KR20080013297A - 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 - Google Patents

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KR20080013297A
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Abstract

본 발명은 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극과 떨어져 있는 소스 전극과 드레인 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연체를 형성하는 단계, 상기 게이트 절연체 위에 유기 반도체를 형성하는 단계, 그리고 상기 유기 반도체 위에 보호 부재를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유기 반도체는 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 접촉되며, 상기 게이트 절연체를 형성하는 단계, 상기 유기 반도체를 형성하는 단계 및 상기 보호 부재를 형성하는 단계 중 둘 이상은 잉크젯 인쇄 방법으로 수행하며, 상기 잉크젯 인쇄 방법은 게이트 절연체용 물질, 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질 중 둘 이상을 포함한 혼합 용액을 한번에 적하하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 관한 것이다.
유기 박막 트랜지스터, 잉크젯 인쇄

Description

박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13은 도 1 및 도 2의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법을 보여주는 배치도이고,
도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 6은 도 5의 박막 트랜지스터 표시판을 VI-VI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 8은 도 7의 박막 트랜지스터 표시판을 VIII-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 10은 도 9의 박막 트랜지스터 표시판을 X-X 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 12는 도 11의 박막 트랜지스터 표시판을 XII-XII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 14는 도 13의 박막 트랜지스터 표시판을 XIV-XIV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 15는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 16은 도 15의 박막 트랜지스터 표시판을 XIV-XIV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 절연 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 127: 유지 축전기용 도전체
129: 게이트선의 끝 부분 131: 유지 전극선
137: 유지 전극 140, 160: 층간 절연막
146: 게이트 절연체 148: 자기 조립 박막
154: 유기 반도체
171: 데이터선 179: 데이터선의 끝 부분
81, 82: 접촉 보조 부재 141, 143, 147, 162, 163: 접촉 구멍
144, 184: 개구부 186: 차단 부재
191: 화소 전극 193: 소스 전극
195: 드레인 전극 Q: 유기 박막 트랜지스터
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display), 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 평판 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기 광학(electro-optical) 활성층을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다.
한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가받고, 전기 광학 활성층은 이 전기 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
평판 표시 장치에서는 스위칭 소자로서 삼단자 소자인 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 사용하며, 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(gate line)과 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선(data line)이 평판 표시 장치에 구비된다.
이러한 박막 트랜지스터 중에서, 규소(Si)와 같은 무기 반도체 대신 유기 반도체를 포함하는 유기 박막 트랜지스터(organic thin film transistor, OTFT)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
유기 박막 트랜지스터는 유기 물질의 특성상 섬유(fiber) 또는 필름(film)과 같은 형태로 만들 수 있어서 가요성 표시 장치(flexible display device)의 핵심 소자로 주목받고 있다.
또한 유기 박막 트랜지스터는 잉크젯 인쇄(ink-jet printing) 방법과 같은 용액 공정(solution process)으로 제작할 수 있어서 증착 공정 만으로 한계가 있는 대면적 평판 표시 장치에도 쉽게 적용할 수 있다.
잉크젯 인쇄 방법은 노즐이 구비된 잉크젯용 헤드를 이동시키며 격벽(partition)에 의해 정의되어 있는 소정 영역에 유기 용액을 분사하는 방법으로, 유기 반도체 또는 절연막과 같은 유기 박막을 용이하게 형성할 수 있다.
그러나 잉크젯 인쇄 방법으로 복수 층의 유기 박막을 형성하는 경우, 각각의 층을 형성하기 위한 복수의 잉크젯용 헤드가 필요하여 설비 비용 부담이 커진다. 또한 동일한 잉크젯용 헤드를 사용하여 복수 층의 유기 박막을 형성하는 경우, 각각의 잉크를 교체할 때마다 별도의 세정 단계가 필요하며 각 잉크마다 최적의 분사 상태를 조절하기 위한 테스트가 필요하여 공정 비용 및 시간이 늘어난다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이를 해결하기 위한 것으로서 잉크젯 인쇄 방법을 사용하여 유기 박막 트랜지스터를 형성할 때 제조 비용 및 시간을 줄이는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극과 떨어져 있는 소스 전극과 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연 체를 형성하는 단계, 상기 게이트 절연체 위에 유기 반도체를 형성하는 단계, 그리고 상기 유기 반도체 위에 보호 부재를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유기 반도체는 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉되며, 상기 게이트 절연체를 형성하는 단계, 상기 유기 반도체를 형성하는 단계 및 상기 보호 부재를 형성하는 단계 중 둘 이상은 잉크젯 인쇄 방법으로 수행하며, 상기 잉크젯 인쇄 방법은 게이트 절연체용 물질, 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질 중 둘 이상을 포함한 혼합 용액을 한번에 적하한다.
상기 혼합 용액은 서로 불용성일 수 있다.
상기 혼합 용액은 상기 유기 반도체용 물질, 상기 게이트 절연체용 물질 및 상기 보호 부재용 물질 중 둘 이상을 용매에 녹여 제조할 수 있다.
상기 혼합 용액은 계면 활성제를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합 용액을 적하하는 단계 후에 상기 혼합 용액을 건조하여 막 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 유기 반도체용 물질은 펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리-3-헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 게이트 절연체용 물질은 폴리아크릴(polyacryl)과 그 유도체, 폴리스티렌(polystyrene)과 그 유도체, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB), 폴리이미드(polyimide)와 그 유도체, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)과 그 유도체, 파릴렌(parylene)과 그 유도체, 퍼플루오로시클로부탄(perfluorocyclobutane)과 그 유도체, 퍼플루오로비닐에테르(perfluorovinylether)와 그 유도체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 보호 부재용 물질은 불소계 탄화수소 화합물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 및 그들의 유도체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 게이트 절연체와 상기 유기 반도체 사이에 위치하는 자기 조립 박막(self assembly monolayer)을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 자기 조립 박막을 형성하는 단계는 잉크젯 인쇄 방법으로 형성하며, 상기 잉크젯 인쇄 방법은 자기 조립 박막용 물질과 상기 유기 반도체용 물질 및 상기 게이트 절연체용 물질 중 적어도 하나를 포함하는 혼합 용액을 한번에 적하할 수 있다.
상기 자기 조립 박막용 물질은 4-메톡시벤조산(4-methoxybenzoic acid), 4-클로로벤조일 클로라이드(4-chlorobenzoyl chloride), 4-클로로벤젠술포닐 클로라이드(4-chlorobenzenesulfonyl chloride), 4-클로로페닐 디클로로포스페이트(4-chlorophenyl dichlorophosphate), 4-플루오로벤젠설포닐 클로라이드(4-fluorobenzenesulfonyl chloride), 2-브로모-4,6-디플루오로벤젠 술포닐 클로라이드(2-bromo-4,6-difluorobenzene sulfonyl chloride), 3-클로로-4-플루오로벤젠 술포닐 클로라이드(3-chloro-4-fluorobenzene sulfonyl chloride)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
투명한 유리, 실리콘(silicone) 또는 플라스틱(plastic) 따위로 만들어진 절연 기판(substrate)(110) 위에 복수의 데이터선(data line)(171) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 있다. 각 데이터선(171)은 옆으로 돌출한 복수의 돌출부(projection)(173)와 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 데이터선(171)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 두 데이터선(171) 사이에 위치하며 두 데이터선(171) 중 왼쪽에 가깝다. 유지 전극선(131)은 옆으로 확장된 유지 전극(storage electrode)(137)을 포함한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
데이터선(171) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 금(Ag)이나 금 합금 등 금 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위의 저저항 도전체로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
데이터선(171) 및 유지 전극선(131)은 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 약 30 내지 80도 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
데이터선(171) 및 유지 전극선(131) 위에는 하부 층간 절연막(160)이 형성되어 있다. 하부 층간 절연막(160)은 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiO2) 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있으며, 그 두께는 약 2,000 내지 5,000Å일 수 있다.
하부 층간 절연막(160)은 데이터선(171)의 돌출부(173) 및 끝 부분(179)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(163, 162)을 가진다.
하부 층간 절연막(160) 위에는 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 축전기용 도전체(storage capacitor conductor)(127)가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 데이터선(171)과 교차한다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 게이트 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.
유지 축전기용 도전체(127)는 게이트선(121)과 분리되어 있으며, 유지 전극(137)과 중첩한다.
게이트선(121) 및 유지 축전기용 도전체(127)는 상술한 데이터선(171)의 재료에서 선택된 도전 물질로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 축전기용 도전체(127)의 측면 또한 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30 내지 약 80도인 것이 바람직하다.
게이트선(121), 유지 축전기용 도전체(127) 및 하부 층간 절연막(160)을 포함한 기판 전면에는 상부 층간 절연막(140)이 형성되어 있다. 상부 층간 절연막(140)은 용액 공정이 가능한 감광성 유기 물질로 만들어질 수 있으며, 그 두께는 약 5,000Å 내지 4㎛일 수 있다.
상부 층간 절연막(140)은 데이터선(171)의 끝 부분(179) 부근에는 존재하지않는다. 이는 데이터선(171)의 끝 부분(179) 위에 형성된 하부 층간 절연막(160)과 상부 층간 절연막(140)이 접착성(adhesion) 불량으로 분리되는 것을 방지하는 한편, 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 회로가 효과적으로 연결되도록 층간 절연막의 두께를 줄이기 위함이다.
상부 층간 절연막(140)에는 게이트 전극(124)을 드러내는 복수의 개구부(144), 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(141) 및 데이터선(171)의 돌출부(173)를 드러내는 복수의 접촉 구멍(143)이 형성되어 있다.
상부 층간 절연막(140)의 개구부(144)에는 게이트 절연체(gate insulator)(146)가 형성되어 있다.
게이트 절연체(146)는 폴리아크릴(polyacryl)과 그 유도체, 폴리스티렌(polystyrene)과 그 유도체, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB), 폴리이미드(polyimide)와 그 유도체, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)과 그 유도체, 파릴렌(parylene)과 그 유도체, 퍼플루오로시클로부탄(perfluorocyclobutane)과 그 유도체, 퍼플루오로비닐에테르(perfluorovinylether)와 그 유도체 따위로 만들어질 수 있다.
게이트 절연체(146)는 게이트 전극(124)을 덮으며, 그 두께는 1,000 내지 10,000Å 정도이다. 개구부(144)의 측벽은 게이트 절연체(146)보다 높아서 상부 층간 절연막(140)이 둑(bank)의 역할을 하며, 개구부(144)는 게이트 절연체(146)의 표면이 평탄해질 수 있도록 충분한 크기를 가진다.
상부 층간 절연막(140) 및 게이트 절연체(146) 위에는 복수의 소스 전극(source electrode)(193), 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 IZO 또는 ITO 등과 같은 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있으며, 그 두께는 약 300Å 내지 약 800Å일 수 있다.
소스 전극(193)은 접촉 구멍(143)을 통하여 데이터선(171)과 연결되어 있으며 게이트 전극(124) 위로 뻗어 있다.
화소 전극(191)은 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(193)과 마주하는 부분(이하 '드레인 전극'이라 함)(195)을 포함한다. 드레인 전극(195)과 소스 전극(193)의 마주하는 두 변은 서로 나란하며 구불구불하게 사행(蛇行)한다. 화소 전극(191)은 게이트선(121) 및/또는 데이터선(171)과 중첩하여 개구율(aperture ratio)을 높일 수 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(141, 162)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129)과 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
소스 전극(193), 화소 전극(191) 및 상부 층간 절연막(140) 위에는 복수의 둑(bank)(180)이 형성되어 있다.
둑(180)에는 복수의 개구부(184)가 형성되어 있다. 개구부(184)는 게이트 전극(124) 및 상부 층간 절연막(140)의 개구부(144) 위에 위치하며 소스 전극(193)과 드레인 전극(195)의 일부와 그 사이의 게이트 절연체(146)를 노출한다.
둑(180)은 용액 공정이 가능한 감광성 유기 물질로 만들어지며, 그 두께는 약 5,000Å 내지 4㎛ 일 수 있다. 둑(180)의 개구부(184)는 상부 층간 절연막(140)의 개구부(144)보다 작다. 이로써, 하부에 형성되어 있는 게이트 절연체(146)를 둑(180)이 단단하게 고정하여 들뜨는 것(lifting)을 방지할 수 있고, 후속 제조 과정에서 화학 용액이 침투하는 것을 줄일 수 있다.
둑(180)의 개구부(184) 내에는 복수의 섬형 유기 반도체(organic semiconductor island)(154)가 형성되어 있다. 유기 반도체(154)는 게이트 전 극(124) 상부에서 소스 전극(193) 및 드레인 전극(195)과 접하며, 그 높이가 둑(180)보다 낮아서 둑(180)으로 완전히 갇혀 있다. 이와 같이 유기 반도체(154)가 둑(180)에 의해 완전히 갇혀 측면이 노출되지 않으므로 후속 공정에서 유기 반도체(154)의 측면으로 화학액 따위가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
유기 반도체(154)는 수용액이나 유기 용매에 용해되는 고분자 화합물이나 저분자 화합물을 포함할 수 있으며, 잉크젯 인쇄 방법(inkjet printing)으로 형성될 수 있다.
유기 반도체(154)는 펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리-3-헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 중에서 선택된 적어도 하나로 만들어질 수 있다.
게이트 절연체(146)와 유기 반도체(154) 사이에는 자기 조립 박막(self assembly monolayer, SAM)(148)이 형성되어 있다. 자기 조립 박막(148)은 게이트 절연체(146)와 유기 반도체(154) 사이의 접착성(adhesion)을 높이며 이들의 계면 특성을 개선할 수 있다.
자기 조립 박막(148)은 4-메톡시벤조산(4-methoxybenzoic acid), 4-클로로벤조일 클로라이드(4-chlorobenzoyl chloride), 4-클로로벤젠설포닐 클로라이드(4-chlorobenzenesulfonyl chloride), 4-클로로페닐 디클로로포스페이트(4-chlorophenyl dichlorophosphate), 4-플루오로벤젠설포닐 클로라이드(4-fluorobenzenesulfonyl chloride), 2-브로모-4,6-디플루오로벤젠 설포닐 클로라이드(2-bromo-4,6-difluorobenzene sulfonyl chloride), 3-클로로-4-플루오로벤젠 설포닐 클로라이드(3-chloro-4-fluorobenzene sulfonyl chloride)에서 선택된 적어도 하나로 만들어질 수 있다.
본 실시예에서는 자기 조립 박막(148)이 게이트 절연체(146) 위에 형성되어 있는 것을 도시하였지만, 유기 반도체(154)와 소스 전극(193) 사이 및 유기 반도체(154)와 드레인 전극(195) 사이에 형성되어 이들 사이의 접촉 저항을 낮출 수도 있다.
유기 반도체(154) 위에는 보호 부재(186)가 형성되어 있다. 보호 부재(186)는 불소계 탄화수소 화합물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 및 그들의 유도체 따위로 만들어지며, 외부의 열, 플라스마 또는 화학 물질로부터 유기 반도체(154)를 보호한다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(193) 및 하나의 드레인 전극(195)은 유기 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(193)과 드레인 전극(195) 사이의 유기 반도체(154)에 형성된다.
화소 전극(191)은 박막 트랜지스터(Q)에서 데이터 전압을 인가 받아 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(도시하지 않음)의 공통 전극(common electrode)(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(도시하지 않음)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 화소 전극(191)과 공통 전극은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
그러면 도 1 및 도 2에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에 대하여 도 3 내지 도 14를 참고하여 상세히 설명한다.
도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11 및 도 13은 도 1 및 도 2의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법을 보여주는 배치도이고, 도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 6은 도 5의 박막 트랜지스터 표시판을 VI-VI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 7의 박막 트랜지스터 표시판을 VIII-VIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 10은 도 9의 박막 트랜지스터 표시판을 X-X 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 12는 도 11의 박막 트랜지스터 표시판을 XII-XII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 14는 도 13의 박막 트랜지스터 표시판을 XIV-XIV 선을 따라 잘 라 도시한 단면도이다.
먼저, 기판(110) 위에 스퍼터링(sputtering) 따위의 방법으로 도전층을 적층하고 이를 사진 식각하여, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 돌출부(173) 및 끝 부분(179)을 포함하는 데이터선(171)과 유지 전극(137)을 포함하는 유지 전극선(131)을 형성한다.
다음, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 무기 물질을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)하거나 유기 물질을 스핀 코팅(spin coating)하여 접촉 구멍(163, 162)을 가지는 하부 층간 절연막(160)을 형성한다. 접촉 구멍(163, 162)은 무기 물질인 경우 감광막을 사용한 사진 식각 공정으로 형성하고 유기 물질인 경우 사진 공정만으로 형성할 수 있다.
이어서, 하부 층간 절연막(160) 위에 도전층을 적층하고 사진 식각하여, 게이트 전극(124) 및 끝 부분(129)을 포함하는 게이트선(121)과 유지 축전기용 도전체(127)를 형성한다.
다음, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 감광성 유기물 등을 스핀 코팅하고 패터닝하여 개구부(144) 및 접촉 구멍(141, 143, 147)을 가지는 상부 층간 절연막(140)을 형성한다. 이 때 데이터선(171)의 끝 부분(179) 부근은 유기물이 모두 제거되도록 한다.
이어서, 기판 위에 잉크젯 인쇄용 시스템(10)을 배치하고 개구부(144)에 잉크 용액(10a)을 분사한다. 이 때 잉크 용액(10a)은 게이트 절연체용 물질 및 자기 조립 박막용 물질이 포함되어 있다.
게이트 절연체용 물질 및 자기 조립 박막용 물질은 서로 용해되거나 반응하지 않는 물질이며, 잉크젯 인쇄용 시스템(10) 내에서 균일하게 또는 불균일하게 섞여 있다.
게이트 절연체용 물질에는 예컨대 폴리아크릴(polyacryl)과 그 유도체, 폴리스티렌(polystyrene)과 그 유도체, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB), 폴리이미드(polyimide)와 그 유도체, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)과 그 유도체, 파릴렌(parylene)과 그 유도체, 퍼플루오로시클로부탄(perfluorocyclobutane)과 그 유도체, 퍼플루오로비닐에테르(perfluorovinylether)와 그 유도체 따위일 수 있으며, 자기 조립 박막용 물질은 4-메톡시벤조산(4-methoxybenzoic acid), 4-클로로벤조일 클로라이드(4-chlorobenzoyl chloride), 4-클로로벤젠술포닐 클로라이드(4-chlorobenzenesulfonyl chloride), 4-클로로페닐 디클로로포스페이트(4-chlorophenyl dichlorophosphate), 4-플루오로벤젠설포닐 클로라이드(4-fluorobenzenesulfonyl chloride), 2-브로모-4,6-디플루오로벤젠 술포닐 클로라이드(2-bromo-4,6-difluorobenzene sulfonyl chloride), 3-클로로-4-플루오로벤젠 술포닐 클로라이드(3-chloro-4-fluorobenzene sulfonyl chloride) 따위일 수 있다.
이러한 게이트 절연체용 물질 및 자기 조립 박막용 물질은 각각 액상으로 제조되어 섞은 용액일 수도 있고, 각각 고형분이며 공통의 용매에 녹인 용액 형태일 수도 있다. 게이트 절연체용 물질 및 자기 조립 박막용 물질이 고형분인 경우, 상기 고형분은 예컨대 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran, TFT) 따위의 용매에 용해할 수 있다. 이 때 용해도를 높이기 위하여 계면 활성제를 포함할 수 있으며, 계면 활성제는 예컨대 글리콜에테르(glycol ether), 글리콜에스테르(glycol ester), 폴리옥시에틸렌에테르(polyoxyethylene ether), 폴리옥시에틸렌에스테르(polyoxyethylene ester), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 프로필렌글리콜(propylene glycol), 글리세롤(glycerol), 알킬에톡시레이트(alkyl ethoxylate), 디에탄올아미드(diethanolamide), 소르비탄에스테르(sorbitan esters), 글리세릴에스테르(glyceryl esters) 및 라우릴디메틸아민 옥사이드(lauryl dimethylamine oxide) 따위일 수 있다.
계면 활성제는 잉크 용액(10a)의 총 함량에 대하여 0.001 내지 0.5중량% 함유될 수 있다.
이어서, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 적하된 잉크 용액(10a)을 건조함으로써 게이트 절연체(146)와 자기 조립 박막(148)으로 각각 막 분리된다. 다음 도 11 및 도 12를 참고하면, 비정질 ITO 등을 스퍼터링한 후 사진 식각하여 데이터 전극(195)을 포함하는 화소 전극(191), 소스 전극(193) 및 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다. 스퍼터링의 온도는 25℃ 내지 100℃의 비교적 저온, 특히 상온인 것이 바람직하며, 비정질 ITO는 약염기성 식각액을 사용하여 식각하는 것이 바람직하다. 이와 같이 ITO를 저온에서 형성하고 약염기성 식각액으로 식각함으로써 유기물로 만들어진 하부의 게이트 절연체(146) 및 상부 층간 절연막(140)이 열 및 화학액으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
다음, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 감광성 유기막을 도포하고 현상 하여 개구부(184)를 가지는 둑(180)을 형성한다.
이어서, 기판 위에 잉크젯 인쇄용 시스템(20)을 배치하고 개구부(184)에 잉크 용액(20a)을 분사한다. 이 때 잉크 용액(20a)은 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질이 포함되어 있다.
유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질은 서로 용해되거나 반응하지 않는 물질이며, 잉크젯 인쇄용 시스템(20) 내에서 균일하게 또는 불균일하게 섞여 있다.
유기 반도체용 물질은 펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리-3-헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 따위일 수 있다.
보호 부재용 물질은 불소계 탄화수소 화합물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 및 그들의 유도체 따위일 수 있다.
이러한 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질은 각각 액상으로 제조되어섞은 용액일 수도 있고, 각각 고형분이며 공통의 용매에 녹인 용액 형태일 수도 있다. 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질이 고형분인 경우, 상기 고형분은 예컨대 벤젠, 톨루엔, 테트라히드로퓨란 따위의 용매에 용해된 용액 형태일 수 있다. 이 때 용해도를 높이기 위하여 계면 활성제를 포함할 수 있으며, 계면 활성제는 상술한 예에서 선택될 수 있다.
이어서, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 적하된 잉크 용액(20a)을 건조함으로써 유기 반도체(154) 및 보호 부재(186)로 막 분리된다.
또한 도시하지는 않았지만, 잉크 용액(20a)에 유기 반도체용 물질, 보호 부재용 물질 및 계면 활성제 외에 상술한 자기 조립 박막용 물질을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 유기 반도체(154) 하부에 자기 조립 박막이 형성되어 개구부(184)를 통하여 노출되어 있는 소스 전극(193) 및 드레인 전극(195)과 유기 반도체(154) 사이에 자기 조립 박막이 형성될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면 잉크젯 인쇄 방법을 사용하여 복수 층의 박막을 한 번에 형성할 수 있으므로 공정 시간 및 비용을 현저하게 줄일 수 있다.
다음, 도 15 및 도 16을 참조하여 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 설명한다. 전술한 실시예와 중복되는 내용은 생략한다.
도 15는 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 도시한 배치도이고, 도 16은 도 15의 박막 트랜지스터 표시판을 XVI-XVI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 전술한 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하였다.
절연 기판(110) 위에 복수의 데이터선(171), 복수의 유지 전극선(172) 및 광 차단막(light blocking member)(174)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 옆으로 돌출한 복수의 돌출부(173)와 끝 부분(179)을 포함한다. 유지 전극선(172)은 데이터선(171)과 거의 나란하게 뻗으며 옆으로 갈라져서 원형을 이루는 유지 전극(177)을 포함한다.
광 차단막(174)은 데이터선(171) 및 유지 전극선(172)과 분리되어 있다.
데이터선(171), 유지 전극선(172) 및 광 차단막(174) 위에는 하부 층간 절연막(160)이 형성되어 있고, 이들은 데이터선(171)의 돌출부(173) 및 끝 부분(179)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(163, 162)을 가진다.
하부 층간 절연막(160) 위에는 복수의 소스 전극(133), 복수의 드레인 전극(135) 및 복수의 접촉 보조 부재(82)가 형성되어 있다.
소스 전극(133)은 접촉 구멍(163)을 통하여 데이터선(171)과 연결되어 있으며, 드레인 전극(135)은 광 차단막(174) 위에서 소스 전극(133)과 마주하는 부분(이하 '전극부'라고 함)(136)과 유지 전극선(172)과 적어도 일부 중첩하는 부분(이하 '용량부'라고 함)(137)을 포함한다. 전극부(136)는 소스 전극(133)과 마주하여 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)의 일부를 이루며, 용량부(137)는 유 지 전극선(172)과 중첩하여 전압 유지 능력을 강화하기 위한 유지 축전기(storage capacitor)를 형성한다.
소스 전극(133), 드레인 전극(135) 및 하부 층간 절연막(160)을 포함한 기판 전면에는 상부 층간 절연막(140)이 형성되어 있다.
상부 층간 절연막(140)은 복수의 개구부(144) 및 복수의 접촉 구멍(145)을 가진다. 개구부(144)는 소스 전극(133) 및 드레인 전극(135)과 이들 사이의 하부 층간 절연막(160)을 노출하며, 접촉 구멍(145)은 드레인 전극(135)을 노출한다.
개구부(144)에는 유기 반도체(154)가 형성되어 있고, 유기 반도체(154) 위에는 게이트 절연체(146)가 형성되어 있다. 유기 반도체(154) 및 게이트 절연체(146)는 전술한 실시예에서 나열한 물질로 만들어질 수 있다.
게이트 절연체(146) 및 상부 층간 절연막(140) 위에는 게이트 전극(124) 및끝 부분(129)을 포함하는 복수의 게이트선(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121) 위에는 접촉 구멍(185, 181)을 가지는 보호막(180)이 형성되어 있고, 보호막(180) 위에는 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(135)과 연결되어 있는 화소 전극(191)과 접촉 구멍(181)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129)과 연결되어 있는 접촉 보조 부재(81)가 형성되어 있다.
본 실시예는 전술한 실시예와 달리, 탑 게이트(top gate) 구조이며, 하나의 층간 절연막(140)이 유기 반도체(154)와 게이트 절연체(146)의 공통적인 격벽(partition) 역할을 한다. 따라서 유기 반도체(154) 및 게이트 절연체(146)가 잉크젯 인쇄 방법으로 형성되는 경우, 유기 반도체용 물질과 게이트 절연체용 물질 을 하나의 용액으로 제조하여 한번에 분사할 수 있다.
이 때 유기 반도체용 물질 및 게이트 절연체용 물질은 서로 용해되거나 반응하지 않는 물질이며, 전술한 실시예에서 나열한 물질 중에 선택될 수 있다. 이러한 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질은 각각 액상으로 제조되어 섞은 용액일 수도 있고, 각각 고형분이며 공통의 용매에 녹인 용액 형태일 수도 있다. 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질이 고형분인 경우, 상기 고형분은 예컨대 벤젠, 톨루엔, 테트라히드로퓨란 따위의 용매에 용해될 수 있으며, 이 때 용해도를 높이기 위하여 계면 활성제를 포함할 수 있으며, 계면 활성제는 상술한 예에서 선택될 수 있다.또한 도시하지는 않았지만, 유기 반도체(154)와 게이트 절연체(146) 사이에 자기 조립 박막(도시하지 않음)이 형성되어 유기 반도체(154)와 게이트 절연체(146) 사이의 접착성을 높일 수 있으며, 이 때 자기 조립 박막 또한 잉크젯 인쇄 방법으로 형성하며, 유기 반도체용 물질과 게이트 절연체용 물질과 함께 분사되어 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
잉크젯 인쇄 방법을 사용하여 복수 층의 박막을 한 번에 형성할 수 있으므로 공정 시간 및 비용을 현저하게 줄일 수 있다.

Claims (10)

  1. 게이트 전극을 형성하는 단계,
    상기 게이트 전극과 떨어져 있는 소스 전극과 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극을 형성하는 단계,
    상기 게이트 전극 위에 게이트 절연체를 형성하는 단계,
    상기 게이트 절연체 위에 유기 반도체를 형성하는 단계, 그리고
    상기 유기 반도체 위에 보호 부재를 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 유기 반도체는 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉되며,
    상기 게이트 절연체를 형성하는 단계, 상기 유기 반도체를 형성하는 단계 및 상기 보호 부재를 형성하는 단계 중 둘 이상은 잉크젯 인쇄 방법으로 수행하며,
    상기 잉크젯 인쇄 방법은 게이트 절연체용 물질, 유기 반도체용 물질 및 보호 부재용 물질 중 둘 이상을 포함한 혼합 용액을 한번에 적하하는
    박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 혼합 용액은 서로 불용성인 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 혼합 용액은 상기 유기 반도체용 물질, 상기 게이트 절연체용 물질 및 상기 보호 부재용 물질 중 둘 이상을 용매에 녹여 제조하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 혼합 용액은 계면 활성제를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 혼합 용액을 적하하는 단계 후에 상기 혼합 용액을 건조하여 막 분리하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 유기 반도체용 물질은
    펜타센(pentacene)과 그 전구체, 테트라벤조포피린(tetrabenzoporphyrin)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene)과 그 유도체, 폴리플러렌(polyfluorene)과 그 유도체, 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene)과 그 유도체, 폴리-3-헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리티오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리티에노티오펜(polythienothiophene)과 그 유도체, 폴리아릴아민(polyarylamine)과 그 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)과 그 유도체, 금속 화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체, 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드 유도체, 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 게이트 절연체용 물질은
    폴리아크릴(polyacryl)과 그 유도체, 폴리스티렌(polystyrene)과 그 유도체, 벤조시클로부탄(benzocyclobutane, BCB), 폴리이미드(polyimide)와 그 유도체, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)과 그 유도체, 파릴렌(parylene)과 그 유도체, 퍼플루오로시클로부탄(perfluorocyclobutane)과 그 유도체, 퍼플루오로비닐에테르(perfluorovinylether)와 그 유도체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 보호 부재용 물질은
    불소계 탄화수소 화합물, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴 리에틸렌글리콜(polyethylene glycol) 및 그들의 유도체 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 게이트 절연체와 상기 유기 반도체 사이에 위치하는 자기 조립 박막(self assembly monolayer)을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 자기 조립 박막을 형성하는 단계는 잉크젯 인쇄 방법으로 형성하며,
    상기 잉크젯 인쇄 방법은 자기 조립 박막용 물질과 상기 유기 반도체용 물질 및 상기 게이트 절연체용 물질 중 적어도 하나를 포함하는 혼합 용액을 한번에 적하하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 자기 조립 박막용 물질은
    4-메톡시벤조산(4-methoxybenzoic acid), 4-클로로벤조일 클로라이드(4-chlorobenzoyl chloride), 4-클로로벤젠술포닐 클로라이드(4-chlorobenzenesulfonyl chloride), 4-클로로페닐 디클로로포스페이트(4-chlorophenyl dichlorophosphate), 4-플루오로벤젠설포닐 클로라이드(4-fluorobenzenesulfonyl chloride), 2-브로모-4,6-디플루오로벤젠 술포닐 클로라이드(2-bromo-4,6-difluorobenzene sulfonyl chloride), 3-클로로-4-플루오로벤젠 술포닐 클로라이드(3-chloro-4-fluorobenzene sulfonyl chloride)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
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