KR20030008072A - 유기 전기발광 디스플레이 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 전기발광 디스플레이 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 게이트 구동신호에 응답하여 턴온되어 데이터 신호가 인가되고 게이트가 공통 연결된 적어도 2개 이상의 TFT를 포함하는 스위칭부와, 스위칭부의 TFT를 통해 인가된 전류를 충전하는 커패시터와, 커패시터에 충전된 전류에 의해 턴온되고 게이트가 공통 연결된 적어도 2개 이상의 TFT를 포함하는 구동부와, 구동부의 전류에 응답하여 발광되는 유기 전기발광 소자로 이루어진다. 그러므로, 본 발명은 커패시터에 전류를 공급하는 TFT의 채널을 2개이상으로 하고 유기 전기발광 소자에 전류를 공급하는 TFT또한 2개이상의 채널을 갖도록 함으로써 픽셀별 TFT의 전기적 특성 변화를 감소시키고, TFT의 게이트를 비정질 실리콘으로 제조하여 TFT의 오프 전류를 줄이고 전체적인 디스플레이의 발광 균일도를 최적화하고 제조 공정을 단축한다.
Description
본 발명은 유기 전기발광 디스플레이(organic electroluminescent display) 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 유기 전기발광 소자에 구동전원을 공급하는 스위칭 소자를 갖는 새로운 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 전자수첩, 노트북 컴퓨터, 모니터 등에 널리 사용되고 있는 평판 디스플레이(Flat Panel Display) 소자로서 많은 디스플레이용 소자가 제안되고 있는데, 그 중에서 가장 각광을 받고 있는 것은 LCD(Liquid Crystal Display) 방식의 소자이다. 그러나, LCD는 제조 방법이 복잡하고 양산용 장비가 고가라는 단점을 갖고 있다.
최근에는 이러한 LCD 문제점을 해소한 소자로서 유기 전기발광 소자가 부상하고 있다. 유기 전기발광 소자는 전압을 가하면 스스로 발광하는 유기 발광물질특성을 이용해서 원하는 문자와 영상 등을 표시하는 디스플레이이다. 더욱이 5인치 이하의 소형 제품시장에 그 수요가 집중되기 시작하면서 각광받고 있는 유기 전기발광 소자는 LCD에 비해 빠른 응답속도와 컬러필터 없이도 자체 발광하므로 휘도가 우수한 특성을 갖는다. 그리고, 별도의 광원이 필요없기 때문에 전력소모가 낮아 휴대형 디스플레이장치로 적합하다.
이러한 유기 전기발광 소자의 기본 구조는 빛이 투과하는 투명 기판 상부에 한 쌍의 투명 전극과 대항 전극을 적층하고 그 전극들 사이에 유기 발광막이 삽입된 구조로 이루어진다. 여기서, 유기 발광막은 전자(electron)와 정공(hole)을 운반하고 빛을 발광하도록 정공 주입막, 정공 수송막, 발광막, 전자 수송막 등을 적층한 구조로도 될 수 있다. 그러면, 유기 전기발광 소자는 투명 전극과 대항 전극에 소정의 전압을 인가하면 유기 발광막에 정공(hole) 및 전자(electron)를 주입하고 재결합시킴으로써 여기자(exciton)를 생성시키고, 이 여기자가 불활성화(deactivation)될 때 특정 파장의 빛이 방출(형광·인광)된다.
한편, 유기 전기발광 디스플레이는 LCD와 마찬가지로 구동법에 따라 패시브 매트릭스(passive matrix)와 액티브 매트릭스(active matrix)로 구분된다. 패시브 매트릭스 디스플레이 타입은 투명 전극과 대항 전극에 의한 단순한 매트릭스로 픽셀이 구성되고 투명 전극과 대항 전극이 교차되는 부분에서 발광이 일어난다. 하지만, 패시브 매티릭스의 유기 전기발광 디스플레이는 고휘도를 요구하게 되어 수명의 단축 및 구동전압·전류의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
이에 반해, 액티브 매트릭스는 각 픽셀에 스위칭 소자로서 TFT(Thin FilmTransistor)를 배치하고 있다. 이러한 액티브 매트릭스의 유기 전기발광 디스플레이는 TFT의 구동에 의해 유기 발광소자가 항상 발광되기 때문에, 휘도 문제가 발생하지 않아 저전압 구동 및 저소비 전력화에 적합하다.
도 1은 종래 기술에 의한 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 회로 구조도로서, 도 1을 참조하여 종래 기술에 의한 액티브 매트릭스의 유기 전기발광 디스플레이 구조를 설명하면 다음과 같다.
상기 디스플레이의 한 픽셀(10) 구조는 게이트 라인(2)의 게이트 구동신호에 응답하여 턴온되는 제 1TFT(12), 제 1TFT(12)의 소오스로부터 인가된 신호에 응답하여 턴온되는 제 2TFT(14), 제 1TFT(12)의 소오스로부터 인가된 신호를 충전하는 커패시터(16), 제 2TFT(14)의 드레인에 연결된 유기 전기발광 소자(18)로 구성된다. 게다가, 제 1TFT(12)의 드레인에는 데이타 라인(4)이 연결되어 있고 제 2TFT(14)의 소오스와 커패시터(14)에는 소오스 라인(6)이 연결되어 있다.
종래 액티브 매트릭스의 유기 전기발광 디스플레이는 이러한 구조를 갖는 픽셀(10)이 매트릭스 형태로 이루어진다. 즉, 각 픽셀(10)에 행(row) 단위로 다수개의 게이트 라인(2)(xi, xi+1, …), 열(column) 단위로 다수개의 데이타 라인(4)(yi, yi+1, …)이 연결되어 있다.
도 2는 종래 기술에 의한 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이 픽셀의 레이아웃도이다. 도 2에서 도면 부호 12a는 제 1TFT(12)의 드레인이고 12b는 제 1TFT(12)의 소오스이다. 그리고 도면 부호 14a는 제 2TFT(14)의 소오스이고14b는 제 2TFT(14)의 드레인이다.
종래 기술에 의한 액티브 매트릭스의 유기 전기발광 디스플레이는 2개의 TFT(12,14)와 커패시터(16)를 이용하여 유기 전기발광 소자(18)를 발광시킨다. 이에, 제 1TFT(12)의 게이트에 게이트 라인(2)의 구동 신호가 인가되면 제 1TFT(12)를 통해서 흐르는 전류에 의해 커패시터(16)에 전하가 충전된다. 커패시터(16)의 충전 전압이 제 2TFT(14)의 게이트 임계값을 넘으면 제 2TFT(14)를 통해 흐르는 전류가 유기 전기발광 소자(18)에 공급되어 소자가 발광하게 된다.
도 3은 도 2의 A-A'선에 의한 디스플레이 픽셀의 수직 단면도로서, 이를 참조하여 픽셀의 수직 구조를 설명한다. A-A' 선은 디스플레이 픽셀에서 게이트 라인(2)과 제 2TFT(14)와 유기 전기발광 소자(18)를 절단한 것이다.
먼저 투명 기판(20) 상부에 제 2TFT(14)가 형성되어 있는데, 폴리 실리콘막(22)에 n+ 도핑된 소오스/드레인과 그 사이의 채널 영역이 있고, 그 위에 게이트 산화막(24)과 폴리 실리콘으로 이루어진 게이트(26)가 적층되어 있다. 그리고, 투명 기판(20) 상부에는 게이트 라인(2)이 형성되어 있다. 게이트(26)와 게이트 라인(2)을 감싸는 층간 절연막(28)이 형성되어 있다. 층간 절연막(28)의 콘택홀을 통해 n+ 도핑된 소오스/드레인의 폴리실리콘막(22)에 연결된 소오스/드레인 전극(29)이 있다. 이때, 소오스/드레인 전극(29)과 연결된 투명전극(18a)도 있다. 그리고, 상기 구조물 전면을 감싸는 보호막(34)이 있고, 그 위에 순차 적층된 유기 발광막(18b)과 대항 전극(18c)이 있다. 여기서, 유기 전기발광 소자(18)는 투명전극(18a)과 유기 전기발광막(18b) 및 대항 전극(18c)으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 디스플레이에 있어서, 제 2TFT(14)를 구동시키기 위해서는 커패시터(16)에 충전되는 전압이 커야한다. 즉, 제 1TFT(12)를 통해 흐르는 전류가 커야한다. 따라서, TFT의 게이트 물질로서 비정질 실리콘(amorphous)보다는 정공 및 전자의 이동도가 높은 폴리 실리콘(poly silicon)을 사용하고 있다.
그러나, 게이트 물질로서 폴리 실리콘으로 형성된 TFT는 온(on) 전류가 큰 만큼 오프(off) 전류도 크게 된다. 큰 오프 전류는 TFT 소자 자체의 신뢰성에 문제를 일으키게 된다. 즉, 제 1TFT(12)의 온 신호가 인가된 후에 다음 온 신호가 인가되는 한 프레임동안 커패시터(16)에 충전된 전하가 방전되고 제 1TFT(12) 오프 전류가 크기 때문에 제 2TFT(14)를 지속적으로 구동시킬 수 없다.
게다가, 폴리 실리콘으로 TFT의 게이트를 형성할 경우 고온 공정이 요구되므로 저온 투명 기판을 모재로 한 디스플레이에 영향을 미치게 되고 특히, 폴리 실리콘 게이트에는 일반적으로 8번의 포토리소그래피 공정이 필요하나 비정질 실리콘 게이트에는 5번의 포토리소그래피 공정이 사용되므로 제조 공정 수가 더 많이 늘어난다.
또한, 종래 기술의 유기 전기발광 디스플레이에서는 유기 전기발광 소자(18)를 발광시키는 제 2TFT(14)에 의해 각 픽셀의 휘도가 결정되는데, 폴리실리콘 게이트로 이루어진 제 2TFT(14)자체의 발광 휘도가 크지만, 전체적인 디스플레이에서의 발광 균일도는 비정질 실리콘의 TFT에 비해 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 커패시터에 전류를 공급하는 TFT의 채널을 2개이상으로 하고 유기 전기발광 소자에 전류를 공급하는 TFT또한 2개이상의 채널을 갖도록 함으로써 픽셀별 TFT의 전기적 특성 변화를 감소시키고, TFT의 게이트를 비정질 실리콘으로 제조하여 TFT의 오프 전류를 줄이고 전체적인 디스플레이의 발광 균일도를 최적화하고 제조 공정을 단축한 유기 전기발광 디스플레이 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 한 픽셀에 있어서, 게이트 구동신호에 응답하여 턴온되어 데이터 신호가 인가되고 게이트가 공통 연결된 적어도 2개 이상의 TFT를 포함하는 스위칭부와, 스위칭부의 TFT를 통해 인가된 전류를 충전하는 커패시터와, 커패시터에 충전된 전류에 의해 턴온되고 게이트가 공통 연결된 적어도 2개 이상의 TFT를 포함하는 구동부와, 구동부의 전류에 응답하여 발광되는 유기 전기발광 소자를 구비한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 유기 전기발광 디스플레이의 소자 구조에 있어서, 투명 기판 상부에 형성된 게이트 라인과, 게이트 라인이 있는 기판 전면에 형성된 층간 절연막과, 층간 절연막 상부에 게이트와 소오스/드레인이 순차 적층되며 게이트 라인에 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT와, 층간 절연막 상부에 게이트와 소오스/드레인이 순차 적층되며 제 1 및 제 2TFT의 소오스에 공통 게이트가 연결된 제 3 및 제 4TFT와, 제 1 내지 제 4TFT가 형성된 결과물 전면에 형성된 보호막과, 보호막 및 층간 절연막의 콘택홀을 통해서 게이트 라인과 연결되는 투명 전극을 갖고 보호막 상부에 투명 전극과 연결되는 유기 발광막 및 대항 전극이 순차 적층된 유기 전기발광 소자와, 투명 기판 상부에 형성된 커패시터를 포함한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제조 방법은 투명 기판 상부에 도전체를 증착하고 이를 패터닝하여 게이트 라인을 형성하는 단계와, 게이트 라인이 있는 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 층간 절연막 상부에 게이트와 소오스/드레인이 순차 적층되며 게이트 라인에 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT를 형성하고 제 1 및 제 2TFT의 공통 소오스에 게이트가 공통 연결된 제 3 및 제 4TFT를 형성함과 동시에 층간 절연막 상부에 게이트 라인과 평행인 도전체 패턴을 갖는 커패시터를 형성하는 단계와, 제 1 내지 제 4TFT와 커패시터가 있는 결과물 전면에 보호막을 형성하고 보호막에 게이트 라인이 드러나는 콘택홀을 형성하는 단계와, 보호막 및 층간 절연막의 콘택홀에 게이트 라인과 연결되는 투명 전극을 형성하고 보호막 상부에 투명 전극과 연결되는 유기 발광막 및 대항 전극을 순차 적층해서 유기 전기발광 소자를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1은 종래 기술에 의한 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 회로 구조도,
도 2는 종래 기술에 의한 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이 픽셀의 레이아웃도,
도 3은 도 2의 A-A'선에 의한 디스플레이 픽셀의 수직 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 회로 구조도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이 픽셀의 레이아웃도,
도 6a 및 도 6b는 도 5의 B-B'와 C-C'선에 의한 디스플레이 픽셀의 수직 단면도들.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 1 픽셀 101 : 투명 기판
102 : 게이트 라인 103, 105 : 층간 절연막
104 : 데이타 라인 107 : 보호막
108 : 도전체 패턴 110 : 스위칭부
112 : 제 1TFT 114 : 제 2TFT
120 : 구동부 122 : 제 3TFT
124 : 제 4TFT 130 : 커패시터
140 : 유기 전기발광 소자 140a : 투명 전극
140b : 유기 발광막 및 대항 전극
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 회로 구조도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 한 픽셀 구조는 다음과 같다.
본 발명의 한 픽셀(100)은 게이트 구동신호에 응답하여 턴온되어 데이터 신호가 인가되고 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT(112, 114)를 포함하는 스위칭부(110)와, 스위칭부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)를 통해 인가된 전류를 충전하는 커패시터(130)와, 커패시터(130)에 충전된 전류에 의해 턴온되고 게이트가 공통 연결된 제 3 및 제 4TFT(122, 124)를 포함하는 구동부(120)와, 구동부(120)의 전류에 응답하여 발광되는 유기 전기발광 소자(140)로 구성된다.
여기서, 스위칭부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 공통 게이트에는 게이트 라인(102)이 연결되며 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 드레인에는 데이타 라인(104)이 연결되며 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 소오스에는 커패시터(130)가 연결되고 커패시터(130)의 다른 쪽에는 접지가 연결된다.
그리고 구동부(120)의 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 공통 게이트에는 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 소오스와 커패시터(130)의 연결 노드가 연결되며 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 드레인에는 유기 전기발광 소자(140)가 연결되며 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 소오스에 접지가 연결된다.
또한 본 발명에 있어서, 스위칭부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 게이트는 비정질 실리콘층 또는 폴리 실리콘층으로 이루어진다. 구동부(120)의 제 3 및 제 4TFT의 게이트(122, 124)도 비정질 실리콘층 또는 폴리 실리콘층으로 이루어진다.
본 발명에 따른 액티브 매트릭스의 유기 전기발광 디스플레이는 이러한 구조를 갖는 픽셀(100)이 매트릭스 형태로 이루어지는 바, 각 픽셀(100)에 행(row) 단위로 다수개의 게이트 라인(102)(xi, xi+1, …)이, 열(column) 단위로 다수개의 데이타 라인(104)(yi, yi+1, …)이 연결되어 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 스위칭부(110)와 구동부(120)를 각각 2개의 TFT로 한정하였지만, 스위칭부(110)와 구동부(120)를 각각 게이트가 공통인 3개이상의 TFT로 변경될 수도 있다.
이렇게 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스의 유기 전기발광 디스플레이는 스위칭부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)와, 커패시터(130) 및 구동부(120)의 제 3 및 제 4TFT(122, 124)에 의해 유기 전기발광 소자(140)가 발광된다.
즉, 게이트 라인(102)과 데이타 라인(104)을 통해서 구동 신호(예컨대, 게이트 신호는 +, 데이타 신호는 +)가 픽셀 온(on)으로 전송되면 스위칭부(110)의 제 1TFT(112)와 제 2TFT(114)의 공통 게이트 및 드레인에 픽셀 온 신호가 인가된다. 이에, 제 1 및 제 2TFT(112, 114)가 턴온되어 커패시터(130)에 전하가 충전된다.
일반적으로 TFT의 온(on) 전류는 폴리실리콘 TFT의 경우 ∼1mA이고 비정질실리콘 TFT의 경우 ∼1uA이다. 본 발명의 스위칭부(110)에서는 게이트가 공통 연결된 두 개의 TFT를 채택하기 때문에 종래 한 개의 TFT를 사용한 것에 비해 커패시터(130)에 공급되는 전류량을 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 스위칭부(110)에서는 두 개의 TFT에 의해 두 개의 채널이 형성되므로 커패시터(130)에 공급되는 전류량이 증가된다.
게이트 라인(102)과 데이타 라인(104)에 픽셀 온 신호가 인가되는 시간동안 커패시터(130)에 충전이 끝나면, 커패시터(130)에 충전된 전하량과 그 정전용량(capacitance)에 의해서 구동부(120)의 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 공통 게이트에 인가되는 전압이 결정된다. 일반적으로 TFT의 임계 전압(threshold voltage)은 약 5V이나, 본 발명에서는 이 임계 전압이하의 전압이 제 3TFT(122) 및 제 4TFT(124)의 구동 전압이 되도록 소자의 특성을 고려하여 커패시터(130)의 정전용량을 결정하는 것이 바람직하다.
구동부(120)의 제 3TFT(122) 및 제 4TFT(124)의 공통 게이트에 커패시터(130)에 충전된 전압이 지속적으로 인가되면, 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 채널을 통해 전류가 흘러 유기 전기발광 소자(140)에 공급되고 이로 인해 상기 소자(140)에서 빛을 발광하게 된다.된다. 이때 구동부(120)도 공통 게이트를 갖는 두 개의 TFT로 이루어지기 때문에 채널이 두 개 형성되어 유기 전기발광 소자(140)에 공급되는 전류량을 증가시킬 수 있다. 즉, 종래에는 유기 전기발광 소자(140)에 전류를 공급하는 TFT가 한 개이기 때문에 유기 전기발광 소자(140)의 전류 공급량이 한정되었지만, 본 발명에서는 게이트가 공통 연결된 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 두 개 채널에 의해 유기 전기발광 소자(140)에 공급되는 전류량이 증가된다.
그러므로, 종래 유기 전기발광 디스플레이에 있어서, 각 픽셀 별로 TFT의 전기적 특성 차이 때문에 발광 휘도의 균일도 차이가 크지만, 본 발명에 의해서는 유기 전기발광 소자를 구동시킬 경우 2개 이상의 TFT 특성을 이용하므로 상대적으로픽셀별 TFT의 전기적 특성의 변화가 작고 따라서 발광 휘도의 균일도를 향상시킬 수 있다.
반면에, 유기 전기발광 디스플레이의 픽셀을 오프 상태로 변경시키고자 할 경우에는 게이트 라인(102)과 데이타 라인(104)에 픽셀의 오프(off) 신호가 동시에 인가된다. 예컨대, 게이트 라인(102)의 신호는 +, 데이타 라인(104)의 신호는 -로 인가된다. 그러면 스위칭부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 소오스 및 드레인 사이에는 게이트 라인과 데이타 라인의 전압을 합한 만큼의 전압이 걸리게 된다. 이에, 커패시터(130)에서 데이타 라인(104)으로 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 두 채널을 통해서 전류가 흐르게 되어 커패시터(130)에 충전된 전하가 방전된다. 이때 커패시터(130)의 방전시 구동부(120)의 제 3 및 제 4TFT(122, 124)는 방전 전압에 의해 턴온되지 않으므로 결국 유기 전기발광 소자(140)가 발광되지 않는다.
한편, 본 발명의 유기 전기발광 디스플레이에서는 커패시터(130)의 방전양이 중요하다. 만약 방전되는 양이 일정량을 초과하면, 유기 전기발광 소자(140)를 구동시키기 위해 구동부(120)의 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 게이트에 인가되는 전압이 작아지게 된다. 그러므로, 픽셀이 온 되는 기간, 즉 한 프레임의 시간동안 커패시터(130)에 충분한 양의 전하를 충전하기 위해서는 스위칭부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 오프(off) 전류가 충분히 작아야한다.
그런데, 일반적으로 폴리실리콘 게이트를 채택한 TFT의 경우에는 오프 전류가 약 10㎀를 갖기 때문에 커패시터(130)에서 방전되는 양이 커진다. 커패시터의 방전량이 커지면 유기 전기발광 소자(140)를 발광시키기 위해 제 3 및 제4TFT(122, 124)의 구동에 필요한 커패시터(130)의 충전된 전하량을 유지하기가 힘들다. 그러나, 본 발명에서 구동부(110)의 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 게이트를 비정질 실리콘층으로 형성할 경우 이러한 TFT의 오프 전류 특성을 낮출 수 있다. 비정질 실리콘 게이트의 TFT 경우에는 일반적으로 1㎀이하의 오프 전류를 갖기 때문에 폴리실리콘 게이트의 TFT보다 오프 전류값이 낮다. 그러므로, 본 발명에서는 비정질 실리콘 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 낮은 오프 전류 특성을 이용하여 커패시터(130)에서 방전되는 양을 일정량으로 조절할 수 있고 이에 따라 유기 전기발광 소자(140)를 발광시키기 위해 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 구동에 필요한 커패시터(130)의 충전된 전하량을 일정하게 유지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이 픽셀의 레이아웃도이다. 도 6a 및 도 6b는 도 5의 B-B'와 C-C'선에 의한 디스플레이 픽셀의 수직 단면도들이다. 도 6b에서 도면 부호 g는 TFT 영역, a는 유기 전기발광 소자 영역, c는 커패시터 영역이다.
다음은 본 발명의 유기 전기발광 디스플레이 픽셀의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 투명 기판(101) 상부에 도전체를 증착하고 이를 패터닝하여 게이트 라인(102)을 형성한다. 그리고 게이트 라인(102)이 있는 기판(101) 전면에 층간 절연막(103, 105)을 형성한다. 이때, 층간 절연막(103, 105)은 실리콘 산화막(SiO2) 및 실리콘 질화막(Si3N4)을 적층해서 증착하는 것이 바람직하다.
그 다음 층간 절연막(103, 105) 상부에 게이트(112a, 112b)(114a, 114b)와소오스/드레인(112c)(114c)이 순차 적층되며 게이트 라인(102)에 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT(112, 114)를 형성하면서, 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 공통 소오스에 게이트(122a, 122b)(124a, 124b)가 공통 연결된 제 3 및 제 4TFT(122, 124)를 형성한다. 여기서, 제 1 내지 제 4TFT(112, 114, 122, 124)의 게이트(112a, 112b)(114a, 114b)(122a, 122b)(124a, 124b)는 각각 일체형으로 이루어지고, 적어도 1층이상의 비정질 실리콘층 또는 폴리 실리콘층, 비정질 실리콘층과 폴리 실리콘층이 혼합된 복수층 중에서 어느 하나로 형성할 수 있다.
예를 들면, 본 실시예에서 제 1 내지 제 2TFT(112, 114, 122, 124)의 제조 공정은 먼저 수소가 첨가된 하부의 비정질 실리콘층(112a, 114a, 122a, 124a)과 불순물이 도핑된 상부의 비정질 실리콘층(112b, 114b, 112b, 124b)을 증착하고 이들과 층간 절연막(105)을 패터닝하여 게이트를 패턴닝하고 활성층을 형성한다. 결과물 위에 도전체를 증착하고 이를 패터닝하여 소오스/드레인(112c, 114c)(122c, 124c)을 형성한다.
이와 동시에 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 제 4TFT(112, 114, 122, 124)의 소오스/드레인용 도전체 증착시 층간 절연막(103, 105) 상부에 도전체를 증착하고 게이트 라인(102)과 평행이 되도록 패터닝하여 도전체 패턴(108)을 형성한다. 이로 인해, 게이트 라인(102), 층간 절연막(103) 및 도전체 패턴(108)으로 이루어진 커패시터(114)가 완성된다.
또한 층간 절연막(105) 상부에 제 1 내지 제 4TFT의 소오스/드레인(112c, 114c, 122c, 124c)을 형성할 때 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 드레인에 연결되는데이터 라인(미도시함)과, 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 소오스에 연결되는 접지 라인(미도시함)을 함께 형성한다.
그리고나서 제 1 내지 제 4TFT(112, 114)(122, 124)와 커패시터(130)가 있는 결과물 전면에 보호막(132)을 형성한다. 보호막(132)에 게이트 라인(102)이 드러나는 콘택홀을 형성한다. 그런 다음 보호막(132) 및 층간 절연막(103)의 콘택홀에 게이트 라인(102)과 연결되는 투명 전극(140a)을 형성하고, 보호막(132) 상부에 투명 전극(140a)과 연결되는 유기 발광막 및 대항 전극(140b)을 순차 적층해서 유기 전기발광 소자(140)를 형성한다.
상기와 같은 제조 공정에 의한 본 발명에 따른 유기 전기발광 디스플레이 픽셀의 구조는 다음과 같다. 투명 기판(101) 상부에 형성된 게이트 라인(102)과, 게이트 라인(102)이 있는 기판(101) 전면에 층간 절연막(103, 105)이 형성되어 있다. 층간 절연막(103, 105) 상부에는 게이트(112a, 112b)(114a, 114b)와 소오스/드레인(112c, 114c)이 순차 적층되며 게이트 라인(102)에 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT(112, 114)와, 게이트(122a, 122b)(124a, 124b)와 소오스/드레인(122c, 124c)이 순차 적층되며 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 소오스에 공통 게이트가 연결된 제 3 및 제 4TFT(122, 124)가 형성되어 있다. 제 1 내지 제 4TFT(112, 114, 122, 124)가 형성된 결과물 전면에 보호막(132)이 형성되어 있다. 그리고, 보호막(132) 및 층간 절연막(103)의 콘택홀을 통해서 게이트 라인(102)과 연결되는 투명 전극(140a)을 갖고 보호막(132) 상부에 투명 전극(140a)과 연결되는 유기 발광막 및 대항 전극(140b)이 순차 적층된 유기 전기발광 소자(140)가 형성되어 있고 층간 절연막(103) 상부에는 게이트 라인(102)과 평행인 도전체 패턴(108)으로 이루어지는 커패시터(130)가 형성되어 있다.
그리고 도면에 도시되어 있지 않지만, 층간 절연막(103) 상부에 제 1 및 제 2TFT(112, 114)의 드레인에 연결되는 데이타 라인이 형성되고 제 3 및 제 4TFT(122, 124)의 소오스에 연결되는 접지 라인이 형성되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기 전기발광 디스플레이의 픽셀은 커패시터를 충전하는 부분이 공통 게이트를 갖는 2개 이상의 TFT로 이루어지고 유기 전기발광 소자를 구동하는 부분이 공통 게이트를 갖는 2개 이상의 TFT로 이루어진다.
그리고, 본 발명에 따른 TFT의 게이트 물질로 TFT의 오프 전류를 줄이는 비정질 실리콘을 사용할 경우 커패시터에 방전되는 전하량을 줄일 수 있고 이로 인해 유기 전기발광 소자를 발광시키기 위한 커패시터의 충전된 전하량을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 본 발명은 폴리 실리콘으로 TFT의 게이트를 형성할 때보다 저온 공정이 가능하므로 투명 기판을 모재로 한 디스플레이에 영향을 주는 고온 공정을 생략할 수 있고 특히, 폴리 실리콘 게이트에는 일반적으로 8번의 포토리소그래피 공정이 필요하나 비정질 실리콘 게이트에는 5번의 포토리소그래피 공정이 사용되므로 제조 공정 수를 줄일 수 있다. 또한, 픽셀별 TFT의 전기적 특성 변화를 감소시켜 전체적인 디스플레이에서의 발광 균일도를 최적화시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (15)
- 액티브 매트릭스 구조의 유기 전기발광 디스플레이의 한 픽셀에 있어서,게이트 구동신호에 응답하여 턴온되어 데이터 신호가 인가되고 게이트가 공통 연결된 적어도 2개 이상의 TFT를 포함하는 스위칭부;상기 스위칭부의 TFT를 통해 인가된 전류를 충전하는 커패시터;상기 커패시터에 충전된 전류에 의해 턴온되고 게이트가 공통 연결된 적어도 2개 이상의 TFT를 포함하는 구동부; 및상기 구동부의 전류에 응답하여 발광되는 유기 전기발광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부는 적어도 2개 이상의 TFT들의 공통 게이트에 게이트 라인이 연결되며 상기 TFT들의 드레인에 데이트 라인이 연결되며 상기 TFT의 소오스에 커패시터가 연결되고 상기 커패시터의 다른 쪽에는 접지가 연결된 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 1항 및 제 2항에 있어서, 상기 구동부는 적어도 2개이상의 TFT들의 공통 게이트가 상기 스위칭부의 TFT들의 소오스와 커패시터의 연결 노드에 연결되고 상기 구동부의 TFT들의 드레인에 유기 전기발광 소자가 연결되고 상기 구동부의 TFT의 소오스에 접지가 연결된 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 스위칭부의 적어도 2개 이상의 TFT 게이트는 비정질 실리콘층 또는 폴리 실리콘층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 구동부의 적어도 2개 이상의 4TFT 게이트는 비정질 실리콘층 또는 폴리 실리콘층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 유기 전기발광 디스플레이의 소자 구조에 있어서,투명 기판 상부에 형성된 게이트 라인;상기 게이트 라인이 있는 기판 전면에 형성된 층간 절연막;상기 층간 절연막 상부에 게이트와 소오스/드레인이 순차 적층되며 상기 게이트 라인에 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT;상기 층간 절연막 상부에 게이트와 소오스/드레인이 순차 적층되며 상기 제 1 및 제 2TFT의 소오스에 공통 게이트가 연결된 제 3 및 제 4TFT;상기 제 1 내지 제 4TFT가 형성된 결과물 전면에 형성된 보호막;상기 보호막 및 층간 절연막의 콘택홀을 통해서 상기 게이트 라인과 연결되는 투명 전극을 갖고 상기 보호막 상부에 상기 투명 전극과 연결되는 유기 발광막 및 대항 전극이 순차 적층된 유기 전기발광 소자; 및상기 투명 기판 상부에 형성된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 6항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4TFT의 게이트는 적어도 1층이상의 비정질 실리콘층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 7항에 있어서, 상기 적어도 1층이상의 비정질 실리콘층은 하부 비정질 실리콘층에 수소가 첨가되어 있고 상부 비정질 실리콘층에 불순물이 도핑된 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 6항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4TFT의 게이트는 적어도 1층이상의 폴리 실리콘층 또는 비정질 실리콘층과 폴리 실리콘층이 혼합된 복수층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 6항에 있어서, 상기 커패시터는 상기 층간 절연막 상부에 상기 게이트 라인과 평행인 도전체 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 제 6항에 있어서, 상기 층간 절연막 상부에 상기 제 1 및 제 2TFT의 드레인에 연결되는 데이타 라인이 형성되고 상기 제 3 및 제 4TFT의 소오스에 연결되는접지 라인이 형성된 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이.
- 투명 기판 상부에 도전체를 증착하고 이를 패터닝하여 게이트 라인을 형성하는 단계;상기 게이트 라인이 있는 기판 전면에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막 상부에 게이트와 소오스/드레인이 순차 적층되며 상기 게이트 라인에 게이트가 공통 연결된 제 1 및 제 2TFT를 형성하고 상기 제 1 및 제 2TFT의 공통 소오스에 게이트가 공통 연결된 제 3 및 제 4TFT를 형성함과 동시에 상기 층간 절연막 상부에 상기 게이트 라인과 평행인 도전체 패턴을 갖는 커패시터를 형성하는 단계;상기 제 1 내지 제 4TFT와 커패시터가 있는 결과물 전면에 보호막을 형성하고 상기 보호막에 상기 게이트 라인이 드러나는 콘택홀을 형성하는 단계; 및상기 보호막 및 층간 절연막의 콘택홀에 상기 게이트 라인과 연결되는 투명 전극을 형성하고 상기 보호막 상부에 상기 투명 전극과 연결되는 유기 발광막 및 대항 전극을 순차 적층해서 유기 전기발광 소자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이의 제조 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 커패시터의 도전체 패턴은 제 1 내지 제 4TFT의 소오스/드레인과 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이의 제조 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4TFT을 형성하는 단계는 상기 층간 절연막 상부에 제 1 내지 제 4TFT의 소오스/드레인을 형성할 때 상기 제 1 및 제 2TFT의 드레인에 연결되는 데이터 라인과, 상기 제 3 및 제 4TFT의 소오스에 연결되는 접지 라인을 함께 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이의 제조 방법.
- 제 12항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4TFT의 게이트는 적어도 1층이상의 비정질 실리콘층 또는 폴리 실리콘층, 비정질 실리콘층과 폴리 실리콘층이 혼합된 복수층 중에서 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 디스플레이의 제조 방법.
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