KR20070068092A - 유기전계 발광소자와 그 제조방법 - Google Patents

유기전계 발광소자와 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자에ㅇ 관한 것으로 특히, 유기전계 발광소자의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 유기전계 발광소자용 박막트랜지스터 어레이부를 제작함에 있어 5 마스크 공정으로 제작하는 것을 특징으로 한다.
이를 간략화 하면, 제 1 마스크 공정으로 스위칭 소자와 구동소자의 다결정 액티브층을 형성하고, 제 2 마스크 공정으로 상기 다결정 액티브층의 상부에 각각 게이트 전극과 화소 영역에 제 1 전극(발광부의 양극전극)을 형성하고, 제 3 마스크 공정으로 상기 다결정 액티브층을 노출하는 콘택홀을 형성하고, 제 4 마스크 공정으로 상기 노출된 다결정 액티브층과 접촉하는 소스 및 드레인 전극을 형성하고, 제 5 마스크 공정으로 뱅크를 형성하는 공정을 진행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 5마스크 공정으로 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 형성하게 되면 기존대비 공정 단순화로, 공정시간 및 공정비용을 대폭 줄일 수 있어 생산수율을 개선할 수 있는 장점이 있다.

Description

유기전계 발광소자와 그 제조방법{The organic electro-luminescence device and method for fabricating of the same}
도 1은 종래에 따른 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 2는 박막트랜지스터 어레이부의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 절단한 단면도이고,
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 단면도이고,
도 5a 내지 도 5g와 도 6a 내지 도 6g는 종래에 따른 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 종래의 제조공정에 따라 도시한 공정 단면도이고,
도 7과 도8은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 단면구성을 도시한 도면이고,
도 9a 내지 도 9e와 도 10a 내지 도 10e는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 본 발명의 제조공정에 따라 도시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 104 : 제 1 다결정 반도체층
106 : 제 2 다결정 반도체층 108 : 제 3 다결정 반도체층
110 : 게이트 절연막 112 : 제 1 게이트 전극
114 : 제 2 게이트 전극 118 : 전원배선의 연장부
120 : 제 1 전극(양극전극) 152 : 발광층
154 : 제 2 전극(음극전극)
본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로 특히, 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 제작함에 있어 공정을 단순화하는 방법에 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 특성 때문에 OLED는 이동통신 단말기, CNS(car navigation system), PDA, 캠토더(Camcorder), Palm PC등 대부분의 consumer전자 응용제품에 사용될 수 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 종래에 따른 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 발광형 유기전계 발광소자(30)는 투명한 제 1 기판(32)의 상부에 박막트랜지스터(T)어레이부(TFTA)와, 상기 박막트랜지스터 어레이부(TFTA)의 상부에 제 1 전극(anode electrode)(74)과 유기 발광층(80)과 제 2 전극(cathode electrode)(82)이 구성된다.
이때, 상기 유기 발광층(80)은 적(R),녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 상기 각 화소(P)마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기 물질을 패턴하여 사용한다.
상기 제 1 기판(32)이 흡습제(92)가 부착된 제 2 기판(90)과 실런트(96)를 통해 합착됨으로써 캡슐화된 유기전계 발광소자(30)가 완성된다.
이때, 상기 흡습제(92)는 캡슐내부에 침투할 수 있는 수분과 산소를 제거하기 위한 것이며, 기판(90)의 일부를 식각하고 식각된 부분에 흡습제(92)를 채우고 테이프(94)로 고정한다.
전술한 바와 같이 대략적인 구조로 구성된 유기전계 발광소자는, 빛이 나아가는 방향에 따라 상부발광형과 하부 발광형으로 구분 지을 수 있다.
특히, 도 1의 구성과 같이 제 2 전극(82)인 불투명한 구조일 경우에는 발광층(80)의 빛이 박막트랜지스터 어레이부(TFT)방향으로 나아가기 때문에, 박막트랜지스터 어레이부(TFT)의 구성들에 의해 빛이 반사되거나 차단되는 현상으로 인해 휘도가 낮아지는 문제가 있다.
따라서, 상기 발광층의 빛을 상부로 나아가도록 하는 상부 발광식 유기전계 발광소자가 제안되었다.
이하, 도 2를 참조하여 종래에 따른 상부 발광식 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 개략적으로 설명한다.
도 2는 유기전계 발광소자에 포함되는 박막트랜지스터 어레이부의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
일반적으로, 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부 는 기판(32)에 정의된 다수의 화소(P)마다 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)와 스토리지 캐패시터(storage capacitor : CST)가 구성되며, 동작의 특성에 따라 상기 스위칭 소자(TS) 또는 구동 소자(TD)는 각각 하나 이상의 박막트랜지스터의 조합으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 기판(32)은 투명한 절연 기판을 사용하며, 그 재질로는 유리나 플라스틱을 예로 들 수 있다.
상기 기판(32) 상에 게이트 배선(46)과 데이터 배선(68)이 교차하여 발광부(E)를 정의하고, 상기 두 배선이 교차하는 교차지점에 스위칭 소자(TS)와 구동소자(TD)가 구성된다.
상기 스위칭 소자(TS)는 게이트 전극(42)과 다결정 액티브층(34)과 소스 전극(60)과 드레인 전극(62)으로 구성되고, 상기 구동소자(TD)는 상기 스위칭 소자(TS)의 상기 드레인 전극(62)과 접촉하는 게이트 전극(44)과, 게이트 전극(44)의 하부에 구성된 액티브층(36)과, 액티브층(36)과 각각 접촉하는 소스 전극(66)과 드레인 전극(68)으로 구성된다.
상기 구동소자(TD)의 드레인 전극(68)은 상기 발광부(E)에 구성한 제 1 전극(74)과 접촉하도록 구성하며, 상기 구동 소자(TD)의 소스 전극(66)은 전원 배선(48)과 연결되도록 구성된다.
이때, 상기 전원 배선(48)은 게이트 배선(46)과 서로 이격 하여 평행하게 일 방향으로 구성된다. 이때, 상기 전원배선(48)에서 연장된 연장부(B)를 제1전극으로 하고, 그 하부의 다결정 반도체층(38)을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(Cst)가 형성된다.
이하, 도 3과 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 구성된 박막트랜지스터 어레이부를 포함하는 유기전계 발광소자의 단면구성을 설명한다.
도 3과 도 4는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ과 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 유기전계 발광소자의 단면도이다.(스위칭 소자 및 스토리지 캐패시터(TS,Cst)와 구동소자(TD)와 화소(발광부(P))의 단면만을 도시한 도면이다.)
도시한 바와 같이, 종래에 따른 유기전계 발광소자(30)는 기판에 다수의 발광영역(E)과, 상기 발광영역(E)의 일 측마다 스위칭 영역(S)과 구동영역(D)과 스토리지 영역(C)이 정의된다.
상기 스위칭 영역(S)에는 제 1 게이트 전극(42)과 제 1 다결정 반도체층(34)과, 제 1 소스 전극(60)과 제 1 드레인 전극(62)을 포함하는 스위칭 소자(TS)가 구성되고, 상기 구동 영역(D)에는 제 1 게이트 전극(44)과 제 2 다결정 반도체층(36)과 제 2 소스전극(64)과 제 2 드레인 전극(66)을 포함하는 구동소자(TD)가 구성된다.
상기 발광부(E)의 일 측과 이와 교차하는 타 측에는 게이트 배선(도 2의 46)과 데이터 배선(도 2의 68)이 구성되고, 상기 게이트 배선(도 2의 46)은 상기 스위 칭 소자(TS)의 게이트 전극(42)과 연결되고, 상기 데이터 배선(도 2의 68)은 상기 스위칭 소자(TS)의 소스 전극(60)과 연결된다.
또한, 상기 게이트 배선(도 2의 46)과 평행하게 구성되면서, 상기 스토리지 영역(C)으로 연장된 연장부(B)를 가지는 전원배선(도 2의 48)이 구성되며 이때, 상기 스토리지 영역(C)은 상기 전원배선(도 2의 48)의 연장부(B)를 제 2 전극으로 하고 그 하부의 제 3 다결정 반도체층(38)을 제 1 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(Cst)가 구성된다.
전술한 구성은, 상기 제 1 전극(74)으로 불투명한 물질을 사용하고 상기 제 2 전극(82)으로 반투명한 물질을 사용하여, 상기 발광층(80)에서 발광된 빛이 상부로 조사되어 상부 발광특성을 가질 수 있는 것이다.
또한, 종래의 상부 발광형 유기전계 발광소자는, 전술한 바와 같이 구동 소자(TD)와 스위칭 소자(TS)와 스토리지 캐패시터(Cst)를 포함하며, 이는 7마스크 공정으로 제작할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 7마스크 공정에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 설명한다. (이때, 발광부의 제 1 전극까지를 발광부의 어레이부 형성공정에 포함한다.)
도 5a 내지 도 5g와 도 6a 내지 도 6g는 종래에 따른 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부의 제조공정을 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 5a와 도 6a는 제 1 마스크 공정을 나타낸 도면으로, 도시한 바와 같이 먼 저, 기판(32)상에 스위칭 영역(S)과 구동영역(D)과 스토리지 영역(C)과 발광영역(E)을 정의한다.
상기 다수의 영역이 정의된 기판(32)상에 절연물질을 증착하여 버퍼층(buffer layer,34)을 형성한다.
상기 버퍼층(33)은 질화 실리콘(SiNX)과 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 하나 이상의 물질을 증착하여 형성한다.
이때, 상기 버퍼층(33)을 단일막으로 형성할 때는 바람직하게는 산화 실리콘(SiO2)을 증착하여 형성하고, 이중막으로 형성할 때는 상기 산화 실리콘(SiO2)의 상부에 질화 실리콘(SiNX)을 증착하여 형성한다.
다음으로, 상기 버퍼층(33)이 형성된 기판(32)의 전면에 순수한 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하고 레이저 및 고상결정화 방법 등을 이용하여 결정화함으로써 다결정 실리콘층(미도시)을 형성한다.
이때, 결정화 이전공정으로 약 430℃에서 1시간 조건으로, 탈수소화 공정을 진행한다. 상기 탈수소화 공정을 미리 진행하지 않으면 결정화 공정시, 열에 의해 수소가 외부로 빠져 나오게 되면서 수만은 홀을 만들게 되고 이는 결정층의 디펙트(defect)로 작용하게 된다.
상기 다결정 실리콘층(미도시)을 형성한 후 이를 제 1 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 스위칭 영역(S)과 구동영역(D)과 스토리지 영역(Cst)에 제 1 다결정 반도체층(34)과 제 2 다결정 반도체층(36)과 제 3 다결정 반도체층(38)을 형성한다.
이때, 상기 스위칭 영역(S)의 제 1 다결정 반도체층(34)과 상기 스토리지 영역(Cst)의 제 3 다결정 반도체층(38)은 일체로 형성할 수 있다.
도 5b와 도 6b는 제 2 마스크 공정을 나타낸 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 다결정 반도체층(34,36)이 형성된 기판(32)의 전면에 산화실리콘(SiO2)과 질화실리콘(SiNX)을 연속 증착하여 게이트 절연막(40)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(40)의 상부에 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층(34,36,38)의 상부에 제 1 게이트 전극(42)과 제 2 게이트 전극(44)과, 상기 스위칭 영역(S)에 구성한 제 1 게이트 전극(42)과 연결된 게이트 배선(도 3의 46)과, 상기 게이트 배선(도 2의 46)과 평행하게 이격되며 상기 스토리지 영역(Cst)에 일 방향으로 연장된 전원배선(도 2의 48)을 형성한다.
다음으로, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(42)(44)과 전원배선(48)이 형성된 기판(32)의 전면에 p+이온 예를 들면 고농도(1015)의 보론(boron)이온을 임플란트(implant)방식으로 도핑하는 공정을 진행한다.
이와 같이 하면, 상기 제 1 다결정 반도체층(34)과 제 2 다결정 반도체층(36)의 양측은 상기 보론이온이 도핑되어 저항성 접촉특성을 가지는 오믹콘택(ohmic contact)영역이 된다.
다음으로, 퍼니스에서 450℃ 1시간동안 활성화 공정을 진행하여, 상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층(34,36)에 상기 도핑된 이온을 확산시킴과 동시에, 상기 이온이 도핑된 표면 결함을 제거하는 공정을 진행한다.
도 5c와 도 6c는 제 3 마스크 공정을 나타낸 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(42,44)이 형성된 기판(32)의 전면에 질화 실리콘(SiN2)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 그 이상의 물질을 증착하여 층간 절연막(50)을 형성한다.
상기 층간 절연막(50)을 제 3 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 제 1 다결정 반도체층(34)의 양측 오믹 영역을 노출하는 제 1 콘택홀(52)과 제 2 콘택홀(54)과, 상기 제 2 다결정 반도체층(36)의 양측 오믹 영역을 노출하는 제 3 콘택홀(56)과 제 4 콘택홀(58)과, 상기 스토리지 영역(Cst)에 위치하는 상기 전원 배선(도 2의48)의 연장부(B)의 일부를 노출하는 제 4 콘택홀(60)을 형성한다.
동시에, 상기 구동영역(D)의 게이트 전극(44)의 일 측을 노출하는 콘택홀(도 2의 CH)를 형성한다.
다음으로, 수소화 공정을 진행한다. 이와 같이 하면 상기 층간절연막(50)내의 수소가 상기 제 1 제 2 다결정 반도체층(34,36)으로 확산하여 이 또한 제 1 및 제 2 다결정 반도체층(34,36)의 표면 결함을 제거할 수 있다.
도 5d와 도 6d는 제 4 마스크 공정을 나타낸 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(50)이 형성된 기판(32)의 전면에 몰리브덴(Mo)과 알루미늄(Al)과 몰리브덴(Mo)을 증착하고 제 4 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 제 1 다결정반도체층(34)과 접촉하는 제 1 소스전극(60)과 제 1 드레인 전극(62)과, 상기 제 2 다결 정 반도체층(36)과 접촉하는 제 2 소스전극(64)과 제 2 드레인 전극(66)을 형성한다.
이때, 상기 구동소자(TD)의 소스 전극(64)은, 상기 전원배선(48)과 접촉하도록 구성한다. 동시에, 상기 스위칭 소자(TS)의 제 1 소스 전극(60)과 접촉하는 데이터 배선(도 2의 68)을 형성한다.
전술한 구성에서, 상기 스위칭 영역(S)의 드레인 전극(62)은 상기 구동영역(D)의 게이트 전극(44)과 접촉하도록 형성한다.
도 5e와 도 6e는 제 5 마스크 공정을 도시한 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 소스 및 드레인 전극(60,62)과 제 2 소스 및 드레인 전극(64,66)과 데이터 배선(도 2의 68)이 형성된 기판의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 하나 이상의 물질을 도포하여 보호막(70)을 형성한다.
다음으로, 상기 보호막(70)을 제 5 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 구동소자(TD)의 드레인 전극(66)을 노출하는 드레인 콘택홀(72)을 형성한다.
도 5f와 도 6f는 제 6 마스크 공정을 도시한 도면으로, 도시한 바와 같이, 상기 보호막(70)이 형성된 기판(32)의 전면에 투명한 제 1금속층(74a)과 불투명한 제 2 금속층(74b)과 투명한 제 3 금속층(74c)을 적층한 후 제 6 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 구동소자(TD)의 드레인 전극(66)과 접촉하면서 발광영역(E)으로 연장된 발광부(도 3과 도 4의 80)의 제 1 전극(양극전극,74)을 형성한다.
상기 제 1 및 제 3 금속층(74a,74c)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)과 같은 투명한 양극 물질을 증착하여 형성하고, 상기 제 2 금속층(74b)은 은과 같은 반사율이 뛰어난 불투명한 금속을 증착하여 형성한다.
따라서, 상기 제 2 금속층(74b)은 불투명하기 때문에 발광층(74)에서 발광된 빛을 상부로 반사하는 역할을 한다.
도 5g와 도 6g은 제 7 마스크 공정을 도시한 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 전극(74)이 형성된 기판(70)의 전면에 앞서 언급한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 하나 이상의 물질을 증착하여 뱅크(76)를 형성한다.
이상으로 종래의 7 마스크 공정으로 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부 형성공정을 설명하였다.
전술한 공정 이후에는 앞서 도 3과 도 4에 언급한 바와 같이, 상기 제 1 전극의 상부에 발광층과 제 2 전극(음극전극,82)을 형성하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 제 2 전극(음극전극,82)은 MgAg 또는 MgCa와 같은 마그네슘계열의 합금을 증착하고 패턴하여 형성하며, 이는 반투명한 특성을 가짐으로 발광층(도 3과 도 4의 80)에서 발광하는 빛이 전면으로 발광하는 상부 발광특성을 가질 수 있다.
그런데, 종래의 유기전계 발광소자는 전술한 7마스크 공정의 박막트랜지스터 어레이 공정과 발광층과 제 2 전극을 형성하는 공정을 더하여, 총 8~9마스크 공정을 진행해야 비로소 제작될 수 있다.
따라서, 공정수가 너무 많기 때문에 과도한 공정시간 및 공정비용이 들게 되 고 이는 생산수율을 저하하는 원인이 되고 있다.
본 발명은 이를 해결하기 위해 제안된 것으로, 공정을 단순화 하여 유기전계 발광소자를 제작하는 것을 목적으로 한다.
특히, 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 형성함에 있어, 5 마스크 공정으로 제작하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법은 기판 상에 발광부와 스위칭 영역과 구동영역을 정의하는 단계와; 상기 스위칭 영역과 구동영역에 제 1 다결정 반도체층과 제 2 다결정 반도체층을 형성하는 제 1 마스크 공정 단계와; 상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층의 상부에 각각 제 1 게이트 전극과 제 2 게이트 전극을 형성하고, 상기 발광부에 제 1 전극(양극전극)을 형성하는 제 2 마스크 공정 단계와; 상기 제 1 다결정 반도체층과 제 2 다결정 반도체층의 양측을 각각 노출하는 층간 절연막을 형성하는 제 3 마스크 공정 단계와; 상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층의 노출된 양측과 접촉하는 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극과, 제 2 소스 전극과 제 2 드레인 전극을 형성하는 제 4 마스크 공정 단계와; 상기 발광부의 제 1 전극을 노출하는 뱅크를 형성하는 제 5 마스크 공정단계와; 상기 발광부마다 유기발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기발 광층의 상부에 제 2 전극(음극전극)을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 마스크 공정에서 상기 제 1 다결정 반도체층에서 연장된 제 3 다결정 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 마스크 공정에서는 상기 제 3 다결정 반도체층의 상부에 금속패턴을 형성하여, 상기 제 3 다결정 반도체층을 제 1 전극으로 하고, 상기 금속패턴을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 전극은 상기 발광층에 홀을 주입하는 양극 전극(anode electrode)이고, 제 2 전극은 상기 발광층에 전자를 주입하는 음극 전극(cathode electrode)이며, 상기 제 1 전극은 ITO(상부층)/Ag(하부층), ITO/Ag/ITO, IZO/Ag/IZO, IZO(상부층)/Ag(하부층)의 적층 구조중 선택된 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 전극은 마그네슘합금(MgAg,MgCa) 또는 은(Ag), 마그네슘(Mg)등을 포함하는 금속 중 선택된 하나로 형성한 것을 특징으로 하며, 상기 제 2 전극은 150Å~180Å의 두께로 반투명하게 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 마스크 공정에서, 스위칭 영역의 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하고, 상기 제 4 마스크 공정에서 상기 스위칭 영역의 소스 전극과 연결되는 데이터 배선을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
상기 제 2 마스크 공정에서 상기 금속패턴과 접촉하는 전원 배선을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 스위칭 영역의 드레인 전극과, 상기 구동 영역의 게이트 전극은 접촉하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
-- 실시예 --
본 발명은 유기전계 발광소자를 제작함에 있어, 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 5마스크 공정으로 제작하는 것을 특징으로 한다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 구성을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는, 기판(100)에 다수의 발광영역(E)과, 상기 발광영역(E)의 일 측마다 스위칭 영역(S)과 구동영역(D)과 스토리지 영역(C)을 정의하고, 상기 스위칭 영역(S)에는 제 1 게이트 전극(112)과 제 1 다결정 반도체층(104)과, 제 1 소스 전극(138)과 제 1 드레인 전극(140)을 포함하는 스위칭 소자(TS)가 구성하고, 상기 구동 영역(D)에는 제 1 게이트 전극(114)과 제 2 다결정 반도체층(106)과 제 2 소스전극(142)과 제 2 드레인 전극(144)을 포함하는 구동소자(TD)가 구성한다.
상기 발광부(E)의 일 측과 이와 교차하는 타 측에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)을 구성하고, 상기 게이트 배선(미도시)은 상기 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(112)과 연결되도록 하고, 상기 데이터 배선(미도시)은 상기 스위칭 소자(TS)의 소스 전극(138)과 연결되도록 한다.
또한, 상기 게이트 배선(미도시)과 평행하게 구성되면서, 상기 스토리지 영역(C)으로 연장된 연장부(118)를 가지는 전원배선(미도시)을 구성하며 이때, 상기 스토리지 영역(C)에는 상기 전원배선(미도시)의 연장부(118)를 제 2 전극으로 하고 그 하부의 제 3 다결정 반도체층(108)을 제 1 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(Cst)를 구성한다.
상기 발광부(E)에는 제 1 전극(양극전극,120)과 발광층(152)과 제 2 전극(음극전극,154)을 구성한다.
이때, 상기 제 1 전극은 발광부(E)마다 독립적으로 구성하는 동시에 반사특성을 가지는 불투명 금속으로 형성하고, 상기 발광층(152)또한 발광부(E)마다 적,녹,청색을 발광하는 유기물질을 순차 패턴하여 구성하며, 상기 제 2 전극(154)은 빛이 투과되는 반투명한 재질이며 이웃한 발광부(E)와 일체로 구성한다.
전술한 구성에서 특징적인 것은, 상기 발광부(E)에 형성한 제 1 전극(120)과, 상기 스위칭 영역(S)과 구동 영역(D)의 제 1ㅇ게이트 전극(112)과 제 2 게이트 전극(114)을 동시에 형성하고, 이를 포함하는 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 5 마스크 공정으로 제작하는 것을 특징으로 한다.
이하, 공정단면도를 참조하여, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자용 박막트랜지스터 어레이부의 제조방법을 설명한다.
도 9a 내지 도 9e와 도 10a 내지 도 10e는 본 발명에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 9a와 도 10a는 제 1 마스크 공정을 나타낸 도면으로, 도시한 바와 같이 먼저, 기판(100)상에 스위칭 영역(S)과 구동영역(D)과 스토리지 영역(C)과 발광영역(E)을 정의한다.
상기 다수의 영역이 정의된 기판(100)상에 절연물질을 증착하여 버퍼층(buffer layer,102)을 형성한다.
상기 버퍼층(102)은 질화 실리콘(SiNX)과 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 하나 이상의 물질을 증착하여 형성한다.
이때, 상기 버퍼층(102)을 단일막으로 형성할 때는 바람직하게는 산화 실리콘(SiO2)을 증착하여 형성하고, 이중막으로 형성할 때는 상기 산화 실리콘(SiO2)의 상부에 질화 실리콘(SiNX)을 증착하여 형성한다.
다음으로, 상기 버퍼층(102)이 형성된 기판(100)의 전면에 순수한 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하고 레이저 및 고상결정화 방법 등을 이용하여 결정화함으로써 다결정 실리콘층(미도시)을 형성한다.
이때, 결정화 이전공정으로 약 430℃에서 1시간 조건으로, 탈수소화 공정을 진행한다. 상기 탈수소화 공정을 미리 진행하지 않으면 결정화 공정시, 열에 의해 수소가 외부로 빠져 나오게 되면서 수만은 홀을 만들게 되고 이는 결정층의 디펙트(defect)로 작용하게 된다.
상기 다결정 실리콘층(미도시)을 형성한 후 이를 제 1 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 스위칭 영역(S)과 구동영역(D)과 스토리지 영역(Cst)에 제 1 다결정 반도체층(104)과 제 2 다결정 반도체층(106)과 제 3 다결정 반도체층(108)을 형성한다.
이때, 상기 스위칭 영역(S)의 제 1 다결정 반도체층(104)과 상기 스토리지 영역(Cst)의 제 3 다결정 반도체층(108)은 일체로 형성할 수 있다.
도 9b와 도 10b는 제 2 마스크 공정을 나타낸 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 다결정 반도체층(104,106,108)이 형성된 기판(100)의 전면에 산화실리콘(SiO2)과 질화실리콘(SiNX)을 연속 증착하여 게이트 절연막(110)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(110)의 상부에 은(Ag)을 증착하여 제 1 금속층(M1)을 형성하고, 상기 제 1 금속층(M1)의 상부에 투명한 제 2 금속층(M2)을 형성한다.
상기 제 2 금속층(M2)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나로 형성한다.
다음으로, 상기 제 1 및 제 2 금속층(M1,M2)을 제 2 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층(104,106)의 상부에 제 1 게이트 전극(112)과 제 2 게이트 전극(114)과, 상기 화소 영역에 제 1 전극(양극전극,120)을 형성한다.
동시에, 상기 스위칭 영역(S)에 구성한 제 1 게이트 전극(112)과 연결된 게이트 배선(미도시)과, 상기 게이트 배선(미도시)과 평행하게 이격되며 상기 스토리지 영역(Cst)에 연장된 연장부(118)를 포함하는 전원배선(미도시)을 형성한다.
전술한 구성에서, 상기 제 1 전극(120)의 구성은, ITO/Ag/ITO구조이거나, IZO/Ag/IZO 구조이거나,IZO/Ag(제 1 금속층)으로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(112)(114)과 발광부에 제 1 전극(120)이 형성된 기판(100)의 전면에 p+이온 예를 들면 고농도(1015)의 보론(boron)이온을 임플란트(implant)방식으로 도핑하는 공정을 진행한다.
이와 같이 하면, 상기 제 1 다결정 반도체층(104)과 제 2 다결정 반도체층(106)의 양측은 상기 보론이온이 도핑되어 저항성 접촉특성을 가지는 오믹콘택(ohmic contact)영역이 된다.
다음으로, 퍼니스에서 450℃ 1시간동안 활성화 공정을 진행하여, 상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층(104,106)에 상기 도핑된 이온을 확산시킴과 동시에, 상기 이온이 도핑된 표면 결함을 제거하는 공정을 진행한다.
도 9c와 도 10c는 제 3 마스크 공정을 나타낸 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 게이트 전극(112,114)과 제 1ㅇ전극(120)이 형성된 기판(100)의 전면에 질화 실리콘(SiN2)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 그 이상의 물질을 증착하여 층간 절연막(124)을 형성한다.
상기 층간 절연막(124)을 제 3 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 제 1 다결정 반도체층(104)의 양측 오믹 영역을 노출하는 제 1 콘택홀(126)과 제 2 콘택홀(128)과, 상기 제 2 다결정 반도체층(106)의 양측 오믹 영역을 노출하는 제 3 콘택홀(130)과 제 4 콘택홀(132)과, 상기 스토리지 영역(Cst)의 전원 배선의 연장부(118)의 일부를 노출하는 제 4 콘택홀(134)을 형성한다.
또한, 상기 발광부(E)의 제 1 전극(120)을 노출하는 식각홀(136)을 형성한 다.
동시에, 상기 구동영역(D)의 게이트 전극(112)의 일 측을 노출하는 콘택홀(미도시)를 형성한다.
다음으로, 수소화 공정을 진행한다. 이와 같이 하면 상기 층간절연막(120)내의 수소가 상기 제 1 제 2 다결정 반도체층(104,106)으로 확산하여 이 또한 제 1 및 제 2 다결정 반도체층(104,106)의 표면 결함을 제거할 수 있다.
도 9d와 도 10d는 제 4 마스크 공정을 나타낸 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(124)이 형성된 기판(100)의 전면에 몰리브덴(Mo)과 알루미늄(Al)과 몰리브덴(Mo)을 증착하고 제 4 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 제 1 다결정반도체층(104)과 접촉하는 제 1 소스전극(138)과 제 1 드레인 전극(140)과, 상기 제 2 다결정 반도체층(106)과 접촉하는 제 2 소스전극(142)과 제 2 드레인 전극(144)을 형성한다.
이때, 상기 구동영역(D)의 소스 전극(142)은, 상기 전원배선의 연장부(118)과 접촉하도록 구성한다. 동시에, 상기 스위칭 영역(S)의 제 1 소스 전극(138)과 접촉하는 데이터 배선(미도시)을 형성한다.
전술한 구성에서, 상기 스위칭 영역(S)의 드레인 전극(140)은 상기 구동영역(D)의 게이트 전극(114)과 접촉하도록 형성한다.
도 9e와 도 10e는 제 5 마스크 공정을 도시한 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 제 1 소스 및 드레인 전극(138,140)과 제 2 소스 및 드레인 전극(142,144)과 데이터 배선(미도시)이 형성된 기판(100)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크 릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나 또는 하나 이상의 물질을 도포하여 뱅크(150)를 형성한다.
상기 뱅크(150)는 발광부의 제 1 전극(120)을 노출하도록 형성하는 반면, 상기 드레인 전극(144)과 제 1 전극(120)이 접촉한 부분을 덮도록 형성한다.
이상으로, 본 발명에 따른 5마스크 공정으로 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부 형성공정을 설명하였다.
전술한 공정 이후에는 앞서 도 7과 도 8에 언급한 바와 같이, 상기 제 1 전극(120)의 상부에 발광층(도 7과 8의 152)과 제 2 전극(음극전극,154)을 형성하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 제 2 전극(음극전극,154)은 MgAg 또는 MgCa와 같은 마그네슘계열의 합금 또는 알루미늄과 같은 음극을 띄는 도전성 물질을 약 150Å~180Å의 두께로 증착하고 패턴하여 형성하며, 이는 반투명한 특성을 가짐으로 발광층(도 3과 도 4의 152)에서 발광하는 빛을 전면으로 발광하는 상부 발광특성을 가질 수 있도록 한다.
전술한 구성에서, 상기 발광층(150)은 발광부(E)마다 적,녹,청색을 발광하는 유기물질을 순차 패턴하여 형성하며, 상기 제 1 전극(120)과의 사이에 홀수송층(미도시)을 더욱 구성하고, 상기 제 2 전극(152)과의 사이에 전자 수송층을 더욱 구성할 수 있다.
이상으로, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 5 마스크 공정으로 박막트랜지스터 어레이부를 제작하는 것이 가능하여, 발광층과 제 2 전극을 형성하는 공정 을 포함하면 6~7마스크 공정으로 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 유기전계 발광소자는 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 상부 발광형이므로 하부 어레이패턴에 영향을 받지 않아 휘도를 개선할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 5마스크 공정으로 제작함으로써 종래에 비해 공정을 획기적으로 단순화 할 수 있으므로, 공정시간을 줄이고 공정비용을 낮출 수 있으므로 생산수율을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 발광부와 스위칭 영역과 구동영역을 정의하는 단계와;
    상기 스위칭 영역과 구동영역에 제 1 다결정 반도체층과 제 2 다결정 반도체층을 형성하는 제 1 마스크 공정 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층의 상부에 각각 제 1 게이트 전극과 제 2 게이트 전극을 형성하고, 상기 발광부에 제 1 전극(양극전극)을 형성하는 제 2 마스크 공정 단계와;
    상기 제 1 다결정 반도체층과 제 2 다결정 반도체층의 양측을 각각 노출하는 층간 절연막을 형성하는 제 3 마스크 공정 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 다결정 반도체층의 노출된 양측과 접촉하는 제 1 소스 전극과 제 1 드레인 전극과, 제 2 소스 전극과 제 2 드레인 전극을 형성하는 제 4 마스크 공정 단계와;
    상기 발광부의 제 1 전극을 노출하는 뱅크를 형성하는 제 5 마스크 공정단계와;
    상기 발광부마다 유기발광층을 형성하는 단계와;
    상기 유기발광층의 상부에 제 2 전극(음극전극)을 형성하는 단계
    를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크 공정에서 상기 제 1 다결정 반도체층에서 연장된 제 3 다결정 반도체층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크 공정에서, 상기 제 3 다결정 반도체층의 상부에 금속패턴을 형성하여, 상기 제 3 다결정 반도체층을 제 1 전극으로 하고, 상기 금속패턴을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 발광층에 홀을 주입하는 양극 전극(anode electrode)이고, 제 2 전극은 상기 발광층에 전자를 주입하는 음극 전극(cathode electrode)인 유기전계 발광소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 ITO(상부층)/Ag(하부층), ITO/Ag/ITO, IZO/Ag/IZO, IZO(상부층)/Ag(하부층)의 적층 구조중 선택된 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 마그네슘합금(MgAg,MgCa) 또는 은(Ag), 마그네슘(Mg)등을 포함하는 금속 중 선택된 하나로 형성한 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 150Å~180Å의 두께로 반투명하게 형성된 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크 공정에서, 스위칭 영역의 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하고, 상기 제 4 마스크 공정에서 상기 스위칭 영역의 소스 전극과 연결되는 데이터 배선을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 유기전계 발광소자 제조방 법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크 공정에서 상기 금속패턴과 접촉하는 전원 배선을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 영역의 드레인 전극과, 상기 구동 영역의 게이트 전극은 접촉하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자 제조방법.
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