KR102053217B1 - 초소형 led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초소형 LED 전극 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초소형 LED 소자 정렬시 발생할 수 있는 전극의 손상 및 단락을 방지할 수 있는 초소형 LED 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전극의 손상 또는 전기적 단락을 방지할 수 있는 초소형 LED 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
LED 디스플레이 등 LED를 활용한 전자기기를 실현하기 위해서 나노기술을 기반으로 한 bottom-up 방식이 연구되고 있다. 그러나 LED 소자의 전극 배선에 있어서 전극, LED 소자, 또 다른 전극을 bottom-up 방식으로 적층시켜 3차원 결합시킬 경우 LED 소자가 서로 다른 두 전극 사이에서 3차원으로 직립하여 전극에 결합해야 하며 이는 일반적인 크기의 LED 소자라면 가능할 수도 있으나, 나노 단위 크기의 LED 소자의 경우에는 전극 위에 3차원으로 직립시켜 결합시키기 어렵고, 일부는 누워있는 형태로 존재할 수 있어서 실장불량이 발생할 수 있다.
또한, 초소형 LED 소자를 3차원으로 전극 위에 직립시킬 수 있다고 하더라도 초소형의 서로 다른 전극에 초소형 LED 소자를 일대일로 결합시키기 어렵다는 문제점이 있고, 나아가 일대일로 결합시키더라도 단락 없이 전기적으로 연결되기는 더욱 어려운 문제점이 있다. 이러한 전기적 단락은 초소형 LED 소자의 활성층과 전극이 접촉하면 발생하며, 전원을 인가해도 발광되지 않음에 따라서 발광불량을 야기한다.
위와 같은 초소형 LED 소자의 활성층이 전극에 닿을 때 발생하는 단락 문제를 해결하기 위해 초소형 LED 소자의 양끝단을 제외한 나머지 부분에 원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD)법을 이용하여 절연피막을 코팅하는 기술이 특허문헌 1에 개시되었으며, 이러한 기술을 통해 전자기기의 발광불량을 최소화시킬 수 있었다. 그러나 LED 소자의 활성층을 절연피막으로 코팅할 경우 절연피막으로 인해 LED 소자를 빠져나가지 못하는 광이 발생함에 따라서 발광효율이 감소하는 문제점이 있다. 투명한 소재의 절연피막을 사용하면 발광효율의 감소를 최소화 할 수 있으나 이를 통해서도 완전히 해소할 순 없다.
한편, 초소형 LED 소자들은 두 전극의 전위차에 의해 형성된 전기장의 유도에 의해 서로 다른 두 전극 사이에 자기정렬될 수 있으며, 두 전극의 전위차가 클수록 더 많은 초소형 LED 소자들이 정렬될 수 있다. 그러나 초소형 LED 소자를 정렬할 때, 전위차가 형성된 두 전극 사이에 위치한 용매 및 도전성 불순물을 통해 두 전극 사이에 전류가 흐르면서 전극의 손상 및 전기적 단락이 발생할 수 있기 때문에 높은 전압에서 초소형 LED 소자를 정렬하기에는 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 초소형 LED 소자 정렬시 발생할 수 있는 전극의 손상 및 전기적 단락이 방지되고, 보다 향상된 휘도를 발현하는 초소형 LED 전극어셈블리 및 이의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 백라이트 유닛을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리 포함하는 램프를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 동일평면상에 이격되어 형성된 제 1 실장전극 및 제 2 실장전극을 포함하는 실장전극; 상기 제 1 실장전극 및 제 2 실장전극의 노출된 외부면 상에 형성된 절연막; 상기 제 1 실장전극 상부에 일단부가 위치하고, 제 2 실장전극 상부에 타단부가 위치하도록 정렬된 초소형 LED 소자들; 및 상기 초소형 LED 소자들 각각의 일단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제 1 구동전극 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제 2 구동전극을 포함하는 구동전극;을 포함하는 초소형 LED 전극 어셈블리를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절연막은 1 nm 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초소형 LED 소자의 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 내지 100일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초소형 LED 소자는 길이가 100 nm 내지 10 ㎛일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 구동전극 및 제 2 구동전극 각각은 절연막 상부에 형성된 제1부분과 상기 제1부분에 연결되고 초소형 LED 소자의 양끝단과 상기 양끝단에서 이어지는 소자 외부면 일부를 덮도록 형성된 제2부분을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 (1) 동일평면상에 이격되어 형성된 제 1 실장전극 및 제 2 실장전극을 포함하는 실장전극의 노출된 외부면 상에 절연막을 형성시키는 단계; (2) 절연막이 형성된 제 1 실장전극 및 제 2 실장전극 상에 초소형 LED 소자들을 포함하는 용액을 투입하고, 상기 초소형 LED 소자들이 상기 제 1 실장전극 상부에 일단부가 위차하고, 제 2 실장전극 상부에 타단부가 위치하도록 정렬시키기 위하여 상기 제 1 실장전극 및 제 2 실장전극에 전원을 인가하는 단계; 및 (3) 정렬된 초소형 LED 소자들 각각의 일단부의 적어도 일부분과 각각 접촉하는 제 1 구동전극 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제 2 구동전극을 형성시키는 단계;를 포함하는 초소형 LED 전극 어셈블리 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계에서 인가된 전원은 전압이 0.1 내지 2000 V일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전원의 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz일 수 있다.
한편, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극 어셈블리를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극 어셈블리를 포함하는 램프를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극 어셈블리를 포함하는 풀-컬러 LED 디스플레이를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극 어셈블리; 및 색변환층;을 를 포함하는 컬러-바이-블루(Color-by-blue) LED 디스플레이를 제공한다.
본 발명에 의하면, 초소형 LED 소자 정렬시 발생할 수 있는 전극의 손상 및 전기적 단락을 방지하여 휘도가 우수한 초소형 LED 전극어셈블리를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 각종 조명, 디스플레이 등의 전자기기를 비롯하여 산업전반에 널리 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 도면으로써, 도 1(a)는 초소형 LED 전극어셈블리의 사시도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 X-X' 경계선에 따른 수직단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 초소형 LED 소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 중 구동전극을 형성하기 전까지의 공정 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 중 구동전극을 형성하는 공정 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 중구동전극을 형성하는 다른 방법에 따른 공정 모식도이다.
도 6은 실시예1에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 7은 실시예2에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 8은 실시예3에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 9은 비교예1에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 10은 비교예2에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 포함되는 초소형 LED 소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 중 구동전극을 형성하기 전까지의 공정 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 중 구동전극을 형성하는 공정 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 중구동전극을 형성하는 다른 방법에 따른 공정 모식도이다.
도 6은 실시예1에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 7은 실시예2에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 8은 실시예3에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 9은 비교예1에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
도 10은 비교예2에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
초소형 LED 소자 정렬시 실장전극 사이에 위치되는 용매 또는 도전성 불순물에 의해 전위차가 형성되어 두 실장전극 사이에 전류가 흐르면서 전기적 단락 또는 전극의 손상이 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 제1실장전극과 제2실장전극의 노출된 외부면 상에 절연막을 형성시킴으로써 초소형 LED 소자를 정렬시킬 때 발생하는 용매 또는 도전성 불순물에 의한 전극의 전기적 단락 및 손상을 사전에 방지할 수 있다. 다만, 절연막이 형성된 제1실장전극과 제2실장전극은 초소형 LED 소자와 직접적으로 접촉할 수 없기 때문에, 초소형 LED 소자와 접촉하는 제1구동전극과 제2구동전극을 형성함으로써 구동이 가능한 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극 어셈블리에 대해 설명한다.
도 1(a)를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 초소형 LED 전극 어셈블리(100)는 동일평면상에 이격되어 형성된 제1실장전극(121) 및 제2실장전극(122)을 포함하는 실장전극(121, 122), 상기 제1실장전극(121) 및 제2실장전극(122)의 노출된 외부면 상에 형성된 절연막(130), 상기 제1실장전극(121) 상부에 일단부가 위치하고, 제2실장전극(122) 상부에 타단부가 위치하도록 정렬된 초소형 LED 소자(140)들, 및 상기 초소형 LED 소자(140)들 각각의 일단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제1구동전극(151) 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제2구동전극(152)을 포함하는 구동전극(151, 152)을 포함한다.
먼저, 상기 제1실장전극(121)과 상기 제2실장전극(122)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
상기 기판(110)으로서 바람직하게는 유리기판, 수정기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 및 구부릴 수 있는 유연한 폴리머 필름 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 기판은 투명할 수 있다. 다만, 상기 종류에 한정되는 것은 아니며 통상의 전극이 형성될 수 있는 기판의 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 기판(110)의 면적은 제한이 없으며, 기판(110) 상에 형성될 제1실장전극(121)의 면적, 제2실장전극(122)의 면적, 상기 제1실장전극(121) 및 제2실장전극(122)에 연통되는 초소형 LED 소자(140) 사이즈 및 연통되는 초소형 LED 소자(140) 개수를 고려하여 변할 수 있다.
또한, 상기 기판의 두께는 100㎛ 내지 1mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1실장전극(121)은 알루미늄, 타이타늄, 인듐, 골드 및 실버로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속물질 또는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO:Al 및 CNT-전도성 고분자 복합체로 이루어진 군에서 선택 어느 하나 이상의 투명물질일 수 있다. 상기 전극 형성 물질이 2종 이상일 경우 바람직하게는 제1실장전극(121)은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제1실장전극(121)은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제1실장전극(121)은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1실장전극(121)의 폭은 100nm 내지 50㎛, 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있다.
상기 제2실장전극(122)은 알루미늄, 타이타늄, 인듐, 골드 및 실버로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속물질 또는 ITO(Indium Tin Oxide), ZnO:Al 및 CNT-전도성 고분자 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 투명물질일 수 있다, 바람직하게는 상기 제2실장전극(122)은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제2실장전극(122)은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제2실장전극(122)은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2실장전극(122)의 폭은 100 nm 내지 50㎛, 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있다.
또한, 상기 제1실장전극과 제2실장전극을 형성하는 물질은 동일 또는 상이할 수 있다.
다음으로, 상기 절연막(130)은 상기 제1실장전극(121) 및 제2실장전극(122)의 노출된 외부면 상에 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연막(130)은 초소형 LED 소자 정렬시 초소형 LED 소자의 활성층이 실장전극과 접촉할 경우 발생하는 전기적 단락을 사전에 방지할 수 있다.
상기 절연막(130)의 두께는 제1실장전극(121) 및 제2실장전극(122)에 인가되는 전원의 전압, 초소형 LED 소자의 길이, 실장전극 간 거리 등에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 상기 절연막은 1 nm 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
만일 상기 절연막의 두께가 1nm 이하일 경우, 초소형 LED 소자 정렬시 초소형 LED 소자의 활성층이 실장전극과 접촉할 경우 발생하는 전기적 단락이 발생할 우려가 있고, 100 ㎛를 초과할 경우, 초소형 LED 소자를 정렬시키기 위해 인가되는 전압이 과도하게 증가되거나, 초소형 LED 소자가 정렬되지 않는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 절연막은 1nm 내지 10㎛, 가장 바람직하게는 1nm 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 두께 범위를 만족할 경우, 상대적으로 낮은 정렬 전압에서도 전극의 손상 또는 전기적 단락을 방지할 수 있으며, 절연막에 의한 소광을 최소화하여 초소형 LED 전극어셈블리의 휘도를 더욱 더 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 절연막(130)은 SiO2, Si3N4, SiNx, Al2O3, HfO2, Y2O3 및 TiO2로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 질화규소(SiNx)일 수 있다. 다만, 상기의 기재들에 한정되지 않는다.
다음으로, 상기 초소형 LED 소자(140)들은 절연막(130)이 형성된 제1실장전극(121) 상부와 제2실장전극(122) 상부에 양단부가 각각 위치하도록 정렬될 수 있다.
상기 초소형 LED 소자(140)는 조명, 디스플레이 등에 적용될 수 있는 공지된 LED 소자인 경우 제한 없이 채용될 수 있다. 상기 초소형 LED 소자(140)에 대하여 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하여 설명하면, 상기 초소형 LED 소자(140)는 제1도전성 반도체층(141) 및 상기 제 1 도전성 반도체 층(141)상에 형성된 활성층(143), 상기 활성층상에 형성된 제 2 도전성 반도체층(142)을 포함할 수 있다.
상기 제1도전성 반도체층(141) 및 상기 제2도전성 반도체층(142) 중 어느 하나의 반도체층은 n형 반도체층을 적어도 하나 포함하고, 다른 도전성 반도체층은 p형 반도체층을 적어도 하나 포함할 수 있다.
상기 제1도전성 반도체층(141)이 n형 반도체층을 포함하는 경우 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, InN등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제1도전성 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제1도전성 도펀트는 Si, Ge, Sn일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 제1도전성 반도체층의 두께는 1.5 내지 5㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 제2 도전성 반도체층(142)이 p형 반도체층을 포함하는 경우 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, InN등에서 어느 하나이상이 선택될 수 있으며, 제 2도전성 도펀트가 도핑될 수 있다. 상기 제2도전성 도펀트는 Mg일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 제2 도전성 반도체층의 두께는 0.08 내지 0.25㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 활성층(143)은 제1도전성 반도체층(141) 상부 및 제2도전성 반도체층(142) 하부에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(143)은 조명, 디스플레이 등에 사용되는 통상의 LED 소자에 포함되는 활성층인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 활성층은 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다.
또한, 상기 활성층(143)의 두께는0.05 내지 0.25㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
또한, 도 2b에 도시된 것과 같이, 상기 초소형 LED 소자(140)는 상기 초소형 LED 소자의 적어도 하나의 단부측에 형성된 도전성 전극층(144)을 더 포함할 수 있고, 상기 도전성 전극층은 일예로 외부면에 곡면을 포함하는 금속캡일 수 있다.
상기 금속캡은 LED 소자가 전기장 하에서 분극될 수 있는 영역의 표면적을 증가시켜 보다 많은 양전하 또는 음전하가 금속캡 표면에 하전될 수 있어 초소형 LED 소자의 정렬성을 향상시킬 수 있다.
상기 금속캡의 소재, 형태 및 구체적인 제조방법은 본 발명의 발명자에 의한 특허문헌 2가 참조로 삽입될 수 있어서, 본 발명은 이에 대한 구체적 설명을 생략한다.
상기 초소형 LED 소자(140)의 종횡비는 1.2 내지 100, 바람직하게는 1.2 내지 50, 보다 바람직하게는 1.5 내지 20, 보다 더 바람직하게는 1.5 내지 10 일 수 있다.
만일 초소형 LED 소자(140)의 종횡비가 1.2 미만일 경우 전원을 실장전극(121, 122)에 인가해도 초소형 LED 소자(140)가 정렬하지 않을 우려가 있고, 100 초과일 경우 초소형 LED 소자(140)의 정렬에 필요한 전원의 전압은 낮아질 수 있으나 초소형 LED 소자(140) 자체를 제조하기 어려울 수 있다.
다음으로, 도 1(b)을 참조하여 상기 제1구동전극(151) 및 제2구동전극(152)을 설명하면, 상기 제1구동전극(151) 및 제2구동전극(152) 각각은 절연막(130) 상부에 형성된 제1부분(151a, 152a)과 상기 제1부분에 연결되고 초소형 LED 소자의 양끝단과 상기 양끝단에서 이어지는 소자 외부면 일부를 덮도록 형성된 제2부분(151b, 152b)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1구동전극(151) 및 제2구동전극(152)에 각각 접하게 되는 초소형 LED 소자(140)의 일부분은 제1도전성 반도체층(141) 및 제2도전성 반도체층(142)이거나 도전성 전극층(144)일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법은 (1) 동일평면상에 이격되어 형성된 제1실장전극 및 제2실장전극을 포함하는 실장전극의 노출된 외부면 상에 절연막을 형성시키는 단계; (2) 절연막이 형성된 제1실장전극 및 제2실장전극 상에 초소형 LED 소자들을 포함하는 용액을 투입하고, 상기 초소형 LED 소자들이 상기 제1실장전극 상부에 일단부가 위치하고, 제2실장전극 상부에 타단부가 위치하도록 정렬시키기 위하여 상기 제1실장전극 및 제2실장전극에 전원을 인가하는 단계; 및 (3) 정렬된 초소형 LED 소자들 각각의 일단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제1구동 전극 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제2구동 전극을 포함하는 구동전극을 형성시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 (1) 단계를 수행하기에 앞서, 기판 상에 제1실장전극과 제2실장전극을 형성하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 제1실장전극과 제2실장전극은 열증착법, e-빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 스크린 프린팅 방법 등의 전극물질을 기판상에 형성시킬 수 있는 공지된 방법에 의하여 상기 기판 상에 형성될 수 있다. 이에 대한 구체적인 방법은 본 발명의 발명자에 의한 특허문헌 1이 참조로 삽입될 수 있어서, 본 발명은 이에 대한 구체적 설명을 생략한다.
다음으로 도 3(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법의 (1) 단계는 제1실장전극(221) 및 상기 제1실장전극(221)과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2실장전극(222)의 노출된 외부면 상에 절연막(230)을 형성시켜 수행될 수 있다.
또한, 상기 절연막(230)을 형성하는 방법은 플라즈마화학기상증착(PECVD), e-빔 증착법, 원자층증착법, 스퍼터링 증착법 중 어느 하나 일 수 있고 바람직하게는 플라즈마화학기상증착(PECVD)법 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 3(b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법의 (2) 단계는 상기 절연막(230)이 형성된 제1실장전극(221) 및 제2실장전극(222) 상에 초소형 LED 소자들(240)을 포함하는 용액(270)을 투입하고, 상기 초소형 LED 소자들(240)을 정렬시키기 위하여 제1실장전극(221) 및 제2실장전극(222)에 전원을 인가하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 초소형 LED 소자들을 포함하는 용액(270)은 복수개의 초소형 LED 소자(240)들을 분산용매에 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 분산용매는 잉크 또는 페이스트 상일 수 있다. 바람직하게 상기 분산용매는 아세톤, 물, 알코올 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세톤일 수 있다. 다만, 분산용매의 종류는 상기의 기재에 제한되는 것은 아니며 초소형 LED 소자에 물리적, 화학적 영향을 미치지 않으면서 잘 증발할 수 있는 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
또한, 상기 초소형 LED 소자(240)들은 분산용매 100 중량부에 대해 0.001 내지 100 중량부로 포함될 수 있다. 만일 0.001 중량부 미만으로 포함될 경우 전극에 연통되는 초소형 LED 소자의 수가 적어 초소형 LED 전극 어셈블리의 정상적 기능발휘가 어려울 수 있고, 이를 극복하기 위하여 초소형 LED를 포함하는 용액을 여러번 투입해야 되는 문제점이 있을 수 있으며, 100 중량부를 초과하는 경우 복수의 초소형 LED 소자(240)들 간에 정렬을 방해하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제1실장전극(221) 및 제2실장전극(222)에 인가되는 전원의 전압은 0.1 내지 2000 V일 수 있다. 만일 상기 전압이 0.1 V 미만일 경우 초소형 LED 소자의 정렬성이 저하될 우려가 있으며, 2000 V를 초과할 경우 절연막이 파괴되는 등 누설 전류가 발생하여 전기적 단락 또는 전극의 손상이 발생할 우려가 있다.
또한, 상기 제1실장전극(221) 및 제2실장전극(222)에 인가되는 전원의 전압은 초소형 LED 소자의 길이, 실장전극 간 거리 및 절연막의 두께 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 전원의 주파수는 50 kHz 내지 1 GHz 일 수 있고, 바람직하게는 90 kHz 내지 100 MHz인 싸인파의 파형을 갖는 교류전원일 수 있다.
도 3(c)는 제1실장전극(221) 및 제2실장전극(222)에 전원을 인가하여 초소형 LED 소자(240)들을 정렬시킨 모습을 나타낸 모식도이다. 이처럼 상기 초소형 LED 소자(240)들은 상기 제1실장전극(221) 상부에 일단부가 위치하고, 제2실장전극(222) 상부에 타단부가 위치하도록 정렬될 수 있으며, 상기 제1실장전극 및 제2실장전극 상에 형성된 절연막(230)을 통해 용매 또는 도전성 불순물에 의한 전극의 전기적 단락 및 손상을 사전에 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법의 (3) 단계는 상기 제1실장전극 상부와 제2실장전극 상부에 양단부가 각각 위치하도록 정렬된 초소형 LED 소자들 각각의 양단부의 적어도 일부분과 각각 접촉하는 제1구동 전극 및 제2구동 전극을 형성시켜 수행될 수 있다.
절연막으로 덮여있는 제1실장전극과 제2실장전극은 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 정렬시킬 수 있으나 상기 초소형 LED 소자와 전기적으로 접촉할 수 없기 때문에 초소형 LED 소자를 구동시킬 수 없다. 따라서, 상기 초소형 LED 소자와 전기적으로 접촉하는 제1구동전극과 제2구동전극을 형성하여 상기 초소형 LED 소자를 구동시킬 수 있다.
상기 제1구동전극 및 제2구동전극은 리프트오프(Lift-off)공정 또는 식각공정을 통해 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법의 (3) 단계에 있어서, 리프트오프공정을 이용한 구동전극의 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
도 4(a)는 기판(310)상에 형성된 제 1 실장전극(321) 및 제 2 실장전극(322), 상기 기판(310)상에 형성된 제 1 실장전극(321) 및 제 2 실장전극(322) 상에 형성된 절연막(330), 절연막(330)이 형성된 제 1 실장전극(321) 상부와 제 2 실장전극(322) 상부에 양단부가 각각 위치하도록 정렬된 초소형 LED 소자(340)를 포함하는 초소형 LED 전극 어셈블리(300)를 나타낸다.
다음으로, 도 4(b)와 같이 상기 초소형 LED 전극 어셈블리(300)상에 광 레지스트 층(360)을 형성할 수 있다. 광 레지스트 층(360) 형성 방법으로는 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 중 어느 하나 일 수 있고, 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광 레지스트 층(360)은 양성 광 레지스트 및 음성 광 레지스트 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 바람직하게는 음성 광 레지스트인 것이 공정을 단순화하는데 더욱 유리하다.
광 레지스트는 빛을 조사하면 화학 변화를 일으키는 수지를 말하며, 양성 광 레지스트(Positive photoresist)와 음성 광 레지스트(Negative photoresist)로 나눌 수 있다. 양성 포토레지스트는 빛이 닿은 부분만 고분자가 가용화하여 레지스트가 사라지는 감광성 수지를 말하며, 음성 포토레지스트는 빛이 닿은 부분만 고분자가 불용화하여 레지스트가 남는 감광성 수지를 말한다.
일예로, 음성 광 레지스트를 사용하는 경우에 대해서 구체적으로 설명하면 도 4(c)와 같이 상기 광 레지스트 층(360)을 경화시킨 후 상기 광 레지스트층(360)의 상부에 제 1 실장전극(321) 및 제 2 실장전극(322)의 공간에 대응되는 마스크(370)를 형성하고 UV를 조사하여 광 레지스트층(360)의 노광된 영역을 불용화시킬 수 있다.
상기 UV 조사는 3 내지 30초 동안 조사할 수 있으며, 상기 UV를 조사한 이후 90 내지 130 ℃에서 1 내지 2 분 동안 열처리할 수 있다. 만일 상기 UV 조사 시간이 3초 미만일 경우, 상기 노광된 영역이 모두 불용성이 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 30초를 초과할 경우, 광 레지스트 층(360)의 노광 영역이 제 1 실장전극(321) 및 제 2 실장전극(322) 상부까지 확장되어 구동전극(351, 352)을 형성하기 어려울 수 있다. 다만 상기 UV 조사 시간은 조사되는 UV의 광량에 따라 다르므로 이에 제한되지 않는다.
또한, 상기 열처리 온도가 90℃ 미만이면 노광과 관계없이 현상액에 의해 광 레지스트 층이 제거되는 문제가 발생할 수 있고, 130℃를 초과하면 광 레지스트 층이 과하게 고화되거나 변성되어 현상이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 열처리 시간이 1분 미만이면 노광과 관계없이 현상액에 의해 광 레지스트 층이 제거되는 문제가 발생할 수 있고, 2분을 초과하면 광 레지스트 층(360)이 과하게 고화되거나 변성되어 현상이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 도 4(d)와 같이 상기 광레지스트층(360)을 현상하여 리프트오프층(361)을 형성할 수 있다. 구체적으로 절연막(330)이 형성된 제1실장전극(321) 상부와 제2실장전극(322) 상부, 초소형 LED 소자(340)의 양단부가 노출되도록 상기 리프트오프층(361)을 형성할 수 있다.
현상에 사용되는 현상용액은 통상적으로 현상에 사용되는 현상용액이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄(TMAH), 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄, 수산화테트라부틸암모늄, 수산화메틸트리에틸암모늄, 수산화트리메틸에틸암모늄, 수산화디메틸디에틸암모늄, 수산화트리메틸(2-히드록시에틸)암모늄, 수산화트리에틸(2-히드록시에틸)암모늄, 수산화디메틸디(2-히드록시에틸)암모늄, 수산화디에틸(2-히드록시에틸)암모늄, 수산화메틸트리(2-히드록시에틸)암모늄, 수산화에틸트리(2-히드록시에틸)암모늄, 수산화테트라(2-히드록시에틸)암모늄 및 수산화칼륨 (KOH) 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄(TMAH)을 사용할 수 있다.
다음으로, 초소형 LED 소자(340)들 각각의 양단부의 적어도 일부분과 각각 접촉하는 제1구동전극(351) 및 제2구동전극(352)을 형성시키기 위하여 도 4(e)와 같이 전극형성물질을 증착시켜 제1구동전극(351), 제2구동전극(352) 및 제3구동전극(353)을 형성할 수 있다. 상기 전극형성물질은 열증착법, e-빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 스크린 프린팅법 등의 방법 중 어느 하나의 방법으로 증착될 수 있고, 바람직하게는 열 증착법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 제3구동전극(353)은 후술되는 리프트오프층 제거 공정을 통해 제거될 수 있다.
상기 전극형성물질은 알루미늄, 타이타늄, 인듐, 골드 및 실버로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속물질 또는 ITO(Indium tin oxide), ZnO:Al 및 CNT(Carbon nano tube)-전도성 고분자 복합체로 이루어진 군에서 선택 어느 하나 이상의 투명물질일 수 있다. 상기 전극 형성 물질이 2종 이상일 경우 바람직하게는 제1구동전극(351) 및 제2구동전극(352)은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제1구동전극(351) 및 제2구동전극(352)은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제1구동전극(351) 및 제2구동전극(352)은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다.
또한, 바람직하게는 상기 전극형성물질은 초소형 LED 소자와 옴 접촉(Ohmic contact)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1구동전극(351) 및 제2구동전극(352)을 형성하는 물질은 동일 또는 상이할 수 있다.
다음으로, 도 4(f)와 같이 리프트오프층(361)을 제거하여 상기 리프트오프층(361) 상에 형성된 제3구동전극(353)도 함께 제거될 수 있다. 이 결과로 초소형 LED 소자(340) 양단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제 1 구동전극(351) 및 제 2 구동전극(352)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 리프트오프층(361)는 광 레지스트 리무버(Photoresist remover)가 담긴 용기에 넣어서 제거할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 55 내지 75 ℃의 광 레지스트 리무버가 담긴 용기에 5 내지 30 분 동안 넣어서 수행할 수 있다. 만일 온도가 55℃ 미만이면 광 레지스트 리무버의 반응성이 낮기 때문에 리프트오프층 (361)이 완전히 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 온도가 75℃를 초과하면 초소형 LED 소자(340) 및 구동전극(361, 362)에 결함이 발생하는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다. 또한, 5분 미만으로 수행할 경우 리프트오프층(361)이 완전히 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 30분을 초과할 경우 초소형 LED 소자 (340) 및 구동전극(351, 352)에 결함이 발생하는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.
상기 광 레지스트 리무버는 통상적으로 사용되는 광 레지스트 리무버라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 2-(2-아미노에톡시)(2-(2-Aminoethoxy)), 에탄올(ethanol), 하이드록실아민(hydroxylamine) 및 카테콜(Catechol)을 포함하는 혼합액(EKC 265 polymer, DuPont), 아세톤, N-메틸피롤리돈(1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 EKC 265 polymer를 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조 방법의 (3) 단계에 있어서, 식각공정을 이용한 구동전극의 제조 공정을 나타낸 모식도이다.
먼저, 도 5(a)는 기판(410)상에 형성된 제1실장전극(421) 및 제2실장전극(422), 상기 기판(410)상에 형성된 제1실장전극(421) 및 제2실장전극(422) 상에 형성된 절연막(430), 절연막(430)이 형성된 제1실장전극(421) 상부와 제2실장전극(422) 상부에 양단부가 각각 위치하도록 정렬된 초소형 LED 소자(440)를 포함하는 초소형 LED 전극 어셈블리(400)를 나타낸다.
다음으로, 도 5(b)와 같이 전극형성물질을 상기 초소형 LED 전극 어셈블리(400) 상에 증착시켜 구동전극층(450)을 형성시킬 수 있다.
상기 전극형성물질의 증착은 열증착법, e-빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 스크린 프린팅 방법 등의 방법 중 어느 하나의 방법으로 증착될 수 있으며 바람직하게는 열 증착 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 5(c)와 같이 상기 구동전극층(450) 상에 광 레지스트 층(460)을 형성할 수 있다. 광 레지스트 층(460) 형성 방법으로는 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 중 어느 하나 일 수 있고, 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광 레지스트 층(460)은 양성 광 레지스트 및 음성 광 레지스트 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 바람직하게는 양성 광 레지스트인 것이 공정을 단순화하는데 더욱 유리하다.
일예로, 양성 광 레지스트를 사용하는 경우에 대해 구체적으로 설명하면, 도 5(d)와 같이 상기 광 레지스트 층(460)을 경화시킨 후 상기 광 레지스트층(460)의 상부에 제1실장전극(421) 및 제2실장전극(422)의 공간에 대응되는 마스크(470)를 형성하여 직접 리소그래피(Direct lithography) 방법으로 UV를 조사하여 광 레지스트층(460)의 노광된 영역을 가용화 시킬 수 있다. 상기 UV 조사는 0.5 내지 30 초 동안 조사할 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 15 초 동안 조사할 수 있다. 만일 상기 UV 조사 시간이 0.5초 미만이면 상기 노광된 영역이 모두 가용성이 되지 않아 패턴이 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 30초를 초과하면 상기 노광된 영역이 확장되어 후술되는 식각 공정에서 구동전극이 과도하게 제거되는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.
다음으로, 도 5(e)와 같이 광 레지스트층의 노광된 영역을 현상할 수 있다. 상기 노광된 영역을 현상하게 되면, 제1광 레지스트층(461) 및 제2광 레지스트층(462)이 제1실장전극(421) 및 제2실장전극(422)의 공간에 대응되도록 형성된다. 이처럼 광 레지스트층의 일부만 현상하는 이유는 후술되는 식각공정에서 제1실장전극(421) 및 제2실장전극(422)의 공간에 대응되는 구동전극(451,452)은 식각되지 않기 위함이고, 상기 광 레지스트층의 현상에 의해 노출된 일부 구동전극(453)만을 제거하기 위함이다.
한편, 양성 광 레지스트층을 형성시키는 경우 현상시간은 15 내지 75초 일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60 초일 수 있다. 만일 상기 현상시간이 15 초 미만이면 상기 광 레지스트층(460)이 잘 현상되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 75 초를 초과하면 광 레지스트층(460)이 과도하게 현상되어 후술되는 식각 공정에서 구동전극이 과도하게 제거되는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.
다음으로, 도 5(f)와 같이 상기 광 레지스트층의 현상에 의해 노출된 일부 구동전극(453)은 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. 상기 식각 공정을 통해 제1구동전극(451) 및 제2구동전극(452)이 제1실장전극(421) 및 제2실장전극(422)의 공간에 대응되도록 형성된다.
상기 식각 공정은 통상적으로 금속식각에 사용되는 방법이라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 건식식각방법 및 습식식각방법일 수 있고, 보다 바람직하게는 건식식각방법을 사용하는 것이 일정한 방향성으로 식각하는데 더욱 유리하다. 또한 상기 건식식각은 통상적으로 건식식각에 사용되는 기체라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 CF4 및 Cl2 중에서 선택되는 어느 하나의 기체를 사용할 수 있고, CF4 를 사용하는 경우 40 내지 120 sccm, 90 내지 110 W 및 0.040 내지 0.070 Torr의 조건으로 수행할 수 있으며, Cl2를 사용하는 경우 10 내지 30 sccm, 70 ~ 90 W 및 0.06 내지 0.1 Torr의 조건으로 수행할 수 있다.
다음으로, 도 5(g)와 같이 제1구동전극(451) 상부 및 제2구동전극(452) 상부의 광 레지스트층(461, 462)을 제거하여 구동전극이 형성된 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조할 수 있다.
상기 제 1 구동전극(451) 상부 및 제 2 구동전극(452) 상부의 제1광 레지스트층(461) 및 제2광 레지스트층(462)은 광 레지스트 리무버(Photoresist remover)가 담긴 용기에 넣어서 제거할 수 있다.
구체적으로 55 내지 75 ℃의 광 레지스트 리무버가 담긴 용기에 5 내지 30 분 동안 넣어서 수행할 수 있다. 만일 온도가 55℃ 미만이면 광 레지스트 리무버의 반응성이 낮기 때문에 광 레지스트층(461, 462)이 완전히 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 온도가 75℃를 초과하면 초소형 LED 소자(440) 및 구동전극(451, 452)에 결함이 발생하는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다. 또한, 5분 미만으로 수행할 경우 광 레지스트층(461, 462)이 완전히 제거되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 30분을 초과할 경우 초소형 LED 소자 (440) 및 구동전극(451, 452)에 결함이 발생하는 등 본 발명의 목적을 달성하기에 어려울 수 있다.
상기 광 레지스트 리무버는 통상적으로 사용되는 광 레지스트 리무버라면 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 2-(2-아미노에톡시)(2-(2-Aminoethoxy)), 에탄올(ethanol), 하이드록실아민(hydroxylamine) 및 카테콜(Catechol)을 포함하는 혼합액(EKC 265 polymer, DuPont), 아세톤, N-메틸피롤리돈(1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 EKC 265 polymer를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 램프를 포함한다. 상기 램프는 초소형 LED 전극어셈블리를 수용 또는 지지하기 위한 지지체를 더 포함할 수 있다. 상기 지지체는 통상적으로 LED 램프에 사용되는 지지체의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 유기수지, 세라믹, 금속 및 무기수지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 소재일 수 있고 상기 소재는 투명하거나 불투명할 수 있다. 또한, 상기 지지체의 형상은 컵 형상이거나 편평한 판형일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 목적에 따라 지지체의 형상을 달리 설계할 수 있어 본 발명은 지지체 형상을 특별히 한정하지 않는다. 상기 지지체가 컵의 형상일 경우 내부 부피는 초소형 LED소자가 배열된 전극 사이즈 및 밀도에 비례하여 다양하게 변화 시킬 수 있다. 또한, 상기 지지체의 두께에 따라서도 지지체 내부 부피는 변할 수 있다. 상기 지지체의 두께는 지지체의 모든 지점에서 동일하거나 또는 일부 지점에서 상이할 수도 있다. 상기 지지체의 두께는 목적에 따라 달리 설계될 수 있는바 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 램프는 지지체 내부에 구비되며 초소형 LED 소자로부터 조사된 광에 여기되는 형광체를 더 포함할 수 있다. 일예로, 상기 초소형 LED소자가 UV 초소형 LED소자인 경우 UV에 의해 여기되는 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나인 형광체가 바람직할 수 있고, 이때, 선택된 어느 한 색상을 발광하는 단색 LED 램프일 수 있다. 또한, 바람직하게는 UV에 의해 여기되는 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 청색/황색, 청색/녹색/적색 및 청색/녹색/호박색/적색 중 어느 한 종류의 혼합 형광체 일 수 있고 이 경우 형광체에 의해 백색광이 조사될 수 있다. 구체적인 형광체는 선택되는 초소형 LED 소자가 발광하는 광색을 고려하여 공지된 형광체를 선택하여 사용할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
구체적으로 수광형 디스플레이는 백라이트 유닛, 상기 백라이트 유닛 상부에 위치하는 표시패널 및 상기 백라이트 유닛 및 표시패널을 지지 및 수납하는 지지부재를 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛은 표시패널로 광을 공급할 수 있는 적어도 1개의 초소형 LED 전극어셈블리 및 상기 초소형 LED 전극어셈블리의 하부에 배치되고, 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재를 더 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에는 초소형 LED 전극어셈블리에서 출사되는 광을 특정 일방향의 선형편광만 투과(또는 다른 방향의 선형편광은 반사)하는 광학시트를 더 구비할 수 있다. 상기 백라이트 유닛 및 수광형 디스플레이의 각 구성은 디스플레이 분야의 공지된 구성을 채용할 수 있어서 본 발명은 이에 대해 구체적 설명을 생략한다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 컬러-바이-블루(color-by-blue) LED 디스플레이에 응용될 수 있다.
적어도 1개의 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 서브픽셀 또는 단위픽셀을 형성할 수 있다. 상기 초소형 LED 전극어셈블리에 구비되는 초소형 LED 소자가 단색의 LED 소자, 일예로 청색의 LED 소자일 경우 상기 LED 디스플레이는 초소형 LED 전극어셈블리가 구비되는 서브픽셀 또는 단위픽셀의 상부에 형성되는 적색, 녹색의 색변환층을 더 구비할 수 있고, 이를 통해 컬러-바이-블루 LED 디스플레이를 구현할 수 있다. 상기 컬러-바이-블루 LED 디스플레이에 대한 기타 구성 등은 공지된 LED 디스플레이의 구성을 채용할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 풀-컬러 LED 디스플레이에 응용될 수 있다.
적어도 1개의 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 서브픽셀 또는 단위픽셀을 형성할 수 있다. 일예로 상기 서브픽셀 당 적색, 녹색 및 청색을 발광하여 백색광을 구현하는 단위픽셀을 구성하도록 청색 LED 초소형 소자, 적색 LED 초소형소자, 녹색 LED 초소형 소자 중 어느 1색의 초소형 LED 소자를 구비하는 초소형 LED 전극어셈블리를 해당 색상을 나타내도록 정의된 서브픽셀에 배치시킬 수 있고, 이를 통해 풀-컬러 LED 디스플레이를 구현할 수 있다. 상기 풀-컬러 LED 디스플레이에 대한 기타 구성 등은 공지된 LED 디스플레이의 구성을 채용할 수 있음에 따라서 본 발명은 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
(실시예 1)
석영(Quartz) 소재의 두께 500 ㎛ 기판 상에 제 1 실장전극 및 제 2 실장전극을 포함하는 실장전극을 형성하였다. 이 때, 상기 실장전극의 폭은 3 ㎛, 두께는 0.2 ㎛, 재질은 타이타늄/골드이고, 상기 제 1 실장전극과 인접한 제 2 실장전극 사이의 간격은 2.7 ㎛이다.
상기 실장전극 상에 플라즈마화학기상증착방법으로 질화규소 절연막을 형성하였다. 상기 절연막의 두께는 실장전극 상부면을 기준으로 200 nm이었다.
이후 하기 표 1과 같은 스펙을 가지는 초소형 LED 소자들을 아세톤 100 중량부에 대해 1.0 중량부로 혼합하여 초소형 LED 소자들을 포함하는 용액을 제조하였다.
| 구분 | 재질 | 높이(㎛) | 직경(㎛) |
| 도전성 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.5 |
| 제 1 도전성 반도체층 | n-GaN | 2.67 | 0.5 |
| 활성층 | InGaN | 0.1 | 0.5 |
| 제 2 도전성 반도체층 | p-GaN | 0.2 | 0.5 |
| 초소형 LED 소자 | - | 3.0 | 0.5 |
상기 제조된 용액을 실장전극이 형성된 기판 상에 떨어뜨리고, 상기 실장전극에 전압 100 Vpp, 주파수 950 kHz인 전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 소자들을 정렬하였다.절연막이 형성된 실장전극 상에 정렬된 초소형 LED 소자들 각각의 일단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제 1 구동전극 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제 2 구동전극을 포함하는 구동전극을 형성하였다. 이 때, 상기 구동전극의 폭은 3 ㎛, 두께는 0.2 ㎛, 재질은 타이타늄/골드이고, 상기 제 1 구동전극과 인접한 제 2 구동전극 사이의 간격은 2.7 ㎛이다.
(실시예 2)
실시예1과 동일하게 실시하되, 실장전극에 전압 60 Vpp, 주파수 950 kHz인 전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 소자들을 정렬하였다.
(실시예 3)
실시예1과 동일하게 실시하되, 실장전극 상부면을 기준으로 1000nm의 두께를 갖는 절연막을 형성하였다.
(비교예1)
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 절연막을 형성시키지 않고 실장전극에 전원을 인가하여 초소형 LED 소자들을 정렬하였으며, 구동전극을 형성시키지 않고 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였다.
(비교예2)
실시예 2과 동일하게 실시하여 제조하되, 절연막을 형성시키지 않고 실장전극에 전원을 인가하여 초소형 LED 소자들을 정렬하였으며, 구동전극을 형성시키지 않고 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였다.
(실험예1)
실시예 및 비교예에서 제조된 초소형 LED 전극 어셈블리에 대하여 초소형 LED 소자의 발광 개수를 광학현미경을 통해 관찰하여 그 수를 카운팅하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 절연막 두께(nm) |
전압(VPP) | 주파수(kHz) | 초소형 LED 소자 발광 개수 |
광량(%) | |
| 실시예1 | 200 | 100 | 950 | 41565 | 41565/41565=100 |
| 실시예2 | 200 | 60 | 950 | 28156 | 28156/41565=68 |
| 실시예3 | 1000 | 100 | 950 | 31850 | 31850/41565=77 |
| 비교예1 | - | 100 | 950 | 5587 | 5587/41565=13 |
| 비교예2 | - | 60 | 950 | 5174 | 5174/41565=12 |
상기 표2에서 "발광 개수"는 초소형 LED 전극 어셈블리에 전원을 인가하였을 때, 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수를 의미하며, "광량(%)"은 청색 발광하는 초소형 LED 소자 개수에 대하여, 실시예1을 100으로 하였을 때 상대적인 비율을 나타낸 것이다.
먼저, 비교예1과 비교예2를 비교하면, 도 10에 나타낸 바와 같이 60Vpp의 전원을 인가한 비교예2는 전극 손상이 발생하지 않았으나, 도 9를 참조하면 100Vpp의 전원을 인가한 비교예1는 전극 손상이 발생하였다. 또한, 비교예1과 비교예2의 광량은 큰 차이가 없었고, 이를 통해 절연막을 구비하지 않은 초소형 LED 전극 어셈블리는 정렬 전압을 증가하여도 실제 발광하는 소자의 개수를 크게 늘릴 수 없음을 알 수 있다.
다음으로, 실시예1과 비교예1을 비교하면, 도 6에 나타낸 바와 같이 절연막을 구비한 실시예1은 100Vpp의 전원을 인가하여도 전극의 손상이 발생하지 않았으며, 절연막을 구비하지 않은 비교예1보다 발광 개수가 현저히 높은 것을 알 수 있다.
다음으로, 실시예1과 실시예2는 동일한 두께의 절연막을 구비하였으며, 도6 및 도7에서 보여지는 바와 같이 전극의 손상이 발생하지 않았다. 또한, 상대적으로 높은 전압을 인가한 실시예1이 실시예2보다 발광 개수가 더 높게 관찰되었다.
다음으로, 실시예1과 실시예3은 동일한 전압의 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 정렬시켰으며, 도6 및 도8에서 보여지는 바와 같이 전극 손상이 발생하지 않았다. 또한, 상대적으로 두꺼운 절연막을 구비한 실시예3이 실시예1보다 발광 개수가 더 낮게 관찰되었으며, 이는 절연막의 두께가 두꺼워질수록, 초소형 LED 소자를 정렬시키는 자기장의 영향이 감소하였기 때문이라고 판단된다. 도 8에 나타낸 바와 같이 실시예3에 실장된 초소형 LED 소자들 중 일부 소자들은 제1실장전극 및 제2실장전극 중 어느 하나의 상부에만 위치되고 있음을 알 수 있다. 이처럼 초소형 LED 소자의 양끝단부가 제1실장전극 및 제2실장전극의 상부에 각각 위치하지 못할 경우, 구동 전극을 형성하여도 초소형 LED 소자가 발광하지 않을 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 초소형 LED 전극 어셈블리
110, 210, 310, 410: 기판
121, 221, 321, 421: 제1실장전극
122, 222, 322, 422: 제2실장전극
130, 230, 430: 절연막
140, 240, 340, 440: 초소형 LED 소자
141: 제1도전성 반도체층
142: 제2도전성 반도체층
143: 활성층
144, 145: 도전성 전극층
151, 351, 451: 제 1 구동전극
152, 352, 452: 제 2 구동전극
151a: 제 1 구동전극의 제1부분
152a: 제 2 구동전극의 제1부분
151b: 제 1 구동전극의 제2부분
152b: 제 2 구동전극의 제2부분
270: 초소형 LED 소자를 포함하는 용액
350, 450, 453: 구동전극층
353: 제3구동전극층
360, 460, 461, 462, 463: 광 레지스트 층
361: 리프트오프 층
370, 470: 마스크
110, 210, 310, 410: 기판
121, 221, 321, 421: 제1실장전극
122, 222, 322, 422: 제2실장전극
130, 230, 430: 절연막
140, 240, 340, 440: 초소형 LED 소자
141: 제1도전성 반도체층
142: 제2도전성 반도체층
143: 활성층
144, 145: 도전성 전극층
151, 351, 451: 제 1 구동전극
152, 352, 452: 제 2 구동전극
151a: 제 1 구동전극의 제1부분
152a: 제 2 구동전극의 제1부분
151b: 제 1 구동전극의 제2부분
152b: 제 2 구동전극의 제2부분
270: 초소형 LED 소자를 포함하는 용액
350, 450, 453: 구동전극층
353: 제3구동전극층
360, 460, 461, 462, 463: 광 레지스트 층
361: 리프트오프 층
370, 470: 마스크
Claims (12)
- 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 이격된 제1 실장전극 및 제2 실장전극;
상기 제1 실장전극 및 제2 실장전극 상에 형성된 절연막;
상기 제1 실장전극 상부에 일단부가 위치하고, 상기 제2 실장전극 상부에 타단부가 위치하도록 정렬된 적어도 하나의 LED 소자; 및
상기 LED 소자 각각의 일단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제1 구동전극 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제2 구동전극을 포함하고,
상기 제1 구동전극 및 상기 제2 구동전극은,
상기 LED 소자와 접촉하지 않되 상기 절연막과 접촉하고, 상기 제1 방향으로 연장된 제1 부분; 및
상기 제1 부분에 연결되고 상기 LED 소자의 양 단부 및 외부면 중 적어도 일부와 접촉하는 제2부분을 포함하며,
상기 LED 소자는 외면 중 일부는 상기 절연막과 접촉하고 다른 일부는 상기 절연막과 접촉하지 않는 LED 전극 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연막은 1 nm 내지 100 ㎛의 두께를 갖는 LED 전극 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
상기 LED 소자의 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 내지 100인 LED 전극 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
상기 LED 소자는 길이가 100nm 내지 10㎛인 LED 전극 어셈블리. - 삭제
- 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 이격된 제1 실장전극 및 제2 실장전극, 및 상기 제1 실장전극과 상기 제2 실장전극 상에 절연막을 형성하는 단계;
상기 절연막이 형성된 제1 실장전극 및 상기 제2 실장전극 상에 적어도 하나의 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하고, 상기 제1 실장전극과 상기 제2 실장전극에 전원을 인가하여 상기 LED 소자가 상기 제1 실장전극 상부에 일단부가 위치하고, 제2 실장전극 상부에 타단부가 위치하도록 정렬하는 단계; 및
상기 LED 소자 각각의 일단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제1 구동전극 및 타단부의 적어도 일부분과 접촉하는 제2 구동전극을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 구동전극 및 상기 제2 구동전극은,
상기 LED 소자와 접촉하지 않되 상기 절연막과 접촉하고, 상기 제1 방향으로 연장된 제1 부분; 및
상기 제1 부분에 연결되고 상기 LED 소자의 양 단부 및 외부면 중 적어도 일부와 접촉하는 제2 부분을 포함하며,
상기 LED 소자는 외면 중 일부는 상기 절연막과 접촉하고 다른 일부는 상기 절연막과 접촉하지 않는 LED 전극 어셈블리 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 LED 소자를 정렬하는 단계에서 인가된 전원은 전압이 0.1 내지 2000 V인 LED 전극 어셈블리 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 전원의 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz인 LED 전극 어셈블리 제조 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 LED 전극 어셈블리;를 포함하는 백라이트 유닛.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 LED 전극 어셈블리;를 포함하는 램프.
- 제1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 LED 전극 어셈블리를 포함하는 풀-컬러 LED 디스플레이.
- 청색광을 발광하는 제1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 LED 전극 어셈블리; 및
색변환층;을 포함하는 컬러-바이-블루(Color-by-blue) LED 디스플레이.
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| KR1020180033268A KR102053217B1 (ko) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 초소형 led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 |
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| KR101672781B1 (ko) | 2014-11-18 | 2016-11-07 | 피에스아이 주식회사 | 수평배열 어셈블리용 초소형 led 소자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수평배열 어셈블리 |
-
2018
- 2018-03-22 KR KR1020180033268A patent/KR102053217B1/ko active IP Right Grant
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