KR20230021372A - 초소형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 - Google Patents
초소형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230021372A KR20230021372A KR1020210103167A KR20210103167A KR20230021372A KR 20230021372 A KR20230021372 A KR 20230021372A KR 1020210103167 A KR1020210103167 A KR 1020210103167A KR 20210103167 A KR20210103167 A KR 20210103167A KR 20230021372 A KR20230021372 A KR 20230021372A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- subminiature
- led
- film
- subminiature led
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000007933 dermal patch Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 229930003316 Vitamin D Natural products 0.000 claims abstract description 4
- QYSXJUFSXHHAJI-XFEUOLMDSA-N Vitamin D3 Natural products C1(/[C@@H]2CC[C@@H]([C@]2(CCC1)C)[C@H](C)CCCC(C)C)=C/C=C1\C[C@@H](O)CCC1=C QYSXJUFSXHHAJI-XFEUOLMDSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 235000019166 vitamin D Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000011710 vitamin D Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000003710 vitamin D derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229940046008 vitamin d Drugs 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 309
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 117
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 29
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 12
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 6
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 6
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 claims description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 5
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 claims description 5
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 claims description 3
- 239000008393 encapsulating agent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 201000004624 Dermatitis Diseases 0.000 abstract description 2
- 241000233866 Fungi Species 0.000 abstract description 2
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 abstract description 2
- 201000004681 Psoriasis Diseases 0.000 abstract description 2
- 208000010668 atopic eczema Diseases 0.000 abstract description 2
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 130
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 41
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 31
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 29
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 11
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical group Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000013545 self-assembled monolayer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N trichloro(octadecyl)silane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](Cl)(Cl)Cl PYJJCSYBSYXGQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003796 beauty Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000002147 killing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 102220047090 rs6152 Human genes 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000430 skin reaction Toxicity 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
- A61N5/0616—Skin treatment other than tanning
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
- A61N5/0624—Apparatus adapted for a specific treatment for eliminating microbes, germs, bacteria on or in the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/52—Encapsulations
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N2005/0635—Radiation therapy using light characterised by the body area to be irradiated
- A61N2005/0643—Applicators, probes irradiating specific body areas in close proximity
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N2005/065—Light sources therefor
- A61N2005/0651—Diodes
- A61N2005/0652—Arrays of diodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N5/00—Radiation therapy
- A61N5/06—Radiation therapy using light
- A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
- A61N2005/0661—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used ultraviolet
Abstract
본 발명은 특정 파장 범위의 광을 발산하는 초소형 LED 어셈블리가 구비된 유연 스킨 패치 및 이를 제조하는 발명에 관한 것으로서, 피부의 국부적 영역에서의 비타민 D 생성 촉진 효과가 우수하고, 국부적인 피부 건선, 진균, 진균 종양 및 습진의 개선 내지 치료 효과가 우수하면서도, 탈부착이 용이한 유연 스킨 패치를 제공할 수 있는 발명에 관한 것이다.
Description
본 발명은 피부에 부착되어 특정 파장 범위의 광을 발산하는 LED가 구비된 유연 스킨 패치에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 초소형 LED 어셈블리가 구비된 유연 스킨 패치 및 이를 제조하는 발명에 관한 것이다.
최근 광선을 이용한 피부 미용 및 피부 치료가 굉장히 활성화 되어있으며, 피부의 각 세포 및 조직은 특정 파장의 빛을 흡수하기 때문에 생리 화학상의 치료 목적으로 상황에 맞는 파장 영역의 빛을 조사하여 피부의 반응을 유도한다.
피부질환 치료 및 피부 미용을 위한 광 치료는 레이져, 램프 또는 LED를 사용한 광 조사를 통해 이루어지며, 최근에는 병원 등의 의료기관뿐만 아니라, 가정에서 간단한 피부 미용 및/또는 피부질환 치료를 위해 다양한 소형 미용기기, 의료기기가 개발, 시판되고 있다.
현재 개발된 LED의 종류는 매우 다양한데, 특히, 다양한 LED 중 마이크로 LED와 나노 LED는 우수한 색감과 높은 효율을 구현할 수 있고, 친환경적인 물질이므로 각종 광원, 디스플레이의 핵심 소재로 사용되고 있다. 이러한 시장상황에 맞춰서 최근에는 새로운 나노로드 LED 구조나 새로운 제조공정에 의하여 쉘이 코팅된 나노 케이블 LED를 개발하기 위한 연구가 진행되고 있다. 더불어 나노로드 외부면을 피복하는 보호막의 고효율, 고안정성을 달성하기 위한 보호막 소재에 대한 연구나 후속 공정에 유리한 리간드 소재에 대한 연구개발도 진행되고 있다.
이러한 소재 분야의 연구에 맞춰서 최근에는 적색, 녹색, 청색 마이크로-LED를 활용한 디스플레이 TV까지 상용화되었다. 마이크로-LED를 활용한 디스플레이, 각종 광원은 고성능 특성과 이론적인 수명과 효율이 매우 길고 높은 장점을 가지나 한정된 영역의 소형화된 전극 상에 마이크로 LED를 일일이 낱개로 배치시켜야 하므로 마이크로-LED를 전극 상에 pick place 기술로 배치시켜 구현되는 전극어셈블리는 높은 단가와 높은 공정 불량률, 낮은 생산성을 고려할 때 공정기술의 한계로 스마트폰에서 TV에 이르는 진정한 의미의 고해상도 상용 디스플레이나 다양한 크기, 형상, 밝기를 갖는 광원으로 제조하기 어려운 실정이다. 더불어 마이크로-LED 보다 작게 구현된 나노-LED를 마이크로-LED와 같은 pick and place 기술로 전극 상에 낱개로 일일이 배치시키는 것은 더욱 어려운 실정이다.
또한, 서로 다른 두 전극 상에 소자가 누워서 조립, 즉 소자 내 각 반도체층의 적층방향과 전극의 주면이 평행하게 조립됨에 따라서 광이 추출되는 면적이 적어 효율이 좋지 않은 문제가 있다. 이에 대해 구체적으로 설명하면, 나노로드형 LED 소자는 LED 웨이퍼를 나노패턴공정과 드라이에칭/??에칭을 혼합해서 top-down 방법으로 제조하거나 기판 위에 직접 bottom-up 방법으로 성장시키는 방법이 알려져 있다. 이러한 나노로드형 LED는 LED 장축이 적층방향 즉, p-GaN/InGaN 다중양자우물(MQW)/n-GaN 적층구조에서 각 층의 적층방향과 일치하므로 발광면적이 좁고, 발광면적이 좁기 때문에 상대적으로 표면결함이 효율 저하에 큰 영향을 미치며, 정자-정공의 재결합 속도를 최적화하기가 어려워서 발광효율이 원래 웨이퍼가 갖고 있던 효율보다 크게 낮아지는 문제가 있다.
나아가, 나노로드형 LED 소자를 발광시키기 위하여 형성된 서로 다른 두 전극을 동일평면 상에 형성시켜야 하므로 전극설계가 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 초소형 LED 어셈블리를 디스플레이 기기, 조명 기기 외에 피부 개선용 미용 기기 또는 피부 질환 개선, 치료용 의료 기기에 적용하고자 하며, 초소형 LED 어셈블리가 탑재된 유연 스킨 패치로서 피부에 직접 부착되고, 특정 파장의 광을 발산하여 피부 상태, 피부 질환을 개선, 치료할 수 있는 초소형-LED 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초소형-LED 유연 스킨 패치는 200 ~ 400 nm 파장의 UV를 발광하는, 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 LED 전극 어셈블리를 포함하며, 상기 초소형 LED 소자는 상기 제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층 상에 형성된 제2 전극층을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형 LED 소자는 200 ~ 280 nm 파장의 UVC 를 발광하는 초소형 LED 소자, 280 ~ 320 nm 파장의 UVB를 발광하는 초소형 LED 소자 및 320 ~ 400 nm 파장의 UVA를 발광하는 초소형 LED 소자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형 LED 소자는 절연피막 및 보호피막 중에서 적어도 하나의 피막을 외부면에 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 절연피막은 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 피막이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 보호피막은 정공푸싱피막 및 전자푸싱피막 중 적어도 어느 하나의 피막을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 정공푸싱피막은 제2도전성 반도체층의 노출된 외부면, 또는 제2도전성 반도체층 노출된 외부면과 활성층 적어도 일부의 노출된 외부면을 둘러싸서 노출된 측면 표면쪽의 정공을 중심쪽으로 이동시키기 위한 피막일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 전자푸싱피막은 제1도전성 반도체층의 노출된 외부면을 둘러싸서 노출된 외부면 표면쪽의 전자를 중심쪽으로 이동시키기 위한 피막일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형 LED 소자는 상기 정공푸싱피막과 전자푸싱피막을 모두 포함하며, 상기 전자푸싱피막은 제1도전성 반도체층, 활성층 및 제2도전성 반도체층의 측면을 둘러싸는 최외피막으로 구비될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 정공푸싱피막은 AlNX, ZrO2, MoO, Sc2O3, La2O3, MgO, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, TiO2, ZnS, Ta2O5 및 n-MoS2 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 전자푸싱피막은 Al2O3, HfO2, SiNx, SiO2, ZrO2, Sc2O3, AlNx 및 Ga2O3 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형 LED 소자는 상기 절연피막 및 보호피막 중 적어도 하나 이상의 피막 외부면에는 초소형 LED 소자 상호간의 응집을 방지하기 위한 소수성 피막;을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 이고, 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 ~ 100일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LED 전극 어셈블리는, 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인; 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 상기 복수 개의 초소형 LED 소자;를 포함하고, 상기 제1 전극의 폭 길이(X), 2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 제2 전극 간의 간격 거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 여기서 100nm < X ≤ 10㎛, 100nm < Y ≤ 10㎛, 100nm < Z ≤ 10㎛이다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형 LED 소자의 제1도전성 반도체층은 n형 III-질화물 반도체층이고, 제2도전성 반도체층은 p형 III-질화물 반도체층일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 점착 패드 또는 점착 필름을 포함하는 피부 점착층을 포함하는 기재; 및 상기 기재 상에 구비되는 상기 LED 전극 어셈블리;를 포함하며, 상기 기재 및/또는 피부 점착층은 투명할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 피부 점착층 및/또는 상기 기재는 광투과율이 90% 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 LED 전극 어셈블리는 봉지재로 봉지(encapsulation)되며, 상기 제1전극 및 제2전극 각각은 유연 전극일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 유연 스킨 배치는 피부 내 비타민 D 생성을 촉진할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 유연 스킨 배치는 피부 질환 완화 또는 개선시킬 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 초소형-LED 유연 스킨 패치를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 피부 점착층을 포함하는 기재와 앞서 설명한 다양한 초소형-LED 전극 어셈블리를 결합시켜 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 초소형-LED 전극 어셈블리는, (1) 유연 기판, 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면 상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계; 및 (2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수 개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 전원을 인가하여 복수 개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬시키는 단계;를 포함하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 외부면에 절연피막 및 보호피막 중 적어도 하나 이상의 피막을 형성시켜 제조한 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 상기 절연피막 및 보호피막 중 적어도 하나 이상의 피막 외부면에는 초소형 LED 소자 상호간의 응집을 방지하기 위한 소수성 피막을 더 형성시켜 제조한 것일 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계의 제1 전극 및 제2 전극은 소용돌이(spiral) 배치 및 상호 교번적(interdigitated) 배치중 어느 하나의 배치로 이격될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계는 1-1) 유연 기판, 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계; 1-2) 상기 유연 기판 상에 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 상기 형성시키는 단계; 및 1-3) 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계;를 포함하되, 상기 유연 기판에서 절연격벽 상단까지의 수직거리는 0.1 ~ 100㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계에서 인가되는 전원의 전압은 0.1V 내지 1000 V 이며, 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계에서 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수는 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인의 면적 100 ×100㎛2 당 2 내지 100,000 개일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2)단계 이후에 (3) 제1, 2 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 연결된 전극라인 영역을 둘러싸는 절연격벽을 더 포함하고, 상기 절연격벽은 유연 기판상에 형성되며, 상기 유연 기판에서 절연격벽 상단까지 수직거리는 0.1 ~ 100㎛일 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 정의한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, 각 층, 영역, 패턴 또는 기판, 각 층, 영역, 패턴들의 "위(on)", "상부", "상", "아래(under)", "하부", "하"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)", "상부", "상", "아래(under)", "하부", "하"는 "directly"와 "indirectly"의 의미를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어 "제1 전극"과 "제2 전극"은 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극 영역 또는 상기 영역과 더불어 유연 기판상 전극을 배치하는 방법에 따라 더 포함될 수 있는 전극 영역까지를 모두 포함한다. 다만, 본 발명의 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극영역을 의미한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어, "단위 전극"이란 초소형 LED 소자를 배열하여 독립적으로 구동 시킬 수 있는 두 전극이 배치된 배열 영역을 의미하고 단위 전극면적이란 상기 배열영역의 면적을 의미한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, "연결"이란 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극(예를 들어 제1 전극, 제2 전극)에 실장되는 것을 의미한다. 또한, "전기적으로 연결"이란 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극에 실장됨과 동시에 전원을 전극라인에 인가할 때 초소형 LED 소자가 발광할 수 있는 상태를 의미한다.
본 발명의 LED 유연 스킨 패치에 적용되는 초소형 LED 소자 및 이를 이용한 LED 전극 어셈블리는 종래의 로드형 LED 소자를 이용한 전극 어셈블리에 대비해 소자의 발광면적을 증가시켜 높은 휘도와 광효율을 달성하기에 유리하다. 그리고, 이러한 초소형 LED 소자 중 특정 발광 파장 범위를 가지는 초소형 LED 소자를 이용한 본 발명의 LED 유연 스킨 패치는 종래 피부 접착 스킨 패치와 비교하여 박편화가 가능하면서도 우수한 발광 효율을 가지는 바, 피부의 국부적 영역에서의 비타민 D 생성 촉진 효과가 우수하고, 국부적인 피부 건선, 진균, 진균 종양 및 습진의 개선 내지 치료 효과, 바이러스 사멸 효과가 우수하면서도, 탈부착이 용이한 유연 스킨 패치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 유연 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 소자에 대한 사시도이다.
도 7은 종래의 초소형 LED 전극 어셈블리의 수직단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판 상에 절연격벽을 형성시키는 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 사시도 및 부분확대도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 유연 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 소자에 대한 사시도이다.
도 7은 종래의 초소형 LED 전극 어셈블리의 수직단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판 상에 절연격벽을 형성시키는 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 사시도 및 부분확대도이다.
이하, 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.
본 발명의 초소형-LED 유연 스킨 패치는 초소형 LED 소자를 도입한 LED 전극 어셈블리를 포함한다.
초소형 LED 소자는 소자는 200 ~ 400 nm 파장의 UV를 발광하는 LED 소자를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 초소형 LED 소자는 200 ~ 280 nm 파장의 UVC 를 발광하는 LED 소자, 280 ~ 320 nm 파장의 UVB를 발광하는 LED 소자 및 320 ~ 400 nm 파장의 UVA를 발광하는 LED 소자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 280 ~ 320 nm 파장의 UVB를 발광하는 LED 소자를 포함할 수 있다.
상기 LED 전극 어셈블리는 기재 상에 형성(또는 구비)될 수 있다.
상기 기재는 점착 패드 또는 점착 필름을 포함하는 피부 점착층을 포함할 수도 있다. 이때, 점착 패드는 점착 시트도 포함하는 의미이다.
상기 기재는 피부 점착층 자체일 수도 있으며, 투명 기재 일면에 형성된 투명 점착층일 수도 있다.
상기 피부 점착층의 일면에는 보호필름(또는 이형필름)을 더 포함할 수도 있다.
상기 피부 점착층 및/또는 기재는 투명 소재로 제조한 것으로서, 피부 점착층 및/또는 상기 기재는 광투과율이 90% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 광투과율이 95% 이상, 더욱 바람직하게는 98% 이상일 수 있다.
상기 기재는 유연(flexible) 기재인 것이 바람직하다.
상기 LED 전극 어셈블리는 유연 기판; 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인; 및 상기 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수 개의 초소형 LED 소자;를 포함한다.
그리고, 상기 제1전극 및/또는 제2전극은 유연(flexible) 전극일 수 있다.
또한, 상기 LED 전극 어셈블리는 봉지재로 봉지(encapsulation)될 수도 있다.
본 발명의 유연 스킨 패치에 적용되는 초소형 LED 전극 어셈블리 제조방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
초소형 LED 전극 어셈블리의 제1 구현예는, (1) 유연 기판, 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일 평면 상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계; 및 (2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수 개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 전원을 인가하여 복수 개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계;를 포함하는 공정을 수행하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조한다.
그리고, 상기 제1 전극의 폭 길이(X), 2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극 간의 간격 거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족한다.
[관계식 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 여기서 100nm < X ≤ 10㎛, 100nm < Y ≤ 10㎛, 100nm < Z ≤ 10㎛이다.
이를 통해 종래의 초소형 LED 소자를 직립시켜 3차원 형상으로 전극에 결합시킬 때 초소형 LED 소자를 직립하여 세울 수 없는 문제점 및 초소형 LED 소자를 초소형의 서로 다른 전극에 일대일 대응하여 결합시키기 어렵다는 난점을 극복할 수 있다. 또한 초소형 전극에 초소형 LED 소자를 목적하는 전극영역에 정렬시킴과 동시에 전기적 단락 등 불량 없이 초소형 LED 소자를 전극에 연결시킬 수 있다. 나아가, 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 방향성으로 인해 활성층에서 발생되는 광자 중 대기중으로 방출되는 광자의 양이 증가함에 따라 초소형 LED 전극어셈블리의 광추출 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
구체적으로 도 1은 본 발명의 바람직한 제1 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도로서, 도 1a는 유연 기판(100) 상에 형성된 제1 전극(110), 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극(130) 및 복수 개의 초소형 LED 소자가 포함된 용액(LED소자(120), 용매(140))을 나타낸다.
먼저, 초소형 LED 용 전극라인의 제조방법을 설명한다. 구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판상에 형성된 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도이다. 다만, 초소형 LED 용 전극라인의 제조공정이 후술되는 제조공정에 제한되는 것은 아니다.
먼저, 도 2a는 전극라인이 형성되는 유연 기판(100)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 통상 전극이 형성될 수 있는 유연 기판의 경우 어느 종류나 사용될 수 있다.
상기 유연 기판의 면적은 제한이 없으며, 유연 기판상에 형성될 제1 전극의 면적, 제2 전극의 면적, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 연결되는 초소형 LED 소자 사이즈 및 연결되는 초소형 LED 소자 개수를 고려하여 변할 수 있다. 바람직하게 상기 유연 기판의 두께는 100㎛ 내지 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후 도 2b와 같이 유연 기판(100) 상에 광 레지스트(PR, photo resist)(101)를 코팅할 수 있다. 상기 광 레지스트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 광 레지스트일 수 있다. 상기 광 레지스트를 유연 기판(100)상에 코팅하는 방법은 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 중 어느 하나 일 수 있고, 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 방법은 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있다. 코팅시키는 광 레지스트(101)의 두께는 0.1 내지 10 ㎛ 일 수 있다. 다만, 코팅되는 광 레지스트(101)의 두께는 이후 유연 기판상에 증착될 전극의 두께를 고려하여 변할 수 있다.
상기와 같이 유연 기판(100) 상에 광 레지스트(101)층을 형성시킨 이후 동일평면상에 제1 전극과 제2 전극이 상호 교번적 배치로 이격되어 있는 전극라인(도 3 참조)에 상응하는 패턴(102a, 102b)이 그려진 마스크(102)를 도 2c와 같이 광 레지스트(101)층에 올려놓고, 상기 마스크(103) 상부에서 자외선을 노광할 수 있다.
이후 노광되지 않은 광 레지스트층을 통상적인 광 레지스트 용매에 침지시켜 제거하는 단계를 거칠 수 있고, 이를 통해 도 2d와 같은 전극라인이 형성될 노광된 광 레지스트층 부분을 제거할 수 있다. 상기 초소형 LED용 전극라인에 대응하는 제1 전극라인에 상응하는 패턴(102a)의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛, 제2 전극라인에 상응하는 패턴(102b)의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
이후 도 2e와 같이 전극라인 마스크(102)의 형상으로 광 레지스트층이 제거된 부분에 전극 형성 물질(103)을 증착할 수 있다. 상기 전극 형성 물질은 제1 전극의 경우 알루미늄, 타이타늄, 인듐, 골드 및 실버로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 금속물질 또는 ITO(Indum Tin Oxide), ZnO:Al 및 CNT-전도성 폴리머(polmer) 복합체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 투명물질일 수 있다. 상기 전극 형성 물질이 2종 이상일 경우 바람직하게는 제1 전극은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제1 전극은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제1 전극은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 전극과 제2 전극을 형성하는 물질은 동일 또는 상이할 수 있다. 상기 전극 형성 물질의 증착은 열증착법, e-빔 증착법, 스퍼터링 증착법 및 스크린 프린팅 방법 등의 방법 중 어느 하나의 방법으로 증착될 수 있으며 바람직하게는 열증착 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극 형성 물질(103)을 증착한 이후 도 2f와 같이 아세톤, N-메틸피롤리돈(1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제를 이용하여 유연 기판(100)에 코팅된 광 레지스트층(101)을 제거하면 유연 기판(100)상에 증착된 전극라인(103a(도 1의 110), 103b(도 1의 130)을 제조할 수 있다.
상술한 방법을 통해 제조된 본 발명의 전극라인에서 단위 전극 면적 즉, 초소형 LED 소자를 배열하여 독립적으로 구동시킬 수 있는 두 전극이 배치된 배열 영역의 면적은 바람직하게는 1㎛2 내지 100 cm2 이고, 보다 더 바람직하게는 10㎛2 내지 100 mm2일 수 있으나, 단위 전극의 면적은 상기의 면적에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 전극라인은 단위 전극이 한 개 또는 복수개 포함될 수 있다.
나아가, 상기 전극라인에서 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격 간격은 초소형 LED 소자의 길이 이하일 수 있다. 이를 통해 제1 전극과 제2 전극 사이에 초소형 LED 소자가 누운 형태로 두 전극 사이에 끼거나 또는 두 전극에 걸쳐 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 적용 가능한 전극라인은 후술하는 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성되는 제2 전극으로써 초소형 LED를 실장할 수 있는 것이면 적용가능하며 동일평면상에 이격된 제1 전극과 제2 전극의 구체적 배치는 목적에 따라 달라질 수 있다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도로서 제1 전극(213)은 유연 기판(200) 상에 형성될 수 있다. 상기 “유연 기판 상”의 의미는 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극이 유연 기판 표면에 직접적으로 형성 또는 유연 기판 상부에 이격하여 형성될 수 있음을 의미한다.
더 구체적으로 도 3에서 제1 전극(213, 214)과 제2 전극(233, 234)이 모두 유연 기판(200) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 제1 전극(214)과 제2 전극(234)이 상호 교번적으로 배치되어 동일평면상에 이격된 전극라인(244)을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 유연 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 평면도로서 제1 전극(212, 215)과 제2 전극(232, 235)이 모두 유연 기판(201) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 제1 전극(215)과 제2 전극(235)이 소용돌이 배치되어 동일평면상에 이격된 전극라인(245)을 형성할 수 있다.
상기와 같이 전극라인을 상호 교번적 배치 또는 소용돌이 배치로 구성할 경우 한정된 면적의 유연 기판(200, 201)에 포함되는 초소형 LED를 한번에 배열하여 독립적으로 구동 할 수 있는 단위 전극의 구동 면적을 높일 수 있어 단위 전극에 실장되는 초소형 LED 수를 증가시킬 수 있다. 이는 단위 면적의 LED 발광의 세기를 증가시키므로 단위면적당 높은 밝기가 요구되는 여러 가지 광전소자의 응용에 활용할 수 있다.
한편, 도 3, 도 4는 바람직한 일구현예이며, 이에 한정되지 않고 두 전극이 일정한 간격을 갖는 상상 가능한 모든 구조의 배치로 다양하게 변형하여 구현할 수 있다.
또한, 상기 도 3에 나타난 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극라인과 다르게 본 발명의 또 다른 바람직한 일구현예에 따르면 제2 전극이 유연 기판 상부에 이격되어 형성될 수 있다.
구체적으로 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도로서, 유연 기판(202) 표면에 직접적으로 제1 전극(211)이 형성되나 제2 전극(231, 236)은 유연 기판(202) 상부에 이격되어 형성되어 있으며, 제1' 전극(216)은 연결전극을 통해 제1 전극(211)과 연결되고, 유연 기판(202) 상부에 제1 전극(211)과 이격되어 형성되어 있으며, 제1' 전극(216)과 제2 전극(236)이 동일평면 상에 상호 교번적으로 배치되어 이격된 전극라인(246)을 형성할 수 있다.
이하 제1 전극과 제2 전극이 동일평면 상에서 상호 교번적으로 배치된 형상을 중심으로 설명한다. 다만, 제1 전극과 제2 전극은 유연 기판 표면에 직접적으로 또는 유연 기판 표면에서 이격되어 형성될 수 있으며 제1 전극과 제2 전극은 동일평면이 아닐 수 있다.
다음, 초소형 LED 소자들을 포함하는 용액(도 1a의 120, 140)을 설명한다.
상기 초소형 LED 소자를 포함하는 용액(도 1a의 120, 140)은 복수 개의 초소형 LED 소자(120)를 용매(140)에 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 용액은 잉크 또는 페이스트 상일 수 있다. 바람직하게 상기 용매(140)는 아세톤, 물, 알코올 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세톤일 수 있다. 다만, 용매(140)의 종류는 상기의 기재에 제한되는 것은 아니며 초소형 LED 소자(120)에 물리적, 화학적 영향을 미치지 않으면서 잘 증발할 수 있는 용매(140)의 경우 어느 것이나 제한 없이 사용될 수 있다.
바람직하게 초소형 LED 소자는 용매 100 중량부에 대해 0.001 내지 100 중량부 포함될 수 있다. 만일 0.001 중량부 미만으로 포함될 경우 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 수가 적어 초소형 LED 전극어셈블리의 정상적 기능 발휘가 어려울 수 있고, 이를 극복하기 위하여 여러번 용액을 적가해야 되는 문제점이 있을 수 있으며, 100 중량부를 초과하는 경우 초소형 LED 소자들 개개의 정렬이 방해를 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
상기 초소형 LED 소자에 대해 설명한다.
본 발명에 사용되는 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 500 nm 내지 5㎛ 일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 길이가 100 nm 미만인 경우 고효율의 LED 소자의 제조가 어려우며, 10 ㎛ 를 초과하는 경우 LED 소자의 발광 효율을 저하시킬 수 있다. 초소형 LED 소자의 형상은 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있고, 바람직하게는 원기둥 형상일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
이하, 초소형 LED 소자의 설명에서 '위', '아래', '상', '하', '상부' 및 '하부'는 초소형 LED 소자에 포함된 각 층을 기준으로 하여 수직의 상, 하 방향을 의미한다.
상기 초소형 LED 소자는 제1 전극층; 상기 제1 전극층상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층상에 형성된 제2 전극층;을 포함한다.
구체적으로 도 6은 본 발명이 포함하는 초소형 LED 소자의 일구현예를 나타내는 사시도로, 제1 전극층(11)상에 형성된 제1 도전성 반도체층(21)상에 형성된 활성층(22), 상기 활성층(22)상에 형성된 제2 도전성 반도체층(23) 및 상기 제2 도전성 반도체층(23)상에 제2 전극층(12)을 포함한다.
먼저, 제1 전극층(11)에 대해 설명한다.
제1 전극층(11)은 통상의 LED 소자의 전극으로 사용되는 금속 또는 금속산화물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), ITO 및 이들의 산화물 또는 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 제1 전극층의 두께는 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 제1 전극층을 포함할 경우 제1 반도체층과 전극라인의 연결부위에 금속오믹층을 형성하는 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도로 접할 시킬 수 있는 이점이 있다.
다음으로 상기 제1 전극층(11)상에 형성되는 제1 도전성 반도체층(21)에 대해 설명한다. 상기 제1 도전성 반도체층(21)은 예컨대, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제1 도전성 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다. 바람직하게 상기 제1 도전성 반도체층(21)의 두께는 500 nm ~ 5㎛ 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 n형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로, 상기 제1 도전성 반도체층(21) 상에 형성되는 활성층(22)에 대해 설명한다.
상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(22)은 상기 제 1도전성 반도체층(21) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(22)의 위 및/또는 아래에는 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다. 그 외에 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 활성층(12)으로 이용될 수 있음은 물론이다. 이러한 활성층(22)에서는 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다. 바람직하게 상기 활성층의 두께는 10 ~ 200 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 활성층의 위치는 LED 종류에 따라 다양하게 위치하여 형성될 수 있다. 상기 초소형 LED의 발광은 200 ~ 400 nm 파장의 발광하는 범위에서, 바람직하게는 280 ~ 320 nm 파장의 발광하는 범위에서 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 활성층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로, 상기 활성층(22) 상에 형성되는 제2 도전성 반도체층(23)에 대해 설명한다.
상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(22) 상에는 제 2도전성 반도체층(23)이 형성되며, 상기 제 2도전성 반도체층(23)은 적어도 하나의 p형 반도체층으로 구현될 수 있는 데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제 2도전성 도펀트(예: Mg)가 도핑될 수 있다. 여기서, 발광 구조물은 상기 제1도전형 반도체층(21), 상기 활성층(22), 상기 제 2도전성 반도체층(23)을 최소 구성 요소로 포함하며, 각 층의 위/아래에 다른 형광체층, 활성층, 반도체층 및/또는 전극층을 더 포함할 수도 있다. 바람직하게 상기 제2 도전성 반도체층(23)의 두께는 50 nm ~ 500 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED가 200 ~ 400 nm 파장의 발광하는 범위에서, 바람직하게는 280 ~ 320 nm 파장의 발광하는 범위에서 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 p형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로 상기 제2 도전성 반도체층(23) 상에 형성되는 제2 전극층(12)에 대해 설명한다.
상기 제2 전극층(12)은 통상의 LED 소자의 전극으로 사용되는 금속 또는 금속산화물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), ITO 및 이들의 산화물 또는 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 제2 전극층의 두께는 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 제2 전극층을 포함할 경우 제2 반도체층과 전극라인의 연결부위에 금속오믹층을 형성하는 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도로 접할 시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자는 절연피막(30); 및 보호피막(35); 중 적어도 어느 하나의 피막을 포함할 수 있다.
상기 절연피막(30)은 초소형 LED 소자의 활성층(22)과 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 전극라인이 접촉되어 발생하는 단락을 방지하기 위한 것으로서, 초소형 LED 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연피막(30)은 전기적 단락 및 반도체층의 외부 표면 손상을 통한 초소형 LED 소자의 내구성 저하를 동시에 방지하기 위해 제1 반도체층(21) 및 제2 반도체층(23) 중 어느 하나 이상의 외부면에도 형성시킬 수도 있다.
구체적으로 도 6a에서 절연피막(30)은 제1 도전성 반도체층(21), 활성층(22) 및 제2 도전성 반도체층(23) 외부면을 덮고 있다.
상기 절연피막(30)은 초소형 LED 소자에 포함된 활성층이 전극과 접촉 시에 발생하는 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 또한, 절연피막(30)은 초소형 LED 소자의 활성층을 포함한 외부면을 보호함으로써 소자의 외부표면 결함을 방지해 발광 효율 저하를 막을 수 있다.
만일 초소형 LED 소자 각각을 일일이 서로 다른 두 전극 사이에 배치시키고 연결시킬 수 있는 경우 활성층이 전극에 닿아 발생하는 전기적 단락을 방지할 수 있다. 그러나 나노단위의 초소형 LED 소자를 일일이 전극에 실장하는 것은 물리적으로 어렵다. 이에 따라 본 발명과 같이 전원을 인가하여 서로 다른 두 전극 사이에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킬 경우 초소형 LED 소자는 서로 다른 두 전극 사이를 이동, 정렬 등의 위치변경을 하게 되며, 이 과정에서 초소형 LED 소자의 활성층(22) 외부면이 전극라인에 접촉할 수 있어 전기적 단락이 빈번히 발생할 수 있다.
한편, 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세울 경우에는 활성층과 전극라인이 접촉하여 발생하는 전기적 단락의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 즉, 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세우지 못하여 전극상에 LED 소자가 누워있는 경우에만 활성층과 전극라인이 접촉할 수 있으며, 이러한 경우는 초소형 LED 소자를 서로 다른 두 전극에 연결시키지 못한 문제가 있을 뿐 전기적 단락의 문제는 발생하지 않을 수 있다.
구체적으로 도 7은 종래의 초소형 전극 어셈블리의 수직단면도로써, 제1 전극라인(61)상에 제1 초소형 LED 소자(71)의 제1 반도체층(71a)이 연결되어 있고, 제2 반도체층(71c)이 제2 전극라인(62)에 연결되어 있으며, 제1 초소형 LED 소자(71)가 상하로 위치하는 두 전극(61, 62)에 직립하여 연결되고 있음을 확인할 수 있다. 도 7과 같은 전극어셈블리에서 제1 초소형 LED 소자(71)가 두 전극에 동시에 연결되어 있다면 상기 소자의 활성층(71b)이 서로 다른 두 전극(61, 62) 중 어느 하나에 접촉할 가능성이 없어 활성층(71b)과 전극(61, 62)의 접촉에 따른 전기적 단락은 발생하지 않을 수 있다.
이에 반하여, 도 7에서 제2 초소형 LED 소자(72)는 제1 전극(61)에 누워있으며 이 경우 제2 초소형 LED 소자(72)의 활성층(72b)이 제1 전극(61)과 접촉하고 있다. 그러나 이때는 제2 초소형 LED 소자가 제1 전극(61) 및 제2 전극(62)에 연결되지 못한 문제점이 있을 뿐 전기적 단락의 문제는 발생하지 않는다. 이에 따라 만일 도 7과 같은 전극어셈블리에 포함되는 제1 초소형 LED 소자(71)의 제1 반도체층(71a), 활성층(71b) 및 제2 반도체층(71c) 외부면에 절연피막이 코팅된 경우, 상기 절연피막은 초소형 LED 소자 외부 표면의 손상 방지를 통한 발광효율 감소의 목적 및 효과만 가진다.
그러나 본 발명은 도 7과 같은 종래의 초소형 전극 어셈블리와 다르게 서로 다른 두 전극이 동일평면상에 이격되어 형성되고(도 3 참조), 상기 두 전극이 형성된 동일평면과 평행하게 초소형 LED 소자가 누워서 연결되기 때문에 종래의 초소형 전극 어셈블리에서는 발생하지 않았던 초소형 LED 소자의 활성층과 전극간의 접촉에 따른 전기적 단락 문제가 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 따라서 이를 방지하기 위해 초소형 LED 소자는 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 필요하다.
나아가, 본 발명에 따른 초소형 전극 어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자와 같이 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층이 순차적으로 수직으로 배열되는 구조의 초소형 LED 소자에서 활성층은 반드시 외부에 노출될 수밖에 없다. 또한, 이러한 구조의 LED 소자에서 활성층의 위치는 상기 소자의 길이방향으로 정중앙에만 위치하는 것이 아니고, 특정 반도체층 쪽으로 치우쳐 형성될 수 있어 전극과 활성층이 접촉할 가능성이 더욱 높아질 수 있다. 이에 따라 상기 절연피막은 소자에서 활성층의 위치에 관계없이 소자가 서로 다른 두 전극과 전기적으로 연결될 수 있게 함으로써 본 발명의 목적을 달성하기 위해 필요하다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도를 나타낸다. 구체적으로 도 8에서 A-A 단면도와 같이 제1 초소형 LED 소자(121a, 121b, 121c) 중 활성층(121b)은 초소형 LED 소자(121)의 중앙부에 위치하지 않고 왼쪽으로 많이 치우쳐 있으며, 이 경우 활성층(121b)의 일부가 전극(131)에 접촉되어 전기적 단락이 발생할 수 있고, 이는 초소형 LED 전극어셈블리의 불량을 유발하는 원인이 될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 포함되는 초소형 LED 소자는 활성층 부분을 포함하는 외부면 절연피막이 코팅되며, 절연피막으로 인해 도 8의 제1 초소형 LED 소자(121)와 같이 활성층(121b)이 전극에 걸쳐 있어도 단락이 발생하지 않을 수 있다.
상기 절연피막(30)은 바람직하게는 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화이트륨(Y2O3) 및 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 성분으로 이루어지나 투명한 것일 수 있으며, 다만 이에 한정되지 않는다. 투명한 절연피막의 경우 상기의 절연피막(30)의 역할을 하는 동시에 절열피막을 코팅함으로써 만일에 발생할 수 있는 발광효율의 감소를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 절연피막(30)은 초소형 LED 소자의 제1 전극층(11) 및 제2 전극층(12) 중 어느 하나 이상의 전극층에는 절연피막이 코팅되지 않을 수 있고, 보다 바람직하게는 두 전극층(11, 12) 모두 절연피막이 코팅되지 않을 수 있다. 이는 상기 두 전극층(11, 12)과 서로 다른 전극간에는 전기적으로 연결이 되어야 하는데 만일 두 전극층(11, 12)에 절연피막(30)이 코팅되는 경우 전기적 연결을 방해할 수 있어 초소형 LED의 발광이 감소되거나 전기적으로 연결되지 않아 발광 자체가 되지 않을 수 있는 문제점이 있다. 다만, 초소형 LED 소자의 두 전극층(11, 12)과 서로 다른 전극간에 전기적 연결이 있는 경우 초소형 LED 소자의 발광에 문제가 없을 수 있어 상기 초소형 LED 소자의 두 전극층(11, 12)의 끝단부를 제외한 나머지 전극층(11, 12) 부분에는 절연피막(30)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 보호피막(35)은 제1도전성 반도체층, 활성층 및/또는 제2도전성 반도체층의 표면을 보호하는 기능을 수행하며, 초소형 LED 소자의 광추출 효율을 증대시키는 역할을 하는 것이다.
상기 보호피막은(35) 제2도전성 반도체층의 노출된 측면, 또는 제2도전성 반도체층 노출된 측면과 활성층 적어도 일부의 노출된 측면을 둘러싸서 노출된 측면 표면쪽의 정공을 중심쪽으로 이동시키기 위한 정공푸싱피막(31); 및 상기 제1도전성 반도체층의 노출된 측면을 둘러싸서 노출된 측면 표면쪽의 전자를 중심쪽으로 이동시키기 위한 전자푸싱피막(32); 중 적어도 어느 하나의 피막을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 초소형 LED 소자는 상기 정공푸싱피막과 전자푸싱피막을 모두 포함하며, 상기 전자푸싱피막은 제1도전성 반도체층, 활성층 및 제2도전성 반도체층의 측면을 둘러싸는 최외피막으로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 정공푸싱피막은 AlNX, ZrO2, MoO, Sc2O3, La2O3, MgO, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, TiO2, ZnS, Ta2O5 및 n-MoS2 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 전자푸싱피막은 Al2O3, HfO2, SiNx, SiO2, ZrO2, Sc2O3, AlNx 및 Ga2O3중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수도 있다.
상기 보호피막(35)은 일 예로 질화규소(Si3N4), 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 이산화티타늄(TiO2), 질화알루미늄(AlN) 및 질화갈륨(GaN) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 보호피막(35)의 두께는 5㎚ ~ 100㎚, 보다 바람직하게는 30㎚ ~ 100㎚일 수 있다.
한편, 도 6b에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 초소형 LED 소자는 보호피막으로써의 보호기능 이외에 보다 향상된 발광효율을 가지기 위해서 제2도전성 반도체층의 노출된 측면, 또는 제2도전성 반도체층의 노출된 측면과 활성층 적어도 일부의 노출된 측면을 둘러싸서 노출된 측면 표면쪽의 정공을 중심쪽으로 이동시키기 위한 정공푸싱피막(31)과, 제1도전성 반도체층의 노출된 측면을 둘러싸서 노출된 측면 표면쪽의 전자를 중심쪽으로 이동시키기 위한 전자푸싱피막(32)으로 구성된 보호피막(35)을 구비할 수도 있다.
제1도전성 반도체층으로부터 활성층으로 이동되는 전하의 일부와, 제2도전성 반도체층(23)으로부터 활성층(22)으로 이동되는 정공의 일부는 측면의 표면을 따라 이동할 수 있는데, 이 경우 표면에 존재하는 결함에 의해서 전자나 정공의 ??칭이 발생하고, 이로 인해 발광효율이 저하될 우려가 있다. 이 경우 보호피막을 구비시키더라도, 보호피막의 구비 전 소자 표면에 발생된 결함에 의한 ??칭은 피할 수 없는 문제가 있다. 그러나 보호피막(35)을 정공푸싱피막(31)과 전자푸싱피막(32)으로 구성 시 전자와 정공을 소자 중심쪽 집중시켜 활성층 방향으로 이동하게끔 유도함에 따라서 보호피막 형성 전 소자 표면에 결함이 있더라도 표면결함에 따른 발광효율 손실을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 6b에 도시된 것과 같이, 초소형 LED 소자가 정공푸싱피막(31)과 전자푸싱피막(32)을 모두 구비하는 경우 정공푸싱피막(31)은 제2도전성 반도체층, 활성층의 측면을 둘러싸고, 및 전자푸싱피막(32)은 제1도전성 반도체층의 측면을 둘러싸는 최외피막으로 구비될 수도 있다.
또한, 도 6c에 도시된 것과 같이, 초소형 LED 소자가 정공푸싱피막(31)과 전자푸싱피막(32)을 모두 구비하는 경우, 정공푸싱피막(31)은 제2도전성 반도체층을 둘러싸고, 전자푸싱피막(32)은 제1도전성 반도체층의 측면을 둘러싸는 최외피막으로 구비될 수도 있다. 그리고, 활성층은 보호피막 또는 절연피막이 형성되어 있지 않을 수도 있다.
또한, 도 6d에 도시된 것과 같이, 초소형 LED 소자가 절연피막 및 보호피막을 모두 구비하는 경우, 정공푸싱피막(31)은 제2도전성 반도체층을 둘러싸고, 절연피막(30)은 활성층의 측면을 둘러싸고, 전자푸싱피막(32)은 제1도전성 반도체층의 측면을 둘러싸는 최외피막으로 구비될 수도 있다.
또한, 도 6b 내지 도 6d에 도시된 초소형 LED 소자 각각은 제1전극층 하부 및/또는 제2전극층 상부에 배열유도층이 더 형성되어 있을 수 있다(도면 미도시).
또한, 상기 정공푸싱피막과 전자푸싱피막은 각각 독립적으로 두께가 1 ~ 50㎚일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 상기 절연피막(30) 및/또는 보호피막(35) 위에 소수성 피막(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 피막(40)은 초소형 LED 소자의 표면에 소수성 특성을 갖게 하여 초소형 LED 소자들 간에 응집현상을 방지하기 위한 것으로서 초소형 LED 소자가 용매에 혼합될 때 초소형 LED 소자간에 응집을 최소화하여 독립된 초소형 소자의 특성 저해 문제를 제거하고, 전원을 전극라인에 인가시에 보다 용이하게 각각의 초소형 LED 소자가 위치정렬 할 수 있다.
소수성 피막(40)은 상기 절연피막(30) 상에 형성될 수 있다. 이 경우 사용 가능한 소수성 피막은 절연피막 상에 형성되어 초소형 LED 소자들 간에 응집현상을 방지할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 옥타데실트리크로로실리란(octadecyltrichlorosilane, OTS)과 플루오로알킬트리크로로실란(fluoroalkyltrichlorosilane), 퍼플루오로알킬트리에톡시실란(perfluoroalkyltriethoxysilane) 등과 같은 자기조립 단분자막(SAMs, self-assembled monolayers)과 테프론(teflon), Cytop 등과 같은 플루오로 폴리머 (fluoropolymer) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명 유연 스킨 패치에 적용되는 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자의 길이는 초소형 LED 소자와 서로 다른 두 전극 간에 전기적 연결을 위해 하기의 관계식 1을 만족한다. 만일 전기적으로 연결되지 않을 경우 전극라인에 전원을 인가해도 전기적으로 연결되지 않은 초소형 LED 소자는 발광하지 않아 본 발명의 목적을 달성할 수 없는 치명적인 문제점이 있을 수 있다.
[관계식 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 바람직하게는 상기 관계식 1은 Z ≤ H < X + Y + 2Z 를 만족할 수 있고, 보다 바람직하게는 Z ≤ H ≤ X + Y + Z 를 만족할 수 있으며, 이때, 100nm < X ≤ 10㎛, 100nm < Y ≤ 10㎛, 100nm < Z ≤ 10㎛일 수 있다. 상기 X는 전극라인에 포함되는 제1 전극 폭의 길이이며, 상기 Y는 제2 전극 폭의 길이이고, 상기 Z는 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극간 간격의 거리이며, 상기 H는 초소형 LED 소자의 길이에 해당한다. 여기서 상기 제1 전극 및 제2 전극이 각각 복수개일 경우 상기 두 전극 간의 간격 거리(Z)은 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극과 전기적으로 연결되는 부분은 초소형 LED 소자의 제1 전극층 및 제1 도전성 반도체층 중 어느 하나 이상의 층(또는 제2 도전성 반도체층 및 제2 전극층 중 어느 하나 이상의 층)일 수 있다.
만일 초소형 LED 소자의 길이가 서로 다른 두 전극간의 간격보다 현저히 작을 경우 초소형 LED 소자는 서로 다른 두 전극에 동시에 연결되기 어려울 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 초소형 LED 소자의 길이(H)는 상기 관계식 1 중 0.5Z≤H 를 만족하는 초소형 LED 소자이다. 만일, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 관계식 1 중 0.5Z≤H 를 만족하지 못하는 경우 초소형 LED 소자가 제1 전극과 제2 전극에 전기적으로 연결되지 못하고 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극에만 초소형 LED 소자가 연결되는 문제점이 있을 수 있다. 보다 바람직하게는 도 8과 같이 제2 초소형 LED 소자(122)가 제1 전극(111)과 제2 전극(131) 사이의 전극 사이에 끼어 전기적으로 연결될 수 있어 본 발명에 포함되는 초소형 LED 소자는 관계식 1 중 Z ≤H 을 만족하는 LED 소자일 수 있다.
한편, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y) 및 제1, 2 전극 사이의 전극간격 거리(Z)을 고려하여 길어질 경우 도 8의 제3 초소형 LED 소자(123)의 양 끝단부가 아닌 부분이 제1 전극(112)과 제2 전극(132)에 각각 독립적으로 연결될 수 있다. 만일 제3 초소형 LED 소자(123)의 활성층이 소자의 중앙부에 위치하지 않고, 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면을 덮는 절연피막이 코팅되어 있지 않다면 전극(112 또는 132)과 제3 초소형 LED 소자(123)간의 전기적 단락의 원인이 될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 초소형 LED 소자는 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막 및/또는 제1, 2 도전성 반도체층 외부면을 덮는 보호피막을 포함하고 있어서 도 8의 제3 초소형 LED 소자(123)와 같이 초소형 LED 소자의 양 끝단부가 아닌 부분이 전극과 연결되는 경우에도 전기적 단락이 발생하지 않으면서 동시에 전기적으로 연결될 수 있다.
다만, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 제1 전극의 폭 길이(X), 제2 전극의 폭 길이(Y) 및 제1, 2 전극 사이의 전극간격 거리(Z)을 동시에 고려하여 더 길어짐에 따라 관계식 1 중 H < X + Y + 2Z을 만족하지 못하는 경우 전기적으로 연결되지 않는 초소형 LED 소자가 초소형 LED 전극 어셈블리에 포함되는 문제점이 있을 수 있다.
구체적으로 도 8에서 제4 초소형 LED 소자(124)는 두 개의 제2 전극(132, 133) 및 한 개의 제1 전극(112)에 동시에 연결되고 있는데, 이러한 경우에 해당하는 초소형 LED 소자의 길이는 상기 관계식 1 중 H < X + Y + 2Z을 불만족 하는 경우이다. 이러한 초소형 LED 소자는 활성층의 외부면에 절연피막이 코팅되어 있어 제2 전극(132, 133) 또는 제1 전극(112)이 활성층과의 접촉에 의한 전기적 단락의 문제는 제거될 수 있지만, 두 개의 제2 전극(132, 133)에 초소형 LED 소자(124)의 양 끝단이 연결됨에 따라 실질적으로 전기적 연결이 되지 않은 상태이고, 이러한 도 8의 제4 초소형 LED 소자(124)는 전극라인에 전원인가 시에도 발광하지 않는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 만일 초소형 LED 소자의 길이(H)가 상기 제4 초소형 LED 소자(124)보다 길어져 초소형 LED 소자의 양 끝단부가 제1 전극(111) 및 제2 전극(133)에 연결되어 전기적으로 연결된다 하더라도, 초소형 LED 소자의 길이가 길어지면 광효율이 저하될 수 있어 목적하는 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조할 수 없는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, 이러한 문제점들을 방지하기 위해 초소형 LED 소자의 길이(H)는 관계식 1 중 H < X + Y + 2Z을 만족해야 한다.
다만, 만일 초소형 LED 소자의 활성층이 특정한 도전성 반도체층 쪽으로 치우쳐 형성되고(도 8의 125b 참조), 전극과 연결되는 초소형 LED 소자의 부분이 전극층 및/또는 도전성 반도체층이 아닌 절연피막이 코팅된 활성층의 경우 절연피막으로 인해 전기적 단락이 발생하지는 않지만 초소형 LED 소자가 전극라인에 전기적으로 연결되지 않을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
구체적으로 도 8에서 제5 초소형 LED 소자(125)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 동시에 연결되어 있다. 그러나 도 8에서 B-B의 단면도를 살펴 보면 제1 전극(111)에 연결된 제5 초소형 LED 소자(125)의 부분은 절연피막이 코팅된 활성층(125c) 부분이고, 제1 전극층(125a) 및 제1 도전성 반도체층(125b)은 제1 전극(111)에 연결되지 않았음을 확인할 수 있다. 이러한 제5 초소형 LED 소자는 활성층(125c) 부분의 외부면에 절연피막이 코팅되어 있어 전기적 단락은 발생하지 않지만 제1 전극층(125a) 및 제1 도전성 반도체층(125b)은 제1 전극(111)에 연결되지 않아 초소형 LED 소자(125)는 전극라인에 전원 인가 시에 발광되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 초소형 LED 소자의 길이(H)가 관계식 1 중 X + Y + Z < H < X + Y + 2Z 을 만족하고, 초소형 LED 소자가 전극에 전기적으로 연결된 상태인 경우에도 목적하는 광량을 발광하는 초소형 LED 전극 어셈블리를 구현할 수 없는 경우 있을 수 있다. 구체적으로 도 8에서 제6 초소형 LED 소자(126)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 전기적으로 연결되어 있어 전극라인에 전원 인가시에 발광에는 문제가 없을 수 있으나, 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 수직하여 정렬되어 실장되지 않고, 비스듬히 실장됨에 따라 1개의 초소형 LED 소자가 실장을 위해 차지하는 전극라인 면적이 증가하고, 이에 따라 전극라인 중 한정된 면적의 초소형 LED 소자 실장 영역에 실장 시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 감소함에 따라 목적하는 광량을 발광하는 초소형 LED 전극 어셈블리 구현이 어려울 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
이에 따라 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 초소형 LED 소자의 길이(H)는 관계식 1 중 H ≤ X + Y + Z를 만족할 수 있다. 이 경우 초소형 LED 소자에서 길이방향으로 절연피막이 코팅된 활성층의 위치에 상관없이 전기적으로 단락이 없는 동시에 전기적으로 연결된 초소형 LED 전극어셈블리를 구현할 수 있고, 1개의 초소형 LED 소자가 차지하는 전극라인 면적이 감소하여 한정된 면적의 전극라인에 실장될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있어 목적하는 초소형 LED 전극어셈블리의 구현에 매우 유리할 수 있다.
한편, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 본 발명에 따른 (1) 단계는 1-1) 유연 기판, 상기 유연 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계; 1-2) 상기 유연 기판상에 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계; 및 1-3) 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 1-1) 단계로써 유연 기판, 상기 유연 기판상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 1-1)단계의 전극을 형성하는 구체적인 방법은 상술한 바와 같은 바 이하 생략한다.
다음으로 1-2) 단계로써 상기 유연 기판상에 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절연 격벽은 후술될 1-3) 단계에서 초소형 LED 소자를 포함하는 용액이 전극라인에 투입될 때, 초소형 LED 소자를 포함하는 용액이 초소형 LED 소자가 실장될 전극라인 영역 이외로 퍼지는 것을 방지하여 목적하는 전극라인 영역에 초소형 LED 소자가 배치될 수 있도록 하는 역할을 담당한다.
상기 절연 격벽은 후술되는 제조공정을 통해 제조될 수 있으나, 절연격벽의 제조방법은 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 도 9은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 유연 기판(100) 및 상기 유연 기판(100)상에 형성된 전극라인에 절연격벽(107)을 형성시키는 제조공정을 나타내는 모식도로써, 상술한 도 2f와 같이 유연 기판(100)상에 증착된 전극라인(103a, 103b)을 제조한 후 절연 격벽(107)을 제조할 수 있다.
먼저, 도 9a와 같이 유연 기판(100) 및 상기 유연 기판(100)상에 형성된 전극라인(103a, 103b)상에 도 9b와 같이 절연층(104)을 형성시킬 수 있다. 상기 절연층(104) 후술하는 공정을 거친 이후 절연 격벽을 형성하는 층으로써, 상기 절연층(104)의 재질은 당업계에서 통상적으로 사용하는 절연물질일 수 있고, 바람직하게는 이산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화이트륨(Y2O3) 및 이산화티타늄(TiO2) 등 무기 절연물과 다양한 투명 폴리머 절연물 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 절연층(104)을 유연 기판(100) 및 상기 유연 기판(100)상에 형성된 전극라인(103a, 103b)상에 무기물 절연층을 코팅하는 경우에는 방법은 화학기상증착법, 원자층증착법, 진공(vacuum) 증착법, e-빔 증착법 및 스핀코팅 방법 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있고 바람직하게는 화학기상증착법일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 폴리머 절연층을 코팅하는 방법은 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 등의 방법 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있고 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 코팅방법은 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있다. 코팅되는 절연층(104)의 두께는 초소형 LED 소자가 넘치지 않고 후공정에 영향이 없도록 초소형 LED 소자 반경의 1/2 이상이며, 통상적으로 후공정에 영향이 없을 수 있는 두께로서 바람직하게는 0.1 ~ 100㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3 ~ 10㎛일 수 있다. 만일 상기 범위를 만족하지 못하는 경우 후공정에 영향을 미쳐 초소형 LED 전극 어셈블리를 포함하는 제품의 제조를 어렵게 하는 문제점이 있으며, 초소형 LED 소자의 직경보다 절연층의 두께가 너무 얇을 경우 절연격벽을 통한 초소형 LED 소자의 퍼짐성 방지 효과의 달성이 미비할 수 있고, 초소형 LED 소자를 포함하는 용액이 절연격벽 밖으로 넘치는 문제점이 있을 수 있다.
이후 상기 절연층(104) 상에 광 레지스트(PR, photo resist)(105)를 코팅할 수 있다. 상기 광 레지스트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 광 레지스트일 수 있다. 상기 광 레지스트를 절연층(104)상에 코팅하는 방법은 스핀코팅, 스프레이코팅 및 스크린 프린팅 중 어느 하나 일 수 있고, 바람직하게는 스핀코팅일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 방법은 당업계의 공지된 방법에 의할 수 있다. 코팅시키는 광 레지스트(105)의 두께는 식각 시 사용되는 마스크로 코팅되는 절연층 두께보다 두꺼운 것이 바람직하며, 이에 따라 광 레지스트(105)의 두께는 1 ~ 20㎛ 일 수 있다. 다만, 코팅되는 광 레지스트(105)의 두께는 이후 목적에 따라 달리 변경하여 실시할 수 있다.
상기와 같이 절연층(104) 상에 광 레지스트(105)층을 형성시킨 이후 절연 격벽의 수평단면 형상에 상응하는 마스크(106)를 도 9c와 같이 광 레지스트(105)층에 올려놓고, 상기 마스크(106) 상부에서 자외선을 노광할 수 있다.
이후 노광된 광 레지스트층을 통상적인 광 레지스트 용매에 침지시켜 제거하는 단계를 거칠 수 있고, 이를 통해 도 9d와 같이 초소형 LED 소자가 실장될 전극라인의 영역에 해당하는 노광된 광 레지스트층 부분을 제거할 수 있다.
다음으로 광레지스트층이 제거되어 절연층이 노출된 영역에 대해 에칭을 통해 노출된 절연층 부분을 제거하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 에칭은 ??에칭(wet ethching) 또는 드라이 에칭(dry ethching)을 통해 수행할 수 있으며, 바람직하게는 드라이 에칭에 의할 수 있다. 상기 에칭법의 구체적인 방법은 당업계에 공지된 방법에 의할 수 있다. 상기 드라이 에칭은 구체적으로 플라즈마 에칭, 스퍼터 에칭, 반응성 이온 에칭 및 반응성 이온빔 에칭 중 어느 하나 이상의 방법에 의한 것일 수 있다. 다만, 구체적 에칭 방법은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다. 에칭을 통해 노출된 절연층을 제거하면 도 9e와 같이 유연 기판(100) 및 전극라인(103a, 103b)이 노출될 수 있다.
다음으로 도 9f와 같이 아세톤, N-메틸피롤리돈(1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제를 이용하여 유연 기판(100)상에 코팅된 광 레지스트(105)층을 제거하면 유연 기판(100)상에 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장되는 영역(도 9의 P)을 제외한 영역에 절연 격벽(104')을 제조할 수 있다.
다음으로 1-3) 단계로써 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로 도 10는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 사시도로써, 도 10a와 같이 유연 기판(100) 상에 형성된 절연격벽(150)으로 둘러싸인 전극라인(110, 130) 영역에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액(120, 140)을 투입할 수 있다. 이 경우 도 1a의 경우에 비해 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 목적하는 전극라인 영역에 직접적으로 위치시킬 수 있다. 또한, 상기 용액을 투입한 후 용액 내에서 초소형 LED 소자가 전극라인의 외곽으로 퍼져 초소형 LED 소자를 실장시키려 목적하지 않은 전극라인 영역 및/또는 전극라인이 없는 영역에 초소형 LED 소자가 위치하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 한편, 도 10b 및 도 10c에 대한 설명은 이하 본 발명에 따른 (2) 단계 설명에서 도 1b 및 도 1c의 설명과 동일한 바 구체적인 설명은 후술되는 내용으로 대신한다.
다음으로 본 발명의 제1 구현예는 (2) 단계로서, 도 1b와 같이 제1 전극과 제2 전극에 복수 개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 전원을 인가하여 복수 개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 복수 개의 초소형 LED 소자들은 제1 전극과 제2 전극에 전원을 인가함으로써 자기정렬 되어 도 1c와 같이 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된다.
만일 일반적인 LED 소자라면 직접적으로 물리적으로 배치하여 동일평면 상 이격되어 형성된 서로 다른 전극에 동시에 연결시킬 수 있다. 예를 들어 평면전극의 서로 다른 전극 사이에 수동으로 일반적인 LED 소자를 눕혀서 배열할 수도 있을 것이다.
그러나 본 발명과 같이 초소형 LED 소자들은 이를 직접적으로 물리적으로 배치하는 것이 어려우므로 동일평면상에 이격된 서로 다른 초소형 전극에 동시에 연결시킬 수 없는 문제점이 있다. 또한, 초소형 LED 소자가 원통형인 경우 이를 단순히 전극에 투입한다고 하여 자기정렬 되지 않고 원통형의 형상에 의해 전극 위에서 굴러서 이동하는 문제점이 있을 수 있다. 이에 따라 본 발명은 전극라인에 전원을 인가함으로써 초소형 LED 소자들이 스스로 서로 다른 두 전극에 동시에 연결되게 함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
바람직하게는 상기 전원은 진폭과 주기를 갖는 변동하는 전원일 수 있으며, 그 파형은 싸인파와 같은 정현파 또는 정현파가 아닌 파형들로 구성된 펄스파일 수 있다. 그 예로서 교류전원을 인가하거나, 또는 직류전원을 초당 1000 회 동안 제1 전극에 0V, 30V, 0V, 30V, 0V, 30V 반복하여 인가하고 제2 전극에는 제1 전극과 상반되게 30V, 0V, 30V, 0V, 30V, 0V를 반복하여 인가함으로써 진폭과 주기를 갖는 변동하는 전원을 만들 수도 있다.
바람직하게는 상기 전원의 전압(진폭)은 0.1V 내지 1000 V 일 수 있으며, 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz 일 수 있다. 자기정렬 되는 초소형 LED 소자들은 용매에 포함되어 전극라인에 투입되는데 상기 용매는 전극 위로 떨어지면서 동시에 증발할 수 있고, 초소형 LED 소자들은 두 전극의 전위차에 의해 형성된 전기장의 유도에 의해 초소형 LED 소자에 비대칭적으로 전하가 유도되므로 초소형 LED 소자의 양 끝이 마주보고 있는 서로 다른 두 전극 사이에 자기정렬할 수 있다. 바람직하게 초소형 LED 소자는 5 내지 120 초 동안 전원을 인가함으로써 서로 다른 두 전극에 동시에 연결될 수 있다.
한편, 상기 (2)단계에서 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수(N)는 상기 (2) 단계에서 조절 가능한 여러 개의 변수에 의존할 수 있다. 상기 변수는 인가되는 전원의 전압(V), 전원의 주파수(F, Hz), 초소형 LED 소자가 포함된 용액의 농도(C, 초소형 LED 중량%), 두 전극 사이의 간격 거리(Z), 초소형 LED의 종횡비(AR, 여기서 AR = H/D이며 D는 초소형 LED의 직경임) 일 수 있다. 이에 따라 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수(N)는 전압(V), 주파수(F), 초소형 LED 소자가 포함된 용액의 농도(C) 및 초소형 LED의 종횡비(AR)에 비례할 수 있고 두 전극 사이의 간격 거리(Z)에 반비례할 수 있다.
이는 초소형 LED 소자들은 두 전극의 전위차에 의해 형성된 전기장의 유도에 의해 서로 다른 두 전극 사이에 자기정렬 하는 것인바, 전기장의 세기가 클수록 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있으며 상기 전기장의 세기는 두 전극의 전위차(V)에 비례할 수 있고 두 전극 사이의 간격 거리(Z)에 반비례할 수 있다.
다음으로 초소형 LED 소자가 포함된 용액의 농도(C, 초소형 LED 중량%)의 경우 농도가 증가할수록 전극에 연결되는 LED 소자의 개수가 증가할 수 있다.
다음으로 전원의 주파수(F, Hz) 경우 주파수에 따라서 초소형 LED 소자에 형성되는 전하 차이가 달라지므로 주파수가 증가하면 두 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있다. 다만, 어느 값 이상이 되면 전하 유도가 사라질 수 있으므로 전극에 연결되는 초소형 LED 소자 개수가 감소할 수 있다.
마지막으로 초소형 LED 소자의 종횡비로써 종횡비가 커지면 전기장에 의한 유도 전하가 커지므로 더 많은 개수의 초소형 LED 소자가 정렬될 수 있다.
또한, 초소형 LED 소자가 정렬될 수 있는 공간적인 측면에서 한정된 면적의 전극라인을 고려 시, 초소형 LED 소자의 길이가 고정된 상태에서 초소형 LED 소자의 직경이 작아짐으로써 종횡비가 커질 경우 한정된 전극라인에 연결될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할 수 있다.
상술한 여러 인자들을 조절하여 목적에 따라 전극에 연결되는 LED 소자의 개수를 조절할 수 있는 이점이 있다.
한편, 초소형 LED 소자의 종횡비에 따라 본 발명에 따른 (2) 단계에서 전극라인에 전원을 인가해도 초소형 LED 소자의 자기정렬이 어려운 경우가 있을 수 있다. 이에 따라 본 발명이 바람직한 일구현예에 따르면, 본 발명에 포함되는 초소형 LED 소자의 종횡비는 1.2 ~ 100일 수 있고, 보다 바람직하게는 1.2 ~ 50일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1.5 ~ 20, 특히 바람직하게는 1.5 ~ 10일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 종횡비가 1.2 미만의 경우 전원을 전극라인에 인가해도 초소형 LED 소자가 자기정렬하지 않을 수 있는 문제점이 있고, 만일 종횡비가 100을 초과하면 자기정렬시키기 위해 필요한 전원의 전압은 낮아질 수 있으나 건식에칭 등에 의해 초소형 LED소자를 제조시 공정의 한계상 종횡비 100을 초과하는 소자를 제조하기 어려울 수 있다.
바람직하게는 상기 (2)단계에서 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장될 수 있는 전극라인의 면적 100Х100㎛2 당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개 일 수 있고 보다 더 바람직하게는 10 내지 10.000 개 일 수 있다. 초소형 LED 전극어셈블리당 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함함으로써 복수개 중 일부의 불량으로 인한 초소형 LED 전극어셈블리의 기능 저하 또는 기능 상실을 최소화할 수 있다. 또한, 만일 초소형 LED 소자가 100,000 개를 초과하여 포함할 경우 제조단가가 상승하며, 초소형 LED 소자들의 정렬에 문제점이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법은 상술한 (2) 단계에 이후에 (3) 단계로써, 제1 전극 및 2 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층을 형성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
연결부위에 금속오믹층을 형성하는 이유는 복수 개의 초소형 LED가 연결된 서로 다른 두 전극에 전원을 인가하면 초소형 LED 소자들이 발광을 하는데, 이때 전극과 초소형 LED 소자 간에 큰 저항이 발생할 수 있는 바 이와 같은 저항을 줄이기 위해 금속오믹층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로 금속오믹층은 다음과 같은 공정으로 형성될 수 있으나 반드시 하기의 공정으로만 형성할 수 있는 것은 아니며 통상의 금속오믹층을 형성하는 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있다.
먼저, 상기 (2)단계를 거친 초소형 LED 전극어셈블리 상부에 광 레지스트를 2 내지 3 ㎛ 두께로 코팅할 수 있다. 상기 코팅은 바람직하게는 스핀 코팅, 스프레이코팅 및 스크린프린팅 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이후에 초소형 LED 전극어셈블리의 유연 기판 아래에서 코팅한 광 레지스트층 방향으로 자외선을 조사하여 전극 상부의 광 레지스트층을 제외한 나머지 부분의 광 레지스트층을 경화시키고 이후 통상적인 광 레지스트 용매를 이용하여 경화되지 않은 전극 상부의 광 레지스트층을 제거할 수 있다.
광 레지스트가 제거된 전극 상부에 바람직하게는 금 또는 은을 진공증착 또는 전기화학 증착하거나 금 나노크리스탈 또는 은 나노크리스탈을 전기분무(electric spay)하여 코팅할 수 있으나 상기 증착되는 물질과 증착방법은 상기에 제한되는 것은 아니다. 상기의 코팅되는 금속층의 두께는 바람직하게는 5 내지 100 nm 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이후 아세톤, N-메틸피롤리돈 (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제(PR stripper)를 이용해 전극이 아닌 부분의 금속층을 광 레지스트와 함께 제거할 수 있고, 상기 제거 후에 500 내지 600
로 열처리를 통해 초소형 LED 소자의 절연피막이 코팅되지 않은 양쪽 끝단과 전극사이에 금속오믹층을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제2 구현예는 (1) 유연 기판, 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면 상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수 개의 초소형 LED 소자를 투입하는 단계; 및 (2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수 개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 용매를 투입하고, 전극라인에 전원을 인가하여 복수 개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬시키는 단계;를 포함하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조한다.
이때, 제2 구현예의 상기 초소형 LED 소자는 제1 구현예에서 설명한 바와 동일하다. 그리고, 상기 제1 전극의 폭 길이(X), 2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극 간의 간격거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 상기 관계식 1을 만족한다.
상기 본 발명에 따른 제2 구현예의 구체적 설명은 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예와 차이점을 중심으로 설명한다.
제2 구현예는 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예와 다르게 (1) 단계에서 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함한 용액이 아닌 초소형 LED 소자를 투입한다.
상술한 제1 구현예에 따라 제조된 초소형 LED 전극어셈블리의 경우 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극라인에 투입함에 따라 전극라인영역 중 초소형 LED 소자가 뭉쳐 특정 부분에만 배치되거나 초소형 LED 소자가 용액내에서 부유하여 전극라인의 외곽으로 퍼져나가 배치됨에 따라 초소형 LED 소자가 전극라인의 외곽부에만 집중되어 실장될 수 있다.
제2 구현예는 이러한 점을 보완하여 초소형 LED 소자를 전극라인의 목적한 영역에 집중시켜 실장시키는 동시에 목적한 영역에 균등분산시켜 실장시킬 수 있고, 초소형 LED 소자가 뭉쳐서 실장되는 것을 최소화할 수 있다.
이를 위해, 제2 구현예는 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극라인에 투입하지 않고, 초소형 LED 소자를 투입한 후, 후술하는 (2) 단계에서 초소형 LED 소자를 이동시키기 위한 이동상으로 용매를 투입하고, 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 목적하는 전극영역에 집중하여 실장시킬 수 있다.
구체적으로 도 11은 본 발명의 바람직한 제2 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 단계를 나타내는 사시도로써, 도 11a는 유연 기판(100) 상에 형성된 제1 전극(110), 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극(130) 및 상기 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)을 포함하는 전극라인에 투입된 초소형 LED 소자(120)를 나타낸다.
제2 구현예의 (1) 단계에서 전극라인, 초소형 LED 소자의 구체적 설명은 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예에서의 설명과 동일한 바 생략한다.
본 발명에 따른 제2 구현예의 (1) 단계에서 초소형 LED 소자를 전극라인에 투입하는 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 초소형 LED 소자를 코어부 및 상기 코어부를 감싸는 폴리머 쉘부를 포함하는 코어쉘 구조의 입자 또는 심초형(core-sheath) 복합섬유로 제조하여 초소형 LED 소자를 전극라인에 투입할 수도 있다. 이때, 상기 쉘부(또는 초부)를 형성하는 폴리머 성분의 구체적 종류는 코어부(또는 심부)에 담지될 초소형 LED 소자에 영향이 없는 것인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 다만, 바람직하게는 후술할 (2) 단계에서 투입될 용매에 의해 용해 가능한 폴리머를 사용함이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 입자 또는 복합섬유의 직경, 형상 등은 목적에 따라 변경될 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 제2 구현예의 (1) 단계에서 초소형 LED 소자는 절연격벽으로 둘러싸인 전극라인에 영역에 투입될 수 있고, 상기 절연격벽으로 인해 후술하는 (2)단계에서 용매를 투입시 초소형 LED 소자가 목적한 전극라인 밖으로 벗어나 배치되는 것을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 상기 절연격벽에 대한 설명은 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예에서의 설명과 동일한 바 생략한다.
다음으로 제2 구현예는 (2) 단계로써, 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수 개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 용매를 투입하고, 전극라인에 전원을 인가하여 복수 개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계;를 수행한다.
구체적으로 도 11b와 같이 전극라인(110, 130)상에 용매(140)를 투입하고, 전극라인(110, 130)에 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 자기정렬시키면 도 11c와 같이 전극라인의 제1 전극(110)과 제2 전극(130)에 초소형 LED 소자(120)를 연결시킬 수 있다. 상기 (2) 단계에서 투입되는 용매(140)의 구체적 종류, 인가되는 전원의 세기 등은 본 발명에 따른 제1 구현예에의 설명과 동일한 바 생략한다.
상기 (2) 단계에서 투입되는 용매의 양은 상술한 (1) 단계에서 투입되는 초소형 LED 소자 100 중량부에 대해 100 내지 12,000 중량부로 투입될 수 있다. 만일 12,000 중량부를 초과하여 용매가 투입될 경우 용매의 양이 너무 많아 초소형 LED 소자가 용매에 의해 목적하는 전극라인 영역 이외의 곳으로 퍼져나감에 따라 전극라인에서 목적하는 실장영역에 실장되는 초소형 LED 소자의 개수가 적어질 수 있는 문제점이 있으며, 만일 100 중량부 미만으로 투입되는 경우 초소형 LED 소자들 개개의 이동이나 정렬이 방해를 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
상기 (2) 단계에서 용매의 투입과 전원의 인가는 동시에 또는 순서에 상관없이 순차적으로 수행할 수 있다.
구체적으로 도 12는 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 사시도 및 부분확대도로서 유연 기판(400)상에 형성된 제1 전극(410, 411), 상기 제1 전극(410, 411)과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극(430, 431)과 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수 개의 초소형 LED 소자(420)를 포함한다.
상기 제1 전극(411)과 제2 전극(431)을 동일평면상에 위치시킴으로써 얻게 되는 이점은 나노단위 크기의 초소형 LED 소자의 경우 전극과 3차원 형상으로 직립하여 연결시키기 매우 어렵기 때문에 전극을 동일평면 상에 위치시키면 초소형 LED 소자를 눕혀서 연결시킬 수 있어 초소형 LED 소자를 반드시 직립시켜 전극에 결합시킬 필요가 없다.
또한, 전극이 동일평면 상에 이격되어 형성됨에 따라 유연 기판에 초소형 LED 소자가 누워서 연결될 수 있고, 이를 통해 초소형 LED 소자의 광추출 효율(extraction efficiency)을 현저히 향상시킬 수 있다. 보다 더 바람직하게는 초소형 LED 소자들은 유연 기판에 대하여 평행하게 누워있을 수 있다.
구체적으로 도 12에서 제1 전극(412)과 제2 전극(432)에 초소형 LED(421)가 동시에 연결되어 있으며 유연 기판에 대해서 평행하게 누워있는 형상임을 알 수 있다.
한편 본 발명의 초소형 LED 소자는 유연 기판에 평행하게 "누워있는" 형상으로 전극에 연결되는데 이로써 본 발명 초소형 LED 전극어셈블리는 현저히 우수한 광추출효율을 가질 수 있다. 일반적으로 LED 소자의 성능은 외부 양자효율로 평가하게 된다.
외부 양자효율이란 LED 소자로 단위시간 동안 주입되는 캐리어(carrier)의 수에 대한 단위시간동안 LED의 외부 즉, 대기로 빠져나가는 광자(photon) 수의 비로 나타내어진다. 이러한 외부 양자효율은 내부 양자효율 및 광추출효율 간에 하기의 관계식이 성립한다.
[관계식]
외부광자효율 = 내부광자효율 × 광추출효율
내부광자효율이란, LED 소자로 단위시간 동안 주입되는 캐리어의 수에 대한 단위시간 동안 활성층에서 방출되는 광자의 수의 비를 의미하며, 광추출효율은 단위시간 동안 활성층에서 방출되는 광자의 수에 대해 단위시간 동안 대기로 빠져나가는 광자수의 비를 의미한다. 결국 LED 소자의 성능을 향상시키기 위해서는 이들의 효율을 향상시키는 것이 중요하다.
그러나 광추출효율의 측면에서 현재 박막 형태의 초소형 LED 소자의 상부와 하부전극 또는 n 도전성 반도체층과 p 도전성 반도체층을 통하여 공기 중으로 방사되는 빛의 추출효율은 매우 낮은 편이다. 이는 박막 형태의 LED 소자에서 발생한 광은 고굴절 반도체층과 저굴절 공기층의 계면에서 굴절률 차이에 의하여 대부분이 전반사 되므로 반도체 층에 갇히게 되고 이로 인해서 광이 추출되는 방향으로 활성층에서 발생한 빛의 상당량이 빠져나오지 못하고 LED 소자 내부에서 재흡수 되거나 열로 사라지기 때문이고 이는 기존 박막형 구조를 사용하여 LED 소자를 제조하는 것에 기인한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 초소형 LED 소자를 눕혀 전극에 연결함으로써 고굴절 반도체 층과 공기층 사이의 평탄한 계면을 없애 주므로, 전반사가 일어날 수 있는 확률을 최소화하므로 초소형 LED 소자에서 발생한 빛이 외부로 추출되지 못하고 내부로 갇히게 되는 빛을 최소화하여 대부분의 빛이 외부로 방출되게 하였다. 이로써 종래의 광추출 저하 문제를 해결한 초소형 LED 전극어셈블리를 제공할 수 있다.
상기 초소형 LED 전극어셈블리는 단위 전극 즉 초소형 LED 소자를 한번에 배열하여 독립적으로 구동 할 수 있는 두 전극이 배치된 배열 영역이 단수 또는 복수개로 포함될 수 있으며 상기 단위전극의 면적은 1㎛2 내지 100 cm2 이고, 보다 더 바람직하게는 10㎛2 내지 100 mm2 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
만일 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 단위 전극 면적이 1 ㎛2 미만인 경우 단위 전극의 제조가 어려울 수 있으며, 초소형 LED의 길이를 더 줄여야 하므로 초소형 LED 제조에도 문제점이 있을 수 있다. 만일 100 cm2 를 초과하는 경우 포함되는 초소형LED 소자의 개수가 많아져 제조단가가 상승할 수 있고 정렬되는 초소형 LED의 분포의 불균일성 문제점이 있을 수 있다.
바람직하게는 상기 초소형 LED 전극어셈블리의 면적 100 x 100㎛2 당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개 일 수 있고 보다 더 바람직하게는 10 내지 10.000 개 일 수 있다. 초소형 LED 전극어셈블리당 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함함으로써 복수개 중 일부의 불량으로 인한 초소형 LED 전극어셈블리의 기능저하 또는 기능상실을 최소화할 수 있다. 또한, 만일 초소형 LED 소자가 100.000 개를 초과하여 포함할 경우 제조단가가 상승하며, 초소형 LED 소자들의 정렬에 문제점이 있을 수 있다. 상기 "초소형 LED 전극어셈블리의 면적"은 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극영역의 면적을 의미한다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
<실시예 1>
석영(Quartz) 재질의 두께 800 ㎛ 유연 기판상에 도 3과 같은 전극라인을 제조하였다. 이때 상기 전극라인에서 제1 전극의 폭은 3 ㎛, 제2 전극의 폭은 3 ㎛, 상기 제1 전극과 인접한 제2 전극간의 간격은 2 ㎛, 전극의 두께는 0.2㎛ 이었으며, 제1 전극 및 제2 전극의 재질은 타이타늄/골드이고, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역의 면적은 4.2×107 ㎛2이였다.
이후 상기 유연 기판상에 도 9와 같은 절연격벽을 형성시켰으며, 상기 절연격벽의 재질은 이산화규소이고, 유연 기판에서 상기 절연격벽 끝단까지의 높이는 0.1 ㎛이며, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역(면적 4.2×107 ㎛2)을 제외하고 절연격벽을 유연 기판상에 형성시켰다.
이후 하기 표 1과 같은 스펙을 갖고, 도 6a와 같은 구조를 가지며, 초소형 LED 소자의 활성층 부분 외부면에 절연피막이 0.02㎛의 두께로 코팅된 초소형 LED 소자를 아세톤 100 중량부에 대해 1.0 중량부 혼합하여 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 제조하였다.
상기 제조된 용액을 상기 유연 기판상에서 절연격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 떨어뜨리고 이후 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
| 재질 | 길이(㎛) | 직경 | |
| 제1 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.6㎛ |
| 제1 도전성 반도체층 | n-GaN | 1.64 | 0.6㎛ |
| 활성층 | InGaN | 0.1 | 0.6㎛ |
| 제2 도전성 반도체층 | p-GaN | 0.2 | 0.6 |
| 제2 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.6 |
| 절연피막 | 산화알루미늄 | - | 0.02(두께) |
| 초소형 LED 소자 | - | 2 | 0.62 |
<실시예 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 2와 같은 스펙을 갖고, 도 6b와 같은 구조를 가지며, 초소형 LED 소자의 제1도전성 반도체층 부분 외부면에 전자푸싱피막이 둘러싸여 형성되고, 제2 도전성 반도체층 및 활성층 부분 외부면에 정공푸싱피막이 둘러싸여 형성된 초소형 LED 소자를 아세톤 100 중량부에 대해 1.0 중량부 혼합하여 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 제조하였다.
상기 제조된 용액을 상기 유연 기판상에서 절연격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 떨어뜨리고 이후 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
| 구분 | 재질 | 길이(㎛) | 직경 |
| 제1 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.6 |
| 제1 도전성 반도체층 | n-GaN | 1.64 | 0.6 |
| 활성층 | InGaN | 0.1 | 0.6 |
| 제2 도전성 반도체층 | p-GaN | 0.2 | 0.6 |
| 제2 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.6 |
| 전자푸싱피막 | SiO2 | 1.62 ~ 1.64 | 0.02(두께) |
| 정공푸싱피막 | ZrO2 | 0.28 ~ 0.29 | 0.02(두께) |
| 초소형 LED 소자 | - | 2 | 0.62 |
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 3과 같은 스펙을 갖고, 도 6d와 같은 구조를 가지며, 초소형 LED 소자의 제1도전성 반도체층 부분 외부면에 전자푸싱피막이 둘러싸여 형성되고, 활성층은 절연피막으로 둘러싸여 형성되어 있고, 제2 도전성 반도체층 및 활성층 부분 외부면에 정공푸싱피막이 둘러싸여 형성된 초소형 LED 소자를 아세톤 100 중량부에 대해 1.0 중량부 혼합하여 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 제조하였다.
상기 제조된 용액을 상기 유연 기판상에서 절연격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 떨어뜨리고 이후 전극라인에 전압 VAC=30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
| 구분 | 재질 | 길이(㎛) | 직경 |
| 제1 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.6 |
| 제1 도전성 반도체층 | n-GaN | 1.64 | 0.6 |
| 활성층 | InGaN | 0.1 | 0.6 |
| 제2 도전성 반도체층 | p-GaN | 0.2 | 0.6 |
| 제2 전극층 | 크롬 | 0.03 | 0.6 |
| 절연피막 | 산화알루미늄 | - | 0.02(두께) |
| 전자푸싱피막 | SiO2 | 1.62 ~ 1.64 | 0.036(두께) |
| 정공푸싱피막 | ZrO2 | 0.28 ~ 0.29 | 0.036(두께) |
| 초소형 LED 소자 | - | 2 | 0.62 |
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 실시예 1의 초소형 LED 소자에서 제1 도전성 반도체층 및 제2 도전성 반도체층에 보호피막 및 활성층에 절연피막이 없는 초소형 LED 소자를 이용하여 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에서 제조된 초소형 전극어셈블리에 대해 전극라인에 전압 VAC=30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 청색을 발광하는 초소형 LED 소자의 발광 효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
하기 표 4의 발광 효율은 실시예 1의 초소형 LED 전극 어셈블리를 기준으로 상대적인 발광 효율을 나타낸 것이다.
| 구분 | 발광 효율(%) |
| 실시예 1 | 100.0% |
| 실시예 2 | 106.9% |
| 실시예 3 | 104.2% |
| 비교예 1 | 64.3% |
상기 표 4의 발광 효율 측정 결과를 살펴보면, 실시예 1 ~ 3은 비교예 1에 비해 매우 우수한 발광 효율을 보였는데, 비교예 1의 경우, LED 전극 어셈블리에서 LED 소자의 활성층이 전극과 접촉되어 전기적 단락이 많이 발생했기 때문에 실시예 1 ~ 3과 비교할 때, 낮은 발광 효율을 보였다.
그리고, 실시예 1과 비교할 때, 제1, 2 도전성 반도체층에 보호피막이 더 형성되어 있는 실시예 3이 실시예 1 보다 4.2% 정도 더 발광 효율을 보였다.
또한, 활성층에 절연막을 형성시키지 않았으나, 대신 정공푸싱피막이 형성되어 있는 실시예 3의 경우, 전기적 단락 방지 효과도 있었으며, 실시예 1 및 실시예 3 보다 우수한 발광 효율을 가짐을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있고, 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
11: 제1 전극층 12: 제2전극층 21: 제1 도전성 반도체층
22: 활성층 23: 제2도전성 반도체층 30: 절연피막
31: 정공푸싱피막 32: 전자푸싱피막 35: 보호피막
40: 소수성 피막
22: 활성층 23: 제2도전성 반도체층 30: 절연피막
31: 정공푸싱피막 32: 전자푸싱피막 35: 보호피막
40: 소수성 피막
Claims (15)
- 200 ~ 400 nm 파장의 UV를 발광하는, 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 LED 전극 어셈블리를 포함하며,
상기 초소형 LED 소자는,
제1 전극층; 상기 제1 전극층 상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층 상에 형성된 제2 전극층;을 포함하고,
상기 초소형 LED 소자는,
초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막; 및
정공푸싱피막 및 전자푸싱피막 중 적어도 어느 하나의 피막을 포함하는 보호피막; 중에서 적어도 하나의 피막을 외부면에 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항에 있어서, 상기 LED 전극 어셈블리는,
유연 기판;
상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인; 및
상기 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 상기 복수 개의 초소형 LED 소자;를 포함하고,
상기 제1 전극의 폭 길이(X), 2 전극의 폭 길이(Y), 제1 전극과 제2 전극 간의 간격 거리(Z) 및 초소형 LED 소자의 길이(H)는 하기의 관계식 1을 만족하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치;
[관계식 1]
0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 여기서 100nm < X ≤ 10㎛, 100nm < Y ≤ 10㎛, 100nm < Z ≤ 10㎛이다.
- 제1항에 있어서, 상기 정공푸싱피막은 제2도전성 반도체층의 노출된 외부면, 또는 제2도전성 반도체층 노출된 외부면과 활성층 적어도 일부의 노출된 외부면을 둘러싸서 노출된 외부면 표면쪽의 정공을 중심쪽으로 이동시키기 위한 피막이고,
상기 전자푸싱피막은 제1도전성 반도체층의 노출된 외부면을 둘러싸서 노출된 외부면 표면쪽의 전자를 중심쪽으로 이동시키기 위한 피막인 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제3항에 있어서, 상기 초소형 LED 소자는 상기 정공푸싱피막과 전자푸싱피막을 모두 포함하며, 상기 전자푸싱피막은 제1도전성 반도체층의 외부면을 둘러싸고, 상기 정공푸싱피막은 활성층 및 제2도전성 반도체층의 측면을 둘러싸는 최외피막으로 구비되는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제3항에 있어서, 상기 1도전성 반도체층의 외부면은 전자푸싱피막을 포함하고,
상기 활성층의 외부면은 절연피막을 포함하며,
상기 2도전성 반도체층의 외부면은 전공푸싱피막을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제3항에 있어서,
상기 정공푸싱피막은 AlNX, ZrO2, MoO, Sc2O3, La2O3, MgO, Y2O3, Al2O3, Ga2O3, TiO2, ZnS, Ta2O5 및 n-MoS2 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제3항에 있어서,
상기 전자푸싱피막은 Al2O3, HfO2, SiNx, SiO2, ZrO2, Sc2O3, AlNx 및 Ga2O3중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항에 있어서,
상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 이고, 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 ~ 100인 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항에 있어서, 상기 절연피막 및 보호피막 중 적어도 하나 이상의 피막 외부면에는 초소형 LED 소자 상호간의 응집을 방지하기 위한 소수성 피막;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항에 있어서, 상기 초소형 LED 소자는
200 ~ 280 nm 파장의 UVC 를 발광하는 LED 소자; 280 ~ 320 nm 파장의 UVB를 발광하는 LED 소자; 및 320 ~ 400 nm 파장의 UVA를 발광하는 LED 소자; 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항에 있어서,
점착 패드 또는 점착 필름을 포함하는 피부 점착층을 포함하는 투명 유연 기재; 및
상기 기재 상에 구비되는 상기 LED 전극 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제2항에 있어서, 상기 LED 전극 어셈블리는 봉지재로 봉지(encapsulation)되며,
제1전극 및 제2전극 각각은 유연 전극인 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항 내지 제12항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 피부 내 비타민 D 생성을 촉진하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 제1항 내지 제12항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 피부 질환 완화 또는 개선시키는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치.
- 피부 점착층을 포함하는 투명 유연 기재와 초소형-LED 전극 어셈블리를 결합시켜 제조하며,
상기 초소형-LED 전극 어셈블리는
(1) 유연 기판, 상기 유연 기판 상에 형성된 제1 전극 및 상기 제1 전극과 동일평면 상에 이격되어 형성된 제2 전극을 포함하는 전극라인에 복수 개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계; 및
(2) 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수 개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 전원을 인가하여 복수 개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬시키는 단계;를 포함하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하되,
상기 초소형 LED 소자는 제1 전극층; 상기 제1 전극층상에 형성된 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 상기 제2 도전성 반도체층상에 형성된 제2 전극층;을 포함하고,
상기 초소형 LED 소자는,
초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막; 및
정공푸싱피막 및 전자푸싱피막 중 적어도 어느 하나의 피막을 포함하는 보호피막; 중에서 선택된 적어도 하나의 피막을 외부면에 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형-LED 유연 스킨 패치의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210103167A KR102583708B1 (ko) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | 초소형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210103167A KR102583708B1 (ko) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | 초소형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230021372A true KR20230021372A (ko) | 2023-02-14 |
| KR102583708B1 KR102583708B1 (ko) | 2023-09-26 |
Family
ID=85220855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210103167A KR102583708B1 (ko) | 2021-08-05 | 2021-08-05 | 초소형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102583708B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101163646B1 (ko) | 2010-05-06 | 2012-07-09 | 순천대학교 산학협력단 | Ｌｅｄ 모듈을 위한 어드레스 전극라인 및 제조방법 |
| KR20150006798A (ko) * | 2013-07-09 | 2015-01-19 | 피에스아이 주식회사 | 초소형 led 전극어셈블리 및 이의 제조방법 |
| KR20170072553A (ko) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 포항공과대학교 산학협력단 | 피부 질환 치료 및 노화 방지용 부착형 양자점 led 스킨 패치 |
| KR20200021014A (ko) * | 2018-08-16 | 2020-02-27 | 삼성디스플레이 주식회사 | 발광 소자, 이의 제조방법 및 발광 소자를 포함하는 표시 장치 |
| KR20210026467A (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-10 | 한국과학기술원 | 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 led 기반의 led 패치 |
-
2021
- 2021-08-05 KR KR1020210103167A patent/KR102583708B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101163646B1 (ko) | 2010-05-06 | 2012-07-09 | 순천대학교 산학협력단 | Ｌｅｄ 모듈을 위한 어드레스 전극라인 및 제조방법 |
| KR20150006798A (ko) * | 2013-07-09 | 2015-01-19 | 피에스아이 주식회사 | 초소형 led 전극어셈블리 및 이의 제조방법 |
| KR20170072553A (ko) * | 2015-12-17 | 2017-06-27 | 포항공과대학교 산학협력단 | 피부 질환 치료 및 노화 방지용 부착형 양자점 led 스킨 패치 |
| KR20200021014A (ko) * | 2018-08-16 | 2020-02-27 | 삼성디스플레이 주식회사 | 발광 소자, 이의 제조방법 및 발광 소자를 포함하는 표시 장치 |
| KR20210026467A (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-10 | 한국과학기술원 | 미세 입자가 코팅된 면 발광 마이크로 led 기반의 led 패치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102583708B1 (ko) | 2023-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101490758B1 (ko) | 초소형 led 전극어셈블리 및 이의 제조방법 | |
| KR101628345B1 (ko) | 초소형 led 전극어셈블리의 제조방법 | |
| US11855239B2 (en) | Electrode assembly having lower electrode directly on the surface of a base substrate, a first electrode on the lower electrode, and the second electrode formed on and spaced apart from the first electrode | |
| CN110112125B (zh) | 利用超小型发光二极管电极组件的发光二极管灯 | |
| US9570425B2 (en) | Display comprising ultra-small LEDs and method for manufacturing same | |
| US10062804B2 (en) | Method of manufacturing nano-scale LED electrode assembly comprising selective metal ohmic layer | |
| KR101874993B1 (ko) | 전기적 컨택이 향상된 초소형 led 전극 어셈블리 및 이의 제조방법 | |
| KR102053217B1 (ko) | 초소형 led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 | |
| KR102524797B1 (ko) | 전기적 컨택이 향상된 초소형 led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 | |
| CA2635307A1 (en) | Pixel structure for a solid state light emitting device | |
| US20240021769A1 (en) | Full-color led display and manufacturing method thereof | |
| KR102171697B1 (ko) | Led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 | |
| KR102583708B1 (ko) | 초소형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 | |
| KR20200124195A (ko) | Led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 | |
| KR102551869B1 (ko) | 로드형 led 소자 수직배치형 전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광원 | |
| KR102573266B1 (ko) | 초박형-led 유연 스킨 패치 및 이의 제조방법 | |
| KR102358601B1 (ko) | Led 전극 어셈블리 및 이의 제조 방법 | |
| US20240021588A1 (en) | Ultra-thin fin led electrode assembly, manufacturing method thereof and light source comprising the same | |
| US20220310878A1 (en) | Ultra-thin led electrode assembly and method for manufacturing thereof | |
| KR20230092467A (ko) | 직류 구동 가능한 풀-컬러 led 디스플레이 및 이의 제조방법 | |
| KR20220091385A (ko) | Led 어셈블리 제조방법, led 어셈블리 및 그를 포함하는 디스플레이 | |
| CN116417446A (zh) | 具有非对称面的发光二极管结构物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |