WO2018174599A1 - 투명한 디스플레이용 ｌｅｄ 전광 판넬 및 그 제작 방법 - Google Patents

투명한 디스플레이용 ｌｅｄ 전광 판넬 및 그 제작 방법 Download PDF

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WO2018174599A1
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led
transparent
film substrate
transparent display
electrode
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최원택
전용선
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주식회사 에스오엘
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a large-area transparent LED display panel for a display and a method of manufacturing the same, more specifically, in the form of a metal mesh wire using a semiconductor process and LED package technology on a substrate using a transparent film material
  • the circuit board is manufactured by forming a pattern, and the pattern formation is intrinsic to the material of the transparent film and the metal in the manufacturing process of the transparent display film substrate when the LED package is assembled in consideration of adhesion, metal diffusivity, and electrical conductivity.
  • a through hole in which the linear expansion coefficient of the transparent film material is considered is formed in the transparent display film substrate, and the metal mesh to prevent dielectric breakdown by the applied power source.
  • Transparent electro-optic for large-area display made by maximizing the adhesive strength of one display film substrate and using LED package equipped with red, blue, and green LED chip (RGB LED Chip) in each unit pixel.
  • panel transparent LED electro-optical panel
  • the present invention relates to a transparent LED display panel and a method of manufacturing the same.
  • circuit board fabrication methods used in a large-area transparent film panel can be classified into three types.
  • FIG. 1a shows a representative example of a transparent LED panel for display, the unit pixel (Pixel) LED (001) constitutes a circuit in series and parallel, hundreds on one transparent display film or panel ⁇ It consists of tens of thousands of LEDs to form one screen.
  • the electrode metal of such a transparent display panel is manufactured using indium tin oxide (ITO), indium tin oxide (In 2 O 3 , SnO 2 ) or silver (Ag).
  • Figure 1b shows the configuration of the electrode (Electrode) and the circuit.
  • 002 is an electrode pattern 002 deposited with ITO or silver (Ag)
  • 003 is an isolation channel 003 for maintaining insulation between each electrode
  • an electrode pattern deposited with ITO or silver It is a structure that mounts the LED element 001 on 002.
  • the circuit electrodes of the transparent display panel are vacuum deposited of ITO or silver (Ag) or sputtering techniques to deposit thin films on the glass substrate in thicknesses of hundreds to thousands of Angstroms.
  • FIG. 2A shows an Nd-YAG laser (Ndodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet, Nd: Y 3 Al 5 O 12 Laser) to form a desired pattern on a glass substrate 004 on which ITO or silver (Ag) is entirely deposited.
  • Nd Ned-YAG laser
  • FIG. 2A shows an Nd-YAG laser (Ndodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet, Nd: Y 3 Al 5 O 12 Laser) to form a desired pattern on a glass substrate 004 on which ITO or silver (Ag) is entirely deposited.
  • Nd-YAG laser Nedodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet, Nd: Y 3 Al 5 O 12 Laser
  • a thin film layer deposited with silver or ITO thinly is divided as shown in FIG. 2-2, and separated into a positive electrode layer 008 and a negative electrode layer 009. In between, it is possible to form an insulation channel 010 which can maintain insulation.
  • This method is an example of electrode formation of most transparent LED all-optical panel substrates on the market.
  • ITO has an optical transmittance of more than 85% when the thickness of the thin film is several hundreds or less, but is different when copper (Cu) is deposited.
  • Cu copper
  • a widely used metal mesh has a honeycomb-like structure as shown in FIG. 3A or a square structure as shown in FIG. 3B. 3B shows an example of the shape of the metal mesh deposited on the transparent PET film.
  • an electrode pattern having a metal mesh (011) shape is formed on a transparent PET film (010), and the pattern thickness of the metal mesh wire (011) is 10 to secure a certain level of light transmittance.
  • the pitch width between the meshes is maintained at about 100 ⁇ m, and the light transmittance at that time is about 85% or more.
  • the thickness of the metal mesh pattern is limited to 20 ⁇ m, which is a problem in which the light transmittance rapidly decreases to 75% or less when forming a mesh pattern of 20 ⁇ m or more and the width of the metal mesh. This increase is because the effect of covering the opening (Window) on the transparent PET film is increased.
  • silver or chromium Cr, Chromium
  • a transparent display film substrate is manufactured by forming a transparent circuit electrode using silver paste (Ag paste, silver paste) or silver ink (Ag Nano Ink) using an Ag nano wire.
  • the fabrication is performed in the same manner as in FIG. 4 by forming a concave-convex portion on a printing technique or a film substrate, and printing with Ag paste or injecting silver ink into the circuit pattern. pattern).
  • the light transmittance is slightly inferior to the method of forming the metal mesh by the conventional vapor deposition method, and when manufactured by this method, the light transmittance is about 80% due to the problem of haze. It shows the following.
  • the circuit board material used for the existing large-area transparent display board is largely made of glass or PET film.
  • glass when glass is used as the transparent display substrate, it is common to use ITO (Indium Tin Oxide) or silver (Ag) on the glass substrate as the electrode metal.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • Ag silver
  • glass substrates use tempered glass to prevent breakage due to impact. Therefore, from the standpoint of large-area display, it is very limited in terms of installation, movement, and handling of the substrate due to the weight of tempered glass. , Is sitting a lot of uncomfortable points.
  • a method of implementing a circuit pattern and forming an insulating channel using a laser beam is a technique that is possible when using a glass substrate, but when using a PET material film material, a PET film by a laser beam Due to the melting and cutting of the circuit pattern implementation itself is impossible.
  • FIG. 5 shows a representative example, in which an LED package that was mounted on a PET film 010 is separated from an electrode on the film and shows an actual photograph.
  • the cause of the LED package falling on the film substrate may be a cause of careless handling during the process, but most of the peeling of the metal causes the problem occurring at the interface between the thin copper metal layer and the PET film, which is thinly formed to a thickness of about 1,500 ⁇ . (Metal peeling) is the main factor.
  • FIG. 5A shows a practical example of a transparent display PET film made by forming a metal mesh pattern from copper (Cu) and an LED mounted on the film substrate.
  • 012 is the PET film part where the LED package is separated
  • 013 is the part where the electrode to which each terminal of the LED is mounted is torn off from the film
  • 014 is the actual photograph of the back side of the film where solder is spread.
  • 015 is the LED and electrode pattern, which is easily separated from the slightest vibration or shock due to weak bonding force between metal mesh pattern and PET film due to diffusion of tin (Sn) with copper (Cu). The back electrode portion joined together is shown.
  • FIG. 5B is a view for explaining the cause of the peeling of the metal mesh electrode metal, and the glass transition temperature Tg (Glass transition temperature) is about 12 depending on the type of the product as well as the PET material which is a transparent display film substrate that is generally used To 130 ° C.
  • Tg Glass transition temperature
  • the PET material which is a transparent display film substrate that is generally used To 130 ° C.
  • Tg Glass transition temperature
  • the warpage phenomenon caused by the strain stress of the PET material itself or the difference of the thermal expansion coefficient between the PET material and the copper of the metal mesh electrode is generated, and the transparent film substrate for the display is bent or twisted. This happens.
  • FIG. 1 Glass transition temperature
  • 5c shows a ternary phase diagram of tin-bismuth-silver (SnBiAg, Tin-Bismuth-Silver), which is a representative metal of the low melting point solder.
  • the composition of the low melting point ternary solder is 42Sn57.6Bi0. 4Ag (Wt.%) Is typical, and the melting point (Melting Point) depends on the content of bismuth (Bi), but is about 140 ⁇ 150 °C.
  • a low temperature solder or silver paste 018 is formed on the positive electrode 016 and the negative electrode 017 of the copper metal mesh formed on the transparent display PET film substrate 010. Injected using screen printing or dispenser, and the LED package (019) is mounted thereon so that the positive electrode (020) and the negative electrode (021) of the LED are connected with the corresponding electrode of the metal mesh. It is a structure to be combined.
  • the combined LED package is melt-bonded as the alloy (Sn) and copper (Cu) are formed through a melting process at about 150 to 170 ° C.
  • a second problem that arises is a problem of a fine metal mesh pattern that occurs during the etching process of the metal mesh electrode pattern.
  • the metal mesh having a thickness of about 1,500 mm 3 is excessively etched by a minor mistake during the etching process, and scratches easily occur due to carelessness, resulting in a defect in which a circuit pattern is disconnected.
  • an insulating channel of about 10 to 20 ⁇ m is maintained between the circuits, which are formed by removing an unnecessary electrode metal pattern layer using an etching process of a mask pattern.
  • an undesired portion of the metal pattern is excessively etched due to the mask misalignment or carelessness of the photolithography process, and a defect occurs frequently in which some patterns of the circuit are opened, as shown in FIG. 6.
  • My location is very difficult to manage because it is unspecified. Therefore, in order to solve the disconnection defect of the circuit pattern by this etching process, a new process technique is inevitably required.
  • the aspect ratio is horizontal 16: comprises a ratio of the vertical 9.
  • the number of LEDs corresponding to each pixel is approximately 320 horizontally and 160 vertically, and the size of the LED package that is currently commercialized and marketed is 3.5 (mm) x 3.5 (mm) in consideration of the size of the pixel.
  • the number of LED packages implementing one is mounted on a transparent display film substrate is about 51,200.
  • FIG. 7 illustrates an example of a flexible printed circuit board (FPCB) in which a circuit pattern is exposed on a substrate.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the printed circuit board and the LED package occupy the substrate even though the pitch interval is 25 (mm). It shows the appearance.
  • a LED package having a transparent structure, a film substrate for a transparent display, and a display LED panel are actually developed.
  • Patent Document 1 Patent application No. 10-2017-0019635 (filed February 13, 2017), "Flexible transparent LED display of LED electro-optical panel and its manufacturing method", SL
  • Patent Document 2 Patent application No. 10-2017-0019642 (filed February 13, 2017), "LED advertising board of flexible transparent film metal pattern structure controlled in conjunction with a smartphone", SL
  • An object of the present invention for solving the problems of the prior art is to form a pattern of a metal mesh wire (metal mesh wire) using a semiconductor process and LED package technology on a transparent display film substrate using a transparent film material circuit board
  • a form having at least two or more laminated structures is applied in consideration of adhesive force, metal diffusivity, electrical conductivity, and the like.
  • a through hole is formed in the substrate in consideration of the coefficient of linear expansion of the transparent film material, and the dielectric breakdown caused by the applied power is prevented.
  • a large-area transparent display which provides a stacking form of a metal layer having a heat dissipation mechanism for quickly dissipating Joule heat generated during an operation of an LED device, a structure of a circuit pattern thereof, and a method of manufacturing the same. It provides a LED all-optical panel and its manufacturing method.
  • LED display panel for transparent display and its manufacturing method manufacture LED display panel for transparent display that transmits information to a large number of unspecified public from a long distance.
  • LEDs with red, blue, and green chips (RGB Chip) embedded in each unit pixel It provides the structure and manufacturing method of transparent electro-optic panel for large area display using package, and uses semiconductor process technology on high transparency similar film substrate including transparent film material.
  • a circuit board is used to form a pattern in the form of a metal mesh wire, and the pattern is applied in a form having at least two or more laminated structures in consideration of adhesion, metal diffusion, and electrical conductivity.
  • the present invention relates to a structure of a film substrate for transparent display used for transmitting information to a large number of unspecified public at a distance. Specifically, the present invention relates to a flexible LED smart panel applied to an LED panel for advertisement, promotion, or signal processing, information transmission, and display, and a stable and reliable assembly structure of the LED light source mounted on the panel. And a production method thereof.
  • the RGB combination color signal is transmitted through the data line to the LED package provided at each point of the matrix structure of the transparent display film substrate (023) Control board / control circuit; A power supply unit for supplying power to each of the LED chips through the (+) electrode line and the (-) electrode line of the transparent display film substrate (023); And an LED package equipped with an RGB LED chip at each pixel point of the transparent display film substrate (023),
  • the LED package is formed of a buffer metal (034) and a base metal (030) for electrodes on a transparent display film substrate, and a metal capable of soldering or attaching silver paste on the base metal (030) by plating or deposition technique. Deposited by laminating, and the LED (+) electrode and the LED (-) electrode are provided on the laminated structure,
  • an electrode for attaching LEDs and a rear electrode for heat emission are formed on the back surface of the transparent display film substrate, and the transparent display film substrate is transparent to prevent a torsion phenomenon due to heat treatment in the manufacturing process.
  • Through-holes are formed in the base metal pattern for the electrode to which the LED on the display film substrate material is attached, and a metal mesh pattern is surrounded by a mesh structure around the electrode terminal to form electrodes to form the LED package and the transparent display film substrate. Enhances adhesion,
  • the green LED chip, the red LED chip (047), and the blue LED chip (048) are respectively provided on the light-transmitting small substrate film (040) provided on the transparent display film substrate (023) and attached to the metal ball bonding (050). It is connected to the (+) and (-) electrodes of each LED chip, and is soldered and silver paste around the side of the electrodes to form a silicon dome for device protection, and a guide dam around a circle And a hemispherical dome lens, forming a (053).
  • the transparent LED display panel manufacturing method is, by spin coating (Doctor Blade) or spray (Spray) method on the transparent display film substrate After applying a photoresist (PR) 024 having a thickness of several ⁇ m in front, baking the photoresist (PR) 024 at a temperature of 50 to 80 ° C. for 10 to 20 minutes ( 8a); In order to form a metal mesh circuit pattern on the transparent display film substrate (023) on which the photosensitive agent (024) is cured, a chromium mask (Cr) is adhered closely and irradiated with UV light 026 for several tens of seconds.
  • spin coating Doctor Blade
  • Spray Spray
  • Photosensitive part 027 to which UV light is exposed (8b); (8c) removing the photosensitive part using a PR remover and exposing only the pattern part to form a metal mesh circuit using a PR remover;
  • the sputtering process is used to form carbon graphite (029) to a thickness of 100 to 1,500 ⁇ on the film substrate on which the pattern is exposed, and a bypass structure for quickly dissipating Joule heat of the LED device to the outside.
  • the diffusion of tin (Sn) by soldering prevents contact with the film substrate material PI, PEN, PET or PE film, acrylic or glass (8d);
  • Ultrasonic wave is applied using a PR remover (031) or acetone and methanol solution to remove the unnecessary parts except for the part to be implemented in the metal mesh circuit pattern for the transparent electrode through a lift-off process.
  • a masking operation for additional electrode metal formation is performed only on a portion of the pattern of the underlying metal 030, and the film substrate for transparent display is provided with a masking tape 033 opening only a plurality of necessary portions. Attaching to the desired site of the phase 8i; The transparent display film substrate on which the masking tape 033 is formed is plated by electroplating or electro-less plating, or a metal electrode composed of two layers by electron beam deposition or sputtering. Depositing and stacking the buffer metal (034) and a metal layer (035) capable of attaching solder or silver paste formed on the buffer metal (8j); And
  • step 8j aluminum nitride (AlN) or oxide having excellent thermal conductivity on the rear surface of the transparent display film substrate (023) in order to quickly transfer and dissipate heat generated during operation of the LED element to the outside.
  • a transparent heat dissipation heat sink such as aluminum (Al 2 O 3 , Aluminum Dioxide) or titanium dioxide (TiO 2 , Titanium Dioxide) is applied to the front surface, and PR patterns for metal electrode deposition and transparent display film substrates Forming (8k) the plurality of through holes (036) using a laser for external emission of joule heat generated during operation of the LED element on the film substrate using the back surface;
  • the circuit pattern is formed on the transparent display film substrate on which the base metal 030 is formed through a lift-off process of 8f to 8h, a conductive heat emit
  • the photosensitive agent (PR) 024 is formed on the inverted transparent display film substrate, and the necessary portion forms an opening for forming the heat dissipation mechanism 8o on the rear surface of the film substrate through a process of 8a to 8c,
  • the electrode metal is formed by using carbon graphite (029) and base metal (030) for thermal conductivity, and a metal mesh circuit pattern for the transparent electrode is implemented by using a PR remover and a lift-off process.
  • the large-area LED display panel for transparent display according to the present invention and a method of manufacturing the same are fabricated using a semiconductor process and LED package technology on a transparent display film substrate using a transparent film material.
  • the circuit board is used to form the pattern, and the pattern formation is applied in a form having at least two or more laminated structures in consideration of adhesive force, metal diffusivity, electrical conductivity, and the like.
  • the through hole considering the linear expansion coefficient of the transparent film material is formed in the substrate, and Between metal mesh wire and channel insulation to prevent breakdown It is manufactured by limiting the price and maximizing adhesion between the LED package and the film substrate for transparent display, and using the LED package with red, blue, and green chips (RGB Chip) embedded in each unit pixel, the transparent electronic display board for large area display ( Transparent electro-optic panel) was produced.
  • RGB Chip red, blue, and green chips
  • a thin film (Thin Film) and a transparent display film substrate is produced in the form of a fine pattern as shown in Figure 5 to prevent the separation of the LED package in a specific portion on the circuit board (Multi-Layer ), A metal layer was introduced, and this structure can be applied to prevent the interlayer separation between the PET film and the copper interface generated during the soldering process of the LED package and the transparent display film substrate (eg, PET film substrate).
  • the transparent display film substrate eg, PET film substrate.
  • several additional assisting techniques have been applied to increase the stability and strengthening of the shear stress, one of which adds an auxiliary structure for forming through holes on the film of the electrode metal pattern.
  • the metal mesh pattern of the mesh structure dispersed around the electrode pattern where the soldering is actually formed to prevent the peeling of the metal electrode by dispersing the strength (Strength) according to the shear stress transmitted in the transverse direction. Since the metal mesh is formed of the metal circuit having such a laminated structure, separation of the LED package element and peeling and disconnection of the metal circuit pattern, which may occur due to careless handling during the process, can be prevented.
  • the LED chip is assembled in a unit module form on a transparent poly ethylene naphthalene (PEN) film, a polyimide film, or a slide glass substrate.
  • PEN poly ethylene naphthalene
  • the optical transmittance reduction of the transparent display film substrate caused by the LED package is fundamentally solved. Therefore, the only part where the light transmittance decreases due to the LED chip on the transparent display substrate is the size corresponding to the area of the RGB LED chip, and considering that the size of the LED chip is about 0.15 (mm) x 0.2 (mm), the LED chip.
  • the reduced area of light transmittance caused by the transparent display film substrate is almost negligible in view of the discernible cognitive ability and the limit of the viewing angle.
  • the LED does not change all of the injection current to light due to the unquantized efficiency, which is a physical limit of the semiconductor device, and generates about 50% of the injected energy as Joule heat.
  • To the outside of the transparent display substrate film to quickly transfer the heat generated during the operation of the aluminum nitride (AlN, Aluminum Nitride), aluminum oxide (Al 2 O 3 , Aluminum oxide), titanium dioxide (TiO 2 , Titanium) thin films such as oxide) were formed on the rear surface of the display panel to form a transparent heat sink, thereby dissipating heat and dissipating heat.
  • the metal electrode is first deposited on the film substrate, and then the circuit pattern is formed of a photoresist (PR) to etch portions other than the metal mesh pattern.
  • PR photoresist
  • the effects of the present invention can be summarized into four broadly, but the detailed side effects thereof are very large and diverse.
  • the product size of a commercially available high resolution transparent LED display board is about 1 (m) x 1 (m)
  • the selling price is about 10 million won
  • this can greatly reduce the cost.
  • the cost reduction effect is very large. In connection with this, labor cost, manufacturing process time, and management cost can be reduced.
  • LED panels for transparent displays mounted indoors or outdoors are conditions that must be operated in extremely poor environments in terms of durability against temperature, humidity, vibration, and impact in terms of reliability of the external environment.
  • LEDs mounted on transparent displays operating under these environmental conditions, when using flexible film materials or glass substrates, have very weak adhesion, as addressed by the previous problem.
  • the manufacturing method according to the present invention has a very high reliability in terms of the reliability of the LED panel product, it is expected that the recognition of the LED panel product to the resulting market will be further increased.
  • the transparent display panel mounted outdoors is not a simple and simple problem due to the limited installation environment and environmental factors.
  • the installed window frame or frame must be repaired by professional personnel.
  • a simple problem arises. That is, even if a defective unit LED element occurs, the maintenance is not easy due to the problem of retrofitting such as separation of the window frame and panel disassembly.
  • the metal mesh pattern of the film or any problems caused by the film which may occur due to any defect in the LED device itself or any operation process, is greatly reduced, and even if any unexpected defect occurs, the pixels of the LED panel screen are configured. It can be easily replaced by selecting only the unit panel part.
  • the present invention it is possible to make the display substrate product lighter, thinner and thinner, thereby greatly increasing the variety of mounting and movement of the product.
  • the high selectivity and stability of the resulting product is very competitive due to the superiority of the price and its performance compared to the existing similar products.
  • 1A is a photograph showing an example of a conventional transparent display LED panel fabricated using ITO or silver (Ag) as an electrode metal.
  • FIG. 1B is a photograph showing an example of a package structure mounted with an electrode pattern of a conventional transparent display LED panel manufactured using ITO or silver as an electrode metal.
  • 2A illustrates a method of irradiating a laser beam onto a glass substrate to form an insulating channel.
  • FIG. 2B illustrates an example of a structure in which an insulating channel is formed by irradiating a laser beam on a glass substrate.
  • 3A shows an example of the actual metal mesh structure of a transparent display film having a honeycomb structure.
  • 3B illustrates an example of a metal mesh structure and a line width of a transparent display film having a square structure.
  • FIG. 4 is a view showing a representative example of forming a circuit pattern by injecting silver paste or silver ink by forming a thin portion on a printing technique or a film substrate.
  • FIG. 5A shows the LED package assembled on the transparent display substrate, which is actually separated by the metal peeling phenomenon, and a portion thereof.
  • FIG. 5B is a view illustrating an area where the LED package assembled to the transparent display substrate is separated.
  • 5C is a diagram showing an example of a representative top coat of a three-component low temperature solder.
  • Figure 5d is a photograph showing the detail and the cause of the departure of the LED package assembled on the transparent display film substrate by the solder diffusion.
  • FIG. 6 is a photograph illustrating, in a practical example, disconnection of a metal mesh circuit pattern caused by an excessive etching process or surface damage.
  • FIG. 7A illustrates an example of an actual area occupied by a circuit pattern and an LED package in a metal lead frame method or an FPCB method applied to a flexible flexible display substrate having flexibility.
  • FIG. 8B shows an example of a photolithography process for forming a circuit pattern on a transparent display film substrate.
  • 8C illustrates an example of a process of forming a desired metal mesh pattern structure using PR on a transparent display film substrate.
  • 8D is a view showing an example of a deposition process of forming a carbon graphite thin film using a sputtering process on a transparent display film substrate.
  • 8E illustrates an example of a process of depositing or plating an electrode metal Cu, Cr, Pd or NiCr or Ti on carbon graphite by a sputtering method.
  • FIG. 8F illustrates an embodiment of a lift off process for removing a metal mesh circuit pattern of an unnecessary portion.
  • 8G illustrates an example of forming a metal mesh circuit pattern fabricated using a lift off process.
  • 8H illustrates an example in which a metal pattern layer of Cu, Cr, Pd, or NiCr or Ti, which is a base metal, is arranged on a transparent display film substrate.
  • FIG. 8I illustrates an example of attaching a masking tape and forming an opening to deposit a metal electrode on a transparent display film substrate.
  • 8J illustrates an example of a structure in which a buffer metal and an electrode metal are sequentially formed on a transparent display film substrate.
  • FIG. 8K illustrates an example of a process of forming a through hole on a transparent display substrate for heat dissipation by using a PR pattern and a laser for metal electrode deposition.
  • FIG. 8L shows an example of a structure for forming a thermally conductive metal in a through hole on a transparent display film substrate.
  • FIG. 8M illustrates an example of a process of forming a thermally conductive metal in a through hole on a transparent display film substrate and removing a portion other than a required pattern by a lift-off process.
  • FIG. 8N illustrates an example of inverting a substrate to form a heat radiating mechanism on a rear surface of a transparent display film substrate.
  • FIG. 8O illustrates an example of a structure for forming a PR for forming a heat radiating mechanism on a rear portion of a transparent display film substrate.
  • 8P illustrates an example of forming a back electrode for forming a heat dissipation mechanism on a rear surface of a transparent display film substrate.
  • 8Q illustrates an example of an electrode array in which a heat dissipation mechanism is formed on a rear surface of a transparent display film substrate.
  • FIG. 8R is a diagram showing an example of a structure in which an LED package is assembled on a transparent display film substrate using low melting solder or silver paste.
  • 8S illustrates an example of a structure in which an adhesive is injected to increase adhesion between the LED package and the substrate on the transparent display film substrate.
  • 8S illustrates an example of a structure of an LED package for simultaneously fixing a low melting solder and an adhesive on a transparent display film substrate.
  • FIG. 8U is a diagram showing an example of a structure having an insulator for heat dissipation and heat dissipation coated on the back electrode of a transparent display film substrate.
  • FIG. 9 shows an example of a product structure and a power and signal entry terminal in which an LED package is actually mounted using low melting point solder on a transparent display film substrate.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of an implementation in which a transparent display film substrate manufactured according to the present invention is actually operated.
  • FIG. 11 is a view showing an example of measuring the thermal resistance of the actual LED product mounted on the transparent display film substrate produced by the present invention.
  • FIG. 12 is a photograph showing a metal mesh pattern on a transparent display film substrate produced by a lift off process.
  • FIG. 13A is a view showing an example of a small transparent film substrate and its electrode structure on which an RGB LED chip is to be mounted in place of the flip chip process.
  • FIG. 13B illustrates an example in which solder, silver paste, or adhesive is injected into an RGB LED chip mounting position on a small transparent film substrate.
  • FIG. 13C is a view showing an example in which an RGB LED chip is mounted on a transparent film substrate that is made compact.
  • FIG. 13D is a view showing a structure in which a gold wire is connected to an RGB LED chip on a transparent film substrate manufactured to be small.
  • FIG. 13E is a side view of FIG. 13D, which is a structure of a transparent film substrate manufactured by mounting an RGB LED chip.
  • FIG. 13F is a structure in which a small-sized transparent RGB LED package is mounted on a transparent display film substrate.
  • FIG. 13G is a side view of FIG. 13F.
  • FIG. 13H illustrates a dome formation structure of a transparent RGB LED package attached on a small film substrate.
  • FIG. 13I illustrates an example of a side arrangement of the LED chip structure of FIG. 13-8 mounted on a transparent display film substrate.
  • FIG. 13J illustrates an example of the overall arrangement structure of the transparent display film substrate manufactured through FIGS. 13A to 13J, and an example of the through holes perforated to prevent twisting of the film substrate.
  • 13K is a view showing an example of a perforated structure formed on the lower surface of the LED attachment position to prevent twisting of the film substrate.
  • 13L is a view showing an example of an insulating structure forming process of a metal mesh pattern formed on a transparent display film substrate.
  • 13M illustrates an example of a metal mesh pattern having an insulating structure.
  • 13N illustrates an example of an electrode pattern of a transparent display film substrate.
  • FIG. 13O illustrates a structure in which a metal mesh surrounds an electrode metal in a transparent display film substrate.
  • Figure 13p is a view showing a state in which the soldering portion is broken by the shear stress test on the transparent display film substrate according to the present invention.
  • FIG. 14A shows an example of an adhesive forming structure injected onto a lower cover panel for protection of a transparent display film substrate.
  • FIG. 14B is a diagram illustrating an example of a structure in which upper and lower covers are combined to protect a transparent display film substrate.
  • 15 is a photograph showing an actual completed example of a transparent display film substrate fabricated in a square using the process of the present invention.
  • LED all-optical panel for transparent display Flexible Transparent LED Display having flexibility, hereinafter referred to as "LED all-optical panel for transparent display”.
  • Transparent display film substrate means a substrate of "LED display panel for transparent display” in which LED elements are provided in each pixel of a square structure.
  • the transparent display film substrate is a transparent poly ethylene naphthalene (PEN) film or polyimide (polyimide) film, PE (poly ethylene polyethylene) film, PET ( Poly Ethylene terephthalate Polyethylene terephthalate) Form metal circuits by lamination on film, acrylic or glass substrates or apply a matrix-like interlayer structure to fundamentally solve disconnection or departure of LED package due to excessive etching For structural design.
  • PEN poly ethylene naphthalene
  • PE poly ethylene polyethylene
  • PET Poly Ethylene terephthalate Polyethylene terephthalate
  • FIG. 7A illustrates an example of an actual area occupied by a circuit pattern and an LED package in a metal lead frame method or an FPCB method applied to a flexible flexible display substrate having flexibility.
  • a flexible transparent LED display to which a flexible transparent metal pattern circuit is applied is a flexible transparent film metal provided with a substrate PCB, three lines of (+) electrode line, data line, and ( ⁇ ) electrode line.
  • the LED package which consists of one unit pixel provided at each pixel point of the square matrix structure connected to a pattern of a flexible transparent film metal pattern circuit, is an operation circuit configuration diagram in which a driver IC and an RGB LED chip are mounted. The control circuit and the power supply unit are provided.
  • One unit LED package provided at each pixel point of the matrix structure connected to the flexible transparent film metal pattern circuit is equipped with a driver IC 13 and an RGB LED chip 14, and is provided with a flexible transparent film metal pattern circuit.
  • the outer metal guide line includes a positive electrode line 10 connected to the anodes of the respective R, G, and B LEDs; A data line 11 connected to the driver IC; And three (-) electrode lines 12 connected to the Cathode of each of the R, G, and B LEDs.
  • the control board / control circuit transmits the RGB combination color signal through the data line to the LEDs provided at each pixel point of the matrix structure connected to the flexible transparent film metal pattern circuit, and the power supply unit transmits each LED through the positive electrode line. Is powered.
  • the data line is sent an RGB combinational color signal from the control board (MCU) / control circuit.
  • RGB LED chip contains one red LED, one green LED, and one blue LED.
  • a chromium mask (Cr) is adhered closely and the UV light is exposed by irradiating UV (Ultra Violet) Light (026) for several to several tens of seconds. Photo sensitization of 027 is performed.
  • the transparent display substrate on which the metal mesh circuit pattern is exposed is a pattern to form the metal mesh circuit by removing the photosensitive portion through a PR remover that can remove only the photosensitive portion as shown in FIG. 8C. Expose only parts.
  • Carbon pattern (029) is formed on the film substrate exposed pattern using a sputtering process as shown in FIG. 8D at a thickness of 100 to 1,500 ⁇ .
  • the reason for forming the carbon graphite (029) is as follows. In order to have a bypass structure for rapidly discharging Joule heat, which is inevitably generated during operation, the diffusion of tin (Sn) by soldering is a PI, PEN, PET or PE film It is essentially to prevent contact with acrylic or glass.
  • FIG. 8E deposits a base metal 030 for the electrode on the thus prepared carbon graphite by an electron beam evaporation or sputtering process.
  • the base metal (electrode metal) used is copper (Cu, Copper), chromium (Cr, Chromium), nichrome (NiCr, Nickel Chromium) or titanium (Ti, Titanium), palladium (Pd, Palladium) may be used, and palladium chloride (PdCl 2 , Palladium Chloride) may be dissolved in an ethanol solution, applied to a substrate, and then dried.
  • the deposition or coating of the base metal 030 for the electrode may use one of them or may consist of one or more alloy layers.
  • the layer preferably has a thickness of 300 to 2,000 kPa, but is not necessarily limited thereto.
  • a PR remover (031) or acetone (Acetone) and methanol (Methanol) solution is deposited using a method of applying an ultrasonic wave (ultrasonic wave) by depositing as shown in Figure 8f.
  • an ultrasonic wave ultrasonic wave
  • FIG. 8G illustrates an example of a structure of a metal mesh circuit pattern manufactured by a lift-off process for removing an unnecessary portion of the metal mesh circuit pattern.
  • a lift-off process for removing an unnecessary portion of the metal mesh circuit pattern.
  • a mistake occurs in a mask alignment process during the process.
  • disconnection failure of the metal mesh circuit pattern due to excessive etching that may be caused by a mistake during the etching operation may be prevented in advance.
  • 8H shows an example in which the metal mesh circuit pattern of the underlying metal is arranged on the transparent display film substrate thus manufactured.
  • FIG. 8I shows an example of a masking operation for additional electrode metal formation of only a portion of the pattern of the underlying metal 030 to attach the LED.
  • the masking tape 033 having only the necessary portion opened is shown in FIG. 8I. It is an example attached to the desired site on the transparent film substrate for a display.
  • a method using a masking tape is taken as an example, but is not necessarily limited thereto, and a method using a photosensitive agent PR as shown in FIGS. 8A to 8G may be used.
  • the transparent display film substrate on which the masking tape is formed is plated by electroplating or electroless plating, or formed by two layers by electron beam deposition or sputtering.
  • a metal layer (035) capable of soldering or silver paste formed on the buffer metal and deposited is deposited.
  • the metal electrode layer is formed by plating, vapor deposition, or sputtering.
  • 8J shows an example of a process of a structure in which a buffer metal and an electrode metal are laminated on a transparent display film substrate.
  • the metal 034 formed by the plating or deposition technique on the underlying metal 030 may act as a buffer metal or barrier metal to prevent Sn diffusion due to soldering.
  • 035 is used, and 035 is a structure deposited by depositing using a metal (035) capable of soldering or attaching silver paste.
  • the buffer metal (034) to prevent the metal mesh metal electrode from peeling during the diffusion of the solder to the underlying metal 030 is chromium (Cr, Chromium), titanium (Ti, Titanium), palladium (Pd, Palladium), nickel (Nichrome), rhodium (Rh, Rhodium) or nickel (Ni, Nickel) or platinum (Pt, Platinum), or the like, respectively, or at least one of these metals is used.
  • palladium chloride (PdCl 2 , Palladium Chloride) may be dissolved in an ethanol solution, coated on a substrate, and then dried.
  • the soldering metal layer 035 formed on the buffer metal 034 may be formed of copper (Cu, copper), silver (Ag, Silver), palladium (Pd, Palladium), rhodium (Rh, Rhodium), It is formed using platinum (Pt, Platinum) or gold (Au, Gold), and the soldering metal layer 035 uses each of these metals or uses an alloy made of at least one of these metals.
  • LEDs especially Gallium Nitride (GaN) -based semiconductor devices that emit ultraviolet light, blue light, or green light, have gallium nitride semiconductors of different compositions on sapphire substrates. Because of the formation of layers, crystal defects are much higher in the process of growing the crystal than in the gallium arsenide (GaAs) -based devices that emit red light as well as silicon (Si). It is well known that many of them occur and cannot be avoided.
  • GaN Gallium Nitride
  • GaAs gallium arsenide
  • Si silicon
  • the semiconductor LED chip emitting red, blue or green light grows and crystallizes a semiconductor crystal using a gallium arsenide and sapphire substrate during device fabrication.
  • the basic composition of the substrate material is a gallium arsenide wafer (Wafer), An element of blue light or green light is formed on a sapphire ( ⁇ -Al 2 O 3 ) wafer.
  • GaAs gallium arsenide
  • Al gallium arsenide Al gallium arsenide
  • metal organic compound material metal organic compound materials
  • LED devices emitting blue light or green light also use a method of growing semiconductor crystals by dispersing a gas (Gas) mainly composed of an organometallic compound, indium gallium nitride, at a high temperature using a substrate made of sapphire.
  • Gas gas mainly composed of an organometallic compound, indium gallium nitride
  • the LED device fabricated in this way has a different lattice constant between gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, and sapphire and indium gallium nitride, which causes crystal defects that originate when the device is driven.
  • the weak insulation durability against leakage current or reverse bias has not been clearly suggested yet.
  • the LED device does not emit heat generated during operation smoothly, the destruction of the device and the failure of the system are very big problems due to the leakage current.
  • a typical example is the failure of a unit pixel that does not work properly, which occurs unexpectedly in a large area LED display.
  • the compound semiconductor used in the LED cannot change all of the injection current to light due to the unquantized efficiency, which is a property limit of the LED device, and usually generates about 50% of the injected energy as Joule heat. do.
  • AlN Aluminum nitride
  • AlN aluminum oxide
  • a heat dissipating heat sink such as 2 O 3 , Aluminum Dioxide) or titanium dioxide (TiO 2 , Titanium Dioxide) was applied to the front surface, and the heat dissipation was achieved using the back surface of the film substrate.
  • FIG. 8K shows a structure having a through hole 036 for smooth external emission of joule heat generated during operation by an LED device on a transparent display film substrate 023, and a method of manufacturing the same.
  • a through hole having a diameter of 0.1 to 0.3 mm is drilled at equal intervals using a laser in an opening in which a PR pattern 024 is formed on the electrode of the transparent display film substrate 023 as shown in FIG. 8C.
  • FIG. 8L When the carbon graphite 029 and the underlying metal 030 having excellent thermal conductivity are sequentially deposited and formed on the transparent display film substrate thus formed using the processes of FIGS. 8D and 8E, the structure of FIG. 8L is obtained.
  • the circuit pattern is formed on the transparent display film substrate on which the metal is formed through the lift-off process as shown in FIGS.
  • the structure for discharging Joule heat generated in each LED device to the outside through the rear electrode is manufactured by inverting the transparent film substrate for the display as shown in FIG. 8N.
  • FIG. 8N shows an example, and the manufacturing method forms a photosensitive agent (PR) 024 on an inverted transparent display film substrate, and the required portion is a film as shown in FIG. 8O through the process of FIGS. 8A to 8C.
  • An opening for forming a back heat dissipation mechanism of the substrate is formed.
  • the openings thus fabricated form the same electrode metal using carbon graphite (029) and base metal (030) for smooth thermal conductivity, and a metal mesh circuit for transparent electrodes using a lift-off process in a PR remover.
  • the back electrode pattern is formed by removing the portion 032 to be implemented of the pattern (FIG. 8P).
  • FIG. 8Q The upper and lower structures of the film in which the electrodes for attaching the LED and the rear electrode for heat dissipation are formed on both sides of the transparent display film substrate 023 are shown in FIG. 8Q.
  • a low melting cream solder or silver paste 018 which can prevent the distortion of the substrate in advance, can be screen printed or disassembled.
  • FIG. 8R Injecting by the fencing method and mounting the LED package thereon, an assembly structure as shown in FIG. 8R is realized.
  • the shear stress of an LED package assembled with a low melting point solder has a shear stress of at least 4.0 (Kg.f), which is tens to three when using a single layer of copper (Cu) alone.
  • MIL when calculated by applying the pad area 44x10 -4 (Inch 2 ) of the LED electrode.
  • the allowable shear stress based on Std. Is required to be at least 1.7 (Kg.f) or more.
  • the adhesive force of the LED package attached to the transparent display film substrate manufactured by the present invention is not at all commercialized. No problem.
  • a low melting point cream solder or silver paste 018 is injected to mount a more stable device as shown in FIG. 8S, and then, the middle portion is made of adhesive silicon (Si) or CH 2 -CH 2 . Reinforcement bonding is performed using epoxy-based silicone adhesive (037).
  • 8t shows an example of a structure for reinforcing bonding using a silicone-based adhesive (037).
  • FIG. 8U illustrates a method of depositing a heat-dissipating insulating thin film by a method of sputtering an insulator having excellent thermal conductivity for dissipating heat transferred to a back electrode through a through hole of a transparent display film substrate manufactured according to the present invention to the outside.
  • the heat dissipation insulating thin film 038 is formed next to the base metal 030 side on the buffer metal 034.
  • the heat-insulating thin film (038) used herein used aluminum nitride (AlN, Aluminum Nitride), aluminum oxide (Al 2 O 3 , Aluminum Dioxide), or titanium dioxide (TiO 2 , Titanium Dioxide). Or the heat is dispersed and released by applying to the entire back surface of the substrate in the form of one or more laminated structure and the thickness is 300 ⁇ 1500 ⁇ .
  • FIG. 9 is a photograph showing an example of an actual LED mounted on a PI (Poly Imide) film substrate for a transparent display manufactured through such a process.
  • 039 is the FPCB terminal of the external signal input and power supply.
  • a film substrate was constructed by maintaining a pixel gap of 25 mm on a square transparent film having a width of 45 cm and a height of 45 cm.
  • a large area LED display panel for transparent displays transmits RGB combined color signals through data lines to LED packages provided at each point of the matrix structure of the flexible flexible display film substrate 023.
  • Control board / control circuit A power supply unit for supplying power to each of the LED chips through the (+) electrode line and the (-) electrode line of the transparent display film substrate (023); And an LED package equipped with an RGB LED chip at each pixel point of the transparent display film substrate (023),
  • the LED package has a buffer metal (034) and an electrode metal (030) laminated on a transparent display film substrate, and deposits a metal (035) that can be soldered or silver paste attached by a plating or deposition technique on the base metal (030) Stacked structure, the LED (+) electrode and the LED (-) electrode is provided on the laminated structure,
  • the LED attaching electrode and the heat dissipation back electrode are formed on both sides of the transparent display film substrate, and the heat dissipation back electrode is formed on the rear surface of the transparent display film substrate, and the heat dissipation structure is formed on the back side.
  • Through holes are formed in the base metal pattern for the electrode to which the LED on the transparent display film substrate material is prevented to prevent the torsion caused by the film.
  • a metal mesh pattern surrounds the electrode terminal in a mesh structure to form an electrode.
  • the green LED chip, the red LED chip (047), and the blue LED chip (048) are respectively provided on the light-transmitting small substrate film (040) provided on the transparent display film substrate (023) and attached to the metal ball bonding (050). It is connected to the (+) and (-) electrodes of each LED chip, and is soldered and silver paste around the side of the electrodes to form a silicon dome for device protection, and a guide dam around a circle And a hemispherical dome lens, forming a (053).
  • FIG. 10 is an actual photograph in which four transparent display film substrates are mounted to implement a display screen using a wooden easel as a frame.
  • blue, purple, green, and yellow colors are used as examples.
  • the image was implemented using an apple shape as an example.
  • the thermal resistance of the transparent display film substrate element having a general structure showed a value of about 12 (° C./W), which has a temperature rising effect of about 12 ° C. at a power consumption of 1 W.
  • an alloy layer of a carbon graphite layer and chromium (Cr) is used as the base metal of the metal mesh pattern
  • the buffer metal layer is an alloy layer of nickel (Ni)
  • the electrode metal to which the LED is attached is copper ( Cu) alloy was used, and aluminum nitride (AlN) was deposited on the back electrode.
  • the transparent display film substrate thus produced showed a thermal resistance value of about 8.3 (° C./W), and the thermal resistance was significantly reduced as compared with the previous case. That is, when the carbon graphite layer is inserted into the manufacturing method according to the present invention and a heat dissipation structure in which transparent aluminum nitride is applied to the electrode metal of the laminated alloy and the back electrode is applied, the heat resistance of the RGB LED chip is about 31%. It was confirmed that a reduction effect occurred.
  • the present invention implements a clean pattern without disconnection of the circuit pattern due to excessive etching through the lift-off process of FIGS. 8A to 8H and 8K to 8M.
  • a metal electrode is deposited on a transparent display film substrate, and then, instead of the conventional process of forming a circuit pattern with a photoresist (PR), a PR for circuit pattern is first formed on a substrate, and the metal electrode is formed on the transparent display. After the entire deposition on the substrate, a process technique of lifting off was introduced to solve the problem of disconnection of the metal pattern due to excessive etching.
  • PR photoresist
  • FIG. 12 shows a practical example of a circuit pattern fabricated with an improved lift off process.
  • the clean pattern without disconnection of the circuit pattern which has emerged as a problem of the conventional FIG. 6 presented above, could be implemented.
  • FIG. 7 is an example of an exposed pattern of a transparent display FPCB film substrate having a size of 0.5 mm (mm) and a circuit pattern width occupied on the substrate by an LED package having a width of 3.5 (mm) x length of 3.5 (mm).
  • the present invention has proposed an LED package structure for a transparent display panel having a structure as shown in FIG.
  • the assembly accuracy must be guaranteed to be within several micrometers.
  • a very expensive flip chip facility that guarantees assembly accuracy is on sale, but this facility is a special facility for research and development, or for a small quantity production requiring a high degree of precision. It is actually very difficult to produce. Therefore, it is very difficult in terms of facility investment that an LED assembly company has a flip chip-type mass production equipment having an assembly precision of several ⁇ m or less based on the price of assembly equipment currently commercially available.
  • the present invention has proposed an LED package structure of a method using a conventional flip chip method limited.
  • FIG. 13 illustrates a transparent substrate electrode structure of an RGB LED chip manufactured in a small size instead of the specific flip chip process.
  • a conventional epoxy bonder is used instead of a conventional flip chip bonder with a small working space.
  • a transparent PI (Poly Imide) film substrate 040 is taken as an example, but is not necessarily limited thereto.
  • PEN film, PET film, PE film, acrylic, or tempered glass or slide can be applied to a transparent display film substrate. Glass may be used.
  • the desired pattern is formed on the light-transmitting small substrate 040 by using a process as shown in FIGS. 8A to 8H.
  • the desired pattern is formed by electroplating or electroless plating (Ti) or palladium (Pd) electrode metal or by deposition or sputtering, or PdCl 2 (Palladium chloride) is ethanol (Ethanol) It may be dissolved in a solution, applied to a substrate having a desired pattern, and then dried.
  • the buffer metal (034) for preventing the peeling of the metal electrode by solder diffusion on the base metal thus formed may be made of chromium, titanium, palladium, rhodium, nickel or platinum, or at least one alloy of these metals, respectively. Using what is done to form a thin film layer of the desired pattern. Alternatively, palladium chloride may be dissolved in an ethanol solution, applied to a substrate, and dried.
  • the soldering metal layer 035 formed on the buffer metal 034 forms a copper, silver, palladium or rhodium or gold layer having excellent electrical conductivity, and the soldering metal layer 035 may use each of these metals or At least one of these metals is used.
  • 041 is an electrode for gold wire bonding (Au) for applying a positive power to a red GaAs LED chip
  • 042 is an electrode for applying a negative common power.
  • the 042 is the basic foundation for attaching red GaAs LED chips and is wired using a gold wire wire bonding process to red, green and blue LED chips (RGB LED chips).
  • 043 is a gold wire bonding electrode for applying positive power to a GaN blue LED chip
  • 044 is a gold wire bonding electrode for applying a positive power to a GaN green LED chip.
  • a paste, solder, or silicon made of silver is injected into the electrode and the electrode where the LED chip is attached.
  • the method is supplied by a method by screen printing or dispensing.
  • FIG. 13B is a view showing an injection form of silver paste and silicon (Si) formed and supplied in this manner.
  • 045 is a silicon or epoxy adhesive supplied at the position where the green and blue LED chips will be attached
  • 046 is a diagram showing the supply position of Ag paste or solder.
  • the transparent silicon or epoxy adhesive does not need a separate electrode metal for attaching the LED chip since the chip structure is horizontal and the substrate itself is made of an insulator.
  • Each RGB LED chip is attached to the light transmissive small substrate film 040 having the structure as shown in FIG. 13C.
  • 047 is a red LED chip made of gallium arsenide
  • 048 is a blue LED chip made of gallium nitride
  • 049 is a green LED chip made of gallium nitride.
  • Each substrate 040 equipped with each of three primary color LED chips is subjected to a heat treatment process for about 10 minutes at a temperature of 80 to 150 ° C. in an atmosphere in which nitrogen gas is supplied to prevent oxidation of the electrode metal during the heat treatment process. After hardening through, gold wire bonding is performed as shown in FIG. 13D.
  • FIG. 13E is a structure when the unit product manufactured by assembling is viewed from the side, that is, the side. Using this method, it is possible to manufacture a miniaturized transparent LED package by assembling on a film about 1.5 (mm) x 1.5 (mm) in width.
  • FIG. 13F shows a state in which FIG. 13D, which is a unit product element, is mounted on a transparent display film substrate.
  • the transparent small substrate 040 is attached to each of the circuit pattern electrodes on the transparent display film substrate.
  • FIG. 13G is a side view of the FIG. 13F structure.
  • FIG. The symbol "B” is a positive electrode formed on a transparent display film substrate connected to a positive electrode 404 of a gallium nitride green LED chip for supplying power to the green LED chip.
  • 052 is a positive electrode formed on a transparent display film substrate connected to 043 to supply power to a blue LED chip.
  • FIG. 13H illustrates a structure in which a silicon dome for protecting an LED package device equipped with an RGB LED chip is formed on a translucent small substrate film 040 equipped with an RGB LED chip to protect the device from damage between an external environment or a handling process.
  • a guide dam (053) for forming a transparent dome is formed.
  • the guide dam (053) is to prevent the diffusion of the silicone resin injected to form a transparent silicon dome, the material is a series of materials such as silicon, the refractive index (Refractive Index) of 1.4 or more was used, the viscosity (Viscosity) Used more than 100,000 (cps).
  • a silicone resin (054) having a refractive index of 1.5 or more and a viscosity of 50,000 (cps) or more is injected to a temperature of 80 to 150 ° C in a nitrogen gas atmosphere. Heat treatment for about 20 minutes at the temperature to cure the guide dam (053) and the silicon dome (054). Through this process, a transparent display film panel was manufactured.
  • FIG. 13I illustrates an example of a side structure in which the transparent and miniaturized RGB LED package 005 of the FIG. 13H structure thus manufactured is arranged on a transparent display substrate.
  • FIG. 13J illustrates a structure in which the unit devices of FIG. 13H are arranged on a transparent display substrate.
  • PET film, PI film, PE film, PEN film, etc. are used as the material for the large-area display transparent film substrate in consideration of its handling, processability, cost-related aspects, and weight limitation factors.
  • Another problem that occurs when using such a film material is a torsion phenomenon caused by a difference in thermal expansion coefficient between the film and the metal mesh pattern generated by the heating process introduced during the process.
  • a difference between expansion and contraction due to the difference in the thermal expansion coefficient of the metal pattern and the PI film necessarily occurs. Therefore, the present invention has proposed a structural method that can reduce this.
  • the linear thermal expansion coefficient of the material is about 60x10 -6 / °C, in terms of units, 1 m long PET film is about 7.5mm compared to room temperature (25 °C) at the heat treatment temperature of 150 °C It means that the length of can be stretched.
  • the spacing between LED pixels mounted on a large-area transparent display film substrate is 11 mm, the number of pixels constituted at equal intervals within that 1 m length is about 91.
  • an average stretching length acting on each pixel is assigned about 80 ⁇ m. Therefore, if a perforated space of at least 80 ⁇ m or more can be provided between pitches configured in each pixel, the distortion of the film may be easily avoided.
  • the PE film having the largest coefficient of thermal expansion among PET films, PI films, PE films, and PEN films widely used as a material for transparent substrates for large area displays was applied as a reference.
  • the thermal expansion coefficient of PE (Poly Ethylene) film which has a relatively high linear expansion rate, is generally about 200 x 10 -6 /°C.
  • the PE film has a length of about 30mm compared to normal temperature (25 °C) at 170 °C heat treatment temperature. Becomes stretched. For example, when constructing a square 1m x 1m square display, when manufacturing a transparent display film substrate with a pixel spacing of 11 mm, the number of LEDs is 91, and the average of the pixels applied to each LED is applied.
  • Typical stretching length is about 0.33 mm. Accordingly, in the present invention, in consideration of the elongation of the PE film, the punching holes having a diameter of 0.5 mm are equally applied to the pitch of each pixel by applying "N (30 (mm) number of pixels Pn + 1" in the longitudinal direction). This is applied to the panel structure of the transparent display film, for example, the structures of Figs. 13J and 13K.
  • 056 is an example in which a perforated hole having a diameter of 0.5 mm is formed to prevent twisting of the film.
  • the pitch spacing was 11 mm
  • 039 is a terminal portion for input and power supply of an external signal connected to the film substrate for transparent display Fig.
  • 13J forms a perforated hole having a diameter of 0.5 mm at equal intervals between pitches of each LED.
  • 13K shows an example of forming another perforation hole on a transparent display film substrate, where the LED is attached so as not to expose the perforation hole to the outside.
  • a perforated hole for preventing twist is formed in the figure, but circular perforations are taken as an example, but the shape is not necessarily limited thereto, and any shape may be used as long as the perforated shape has a symmetrical structure.
  • the isolation channel formed for the separation of positive and negative power and signals between circuits is configured through an etching process or a design of a circuit pattern, which increases resolution by increasing the number of pixels per unit area.
  • the paradoxical relationship is that the width of the isolation channel is limited.
  • a transparent display board uses an LED package in which an RGB LED chip is embedded in one package. When increasing the number of pixels to increase resolution, the line width of the metal mesh wire constituting the circuit is reduced, or the LED size is increased.
  • DC DC
  • the operating voltage of each unit device is formed at about 2 ⁇ 2.5V for red LED chip and about 3V for blue and green LED chip.
  • the line width of the metal mesh wire for securing transparency is limited to about 10 ⁇ m, and the thickness thereof is about 1,500 ⁇ s in a single layer.
  • the resistance of the egg metal mesh wire becomes so high that it cannot be ignored.
  • a pattern is formed such that the wire width of the metal mesh wire is 10 ⁇ m, the wire pitch is 100 ⁇ m, and the metal mesh wire thickness is 2,000 ⁇ s.
  • the number of LED packages with built-in RGB chips can form an array of approximately 16 horizontal x 16 vertical.
  • the circuit line width of each device In order to drive them all individually, the circuit line width of each device must be very narrowly narrowed. In this case, the resistance of the metal mesh wire at the LED position at the first stage where the current is injected is only a few ohms, but the last 16 The resistance of the first LED is increased by the length of the pattern to have a number (K ⁇ ).
  • Insulation breakdown voltage in air of DC voltage is 30,000 (V / m), but when it is applied to metal mesh structure having a line width of 10 ⁇ m, the gap of 10 ⁇ m causes breakdown at DC 30V, and at DC 5V At about 1.7 ⁇ m, dielectric breakdown occurs. Therefore, in the present invention, when the package containing the RGB LED chip is used as a light source of the transparent display for the metal mesh, the isolation channel spacing between the patterns of the metal mesh wire is separated from the DC 30V by at least 10 ⁇ m separated do.
  • a structure in which an insulator is coated on a circuit electrode of the transparent display film substrate is applied as shown in FIG. 13K. In the present invention, the insulator coating is applied to a transparent substrate manufactured by the process of FIG. 8K.
  • the formation method is given as an example.
  • a metal mask of 058 is mounted on a transparent film substrate for a display as shown in FIG. 13J.
  • An opening of 059 for coating an insulator is formed in the metal mask.
  • 057 is a metal electrode for attaching the LED package onto the film substrate, which is for soldering with the LED package.
  • a transparent insulator 061 is dispersed and applied to a thickness of 5 ⁇ m or more by using a spray head 060 on the metal mask, and it is cured by heat treatment at a temperature of 80 ° C. for about 10 minutes.
  • As an insulator of silicon varnish urethane or acrylic, a transparent resin or a transparent photo solder resist (PSR) material is used, but is not limited thereto.
  • any coating agent capable of maintaining 30 (V) / 10 ( ⁇ m) or more may be used, and the hardened transparent substrate for display may be a metal mesh part as an insulator as shown in FIG. 13M except for circuit electrode part 057. It has a coated structure, and the present invention proposed spray coating insulator, but instead of the spray coating insulator, the transparent opening is formed It may be used for masking tape.
  • FIG. 13n shows the overall circuit pattern of the metal mesh and electrode metal for the transparent display manufactured by the present invention, the size is 45cm x 45cm, in the figure the metal mesh part "A" of the lower left 062 as an example.
  • FIG. 13O is an enlarged view of an “A” portion of a metal mesh, and 063 to 066 are soldering electrode metals to which respective terminals of the LED package and a circuit pattern composed of metal mesh wires are connected.
  • 063 is the (-) terminal which is a common terminal of the RGB LED chip mounted in the LED package
  • 064 is the (+) terminal of the GaAs red LED chip or when the drive IC is mounted
  • 065 is the (+) terminal of the GaN green LED chip or (+) terminal to which the signal of the drive IC is input
  • 066 is the (+) terminal of the GaN blue LED chip or the signal of the drive IC ( -) Terminal part.
  • 067 is a pattern of a metal mesh wire applied in the present invention. The pattern is formed in a network structure of a round metal mesh wire the electrode metal, which is surrounded by metal mesh wires 063 to 066, respectively. It was.
  • This structure has the same effect as a spider web, and the shear stress acting on the side is more preferable to surround the electrode metal in all directions than the electrode structure of a single area.
  • An actual example thereof is shown in FIG. 13P.
  • a shear of 6 (Kg.f) or more is required without injecting a separate adhesive. Showed stress. In the picture that was destroyed through the shear stress test, it was found that the solder part was broken without peeling off the electrode metal as in 069, and the transparent film substrate material was also torn out together.
  • the main mounting location for large-area transparent displays is for an unspecified mass of people, so the installation site is mostly outdoors.
  • the present invention provides a method for preventing the oxidation of the electrode and the soldering portion formed on the transparent display, the oxidation of the metal mesh pattern, and the protection of the device from other environments such as moisture or dust introduced due to the external atmosphere.
  • the same transparent cover structure was applied.
  • the lower substrate 070 of the transparent display film uses a transparent acrylic substrate, a polycarbonate (PC), or a glass (glass) substrate, and is transparent on the lower substrate 070 of the transparent display film.
  • a display film substrate was mounted and its application method presented a method using a light-transmissive double-sided adhesive tape.
  • 3M 795X MP acrylic-based tape was used, but not necessarily limited thereto.
  • Transparent adhesive films made of transparent silicone-based transparent adhesives or acrylic or urethane-based transparent resins (071) May be applied by a doctor blade or a spray method.
  • the transparent display film substrate (023) with the LED package is attached to the lower substrate (070) of the transparent display film on which the transparent adhesive is formed, and a transparent acrylic substrate or a polycarbonate or glass substrate, which is also an upper cover of the same material, is used.
  • the lower substrate 072 of the transparent display film is bonded to each other.
  • a perforation hole 073 for protecting the LED package is formed at a position where the LED package of the top cover is to be mounted, thereby preventing the LED package from contacting the top cover. .
  • FIG. 15 shows the actual shape of the transparent display LED panel 074 completed in the form of a square through such a process, and mounted on a wooden easel (Easel) 075 for demonstrating the present invention.
  • LED package constituting the unit pixel 002 ITO or silver electrode pattern
  • insulated channel 004 glass substrate
  • electrode pattern portion to be melted and vaporized 008 silver or ITO (+) electrode layer
  • LED package 020 LED (+) electrode
  • LED (-) electrode 022 Interface of PET / Cu / solder metal layer
  • Film substrate for transparent display PET film, PI film, PE film, PEN film or acrylic or glass substrate
  • UV light 027 part where the UV light is exposed
  • base metal copper, chromium, nichrome, titanium or palladium layer
  • Buffer metal chromium, palladium, titanium, rhodium, nickel, platinum, palladium, or palladium chloride
  • Metal layer (copper, silver, palladium or rhodium or gold) that can be soldered or silver paste deposited on the buffer metal
  • PCB terminal for external signal input / output and power supply 040 Translucent small board
  • RGB LED package 056 Warping hole
  • the large-area LED display panel for transparent display according to the present invention and a method of manufacturing the same are fabricated using a semiconductor process and LED package technology on a transparent display film substrate using a transparent film material.
  • the circuit board is used to form the pattern, and the pattern formation is applied in a form having at least two or more laminated structures in consideration of adhesive force, metal diffusivity, electrical conductivity, and the like.
  • the through hole considering the linear expansion coefficient of the transparent film material is formed in the substrate, and Between metal mesh wire and channel insulation to prevent breakdown It is manufactured by limiting the price and maximizing adhesion between the LED package and the film substrate for transparent display, and using the LED package with red, blue, and green chips (RGB Chip) embedded in each unit pixel, the transparent electronic display board for large area display ( Transparent electro-optic panel) was produced.
  • RGB Chip red, blue, and green chips
  • a thin film (Thin Film) and a transparent display film substrate is produced in the form of a fine pattern as shown in Figure 5 to prevent the separation of the LED package in a specific portion on the circuit board (Multi-Layer ), A metal layer was introduced, and this structure can be applied to prevent the interlayer separation between the PET film and the copper interface generated during the soldering process of the LED package and the transparent display film substrate (eg, PET film substrate).
  • the transparent display film substrate eg, PET film substrate.
  • several additional assisting techniques have been applied to increase the stability and strengthening of the shear stress, one of which adds an auxiliary structure for forming through holes on the film of the electrode metal pattern.
  • the metal mesh pattern of the mesh structure dispersed around the electrode pattern where the soldering is actually formed to prevent the peeling of the metal electrode by dispersing the strength (Strength) according to the shear stress transmitted in the transverse direction. Since the metal mesh is formed of the metal circuit having such a laminated structure, separation of the LED package element and peeling and disconnection of the metal circuit pattern, which may occur due to careless handling during the process, can be prevented.
  • the LED chip is assembled in a unit module form on a transparent poly ethylene naphthalene (PEN) film, a polyimide film, or a slide glass substrate.
  • PEN poly ethylene naphthalene
  • the optical transmittance reduction of the transparent display film substrate caused by the LED package is fundamentally solved. Therefore, the only part where the light transmittance decreases due to the LED chip on the transparent display substrate is the size corresponding to the area of the RGB LED chip, and considering that the size of the LED chip is about 0.15 (mm) x 0.2 (mm), the LED chip.
  • the reduced area of light transmittance caused by the transparent display film substrate is almost negligible in view of the discernible cognitive ability and the limit of the viewing angle.
  • the LED does not change all of the injection current to light due to the unquantized efficiency, which is a physical limit of the semiconductor device, and generates about 50% of the injected energy as Joule heat.
  • To the outside of the transparent display substrate film to quickly transfer the heat generated during the operation of the aluminum nitride (AlN, Aluminum Nitride), aluminum oxide (Al 2 O 3 , Aluminum oxide), titanium dioxide (TiO 2 , Titanium) thin films such as oxide) were formed on the rear surface of the display panel to form a transparent heat sink, thereby dissipating heat and dissipating heat.
  • the metal electrode is first deposited on the film substrate, and then the circuit pattern is formed of a photoresist (PR) to etch portions other than the metal mesh pattern.
  • PR photoresist
  • the effects of the present invention can be summarized into four broadly, but the detailed side effects thereof are very large and diverse.
  • the product size of a commercially available high resolution transparent LED display board is about 1 (m) x 1 (m)
  • the selling price is about 10 million won
  • this can greatly reduce the cost.
  • the cost reduction effect is very large. In connection with this, labor cost, manufacturing process time, and management cost can be reduced.
  • LED panels for transparent displays mounted indoors or outdoors are conditions that must be operated in extremely poor environments in terms of durability against temperature, humidity, vibration, and impact in terms of reliability of the external environment.
  • LEDs mounted on transparent displays operating under these environmental conditions, when using flexible film materials or glass substrates, have very weak adhesion, as addressed by the previous problem.
  • the manufacturing method according to the present invention has a very high reliability in terms of the reliability of the LED panel product, it is expected that the recognition of the LED panel product to the resulting market will be further increased.
  • the transparent display panel mounted outdoors is not a simple and simple problem due to the limited installation environment and environmental factors.
  • the installed window frame or frame must be repaired by professional personnel.
  • a simple problem arises. That is, even if a defective unit LED element occurs, the maintenance is not easy due to the problem of retrofitting such as separation of the window frame and panel disassembly.
  • the metal mesh pattern of the film or any problems caused by the film which may occur due to any defect in the LED device itself or any operation process, is greatly reduced, and even if any unexpected defect occurs, the pixels of the LED panel screen are configured. It can be easily replaced by selecting only the unit panel part.
  • the present invention it is possible to make the display substrate product lighter, thinner and thinner, thereby greatly increasing the variety of mounting and movement of the product.
  • the high selectivity and stability of the resulting product is very competitive due to the superiority of the price and its performance compared to the existing similar products.

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Abstract

본 발명은 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 투명한 필름 소재를 사용한 기판 상에 반도체 공정과 LED 패키지 기술을 사용하여 메탈 메시 와이어 형태의 패턴을 형성하여 회로 기판을 제작하고, 패턴 형성은 접착력, 금속의 확산성, 전기전도도 등을 고려하여 LED 패키지 조립 시 투명한 디스플레이 필름 기판의 제조 공정에서 투명한 필름과 금속이 갖고 있는 소재 고유의 열팽창계수 차이에 따른 열처리 과정 사이의 비틀림을 방지하기 위해 투명한 필름 소재의 선팽창계수를 고려한 관통 구멍을 투명한 디스플레이용 필름 기판 내에 형성하고, 인가되는 전원에 의한 절연 파괴를 막기 위하여 메탈 메시 와이어와 판넬 절연 간격을 제한하며, LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판의 접착력을 극대화하고, 각 단위 화소에 적색, 청색, 녹색, LED칩이 장착된 LED 패키지를 사용하여 LED 소자의 동작 시에 발생되는 주울열을 외부로 발산 및 열방출 구조를 갖는 금속층의 적층 형태와 그 회로 패턴을 제공한다.

Description

투명한 디스플레이용 ＬＥＤ 전광 판넬 및 그 제작 방법
본 발명은 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 투명한 필름 소재를 사용한 기판 상에 반도체 공정과 LED 패키지 기술을 사용하여 메탈 메시 와이어(Metal mesh wire) 형태의 패턴을 형성하여 회로 기판을 제작하며, 그 패턴 형성은 접착력, 금속의 확산성, 전기전도도 등을 고려하여 LED 패키지 조립시, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제조 공정에서 투명한 필름과 금속이 갖고 있는 소재 고유의 열팽창계수(Thermal Expansion Coefficient) 차이에 따른 열처리 과정 상의 비틀림을 방지하기 위해 투명한 필름 소재의 선팽창 계수를 고려한 관통 구멍을 투명한 디스플레이용 필름 기판 내에 형성하고, 인가되는 전원에 의한 절연 파괴를 막기 위하여 메탈 메시 와이어와 채널 절연 간격을 제한하며, LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판의 접착력을 극대화하여 제작되며, 각 단위 화소에 적색, 청색, 녹색 LED 칩(RGB LED Chip)이 장착된 LED 패키지를 사용하여 제작된 대면적 디스플레이용 투명 전광판(Transparent electro-optic panel, 투명한 LED 전광 패널)을 제작하며, LED 소자의 동작시에 발생되는 주울 열을 외부로 발산 및 열방출 구조 갖는 금속층의 적층 형태와 그 회로 패턴의 구조 및 그 제작 방법을 제공하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 대면적 투명한 디스플레이용 필름 판넬에 사용되는 회로 기판 제작 방법은 크게 3가지로 분류할 수 있다.
첫번째는 도 1과 같은 진공 증착(Vacuum Evaporation)에 의한 방법을 사용하는 경우이다. 도 1a는 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬(Panel)의 대표적인 예를 보인 것으로, 단위 화소(Pixel)인 LED(001)가 직렬과 병렬의 회로를 구성하며, 한 개의 투명한 디스플레이 필름이나 판넬 상에 수백 개 ~ 수만 개 이상의 LED가 장착되어 하나의 화면을 구성하는 방식이다. 이러한 투명한 디스플레이 판넬의 전극 금속으로는 인듐과 주석 산화물인 ITO(Indium Tin Oxide, In2O3, SnO2)나 은(Ag)을 이용해 제작한다. 도 1b는 그 전극(Electrode)과 회로의 구성 형태를 보인 것이다.
도 1b에서, 002는 ITO 또는 은(Ag)이 증착된 전극 패턴(002), 003은 각 전극 간의 절연을 유지하기 위한 절연 채널(Isolation channel)(003)이며, ITO 또는 은이 증착된 전극 패턴(002) 상에 LED 소자(001)를 장착하는 구조이다. 투명한 디스플레이 판넬의 회로 전극은 ITO나 은(Ag)을 진공 증착하거나 스퍼터링(Sputtering) 기술을 사용하여 유리 기판 상에 수백~수천 옹그스트롱(Å, Angstrom)의 두께로 박막(Thin film)을 전면 증착하여 형성하는데, 이렇게 얇은 층(Layer)의 ITO나 은이 증착된 면은 도 2와 같은 레이저 조사 방식으로 절연 채널을 만들어 패턴을 형성하게 된다.
도 2a는 ITO나 은(Ag)이 전면 증착된 유리 기판(004) 상에 원하는 패턴을 형성하기 위해 Nd-YAG 레이저(Nneodymium-doped Yttrium Aluminum Garnet, Nd: Y3Al5O12 Laser)를 조사하여 절연 채널 패턴을 형성하는 예이다. 도 2a에서 ITO나 은(002)이 증착된 유리 기판(004) 상에 초점과 빔 폭(Beam waist)을 조절할 수 있는 초점 조절용 렌즈(005)를 통해 고출력 레이저 빔(High power laser beam)(006)을 조사하면, ITO나 은(002)이 증착된 유리기판(004) 부분이 007처럼 용융(Melt)되어 증발(Vaporization)하게 된다. 이렇게 레이저 빔으로 절연 패턴을 형성하면 그림 2-2)처럼 은이나 ITO가 얇게 증착된 박막 층이 분할되어 (+)의 전극층(008)과 (-)의 전극층(009)으로 분리시킬 수 있으며, 그 사이는 절연을 유지할 수 있는 절연 채널(010)을 형성할 수 있게 된다. 이러한 방법이 현재 시판되고 있는 대부분의 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 기판의 전극 형성 예이다.
ITO는 박막 두께가 수백(Å) 이하일 때 광 투과도(Optical transmittance)가 85% 이상을 보이지만, 구리(Cu)를 증착하는 경우에는 이와 다른 양상을 보인다. 구리로 동일한 두께의 박막을 증착하는 경우에는 광 투과도의 확보가 불가능하기에 광 투과도 향상을 위해 도 3과 같은 메탈 메시(Metal mesh)형태로 패턴을 구성하게 된다. 일반적으로 널리 사용되는 메탈 메시의 형상은 도 3a와 같은 벌집 모양의 구조이거나 도 3b와 같은 정방형 구조의 형태를 취하고 있다. 도 3b는 투명한 PET 필름 상에 증착된 메탈 메시의 형상을 그 예로 보인 것이다. 도 3a에서, 투명 PET 필름(010) 상에 메탈 메시(011) 형상을 갖는 전극 패턴이 형성되는데, 일정 수준의 광 투과도 확보를 위해 메탈 메시 와이어(Metal mesh wire)(011)의 패턴 굵기는 10 ㎛, 메시 간 피치(Pitch) 폭은 100 ㎛ 정도를 유지하며, 그 때의 광 투과도는 약 85% 이상을 보이고 있다. 메탈 메시의 피치 간격 100 ㎛를 기준으로 할 때, 메탈 메시 패턴 굵기는 20 ㎛ 이내로 제한되는데, 이는 20 ㎛ 이상의 메시 패턴을 형성하는 경우 광 투과도가 75% 이하로 급격히 저하되는 문제와 메탈 메시의 폭이 증가함에 따라 투명한 PET 필름 상의 개구부(Window)가 가려지는 효과가 커지기 때문이다. 이외에도 구리 대신에 은이나 크롬(Cr, Chromium)을 수백 Å 두께로 증착하여 동일한 방법으로 패턴을 형성하는 방법이 있다.
투명한 디스플레이용 필름에 사용되는 회로 패턴 제작 방법의 두번째 예로는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도의 입도 크기를 갖는 은 가루(Ag, Silver powder)를 이용하거나, 수 ㎚ ~수십 나노미터(㎚) 크기의 은 나노 와이어(Ag Nano wire)를 사용해 은 페이스(Ag paste, Silver paste)나 은으로 된 잉크(Ag Nano Ink)로 투명한 회로 전극을 형성하여 투명한 디스플레이 필름 기판을 제작하는 경우이다. 그 제작은 도 4와 같은 방법으로 프린팅 기법 또는 필름 기판 상에 요철(凹) 부위를 형성하여 그 안에 은 페이스트(Ag paste)로 프린팅하거나 은으로 된 잉크(Ag Nano Ink)를 주입하여 회로 패턴(pattern)을 구성한다. 이 경우, 광 투과도가 기존의 증착법으로 메탈 메시를 구성하는 방법에 비해 약간 떨어지는 것이 주지의 사실이며, 이 방법으로 제작되는 경우는 탁도(濁度, Haze)의 문제로 인해 광 투과도가 약 80% 이하를 보이고 있다.
세번째로는 탄소 나노튜브(carbon nanotube)를 사용하는 방법이 있다. 탄소 나노 튜브를 사용하는 경우에는 광 투과율이 90% 이상으로 높고, 면저항(Sheet resistance)이 우수하다는 것과 희소 금속을 사용하지 않는다는 장점이 있으나, 헤이즈 현상(Haze effect)과 탄소 나노 튜브의 균일한 도포를 위한 분산 공정상의 어려움과, 그로 인해 비롯되는 낮은 수율 문제로 그 기술은 아직 개발 단계에 있다.
기존의 대면적 투명한 디스플레이의 기판에 사용되는 회로 기판의 소재는 크게 유리나 PET 필름 류의 소재를 사용하고 있다. 하지만, 상기 예에서도 설명하였지만 투명한 디스플레이용 기판으로 유리를 사용하는 경우 전극 금속으로 유리 기판 상에 ITO(Indium Tin Oxide)나 은(Ag)을 사용하는 것이 일반적이다. 유리를 사용하는 경우 투명한 디스플레이의 장점이라고 할 수 있는 유연성(Flexible)을 포기해야만 하는 단점이 있다. 특히, 유리 기판으로는 충격에 의한 파손을 방지하기 위해 강화유리(Tempered glass)를 사용하고 있기에 대면적 디스플레이라는 관점에서 보면 강화 유리 특유의 무게로 인한 기판의 설치 및 이동, 취급 면에서 매우 제한적이고, 불편한 점을 많이 앉고 있다. 또한, 레이저 빔을 사용하여 회로 패턴(pattern)의 구현하고, 절연 채널을 형성하는 방법은 유리 기판을 사용하는 경우에는 가능한 기술이지만, PET 종류의 필름 소재를 사용하는 경우에는 레이저 빔에 의한 PET 필름의 용융 및 절단으로 인하여 회로 패턴 구현 자체가 불가능하다.
ITO를 전극 금속으로 하여 회로 패턴을 구현하는 경우 솔더링(Soldering)에 의한 LED 패키지 소자의 부착이 사실상 거의 불가능한데, 이는 ITO가 산화물이라는 근본적인 물성적 이유 때문이다. 이러한 이유로 ITO를 회로 패턴으로 사용하는 경우 솔더링에 의한 방법을 포기하는 대신 은 페이스트(Ag paste)를 사용하여 소자를 부착하고 있지만, 은 페이스트 사용에 의한 접촉 저항(Contact resistance) 증가는 매우 불균일하고 크기에, 화소를 구성하는 각각의 소자에 인가되는 전압이 달라지면서 디스플레이 판넬 상에 장착된 각각의 LED 화소의 밝기가 균일하지 못한 단점이 있다. 또 하나의 큰 문제는 LED 패키지 부착력의 취약성이다. 따라서, 이러한 이유로 디스플레이 판넬 상에 장착된 각각의 LED의 접착력 향상을 위해 은 페이스트와 함께 보조적인 수단으로 접착제를 별도로 주입하여 조립하는 방법이 대부분이지만 그러한 방법이 근본적이 해결책은 아니다.
대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 소재로 사용되는 PET 필름에서도 LED 패키지의 접착력 취약 및 그로 인해 조립 과정 중에 발생하는 LED 패키지의 이탈 불량은 간과할 수 없는 매우 심각한 문제이다. 도 5는 그 대표적인 예를 보인 것으로, PET 필름 010 상에 장착되었던 LED 패키지가 필름 상의 전극에서 떨어져 이탈된 실제의 사진을 보인 것이다. 이렇게 LED 패키지가 필름 기판 상에서 떨어지는 원인은 공정 중의 취급 부주의도 부분적인 원인이 되겠지만, 대부분은 1,500 Å 정도의 두께로 얇게 형성된 구리 금속 층과 PET 필름의 계면에서 발생하는 문제를 원인으로 하는 금속의 박리(Metal peeling) 현상이 주요 요인이라고 할 수 있다.
도 5a는 구리(Cu)로 메탈 메시 패턴을 형성하여 제작된 투명한 디스플레이용 PET 필름과 장착된 LED가 필름 기판 상에서 이탈된 실제의 예를 보인 것이다.
012는 LED 패키지가 이탈된 PET 필름 부분이며, 013은 LED의 각 단자가 장착되는 전극이 필름에서 깨끗하게 뜯겨져 나간 부분이고, 014는 솔더(Solder)가 확산된 필름 배면의 실제 사진이다. 그림에서, 015는 주석(Sn)이 구리(Cu)와 반응하여 확산(Diffusion)되는 것을 원인으로 메탈 메시 패턴과 PET 필름의 결합력이 취약해지면서 사소한 진동이나 충격에도 쉽게 이탈된 LED와 전극 패턴이 함께 결합된 배면 전극 부분을 보인 것이다.
도 5b는 이러한 메탈 메시 전극 금속의 박리 원인을 설명하기 위한 도면이며, 일반적으로 사용되는 투명한 디스플레이 필름 기판인 PET 소재는 물론 제품의 종류에 따라 다르지만 그 유리천이온도 Tg(Glass transition temperature)는 대략 12 ~ 130℃이다. 이처럼 유리천이온도 Tg가 낮은 PET 소재에 LED를 솔더링하기 위해서는 융점이 비교적 낮은 저융점(Low temperature) 솔더나 은 페이스트를 사용하여 약 150~170℃ 정도에서 용융, 부착하며, 그 이상의 온도에서 조립하게 되는 경우는 PET 소재 자체의 변형 응력이나 PET 소재와 메탈 메시 전극 금속인 구리와의 열팽창 계수(Thermal expansion coefficient) 차에 의한 뒤틀림(Warpage) 현상이 발생하면서 투명한 디스플레이용 필름 기판이 휘거나 비틀리는 현상이 발생한다. 도 5c는 저융점 솔더의 대표적 금속인 주석-비스무스-은(SnBiAg, Tin-Bismuth-Silver)의 삼성분계 상도(Ternary Phase Diagram)를 보인 것으로, 이러한 저융점 삼성분계 솔더의 조성은 42Sn57.6Bi0.4Ag(Wt.%)가 대표적이며, 그 융점(Melting Point)은 비스무스(Bi)의 함량에 따라 달라지지만 대략 140~150℃ 정도이다.
도 5b의 조립 순서에 따르면 먼저 투명한 디스플레이용 PET 필름 기판(010) 상에 형성된 구리 메탈 메시의 (+) 전극(016)과 (-) 전극(017) 상에 저온 솔더나 은 페이스트(018)를 스크린 프린팅(screen printing)이나 디스펜서(dispenser)를 이용해 주입하고, 그 위에 LED 패키지(019)를 장착하여 LED의 (+) 전극(020)과 (-) 전극(021)이 메탈 메시의 해당 전극과 결합되도록 하는 구조이다. 이렇게 결합된 LED 패키지는 150~170℃ 정도의 용융 과정을 거치면, 주석(Sn)과 구리(Cu)의 합금(Metal compound)화가 이루어지면서 용융 접합되게 된다. 하지만 이 때, 합금화를 위한 용융 과정을 거치면서 도 5d에 도시된 바와 같이 014의 주석(Sn)의 확산(diffusion)으로 인해 스퍼터링(Sputtering) 공정으로 구리 이온(Ion)이 주입된 PET 필름 표면과 구리층의 계면(022)까지 주석이 확산되게 되면서 PET와 구리(Cu)와 주석(Sn)의 금속 경계면(Metal boundary region)이 매우 취약해지게 되며, 그로 인해 작은 충격에도 불구하고, 도 5a ~ 5c처럼 LED 패키지가 쉽게 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 실제 이 때의 실측된 전단응력(Shear Strength)은 약 수십~수백(g.f) 정도에 불과하여 매우 취약한 상태이다. 이러한 저융점 솔더를 대신하여 은 페이스트(Ag paste)를 사용하는 방법도 대안으로 제시되고 있지만, 높은 접촉 저항과 PET 소재 필름 자체의 낮은 Tg와 박막화된 구리 전극의 경면(surface of mirror)으로 인하여 150℃ 이하에서 경화되는 페이스트 소재는 그 전단응력이 1.5(Kg.f) 정도 밖에 되지 못하는 것이 일반적인 수치이다. 따라서, 신뢰성 있는 LED 패키지의 장착을 위한 근본적인 대안이 아직 제시되지 못하고 있다.
두번째로 대두되고 있는 문제는 메탈 메시 전극 패턴의 식각(Etching) 공정에서 발생하는 미세한 메탈 메시 패턴의 불량 문제이다. 약 1,500 Å 정도의 두께를 갖는 메탈 메시는 공정 과정에서 발생되는 사소한 식각 공정 중의 실수에 의해서도 과도한 식각이 발생하며, 부주의에 의해서도 쉽게 흠(Scratch)이 발생하여 회로 패턴이 단선되는 불량이 발생한다. 또한, 각 회로 간에는 약 10~20 ㎛ 정도의 절연 채널을 유지하게 되는데, 이 절연 채널은 마스크(Mask) 패턴의 식각 공정을 사용해 필요치 않는 전극 금속 패턴 층을 제거하여 형성하게 된다. 이 때, 감광(Photolithography) 공정의 마스크 정렬 실수나 부주의로 인하여 금속 패턴의 원치 않는 부분마저 과도하게 식각되면서 도 6처럼 회로 중의 일부 패턴이 단선(open)되는 불량이 자주 발생하고 있으며, 그 발생 빈도나 위치는 불특정하기에 관리가 매우 까다롭다. 따라서, 이 식각 공정에 의한 회로 패턴의 단선 불량을 해결하기 위해 새로운 공정의 기법이 필연적으로 요구된다.
투명한 디스플레이 기판의 또 다른 문제점은 LED 패키지의 크기에서 야기된다. TV를 그 예로 든다면 75인치(Inch, 가로 1660(mm) x 세로 935(mm)) 크기의 화면을 CGA나 VGA급으로 구성하는 경우, 그 화면 비율은 가로 16 : 세로 9의 비율로 이루어진다. 이 경우 각각의 화소에 해당하는 LED 수량은 개략적으로 가로 320개, 세로 160개 정도로 부착하게 되는데, 현재 상용화 되어 시판하는 LED 패키지의 크기가 가로 3.5(mm) x 세로 3.5(mm) 임을 고려하면 화소 하나를 구현하는 LED 패키지 자체가 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 장착되는 개수는 약 51,200개이다. 이 경우 LED 패키지가 투명한 디스플레이 판넬에서 전체 면적의 약 40% 이상을 점유하기에 사실 투명한 디스플레이라 칭하기 어렵고, 해상도를 높이기 위해 화소 수를 더욱 늘린다면 대형 스타디움이나 건물의 옥상, 벽면 등에 설치된 불투명한 구조의 대면적 광고판과 크게 다를 바 없다고 할 수 있다. 도 7은 회로 패턴이 기판 상에 노출되는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)의 모습을 보인 예로, 그림에서는 피치 간격이 25(mm)임에도 불구하고 프린팅 된 회로 기판과 LED 패키지가 기판 상에서 차지하는 모습이 확연하게 드러나는 모습을 보여주고 있다.
종래 기술 도 5a에서 보인 바와 같이, 구리(Cu)나 은(Ag)을 단일 전극 층으로 하여 제작되는 투명한 디스플레이용 PET 필름에서는 솔더링 공정 중의 리플로우(Reflow) 작업으로 인해 금속 전극의 박리와 LED 패키지의 이탈이 빈번히 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 LED 패키지와 그 노출된 패턴으로 인해 투명한 디스플레이를 구현하지 못하는 이러한 문제점을 개선하기 위해 투명한 구조의 LED 패키지와 이를 실제로 개발한 투명한 디스플레이용 필름 기판과 그 디스플레이 LED 판넬을 제작하였다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 1) 특허출원번호 10-2017-0019635 (출원일자 2017년 02월 13일), "LED 전기 광학 판넬의 플렉시블 투명 LED 디스플레이 및 그 제조 방법", 주식회사 에스오엘
(특허문헌 2) 특허출원번호 10-2017-0019642 (출원일자 2017년 02월 13일), "스마트폰과 연동되어 제어되는 플렉시블 투명 필름 메탈 패턴 구조의 LED 광고판", 주식회사 에스오엘
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 투명한 필름 소재를 사용한 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 반도체 공정과 LED 패키지 기술을 사용하여 메탈 메시 와이어(Metal mesh wire) 형태의 패턴을 형성하여 회로 기판을 사용하며, 그 패턴 형성은 접착력, 금속의 확산성, 전기전도도 등을 고려하여 적어도 두 개 이상의 적층 구조를 갖는 형태가 적용되며, LED 패키지 조립시, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제조 공정에서 투명한 필름과 금속이 갖고 있는 소재 고유의 열팽창계수(Thermal Expansion Coefficient) 차이에 따른 열처리 과정 상의 비틀림을 방지하기 위하여 투명한 필름 소재의 선팽창 계수를 고려한 관통 구멍을 기판 내에 형성하고, 인가되는 전원에 의한 절연 파괴를 막기 위하여 메탈 메시 와이어와 채널 절연 간격을 제한하고, LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판의 접착력을 극대화하여 제작되며, 각 단위 화소에 적색, 청색, 녹색 칩(RGB Chip)이 내장된 LED 패키지를 사용하여 대면적 디스플레이용 투명 전광판(Transparent electro-optic panel)을 제작하며, LED 소자의 동작 과정 중에 발생시키는 주울 열을 외부로 신속하게 발산시키기 위한 열방출 기구를 갖는 금속 층의 적층 형태와 그 회로 패턴의 구조 및 그 제작 방법을 제공하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제작 방법을 제공한다.
투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제작 방법은 원거리에서 불특정 다수의 대중에게 정보를 전달하는 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬을 제조하며, 각 단위 화소에 적색, 청색, 녹색 칩(RGB Chip)이 내장된 LED 패키지를 이용하여 제작하는 대면적 디스플레이용 투명 전광판(Transparent electro-optic panel)의 구조 및 제작 방법을 제공하며, 투명한 필름(Film) 소재를 비롯한 투명도가 높은 유사 필름 기판 상에 반도체 공정 기술을 사용하여 메탈 메시 와이어(Metal mesh wire) 형태의 패턴을 형성하여 회로 기판을 사용하며, 그 패턴 형성은 접착력, 금속의 확산성, 전기전도도 등을 고려하여 적어도 두 개 이상의 적층 구조를 갖는 형태가 적용된다.
본 발명은 원거리에서 불특정 다수의 대중에게 정보를 전달하는 용도로 사용되는 투명한 디스플레이용 필름 기판의 구조에 관한 것이다. 구체적으로는 광고, 홍보 또는 신호 처리나 정보 전달 및 표시용 LED 판넬에 적용되는 플렉시블(Flexible)한 LED 스마트 판넬(Smart panel)에 관한 것으로, 해당 판넬에 장착되는 LED 광원의 안정적이고 신뢰성 있는 조립 구조 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬은, 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 매트릭스 구조의 각 지점 마다 구비된 LED 패키지들로 데이터 라인을 통해 RGB 조합 색상 신호가 전송되는 제어 보드/제어 회로; 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 (+) 전극선, (-) 전극선을 통해 각각의 LED칩 들로 전원이 공급되는 전원부; 및 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 각 화소 지점에 RGB LED 칩이 장착된 LED 패키지가 구비되며,
상기 LED 패키지는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 버퍼 금속(034) 및 전극용 하지 금속(030)이 적층되며, 상기 하지 금속(030) 위에 도금 또는 증착 기법으로 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속(035)을 증착하여 적층시킨 구조이며, 그 적층 구조 상에 LED (+) 전극과 LED (-) 전극이 구비되며,
상기 투명한 디스플레이용 필름 기판을 중심으로 양면에 LED 부착용 전극과 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판 배면에 열방출용 배면 전극이 형성되고, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제작 공정에서 열처리에 의한 비틀림 현상을 방지하기 위해 투명한 디스플레이용 필름 기판 소재 상의 LED가 부착되는 전극용 하지 금속 패턴 내에 관통 구멍들이 형성되며, 전극 단자의 둘레를 메탈 메시 패턴이 망목구조로 둘러 싸는 방식의 전극을 형성하여 LED 패키지와 투명한 디스플레이 필름 기판의 접착력을 강화하며,
상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 상에 구비된 투광성 소형 기판 필름(040) 상에 각각 녹색 LED칩, 적색 LED 칩(047), 청색 LED 칩(048)을 구비하며 금속 볼 본딩(050)에 의해 각 LED 칩의 (+),(-) 전극들과 연결되며, 그 전극들 측면 둘레에 솔더 및 은 페이스트 되며, 소자 보호용 실리콘 돔(Silicone dome)을 형성하고, 원 둘레의 가이드 댐(Guide Dam)(053)을 형성하는, 반구형 돔 렌즈를 구비한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법은, 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 위에 스핀 코팅(Spin Coating), 닥터 블레이드(Doctor Blade) 또는 스프레이(Spray) 방법에 의해 수 ㎛ 두께의 감광제(PR, Photo Resist)(024)를 전면 도포한 후, 감광제(PR, Photo Resist)(024)를 50~80℃의 온도에서 10~20분 동안 경화(Baking)시키는 단계(8a); 상기 감광제(024)가 경화된 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 위에 메탈 메시 회로 패턴을 형성하기 위해 크롬 마스크(Cr, Chromium mask)(025)를 밀착하고, UV 광(026)을 수십 초 동안 조사하여 UV광이 노출되는 부분(027)을 감광시키는 단계(8b); 상기 메탈 메시 회로 패턴이 감광된 투명한 디스플레이용 필름 기판은 PR 제거제(PR Remover)를 사용하여 감광된 부분(028)을 제거하고 메탈 메시 회로를 형성할 패턴 부분만을 노출시키는 단계(8c); 이렇게 패턴이 노출된 필름 기판 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 카본 그래파이트(029)를 100 ~ 1,500Å의 두께로 형성하며, LED 소자의 주울 열을 외부로 신속히 방출하게 위한 바이패스(By pass) 구조를 갖게 하며 동시에, 솔더링에 의한 주석(Sn)의 확산이 필름 기판 소재인 PI, PEN, PET나 PE 필름, 아크릴 또는 유리와의 접촉을 막는 단계(8d); 상기 카본 그래파이트 상에 전극용 하지금속(Base Metal)(030)을 전자선 증착(Electron beam evaporation) 또는 스퍼터링 공정으로 증착하는 단계(8e); 상기 전극용 하지 금속을 증착하거나 도포한 후. PR 제거제(031) 또는 아세톤(Acetone)과 메탄올(Methanol) 용액을 사용하여 초음파를 인가하여 리프트 오프 공정을 통해 투명 전극용 메탈 메시 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분(032)을 제외하고 나머지 불필요한 부분의 전극을 제거하는 단계(8f); 하지 금속(030)의 패턴 중에서 LED 부착에 필요한 부분만 추가적인 전극 금속 형성을 위한 마스킹(Masking) 작업이 수행되며, 복수의 필요 부분 만을 개구 (open)시킨 마스킹 테이프(033)를 투명한 디스플레이용 필름 기판 상의 원하는 부위에 부착시키는 단계(8i); 상기 마스킹 테이프(033)가 형성된 투명한 디스플레이 필름 기판을 전해 도금(Electro plating) 또는 무전해 도금(Electro-less plating)의 방법으로 도금하거나, 전자선 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 2개 층으로 이루어진 금속 전극 버퍼 금속(034)과 버퍼 금속 상에 형성하는 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속층(035)를 증착하여 적층시키는 단계(8j); 및
상기 단계(8j) 후에, LED 소자의 동작 중에 발생하는 열을 신속하게 외부로 전달하고 발산시키기 위해 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 후면에 열전도도가 우수한 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum Dioxide) 또는 이산화티타늄(TiO2, Titanium Dioxide) 등의 투명한 방열용 히트 싱크를 전면 도포하며, 금속 전극 증착을 위한 PR 패턴 형성과 투명한 디스플레이스용 필름 기판(023)의 배면을 이용하여 필름 기판 상에 LED 소자가 동작 중에 발생되는 주울 열의 외부 방출을 위해 레이저를 이용하여 복수의 관통 구멍(036)들을 형성하는 단계(8k); 이렇게 형성된 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 8d와 8e의 공정을 이용하여 열전도도가 우수한 카본 그래파이트(029)와 하지 금속(030)을 순차적으로 증착하여 형성하는 단계(8L); 상기 하지 금속(030)이 형성된 투명한 디스플레이용 필름 기판을 8f ~ 8h의 리프트 오프 공정을 통해 회로 패턴을 형성하면 관통 구멍 내부까지 금속 전극이 증착된 전도성 열방출 구조가 형성하고(8m), LED 소자에서 발생된 주울 열을 배면(Rear) 전극을 통해 외부로 방출시키는 구조를 투명한 디스플레이용 필름 기판을 뒤집어 놓는 단계(8n); 뒤집힌 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 감광제(PR)(024)를 형성하고, 필요로 하는 부분은 8a ~ 8c의 공정을 통해 필름 기판의 배면 상에 방열 기구(8o) 형성을 위한 개구부를 형성하며, 상기 개구부에는 열전도를 위해 카본 그래파이트(029)와 하지 금속(base metal)(030)을 사용하여 전극 금속을 형성하고, PR 제거제와 리프트 오프 공정을 사용하여 투명 전극용 메탈 메시 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분(032)을 제거하며 배면 전극 패턴을 형성하는 단계(8p); 및 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)을 중심으로 양면에 LED 부착용 전극과 열방출용 배면 전극이 형성되고, 투명한 디스플레이 필름 기판(023)의 전극 금속(035) 상에 기판의 비틀림 현상을 사전에 예방할 수 있는 저융점 크림 솔더(Cream solder)나 은 페이스트(018)를 스크린 프린팅 이나 디스펜싱에 의한 방법으로 주입하고, 그 위에 LED 패키지를 장착하는 단계(8r)를 포함한다.
본 발명에 따른 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제조 방법은 투명한 필름 소재를 사용한 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 반도체 공정과 LED 패키지 기술을 사용하여 메탈 메시 와이어(Metal mesh wire) 형태의 패턴을 형성하여 회로 기판을 사용하며, 그 패턴 형성은 접착력, 금속의 확산성, 전기전도도 등을 고려하여 적어도 두 개 이상의 적층 구조를 갖는 형태가 적용되며, LED 패키지 조립시, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제조 공정에서 투명한 필름과 금속이 갖고 있는 소재 고유의 열팽창계수(Thermal Expansion Coefficient) 차이에 따른 열처리 과정 상의 비틀림을 방지하기 위하여 투명한 필름 소재의 선팽창 계수를 고려한 관통 구멍을 기판 내에 형성하고, 인가되는 전원에 의한 절연 파괴를 막기 위하여 메탈 메시 와이어와 채널 절연 간격을 제한하고, LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판의 접착력을 극대화하여 제작되며, 각 단위 화소에 적색, 청색, 녹색 칩(RGB Chip)이 내장된 LED 패키지를 사용하여 대면적 디스플레이용 투명 전광판(Transparent electro-optic panel)을 제작하였다.
이를 위해 본 발명에서는 도 5에 도시된 같이 박막 필름(Thin Film)과 미세 패턴의 형태로 제작되는 투명한 디스플레이용 필름 기판에서 LED 패키지의 이탈을 방지하기 위해 회로 기판 상의 특정 부분에 적층(Multi-Layer) 형태의 금속 층을 도입하였으며, 이 구조를 적용하여 LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판(예, PET 필름 기판)의 솔더링 과정에서 발생하는 PET 필름과 구리 계면 간의 층간 분리를 방지할 수 있다. 또한, 보다 안정적이고 강화된 전단 응력의 증대를 위해 몇 가지 추가적인 보조 기법을 적용하였으며, 그 하나는 전극 금속 패턴의 필름 상에 관통 구멍(Through Hole)을 형성하는 보조적인 구조를 추가하였으며, 둘째로는 실제로 솔더링이 일어나는 전극 패턴의 둘레에 분산된 망목구조(Matrix)의 메탈 메시 패턴을 형성하여 횡방향으로 전달되는 전단응력에 따른 스트랭스(Strength)를 분산시켜 금속 전극의 박리를 방지하였다. 이러한 적층 구조의 금속 회로로 메탈 메시가 구성되기에 공정 중의 취급 부주의에 의해 발생할 수 있는 LED 패키지 소자의 이탈 및 금속 회로 패턴의 박리와 단선을 방지할 수 있었다.
또한, 본 발명에서는 기존의 수지(Epoxy)형 LED 패키지 대신에 투명한 PEN(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 폴리이미드(Colorless Polyimide) 필름 또는 슬라이드 유리(Slide glass) 기판 상에 LED 칩을 단위 모듈 형태로 조립하여 사용함으로써 LED 패키지에 의해 야기되는 투명한 디스플레이 필름 기판의 광투과도 감소를 근본적으로 해결하였다. 따라서, 투명한 디스플레이 기판 상에서 LED 칩으로 인해 광 투과도가 감소되는 부분은 RGB LED 칩 면적에 해당되는 크기뿐 이며, LED 칩의 크기가 약 0.15(mm) x 0.2(mm)인 점을 고려한다면 LED 칩에 의해 투명한 디스플레이 필름 기판상에서 야기되는 광 투과도의 감소 면적은 눈으로 분별할 수 있는 인지 능력과 시야각(viewing angle)의 한계를 고려한다면 거의 무시할 만 하다고 할 수 있다.
LED는 반도체 소자가 갖고 있는 그 물성적인 한계인 미분양자효율로 인해 주입 전류 모두를 광으로 변화시키지는 못하며, 주입되는 에너지의 약 50%를 주울(Joule)열로 발생시키게 되는데, 본 발명에서는 이렇게 LED 소자가 동작 중에 발생시키는 열을 신속하게 외부로 전달하기 위하여 투명한 디스플레이용 기판 필름의 후면에 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum oxide), 이산화티타늄(TiO2, Titanium oxide)등의 박막을 디스플레이 판넬의 후면에 전면 증착하는 방식으로 형성하여 투명한 히트 싱크(Heat sink)를 구성하였고, 이를 통한 발열의 분산, 방열되게 하였다.
또한, PET 소재를 사용하는 투명한 디스플레이용 필름 기판이 갖고 있는 구조적 한계 인 솔더링을 비롯한 열처리 과정 중에 나타나는 필름 기판의 비틀림 현상을 제거하기 위하여 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 PET 소재의 열팽창 계수를 고려한 관통 구멍을 매트릭스 형태로 구성하여 비틀림에 의한 굴곡 현상을 제거하였다.
본 발명에서는 먼저 금속 전극을 필름 기판 상에 전면 증착하고, 그 후에 회로 패턴을 PR(Photo Resist, 감광제)로 형성하여 메탈 메시 패턴 이외의 부분을 식각하는 기존의 공정 대신에, 감광제로 회로 패턴을 먼저 형성하고 그 위에 금속 전극을 증착한 후 리프트 오프(Lift Off)시키는 공정을 도입하여 과도한 식각으로 의한 금속 패턴의 단선 문제를 해결하였다.
본 발명의 효과는 크게는 네 가지로 요약할 수 있지만 그에 따른 세부적인 부수 효과는 매우 크고, 다양하다. 첫째, 투명한 디스플레이 필름 기판의 메탈 메시 패턴의 제작 공정 중에 발생할 수 있는 회로 패턴의 단선을 방지하게 됨으로써 공정 중의 불량률을 절감할 수 있으며, 제조 원가를 절감한다. 시판되는 고해상도의 투명한 디스플레이용 LED 전광판의 제품 크기를 약 1(m) x 1(m)로 가정했을 때, 그 판매 가격이 약 1,000만원 정도라는 점을 고려하면, 이는 원가를 크게 절감할 수 있다. LED 화소의 수량이 160 x 80 pixel 인 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬에서 화소 하나의 불량도 허용할 수 없는 관점에서 본다면, 그 원가 절감 효과는 매우 크다고 할 수 있다. 이와 연계하여 절감되는 노무 비용, 제작 공정 시간의 단축, 관리비용의 감소 효과는 더욱 크다고 할 수 있다.
두번째, 제품의 내구성과 신뢰성, 그리고 이로 인해 시장에서 고객으로부터 인지되는 지명도 측면에서의 관점이다. 옥내나 옥외에 거치되는 투명한 디스플레이용 LED 판넬은 외부 환경에 대한 신뢰성의 측면에서 온도, 습도, 진동, 충격에 대한 내구성 면에서 매우 열악한 환경에서 동작되어야만 하는 조건이다. 이런 환경 조건에서 동작하는 투명한 디스플레이에 장착되는 LED들은 유연한 필름 소재나 유리 기판을 사용하는 경우, 앞서의 문제점에서 제기한 것처럼 그 부착력은 매우 취약하다. 이러한 측면에서 본 발명에 의한 제작 방법은 LED 판넬 제품의 신뢰성 측면에서 매우 높은 신뢰도를 갖고 있으며, 그로 인해 야기되는 시장에 대한 LED 판넬 제품의 인지도는 더욱 높아지게 될 것으로 예상된다.
셋째, 유지 보수 비용의 절감이다. 옥외에 거치되는 투명한 디스플레이 판넬은 설치 장소의 제한성과 환경적 요소로 인하여 그 유지 보수 환경이 단순하고 간단한 문제가 아니다. 특히, 창틀을 기본 프레임(Frame)으로 디스플레이 판넬을 설치하거나, 건축물의 벽에 거치하여 시설물로 활용하는 투명한 디스플레이 LED 판넬의 경우, 설치된 창틀이나 프레임은 반드시 전문 인력과 함께 유지 보수의 공사를 해야 하기에 간단치 않은 문제가 발생한다. 즉, 단위 LED 소자의 불량이 발생하더라도 창틀의 분리 및 판넬 분해라는 개보수의 문제에 의해 그 유지 보수가 쉽지 않다. 본 발명에 의하면 LED 소자 자체의 불량이나 동작 과정 중의 어떤 사유로도 발생할 수 있는 필름의 메탈 메시 패턴이나 그로 인해 유발되는 문제가 현격히 감소하며, 예상치 못한 어떤 불량이 발생하더라도 LED 판넬 화면의 화소들을 구성하는 해당 단위 판넬 부분만을 선택하여 쉽게 교체가 가능하다.
넷째, 투명 LED 전광판 제품의 취급에 관한 편리성이다. 본 발명에 의하면 디스플레이 기판 제품을 보다 가볍고, 얇게 제작할 수 있는 경박화(輕薄化)가 가능해지며, 이로 인한 제품의 거치 및 이동의 다양성이 크게 증대하게 된다. 또한, 이로 인해 유발되는 제품의 높은 선정성과 안정성은 기존 유사 제품에 대비하여 가격적인 면과 그 성능의 우수성에 의해 경쟁력이 매우 높아지게 된다.
도 1a는 ITO나 은(Ag)을 전극 금속으로 사용하여 제작된 기존의 투명한 디스플레이 LED 판넬의 예를 보인 사진이다.
도 1b는 ITO나 은을 전극 금속으로 사용하여 제작된 기존의 투명한 디스플레이 LED 판넬의 전극 패턴과 장착된 패키지 구조의 예를 보인 사진이다.
도 2a는 절연 채널 형성을 위해 유리 기판상에 레이저 빔을 조사하는 방법을 예시한 도면이다.
도 2b는 유리 기판상에 레이저 빔을 조사해 절연 채널을 형성하는 구조의 예를 보인 도면이다.
도 3a는 벌집 모양 구조를 갖는 투명한 디스플레이 필름의 실제적인 메탈 메시 구조를 보인 예이다.
도 3b는 정방형 구조를 갖는 투명한 디스플레이 필름의 메탈 메시 구조와 그 선 폭을 보인 예이다.
도 4는 프린팅 기법 또는 필름 기판 상에 凹 부위를 형성하여 은 페이스트나 은으로 된 잉크를 주입하여 회로 패턴을 구성하는 대표적인 예를 보인 도면이다.
도 5a는 투명한 디스플레이 기판상에 조립된 LED 패키지가 금속 박리 현상에 의해 실제로 이탈된 모습과 그 부위를 보인 것이다.
도 5b는 투명한 디스플레이 기판에 조립된 LED 패키지가 이탈되는 부위를 보인 도면이다.
도 5c는 3성분계 저온 솔더의 대표적인 상도의 예를 보인 도면이다.
도 5d는 솔더 확산에 의해 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 조립된 LED 패키지가 이탈되는 세부적인 부위와 그 원인을 보인 사진이다.
도 6은 과도한 식각 공정이나 표면 손상으로 인해 발생된 메탈 메시 회로 패턴의 단선을 실제의 예를 통해 본 사진이다.
도 7a는 유연성을 갖는 플렉시블한 투명한 디스플레이 기판에 적용되는 메탈 리드 프레임 방식이나 FPCB 방식에서 회로 패턴과 LED 패키지가 차지하는 실제의 면적 예를 보인 것이다.
도 8a는 본 발명에 의한 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 감광제를 도포하는 공정의 예를 보인 도면이다.
도 8b는 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 회로 패턴을 형성하는 포토 리소그래피 공정의 예를 보인 도면이다.
도 8c는 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 PR을 이용하여 원하는 메탈 메시 패턴 구조를 형성하는 공정의 예를 보인 도면이다.
도 8d는 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 카본 그래파이트 박막을 형성하는 증착 공정의 예를 보인 도면이다.
도 8e는 카본 그래파이트 상에 전극 금속 Cu,Cr, Pd 또는 NiCr 이나 Ti를 스퍼터링방법으로 증착하거나 도금하는 공정의 예를 보인 도면이다
도 8f는 필요 없는 부분의 메탈 메시 회로 패턴을 제거하기 위한 리프트 오프 공정의 실시 예를 보인 도면이다.
도 8g는 리프트 오프 공정을 이용해 제작되는 메탈 메시 회로 패턴의 형성 예를 보인 도면이다.
도 8h는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 하지 금속인 Cu,Cr, Pd 또는 NiCr 이나 Ti로 된 금속 패턴 층이 배열된 예를 보인 도면이다.
도 8i는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 금속 전극을 증착하기 위해 마스킹 테이프를 부착하고 그 개구부를 형성한 예를 보인 도면이다.
도 8j는 투명한 디스플레이 필름 기판 상의 버퍼 금속 및 전극용 금속이 순차적으로 형성되는 구조의 예를 보인 도면이다.
도 8k는 금속 전극 증착을 위한 PR 패턴 형성과 레이저를 이용하여 열방출용 투명한 디스플레이 기판 상에 관통 구멍을 형성하는 공정을 보인 예를 나타낸 도면이다.
도 8L은 투명한 디스플레이 필름 기판 상의 관통 구멍 내에 열전도성 금속을 형성하는 구조의 예를 보인 도면이다.
도 8m은 투명한 디스플레이 필름 기판 상의 관통 구멍 내에 열전도성 금속을 형성하고, 리프트 오프 공정으로 필요 패턴 이외의 부분을 제거하는 공정에 관한 예를 보인 도면이다.
도 8n은 투명한 디스플레이 필름 기판의 배면에 방열 기구 형성을 위하여 기판을 반전시킨 예를 보인 도면이다.
도 8o는 투명한 디스플레이 필름 기판의 배면 부분에 방열 기구 형성을 위하여 PR을 형성하는 구조의 예를 보인 도면이다.
도 8p는 투명한 디스플레이 필름 기판의 배면에 방열 기구 형성을 위한 배면 전극 형성의 예를 보인 도면이다.
도 8q는 투명한 디스플레이 필름 기판의 배면에 방열 기구가 형성된 전극 배열의 예를 보인 도면이다.
도 8r은 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 저융점 솔더나 은 페이스트를 이용하여 조립하는 LED 패키지가 장착된 구조의 예를 보인 도면이다.
도 8s는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 LED 패키지와 기판의 접착력을 증대시키기 위해 접착제가 주입된 구조의 예를 보인 도면이다.
도 8s는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 저융점 솔더와 접착제를 동시에 고착시키는 LED 패키지의 구조 예를 보인 도면이다.
도 8u는 투명한 디스플레이 필름 기판의 배면 전극 상에 전면 도포된 열분산 및 열방출용 절연체를 갖는 구조의 예를 보인 도면이다.
도 9는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 저융점 솔더를 이용하여 LED 패키지가 실제로 장착된 제품 구조와 전원 및 신호 인입부 단자의 예를 보인 도면이다.
도 10은 본 발명에 따라 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판이 실제로 동작되는 구현의 예를 보인 도면이다.
도 11은 본 발명으로 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 장착된 실제 LED 제품의 열저항을 측정한 예를 보인 도면이다.
도 12는 리프트 오프 공정에 의해 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판 상의 메탈 메시 패턴을 보인 사진이다.
도 13a는 플립 칩 공정을 대신하여 RGB LED 칩을 장착할 소형의 투명 필름 기판과 그 전극 구조의 예를 보인 도면이다.
도 13b는 소형의 투명 필름 기판 상의 RGB LED 칩 장착 위치에 솔더나 은 페이스트 또는 접착제가 주입된 예를 보인 도면이다.
도 13c는 소형으로 제작되는 투명한 필름 기판 상에 RGB LED 칩을 장착한 예를 보인 도면이다.
도 13d는 소형으로 제작되는 투명한 필름 기판 상의 RGB LED 칩에 금선을 결선하는 구조를 보인 도면이다.
도 13e는 RGB LED 칩을 장착하여 소형으로 제작된 투명한 필름 기판의 구조인 도 13d를 측면에서 본 도면이다.
도 13f는 소형으로 제작된 투명한 RGB LED 패키지를 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 장착한 구조이다.
도 13g는 도 13f를 측면에서 바라 본 구조이다.
도 13h는 소형의 필름 기판 상에 부착된 투명한 RGB LED 패키지의 돔 형성 구조를 보인 도면이다.
도 13i는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 장착된 그림 13-8) LED 칩 구조의 측면 배열 예를 보인 도면이다.
도 13j는 도 13a ~ 도 13j를 통해 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판의 전체적인 배열 구조 예와 필름 기판의 비틀림을 방지하기 위해 타공된 관통 구멍의 예를 보인 도면이다.
도 13k는 필름 기판의 비틀림을 방지하기 위해 LED 부착 위치 아랫면에 형성한 타공 구조의 예를 보인 도면이다.
도 13L은 투명한 디스플레이 필름 기판에 형성된 메탈 메시 패턴의 절연 구조 형성 공정의 예를 보인 도면이다.
도 13m은 절연 구조를 갖는 메탈 메시 패턴의 예를 보인 도면이다.
도 13n은 투명한 디스플레이 필름 기판의 전극 패턴 예를 보인 도면이다.
도 13o는 투명한 디스플레이 필름 기판 내의 전극 금속을 메탈 메시가 둘러싼 구조를 보인 도면이다.
도 13p는 본 발명에 의한 투명한 디스플레이 필름 기판 상의 전단응력 테스트로 솔더링 부분이 파괴된 모습을 보인 도면이다.
도 14a는 투명한 디스플레이 필름 기판의 보호를 위한 하부 커버 판넬 상에 주입되는 접착제 형성 구조의 예를 보인 도면이다.
도 14b는 투명한 디스플레이 필름 기판 보호를 위한 상하부 커버가 결합된 구조의 예를 보인 도면이다.
도 15는 본 발명의 공정을 이용하여 정방형으로 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판의 실제 완성된 예를 보인 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
유연성을 갖는 플렉시블 투명한 LED 디스플레이(Flexible Transparent LED Display), 이하, "투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬"로 칭한다.
"투명한 디스플레이 필름 기판"은 정방형 구조의 각 화소에 LED 소자가 구비되는 "투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬"의 기판을 의미한다.
본 발명에서는 도 6 ~ 도 14에 도시된 바와 같이, 투명한 디스플레이 필름 기판(023)은 투명한 PEN(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 PI(Polyimide, 폴리이마이드) 필름, PE(Poly Ethylene 폴리에틸렌) 필름, PET(Poly Ethylene terephthalate 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, 아크릴 또는 유리 기판 상에 적층 방식으로 금속 회로를 형성하거나 망목구조(matrix) 형태의 층간 구조를 적용하여 과도한 식각에 의한 단선이나 LED 패키지의 이탈을 근본적으로 해결하기 위해 구조적인 디자인을 제시한다.
도 7a는 유연성을 갖는 플렉시블한 투명한 디스플레이 기판에 적용되는 메탈 리드 프레임 방식이나 FPCB 방식에서 회로 패턴과 LED 패키지가 차지하는 실제의 면적 예를 보인 것이다.
도 7b를 참조하면, 플렉시블 투명 메탈 패턴 회로를 적용한 플렉시블 투명 LED 디스플레이(Flexible Transparent LED Display)는 기판 PCB와, (+)전극선, 데이터 라인, (-)전극선의 3선이 구비되는 플렉시블 투명 필름 메탈 패턴(Flexible Transparent Film Metal Pattern) 회로와 연결되는 정방형의 매트릭스 구조의 각 화소 지점 마다 구비되는 하나의 단위 화소를 이루는 LED 패키지는 드라이버 IC와 RGB LED 칩을 장착하는 동작회로 구성도이며, 제어 보드/제어 회로와 전원부가 구비된다.
플렉시블 투명 필름 메탈 패턴 회로와 연결되는 망목(matrix) 구조의 각 화소 지점 마다 구비되는 하나의 단위 LED 패키지는 드라이버 IC(13)와 RGB LED 칩(14)이 장착되며, 플렉시블 투명 필름 메탈 패턴 회로와 외곽의 메탈 가이드라인은 각각의 R,G,B LED의 Anode와 연결되는 (+)전극선(10); 드라이버 IC와 연결되는 데이터 라인(11); 및 각각의 R,G,B LED의 Cathode와 연결되는 (-)전극선(12)을 포함하는 3선이 구비된다.
제어 보드/제어 회로는 플렉시블 투명 필름 메탈 패턴 회로와 연결되는 매트릭스 구조의 각 화소 지점 마다 구비된 LED들에게 데이터 라인을 통해 RGB 조합 색상 신호가 전송되고, 전원부는 (+) 전극선을 통해 각 LED들로 전원이 공급된다.
데이터 라인은 제어 보드(MCU)/제어 회로로부터 RGB 조합 색상 신호가 전송된다. 하나의 RGB LED칩은 하나의 빨강 LED, 하나의 그린 LED, 하나의 파랑 LED를 포함한다.
본 발명의 실시예에서는 도 6의 공정을 예를 들어 설명하였으나, 반드시 이에 한정하지 않는다.
먼저, 도 8a와 같은 투명한 PET(Poly Ethylene terephthalate 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, PI(Polyimide, 폴리이마이드) 필름, PE(Poly Ethylene 폴리에틸렌) 필름, PEN(PE(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 아크릴(Acrylic) 또는 유리 기판(023) 위에 스핀 코팅(Spin Coating)에 의한 방법이나 닥터 블레이드(Doctor Blade) 또는 스프레이(Spray)에 의한 방법으로 수 ㎛ 두께의 감광제(PR, Photo Resist)(024)를 전면 도포한 후, 감광제(PR, Photo Resist)(024)를 50~80℃의 온도에서 약 10~20분 정도 경화(Baking)시킨다. 이렇게 감광제(024)가 경화된 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 위에 메탈 메시 회로 패턴을 형성하기 위해 도 8b처럼 크롬 마스크(Cr, Chromium mask)(025)를 밀착하고, UV(Ultra Violet) 광(Light)(026)을 수 ~ 수십 초 동안 조사하여 UV광이 노출되는 부분(027)을 감광(Photo sensitization)시킨다.
메탈 메시 회로 패턴이 감광된 투명한 디스플레이용 기판은 도 8c에 도시된 바와 같이 감광된 부위만을 제거시킬 수 있는 PR 제거제(PR Remover)를 통하여 감광된 부분(028)을 제거해 메탈 메시 회로를 형성할 패턴 부분만을 노출시킨다. 이렇게 패턴이 노출된 필름 기판 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 카본 그래파이트(Carbon Graphite)(029)를 100 ~ 1,500Å의 두께로 도 8d와 같이 형성하는데, 카본 그래파이트(029)를 형성하는 이유는 소자의 동작 중에 필연적으로 발생하는 주울 열을 외부로 신속히 방출하게 위한 바이패스(By pass) 구조를 갖게 하기 위함인 동시에, 솔더링에 의한 주석(Sn)의 확산이 기판 소재인 PI, PEN, PET나 PE 필름, 아크릴 또는 유리와의 접촉을 근본적으로 막기 위함이다.
도 8e는 이렇게 제작된 카본 그래파이트 상에 전극용 하지금속(Base Metal)(030)을 전자선 증착(Electron beam evaporation) 또는 스퍼터링 공정으로 증착한다. 이때, 사용하는 하지 금속(전극 금속)은 부착력과 밀착력이 우수한 구리(Cu, Copper), 크롬(Cr, Chromium), 니크롬(NiCr, Nickel Chromium) 또는 티타늄(Ti, Titanium), 파라듐(Pd, Palladium) 등을 사용하며, 염화파라듐(PdCl2, Palladium Chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 기판에 도포 후 건조하여도 좋다. 이러한 전극용 하지 금속(030)의 증착 또는 도포는 이들 중 하나를 사용하거나 하나 이상의 합금 층으로 구성해도 좋다. 그 층은 300 ~ 2,000Å의 두께가 바람직하지만, 반드시 이에 한정하지 않는다. 이렇게 전극용 하지 금속을 증착하거나 도포한 후에는 PR 제거제(031) 또는 아세톤(Acetone)과 메탄올(Methanol) 용액을 사용하여 도 8f처럼 침적하여 초음파(ultrasonic wave)를 인가하는 방법으로 리프트 오프 시킨다. 상기 리프트 오프 공정을 통해 투명 전극용 메탈 메시의 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분(032)을 제외하고는 나머지 필요 없는 부분의 전극을 제거할 수 있다.
도 8g는 불필요한 부분의 메탈 메시 회로 패턴을 제거하기 위한 리프트 오프 공정을 통해 제작된 메탈 메시 회로 패턴의 구성 예이며, 이러한 리프트 오프 공정을 이용하면 공정 중의 마스크 정렬(Mask Alignment) 과정에서 발생하는 실수 또는 식각 작업 중의 실수에 의해 발생할 수 있는 과도한 식각으로 인한 메탈 메시 회로 패턴의 단선 불량을 사전에 예방할 수 있다. 이렇게 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 하지 금속의 메탈 메시 회로 패턴이 배열된 형태를 보인 것이 도 8h의 예이다.
도 8i는 하지 금속(030)의 패턴 중에서 LED 부착에 필요한 부분만 추가적인 전극 금속 형성을 위한 마스킹(Masking) 작업의 예를 보인 것으로, 필요 부분 만을 개구(開口, Open)시킨 마스킹 테이프(033)을 투명한 디스플레이용 필름 기판 상의 원하는 부위에 부착시킨 예이다. 본 발명에서는 마스킹 테이프에 의한 방법을 예로 하였으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 도 8a ~ 8g와 같은 감광제(PR)에 의한 방법을 사용하여도 좋다.
이렇게 마스킹 테이프가 형성된 투명한 디스플레이 필름 기판을 전해 도금(Electro plating) 또는 무전해 도금(Electro-less plating)의 방법으로 도금하거나, 전자선 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 2개 층으로 이루어진 금속 전극 03버퍼 금속(034)과 버퍼 금속 상에 형성하는 솔더링 또는 은 페이스트가 가능한 금속층(035)를 증착하여 적층시킨다. 메탈 메시용 전극 금속의 형성 방법은 도 8a ~ 8c 공정을 사용해 PR 패턴을 형성한 후, 금속 전극 층을 도금, 증착 또는 스퍼터링의 방법으로 형성하게 된다.
도 8j는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 버퍼 금속 및 전극 금속이 적층되는 구조의 공정의 예를 보인 것이다. 하지 금속(030) 위에 도금 또는 증착 기법으로 형성되는 금속(034)은 솔더링에 의한 주석의 확산(Sn diffusion)을 막기 위한 버퍼 금속(Buffer metal)이나 베리어 메탈(Barrier metal)로 작용할 수 있는 버퍼 금속(034)을 사용하며, 035는 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속(035)을 사용해 증착하여 적층시킨 구조이다.
본 발명에서는 하지 금속(030)에 솔더가 확산되는 과정 중에 메탈 메시 금속 전극이 박리(Peeling)되는 것을 막기 위한 버퍼 금속(034)은 크롬(Cr, Chromium), 티타늄(Ti, Titanium), 파라듐(Pd, Palladium), 니크롬(Nichrome), 로듐(Rh, Rhodium)이나 니켈(Ni, Nickel) 또는 플라타늄(Pt, Platinum) 등을 각각 사용하거나 적어도 이들 금속 중 하나 이상의 합금을 사용한다. 또한, 염화파라듐(PdCl2, Palladium Chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 기판에 도포 후 건조하여 형성시켜도 좋다.
버퍼 금속(034) 상에 형성하는 솔더링용 금속 층(035)은 전기 전도도가 우수한 구리(Cu, Copper), 은(Ag, Silver), 파라듐(Pd, Palladium)이나 로듐(Rh, Rhodium), 플라타늄(Pt, Platinum) 또는 금(Au, Gold)을 사용하여 형성하는데, 이 솔더링용 금속층(035)은 이들 금속을 각각 사용하거나 이들 금속 중 적어도 하나 이상의 합금으로 이루어진 것을 사용한다.
LED, 특히 자외선(Violet)광이나 청색(Blue)광 또는 녹색(Green)광을 발광하는 갈륨나이트라이드(Gallium Nitride, GaN) 계열의 반도체 소자는 사파이어(Sapphire) 기판 위에 조성이 다른 갈륨나이트라이드 반도체 층을 형성하기 때문에 실리콘(Si, Silicon)은 물론이며, 적색(Red)광을 방출하는 갈륨비소(Gallium Arsenide, GaAs)계열의 소자에 비해서도 그 결정의 성장 과정에서 결정 결함(Crystal defect)이 훨씬 많이 발생되며, 이를 회피할 수 없다는 것은 주지의 사실이다.
적색, 청색 또는 녹색광을 발광하는 반도체 LED 칩은 소자 제작 시, 갈륨비소, 사파이어 기판을 이용하여 반도체 결정을 성장시키고 이를 소자화 하는데, 그 기판 물질의 기본 구성이 적색광 소자는 갈륨비소 웨이퍼(Wafer), 청색광이나 녹색광의 소자는 사파이어(α-Al2O3) 웨이퍼 상에서 이루어진다. 이러한 기판을 이용한 소자 제작 방법은 적색광을 방출하는 갈륨비소(GaAs)의 경우, GaAs 기판 상에 알루미늄 갈륨비소(Aluminum Gallium Arsenide)를 고온에서 유기금속화합물(Metal organic compound materials)을 분산하여 반도체 결정을 성장시키는 방식을 사용하고 있다. 마찬가지로, 청색광이나 녹색광을 발광하는 LED 소자도 사파이어로 이루어진 기판을 사용해 고온에서 유기금속화합물인 인듐갈륨나이트라이드를 주성분으로 하는 가스(Gas)를 분산하여 반도체 결정을 성장시키는 방식을 사용하고 있다. 하지만, 이렇게 제작된 LED 소자는 갈륨비소와 알루미늄 갈륨비소, 그리고 사파이어와 인듐갈륨나이트라이드(Indium Gallium Nitride)의 격자 정수(Lattice constant)가 서로 다르기 때문에 소자 구동 시, 이를 기원으로 유발되는 결정의 결함으로 인해 발생하는 누설전류(Leakage current)나역방향 바이어스(Reverse bias)에 대한 취약한 절연 내구성에 대해서는 아직까지도 뚜렷한 해결 방안이 제시되지 못하고 있다. 게다가, LED 소자가 동작 중에 발생시키는 열의 방출이 원활하게 이루어지지 못할 때에는 이 누설 전류의 원인에 의해 소자 파괴와 시스템의 불량 유발이 매우 큰 문제이다. 그 대표적인 예가 대면적 LED 디스플레이에서 돌발적으로 발생하는 제대로 동작하지 못하는 단위 화소의 불량이다. 이처럼 LED에 사용되는 화합물 반도체는 그 LED 소자가 갖고 있는 물성적 한계인 미분양자 효율에 의해 주입 전류 모두를 광(light)으로 변화시키지 못하며, 보통은 주입된 에너지의 약 50%를 주울 열로 발생시키게 된다.
본 발명에서는 이렇게 LED 소자의 동작 중에 발생하는 열을 신속하게 외부로 전달하고 발산시키기 위해 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 후면에 열전도도가 우수한 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum Dioxide) 또는 이산화티타늄(TiO2, Titanium Dioxide) 등의 투명한 방열용 히트 싱크(Heat sink)를 전면 도포하는 방식으로 구현하였고, 필름 기판의 배면을 이용하여 그 방열을 도모하였다.
도 8k는 투명한 디스플레이 필름 기판(023) 상에 LED 소자가 동작 중에 발생시키는 주울 열의 원활한 외부 방출을 위해 관통 구멍(036)을 갖는 구조 및 그 제조 방법을 나타낸다. 먼저, 도 8c와 같은 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 전극 상에 PR 패턴 024가 형성된 개구부 내에 레이저를 이용하여 등간격(等間隔)으로 직경 0.1 ~ 0.3mm 크기의 관통 구멍을 타공(打空)하거나 타공용 핀(Pin)을 이용하여 타공하는 방법으로 관통 구멍(036)을 형성한다.
이렇게 형성된 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 도 8d와 도 8e의 공정을 이용하여 열전도도가 우수한 카본 그래파이트(029)와 하지 금속(030)을 순차적으로 증착하여 형성하면, 도 8L의 구조가 된다. 이렇게 하지 금속이 형성된 투명한 디스플레이용 필름 기판을 도 8f ~ 8h와 같은 리프트 오프 공정을 통하여 회로 패턴을 형성하면 관통 구멍 내부까지 금속 전극이 증착된 전도성 열방출 구조의 기구가 도 8m 처럼 형성된다. 각각의 LED 소자에서 발생되는 주울 열을 배면(Rear) 전극을 통해 외부로 방출시키기 위한 구조는 도 8n처럼 투명한 디스플레이용 필름 기판을 뒤집어 놓고 제작한다.
도 8n은 그 예를 보인 것으로, 제작 방법은 뒤집어 놓은 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 감광제(PR)(024)를 형성하고, 필요로 하는 부분은 도 8a ~ 8c의 공정을 통해 도 8o와 같은 필름 기판의 배면 방열 기구 형성을 위한 개구부를 형성한다. 이렇게 제작된 개구부에는 원활한 열전도를 위해 카본 그래파이트(029)와 하지 금속(base metal)(030)을 사용하여 동일한 전극 금속을 형성하고, PR 제거제 내에서 리프트 오프 공정을 이용하여 투명 전극용 메탈 메시 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분(032)을 제거해 배면 전극 패턴이 형성된다(도 8p).
투명한 디스플레이용 필름 기판(023)을 중심으로 양면에 LED 부착용 전극과 열방출용 배면 전극이 형성된 필름의 상하부 구조가 도 8q이다. 이 같은 투명한 디스플레이 필름 기판(023)의 전극 금속(035) 상에 기판의 비틀림 현상을 사전에 예방할 수 있는 저융점 크림 솔더(cream solder)나 은 페이스트(Ag paste)(018)를 스크린 프린팅 이나 디스펜싱에 의한 방법으로 주입하고, 그 위에 LED 패키지를 장착하면 도 8r과 같은 형태의 조립 구조가 실현된다. 이 방법을 통하여 저융점 솔더로 조립된 LED 패키지의 전단 응력은 최소 4.0(Kg.f)이상의 전단 응력을 보이고 있는데, 이는 기존의 구리(Cu) 하나로만 된 단일 층을 사용하는 경우에 수십 ~ 3백(g.f)의 전단응력을 보이는 것과 비교하면 약 10 배 이상 현저히 향상된 것이다. LED 전극의 패드(Pad) 면적 44x10-4 (Inch2)을 적용하여 계산하는 경우, MIL. Std.를 기준으로 하는 전단응력의 허용치는 최소 1.7(Kg.f) 이상을 요구하고 있는데, 이를 기준으로 하는 경우 본 발명에 의해 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판에 부착되는 LED 패키지의 부착력은 상용화에 전혀 문제가 없다.
솔더링에 의한 LED 패키지 장착 외에도 도 8s처럼 보다 안정적인 소자의 장착을 위하여 저융점 크림 솔더 또는 은 페이스트(018)를 주입한 후, 그 중간 부분에 접착용 실리콘(Si)이나 CH2-CH2로 된 에폭시(Epoxy) 계열의 실리콘 계열의 접착제(037)를 이용하여 보강 접착한다. 도 8t는 실리콘 계열의 접착제(037)를 이용하여 보강 접착시키는 구조의 예를 보인 것이다. 이처럼 도 8q의 구조에 실리콘 접착제를 추가하여 도 8t의 구조로 조립하는 경우, LED 패키지가 6(Kg.f) 이상의 전단응력을 유지함으로써 보다 현저히 신뢰도가 향상된 안정적인 RGB LED 패키지 제품을 제공한다.
상기 설명된 바와 같이, LED가 동작 중에 발생시키는 주울 열과 그 방열에 관한 문제는 간과할 수 없는 중요 항목이다.
도 8u는 본 발명에 따라 제작된 투명한 디스플레이 필름 기판의 관통 구멍을 통해 배면 전극으로 전달된 열을 외부로의 방열을 위해 열전도도가 우수한 절연체를 스퍼터링에 의한 방법으로 방열 절연 박막을 증착하는 방법을 나타낸다. 방열 절연 박막(038)은 버퍼 금속(034) 상의 하지 금속(030) 측면 옆에 형성된다. 여기에 사용되는 방열 절연 박막(038)은 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum Dioxide) 또는 이산화티타늄(TiO2, Titanium Dioxide) 등을 사용하였으며, 이들 각각을 사용하거나 한 개 이상의 적층 구조를 갖는 형태로 기판의 배면 전체에 도포하는 방식으로 열을 분산, 방출하였으며 그 두께는 300~1,500Å이다.
도 9는 이러한 공정을 거쳐 제작된 투명한 디스플레이용 PI(Poly Imide) 필름 기판 상에 장착된 실제 LED의 예를 보인 사진이다. 039는 외부 신호의 인입 및 전원부의 FPCB 단자이다. 본 발명에서는 가로 45(cm) x 세로 45(cm)의 정방형 투명 필름 상에 25 mm의 픽셀 간격을 유지하여 한 장의 필름 기판을 구성하였다.
예를 들면, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬은, 유연성을 갖는 플렉시블한 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 매트릭스 구조의 각 지점 마다 구비된 LED 패키지들로 데이터 라인을 통해 RGB 조합 색상 신호가 전송되는 제어 보드/제어 회로; 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 (+) 전극선, (-) 전극선을 통해 각각의 LED칩 들로 전원이 공급되는 전원부; 및 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 각 화소 지점에 RGB LED 칩이 장착된 LED 패키지가 구비되며,
상기 LED 패키지는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 버퍼 금속(034) 및 전극 금속(030)이 적층되며, 상기 하지 금속(030) 위에 도금 또는 증착 기법으로 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속(035)을 증착하여 적층시킨 구조이며, 그 적층 구조 상에 LED (+) 전극과 LED (-) 전극이 구비되며,
상기 투명한 디스플레이용 필름 기판을 중심으로 양면에 LED 부착용 전극과 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판 배면에 열방출용 배면 전극이 형성되고 배면으로 열방출용 구조를 구비하며, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제작 공정에서 열처리에 의한 비틀림 현상을 방지하기 위해 투명한 디스플레이용 필름 기판 소재 상의 LED가 부착되는 전극용 하지 금속 패턴 내에 관통 구멍들이 형성되며, 전극 단자의 둘레를 메탈 메시 패턴이 망목구조로 둘러 싸는 방식의 전극을 형성하여 LED 패키지와 투명한 디스플레이 필름 기판의 접착력을 강화하며,
상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 상에 구비된 투광성 소형 기판 필름(040) 상에 각각 녹색 LED칩, 적색 LED 칩(047), 청색 LED 칩(048)을 구비하며 금속 볼 본딩(050)에 의해 각 LED 칩의 (+),(-) 전극들과 연결되며, 그 전극들 측면 둘레에 솔더 및 은 페이스트 되며, 소자 보호용 실리콘 돔(Silicone dome)을 형성하고, 원 둘레의 가이드 댐(Guide Dam)(053)을 형성하는, 반구형 돔 렌즈를 구비한다.
도 10은 이 투명한 디스플레이용 필름 기판 4장을 목제 이젤(Easel)을 거치대(Frame)로 하여 디스플레이 화면을 구현하기 위해 장착한 실제의 사진으로, 사진에서는 청색, 보라색, 녹색, 황색의 색상을 예로 보였으며, 사과 모양을 예로 하여 영상 구현하였다.
도 11은 LED 칩의 방열 정도를 상대 비교하기 위해 측정한 열저항의 실제 측정 데이터이다. 흑색 점으로 이루어진 그래프는 PI(Poly Imide) 필름 상에 구리(Cu)를 하지금속으로 하였을 때의 실측 데이터로, 그 버퍼 층은 니켈(Ni, Nickel)로 하였고, 전극 금속은 구리를 진공 증착으로 제작하였다. 이처럼 일반적인 구조를 갖는 투명한 디스플레이용 필름 기판 소자의 열저항(Thermal Resistance)은 약 12(℃/W)의 값을 보였는데, 이는 1W의 소비 전력에서 약 12℃ 정도의 온도 상승 효과가 있다.
본 발명의 제조 방법에서는, 카본 그래파이트 층과 크롬(Cr)의 합금 층을 메탈 메시 패턴의 하지금속으로 사용하고, 버퍼 금속 층은 니켈(Ni)의 합금 층, LED가 부착되는 전극 금속은 구리(Cu) 합금을 사용하였으며, 배면전극 상에 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)을 증착하였다.
이렇게 제작된 투명한 디스플레이용 필름 기판은 약 8.3(℃/W)의 열저항 값을 보였으며, 그 열저항은 앞서의 경우와 비교하면 현저히 감소되는 현상을 보였다. 즉, 본 발명에 의한 제조 방법으로 카본 그래파이트 층을 삽입하고, 적층된 합금의 전극 금속과 배면 전극 상에 투명한 질화알루미늄을 도포시키는 방열 구조를 적용하면, 약 31% 정도의 RGB LED 칩의 열저항 감소 효과가 발생하는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명에서는 도 8a ~ 8h와, 도 8k ~ 8m의 리프트 오프 공정을 통해 과도한 식각에 따른 회로 패턴의 단선이 없는 깨끗한 패턴을 구현하였다.
그 구현 방법을 요약하면 다음과 같다. 먼저, 금속 전극을 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 증착하고, 그 후에 회로 패턴을 감광제(PR)로 형성하는 기존의 공정을 대신하여 회로 패턴용 PR을 기판 상에 먼저 형성하고 그 위에 금속 전극을 투명한 디스플레이 기판 상에 전면 증착한 후, 리프트 오프 시키는 공정 기법을 도입하여 과도한 식각에 의한 금속 패턴의 단선 문제를 해결하였다.
도 12는 개선된 리프트 오프 공정으로 제작된 회로 패턴의 실제 예를 보인 것이다. 앞서 제시되었던 종래의 도 6의 문제점으로 대두 되었던 회로 패턴의 단선이 없는 깨끗한 패턴을 구현할 수 있었다.
투명한 디스플레이 필름 기판의 또 다른 문제는 필름 기판 상에 장착되는 LED 패키지 그 자체에서 야기된다. TV 모니터를 그 예로 든다면 75인치(가로 1,660mm x 세로 935mm) 크기의 화면을 가로 16 : 세로 9의 비율로 CGA나 VGA급으로 구성하는 경우, 각각의 화소에 해당하는 LED 수량은 피치를 11 mm로 하는 경우, 개략적으로 가로 320개, 세로 160개 정도를 부착하게 된다. 현재 상용화되어 시판하는 LED 패키지의 크기가 가로 3.5(mm) x 세로 3.5(mm) 임을 고려하면, 화소 하나를 구현하는 LED 패키지 자체가 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 부착되는 개수는 약 51,200개이다. 이 경우, LED 패키지 자체가 투명한 디스플레이 판넬 상에서 차지하는 면적이 약 40% 이상을 점유하기에, 사실상 투명한 디스플레이라고 칭하기는 어렵고, 만약 해상도를 높이기 위해 화소 수를 더욱 늘린다면 기존에 일반적으로 시판되고 있는 검은색의 둔탁하고, 불투명한 대면적 광고판과 크게 다를 바 없다. 도 7은 이처럼 가로 3.5(mm) x 세로 3.5(mm)인 LED 패키지가 기판상에서 차지하는 크기와 회로 패턴 폭(Width)이 0.5(mm)인 투명한 디스플레이 FPCB 필름 기판의 노출된 패턴의 예이다.
따라서, LED 패키지가 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 장착될 때 발생하는 투명도 저하의 문제점을 개선하기 위해, 본 발명에서는 도 12와 같은 구조의 투명한 디스플레이 판넬용 LED 패키지 구조를 제안하였다.
투명한 디스플레이 필름 기판에의 적용을 위해 LED 패키지 소자의 투명성을 최대한 확보한다는 의미에서는 플립 칩 본딩(Flip chip bonding) 기술을 활용하는 조립 방식을 채택하고 싶어한다. 하지만, 이러한 조립 기술은 수지(Resin) 형태의 패키지 내에 LED 칩을 장착하지 않고, 기판 상에 LED 베어 칩(Bare Chip)을 직접 조립하여 장착하는 방식이다. 플립 칩 조립은 그 조립 정밀도를 보증하기 위해 설비가 갖고 있는 작업 공간의 한계, 칩 픽업(Pickup)용 헤드(Head)의 정밀도, 화상 및 비전 인식(Pattern & vision recognition) 기술, 컨트롤러(Controller) 및 모터(Motor) 구동 부문의 정밀도, 스크류(Screw) 축의 가공성 등의 한계로 인해 대략적인 작업 공간이 가로 10(cm) x 세로 10(cm) 정도 이내로 제한되는 것이 일반적이다. 따라서 가로 수십 cm ~ 수 m, 세로 수십 cm 정도 크기의 대면적 디스플레이 필름 기판에 플립 칩 본딩 기술을 이용하여 RGB LED 칩을 장착하는 것은 사실상 불가능하다. 따라서, 플립 칩 조립 방식을 이용하여 대면적 투명한 디스플레이 기판에 RGB LED 칩을 장착하기 위해 조립 설비의 정밀도 확보가 중요하다.
플립 칩 조립 기술을 이용해 단위 소자로 RGB 화소를 구성하는 경우, 그 조립 정밀도는 수 ㎛ 이내를 보증하지 않으면 안된다. 물론, 조립 정밀도를 보장하는 매우 고가의 플립 칩 설비가 판매되고 있지만, 이러한 설비는 연구개발용이나, 고도의 정밀도를 요구하는 소량 생산을 위한 특수 설비이기에 플립 칩 본더로 투명한 디스플레이용 LED 패키지를 대량 생산하는 것은 사실 매우 어려운 일이다. 따라서, 현재 일반적으로 시판되는 조립 설비의 가격을 기준으로 수 ㎛ 이내의 조립 정밀도를 갖는 플립 칩 방식의 대량 생산 장비를 LED 조립 업체가 구비한다는 것은 설비 투자 면에서 보면 매우 어려운 일이다.
이러한 이유로 본 발명에서는 기존의 플립 칩 방식을 제한적으로 이용하는 방법의 LED 패키지 구조를 제안하였다.
본 발명의 실시 예는 다음과 같으며, 도 13에 구체적인 플립 칩 공정을 대신하여 소형으로 제작된 RGB LED 칩의 투명 기판 전극 구조를 기술하였다. 그림에서는 작업 공간이 작은 기존의 플립 칩 본더를 대신하여 일반 에폭시 본더를 이용하여 조립하는 방식이다. 먼저, 도 13a에서는 투명한 PI(Poly Imide) 필름 기판 040을 예로 하였지만, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 투명한 디스플레이 필름 기판에 적용이 가능한 PEN 필름, PET 필름, PE 필름, 아크릴(Acrylic) 또는 강화 유리나 슬라이드 유리(Slide Glass)를 사용하여도 좋다. 이 투광성 소형 기판 040 위에 도 8a ~ 8h와 같은 공정을 이용하여 원하는 패턴을 형성하게 되는데, 먼저 필름과 금속 소재의 부착력과 밀착력이 우수한 구리(Cu), 크롬(Cr), 니크롬(NiCr)이나 티타늄(Ti) 또는 파라듐(Pd) 전극 금속을 전기 도금 또는 무전해 도금에 의한 방법이나 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 원하는 패턴을 형성하거나, 염화파라듐(PdCl2, Palladium chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여서 원하는 패턴의 기판에 도포한 후 건조하여도 좋다.
이렇게 형성된 하지금속 상에 솔더 확산에 의한 금속 전극의 박리를 막기 위한 버퍼 금속(034)는 크롬, 티타늄, 파라듐, 로듐이나 니켈 또는 플라타늄 등을 각각 사용하거나, 이들 금속 중 적어도 하나 이상의 합금으로 이루어지 것을 사용하여 원하는 패턴의 박막 층을 형성한다. 또는, 염화파라듐을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 기판에 도포 후 건조하여도 좋다. 버퍼 금속(034) 상에 형성하는 솔더링용 금속 층(035)은 전기 전도도가 우수한 구리, 은, 파라듐 이나 로듐 또는 금 층을 형성하는데, 이 솔더링용 금속층(035)은 이들 금속을 각각 사용하거나 적어도 이들 금속 중 하나 이상의 합금으로 이루어지 것을 사용한다.
도 13a에서, 041은 적색 GaAs LED 칩에 (+)전원을 인가해 주는 금선의 와이어 본딩(Au, Gold wire bonding)용 전극이며, 042는 (-) 공통 전원을 인가해 주는 전극이다. 042는 적색 GaAs LED 칩을 부착하기 위한 기본 토대가 되며 적색, 녹색, 청색 LED 칩(RGB LED 칩)에 금선(gold wire)의 와이어 본딩 공정을 사용해 결선된다. 043은 GaN 청색 LED 칩에 (+)전원을 인가해주는 금선의 와이어 본딩용 전극이며, 044는 GaN 녹색 LED 칩에 (+)전원을 인가해주는 금선의 와이어 본딩용 전극이다. 이렇게 전극이 형성된 투광성 소형 기판(040)의 기판 위에 각각의 RGB LED 칩을 부착하기 위해 은으로 이루어진 페이스트나 솔더 또는 실리콘(Silicone)을 LED 칩이 부착될 위치와 그 전극에 주입하게 되는데, 그 주입 방법은 스크린 프린팅이나 디스펜싱에 의한 방법으로 공급한다.
도 13b는 이러한 방법으로 공급 형성된 은 페이스트(Ag paste)와 실리콘(Si)의 주입 형태를 보인 도면이다. 045는 녹색과 청색 LED 칩이 부착될 위치에 공급된 실리콘이나 에폭시 접착제이며, 046은 은 페이스트(Ag paste)나 솔더의 공급 위치를 보인 도면이다. 투명 실리콘이나 에폭시 접착제(045)는 GaN 청색과 녹색 LED의 경우 칩 구조가 수평형(Lateral)이고, 기판 자체가 절연체로 이루어져 있기에 LED 칩 부착을 위한 별도의 전극 금속을 필요로 하지 않는다.
이러한 구조의 투광성 소형 기판 필름(040) 상에 도 13c와 같이 각각의 RGB LED 칩을 부착한다. 047은 갈륨비소로 이루어진 적색 LED 칩이며, 048은 질화갈륨으로 이루어진 청색 LED 칩, 049는 질화갈륨으로 이루어진 녹색 LED 칩이다. 각각의 3원색 LED 칩이 장착된 기판 040은 열처리 공정 중 전극 금속의 산화(Oxidization)를 방지하기 위하여 질소 가스(Nitride Gas)를 공급하는 분위기에서 80~150℃의 온도로 약 10분간 열처리 공정을 통하여 경화시킨 후, 도 13d처럼 금선으로 결선(gold wire bonding)을 하게 된다. 050은 각각의 RGB LED 칩에 (+) 전원을 공급하기 위한 금선이며, 051은 각각의 녹색과 청색 LED 칩에 (-) 전원을 공급하기 위한 금선의 결선이다. 도 13e는 이렇게 조립하여 제작된 단위 제품을 측면, 즉 옆면에서 보았을 때의 구조이다. 이러한 방법을 이용하면 가로 1.5(mm) x 세로 1.5(mm) 정도 크기의 필름 위에 조립하여 소형화된 투명 LED 패키지의 제작이 가능하다.
도 13f는 단위 제품 소자인 도 13d를 투명한 디스플레이 필름 기판상에 장착한 모습을 보인 것으로, 투명한 디스플레이 필름 기판(023) 상에 각각의 회로 패턴 전극에 맞추어 투광성 소형 기판(040)을 부착하고, 그 후 솔더나 은 페이스트(018)를 이용하여 조립하게 된다. 도 13g는 도 13f 구조를 측면에서 바라 본 형태의 도면이다. 기호 "B"는 녹색 LED칩에 전원을 공급하기 위해 질화갈륨 녹색 LED 칩의 (+)전극(044)에 연결되는 투명한 디스플레이 필름 기판상에 형성된 (+)전극이다. 052는 청색 LED칩에 전원을 공급하기 위하여 043에 연결되는 투명한 디스플레이 필름 기판상에 형성된 (+)전극이다.
도 13h는 RGB LED 칩이 장착된 투광성 소형 기판 필름(040)에 소자를 외부 환경이나 취급 공정 간의 파손으로부터 보호하기 위하여 RGB LED 칩이 장착된 LED 패키지 소자 보호용 실리콘 돔(Silicone dome)을 형성하는 구조이며, 본 발명에서는 먼저 투명한 돔(dome)을 형성하기 위한 가이드 댐(Guide Dam)(053)을 형성하였다. 가이드 댐(053)은 투명한 실리콘 돔 형성을 위해 주입되는 실리콘 수지의 확산을 방지하기 위한 것으로, 그 재질은 실리콘과 같은 계열의 소재로 굴절율(Refractive Index)이 1.4 이상인 것을 사용하였으며, 점도(Viscosity)는 100,000(cps) 이상의 것을 사용하였다. 가이드 댐(053)을 형성한 후에는 투명한 실리콘 돔(054)을 형성하기 위하여 굴절율 1.5 이상, 점도 50,000(cps) 이상인 실리콘 수지(054)를 주입하여 질소 가스(Nitride Gas) 분위기에서 80 ~ 150℃ 온도로 약 20분 동안 열처리하여 가이드 댐(053)과 실리콘 돔(054)을 경화시켰다. 이러한 공정을 거쳐 투명한 디스플레이 필름 판넬을 제작하였다.
도 13i는 이렇게 제작된 도 13h 구조의 투명하고 소형화된 RGB LED 패키지(055)가 투명한 디스플레이 기판 상에 배열된 측면 구조의 예를 보인 도면이다.
도 13j는 투명한 디스플레이 기판 상에 도 13h의 단위 소자가 정열 배치된 구조를 보인 도면이다.
대면적 디스플레이용 투명 필름 기판의 소재로는 그 취급이나, 가공성, 단가(Cost)적인 측면, 중량(Weight)적인 제한 요소 등을 고려해 PET 필름, PI 필름, PE 필름, PEN 필름 등을 사용하는데, 이러한 필름 소재를 사용하면서 발생되는 또 하나의 문제는 공정 중에 도입되는 가열 공정으로 인해 발생하는 필름과 메탈 메시 패턴의 열팽창 계수(Thermal Expansion Coefficient) 차이에 따른 비틀림 현상이다. 앞서 공정에서도 설명하였지만, 대면적 투명한 디스플레이용 기판 소재로 PI 필름을 사용하는 예에서는 금속 패턴과 PI 필름의 열팽창계수 차이에 따른 팽창과 수축 간의 상이가 필연적으로 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이를 감소시킬 수 있는 구조적인 방법을 제시하였다.
먼저, PET 필름의 경우, 소재의 직선 열팽창계수는 60x10-6/℃정도인데, 이를 단위로 환산하면 1 m 길이의 PET 필름이 150℃의 열처리 온도에서는 상온(25℃)에 비해 약 7.5mm 정도의 길이가 연신(延伸)될 수 있다는 의미이다. 예를 들면, 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판에 장착되는 LED 화소 간의 간격이 11 mm인 경우 그 1 m 길이 내에서 등간격(等間隔)으로 구성되는 화소의 수는 약 91개이다. 균일한 온도 영역 내에서 이상적으로 적용되는 팽창 계수로 인해 연신하는 필름인 경우, 각 화소에 작용하는 평균적인 연신 길이는 약 80㎛ 정도가 할당된다. 따라서 각 화소에 구성되는 피치(Pitch) 간에 최소 80㎛ 이상의 타공(打空)된 공간을 제공할 수 있다면 필름의 비틀림 현상을 쉽게 회피할 수 있을 것이다.
본 발명에서는 대면적 디스플레이용 투명 기판의 소재로 널리 사용되는 PET 필름, PI 필름, PE 필름, PEN 필름 중에서 열팽창 계수가 가장 큰 PE 필름을 그 기준으로 적용하였다. 상대적으로 직선 팽창률이 큰 PE(Poly Ethylene) 필름의 열팽창 계수는 일반적으로 200 x 10-6/℃정도인데, 이 PE 필름은 170℃의 열처리 온도에서는 상온(25℃)에 비해 약 30mm 정도의 길이가 연신(延伸)되게 된다. 예를 들어 가로 1m x 세로 1m 크기의 정방형 디스플레이를 구성할 때, 화소 간격 11 mm인 투명한 디스플레이 필름 기판을 제작하는 경우에 LED의 개수는 91개가 되며, 각 LED 한 개당 적용되는 화소 간에 작용하는 평균적인 연신 길이는 약 0.33mm가 된다. 따라서 본 발명에서는 PE 필름의 연신 율을 충분히 고려하여 직경 0.5mm의 타공 구멍을 "N(30(mm)단위 길이 방향의 화소 개수 Pn+1"개를 각 화소의 피치에 균등하게 적용하는 것을 특징으로 하여 이를 투명한 디스플레이용 필름의 판넬 구조에 적용하고자 하였다. 그 예가 도 13j와 도 13k의 구조이다. 그림에서 056은 필름의 비틀림을 예방하기 위해 직경 0.5mm의 타공 구멍을 형성한 예이며, 그 때의 피치 간격은 11 mm였다. 039는 투명한 디스플레이용 필름 기판에 연결되는 외부 신호의 인입 및 전원 공급용 단자 부분이다. 도 13j는 각 LED의 피치 간에 등배 간격으로 직경 0.5 mm의 타공 구멍을 형성한 예이다. 도 13k는 투명한 디스플레이용 필름 기판상에 또 다른 타공 구멍을 형성하는 예를 보인 것으로, 타공 구멍을 외부에 노출시키지 않기 위해 LED가 부착되는 위치의 하면에 비틀림을 방지하기 위한 타공 구멍을 형성한 예이다. 그림에서는 원형의 타공을 예로 들었으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 대칭 구조를 갖는 타공의 형상이라면 어떤 모양의 형상이어도 가능하다.
대면적 투명한 디스플레이 필름 기판의 경우 광 투과도를 향상 향상시키기 위해서는 메탈 메시 와이어의 굵기를 가늘게 하고 그 패턴의 피치 간격을 가능한 넓게 구현하는 것이 바람직하다. 이러한 회로 패턴 구현과 함께 회로 간의 (+), (-) 전원 및 신호 분리를 위해 형성하는 절연 채널은 식각 공정이나 회로 패턴의 디자인을 통해 구성하게 되는데, 단위 면적 당의 화소 수를 증가시켜 해상도를 높이기 위해서는 절연 채널의 폭이 제한되는 역설적인 관계가 된다. 일반적으로 투명한 디스플레이 기판에서는 하나의 패키지 내에 RGB LED 칩이 내장된 LED 패키지를 사용하게 되는데, 해상도를 높이기 위해 화소 수를 늘리는 경우, 회로를 구성하는 메탈 메시 와이어의 선 폭을 줄이거나, LED 크기를 최소화하는 것 외에는 사실 별다른 해결 방법이 없다. 예를 들면, 단일 화소에 RGB 삼원색 칩이 내장된 RGB LED 패키지를 사용하는 투명한 디스플레이 필름 기판에서는 회로 패턴의 길이에 따른 저항과 그에 따른 LED의 동작 전압, 인가되는 구동 전류 등을 고려하여 직류(DC) 전압을 인가하게 된다. 각 단위 소자의 동작 전압은 적색 LED 칩의 경우에는 약 2~2.5V, 청색과 녹색 LED 칩의 경우는 약 3V 정도에서 형성된다. 여기에 각 LED 칩에 메탈 메시 와이어를 이용하여 회로 패턴을 구현하는 경우, 투명도를 확보하기 위한 메탈 메시 와이어의 선 폭은 10㎛ 정도로 제한되며, 그 두께는 단일 층의 경우 약 1,500Å정도로 형성되기에 그 메탈 메시 와이어의 저항은 무시할 수 없을 만큼 매우 높아지게 된다.
예를 들면, 가로 45(cm) x 세로 45(cm)인 투명한 디스플레이 필름 기판에서, 메탈 메시 와이어의 선 폭을 10㎛, 와이어의 피치를 100㎛, 메탈 메시 와이어 두께를 2,000Å 정도로 패턴을 형성할 경우, RGB 칩이 내장된 LED 패키지를 장착하는 그 숫자는 대략 가로 16개 x 세로 16개의 배열이 형성 가능하다. 이를 모두 개별 구동하기 위해 각 소자의 회로 선 폭이 매우 제한적으로 좁아질 수 밖에 없는데, 이 경우 전류가 주입되는 첫번째 단에 위치하는 LED 위치의 메탈 메시 와이어의 저항은 수Ω에 불과하지만, 마지막 16번째의 LED가 위치하는 곳의 저항은 패턴의 길이만큼 증가하여 수(KΩ)을 갖게 된다. 이 때 발생되는 저항은 R(Ω) = {[비저항 ρ(Ω.cm) x 길이 l (m)] ÷ 면적(㎡)}의 물리학적 기본 법칙을 따르게 된다. 따라서 메탈 메시 와이어의 길이와 두께, 선 폭의 제한에 의해 발생하는 저항에 따른 전압 강하를 보상하기 위해 인가되는 전압 자체를 높게 걸어 주지 않으면 안되는 현실적인 문제가 대두된다. 물론, 이 경우에 인가되는 전압은 화로 패턴의 구성에 따라 달라지지만 보통 12~15 V 이상이 LED 소자에 인가되게 된다. 비록, 12~15 V 정도의 직류 전압을 일반적인 상용 전원과 비교하면 매우 낮은 전압처럼 느껴지지만, 한정된 면적 내에서 그 선 폭과 절연 채널의 폭이 ㎛ 단위로 매우 좁아지면 역설적이게도 미세 패턴의 회로를 사용하는 이유와 그로 인해 높아진 구동 전압에 의한 절연 파괴 현상이 발생된다.
DC 전압의 공기 중 절연 파괴 전압은 30,000(V/m)이지만, 이를 10㎛의 선 폭을 갖는 메탈 메시 구조에 적용하는 경우, 그 간격 10㎛는 DC 30V에서 절연 파괴가 발생하며, DC 5V에서는 약 1.7㎛ 정도에서 절연 파괴 현상이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 RGB LED 칩이 내장된 패키지를 메탈 메시용 투명한 디스플레이의 광원으로 사용하는 경우, 메탈 메시 와이어의 패턴 간 절연 채널 간격을 DC 30V에서 최소 10㎛ 이상으로 이격하여 분리시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 각 회로 패턴 간의 보다 안전한 절연 유지를 위하여 투명한 디스플레이용 필름 기판의 회로 전극 위에 도 13k처럼 절연체를 코팅하는 구조를 적용하였으며, 본 발명에서는 도 8k의 공정으로 제작된 투명한 기판에 이러한 절연체 코팅의 형성 방법을 예로 들었다.
우선, 도 13j처럼 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 058의 메탈 마스크(Metal mask)를 장착하는데, 이 메탈 마스크에는 절연체를 코팅하기 위한 059의 개구부가 형성되어 있다. 057은 LED 패키지를 필름 기판 상에 부착하기 위한 금속 전극으로, 이 부분은 LED 패키지와의 솔더링을 위한 것이다. 이 메탈 마스크 상에 스프레이식 헤드(Spray head)(060)를 이용하여 투명한 절연체(061을 5㎛ 이상의 두께로 분산시켜 도포하고, 이를 80℃의 온도에서 약 10분 정도 열처리하여 경화시킨다. 본 발명의 절연체로는 실리콘 바니쉬(Silicone Varnish), 우레탄(Urethane) 또는 아크릴(Acrylic) 계열의 투명한 수지나 투명한 PSR(Photo Solder Resist) 소재를 사용하였으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 투명하고 절연 내력이 DC 30(V)/10(㎛) 이상을 유지할 수 있는 도포제라면 어느 것을 사용하여도 좋다. 경화가 완료된 투명한 디스플레이용 기판은 회로 전극 부분 057을 제외하고는 도 13m의 구조처럼 메탈 메시 부분이 절연체로 코팅된 구조를 갖게 되며, 본 발명에서는 스프레이 방식의 절연체 도포를 제안하였지만, 스프레이 코팅 방식의 절연체를 대신하여 개구부가 형성된 투명한 마스킹 테이프를 사용하여도 좋다.
또한, 본 발명에서는 솔더링용 전극 금속의 가장 큰 취약점인 금속 전극의 박리 문제를 근본적으로 제거하기 위하여 전극 금속의 둘레를 메탈 메시가 망목구조의 형상으로 둘러 싸는 방식을 적용하였다. 도 13n은 본 발명으로 제작된 투명한 디스플레이용 메탈 메시 및 전극 금속의 전체적인 회로 패턴을 보인 것으로 그 크기는 45cm x 45cm이며, 그림에서는 좌측 하단 062의 메탈 메시 파트(Part) "A"부분을 예로 들어 설명하였다. 도 13o는 메탈 메시의"A"부분을 확대한 것으로, 063 ~ 066은 LED 패키지의 각 단자와 메탈 메시 와이어로 이루어진 회로 패턴이 연결되는 솔더링용 전극 금속이다. 그림에서, 063은 LED 패키지 내에 탑재되어 있는 RGB LED 칩의 공통(common) 단자인 (-) 단자이며, 064는 GaAs 적색 LED 칩의 (+) 단자 또는 드라이브 IC가 탑재되는 경우에는 구동 전원의 (+) 단자이고, 065는 GaN 녹색 LED 칩의 (+) 단자 또는 드라이브IC의 신호가 입력되는 (+) 단자이고, 066은 GaN 청색 LED 칩의 (+) 단자 또는 드라이브IC의 신호가 출력되는 (-) 단자 부분이다. 067은 본 발명에서 적용한 메탈 메시 와이어의 패턴 형태를 보인 것으로, 전극 금속 063 ~ 066을 메탈 메시 와이어가 각각 둘러싸는 068과 같은 모양(Surround metal mesh wire the electrode metal)의 망목구조 방식으로 패턴을 형성하였다. 이러한 구조는 거미줄과 같은 효과를 같게 되는데, 측면에서 작용하는 전단 응력은 단일 면적의 전극 구조 보다 사방에서 전극 금속을 둘러싸는 형태가 더욱 바람직하다. 그 실제의 예를 도 13p에 보였는데, 본 발명에 의한 망목구조(matrix)의 메탈 메시 와이어가 솔더링용 LED 전극의 둘레에 형성된 경우, 별도의 접착제를 주입하지 않고도 6(Kg.f) 이상의 전단 응력을 보였다. 전단응력 테스트를 통해 파괴된 그림에서는 069처럼 전극 금속의 박리가 없이 솔더 부분이 깨져 나간 것을 확인할 수 있었으며, 투명한 필름 기판 소재도 함께 뜯겨져 나간 것을 확인할 수 있었다.
대면적 투명한 디스플레이의 주요 거치 장소는 불특정 다수의 대중을 상대로 하는 것이기에 설치 장소는 실외인 경우가 대부분이다. 이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 투명한 디스플레이에 형성된 전극 및 솔더링 부분의 산화나 메탈 메시 패턴의 산화를 방지하고, 외부 분위기로 인해 유입되는 습기나 먼지 등의 기타 환경으로부터 소자를 보호하기 위해 도 14와 같은 투명한 커버의 구조를 적용하였다.
도 14a에서는 투명한 디스플레이 필름의 하부 기판(070)은 투명한 아크릴(Acrylic) 기판이나 폴리카보네이트(PC, Poly Carbonate) 또는 유리(Glass) 기판을 사용하며, 투명한 디스플레이 필름의 하부 기판(070) 상에 투명한 디스플레이 필름 기판을 장착하였으며, 그 적용 방법은 투광성 양면 접착 테이프를 사용하는 방법을 제시하였다. 본 발명에서는 그 예로 3M사의 795X MP 아크릴(Acrylic)계열 테이프를 사용하였으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 투명한 실리콘 계열의 투명 접착제나 아크릴(Acrylic)이나 우레탄 계열의 투명 수지로 된 투명 접착 필름(071)을 닥터 블레이드나 스프레이에 의한 방법으로 도포하여도 좋다. 이렇게 투명 접착제가 형성된 투명한 디스플레이 필름의 하부 기판(070) 상에 LED 패키지가 장착된 투명한 디스플레이 필름 기판(023)을 부착하고, 역시 동일한 소재의 상부 커버인 투명한 아크릴 기판이나 폴리카보네이트 또는 유리 기판를 사용하는 투명한 디스플레이 필름의 하부 기판(072)을 얹어 결합하는 방식이다. 도 14에서는 상부 커버의 LED 패키지가 장착될 위치에 LED 패키지 보호용 타공 구멍(073)을 형성하여 LED 패키지가 상부 커버와 접촉하는 것을 방지하였으며, 이렇게 결합된 개략적인 구조의 대면적 투명한 디스플레이 도 14b이다.
도 15는 이 같은 공정을 거쳐 정방형의 형태로 완성된 투명한 디스플레이 LED 판넬(074)의 실제 모양이며, 본 발명 제품을 시연을 위한 거치용 목제 이젤(Easel)(075)에 거치 장착한 형태이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
부호의 설명
001: 단위 화소를 구성하는 LED 패키지 002: ITO 또는 은 전극 패턴
003: 절연 채널 004: 유리 기판
005: 초점 조절용 렌즈 006: 레이저 빔
007: 용융 및 기화되는 전극 패턴 부위 008: 은 또는 ITO (+) 전극 층
009: 은 또는 ITO (-) 전극 층 010: PET 필름
011: 메탈 메시 012: 이탈된 LED 패키지
013: 전극 금속의 박리 부분 014: 주석 확산 부위
015: 이탈된 LED 패키지의 배면 016: 구리 또는 은의 (+) 전극
017: 구리 또는 은의 (-) 전극 018: 솔더 또는 은 페이스트
019: LED 패키지 020: LED (+) 전극
021: LED (-) 전극 022: PET/Cu/솔더 금속 층의 계면
023: 투명한 디스플레이용 필름 기판(PET 필름, PI 필름, PE 필름, PEN 필름이나 아크릴 또는 유리 기판)
024: 감광제(PR) 025: 크롬 마스크
026: 자외선 광 027: UV광이 노출되는 부분
028: 감광 부분 제거 029: 카본 그래파이트
030: 하지 금속(구리, 크롬, 니크롬, 티타늄 또는 파라듐 층)-전극 금속
031: 감광제 제거
032: 리프트 오프 공정을 통해 투명 전극용 메탈 메시 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분
033: 마스크나 마스킹 테이프 또는 감광제
034: 버퍼 금속(크롬, 파라듐, 티타늄, 로듐, 니켈, 플라타늄, 파라듐, 또는 염화파라듐)
035: 버퍼 금속 상에 형성하는 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속 층(구리, 은, 파라듐 이나 로듐 또는 금)
036: 관통 구멍 037: 실리콘 접착제
038: 질화알루미늄, 산화알루미늄, 이산화티타늄
039: 외부 신호 입출력 및 전원용 PCB 단자 040: 투광성 소형 기판
041: 갈륨비소 적색 LED 칩의 (+) 전극 042: 공통 (-) 전극 부위
043: 질화갈륨 청색 LED 칩의 (+) 전극
044: 질화갈륨 녹색 LED 칩의 (+) 전극
045: 투명 실리콘 또는 에폭시 접착제 046: 은 페이스트 또는 솔더
047: 갈륨비소 적색 LED 칩 048: 질화갈륨 청색 LED 칩
049: 질화갈륨 녹색 LED 칩 050: 금선 볼 본딩
051: 투명디스플레이 기판 상의 (+) 전극
052: 투명디스플레이 기판 상의 (-) 전극 053: 가이드 댐(실리콘 댐)
054: 실리콘 돔
055: RGB LED 패키지 056: 뒤틀림 방지용 구멍
057: 적층 구조의 금속 전극 058: 메탈 마스크
059: 메탈 마스크의 개구부 060: 스프레이 헤드
061: 절연체 062: 메탈 마스크 부분 "A"
063: LED 패키지의 (-) 공통 전극
064: 갈륨비소 적색 LED의 (+) 전극 또는 구동 회로의 (+) 전극
065: 질화갈륨 녹색 LED의 (+) 전극 또는 신호 입력 단자의 (+) 전극
066: 질화갈륨 청색 LED의 (+) 전극 또는 신호 출력 단자의 (-) 전극
067: 메탈 메시 와이어 패턴
068: 전극 금속 둘레를 포위하는 구조의 메탈 메시 와이어
069: 파괴된 솔더 층
070: 투명한 디스플레이 필름의 하부 기판
071: 투명 접착제 또는 투명 접착 필름
072: 투명한 디스플레이 필름의 상부 기판
073: LED 패키지 보호용 타공 구멍
074: 투명한 디스플레이 판넬
075: 시연을 위한 거치용 목제 이젤
본 발명에 따른 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 및 그 제조 방법은 투명한 필름 소재를 사용한 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 반도체 공정과 LED 패키지 기술을 사용하여 메탈 메시 와이어(Metal mesh wire) 형태의 패턴을 형성하여 회로 기판을 사용하며, 그 패턴 형성은 접착력, 금속의 확산성, 전기전도도 등을 고려하여 적어도 두 개 이상의 적층 구조를 갖는 형태가 적용되며, LED 패키지 조립시, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제조 공정에서 투명한 필름과 금속이 갖고 있는 소재 고유의 열팽창계수(Thermal Expansion Coefficient) 차이에 따른 열처리 과정 상의 비틀림을 방지하기 위하여 투명한 필름 소재의 선팽창 계수를 고려한 관통 구멍을 기판 내에 형성하고, 인가되는 전원에 의한 절연 파괴를 막기 위하여 메탈 메시 와이어와 채널 절연 간격을 제한하고, LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판의 접착력을 극대화하여 제작되며, 각 단위 화소에 적색, 청색, 녹색 칩(RGB Chip)이 내장된 LED 패키지를 사용하여 대면적 디스플레이용 투명 전광판(Transparent electro-optic panel)을 제작하였다.
이를 위해 본 발명에서는 도 5에 도시된 같이 박막 필름(Thin Film)과 미세 패턴의 형태로 제작되는 투명한 디스플레이용 필름 기판에서 LED 패키지의 이탈을 방지하기 위해 회로 기판 상의 특정 부분에 적층(Multi-Layer) 형태의 금속 층을 도입하였으며, 이 구조를 적용하여 LED 패키지와 투명한 디스플레이용 필름 기판(예, PET 필름 기판)의 솔더링 과정에서 발생하는 PET 필름과 구리 계면 간의 층간 분리를 방지할 수 있다. 또한, 보다 안정적이고 강화된 전단 응력의 증대를 위해 몇 가지 추가적인 보조 기법을 적용하였으며, 그 하나는 전극 금속 패턴의 필름 상에 관통 구멍(Through Hole)을 형성하는 보조적인 구조를 추가하였으며, 둘째로는 실제로 솔더링이 일어나는 전극 패턴의 둘레에 분산된 망목구조(Matrix)의 메탈 메시 패턴을 형성하여 횡방향으로 전달되는 전단응력에 따른 스트랭스(Strength)를 분산시켜 금속 전극의 박리를 방지하였다. 이러한 적층 구조의 금속 회로로 메탈 메시가 구성되기에 공정 중의 취급 부주의에 의해 발생할 수 있는 LED 패키지 소자의 이탈 및 금속 회로 패턴의 박리와 단선을 방지할 수 있었다.
또한, 본 발명에서는 기존의 수지(Epoxy)형 LED 패키지 대신에 투명한 PEN(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 폴리이미드(Colorless Polyimide) 필름 또는 슬라이드 유리(Slide glass) 기판 상에 LED 칩을 단위 모듈 형태로 조립하여 사용함으로써 LED 패키지에 의해 야기되는 투명한 디스플레이 필름 기판의 광투과도 감소를 근본적으로 해결하였다. 따라서, 투명한 디스플레이 기판 상에서 LED 칩으로 인해 광 투과도가 감소되는 부분은 RGB LED 칩 면적에 해당되는 크기뿐 이며, LED 칩의 크기가 약 0.15(mm) x 0.2(mm)인 점을 고려한다면 LED 칩에 의해 투명한 디스플레이 필름 기판상에서 야기되는 광 투과도의 감소 면적은 눈으로 분별할 수 있는 인지 능력과 시야각(viewing angle)의 한계를 고려한다면 거의 무시할 만 하다고 할 수 있다.
LED는 반도체 소자가 갖고 있는 그 물성적인 한계인 미분양자효율로 인해 주입 전류 모두를 광으로 변화시키지는 못하며, 주입되는 에너지의 약 50%를 주울(Joule)열로 발생시키게 되는데, 본 발명에서는 이렇게 LED 소자가 동작 중에 발생시키는 열을 신속하게 외부로 전달하기 위하여 투명한 디스플레이용 기판 필름의 후면에 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum oxide), 이산화티타늄(TiO2, Titanium oxide)등의 박막을 디스플레이 판넬의 후면에 전면 증착하는 방식으로 형성하여 투명한 히트 싱크(Heat sink)를 구성하였고, 이를 통한 발열의 분산, 방열되게 하였다.
또한, PET 소재를 사용하는 투명한 디스플레이용 필름 기판이 갖고 있는 구조적 한계 인 솔더링을 비롯한 열처리 과정 중에 나타나는 필름 기판의 비틀림 현상을 제거하기 위하여 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 PET 소재의 열팽창 계수를 고려한 관통 구멍을 매트릭스 형태로 구성하여 비틀림에 의한 굴곡 현상을 제거하였다.
본 발명에서는 먼저 금속 전극을 필름 기판 상에 전면 증착하고, 그 후에 회로 패턴을 PR(Photo Resist, 감광제)로 형성하여 메탈 메시 패턴 이외의 부분을 식각하는 기존의 공정 대신에, 감광제로 회로 패턴을 먼저 형성하고 그 위에 금속 전극을 증착한 후 리프트 오프(Lift Off)시키는 공정을 도입하여 과도한 식각으로 의한 금속 패턴의 단선 문제를 해결하였다.
본 발명의 효과는 크게는 네 가지로 요약할 수 있지만 그에 따른 세부적인 부수 효과는 매우 크고, 다양하다. 첫째, 투명한 디스플레이 필름 기판의 메탈 메시 패턴의 제작 공정 중에 발생할 수 있는 회로 패턴의 단선을 방지하게 됨으로써 공정 중의 불량률을 절감할 수 있으며, 제조 원가를 절감한다. 시판되는 고해상도의 투명한 디스플레이용 LED 전광판의 제품 크기를 약 1(m) x 1(m)로 가정했을 때, 그 판매 가격이 약 1,000만원 정도라는 점을 고려하면, 이는 원가를 크게 절감할 수 있다. LED 화소의 수량이 160 x 80 pixel 인 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬에서 화소 하나의 불량도 허용할 수 없는 관점에서 본다면, 그 원가 절감 효과는 매우 크다고 할 수 있다. 이와 연계하여 절감되는 노무 비용, 제작 공정 시간의 단축, 관리비용의 감소 효과는 더욱 크다고 할 수 있다.
두번째, 제품의 내구성과 신뢰성, 그리고 이로 인해 시장에서 고객으로부터 인지되는 지명도 측면에서의 관점이다. 옥내나 옥외에 거치되는 투명한 디스플레이용 LED 판넬은 외부 환경에 대한 신뢰성의 측면에서 온도, 습도, 진동, 충격에 대한 내구성 면에서 매우 열악한 환경에서 동작되어야만 하는 조건이다. 이런 환경 조건에서 동작하는 투명한 디스플레이에 장착되는 LED들은 유연한 필름 소재나 유리 기판을 사용하는 경우, 앞서의 문제점에서 제기한 것처럼 그 부착력은 매우 취약하다. 이러한 측면에서 본 발명에 의한 제작 방법은 LED 판넬 제품의 신뢰성 측면에서 매우 높은 신뢰도를 갖고 있으며, 그로 인해 야기되는 시장에 대한 LED 판넬 제품의 인지도는 더욱 높아지게 될 것으로 예상된다.
셋째, 유지 보수 비용의 절감이다. 옥외에 거치되는 투명한 디스플레이 판넬은 설치 장소의 제한성과 환경적 요소로 인하여 그 유지 보수 환경이 단순하고 간단한 문제가 아니다. 특히, 창틀을 기본 프레임(Frame)으로 디스플레이 판넬을 설치하거나, 건축물의 벽에 거치하여 시설물로 활용하는 투명한 디스플레이 LED 판넬의 경우, 설치된 창틀이나 프레임은 반드시 전문 인력과 함께 유지 보수의 공사를 해야 하기에 간단치 않은 문제가 발생한다. 즉, 단위 LED 소자의 불량이 발생하더라도 창틀의 분리 및 판넬 분해라는 개보수의 문제에 의해 그 유지 보수가 쉽지 않다. 본 발명에 의하면 LED 소자 자체의 불량이나 동작 과정 중의 어떤 사유로도 발생할 수 있는 필름의 메탈 메시 패턴이나 그로 인해 유발되는 문제가 현격히 감소하며, 예상치 못한 어떤 불량이 발생하더라도 LED 판넬 화면의 화소들을 구성하는 해당 단위 판넬 부분만을 선택하여 쉽게 교체가 가능하다.
넷째, 투명 LED 전광판 제품의 취급에 관한 편리성이다. 본 발명에 의하면 디스플레이 기판 제품을 보다 가볍고, 얇게 제작할 수 있는 경박화(輕薄化)가 가능해지며, 이로 인한 제품의 거치 및 이동의 다양성이 크게 증대하게 된다. 또한, 이로 인해 유발되는 제품의 높은 선정성과 안정성은 기존 유사 제품에 대비하여 가격적인 면과 그 성능의 우수성에 의해 경쟁력이 매우 높아지게 된다.

Claims (33)

  1. 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 매트릭스 구조의 각 지점 마다 구비된 LED 패키지들로 데이터 라인을 통해 RGB 조합 색상 신호가 전송되는 제어 보드/제어 회로;
    상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 (+) 전극선, (-) 전극선을 통해 각각의 LED칩 들로 전원이 공급되는 전원부; 및
    상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 각 화소 지점에 RGB LED 칩이 장착된 LED 패키지가 구비되며,
    상기 LED 패키지는 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 버퍼 금속(034) 및 전극용 하지 금속(030)이 적층되며, 상기 하지 금속(030) 위에 도금 또는 증착 기법으로 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속(035)을 증착하여 적층시킨 구조이며, 그 적층 구조 상에 LED (+) 전극과 LED (-) 전극이 구비되며,
    상기 투명한 디스플레이용 필름 기판을 중심으로 양면에 LED 부착용 전극과 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판 배면에 열방출용 배면 전극이 형성되고, 투명한 디스플레이 필름 기판의 제작 공정에서 열처리에 의한 비틀림 현상을 방지하기 위해 투명한 디스플레이용 필름 기판 소재 상의 LED가 부착되는 전극용 하지 금속 패턴 내에 관통 구멍들이 형성되며, 전극 단자의 둘레를 메탈 메시 패턴이 망목구조로 둘러 싸는 방식의 전극을 형성하여 LED 패키지와 투명한 디스플레이 필름 기판의 접착력을 강화하며,
    상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 상에 구비된 투광성 소형 기판 필름(040) 상에 각각 녹색 LED칩, 적색 LED 칩(047), 청색 LED 칩(048)을 구비하며 금속 볼 본딩(050)에 의해 각 LED 칩의 (+),(-) 전극들과 연결되며, 그 전극들 측면 둘레에 솔더 및 은 페이스트 되며, 소자 보호용 실리콘 돔(Silicone dome)을 형성하고, 원 둘레의 가이드 댐(Guide Dam)(053)을 형성하는, 반구형 돔 렌즈를 구비하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판은
    PEN(PE(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 PET(Poly Ethylene Terephthalate 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, PI(Polyimide, 폴리이마이드) 필름, PE(Poly Ethylene 폴리에틸렌) 필름 또는 아크릴(PMMA. Poly Methyl MethAcrylate)이나 유리(Glass) 기판을 사용하거나, 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층하는 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판 인 것을 특징으로 하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 RGB LED 칩이 동작 중에 발생시키는 열을 신속하게 외부로 전달하기 위하여 투명한 디스플레이용 기판 필름의 후면에 카본 그래파이트(Carbon graphite), 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum oxide), 이산화티타늄(TiO2, Titanium oxide)을 사용한 박막을 디스플레이 판넬의 후면에 전면 증착하며, 이들 중 적어도 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 가지며, 이 소재를 증착(Evaporation)이나 스퍼터링(Sputtering)에 의한 방법으로 1,000~3,000Å의 두께로 형성하는 투명한 필름 기판의 방열 구조를 갖는 투명한 히트 싱크(Heat sink)가 구비되며, 이를 통한 LED 소자의 발열의 분산, 방열하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판은
    상기 투명한 디스플레이 필름 기판 소재 상의 LED 소자가 부착되는 전극 금속 패턴 내에 직경 0.1 ~ 0.5mm의 관통 구멍(Through hole)들을 형성하여 그 내부에 카본 그래파이트를 증착한 후, 그 위에 파라듐(Pd, Palladium), 크롬(Cr, Chromium), 구리(Cu), 은 (Ag), 니크롬(NiCr, Nichrome) 또는 티타늄(Ti, Titanium)을 사용하거나 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층(Multi-layer)하는 구조를 가지며, 이를 도금(Plating), 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 300 ~ 1,500Å의 두께로 증착하여, 배면으로 열방출용 구조를 갖는 LED 소자가 구비된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 메탈 메시 회로 패턴용 하지금속(Base metal)은 파라듐(Pd, Palladium)이나 알루미늄(Al), 크롬(Cr, Chromium), 구리(Cu), 은 (Ag), 니크롬(NiCr, Nichrome) 또는 티타늄(Ti, Titanium)을 사용하거나 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 가지며, 이를 도금(Plating), 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 300 ~ 1,500Å의 두께로 증착하여 박막(Thin film) 회로 패턴이나 메탈 메시 와이어 패턴을 형성하게 하는 LED 소자가 구비된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 회로 패턴용 전극용 하지금속(Base metal)은 염화파라듐(PdCl2, Palladium Chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 이를 상기 필름 기판 상에 1,500Å 이상의 두께로 도포한 후 건조하여 사용하거나, 이를 파라듐(Pd, Palladium)이나 알루미늄(Al), 크롬(Cr, Chromium), 구리(Cu), 은 (Ag), 니크롬(NiCr, Nichrome) 또는 티타늄(Ti, Titanium) 중 적어도 하나 이상을 서로 적층하는 형태의 300 ~ 1,500Å 두께로 증착하여 박막 회로 패턴이나 메탈 메시 와이어 패턴을 형성하며, 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극 구조를 갖는 LED 소자가 구비된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 메탈 메시 회로 패턴용 전극용 하지 금속은 파라듐(Pd, Palladium)이나 크롬(Cr, Chromium), 구리(Cu, Copper), 은 (Ag, Silver), 니크롬(NiCr, Nichrome) 또는 티타늄(Ti, Titanium)을 사용하거나 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층 시키는 구조를 가지며, 그 전극 금속 위에 알루미늄(Al, Aluminum),산화구리(CuO, Copper oxide)나 산화은(Ag2O, Silver oxide) 또는 산화 크롬(Cr2O3, Chromium oxide)을 사용하거나 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 형성하고, 그 위에 플라타늄(Pt, Platinum), 구리(Cu, Copper), 파라듐(Pd, Palladium), 금(Au, Gold) 이나 로듐(Rh, Rhodium) 또는 은(Ag, Silver)을 사용하거나 이들 중 적어도 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 갖게 구성하며, 이러한 금속을 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 그 두께를 1,500 ~ 7,000Å 이상으로 증착하여 박막 회로 패턴(Pattern)이나 메탈 메시 와이어 패턴을 형성하는 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극 구조를 갖는 LED 소자가 구비된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극용 회로 패턴에서 솔더(Solder)의 확산을 방지하기 위한 버퍼(Buffer)금속은 알루미늄(Al, Aluminum), 크롬(Cr, Chromium), 티타늄(Ti, Titanium), 파라듐(Pd, Palladium), 니크롬(Nichrome), 로듐(Rh, Rhodium)이나 니켈(Ni, Nickel) 또는 플라타늄(Pt, Platinum)을 사용하거나 이들 중 적어도 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 가지며, 도금, 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 1,500 ~ 7,000Å의 두께로 증착하여 박막 회로 패턴(Pattern)이나 메탈 메시 와이어 패턴을 형성하며, 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극 구조를 갖는 LED 소자가 구비된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극용 회로 패턴에서 솔더의 확산을 방지하기 위한 버퍼(Buffer) 금속은 염화파라듐(PdCl2, Palladium Chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 이를 1,500Å 이상의 두께로 기판 상에 도포 후 건조하여 사용하거나, 이를 알루미늄(Al, Aluminum), 크롬(Cr, Chromium), 티타늄(Ti, Titanium), 파라듐(Pd, Palladium), 니크롬(Nichrome), 로듐(Rh, Rhodium)이나 니켈(Ni, Nickel) 또는 플라타늄(Pt, Platinum)의 금속 중 적어도 하나 이상의 금속과 적층(Multi-layer)하는 형태로 1,000 ~ 3,000Å 두께로 증착하여 박막 회로 패턴이나 메탈 메시 와이어가 형성된 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극 구조를 갖는 LED 소자가 구비된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 회로 패턴에서 전극용 하지 금속은 전기 전도도가 우수한 구리(Cu, Copper), 은(Ag, Silver), 로듐(Rh, Rhodium), 파라듐(Pd, Palladium)이나 플라타늄(Pt, Platinum) 또는 금(Au, Gold) 층(Layer)을 사용하거나 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 가지며, 도금, 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 300 ~ 1,500Å의 두께로 증착하여 박막 회로 패턴을 형성하게 하는 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극 구조를 갖는 LED 소자를 구비하는 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판은 전극 금속으로 회로 패턴을 형성할 때, 리프트 오프(Lift Off) 방식으로 금속의 회로 패턴이 제작된 LED 소자가 구비되는 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 전극 구조를 갖는 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 LED 장착 위치 하부에 부착력을 향상시킬 목적으로 실리콘(Silicone)이나 에폭시(Epoxy) 계열의 접착제를 주입하고, 리플로우(Reflow) 공정을 통해 솔더를 용융시키면서 해당 접착제를 함께 경화시키는 구조를 갖는 LED 패키지 조립 방식이 사용되는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판은
    PEN(PE(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 PET(Poly Ethylene Terephthalate 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, PI(Polyimide, 폴리이마이드) 필름, PE(Poly Ethylene 폴리에틸렌) 필름 또는 아크릴(P(MM)A. Poly Methyl MethAcrylate)이나 슬라이드 유리(Slide Glass) 기판을 사용하거나, 적어도 이들 중 하나 이상을 서로 적층하는 구조를 갖는 절연성의 투명한 필름 기판 소재를 사용하거나 투명한 슬라이드 유리(Slide glass) 기판 상에 (+), (-) 전극 구조가 형성된 LED 칩(Bare Chip)을 부착하여 하나의 소형 단위 LED 패키지를 제작하며, 이를 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판에 장착되는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소형 단위 LED 패키지를 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 부착 시, 그 부착용 솔더(Solder)는 융점이 140 ~ 170℃인 3성분계 저온 솔더(Low temperature solder) SnBiAg, SnBiPb 또는 SnBiSb 이나 SnSb, 인듐(Indium) 또는 은 페이스트(Ag Paste)를 사용하여 제작된 LED 소자를 구비하는 투명한 디스플레이용 필름 기판의 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 LED 패키지에 장착되는 반구형 돔(Dome) 렌즈를 형성하게 하기 위하여 굴절률(Refractive Index) 1.4 이상, 점도 100,000(cps) 이상의 투명한 실리콘(Silicone) 수지를 사용하여 원형 댐(Circular Dam)을 형성하고, 그 내부에 굴절율(Refractive Index) 1.5 이상, 점도 50,000(cps) 이상의 실리콘(Silicone) 수지를 주입 후, 해당 수지의 표면장력(Surface tension)을 이용하여 반구형 돔 렌즈(Dome lens)가 형성된 LED 소자가 구비된 대면적 투명한 디스플레이용 LED 패키지의 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판의 솔더링에 의한 비틀림(Warpage) 현상을 방지하기 위하여 관통 구멍(through hole)을 필름 기판 상에 등배 간격으로 형성하거나 각 LED 부착 지점의 중심 하면에 형성하는, 투명한 디스플레이용 LED 필름 기판의 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  17. 제16항에 있어서,
    타공된 관통 구멍의 형상이 원형이거나 또는 대칭 구조를 갖는 모양으로 형성되며, 투명한 디스플레이용 LED 필름 기판의 비틀림 현상 방지 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판 상의 회로 패턴을 형성하는 메탈 메시 와이어가 LED 패키지가 장착되는 위치의 전극용 하지 금속을 사면(四面)에서 망목구조(Matrix) 방식으로 둘러싸는 형태를 갖으며, 투명한 디스플레이용 LED 필름 기판의 전극 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판에 형성되는 메탈 메시 와이어 패턴 간의 절연 파괴 방지를 위하여 절연 채널의 폭이 LED 소자에 인가되는 직류 전압 DC 3V당 1㎛ 이상을 이격하여 분리시키는 투명한 디스플레이용 필름 기판의 회로 패턴 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 대면적 투명한 디스플레이용 필름 기판 상의 메탈 메시 와이어 패턴을 스프레이(Spray) 방식이나 프린팅(Printing) 방식을 이용하여 투명한 절연성의 실리콘 바니쉬(Silicone Varnish)나 우레탄(Urethane) 또는 아크릴(Acrylic) 계열 수지나 투명 PSR(Photo Solder Resist) 소재 또는 절연 내력이 DC 3,000(V)/1(mm) 이상인 투명 절연체로 코팅하며, 투명한 디스플레이용 필름 기판을 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 투명한 디스플레이의 하부 기판 판넬이 폴리카보네이트(PC, Poly Carbonate)나 투명 아크릴(Acrylic) 또는 유리(Glass)로 이루어진 소재의 기판 상에 LED가 부착된 투명한 디스플레이 필름 기판을 부착하고, 그 위에 실리콘 계열의 접착제나 아크릴(Acrylic) 또는 우레탄(Urethane) 계열의 투명한 수지(Resin)를 도포한 후, 하부 판넬과 동일한 소재로 이루어진 LED 보호용 구멍(Hole)이 형성된 상부 커버를 하부 커버에 부착, 결합하는 대면적 투명한 디스플레이 기판의 구조를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  22. 제1항에 있어서,
    카본 그래파이트 층과 크롬(Cr)의 합금 층을 메탈 메시 패턴의 상기 하지금속으로 사용하고, 버퍼 금속 층은 니켈(Ni)의 합금 층, RGB LED 패키지로 제작된 LED 소자가 부착되는 전극 금속은 구리(Cu) 합금을 사용하였으며, 배면전극 상에 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)을 증착하여 제조된, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬.
  23. 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 위에 스핀 코팅(Spin Coating), 닥터 블레이드(Doctor Blade) 또는 스프레이(Spray) 방법에 의해 수 ㎛ 두께의 감광제(PR, Photo Resist)(024)를 전면 도포한 후, 감광제(PR, Photo Resist)(024)를 50~80℃의 온도에서 10~20분 동안 경화(Baking)시키는 단계(8a);
    상기 감광제(024)가 경화된 투명한 디스플레이용 필름 기판(023) 위에 메탈 메시 회로 패턴을 형성하기 위해 크롬 마스크(Cr, Chromium mask)(025)를 밀착하고, UV 광(026)을 수십 초 동안 조사하여 UV광이 노출되는 부분(027)을 감광시키는 단계(8b);
    상기 메탈 메시 회로 패턴이 감광된 투명한 디스플레이용 필름 기판은 PR 제거제(PR Remover)를 사용하여 감광된 부분(028)을 제거하고 메탈 메시 회로를 형성할 패턴 부분만을 노출시키는 단계(8c);
    이렇게 패턴이 노출된 필름 기판 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 카본 그래파이트(029)를 100 ~ 1,500Å의 두께로 형성하며, LED 소자의 주울 열을 외부로 신속히 방출하게 위한 바이패스(By pass) 구조를 갖게 하며 동시에, 솔더링에 의한 주석(Sn)의 확산이 필름 기판 소재인 PI, PEN, PET나 PE 필름, 아크릴 또는 유리와의 접촉을 막는 단계(8d);
    상기 카본 그래파이트 상에 전극용 하지금속(Base Metal)(030)을 전자선 증착(Electron beam evaporation) 또는 스퍼터링 공정으로 증착하는 단계(8e);
    상기 전극용 하지 금속을 증착하거나 도포한 후. PR 제거제(031) 또는 아세톤(Acetone)과 메탄올(Methanol) 용액을 사용하여 초음파를 인가하여 리프트 오프 공정을 통해 투명 전극용 메탈 메시 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분(032)을 제외하고 나머지 불필요한 부분의 전극을 제거하는 단계(8f);
    하지 금속(030)의 패턴 중에서 LED 부착에 필요한 부분만 추가적인 전극 금속 형성을 위한 마스킹(Masking) 작업이 수행되며, 복수의 필요 부분 만을 개구 (open)시킨 마스킹 테이프(033)를 투명한 디스플레이용 필름 기판 상의 원하는 부위에 부착시키는 단계(8i); 및
    상기 마스킹 테이프(033)가 형성된 투명한 디스플레이 필름 기판을 전해 도금(Electro plating) 또는 무전해 도금(Electro-less plating)의 방법으로 도금하거나, 전자선 증착 또는 스퍼터링에 의한 방법으로 2개 층으로 이루어진 금속 전극 버퍼 금속(034)과 버퍼 금속 상에 형성하는 솔더링 또는 은 페이스트 부착이 가능한 금속층(035)를 증착하여 적층시키는 단계(8j);
    를 포함하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 단계(8j) 후에,
    RGB LED 칩으로 된 LED 소자의 동작 중에 발생하는 열을 신속하게 외부로 전달하고 발산시키기 위해 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 후면에 열전도도가 우수한 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum Dioxide) 또는 이산화티타늄(TiO2, Titanium Dioxide) 등의 투명한 방열용 히트 싱크를 전면 도포하며, 금속 전극 증착을 위한 PR 패턴 형성과 투명한 디스플레이스용 필름 기판(023)의 배면을 이용하여 필름 기판 상에 LED 소자가 동작 중에 발생되는 주울 열의 외부 방출을 위해 레이저를 이용하여 복수의 관통 구멍(036)들을 형성하는 단계(8k);
    이렇게 형성된 투명한 디스플레이 필름 기판 상에 8d와 8e의 공정을 이용하여 열전도도가 우수한 카본 그래파이트(029)와 하지 금속(030)을 순차적으로 증착하여 형성하는 단계(8L);
    상기 하지 금속(030)이 형성된 투명한 디스플레이용 필름 기판을 8f ~ 8h의 리프트 오프 공정을 통해 회로 패턴을 형성하면 관통 구멍 내부까지 금속 전극이 증착된 전도성 열방출 구조가 형성하고(8m), LED 소자에서 발생된 주울 열을 배면(Rear) 전극을 통해 외부로 방출시키는 구조를 투명한 디스플레이용 필름 기판을 뒤집어 놓는 단계(8n);
    뒤집힌 투명한 디스플레이용 필름 기판 상에 감광제(PR)(024)를 형성하고, 필요로 하는 부분은 8a ~ 8c의 공정을 통해 필름 기판의 배면 상에 방열 기구(8o) 형성을 위한 개구부를 형성하며, 상기 개구부에는 열전도를 위해 카본 그래파이트(029)와 하지 금속(base metal)(030)을 사용하여 전극 금속을 형성하고, PR 제거제와 리프트 오프 공정을 사용하여 투명 전극용 메탈 메시 회로 패턴의 구현하고자 하는 부분(032)을 제거하며 배면 전극 패턴을 형성하는 단계(8p); 및
    상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)을 중심으로 양면에 LED 부착용 전극과 열방출용 배면 전극이 형성되고, 투명한 디스플레이 필름 기판(023)의 전극 금속(035) 상에 기판의 비틀림 현상을 사전에 예방할 수 있는 저융점 크림 솔더(Cream solder)나 은 페이스트(018)를 스크린 프린팅 이나 디스펜싱에 의한 방법으로 주입하고, 그 위에 LED 패키지를 장착하는 단계(8r);
    를 더 포함하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 단계(8a)에서, 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판은
    투명한 PET(Poly Ethylene terephthalate 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름, PI(Polyimide, 폴리이마이드) 필름, PE(Poly Ethylene 폴리에틸렌) 필름, PEN(PE(Poly Ethylene Naphthalene) 필름이나 아크릴(Acrylic) 또는 유리 기판을 사용하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 단계(8e)에서, 상기 하지 금속은 부착력과 밀착력이 우수한 구리(Cu, Copper), 크롬(Cr, Chromium), 니크롬(NiCr, Nickel Chromium) 또는 티타늄(Ti, Titanium), 파라듐(Pd, Palladium)을 사용하며, 염화파라듐(PdCl2, Palladium Chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 기판에 도포 후 건조하여 사용되며,
    이러한 전극 금속의 증착 또는 도포는 이들 중 하나를 사용하거나 하나 이상의 합금 층으로 구성하여도 좋으며, 그 층은 300 ~ 2,000Å의 두께를 갖는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 단계(8f)에서 상기 리프트 오프 공정을 이용하면 공정 중의 마스크 정렬(Mask Alignment) 과정에서 발생하는 실수 또는 식각 작업 중의 실수에 의해 발생할 수 있는 과도한 식각으로 인한 메탈 메시 회로 패턴의 단선 불량을 사전에 예방하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 하지 금속(030)에 솔더가 확산되는 과정 중에 메탈 메시 금속 전극이 박리(Peeling)되는 것을 막기 위한 버퍼 금속(034)은 크롬(Cr, Chromium), 티타늄(Ti, Titanium), 파라듐(Pd, Palladium), 니크롬(Nichrome), 로듐(Rh, Rhodium)이나 니켈(Ni, Nickel) 또는 플라타늄(Pt, Platinum) 등을 각각 사용하거나 이등 금속 중 적어도 하나 이상의 합금을 사용하며, 또한, 염화파라듐(PdCl2, Palladium Chloride)을 에탄올(Ethanol)용액에 녹여 기판에 도포 후 건조하여 형성시키는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 버퍼 금속(034) 상에 형성하는 솔더링 또는 은 페이스트가 가능한 금속 층(035)은 전기 전도도가 우수한 구리(Cu, Copper), 은(Ag, Silver), 파라듐(Pd, Palladium)이나 로듐(Rh, Rhodium), 플라타늄(Pt, Platinum) 또는 금(Au, Gold)을 사용하여 형성하는데, 이 솔더링용 금속층(035)은 이들 금속을 각각 사용하거나 이들 금속 중 적어도 하나 이상의 합금으로 이루어진 것을 사용하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  30. 제24항에 있어서,
    상기 단계(8k)는 상기 투명한 디스플레이용 필름 기판(023)의 전극 상에 PR 패턴 감광제(024)가 형성된 개구부 내에 레이저를 이용하여 등간격(等間隔)으로 직경 0.1 ~ 0.3mm 크기의 관통 구멍을 타공(打空)하거나, 타공용 핀(Pin)을 이용하여 타공하는 방법으로 복수의 관통 구멍(036)을 형성하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  31. 제24항에 있어서,
    상기 LED 패키지를 장착하는 단계(8r)에서,
    저융점 솔더로 조립된 상기 LED 패키지의 전단 응력은 최소 4.0(Kg.f)이상의 전단 응력을 보이고 있는데, 이는 기존의 구리(Cu) 하나로만 된 단일 층을 사용하는 경우에 수십 ~ 3백(g.f)의 전단응력과 비교하면 10 배 이상 현저히 전단응력이 향상되는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  32. 제24항에 있어서,
    상기 단계(8r)에서,
    저융점 솔더링에 의한 LED 패키지 장착 외에도 LED 소자의 보다 안정적인 장착을 위해 저융점 크림 솔더 또는 은 페이스트(018)를 주입한 후, 그 중간 부분에 접착용 실리콘(Si) 계열의 접착제(037) 또는 CH2-CH2로 된 에폭시(Epoxy) 계열의 실리콘 접착제(037)를 이용하여 보강 접착하며(8s), 이 경우 상기 LED 패키지가 6(Kg.f) 이상의 전단응력을 유지하는, 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
  33. 제24항에 있어서,
    상기 투명한 디스플레이 필름 기판의 관통 구멍들을 통해 배면 전극으로 전달된 열을 외부로의 방열을 위해 열전도도가 우수한 절연체를 스퍼터링에 의한 방법으로 방열 절연 박막(038)을 증착하며, 상기 방열 절연 박막(038)은 버퍼 금속(034) 상의 하지 금속(030) 측면 옆에 형성되며, 상기 방열 절연 박막(038)은 질화알루미늄(AlN, Aluminum Nitride)이나 산화알루미늄(Al2O3, Aluminum Dioxide) 또는 이산화티타늄(TiO2, Titanium Dioxide)을 사용하며, 이들 각각을 사용하거나 한 개 이상의 적층 구조를 갖는 형태로 기판의 배면 전체에 300~1,500Å 두께로 도포하는 방식으로 열을 분산, 방출하는 단계(8u)를 더 포함하는 대면적 투명한 디스플레이용 LED 전광 판넬 제조 방법.
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