KR102527099B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치가 개시된다. 이 디스플레이 장치는, 서로 다른 파장의 디스플레이 광들을 발광하는 복수개의 LED 디스플레이 패널들을 포함하는 LED 디스플레이 소자; 상기 복수개의 LED 디스플레이 패널들로부터 발광된 디스플레이 광들 각각을 복수개의 인커플링 존들 각각에서 받아 아웃커플링 존까지 가이드하는 광가이드 유닛; 상기 복수개의 인커플링존들 각각에 배치되어, 상기 광가이드 유닛을 통한 상기 광가이드 유닛 내 진행 방향을 결정하는 복수개의 인커플링 HOE(Holographic Optic Element)들; 및 상기 아웃커플링 존에 배치되어, 상기 광가이드 유닛을 통해 가이드된 디스플레이 광들을 통합하여 외부로 내보내는 복수개의 아웃커플링 HOE들을 포함한다.

Description

디스플레이 장치{display apparatus}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 홀로그래픽 광학 소자를(Holographic Optical Element; HOE)를 이용하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 안경이나 고글 등의 형태를 갖는 눈 착용형 디스플레이 장치(eyewear display apparatus)와 관련된다.
근래 들어 눈 착용형 디스플레이 장치와 관련하여 많은 연구와 개발이 있어 왔다. 눈 착용형 디스플레이 장치는, 확대된 영상을 시야에 띄우는 방식을 이용하는 디스플레이 장치로서, 눈에 착용 가능한 크기의 작은 구조와 확장된 화면의 제공이라는 두 가지의 양립된 장점을 제공할 수 있다. 기존 눈 착용형 디스플레이 장치는 마이크로 디스플레이의 구현을 위해 광신호를 프리즘에 반사시키는 방식을 이용한다. 하지만, HMD(Head Mount Display) 장치와 같은 눈 착용형 디스플레이 장치(eyewear display apparatus)에 프리즘을 적용하는 경우, 프리즘의 큰 부피 및 그로 인한 무게가 문제로 지적된다. 또한, 프리즘은 눈 착용형 디스플레이 장치의 디자인을 제한하는 원인이 되고 있다.
이에 대하여, 홀로그래픽 광학 소자(이하 "HOE"라 칭함)와 광가이드를 이용하여 눈 착용형 디스플레이 장치의 부피와 무게를 줄이는 시도가 있어 왔다. 그러나, HOE와 광가이드가 특정 파장의 광신호를 전달하는 것에 그치므로, 풀-컬러 디스플레이 구현에 한계가 있었다.
풀 컬러 디스플레이 구현에 필요한 여러 색에 상응하는 HOE들을 적층한 인커플링 HOE 수단과 아웃커플링 HOE 수단을 광가이드의 양측에 각각 설치한 구조를 포함하는 눈 착용형 디스플레이 장치에 대한 검토가 있었다.
이 기술은 단일 기판 상에서 성장되어 2차원적으로 분리, 배열된 LED들을 포함하는 LED 디스플레이 소자가 특정 색(파장대)의 광을 발하여 컬러 디스플레이 구현에 한계가 있다는 것 그리고 해당 HOE에 특정 색의 디스플레이 광이 도달하기 위해 다른 HOE를 거쳐야 하고 그 과정에서 광의 손실 및 원치 않은 광의 방향 변화 등이 야기되어 실현 가능성이 떨어지는 문제점이 있었다.
US 8,325,166 B2 (2012. 12. 04)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 구조가 간단하고 경량이면서도, 풀 컬러 구현을 위해 여러색의 디스플레이 광을 발하는 LED 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 소자와 이 디스플레이 소자가 발광한 여러 색의 디스플레이 광을 여러 위치에서 한 위치로 모아 결상하도록 구성됨으로써 품질 높은 영상을 사람의 눈에 제공할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 디스플레이 장치는, 서로 다른 파장의 디스플레이 광들을 발광하는 복수개의 LED 디스플레이 패널들을 포함하는 LED 디스플레이 소자; 상기 복수개의 LED 디스플레이 패널들로부터 발광된 디스플레이 광들 각각을 복수개의 인커플링 존들 각각에서 받아 아웃커플링 존까지 가이드하는 광가이드 유닛; 상기 복수개의 인커플링존들 각각에 배치되어, 상기 광가이드 유닛을 통한 상기 광가이드 유닛 내 진행 방향을 결정하는 복수개의 인커플링 HOE(Holographic Optic Element)들; 및 상기 아웃커플링 존에 배치되어, 상기 광가이드 유닛을 통해 가이드된 디스플레이 광들을 통합하여 외부로 내보내는 복수개의 아웃커플링 HOE들을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 LED 디스플레이 소자는 2차원으로 배열된 복수개의 제1 LED셀들을 포함하여 제1 파장 디스플레이 광을 발광하는 제1 LED 디스플레이 패널과, 2차원으로 배열된 복수개의 제2 LED셀들을 포함하여 제2 파장 디스플레이 광을 발광하는 제2 LED 디스플레이 패널과, 2차원으로 배열된 복수개의 제3 LED셀들을 포함하여 제3 파장 디스플레이 광을 발광하는 제3 LED 디스플레이 패널을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED 디스플레이 패널과 상기 제2 LED 디스플레이 패널과 상기 제3 LED 디스플레이 패널은 단일 기판 상에서 2차원적으로 서로 다른 위치에서 배치된다.
일 실시예에 따라, 상기 광가이드 유닛은 상기 디스플레이 광들을 서로 다른 복수의 인커플링 존들에서 개별적으로 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 복수개의 광가이드들을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 광가이드 유닛은 상기 제1 LED 디스플레이 패널로부터 발광된 제1 파장 디스플레이 광을 제1 인커플링 존에서 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 제1 광가이드와, 상기 제2 LED 디스플레이 패널로부터 발광된 제2 파장 디스플레이 광을 제2 인커플링 존에서 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 제2 광가이드와, 상기 제3 LED 디스플레이 패널로부터 발광된 제3 파장 디스플레이 광을 제3 인커플링 존에서 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 제3 광가이드를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 복수개의 인커플링 HOE들은 상기 제1 인커플링 존에서 상기 제1 광가이드에 배치된 제1 인커플링 HOE와, 상기 제2 인커플링 존에서 상기 제2 광가이드에 배치된 제2 인커플링 HOE와, 상기 제3 인커플링 존에서 상기 제3 광가이드에 배치된 제3 인커플링 HOE를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 복수개의 아웃커플링 HOE들은 상기 아웃커플링 존에 공통적으로 속하여 상기 제1 광가이드, 상기 제2 광가이드 및 상기 제3 광가이드 각각에 배치된 제1 아웃커플링 HOE, 제2 아웃커플링 HOE 및 제3 아웃커플링 HOE를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 복수개의 광가이드들은 일측 방향으로 연장 길이가 상이하다.
일 실시예에 따라. 상기 제1 광가이드는, 상기 제2 광가이드 및 상기 제3 광가이드의 후방측에서 상기 제2 광가이드 및 상기 제3 광가이드보다 일측 길이 방향으로 더 연장되어 그 연장된 영역에 상기 제1 인커플링 존을 형성하고, 상기 제2 광가이드는 상기 제3 광가이드의 후방 측에서 상기 제3 광가이드보다 일측 길이방향으로 더 연장되어, 그 연장된 영역에 상기 제2 인커플링 존을 형성한다.
일 실시예에 따라, 상기 광가이드 유닛은 전체적으로 직선 형태를 갖는 하나 이상의 직선형 광가이드를 포함하고, 상기 복수개의 인커플링 HOE들 중 적어도 하나의 인커플링 HOE는 상기 복수의 아웃커플링 HOE들 중 적어도 하나의 아웃커플링 HOE와 동일 직선 상에 배치된다.
일 실시예에 따라, 상기 광가이드 유닛은 상기 아웃커플링 존이 상기 복수개의 인커플링 존들 중 하나의 인커플링 존과 서로 수직하게 배치되도록 굽어진 유연성 광가이드를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 디스플레이 장치는 상기 복수개의 LED 디스플레이 패널들과 상기 광가이드 유닛 사이에 배치되어 상기 디스플레이 광들을 평행광으로 만드는 복수개의 콜리메이팅 렌즈들을 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 파장 디스플레이 광은 적색 디스플레이 광이고, 상기 제2 파장 디스플레이 광은 녹색 디스플레이 광이며, 상기 제3 파장 디스플레이 광은 청색 디스플레이 광이다.
일 실시예에 따라, 상기 LED 디스플레이 소자는 상기 제1 LED 디스플레이 패널, 상기 제2 LED 디스플레이 패널 및 상기 제3 LED 디스플레이 패널과 결합되는 단일 CMOS 백플레인을 더 포함하며, 상기 단일 CMOS 백플레인은 상기 제1 LED셀들, 상기 제2 LED셀들, 상기 제3 LED셀들 각각을 LED 셀 단위로 개별 구동하기 위해 각 LED 셀에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 LED 디스플레이 소자는 각 LED 셀과 각 CMOS 셀을 각각이 마주하도록 배치된 상태에서, 각 LED 셀들 각각과 각 CMOS 셀을 전기적으로 연결하기 위한 범프들을 더 포함하는 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 LED 셀은 기판 상에 차례대로 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 성장시킨 후 식각되어 형성되며, 상기 LED 셀의 수직구조는, 차례대로, 기판, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제1 LED 디스플레이 패널, 상기 제2 LED 디스플레이 패널 및 상기 제3 LED 디스플레이 패널에서 상기 LED 셀이 형성되지 않은 부분은, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 제거되어 제1 도전형 반도체층이 노출된다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 LED 디스플레이 패널, 상기 제2 LED 디스플레이 패널 및 상기 제3 LED 디스플레이 패널 각각에서 상기 LED셀이 형성되지 않은 부분의 제1 도전형 반도체층 상에는 제1 도전형 메탈층이 형성된다.
본 발명에 따르면, 구조가 간단하고 경량이면서도, 풀 컬러 구현을 위해 여러 색의 디스플레이 광을 발하는 LED 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 소자와 이 디스플레이 소자가 발광한 여러 색의 디스플레이 광을 여러 위치에서 한 위치로 모아 결상하도록 구성됨으로써 품질 높은 영상을 사람의 눈에 제공할 수 있는 디스플레이 장치가 구현된다. 이하 실시예의 설명으로부터 본 발명의 다른 특징이나 이점이 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 LED 디스플레이 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3의 (a), (b) 및 (c)는 LED 디스플레이 소자의 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널을 CMOS 패널과 결합하여 LED 디스플레이 소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면들 및 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 이해할 수 있도록 간략화되고 예시된 것이므로, 도면들 및 실시예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치는 LED 디스플레이 소자(12)와, 광가이드 유닛(20)과, 제1, 제2 및 제3 인커플링 HOE(31, 32, 33)와, 제1, 제2 및 제3 아웃커플링 HOE(41, 42, 43)를 포함한다.
상기 LED 디스플레이 소자(12)는 2차원으로 배열된 복수개의 적색 LED셀(130a; 도 2 참조)들을 포함하여 적색 디스플레이 광을 발광하는 제1 LED 디스플레이 패널(1100)과, 2차원으로 배열된 복수개의 녹색 LED셀(130b)들을 포함하여 녹색 디스플레이 광을 발광하는 제2 LED 디스플레이 패널(1200)과, 2차원으로 배열된 복수개의 청색 LED셀(130c; 도 2 참조)들을 포함하여 청색 디스플레이 광을 발광하는 제3 LED 디스플레이 패널(1300)을 포함한다.
상기 제1 LED 디스플레이 패널(1100)과 상기 제2 LED 디스플레이 패널(1200)과 상기 제3 LED 디스플레이 패널(1300)은 단일 기판 상에서 2차원적으로 서로 다른 위치에서 나란하게 배열된다.
상기 광가이드 유닛(20)은 상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각에 대응되게 그리고 상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)이 발생한 적색 디스플레이 광, 녹색 디스플레이 광, 및 청색 디스플레이 광 각각을 개별적으로 다른 존(zones)에서 받아 가이드하는 제1 광가이드(21), 제2 광가이드(22) 및 제3 광가이드(23)를 상하로 나란하게 포함한다. 또한, 상기 광가이드 유닛(30)은 제1 광가이드(21), 제2 광가이드(22) 및 제3 광가이드(23)를 통해 가이드된 적색 디스플레이 광, 녹색 디스플레이 광, 및 청색 디스플레이 광을 하나의 존에서 통합적으로 출사함으로써 목표한 화상/영상 이미지를 구현한다.
상기 광가이드 유닛(20)은 길이 방향 일측에 상기 제1 LED 디스플레이 패널(1100)과 마주하는 제1 인커플링 존(I1)과, 상기 제2 LED 디스플레이 패널(1200)과 마주하는 제2 인커플링 존(I2)과, 상기 제3 LED 디스플레이 패널(1300)과 마주하는 제3 인커플링 존(I3)을 차례로 포함한다. 상기 제1 인커플링 존(I1)에서 상기 제1 LED 디스플레이 패널(1100)의 적색 디스플레이 광이 상기 제1 광가이드(21)에 입사되고, 상기 제2 인커플링 존(I2)에서 상기 제2 LED 디스플레이 패널(1200)의 녹색 디스플레이 광이 상기 제2 광가이드(22)에 입사되며, 상기 제3 인커플링 존(I3)에서 상기 제3 LED 디스플레이 패널(1300)의 청색 디스플레이 광이 상기 제3 광가이드(23)에 입사된다.
이때, 상기 제1, 제2 및 제3 광가이드(21, 22, 23)는 일측 방향으로 연장 길이가 상이하며, 이 길이의 상이함에 의해, 가장 긴 제1 광가이드(21)는 상기 제2 및 제3 광가이드(22, 23)의 후방 측에서 상기 제2 및 제3 광가이드(22, 23)보다 일측 길이 방향으로 더 연장되어, 그 연장된 영역에 제1 인커플링 존(I1)을 형성하고, 다음으로 긴 제2 광가이드(22)는 상기 제3 광가이드(23)의 후방 측에서 상기 제3 광가이드(23)보다 일측 길이방향으로 더 연장되어, 그 연장된 영역에 제2 인커플링 존(I2)을 형성한다. 제3 광가이드(23)는 가장 전방에 위치하므로 연장 없이도 제3 인커플링 존(I3)이 가려지지 않는다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각의 전방에는 상기 제1, 제2 및 제 3 광가이드(21, 22, 23)로 적색, 녹색 및 청색 디스플레이 광을 평행광으로 만들기 위한 제1, 제2 및 제3 콜리메이팅 렌즈(61, 62, 63)가 배치된다. 제1, 제2 및 제3 콜리메이팅 렌즈(61, 62, 63) 각각이 상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(21, 22, 23) 각각에 통합될 수도 있다.
또한, 상기 광가이드 유닛(20)은 길이 방향 타측에 아웃커플링 존(OZ)을 포함하며, 이 아웃커플링 존(OZ)에서 상기 제1 광가이드(21), 상기 제2 광가이드(21) 및 상기 제3 광가이드(12)를 따라 개별적으로 가이드된 적색 디스플레이 광, 녹색 디스플레이 광 및 청색 디스플레이 광이 하나의 수직선을 따라 함께 통합적으로 출사된다.
상기 제1 인커플링 HOE(31)는 상기 제1 인커플링 존(I1)에서 상기 제1 광가이드(21)의 배면 측에 설치되어, 상기 1 LED 디스플레이 패널(1100)로부터 입사된 적색 디스플레이 광을 회절시켜 홀로그램화한다. 홀로그램화된 적색 디스플레이 광은 내부 전반사에 의해 상기 제1 광가이드(21)를 이동하여 제1 광가이드(21) 내에서 아웃커플링 존(OZ)에 도달한다. 상기 제2 인커플링 HOE(32)는 상기 제2 인커플링 존(I2)에서 상기 제2 광가이드(22)의 배면 측에 설치되어, 상기 2 LED 디스플레이 패널(1200)로부터 입사된 녹색 디스플레이 광을 회절시켜 홀로그램화한다. 홀로그램화된 녹색 디스플레이 광은 내부 전반사에 의해 상기 제2 광가이드(22)를 이동하여 제2 광가이드(22) 내에서 아웃커플링 존(OZ)에 도달한다. 상기 제3 인커플링 HOE(33)는 상기 제3 인커플링 존(I3)에서 상기 제3 광가이드(23)의 배면 측에 설치되어, 상기 3 LED 디스플레이 패널(1300)로부터 입사된 청색 디스플레이 광을 회절시켜 홀로그램화한다. 홀로그램화된 청색 디스플레이 광은 내부 전반사에 의해 상기 제3 광가이드(23)를 이동하여 제3 광가이드(23) 내에서 아웃커플링 존(OZ)에 도달한다.
상기 제1 아웃커플링 HOE(41), 상기 제2 아웃커플링 HOE(42) 및 상기 제3 아웃커플링 HOE(43)는, 상기 아웃커플링 존(OZ)에 배치되는 것으로, 제1 광가이드(21), 제2 광가이드(22) 및 제3 광가이드(23)를 수직으로 지나는 가상의 수직선을 따라 상기 제1 광가이드(21), 상기 제2 광가이드(22) 및 상기 제3 광가이드(23) 각각의 배면 측에 설치된다. 상기 제1 광가이드(21), 상기 제2 광가이드(22) 및 상기 제3 광가이드(23)를 따라 상기 아웃커플링 존(OZ)에 도달한 적색, 녹색 및 청색 디스플레이 광들은, 상기 제1 아웃커플링 HOE(41), 제2 아웃커플링 HOE(42) 및 제3 아웃커플링 HOE(43)에 의해 회절됨으로써, 통합적으로 출사되어 사람의 눈에 일정 화상/영상을 제공하면서 도달한다.
위와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치는, LED 디스플레이 소자(12)의 상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)이 서로 이격된 위치에서 적색, 녹색, 청색 디스플레이 광을 공급하고, 상기 광가이드 유닛(20)의 일측에서 서로 이격되게 배치된 제1, 제2 및 제3 인커플링 HOE(41, 42, 43)가 적색, 녹색, 청색 디스플레이 광을 개별적으로 받아 회절시키고, 상기 광가이드 유닛(20)이 적색, 녹색, 청색 디스플레이 광을 서로 겹치지 않게 전달하고, 하나의 아웃커플링 존(OZ)에 배치된 제1 제2, 제3 아웃커플링 HOE(41, 42, 43)가 디스플레이 광을 통합하여 출사함으로써, 사람의 눈 바로 앞에서 풀 컬러(full-color)의 질 좋은 디스플레이 영상을 사람의 눈에 제공할 수 있다.
도 2에는 전술한 LED 디스플레이 소자가 보다 자세히 도시되어 있는 바, 도 2를 참조하면, LED 디스플레이 소자(12)는 패널 형태를 갖는 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)을 포함한다. 또한, 상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각은 2차원으로 배열되는 복수 개의 마이크로 LED 셀(130a, 130b, 130c)들을 포함한다.
또한, 제1 LED 디스플레이 패널(1100), 제2 LED 디스플레이 패널(1200), 및 제3 LED 디스플레이 패널(1300) 각각은 서로 다른 파장 대역의 디스플레이 광을 발광한다. 보다 구체적으로, 상기 제1 LED 디스플레이 패널(1100)는 적색 디스플레이 광, 제2 LED 디스플레이 패널(1200)는 녹색 디스플레이 광, 그리고 제3 LED 디스플레이 패널(1300)는 청색 디스플레이 광을 발광하도록 구성된다. 또한, 풀 컬러 구현을 위해, 상기 LED 디스플레이 소자는, 제1 LED 디스플레이 패널(1100), 제2 LED 디스플레이 패널(1200) 및 제3 LED 디스플레이 패널(1300) 각각의 LED 셀(130a, 130b, 130c)들 각각을 개별 구동하기 위해, 단일 CMOS 백플레인(2000)을 포함한다. 단일 CMOS 백플레인(2000)은, 제1 LED 디스플레이 패널(1100), 제2 LED 디스플레이 패널(1200), 및 제3 LED 디스플레이 패널(1300) 각각의 마이크로 LED 셀(130a, 130b, 130c)들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀(230)들을 포함한다. 단일 CMOS 백플레인(2000)에는 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)이 배치될 수 있도록, 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각에 대응하는 CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300)이 형성되어 있어, 이들 CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300)에 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각이 플립칩 본딩된다. 단일 CMOS 백플레인(2000)에 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널들(1100, 1200, 1300)이 플립칩 본딩되어 CMOS 셀(230)들 각각과 LED 셀(130a, 130b 또는 130c)들 각각이 전기적으로 연결되도록 하기 위해, CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300) 각각에 LED 디스플레이 패널들(1100, 1200, 1300) 각각의 복수 개의 마이크로 LED 셀들에 대응하도록, 복수 개의 CMOS 셀(230)들이 형성되어 있다. 이러한 CMOS 셀(230)들과 LED 셀(130a, 130b 또는 130c)들 각각은 범프들(300)을 통해 전기적으로 연결된다.
또한, 단일 CMOS 백플레인(2000) 상에는, CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300) 각각에 공통 셀(240)이 형성되어 있으며, 이러한 공통 셀(240)은 공통 범프(340)들을 통해 LED 디스플레이 패널들(1100, 1200, 1300) 각각의 제1 도전형 메탈층과 전기적으로 연결된다.
전술한 것과 같은 LED 디스플레이 소자를 제작함에 있어서, 하나의 기판 상에 적색, 녹색, 청색 디스플레이 광을 발광하는 구조물을 형성하는데 있어서는 기술적으로 어려움이 있으므로, 본 발명과 같이 단일 CMOS 백플레인(2000)에 각각 독립적으로 제작되고 서로 다른 파장 대역의 광, 즉 적색, 녹색, 청색 광 각각을 발광하는 복수 개의 LED 디스플레이 패널들을 플립칩 본딩시킨다.
상기 LED 디스플레이 소자 구동은, 구동 IC의 제어신호에 의해 이루어진다. 구동 IC로부터의 제어신호는 CMOS 백플레인(2000)에 형성된 CMOS 셀(230)들, 즉 CMOS 집적회로에 의해 각각의 LED셀(130a, 130b 또는 130c)에 공급된다. 구동 IC로부터의 제어신호는 아날로그 신호일 수도 있고, 디지털 신호일 수도 있으며, 상기 디지털 신호는 펄스폭 변조(PWM) 신호일 수도 있다.
도 3을 참조하여 전술한 LED 디스플레이 소자의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다,
먼저, 도 3의 (a), (b) 및 (c)를 함께 참조하면, 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각은 투명기판(110a, 110b, 110c) 상에 차례대로 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c), 활성층(134a, 134b, 134c), 및 제2 도전형 반도체층(136a, 136b, 136c)을 성장시킨 후 식각되어 형성된다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 상의 LED 셀들(130a, 130b, 130c)은 이러한 과정을 거쳐서 형성되는 것으로서, 개개의 LED 셀(130a, 130b, 130c)의 수직구조는, 투명기판(110a, 110b, 110c) 위에 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c), 활성층(134a, 134b, 134c) 및 제2 도전형 반도체층(136a, 136b, 136c)을 포함한다.
투명기판(110a, 110b, 110c)은, 사파이어, SiC, Si, 유리, 및 ZnO 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c)은 n형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층(136a, 136b, 136c)은 p형 반도체층일 수 있다. 활성층(134a, 134b, 134c)은 전원의 인가시 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c)과 제2 도전형 반도체층(136a, 136b, 136c)으로부터 제공되는 전자와 정공이 재결합되는 영역이다.
상기 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300) 각각에서, 식각된 부분, 즉 LED 셀들(130a, 130b, 130c)이 형성되지 않은 부분(120a, 120b, 120c)은, 제2 도전형 반도체층(136a, 136b, 136c)과 활성층(134a, 134b, 134c)이 제거되어, 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c)이 노출되어 있다. 이와 같이 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)에서 LED 셀들(130a, 130b, 130c)이 형성되지 않은 부분(120a, 120b, 120c)의 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c) 상에는, LED 셀(130a, 130b, 130c)과 이격되게 제1 도전형 메탈층(140a, 140b, 140c)이 형성된다. 제1 도전형 메탈층(140a, 140b, 140c)은 제1 도전형 반도체층(132a, 132b, 132c) 상에서 LED 디스플레이 패널(100)의 외곽을 따라 소정의 폭을 갖도록 형성된다. 제1 도전형 메탈층(140a, 140b, 140c)의 높이는 LED 셀들(130a, 130b, 130c)의 높이와 대체로 동일하게 형성된다. 제1 도전형 메탈층(140a, 140b, 140c)은 범프들(340)에 의해 CMOS 백플레인(200)과 전기적으로 연결되어, LED 셀들(130a, 130b, 130c)의 공통 전극으로서 기능한다.
다음 도 4를 참조하면, CMOS 백플레인(2000)은 마이크로 LED 셀들(130) 각각을 개별 구동시키기 위한 복수 개의 CMOS 셀(230)들을 포함한다. CMOS 셀(230)들 각각은 범프들(300)을 통해 대응되는 LED 셀(130a, 130b, 130c)에 전기적으로 연결된다. CMOS 셀(230)들 각각은 대응되는 LED 셀(130a, 130b, 130c)을 개별 구동시키기 위한 집적회로이다. CMOS 백플레인(2000)은, 예를 들어, AM(Active Matrix) 패널일 수 있고, 따라서, CMOS 셀(230)들 각각은, 두 개의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 포함하는 픽셀 구동 회로일 수 있고, 범프들을 이용하여 CMOS 백플레인(2000)에 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)을 플립칩 본딩하는 경우, 등가 회로상, 상기 픽셀 구동 회로의 트랜지스터의 드레인 단자와 공통 접지 단자 사이에 개개의 마이크로 LED 셀이 배치되는 형태로 될 수 있다.
CMOS 백플레인(2000)은 제1 도전형 메탈층(140a, 140b, 140c)과 대응되는 위치에 형성된 공통 셀(240)을 포함하며, 제1 도전형 메탈층(140)과 공통 셀(240)은 공통 범프(340)에 의해 전기적으로 연결된다. 본 명세서 내에서는, 복수 개의 CMOS 셀들 각각과 LED 셀(130a, 130b, 130c)들 각각을 전기적으로 연결하는 범프들(300)과, 제1 도전형 메탈층(140a, 140b, 140c)과 공통 셀(240)을 전기적으로 연결하는 공통 범프(340)를 모두 포함하는 용어로서 "범프들"이 사용되기도 한다.
다음 도 4에 도시된 바와 같이, 범프들(300) 및 공통 범프(340)가 CMOS 셀들(230) 각각의 상부에 배치된 상태의 CMOS 백플레인(200)과 제1, 제2 및 제3 LED 패널(1100, 1200, 1300)을 서로 마주보게 하여 CMOS 셀들(230)과 LED 셀들(130a, 130b, 130c)을 일대일 대응시켜 밀착시킨 후 가열하게 되면, 범프들(300) 및 공통 범프(340)가 녹게 되고, 그에 따라 CMOS 셀(230)들 각각과 CMOS 셀(230)들 각각에 대응하는 LED 셀(130a, 130b, 130c)이 전기적으로 연결되는 상태가 된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 앞선 실시예와 마찬가지로, LED 디스플레이 소자(12)와, 광가이드 유닛(20')과, 제1, 제2 및 제3 인커플링 HOE(31, 32, 33)와, 제1, 제2 및 제3 아웃커플링 HOE(41, 42, 43)를 포함한다.
앞선 실시예서는 광가이드 유닛의 광가이드들이 모두 직선형이었던 것과 달리, 본 실시예에서는, 광가이드 유닛(20')의 제1, 제2 및 제3 광가이드(21', 22', 23') 각각이 유연성을 가지며, 이 유연성을 갖는 제1, 제2 및 제3 광가이드(21', 22', 23') 각각이 일정 각도, 더 구체적으로는 대략 90도로 굽어져 인커플링 존들과 아웃커플링 존(OZ)들이 대략 90도를 이루고 있다.
상기 LED 디스플레이 소자(12)는 광가이드 유닛(20)의 아웃커플링 존(OZ) 및 광가이드 존과 대략 직각을 이루며 인커플링 존들(I1, I2, I3)과는 평행을 이룬다. 그리고, 상기 LED 디스플레이 소자(12)의 제1, 제2 및 제3 LED 디스플레이 패널(1100, 1200, 1300)은 인커플링 존들(I1, I2, I3) 각각에 배치된 인커플링 HOE들(31, 32, 33) 각각과 마주한다.
본 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 광가이드 유닛(20')을 구성하는 광가이드들(21', 22', 23')이 유연성을 가져 일정 각도 이상으로 구부려짐으로써, 보다 더 더 얇고 가볍게 구현될 수 있으며, 이는 눈 착용형으로 더 유리하게 이용될 수 있도록 해준다.
12..................................LED 디스플레이 소자
20..................................광가이드 유닛
21, 22, 23..........................광가이드
31, 32, 33..........................인커플링 HOE
41, 42, 43..........................아웃커플링 HOE

Claims (17)

  1. 서로 다른 파장의 디스플레이 광들을 발광하는 복수개의 LED 디스플레이 패널들을 포함하는 LED 디스플레이 소자;
    상기 복수개의 LED 디스플레이 패널들로부터 발광된 디스플레이 광들 각각을 복수개의 인커플링 존들 각각에서 받아 아웃커플링 존까지 가이드하는 광가이드 유닛;
    상기 복수개의 인커플링존들 각각에 배치되어, 상기 광가이드 유닛을 통한 상기 광가이드 유닛 내 진행 방향을 결정하는 복수개의 인커플링 HOE(Holographic Optic Element)들; 및
    상기 아웃커플링 존에 배치되어, 상기 광가이드 유닛을 통해 가이드된 디스플레이 광들을 통합하여 외부로 내보내는 복수개의 아웃커플링 HOE들을 포함하며,
    상기 LED 디스플레이 소자는
    2차원으로 배열된 복수개의 제1 LED셀들을 포함하여 제1 파장 디스플레이 광을 발광하는 제1 LED 디스플레이 패널과, 2차원으로 배열된 복수개의 제2 LED셀들을 포함하여 제2 파장 디스플레이 광을 발광하는 제2 LED 디스플레이 패널과, 2차원으로 배열된 복수개의 제3 LED셀들을 포함하여 제3 파장 디스플레이 광을 발광하는 제3 LED 디스플레이 패널을 포함하고
    상기 제1 LED 디스플레이 패널과 상기 제2 LED 디스플레이 패널과 상기 제3 LED 디스플레이 패널은 단일 기판 상에서 2차원적으로 서로 다른 위치에서 배치된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 광가이드 유닛은 상기 디스플레이 광들을 서로 다른 복수의 인커플링 존들에서 개별적으로 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 복수개의 광가이드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 광가이드 유닛은 상기 제1 LED 디스플레이 패널로부터 발광된 제1 파장 디스플레이 광을 제1 인커플링 존에서 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 제1 광가이드와, 상기 제2 LED 디스플레이 패널로부터 발광된 제2 파장 디스플레이 광을 제2 인커플링 존에서 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 제2 광가이드와, 상기 제3 LED 디스플레이 패널로부터 발광된 제3 파장 디스플레이 광을 제3 인커플링 존에서 받아 상기 아웃커플링 존까지 가이드하는 제3 광가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 복수개의 인커플링 HOE들은 상기 제1 인커플링 존에서 상기 제1 광가이드에 배치된 제1 인커플링 HOE와, 상기 제2 인커플링 존에서 상기 제2 광가이드에 배치된 제2 인커플링 HOE와, 상기 제3 인커플링 존에서 상기 제3 광가이드에 배치된 제3 인커플링 HOE를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 복수개의 아웃커플링 HOE들은 상기 아웃커플링 존에 공통적으로 속하여 상기 제1 광가이드, 상기 제2 광가이드 및 상기 제3 광가이드 각각에 배치된 제1 아웃커플링 HOE, 제2 아웃커플링 HOE 및 제3 아웃커플링 HOE를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 복수개의 광가이드들은 일측 방향으로 연장 길이가 상이한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 청구항 5에 있어서, 상기 제1 광가이드는, 상기 제2 광가이드 및 상기 제3 광가이드의 후방 측에서 상기 제2 광가이드 및 상기 제3 광가이드보다 일측 길이 방향으로 더 연장되어 그 연장된 영역에 상기 제1 인커플링 존을 형성하고, 상기 제2 광가이드는 상기 제3 광가이드의 후방 측에서 상기 제3 광가이드보다 일측 길이방향으로 더 연장되어, 그 연장된 영역에 상기 제2 인커플링 존을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 광가이드 유닛은 전체적으로 직선 형태를 갖는 하나 이상의 직선형 광가이드를 포함하고, 상기 복수개의 인커플링 HOE들 중 적어도 하나의 인커플링 HOE는 상기 복수의 아웃커플링 HOE들 중 적어도 하나의 아웃커플링 HOE와 동일 직선상에 배치된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 광가이드 유닛은 상기 아웃커플링 존이 상기 복수개의 인커플링 존들 중 하나의 인커플링 존과 서로 수직하게 배치되도록 굽어진 유연성 광가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 복수개의 LED 디스플레이 패널들과 상기 광가이드 유닛 사이에 배치되어 상기 디스플레이 광들을 평행광으로 만드는 복수개의 콜리메이팅 렌즈들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 파장 디스플레이 광은 적색 디스플레이 광이고, 상기 제2 파장 디스플레이 광은 녹색 디스플레이 광이며, 상기 제3 파장 디스플레이 광은 청색 디스플레이 광인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 LED 디스플레이 소자는 상기 제1 LED 디스플레이 패널, 상기 제2 LED 디스플레이 패널 및 상기 제3 LED 디스플레이 패널과 결합되는 단일 CMOS 백플레인을 더 포함하며, 상기 단일 CMOS 백플레인은 상기 제1 LED셀들, 상기 제2 LED셀들, 상기 제3 LED셀들 각각을 LED 셀 단위로 개별 구동하기 위해 각 LED 셀에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 LED 디스플레이 소자는 각 LED 셀과 각 CMOS 셀을 각각이 마주하도록 배치된 상태에서, 각 LED 셀들 각각과 각 CMOS 셀을 전기적으로 연결하기 위한 범프들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 LED 셀은 기판상에 차례대로 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 성장시킨 후 식각되어 형성되며, 상기 LED 셀의 수직구조는, 차례대로, 기판, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제1 LED 디스플레이 패널, 상기 제2 LED 디스플레이 패널 및 상기 제3 LED 디스플레이 패널에서 상기 LED 셀이 형성되지 않은 부분은, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 제거되어 제1 도전형 반도체층이 노출되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 제1 LED 디스플레이 패널, 상기 제2 LED 디스플레이 패널 및 상기 제3 LED 디스플레이 패널 각각에서 상기 LED셀이 형성되지 않은 부분의 제1 도전형 반도체층 상에는 제1 도전형 메탈층이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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