WO2017138762A1 - 마이크로 led 디스플레이용 기판 구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

마이크로 led 디스플레이용 기판 구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2017138762A1
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led
unit
electrode
led display
unit substrate
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이동선
공득조
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Gwangju Institute of Science and Technology
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Gwangju Institute of Science and Technology
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces
    • H05B33/14—Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of the electroluminescent material, or by the simultaneous addition of the electroluminescent material in or onto the light source

Definitions

  • the present invention relates to a substrate structure for a micro LED display and a display device using the same. More specifically, the substrate structure is formed so that one or more red, green, and blue light emitting diode elements can be arranged in one pixel in the micro LED display device. And a display device using the same.
  • the LED TVs known to the market so far are LCD TVs using vaccine or three primary LED backlights instead of the cold cathode fluorescent lamp (CCFL) backlights of conventional LCD TVs.
  • CCFL cold cathode fluorescent lamp
  • the commercial LED full-color display is known to be the only product that can be seen on the market by an ultra-large outdoor signboard with tens of thousands of three-color LED materials.
  • LED full-color displays with the correct concept are not currently used as home TVs or computer monitors.
  • the inability to use existing LED devices as TV or monitor size displays is due to the technical limitations of manufacturing LED devices and the method of implementing full color.
  • LED display manufacturing and device technology which has been developed so far, is a method of implementing a display by arranging one LED device per pixel.
  • the technology of manufacturing a display by mapping one micro LED array to one pixel is easy to develop a micro micro LED display, but has a problem in large area.
  • some of the LEDs constituting the display is defective, there is a problem that the entire display must be replaced because the entire display may be defective.
  • Korean Patent Publication No. 10-2012-0122645 attaches five or more ultra-small LED elements on a unit pixel to enable light emission through other elements when other LED elements do not operate.
  • the micro LED display device is maximized.
  • LED devices of different colors are arranged horizontally, but in order to increase resolution and efficiency, a technique of stacking LED devices of different colors vertically is required.
  • the present invention has been made to solve this problem, an object of the present invention is suitable for manufacturing a large area micro LED display, the substrate structure and the LED display device using the same easy to repair even if the defect or breakage of individual LED elements To provide.
  • the LED display substrate structure is a LED display substrate structure formed by combining two or more transparent unit substrate units to extend in a vertical or horizontal direction.
  • the device includes a device seating portion formed by being embedded to allow the LED device to be seated on the top surface, a first electrode formed by one or more electrode lines on the top surface, and a second electrode formed by one or more electrode lines on the bottom surface.
  • the unit substrate unit may have a vertical coupling portion protruding at a position corresponding to the device seating portion so as to extend in the vertical direction to be coupled.
  • the mall unit substrate unit may have a horizontal coupling protrusion formed to be coupled to the unit substrate unit adjacent to one side, and a horizontal coupling recessed portion formed to correspond to the horizontal coupling protrusion on the other side.
  • the unit substrate unit is formed by being coupled in a vertical direction, and the red LED device, the green LED device, and the blue LED device may be seated on each device mounting part in order from the bottom.
  • the unit substrate unit may be formed by being coupled in a horizontal direction, and a red LED device, a green LED device, and a blue LED device may be seated on each device mounting part at one pixel position.
  • the first electrode unit may be arranged while the electrode line is spaced in one direction.
  • the second electrode unit may be arranged while the electrode line is spaced in one direction.
  • the LED display device is a device mounting portion formed to be embedded so that the LED element is mounted on the upper surface, the first electrode formed by one or more electrode lines on the upper surface and one or more electrode lines on the lower surface
  • Control module for controlling the light emission of the LED element unit by electrically connecting the LED element unit and the malleable LED element unit formed by combining two or more transparent unit substrate unit including a second electrode formed to extend in the vertical or horizontal direction It includes.
  • a transparent packaging layer may be formed on the upper surface of the LED device, and the control module may be formed on the bottom of the LED device.
  • Transparent packaging layers may be formed on the top and bottom surfaces of the LED device, respectively, and the control module may be formed on the side of the LED device.
  • the unit substrate unit is formed by being coupled in a vertical direction, and the red LED device, the green LED device, and the blue LED device may be seated on each device mounting part from the bottom.
  • the unit substrate unit may be formed by being coupled in a horizontal direction, and a red LED device, a green LED device, and a blue LED device may be seated on each device mounting part at one pixel position.
  • FIG. 1 is a perspective view of an upper side of a unit substrate unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a lower side of a unit substrate unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a side cross-sectional view of a unit substrate unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating a process of expanding a unit substrate unit in a horizontal direction or a vertical direction according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a state in which a unit substrate unit is coupled in a horizontal direction according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a stacked state of unit substrate units according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing a simple LED display device according to an embodiment of the present invention.
  • LED display substrate structure is a substrate structure for LED display formed by combining two or more transparent unit substrate unit to extend in the vertical or horizontal direction, the unit substrate unit is a LED element on the upper surface And a device seating portion formed to be seated to be seated, a first electrode formed by at least one electrode line on the top surface, and a second electrode formed by at least one electrode line on the bottom surface thereof.
  • the concept of a unit substrate unit of the same type was introduced to allow each substrate to be extended in the horizontal or vertical direction to manufacture a large area display.
  • the unit substrate unit 100 includes an element seating unit 110, a first electrode 120, and a second electrode 130.
  • the element seating unit 110 formed in the unit substrate unit 100 may be formed in an upper surface thereof to be formed into a rectangular parallelepiped space.
  • the device seating unit 110 is formed as a rectangular parallelepiped space as shown, it may be variously formed according to the number and shape of the LED devices to be seated.
  • the device mounting part when a circular LED device is mounted, the device mounting part may be formed in a circular shape.
  • the depth of the device mounting portion to be formed is preferably formed lower than the height of the LED device to be seated. This is to allow the vertical coupling protrusion of the unit substrate unit to be coupled to the remaining space occupied by the LED element when stacked in the vertical direction.
  • the unit substrate unit 100 may be a transparent material. Various materials such as glass and plastic may be used, and are intended to be emitted to the light emitted from the LED device to the outside.
  • a first electrode 120 formed by at least one electrode line is formed on an upper surface of the unit substrate unit 100.
  • the first electrode 120 may be formed while the electrode line is maintained at a constant interval in the horizontal direction or vertical direction, and extends from the element seating portion 110 to the side portion and electrically connects the LED element to be seated and the control module to be described later. Let's do it.
  • a second electrode 130 formed by at least one electrode line is formed on the bottom surface of the unit substrate unit 100.
  • the second electrode 130 may be formed while the electrode line maintains a constant interval in the horizontal direction or the vertical direction like the first electrode.
  • the electrode line arrangement directions of the first electrode 120 and the second electrode 130 form a predetermined angle with each other.
  • the first electrode 120 and the second electrode 130 are formed by using a device such as an e-beam evaporator or a sputter that can be commonly used and arranged in the unit substrate unit 100.
  • the number of electrodes can be determined according to the pixel of the LED to be. For example, if three pixels are arranged in one LED device, four electrodes may be arranged.
  • a key configuration is to expand each LED device in a horizontal direction or to stack in a vertical direction by using a separate substrate.
  • connection parts are required in various forms.
  • the recessed portions and the protruding portions are formed to repeatedly extend the unit substrate units in the vertical direction and the horizontal direction, but are not particularly limited thereto.
  • a vertical coupling part 140 may be formed on a bottom surface of the unit substrate unit 100 in a shape corresponding to that of the device seating part 110.
  • the vertical coupling portion 140 may be manufactured in various shapes according to the shape of the device seating portion 110, the height of the vertical coupling portion 140 may be smaller than the depth of the device seating portion (110).
  • the height of the vertical coupling portion 140 is made smaller than the depth of the element seating portion 110 by the height difference so that the upper and lower unit substrate unit 100 is in close contact with each other to increase stability. Because there is.
  • the unit substrate unit 100 in a state where the LED element is mounted is preferably in close contact with each other.
  • a horizontal coupling protrusion 150 and a horizontal coupling recess 160 may be formed at a side surface of the unit substrate unit 100 so as to be coupled to the adjacent unit substrate unit 100 in a horizontal direction.
  • the horizontal coupling protrusion 150 and the horizontal coupling recess 160 may be formed in various ways.
  • the horizontal coupling protrusion 150 may be formed to protrude laterally in a rectangular parallelepiped shape so as to be coupled in a horizontal direction for stable expansion.
  • the horizontal coupling protrusion 150 may be formed only in a predetermined direction so that the unit substrate units 100 may be repeatedly arranged.
  • the horizontal coupling recess 160 is formed to have a depth that can be in close contact with each other to provide a space in which the horizontal coupling protrusion 150 can be fitted.
  • the horizontal coupling protrusion 150 and the horizontal coupling depression 160 may be formed in any form as long as it can be stably fixed in a fitting manner.
  • a panel may be formed by inserting the unit substrate unit 100 into the horizontal coupling protrusion 150 to the horizontal coupling recess 160 to extend in the horizontal direction and stack them in the vertical direction. .
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a state in which a unit substrate unit is coupled in a horizontal direction according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a unit substrate unit When combined in the horizontal direction as described above it is possible to stably arrange the LED elements in a horizontal direction.
  • the unit board unit 100 may be separated and replaced with another unit board unit.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a stacked state of unit substrate units according to an embodiment of the present invention.
  • the blue LED device 230, the green LED device 220, and the red LED device 210 are seated on each unit substrate unit 100 and then stacked in this order.
  • color display is difficult due to the phenomenon of absorbing light of the short wavelength LED element. Problems will arise.
  • Display devices using conventional micro LED devices are formed by forming a plurality of LED devices in a horizontal direction and forming an array on a single substrate, so that it is difficult to replace the entire device in the case of a defect or failure as described above. there was.
  • this can be solved by stacking the LED elements in the vertical direction by utilizing the unit substrate unit.
  • Red LED device 210, green LED device 220, and blue LED device 230 are stacked in this order so as to have directivity in the direction in which light is emitted, thereby absorbing light having a short wavelength when implementing color to the outside. This can solve the problem.
  • three unit substrate units are manufactured by stacking them in the vertical direction, but it is possible to adjust the number of unit substrate units stacked in accordance with the lifespan of each LED element. For example, two or more LED devices with a lower lifespan than other devices can be mounted and stacked in consideration of the lifespan with other LED devices .
  • a blue LED has a life time of about 100,000, a green about 60,000, and a red about 100,000 hours, which may be different from each other in the manufacturing process and technology.
  • the display is composed of only red, green, and blue devices, the overall device life may be reduced, and an additional white device layer may be inserted to mix red, green, and blue colors.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a simple LED display device according to an embodiment of the present invention.
  • the LED display device 200 according to an exemplary embodiment of the present invention includes an element seating part 110 formed by being embedded to allow an LED element to be seated on a top surface thereof, by one or more electrode lines on the top surface thereof.
  • LED formed by combining two or more transparent unit substrate units 100 including a first electrode 120 to be formed and a second electrode 130 formed by one or more electrode lines on the bottom thereof to extend in a vertical or horizontal direction
  • a control module 250 electrically connected to the device unit and the mall LED device to control light emission of the LED device.
  • the LED device unit is formed by repeatedly connecting the unit grid unit 100 in the horizontal direction and the vertical direction.
  • the control module 250 is formed on the bottom layer.
  • the control module is for displaying color to the outside for controlling the light emitted by each element of the LED display device, and a panel of a known TFT can be used.
  • the unit substrate unit 100 is installed on the control module 250 in a coupled state, and stacked from the bottom in the order of the red LED element 210, the green LED element 220, and the blue LED element 230.
  • the transparent packaging layer 240 is formed on the uppermost layer to protect it from the outside. It is coupled to the coupling member 260 on both sides so that the control module 250 and the transparent packaging layer 240 can be in close contact.
  • Coupling member 260 is a member that can be fixed and can be used in any one can use a bolt-nut structure.
  • What may be filled in may include an oxidized or organic material such as SiO 2 , BCB, PMMA, epoxy, or the like.
  • the pixel unit has a size of 50 nm to 50 ⁇ m, and the size of the LED chip used therein is 50 ⁇ m or more, and the size of the unit substrate corresponding thereto is 50 ⁇ m or more because it is determined according to the size of the LED chip. Since the size of the pixel unit may be determined according to the color difference for each current of the LED device, the pixel size of each layer may be differently applied.
  • the display device according to the present invention in order to implement the display device according to the present invention as a transparent display, it is possible to form a transparent packaging layer on the bottom surface of the control module. In this case, since the light can pass through the display device from the outside, the transparent state can be maintained.
  • the control module it is possible to realize a display having a desired color and shape.
  • the LED device of the inorganic material by using the LED device of the inorganic material, it is possible to reduce the power consumption compared to the conventional commercial OLED display or LED-LCD display. In addition, even if a single LED element failure or failure can be easily removed and replaced, it is easy to repair and reduce the maintenance cost.
  • unit substrate unit 110 element mounting portion
  • red LED element 220 green LED element
  • control module 260 coupling member

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 LED 디스플레이용 기판 구조는 투명한 단위 기판 유닛을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 디스플레이용 기판 구조로서, 상기 단위 기판 유닛은 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부, 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극을 포함한다.

Description

마이크로 LED 디스플레이용 기판 구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치
본 발명은 마이크로 LED 디스플레이용 기판 구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 LED 디스플레이 장치에서 하나의 픽셀에 하나 이상의 적색, 녹색, 청색 발광다이오드 소자를 배열할 수 있도록 형성되는 기판 구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
지금까지 시장에 알려진 LED TV는 기존의 LCD TV의 CCFL(cold cathode fluorescent lamp) 백라이트를 대신하여 백신 또는 삼원색의 LED 백라이트를 채용한 LCD TV로서 엄밀하게 말하자면 LED 백라이트를 사용한 LCD TV이다. 현재 상용화된 LED 풀 컬러 디스플레이는 3원색 LED 소재를 수 만개를 배치한 초대형 옥외전광판이 시장에서 접할 수 있는 유일한 제품으로 알려져 있다.
따라서 정확한 개념의 LED 풀 컬러 디스플레이는 현재 가정용 TV나 컴퓨터 모니터로는 채용하지 못하고 있다. 기존의 LED 소자를 TV나 모니터 사이즈의 디스플레이로 사용하지 못하는 데는 LED 소자를 제조하는 기술적 한계와 풀 컬러를 구현하는 방법에 기인한다.
제조기술 및 실현 가능성의 한계에도 불구하고 LED TV를 꼭 개발해야 하는 이유는 기존의 LCD 디스플레이의 저발광 효율에 있다. 알려진 바와 같이 현재 TV와 모니터 시장을 석권하고 있는 풀 컬러 TFT-LCD는 백라이트에서 발생한 빛 중에서 약 5% 정도만 전면으로 방출하고 있다. LCD의 경우 빛을 투과/차단시키는 on/off 과정에서 2장의 편광자를 사용하여 액정을 투과한 백색 빛을 삼원색으로 만들기 위해서 컬러필터를 사용하고 또한 백라이트 램프에서 발생한 빛을 균일하게 분산시키는 과정에서 다수의 광학 필름을 사용하기 때문에 95% 정도의 광손실이 생긴다. 구체적으로 60 lm/W급 백라이트 램프를 사용하는 경우 풀 컬러 LCD 디스플레이의 발광 효율은 2~3 lm/W로 알려져 있다. 따라서 LED-LCD TV의 경우 LED의 효율이 크게 향상되더라도 실제 디스플레이의 효율 향상에는 한계가 있게 된다. 최근에 개발된 백색 LED의 경우 이미 효율이 100 lm/W 이상으로 보고되고 있고 향후 몇 년 내에 200 lm/W에 도달할 예정이다. 따라서 LCD 백라이트 램프로 고효율 LED를 사용하여 디스플레이를 제작하는 것 보다 고효율 LED를 직접 사용해서 직접 풀 컬러 디스플레이를 제작하는 것이 발광효율의 관점에서 가장 적합한 방법임을 알 수 있다.
현재까지 개발이 진행된 LED 디스플레이 제조 및 소자기술은 픽셀 한 개에 LED 소자를 한 개를 배열해서 디스플레이를 구현하는 방법이다. 한 개의 픽셀에 한 개의 마이크로 LED 배열을 대응시켜서 디스플레이를 제조하는 기술은 초소형 마이크로 LED 디스플레이를 개발하는 데는 용이하지만 대면적화하는데 문제가 있다. 또한, 디스플레이를 구성하는 LED 중 일부 불량인 경우 전체 디스플레이가 불량이 될 수 있기 때문에 전체를 교체해야 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 한국 특허공개 제10-2012-0122645호에는 단위 픽셀상에 5개 이상의 초소형 LED 소자를 부착하여 다른 LED 소자가 작동을 하지 않는 경우 다른 소자들을 통하여 발광이 가능하도록 하여 발광효율을 극대화 시킨 마이크로 LED 디스플레이 장치가 개시되어 있다. 이 경우에는 각 픽셀에 위치하는 LED 소자가 5개 이상 소모되므로 불 필요하게 제조비용이 증가되는 문제점이 있다. 또한 상기 선행기술에서는 각기 다른 색의 LED 소자를 수평으로 배열하고 있으나, 해상도와 효율을 증가시키기 위해서는 수직으로 다른색의 LED 소자를 적층하는 기술이 필요한 실정이다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 대면적의 마이크로 LED 디스플레이를 제조하는 데 적합하고, 개별 LED 소자의 불량 또는 파손에도 수리가 편리한 기판 구조 및 이를 이용한 LED 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 디스플레이용 기판 구조는 투명한 단위 기판 유닛을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 디스플레이용 기판 구조로서, 상기 단위 기판 유닛은 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부, 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극을 포함한다.
상기 단위 기판 유닛은 수직방향으로 연장하여 결합할 수 있도록 상기 소자 안착부와 대응하는 위치에 돌출 형성되는 수직결합부가 형성될 수 있다.
상가 단위 기판 유닛은 일측면에 인접한 단위 기판 유닛과 결합할 수 있도록 수평결합 돌출부가 형성되고 타측면에 상기 수평결합돌출부와 대응되도록 수평결합 함입부가 형성될 수 있다.
상기 단위 기판 유닛이 수직방향으로 결합되어 형성되며, 밑에서부터 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 순서대로 각 소자 안착부에 안착될 수 있다.
상기 단위 기판 유닛이 수평방향으로 결합되어 형성되며, 하나의 픽셀 위치에 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 각 소자 안착부에 안착될 수 있다.
상기 제1전극부는 전극선이 일 방향으로 간격을 유지하며 배열될 수 있다.
상기 제2 전극부는 전극선이 일 방향으로 간격을 유지하며 배열될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치는 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부, 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극을 포함하는 투명한 단위 기판 유닛을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 소자부 및 상가 LED 소자부와 전기적으로 접속하여 LED 소자부의 발광을 제어하는 제어모듈을 포함한다.
상기 LED 소자부 윗면에 형성되는 투명패키징층이 형성되고, 상기 LED 소자부 밑면에 상기 제어모듈이 형성될 수 있다.
상기 LED 소자부의 윗면과 밑면에 각각 투명패키징층이 형성되고, 상기 LED 소자부의 측면에 상기 제어모듈이 형성될 수 있다.
상기 단위 기판 유닛이 수직방향으로 결합되어 형성되며, 밑에서부터 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 각 소자 안착부에 안착될 수 있다.
상기 단위 기판 유닛이 수평방향으로 결합되어 형성되며, 하나의 픽셀 위치에 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 각 소자 안착부에 안착될 수 있다.
본 발명에 의한 LED 디스플레이용 기판 구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, LED 소자를 단위 기판 유닛에 별도로 안착시켜 이를 확장하여 디스플레이를 제조할 수 있도록 하여 간단하게 수직방향으로 적층시키는 것이 가능하다.
둘째, 특정 LED 소자가 불량 또는 고장이 나는 경우에도, 전체를 교체하는 일 없이 그 부분의 단위 기판 유닛을 교체하도록 하여 간단하게 수리하여 유지비용이 적은 효과가 있다.
셋째, 수직방향으로 LED 소자를 적층하여 하나의 발광지점이 차지하는 비율이 작아 고해상도의 대면적 디스플레이를 구현하는 것이 가능하다.
넷째, 무기 LED 소자를 이용하여 풀 컬러 디스플레이를 구현하는 것이 가능하여 기존의 디스플레이 보다 소모 전력을 현저하게 줄일 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛의 윗측면의 사시도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛의 아랫측면의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛의 측면 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛을 수평방향 또는 수직방향으로 확장시키는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛을 수평방향으로 결합한 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛을 적층한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 디스플레이 장치를 간단하게 나타낸 모식도이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 LED 디스플레이 기판구조에 대하여 설명하기로 한다.
기존의 마이크로 LED 소자에 관한 기술들은 웨이퍼상에 다수의 LED 소자를 수평적으로 배열하거나, 청색 LED 소자를 배열하고 색상을 구현하는 필터를 적용하여 개별 LED 소자가 불량인 경우에는 전체 패널을 교체해야 하는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 하나의 픽셀위치에 다수의 LED 소자를 배열하는 경우에는 제조비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 적색 LED 소자는 단파장의 빛을 흡수하는 성질을 가지므로 수직 배열이 어려운 문제가 있다. 본 발명자는 마이크로 LED 소자를 별도로 안착시킬 수 있는 단위 기판 유닛을 도입하고 이를 수평방향으로 배열하거나, 수직방향으로 적층하여 디스플레이 장치를 제조하도록 함으로써 상기 문제점을 해결하고자 하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 디스플레이용 기판 구조는 투명한 단위 기판 유닛을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 디스플레이용 기판 구조로서, 상기 단위 기판 유닛은 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부, 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극을 포함한다. 동일한 형태의 단위 기판 유닛의 개념을 도입하여 각각의 기판을 수평방향 또는 수직방향으로 확장하여 대면적의 디스플레이를 제조할 수 있도록 하였다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛의 윗측면의 사시도이다. 도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛의 아랫측면의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛의 측면 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명일 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛(100)은 소자 안착부(110), 제1전극(120) 및 제2전극(130)을 포함한다. 단위 기판 유닛(100)에 형성되는 소자 안착부(110)는 윗면에 함입 형성되어 직육면체 형태의 공간으로 형성될 수 있다. 소자 안착부(110)는 도시한 바와 같이 직육면체를 형태의 공간으로 형성되어 있지만 안착되는 LED 소자의 형태와 개수에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 예를 들면 원형의 LED 소자가 안착되는 경우에는 소자 안착부를 원형으로 형성할 수 있다. 이때 함입 형성되는 소자 안착부의 깊이는 안착되는 LED 소자의 높이 보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다. 수직방향으로 적층시 LED 소자가 차지하고 남은 공간에 단위 기판 유닛의 수직결합 돌출부가 결합되도록 하기 위함이다.
한편, 상기 단위 기판 유닛(100)은 투명한 소재일 수 있다. 글래스, 플라스틱 소재 등 다양한 소재가 사용될 수 있으며, 외부로 LED 소자에서 발생되는 빛에 방출되도록 하기 위함이다.
또한 상기 단위 기판 유닛(100)의 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극(120)이 형성된다. 제1전극(120)은 전극선이 수평방향 또는 수직방향으로 일정한 간격을 유지하면서 형성될 수 있으며, 소자 안착부(110)에서 측면부까지 연장형성되며 안착되는 LED 소자와 후술할 제어모듈을 전기적으로 접속시킨다. 또한 상기 단위 기판 유닛(100)의 밑면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2 전극(130)이 형성된다. 제2 전극(130)은 전극선이 제1전극과 마찬가지로 수평방향 또는 수직방향으로 일정한 간격을 유지하면서 형성될 수 있다. 바람직하게는 제 1전극(120)과 제 2전극(130)의 전극선 배열방향이 서로 소정의 각도를 이루는 것이 바람직하다. 제 1전극(120)과 제 2전극(130)은 통상적으로 사용할 수 있는 전자빔 증착기(E-beam evaporator) 또는 스퍼터(sputter)와 같은 장치를 이용하여 형성하며, 상기 단위 기판 유닛(100)에 배열될 LED의 픽셀에 따라 전극개수를 정할 수 있다. 예를 들어, 하나의 LED 소자 안에 3개의 픽셀이 어레이 되어 있을 경우, 전극은 4개를 배열할 수 있다.
본 발명에서 핵심적인 구성은 각각의 LED 소자를 별도의 기판을 사용하여 수평방향으로 확장하거나 수직방향으로 적층하는 것이다. 이러한 확장성을 확보하기 위해서는 다양한 형태로 연결부분이 필요하다. 본 발명의 실시예에서는 함입부분과 돌출부분을 형성시켜 수직방향 및 수평방향으로 단위 기판 유닛을 반복적으로 배열하여 확장할 수 있도록 하였으나, 특별히 이에 한정되지 않는다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 단위 기판 유닛(100)의 밑면에는 상기 소자 안착부(110)와 대응되는 형상으로 수직결합부(140)가 형성될 수 있다. 이러한 수직결합부(140)는 소자 안착부(110)의 형상에 따라 다양한 형상으로 제조될 수 있으며, 수직결합부(140)의 높이는 소자 안착부(110)의 깊이보다 작을 수 있다. LED 소자가 조자 안착부에 안착되면 그만큼의 높이차이만큼 수직결합부(140)의 높이가 소자 안착부(110)의 깊이 보다 작게 형성하여 상하 단위 기판 유닛(100)이 밀착되도록 하여 안정성을 높일 수 있기 때문이다. 전기적 접속을 위해서는 LED 소자가 장착된 상태의 단위 기판 유닛(100)이 상하 밀착되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 단위 기판 유닛(100)의 측면에는 인접한 단위 기판 유닛(100)과 수평방향으로 결합할 수 있도록 수평결합 돌출부(150)와 수평결합 함입부(160)가 형성될 수 있다. 수평결합 돌출부(150)와 수평결합 함입부(160)는 여려 형태가 가능하다. 도시된 바와 같이 안정적인 확장을 위해 수평방향으로 끼움방식으로 결합할 수 있도록 수평결합 돌출부(150)는 직육면체 형상으로 측면으로 돌출된 상태로 형성될 수 있다. 수평결합 돌출부(150)는 단위 기판 유닛(100)이 반복적으로 결합될 수 배열할 수 있도록 일정 방향으로만 형성되는 것이 바람직하다. 또한 수평결합 함입부(160)는 수평결합 돌출부(150)가 끼워질수 있는 공간을 제공하는 것으로서 서로 밀착될 수 있는 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 수평결합 돌출부(150)와 수평결합 함입부(160)는 끼움 방식으로 안정적으로 고정할 수 있다면 어떠한 형태를 형성되어도 무방하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛을 수평방향 또는 수직방향으로 확장시키는 과정을 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에서 단위 기판 유닛(100)을 수평결합 돌출부(150)를 수평결합 함입부(160)에 끼워 수평방향으로 확장하고 이를 수직방향으로 적층하여 패널을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛을 수평방향으로 결합한 상태를 나타낸 평면도이다. 이와 같이 수평방향으로 결합하는 경우 안정적으로 수평방항으로 LED 소자를 배열하는 것이 가능하다. 또한 수리가 필요한 경우에는 단위 기판 유닛(100)을 분리하여 다른 단위 기판 유닛과 교체하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 단위 기판 유닛을 적층한 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 각각의 단위 기판 유닛(100)에 청색 LED 소자(230), 녹색 LED 소자(220), 적색 LED 소자(210)를 안착한 후에 차례대로 적층한 것이다. 특히 LED 소자(210, 220, 230)를 수직배열을 하는 경우에는 외부로 빛이 노출되는 방향으로 장파장의 LED 소자가 위치하게 되면 단파장의 LED 소자의 빛을 흡수하는 현상에 의해 색상의 표시가 어려운 문제가 발생하게 된다. 기존의 마이크로 LED 소자를 이용한 디스플레이 장치들은 대부분 하나의 기판에 다수의LED 소자를 수평방향으로 형성하고 어레이를 형성하여 구성하게 되므로 상술한 바와 같이 소자의 불량이나 고장에 전체를 다 교체해야 하는 어려움이 있었다. 본 발명에서는 단위 기판 유닛을 활용하여 수직방향으로 LED 소자를 적층함으로써 이를 해결할 수 있다. 빛이 방출되는 방향으로 방향성을 갖도록 적색 LED 소자(210), 녹색 LED 소자(220), 청색 LED 소자(230)를 차례를 적층하여 이를 구현 함으로써 외부로 컬러를 구현하는 경우에 단파장의 빛을 흡수하는 문제점을 해결할 수 있다. 본 실시예에서는 수직방향으로 3개의 단위 기판 유닛을 적층하여 제조하였지만, 각 LED 소자의 수명에 맞추어 적층되는 단위 기판 유닛의 수를 조절하는 것이 가능하다. 예를 들어 다른 소자에 비해 수명이 낮은 LED 소자는 2개 이상 장착하여 다른 LED 소자와의 수명을 고려하여 적층하는 것이 가능하다.
일반적으로, 청색 LED의 경우 약 10만, 녹색의 경우 약 6만, 그리고 적색의 경우 약 10만시간의 수명시간을 가지게 되는데, 이는 제작자의 공정상, 기술상 서로 상이할 수 있다. 또한 적색, 녹색, 청색 소자로만 디스플레이를 구성하려면 전체적인 소자의 수명이 줄어 들 수 있으므로, 추가적으로 백색 소자 층을 삽입하여, 이에 적색, 녹색, 청색을 섞어 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 디스플레이 장치를 간단하게 나타낸 모식도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 LED 디스플레이 장치(200)는 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부(110), 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극(120) 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극(130)을 포함하는 투명한 단위 기판 유닛(100)을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 소자부 및 상가 LED 소자부와 전기적으로 접속하여 LED 소자부의 발광을 제어하는 제어모듈(250)을 포함한다. LED 소자부는 앞서 설명한 바와 같이 단위 격자 유닛(100)을 수평방향과 수직방향으로 반복적으로 연결하여 형성된다. 도면에서는 수평방향으로 3개의 단위 기판 유닛(100)을 연결한 상태를 표시하였지만, 이는 발명의 설명을 위한 것일 뿐 더욱 확장할 수 있다. 기본적으로 맨 밑층에 제어모듈(250)이 형성된다. 제어모듈을 LED 디스플레이 장치의 각 소자들의 발광하는 빛을 조절하는 외부로 컬러를 표시하기 위함이고 공지의 TFT의 패널이 사용될 수 있다. 제어 모듈(250) 상에 단위 기판 유닛(100)이 결합한 상태로 설치되고 밑에서부터 적색 LED 소자(210), 녹색 LED 소자(220), 청색 LED 소자(230) 순으로 적층되어 있다. 최상층에는 외부로부터 보호할 수 있도록 투명패키징층(240)이 형성된다. 제어모듈(250)과 투명패키징층(240)를 밀착시킬 수 있도록 양측면에 결합부재(260)로 결속된다. 결합부재(260)는 고정할 수 있는 부재이며 어떤 것이든 사용이 가능하며 볼트-너트 구조를 사용할 수 있다.
내부에 채워질 수 있는 것은 SiO2, BCB, PMMA, 에폭시 등 산화계 물질 혹은 유기물질을 포함할 수 있다.
픽셀 단위의 크기는 50 nm 내지 50㎛를 가지며, 이에 사용되는 LED 칩의 크기는 50㎛ 이상이며, 이에 대응하는 단위기판의 크기는 LED 칩 크기에 따라 결정되므로, 50㎛ 이상이다. 픽셀 단위의 크기는 각각 LED 소자의 전류별 색 차이에 따라 크기가 결정될 수 있으므로, 각 층의 픽셀 크기가 상이하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 디스플레이 장치를 투명 디스플레이로 구현할 수 있도록 제어모듈을 측면으로 위치하고 제일 밑면에 투명패키징층을 형성할 수 있다. 이 경우 외부에서 빛이 디스플레이 장치를 투과할 수 있기 때문에 투명한 상태를 유지할 수 있으며, 제어모듈에 의해 각각의 LED 소자가 작동하는 경우 원하는 색상과 모양의 디스플레이를 구현하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따르면 무기물의 LED 소자를 사용함으로써, 종래 상용화된 OLED 디스플레이 또는 LED-LCD디스플레이와 비교하여 사용 전력을 감소할 시킬 수 있다. 또한 단일 LED 소자의 불량이나 고장에도 이를 쉽게 분리하여 교체하는 것이 가능하여 수리가 간편하고 유지비용을 감소시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[부호의 설명]
100: 단위 기판 유닛 110: 소자 안착부
120: 제1전극 130: 제2 전극
140: 수직결합부 150: 수평결합 돌출부
160: 수평결합 함입부 200: LED 디스플레이 장치
210: 적색 LED 소자 220: 녹색 LED 소자
230: 청색 LED 소자 240: 투명패키징층
250: 제어모듈 260: 결합부재

Claims (12)

  1. 투명한 단위 기판 유닛을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 디스플레이용 기판 구조로서,
    상기 단위 기판 유닛은 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부, 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극을 포함하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 단위 기판 유닛은 수직방향으로 연장하여 결합할 수 있도록 상기 소자 안착부와 대응하는 위치에 돌출 형성되는 수직결합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  3. 청구항1에 있어서,
    상가 단위 기판 유닛은 일측면에 인접한 단위 기판 유닛과 결합할 수 있도록 수평결합 돌출부가 형성되고 타측면에 상기 수평결합돌출부와 대응되도록 수평결합 함입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위 기판 유닛이 수직방향으로 결합되어 형성되며, 밑에서부터 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 순서대로 각 소자 안착부에 안착되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  5. 청구항1에 있어서,
    상기 단위 기판 유닛이 수평방향으로 결합되어 형성되며, 하나의 픽셀 위치에 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 각 소자 안착부에 안착되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극부는 전극선이 일 방향으로 간격을 유지하며 배열되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 전극부는 전극선이 일 방향으로 간격을 유지하며 배열되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이용 기판 구조.
  8. 윗면에 LED 소자가 안착될 수 있도록 함입되어 형성되는 소자 안착부, 윗면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제1전극 및 아랫면에 하나 이상의 전극선에 의해 형성되는 제2전극을 포함하는 투명한 단위 기판 유닛을 수직 또는 수평방향으로 연장되도록 2개 이상 결합하여 형성되는 LED 소자부 및
    상가 LED 소자부와 전기적으로 접속하여 LED 소자부의 발광을 제어하는 제어모듈을 포함하는 LED 디스플레이 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 LED 소자부 윗면에 형성되는 투명패키징층이 형성되고, 상기 LED 소자부 밑면에 상기 제어모듈이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 LED 소자부의 윗면과 밑면에 각각 투명패키징층이 형성되고, 상기 LED 소자부의 측면에 상기 제어모듈이 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 단위 기판 유닛이 수직방향으로 결합되어 형성되며, 밑에서부터 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 각 소자 안착부에 안착되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 단위 기판 유닛이 수평방향으로 결합되어 형성되며, 하나의 픽셀 위치에 적색 LED소자, 녹색 LED 소자 및 청색 LED 소자가 각 소자 안착부에 안착되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
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