[논문]유기박막트랜지스터의 플렉시블 디스플레이 패널 적용 연구

이명원; 류기성; 송정근

유기박막트랜지스터의 플렉시블 디스플레이 패널 적용 연구 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.8 no.3, 2007년, pp.12 - 17

이명원 (동아대학교 전자공학과) , 류기성 (동아대학교 전자공학과) , 송정근 (동아대학교 전자공학과)

초록
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유기박막트랜지스터(OTFT)는 지난 십 수년 간 개발되어 상용화의 단계에 도달하여 우선적으로 플렉시블 디스플레이에 적용될 것으로 예상된다. 본 논문에서는 EPD와 OLED의 구동소자로서 OTFT를 사용한 플렉시블 디스플레이 패널 제작에 대해서 살펴본다. EPD와 OLED는 소자의 구조와 특성이 다르기 ��문에 OTFT 어레이와 집적화 시 고려해야 할 요소들도 다르다. EPD는 문턱전압이 없으므로 스위칭 소자로서 OTFT가 반드시 필요하다. 또한 전압구동소자이고 동작이 느리기 ��문에 OTFT의 이동도가 $0.01cm^2/V.sec$ 이상만 되어도 사용 가능하고 쌍안정 소자임에도 불구하고 저장 캐패시터를 사용하여야 한다. 그리고 OTFT 패널과 EPD 패널을 상호 부착해야 하므로 OTFT 어레이에 영향을 주지 않는 중간층이 중요한 요소이다. OLED는 전류구동소자이므로 OTFT의 이동도가 최소 $0.1cmcm^2/V.sec$ 이상이어야 하고, OTFT 어레이와 동일한 패널을 사용하므로 제조 공정의 호환성이 필수 요건이다.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 논문에서는 OTFT를 유기발광소자 (Organic Light Emitting Diode ; OLED)와 EPD에 적용하여 패널을 제작한 사례를 중심으로 설계와 공정의 문제점들을 논의하고자 한다.
본 논문에서는 OTFT-EPD와 OTFT-OLED 패널의 제작 사례를 통하여 OTFT의 설계 요건과 공정의 문제점들을 살펴보았다. EPDfe 동작속도(상승시간 130msec) 가 느리기 때문에 높은 성능의 OTFT는 필요하지 않았다.
[표 1] 특히, 영국의 plastic logic사의 유기반도체 공장 설립은 OTFT의 실용화를 앞당기는 의미 있는 것으로 평가된다. 이러한 연구를 바탕으로 OTFT-EPD 패널 기술과 OTFT-OLED 패널 기술을 중심으로 논의하고자 한다.

가설 설정

OTFT의 lofffe 프레임시간(7> = 页^= 16.7msec) 동안 Cs의 전압감소량 Vdrg이 계조전압 (gray voltage) 보다 작아야 하는데 여기서는 Cs의 충전 전압의 1% 즉 150 mV를 계조전압으로 가정하였다. OTFT가 Off 상태인 경우 누설전류를 loff, 누설 저항을 Roff라 가정하면, 시간 t 초경과 후의 EPD전압 Vp(t)와 전압강하 Vdrope 식 (3) 과같이 나타낼 수 있다.

제안 방법

[그림 8]은 2층 PVP 가 1층 보다 누설전류가 약 100배 정도 감소하였음을 보여준다. 포토공정 후。2플라즈마를 이용하여 게이트 절연체를 형상화 하였고, S/D 전극은 금을 lift-off 공정을 이용하여 형성하였다. 활성층은 펜타센을 쉐도우 마스크를 이용하여 진공 증착하였으며, OLED 유기물 (2-TNATA, NPD, Alq3) 과 OLED 음극 전극을 형성하였다.
AMEPD의 제작은 DuPont Teijin에서 판매되는 PEN 필름위에 하부전극 구조로 제작을 하였고, 오염원의 방지를 위해 class 1000의 클린룸에서 세정공정과 기판의 수축을 줄이기 위한 열공정을 진행하였다. 게이트 절연막은 cross linked-PVP (poly-vinyl-phenol) < 스핀코팅 공정으로 성막을 하였고, 소스 드레 인 (S/D) 전극은 사진식각 (photolithograph)공정으로 채널 30/mi 폭 150“m로 금 (Au) 를진공 증착하여 형성하였다.
위한 열공정을 진행하였다. 게이트 절연막은 cross linked-PVP (poly-vinyl-phenol) < 스핀코팅 공정으로 성막을 하였고, 소스 드레 인 (S/D) 전극은 사진식각 (photolithograph)공정으로 채널 30/mi 폭 150“m로 금 (Au) 를진공 증착하여 형성하였다.
그리고 OTFT의 드레인 픽셀전극 외에 배선 전극 등 다른 전극으로부터 EPD에 전압이 인가되지 않도록 하기 위하여 OTFT 하판과 EPD 상판 사이에 중간층을 삽입하고 하판의 OTFT 드레인 전극을 EPD 상판으로 연결하기 위한 비어 홀을 중간층에 형성한다. 중간층은 OTFT 상층에 형성되므로 유기물인 OTFT에 최소의 영향을 주어야 한다.
sec)의 W/Le 24보다 커야 한다. 또한 구동 OTFT는 안정된 출력전류를 공급하는 포화영역에서 동작하도록 설계한다. Vdd 는 OTFT와 OLED에 의해 전압이 분배 되며 동일한 전류 값을 가지므로 [그림 5]와 같이 두 개의 특성 그래프가 만나는 부분이 동작점이 되며, 이 동작점이 포화영역에 포함되도록 해야 한다.
스위칭 OTFT는 앞에서 언급한 EPD의 OTFT와 동일한 역할을 하며, 34.5//sec(T°n의 50%) 동안 충전률 99% 의 조건으로 스위칭 OTFT의 W/L=5을 설계하였다. 또한 Ton 동안 충전된 Cs의 전압은 Toff 동안 누설 전류에 의해 감소(Vgp)하므로, 스위칭 OTFT의 누설전류는 식 (4) 를 만족하여야 한다.
포토공정 후。2플라즈마를 이용하여 게이트 절연체를 형상화 하였고, S/D 전극은 금을 lift-off 공정을 이용하여 형성하였다. 활성층은 펜타센을 쉐도우 마스크를 이용하여 진공 증착하였으며, OLED 유기물 (2-TNATA, NPD, Alq3) 과 OLED 음극 전극을 형성하였다.

대상 데이터

패널을 완성하였다. 200mm X 200mm 기판에 4 패널을 동시에 제작하였으며, 수율과 재현성이 높은 공정기술을 확보하였다.
중간층은 OTFT 상층에 형성되므로 유기물인 OTFT에 최소의 영향을 주어야 한다. mi기 이러한 조건을 충족시키기 위하여 먼저 수용성 재료로써 OTFT 위에 1층을 형성하고 외부의 수분 침투를 막을 수 있는 유기재료를 그 위에 성막한 2층 구조의 중간층을 사용하였다.
알루미늄을 사용하였다. 게이트 절연체는 EPD와 동일하게 PVP를 사용하였고, 啊 핀홀에 의한 누설전류를 줄이기 위하여 2층 구조를 사용하였다. [그림 8]은 2층 PVP 가 1층 보다 누설전류가 약 100배 정도 감소하였음을 보여준다.
소자 제작은 OLED의 양극 전극 및 캐패시터의 하부 전극으로 ITO를 습식 식각으로 형성하고, 스캔 전극과 외부 배선은 알루미늄을 사용하였다. 게이트 절연체는 EPD와 동일하게 PVP를 사용하였고, 啊 핀홀에 의한 누설전류를 줄이기 위하여 2층 구조를 사용하였다.
구동 OTFT는 OLED에 일정한 전류를 공급해야 하며, 이것은 캐패시터의 전압과 이 전압을 유지시키는 스위칭 OTFT의 차단전류에 의하여 결정된다. 여기서는 고분자 유전체에서 흔히 나타나는 핀홀에 의한 누설전류를 감소시키기 위하여 2층의 유전체 박막을 사용하였다. 또한 다양한 재료의 전극을 사용하는데 공정 과정에서 발생하는 산화에 의한 저항증가를 주의하여야 한다.

성능/효과

[그림 3] (a) 에서는 중간층 도포 전후의 성능을 비교하였다. OTFT의 이동도는 도포 전 0.35cm2/V.sec이었으며, 도포 후 0.21cm乡V.sec로 약 40% 정도 감소하였다. 특히 중간층이 도포된 OTFT는 [그림 3](b) 에서 보듯이 이동도 및 lon/Ioff 비 등 장시간 안정된 동작을 보였다.
제작한 전극의 면저항은 [표 5]와 같으며, QVGA 급 픽셀에 전극 배선으로 사용이 가능하다. 각각의 구조, 공정, 재료에 따라 전극 간 접촉저항이 큰 변화를 보였다. 알루미늄이 하부층에 위치한 경우에는 대부분 접촉 저항이 높았으며(수MQ@100//mX100以m) 금이 하부 층에 위치한 경우에는 접촉 저항이 낮았다(7Q@100“mX100“m).
특히 중간층이 도포된 OTFT는 [그림 3](b) 에서 보듯이 이동도 및 lon/Ioff 비 등 장시간 안정된 동작을 보였다. 또한, [그림 3] (。에서는 무작위로OTFT 선택하여 On/Off 점멸 테스트 진행한 결과이고, 스위칭 소자로서 역할을 충분히 수행하고 있음을 확인하였다. [그림 3] (d)와 같이 EPD 패널은 성공적으로 작동하였다.
제작된 OTFT 어레이상에서 각각의 성능을 추출하여 분석하였고 [표 3]과 같이 성능편차도 20% 이내로 전체적으로 균일한 특성을 보였다. [그림 3] (a) 에서는 중간층 도포 전후의 성능을 비교하였다.
이것은 층과 층 사이에 전극이 연결될 때 하부가 알루미늄인 경우에는。2플라즈마 노출에 따라 알루미늄 표면에 자연 산화가 원인인 것으로 판단된다. 제작된 픽셀 소자를 측정한 결과 캐패시턴스 l&iF/crrf, OTFT의 이동도는 0.4cm%V. sec, 전류 점멸비 ~1伊, 누설 전류 ~IOTA, 문턱전압 1.

후속연구

실정이다. 이것은 기업의 기밀 사항일 수 있으나 OTFT의 연구를 촉진하고 상용화를 앞당기기 위하여 공개 논의될 수 있도록 하여야 할 것이다.
OTFT는 우선 플렉시블 디스플레이의 구동 소자로 상용화될 가능성이 높다. 특히, 전기영동 디스플레이 (Electrophoretic ; EPD)를 이용한 시제품들이 곧 시장에 출시가 될 것으로 예상된다.

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Gi-Seong Ryu, Ki-Beom Choe, Chung-Kun Song Thin Solid Films 514 302 (2006)

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Hyun Sook Byun, Yong-Xian Xu, Chung Kun Song Thin Solid Films 514 278 (2005)

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Tae Ho Kim, Chang Gi Han and Chung Kun Song, will be published in Thin Solid Film

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