KR101868792B1 - 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 LCD 등의 디스플레이 패널을 구성하는 TFT어레이, 컬러필터에 이들의 전력 공급원인 태양전지모듈을 내장하여 형성하되, 상기 TFT어레이를 형성하는 공정에서 태양전지모듈도 동시에 형성함으로써, 디스플레이 화면에 표시되는 내용을 이용하면서 태양광을 수광하여 디스플레이 기기를 충전하는 과정이 동시에 진행되는 태양전지가 내장된 디스플레이 패널을 개시한다.

Description

자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널{Rechargeable display panel by self power generation}

본 발명은 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 LCD 등의 디스플레이 패널을 구성하는 TFT어레이를 형성하는 과정에서 태양전지모듈도 동시에 형성하되, 태양전지모듈을 색상을 표시하는 컬러화소와 교대로 반복 배치함으로써, 디스플레이 화면에 표시되는 내용을 이용하면서 태양광을 수광하여 디스플레이 기기를 충전하는 과정이 동시에 진행되는 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널에 관한 것이다.

디스플레이 기기는 전력 소비가 많은 대표적인 제품으로, 최근에 디스플레이가 대형화되는 추세에 따라 이를 구동하기 위한 전력의 소비는 더욱 증가하고 있다.

또한, 스마트폰 등 소형 모바일 기기의 경우, 기기의 소형화에 따라 대용량 배터리를 탑재할 수 없고, 배터리의 용량을 획기적으로 증가시키는 기술은 개발에 상당한 시간이 필요한 실정이며, 사용자들의 이용 시간은 점점 증가되어 배터리가 신속히 소모되는 불편이 발생하고 있다.

이러한 문제점에 대응하여, 종래에는 모바일 기기의 배터리 충전을 위해 별도의 휴대형 보조배터리를 이용하여 충전하는 방법 등 다양한 충전 방식이 개발되었다.

특히, 상기와 같이 별도의 전원을 이용하는 불편을 해소하기 위하여, 최근에는 태양광을 이용한 충전 방식이 개발되고 있는데, 일예로 [선행기술문헌 1]에는 휴대전화의 본체 상부나 측면을 따라 태양전지 패널이 비치되어, 태양전지 패널에 의해 발전된 전력을 이용한 충전 방식이 개시되어 있다.

그러나, 이 경우 태양광 충전을 위해서는 휴대전화를 이용하거나 디스플레이 화면을 이용하는데 제약이 따르므로 사용자의 불편을 해소하기에는 부족한 실정이다.

이러한 문제점에 대응하기 위하여, [선행기술문헌 2]에는 휴대용 단말기의 커버에 태양전지를 설치하고 이를 통해 발생된 전력을 휴대용 단말기에 공급하는 충전유닛을 포함하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이 경우, 태양광 충전을 위해서 반드시 커버를 부착해야 하므로, 보조배터리 등의 별도 장치를 이용한 충전 방식과 큰 차이가 없는 바, 종래의 문제점에 대응하기에는 역부족인 실정이다.

따라서, 종래의 디스플레이 장치들 특히, 모바일 기기들을 사용하는데 있어서 디스플레이 화면을 계속 이용하면서도 충전 문제를 해결할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

[선행기술문헌 1] 일본공개특허 JP 2006-229741 (2006. 8. 31 공개)

[선행기술문헌 2] 한국등록특허 KR 1,593,409 (2016. 2. 3 등록)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 디스플레이 화면 영역에 태양광을 수광하여 전력을 발생시킬 수 있는 태양전지모듈을 함께 구비함으로써, 디스플레이 화면을 이용함과 동시에 태양광을 이용하여 충전이 가능한 디스플레이 패널을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 디스플레이 제조 공정을 이용하여 태양전지모듈의 동시 형성이 가능하여, 디스플레이 제조 공정의 변경이나 추가 비용의 투입이 없고 제조가 용이한 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 컬러 또는 흑백 화소를 이용하여 이미지를 표시하는 디스플레이영역과 태양전지셀을 이용하여 발전하는 태양전지영역이 형성된 디스플레이 패널로서, 상기 디스플레이영역 및 상기 태양전지영역은 설정된 배치패턴에 따라 단일 기판에 형성하되, 상기 태양전지영역은 컬러 또는 흑백 화소 외곽을 둘러싸는 격자라인으로 형성하거나 컬러 또는 흑백 화소에 의해 둘러싸여진 스팟 형상으로 형성하며, 상기 디스플레이영역과 상기 태양전지영역은 수직 방향의 적층 구조로 형성하여 기능상 서로 다른 상기 디스플레이영역과 상기 태양전지영역이 일체로 형성되며 각 영역의 상부는 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양전지영역은 외부의 태양광 또는 디스플레이의 이미지 구현을 위한 백라이트유닛으로부터 조사된 빛을 이용하여 충전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양전지영역의 상부에 광투과막을 형성하되, 상기 광투과막은 입사광의 입사효율을 증가시키기 위하여 마이크로렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양전지영역은 글래스 기판의 상부에 형성된 후면전극, 상기 후면전극의 상부에 형성된 N형- 및 P형-반도체층 및 상기 N형- 및 P-형 반도체층의 상부에 형성된 전면전극을 포함하되, 상기 후면전극 및 상기 전면전극은 투명 전극 물질로 형성되고, 상기 N형-반도체층 또는 상기 P형-반도체층은 상기 후면전극 또는 상기 전면전극에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양전지영역은 글래스 기판의 상부에 형성된 후면전극, 상기 후면전극의 상부에 형성된 N형- 및 P형-반도체층, 상기 N형- 및 P-형 반도체층의 상부에 형성된 진성반도체층 및 상기 진성반도체층의 상부에 형성된 단결정실리콘층을 포함하되, 상기 후면전극은 투명 전극 물질로 형성되어 동일한 층에 형성된 상기 N형- 및 P형-반도체층 각각에 분리되어 연결되며, 상기 단결정실리콘층의 상부에는 요철 형상의 굴곡이 형성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 디스플레이 화면 영역에 태양전지모듈을 함께 배치함으로써, 디스플레이 화면을 이용하면서 태양광을 이용한 충전을 동시에 진행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 옥외에 설치되는 대형 디스플레이 장치와 같이 전력의 소비가 많은 경우에 태양광을 이용한 충전이 가능하므로 전력 소비에 의한 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 종래의 디스플레이 제조 공정을 이용하여 형성이 가능하므로, 디스플레이 제조 공정의 변경이나 추가 비용의 투입이 없는 바, 제조가 용이한 장점이 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 컬러화소와 태양전지셀의 다양한 배치 방식을 설명하기 위하여 영역을 구분하여 나타낸 평면도,
도 1b 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 컬러화소와 태양전지셀의 배치를 나타낸 평면도,
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널의 개략적인 구성을 나타낸 단면도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널의 층별 구성을 나타낸 사시도,
도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널을 형성하기 위한 공정 순서를 나타낸 블록도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이영역을 구성하는 컬러필터의 개략적인 구성을 나타내는 단면도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이영역을 구성하는 TFT어레이의 개략적인 구성을 나타내는 단면도,
도 3c는 컬러필터와 TFT어레이의 접합을 통해 형성된 디스플레이영역의 세부 구성을 나타낸 단면도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지영역의 세부적인 구성을 나타낸 단면도,
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지영역의 세부적인 구성을 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 완성된 세부 구성을 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

LCD 디스플레이 제조 공정은 크게 TFT어레이 공정과 컬러필터 공정으로 구분되며, 태양전지는 N형- 및 P형-반도체를 접합하고 전극을 형성하여 태양광 에너지에 의해 발생된 전자와 정공에 의한 전류의 흐름을 이용한다.

본 발명은 상기 디스플레이 제조 공정에서 단일 기판상에 TFT어레이를 형성하는 공정을 이용하여 태양전지모듈을 동시에 형성하되, 디스플레이 화면을 구성하는 영역에 컬러화소를 구성하는 R(Red), G(Green), B(Blue) 화소 또는 흑백(단색) 화소와 태양전지셀을 매트릭스 구조로 배치함으로써, 디스플레이 화면을 이용함과 동시에 전력 공급을 위한 태양광 충전이 진행될 수 있는 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널에 관한 것이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 컬러화소와 태양전지셀의 다양한 배치 방식을 설명하기 위하여 영역을 구분하여 나타낸 평면도이고, 도 1b 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 컬러화소와 태양전지셀의 배치를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 색상 구현을 위한 R, G, B 화소 각각 또는 태양전지셀(L)이 차지하는 단위영역(80), 4개의 상기 단위영역(80)이 상하로 배치되어 구성된 집합영역(85)을 포함하고, 상기 집합영역(85)이 매트릭스(90) 형태로 배열되어 구성된다.

이 때, 상기 R, G, B 화소와 상기 태양전지셀(L)은 적절한 마스크(mask)를 이용한 패터닝 공정에 의해 구분하여 배치하되, 도 1b와 같이 상기 태양전지셀(L)이 상기 단위영역(80) 내부에서 상기 R, G, B 화소 각각과 구분되어 RGB-L 형태로 배치될 수 있다.

한편, 도 1c에서와 같이 상기 집합영역(85)의 내부에는 상기 R, G, B 화소만이 배치되고 상기 집합영역(85)의 외곽을 구분하는 경계부(95)에 상기 태양전지셀(L)이 배치될 수 있으며, 상기 집합영역(85)의 외곽을 구분하는 경계부(95)와 함께 상기 집합영역(85) 내부의 상기 단위영역(80) 각각을 분리하여 상기 R, G, B 화소를 배치하고 상기 R, G, B 화소 각각의 경계부(97)에 상기 태양전지셀(L)이 배치될 수도 있다.

또한, 도 1d에서와 같이 상기 집합영역(85) 내부에 배치된 상기 R, G, B 화소의 중심부에 상기 태양전지셀(L)이 교대로 배치될 수도 있다.

상기 R, G, B 화소와 태양전지셀(L)의 배치는 상술한 방식에 국한되지 않고 컬러화소의 구현에 적합한 임의의 방식으로 배치될 수 있다.

즉, 상기 디스플레이영역 및 상기 태양전지영역은 설정된 배치패턴에 따라서 상기 태양전지셀을 상기 컬러화소의 외곽을 둘러싸는 격자라인으로 형성하거나 컬러화소에 의해 둘러싸여진 스팟(spot) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 도 1b 내지 도 1d와 같은 배치를 통해, 디스플레이의 이미지를 구현하는 컬러화소를 구성하는 R, G, B 화소 각각을 분리시키지 않고 상기 집합영역(85)의 내부에 인접시켜 형성할 수 있는 바, 구현되는 이미지의 색상의 열화를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상술한 바와 같은 화소는 반드시 컬러화소에 국한되지 않고, 흑백(단색) 화소일 수도 있다.

이하에서는, 상기와 같이 컬러화소와 태양전지셀이 배치된 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 구조 및 형성 공정에 대하여 상술한다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널의 층별 구성을 나타낸 사시도이고, 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널을 형성하기 위한 공정 순서를 나타낸 블록도이다.

상기 도 2a와 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)은 단일의 글래스 기판(15a) 상에 형성된 디스플레이영역(200)과 태양전지영역(300)으로 구성된다.

상기 디스플레이영역(200)은 TFT어레이(20), 액정(45), 컬러필터(30)를 포함한다.

상기 TFT어레이(20)는 디스플레이를 구동하기 위한 반도체 소자이고, 상기 컬러필터(30)는 감광물질로 구성되어 LCD 디스플레이의 색상을 구현하기 위한 것이다.

이 때, 상기 TFT어레이(20)와 컬러필터(30) 사이에는 액정(45)이 구비되며, 상기 TFT어레이(20)의 하부에 구비되는 백라이트유닛(Back Light Unit, BLU)에서 나오는 백색광을 이용하여 각 셀에 있는 액정(45)의 배열이 조절된다.

상기 TFT어레이(20)와 백라이트유닛(BLU)의 사이 및 컬러필터(30)의 상부에는 빛의 특정 방향 진동 성분만 선택적으로 투과시키기 위하여 편광판(PO)이 구비된다.

상기와 같은 구성을 통해, 입사되는 광량(투과율)이 조절되고 상기 백색광이 컬러필터(30)를 투과하면서 나오는 3원색이 혼합되면서 컬러 화면의 색상을 구현하게 된다.

상기 액정(45)의 주입 공정과 백라이트유닛(BLU)의 제조 공정은 본 발명의 내용과 별도의 공정을 통해 구현되므로, 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 도 2b에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 상기와 같이 디스플레이영역(200)과 태양전지영역(300)이 함께 형성되기 때문에 TFT어레이(20)와 태양전지모듈(50)이 동일한 층에 형성되고, 액정(45) 또는 컬러필터(30)가 광투과막(60)과 동일한 층에 형성될 수 있다.

이를 위하여, 도 2c에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 형성 공정은 먼저, 제1 기판상에 TFT어레이(20) 및 태양전지모듈(50)을 형성하고, 별도의 제2 기판상에 컬러필터(30)를 형성하며, 상기 제1 기판 및 제2 기판을 접합한 후 액정을 주입하여 완성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 형성 공정은, 상기와 달리 공지의 COA(Color filter on Array) 공정을 이용하여 단일 기판상에 TFT어레이(20)를 형성하고 그 상부에 컬러필터(30)를 순차 적층하는 일련의 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.

또한, 단일의 기판상에 컬러필터(30)를 형성하고 그 상부에 TFT어레이(20)를 순차 적층하는 TFT on Color filter 공정을 이용할 수도 있다.

따라서, 상기와 같은 다양한 방식을 이용할 경우, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 단일 기판상에 TFT어레이(20), 태양전지모듈(50) 및 컬러필터(30)를 일련의 공정을 통해 형성할 수 있다.

한편, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 태양광 뿐만 아니라, 상기 백라이트유닛(BLU)에서 조사되는 백색광을 태양전지의 발전원으로 사용할 수도 있는 바, 이를 위해 상기 백라이트유닛(BLU)을 상기 디스플레이영역(200)에 국한하지 않고, 상기 태양전지영역(300)의 하부까지 연장하여 형성할 수도 있다.

또한, 상기 태양전지영역(300)은 태양전지모듈(50)과 광투과막(60)을 포함한다.

상기 태양전지모듈(50)은 태양광이나 인조광원의 빛을 받아서 전력을 생산하는 태양전지셀(L)과 전극으로 구성되며, 상기 광투과막(60)은 빛의 투과를 용이하게 하기 위한 투명 물질로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널(100)은 도 2a 내지 도 2c에서 보는 바와 같이, 상기 TFT어레이(20)의 형성 공정과 태양전지모듈(50)의 형성 공정이 단일의 기판상에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이영역을 구성하는 컬러필터의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이영역을 구성하는 TFT어레이의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이며, 도 3c는 컬러필터와 TFT어레이의 접합을 통해 형성된 디스플레이영역의 세부 구성을 나타낸 단면도이다.

상기 컬러필터(30)를 형성하기 위한 공정은 글래스 기판(15b)의 상부에 블랙매트릭스(Black Matrix, 35)를 형성하고, 상기 블랙매트릭스로 구분된 R, G, B 화소 패턴을 형성한다.

이후, 상기 컬러필터(30)의 상부에 오버코팅막(36)을 형성하고, 액정에 전압을 인가하기 위하여 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 전극 물질을 이용하여 공통전극(37)을 형성함으로써 완성된다.

상기 블랙매트릭스(35)는 크롬(Cr) 계열이나, 카본블랙(carbon black) 등의 물질로 구성되는데, R, G, B 패턴 사이에 위치하여 R, G, B 패턴 간의 빛을 구분하고 차단하며, LCD의 콘트라스트를 향상시키고, TFT어레이에 대한 광조사를 차단하여 누설전류를 감소시키는 역할을 한다.

상기 컬러필터(30)는 감광성(photoresist) 물질을 도포한 후, 노광 및 현상 공정을 진행하여 색상을 구현하는 R, G, B 화소 패턴을 형성한다.

상기 TFT어레이(20) 형성 공정은 디스플레이 패널에서 각 셀의 트랜지스터와 전극을 형성하는 것으로서, 크게 TFT소자(21), 화소전극(22a) 및 보호막(23)을 포함한다.

상기 TFT소자(21)는 디스플레이 패널(100)의 구동을 위한 것으로, 글래스 기판(15a)의 상부에 게이트 전극, 절연막 및 반도체막 및 데이터 전극으로 구성되며, 상기 화소전극(22a)은 ITO와 같은 투명 전극 물질을 사용하여 형성된다.

상기 컬러필터(30)와 상기 TFT어레이(20)는 별개의 공정으로 각각 형성된 후, 접합에 의해 일체화하여 디스플레이영역(200)을 형성한다.

이에 따라, 도 3c에는 도 3a와 같이 형성된 컬러필터(30)와 도 3b와 같이 형성된 TFT어레이(20)를 접합하여 형성된 디스플레이영역(200)의 세부 구성을 도시하였다.

도 3c에서 보는 바와 같이, 글래스 기판(15b)의 상부에 형성된 컬러필터(30)를 뒤집어 상기 TFT어레이(20)가 형성된 부분과 접합한 후, 그 중간에 액정(45)을 주입하는 공정을 통해 디스플레이영역(200)을 구현한다.

이 때, 상기 액정(45)의 주입을 위해, 상기 TFT어레이(20)의 일측에 실런트(sealant, SE)와 스페이서(spacer, SP)를 삽입하여, TFT어레이(20)가 형성된 기판과 컬러필터(30)가 형성된 기판을 고정하고, 액정(45)이 보존되도록 공간을 일정하게 유지시켜 준다.

또한, 상기 액정(45)이 주입된 영역의 상부와 하부에는 배향막(alignment layer, AL)을 구비하여 액정(45)을 일정한 방향으로 배열시켜준다.

상기 컬러필터(30) 공정과 TFT어레이(20) 공정에는 상술한 공정 외에도 디스플레이 패널의 종류 등에 따라 별도의 공정이 추가될 수 있으나, 공지의 기술에 해당하는 바, 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 태양전지는 N형- 및 P형-반도체의 접합 및 전극 형성 공정으로 구성되므로, 상기 TFT어레이(20) 형성 공정에서 사용되는 글래스 기판(15a) 상에 반도체 물질과 전극 물질을 적층하고 패터닝하는 과정을 통해 태양전지를 형성하는 공정이 일관 공정으로 진행될 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지영역(300)의 구조 및 형성 방법을 설명한다.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지영역의 세부적인 구성을 나타낸 단면도이다.

상기 태양전지영역(300)에서 태양전지모듈(50)을 제조하는 방식은 결정형과 박막형으로 구분되는데, 광전변환효율을 극대화하기 위해 단결정 실리콘(single crystal silicon) 기반의 태양전지를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 국한되지 않고 다결정 실리콘(poly-Si) 또는 비정질 실리콘(amorphous Si)이 이용될 수 있다.

또한, 향후 광전변환효율이 개선되는 경우 제조 공정이 단순하며 유연 기판에도 적용될 수 있는 박막형 태양전지로 구현될 수도 있다.

본 발명에서는 상기 태양전지모듈(50)을 결정형으로 구성하는 경우를 일예로 설명한다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지영역(300)은 태양전지모듈(50)과 광투과막(60)으로 구성된다.

또한, 상기 태양전지모듈(50)은 단결정 실리콘을 사용한 경우로서, 먼저 상기 TFT어레이(20)를 형성할 때 사용되는 글래스 기판(15a) 상에 후면전극(22b)을 형성한다.

이 때, 상기 후면전극(22b)은 백라이트유닛(BLU)으로부터 나오는 빛의 투과가 용이하도록 하기 위하여 상기 화소전극(22a)과 동일한 재질의 투명 전도성 물질(ITO)로 형성된다.

이후, 상기 후면전극(22b)의 상부에 N형-반도체층(53)과 P형-반도체층(54)을 순차 적층하여 계면부에서 P-N접합(J)을 형성하며, 그 상부에 전면전극(22c)과 반사방지막(57)을 형성하여 완성된다.

한편, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지영역의 세부적인 구성을 나타낸 단면도이다.

도 4b는 비정질 실리콘 기반의 결정형 태양전지모듈(50)에 관한 것으로서, 글래스 기판(15a) 상에 상기 TFT어레이의 화소전극(22a)과 동일한 재질의 투명 전도성 물질(ITO)을 적층하고 패터닝에 의해 격자무늬(grid) 형태의 후면전극(22b)을 형성한다.

이후, 상기 후면전극(22b)의 상부에 각각 N형-반도체층(53)과 P형-반도체층(54)을 동일한 층에 형성하여 P-N접합(J)을 이루고, 그 상부에 진성반도체층(intrinsic semiconductor, 55), 단결정실리콘층(56) 및 반사방지막(57)을 형성하여 제조된다.

상기 도 4b와 같은 구조를 통해, 태양전지모듈(50)의 상부에 종래의 전면전극(22c)을 형성하지 않음으로써, 금속 전극에 의한 입사광의 반사를 감소시키고 흡수량을 극대화하여 광전변환효율을 증가시킬 수 있고, 종래 대비 전극의 두께를 증가시킬 수 있으므로 전기저항을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 진성반도체층(55)을 사용하여 상기 P-N접합에서 형성된 전자와 정공쌍(electron-hole pair)의 생성을 증가시킬 수 있으므로 광전변환효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

더불어, 상기 단결정실리콘층(56)의 표면에 공지의 식각 공정을 통해 요철 형상의 미세한 굴곡을 형성하여 입사광의 반사방향을 변화시킴으로써, 실리콘 내부에 입사된 광량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 태양전지모듈(50)의 상부에는 광투과막(60)이 형성되는데, 이는 태양전지모듈(50)의 상부에서 입사되는 태양광의 투과율을 높이기 위한 것으로, 투명도가 높은 실리콘산화막(SiO2) 등의 박막을 이용하여 형성하며, 상기 태양전지모듈(50)의 형성 공정에서 상기 반사방지막(57)을 형성한 이후 또는 디스플레이 패널(100)을 형성한 이후에 형성될 수 있다.

또한, 상기 광투과막(60)의 상부에는 태양광의 입사 효율을 더욱 증가시키기 위하여 마이크로렌즈(microlens, 70)를 추가로 형성할 수도 있다.

상기 마이크로렌즈(70)는 상기 광투과막(60)을 형성하기 이전, 이후 또는 중간에 형성할 수 있으며, 단일렌즈를 주로 사용하나 입사 효율의 변화 또는 증가를 위해서 복수 개 이상의 마이크로렌즈를 상하로 중복하여 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같은 태양전지모듈(50)은 태양광이나 인공광원이 입사되어 상기 도 4a의 P-N접합부(J) 또는 상기 도 4b의 진성반도체층(55)에 도달하면, 광에너지에 의해 상기 P-N접합부(J) 또는 상기 진성반도체층(55) 내에서 전자-정공쌍이 생성되며, 상기 전자-정공쌍은 에너지 준위차로 인해 계면으로 이동하게 되어 전류의 흐름이 발생한다.

상기와 같이 태양전지모듈(50)에서 생성된 전류는 상기 디스플레이영역(200)의 TFT어레이(20)와의 전기적 연결을 통해 디스플레이를 포함한 전체 장치의 구동을 위한 전력 공급원으로 사용된다.

한편, 상기 태양전지모듈(50)은 태양전지의 효율을 더욱 향상시키기 위하여 태양광을 수신하기 위한 별도의 집광 수단을 더 포함할 수 있고, 태양 에너지로부터 전환된 전력을 저장하는 저장 수단(일예로, 충전지)을 포함할 수 있다.

도 5에서는 상술한 바와 같은 구조를 가지는 디스플레이영역(200) 및 태양전지영역(300)을 단일의 기판상에 순차적인 일련의 공정을 이용하여 형성된 본 발명에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 세부 구성을 나타내고 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.

도 6에서 보는 바와 같이, 상기 디스플레이 영역의 구동에 필요한 전력이 부족한 경우, 제어부는 상기 태양전지 영역에서 발생된 전력을 디스플레이 기기에 내장된 메인 배터리를 통해 상기 디스플레이 영역에 공급한다.

또한, 상기 디스플레이 영역의 구동에 필요한 전력이 충분한 경우, 상기 제어부는 상기 태양전지 영역에서 발생된 전력을 외부의 보조 배터리에 저장한다.

따라서, 상기 디스플레이 영역의 구동에 필요한 전력이 확보된 후에도 보조 배터리를 통한 지속적인 충전이 가능하므로, 디스플레이 기기를 사용하지 않는 경우에 상기 태양전지 영역에서 발생된 여분의 전력을 활용할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 통해, 태양광, 외부의 인공광원 또는 백라이트유닛(BLU)에서 조사되는 빛이 입사되면 상기 태양전지모듈(50)에 의해 발생된 전력은 디스플레이 패널(100)의 구동을 위한 전력 공급원으로 사용되며, 충전원으로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널은 빛을 투과할 수도 있고, 영상을 표시할 수도 있는 투명 소재로 구성되므로, 사용자가 디스플레이 화면에 표시되는 영상을 보거나 터치에 의해 기기를 작동함과 동시에 태양광 또는 인공광원에 의한 발전이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널은 옥외에 설치되는 대형 디스플레이 장치와 같이 전력의 소비가 많은 경우에 태양광을 이용한 충전이 가능하므로 전력 소모에 의한 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널은 종래의 디스플레이 제조 공정을 이용하여 단일의 기판상에 형성이 가능하므로, 디스플레이 제조 공정의 변경이나 추가 비용의 투입이 없고, 제조가 용이한 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 아래 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용하여 통상의 기술자에 의한 다양한 변형 및 개량도 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 디스플레이 패널 15a, 15b: 글래스 기판
20: TFT어레이 21: TFT소자
22a: 화소전극 22b: 후면전극
22c: 전면전극 23: 보호막
30: 컬러필터 35: 블랙매트릭스
36: 오버코팅막 37: 공통전극
45: 액정(Liquid Crystal) 50: 태양전지모듈
53: N-형 반도체층 54: P-형 반도체층
55: 진성반도체층 56: 단결정실리콘층
57: 반사방지막 60: 광투과막
70: 마이크로렌즈 200: 디스플레이영역
300: 태양전지영역 L: 태양전지셀
BLU: 백라이트유닛 PO: 편광판(polarizer)
AL: 배향막(Alignment Layer) SE: 실란트(Sealant)
SP: 스페이서(Spacer)

Claims (5)

1. 컬러 화소를 이용하여 이미지를 표시하기 위하여 TFT어레이(20)와 액정(45) 및 컬러필터(30)를 구비한 디스플레이영역(200)과, 태양광 또는 디스플레이의 백라이트유닛으로부터 조사된 빛으로 충전 가능한 태양전지셀(L)을 이용하여 발전하는 태양전지영역(300)이 형성된 디스플레이 패널(100)로서,
   상기 디스플레이영역(200) 및 상기 태양전지영역(300)은 설정된 배치패턴에 따라 단일기판에 형성하되, 상기 태양전지영역(300)은 태양전지모듈(50)과 광투과막(60)을 포함하고 컬러 화소 외곽을 둘러싸는 격자라인으로 형성하며,
   상기 디스플레이영역(200)과 상기 태양전지영역(300)은 수직 방향의 적층 구조로 형성하여 기능상 서로 다른 상기 디스플레이영역(200)과 상기 태양전지영역(300)이 일체로 형성되며 각 영역의 상부는 외부로 노출되며,
   상기 태양전지영역(300)의 태양전지모듈(50)은, 글래스 기판(15a)의 상부에 TFT어레이(20)의 화소전극(22a)과 동일한 재질의 투명 전도성물질(ITO)을 적층하고 패터닝에 의해 격자무늬 형태로 형성된 후면전극(22b), 상기 후면전극(22b)의 상부에 P-N접합(J)을 이루도록 동일한 층에 각각 형성되고 상기 후면전극(22b)과 각각 분리되어 연결된 N형-반도체층(53) 및 P형-반도체층(54), 상기 N형-반도체층(53) 및 P형-반도체층(54)의 상부에 형성된 진성반도체층(55), 상기 진성반도체층(55)의 상부에 형성된 단결정실리콘층(56), 및 상기 단결정실리콘층(56)의 상부에는 요철 형상의 굴곡을 형성한 후 그 위에 형성한 반사방지막(57)을 포함하고,
   상기 태양전지모듈(50)의 반사방지막(57) 상부에 입사되는 태양광의 투과율을 높이기 위하여 상기 광투과막(60)으로서 실리콘산화막(SiO2)을 형성하고, 상기 광투과막(60)의 상부에 태양광의 입사 효율을 증가시키기 위하여 마이크로렌즈(70)을 형성한 것을 특징으로 하는 자가발전에 의한 충전식 디스플레이 패널.
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