CN118156378A - 基于石墨烯的透明led显示装置及其制造方法 - Google Patents

基于石墨烯的透明led显示装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种透明LED显示装置的制造方法，可以包括：在形成有布线层的透明基板上，利用湿式蚀刻法或激光蚀刻法在所述透明基板两面中的第一面上形成格子花纹金属网格图案的布线的步骤；在所述透明基板上打孔，将安放于所述透明基板两面中第二面的控制器PCB的布线与所述第一面的金属网格图案的布线焊接，从而使所述控制器PCB与所述金属网格图案的布线相互电连接的步骤；在所述透明基板的所述第一面上贴装彩色LED的步骤；及将所述SMPS一体结合于所述透明基板的步骤。

Description

基于石墨烯的透明LED显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及透明LED显示装置及其制造方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)在百货商店、商店、购物中心等多种场所用作广告牌或电子屏幕。尤其，透明LED显示装置(Transparent LED Display)设置于建筑物的外壁或窗户等，用于显示广告或各种信息。
基于PET(Polyester，聚酯)膜的透明LED显示装置在PET膜上形成电路布线，并配置彩色LED，向彩色LED接入电流，从而使彩色LED发光。为了提高透明LED显示装置的透明性和可视性，有必要降低这种电路布线的识别，同时更密集地配置彩色LED。
另外，透明LED显示装置通常以大型的方式设置于建筑物的外壁或窗户等，需要为这种透明LED显示装置供应电源的单独的电源供应装置，但是由于这种电源供应装置会破坏透明LED显示装置的整体美观和可视性，并且存在用于在透明LED显示装置设置电源供应装置的单独的边框，因此失去作为透明LED显示装置的意义，存在阻碍空间性的问题。
发明内容
技术课题
可以提供通过在透明基板上形成金属网格(Metal Mesh)的电路布线而制造的透明LED显示装置。另外，通过将电源供应装置与透明LED显示装置一体化，在施工及实现大型显示装置时具有优势。
本实施例要实现的技术任务不限于上述技术任务，可以从下面的实施例推导其他技术任务。
技术方案
一种透明LED显示装置的制造方法，可以包括：在透明基板上形成石墨烯层的步骤；在所述透明基板上，利用湿式蚀刻法或激光蚀刻法在所述透明基板两面中的第一面上形成格子花纹金属网格图案的布线的步骤；将所述布线镀锡的步骤；在所述透明基板上打孔，将安放于所述透明基板两面中第二面的控制器PCB的布线与所述第一面的金属网格图案的布线焊接，从而使所述控制器PCB与所述金属网格图案的布线相互电连接的步骤；在所述透明基板的所述第一面上贴装彩色LED的步骤；利用电源线连接所述控制器PCB上的电源插座与SMPS，将内置有所述SMPS的外壳组装于所述透明基板的所述第二面，从而使所述SMPS一体结合于所述透明基板的步骤；及在所述透明基板的所述第一面上涂布树脂的步骤。
所述透明基板为透明耐热光学PET膜。
还可以包括：向所述透明耐热光学PET膜要附着的表面或所述树脂喷射水，从而将所述透明耐热光学PET膜附着于所述表面的步骤。
可以提供一种透明LED显示装置制造方法制造的透明LED显示装置。
一种透明LED显示装置，所述透明LED显示装置能附着于壁面或表面，可以包括：石墨烯布线，所述石墨烯布线在透明耐热光学PET膜上以金属网格图案形成；彩色LED，所述彩色LED贴装于所述透明耐热光学PET膜两面中的第一面；及树脂，所述树脂涂布于所述第一面，其中，可以通过在所述树脂上涂布水，从而附着于所述壁面或所述表面。
还可以包括：控制器PCB，所述控制器PCB用于控制彩色LED的开/关状态或接入的电流；及外壳，所述外壳包括用于向所述透明LED显示装置供应电源的SMPS，其中，可以通过在所述透明基板上打的孔，将安放于所述透明基板两面中的第二面的控制器PCB的布线与所述第一面的金属网格图案的布线焊接，从而所述控制器PCB与所述金属网格图案的布线相互电连接，所述外壳一体结合于所述透明基板，所述外壳中包括的SMPS与所述透明基板上的电源插座可以通过电源线而连接。
发明效果
由于仅在透明基板的一面形成金属网格图案的布线，因此与在两面形成布线相比，在制造单价方面更有利，并且控制器PCB位于其背面，因此具有在人们看显示装置的方向看不到控制器PCB的优势。通过将电源供应装置与透明LED显示装置一体化，在施工及实现大型显示装置时具有优势。通常，通过连接多个基于单位PET膜(也称为Cell)的透明LED显示装置而实现大型数字标牌画面，由于电源供应装置位于每个单位PET膜上，因此与用一个大的电源供应装置向各个单元供应电源相比，更容易地向各个单元供电，从而可以提高显示装置的亮度。
附图说明
图1示出根据一实施例的透明LED显示装置的制造方法的流程图；
图2示出根据一实施例的溅射(Sputtering)法；
图3示出根据一实施例的形成有第一铜层和第二铜层的透明LED显示装置用膜；
图4示出根据一实施例的形成有布线层的透明LED显示装置用膜；
图5示出根据一实施例的透明LED显示装置的部分截面；
图6示出根据一实施例的控制器PCB和透明耐热光学PET膜相互连接的状态；
图7示出根据一实施例的形成有金属网格图案的面料的孔；
图8和图9示出根据一实施例的控制器PCB结合于透明LED显示装置用膜上的状态；
图10示出根据一实施例的包括SMPS的外壳结合于透明LED显示装置用膜的状态；
图11示出根据一实施例的透明LED显示装置用膜的部分截面；
图12示出根据一实施例的通过公开的制造方法制造的透明LED显示装置的部分截面；
图13a示出在外壳的内部(盖子下方)内置有SMPS的状态，图13b示出在翻开图13a的外壳的状态下看到盖子的状态；
图14a示出根据一实施例的透明基板的正面或两面中的第一面，图14b示出根据一实施例的透明基板的背面或两面中的第二面；
图15示出根据一实施例的透明LED显示装置。
具体实施方式
下面将参考附图清楚且具体地说明一些实施例，使得在本发明所属领域具有通常知识的人(下称，普通技术人员)能够容易地实施本发明。
以下，透明LED显示装置可以为柔性(Flexible)透明LED显示装置。透明LED显示装置用于实现大型广告板或数字标牌系统，数字标牌系统可通过排列多个透明LED显示装置而实现，一个透明LED显示装置可以被称为单元(Cell)。
下面，透明基板可包括任何材质的透明基板，例如普通PET膜、透明耐热光学PET膜、玻璃(Glass)、透明塑料等。透明基板还可以具有柔性。
图1示出根据一实施例的透明LED显示装置的制造方法。
在步骤S1000中，可以通过在透明基板上形成布线层而制造面料。
根据一实施例，布线层可以包括铜、石墨烯(graphene)等，但不限于此。布线层可以由可通电的任意种类的材料组成。例如，布线层可以是仅由铜组成的铜层，或者仅由石墨烯组成的石墨烯层，又或者在铜中合成石墨烯的铜-石墨烯层。
根据一实施例，可以通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制造或沉积石墨烯。可以通过滚筒层压(Roll Lamination)法将所制造的石墨烯在透明基板(例如透明耐热光学PET膜)上形成石墨烯层。
根据其他实施例，可以在透明基板上形成铜层。如果以将市售的18um的铜箔材料用粘合液相附着于透明耐热光学PET膜的方法形成铜层，则由于电阻的增加，电流流动不顺畅。铜层的高度越低，则面电阻越增加，面电阻越增加，则在驱动透明LED显示装置时电流供应不顺畅，从而透明LED显示装置的亮度降低，且透明LED显示装置的每单位面积的LED个数也减少。
根据一实施例，可以在厚度为100um的透明耐热光学PET的上端(双面中的一面)形成高度为约36um铜层。参照图2，根据一实施例，可以在PET的上端形成粘合层(Adhesionlayer)，在粘合层上形成铜层。
根据一实施例，可以应用溅射(Sputtering)法蒸镀铜，从而在透明耐热光学PET膜的上端形成第一铜层(CU Layer)，并可以应用无电解化学镀铜工艺(Electroless CopperPlating)，从而在第一铜层上追加形成第二铜层。溅射法是指使离子化的气体原子与沉积对象物质碰撞而在基板上形成膜的技术。
例如，可以通过首先应用溅射法在透明耐热光学PET320上形成1um的铜层340(CuLayer)，再应用无电解化学镀铜工艺形成35um的铜层360，从而形成总共36um的铜层。
例如，参照图3，可以首先应用溅射法在透明耐热光学PET320上形成1～18um的铜层340(Cu Layer)，再应用无电解化学镀铜工艺形成18um的铜层360，从而形成总共36um的铜层。
首先应用溅射法形成第一铜层的理由是，使透明耐热光学PET膜与铜层之间的粘合力更高，在形成铜箔电路布线时更强力地形成格子花纹的金属网格图案，因为如果仅应用非电解化学镀铜工艺形成铜层，则透明耐热光学PET膜与铜层之间的粘合力非常低，因此形成在膜上的铜层容易被剥离。但是，应用溅射法形成铜层需要非常长的制造工艺时间。因此，可以首先应用溅射法形成薄的铜层，再应用无电解化学镀铜工艺形成剩余厚度的铜层。例如，可以应用溅射法形成1um水平的铜层，进一步应用无电解化学镀铜工艺形成35um的铜层。图4示出根据一实施例的形成有铜层的透明耐热光学PET膜3000。
再次参照图1，在步骤S2000中，可以在步骤S1000制造的透明基板上利用湿式蚀刻(Wet Eching)法或激光蚀刻(Laser Eching)法形成金属网格(Metal Mesh)图案的布线。金属网格图案的布线可以仅形成在透明基板的一面上。根据一实施例，金属网格图案可以为以格子花纹形成的石墨烯布线。布线的宽度可以为约5um至50um。格子花纹的金属网格图案可以比线图案更薄地设置布线宽度，从而实现透明LED显示装置时具有能够提高可视性和透明性的优势。
在步骤S2500中，可以在步骤S2000形成有金属网格图案的布线的透明基板上镀锡。镀锡可以防止布线变色或氧化，在将彩色LED转印到透明基板上进行SMT时，在高温状态的工艺中与低温焊料反应，从而具有更高的附着力。
在步骤S3000中，可以在步骤S2000形成有金属网格图案的布线的透明基板上贴装控制器PCB(Printed Circuit Board)。
相比外部控制器PCB利用ZIF连接器控制显示装置的彩色LED的开/关状态或接入的电流，可以通过将控制器PCB贴装在透明基板上，而实现一体感。图6示出通过位于透明基板的控制器PCB利用线束电缆连接到贴装在膜上的连接器(未图示),以控制彩色LED的开/关状态或接入的电流的实施例。在该实施例中，由于利用线束电缆传输电源和/或数据，因此会产生瓶颈现象，导致电流不顺畅的问题，这阻碍了实现高亮度的大型显示装置(例如，数字标牌)。
根据一实施例，在形成有金属网格图案的布线的透明基板上打多个孔(hole)，将形成于透明基板双面中的第一面的格子花纹金属网格图案的布线与安放于透明基板双面中的第二面(所述第一面的背面)的控制器PCB的布线焊接(soldering)，从而使控制器PCB与金属网格图案的布线相互电连接。图7示出根据一实施例的透明基板的孔，图8示出根据一实施例的控制器PCB通过焊接结合于透明基板上的状态。图9示出根据一实施例的控制器PCB结合于透明基板上的状态。根据一实施例，控制器PCB位于透明基板的第二面的末端，可以通过焊接与第一面上的金属网格图案的布线电连接。
再次参照图1，在步骤S4000中，可以在透明基板上贴装彩色LED。
本发明的彩色LED是用于直接输出给人们看的影像信号，在本发明中要注意的是，彩色LED并不是用于显示面板的背光。
图5示出根据一实施例的透明基板的一部分。参照图5，在透明基板4000上形成格子花纹金属网格图案的布线，布线的宽度可以大于15um且小于50um(例如，约30um)。彩色LED LN、LN+1、LN+2、LN+3、LN+4和LN+5可以贴装(SMT)在透明基板4000上。彩色LED LN、LN+1、LN+2、LN+3、LN+4和LN+5之间的距离(或间距(Pitch))可以大于5mm且小于40mm(例如，10mm)。通过以金属网格图案形成的石墨烯布线将电流接入到彩色LED LN、LN+1、LN+2、LN+3、LN+4和LN+5，并且彩色LED发光。
根据一实施例，将银膏(Silver Paste)涂布于在步骤S2500形成的镀锡层并加热而变换为液体状态，配置彩色LED之后，重新使液体状态的银膏固化，从而可以将彩色LED与基板连接。根据一实施例，将银膏涂布于锡镀层并加热，在银膏上配置彩色LED之后，可以在液体状态变换为金属银(Silver)并连接。
再次参照图1，在步骤S5000中，可以使SMPS(Switched Mode Power Supply，开关模式电源)一体结合于透明基板上。
SMPS是将从外部供应的交流(AC)电流转换(Switching)为直流(DC)电流后，变换为符合各种电子设备的条件的电压并进行供应的装置，是可以向透明LED显示装置供应电源的装置。通常，SMPS位于LED显示装置的外部。这种SMPS会损害透明LED显示装置的整体美观和可视性，并且在透明LED显示装置上存在用于放置SMPS的额外的边框，从而不仅会失去作为透明LED显示装置的意义，还会降低空间性。另外，由于必须使用一个SMPS为每个单元供应电源，因此必须将电源布线连接到每个单元。在显示装置扩展方面，由于电源布线增多，因此在设置显示装置时存在扩展困难的问题。
利用电源线连接透明基板的双面中的第二面上的控制器PCB基板(步骤S3000结合的)上的电源插座与SMPS，将内置有SMPS的外壳组装于透明基板的双面中的第二面，从而可以使SMPS一体结合于透明基板上。SMPS可以位于外壳的盖子部分。图13a示出在外壳的内部(盖子下方)内置有SMPS的状态，图13b示出在翻开图13a的外壳的状态下看见外壳盖子的状态。SMPS可以位于图13b的盖子的正下方。结果，在外壳的SMPS与控制器PCB的电源插座相互连接的状态下，成为外壳覆盖控制器PCB的形态。
控制器PCB可以包括用于向透明基板的彩色LED供应电源的电源插座(VCC/GND)和SCU(Sub Controller Unit，子控制器单元)。SCU可以从外部MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)接收数据，并向彩色LED发送数据。彩色LED可以基于接收到的数据来发光。SCU可以搭载用于与MCU通信的通信模块(LAN电缆、Wi-Fi模块等)。参照图10，外壳1400内置有SMPS，可以利用电源线连接SMPS与控制器PCB上的电源插座，并结合外壳1400与控制器PCB，从而使SMPS一体结合于透明基板上。图14a示出透明基板的正面或双面中的第一面，图14b示出透明基板的背面或双面中的第二面。可以在正面方向上彩色LED发光，背面方向上包括控制器PCB和SMPS的PCB一体结合。
再次参照图1，在步骤S6000中，通过用粘合材料对透明基板进行表面处理，从而可以补偿由彩色LED与膜面的高度差引起的阶梯部，或者可以形成用于将透明基板附着于其他部分的粘合层。
根据一实施例，通过对透明基板进行硅或环氧树脂材质的表面处理，从而可以补偿从彩色LED的高度发生的阶梯部。参照图11，透明基板5000的一部分上可以贴装彩色LEDL1、L2和L3，并且可以进行硅或环氧树脂材质的表面处理以补偿彩色LED的高度H。之后，通过OCA(Optically Clear Adhesive，光学透明粘合剂)附着于透明基板5000的单面或双面，从而可以使透明基板5000与盖板玻璃附着或附着于窗户等特定设置场所。但是，如果使用OCA，则难以拆装及附着，因而在拆装时，在透明LED显示装置的金属网格布线产生裂缝(crack)而可能引发不良，除了附着OCA的空间之外，透明LED显示装置暴露于空气中，从而金属网格布线可能因空气中的氧气及水分而氧化。
根据一实施例，树脂(Resine)可以用作粘合材料。通过将树脂应用于透明基板，在壁面或表面设置或附着该透明LED显示装置时，向想要设置的表面或透明基板(的树脂层)喷射(喷洒)水，从而可以不需要额外的粘合剂来容易地在想要设置的位置附着透明LED显示装置。根据一实施例，在透明基板的所有面(包括LED)涂布树脂，因而可以保护透明LED显示装置(尤其，彩色LED)免受温度及湿度的影响，具有延长产品寿命的效果。另外，比OCA接合技术的产品更容易拆卸，并且在显示装置表面的防水方面也具有卓越的效果。
图12示出根据一实施例的通过图1的制造方法制造的透明LED显示装置的截面。在透明基板(例如PET膜)上有石墨烯层，在第二铜层上有锡镀层(Tin)。可以确认，在锡镀层上有彩色LED，树脂层(Resin Layer)包括彩色LED上端，并形成在膜的整个区域。
图15示出根据一实施例的透明LED显示装置的方框图。
透明LED显示装置15000可以为通过参照图1公开的制造方法制造的，但不限于此。透明LED显示装置15000可以附着于壁面或表面。
参照图15，透明LED显示装置15000，可以包括：石墨烯布线，所述石墨烯布线在透明基板的双面(第一面及第二面)的第一面上以金属网格图案形成；彩色LED，所述彩色LED贴装于所述透明基板两面中的第一面；树脂，所述树脂涂布于所述第一面；控制器PCB，所述控制器PCB位于所述第二面且用于控制彩色LED的开/关状态或接入的电流；及外壳，所述外壳包括用于向透明LED显示装置15000供应电源的SMPS。
根据一实施例，布线可以由图1的步骤S1000和S2000形成。通过在树脂上涂布水，从而可以附着于所述壁或所述表面。树脂可以涂布于第一表面，也可以涂布于彩色LED。
通过利用透明基板上打的孔，将安放于所述透明基板的两面中的第二面的控制器PCB的布线与所述第一面的金属网格图案的布线焊接，从而可以使所述控制器PCB与所述金属网格图案的布线相互电连接。
外壳一体结合于透明基板的第二面，从而可以利用电源线连接内置于外壳的SMPS与所述透明基板上的控制器PCB的电源插座。
通过配置多个所述透明LED显示装置，从而可以实现大的透明电子屏幕或数字标牌系统。
这些说明旨在提供用于实现本发明的示例性构成和动作。本发明的技术精神不仅包括上述实施例，还包括通过简单地改变或修改上述实施例而获得的实施方式。另外，本发明的技术精神将包括将来通过容易地改变或修改上述实施例而能够实现的实施方式。

Claims (6)

1.一种透明LED显示装置的制造方法，包括：
在透明基板上形成石墨烯层的步骤；
在所述透明基板上，利用湿式蚀刻法或激光蚀刻法在所述透明基板两面中的第一面上形成格子花纹金属网格图案的布线的步骤；
将所述布线镀锡的步骤；
在所述透明基板上打孔，将安放于所述透明基板两面中第二面的控制器PCB的布线与所述第一面的金属网格图案的布线焊接，从而使所述控制器PCB与所述金属网格图案的布线相互电连接的步骤；
在所述透明基板的所述第一面上贴装彩色LED的步骤；
利用电源线连接所述控制器PCB上的电源插座与SMPS，将内置有所述SMPS的外壳组装于所述透明基板的所述第二面，从而使所述SMPS一体结合于所述透明基板的步骤；及
在所述透明基板的所述第一面上涂布树脂的步骤。
2.根据权利要求1所述的透明LED显示装置的制造方法，
其中，所述透明基板为透明耐热光学PET膜。
3.根据权利要求1所述的透明LED显示装置的制造方法，还包括：
向所述透明耐热光学PET膜要附着的表面或所述树脂喷射水，从而将所述透明耐热光学PET膜附着于所述表面的步骤。
4.一种根据权利要求1的透明LED显示装置的制造方法制造的透明LED显示装置。
5.一种透明LED显示装置，所述透明LED显示装置能附着于壁面或表面，包括：
石墨烯布线，所述石墨烯布线在透明耐热光学PET膜上以金属网格图案形成；
彩色LED，所述彩色LED贴装于所述透明耐热光学PET膜两面中的第一面；及
树脂，所述树脂涂布于所述第一面；
其中，通过在所述树脂上涂布水，从而附着于所述壁面或所述表面。
6.根据权利要求5所述的透明LED显示装置，还包括：
控制器PCB，所述控制器PCB用于控制彩色LED的开/关状态或接入的电流；及
外壳，所述外壳包括用于向所述透明LED显示装置供应电源的SMPS，
其中，通过在所述透明基板上打的孔，将安放于所述透明基板两面中的第二面的控制器PCB的布线与所述第一面的金属网格图案的布线焊接，从而所述控制器PCB与所述金属网格图案的布线相互电连接，
所述外壳一体结合于所述透明基板，所述外壳中包括的SMPS与所述透明基板上的电源插座通过电源线而连接。
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