KR102463583B1 - 태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법 - Google Patents
태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 제1기판과, 상기 제1기판 상부에 배치되고 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과, 상기 화소에 배치되는 적어도 하나의 박막트랜지스터와, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 배치되고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지를 포함하는 표시장치를 제공한다.
Description
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 박막트랜지스터 상부에 태양전지를 배치하고, 표시구간 및 충전구간으로 구동함으로써, 개구율 및 휘도가 개선되고 제조공정이 단순화 되는 태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있는데, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 액정표시장치(liquid crystal display device), 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode display device), 전계방출 표시장치(field emission display device)와 같은 평판표시장치(flat panel display)가 연구 개발되고 있다.
최근에는, 이러한 표시장치가 스마트폰(smart phone) 또는 테블릿컴퓨터(tablet PC) 등의 휴대용 단말기에 널리 사용되고 있는데, 휴대용 단말기는 배터리와 같은 전원을 이용하므로, 한정적인 전원공급이라는 한계를 갖는다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 화소영역의 박막트랜지스터 상부에 태양전지를 배치함으로써, 개구율 및 휘도가 개선되고 제조공정이 단순화 되는 태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 영상표시의 단위구간인 1프레임을 표시구간 및 충전구간으로 구분하고, 충전구간 동안 태양전지를 이용하여 전기를 생산함으로써, 영상 표시 및 배터리 충전의 효율이 개선되는 태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제1기판과, 상기 제1기판 상부에 배치되고 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과, 상기 화소에 배치되는 적어도 하나의 박막트랜지스터와, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 배치되고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지를 포함하는 표시장치를 제공한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는, 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트전극과, 상기 반도체층 양단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극을 포함하고, 상기 태양전지는, 상기 소스전극과, 상기 소스전극에 접촉하는 광흡수층과, 상기 광흡수층에 접촉하는 전지전극을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은 상기 반도체층에 중첩될 수 있다.
그리고, 상기 광흡수층은, 상기 게이트전극 상부에서 상기 소스전극 상부에 접촉하고, 상기 반도체층을 따라 연장되다가 상기 반도체층 외부에 배치되어 상기 드레인전극 상부로 연장되고, 상기 드레인전극과 교차하는 상기 전지전극 하부에 접촉할 수 있다.
또한, 상기 광흡수층은, 상기 게이트전극으로부터 이격되어 상기 드레인전극 상부로 연장되고, 상기 드레인전극과 교차하는 상기 전지전극 하부에 접촉할 수 있다.
그리고, 상기 광흡수층은, 상기 게이트전극 상부에서 상기 소스전극 상부에 접촉하고, 상기 반도체층을 따라 연장되다가 상기 반도체층 외부에 배치되어 상기 드레인전극 상부로 연장되어 상기 드레인전극과 교차하고, 상기 드레인전극과 이격 배치되는 상기 전지전극 하부에 접촉할 수 있다.
또한, 상기 표시장치는, 상기 태양전지 상부에 배치되고, 상기 태양전지를 노출하는 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 1프레임 중 표시구간 동안 화소의 적어도 하나의 박막트랜지스터를 이용하여 영상을 표시하는 단계와, 1프레임 중 충전구간 동안 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하는 단계를 포함하는 표시장치의 구동방법을 제공한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는 제1 내지 제6박막트랜지스터를 포함하고, 상기 화소는 스토리지 커패시터 및 발광다이오드를 포함하고, 상기 1프레임은, 상기 제3 내지 제6박막트랜지스터가 턴-온 되는 제1구간과, 상기 제1, 제3 및 제6박막트랜지스터가 턴-온 되고 상기 제4 및 제5박막트랜지스터가 턴-오프 되는 제2구간과, 상기 제3 내지 제6박막트랜지스터가 턴-오프 되는 제3구간과, 상기 제4 및 제5박막트랜지스터가 턴-온 되고 상기 제1, 제3 및 제6박막트랜지스터가 턴-오프 되는 제4구간을 포함하고, 상기 표시구간은 상기 제4구간이고, 상기 충전구간은 상기 제2 및 제3구간 중 적어도 하나 일 수 있다.
다른 한편, 본 발명은, 제1기판 상부에 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 형성하는 단계와, 상기 화소에 적어도 하나의 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지를 형성하는 단계를 포함하는 표시장치의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 제1기판 상부에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 상부에 게이트절연층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층에 대응되는 상기 게이트절연층 상부에 게이트전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트절연층 상부에 상기 반도체층의 드레인영역에 연결되는 드레인전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트전극과 상기 드레인전극 상부에 제1 및 제2층간절연층을 형성하는 단계와, 상기 제2층간절연층 상부에 상기 반도체층의 소스영역에 연결되는 소스전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 태양전지를 형성하는 단계는, 상기 소스전극 상부에 광흡수층을 형성하는 단계와, 상기 광흡수층 상부에 상기 광흡수층에 접촉하는 전지전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은, 화소영역의 박막트랜지스터 상부에 태양전지를 배치함으로써, 개구율 및 휘도가 개선되고 제조공정이 단순화 되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 영상표시의 단위구간인 1프레임을 표시구간 및 충전구간으로 구분하고, 충전구간 동안 태양전지를 이용하여 전기를 생산함으로써, 영상 표시 및 배터리 충전의 효율이 개선되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치를 도시한 회로도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 다수의 신호의 파형도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 절단선 IV-IV에 따른 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 다수의 신호의 파형도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 절단선 IV-IV에 따른 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치를 설명하는데, 유기발광다이오드 표시장치를 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치를 도시한 회로도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 다수의 신호의 파형도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치(110)는, 다수의 화소 각각에 배치되는 제1 내지 제6박막트랜지스터(T1 내지 T6), 스토리지 커패시터(Cst), 발광다이오드(Dem) 및 태양전지(Cso)를 포함한다.
여기서, 제1 내지 제6박막트랜지스터(T1 내지 T6)는 모두 P형인데, 다른 실시예에서는 제1 내지 제6박막트랜지스터(T1 내지 T6) 중 일부는 P형이고 나머지는 N형이거나, 모두 N형일 수도 있다.
제1박막트랜지스터(T1)는, 게이트로 인가되는 스캔전압(Vsc)에 따라 소스에 인가되는 데이터전압(Vda)을 드레인을 통하여 스토리지 커패시터(Cst)의 일전극으로 전달한다.
제2박막트랜지스터(T2)는, 게이트로 인가되는 스토리지 커패시터(Cst)의 타전극의 전압에 따라 소스로 인가되는 고전위전압(Vdd)을 드레인을 통하여 제3박막트랜지스터(T3)의 드레인 및 제4박막트랜지스터(T4)의 소스로 전달한다.
제3박막트랜지스터(T3)는, 게이트로 인가되는 스캔전압(Vsc)에 따라 소스로 인가되는 스토리지 커패시터(Cst)의 타전극의 전압을 드레인을 통하여 제2박막트랜지스터(T2)의 드레인 및 제4박막트랜지스터(T4)의 소스로 전달한다.
제4박막트랜지스터(T4)는, 게이트로 인가되는 발광전압(Vem)에 따라 소스로 인가되는 제2박막트랜지스터(T2)의 드레인의 전압 및 제3박막트랜지스터(T3)의 드레인의 전압을 드레인을 통하여 발광다이오드(De)의 양극 및 제6박막트랜지스터(T6)의 드레인으로 전달한다.
제5박막트랜지스터(T5)는, 게이트로 인가되는 발광전압(Vem)에 따라 소스로 인가되는 기준전압(Vre)을 드레인을 통하여 제1박막트랜지스터의 드레인의 전압 및 스토리지 커패시터(Cst)의 일전극으로 전달한다.
제6박막트랜지스터(T6)는, 게이트로 인가되는 초기전압(Vin)에 따라 소스로 인가되는 기준전압(Vre)을 드레인을 통하여 제4박막트랜지스터(T4)의 드레인 및 발광다이오드(Dem)의 양극으로 전달한다.
발광다이오드(Dem)는, 양극으로 인가되는 제4박막트랜지스터(T4)의 드레인의 전압 및 제6박막트랜지스터(T6)의 드레인의 전압과 음극으로 인가되는 저전위전압(Vss)의 차이에 따라 발광(emission of light)한다.
태양전지(Cso)는, 주변광을 흡수(absorption of light)하여 양극으로 인가되는 기준전압(Vre)과 음극으로 인가되는 충전전압(Vso)의 차이에 해당하는 기전력을 생성하는데, 기전력에 의하여 충전전압(Vso)에 연결되는 배터리(미도시)가 충전된다.
이러한 태양전지를 포함하는 표시장치(110)는, 영상표시의 단위구간인 1프레임을 제1 내지 제4구간(TP1 내지 TP4)로 구분하여 구동된다.
제1구간(TP1)은, 초기화 구간으로, 로우레벨의 스캔전압(Vsc), 발광전압(Vem) 및 초기전압(Vin)에 의하여 제3 내지 제6박막트랜지스터(T3 내지 T6)가 턴-온(turn-on) 되어, 스토리지 커패시터(Cst)의 일전극 및 타전극과 발광다이오드(Dem)의 양극이 기준전압(Vre)이 된다.
제2구간(TP2)은, 샘플링 구간으로, 로우레벨의 스캔전압(Vsc) 및 초기전압(Vin)에 의하여 제1, 제3 및 제6박막트랜지스터(T1, T3, T6)가 턴-온 되고 하이레벨의 발광전압(Vem)에 의하여 제4 및 제5박막트랜지스터(T4, T5)가 턴-오프(turn-off) 되어, 스토리지 커패시터(Cst)의 타전극이 데이터전압(Vda) 및 문턱전압(Vth)의 합이 된다.
제3구간(TP3)은, 홀딩 구간으로, 하이레벨의 스캔전압(Vsc), 발광전압(Vem) 및 초기전압(Vin)에 의하여 제3 내지 제6박막트랜지스터(T3 내지 T6)가 턴-오프 되어, 제2박막트랜지스터(T2)를 통과한 전류가 제4박막트랜지스터(T4)에 의하여 차단되고, 그 결과 발광다이오드(Dem)가 발광하지 않는다.
제3구간(TP3)은 제2 및 제4구간(TP2, TP4)가 중첩되지 않도록 하여 발광다이오드(Dem)가 비정상 발광하지 않도록 한다.
제4구간(TP4)은, 발광 구간으로, 로우레벨의 발광전압(Vem)에 의하여 제4 및 제5박막트랜지스터(T4, T5)가 턴-온 되고 하이레벨의 스캔전압(Vsc) 및 초기전압(Vin)에 의하여 제1, 제3 및 제6박막트랜지스터(T1, T3, T6)가 턴-오프 되어, 제2박막트랜지스터(T2)를 통과한 전류가 제4박막트랜지스터(T4)를 통과하고, 그 결과 발광다이오드(Dem)가 발광한다.
즉, 태양전지를 포함하는 표시장치(110)에서는, 1프레임 중 제1 내지 제3구간(TP1 내지 TP3) 동안 문턱전압(Vth)을 검출하여 데이터전압(Vda)에 반영하고, 제4구간(TP4) 동안 문턱전압(Vth)이 반영된 데이터전압(Vda)에 따라 발광다이오드(Dem)가 발광하여 영상을 표시하는데, 영상표시에 사용되지 않는 제1 내지 제3구간(TP1 내지 TP3) 중 일부 또는 전부를 충전구간으로 이용하여 배터리를 충전할 수 있다.
예를 들어, 초기화구간인 제1구간(TP1) 이후 하이레벨의 발광전압(Vem)에 의하여 제4 및 제5박막트랜지스터(T4, T5)가 턴-오프 되는 제2 및 제3구간(TP2, TP3)을 충전구간으로 이용할 수 있고, 특히 하이레벨의 발광전압(Vem) 및 하이레벨의 초기전압(Vin)에 의하여 제4 내지 제6박막트랜지스터(T4 내지 T6)가 턴-오프 되는 제3구간(TP3)을 충전구간으로 이용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치(110)에서는, 영상표시의 단위구간인 1프레임을 제1 내지 제4구간(TP1 내지 TP4)으로 구분하고, 표시구간(발광구간)인 제4구간(TP4) 동안 영상을 표시하고, 제4구간(TP4) 이전의 제1 내지 제3구간(TP1 내지 TP3) 중 일부 또는 전부인 충전구간 동안 태양전지(Cso)를 이용하여 배터리를 충전함으로써, 영상 표시 및 배터리 충전의 효율을 개선할 수 있다.
제1실시예에서는 유기발광다이오드 표시장치(OLED)를 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 액정표시장치(LCD)에 본 발명을 적용할 수 있으며, 이 경우에도 1프레임을 영상을 표시하는 표시구간과 배터리를 충전하는 충전구간으로 구분하여 액정표시장치를 시분할로 구동할 수 있다.
이러한 태양전지를 포함하는 표시장치(110)에서는, 태양전지(Cso)를 제6박막트랜지스터(T6)에 대응되도록 배치하는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 절단선 IV-IV에 따른 단면도로서, 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치(110)의 제1기판(120) 상부에는 서로 교차하여 다수의 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선이 배치되고, 제1기판(120) 상부의 각 화소에는 제1 내지 제6박막트랜지스터(T1 내지 T6), 스토리지 커패시터(Cst), 발광다이오드(Dem) 및 태양전지(Cso)가 배치된다.
구체적으로, 제1기판(120) 상부 전면에는 버퍼층(122)이 배치되고, 버퍼층(122) 상부의 각 화소에는 반도체층(124)이 배치된다.
버퍼층(122)은 제1기판(120)의 알칼리 이온과 같은 오염물질이 반도체층(124)으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
반도체층(124)은, 중앙부의 액티브영역과, 액티브영역 양측의 소스영역 및 드레인영역을 포함하는데, 액티브영역은 순수(intrinsic) 반도체물질로 이루어지고, 소스영역 및 드레인영역은 P형 또는 N형 불순물 반도체물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 반도체물질은 비정질실리콘(amorphous silicon), 다결정실리콘(polycrystalline silicon) 중 하나일 수 있다.
반도체층(124) 상부의 제1기판(120) 전면에는 게이트절연층(126)이 배치되고, 반도체층(124)의 액티브영역에 대응되는 게이트절연층(126) 상부에는 게이트전극(130)이 배치된다.
여기서, 게이트절연층(126)은 반도체층(124)의 드레인영역을 노출하는 드레인콘택홀(128)을 갖고, 반도체층(124)의 드레인영역에 대응되는 게이트절연층(126) 상부에는 드레인전극(132)이 배치되는데, 드레인전극(132)은 드레인콘택홀(128)을 통하여 반도체층(124)의 드레인영역에 연결된다.
게이트전극(130) 및 드레인전극(132) 상부의 제1기판(120) 전면에는 제1 및 제2층간절연층(134, 136)이 순차적으로 배치되는데, 제1 및 제2층간절연층(134, 136)은 반도체층(124)의 소스영역을 노출하는 소스콘택홀(138)을 갖는다.
제1 및 제2층간절연층(134, 136)은, 각각 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx)과 같은 무기절연물질이나 포토아크릴(photoacryl), 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있다.
반도체층(124)의 소스영역에 대응되는 제2층간절연층(136) 상부에는 소스전극(140)이 배치되는데, 소스전극(140)은 소스콘택홀(138)을 통하여 반도체층(124)의 소스영역에 연결된다.
여기서, 반도체층(124), 게이트전극(130), 소스전극(140) 및 드레인전극(132)은 제6박막트랜지스터(T6)를 구성하는데, 도시하지는 않았지만, 제1 내지 제5박막트랜지스터(T1 내지 T5)도 제6박막트랜지스터(T6)와 동일한 단면구성을 가질 수 있다.
제1 및 제2층간절연층(134, 136)을 충분히 두꺼운 두께로 형성함으로써, 제6박막트랜지스터(T6)에 중첩하는 태양전지(Cso)가 하부의 제6박막트랜지스터(T6)에 주는 전기적 영향을 최소화 할 수 있으며, 다른 실시예에서는 제1 및 제2층간절연층(134, 136) 중 하나를 생략하여 단일 층간절연층을 제6박막트랜지스터(T6)와 태양전지(Cso) 사이에 배치할 수도 있다.
제6박막트랜지스터(T6)에 대응되는 소스전극(140) 상부에는 광흡수층(142)이 배치되고, 광흡수층(142), 상부에는 전지전극(144)이 배치된다.
광흡수층(142)은, 조명 또는 태양광과 같은 주변광을 흡수하여 기전력을 생성하는 다중층 일 수 있는데, 적층된 셀의 개수에 따른 단일접합(single junction) 구조 또는 다중접합(multi-junction) 구조 일 수 있다.
그리고, 다중접합 구조인 경우 사용되는 반도체물질의 종류에 따라 동종접합 구조 또는 이종접합 구조 일 수 있는데, 예를 들어, 비정질실리콘(a-Si:H)의 셀과 미세결정 실리콘(μc-Si:H)의 셀로 이루어지는 동종접합 구조이거나, 비정질실리콘의 셀과 비정질 실리콘게르마늄(a-SiGe:H)의 셀로 이루어지는 이종접합 구조 일 수 있다.
또한, 광흡수층(142)은, 전자 및 홀과 같은 전하 수집률을 개선하기 위하여 PN접합 사이에 순수(intrinsic) 비정질실리콘층을 삽입한 PIN접합 구조 일 수 있다.
예를 들어, 광흡수층(142)는, P형 비정질 실리콘(a-Si:H)의 제1층, 비정질 실리콘게르마늄(a-SiGe:H)의 제2층, N형 미세결정(microcrystalline) 실리콘(μc-Si:H)의 제3층으로 구성될 수 있다.
소스전극(140), 광흡수층(142) 및 전지전극(144)은 태양전지(Cso)를 구성하는데, 소스전극(140) 및 전지전극(144)은 각각 태양전지(Cso)의 양극 및 음극 역할을 한다.
여기서, 태양전지(Cso)는, 제6박막트랜지스터(T6)를 가리는 블랙매트릭스(미도시) 내에 배치되어 제6박막트랜지스터(T6)에 대응되도록 배치될 수 있다.
구체적으로, 태양전지(Cso)의 광흡수층(142)은 제6박막트랜지스터(T6)의 반도체층(124)과 적어도 일부가 중첩하도록 배치될 수 있는데, 제1실시예에서는 수광 면적을 증가시키기 위하여 광흡수층(142)의 일부분은 반도체층(124)에 중첩하도록 배치되고 광흡수층(142)의 나머지 부분은 반도체층(124) 외부로 연장되어 배치될 수 있다.
즉, 광흡수층(142)은, 게이트전극(130) 상부에서 소스전극(140) 상부에 접촉하고, 반도체층(124)을 따라 연장되다가 반도체층(124) 외부에 배치되어 드레인전극(132) 상부로 연장되고, 드레인전극(132)과 교차하는 전지전극(144) 하부에 접촉한다.
도시하지는 않았지만, 태양전지(Cso) 상부에는 절연층을 개재하여 발광다이오드(Dem)가 배치되는데, 발광다이오드는 순차 적층되는 양극, 발광층 및 음극을 포함할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치(110)는, 제1기판(120)과 마주보며 이격되는 제2기판을 포함할 수 있는데, 제2기판 내면에는 제1기판(120)의 게이트배선, 데이터배선, 제1 내지 제6박막트랜지스터(T6) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 가리는 블랙매트릭스와, 각 화소에 대응되는 컬러필터층이 배치될 수 있다.
이때, 블랙매트릭스는 태양전지(Cso)를 노출하는 개구부를 가질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치(110)에서는, 태양전지(Cso)를 제1기판(120) 상부에 적어도 하나의 박막트랜지스터(T6)에 대응되도록 배치하고, 태양전지(Cso)를 이용하여 배터리를 충전함으로써, 표시장치(110)의 개구율 및 휘도를 개선하고 제조공정을 단순화 할 수 있다.
제1실시예에서는 태양전지(Cso)가 제6박막트랜지스터(T6)에 중첩되도록 배치되는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 태양전지(Cso)가 제1 내지 제5박막트랜지스터(T1 내지 T5) 중 적어도 하나에 중첩되도록 배치될 수 있다.
그리고, 제1실시예에서는 유기발광다이오드 표시장치(OLED)를 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 액정표시장치(LCD)에 본 발명을 적용할 수 있으며, 이 경우에도 태양전지(Cso)를 화소의 스위칭 소자인 박막트랜지스터에 대응되도록 박막트랜지스터 상부에 배치할 수 있다.
이러한 태양전지를 포함하는 표시장치(110)의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 1 내지 도 4를 함께 참조하여 설명한다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 제1기판(120) 상부 전면에 증착공정을 통하여 버퍼층(122)을 형성한 후, 버퍼층(122) 상부의 각 화소에 증착공정 및 노광식각공정(photolithographic process)을 통하여 반도체층(124)을 형성한다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 반도체층(124) 상부의 제1기판(120) 전면에 증착공정을 통하여 게이트절연층(126)을 형성한 후, 반도체층(124)에 대응되는 게이트절연층(126) 상부에 증착공정 및 노광식각공정을 통하여 게이트전극(130)을 형성한다.
이후, 게이트전극(130)을 도핑마스크로 이용하는 이온임플란테이션(ion implantation) 공정 또는 이온샤워(ion shower) 공정을 통하여 반도체층(124)의 양단부에 불순물을 도핑하여 소스영역 및 드레인영역을 형성하고, 이에 따라 소스영역 및 드레인영역 사이는 액티브영역이 된다.
이때, 필요에 따라 소스영역과 액티브영역 사이와 드레인영역과 액티브영역 사이에 상대적으로 낮은 도핑농도를 갖는 LDD(lightly doped drain)영역을 형성할 수도 있다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 노광식각공정을 통하여 게이트절연층(126)에 반도체층(124)의 드레인영역을 노출하는 드레인콘택홀(128)을 형성한 후, 증착공정 및 노광식각공정을 통하여 드레인콘택홀(128)을 통하여 반도체층(124)의 드레인영역에 연결되는 드레인전극(132)을 형성한다.
여기서, 반도체층(124), 게이트전극(130), 소스전극(140) 및 드레인전극(132)은 제6박막트랜지스터(T6)를 구성한다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 증착공정을 통하여 게이트전극(130) 및 드레인전극(132) 상부의 제1기판(120) 전면에 제1 및 제2층간절연층(134, 136)을 순차적으로 형성한 후, 노광식각공정을 통하여 제1 및 제2층간절연층(134, 136)에 반도체층(124)의 소스영역을 노출하는 소스콘택홀(138)을 형성한다.
이후, 증착공정 및 노광식각공정을 통하여 제2층간절연층(136) 상부에 소스콘택홀(138)을 통하여 반도체층(124)의 소스영역에 연결되는 소스전극(140)을 형성한다.
도 5e에 도시한 바와 같이, 증착공정 및 노광식각공정을 통하여 소스전극(140) 상부에 반도체층(124)에 대응되는 광흡수층(142)을 형성한 후, 증착공정 및 노광식각공정을 통하여 광흡수층(142) 상부에 전지전극(144)을 형성한다.
여기서, 소스전극(140), 광흡수층(142) 및 전지전극(144)은 태양전지(Cso)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 이후 전지전극(144) 상부에 절연층 및 발광다이오드(Dem)를 형성함으로써, 태양전지를 포함하는 표시장치(110)를 완성한다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치(110)에서는, 태양전지(Cso)를 제1기판(120) 상부에 적어도 하나의 박막트랜지스터(T6)에 대응되도록 배치하고, 태양전지(Cso)를 이용하여 배터리를 충전함으로써, 표시장치(110)의 개구율 및 휘도를 개선하고 제조공정을 단순화 할 수 있다.
그리고, 영상표시의 단위구간인 1프레임을 표시구간 및 충전구간으로 구분하고, 표시구간 동안 영상을 표시하고, 충전구간 동안 태양전지(Cso)를 이용하여 배터리를 충전함으로써, 영상 표시 및 배터리 충전의 효율을 개선할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 기생용량을 감소시키기 위하여 태양전지(Cso)의 배치를 변경할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도로서, 제2실시예는 태양전지의 배치를 제외하고 제1실시예와 동일하며, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 태양전지(Cso)의 광흡수층(242)은, 제6박막트랜지스터(T6)의 소스전극(240) 상부에 접촉하고, 제6박막트랜지스터(T6)의 게이트전극(230)으로부터 이격되어 드레인전극(232) 상부로 연장되고, 드레인전극(232)과 교차하는 전지전극(244) 하부에 접촉한다.
이상과 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치에서는, 태양전지(Cso)의 광흡수층(242)을 제6박막트랜지스터(T6)의 게이트전극(230)으로부터 이격 배치함으로써, 기생용량을 감소시키고 태양전지(Cso) 및 제6박막트랜지스터(T6) 사이의 전기적 간섭을 최소화 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치의 화소 일부를 도시한 평면도로서, 제3실시예는 태양전지의 배치를 제외하고 제1실시예와 동일하며, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 태양전지(Cso)의 광흡수층(342)은, 제6박막트랜지스터(T6)의 게이트전극(330) 상부에서 소스전극(340) 상부에 접촉하고, 반도체층(324)을 따라 연장되다가 반도체층(324) 외부에 배치되어 드레인전극(332) 상부로 연장되어 드레인전극(332)과 교차하고, 드레인전극(332)과 이격 배치되는 전지전극(344) 하부에 접촉한다.
이상과 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지를 포함하는 표시장치에서는, 태양전지(Cso)의 전지전극(344)을 제6박막트랜지스터(T6)의 드레인전극(332)으로부터 이격 배치함으로써, 기생용량을 감소시키고 태양전지(Cso) 및 제6박막트랜지스터(T6) 사이의 전기적 간섭을 최소화 할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 표시장치 120: 액정패널
T1 내지 T6: 제1 내지 제6박막트랜지스터
Cst: 스토리지 커패시터 Dem: 발광다이오드
Cso: 태양전지
T1 내지 T6: 제1 내지 제6박막트랜지스터
Cst: 스토리지 커패시터 Dem: 발광다이오드
Cso: 태양전지
Claims (12)
- 제1기판과;
상기 제1기판 상부에 배치되고 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과;
상기 화소에 배치되는 적어도 하나의 박막트랜지스터와;
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 배치되고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는, 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트전극과, 상기 반도체층 양단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극을 포함하고,
상기 태양전지는, 상기 소스전극과, 상기 소스전극에 접촉하는 광흡수층과, 상기 광흡수층에 접촉하는 전지전극을 포함하고,
상기 광흡수층은, 상기 게이트전극 상부에서 상기 소스전극 상부에 접촉하고, 상기 반도체층을 따라 연장되다가 상기 반도체층 외부에 배치되어 상기 드레인전극 상부로 연장되고, 상기 드레인전극과 교차하는 상기 전지전극 하부에 접촉하는 표시장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 광흡수층은 상기 반도체층에 중첩되는 표시장치.
- 삭제
- 제1기판과;
상기 제1기판 상부에 배치되고 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과;
상기 화소에 배치되는 적어도 하나의 박막트랜지스터와;
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 배치되고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는, 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트전극과, 상기 반도체층 양단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극을 포함하고,
상기 태양전지는, 상기 소스전극과, 상기 소스전극에 접촉하는 광흡수층과, 상기 광흡수층에 접촉하는 전지전극을 포함하고,
상기 광흡수층은, 상기 게이트전극으로부터 이격되어 상기 드레인전극 상부로 연장되고, 상기 드레인전극과 교차하는 상기 전지전극 하부에 접촉하는 표시장치.
- 제1기판과;
상기 제1기판 상부에 배치되고 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선과;
상기 화소에 배치되는 적어도 하나의 박막트랜지스터와;
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 배치되고, 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는, 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트전극과, 상기 반도체층 양단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극을 포함하고,
상기 태양전지는, 상기 소스전극과, 상기 소스전극에 접촉하는 광흡수층과, 상기 광흡수층에 접촉하는 전지전극을 포함하고,
상기 광흡수층은, 상기 게이트전극 상부에서 상기 소스전극 상부에 접촉하고, 상기 반도체층을 따라 연장되다가 상기 반도체층 외부에 배치되어 상기 드레인전극 상부로 연장되어 상기 드레인전극과 교차하고, 상기 드레인전극과 이격 배치되는 상기 전지전극 하부에 접촉하는 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지 상부에 배치되고, 상기 태양전지를 노출하는 개구부를 갖는 블랙매트릭스를 더 포함하는 표시장치.
- 1프레임 중 표시구간 동안 화소의 적어도 하나의 박막트랜지스터를 이용하여 영상을 표시하는 단계와;
1프레임 중 충전구간 동안 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지를 이용하여 배터리를 충전하는 단계
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는 제1 내지 제6박막트랜지스터를 포함하고,
상기 화소는 스토리지 커패시터 및 발광다이오드를 포함하고,
상기 1프레임은, 상기 제3 내지 제6박막트랜지스터가 턴-온 되는 제1구간과, 상기 제1, 제3 및 제6박막트랜지스터가 턴-온 되고 상기 제4 및 제5박막트랜지스터가 턴-오프 되는 제2구간과, 상기 제3 내지 제6박막트랜지스터가 턴-오프 되는 제3구간과, 상기 제4 및 제5박막트랜지스터가 턴-온 되고 상기 제1, 제3 및 제6박막트랜지스터가 턴-오프 되는 제4구간을 포함하고,
상기 표시구간은 상기 제4구간이고, 상기 충전구간은 상기 제2 및 제3구간 중 적어도 하나인 표시장치의 구동방법.
- 삭제
- 제1기판 상부에 서로 교차하여 화소를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선을 형성하는 단계와;
상기 화소에 적어도 하나의 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터 상부에 상기 적어도 하나의 박막트랜지스터에 중첩되는 태양전지를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는, 반도체층과, 상기 반도체층 상부에 배치되는 게이트전극과, 상기 반도체층 양단부에 각각 연결되는 소스전극 및 드레인전극을 포함하고,
상기 태양전지는, 상기 소스전극과, 상기 소스전극에 접촉하는 광흡수층과, 상기 광흡수층에 접촉하는 전지전극을 포함하고,
상기 광흡수층은, 상기 게이트전극 상부에서 상기 소스전극 상부에 접촉하고, 상기 반도체층을 따라 연장되다가 상기 반도체층 외부에 배치되어 상기 드레인전극 상부로 연장되고, 상기 드레인전극과 교차하는 상기 전지전극 하부에 접촉하는 표시장치의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터를 형성하는 단계는,
상기 제1기판 상부에 상기 반도체층을 형성하는 단계와;
상기 반도체층 상부에 게이트절연층을 형성하는 단계와;
상기 반도체층에 대응되는 상기 게이트절연층 상부에 상기 게이트전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트절연층 상부에 상기 반도체층의 드레인영역에 연결되는 상기 드레인전극을 형성하는 단계와;
상기 게이트전극과 상기 드레인전극 상부에 제1 및 제2층간절연층을 형성하는 단계와;
상기 제2층간절연층 상부에 상기 반도체층의 소스영역에 연결되는 상기 소스전극을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 태양전지를 형성하는 단계는,
상기 소스전극 상부에 상기 광흡수층을 형성하는 단계와;
상기 광흡수층 상부에 상기 광흡수층에 접촉하는 상기 전지전극을 형성하는 단계
를 포함하는 표시장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 박막트랜지스터는 제1 내지 제6박막트랜지스터를 포함하고,
상기 화소는 스토리지 커패시터 및 발광다이오드를 포함하고,
상기 제1박막트랜지스터는 스캔전압에 따라 데이터전압을 상기 스토리지 커패시터로 전달하고,
상기 제2박막트랜지스터는 상기 스토리지 커패시터의 전압에 따라 고전위전압을 상기 제3 및 제4박막트랜지스터로 전달하고,
상기 제3박막트랜지스터는 상기 스캔전압에 따라 상기 스토리지 커패시터의 전압을 상기 제2 및 제4박막트랜지스터로 전달하고,
상기 제4박막트랜지스터는 발광전압에 따라 상기 제2 및 제3박막트랜지스터의 전압을 상기 발광다이오드 및 상기 제6박막트랜지스터로 전달하고,
상기 제5박막트랜지스터는 상기 발광전압에 따라 기준전압을 상기 제1박막트랜지스터 및 상기 스토리지 커패시터로 전달하고,
상기 제6박막트랜지스터는 초기전압에 따라 상기 기준전압을 상기 제4박막트랜지스터 및 상기 발광다이오드로 전달하고,
상기 발광다이오드는 상기 제4 및 제6박막트랜지스터의 전압과 저전위전압의 차이에 따라 발광하고,
상기 태양전지는 주변광을 흡수하여 상기 기준전압과 충전전압의 차이에 해당하는 기전력을 생성하는 표시장치.
Priority Applications (1)
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| KR1020170169098A KR102463583B1 (ko) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170169098A KR102463583B1 (ko) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 태양전지를 포함하는 표시장치, 그 구동방법 및 그 제조방법 |
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2017
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