KR102484661B1 - 시트 조명 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시트 조명 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 안착전극이 형성된 타겟기판에 별도의 반도체 공정으로 형성된 마이크로 크기의 수직형 발광 다이오드를 부착시키는 방식으로 제조되는 시트 조명 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 시트 조명은 3차원 면광원으로 사용할 수 있으며, 구동전압이 낮아 감전 위험이 적고, 무게가 가벼워 별도의 복잡한 설치 구조가 필요없는 조명을 제공할 수 있게 되었다.
본 발명은 안착전극이 형성된 타겟기판에 별도의 반도체 공정으로 형성된 마이크로 크기의 수직형 발광 다이오드를 부착시키는 방식으로 제조되는 시트 조명 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 시트 조명은 3차원 면광원으로 사용할 수 있으며, 구동전압이 낮아 감전 위험이 적고, 무게가 가벼워 별도의 복잡한 설치 구조가 필요없는 조명을 제공할 수 있게 되었다.
Description
본 발명은 시트 조명 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 사이즈의 수직형 발광다이오드(VLED; Vertical Light Emitting Diode)를 이용한 시트 조명 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적 신호를 빛으로 변환시키는 화합물 반도체 발광소자 즉, LED(Light Emitting Diode) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)와 같은 발광소자들은 조명, 광통신, 다중통신 등의 응용분야에서 많이 연구되고 실용화되어가고 있는 추세이다.
일반적으로 발광소자들은 기판 위에 수직 구조로 성장되거나 증착된다. 특히 절연체 사파이어 기판을 사용하고 그 위에 반도체 발광층으로서 각각 다른 영역의 반도체층과 활성영역인 활성층이 증착된 구조의 발광소자는 소자 상부에 모든 전극을 형성하여 플립칩이나 와이어본딩 방식으로 결합하거나 본딩금속층으로 전도성 웨이퍼 기판과 결합한 수직형 발광다이오드를 구성한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 단면도는 종래 수직형 발광다이오드의 제조방법을 단계별로 도시한 것이다. 먼저, 도 1에서 사파이어 기판(100)상에 버퍼층(103), 질화갈륨(GaN)계 반도체로 된 n형 반도체층(105), 활성층(107), 및 질화갈륨(GaN)계 반도체로 된 p형 반도체층(109)을 순차적으로 형성한다. 이후 발광 구조물이 개별 소자영역을 갖도록 에칭을 통하여 트렌치부(115)를 형성하고, p형 반도체층(109)상에 p형 전극(111) 및 반사막을 형성한다(도 2). 도 2에서 발광 구조물의 측면에 SiO2, Si3N4 와 같은 절연체 물질을 이용하여 보호박막층(113)을 형성한다. 보호박막층(113)의 경우 상기 발광 구조물의 측면으로의 전류 흐름을 차단하여 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 실리콘카바이드(SiC) 등과 같은 도전성 기판(120)을 p형 전극(111) 및 반사막(109) 상에 접합 또는 증착한다(도 3). 이후 레이저를 이용하여 사파이어 기판(100)을 제거한 뒤(lift off) 제거된 사파이어 기판면의 n형 반도체층(105) 표면이 드러나도록 에칭을 실시한다(도 4). 다음으로 n형 반도체층(105) 상에 n형 전극(미 도시)을 형성하고 개별된 칩으로 분리하면 도 5와 같은 다수의 수직형 발광 다이오드(150)가 동시에 얻어지게 된다.
지금까지 설명은 n형 전극이 상부에 형성되는 일명 n탑(n top) 발광 다이오드를 형성하는 과정에 대해 설명하였으며, 이와 대비되는 p탑 발광 다이오드도 유사한 공정으로 쉽게 형성할 수 있음은 물론이다.
도 6은 종래 수직형 발광 다이오드를 이용하는 엘이디 발광 소자의 단면도이다. 엘이디 발광소자(190)는 캐버티(159)가 형성되는 기판(157)을 구비하고, 캐버티(159) 바닥면에 p형 연결전극(151)과 n형 연결전극(153)을 형성하고, 수직형 발광 다이오드(150)의 도전성 기판(120)과 p형 연결전극(151)이 맞닿도록 본딩하고, n형전극은 본딩 와이어(161)를 이용하여 n형 연결전극(153)과 본딩하고, 캐버티(159)는 통상 투명 수지(155)로 채우면 엘이디 발광 소자(190)가 구성된다.
이렇게 구성된 엘이디 발광 소자(190)는 가스를 이용하여 발광되는 종래 형광등을 포함한 가스등보다 수명이 길고 발광 효율이 뛰어나 점점 가스등을 대체하고 있다. 하지만 이러한 엘이디 발광 소자(190)는 딱딱한 기판상에 실장되고 상당한 두께를 가지므로 입체적인 형상이나 다양한 형상으로 사용하기에는 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 한계를 해결하고자 하는 것으로서, 수 ~ 수백 마이크로 크기의 수직형 발광 다이오드를 이용하는 시트 조명 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 전기적으로 상호 이격되도록 구비되는 복수 개 안착전극 및 이웃하는 상기 안착전극 사이를 전기적으로 연결하는 복수 개 수평전극을 구비하는 타겟기판과, 안착전극에 부착되며, 타겟기판의 제조와 분리된 공정에 의해 제조되며, p형 전극부터 n형 전극 사이의 높이가 수백 마이크로미터 이하인 적어도 하나의 마이크로 수직형 발광 다이오드와, 수직형 발광 다이오드의 p형 전극과 n형 전극 중에서 상부에 위치하는 전극과 접촉되는 제1투명전극층 및 연결전극과 상기 제1투명전극층 사이에 적층되는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 조명에 의해 달성 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기적으로 상호 이격되도록 구비되는 복수 개 안착전극 및 이웃하는 상기 안착전극 사이를 전기적으로 연결하는 복수 개 수평전극을 구비하는 타겟기판을 준비하는 제1단계와, p형 전극부터 n형 전극 사이의 높이가 수백 마이크로미터 이하인 마이크로 수직형 발광 다이오드를 제조하는 제2단계와, 제2단계에서 제조된 마이크로 수직형 발광 다이오드를 각각의 안착전극에 적어도 하나씩 안착시키는 제3단계와, 수평연결전극, 안착전극 및 마이크로 수직형 발광 다이오드를 덮는 제1절연층을 형성하고, 마이크로 수직형 발광 다이오드를 구성하는 p형 전극 또는 n형 전극 중에서 상부에 위치하는 전극이 노출되도록 제1절연층을 성형하는 제4단계와, 제1절연층 상부에 증착되는 제1투명도전층을 형성하는 제5단계를 포함하고, 상기 제1단계와 상기 제2단계는 순서와 무관하게 수행되는 것을 특징으로 하는 시트 조명 제조 방법에 의해 달성 가능하다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기적으로 상호 이격되도록 구비되는 복수 개 안착전극 및 이웃하는 상기 안착전극 사이를 전기적으로 연결하는 복수 개 수평전극을 구비하는 타겟기판을 준비하는 제a단계와, 연결전극 상부에 제1절연층을 형성하는 제b단계와, p형 전극부터 n형 전극 사이의 높이가 수백 마이크로미터 이하인 마이크로 수직형 발광 다이오드를 제조하는 제c단계와, 제c단계에서 제조된 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드를 상기 각각의 안착전극에 적어도 하나씩 안착시키는 제d단계와, 제1절연층 및 마이크로 수직형 발광 다이오드를 상부에 제1투명도전층을 형성하는 제e단계를 포함하고, 제c단계는 제c단계 이전 단계의 어느 단계와 순서에 무관하게 수행되는 것을 특징으로 하는 시트 조명 제조 방법에 의해 달성 가능하다.
본 발명에 따라 제작되는 시트 조명은 전체 두께가 25㎛ 이상이며 수㎜이하로 구성할 수 있으며 플렉서블 기판 위에 형성할 수 있으므로 3차원 조명 제작이 가능하고, 다양한 형상으로 절단하여 사용할 수 있게 되었다. 따라서 조명 디자인의 입장에서는 설계가 자유로워 다양한 형상의 입체 조명을 제작할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 시트 조명은 퀀텀닷 시트 또는 형광체 시트를 사용하지 않을 경우에는 종래 도광판을 사용하는 엘이디 조명, OLED 조명과 대비하면 1㎜ 이하의 베젤을 갖도록 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 시트 조명은 수평연결전극이나 안착전극을 제외한 나머지 구성을 투명 재질로 형성할 수 있고, 수평연결전극이나 안착전극이 조명의 전체 부분 중에서 차지하는 면적이 작으므로 투과 조명으로 형성할 수 있다. 또한 안착전극에 구비되는 수직형 발광 다이오드를 p탑 및 n탑을 모두 안착시켜 사용할 경우에는 양면 조명으로도 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 시트 조명은 종래 조명과 비교할 때 단위 면적당 무게가 작아서 별도의 복잡한 구조물 없이도 천정 등에 쉽게 설치할 수 있는 이점이 있다. 타겟기판으로 PI(PolyImid) 기판을 사용할 경우 PI 기판 대비 대략 20% 정도의 단위면적당 무게만 증가하도록 전체 조명을 구성할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 시트 조명은 종래 알려진 수직형 발광 다이오드를 이용하여 간단한 구조로 구성함으로써 제작 단가를 저렴하게 유지할 수 있으므로 시트 조명으로 보편적으로 사용할 수 있도록 대중화에 기여할 수 있게 되었다. 마지막으로 본 발명에 따른 시트 조명은 저전압으로 구동되는 마이크로 발광 다이오드를 사용하므로 전체 구동 전압을 낮게 유지할 수 있으므로 구동에 인한 감전 등으로부터 자유로운 조명을 제작할 수 있게 되었다.
도 1 내지 도 5는 종래 수직형 발광다이오드의 제조 공정도.
도 6은 종래 수직형 발광 다이오드를 이용하는 엘이디 발광 소자의 단면도.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 일 실시예의 수직형 발광 다이오드의 제조 공정 및 이송기판으로 이송하는 과정을 설명하는 공정도.
도 11은 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명을 평면 방향에서 바라본 일부 투시도 및 본 발명에 따른 일 실시예의 수직형 발광 다이오드 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도.
도 15 내지 도 19는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명의 제작 공정 단면도.
도 20은 이송기판 상면에서 레이저가 조사되는 과정을 설명하는 본 발명의 제작 공정도.
도 21는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 시트 조명의 단면도.
도 22는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 시트 조명의 단면도.
도 23 내지 도 25는 도 21에 제시된 시트 조명의 제조 공정도.
도 26은 도 11에서 B 부분을 확대 도시하고, 패턴 형성된 대향 전극을 추가적으로 나타낸 일부 투시도.
도 27은 도 11에서 B 부분을 확대 도시하고, 패턴 형성된 대향 전극을 추가적으로 나타낸 일부 투시도.
도 28은 수직형 발광 다이오드의 p형 전극의 다양한 형상도.
도 29는 광변환층을 퀀텀닷으로 적층 구현하는 경우 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명을 구성하는 타겟기판을 포함한 하부기판의 단면도.
도 30은 투명 보호필름을 포함한 상부기판의 단면도.
도 31은 도 29에 제시된 상부기판과 도 30에 제시된 상부기판이 합착된 상태의 전체 단면도.
도 32는 도 30에서 제시된 상부기판에서 제2봉지층(315)을 생략한 단면도.
도 33은 도 29에 제시된 하부기판에 도 32에 제시된 상부기판을 투명 접착제 또는 투명 점착제를 이용하여 합착한 상태의 시트 조명의 단면도.
도 6은 종래 수직형 발광 다이오드를 이용하는 엘이디 발광 소자의 단면도.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 일 실시예의 수직형 발광 다이오드의 제조 공정 및 이송기판으로 이송하는 과정을 설명하는 공정도.
도 11은 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명을 평면 방향에서 바라본 일부 투시도 및 본 발명에 따른 일 실시예의 수직형 발광 다이오드 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도.
도 15 내지 도 19는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명의 제작 공정 단면도.
도 20은 이송기판 상면에서 레이저가 조사되는 과정을 설명하는 본 발명의 제작 공정도.
도 21는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 시트 조명의 단면도.
도 22는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 시트 조명의 단면도.
도 23 내지 도 25는 도 21에 제시된 시트 조명의 제조 공정도.
도 26은 도 11에서 B 부분을 확대 도시하고, 패턴 형성된 대향 전극을 추가적으로 나타낸 일부 투시도.
도 27은 도 11에서 B 부분을 확대 도시하고, 패턴 형성된 대향 전극을 추가적으로 나타낸 일부 투시도.
도 28은 수직형 발광 다이오드의 p형 전극의 다양한 형상도.
도 29는 광변환층을 퀀텀닷으로 적층 구현하는 경우 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명을 구성하는 타겟기판을 포함한 하부기판의 단면도.
도 30은 투명 보호필름을 포함한 상부기판의 단면도.
도 31은 도 29에 제시된 상부기판과 도 30에 제시된 상부기판이 합착된 상태의 전체 단면도.
도 32는 도 30에서 제시된 상부기판에서 제2봉지층(315)을 생략한 단면도.
도 33은 도 29에 제시된 하부기판에 도 32에 제시된 상부기판을 투명 접착제 또는 투명 점착제를 이용하여 합착한 상태의 시트 조명의 단면도.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
먼저 수직형 발광 다이오드 형성공정에 대해 설명하기로 한다. 일부 공정이 종래 수직형 발광 다이오드의 제조 공정과 유사하다. 도 1에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(100)상에 버퍼층(103), 질화갈륨(GaN)계 반도체로 된 n형 반도체층(105), 활성층(107), 및 질화갈륨(GaN)계 반도체로 된 p형 반도체층(109)을 순차적으로 형성한다. 이후 발광 구조물이 개별 소자영역을 갖도록 에칭을 통하여 트렌치부(115)를 형성하고, p형 반도체층(109)상에 p형 전극(111)을 형성한다(도 2와 유사). 본 발명에 따른 수직형 발광 다이오드는 p형 전극(111)을 도전성 투명 전극을 사용하여 형성하며, 반사막을 형성하지 않는 점에서 종래 수직형 발광 다이오드와 구조상 차이가 있다. 본 발명에 따른 수직형 발광 다이오드는 도 2에 도시된 바와 같이 발광 구조물의 측면에 SiO2, Si3N4 와 같은 절연체 물질을 이용하여 보호박막층(113)을 형성한다. 이러한 보호박막층(113)은 본 발명의 수직형 발광 다이오드에는 반드시 구비될 필요가 없으므로 생략할 수도 있다.
일면에 분리층(210)을 도포한 이송기판(200)을 준비하고, 도 7에 도시된 바와 같이 사파이어 기판(100) 상에 성장된 수직형 다이오드 상부에 분리층(210)을 접촉시킨다(도 7). 분리층(210)은 접착물질 또는 점착물질로 구성되며, 레이저가 조사될 경우 레이저를 흡수하여 팽창하면서 박리성을 가지는 유기 물질로 형성하였다. 분리층(210)을 형성하는 대표적인 물질로는 포토레지스터 형성 물질 및 폴리이미드 등이 있다.
종래와 동일한 방식으로 엑시머 레이저를 조사하여 사파이어 기판(100)을 리프트오프(laser lift off)시킨다(도 8). 이후, 수직형 발광 다이오드와 접촉하지 않는 분리층(210)을 제거한다(도 9). 이러한 분리층(210)의 일부 제거는 O2 플라즈마를 사용하거나 습식 에칭(wet etching) 또는 RIE(Reactive Ion Etcher)공정 등을 이용하여 수행할 수 있다.
사파이어 기판(100)이 리프트오프되고 노출되는 n형 반도체층(105)상에는 n형 전극(117)을 패턴 형성한다. 이때 n형 전극(117)은 투명한 시트 조명 또는 양방향 발광 시트 조명으로 제작할 필요가 없을 경우에는 반사층을 함께 형성하여도 무방하다. 도 9에서 불필요한 분리층(210)을 제거하는 공정은 후술하는 도 10의 공정에서 n형 전극(117)과 완충전극을 성형하는 공정과 함께 수행될 수도 있다.
도 11은 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명을 평면 방향에서 바라본 일부 투시도 및 본 발명에 따른 일 실시예의 수직형 발광 다이오드 단면도이다. 도 11(a)는 시트 조명을 도시한 것이며, 도 11(b)는 시트 조명에 실장되는 본 발명의 수직형 발광 다이오드(160)의 단면을 도시한 것이다. 실질적으로 시트 조명을 평면에서 바라보면 내부 전극이나 본 발명의 수직형 발광 다이오드가 보이지 않는 경우가 있으나 도 11에서는 설명의 편의상 도시하였다.
본 발명에 따른 시트 조명(300)은 균일한 간격을 가지며 반복적인 패턴으로 구성되는 안착전극(310)과, 안착전극(310)을 서로 전기적으로 연결하는 배선으로 기능하는 수평연결전극(350)으로 구성된다. 각각의 안착전극(310) 상에는 본 발명의 수직형 발광 다이오드(160)가 적어도 한 개 이상 구비되는 것을 특징으로 한다. 도 11(a)에서는 개별적인 안착전극(310)에 한 개에서부터 세 개까지 본 발명 수직형 발광 다이오드(160)가 구비되어 있음을 알 수 있다.
완성된 시트 조명의 전체 높이(두께)는 제1절연층, 제1투명전극층 및 제2투명전극층 등의 두께를 조절하여 다양한 높이로 제작 가능하며 대략 25㎛ 이상이며 수㎜이하로 형성할 수 있다.
도 11(b)에는 본 발명의 수직형 발광 다이오드(160)의 단면도가 도시되어 있다. n형 전극(117) 상에 n형 반도체층(105), 활성층(107), p형 반도체층(109) 및 p형 전극(111)이 구비된다. 선택적으로 수평방향의 전류 흐름을 최소화하기 위해 보호박막층(113)을 더 형성될 수도 있다. 본 발명의 수직형 발광 다이오드(160)는 수~수백 마이크로의 높이를 갖는 마이크로 엘이디를 사용하였으며, 이러한 높이를 갖는 수직형 발광 다이오드를 이용하여 시트 조명을 형성할 수 있게 되었다.
본 발명의 시트 조명은 다음과 같은 기하학적 특성을 가지며 이러한 특성은 종래 기술에서는 제시되지 않은 것이다.
기하학적 특성 1:
안착전극의 직경은 수직형 발광 다이오드(160)의 다이(n형 전극)의 직경보다 크게 형성하여야 한다. 여기서 수직형 발광 다이오드(160)의 다이직경이란 수직형 발광 다이오드(160)가 안착전극(310)에 정상적으로 안착되었을 때 차지하는 면적의 가장 큰 직경을 의미한다. 본 발명은 하나의 안착전극에 적어도 한 개 이상의 수직형 발광 다이오드(160)가 실장되어야 한다. 보다 바람직하게는 하나의 안착전극에는 적어도 두 개 이상의 수직형 발광 다이오드(160)를 실장하는 것이 좋다. 그 이유는 하나의 수직형 발광 다이오드(160)가 고장이 나서 동작을 하지 않더라도 나머지 남아있는 수직형 발광 다이오드(160)가 발광되도록 하기 위함이다.
기하학적 특성 2:
수평연결전극의 폭은 수직형 발광 다이오드의 다이 직경보다 작아야 한다. 수직형 발광 다이오드(160)가 수평연결전극(350) 상에 안착될 경우 발광되지 않도록 하기 위한 구성이다.
기하학적 특성 3:
이웃하는 안착전극 중심 사이의 이격 거리는 제2도전층의 상단부터 안착전극에 정상적으로 안착된 수직형 발광 다이오드의 상면까지의 수직 거리보다 크게 형성하여야 한다. 이는 면광원 구성하는 기본적인 구조에 관한 한정이다. 이웃하는 안착전극의 중심과 중심 사이의 이격 거리는 도 11에서 'P'로 표시하였다. 제2도전층의 상단부터 안착전극에 정상적으로 안착된 수직형 발광 다이오드의 상면까지의 수직 거리는 도 12에서 'v'로 나타내었다.
도 12는 도 11의 A-A' 방향의 단면도이다. 타켓기판(301)상에 안착전극(310)과 수평연결전극(350)이 형성되고, 안착전극(310) 상부에 본 발명 수직형 발광 다이오드(160)가 p형 전극(111)만이 노출되도록 제1절연층(302)에 둘러쌓인 채로 구비된다. 제1절연층(302) 상부에는 제1투명전극층(303), 제2투명전극층(305)이 순서대로 적층된다.
제1투명전극층(303)은 투명이면서 점착 또는 접착 성능을 갖는 폴리머 물질과 도전성 재료가 혼합된 물질로 형성된다. 도전성 재료의 예로는 도전성 나노 파티클, 나노 와이어, 나노 메탈 와이어, 도전성 유기재료, 카본 나노 튜브, 카본 블랙, 그래핀, 메탈 그리드 와이어 등을 들 수 있다. 도전성을 가지며 폴리머에 혼합되어 점착 또는 접착성의 특성을 가지는 물질이면 제1투명전극층(303)을 형성할 수 있다. 제1투명전극층(303)은 적절한 증착공정을 이용하여 원하는 두께 d1으로 형성될 수 있다. 제1투명전극층(303)의 두께 d1에 대한 대표적인 범위는 수 ㎛ ~ 수 ㎜ 일 수 있다.
유사한 물질과 공법으로 제2투명전극층(305)도 원하는 두께 d2로 형성될 수 있다. 제2투명전극층(305)의 두께 d2에 대한 대표적인 범위는 수 ㎛ ~ 수 ㎜ 일 수 있다. 제1투명전극층(303) 및 제2투명전극층(305)은, ITO 또는 기타 투명 도전막으로 이루어질 수 있다. 후술하는 바와 같이 본 발명의 시트 조명은 제1투명전극층(303)과 제2투명전극층(305)을 모두 구비할 필요는 없으며, 하나의 투명전극층만으로 형성하여도 무방한다. 제1투명전극층(303) 및 제2투명전극층(305)을 위한 기타 적절한 증착공정은, 화학 기상증착(CVD), 플라즈마강화 화학 기상증착(PECVD), 물리 기상증착(PVD), 증착(evaporation), 및 플라즈마 스프레이(plasma spray)를 포함한다.
제2투명전극층(305)의 상부에는 광변환층(307)이 형성된다. 안착전극(310)에 한가지 단색광을 조사하는 마이크로 수직형 발광 다이오드(160)를 접합시키면, 시트 조명은 한가지 단색광만이 조사된다. 이러한 구성일 경우, 화이트 색상 또는 기타 다른 색상을 구현하기 위해 광변환층(307)을 구비할 수 있다. 광변환층(307)은 하부에서 입사되는 단색광을 다른 단색광 또는 다색광으로 변환하여 출력하는 층으로서, 퀀텀닷(Quantum Dot), 형광체 또는 컬러필터 등으로 구현할 수 있다. 광변환층(307) 상부에는 확산시트(309)가 구비될 수 있다. 확산시트(309)로는 창호지를 사용하여도 좋다.
타겟기판(301)은 유리, 금속호일, 직물, 유연한(Flexible) 합성수지 기판, PCB(Printed Circuit Board) 또는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 등으로 구현할 수 있다. 타켓기판(301)으로 PCB 또는 FPCB를 사용할 경우, 안착전극(310)과 수평연결전극(350)은 패턴 인쇄할 수 있으므로 별도 형성공정을 수행하지 않아도 된다. 다만, 제1절연층(302), 제1투명전극층(303) 및 제2투명전극층(305)을 적층하는데 고온공정이 필요할 경우에는 타겟기판(301)은 내열성 기판으로 사용하여야 하며, 내열성 기판을 형성하는 수지의 예로서 폴리이미드 등을 사용하여 구현할 수 있음은 물론이다.
도 13은 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도이다. 도 12에 제시된 시트 조명과의 차이점은 보호박막층(113)을 사용하지 않는 수직형 발광 다이오드(160)를 사용하고, 수평연결전극(350)을 두 가지 도전물질로 형성한 시트 조명의 단면도를 도시한 것이다. 도 13에서는 수직형 발광 다이오드(160) 외부를 제1절연층으로 둘러싸게 형성하여 보호박막층(113)을 제거하였다. 또한, 도 13에서는 양측에 구비되는 제1수평연결전극(350a)과, 가운데에는 이를 상호 연결하는 제2수평연결전극(350b)으로 구성된 수평연결전극(350)으로 형성한 예를 도시하였다.
도 14는 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명 단면도이다. 도 13에 제시된 시트 조명과의 차이점은 (1) 색변환층(307) 및 확산시트(309)를 제거하고, 투명한 보호필름(311)을 적층하였으며, (2) 제1투명전극층(303) 상부에 구비되었던 제2투명전극층 형성공정을 생략하였으며, (3) 수평연결전극(350)을 2층으로 형성되는 두 개의 수평연결전극으로 형성한 것이다. 도 14에 제시된 구조에서는 수평연결전극(350)을 형성함에 있어, 아래층 중앙부분이 분리되도록 형성되는 제1수평연결전극(350a)을 형성하고, 그 사이에 제2절연층(304)을 형성하고, 제2절연층(304) 상부에 제1수평연결전극(350a)를 상호 연결하는 제2수평연결전극(350b)을 형성하는 구조를 제시한 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이 제2투명금속층(305) 상부에 적층되는 필름(박막)의 구성은 필요에 따라 다양한 조합으로 구현할 수 있다. 예를 들어, 삼원색(R, G, B) 발광 다이오드를 사용하여 시트 조명을 구성할 경우에는 색변환층(307)이 필요하지 않으므로 생략할 수 있음은 물론이다. 또한, 시트 조명을 구성하는 최외각층으로는 파손방지 및 방열 기능을 갖는 보호필름을 적층할 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명에 따른 시트 조명을 제조하는 공정에 대해 설명하기로 한다. 도 15 내지 도 19는 본 발명에 따른 타겟기판을 제조하는 공정을 도시한 단면도이다. 도 8 내지 도 10에 제시된 공정에 따라 수직형 발광 다이오드(160)가 부착된 이송기판(200)을 상부에 위치시키고, 하부에는 안착전극(310)과 수평연결전극(350)을 구비하는 타겟기판(301)을 준비한다(도 15). 타겟기판(301)에 구비되는 안착전극(310)과 수평연결전극(350)은 필요에 따라 투명 또는 불투명 전극으로 형성할 수 있다. 이후 안착전극(310) 상부에 위치하는 수직형 발광 다이오드(160)에 레이저(500)를 조사한다. 레이저(500)는 수직형 발광 다이오드(160)이 부착된 이송기판(200)의 상부에서 조사되고, 분리층(210)은 레이저에서 방사되는 에너지를 흡수하여 팽창하고 이에 부착된 수직형 발광 다이오드(160)가 떨어져서 안착전극(310)상에 놓여지게 된다(도 16).
바람직하게는 조사되는 레이저(500)가 수직형 발광 다이오드(160)와 이송기판(200)의 경계에 위치하는 분리층(210)에만 조사되도록 하는 것이 바람직하나 정확하게 해당 위치를 조사하지 않고 주변에 조사되는 경우가 발생하게 된다. 도 20은 레이저 조사에서 초점이 일치하지 않는 경우를 설명하는 도면이다. (A) 도면은 이송기판(200)에 세 개의 수직형 발광 다이오드(160)가 부착되어 있고, 이송기판(200) 상부에서 레이저(200)가 조사되는 경우를 단면으로 도시한 것이며, (B) 도면은 (A) 도면을 평면상태로 도시한 것이다. (B) 도면에서 실선의 원(210a, 210b, 210c)은 각각의 수직형 발광 다이오드(160)와 이송기판(200) 사이에 개재되는 분리층(210a, 210b, 210c)을 도시한 것이며, 파선의 원(500a, 500b, 500c)은 조사되는 레이저 광원을 도시한 것이다. (a)에 도시된 바와 같이 레이저 광원(500a)이 정확하게 분리층(210a)에 포커싱될 경우에는 이에 부착된 수직형 발광 다이오드가 수직 하강하면서 n형 전극(117)이 안착전극 표면에 정상적으로 안착될 가능성이 높다. 이에 비해 (b) 또는 (c)에 도시된 바와 같이 레이저 광(500b, 500c)이 분리층(210b, 210c)에 정확하게 포커싱되지 못하고, 좌측이나 우측으로 포커싱이 어긋날 경우에는 이에 부착된 수직형 발광 다이오드는 수직 방향으로 하강하지 않고 기울어진 상태로 안착전극에 도달될 소지가 있다. 이러한 문제를 해결하려면 n형 전극(117)을 다른 소자에 비해 무겁게 형성하고 도 15의 상태에서 n형 전극(117)과 분리층(210) 사이 간격을 가능하게 좁게 유지하는 것이다.
또한, 도 10과는 달리 도 9에 도시된 바와 같이 수직형 발광 다이오드와 접촉하지 않는 분리층(210)을 제거하지 않을 경우, 해당 분리층(210)이 레이저에 의해 비산되면서 수직형 발광 다이오드가 안착되어야 하는 전극에 달라붙어 불량을 발생시키는 원인이 됨을 확인하였다. 특히 이러한 문제는 도 20의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 레이저가 정확하게 분리층에 포커싱되지 않을 경우에 주로 발생하였다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같이 수직형 발광 다이오드와 접촉되지 않고 남아있는 영역의 분리층(210)은 제거되어야 하는 것이다.
또 다른 문제점을 레이저 조사에 의해 분리층(210)이 분리되면서 수직형 발광 다이오드(160)가 안착전극(310)에 닿게 되는데 분리 속력이 빨라 수직형 발광 다이오드(160)가 안착전극(310)으로부터 튕겨나가는 문제점이 발생되었다. 이러한 문제점은 수직형 발광 다이오드(160)의 n 전극 하부에 완충 기능을 제공하는 완충전극을 형성하거나 또는 안착전극(310) 상부에 완충전극을 형성하는 것이다. 이어한 완충전극은 물리적으로 가해지는 충격을 흡수할 수 있어야 하고 전도성 재질로 구성되어야 하며, 접착성 또는 점착성은 반드시 필요하지는 않으나 접착성 또는 점착성을 갖는게 더 좋다. 완충전극을 형성하는 물질로는 저온융착전극을 형성하는 물질을 사용할 수 있다. 완충전극으로 공정합금(eutectic alloy)을 사용할 수 있는데, 공정합금은 2종 또는 그 이상의 대단히 미세한 순금속, 고용체, 금속간 화합물의 결정 혼합물로, 융점이 구성되어 있는 순금속, 고용체, 금속간 화합물 등의 그 어느 것보다도 융점이 낮은 합금이다. 2성분계의 경우는 구성성분이 동시에 녹는 성분비의 점을 공정점 또는 공융점이라고 하며, 대표적인 것으로는 납과 주석합금의 땜납이 있다.
먼저, 수직형 발광 다이오드(160)의 n 전극 하부에 완충전극을 형성하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 9에 도시된 상태에서 하부에서 증착 등의 방식으로 n 전극 형성 물질을 증착시킨다. n 전극 형성 물질은 이송기판(200), 보호박막층(113) 및 n형 반도체층(105) 상에 증착된다. 이후 전기영동법을 이용하여 증착된 n 전극 형성 물질 상부에 완충전극을 형성하고(도 10(a)), 도 10 (b)에 도시된 바와 같이 n 전극 형성 물질과 완충전극을 n형 반도체층(105) 상부에만 남도록 패턴형성하면 제조가 완성된다.
다음으로 안착전극(310)에 완충전극을 형성하는 방법도 유사한 방식으로 형성할 수 있다. 안착전극(310)과 수평연결전극(350) 상부에 전기영동법으로 완충전극을 형성한 후, 안착전극(310) 상부의 완충전극만을 남기는 에칭을 수행함으로써 안착전극(310) 상부에만 완충전극을 형성할 수 있다.
다시 조명 시트 제조 공정을 설명하기로 한다. 도 17에 도시된 바와 같이 수직형 발광 다이오드(160)가 안착된 상태에서 안착전극(310), 수평연결전극(350) 및 수직형 발광 다이오드(160) 상부에 제1절연층(302)을 증착 형성하고, 제1절연층(302)을 p형 전극 부분이 노출될 때까지 성형한다. 제1절연층(302)으로는 네가티브형 감광성 절연막을 사용하였다. 네가티브형 감광성 절연막으로 제1절연층(302)을 형성하면 타겟기판(301) 하면에서 광을 조사하여 셀프 얼라인 방식으로 제1절연층(302)을 p형 전극부분만 노출되도록 노광할 수 있게 된다.
네가티브형 감광성 절연막을 형성하는 네가티브형 감광성 수지 조성물의 대표적인 예로는 바인더 수지 5∼40 중량부, 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 다기능 모노머 2∼50 중량부, 광개시제 0.005∼20 중량부 및 에폭시기 또는 아민기를 갖는 실리콘계 화합물 0.0001∼3 중량부를 포함한다(한국공개특허 제2005-0071885호). 또 다른 네가티브형 감광성 수지 조성물로는 (1) 카복실기 함유 불포화 단량체와 이 단량체와 공중합 가능한 다른 불포화 단량체와의 공중합체, (2) 중합성 불포화 화합물, 및 (3) 하기 화학식 1의 광중합 개시제를 포함하는 조성물을 사용할 수 있다(한국공개특허 제2013-0110439호).
제1절연층(302)을 N-type 감광성 절연막 물질로 형성하는 과정을 설명하였으나 제1절연층(302)은 P-type 감광성 절연막 물질로 형성할 수 있음은 물론이다.
P-type 감광성 절연막은 P-type 감광성 수지를 노광함으로써 형성되는데 P-type 감광성 수지의 예로는 알칼리 가용성 수지와 1,2-퀴논디아자이드 화합물을 들 수 있다.
이후, 제1투명전극층(303)과 제2투명전극층(305)을 순서대로 적층 형성하고(도 18, 도 19), 제2투명금속층(305) 상부에 필요한 박막층을 적층하면 도 12, 도 13 또는 도 14의 시트 조명이 완성된다.
본원 발명자가 도 14에 제시된 시트 조명을 제작하고 사용하던 중 정전기(ESD: Electro Static Discharge) 등에 의해 시트 조명을 구성하는 일부 수직형 발광 다이오드가 고장나는 경우가 발생하고, 고장난 다이오드에 상당한 누설전류가 발생되어 시트 조명으로 사용할 수 없는 현상이 간혹 발생하였다. 따라서 본 발명에서는 이러한 정전기 등에 의해서 과도 전류가 발생할 경우 해당되는 안착 전극(정확하게는 고장난 수직형 발광 다이오드)으로 공급되는 전원을 차단할 필요가 있었다. 이러한 문제는 두 가지 방식으로 해결할 수 있었다. 첫 번째 방식은 제1투명전극층(303)을 두께를 얇게 형성하고 녹는 점이 낮은 금속으로 형성하는 것이다. 녹는 점이 낮은 금속의 대표적인 예는 퓨즈(fuse)를 형성하는 금속을 들 수 있다. 고장난 다이오드로 과도한 전류가 흐르면 열이 발생하고, 발생된 열로 인해 상부에 있는 제1투명전극층(303)을 녹이는 방식을 이용하는 것이다. 따라서 제1투명전극층(303)은 제2투명전극층(305)보다 얇게 형성하고 녹는 점도 낮은 재질로 형성하는 것이 좋다. 두번째 방식은 수평연결전극(350)을 녹는 점이 낮은 금속으로 형성하는 것이다. 수평연결전극(350)은 일반적으로 불투명한 전극으로 형성하므로 퓨즈를 형성하는 물질을 그대로 이용하여도 무방하다. 유사한 원리로 고정된 수직형 발광 다이오드가 위치하는 안착 전극(310)으로 흐르는 전류를 차단하는 원리이다. 도 13 또는 도 14에 도시된 바와 같이 수평연결전극(350)을 제1수평연결전극(350a)과 제2수평연결전극(350b)으로 시트 조명을 형성하는 경우에는 제2수평연결전극(350b)을 퓨즈(fuse)를 형성하는 물질로 형성하는 것이 좋다. 즉, 이 경우 제2수평연결전극(350b)을 형성하는 재질은 제1수평연결전극(350a)을 형성하는 재질보다 큰 저항을 갖는 재질로 구현하여야 한다.
본 발명의 시트 조명은 타겟기판과 제2투명금속층 상부에 적층되는 필름 등을 투명하게 형성할 경우, 스위치를 켜지 않은 상태에서 투명하게 보이도록 형성할 수 있다. 이 경우에는 안착전극과 수평연결전극도 투명한 재질로 구현하는 것이 좋다. 이러한 투명 시트 조명의 경우에는 제2투명금속층 상부에 적층되는 적어도 하나의 층(필름)을 반반사층으로 형성하면 상하면으로 광을 모두 조사하는 양방향 조명을 사용할 수 있다.
도 21는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 시트 조명의 단면도이다. 타켓기판(301)상에 안착전극(310)과 수평연결전극(350)이 형성되고, 안착전극(310)은 노출되도록 수평연결전극(350) 상부에 제1절연층(302)이 성형 형성되고, 안착전극(310) 상부에는 본 발명 수직형 발광 다이오드(160)가 적어도 하나 구비되며, 제1절연층(302) 및 수직형 발광 다이오드(160) 상부에 제1투명전극층(303)이 적층되며, 제1투명전극층(303) 상부에 보호필름(311)이 구비된다. 도 21에 제시된 시트 조명은 안착전극(310)과 제1투명전극층(303)의 사이공간(320)이 빈 공간으로 비워지는 구성을 갖는다. 해당 사이공간(320)은 필요시 별도의 제3절연물질로 충진될 수 있음을 물론이다. 도 21에 제시된 시트 조명에서 안착전극(310)에 안착되는 수직형 발광 다이오드(160)의 최상단 높이는 제1절연층(302)의 상단보다 높게 형성하였음을 알 수 있다. 이 경우 제1투명도전층(303)은 탄성이 있는 투명 도전층으로 형성하는 것이 좋다. 구체적으로는 투명 도전층을 형성하는 폴리머를 탄성을 제공하는 점착 또는 접착성 재료를 사용하면 된다.
도 22는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 시트 조명의 단면도이다. 도 22에 제시된 시트 조명은 도 21에 제시된 시트 조명의 구조와 비교할 때, 안착전극(310)에 안착되는 수직형 발광 다이오드(160)의 최상단 높이가 제1절연층(302)의 상단보다 낮게 형성한 점에 있어서 차이가 있다.
도 21 또는 도 22에 제시된 시트 조명은 상술한 바와 같이 제2투명도전층을 더 구비할 수도 있으며, 투명도전층 상부에 적층되는 필름을 다양하게 조합할 수 있음은 물론이다. 도 21 또는 도 22에 제시된 시트 조명은 타겟기판과 보호필름(311) 부분을 별도의 공정으로 형성한 후, 합체하여 형성할 수도 있다. 이러한 공정에 대해 도 23 내지 도 25를 이용하여 간략하게 설명하기로 한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 타겟기판(200) 상부에 안착전극(310)과 수평연결전극(350)을 형성하고, 안착전극(310) 상부만이 노출되도록 제1절연층(302)을 증착한 후 성형한다. 다음으로 안착전극(310) 상부에 수직형 발광 다이오드(160)를 적어도 하나씩 구비시킨다(도 24). 도 23 및 도 24와는 별도의 공정으로 보호필름(311)을 준비하고, 상부에 제1투명도전층(303)을 형성한다(도 25). 이후 분리된 각 공정으로 형성된 도 24와 도 25에 제시된 타켓기판과 보호필름을 투명 접착제 또는 투명 점착제를 개재하여 합착시키면 시트 조명의 제조가 완료된다.
도 21 및 도 22에 제시된 시트 조명은 합착 공정에 의해서 제조 가능함을 설명하였다. 물론 도 21 및 도 22에 제시된 시트 조명은 합착공정으로 형성하는 대신에 도 24에 제시된 공정을 완성한 후, 그 상부에 제1투명도전층(303), 보호필름(311)을 차례로 적층하여 형성할 수 있음도 물론이다.
도 23에서 도 24로 진행하는 공정에서 이송기판상에 분리층에 의해 부착된 수직형 발광 다이오드를 안착전극(310)에 전사시켜야 하는데, 전술한 바와 같이 분리층에 레이저를 조사하면 빠른 속력으로 수직형 발광 다이오드가 분리되면서 안착전극(310)에 안착되지 않고 튕겨나오는 등의 현상이 간혹 발생되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 본원 발명자는 도 23 상태에서 제1절연층(302)에 의해 둘러쌓인 안착전극(310) 상에 완충전극을 얇은 두께로 도포한 이후에 수직형 발광 다이오드가 분리하면 보다 높은 확률로 수직형 발광 다이오드(160)를 안착전극(310) 상에 안착시킬 수 있음을 알게 되었다. 특히, 액상의 완충전극을 사용할 경우 불량률을 더 줄일 수 있었다.
도 12, 도 13, 도 14, 도 21 및 도 22에 제시된 본 발명에 따른 실시예에서는 n탑 수직형 발광 다이오드를 이용하여 구현하였으며, n탑 수직형 발광 다이오드의 하나의 전극(n형 전극)이 타켓 기판(301)에 형성되는 안착전극(310)과 전기적으로 연결되며, 나머지 전극(p형 전극)은 제1투명전극층(303) 및/또는 제2투명전극층(305)과 전기적으로 연결되어 외부에서 전원을 공급받게 된다. 이후에서는 편의상 제1투명전극층(303) 및/또는 제2투명전극층(305)을 대향 전극이라 설명하기로 한다. 즉, 대향 전극은 수직형 발광 다이오드에 형성된 두 개의 전극 중 안착전극(310)과 접촉되지 않는 반대쪽 전극에 외부에서 공급되는 전원을 인가하는 전극을 의미한다. 대향 전극은 전술한 바와 같이 제1투명전극층(303) 및 제2투명전극층(305) 중에서 선택된 적어도 하나의 층으로 형성하거나 두 개의 복합층으로 할 수 있다. 대향 전극은 전면(全面) 전극 형태로 형성할 수도 있고, 가로형 직선, 세로형 직선 또는 격자형 방식으로 패턴 형성할 수도 있다. 도 26 및 도 27은 도 11에서 B 부분을 확대 도시하고, 패턴 형성된 대향 전극을 표시한 일부 투시도이다. 도 26 실시예는 대향 전극(306)이 p1 피치를 가지면서 서로 이격되면서 가로형 직선으로 패턴 형성되는 실시예이며, 도 27 실시예는 대향 전극(306)이 p1 피치를 가지면서 서로 이격되면서 세로형 직선으로 패턴 형성되는 실시예이다. 대향 전극은 도 26과 같이 안착전극과 대향되는 영역에만 형성할 수도 있으며, 또는 도 27에 도시된 바와 같이 전체 영역에 걸쳐서 동일한 피치로 형성할 수도 있음은 물론이다. 도 26 및 도 27에 제시된 시트 조명에서 모든 수직형 발광 다이오드(160)는 적어도 하나의 대향 전극(306)과 연결되어 있음을 알 수 있다. 대향 전극(306)의 피치(p1)는 수직형 발광 다이오드에서 대향 전극(306)과 전기적으로 접촉되어야 하는 전극(p형 전극)의 한 변을 수평 방향으로 위치시켰을 때, 해당 전극이 차지하는 가로 및 세로 방향의 길이 중에서 짧은 쪽의 길이보다 작게 형성되도록 하여야 한다.
예를 들어 대향 전극의 피치(p1)에 대해서 설명하기로 한다. 도 28은 수직형 발광 다이오드의 p형 전극의 다양한 형상을 도시한 것이다. 도 28(a)와 (b)는 직사각 형상의 p형 전극을 도시한 것이며, (c)는 타원 형상의 p형 전극을 도시한 것이다. 각 p형 전극의 한 변이 수평 방향(x축)으로 일치되도록 위치시켰을 때, 해당 전극이 차지하는 가로 및 세로 방향의 길이 중에서 짧은 쪽의 길이를 a1, a2, 및 a3로 표시하였다. 대향 전극(306)은 도 28(a)에 제시된 수직형 발광 다이오드에서는 a1보다 작은 피치를 갖도록 형성하여야 하며, 도 28(b)에 제시된 수직형 발광 다이오드에서는 a2보다 작은 피치를 갖도록 형성하여야 하며, 도 28(c)에 제시된 수직형 발광 다이오드에서는 a3보다 작은 피치를 갖도록 형성하여야 한다.
이하에서는 광변환층을 퀀텀닷 물질로 형성하는 실시예에 대해 설명하기로 한다. 퀀텀닷(양자점)의 경우도 습기에 취약하여 수분침투를 방지하는 봉지층을 형성하여야 한다. 퀀텀닷의 경우는 상업적으로 퀀텀닷 시트만을 전문적으로 제조하여 판매하는 회사도 있으므로 이렇게 상업적으로 판매하는 퀀텀닷 시트를 구매하여 광변환층으로 사용하여도 된다. 도 29는 광변환층을 퀀텀닷으로 적층 구현하는 경우 본 발명에 따른 일 실시예의 시트 조명을 구성하는 타겟기판을 포함한 하부기판의 단면도이며, 도 30은 투명 보호필름을 포함한 상부기판의 단면도이며, 도 31은 도 29에 제시된 상부기판과 도 30에 제시된 상부기판이 합착된 상태의 전체 단면도이다. 도 15 내지 도 18에 제시된 공정에 따라 타겟기판(200) 상부에 안착전극(310)과 수평연결전극(350)을 형성하고, 안착전극(310) 상부에 수직형 발광 다이오드(160)를 적어도 하나씩 구비하고, 안착전극(310), 수평연결전극(350) 및 수직형 발광 다이오드(160) 상부에 제1절연층(302)을 증착한 후 수직형 발광 다이오드(160)의 P전극만 노출되도록 제1절연층(302)을 성형한 후, 그 상부에 제1투명도전층(303)을 형성하면, 시트 조명의 하부 기판이 완성된다. 하부 기판 생성 공정과는 별도의 공정으로 투명 보호필름(311)을 준비하고, 그 상부에 확산시트(309), 제1봉지층(313), 퀀텀닷으로 형성되는 광변환층(307) 및 제2봉지층(315)을 형성하여 시트 조명의 상부 기판을 완성한다. 제1봉지층(313) 및 제2봉지층(315)은 퀀텀닷으로 형성되는 광변환층(307)을 사방에서 감싸는 층으로 투습방지막으로 기능하게 된다. 이러한 투습방지막 형성공정은 OLED 등에서 사용되는 물질로 형성할 수 있으며, 대표적으로는 SiOx, SiNx 로 이루어지는 유무기 복합층으로 형성할 수 있다. 도 29에 제시된 하부기판 상부에 투명 접착제 또는 투명 점착제(317)를 도포한 후, 도 30에 제시된 상부기판을 위아래를 뒤집은 후 합착하면, 도 31에 도시된 본 발명에 따른 시트 조명이 완성된다.
도 31에 제시된 시트 조명에서 타겟기판(301)으로 유리를 사용할 경우에는 제2봉지층(315)을 생략할 수 있다. 도 32는 도 30에서 제시된 상부기판에서 제2봉지층(315)을 생략한 단면도이며, 도 33은 도 29에 제시된 하부기판에 도 32에 제시된 상부기판을 투명 접착제 또는 투명 점착제를 이용하여 합착한 상태의 시트 조명의 단면도이다. 도 33에 제시된 실시예에서는 투명 접착제 또는 투명 점착제(317)에 게터(319)를 혼합하였으며, 이러한 게터(getter, 319)는 수분을 흡수하는 기능을 수행하게 된다.
지금까지 설명 상으로는 본 발명의 시트 조명은 n탑 수직형 발광 다이오드를 이용하여 구현하는 구조로 설명하였다. 당연한 것이나 본 발명의 시트 조명은 p탑 수직형 발광 다이오드를 이용하여서도 구현할 수 있음은 물론이다.
또한, 안착전극에 안착되는 수직형 발광 다이오드는 도 12 내지 도 13에 도시된 바와 같이 반드시 n형 전극이 안착 전극과 접촉하도록 형성할 필요는 없다. 예를 들어 하나의 안착전극에 총 5개의 마이크로 수직형 발광 다이오드가 안착되고, 5개 중에서 2개는 n형 전극이 안착전극과 접촉되고, 나머지 3개는 p형 전극이 안착전극과 접촉되도록 설치하여도 무방하다. 이 경우에는 시분할 방식으로 상방향으로 조사와 하방향 조사를 순차적으로 점등되는 양면 발광 시트 조명으로도 구현 가능하다. 이러한 양면 발광 시트 조명은 시분할 방식으로 양 전극에 +, - 전위를 번갈아 가면서 조사하는 구동 방식으로 구현이 가능하며, PWM 구동 방식으로 용이하게 구현할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 시트조명을 설명함에 있어서 수직형 발광 다이오드에는 수동(passive) 스위치 방식으로 구현하는 것으로 설명하였다. 그러나, 안착전극 사이를 연결하는 수평연결전극을 제거하고 안착전극 하부에 각각의 안착전극에 전원 인가 여부를 스위칭하는 능동 스위칭 소자를 구비할 경우 능동(active) 스위치 방식으로 구동하는 시트조명으로 쉽게 변형 가능함은 물론이다. 이러한 능동 스위칭 소자는 종래 액정디스플레이 패널의 하부기판에 구현되는 스위칭 소자와 동일 내지는 유사한 방식으로 쉽게 구현할 수 있다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 사파이어 기판 103: 버퍼층
105: n형 반도체층 107: 활성층
109: p형 반도체층 111: p형 전극
113: 보호박막층
115: 트렌치부 117: n형 전극
119: 완충전극
150: 종래 수직형 발광 다이오드 151: p형 연결전극
153: n형 연결전극 155: 투명한 수지
157: 기판 159: 캐버티
160: 본 발명 수직형 발광 다이오드
161: 본딩 와이어 190: 엘이디 발광소자
200: 이송기판 210, 210a, 210b, 210c: 분리층
300: 시트 조명 301: 타켓 기판
302: 제1절연층 303: 제1투명전극층
304: 제2절연층 305: 제2투명전극층
306: 대향전극 307: 광변환층
309: 확산시트
310: 안착전극 311: 투명한 보호필름
313: 제1봉지층 315: 제2봉지층
317: 투명 접착층 319: 게터
350: 수평연결전극 350a: 제1수평연결전극
350b: 제2수평연결전극 500, 500a, 500b, 500c: 레이저광
105: n형 반도체층 107: 활성층
109: p형 반도체층 111: p형 전극
113: 보호박막층
115: 트렌치부 117: n형 전극
119: 완충전극
150: 종래 수직형 발광 다이오드 151: p형 연결전극
153: n형 연결전극 155: 투명한 수지
157: 기판 159: 캐버티
160: 본 발명 수직형 발광 다이오드
161: 본딩 와이어 190: 엘이디 발광소자
200: 이송기판 210, 210a, 210b, 210c: 분리층
300: 시트 조명 301: 타켓 기판
302: 제1절연층 303: 제1투명전극층
304: 제2절연층 305: 제2투명전극층
306: 대향전극 307: 광변환층
309: 확산시트
310: 안착전극 311: 투명한 보호필름
313: 제1봉지층 315: 제2봉지층
317: 투명 접착층 319: 게터
350: 수평연결전극 350a: 제1수평연결전극
350b: 제2수평연결전극 500, 500a, 500b, 500c: 레이저광
Claims (12)
- 마이크로 수직형 발광 다이오드의 p형 전극과 n형 전극 중 하나의 전극이 점착된 이송기판으로부터 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드를 전사받아 제작되는 시트 조명으로서,
전기적으로 상호 이격되도록 형성되는 복수 개 안착전극 및 이웃하는 상기 안착전극을 전기적으로 연결하는 복수 개 수평연결전극을 구비하는 타겟기판과,
- 상기 이송기판과 점착되는 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 p형 전극과 n형 전극 중 하나의 전극은 상기 하나의 전극 면적만큼 패턴 형성되는 분리층을 통하여 상기 이송기판과 점착됨 -
- 상기 수평연결전극에 의해 상기 복수 개 안착전극에는 동일 전위가 인가됨 -
상기 이송기판과 점착되지 않는 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 나머지 전극 하부에 형성되는 완충전극과,
상기 완충전극을 이용하여 상기 안착전극 상에 고정 설치되는 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드와,
- 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드는 상기 타겟기판의 제조와 분리된 공정에 의해 제조되며, p형 전극부터 n형 전극 사이의 높이가 수백 마이크로미터 이하임 -
상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 p형 전극과 n형 전극 중에서 상기 안착전극에 부착되지 않은 나머지 전극과 접촉되도록 형성되는 투명전극층 및
상기 수평연결전극과 상기 투명전극층 사이에 적층되는 절연층을 포함하고,
평면상에서 보았을 때 상기 안착전극은 두 개 이상의 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드가 안착될 수 있는 면적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제1항에 있어서,
상기 안착전극의 상부면은 상기 수평연결전극의 상부면보다 높게 형성되며,평면에서 보았을 때 상기 수평연결전극의 폭은 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 다이 직경보다 작게 형성되는 것
- 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 다이 직경은 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드가 상기 안착전극에 안착되는 면적에서 측정되는 최대 직경을 의미함 -
을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제1항에 있어서,
이웃하는 상기 안착전극의 중심 사이의 수평거리(p)는 상기 투명전극층의 높이(v)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제3항에 있어서,
상기 투명전극층 상부에 적층 형성되는 광변환층 및
상기 광변환층 상부에 적층 형성되는 확산시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제3항에 있어서,
상기 투명전극층은 마이크로 수직형 발광 다이오드 상부에 적층 형성되는 제1투명전극층 및 상기 제1투명전극층 상부에 적층 형성되는 제2투명전극층으로 형성되고, 상기 제1투명전극층은 상기 제2투명전극층보다 녹는 점이 낮은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제3항에 있어서,
상기 수평연결전극은 상기 안착전극보다 녹는 점이 낮은 금속으로 형성하는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제6항에 있어서,
상기 수평연결전극은 상기 안착전극과 접촉되도록 형성되는 제1수평연결전극과 이웃하는 상기 제1수평연결전극과 접촉되도록 형성되는 제2수평연결전극으로 형성되며, 상기 제2수평연결전극은 상기 제1수평연결전극보다 더 큰 저항을 갖는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층의 형성 높이는 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 높이보다 낮게 형성되며, 상기 투명전극층은 탄성 재질의 전도체로 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제1항에 있어서,
상기 투명전극층은 상호간의 이격거리(p1)를 가지면서 일정한 폭을 갖는 복수 개 전극으로 형성되며, 상기 이격거리(p1)는 상기 마이크로 수직형 발광 다이오드의 전극 중에서 상기 투명전극층과 전기적으로 접촉하는 전극의 한 변을 수평 방향으로 위치시켰을 때, 해당 전극이 차지하는 가로 및 세로 방향의 길이 중에서 짧은 쪽의 길이보다 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제4항에 있어서,
상기 투명전극층 상부에 적층 형성되는 광변환층은 퀀텀닷 물질로 형성되며, 상기 광변환층을 봉지하는 봉지층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제1항에 있어서,
상기 분리층은 접착물질 또는 점착물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
- 제11항에 있어서,
상기 완충전극은 저온융착전극을 형성하는 물질 또는 공정합금(eutectic alloy)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 조명.
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