KR101449794B1 - 광역학 치료용 플렉서블 광소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 플렉서블 광소자 - Google Patents

광역학 치료용 플렉서블 광소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 플렉서블 광소자 Download PDF

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Abstract

광역학 치료용 광소자가 제공된다.
본 발명에 따른 광역학 치료용 광소자는플렉서블 기판; 및 상기 플렉서블 기판 상에 형성된 LED 소자를 포함하며, 여기에서 상기 플렉서블 기판 및 LED 소자는 인체 내로 삽입된 후, 인체 기관에 빛을 조사하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 플렉서블 광소자는 생체친화적인 플렉서블LED소자를 이용하여 광원을 광역학 치료 대상이 되는 조직에 직접 조사할 수 있다. 특히 평면이 아닌 조직에도 본 발명에 따른 플렉서블 광소자는 효과적으로 접착되며, 이로써 주변 조직에 대한 물리적인 손상을 줄일 수 있다. 아울러, 얇은 기판 두께에 따라 작은 공간에서도 활용가능하며, 무거운 무게로 인한 생체 손상을 방지할 수 있다. 더 나아가, 저전력으로도 효과적인 광역학 치료가 가능하다.

Description

광역학 치료용 플렉서블 광소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 플렉서블 광소자{Manufacturing method for flexible optic device for photo dynamic treatment and flexible optic device manufactured by the same}
본 발명은 광역학 치료용 플렉서블 광소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 플렉서블 광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체 내부 또는 외부에 효과적으로 삽입되어 암 등과 같은 질환 치료에 용이하게 사용될 수 있는 플렉서블 GaN, GaAs LED와 같은 광소자의 제조방법 및 이에 따라 제조된 플렉서블 광소자에 관한 것이다.
일반적으로 알려진 암 치료법으로는 외과적 수술에 의한 절제, 방사선 요법, 항암제를 사용하는 화학적 요법 등이 있다. 최근 레이저와 광 민감제(photosensitizer)에 의한 광화학반응을 이용한 새로운 치료법이 주목을 받고 있다. 광역학 치료법(photodynamic therapy:PDT)라고 불리는 이 치료법은 광민감제를 체내에 주사하고 질병 부위에 특별한 파장을 갖는 레이저 빛을 조사하여 종양을 치료하는 방법이다. 광민감제가 종양조직에 선택적으로 축적된 후 레이저에 의해 활성화되면서 산소와 결합하여 화학적으로 반응성이 매우 높은 단일항산소(1O2：singlet oxygen)를 발생시켜 종양 조직세포를 괴사시키는 원리다. 암세포 사멸과정은 독성의 활성산소가 암세포를 직접적으로 손상시키는 메커니즘에 기인할 수도 있고 종양 주변의 미세 혈관에 손상을 주어 암조직에 영양분이 공급되지 않도록 하여 암세포를 사멸시키는 간접적인 효과에 기인할 수도 있다고 알려져 있다. 뿐만 아니라 산화적 스트레스(oxidative stress)에 따른 2차 반응으로 세포자살(apoptosis) 또는 면역학적 반응을 유도하여 암조직을 공격하도록 면역시스템을 활성화시킬 수 있다. PDT의 가장 큰 장점은 질병부위에만 선택적으로 치료가 가능하여 부작용이 작고 시술과정이 간단하여 환자의 고통을 요하지 않을 뿐더러 입원이 필요 없어 당일 집으로 돌아갈 수 있다. 또한 여러 차례 반복시술이 가능하여 그 효과를 증대시킬 수 있으며, 외과적 수술, 방사선 요법, 및 화학적 요법 등의 다른 치료법과 병행이 가능하다는 장점이 있다.
하지만, 이와 같은 PDT기술은 광민감제에 따른 광조사가 필수적이므로, 다양한 형태의 인체 특성에 맞는 효과적인 광역학 치료용 광조사 수단의 개발이 필요하다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플렉서블한 형태로서 인체 내부에 밀착되어 사용될 수 있는 광역학 치료용 플렉서블 광소자의 제조방법과 이에 이하여 제조된 광역학 치료용 광소자를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 광역학 치료용 광소자로서, 상기 광소자는 플렉서블 기판; 및 상기 플렉서블 기판 상에 형성된 LED 소자를 포함하며, 여기에서 상기 플렉서블 기판 및 LED 소자는 인체 내로 삽입된 후, 인체 기관에 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 광역학 치료용 광소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 소자의 발광층은 상기 광역학 치료를 위한 광민감제 종류에 따라 달라진다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED소자는 GaN LED 소자 또는 GaAs LED 소자이다.
본 발명은 또한 광역학 치료용 광소자 제조방법으로, 상기 방법은 희생기판 상에 제조된 LED 소자를 상기 희생기판으로 분리시키는 단계; 상기 분리된 LED 소자를 플라스틱 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광역학 치료용 광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 소자는 GaN 소자 또는 GaAs 소자이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 소자는 복수 개의 단위 소자가 어레이를 이루는 구조이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 소자를 상기 희생기판으로부터 분리시키는 단계는 레이저 빔을 상기 희생기판 후면에 조사하는 레이저-빔 리프트 오프 방식이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 소자를 상기 희생기판으로부터 분리시키는 단계는 상기 희생기판을 비등식 식각하는 방식이다.
본 발명은 또한 광역학 치료용 광소자 제조방법으로, 상기 방법은 희생 기판 상에 서로 이격된 복수 개의 LED 단위 소자를 포함하는 LED 소자 어레이를 형성하는 단계; 상기 LED 소자어레이를 상기 희생기판으로부터 분리하여, 유연성을 갖는 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계; 상기 전사된 LED단위소자와 연결된 컨택라인을 형성하는 단계; 및 상기 컨택라인 상에 패시베이션층을적층한 후, 상기 컨택라인의 일부를 외부로 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광역학 치료용 광소자 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 단위 소자는 n-GaN층, 액티브층인 멀티-양자웰층(multi-quantum well, MQW) 및 p-GaN층 구조의 GaN 소자이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LED 단위 소자는 n-GaAs층/n-AlGaInP층/AlGaInP층/p-AlGaInP층 구조의 GaAs 소자이다.
본 발명은 또한 상술한 방법에 의하여 제조된 광역학 치료용 광소자를 제공한다.
본 발명은 또한 인체 내에 삽입된 본 발명에 따른 광역학 치료용 광소자부터 조사되는 빛이 상기 인체 내에 투여된 광민감제와 반응하는 방식의, 광역학 치료용 광소자를 이용한 광조사 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 플렉서블 광소자는 생체친화적인 플렉서블LED소자를 이용하여 광원을 광역학 치료 대상이 되는 조직에 직접 조사할 수 있다. 특히 평면이 아닌 조직에도 본 발명에 따른 플렉서블 광소자는 효과적으로 접착되며, 이로써 주변 조직에 대한 물리적인 손상을 줄일 수 있다. 아울러, 얇은 기판 두께에 따라 작은 공간에서도 활용가능하며, 무거운 무게로 인한 생체 손상을 방지할 수 있다. 더 나아가, 저전력으로도 효과적인 광역학 치료가 가능하다.
도 1 내지 2는 본 발명에 따른 광역학 치료용 광소자, 즉, 인체 내부나 외부에서 특정 치료 조직에 광을 조사하여 치료효과를 발생시키는 광역학 치료용LED 소자의 개념을 설명하는 사진이다.
도 3내지 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역학 치료용 GaN LED 소자 제조방법의 단계도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광역학 치료용의 GaAs LED 소자의 구조를 설명하는 도면이다.
도 25 및 26은 광역학 치료용의 GaAs LED 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
이하 바람직한 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 다음에 소개되는 실시예들은당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 본 명세서에 첨부된 도면은 모두 전체 평면도 및 부분 단면(A-A')을 절개한 단면도의 형식으로 해석된다.
본 명세서에서 플라스틱 기판은 유연성, 즉, 플렉서블 특성을 가지는 임의의 모든 기판을 다 포함하는 것으로 해석되며, 보다 명확하게는 플렉서블중합체 기판을 의미한다.
본 발명은 상술한 종래의 광역학 치료용 광조사 방식, 장치의 문제점을 해결하기 위하여 평면이 아닌 곡면을 갖는인체 기관에 밀착되어, 원하는 부위에만 광을 조사할 수 있는 형태의 광역학 치료용 광소자를 제공한다. 이를 위하여, 본 발명은 플렉서블 기판에 구형된 LED 소자를 상기 광역학 치료용 광소자로 제공하며, 특히 GaAs가 발광층인 경우, 본 발명에 따른 상기 플렉서블GaAs LED 소자는 상기 소자로부터 발광되는 적색 빛에 의하여 상기 적색 빛에 반응하는 특정 광민감제와 함께 사용되어 광역학 치료효과를 발생시킬 수 있다.
이와 달리, GaN가 발광층인 경우, 상기 플렉서블GaN 소자로부터 청색 빛이 발광된다. 이 경우, 상기 청색 빛과 반응하는 또 다른 특정 광민감제가 상기 청색 빛이 조사되는 인체 조직에 주사될 수 있다.
도 1 및2는 본 발명에 따른 광역학 치료용 광소자, 즉, 인체 내의 특정 조직에 빛을 조사하여 상기 조직에서 치료효과를 발생시키는 LED 소자의 개념을 설명하는 사진이다.
도 1 및 2를 참조하면, 인체(601) 내의 다양한 부위(602)에 본 발명에 따른 광역학 치료용 광소자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 암 세포가 발생한 조직(602a)이나 눈의 망막(602b)에 본 발명에 따른 플렉서블 광소자가 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 경우 온-오프의 조작이 가능한 단위 LED 소자(700a, 800a)로 이루어진 어레이 형태의 플렉서블 광소자 LED 소자(700, 800)를 광역학 치료용 광소자로 사용하며, 이에 따라 광민감제 종류에 따라 상기 온 상태의 단위 LED소자의 수를 제어할 수 있다. 더 나아가 본 발명은 발광층의 종류에 따라 청색 또는 적색 빛을 발생시키는 플렉서블 광소자를 제공하며, 청색인 경우 GaN(700, 700a), 적색인 경우 GaAs(800, 800a)가 발광층이 된다. 또한 상기 발광층 종류에 따라 광소자로부터 발생하는 빛이 달라지므로, 본 발명의 일 실시예에서는 빛의 종류에 따라 인체 내로 투여되는 광민감제를 달리한다.
이하 본 발명에 따른 광역학 치료용 광소자 제조방법을 도면과 함께 설명한다.
도 3내지 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광역학 치료용 GaN LED 소자 제조방법의 단계도이다.
먼저, 도 3에서는 희생기판이 사파이어 기판(100)이 개시된다.
도 4를 참조하면, 상기 기판(100) 상에 순차적으로 버퍼층(201), n-GaN층(202), 액티브층인 멀티-양자웰층(multi-quantum well, MQW, 203) 및 p-GaN층(204)을 적층시킨다. 여기에서, n-GaN층 및 p-GaN층은 n형 불순물 또는 p형 불순물을 도핑시킨 질화갈륨층을 의미한다.
도 5를 참조하면, 상기 p-GaN층(204) 상에 포토레지스트층(301)을 도포하고, 다시 패턴된 제 1 마스크(302)를 이용, 포토레지스트 공정을 진행, 순차적으로 p-GaN층 및 멀티-양자웰층을 식각하여, 소자층 하부의 n-GaN층(202)을 외부로 노출시킨다(도 6 및 7 참조). 본 발명의 일 실시예에서 상기 식각 공정은 반응성 이온 식각 공정이었나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 상기 식각 공정에 따라 외부로 노출되는 n-GaN층 영역(205)은 서로 이격되며, 소정의 너비와 길이를 가지는 사각 구조이나, 본 발명의 범위는 이러한 형태에 제한되지 않는다.
도 8을 참조하면, 상기 노출되는 n-GaN층 영역(205) 및 이에 인접한 p-GaN층(203) 상에 각각 제 1 및 제 2컨택 금속(206)이 적층된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 컨택 금속(206)은 Au/Cr 금속이었으며, 600℃로 1분간 열처리하는 방식으로 아래의 접촉층과 오믹컨택을 형성한다.
도 9를 참조하면, 상기 소자층 전체에 대하여 제 1 금속층(207)이 적층되며, 이로써 상기 노출된 n-GaN 영역 및 p-GaN층은 상기 지지 금속층(207)으로 덮인다. 본 발명에서 상기 지지 금속층(207)은 GaN소자의 전사를 위한 전사기판과의 균일한 접촉 면적을 제공한다.
도 10 내지 12를 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 컨택 금속을 포함하는 단위 소자 영역 상에 제 2 마스크(304)를 적층한 후, 포토레지스트 공정과 식각 공정을 진행한다. 이로써 상기 제 2 마스크(304)가 형성된 소자 영역을 제외한 나머지 영역의 소자층은 모두 제거된다. 여기에서 상기 소자 영역은 n-GaN층 영역(205) 및 인접한 p-GaN층 상의 제 2 컨택 금속을 포함하는 영역을 의미한다. 이상이 공정을 통하여, 도 14에서 볼 수 있듯이, 딱딱한 희생기판(100) 상에 복수 개의 단위 LED소자가 서로 이격된 형태로 형성된, 소위 GaN LED 어레이가 형성되며, 상기 GaN LED소자는 각각 독립적으로 온-오프될 수 있도록 각각이 컨택 라인이 형성된 상태이다. 이와 같은 온-오프 방식에 따라 광민감제에 따라 달라지는 광 세기를 조절할 수 있다.
도 13내지 15를 참조하면, 상기 희생기판(100)의 후면에 리프토-오프 공정을 위한 레이저 빔(400)이 소자 영역에 대응되는 위치로 조사되며, 이후 PDMS와 같은 전사기판(210)이 상기 단위 소자에 접촉된 후, 이격되어 희생기판(100)으로부터 소자를 분리한다.
도 16에는 유연성을 가지는 플라스틱 기판(500)이 개시된다.
도 17및 18을 참조하면, 상기 플라스틱 기판(500) 상에 접착층(501)을 도포하고, 이후 희생기판(100)으로부터 분리된 소자를 상기 접착층(501)에 접촉시킴으로써, 상기 광역학 치료용 광소자를 전사시킨다.
도 19를 참조하면, 상기 지지 금속층(207)은 제거되며, 이로써 단위 소자의 n-GaN 층과 p-GaN층이 노출되며, 동시에 n-GaN 층상의 컨택 금속(206) 또한 노출된다. 상기 제거는 식각액을 통한 습식 방식일 수 있으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 20을 참조하면, 전기적인 패시베이션을 형성하기 위한 제 1 패시베이션층(310)이 적층된다. 본 발명에서 제 1 패시베이션층(310)은 투명한 수지층으로서, SU8, PI, PU 등이 패시베이션층(310)의 구성물질로 사용될 수 있다. 이후, n-GaN층과 p-Gan층 상의 컨택 금속과의 컨택 라인을 형성하기 위한 제 3 마스크(305)가 사용되며, 도 21에 도시한 바와 같이 n-GaN층과 p-Gan층 상의 컨택 금속(206)은 식각 공정에 의하여 개구되어, 외부로 노출된다.
도 22를 참조하면, n-GaN및 층 p-GaN층 상의 컨택 금속(206)이 노출된 개구부에 1금속 라인(502)이 적층된 후, 패터닝된다. 상기 제 1 금속라인은 도 21에서 개구된 부분을 모두 채우는 방식으로 적층되고, 이후 복수 개의 단위 광소자의 컨택 금속은 상기 제 1 금속 라인(502)에 의하여 연결된다. 도 22에서는 하나의 종을 이루는 3개의 단위 소자가 하나의 제 1 금속라인(502) 에 의하여 전기적으로 연결하며, 상기 제 1 금속라인(502)의 단부에는 라인의 너비보다 큰 패드가 형성되어 있다. 도 23을 참조하면, 상기 소자 상에 제 2 패시베이션층(320)이 적층되어, 최종 광역학 치료용 GaN LED 소자가 완성된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는GaN 대신 적색광을 조사할 수 있는 GaAs를 발광층으로 이용하며, 도 24은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 GaAs 구조를 설명하는 도면이다.
도 24를 참조하면, 희생기판(103) 상에 적층된 적색 LED 스택은 n-GaAs층(731)/n-AlGaInP(732)/AlGaInP(733)/p-AlGaInP층(734)의 적층구조를 갖는다. 여기에서 n-GaAs가 AlN과 같은 버퍼층의 역할을 하며, n-AlGaInP이 n-GaN, p-AlGaInP이 p-GaN에 해당한다. 또한, 본 실시예에 따른 GaAs LED의 경우, 레이저 빔에 의한 리프트 오프 공정이 아닌 용액에 의한 식각 공정을 이용하여 희생기판으로부터 소자를 분리한다.
도 25 및 26은 적색 LED 소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 25를 참조하면, 상기 LED 스택 상에는 전사층과의 충분한 접촉 면적을 제공하기 위한 지지용 금속층(207)이 구비되며, 상기 소자영역상의 지지용 금속층(207)의 소자영역 바깥쪽의 금속층의 얇은 연결부위를 통하여 연결된다. 이로서 본 발명에 따른 지지용 금속층(207)은 브릿지 구조를 통하여 리본 형태를 형성한다. 이후 상기 지지용 금속층(207)에는 PDMS 등과 같은 전사기판(210)이 적층되며, 기판(103)에 대한 비등방 식각 공정이 진행된다. 이로써 전사기판(210)에 접착된 GaAs LED 소자는 기판으로부터 떨어지게 된다(도 26 참조).
이후, 도 15 내지 23과 동일한 과정을 통하여 플렉서블 LED 소자가 제조된다.
이상이 과정을 통하여 제조된 본 발명에 따른 플렉서블 광소자는 생체친화적인 플렉서블LED소자를 이용하여 광원을 광역학 치료 대상이 되는 조직에 직접 조사할 수 있다. 특히 평면이 아닌 조직에도 본 발명에 따른 플렉서블 광소자는 효과적으로 접착되며, 이로써 주변 조직에 대한 물리적인 손상을 줄일 수 있다. 아울러, 얇은 기판 두께에 따라 작은 공간에서도 활용가능하며, 무거운 무게로 인한 생체 손상을 방지할 수 있다. 더 나아가, 저전력으로도 효과적인 광역학 치료가 가능하며, 광 종류, 광 세기 등을 정밀하게 제어할 수 있으므로, 광역학 치료에 있어서 매우 효과적이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 광역학 치료용 광소자 제조방법으로, 상기 방법은
    희생기판 상에 제조된 LED 소자를 상기 희생기판으로부터 분리시키는 단계; 및
    상기 분리된 LED 소자를 플라스틱 기판에 전사시키는 단계;를 포함하고,
    상기 LED 소자는 GaAs 소자이며,
    상기 LED 소자를 상기 희생기판으로부터 분리시키는 단계는 용액에 의한 식각 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 광역학 치료용 광소자 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 LED 소자는 복수 개의 단위 소자가 어레이를 이루는 구조인 것을 특징으로 하는 광역학 치료용 광소자 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 광역학 치료용 광소자 제조방법으로, 상기 방법은
    희생 기판 상에 서로 이격된 복수 개의 LED 단위 소자를 포함하는 LED 소자 어레이를 형성하는 단계;
    상기 LED 소자어레이를 상기 희생기판으로부터 분리하여, 유연성을 갖는 플라스틱 기판 상에 전사시키는 단계;
    상기 전사된 LED 단위 소자와 연결된 컨택라인을 형성하는 단계; 및
    상기 컨택라인 상에 패시베이션층을 적층한 후, 상기 컨택라인의 일부를 외부로 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 LED 단위 소자는 n-GaAs층/n-AlGaInP층/AlGaInP층/p-AlGaInP층 구조의 GaAs 소자이며,
    상기 LED 소자어레이를 상기 희생기판으로부터 분리시키는 단계는 용액에 의한 식각 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 광역학 치료용 광소자 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 4항, 제 6항 및 제 9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 광역학 치료용 광소자.
  13. 삭제
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