KR102224030B1 - 발광 다이오드를 내장하는 실리콘 기판 및 이를 이용한 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 내장하는 실리콘 기판 및 이를 이용한 표시장치에 관한 것으로 일 측면에서 본 발명은 발광 다이오드가 실장되며 발광 다이오드를 동작시키는 TFT 회로 및 배선들이 형성된 다수의 유닛 셀로 구성된 실리콘 기판을 제공한다.

Description

발광 다이오드를 내장하는 실리콘 기판 및 이를 이용한 표시장치{SILICON WAFER WITH LIGHT EMITTING DIODE AND DISPLAY DEVICE USING THE SILICON WAFER}

본 발명은 발광 다이오드를 내장하는 실리콘 기판 및 이를 이용한 표시장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Display Device) 등과 같은 다양한 표시장치가 활용되고 있다. 이러한 다양한 표시장치에는, 그에 맞는 표시패널이 포함된다.

특히 액정표시장치(LCD)와 유기발광표시장치(OLED)는 장치의 두께를 줄여 대면적 경량화를 가능하게 한다. 액정 표시장치와 유기발광 표시장치는 휴대용 표시장치로도 다양하게 이용되고 있다. 그러나, LCD 나 OLED 모두 유리 또는 플라스틱 기판을 기초로 생산되기 때문에 재료의 특성상 경도가 약하고, 추가적인 보호 필름을 필요로 하며 많은 전력을 소비하는 문제점이 있다. 특히 휴대용 표시장치와 같이 외부의 충격이 자주 발생하거나 이동이 많은 표시 장치인 경우에는 LCD 또는 OLED를 적용하기에 있어 경도를 강화시키는 추가 공정과 전력 공급을 원활하게 하기 위한 배터리를 제공하는 등의 문제점을 해결하는 것이 필요하다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은 사파이어 기판과 발광 다이오드가 실장된 실리콘 기판을 합착한 표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 실리콘 기판을 에칭하여 발광 다이오드를 실장시키고, 실리콘 기판과 사파이어 기판을 합착하여 외부의 스크래치로부터 소자를 보호하는 표시 장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은 발광 다이오드가 실장되며 발광 다이오드를 동작시키는 TFT 회로 및 배선들이 형성된 다수의 유닛 셀로 구성된 실리콘 기판을 제공한다.

다른 측면에서 본 발명은 발광 다이오드가 실장되며 발광 다이오드를 동작시키는 TFT 회로 및 배선들이 형성된 다수의 유닛 셀로 구성된 실리콘 기판과, 실리콘 기판과 합착하는 사파이어 기판으로 구성된 표시장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발광 다이오드가 결합된 실리콘 기판을 제공하여 저소비 전력을 사용하는 표시장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 사파이어 기판과 실리콘 기판을 합착하여 외부 충격에 대한 강도를 높이는 효과를 제공한다.

도 1은 웨어러블 디스플레이의 한 종류인 스마트워치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판을 에칭한 결과를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 내에 구동 전극부와 TFT 소자가 형성된 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유닛 셀에 발광 다이오드가 실장된 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 블랙 매트릭스를 형성한 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 상부 기판을 부착한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 하나의 유닛 셀에 실장되는 발광 다이오드와 이에 연결되는 배선을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 하나의 유닛 셀에 실장되는 발광 다이오드를 구동시키기 위한 TFT와 TFT에 연결되는 데이터 배선 및 게이트 배선 및 이와 연결되는 VDD 배선을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 상에 형성된 발광 다이오드와 배선 및 TFT가 형성된 예를 도시한 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 상에 형성된 발광 다이오드와 배선 및 TFT가 형성된 3차원 구성을 보여주는 투시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 상에 형성된 발광 다이오드의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내의 반사층이 형성된 부분을 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내에 형성된 RGB 발광 다이오드의 크기가 상이하게 구성된 예를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내에 형성된 3개의 RGB 발광 다이오드의 구성을 도시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내에 제너 다이오드가 실장된 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 웨어러블 디스플레이의 한 종류인 스마트워치를 도시한 도면이다. 스마트워치(10)는 실시간으로 정보를 송수신하며, 송수신된 정보를 표시화면(11)에 출력한다. 스마트워치와 같은 웨어러블 디스플레이(Wearable display)는 지속적으로 정보를 송수신하고 표시해야 하는 특성상 전력 소비가 크며 따라서 자주 충전해야 한다. 현재까지 출시된 제품의 소비전력 능력은 최대 3~5 일 정도의 사용시간을 보장한다. 표시화면(11)의 소비전력은 LCD인 경우 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 구동시키는 소비전력에 의존하며, OLED 소자를 이용한 유기발광표시장치의 경우에도 소자 구동 및 보상회로의 롤링(Rolling)에 의한 구동으로 소비전력이 높은 단점이 있다. 한편, LCD 의 경우, 태양광 등에 의한 외부의 조도가 높은 경우 시인성이 저하되므로, 통상의 실내용 표시장치와 비교할 때 요구 휘도가 월등히 높아야 한다. 즉, 대낮과 같은 상황에서 고휘도가 아닌 경우, LCD 표시장치의 화면은 매우 어둡게 보인다. 한편, OLED의 경우, 외광 및 내부 반사 전극에 의한 반사로 시인성이 떨어져 상부에 편광필름이 부착되는 경우가 있어, LCD 및 OLED 모두 태양광 등의 외부 조도가 높은 상황에서 사용할 경우 고전력의 소비가 요구된다. 또한, 웨어러블 디스플레이의 특성상 신체에 부착되므로 외부 충격에 대한 스크래치(Scratch) 빈도가 높은데, LCD와 OLED 모두 유리 또는 플라스틱 기판을 베이스로 생산되기 때문에 재료의 특성상 경도가 약하고, 추가적인 보호 필름을 필요로 한다.

이에 본 명세서에서는 미래 주요 디스플레이 아이템 중 하나인 웨어러블 디스플레이를 구현함에 있어서, 저소비전력, 시인성향상 및 고급 제품화를 위한 신규 디스플레이 소자를 이용한 표시장치를 제시한다. 이를 위하여 실리콘 기판(silicon wafer)에 발광을 위한 전극부를 형성하고 적색/녹색/청색(RGB)의 발광 다이오드를 기판 상의 전극부에 결합시킨 표시장치를 구현한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판을 에칭한 결과를 도시한 도면이다. 베어 실리콘 기판(bare silicon wafer)(100)을 에칭하여 각각의 화소를 위한 유닛 셀(unit cell)(110)을 형성한다. 각 유닛 셀(110)에는 RGB 발광 다이오드가 실장될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 내에 구동 전극부와 TFT 소자가 형성된 도면이다. 해당 유닛셀(110)을 구동할 수 있는 전극부와 TFT 소자를 형성한다. 실리콘 기판은 하부 기판으로 발광 다이오드를 실장한다. 구동 전극부는 각 유닛 셀(110)에 형성된 발광 다이오드를 구동하는 전극부와 TFT를 형성한다. 전극 형성 시 에칭부 캐비티(Cavity)도 금속을 증착(Metal Deposition)하여 리플렉터(Reflector) 기능을 제공할 수 있도록 한다. 보다 상세히, 도 3에서 120은 제1전원라인을 지시하며, 130은 제2전원라인을 지시한다. 제1전원라인과 제2전원라인은 각각 유닛 셀의 발광 다이오드를 구동하기 위한 배선으로 발광 다이오드에 직접 연결되거나 또는 발광 다이오드를 구동시키는 TFT에 연결되어 발광 다이오드를 구동시키는 역할을 한다. 세부적인 전기 배선의 연결 및 TFT의 구성은 후술한다. 제1전원라인 및 제2전원라인은 이후 설명할 게이트 배선, 데이터 배선, 또는 VDD 전원 배선 등이 될 수 있다.

도 3의 구동 전극부와 TFT 소자를 형성하며, 유닛 셀의 격벽 내부에도 구동 전극부 또는 TFT 소자와 관련있는 금속 물질을 형성할 수 있다. 앞서 설명한 반사층(리플렉터)로 발광 다이오드의 빛이 실리콘 기판의 반사층을 통해 외부로 발산할 수 있도록 한다. 그 결과 발광 다이오드의 광효율을 높일 수 있다. 또한, 유닛 셀 내의 격벽에 형성된 금속 물질의 반사층은 발광 다이오드에 인가되는 전원의 접지력을 향상시킨다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유닛 셀에 발광 다이오드가 실장된 도면이다. RGB 발광 다이오드(190)는 유닛 셀에 각각 실장될 수 있고 또한 세 개의 RGB 발광 다이오드를 모두 하나의 유닛 셀에 실장할 수 있다. 발광 다이오드는 앞서 형성된 전극 구동부 및 TFT와 전기적으로 연결하여 동작한다. 발광 다이오드를 유닛 셀에 실장하는 것은 구동 전극부 및 TFT로 형성된 부분에 발광 다이오드가 전기적으로 연결되도록 하는 것을 의미한다. 발광 다이오드는 식각된 유닛 셀 내에 실장하며, 유닛 셀의 격벽 및 유닛 셀의 하부에 형성된 배선과 TFT 회로와 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 블랙 매트릭스를 형성한 결과를 도시한 도면이다. 유닛 셀에 형성된 전극부를 보호하기 위해 블랙 매트릭스를 형성한다. 블랙 매트릭스(black matrix)는 상부 기판인 사파이어 기판이 결합할 경우 전극부를 보호하기 위해 형성된다. 150과 같이 발광 다이오드가 형성된 각 유닛 셀들을 구분짓는 격벽 상에 블랙 매트릭스가 형성된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 상부 기판을 부착한 결과를 도시한 도면이다. 상부 기판은 경도가 강한 사파이어 기판을 사용하여 부착할 수 있다. 사파이어 기판(200)은 블랙 매트릭스(150) 상에 합착되므로 발광 다이오드나 전극부와 직접 컨택하지 않는다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 하나의 유닛 셀에 실장되는 발광 다이오드와 이에 연결되는 배선을 도시한 도면이다. 도 7에서 데이터 배선(Data)과 게이트 배선(Gate)이 스위칭 TR(Switching Transistor, 710)에 연결되며, 스위칭 TR(710)의 드레인(drain)은 구동 TR(Driving Transistor, 720)의 게이트 영역에 연결된다. 한편 구동 TR(720)의 소스(source)는 구동전원인 VDD(또는 EVDD)에 연결되며, 드레인은 발광 다이오드(LED, 190)에 연결되며, 발광 다이오드(190)의 다른 한쪽은 기저전원인 VSS(또는 EVSS)에 연결된다. 여기서 VDD는 애노드(anode)로, VSS는 캐소드(cathode)로 구성될 수 있다.

도 3 내지 도 7의 구성을 중심으로 살펴보면, 에칭을 통해 형성된 유닛 셀은 하나 이상의 발광 다이오드를 실장하며, 발광 다이오드가 연결될 TFT 회로를 포함한다. 또한, 각 유닛 셀 내의 TFT 회로에 연결되는 게이트 배선, 데이터 배선 및 구동 전원 배선이 유닛 셀의 격벽 상에 또는 유닛 셀의 하부에 형성된다. 이러한 배선들의 형성은 실리콘 기판 상에 TFT 회로 및 이와 관련된 배선을 형성한 후, 다시 실리콘을 덮은 후 에칭한 후, 전극부를 형성하는 공정을 적용할 수 있다. 앞서 도 5에서 실장된 발광 다이오드는 유닛 셀 내에 하나 또는 그 이상의 개수가 위치하며 TFT 회로에 연결된다. 그리고 도 5에서 살펴본 바와 같이 다수의 유닛 셀 사이에, 보다 상세히 유닛 셀의 격벽 상에 블랙 매트릭스가 위치한다. 발광 다이오드(190)의 한쪽 끝은 도 7에서 살펴본 바와 같이 TFT 회로와 연결되며, 다른 한쪽 끝은 기저전원 배선인 VSS에 연결된다. 따라서 VSS를 인가하는 기저 전원 전극 물질층(840)이 실리콘 기판 상에 형성될 수 있다. 이는 기저전압이 인가되는 VSS가 투명한 캐소드로 실리콘 기판 상에 면전극의 형태로 형성되는 실시예를 포함한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 배선의 구조에 따라 VSS가 실리콘 기판 상에도 형성되거나, 별도의 TFT 회로 혹은 배선으로 실리콘 하부에 TFT 회로와 함께 형성될 수도 있다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 하나의 유닛 셀에 실장되는 발광 다이오드를 구동시키기 위한 TFT와 TFT에 연결되는 데이터 배선 및 게이트 배선 및 이와 연결되는 VDD 배선을 도시한 도면이다.

도 8은 게이트 배선(810)이 가로로 형성되며 데이터 배선(820)이 세로로 형성되어 710과 같이 스위칭 TR을 형성한다. 스위칭 TR(710)의 게이트는 게이트 배선(810)에서 연결되며, 스위칭 TR(710)의 소스는 데이터 배선(820)에서 연결된다. 한편 스위칭 TR(710)의 드레인은 도 9에서 형성될 구동 TR(720)의 게이트와 연결된다.

도 9는 스위칭 TR(710)의 형성된 부분 위에 게이트 절연막이 형성되고 구동 TR(720)이 형성됨을 도시한다. 구동 TF(720)의 게이트는 앞서 설명한 바와 같이 도 7의 회로 구성에 따라 스위칭 TR(710)의 드레인 물질과 동일한 물질로 동시에 형성된다.

도 10은 구동 TR(720)의 소스에 VDD(830)가 연결되며 드레인에 발광 다이오드(190)가 연결된 것을 보여준다. 발광 다이오드의 다른 한 쪽은 후술할 VSS에 연결된다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 상에 형성된 발광 다이오드와 배선 및 TFT가 형성된 예를 도시한 평면도이다. 1100은 앞서 살펴본 TFT(710, 720)의 구성이며, 발광 다이오드(190)는 TFT에 연결된다. 도면에 미도시되었으나, 구동 TR(720)의 소스에 VDD(830) 배선이 연결된다. 한편 발광 다이오드(190)의 다른 한 측면은 유닛 셀들의 전면에 형성된 VSS(840)에 연결된다. 유닛 셀의 발광 다이오드의 빛을 투과시키기 위해 VSS는 투명한 전극(clear cathod)으로 실리콘 기판 전면에 형성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 상에 형성된 발광 다이오드와 배선 및 TFT가 형성된 3차원 구성을 보여주는 투시도이다. 도 11의 1101을 확대하여 살펴보면 도 12와 같다. 발광 다이오드(190)는 TFT 회로(1110) 및 캐소드(840)에 연결되며, TFT 회로(1100)를 구동시키는 데이터 배선과 게이트 배선에 인가되는 전기에 따라 발광할 수 있다. 애노드(1210)는 TFT 회로(1110)에 연결되어 TFT 회로(1110)의 구동에 따라 애노드(1210)의 전기가 발광 다이오드(190)로 인가된다. 전면의 캐소드(840)는 유닛 셀 상에 투명하게 형성된다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기판 상에 형성된 발광 다이오드의 구성을 보여주는 단면도이다. 도 10의 I-I'및 II-II'의 단면을 보여준다. I-I' 영역은 스위칭 TR의 구성을 보여주며, II-II'는 구동 TR의 구성을 보여준다. 1310 및 1320은 절연막이다. 게이트 절연막 또는 층간 절연막의 기능을 수행한다. 스위칭 TR 및 구동 TR을 이용하여 각 유닛 셀 내에 형성된 발광 다이오드의 발광을 제어할 수 있으므로, 다양한 색상을 제공할 수 있다. 또한, 하나의 유닛 셀 내에 백색광을 발광시키도록 RGB 발광 다이오드를 포함시킨 경우에도 각 유닛 셀 별 백색광의 발광을 선택적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 표시장치의 소자를 구성하면, 하부 기판을 실리콘 웨이퍼를 적용하며, 상부 기판을 사파이어 웨이퍼를 적용할 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 실리콘 웨이퍼는 적절한 두께로 에칭되어 유닛 셀을 형성한다. 유닛 셀은 PPI(pixel per inch) 조건에 따라 가변되어 설계 될 수 있으며 각각의 유닛 셀 내에 발광 다이오드가 실장될 수 있다. 유닛 셀에 세 개의 다이오드가 실장 될 수 있는데, 예를 들어, 백색을 구현하기 위해 RGB 발광 다이오드들인 세 개의 발광 다이오드들을 하나의 유닛 셀 내에 포함시킬 수 있으며, RGB의 색상을 각각 구현하기 위해, 각 색상의 발광 다이오드를 유닛 셀 내에 독립적으로 실장시킬 수 있다. 한편, 유닛 셀을 에칭하며 형성된 캐비티(cavity)는 메탈 재료로 반사층이 형성될 수 있다. 이러한 반사층은 격리된(Isolation) 영역에 형성될 수 있다. 이러한 반사층은 구동 전극부 및 TFT 회로를 형성하는 과정에서 동시에 형성될 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내의 반사층이 형성된 부분을 도시한 도면이다. 도 14는 도 3 내지 도 6의 구성에서 구동 전극부와 TFT 회로를 형성하며 동시에 형성된 반사층(1410)에서 발광 다이오드(190a)에서 형성된 빛이 반사됨을 보여준다. 발광 다이오드(190a)는 구동 전극부와 연결된 반사층(1410)에 전기적으로 연결되며, 사파이어 기판(200)에 밀착된 VSS(공통전극)과도 발광 다이오드(190a)는 전기적으로 연결된다. 반사층(1410)은 캐비티 내부를 완전히 감싸는 구조일 수 있으며, 캐비티 내에서 공통 반사면을 구성할 수 있다. 도 14에서 하나의 유닛 셀 내에 하나의 발광 다이오드가 형성되며, 유닛 셀의 격벽에 형성된 금속성 반사 물질로 발광 효율을 높일 수 있다. 또한, 유닛 셀의 격벽으로 인하여 인접한 다른 발광 다이오드의 빛이 완벽하게 차단되므로, 혼색이 없으며 시인성이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다. 하나의 발광 다이오드를 유닛 셀 내에 실장하고 게이트 배선과 데이터 배선으로 TFT 회로를 제어할 경우 다양한 색상을 재현하는 표시장치를 제공할 수 있다.

해당 캐비티 내 형성되는 발광다이오드의 크기는 표시장치에서 구현해야 하는 휘도 및 해상도에 따라 가변적이며, RGB 각각의 발광 다이오드의 크기도 백색 구현을 위한 밸런스(White balance)를 고려하여 특정한 비율을 가질 수 있다.

캐비티는 공기 또는 질소 불활성 기체로 채워지거나, 투명도가 확보된 광학 레진으로 채워질 수 있다. 상부 기판과 하부 기판의 부착 영역에 주요 전극 배선부가 형성되며, 해당 전극 배선부의 외광 반사를 최소화 및 전극부 보호를 위하여 블랙 매트릭스 재료가 실장될 수 있다. 한편, 하부 기판의 특정 영역을 지정하여, 제너 다이오드를 실장할 수 있으며, 발광 다이오드로 유입되는 정전기를 방지할 수 있다. 제너 다이오드는 도 17에서 살펴본다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내에 형성된 RGB 발광 다이오드의 크기가 상이하게 구성된 예를 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위하여 각 발광 다이오드에 연결되는 배선은 미도시하였다. 1501, 1502, 1503은 각각 유닛 셀을 지시한다. RGB 발광 다이오드의 크기는 면적을 기준으로 1:2:1의 구성을 유지한다. 적색 발광 다이오드(1511)와 청색 발광 다이오드(1513)의 크기와 비교할 때, 녹색 발광 다이오드의 크기(1512)는 2배가 되도록 구성할 수 있다. 발광 다이오드의 크기를 상이하게 하는 것은 발광 시키는 색상의 휘도를 고려하여 결정할 수 있다. 즉, 특정 색상이 약하게 발광하는 특성인 경우 이러한 휘도 편차를 보정하기 위해 크기를 달리 구성할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내에 형성된 3개의 RGB 발광 다이오드의 구성을 도시한 도면이다. 설명의 편의를 위하여 각 발광 다이오드에 연결되는 배선은 미도시하였다. 각 유닛 셀(1601, 1602, 1603) 내에 3개의 RGB 발광 다이오드들이 형성되어 백색을 구현한다. 이는 백색 만으로 디스플레이를 표시할 경우 적용 가능하다. 즉, 백색 디스플레이를 구현하기 위해 백색 발광 다이오드를 사용하지 않고 RGB 발광 다이오드를 결합하여 하나의 유닛 셀 내에 실장하여 백색광을 출사시키는 효과가 있다. 도 16에서 유닛 셀 내에 위치하는 RGB 발광 다이오드들을 동시에 구동시키기 위하여 앞서 살펴본 VDD 배선에 동일하게 연결될 수 있다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 각 유닛 셀 내에 제너 다이오드가 실장된 구성을 도시한 도면이다. 도 17에서 하나의 유닛 셀(1701) 내에 발광 다이오드(1710)와 제너 다이오드(1720)가 실장되어 있다. 제너 다이오드(1720)는 발광 다이오드(1710)에 연결되며 발광 다이오드(1710)에서 발생하는 정전기를 방지하는 기능을 제공한다. 유닛 셀 내의 발광 다이오드(1710)에 정전기가 유입될 경우 발광 다이오드(1710) 및 이에 연결된 TFT 회로의 구동에 문제가 발생하여, 해당 유닛 셀에서 휘점 또는 암점이 발생할 수 있다. 제너 다이오드(1720)를 유닛 셀 내에 실장시킬 경우 발광 다이오드(1710)로 유입되는 정전기를 차단하여 신뢰성을 제공할 수 있다. 제너 다이오드(1720)는 발광 다이오드(1710)의 빛을 방해하지 않도록 유닛 셀 내에 위치시킬 수 있다. LED 소자의 정전기 데미지를 방지하기 위해 도 17과 같이 제너 다이오드를 실장할 수도 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. LED 소자의 ESD 내성이 좋은 경우 제너 다이오드를 실장할 필요는 없으므로, 제너 다이오드의 실장은 해당 LED 소자의 특성을 고려하여 실장할 수 있다.

본 발명과 같이 발광 다이오드가 실장되는 유닛 셀 구조의 디스플레이 장치는 유닛 셀 내에 캐비티를 형성하고 각 유닛 셀 내에서 반사를 유도하여 광효율 향상 및 시인성을 개선할 수 있다. 또한, 기판 사이의 접착 영역에 전극부를 보호하는 블랙 매트릭스를 형성하여 전극 배선 반사 방지하며, 그 결과, 시인성을 개선할 수 있다. 그리고 상부 기판으로 사파이어 기판을 적용하여 외부에 쉽게 노출되는 웨어러블 디스플레이와 같은 장치에 적용함에 있어 고경도 제품화를 가능하게 한다.

본 발명을 구현할 경우, 실리콘 웨이퍼 기판을 하부 기판으로 적용하므로, 전극부 적층 구조 상의 효율을 향상시키며 및 열전도성을 향상시켜 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 유닛 셀을 구성시켜 발광 다이오드들에서 발광한 빛의 혼색을 방지시킨다. 또한, 미세 전류를 구동시켜 전력의 저소비 효과를 구현한다.

지금까지 살펴본 본 발명의 실시예는 표시장치 소자를 구성하기 위해 전극부와 TFT 회로를 포함하는 하부 기판을 형성하고, 하부 기판에 유닛 셀을 형성하여 RGB 발광 다이오드를 실장시킨다. 하부 기판은 전극부와 TFT 회로를 용이하게 형성하며 열 전달 효율 및 결정 특성에 의해 에칭이 용이한 실리콘 웨이퍼를 적용할 수 있다.

각 발광 다이오드와 전극 또는 회로 등을 보호하기 위해 상부 기판으로 사파이어 기판과 같이 고강도의 기판을 사용할 수 있다. 상부 기판은 스크래치, 압력 등에 강한 소재를 사용할 수 있어 외부에 쉽게 노출되는 웨어러블 기기에 적용할 수 있다. RGB를 구성함에 있어 시인성과 각 발광 다이오드의 휘도 특성 등을 고려하여 앞서 도 16에서 살펴본 바와 같이 크기를 다양하게 조절할 수 있다. 특정 색상의 발광 다이오드의 색상을 달리 설정하거나, 혹은 특정 색상의 발광 다이오드가 장착될 유닛 셀에 형성되는 반사층을 상이하게 설정할 수 있다. 또한, 유닛 셀은 에어 캐비티(air cavity)를 포함할 수 있다. 이러한 구성을 통하여 본 발명은 저소비전력의 표시 장치를 제공하며, 시인성을 개선하고, 외부 충격에 강한 표시 장치를 제공할 수 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 실리콘 기판 190, 1710: 발광 다이오드
110, 1501, 1502, 1503, 1601, 1602, 1603: 유닛셀
710: 스위칭 트랜지스터 720: 구동 트랜지스터
810: 게이트 배선 820: 데이터 배선
830: 구동 전원 배선 840: 기저 전원 전극 물질층
1720: 제너 다이오드

Claims (11)

1. 하나 이상의 발광 다이오드를 실장하며, 상기 발광 다이오드가 연결될 TFT 회로를 포함하는 실리콘 기판에 대하여,
   상기 실리콘 기판은,
   베어 실리콘 기판(bare silicon wafer)의 상부 일부를 제거한 영역으로 정의되는 다수의 유닛 셀;
   상기 유닛 셀 내의 상기 TFT 회로에 연결되는 게이트 배선, 데이터 배선 및 구동 전원 배선;
   상기 유닛 셀 내에 위치하며 상기 TFT 회로에 연결되는 발광 다이오드;
   상기 다수의 유닛 셀 사이의 격벽 상에 위치하는 블랙 매트릭스; 및
   상기 유닛 셀 상에 위치하는 기저 전원 전극 물질층을 포함하는 실리콘 기판.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 하나의 유닛 셀 내에는 둘 이상의 발광 다이오드가 위치하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 기판.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하나의 유닛 셀 내에는 하나의 발광 다이오드가 위치하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 기판.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 발광 다이오드는 색상에 따라 크기가 상이한 것을 특징으로 하는, 실리콘 기판.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 유닛 셀의 내측부에 위치하고, 상기 발광 다이오드에서 출사된 빛의 적어도 일부를 상기 실리콘 기판의 반대 방향으로 반사하는 반사층을 포함하는 실리콘 기판.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 TFT 회로는 구동 트랜지스터 및 스위칭 트랜지스터를 포함하며,
   상기 데이터 배선 및 게이트 배선은 각각 상기 스위칭 트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극 및 게이트에 연결되며,
   상기 스위칭 트랜지스터의 드레인 또는 소스 전극은 상기 구동 트랜지스터의 게이트에 연결되며,
   상기 구동 전원 배선은 상기 구동 트랜지스터의 소스 또는 드레인 전극에 연결되며,
   상기 발광 다이오드는 상기 구동 트랜지스터의 드레인 또는 소스 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는, 실리콘 기판.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 유닛 셀 내에는 상기 발광 다이오드와 연결되는 제너 다이오드를 포함하는, 실리콘 기판.
   
8. 하나 이상의 발광 다이오드 및 상기 발광 다이오드가 연결될 TFT 회로를 포함하는 표시장치에 대하여,
   상기 표시장치는,
   베어 실리콘 기판(bare silicon wafer)의 상부 일부를 제거한 영역으로 정의되는 다수의 유닛 셀과 상기 TFT 회로에 연결되는 게이트 배선, 데이터 배선, 구동 전원 배선과 상기 배선을 보호하는 블랙 매트릭스가 위치하며, 기저 전원 전극 물질층이 위치하는 실리콘 기판; 및
   상기 실리콘 기판과 합착하는 사파이어 기판을 포함하는 표시장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 하나의 유닛 셀 내에는 하나의 발광 다이오드가 위치하는 것을 특징으로 하는, 표시장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 색상에 따라 크기가 상이한 것을 특징으로 하는, 표시장치.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 유닛 셀의 내측부에 위치하고, 상기 발광 다이오드에서 출사된 빛의 적어도 일부를 상기 실리콘 기판의 반대방향으로 반사하는 반사층을 포함하는 표시장치.

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