KR20130086019A - 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 - Google Patents
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Abstract
유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자가 제공된다.
본 발명에 따른 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 제조방법은 희생기판 상에 질화갈륨 발광다이오드 소자를 제조하는 단계; 상기 희생기판으로부터 상기 질화갈륨 발광다이오드 소자를 화학적으로 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 화학적 분리는 상기 희생기판과 질화갈륨 발광다이오드 소자 사이의 희생층을 화학적으로 제거하는 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 유연성의 GaN LED 소자는 구 형태의 두개골이나 두개골 뼈 바로 아래에 위치하는 주름진 대뇌피질(인지, 사고, 언어, 기억 등의 역할, 특히 파킨슨 병은 표면에 위치하는 신경세포에 의한 증상) 등과 같이 구불구불한 표면의 인체 내에 이식가능하다. 또한 복수 개로 구성되며, 각각이 독립적으로 온/오프되는 LED 어레이를 통해 여러 부위에 신경세포의 빛 온-오프 자극이 가능하므로 신경 회로의 규명이 용이해진다.
본 발명에 따른 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 제조방법은 희생기판 상에 질화갈륨 발광다이오드 소자를 제조하는 단계; 상기 희생기판으로부터 상기 질화갈륨 발광다이오드 소자를 화학적으로 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 화학적 분리는 상기 희생기판과 질화갈륨 발광다이오드 소자 사이의 희생층을 화학적으로 제거하는 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 유연성의 GaN LED 소자는 구 형태의 두개골이나 두개골 뼈 바로 아래에 위치하는 주름진 대뇌피질(인지, 사고, 언어, 기억 등의 역할, 특히 파킨슨 병은 표면에 위치하는 신경세포에 의한 증상) 등과 같이 구불구불한 표면의 인체 내에 이식가능하다. 또한 복수 개로 구성되며, 각각이 독립적으로 온/오프되는 LED 어레이를 통해 여러 부위에 신경세포의 빛 온-오프 자극이 가능하므로 신경 회로의 규명이 용이해진다.
Description
본 발명은 유연성 질화갈륨 발광다이오드(GaN LED) 소자 제조방법 및 이에 따라 제조된 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가벼운 무게, 생체 이식 가능성, 크기 조절을 통한 좁은 공간에서 사용될 수 있는 점으로, 광유전학에 있어 매우 유용한 유연성 질화갈륨 발광다이오드(GaN LED) 소자의 제조방법 및 이에 따라 제조된 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자에 관한 것이다.
광유전학은 광학(optics)과 유전공학(genetics)을 융합한 학문 기술 분야로, Stanford 대학의 Deisseroth 교수의 실험실에서 개발 및 발전되었다.
광유전학은 빛으로 신경세포를 조절하는 첨단기술로, 빛에 민감한 채널로돕신2 (Channelrhodopsin2, ChR2: GaN가 방출하는 푸른빛에 반응)와 같은 세포막의 단백질 유전자를 바이러스 벡터를 이용, 빛의 파장에 따라 신경세포에 자극을 줌으로서 활성화 또는 억제시킨다. 이러한 광유전학은파킨슨, 간질병의 치료 및 신체 신경 회로 규명에 응용될 수 있는 신기술로서, 이 방법은 기존에 선택적으로 세포를 자극하거나 억제하지 못하였던 전기 자극술의 한계를 극복함과 동시에 수 ms 와 수 μm 의 시공간해상도를 가짐으로써 신경망 분석에 좋은 분석도구가 되고 있다. 이 경우, 빛으로 조절된 뇌의 신경세포들은 전기적 신호의 상호작용에 의해 정보를 전달하고, 이러한 신경회로가 어떻게 작동하고 있는지 확인하기 위해서 미세한 전극을 사용하여 이 전기신호들을 신경세포로부터 직접 측정하고 있다(홈페이지 http://www.sciencetimes.co.kr/article.do?todo=view&atidx=50665(2011년 5월 6일 공개); 네이쳐지, DOI: 10.1038/nature08652(2010년1월7일게시), 미국 출원 12/760,520 등)
또한, 마이크로 수준의 크기를 갖는 미세한 전극들을 어레이 형태로 구성한 것을 Microelectrode array (MEA) 라고 하는데, 이 경우, MEA를 체내 환경 (in vivo)에 삽입하고, 빛 (light)에 반응한 신경세포 (neuron)에서 발생한 활동전위 (action potential)의 변화를 기록한다. 광유전학에서전극 (electrode)의 공간적인 정교함을 높이기 위하여, 신경세포를 자극하는 광원인 광섬유 (optic fiber)와 전극을 인접하게 통합한 광전극 (optrode) 역시 지속적으로 연구되고 있다. 하지만, 기존의 뇌 삽입형 금속 전극은 뇌의 굴곡지고 협소한 위치에 장착하기 위하여 탐침 형태의 실리콘과 같은 단단한 기판 위에 주로 형성되었기 때문에, 넓은 면적의 신경세포들의 전기신호를 기록할 수 없고, 원하는 위치에 장착하기가 용이하지 않으며 뇌에 손상을 주기 쉽다.따라서 휘어짐이 가능한 유연한 (flexible) 광원을 이용하면 뇌의 손상 없이 자극을 줄 수 있고, 또한 배열된 광원들을 사용하면 뇌에 특정 패턴의 자극을 줄 수 있다. 더 나아가, 광원이 생체 내부에 이식된 유연한 배터리로 구동되거나, 이 배터리가 2차 전지가 되어 생체 내의 나노발전기(nanogenerator)에 의해 인체 내에서 에너지를 얻어 충전 된다면 외부와의 연결이나 추가적인 수술 없이도 실험중인 동물이나 환자에게 장기적으로 좀 더 자유로운 활동을 보장할 수 있다.
따라서, 상술한 필요에 따라 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유연한 GaN 무기물 기반의 광유전학용광자극을 위한 발광다이오드(LED) 소자 제조방법 및 유연성 발광다이오드(LED) 소자를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 제조방법으로, 상기 방법은 희생기판 상에 질화갈륨 발광다이오드 소자를 제조하는 단계; 상기 희생기판으로부터 상기 질화갈륨 발광다이오드 소자를 화학적으로 분리하는 단계를 포함하며, 여기에서 상기 화학적 분리는 상기 희생기판과 질화갈륨 발광다이오드 소자 사이의 희생층을 화학적으로 제거하는 방식으로 진행된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 방법은 희생기판 상에 실리콘산화물층을 적층하는 단계; 상기 적층된 실리콘산화물층을 패터닝하며, 이격된 복수 개의 실리콘산화물층 열을 형성시키는 단계; 상기 복수 개의 실리콘산화물층 사이의 공간에 제 1 질화갈륨 층을 성장시키는 단계; 상기 실리콘 산화물층 및 제 1 질화갈륨층 상에 제 2 질화갈륨 층을 적층하는 단계; 상기 적층된 제 2 질화갈륨층 상에 순차적으로 적층된 n-질화갈륨층/발광층/p-질화갈륨층으로 이루어진 질화갈륨 소자층을 형성하는 단계; 상기 형성된 질화갈륨소자층을 패터닝하여 복수 개의 단위 질화갈륨 발광다이오드 소자를 형성하는 단계;상기 희생기판상의 실리콘산화물층을 제거한 후, 상기 형성된 복수 개의 단위 질화갈륨 발광다이오드 소자를 플라스틱 기판에 전사시키는 단계를 포함하며, 상기 실리콘산화물층 제거는 화학적 방식으로 진행된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 질화갈륨 발광다이오드 소자는 복수 개의 단위 발광다이오드 소자가 어레이를 이루는 구조이며, 상기 방법은 질화갈륨 소자층 적층 단계 이후, 상기 n-질화갈륨층과 p-질화갈륨층을 외부로 노출시키는 단계; 상기 n-질화갈륨층 및 p-질화갈륨층 각각에 금속컨택을 형성시키는 단계; 상기 n-질화갈륨층 상의 금속컨택을 연결시키는 제 1 금속라인과 상기 p-질화갈륨층 상의 금속컨택을 연결시키는 제 2 금속라인을 형성시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 질화갈륨층 성장은 에피탁시 수평 과성장 방식으로 진행된다.
본 발명은 상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자로서, 상기 소자는 플라스틱 기판; 상기 기판 상에 구비되며, 순차적으로 적층된 n-질화갈륨층/발광층/p-질화갈륨층을 포함하는 질화갈륨 발광다이오드 단위 소자; 상기질화갈륨 발광다이오드 단위 소자의 n-질화갈륨층 및 p-질화갈륨층 상에 적층된 금속컨택; 상기 질화갈륨 발광다이오드 단위 소자의 n-질화갈륨층 및 p-질화갈륨층 상에 적층된금속컨택을 각각 연결하는 제 1 금속라인 및 제 2 금속라인; 및 상기 제 1 금속라인 및 제 2 금속라인상에 적층된 투명절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 금속라인 및 제 2 금속라인의 단부는 상기 투명절연층 사이로 노출되며,상기 제 1 금속라인과 제 2 금속라인 사이에는 투명절연층이 구비된다. 또한, 상기 제 1 금속라인과 제 2 금속라인은 상이한 종과 열의 질화갈륨 발광다이오드 단위소자를 연결한다.
본 발명은 또한 상술한 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자를 포함하는 광유전학용 광소자로서, 상기 광소자는 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 상부의 투명절연층상에 적층된 복수 개의 전극라인으로 이루어진 미세전극어레이가 구비되며, 상기 미세전극어레이는 각 단위 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자에 대응하도록 구비되고, 상기 미세전극어레이는 상기 질화갈륨 발광다이오드 소자에 의하여 발생하는 빛에 의하여 반응한 신경세포의 활동전위 변화를 감지한다.
본 발명은 상기 광유전학용 광소자의 미세전극어레이를 이용, 신경세포 변화를 전기적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 신경세포 분석방법과, 상술한 광유전학용 광소자의 질화갈륨 발광다이오드 소자로부터 빛을 발생시켜, 생체를 자극하는 단계; 및 상기 발생한 빛에 대하여 반응한 신경세포의 활동전위 변화를 상기 미세전극어레이로 측정하는 것을 특징으로 하는 광유전학용 광소자를 이용한, 광 자극 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 유연성의 GaN LED 소자는 구 형태의 두개골이나 두개골 뼈 바로 아래에 위치하는 주름진 대뇌피질(인지, 사고, 언어, 기억 등의 역할, 특히 파킨슨 병은 표면에 위치하는 신경세포에 의한 증상) 등과 같이 구불구불한 표면의 인체 내에 이식가능하다. 또한 복수 개로 구성되며, 각각이 독립적으로 온/오프되는 LED 어레이를 통해 여러 부위에 신경세포의 빛 온-오프 자극이 가능하므로 신경 회로의 규명이 용이해진다.
도 1 내지 29는 본 발명에 따른 유연성의 GaN LED 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 30 내지 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 광유전학용 광소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 LED 어레이(800a, 800b)를 이용한 패턴 자극과 MEA(800c)로 이를 리딩(reading)하는 방식을 설명하는 모식도이다.
도 34는 본 발명에 따른 광유전학용 광소자의사용예를 설명하는 도면이다.
도 30 내지 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 광유전학용 광소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 LED 어레이(800a, 800b)를 이용한 패턴 자극과 MEA(800c)로 이를 리딩(reading)하는 방식을 설명하는 모식도이다.
도 34는 본 발명에 따른 광유전학용 광소자의사용예를 설명하는 도면이다.
이하 바람직한 실시예 및 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 다음에 소개되는 실시예들은당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 본 명세서에 첨부된 도면은 모두 전체 평면도 및 부분 단면(A-A')을 절개한 단면도의 형식으로 해석된다.
본 명세서에서 플라스틱 기판은 유연성, 즉, 플렉서블 특성을 가지는 임의의 모든 기판을 다 포함하는 것으로 해석되며, 보다 명확하게는 플렉서블중합체 기판을 의미한다.
도 1 내지 31은 본 발명에 따른 유연성의 질화갈륨 발광다이오드(GaN LED) 소자의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 희생기판으로 사파이어 기판(100)이 개시된다.
도 2를 참조하면, 상기 사파이어 기판(100) 상에 실리콘산화물층(200)이 적층된다.
도 3을 참조하면, 상기 실리콘산화물층(200) 상에 포토레지스트층(300)이 적층된 후, 상기 포토레지스트츠층(300)을 패터닝하기 위한 마스크층(301)이 상기 포토레지스트층(300) 상에 적층, 패터닝된다.
도 4를 참조하면, 상기 마스크층(301) 사이로 노출된 포토레지스트층(300)을 식각하고, 마스크층(301)을 제거하여, 소정 길이를 가지며, 상호 이격된 복수 개의 열(column) 형태 실리콘산화물층(200)이 포토레지스트층(300) 사이로 노출된다.
도 5를 참조하면, 포토리쏘그래피 공정과 식각 공정을 통하여 상기 노출된 실리콘산화물층(200)을 제거하고, 실리콘산화물층(200) 상에 잔존하는 포토레지스트층을 제거함으로써 상호 이격된 복수 개의 열로 이루어진 실리콘산화물층(200)이 제조된다.
도 6을 참조하면, 상기 복수 개의 실리콘산화물층(200) 열 사이로 노출된 사파이어 기판(100)으로부터 제 1 질화갈륨(GaN) 층(201a)을 성장시키는데, 이때 상기 제 1 GaN 층(201a) 성장은 에피탁시 수평 과성장 방식(epitaxial lateral overgrowth)이다. 상기 방식에 따르면, 가로방향으로 GaN 결정이 성장하게 되며, 이로써, 도 6에서 도시한 바와 같이 삼각 형태의 제 1 GaN층(201a)이 산화물층(200) 사이에 형성된다.
도 7을 참조하면, 상기 수평 과성장된 제 1 GaN 층(201a) 상에 다시 제 2 GaN층(201)을 적층시킨다.
도 8을 참조하면, 상기 GaN층(201) 상에 n형 불순물이 도핑된 n-질화갈륨(GaN)층(202)과 발광층(Multi-Quantum Well, 203), p형 불순물이 도핑된 p-질화갈륨(GaN)층(204)이 순차적으로 적층된다.
도 9를 참조하면, 상기 p-GaN층(204) 상에 포토레지스트층(302)층과 마스크층(303)을 순차적으로 적층하고, 상기 마스크층(303)을 패터닝한다.
도 10을 참조하면, 마스크층(303) 사이로 노출된 포토레지스트층(302)을 식각하여 p-GaN층(204)를 노출시킨다.
도 11을 참조하면, 상기 노출된 p-GaN층(204) 아래의 발광층(203) 또한 반응성 이온 식각 공정으로 식각하여, n-GaN 영역(205), 즉, 외부로 n-GaN층(201)이 노출된 영역을 정의한다.
도 12를 참조하면, 상기 n-GaN영역(205)과 p-GaN 층(204) 상에 각각 금속컨택(206)을적층한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 금속컨택(206)은 금/크롬 합금이었으며, 적층 후 600℃에서 1분간 RTA(Rapid Thermal Annealing)공정을 통하여 소자층과오믹컨택을 형성한다.
도 13을 참조하면, 도 12의 기판 전면에 다시 GaN 지지용 제 2 금속층(207)이 적층된다.
도 14를 참조하면, 상기 제 2 금속층(207) 상에 포토레지스트층(304)를 적층하고, 다시 패턴된마스크층(305)을 형성한다. 이때 상기 마스크층(305)은 금속컨택이 형성된 영역을 모두 커버하며, 이로써 상기 마스크층(305)과 동일한 형태와 크기의 GaN LED소자가 제조된다.
도 15를 참조하면, 포토리쏘그래핀 공정을 통하여, 마스크층(305)이 형성된 영역의 포토레지스트층(304)을 제외한 나머지 포토레지스트층(304)을 모두 제거한다.
도 16을 참조하면, RIE 식각공정을 통하여 잔류하는 포토레지스트층(304) 하부의 소자층을 제외한 모든 소자층을 제거한다. 이로써, 사파이어 기판(100)상에 복수 개의 GaNLED단위 소자가 형성된다.
도 17을 참조하면, 상기 HF를 이용하여, 사파이어 기판(100) 상에 잔류하는 실리콘산화물층(200)을 제거한다. 즉, 본 발명은 화학적 리프트 오프 방식으로 희생기판에서 GaN LED 단위 소자를 제거하며, 이때 기판과 소자 사이에는 특정 화학물질과 반응하는 희생층(본 발명의 일 실시예에서는 실리콘산화물층임)이 구비된다. 이러한 화학적 리프트-오프 방식으로 사파이어 기판(100)과의 결합력이 약화된 GaN 단위소자는 하기 도 18에서와 같이 전사기판(210)에 의하여 효과적으로 희생기판으로부터 분리된다.
도 18을 참조하면, 실리콘산화물층(200)이 제거된 GaN 단위소자 소자, 보다 구체적으로는 소자의 제 2 금속층(207) 상에 PDMS와 같은 전사기판(210)이 접촉된다.
도 19를 참조하면, 상기 전사기판(210)을 통하여 GaNLED단위 소자를 희생기판인 사파이어 기판(100)으로부터 분리시킨다.
도 20 내지 22를 참조하면, 도 19를 통하여 사파이어 기판(100)으로부터 분리된 GaN LED 소자를 상기 전사기판(210)을 이용, 접착층(501)이 적층된 플라스틱 기판(500)에 전사시키고, 이후 PDMS 전사기판(210)을 제거한다.
도 23을 참조하면, PDMS인 전사기판과의 충분한 접촉면적을 유도하기 위하여 사용된 제 2 금속층(207)은 제거된다. 이 경우 상기 제 2 금속층(207)은 금속컨택과 상이한 재질이며, 예를 들어, 대한민국 공개특허 2005-0116282와 같이 식각속도가 상이한 식각액을 사용하여 제 2 금속층(207)을 제거할 수 있다.
도 24를 참조하면, 상기 플라스틱 기판(500) 상에 소자의 전기적 패시베이션을 위한 제 1 투명절연층(에폭시, 310)이 코팅되고, 상기 소자의 제 1 금속층을 외부로 노출시키기 위한 마스크층(306)이 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 투명절연층(310)은 SU8, 폴리이미드, 폴리우레탄 등과 같은 고분자물질이 사용될 수 있으나, 본 발명이 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 25를 참조하면, 마사크층(306)을 이용한 포토리쏘그래피 공정을 통하여 상기 제 1 투명절연층(310)이 개구되어, p-GaN층 및 n-GaN층 상에 각각 형성된 제 1 금속층(206)이 외부로 노출된다.
도 26을 참조하면, 아래 높이의 n-GaN층상에 형성된 금속컨택(n-GaN 금속컨택, 206) 상에 제 1 금속라인(502)이 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 금속라인(502)은 하나 이상의 GaN LED 단위 소자가 n-GaN 금속컨택을 전기적으로 연결하도록 구성된다.
도 27을 참조하면, 상기 기판 상에 제 2 투명절연층(320)이 적층되고, 다시 p-GaN의 오믹컨택과 연결되기 위한 마스크층(307)이 상기 제 2 투명절연층(320) 상에 형성된다.
도 28 및 29를 참조하면, 마스크층(307)을 이용한 포토리쏘그래핀 공정에 의하여 높은 높이의 p-GaN층 상에 형성된 금속컨택(206)이 노출되며, 이후 상기 금속컨택(206)을 전기적으로 연결하는 제 2 금속라인(503)이 형성된다. 이때 낮은 높이로 형성된 제 1 금속라인(502)은 단부가 상기 제 2 투명절연층 사이로 노출된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 금속라인과 제 2 금속라인은 높이를 달리하며, 단위 소자의 연결방향을 서로 달리한다. 즉, n-GaN컨택을 연결하는 제 1 금속라인이 종 방향이라면, 제 2 금속라인은 열 방향이 된다. 이로써 종열로 복수 개의 GaN LED 단위 소자가 구비된 어레이 형태의 유연성 광원이 구현된다.
본 발명은 상기 제조된 유연성을 가지는 복수 개의 GaN LED 단위소자를 이용한 광유전학용 광소자를 제공한다. 이하 이를 상세히 설명한다.
도 30 내지 32는 본 발명의 일 실시예에 따른 광유전학용 광소자 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 30을 참조하면, 도 29에서 개시된 복수 개의 GaN LED 단위소자의 제 2 투명절연층(320) 상에 제 3 투명절연층(330)이 적층되고, 미세전극어레이(Microelectrode array, MEA)를 형성하기 위한 미세패턴(601)이 상기 제 3 투명절연층 상에 형성된다. 또한 상기 제 3 투명절연층(330)은패터닝되어, 제 1 금속라인이 연결된 단부(제 1 금속라인 패드, 502)과 제 2 금속라인이 연결된 단부(제 2 금속라인 패드, 503)이 외부로 노출된다.
도 31을 참조하면, 제 3 투명절연층(330) 자체를 모두 식각하지는 않지만, 소정 깊이로 상기 제 3 투명절연층(330)을 식각한미세전극어레이 패턴(601)이 금속층이적층, 패터닝되어, MEA 전극라인(602)이 형성된다. 또한 상기 MEA 전극라인의 단부에는 라인보다 넓은 너비의 전극패드(602a)가 연결된다.
도 32를 참조하면, 상기 제 3 투명절연층(330) 상에 마지막 절연층인 제 4 투명절연층(340)이 적층되고, 이후 MEA 전극라인과 패드(602, 602a), 그리고 GaN LED 라인과 연결된 제 1 및 제 2 금속라인 말단(502, 503) 부분이 노출되도록 상기 제 4 투명절연층(340)을 패터닝한다. 이로써 각각의 단위 GaN LED 소자에는 제 1 및 제 2 금속라인을 기반으로 하는 어레이 타입의 전극이 형성되고, 또한 각 단위 GaN LED 소자에서 독립적으로 발생한 빛에 반응하는 신경세포 변화를 전기적으로 검출하기 위한 미세전극어레이가 형성된다.
상술한 방식에 따라 제조된 본 발명에 따른 유연성 질화갈륨 발광다이오드(GaN LED) 소자는 평탄면이 아닌 곡면 구조를 가지는 인체 내에 삽입되어, 광을 조사할 수 있다. 특히 구 형태의 두개골이나 두개골 뼈 바로 아래에 위치하는 주름진 대뇌피질은 인지, 사고, 언어, 기억 등의 역할, 특히 파킨슨 병은 표면에 위치하는 신경세포에 의한 증상에 연관되는데, 본 발명에 따른 유연성 GaN LED 소자는 이와 같이 표면 자극이 쉽고, 좌뇌와 우뇌 사이 심층의 협소한 위치에도 이식 가능하다. 또한 본 발명에 따른 GaN LED 소자는 복수 개의 단위 소자로 구성되며, 각각이 독립적으로 온/오프되는 LED 어레이를 이룬다. 따라서, 여러 부위에 신경세포의 빛 온-오프 자극이 가능하므로 신경 회로의 규명이 용이해진다. 또한, 본 발명에 따른 광유전학용 유연성 광소자는 MEA 전극라인이 절연층 표면에 일부 노출됨으로써, GaN LED 소자로부터 발생한 빛에 의하여 반응하는 신경세포의 활동전위를 상기 MEA 전극으로부터 검출하여, 이를 다시 피드백할 수 있다.
본 발명에 따른 GaN LED 어레이 소자는 광유전학에 있어 가벼운 무게, 생체 이식 가능, 크기 조절을 통하여 좁은 공간에서 사용될 수 있는 점 등으로 매우 유용하다. 예를 들어, 척추 뼈 사이사이로 가지처럼 나오는 신경 세포는 구조적으로 그 부위에 디스크가 생기거나, 외상 등으로 다치거나, 척추 뼈가 휘어져 있는 등의 경우라면, 훨씬 쉽게 척추 신경 세포가 손상될 수 있다. 척추 신경 세포의 흉터(손상)는 다양한 신체 증상과 연관(소화기관, 심장, 혈관, 방광, 땀샘 등에 문제)되어있다. 하지만, 척추의 형태가 평평하지 않고 구부러지기 때문에 견고한 LED는 이용이 불가능하므로 본 발명에 따른 유연성 LED소자가 이식되어 사용되기 유리하다. 특히 생체 내에서 자체 전력 공급이 가능한 본 발명에 따른 옵토제네틱 시스템은 거동이 불편한 척추 손상 환자에게 유용하다.
도 33은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 LED 어레이(800a, 800b)를 이용한 패턴 자극과 MEA(800c)로 이를 리딩(reading)하는 방식을 설명하는 모식도이다.
도 33을 참조하면, 단위 GaN LED 소자는 온(800b)되거나, 오프(800c)된다. 이를 각 단위 소자에 1:1로 매칭되도록 구성된 MEA가 각 단위 소자의 발생 빛에 의한 신경세포의 변화를 전기적으로 측정한다.
도 34는 본 발명에 따른 광유전학용 광소자의사용예를 설명하는 도면이다.
도 34를 설명하면, 도 33에서와 같이 본 발명에 따른 광유전학용 광소자의GaN LED 소자를 온-오프시키고, 이에 따라 신경세포의 활동전위 변화를 측정한다(900). 이후 측정된 변화값을 외부로 전송한다(901). 이후 상기 외부의 입력신호에 따라 인체 내에 삽입된 광유전학용 광소자의GaN LED 소자는 각 단위 소자별로 다시 온-오프된다.
Claims (9)
- 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자로서, 상기 소자는
플라스틱 기판;
상기 기판상에 구비되며, 순차적으로 적층된 n-질화갈륨층/발광층/p-질화갈륨층을 포함하는 질화갈륨 발광다이오드 단위 소자;
상기 질화갈륨 발광다이오드 단위 소자의 n-질화갈륨층 및 p-질화갈륨층 상에 적층된 금속컨택;
상기 질화갈륨 발광다이오드 단위 소자의 n-질화갈륨층 및 p-질화갈륨층 상에 적층된 금속컨택을 각각 연결하는 제 1 금속라인 및 제 2 금속라인; 및
상기 제 1 금속라인 및 제 2 금속라인상에 적층된 투명절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자. - 제 1항에 있어서,
상기 제 1 금속라인 및 제 2 금속라인의 단부는 상기 투명절연층 사이로 노출되는 것을 특징으로 하는 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자. - 제 2항에 있어서,
상기 제 1 금속라인과 제 2 금속라인 사이에는 투명절연층이 구비되는 것을 특징으로 하는 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자. - 제 3항에 있어서,
상기 제 1 금속라인과 제 2 금속라인은 상이한 종과 열의 질화갈륨 발광다이오드 단위소자를 연결하는 것을 특징으로 하는 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자. - 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자를 포함하는 광유전학용 광소자로서, 상기 광소자는
유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자 상부의 투명절연층상에 적층된 복수 개의 전극라인으로 이루어진 미세전극어레이가 구비된 것을 특징으로 하는 광유전학용 광소자. - 제 5항에 있어서,
상기 미세전극어레이는 각 단위 유연성 질화갈륨 발광다이오드 소자에 대응하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 광유전학용 광소자. - 제 6항에 있어서,
상기 미세전극어레이는 상기 질화갈륨 발광다이오드 소자에 의하여 발생하는 빛에 의하여 반응한 신경세포의 활동전위 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는 광유전학용 광소자. - 생체 내에 이식된 제 7항에 따른 광유전학용 광소자의 미세전극어레이를 이용, 신경세포 변화를 전기적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 신경세포 분석방법.
- 생체 내에 이식된 제 7항에 따른 광유전학용 광소자의 질화갈륨 발광다이오드 소자로부터 빛을 발생시켜, 생체를 자극하는 단계; 및
상기 발생한 빛에 대하여 반응한 신경세포의 활동전위 변화를 상기 미세전극어레이로 측정하는 것을 특징으로 하는 광유전학용 광소자를 이용한, 광 자극 방법.
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