KR20070032880A - 전면 발광형 ｏｌｅｄ 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

전면 발광형 ｏｌｅｄ 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전면 발광형 유기 발광 다이오드(OLED) 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 종래 전면 발광형 AM OLED 패널 소자는 제한된 폭과 두께의 데이터 전극을 트랜지스터 전극 연결을 위한 금속 전극 형성 과정에서 동시에 형성하기 때문에 상기 데이터 전극의 내부저항이 큰 경우 신호가 인가되는 부분에서 먼 곳의 데이터 전극과 연결되는 소자일수록 인가되는 전압이 줄어들어 휘도가 낮아지는 치명적인 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 구동 소자, 데이터 전극, 스캔 전극 및 전기적 연결을 위한 금속 전극을 기판 상에 형성한 후 그 상부에 OLED의 애노드 전극 형성 시 상기 데이터 전극 상부에 상기 애노드 전극과 동일한 물질의 보조 전극을 함께 형성하도록 함으로써, 공정상의 큰 변화를 주지 않아 비용을 증가시키지 않으면서도 데이터 전극의 저항을 낮추어 패널의 소자 위치별 휘도 편차를 줄여 표시 영상의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Description

전면 발광형 ＯＬＥＤ 소자 및 그 제조 방법{FRONT EMITTING OLED DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 종래 전면 발광형 AM OLED의 구조를 보인 평면도.
도 2는 종래 전면 발광형 AM OLED의 회로 구성을 보인 회로도.
도 3a 내지 도 3d는 종래 전면 발광형 AM OLED의 제조 과정을 보인 수순 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도.
도 5는 본 발명 일 실시예에 따른 전면 발광형 AM OLED 소자 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101: 기판 102: 반도체 활성층
103: 소스-드레인 영역 104: 게이트 절연막
105: 게이트 전극 106: 층간 절연막
107: 금속 전극 107':데이터 전극
108: 제 1절연막 109: 금속 전극
109': 보조 데이터 전극 110: 제 2절연막
111: 유기 공통막 112: 발광층
113: 유기 공통막 114: 캐소드 전극
115: 보호막 116: 접착층
117: 보호캡
본 발명은 전면 발광형 유기 발광 다이오드(OLED) 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전면 발광 능동(AM) OLED 소자에서 데이터 전극의 내부 저항에 의한 전압 강하를 방지하여 휘도 편차를 줄일 수 있도록 한 전면 발광형 유기 발광 다이오드(OLED) 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube : CRT)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 디스플레이 패널들이 개발되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 패널에는 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(FED : Field Emission Display) 및 플라즈마 표시 장치(PDP : Plasma Display Panel), 유기 EL(Organic Electro Luminescence)을 근간으로 하는 유기 전계 발광소자(Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 등이 있다.
이중에서도 상기 유기 전계 발광소자(이하 OLED라 칭함)는 전자 주입전극(캐소드 전극)과 정공 주입 전극(애노드 전극)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜 주입된 전자와 정공이 결합한 엑시톤(exiton)이 여기 상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해 종래 박형 표시소자로 사용되던 LCD와는 달리 별도의 광 원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있으며, 반응속도가 LCD 대비 천배이상 빠르기 때문에 동영상을 표시할 때 잔상이 남지 않아 차세대 표시장치로 부각되고 있다.
이러한 OLED는 그 크기에 따라 다양한 구동 방식이 사용되고 있는데, 대표적으로 중대형의 OLED 디스플레이는 능동(Active) 매트릭스 구동 방식(AM 방식)이 주류를 이루고 있고, 소형 OLED 디스플레이에서는 능동 매트릭스 구동 방식과 수동(Passive) 매트릭스 구동 방식(PM 방식)이 혼재되어 사용된다.
초기 OLED 소자는 투명 기판을 이용하여 후면으로 광이 방출되는 후면 발광식 구조를 많이 사용했으나, 구동 소자가 각 셀마다 형성되어야 하는 AM OLED 소자의 경우 발광 영역의 크기가 줄어들게 되어 구동 소자를 하부층에 배치하고, 그 상부층에 발광부층을 형성함으로써 발광 영역을 증가시킬 수 있는 전면 발광형 AM OLED 구조들이 제시되고 있다.
도 1은 종래 일반적인 전면 발광형 AM OLED의 소자 구조를 보인 평면도로서, 구동을 위한 소자들이 형성된 영역을 포괄하는 영역에 발광 영역이 형성되며, 복수의 소자들을 능동 매트릭스형으로 구동시키기 위한 데이터 라인과 스캔 라인 및 전원 라인들이 소자 주변에 배치되어 있다. 그리고, 충분한 구동 전력을 제공하기 위한 스위칭 트랜지스터 및 구동 트랜지스터가 박막 필름 반도체층으로 형성되어 있다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 AM OLED 소자의 구조를 보인 회로도로서, 각 소자는 도시된 바와 같은 방식으로 스위칭 트랜지스터, 구동 트랜지스터가 스캔라인 과 데이터라인에 연결되어 있으며, 상기 구동 트랜지스터가 전원을 OLED소자의 애노드 전극에 선택적으로 인가하는 것으로 동작되게 된다. 상기 구동 트랜지스터 및 스위칭 트랜지스터와 연결되는 커패시터는 저장 커패시터로 동작한다.
상기 도 1의 A-A' 부분의 단면을 기준으로 하는 종래 제조 과정에 대한 수순 단면도를 도 3a 내지 도 3d에 도시하고, 이를 통해 종래 기술에 대해서 설명하도록 한다.
먼저 도 3a는 도시된 바와 같이 기판(1) 상에 기본적인 구동 소자들을 먼저 형성한다. 즉, 기판(1) 상에 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용할 다결정 실리콘 등의 반도체 물질 패턴(2)을 형성하고, 그 상부에 게이트 절연막(4) 및 게이트 전극(5)을 형성한 후 상기 반도체 물질 패턴(2)의 일부 영역들이 노출되도록 게이트 절연막(4)을 식각한다. 그리고, 상기 노출된 반도체 물질 패턴(2)에 B, P와 같은 불순물을 주입하고 열처리하여 해당 부분을 소스-드레인 영역(3)으로 사용하는 트랜지스터를 형성한다. 그리고, 상기 구조물 상부 전면에 층간 절연막(6)을 증착하고, 상기 반도체 물질의 소스-드레인 영역(3) 상부의 게이트 절연막(4) 및 층간 절연막(6)을 일부 식각하여 콘택홀을 만든 후 금속을 증착 및 패터닝하여 금속전극(7)을 형성한다. 이때, 데이터 전극(7')도 함께 형성된다.
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 형성된 구조물 상부에 제 1절연막(8)을 높이 형성한 후 평탄화하고 드레인 영역의 금속 전극(7)이 노출되도록 상기 제 1절연막(8)을 식각한 다음 그 상부에 애노드 전극(9)을 형성한다. 그리고, 그 상부에 제 2절연막(10)을 형성한 후 패터닝하여 상기 애노드 전극(9)을 일부 노출 시킨다.
그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부 전면에 유기 공통막(11)으로 정공주입층-정공전달층을 형성하고, 쉐도우 마스크 등을 이용하여 R, G, B 발광층(12)을 영역별로 증착한 다음, 그 상부 전면에 유기 공통막(13)으로 전자전달층-전자주입층을 형성하고 캐소드 전극(14)을 그 전면에 형성한다.
그리고, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부 전면에 제 2절연막(15)을 높게 형성한 후 평탄화하고, 그 상부에 차례로 접착층(16) 및 보호캡(17)을 형성한다.
상기 도시한 과정을 통해 전면 발광형 AM OLED 패널이 형성되는데, 상기 패널의 데이터 전극(7')은 비교적 높은 내부 저항을 가질 수 밖에 없다. 상기 데이터 전극(7')은 트랜지스터 소자를 연결하기 위한 금속 전극(7)과 동시에 형성되는데, 그 폭을 넓히거나 두께를 높이는 경우 화소 영역의 레이아웃을 변경하거나 발광 영역을 줄여야 하므로 폭과 두께는 제한적이다. 따라서, 해당 데이터 전극(7')의 내부 저항이 큰 경우라면 신호가 입력되는 부분에서 멀어질 수록 전압이 감소하게 된다. 특히, AM OLED는 유기EL 소자에 전류를 인가하여 빛의 밝기를 제어하기 때문에 신호가 입력되는 부분에서 먼 데이터 전극(7')에 연결된 소자는 휘도가 낮아질 수 밖에 없다. 따라서, 이러한 휘도 불균일을 줄이기 위해서는 상기 데이터 전극(7')으로 사용하는 물질을 내부 저항이 낮은 고가의 귀금속 전극으로 형성하거나 화소 구조를 복잡하게 재배치해야 하므로 비용이 높아지고 설계가 복잡해지게 된다.
따라서, 공정의 변화를 최대한 억제하여 비용 발생을 높이지 않고, 소자의 레이아웃을 최대한 유지하면서도 상기 데이터 전극의 내부 저항을 낮출 수 있는 소자 구조나 방법이 요구된다.
상기한 바와 같이 종래 전면 발광형 AM OLED 패널 소자는 제한된 폭과 두께의 데이터 전극을 트랜지스터 전극 연결을 위한 금속 전극 형성 과정에서 동시에 형성하기 때문에 상기 데이터 전극의 내부저항이 큰 경우 신호가 인가되는 부분에서 먼 곳의 데이터 전극과 연결되는 소자일수록 인가되는 전압이 줄어들어 휘도가 낮아지는 치명적인 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 구동 소자, 데이터 전극, 스캔 전극 및 전기적 연결을 위한 금속 전극을 기판 상에 형성한 후 그 상부에 OLED의 애노드 전극 형성 시 상기 데이터 전극 상부에 상기 애노드 전극과 동일한 물질의 보조 전극을 함께 형성하도록 하여 데이터 전극의 저항을 낮추어 패널의 소자 위치별 휘도 편차를 줄이도록 한 전면 발광형 OLED 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
기판 상에 형성된 구동 소자 및 데이터 전극과; 상기 소자 및 전극 상에 형성되며 상기 구동 소자의 일부를 노출시키고 상기 데이터 전극의 일부를 노출시키는 홀이 형성된 절연층과; 상기 절연층의 홀에 의해 노출된 구동소자의 일부와 연결되면서 절연층 상에 형성된 애노드 전극과; 상기 절연층의 홀에 의해 노출된 데이터 전극의 일부에 형성된 보조 데이터 전극과; 상기 애노드 전극 상부에 차례로 형성된 복수의 유기물 층 및 캐소드 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 반도체 소자 및 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 상에 데이터 전극을 형성하고 소자 전면에 평탄화막을 형성하는 단계와; 상기 평탄화막을 일부 식각하여 상기 데이터 전극 및 상기 형성된 소자의 일부를 노출시키는 단계와; 상기 노출된 데이터 전극에 금속 물질을 형성하여 보조 데이터 전극을 형성하면서, 상기 노출된 소자 및 상기 평탄화막 상부에 금속 물질을 형성하여 애노드 전극을 형성하는 단계와; 상기 애노드 전극 상부에 차례로 복수의 유기물층과 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면들을 참조하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 수순 단면도로서, 도시한 바와 같이 실제 제조 공정 순서는 종래와 동일하지만, 제조 공정 시 마스크를 수정하는 것으로 데이터라인의 전류 흐름을 원활하게 할 수 있도록 보조 데이터라인을 더 부가할 수 있다. 물론, 추가적인 공정을 사용할 수도 있으며 이는 본 발명의 기술적 특징에 대한 설명을 통해 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이 기판(101) 상에 기본적인 구동 소자들을 먼저 형성한다. 즉, 기판(101) 상에 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용할 다결정 실리콘 등의 반도체 물질 패턴(102)을 형성하고, 그 상부에 게이트 절연막(104) 및 게이트 전극(105)을 형성한 후 상기 반도체 물질 패턴(102)의 일부 영역들이 노출되도록 게이트 절연막(104)을 식각한다. 그리고, 해당 반도체 물질 패턴(102)에 B, P와 같은 불순물을 주입하고 열처리하여 해당 부분을 소스-드레인 영역(103)으로 사용하는 트랜지스터를 형성한다. 그 다음, 상기 구조물 상부 전면에 층간 절연막(106)을 증착하고, 상기 반도체 물질의 소스-드레인 영역(103) 상부의 게이트 절연막(104) 및 층간 절연막(106)을 일부 식각하여 콘택홀을 만든 후 금속을 증착 및 패터닝하여 금속전극(107)을 형성한다. 이때, 데이터 전극(107')도 함께 형성된다.
상기 과정까지는 종래의 기술과 동일하지만, 상기 데이터 전극(107')의 두께나 폭 등은 셀의 크기나 소자의 특성에 맞추어 조절될 수 있는 여유가 더 커질 수 있다는데 주의한다. 종래에는 상기 과정에서 형성되는 데이터 전극(107') 만을 이용하여 데이터 신호를 제공했기 때문에 상기 데이터 전극(107')의 내부 저항에 의해 신호가 제공되는 소스원으로부터 이격될수록 전압이 감소하여 소스원에서 먼 거리에 위치한 셀의 휘도가 상대적으로 낮아질 수 있어, 그 두께와 폭의 하한이 제한될 수 밖에 없었다. 그러나, 본원 발명에서는 상기 과정에서 형성되는 데이터 전극(107')만 이용하는 것이 아니라 상기 데이터 전극(107')의 내부 저항을 줄이기 위해 상기 데이터 전극(107') 상부에 소자 전체의 두께를 증가시키지 않도록 보조 데이터 전극을 추가로 더 형성한다. 따라서, 상기 공정에서 형성되는 데이터 전극(107')의 두께 및 폭이 종래보다 줄어든다 할지라도 보조 데이터 전극을 통해 이를 보상하고 저항을 더욱 감소시킬 수 있으므로 발광 영역의 크기를 더 확대할 수도 있다.
그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이 상기 형성된 구조물 상부에 제 1절연막(108)을 높이 형성한 후 평탄화하고 드레인 영역의 금속 전극(107) 및 데이터 전극 (107')이 노출되도록 상기 제 1절연막(108)을 식각한 다음 그 상부에 금속 전극을 성막 후 패터닝하여 애노드 전극(109) 및 보조 데이터 전극(109')을 형성한다. 상기 제 1절연막(108)은 평탄화 및 절연을 위해 사용되므로 평탄화막이라 할 수도 있다. 그리고, 그 상부에 제 2절연막(110)을 형성한 후 패터닝하여 상기 애노드 전극(109)을 일부 노출시키고 보조 데이터 전극(109')을 후속 막으로부터 절연시킨다.
상기 보조 데이터 전극(109')은 도시된 바와 같이 상기 애노드 전극(109)과 동일한 금속 공정을 통해 형성될 수도 있고, 별도의 공정을 통해 형성될 수도 있다. 상기 전면 발광형 OLED 소자에 적용되는 애노드 전극(109)은 내부 저항이 작고, 반사도가 높으며 일함수값이 높은 금속을 사용하는 것이 바람직하며, 주로 Cr, Al, Mo, Ag, Au 등이 사용된다. 따라서, 상기 보조 데이터 전극(109') 역시 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 혹은 상기 데이터 전극(107')을 노출시키는 제 1절연막(108) 상의 홀을 별도의 금속으로 채우는 공정이 적용될 수도 있다.
상기 데이터 전극(107') 상부에 제 1절연막(108) 두께 이내로 형성되는 보조 데이터 전극(109')에 의해 상기 데이터 전극(107')의 내부 저항이 낮아지게 되며, 그로인해 상기 전극들을 통해 전류가 흐를 때 발생되는 전압 강하의 폭이 줄어들게 되므로 셀의 위치에 따른 휘도 편차가 줄어들고, 데이터 전극(107')의 폭도 줄어들 수 있게 된다.
이후, 도 4c에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부 전면에 유기 공통막(111)으로 정공주입층-정공전달층을 형성하고, 쉐도우 마스크 등을 이용하여 R, G, B 발광층(112)을 영역별로 증착한 다음, 그 상부 전면에 유기 공통막(113)으로 전자전 달층-전자주입층을 형성하고 캐소드 전극(114)을 그 전면에 형성한다. 상기 캐소드 전극(114)은 알루미늄을 수nm 증착한 후 Ag를 수nm~수십nm 증착하거나 Mg:Ag 같은 금속을 수nm~수십nm 증착하여 형성한다.
그리고, 도 4d에 도시한 바와 같이 상기 구조물 상부 전면에 제 2절연막(115)을 높게 형성한 후 평탄화하고, 그 상부에 차례로 접착층(116) 및 보호캡(117)을 형성하는 것으로 산소나 수분으로부터 하부의 유기물층을 보호하도록 한 전면 발광형 AM OLED 패널을 완성한다.
도 5는 상기 도 4a~4d의 공정 순서도들 중 도 4b의 상태를 보인 평면도로서, 도시한 바와 같이 데이터 전극 상부에 보조 데이터 전극이 더 형성되어 있음을 확인할 수 있을 것이다. 상기 도 4a 내지 도 4d는 도시된 A-A' 부분의 단면을 확대하여 그 제조 순서를 보인 것임을 참조한다.
도시한 바와 같이, 공정상의 큰 변화 없이 단순히 제 1절연층을 식각하는 식각 마스크를 변화시켜 데이터 전극 상부 영역의 제 1절연층을 더 식각하도록 하고, 애노드 전극을 패터닝할 때 상기 노출된 데이터 전극에 형성된 보조 데이터 전극 영역을 잔류시키도록 마스크를 변화시키는 것 만으로 공정 순서나 재료등의 변화 없이도 실제 패널 구현시 휘도 편차의 큰 원인이 되었던 데이터 전극의 내부 저항 문제를 해소할 수 있게 된다. 비록, 상기 보조 데이터 전극을 형성하기 위해 별도의 금속 공정을 추가할 수 있으나, 얻어지는 효과에 비해 그 공정 비용 증가는 미비하다 할 수 있다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명 전면 발광형 OLED 소자 및 그 제조 방법은 구동 소자, 데이터 전극, 스캔 전극 및 전기적 연결을 위한 금속 전극을 기판 상에 형성한 후 그 상부에 OLED의 애노드 전극 형성 시 상기 데이터 전극 상부에 상기 애노드 전극과 동일한 물질의 보조 전극을 함께 형성하도록 함으로써, 공정상의 큰 변화를 주지 않아 비용을 증가시키지 않으면서도 데이터 전극의 저항을 낮추어 패널의 소자 위치별 휘도 편차를 줄여 표시 영상의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 기판 상에 형성된 구동 소자 및 데이터 전극과;
    상기 소자 및 전극 상에 형성되며 상기 구동 소자의 일부를 노출시키고 상기 데이터 전극의 일부를 노출시키는 홀이 형성된 절연층과;
    상기 절연층 홀에 의해 노출된 구동소자의 일부와 연결되면서 절연층 상에 형성된 애노드 전극과;
    상기 절연층 홀에 의해 노출된 데이터 전극의 일부에 형성된 보조 데이터 전극과;
    상기 애노드 전극 상부에 차례로 형성된 복수의 유기물층 및 캐소드 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 보조 데이터 전극은 상기 애노드 전극과 동일한 소재 및 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 보조 데이터 전극은 상기 애노드 전극과 상이한 소재 및 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보조 데이터 전극은 Cr, Al, Mo, Ag, Au를 포함하는 일함수와 반사율이 높은 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자.
  5. 기판 상에 반도체 소자 및 절연층을 형성하는 단계와;
    상기 절연층 상에 데이터 전극을 형성하고 소자 전면에 평탄화막을 형성하는 단계와;
    상기 평탄화막을 일부 식각하여 상기 데이터 전극 및 상기 형성된 소자의 일부를 노출시키는 단계와;
    상기 노출된 데이터 전극에 금속 물질을 형성하여 보조 데이터 전극을 형성하면서, 상기 노출된 소자 및 상기 평탄화막 상부에 금속 물질을 형성하여 애노드 전극을 형성하는 단계와;
    상기 애노드 전극 상부에 차례로 복수의 유기물층과 캐소드 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 보조 데이터 전극 및 애노드 전극을 형성한 후 상기 보조 데이터 전극 전부와 상기 애노드 전극의 일부를 전기적으로 절연시키는 절연층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자 제조 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 보조 데이터 전극 및 애노드 전극은 동일 금속 공정에 의해 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자 제조 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 보조 데이터 전극 및 애노드 전극은 상이한 금속 공정에 의해 별도로 형성되는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 금속 공정에 의해 형성되는 보조 데이터 전극 및 애노드 전극은 Cr, Al, Mo, Ag, Au를 포함하는 반사율과 일함수값이 큰 금속 물질등 중 적어도 하나 이상을 성막한 후 패터닝하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전면 발광형 OLED 소자 제조 방법.
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