KR101777289B1 - 연속측면고상화(Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ:ＳＬＳ)를 이용한 결정화 장치 - Google Patents
연속측면고상화(Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ:ＳＬＳ)를 이용한 결정화 장치 Download PDFInfo
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Abstract
결정화 시 얼룩 형성이 방지되는 동시에 비결정화 영역의 생성이 방지되는 연속측면고상화를 이용한 결정화 장치를 제공하기 위하여, 본 발명은 기판상에 형성된 비정질 실리콘층을 결정화하는 결정화 장치에 있어서, 레이저 빔을 발산하는 레이저 발생장치; 상기 레이저 발생장치의 일 측에 형성되어, 상기 레이저 발생장치에서 발산된 레이저 빔의 확산각을 최소화시키는 제1 BDU 광학계 및 제2 BDU 광학계; 및 상기 제2 BDU 광학계의 일 측에 형성되어, 상기 제2 BDU 광학계를 통과한 레이저 빔을 균일화 및 확대하는 메인 광학계;를 포함하고, 상기 메인 광학계는 상기 레이저 발생장치에 대하여 회전 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification: SLS)를 이용한 결정화 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 결정화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 메인 광학계를 레이저 발생장치에 대하여 소정 각도 틸트 가능하도록 형성함으로써, 결정화 시 얼룩 형성이 방지되는 동시에 비결정화 영역의 생성이 방지되는 연속측면고상화를 이용한 결정화 장치에 관한 것이다.
액티브 매트릭스형(Active Matrix type, AM) 유기 발광 디스플레이 장치는 각각의 픽셀마다 픽셀 구동회로를 구비하며, 이 픽셀 구동회로는 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터를 포함한다. 박막 트랜지스터를 구성하는 실리콘으로는 비정질 실리콘 또는 다결정질 실리콘이 사용된다.
픽셀 구동회로에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon TFT: a-Si TFT)는 소스, 드레인 및 채널을 구성하는 반도체 활성층이 비정질 실리콘이기 때문에 1㎠/Vs 이하의 낮은 전자 이동도를 갖는다. 이에 따라 최근에는 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon TFT: poly-Si TFT)로 대체하는 경향으로 가고 있다. 상기 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 전자 이동도가 크고, 빛의 조사에 대한 안정성이 우수하다. 따라서, 이 다결정질 실리콘 박막 트랜지스터는 AM 유기 발광 표시장치의 구동 및/또는 스위칭 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용되기에 매우 적합하다.
상기와 같은 다결정질 실리콘은 여러 가지 방법으로 제작할 수 있는데, 이는 크게 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법과, 비정질 실리콘을 증착한 후 이를 결정화하는 방법으로 구분할 수 있다.
다결정질 실리콘을 직접 증착하는 방법에는 열화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), Photo CVD, HR(hydrogen radical) CVD, ECR(electron cyclotron resonance) CVD, PE(Plasma Enhanced) CVD, LP(Low Pressure) CVD 등의 방법이 있다.
한편, 비정질 실리콘을 증착한 후 결정화하는 방법에는 고상결정화(Solid Phase Crystallization: SPC)법, 엑시머 레이저(Excimer Laser Crystallization: ELC)법, 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization: MIC)법, 금속 유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallization: MILC)법, 연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification: SLS)법 등이 있다.
그런데, 상기 고상결정화법은 600℃ 이상의 고온에서 장시간 유지되어야 하므로 그 실용성이 현저히 떨어지며, 엑시머 레이저법은 저온 결정화를 이룰 수 있다는 장점이 있지만 레이저 빔을 광학계를 이용해 넓힘으로써 균일성이 떨어지는 단점이 있다. 한편, 금속 유도 결정화법은 비정질 실리콘의 표면에 금속 박막을 증착한 후 이를 결정화 촉매로 삼아 실리콘막의 결정화를 진행해 나가는 것으로 결정화 온도를 낮출 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 이 금속 유도 결정화법 또한 다결정질 실리콘막이 금속에 의해 오염되어 있어 이 실리콘 막으로 형성한 박막 트랜지스터 소자의 특성이 불량하게 되며, 형성되는 결정 또한 크기가 작고 무질서하다는 문제점이 존재하였다.
연속 측면 고상화법(이하 SLS법 이라 함)은 실리콘의 결정립(Grain)이 액상과 고상의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직한 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 마스크를 이용하여 특정 영역에 레이저 빔을 투과시켜 비정질 실리콘의 일부를 용융시키고, 용융된 실리콘의 부분과 용융되지 않은 실리콘의 부분의 경계로부터 용융된 실리콘의 부분으로 결정성장이 이루어지도록 함으로써 결정화를 이루는 것이다. 이 SLS법은 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly-Si)의 제조방법으로 주목받고 있다.
본 발명은 메인 광학계를 레이저 발생장치에 대하여 소정 각도 틸트 가능하도록 형성함으로써, 결정화 시 얼룩 형성이 방지되는 동시에 비결정화 영역의 생성이 방지되는 연속측면고상화를 이용한 결정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기판상에 형성된 비정질 실리콘층을 결정화하는 결정화 장치에 있어서, 레이저 빔을 발산하는 레이저 발생장치; 상기 레이저 발생장치의 일 측에 형성되어, 상기 레이저 발생장치에서 발산된 레이저 빔의 확산각을 최소화시키는 제1 BDU 광학계 및 제2 BDU 광학계; 및 상기 제2 BDU 광학계의 일 측에 형성되어, 상기 제2 BDU 광학계를 통과한 레이저 빔을 균일화 및 확대하는 메인 광학계;를 포함하고, 상기 메인 광학계는 상기 레이저 발생장치에 대하여 회전 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification: SLS)를 이용한 결정화 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제2 BDU 광학계 및 상기 메인 광학계가 일체로 상기 레이저 발생장치에 대하여 회전할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 메인 광학계를 상기 레이저 발생장치에 대하여 소정 각도 회전시킨 상태에서, 상기 기판에서 결정화가 수행되어야 하는 영역은 모두 상기 레이저가 조사되는 영역 내에 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 메인 광학계는, 상기 제2 BDU 광학계를 통과한 레이저 빔의 프로파일을 균일화하여 일정한 파워의 레이저 빔으로 만들어주는 빔 균일화부와, 상기 빔 균일화부를 통과한 레이저 빔의 폭이 일정 범위 이내로 유지되도록 제어하는 빔 폭 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 발생장치와 상기 제1 BDU 광학계 사이에 개재되어, 상기 레이저 발생장치에서 발산된 레이저 빔의 한 펄스당 유지 시간을 확장시키는 확장 광학계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 메인 광학계를 통과하여 상기 기판에 조사되는 레이저 빔은 선형 레이저 빔일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판이 상기 결정화 장치에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 레이저 발생장치에서 생성된 레이저 빔이 상기 기판상에 조사될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 레이저 발생장치에서 생성하는 레이저 빔은 펄스 레이저(pulse laser)일 수 있다.
여기서, 상기 펄스 레이저가 상기 기판상에 일 회 조사된 레이저 조사 영역과, 다음 회 조사된 레이저 조사 영역은 서로 일정 정도 중첩되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 중첩된 영역의 비정질 실리콘은 2회에 걸쳐 용해 및 고형화되면서 결정화될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판이 안착되는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트로부터 일 측으로 일정 정도 이격되어 형성되며, 상기 베이스 플레이트에 대해 회전 가능하도록 형성되는 회전 부재;를 더 포함하고, 상기 회전 부재 상에 상기 메인 광학계가 배치되어, 상기 회전 부재가 상기 베이스 플레이트에 대해 회전할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 플레이트의 일 면으로부터 연장 형성되는 복수 개의 기둥들; 상기 기둥들 상에 형성되는 지지 부재;를 더 포함하고, 상기 회전 부재는 상기 지지 부재 상에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제2 BDU 광학계는 상기 메인 광학계와 결합하여, 상기 메인 광학계와 함께 상기 베이스 플레이트에 대해 회전할 수 있다.
여기서, 상기 회전 부재는 상기 기판에서 상기 레이저 빔이 조사되는 면과 평행한 평면상에서 회전할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 결정화 시 얼룩 형성이 방지되는 동시에 비결정화 영역의 생성이 방지되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 1b는 도 1a의 결정화 장치의 메인 광학계를 상세히 나타내는 도면이다.
도 2는 결정화 장치는 고정된 상태에서 스테이지를 일정 정도 틸트시키는 경우를 나타낸다.
도 3은 기판이 고정된 상태에서 제2 BDU 광학계 및 메인 광학계만을 일정 정도 틸트시키는 경우를 나타낸다.
도 4는 도 1의 결정화 장치에 의해 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 유기 발광 디스플레이 장치를 구성하는 한 픽셀의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 레이저 발생장치에서 조사된 레이저 빔이 기판을 결정화하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 결정화 장치는 고정된 상태에서 스테이지를 일정 정도 틸트시키는 경우를 나타낸다.
도 3은 기판이 고정된 상태에서 제2 BDU 광학계 및 메인 광학계만을 일정 정도 틸트시키는 경우를 나타낸다.
도 4는 도 1의 결정화 장치에 의해 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 유기 발광 디스플레이 장치를 구성하는 한 픽셀의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 레이저 발생장치에서 조사된 레이저 빔이 기판을 결정화하는 공정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 1b는 도 1a의 결정화 장치의 메인 광학계를 상세히 나타내는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 장치(100)는 레이저 빔(L)을 발생하는 레이저 발생장치(101)와, 상기 레이저 발생장치(101)에서 발산된 레이저 빔(L)의 한 펄스당 유지 시간을 확장시키는 확장 광학계(102)와, 상기 확장 광학계(102)를 통과한 레이저 빔(L)의 확산각을 최소화시키는 제1 BDU 광학계(103) 및 제2 BDU 광학계(104)와, 상기 제1 BDU 광학계(103) 및 제2 BDU 광학계(104)를 통과한 레이저 빔(L)을 균일화 및 확대하여 선형 빔으로 만들어주는 메인 광학계(105)를 포함한다.
상세히, 레이저 발생장치(101)는 결정화를 수행하기 위한 소정의 레이저 빔(L)을 생성한다. 여기서, 생성되는 레이저 빔(L)은 펄스 레이저(pulse laser)일 수 있다. 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
확장 광학계(102)는 레이저 발생장치(101)에서 발산된 레이저 빔(L)의 한 펄스당 유지 시간을 확장시키는 역할을 수행한다. 레이저 발생장치(101)에서 생성되는 레이저 빔(L)은 한 펄스당 조사 시간이 매우 짧기 때문에(예를 들어 약 10 nano second), 결정화를 수행하기에 충분치 않을 수 있다. 따라서 확장 광학계(102)는 이와 같은 레이저 빔(L)의 한 펄스당 유지 시간(duration time)을 확대시켜서 결정화를 수행하기에 충분한 시간 동안 레이저 빔(L)이 기판에 조사되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 BDU 광학계(103) 및 제2 BDU 광학계(104)는 상기 확장 광학계(102)의 일 측에 형성되어, 상기 확장 광학계(102)를 통과한 레이저 빔(L)의 확산각을 최소화시키는 역할을 수행한다. 또한 제1 BDU 광학계(103) 및 제2 BDU 광학계(104)는 내부에 반사 미러를 구비하여, 레이저 빔(L)의 경로를 변환시키는 역할을 수행한다.
메인 광학계(105)는 상기 제2 BDU 광학계(104)의 일 측에 형성되며, 빔 균일화부(105a)와 빔 폭 제어부(105b)를 포함한다. 빔 균일화부(105a)는 상기 제2 BDU 광학계(104)를 통과한 레이저 빔(L)의 프로파일을 균일화하여 일정한 파워의 레이저 빔(L)이 기판으로 조사되도록 한다. 한편, 빔 폭 제어부(105b)는 상기 빔 균일화부(105a)를 통과하면서 장축 방향 폭이 확대되어 형성된 선형의 레이저 빔(L)의 폭이 무한정 확대되지 않도록 제어하는 역할을 수행한다.
한편, 상기 메인 광학계(105)에 대응되는 위치에는 비정질 실리콘층이 증착된 기판(10)이 고정된 x-y스테이지(106)가 위치할 수 있다. 이때, 상기 기판(10)의 모든 영역을 결정화하기 위해서는 상기 x-y스테이지(106)를 상기 기판(10)에 대해 상대적으로 이동하여 줌으로써 결정영역을 확대해 나가는 방법을 사용한다.
이와 같은 제2 BDU 광학계(104), 메인 광학계(105) 및 기판(10)이 고정된 x-y스테이지(106) 등은 모두 베이스 플레이트(111) 상에 형성될 수 있다. 이와 같은 베이스 플레이트(111)는 화강암(granite) 등으로 형성된 대면적의 평판일 수 있다. 이와 같은 베이스 플레이트(111) 상에 복수 개의 기둥들(112)이 형성되고, 상기 기둥들(112) 위에 지지 부재(113)가 배치된다. 그리고, 상기 지지 부재(113) 상에 회전 부재(114)가 형성되고, 상기 회전 부재(114) 상에 메인 광학계(105) 및 제2 BDU 광학계(104)가 배치되는 것이다. 즉, 메인 광학계(105) 및 이와 결합한 제2 BDU 광학계(104)가 회전 부재(114)에 의하여 XY 평면상에서 회전가능하게 형성되는 것이다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 장치(100)는 메인 광학계(105) 및 이와 결합한 제2 BDU 광학계(104)가 레이저 발생장치(101)(및 이와 결합된 확장 광학계(102)와 제1 BDU 광학계(103))에 대하여 회전가능하도록 형성되는 것을 일 특징으로 한다. 이를 다르게 표현하면, 메인 광학계(105) 및 이와 결합한 제2 BDU 광학계(104)가 베이스 플레이트(111)에 대해 회전가능하도록 형성된다고 할 수도 있을 것이다.
이를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification: SLS)법을 적용하여 기판상의 비정질 실리콘층을 결정화함에 있어서, 특정 위치에 돌기 개수가 더 많게 혹은 적게 배열되는 등의 이유로 인하여 사선 얼룩이나 물결 얼룩이 발생한다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 얼룩 생성을 방지하기 위하여 기판이 배치된 스테이지를 일정 정도 틸트시키는 방안이 제안되었다. 이와 같이 결정화 장치는 고정된 상태에서 스테이지를 일정 정도 틸트시키는 경우가 도 2에 도시되어 있다. 이와 같이, 결정화 장치는 고정된 상태에서 스테이지를 일정 정도 틸트시킬 경우, 얼룩 생성이 방지되는 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(10)에서 결정화가 수행되어야 하는 영역(CA) 중 일부가 레이저 조사 영역(LA)을 벗어나게 됨으로써, 비결정화 영역(NA)이 발생한다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 현상을 방지하기 위하여, 결정화용 마스크의 슬릿을 일정 정도 틸트시키는 방안이 제안되었다. 이 경우, 레이저 펄스와 펄스 간에 스테이지가 이동하는 거리인 스캔 피치(scan pitch)를 이용하여 결정화 특성을 제어한다. 그런데 이와 같은 스캔 피치가 작을 경우 생산성이 감소하고, 반대로 스캔 피치가 클 경우 TFT 특성 불균일에 의한 얼룩이 발생한다는 문제점이 존재하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 결정화 장치(100)는 메인 광학계(105) 및 이와 결합한 제2 BDU 광학계(104)가 레이저 발생장치(101) 및 베이스 플레이트(111)에 대하여 회전가능하도록 형성되는 것을 일 특징으로 한다.
이와 같이 기판(10)이 고정된 상태에서 제2 BDU 광학계(104) 및 메인 광학계(105)만을 일정 정도 틸트시키는 경우가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(10)이 고정된 상태에서 제2 BDU 광학계(104) 및 메인 광학계(105)만을 일정 정도 틸트시킬 경우, 레이저 조사 영역(LA) 내에 결정화가 수행되어야 하는 영역(CA)이 모두 포함되기 때문에, 비결정화 영역이 발생하지 아니할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 결정화 장치(100) 전체를 기판(10)에 대하여 회전시키지 아니하고, 결정화 장치(100) 중 제2 BDU 광학계(104) 및 메인 광학계(105) 만을 레이저 발생장치(101)에 대하여 회전시키는 이유는, 레이저 발생장치(101)가 충격 등에 매우 민감한 관계로, 레이저 발생장치(101)를 조금이라도 이동시키는 것 자체가 현실적으로 불가능하다는데 기인한다.
따라서, 종래에는 기판(10)이 고정된 x-y스테이지(106)를 회전시키는 방안이 개발되었으나, 이 경우 상술한 바와 같이 비결정화 영역(NA)이 형성된다는 문제점이 존재하였다. 이를 해결하기 위하여, 본 발명과 같이 결정화 장치(100) 중 제2 BDU 광학계(104) 및 메인 광학계(105) 만을 레이저 발생장치(101)에 대하여 회전시킴으로써, 결정화 시 얼룩 형성이 방지되는 동시에 비결정화 영역의 생성을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 상술한 결정화 장치에 의해 제조된 유기 발광 디스플레이 장치의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 도 1의 결정화 장치에 의해 제조된 유기 발광 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 유기 발광 디스플레이 장치를 구성하는 한 픽셀의 일 실시예를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 디스플레이 장치(1)는 TFT(thin film transistor) 및 유기 발광 소자 등을 포함하는 제1 기판(10) 및 상기 제1 기판(10)과 실링을 통해 합착되는 제2 기판(미도시)을 포함한다.
제1 기판(10)에는 박막 트랜지스터(TFT), 유기 발광 소자(EL), 스토리지 커패시터(Cst) 등을 구비하는 다수 개의 픽셀들이 형성될 수 있다. 또한, 제1 기판(10)은 LTPS(Low Temperature Poly-Si) 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 스테인리스 스틸(Stainless Using Steel; SUS) 기판 등일 수 있다.
제2 기판(미도시)은 제1 기판(10)에 구비된 박막 트랜지스터(TFT) 및 유기 발광 소자(EL) 등을 외부 수분, 공기 등으로부터 차단하도록 제1 기판(10) 상에 배치되는 봉지 기판일 수 있다. 제2 기판(미도시)은 제1 기판(10)과 대향되도록 위치하고, 제1 기판(10)과 제2 기판(미도시)은 그 가장자리를 따라 배치되는 실링 부재(12)에 의해 서로 접합된다. 제2 기판(미도시)은 투명 재질의 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
제1 기판(10)은 빛이 출사되는 화소 영역(PA)과 이 화소 영역(PA)의 외곽에 위치한 회로 영역(미도시)을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 화소 영역(PA) 외측의 회로 영역에 실링 부재(12)가 배치되어, 제1 기판(10)과 제2 기판(미도시)을 접합한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 유기 발광 디스플레이 장치(1)의 일 픽셀은 채널 영역(2), 저장 영역(3) 및 발광 영역(4)을 포함한다. 여기서, 도 3에는 채널 영역(2), 저장 영역(3) 및 발광 영역(4)이 일 방향을 따라서 나란히 형성되는 픽셀 구성이 도시되어 있으나, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 아니한다. 즉, 저장 영역(3)과 발광 영역(4)이 서로 이웃하도록 길이 방향으로 길게 형성되고, 그 일 측에 채널 영역(2)이 저장 영역(3) 및 발광 영역(4)과 각각 이웃하도록 형성될 수도 있다.
채널 영역(2)에는 구동소자로서 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된다. 박막 트랜지스터(TFT)는, 활성층(211), 게이트 전극(214) 및 소스/드레인 전극(216a/216b)으로 구성된다. 상기 게이트 전극(214)과 활성층(211) 사이에는 이들 간의 절연을 위한 제1 절연층(13)이 개재되어 있다. 또한, 상기 활성층(211)의 양쪽 가장자리에는 고농도의 불순물이 주입된 소스/드레인 영역이 형성되어 있으며, 이들은 상기 소스/드레인 전극(216a/216b)에 각각 연결되어 있다.
저장 영역(3)에는 스토리지 커패시터(Cst)가 구비된다. 스토리지 커패시터(Cst)는 커패시터 제1 전극(311) 및 커패시터 제2 전극(316)으로 이루어지며, 이들 사이에 제1 절연층(13)이 개재된다. 여기서, 상기 커패시터 제1 전극(311)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 활성층(211)과 동일한 층에 동일한 물질로 형성될 수 있다. 한편, 상기 커패시터 제2 전극(316)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스/드레인 전극(216a/216b)과 동일한 층에 동일한 물질로 형성될 수 있다.
발광 영역(4)에는 유기 발광 소자(EL)가 구비된다. 유기 발광 소자(EL)는 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스/드레인 전극(216a/216b) 중 하나와 접속된 화소 전극(418), 화소 전극(418)과 마주보도록 형성된 대향 전극(421) 및 그 사이에 개재된 중간층(420)으로 구성된다. 상기 화소 전극(418)은 투명한 전도성 물질로 형성된다.
도 7은 레이저 발생장치에서 조사된 레이저 빔이 기판을 결정화하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 유기 발광 디스플레이 장치의 대형화가 이루어짐에 따라, 하나의 마더 글래스(mother glass) 상에 다수 개의 패널(즉, 유기 발광 디스플레이 장치)이 형성될 수도 있다.
상세히, 기판(10)이 배치된 x-y스테이지(도 1의 106 참조)가 결정화 장치(100)에 대해 화살표 A 방향으로 이동하고 있는 상태에서, 레이저 발생장치(도 1의 101 참조)에서 발산된 레이저 빔이 확장 광학계(102), 제1 BDU 광학계(103), 제2 BDU 광학계(104) 및 메인 광학계(105)를 통과하여 제1 패널(P1)에 조사되면 제1 패널(P1)의 소정 영역들이 결정화된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 결정화 장치를 이용해 연속측면고상화(Sequential Lateral Solidification: SLS)법을 적용하여 비정질 실리콘을 결정화하는 방법은 다음과 같다.
일반적으로, 결정질 실리콘은 상기 기판상에 절연막인 버퍼층(buffer layer)(미도시)을 형성하고, 상기 버퍼층 상부에 비정질 실리콘을 증착한 후에 이를 결정화하여 형성한다.
이때, 본 발명에 따른 결정화 장치(100)의 레이저 발생장치(101)에서 생성하는 레이저 빔은 종래의 CW(continuous wave) 레이저가 아닌 펄스 레이저(pulse laser)일 수 있다. 예를 들어, 레이저 발생장치(101)에서 주파수가 6000Hz인 펄스 레이저를 생성할 경우, 기판(10)상에 1초 동안 6000번 고주파의 레이저가 조사되는 것이다.
레이저 발생장치(101)에서 생성된 펄스 레이저(pulse laser)를 기판(10)에 조사하면, 레이저가 조사된 멜팅 영역에서는 비정질 실리콘층의 양측 계면에서 결정립이 각각 측면 성장하게 되고, 각 측면 성장한 결정립(grain)은 결정립계(grainboundary)가 충돌하면서 성장을 멈추게 되며, 측면 성장한 결정립 사이에 핵 생성 영역이 존재하지 않게 된다. 그리고, 레이저 발생장치(101)의 이동속도를 조절하여 다음번 레이저 조사 영역이 이전의 레이저 조사 영역과 일정 정도 중첩되도록 하면, 일 방향으로의 싱글 스캔(single scan)을 통해 투-샷의 결정화 효과를 얻을 수 있게 된다.
다시 말해, 레이저 발생장치(101)에서 생성된 펄스 레이저(pulse laser)를 제1회 기판(10)에 조사하면, 레이저가 조사된 멜팅 영역에서는 비정질 실리콘이 용해된 후 고형화되면서 폴리실리콘이 형성된다. 다음으로, 펄스와 펄스 사이의 휴지기 동안 레이저 발생장치(101)는 일 방향으로 일정 정도 이동하게 되는데, 이때 레이저 발생장치(101)의 이동속도를 조절하여 다음번 레이저 조사 영역(즉 멜팅 영역)이 이전의 레이저 조사 영역과 일정 정도 중첩되도록 한다. 이 상태에서 다시 제2회째의 레이저가 기판(10)에 조사되면, 제1회의 레이저 조사 영역과 제2회의 레이저 조사 영역이 중첩되는 부분에서 폴리실리콘이 용해되고 다시 고형화되면서 결정화가 이루어진다. 이와 같이, 레이저 발생장치(101)를 일 방향을 따라 이동시키면서 레이저 빔을 주기적으로 조사하여, 한 픽셀 내의 채널 영역 및 저장 영역의 결정화를 수행하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의해서, 결정화 시 얼룩 형성이 방지되는 동시에 비결정화 영역의 생성이 방지되는 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 결정화 장치 101: 레이저 발생장치
102: 확장 광학계 103: 제1 BDU 광학계
104: 제2 BDU 광학계 105: 메인 광학계
111: 베이스 플레이트 114: 회전 부재
102: 확장 광학계 103: 제1 BDU 광학계
104: 제2 BDU 광학계 105: 메인 광학계
111: 베이스 플레이트 114: 회전 부재
Claims (14)
- 기판상에 형성된 비정질 실리콘층을 결정화하는 결정화 장치에 있어서,
레이저 빔을 발산하는 레이저 발생장치;
상기 레이저 발생장치의 일 측에 형성되어, 상기 레이저 발생장치에서 발산된 레이저 빔의 확산각을 최소화시키는 제1 BDU 광학계 및 제2 BDU 광학계; 및
상기 제2 BDU 광학계의 일 측에 형성되어, 상기 제2 BDU 광학계를 통과한 레이저 빔을 균일화 및 확대하는 메인 광학계;를 포함하고,
상기 메인 광학계는 상기 레이저 발생장치에 대하여 회전 가능하도록 형성되고,
상기 기판이 안착되는 베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트로부터 일 측으로 일정 정도 이격되어 형성되며, 상기 베이스 플레이트에 대해 회전 가능하도록 형성되는 회전 부재;를 더 포함하고,
상기 회전 부재 상에 상기 메인 광학계가 배치되어, 상기 회전 부재가 상기 베이스 플레이트에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 BDU 광학계 및 상기 메인 광학계가 일체로 상기 레이저 발생장치에 대하여 회전하는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 메인 광학계를 상기 레이저 발생장치에 대하여 소정 각도 회전시킨 상태에서, 상기 기판에서 결정화가 수행되어야 하는 영역은 모두 상기 레이저가 조사되는 영역 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 메인 광학계는, 상기 제2 BDU 광학계를 통과한 레이저 빔의 프로파일을 균일화하여 일정한 파워의 레이저 빔으로 만들어주는 빔 균일화부와, 상기 빔 균일화부를 통과한 레이저 빔의 폭이 일정 범위 이내로 유지되도록 제어하는 빔 폭 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 발생장치와 상기 제1 BDU 광학계 사이에 개재되어, 상기 레이저 발생장치에서 발산된 레이저 빔의 한 펄스당 유지 시간을 확장시키는 확장 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 메인 광학계를 통과하여 상기 기판에 조사되는 레이저 빔은 선형 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판이 상기 결정화 장치에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 레이저 발생장치에서 생성된 레이저 빔이 상기 기판상에 조사되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 발생장치에서 생성하는 레이저 빔은 펄스 레이저(pulse laser)인 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 펄스 레이저가 상기 기판상에 일 회 조사된 레이저 조사 영역과, 다음 회 조사된 레이저 조사 영역은 서로 일정 정도 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 중첩된 영역의 비정질 실리콘은 2회에 걸쳐 용해 및 고형화되면서 결정화되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 베이스 플레이트의 일 면으로부터 연장 형성되는 복수 개의 기둥들;
상기 기둥들 상에 형성되는 지지 부재;를 더 포함하고,
상기 회전 부재는 상기 지지 부재 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 BDU 광학계는 상기 메인 광학계와 결합하여, 상기 메인 광학계와 함께 상기 베이스 플레이트에 대해 회전하는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 회전 부재는 상기 기판에서 상기 레이저 빔이 조사되는 면과 평행한 평면상에서 회전하는 것을 특징으로 하는 연속측면고상화(SLS)를 이용한 결정화 장치.
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |