KR100984824B1 - 상부발광형 유기전계발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계 발광소자에 관한 것으로, 특히 상부발광식 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법에서, 반사전극인 제 1 전극 상부에 유기전계발광층이 형성되고, 유기전계발광층의 상부에 투명한 제 2 전극이 형성되므로, 고개구율/고해상도/고휘도를 가지는 상부발광식 유기전계 발광소자를 구현할 수 있다. 또한, 반사전극인 유기전계 발광다이오드의 제 1 전극이 게이트전극, 소스-드레인전극 또는 전력공급 배선 등과 동시에 동일물질로 형성되므로, 제조공정을 줄일 수 있고 생산수율 및 생산관리 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

상부발광형 유기전계발광 소자 및 그 제조방법{Top Emission Type Electroluminescent Device and Method of Fabricating the same}

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본 화소 구조를 나타낸 회로도 이고,

도 2는 종래의 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 한 화소부에 대한 평면도 이고,

도 3은 상기 도 2의 절단선 III-III에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도 이고,

도 4는 종래의 유기전계발광 소자의 전체 단면도 이고,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 한 화소부에 대한 평면도이고,

도 6a 내지 도 6d는 도 5의 절단선 VI-VI에 따라 절단하여 제조공정 단계를 나타낸 단면도이고,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 한 화소부에 대한 평면도이고,

도 8a 내지 도 8d는 도 7의 절단선 VIII-VIII에 따라 절단하여 제조공정 단 계를 나타낸 단면도이고,

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 한 화소부에 대한 평면도이고,

도 10a 내지 도 10e는 도 9의 절단선 X-X에 따라 절단하여 제조공정 단계를 나타낸 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 기판 101 : 버퍼층

103 : 게이트 절연막 105 : 제 1 보호층

107 : 제 2 보호층 110 : 게이트 전극

152 : 소스전극 154 : 드레인전극

160a, 160b, 160c : 반사전극 180 : 유기전계발광층

190 : 투명전극

본 발명은 유기전계 발광소자(Organic Electroluminescent Device)에 관한 것이며, 특히 상부발광형 유기전계발광 소자(Top Emission Active-Matrix Organic Electroluminescent Device) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

새로운 평판디스플레이 중 하나인 유기전계발광 소자는 자체 발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 대조비 등이 우수하다. 또한, 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체로 이루어지기 때문에 외부충격에 강하고 사용온도범위도 넓다. 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.

상기 유기전계발광 소자는 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 공정이 매우 단순하기 때문에 증착 및 봉지(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있다.

특히, 액티브 매트릭스 방식에서는 화소에 인가된 전압이 스토리지 커패시터(C_ST ; storage capacitance)에 충전되어 있어, 그 다음 프레임(frame)의 신호가 인가될 때까지 전원을 인가해 주도록 함으로써, 게이트 배선 수에 관계없이 한 화면 동안 계속해서 구동한다.

따라서, 액티브 매트릭스 방식에서는, 낮은 전류를 인가해 주더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가진다.

이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본적인 구조 및 동작특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 기본 화소 구조를 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 주사선(gate line; GL)이 형성되어 있고, 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되며, 서로 일정간격 이격된 신호선(data line; DL) 및 전력 공급선(power line; PL)이 형성되어 있어 하나의 화소영역(pixel area)을 정의한다.

상기 주사선(GL) 및 신호선(DL)의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(T_S ; Switching TFT)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터(T_S)와 연결되어 스토리지 커패시터(C_ST)가 형성되어 있으며, 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S) 및 스토리지 커패시터(C_ST)의 연결부와 전력 공급선(PL)과 연결되어 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터(T_D)가 형성되어 있다. 이 구동 박막트랜지스터(T_D)에는 유기전계 발광 다이오드(E)의 양극(+ ; anode electrode)이 연결되어 있고, 양극(+)은 정전류 구동방식의 유기전계발광 다이오드(E ; Organic Electroluminescent Diode)의 음극(- ; cathode electrode)과 연결되어 있다. 상기 유기전계발광 다이오드의 양극(+) 및 음극(-)은 유기전계발광 소자(E)를 구성한다.

상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)는 전압을 제어하고, 스토리지 커패시터(C_ST)는 전류원을 저장하는 역할을 한다.

이하, 상기 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 구동원리에 대해서 설명한다.

상기 액티브 매트릭스 방식에서는 선택신호에 따라 해당전극에 주사신호를 인가하면 스위칭 박막트랜지스터가 온(on)상태가 되고, 신호선(siganl line)의 데이터 신호가 이 스위칭 박막트랜지스터를 통과하여 구동 박막트랜지스터와 스토리지 커패시터에 인가되다. 구동 박막트랜지스터가 온(on)상태로 되면 전원 공급선(power line)으로부터 전류가 구동 박막트랜지스터를 통하여 유기전계발광층에 인가되어 발광하게 된다.

이때, 상기 데이터 신호의 크기에 따라 구동 박막트랜지스터의 게이트의 개폐정도가 달라져서, 구동 박막트랜지스터를 통하여 흐르는 전류량을 조절하게 되며 계조표시를 할 수 있게 된다.

그리고 비선택 구간에는 스토리지 커패시터에 충전된 데이터가 구동 박막트랜지스터에 계속 인가되어, 다음 화면의 신호가 인가될 때까지 지속적으로 유기전계발광 소자를 발광시킬 수 있다.

도 2는 종래의 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자의 한 화소부에 대한 평면도로서, 스위칭 박막트랜지스터(switching thin film transistor)와 구동 박막트랜지스터(driving thin film transistor)를 각각 하나씩 한 화소에 위치해 있다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(37)이 형성되어 있고, 게이트 배선(37)과 교차하게 데이터 배선(51) 및 전력공급 배선(41)이 형성되어 있다. 상기 데이터 배선(51)과 전력공급 배선(41)은 서로 이격되어 게이트 배선(37)과 함께 화소영역(P)을 정의한다. 즉, 게이트 배선(37), 데이터 배선(51), 전력공급 배선(41)이 서로 교차되는 영역은 화소 영역(P)을 이룬다.

상기 화소영역(P)의 일 측에는 스위칭 박막트랜지스터(T_S)가 위치하고, 또 다른 일 측에는 구동 박막트랜지스터(T_D)가 위치한다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)의 반도체층(31)과 일체형 패턴(pattern)으로 형성된 커패시터 전극(34)이 전력공급 배선(41)의 상부로 연장되어 형성되어 있다. 상기 커패시터 전극(34)과 상부의 전력공급 배선(41)은 스토리지 커패시터(storage capacitor; C_ST)를 위루고 있다.

그리고, 상기 구동 박막트랜지스터(T_D)와 연결되어 제 1 전극(58)이 형성되어 있고, 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 1 전극(58)을 덮는 영역에는 유기전계발광층 및 제 2 전극이 차례대로 형성된다. 상기 제 1 전극(58) 형성부는 화소영역(P)으로 정의될 수 있다.

또한, 구동 박막트랜지스터(T_D)는 구동용 반도체층(32) 및 게이트 전극(38)을 포함하고 있으며, 스위칭 박막트랜지스터(T_S) 또한 스위칭용 반도체층(31) 및 게이트 전극(35)을 포함하고 있다.

이하, 상기 유기전계발광부, 구동 박막트랜지스터, 스토리지 커패시터의 적층 구조를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 상기 도 2의 절단선 III-III에 따라 절단된 단면을 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 반도체층(32), 게이트 전극(38), 소스 및 드레인 전극(50, 52)으로 구성된 구동 박막트랜지스터(T_D)가 절연기판(1) 상에 형성되어 있고, 상기 소스 전극(50)에는 전력공급 배선(41)이 연결되어 있으며, 상기 드레인 전극(52)에는 투명 도전성물질로 이루어진 제 1 전극(58)이 연결되어 있다.

상기 전력공급 배선(41)과 대응하는 하부에는 상기 반도체층(32)과 동일물질로 이루어진 커패시터 전극(34)이 형성되어 있어서, 전력공급 배선(41) 및 커패시터 전극(34)이 중첩된 영역은 스토리지 커패시터(C_ST)를 이룬다.

그리고 상기 제 1 전극(58)의 상부에는 유기전계발광층(64) 및 불투명 금속물질로 이루어진 제 2 전극(66)이 순서대로 적층되어 유기전계발광부(E)를 구성한다. 상기 유기전계발광부(E)에서 제 1 전극(58)은 양극으로서의 역학을 수행하며 제 2 전극(66)은 음극으로서의 역할을 수행한다.

상기 유기전계발광소자에 위치하는 절연층들의 적층구조를 살펴보면, 상기 절연기판(1)과 반도체층(32) 사이에서 완충작용을 하는 버퍼층(30)이 위치하고, 상기 스토리지 커패시터(C_ST)용 절연체로 이용되는 제 1 보호층(40)이 커패시터 전극(34)과 전력공급 배선(41)의 사이에 위치한다. 또한, 게이트 전극(38)과 반도체층(32) 사이에는 게이트 절연막 (36)이 위치하며, 상기 소스 전극(50)과 전력공급 배선(41) 사이의 제 2 보호층(44)이 위치한다. 상기 제 1 전극(58)과 드레인 전극(52) 사이에는 제 3 보호층(54)이 개재되어 있으며, 상기 제 1 전극(58)과 제 2 전극(66) 사이에는 제 4 보호층(60)이 재재되어 있다. 상기 제 1 내지 4 보호층(40, 44, 54, 60)에는 각 전도체들 간의 전기적 연결을 위한 콘택홀이 형성 되어 있다.

이하, 전술한 바와 같은 구조를 가지는 종래의 유기전계 발광소자 패널의 적층 구조를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 종래의 유기전계발광 소자의 전체 단면도로서, 유기전계발광부와 구동 박막트랜지스터 연결부를 중심으로 인캡슐레이션(encapsulation) 구조를 가지는 유기전계발광 소자에 대해서 도시하였다.

도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되게 제 1 및 제 2 기판(70, 90)이 배치되어 있고, 제 1 기판(70)의 내부면에는 화면을 구현하는 최소단위인 픽셀(P) 단위로 형성된 구동 박막트랜지스터(T_D)를 포함하는 어레이 소자층(80)이 형성되어 있다. 어레이 소자층(80) 상부에는 구동 박막트랜지스터(T_D)와 연결되어 서브픽셀 단위로 제 1 전극(72)이 형성되어 있고, 제 1 전극(72) 상부에는 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 컬러를 발광시키는 유기전계발광층(74)이 형성되어 있으며, 유기전계발광층(74) 상부 전면에는 제 2 전극(76)이 형성되어 있다.

상기 제 1 및 제 2 전극(72, 76) 과 이들 사이에 개재된 유기전계발광층(74)은 유기전계발광 다이오드(E)를 이룬다. 유기전계발광층(74)으로부터 발광된 빛은 제 1 전극(72) 쪽으로 발광되며, 상부로 향하는 빛은 반사전극의 역할을 하는 제 2 전극에 반사되어 역시 제 1 전극(72) 쪽의 하부로 발산(發散) 된다. 도 4에 도시한 유기전계 발광소자는 하부발광 방식(bottom emission type)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제 2 기판(90)은 인캡슐레이션 기판으로 이용되며, 이러한 제 2 기판(90)의 내부 중앙부에는 오목부(92)가 형성되어 있고, 오목부(92) 내에는 외부로부터의 수분을 차단하여 유기전계발광 다이오드(E)를 보호하기 위한 흡습제(desiccant)(94)가 봉입되어 있다. 상기 흡습제(94)는 분말의 형태로 상기 오목부(92)에 채워지고 반투성막(半透性膜)인 테이프(tape)(96)에 의해 봉지된다.

상기 흡습제(94)가 봉입된 제 2 기판(90) 내부면과 제 1 전극(76)은 서로 일정간격 이격되게 정렬되고, 상기 제 1 및 제 2 기판(70, 90)의 가장자리는 씰패턴(seal pattern)(85)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation) 된다.

이와 같이, 기존의 하부발광방식 유기전계 발광소자는 박막트랜지스터를 형성하는 어레이 공정 이후, 투명도전성 막을 이용하여 유기전계 발광 다이오드의 제 1 전극을 형성하는 공정을 추가로 실시하였다. 또한, 화소영역에 형성된 제 1 전극의 상부에 유기전계발광층을 형성하는 공정을 실시하고 유기전계발광층의 상부에 제 2 전극인 반사전극을 형성하는 공정을 실시하여, 유기전계 발광소자가 하부발광식(bottom emission type)으로 구동할 수 있게 하였다.

그러나 이 같은 구성은 유기전계발광층 하부에 형성된 박막트랜지스터 및 불투명한 배선(게이트 배선, 데이터 배선 전력공급 배선)들에 의해 개구율이 작아지고 제한되는 단점이 발생하고, 궁극적으로 휘도가 저하되는 문제점을 야기하였다. 또한, 투명전극인 제 1 전극을 형성하는 공정을 단독으로 실시함에 따라 적어도 1개의 마스크(mask) 공정이 추가도 요구되는 문제점도 발생하였다. 더불어 유기전계발광층의 하부에 다수의 레이어(layer)들이 위치함으로 유기전계발광층에서 발생 한 빛의 효율이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 생산수율이 향상된 고해상도/고개구율 구조 상부발광식 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자를 제공하고자 한다.

이를 위하여, 본 발명에서는 박막트랜지스터와 같은 어레이 소자를 형성할 때 반사전극을 더불어 형성하고 이 반사전극을 유기전계 발광 다이오드의 제 1 전극으로 활용하여 상부발광식 유기전계 발광소자를 제공하고자 한다.

본 발명에서는 게이트 전극을 형성하는 공정이나, 소스 및 드레인 전극을 형성하는 공정이나, 전력공급 배선을 형성하는 공정에서 반사전극인 제 1 전극을 형성하므로, 마스크 공정수의 절감은 물론 제품 생산성의 향상을 꽤할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 유기전계발광 소자는 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선과; 상기 제 1 기판의 상부에 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 형성된 데이터 배선과; 상기 제 1 기판의 상부에 제 2 방향으로 형성되어 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 함께 화소영역을 정의하는 전력공급 배선과; 상기 화소영역의 일 측에 형성되고 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 연결되는 스위칭 박막트랜지스터와; 상기 화소영역의 일측에 형성되고 상기 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전력공급 배선과 연결되는 구동 박막트랜지스터와; 상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되며 화소영역에 형성된 반사전극과; 상기 반사전극의 상부 화소영역에 형성된 유기전계발광층과; 상기 유기전계발광층 상부에 형성된 투명전극을 포함하며, 상기 반사전극은 상기 전력공급 배선 또는 상기 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어지며 단일층 구조를 갖는 것이 특징이다.

상기 유기전계 발광소자에서, 상기 구동 박막트랜지스터는 다결정 실리콘 액티브층과 게이트 전극과 소스전극과 드레인전극을 포함한다. 상기 드레인전극과 상기 반사전극은 일체형 패턴으로 형성된다. 상기 투명전극은 투명도전성물질로 형성된다.

본 발명의 또다른 특징에 따른 듀얼패널타입 유기전계발광 소자 제조방법은 기판의 상부에 제 1 절연막으로 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상부에 제 1 방향으로 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상부에 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상부에 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 함께 화소영역을 정의하는 전력공급 배선을 상기 제 2 방향으로 형성하는 단계와; 상기 화소영역의 일 측에 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 연결되는 스위칭 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 화소영역의 일측에 상기 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전력공급 배선과 연결되는 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 형성된 반사전극을 형성하는 단계와; 상기 반사전극의 상부 화소영역에 유기전계발광층을 형성하는 단계와; 상기 유기전계발광층 상부에 투명전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 반사전극은 상기 전력공급 배선 또는 상기 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 단일층 구조를 이루도록 알루미늄 합금(AlNd)으로 형성하는 것이 특징으로 한다.

상기 유기전계 발광소자 제조방법에서, 상기 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계는 다결정 실리콘 액티브층을 형성하는 단계와 게이트 전극을 형성하는 단계와 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 드레인전극과 상기 반사전극은 일체형 페턴으로 형성된다. 상기 투명전극은 투명도전성물질로 형성한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 한 화소부에 대한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(112)이 형성되어 있고, 게이트 배선(112)과 교차하게 데이터 배선(150) 및 전력공급 배선(140)이 형성되어 있 다. 상기 데이터 배선(150)과 전력공급 배선(140)은 서로 이격되어 게이트 배선(112)과 함께 화소영역(P)을 정의한다. 즉, 게이트 배선(112), 데이터 배선(150), 전력공급 배선(140)이 서로 교차되는 영역은 화소 영역(P)을 이룬다.

상기 화소영역(P)의 일 측에는 스위칭 박막트랜지스터(T_S)가 위치하고, 또 다른 일 측에는 구동 박막트랜지스터(T_D)가 위치한다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)의 반도체층(102)과 일체형 패턴(pattern)으로 형성된 커패시터 전극(106)이 전력공급 배선(140)의 상부로 연장되어 형성되어 있다. 상기 커패시터 전극(106)과 상부의 전력공급 배선(140)은 스토리지 커패시터(storage capacitor; C_ST)를 이루고 있다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)는 상기 게이트배선(112)에서 신장된 게이트 전극(108)을 포함하고 있다.

또한, 구동 박막트랜지스터(T_D)는 구동용 반도체층(104) 및 게이트 전극(110)을 포함하고 있다. 구동용 게이트 전극(110)은 스위칭 박막트랜지스터(T_S)와 연결되어 있으며, 구용용 반도체층(104)에는 구동용 소스전극(152) 및 구동용 드레인 전극(154)이 각각 접촉하고 있다.

또한, 스위칭 박막트랜지스터(T_S) 또한 스위칭용 반도체층(102) 및 게이트 전극(35)을 포함하고 있다. 스위칭용 게이트 전극(108)은 게이트배선(112)에서 신장되어 있으며, 스위칭용 반도체층(102)에는 스위칭용 소스전극 및 드레인전극이 각각 접촉하고 있다.

그리고, 상기 구동 박막트랜지스터(T_D)의 드레인 전극(154)은 화소영역(P)에 형성된 제 1 전극(160a)과 연결되어 있다. 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 1 전극(160a)을 덮는 영역에는 유기전계발광층 및 제 2 전극이 차례대로 형성된다.

본 발명의 제 1 실시예에서 상기 제 1 전극(160a)은 상기 게이트 배선(112) 및 구동용 게이트전극(110)을 형성할 때 같은 물질을 이용하여 형성된다. 제 1 전극(160a)의 형성 및 구동 박막트랜지스터(T_D)의 형성에 대해 도 6a내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

도 6a 내지 도 6d는 도 5의 절단선 VI-VI에 따라 절단하여 제조공정 단계를 나타낸 단면도이다. 각각의 구성층 들은 감광성 물질인 PR(photo-resist)을 이용한 사진식각 공정(photolithography)에 의해 패터닝(patterning)되어 형성되며, 이하의 도 6a 재지 도 6d에서는 이러한 일련의 패터닝 공정(patterning process)을 설명한다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 절연기판(100) 상에 제 1 절연물질을 이용하여 버퍼층(101)을 기판 전면에 걸쳐 형성하고, 이 버퍼층(101) 상부에 폴리실리콘 층을 형성하며, 마스크 공정에 의해 폴리실리콘 층을 패턴닝(patternig)하여 액티브층(104 ; active layer)을 형성한다.

다음으로 상기 기판(100) 상에 제 2 절연물질을 증착하여 기판(100)의 전면에 게이트 절연막(103)을 형성한다. 그리고 상기 게이트 절연막(103) 상에 금속을 증착한 후, 마스크 공정으로 패턴하여 상기 액티브층(104)의 중앙부에 대응하는 게 이트 전극(110)을 형성한다. 또한, 이 같이 금속층을 패터닝(patterning)할 때 화소영역(P)에 제 1 전극(160a)을 형성한다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예에서는 상기 제 1 전극(160a)이 게이트전극(110)과 동일물질로 동일공정에서 형성되는 것을 특징으로 한다. 게이트 전극(110) 및 제 1 전극(160a)을 형성하는 금속은 반사율이 뛰어난 금속으로, 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 상기 게이트 전극(110) 및 제 1 전극(160a)을 형성한다.

다음으로, 이 같은 게이트 절연막(103), 게이트 전극(110) 및 화소전극(160a)을 형성한 이후에는, 상기 액티브층(104)의 양단부에 이온도핑(ion doping) 처리를 한다. 이온도핑 처리된 부분은 불순물이 함유된 액티브층(104)은 드레인영역 및 소스영역으로 정의 된다. 또한, 이온도핑 공정에서 상기 게이트 전극(110)은 이온 스탑퍼(ion stopper)로서의 역할을 수행하여 하부의 게이트 전극(110)의 하부 액티브층(104)에는 이온이 도핑되지 않도록 한다. 그러므로, 상기 액티브층(104)은 불순물이 도핑돼지 않은 영역과 좌우에 불순물이 도핑된 영역을 가지게 된다.

다음으로 도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 도 6a의 단계를 거친 기판(100) 상에, 제 3 절연물질로 이루어진 제 1 보호층(105)을 형성한다. 다음으로, 마스크 공정에 의해 상기 액티브층(104)의 양단부인 드레인영역 및 소스영역을 노출하여 제 1 및 제 2 콘택홀(120a, 120b)을 형성하며, 동시에 상기 제 1 전극(160a)을 노출하는 제 3 콘택홀(120c)을 형성한다.

다음으로, 도 6c 단계에서는, 금속을 증착한 후, 마스크 공정에 의해 상기 제 3 콘택홀(도 6b의 120c) 및 제 2 콘택홀(도 6b의 120b)을 통하여, 제 1 전극(160a) 및 액트브층(104)과 연결되는 드레인 전극(154)을 형성하며, 동시에 이 드레인 전극(154)과 일정 간격 이격되며 제 1 콘택홀(도 6b의 120a)을 통하여 액티브층(104)과 연결되는 소스전극(152)을 형성한다. 그러므로 이 단계에서는 상기 반도체층(104), 게이트 전극(110), 소스 및 드레인 전극(152, 154)을 포함하는 구동 박막트랜지스터(T)가 완성되어지게 된다.

도 6d에서는, 상기 도 6c 단계를 거친 기판(100)의 전면에 제 4 절연물질을 증착하여 제 2 보호층(107)을 형성한다. 그리고 마스크 공정에 의해 제 1 전극(160a)을 노출시키는 공정을 실시한다. 이 같은 노출부를 가지는 제 2 보호층(107)의 상부에 제 1 전극(160a)과 연결되는 유기전계 발광층(180)을 형성하며, 유기전계 발광층(180)의 상부 기판의 전면에는 투명도전성 물질을 증착하여 제 2 전극(190)을 형성한다.

전술한 바와 같은 공정에 의해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 형성할 수 있다. 전술한 제 1 실시예에 따른 유기전계 발광소자는 반사전극인 제 1 전극(160a)의 상부에 유기전계발광층(180)이 구성되고 제 2 전극(190)은 투명도전성 물질로 구성되기 때문에 상부발광식 유기전계 발광소자라 할 수 있다. 그러므로 종래기술과는 달리 개구율이 향상되며 휘도가 향상된 유기전계 발광소자를 얻을 수 있다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 한 화소부에 대한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(112)이 형성되어 있고, 게이트 배선(112)과 교차하게 데이터 배선(150) 및 전력공급 배선(140)이 형성되어 있다. 상기 데이터 배선(150)과 전력공급 배선(140)은 서로 이격되어 게이트 배선(112)과 함께 화소영역(P)을 정의한다. 즉, 게이트 배선(112), 데이터 배선(150), 전력공급 배선(140)이 서로 교차되는 영역은 화소 영역(P)을 이룬다.

상기 화소영역(P)의 일 측에는 스위칭 박막트랜지스터(T_S)가 위치하고, 또 다른 일 측에는 구동 박막트랜지스터(T_D)가 위치한다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)의 반도체층(102)과 일체형 패턴(pattern)으로 형성된 커패시터 전극(106)이 전력공급 배선(140)의 상부로 연장되어 형성되어 있다. 상기 커패시터 전극(106)과 상부의 전력공급 배선(140)은 스토리지 커패시터(storage capacitor; C_ST)를 위루고 있다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)는 상기 게이트배선(112)에서 신장된 게이트 전극(108)을 포함하고 있다.

또한, 구동 박막트랜지스터(T_D)는 구동용 반도체층(104) 및 게이트 전극(110)을 포함하고 있다. 구동용 게이트 전극(110)은 스위칭 박막트랜지스터(T_S)와 연결되어 있으며, 구용용 반도체층(104)에는 구동용 소스전극(152) 및 구동용 드레인 전극(154)이 각각 접촉하고 있다.

또한, 스위칭 박막트랜지스터(T_S) 또한 스위칭용 반도체층(102) 및 게이트 전극(35)을 포함하고 있다. 스위칭용 게이트 전극(108)은 게이트배선(112)에서 신 장되어 있으며, 스위칭용 반도체층(102)에는 스위칭용 소스전극 및 드레인전극이 각각 접촉하고 있다.

그리고, 본 발명의 제 2 실시예에서는 화소영역(P)에 형성된 제 1 전극(160b)이 상기 구동 박막트랜지스터(T_D)의 드레인 전극(154)과 일체형 패턴으로 형성되어 있다. 도 7에는 도시하지 않았지만, 제 1 전극(160b)을 덮는 영역에는 유기전계발광층 및 제 2 전극이 차례대로 형성된다.

본 발명의 제 2 실시예에서 상기 제 1 전극(160b)은 상기 데이터 배선(150), 구동용 소스전극(152) 및 구동용 드레인전극(154)과 동일물질로 동일공정에서 형성된다. 제 1 전극(160b)의 형성 및 구동 박막트랜지스터(T_D)의 형성에 대해 도 8a내지 도 8d를 참조하여 설명한다.

도 8a 내지 도 8d는 도 7의 절단선 VIII-VIII에 따라 절단하여 제조공정 단계를 나타낸 단면도이다. 각각의 구성층 들은 감광성 물질인 PR(photo-resist)을 이용한 사진식각 공정(photolithography)에 의해 패터닝(patterning)되어 형성되며, 이하의 도 8a 재지 도 8d에서는 이러한 일련의 패터닝 공정(patterning process)을 설명한다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 절연기판(100) 상에 제 1 절연물질을 이용하여 버퍼층(101)을 기판 전면에 걸쳐 형성하고, 이 버퍼층(101) 상부에 폴리실리콘 층을 형성하며, 마스크 공정에 의해 폴리실리콘 층을 패턴닝(patternig)하여 액티브층(104 ; active layer)을 형성한다.

다음으로 상기 기판(100) 상에 제 2 절연물질을 증착하여 기판(100)의 전면에 게이트 절연막(103)을 형성한다. 그리고 상기 게이트 절연막(103) 상에 금속을 증착한 후, 마스크 공정으로 패턴하여 상기 액티브층(104)의 중앙부에 대응하는 게이트 전극(110)을 형성한다.

다음으로, 상기 게이트 절연막(103) 및 게이트 전극(110)을 형성한 이후에는, 상기 액티브층(104)의 양단부에 이온도핑(ion doping) 처리를 한다. 이온도핑 처리된 부분은 불순물이 함유된 액티브층(104)은 드레인영역 및 소스영역으로 정의 된다. 또한, 이온도핑 공정에서 상기 게이트 전극(110)은 이온 스탑퍼(ion stopper)로서의 역할을 수행하여 하부의 게이트 전극(110)의 하부 액티브층(104)에는 이온이 도핑되지 않도록 한다. 그러므로, 상기 액티브층(104)은 불순물이 도핑돼지 않은 영역과 좌우에 불순물이 도핑된 영역을 가지게 된다.

다음으로 도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 도 8a의 단계를 거친 기판(100) 상에, 제 3 절연물질로 이루어진 제 1 보호층(105)을 형성한다. 다음으로, 마스크 공정에 의해 상기 액티브층(104)의 양단부인 드레인영역 및 소스영역을 노출하여 제 1 및 제 2 콘택홀(120a, 120b)한다.

다음으로, 도 8c 단계에서는, 금속을 증착한 후, 마스크 공정에 의해 상기 제 1 콘택홀(도 8b의 120a)을 통하여 액티브층(104)과 연결되는 소스전극(152)을 형성하며, 동시에 소스전극(152)과 일정간격 이격되며 상기 제 2 콘택홀(도 8b의 120b)을 통하여 액트브층(104)과 연결되는 드레인 전극(154)을 형성한다. 또한, 상기 드레인전극(154)과 일체형 패턴으로 화소영역(P)에 위치하는 제 1 전극(160b) 을 형성한다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에서는 상기 제 1 전극(160b)이 소스 및 드레인 전극(152, 154)과 동일물질로 동일공정에서 형성되는 것을 특징으로 한다. 소스 및 드레인 전극(152, 154) 및 제 1 전극(160b)을 형성하는 금속은 반사율이 뛰어난 금속으로, 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)을 이용한다. 또한, 도 8c의 단계에서는 상기 반도체층(104), 게이트 전극(110), 소스 및 드레인 전극(152, 154)을 포함하는 구동 박막트랜지스터(T)가 완성되어지게 된다.

도 8d에서는, 상기 도 8c 단계를 거친 기판(100)의 전면에 제 4 절연물질을 증착하여 제 2 보호층(107)을 형성한다. 그리고 마스크 공정에 의해 제 1 전극(160b)을 노출시키는 공정을 실시한다. 이 같은 노출부를 가지는 제 2 보호층(107)의 상부에 제 1 전극(160b)과 연결되는 유기전계 발광층(180)을 형성하며, 유기전계 발광층(180)의 상부 기판의 전면에는 투명도전성 물질을 증착하여 제 2 전극(190)을 형성한다.

전술한 바와 같은 공정에 의해 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자를 형성할 수 있다. 전술한 제 2 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 반사전극인 제 1 전극(160b)은 종래기술과 달리 별도의 공정에 의해 형성되지 않고, 소스 및 드레인 전극(152, 154)을 형성할 때 같이 형성하게 된다. 이 같은 공정은 제조공정수를 줄이는 장점이 있다. 또한, 제 1 전극(160b)의 상부에 유기전계발광층(180)이 구성되고 제 2 전극(190)은 투명도전성 물질로 구성되기 때문에 제 2 실시예에 의한 유기전계 발광소자는 상부발광식이라 할 수 있다. 그러므로 종래기술과는 달리 개구율이 향상되며 휘도가 향상된 유기전계 발광소자를 얻 을 수 있다.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 한 화소부에 대한 평면도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 배선(112)이 형성되어 있고, 게이트 배선(112)과 교차하게 데이터 배선(150) 및 전력공급 배선(140)이 형성되어 있다. 상기 데이터 배선(150)과 전력공급 배선(140)은 서로 이격되어 게이트 배선(112)과 함께 화소영역(P)을 정의한다. 즉, 게이트 배선(112), 데이터 배선(150), 전력공급 배선(140)이 서로 교차되는 영역은 화소 영역(P)을 이룬다.

상기 화소영역(P)의 일 측에는 스위칭 박막트랜지스터(T_S)가 위치하고, 또 다른 일 측에는 구동 박막트랜지스터(T_D)가 위치한다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)의 반도체층(102)과 일체형 패턴(pattern)으로 형성된 커패시터 전극(106)이 전력공급 배선(140)의 상부로 연장되어 형성되어 있다. 상기 커패시터 전극(106)과 상부의 전력공급 배선(140)은 스토리지 커패시터(storage capacitor; C_ST)를 이루고 있다. 상기 스위칭 박막트랜지스터(T_S)는 상기 게이트배선(112)에서 신장된 게이트 전극(108)을 포함하고 있다.

또한, 구동 박막트랜지스터(T_D)는 구동용 반도체층(104) 및 게이트 전극(110)을 포함하고 있다. 구동용 게이트 전극(110)은 스위칭 박막트랜지스터(T_S)와 연결되어 있으며, 구용용 반도체층(104)에는 구동용 소스전극(152) 및 구동용 드레인 전극(154)이 각각 접촉하고 있다.

또한, 스위칭 박막트랜지스터(T_S) 또한 스위칭용 반도체증(102) 및 게이트 전극(35)을 포함하고 있다. 스위칭용 게이트 전극(108)은 게이트배선(112)에서 신장되어 있으며, 스위칭용 반도체층(102)에는 스위칭용 소스전극 및 드레인전극이 각각 접촉하고 있다.

그리고, 상기 구동 박막트랜지스터(T_D)의 드레인 전극(154)은 화소영역(P)에 형성된 제 1 전극(160c)과 연결되어 있다. 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 1 전극(160c)을 덮는 영역에는 유기전계발광층 및 제 2 전극이 차례대로 형성된다.

본 발명의 제 3 실시예에서 화소영역(P)에 형성된 제 1 전극(160c)이 상기 전력공급 배선(140)과 동일물질로 동일공정에서 형성되는 것을 특징으로 한다. 제 1 전극(160c)의 형성 및 구동 박막트랜지스터(T_D)의 형성에 대해 도 10a내지 도 10e를 참조하여 설명한다.

도 10a 내지 도 10e는 도 9의 절단선 X-X에 따라 절단하여 제조공정 단계를 나타낸 단면도이다. 각각의 구성층 들은 감광성 물질인 PR(photo-resist)을 이용한 사진식각 공정(photolithography)에 의해 패터닝(patterning)되어 형성되며, 이하의 도 8a 재지 도 8d에서는 이러한 일련의 패터닝 공정(patterning process)을 설명한다.

도 10a에 도시한 바와 같이, 절연기판(100) 상에 제 1 절연물질을 이용하여 버퍼층(101)을 기판 전면에 걸쳐 형성하고, 이 버퍼층(101) 상부에 폴리실리콘 층 을 형성하며, 마스크 공정에 의해 폴리실리콘 층을 패턴닝(patternig)하여 액티브층(104 ; active layer)을 형성한다. 다음으로 상기 기판(100) 상에 제 2 절연물질을 증착하여 기판(100)의 전면에 게이트 절연막(103)을 형성한다. 그리고 상기 게이트 절연막(103) 상에 금속을 증착한 후, 마스크 공정으로 패턴하여 상기 액티브층(104)의 중앙부에 대응하는 게이트 전극(110)을 형성한다. 다음으로, 상기 게이트 절연막(103) 및 게이트 전극(110)을 형성한 이후에는, 상기 액티브층(104)의 양단부에 이온도핑(ion doping) 처리를 한다. 이온도핑 처리된 부분은 불순물이 함유된 액티브층(104)은 드레인영역 및 소스영역으로 정의 된다. 또한, 이온도핑 공정에서 상기 게이트 전극(110)은 이온 스탑퍼(ion stopper)로서의 역할을 수행하여 하부의 게이트 전극(110)의 하부 액티브층(104)에는 이온이 도핑되지 않도록 한다. 그러므로, 상기 액티브층(104)은 불순물이 도핑돼지 않은 영역과 좌우에 불순물이 도핑된 영역을 가지게 된다.

다음으로 도 10b에 도시한 바와 같이, 상기 도 10a의 단계를 거친 기판(100) 의 전면에 제 3 절연물질로 이루어진 제 1 보호층(105)을 형성한다. 다음으로, 상기 제 1 보호층(105) 상에 금속층을 증착하고 패턴하여 제 1 전극(160c)을 화소영역(P)에 형성한다. 도 10b에 도시하지 않았지만, 상기 제 1 전극(160c)을 형성함과 동시에 전력공급 배선(도 9의 140) 또한 제 1 전극(160c)과 동일물질로 형성한다. 제 1 전극(160c) 및 전력공급 배선(도 9의 140)을 형성하는 금속은 반사율이 뛰어난 금속으로, 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)을 이용한다.

다음으로 도 10c에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(160c)이 형성된 기판(100)의 전면에 제 4 절연물질을 형성하여 제 2 보호층(107)을 형성한다. 제 2 보호층(107)의 형성 이후에는, 마스크 공정에 의해 상기 액티브층(104)의 양단부인 드레인영역 및 소스영역을 노출하여 제 1 및 제 2 콘택홀(120a, 120b) 형성함과 동시에, 상기 화소영역(P)에 형성된 제 1 전극(160c)을 노출하는 제 3 콘택홀(120c)를 형성한다.

다음으로, 도 10d 단계에서는, 패턴된 제 2 보호층(107)의 상부에 금속을 증착한 후, 마스크 공정에 의해 상기 제 1 콘택홀(도 10c의 120a)을 통하여 액티브층(104)과 연결되는 소스전극(152)을 형성하며, 동시에 소스전극(152)과 일정간격 이격되며 상기 제 2 콘택홀(도 10c의 120b)을 통하여 액트브층(104)과 접촉하고 제 3 콘택홀(도 10c의 120c)을 통해 상기 제 1 전극(160c)과 접촉하는 드레인전극(154)을 형성한다. 그러므로, 도 10d의 단계에서는 상기 반도체층(104), 게이트 전극(110), 소스 및 드레인 전극(152, 154)을 포함하는 구동 박막트랜지스터(T)가 완성되어지게 된다.

도 10e에서는, 상기 도 10d 단계를 거친 기판(100)의 전면에 제 5 절연물질을 증착하여 제 3 보호층(109)을 형성한다. 그리고 마스크 공정에 의해 제 1 전극(160b)을 노출시키는 공정을 실시한다. 이 같은 노출부를 가지는 제 3 보호층(109)의 상부에 제 1 전극(160c)과 연결되는 유기전계 발광층(180)을 형성하며, 유기전계 발광층(180)의 상부 기판의 전면에는 투명도전성 물질을 증착하여 제 2 전극(190)을 형성한다.

전술한 바와 같은 공정에 의해 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광 소자를 형성할 수 있다. 전술한 제 3 실시예에 따른 유기전계 발광소자의 반사전극인 제 1 전극(160c)은 종래기술과 달리 별도의 공정에 의해 형성되지 않고, 전력공급 배선(도 9의 140)을 형성할 때 동시에 형성하게 된다. 이 같은 공정은 제조공정수를 줄이는 장점이 있다. 또한, 제 1 전극(160c)의 상부에 유기전계발광층(180)이 구성되고 제 2 전극(190)은 투명도전성 물질로 구성되기 때문에 제 2 실시예에 의한 유기전계 발광소자는 상부발광식이라 할 수 있다. 그러므로 종래기술과는 달리 개구율이 향상되며 휘도가 향상된 유기전계 발광소자를 얻을 수 있다.

그러나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 유기전계 발광소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 장점이 있다. 첫째, 반사전극인 제 1 전극 상부에 유기전계발광층이 형성되고, 유기전계발광층의 상부에 투명한 제 2 전극이 형성되므로, 고개구율/고해상도/고휘도를 가지는 상부발광식 유기전계 발광소자를 구현할 수 있다. 또한, 반사전극인 유기전계 발광다이오드의 제 1 전극이 게이트전극, 소스-드레인전극 또는 전력공급 배선 등과 동시에 동일물질로 형성되므로, 제조공정을 줄일 수 있고 생산수율 및 생산관리 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명에서는 마스크 공정수가 적은 제조방법으로 제조할 수 있어, 공정 단순화를 통해 생산수율이 높은 제품을 제 공할 수 있다.

Claims (14)

1. 제 1 기판 상에 제 1 방향으로 형성된 게이트 배선과;

   상기 제 1 기판의 상부에 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 형성된 데이터 배선과;

   상기 제 1 기판의 상부에 제 2 방향으로 형성되어 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 함께 화소영역을 정의하는 전력공급 배선과;

   상기 화소영역의 일 측에 형성되고 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 연결되는 스위칭 박막트랜지스터와;

   상기 화소영역의 일측에 형성되고 상기 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전력공급 배선과 연결되는 구동 박막트랜지스터와;

   상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되며 화소영역에 형성된 반사전극과;

   상기 반사전극의 상부 화소영역에 형성된 유기전계발광층과;

   상기 유기전계발광층 상부에 형성된 투명전극

   을 포함하며, 상기 반사전극은 상기 전력공급 배선 또는 상기 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어지며 단일층 구조를 갖는 것이 특징인 유기전계 발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동 박막트랜지스터는 다결정 실리콘 액티브층과 게이트 전극과 소스 전극과 드레인전극을 포함하는 유기전계 발광소자.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 드레인전극과 상기 반사전극은 일체형 패턴으로 형성된 유기전계 발광소자.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명전극은 투명도전성물질로 형성된 유기전계 발광소자.
8. 기판의 상부에 제 1 절연막으로 버퍼층을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층 상부에 제 1 방향으로 게이트 배선을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층 상부에 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 데이터 배선을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층 상부에 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 함께 화소영역을 정의하는 전력공급 배선을 상기 제 2 방향으로 형성하는 단계와;

   상기 화소영역의 일 측에 상기 데이터 배선 및 게이트 배선과 연결되는 스위칭 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;

   상기 화소영역의 일측에 상기 스위칭 박막트랜지스터와 상기 전력공급 배선과 연결되는 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;

   상기 구동 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 형성된 반사전극을 형성하는 단계와;

   상기 반사전극의 상부 화소영역에 유기전계발광층을 형성하는 단계와;

   상기 유기전계발광층 상부에 투명전극을 형성하는 단계

   를 포함하며, 상기 반사전극은 상기 전력공급 배선 또는 상기 데이터 배선이 형성된 동일한 층에 단일층 구조를 이루도록 알루미늄 합금(AlNd)으로 형성하는 것이 특징인 유기전계 발광소자 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 구동 박막트랜지스터를 형성하는 단계는 다결정 실리콘 액티브층을 형성하는 단계와 게이트 전극을 형성하는 단계와 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 드레인전극과 상기 반사전극은 일체형 패턴으로 형성하는 유기전계 발광소자 제조방법.
13. 삭제
14. 제 8 항에 있어서,

    상기 투명전극은 투명도전성물질로 형성하는 유기전계 발광소자 제조방법.

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