WO2016080710A1 - 초소형 led 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법 - Google Patents

초소형 led 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극어셈블리의 단위 면적당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시키고, 개개의 초소형 LED 소자의 광추출효율을 높여 단위면적당 광량을 극대화하는 동시에 나노스케일의 초소형 LED 소자가 전기적 단락 등의 불량 없이 전극에 연결된 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법
본 발명은 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극어셈블리의 단위 면적당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시키고, 개개의 초소형 LED 소자의 광추출효율을 높여 전극어셈블리의 단위면적당 광량을 극대화하는 동시에 나노스케일의 초소형 LED 소자가 전기적 단락 등의 불량 없이 전극에 연결된 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
LED는 1992년 일본 니치아사의 나카무라 등이 저온의 GaN 화합물 완층층을 적용하여 양질의 단결정 GaN 질화물 반도체를 융합시키는데 성공함으로써 개발이 활발하게 이루어져 왔다. LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 다수의 캐리어가 전자인 n형 반도체 결정과 다수의 캐리어가 정공인 p형 반도체 결정이 서로 접합된 구조를 갖는 반도체로써, 전기신호를 원하는 영역의 파장대역을 가지는 빛으로 변환시켜 표출되는 반도체 소자이다. 이러한 LED와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2009-0121743호는 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조되는 발광다이오드를 개시하고 있다.
이러한 LED 반도체는 광 변환 효율이 높기에 에너지 소비량이 매우 적으며 수명이 반영구적이고 환경 친화적이어서 그린 소재로서 빛의 혁명이라고 불린다. 최근에는 화합물 반도체 기술의 발달로 고휘도 적색, 주황, 녹색, 청색 및 백색 LED가 개발되었으며, 이를 활용하여 신호등, 핸드폰, 자동차 전조등, 옥외 전광판, LCD BLU(back light unit), 그리고 실내외 조명 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 국내외에서 활발한 연구가 계속되고 있다. 특히 넓은 밴드갭을 갖는 GaN계 화합물 반도체는 녹색, 청색 그리고 자외선 영역의 빛을 방출하는 LED 반도체의 제조에 이용되는 물질이며, 청색 LED 소자를 이용하여 백색 LED 소자의 제작이 가능하므로 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
이러한 일련의 연구들 중 LED의 크기를 나노 또는 마이크로 단위로 제작한 초소형 LED 소자를 이용한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 이러한 초소형 LED 소자를 조명, 디스플레이에 등에 활용하기 위한 연구가 계속되고 있다. 이러한 연구에서 지속적으로 주목 받고 있는 부분은 초소형 LED 소자에 전원을 인가할 수 있는 전극, 활용목적 및 전극이 차지하는 공간의 감소 등을 위한 전극 배치, 배치된 전극에 초소형 LED의 실장방법 등에 관한 것들이다.
이 중에서도 배치된 전극에 초소형 LED의 실장에 관한 부분은 초소형 LED 소자의 크기적 제약에 따라 전극상에 초소형 LED 소자를 목적한 대로 배치 및 실장시키기 매우 어려운 난점이 여전히 상존하고 있다. 이는 초소형 LED 소자가 나노 스케일 또는 마이크로 스케일임에 따라 사람의 손으로 일일이 목적한 전극영역에 배치시키고 실장시킬 수 없기 때문이다. 또한, 목적한 전극영역에 초소형 LED 소자를 실장시킨다 하여 단위전극 영역에 포함되는 초소형 LED 소자의 개수, 초소형 LED 소자와 전극간의 위치관계 등을 목적한 대로 조절하기 매우 곤란하고, 2차원 평면상 LED 소자를 배열할 경우 단위면적에 포함되는 LED 소자의 개수는 한계가 있어 우수한 광량을 수득하기 어렵다. 나아가, 서로 다른 두 전극에 연결된 초소형 LED 소자 모두가 전기적 단락 등의 불량 없이 발광할 수 있는 것은 아니므로 목적하는 광량을 수득하기는 더욱 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전극어셈블리의 단위 면적당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시키고, 개개의 초소형 LED 소자의 광추출효율을 높여 단위면적당 광량을 극대화하는 동시에 나노스케일의 초소형 LED 소자가 전기적 단락 등의 불량 없이 전극에 연결된 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 베이스기판; 상기 베이스기판 상에 형성되며, 제1 측면을 갖는 제1 전극; 상기 베이스기판 상에 형성되며, 상기 제1 전극의 제1 측면과 마주보도록 대향 배치되는 제2 측면을 갖는 제2 전극; 및 일단이 상기 제1 측면에 접하고, 타단이 상기 제2 측면에 접하도록 배치되어 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재된 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 측면 및 제2 측면의 높이는 초소형 LED 소자 직경의 1.1 ~ 10 배일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자들은 베이스기판을 기준으로 멀티레이어를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 전극의 제1 측면과 제2 전극의 제2 측면은 서로 평행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 소자의 길이방향과 전극의 측면이 수직하게 연결된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 초소형 LED 소자의 외부면 중 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 양끝단은 볼록한 곡면을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 베이스 기판에 수직한 상부방향으로 갈수록 전극의 폭이 좁아지는 부분을 포함할 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 전극의 일측면이 서로 마주보도록 형성된 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 소자의 일단이 상기 제1 전극의 측면에 접하고, 타단이 상기 제2 전극의 측면에 접하도록 배치된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 소자는 1×103 ~ 1×1012 개/mm3 로 전극어셈블리에 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 베이스기판상에 제1 전극을 형성시키고, 상기 제1 전극에 이격되도록 베이스기판 상에 제2 전극을 형성시키되, 제1 전극의 제1 측면과 제2 전극의 제2 측면이 마주보도록 전극을 대향 배치시키는 단계; (2) 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자 및 용매를 투입시키는 단계; 및 (3) 상기 복수개의 초소형 LED 소자들의 일단이 제1 전극의 제1 측면에 접하고 타단이 제2 전극의 제2 측면에 접하도록 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계; 를 포함하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 베이스 기판에 수직한 상부방향으로 갈수록 전극의 폭이 좁아지는 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 초소형 LED 소자의 외부면 중 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 양끝단은 볼록한 곡면을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 전극라인에 인가되는 전원은 전압이 40 ~ 100 Vpp 이며, 10 ~ 120 초 동안 인가될 수 있다.
이하, 본 발명에서 사용한 용어에 대해 정의한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, “이격공간”이란 초소형 LED 소자가 인접한 서로 다른 두 전극 사이에 끼워져 연결될 수 있는 영역으로써, 인접한 서로 다른 두 전극의 대향하는 각 측면, 인접한 두 전극의 밑면을 연결한 가상의 밑면 및 인접한 서로 다른 두 전극의 대향하는 각 측면 상부를 덮는 가상의 윗면으로 구획된 공간을 의미한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, 각 층, 영역, 패턴 또는 구조물들이 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 베이스 기판상 전극을 배치하는 방법에 따라 더 포함될 수 있는 전극 영역까지를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, “개재”란 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극(예를 들어 제1 전극, 제2 전극)의 상호 대향하는 측면 사이의 공간에 초소형 LED 소자의 일단이 전극의 일측면에 접촉하고, 타단이 대향하는 타전극의 일측면에 접촉하여 소자가 서로 다른 전극 사이에 끼워져 연결되는 것을 의미한다. 또한, “전기적으로 연결”이란 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극 사이에 끼워져 연결됨과 동시에 전원을 전극라인에 인가할 때 초소형 LED 소자가 발광할 수 있는 상태를 의미한다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, “동일”, “평행” 또는 “수직”은 물리적으로 정확한 “동일”, “평행” 또는 “수직”에 제한되지 않고, 실질적으로 “동일”, “평행” 또는 “수직”이라 볼 수 있는 정도까지를 포함하는 의미이다.
본 발명에 따른 구현예의 설명에 있어서, “멀티레이어”란 베이스 기판에 수직한 상부 방향을 기준으로 한 개 또는 복수개의 초소형 LED 소자가 하나의 레이어를 형성하고, 상기 레이어가 복수개로 형성된 형상을 의미하며, 상기 레이어는 베이스기판에 대해 평행하거나 베이스기판에 대해 경사진 면일 수 있고, 다만, 베이스기판에 대해 수직한 면을 의미하지는 않는다.
본 발명의 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 전극 사이 공간에 3차원적으로 배열됨에 따라 전극라인의 단위 면적당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수가 증가되는 동시에 개개의 초소형 LED 소자 광추출효율이 향상됨에 따라 전극어셈블리의 단위면적당 광량을 극대화할 수 있다. 또한, 1개의 초소형 LED 소자가 전극어셈블리에서 차지하는 공간이 최소화되어 상대적으로 다른 초소형 LED 소자가 배치될 수 있는 공간이 증가함에 따라 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자의 개수가 증가될 수 있고 이를 통해 광량이 더욱 증대될 수 있다. 나아가, 나노스케일의 초소형 LED 소자가 전기적 단락 등의 불량 없이 전극에 연결됨에 따라 전극어셈블리의 불량률이 저하될 수 있다. 더 나아가, 전기적 단락 등 불량을 방지하기 위해 초소형 LED 소자가 특별한 구조적 형상을 가지지 않아도 전기적 단락이 방지될 수 있어 초소형 LED 전극어셈블리의 불량률을 최소화할 수 있다.
도 1은 초소형 LED 소자를 포함하는 종래의 전극어셈블리의 사시도이다.
도 2는 초소형 LED 소자를 포함하는 종래의 전극어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 부분사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현에에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 정면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 정면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 정면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 A-A선에 따른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 B-B선에 따른 단면도이다.
도 12는 본 발명이 포함하는 초소형 LED 소자의 일구현예를 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 C-C선에 따른 단면도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 D-D선에 따른 단면도이다.
도 15은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 정면도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제조공정을 나타내는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판상에 형성된 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 18은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 (2) 단계의 모식도이다.
도 19는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자가 자기정렬 하는 것을 나타내는 평면도이다.
도 20은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자가 자기정렬 하는 것을 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일구현예를 첨부되는 도면을 통해 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래에는 초소형 LED 소자의 크기적 제약으로 인해 사람의 손으로 일일이 목적한 전극영역에 배치시키고 실장시킬 수 없음에 따라 전극상에 초소형 LED 소자를 목적한 대로 배치 및 실장시키기 매우 어려운 문제점이 있었다. 구체적으로 도 1은 초소형 LED 소자를 포함하는 종래의 전극어셈블리의 사시도로써, 도 1은 베이스기판(300)의 상부에 형성된 제1 전극(310), 상기 제1 전극(310)의 상부에 제1 전극(310)과 평행하도록 이격하여 형성된 제2 전극(320) 및 상기 제1 전극(310)과 제2 전극(320) 사이에 3차원 직립하여 연결된 초소형 LED 소자(330)를 나타낸다. 이러한 구조의 전극어셈블리의 경우 별도로 제조된 각각의 LED 소자를 어느 일 전극 상부에 3차원 직립시켜 세우기 매우 어려운 문제점이 있었다. 또한, 초소형 LED 소자 자체를 제1 전극(310) 상에서 성장시키는 것은 제조공정을 매우 복잡화시키는 문제점이 있고, 대면적의 전극어셈블리는 이러한 방법으로 제조할 수 없다는 문제점이 있었다.
한편, 목적한 전극영역에 초소형 LED 소자를 2차원으로 눕혀서 실장 시킨다고 하여 단위전극 영역에 포함되는 초소형 LED 소자의 개수, 초소형 LED 소자와 전극간의 위치관계 등을 목적한 대로 조절할 수 있는 것은 아니었고, 2차원 평면으로 실장될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수는 전극라인의 단위면적에 제한되기 때문에 목적한 광량을 수득할 수 있을 만큼 많은 수의 LED소자를 한정된 면적의 전극라인에 포함시키기 어려웠으며, 이를 해결하기 위해 초소형 LED 소자의 직경크기를 줄이는 것은 개별 초소형 LED 소자의 광추출효율, 제조방법의 비용이성 등 또 다른 문제점을 발생시켰다. 구체적으로 도 2는 초소형 LED 소자를 포함하는 종래의 전극어셈블리의 사시도로써, 도 2는 베이스기판(400)상에 형성된 제1 전극(410, 411, 412), 상기 제1 전극과 동일평면 상에 이격하여 형성된 제2 전극(430, 431, 432) 및 제1 전극(412)과 제2 전극(432) 상부에 걸쳐서 연결된 초소형 LED 소자(421)를 나타낸다. 이러한 구조의 전극어셈블리의 경우 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극 상부에 걸쳐서 연결되어 2차원 배열되기 때문에 전극영역에 실장되는 초소형 LED 개수가 전극영역의 상부 면적에 한정될 수밖에 없어 목적한 광량을 수득하기 어려운 문제점이 있었다. 나아가, 서로 다른 두 전극에 연결된 초소형 LED 소자 모두가 전기적 단락 등의 불량 없이 발광할 수 있는 것은 아니므로 목적하는 광량을 수득하기는 더욱 어려운 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 베이스기판; 상기 베이스기판 상에 형성되며, 제1 측면을 갖는 제1 전극; 상기 베이스기판 상에 형성되며, 상기 제1 전극의 제1 측면과 마주보도록 대향 배치되는 제2 측면을 갖는 제2 전극; 및 일단이 상기 제1 측면에 접하고, 타단이 상기 제2 측면에 접하도록 배치되어 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재된 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 전극어셈블리의 단위 면적당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시키고, 개개의 초소형 LED 소자의 광추출효율을 높여 단위면적당 광량을 극대화하는 동시에 나노스케일의 초소형 LED 소자가 전기적 단락 등의 불량 없이 전극에 연결되어 품질이 현저히 우수한 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리를 구현할 수 있다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 부분사시도로써, 도 3은 베이스 기판(1) 상에 형성된 제1 전극(10), 상기 제1 전극의 제1 측면(Ⅰ)과 마주보도록 대향 배치되어 베이스 기판상에 형성된 제2 전극(20) 및 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ)에 일단이 접하고 제2 전극(20)의 제2 측면(Ⅱ)에 타단이 접하도록 제1 전극(10) 및 제2 전극(20) 사이에 개재되어 있는 복수개의 초소형 LED 소자(30a, 30b, 30c)를 나타낸다.
먼저, 제1 전극(10) 및 제2 전극(2)의 하부에 위치하는 베이스기판(1)에 대해 설명한다.
상기 베이스기판(1)은 전극어셈블리의 지지체 역할을 수행한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 베이스기판(1)은 통상적으로 전극이 형성될 수 있는 베이스 기판인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 유리기판, 수정기판, 사파이어 기판, 플라스틱 기판 및 구부릴 수 있는 유연한 폴리머 필름 중 어느 하나일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 상기 기판은 투명한 것일 수 있다. 상기 베이스기판의 면적은 제한이 없으며, 베이스 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 변경될 수 있다. 바람직하게 상기 베이스기판의 두께는 100㎛ 내지 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로 상술한 베이스기판(1) 상에 형성되는 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)에 대해 설명한다.
상기 “베이스 기판상”의 의미는 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)이 베이스기판 표면에 직접적으로 형성 또는 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20)베이스기판 상부에 이격하여 형성될 수 있음을 의미한다.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인의 사시도로써, 제1 전극(213, 214)과 제2 전극(233, 234)이 모두 베이스기판(200) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 분기된 제1 전극(214)과 제2 전극(234)이 상호 교번적으로 배치되어 동일평면상에 이격된 전극라인(244)을 형성할 수 있다.
또한, 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스 기판상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 평면도로서, 제1 전극(212, 215)과 제2 전극(232, 235)이 모두 베이스기판(201) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 분기된 제1 전극(215)과 제2 전극(235)이 소용돌이 배치되어 동일평면상에 이격된 전극라인(245)을 형성할 수 있다.
또한, 도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도로서, 베이스 기판(202) 표면에 직접적으로 제1 전극(211)이 형성되나 제2 전극(231, 236)은 베이스 기판(202) 상부에 이격되어 형성되어 있으며, 분기된 제1 전극(216)은 연결전극을 통해 제1 전극(211)과 연결되고, 베이스 기판(202) 상부에 제1 전극(211)과 이격되어 형성되어 있으며, 분기된 제1 전극(216)과 제2 전극(236)이 동일평면상에 상호 교번적으로 배치되어 이격된 전극라인(246)을 형성할 수 있다.
상기와 같이 전극라인을 상호 교번적 배치 또는 소용돌이 배치로 구성할 경우 한정된 면적의 베이스 기판(200, 201, 202)에 포함되는 초소형 LED를 독립적으로 구동 할 수 있는 단위 전극의 구동 면적을 높일 수 있어 단위 전극면적에 실장되는 초소형 LED 수를 전극의 배치를 통해 증가시킬 수 있다. 이는 단위 면적의 LED 발광의 세기를 증가시키므로 단위면적당 높은 밝기가 요구되는 여러 가지 광전소자의 응용에 유용할 수 있다. 한편 도 4 내지 6은 바람직한 일구현예이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 두 전극이 일정한 간격으로 이격된 상상 가능한 모든 구조의 배치로 목적에 따라 다양하게 변형하여 구현할 수 있다.
한편, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 통상적으로 전극으로 사용되는 물질일 수 있다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은 각각 독립적으로 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. 이러한 전극물질이 2종 이상일 경우 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20)은 바람직하게는 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20)은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만, 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20)의 재질은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다. 또한, 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20)의 재질은 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(10) 및 제2(20) 전극의 높이(베이스기판에 수직한 상부방향 기준으로 두께에 해당함)는 목적에 따라 달리 설계될 수 있으나 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 인접한 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 초소형 LED 소자가 전극의 높이방향으로 멀티레이어를 형성할 수 있도록 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ) 및 제2 전극의 제2 측면(Ⅱ)의 높이는 초소형 LED 소자 직경의 1.1 ~ 10 배, 보다 더 바람직하게는 2 ~ 10배일 수 있다. 만일 전극의 어느 일측면의 높이가 초소형 LED 소자 직경의 1.1배 미만일 경우 초소형 LED 소자가 인접한 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 끼워져 연결될 수 있으나 전극의 측면 높이가 낮아 초소형 LED 소자가 멀티레이어를 형성할 수 없을 수 있고, 이 경우 전극영역에 LED 소자가 2차원 평면배치 되는 것과 다르지 않아 본 발명이 목적하는 물성을 구현할 수 없는 문제가 있다. 또한, 만일 전극의 어느 일측면의 높이가 초소형 LED 소자의 직경 10배를 초과하는 경우 전극 사이의 이격공간에 연결되는 초소형 LED소자의 개수가 많아져 비경제적일 수 있는 동시에 전극과의 연결 문제로 모든 초소형 LED 소자를 발광시키는 데 문제가 될 수 있다. 또한, 여러 멀티레이어 중 하단에 놓이게 되는 초소형 LED 소자의 경우 발광을 하더라도 그 위에 놓이게 되는 초소형 LED소자에 의해 빛이 막혀 효율을 크게 증가시키지 못하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ) 및 제2 전극의 제2 측면(Ⅱ)은 베이스기판에 수직한 것이 바람직하고, 만일 베이스기판에 대해 비스듬히 형성되는 경우 전극 측면의 높이에 따라 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이의 거리가 달라짐에 따라 초소형 LED 소자를 베이스기판을 기준으로 멀티레이어로 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 개재시키기 어려울 수 있고, 초소형 LED 소자를 개재시키더라도 초소형 LED 소자 간의 위치관계가 불량하게 되어 전극 사이의 이격공간 단위부피당 포함시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 감소할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ) 및 제2 전극의 제2 측면(Ⅱ)은 베이스기판에 수직함과 동시에 서로 평행하게 형성됨이 바람직할 수 있다. 전극의 측면(Ⅰ 및 Ⅱ)이 베이스기판에 수직이더라도 서로 평행하지 않으면 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이의 거리가 전극의 길이방향으로 달라짐(점점 커지거나 점점 작아짐)에 따라 초소형 LED 소자를 베이스기판을 기준으로 멀티레이어로 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 개재시키기 어려울 수 있고, 초소형 LED 소자를 개재시키더라도 초소형 LED 소자 간의 위치관계가 불량하게 되어 전극 사이의 이격공간 단위부피당 포함시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 감소할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 서로 대향하는 일측면(Ⅰ 및 Ⅱ)은 초소형 LED 소자의 양 끝단이 전극의 측면과 면접촉이 가능하도록 평평할 수 있다. 소자의 일단이 전극의 일측면과 면접촉하여 연결될 경우 점 또는 선 접촉하여 연결될 때에 비해 전기적으로 연결이 더 잘되어 불량이 방지될 수 있는 이점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 베이스기판에 수직한 단면형상은 다양할 수 있으나 베이스 기판에 수직한 상부방향으로 갈수록 전극의 폭이 좁아지는 부분을 포함할 수 있다. 상기 전극의 단면에서 폭이 좁아지는 부분에 해당되는 외부면은 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장되는 부분은 아닐 수 있고, 이와 같은 단면형상을 가지는 전극을 사용할 경우 후술할 전극어셈블리의 제조공정에서 초소형 LED 소자를 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 사이의 이격공간에 위치시키기 보다 용이할 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한 제조공정에 대한 설명에서 구체적으로 하기로 한다.
또한, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 폭은 100 nm ~ 50㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 전극의 구체적 배치 및 응용되는 분야 등에 따라 달리 설계될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 두께는 200 nm ~ 50㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 초소형 LED 소자의 직경에 따라 달리 설계될 수 있다.
한편, 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ)에서 제2 전극(20)의 제2 측면(Ⅱ)사이의 거리는 초소형 LED 소자의 구체적 형상, 길이 및 직경에 따라 달리 설계될 수 있어 이에 대한 제한은 없으나 바람직하게는 초소형 LED 소자의 길이보다 작거나 같을 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 전극어셈블리는 일단이 상술한 제1 전극의 제1 측면에 접하고, 타단이 상술한 제2 전극의 제2 측면에 접하도록 배치되어 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함한다.
구체적으로 도 3에서 복수개의 초소형 LED 소자(30a, 30b, 30c)의 일단은 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ)에 접하고, 타단은 상기 제1 전극(10)과 인접한 제2 전극(20)의 제2 측면(Ⅱ)에 접하도록 제1 전극(10) 및 제2 전극(20) 사이의 이격공간에 끼워져 연결되고, 초소형 LED 소자(30a, 30b, 30c)는 소자의 길이방향으로 베이스기판에 평행하게 누워서 인접한 전극과 연결되어 있다.
먼저, 제1 전극(10)의 제1측면(Ⅰ)과 상기 제1 전극(10)의 제1 측면(Ⅰ)과 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(20)의 제2 측면(Ⅱ)에 끼워져 연결된 복수개의 초소형 LED소자들의 위치관계에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자들은 베이스기판을 기준으로 멀티레이어를 형성도록 제1 전극 및 제2 전극 사이에 끼워져 연결될 수 있다.
구체적으로 도 7a는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도로써, 도 7a는 베이스기판(미도시)에 수직한 제1 전극(11)의 제1 측면(Ⅰ)과 상기 제1 측면(Ⅰ)과 평행하게 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(21)의 제2 측면(Ⅱ)사이에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자들(31a, 31e)을 나타낸다. 또한, 도 7b는 도 7a에 대한 정면도로써, 베이스기판(1) 상에 형성된 제1 전극(11) 및 제2 전극(21) 사이 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자(31a ~ 31e)가 끼워져 연결되어 있고, 이때 복수개의 초소형 LED 소자들(31b, 31c, 31d, 31e)은 베이스기판(1)을 기준으로 멀티레이어(L1 ~ L4)를 형성하고 있다. 도 7a 및 도 7b에서 제1 초소형 LED 소자(31a)는 소자의 길이방향이 베이스기판(1)에 대해 기울어지고, 소자의 길이 방향이 제1 전극(11) 및 제2 전극(21)에 수직하지 않게 제1 전극(11)과 제2 전극(21) 사이에 비스듬히 끼워져 연결되어 있다. 초소형 LED소자는 후술할 제조공정에서 설명되다시피 낱개로 전극사이 일일이 수동 조립되는 것이 아님에 따라 도 7a 및 도 7b와 같은 전극어셈블리에 포함된 제1 초소형 LED 소자(31a)와 같이 전극 사이에 개재될 수 있다. 다만, 상기 제1 초소형 LED 소자는 제1 전극(11) 및 제2 전극(21)사이의 이격 공간 중 차지하는 영역이 다른 초소형 LED 소자들(31b, 31c, 31d, 31e) 보다 많기 때문에 한정된 이격공간 부피에 포함될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수를 감소시킬 수 있다. 구체적으로 도 7a에서 제1 초소형 LED 소자(31a)가 차지하는 전극의 길이(x1)는 소자의 직경(h)보다 크고, 도 7b에서 제1 초소형 LED 소자(31a)가 차지하는 전극의 높이(y1)는 역시 소자의 직경(h)보다 큼에 따라 제1 초소형 LED 소자가 차지하는 이격공간(S1, 길이: x1, 폭: 제1전극(11)과 제2 전극(21)사이의 거리, 높이: y1)은 다른 초소형 LED 소자(31b)가 차지하는 이격공간(S2, 길이:h, 폭: 제1전극(11)과 제2 전극(21)사이의 거리, 높이: h)보다 현저히 커져 다른 초소형 LED 소자가 개재될 수 있는 공간이 감소할 수 있다.
이에 본 발명의 바람직한 또 다른 구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 소자의 길이방향으로 베이스기판에 평행하거나 또는 소자의 길이방향으로 소자간에 평행하도록 제1 전극 및 제2 전극의 사이의 이격공간에 게재될 수 있고, 보다 바람직하게는 소자의 길이방향으로 베이스기판에 평행함과 동시에 소자의길이 방향으로 소자간에 평행하도록 전극 사이에 개재될 수 있다. 구체적으로 도 8a는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도로써, 도 8a는 베이스기판(미도시)에 수직한 제1 전극(12)의 제1 측면과 상기 제1 측면과 평행하게 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(22)의 제2 측면 사이에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자들(32a, 32b)을 나타낸다. 이때 일부 초소형 LED 소자(32a1, 32a2)는 서로 길이방향으로 평행하도록 전극 사이에 개재되어 있고, 다른 초소형 LED 소자(32b1, 32b2) 역시 서로 길이방향으로 평행하도록 전극 사이에 개재되어 있다. 또한, 도 8b는 도 7a에 대한 정면도로써, 베이스기판(1) 상에 형성된 제1 전극(12) 및 제2 전극(22) 사이 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자(31a, 31b)가 끼워져 연결되어 있고, 이때 복수개의 초소형 LED 소자들(31a, 31b)은 베이스기판(1)을 기준으로 평행한 2층의 멀티레이어를 형성하고 있다. 도 8b와 같이 복수개의 초소형 LED 소자들(32a, 32b)은 베이스기판(1)을 기준으로 평행한 멀티레이어를 형성할 경우 이격공간 상에서 차지하는 높이가 소자의 직경(y2)에 해당함에 따라 한정된 전극높이에 포함시킬 수 있는 레이어 수가 현저히 증가하는 이점이 있을 수 있다. 한편, 도 8a에 따른 전극어셈블리는 복수개의 소자가 소자의 길이방향으로 서로 평행하게 전극 사이에 개재됨에 따라 소자의 길이방향으로 서로 평행하지 않고 불규칙하게 개재될 때에 비해 차지하는 이격공간의 부피는 감소할 수 있으나 복수개의 초소형 LED 소자들이 길이방향으로 서로 평행한 동시에 제1 전극 및 제2 전극에 동시에 수직하게 연결될 때 보다는 차지하는 이격공간의 부피가 증가하여 포함될 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 감소할 수 있는 문제가 있다.
이에 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 소자의 길이방향과 전극의 측면이 수직하게 연결될 수 있다. 구체적으로 도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 정면도로써, 도 9a는 베이스기판(미도시)에 수직한 제1 전극(13)의 제1 측면과 상기 제1 측면과 평행하게 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(23)의 제2 측면 사이에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자들(33a1, 33a2)을 나타낸다. 이때 초소형 LED 소자(33a1, 33a2)는 서로 길이방향으로 평행하고, 소자의 길이방향으로 제1 전극(13) 및 제2 전극(23)에 동시에 수직하도록 전극 사이에 개재되어 있다. 또한, 도 9b는 베이스기판(1) 상에 형성된 제1 전극(13) 및 제2 전극(23) 사이 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자(33a, 33b)가 끼워져 연결되어 있고, 이때 일부 초소형 LED 소자들(33a; 33a1, 33a2)은 베이스기판(1)을 기준으로 이에 평행한 제1 레이어를 형성하고, 다른 초소형 LED 소자들(33b)은 베이스기판(1)을 기준으로 평행하고 상기 제1 레이어와 이격된 제2 레이어를 형성하여, 도 9b의 전극어셈블리에 포함된 복수개의 초소형 LED 소자들은 4층의 멀티레이어를 형성하고 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 A-A선에 따른 단면도로써, 도 10a는 베이스기판(미도시)에 수직한 제1 전극(14)의 제1 측면과 상기 제1 측면과 평행하게 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(24)의 제2 측면 사이에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자들(34a1, 34a2, 34a3, 34b1, 34b2)을 나타낸다. 이때 상기 초소형 LED 소자들(34a1, 34a2, 34a3, 34b1, 34b2) 각각은 서로 길이방향으로 평행하고, 소자의 길이방향으로 제1 전극(14) 및 제2 전극(24)에 동시에 수직하도록 전극 사이에 개재되어 있다. 또한, 도 10b는 도 10a의 A-A에 따른 단면도로써, 베이스기판(1) 상에 형성된 제1 전극(14)에 일단이 접해있는 초소형 LED 소자들(34a1, 34a2, 34a3, 34b1, 34b2)의 단면을 나타낸다. 상기 도 10 b에서 일부 초소형 LED 소자들(34a1, 34a2, 34a3)은 베이스기판(1)을 기준으로 베이스기판에 평행한 제1 레이어를 형성하고, 다른 초소형 LED 소자들(34b1, 34b2)은 베이스기판(1)을 기준으로 평행하고 상기 제1 레이어와 이격된 제2 레이어를 형성하여, 도 10b는 3층의 멀티레이어를 나타내고 있다. 이때, 상기 제2 레이어에 포함된 제2 초소형 LED 소자(34b1)는 제1 레이어에 포함된 제3 초소형 LED 소자(34a1)의 수직하부가 아닌 제1 레이어에 포함된 제3 초소형 LED 소자(34a1)와 제4 초소형 LED 소자(34a2) 사이의 이격공간 하부에 위치하고 있고 이 경우 제2 레이어에 포함된 제2 초소형 LED 소자(34b1)에 의해 발광된 광이 제1 레이어에 포함된 제3 초소형 LED 소자(34a1)에 의해 가로막혀 베이스기판에 수직한 전면부로 전개되지 못하는 것이 최소화될 수 있다.
또한, 도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 B-B선에 따른 단면도로써, 도 11a는 베이스기판(미도시)에 수직한 제1 전극(15)의 제1 측면과 상기 제1 측면과 평행하게 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(25)의 제2 측면 사이에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자들(35a1, 35a2, 35a3, 35b1)을 나타낸다. 이때 상기 초소형 LED 소자들(35a1, 35a2, 35a3, 35b1) 각각은 서로 길이방향으로 평행하고, 소자의 길이방향으로 제1 전극(15) 및 제2 전극(25)에 동시에 수직하도록 전극 사이에 개재되어 있다.
이때, 도 11a와 11b 에서 제5 초소형 LED 소자(35a1) 및 제6 초소형 LED 소자(35a2)는 소자의 길이방향으로 외부면이 선 접합하고 있다. 통상적인 초소형 LED 소자는 전자-정공의 쌍이 형성되어 광이 발생하는 활성층을 포함하며, 상기 활성층의 위치는 초소형 LED 소자의 정 중앙에만 형성되는 것이 아니라 소자의 어느 일단에 치우쳐 형성되는 경우가 대부분이고, 개별적으로 성장시켜 제조한 초소형 LED 소자의 경우 활성층의 위치가 서로 상이할 수 있으며, 통상적인 LED 소자의 경우 외부면에 활성층이 노출되어 있다. 상기 활성층에 직접적으로 전원이 인가된 전극라인의 전극 또는 전원이 인가된 초소형 LED 소자의 반도체층이 닿을 경우 이러한 초소형 LED 소자는 전기적 단락이 발생하여 발광이 되지 못할 수 있다.
구체적으로 도 11a에서 제5 초소형 LED 소자(35a1)의 활성층은 제6 초소형 LED 소자(35a2)의 도전성 반도체층(또는 도전성 반도체층 하부에 형성될 수 있는 전극층)에 접촉(도 11a의 P)하고 있고, 동시에 제6 초소형 LED 소자(35a2)의 활성층은 제5 초소형 LED 소자(35a1)의 도전성 반도체층(또는 도전성 반도체층 하부에 형성될 수 있는 전극층)에 접촉(도 11a의 Q)하고 있다. 만일 제1 전극(15) 및 제2 전극(25)에 전원이 인가되면 제5 초소형 LED 소자(35a1) 및 제6 초소형 LED 소자(35a2)는 제1 전극(15)과 제2 전극(25) 사이에 개재되어 있음에도 불구하고 전기적 단락이 발생하여 발광하지 못할 수 있다. 이와 같은 불량이 빈번할 경우 인접한 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킨다 하여 목적하는 광량을 수득할 수 없는 전극어셈블리가 구현될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하고, 한정된 이격 공간상에 더 많은 LED 소자를 개재시키기 위하여 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및 초소형 LED 소자의 외부면 중 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 12는 본 발명이 포함하는 초소형 LED 소자의 일구현예를 나타내는 사시도로써, 제1 도전성 반도체층(30A)상에 형성된 활성층(30B) 및 상기 활성층(30B)상에 형성된 제2 도전성 반도체층(30C)을 나타내며, 제1 도전성 반도체층(30A), 활성층(30B) 및 제2 도전성 반도체층(30C)의 외부면을 덮고 있는 절연피막(30F)을 나타낸다.
상기 절연피막(30F)은 활성층(30B) 부분의 외부면을 덮음으로써 전기가 직접적으로 활성층(30B) 부분의 소자의 외부면에 인가되더라도 절연피막(30F)으로 인해 활성층(30B)이 보호됨으로써 초소형 LED 소자가 전기적 단락되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자의 외부면에는 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막(30F)을 포함할 수 있다. 이에 만일 11a에서 제5 초소형 LED 소자(35a1) 및 제6 초소형 LED 소자(35a2)의 활성층 부분을 포함하는 소자의 외부면에 절연피막이 코팅되어 있다면 두 소자의 외부면이 선접합 되도록 제1 전극(15) 및 제2 전극(25)에 사이에 개재되어 있더라도 전원인가 시 전기적 단락이 발생하지 않을 수 있다. 또한, 바람직하게는 전기적 단락 및 반도체층의 외부 표면 손상을 통한 초소형 LED 소자의 내구성 저하를 동시에 방지하기 위해 제1 반도체층(30A) 및 제2 반도체층(30C) 중 어느 하나 이상의 외부면에도 절연피막(30F)이 코팅될 수 있다.
이에 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 전극어셈블리는 초소형 LED 소자들이 인접한 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 소자 간 외부면이 베이스기판을 기준으로 상하, 좌우 접촉하도록 최대한 팩킹되어 개재될 수 있고 이를 통해 이격공간의 단위부피당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있는 동시에 초소형 LED 소자의 전기적 단락 문제가 발생되지 않아 현저히 우수한 광량을 수득할 수 있다. 구체적으로 도 13은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 C-C선에 따른 단면도로써, 도 13a는 베이스기판(미도시)에 수직한 제1 전극(16)의 제1 측면과 상기 제1 측면과 평행하게 마주보도록 대향 배치된 제2 전극(26)의 제2 측면 사이에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자들(36a1, 36a2, 36a3, 36a4)을 나타낸다. 이때 상기 초소형 LED 소자들(36a1, 36a2, 36a3, 36a4) 각각은 서로 길이방향으로 평행하고, 소자의 길이방향으로 제1 전극(16) 및 제2 전극(26)에 동시에 수직하도록 전극 사이에 개재되어 있는 동시에 소자들 간 외부면이 서로 접촉하고 있다. 또한, 도 13b는 도 13a의 C-C에 따른 단면도로써, 베이스기판(1) 상에 형성된 제1 전극(16)에 일단이 접해있는 초소형 LED 소자들(34a1, 34b, 34c, 34d)의 단면을 나타낸다. 상기 도 13b에서 일부 초소형 LED 소자들(34a1)은 베이스기판(1)을 기준으로 베이스기판에 평행한 제1 레이어를 형성하고, 다른 초소형 LED 소자들(34b)은 베이스기판(1)을 기준으로 평행하고 상기 제1 레이어와 접촉하는 제2 레이어를 형성하며 또 다른 초소형 LED 소자들(36c)은 베이스기판(1)을 기준으로 평행하고 상기 제2 레이어와 접촉하는 제3 레이어를 형성하며, 도 13b는 4층의 레이어가 각각 접해 있는 멀티레이어를 나타내고 있다. 도 13b와 같이 복수개의 초소형 LED 소자가 인접한 두 전극(16, 26) 사이의 이격공간에 팩킹되어 있는 경우 한정된 이격공간의 부피에 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있는 동시에 상기 초소형 LED 소자의 활성층 부분을 포함하는 외부면에는 절연피막이 코팅되어 있어 전기적 단락이 방지됨에 따라 목적한 광량을 불량없이 수득할 수 있는 전극어셈블리를 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면 인접한 서로 다른 두 전극사이의 이격공간에 개재된 초소형 LED 소자는 베이스기판을 기준으로 랜덤하게 멀티레이어를 형성할 수 있다. 구체적으로 도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 D-D선에 따른 단면도로써, 도 14a 및 도 14b를 통해 확인할 수 있듯이, 초소형 LED 소자들(37a, 37b, 37c)은 제1 전극(17) 및 제2 전극(27) 사이의 이격공간에 랜덤하게 멀티레이어를 형성할 수 있으며, 일부 초소형 LED 소자들은 소자간에 외부면이 접촉하지 않고 이격될 수 있으며, 다른 초소형 LED 소자들은 소자간의 외부면이 접촉하도록 전극 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자의 양 끝단은 볼록한 곡면을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 15는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 전극어셈블리의 평면도 및 정면도로써, 베이스기판(1)상에 형성된 제1 전극(18) 및 제2 전극(28)사이의 이격공간에 끼워져 연결된 초소형 LED 소자(38a1, 38a2)의 양 끝단이 볼록한 곡면을 포함하고 있다. 초소형 LED 소자의 양 끝단부가 볼록한 곡면을 포함할 경우 후술하는 전극어셈블리의 제조공정 중 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키는 공정에서 초소형 LED 소자가 보다 용이하게 서로 다른 두 전극의 측면과 소자의 길이방향이 수직에 가깝도록 두 전극 사이에 끼워져 연결될 수 있는 이점이 있고, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하는 제조공정에서 대신 하기로 한다.
한편, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 전극의 일측면이 서로 마주보도록 형성된 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 소자의 일단이 상기 제1 전극의 측면에 접하고, 타단이 상기 제2 전극의 측면에 접하도록 배치된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 소자는 1×103 ~ 1×1012 개/mm3 가 포함되는 전극어셈블리를 포함한다.
상기 전극어셈블리는 전극의 일측면이 서로 마주보도록 형성된 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자들이 멀티레이어를 형성하여 개재됨에 따라 이격공간에 개재된 초소형 LED 소자의 개수는 단순히 초소형 LED 소자가 단일평면으로 실장될 때에 비하여 현저히 증가하여 1×103 ~ 1×1012 개/mm3 이다. 이를 통해 종래의 전극어셈블리에 비해 전극어셈블리의 단위면적당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있어 현저히 우수한 광량을 수득할 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자에 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 사용될 수 있는 초소형 LED 소자는 일반적으로 조명 또는 디스플레이에 사용되는 초소형 LED 소자이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 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 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함할 수 있다. 구체적으로 도 13은 제1 도전성 반도체층(30A)상에 형성된 활성층(30B) 및 상기 활성층(30B)상에 형성된 제2 도전성 반도체층(30C)을 나타낸다.
먼저, 제1 도전성 반도체층(30A)에 대해 설명한다. 상기 제1 도전성 반도체층(30A)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(30A)상에 형성되는 활성층(30B)에 대해 설명한다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(30B)은 상기 제1 도전성 반도체층(30A) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(30B)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(30B)으로 이용될 수 있음은 물론이다. 이러한 활성층(30B)에서는 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다. 바람직하게 상기 활성층(30B)의 두께는 10 ~ 200 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 활성층(30B)의 위치는 LED 종류에 따라 다양하게 위치하여 형성될 수 있다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 활성층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로, 상기 활성층(30B)상에 형성되는 제2 도전성 반도체층(30C)에 대해 설명한다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(30B) 상에는 제 2도전성 반도체층(30C)이 형성되며, 상기 제 2도전성 반도체층(30C)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(30A), 상기 활성층(30B), 상기 제 2도전성 반도체층(30C)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(30C)의 두께는 50 nm ~ 500 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 p형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
본 발명에 따른 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 반도체층 하부에 형성되는 제1 전극층 및 제2 반도체층 상부에 형성되는 제2 전극층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 도 13은 제1 도전성 반도체층(30A)의 하부에 형성된 제1 전극층(30D)과 제2 도전성 반도체층(30C)의 상부에 형성된 제2 전극층(30E)을 나타낸다.
상기 제1 전극층(30D) 및/또는 제2 전극층(30E)을 제1 또는 제2 반도체층의 하부 또는 상부에 형성시킬 경우 초소형 LED 소자의 반도체층과 전극라인의 전극간 연결부위에 금속오믹층을 형성시킬 때 요구되는 온도보다 낮은 온도로 금속오믹층을 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
상기 제1 전극층(30D) 및 제2 전극층(30E)은 통상적으로 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 전극층(30D) 및/또는 제2 전극층(30E)의 두께는 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 제1 전극층(30D) 및/또는 제2 전극층(30E)의 두께, 재질은 상이하거나 동일할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자는 인접하는 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 포함되는 초소형 LED 소자간의 외부면이 접촉하여 발생할 수 있는 전기적 단락을 방지하기 위해 초소형 LED 소자의 외부면에는 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막(30F)을 포함할 수 있다. 또한, 바람직하게는 전기적 단락 및 반도체층의 외부 표면 손상을 통한 초소형 LED 소자의 내구성 저하를 동시에 방지하기 위해 제1 반도체층(30A) 및 제2 반도체층(30C) 중 어느 하나 이상의 외부면에도 절연피막(30F)이 코팅될 수 있다. 상기 절연피막(30F)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 상술한 절연피막(30F)의 역할을 하는 동시에 절열피막을 코팅함으로써 만일하나 발생할 수 있는 소자의 발광효율의 감소를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자의 절연피막(30F)은 초소형 LED 소자의 제1 전극층(30D) 및 제2 전극층(30E) 중 어느 하나 이상의 전극층에는 절연피막이 코팅되지 않을 수 있고, 보다 바람직하게는 두 전극층(30D, 30E) 모두 절연피막이 코팅되지 않을 수 있다. 이는 상기 두 전극층(30D, 30E)과 전극라인의 인접한 서로 다른 전극간에는 전기적으로 연결이 되어야 하는데 만일 두 전극층(30D, 30E)에 절연피막(30F)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(30D, 30E)과 서로 다른 전극간에 전기적 연결이 있는 경우 초소형 LED 소자의 발광에 문제가 없을 수 있어 상기 초소형 LED 소자의 두 전극층(30D, 30E)의 끝단부를 제외한 나머지 전극층(30D, 30E)의 외부면에는 절연피막(30F)이 코팅되어 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자는 절연피막(30F) 위에 소수성 피막(30G)을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 피막(30G)은 초소형 LED 소자의 표면에 소수성 특성을 갖게 하여 LED 소자들 간에 응집현상을 방지하기 위한 것으로서, 전극어셈블리의 제조공정에서 초소형 LED 소자가 용매에 혼합될 때 초소형 LED 소자간에 응집을 최소화 하여 독립된 초소형 소자의 특성 저해 문제를 제거하고, 전원을 전극라인에 인가 시에 보다 용이하게 각각의 초소형 LED 소자를 인접한 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 위치정렬 시킬 수 있다.
상기 소수성 피막(30G)은 절연피막(30F) 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.
이상으로 상술한 본 발명에 따른 바람직한 일구현예의 전극어셈블리는 후술하는 제조공정으로 제조될 수 있다. 다만, 후술하는 제조공정에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 바람직한 일구현예의 전극어셈블리는 (1) 베이스기판상에 제1 전극을 형성시키고, 상기 제1 전극에 이격되도록 베이스기판 상에 제2 전극을 형성시키되, 제1 전극의 제1 측면과 제2 전극의 제2 측면이 마주보도록 전극을 대향 배치시키는 단계; (2) 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자 및 용매를 투입시키는 단계; 및 (3) 상기 복수개의 초소형 LED 소자들의 일단이 제1 전극의 제1 측면에 접하고 타단이 제2 전극의 제2 측면에 접하도록 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계; 를 포함하여 제조될 수 있다.
구체적으로 도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제조공정을 나타내는 모식도로써, 도 16a는 베이스 기판(100) 상에 형성된 제1 전극(110), 상기 제1 전극의 제1 측면과 마주보도록 대향 배치되어 베이스 기판(100)상에 형성된 제2 전극(120) 사이의 이격공간에 투입된 초소형 LED 소자(130)와 용매(140)를 나타낸다. 이후 도 16b와 같이 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)에 전원을 인가 시 초소형 LED 소자(130)는 회전 및 위치 변경되어 도 16c와 같이 소자의 일단이 제1 전극(110)의 제1 측면에 접하고 제2 전극(120)의 제2 측면에 소자의 타단이 접하여 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 사이에 복수개의 초소형 LED 소자(30a, 30b, 30c)가 멀티레이어를 형성하면서 개재된 것을 나타낸다.
먼저, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 (1) 단계로써, 베이스기판상에 제1 전극을 형성시키고, 상기 제1 전극에 이격되도록 베이스기판 상에 제2 전극을 형성시키되, 제1 전극의 제1 측면과 제2 전극의 제2 측면이 마주보도록 전극을 대향 배치시키는 단계를 수행한다.
베이스기판, 제1 전극/제2 전극, 제1 전극과 제2 전극의 구체적 배치 등에 관한 내용은 전술한 내용과 동일하여 생략하며, 이하 베이스기판에 전극라인을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 다만, 전극라인의 제조방법이 후술하는 방법에 제한되는 아니다.
구체적으로 도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판상에 형성된 전극라인의 제조공정을 나타내는 사시도로써, 도 17a는 전극라인이 형성되는 베이스 기판(100)을 나타낸다. 다음으로 도 17b와 같이 베이스기판(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 베이스기판(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 베이스 기판상에 증착될 전극의 두께를 고려하여 변할 수 있다.
상기와 같이 베이스기판(100) 상에 광 레지스트(101)층을 형성시킨 이후 동일평면상에 제1 전극과 제2 전극이 상호 교번적 배치로 이격되어 있는 전극라인(도 4 참조)에 상응하는 패턴(102a, 102b)이 그려진 마스크(102)를 도 17c와 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 17d와 같은 전극라인이 형성될 노광된 광 레지스트층 부분을 제거할 수 있다. 전극라인 중 제1 전극에 상응하는 패턴(102a)의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛, 제2 전극에 상응하는 패턴(102b)의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
이후 도 17e와 같이 전극라인 마스크(102)의 형상으로 광 레지스트층이 제거된 부분에 전극 형성 물질(103)을 증착할 수 있다. 상기 전극 형성 물질은 전술한 전극의 재질일 수 있고, 이에 대한 내용은 생략한다. 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 17f와 같이 아세톤, N-메틸피롤리돈 (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제를 이용하여 베이스기판(100)에 코팅된 광 레지스트층(101)을 제거하면 베이스기판(100)상에 증착된 전극라인(103a(도 3의 10), 103b(도 3의 20))을 제조할 수 있다.
상술한 방법을 통해 제조된 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인에서 단위 전극 면적 즉, 초소형 LED 소자를 배열하여 독립적으로 구동 시킬 수 있는 두 전극이 배치된 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.
다음으로 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 (2) 단계로써, 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자 및 용매를 투입시키는 단계를 수행한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 (2) 단계는 상술한 것과 같이 제조된 전극라인의 제1 전극 및 제2 전극 사이 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자 및 용매를 투입시키는 단계로, 상기 복수개의 초소형 LED 소자 및 용매는 전극라인에 투입 전 복수개의 초소형 LED 소자를 용매에 혼합한 용액 상태로 투입하거나 초소형 LED 소자를 인접한 서로 다른 두 전극 사이에 투입시킨 후 용매를 투입할 수도 있다. 만일 용액 상태로 투입할 경우 상기 용액은 잉크 또는 페이스트 상일 수 있다.
상기 초소형 LED 소자에 대한 구체적인 설명은 상술한 바와 동일하여 생략한다.
바람직하게 상기 용매는 아세톤, 물, 알코올 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세톤일 수 있다. 다만, 용매의 종류는 상기의 기재에 제한되는 것은 아니며 초소형 LED 소자에 물리적, 화학적 영향을 미치지 않으면서 잘 증발할 수 있는 용매의 경우 어느 것이나 제한 없이 사용될 수 있다.
바람직하게 초소형 LED 소자는 용매 100 중량부에 대해 0.001 내지 100 중량부로 투입될 수 있다. 만일 0.001 중량부 미만으로 투입될 경우 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 수가 적어 초소형 LED 전극어셈블리의 정상적 기능발휘가 어려울 수 있고, 이를 극복하기 위하여 여러 번 용액을 적가 해야 되는 문제점이 있을 수 있으며, 100 중량부를 초과하는 경우 초소형 LED 소자들 개개의 정렬이 방해를 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
초소형 LED 소자 및 용매를 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 투입하는 방법은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 용액상태로 투입시키는 경우 용액을 제1 전극과 제2 전극의 상부에서 떨어뜨려 제1 전극과 인접한 제2 전극 사이의 이격공간으로 용액이 흘러 들어갈 수 있도록 할 수 있다. 초소형 LED 소자가 인접한 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 끼워져 연결되기 용이하게 하기 위해서는 초소형 LED 소자가 상기 이격공간 상에 후술하는 (2) 단계의 수행 전에 미리 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 베이스 기판에 수직한 상부방향으로 갈수록 전극의 폭이 좁아지는 부분을 포함할 수 있고, 이를 통해 전극라인의 상부에서 투입한 용액이 전극의 상면에 머무르지 않고 전극과 전극 사이의 이격공간으로 흘러 들어갈 수 있다.
구체적으로 도 18은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 (2) 단계의 모식도로써, 베이스기판(100) 상에 형성된 제1 전극(111, 112), 상기 제1 전극(111, 112)과 측면이 마주보도록 대향 배치되도록 형성된 제2 전극(121), 복수개의 초소형 LED 소자(131, 132) 및 용매(140)를 나타낸다. 만일 전극의 상면이 베이스기판과 평행할 경우 전극의 위쪽에서 초소형 LED 소자 또는 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 떨어뜨릴 때 일부 초소형 LED 소자(131)는 전극(111)의 상면에 위치할 수 있다. 이에 반하여, 전극의 단면이 베이스기판에 수직한 상부방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 부분을 포함하여, 예를 들어 도 18과 같이 상단부의 전극폭(w2)이 하단부 전극폭(w1)보다 작은 전극(121, 112)은 전극의 위쪽에서 초소형 LED 소자 또는 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 떨어뜨릴 때 초소형 LED 소자는 도 18의 경로 Z 와 같이 전극의 경사면을 따라 흘러내려 초소형 LED 소자가 목적한 전극 사이의 이격공간에 위치할 수 있도록 하는 이점이 있다.
다음으로 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 (3) 단계로써, 복수개의 초소형 LED 소자들의 일단이 제1 전극의 제1 측면에 접하고 타단이 제2 전극의 제2 측면에 접하도록 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계를 수행한다.
초소형 LED 소자들은 두 전극의 전위차에 의해 형성된 전기장의 유도에 의해 초소형 LED 소자에 전하가 유도되고 초소형 LED 소자의 길이방향으로 소자의 중앙을 중심으로 양 끝단 쪽으로 갈수록 서로 다른 전하를 띠게 되므로 양전하로 하전된 초소형 LED 소자의 일단은 반대 전하를 띠는 제1전극 또는 제2 전극의 측면에 접하고, 음전하로 하전된 타단은 역시 반대 전해를 띠는 다른 전극의 측면에 접하여 이격공간에 개재되도록 자기정렬할 수 있다. 만일 육안으로 식별가능하고, 기구를 이용하여 집을 수 있을 정도의 크기를 가지는LED 소자라면 직접적으로 물리적으로 배치하여 동일평면상 이격되어 형성된 서로 다른 전극 사이의 이격공간에 끼워지도록 연결시킬 수 있다. 그러나 본 발명과 같이 초소형 LED 소자들은 이를 직접적으로 물리적으로 배치하는 것이 어려우므로 동일평면상에 이격된 서로 다른 초소형 전극 사이의 이격공간에 동시에 끼워서 연결시킬 수 없는 문제점이 있다. 이에 따라 본 발명은 전극라인에 전원을 인가함으로써 초소형 LED 소자들이 스스로 서로 다른 두 전극 사이의 이격공간에 동시에 끼워져 연결되게 함으로써 상기의 문제점을 해결할 수 있다.
바람직하게는 상기 전원은 교류일 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 전원의 전압은 40 내지 100 Vpp 일 수 있으며, 10 내지 120초 동안 전원을 인가시킬 수 있다. 만일 전압이 20 V 미만 및/또는 전원의 인가가 10초 미만인 경우 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기에 충분한 전기장이 형성되지 않아 목적한 대로 초소형 LED 소자를 전극 사이의 이격공간 상에 위치정렬시킬 수 없을 수 있으며, 만일 전압이 50 V를 초과 및/또는 전원의 인가가 120초를 초과하는 경우 초소형 LED소자 및/또는 전극에 지나치게 많은 양의 전원이 인가되어 초소형 LED 소자 및/또는 전극에 손상을 입히게 되어 발광 효율을 낮추거나 발광이 되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 초소형 LED 소자의 종횡비에 따라 본 발명의 바람직한 일구현예에 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.
또한, 상기 (3) 단계에서 초소형 LED 소자의 자기정렬을 보다 용이하게 하고 초소형 LED 소자 한 개당 이격공간을 차지하는 부피를 감소시켜 더 많은 초소형 LED 소자가 이격공간 상에 포함될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 초소형 LED 소자의 양 끝단은 볼록한 곡면을 포함할 수 있다. 구체적으로 도 19는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자가 자기정렬 하는 것을 나타내는 평면도로써, 베이스 기판(100) 상에 이격되어 형성된 제1 전극(113) 및 제2 전극(123)에 전원을 인가하면 초소형 LED 소자(133)는 양 끝단이 각각 서로 다른 전극 방향으로 회전(α)하게 된다. 도 19와 같이 초소형 LED 소자(133)의 양 끝단이 곡면을 포함하고 있지 않는 경우 자기정렬된 초소형 LED 소자(133’)는 서로 다른 두 전극(113, 123) 사이에 끼워져 연결될 수 있어도 소자의 길이방향과 전극의 측면이 수직이 되도록 연결될 수 없는 문제점이 있을 수 있다. 이에 반하여, 도 20은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자가 자기정렬 하는 것을 나타내는 평면도로써, 베이스 기판(100) 상에 이격되어 형성된 제1 전극(114) 및 제2 전극(124)에 전원을 인가하면 초소형 LED 소자(134)는 양 끝단이 각각 서로 다른 전극 방향으로 회전(β)하게 된다. 이때 도 20과 같이 초소형 LED 소자(134)의 양 끝단이 곡면을 포함하는 경우 초소형 LED 소자(134)의 도 19의 초소형 LED 소자(133) 보다 보다 용이하게 서로 다른 두 전극의 측면과 소자의 길이방향이 서로 수직이 되도록 위치정렬 시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 기술 사상은 상술한 바람직한 일구현예들에 따라 구체적으로 기재되었으나, 상기한 구현예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 구현예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 베이스기판;
    상기 베이스기판 상에 형성되며, 제1 측면을 갖는 제1 전극;
    상기 베이스기판 상에 형성되며, 상기 제1 전극의 제1 측면과 마주보도록 대향 배치되는 제2 측면을 갖는 제2 전극; 및
    일단이 상기 제1 측면에 접하고, 타단이 상기 제2 측면에 접하도록 배치되어 제1 전극과 제2 전극의 사이에 개재된 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 측면 및 제2 측면의 높이는 초소형 LED 소자 직경의 1.1 ~ 10 배인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 초소형 LED 소자들은 베이스기판을 기준으로 멀티레이어를 형성하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 제1 측면과 제2 전극의 제2 측면은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수개의 초소형 LED 소자는 소자의 길이방향과 전극의 측면이 수직하게 연결된 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 초소형 LED 소자는
    제1 도전성 반도체층;
    상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층;
    상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층; 및
    초소형 LED 소자의 외부면 중 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초소형 LED 소자의 양 끝단은 볼록한 곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 베이스 기판에 수직한 상부방향으로 갈수록 전극의 폭이 좁아지는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  9. 전극의 일측면이 서로 마주보도록 형성된 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 소자의 일단이 상기 제1 전극의 측면에 접하고, 타단이 상기 제2 전극의 측면에 접하도록 배치된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고,
    상기 초소형 LED 소자는 1×103 ~ 1×1012 개/mm3 로 전극어셈블리에 포함되는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리.
  10. (1) 베이스기판상에 제1 전극을 형성시키고, 상기 제1 전극에 이격되도록 베이스기판 상에 제2 전극을 형성시키되, 제1 전극의 제1 측면과 제2 전극의 제2 측면이 마주보도록 전극을 대향 배치시키는 단계;
    (2) 제1 전극 및 제2 전극 사이의 이격공간에 복수개의 초소형 LED 소자 및 용매를 투입시키는 단계; 및
    (3) 상기 복수개의 초소형 LED 소자들의 일단이 제1 전극의 제1 측면에 접하고 타단이 제2 전극의 제2 측면에 접하도록 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 단계; 를 포함하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극라인에 인가되는 전원은 전압이 10 ~ 500 Vpp 이며, 10 ~ 120 초 동안 인가되는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리 제조방법.
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