KR20210125220A - 투명 마이크로 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20210125220A
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led
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권규오
최정훈
최재용
이승준
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Abstract

본 발명은 투명 LED 표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 화소 구동 회로의 커패시터를 LED에 일체화시켜, 화소 구동 회로의 면적은 감소되고, 투과 영역은 증가되는 구조를 갖는다.
이를 통해, 표시 품질은 유지하면서, 고투과율을 구현할 수 있다.

Description

투명 마이크로 디스플레이 장치{TRANSPARENT MICRO DISPLAY DEVICE}
본 발명은 LED 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커패시터와 LED 소자가 결합된, 투명 LED 표시장치에 관한 것이다.
현재까지 널리 이용되고 있는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)에 이어, 최근 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device; OLED)의 이용 및 적용 범위가 점차 확대되고 있다.
상술한 표시장치들은 이미지를 구현하기 위하여 복수의 발광 소자를 표시장치의 기판 상에 배치하고, 각각의 발광 소자를 개별적으로 발광하도록 컨트롤하기 위해 구동 신호 또는 구동 전류를 공급하는 구동 소자를 발광 소자와 함께 기판 상에 배치하여, 기판 상에 배치된 복수의 발광 소자를 표시하고자 하는 정보의 배열대로 해석하여 기판 상에 표시하도록 한다.
액정 표시장치는 자체 발광 방식이 아니므로 액정 표시장치의 후면에 빛을 발광하도록 배치된 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 액정 표시장치의 두께를 증가시키고, 플렉서블 하거나 원형 등과 같은 다양한 형태의 디자인으로 표시장치를 구현하는데 제한이 있으며, 휘도 및 응답 속도가 저하될 수 있다.
한편, 자체 발광 소자가 있는 표시장치는 광원을 내장하는 표시장치보다 얇게 구현될 수 있으므로, 플렉서블하고 접을 수 있는 표시장치를 구현할 수 있다. 자체 발광 소자가 있는 표시장치는 활성층으로 유기물을 포함하는 유기 발광 표시장치가 있을 수 있는데, 유기 발광 표시장치는 자체 발광으로 별도의 광원이 필요 없기 때문에 더욱 얇거나 다양한 형태의 표시장치로 활용될 수 있다.
그러나, 유기물을 사용하는 유기 발광 표시장치는 수분과 산소의 침투에 의한 유기 활성층과 전극 간의 산화현상 등 불량 화소가 발생되기 쉬우므로 산소와 수분의 침투를 최소화하기 위한 다양한 기술적 구성이 추가적으로 요구된다.
따라서, 최근에는 액정표시장치 및/또는 유기발광 표시장치의 위와 같은 문제점들을 극복하기 위해, 발광소자로서 LED(Light emitting diode)를 사용하는 LED 표시장치가 제안되었다.
이러한 LED 표시장치는 무기물을 발광소자로 사용한 미니 또는 마이크로 크기의 초소형 LED를 서브픽셀에 배치시킨 표시장치로서, 무기물을 발광소자로 사용하여 고화질의 영상 구현, 수분 침투와 같은 불량에 강한 고신뢰성 및 장수명의 표시장치를 구현할 수 있다.
특히, 최근에는 이러한 LED 표시장치를 이용한 투명 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 투명 LED 표시장치는 사용자가 표시장치를 투과해 뒷편에 위치한 사물 또는 이미지를 볼 수 있어, 편리성, 공간활용성 및 디자인 측면에서 장점을 가지며, 다양한 응용분야를 가질 수 있다.
본 명세서는 초소형 LED를 발광소자로 사용하는 투명 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 표시장치는, 투과 영역과 표시 영역을 포함하는 기판상에 화소 구동 회로와 커패시터 일체형 LED 소자를 위치시켜 구성 할 수 있다.
커패시터 일체형 LED 소자는 제1 커패시터 전극, 커패시터 유전층, 제2 커패시터 전극과 제2 커패시터 전극 상부에 배치된 P형층, 활성층, N형층, N형 전극을 포함하여 구성할 수 있다. 제2 커패시터 전극의 상부에는 P형층, 상기 활성층, N형층, N형 전극이 순차적으로 위치하거나,
상기 제2 커패시터 전극의 상부에는 N형층이 위치하고, N형층 상부에는 N형 전극과 상기 활성층이 동일층에 위치하고, 활성층 상부에는 P형층과 P형 전극이 순차적으로 위치할 수 있다.
이중 제1 커패시터 전극, 제2 커패시터 전극 및 커패시터 유전층은 커패시터를 구성하고, 커패시터 전극은 금(Au), 알루미늄(AL), 은(Ag), 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 반사전극으로 구성될 수 있다.
상기 제2 커패시터 전극은, 상기 P형층에 연결되어 전압을 인가하는 P형 전극 및 상기 커패시터의 일 전극으로서 모두 기능할 수 있다.
상기 N형 전극에 연결되는 제1 전원배선(Vcom)을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 커패시터 일체형 LED 소자에 연결되는 상기 화소 구동 회로는, 스위칭 박막 트랜지스터, 구동 박막 트랜지스터와 센싱 박막 트랜지스터를 포함하며,
상기 스위칭 박막 트랜지스터는, 제1 게이트 배선에 연결된 게이트 전극; 데이터 전압 배선(Vdata)에 연결된 소스 전극; 상기 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제1 커패시터 전극에 연결된 드레인 전극을 포함하고,
상기 구동 박막 트랜지스터는, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극에 연결된 게이트 전극; 제2 전원 배선(Vdd)에 연결된 드레인 전극; 상기 제2 커패시터 전극에 연결된 소스 전극을 포함하고,
상기 센싱 박막 트랜지스터는, 제2 게이트 배선에 연결된 게이트 전극; 센싱 전압 배선(Vref)에 연결된 드레인 전극; 상기 구동 박막 트랜지스터의 소스 전극에 연결된 소스 전극을 포함할 수 있다.
상기 제1 커패시터 전극과 제2 커패시터 전극은, 각각 상기 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 구동 박막 트랜지스터의 소스 전극에 도전체를 통해 전기적으로 연결되고,상기 도전체는 내부의 폴리머 코어와 외부의 금속층으로 구성된 범프볼을 사용할 수 있다.
또한, 화소 구동 회로는 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함하며, 스위칭 박막 트랜지스터는, 제1 게이트 배선에 연결되는 게이트 전극; 데이터 전압 배선(Vdata)에 연결되는 드레인 전극; 상기 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제1 커패시터 전극에 연결되는 소스 전극을 포함하고,
상기 구동 박막 트랜지스터는, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극에 연결되는 게이트 전극; 제2 전원 배선(Vdd) 및 상기 제2 커패시터 전극에 연결되는 소스 전극; 상기 P형 전극에 연결되는 드레인 전극을 포함할 수 있다.
LED 표시장치는 세부 구성요소를 형성하고, 연결하기 위해 절연층이 형성되고 있으며, 세부적으로 상기 스위칭 박막 트랜지스터와 구동 박막 트랜지스터 사이의 제1 절연층; 상기 화소 구동 회로와 커패시터 일체형 LED 사이의 제2 절연층; 상기 커패시터 일체형 LED와 이웃하는 커패시터 일체형 LED 사이의 제3 절연층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커패시터 일체형 LED와 이웃하는 커패시터 일체형 LED 사이의 블랙매트릭스를 더 포함할 수 있다.
상기 커패시터 일체형 LED는 마이크로 LED 또는 미니 LED로 사용할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서의 실시예에 의하면 커패시터 전극을 LED 소자에 일체화시켜, 화소 구동 회로 영역은 감소되고, 투과 영역은 증가된다. 이와 같은 투과 영역의 증가로 인해 표시 품질은 유지하면서, 투과율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 표시장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시장치의 A-A' 선을 따라 자른, 제1 실시예의 커패시터 일체형 LED 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 커패시터 일체형 LED의 화소 구동 회로를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 화소 구동 회로의 연결구조를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 화소 구동 회로의 연결구조를 나타낸 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시된 표시장치의 제2 실시예에 따른 커패시터 일체형 LED와 화소 구동 회로의 연결구조를 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 화소 구동 회로의 연결구조를 나타낸 회로도이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은, 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 표시장치는 LED 표시장치에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 다양한 표시장치에 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예에 따른 LED 표시장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 표시장치를 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 LED 표시장치의 기판(100)은 투과 영역(TA)과 표시 영역(DA)을 포함하여 구성된다. 투과 영역(TA)은 화상이 표시되는 액티브 영역(A/A)내에서 표시 영역(DA)과 신호 배선을 제외한 영역으로, 표시 영역(DA) 주위에 위치한다. 투과 영역(TA)에서는 빛이 투과되며, LED 표시장치의 뒤편에 위치한 사물 또는 이미지를 볼 수 있어, 투명 표시장치를 구현할 수 있다.
표시 영역(DA)은 표시장치의 액티브 영역(A/A)내 화소 구동 회로(CA)와 LED를 포함하는 발광소자가 위치하는 영역이며, 액티브 영역(A/A)내에서 일정한 간격을 두고 이격되어 위치할 수 있다. 표시 영역(DA)에는 화소 구동 회로(CA)에 연결되는 신호 배선을 더 배치될 수 있다. 그리고, 표시 영역(DA)에는 LED를 포함하는 발광소자가 위치하고 있어, 사용자가 표시하고자 하는 화상을 표시할 수 있다. 컬러 화면을 구현하기 위해 하나의 화소는 적색(R),녹색(G) 및 청색(B)의 서브화소로 구성되며, 적색(R) ,녹색(G) 및 청색(B)의 서브화소에는 각각 하나의 발광소자를 포함하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과 영역(TA)과 표시 영역(DA)의 단면도를 나타내고 있으며, 세부적으로 도 1의 A-A'선을 따라 자른 단면도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 투과 영역(TA)에는 절연층(800)과 광학필름(미도시)이 위치하고 있고, 표시 영역(DA)에는 절연층, 광학필름에 추가로, 화소 구동회로 및 발광소자가 위치하고 있다. 따라서, 투과 영역(TA)에는 발광 소자 및 화소 구동 회로가 위치하지 않아, 표시 영역(DA) 대비 높은 개구율과 투과율을 갖는다. 여기에서, 개구율은 표시장치 전체 면적 대비 투과 영역이 차지하는 비율이며, 투과율은 공급 되는 빛 대비 투과 되는 빛의 비율을 의미한다.
본 발명은 투과율과 개구율을 더 높이기 위해 발광소자로 LED를 사용한다.
아래 표1을 참조하면, 발광소자로 LED를 사용한 본 발명의 LED 표시장치는 OLED 표시장치보다 휘도, 개구율, 투과율 및 신뢰성 측면에서 높은 성능을 갖는다.
OLED 표시장치(투명) LED 표시장치(투명)
휘도 150nit 300nit↑ (100%↑ 향상)
개구율 47% 63% (34% 향상)
투과율 40%
(광학필름 및 컬러필터 적용되고, 기판 전면에 적층된 캐소드 전극 구조로 개구율 대비 85% 수준)		 60% (50% 향상)
(광학필름 적용 구조로 개구율 대비 95% 수준)
신뢰성 낮음 (유기물 적용) 높음 (무기물 적용)
휘도와 신뢰성 측면에서 LED 표시장치는 무기물을 발광소자로 사용하고 있어, 유기물을 사용한 OLED 표시장치보다 높은 휘도와 신뢰성(수명)을 갖게 된다.
개구율 측면에서, 본 발명은 화소 구동 회로에 위치하는 커패시터(Cst)를 LED에 일체화시켜, 화소 구동 회로(CA)의 면적을 감소시킨다. 커패시터(Cst)는 화소 구동 회로의 구성요소 중 가장 넓은 면적을 차지하고 있어, 개구율을 크게 저하시키는 구성요소 중 하나이다.
커패시터(Cst)를 LED에 일체화시켜, 화소 구동 회로(CA)의 면적을 감소시키며, 이에 따라, 화소 구동 회로가 차지하는 표시 영역(DA)은 감소하게 되고, 투과 영역(TA)은 증가하게 되어 개구율이 증가 된다.
투과율 측면에서, LED 표시장치는 OLED 표시장치의 구성요소인 컬러필터 및 전면에 적층된 캐소드 전극이 형성되지 않아 OLED 표시장치 대비 높은 투과율을 갖는다.
또한, 본 발명의 LED 표시장치는 액정 표시장치를 투명 표시장치로 구현할 때 발생하는 낮은 투과도와 백라이트 유닛의 설치 문제도 해결할 수 있다.
도 2의 LED는 본 발명의 제1 실시예에 따른 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)를 나타낸 단면도이다. 도 2의 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)는 N형 전극(110), N형층(120), 활성층(130), P형층(140), 제2 커패시터 전극(150), 커패시터 유전층(160), 및 제1 커패시터 전극(170)을 포함한다.
이중 제1 커패시터 전극(170)과 커패시터 유전층(160)을 제외한, N형 전극(110), N형층(120), 활성층(130), P형층(140), 및 제2 커패시터 전극(150)이 순차적으로 적층된 구조는 버티컬 타입(Vertical Type) LED의 구조를 나타내고 있다.
그리고, 제2 커패시터 전극(150), 커패시터 유전층(160), 및 제1 커패시터 전극(170)은 일반적인 표시장치의 화소 구동 회로에 포함되어 기판상에 배치되는 커패시터(Cst)의 구성요소이나, 본 발명에서는 제1 커패시터 전극(150), 커패시터 유전층(160) 및 제2 커패시터 전극(170)으로 구성되는 커패시터(Cst)를 LED에 위치시켜 LED와 커패시터를 일체형으로 구성하고 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)를 구성하는 각각의 구성요소별 특징에 대하여 설명한다.
커패시터 일체형 LED 구성 중 최상층에 위치한 N형 전극(110)은 제1 전원 배선(Vcom line)을 통해 제1 전원공급원에 연결되어 제1 전원(Vcom)이 인가된다. 제1 전원배선(Vcom line)은 각각의 커패시터 일체형 LED에 공통으로 연결되어 있으며, 음의 부하를 N형 전극(110)에 제공한다.
N형 전극(110)의 하부에 위치한 N형층(120)은, N형 전극(110)으로부터 전자를 공급받으며, 음의 전하를 가지는 자유 전자가 캐리어로서 이동하여 전류가 생기는 반도체층으로, n-GaN계 물질로 이루어질 수 있다. n-GaN계 물질은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등일 수 있고, N형층(120)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te, C 등이 사용될 수 있다.
그리고, N형층(120)은 알루미늄이 도핑된 인화인듐(AlInP)일 수 있다. 예를 들어, 커패시터 일체형 LED가 적색 광을 표현하도록 구현하기 위해서는 N형층(120)은 알루미늄이 도핑된 인화인듐(n-AlInP)으로 형성될 수 있다.
N형층(120) 하부에는 활성층(130)이 배치된다. 활성층(130)은 우물층과 우물층보다 밴드 갭이 높은 장벽층을 갖는 다중 양자 우물(MQW; Multi Quantum Well) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 활성층(130)은 AlGaInP, GaInP, InGaN, GaN 등의 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다.
활성층(130) 하부에는 P형층(140)이 배치된다. P형층(140)은 제2 커패시터 전극(150)으로부터 전공을 공급받으며, 양의 전하를 가지는 정공이 캐리어로서 이동하여 전류가 생기는 반도체층으로, p-GaN계 물질로 이루어질 수 있다. p-GaN계 물질은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등일 수 있고, p형 반도체층의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn, Be 등이 사용될 수 있다.
P형층(140)의 하부에는 제2 커패시터 전극(150)이 배치된다. 제2 커패시터 전극(150)은 후술할 화소 구동 회로(CA)의 구동 박막트랜지스터(300)에 연결되고, 구동 박막트랜지스터에 연결된 제2 전원배선(Vdd line)을 통해 제2 전압(Vdd)이 인가된다. 제2 전원배선(Vdd)은 양의 부하를 제2 커패시터 전극(150)에 제공한다.
또한, 제2 커패시터 전극(150)의 하부에는 커패시터 유전층(160) 및 제1 커패시터 전극(170)이 배치된다. 제2 커패시터 전극(150)과 제1 커패시터 전극(170)이 중첩된 영역에서 커패시터(Cst)가 형성되어, 후술할 화소 구동 회로(CA)의 스위칭 박막트랜지스터(400)로부터 전달받은 데이터 전압(Vdata)을 저장한다. 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 전압(Vdata)은 구동 박막트랜지스터(300)가 1 프레임 동안 동일한 구동 전류를 커패시터 일체형 LED에 제공할 수 있게 한다.
따라서, 제1 실시예에 따른 제2 커패시터 전극(150)은 데이터 전압(Vdata)을 저장하는 커패시터의 일 전극으로의 기능과, 저장된 데이터 전압(Vdata)을 P형층(140)에 인가하는 P형 전극으로서의 기능을 모두 수행할 수 있다.
그리고, 제1 커패시터 전극(170) 또는 제2 커패시터 전극(150)은 금(Au), 알루미늄(AL), 은(Ag), 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 반사전극으로 형성할 수 있다. 커패시터 전극을 반사전극으로 형성함으로써, 활성층에서 방출된 광을 커패시터 전극에서 반사시켜 광추출 효율을 높일 수 있다. 또한, N형 전극(110)을 반투명 물질로 구성하면, 반사전극인 제1 또는 제2 커패시터 전극과 N형 전극이 공진 구조를 이루어, 광 추출 효율을 더욱 높일 수 있다.
커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)는 구동 박막트랜지스터(300)와 스위칭 박막트랜지스터(400)에 범프볼(500)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3을 참조하면, 커패시터 일체형 LED의 제1 커패시터 전극(170)은 범프볼(500)을 통해 스위칭 박막트랜지스터(400)의 드레인 전극(440)에 연결되고, 제2 커패시터 전극(150)은 범프볼(500)을 통해 구동 박막트랜지스터(300)의 소스 전극(350)에 전기적으로 연결된다.
이하, 범프볼(500)을 통한 연결구조를 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명 실시예의 커패시터(Cst)는 평편한 부분과 언덕이 있는 부분을 포함하는 메사(Mesa) 형태로 구성되어, 제1 커패시터 전극(170)의 높이와 제2 커패시터 전극(150)의 높이가 다르게 구성된다. 이에 따라, 제1 커패시터 전극(170)과 화소 구동 회로와의 사이 간극이 제2 커패시터 전극(150)과 화소 구동 회로와의 사이 간극보다 크게 형성된다. 상기 간극 차이를 보상하기 위해, 폴리머 코어와 폴리머 코어를 둘러싸는 금속층으로 구성된 탄성변형률이 높은 범프볼을 사용하여, 제1 및 제2 커패시터 전극과 화소 구동 회로를 전기적으로 연결할 수 있다. 본 발명에 있어서, 범프볼을 사용한 연결구조는 일 실시예일뿐, 솔더 범프와 솔더 페이스트를 이용하거나, 이방성 도전 필름(ACF) 등을 이용하여, 커패시터와 화소 구동 회로를 연결하는 방법 등도 사용 가능하다.
도 3은 도 2의 적색 커패시터 일체형 LED(R Capacitor LED)의 화소 구동 회로를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 본 발명 화소 구동 회로의 제1 실시예로, 화소 구동 회로는 스위칭 박막트랜지스터(400), 구동 박막트랜지스터(300), 및 센싱 박막트랜지스터(200)를 포함한다. 각각의 박막트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 액티브층 및 드레인 전극을 포함하여 구성되고, 게이트 전극이 액티브층 상부에 위치하는 탑게이트나 코플라나(Coplanar) 형태, 또는 게이트 전극이 액티브층 하부에 위치하는 바텀게이트 형태 등을 사용 목적에 따라 각각 다르게 적용할 수 있다. 그리고, 구동 박막트랜지스터(300) 및 센싱 박막트랜지스터(200)는 NMOS형 박막트랜지스터로 구현되고, 스위칭 박막트랜지스터(400)은 PMOS형 박막트랜지스터로 구현 될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 스위칭 트랜지스터는(400)는 오프 커런트 특성이 좋은 NMOS형 박막 트랜지스터로 구현되고, 구동 및 센싱 박막트랜지스터(300,200)는 응답 특성이 좋은 PMOS형 박막 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
도 4는 도 3에 도시된 표시장치의 화소 구동 회로를 나타낸 평면도로서, 박막트랜지스터 각각의 연결관계에 대한 예를 나타내고 있으나, 본 발명의 연결구조는 이에 한정되지는 않는다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 각각의 특징과 화소 구동 회로의 동작을 설명한다.
스위칭 박막트랜지스터(400)의 연결구조는, 게이트 전극(410)에 스캔 배선(Vscan)이 연결되고, 드레인 전극(450)에 데이터 전압 배선(Vdata line)이 연결되고, 소스 전극(440)에 커패시터(Cst) 및 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극(310)이 연결된다. 스위칭 박막트랜지스터(400)는 스캔 배선을 통해 공급된 스캔 신호(Vscan)에 응답하여, 데이터 전압 배선(Vdata line)을 통해 공급되는 데이터 신호(Vdata)가 커패시터(Cst)에 데이터 전압으로 저장되도록 하고, 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극(310)에 신호를 공급하도록 스위칭 동작한다.
구동 박막트랜지스터(300)의 연결구조는, 게이트 전극(310)에 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극(440)이 연결되고, 드레인 전극(340)에 제2 전원배선(Vdd line)이 연결되고, 소스 전극(350)에는 제2 커패시터 전극(150) 및 센싱 박막트랜지스터의 소스 전극(250)이 연결된다. 구동 박막트랜지스터(400)는 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극 신호에 응답하여, 제2 전원배선(Vdd line)을 통해 공급된 제2 전원(Vdd)이 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 전압에 따라 흐르도록 동작한다. 커패시터(Cst)에 의해 조정된 제2 전원(Vdd)은 P형 전극의 기능을 하는 제2 커패시터 전극(150)에 인가된다.
센싱 박막트랜지스터(200)의 연결구조는, 게이트 전극(210)에 센싱 배선(Vsense)이 연결되고, 드레인 전극(240)에 센싱 전압 배선(Vref)이 연결되고, 소스 전극(250)은 구동 박막트랜지스터의 소스 전극(350)과 제2 커패시터 전극(150) 사이의 연결배선에 연결된다. 센싱 박막트랜지스터(200)는 센싱 배선(Vsense)의 신호에 응답하여, 센싱 전압 배선(Vref)을 통해 전달되는 센싱 전압(또는 초기화 전압)을 센싱노드(Sensing node)에 공급하거나 센싱노드의 전압 또는 전류를 센싱할 수 있도록 동작한다.
그리고, 제1 전원배선(Vcom line)은, 커패시터 일체형 LED의 N형 전극(110)에 연결되어, 제1 전원(Vcom)을 N형 전극(110)에 공급한다. 제1 전원배선은 서로 이웃하고 있는 적색,녹색,청색 커패시터 일체형 LED(R,G,B Capacitor LED)에 공통으로 연결되어 동일한 전압을 인가한다.
따라서, 제1 전원(Vcom)이 N형 전극(110)에 인가되어, N형층(120)으로 전자를 공급하고, 제2 전원(Vdd)이 제2 커패시터 전극(150)에 인가되어, P형층(140)으로 전공을 공급하며, N형층(120)과 P형층(140)사이에 위치한 활성층(130)에서 전자와 전공이 결합하여 빛을 낸다.
빛의 밝기는 제1 전원(Vcom)과 제2 전원(Vdd)의 전압 차에 따라 조절이 가능하다. 이를 위해, 제1 전원(Vcom)은 공통전압으로 고정된 전압값을 인가하고, 제2 전원(Vdd)의 전압을 스위칭 박막트랜지스터(400)와 구동 박막트랜지스터(300)를 통하여 조절하고 인가하여, 빛의 밝기를 조절할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시된 커패시터 일체형 LED 소자와 화소 구동 회로의 연결구조를 나타낸 회로도이다. 도 5에서는 스위칭 박막트랜지스터(400), 구동 박막트랜지스터(300), 센싱 박막트랜지스터(200), 커패시터 일체형 LED로 구성된 3T(Transistor)1C(Capacitor) 구조의 서브픽셀을 나타내었으나, 각 서브픽셀은 2T1C, 3T2C, 4T2C, 5T1C, 6T2C 등으로 구성될 수도 있다.
본 발명은 화소 구동 회로 영역을 감소시켜, 투과 영역을 증가시키는 것이 목적이며, 트랜지스터와 커패시터의 개수가 적을수록 화소 구동 회로의 영역이 감소되므로, 본 명세서에는 상대적으로 박막트랜지스터와 커패시터 개수가 적은 3T1C와 2T1C의 구조에 대해서만 설명하도록 한다.
도 6은 도 1에 도시된 커패시터 일체형 LED와 화소 구동 회로의 연결관계를 나타낸 단면도로, 2T1C 구조의 본 발명 제2 실시예이다.
도 6의 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)는 N형 전극(510), N형층(520), 활성층(530), P형층(540), P형 전극(550), 제2 커패시터 전극(571), 커패시터 유전층(560), 및 제1 커패시터 전극(570)을 포함한다.
이중 N형층(520) 상부의 동일층에 N형 전극(510)과 활성층(530)이 위치하고, 활성층(530) 상부에 P형층(540)과 P형 전극(550)이 순차적으로 위치하는 구조로, 레터럴 타입(lateral Type)LED의 구성에 포함된다.
그리고, N형층(520)의 하부에는 제2 커패시터 전극(571), 커패시터 유전층(560), 및 제1 커패시터 전극(570)이 위치하고 있어, 커패시터 일체형 LED를 구현하고 있다.
이하, 제2 실시예에 따른, 커패시터 일체형 LED 구성요소 각각의 특징에 대하여 설명한다.
커패시터 일체형 LED(Capacitor LED) 구성요소 중 최상층에 위치한 P형 전극(550)은 화소 구동 회로(CA)의 구성 중 구동 박막 트랜지스터(600)의 드레인 전극(640)에 연결되어, 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 전압(Vdata)에 따른 제2 전원(Vdd)이 인가된다. 제2 전원(Vdd)은 양의 부하를 P형 전극(550)에 제공한다.
P형 전극(550) 하부에 위치한 P형층(540)은 P형 전극으로부터 전공을 공급받으며, 양의 전하를 가지는 정공이 캐리어로서 이동하여 전류가 생기는 반도체층으로, p-GaN계 물질로 이루어질 수 있다. p-GaN계 물질은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등일 수 있고, p형 반도체층의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn, Be 등이 사용될 수 있다.
P형층(540)의 하부에는 활성층(530)이 배치된다. 활성층(530)은 N형층(510) 상에 배치되고, 우물층과 우물층보다 밴드 갭이 높은 장벽층을 갖는 다중 양자 우물(MQW; Multi Quantum Well) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 활성층(530)은 AlGaInP, GaInP, InGaN, GaN 등의 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다.
활성층(530)의 하부에 위치한 N형층(520)은, N형 전극(510)으로부터 전자를 공급받으며, 음의 전하를 가지는 자유 전자가 캐리어로서 이동하여 전류가 생기는 반도체층으로, n-GaN계 물질로 이루어질 수 있다. n-GaN계 물질은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등일 수 있고, N형층(120)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te, C 등이 사용될 수 있다.
그리고, N형층(520)은 알루미늄이 도핑된 인화인듐(AlInP)일 수 있다. 예를 들어, 커패시터 일체형 LED가 적색 광을 표현하도록 구현하기 위해서는 N형층(120)은 알루미늄이 도핑된 인화인듐(n-AlInP)으로 형성될 수 있다.
N형층의 상부에 위치한 N형 전극(510)은 공통 전압(Vcom)으로 사용되는 제1 전원 배선(Vcom line)에 연결되어, 제1 전압(Vcom)이 인가된다. 제1 전원배선(Vcom line)은 각각의 커패시터 일체형 LED에 공통으로 연결되어 일정한 전압을 인가한다. 제1 전원배선(Vcom line)은 음의 부하를 N형 전극(110)에 제공한다.
N형층의 하부에는 제2 커패시터 전극(571)이 배치되고, 제2 커패시터 전극의 하부에는 커패시터 유전층(560) 및 제1 커패시터 전극(570)이 배치된다. 제2 커패시터 전극(571)과 제1 커패시터 전극(570)이 중첩된 영역에서 커패시터(Cst)가 형성되어, 후술할 화소 구동 회로(CA)의 스위칭 박막트랜지스터(700)로부터 전달받은 데이터 전압(Vdata)을 저장한다. 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 전압(Vdata)은 구동 박막트랜지스터(600)가 1 프레임 동안 동일한 구동 전류를 커패시터 일체형 LED에 제공할 수 있게 한다.
제1 커패시터 전극(170) 또는 제2 커패시터 전극(150)은 금(Au), 알루미늄(AL), 은(Ag), 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 반사전극으로 형성할 수 있다. 커패시터 전극을 반사전극으로 형성하므로써, 활성층에서 방출된 광을 커패시터 전극에서 반사시켜 광추출 효율을 높일 수 있다.
제2 실시예의 커패시터 일체형 LED는 범프볼(500)을 통해 구동 박막트랜지스터(600)와 스위칭 박막트랜지스터(700)에 전기적으로 연결될 수 있다. 세부적으로 도 6을 참조하면, 커패시터 일체형 LED의 제1 커패시터 전극(570)은 범프볼(500)을 통해 스위칭 박막트랜지스터(700)의 드레인 전극(740)에 연결되고, 제2 커패시터 전극(571)은 범프볼(500)을 통해 구동 박막트랜지스터(600)의 소스 전극(650)에 전기적으로 연결된다. 커패시터 일체형 LED의 커패시터(Cst)는 제1 실시예의 구성과 동일하게 메사(Mesa)구조로 구성되고, 범프볼(500)을 통해 화소 구동 회로(CA)에 연결되는 특징을 가지고 있다.
제2 실시예의 화소 구동 회로는 도 6을 참고하면, 스위칭 박막트랜지스터(700)와 구동 박막트랜지스터(600)를 포함하는 2T1C 구조이며, 커패시터는 LED에 일체형으로 형성된다. 각각의 박막트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 액티브층 및 드레인 전극을 포함하여 구성되고, 게이트 전극이 액티브층 상부에 위치하는 탑게이트나 코플라나(Coplanar) 형태, 또는 게이트 전극이 액티브층 하부에 위치하는 바텀게이트 형태 등을 박막트랜지스터의 사용 목적에 따라 각각 다르게 적용할 수 있다. 그리고, 구동 박막트랜지스터(600)는 PMOS형 박막트랜지스터로 구현되고, 스위칭 박막트랜지스터(700)은 NMOS형 박막트랜지스터로 구현 될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 스위칭 트랜지스터는(700)는 응답 특성이 좋은 PMOS형 박막 트랜지스터로 구현되고, 구동 박막트랜지스터(600)는 오프 커런트 특성이 좋은 NMOS형 박막 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
아래에서 본 발명의 제2 실시예에 따른 각각의 박막 트랜지스터의 특징과 화소 구동 회로의 동작을 설명한다.
스위칭 박막트랜지스터(700)의 연결구조는, 게이트 전극(710)에 스캔 배선(Vscan)이 연결되고, 소스 전극(750)에 데이터 전압 배선(Vdata line)이 연결되고, 드레인 전극(740)에는 제1 커패시터 전극(570) 및 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극(610)이 연결된다. 스위칭 박막트랜지스터(700)는 스캔 배선을 통해 공급된 스캔 신호(Vscan)에 응답하여, 데이터 전압 배선(Vdata line)을 통해 공급되는 데이터 신호(Vdata)가 스토리지 커패시터(Cst)에 데이터 전압으로 저장되도록 하고, 구동 박막트랜지스터의 게이트 전극(610)에 신호를 공급하도록 스위칭 동작한다.
구동 박막트랜지스터(600)의 연결구조는, 게이트 전극(610)에 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극(740)이 연결되고, 소스 전극(650)에 제2 전원배선(Vdd line)과, 제2 커패시터 전극(571)이 연결된다. 드레인 전극(640)은 P형 전극(550)에 연결된다. 구동 박막트랜지스터(600)는 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극 신호에 응답하여, 제2 전원배선(Vdd line)을 통해 공급된 제2 전원(Vdd)을 제2 커패시터 전극(571)에 인가하여, 제1 커패시터 전극(570)과 함께 커패시터를 형성하고, 커패시터(Cst)에 저장된 데이터 전압(Vdata)에 따라 제2 전원(Vdd)이 흐르도록 동작한다. 데이터 전압(Vdata)에 따라 조정된 제2 전원(Vdd)은 드레인 전극(640)을 통해 P형 전극(550)에 공급된다.
그리고, 제1 전원배선(Vcom line)은, 커패시터 일체형 LED의 N형 전극(510)에 연결되어, 제1 전원(Vcom)을 N형 전극(510)에 공급한다. 제1 전원배선은 서로 이웃하고 있는 적색,녹색,청색 커패시터 일체형 LED(R,G,B_Capacitor LED)에 공통으로 연결되어 동일한 전압을 인가한다.
따라서, 제1 전원(Vcom)이 N형 전극(510)에 인가되어, N형층(520)으로 전자를 공급하고, 제2 전원(Vdd)이 P형 전극(550)에 인가되어, P형층(540)으로 전공을 공급하여, N형층(520)과 P형층(540)사이에 위치한 활성층(530)에서 전자와 전공이 결합하여 빛을 낸다.
빛의 밝기는 제1 전원(Vcom)과 제2 전원(Vdd)의 전압 차에 따라 조절이 가능하다. 이를 위해, 제1 전원(Vcom)은 공통전압으로 고정된 전압값을 인가하고, 제2 전원(Vdd)의 전압을 스위칭 박막트랜지스터(600)와 구동 박막트랜지스터(700)를 통하여 조절하고 인가하여, 빛의 밝기를 조절할 수 있다.
도 7는 도 6에 도시된 커패시터 일체형 LED 소자와 화소 구동 회로의 연결구조를 나타낸 회로도이다. 도 7에서는 스위칭 박막트랜지스터(700), 구동 박막트랜지스터(600), 및 커패시터 일체형 LED의 2T1C 구조로 서브픽셀을 구성하는 것으로 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 화소 구동 회로(CA)와 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)가 연결된 본 발명 표시장치의 전체적인 구조 및 제조방법을 설명한다.
본 발명의 LED 표시장치의 제조방법은, 기판(100)상의 구동 박막트랜지스터(300)가 위치하는 영역에 광차폐층(LS)을 형성하고, 광차폐층 상부에 버퍼층(805)를 형성한다. 버퍼층을 형성한 후 게이트 전극, 액티브층, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 스위칭,구동,센싱 박막트랜지스터를 버퍼층 상에 형성한다. 박막트랜지스터 형성 후 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)와의 연결을 위해, 박막트랜지스터 사이 공간을 제1 절연물질(810)로 도포하고, 박막트랜지스터 상부를 제2 절연물질(820)로 도포한다. 제2 절연물질 도포 후 박막트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극을 노출시키는 컨택홀을 형성하고, 노출된 소스 전극 또는 드레인 전극을 연결하는 연결배선을 형성한다. 연결배선 형성 후 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)를 연결배선에 연결하고, 커패시터 일체형 LED들 사이 공간과 상부를 제3 절연물질(830)로 도포한다. 제3 절연물질 도포 후 N형 전극(110)을 노출시키는 컨택홀을 형성하고, N형 전극을 제2 전원배선(Vcom line)에 연결한다.
제3 절연물질을 도포 하기 전 커패시터 일체형 LED(Capacitor LED)들 사이에 블랙매트릭스(BM)를 형성할 수 있다. 블랙매트릭스(BM)는 제3 절연물질 도포 후 블랙매트릭스 홀을 형성하여 채워 넣는 방식으로도 형성 가능하다. 블랙매트릭스(BM)는 커패시터 일체형 LED 각각으로부터 발광된 광 중 다른 커패시터 일체형 LED로 향하는 광을 차폐하여, 광의 혼색을 저감할 수 있는 구성요소이다.
본 발명의 커패시터 일체형 LED는 마이크로 LED 또는 미니 LED에 적용할 수 있다. 마이크로 LED와 미니 LED는 크기 및 성장기판으로 사용되는 사파이어기판의 제거 여부에 따라 구별할 수 있으며, 구체적으로 LED의 크기가 100㎛ 이하이고, 성장기판이 제거된 형태의 LED를 마이크로 LED로 구분하고, LED의 크기가 100㎛이상, 500㎛ 이하이고, 성장기판이 제거되지 않은 형태의 LED를 미니 LED로 구분한다.
적색,녹색,청색의 마이크로 LED 또는 미니 LED가 몰딩부로 둘러싸여 하나의 세트로 구성된 패키지 LED 로 구성될 수 있으며, 패키지 LED를 구성하는 적색,녹색,청색의 마이크로 LED 또는 미니 LED 에도 커패시터 일체형 LED를 적용할 수 있다.
그리고, 상용화되어 일반적인 조명에 사용되는 일반 LED는 크기가 500㎛ 이상이고, 형광물질이 LED칩에 도포된 구조로, 상부에 렌즈가 배치될 수 있는 구조이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 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. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
TA : 투과 영역
DA : 표시 영역
R,G,B_CA : 적색,녹색,청색 화소 구동 회로
R,G,B Capacitor LED : 적색,녹색,청색 커패시터 일체형 LED
Cst : 커패시터
100 : 기판
110, 510 : N형 전극
120, 520 : N형층
130, 530 : 활성층
550 : P형 전극
140, 540 : P형층
170, 570 : 제1 커패시터 전극
160, 560 : 커패시터 유전층
150, 571 : 제2 커패시터 전극
580 : 절연막
200 : 센싱 박막 트랜지스터
300, 600 : 구동 박막 트랜지스터
400, 700 : 스위칭 박막 트랜지스터
210, 310, 410, 610, 710 : 게이트 전극
220, 320, 420, 620, 720 : 게이트 절연층
230, 330, 430, 630, 730 : 액티브층
250, 350, 440, 650, 750 : 소스 전극
240, 340, 450, 640, 740 : 드레인 전극
800 : 절연층
810,820,830 : 제1,2,3 절연층
LS : 광차폐층
805 : 버퍼층
Vdata : 데이터 전압, Vdata line: 데이터 전압 배선
Vdd : 제2 전원, Vdd line : 제2 전원배선
Vcom : 제1 전원, Vcom line : 제1 전원배선
Vref : 센싱 전압 배선
Vscan : 스캔 배선

Claims (18)

  1. 기판상에 있는 화소 구동 회로와;
    상기 화소 구동 회로에 연결되는 커패시터 일체형 LED를 포함하고,
    상기 커패시터 일체형 LED는, 활성층 및 상기 활성층 하부에 배치된 커패시터를 갖는 LED 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 투과 영역과 표시 영역을 포함하며,
    상기 표시 영역에 상기 화소 구동 회로와 상기 커패시터 일체형 LED 소자가 위치한 LED 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 기판, 상기 화소 구동 회로 및 상기 커패시터 일체형 LED를 포함하는 상기 LED 표시장치의 투과율은 60% 이상 이고, 개구율은 63% 이상인 LED 표시장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 커패시터는 제1 커패시터 전극, 제2 커패시터 전극 및 상기 제1 커패시터 전극과 상기 제2 커패시터 전극 사이의 커패시터 유전층을 포함하고,
    상기 제2 커패시터 전극은 상기 제1 커패시터 전극보다 상기 활성층에 더 가까이 위치한 LED 표시장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터 전극 또는 제2 커패시터 전극은,
    금(Au), 알루미늄(AL), 은(Ag), 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 물질 중 적어도 하나를 포함하는 반사전극인 LED 표시장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 커패시터 전극의 상부에는 P형층, 상기 활성층, N형층, N형 전극이 순차적으로 배치된 LED 표시장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 커패시터 전극은, 상기 P형층에 연결되어 전압을 인가하는 P형 전극 및 상기 커패시터의 일 전극으로서 모두 기능하는 LED 표시장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 N형 전극에 연결되는 제1 전원배선(Vcom)을 더 포함하는 LED 표시장치.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 커패시터 전극 상부에는 N형층이 위치하고,
    상기 N형층 상부에는 N형 전극과 상기 활성층이 동일층에 위치하고,
    상기 활성층 상부에는 P형층과 P형 전극이 순차적으로 위치한 LED 표시장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 N형 전극에 연결되는 제1 전원배선(Vcom)을 더 포함하는 LED 표시장치.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 화소 구동 회로는, 상기 제1 커패시터 전극에 연결된 스위칭 박막 트랜지스터 또는 구동 박막트랜지스터와, 상기 제2 커패시터 전극에 연결된 스위칭 박막트랜지스터 또는 구동 박막 트랜지스터를 포함하는 LED 표시장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 화소 구동 회로는, 센싱 박막 트랜지스터를 더 포함하며,
    상기 스위칭 박막 트랜지스터는, 제1 게이트 배선에 연결된 게이트 전극; 데이터 전압 배선(Vdata)에 연결된 드레인 전극; 상기 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제1 커패시터 전극에 연결된 소스 전극을 포함하고,
    상기 구동 박막 트랜지스터는, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 소스 전극에 연결된 게이트 전극; 제2 전원 배선(Vdd)에 연결된 드레인 전극; 상기 제2 커패시터 전극에 연결된 소스 전극을 포함하고,
    상기 센싱 박막 트랜지스터는, 제2 게이트 배선에 연결된 게이트 전극; 센싱 전압 배선(Vref)에 연결된 드레인 전극; 상기 구동 박막 트랜지스터의 소스 전극에 연결된 소스 전극을 포함하는 LED 표시장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터 전극과 제2 커패시터 전극은, 각각 상기 스위칭 박막 트랜지스터의 소스 전극과 상기 구동 박막 트랜지스터의 소스 전극에 도전체를 통해 전기적으로 연결되고,
    상기 도전체는 내부의 폴리머 코어와 외부의 금속층으로 구성된 범프볼을 포함하는 LED 표시장치.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 스위칭 박막 트랜지스터는, 제1 게이트 배선에 연결되는 게이트 전극; 데이터 전압 배선(Vdata)에 연결되는 소스 전극; 상기 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 제1 커패시터 전극에 연결되는 드레인 전극을 포함하고,
    상기 구동 박막 트랜지스터는, 상기 스위칭 박막트랜지스터의 드레인 전극에 연결되는 게이트 전극; 제2 전원 배선(Vdd) 및 상기 제2 커패시터 전극에 연결되는 소스 전극; P형 전극에 연결되는 드레인 전극을 포함하는 LED 표시장치.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 커패시터 전극과 제2 커패시터 전극은, 각각 상기 스위칭 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 상기 구동 박막 트랜지스터의 소스 전극에 도전체를 통해 전기적으로 연결되고,
    상기 도전체는 내부의 폴리머 코어와 외부의 금속층으로 구성된 범프볼을 포함하는 LED 표시장치.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 스위칭 박막 트랜지스터와 구동 박막 트랜지스터 사이의 제1 절연층;
    상기 화소 구동 회로와 커패시터 일체형 LED 사이의 제2 절연층; 및
    상기 커패시터 일체형 LED와 이웃하는 커패시터 일체형 LED 사이의 제3 절연층을 더 포함하는 LED 표시장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 커패시터 일체형 LED와 이웃하는 커패시터 일체형 LED 사이의 블랙매트릭스를 더 포함하는 LED 표시장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 커패시터 일체형 LED는 마이크로 LED 또는 미니 LED인 LED 표시장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023140458A1 (ko) * 2022-01-21 2023-07-27 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 타일형 표시 장치
WO2023210928A1 (ko) * 2022-04-29 2023-11-02 삼성전자주식회사 투명 디스플레이 모듈 및 투명 디스플레이 장치

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW365071B (en) * 1996-09-09 1999-07-21 Toshiba Corp Semiconductor light emitting diode and method for manufacturing the same
CN102427080B (zh) * 2011-11-18 2015-07-29 贵州大学 一种多量子阱tft-led阵列显示基板及其制造方法
CN107331680B (zh) * 2017-07-05 2020-04-24 上海天马微电子有限公司 一种显示面板及其制造方法、显示装置
TWI694430B (zh) * 2017-11-23 2020-05-21 超微晶科技(深圳)有限公司 微型led顯示面板
JP7073198B2 (ja) * 2018-06-07 2022-05-23 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
JP7289681B2 (ja) * 2019-03-20 2023-06-12 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023140458A1 (ko) * 2022-01-21 2023-07-27 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 타일형 표시 장치
WO2023210928A1 (ko) * 2022-04-29 2023-11-02 삼성전자주식회사 투명 디스플레이 모듈 및 투명 디스플레이 장치

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