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WO2015005653A1 - 초소형 led 전극어셈블리를 이용한 led 램프 - Google Patents

초소형 led 전극어셈블리를 이용한 led 램프 Download PDF

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WO2015005653A1
WO2015005653A1 PCT/KR2014/006121 KR2014006121W WO2015005653A1 WO 2015005653 A1 WO2015005653 A1 WO 2015005653A1 KR 2014006121 W KR2014006121 W KR 2014006121W WO 2015005653 A1 WO2015005653 A1 WO 2015005653A1
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led
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small
micro
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도영락
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Original Assignee
PSI Co Ltd
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an LED lamp using an ultra-small LED electrode assembly, and more particularly, to an LED lamp using an ultra-small LED electrode assembly in which a nano-unit micro LED device is connected to the micro electrode without a short circuit while maximizing light extraction efficiency. .
  • An LED has been actively developed in 1992 by Nakamura of Nichia, Japan, by applying a low-temperature GaN compound complete layer to fuse high-quality monocrystalline GaN nitride semiconductors.
  • An LED is a semiconductor having a structure in which n-type semiconductor crystals in which a plurality of carriers are electrons and p-type semiconductor crystals in which a plurality of carriers are holes are bonded to each other by using characteristics of a compound semiconductor. It is a semiconductor device that is converted to light and expressed.
  • LED semiconductors are called light revolutions because of their high light conversion efficiency, very low energy consumption, semi-permanent and environmentally friendly life.
  • compound semiconductor technology has led to the development of high-brightness red, orange, green, blue, and white LEDs, which have been used in many fields such as traffic lights, cell phones, automotive headlights, outdoor billboards, LCD back light units, and indoor and outdoor lighting. It is being applied to and is being actively researched at home and abroad.
  • GaN-based compound semiconductors having a wide bandgap are materials used in the manufacture of LED semiconductors emitting light in the green, blue and ultraviolet regions, and many studies have been conducted since white LED devices can be manufactured using blue LED devices. Is being done.
  • the difficulty in improving the efficiency of the blue LED device is due to the difficulty in the manufacturing process and the high refractive index between the GaN semiconductor and the atmosphere of the manufactured blue LED.
  • the difficulty in the manufacturing process is that it is difficult to have a substrate having the same lattice constant as a GaN-based semiconductor.
  • the GaN epitaxial layer formed on the substrate has a large mismatch between the substrate and the lattice constant, many defects are generated, resulting in a decrease in efficiency and performance.
  • the light emitted from the active layer region of the LED does not escape to the outside and is totally reflected inside the LED.
  • the light that is totally reflected is reabsorbed in the interior, there is a problem that the efficiency of the LED is eventually reduced. This efficiency is called the light extraction efficiency of the LED device, and a lot of research is being conducted to solve this problem.
  • the LED device for lighting, display, etc.
  • the LED device and an electrode capable of supplying power to the device are required.
  • the arrangement of the two electrodes has been studied in various ways.
  • a study of growing an LED device on an electrode involves thinning a lower electrode on a substrate, and sequentially stacking an n-type semiconductor layer, an active layer, a p-type semiconductor layer, and an upper electrode on the substrate, and then stacking the electrode prior to etching or stacking the upper electrode.
  • a method of arranging the LED elements separately and independently on the electrodes is a method of individually disposing each LED device independently grown and manufactured on the patterned electrodes through separate processes.
  • the former method has a problem that it is very difficult to crystallize very high crystallinity and high efficiency of the thin film and the LED device, and the latter method has a problem that the light extraction efficiency is lowered and the luminous efficiency may be lowered.
  • Korean Patent Application No. 2011-0040174 issued by the inventor of the present application has a coupling linker for facilitating coupling with an electrode to a micro LED device in order to connect a micro LED device having a nano unit size to an electrode in three dimensions.
  • a coupling linker for facilitating coupling with an electrode to a micro LED device in order to connect a micro LED device having a nano unit size to an electrode in three dimensions.
  • LED devices manufactured independently must be placed on the patterned electrodes, but if the size of the LED device is very small in nano units, it is very difficult to place the LED device in two different electrodes within the intended range. Even if the LED device is disposed on the two electrodes, there is a problem that the target electrode assembly is not realized because of frequent defects due to a short circuit in the electrical connection between the electrode and the micro LED.
  • the total reflection is caused by the difference in refractive index between the surface of the small LED element in which the photons generated in the active layer of the LED element stand upright and the air layer. As a result, not only the light extraction is lowered, but also it is blocked by the upper electrode and is not extracted to the outside.
  • Korean Patent No. 10-0523740 relates to a lamp using a light emitting diode, and includes a first electrode portion formed on an upper surface of the substrate, a P-type layer and an N-type layer deposited on the first electrode to be electrically connected to the first electrode portion;
  • the LED is manufactured by stacking the P-type layer and the N-type layer sequentially on the electrode instead of the LED which is independently manufactured. Uprights were combined three-dimensionally.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, the problem to be solved by the present invention is to connect the light emitting efficiency of the ultra-small LED device of the independent size manufactured by independently connected to two different electrodes without defects such as electrical short circuit It is to provide an LED lamp that can be improved, and to minimize the functional degradation of the LED lamp due to the failure of some of the small LED included in the LED lamp.
  • LED lamp that can be partially modified in shape depending on the purpose or where the LED lamp is used.
  • the present invention to solve the above problems, a support; A base substrate provided in the support; And a first electrode formed on the base substrate, a second electrode formed on the same plane and spaced apart from the first electrode, and a plurality of micro LED devices connected to the first electrode and the second electrode at the same time.
  • the micro LED device includes a micro LED electrode assembly including an insulating film covering at least the entire outer surface of the active layer to prevent an electrical short circuit caused by contact between the electrode and the active layer of the micro LED device. Provides a used LED lamp.
  • the support has a cup shape, and further includes a phosphor provided inside the cup and excited to light irradiated from the micro LED device, the micro LED electrode assembly is UV LED, blue LED It may include any one kind of device, a green LED and a red LED.
  • the number of ultra-small LED device per unit area 100 ⁇ 100 ⁇ m 2 of the micro-LED electrode assembly may be 2 to 100,000.
  • the ultra-small LED device may have a length of 100 nm to 10 ⁇ m, and an aspect ratio of 1.2 to 100.
  • the length H of the ultra-small LED device may satisfy the following Equation 1.
  • the lamp comprises a plurality of micro LED electrode assembly, a plurality of micro LED electrode assembly is arranged in a line array or a surface array,
  • the plurality of ultra-small LED electrode assembly may independently include at least two or more micro-LED devices of at least two colors among blue micro LED devices, green micro LED devices, yellow micro LED devices, and red LED devices.
  • the ultra-small LED device when the ultra-small LED device is an ultra-small UV LED device, the phosphor is at least one or more of blue, yellow, green, amber and red, and the ultra-small LED device is a micro blue LED device In this case, the phosphor may be one or more of yellow, green, amber, and red.
  • the ultra-small LED electrode assembly further comprises an insulating partition wall surrounding the electrode region is connected to the ultra-small LED device, the insulating partition wall is formed on a base substrate, the insulation on the base substrate
  • the vertical distance to the top of the partition wall may be 0.1 ⁇ 100 ⁇ m.
  • the width length (X) of the first electrode, the width length (Y) of the second electrode, the interval distance Z between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode ) And the length H of the ultra-small LED device may satisfy the following Equation 1.
  • this invention is a support body; And a miniature LED electrode assembly including a first electrode formed on the support, a second electrode spaced apart on the same plane as the first electrode, and a plurality of micro LED devices connected to the first electrode and the second electrode at the same time.
  • the micro LED device includes a micro LED electrode assembly including an insulating film covering at least the entire outer surface of the active layer to prevent electrical short circuit caused by contact between the active layer of the micro LED device and the electrode line. Provides a used LED lamp.
  • the support is planar, and at least one surface of the support may be coated with a phosphor that is excited to the light irradiated from the ultra-small LED device.
  • the number of ultra-small LED device per unit area 100 ⁇ 100 ⁇ m 2 of the micro-LED electrode assembly may be 2 to 100,000.
  • the ultra-small LED device may have a length of 100 nm to 10 ⁇ m, and an aspect ratio of 1.2 to 100.
  • the length H of the ultra-small LED device may satisfy the following Equation 1.
  • the lamp comprises a plurality of micro LED electrode assembly, a plurality of micro LED electrode assembly is arranged in a line array or a surface array,
  • the plurality of ultra-small LED electrode assembly may independently include at least two or more micro-LED devices of at least two colors among blue micro LED devices, green micro LED devices, yellow micro LED devices, and red LED devices.
  • the ultra-small LED device when the ultra-small LED device is an ultra-small UV LED device, the phosphor is at least one or more of blue, yellow, green, amber and red, and the ultra-small LED device is a micro blue LED device In this case, the phosphor may be one or more of yellow, green, amber, and red.
  • the ultra-small LED electrode assembly further comprises an insulating partition wall surrounding the electrode region is connected to the ultra-small LED device, the insulating partition wall is formed on a base substrate, the insulation on the base substrate
  • the vertical distance to the top of the partition wall may be 0.1 ⁇ 100 ⁇ m.
  • the width length (X) of the first electrode, the width length (Y) of the second electrode, the interval distance Z between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode ) And the length H of the ultra-small LED device may satisfy the following Equation 1.
  • each layer, region, pattern or structure may comprise a substrate, each layer, region, pattern of "on”, “top”, “top”, “under”, “On”, “top”, “top”, “under”, “bottom”, “bottom” is “directly” when described as being formed under “bottom” and “bottom” And both “indirectly” meaning.
  • the “first electrode” and the “second electrode” may be further included according to an electrode region in which an ultra-small LED may be mounted or a method of disposing an electrode on a base substrate together with the region. It can include all of the electrode region.
  • the ultra-small LED electrode assembly of the present invention means an electrode region in which the ultra-small LED may be mounted substantially, and may include a single or a plurality of unit electrodes described below.
  • unit electrode refers to an array region in which two electrodes are arranged that can be driven independently by arranging micro LED devices, and a unit electrode area means an area of the array region.
  • connection means that the micro LED device is mounted on two different electrodes (for example, the first electrode and the second electrode).
  • electrically connected refers to a state in which the micro LED device may emit light when the micro LED device is mounted on two different electrodes and power is applied to the electrode line.
  • the LED lamp using the ultra-small LED electrode assembly of the present invention self-arranged between the electrodes so that the nano-sized micro-sized LED device manufactured independently can be connected to two different electrodes without defects, so that the conventional micro LED device is erected upright.
  • the electrode When coupled to the electrode in a dimensional shape it can overcome the problems of the productivity degradation due to the difficulty of standing up the small LED device upright and difficult to combine the small LED device with one-to-one different electrodes in one-to-one correspondence.
  • the functional degradation of the LED lamp can be minimized due to the failure of some of the small LEDs included in the LED lamp, and the shape of the LED lamp can be partially modified depending on the purpose or location of the LED lamp.
  • the shape of the existing LED introduces a very small LED in a state having a limited application range with only a point light source application, various types of light sources such as a surface light source, a transparent light source, and a bendable light source can be realized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED lamp according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating electrode lines of a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an electrode line plan view of a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating electrode lines of a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an embodiment of a micro LED device included in the present invention.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a conventional micro electrode assembly.
  • FIG. 7 is a plan view and a vertical sectional view of a micro LED device connected to a first electrode and a second electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of the ultra-small LED electrode assembly included in one preferred embodiment according to the present invention.
  • FIG. 9 is a SEM photograph and a blue electroluminescence photograph of the ultra-small LED according to the micro-LED electrode assembly included in the preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a TEM photograph of the ultra-small LED device included in the preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a manufacturing process of a preferred embodiment according to the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a manufacturing process of an insulating partition wall according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view of an LED lamp according to another preferred embodiment of the present invention.
  • 15 is a perspective view of an LED lamp according to another preferred embodiment of the present invention.
  • 16 is a blue electroluminescence spectrum of the ultra-small LED electrode assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
  • 17 is a TEM photograph of a micro LED device included in a preferred embodiment of the present invention.
  • the LED element is mounted upright on the electrode in three dimensions, and the electrode is formed on the upper part of the LED element to implement the LED lamp. It can be connected to the electrode, but when the LED element is a micro-miniature size of the unit has a problem that it is very difficult to connect upright to the electrode.
  • the LED devices manufactured independently must be placed on the patterned electrodes one by one, but when the size of the LED devices is very small in nano units, there is a problem that it is very difficult to connect the LED devices to two different electrodes without defects.
  • the photons generated in the active layer of the LED element are trapped inside the active layer by total reflection at the interface where the refractive index is different or transverse to the electrode. There is a problem in that the light extraction efficiency is lowered as it is blocked and not extracted to the outside and absorbed in the active layer.
  • a base substrate provided in the support; And a first electrode formed on the base substrate, a second electrode formed on the same plane and spaced apart from the first electrode, and a plurality of micro LED devices connected to the first electrode and the second electrode at the same time.
  • the micro LED device includes a micro LED electrode assembly including an insulating film covering at least the entire outer surface of the active layer to prevent an electrical short circuit caused by contact between the electrode and the active layer of the micro LED device.
  • the light extraction efficiency of the micro LED electrode assembly may be improved as the photons emitted to the atmosphere among the photons generated in the active layer increase.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED lamp according to a preferred embodiment of the present invention, in which a base substrate 160d is provided inside a support 150, and a micro LED electrode assembly 160 formed on the base substrate is disposed therein. Included. In addition, the phosphor 170 may be provided in the remaining space of the support.
  • the support 150 will be described.
  • the support that can be used in the present invention can be used without limitation in the case of the support that is commonly used in LED lamps, but preferably may be any one material selected from the group consisting of organic resin, ceramic, metal and inorganic resin and the material It can be transparent or opaque.
  • the internal volume of the support 150 may be variously changed in proportion to the electrode size and density in which the micro LED device is arranged.
  • the volume of the support may vary depending on the thickness of the support.
  • the thickness of the support may be the same at all points of the support or may be different at some points.
  • the thickness of the support is not particularly limited in the present invention, which may be designed differently according to the purpose.
  • the shape of the support may be a cup shape.
  • the material of the base substrate 160d may be any one selected from the group consisting of glass, plastic, ceramic, and metal, but is not limited to the substrate.
  • the material of the base substrate 160d may be the same material as that of the support 150, and the base substrate and the support may be an integral material.
  • the base substrate may be preferably transparent. In addition, the material may be preferably curved.
  • the area of the base substrate in the ultra-small LED electrode assembly is not particularly limited in the present invention, and the size may vary from micro to metric units depending on whether the application area is a point light source or a surface light source.
  • the thickness of the base substrate may be 100 ⁇ m to 1 mm, but is not limited thereto. Material of the support 150 on which the base substrate 160d is located, an internal volume, and arrangement of electrodes to be formed on the base substrate to be described below Or it may vary depending on the area of the electrode region disposed.
  • micro LED electrode assemblies 160a, 160b, and 160c formed on the base substrate 160d will be described.
  • first electrode 160a formed on the base substrate 160d;
  • the second electrode 160b formed to be spaced apart from the same plane as the first electrode will be described.
  • the meaning of “on the base substrate” means that at least one of the first electrode and the second electrode may be formed directly on the surface of the base substrate or spaced apart from the top of the base substrate.
  • the first electrode 160a and the second electrode 160b may be formed directly on the surface of the base substrate 160d.
  • the first electrode 160a is one or more metal materials selected from the group consisting of aluminum, titanium, indium, gold, and silver, or a group consisting of indium tin oxide (ITO), ZnO: Al, and CNT-conductive polymer (polmer) composites. It may be any one or more transparent materials selected from.
  • the first electrode is made of two or more kinds of materials, preferably, the first electrode may have a structure in which two or more kinds of materials are stacked. Even more preferably, the first electrode may be an electrode in which two materials are stacked in titanium / gold.
  • the first electrode is not limited to the above substrate.
  • the width of the first electrode may be 100 nm to 50 ⁇ m, and the thickness may be 10 nm to 10 ⁇ m.
  • the present invention is not limited to the above description, and may be changed in consideration of the size of the LED lamp to be implemented and the ultra-small LED device length connected to the electrode to be described below.
  • the second electrode 160b includes at least one metal material selected from the group consisting of aluminum, titanium, indium, gold, and silver or a group consisting of indium tin oxide (ITO), ZnO: Al, and CNT-conductive polymer (polmer) composites. It may be any one or more transparent materials selected from.
  • the second electrode is made of two or more kinds of materials, preferably, the second electrode may have a structure in which two or more kinds of materials are stacked. Even more preferably, the second electrode may be an electrode in which two materials are stacked in titanium / gold.
  • the second electrode is not limited to the above substrate.
  • the width of the second electrode may be 100 nm to 50 ⁇ m, and the thickness may be 10 nm to 10 ⁇ m.
  • the present invention is not limited to the above description, and may be changed in consideration of the size of the LED lamp to be implemented and the ultra-small LED device length connected to the electrode to be described below.
  • the first electrode and the second electrode may be the same or different materials, and the width and the thickness of the first electrode and the second electrode may be the same or different.
  • the electrode line including the first electrode and the second electrode applicable to the ultra-small LED electrode assembly included in the LED lamp according to the present invention is a second electrode formed on the same plane and spaced apart from the first electrode as a small LED As long as it can be mounted, it is applicable, and the specific arrangement of the first electrode and the second electrode spaced apart on the same plane may vary depending on the purpose, and thus the present invention is not particularly limited.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating electrode lines of a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the first electrodes 213 and 214 and the second electrodes 233 and 234 are formed.
  • the first and second electrodes 214 and 234 may be alternately arranged to be spaced apart on the same plane while being formed directly on the surface of the base substrate 200.
  • the region in which the device is mounted may be a region of the electrode line 244 including the first electrode 214 and the second electrode 243.
  • FIG 3 is an electrode line plan view of a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the first electrodes 212 and 215 and the second electrodes 232 and 235 are formed. Both are formed directly on the surface of the base substrate 201 and the first electrode 215 and the second electrode 235 are vortexly arranged to be spaced apart on the same plane, the first electrode 215 and the second electrode ( The region of the electrode line 245 including the 235 may be a region in which the micro LED device may be substantially mounted.
  • the driving area of the unit electrode that can be independently driven by arranging the ultra-small LED elements on the base substrates 200 and 201 of a limited area at one time can be increased.
  • the number of micro LEDs mounted on the unit electrode can be increased. This increases the intensity of light emission as the number of LED devices included in the unit area increases, so it can be used for various photoelectric devices requiring high brightness per unit area.
  • the second electrode may be formed spaced apart on the base substrate.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating electrode lines of a first electrode and a second electrode formed on a base substrate according to an exemplary embodiment of the present invention, and the first electrode 211 is formed directly on the surface of the base substrate 202.
  • the second electrodes 231 and 236 are formed to be spaced apart from the base substrate 202, and the first 'electrode 216 is connected to the first electrode 211 through a connection electrode, and the base substrate 202
  • the first electrode 211 is formed to be spaced apart from each other, and the first 'electrode 216 and the second electrode 236 are alternately arranged on the same plane to form spaced apart electrode lines 246. Can be.
  • Figures 2 to 4 is a preferred embodiment and not limited to this can be implemented by various modifications to the arrangement of all conceivable structures having two electrodes having a constant interval.
  • first electrode and the second electrode may be formed directly on the surface of the base substrate or spaced apart from the surface of the base substrate, and the first electrode and the second electrode may not be coplanar.
  • the ultra-small LED device that can be used in the present invention can be used without limitation as long as it is a micro-LED device generally used for lighting, preferably the length of the micro LED device may be 100 nm to 10 ⁇ m and even more preferably 500 nm to 5 ⁇ m. If the length of the ultra-small LED device is less than 100 nm, it is difficult to manufacture a high-efficiency LED device, and if it exceeds 10 ⁇ m, the luminous efficiency of the LED device may be reduced.
  • the micro LED device may have various shapes, such as a cylinder and a rectangular parallelepiped, and may preferably have a cylindrical shape.
  • the aspect ratio of the ultra-small LED device included in the present invention may be 1.2 to 100, more preferably 1.2 to 50, even more preferably 1.5 to 20, Especially preferably, it may be 1.5-10.
  • the aspect ratio of the ultra-small LED device is less than 1.2, there is a problem that the micro-LED device may not self-align even when the power is applied to the electrode line. If the aspect ratio exceeds 100, the voltage of the power required to self-align can be lowered. However, when manufacturing an ultra-small LED device by dry etching, it may be difficult to manufacture a device having an aspect ratio exceeding 100 due to limitations of the etching process.
  • 'up', 'down', 'up', 'low', 'upper' and 'lower' refer to the vertical up and down directions based on each layer included in the ultra-small LED device. Means.
  • the micro LED device included in the lamp according to the present invention includes a first electrode layer; A first conductive semiconductor layer formed on the first electrode layer; An active layer formed on the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer formed on the active layer; And a second electrode layer formed on the second conductive semiconductor layer.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an embodiment of the ultra-small LED device included in the present invention.
  • the first electrode layer 11 will be described.
  • the first electrode layer 11 may be a metal or metal oxide used as an electrode of a conventional LED device, preferably chromium (Cr), titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), nickel ( Ni), ITO and oxides or alloys thereof may be used alone or in combination, but is not limited thereto.
  • the thickness of the first electrode layer may be 1 to 100 nm, but is not limited thereto. In the case of including the first electrode layer, there is an advantage in that it can be brought into contact with a temperature lower than the temperature required in the process of forming the metal ohmic layer on the connection portion between the first semiconductor layer and the electrode line.
  • the first conductive semiconductor layer 21 may include, for example, an n-type semiconductor layer.
  • the n-type semiconductor layer is a semiconductor material having a composition formula of InxAlyGa1-x-yN (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • any one or more of InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN, and the like may be selected, and a first conductive dopant (eg, Si, Ge, Sn, etc.) may be doped.
  • the thickness of the first conductive semiconductor layer 21 may be 500 nm to 5 ⁇ m, but is not limited thereto. Since the light emission of the ultra-small LED is not limited to blue, there is no limitation in using another type III-V semiconductor material as the n-type semiconductor layer when the emission color is different.
  • the active layer 22 formed on the first conductive semiconductor layer 21 will be described.
  • the active layer 22 may be formed on the first conductive semiconductor layer 21 and may have a single or multiple quantum well structure.
  • a cladding layer (not shown) doped with a conductive dopant may be formed on and / or under the active layer 22, and the cladding layer doped with the conductive dopant may be implemented as an AlGaN layer or an InAlGaN layer.
  • materials such as AlGaN and AlInGaN may also be used as the active layer 12.
  • the active layer 22 when an electric field is applied, light is generated by the combination of the electron-hole pairs.
  • the thickness of the active layer may be 10 ⁇ 200 nm, but is not limited thereto.
  • the position of the active layer may be formed in various positions depending on the type of LED. Since the light emission of the ultra-small LED is not limited to blue, there is no limitation in using another type III-V semiconductor material as the active layer when the emission color is different.
  • the p-type semiconductor layer may be a semiconductor material having a composition formula of InxAlyGa1-x-yN (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), for example, InAlGaN, GaN, AlGaN, At least one of InGaN, AlN, InN, and the like may be selected, and a second conductive dopant (eg, Mg) may be doped.
  • InxAlyGa1-x-yN (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1), for example, InAlGaN, GaN, AlGaN, At least one of InGaN, AlN, InN, and the like may be selected, and a second conductive dopant (eg, Mg) may be doped.
  • the light emitting structure includes the first conductive semiconductor layer 21, the active layer 22, and the second conductive semiconductor layer 23 as minimum components, and different phosphor layers above and below each layer, It may further include an active layer, a semiconductor layer and / or an electrode layer.
  • the thickness of the second conductive semiconductor layer 23 may be 50 nm to 500 nm, but is not limited thereto. Since the light emission of the ultra-small LED is not limited to blue, there is no limitation in using another type III-V semiconductor material as the p-type semiconductor layer when the emission color is different.
  • the second electrode layer 12 may be a metal or metal oxide used as an electrode of a conventional LED device, preferably chromium (Cr), titanium (Ti), aluminum (Al), gold (Au), nickel (Ni), ITO and oxides or alloys thereof may be used alone or in combination, but is not limited thereto.
  • the thickness of the second electrode layer may be 1 to 100 nm, but is not limited thereto. In the case of including the second electrode layer, there is an advantage in that it can be brought into contact with a temperature lower than the temperature required in the process of forming the metal ohmic layer on the connection portion between the second semiconductor layer and the electrode line.
  • the ultra-small LED device included in the ultra-small LED electrode assembly according to the present invention is generated by contacting the electrode layer including the active layer 22 and the first electrode and the second electrode included in the ultra-small LED electrode assembly of the ultra-small LED device assembly. And an insulating film 30 covering at least the entire outer surface of the active layer portion on the outer surface of the micro LED device to prevent a short circuit.
  • Film 30 may be coated.
  • the insulating film 30 covers the outer surfaces of the first conductive semiconductor layer 21, the active layer 22, and the second conductive semiconductor layer 23.
  • the insulating film 30 serves to prevent an electrical short circuit generated when the active layer included in the micro LED device contacts the electrode.
  • the insulating film 30 may protect the outer surface including the active layer of the ultra-small LED device, thereby preventing defects on the outer surface of the device, thereby preventing a decrease in luminous efficiency.
  • each microminiature LED device can be placed and connected between two different electrodes, it is possible to prevent an electrical short caused by the active layer coming into contact with the electrodes.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a conventional micro electrode assembly, in which a first semiconductor layer 71 a of a first micro LED element 71 is connected to a first electrode line 61, and a second semiconductor layer ( 71c) is connected to the second electrode line 62, it can be seen that the first ultra-small LED element 71 is connected to the two electrodes (61, 62) located vertically.
  • the electrode assembly shown in FIG. 6 if the first micro LED element 71 is connected to two electrodes at the same time, the active layer 71b of the device is unlikely to contact any one of the two different electrodes 61 and 62. Electrical shorts due to the contact between the 71b and the electrodes 61 and 62 may not occur.
  • the second ultra-small LED element 72 lies on the first electrode 61, and in this case, the active layer 72b of the second ultra-small LED element 72 is in contact with the first electrode 61. .
  • the second ultra-small LED device is not connected to the first electrode 61 and the second electrode 62, and the problem of electrical short circuit does not occur.
  • the insulating film is coated on the outer surfaces of the first semiconductor layer 71a, the active layer 71b and the second semiconductor layer 71c of the first micro LED element 71 included in the electrode assembly as shown in FIG. 6, The insulating film has only the purpose and effect of reducing luminous efficiency by preventing damage to the outer surface of the ultra-small LED device.
  • the micro LED device unlike the conventional ultra-small electrode assembly as shown in FIG. 6, two different electrodes are formed spaced apart from each other on the same plane (see FIG. 8), and the ultra-small LED device is laid in parallel with the same plane on which the two electrodes are formed. Therefore, the problem of electrical short circuit due to the contact between the active layer and the electrode of the ultra-small LED device, which did not occur in the conventional micro-electrode assembly inevitably occurs. Therefore, in order to prevent this, the micro LED device must have an insulating film covering the entire outer surface of the active layer portion at least on the outer surface of the device.
  • the active layer must be exposed to the outside. none.
  • the position of the active layer in the LED device having such a structure is not only located at the center of the center in the longitudinal direction of the device, but may be formed to be biased toward a specific semiconductor layer, thereby increasing the possibility of contact between the electrode and the active layer. Accordingly, the insulating film is necessary to achieve the object of the present invention by enabling the device to be electrically connected to two different electrodes regardless of the position of the active layer in the device.
  • FIG. 7 illustrates a plan view and a vertical cross-sectional view of a micro LED device connected to a first electrode and a second electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the active layer 121b of the first ultra-small LED elements 121a, 121b, and 121c is not located at the center of the micro-LED element 121 and is deviated a lot to the left.
  • the active layer 121b The possibility of connecting a portion of) to the electrode 131 may increase, which may cause an electric short circuit, which may cause the micro LED electrode assembly to be defective.
  • the micro LED device included in the present invention is coated with an outer surface insulating film including an active layer portion, and the active layer 121b as shown in the first micro LED device 121 of FIG. 7 due to the insulating film.
  • a short circuit may not occur even if it spans the electrode 131.
  • the insulating film 30 is preferably silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and It may include any one or more of titanium dioxide (TiO 2 ), and more preferably consists of the above components, but may be transparent, but is not limited thereto.
  • TiO 2 titanium dioxide
  • the insulating film 30 may not be coated with an insulating film on any one or more electrode layers of the first electrode layer 11 and the second electrode layer 12 of the ultra-small LED device, More preferably, both electrode layers 11 and 12 may not be coated with an insulating coating. This is to be electrically connected between the two electrode layers (11, 12) and different electrodes. If the insulating film 30 is coated on the two electrode layers (11, 12), it may interfere with the electrical connection, so that the light emission of the ultra-small LED There is a problem that the light emission itself may not be reduced or not electrically connected.
  • the remaining electrode layers 11 and 12 may include an insulating coating 30.
  • the micro LED device may further include a hydrophobic film 40 on the insulating film (30).
  • the hydrophobic film 40 is to prevent the aggregation phenomenon between the LED elements by having a hydrophobic characteristic on the surface of the ultra-small LED element, when the micro-LED element is mixed in a solvent to minimize the aggregation between the micro-LED element of the independent micro element Eliminating the problem of property degradation, and when the power is applied to the electrode line, each micro LED device can be easily aligned.
  • the hydrophobic film 40 may be formed on the insulating film 30.
  • the usable hydrophobic film can be used without limitation as long as it can be formed on the insulating film and can prevent aggregation between micro LED devices.
  • OTS octadecyltrichlorosilane
  • fluoro octadecyltrichlorosilane
  • SAMs Self-assembled monolayers
  • alkyltrichlorosilane, perfluoroalkyltriethoxysilane, and fluoropolymers such as teflon and Cytop. It may be used alone or in combination, but is not limited thereto.
  • the length of the ultra-small LED device included in the ultra-small LED electrode assembly according to the present invention can satisfy the following Equation 1 for the electrical connection between the ultra-small LED device and two different electrodes. If it is not electrically connected, even if power is applied to the electrode line, the micro LED device that is not electrically connected does not emit light and there may be a fatal problem that cannot achieve the object of the present invention.
  • the relation 1 may satisfy Z ⁇ H ⁇ X + Y + 2Z, more preferably Z ⁇ H ⁇ X + Y + Z
  • X is the length of the first electrode width included in the electrode line
  • Y is the length of the second electrode width
  • Z is the distance of the interval between the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode
  • H corresponds to the length of the tiny LED device.
  • the distance Z between the two electrodes may be the same or different.
  • a portion of the micro LED device electrically connected to two different electrodes may include at least one of a first electrode layer and a first conductive semiconductor layer (or at least one of a second conductive semiconductor layer and a second electrode layer) of the micro LED device. May be).
  • the length H of the ultra-small LED device may be the ultra-small LED device satisfying 0.5Z ⁇ H in the above relation 1. If the length H of the micro LED element does not satisfy 0.5Z ⁇ H in relation 1, the micro LED element is not electrically connected to the first electrode and the second electrode, and either one of the first electrode and the second electrode. There may be a problem that the micro LED device is connected only to the electrode of the. More preferably, as shown in FIG. 7, the second ultra-small LED device 122 may be electrically connected between the electrodes between the first electrode 111 and the second electrode 131 to be electrically connected. It may be an LED device satisfying Z ⁇ H in relation 1.
  • the length H of the ultra-small LED device becomes long in consideration of the width length X of the first electrode, the width length Y of the second electrode, and the electrode gap distance Z between the first and second electrodes.
  • Portions that are not both ends of the third ultra-small size LED device 123 of 7 may be independently connected to the first electrode 112 and the second electrode 132, respectively. If the active layer of the third ultra-small LED device 123 is not located at the center of the device and the outer surface of the device is not coated with at least an insulating film covering the outer surface of the active layer portion, the electrodes 112 or 132 and the third micro-LEDs are not coated. This may cause an electrical short between the elements 123.
  • the ultra-small LED device according to the present invention includes an insulating film covering at least the entire outer surface of the active layer portion on the outer surface, such that the portion that is not at both ends of the ultra-small LED device, such as the third ultra-small LED device 123 of FIG. Even when connected to the electrode can be electrically connected at the same time without an electrical short.
  • the length H of the ultra-small LED device becomes longer in consideration of the width length X of the first electrode, the width length Y of the second electrode, and the electrode gap distance Z between the first and second electrodes. Accordingly, when H ⁇ X + Y + 2Z in relation 1 is not satisfied, there may be a problem that the micro LED device that is not electrically connected is included in the micro LED electrode assembly.
  • the fourth ultra-small LED element 124 is simultaneously connected to two second electrodes 132 and 133 and one first electrode 112.
  • the length of the ultra-small LED element corresponding to this case is This is a case where H ⁇ X + Y + 2Z is not satisfied in the above relation 1.
  • This micro LED device is coated with an insulating coating on the outer surface of the active layer, so that the problem of an electrical short circuit caused by contact of the second electrode 132 or 133 or the first electrode 112 with the active layer can be eliminated.
  • both ends of the ultra-small LED device 124 are connected to the two electrodes 132 and 133, a substantially electric connection is not performed.
  • the fourth ultra-small LED device 124 of FIG. There may be a problem that does not emit light.
  • both ends of the micro LED device are electrically connected to the first electrode 111 and the second electrode 133. Even if the length of the ultra-small LED device is long, there may be a problem that the light efficiency may be lowered to manufacture the desired mini-LED electrode assembly.
  • the length H of the ultra-small LED device may satisfy H ⁇ X + Y + 2Z in relation 1.
  • the portion of the micro LED device connected to the electrode is formed of an active layer coated with an insulating film instead of an electrode layer and / or a conductive semiconductor layer.
  • the electrical short does not occur due to the insulation coating, there may be a problem that the micro LED device may not be electrically connected to the electrode line.
  • the fifth micro LED device 125 is simultaneously connected to the first electrode 111 and the second electrode 131.
  • the portion of the fifth micro LED device 125 connected to the first electrode 111 is the portion of the active layer 125c coated with an insulating coating, and the first electrode layer 125a and the first conductivity. It may be confirmed that the semiconductor layer 125b is not connected to the first electrode 111.
  • the fifth ultra-small LED device has an insulating film coated on the outer surface of the active layer 125c, so that an electrical short does not occur, but the first electrode layer 125a and the first conductive semiconductor layer 125b are connected to the first electrode 111. Since it is not connected, the micro LED device 125 may not emit light when power is applied to the electrode line.
  • the length (H) of the ultra-small LED device satisfies X + Y + Z ⁇ H ⁇ X + Y + 2Z in relation 1, and emits a desired amount of light even when the ultra-small LED device is electrically connected to the electrode.
  • the ultra-small LED electrode assembly cannot be implemented.
  • the sixth ultra-small LED device 126 is electrically connected to the first electrode 111 and the second electrode 131, so that there is no problem in light emission when power is applied to the electrode line.
  • the area of the electrode line occupied by one ultra-small LED element for mounting increases, and accordingly, the ultra-small size of the limited area of the electrode line is increased.
  • the number of micro LED devices that can be mounted in the LED device mounting area decreases, there may be a problem that it may be difficult to implement a micro LED electrode assembly that emits a desired amount of light.
  • the length H of the ultra-small LED device may satisfy H ⁇ X + Y + Z in relation 1.
  • the micro LED elements connected to the first electrode and the second electrode may lie in parallel with the substrate, preferably in order to further improve the extraction efficiency. Even more preferably the micro LED elements may lie horizontally with respect to the substrate.
  • FIG. 8 is a perspective view of the ultra-small size LED electrode assembly included in the preferred embodiment according to the present invention.
  • the plurality of ultra-small size LED elements 160c may have a base substrate 160d formed on the first electrode 102a and the second electrode 102b. Can be connected in parallel to the "laid shape".
  • Figure 9a shows a SEM image of the ultra-small LED electrode assembly included in a preferred embodiment of the present invention.
  • the width of the first electrode is 3 ⁇ m
  • the width of the second electrode is 3 ⁇ m
  • the distance between the electrodes is 2 ⁇ m
  • the thickness of the electrode is 2 ⁇ m.
  • the ultra-small LED connecting to the electrode has a length of 2 ⁇ m and a radius of 500 nm
  • the paste concentration put to connect to the electrode was mixed with 1.0 parts by weight of the ultra-small LED device to 100 parts by weight of acetone.
  • the ultra-small LED device is connected to the first electrode, the second electrode, or sandwiched between the two electrodes, and the LED device is lying when connected.
  • FIG. 9B and 9C are blue electroluminescent photographs of the ultra-small LED electrode assembly included in the preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a photograph taken in a bright room
  • FIG. 9C is a photograph taken in a dark room.
  • a unit electrode including a plurality of ultra-small LED electrode assemblies formed in an area of width ⁇ length of 0.6 cm ⁇ 0.7 cm is a state in which the micro-LEDs included in the micro-LED electrode assembly emit light with dots. Not only does it show well, but it shows that they are combined to emit light.
  • the ultra-small LED device which is manufactured by assembling a micro LED horizontally on an alternating electrode in accordance with a preferred embodiment of the present invention, is a highly efficient LED device with excellent light extraction efficiency and includes a micro LED device, a point light source, and beneficiation.
  • the literature shows for the first time that it can be realized in various forms such as circles and surface light sources.
  • a metal ohmic layer is further formed between the micro LED device and the electrode without the metal ohmic layer, thereby forming a resistance between the micro LED device and the electrode. If it is further reduced, LED lamps with higher luminous efficiency can be realized.
  • the electroluminescent blue micro LED device is a micro LED device manufactured by using a wafer substrate, and has undergone various dry etching processes and laser lift-off processes used to fabricate the micro LED device. Even after the LED device is self-assembled between the different electrodes, as shown in the emission spectrum of FIG. 10, the original blue light is well maintained.
  • the present invention can maximize the light extraction efficiency by connecting the ultra-small LED device in a lying shape with respect to the base substrate as described above.
  • the external quantum efficiency is expressed as the ratio of the number of photons exiting the outside of the LED, that is, the atmosphere, during the unit time to the number of carriers injected into the LED device during the unit time.
  • This external quantum efficiency is the following relationship between the internal quantum efficiency and light extraction efficiency.
  • External photon efficiency internal photon efficiency ⁇ light extraction efficiency
  • the internal photon efficiency refers to the ratio of the number of photons emitted from the active layer during the unit time to the number of carriers injected into the LED device during the unit time, and the light extraction efficiency is expressed in units of the number of photons emitted from the active layer during the unit time. It means the ratio of photons to the atmosphere for the time. After all, in order to improve the performance of the LED device, it is important to improve their efficiency.
  • the present invention eliminates the flat interface between the high refractive semiconductor layer and the air layer by laying the ultra-small LED device to the electrode in order to solve this problem, minimizing the probability that total reflection can occur, thereby extracting light generated from the ultra-small LED device to the outside Most of the light is emitted to the outside by minimizing the light that cannot be trapped inside. This can provide an LED lamp that solves the conventional light extraction degradation problem.
  • FIG. 11 is a TEM picture of the micro LED device included in the preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a TEM picture showing the overall shape of the cylindrical LED device.
  • FIG. 11B is a view of the surface of the micro LED device. High resolution TEM picture.
  • the atomic arrangement of the InGaN crystals near the micro-LED device surface is regularly arranged well. have.
  • the crystallinity of the ultra-small LED device obtained through various manufacturing processes is very excellent, thereby showing that it is possible to manufacture highly efficient ultra-small LED device. That is, the ultra-small LED device has excellent crystallinity, so the internal quantum efficiency is excellent and the ultra-small LED device is aligned horizontally between different electrodes, so the light extraction efficiency is excellent. Directly showing that the LED lamp with the device can be implemented.
  • the ultra-small LED electrode assembly may include a unit electrode, that is, a single or plural array regions in which two electrodes are arranged to drive independently by arranging the ultra-small LED elements at a time, and may be included in a unit electrode.
  • the area may be 1 ⁇ m 2 to 10 m 2 .
  • the unit electrode area included in the small LED electrode assembly is less than 1 ⁇ m 2, the number of the small LED elements included in the small LED electrode assembly may be difficult to exhibit the function of the LED lamp, and the manufacturing of the unit electrode may be difficult. There must be a problem in the manufacture of ultra-small LEDs because of the further reduction. If the size exceeds 10 m 2 , the number of ultra-small LED elements included may increase, leading to an increase in manufacturing cost, and there may be a nonuniformity problem in the distribution of the ultra-small LEDs arranged.
  • the number of micro LEDs may be 2 to 100,000, more preferably 10 to 10.000, per micro LED electrode assembly 100 ⁇ 100 ⁇ m 2 . If the number of ultra-small LED elements included in the area of the small LED electrode assembly 100 ⁇ 100 ⁇ m 2 is less than 2, the LED lamp may be difficult to function, or the illumination may be low, and some of the micro-LEDs may be defective. There may be problems that cause degradation or malfunction. If there are more than 100.000 small LED devices, the manufacturing cost increases, there may be a problem in the alignment of the LED devices.
  • the "area of the small LED electrode assembly" means the area of the electrode region in which the small LED can be substantially mounted.
  • a metal ohmic layer may be included in the connection portion between the first and second electrodes and the micro LED device.
  • the reason for forming the metal ohmic layer is that when the power is applied to two different electrodes to which a plurality of micro LEDs are connected, the micro LEDs emit light, and a large resistance may be generated between the electrodes and the micro LEDs.
  • the metal ohmic layer may be included.
  • the metal capable of forming the metal ohmic layer may be any one metal selected from the group consisting of gold, silver, platinum, gold nanocrystals, silver nanocrystals and platinum nanocrystals, but is not limited thereto. Metals that can reduce the resistance that can occur between devices can be used.
  • the thickness of the metal ohmic layer may be preferably 1 to 100 nm, but is not limited thereto.
  • the ultra-small LED electrode assembly further comprises an insulating partition wall surrounding the electrode region is connected to the ultra-small LED device, the insulating partition wall is formed on a base substrate, the base substrate The vertical distance to the top of the insulating partition wall may be 0.1 ⁇ 100 ⁇ m.
  • the insulating partition wall is spread out to the electrode line region in which the ultra-small LED device will be mounted. It is to prevent the micro LED elements to be concentrated in the desired electrode line area to prevent the role.
  • the material of the insulating partition wall may be an insulating material commonly used in the art, preferably silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), inorganic insulators such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ), and various transparent polymer insulators.
  • silicon dioxide SiO 2
  • silicon nitride Si 3 N 4
  • aluminum oxide Al 2 O 3
  • hafnium oxide HfO 2
  • inorganic insulators such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ), and various transparent polymer insulators.
  • the thickness of the barrier rib to be coated is 1/2 or more of the radius of the ultra-small LED device so that the ultra-small LED device does not overflow and does not affect the post-process, and is usually 0.1 to 100 ⁇ m as a thickness that may not affect the post-process. It may be more preferably 0.3 ⁇ 10 ⁇ m.
  • the ultra-small LED electrode assembly may preferably include any one kind of UV LED, blue LED, green LED and red LED.
  • a preferred embodiment according to the present invention may be an LED lamp irradiated with any one kind of UV light, blue light, green light and red light.
  • it may further include a phosphor provided inside the support and excited to the light irradiated from the micro LED.
  • the phosphor excited by UV may be a phosphor of any one of blue, yellow, green, amber, and red, and in this case, a monochromatic LED lamp that emits any selected color. Can be.
  • the phosphor which is preferably excited by UV may be any one or more of blue, yellow, green, amber and red, more preferably blue / yellow, blue / green / red and blue / green / amber / red It may be any kind of mixed phosphor, in which case white light may be irradiated by the phosphor.
  • the phosphor excited by blue may be a phosphor of at least one of yellow, green, amber, and red. More preferably, it may be a mixed phosphor of any one of blue / yellow, blue / green / red and blue / green / amber / red, in which case white light may be irradiated by the phosphor.
  • the yellow phosphor is Y 3 Al 5 O 12 : Eu, Lu 3 Al 5 O 12 : Eu, (Sr, Ba) 3 SiO 5 : Eu, (Sr, Ba, Ca) 2 SiO 4 : Eu, Ca- at least one phosphor selected from the group consisting of ⁇ -SiAlON: Eu and (Ba, Eu) ZrSi 3 O 9 .
  • the blue phosphor is ZnS: AgCl, ZnS: AgAl, (Sr, Ba, Ca, Mg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu, (Ba, Sr) MgAl 10 O 17 : Eu, BaMgAl 10 O 17 : Eu, (Sr, Ba) 3 MgSi 2 O 8 : Eu, LaSi 3 N 5 : Ce, LaSi 5 Al 2 ON 9 : Eu, Sr 2 MgSi 2 O 7 : Eu, CaMgSi 2 O 6 : Eu At least one phosphor selected from may be.
  • the green phosphor is SrGa 2 S 4 : Eu, (Sr, Ca) 3 SiO 5 : Eu, (Sr, Ba, Ca) SiO 4 : Eu, Li 2 SrSiO 4 : Eu, Sr 3 SiO 4 : Ce, Li, ⁇ -SiALON: Eu, CaSc 2 O 4 : Ce, Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce, Ca ⁇ -SiALON: Yb, Ca ⁇ -SiALON: Eu, Li ⁇ -SiALON: Eu, Ta 3 Al 5 O 12 : Ce, Sr 2 Si 5 N 8 : Ce, (Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2 : Eu, Ba 3 Si 6 O 12 N 2 : Eu, ⁇ -AlON: Mn and ⁇ -AlON: Mn , Mg may be any one or more phosphors selected from the group consisting of.
  • the amber phosphor is selected from the group consisting of (Sr, Ba, Ca) 2 SiO 4 : Eu (Sr, Ba, Ca) 3 SiO 5 : Eu and (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 N 8 : Eu It can be any one or more phosphors.
  • the red phosphor is (Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu, CaAlSiN 3 : Eu, (Sr, Ca) S: Eu, CaSiN 2 : Ce, SrSiN 2 : Eu, Ba 2 Si 5 N 8 : Eu, CaS It may be any one or more phosphors selected from the group consisting of: Eu, CaS: Eu, Ce, SrS: Eu, SrS: Eu, Ce, and Sr 2 Si 5 N 8 : Eu.
  • the present invention is not limited to the specific kind of the above-described color-specific phosphor.
  • the phosphor does not include the inside of the support may be filled with any one or more of a transparent silicon binder, an organic polymer, an inorganic polymer, a glass material, but is not limited to the above description.
  • the ultra-small LED electrode assembly may be included in plural inside the support.
  • the plurality of ultra-small LED electrode assemblies may be arranged in a line array or a surface array.
  • the present invention is not limited thereto, and the specific arrangement may be changed according to the shape of the support and / or the purpose of using the LED lamp including the micro electrode assembly.
  • the plurality of ultra-small LED electrode assembly may be a micro-LED electrode assembly including a small LED of any two or more colors of blue LED, green LED, yellow LED, and red LED independently for each color.
  • each of the micro electrode assemblies may include a single color LED device.
  • a white LED lamp may be realized by providing a plurality of ultra-small blue LED electrode assemblies, an ultra-small green LED electrode assemblies, and an ultra-small red LED electrode assembly.
  • a white LED lamp As a specific embodiment capable of realizing a white LED lamp, it is composed of a small blue LED electrode assembly, a small green LED electrode assembly and a small red LED electrode assembly to include a transparent resin layer without a phosphor on the support, or a small blue LED electrode Blue, yellow, green, amber and red with phosphors excited by the assembly and blue, including at least one of the yellow, green, amber and red phosphors in the support, or by a micro UV LED electrode assembly and UV excited phosphors Any one or more of the phosphors may be included in the support.
  • the LED lamp according to the first embodiment according to the present invention described above can be preferably manufactured through the following manufacturing process. However, it is not limited to the manufacturing process described below.
  • FIG. 12A is a perspective view showing a manufacturing process of a preferred embodiment according to the present invention.
  • FIG. 12A illustrates that the base substrate 100 may be any one of a transparent glass substrate, a ceramic substrate, a plastic substrate, and a highly reflective metal substrate.
  • the present invention is not limited to the above kind, and in the case of a base substrate on which an electrode may be formed, any kind may be used.
  • the area of the base substrate is not limited, and the area of the first electrode to be formed on the base substrate, the area of the second electrode, the size of the ultra small LED device connected to the first electrode and the second electrode and the number of micro LED devices connected to the base substrate It can be changed in consideration of.
  • the base substrate may have a thickness of 100 ⁇ m to 1 mm, but is not limited thereto.
  • a photo resist 101 may be coated on the base substrate 100.
  • the photoresist may be a photoresist commonly used in the art.
  • the method of coating the photoresist on the base substrate 100 may be any one of spin coating, spray coating, and screen printing, and preferably, may be spin coating, but is not limited thereto. It may be by a known method.
  • the thickness of the photoresist 101 to be coated may be 0.1 to 10 ⁇ m. However, the thickness of the photoresist 101 to be coated may be changed in consideration of the thickness of the electrode to be subsequently deposited on the base substrate.
  • the first electrode and the second electrode on the same plane correspond to the electrode lines (refer to FIG. 2) spaced apart alternately from each other.
  • the mask 102 having the patterns 102a and 102b drawn thereon may be placed on the photoresist 101 layer as shown in FIG. 12C, and ultraviolet rays may be exposed from the mask 103.
  • the unexposed photoresist layer may be immersed and removed in a conventional photoresist solvent, thereby removing the exposed photoresist layer portion on which an electrode line as shown in FIG. 12D is to be formed.
  • the width of the pattern 102a corresponding to the first electrode line corresponding to the micro LED electrode line may be 100 nm to 50 ⁇ m
  • the width of the pattern 102b corresponding to the second electrode line may be 100 nm to 50 ⁇ m.
  • the electrode forming material 103 may be deposited on a portion where the photoresist layer is removed in the shape of the electrode line mask 102.
  • the electrode forming material may be at least one metal material selected from the group consisting of aluminum, titanium, indium, gold, and silver in the case of the first electrode, or indium tin oxide (ITO), ZnO: Al, and CNT-conductive polymer (polmer) composites. It may be any one or more transparent materials selected from the group consisting of.
  • the first electrode may have a structure in which two or more kinds of materials are stacked. Even more preferably, the first electrode may be an electrode in which two materials are stacked in titanium / gold.
  • the first electrode is not limited to the above substrate.
  • the electrode forming material is at least one metal material selected from the group consisting of aluminum, titanium, indium, gold, and silver in the case of the second electrode, or indium tin oxide (ITO), ZnO: Al, and CNT-conductive polymer (polmer) composites. It may be any one or more transparent materials selected from the group consisting of, when the electrode forming material is two or more, preferably the second electrode may have a structure in which two or more materials are stacked. Even more preferably, the second electrode may be an electrode in which two materials are stacked in titanium / gold. However, the second electrode is not limited to the above substrate.
  • the materials forming the first electrode and the second electrode may be the same or different.
  • the deposition of the electrode forming material may be deposited by any one of a method such as a thermal deposition method, an e-beam deposition method, a sputtering deposition method and a screen printing method, preferably a thermal deposition method, but is not limited thereto.
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • solutions 106 and 107 including a plurality of micro LED devices may be introduced into the first and second electrode lines.
  • the solutions 106 and 107 including the plurality of micro LED devices may be manufactured by mixing the plurality of micro LED devices 106 with the solvent 107.
  • the solution may be in ink or paste phase.
  • the solvent 107 is limited to a solvent that can be easily removed, such as being able to smoothly disperse and move the micro LED device without causing physical and chemical damage to the micro LED device 106 and at the same time easily vaporize it. Can be used without. However, preferably, at least one selected from the group consisting of acetone, water, alcohol, and toluene, more preferably may be acetone. Preferably the micro LED device may be included in 0.001 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent.
  • the LED elements 106 may be self-aligned.
  • the plurality of ultra-small LED elements 106 included in the ultra-small LED electrode assembly included in the preferred embodiment of the present invention supplies power to the first electrode 103'a and the second electrode 103'b as shown in FIG. 12H. It is self-aligned by applying and is simultaneously connected to the 1st electrode 103'a and the 2nd electrode 103'b.
  • LED device can be directly physically arranged and connected to different electrodes formed on the same plane spaced apart at the same time.
  • a typical LED device may be manually laid out between different electrodes of a planar electrode.
  • the present invention it is difficult for the ultra-small LED elements to directly physically arrange them, so that they cannot be simultaneously connected to different micro-electrodes spaced on the same plane.
  • the ultra-small LED device is cylindrical, there is a problem in that it is simply inserted into the electrode and is not aligned with the self, thereby rolling and moving on the electrode by the cylindrical shape. Accordingly, the present invention can solve the above problems by applying the power to the electrode line to allow the micro LEDs to be connected to two different electrodes at the same time.
  • the power supply may be a variable power supply having an amplitude and a period
  • the waveform may be a pulse file consisting of sinusoidal waveforms such as sine waves or non-sinusoidal waveforms.
  • AC power is applied, or DC power is repeatedly applied to the first electrode for 1000 times per second, 0V, 30V, 0V, 30V, 0V, 30V and 30V, 0V, opposite to the first electrode.
  • 30V, 0V, 30V, 0V it is possible to make a fluctuating power source with amplitude and period.
  • the voltage (amplitude) of the power source may be 0.1V to 1000V, and the frequency may be 10 Hz to 100 GHz.
  • Self-aligned micro LEDs are included in a solvent and introduced into an electrode line, and the solvent can fall on the electrode and evaporate at the same time. As a result, charge is induced, allowing both ends of the tiny LED device to self-align between two opposite electrodes.
  • the micro LED device may be simultaneously connected to two different electrodes as shown in FIG. 12I by applying power for 5 to 120 seconds.
  • the number (N) of the ultra-small LED device connected to the first electrode and the second electrode for applying power to the electrode line may be dependent on a number of variables that can be adjusted in the step (2).
  • the parameters are the voltage (V) of the applied power source, the frequency of the power source (F, Hz), the concentration of the solution containing the small LED device (C, the smallest LED weight%), the distance between the two electrodes (Z), the small size
  • the number (N) of the small LED devices connected to the first electrode and the second electrode at the same time is the voltage (V), the frequency (F), the concentration (C) of the solution containing the small LED device, and the aspect ratio of the small LED ( AR) and inversely proportional to the spacing distance Z between the two electrodes.
  • the ultra-small LED elements are self-aligned between two different electrodes by the induction of the electric field formed by the potential difference between the two electrodes, the greater the intensity of the electric field can increase the number of ultra-small LED elements connected to the electrode and the electric field
  • the intensity of can be proportional to the potential difference (V) of the two electrodes and can be inversely proportional to the spacing distance (Z) between the two electrodes.
  • the number of LED devices connected to the electrode may increase as the concentration increases.
  • the charge difference formed in the ultra-small LED device varies according to the frequency, so as the frequency increases, the number of micro-LED devices connected to the two electrodes may increase. However, if the value exceeds a certain value, the charge induction may disappear, thereby reducing the number of micro LED devices connected to the electrode.
  • the inductive charges caused by the electric field increases, so that a larger number of micro-LED devices can be aligned.
  • the diameter of the micro LED device is reduced while the length of the micro LED device is fixed. The number of micro LEDs that can be increased can be increased.
  • the present invention has the advantage of controlling the number of LED elements connected to the electrode according to the purpose by adjusting the above-described various factors.
  • the micro-LED device instead of the solution containing the ultra-compact LED device in the electrode line, the micro-LED device is added to the electrode line, and then the solvent is separately added to the electrode line, power is applied to the electrode line Therefore, the micro LED device may be self-aligned and connected to the first electrode and the second electrode.
  • This method has an advantage in that the micro LED device can be concentrated in the target electrode region compared to the case where the solution including the micro LED device described above is introduced into the electrode line.
  • the metal ohmic layer may be formed on a portion where the micro LED device, the first electrode, and the second electrode are connected to each other after FIG. 12I.
  • the metal ohmic layer may be formed by the following process, but may not necessarily be formed only by the following process, and may be used without limitation as long as it is a method of forming a conventional metal ohmic layer.
  • the photoresist may be coated with a thickness of 2 to 3 ⁇ m on the ultra-small LED electrode assembly.
  • the coating is preferably by any one of spin coating, spray coating and screen printing, but is not limited thereto.
  • ultraviolet rays are irradiated toward the photoresist layer coated under the base substrate of the ultra-small LED electrode assembly to cure the photoresist layer except for the photoresist layer on the electrode, and then not cured using a conventional photoresist solvent.
  • the photoresist layer on the upper electrode can be removed.
  • gold or silver may be coated on the electrode where the photoresist is removed by vacuum evaporation or electrochemical deposition, or gold nanocrystal or silver nanocrystal may be electrosprayed. It is not limited to.
  • the thickness of the metal layer to be coated may be preferably 5 to 100 nm, but is not limited thereto.
  • a metal layer of the non-electrode portion is prepared by using a photoresist remover (PR stripper) of acetone, N-methylpyrrolidone (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP), and dimethyl sulfoxide (DMSO).
  • PR stripper photoresist remover
  • the photoresist may be removed together, and a metal ohmic layer may be formed between both ends of the micro LED device, which are not coated with the insulating film, by heat treatment at 500 to 600 ° C. after the removal.
  • the ultra-compact electrode assembly (FIG. 12i) manufactured as described above may be provided inside the support as shown in FIG. 12J and may be implemented as an LED lamp according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the ultra-small LED electrode assembly included in the first embodiment of the present invention may include an insulating partition wall, which will be described below.
  • this invention is not limited by the manufacturing method mentioned later.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a manufacturing process of forming an insulating partition wall 107 in a base substrate 100 and an electrode line formed on the base substrate 100 according to an embodiment of the present invention. After forming the electrode lines 103'a and 103'b deposited on the base substrate 100 as shown in 12f, the insulating barrier rib 107 may be manufactured.
  • the insulating layer 104 may be formed as shown in FIG. 13B on the base substrate 100 and the electrode lines 103a and 103b formed on the base substrate 100 as shown in FIG. 13A.
  • the insulating layer 104 is a layer for forming an insulating partition after the process to be described later, the material of the insulating layer 104 may be an insulating material commonly used in the art, preferably silicon dioxide (SiO 2 ), Inorganic nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and titanium dioxide (TiO 2 ) and various transparent polymer insulators It may be any one or more.
  • the chemical vapor deposition method, atomic layer deposition method, and vacuum method are used. It may be by any one of the vapor deposition method, e-beam deposition method and spin coating method and preferably may be a chemical vapor deposition method, but is not limited thereto.
  • the method of coating the polymer insulating layer may be by any one of a method such as spin coating, spray coating and screen printing, and preferably may be spin coating, but is not limited thereto. It may be by a method known in the art.
  • the thickness of the insulating layer 104 to be coated is 1/2 or more of the radius of the ultra-small LED device so that the ultra-small LED device does not overflow and does not affect the post-process, and is typically a thickness that may not affect the post-process. It may be 100 ⁇ m, more preferably 0.3 to 10 ⁇ m.
  • a photo resist (PR) 105 may be coated on the insulating layer 104.
  • the photoresist may be a photoresist commonly used in the art.
  • the method of coating the photoresist on the insulating layer 104 may be any one of spin coating, spray coating and screen printing, and preferably may be spin coating, but is not limited thereto. It may be by a known method.
  • the thickness of the photoresist 105 to be coated is preferably thicker than the thickness of the insulating layer coated with a mask used for etching. Accordingly, the thickness of the photoresist 105 may be 1 to 20 ⁇ m. However, the thickness of the photoresist 105 to be coated may be carried out by changing the thickness depending on the purpose.
  • a mask 106 corresponding to the horizontal cross-sectional shape of the insulating partition wall is placed on the photoresist 105 layer as shown in FIG. 13C, and the mask Ultraviolet rays can be exposed from the upper portion of 106.
  • the exposed photoresist layer may be immersed and removed in a conventional photoresist solvent, thereby removing the exposed photoresist layer portion corresponding to the region of the electrode line on which the ultra-small LED device is to be mounted, as shown in FIG. 13D. can do.
  • the photoresist layer may be removed to remove the exposed portion of the insulating layer through etching on the exposed region of the insulating layer.
  • the etching may be performed by wet etching or dry ethching, preferably by dry etching.
  • the specific method of the etching method may be by a method known in the art. Specifically, the dry etching may be performed by any one or more of plasma etching, sputter etching, reactive ion etching, and reactive ion beam etching. However, the specific etching method is not limited to the above description. If the insulating layer exposed through etching is removed, the base substrate 100 and the electrode lines 103a and 103b may be exposed as shown in FIG. 13E.
  • the base substrate 100 using an optical resist remover of any one of acetone, N-methylpyrrolidone (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) and dimethyl sulfoxide (DMSO).
  • the insulating barrier rib 104 ' may be manufactured in the region except for the region (P of FIG. 13F) where the ultra-small LED device is substantially mounted on the base substrate 100.
  • the solution including the ultra-small LED device may be introduced into the mounting area P of FIG. 13F to proceed the process of FIG. 12G or less.
  • a second embodiment of the present invention is a support; And a miniature LED electrode assembly including a first electrode formed on the support, a second electrode spaced apart on the same plane as the first electrode, and a plurality of micro LED devices connected to the first electrode and the second electrode at the same time.
  • the micro LED device includes a micro LED electrode assembly including an insulating film covering at least the entire outer surface of the active layer to prevent electrical short circuit caused by contact between the active layer of the micro LED device and the electrode line. It includes used LED lamps.
  • FIG. 14 is a perspective view of an LED lamp according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the support 300, the ultra-small LED electrode assemblies 331, 332, and 333, the first electrode 310, and the second electrode 320 are illustrated. Is provided.
  • the support 300 may be any one material selected from the group consisting of glass, metal, plastic, and ceramic materials. However, it is not limited to the said kind. Preferably, the support may be flexible. The flexible support 300 may increase the utilization of the LED lamp depending on the location, purpose.
  • the area of the support 300 is not limited and may vary in size from micro units to meters depending on whether the application area is a point light source or a surface light source.
  • the size of the unit electrode area included in the ultra-small LED electrode assembly formed on the support 300 may vary depending on the area of the micro-electrode assembly, the number of the ultra-small LED electrode assemblies, and the purpose of using the LED lamp.
  • the support 300 may have a planar shape, and at least one surface of the support 300 may be coated with a phosphor layer 340 that is excited by light emitted from the micro LED.
  • the phosphor layer 340 may be any one or more selected from the group consisting of alcohols, acetone, organic solvents, and the like in one or more of the above-described blue, yellow, green, amber, and red phosphors according to the emission wavelength of the ultra-small LED.
  • the solvent may be formed through a coating solution prepared by mixing any one or more binders selected from the group consisting of a transparent silicone binder, a polymer resin, and the like.
  • the coating solution may be prepared by mixing 1.0 to 100 parts by weight of a phosphor with respect to 100 parts by weight of a solvent.
  • the coating solution may be coated on the support 300 including the micro LED electrode assembly by any one method selected from the group consisting of spin coating, electrospray coating, and screen printing to form a phosphor layer 340.
  • the thickness of the phosphor layer 340 is preferably 1.0 to 1000 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • an LED line light source or a surface light source can be realized according to the arrangement of the ultra-small LED electrode assembly.
  • at least one surface of the support may be coated with a phosphor that is excited to the light irradiated from the ultra-small LED to implement a line light source or a surface light source to which monochromatic light is irradiated or a line light source or a surface light source to which white light is irradiated.
  • the ultra-small LED electrode assemblies 331, 332, and 333, the first electrode 310, and the second electrode 320 are the same as those of the first electrode and the second electrode.
  • another preferred embodiment of the present invention is the ultra-compact LED electrode assembly (331, 332, 333), the first electrode 310 and the second electrode 320, including a base substrate on the support 300 Can be formed on.
  • the base substrate may be any one of a transparent glass substrate, a ceramic substrate, a plastic substrate, and a metal substrate having high reflectivity.
  • the present invention is not limited to the above kind, and in the case of a base substrate on which an electrode may be formed, any kind may be used.
  • the material of the base substrate may be the same material as the material of the support 300, the base substrate and the support 300 may be an integral material.
  • the base substrate may be preferably transparent.
  • the material may be preferably curved.
  • the area of the base substrate of the ultra-small LED electrode assembly is not limited, and the area may vary in size from micro size to metric size depending on whether the application area is a point light source or a surface light source.
  • the base substrate may have a thickness of 100 ⁇ m to 1 mm, but is not limited thereto.
  • the ultra-small LED electrode assembly may be included in plurality.
  • the plurality of ultra-small LED electrode assembly may be a plurality of micro-LED electrode assembly each independently includes a micro-LED of any two or more colors of blue, green, yellow, and red LEDs for each color.
  • each of the micro electrode assemblies may include a single color LED device.
  • the plurality of ultra-small LED electrode assemblies may be arranged in a line array or a surface array.
  • FIGS. 14 and 16 are perspective views of an LED lamp according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the plurality of ultra-small LED electrode assemblies 331, 332, and 333 are arranged on the support 300 in a line array.
  • the plurality of ultra-small LED electrode assemblies 331, 332, and 333 may be arranged on the support 300 as a surface array.
  • 340, 340 of FIG. 15) includes one or more of yellow, green, amber, and red phosphors on top of the support (300 of FIG. 14, 300 of FIG.
  • any one or more of blue, yellow, green, amber and red phosphors are included on the support (300 of FIG. 14 and 300 of FIG. 15). Lamps or white LED surface lamps can be implemented.
  • the electrodes 310 and 320 of FIG. 14 and the electrodes 310, 311 and 320 of FIG. 15 are used to implement an LED lamp of the present invention as a preferred embodiment of the present invention.
  • the specific arrangement of) may be modified and may not be limited to the drawings.
  • An electrode line as shown in FIG. 3 was prepared on a quartz substrate having a thickness of 800 ⁇ m.
  • the width of the first electrode was 3 ⁇ m
  • the width of the second electrode was 3 ⁇ m
  • the spacing between the first electrode and the adjacent second electrode was 2 ⁇ m
  • the thickness of the electrode was 0.2 ⁇ m.
  • the material of the second electrode was titanium / gold
  • the area of the region where the ultra-small LED device was mounted in the electrode line was 4.2 ⁇ 10 7 ⁇ m 2 .
  • the insulating partition wall was formed on the base substrate as shown in FIG.
  • the material of the insulating partition wall was silicon dioxide, and the height from the base substrate to the end of the insulating partition wall was 0.1 ⁇ m, and the ultra-small LED device was mounted on the electrode line.
  • the insulating partition wall was formed on the base substrate except for the area (area of 4.2 x 10 7 ⁇ m 2 ).
  • the LED lamp assembly was manufactured by fixing the prepared ultra-small LED electrode assembly to the inner bottom surface of a cup-shaped support made of ceramic material.
  • a micro LED electrode assembly was manufactured by dropping an ultra-small LED device onto an electrode line formed on a base substrate without an insulating partition, and manufacturing an LED lamp using the same. .
  • the number of micro LED devices emitting blue light than Examples 1 to 3 It was remarkably small, and it can be seen that the electrical layer of the active layer of the micro LED device is in contact with the electrode.
  • Example 2 in which the solution including the ultra-small LED device was put on the electrode line without the insulating partition, the number of the ultra-small LED devices emitting blue light was smaller than that of the first embodiment, and thus, the electrode line without the insulating partition.
  • the solution containing the micro LED device is added to the electrode line in which the micro LED device cannot be mounted, the micro LED device is spread and the number of the micro LED devices electrically connected to the desired electrode line is reduced.
  • Example 3 in which the micro-LED device was added and the solvent was applied at the same time, was significantly increased in the number of ultra-small LED devices emitting blue light.
  • the micro LED device when the micro LED device is put in a solution state, even in a region where the device cannot be mounted, the spreadability of the micro LED device is strong, and thus there may be an LED device that is not mounted.
  • the voltage required to self-align the micro LED device according to the aspect ratio of the micro LED device was measured.
  • the aspect ratio of the ultra-small LED device was used as the ultra-small LED device manufactured by changing as shown in Table 3 below, and shown in Table 3 by measuring the minimum voltage at which the ultra-small LED device starts self-alignment.
  • the smaller the aspect ratio of the ultra-small LED device can be seen that the voltage of the power required to self-align the ultra-small LED device is significantly increased, the aspect ratio of the ultra-small LED device less than 1.2 embodiment In the case of 4, even if the voltage of the power supply was increased, the micro LED device could not self-align to the electrodes.
  • Example 5 and Example 6 in which the aspect ratios of the ultra-small LED devices are 1.2 and 1.3, the voltages required for self-aligning the micro-LED devices are significantly increased compared to those of the seventh embodiment.
  • the micro LED device is self-aligned more intensively to the target electrode part without being driven to the outside, whereas the first embodiment of FIG. 16 shows the center of the electrode area of the micro LED device.
  • the ultra-small LED elements spread out and self-aligned, and the aggregation phenomenon between the ultra-small LED elements is very severe.

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Abstract

본 발명은 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 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 결합시킬 때 발생하는 양품 저하의 난점을 극복하여 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 불량 없이 서로 다른 두 전극에 불량 없이 연결되고, 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 방향성으로 인해 크게 향상된 광추출 효율을 가진다. 나아가 LED 램프에 포함된 일부 초소형 LED의 불량에 따른 LED 램프의 기능저하를 최소화할 수 있으며 LED 램프가 사용되는 목적 또는 위치하는 곳에 따라 형상을 일정부분 변형시킬 수 있는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 유연한 구조 및 형상을 갖는 LED 램프에 관한 것이다.

Description

초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프
본 발명은 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광추출효율을 극대화하면서도 나노단위 초소형 LED 소자가 초소형 전극에 단락 없이 연결되어 구현된 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프 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 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.
또한, LED 반도체의 다양한 분야의 활용과 이에 대한 연구로 고출력의 LED 반도체가 요구되고 LED 반도체의 효율향상이 매우 중요하게 되었다. 하지만 고효율 고출력의 청색 LED 소자의 제작에는 여러 가지 어려움이 있다. 상기 청색 LED 소자의 효율향상에 있어 난점은 제조과정에서의 어려움과 제조된 청색 LED의 GaN계 반도체와 대기와의 높은 굴절율에 기인한다. 먼저, 제조과정에서의 어려움은 GaN계 반도체와 동일한 격자상수를 갖는 기판을 갖기 어렵기 때문이다. 기판 위에 형성되는 GaN 에피층은 기판과 격자상수가 크게 불일치하는 경우 많은 결함이 생기게 되어 효율이 떨어지고 성능이 저하되는 문제점이 생기게 된다.
다음으로, 제조된 청색 LED의 GaN계 반도체와 대기와의 높은 굴절율에 기인하여 LED의 활성층 영역에서 방출된 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 LED 내부에서 전반사 하게 된다. 이렇게 전반사 하게 되는 빛은 내부에서 재흡수 되어 결국 LED의 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 효율을 LED 소자의 광추출 효율이라고 하며 이를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
한편, LED 소자를 조명, 디스플레이에 등에 활용하기 위해서는 LED 소자와 상기 소자에 전원을 인가할 수 있는 전극이 필요하며, 활용목적, 전극이 차지하는 공간의 감소 또는 제조방법과 연관되어 LED 소자와 서로 다른 두전극의 배치는 다양하게 연구되어 왔다.
LED 소자와 전극의 배치에 관한 연구는 전극에 LED 소자를 성장시키는 것과 LED 소자를 별도로 독립성장 시킨 후에 전극에 배치하는 것으로 분류할 수 있다.
먼저, 전극에 LED 소자를 성장시키는 연구는 기판 위에 하부전극을 박막하고 그 위로 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 상부전극을 순차적으로 적층한 후 식각하거나 상부전극을 적층하기 전에 기 적층된 층들을 식각한 후 상부전극을 적층하는 방법 등을 통해 LED 소자와 전극을 일련의 제조과정에서 동시에 생성 및 배치시키는 bottom-up 방식이 있다.
다음으로, LED 소자를 별도로 독립성장 시킨 후에 전극에 배치하는 방법은 LED 소자를 별도의 공정을 통해 독립성장 제조한 각각의 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시키는 방법이다.
상기 전자의 방법은 고결정성/고효율의 박막 및 LED 소자의 성장이 결정학적으로 매우 어렵다는 문제가 있고 후자의 방법의 경우 광추출 효율이 낮아져 발광효율이 떨어질 수 있다는 문제점이 있었다.
또한, 후자의 방법의 경우 일반적인 LED 소자라면 3차원의 LED 소자를 직립하여 전극과 연결할 수 있지만 LED 소자가 나노단위 크기의 초소형일 경우 전극에 직립시키기가 매우 어렵다는 문제점이 있었다. 본 출원의 발명자에 의한 한국특허출원 제2011-0040174호는 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 전극에 3차원 직립하여 연결시키기 위해 초소형 LED 소자에 전극과 결합을 용이하게 하는 결합링커까지 구성하였으나 이를 실제 초소형 전극에 구현 시에 초소형 LED 소자가 전극과 3차원으로 직립하여 결합시키기 매우 어려운 문제점이 있었다.
나아가 독립하여 제조된 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시켜야 하나 LED 소자의 크기가 나노단위로 초소형일 경우 초소형의 서로 다른 두 전극에 LED 소자를 목적한 범위 내로 배치하기 매우 어려우며, 초소형의 서로 다른 두 전극에 LED 소자를 배치한다 하더라도 전극과 초소형 LED의 전기적 연결에 단락에 따른 불량이 빈번하여 목적하는 전극어셈블리가 구현되지 않는 문제점이 있었다.
나아가, 전극상에 LED 소자를 3차원으로 직립하여 실장하고 LED 소자의 상부에 전극을 형성할 경우 LED 소자의 활성층에서 발생한 광자가 직립한 초소형 LED 소자의 면과 공기층 간에 생기는 굴절률 차이에 따른 전반사에 의해 광 추출이 저하될 뿐만 아니라 상단의 전극에 가로막혀 외부로 추출되지 못하고 상기 활성층 내부에 흡수됨에 따라 광추출효율이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0523740호는 발광다이오드를 이용한 램프에 관한 것으로 기판상면에 형성된 제1 전극부, 제1 전극 상면에 제1전극부와 전기적으로 연결되도록 적층되어 증착된 P형층과 N형층 및 상기 N형층들을 연결하는 제2전극부를 포함하나 상기 발광다이오드르 이용한 램프의 경우 독립하여 별도로 제조한 LED 가 아닌 전극상부에 P형층과 N형층을 순차적으로 적층시켜 LED를 제조하여 전극에 대해 LED 가 직립하여 3차원 결합시켰다.
이는 독립하여 별도로 제조한 LED 소자 특히, 그 크기가 나노단위로 초소형일 경우 전극상부에 직립하여 3차원 결합시킬 수 없는 문제점이 있기 때문에 도출된 한 가지 방법이나 이를 통할 경우 LED 소자의 상하부에 전극이 위치하게 되고 이에 따라 LED 소자에서 발생하는 광자가 굴절률 차이에 의한 계면에서의 전반사 효과 및 전극에 가로막혀 외부로 방출되지 못하고 내부에서 갇히거나 흡수되어 광추출 효율이 저하되는 문제점은 해결할 수 없다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 독립하여 제조된 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 전기적 단락 등 불량 없이 서로 다른 두 전극에 연결시키면서 광추출 효율을 향상시킬 수 있고, LED 램프에 포함된 일부 초소형 LED의 불량에 따른 LED 램프의 기능저하를 최소화할 수 있는 LED 램프를 제공하는 것이다.
또한, 전극영역 중 초소형 LED 소자가 뭉쳐 특정부분에만 배치되거나 소자가 외곽으로 퍼져나가지 않고, 초소형 LED 소자 목적한 실장영역에 집중하여 분포되어 실장된 LED 램프를 제공하는 것이다.
나아가, LED 램프가 사용되는 목적 또는 위치하는 곳에 따라 형상을 일정부분 변형시킬 수 있는 LED 램프를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 지지체; 상기 지지체 내부에 구비된 베이스기판; 및 상기 베이스기판상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리; 를 포함하며, 상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 지지체는 컵 형상이며, 상기 컵 내부에 구비되고 초소형 LED 소자로부터 조사된 광에 여기되는 형광체를 더 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 UV LED, 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 어느 한 종류의 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리의 단위 면적 100 × 100㎛2당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 이며, 종횡비는 1.2 ~ 100일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 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 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 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 램프는 초소형 LED 전극어셈블리를 복수개로 포함하고, 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 선배열 또는 면배열로 배열되며,
상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 청색 초소형 LED 소자, 녹색 초소형 LED 소자, 황색 초소형 LED 소자 및 적색 LED 소자 중 적어도 두 색상 이상의 초소형 LED소자를 색상별로 각각 독립적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED소자가 초소형 UV LED소자인 경우 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 적어도 하나 이상이고, 상기 초소형 LED소자가 초소형 청색 LED소자인 경우 상기 형광체는 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 연결된 전극영역을 둘러싸는 절연격벽을 더 포함하며, 상기 절연격벽은 베이스 기판상에 형성되고, 상기 베이스기판에서 절연격벽 상단까지 수직거리는 0.1 ~ 100㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 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 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
Z ≤ H ≤ X + Y + Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 지지체; 및 상기 지지체 상부에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리;를 포함하며, 상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 지지체는 평면형상이며, 지지체의 적어도 일면에 초소형 LED 소자 로부터 조사된 광에 여기되는 형광체가 코팅될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리의 단위 면적 100 × 100㎛2당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 이며, 종횡비는 1.2 ~ 100일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 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 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 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 램프는 초소형 LED 전극어셈블리를 복수개로 포함하고, 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 선배열 또는 면배열로 배열되며,
상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 청색 초소형 LED 소자, 녹색 초소형 LED 소자, 황색 초소형 LED 소자 및 적색 LED 소자 중 적어도 두 색상 이상의 초소형 LED소자를 색상별로 각각 독립적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED소자가 초소형 UV LED소자인 경우 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 적어도 하나 이상이고, 상기 초소형 LED소자가 초소형 청색 LED소자인 경우 상기 형광체는 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 연결된 전극영역을 둘러싸는 절연격벽을 더 포함하며, 상기 절연격벽은 베이스 기판상에 형성되고, 상기 베이스기판에서 절연격벽 상단까지 수직거리는 0.1 ~ 100㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 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 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다.
[관계식 1]
Z ≤ H ≤ X + Y + Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.
이하, 본 발명에 기재된 용어를 설명한다.
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 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극영역을 의미하고 하기의 단위 전극을 단수 또는 복수개로 포함할 수 있다.
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 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프는 독립하여 제조된 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 불량 없이 서로 다른 두 전극에 연결시킬 수 있도록 전극 사이에 자기배열 하므로 종래의 초소형 LED 소자를 직립시켜 3차원 형상으로 전극에 결합시킬 때 초소형 LED 소자를 직립하여 세우기 어려움에 따른 생산성 저하의 문제점 및 초소형 LED 소자를 초소형의 서로 다른 전극에 일대일 대응하여 결합시키기 어렵다는 난점을 극복할 수 있다. 또한, 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 구조와 기판의 상대적 위치관계로 인해, 즉 초소형 LED 소자의 길이방향으로 기판상에 수평하게 배치되는 초소형 LED 소자의 배열에 기인하여 활성층에서 발생되는 광자 중 대기중으로 방출되는 광자가 증가함에 따라 초소형 LED 전극어셈블리의 광추출 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 나아가 LED 램프에 포함된 일부 초소형 LED의 불량에 따른 LED 램프의 기능저하를 최소화할 수 있으며 LED 램프가 사용되는 목적 또는 위치하는 곳에 따라 형상을 일정부분 변형시킬 수 있다. 더 나아가 기존의 LED의 형상에 의해서 점광원 응용만으로 제한적 응용범위를 갖는 상태에서 초소형 LED 도입하므로 면광원, 투명광원 및 구부릴 수 있는 광원 등의 다양한 형태의 광원 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 LED 램프의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도이다.
도 5는 본 발명이 포함하는 초소형 LED 소자의 일구현예를 나타내는 사시도이다.
도 6은 종래의 초소형 전극 어셈블리의 수직단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 SEM 사진 및 초소형 LED의 청색 전계발광 사진이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리의 청색 전계 발광 스펙트럼이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 소자의 TEM 사진이다.
도 12은 본 발명에 따른 바람직한 일구현예에의 제조공정을 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 바람직한 일구현예에에 따른 절연격벽의 제조 공정을 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 LED 램프의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 LED 램프의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리의 청색 전계 발광 스펙트럼이다.
도 17은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 소자의 TEM 사진이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래의 LED 램프의 경우 전극상에 LED 소자를 3차원으로 직립하여 실장하고 LED 소자의 상부에 전극을 형성하여 LED 램프를 구현하고 있는데, 일반적인 LED 소자라면 3차원의 LED 소자를 직립하여 전극과 연결할 수 있지만 LED 소자가 나노단위 크기의 초소형일 경우 전극에 직립시켜 연결하기가 매우 어렵다는 문제점이 있었다.
더불어 독립하여 제조된 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시켜야 하나 LED 소자의 크기가 나노단위로 초소형일 경우 서로 다른 두 전극에 LED 소자를 불량 없이 연결하기 매우 어렵다는 문제점이 있었다.
나아가, 전극상에 LED 소자를 3차원으로 직립하여 실장하고 LED 소자의 상부에 전극을 형성할 경우 LED 소자의 활성층에서 발생한 광자가 굴절률 차이가 있는 계면에서 전반사에 의해 활성층 내부에 갇히거나 전극에 가로막혀 외부로 추출되지 못하고 상기 활성층 내부에서 흡수됨에 따라 광추출효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명의 제1 구현예에서는 지지체; 상기 지지체 내부에 구비된 베이스기판; 및 상기 베이스기판상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리; 를 포함하며, 상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다.
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 연결시키기 어렵다는 난점을 극복할 수 있다.
또한, 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 방향성으로 인해 활성층에서 발생되는 광자 중 대기중으로 방출되는 광자가 증가함에 따라 초소형 LED 전극어셈블리의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가 LED 램프에 포함된 일부 초소형 LED의 불량에 따른 LED 램프의 기능저하를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 LED 램프의 단면도로서, 지지체(150)의 내부에 베이스기판(160d)이 구비되고, 상기 베이스기판상에 형성된 초소형 LED 전극어셈블리(160)가 내부에 포함된다. 또한, 지지체의 나머지 공간에 형광체(170)가 구비될 수 있다.
먼저, 상기 지지체(150)를 설명한다. 본 발명에 사용될 수 있는 지지체는 통상적으로 LED 램프에 사용되는 지지체의 경우 제한 없이 사용될 수 있으나 바람직하게는 유기수지, 세라믹, 금속 및 무기수지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 소재일 수 있고 상기 소재는 투명하거나 불투명할 수 있다. 상기 지지체(150)의 내부 부피는 초소형 LED소자가 배열된 전극 사이즈 및 밀도에 비례하여 다양하게 변화 시킬 수 있다. 또한, 상기 지지체의 두께에 따라서도 지지체 내부 부피는 변할 수 있다. 상기 지지체의 두께는 지지체의 모든 지점에서 동일하거나 또는 일부 지점에서 상이할 수도 있다. 상기 지지체의 두께는 목적에 따라 달리 설계될 수 있는바 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 상기 지지체의 형상은 바람직하게는 컵 형상일 수 있다.
다음으로 상기 베이스 기판(160d)을 설명한다. 상기 베이스기판(160d)의 소재는 유리, 플라스틱, 세라믹 및 금속으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다. 상기 베이스기판(160d)의 소재는 상기 지지체(150)의 소재와 동일한 소재를 사용할 수 있고, 베이스기판 과 지지체가 일체형 소재 일 수도 있다. 베이스기판은 바람직하게는 투명한 것일 수 있다. 또한, 바람직하게는 휘어지는 소재일 수 있다. 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 베이스기판의 면적은 본 발명에서 특별히 제한하지 않으며, 응용 영역이 점광원 또는 면광원인지 여부에 따라서 사이즈는 마이크로 단위에서 미터 단위까지 변화가 가능하다. 상기 베이스 기판의 두께는 100㎛ 내지 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 상기 베이스기판(160d)이 위치하는 지지체(150) 소재, 내부 부피, 하기에 설명할 베이스기판에 형성될 전극들의 배치 또는 상기 배치된 전극 영역의 면적에 따라 변할 수 있다.
다음으로 상기 베이스 기판(160d)상에 형성된 초소형 LED 전극어셈블리(160a, 160b, 160c)에 대해 설명한다.
먼저, 베이스기판(160d)상에 형성된 제1 전극(160a); 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극(160b)에 대해 설명한다.
상기 “베이스기판상”의 의미는 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나 이상의 전극이 베이스기판 표면에 직접적으로 형성 또는 베이스기판 상부에 이격하여 형성될 수 있음을 의미한다. 구체적으로 도 1에서와 같이 제1 전극(160a)과 제2전극(160b)은 베이스기판(160d) 표면에 직접적으로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(160a)은 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 투명물질 일수 있다. 상기 제1 전극이 2종 이상의 물질로 이루어진 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. 바람직하게 제1 전극의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛일 수 있고, 두께는 10 nm 내지 10 ㎛일 수 있다. 다만, 상기의 기재에 한정되는 것은 아니며 구현되는 LED 램프의 크기, 하기에 설명할 전극에 연결되는 초소형 LED 소자길이 등을 고려하여 변할 수 있다.
상기 제2 전극(160b)은 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 투명물질 일수 있다. 상기 제2 전극이 2종 이상의 물질로 이루어진 경우 바람직하게는 제2 전극은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제2 전극은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제2 전극은 상기 기재에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게 제2 전극의 폭은 100 nm 내지 50 ㎛일 수 있고, 두께는 10 nm 내지 10 ㎛일 수 있다. 다만, 상기의 기재에 한정되는 것은 아니며 구현되는 LED 램프의 크기, 하기에 설명할 전극에 연결되는 초소형 LED 소자길이 등을 고려하여 변할 수 있다.
상기 제1 전극과 제2 전극은 동일 또는 상이한 물질일 수 있으며, 제1 전극과 제2 전극의 폭과 두께는 동일 또는 상이할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 LED 램프에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리에 적용 가능한 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극라인은 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 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 베이스기판 상에 형성된 제1 전극 및 제2 전극에 대한 전극라인 사시도로서 제1 전극(213, 214)과 제2 전극(233, 234)이 모두 베이스기판(200) 표면에 직접적으로 형성되어 있으면서 제1 전극(214)과 제2 전극(234)이 상호 교번적으로 배치되어 동일평면상에 이격될 수 있고, 이러한 형상의 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역은 제1 전극(214) 및 제2 전극(243)을 포함하는 전극라인(244)의 영역일 수 있다.
또한, 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판상에 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 제1 전극(215)과 제2 전극(235)이 소용돌이 배치되어 동일평면상에 이격될 수 있고, 제1 전극(215) 및 제2 전극(235)을 포함하는 전극라인(245) 영역은 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장될 수 있는 영역일 수 있다.
상기와 같이 전극라인을 상호 교번적 배치 또는 소용돌이 배치로 구성할 경우 한정된 면적의 베이스 기판(200, 201)에 초소형 LED소자를 한번에 배열하여 독립적으로 구동시킬 수 있는 단위 전극의 구동 면적을 높일 수 있고, 단위 전극에 실장되는 초소형 LED 수를 증가시킬 수 있다. 이는 단위 면적내 포함되는 LED 소자의 개수 증가에 따라 발광의 세기를 증가시키므로 단위면적당 높은 밝기가 요구되는 여러 가지 광전소자에 응용에 활용할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 제2 전극이 베이스 기판 상부에 이격되어 형성될 수 있다.
구체적으로 도 4는 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, 제1’ 전극(216)은 연결전극을 통해 제1 전극(211)과 연결되고, 베이스 기판(202) 상부에 제1 전극(211)과 이격되어 형성되어 있으며, 제1’ 전극(216)과 제2 전극(236)이 동일평면상에 상호 교번적으로 배치되어 이격된 전극라인(246)을 형성할 수 있다.
한편 도 2 내지 4는 바람직한 일구현예이며 이에 한정되지 않고 두 전극이 일정한 간격을 갖는 상상 가능한 모든 구조의 배치로 다양하게 변형하여 구현할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 일구현예는 제1 전극과 제2 전극이 동일평면상에서 상호 교번적으로 배치된 형상을 중심으로 설명한다. 다만, 제1 전극과 제2 전극은 베이스기판 표면에 직접적으로 또는 베이스기판 표면과 이격하여 형성될 수 있으며 제1 전극과 제2 전극은 동일평면이 아닐 수 있다.
다음으로 초소형 LED 소자에 대해 설명한다.
본 발명에 사용될 수 있는 초소형 LED 소자는 일반적으로 조명에 사용되는 초소형 LED 소자이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 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. 상기 초소형 LED 소자의 형상은 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있으며 바람직하게는 원기둥 형상일 수 있다.
한편, 초소형 LED 소자의 종횡비에 따라 본 발명에 따른 후술하는 초소형 LED 소자를 전극에 연결시키는 공정에서 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 건식에칭에 의해 초소형 LED소자를 제조시 에칭공정의 한계상 종횡비 100을 초과하는 소자를 제조하기 어려울 수 있다.
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.
본 발명에 따른 램프에 포함되는 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 5는 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 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 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 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 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 상기 초소형 LED 소자의 활성층(22)과 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전극라인이 접촉되어 발생하는 단락을 방지하기 위해 초소형 LED 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막(30);을 포함한다.
또한, 바람직하게는 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 절연피막(30)이 코팅될 수 있다.
구체적으로 도 5에서 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 나노 단위의 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 6은 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 6과 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 6에서 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 6과 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 6과 같은 종래의 초소형 전극 어셈블리와 다르게 서로 다른 두 전극이 동일평면상에 이격되어 형성되고(도 8 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 수 밖에 없다. 따라서 이를 방지하기 위해 초소형 LED 소자는 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 반드시 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 수 밖에 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 반드시 필요하다.
구체적으로 도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 제1 전극과 제2 전극에 연결된 초소형 LED 소자의 평면도 및 수직단면도를 나타낸다. 구체적으로 도 7에서 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 연결될 가능성이 높아져 전기적 단락이 발생할 수 있으며 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 7의 제1 초소형 LED 소자(121)와 같이 활성층(121b)이 전극(131)에 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 만일하나 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.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 상기 절연피막(30) 위에 소수성 피막(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 피막(40)은 초소형 LED 소자의 표면에 소수성 특성을 갖게 하여 LED 소자들 간에 응집현상을 방지하기 위한 것으로서 초소형 LED 소자가 용매에 혼합될 때 초소형 LED 소자간에 응집을 최소화 하여 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 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자의 길이는 초소형 LED 소자와 서로 다른 두 전극 간에 전기적 연결을 위해 하기의 관계식 1을 만족할 수 있다. 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 일 수 있으며, 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 소자일 수 있다. 만일 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 7과 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 7의 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 절연피막을 포함하고 있어서 도 7의 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 7에서 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 7의 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 만족할 수 있다.
다만, 만일 초소형 LED 소자의 활성층이 특정한 도전성 반도체층 쪽으로 치우쳐 형성되고(도 7의 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 7에서 제5 초소형 LED 소자(125)는 제1 전극(111) 및 제2 전극(131)에 동시에 연결되어 있다. 그러나 도 7에서 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 7에서 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.
다음으로 상기 초소형 LED 소자가 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 형태에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 일구현에 따르면, 바람직하게는 광추출 효율(extraction efficiency)을 더욱 향상시키기 위해 상기 제1 전극 및 제2 전극과 연결된 초소형 LED 소자들은 기판에 대하여 평행하게 누워있을 수 있다. 보다 더 바람직하게는 초소형 LED 소자들은 기판에 대하여 수평으로 누워있을 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리의 사시도로서 복수개의 초소형 LED 소자(160c)는 상기 제1 전극(102a)과 제2 전극(102b)에 베이스기판(160d)에 대해서 평행하게 “누워있는 형상”으로 연결될 수 있다.
더 구체적으로 도 9a는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 SEM 사진을 나타낸다. 상기 SEM 사진의 대상이 된 본 발명의 바람직한 일구현예의 경우 제1 전극의 폭은 3㎛, 제2 전극의 폭은 3 ㎛이며 전극간의 간격은 2㎛ 이었고 전극의 두께는 2㎛ 이었다. 또한, 전극과 연결하는 초소형 LED는 길이가 2㎛ 이고 반경은 500 nm 이고, 전극에 연결시키기 위해 투입된 페이스트 농도는 아세톤 100중량부에 대해 상기 초소형 LED소자가 1.0 중량부로 혼합되었다. 나아가, 초소형 LED 소자를 전극에 자기정렬시키기 위해 전압 VAC = 30 V, 주파수 500 kHz 인 교류전원을 전극라인에 1 분 동안 인가하였다.
상기 SEM 사진을 통해 확인할 수 있듯이 초소형 LED 소자가 제1 전극, 제2 전극에 걸쳐서 있거나 상기 두 전극 사이에 끼어서 연결되고 있고 연결되었을 때의 LED 소자가 누워있는 형상임을 알 수 있다.
또한, 도 9b 및 도 9c는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리에 대한 청색 전계 발광 사진으로써, 도 9b는 명실에서, 도 9c는 암실에서 촬영한 사진이며, 상기 사진의 대상이 된 본 발명의 바람직한 일구현예의 경우 가로× 세로 0.6 cm× 0.7 cm의 면적에 형성된 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 단위전극으로 상기 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 초소형 LED가 점으로 발광하는 모습을 잘 보여 줄 뿐만 아니라 이들이 합쳐져서 면 발광을 하고 있는 것을 나타내고 있다.
이는 초소형 LED를 사용해서 넓은 면적의 전극 위에 다수의 초소형 LED를 쉽게 조립하여 면 발광을 구현 할 수 있는 것을 문헌상 최초로 보여 줄 뿐만 아니라 전극의 사이즈 조절을 통해서 다양한 형태의 점광원, 선광원, 면광원의 응용이 가능하다는 사실을 잘 보여주고 있다. 또한, 투명한 베이스기판을 사용할 경우 투명 광원으로 응용하여 구현할 수 있다. 나아가 플렉서블(flexible)한 베이스 기판을 사용할 경우 유연한 광원을 구현할 수 있음을 보여주고 있다.
따라서 본 발명 바람직한 일구현예에 따른 상호 교번적 전극 위에 초소형 LED를 수평으로 조립하여 제작한 누워 있는 초소형 LED 소자는 광추출효율이 매우 우수한 고효율 LED 소자이며 상기 초소형 LED 소자를 포함하여 점광원, 선광원 및 면광원 등의 다양한 형태로 구현 할 수 있다는 사실을 문헌상 최초로 보여 주고 있다.
또한, 상기 도 9b 및 도 9c의 대상이 된 본 발명의 바람직한 일구현예의 경우 초소형 LED 소자와 전극 간에 금속오믹층을 포함하지 않은 상태로 금속오믹층을 더 형성시켜 초소형 LED 소자와 전극간의 저항을 더 줄인다면 발광효율이 더 증가된 LED 램프를 구현할 수 있다.
나아가, 도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 전극어셈블리의 전계 발광 스펙트럼으로써, 본 발명의 바람직한 일구현예의 전계 발광하는 모습을 스펙트로포토미터로 측정한 결과이다. 상기 전계 발광하는 청색 초소형 LED 소자는 웨이퍼(wafer) 기판을 사용해서 제작한 초소형 LED 소자로 초소형 LED 소자를 제작하기 위해서 사용한 여러 가지 건식식각 공정과 레이져 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 거친 초소형 LED 소자가 서로 다른 전극의 사이에 자기조립 된 이후에도 도 10의 발광 스펙트럼과 같이 원래의 청색 발광을 잘 유지하고 있다는 사실을 보여주고 있다.
이는 수평으로 배열된 초소형 LED 소자를 제작하는 공정 중에 발생할 수 있는 결함(defect)들이 최소화 되었다는 사실을 간접적으로 보여주고 있다. 즉 청색 웨이퍼(wafer)를 사용해서 초소형 LED 소자를 제작하는 과정에서 상기 웨이퍼 기판에 존재하는 응력과 결함(defect)들이 LED 소자의 사이즈를 초소형으로 줄이는 공정과 에칭 공정을 통해서 제거되어 결정성이 우수한 초소형 LED 소자가 제작되었으며 상기 결정성이 우수한 초소형 LED 소자가 LED 램프에 포함되어 서로 다른 전극에 자기정렬된 상태에서도 우수하게 발광하고 있다는 것을 보여주고 있다.
본 발명은 상기와 같이 초소형 LED 소자를 베이스기판에 대해 누워있는 형상으로 연결시킴으로써 광추출 효율을 극대화 시킬 수 있다.
일반적으로 LED 소자의 성능은 외부 양자효율로 평가하게 된다. 외부 양자효율이란 LED 소자로 단위시간 동안 주입되는 캐리어(carrier)의 수에 대한 단위시간 동안 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 단위시간동안 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 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 재 흡수 되거나 열로 사라지기 때문이고 이는 기존 박막형 구조를 사용하여 LED 소자를 제조하는 것에 기인한다.
본 발명에서는 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 LED 램프를 제공할 수 있다.
구체적으로 도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함된 초소형 LED 소자의 TEM 사진으로써 도 11a는 원기둥 형상의 초소형 LED 소자의 전체 모습을 보여주는 TEM 사진이며, 도 11b는 초소형 LED 소자의 표면에 대한 고해상도 TEM사진이다. 도 11b에서 확인할 수 있듯이 초소형 LED를 제작하기 위해서 건식식각 공정과 레이져 리프트 오프(laser lift-off) 공정을 거친 후에도 초소형 LED 소자 표면 부근의 InGaN 결정의 원자 배열이 규칙적으로 잘 배열되어 있음을 알 수 있다. 이를 통해 여러 가지 제조공정을 통해서 얻어진 초소형 LED 소자의 결정성이 매우 우수하다는 것을 직접적으로 보여주고 있으며 이로써 고효율 초소형 LED 소자의 제작이 가능하다는 사실을 잘 보여 주고 있다. 즉, 제작된 초소형 LED 소자의 결정성이 매우 우수하므로 내부 양자효율이 우수한 동시에 초소형 LED 소자가 서로 다른 전극 사이에 수평으로 정렬되어 광 추출효율이 우수하므로 내부 양자 효율 및 외부 양자 효율이 우수한 고효율 LED 소자가 포함된 LED 램프의 구현이 가능하다는 사실을 직접적으로 보여 주고 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 바람직하게 상기 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 단위 전극 면적은 1 ㎛2 내지 10 m2일 수 있다.
만일 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 단위 전극 면적이 1 ㎛2 미만인 경우 포함되는 초소형LED 소자의 개수가 적어 LED 램프의 기능발휘가 어려울 수 있고, 단위 전극의 제조가 어려울 수 있으며, 초소형 LED의 길이를 더 줄여야 하므로 초소형 LED 제조에도 문제점이 있을 수 있다. 만일 10 m2 를 초과하는 경우 포함되는 초소형LED 소자의 개수가 많아져 제조단가가 상승할 수 있고 정렬되는 초소형 LED의 분포의 불균일성 문제점이 있을 수 있다.
또한, 바람직하게는 초소형 LED 전극어셈블리 면적 100 × 100㎛2 당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개 일 수 있고 더 바람직하게는 10 내지 10.000 개 일 수 있다. 만일 초소형 LED 전극어셈블리 면적 100 × 100㎛2 당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수가 2 개 미만인 경우 LED 램프의 기능발휘가 어렵거나 조도가 낮은 LED 램프일 수 있으며 일부 초소형 LED가 불량일 경우 LED 램프 기능저하 또는 기능상실의 원인이 되는 문제점이 있을 수 있다. 만일 초소형 LED 소자가 100.000 개를 초과하여 포함할 경우 제조단가가 상승하며, LED 소자들의 정렬에 문제점이 있을 수 있다. 상기 “초소형 LED 전극어셈블리의 면적”은 초소형 LED가 실질적으로 실장될 수 있는 전극영역의 면적을 의미한다.
본 발명의 바람직한 일구현에 따르면, 상기 제1, 2 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층이 포함될 수 있다. 금속오믹층을 형성하는 이유는 복수개의 초소형 LED가 연결된 서로 다른 두 전극에 전원을 인가하면 초소형 LED 소자들이 발광을 하는데, 이때 전극과 초소형 LED 소자 간에 큰 저항이 발생할 수 있는바 이와 같은 저항을 줄이기 위해 금속오믹층이 포함될 수 있다. 금속오믹층을 형성할 수 있는 금속은 금, 은, 백금, 금 나노크리탈, 은 나노크리탈 및 백금 나노크리탈로 구성된 군에서 선택된 어느 하나의 금속일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며 전극과 초소형 LED 소자 간에 발생할 수 있는 저항을 줄일 수 있는 금속의 경우 사용 가능하다. 금속오믹층의 두께는 바람직하게는 1 내지 100 nm 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 연결된 전극영역을 둘러싸는 절연격벽을 더 포함하며, 상기 절연격벽은 베이스 기판상에 형성되고, 상기 베이스기판에서 절연격벽 상단까지 수직거리는 0.1 ~ 100㎛일 수 있다.
상기 절연격벽은 후술될 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 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 집중하여 배치될 수 있도록 하는 역할을 담당한다.
상기 절연격벽의 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.
코팅되는 격벽의의 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 전극어셈블리를 포함하는 LED 램프의 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.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 바람직하게는 UV LED, 청색 LED, 녹색LED 및 적색 LED 중 어느 한 종류의 소자를 포함할 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 바람직한 일구현예는 UV 광, 청색광, 녹색광 및 적색광 중 어느 한 종류의 광이 조사되는 LED 램프일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현에 따르면, 지지체 내부에 구비되며 초소형 LED 로부터 조사된 광에 여기되는 형광체를 더 포함할 수 있다.
상기 초소형 LED가 UV 초소형 LED인 경우 UV에 의해 여기되는 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나인 형광체가 바람직할 수 있고, 이때, 선택된 어느 한 색상을 발광하는 단색 LED 램프일 수 있다. 또한, 바람직하게는 UV에 의해 여기되는 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 청색/황색, 청색/녹색/적색 및 청색/녹색/호박색/적색 중 어느 한 종류의 혼합 형광체 일 수 있고 이 경우 형광체에 의해 백색광이 조사될 수 있다.
또한, 상기 초소형 LED소자가 초소형 청색 LED인 경우 청색에 의해 여기되는 상기 형광체는 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나 이상인 형광체가 바람직할 수 있다. 보다 바람직하게는 청색/황색, 청색/녹색/적색 및 청색/녹색/호박색/적색 중 어느 한 종류의 혼합 형광체 일 수 있고 이 경우 형광체에 의해 백색광이 조사될 수 있다.
바람직하게 상기 황색 형광체는 Y3Al5O12:Eu, Lu3Al5O12:Eu, (Sr,Ba)3SiO5:Eu, (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu, Ca-α-SiAlON:Eu 및 (Ba,Eu)ZrSi3O9 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형광체일 수 있다.
바람직하게 상기 청색 형광체는 ZnS:AgCl, ZnS:AgAl, (Sr,Ba,Ca,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu, (Ba,Sr)MgAl10O17:Eu, BaMgAl10O17:Eu, (Sr,Ba)3MgSi2O8:Eu, LaSi3N5:Ce, LaSi5Al2ON9:Eu, Sr2MgSi2O7:Eu, CaMgSi2O6:Eu로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형광체일 수 있다.
바람직하게 상기 녹색 형광체는 SrGa2S4:Eu, (Sr,Ca)3SiO5:Eu, (Sr,Ba,Ca)SiO4:Eu, Li2SrSiO4:Eu, Sr3SiO4:Ce,Li, β-SiALON:Eu, CaSc2O4:Ce, Ca3Sc2Si3O12:Ce, Caα-SiALON:Yb, Caα-SiALON:Eu, Liα-SiALON:Eu, Ta3Al5O12:Ce, Sr2Si5N8:Ce, (Ca,Sr,Ba)Si2O2N2:Eu, Ba3Si6O12N2:Eu, γ-AlON:Mn 및 γ-AlON:Mn,Mg 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형광체일 수 있다.
바람직하게 상기 호박색 형광체는 (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu (Sr,Ba,Ca)3SiO5:Eu 및 (Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형광체일 수 있다.
바람직하게 상기 적색 형광체는 (Sr,Ca)AlSiN3:Eu, CaAlSiN3:Eu, (Sr,Ca)S:Eu, CaSiN2:Ce, SrSiN2:Eu, Ba2Si5N8:Eu, CaS:Eu, CaS:Eu,Ce, SrS:Eu, SrS:Eu,Ce 및 Sr2Si5N8:Eu로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 형광체일 수 있다.
다만, 본 발명은 상술한 색채별 형광체의 구체적 종류에 한정되는 것은 아니다.
또한, 만일 형광체를 포함하지 않는 경우 지지체 내부는 투명한 실리콘바인더, 유기폴리머, 무기폴리머, 유리물질 중 어느 하나 이상의 물질로 채워질 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일구현에 따르면, 상기의 초소형 LED 전극어셈블리는 지지체 내부에 복수개로 포함될 수 있다.
바림직하게는 상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 선배열 또는 면배열로 배열될 수 있다. 다만, 상기 기재에 제한되는 것은 아니며 상기 지지체의 형상 및/또는 초소형 전극어셈블리가 포함되는 LED 램프의 사용목적에 따라 구체적인 배열 형태는 변할 수 있다.
상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 청색 LED, 녹색 LED, 황색 LED 및 적색 LED 중 어느 두 색상 이상의 초소형 LED를 색상별로 각각 독립적으로 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리일 수 있다. 이때 상기 초소형 전극어셈블리 각각은 단일색의 LED 소자를 포함할 수 있다.
이에 따라 초소형 청색 LED 전극어셈블리, 초소형 녹색 LED 전극어셈블리, 초소형 적색 LED 전극어셈블리 및 초소형 황색 LED 전극어셈블리 중 어느 두 색상 이상의 초소형 전극어셈블리를 복수개 구비함으로써 다양한 색이 발광되는 LED 램프를 구현할 수 있다. 또한, 초소형 청색 LED 전극어셈블리, 초소형 녹색 LED 전극어셈블리, 초소형 적색 LED 전극어셈블리를 복수개 구비함으로써 백색 LED 램프를 구현할 수도 있다.
백색 LED 램프를 구현할 수 있는 구체적으로 구현예로써, 초소형 청색 LED 전극어셈블리, 초소형 녹색 LED 전극어셈블리 및 초소형 적색 LED 전극어셈블리로 구성하여 형광체를 뺀 투명 수지층을 지지체에 포함시키거나, 초소형 청색 LED 전극어셈블리 및 청색에 의해서 여기되는 형광체로 황색, 녹색, 호박색 및 적색 형광체중 어느 하나 이상을 지지체에 포함시키거나 또는 초소형 UV LED 전극어셈블리 및 UV에 의해서 여기되는 형광체로 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 형광체중 어느 하나 이상을 지지체에 포함시킬 수 있다.
이상으로 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예에 의한 LED 램프는 바람직하게 다음의 제조공정을 통해 제조될 수 있다. 다만, 하기 기재되는 제조공정에 제한되는 것은 아니다.
도 12은 본 발명에 따른 바람직한 일구현예의 제조공정을 나타내는 사시도이다. 도 12a는 베이스 기판(100)으로서 바람직하게는 투명한 유리기판, 세라믹기판, 플라스틱기판 및 반사도가 높은 금속 기판 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 다만, 상기 종류에 한정되는 것은 아니며 통상 전극이 형성될 수 있는 베이스 기판의 경우 어느 종류나 사용될 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 변할 수 있다. 바람직하게 상기 베이스기판의 두께는 100㎛ 내지 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후 도 12b와 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 2 참조)에 상응하는 패턴(102a, 102b)이 그려진 마스크(102)를 도 12c와 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 12d와 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 12e와 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 투명물질 일수 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 전극 형성 물질은 제2 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 투명물질 일수 있다, 상기 전극 형성 물질이 2종 이상일 경우 바람직하게는 제2 전극은 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있다. 보다 더 바람직하게는 제2 전극은 타이타늄/골드로 2종 물질이 적층된 전극일 수 있다. 다만 제2 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(105)을 증착한 이후 도 12f와 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(103’a(도 1의 160a), 103’b(도 1의 160b)을 제조할 수 있다.
이후 도 12g와 같이 상기에서 제조된 제1, 제2 전극라인에 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액(106, 107)을 투입할 수 있다. 상기 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액(106, 107)은 복수개의 초소형 LED 소자(106)를 용매(107)에 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 용액은 잉크 또는 페이스트 상일 수 있다.
상기 용매(107)는 초소형 LED 소자(106)에 물리적, 화학적 손상을 가하지 않으면서, 초소형 LED 소자의 분산, 이동을 원활히 할 수 있고, 동시에 쉽게 기화 시킬 수 있는 등 제거가 용이한 용매인 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 다만, 바람직하게는 아세톤, 물, 알코올 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세톤일 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 기능발휘가 어려울 수 있고, 이를 극복하기 위하여 여러 번 용액을 적가해야 되는 문제점이 있을 수 있으며, 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, 100 중량부를 초과하는 경우 초소형 LED 소자들 개개의 이동이나 정렬이 방해를 받을 수 있는 문제점 이 있을 수 있다.
상기 복수개의 초소형 LED 소자(106)를 포함하는 용액을 투입한 후 상기 제1 전극과 제2 전극에 복수개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 도 12h와 같이 전극라인에 전원을 인가하여 복수개의 초소형 LED 소자(106)들을 자기정렬 시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 복수개의 초소형 LED 소자(106)들은 제1 전극(103’a)과 제2 전극(103’b)에 도 12h와 같이 전원을 인가함으로써 자기정렬되어 제1 전극(103’a)과 제2 전극(103’b)에 동시에 연결된다.
만일 일반적인 LED 소자라면 직접적으로 물리적으로 배치하여 동일평면상 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.
바람직하게 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 도 12i와 같이 서로 다른 두 전극에 동시에 연결될 수 있다.
한편, 상기 전극라인에 전원을 인가하는 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.
본 발명은 상술한 여러 인자들을 조절하여 목적에 따라 전극에 연결되는 LED 소자의 개수를 조절할 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액 대신에 초소형 LED 소자를 전극라인에 투입한 이후 용매를 전극라인에 별도로 투입하고, 전원을 전극라인에 인가하여 초소형 LED 소자를 자기정렬 시켜 제1 전극과 제2 전극에 연결시킬 수 도 있다. 이러한 방법은 상술한 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 전극라인에 투입하는 경우에 비해 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 집중하여 배치시킬 수 있는 이점이 있다. 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 전극라인에 투입하는 경우 전극라인영역 중 초소형 LED 소자가 뭉쳐 특정부분에만 배치되거나 소자가 외곽으로 퍼져나가 실장되거나 또는 실장조차 되지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 도 12i 이후에 초소형 LED 소자와 제1 전극, 제2 전극이 연결되는 부분에 금속오믹층을 형성할 수 있다. 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, 초소형 LED 전극어셈블리의 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 베이스기판 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.
상기와 같이 제조된 초소형 전극어셈블리(도 12i)는 도 12j와 같이 지지체 내부에 구비되어 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 LED 램프로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 구현예에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리는 절연격벽을 포함할 수 있는데, 이하 상기 절연격벽의 제조방법에 대해 설명한다. 다만, 후술되는 제조방법에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 도 13는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(100)상에 형성된 전극라인에 절연격벽(107)을 형성시키는 제조공정을 나타내는 모식도로써, 상술한 도 12f와 같이 베이스기판(100)상에 증착된 전극라인(103’a, 103’b)을 제조한 후 절연 격벽(107)을 제조할 수 있다.
먼저, 도 13a와 같이 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(100)상에 형성된 전극라인(103a, 103b)상에 도 13b와 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 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(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 13c와 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 13d와 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 습식 에칭(wet ethching) 또는 건식 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 13e와 같이 베이스 기판(100) 및 전극라인(103a, 103b)이 노출될 수 있다.
다음으로 도 13f와 같이 아세톤, N-메틸피롤리돈 (1-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 및 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide, DMSO) 중 어느 하나의 광 레지스트 제거제를 이용하여 베이스기판(100)상에 코팅된 광 레지스트(105)층을 제거하면 베이스기판(100)상에 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장되는 영역(도 13f의 P)을 제외한 영역에 절연격벽(104’)을 제조할 수 있고 상기 도 13f의 실장영역(P)에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액를 투입하여 도 12g 이하의 공정을 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 일구현예는 지지체; 및 상기 지지체 상부에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리;를 포함하며, 상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프를 포함한다.
상술한 본 발명의 제1 구현예와 중복되는 내용의 기재는 생략하고, 차이점을 위주로 설명한다.
구체적으로 도 14는 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 LED 램프의 사시도로서 지지체(300), 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333), 제Ⅰ 전극(310), 제 Ⅱ 전극(320)이 구비된다.
상기 지지체(300)는 바람직하게는 유리, 금속, 플라스틱 및 세라믹 소재로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 소재일 수 있다. 다만, 상기 종류에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 지지체는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 플렉서블한 지지체(300) 통해 LED 램프가 사용되는 장소, 목적에 따라 활용도가 증가할 수 있다.
상기 지지체(300)의 면적은 제한이 없으며 응용 영역이 점광원 또는 면광원 인지 여부에 따라 마이크로 단위에서 미터 단위까지 크기변화가 가능하다. 또한, 지지체(300) 상부에 형성되는 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 단위 전극 면적의 면적, 초소형 LED 전극어셈블리의 개수 및 LED 램프의 사용목적 등에 따라 변할 수 있다.
상기 지지체(300)의 형상은 평면일 수 있으며, 지지체(300)의 적어도 일면에 초소형 LED로부터 조사된 광에 여기되는 형광체층(340)이 코팅될 수 있다.
구체적으로 상기 형광체층(340)은 초소형 LED의 발광 파장에 따라서 상술한 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 형광체 중 어느 하나 이상을 알코올류, 아세톤, 유기용매류 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용매와 투명한 실리콘 바인더, 폴리머수지 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 바인더를 혼합하여 제조된 코팅액을 통해 형성될 수 있다. 상기 코팅액은 용매 100중량부에 대해 형광체를 1.0 내지 100 중량부 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 코팅액을 초소형 LED 전극어셈블리가 포함된 지지체(300) 상부에 스핀코팅, 전기분무코팅 및 스크린 프린팅 등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 방법으로 코팅하여 형광체층(340)을 형성할 수 있다. 상기 형광체층(340)의 두께는 바람직하게는 1.0 내지 1000㎛일수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 지지체(300)의 형상을 평면으로 함으로써 초소형 LED 전극어셈블리의 배열에 따라 LED 선광원 또는 면광원을 구현할 수 있다. 또한, 지지체의 적어도 일면에 초소형 LED로부터 조사된 광에 여기되는 형광체를 코팅됨으로써 단색광이 조사되는 선광원 또는 면광원 또는 백색광이 조사되는 선광원 또는 면광원을 구현할 수 있다.
상기 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333), 제Ⅰ 전극(310) 및 제 Ⅱ 전극(320)에 대한 설명은 상술한 제1 전극 및 제2 전극과 같은바 생략한다. 다만, 본 발명의 바람직한 다른 일구현예는 상기 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333), 제Ⅰ 전극(310) 및 제Ⅱ 전극(320)은 베이스기판상을 포함하여 상기 지지체(300) 상부에 형성될 수 있다. 상기 베이스기판은 투명한 유리기판, 세라믹기판, 플라스틱기판 및 반사도가 높은 금속 기판 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 다만, 상기 종류에 한정되는 것은 아니며 통상 전극이 형성될 수 있는 베이스 기판의 경우 어느 종류나 사용될 수 있다. 상기 베이스기판의 소재는 상기 지지체(300)의 소재와 동일한 소재를 사용할 수 있고, 베이스기판 과 지지체(300)가 일체형 소재 일 수도 있다. 베이스기판은 바람직하게는 투명한 것일 수 있다. 또한, 바람직하게는 휘어지는 소재일 수 있다. 상기 초소형 LED 전극어셈블리의 베이스기판의 면적은 제한이 없으며 응용 영역이 점광원 또는 면광원 인지 여부에 따라 면적은 마이크로 사이즈에서 미터 사이즈까지 크기변화가 가능하다. 바람직하게 상기 베이스기판의 두께는 100㎛ 내지 1 mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 초소형 LED 전극어셈블리는 복수개로 포함될 수 있다. 상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 청색 LED, 녹색 LED, 황색 LED 및 적색 LED 중 어느 두 색상 이상의 초소형 LED를 색상별로 각각 독립적으로 포함하는 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리일 수 있다. 이때 상기 초소형 전극어셈블리 각각은 단일색의 LED 소자를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 선배열 또는 면배열로 배열될 수 있다.
구체적으로 도 14, 16은 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따른 LED 램프의 사시도로서 도 14와 같이 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333)는 선배열로 지지체(300)상에 배열될 수 있고, 도 15과 같이 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333)는 면배열로서 지지체(300)상에 배열될 수 있다.
만일 도 14의 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333) 또는 도 15의 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리(331, 332, 333) 각각을 초소형 청색 LED 전극어셈블리, 초소형 녹색 LED 전극어셈블리 및 초소형 적색 LED 전극어셈블리로 구성하여 형광체를 뺀 통상적으로 사용되는 투명 수지층(도 14의 340, 도 15의 340)을 지지체 상부에 포함 시키거나 초소형 청색 LED 전극어셈블리 및 청색에 의해서 여기되는 형광체층(도 14의 340, 도 15의 340)을 황색, 녹색, 호박색 및 적색 형광체중 어느 하나 이상을 지지체(도 14의 300, 도 15의 300) 상부에 포함시키거나 또는 초소형 UV LED 전극어셈블리 및 UV에 의해서 여기되는 형광체층(도 14의 340, 도 15의 340)을 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 형광체중 어느 하나 이상을 지지체(도 14의 300, 도 15의 300) 상부에 포함시키는 경우 백색 LED 선램프 또는 백색 LED 면램프를 구현할 수 있다.
다만, 상기 도 14와 도 15의 경우 본 발명의 바람직한 일구현예로서 발명이 목적하는 LED 램프의 구현을 위해 도 14에서의 전극(310, 320), 도 15에서의 전극(310, 311, 320)의 구체적인 배치는 변형하여 실시할 수 있고 상기 도면의 도시에 제한되는 것은 아니다.
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 구성예에 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 1>
석영(Quartz) 재질의 두께 800 ㎛ 베이스 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/골드 이고, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역의 면적은 4.2 x 107 ㎛2이었다. 이후 상기 베이스 기판상에 도 13과 같은 절연격벽을 형성시켰으며, 상기 절연격벽의 재질은 이산화규소이고, 베이스기판에서 상기 절연격벽 끝단까지의 높이는 0.1 ㎛이며, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역(면적 4.2 x 107 ㎛2)을 제외하고 절연격벽을 베이스기판상에 형성시켰다.
이후 하기 표 1과 같은 스펙을 갖고, 도 5와 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 베이스 기판상에서 절연격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 떨어뜨리고 이후 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
상기 제조된 초소형 LED 전극어셈블리를 세라믹 재질의 컵형상 지지체 내부 밑면에 고정시켜 LED 램프를 제조하였다.
표 1
재질 길이(㎛) 직경(㎛)
제1 전극층 크롬 0.03 0.6
제1 도전성반도체층 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, 절연격벽을 형성시키지 않고, 절연 격벽이 없는 베이스 기판상에 형성된 전극라인에 초소형 LED 소자를 떨어뜨려 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였고 이를 이용해 LED 램프를 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 베이스 기판상에서 절연격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 떨어뜨리는 대신에, 초소형 LED 소자를 상기 전극라인 영역에 투입하고, 이후 초소형 LED 소자가 투입된 영역에 아세톤을 투입했으며, 이때 상기 투입된 아세톤은 초소형 LED 소자 100 중량부에 대해 아세톤을 10,000 중량부가 되도록 투입하였다. 상기 용매의 투입과 동시에 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였고 이를 이용해 LED 램프를 제조하였다.
<비교예>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 초소형 LED 소자의 활성층을 부분의 외부면에 절연피막이 없는 초소형 LED 소자를 이용하여 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였고 이를 이용해 LED 램프를 제조하였다.
<실험예 1>
실시예 1, 2 및 비교예에서 제조된 초소형 전극어셈블리에 대해 전극라인에 전압 VAC = 30 V, 주파수 950 kHz 인 교류전원을 1분 동안 인가하여 청색을 발광하는 초소형 LED 소자의 개수를 광학현미경을 통해 관찰하여 그 수를 카운팅한 후 하기 표 2에 나타내었다.
표 2
청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수
실시예 1 8604
실시예 2 4508
실시예 3 8945
비교예 2792
구체적으로 상기 표 2를 통해 확인할 수 있듯이, 초소형 LED 소자의 활성층에 절연피막을 포함하지 않은 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리인 비교예의 경우 실시예 1 내지 3 보다 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수가 현저히 적었으며, 이를 통해 초소형 LED 소자의 활성층이 전극과 접촉되어 전기적 단락이 많이 발생했음을 확인할 수 있다.
또한, 절연격벽이 없는 전극라인상에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입한 실시예 2의 경우 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수가 실시예 1에 비해 적었으며, 이를 통해 절연 격벽이 없는 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하면 초소형 LED 소자가 실장될 수 없는 전극라인 외각으로 초소형 LED 소자가 퍼져나가 목적하는 전극라인에 전기적으로 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 감소했음을 알 수 있다.
또한, 초소형 LED 소자를 용액상태로 투입한 실시예 1에 비해 초소형 LED 소자를 투입한 후 전원인가와 동시에 용매를 투입한 실시예 3이 청색 발광하는 초소형 LED 소자의 개수에서 현저히 증가했음을 확인할 수 있고, 이를 통해 초소형 LED 소자를 용액상태로 투입 시 소자가 실장될 수 없는 영역으로도 초소형 LED 소자의 퍼짐성이 강하고, 이에 따라 실장되지 않는 LED 소자가 있을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
<실험예 2>
초소형 LED 소자의 종횡비에 따른 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키는데 요구되는 전압을 측정하였다. 이때 초소형 LED 소자의 종횡비는 하기 표 3과 같이 변경하여 제조한 초소형 LED 소자를 사용하였고, 초소형 LED 소자가 자기정렬을 시작하는 최소 전압을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
표 3
길이(H, ㎛) 직경(D, ㎛) 종횡비(AR=H/D) 인가전압(V)
실시예 4 2 2 1 -
실시예 5 2 1.7 1.2 262
실시예 6 2 1.5 1.3 136
실시예 7 2 1.2 1.7 73
실시예 8 2 1 2 53
실시예 9 2 0.8 2.5 40
실시예 10 2 0.4 5 23
실시예 11 2 0.2 10 15
구체적으로 상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 초소형 LED 소자의 종횡비가 작아질수록 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 필요한 전원의 전압이 현저히 상승함을 확인할 수 있고, 초소형 LED 소자의 종횡비가 1.2 미만인 실시예 4의 경우 전원의 전압을 높여도 초소형 LED 소자가 전극에 자기정렬 시킬 수 없었다. 또한, 초소형 LED 소자의 종횡비가 각각 1.2, 1.3인 실시예 5 및 실시예 6의 경우 초소형 LED 소자를 자기정렬 시키기 위해 필요한 전압이 실시예 7에 비해 현저히 증가된 것을 확인할 수 있다.
<실험예 3>
실시예 1 및 실시예 3에서 제조된 초소형 전극어셈블리에 대해 1500배로 확대하여 광학현미경 사진을 촬영하였고, 그 결과를 실시예 1은 도 16, 실시예 3은 도 17에 각각 나타내었다.
도 17을 통해 확인할 수 있듯이 실시예 3의 경우 외곽으로 몰리지 않고 목적한 전극 부분으로 더 집중적으로 초소형 LED 소자가 자기정렬된 것에 반하여 도 16의 실시예 1은 초소형 LED 소자가 목적한 전극영역의 가운데 보다 외곽으로 초소형 LED 소자가 퍼져 자기정렬 되었고 초소형 LED 소자간에 뭉침현상이 매우 심한 것을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 지지체;
    상기 지지체 내부에 구비된 베이스기판; 및
    상기 베이스기판상에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리; 를 포함하며,
    상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 컵 형상이며,
    상기 컵 내부에 구비되고 초소형 LED 소자로부터 조사된 광에 여기되는 형광체를 더 포함하고,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 UV LED, 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED 중 어느 한 종류의 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리의 단위 면적 100 × 100㎛2당 초소형 LED 소자의 개수는 2 내지 100,000 개인 것을 특징을 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 이며, 종횡비는 1.2 ~ 100인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  5. 제1항에 있어서,
    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 하기의 관계식 1을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
    [관계식 1]
    0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 램프는 초소형 LED 전극어셈블리를 복수개로 포함하고, 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 선배열 또는 면배열로 배열되며,
    상기 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리는 청색 초소형 LED 소자, 녹색 초소형 LED 소자, 황색 초소형 LED 소자 및 적색 LED 소자 중 적어도 두 색상 이상의 초소형 LED소자를 색상별로 각각 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 초소형 LED소자가 초소형 UV LED소자인 경우 상기 형광체는 청색, 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 적어도 하나 이상이고,
    상기 초소형 LED소자가 초소형 청색 LED소자인 경우 상기 형광체는 황색, 녹색, 호박색 및 적색 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 연결된 전극영역을 둘러싸는 절연격벽을 더 포함하며, 상기 절연격벽은 베이스 기판상에 형성되고, 상기 베이스기판에서 절연격벽 상단까지 수직거리는 0.1 ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  9. 제5항에 있어서,
    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 하기의 관계식 1을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
    [관계식 1]
    Z ≤ H ≤ X + Y + Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.
  10. 지지체; 및
    상기 지지체 상부에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극과 동일 평면상에 이격되어 형성된 제2 전극 및 제1 전극과 제2 전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리;를 포함하며,
    상기 초소형 LED 소자는 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 외부면에 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지지체는 평면형상이며, 지지체의 적어도 일면에 초소형 LED 소자 로부터 조사된 광에 여기되는 형광체가 코팅된 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 초소형 LED 소자가 연결된 전극영역을 둘러싸는 절연격벽을 더 포함하며, 상기 절연격벽은 지지체상에 형성되고, 상기 지지체에서 절연격벽 상단까지 수직거리는 0.1 ~ 100㎛인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛이며, 종횡비는 1.2 ~ 100인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
  14. 제10항에 있어서,
    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 하기의 관계식 1을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
    [관계식 1]
    0.5Z ≤ H < X + Y + 2Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.
  15. 제14항에 있어서,
    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 하기의 관계식 1을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 이용한 LED 램프.
    [관계식 1]
    Z ≤ H ≤ X + Y + Z 이며, 여기서 100nm〈X≤10㎛, 100nm〈Y≤10㎛, 100nm〈Z≤10㎛이다.
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