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KR100608403B1 - 유기전계발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

유기전계발광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100608403B1
KR100608403B1 KR1020040019937A KR20040019937A KR100608403B1 KR 100608403 B1 KR100608403 B1 KR 100608403B1 KR 1020040019937 A KR1020040019937 A KR 1020040019937A KR 20040019937 A KR20040019937 A KR 20040019937A KR 100608403 B1 KR100608403 B1 KR 100608403B1
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thin film
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film transistor
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명에 의한 유기전계발광 소자 제조방법은, 기판 상에 박막트랜지스터가 형성되는 단계와; 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 보호막이 형성되고, 상기 보호막 상에 제 1전극이 형성되는 단계와, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극이 노출되도록 상기 드레인 전극 상부에 형성된 보호막 및 제 1전극의 일부 영역에 콘택홀이 형성되는 단계와; 상기 제 1전극의 일부 상부 영역에 버퍼층 및 격벽이 형성되는 단계와; 상기 버퍼층에 의해 정의된 영역 내에 유기 발광층이 형성되는 단계와; 상기 유기 발광층 상부에 제 2전극이 형성되며, 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2전극과 드레인 전극이 연결되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광 소자 및 그 제조방법{Organic Electro luminescence Device and fabrication method thereof}
도 1은 종래의 AMOLED의 기본 화소 구조를 나타낸 회로도.
도 2는 종래의 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 AMOLED의 박막트랜지스터 어레이부 영역을 포함하는 부분에 대한 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 AMOLED의 기본 화소 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 AMOLED의 박막트랜지스터 어레이부 영역을 포함하는 부분에 대한 단면도.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 의한 AMOLED의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
500 : 기판 510 : 게이트 전극
520 : 게이트 절연막 530 : 액티브층
540 : 소스 전극 550 : 드레인 전극
560 : 보호막 570 : 제 1전극
572 : 콘택홀 580 : 버퍼층
582 : 격벽 590 : 유기 발광층
600 : 제 2전극
본 발명은 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 비정질 실리콘(a-Si) 박막트랜지스터가 구동소자로 채용되는 유기전계발광 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판디스플레이(FPD ; Flat Panel Display) 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display Device)가 가장 주목받는 디스플레이 소자였지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 콘트라스트(contrast), 시야각, 그리고 대면적화 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.
새로운 평판디스플레이 중 하나인 상기 유기전계발광 소자는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각, 콘트라스트 등이 우수하며 백라이트가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다.
그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 사용 온도범위도 넓으며, 특히 제조비용 측면에서도 저렴한 장점을 가지고 있다.
특히, 상기 유기전계발광 소자의 제조공정에는, 액정표시장치나 PDP(Plasma Display Panel)와 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 장비가 전부라고 할 수 있기 때문에, 공정이 매우 단순하다.
또한, 각 화소마다 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 가지는 액티브 매트릭스방식으로 유기전계발광 소자를 구동하게 되면, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비 전력, 고정세, 대형화가 가능한 장점을 가진다.
이하, 이러한 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자(이하, AMOLED)의 기본적인 구조 및 동작 특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 AMOLED의 기본 화소 구조를 나타낸 회로도이다.
도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 라인(GL)(2)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되며, 서로 일정간격 이격된 데이터 라인(DL)(3) 및 전원 라인(VDD)(4)이 형성되어 있어, 하나의 화소 영역을 정의한다.
상기 게이트 라인(2)과 데이터 라인(3)의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(switching TFT)(5)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터(5) 및 전원 라인(4)과 연결되어 스토리지 캐패시터(CST)(6)가 형성되어 있으며, 이 스토리지 캐패시터(CST)(6) 및 전원 라인(4)과 연결되어, 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터(7)가 형성되어 있고, 이 구동 박막트랜지스터(7)와 연결되어 유기전계발광 다이오드(Electro luminescent Diode)(8)가 구성되어 있다.
이 유기전계발광 다이오드(8)는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하면, 정공 제공층인 양극(anode electrode)과 전자 제공층인 음극(cathode electrode)간의 P(positive)-N(negative) 접합(Junction)부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하여, 상기 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지를 가지게 되므로, 이때 발생하는 에너지 차로 인해 빛을 방출하는 원리를 이용하는 것이다.
즉, 상기 AMOLED의 화소는 기본적으로 게이트 구동전압인 화소 전압을 어드레싱(addressing) 하기 위한 스위칭 박막트랜지스터(5)와 AMOLED의 구동전류를 제어하는 구동 박막트랜지스터(7)로 구성되어 있으며, 화소 전압을 안정적으로 유지하기 위한 스토리지 캐패시터(storage capacitor)(6)가 필수적으로 요구된다.
또한, 상기 유기전계발광 소자는 유기전계발광 다이오드에서 발광된 빛의 진행방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉜다.
이 때, 상기 AMOLED에 사용되는 박막트랜지스터는 액티브 채널로서의 역할을 수행하는 반도체 박막의 상태에 따라 비정질 실리콘(a-Si) 박막트랜지스터와, 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터로 구분될 수 있다.
최근 들어 높은 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 갖는 폴리 실리콘 박막트랜지스터를 상기 AMOLED에 적용하도록 하는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 AMOLED에 적용하는 것이 보다 일반적이라 할 수 있다.
상기 도 1은 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 적용한 AMOLED를 나타내는 것으로, 이 경우 상기 박막트랜지스터는 n-type으로 구성되며, 그에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 상기 유기전계발광 다이오드는 구동 박막트랜지스터(7)의 소스 전극(S)에 연결되도록 구성되어야 하며, 상기 전원 라인(4)은 구동 박막트랜지스터(7)의 드레인 전극(D)에 연결되도록 구성된다.
도 2는 종래의 유기전계발광 소자에 대한 개략적인 단면도로서, 이는 하부 발광방식으로 동작하는 AMOLED의 단면 구조를 나타내고 있다.
도시한 바와 같이, 종래의 하부 발광방식 AMOLED는 투명한 제 1 기판(12)의 상부에 박막트랜지스터(T) 어레이부(14)와, 상기 박막트랜지스터 어레이부(14)의 상부에 유기전계발광 다이오드를 구성하는 양극(16), 유기 발광층(18), 음극(20)이 순차적으로 형성된다.
이 때, 상기 유기 발광층(18)은 적(R),녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 상기 각 화소(P)마다 적, 녹, 청색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용하며, 이는 다층의 유기막층으로 구성될 수 있다.
즉, 상기 양극(anode), 음극(cathode) 사이에 형성되는 유기 발광층을 정공주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 순서로 적층하여 형성할 수 있는 것이다.
상기 제 1 기판(12)이 흡습제(22)가 부착된 제 2 기판(28)과 실런트(26)를 통해 합착되어 인캡슐화된 유기전계 발광소자(10)가 완성된다.
여기서, 상기 흡습제(22)는 캡슐내부에 침투할 수 있는 수분과 산소를 제거하기 위한 것이며, 기판(28)의 일부를 식각하고 식각된 부분에 흡습제(22)를 채우고 테이프(25)로 고정한다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 AMOLED의 박막트랜지스터 어레이부 영역을 포함하는 부분에 대한 단면도이다.
단, 이는 상기 박막트랜지스터 어레이부의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 영역에 대한 단면을 나타내고 있다.
일반적으로, AMOLED의 박막트랜지스터 어레이부는 기판에 정의된 다수의 화소(P)마다 스위칭 소자와 구동 소자, 스토리지 캐패시터가 구성되며, 동작의 특성에 따라 상기 스위칭 소자 또는 구동 소자는 각각 하나 이상의 박막트랜지스터의 조합으로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 스위칭 박막트랜지스터(TS)와 구동 박막트랜지스터(TD)는 각각 게이트 전극과 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터가 사용되는데, 이 때, 상기 AMOLED에 사용되는 박막트랜지스터는 액티브 채널로서의 역할을 수행하는 반도체 박막의 상태에 따라 비정질 실리콘(a-Si) 박막트랜지스터와, 폴리 실리콘(p-Si) 박막트랜지스터로 구분될 수 있다.
도 3에 도시된 AMOLED는 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 적용한 AMOLED를 나타내는 것으로, 이 경우 상기 박막트랜지스터는 앞서 설명한 바와 같이 n-type으로 구성되며, 그에 따라 상기 유기전계발광 다이오드의 양극이 상기 구동 박막트랜 지스터의 소스 전극에 연결되도록 구성되어야 한다.
도 3을 참조하면, 구동 박막트랜지스터(TD)는 게이트 전극(30)과 게이트 절연막(31), 소스/ 드레인 전극(33, 34)으로 구성되며, 상기 소스 전극(33) 및 드레인 전극(34) 사이에 상기 액티브층(32)이 구성된다.
또한, 상기 화소영역은 상기 소스 전극(33)과 접속되는 양극(36)과, 상기 양극(36)의 상부에 구성되는 다층 또는 단층의 유기 발광층(38)과, 상기 유기 발광층(38)의 상부에 전자를 주입하는 음극(39)이 구성된다. 이 때 상기 양극(36)은 상기 유기 발광층(38)에 정공을 주입하는 역할을 한다.
또한, 상기 유기 발광층(38)이 다층으로 구성될 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 이는 정공주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 구성으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 화소영역은 각각 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 각각의 화소영역은 격벽(37)에 의해 서로 분리 형성된다.
즉, 상기 종래의 AMOLED는 상기 구동 박막트랜지스터(TD)가 각각 형성된 화소영역 상에 화소전극으로서의 양극(36)이 상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 소스 전극(33)과 접속되도록 형성되고, 상기 양극(36)의 상부에 상기 각 화소영역을 구분 짓는 역할을 수행하는 격벽(37)이 형성되며, 상기 각각의 격벽(37) 내에 정공 주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 유기 발광층(38)이 형성되고, 그 위에 대향전극으로서의 음극(39)이 더 형성됨으로써 이루어 진다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 구동 박막트랜지스터로 사용하는 종래의 AMOLED는, 상기 유기전계발광 다이오드의 양극(anode)(36)이 상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 소스 전극(33)과 접하고, 그 상부로 유기 발광층(38), 음극(39)이 형성되는 구조로 형성됨을 알 수 있다.
즉, 종래의 구조에 의하면 상기 유기전계발광 다이오드의 양극(36)이 구동 박막트랜지스터(TD)의 소스전극(33)에 연결되어 화소전극으로서의 역할을 하고, 음극(39)이 대향전극 즉, 공통전극으로서의 역할을 수행하게 되는데, 이는 일반적으로 음극이 화소전극, 양극이 공통전극으로 적용되는 구조에 반하는 것이다.
따라서, 상기와 같은 구조로 AMOLED의 화소를 구성할 경우 회로 구성 상의 문제로 회로가 안정되지 않아 구동 불량을 야기하게 되는 문제가 발생된다.
본 발명은 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자에 있어서, 각 화소의 구동 소자를 이루는 박막트랜지스터를 비정질 박막트랜지스터로 구성하고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(cathode)이 접속되도록 하면서, 상기 유기전계발광 다이오드의 적층 순서를 기존과 동일하게 유지(conventional EL 구조)함으로써, 유기전계발광 소자를 용이하고, 안정적으로 구동케 하는 유기전계발광 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 유기전계발광 소자는, 기판에 형성된 다수의 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 순차적으로 형성되는 보호막 및 제 1전극과; 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극이 노출되도록 상기 드레인 전극 상부에 형성된 상기 보호막 및 제 1전극의 일부 영역에 형성된 콘택홀과; 상기 제 1전극의 일부 상부 영역에 형성되는 버퍼층 및 격벽과; 상기 버퍼층에 의해 정의된 영역 내에 형성되는 유기 발광층과; 상기 유기 발광층 상부에 형성되며, 상기 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제 2전극으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 박막트랜지스터는 상기 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브층, 오믹콘택층, 소스 및 드레인 전극이 순차적으로 구성되고, 상기 액티브층은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성되며, 상기 박막트랜지스터는 n-type으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1전극으로는 투명 도전물질로서의 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 알루미늄(Al), 크롬(Cr)과 같은 유색 금속물질이 사용될 수 있으며, 상기 투명 도전물질이 상기 제1전극으로 사용되는 경우는 상기 제 1전극 하부에 반사판으로서의 역할을 하는 금속층이 더 구비됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1전극은 상기 콘택홀 형성 영역을 제외한 기판 상의 모든 화소영역 상에 전체적으로 형성되어 있고, 상기 버퍼층는 각 화소영역 내의 유기 발광층이 형성되는 영역 외곽부에 구비되며, 상기 격벽은 각 화소영역을 구분 짓도록 하는 것으로 상기 버퍼층 상부 일부 영역에 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기 발광층은 상기 제 1전극 상부로부터 정공 주입층(HIL), 정 공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 순서로 적층되어 형성되며, 상기 제 2전극은 상기 격벽에 의해 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성되며, 상기 제 2전극에 사용되는 금속은 빛이 투과 가능한 금속으로 구성되거나, 또는 그 두께를 100Å 이하로 하여 빛이 투과하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 유기전계발광소자 제조방법은, 기판 상에 박막트랜지스터가 형성되는 단계와; 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 보호막이 형성되고, 상기 보호막 상에 제 1전극이 형성되는 단계와, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극이 노출되도록 상기 드레인 전극 상부에 형성된 보호막 및 제 1전극의 일부 영역에 콘택홀이 형성되는 단계와; 상기 제 1전극의 일부 상부 영역에 버퍼층 및 격벽이 형성되는 단계와; 상기 버퍼층에 의해 정의된 영역 내에 유기 발광층이 형성되는 단계와; 상기 유기 발광층 상부에 제 2전극이 형성되며, 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2전극과 드레인 전극이 연결되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 박막트랜지스터는 상기 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브층, 오믹콘택층, 소스 및 드레인 전극이 순차적으로 구성되고, 상기 액티브층은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성되며, 상기 박막트랜지스터는 n-type으로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 의한 AMOLED의 기본 화소 구조를 나타낸 도면이다.도시한 바와 같이, 제 1 방향으로 게이트 라인(GL)(42)이 형성되어 있고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 형성되며, 서로 일정간격 이격된 데이터 라인(DL)(43) 및 전원 라인(VDD)(44)이 형성되어 있어, 하나의 화소 영역을 정의한다.
상기 게이트 라인(42)과 데이터 라인(43)의 교차지점에는 어드레싱 엘리먼트(addressing element)인 스위칭 박막트랜지스터(switching TFT)(45)가 형성되어 있고, 이 스위칭 박막트랜지스터(45) 및 전원 라인(44)과 연결되어 스토리지 캐패시터(CST)(46)가 형성되어 있으며, 이 스토리지 캐패시터(CST)(46) 및 전원 라인(44)과 연결되어, 전류원 엘리먼트(current source element)인 구동 박막트랜지스터(47)가 형성되어 있고, 이 구동 박막트랜지스터(47)와 연결되어 유기전계발광 다이오드(Electro luminescent Diode)(48)가 구성되어 있다.
이 유기전계발광 다이오드(48)는 유기발광물질에 순방향으로 전류를 공급하면, 정공 제공층인 양극(anode electrode)과 전자 제공층인 음극(cathode electrode)간의 P(positive)-N(negative) 접합(Junction)부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하여, 상기 전자와 정공이 떨어져 있을 때보다 작은 에너지를 가지게 되므로, 이때 발생하는 에너지 차로 인해 빛을 방출하는 원리를 이용하는 것이다.
즉, 상기 AMOLED의 화소는 기본적으로 게이트 구동전압인 화소 전압을 어드레싱(addressing) 하기 위한 스위칭 박막트랜지스터(45)와 AMOLED의 구동전류를 제어하는 구동 박막트랜지스터(47)로 구성되어 있으며, 화소 전압을 안정적으로 유지하기 위한 스토리지 캐패시터(storage capacitor)가 필수적으로 요구된다.
본 발명은 도 1에 도시된 종래의 AMOLED 회로 구성과는 달리 구동 박막트랜지스터(47)의 드레인 전극(D)에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 2전극 즉, 음극(cathode)이 연결되어 있으며, 이에 따라 상기 구동 박막트랜지스터(47)의 소스 전극(S)에는 상기 전원 라인(44)이 연결되어 있음을 그 특징으로 한다.
이 때, 상기 구동 박막트랜지스터(47)는 n-type의 비정질 실리콘(a-Si) 박막트랜지스터 즉, 비정질 실리콘을 통해 액티브 층을 형성하는 박막트랜지스터로 구성된다.
이와 같이 각 화소의 구동 소자를 이루는 박막트랜지스터를 비정질 박막트랜지스터로 구성하고, 상기 구동 박막트랜지스터(47)의 드레인 전극(D)에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(cathode)이 접속되도록 함으로써, 유기전계발광 소자의 안정적인 구동을 가능케 할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 경우 상기 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(cathode)이 구동 박막트랜지스터(47)의 드레인전극(D)에 연결되어 화소전극으로서의 역할을 하고, 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(양극(anode))이 대향전극 즉, 공통전극으로서의 역할을 수행하게 됨으로써, 회로를 안정적으로 구성하여 AMOLED의 동작을 안정적으로 구동할 수 있게 되는 것이다.
일반적으로 각 화소의 구동 소자를 이루는 박막트랜지스터를 비정질 박막트랜지스터로 구성할 경우, 상기 비정질 실리콘의 이동도는 결정질 실리콘에 비해 0.5 ~ 1cm2/Vsec 정도 낮기 때문에, 유기 발광층을 구동시키기 위해서는 구동 박막 트랜지스터의 폭(Width)과 길이(Length)의 비율(W/L)을 크게 해야만 한다.
이와 같이 상기 구동 박막트랜지스터의 폭과 길이의 비율을 크게 하기 위해서는 구동 박막트랜지스터의 크기가 커질 수 밖에 없으며, 상기 구동 박막트랜지스터(TD)가 커지게 되면, 하부발광방식의 유기전계발광 소자의 개구율이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 비정질 박막트랜지스터가 채용된 유기전계발광 소자는 하부발광방식이 아닌 상부발광 방식으로 동작하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 의한 AMOLED의 박막트랜지스터 어레이부 영역을 포함하는 부분에 대한 단면도로서, 이는 상기 박막트랜지스터 어레이부의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 영역에 대한 단면을 나타내고 있다.
여기서, 도 5는 도 3에 도시된 종래의 AMOLED의 단면도에 대응되는 것으로, 기본적인 구성은 동일하나, 구동 박막트랜지스터의 소스 및 드레인 전극의 위치가 변경되고, 상기 드레인 전극에 접속하는 유기전계발광 다이오드의 전극이 제 1전극(anode)이 아닌 제 2전극(cathode)인 것이 차이가 있는 것이다.
단, 본 발명은 상기 유기전계발광 다이오드의 적층 순서를 inverted EL 구조가 아닌 conventional EL 구조를 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 conventional EL 구조는 상기 유기전계발광 다이오드를 형성함에 있어, 제 1전극(anode), 정공주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL), 제 2전극(cathode)의 순서로 적층하는 것을 말하는 것이고,
상기 inverted EL 구조는 그 반대로 제 2전극(cathode), 전자전달층(ETL), 발광층(EML), 정공전달층(HTL), 정공주입층(HIL), 제 1전극(anode)의 순서로 적층하는 것을 말한다.
상기 inverted EL 구조는 종래의 AMOLED 구동 불안정 문제를 극복하기 위해 제시된 구조이나, 이는 유기발광층 및 양극의 계면이 손상(damage) 받기 쉽고, 소자의 특성에 영향을 줄 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
종래의 AMOLED는 앞서 설명한 바와 같이 conventional EL 구조로 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극이 구동 박막트랜지스터의 소스전극과 연결되도록 하부에 형성되었으나, 이에 본 발명은 상기 conventional EL 구조를 유지하면서 유기전계발광 다이오드의 제 2전극과 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 연결시키도록 형성된다는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 의한 AMOLED의 박막트랜지스터 어레이부는 기판에 정의된 다수의 화소(P)마다 스위칭 소자와 구동 소자, 스토리지 캐패시터(미도시)가 구성되며, 동작의 특성에 따라 상기 스위칭 소자 또는 구동 소자는 각각 하나 이상의 박막트랜지스터의 조합으로 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 본 발명에 의한 AMOLED는 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 적용한 AMOLED를 나타내는 것으로, 이 경우 도 5에 도시된 구동 박막트랜지스터는 앞서 설명한 바와 같이 n-type으로 구성된다.
종래의 경우 상기 구동 박막트랜지스터가 n-type의 비정질 실리콘 박막트랜지스터이면, 상기 유기전계발광 다이오드의 제 1전극이 상기 구동 박막트랜지스터 의 소스 전극에 연결되도록 구성되어야 했으며, 그에 따라 소자의 구동이 안정적이지 못하다는 단점이 있었으나, 본 발명은 conventional EL 구조를 유지하면서 유기전계발광 다이오드의 제 2전극과 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극을 연결시키도록 형성함으로써 상기 문제를 극복할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 구동 박막트랜지스터(TD)는 기판(500) 상에 게이트 전극(510), 게이트 절연막(520), 소스/ 드레인 전극(540, 550)으로 구성되며, 상기 소스 전극(540) 및 드레인 전극(550) 사이에 상기 액티브층(530)이 구성된다.
또한, 상기 화소영역은 상기 드레인 전극(550)과 접속되는 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(600)과, 상기 제 2전극(600)의 하부에 구성되는 다층 또는 단층의 유기 발광층(590)과, 상기 유기 발광층(590)으로 정공를 주입하는 제 1전극(570)이 구성된다. 이 때 상기 제 2전극(600)은 상기 유기 발광층(590)에 전자를 주입하는 역할을 한다.
즉, 본 발명은 상기 유기전계발광 다이오드를 형성함에 있어서, conventional EL 구조를 적용하여 유기전계발광 다이오드의 제 1전극(570), 유기 발광층(590), 음극(600)을 순차적으로 형성하나, 구동 박막트랜지스터(TD)의 드레인 전극(550)에 연결되는 전극을 최상단에 형성된 제 2전극(600)으로 하는 것에 그 특징이 있는 것이다.
또한, 상기 유기 발광층(590)이 다층으로 구성될 경우에는 앞서 설명한 바와 같이, 제 1전극(570)으로부터 순차적으로 정공주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광 층(EML), 전자전달층(ETL)이 적층되는 구성으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 화소영역은 각각 매트릭스 형태로 배열되어 있으며, 각각의 화소영역은 격벽(582)에 의해 서로 분리 형성된다.
즉, 본 발명에 의한 AMOLED는, 구동 박막트랜지스터(TD)가 구비된 기판(500) 상에 공통전극으로서의 제 1전극(유기전계발광 다이오드의 양극(anode))(570)이 전체적으로 형성된다.
또한, 상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 드레인 전극(550)이 노출되도록 상기 드레인 전극(550) 상부의 제 1전극(570) 및 보호막(560)에 콘택홀(미도시)이 형성되며, 상기 제 1전극(570)의 상부 소정 영역에 각각의 화소영역을 구분 짓는 역할을 수행하는 격벽(582)이 형성된다.
또한, 상기 각 격벽(582) 내의 화소영역에 정공 주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 유기 발광층(590)이 형성되며, 그 위에 화소전극으로서의 제 2전극(600)이 형성되어 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2전극(600)과 드레인 전극(550)이 연결되는 구조로 이루어 진다.
이 때, 상기 제 2전극(600)은 도시된 바와 같이 상기 격벽(582)에 의해 각각의 화소영역 별로 분리되어 있으며, 상기 제 1전극(570)은 상기 콘택홀 형성 영역을 제외한 전 기판 상에 형성되어 있어 화소 대 화소(pixel to pixel)로 연결되어 있음을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 AMOLED의 제조 공정은 이하 도 6을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 의한 AMOLED의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도로서, 이는 도 5에 도시된 영역에 대한 제조 공정을 나타내는 것으로, 이는 상기 박막트랜지스터 어레이부의 구동 박막트랜지스터를 포함하는 영역에 대한 제조 공정 단면도이다.
먼저 도 6a에 도시된 바와 같이 기판(500) 상에 비정질 실리콘(a-Si) 박막트랜지스터가 형성된다.
즉, 상기 기판(500)에 정의된 다수의 화소영역마다 스위칭 소자 또는 구동 소자로서의 박막트랜지스터가 형성되는 것이며, 도 6a에는 각 화소영역에 형성된 구동 박막트랜지스터(TD)가 도시되어 있다.
상기 비정질 실리콘 박막트랜지스터는 도시된 바와 같이 기판(500) 상에 게이트 전극(510), 게이트 절연막(520), 액티브층(530), 소스 및 드레인 전극(540, 550)이 순차적으로 적층하여 구성된다.
이 때, 상기 액티브층(530)은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성되며, 이 경우 상기 박막트랜지스터는 n-type으로 구성된다.
상기 박막트랜지스터는 다수의 마스크 공정을 통해 형성되며, 최근 들어서는 상기 액티브층(530) 및 소스/ 드레인 전극(540, 550)을 한 번의 마스크 공정으로 형성토록 하여 제조 공정을 단축시키는 것이 일반적이다.
다음으로는 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판(500) 상에 보호막(560)이 형성되고, 상기 보호막(560) 상에 공통전극으로서의 제 1전극(anode)(570)이 형성된다.
이 때, 상기 보호막(560)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 또는 BCB, 포토 아크릴 등으로 형성될 수 있으며, 상기 제 1전극(570)은 유기전계발광 다이오드의 양극을 의미하는 것으로, 투명 도전물질로서 ITO(Indium-Tin-Oxide)가 사용되거나, 또는 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 등의 유색 금속물질이 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 박막트랜지스터로 비정질 실리콘 박막트랜지스터를 사용하게 되면, 그 크기가 크게 되어 하부 발광방식을 채용하는 것이 불리하게 때문에 상부발광 방식을 채택하는 것이 일반적이다.
따라서, 상기 공통전극으로서의 제 1전극(570)의 재료를 선택함에 있어, 이를 ITO 등의 투명 도전성 물질을 사용하는 경우는 그 하부에 반사판으로서의 역할을 하는 금속층(미도시)이 더 형성되는 것이 바람직하다.
단, 상기 제 1전극(570)의 재료로 알루미늄(Al) 또는 크롬(Cr) 등 유색 금속을 사용할 경우에는 상기 반사판은 형성하지 않아도 무방하다.
다음으로는 도 6c에 도시된 바와 같이 상기 구동 박막트랜지스터(TD)의 드레인 전극(550)이 노출되도록 상기 드레인 전극(550) 상부에 형성된 보호막(560) 및 양극(570)의 일부 영역에 콘택홀(572)이 형성된다.
이는 이후에 형성될 제 2전극이 상기 드레인 전극(550)과 연결되도록 하기 위함이다.
또한, 상기 콘택홀(572)은 단지 드레인 전극(550) 상부의 소정 영역에 대해서만 형성되는 것이므로, 상기 제 1전극(570)은 기판 상의 모든 화소영역 상에 전체적으로 형성되어 있음에는 변함이 없다.
즉, 상기 제 1전극(570)은 상기 콘택홀(572) 형성 영역을 제외한 전 기판 상에 형성되어 있어 화소 대 화소(pixel to pixel)로 연결되어 있음을 특징으로 한다.
그 다음 상기 콘택홀(572)이 형성된 후 도 6d에 도시된 바와 같이 상기 양극(570)의 일부 상부 영역에 버퍼층(580) 및 격벽(582)이 형성된다.
여기서, 상기 버퍼층(580)은 유기 발광층이 형성되는 영역을 정의하는 역할을 하는 것이며, 상기 격벽(582)은 각각의 화소영역을 구분 짓는 역할을 수행한다.
즉, 상기 버퍼층(580)은 각 화소영역 내의 유기 발광층이 형성되는 영역 외곽부에 구비되어 유기 발광층이 상기 버퍼층(580) 이외의 영역에 형성되지 않도록 하며, 상기 격벽(582)은 각각의 화소영역을 구분 짓도록 하는 것으로 상기 버퍼층(580) 상부 일부 영역에 형성된다.
다음으로는 도 6e에 도시된 바와 같이 상기 버퍼층(580)에 의해 정의된 영역 내에 유기 발광층(590)이 형성된다.
상기 유기 발광층(590)은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있으나, 다층으로 형성하는 것이 일반적이며, 이 경우 도시된 바와 같이 상기 제 1전극(570) 상부로부터 정공 주입층(HIL)(592), 정공전달층(HTL)(594), 발광층(EML)(596), 전자전달층(ETL)(598)의 순서로 적층되어 형성된다.
상기 유기 발광층(590)은 버퍼층(580)에 의해 정의된 영역 내에 형성되기 때문에 상기 콘택홀(572)이 형성된 영역에는 형성되지 않는다.
이와 같이 유기 발광층(590)이 형성되면, 마지막으로 도 6f에 도시된 바와 같이 화소전극으로서의 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(600)이 형성되어 상기 콘택홀(572)을 통해 상기 제 2전극(600)과 드레인 전극(550)이 연결되는 구조가 이루어진다.
이 때, 상기 제 2전극(600)은 도시된 바와 같이 상기 격벽(582)에 의해 각각의 화소 별로 분리되어 형성됨을 특징으로 한다.
단, 상기 본 발명에 의한 AMOLED는 상부 발광방식이 적용될 수 있으므로, 상기 제 2전극(600)에 사용되는 금속은 빛이 투과 가능한 금속으로 구성되거나, 또는 그 두께를 100Å 이하로 하여 빛이 투과하는데 문제 없도록 구성함에 그 특징이 있다.
상기와 같은 제조 공정을 통해 본 발명에 의한 AMOLED를 제조하게 되면, 각 화소에 구비된 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 2전극이 접속되도록 하면서, 상기 유기전계발광 다이오드의 적층 순서를 기존과 동일하게 유지(conventional EL 구조)함으로써, 유기전계발광 소자를 용이하고, 안정적으로 구동케 할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 액티브 매트릭스형 유기전계발광 소자에 있어서, 각 화소의 구동 소자를 이루는 박막트랜지스터를 비정질 박막트랜지스터로 구 성하고, 상기 구동 박막트랜지스터의 드레인 전극에 상기 유기전계발광 다이오드의 제 2전극(cathode)이 접속되도록 하여, 유기전계발광 소자의 안정적인 구동을 가능케 하는 장점이 있다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 박막트랜지스터가 형성되는 단계와;
    상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 보호막이 형성되고, 상기 보호막 상에 제 1전극이 형성되는 단계와,
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극이 노출되도록 상기 드레인 전극 상부에 형성된 보호막 및 제 1전극의 일부 영역에 콘택홀이 형성되는 단계와,
    상기 제 1전극의 일부 상부 영역에 버퍼층 및 격벽이 형성되는 단계와;
    상기 버퍼층에 의해 정의된 영역 내에 유기 발광층이 형성되는 단계와;
    상기 유기 발광층 상부에 제 2전극이 형성되며, 상기 콘택홀을 통해 상기 제 2전극과 드레인 전극이 연결되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 상기 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브층, 오믹콘택층, 소스 및 드레인 전극이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 액티브층은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성되며, 상기 박막트랜지스터는 n-type으로 구성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극으로는 투명 도전물질로서의 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 알루미늄(Al), 크롬(Cr)과 같은 유색 금속물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1전극으로 투명 도전물질이 사용되는 경우는 상기 제 1전극 하부에 반사판으로서의 역할을 하는 금속층이 형성되는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극은 상기 콘택홀 형성 영역을 제외한 기판 상의 모든 화소영역 상에 전체적으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 각 화소영역 내의 유기 발광층이 형성되는 영역 외곽부에 구비되며, 상기 격벽은 각 화소영역을 구분 짓도록 하는 것으로 상기 버퍼층 상부 일부 영역에 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 상기 제 1전극 상부로부터 정공 주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 순서로 적층되어 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2전극은 상기 격벽에 의해 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2전극은 빛이 투과할 수 있는 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자 제조방법.
  11. 기판에 형성된 다수의 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터가 형성된 기판 상에 순차적으로 형성되는 보호막 및 제 1전극과;
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극이 노출되도록 상기 드레인 전극 상부에 형성된 상기 보호막 및 제 1전극의 일부 영역에 형성된 콘택홀과;
    상기 제 1전극의 일부 상부 영역에 형성되는 버퍼층 및 격벽과;
    상기 버퍼층에 의해 정의된 영역 내에 형성되는 유기 발광층과;
    상기 유기 발광층 상부에 형성되며, 상기 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되는 제 2전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 상기 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브층, 오믹콘택층, 소스 및 드레인 전극이 순차적으로 구성된 것임을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 액티브층은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성되며, 상기 박막트랜지스터는 n-type으로 구성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1전극으로는 투명 도전물질로서의 ITO(Indium-Tin-Oxide) 또는 알루미늄(Al), 크롬(Cr)과 같은 유색 금속물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 투명 도전물질이 상기 제1전극으로 사용되는 경우는 상기 제 1전극 하부에 반사판으로서의 역할을 하는 금속층이 더 구비됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1전극은 상기 콘택홀 형성 영역을 제외한 기판 상의 모든 화소영역 상에 전체적으로 형성되어 있음을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 버퍼층는 각 화소영역 내의 유기 발광층이 형성되는 영역 외곽부에 구비되며, 상기 격벽은 각 화소영역을 구분 짓도록 하는 것으로 상기 버퍼층 상부 일부 영역에 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 유기 발광층은 상기 제 1전극 상부로부터 정공 주입층(HIL), 정공전달층(HTL), 발광층(EML), 전자전달층(ETL)의 순서로 적층되어 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2전극은 상기 격벽에 의해 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2전극은 빛이 투과할 수 있는 금속으로 구성됨을 특징으로 하는 유기전계발광 소자.
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