KR101628345B1 - Method for manufacturing nano-scale LED electrode assembly - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초소형 LED 전극어셈블리의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인에 초소형 LED 소자를 집중하여 분산시킬 수 있는 동시에 나노단위의 초소형 LED 소자를 초소형 전극에 불량 없이 연결시킬 수 있는 초소형 LED 전극어셈블리의 제조방법에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a method of manufacturing a very small LED electrode assembly, and more particularly, to a method of manufacturing a very small LED electrode assembly, in which a very small LED element can be concentrated and dispersed in an electrode line on which a very small LED element is mounted, To a method of manufacturing an ultra-small LED electrode assembly that can be connected.
Description
본 발명은 초소형 LED 전극어셈블리의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인을 벗어나 배치되거나 뭉쳐 배치되는 것을 막아 목적한 전극영역에 초소형 LED 소자를 집중하여 분산시킬 수 있는 동시에 나노단위의 초소형 LED 소자를 초소형 전극에 불량 없이 연결시킬 수 있는 초소형 LED 전극어셈블리의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an ultra-small LED electrode assembly, and more particularly, to a method of manufacturing an ultra-small LED electrode assembly which is capable of concentrating and dispersing an ultra-small LED element in an intended electrode region, And at the same time to a miniature LED electrode assembly capable of connecting a miniature LED device of a nano unit to a miniature electrode without fail.
LED는 1992년 일본 니치아사의 나카무라 등이 저온의 GaN 화합물 완층층을 적용하여 양질의 단결정 GaN 질화물 반도체를 융합시키는데 성공함으로써 개발이 활발하게 이루어져 왔다. LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 다수의 캐리어가 전자인 n형 반도체 결정과 다수의 캐리어가 정공인 p형 반도체 결정이 서로 접합된 구조를 갖는 반도체로써, 전기신호를 원하는 영역의 파장대역을 가지는 빛으로 변환시켜 표출되는 반도체 소자이다. In 1992, Nakamura of Nichia Corporation of Japan succeeded in fusing high quality monocrystalline GaN nitride semiconductors by applying a low-temperature GaN compound layer, which has been actively developed. An LED is a semiconductor having a structure in which an n-type semiconductor crystal in which a plurality of carriers are electrons and a p-type semiconductor crystal in which a plurality of carriers are holes are bonded to each other using the characteristics of compound semiconductors, And is converted into light to be displayed.
이러한 LED 반도체는 광 변환 효율이 높기에 에너지 소비량이 매우 적으며 수명이 반영구적이고 환경 친화적이어서 그린 소재로서 빛의 혁명이라고 불린다. 최근에는 화합물 반도체 기술의 발달로 고휘도 적색, 주황, 녹색, 청색 및 백색 LED가 개발되었으며, 이를 활용하여 신호등, 핸드폰, 자동차 전조등, 옥외 전광판, LCD BLU(back light unit), 그리고 실내외 조명 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 국내외에서 활발한 연구가 계속되고 있다. 특히 넓은 밴드갭을 갖는 GaN계 화합물 반도체는 녹색, 청색 그리고 자외선 영역의 빛을 방출하는 LED 반도체의 제조에 이용되는 물질이며, 청색 LED 소자를 이용하여 백색 LED 소자의 제작이 가능하므로 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. These LED semiconductors have a very low energy consumption due to high photoconversion efficiency, have a semi-permanent and environmentally friendly life, and are called the revolution of light as a green material. In recent years, the development of compound semiconductor technology has led to the development of high-brightness red, orange, green, blue, and white LEDs that are used in many fields, such as traffic lights, cell phones, automotive headlights, outdoor display panels, LCD backlight units And it has been actively researched at home and abroad. In particular, GaN compound semiconductors having a wide band gap are materials used for manufacturing LED semiconductors emitting green, blue, and ultraviolet light, and a white LED device can be manufactured using a blue LED device. .
또한, LED 반도체의 다양한 분야의 활용과 이에 대한 연구로 고출력의 LED 반도체가 요구되고 LED 반도체의 효율향상이 매우 중요하게 되었다. 하지만 고효율 고출력의 청색 LED 소자의 제작에는 여러 가지 어려움이 있다. 상기 청색 LED 소자의 효율향상에 있어 난점은 제조과정에서의 어려움과 제조된 청색 LED의 GaN계 반도체와 대기와의 높은 굴절율에 기인한다. 먼저, 제조과정에서의 어려움은 GaN계 반도체와 동일한 격자상수를 갖는 기판을 갖기 어렵기 때문이다. 기판 위에 형성되는 GaN 에피층은 기판과 격자상수가 크게 불일치하는 경우 많은 결함이 생기게 되어 효율이 떨어지고 성능이 저하되는 문제점이 생기게 된다.In addition, the utilization of various fields of LED semiconductors and researches on them have necessitated high output LED semiconductors and it has become very important to improve the efficiency of LED semiconductors. However, there are various difficulties in fabricating a blue LED device with high efficiency and high output. The difficulty in improving the efficiency of the blue LED device is due to the difficulty in the manufacturing process and the high refractive index of the GaN-based semiconductor of the manufactured blue LED and the atmosphere. First, the difficulty in the manufacturing process is that it is difficult to have a substrate having the same lattice constant as that of the GaN-based semiconductor. The GaN epitaxial layer formed on the substrate has many defects when the lattice constants are largely inconsistent with the substrate, resulting in low efficiency and low performance.
다음으로, 제조된 청색 LED의 GaN계 반도체와 대기와의 높은 굴절율에 기인하여 LED의 활성층 영역에서 방출된 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 LED 내부에서 전반사 하게 된다. 이렇게 전반사 하게 되는 빛은 내부에서 재흡수 되어 결국 LED의 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 효율을 LED 소자의 광추출 효율이라고 하며 이를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.Next, light emitted from the active layer region of the LED does not escape to the outside due to the high refractive index of the GaN-based semiconductor of the manufactured blue LED and the atmosphere, and is totally reflected in the LED. Thus, the total reflection light is reabsorbed from the inside, resulting in a problem that the efficiency of the LED is deteriorated. This efficiency is called the light extraction efficiency of an LED device, and many studies have been conducted to solve this problem.
한편, LED 소자를 조명, 디스플레이에 등에 활용하기 위해서는 LED 소자와 상기 소자에 전원을 인가할 수 있는 전극이 필요하며, 활용목적, 전극이 차지하는 공간의 감소 또는 제조방법과 연관되어 LED 소자와 서로 다른 두전극의 배치는 다양하게 연구되어 왔다. On the other hand, in order to utilize the LED element in illumination, display, etc., an LED element and an electrode capable of applying power to the element are required, and the application purpose, the space occupied by the electrode, The placement of the two electrodes has been studied extensively.
LED 소자와 전극의 배치에 관한 연구는 전극에 LED 소자를 성장시키는 것과 LED 소자를 별도로 독립성장 시킨 후에 전극에 배치하는 것으로 분류할 수 있다. A study on the arrangement of the LED element and the electrode can be classified into growing the LED element on the electrode and separately growing the LED element separately and placing it on the electrode.
먼저, 전극에 LED 소자를 성장시키는 연구는 기판 위에 하부전극을 박막하고 그 위로 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 상부전극을 순차적으로 적층한 후 식각하거나 상부전극을 적층하기 전에 기 적층된 층들을 식각한 후 상부전극을 적층하는 방법 등을 통해 LED 소자와 전극을 일련의 제조과정에서 동시에 생성 및 배치시키는 bottom-up 방식이 있다. First, research on growing an LED element on an electrode has been carried out in such a manner that a lower electrode is thinned on a substrate, an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer and an upper electrode are sequentially stacked on the substrate, There is a bottom-up method in which an LED element and an electrode are simultaneously formed and arranged in a series of manufacturing processes through a method of laminating an upper electrode after etching the layers.
다음으로, LED 소자를 별도로 독립성장 시킨 후에 전극에 배치하는 방법은 LED 소자를 별도의 공정을 통해 독립성장 제조한 각각의 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시키는 방법이다. Next, a method in which the LED elements are independently grown separately and then disposed on the electrodes is a method of disposing each LED element independently grown on a patterned electrode by a separate process.
상기 전자의 방법은 고결정성/고효율의 박막 및 LED 소자의 성장이 결정학적으로 매우 어렵다는 문제가 있고 후자의 방법의 경우 광추출 효율이 낮아져 발광효율이 떨어질 수 있다는 문제점이 있었다. The former method has a problem that crystallization of highly crystalline / high-efficiency thin film and LED element is very difficult, and the latter method has a problem that the light extraction efficiency is lowered and the luminous efficiency is lowered.
또한, 후자의 방법의 경우 일반적인 LED 소자라면 3차원의 LED 소자를 직립하여 전극과 연결할 수 있지만 LED 소자가 나노단위 크기의 초소형일 경우 전극에 직립시키기가 매우 어렵다는 문제점이 있었다. 본 출원의 발명자에 의한 한국특허출원 제2011-0040174호는 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 전극에 3차원 직립하여 연결시키기 위해 초소형 LED 소자에 전극과 결합을 용이하게 하는 결합링커까지 구성하였으나 이를 실제 초소형 전극에 구현 시에 초소형 LED 소자가 전극과 3차원으로 직립하여 결합시키기 매우 어려운 문제점이 있었다. In the case of the latter method, a three-dimensional LED element can be connected to the electrode by a conventional LED element. However, when the LED element is very small in size of nano unit, it is very difficult to stand upright on the electrode. Korean Patent Application No. 2011-0040174 by the inventor of the present application has constructed a miniature LED device with a coupling linker for facilitating bonding with an electrode in order to connect the miniature LED device of the nano unit size upright three dimensionally to the electrode, There has been a problem that it is very difficult to mount the ultra-small LED element in three-dimensional upright position when the LED is mounted on the ultra-small electrode.
나아가 독립하여 제조된 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시켜야 하나 LED 소자의 크기가 나노단위로 초소형일 경우 초소형의 서로 다른 두 전극라인에 LED 소자를 배치하기 매우 어려우며, 용액상태로 초소형 LED 소자를 자기정렬시켜 초소형의 전극라인에 LED 소자를 배치한다 하더라도 초소형 LED 소자가 뭉쳐서 전극라인의 특정한 부분에 치우쳐 배치되거나 전극라인의 외곽부에만 배치되는 등 목적한 실장범위에 초소형 LED 소자를 배치하기 매우 어려운 문제점이 있다.Further, it is very difficult to arrange the LED devices independently in two different electrode lines when the sizes of the LED devices are very small in terms of nano unit, and it is very difficult to arrange the ultra-small LED devices in a solution state Even if the LED elements are arranged in a very small electrode line by self-alignment, it is very difficult to arrange the ultra-small LED elements in a desired mounting range, such that the ultra-small LED elements are stacked and arranged in a specific portion of the electrode line, There is a problem.
더 나아가, 전극라인과 초소형 LED의 전기적 연결에 단락 발생함에 따른 불량이 빈번하여 목적하는 전극어셈블리가 구현되지 않는 문제점이 있었다.Furthermore, there is a problem that a desired electrode assembly is not realized due to frequent defects due to short circuit in electrical connection between the electrode line and the micro LED.
한국특허출원 제2010-0042321호는 LED 모듈을 위한 어드레스 전극라인의 구조 및 제조방법을 개시하고 있다. 상기 출원의 경우 기판 위에 하부 전극을 박막하고 하부 전극 위로 절연층, 상부 전극을 차례로 적층한 후 식각하여 전극라인을 제조 후에 상부 전극상에 LED 칩을 실장하고 있다. 그러나 실장되는 LED 칩이 나노단위의 크기일 경우 3차원의 LED 칩을 상부 전극에 정확히 직립하여 실장하기 매우 어렵다는 문제점이 있으며, 실장한 후에도 실장된 나노단위 크기의 LED 칩과 하부전극을 연결하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 실장되는 LED 칩은 LED 칩의 n, p 형 반도체 층이 기판을 기준으로 상, 하를 이루기 때문에 활성층 영역에서 발생한 빛이 LED 칩의 전극에 가려 LED 칩을 빠져나오지 못하고 내부에서 흡수됨으로써 광추출 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.Korean Patent Application No. 2010-0042321 discloses a structure and a manufacturing method of an address electrode line for an LED module. In the case of the above application, the lower electrode is thinned on the substrate, the insulating layer and the upper electrode are stacked on the lower electrode in order, and then the electrode chip is etched to mount the LED chip on the upper electrode. However, when the mounted LED chip has a size of nano unit, there is a problem that it is very difficult to mount the three-dimensional LED chip on the upper electrode accurately, and it is difficult to connect the mounted LED chip and the lower electrode after mounting There is a problem. In addition, since the n-type and p-type semiconductor layers of the LED chip are arranged at the upper and lower sides of the substrate, the light generated in the active layer region is blocked by the electrodes of the LED chip, There is a problem that extraction efficiency is low.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 독립하여 제조된 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 전기적 단락 등 불량 없이 서로 다른 두 전극에 실장시키면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting diode (LED) And a method of manufacturing the miniature LED electrode assembly.
또한, 초소형 LED 소자를 용액상태로 투입 시, 전극라인영역 중 초소형 LED 소자가 뭉쳐 특정부분에만 배치되거나 소자가 외곽으로 퍼져나가 실장 또는 실장조차 되지 못하는 문제점을 해결하여 목적한 실장영역에 초소형 LED 소자가 집중하여 분포할 수 있게 할 수 있는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, when the ultra-small LED element is put in a solution state, the problem that the ultra-small LED elements in the electrode line region are gathered and arranged only in a specific portion, or the element is spread out to the outside and can not be mounted or mounted can be solved, The present invention also provides a method of fabricating an LED electrode assembly.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계; 및 (2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 용매를 투입하고, 전극라인에 전원을 인가하여 복수개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계;를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma display panel comprising: (1) an electrode line including a base substrate, a first electrode formed on the base substrate and a second electrode formed on the same plane as the first electrode, A step of injecting a very small LED element; And (2) applying solvent to the electrode lines to simultaneously connect the plurality of ultra-small LED elements to the first and second electrodes, and applying power to the electrode lines to self-align the plurality of ultra-small LED elements; And a method of manufacturing the ultra-small LED electrode assembly.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계의 제1 전극 및 제2 전극은 소용돌이(spiral) 배치 및 상호 교번적(interdigitated) 배치중 어느 하나의 배치로 이격될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first electrode and the second electrode of the step (1) may be spaced apart by any one of a spiral arrangement and an interdigitated arrangement.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 According to another preferred embodiment of the present invention, the ultra-small LED element
제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함할 수 있다.A first conductive semiconductor layer; An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; And a second conductive semiconductor layer formed on the active layer.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the ultra miniature LED device comprises an insulating film covering at least an entire outer surface of an active layer portion to prevent a short circuit caused by contact between an active layer and an electrode line of an ultra- .
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 소자 상호간 응집을 방지하기 위하여 초소형 LED 소자의 절연피막 외부면에 코팅된 소수성 피막을 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the ultra miniature LED device may include a hydrophobic film coated on the outer surface of the insulation film of the ultra-small LED device to prevent aggregation between the devices.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 하부에 형성된 제1 전극층 및 제2 도전성 반도체층 상부에 형성된 제2 전극층을 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the ultra miniature LED device may include a first electrode layer formed under the first conductive semiconductor layer and a second electrode layer formed over the second conductive semiconductor layer.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 제1 전극층 및 제2 전극층은 절연피막이 코팅되지 않을 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the first electrode layer and the second electrode layer of the ultra miniature LED device may not be coated with an insulating coating.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛이고, 종횡비는 1.2 ~ 100일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the length of the ultra-small LED device is 100 nm to 10 μm, and the aspect ratio may be 1.2 to 100.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극 간의 간격거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the width X of the first electrode, the width Y of the second electrode, the distance Z between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode Z ) And the length (H) of the ultra-small LED element can satisfy the following relational expression (1).
[관계식 1][Relation 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 상기 X, Y, Z는 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛ 이다.X, Y and Z are 100 nm < X < / = 10 mu m, 100 nm <
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계는 1-1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계; 1-2) 상기 베이스 기판상에 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계; 및 1-3) 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계;를 포함할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the step (1) comprises the steps of: 1-1) forming a first electrode on the base substrate, a first electrode formed on the base substrate, and a second electrode formed on the same plane as the first electrode, ≪ / RTI > 1-2) forming an insulating barrier surrounding the electrode line region on which the micro LED device is mounted on the base substrate; And 1-3) applying a plurality of ultra-small LED elements to the electrode line region surrounded by the insulating barrier ribs.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계에서 인가되는 전원의 전압은 0.1V 내지 1000 V 이며, 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the voltage of the power source applied in the step (2) may be 0.1 V to 1000 V, and the frequency may be 10 Hz to 100 GHz.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계에서 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수는 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인의 면적 100 ×100㎛2 당 2 내지 100,000 개일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, in the step (2), the number of the ultra miniature LED elements simultaneously connected to the first electrode and the second electrode is such that the area of the electrode line on which the ultra-small LED element is mounted is 100 × 100 μm 2 Can be from 2 to 100,000 per molecule.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극 간의 간격거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the width X of the first electrode, the width Y of the second electrode, the distance Z between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode Z ) And the length (H) of the ultra-small LED element can satisfy the following relational expression (1).
[관계식 1][Relation 1]
Z ≤ H ≤ X + Y + Z 이며, 상기 X, Y, Z는 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.X, Y and Z satisfy 100nm < X < / = 10 mu m, 100nm <
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, (3) 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층을 형성하는 단계;를 더 포함 할 수 있다.
According to another preferred embodiment of the present invention, (3) forming a metal ohmic layer on a connection portion between the electrode and any one or more of the first electrode and the second electrode and the micro LED device.
이하 본 발명에서 사용한 용어에 대해 정의한다.Hereinafter, terms used in the present invention will be defined.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, 각 층, 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층, 영역, 패턴들의 “위(on)”, “상부”, “상”, “아래(under)", "하부”, “하”에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, “위(on)”, “상부”, “상”, “아래(under)", "하부”, “하”는 “directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다.
In describing an embodiment in accordance with the present invention, it is to be understood that each layer, region, pattern or structure may be referred to as being "on", "over", " The terms "on", "upper", "upper", "under", "lower", "lower" And "indirectly".
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어 “제1 전극”과 “제2 전극”은 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극 영역 또는 상기 영역과 더불어 베이스 기판상 전극을 배치하는 방법에 따라 더 포함될 수 있는 전극 영역까지를 모두 포함한다. 다만, 본 발명의 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극영역을 의미한다.
&Quot; First electrode " and " second electrode " in the description of the embodiment according to the present invention may further be included according to the method of arranging the electrode on the base substrate together with the electrode region or the region where the ultra- To the electrode region. However, the miniature LED electrode assembly of the present invention means an electrode region where the ultra-miniaturized LED can be substantially mounted.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어, "단위 전극"이란 초소형 LED 소자를 배열하여 독립적으로 구동 시킬 수 있는 두 전극이 배치된 배열 영역을 의미하고 단위 전극면적이란 상기 배열영역의 면적을 의미한다.
In the description of the embodiment according to the present invention, the term "unit electrode" means an array region in which two electrodes capable of being independently driven by arranging the ultra-small LED elements are arranged, and the unit electrode area means an area of the array region.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, “연결”이란 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극(예를 들어 제1 전극, 제2 전극)에 실장되는 것을 의미한다. 또한, “전기적으로 연결”이란 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극에 실장됨과 동시에 전원을 전극라인에 인가할 때 초소형 LED 소자가 발광할 수 있는 상태를 의미한다.In the description of the embodiment according to the present invention, " connection " means that the ultra miniature LED device is mounted on two different electrodes (for example, the first electrode and the second electrode). The term " electrically connected " means a state in which a very small LED element emits light when a very small LED element is mounted on two different electrodes and a power source is applied to an electrode line.
본 발명의 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법은 먼저, 독립하여 제조된 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 전기적 단락 등의 불량 없이 초소형의 서로 다른 두 전극에 연결시킴으로써 종래의 초소형 LED 소자를 직립시켜 3차원 형상으로 전극에 결합시킬 때 초소형 LED 소자를 직립하여 세울 수 없는 문제점 및 초소형 LED 소자를 초소형의 서로 다른 전극에 일대일 대응하여 결합시키기 어렵다는 난점을 극복할 수 있다. In the method of manufacturing the LED electrode assembly of the present invention, firstly, the miniature LED device of the nano unit size manufactured independently is connected to the two different small electrodes without defects such as electric short, It is difficult to erect the miniature LED element when it is coupled to the electrode and it is difficult to combine the miniature LED element with the miniature different electrodes in a one-to-one correspondence.
또한, 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 구조와 기판의 상대적 위치관계로 인해, 즉 초소형 LED 소자의 길이방향으로 기판상에 수평하게 배치되는 초소형 LED 소자의 배열에 기인하여 활성층에서 발생되는 광자 중 대기중으로 방출되는 광자가 증가함에 따라 초소형 LED 전극어셈블리의 광추출 효율을 크게 향상시킬 수 있고, 서로 다른 전극과 연결되는 초소형 LED 소자의 개수를 조절할 수 있어 목적하는 광량을 수득이 용이할 수 있다. In addition, due to the relative positional relationship between the structure of the ultra-small LED element connected to the electrode and the substrate, that is, due to the arrangement of the ultra-small LED elements arranged horizontally on the substrate in the longitudinal direction of the ultra-small LED element, The light extraction efficiency of the ultra miniature LED electrode assembly can be greatly improved and the number of ultra small LED elements connected to different electrodes can be adjusted so that the desired light amount can be easily obtained.
나아가, 초소형 LED 소자가 직립하여 상, 하부 전극과 3차원 결합하지 않음으로써 다른 두 전극 사이에 초소형 LED 소자를 자기조립하기가 용이하므로 대면적 평면에 초소형 LED를 구동 가능한 상태로 배열할 수 있는 대면적 양산 공정이 가능하고, 만일하나 발생할 수 있는 LED 소자의 불량을 대비하여 복수개의 LED 소자를 전극과 연결시킴으로써 초소형 LED 전극어셈블리 본래의 기능을 유지할 수 있다.Furthermore, since the ultra-small LED element is erected and does not three-dimensionally couple with the upper and lower electrodes, it is easy to self-assemble the ultra-small LED element between the other two electrodes, so that the ultra-small LED can be arranged in a driveable state The area mass production process is possible and the original function of the miniature LED electrode assembly can be maintained by connecting a plurality of LED elements to the electrodes in preparation for defective LED elements.
더 나아가, 초소형 LED 소자를 용액상태로 투입 시, 전극라인영역 중 초소형 LED 소자가 뭉쳐 특정부분에만 배치되거나 소자가 외곽으로 퍼져나가 실장 또는 실장조차 되지 못하는 문제점을 해결하여 초소형 LED 소자 실장영역에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킴에 따라 목적한 전극라인 영역에 집중하여 초소형 LED 소자를 배치시킬 수 있어 수득되는 광량을 현저히 증가시킬 수 있다.In addition, when the ultra-small LED element is put in a solution state, the problem that the ultra-small LED elements in the electrode line region are gathered to only a specific portion or the element is spread out to the outside can not be mounted or mounted can be solved, By self-aligning the LED element, it is possible to arrange the ultra-small LED element concentrating on the target electrode line region, and the amount of light obtained can be remarkably increased.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 소자에 대한 사시도이다.
도 7은 종래의 초소형 LED 전극 어셈블리의 수직단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판상에 절연격벽을 형성시키는 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 사시도 및 부분확대도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 SEM 사진 및 초소형 LED의 청색 전계 발광 사진이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 청색 전계 발광 스펙트럼이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 소자의 TEM 사진이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 의해 제조된 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 1500배 확대된 광학현미경 사진이다.
도 16는 본 발명의 일비교예에 의해 제조된 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 1500배 확대된 광학현미경 사진이다.1 is a perspective view illustrating a step of fabricating a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a manufacturing process of an electrode line according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of an electrode line including a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a plan view of an electrode line including a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of an electrode line including a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a perspective view of an ultra-small LED according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a vertical sectional view of a conventional miniature LED electrode assembly.
8 is a plan view and a vertical cross-sectional view of an ultra-small LED device connected to a first electrode and a second electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
9 is a perspective view illustrating a manufacturing process of forming an insulating partition on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
10 is a perspective view illustrating a manufacturing process of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
11 is a perspective view and a partial enlarged view of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
12 is a SEM photograph of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention and a blue electroluminescent image of an ultra-small LED.
13 is a blue electroluminescence spectrum of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a TEM photograph of an ultra-small LED element included in a preferred embodiment of the present invention.
15 is an optical micrograph of a 1500-fold magnification of a micro LED electrode assembly manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
16 is an optical microscope image magnified 1500 times with respect to the micro LED electrode assembly manufactured by the comparative example of the present invention.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
상술한 바와 같이 종래의 bottom-up 방식은 고결정성/고효율의 박막 및 n-타입/양자우물/p-타입 적층 구조를 갖는 LED 소자의 성장이 결정학적으로 매우 어렵다는 문제가 있고, LED 소자를 별도의 공정을 통해 독립성장 제조한 후 각각의 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시키는 방법은 일반적인 LED 소자라면 3차원의 LED 소자를 직립하여 전극과 연결할 수 있지만 LED 소자가 나노단위 크기의 초소형일 경우 전극에 직립시키기가 매우 어렵다는 문제점이 있다. 또한, LED 소자의 크기가 나노단위로 초소형일 경우 초소형의 서로 다른 두 전극에 초소형의 LED 소자를 목적한 영역에 집중하여 배치시켜 정렬시킴과 동시에 전기적 단락 등 불량 없이 연결시키기 매우 어려웠다. 나아가 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극영역에 투입하여 자기정렬 시킬 경우 용액내에서 부유하여 전극영역의 외곽부로 퍼져나감에 따라 초소형 LED 소자가 전극영역의 외곽부에만 배치되거나 뭉쳐 배치될 수 있고, 전극에 실장조차 제대로 되지 않는다는 문제점이 있었다.
As described above, the conventional bottom-up method has a problem that crystallization of an LED device having a high crystallinity / high efficiency thin film and an n-type / quantum well / p-type lamination structure is very difficult, A method of disposing each LED element individually on the patterned electrode is as follows. When the LED element is a general LED element, the three-dimensional LED element can be erected upright and connected to the electrode. However, when the LED element is an ultra- There is a problem that it is very difficult to stand upright on the electrode. In addition, when the size of the LED element is very small in terms of nano unit, it is very difficult to arrange and arrange the ultra-small LED elements in two small and different electrodes in a desired area, and to connect the LED element without defects such as electrical shorts. Furthermore, when the ultra miniature LED device is put in a solution state in a solution state and is self-aligned, the ultra-small LED elements can be arranged only at the outer periphery of the electrode area or can be arranged in a bundle, There is a problem in that it is difficult to even mount the circuit board.
이에 본 발명에서는 (1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계; 및 (2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 용매를 투입하고, 전극라인에 전원을 인가하여 복수개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계;를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. (1) a step of injecting a plurality of ultra-small LED elements into an electrode line including a base substrate, a first electrode formed on the base substrate and a second electrode formed on the same plane as the first electrode, ; And (2) applying solvent to the electrode lines to simultaneously connect the plurality of ultra-small LED elements to the first and second electrodes, and applying power to the electrode lines to self-align the plurality of ultra-small LED elements; The present invention has been made to solve the above-mentioned problems by providing a method for manufacturing an ultra-small LED electrode assembly.
이를 통해 종래의 초소형 LED 소자를 직립시켜 3차원 형상으로 전극에 결합시킬 때 초소형 LED 소자를 직립하여 세울 수 없는 문제점 및 초소형 LED 소자를 초소형의 서로 다른 전극에 일대일 대응하여 결합시키기 어렵다는 난점을 극복할 수 있다. 또한 초소형 LED 소자를 용액상태로 투입 시, 전극라인영역 중 초소형 LED 소자가 뭉쳐 특정부분에만 배치되거나 소자가 용액에서 부유하여 전극라인의 외곽으로 퍼져나가 실장 또는 실장조차 되지 못하는 문제점을 해결하여 초소형 LED 소자 실장영역에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킴에 따라 목적한 전극라인 영역에 집중하여 초소형 LED 소자를 배치시킬 수 있는 동시에 불량 없이 초소형 LED 소자를 전극에 연결시킬 수 있다. 나아가, 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 방향성으로 인해 활성층에서 발생되는 광자 중 대기중으로 방출되는 광자의 양이 증가함에 따라 초소형 LED 전극어셈블리의 광추출 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
Accordingly, when a conventional micro LED device is erected and bonded to an electrode in a three-dimensional shape, the micro LED device can not be erected uprightly, and it is difficult to combine the micro LED devices with one another in a one-to- . In addition, when a very small LED element is put in a solution state, very small LED elements in an electrode line area are gathered to be located only in a specific part, or the element floats in a solution and spreads to the outside of an electrode line, By miniaturizing the micro-sized LED element in the element mounting region, the micro-sized LED element can be arranged in the intended electrode line region and the micro-sized LED element can be connected to the electrode without defects. Further, since the amount of photons emitted from the active layer to the atmosphere increases due to the directionality of the ultra-small LED device connected to the electrode, the light extraction efficiency of the ultra-small LED electrode assembly can be greatly improved.
본 발명에 따른 (1) 단계로서 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입한다.In the step (1) according to the present invention, a plurality of ultra-small LED elements are charged into an electrode line including a base substrate, a first electrode formed on the base substrate and a second electrode formed on the same plane as the first electrode do.
구체적으로 도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도로서, 도 1a는 베이스기판(100) 상에 형성된 제1 전극(110), 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극(130) 및 상기 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)을 포함하는 전극라인에 투입된 초소형 LED 소자(120)를 나타낸다.
1 is a perspective view illustrating a step of fabricating a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1A, a
먼저, 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인의 제조방법을 설명한다. 구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판상에 형성된 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도이다. 다만, 전극라인의 제조공정이 후술되는 제조공정에 제한되는 것은 아니다. First, a method of manufacturing an electrode line including a first electrode and a second electrode formed on the same plane as the first electrode is described. 2 is a perspective view illustrating a manufacturing process of an electrode line formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention. However, the manufacturing process of the electrode line is not limited to the manufacturing process described later.
먼저, 도 2a는 전극라인이 형성되는 베이스 기판(100)으로써, 상기 베이스 기판(100)은 바람직하게는 유리기판, 수정기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 및 구부릴 수 있는 유연한 폴리머 필름 중 어느 하나의 재질일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 베이스기판(100)은 투명한 기재일 수 있다. 다만, 베이스 기판(100)의 재질은 상기 종류에 한정되는 것은 아니며 통상 전극이 형성될 수 있는 베이스 기판의 경우 어떤 종류의 재질이나 사용될 수 있다. 2A is a
상기 베이스기판(100)의 면적은 제한이 없으며, 베이스 기판(100)상에 형성될 제1 전극의 면적, 제2 전극의 면적, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 연결되는 초소형 LED 소자 크기 및 연결되는 초소형 LED 소자 개수 등을 고려하여 변할 수 있다. 바람직하게 상기 베이스기판(100)의 두께는 100㎛ 내지 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The area of the
이후 도 2b와 같이 베이스기판(100) 상에 광 레지스트(PR, photo resist)(101)를 코팅할 수 있다. 상기 광 레지스트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 광 레지스트일 수 있다. 상기 광 레지스트를 베이스기판(100)상에 코팅하는 방법은 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 중 어느 하나 일 수 있고, 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 방법은 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있다. 코팅시키는 광 레지스트(101)의 두께는 0.1 내지 10 ㎛ 일 수 있다. 다만, 코팅되는 광 레지스트(101)의 두께는 이후 베이스 기판상에 증착될 전극의 두께를 고려하여 변할 수 있다.Then, as shown in FIG. 2B, a photoresist (PR) 101 may be coated on the
상기와 같이 베이스기판(100) 상에 광 레지스트(101)층을 형성시킨 이후 동일평면상에 제1 전극과 제2 전극이 상호 교번적 배치로 이격되어 있는 전극라인(도 3 참조)에 상응하는 패턴(102a, 102b)이 그려진 마스크(102)를 도 2c와 같이 광 레지스트(101)층에 올려놓고, 상기 마스크(103) 상부에서 자외선을 노광할 수 있다. After the
이후 노광된 광 레지스트층을 통상적인 광 레지스트 용매에 침지시켜 제거하는 단계를 거칠 수 있고, 이를 통해 도 2d와 같은 전극라인이 형성될 노광된 광 레지스트층 부분을 제거할 수 있다. 상기 초소형 LED용 전극라인에 대응하는 제1 전극라인에 상응하는 패턴(102a)의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛, 제2 전극라인에 상응하는 패턴(102b)의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.Thereafter, the exposed photoresist layer is dipped in a conventional photoresist solvent to remove the exposed photoresist layer portion where the electrode line is to be formed as shown in FIG. 2D. The width of the
이후 도 2e와 같이 전극라인 마스크(102)의 형상으로 광 레지스트층이 제거된 부분에 전극 형성 물질(103)을 증착할 수 있다. 상기 전극 형성 물질은 제1 전극의 경우 알루미늄, 타이타늄, 인듐, 골드 및 실버로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속물질 또는 ITO(Indum Tin Oxide), ZnO:Al 및 CNT-전도성 폴리머(polmer) 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 투명물질 일수 있다. 상기 전극 형성 물질이 2종 이상일 경우 바람직하게는 제1 전극은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제1 전극은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제1 전극은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다. Then, as shown in FIG. 2E, the
상기 전극 형성 물질은 제2 전극의 경우 알루미늄, 타이타늄, 인듐, 골드 및 실버로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속물질 또는 ITO(Indum Tin Oxide), ZnO:Al 및 CNT-전도성 폴리머(polmer) 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 투명물질 일수 있다, 상기 전극 형성 물질이 2종 이상일 경우 바람직하게는 제2 전극은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제2 전극은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제2 전극은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다. The electrode forming material may be at least one metal material selected from the group consisting of aluminum, titanium, indium, gold and silver, indium tin oxide (ITO), ZnO: Al and CNT-conductive polymer The second electrode may be a structure in which two or more kinds of materials are stacked. More preferably, the second electrode may be an electrode in which a two-material material is laminated with titanium / gold. However, the second electrode is not limited to the above-described substrate.
상기 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 물질은 동일 또는 상이할 수 있다. The materials forming the first and second electrodes may be the same or different.
상기 전극 형성 물질의 증착은 열증착법, e-빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 스크린 프린팅 방법 등의 방법 중 어느 하나의 방법으로 증착될 수 있으며 바람직하게는 열증착 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
The deposition of the electrode forming material may be performed by any one of a thermal deposition method, an e-beam deposition method, a sputtering deposition method, and a screen printing method, and is preferably a thermal deposition method, but is not limited thereto.
상기 전극 형성 물질(103)을 증착한 이후 도 2f와 같이 아세톤, N-메틸피롤리돈 (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제를 이용하여 베이스기판(100)에 코팅된 광 레지스트층(101)을 제거하면 베이스기판(100)상에 증착된 전극라인(103?(도 1의 110), 103?(도 1의 130)을 제조할 수 있다.
After the
상술한 방법을 통해 제조된 본 발명에 따른 전극라인에서 단위 전극 면적 즉, 초소형 LED 소자를 배열하여 독립적으로 구동 시킬 수 있는 두 전극이 배치된 배열 영역의 면적은 바람직하게는 1㎛2 내지 100 cm2 이고, 보다 더 바람직하게는 10㎛2 내지 100 mm2일 수 있으나, 단위 전극의 면적은 상기의 면적에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 전극라인은 단위 전극이 한 개 또는 복수개 포함될 수 있다. In the electrode line according to the present invention manufactured through the above-described method, the unit electrode area, that is, the area of the arrangement region in which the two electrodes capable of independently driving the micro-LED devices are arranged is preferably 1 to 2 cm 2 , and more preferably 10 μm 2 to 100 mm 2 , but the area of the unit electrode is not limited to the above-mentioned area. In addition, the electrode line may include one or a plurality of unit electrodes.
나아가, 상기 전극라인에서 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격 간격은 초소형 LED 소자의 길이보다 작거나 같을 수 있다. 이를 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 초소형 LED 소자가 누운 형태로 두 전극 사이에 끼거나 또는 두 전극에 걸쳐 연결될 수 있다.
Furthermore, the spacing between the first electrode and the second electrode in the electrode line may be less than or equal to the length of the micro-LED element. Thus, the ultra-small LED element may be laid between the first electrode and the second electrode so as to be sandwiched between the two electrodes or across the two electrodes.
한편, 본 발명의 적용 가능한 전극라인은 후술하는 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성되는 제2 전극으로써 초소형 LED 소자를 실장할 수 있는 것이면 적용가능하며 동일평면상에 이격된 제1 전극과 제2 전극의 구체적 배치는 목적에 따라 달라질 수 있다.
Meanwhile, the electrode line applicable to the present invention is a second electrode formed on the same plane as the first electrode to be described later, and can be applied as long as it can mount the ultra-small LED device. The specific arrangement of the second electrode may vary depending on the purpose.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도로서 제1 전극(213)은 베이스기판(200)상에 형성될 수 있다. 상기 “베이스 기판상”의 의미는 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극이 베이스기판 표면에 직접적으로 형성 또는 베이스기판 상부에 이격하여 형성될 수 있음을 의미한다. Specifically, FIG. 3 is a perspective view of an electrode line for a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention, and a
더 구체적으로 도 3에서 제1 전극(213, 214)과 제2 전극(233, 234)이 모두 베이스기판(200) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 제1 전극(214)과 제2 전극(234)이 상호 교번적으로 배치되어 동일평면상에 이격된 전극라인(244)을 형성할 수 있다. More specifically, in FIG. 3, the
도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 평면도로서 제1 전극(212, 215)과 제2 전극(232, 235)이 모두 베이스기판(201) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 제1 전극(215)과 제2 전극(235)이 소용돌이 배치되어 동일평면상에 이격된 전극라인(245)을 형성할 수 있다.
FIG. 4 is a plan view of an electrode line for a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention, in which the
상기와 같이 전극라인을 상호 교번적 배치 또는 소용돌이 배치로 구성할 경우 한정된 면적의 베이스 기판(200, 201)에 포함되는 초소형 LED를 한번에 배열하여 독립적으로 구동 할 수 있는 단위 전극의 구동 면적을 높일 수 있어 단위 전극에 실장되는 초소형 LED 수를 증가시킬 수 있다. 이는 단위 면적의 LED 발광의 세기를 증가시키므로 단위면적당 높은 밝기가 요구되는 여러 가지 광전소자의 응용에 활용할 수 있다.
When the electrode lines are alternately arranged or spirally arranged as described above, the miniaturized LEDs included in the
한편 도 3, 4는 바람직한 일구현예이며, 이에 한정되지 않고 두 전극이 일정한 간격을 갖는 상상 가능한 모든 구조의 배치로 다양하게 변형하여 구현할 수 있다.
3 and 4 are preferred embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and the two electrodes can be variously modified by arranging all imaginable structures having a predetermined interval.
또한, 상기 도 3에 나타난 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극라인과 다르게 본 발명의 또 다른 바람직한 일구현예에 따르면 제2 전극이 베이스 기판 상부에 이격되어 형성될 수 있다. In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, the second electrode may be spaced apart from the upper portion of the base substrate, unlike the electrode line according to the preferred embodiment of the present invention shown in FIG.
구체적으로 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도로서, 베이스 기판(202) 표면에 직접적으로 제1 전극(211)이 형성되나 제2 전극(231, 236)은 베이스 기판(202) 상부에 이격되어 형성되어 있으며, 제1' 전극(216)은 연결전극을 통해 제1 전극(211)과 연결되고, 베이스 기판(202) 상부에 제1 전극(211)과 이격되어 형성되어 있으며, 제1' 전극(216)과 제2 전극(236)이 동일평면상에 상호 교번적으로 배치되어 이격된 전극라인(246)을 형성할 수 있다.5 is a perspective view of an electrode line for a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention, in which a
이하 제1 전극과 제2 전극이 동일평면상에서 상호 교번적으로 배치된 형상을 중심으로 설명한다. 다만, 제1 전극과 제2 전극은 베이스기판 표면에 직접적으로 또는 베이스기판 표면에서 이격되어 형성될 수 있으며, 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극이 베이스 기판 표면에서 이격되어 형성되는 경우 제1 전극의 모든 부분과 제2 전극의 모든 부분은 동일평면이 아닐 수 있다. 다만, 이 경우에도 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 영역에 포함되는 제1 전극 및 제2 전극은 동일평면상에 위치할 수 있다.
Hereinafter, the first electrode and the second electrode are alternately disposed on the same plane. However, the first electrode and the second electrode may be formed directly on the surface of the base substrate or spaced apart from the surface of the base substrate. If at least one of the first electrode and the second electrode is formed apart from the surface of the base substrate All portions of the first electrode and all portions of the second electrode may not be coplanar. In this case, however, the first electrode and the second electrode included in the region where the ultra-miniaturized LED can be substantially mounted can be located on the same plane.
다음으로 초소형 LED 소자(도 1a의 120)를 설명한다. Next, a very small LED element (120 in Fig. 1A) will be described.
본 발명에 사용될 수 있는 초소형 LED 소자는 일반적으로 조명 또는 디스플레이에 사용되는 초소형 LED 소자이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 (1)단계의 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 500 nm 내지 5㎛ 일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 길이가 100 nm 미만인 경우 고효율의 LED 소자의 제조가 어려우며, 10 ㎛ 를 초과하는 경우 LED 소자의 발광 효율을 저하시킬 수 있다. 초소형 LED 소자의 형상은 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있고, 바람직하게는 원기둥 형상일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
The ultra-small LED device that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it is an ultra-small LED device generally used for illumination or display. Preferably, the length of the ultra-small LED device in step (1) And even more preferably from 500 nm to 5 占 퐉. If the length of the ultra-small LED element is less than 100 nm, it is difficult to manufacture a highly efficient LED element. If the length is more than 10 탆, the efficiency of the LED element may be reduced. The shape of the ultra-small LED element may be various shapes such as a columnar shape or a rectangular parallelepiped shape, and may be a cylindrical shape, but is not limited thereto.
이하, 초소형 LED 소자의 설명에서 ‘위’, ‘아래’, ‘상’, ‘하’, ‘상부’ 및 ‘하부’는 초소형 LED 소자에 포함된 각 층을 기준으로 하여 수직의 상, 하 방향을 의미한다.
Hereinafter, in the description of the ultra-small LED device, the terms "upper", "lower", "upper", "lower", "upper" .
먼저 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the ultra miniature LED device includes a first conductive semiconductor layer; An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; And a second conductive semiconductor layer formed on the active layer.
구체적으로 도 6은 본 발명이 포함하는 초소형 LED 소자의 일구현예를 나타내는 사시도로, 제1 도전성 반도체층(21), 상기 제1 도전성 반도체층(21)상에 형성된 활성층(22) 및 상기 활성층(22)상에 형성된 제2 도전성 반도체층(23)을 나타낸다.
Specifically, FIG. 6 is a perspective view illustrating an exemplary embodiment of a micro-LED element included in the present invention, and includes a first
먼저, 제1 도전성 반도체층(21)에 대해 설명한다. 상기 제1 도전성 반도체층(21)은 예컨대, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제1 도전성 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다. 바람직하게 상기 제1 도전성 반도체층(21)의 두께는 500 nm ~ 5㎛ 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 n형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
First, the first
다음으로, 상기 제1 도전성 반도체층(21)상에 형성되는 활성층(22)에 대해 설명한다. Next, the
상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(22)은 상기 제 1도전성 반도체층(21) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(22)의 위 및/또는 아래에는 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다. 그 외에 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 활성층(12)으로 이용될 수 있음은 물론이다. 이러한 활성층(22)에서는 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다. 바람직하게 상기 활성층의 두께는 10 ~ 200 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 활성층의 위치는 LED 종류에 따라 다양하게 위치하여 형성될 수 있다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 활성층으로 사용하는데 제한이 없다.
When the ultra-small LED device is a blue light emitting device, the
다음으로, 상기 활성층(22)상에 형성되는 제2 도전성 반도체층(23)에 대해 설명한다. Next, the second
상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(22) 상에는 제 2도전성 반도체층(23)이 형성되며, 상기 제 2도전성 반도체층(23)은 적어도 하나의 p형 반도체층으로 구현될 수 있는 데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제 2도전성 도펀트(예: Mg)가 도핑될 수 있다. 여기서, 발광 구조물은 상기 제1도전형 반도체층(21), 상기 활성층(22), 상기 제 2도전성 반도체층(23)을 최소 구성 요소로 포함하며, 각 층의 위/아래에 다른 형광체층, 활성층, 반도체층 및/또는 전극층을 더 포함할 수도 있다. 바람직하게 상기 제2 도전성 반도체층(23)의 두께는 50 nm ~ 500 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 p형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
When the very small LED device is a blue light emitting device, a second
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 하부에 형성된 제1 전극층 및 제2 도전성 반도체층 상부에 형성된 제2 전극층을 더 포함할 수 있다. In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, the ultra miniature LED device may further include a first electrode layer formed under the first conductive semiconductor layer and a second electrode layer formed over the second conductive semiconductor layer.
구체적으로 도 6은 본 발명이 포함하는 초소형 LED 소자의 일구현예를 나타내는 사시도로, 제1 도전성 반도체층(21) 하부에 형성된 제1 전극층(11) 및 제2 도전성 반도체층(23) 상부에 형성된 제2 전극층(12)을 나타낸다.Specifically, FIG. 6 is a perspective view illustrating an exemplary embodiment of an ultra-miniaturized LED device according to the present invention. Referring to FIG. 6, a
상기 제1 전극층(11) 및 제2 전극층(12)은 통상의 LED 소자의 전극으로 사용되는 금속 또는 금속산화물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 각각 독립적으로 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), ITO 및 이들의 산화물 또는 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 제1 전극층(11)의 두께 및 제2 전극층(12)의 두께는 각각 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 초소형 LED 소자에 제1 전극층(11) 및 제2 전극층(12)을 포함할 경우 제1 반도체층(21) 및/또는 제2 반도체층(23);과 전극라인의 연결부위에 금속오믹층을 형성하는 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도로 금속오믹층을 형성 시킬 수 있는 이점이 있다.
The
한편, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자는 상기 초소형 LED 소자의 활성층(22)과 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 전극라인이 접촉되어 발생하는 단락을 방지하기 위해 위해 적어도 활성층(22) 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막(30);을 소자의 외부면에 포함할 수 있다. 또한, 바람직하게는 전기적 단락 및 반도체층의 외부 표면 손상을 통한 초소형 LED 소자의 내구성 저하를 동시에 방지하기 위해 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23) 중 어느 하나 이상의 외부면에도 절연피막(30)이 코팅될 수 있다.In order to prevent a short circuit due to the contact between the
구체적으로 도 6에서 절연피막(30)은 제1 도전성 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전성 반도체층(23) 외부면을 덮고 있다. Specifically, in FIG. 6, the insulating
상기 절연피막(30)은 초소형 LED 소자에 포함된 활성층이 전극과 접촉 시에 발생하는 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 또한, 절연피막(30)은 초소형 LED 소자의 활성층을 포함한 외부면을 보호함으로써 소자의 외부표면 결함을 방지해 발광 효율 저하를 막을 수 있다. The insulating
만일 초소형 LED 소자 각각을 일일이 서로 다른 두 전극 사이에 배치시키고 연결시킬 수 있는 경우 활성층이 전극에 닿아 발생하는 전기적 단락을 방지할 수 있다. 그러나 나노단위의 초소형 LED 소자를 일일이 전극에 실장하는 것은 물리적으로 어렵다. 이에 따라 본 발명과 같이 전원을 인가하여 서로 다른 두 전극 사이에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킬 경우 초소형 LED 소자는 서로 다른 두 전극 사이를 이동, 정렬 등의 위치변경을 하게 되며, 이 과정에서 초소형 LED 소자의 활성층(22) 외부면이 전극라인에 접촉할 수 있어 전기적 단락이 빈번히 발생할 수 있다.If each of the ultra-small LED elements can be disposed between and connected to two different electrodes, it is possible to prevent an electrical short circuit that occurs due to the contact of the active layer with the electrodes. However, it is physically difficult to mount a miniature LED device of nano unit on an electrode. Accordingly, when the miniature LED element is self-aligned between two different electrodes by applying power as in the present invention, the micro LED element changes its position such as movement and alignment between two different electrodes. In this process, The outer surface of the
한편, 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세울 경우에는 활성층과 전극라인이 접촉하여 발생하는 전기적 단락의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 즉, 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세우지 못하여 전극상에 LED 소자가 누워있는 경우에만 활성층과 전극라인이 접촉할 수 있으며, 이러한 경우는 초소형 LED 소자를 서로 다른 두 전극에 연결시키지 못한 문제가 있을 뿐 전기적 단락의 문제는 발생하지 않을 수 있다. On the other hand, when the ultra-small LED element is erected upright on the electrode, the problem of electrical short-circuiting caused by contact between the active layer and the electrode line may not occur. That is, since the ultra-small LED element can not be erected upright on the electrode, the active layer and the electrode line may contact only when the LED element is laid on the electrode. In this case, the problem of not connecting the ultra-small LED element to two different electrodes There is no problem of electric short-circuit.
구체적으로 도 7은 종래의 초소형 전극 어셈블리의 수직단면도로써, 제1 전극라인(61)상에 제1 초소형 LED 소자(71)의 제1 반도체층(71a)이 연결되어 있고, 제2 반도체층(71c)이 제2 전극라인(62)에 연결되어 있으며, 제1 초소형 LED 소자(71)가 상하로 위치하는 두 전극(61, 62)에 직립하여 연결되고 있음을 확인할 수 있다. 도 7과 같은 전극어셈블리에서 제1 초소형 LED 소자(71)가 두 전극에 동시에 연결되어 있다면 상기 소자의 활성층(71b)이 서로 다른 두 전극(61, 62) 중 어느 하나에 접촉할 가능성이 없어 활성층(71b)과 전극(61, 62)의 접촉에 따른 전기적 단락은 발생하지 않을 수 있다. 7 is a vertical cross-sectional view of a conventional micro-electrode assembly. The
이에 반하여, 도 7에서 제2 초소형 LED 소자(72)는 제1 전극(61)에 누워있으며 이 경우 제2 초소형 LED 소자(72)의 활성층(72b)이 제1 전극(61)과 접촉하고 있다. 그러나 이때는 제2 초소형 LED 소자가 제1 전극(61) 및 제2 전극(62)에 연결되지 못한 문제점이 있을 뿐 전기적 단락의 문제는 발생하지 않는다. 이에 따라 만일 도 7과 같은 전극어셈블리에 포함되는 제1 초소형 LED 소자(71)의 제1 반도체층(71a), 활성층(71b) 및 제2 반도체층(71c) 외부면에 절연피막이 코팅된 경우, 상기 절연피막은 초소형 LED 소자 외부 표면의 손상 방지를 통한 발광효율 감소의 목적 및 효과만 가진다.7, the second
그러나 본 발명은 도 7과 같은 종래의 초소형 전극 어셈블리와 다르게 서로 다른 두 전극이 동일평면상에 이격되어 형성되고(도 3 참조), 상기 두 전극이 형성된 동일평면과 평행하게 초소형 LED 소자가 누워서 연결되기 때문에 종래의 초소형 전극 어셈블리에서는 발생하지 않았던 초소형 LED 소자의 활성층과 전극간의 접촉에 따른 전기적 단락 문제가 필연적으로 발생할 수 밖에 없다. 따라서 이를 방지하기 위해 초소형 LED 소자는 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 필요할 수 있다.However, unlike the conventional miniature electrode assembly shown in FIG. 7, the present invention is different from the conventional miniature electrode assembly shown in FIG. 7 in that two different electrodes are formed on the same plane (see FIG. 3) The problem of electrical short-circuiting due to the contact between the active layer and the electrode of the ultra-small LED element, which has not occurred in the conventional miniature electrode assembly, necessarily arises. Therefore, in order to prevent this, the ultra-small LED device may require an insulating film covering at least the entire outer surface of the active layer portion on the outer surface of the device.
나아가, 본 발명에 따른 초소형 전극 어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자와 같이 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층이 순차적으로 수직으로 배열되는 구조의 초소형 LED 소자에서 활성층은 반드시 외부에 노출될 수 밖에 없다. 또한, 이러한 구조의 LED 소자에서 활성층의 위치는 상기 소자의 길이방향으로 정중앙에만 위치하는 것이 아니고, 특정 반도체층 쪽으로 치우쳐 형성될 수 있어 전극과 활성층이 접촉할 가능성이 더욱 높아질 수 있다. 이에 따라 상기 절연피막은 소자에서 활성층의 위치에 관계없이 소자가 서로 다른 두 전극과 전기적으로 연결될 수 있게 함으로써 본 발명의 목적을 달성하는데 있어 보다 유리한 이점이 있다.
Further, in the ultra-small LED device having a structure in which the first semiconductor layer, the active layer, and the second semiconductor layer are sequentially and vertically arranged like the ultra-small LED device included in the micro-electrode assembly according to the present invention, none. In addition, in the LED device having such a structure, the position of the active layer is not located in the center in the longitudinal direction of the device, but may be biased toward the specific semiconductor layer, so that the possibility of contact between the electrode and the active layer can be further increased. Accordingly, the insulating film is advantageous in achieving the object of the present invention by enabling the device to be electrically connected to two different electrodes regardless of the position of the active layer in the device.
구체적으로 도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도를 나타낸다. 도 8에서 A-A 단면도와 같이 제1 초소형 LED 소자(121a, 121b, 121c) 중 활성층(121b)은 제1 초소형 LED 소자(121)의 중앙부에 위치하지 않고 왼쪽으로 많이 치우쳐 있으며, 이 경우 활성층(121b)의 일부가 전극(131)에 접촉될 가능성이 높아져 전기적 단락이 발생할 수 있으며, 이는 초소형 LED 전극어셈블리의 불량을 유발하는 원인이 될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 포함되는 초소형 LED 소자는 활성층을 포함하는 외부면에 절연피막이 코팅될 수 있으며, 상기 절연피막으로 인해 도 8의 제1 초소형 LED 소자(121)와 같이 활성층(121b)이 전극(131)에 걸쳐 있어도 단락이 발생하지 않을 수 있다.
8 is a plan view and a vertical cross-sectional view of an ultra-small LED device connected to a first electrode and a second electrode according to a preferred embodiment of the present invention. The
상기 절연피막(30)은 바람직하게는 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화이트륨(Y2O3) 및 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 성분으로 이루어지나 투명한 것일 수 있으며, 다만 이에 한정되지 않는다. 투명한 절연피막의 경우 상기의 절연피막(30)의 역할을 하는 동시에 절연피막을 코팅함으로써 만일하나 발생할 수 있는 발광효율의 감소를 최소화할 수 있다. The insulating
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 절연피막(30)은 초소형 LED 소자의 제1 전극층(11) 및 제2 전극층(12) 중 어느 하나 이상의 전극층에는 절연피막이 코팅되지 않을 수 있고, 보다 바람직하게는 두 전극층(11, 12) 모두 절연피막이 코팅되지 않을 수 있다. 이는 상기 두 전극층(11, 12)과 서로 다른 전극간에는 전기적으로 연결이 되어야 하는데 만일 두 전극층(11, 12)에 절연피막(30)이 코팅되는 경우 전기적 연통을 방해할 수 있어 초소형 LED의 발광이 감소되거나 전기적으로 연통되지 않아 발광 자체가 되지 않을 수 있는 문제점이 있다. 다만, 초소형 LED 소자의 두 전극층(11, 12)과 서로 다른 전극간에 전기적 연통이 있는 경우 초소형 LED 소자의 발광에 문제가 없을 수 있어 상기 두 전극층(11, 12)의 끝단부를 제외한 나머지 전극층(11, 12) 부분에는 절연피막(30)을 포함할 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the insulating
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 소자 상호간 응집을 방지하기 위하여 절연피막 외부면에 코팅된 소수성 피막을 포함할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the ultra miniature LED device may include a hydrophobic coating coated on the outer surface of the insulating coating to prevent agglomeration among the devices.
구체적으로 도 6에서 절연피막(30) 외부면에 코팅된 소수성 피막(40)을 확인할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 상기 절연피막(30) 위에 소수성 피막(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 피막(40)은 초소형 LED 소자의 표면에 소수성 특성을 갖게 하여 LED 소자들 간에 응집현상을 방지하기 위한 것으로서 초소형 LED 소자가 용매에 혼합될 때 초소형 LED 소자간에 응집을 최소화 하여 독립된 초소형 소자의 특성 저해 문제를 제거하고, 전원을 전극라인에 인가시에 보다 용이하게 각각의 초소형 LED 소자가 위치정렬 할 수 있다. Specifically, in FIG. 6, the
상기 소수성 피막(40)은 상기 절연피막(30) 상에 형성될 수 있다. 이 경우 사용 가능한 소수성 피막은 절연피막 상에 형성되어 초소형 LED 소자들 간에 응집현상을 방지할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 옥타데실트리크로로실리란(octadecyltrichlorosilane, OTS)과 플루오로알킬트리크로로실란(fluoroalkyltrichlorosilane), 퍼플루오로알킬트리에톡시실란(perfluoroalkyltriethoxysilane) 등과 같은 자기조립 단분자막(SAMs, self-assembled monolayers)과 테프론(teflon), Cytop 등과 같은 플루오로 폴리머 (fluoropolymer) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
The
한편, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자의 길이는 초소형 LED 소자와 서로 다른 두 전극 간에 전기적 연결을 위해 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다. 만일 초소형 LED 소자가 전극라인에 자기정렬한 상태라도 전기적으로 연결되지 않을 경우 전극라인에 전원을 인가해도 전기적으로 연결되지 않은 초소형 LED 소자는 발광하지 않아 본 발명의 목적을 달성할 수 없는 치명적인 문제점이 있을 수 있다.Meanwhile, the length of the ultra small LED device included in the ultra miniature LED electrode assembly according to the present invention can satisfy the following relational expression 1 for electrical connection between the ultra small LED device and two different electrodes. Even if a very small LED element is not electrically connected even though it is self-aligned to an electrode line, even if a power source is applied to an electrode line, a very small LED element which is not electrically connected does not emit light, Can be.
[관계식 1] [Relation 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 바람직하게는 상기 관계식 1은 Z ≤ H < X + Y + 2Z 를 만족할 수 있고, 보다 바람직하게는 Z ≤ H ≤ X + Y + Z 를 만족할 수 있으며, 이때, 상기 X, Y, Z는 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛일 수 있다. 상기 X는 전극라인에 포함되는 제1 전극 폭의 길이이며, 상기 Y는 제2 전극 폭의 길이이고, 상기 Z는 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극간 간격의 거리이며, 상기 H는 초소형 LED 소자의 길이에 해당한다. 여기서 상기 제1 전극 및 제2 전극이 각각 복수개일 경우 상기 두 전극 간의 간격 거리(Z)은 동일하거나 상이할 수 있다. 0.5? H? X + Y + 2Z. Preferably, the relation 1 satisfies Z? H <X + Y + 2Z, more preferably satisfies Z? H? X + Y + Z , Where X, Y and Z may be 100 nm < X < / = 10 mu m, 100 nm < Wherein X is a length of a first electrode width included in an electrode line, Y is a length of a second electrode width, Z is a distance between a first electrode and a second electrode adjacent to the first electrode, H corresponds to the length of the ultra-small LED element. Here, when the first electrode and the second electrode are plural, the distance Z between the two electrodes may be the same or different.
상기 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극과 전기적으로 연결되는 부분은 초소형 LED 소자의 제1 전극층 및 제1 도전성 반도체층 중 어느 하나 이상의 층(또는 제2 도전성 반도체층 및 제2 전극층 중 어느 하나 이상의 층)일 수 있다.The portion where the ultra-small LED element is electrically connected to two different electrodes may include at least one of the first electrode layer and the first conductive semiconductor layer (or at least one of the second conductive semiconductor layer and the second electrode layer, ).
만일 초소형 LED 소자의 길이가 서로 다른 두 전극간의 간격보다 현저히 작을 경우 초소형 LED 소자는 서로 다른 두 전극에 동시에 연결되기 어려울 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 초소형 LED 소자의 길이는 상기 관계식 1 중 0.5Z ≤ H 를 만족하는 초소형 LED 소자일 수 있다. 만일 관계식 1 중 0.5Z ≤ H 를 만족하지 못하는 경우 초소형 LED 소자가 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되지 못하고 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극에만 초소형 LED 소자가 연결되는 문제점이 있을 수 있다. 보다 바람직하게는 도 8과 같이 제2 초소형 LED 소자(122)가 제1 전극(111)과 제2 전극(131) 사이의 전극 사이에 끼어 전기적으로 연결될 수 있어 본 발명에 포함되는 초소형 LED 소자는 관계식 1 중 Z ≤ H 을 만족하는 LED 소자일 수 있다. If the length of the ultra-small LED element is significantly smaller than the distance between two different electrodes, the ultra-small LED element may be difficult to simultaneously connect to two different electrodes. Accordingly, the length of the ultra miniature LED according to the present invention may be a very small LED element satisfying 0.5Z < If 0.5Z < / = H is not satisfied in Equation 1, the micro LED device is not electrically connected to the first electrode and the second electrode, and the micro LED device is connected to only one of the first electrode and the second electrode This can be. 8, the second
한편, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y) 및 제1, 2 전극 사이의 전극간격 거리(Z)을 고려하여 길어질 경우 도 8의 제3 초소형 LED 소자(123)의 양 끝단부가 아닌 부분이 제1 전극(112)과 제2 전극(132)에 각각 독립적으로 연결될 수 있다. 만일 제3 초소형 LED 소자(123)의 활성층이 소자의 중앙부에 위치하지 않고, 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면을 덮는 절연피막이 코팅되어 있지 않다면 전극(112 또는 132)과 제3 초소형 LED 소자(123)간의 전기적 단락의 원인이 될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 초소형 LED 소자는 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막을 포함하고 있어서 도 8의 제3 초소형 LED 소자(123)와 같이 초소형 LED 소자의 양 끝단부가 아닌 부분이 전극과 연결되는 경우에도 전기적 단락이 발생하지 않으면서 동시에 전기적으로 연결될 수 있다.
On the other hand, when the length H of the ultra-small LED element is long in consideration of the width X of the first electrode, the width Y of the second electrode, and the distance Z between the first and second electrodes 8 may be independently connected to the
다만, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y) 및 제1, 2 전극 사이의 전극간격 거리(Z)을 동시에 고려하여 더 길어져 상기 관계식 1 중 H < X + Y + 2Z을 만족하지 못하는 경우 전기적으로 연결되지 않은 초소형 LED 소자가 초소형 LED 전극 어셈블리에 포함되는 문제점이 있을 수 있다.However, the length (H) of the ultra-small LED element is longer considering the width length (X) of the first electrode, the width length (Y) of the second electrode and the electrode spacing distance (Z) If H < X + Y + 2Z in the above formula (1) is not satisfied, there may be a problem that the micro LED device which is not electrically connected is included in the micro LED electrode assembly.
구체적으로 도 8에서 제4 초소형 LED 소자(124)는 두 개의 제2 전극(132, 133) 및 한 개의 제1 전극(112)에 동시에 연결되고 있는데, 이러한 경우에 해당하는 초소형 LED 소자의 길이(H)는 상기 관계식 1 중 H < X + Y + 2Z을 불만족 하는 경우이다. 이러한 경우에 상기 제4 초소형 LED 소자(124)는 활성층과 제2 전극(132, 133) 또는 제1 전극(112)이 접촉되어 전기적 단락이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 만일 상기 제4 초소형 LED 소자(124)가 활성층 외부면에 코팅된 절연피막을 포함하여 전기적 단락의 문제점이 제거된다 하더라도, 두 개의 제2 전극(132, 133)에 제4 초소형 LED 소자(124)의 양 끝단이 각각 연결됨에 따라 실질적으로 전기적으로는 연결되지 않은 초소형 LED 전극어셈블리가 제조될 수 있는 문제점이 있고, 이러한 제4 초소형 LED 소자(124)는 전극라인에 전원인가 시에도 발광하지 않는 문제점이 있을 수 있다.Specifically, in FIG. 8, the fourth
또한, 만일 초소형 LED 소자의 길이(H)가 상기 제4 초소형 LED 소자(124)보다 길어져 초소형 LED 소자의 양 끝단부가 제1 전극(111) 및 제2 전극(133)에 연결되어 전기적으로 연결된다 하더라도, 초소형 LED 소자의 길이가 길어지면 광효율이 저하될 수 있어 목적하는 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조할 수 없는 문제점이 있을 수 있다. In addition, if the length H of the ultra-small LED element is longer than that of the fourth
이에 따라 초소형 LED 소자의 길이(H)는 관계식 1 중 H < X + Y + 2Z을 만족할 수 있다.
Accordingly, the length (H) of the ultra-small LED element can satisfy H < X + Y + 2Z in the relational expression (1).
한편, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 관계식 1 중 X + Y + Z < H < X + Y + 2Z 을 만족하더라도, 초소형 LED 소자의 활성층이 특정한 도전성 반도체층 쪽으로 치우쳐 형성(도 8의 125b 참조)될 경우 전극과 연결되는 초소형 LED 소자의 부분이 전극층 및/또는 도전성 반도체층이 아닌 절연피막이 코팅된 활성층의 경우 절연피막으로 인해 전기적 단락이 발생하지는 않지만 초소형 LED 소자가 전극라인에 전기적으로 연결되지 않을 수 있는 문제점이 있을 수 있다. On the other hand, even if the length H of the ultra-small LED element satisfies X + Y + Z <H <X + Y + 2Z in the relational expression 1, the active layer of the ultra-small LED element is biased toward a specific conductive semiconductor layer In the case of an active layer coated with an insulating film rather than an electrode layer and / or a conductive semiconductor layer, the electrical short-circuit is not caused due to the insulating coating, but the micro LED element is electrically connected to the electrode line There may be a problem that may not be possible.
구체적으로 도 8에서 제5 초소형 LED 소자(125)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 동시에 연결되어 있다. 그러나 도 8에서 B-B의 단면도를 살펴 보면 제1 전극(111)에 연결된 제5 초소형 LED 소자(125)의 외부면 위치는 활성층(125c) 부분이고, 전극층(125a) 및 도전성 반도체층(125b)은 제1 전극(111)에 연결되지 않았음을 확인할 수 있다. 이러한 경우 제5 초소형 LED 소자(125)의 활성층(125c) 부분에 절연피막이 코팅되어 있어 전기적 단락은 발생하지 않지만 전극층(125a) 및 도전성 반도체층(125b)은 제1 전극(111)에 전기적으로 연결되지 않아 제5 초소형 LED 소자(125)는 전극라인에 전원 인가 시에 발광되지 않는 문제점이 있을 수 있다.Specifically, in FIG. 8, the fifth
또한, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 관계식 1 중 X + Y + Z < H < X + Y + 2Z 을 만족하고, 초소형 LED 소자가 전극에 전기적으로 연결된 상태인 경우에도 목적하는 광량을 발광하는 초소형 LED 전극 어셈블리를 구현할 수 없는 경우 있을 수 있다. 구체적으로 도 8에서 제6 초소형 LED 소자(126)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 전기적으로 연결되어 있어 전극라인에 전원 인가시에 발광에는 문제가 없을 수 있으나, 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 수직하여 정렬되어 실장되지 않고, 비스듬히 실장됨에 따라 1개의 초소형 LED 소자가 실장을 위해 차지하는 전극라인 면적이 증가하고, 이에 따라 전극라인 중 한정된 면적의 초소형 LED 소자 실장 영역에 실장 시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 감소함에 따라 목적하는 광량을 발광하는 초소형 LED 전극 어셈블리 구현이 어려울 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
Further, even when the length H of the ultra-small LED element satisfies X + Y + Z <H <X + Y + 2Z in the relational expression 1 and the ultra-small LED element is electrically connected to the electrode, There may be cases where a very small LED electrode assembly can not be realized. 8, the sixth
이에 따라 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 초소형 LED 소자의 길이(H)는 관계식 1 중 H ≤ X + Y + Z를 만족할 수 있다. 이 경우 초소형 LED 소자에서 길이방향으로 절연피막이 코팅된 활성층의 위치에 상관없이 전기적으로 단락이 없는 동시에 전기적으로 연결된 초소형 LED 전극어셈블리를 구현할 수 있고, 1개의 초소형 LED 소자가 차지하는 전극라인 면적이 감소하여 한정된 면적의 전극라인에 실장될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있어 목적하는 초소형 LED 소자의 구현에 매우 유리할 수 있다.
Accordingly, according to a preferred embodiment of the present invention, the length (H) of the ultra-small LED element can satisfy H? X + Y + Z in the relational expression (1). In this case, it is possible to realize an electrically connected miniature LED electrode assembly which is electrically short-circuited, irrespective of the position of the active layer coated with the insulating film in the longitudinal direction in the micro LED device, and the area of the electrode line occupied by one micro LED device is reduced The number of very small LED elements which can be mounted on the electrode line of a limited area can be increased, which can be very advantageous for realizing a desired ultra-small LED element.
한편, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 본 발명에 따른 (1) 단계는 1-1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계; 1-2) 상기 베이스 기판상에 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계; 및 1-3) 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계;를 포함할 수 있다. The step (1) according to the present invention for injecting a solution containing an ultra-small LED element into an electrode line including a first electrode and a second electrode comprises the steps of: 1-1) And a second electrode formed to be coplanar with the first electrode; 1-2) forming an insulating barrier surrounding the electrode line region on which the micro LED device is mounted on the base substrate; And 1-3) applying a plurality of ultra-small LED elements to the electrode line region surrounded by the insulating barrier ribs.
먼저, 1-1) 단계로써 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 1-1)단계의 전극을 형성하는 구체적인 방법은 상술한 바와 같은바 이하 생략한다.
First, the step 1-1) may include fabricating an electrode line including a base substrate, a first electrode formed on the base substrate, and a second electrode formed on the same plane as the first electrode, . The specific method of forming the electrode in the step 1-1) will be omitted as described above.
다음으로 1-2) 단계로써 상기 베이스 기판상에 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. Next, steps 1-2) may include forming an insulating barrier surrounding the electrode line area on which the micro LED device may be mounted on the base substrate.
상기 절연 격벽은 후술될 1-3) 단계에서 초소형 LED 소자가 전극라인에 투입될 때, 초소형 LED 소자가 실장될 전극라인 영역 이외로 초소형 LED 소자가 퍼지는 것을 방지하여 목적하는 전극라인 영역에 초소형 LED 소자가 집중하여 배치될 수 있도록 하는 역할을 담당한다. In the insulating barrier, the ultra miniature LED element is prevented from spreading to other than the electrode line region where the ultra miniature LED element is to be mounted when the ultra miniature LED element is inserted into the electrode line in a step 1-3) So that the devices can be concentrated and arranged.
상기 절연 격벽은 후술되는 제조공정을 통해 제조될 수 있으나, 절연격벽의 제조방법은 이에 한정되는 것은 아니다.The insulating barrier rib may be manufactured through a manufacturing process described later, but the method of manufacturing the insulating barrier rib is not limited thereto.
구체적으로 도 9은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(100)상에 형성된 전극라인에 절연격벽(107)을 형성시키는 제조공정을 나타내는 모식도로써, 상술한 도 2f와 같이 베이스기판(100)상에 증착된 전극라인(103a, 103b)을 제조한 후 절연 격벽(107)을 제조할 수 있다.9 is a schematic view showing a manufacturing process of forming an insulating
먼저, 도 9a와 같이 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(100)상에 형성된 전극라인(103a, 103b)상에 도 9b와 같이 절연층(104)을 형성시킬 수 있다. 상기 절연층(104) 후술하는 공정을 거친 이후 절연 격벽을 형성하는 층으로써, 상기 절연층(104)의 재질은 당업계에서 통상적으로 사용하는 절연물질일 수 있고, 바람직하게는 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화이트륨(Y2O3) 및 이산화티타늄(TiO2) 등 무기 절연물과 다양한 투명 폴리머 절연물 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 절연층(104)을 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(100)상에 형성된 전극라인(103a, 103b)상에 무기물 절연층을 코팅하는 경우에는 방법은 화학기상증착법, 원자층증착법, vacuum 증착법, e-빔 증착법 및 스핀코팅 방법 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있고 바람직하게는 화학기상증착법일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리머 절연층을 코팅하는 방법은 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있고 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 코팅방법은 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있다. 코팅되는 절연층(104)의 두께는 초소형 LED가 넘치지 않고 후공정에 영향이 없도록 초소형 LED 반경의 1/2 이상이며 통상적으로 후공정에 영향이 없을 수 있는 두께로서 바람직하게는 0.1 ~ 100㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 10㎛일 수 있다. 만일 상기 범위를 만족하지 못하는 경우 후공정에 영향을 미쳐 초소형 LED 전극 어셈블리를 포함하는 제품의 제조를 어렵게 하는 문제점이 있으며, 초소형 LED 소자의 직경보다 절연층의 두께가 너무 얇을 경우 절연격벽을 통한 초소형 LED 소자의 퍼짐성 방지 효과의 달성이 미비할 수 있고, 초소형 LED 소자를 포함하는 용액이 절연격벽 밖으로 넘치는 문제점이 있을 수 있다.9A, the insulating
이후 상기 절연층(104) 상에 광 레지스트(PR, photo resist)(105)를 코팅할 수 있다. 상기 광 레지스트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 광 레지스트일 수 있다. 상기 광 레지스트를 절연층(104)상에 코팅하는 방법은 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 중 어느 하나 일 수 있고, 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 방법은 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있다. 코팅시키는 광 레지스트(105)의 두께는 식각 시 사용되는 마스크로 코팅되는 절연층 두께보다 두꺼운 것이 바람직하며, 이에 따라 광 레지스트(105)의 두께는 1 ~ 20㎛ 일 수 있다. 다만, 코팅되는 광 레지스트(105)의 두께는 이후 목적에 따라 달리 변경하여 실시할 수 있다. Then, a photoresist (PR) 105 may be coated on the insulating
상기와 같이 절연층(104) 상에 광 레지스트(105)층을 형성시킨 이후 절연 격벽의 수평단면 형상에 상응하는 마스크(106)를 도 9c와 같이 광 레지스트(105)층에 올려놓고, 상기 마스크(106) 상부에서 자외선을 노광할 수 있다.After the
이후 노광된 광 레지스트층을 통상적인 광 레지스트 용매에 침지시켜 제거하는 단계를 거칠 수 있고, 이를 통해 도 9d와 같이 초소형 LED 소자가 실장될 전극라인의 영역에 해당하는 노광된 광 레지스트층 부분을 제거할 수 있다. Thereafter, the exposed photoresist layer is dipped in a conventional photoresist solvent, thereby removing the exposed photoresist layer portion corresponding to the area of the electrode line where the micro LED device is to be mounted, can do.
다음으로 광레지스트층이 제거되어 절연층이 노출된 영역에 대해 에칭을 통해 노출된 절연층 부분을 제거하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 에칭은 ?에칭(wet ethching) 또는 드라이 에칭(dry ethching)을 통해 수행할 수 있으며, 바람직하게는 드라이 에칭에 의할 수 있다. 상기 에칭법의 구체적인 방법은 당업계에 공지된 방법에 의할 수 있다. 상기 드라이 에칭은 구체적으로 플라즈마 에칭, 스퍼터 에칭, 반응성 이온 에칭 및 반응성 이온빔 에칭 중 어느 하나 이상의 방법에 의한 것일 수 있다. 다만, 구체적 에칭 방법은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다. 에칭을 통해 노출된 절연층을 제거하면 도 9e와 같이 베이스 기판(100) 및 전극라인(103a, 103b)이 노출될 수 있다.Next, the photoresist layer may be removed to remove the exposed portion of the insulating layer through the etching for the exposed region of the insulating layer. The etching may be performed by wet ethching or dry ethching, preferably by dry etching. A specific method of the etching method can be performed by a method known in the art. Specifically, the dry etching may be performed by any one of plasma etching, sputter etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching. However, the specific etching method is not limited to the above description. When the exposed insulating layer is removed through etching, the
다음으로 도 9f와 같이 아세톤, N-메틸피롤리돈 (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제를 이용하여 베이스기판(100)상에 코팅된 광 레지스트(105)층을 제거하면 베이스기판(100)상에 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장되는 영역(도 9의 P)을 제외한 영역에 절연 격벽(104')을 제조할 수 있다.
Next, as shown in FIG. 9F, the
다음으로 1-3) 단계로써 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. The method may further include a step of applying a plurality of ultra-small LED elements to an electrode line region surrounded by the insulating barrier ribs in a step 1-3).
구체적으로 도 10는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 사시도로써, 도 10a와 같이 베이스기판(100) 상에 형성된 절연격벽(150)으로 둘러싸인 전극라인(110, 130) 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입할 수 있다. 이 경우 도 1a의 경우에 비해 초소형 LED 소자를 목적하는 전극라인 영역에 직접적으로 위치시킬 수 있다. 또한, 후술한 (2) 단계에서 용매의 투입으로 인해 초소형 LED 소자가 전극라인의 외곽으로 퍼져 초소형 LED 소자를 실장시키려 목적하지 않은 전극라인 영역 및/또는 전극라인이 없는 영역에 초소형 LED 소자가 위치하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 10A and 10B are perspective views illustrating a manufacturing process of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10A,
상기 초소형 LED 소자를 전극라인에 투입하는 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 초소형 LED 소자를 코어부 및 상기 코어부를 감싸는 폴리머 쉘부를 포함하는 코어쉘 구조의 입자를 통해 초소형 LED 소자를 전극라인에 투입할 수도 있다. 이때, 상기 쉘부를 형성하는 폴리머 성분의 구체적 종류는 코어부에 담지될 초소형 LED 소자에 영향이 없는 것인 경우 제한없이 사용될 수 있으며, 다만, 바람직하게는 후술할 (2) 단계에서 투입될 용매에 의해 용해 가능한 폴리머를 사용함이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 입자의 직경, 형상은 목적에 따라 변경될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 한편, 도 10b 및 도 10c에 대한 설명은 이하 본 발명에 따른 (2) 단계 설명에서 도 1b 및 도 1c의 설명과 동일한바 구체적인 설명은 후술되는 내용으로 대신한다.
As a non-limiting example, the method of injecting the ultra-small LED element into the electrode line is not limited to the present invention. For example, the core-shell structure including the core portion and the polymer shell portion surrounding the ultra- The miniature LED device may be charged into the electrode line. In this case, the specific type of the polymer component forming the shell part can be used without limitation as long as it does not affect the ultra-small LED element to be supported on the core part. Preferably, however, Lt; RTI ID = 0.0 > polymer. ≪ / RTI > The diameter and shape of the particles may be changed according to the purpose, and are not particularly limited in the present invention. 10B and FIG. 10C are the same as those of FIGS. 1B and 1C in the description of step (2) according to the present invention.
다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로써, 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 용매를 투입하고, 전극라인에 전원을 인가하여 복수개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계를 포함한다.
Next, in step (2) according to the present invention, in order to simultaneously connect a plurality of very small LED elements to the first electrode and the second electrode, solvent is applied to the electrode line, and power is applied to the electrode line, And self-aligning the LED elements.
구체적으로 도 1b는 초소형 LED 소자(120)가 랜덤하게 분산된 전극라인(110, 130)에 용매(140)를 투입하고, 전원을 인가하는 공정에 대한 사시도로써, 먼저 용매(140)에 대해 먼저 설명한다.
1B is a perspective view illustrating a process of applying a solvent 140 to the
상기 용매(140)는 초소형 LED 소자(120)에 물리적, 화학적 손상을 가하지 않으면서, 초소형 LED 소자의 분산, 이동을 원활히 할 수 있고, 동시에 쉽게 기화 시킬 수 있는 등 제거가 용이한 용매인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 아세톤, 물, 알코올 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세톤일 수 있다. The solvent 140 can smoothly disperse and move the
상기 용매(140)는 상술한 (1) 단계에서 투입되는 초소형 LED 소자 100 중량부에 대해 100 내지 12,000 중량부로 투입될 수 있다. 만일 12,000 중량부를 초과하여 용매가 투입될 경우 용매의 양이 너무 많아 초소형 LED 소자가 용매에 의해 목적하는 전극라인 영역 이외의 곳으로 퍼져나감에 따라 전극라인에서 목적하는 실장영역에 실장되는 초소형 LED 소자의 개수가 적어질 수 있는 문제점이 있으며, 만일 100 중량부 미만으로 투입되는 경우 초소형 LED 소자들 개개의 이동이나 정렬이 방해를 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
The solvent 140 may be added in an amount of 100 to 12,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the ultra-small LED element to be injected in the step (1). If the amount of the solvent exceeds 12,000 parts by weight, the amount of the solvent is excessively large. As a result, the ultra-small LED element is spread by the solvent to a region other than the target electrode line region, There is a problem in that the movement and alignment of the miniature LED elements may be hindered if the amount of the ultrafine LEDs is less than 100 parts by weight.
다음으로 전극라인에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키는 방법에 대해 설명한다. Next, a method of self-aligning the ultra-small LED element in the electrode line will be described.
본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 복수개의 초소형 LED 소자들은 제1 전극과 제2 전극에 전원을 인가함으로써 자기정렬되어 도 1c와 같이 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된다.The plurality of ultra-small LED devices included in the micro LED electrode assembly according to the present invention are self-aligned by applying power to the first electrode and the second electrode, and are simultaneously connected to the first electrode and the second electrode as shown in FIG.
만일 일반적인 LED 소자라면 직접적으로 물리적으로 배치하여 동일평면상 이격되어 형성된 서로 다른 전극에 동시에 연결시킬 수 있다. 예를 들어 평면전극의 서로 다른 전극 사이에 수동으로 일반적인 LED 소자를 눕혀서 배열할 수도 있을 것이다. If a typical LED element is directly physically disposed, it can be simultaneously connected to different electrodes formed on the same plane. For example, a common LED element may be arranged by laying down manually between different electrodes of a planar electrode.
그러나 본 발명과 같이 초소형 LED 소자들은 이를 직접적으로 물리적으로 배치하는 것이 어려우므로 동일평면상에 이격된 서로 다른 초소형 전극에 동시에 연결시킬 수 없는 문제점이 있다. 또한, 초소형 LED 소자가 원통형인 경우 이를 단순히 전극에 투입한다고 하여 자기정렬되지 않고 원통형의 형상에 의해 전극 위에서 굴러서 이동하는 문제점이 있을 수 있다. 이에 따라 본 발명은 전극라인에 전원을 인가함으로써 초소형 LED 소자들이 스스로 서로 다른 두 전극에 동시에 연결되게 함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
However, since it is difficult to physically arrange the miniature LED elements directly as in the present invention, it is not possible to simultaneously connect the miniature LED elements to different miniature electrodes spaced on the same plane. In addition, when the ultra-small LED element is cylindrical, it may be simply inserted into the electrode, which may cause a problem of being rolled on the electrode due to the cylindrical shape without being self-aligned. Accordingly, the present invention can solve the above-described problems by applying the power to the electrode line so that the micro LED elements are connected to two different electrodes at the same time by themselves.
바람직하게는 상기 전원은 진폭과 주기를 갖는 변동하는 전원일 수 있으며, 그 파형은 싸인파와 같은 정현파 또는 정현파가 아닌 파형들로 구성된 펄스파일 수 있다. 그 예로서 교류전원을 인가하거나, 또는 직류전원을 초당 1000 회 동안 제1 전극에 0V, 30V, 0V, 30V, 0V, 30V 반복하여 인가하고 제2 전극에는 제1 전극과 상반되게 30V, 0V, 30V, 0V, 30V, 0V를 반복하여 인가함으로써 진폭과 주기를 갖는 변동하는 전원을 만들 수도 있다.Preferably, the power source may be a varying power source having an amplitude and a period, and the waveform may be a pulse file composed of sine waves such as sine waves or non-sinusoidal waveforms. As an example AC power is applied, 0V, 30V, 0V, and 30V are repeatedly applied to the first electrode for 1000 times per second, and 30V, 0V, 30V, and 0V are repeatedly applied to the second electrode So that a fluctuating power source having an amplitude and a period can be formed.
바람직하게 상기 전원의 전압(진폭)은 0.1V 내지 1000 V 일 수 있으며, 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz 일 수 있다. 자기정렬 되는 초소형 LED 소자들은 용매에 포함되어 전극라인에 투입되는데 상기 용매는 전극 위로 떨어지면서 동시에 증발할 수 있고, 초소형 LED 소자들은 두 전극의 전위차에 의해 형성된 전기장의 유도에 의해 초소형 LED 소자에 비대칭적으로 전하가 유도되므로 초소형 LED 소자의 양 끝이 마주보고 있는 서로 다른 두 전극 사이에 자기정렬할 수 있다. 바람직하게 초소형 LED 소자는 5 내지 120 초 동안 전원을 인가함으로써 서로 다른 두 전극에 동시에 연결될 수 있다.
Preferably, the voltage (amplitude) of the power supply may be between 0.1V and 1000V, and the frequency may be between 10Hz and 100GHz. The self-aligned ultra-small LED devices are contained in a solvent and are injected into an electrode line. The solvent can evaporate while falling onto the electrode, and the ultra-small LED devices are asymmetric As the charge is induced, the micro-LED device can self-align between two opposing electrodes with opposite ends facing each other. Preferably, the ultra-small LED element can be simultaneously connected to two different electrodes by applying power for 5 to 120 seconds.
한편, 상기 (2)단계에서 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수(N)는 상기 (2) 단계에서 조절 가능한 여러 개의 변수에 의존할 수 있다. 상기 변수는 인가되는 전원의 전압(V), 전원의 주파수(F, Hz), 초소형 LED 소자가 포함된 용액의 농도(C, 초소형 LED 중량%), 두 전극 사이의 간격 거리(Z), 초소형 LED의 종횡비(AR, 여기서 AR = H/D이며 D는 초소형 LED의 직경임) 일 수 있다. 이에 따라 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수(N)는 전압(V), 주파수(F), 초소형 LED 소자가 포함된 용액의 농도(C) 및 초소형 LED의 종횡비(AR)에 비례할 수 있고 두 전극 사이의 간격 거리(Z)에 반비례할 수 있다.Meanwhile, the number N of ultra-small LED elements simultaneously connected to the first electrode and the second electrode in the step (2) may depend on several variables that can be adjusted in the step (2). The variables include the voltage (V) of the applied power source, the frequency (F, Hz) of the power source, the concentration of the solution containing the ultra-small LED element (C, the weight of the ultra-small LED), the spacing distance Z between the two electrodes, The aspect ratio of the LED (AR, where AR = H / D and D is the diameter of the miniature LED). Accordingly, the number N of ultra-small LED elements connected to the first electrode and the second electrode at the same time depends on the voltage V, the frequency F, the concentration C of the solution containing the ultra-small LED element, and the aspect ratio AR) and may be inversely proportional to the spacing distance Z between the two electrodes.
이는 초소형 LED 소자들은 두 전극의 전위차에 의해 형성된 전기장의 유도에 의해 서로 다른 두 전극 사이에 자기정렬 하는 것인바, 전기장의 세기가 클수록 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있으며 상기 전기장의 세기는 두 전극의 전위차(V)에 비례할 수 있고 두 전극 사이의 간격 거리(Z)에 반비례할 수 있다.This is because the very small LED elements are self-aligned between two different electrodes by induction of an electric field formed by the potential difference of the two electrodes, and as the intensity of the electric field is increased, the number of ultra-small LED elements connected to the electrodes may increase, May be proportional to the potential difference (V) of the two electrodes and may be inversely proportional to the spacing distance (Z) between the two electrodes.
다음으로 초소형 LED 소자가 포함된 용액의 농도(C, 초소형 LED 중량%)의 경우 농도가 증가할수록 전극에 연결되는 LED 소자의 개수가 증가할 수 있다. Next, in the case of the concentration of the solution (C, ultra-small LED weight%) containing the ultra-small LED device, the number of LED devices connected to the electrode may increase as the concentration increases.
다음으로 전원의 주파수(F, Hz) 경우 주파수에 따라서 초소형 LED 소자에 형성되는 전하 차이가 달라지므로 주파수가 증가하면 두 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있다. 다만, 어느 값 이상이 되면 전하 유도가 사라질 수 있으므로 전극에 연결되는 초소형 LED 소자 개수가 감소할 수 있다.
Next, when the frequency of the power source (F, Hz) is varied according to the frequency, the number of ultra-small LED elements connected to the two electrodes may increase as the frequency increases. However, since the charge induction may disappear when the value exceeds a certain value, the number of very small LED elements connected to the electrode may be reduced.
마지막으로 초소형 LED 소자의 종횡비로써 종횡비가 커지면 전기장에 의한 유도 전하가 커지므로 더 많은 개수의 초소형 LED 소자가 정렬될 수 있다. 또한, 초소형 LED 소자가 정렬될 수 있는 공간적인 측면에서 한정된 면적의 전극라인을 고려 시, 초소형 LED 소자의 길이가 고정된 상태에서 초소형 LED 소자의 직경이 작아짐으로써 종횡비가 커질 경우 한정된 전극라인에 연결될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있다.Finally, as the aspect ratio of the ultra-small LED element increases, the induced electric charge due to the electric field increases, so that a larger number of ultra-small LED elements can be aligned. Also, considering the electrode line having a limited area in terms of space where the ultra-small LED elements can be aligned, when the length of the ultra-small LED element is fixed, the diameter of the ultra-small LED element is reduced, The number of ultra-small LED elements that can be used can be increased.
본 발명은 상술한 여러 인자들을 조절하여 목적에 따라 전극에 연결되는 LED 소자의 개수를 조절할 수 있는 이점이 있다.
The present invention has an advantage in that it is possible to control the number of the LED elements connected to the electrode according to purposes by controlling various factors as described above.
한편, 초소형 LED 소자의 종횡비에 따라 본 발명에 따른 (2) 단계에서 전극라인에 전원을 인가해도 초소형 LED 소자의 자기정렬이 어려운 경우가 있을 수 있다. 이에 따라 본 발명이 바람직한 일구현예에 따르면, 본 발명에 포함되는 초소형 LED 소자의 종횡비는 1.2 ~ 100일 수 있고, 보다 바람직하게는 1.2 ~ 50일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1.5 ~ 20, 특히 바람직하게는 1.5 ~ 10일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 종횡비가 1.2 미만의 경우 전원을 전극라인에 인가해도 초소형 LED 소자가 자기정렬하지 않을 수 있는 문제점이 있고, 만일 종횡비가 100을 초과하면 자기정렬시키기 위해 필요한 전원의 전압은 낮아질 수 있으나 건식에칭에 의해 초소형 LED소자를 제조시 에칭공정의 한계상 종횡비 100을 초과하는 소자를 제조하기 어려울 수 있다.
On the other hand, depending on the aspect ratio of the ultra-small LED element, it may be difficult to self-align the ultra-small LED element even if power is applied to the electrode line in the step (2) according to the present invention. Accordingly, according to an exemplary embodiment of the present invention, the aspect ratio of the ultra-small LED device included in the present invention can be 1.2 to 100, more preferably 1.2 to 50, still more preferably 1.5 to 20, And particularly preferably from 1.5 to 10. If the aspect ratio of the ultra-small LED element is less than 1.2, there is a problem that the ultra-small LED element may not self-align even if power is applied to the electrode line. If the aspect ratio exceeds 100, the voltage of the power source necessary for self- However, it may be difficult to manufacture a device having an aspect ratio exceeding 100 in the limit of an etching process when a micro LED device is manufactured by dry etching.
바람직하게는 상기 (2)단계에서 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장될 수 있는 전극라인(단위전극)의 면적 100 × 100㎛2 당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개 일 수 있고 보다 더 바람직하게는 10 내지 10.000 개 일 수 있다. 초소형 LED 전극어셈블리당 복수개의 초소형 LED 소자를 포함함으로써 복수개 중 일부의 불량으로 인한 초소형 LED 전극어셈블리의 기능저하 또는 기능상실을 최소화할 수 있다. 또한, 만일 초소형 LED 소자가 100,000 개를 초과하여 포함할 경우 제조단가가 상승하며, 초소형 LED 소자들의 정렬에 문제점이 있을 수 있다.
Preferably, in the step (2), the number of the ultra-small LED elements per 100 × 100 μm 2 of the area of the electrode line (unit electrode) on which the ultra-small LED element can be mounted may be 2 to 100,000, May be 10 to 10.000. By including a plurality of ultra-small LED devices per mini LED electrode assembly, it is possible to minimize the functional deterioration or the loss of function of the LED electrode assembly due to some defects. In addition, if the number of ultra-small LED elements exceeds 100,000, manufacturing cost increases and there may be a problem in alignment of ultra-small LED elements.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법은 상술한 (2) 단계에 이후에 (3) 단계로써, 제1 전극 및 2 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.Meanwhile, in the method of fabricating a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention, in the step (3) after the step (2), a metal ohmic layer ; . ≪ / RTI >
연결부위에 금속오믹층을 형성하는 이유는 복수개의 초소형 LED가 연결된 서로 다른 두 전극에 전원을 인가하면 초소형 LED 소자들이 발광을 하는데, 이때 전극과 초소형 LED 소자 간에 큰 저항이 발생할 수 있는바 이와 같은 저항을 줄이기 위해 금속오믹층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. The reason why the metal ohmic layer is formed at the connection portion is that when the power is applied to two different electrodes connected to a plurality of very small LEDs, the very small LED elements emit light, which may cause a large resistance between the electrode and the very small LED element And forming a metal ohmic layer to reduce the resistance.
구체적으로 금속오믹층은 다음과 같은 공정으로 형성될 수 있으나 반드시 하기의 공정으로만 형성할 수 있는 것은 아니며 통상의 금속오믹층을 형성하는 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있다. Specifically, the metal ohmic layer may be formed by the following process, but it is not necessarily formed by the following process, and any method for forming a conventional metal ohmic layer may be used without limitation.
먼저, 상기 (2)단계를 거친 초소형 LED 전극어셈블리 상부에 광 레지스트를 2 내지 3 ㎛ 두께로 코팅할 수 있다. 상기 코팅은 바람직하게는 스핀 코팅, 스프레이코팅 및 스크린프린팅 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이후에 초소형 LED 전극어셈블리의 베이스기판 아래에서 코팅한 광 레지스트층 방향으로 자외선을 조사하여 전극 상부의 광 레지스트층을 제외한 나머지 부분의 광 레지스트층을 경화시키고 이후 통상적인 광 레지스트 용매를 이용하여 경화되지 않은 전극 상부의 광 레지스트층을 제거할 수 있다.First, a photoresist may be coated on the upper portion of the micro LED electrode assembly having been subjected to the step (2) to a thickness of 2 to 3 탆. The coating is preferably performed by any one of a spin coating method, a spray coating method and a screen printing method, but is not limited thereto. Thereafter, ultraviolet rays are irradiated in the direction of the photoresist layer coated on the base substrate of the ultra-small LED electrode assembly to cure the remaining photoresist layer except for the photoresist layer above the electrode, and then cured using a conventional photoresist solvent The photoresist layer on the upper portion of the electrode can be removed.
광 레지스트가 제거된 전극 상부에 바람직하게는 금 또는 은을 진공증착 또는 전기화학 증착하거나 금 나노크리스탈 또는 은 나노크리스탈을 전기분무(electric spay)하여 코팅할 수 있으나 상기 증착되는 물질과 증착방법은 상기에 제한되는 것은 아니다. 상기의 코팅되는 금속층의 두께는 바람직하게는 5 내지 100 nm 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. Preferably, gold or silver is vacuum deposited or electrochemically deposited on top of the photoresist-removed electrode, or gold nanocrystals or silver nanocrystals are coated by electric spaying, . The thickness of the metal layer to be coated may be preferably 5 to 100 nm, but is not limited thereto.
이후 아세톤, N-메틸피롤리돈 (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제(PR stripper)를 이용해 전극이 아닌 부분의 금속층을 광 레지스트와 함께 제거할 수 있고, 상기 제거 후에 500 내지 600℃로 열처리를 통해 초소형 LED 소자의 절연피막이 코팅되지 않은 양쪽 끝단과 전극사이에 금속오믹층을 형성할 수 있다.
Then, using a photoresist stripper (PR stripper) of acetone, 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and dimethyl sulfoxide (DMSO) After the removal, the metal ohmic layer can be formed between both ends of the micro-LED device, which are not coated with the insulating coating, through the heat treatment at 500 to 600 ° C. and between the electrodes.
한편, 본 발명은 베이스 기판; 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인; 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함한다. According to another aspect of the present invention, An electrode line including a first electrode formed on the base substrate and a second electrode formed on the same plane as the first electrode; And a plurality of ultra-small LED elements connected to the first electrode and the second electrode at the same time.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 제1 전극의 폭 길이(X), 2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극에 인접한 제2 전극 간의 간격 거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the width (X) of the first electrode, the width (Y) of the two electrodes, the distance Z between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode, The length (H) of the ultra-small LED element can satisfy the following relational expression (1).
[관계식 1][Relation 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10μm, 100nm〈Y≤10μm, 100nm〈Z≤10μm이다.
0.5Z? H <X + Y + 2Z where 100nm <X? 10μm, 100nm <Y? 10μm, and 100nm <Z? 10μm.
상기 베이스 기판, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인, 초소형 LED 소자 및 상기 관계식 1에 대한 구체적인 설명은 본 발명에 따른 제조방법의 설명과 동일한 바 이하 생략하며, 제조방법에서 설명되지 않은 부분을 중심으로 설명한다.
A detailed description of the electrode line including the base substrate, the first electrode and the second electrode, the ultra-miniaturized LED element, and the relational expression 1 is the same as the description of the manufacturing method according to the present invention and is not described in the manufacturing method .
구체적으로 도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 제조된 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 사시도 및 부분확대도로서 베이스기판(400)상에 형성된 제1 전극(410, 411), 상기 제1 전극(410, 411)과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극(430, 431)과 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자(420)를 포함할 수 있다.11 is a perspective view and a partially enlarged view of a miniature LED electrode assembly manufactured in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, first and
상기 제1 전극(411)과 제2 전극(431)을 동일평면상에 위치시킴으로써 얻게 되는 이점은 나노단위 크기의 초소형 LED 소자의 경우 전극과 3차원 형상으로 직립하여 연결시키기 매우 어렵기 때문에 전극을 동일평면상에 위치시키면 초소형 LED 소자를 눕혀서 연결시킬 수 있어 초소형 LED 소자를 반드시 직립시켜 전극에 결합시킬 필요가 없다.The advantage obtained by positioning the
또한, 전극이 동일평면상에 이격되어 형성됨에 따라 베이스 기판에 초소형 LED 소자가 누워서 연결될 수 있고, 이를 통해 초소형 LED 소자의 광추출 효율(extraction efficiency)을 현저히 향상시킬 수 있다. 보다 더 바람직하게는 초소형 LED 소자들은 베이스기판에 대하여 평행하게 누워있을 수 있다.In addition, since the electrodes are formed on the same plane, the ultra-small LED elements can be connected to the base substrate by being laid on the base substrate, thereby greatly improving the extraction efficiency of the ultra-small LED elements. Even more preferably, the ultra-small LED elements may lie parallel to the base substrate.
구체적으로 도 11에서 제1 전극(412)과 제2 전극(432)에 초소형 LED(421)가 동시에 연결되어 있으며 베이스기판에 대해서 평행하게 누워있는 형상임을 알 수 있다. 11, the ultra
더 구체적으로 도 12a는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 SEM 사진을 나타낸다. 상기 SEM 사진의 대상이 된 본 발명의 바람직한 일구현예의 경우 제1 전극의 폭은 3 ㎛, 제2 전극의 폭은 3 ㎛이며 전극간의 간격은 2 ㎛ 이었고 전극의 두께는 2㎛ 이었다. 또한, 전극과 연결하는 초소형 LED는 길이가 2㎛ 이고 반경은 500 nm 이고, 전극에 연결시키기 위해 투입된 페이스트 농도는 아세톤 100 중량부에 대해 상기 초소형 LED가 1.0 중량부로 혼합되었다. 나아가, 초소형 LED 소자를 전극에 자기 정렬시키기 위해 전압 VAC = 30 V, 주파수 500 kHz 인 교류전원을 1 분 동안 인가하였다. More specifically, FIG. 12A is a SEM photograph of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention. In a preferred embodiment of the present invention, the first electrode has a width of 3 탆, the second electrode has a width of 3 탆, the interval between the electrodes is 2 탆, and the thickness of the electrode is 2 탆. In addition, the ultra-small LED connected to the electrode has a
상기 SEM 사진을 통해 확인할 수 있듯이 초소형 LED가 제1 전극, 제2 전극에 걸쳐서 있거나 상기 두 전극 사이에 끼어서 연결되고 있고 연결되었을 때의 LED 소자가 누워있는 형상임을 확인할 수 있다.
As can be seen from the SEM photograph, it can be seen that the ultra-miniaturized LED is located over the first electrode and the second electrode, or the LED element is connected when the LED is connected and connected between the two electrodes.
또한, 도 12b 및 도 12c는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 청색 전계 발광 사진으로써, 도 12b는 명실에서, 도 12c는 암실에서 촬영한 사진이다. 상기 사진의 대상이 된 본 발명의 바람직한 일구현예의 경우 가로 × 세로 0.6 cm × 0.7 cm의 면적에 형성된 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 단위전극으로 상기 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 초소형 LED 소자가 점으로 발광하는 모습을 잘 보여 줄 뿐만 아니라 이들이 합쳐져서 면 발광을 하고 있는 것을 나타내고 있다. 12B and 12C are blue electro-luminescence photographs of a micro LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention, in which FIG. 12B is a photograph taken in a bright room, and FIG. 12C is a photograph taken in a dark room. In a preferred embodiment of the present invention, the miniature LED device includes a plurality of miniature LED electrode assemblies formed on an area of 0.6 cm x 0.7 cm in width and length, Not only shows a state in which light is emitted from the point but also shows that they are combined to emit light.
이는 초소형 LED 소자를 사용해서 넓은 면적의 전극 위에 다수의 초소형 LED 소자를 쉽게 조립하여 면 발광을 구현 할 수 있는 것을 문헌상 최초로 보여 줄 뿐만 아니라 전극의 사이즈 조절을 통해서 다양한 형태의 점광원, 선광원, 면광원의 응용이 가능하다는 사실을 잘 보여주고 있다. 또한 점광원을 색 세포 수준으로 줄여서 집적할 경우 디스플레이로의 응용도 가능하다는 사실을 잘 보여 주고 있다. 이와 더불어 기판을 투명한 베이스기판을 사용할 경우 투명 광원과 디스플레이로 응용하여 구현할 수 있다. 나아가 플렉서블(flexible)한 베이스 기판을 사용할 경우 유연한 광원이나 유연한 디스플레이로 구현할 수 있음을 보여주고 있다. This is the first time in the literature that a very small LED element can be easily assembled on a large area electrode using a very small LED element to realize surface emission, and various types of point light sources, It is shown that the application of the surface light source is possible. In addition, it shows that application to display can be possible if the point light source is reduced to the color cell level and integrated. In addition, when a transparent base substrate is used as the substrate, it can be applied as a transparent light source and a display. Furthermore, the use of a flexible base substrate shows that it can be implemented as a flexible light source or a flexible display.
따라서 본 발명 바람직한 일구현예에 따른 상호 교번적 전극 위에 초소형 LED 소자를 베이스 기판에 평행하게 조립하여 제작한 누워 있는 초소형 LED 소자는 광추출효율이 매우 우수한 고효율 LED 소자이며, 상기 초소형 LED 소자를 포함하여 점광원 뿐만 아니라 면광원, 선광원 및 색세포 등의 다양한 형태로 구현 할 수 있다는 사실을 문헌상 최초로 보여 주고 있다. Therefore, the ultra miniature LED device fabricated by assembling the ultra miniature LED device parallel to the base substrate on the alternate electrode according to the preferred embodiment of the present invention is a high efficiency LED device having excellent light extraction efficiency, It can be realized in various forms such as a surface light source, a light source, and a color cell as well as a point light source.
또한, 상기 도 12b 및 도 12c의 대상이 된 본 발명의 바람직한 일구현예의 경우 초소형 LED 소자와 전극 간에 금속오믹층을 포함하지 않은 상태로써, 금속오믹층을 더 형성시켜 초소형 LED 소자와 전극간의 저항을 더 줄인다면 발광효율은 더 증가할 수 있다.
12B and 12C, a metal ohmic layer may be further formed between the ultra-small LED element and the electrode so as not to include the metal ohmic layer, so that the resistance between the ultra-small LED element and the electrode The luminous efficiency can be further increased.
나아가, 도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 전계 발광 스펙트럼으로써, 본 발명의 바람직한 일구현예의 전계 발광하는 모습을 스펙트로포토미터로 측정한 결과이다. 상기 전계 발광하는 청색 초소형 LED 소자는 웨이퍼(wafer) 기판을 사용해서 제작한 초소형 LED 소자로 초소형 LED 소자를 제작하기 위해서 사용한 여러 가지 건식식각 공정과 레이져 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 거친 초소형 LED 소자가 서로 다른 전극의 사이에 자기조립 된 이후에도 도 13의 발광 스펙트럼과 같이 원래의 청색 발광을 잘 유지하고 있다는 사실을 보여주고 있다. FIG. 13 is an electroluminescence spectrum of an ultra miniature LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention, which is a result of a spectrophotometer measuring electroluminescence of a preferred embodiment of the present invention. The electroluminescent blue microdevice LED device is an ultra-small LED device fabricated using a wafer substrate. The microdroplet LED device is an ultra-small type LED device using various dry etching processes and laser lift-off processes, 13 shows that even after the LED device is self-assembled between the different electrodes, the original blue light emission is well maintained as in the emission spectrum of FIG.
이는 제1 전극층, 제1 도전성 반도체층, 활성층, 제2 도전성 반도체층, 제2 전극층이 순차적으로 배열된 초소형 LED 소자를 제작하는 공정 중에 발생할 수 있는 결함(defect)들이 최소화 되었다는 사실을 간접적으로 보여주고 있다. 즉 청색 웨이퍼(wafer)를 사용해서 초소형 LED 소자를 제작하는 과정에서 상기 웨이퍼 기판에 존재하는 응력과 결함(defect)들이 LED 소자의 사이즈를 초소형으로 줄이는 공정과 에칭 공정을 통해서 제거되어 결정성이 우수한 초소형 LED 소자가 제작되었으며, 상기 결정성이 우수한 초소형 LED 소자가 서로 다른 전극에 자기정렬된 상태에서도 우수하게 발광하고 있다는 것을 보여주고 있다.
This indirectly shows that the defects that may occur during the process of fabricating the miniaturized LED device in which the first electrode layer, the first conductive semiconductor layer, the active layer, the second conductive semiconductor layer, and the second electrode layer are sequentially arranged are minimized Giving. That is, stress and defects existing on the wafer substrate during the process of fabricating a very small LED device using a blue wafer are removed through a process of miniaturizing the size of the LED device and an etching process, Miniature LED devices have been fabricated and show that the ultra-small LED devices having excellent crystallinity emit excellent light even when they are self-aligned to different electrodes.
한편 본 발명의 초소형 LED 소자는 베이스 기판에 평행하게 “누워있는” 형상으로 전극에 연결되는데 이로써 본 발명 초소형 LED 전극어셈블리는 현저히 우수한 광추출효율을 가질 수 있다. 일반적으로 LED 소자의 성능은 외부 양자효율로 평가하게 된다. Meanwhile, the ultra-small LED device of the present invention is connected to the electrode in a " lying " shape parallel to the base substrate, so that the ultra-small LED electrode assembly of the present invention can have remarkably excellent light extraction efficiency. In general, the performance of LED devices is evaluated by external quantum efficiency.
외부 양자효율이란 LED 소자로 단위 시간동안 주입되는 캐리어(carrier)의 수에 대한 단위시간동안 LED의 외부 즉, 대기로 빠져나가는 광자(photon) 수의 비로 나타내어진다. 이러한 외부 양자효율은 내부 양자효율 및 광추출효율 간에 하기의 관계식이 성립한다. The external quantum efficiency is expressed as a ratio of the number of photons emitted to the outside of the LED, that is, the number of photons, to the atmosphere for a unit time with respect to the number of carriers injected into the LED element per unit time. The external quantum efficiency satisfies the following relationship between the internal quantum efficiency and the light extraction efficiency.
[관계식] 외부광자효율 = 내부광자효율 × 광추출효율[Relational expression] External photon efficiency = internal photon efficiency × light extraction efficiency
내부광자효율이란 LED 소자로 단위시간 동안 주입되는 캐리어의 수에 대한 단위시간 동안 활성층에서 방출되는 광자의 수의 비를 의미하며, 광추출효율은 단위시간 동안 활성층에서 방출되는 광자의 수에 대해 단위시간 동안 대기로 빠져나가는 광자수의 비를 의미한다. 결국 LED 소자의 성능을 향상시키기 위해서는 이들의 효율을 향상시키는 것이 중요하다. The internal photon efficiency means the ratio of the number of photons emitted from the active layer during the unit time to the number of carriers injected into the LED element per unit time and the light extraction efficiency is expressed by the unit of the number of photons emitted from the active layer The ratio of the number of photons leaving the atmosphere for a period of time. As a result, it is important to improve their efficiency in order to improve the performance of the LED device.
그러나 광추출효율의 측면에서 현재 박막 형태의 초소형 LED 소자의 상부와 하부전극 또는 n 도전성 반도체층과 p 도전성 반도체층을 통하여 공기 중으로 방사되는 빛의 추출효율은 매우 낮은 편이다. 이는 박막 형태의 LED 소자에서 발생한 광은 고굴절 반도체층과 저굴절 공기층의 계면에서 굴절률 차이에 의하여 대부분이 전반사 되므로 반도체 층에 갇히게 되고 이로 인해서 광이 추출되는 방향으로 활성층에서 발생한 빛의 상당량이 빠져 나오지 못하고 LED 소자 내부에서 재흡수 되거나 열로 사라지기 때문이고 이는 기존 박막형 구조를 사용하여 LED 소자를 제조하는 것에 기인한다. However, in terms of light extraction efficiency, extraction efficiency of light radiated into the air through the upper and lower electrodes, the n conductive semiconductor layer, and the p conductive semiconductor layer of a very thin LED element is very low. This is because most of the light generated from the thin film LED element is totally reflected by the difference in refractive index at the interface between the high refractive index semiconductor layer and the low refractive index air layer and is trapped in the semiconductor layer and thus a large amount of light generated in the active layer is extracted This is due to the fact that the LED element is re-absorbed or disappears into the heat inside the LED element, which is caused by manufacturing an LED element using a conventional thin film structure.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 초소형 LED 소자를 눕혀 전극에 연결함으로써 고굴절 반도체 층과 공기층 사이의 평탄한 계면을 없애 주므로, 전반사가 일어날 수 있는 확률을 최소화하므로 초소형 LED 소자에서 발생한 빛이 외부로 추출되지 못하고 내부로 갇히게 되는 빛을 최소화하여 대부분의 빛이 외부로 방출되게 하였다. 이로써 종래의 광추출 저하 문제를 해결한 초소형 LED 전극어셈블리를 제공할 수 있다.In order to solve such a problem, in the present invention, the ultra-small LED element is laid down and connected to the electrode to eliminate the flat interface between the high refractive index semiconductor layer and the air layer, so that the probability of total internal reflection is minimized, So that most of the light is emitted to the outside. Accordingly, it is possible to provide a very small LED electrode assembly that solves the conventional problem of light extraction deterioration.
구체적으로 도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 소자의 TEM 사진으로써 도 14a는 원기둥 형상의 초소형 LED 소자의 전체 모습을 보여주는 TEM 사진이며, 도 15b는 초소형 LED 소자의 표면에 대한 고해상도 TEM사진이다. 도 15b에서 확인할 수 있듯이 초소형 LED를 제작하기 위해서 건식식각 공정과 레이져 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 거친 후에도 초소형 LED 소자 표면 부근의 InGaN 결정의 원자 배열이 규칙적으로 잘 배열되어 있음을 알 수 있다. 이를 통해 여러 가지 제조공정을 통해서 얻어진 초소형 LED 소자의 결정성이 매우 우수하다는 것을 직접적으로 보여주고 있으며 이로써 고효율 초소형 LED 소자의 제작이 가능하다는 사실을 잘 보여 주고 있다. 즉, 제작된 초소형 LED 소자의 결정성이 매우 우수하므로 내부 양자효율이 우수한 동시에 초소형 LED 소자가 서로 다른 전극 사이에 수평으로 정렬되어 광 추출효율이 우수하므로 내부 양자 효율 및 외부 양자 효율이 우수한 고효율 LED 소자가 포함된 초소형 LED 전극어셈블리의 구현이 가능하다는 사실을 직접적으로 보여 주고 있다.
14A is a TEM photograph showing the entirety of a columnar ultra-small LED device, FIG. 15B is a TEM photograph showing the entire surface of the ultra-small LED device, It is a high resolution TEM photograph. 15B, it can be seen that the atomic arrangement of the InGaN crystal near the surface of the ultra-small LED element is regularly arranged even after the dry etching process and the laser lift-off process to fabricate the ultra-small LED have. This shows directly that the crystallinity of the ultra-small LED device obtained through various manufacturing processes is very excellent, thereby showing that it is possible to fabricate a highly efficient ultra-small LED device. That is, since the manufactured ultra-small LED element has excellent crystallinity, it is excellent in internal quantum efficiency and the ultra-small LED element is horizontally aligned between the different electrodes, so that the light extraction efficiency is excellent. Thus, a high efficiency LED having excellent internal quantum efficiency and external quantum efficiency It is directly demonstrated that an ultra-small LED electrode assembly including a device can be realized.
상기 초소형 LED 전극어셈블리는 단위 전극 즉 초소형 LED 소자를 한번에 배열하여 독립적으로 구동 할 수 있는 두 전극이 배치된 배열 영역이 단수 또는 복수개로 포함될 수 있으며 상기 단위전극의 면적은 1㎛2 내지 100 cm2 이고, 보다 더 바람직하게는 10㎛2 내지 100 mm2 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The miniature LED electrode assembly may include a single or plural arrangement regions in which two electrodes capable of independently driving the unit electrodes, that is, the miniature LED elements, are arranged at one time, and the unit electrodes have an area of 1 to 2 cm 2 And even more preferably from 10 μm 2 to 100 mm 2 , but is not limited thereto.
만일 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 단위 전극 면적이 1 ㎛2 미만인 경우 단위 전극의 제조가 어려울 수 있으며, 초소형 LED의 길이를 더 줄여야 하므로 초소형 LED 제조에도 문제점이 있을 수 있다. 만일 100 cm2를 초과하는 경우 포함되는 초소형LED 소자의 개수가 많아져 제조단가가 상승할 수 있고 정렬되는 초소형 LED의 분포의 불균일성 문제점이 있을 수 있다.
If the unit electrode area included in the miniature LED electrode assembly is less than 1 占 퐉 2 , the unit electrode may be difficult to manufacture and the length of the ultra-small LED may be further reduced. If the thickness exceeds 100 cm 2 , the number of ultra-small LED elements included increases, so that the manufacturing cost may increase, and there may be a problem of non-uniformity of distribution of the micro LEDs to be aligned.
바람직하게는 상기 초소형 LED 전극어셈블리의 면적 100 x 100㎛2 당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개 일 수 있고 보다 더 바람직하게는 10 내지 10.000 개 일 수 있다. 초소형 LED 전극어셈블리당 복수개의 초소형 LED 소자를 포함함으로써 복수개 중 일부의 불량으로 인한 초소형 LED 전극어셈블리의 기능저하 또는 기능상실을 최소화할 수 있다. 또한, 만일 초소형 LED 소자가 100.000 개를 초과하여 포함할 경우 제조단가가 상승하며, 초소형 LED 소자들의 정렬에 문제점이 있을 수 있다. 상기 “초소형 LED 전극어셈블리의 면적”은 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극영역의 면적을 의미한다.
Preferably, the number of micro LED devices per 100 x 100 탆 2 of the micro LED electrode assembly may be 2 to 100,000, and more preferably 10 to 10.000. By including a plurality of ultra-small LED devices per mini LED electrode assembly, it is possible to minimize the functional deterioration or the loss of function of the LED electrode assembly due to some defects. In addition, if the number of ultra-small LED elements exceeds 100,000, manufacturing cost increases and there may be a problem in alignment of ultra-small LED elements. The " area of the ultra-small LED electrode assembly " refers to the area of the electrode area where the ultra-small LED can be substantially mounted.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. For example, each component specifically illustrated in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
The present invention will now be described more specifically with reference to the following examples. However, the following examples should not be construed as limiting the scope of the present invention, and should be construed to facilitate understanding of the present invention.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
석영(Quartz) 재질의 두께 800 ㎛ 베이스 기판상에 도 3과 같은 전극라인을 제조하였다. 이때 상기 전극라인에서 제1 전극의 폭은 3 ㎛, 제2 전극의 폭은 3 ㎛, 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극간의 간격은 2 ㎛, 전극의 두께는 0.2㎛ 이었으며, 제1 전극 및 제2 전극의 재질은 타이타늄/골드 이고, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역의 면적은 4.2 x 107 ㎛2이었다. 이후 상기 베이스 기판상에 도 9와 같은 절연 격벽을 형성시켰으며, 상기 절연 격벽의 재질은 이산화규소이고, 베이스기판에서 상기 절연 격벽 끝단까지의 높이는 0.1 ㎛이며, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역(면적 4.2 x 107 ㎛2)을 제외하고 절연 격벽을 베이스기판상에 형성시켰다. An electrode line as shown in FIG. 3 was fabricated on a 800 μm thick base substrate made of quartz. At this time, in the electrode line, the width of the first electrode was 3 mu m, the width of the second electrode was 3 mu m, the gap between the first and second electrodes was 2 mu m, and the thickness of the electrode was 0.2 mu m, The material of the second electrode was titanium / gold, and the area of the area where the micro LED device was mounted on the electrode line was 4.2 x 10 7 탆 2 . 9, the material of the insulating partition is silicon dioxide, and the height from the base substrate to the end of the insulating partition is 0.1 μm. In the electrode line, the very small LED element is mounted on the base substrate, (Area 4.2 x 10 < 7 > [mu] m < 2 >), an insulating barrier rib was formed on the base substrate.
이후 하기 표 1과 같은 스펙을 갖고, 도 6과 같은 구조를 가지며, 초소형 LED 소자의 활성층 부분 외부면에 하기 표 1과 같은 절연피막이 0.02㎛의 두께로 코팅된 초소형 LED 소자를 상술한 절연격벽에 의해 둘러싸인 초소형 LED가 실장되는 영역에 투입하였다. 이후 초소형 LED 소자가 투입된 영역에 아세톤을 투입하고, 이때 상기 투입된 아세톤은 초소형 LED 소자 100 중량부에 대해 아세톤을 10,000 중량부가 되도록 투입하였다. 상기 용매의 투입과 동시에 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
Subsequently, an ultra-small LED element having the same specifications as shown in Table 1 below and having a structure as shown in FIG. 6 and having an insulating film coated to a thickness of 0.02 mu m as shown in Table 1 below on the outer surface of the active layer portion of the ultra- In the area where the ultra-miniature LED is mounted. Then, acetone was injected into the area where the ultra-small LED element was charged, and the charged acetone was added so that acetone was 10,000 parts by weight per 100 parts by weight of the ultra-small LED element. At the same time as the above-mentioned solvent was introduced, a voltage V AC = 30 V and a frequency of 950 kHz Was applied for 1 minute to fabricate a micro LED electrode assembly.
<실시예 2> ≪ Example 2 >
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 절연격벽을 형성시키지 않고, 절연 격벽이 없는 베이스 기판상에 형성된 전극라인에 초소형 LED 소자를 떨어뜨려 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
A micro LED electrode assembly was fabricated in the same manner as in Example 1 except that an ultra-small LED element was dropped on an electrode line formed on a base substrate without an insulating barrier, without forming an insulating barrier.
<실시예 3> ≪ Example 3 >
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 초소형 LED 소자의 활성층을 부분의 외부면에 절연피막이 없는 초소형 LED 소자를 이용하여 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였다.
A micro LED electrode assembly was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the active layer of the ultra-small LED device was an ultra-small LED device having no insulating film on the outer surface of the part.
<비교예 1> ≪ Comparative Example 1 &
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 초소형 LED 소자를 투입하는 대신에 초소형 LED 소자 100 중량부에 대해 아세톤 10,000 중량부를 혼합한 용액을 투입하고, 이후 전극라인에 전원을 인가하여 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였다.
A solution prepared by mixing 100 parts by weight of acetone with 100 parts by weight of the ultra-small LED element was put into a solution instead of the ultra-small LED element, and then power was applied to the electrode line, .
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 및 비교예에서 제조된 초소형 전극어셈블리에 대해 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 청색을 발광하는 초소형 LED 소자의 개수를 광학현미경을 통해 관찰하여 하기 표 2에 나타내었다.
For the microelectrode assemblies prepared in Examples and Comparative Examples, the voltage V AC = 30 V and the frequency 950 kHz The number of ultra small LED elements emitting blue light was observed through an optical microscope and is shown in Table 2 below.
구체적으로 상기 표 2를 통해 확인할 수 있듯이, 초소형 LED 소자의 활성층에 절연피막을 포함하지 않은 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리인 실시예 3의 경우 실시예 1 및 2 보다 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수가 현저히 적었으며, 이를 통해 초소형 LED 소자의 활성층이 전극과 접촉되어 전기적 단락이 많이 발생했음을 확인할 수 있다.
Specifically, as shown in Table 2, in Example 3, which is an electrode assembly including an ultra-small LED device that does not include an insulating film in an active layer of the ultra-small LED device, The number of the LEDs is remarkably small, so that the active layer of the ultra-small LED device is in contact with the electrodes, and it can be confirmed that a lot of electric shorts have occurred.
또한, 절연 격벽이 없는 전극라인상에 초소형 LED 소자를 투입한 실시예 2의 경우 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수가 실시예 1에 비해 적었으며, 이를 통해 절연 격벽이 없는 전극라인에 초소형 LED 소자를 투입하면 초소형 LED 소자가 실장될 수 없는 전극라인 외각으로 초소형 LED 소자가 분산됨에 따라 전극라인에 전기적으로 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 감소했음을 알 수 있다.
In the case of Example 2 in which a very small LED element was placed on an electrode line without an insulating partition, the number of very small LED elements that emit blue light was smaller than in Example 1, It can be understood that the number of ultra-small LED elements electrically connected to the electrode lines is reduced as the ultra-small LED elements are dispersed in an electrode line external to which the ultra-small LED elements can not be mounted.
또한, 초소형 LED 소자를 용액상태로 투입한 비교예 1의 경우 초소형 LED 소자를 먼저 투입하고, 나중에 용매를 적가하면서 전원을 인가한 실시예 1에 비해 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수가 적은 것을 확인할 수 있다.
Also, in the case of Comparative Example 1 in which the ultra-small LED element was put in a solution state, it was confirmed that the ultra-small LED element was charged first and that the number of ultra-small LED elements emitting blue light was smaller than that of Embodiment 1 in which power was applied while dropping the solvent thereafter .
<실험예 2> <Experimental Example 2>
초소형 LED 소자의 종횡비에 따른 초소형 LED 소자를 자기정렬시키는데 요구되는 전압을 측정하였다. 이때 초소형 LED 소자의 종횡비는 하기 표 3과 같이 변경하여 제조한 초소형 LED 소자를 사용하였고, 초소형 LED 소자가 자기정렬을 시작하는 최소 전압을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.The voltage required to self-align the ultra-small LED element according to the aspect ratio of the ultra-small LED element was measured. Table 3 shows the minimum voltage at which self-alignment of the ultra-small LED device was started by using the ultra-small LED device fabricated by changing the aspect ratio of the ultra-small LED device as shown in Table 3 below.
구체적으로 상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 초소형 LED 소자의 종횡비가 작아질수록 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 필요한 전원의 전압이 현저히 상승함을 확인할 수 있고, 초소형 LED 소자의 종횡비가 1.2 미만인 실시예 4의 경우 전원의 전압을 높여도 초소형 LED 소자를 전극에 자기정렬시킬 수 없었다. 또한, 초소형 LED 소자의 종횡비가 각각 1.2, 1.3인 실시예 5 및 실시예 6의 경우 초소형 LED 소자를 자기정렬시키기 위해 필요한 전압이 실시예 7에 비해 현저히 증가된 것을 확인할 수 있다.
Specifically, as can be seen from Table 3, it can be seen that the voltage of the power source required for self-aligning the micro-LED element increases remarkably as the aspect ratio of the micro-LED element becomes smaller. In the embodiment in which the aspect ratio of the micro- 4, it was impossible to self-align the ultra-small LED element to the electrode even if the voltage of the power source was increased. It can also be seen that the voltage required for self-alignment of the micro LED device was significantly increased in Example 5 and Example 6 in which the aspect ratio of the ultra-small LED device was 1.2 and 1.3, respectively, as compared with Example 7. [
<실험예 3><Experimental Example 3>
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 초소형 전극어셈블리에 대해 1500배로 확대하여 광학현미경 사진을 촬영하였고, 그 결과를 실시예 1은 도 15, 비교예 1은 도 16에 각각 나타내었다.
The microelectrode assemblies prepared in Example 1 and Comparative Example 1 were magnified 1500 times and photographed with an optical microscope. The results are shown in Fig. 15 for Example 1 and Fig. 16 for Comparative Example 1, respectively.
도 15를 통해 확인할 수 있듯이 실시예 1의 경우 외곽으로 몰리지 않고 목적한 전극 부분으로 더 집중적으로 초소형 LED 소자가 자기정렬된 것에 반하여 도 16의 비교예 1은 초소형 LED 소자가 목적한 전극영역의 가운데 보다 외곽으로 초소형 LED 소자가 퍼져 자기정렬 되었고 초소형 LED 소자 간에 뭉침현상이 매우 심한 것을 확인할 수 있다.
As can be seen from FIG. 15, in the case of Example 1, the miniature LED element is more intensively self-aligned with the intended electrode portion without being outside, whereas Comparative Example 1 of FIG. 16 shows that the ultra- It can be confirmed that the micro LED device is spread out to the outside and is self-aligned and the aggregation phenomenon is very severe among the micro LED devices.
Claims (14)
(2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 용매를 투입하고, 전극라인에 전원을 인가하여 복수개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬시키는 단계; 및
(3) 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 (1) 단계는 1-1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계; 1-2) 상기 베이스 기판상에 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계; 및 1-3) 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계;를 통해 수행되는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.(1) applying a plurality of ultra-small LED elements to an electrode line including a base substrate, a first electrode formed on the base substrate, and a second electrode formed on the same plane as the first electrode;
(2) applying solvent to the electrode lines to simultaneously connect the plurality of micro LED elements to the first electrode and the second electrode, and applying power to the electrode lines to self-align the plurality of micro LED elements; And
(3) forming a metal ohmic layer on at least one of the first electrode and the second electrode and the connection portion of the micro LED device,
The step (1) may include: 1-1) fabricating an electrode line including a base substrate, a first electrode formed on the base substrate, and a second electrode formed on the same plane as the first electrode; 1-2) forming an insulating barrier surrounding the electrode line region on which the micro LED device is mounted on the base substrate; And 1-3) applying a plurality of ultra-small LED elements to an electrode line region surrounded by the insulating barrier ribs.
상기 (1)단계의 제1 전극 및 제2 전극은 소용돌이(spiral) 배치 및 상호 교번적(interdigitated) 배치 중 어느 하나의 배치로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode in step (1) are spaced apart from each other by a spiral arrangement or an interdigitated arrangement.
제1 도전성 반도체층;
상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The LED according to claim 1, wherein the ultra-small LED element
A first conductive semiconductor layer;
An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; And
And a second conductive semiconductor layer formed on the active layer.
상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The method of claim 3,
The ultra-small LED device further includes an insulating film covering at least an entire outer surface of the active layer to prevent short-circuiting caused by contact between the active layer and the electrode line of the ultra-small LED device. Gt;
상기 초소형 LED 소자는 소자 상호간 응집을 방지하기 위하여 초소형 LED 소자의 절연피막 외부면에 코팅된 소수성 피막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법. 5. The method of claim 4,
Wherein the ultra miniature LED device further comprises a hydrophobic coating coated on an outer surface of the insulating coating of the ultra-small LED device to prevent agglomeration of the devices.
상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 하부에 형성된 제1 전극층 및 제2 도전성 반도체층 상부에 형성된 제2 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.6. The method according to any one of claims 3 to 5,
Wherein the ultra miniature LED device comprises a first electrode layer formed under the first conductive semiconductor layer and a second electrode layer formed over the second conductive semiconductor layer.
상기 초소형 LED 소자의 제1 전극층 및 제2 전극층은 절연피막이 코팅되지 않은 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the first electrode layer and the second electrode layer of the ultra miniature LED device are not coated with an insulating coating.
상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛이고, 종횡비는 1.2 ~ 100인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the micro LED element has a length of 100 nm to 10 μm and an aspect ratio of 1.2 to 100.
상기 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극 간의 간격거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.
[관계식 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 상기 X, Y, Z는 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛ 이다.The method according to claim 1,
The width (X) of the first electrode, the width (Y) of the second electrode, the distance (Z) between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode, and the length (H) (1). ≪ / RTI >
[Relation 1]
X, Y and Z are 100 nm < X < / = 10 mu m, 100 nm <
상기 (2)단계에서 인가되는 전원의 전압은 0.1V 내지 1000 V 이며, 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz 인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the voltage of the power source applied in the step (2) is 0.1 to 1000 V and the frequency is 10 Hz to 100 GHz.
상기 (2)단계에서 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수는 초소형 LED 소자가 실장 되는 전극라인의 면적 100 ×100㎛2 당 2 내지 100,000 개인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.The method according to claim 1,
In the step (2), the number of the ultra miniature LED elements connected to the first electrode and the second electrode at the same time is 2 to 100,000 per 100 × 100 μm 2 of the area of the electrode line on which the ultra-small LED element is mounted. Assembly manufacturing method.
상기 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극 간의 간격거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법.
[관계식 1]
Z ≤ H ≤ X + Y + Z 이며, 상기 X, Y, Z는 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.The method according to claim 1,
The width (X) of the first electrode, the width (Y) of the second electrode, the distance (Z) between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode, and the length (H) (1). ≪ / RTI >
[Relation 1]
X, Y and Z satisfy 100nm < X < / = 10 mu m, 100nm <
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