법은 기판 상에 다수의 화소 영역과 스위칭 영역과 구동 영역을 정의하는 단계와; 상기 기판 상에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역에 대응하여 게이트 전극과 이와 연결되어 일 방향으로 연장된 게이트 배선과, 상기 구동영역에 일 측이 하나로 연결된 다수의 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 게이트 배선이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막인 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 스위칭 영역과 구동 영역에 구성된 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 섬형상의 액티브층과 오믹 콘택층을 형성하는 단계와; 상기 적층된 다수의 액티브층과 오믹 콘택층이 형성된 기판의 전면에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 데이터 배선에서 스위칭 영역 상부의 오믹 콘택층 상부로 연장된 소스 전극과 이와는 소정간격 이격되고 상기 구동영역의 게이트 전극과 접촉하는 드레인 전극과, 상기 구동영역의 오믹 콘택층 마다 소정간격 이격하여 구성된 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판의 전면에 제 3 절연막인 제 1 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 다수의 소스 전극을 노출하는 단계와; 상기 제 1 보호막이 형성된 기판의 전면에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 노출된 소스 전극마다 접촉하면서 일방향으로 연장된 전원 배선을 형성하는 단계와; 상기 전원 배선이 형성된 기판의 전면에 제 4 절연막인 제 2 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 구동 영역의 다수의 드레인 전극의 일부를 노출하는 단계와; 상기 노출된 다수의 드레인 전극과 접촉하면서 화소영역의 전면에 구성되는 투명한 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극의 상부에 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층의 상부에 구성되고 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴된 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 전극은 상기 발광층에 전자를 주입하는 음극전극(cathode electrode)이고, 제 2 전극은 상기 발광층에 홀을 주입하는 양극 전극(anode electrode)이다.
상기 제 1 전극은 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg)을 포함하는 금속 중 선택된 하나로 형성하거나, 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)의 이중 금속층으로 형성한다.
상기 제 2 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성한다.
상기 제 1 전극과 발광층의 사이에 유기층인 전자 주입층이 더욱 구성되고, 상기 제 2 전극과 발광층 사이에 유기층인 홀 주입층이 더욱 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 듀얼플레이트 구조의 유기전계 발광소자는 서로 이격 하여 구성된 제 1 기판과 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 마주보는 일면에 일 방향으로 연장된 데이터 배선과, 데이터 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선; 상기 화소영역의 일측에 위치하여 상기 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극과, 상기 데이터 배선과 연결되는 소스 전극과 이와는 소정 간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 구성된 비정질 액티브층을 포함하는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부의 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 박막트랜지스터가 다수개 병렬로 연결된 구동소자와; 상기 구동소자의 소스 전극 마다 접촉하여 일 방향으로 구성된 전원 배선과; 상기 구동소자의 드레인 전극에 접촉하는 접촉전극과; 상기 제 2 기판의 마주보는 일면에 구성된 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 구성된 발광층과; 상기 발광층의 상부에 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴되어 구성되고, 상기 연결전극과 접촉하는 제 2 전극을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 유기전계 발광소자는 서로 이격 하여 구성된 제 1 기판과 제 2 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 1 기판의 마주보는 일면에 일 방향으로 연장된 데이터 배선과, 데이터 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 화소영역의 일측에 위치하여 상기 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극과, 상기 데이터 배선과 연결되는 소스 전극과 이와는 소정 간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 구성된 비정질 액티브층을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계와; 상기 스위칭 소자와 연결되는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부의 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 박막트랜지스터가 다수개 병렬로 연결된 구동소자를 형성하는 단계와; 상기 구동소자의 소스 전극 마다 접촉하여 일 방향으로 구성된 전원 배선을 형성하는 단계와; 상기 구동소자의 드레인 전극에 접촉하는 접촉전극을 형성하는 단계와; 상기 제 2 기판의 마주보는 일면에 구성된 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 상부에 구성된 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층의 상부에 상기 화소영역마다 독립적으로 패턴되어 구성되고, 상기 연결전극과 접촉하는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
--제 1 실시예 --
본 발명의 제 1 실시예는 상부 발광형 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 구동소자를 다수개 병렬 연결하고, 각 구동소자 마다 전원배선을 연결하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 한 화소를 확대하여 도시한 확대 평면도이다. (유기발광부를 제외한 박막트랜지스터 어레이부만을 구성한 평면도이다.)
도시한 바와 같이, 기판(100)상에 일 방향으로 연장된 데이터 배선(115)을 형성하고, 데이터 배선(115)과 수직하게 교차하면서 서로 소정간격 평행하게 이격된 게이트 배선(101)과 전원 배선(128)을 구성한다.
상기 게이트 배선(101)과 전원 배선(128)의 교차지점에는 게이트 전극(102)과 액티브층(108)과 소스 전극(116)과 드레인 전극(118)을 포함하는 스위칭 소자(TS)가 구성되고, 상기 화소영역(P)에는 상기 스위칭 소자(TS)의 드레인 전극(118)과 연결되는 구동소자(TD)가 구성된다.
상기 구동소자(TD)는 다수개의 박막트랜지스터(T1,T2,T3,T4...)를 병렬로 구성한 것이며, 각 박막트랜지스터(T1,T2,T3,T4)에는 하나로 일체화되어 상기 스위칭소자(TS)의 드레인 전극(118)과 접촉하는 게이트 전극(104a,b,c,d)과, 액티브층(108)과 소스 전극(120a,b,c,d)과 드레인 전극(122a,b,c,d)을 포함한다.
이때, 상기 액티브 채널층(112a,b,c,d)의 상부에는 서로 이격하여 구성된 소스 전극(120a,b,c,d)과 드레인 전극(122a,b,c,d)이 구성되고, 이웃한 박막트랜지스터의 소스 및 드레인 전극은 일체화 되도록 구성한다.
즉, 첫 번째 박막트랜지스터(T1)의 드레인 전극(122a)은 두 번째 박막트랜지스터(T2)의 드레인 전극(122b)이 일체로 구성하고, 두 번째 박막트랜지스터(T2)의 소스 전극(120b)과 세 번째 박막트랜지스터(T3)의 소스 전극(120c)또한 일체로 구성한다. 전술한 바와 같은 구성을 반복함으로서 다수개의 박막트랜지스터가 병렬로 연결된다.
상기 소스 전극(120a,b,c,d)에는 전원 배선(128)을 접촉하도록 하고, 상기 드레인 전극(122a,b,c,d)은 발광부의 제 1 전극(미도시)과 접촉하도록 상기 드레인 전극을 노출하는 콘택홀(132)을 형성한다.
전술한 바와 같은 구성에서, 상기 구동소자(TD)는 다수의 박막트랜지스터(T1,T2,T3,T4)를 병렬로 연결한 구성이기 때문에, 과도한 전류 스트레스를 완화할 수 있는 동시에, 각 박막트랜지스터(T1,T2,T3,T4)가 전원배선(128)으로부터 신호를 받는 구성이기 때문에 일부 박막트랜지스터가 손실되더라도 구동소자(TD)의 동작은 그대로 진행될 수 있는 장점을 가진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조공정을이하, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ`을 따라 절단하여, 본 발명의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 화소영역(P)과 스위칭 영역(TS)과 구동영역(TD)을 정의한 기판(100)상에 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti)을 포함하는 도전성금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 일 방향으로 연장된 게이트 배선(도 5의 103)과, 게이트 배선에서 스위칭 영역(TS)으로 돌출된 게이트 전극(102)과, 상기 구동 영역(TS)에는 일측 이 서로 연결된 다수의 게이트 전극(104a,b,c,d)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 배선(도 5의 101)과 게이트 전극(102,104a,104b,104c,104d)이 형성된 기판(100)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 1 절연막인 게이트 절연막(106)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(106)을 식각하여, 상기 구동 스위칭 영역(TD)에 구성된 게이트 전극(104)의 일 측을 노출하는 게이트 콘택홀(107)을 형성한다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(106)의 상부에 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역(TS)과 구동 영역(TD)에 구성된 게이트 전극(102)(104a,104b,104c,104d) 상부의 게이트 절연막(106)상에 액티층(108)(112a,112b,112c,112d)과 오믹 콘택층(110)(114a,114b,114c,114d)을 형성한다.
연속하여, 상기 액티브층(108)(112a,112b,112c,112d)과 오믹 콘택층(110)(114a,114b,114c,114d)이 형성된 기판(100)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속물질을 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역(TS) 및 구동 영역(TD)에 구성된 오믹 콘택층(110)(114a,114b,114c,114d) 상부에 서로 이격하여 구성된 소스 전극(116)(120a,b,c,d)과 드레인 전극(118)(122a,b,c,d)을 구성한다.
이때, 상기 스위칭 영역(TS)의 드레인 전극(118)은 상기 구동영역(TD)의 노출된 게이트 전극(104)에 접촉하면서 형성된다.
또한, 상기 구동 영역(TD)의 오믹 콘택층(114)의 상부에 서로 이격하여 구성된 소스 전극(120a,b,c,d)과 드레인 전극(122a,b,c,d)은 아래와 같이 구성된다.
즉, 상기 스위칭 영역(TS)에 근접한 첫 번째 게이트 전극(104a)의 상부에 구성된 드레인 전극(122a)은 두 번째 게이트 전극(104b)의 상부에 구성되는 드레인 전극(122b)과 일체로 구성한다.
상기 두 번째 게이트 전극(104b)의 상부에 구성되는 소스 전극(120b)은 세 번째 게이트 전극(104c)의 상부에 구성되는 소스 전극(120c)과 일체로 구성한다.
게이트 전극이 다수개 일 경우, 상기와 같은 형상으로 일체화된 소스 및 드레인 전극을 반복적으로 형성하면 된다.
위의 구성은 편의상 박막트랜지스터의 면적을 작게 하기 위한 구성이며, 각각을 따로 분리하여 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 소스 전극(120a,b,c,d)과 드레인 전극(122a,b,c,d)의 이격된 사이로 노출된 오믹 콘택층(108)(114a,b,c,d)을 제거하여 하부의 액티브채널층(112a,b,c,d)을 노출하는 공정을 진행한다.
이로써, 상기 스위칭 영역(TS)에는 스위칭 소자가 구성되고, 상기 구동영역(TD)에는 병렬로 연결된 다수의 구동소자가 형성된다.
도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판(100)의 전면에 전술한 바와 같은 절연물질을 증착하여 제 2 절연막인 제 1 보호막(124)을 형성한다.
연속하여, 상기 제 1 보호막(124)을 식각하여, 상기 다수의 구동소자마다 구성된 소스전극(120a,b,c,d)을 노출하는 공정을 진행한다.
연속하여, 상기 제 1 보호막(124)을 포함하는 기판(100)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속물질을 증착하고 패턴하여, 상기 구동소자의 소스 전극(120a,120b,120c,120d)에 접촉하면서, 일 방향으로 연장된 전원배선(128a,b,c)을 형성한다.
도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 전원 배선(128a,b,c)이 형성된 기판(200)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 제 2 보호막(130)을 형성한다.
연속하여, 상기 제 2 보호막(130)과 하부의 제 1 보호막(124)을 식각하여 상기 구동소자의 드레인 전극(122a,b,c,d)을 노출하는 드레인 콘택홀(132)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정으로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 제작할 수 있다.
전술한 바와 같은 공정으로 제작된 박막트랜지스터 어레이부에 유기 발광부를 형성하는 단계를 이하, 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 도 6a 내지 도 6d의 공정으로 제작된 박막트랜지터 어레이부의 전면에 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로 형성하거나 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)의 일 함수가 낮은 금속을 증착하여 제 1 전극(음극 전극 : cathode electrode)(134)을 형성하다.
이때, 상기 제 1 전극(134)은 화소영역 마다 독립적으로 패턴된 상기 노출된 드레인 전극(122a,b,c,d)과 접촉한다.
연속하여, 상기 제 1 전극(134)의 상부에 발광층(136)을 형성하는데, 상기 발광층은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 다층으로 형성될 경우에는 상기 제 1 전극(134)과 근접한 주 발광층의 일층에 전자 주입층을 형성하고, 상기 제 1 전극(134)에 대응되는 주 발광층의 타측에 홀 주입층을 형성한다.
연속하여, 상기 발광층(136)의 상부에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 같은 일 함수가 큰 투명 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 제 2 전극(양극 전극)(138)을 형성한다.
이와 같이 구성된 유기 발광소자는 발광층에서 발광된 빛이 상부로 발광되기 때문에, 상기 박막트랜지스터 어레이부를 설계할 때 특히, 구동소자를 설계할 때 개구율을 고려하지 않아도 된다.
따라서, 박막트랜지스터 어레이부를 설계하기 쉬운 구조이다.
이하, 제 2 실시예를 통해 본 발명의 변형예를 설명한다.
-- 제 2 실시예 --
본 발명의 제 2 실시예는 전술한 바와 같은 박막트랜지스터 어레이부를 가지는 듀얼 플레이트 구조의 유기전계 발광소자로서, 상기 유기 발광부가 별도의 기판에 형성된 형상이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 듀얼플레이트 구조의 유기전계 발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자(99)는 투명한 제 1 기판(100)과 제 2 기판(200)을 실런트(sealant)(300)를 통해 합착하여 구성한다.
상기 제 1 기판(100)의 상부에는 다수의 화소영역(P)이 정의되고, 각 화소영역(P)마다 박막트랜지스터(스위칭 소자와 구동소자)(T)와 어레이 배선(미도시)이 구성된다.
상기 제 1 기판(100)과 마주보는 제 2 기판(200)의 일면에는 투명한 홀 주입전극인 제 1 전극(202)을 구성한다.
상기 제 1 전극(202)의 상부에는 제 1 기판에 정의된 각 화소에 대응하여 적색(R)과 녹색(G)과 청색(B)을 발광하는 발광층(208)을 각각 형성한다.
연속하여, 상기 발광층(208)의 상부에는 전자 주입전극인 제 2 전극(210)을 차례로 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 발광층(208)을 다층으로 구성할 경우에는 주 발광층(208a)과, 상기 주 발광층(208a)과 제 1 전극(202) 사이에 홀 수송층(208b)을 더욱 구성하고, 상기 주 발광층(208a)과 제 2 전극(210)사이에 전자 수송층(208c)을 더욱 형성한다.
상기 제 2 전극(210)과 박막트랜지스터(구동 소자(TD))의 드레인 전극(미도시)은 별도의 연결전극을 통해 접촉하게 된다.
이때, 상기 접촉전극(400)은 상기 제 2 전극(210)상에 형성할 수 도 있고, 상기 구동 소자의 드레인 전극(미도시)에서 연장된 부분에 형성할 수 도 있다.
상기 접촉전극(400)을 구성하고, 제 1 및 제 2 기판(100,200)을 합착 하면 상기 드레인 전극(미도시)과 제 2 전극(210)은 상기 접촉전극(400)를 통해 간접적으로 연결되는 구조이다.
전술한 바와 같은 구성은 상기 유기 발광부를 별도의 기판에 형성하기 때문에 상부 발광형으로 구동할 수 있고, 이로 인해 하부의 박막트랜지스터 어레이부를 설계 할 때 개구율을 고려하지 않아되 되는 설계상 자유로움을 얻을 수 있다.
전술한 바와 같은 구성에서, 상기 박막트랜지스터 어레이부는 앞서 제 1 실시예의 도 6a 내지 도 6d에서 설명한 공정을 통해 제작될 수 있고, 다만 다른 것은구동소자의 일체화된 드레인 전극과 연결된 접촉전극(400)을 더욱 구성하는 것이다.
전술한 바와 같은 공정으로 본 발명이 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 스위칭 소자와 구동소자로 비정질 박막트랜지스터를 사용함에 있어서, 상기 구동소자를 다수개가 병렬로 연결된 비정질 박막랜지스터로 형성하고, 상기 각 박막트랜지스터의 소스 전극마다 전원배선을 연결하여 구성한다.
이와 같은 구성은, 상기 구동 소자에 가해지는 전류 스트레스를 다수의 박막트랜지스터로 골고루 분산하도록 함으로서 전류 스트레스가 구동소자의 동작에 큰 영향을 미치지 않도록 하고, 상기 병렬 연결된 박막트랜지스터 중 임의의 부분에 결함이 발생하였다 해도 구동소자의 동작이 연속되기 때문에 점결함이 발생하지 않는다. 따라서, 고화질의 유기전계 발광소자를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 서로 이격 하여 구성된 제 1 기판과 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 마주보는 일면에 일 방향으로 연장된 데이터 배선과, 데이터 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선;
    상기 화소영역의 일측에 위치하여 상기 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극과, 상기 데이터 배선과 연결되는 소스 전극과 이와는 소정 간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 구성된 액티브층을 포함하는 스위칭 소자와;
    상기 스위칭 소자와 연결되는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부의 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 박막트랜지스터가 다수개 병렬로 연결된 구동소자와;
    상기 구동소자의 소스 전극 마다 접촉하여 일 방향으로 구성된 전원 배선과;
    상기 구동소자의 드레인 전극과 접촉하면서 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극의 상부에 구성된 발광층과;
    상기 발광층 상부의 기판의 전면에 구성된 제 2 전극;
    을 포함하는 상부 발광형 유기전계 발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동소자를 구성하는 박막트랜지스터의 소스 및 드레인 전극은 서로 이웃한 박막트랜지스터마다 일체화되어 구성된 유기전계 발광소자.
  3. 기판 상에 다수의 화소 영역과 스위칭 영역과 구동 영역을 정의하는 단계와;
    상기 기판 상에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역에 대응하여 게이트 전극과 이와 연결되어 일 방향으로 연장된 게이트 배선과, 상기 구동영역에 일 측이 하나로 연결된 다수의 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극과 게이트 배선이 형성된 기판의 전면에 제 1 절연막인 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 스위칭 영역과 구동 영역에 구성된 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 섬형상의 액티브층과 오믹 콘택층을 형성하는 단계와;
    상기 적층된 다수의 액티브층과 오믹 콘택층이 형성된 기판의 전면에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 데이터 배선에서 스위칭 영역 상부의 오믹 콘택층 상부로 연장된 소스 전극과 이와는 소정간격 이격되고 상기 구동영역의 게이트 전극과 접촉하는 드레인 전극과, 상기 구동영역의 오믹 콘택층 마다 소정간격 이격하여 구성된 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판의 전면에 제 3 절연막인 제 1 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 다수의 소스 전극을 노출하는 단계와;
    상기 제 1 보호막이 형성된 기판의 전면에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 노출된 소스 전극마다 접촉하면서 일방향으로 연장된 전원 배선을 형성하는 단계와;
    상기 전원 배선이 형성된 기판의 전면에 제 4 절연막인 제 2 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 구동 영역의 다수의 드레인 전극의 일부를 노출하는 단계와;
    상기 노출된 다수의 드레인 전극과 접촉하면서 화소영역의 전면에 구성되는 투명한 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극의 상부에 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 발광층의 상부에 구성되고 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴된 제 2 전극을 형성하는 단계
    를 함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 발광층에 전자를 주입하는 음극전극(cathode electrode)이고, 제 2 전극은 상기 발광층에 홀을 주입하는 양극전극(anode electrode)인 능동형 유기전계 발광소자 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg)을 포함하는 금속 중 선택된 하나로 형성하거나, 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)의 이중 금속층으로 형성한 능동형 유기전계 발광소자 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)인 능동형 유기전계 발광소자 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 발광층의 사이에 유기층인 전자 주입층이 더욱 구성되고, 상기 제 2 전극과 발광층 사이에 유기층인 홀 주입층이 더욱 구성된 능동형 유기전계 발광소자 제조방법.
  8. 서로 이격 하여 구성된 제 1 기판과 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 마주보는 일면에 일 방향으로 연장된 데이터 배선과, 데이터 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선;
    상기 화소영역의 일측에 위치하여 상기 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극과, 상기 데이터 배선과 연결되는 소스 전극과 이와는 소정 간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 구성된 액티브층을 포함하는 스위칭 소자와;
    상기 스위칭 소자와 연결되는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부의 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 박막트랜지스터가 다수개 병렬로 연결된 구동소자와;
    상기 구동소자의 소스 전극 마다 접촉하여 일 방향으로 구성된 전원 배선과;
    상기 구동소자의 드레인 전극에 접촉하는 접촉전극과;
    상기 제 2 기판의 마주보는 일면에 구성된 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부에 구성된 발광층과;
    상기 발광층의 상부에 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴되어 구성되고, 상기 연결전극과 접촉하는 제 2 전극을 포함하는 능동형 유기전계 발광소자.
  9. 서로 이격 하여 구성된 제 1 기판과 제 2 기판을 준비하는 단계와;
    상기 제 1 기판의 마주보는 일면에 일 방향으로 연장된 데이터 배선과, 데이터 배선과 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 화소영역의 일측에 위치하여 상기 게이트 배선과 연결되는 게이트 전극과, 상기 데이터 배선과 연결되는 소스 전극과 이와는 소정 간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 구성된 액티브층을 포함하는 스위칭 소자를형성하는 단계와;
    상기 스위칭 소자와 연결되는 게이트 전극과, 게이트 전극 상부의 액티브층과 소스 및 드레인 전극으로 구성된 박막트랜지스터가 다수개 병렬로 연결된 구동소자를 형성하는 단계와;
    상기 구동소자의 소스 전극 마다 접촉하여 일 방향으로 구성된 전원 배선을 형성하는 단계와;
    상기 구동소자의 드레인 전극에 접촉하는 접촉전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 기판의 마주보는 일면에 구성된 제 1 전극을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 전극 상부에 구성된 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 발광층의 상부에 상기 화소영역 마다 독립적으로 패턴되어 구성되고, 상기 연결전극과 접촉하는 제 2 전극을 형성하는 단계를
    포함하는 능동형 유기전계 발광소자 제조방법.
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