KR102009646B1 - 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법은, 유기발광 다이오드 영역과 스토리지 커패시터 영역이 구획된 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제1 게이트 전극 및 제1 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 전극이 형성된 기판 상에 제1 게이트 절연막과 산화물 반도체로층을 형성하고, 상기 제1 게이트 전극과 대응되는 제1 게이트 절연막 상에 액티브층과 상기 제1 스토리지 전극과 대응되는 제1 게이트 절연막 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 기판 상에 제2 게이트 절연막을 형성하고, 상기 액티브층과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 쉴드패턴을 형성한 다음, 광조사 또는 플라즈마 처리를 진행하여 상기 액티브 패턴을 전도도를 향상시켜 제2 스토리지 전극으로 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 절연막이 형성된 기판 상에 금속막을 형성하여, 상기 액티브층과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 제2 게이트 전극을 형성하고, 상기 스토리지 커패시터 영역에서는 상기 제2 스토리지 전극과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 제3 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 전극이 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성한 다음, 콘택홀 공정을 진행한 후, 상기 채널층과 전기적으로 접속되는 소스/드레인 전극을 형성하며, 상기 제 3 스토리지 전극과 대응되는 층간절연막 상에는 제4 스토리지 전극을 형성하는 단계; 및 상기 소스/드레인 전극이 형성된 기판 상에 보호막을 형성한 다음, 상기 제4 스토리지 전극과 대응되는 보호막 상에 제5 스토리지 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY}
본 발명은 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 평판표시장치들이 개발되고 있다.
이러한 평판표시장치에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출표시장치(Field Emission Displayy, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP 및 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Diode display, OLED) 등이 있다.
상기 유기발광 다이오드 표시장치는 전극 사이의 얇은 발광층을 이용한 자발광 소자로 종이와 같이 박막화가 가능한 장점이 있다. 유기발광 다이오드 표시장치는 3색(R, G, B) 서브 화소(pixel)로 구성된 다수의 화소 영역들이 매트릭스 형태로 배열되고, 셀 구동부 어레이와 유기발광 어레이가 형성된 기판이 인캡슐레이션(Encapsulation)된 구조로 그 기판을 통해 빛을 방출함으로써 화상을 표시한다.
상기 유기발광 다이오드 표시장치에서 색상을 표현하기 위해서는 적(R), 녹(G), 청(B) 색의 빛을 각각 발광하는 유기 발광층들을 사용하는데, 유기 발광층들은 두 개의 전극 사이에 형성되어 유기발광 다이오드(OLED)를 형성한다.
또한, 상기 유기발광 다이오드 표시장치는 비디오 신호가 공급되는 데이터 라인과 구동신호가 공급되는 게이트 라인, 유기발광 다이오드에 전원을 공급하는 전원 라인 등이 서로 교차되어, 화소 영역을 정의한다. 상기 화소 영역에는 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터, 스토리지 커패시터 및 유기발광 다이오드(OLED)가 배치된다.
하지만, 최근에는 고해상도 및 고속 응답 특성 요구에 따라 상기 유기발광 다이오드 표시장치의 화소 영역이 좁아지고 있어, 화소 영역의 개구율 확보가 문제되고 있다. 또한, 고속 응답 특성의 요구에 따라 빠른 응답특성을 갖는 박막트랜지스터의 구현과 화면 품위를 개선하기 위해 화소 영역에서 데이터 신호(비디오 신호)를 충분히 충전할 수 있는 대용량 스토리지 커패시터가 요구되고 있다.
하지만, 대용량 커패시턴스를 화소 영역에 구현하기 위해서는 스토리지 커패시터의 전극 면적을 넓혀야 하는데, 이럴 경우 상대적으로 화소 영역의 개구율이 줄어드는 문제가 발생한다.
따라서, 화소 영역의 개구율을 확보하면서 대용량 스토리지 커패시터를 구현하는 기술이 요구된다.
본 발명은, 화소 영역에 형성되는 듀얼 게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터들을 형성하여, 스위칭 소자들의 고속 응답 특성을 구현한 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 화소 영역에서 스토리지 커패시터 전극으로 사용되는 액티브층의 전도도를 향상시켜, 스토리지 커패시터의 용량을 확보할 수 있는 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 스토리지 커패시터의 전극으로 사용되는 액티브층에 광조사 또는 플라즈마 처리를 하여 전도성을 향상시킨 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법은, 유기발광 다이오드 영역과 스토리지 커패시터 영역이 구획된 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제1 게이트 전극 및 제1 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 게이트 전극이 형성된 기판 상에 제1 게이트 절연막과 산화물 반도체로층을 형성하고, 상기 제1 게이트 전극과 대응되는 제1 게이트 절연막 상에 액티브층과 상기 제1 스토리지 전극과 대응되는 제1 게이트 절연막 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 기판 상에 제2 게이트 절연막을 형성하고, 상기 액티브층과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 쉴드패턴을 형성한 다음, 광조사 또는 플라즈마 처리를 진행하여 상기 액티브 패턴을 전도도를 향상시켜 제2 스토리지 전극으로 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 절연막이 형성된 기판 상에 금속막을 형성하여, 상기 액티브층과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 제2 게이트 전극을 형성하고, 상기 스토리지 커패시터 영역에서는 상기 제2 스토리지 전극과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 제3 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 제2 게이트 전극이 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성한 다음, 콘택홀 공정을 진행한 후, 상기 채널층과 전기적으로 접속되는 소스/드레인 전극을 형성하며, 상기 제 3 스토리지 전극과 대응되는 층간절연막 상에는 제4 스토리지 전극을 형성하는 단계; 및 상기 소스/드레인 전극이 형성된 기판 상에 보호막을 형성한 다음, 상기 제4 스토리지 전극과 대응되는 보호막 상에 제5 스토리지 전극을 형성하는 단계를 포함한다..
본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법은, 화소 영역에 형성되는 듀얼 게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터들을 형성하여, 스위칭 소자들의 고속 응답 특성을 구현한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법은, 화소 영역에서 스토리지 커패시터 전극으로 사용되는 액티브층의 전도도를 향상시켜, 스토리지 커패시터의 용량을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 제조방법은, 스토리지 커패시터의 전극으로 사용되는 액티브층에 광조사 또는 플라즈마 처리를 하여 전도성을 향상시킨 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 상기 도 1의 등가 회로도이다.
도 3a 내지 도 3f는 상기 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ' 를 따라 유기발광 다이오드 표시장치의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 4는 일반적으로 산화물 반도체층을 커패시터 전극으로 사용할 경우의 정전용량 특성을 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 플라즈마 처리를 하는 경우, 전도도가 향상되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 플라즈마 처리를 한 경우의 정전용량 특성을 도시한 도면이다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 광조사를 한 경우, 전도도가 향상되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 광조사를 한 경우의 정전용량 특성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시터 영역의 병렬 구조를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 화소 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 상기 도 1의 등가 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는 복수개의 데이터 라인(Vdata)과 스캔 라인(Scan) 및 전원 라인들(VDD)이 교차되어 매트릭스 형태의 화소 영역을 정의한다. 상기 각각의 화소 영역은 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백(W)색 광을 발광할 수 있고, 이들은 서브 픽셀로 명명될 수 있다. 또한, 서브 픽셀들 3개 또는 4개를 하나의 단위로 하여 픽셀로 명명될 수 있다.
또한, 상기 데이터 라인(Vdata)과 인접하며 평행하게 기준전압 라인(Vref)이 배치될 수 있고, 상기 기준전압 라인(Vref)은 화소 영역에 배치되는 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)에 접속되어 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)의 그라운드 상태를 제어한다.
상기 스캔 라인(Scan)과 데이터 라인(Vdata)이 교차되는 영역에는 스위칭 박막트랜지스터(SW-Tr)가 배치되고, 상기 기준전압 라인(Vref)과 접속된 센싱 라인(Sense)과 상기 데이터 라인(Vdate)의 교차 영역에는 센서 트랜지스터(S-Tr) 및 구동 트랜지스터(DR-Tr)가 각각 배치된다.
또한, 상기 화소 영역에는 적(R), 녹(G), 청(B) 및 백(W)색 광을 발생하는 유기발광 다이오드(OLED)가 배치될 수 있고, 이들을 제어하는 구동 트랜지스터(DR-Tr)를 제어하기 위해 데이터 신호(비디오 신호)를 충전하는 스토리지 커패시터(Cst)가 배치될 수 있다.
상기 스위칭 박막트랜지스터(SW-Tr)는 스캔 라인(Scan)에서 공급되는 게이트 구동신호에 응답하여, 턴온(Turn-On)되어 데이터 라인(Vdata)으로부터 공급되는 데이터 신호를 스토리지 커패시터(Cst)에 충전한다. 상기 스토리지 커패시터(Cst)에 충전되는 데이터 신호에 응답하여 상기 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)가 턴온되며, 상기 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)의 동작에 따라 상기 전원 라인(VDD)으로부터 유기발광 다이오드(OLED)에 공급되는 전류량이 조절된다.
상기 센서 트랜지스터(S-Tr)는 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)와 유기발광 다이오드(OLED) 사이에 접속되어, 상기 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)의 그라운드(Ground) 상태를 제어한다.
상기 도 1과 도 2에서는 박막트랜지스터들이 N-Type 트랜지스터인 것을 일예로 도시하였지만, 이는 일 실시예로써, P-Type 박막 트랜지스터들로 형성할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 화소는 다음과 같이 동작할 수 있다.
상기 스캔 라인(Scan)을 통해 스캔 신호가 스위칭 박막트랜지스터(SW-Tr)에 공급되면, 스위칭 박막트랜지스터(SW-Tr)는 턴-온(Turn-On) 된다. 다음, 상기 데이터 라인(Vdata)을 통해 공급되는 데이터 신호는 상기 스위칭 트랜지스터(SW-Tr)를 통해, 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된다.
다음으로, 스캔 신호가 차단되어 스위칭 박막트랜지스터(SW-Tr)가 턴-오프(turn-off) 되면 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)는 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 전압에 대응하여 턴-온(Turn-On) 된다.
다음으로, 상기 구동 박막트랜지스터(DR-Tr)의 동작에 따라 상기 전원 라인(VDD)을 통해 유기발광 다이오드(OLED)에 흐르는 전류가 제어된다. 구체적으로 상기 유기발광 다이오드(OLED)에 흐르는 전류는 상기 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 신호에 따라 제어된다.
상기 유기발광 다이오드(OLED)는 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 형성된 유기 화합물층(HIL, HTL, EML, ETL, EIL)으로 구성될 수 있는데, 상기 유기 화합물층은 정공주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공수송층(Hole Transport Layer, HTL), 발광층(Emission Layer, EML), 전자수송층(Electron Transport Layer, ETL) 및 전자주입층(Electron Injection Layer, EIL)을 포함한다.
애노드 전극과 캐소드 전극에 구동전압이 인가되면 정공수송층(HTL)을 통과한 정공과 전자수송층(ETL)을 통과한 전자가 발광층(EML)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(EML)이 가시광을 발생하게 된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 유기발광 다이오드(OLED)의 개구 영역은 스토리지 커패시터(Cst) 영역의 크기에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 따라서, 유기발광 다이오드(OLED)의 개구 영역을 크게 하면, 구조적으로 스토리지 커패시터(Cst) 영역은 좁게 형성되어야 한다. 하지만, 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 데이터 라인(Vdata)에서 공급되는 데이터 신호를 충분히 충전할 수 있도록 큰 값으로 설계되는 것이 바람직하기 때문에 개구율 확보를 위해 스토리지 커패시터(Cst) 영역을 줄이는 데는 한계가 있다.
따라서, 본 발명에서는 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시터(Cst)의 구조를 다수개의 스토리지 전극들이 적층하여 동일 면적 내에서 다수개의 스토리지 커패시터가 형성될 수 있도록 하였다.
특히, 본 발명에서는 스토리지 전극들 중에서 산화물 반도체층으로 형성되는 스토리지 전극의 경우, 다른 스토리지 전극에 비해 전도도가 낮아 스토리지 커패시터의 용량을 저하시키는 문제를 해소하기 위해 산화물 반도체층에 광조사 또는 플라즈마 처리를 하여 전도도를 향상시켰다.
또한, 다수개의 스토리지 커패시터들이 서로 병렬 연결 구조를 갖도록 하여, 형성되는 스토리지 커패시터들의 합이 전체 스토리지 커패시터의 커패시턴스 값이 되도록 하였다.
이와 관련된 본 발명의 스토리지 커패시터의 구조는 도 3a 내지 도 3f의 제조 공정에서 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3f는 상기 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 및 Ⅱ-Ⅱ' 를 따라 유기발광 다이오드 표시장치의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3a 내지 도 3f를 참조하면, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는, 기판(100) 상에 금속막을 형성한 다음, 마스크 공정을 진행하여, 구동 박막트랜지스터(DR-Tr) 영역에 제1 게이트 전극(101a)을 형성한다. 이때, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시터(Cst) 영역에는 제1 스토리지 전극(201)이 형성된다.
상기 제1 게이트 전극(101a)과 제1 스토리지 전극(201)은 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 니켈(nickel; Ni), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo), 티타늄(titanium; Ti), 백금(platinum; Pt), 탄탈(tantalum; Ta) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO) 등의 투명한 도전물질과 불투명 도전물질이 적층된 다층 구조로 형성할 수 있다.
상기와 같이, 제1 게이트 전극(101a) 및 제1 스토리지 전극(201)이 기판(100) 상에 형성되면, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 게이트 절연막(102)과 산화물 반도체층을 순차적으로 기판(100)의 전면에 형성한다.
그런 다음, 마스크 공정을 진행하여 상기 제1 게이트 전극(101a)과 대응되는 제1 게이트 절연막(102) 상에는 액티브층(104a)을 형성하고, 상기 제1 스토리지 전극(201) 상부에는 산화물 반도체 패턴(202)을 형성한다.
상기 산화물 반도체는 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga) 또는 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 비정질 산화물로 이루어질 수 있다. 예컨대 스퍼터링 (sputtering) 공정으로 Ga-In-Zn-O 산화물 반도체를 형성할 경우, In2O3, Ga2O3 및 ZnO 로 형성된 각각의 타겟을 이용하거나, Ga-In-Zn 산화물의 단일 타겟을 이용할 수 있다. 또한, 스퍼터링 (sputtering) 공정으로 hf-In-Zn-O 산화물 반도체를 형성할 경우, HfO2, In2O3 및 ZnO로 형성된 각각의 타겟을 이용하거나, Hf-In-Zn 산화물의 단일 타겟을 이용할 수 있다.
상기와 같이, 스토리지 커패시터(Cst) 영역에 산화물 반도체 패턴(202)이 형성되고, 구동 박막트랜지스터(DR-Tr) 영역에 액티브층(104a)이 형성되면, 기판(100)의 전면에 제 2 게이트 절연막(103)을 형성한다.
그런 다음, 상기 액티브층(104a)과 대응되는 제 2 게이트 절연막(103) 상에 쉴드패턴(400)을 형성하고, 상기 기판(100) 전면에 대해 광조사(Ultra Violet) 또는 플라즈마(Plasma) 처리를 진행한다. 상기 쉴드 패턴(400)은 광조사(UV) 또는 플라즈마 처리시 하부에 형성된 액티브층(104a)에 광 또는 플라즈마가 조사되지 않도록 하는 역할을 한다. 상기 쉴드 패턴(400)은 감광막으로 형성할 수 있다.
상기와 같이, 광조사 또는 플라즈마 처리를 기판(100) 상에 진행하면, 상기 액티브층(104a)은 쉴드패턴(400)에 의해 차단되어 있기 때문에 광 또는 플라즈마에 의한 영향이 없다. 하지만, 상기 제1 스토리지 전극(201) 상부에 형성된 산화물 반도체 패턴(202)은 상기 광 조사 또는 플라즈마 처리로 인하여 전도성이 향상된 제2 스토리지 전극(302)이 형성된다.
상기 제2 스토리지 전극(302)이 광조사 또는 플라즈마 처리에 의해 전도성이 향상되는 원리는 아래 도 5a, 5b, 도 7a 및 도 7b에서 상세히 설명한다.
상기와 같이, 상기 제 2 스토리지 전극(302)이 완성되면, 쉴드 패턴(400)을 제거한다.
따라서, 상기 제2 스토리지 전극(302)는 산화물 반도체로 제2 스토리지 전극을 형성하는 것에 비해 전도 특성이 우수하여 스토리지 커패시터 정전용량을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 스토리지 커패시턴스 용량을 안정적으로 확보할 수 있다.
상기와 같이, 제 2 스토리지 전극(302)이 형성되면, 도 3d에 도시한 바와 같이, 기판(100) 전면에 제 2 게이트 절연막(103)과 금속막을 순차적으로 형성한다. 그런 다음, 마스크 공정을 진행하여, 상기 액티브층(104a)과 대응되는 영역에 제2 게이트 전극(101b)을 형성한다. 상기 제2 게이트 전극(101b)은 상기 제 2 게이트 절연막(103) 상에 형성되는데, 이는 상기 제2 게이트 전극(101b)을 형성하기 위한 습식각 공정과 제2 게이트 절연막(103)을 제거하기 위한 건식각 공정을 연속적으로 진행하여 형성한다.
이때, 제 2 게이트 전극(101b)이 액티브층(104a)의 중앙 영역과 오버랩되어 있어, 건식각 공정의 플라즈마에 의해 액티브층(104a) 가장자리 영역이 도체화 된다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제2 게이트 전극(101b)의 양측 영역에 노출된 액티브층(104a)은 제2 게이트 전극(101b) 형성을 위한 습식각 공정 이후 제2 게이트 절연막(103)을 제거하는 건식각 공정시 노출되어, 도전영역(104)으로 변환된다.
이때, 상기 스토리지 커패시터(Cst) 영역에서도 상기 제 2 스토리지 전극(302) 상에 제 2 게이트 절연막(103)과 금속막이 식각되면서 상기 제 2 스토리지 전극(302)과 오버랩되도록 제3 스토리지 전극(203)이 형성된다.
상기 제 3 스토리지 전극(203)은 콘택홀을 통해 기판(100) 상에 형성되어 있는 제1 스토리지 전극(201)과 전기적으로 접촉된다.
상기 제 2 게이트 전극(101b)과 제3 스토리지 전극(203)을 형성하기 위해 사용하는 금속막은 상기 제1 게이트 전극(101a) 형성시 사용했던 금속막과 동일한 금속을 사용할 수 있다.
이와 같이, 상기 제2 게이트 절연막(103) 상에 제2 게이트 전극(101b) 및 제3 스토리지 전극(203)이 형성되면, 도 3e에 도시한 바와 같이, 기판(100)의 전면에 층간절연막(107)을 형성한다. 그런 다음, 상기 제2 게이트 전극(101b)과 대응되는 액티브층(104a)의 양측 가장자리에 도전영역(104)으로 형성된 영역을 노출하는 콘택홀 공정을 진행한다.
상기 스토리지 커패시터(Cst) 영역에서도 상기 제 3 스토리지 전극(203) 일부와 상기 제 2 스토리지 전극(302)과 일체로 형성된 연장 영역 일부를 노출하는 콘택홀을 형성한다.
그런 다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 기판(100)의 전면에 소스/드레인 금속막을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 제2 게이트 전극(101b) 영역의 도전영역(104)과 접촉되는 소스/드레인 전극(115a, 115b)을 형성한다.
상기 소스/드레인 금속은, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 이들의 조합으로부터 형성되는 합금 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 스토리지 커패시터(Cst) 영역에서는 상기 제3 스토리지 전극(203)과 중첩되도록 상기 층간절연막(107) 상에 제4 스토리지 전극(204)을 형성한다. 즉, 상기 제4 스토리지 전극(204)은 상기 소스/드레인 전극(115a, 115b)과 동시에 형성된다.
또한, 상기 제 4 스토리지 전극(204)은 상기 제2 스토리지 전극(302)으로부터 연장되고, 층간절연막(107)의 일부가 제거된 영역과 전기적으로 접촉된다. 즉, 제4 스토리지 전극(204)은 제2 스토리지 전극(302)과 콘택홀을 통해 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 노출된 제 3 스토리지 전극(203)과 전기적 접촉을 위해 상기 제4 스토리지 전극(204)과 전기적으로 분리된 연결패턴(216)을 형성한다. 상기 연결패턴(216)은 이후 형성될 제5 스토리지 전극(205)과 제3 스토리지 전극(203)을 전기적으로 연결하는 기능을 한다.
상기와 같이, 제4 스토리지 전극(204) 및 소스/드레인 전극(115a, 115b)들이 기판(100) 상에 형성되면, 상기 기판(100) 전면에 보호막(108)을 형성하고, 콘택홀 공정에 따라 상기 연결패턴(216)의 일부를 노출한다.
그런 다음, 유기발광 다이오드(OLED)의 전극(애노드 또는 캐소드) 형성시, 상기 제4 스토리지 전극(204)과 대응되는 보호막(108) 상에 제5 스토리지 전극(205)을 형성한다. 상기 제5 스토리지 전극(205)은 상기 연결패턴(216)과 전기적으로 연결된다.
따라서, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시터(Cst)는 기판(100) 상에 형성된 제1, 3 및 5 스토리지 전극들(201, 203, 205)과 제2 및 제 4 스토리지 전극(302, 204)들이 서로 교대로 중첩되어, 4개의 병렬 연결된 스토리지 커패시터들(도 9의 C1 내지 C4)을 형성한다.
또한, 이들 스토리지 커패시터들의 연결 구조는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 스토리지 커패시터들(C1,C2,C3, C4)이 수직 방향으로 서로 중첩 배치되어 있지만, 서로 병렬 구조로 연결된다. 따라서, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시터 전체 크기는 제1 내지 제4 스토리지 커패시터들(C1, C2, C3, C4)의 합으로 구현된다.
따라서, 스토리지 커패시터 영역이 종래 기술과 동일한 면적으로 형성될 경우, 본 발명에서는 4개의 스토리지 커패시터들의 합이 되어 훨씬 큰 스토리지 커패시턴스를 얻을 수 있다. 이로 인하여, 데이터 신호의 충전 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는 종래 기술의 스토리지 커패시터 영역보다 좁은 면적으로 동일 또는 큰 스토리지 커패시턴스 값을 구현할 수 있어, 유기발광 다이오드(OLED) 영역의 개구율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는 스토리지 커패시터의 전극으로 사용되는 산화물 반도체 패턴에 광조사 또는 플라즈마 처리하여 전도성을 향상시켜 스토리지 커패시턴스의 용량을 안정적으로 확보할 수 있도록 하였다.
도 4는 일반적으로 산화물 반도체층을 커패시터 전극으로 사용할 경우의 정전용량 특성을 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 산화물 반도체를 이용할 경우, 인가되는 전압(applied Voltage)이 낮은 경우에는 전도도가 낮아 커패시터의 전극으로 사용할 경우, 커패시터의 특성을 저하시킨다.
유기전계 발광다이오드 표시장치를 구동하지 않을 경우에는 정전용량을 필요로 하지 않기 때문에 문제가 없으나, 구동 구간 중 인가되는 전압이 5V 이상이 되어야 커패시터의 정전용량을 구현할 수 있어, 0~5V의 저전압 구동 구간에서는 커패시터의 정전 용량이 저하된다.
따라서, 화소 영역의 스토리지 커패시터의 전극들이 산화물 반도체로 이루어진 경우에는 도전 특성이 있지만, 저전압 구동 구간에서는 도전 특성이 좋지 않아 스토리지 커패시터의 특성을 저하시킨다.
하지만, 본 발명에서는 도 3a 내지 도 3f에서 설명한 바와 같이, 산화물 반도체로 형성된 스토리지 전극에 광 조사 또는 플라즈마 처리를 진행하여, 산화물 반도체의 전도도를 향상시켜, 스토리지 커패시터의 특성을 개선하였다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 플라즈마 처리를 하는 경우, 전도도가 향상되는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 플라즈마 처리를 한 경우의 정전용량 특성을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 산화물 반도체로 구성된 액티브층(AL)과 액티브층(AL) 상에는 게이트 절연막(GL)이 형성되는데, 게이트 절연막(GL)에 플라즈마가 노출되면, 원자들의 충돌로 인해 실리콘(Si) 원자의 결합 상태가 변화되어 내부 전하(charge)가 변경된다. 일반적으로 플라즈마에 의해 양(positive)의 전하가 생성되고, 도 6에 도시된 바와 같이, 게이트 절연막(GL)과 액티브층(AL) 사이에 내부 전계가 생성된다.
이러한, 내부 전계는 액티브층(AL)의 전도 특성을 향상시켜, 액티브층(AL)을 전극으로 사용할 경우, 산화물 반도체로된 액티브층을 전극으로 사용하는 것에 비해 전도 특성이 개선된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기존 산화물 반도체층(As-dep)에 비해 플라즈마 처리를 한 산화물 반도체층에서 저전압(0~5V) 구간에서 전도 특성이 개선된 것을 볼 수 있다. 즉, 플라즈마 처리로 인하여, 도 4의 산화물 반도체의 커패시터 특성이 좌측 방향으로 시프트되어, 저전압 영역에서 스토리지 커패시터의 정전 용량 특성이 개선되었다.
도 7a 및 7b는 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 광조사를 한 경우, 전도도가 향상되는 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따라 산화물 반도체층에 광조사를 한 경우의 정전용량 특성을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 8을 참조하면, 산화물 반도체층에 광 조사를 하는 경우에는 산화물 반도체 내에 공간(Vacancy)이 생성되어, 캐리어(carrier)의 농도가 상승된다.
이로 인하여, 가전자 밴드(Ev)를 기준으로 전도대 밴드(Ec)가 페르미 준위(Ef) 방향으로 낮아지게 되어, 전류 특성이 개선된다.
도면에 도시된 바와 같이, 페르미 준위(Ef)를 기준으로 전도대 밴드(Ec)가 0.54eV 였으나, 광조사 후 0.24eV 낮아진 것을 볼 수 있다. 이로 인하여 도 7b 및 도 8에 도시된 바와 같이, 산화물 반도체에 광 조사를 하지 않은 초기 상태(Initial)보다 광조사 후의 산화물 반도체에서 전류량이 증가한 것을 볼 수 있다.
따라서, 광 조사로 인하여 산화물 반도체층의 전도도는 향상되고, 이를 스토리지 커패서터 전극으로 사용할 경우, 광조사를 하지 않은 산화물 반도체에 비해 스토리지 커패시턴스의 특성을 개선할 수 있다.
도 9는 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시터 영역의 병렬 구조를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 화소 영역에는 스토리지 커패시터(Cst) 영역이 형성되어 있고, 도 3f에 도시된 바와 같이, 스토리지 커패시터(Cst)의 구조는 기판(100) 상에 제1 내지 제5 스토리지 전극들(201, 302, 203, 204, 205)이 순차적으로 적층 배치되어 있다.
상기 제1 내지 제5 스토리지 전극들(201, 302, 203, 204, 205) 사이에는 각각 제1, 제2 게이트 절연막(102, 103), 층간절연막(107) 및 보호막(108)들이 교대로 배치되어 있다.
따라서, 상기 제1 스토리지 전극(201)과 제2 스토리지 전극(302) 사이에는 제1 스토리지 커패시터(C1)가 형성되고, 상기 제2 스토리지 전극(302)과 제3 스토리지 전극(203) 사이에는 제2 스토리지 커패시터(C2)가 형성되며, 사익 제3 스토리지 전극(203)과 제4 스토리지 전극(204) 사이에는 제3 스토리지 커패시터(C3)가 형성되고, 상기 제4 스토리지 전극(204)과 제5 스토리지 전극(205) 사이에는 제4 스토리지 커패시터(C4)가 형성된다.
특히, 등가회로적으로 상기 제1 내지 제4 스토리지 커패시터들(C1, C2, C3, C4)이 병렬 구조를 이루기 때문에 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치의 스토리지 커패시턴스(Cst) 값은 상기 제1 내지 제4 스토리지 커패시터들(C1, C2, C3, C4)의 합으로 나타난다. 특히, 제2 스토리지 전극(302)이 산화물 반도체로 형성되지마, 본 발명에서는 광조사 또는 플라즈마 처리를 하여 전도성을 향상시켜, 안정적으로 대용량 스토리지 커패시턴스를 구현할 수 있도록 하였다.
따라서, 스토리지 커패시터 영역이 종래 기술과 동일한 면적으로 형성될 경우, 본 발명에서는 4개의 스토리지 커패시터들의 합이 되어 훨씬 큰 스토리지 커패시턴스를 얻을 수 있다. 이로 인하여, 데이터 신호의 충전 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는 종래 기술의 스토리지 커패시터 영역보다 좁은 면적으로 동일 또는 큰 스토리지 커패시턴스 값을 구현할 수 있어, 유기발광 다이오드(OLED) 영역의 개구율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 다이오드 표시장치는 스토리지 커패시터의 전극으로 사용되는 산화물 반도체 패턴에 광조사 또는 플라즈마 처리하여 전도성을 향상시켜 스토리지 커패시턴스의 용량을 안정적으로 확보할 수 있도록 하였다.
100: 기판 101a: 제1 게이트 전극
101b: 제2 게이트 전극 102: 제1 게이트 절연막
103: 제2 게이트 절연막 104a: 채널층
107: 층간절연막 108: 보호막
201: 제1 스토리지 전극 302: 제2 스토리지 전극
203: 제3 스토리지 전극 204: 제4 스토리지 전극
205: 제5 스토리지 전극

Claims (7)

  1. 유기발광 다이오드 영역과 스토리지 커패시터 영역이 구획된 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 제1 게이트 전극 및 제1 스토리지 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 게이트 전극이 형성된 기판 상에 제1 게이트 절연막과 산화물 반도체층을 형성하고, 상기 제1 게이트 전극과 대응되는 제1 게이트 절연막 상에 액티브층과 상기 제1 스토리지 전극과 대응되는 제1 게이트 절연막 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계;
    상기 액티브층이 형성된 기판 상에 제2 게이트 절연막을 형성하고, 상기 액티브층과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 쉴드패턴을 형성한 다음, 광조사 또는 플라즈마 처리를 진행하여 상기 액티브 패턴을 전도도를 향상시켜 제2 스토리지 전극으로 형성하는 단계;
    상기 제2 게이트 절연막이 형성된 기판 상에 금속막을 형성하여, 상기 액티브층과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 제2 게이트 전극을 형성하고, 상기 스토리지 커패시터 영역에서는 상기 제2 스토리지 전극과 대응되는 제2 게이트 절연막 상에 제3 스토리지 전극을 형성하는 단계;
    상기 제2 게이트 전극이 형성된 기판 상에 층간절연막을 형성한 다음, 콘택홀 공정을 진행한 후, 액티브층과 전기적으로 접속되는 소스/드레인 전극을 형성하며, 상기 제 3 스토리지 전극과 대응되는 층간절연막 상에는 제4 스토리지 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 소스/드레인 전극이 형성된 기판 상에 보호막을 형성한 다음, 상기 제4 스토리지 전극과 대응되는 보호막 상에 제5 스토리지 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브층과 제2 스토리지 전극은 산화물 반도체로 형성된 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 2 게이트 전극과 제 3 스토리지 전극 형성 공정은,
    상기 금속막을 식각하여 제2 게이트 전극과 제3 스토리지 전극을 형성하는 습식각 공정과,
    상기 제2 게이트 전극과 제3 스토리지 전극 하부에 형성된 제2 게이트 절연막을 패터닝하는 건식각 공정을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 게이트 절연막을 제거하는 건식 공정은, 플라즈마에 의해 제2 게이트 전극 하부에 형성된 액티브층의 양측 가장자리를 도전영역으로 형성하는 것을 포함하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스토리지 커패시터 영역은 상기 제1 내지 제5 스토리지 전극들을 포함하고, 상기 제1 내지 제5 스토리지 전극들 사이에 각각 형성된 제1 내지 제4 스토리지 커패시터의 합의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1, 3 및 5 스토리지 전극들은 서로 전기적으로 연결되고, 상기 제2 및 제4 스토리지 전극들은 서로 전기적으로 연결되어, 상기 제1 내지 4 스토리지 커패시터들이 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 산화물 반도체층은 인듐(In), 아연(Zn), 갈륨(Ga) 또는 하프늄(Hf) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드 표시장치 제조방법.
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