KR100591254B1 - 유기전계 발광소자와 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 드레인 전극의 끝단부에 집중되는 계면 전계를 감소시켜 결함 발생에 따른 문턱 전압 상승 및 전류 감소를 개선할 수 있는 유기전계발광소자를 제공하는 데 있다.
본 발명은, 기판 상에 형성되고 서로 직교하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성되고 제 1 비정질 반도체층을 포함하는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되고 채널을 갖는 제 2 비정질 반도체층을 포함하는 구동 소자와; 상기 구동 소자 상에 형성되고, 상기 구동 소자와 연결되고, 상기 채널과 중첩되고, 상기 채널과 중첩되는 폭(W)은 상기 채널의 길이(L) 보다 작은 상부 게이트 전극과; 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 유기발광층을 갖는 다이오드를 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.
본 발명은 구동소자 상에 다이오드 및 구동소자의 드레인 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성하게 된다. 상부 게이트 전극은 구동소자의 게이트 전극의 외부 전계를 상쇄시켜 게이트 절연막과 액티브층의 계면에 형성되는 계면 전계를 감소시켜 전류의 감소를 개선하게 된다. 따라서, 구동 소자의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Description
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 종래의 유기전계 발광소자의 하나의 화소를 도시한 등가회로도.
도 3은 종래의 비정질 박막트랜지스터로 구성된 구동소자를 도시한 단면도.
도 4a와 4b는 각각, 종래의 구동소자와 다이오드의 전압-전류(V-I) 특성과, 시간에 따른 전류 유지율을 도시한 도면.
도 5는 종래의 구동소자가 온 상태가 되는 포화영역에서 구동소자의 액티브층과 게이트 절연막의 계면에 발생하는 계면 전계를 도시한 도면으로서, 도 3의 "A-A`" 선을 따라 발생하는 계면 전계를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 도시한 평면도.
도 7은 도 6의 절단선 "C-C"를 따라 도시한 단면도로서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구동소자가 형성된 부분을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소를 도시한 등가회로도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구동소자가 온 상태가 되는 포화(saturation)영역에서 구동소자의 액티브층과 게이트 절연막의 계면에 발생하는 계면 전계를 도시한 도면으로서, 도 7의 "A-A`" 선을 따라 발생하는 계면 전계를 도시한 도면.
도 10a, 11a, 12a, 13a는 절단선 "B-B"를 따라 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 제조하는 방법을 도시한 단면도.
도 10b, 11b, 12b, 13b는 절단선 "C-C"를 따라 본 발명의 실시예에 따른 구동 소자를 제조하는 방법을 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
130 : 기판 134 : 제 2 게이트 전극
138 : 게이트 절연막 152 : 제 2 소스 전극
154 : 제 2 드레인 전극 158 : 제 2 반도체층
160 : 제 1 보호층 162 : 접지배선
164 : 제 2 보호층 166 : 제 1 전극
170 : 제 3 게이트 전극
본 발명은 유기전계 발광소자(organic electro-luminescence device)에 관한 것으로 특히, 스위칭소자와 구동소자가 비정질 박막트랜지스터로 구성되는 유기전계 발광소자에 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.
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 제공 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(10)는 투명하고 유연성이 있는 제 1 기판(12)의 상부에 박막트랜지스터(T) 어레이부(14)와, 박막트랜지스터 어레이부(14)의 상부에 화소마다 독립적으로 패턴된 제 1 전극(16)과, 유기 발광층(18)과, 유기 발광층(18) 상부의 기판의 전면에 제 2 전극(20)을 구성한다.
이때, 발광층(18)은 적(R),녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소(P)마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.
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, 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 하나의 화소를 도시한 등가회로도이다.
도시한 바와 같이, 기판(12) 상에 서로 교차하는 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)이 형성된다.
데이터 배선(15)과 게이트 배선(13)이 교차하는 부분에는 스위칭 소자(TS)가 위치하고, 스위칭 소자(TS)와 전기적으로 연결된 구동소자(TD)가 위치한다.
구동소자(TD)는 다이오드(E)와 전기적으로 연결된다. 다이오드는, 제 1, 2 전극(도 1의 16, 20 참조)과 유기발광층(도 1의 18 참조)으로 구성된다.
구동소자(TD)의 게이트 전극과 소스 전극 사이에 스토리지 캐패시터(CST)가 구성된다.
다이오드(E)의 일측 단자인 제 1 전극은 구동소자(TD)의 드레인 전극과 연결되고, 타측 단자인 제 2 전극은 전원배선(21)과 연결된다. 전원배선(21)은 전원전압(VDD)를 전달하게 된다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 유기전계 발광소자의 동작특성을 설명한다.
스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(17)에 게이트 온(ON) 신호가 인가되면 데이터 배선(15)을 흐르는 데이터 신호는 스위칭 소자(TS)를 통해 구동 소자(TD)의 게이트전극에 인가되어 구동 소자(TD)가 온 상태가 된다.
구동 소자(TD)가 온 상태가 되면, 전원 배선(21)으로부터 다이오드(E)에 흐르는 전류(I)의 레벨이 정해지며 이로 인해 다이오드(E)는 그레이 스케일(gray scale)을 구현할 수 있게 된다.
스토리지 캐패시터(CST)에 저장된 신호는 게이트 전극의 신호를 유지하는 역 할을 하기 때문에, 스위칭 소자(TS)가 오프 상태가 되더라도 다음 프레임(frame)까지 다이오드(E)에 흐르는 전류의 레벨을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
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.
도 3은 종래의 비정질 박막트랜지스터로 구성된 구동소자를 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(30) 상에 구동소자의 게이트 전극(34)이 형성된다. 게이트 전극(34)이 형성된 기판(30)의 전면에 게이트 절연막(38)이 형성된다.
게이트 절연막(38) 상에 액티브층(58a)과 오믹 콘택층(58b)이 적층된 반도체층(58)이 형성된다. 액티브층(58a)에는 채널(CH)이 위치한다.
반도체층(58) 상에 오믹 콘택층(58b)과 접촉하고 서로 이격된 소스 전극(52)과 드레인 전극(54)이 형성된다.
소스 및 드레인 전극(52, 54)이 형성된 기판(30)의 전면에 제 2 절연막인 제 1 보호막(60)이 형성되고, 제 1 보호막(60)의 상에 소스 전극(52)을 접지시키는 접지배선(62)이 형성된다.
접지배선(62)이 형성된 기판(30)의 전면에 제 3 절연막인 제 2 보호막(64)이 형성되고, 제 2 보호막(64)의 상에 드레인 전극(54)과 접촉하여 화소영역에 구성되는 다이오드의 제 1 전극(66)이 형성된다.
도시하지는 않았지만, 제 1 전극(66) 상에는 유기발광층과 제 2 전극을 형성하게 된다. 그리고, 제 2 전극과 연결되는 전원 배선을 형성하게 된다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 유기전계 발광소자의 구동소자는 온 상태 이후에 다음번 프레임까지 게이트 전압이 유지되는 경우에, 유기발광층에 일정한 전류가 흐르게 된다. 그런데, 구동소자의 롱텀 디그러데이션(long term degradation)에 의해 전류가 감소하게 된다.
도 4a는 종래의 구동소자와 다이오드의 전압-전류(V-I) 특성을 도시한 도면이고, 도 4b는 시간에 따른 전류 유지율을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 게이트 배선에 게이트 온 신호가 인가되는 t=t0 에서 다이오드에 I=I0 전류가 흐르게 되고, 일정 시간이 지난 t=t1 에서 다이오드에 I=I
1의 전류가 흐르게 된다. 즉, 유기전계 발광소자의 휘도 반감기까지 구동 소자의 전류는 지속적으로 감소하게 된다.
도 5는 종래의 구동소자가 온 상태가 되는 포화(saturation)영역에서 구동소자의 액티브층과 게이트 절연막의 계면에 발생하는 계면 전계를 도시한 도면으로서, 도 3의 "A-A`" 선을 따라 발생하는 계면 전계를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 드레인 전극의 끝단부(D)에 계면 전계가 집중되어 있다. 드레인 전극의 끝단부(D)에 계면 전계가 집중됨에 따라 끝단부(D)에는 액티브층의 Si-Si 의 약한 결합(weak bond)의 결합 깨짐(bond breaking) 및 전하 포획(charge trap)에 의해 결함(defect)이 발생하게 된다. 따라서, 문턱 전압(threshold voltage)이 상승(shift)하게 되어 다이오드에 흐르는 전류가 감소하게 된다.
전술한 바와 같이, 전류 감소 및 결함 발생에 의해 유기전계 발광소자의 휘도와 수명이 감소하는 문제가 발생하게 된다.
전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 드레인 전극의 끝단부에 집중되는 계면 전계를 감소시켜 결함 발생에 따른 문턱 전압 상승 및 전류 감소를 개선할 수 있는 유기전계발광소자를 제공하는 데 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기판 상에 형성되고 서로 직교하는 게이트 및 데이터 배선과; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성되고 제 1 비정질 반도체층을 포함하는 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자와 연결되고, 제 2 비정질 반도체층과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 제 2 비정질 실리콘층 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 이격영역의 폭을 채널 길이(L)로 하는 구동 소자와; 상기 구동 소자와 연결되고, 상기 구동 소자 상부에서 상기 채널과 중첩되며, 상기 채널의 길이(L)방향으로 상기 채널과 중첩되는 것으로 정의되는 채널중첩 폭(W)은 상기 채널의 길이(L)보다 작은 것을 특징으로 하는 상부 게이트 전극과; 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 유기발광층을 갖는 다이오드를 포함하는 유기전계 발광소자를 제공한다.
여기서, W < L/2 의 관계를 가질 수 있다.
그리고, 상기 스위칭 소자는 상기 게이트 배선과 연결되는 제 1 게이트 전극과, 상기 제 1 비정질 반도체층 상에 형성되고 상기 데이터 배선과 연결되는 제 1 소스 전극 및 상기 제 1 소스 전극과 이격된 제 1 드레인 전극을 포함한다.
또한, 상기 다이오드는 상기 유기발광층을 사이에 두고 위치하는 제 1, 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 상기 제 2 전극은 전원 배선과 연결될 수 있다.
또한, 상기 구동 소자는 n-타입 박막트랜지스터로 이루어지고, 상기 구동 소자의 드레인 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결될 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 상에 상기 게이트 배선과 직교하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 제 1 비정질 반도체층을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계와; 상기 스위칭 소자와 연결되고, 그 상부의 소스 및 드레인 전극의 이격간격을 그 길이(L)로 하는 채널을 갖는 제 2 비정질 반도체층을 포함하는 구동 소자를 형성하는 단계와; 상기 구동 소자와 연결되고, 상기 구동 소자 상부에서 상기 채널과 중첩되며, 상기 채널의 길이(L)방향으로 상기 채널과 중첩되는 것으로 정의되는 채널중첩 폭(W)은 상기 채널의 길이(L)보다 작은 것을 특징으로 하는 상부 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 유기발광층을 갖는 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법을 제공한다.
여기서, W < L/2 의 관계를 가질 수 있다.
그리고, 상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는, 상기 게이트 배선과 연결되는 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 비정질 반도체층 상에 상기 데이터 배선과 연결되는 제 1 소스 전극 및 상기 제 1 소스 전극과 이격된 제 1 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 다이오드를 형성하는 단계는, 상기 유기발광층을 사이에 두고 위치하는 제 1, 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 상기 제 2 전극은 전원 배선과 연결될 수 있다.
또한, 상기 구동 소자는 n-타입 박막트랜지스터로 이루어지고, 상기 구동 소자의 드레인 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결될 수 있다.
본 발명은 구동소자 상에 다이오드 및 구동소자의 드레인 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성하게 된다. 상부 게이트 전극은 구동소자의 게이트 전극의 외부 전계를 상쇄시켜 게이트 절연막과 액티브층의 계면에 형성되는 계면 전계를 감소시켜 전류의 감소를 개선하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 도시한 평면도이다. 그리고, 도 7은 도 6의 절단선 "C-C"를 따라 도시한 단면도로서, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구동소자가 형성된 부분을 도시한 단면도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 하나의 화소를 도시한 등가회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 비정질 박막트랜지스터를 스위칭 소자와 구동소자로 사용하게 된다.
도시한 바와 같이, 기판(130)의 일 방향으로 데이터 배선(149)이 형성되고, 데이터 배선(149)과 직교하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선(136)과, 데이터 배선(149)과 평행하게 이격된 접지배선(162)이 형성된다.
데이터 배선(149)과 게이트 배선(136)이 직교하는 부분에는 스위칭 소자(TS)가 형성되고, 스위칭 소자(TS)와 연결된 구동 소자(TD)가 형성된다. 본 발명의 실시예에서는 n-타입(negative-type) 박막트랜지스터를 사용하게 되는데, p-타입(positive type) 박막트랜지스터를 사용할 수 있다.
스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)는 각각 제 1, 2 게이트 전극(132, 134)과 제 1, 2 소스 전극(148, 152) 및 제 1, 2 드레인 전극(150, 154)과, 비정질 실리콘으로 이루어진 제 1, 2 액티브층(156a, 158a)을 포함한다.
구동 소자(TD)의 제 2 게이트 전극(134)은 스위칭 소자(TS)의 제 1 드레인 전극(150)과 연결되고, 구동 소자(TD)의 제 2 소스 전극(152)은 접지배선(162)과 연결되고, 제 2 드레인 전극(154)은 제 3 게이트 전극(170)과 연결된다.
제 3 게이트 전극(170)은 구동 소자(TD) 상에 위치하는데, 제 2 반도체층의 채널(CHD)과 중첩되고, 제 3 게이트 전극(170)은 화소영역에 위치하는 제 1 전극(166)과 연결된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 제 1 전극(166) 상부에는 유기발광층과 제 2 전극이 형성된다. 제 1, 2 전극과 유기발광층은 다이오드(E)를 구성하게 된다. 그리고, 제 2 전극과 연결되어 전원 전압(VDD)를 인가하는 전원배선(190)이 형성된다. 구동소자(TD)가 온 상태가 되는 경우에 다이오드(E)와 구동소자(TD)에는 전류(I)가 흐르게 된다.
본 발명의 실시예서는 제 1 전극으로 일함수(work function)가 낮은 음극(cathode), 제 2 전극으로 일함수가 높은 양극(anode)를 사용하게 되는데, 제 1 전극을 양극, 제 2 전극을 음극으로 사용할 수 있다.
한편, 도 6에는 도시하지 않았지만 도 8에 도시한 바와 같이, 구동소자(TD)의 제 2 게이트 전극 및 제 2 소스 전극과 연결되는 스토리지 캐패시터(CST)를 구성할 수 있다. 스토리지 캐패시터(CST)는 스위칭 소자(TS)가 오프 상태가 되는 경우에도 다음 프레임까지 구동 소자(TD)를 온 상태로 유지시킨다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 구동 소자에 대해 상세히 설명한다.
제 3 게이트 전극(170)은 구동 소자(TD)의 채널(CHD)과 중첩되도록 형성되는데, 채널(CHD)과 제 3 게이트 전극(170)이 중첩되는 폭(W)은 채널의 길이(소스 및 드레인 전극의 이격간격)(L)보다 작게 형성된다. 특히, W < L/2 의 관계를 만족하도록 형성된다.
제 3 게이트 전극(170)은 다이오드(E)의 제 1 전극(166)과 연결되어 있어 구동 소자(TD)가 온 상태가 되면, 다이오드(E)를 통해 제 3 게이트 전극(170)에 전압이 인가되는데, 예를 들면 특히 정(+) 전압이 인가된다.
제 3 게이트 전극(170)에 정 전압이 인가되면, 제 3 게이트 전극(170)이 구동 소자(TD) 상부에 위치하게 되어, 제 2 게이트 전극(134)에 의해 발생하는 외부 전계를 상쇄시키게 된다. 따라서, 액티브층(158a)과 게이트 절연막(138) 사이에 발생하는 계면 전계를 감소시키게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 구동소자가 온 상태가 되는 포화(saturation)영역에서 구동소자의 액티브층과 게이트 절연막의 계면에 발생하는 계면 전계를 도시한 도면으로서, 도 7의 "A-A`" 선을 따라 발생하는 계면 전계를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 제 3 게이트 전극(도 7의 170 참조)의 외부 전계 상쇄에 따라 드레인 전극의 끝단부(D)에 발생하는 계면 전계는 종래에 비해 감소된다. 계 면 전계의 감소에 따라 결함이 감소하여 구동 소자(TD)의 문턱 전압을 감소시키게 되고, 이에 따라 전류의 감소를 개선할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 10a, 11a, 12a, 13a는 절단선 "B-B"를 따라 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자를 제조하는 방법을 도시한 단면도이고, 도 10b, 11b, 12b, 13b는 절단선 "C-C"를 따라 본 발명의 실시예에 따른 구동 소자를 제조하는 방법을 도시한 단면도이다.
도 10a와 10b에 도시한 바와 같이, 기판(130) 상에 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti)을 포함하는 금속물질을 증착하고 패턴하여 게이트 배선(도 6의 136 참조)과 제 1, 2 게이트 전극(132, 134)을 형성한다.
게이트 배선 및 제 1, 2 게이트 전극(132, 134)이 형성된 기판(130)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질을 증착하고 패턴하여 제 1 절연막인 게이트 절연막(138)을 형성한다. 게이트 절연막(138)에는 제 2 게이트 전극(134)을 노출하는 제 1 콘택홀(181)이 형성된다.
도 11a와 11b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(138) 상에 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)과 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+a-Si:H)을 증착하고 패턴하여, 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)층인 제 1, 2 액티브층(156a, 158a)과 불순물 비정질 실리콘층(n+a-Si:H)인 제 1, 2 오믹 콘택층(156b, 158b)이 적층된 제 1, 2 반도체층(156, 158)을 형성한다.
제 1, 2 반도체층(156, 158) 상에 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti)을 포함하는 금속물질을 증착하고 패턴하여, 데이터 배선(149)과 서로 이격된 제 1 소스 및 드레인 전극(148, 150)과 제 2 소스 및 드레인 전극(152, 154)을 형성한다.
제 1 소스 및 드레인 전극(148, 150)과 제 2 소스 및 드레인 전극(152, 154)이 이격된 영역 각각에 대응하여 상부에 오믹 콘택층(156b, 158b)이 형성되지 않은 스위칭 소자(TS) 및 구동 소자(TD)의 채널(CHS, CHD)이 위치한다.
제 1 드레인 전극(150)은 제 2 게이트 전극(134)과 제 1 콘택홀(181)을 통해 연결된다.
도 12a와 12b에 도시한 바와 같이, 데이터 배선과 제 1 소스 및 드레인 전극(148, 150)과 제 2 소스 및 드레인 전극(152, 154)이 형성된 기판(130)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질을 증착하고 패턴하여 제 2 절연막인 제 1 보호막(160)을 형성한다. 제 1 보호막(160)에는 제 2 소스 전극(152)을 노출하는 제 2 콘택홀(182)이 형성된다.
제 1 보호막(160) 상에 금속물질을 증착하고 패턴하여 접지배선(162)을 형성한다. 접지배선(162)은 제 2 콘택홀(182)을 통해 제 2 소스 전극(152)과 연결된다. 접지배선(162)은 외부에 연결되어 접지되는데, 이에 따라 제 2 소스 전극(152)은 접지된다.
접지배선(162)이 형성된 기판의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질을 증착하고 패턴하여 제 3 절연막인 제 2 보호막(164)을 형성한다. 제 1, 2 보호막(160, 164)에는 제 2 드레인 전극(154)을 노출하는 제 3 콘택홀(183)이 형성된다.
제 2 보호막(164) 상에 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 텅스텐(W), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti)을 포함하는 금속물질을 증착하고 패턴하여 제 3 게이트 전극(170)을 형성한다. 제 3 게이트 전극(170)은 구동 소자(TD) 상에 형성되는데, 구동 소자의 채널(CHD)과 중첩되도록 형성된다. 제 3 게이트 전극(170)은 제 2 드레인 전극(154)과 제 3 콘택홀(183)을 통해 연결된다.
채널(CHD)과 제 3 게이트 전극(170)이 중첩되는 폭(W)은 채널의 길이(소스 및 드레인 전극의 이격간격)(L)보다 작게 형성된다. 특히, W < L/2 의 관계를 만족하도록 형성된다.
한편, 제 3 게이트 전극(170)은 접지 배선(162)이 형성되는 공정에서 동일하게 형성될 수 있다.
도 13a와 13b에 도시한 바와 같이, 제 3 게이트 전극(170) 상에 금속물질을 증착하고 패터닝하여 제 1 전극(166)을 형성한다. 제 1 전극(166)은 게이트 배선과 데이터 배선에 의해 정의되는 화소영역에 형성되며, 제 3 게이트 전극(170)과 연결된다.
도시하지는 않았지만, 제 1 전극(166) 상에는 유기발광층과 제 2 전극을 형성하게 된다.
본 발명의 실시예에서 제 1 전극(166)은 음극으로서, 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)을 포함하는 일 함수가 낮은 금속물질로 이루어진다. 제 2 전극은 양극으로서, 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 일 함수가 큰 금속물질로 이루어진다. 그리고, 유기발광층은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 다층으로 형성될 경우에는 제 1 전극(166)과 근접하여 전자 주입층이 형성될 수 있고, 제 2 전극에 근접하여 홀 주입층이 형성될 수 있다. 또한, 제 1, 2 전극은 각각 양극, 음극이 될 수 있다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 형성할 수 있다.
본 발명은 구동소자 상에 다이오드 및 구동소자의 드레인 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성하게 된다. 상부 게이트 전극은 구동소자의 게이트 전극의 외부 전계를 상쇄시켜 게이트 절연막과 액티브층의 계면에 형성되는 계면 전계를 감소시켜 전류의 감소를 개선하게 된다. 따라서, 구동 소자의 신뢰성 및 수명을 향 상시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 일예로서, 이에 대한 다양한 변형이 가능하다. 이와 같은 변형이 본 발명의 정신에 포함되는 범위 내에서, 본 발명의 권리 범위에 속한다 함은 자명한 사실이다.
본 발명은 구동소자 상에 다이오드 및 구동소자의 드레인 전극과 연결되는 상부 게이트 전극을 형성하게 된다. 상부 게이트 전극은 구동소자의 게이트 전극의 외부 전계를 상쇄시켜 게이트 절연막과 액티브층의 계면에 형성되는 계면 전계를 감소시켜 전류의 감소를 개선하게 된다. 따라서, 구동 소자의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (12)
- 기판 상에 형성되고 서로 직교하는 게이트 및 데이터 배선과;상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 형성되고 제 1 비정질 반도체층을 포함하는 스위칭 소자와;상기 스위칭 소자와 연결되고, 제 2 비정질 반도체층과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 포함하며, 상기 제 2 비정질 실리콘층 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극의 이격영역의 폭을 채널 길이(L)로 하는 구동 소자와;상기 구동 소자와 연결되고, 상기 구동 소자 상부에서 상기 채널과 중첩되며, 상기 채널의 길이(L)방향으로 상기 채널과 중첩되는 것으로 정의되는 채널중첩 폭(W)은 상기 채널의 길이(L)보다 작은 것을 특징으로 하는 상부 게이트 전극과;상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 유기발광층을 갖는 다이오드를 포함하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,W < L/2 의 관계를 갖는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 스위칭 소자는 상기 게이트 배선과 연결되는 제 1 게이트 전극과, 상기 제 1 비정질 반도체층 상에 형성되고 상기 데이터 배선과 연결되는 제 1 소스 전극 및 상기 제 1 소스 전극과 이격된 제 1 드레인 전극을 포함하는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 다이오드는 상기 유기발광층을 사이에 두고 위치하는 제 1, 2 전극을 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 상기 제 2 전극은 전원 배선과 연결되는 유기전계 발광소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동 소자는 n-타입 박막트랜지스터로 이루어지고, 상기 구동 소자의 드레인 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되는 유기전계 발광소자.
- 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계와;상기 게이트 배선 상에 상기 게이트 배선과 직교하는 데이터 배선을 형성하는 단계와;상기 게이트 및 데이터 배선이 교차하는 부분에 제 1 비정질 반도체층을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계와;상기 스위칭 소자와 연결되고, 그 상부의 소스 및 드레인 전극의 이격간격을 그 길이(L)로 하는 채널을 갖는 제 2 비정질 반도체층을 포함하는 구동 소자를 형성하는 단계와;상기 구동 소자와 연결되고, 상기 구동 소자 상부에서 상기 채널과 중첩되며, 상기 채널의 길이(L)방향으로 상기 채널과 중첩되는 것으로 정의되는 채널중첩 폭(W)은 상기 채널의 길이(L)보다 작은 것을 특징으로 하는 상부 게이트 전극을 형성하는 단계와;상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 유기발광층을 갖는 다이오드를 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,W < L/2 의 관계를 갖는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 스위칭 소자를 형성하는 단계는,상기 게이트 배선과 연결되는 제 1 게이트 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 비정질 반도체층 상에 상기 데이터 배선과 연결되는 제 1 소스 전극 및 상기 제 1 소스 전극과 이격된 제 1 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 다이오드를 형성하는 단계는, 상기 유기발광층을 사이에 두고 위치하는 제 1, 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되고, 상기 제 2 전극은 전원 배선과 연결되는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 구동 소자는 n-타입 박막트랜지스터로 이루어지고, 상기 구동 소자의 드레인 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 구동 소자는 상기 제 1 드레인 전극과 연결되는 제 2 게이트 전극을 포함하고, 상기 드레인 전극은 상기 상부 게이트 전극과 연결되는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
- 제 8 항에 있어서,상기 구동 소자를 형성하는 단계는,상기 제 1 드레인 전극과 연결되는 제 2 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 2 비정질 반도체층 상에 접지되는 상기 소스 전극 및 상기 소스 전극과 이격되고 상기 상부 게이트 전극과 연결되는 상기 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
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