KR20200024732A - 표시장치 - Google Patents

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한명수
심재민
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 복수의 화소 영역이 정의된 기판, 각각의 화소 영역에 포함된 적어도 하나의 LED, 각각의 화소 영역에서 상기 LED와 중첩되지 않는 기판 상에 배치되고 적어도 하나의 LED 각각을 구동시키는 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터 및 상기 LED가 배치된 상기 기판 상에 배치된 광경로 확대층을 포함할 수 있다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 표시장치에 관한 것이다.
현재까지 널리 이용되고 있는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)와 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device; OLED)는 그 적용 범위가 점차 확대되고 있다.
액정표시장치와 유기발광 표시장치는 고해상도의 화면을 제공할 수 있고 경량 박형이 가능하다는 장점으로 인해 일상적인 전자기기, 예를 들어, 핸드폰, 노트북 등의 화면에 많이 적용되고 있고, 그 범위도 점차 확대되고 있다.
다만, 액정표시장치와 유기발광 표시장치는 표시장치에서 영상이 표시되지 않는 영역으로 사용자에게 시인되는 베젤(bezel) 영역의 크기를 감소시키는데 한계가 있다. 예를 들어, 액정표시장치의 경우, 액정을 밀봉하고 상부기판과 하부기판을 합착하기 위해 씰런트(sealant)가 사용되어야 하므로, 베젤 영역의 크기를 감소시키는데 한계가 있다. 또한, 유기발광 표시장치의 경우, 유기발광소자가 유기 물질로 이루어져 수분 또는 산소에 매우 취약하여 유기발광소자를 보호하기 위한 봉지부(encapsulation)가 배치되어야 하므로, 베젤 영역의 크기를 감소시키는데 한계가 있다.
이와 같은 액정표시장치와 유기발광 표시장치의 한계를 대체하기 위한 대안으로, LED를 포함하는 표시장치가 제안되었다. LED는 유기물질이 아닌 무기물질로 이루어지므로 신뢰성이 우수하여 액정표시장치나 유기발광 표시장치에 비해 수명이 길다. 또한, LED는 점등 속도가 빠를 뿐만 아니라, 소비 전력이 적고, 내충격성이 강해 안정성이 뛰어나며, 고휘도의 영상을 표시할 수 있기 때문에 초대형 화면에 적용하기 적합한 소자이다.
이러한 LED를 포함하는 표시장치를 제조하기 위해 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 각각으로 구성된 LED 3개를 사용하여 하나의 픽셀로 구현한다. 그러나, 3개의 LED 각각을 1개의 픽셀로 구현하기 위해 예를 들어, 각각의 LED를 도너 기판에 성장시키는 공정 및 성장된 도너 기판의 LED를 표시장치의 기판에 각각 전사하는 공정 등의 관련 공정이 많아지고, 이로 인해 공정 불량 또는 온도 및 환경에 따른 색의 편차가 발생하는 문제점이 있다.
이에 따라, 청색 LED만을 도너 기판에 성장시키거나 표시장치의 기판에 직접적으로 성장시키고 적색 및 녹색의 LED는 적색 및 녹색에 대응되는 양자점(quantum dot) 등을 포함하는 색변환층에 의해 파장을 변환하여 각각 적색 및 녹색을 표현하게 하였다.
이에 본 발명의 발명자들은 상기와 같이 청색 LED 만을 이용하는 경우 청색 광 누설(leakage)을 방지하고 색변환층의 효율을 향상시키기 위해서는 광 경로를 증대시켜야 할 필요가 있다는 점을 인식하였다.
그러나, LED를 이용한 표시장치에서 광 경로를 증대시키기 위해서는 색 변환층의 두께를 향상시켜야 한다. 그러나, 색변환층의 두께를 향상시키기 위해서는 공정상 제약이 발생한다. 보다 상세하게, 일반적으로 청색 LED의 색을 적색 또는 녹색으로 변환하는 색변환층은 포토(PR) 공정을 이용하여 형성되는데, 포토 공정의 경우 스핀 코팅(Spin Coating) 시 보통 3㎛ 내외 두께 제작이 가능한 한계가 있다. 또한, 색변환층의 두께를 향상시키기 위해서는 고점도 포토 레지스트를 이용하여 형성해야 하는데, 고점도 포토 레지스트를 이용하여 형성하는 경우 균일성(uniformity) 및 공정성이 감소되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 발명자들은 색변환층의 두께를 향상시키지 않으면서 표시장치의 광 경로를 증대시킬 수 있는 새로운 방식의 표시장치를 발명하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 경로를 증대시켜 표시장치의 표시 효율을 향상시킬 수 있는 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 색변환층의 두께를 향상시키지 않거나 저감시켜 표시장치를 박형화시킬 수 있는 표시장치를 제공하는 것이다.
또한, 복수의 표시장치를 이웃하도록 배치하여 대형 표시장치로 구현할 경우, 복수의 표시장치 사이의 기구적인 이격이나 어긋남으로 인해 심(Seam)이 인지될 수 있다.
이에, 본 발명의 발명자들은 표시장치의 심 인지를 약화시킬 수 있는 새로운 방식의 표시장치를 발명하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소비전력을 증가시키거나 특정 픽셀의 데이터 신호를 변경하지 않고도 심 인지를 약화시킬 수 있는 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 광을 발광하는 LED와 상기 LED를 구동시키는 박막 트랜지스터가 배치된 복수의 서브 픽셀 영역이 정의된 기판 및 복수의 서브 픽셀 각각의 서브 픽셀 영역을 둘러싸도록 상기 기판 상에 배치된 광경로 확대층을 포함하고, 광경로 확대층은 각각의 서브 픽셀 영역의 수평방향으로 연장될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 LED가 배치된 영역뿐만 아니라 박막 트랜지스터가 배치된 영역까지 수평 방향으로 연장되어 배치된 광경로 확대층에 의해 LED의 발광 경로가 길어져 LED의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 복수의 서브 픽셀이 배치된 기판, 복수의 서브 픽셀 각각의 서브 픽셀의 발광 영역에 배치된 박막 트랜지스터, 각각의 서브 픽셀의 반사 영역에 배치된 적어도 하나의 LED, 발광 영역 및 상기 반사 영역에 배치된 광경로 확대층 및 상기 반사 영역에 위치하며 광경로 확대층 상에 배치된 제1 반사층을 포함하며, 발광 영역과 상기 반사 영역을 중첩되지 않을 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 LED의 상하부에 제1 반사층 및 제2 반사층을 배치함으로써 LED에서 발광되는 광의 발광 효율을 높일 뿐만 아니라 외부로 누설되는 광을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치는 적어도 하나의 LED가 각각 배치된 복수의 픽셀을 포함하는 기판, 상기 복수의 픽셀 각각에 배치되며 상기 LED와 완전히 중첩하는 광경로 확대층을 포함하고, 상기 기판은 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되며, 상기 LED에서 발광된 광은 상기 광경로 확대층을 통해 출광되며, 상기 광경로 확대층은 상기 제1 영역에 위치한 적어도 하나의 제1 광경로 확대층 및 상기 제2 영역에 위치한 적어도 하나의 제2 광경로 확대층을 포함하고, 상기 제1 광경로 확대층으로부터 출광된 광의 세기는 상기 제2 광경로 확대층으로부터 출광된 광의 세기보다 클 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치는 심 발생에 취약한 영역의 픽셀 구조를 최적화하여 심 인지 현상을 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 LED 상에 광경로 확대층이 배치됨으로써 LED에서 발생된 광의 경로가 길어져 표시장치의 발광 효율이 향상될 수 있다.
본 발명은 광경로 확대층이 서브 픽셀의 수평방향으로 연장되도록 배치됨으로써 두께를 수직 방향으로 연장하지 않고도 발광 효율을 향상시키면서 표시장치를 박형화시킬 수 있다.
본 발명은 출광된 광의 세기를 영역별로 다르게 설계하여 심 인지를 최소화할 수 있다.
본 발명은 광경로 확대층 상에 LED가 배치된 영역에 대응하여 배치된 반사층이 더 배치되어 LED에서 발광되는 광의 누설을 최소화할 수 있다.
본 발명은 광경로 확대층이 색변환 물질을 더 포함함으로써 표시장치의 휘도가 향상될 뿐만 아니라 소비 전력이 개선될 수 있다.
본 발명은 광경로 확대층이 확산제를 더 포함함으로써 LED에서 발광된 광의 확산을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 광경로 확대층과 반사층의 배치 예를 나타낸 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치 및 그의 비교 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 광 효율을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 광경로 확대층의 배치 예를 나타낸 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 광경로 확대층의 배치 예를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 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 발명의 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 발명의 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 발명의 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 기판(110) 및 기판(110) 상에 배치된 복수의 LED(130)를 포함한다.
기판(110)은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 상부에 배치되는 구성요소들을 지지하는 기판으로, 절연기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 유리 또는 수지 등의 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 고분자 또는 플라스틱 물질을 포함하여 이루어질 수도 있다. 몇몇 실시예에서, 기판(110)은 플렉서빌리티(flexibility)를 갖는 플라스틱 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(110)에는 픽셀(P)이 정의될 수 있다. 도시되지는 않았으나, 기판(110)은 TFT 어레이 기판으로서, 상면의 픽셀(P)에는 복수의 LED(130) 및 복수의 LED(130) 각각을 구동하기 위한 박막 트랜지스터와 각종 배선들이 형성된다. 박막 트랜지스터가 턴온되면, 배선을 통해 외부로부터 입력된 구동신호가 LED(130)에 인가되어 LED(130)가 발광하게 되어 화상을 구현한다.
기판(110)의 각각의 픽셀(P)에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 각각 발광하는 3개의 서브 픽셀이 배치되고, 서브 픽셀 각각에는 동일한 색을 발광하는 LED(130)가 배치된다. 픽셀(P)은 적어도 둘 이상의 서브 픽셀을 포함할 수 있으며, 서브 픽셀 각각은 LED(130)를 포함한다. LED(130)의 구조, 배치 등의 특징에 대해서는 도 2 이하를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 각 서브 픽셀은 각 서브 픽셀이 적색, 녹색 또는 청색으로 발광하기 위해 각각의 LED(130) 상부에는 색 변환을 시키면서 광 경로를 증대시킬 수 있는 광경로 확대층이 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED(130)는 기판(110)의 TFT 어레이 공정과는 별개의 공정에 의해 제작되거나, 박막 트랜지스터가 배치된 표시장치(100)의 기판(110) 상에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 LED(130)는 100㎛ 미만의 크기의 LED로서, 즉, 마이크로미터 단위의 크기를 갖는 LED일 수 있다. 이러한 LED(130)는 Al, Ga, N, P, As, In 등의 무기 물질을 사파이어 기판 또는 실리콘 기판 위에 복수 개 박막 성장시킨 후, 사파이어 기판 또는 실리콘 기판을 절단 분리함으로써 형성되거나, 박막 트랜지스터가 배치된 기판(110) 상에 박막 성장하여 형성될 수 있다. 이와 같은 LED(130)는 미세한 크기로 형성될 수 있으므로, 플라스틱과 같이 플렉서블한 기판 상에도 형성될 수 있다. 또한, LED(130)는 유기발광층과는 달리 무기물질을 박막 성장시켜 형성하므로, 제조 공정이 단순하고 수율이 향상될 수 있다. 또한, 무기물질로 이루어진 LED(130)는 유기발광물질로 이루어진 LED(130)에 비해 휘도가 높고 수명이 길다는 장점이 있다.
도시되지는 않았으나, 픽셀(P)은 복수의 게이트 라인과 복수의 데이터 라인에 의해 정의될 수 있다. 이때, 게이트 라인 및 데이터 라인은 LED(130)와 전기적으로 연결되고, 게이트 라인 및 데이터 라인의 단부에는 각각 외부와 연결되는 게이트 패드 및 데이터 패드가 구비되어 외부의 신호가 게이트 라인 및 데이터 라인을 통해 LED(130)에 인가됨으로써 LED(130)가 동작하여 발광하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 광경로 확대층과 반사층의 배치 예를 나타낸 사시도이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치 및 그의 비교 예를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 기판(110) 상에는 박막 트랜지스터(120)가 형성된다. 박막 트랜지스터(120)는 게이트 전극(121), 액티브층(122), 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)으로 구성된다. 구체적으로, 기판(110) 상에 게이트 전극(121)이 배치되고, 게이트 전극(121) 상에 액티브층(122)이 배치된다. 게이트 전극(121)과 액티브층(122) 사이에는 게이트 전극(121)과 액티브층(122)을 절연시키기 위한 게이트 절연층(113)이 배치된다. 액티브층(122) 상에는 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)이 배치되고, 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124) 상에는 박막 트랜지스터(120)를 보호하기 위한 패시베이션층(114)이 배치된다. 패시베이션층(114)에는 박막 트랜지스터(120)의 소스 전극(123)의 일부를 노출시키는 홀이 형성될 수 있다. 다만, 패시베이션층(114)은 실시예에 따라 생략될 수도 있다. 한편, 도 2에서는 바텀 게이트(bottom gate) 방식의 트랜지스터를 도시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 바텀 게이트 방식뿐만 아니라 탑 게이트(top gate) 방식의 박막 트랜지스터와 같이 다양한 구조의 박막 트랜지스터 형식이 적용될 수 있다.
게이트 전극(121)과 동일층 상에 게이트 배선(GL)이 형성된다. 게이트 배선(GL)은 게이트 전극(121)과 동일 물질로 이루어질 수 있다. 도 2에서는 게이트 배선(GL)을 도시하였으나, 데이터 배선(DL) 또한 게이트 배선(GL)과 동일한 취지로 형성될 수 있다.
게이트 절연층(113) 상에 공통 배선(CL)이 배치된다. 공통 배선(CL)은 LED(130)에 공통 전압을 인가하기 위한 배선으로, 게이트 배선(GL) 또는 데이터 배선(DL)과 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 공통 배선(CL)은 게이트 배선(GL) 또는 데이터 배선(DL)과 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 공통 배선(CL)은 도 2에 도시된 바와 같이, 소스 전극(123) 및 드레인 전극(124)와 동일한 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고 게이트 전극(121)과 동일한 물질로 이루어질 수도 있다. 공통 배선(CL) 상에는 패시베이션층(114)이 형성되나, 패시베이션층(114)에는 공통 배선(CL)의 일부를 노출시키는 홀이 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 게이트 절연층(113) 또는 패시베이션층(114) 상에는 복수의 LED(130)가 배치된다. 한편, 도 2에 도시하지는 않았으나, 패시베이션층(114) 상에 배치된 LED(130)의 고정력이 향상되도록 접착층이 배치될 수 있다. 이와 같이 접착층이 배치되는 경우는 LED(130)가 도너 기판에서 성장하여 형성된 후 표시장치(100)의 기판(110) 상에 전사한 경우이고, LED(130)가 표시장치(100)의 기판(110) 상에서 직접 성장하여 형성된 경우 접착층은 생략될 수 있다.
도 2에 도시된 LED(130)는 래터럴(lateral) 구조의 LED(130)로서, n형층(131), 활성층(132), p형층(133), n전극(135) 및 p 전극(134)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는, LED(130)로 래터럴 구조의 LED(130)가 사용되는 것으로 설명하였으나, LED(130)의 구조가 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, LED(130)는 박막 트랜지스터(120)와 전기적으로 연결된다.
LED(130)의 구조에 대해 보다 상세히 설명하면, n형층(131)은 우수한 결정성을 갖는 질화갈륨에 n형 불순물을 주입하여 형성될 수 있다. n형층(131) 상에는 활성층(132)이 배치된다. 활성층(132)은 LED(130)에서 빛을 발하는 발광층으로, 질화물 반도체, 예를 들어, 인듐질화갈륨으로 이루어질 수 있다. 활성층(132) 상에는 p형층(133)이 배치된다. p형층(133)은 질화갈륨에 p형 불순물을 주입하여 형성될 수 있다. 다만, n형층(131), 활성층(132) 및 p형층(133)은 이에 제한되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 바와 같이, LED(130)는 n형층(131), 활성층(132) 및 p형층(133)을 차례대로 적층한 후, 소정 부분을 식각한 후, n전극(135)과 p전극(134)을 형성하는 방식으로 제조될 수 있다. 이때, 소정 부분은 n전극(135)과 p전극(134)을 이격시키기 위한 공간으로, n형층(131)의 일부가 노출되도록 소정 부분이 식각될 수 있다. 다시 말해, n전극(135)과 p전극(134)이 배치될 LED(130)의 상부 면은 평탄화된 면이 아닌 서로 다른 높이 레벨을 가질 수 있다.
n형층(131) 상에는 n전극(135) 이 배치될 수 있다. n전극(135)은 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 투명 도전성 산화물로 이루어질 수 있다. p형층(133) 상에는 p전극(134)이 배치될 수 있다. p전극(134)도 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 투명 도전성 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, p전극(134)은 n전극(135)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 이어서, 기판(110)의 상면에 제1 평탄화층(116) 및 제2 평탄화층(117)을 형성한다. 도 2를 참조하면, 박막 트랜지스터(120) 상면을 평탄화하도록 제1 평탄화층(116)이 배치된다. 제1 평탄화층(116)은 LED(130)가 배치된 영역 및 컨택홀을 제외한 영역에서 상부를 평탄화하도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 평탄화층(116) 상에는 제2 평탄화층(117)이 배치될 수 있다. 제2 평탄화층(117)은 컨택홀을 제외한 영역에서 박막 트랜지스터(120) 및 LED(130) 상부에 배치될 수 있다. 이때, 제2 평탄화층(117)은 LED(130)의 p전극(134) 및 n전극(135)의 일부 영역이 오픈되도록 형성될 수 있다. 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)가 2개의 평탄화층을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이는 단일의 평탄화층으로 형성하는 경우 공정 시간 등이 지나치게 증가하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이에 따라, 평탄화층(116, 117)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 반드시 복수로 이루어져야 하는 것은 아니고, 단일층의 평탄화층으로 이루어질 수도 있다.
도 2를 참조하면, 박막 트랜지스터(120)와 LED의 p전극(134)을 전기적으로 연결하는 제1 전극(141)이 기판(110) 상에 배치된다. 제1 전극(141)은 제1 평탄화층(116), 제2 평탄화층(117) 및 패시베이션층(114)에 형성된 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(120)의 소스 전극(123)과 전기적으로 연결되고, 제2 평탄화층(117)에 형성된 컨택홀을 통해 LED(130)의 p전극(134)과 전기적으로 연결된다. 다만 이에 제한되지 않고, 박막 트랜지스터(120)의 타입에 따라 제1 전극(141)은 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극(124)과 전기적으로 연결되는 것으로 정의될 수도 있다.
제2 전극(142)은 공통 배선(CL)과 LED(130)의 n전극(135)을 연결하기 위한 전극이다. 제2 전극(142)은 제1 평탄화층(116), 제2 평탄화층(117), 및 패시베이션층(114)에 형성된 컨택홀을 통해 공통 배선(CL)과 전기적으로 연결되고, 제2 평탄화층(117)에 형성된 컨택홀을 통해 LED(130)의 n전극(135)과 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 표시장치(100)가 턴온되면 박막 트랜지스터(120)의 소스 전극(123) 및 공통 배선(CL) 각각에 인가되는 서로 상이한 전압 레벨이 제1 전극(141) 및 제2 전극(142)을 통해 p전극(134)과 n전극(135)으로 전달되어 LED(130)가 발광할 수 있다. 도 2에서는 박막 트랜지스터(120)가 p전극(134)과 전기적으로 연결되고, 공통 배선(CL)이 n전극(135)과 전기적으로 연결되는 것으로 설명되었으나, 이에 제한되지 않고, 박막 트랜지스터(120)가 n전극(135)과 전기적으로 연결되고 공통 배선(CL)이 p전극(134)과 전기적으로 연결될 수도 있다.
박막 트랜지스터(120) 및 LED(130) 상에는 광경로 확대층(150)이 배치된다. 광경로 확대층(150)은 LED(130)로부터 발광되는 광이 누설되는 것을 방지하고, 광 효율을 향상시키기 위해 배치된 층이다. 광경로 확대층(150)은 투명 기재, 예를 들어, PMMA(polymethylmetacrylate), PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), PEN(polyethylene naphthalate) 등의 투명한 수지로 이루어질 수 있다.
광경로 확대층(150)은 색변환 물질, 예를 들어 양자점(Quantum Dot) 또는 형광 물질 등을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 LED(130)에서 발광되는 청색 광을 광경로 확대층(150)에 포함된 색변환 물질로 인해 각각의 서브 픽셀의 파장, 즉 적색 서브 픽셀에서는 적색 광으로, 또는 녹색 서브 픽셀에서는 녹색 광으로 변환하여 발광할 수 있다. 광경로 확대층(150)에 포함되는 색변환 물질은 대응되는 서브 픽셀에 따라 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 적색 서브 픽셀에 대응되어 배치된 광경로 확대층(150)에 포함되는 색변환 물질이 제1 색변환 물질이라면, 녹색 서브 픽셀에 대응되어 배치된 광경로 확대층(150)에 포함되는 색변환 물질은 제1 색변환 물질과는 다른 제2 색변환 물질일 수 있다. 한편, 청색 서브 픽셀에 대응되어 배치된 광경로 확대층(150)에는 색변환 물질이 포함되지 않을 수 있다. 또한, 광경로 확대층(150)에 포함되는 색변환 물질은 각 서브 픽셀에 따라 포함되는 비율이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 적색 서브 픽셀의 광경로 확대층(150)에 포함된 색변환 물질이 제1 비율만큼 포함되어 있다면, 녹색 서브 픽셀의 광경로 확대층(150)에 포함된 색변환 물질은 제1 비율과 다른 제2 비율만큼 포함될 수 있다.
또한, 광경로 확대층(150)은 확산제를 더 포함할 수 있다. 확산제는 광경로 확대층(150)을 이루는 투명 기재 형성 시 첨가하여 제조될 수 있고, 이미 형성된 투명 기재에 인쇄 또는 코팅하는 방법으로 광경로 확대층(150)에 포함될 수도 있다. 확산제는, 예를 들어, 실리카, 수산화 알루미늄, 산화 알루미늄, 산화아연, 아크릴, 폴리우레탄, 폴리 염화비닐 계열로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 광경로 확대층(150)이 확산제를 포함하여 이루어짐으로써 파장이 변환된 광을 내부의 확산제를 통해 외부로 확산시켜 방출할 수 있다. 광경로 확대층(150)에 포함되는 확산제는 각 서브 픽셀에 따라 포함되는 비율이 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 적색 서브 픽셀의 광경로 확대층(150)에 포함된 확산제는 제1 비율만큼 포함되어 있다면, 녹색 서브 픽셀의 광경로 확대층(150)에 포함된 확산제는 제2 비율만큼 포함될 수 있다. 또한, 서브 픽셀에 따라 광경로 확대층(150)에 확산제가 포함되지 않을 수도 있다.
또한, 적색 서브 픽셀과 녹색 서브 픽셀에 대응되어 배치되는 광경로 확대층(150)은 특정 파장대의 광을 흡수하여 색재현률을 향상시킬 수 있는 광흡수제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 광흡수제는 적색 서브 픽셀에서 방출되는 적색과 녹색 서브 픽셀에서 방출되는 녹색 사이의 파장대의 빛을 흡수하여 순수한 적색과 녹색이 구현되도록 할 수 있다. 또는 청색 서브 픽셀에서 방출되는 청색과 녹색 서브 픽셀에서 방출되는 녹색 사이의 파장대의 빛을 흡수하여 순수한 녹색과 청색이 구현되도록 할 수 있다. 광흡수제는, 예를 들어, 시아닌(cyanine), 로다민(rhodamine) 및 포르피닌(porphyrin) 계열의 형광 염료로부터 선택되는 1종 이상의 형광 소광제일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 각 서브 픽셀에 배치된 LED(130)는 동일한 색을 발광하는 LED일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED(130)는 청색(B)을 발광하고, LED(130) 상부에는 적색, 녹색 또는 청색으로 색변환시킬 수 있는 색변환 물질을 포함하는 광경로 확대층(150)이 배치됨으로써 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀로 구분될 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀 간 혼색을 방지하기 위해 각 서브 픽셀의 사이에는 블랙 매트릭스가 배치될 수 있다.
광경로 확대층(150)은 박막 트랜지스터(120)가 배치된 영역에서부터 LED(130)가 배치된 영역을 포함하여 공통 배선(CL)과 전기적으로 연결된 제2 전극(142)이 배치된 영역에 이르는 영역까지 배치될 수 있다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 광경로 확대층(150)은 서브 픽셀의 수평방향으로 연장된 플래너(planar) 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 형태의 광경로 확대층(150)으로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 LED(130)에서 발광되는 광의 경로가 길어질 수 있다.
도 4a를 참조하면, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 비교 예를 나타낸 도면으로, 일반적인 표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 일반적인 표시장치는 LED(130)에서 각 서브 픽셀에 대응되는 광이 발광될 수 있도록 하는 색변환층(50)이 배치된다. 이때, 색변환층(50)은 LED(130)가 배치된 영역에 대응하여 배치된다. 즉, LED(130)와 중첩하여 배치되지 않는 박막 트랜지스터는 비발광 영역(NEA)에 배치되고, LED(130)가 배치된 영역은 발광 영역(EA)이 될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 표시장치는 LED(130)가 배치된 영역에 한해서만 LED(130)에서 발광되는 광이 가이드(guide)되는 광경로 영역(LGA)이 될 수 있다. 일반적인 표시장치는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 발광 영역(EA)과 광경로 영역(LGA)의 단면적이 동일하거나 유사한 수준이다.
또한, 도 4a에 도시된 바와 같이, LED(130)에서 발광되는 광의 발광 효율을 향상시키기 위해서는 광의 경로를 증가시켜야 하고, 광의 경로를 증가시키기 위해서는 색변환층(50)의 두께를 수직방향으로 두껍게 형성하는 방법이 있다. 그러나, 색변환층(50)의 두께를 수직방향으로 두껍게 하는데 있어서 공정적인 한계가 존재하고, 색변환층(50)을 두껍게 형성하는 경우 표시장치가 박형화되기 어렵다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)를 나타낸 도 4b를 참조하면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 LED(130) 상부뿐만 아니라 LED(130)와 중첩되어 배치되지 않는 박막 트랜지스터가 배치된 영역까지 광경로 확대층(150)이 배치된다. 즉, 광경로 확대층(150)은 픽셀이 배치된 픽셀 영역의 수평 방향으로 픽셀 영역을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 보다 상세하게, 픽셀 영역에는 LED(130) 및 박막 트랜지스터가 배치되고, 광경로 확대층(150)은 LED(130)가 배치된 영역 및 박막 트랜지스터가 배치된 영역과 중첩하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 광경로 확대층(150)은 LED(130)에서 발광된 광을 안내하는 광 경로가 될 수 있고, 광경로 확대층(150)이 배치된 영역은 광경로 영역(LGA)이 될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 LED(130)로부터 발광된 광의 경로가 수평방향으로 길어지게 된다. 이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)는 LED(130)에서 발광되는 광 경로가 수평방향으로 길어지도록 함으로써 표시장치(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 광경로 확대층(150)은, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 서브 픽셀의 수평 방향으로 연장되어 광경로가 길어지도록 함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 제품을 박형화시킬 수 있다.
광경로 확대층(150) 상에는 반사층(160)이 배치될 수 있다.
반사층(160)은 광경로 확대층(150)이 배치된 영역 중 LED(130)가 배치된 영역에 대응하여 배치될 수 있다. 이러한 반사층(160)은 금속 물질, 예를 들어, 이산화티타늄(TiO2) 등과 같은 물질로 이루어질 수 있다. 이와 같은 반사층(160)의 배치로 인해 LED(130)에서 발광되는 광이 외부로 누설되는 것을 최소화할 수 있고, LED(130)에서 발광된 광을 광경로 확대층(150)으로 최대한으로 출광시킬 수 있어 LED(130)의 광효율이 향상될 수 있다.
반사층(160R, 160G, 160B)은 각 서브 픽셀의 적어도 하나 이상의 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 반사층(160R, 160G, 160B)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 각 서브 픽셀의 측면 중 4면 또는 3면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사층(160)은 LED(130)가 배치된 영역, 즉 반사 영역(RA)에 대응하여 광경로 확대층(150) 상에 배치되되, 각 서브 픽셀의 상면 및 3개의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, LED(130)에서 발광되는 광이 외부로 누설되는 것을 최소화하고 발광 영역(EA)에서 광이 보다 발광될 수 있도록 한다. 이에 더하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사층(160)은 LED(130)가 배치된 영역, 즉 반사 영역(RA)에 대응하여 광경로 확대층(150) 상에 배치되되, 각 서브 픽셀의 상면 및 2개의 측면을 감싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, LED(130)에서 발광되는 광이 외부로 누설되는 것을 최소화하고 발광 영역(EA)에서 광이 보다 발광될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 서브 픽셀들은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 수평 방향, 즉, 길이 방향으로 연장된 직육면체 형상일 수 있으나, 도 3c에 도시된 바와 같이, 서브 픽셀들이 원형 또는 타원형이나 돔 형상일 수 있다. 한편, 도 3a 및 도 3b에서는 서브 픽셀들이 직육면체 형상을 갖는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 수평 방향으로 연장된 렌티큘러(lenticular) 렌즈 형상을 가질 수도 있다. 도 3c를 참조하면, 반사층(160)은 LED(130)가 배치된 영역에 대응되는 광경로 확대층(150)의 상면에 배치될 수 있다.
이와 같은 광경로 확대층(150)은, 예를 들어, 광경로 확대층(150)에 대응되는 크기, 즉 서브 픽셀 영역의 크기와 동일하거나 약간 큰 정도의 금형을 준비한 후 금형 내부에 투명한 재질의 수지를 충진하고 광경로 확대층(150) 상부에 가압 지그를 위치시켜 가압지그로 가압하여 면 형상을 갖는 광경로 확대층(150)이 형성될 수 있다.
또한, 도 3a 및 도 3b에서는 반사층(160)이 광경로 확대층(150)의 반사 영역(RA)에 대응하여 형성되는 것으로 도시하고, 이에 부합되게 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 반사층(160)이 발광 영역(EA)의 하면 및/또는 측면에 형성되는 경우, 외부로 누설되는 광을 최소화시켜 상부로 발광되는 광 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 발광 영역(EA)의 하면에 반사층(160)이 배치되는 경우, 반사층(160)은 LED(130)와 기판(110) 사이에 위치할 수 있다.
이와 같은 광경로 확대층(150) 및 반사층(160)에 의해 기판(110)에는 발광 영역(EA)과 반사 영역(RA)이 정의될 수 있다.
발광 영역(EA)은 LED(130)로부터 발광된 광이 표시장치 외부로 출광되는 영역이다. 즉, 박막 트랜지스터(120)가 배치된 영역과 대응되는 영역이 발광 영역(EA)일 수 있다. 또한, 제2 전극(142)이 배치된 영역도 발광 영역(EA)이 될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광경로 확대층(150)은 서브 픽셀의 수평 방향으로 연장되도록 배치됨으로써, 발광 영역이 넓어져 발광 효율이 향상될 수 있다.
반사 영역(RA)은 LED(130)로부터 발광되는 광을 반사하는 영역이다. 반사 영역(RA)은 반사층(160)이 배치된 영역과 대응되는 영역일 수 있다. 이와 같이 반사 영역(RA)이 배치됨으로써 외부로 광이 누설되는 것을 최소화시킬 수 있고, LED(130)에서 발광된 광을 광경로 확대층(150)으로 최대한 이동시켜 광효율이 보다 향상될 수 있다.
한편, 도 2에는 도시되지 않았으나, 광경로 확대층(150) 및 반사층(160) 상에는 패시베이션층이 더 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100')는 박막 트랜지스터(120), LED(130), 제1 전극(141), 제2 전극(142), 광경로 확대층(150), 제1 반사층(540) 및 제2 반사층(160)을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100')는 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 제1 반사층(540)이 더 배치된다는 점을 제외하고는 실질적인 구성이 동일하므로, 동일 도면 부호에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100')는 기판(110) 상에 제1 반사층(540)을 더 포함할 수 있다. 제1 반사층(540)은 게이트 절연층(113)과 패시베이션층(114) 사이에 배치되거나, 패시베이션층(114)과 LED(130) 사이에 배치될 수 있다.
제1 반사층(540)은 LED(130)에서 발광된 광 중 기판(110) 측을 향해 발광된 광이 표시장치(100') 상부를 향하도록 반사되어 표시장치(100') 외부로 출광되도록 가이드하는 층이다. 제1 반사층(540)은 높은 반사율을 갖는 금속 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 제1 반사층(540) 상에는 LED(130)가 배치되며, LED(130) 상부에 광경로 확대층(150) 및 제2 반사층(160)이 배치될 수 있다. 한편, 도 5에서는 도시하지 않았으나, 제1 반사층(540)과 LED(130) 사이에는 제1 반사층(540) 상에 배치된 LED(130)의 고정력이 향상되도록 하는 접착층이 더 배치될 수 있다. 이와 같이 접착층이 배치되는 경우는 별도 기판에서 형성된 LED를 표시장치(100)의 기판(110) 상에 전사한 경우이고, LED(130)가 표시장치의 기판(110) 상에서 직접 성장하여 형성된 경우 접착층은 생략될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100')는 LED(130)의 상부와 하부에 제1 반사층(540) 및 제2 반사층(160)을 구비함으로써 LED(130) 및 표시장치(100')의 발광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100'')는 박막 트랜지스터(120), LED(130), 제1 전극(141), 제2 전극(142), 광경로 확대층(650), 및 반사층(660)을 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100'')는 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)의 광경로 확대층(150) 및 반사층(160)의 형상과 상이하다는 점을 제외하고는 실질적인 구성이 동일하므로, 동일 도면 부호에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치(100'')는 홈(V)이 형성된 광경로 확대층(650)을 포함할 수 있다. 홈(V)은 LED(130)가 배치된 영역에 대응하여 배치될 수 있다. 이와 같은 홈(V)은 일정 각도를 가지면서 광경로 확대층(650)에 형성될 수 있다. 이에 따라, 일정 각도를 갖는 홈(V)의 측면에 의해 LED(130)에서 발광된 광의 경로는 변경될 수 있고, 홈(V)으로 인해 LED(130)에서 발광된 광이 굴절되면서 광이 보다 넓은 영역으로 골고루 출사될 수 있다. 즉, 광경로 확대층(650)에 형성된 홈(V)은 LED(130)에서 발광된 광의 산란을 유도하여 표시장치의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 도 6에서는 홈(V)의 형상이 컵(cup) 형상을 갖는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 브이(V) 형상을 갖거나 광 추출 효율일 향상될 수 있는 형상이라면 홈(V)의 형상이 제한되지 않는다. 또한, 도 6의 광경로 확대층(650)은 하나의 홈(V)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 광경로 확대층(650)은 복수 개의 홈(V)을 포함할 수도 있다. 광경로 확대층(650)에 복수 개의 홈(V)이 형성되는 경우 LED(130)에서 출사된 광의 경로를 여러 번 변경할 수 있고, 보다 넓은 영역으로 골고루 출사되어 광 효율이 더욱 향상될 수 있다.
반사층(660)은 광경로 확대층(650)에 형성된 홈(V) 형상에 대응하여 배치될 수 있다. 즉, 반사층(660) 또한 홈(V) 형상을 포함할 수 있으며, 이 때, 반사층(660)에 포함된 홍(V) 형상은 LED(130)과 중첩하는 영역에 배치될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 또다른 실시예에 따른 표시장치(100'')는 LED(130)가 배치된 영역에 대응한 영역에 홈(V)이 형성된 광경로 확대층(650) 및 홈(V) 형상에 따라 광경로 확대층(650) 상에 형성된 반사층(660)을 포함함으로써 광 추출 효율이 보다 향상될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 광 효율을 설명하기 위한 예시도이다.
먼저, 도 7a를 참조하면, 도 7a는 광변환 확대층(150)에 색변환 물질의 농도에 따라 광 효율을 나타낸 예시도이다.
도 7a를 참조하면, a는 22ml의 투명 기재에 색변환 물질이 0.1g이 포함되어 이루어진 광경로 확대층의 광 효율을 나타낸 그래프이고, b는 22ml의 투명 기재에 색변환 물질이 0.3g이 포함되어 이루어진 광경로 확대층의 광 효율을 나타낸 그래프이며, c는 22ml의 투명 기재에 색변환 물질이 0.5g이 포함되어 이루어진 광경로 확대층의 광 효율을 나타낸 그래프이고, d는 22ml의 투명 기재에 색변환 물질이 0.7g이 포함되어 이루어진 광경로 확대층의 광 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 광경로 확대층(150)에 포함되는 색변환 물질의 농도가 낮을수록 광 효율이 좋아지는 것을 알 수 있다. 다만, 이는 색변환 물질이 어느 것인지에 따라 달라질 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 색변환 물질은 형광체 또는 양자점 등으로 이루어질 수 있다고 하였는데, 형광체, 양자점 또는 그 외 색변환 물질 중 어떠한 물질이 광경로 확대층(150)에 포함되느냐에 따라 농도가 너무 낮은 경우 오히려 광 효율이 안 좋아지는 경우가 있기 때문에 최적의 최저점을 가질 수 있다. 예를 들어, 광경로 확대층의 투명 기재가 22ml인 것을 가정하면, 색변환 물질의 최저점은 0.1g이 될 수 있다. 도 7a에서 0.1g 미만의 색변환 물질이 투명 기재 22ml에 포함된 경우 가장 좋은 광 효율을 나타내고 있으나, 0.1g 미만의 색변환 물질이 포함되는 경우 오히려 광 효율이 안 좋아질 수 있기 때문에 본 실시예에서는 색변환 물질의 최저점이 0.1g이 될 수 있다.
도 7b는 광경로가 증가됨에 따른 광 효율을 나타낸 예시도이다.
도 7b를 참조하면, a는 기존 구조에 따른 표시장치의 광 효율을 나타낸 그래프이고, b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 광 효율을 나타낸 그래프이다.
a 그래프의 경우 일정 파장대, 특히 400-480nm 사이의 파장대, 즉 청색 파장대에서만 효율이 좋을 뿐 다른 파장대에서는 광 효율이 좋지 않음을 알 수 있다. 참고적으로, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀이 각각의 색을 발광하는 LED가 배치되지 않고 색 변환층을 구성하여 단일 색의 LED로 배치되는 경우 일반적으로 청색의 LED가 배치된다. 이에 따라, 일반적으로 청색 파장대에서는 광 효율이 좋을 수 밖에 없다.
이에 반해, b 그래프의 경우 a 그래프에서 광 효율이 좋은 일정 파장대 외에 다른 파장대, 즉 녹색 파장대에서도 광 효율이 좋으므로, 평균적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(100)와 같이 광 경로가 길어질수록 광 효율이 좋음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 복수 개의 표시장치(100A, 100B)를 서로 인접하도록 배치하여 타일링 표시장치(800)를 구현할 수 있다. 도 8에 도시된 타일링 표시장치(800)는 2개의 표시장치(100A, 100B)가 2 x 1 배열로 배치된 형태이지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 타일링 표시장치(800)는 복수의 표시장치(100)가 M x N 배열로 배치된 형태일 수 있다. 이 때, M 및 N은 2 이상의 정수이다.
타일링 표시장치(800)는 서로 인접하여 나란히 배치된 제1 표시장치(100A)와 제2 표시장치(100B)를 포함할 수 있다. 이 때, 제1 표시장치(100A)와 제2 표시장치(100B)는 그 사이에 이격거리(d)를 갖도록 별도의 지지기판 상에 부착될 수 있다. 이격거리(d)를 갖도록 배치된 제1 표시장치(100A)와 제2 표시장치(100B) 사이에는 별도의 접착물질이 채워질 수 있으며, 이로써 제1 표시장치(100A)와 제2 표시장치(100B)를 좀 더 강하게 고정시킬 수 있다. 이격거리(d)는 어느 위치에서나 일정한 거리로 유지되도록 구현하는 것이 바람직하나, 이격거리(d)는 공정 오차로 인해 일정 범위를 갖게 될 수 있다. 이격거리(d)로 이격된 복수의 표시장치(100A, 100B) 사이의 영역은 심(Seam)으로 인지되는 심영역일 수 있다. 하지만, 도 8 및 이하에서 설명하는 본 발명의 새로운 구조를 통해 심영역의 인지가 최소화된 타일링 표시장치(800)를 구현할 수 있다.
복수의 표시장치(100A, 100B)는 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)으로 구분될 수 있다. 제1 표시장치(100A)의 제1 영역(A1)은 제2 표시장치(100B)와 가장 인접한 픽셀(P)을 포함하는 영역이다. 즉, 제1 표시장치(100A)의 제1 영역(A1)과 제2 표시장치(100B)의 제1 영역(A1)은 이격거리(d)만큼 이격되며, 제1 표시장치(100A)의 제1 영역(A1)과 제2 표시장치(100B)의 제1 영역(A1) 사이에는 다른 픽셀(P)이 위치하지 않는다. 또한, 제2 영역(A2)은 제1 영역(A1)에 포함되지 않은 픽셀(P)을 포함하는 영역이다. 즉, 복수의 제2 영역(A2) 사이에 제1 영역(A1)을 포함하도록 복수의 표시장치(100A, 100B)가 배치되어 타일링 표시장치(800)가 완성될 수 있다.
도 8에서는 제1 영역(A1)으로서 제1 표시장치(100A)의 엣지로부터 하나의 픽셀(P)이 포함되는 것으로 도시되었지만, 제1 표시장치(100A)의 엣지로부터 둘 이상의 픽셀(P)이 포함되는 것으로 정의될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 광경로 확대층의 배치 예를 나타낸 사시도이며, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치의 광경로 확대층의 배치 예를 나타낸 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 표시장치(100A, 100B)에서 제3 영역(A3)에 해당하는 픽셀(P)을 나타내는 일 실시예이다. 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)의 일부 픽셀(P)과 제2 영역(A2)의 일부 픽셀(P)을 포함하는 영역이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 제1 표시장치(100A) 및 제2 표시장치(100B)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 표시장치(100)와 비교하여 광경로 확대층(950)을 제외하고는 실질적인 구성이 동일하므로, 동일 도면 부호에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 9a에 도시된 제1 표시장치(100A) 및 도 9b에 도시된 제2 표시장치(100B)를 참조하면, 광경로 확대층(950)은 영역 별로 서로 다르게 설계될 수 있다. 즉, 제1 영역(A1)에 위치한 광경로 확대층(950R', 950G', 950B')은 제2 영역(A2)에 위치한 광경로 확대층(950R, 950G, 950B)과 비교하여 그 길이가 다를 수 있다. 도 7b에서 설명한 바와 같이, 광 경로가 길어질수록 광 효율이 좋으며, 제1 영역(A1)에 위치한 광경로 확대층(950R', 950G', 950B')의 길이를 제2 영역(A2)에 위치한 광경로 확대층(950R, 950G, 950B)의 길이보다 길도록 구현함으로써, 제1 영역(A1)의 광 효율을 제2 영역(A2)의 광 효율보다 높일 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(A1)의 광경로 확대층(950R', 950G', 950B')을 통해 출광된 광의 세기는 제2 영역(A2)의 광경로 확대층(950R, 950G, 950B)을 통해 출광된 광의 세기보다 강할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 타일링 표시장치(800)에서 나타날 수 있는 심영역 인지 현상은 억제되거나 최소화될 수 있다. 여기서, 제1 영역(A) 및 제 2 영역(A2)의 광경로 확대층(950)의 광의 세기는 각각 동일한 계조로 발광되는 경우 비교될 수 있다. 즉, 제1 영역(A) 및 제 2 영역(A2)의 광경로 확대층(950)의 광의 세기는 각각의 서브 픽셀에 동일한 계조를 구현하도록 하는 동일한 크기의 데이터 신호가 인가되었을 때, 해당 서브 픽셀 각각의 광의 세기를 비교하여 측정할 수 있다.
한편, 제1 영역(A1)의 발광 영역(EA')의 길이는 제2 영역(A2)의 발광 영역(EA)의 길이보다 길 수 있다. 또한, 제1 영역(A1)의 발광 영역(EA')의 평면 단면적은 제2 영역(A2)의 발광 영역(EA)의 평면 단면적보다 클 수 있다. 또한, 제1 영역(A1)의 광경로 확대층(950R', 950G', 950B')에 포함된 색변환 물질의 농도는 제2 영역(A2)의 광경로 확대층(950R, 950G, 950B)에 포함된 색변환 물질의 농도보다 낮을 수 있다. 이 때, 제1 영역(A1)의 광경로 확대층(950R', 950G', 950B')의 투명 기재가 22ml인 경우, 제1 영역(A1)의 광경로 확대층(950R', 950G', 950B')에 포함된 색변환 물질은 0.1g 이상인 것이 바람직히다.
도 10a 및 도 10b는 도 8에 도시된 표시장치(100A, 100B)에서 제3 영역(A3)에 해당하는 픽셀(P)을 나타내는 다른 실시예이다. 제3 영역(A3)은 제1 영역(A1)의 일부 픽셀(P)과 제2 영역(A2)의 일부 픽셀(P)을 포함하는 영역이다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 제1 표시장치(100A) 및 제2 표시장치(100B)는 도 1 내지 도 6에서 설명한 표시장치(100)와 비교하여 광경로 확대층(1050)을 제외하고는 실질적인 구성이 동일하므로, 동일 도면 부호에 대한 중복 설명은 생략하도록 한다.
도 10a에 도시된 제1 표시장치(100A)를 참조하면, 광경로 확대층(1050)은 영역 별로 서로 다르게 설계될 수 있다. 즉, 제1 영역(A1) 내에서 제2 표시장치(100B)와 가장 가까운 곳에 위치한 광경로 확대층(1050R')은 다른 광경로 확대층(1050)보다 상대적으로 광 효율이 높도록 설계될 수 있다. 보다 자세하게는, 심영역에 가장 인접한 광경로 확대층(1050R')을 통해 출광된 광의 세기는 제2 영역(A2)의 광경로 확대층(1050)을 통해 출광된 광의 세기보다 강할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 타일링 표시장치(800)에서 나타날 수 있는 심영역 인지 현상은 억제되거나 최소화될 수 있다.
도 10b에 도시된 제2 표시장치(100B)를 참조하면, 광경로 확대층(1050)은 영역 별로 서로 다르게 설계될 수 있다. 즉, 제1 영역(A1) 내에서 제1 표시장치(100A)와 가장 가까운 곳에 위치한 광경로 확대층(1050B')은 다른 광경로 확대층(1050)보다 상대적으로 광 효율이 높도록 설계될 수 있다. 보다 자세하게는, 심영역에 인접한 광경로 확대층(1050B')을 통해 출광된 광의 세기는 제2 영역(A2)의 광경로 확대층(1050)을 통해 출광된 광의 세기보다 강할 수 있다. 따라서, 도 8에 도시된 타일링 표시장치(800)에서 나타날 수 있는 심영역 인지 현상은 억제되거나 최소화될 수 있다.
한편, 제1 영역(A1) 내에서 가장 가장자리에 위치한 서브 픽셀의 발광 영역(EA')의 길이는 제1 영역(A1) 내에서의 다른 서브 픽셀의 발광 영역(EA)보다 길 수 있다. 또한, 제1 영역(A1) 내에서 가장 가장자리에 위치한 발광 영역(EA')의 평면 단면적은 다른 발광 영역(EA)의 평면 단면적보다 클 수 있다. 또한, 제1 영역(A1) 내에서 가장 가장자리에 위치한 광경로 확대층(1050B')에 포함된 색변환 물질의 농도는 다른 광경로 확대층(1050)에 포함된 색변환 물질의 농도보다 낮을 수 있다. 이 때, 광경로 확대층(1050)의 투명 기재가 22ml인 경우, 제1 영역(A1) 내에서 가장 가장자리에 위치한 광경로 확대층(1050B')에 포함된 색변환 물질은 0.1g 이상인 것이 바람직히다.
도 9a 내지 도 10b에 도시된 광경로 확대층(950, 1050)은 도 3a에 도시된 광경로 확대층(150)의 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 도 9a 내지 도 10b에 도시된 광경로 확대층(950, 1050)은 도 3b 및 도 3c에 도시된 광경로 확대층(150)의 형상인 것으로 설명될 수 있다. 이 경우, 심영역과 인접하거나 기판(110)의 가장자리에 위치한 광경로 확대층(950, 1050)은 다른 영역에 위치한 광경로 확대층(950, 1050)보다 긴 길이를 갖거나 큰 단면적을 갖는 형상일 수 있다. 그리고, 심영역과 인접하거나 기판(110)의 가장자리에 위치한 광경로 확대층(950, 1050)은 다른 영역에 위치한 광경로 확대층(950, 1050)보다 낮은 색변환 물질 농도를 갖을 수 있다. 또한, 심영역과 인접한 영역에 위치한 반사층(160')은 다른 영역에 위치한 반사층(160)보다 반사 효율이 더 높은 물질을 포함할 수 있다. 또한, 심영역과 인접하거나 기판(110)의 가장자리 영역에 위치한 반사층(160')의 평면 단면적은 다른 영역에 위치한 반사층(160)의 평면 단면적보다 더 크도록 구현될 수 있다. 즉, 심영역에 인접하거나 기판(110)의 가장자리 영역에 위치한 픽셀(P) 또는 서브 픽셀의 광 효율을 향상시켜 기판(110) 가장자리 영역의 휘도를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 심영역 인지가 억제되거나 최소화될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광을 발광하는 LED와 상기 LED를 구동시키는 박막 트랜지스터가 배치된 복수의 서브 픽셀 영역이 정의된 기판 및 복수의 서브 픽셀 각각의 서브 픽셀 영역을 둘러싸도록 상기 기판 상에 배치된 광경로 확대층을 포함하고, 광경로 확대층은 각각의 서브 픽셀 영역의 수평 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, LED와 상기 박막 트랜지스터는 상기 각각의 서브 픽셀 영역에서 서로 중첩되지 않도록 배치되고, 광경로 확대층은 상기 LED에서 발광된 광이 상기 박막 트랜지스터까지 이르는 광경로가 형성되도록 상기 박막 트랜지스터 상부까지 연장되어 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광경로 확대층은 색변환 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광경로 확대층은 확산제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광경로 확대층 상에 배치된 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반사층은 광경로 확대층의 적어도 하나 이상의 면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, LED 하부에 배치된 바텀 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광경로 확대층은 LED가 배치된 영역에 대응한 영역에 형성된 홈을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, LED가 배치된 영역에 대응한 광경로 확대층 상에 반사층이 더 배치되고, 반사층은 상기 광경로 확대층에 배치된 홈 형상에 따라 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 복수의 서브 픽셀이 배치된 기판, 각각의 서브 픽셀의 발광 영역에 배치된 박막 트랜지스터, 복수의 서브 픽셀 각각의 서브 픽셀의 반사 영역에 배치된 LED, 발광 영역 및 상기 반사 영역과 중첩하도록 배치된 광경로 확대층 및 반사 영역에 위치하며 광경로 확대층 상에 배치된 제1 반사층을 포함하며, 발광 영역과 상기 반사 영역을 중첩되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 반사 영역에 위치하는 제2 반사층을 더 포함하며, 제2 반사층은 기판과 LED 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광경로 확대층은 반사 영역과 중첩하는 홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 반사층은 상기 홈의 형상에 따라 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치는 적어도 하나의 LED가 각각 배치된 복수의 픽셀을 포함하는 기판, 복수의 픽셀 각각에 배치되며 LED와 완전히 중첩하는 광경로 확대층을 포함하고, 기판은 제1 영역 및 제1 영역이 아닌 제2 영역으로 구분되며, LED에서 발광된 광은 광경로 확대층을 통해 출광되며, 광경로 확대층은 제1 영역에 위치한 적어도 하나의 제1 광경로 확대층 및 제2 영역에 위치한 적어도 하나의 제2 광경로 확대층을 포함하고, 제1 광경로 확대층으로부터 출광된 광의 세기는 제2 광경로 확대층으로부터 출광된 광의 세기보다 클 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 제1 광경로 확대층의 길이는 제2 광경로 확대층의 길이보다 길 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 광경로 확대층의 평면 단면적은 제2 광경로 확대층의 평면 단면적보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 영역은 기판의 가장자리 영역일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 영역은 타일링된 다른 표시장치의 제1 영역과 인접한 영역일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 픽셀은 LED 상에 배치된 반사층을 더 포함하며, 제1 영역에 위치한 반사층의 평면 단면적은 제2 영역에 위치한 반사층의 평면 단면적보다 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광경로 확대층은 색변환 물질을 포함할 수 있다.
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 변형실시될 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 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100', 100'', 100A, 100B: 표시장치
110: 기판
113: 게이트 절연층
114: 패시베이션층
116: 제1 평탄화층
117: 제2 평탄화층
120: 박막 트랜지스터
121: 게이트 전극
122: 액티브층
123: 소스 전극
124: 드레인 전극
130: LED
131: n형층
132: 활성층
133: p형층
134: p전극
135: n전극
141: 제1 전극
142: 제2 전극
150, 650, 950, 1050: 광경로 확대층
160, 660: 반사층, 제2 반사층
540: 제1 반사층

Claims (19)

  1. 광을 발광하는 LED와 상기 LED를 구동시키는 박막 트랜지스터가 배치된 복수의 서브 픽셀 영역이 정의된 기판; 및
    상기 복수의 서브 픽셀 각각의 서브 픽셀 영역을 둘러싸도록 상기 기판 상에 배치된 광경로 확대층;을 포함하고,
    상기 광경로 확대층은 상기 각각의 서브 픽셀 영역의 수평 방향으로 연장된, 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상기 LED와 상기 박막 트랜지스터는 상기 각각의 서브 픽셀 영역에서 서로 중첩되지 않도록 배치되고,
    상기 광경로 확대층은 상기 LED에서 발광된 광이 상기 박막 트랜지스터까지 이르는 광경로가 형성되도록 상기 박막 트랜지스터 상부까지 연장되어 배치된, 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광경로 확대층은 색변환 물질을 포함하는, 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광경로 확대층은 확산제를 더 포함하는, 표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광경로 확대층 상에 배치된 반사층을 더 포함하는, 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사층은 상기 광경로 확대층의 적어도 하나 이상의 면을 둘러싸도록 배치된, 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LED 하부에 배치된 바텀 반사층을 더 포함하는, 표시장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 광경로 확대층은 상기 LED가 배치된 영역에 대응한 영역에 형성된 홈을 갖는, 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 LED가 배치된 영역에 대응한 상기 광경로 확대층 상에 반사층이 더 배치되고,
    상기 반사층은 상기 광경로 확대층에 배치된 상기 홈 형상에 따라 배치된, 표시장치.
  10. 복수의 서브 픽셀이 배치된 기판;
    상기 복수의 서브 픽셀 각각의 서브 픽셀의 발광 영역에 배치된 박막 트랜지스터;
    상기 각각의 서브 픽셀의 반사 영역에 배치된 LED;
    상기 발광 영역 및 상기 반사 영역과 중첩하도록 배치된 광경로 확대층; 및
    상기 반사 영역에 위치하며 상기 광경로 확대층 상에 배치된 제1 반사층을 포함하며,
    상기 발광 영역과 상기 반사 영역은 중첩되지 않는, 표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사 영역에 위치하는 제2 반사층을 더 포함하며, 상기 제2 반사층은 상기 기판과 상기 LED 사이에 배치된, 표시장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광경로 확대층은 상기 반사 영역과 중첩하는 홈을 더 포함하는, 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 상기 홈의 형상에 따라 배치된, 표시장치.
  14. 적어도 하나의 LED가 각각 배치된 복수의 픽셀을 포함하는 기판; 및
    상기 복수의 픽셀 각각에 배치되며 상기 LED와 완전히 중첩하는 광경로 확대층;을 포함하고,
    상기 기판은 제1 영역 및 상기 제1 영역이 아닌제2 영역으로 구분되며,
    상기 LED에서 발광된 광은 상기 광경로 확대층을 통해 출광되며,
    상기 광경로 확대층은 상기 제1 영역에 위치한 적어도 하나의 제1 광경로 확대층 및 상기 제2 영역에 위치한 적어도 하나의 제2 광경로 확대층을 포함하고,
    상기 제1 광경로 확대층으로부터 출광된 광의 세기는 상기 제2 광경로 확대층으로부터 출광된 광의 세기보다 큰, 표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광경로 확대층의 길이는 상기 제2 광경로 확대층의 길이보다 긴, 표시장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 광경로 확대층의 평면 단면적은 상기 제2 광경로 확대층의 평면 단면적보다 큰, 표시장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 기판의 가장자리 영역인, 표시장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 픽셀은 상기 LED 상에 배치된 반사층을 더 포함하며,
    상기 제1 영역에 위치한 상기 반사층의 평면 단면적은 상기 제2 영역에 위치한 상기 반사층의 평면 단면적보다 큰, 표시장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 광경로 확대층은 색변환 물질을 포함하는, 표시장치.
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