KR20210026467A

KR20210026467A - LED patches with surface-emitting micro LED coated with fine particles

Info

Publication number: KR20210026467A
Application number: KR1020190107279A
Authority: KR
Inventors: 이건재; 이재희; 신정호
Original assignee: 한국과학기술원; 주식회사 프로닉스
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-03-10

Abstract

According to the present invention, an LED patch based on a surface-emitting micro LED coated with fine particles includes: a thin-film micro LED; and a light diffusion layer disposed in the same direction as the light emission direction of the thin-film micro LED. In the light diffusion layer, fine particles having a spherical shape are dispersedly arranged, and the size of the fine particles is 10 μm or less.

Description

LED patches with surface-emitting micro LED coated with fine particles

본 발명은 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED 기반의 LED 패치에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-emitting micro LED-based LED patch coated with fine particles.

뷰티 시장에서 소비자들의 선택을 기다리는 LED 마스크는 비약적 발전으로 관리가 한층 수월해지고 있다. 신체 안면의 피부 미용 및 치료를 위한 LED 마스크를 통해 번거로운 1회용 마스크팩의 시대는 지나고 반영구적 사용이 가능한 LED마스크 시대가 도래하고 있다. 즉, 하루 몇 십분 사용만으로도 피부 탄력부터 수분, 잡티, 톤업까지 원하는 부분을 집중 관리할 수 있다.LED masks awaiting consumers' choice in the beauty market are becoming easier to manage due to rapid development. The era of the troublesome disposable mask pack through LED masks for skin beauty and treatment on the body's face has passed, and the era of LED masks that can be used semi-permanently is coming. In other words, with just a few tens of minutes a day, you can intensively manage the areas you want from skin elasticity to moisture, blemishes, and tone up.

LED란 발광 다이오드(Light Emitting Diode)의 약자인데 실제 병원에서도 치료목적으로 쓰인다. LED를 이용한 특정 파장대의 빛을 쪼여서 상태를 개선하거나 통증을 치료하는 의료용 기기에 활용된다. 국내 의료진이 진행한 임상시험 결과에서도 항노화와 멜라닌색소 파괴 및 생성 억제, 콜라겐 활성화, 주름 개선, 통증 치료 등에 효능이 있는 것으로 나타난 것 이외에, LED는 이른바 광(光) 의료기술의 핵심으로서 다양한 분야에서 활용방법을 넓혀가고 있다.LED is an abbreviation for Light Emitting Diode and is actually used for treatment purposes in hospitals. It is used in medical devices that improve the condition or treat pain by irradiating light in a specific wavelength band using LEDs. In addition to the results of clinical trials conducted by domestic medical staff, it has been shown to be effective in anti-aging, melanin destruction and production inhibition, collagen activation, wrinkle improvement, and pain treatment, and LEDs are the core of so-called light medical technology in various fields. Is expanding the method of use in

뷰티 시장에서 소비자들의 선택을 기다리는 다양한 LED 마스크는 상기와 같은 효과를 가정에서 쉽게 접할 수 있도록 휴대용으로 보급된 것이다. 빛의 다양한 파장에 따라 그 기능도 조금씩 다른데 개인의 피부 타입에 맞게 사용하면 된다.Various LED masks awaiting consumers' choice in the beauty market have been distributed as portable so that the above effects can be easily encountered at home. Its function is slightly different depending on the various wavelengths of light, but you can use it according to the individual's skin type.

한편, 현재 뷰티서비스 산업에서 사용되고 있는 미용 LED 패치 및 마스크의 경우, 일반 LED 및 칩 형 마이크로 LED를 이용하고 있다. 칩 형 마이크로 LED와 일반 LED를 이용한 미용 기기는 유연하지 않아 피부와의 접촉성이 떨어지고, 균일하지 않은 발광을 한다. 이에, LED와 피부 사이의 2cm 이상의 거리를 유지하여야 하고 이는 거리에 따라 90%에 이르는 빛의 손실을 가져 온다. 또한, 균일하지 않게 빛이 조사 되어 효과적인 치료가 어렵다.Meanwhile, in the case of cosmetic LED patches and masks currently used in the beauty service industry, general LEDs and chip-type micro LEDs are used. Beauty devices using chip-type micro LEDs and general LEDs are not flexible, so their contact with the skin is poor, and they emit uneven light. Accordingly, it is necessary to maintain a distance of 2cm or more between the LED and the skin, which causes a light loss of up to 90% depending on the distance. In addition, effective treatment is difficult because the light is irradiated unevenly.

LED 마스크에 적용되는 박막 마이크로 LED는 매우 얇고, 유연하여 피부 윤곽을 따라 컨포멀(conformal)하게 부착이 가능하기 때문에 거리에 따른 광 손실을 없앨 수 있고, 사람들의 얼굴 형태에 맞추어 부착이 가능할 뿐만 아니라, 3V에서 구동이 가능하기 때문에 웨어러블 디바이스로 제작이 가능하다. The thin film micro LED applied to the LED mask is very thin and flexible, so it can be conformally attached along the skin contour, thus eliminating light loss due to distance, and it is possible to attach according to the shape of people's faces. , Since it can be driven at 3V, it can be manufactured as a wearable device.

하지만, 박막 마이크로 LED는 점 발광을 통해서만 기능을 수행한다는 점에서 모든 면에서 균일한 발광을 하는 것이 어렵기 때문에 개선이 필요하다.However, since it is difficult to emit uniform light from all surfaces in that the thin-film micro LED performs its function only through point light emission, improvement is required.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 박막 마이크로 LED 상에 미세 입자가 분산된 용액을 코팅함으로써 면의 형태로 균일한 발광을 하는 면 발광 마이크로 LED를 기반으로 하는 LED 패치를 제작하고자 한다.The present invention aims to solve the above conventional problems, and to manufacture an LED patch based on a surface-emitting micro LED that emits uniform light in the form of a surface by coating a solution in which fine particles are dispersed on a thin film micro LED. .

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED 기반의 LED 패치는 박막형 마이크로 LED; 및 상기 박막형 마이크로 LED의 발광 방향과 동일한 방향에 배치되는 빛의 확산 층;을 포함하고, 상기 빛의 확산 층은 구 형태를 갖는 미세 입자가 분산 배치된 상태이며, 상기 미세 입자의 크기는 10㎛ 이하이다.In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, a surface-emitting micro LED-based LED patch coated with fine particles includes a thin-film micro LED; And a light diffusion layer disposed in the same direction as the emission direction of the thin-film micro LED, wherein the light diffusion layer is a state in which fine particles having a spherical shape are dispersed and arranged, and the size of the fine particles is 10 μm. Below.

본 발명의 다른 실시예에 따라 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED 기반의 LED 패치는 펄스 구동 방식을 갖는 박막형 마이크로 LED; 및 상기 박막형 마이크로 LED의 발광 방향과 동일한 방향에 배치되는 빛의 확산 층;을 포함하고, 빛의 확산 층은 구 형태의 미세 입자가 분산 배치된 상태이며, 상기 미세 입자의 크기는 10㎛ 이하이다.According to another embodiment of the present invention, a surface-emitting micro LED-based LED patch coated with fine particles includes a thin-film micro LED having a pulse driving method; And a light diffusion layer disposed in the same direction as the emission direction of the thin-film micro LED, wherein the light diffusion layer is a state in which spherical fine particles are dispersed and arranged, and the size of the fine particles is 10 μm or less. .

본 발명의 또다른 실시예에 따라 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED 기반의 LED 패치는 생체적합적 폴리머층(biocompatible polymer); 상기 생체적합적 폴리머층 상에 배치되는 유연 인쇄 회로 기판; 상기 유연 인쇄 회로 기판 상에 접속되는 면 발광 마이크로 LED; 상기 면 발광 마이크로 LED를 전체적으로 덮는 방식으로 상기 유연 인쇄 회로 기판에 적층되는 실리콘 접착부; 및 상기 실리콘 접착부 상에 배치되는 상층 필름부;를 포함하고, 상기 면 발광 마이크로 LED는 미세 입자가 분산 배치된 상태인 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, a surface-emitting micro LED-based LED patch coated with fine particles may include a biocompatible polymer layer; A flexible printed circuit board disposed on the biocompatible polymer layer; A surface-emitting micro LED connected to the flexible printed circuit board; A silicon bonding portion laminated on the flexible printed circuit board in a manner that entirely covers the surface-emitting micro LED; And an upper film part disposed on the silicone adhesive part, wherein the surface-emitting micro LED is characterized in that the fine particles are dispersed and disposed.

상기 타이머 회로, 무선 충전 회로, 배터리가 모두 집적된 기판이다.The timer circuit, the wireless charging circuit, and the battery are all integrated.

상기 유연 인쇄 회로 기판 상에서, 상기 면 발광 마이크로 LED는 제1면 상에 배치되고, 상기 타이머 회로, 무선 충전 회로, 배터리는 제2면 상에 배치됨으로써 서로 상이한 면 상에 배치된다.On the flexible printed circuit board, the surface-emitting micro LED is disposed on a first surface, and the timer circuit, wireless charging circuit, and battery are disposed on a second surface, thereby being disposed on different surfaces.

상기 제2면은 상기 생체적합적 폴리머층으로 덮여지는 구조이다.The second surface is a structure covered with the biocompatible polymer layer.

상기 제1면은 상기 실리콘 접착부를 이용하여 피부 탈부착이 가능한 구조이다.The first surface is a structure capable of attaching and detaching the skin by using the silicone adhesive part.

본 발명에 따른 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED 기반의 LED 패치는 박막 마이크로 LED 상에 미세 입자가 분산된 용액을 코팅함으로써 면의 형태로 균일한 발광을 하게 한다.The surface-emitting micro LED-based LED patch coated with fine particles according to the present invention allows uniform light emission in the form of a surface by coating a solution in which fine particles are dispersed on a thin film micro LED.

또한, 본 발명에 따른 LED 패치를 통해서 미세 입자에 의한 빛의 산란은 빛을 확산시켜 면 발광을 형성한다. 이에, 피부 상에 균일한 빛이 조사되어 치료 효과의 균일성을 확보할 수 있다. 상기 미세 입자는 마이크로 단위 이하의 크기를 갖는 구 형태의 입자로 실리카, 다공성 실리카, 중공 실리카 등이 포함된다.In addition, scattering of light by fine particles through the LED patch according to the present invention diffuses the light to form surface light emission. Accordingly, uniform light is irradiated on the skin to ensure uniformity of the treatment effect. The fine particles are spherical particles having a size of less than a micro unit, and include silica, porous silica, hollow silica, and the like.

또한, 본 발명에 따른 LED 패치를 이루는 면 발광 마이크로 LED는 타이머 회로, 무선 충전 회로, 배터리를 포함한 유연 인쇄 회로 기판에 접속되어진 상태에서, 추가적인 선의 연결 없이 구동하기 때문에 면 발광 박막 마이크로 LED 기반의 피부 치료를 위한 웨어러블 디바이스로의 구현이 가능하다. In addition, since the surface-emitting micro LED constituting the LED patch according to the present invention is connected to a flexible printed circuit board including a timer circuit, a wireless charging circuit, and a battery, it is driven without connection of an additional line. It can be implemented as a wearable device for treatment.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED를 채용한 LED 패치의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 패치를 이루는 면 발광 마이크로 LED의 구조도이다.
도 3은 점 발광 형태 및 면 발광 형태에 따라서 빛의 확산 층 유무에 따른 발광 형태의 변화를 보인다.
도 4는 여러 형태의 박막 마이크로 LED 어레이의 배열을 보인다.
도 5는 미세 입자인 Microsphere에 의한 빛의 확산 원리를 보인다.
도 6은 미세 입자인 Microsphere의 가능한 실시 형태를 보인다.
도 7은 면 발광 마이크로 LED에 코팅된 미세 입자인 다공성 실리카의 모양과 크기 분포를 보인다.
도 8은 면 발광 마이크로 LED에 코팅된 미세 입자인 다공성 실리카의 표면 이미지를 보인다.
도 9는 면 발광 마이크로 LED에 코팅된 미세 입자인 다공성 실리카의 단면 이미지를 보인다.
도 10은 Microsphere 의 Concentration 과 빛의 확산 층의 두께에 따른 빛의 확산 정도의 변화를 보인다.
도 11은 본 발명에 따른 면 발광 마이크로 LED를 통해 면 발광 상태를 보인다.
도 12는 면 발광 마이크로 LED에 코팅된 다공성 실리카의 유무에 따른 마이크로 LED의 발광 분포 비교를 보인다.
도 13은 본 발명에 따른 면 발광 마이크로 LED의 유연성을 보인다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 LED 패치의 상부 방향 사시도이다.
도 15는 도 8에 도시된 LED 패치의 하부 방향 사시도이다.
도 16은 도 8에 도시된 LED 패치의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패치의 실 구동 이미지를 보인다.
도 18 내지 도 23은 LED 패치를 이루는 면 발광 마이크로 LED의 제작 공정을 보인다.
도 24 내지 도 27은 면 발광 마이크로 LED를 포함한 LED 패치의 제작 공정을 보인다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패치를 이용하여 거리에 따라 조사되는 광량 변화 상태를 보인다.
도 29는 Pulse 구동이 가능한 면 발광 박막 마이크로 LED를 보인다.
도 30은 빛에 의해 자극되는 생물학적의 현상의 효과를 증가 시킬 수 있는 진동 수 범위를 보인다.1 is a schematic diagram of an LED patch employing a surface-emitting micro LED coated with fine particles according to an embodiment of the present invention.
2 is a structural diagram of a surface-emitting micro LED constituting an LED patch according to the present invention.
3 shows changes in light emission patterns according to the presence or absence of a light diffusion layer according to a point emission type and a surface emission type.
4 shows an arrangement of various types of thin film micro LED arrays.
5 shows the principle of light diffusion by microspheres, which are fine particles.
6 shows possible embodiments of microspheres, which are fine particles.
7 shows the shape and size distribution of porous silica, which is fine particles coated on the surface-emitting micro LED.
8 shows a surface image of porous silica, which is fine particles coated on a surface-emitting micro LED.
9 shows a cross-sectional image of porous silica as fine particles coated on a surface-emitting micro LED.
10 shows a change in the degree of light diffusion according to the concentration of the microsphere and the thickness of the light diffusion layer.
11 shows a surface-emission state through the surface-emission micro LED according to the present invention.
12 shows a comparison of light emission distributions of micro LEDs according to the presence or absence of porous silica coated on the surface-emitting micro LEDs.
13 shows the flexibility of the surface-emitting micro LED according to the present invention.
14 is a top perspective view of an LED patch according to an embodiment of the present invention.
15 is a perspective view from below of the LED patch shown in FIG. 8.
16 is a cross-sectional view of the LED patch shown in FIG. 8.
17 shows an actual driving image of an LED patch according to an embodiment of the present invention.
18 to 23 show a manufacturing process of a surface-emitting micro LED forming an LED patch.
24 to 27 show a manufacturing process of an LED patch including a surface-emitting micro LED.
28 shows a state of changing the amount of light irradiated according to the distance using the LED patch according to an embodiment of the present invention.
29 shows a surface-emitting thin film micro LED capable of pulse driving.
30 shows a range of frequencies that can increase the effect of biological phenomena stimulated by light.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art. It is provided to be fully informed. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.

본 발명에 따른 LED 패치를 이루는 면 발광 마이크로 LED는 두께 5 ㎛ 이하 및 크기 100 ㎛ 이하의 무기 발광다이오드를 지칭하는 것일 수 있다.The surface-emitting micro LED forming the LED patch according to the present invention may refer to an inorganic light emitting diode having a thickness of 5 μm or less and a size of 100 μm or less.

면 발광 마이크로 LED에 코팅된 미세 입자는 마이크로 단위 이하의 크기를 갖는 구 형태의 입자일 수 있다. 상기 미세 입자의 크기는 10 ㎛ 이하이다.The fine particles coated on the surface-emitting micro LED may be spherical particles having a size less than or equal to a micro unit. The size of the fine particles is 10 μm or less.

본 발명 상에서 점 발광은 점 광원으로부터 나온 빛이 발광하는 형태이고, 면 발광은 면의 형태로 빛을 균일하게 내는 발광 형태이며, 빛의 산란은 빛이 어떤 매질을 통과하면서 기존의 빛의 경로를 벗어나는 현상을 말한다.In the present invention, point light emission is a form in which light emitted from a point light source emits light, and surface light emission is a light emission form in which light is uniformly emitted in the form of a surface. It refers to the phenomenon of departure.

회로 기판은 전자 부품을 인쇄 배선 판의 표면에 고정하고 부품 사이를 구리 배선으로 연결시켜 전자 회로를 구성한 판으로서, 타이머 회로, 유선 또는 무선 배터리 충전 회로, 배터리를 포함한다. 상기 배터리는 코인셀 및 박막 이차 전지를 포함한다. 상기 회로 기판은 유연한 회로 기판(fpcb)을 비롯하여 기존의 딱딱한 회로기판(pcb) 모두를 포함한다. 한편, 본 발명에서 사용되는 유연 기판은 기계적으로 유연한 모든 기판을 의미하는 것으로 한다. The circuit board is a board comprising an electronic circuit by fixing electronic components to the surface of a printed wiring board and connecting the components with copper wires, and includes a timer circuit, a wired or wireless battery charging circuit, and a battery. The battery includes a coin cell and a thin film secondary battery. The circuit board includes both a flexible circuit board (fpcb) and a conventional rigid circuit board (pcb). Meanwhile, the flexible substrate used in the present invention refers to all mechanically flexible substrates.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED를 채용한 LED 패치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an LED patch employing a surface-emitting micro LED coated with fine particles according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 얇고 유연한 면발광 마이크로 LED를 타이머 기능이 가능한 FPCB에 접합시켜 피부 질환 치료가 가능한 면발광 마이크로 LED patch를 제작하는 것이다.The present invention is to fabricate a surface-emitting micro LED patch capable of treating skin diseases by bonding a thin and flexible surface-emitting micro LED to an FPCB capable of a timer function.

도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 면 발광 MicroLED는 매우 얇고, 유연하여 피부에 conformal한 부착이 가능하고, 면 발광 특성 때문에 균일한 피부 치료를 가능하게 한다. 면 발광의 Micro LED 제작을 위하여 실리카 입자가 분산된 층을 도입한다.Referring to FIG. 2, the surface-emitting MicroLED according to the present invention is very thin and flexible, so that conformal attachment to the skin is possible, and uniform skin treatment is possible due to the surface-emitting characteristics. In order to manufacture a surface-emitting Micro LED, a layer in which silica particles are dispersed is introduced.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 점 발광 형태 및 면 발광 형태에 따라서 미세 입자인 Microsphere에 의한 빛의 확산 원리를 보인다.Referring to FIGS. 3 to 5, the principle of diffusion of light by microspheres, which are fine particles, according to a point emission type and a surface emission type is shown.

도 3 상에서는, 빛의 확산 층을 이용해 면 발광 박막 Micro LED(SμLED)를 제작하는 경우에, 박막 Micro LED는 1㎠ 당 2.25% 이상 40% 이하의 fill factor를 갖고, 이 때의 박막 Micro LED의 크기는 100㎛ 이하인 것을 보인다. 도 3의 좌측 도면은 빛의 확산 층 형성이 안된 점 발광 형태를 보이고, 도 3의 우측 도면은 빛의 확산 층 형성이 이루어진 면 발광 형태를 보인다. 즉, 점 발광 형태 상태에서는 빛의 확산층이 존재하지 않지만 면 발광 형태에서는 빛의 확산층이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 빛의 확산층은 박막형 마이크로 LED의 발광 방향과 동일한 방향에 배치되는 것일 수 있다.3, in the case of manufacturing a surface-emitting thin-film Micro LED (SμLED) using a light diffusion layer, the thin-film Micro LED has a fill factor of 2.25% or more and 40% or less per 1 cm2, and the thin-film Micro LED at this time It seems that the size is less than 100㎛. The left side of FIG. 3 shows a point emission type in which the light diffusion layer is not formed, and the right side view of FIG. 3 shows a surface emission type in which the light diffusion layer is formed. That is, it can be seen that the light diffusion layer does not exist in the point emission type state, but the light diffusion layer exists in the surface emission type state. The light diffusion layer may be disposed in the same direction as the emission direction of the thin-film micro LED.

한편, 도 4 상에서는 1㎠ 당 2.25% 이상의 fill factor 이기만 하면 LED array의 배열은 자유로운 것을 보인다.On the other hand, in FIG. 4, it is shown that the arrangement of the LED array is free as long as it has a fill factor of 2.25% or more per 1 cm2.

면 발광의 Micro LED 제작을 위하여 박막 Micro LED 상에 실리카 입자가 분산된 상태에서 미세 입자인 Microsphere 배치를 통해 빛 확산이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.In order to manufacture a surface-emitting Micro LED, it can be seen that light diffusion occurs through the arrangement of microspheres, which are fine particles, while silica particles are dispersed on the thin film Micro LED.

도 5를 참조하면, Microsphere에 의해 빛의 경로 변환은 light scattering에서 Light Diffusion으로 이루어지고, 전체 투과되는 빛의 양 대비 옆으로 확산되는 빛의 양이 50% 이상 증가되는 것을 보인다.Referring to FIG. 5, it is shown that the path conversion of light by the microsphere is performed by light diffusion in light scattering, and the amount of light diffused to the side is increased by 50% or more compared to the amount of light transmitted through the whole.

상기와 같이, 미세 입자인 Microsphere가 배치된 빛 확산층을 이용하여 박막 Micro LED의 빛을 확산하게 되는데, 미세 입자의 농도와 빛 확산층의 두께에 따라 빛의 확산 정도를 조절할 수 있다. 한편, 광원의 최대 5배까지 빛 확산을 가능하게 한다.As described above, the light of the thin-film Micro LED is diffused using the light diffusion layer in which the microspheres, which are fine particles, are arranged, and the degree of light diffusion can be adjusted according to the concentration of the fine particles and the thickness of the light diffusion layer. On the other hand, it enables light diffusion up to 5 times that of the light source.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 미세 입자인 Microsphere의 가능한 형태를 보이는 한편, 다공성 실리카 입자의 모양과 크기 및 표면의 거친 특성을 보인다. Microsphere는 Sphere, porous sphere, hollow sphere 와 같은 마이크로 사이즈의 구 형태의 입자를 모두 포함한다. 실리카 입자와 분산 용매의 굴절률 차이를 통해 면 발광 효과를 증가시키는 것을 보인다. 도 9는 에폭시계 포토레지스트(Epoxy based photoresist(PR))에 분산된 다공성 실리카(porous silica)의 단면 이미지를 보이는 것으로서, 에폭시계 포토레지스트의 굴절율(active index)은 1.56을 상한선으로 하고, 다공성 실리카의 굴절율은 1.36을 상한선으로 한다.6 to 9, possible shapes of microspheres, which are fine particles, are shown, while the shape and size of the porous silica particles and roughness characteristics of the surface are shown. Microspheres contain all micro-sized spherical particles such as spheres, porous spheres, and hollow spheres. It is shown that the surface emission effect is increased through the difference in the refractive index between the silica particles and the dispersion solvent. 9 shows a cross-sectional image of porous silica dispersed in an epoxy-based photoresist (PR), wherein the active index of the epoxy-based photoresist is 1.56 as an upper limit, and porous silica The refractive index of is 1.36 as the upper limit.

도 10은 Microsphere 의 농도(Concentration)와 빛의 확산 층의 두께에 따른 빛의 확산 정도의 변화를 보인다.10 shows changes in the degree of light diffusion according to the concentration of the microsphere and the thickness of the light diffusion layer.

MicroSphere 농도를 최대 25wt% 이상으로 하고, 확산층 두께를 5um 이상으로 조절 가능하다. Microsphere concentration can be set to 25wt% or more, and the thickness of the diffusion layer can be adjusted to 5um or more.

MicroSphere 농도를 높이거나 확산층의 두께를 증가시키는 경우에 빛 확산을 최대 5배로 증가시킬 수 있게 한다.Increasing the microsphere concentration or increasing the thickness of the diffusion layer makes it possible to increase the light diffusion by up to 5 times.

도 11은 본 발명에 따른 면 발광 마이크로 LED를 통한 면 발광 상태를 보인다.11 shows a surface emission state through the surface-emitting micro LED according to the present invention.

도 12는 면 발광 마이크로 LED에 코팅된 다공성 실리카의 유무에 따른 마이크로 LED의 발광 분포 비교를 보인다. 구체적으로, 실리카 층(Silica layer) 형성 시에 더 균일한 면 형태의 발광을 보인다. 12 shows a comparison of light emission distributions of micro LEDs according to the presence or absence of porous silica coated on the surface-emitting micro LEDs. Specifically, when a silica layer is formed, light emission in a more uniform surface shape is exhibited.

도 13은 본 발명에 따른 면 발광 마이크로 LED의 유연성을 보인다.13 shows the flexibility of the surface-emitting micro LED according to the present invention.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 실리콘 접착제(Silicone adhesive)를 통해 피부에 탈부착이 가능하고, 유연인쇄회로기판(FPCB)에 타이머 회로, 무선충전 회로, 배터리가 포함된 면 발광 마이크로 LED 패치를 제작한다.14 to 17, a surface-emitting micro LED patch including a timer circuit, a wireless charging circuit, and a battery can be attached to the skin through a silicone adhesive. do.

도 18 내지 도 23은 LED 패치를 이루는 면 발광 마이크로 LED의 제작 공정을 보인다. 구체적으로는, 기존의 플렉서블 기반 수평형 내지 수직형 발광다이오드 제작 방식의 한계인 무기 박막의 전사 공정이 필요 없는 플렉서블 수직형 발광다이오드의 제작 방법을 단계별로 설명하는 도면이다.18 to 23 show a manufacturing process of a surface-emitting micro LED forming an LED patch. Specifically, it is a diagram explaining step-by-step a method of manufacturing a flexible vertical light emitting diode that does not require a transfer process of an inorganic thin film, which is a limitation of the conventional flexible-based horizontal or vertical light emitting diode manufacturing method.

본 발명은 GaAs 기판에 형성된 AlGaInP LED 또는 구리 기판에 옮겨진 GaN LED를 광 패턴가능한 폴리머(photopatternable polymer)를 이용하여 전극이 연결될 부분만 비워낸 후 전극 물질을 증착 및 패턴하고, 이를 보호층 및 기판이 될 폴리머를 도포하여 모기판인 GaAs 또는 구리를 식각하는 과정을 통해 제작한다.In the present invention, an AlGaInP LED formed on a GaAs substrate or a GaN LED transferred to a copper substrate is emptied using a photopatternable polymer, and then an electrode material is deposited and patterned. It is fabricated through the process of etching the mother substrate, GaAs or copper, by coating the polymer to be used.

이런 방식을 통해, 기존의 유연 LED 제작 방식과 다르게 매우 공정이 단순하고 LED 간의 간격이 정확하게 제작이 가능하며 밀도를 마음대로 조절할 수 있다는 장점을 지닌다. 또한, 이렇게 제작된 유연 수직형 LED는 총 두께 20um이하의 매우 얇은 두께를 가지므로 여러 층을 겹치거나, 유리기판 등 다양한 기판에 접착할 수 있다.Through this method, unlike the existing flexible LED manufacturing method, the process is very simple, the spacing between LEDs can be accurately manufactured, and the density can be adjusted at will. In addition, since the flexible vertical LED manufactured in this way has a very thin thickness of less than 20 μm in total thickness, several layers can be overlapped or adhered to various substrates such as glass substrates.

도 18을 참조하면, GaAs 기판에서 성장된 AlGaInP LED를 dry etching 하여 chip isolation 시킨다. GaAs wafer 또는 구리 기판(Electroplated Cu substrate)과 같은 희생 기판(100)을 준비하고, 상기 희생 기판(100) 상에 GaInP LED 또는 LLO of InGaN LED from sapphire와 같은 LED 소자층(200)을 증착한다.Referring to FIG. 18, the AlGaInP LED grown on the GaAs substrate is dry etched to perform chip isolation. A sacrificial substrate 100 such as a GaAs wafer or an Electroplated Cu substrate is prepared, and an LED device layer 200 such as GaInP LED or LLO of InGaN LED from sapphire is deposited on the sacrificial substrate 100.

즉, GaAs wafer에서 에피택셜 성장(epitaxial growth)된 GaInP LED(적색LED) 또는 사파이어(Sapphire) 기판에서 성장된 InGaN LED layer를 전기 도금된 Electroplated Cu foil로 레이저 박리시킨 두 가지 경우를 채택할 수 있다.In other words, two cases can be adopted in which a GaInP LED (red LED) epitaxially grown on a GaAs wafer or an InGaN LED layer grown on a sapphire substrate is laser peeled off with an electroplated electroplated Cu foil. .

LED 소자층(200)은 실시예로서 버퍼층(미도핑GaN)/n-GaN/양자우물층/p-GaN층을 포함하여 이루어질 수 있다.이 도시된다. 본 발명의 실시예에서 양자우물층은 GaN/InGaN로 이루어지며, 상기 기능층의 적층은 종래 기술에 따르므로, 이에 대한 상세한 설명은 이하 생략한다.The LED device layer 200 may include a buffer layer (non-doped GaN)/n-GaN/quantum well layer/p-GaN layer as an embodiment. In the embodiment of the present invention, the quantum well layer is made of GaN/InGaN, and the functional layer is stacked according to the prior art, and thus a detailed description thereof will be omitted below.

상기 희생 기판(100) 상에 제조된 LED 소자층(200)은 포토리쏘그래피 및 에칭 공정을 통하여 패터닝된다. 이로써, 희생 기판(100) 상에 정렬된 복수 개의 단위 소자층의 어레이 구조가 완성된다. 메사 에칭(Mesa etch)을 이용하여 LED 소자층(200)을 LED chip 들로 구성한다.The LED device layer 200 manufactured on the sacrificial substrate 100 is patterned through photolithography and etching processes. As a result, an array structure of a plurality of unit device layers arranged on the sacrificial substrate 100 is completed. The LED device layer 200 is composed of LED chips using a mesa etch.

도 19를 참조하면, isolation된 LED 소자층(200)을 패턴 가능한 폴리머층을 사용하여 전체적으로 덮은 후 LED 소자층(200)의 n-type 또는 p-type 영역을 노출시켜 컨택 영역들을 형성하고, 상기의 컨택 영역들에 하부 전극(400)을 스퍼터링, e-beam 등의 방법을 이용하여 증착, 패턴하여 형성한다.Referring to FIG. 19, after covering the isolated LED device layer 200 entirely with a patternable polymer layer, contact regions are formed by exposing the n-type or p-type region of the LED device layer 200, and the The lower electrode 400 is formed by depositing and patterning on the contact regions of by using a method such as sputtering or e-beam.

먼저, Isolation된 각각의 칩을 UV에 반응하는 물질을 사용하여 passivation 한 후 패터닝을 통해 추후 배선을 위한 contact hole을 형성한다. 이후, LED Passivation 층 위에 전극으로 사용 가능한 금속을 증착하고, 패터닝을 통해 하부 전극(400)을 형성한다.First, passivation of each isolated chip using a UV-reactive material, and then patterning to form a contact hole for subsequent wiring. Thereafter, a metal usable as an electrode is deposited on the LED passivation layer, and the lower electrode 400 is formed through patterning.

도 20을 참조하면, 하부 전극(400)을 덮도록 생체적합적 폴리머(Biocompatible polymer(500))를 전체적으로 코팅한다. 즉, 생체적합적 폴리머(500)를 하부 전극의 passivation을 위해 증착한다. 상기 생체적합적 폴리머는 추후 새로운 기판으로 사용된다.Referring to FIG. 20, a biocompatible polymer 500 is entirely coated to cover the lower electrode 400. That is, the biocompatible polymer 500 is deposited for passivation of the lower electrode. The biocompatible polymer is later used as a new substrate.

도 21을 참조하면, 모기판인 희생 기판(100)을 습식 에칭 또는 건식 에칭으로 제거한다. 즉, 희생 기판(100)만 선택적으로 제거할 수 있는 솔루션(solution) 또는 가스를 사용하여 제거한다. 유연하지 않은 GaAs기판을 wet etching을 통하여 제거한다.Referring to FIG. 21, the sacrificial substrate 100, which is a mother substrate, is removed by wet etching or dry etching. That is, only the sacrificial substrate 100 is removed using a solution or gas that can selectively remove. Remove the inflexible GaAs substrate through wet etching.

도 22를 참조하면, LED 소자층(200), 하부 전극(400) 및 생체적합적 폴리머(500)가 순서대로 증착된 상태의 소자를 뒤집어서 공정을 진행한다. 즉, 플립 오버(Flip over) 공정을 진행한다.Referring to FIG. 22, the device in which the LED device layer 200, the lower electrode 400, and the biocompatible polymer 500 are deposited in order is reversed to perform a process. That is, a flip over process is performed.

패턴 가능한 폴리머층을 사용하여 뒤집힌 상태의 소자 상부에 증착과정을 거친후, LED 소자층(200)의 n-type 또는 p-type 영역을 노출시켜 컨택 영역들을 형성한다. 또한, 상부 전극(600)도 노출시켜 컨택 영역들을 형성한다.After a deposition process is performed on the device in an inverted state using a patternable polymer layer, the n-type or p-type regions of the LED device layer 200 are exposed to form contact regions. In addition, the upper electrode 600 is also exposed to form contact regions.

노출된 컨택 영역들에 상부 전극(600)을 스퍼터링, e-beam 등의 방법을 이용하여 증착, 패턴하여 형성하여 형성한다.The upper electrode 600 is formed by depositing and patterning the exposed contact regions using a method such as sputtering or e-beam.

즉, 희생 기판(100)에 대한 습식 식각(Wet etching) 이후에 드러나는 n-AlGaInP LED 영역을 UV에 반응하는 물질을 사용하여 passivation 하고, 패터닝을 통해 추후 배선을 위한 contact hole을 형성한 이후에, LED passivation 층 위에 전극으로 사용 가능한 금속을 증착하고, 패터닝을 통해 상부 전극(600)을 형성한다.That is, after passivation of the n-AlGaInP LED region exposed after wet etching of the sacrificial substrate 100 using a material reacting to UV, and forming a contact hole for wiring later through patterning, A metal usable as an electrode is deposited on the LED passivation layer, and the upper electrode 600 is formed through patterning.

도 23을 참조하면, 실리카 입자를 에폭시계 포토레지스트(epoxy based photoresist)에 분산시키고, spin coating을 통해 실리카가 분산된 층을 형성하여, 면 발광 마이크로LED를 제작한다. 즉, 예를 들어 면 발광 박막형 마이크로LED 상에 다공성 실리카가 분산된 에폭시계 포토레지스트 층을 도포함으로써 빛의 확산 층을 형성하는 것일 수 있다.Referring to FIG. 23, silica particles are dispersed in an epoxy-based photoresist, and a layer in which silica is dispersed is formed through spin coating, thereby fabricating a surface-emitting microLED. That is, for example, a light diffusion layer may be formed by applying an epoxy-based photoresist layer in which porous silica is dispersed on a surface-emitting thin-film microLED.

도 24 내지 도 27은 면 발광 마이크로 LED를 포함한 LED 패치의 제작 공정을 보인다.24 to 27 show a manufacturing process of an LED patch including a surface-emitting micro LED.

도 24를 참조하면, 면 발광 마이크로 LED를 유연 인쇄 회로 기판(FPCB)에 접속시킨다. 상기와 같이, 박막형 마이크로 LED는 유연 인쇄 회로 기판 상에 접속될 수 있지만, 한편으로는 주변에 접속 가능할 수 있다. 이 때, 유연 인쇄 회로 기판은 타이머 회로, 무선 충전 회로 및 배터리가 모두 집적된 기판이다. 한편, 여기에서 상기 유연 인쇄 회로 기판을 이루는 타이머 회로 및 배터리는 면 발광의 마이크로LED와는 서로 다른 면 상에 위치한다.Referring to FIG. 24, the surface-emitting micro LED is connected to a flexible printed circuit board (FPCB). As described above, the thin-film micro LED can be connected on a flexible printed circuit board, but on the one hand, it can be connected to the periphery. In this case, the flexible printed circuit board is a board in which all of a timer circuit, a wireless charging circuit, and a battery are integrated. Meanwhile, the timer circuit and the battery constituting the flexible printed circuit board are located on different surfaces from the surface-emitting microLED.

도 25를 참조하면, 타이머 회로 및 배터리가 위치한 면은 생체적합적 폴리머(biocompatible polymer)로 몰드를 형성하여 passivation 한다.Referring to FIG. 25, the surface on which the timer circuit and the battery are located is passivated by forming a mold with a biocompatible polymer.

도 26을 참조하면, 면 발광 마이크로LED가 위치한 면은 실리콘 접착층(silicone adhesive)를 사용하여 피부 탈 부착이 가능하게 한다. Referring to FIG. 26, the surface on which the surface-emitting microLED is located is detachable from the skin using a silicone adhesive.

도 27을 참조하면, 최종적으로 PET film을 silica adhesive 위에 부착하여 면 발광 마이크로LED 패치를 제작한다.Referring to FIG. 27, a surface-emitting microLED patch is manufactured by finally attaching a PET film on a silica adhesive.

본 발명 상에서 박막형 마이크로 LED의 상부 또는 하부는 유연 기판으로 덮여질 수 있다. 상기 유연 기판은 Su8, Ecoflex, PDMS, 하이드로젤, 실리콘을 포함하는 그룹 중 어느 하나의 재질을 포함하고, 인체에 무해하고 피부 보호 기능을 한다.In the present invention, the upper or lower portion of the thin-film micro LED may be covered with a flexible substrate. The flexible substrate includes any one of the group consisting of Su8, Ecoflex, PDMS, hydrogel, and silicone, and is harmless to the human body and functions to protect the skin.

상기 유연 기판으로 덮여진 박막형 마이크로 LED의 상부 또는 하부는 피부 접착제가 적층 또는 부착되어 피부 탈부착이 가능한 구조이고, 상기 피부 접착제는 실리콘 접착제 또는 하이드로젤을 포함한다. The upper or lower portion of the thin film micro LED covered with the flexible substrate has a structure in which a skin adhesive is laminated or attached to the skin, and the skin adhesive includes a silicone adhesive or a hydrogel.

도 28은 본 발명의 실시예에 따른 LED 패치를 이용하여 거리에 따라 조사되는 광량 변화 상태를 보인다.28 shows a state of changing the amount of light irradiated according to the distance using the LED patch according to an embodiment of the present invention.

거리의 증가에 따라서 광 손실이 증가하는 것을 알 수 있으며, 구체적으로는 4mm 까지는 급격한 광 손실이 이루어지며, 4mm에서 10mm 까지는 완만한 광 손실의 증가가 이루어지는 것을 알 수 있다. 한편, 10mm 에서 ~90% 광 손실 발생을 확인할 수 있다.It can be seen that the light loss increases as the distance increases. Specifically, it can be seen that a rapid light loss is made up to 4mm, and a gentle light loss is increased from 4mm to 10mm. Meanwhile, it can be seen that ~90% light loss occurs at 10mm.

도 29는 Pulse 구동이 가능한 면 발광 박막 마이크로 LED를 보인다. 박막 마이크로 LED는 100Hz 이하의 진동 수 및 15V 이하의 피크 포인트로 구동하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 20Hz 이상 60Hz 이하 범위의 진동 수를 유지하는 것일 수 있다. 구체적으로는 10㎐ 진동수 범위 하에서 100㎳ 시간 간격으로 8V 정도의 피크 포인트를 갖는 펄스 구동 방식을 갖는 것을 확인할 수 있다.29 shows a surface-emitting thin film micro LED capable of pulse driving. The thin film micro LED may be driven with a frequency of 100 Hz or less and a peak point of 15 V or less. Preferably, it may be to maintain the number of vibrations in the range of 20Hz or more and 60Hz or less. Specifically, it can be seen that the pulse driving method has a peak point of about 8V at 100 ms intervals in the 10 Hz frequency range.

Pulse off times 으로 인해 빛에 의한 tissue heating 이 감소한다. 즉, Pulse wave를 사용하는 경우에는, Pulse off times 으로 인해 CW (continuous wave)인 경우보다 빛에 의한 열을 받는 시간이 줄어들게 되는바, 조직이 열에 의해 받는 손상이 줄어든다는 장점이 있다. 상기 펄스 구동 방식은 인체 내 생물학적 신호와 공명 현상을 일으켜 생물학적 효과를 극대화시킬 수 있는 기능을 한다.Tissue heating by light is reduced due to pulse off times. That is, in the case of using a pulse wave, the time to receive heat by light is reduced compared to the case of a continuous wave (CW) due to pulse off times, and thus, there is an advantage in that the damage received by the heat is reduced. The pulse driving method has a function of maximizing a biological effect by generating a resonance phenomenon with a biological signal in the human body.

인체 내 biological frequency( 2~ 10,000Hz)와 Light pulses 간의 공명 현상으로 인해 pulsed light 효과가 증가한다.The pulsed light effect increases due to the resonance phenomenon between the biological frequency (2~10,000Hz) and light pulses in the human body.

한편, 2.5Hz, 20Hz, 292Hz, 20000Hz 상에서의 비교 시에, 20Hz에서 가장 좋은 효과를 보이는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, when comparing over 2.5Hz, 20Hz, 292Hz, and 20000Hz, it can be seen that the best effect is shown at 20Hz.

도 30은 빛에 의해 자극되는 생물학적의 현상의 효과를 증가 시킬 수 있는 진동 수 범위를 보인다. 구체적으로는, 각각의 생물학적 반응(Biological Response)에 따른 최적의 진동 수를 보이는 것이다.30 shows a range of frequencies that can increase the effect of biological phenomena stimulated by light. Specifically, it shows the optimal number of vibrations according to each Biological Response.

상기한 바에 따라서, 생물학적 반응에 효과적으로 대응하기 위해서는 발광 박막 마이크로 LED를 100Hz 이하의 진동 수로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.As described above, in order to effectively respond to biological reactions, it may be desirable to maintain the light emitting thin film micro LED at a frequency of 100 Hz or less.

Pulse wave 일 경우, NO의 광 분해 수가 증가한다. 즉, Pulse wave를 사용할 경우, NO가 Cytochrome C에 rebinding 하는 것을 막아 더 효과적으로 NO를 광분해시킬 수 있다.In case of pulse wave, the number of photolysis of NO increases. That is, when using a pulse wave, NO can be photodecomposed more effectively by preventing rebinding of NO to Cytochrome C.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 LED 기반의 LED 패치는 박막 마이크로 LED 상에 미세 입자가 분산된 용액을 코팅함으로써 면의 형태로 균일한 발광을 하게 한다.As described above, the surface-emitting micro LED-based LED patch coated with fine particles according to the present invention allows uniform light emission in the form of a surface by coating a solution in which fine particles are dispersed on a thin film micro LED.

또한, 본 발명에 따른 LED 패치를 이루는 면 발광 마이크로 LED는 타이머 회로, 무선 충전 회로, 배터리를 포함한 유연 인쇄 회로 기판에 접속 되어진 상태에서, 추가적인 선의 연결 없이 구동 하기 때문에 면 발광 박막 마이크로 LED 기반의 피부 치료를 위한 웨어러블 디바이스로의 구현이 가능하다. In addition, since the surface-emitting micro LED constituting the LED patch according to the present invention is operated without connecting additional lines while connected to a flexible printed circuit board including a timer circuit, a wireless charging circuit, and a battery, the surface-emitting thin-film micro LED-based skin It can be implemented as a wearable device for treatment.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although a preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment described above. That is, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can make a number of changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications can be made. It should be considered that equivalents are also within the scope of the present invention.

Claims

Thin-film micro LED; And
Including; a light diffusion layer disposed in the same direction as the emission direction of the thin-film micro LED,
The light diffusion layer is a state in which fine particles having a spherical shape are dispersed and arranged,
The size of the fine particles is 10 μm or less,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 1,
The thin-film micro LED has a thickness of 1 μm or more and 20 μm or less, and an area fill factor of 2.25% or more and 40% or less per 1 cm2,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 2,
The thin-film micro LED may be connected on or around a circuit board,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 3,
The circuit board is a board in which all of a timer circuit, a wired or wireless battery charging circuit, and a battery are integrated,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 1,
The upper or lower portion of the thin-film micro LED may be covered with a flexible substrate,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 5,
The flexible substrate includes any one of the group consisting of Su8, Ecoflex, PDMS, hydrogel, and silicone, and is harmless to the human body and capable of protecting skin,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 5,
The upper or lower portion of the thin-film micro LED covered with the flexible substrate is a structure in which a skin adhesive is laminated or attached to the skin, and the skin adhesive includes a silicone adhesive or a hydrogel
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 1,
The fine particles dispersed in the light diffusion layer are one of sphere-shaped particles including sphere, porous sphere, and hollow sphere,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 8,
The fine particles dispersed in the light diffusion layer function to diffuse the light of the existing light source up to 5 times through the scattering of light,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

A thin film type micro LED having a pulse driving method; And
Including; a light diffusion layer disposed in the same direction as the emission direction of the thin-film micro LED,
The light diffusion layer is a state in which spherical fine particles are dispersed and arranged,
The size of the fine particles is 10 μm or less,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 10,
The thin film micro LED is driven with a frequency of 100 Hz or less and a peak point of 15 V or less,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 11,
The thin film micro LED is driven at a frequency of 20Hz or more and 60Hz or less,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.

The method of claim 10,
The pulse driving method has a function of maximizing a biological effect by generating a resonance phenomenon with a biological signal in the human body,
Surface-emitting micro LED patch for skin phototherapy.