JP2007226246A - 発光ダイオード基板とその製造方法、及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光ダイオード駆動部と薄膜光センサを基板に集積してコストを節減し、色均一性を向上させることのできる発光ダイオード基板とその製造方法、及びそれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光ダイオード基板は、基板上に蒸着した半導体層を含む複数の駆動用薄膜トランジスタと、複数の駆動用薄膜トランジスタ上にそれぞれ実装され、異なる波長の光を発生する複数の発光ダイオードと、複数の発光ダイオードのそれぞれと基板との間に形成され、複数の発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する複数の薄膜センサと、基板上に蒸着した半導体層を含む複数の薄膜トランジスタで構成され、複数の薄膜センサに接続されて駆動用薄膜トランジスタを制御する輝度調整回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオード素子に関し、特に発光ダイオードを駆動する駆動回路と共に薄膜光センサを基板に集積してコストを節減し、色均一性を向上させることのできる発光ダイオード基板とその製造方法、及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は液晶の電気的及び光学的特性を利用して映像を表示する。具体的には、液晶表示装置は、画素マトリクスにより画像を表示する液晶表示パネル（以下、液晶パネルという）と、液晶パネルを駆動する駆動回路とを備える。また、液晶表示装置は、液晶パネルが非発光素子であるため、液晶パネルの背面から光を供給するバックライトユニットを備える。
バックライトユニットは光源としてランプを主に利用していたが、最近は点光源として輝度の高い発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという）を多く使用する。点光源は赤（以下、Ｒという）緑（以下、Ｇという）青（以下、Ｂという）の３原色のＬＥＤを利用するので、色再現性に優れるという利点を有する。
しかし、点光源はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤのそれぞれの発光効率及び劣化特性が異なるため、色均一性が低いという問題がある。色均一性の低下を防止するためには、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤの輝度をそれぞれ調整するための輝度調整回路や発光強度を測定する光センサなどをＬＥＤ駆動部にさらに含まなければならないので、回路構成が複雑になり、製造コストが上昇するという問題がある。
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、ＬＥＤ駆動部と薄膜光センサを基板に集積してコストを節減し、色均一性を向上させることのできる発光ダイオード基板とその製造方法、及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による発光ダイオード基板は、基板上に蒸着した半導体層を含む複数の駆動用薄膜トランジスタと、前記複数の駆動用薄膜トランジスタ上にそれぞれ実装され、異なる波長の光を発生する複数の発光ダイオードと、前記複数の発光ダイオードのそれぞれと前記基板との間に形成され、前記複数の発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する複数の薄膜センサと、前記基板上に蒸着した半導体層を含む複数の薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサに接続されて前記駆動用薄膜トランジスタを制御する輝度調整回路と、を備えることを特徴とする。
前記複数の駆動用薄膜トランジスタ及び前記輝度調整回路の薄膜トランジスタのそれぞれは、半導体層と、前記半導体層と絶縁膜を介して重なったゲート電極と、前記半導体層の両端に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含む。特に、前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記ゲート電極が前記輝度調整回路に接続され、前記ソース電極が前記発光ダイオードの一電極に接続され、前記ドレイン電極が外部からの駆動電圧を供給する駆動電圧供給ラインに接続される。
前記半導体層と前記複数の薄膜センサは、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、アモルファスシリコン、アモルファスシリコン−ゲルマニウム薄膜のいずれか１つの薄膜で形成される。前記複数の薄膜センサのそれぞれは、前記発光ダイオードの一電極を貫通する貫通孔の下に位置し、その薄膜センサの両端にｐ型及びｎ型不純物がそれぞれ注入されて形成された陽極と陰極とを有するフォトダイオード状に形成される。また、前記複数の薄膜センサのそれぞれの陽極又は陰極のいずれか一電極はフローティングされ、他の電極は電流制限用抵抗を介して前記発光ダイオードの他の電極が接続されたグランド電極に接続される。前記発光ダイオードの他の電極と前記グランド電極とはボンディングワイヤを介して接続される。
また、本発明の発光ダイオード基板は、前記複数の発光ダイオードが実装された前記基板を覆う有機絶縁膜をさらに備える。
前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記半導体層、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極は、前記複数の薄膜センサのそれぞれを中心にその薄膜センサの周辺部を囲む多角形又は円形の帯状に形成される。
前記複数の発光ダイオードは赤、緑、青色光をそれぞれ発生する第１〜第３発光ダイオードで構成され、前記複数の駆動用薄膜トランジスタは前記第１〜第３発光ダイオードのそれぞれを駆動する第１〜第３駆動用薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサは前記第１〜第３発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する第１〜第３薄膜センサで構成される。
前記輝度調整回路は、外部からの輝度調整信号によって前記第３駆動用薄膜トランジスタを制御する第１増幅器と、前記第３薄膜センサからの青色発光感知信号と前記第２薄膜センサからの緑色発光感知信号とを比較して前記第２駆動用薄膜トランジスタを制御する第１比較器と、前記第３薄膜センサからの青色発光感知信号と前記第１薄膜センサからの赤色発光感知信号とを比較して前記第１駆動用薄膜トランジスタを制御する第２比較器と、前記第１〜第３薄膜センサからの各発光強度感知信号を増幅して出力する第２〜第４増幅器とを含み、これらの少なくとも１つの増幅器は外部からの相対輝度調整信号によって制御される。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による発光ダイオード基板の製造方法は、基板上に半導体層を含む複数の駆動用薄膜トランジスタを形成する段階と、前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれに異なる波長の光を発生する複数の発光ダイオードを実装する段階と、前記複数の発光ダイオードのそれぞれと前記基板との間に前記複数の発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する複数の薄膜センサを形成する段階と、前記基板上に蒸着した半導体層を含む複数の薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサ及び前記駆動用薄膜トランジスタに接続された輝度調整回路を形成する段階と、を有する。
さらに、上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、前述した発光ダイオード基板を利用した光源と、前記光源から発生した光を利用して画像を表示する液晶パネルと、を含む。
本発明による発光ダイオード基板とその製造方法、及びそれを用いた液晶表示装置によれば、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤを駆動する駆動回路と共に発光強度を感知するセンサと輝度調整回路とを１つの基板上に集積することにより、コストを節減できるだけでなく、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤの異なる発光効率及び劣化特性にもかかわらず一定の発光強度比を有し、色均一性を向上させることができる。
また、本発明は、ＬＥＤを利用した多用な応用製品に適用することができるが、特に液晶表示装置のバックライトユニットに適用されると、色均一性を向上させることにより、画質を向上させることができる。
上記技術的課題の解決の他に、本発明の他の特徴及び利点を、添付図面を参照した実施形態の詳細な説明を通して明白にする。
以下、本発明による発光ダイオード基板とその製造方法、及びそれを用いた液晶表示装置を実施するための最良の形態の具体例を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ基板の一部を示す断面図である。
図１に示すＬＥＤ（発光ダイオード）基板は、Ｒ（赤）のＬＥＤ２０、Ｇ（緑）のＬＥＤ３０、Ｂ（青）のＬＥＤ４０のそれぞれを駆動する第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３と、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれの発光強度を検出するための第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６と、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３を制御する輝度調整回路に含まれる第４薄膜トランジスタＴ４とを含む。ここで、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３、第４薄膜トランジスタＴ４、第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６は、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、アモルファスシリコン、アモルファスシリコン−ゲルマニウムのいずれか１つの薄膜を利用することができるが、以下ではポリシリコン薄膜を用いた場合を例に説明する。
ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれを駆動する第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３と、輝度調整回路の第４薄膜トランジスタＴ４は、ポリシリコン薄膜を用いた半導体層１２、１４、１６、１８を含む。具体的には、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３、第４薄膜トランジスタＴ４は、バッファ膜４を介して基板２上に形成された半導体層１２、１４、１６、１８と、第１絶縁膜６を介して半導体層１２、１４、１６、１８と重なったゲート電極５２、５４、５６、５８と、半導体層１２、１４、１６、１８のソース領域に接続されたソース電極３４、３８、４４、４８と、半導体層１２、１４、１６、１８のドレイン領域に接続されたドレイン電極３２、３６、４２、４６とを備える。半導体層１２、１４、１６、１８のソース領域及びドレイン領域は、ｎ型又はｐ型不純物がドープされるので導電性を有する。各ソース電極３４、３８、４４、４８は少なくとも１つの（第１）絶縁膜６を貫通して各半導体層１２、１４、１６、１８のソース領域に接続され、各ドレイン電極３２、３６、４２、４６も少なくとも１つの（第１）絶縁膜６を貫通して各半導体層１２、１４、１６、１８のドレイン領域に接続される。また、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３のソース電極３４、３８、４４は、第２絶縁膜８を貫通して延び、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の各陽極（アノード）６０、６４、６８に接続される。
第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３の各ゲート電極５２、５４、５６は、第４薄膜トランジスタＴ４を含む輝度調整回路に接続されて輝度調整回路からの輝度制御信号が入力される。第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３のドレイン電極３２、３６、４２は電源部からの駆動電圧ＶＤＤ供給ライン（図示せず）に接続され、ソース電極３４、３８、４４はＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の各陽極６０、６４、６８に接続されてＬＥＤ駆動信号を供給する。第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３のそれぞれは、輝度調整回路の制御信号によって駆動電圧ＶＤＤ供給ラインからＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれに供給される電流量を制御することにより、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれを駆動する。輝度調整回路は、第４薄膜トランジスタＴ４などの複数の薄膜トランジスタで構成され、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３を制御する。
ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０は、半導体結晶を利用したチップ状に形成され、下面には陽極６０、６４、６８が設けられ、上面には陰極（カソード）６３、６５、６７が設けられる。ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０は、その陽極６０、６４、６８が第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３のソース電極３４、３８、４４にそれぞれ接続されるように第２絶縁膜８上に実装される。ここで、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の陽極６０、６４、６８は、導電性接着剤、例えばＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）により第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３の各ソース電極３４、３８、４４に接続される。ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の上面に形成された各陰極６３、６５、６７は、各ボンディングワイヤ７２、７４、７６に接続され、第２絶縁膜８上に形成されたグランド（接地）電極６２に接続される。ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれは、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３のそれぞれを介して供給される電流量に応じて発光することにより、その電流量に比例する輝度の赤、緑、青色光を発生する。ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０が実装された第２絶縁膜８上には、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０を覆う有機絶縁膜１０がコーティングされる。ここで、有機絶縁膜１０は、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０毎に凸レンズ（又は凹レンズ）状に形成され、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれの光効率を向上させる。
また、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の発光強度を感知するための第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６が、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の下部に第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３、第４薄膜トランジスタＴ４の半導体層１２、１４、１６、１８と共にポリシリコン薄膜で形成される。第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６は、ポリシリコンを利用した真性半導体の両端にｐ型及びｎ型不純物がそれぞれドープされ、ｐ−ｉ−ｎ構造のフォトダイオード状に形成される。第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６において、ｐ型不純物がドープされた領域は第１絶縁膜６及び第２絶縁膜８を貫通するコンタクト電極（図示せず）を介して第２絶縁膜８上に形成されたグランド電極６２に接続され、ｎ型不純物がドープされた領域はフローティングされた構造を有する。また、第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６において、ｐ型不純物がドープされた領域は、他のコンタクト電極（図示せず）を介して第４薄膜トランジスタＴ４を含む輝度調整回路に接続される。第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６は、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の陽極６０、６４、６８を貫通する透過孔５１、５３、５５からＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の発光強度を感知し、発光強度に比例する感知信号を発生して輝度調整回路に供給する。
従って、第４薄膜トランジスタＴ４を含む輝度調整回路は、外部からの輝度調整信号と、第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６からの発光強度感知信号とを用いて第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３を制御することにより、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれの劣化特性にかかわらず発光強度比を一定にするので、色均一性が向上する。
また、図１に示すＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれは多面体のチップ状に形成され、その下面の陽極６０、６４、６８は第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６のそれぞれを中心に中央部に貫通孔５１、５３、５５を有する多角形又は円形の帯状に形成される。また、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３の半導体層１２、１４、１６、ゲート電極５２、５４、５６、ソース電極３４、３８、４４、ドレイン電極３２、３６、４２も、全て第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６のそれぞれを中心に第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６のそれぞれの周辺部を囲む多角形又は円形の帯状に形成される。
上述した構成を有する本発明の一実施形態によるＬＥＤ基板の製造方法は次の通りである。
まず、基板２上にバッファ膜４が形成され、バッファ膜４上にポリシリコン薄膜を用いた第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３、第４薄膜トランジスタＴ４の半導体層１２、１４、１６、１８と、第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６とが形成される。基板２としては、石英、ガラス、セラミック、有機フィルムなどの絶縁基板、又はステンレス、タングステンなどの金属基板が利用される。バッファ膜４は、酸化シリコンなどの無機絶縁物質をＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの蒸着方法で基板２上に全面蒸着して形成される。半導体層１２、１４、１６、１８と第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６は、バッファ膜４上にＰＥＣＶＤなどの方法でアモルファスシリコン薄膜を形成した後、レーザアニールなどの方法で結晶化してポリシリコン薄膜を形成し、マスク工程でパターニングすることにより形成される。そして、他のマスク工程により、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３、第４薄膜トランジスタＴ４の各半導体層１２、１４、１６、１８の両端にｎ型又はｐ型不純物を注入してソース領域とドレイン領域を形成し、第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６の両端にｎ型及びｐ型不純物をそれぞれ注入して陽極及び陰極を形成する。ここで、ｎ型不純物とｐ型不純物は異なるマスク工程により注入される。
次に、半導体層１２、１４、１６、１８と第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６が形成されたバッファ膜２上に、複数のマスク工程で少なくとも２つの第１及び第２絶縁膜６、８と、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３、第４薄膜トランジスタＴ４のゲート電極５２、５４、５６、５８、ソース電極３４、３８、４４、４８、及びドレイン電極３２、３６、４２、４６と、グランド電極６２とが形成される。ドレイン電極３２、３６、４２、４６は第１絶縁膜６を貫通して半導体層１２、１４、１６、１８のドレイン領域にそれぞれ接続され、ソース電極３４、３８、４４は第１絶縁膜６及び第２絶縁膜８を貫通して半導体層１２、１４、１６のソース領域にそれぞれ接続される。また、第４薄膜トランジスタＴ４のソース電極４８は、第１絶縁膜６を貫通して半導体層１８のソース領域に接続される。例えば、１回のマスク工程でコンタクトホールを含む第１絶縁膜６が形成された後、他のマスク工程で第１絶縁膜６上にゲート電極５２、５４、５６、５８、ドレイン電極３２、３６、４２、４６、及び第４薄膜トランジスタＴ４のソース電極４８が形成される。次に、他のマスク工程でコンタクトホールを含む第２絶縁膜８が形成され、他のマスク工程で第２絶縁膜８上にソース電極３４、３８、４４とグランド電極６２とが形成される。
次に、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３のそれぞれにＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれが実装されることにより、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の各陽極６０、６４、６８が第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３の各ソース電極３４、３８、４４に導電性接着剤で接続される。次に、各ボンディングワイヤ７２、７４、７６がＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の各陰極６３、６５、６７とグランド電極６２との間にボンディング工程により接続される。そして、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０が実装された第２絶縁膜８上に、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０を覆う有機絶縁膜１０がコーティングされる。ここで、有機絶縁膜１０は、マスク工程によりＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０毎に凸レンズ（又は凹レンズ）状に形成され、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれの光効率を向上させる。
このように、本発明によるＬＥＤ基板は、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０を駆動する第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３と、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３を制御する複数の第４薄膜トランジスタＴ４で構成された輝度調整回路と、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の発光強度を感知する第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６とを、ポリシリコン薄膜、複数の導電層、及び絶縁膜を用いて１つの基板２上に集積することにより、コストを節減できる。
図２は、図１に示すＬＥＤ基板の等価回路図である。
図２に示すＬＥＤ基板は、駆動電圧ＶＤＤ供給ラインとＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれとの間に電流経路を形成する第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３と、陰極がフローティングされ、陽極が電流制限用抵抗Ｒを介してグランドに接続され、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれの発光強度を検出する第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６と、第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６と第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３との間に接続された複数の第１乃至第４増幅器Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、第１及び第２比較器Ｃ１、Ｃ２を含む輝度調整回路とから形成される。
輝度調整回路は、色均一性向上のために発光強度比が最も小さいＢのＬＥＤ４０を基準に、残りのＧのＬＥＤ３０とＲのＬＥＤ２０の発光強度比が一定になるように調節する。ＢのＬＥＤ４０を駆動する第３薄膜トランジスタＴ３は全輝度調整信号を入力する第１増幅器Ａ１により制御され、ＧのＬＥＤ３０を駆動する第２薄膜トランジスタＴ２は第３薄膜センサ２６からのＢ発光強度感知信号と第２薄膜センサ２４からのＧ発光強度感知信号とを比較して補正する第１比較器Ｃ１により、Ｂ発光強度と比較して一定になるように制御される。また、ＲのＬＥＤ２０を駆動する第１薄膜トランジスタＴ１は、第３薄膜センサ２６からのＢ発光強度感知信号と第１薄膜センサ２２からのＲ発光強度感知信号とを比較して補正する第２比較器Ｃ２により、Ｂ発光強度と比較して一定になるように制御される。輝度調整回路は、図１に示す第４薄膜トランジスタＴ４などの複数の薄膜トランジスタで構成され、第１薄膜トランジスタＴ１、第２薄膜トランジスタＴ２、第３薄膜トランジスタＴ３と第１薄膜センサ２２、第２薄膜センサ２４、第３薄膜センサ２６と共に基板２上に集積される。
具体的には、第３薄膜トランジスタＴ３は、外部からの全輝度調整信号を入力する第１増幅器Ａ１により制御され、駆動電圧ＶＤＤ供給ラインからＢのＬＥＤ４０に供給される電流量を制御することにより、ＢのＬＥＤ４０を駆動する。第３薄膜センサ２６は、ＢのＬＥＤ４０の発光量に比例する発光強度感知信号を発生し、第２増幅器Ａ２を介して第１比較器Ｃ１に出力する。第２薄膜トランジスタＴ２は、第１比較器Ｃ１により制御され、駆動電圧ＶＤＤ供給ラインからＧのＬＥＤ３０に供給される電流量を制御することにより、ＧのＬＥＤ３０を駆動する。第１比較器Ｃ１は、第３薄膜センサ２６から第２増幅器Ａ２を経由して供給されたＢ発光強度感知信号と第２薄膜センサ２４から第３増幅器Ａ３を経由して供給されたＧ発光強度感知信号とを比較し、第２薄膜トランジスタＴ２の制御信号を補正することにより、ＧのＬＥＤ３０の発光強度がＢのＬＥＤ４０の発光強度と比較して一定になるようにする。ここで、第３増幅器Ａ３は、外部からの相対輝度調整信号によって制御されてもよい。第１薄膜トランジスタＴ１は、第２比較器Ｃ２により制御され、駆動電圧ＶＤＤ供給ラインからＲのＬＥＤ２０に供給される電流量を制御することにより、ＲのＬＥＤ２０を駆動する。第２比較器Ｃ２は、第３薄膜センサ２６から第２増幅器Ａ２を経由して供給されたＢ発光強度感知信号と第１薄膜センサ２２から第４増幅器Ａ４を経由して供給されたＲ発光強度感知信号とを比較し、第１薄膜トランジスタＴ１の制御信号を補正することにより、ＲのＬＥＤ２０の発光強度がＢのＬＥＤ４０の発光強度と比較して一定になるようにする。ここで、第４増幅器Ａ４は、外部からの相対輝度調整信号によって制御されてもよい。
このように、本発明によるＬＥＤ基板は、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０の発光強度を感知する薄膜センサ２２、２４、２６と輝度調整回路とを内蔵することにより、ＲのＬＥＤ２０、ＧのＬＥＤ３０、ＢのＬＥＤ４０のそれぞれ異なる発光効率及び劣化特性にかかわらず一定の発光強度比を有し、色均一性を向上させる。本発明によるＬＥＤ基板はＬＥＤを利用する様々な応用製品、例えばＬＥＤ表示装置や液晶表示装置のバックライトユニットなどに適用されるが、これらのうち液晶表示装置のバックライトユニットに適用された場合を例に説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるＬＥＤ基板が適用された液晶表示装置の一例の分解斜視図である。
図３に示す液晶表示装置は、画像を表示する液晶パネル１２０と、液晶パネル１２０の背面に光を供給するエッジ型のバックライトユニット１８０と、液晶パネル１２０及びバックライトユニット１８０が収納されるトップシャーシ１１０及びボトムシャーシ１７０とを含む。
液晶パネル１２０は、カラーフィルタが形成された上板１２１と、薄膜トランジスタが形成された下板１２２とが、液晶を介して貼り合わされた構造を有する。液晶パネル１２０は、薄膜トランジスタにより独立して駆動されるサブピクセルがマトリクス状に配列されて画像を表示し、非発光素子であるためバックライトユニット１８０からの光を利用する。液晶パネル１２０の下板１２２には駆動部１２５が接続される。駆動部１２５は、液晶パネル１２０の下板１２２に形成されたデータラインとゲートラインをそれぞれ駆動するための駆動チップ１２７を実装し、下板１２２に一側部が接続された複数の回路フィルム１２６と、複数の回路フィルム１２６の他側部に接続されたプリント基板１２８とを含む。図１に示す駆動チップ１２７を実装した回路フィルム１２６は、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）やＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）構造のものである。これとは異なり、駆動チップ１２７は、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式で下板１２２上に直接実装することもでき、薄膜トランジスタ形成工程で下板１２２上に形成して内蔵することもできる。
バックライトユニット１８０は、導光板１５６の少なくとも一面、例えば両側面と離隔配置されたエッジ型光源１５０と、導光板１５６の上下部に配置されて光効率を向上させる複数の光学シート１３０と、反射シート１６０とを含む。
エッジ型光源１５０はＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１５４を利用して光を発生する。エッジ型光源１５０は、上述したようにＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１５４を駆動する駆動回路と、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１５４の発光強度を感知する薄膜センサと、外部の輝度調整信号、薄膜センサからの発光強度感知信号を用いてＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１５４の発光強度が一定になるように駆動回路を制御する輝度調整回路とが集積された基板１５２内に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１５４が実装された構造を有する。これにより、エッジ型光源１５０は、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１５４のそれぞれ異なる発光効率及び劣化特性を補正して一定の発光強度比を有する赤、緑、青色光を発生することにより、色の変化が起きず、発光特性が安定して色均一性が向上する。
導光板１５６は、エッジ型光源１５０から発生した点光源状の光学分布を有する光を面光源状の光学分布を有する光に変更し、液晶パネル１２０に向かって進める。複数の光学シート１３０は、拡散シート１３１、プリズムシート１３２、及び保護シート１３３などを含み、導光板１５６から液晶パネル１２０に向かって進む光を拡散及び集光して均一な光分布を有することにより、光効率を向上させる。反射シート１６０は、導光板１５６の背面に進む光を液晶パネル１２０に向かって反射させて光効率を向上させる。
ボトムシャーシ１７０とトップシャーシ１１０との締結により形成される内部空間には、液晶パネル１２０とバックライトユニット１８０とが収納されるが、ここで液晶パネル１２０とバックライトユニット１８０との周辺部が収容されるモールドフレーム（図示せず）がさらに含まれて収納されてもよい。
図４は、本発明の他の実施形態によるＬＥＤ基板を利用した直下型液晶表示装置の一例の分解斜視図である。
図４に示す直下型液晶表示装置は、図３に示すエッジ型液晶表示装置とバックライトユニット２８０の構造が異なることを除いては同じ構成要素を備えるため、重複した構成要素についての説明は省略する。
図４に示す直下型バックライトユニット２８０は、直下型光源１４０と、直下型光源１４０と液晶パネル１２０との間に配置された複数の光学シート１３０とを含み、直下型光源１４０の背面には反射板（図示せず）をさらに配置することもでき、ボトムシャーシ１７０の内面を反射物質でコーティングすることもできる。直下型光源１４０は多行多列に配列されたＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１４４を利用して光を発生する。直下型光源１４０は、上述したようにＲ、Ｇ、Ｂの各ＬＥＤ１４４を駆動する駆動回路と、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１４４の発光強度を感知する薄膜センサと、外部の輝度調整信号、薄膜センサからの発光強度感知信号を用いてＲ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１４４の発光強度が一定になるように駆動回路を制御する輝度調整回路とが集積された基板１４２内に、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１４４が実装された構造を有する。これにより、直下型光源１４０は、Ｒ、Ｇ、ＢのＬＥＤ１４４のそれぞれ異なる発光効率及び劣化特性を補正して一定の発光強度比を有する赤、緑、青色光を発生することにより、色の変化が起きず、発光特性が安定して色均一性が向上する。
以上、説明した内容から、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能である。
本発明の一実施形態による発光ダイオード基板の一部を示す断面図である。 図１に示す発光ダイオード基板の等価回路図である。 本発明の一実施形態による発光ダイオード基板が適用された液晶表示装置の一例の分解斜視図である。 本発明の他の実施形態による発光ダイオード基板が適用された液晶表示装置の一例の分解斜視図である。
符号の説明
２、１４２、１５２ 基板
４ バッファ膜
６ 第１絶縁膜
８ 第２絶縁膜
１０ 有機絶縁膜
１２、１４、１６、１８ 半導体層
２０ ＲのＬＥＤ
２２ 第１薄膜センサ
２４ 第２薄膜センサ
２６ 第３薄膜センサ
３０ ＧのＬＥＤ
３２、３６、４２、４６ ドレイン電極
３４、３８、４４、４８ ソース電極
４０ ＢのＬＥＤ
５１、５３、５５ 透過孔
５２、５４、５６、５８ ゲート電極
６０、６４、６８ 陽極（アノード）
６２ グランド電極
６３、６５、６７ 陰極（カソード）
７２、７４、７６ ボンディングワイヤ
１１０ トップシャーシ
１２０ 液晶パネル
１２１ 上板
１２２ 下板
１２５ 駆動部
１２６ 回路フィルム
１２７ 駆動チップ
１２８ プリント基板
１３０ 光学シート
１３１ 拡散シート
１３２ プリズムシート
１３３ 保護シート
１４０ 直下型光源
１４４、１５４ ＬＥＤ
１５０ エッジ型光源
１５６ 導光板
１６０ 反射シート
１７０ ボトムシャーシ
１８０、２８０ バックライトユニット

Claims (26)

  1. 基板上に蒸着した半導体層を含む複数の駆動用薄膜トランジスタと、
    前記複数の駆動用薄膜トランジスタ上にそれぞれ実装され、異なる波長の光を発生する複数の発光ダイオードと、
    前記複数の発光ダイオードのそれぞれと前記基板との間に形成され、前記複数の発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する複数の薄膜センサと、
    前記基板上に蒸着した半導体層を含む複数の薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサに接続されて前記駆動用薄膜トランジスタを制御する輝度調整回路と、を備えることを特徴とする発光ダイオード基板。
  2. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタ及び前記輝度調整回路の薄膜トランジスタのそれぞれは、
    半導体層と、
    前記半導体層と絶縁膜を介して重なったゲート電極と、
    前記半導体層の両端に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード基板。
  3. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、
    前記ゲート電極が前記輝度調整回路に接続され、前記ソース電極が前記発光ダイオードの一電極に接続され、前記ドレイン電極が外部からの駆動電圧を供給する駆動電圧供給ラインに接続されることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード基板。
  4. 前記半導体層と前記複数の薄膜センサは、
    ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、アモルファスシリコン、アモルファスシリコン−ゲルマニウム薄膜のいずれか１つの薄膜で形成されることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード基板。
  5. 前記複数の薄膜センサのそれぞれは、
    前記発光ダイオードの一電極を貫通する貫通孔の下に位置し、その薄膜センサの両端にｐ型及びｎ型不純物がそれぞれ注入されて形成された陽極と陰極とを有するフォトダイオード状に形成されることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード基板。
  6. 前記複数の薄膜センサのそれぞれは、
    前記陽極又は前記陰極のいずれか一電極がフローティングされ、他の電極が電流制限用抵抗を介して前記各発光ダイオードの他の電極が接続されたグランド電極に接続されることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード基板。
  7. 前記発光ダイオードの他の電極と前記グランド電極とは、ボンディングワイヤを介して接続されることを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオード基板。
  8. 前記複数の発光ダイオードが実装された前記基板を覆う有機絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード基板。
  9. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記半導体層、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極は、前記薄膜センサの周辺部を囲む多角形又は円形の帯状に形成されることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード基板。
  10. 前記複数の発光ダイオードは赤、緑、青色光をそれぞれ発生する第１〜第３発光ダイオードで構成され、前記複数の駆動用薄膜トランジスタは前記第１〜第３発光ダイオードのそれぞれを駆動する第１〜第３駆動用薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサは前記第１〜第３発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する第１〜第３薄膜センサで構成されることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード基板。
  11. 前記輝度調整回路は、
    外部からの輝度調整信号によって前記第３駆動用薄膜トランジスタを制御する第１増幅器と、
    前記第３薄膜センサからの青色発光感知信号と前記第２薄膜センサからの緑色発光感知信号とを比較して前記第２駆動用薄膜トランジスタを制御する第１比較器と、
    前記第３薄膜センサからの青色発光感知信号と前記第１薄膜センサからの赤色発光感知信号とを比較して前記第１駆動用薄膜トランジスタを制御する第２比較器と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオード基板。
  12. 前記輝度調整回路は、
    前記第１〜第３薄膜センサからの各発光強度感知信号を増幅して出力する第２〜第４増幅器をさらに含み、これらのうち少なくとも１つの増幅器は外部からの相対輝度調整信号によって制御されることを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード基板。
  13. 基板上に半導体層を含む複数の駆動用薄膜トランジスタを形成する段階と、
    前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれに異なる波長の光を発生する複数の発光ダイオードを実装する段階と、
    前記複数の発光ダイオードのそれぞれと前記基板との間に前記複数の発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する複数の薄膜センサを形成する段階と、
    前記基板上に蒸着した半導体層を含む複数の薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサ及び前記駆動用薄膜トランジスタに接続された輝度調整回路を形成する段階と、を有することを特徴とする発光ダイオード基板の製造方法。
  14. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタ及び前記輝度調整回路の薄膜トランジスタのそれぞれは、
    半導体層と、
    前記半導体層と絶縁膜を介して重なったゲート電極と、
    前記半導体層の両端に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
  15. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記ゲート電極が前記輝度調整回路に接続され、前記ソース電極が前記発光ダイオードの一電極に接続され、前記ドレイン電極が外部からの駆動電圧を供給する駆動電圧供給ラインに接続されるように形成され、
    前記発光ダイオードの他の電極が、ボンディングワイヤを介してグランド電極に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
  16. 前記半導体層と前記複数の薄膜センサは、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、アモルファスシリコン、アモルファスシリコン−ゲルマニウム薄膜のいずれか１つの半導体薄膜で形成されることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
  17. 前記複数の薄膜センサのそれぞれの両端には、ｐ型及びｎ型不純物がそれぞれ注入されて陽極及び陰極が形成され、
    前記陽極又は陰極のいずれか一電極はフローティングされ、他の電極は電流制限用抵抗を介して前記グランド電極に接続されることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
  18. 前記複数の発光ダイオードが実装された前記基板上に有機絶縁膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
  19. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記半導体層、前記ゲート電極、前記ソース電極、前記ドレイン電極は、前記薄膜センサの周辺部を囲む多角形又は円形の帯状に形成されることを特徴とする請求項１８に記載の発光ダイオード基板の製造方法。
  20. 基板上に形成された複数の駆動用薄膜トランジスタ、前記複数の駆動用薄膜トランジスタ上にそれぞれ実装されて異なる波長の光を発生する複数の発光ダイオード、前記複数の発光ダイオードのそれぞれと前記基板との間に形成されて前記複数の発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する複数の薄膜センサ、及び前記基板上に形成された複数の薄膜トランジスタで構成されて前記複数の薄膜センサ及び前記駆動用薄膜トランジスタに接続された輝度調整回路を含む光源と、
    前記光源から発生した光を利用して画像を表示する液晶パネルと、を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  21. 前記複数の駆動用薄膜トランジスタ及び前記輝度調整回路の薄膜トランジスタのそれぞれは、半導体層、前記半導体層と絶縁膜を介して重なったゲート電極、前記半導体層の両端に接続されたソース電極及びドレイン電極を含み、
    前記複数の駆動用薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記ゲート電極が前記輝度調整回路に接続され、前記ソース電極が前記発光ダイオードの一電極に接続され、前記ドレイン電極が外部からの駆動電圧を供給する駆動電圧供給ラインに接続されることを特徴とする請求項２０に記載の液晶表示装置。
  22. 前記半導体層と前記複数の薄膜センサは、ポリシリコン、ポリシリコン−ゲルマニウム、アモルファスシリコン、アモルファスシリコン−ゲルマニウム薄膜のいずれか１つの薄膜で形成され、
    前記複数の薄膜センサのそれぞれは、前記発光ダイオードの一電極を貫通する貫通孔の下に位置し、その薄膜センサの両端にｐ型及びｎ型不純物がそれぞれ注入されて形成された陽極と陰極とを有するフォトダイオード状に形成されることを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示装置。
  23. 前記複数の薄膜センサのそれぞれにおいて、前記陽極又は陰極のいずれか一電極はフローティングされ、他の電極は電流制限用抵抗を介して前記各発光ダイオードの他の電極が接続されたグランド電極にボンディングワイヤを介して接続されることを特徴とする請求項２２に記載の液晶表示装置。
  24. 前記光源は、複数の発光ダイオードが実装された前記基板を覆う有機絶縁膜をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載の液晶表示装置。
  25. 前記複数の発光ダイオードは赤、緑、青色光をそれぞれ発生する第１〜第３発光ダイオードで構成され、前記複数の駆動用薄膜トランジスタは前記第１〜第３発光ダイオードのそれぞれを駆動する第１〜第３駆動用薄膜トランジスタで構成され、前記複数の薄膜センサは前記第１〜第３発光ダイオードのそれぞれの発光強度を感知する第１〜第３薄膜センサで構成されることを特徴とする請求項２４に記載の液晶表示装置。
  26. 前記輝度調整回路は、
    輝度調整信号によって前記第３駆動用薄膜トランジスタを制御する第１増幅器と、
    前記第３薄膜センサからの青色発光感知信号と前記第２薄膜センサからの緑色発光感知信号とを比較して前記第２駆動用薄膜トランジスタを制御する第１比較器と、
    前記第３薄膜センサからの青色発光感知信号と前記第１薄膜センサからの赤色発光感知信号とを比較して前記第１駆動用薄膜トランジスタを制御する第２比較器と、
    前記第１〜第３薄膜センサからの各発光強度感知信号を増幅して出力する第２〜第４増幅器と、をさらに含み、
    前記第２〜第４増幅器の少なくとも１つは外部からの相対輝度調整信号によって制御されることを特徴とする請求項２５に記載の液晶表示装置。
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