KR20080006894A - 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 위에 형성되어 있는 다결정 반도체, 상기 다결정 반도체 위에 형성되어 있으며 소스 전극을 포함하는 데이터선, 상기 다결정 반도체 위에 형성되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 형성되어 있으며 상기 다결정 반도체와 중첩하는 게이트 전극을 포함하는 게이트선, 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 그리고 상기 다결정 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 다결정 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 위치하며 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이를 제외하고는 상기 다결정 반도체와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가지는 저항성 접촉 부재를 포함하는 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
표시 장치, 결정화, 전계 효과 이동도
Description
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 배치도이고,
도 2는 도 1의 표시 장치의 화소를 확대하여 도시한 단면도이고,
도 3 내지 도 8은 도 1 및 도 2의 표시 장치를 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법을 차례로 도시한 단면도이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 등가 회로도이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 배치도이고,
도 11은 도 10의 유기 발광 표시 장치를 XI-XI 선을 따라 자른 단면도이고,
도 12 및 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 도시한 단면도이고,
도 14, 도 16, 도 18, 도 20 및 도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 차례로 도시한 배치도이고,
도 15는 도 14의 유기 발광 표시 장치를 XV-XV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 17은 도 16의 유기 발광 표시 장치를 XVII-XVII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 19는 도 18의 유기 발광 표시 장치를 XIX-XIX 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 21은 도 20의 유기 발광 표시 장치를 XXI-XXI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 23은 도 22의 유기 발광 표시 장치를 XXIII-XXIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
<도면 부호의 설명>
110: 절연 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 124a: 스위칭 게이트 전극
124b: 구동 게이트 전극 127: 유지 전극
129: 게이트선의 끝 부분
140: 게이트 절연막 154a: 스위칭 반도체
154b: 구동 반도체 163a,163b,165a,165b: 저항성 접촉 부재
171: 데이터선 172: 구동 전압선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극
173a: 스위칭 소스 전극 173b: 구동 소스 전극
175a: 스위칭 드레인 전극 175b: 구동 드레인 전극
179: 데이터선의 끝 부분 81, 82: 접촉 보조 부재
85: 연결 부재
181, 182, 184, 185, 185a, 185b: 접촉 구멍
191: 화소 전극 270: 공통 전극
361: 격벽 370: 유기 발광 부재
Qs: 스위칭 트랜지스터 Qd: 구동 트랜지스터
LD: 유기 발광 다이어드 Vss: 공통 전압
Cst: 유지 축전기
본 발명은 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display, OLED display), 전기 영동 표시 장치(electrophoretic display) 등의 표시 장치는 복수 쌍의 전기장 생성 전극과 그 사이에 들어 있는 전기 광학(electro-optical) 활성층을 포함한다. 액정 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 액정층을 포함하고, 유기 발광 표시 장치의 경우 전기 광학 활성층으로 유기 발광층을 포함한다.
한 쌍을 이루는 전기장 생성 전극 중 하나는 통상 스위칭 소자에 연결되어 전기 신호를 인가받고, 전기 광학 활성층은 이 전기 신호를 광학 신호로 변환함으로써 영상을 표시한다.
표시 장치는 스위칭 소자 및/또는 구동 소자로서 삼단자 소자인 박막 트랜지 스터(thin film transistor, TFT)를 포함하며, 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(gate line)과 화소 전극에 인가될 신호를 전달하는 데이터선(data line)이 평판 표시 장치에 구비된다.
이러한 박막 트랜지스터는 반도체를 포함한다. 반도체는 결정 상태에 따라 비정질 반도체(amorphous semiconductor)와 다결정 반도체(polycrystalline semiconductor)로 나눌 수 있다.
비정질 반도체는 낮은 온도에서 박막 (thin film)을 형성하는 것이 가능하므로 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 표시 장치에 많이 사용된다. 그러나 비정질 반도체는 전계 효과 이동도 및 안정성이 떨어진다.
이에 반해 다결정 반도체는 전계 효과 이동도 및 안정성이 높다.
그러나 다결정 반도체는 결정화의 어려움 때문에 대면적 표시 장치에 적용하는데 한계가 있으며 이 때문에 다결정 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터는 비정질 반도체를 포함하는 박막 트랜지스터와 다른 구조 및 공정이 요구된다. 이 경우 구조 및 공정이 복잡하여 제조 시간 및 제조 비용이 현저하게 늘어난다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이를 해결하기 위한 것으로서, 다결정 반도체를 포함하는 표시 장치의 구조 및 공정을 단순화하면서도 전계 효과 이동도 및 안정성을 높이는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 기판 위에 형성되어 있는 다결정 반도체, 상기 다결정 반도체 위에 형성되어 있으며 소스 전극을 포함하는 데이터선, 상기 다결정 반도체 위에 형성되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 형성되어 있으며 상기 다결정 반도체와 중첩하는 게이트 전극을 포함하는 게이트선, 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 그리고 상기 다결정 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 다결정 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 위치하며 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이를 제외하고는 상기 다결정 반도체와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가지는 저항성 접촉 부재를 포함한다.
상기 표시 장치는 상기 다결정 반도체 하부에 형성되어 있는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 발광 부재 및 상기 발광 부재 위에 형성되어 있는 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 비정질 반도체 층 및 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층을 차례로 적층하는 단계, 상기 비정질 반도체 층 및 상기 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층을 결정화하는 단계, 상기 결정화된 반도체 층 및 상기 불순물이 도핑된 반도체 층을 패터닝하여 다결정 반도체 및 저항성 접촉층을 형성하는 단계, 상기 저항성 접촉층 위에 소스 전극을 포함하는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극을 마스크로 하여 상기 저항성 접촉층을 식각하는 단계, 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극 위에 게이트 전극을 포함하는 게이트선을 형성하는 단계, 그리고 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 비정질 반도체 층 및 상기 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층을 결정화하는 단계는 고상 결정화 방법(solid phase crystallization, SPC)으로 수행할 수 있다.
상기 게이트선을 형성하는 단계 전에 상기 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비정질 반도체 층을 적층하는 단계 전에 상기 기판 전면에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화소 전극을 형성하는 단계 후에 개구부를 가지는 절연막을 형성하는 단계, 상기 개구부에 발광 부재를 형성하는 단계, 그리고 상기 발광 부재 및 상기 절연막 위에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 도 1 및 도 2를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 배치도이고, 도 2는 도 1의 표시 장치의 화소를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 서로 교차되어 있는 복수의 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 이들에 연결되어 있으며 대략 행렬(matrix)의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)(P)를 포함한다.
게이트선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하며, 데이터선(171)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다. 게이트선(121)은 주사 신호를 전달하고 데이터선(171)은 화상 신호를 전달한다.
게이트선(121)과 데이터선(171)에 의해 정의되는 복수의 화소(P)는 모여서 영상을 표시하는 표시 영역(D)을 이룬다. 표시 영역(D)을 제외한 나머지 부분은 주변 영역이라 한다. 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 한쪽 끝 부분은 외부 신호를 입력받기 위해서 표시 영역(D)을 벗어난 주변 영역까지 뻗어 있다.
화소(P)는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(thin film transistor, Q)를 포함하며 박막 트랜지스터(Q)는 주사 신호에 따라 화상 신호를 온(on) 또는 오프(off) 한다.
도 2를 참고하여 도 1의 표시 장치의 화소(P)의 구조를 상세하게 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 버퍼 층(buffer layer)(111)이 형성되어 있다. 버퍼층(111)은 산화규소(SiO2) 또는 질화규소(SiNx) 따위의 절연 물질로 만들어질 수 있다.
버퍼층(111) 위에는 섬형(island)의 다결정 반도체(polycrystalline semiconductor)(154)가 형성되어 있다. 다결정 반도체(154)는 다결정 규소일 수 있다.
다결정 반도체(154) 위에는 데이터선(171) 및 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다결정 반도체(154)를 향하여 뻗은 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 데이터 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 섬형이며 데이터선(171)과 분리되어 있다. 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 다결정 반도체(154)를 중심으로 서로 마주한다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 도 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30 내지 80도인 것이 바람직하다.
소스 전극(173)과 다결정 반도체(154) 사이 및 드레인 전극(175)과 다결정 반도체(154) 사이에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 섬형이며, 인(P) 따위의 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 다결정 규소 따위로 만들어질 수 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 산화규소 또는 질화규소 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 게이트선(121)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 다결정 반도체(154)와 중첩하는 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 게이트 구동 회로와 직접 연결될 수 있다.
게이트선(121)은 데이터선(171)과 동일 계열의 재료로 만들어질 수 있다.
게이트선(121)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30 내지 80도인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 게이트 절연막(140) 위에는 보호막(passivation)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)에는 게이트선(121)의 끝 부분(도시하지 않음)을 드러 내는 복수의 접촉 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 보호막(180) 및 게이트 절연막(140)에는 데이터선(171)의 끝 부분(도시하지 않음)을 드러내는 접촉 구멍(도시하지 않음)과 드레인 전극(175)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191)이 형성되어 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결되어 있으며, ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체 또는 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금 따위의 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 다결정 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터(Q)의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 다결정 반도체(154)에 형성된다. 이 때 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)의 마주하는 부분은 굴곡지게 형성함으로써 채널 폭을 늘려서 전류 특성을 개선할 수도 있다.
본 실시예에서는 박막 트랜지스터 1개만을 도시하였지만 이외에 적어도 하나의 박막 트랜지스터 및 이를 구동하기 위한 신호선을 더 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 다결정 반도체에 박막 트랜지스터의 채널이 형성됨으로써 높은 전하 이동도(carrier mobility) 및 안정성(stability)을 가질 수 있다. 또한 높은 전하 이동도를 가짐으로써 표시판 내에 구동 회로를 집적할 수도 있다.
그러면 도 1 및 도 2의 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 도 3 내지 도 8을 참고하여 설명한다.
도 3 내지 도 8은 도 1 및 도 2의 표시 장치를 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판(110) 전면에 산화규소, 비정질 규소 및 불순물이 도핑된 비정질 규소를 차례로 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)하여 버퍼층(111), 비정질 규소층(150a) 및 불순물이 도핑된 비정질 규소층(160a)을 형성한다.
다음, 도 4에 도시한 바와 같이, 불순물이 도핑된 비정질 규소층(160a) 및 비정질 규소층(150a)을 한번에 결정화하여 불순물이 도핑된 다결정 반도체 층(160b) 및 다결정 반도체 층(150b)을 형성한다. 이 때 결정화는 고상 결정화(solid phase crystallization, SPC), 액상 결정화(liquid phase recrystallization, LPR) 또는 엑시머 레이저 열처리(excimer laser annealing, ELA) 등의 방법으로 수행할 수 있으며, 이 중에서 고상 결정화 방법이 바람직하다. 고상 결정화 후에는 급속 열처리(rapid thermal annealing, RTA)를 병행하는 것이 바람직하다.
다음, 도 5에 도시한 바와 같이, 불순물이 도핑된 다결정 반도체 층(160b) 및 다결정 반도체 층(150b)을 한번에 사진 식각하여 불순물이 도핑된 다결정 반도 체(164) 및 다결정 반도체(154)를 형성한다.
다음, 도 6에 도시한 바와 같이, 불순물이 도핑된 다결정 반도체 층(160b) 및 버퍼층(111) 위에 도전층을 적층하고 사진 식각하여 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)을 형성한다.
이어서, 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)을 마스크로 하여 불순물이 도핑된 다결정 반도체(164)를 건식 식각하여 한 쌍의 저항성 접촉 부재(163, 165)를 형성하고 다결정 반도체(154)의 일부를 노출시킨다.
다음, 도 7에 도시한 바와 같이, 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)을 포함한 전면에 게이트 절연막(140)을 적층하고, 그 위에 게이트 전극(124)을 포함한 게이트선(도시하지 않음)을 형성한다.
다음, 도 8에 도시한 바와 같이, 기판 전면에 보호막(180)을 적층한 후, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)을 함께 사진 식각하여 복수의 접촉 구멍(185)을 형성한다.
다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 보호막(180) 위에 ITO 따위의 도전층을 적층하고 사진 식각하여 화소 전극(191)을 형성한다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 비정질 반도체 층을 먼저 결정화한 후 섬형의 다결정 반도체로 패터닝한다. 이 경우 기판은 결정화하는 단계에서 기판 전면에 형성되어 있는 비정질 반도체 층 및 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층에 의해 고정되어 있으므로, 가해지는 열에 의해 기판이 수축 또는 팽창되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 비정질 반도체 층을 먼저 결정화한 후 게이트선 또는 데이터선과 같은 도전층을 형성하므로 게이트선 또는 데이터선의 재료로 알루미늄과 같은 저융점 도전체를 사용하는데 제한이 없다.
또한 일반적인 다결정 박막 트랜지스터 공정과 달리 이온 도핑과 같은 추가 단계가 필요하지 않으므로 제조 비용 및 제조 시간을 줄일 수 있다.
이하에서는 상술한 표시 장치 중 하나인 유기 발광 표시 장치에 대하여 도 9 내지 도 11을 참고하여 설명한다. 전술한 실시예와 중복되는 내용은 생략한다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 등가 회로도이다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 복수의 신호선(121, 171, 172)과 이들에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(PX)를 포함한다.
신호선은 게이트 신호(또는 주사 신호)를 전달하는 복수의 게이트선(121), 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터선(171) 및 구동 전압을 전달하는 복수의 구동 전압선(driving voltage line)(172)을 포함한다. 게이트선(121)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(171)과 구동 전압선(172)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소(PX)는 스위칭 트랜지스터(switching transistor)(Qs), 구동 트랜지스터(driving transistor)(Qd), 유지 축전기(storage capacitor)(Cst) 및 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)(LD)를 포함한다.
스위칭 트랜지스터(Qs)는 제어 단자(control terminal), 입력 단자(input terminal) 및 출력 단자(output terminal)를 가지는데, 제어 단자는 게이트선(121)에 연결되어 있고, 입력 단자는 데이터선(171)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 구동 트랜지스터(Qd)에 연결되어 있다. 스위칭 트랜지스터(Qs)는 게이트선(121)에 인가되는 주사 신호에 응답하여 데이터선(171)에 인가되는 데이터 신호를 구동 트랜지스터(Qd)에 전달한다.
구동 트랜지스터(Qd) 또한 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 가지는데, 제어 단자는 스위칭 트랜지스터(Qs)에 연결되어 있고, 입력 단자는 구동 전압선(172)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 유기 발광 다이오드(LD)에 연결되어 있다. 구동 트랜지스터(Qd)는 제어 단자와 출력 단자 사이에 걸리는 전압에 따라 그 크기가 달라지는 출력 전류(ILD)를 흘린다.
축전기(Cst)는 구동 트랜지스터(Qd)의 제어 단자와 입력 단자 사이에 연결되어 있다. 이 축전기(Cst)는 구동 트랜지스터(Qd)의 제어 단자에 인가되는 데이터 신호를 충전하고 스위칭 트랜지스터(Qs)가 턴 오프(turn-off)된 뒤에도 이를 유지한다.
유기 발광 다이오드(LD)는 구동 트랜지스터(Qd)의 출력 단자에 연결되어 있는 애노드(anode)와 공통 전압(Vss)에 연결되어 있는 캐소드(cathode)를 가진다. 유기 발광 다이오드(LD)는 구동 트랜지스터(Qd)의 출력 전류(ILD)에 따라 세기를 달리하여 발광함으로써 영상을 표시한다.
스위칭 트랜지스터(Qs) 및 구동 트랜지스터(Qd)는 n-채널 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor, FET)이다. 그러나 스위칭 트랜지스터(Qs)와 구동 트랜지스터(Qd) 중 적어도 하나는 p-채널 전계 효과 트랜지스터일 수 있다. 또한, 트랜지스터(Qs, Qd), 축전기(Cst) 및 유기 발광 다이오드(LD)의 연결 관계가 바뀔 수 있다.
이하 도 9의 유기 발광 표시 장치의 구조에 대하여 도 10 및 도 11을 참고하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 배치도이고, 도 11은 도 10의 유기 발광 표시 장치를 XI-XI 선을 따라 자른 단면도이다.
절연 기판(110) 위에 산화규소 또는 질화규소 따위로 만들어진 버퍼층(111)이 형성되어 있다.
버퍼층(111) 위에는 스위칭 반도체(154a) 및 구동 반도체(154b)가 형성되어 있다. 스위칭 반도체(154a) 및 구동 반도체(154b)는 섬형이며 서로 분리되어 있다. 스위칭 반도체(154a) 및 구동 반도체(154b)는 다결정 규소로 만들어질 수 있다.
스위칭 반도체(154a), 구동 반도체(154b) 및 기판(110) 위에는 데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a) 및 구동 드레인 전극(175b)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며 스위칭 반도체(154a)를 향하여 뻗은 스위칭 소스 전극(173a)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다.
구동 전압선(172)은 구동 전압을 전달하며 데이터선(171)과 거의 평행하다. 각 구동 전압선(172)은 구동 반도체(154b)를 향하여 뻗은 구동 소스 전극(173b)을 포함한다.
스위칭 드레인 전극(175a) 및 구동 드레인 전극(175b)은 섬형이다. 스위칭 드레인 전극(175a)은 스위칭 반도체(154a) 위에서 스위칭 소스 전극(173a)과 마주하며, 구동 드레인 전극(175b)은 구동 반도체(154b) 위에서 구동 소스 전극(173b)과 마주한다.
스위칭 반도체(154a)와 스위칭 소스 전극(173a) 사이, 스위칭 반도체(154a)와 스위칭 드레인 전극(175a) 사이, 구동 반도체(154b)와 구동 소스 전극(173b) 사이 및 구동 반도체(154b)와 구동 드레인 전극(175b) 사이에는 각각 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b)는 인(P) 따위의 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 다결정 규소로 만들어질 수 있다.
데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a), 구동 드레인 전극(175b) 및 기판(110) 위에는 질화규소 따위로 만들어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 게이트선(121) 및 구동 게이트 전극(124b)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 데이터선(171) 및 구동 전압선(172)과 교차한다. 게이트선(121)은 스위칭 반도체(154a)를 향하여 뻗어 있는 스위칭 게이트 전극(124a)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다.
구동 게이트 전극(124b)은 섬형이며, 세로 방향으로 길게 뻗어 구동 전압선(172)과 중첩하는 유지 전극(storage capacitor)(127)을 포함한다.
게이트선(121), 구동 게이트 전극(124b) 및 게이트 절연막(140) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 구동 게이트 전극(124b) 및 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(184, 181)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 스위칭 드레인 전극(175a), 구동 드레인 전극(175b) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(185a, 185b, 182)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 접촉 보조 부재(81, 82)가 형성되어 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185b)을 통하여 구동 드레인 전극(175b)과 전기적으로 연결되어 있다.
연결 부재(85)는 접촉 구멍(184, 185a)을 통하여 스위칭 드레인 전극(175a)과 구동 게이트 전극(124b)을 연결한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 끝 부분(129, 179)과 외부 장치 와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 접촉 보조 부재(81, 82)는 ITO 또는 IZO 따위의 투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 전면 발광(top emission)인 경우에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 높은 일 함수(work function)를 가지는 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금 따위의 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 접촉 보조 부재(81, 82) 위에는 격벽(partition)(361)이 형성되어 있다. 격벽(361)은 화소 전극(191) 가장자리 주변을 둑(bank)처럼 둘러싸서 개구부(opening)(365)를 정의한다. 격벽(361)은 아크릴 수지(acrylic resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 따위의 내열성 및 내용매성을 가지는 유기 절연물 또는 산화규소(SiO2), 산화티탄(TiO2) 따위의 무기 절연물로 만들어질 수 있으며, 2층 이상일 수 있다. 격벽(361)은 또한 검정색 안료를 포함하는 감광재로 만들어질 수 있는데, 이 경우 격벽(361)은 차광 부재의 역할을 하며 그 형성 공정이 간단하다.
격벽(361)이 정의하는 화소 전극(191) 위의 개구부(365)에는 유기 발광 부재(organic light emitting member)(370)가 형성되어 있다.
유기 발광 부재(370)는 빛을 내는 발광층(emitting layer)(도시하지 않음) 외에 발광층의 발광 효율을 향상하기 위한 부대층(auxiliary layer)(도시하지 않음)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
발광층은 적색, 녹색, 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 어느 하나의 빛을 고유하게 내는 고분자 물질 또는 저분자 물질 또는 이들의 혼합물로 만들어질 수 있다. 고분자 물질에는 예컨대 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리티오펜(polythiophene) 유도체 등이 포함될 수 있다. 또한 저분자 물질에는 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene)과 같은 안트라센(anthracene), 테트라페닐부타디엔(tetraphenylbutadiene)과 같은 부타디엔(butadiene), 테트라센(tetracene), 디스티릴아릴렌(distyrylarylene) 유도체, 벤자졸(benzazole) 유도체 및 카바졸(carbazole) 유도체 등이 포함될 수 있다. 또는 상술한 고분자 물질 또는 저분자 물질을 호스트(host) 재료로 하고, 여기에 예컨대 크산텐(xanthene), 페릴렌(perylene), 쿠마린(cumarine), 로더민(rhodamine), 루브렌(rubrene), 디시아노메틸렌피란(dicyanomethylenepyran) 화합물, 티오피란(thiopyran) 화합물, (티아)피릴리움((thia)pyrilium) 화합물, 페리플란텐(periflanthene) 유도체, 인데노페릴렌(indenoperylene) 유도체, 카보스티릴(carbostyryl) 화합물, 나일 레드(Nile red), 퀴나크리돈(quinacridone) 따위의 도펀트(dopant)를 도핑하여 발광 효율을 높일 수도 있다. 유기 발광 표시 장치는 발광층에서 내는 기본색 색광의 공간적인 합으로 원하는 영상을 표시한다. 부대층에는 전자와 정공의 균형을 맞추기 위한 전자 수송층(electron transport layer)(도시하지 않음) 및 정공 수송층(hole transport layer)(도시하지 않음)과 전자와 정공의 주입을 강화하기 위한 전자 주 입층(electron injecting layer)(도시하지 않음) 및 정공 주입층(hole injecting layer)(도시하지 않음) 등이 있으며, 이 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 정공 수송층 및 정공 주입층은 화소 전극(191)과 발광층의 중간 정도의 일 함수를 가지는 재료로 만들어지고, 전자 수송층과 전자 주입층은 공통 전극(270)과 발광층의 중간 정도의 일 함수를 가지는 재료로 만들어진다. 예컨대 정공 수송층 또는 정공 주입층으로는 다이아민류, MTDATA ([4,4',4"-tris(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine), TPD (N,N'-diphenyl-N, N'-di(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine), 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산(1,1-bis(4-di-p-tolylaminophenyl)cyclohexane), N,N,N',N'-테트라(2-나프틸)-4,4-디아미노-p-터페닐(N,N,N',N'-tetra(2-naphthyl)-4,4-diamino-p-terphenyl), 4,4',4-트리스[(3-메틸페닐)페닐아미노]트리페닐아민(4,4',4-tris[(3-methylphenyl)phenylamino]triphenylamine), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리에틸렌디옥시티오펜과 폴리스티렌술폰산의 혼합물(poly-(3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrenesulfonate, PEDOT:PSS) 따위를 사용할 수 있다.
유기 발광 부재(370)는 각 화소별로 적색, 녹색 및 청색 따위의 색을 발광하는 발광층을 각각 배열하여 화소별로 원하는 색을 구현할 수도 있고, 하나의 화소에 적색, 녹색 및 청색의 발광층을 수직 또는 수평 형성하여 백색(white) 발광층을 형성하고 백색 발광층의 하부 또는 상부에 적색, 녹색 및 청색의 색을 구현하는 색 필터를 형성하여 원하는 색을 구현할 수도 있다. 이 때, 색 필터는 하부 발광 구조(bottom emission)인 경우에는 발광층의 하부에 위치할 수 있고, 상부 발광 구조(top emission)인 경우에는 발광층의 상부에 위치할 수 있다.
또한 적색, 녹색 및 청색 화소를 포함한 3색 구조 외에, 적색, 녹색, 청색 및 백색 화소를 포함한 4색 구조를 스트라이프(stripe) 또는 바둑판 형태로 배치하여 휘도를 개선할 수 있다.
유기 발광 부재(370) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 기판의 전면(全面)에 형성되어 있으며, 화소 전극(191)과 쌍을 이루어 유기 발광 부재(370)에 전류를 흘려 보낸다.
이러한 유기 발광 표시 장치에서, 게이트선(121)에 연결되어 있는 스위칭 게이트 전극(124a), 데이터선(171)에 연결되어 있는 스위칭 소스 전극(173a) 및 스위칭 드레인 전극(175a)은 스위칭 반도체(154a)와 함께 스위칭 박막 트랜지스터(switching TFT)(Qs)를 이루며, 스위칭 박막 트랜지스터(Qs)의 채널은 스위칭 소스 전극(173a)과 스위칭 드레인 전극(175a) 사이의 스위칭 반도체(154a)에 형성된다. 스위칭 드레인 전극(175a)에 연결되어 있는 구동 게이트 전극(124b), 구동 전압선(172)에 연결되어 있는 구동 소스 전극(173b) 및 화소 전극(191)에 연결되어 있는 구동 드레인 전극(175b)은 구동 반도체(154b)와 함께 구동 박막 트랜지스터(driving TFT)(Qd)를 이루며, 구동 박막 트랜지스터(Qd)의 채널은 구동 소스 전극(173b)과 구동 드레인 전극(175b) 사이의 구동 반도체(154b)에 형성된다.
상기와 같이 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치에서는 구동 박막 트랜지스터의 채널을 다결정 반도체에 형성함으로써 높은 전하 이동도 및 안 정성을 가질 수 있고, 이에 따라 발광 소자에 흐르는 전류량을 늘릴 수 있어서 휘도를 높일 수 있다. 또한, 구동 박막 트랜지스터의 채널을 다결정 반도체에 형성함으로써 구동시 계속적인 양(positive) 전압의 인가에 의해 발생하는 문턱 전압 이동 현상(Vth shift)을 방지하여 이미지 고착(image sticking) 및 수명 단축을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 스위칭 박막 트랜지스터 1개와 구동 박막 트랜지스터 1개만을 도시하였지만 이들 외에 적어도 하나의 박막 트랜지스터 및 이를 구동하기 위한 복수의 배선을 더 포함함으로써, 장시간 구동하여도 유기 발광 다이오드(LD) 및 구동 트랜지스터(Qd)가 열화되는 것을 방지하거나 보상하여 유기 발광 표시 장치의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
화소 전극(191), 유기 발광 부재(370) 및 공통 전극(270)은 유기 발광 다이오드(LD)를 이루며, 화소 전극(191)이 애노드(anode), 공통 전극(270)이 캐소드(cathode)가 되거나 반대로 화소 전극(191)이 캐소드, 공통 전극(270)이 애노드가 된다. 또한 서로 중첩하는 유지 전극(127)과 구동 전압선(172)은 유지 축전기(storage capacitor)(Cst)를 이룬다.
그러면 도 10 및 도 11의 유기 발광 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 도 12 내지 도 22를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 도시한 단면도이고, 도 14, 도 16, 도 18, 도 20 및 도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 제조 방법을 차례로 도시한 배치도이고, 도 15는 도 14의 유기 발광 표시 장치를 XV-XV 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 17은 도 16의 유기 발광 표시 장치를 XVII-XVII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 19는 도 18의 유기 발광 표시 장치를 XIX-XIX 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 21은 도 20의 유기 발광 표시 장치를 XXI-XXI 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 23은 도 22의 유기 발광 표시 장치를 XXIII-XXIII 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 도 12에 도시한 바와 같이, 기판(110) 위에 산화규소, 비정질 규소 및 불순물이 도핑된 비정질 규소를 차례로 증착하여 버퍼층(111), 비정질 반도체 층(150a) 및 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층(160a)을 형성한다.
다음, 도 13에 도시한 바와 같이, 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층(160a) 및 비정질 반도체 층(150a)을 한번에 결정화하여 불순물이 도핑된 다결정 반도체 층(160b) 및 다결정 반도체 층(150b)을 형성한다. 이 때 결정화는 고상 결정화, 액상 결정화 또는 엑시머 레이저 열처리 등의 방법으로 수행할 수 있으며, 이 중에서 고상 결정화 방법이 바람직하다. 고상 결정화 후에는 급속 열처리(RTA)를 병행하는 것이 바람직하다.
다음, 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 불순물이 도핑된 다결정 반도체 층(160b) 및 다결정 반도체 층(150b)을 사진 식각하여 섬형의 스위칭 반도체(154a), 구동 반도체(154b) 및 불순물이 도핑된 다결정 반도체(164a, 164b)를 형성한다.
다음, 도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 불순물이 도핑된 다결정 반도체 층(164a, 164b) 및 버퍼층(111) 위에 도전층을 적층하고 사진 식각하여 스위칭 소스 전극(173a)과 끝 부분(179)을 포함하는 데이터선(171), 구동 소스 전극(173b)을 포함하는 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a) 및 구동 드레인 전극(175b)을 형성한다.
이어서, 데이터선(171), 구동 전압선(172), 스위칭 드레인 전극(175a) 및 구동 드레인 전극(175b)을 마스크로 하여 불순물이 도핑된 다결정 반도체(164a, 164b)을 건식 식각하여 복수 쌍의 저항성 접촉 부재(163a, 165a, 163b, 165b)를 형성하고 스위칭 반도체(154a) 및 구동 반도체(154b)의 일부를 노출시킨다.
다음, 도 18 및 도 19에 도시한 바와 같이, 기판 전면에 게이트 절연막(140)을 적층한다.
이어서, 게이트 절연막(140) 위에 도전층을 적층하고 사진 식각하여 스위칭 게이트 전극(124a) 및 끝 부분(129)을 포함하는 게이트선(121)과 구동 게이트 전극(124b)을 형성한다.
다음, 도 20 및 도 21에 도시한 바와 같이, 기판 전면에 보호막(180)을 적층하고 사진 식각하여 복수의 접촉 구멍(181, 182, 184, 185a, 185b)을 형성한다.
다음, 도 22 및 도 23에 도시한 바와 같이, 보호막(180) 위에 ITO 층을 적층한 후 사진 식각하여 화소 전극(191), 연결 부재(85) 및 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다.
다음, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 화소 전극(191), 연결 부재(85), 복수의 접촉 보조 부재(81, 82) 및 보호막(180) 위에 감광성 유기막을 도 포한 후 노광 및 현상하여 복수의 개구부(365)를 가지는 격벽(361)을 형성한다.
이어서, 개구부(365)에 정공 수송층(도시하지 않음) 및 발광층(도시하지 않음)을 포함한 발광 부재(370)를 형성한다. 발광 부재(370)는 잉크젯 인쇄(inkjet printing) 방법 등의 용액 방법(solution process) 또는 증착(deposition)으로 형성할 수 있으며, 그 중 잉크젯 헤드(inkjet head)(도시하지 않음)를 이동시키며 개구부(365)에 용액을 적하하는 잉크젯 인쇄방법이 바람직하며, 이 경우 각 층의 형성 후 건조 단계가 뒤따른다.
마지막으로, 격벽(361) 및 발광 부재(370) 위에 공통 전극(270)을 형성한다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 비정질 반도체 층을 먼저 결정화한 후 패터닝하여 복수의 섬형 반도체를 형성한다. 이 경우 기판은 결정화하는 단계에서 기판 전면에 형성되어 있는 비정질 반도체 층 및 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층에 의해 고정되어 있으므로, 결정화시 가해지는 열에 의해 기판이 수축 또는 팽창되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 비정질 반도체 층을 먼저 결정화한 후 게이트선 또는 데이터선과 같은 도전층을 형성하므로 결정화시 가해지는 열에 의해 게이트선 또는 데이터선이 용융되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 게이트선 또는 데이터선의 재료로 알루미늄과 같은 저융점 도전체를 사용하는데 제한이 없다.
또한 일반적인 다결정 박막 트랜지스터 공정과 달리 이온 도핑과 같은 추가 단계가 필요하지 않으므로 제조 비용 및 제조 시간을 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
다결정 반도체를 포함함으로써 전하 이동성 및 안정성을 높이는 동시에 상술한 박막 트랜지스터의 구조 및 공정에 따라 제조 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
Claims (8)
- 기판 위에 형성되어 있는 다결정 반도체,상기 다결정 반도체 위에 형성되어 있으며 소스 전극을 포함하는 데이터선,상기 다결정 반도체 위에 형성되어 있으며 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극,상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 위에 형성되어 있으며 상기 다결정 반도체와 중첩하는 게이트 전극을 포함하는 게이트선,상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극, 그리고상기 다결정 반도체와 상기 소스 전극 사이 및 상기 다결정 반도체와 상기 드레인 전극 사이에 위치하며 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이를 제외하고는 상기 다결정 반도체와 실질적으로 동일한 평면 모양을 가지는 저항성 접촉 부재를 포함하는 표시 장치.
- 제1항에서,상기 다결정 반도체 하부에 형성되어 있는 버퍼층을 더 포함하는 표시 장치.
- 제1항에서,상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 발광 부재, 그리고상기 발광 부재 위에 형성되어 있는 공통 전극을 더 포함하는 표시 장치.
- 기판 위에 비정질 반도체 층 및 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층을 차례로 적층하는 단계,상기 비정질 반도체 층 및 상기 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층을 결정화하는 단계,상기 결정화된 반도체 층 및 상기 불순물이 도핑된 반도체 층을 패터닝하여 다결정 반도체 및 저항성 접촉층을 형성하는 단계,상기 저항성 접촉층 위에 소스 전극을 포함하는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하는 단계,상기 데이터선 및 상기 드레인 전극을 마스크로 하여 상기 저항성 접촉층을 식각하여 복수의 저항성 접촉 부재를 형성하는 단계,상기 데이터선 및 상기 드레인 전극 위에 게이트 전극을 포함하는 게이트선을 형성하는 단계, 그리고상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
- 제4항에서,상기 비정질 반도체 층 및 상기 불순물이 도핑된 비정질 반도체 층을 결정화하는 단계는 고상 결정화 방법으로 수행하는 표시 장치의 제조 방법.
- 제5항에서,상기 게이트선을 형성하는 단계 전에 상기 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
- 제5항에서,상기 비정질 반도체 층을 적층하는 단계 전에 상기 기판 전면에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
- 제4항에서,상기 화소 전극을 형성하는 단계 후에개구부를 가지는 절연막을 형성하는 단계,상기 개구부에 발광 부재를 형성하는 단계, 그리고상기 발광 부재 및 상기 절연막 위에 공통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2022091756A (ja) * | 2011-04-01 | 2022-06-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 発光装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |