TIPS-Pentacene을 이용한 전기영동 디스플레이용 OTFT-backplane 제작 = Fabrication of OTFT-backplane for Electrophoretic Display Using TIPS-Pentacene

국문 초록 (Abstract)

TIPS-Pentacene을 이용한 전기영동 디스플레이용 OTFT-backplane 제작

Fabrication of OTFT-backplane for Electrophoretic Display
Using TIPS-Pentacene

전자공학과 황 정 원
지 도 교 수 송 정 근

유기 박막 트랜지스터 (Organic Thin Film Transistor : OTFT)는 저가격화, 대면적화, 유연성 등의 장점을 갖추고 있기 때문에 활용도가 높은 디스플레이의 핵심 소자이다. 특히, 능동 구동형 플렉시블 디스플레이 구현을 위한 OTFT 기술은 이미 많은 연구 개발이 진행되어 왔으며 단위 소자 수준에서는 기존의 비정질 실리콘 TFT와 유사한 수준 혹은 그 이상의 수준에 이르렀다. 하지만 대면적에서 성능 균일성 확보의 난제와 진공증착 및 리소그라피 공정에 의한 높은 공정비용, 유기물의 불안정에 의한 소자 성능의 열화 문제 등 실상용화를 실현하기 위해서는 해결해야 할 문제가 아직도 많이 남아 있다.
본 논문에서는 저가격화 실현과 공정의 단순화를 위해 대면적 기판에 인쇄 공정을 적용하여 EPD(Electrophoretic display)용 OTFT-Backplane 제작하는 연구를 하였다. 먼저 기판온도가 TIPS-pentacene의 결정성에 미치는 영향에 대하여 연구 하였고, 물리적인 메카니즘을 제시 하였다. 또한 기존의 보고되고 있는 결정성 개선 연구와 달리 별도의 추가 공정 없이 단순히 온도 제어만으로 결정성을 높였고, 이를 소자에 적용 하였을 때 균일한 성능을 얻을 수 있었다. 이 결과를 토대로 대면적 6inch OTFT-backplane을 inkjet printing 공정을 적용하여 제작 하였고, 균일한 성능을 확보할 수 있었다. 또한 기존의 진공 증착 공정과 비교하여 더 나은 성능을 보였으며, passivation 공정 후 일어나는 성능 변화 역시 최소화 되었다.
제작된 OTFT-backplane의 해상도는 150 × 192 으로 1-OTFT, 1-Cap. 으로 구성되어 있고, OTFT-backplane 제작공정은 크게 기판 세척 공정, 게이트 전극과 스캔 배선라인 공정, 게이트 유기 절연막 형성공정, 소스/드레인 전극과 데이터 배선라인 공정, Inkjet Printing 공정을 이용한 TIPS-Pentacene 성막 공정, ILD(Interlayer Dielectric) 성막 및 via hole 형성 공정, 픽셀 전극 형성 공정으로 총 7개 단계로 나눈다.
기판에 제작되어진 OTFT-Backplane에서 트랜지스터는 28,800개이며, 특성을 분석한 결과 전계 이동도는 0.21 (± 0.05) cm2/V·sec, 전류 점멸비는 3.96 (± 1.45) × 107, 차단상태의 전류는 6.61 (± 3.08) × 10-4 pA/um 로써 성능편차가 25%로 우수한 성능을 나타내었다. 더욱이 본 논문에서 형성한 ILD은 유기 반도체의 보호층 역할까지 수행하여 시간이 지난 후에도 안정적으로 동작 하였다. 최종적으로 OTFT-backplane에 EPD 패널과 구동 드라이버를 결합시켜 다양한 형태의 이미지를 구현하는데 성공하였다.
이와 같이 TIPS-pentacene OTFT를 이용하여 EPD용 backplane을 인쇄공정으로 제작하고 그 동작특성을 확인함으로써 인쇄공정을 이용한 플렉시블 디스플레이의 실현과 유기물의 균일한 성능 확보 가능성을 확인 하였다. 이러한 연구 결과들은 EPD 뿐만 아니라 LCD 혹은 OLED에도 적용이 가능하며, 대면적에 저렴한 공정을 적용하여 RFID, 스마트 카드, 센서와 같은 다양한 분야에도 적용이 가능하다.


주요어:유기박막트랜지스터(OTFT), 기판온도, morphology, OTFT- backplane, Bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS pentacene), EPD(Electrophoretic Display)

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. OTFT(Organic Thin Film Transistor)의 응용성 1
• 2. 전자종이(E-paper)의 응용성 3
• 3. OTFT-Backplane 기술 개발의 중요성 및 필요성 4
• 4. 연구 목적 6
• Ⅱ. OTFT 연구 및 기술 동향 8
• 1. OTFT 기반 디스플레이의 기술 발전 동향 9
• 2. 진공증착 및 광학적 노광법에 의한 OTFT 제조공정 11
• 3. 인쇄 공정의 OTFT 제조 공정 13
• 가. 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing) 13
• (1) 분사 방식에 따른 분류 14
• (2) 구동 방식에 따른 분류 16
• 나. 스크린 프린팅(Screen Printing) 19
• 다. 마이크로 접촉 프린팅(Micro Contact Printing) 20
• 라. 플렉소 프린팅 (Flexography Printing) 22
• Ⅲ. EPD, OTFT의 구조와 동작원리
• 1. EPD의 종류 및 동작 원리 26
• 2. TFT의 기본 구조 32
• 3. TFT의 동작 원리 33
• 4. TFT의 성능평가 파라메터 38
• IV. EPD용 OTFT-Backplane 설계
• 1. OTFT-Backplane 화소 구성 41
• 2. OTFT-Backplane 사양 42
• 3. OTFT-Backplane 설계 45
• V. TIPS-Pentacene의 특성과 결정화 메카니즘
• 1. TIPS-Pentacene의 특성
• 가. TIPS-Pentacene의 구조 48
• 나. TIPS-Pentacene의 특성 분석 49
• 2. TIPS-Pentacene 결정화 메카니즘과 조건에 따른 분석
• 가. 결정화 메카니즘 50
• 나. 결정화 메카니즘을 접목한 TIPS-Pentacene 소자 특성 53
• Ⅵ. EPD용 OTFT-Backplane 제작 56
• 1. 게이트 전극 형성 57
• 2. 게이트 절연층 형성 59
• 3. 소스-드레인 전극 형성 61
• 4. 기판온도를 이용한 활성층 형성 62
• 가. TIPS-Pentacene 잉크를 인쇄하기 위한 조건 62
• 나. TIPS-Pentacene 대면적 인쇄 64
• 5. ILD(Interlayer dielectric) 성막 공정
• 가. ILD 박막의 요건 65
• 나. ILD 성막 공정의 최적화 66
• 6. 픽셀 전극 형성 68
• Ⅶ. OTFT-Backplane 성능 평가 및 EPD 구현
• 1. 소자 특성 및 Uniformity 분석 69
• 2. 진공 증착 공정과의 특성 비교 70
• 3. ILD 형성 후 성능 변화 70
• 4. 이미지구현 72
• Ⅷ. 결 론 73
• 참고문헌 75
• ABSTRACT 79