KR20240105220A - 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

표시 장치는, LTPS TFT로 구현된 제1 TFT, 상기 LTPS TFT에 적층된 Oxide TFT로 구현된 제2 TFT, 및 상기 제1 TFT 및 상기 제2 TFT가 적층된 구조 옆에 형성된 발광 소자를 포함하고, 상기 제1 TFT의 일전극이 상기 제2 TFT의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제2 TFT의 일전극이 상기 발광 소자에 연결될 수 있다.

Description

표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법{DISPLAY DEVICE AND MANUFATURING METHOD THEREOF}
본 개시는 마이크로 LED 디스플레이 제작에 사용되는 TFT 백플레인 구조에 관한 것이다.
도 1은 부화소(subpixel)에서 TFT를 이용한 구동회로와 발광 소자가 연결된 예시이다. 도 1에 도시된 부화소의 TFT 구동부는 2개의 TFT A 및 TFT B, 그리고 capacitor(cap) 1개를 포함한다. 발광 소자는 마이크로(micro) LED(μLED)로 구현될 수 있다. 마이크로 LED를 포함하는 표시 장치의 화소 밀도가 높을수록 해상도가 증가할 수 있다. 표시 장치의 고해상도 요구가 증가하는 시장 상황을 고려할 때, 화소 밀도는 현재 수준보다 증가할 필요가 있다.
화소 밀도를 높일 수 있는 표시 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서는 LTPS TFT와 Oxide TFT를 적층하여 하나의 subpixel에서 TFT가 차지하는 면적을 줄여 subpixel의 크기를 감소시키고, pixel의 크기를 감소시켜 uLED를 이용해 만든 디스플레이의 화소 밀도를 높이는 것을 목적으로 한다.
발명의 한 특징에 따른 표시 장치는, LTPS TFT로 구현된 제1 TFT, 상기 LTPS TFT에 적층된 Oxide TFT로 구현된 제2 TFT, 및 상기 제1 TFT 및 상기 제2 TFT가 적층된 구조 옆에 형성된 발광 소자를 포함할 수 있다. 상기 제1 TFT의 일전극이 상기 제2 TFT의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제2 TFT의 일전극이 상기 발광 소자에 연결될 수 있다.
상기 제2 TFT는, 기판 위에 형성된 제1 액티브 층, 상기 제1 액티브 층 위에 형성된 제1 절연층, 상기 제1 절연층 위에 형성된 제1 게이트 전극, 상기 제1 절연층 및 상기 제1 게이트 전극 위에 형성된 제2 절연층, 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 관통하도록 형성된 제1 비아 전극을 통해 상기 제1 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 어느 하나에 연결되고, 상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 제1 전극층, 및 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 관통하도록 형성된 제2 비아 전극을 통해 상기 제1 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 다른 하나에 연결되고, 상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 발광 소자에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 TFT는, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 위에 형성된 제3 절연층, 상기 제3 절연층 위에 형성된 제2 액티브 층, 상기 제2 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 어느 하나 위에 형성된 제3 전극층, 상기 제2 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 다른 하나 위에 형성된 제4 전극층, 상기 제3 절연층, 상기 제3 전극층, 및 상기 제4 전극층 위에 형성된 제4 절연층, 및 상기 제4 절연층 위에 상기 제2 액티브 층과 수직방향으로 중첩하도록 형성된 제2 게이트 전극을 포함하고, 상기 제3 전극층은 상기 제1 게이트 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 제2 절연층을 관통하는 제1 비아 전극을 통해 상기 제1 게이트 전극에 연결되고, 상기 제3 절연층 위에 형성된 제5 전극층을 더 포함하고, 상기 제3 전극층은, 상기 제3 절연층을 관통하는 비아 전극을 통해 상기 제5 전극층에 연결될 수 있다.
상기 표시 장치는, 상기 제4 절연층 및 상기 제2 게이트 전극 위에 형성된 제5 절연층, 및 상기 제4 절연층 위에 형성된 제6 전극층 및 제7 전극층을 더 포함할 수 있다. 상기 발광 소자는, 상기 제6 전극층에 연결되는 애노드 및 상기 제7 전극층에 연결되는 캐소드를 포함할 수 있다.
상기 제7 전극층은 상기 제3 내지 제5 절연층을 관통하는 비아 전극을 통해 상기 제1 전극층에 연결될 수 있다.
상기 발광 소자는 마이크로 LED일 수 있다.
발명의 또 다른 특징에 따른 표시 장치의 제조 방법은, 기판위에 LTPS TFT인 제1 TFT를 형성하는 단계, 상기 제1 TFT위에 Oxide TFT인 제2 TFT를 형성하는 단계, 및 상기 제1 TFT 및 상기 제2 TFT가 적층된 구조 옆에 발광 소자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 TFT의 일전극이 상기 제1 TFT의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제1 TFT의 일전극이 상기 발광 소자에 연결될 수 있다.
본 발명은 화소 밀도가 개선된 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 부화소(subpixel)에서 TFT를 이용한 구동회로와 LED가 연결된 예시이다.
도 2는 부화소의 구조를 간략하게 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 부화소의 적층 구조를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 4는 RGB 화소의 구조를 간략하게 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 부화소의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 부화소의 적층 구조를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 7은 어떤 실시예에 따른 RGB 화소의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 다양한 TFT 구조를 나타낸 도면이다.
본 개시의 어떤 실시예는 LTPO(Low-Temperature Polycrystalline Oxide) TFT를 포함하고, LTPO TFT는 LTPS(Low-Temperature Polycrystalline Silicon) TFT 및 oxide TFT를 포함하며, LTPS TFT는 p-type이고, oxide TFT가 n-type로 동작할 수 있다. LTPO TFT는 CMOS와 같이 동작할 수 있다. 본 개시의 발광 소자는 마이크로 LED일 수 있다. 이하의 설명에서 “LED”는 마이크로 LED를 의미할 수 있다.
도 2는 부화소의 구조를 간략하게 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부화소(20)는 TFT A(21), TFT B(22), LED(23), 및 기판(24)을 포함할 수 있다. TFT A(21) 및 TFT B(22)는 LTPO TFT로 기판(24) 위에 위치할 수 있다. TFT A(21)는 Oxide TFT로 구현되고, TFT B(22)는 LTPS TFT로 구현될 수 있으며, TFT A(21)와 TFT B(22)는 적층되지 않고 수평방향으로 구분되어 위치할 수 있다. LED(23)는 기판 위에 위치하고, TFT B(22)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2에서는 부화소(20)의 구성들의 수평적 위치를 보여주기 위한 것으로, 실제 구성들의 수직 위치는 도 2와 다를 수 있다. 예를 들어, LED(23)는 TFT B(22)에 대해서 높은 위치에 형성될 수 있고, TFT A(21)과 TFT B(22) 간에도 수직 위치의 차이가 있을 수 있다.
도 3은 도 2의 부화소의 적층 구조를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기판(31) 위에 TFT B의 액티브 층(32)이 형성되고, 액티브 층(32) 위에 절연층(33)이 형성될 수 있다. 절연층(33) 위에 액티브 영역(32)에 중첩하도록 게이트 전극(34)이 형성될 수 있다. 게이트 전극(34) 위에 절연층(35)이 형성되고, 절연층(35) 위에 전극층(361-363)이 형성될 수 있다. 전극층(361)은 절연층(33, 35)을 관통하도록 형성된 비아 전극(431)를 통해 액티브 층(32)의 소스(또는 드레인) 영역에 전기적으로 연결되고, 전극층(363)은 절연층(33, 35)을 관통하도록 형성된 비아 전극(432)를 통해 액티브 층(32)의 드레인(또는 소스) 영역에 전기적으로 연결되며, 전극층(362)은 절연층(35)을 관통하도록 형성된 비아 전극(433)를 통해 게이트 전극(34)에 연결될 수 있다. 게이트 전극(364)도 전극층(361-363)들과 함께 절연층(35) 위에 형성될 수 있다. 절연층(37)은 전극층(361-363), 게이트 전극(364) 및 절연층(35) 위에 형성될 수 있다. 전극층(363)에는 부화소 회로를 구동하기 위한 전압(VSS)이 공급될 수 있다.
TFT A의 액티브 층(38)이 절연층(37) 위에 형성되고, 전극층(381)이 액티브 층(38)의 소스(또는 드레인) 영역에 전기적으로 연결되도록 소스 영역 및 절연층(37) 위에 형성되어 있고, 전극층(382)이 액티브 층(38)의 드레인(또는 소스) 영역에 전기적으로 연결되도록 드레인 영역 및 절연층(37) 위에 형성되어 있다. 전극층(382)에는 대응하는 데이터 신호가 제공될 수 있다. 전극층(381)은 절연층(37)을 관통하도록 형성된 비아 전극(434)를 통해 전극층(362)에 전기적으로 연결되어 있다. 절연층(39)은 전극층(381, 382), 액티브 층(38), 절연층(37) 위에 형성될 수 있다. 게이트 전극(391)이 절연층(39) 위에 수직 방향으로 액티브 층(364)에 중첩하도록 형성될 수 있다. 절연층(40)이 절연층(39) 및 게이트 전극(391) 위에 형성될 수 있다. 도 4에서는 TFT A가 게이트 전극(364) 및 게이트 전극(391)을 포함하는 이중 게이트 구조로 구현되어 있으나 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트 전극(364) 및 게이트 전극(391)에는 대응하는 게이트 신호가 공급될 수 있다.
전극층(411)이 절연층(40) 위에 형성되고, 전극층(412)은 절연층(37, 39, 40)을 관통하도록 형성된 비아 전극(435)를 통해 전극(361)에 연결되며 절연층(40)위에 형성되어 있다. 전극층(411, 412) 및 절연층(40) 위에 절연층(41)이 형성될 수 있다. 전극층(411)에는 부화소 회로를 구동하기 위한 전압(VDD)이 공급될 수 있다.
LED 발광 층(42)은 절연층(41) 및 전극층(411, 412) 위에 형성되고, LED 발광 층(42)의 애노드 영역(421)은 전극(411)의 일부 영역에 중첩하도록 전극(411) 위에 형성되고, 캐소드 영역(422)은 전극(412)에 중첩하도록 전극(412) 위에 형성되어 있다.
도 4는 RGB 화소의 구조를 간략하게 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, R, G, B 각각의 부화소(401, 402, 403)가 수평방향으로 위치하여 TFT가 차지하는 면적이 클 수 있다. 이 경우 화소의 크기를 줄여 ppi(pixel per inch)를 높이는데 한계가 있을 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 부화소의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 5에서는, 적색(R) 부화소(501)에서, TFT A 및 TFT B가 수직 방향으로 위치하여 TFT가 차지하는 면적이 도 4에 비해 감소될 수 있다. 즉, ppi가 개선될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 부화소의 적층 구조를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 R 부화소(501)의 단면이 도 6에 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 어떤 실시예에 따른 부화소는 먼저, 기판(61)위에 LTPS TFT인 TFT B(520)를 형성하는 단계, TFT B(520)위에 Oxide TFT인 TFT A(510)를 형성하는 단계 및 TFT B(520) 및 TFT A(510)가 적층된 구조 옆에 발광 소자인 LED(80)를 형성하는 단계에 따라 구현될 수 있다. 이와 같이, TFT A(510) 및 TFT B(520)가 적층되어 하나의 부화소에서 TFT가 차지하는 면적이 감소될 수 있다. 그러면, 부화소의 크기가 감소하고, 화소의 크기가 감소되어 uLED를 이용해 만든 디스플레이의 화소 밀도가 증가할 수 있다. 즉, Active 패널 RGB 모듈에서 TFT가 차지하는 면적을 줄여 화소 밀도를 개선할 수 있다.
기판(61) 위에 TFT B의 액티브 층(62)이 형성되고, 액티브 층(62) 위에 절연층(63)이 형성될 수 있다. 절연층(63) 위에 액티브 영역(62)에 중첩하도록 게이트 전극(64)이 형성될 수 있다. 게이트 전극(64) 위에 절연층(65)이 형성되고, 절연층(65) 위에 전극층(661-663)이 형성될 수 있다. 전극층(661)은 절연층(63, 65)을 관통하도록 형성된 비아 전극(665)를 통해 액티브 층(62)의 소스(또는 드레인) 영역에 전기적으로 연결되고, 전극층(662)은 절연층(63, 65)을 관통하도록 형성된 비아 전극(664)를 통해 액티브 층(62)의 드레인(또는 소스) 영역에 전기적으로 연결되며, 전극층(663)은 절연층(65)을 관통하도록 형성된 비아 전극(666)을 통해 게이트 전극(64)에 연결될 수 있다. 절연층(67)은 전극층(661-663) 및 절연층(65) 위에 형성될 수 있다. 전극층(662)에는 부화소 회로를 구동하기 위한 전압(VSS)이 공급될 수 있다.
액티브 층(68)이 절연층(67) 위에 형성되고, 전극층(691)이 액티브 층(68)의 소스(또는 드레인) 영역에 전기적으로 연결되도록 소스 영역 및 절연층(67) 위에 형성되어 있고, 전극층(692)이 액티브 층(68)의 드레인(또는 소스) 영역에 전기적으로 연결되도록 드레인 영역 및 절연층(67) 위에 형성되어 있다. 전극층(692)에는 대응하는 데이터 신호가 제공될 수 있다. 전극층(691)은 절연층(67)을 관통하도록 형성된 비아 전극(693)을 통해 전극층(663)에 전기적으로 연결되어 있다. 절연층(70)은 전극층(691, 692), 액티브 층(68), 절연층(67) 위에 형성될 수 있다. 게이트 전극(71)이 절연층(70) 위에 수직 방향으로 액티브 층(68)에 중첩하도록 형성될 수 있다. 절연층(72)이 절연층(70) 및 게이트 전극(68) 위에 형성될 수 있다. 게이트 전극(71)에는 대응하는 게이트 신호가 공급될 수 있다.
전극층(741)이 절연층(72) 위에 형성되고, 전극층(742)은 절연층(67, 70, 72)을 관통하도록 형성된 비아 전극(743)을 통해 전극(661)에 연결되며 절연층(72)위에 형성되어 있다. 전극층(741, 742) 및 절연층(72) 위에 절연층(73)이 형성될 수 있다. 전극층(741)에는 화소 회로를 구동하기 위한 전압(VDD)이 공급될 수 있다.
LED 발광 층(82)은 절연층(73) 및 전극층(741, 742) 위에 형성되고, LED 발광 층(82)의 애노드 영역(81)은 전극(741)의 일부 영역에 중첩하도록 전극(741) 위에 형성되고, 캐소드 영역(82)은 전극(742)에 중첩하도록 전극(742) 위에 형성되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 TFT 구조는 LTPO(LTPS + Oxide) 구조이다. TFT A(510)는 Oxide, TFT B(520)는 LTPS로 구성되어 있다. LTPO TFT의 장점인 poly-Si TFT B(520)가 p-type, oxide TFT A(510)가 n-type로 동작하는 것을 유지하면서, TFT B(520)위에 TFT A(510)가 적층되어 TFT가 차지하는 면적이 감소한 장점이 제공될 수 있다.
도 5 및 도 6의 실시예는 다른 색상의 부화소들에도 적용될 수 있다.
도 7은 어떤 실시예에 따른 RGB 화소의 구조를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 부화소 구조에 따라 형성된 녹색 부화소(502) 및 청색 부화소(503)가 적색 부화오(501)에 수평 방향으로 연속하여 배열되어 있다. 녹색 부화소(502) 및 청색 부화소(503)의 적층 구조에 대한 설명은 도 6 및 도 6에 대한 상세한 설명과 동일하다. 도 7에 따른 부화소들의 구조는 도 4에 도시된 부화소들의 구조와 비교하여, 도 7에 도시된 위아래로 적층된 TFT 구조에 따라 수평 방향으로 차지하는 면적이 감소할 수 있다. 부화소의 크기가 감소하여 화소가 차지하는 크기가 감소할 수 있다.
본 개시에서 도시된 화소 구조는 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명에서의 각 층의 높이와 형상은 도면에 제한되지 않는다.
지금까지 설명한 일 실시예는 RGB LED 구조의 일 예로, 본 개시 및 도면과 다른 순서 및 모양으로 TFT와 LED가 배열될 수 있다. 본 개시에서는 RGB 구조를 예로 사용하였으나, 개선된 색감을 위해 RGBW 등의 추가 부화소를 포함하는 화소 구조에도 본 발명이 적용될 수 있다. 화소는 RGB 배열 외에 GB 및 GR 구조 등 여러 방식으로 조합되어 배열될 수 있다. 기판 물질은 글라스에 국한되지 않고 실리콘, PI 등 여러 물질이 사용될 수 있다. 일 실시예에서 LED로 표시된 부분의 일부 또는 전부는 uLED외에도 OLED, 퀀텀 닷, mini LED 등의 다양한 발광 소자들로 구현될 수 있다. 이에 따라 다양한 발광 방식에 대해서도 본 발명이 적용 가능하다.
도 8은 다양한 TFT 구조를 나타낸 도면이다.
본 개시에서의 TFT는 도 8에 도시된 다양한 구조 중 하나로 구현될 수 있으나 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8에 도시된 바와 같이, TFT 구조는 게이트 단자의 배치 위치에 따라, 스태거드(staggered)형, 인버티드 스태거드(inverted staggered)형, 코우플레이너(coplanar)형, 인버티드 코우플레이너(inverted coplanar)형 중 하나일 수 있다.
TFT는 유리 기판위에 위치하는 전극(Electrode, 181), 반도체(Semiconductor, 182), 오믹 층(Ohmic layer, 183), 및 절연체(Insulator, 184)를 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (8)

  1. LTPS TFT로 구현된 제1 TFT;
    상기 LTPS TFT에 적층된 Oxide TFT로 구현된 제2 TFT; 및
    상기 제1 TFT 및 상기 제2 TFT가 적층된 구조 옆에 형성된 발광 소자를 포함하고,
    상기 제1 TFT의 일전극이 상기 제2 TFT의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제2 TFT의 일전극이 상기 발광 소자에 연결되어 있는, 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 TFT는,
    기판 위에 형성된 제1 액티브 층;
    상기 제1 액티브 층 위에 형성된 제1 절연층;
    상기 제1 절연층 위에 형성된 제1 게이트 전극;
    상기 제1 절연층 및 상기 제1 게이트 전극 위에 형성된 제2 절연층;
    상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 관통하도록 형성된 제1 비아 전극을 통해 상기 제1 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 어느 하나에 연결되고, 상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 제1 전극층; 및
    상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층을 관통하도록 형성된 제2 비아 전극을 통해 상기 제1 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 다른 하나에 연결되고, 상기 제2 절연층 위에 형성되어 있는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제1 전극층은 상기 발광 소자에 전기적으로 연결되어 있는,
    표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 TFT는,
    상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 위에 형성된 제3 절연층;
    상기 제3 절연층 위에 형성된 제2 액티브 층;
    상기 제2 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 어느 하나 위에 형성된 제3 전극층;
    상기 제2 액티브 층의 소스 및 드레인 영역 중 다른 하나 위에 형성된 제4 전극층;
    상기 제3 절연층, 상기 제3 전극층, 및 상기 제4 전극층 위에 형성된 제4 절연층; 및
    상기 제4 절연층 위에 상기 제2 액티브 층과 수직방향으로 중첩하도록 형성된 제2 게이트 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극층은 상기 제1 게이트 전극에 전기적으로 연결된,
    표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 절연층을 관통하는 제1 비아 전극을 통해 상기 제1 게이트 전극에 연결되고, 상기 제3 절연층 위에 형성된 제5 전극층을 더 포함하고,
    상기 제3 전극층은, 상기 제3 절연층을 관통하는 비아 전극을 통해 상기 제5 전극층에 연결되어 있는,
    표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제4 절연층 및 상기 제2 게이트 전극 위에 형성된 제5 절연층; 및
    상기 제4 절연층 위에 형성된 제6 전극층 및 제7 전극층을 더 포함하고,
    상기 발광 소자는,
    상기 제6 전극층에 연결되는 애노드 및 상기 제7 전극층에 연결되는 캐소드를 포함하는,
    표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제7 전극층은 상기 제3 내지 제5 절연층을 관통하는 비아 전극을 통해 상기 제1 전극층에 연결되어 있는,
    표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광 소자는 마이크로 LED인, 표시 장치.
  8. 기판위에 LTPS TFT인 제1 TFT를 형성하는 단계,
    상기 제1 TFT위에 Oxide TFT인 제2 TFT를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 TFT 및 상기 제2 TFT가 적층된 구조 옆에 발광 소자를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 TFT의 일전극이 상기 제1 TFT의 게이트에 연결되어 있고, 상기 제1 TFT의 일전극이 상기 발광 소자에 연결되어 있는,
    표시 장치의 제조 방법.
KR1020230150325A 2022-12-28 2023-11-02 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법 KR20240105220A (ko)

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