KR101674052B1 - 초소형 led 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 스케일의 초소형 전극상에 나노 스케일의 초소형 LED 소자를 연결시킴에 있어 목적한 전극 위치에 초소형 LED 소자가 위치할 수 있도록 접근성을 향상시키고, 초소형 LED 소자의 배치에 소요되는 제조시간의 단축 및 편리성 향상을 통해 대량생산을 가능하게 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노 스케일의 초소형 전극상에 나노 스케일의 초소형 LED 소자를 연결시킴에 있어 목적한 전극 위치에 초소형 LED 소자가 위치할 수 있도록 접근성을 향상시키고, 초소형 LED 소자의 배치에 소요되는 제조시간의 단축 및 편리성 향상을 통해 대량생산을 가능하게 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법에 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.
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 두 전극의 배치는 다양하게 연구되어 왔다.
이러한 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 통상적인 크기의 LED 소자라면 3차원의 LED 소자를 수동 또는 기계적으로 일일이 하나하나 전극과 연결할 수 있지만 LED 소자가 나노단위 크기의 초소형일 경우 전극에 수동 또는 기계적으로 하나하나 연결시키는 매우 어려워 초소형 LED 소자를 나노스케일의 전극상에 배치시키고 배치된 초소형 LED 소자를 전극과 연결시키기 어려운 문제점이 있었다.
구체적으로 대한민국 특허출원 제2013-0080427호는 상기 후자의 방법에 따른 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자에 의해 발명된 것으로써, 더 구체적으로 도 1은 상기 특허출원에 개시된 초소형 LED 소자를 전극에 자기정렬 시키는 제조공정을 나타내는 모식도로써, 도 1a와 같이 독립하여 성장시켜 제조된 초소형 LED 소자(120)를 용매(140)에 포함시켜 용액상태로 베이스 기판(100)상에 형성된 나노 스케일의 초소형 전극(110, 130)상에 투입하고, 이후 도 1b와 같이 서로 다른 두 전극(110, 130)에 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 자기정렬 시켜 도 1c와 같이 초소형의 서로 다른 두 전극상에 연결시켰다.
이를 통해 초소형 LED 소자를 초소형의 서로 다른 두 전극에 연결시키기 어려운 종래의 난점은 극복할 수 있었지만, 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극에 투입함에 따라 초소형 LED 소자가 연결되어야 할 전극영역 이외의 전극영역으로 초소형 LED 소자가 펴져나감에 따라 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수는 현저히 적어지는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 초소형 LED 소자를 포함시켜 구현하려 하는 조명, 디스플레이의 성능을 현저히 저하시키고, 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극에 일일이 투입해야 하는바 대량생산에는 부적합한 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 반복해서 투입할 경우 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시킬 수 있어도 용액의 반복 투입에 따른 제조시간, 제조비용의 현저한 상승을 초래하고 대량생산에도 부적합한 문제점이 상존한다.
이에 따라 초소형 전극 중 목적하는 전극영역에 초소형 LED 소자를 보다 용이하게 배치시키고, 소자가 전극상에 배치된 이후에도 초소형 LED 소자가 목적하는 전극영역 이외로 퍼져나가지 않음으로써 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 보다 용이하게 연결시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 초소형 전극 중 목적하는 전극영역에 초소형 LED 소자를 보다 용이하게 배치할 수 있고, 소자가 전극상에 배치된 이후에도 초소형 LED 소자가 목적하는 전극영역 이외로 퍼져나가지 않음으로써 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 보다 용이하게 연결시킬 수 있으며, 전극상 초소형 LED 소자의 배치시간을 현저히 감소시키고, 배치의 편리성을 향상시켜 대량생산을 가능하게 하는 동시에 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시켜 우수한 품질의 LED 램프, LED 디스플레이 등의 제품으로 응용될 수 있는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (1) 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유가 포함된 복합섬유집합체;를 전극상에 투입시키는 단계; 및 (2) 상기 복합섬유의 섬유형성성분을 제거하는 단계;를 포함하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복합섬유 집합체는 실, 직물, 편성물 및 부직포 중 어느 하나의 형상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 내부에 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 배열될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복합섬유는 복수개의 초소형 LED 소자가 일렬로 열을 지어 형성된 심부; 및 섬유형성성분이 상기 심부를 감싸 형성된 초부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복합섬유의 직경은 초소형 LED 소자 단축길이의 1.2 ~ 8.0배일 수 있고 더 바람직하게는 1.2 ~ 6.0배일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 복수개의 열을 지어 배열될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 섬유형성성분은 PMMA (Poly(methyl methacrylate)), PVA (Polyvinyl alchol) PS (Polystyrene), PVC (Polyvinyl chloride) 및 PVA (Polyvinyl acetate) 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복합섬유는 섬유형성성분 100 중량부에 대해 초소형 LED 소자를 30 ~ 90 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 로드(rod) 형상이며, 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 하부에 형성된 제1 전극층; 및 제2 도전성 반도체층 상부에 형성된 제2 전극층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 외부면에는 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 코팅될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계는 섬유형성성분을 열 또는 용매 중 적어도 하나 이상을 처리하여 제거시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 용매는아세톤, 톨루엔 및 이소프로필알코올로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용매를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극상에 배치되고, 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체;를 포함하는 복합섬유 집합체를 포함하는 전극어셈블리를 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 베이스기판; 상기 베이스기판 상에 형성되는 복수의 전극; 및 섬유형성성분을 포함한 복합섬유로 상기 복수의 전극상에 투입된 후, 상기 섬유형성성분이 제거됨으로써 상기 복수의 전극상에 위치되는 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함하는 전극어셈블리를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 복합섬유에 포함되며,
상기 복합 섬유가 복수의 전극상에 투입된 후, 복합섬유의 섬유형성성분이 제거됨으로써 복수개의 초소형 LED 소자는 복수의 전극상에 적어도 하나 이상의 열을 지어 위치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 섬유형성성분으로 형성된 초부에 대하여 그 내부에 하나 이상의 열을 지은 심부 형상으로 복합섬유에 포함되며, 상기 복합섬유가 복수의 전극상에 투입된 후, 복합섬유의 초부가 제거됨으로써 복수개의 초소형 LED 소자는 복수의 전극상에 적어도 하나 이상의 열을 지어 위치될 수 있다.
본 발명의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유집합체는 초소형 LED 소자를 단순히 용매에 포함시켜 용액상태로 초소형 전극에 투입할 때에 비해 초소형 전극 중 목적하는 전극영역에 초소형 LED 소자를 보다 용이하게 배치할 수 있게 하고, 초소형 LED 소자가 전극상에 배치된 이후에도 초소형 LED 소자가 목적하는 전극영역 이외로 퍼져나가지 않음으로써 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 보다 용이하게 연결시킬 수 있으며, 전극상 초소형 LED 소자의 배치시간을 현저히 감소시켜 대량생산을 가능하게 하는 동시에 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시켜 우수한 품질의 LED 램프, LED 디스플레이 등의 제품으로 널리 응용될 수 있다.
도 1은 초소형 LED 소자를 전극에 자기정렬 시키는 제조공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도이다.
도 3은 초소형 LED 소자를 용매에 포함시켜 전극상에 투입한 후 전극상에 배치된 초소형 LED 소자를 나타내는 광학현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자의 사시도이다.
도 5는 종래의 초소형 전극 어셈블리의 수직단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체를 통해 초소형 LED 소자를 제1 전극과 제2 전극에 연결시킨 초소형 LED 전극어셈블리의 평면도 및 수직단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체를 통해 전극상에 초소형 LED 소자를 연결시킨 초소형 LED 전극어셈블리의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 복합섬유의 횡단면사시도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 복합섬유 제조에 사용되는 2중 관현 방사노즐의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 제조된 해도형 섬유의 횡단면사시도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 전극에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도이다.
도 3은 초소형 LED 소자를 용매에 포함시켜 전극상에 투입한 후 전극상에 배치된 초소형 LED 소자를 나타내는 광학현미경 사진이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자의 사시도이다.
도 5는 종래의 초소형 전극 어셈블리의 수직단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체를 통해 초소형 LED 소자를 제1 전극과 제2 전극에 연결시킨 초소형 LED 전극어셈블리의 평면도 및 수직단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체를 통해 전극상에 초소형 LED 소자를 연결시킨 초소형 LED 전극어셈블리의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 복합섬유의 횡단면사시도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 복합섬유 제조에 사용되는 2중 관현 방사노즐의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 제조된 해도형 섬유의 횡단면사시도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 전극에 대한 사시도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래에 초소형 LED 소자를 초소형의 전극에 연결시키기 위해서는 초소형 LED 소자를 용매에 포함시켜 용액상태로 전극에 투입하여 초소형 LED 소자를 전극상에 배치시켰는데, 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극에 투입함에 따라 초소형 LED 소자가 연결되어야 할 전극영역 이외의 전극영역으로 초소형 LED 소자가 펴져나감에 따라 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수는 현저히 적어지는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 문제점은 초소형 LED 소자를 포함시켜 구현하려 하는 조명, 디스플레이의 성능을 현저히 저하시키고, 초소형 LED 소자를 용액상태로 전극에 일일이 투입해야 하는 바 대량생산에는 부적합한 문제점이 있었다. 나아가, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 반복해서 투입할 경우 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시킬 수 있어도 용액의 반복 투입에 따른 제조시간, 제조비용의 현저한 상승을 초래하고 대량생산에도 부적합한 문제점이 상존했다.
이에 본 발명에서는 (1) 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체;를 전극상에 투입시키는 단계; 및 (2) 상기 복합섬유의 섬유형성성분을 제거하는 단계;를 포함하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 초소형 전극 중 목적하는 전극영역에 초소형 LED 소자를 보다 용이하게 배치할 수 있고, 소자가 전극상에 배치된 이후에도 초소형 LED 소자가 목적하는 전극영역 이외로 퍼져나가지 않음으로써 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 보다 용이하게 연결시킬 수 있으며, 전극상 초소형 LED 소자의 배치시간을 현저히 감소시켜 대량생산을 가능하게 하는 동시에 목적하는 전극영역에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 (1) 단계로써, 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체;를 전극상에 투입시키는 단계에 대해 설명한다.
먼저, 복합섬유집합체에 포함되는 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유에 대해 설명한다.
구체적으로 도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유의 사시도로써, 복합섬유(30A)는 섬유형성성분(10) 및 복수개의 초소형 LED 소자(20)를 포함하고, 상기 복수개의 초소형 LED 소자(20)는 섬유형성성분(10)의 내부에 포함되어 있다.
상기 섬유형성성분은 내부에 포함되는 복수개의 초소형 LED 소자를 담지하는 지지체의 역할을 하여 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 배치시키기 보다 더 용이한 접근성을 제공할 수 있고, 복수개의 초소형 LED 소자를 용액상태로 관리하는 것에 비해 취급의 용이성이 있으며, 대면적의 초소형 전극라인 중 목적하는 전극영역에 초소형 LED 소자를 배치하기 용이함에 따라 대량생산 및 대면적의 전극어셈블리를 구현하는데 보다 더 유리할 수 있다.
종래의 초소형 LED 소자는 초소형의 전극에 배치될 때 용매에 포함되어 용액상태로 전극상에 투입되는데, 이때 초소형 LED소자는 용액 내에서 일정한 방향성 없이 부유함에 따라 용액을 처음 투입한 곳이 LED 소자를 배치시키려는 목적한 전극영역일지라도 용액의 투입 이후에는 초소형 LED 소자가 목적한 전극영역 밖 또는 목적한 전극영역의 가장자리 부분으로 퍼져나가 배치되는 문제점이 있었다.
구체적으로 도 3은 초소형 LED 소자를 용매에 포함시켜 전극상에 투입한 후 전극상에 배치된 초소형 LED 소자를 나타내는 광학현미경 사진으로써, 도 3을 통해 확인할 수 있듯이 초소형 LED 소자는 전극영역의 중심부가 아닌 가장자리 부분에 집중하여 배치된 것을 확인할 수 있다. 이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 연구를 계속하던 중, 초소형 LED 소자를 지지체에 포함시켜 목적한 전극영역에 배치시킬 경우 초소형 LED 소자가 목적한 전극영역 밖으로 퍼져나가는 것이 지지체에 의해 물리적으로 차단됨에 따라 초소형 LED 소자를 목적한 전극영역에 더 쉽게 배치시킬 수 있음을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
이에 따라 상기 섬유형성성분은 복수개의 초소형 LED 소자 담지하여 지지체로 기능할 수 있는 물질인 경우 제한 없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 후술하는 (2) 단계에서 통해 쉽게 제거될 수 있고, 섬유로 제조할 수 있으며, 초소형 LED 소자에 물리적/화학적 영향을 미치지 않는 물질일 수 있다. 보다 바람직하게는 열에 제거되는 열가소성 고분자 화합물; 및/또는 아세톤, 톨루엔, 클로로포름 및 이소프로필알코올로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용매 의해 제거되는 고분자 화합물; 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로 상기 열에 의해 제거되는 열가소성 고분자 화합물은 융점이 50 ~ 400℃, 보다 바람직하게는 50 ~ 300℃일 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, PMMA (Poly(methyl methacrylate), PS (polystyrene), PVC (polyvinyl chloride), PVA (polyvinyl acetate), PE (polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate), PP (polypropylene) 등의 고분자 화합물을 1종 또는 2종 이상 병용할 수 있다. 또한, 상기 용매에 의해 용해되는 고분자 화합물은 PMMA (Poly(methyl methacrylate)), PS (Polystyrene), PVC 및 PVA 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 섬유형성성분으로 지지체로 기능할 수 있는 동시에 열에 의한 제거 및/또는 용매에 의해 용해되어 쉽게 제거될 수 있는 고분자화합물이 보다 바람직한 이유는 복합섬유를 적어도 하나 이상 포함하는 복합섬유집합체가 전극상에 배치된 후 초소형 LED 소자를 전극에 직접적으로 연결시키기 위해서는 초소형 LED 소자를 감싸고 있는 섬유형성성분의 제거가 요구되기 때문이다. 이에 따라 쉽게 열 및/또는 용매 등에 의해 제거될 수 있는 고분자화합물이 특히 바람직하며, 이를 통해 복합섬유집합체를 전극상에 배치 후 후술한 (2) 단계에서 섬유형성성분을 제거하고 초소형 LED 소자를 전극상에 위치시키는데 소요되는 시간을 현저히 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 섬유형성성분이 용매에 의해 용해되는 고분자화합물인 경우 한번의 용매 투입을 통해 섬유형성성분의 제거 및 초소형 LED 소자의 자기정렬을 동시에 할 수 있는 이점이 더 있다. 구체적으로 도 1a에서 초소형 LED 소자(120)를 용매(140)에 포함시켜 전극(110, 130)에 투입하는 이유는 용매가 없는 상태에서 초소형 LED 소자는 이동성이 거의 없어 전극에 자기정렬이 어렵기 때문이다. 더 구체적으로 도 1b와 같이 전극(110, 130)에 전원을 인가시 초소형 LED 소자(120)의 외표면은 전기장 유도에 의해 초소형 LED 소자의 길이방향 중심부를 기준으로 대칭하여 양전하 또는 음전하로 각각 하전되어 분극이 형성된다. 만일 용매가 없는 경우 소자의 외부표면이 분극된 초소형 LED 소자는 정전기적 인력에 의해 서로 다른 전위를 갖는 두 전극으로 이동하여 자기정렬 및 전극에 연결되기 매우 어려운 문제점이 있다 이에 따라 초소형 LED 소자의 이동성 향상을 위해 자기정렬 시킬 때는 용매와 같은 이동상이 필요한데, 만일 섬유형성성분이 용매에 의해 용해되는 고분자 화합물일 경우 후술하는 (2) 단계에서 복합섬유집합체에 용매를 투입하면 섬유형성성분은 용매에 용해되어 용액을 형성하고, 상기 용액은 전극상에 배치된 초소형 LED 소자를 이동시켜 자기정렬 시킬 수 있는 이동상으로 기능할 수 있어 섬유형성성분을 제거한 후 별도의 용매 투입 없이도 초소형 LED 소자를 전극에 자기정렬 및 연결 시킬 수 있는 이점이 있다.
다음으로 상술한 섬유형성성분과 함께 복합섬유에 포함되는 복수개의 초소형 LED 소자에 대해 설명한다.
본 발명에 사용될 수 있는 초소형 LED 소자는 일반적으로 조명 또는 디스플레이 등에 사용되는 초소형 LED 소자이면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 500 nm 내지 5㎛ 일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 길이가 100 nm 미만인 경우 고효율의 LED 소자의 제조가 어려우며, 10 ㎛ 를 초과하는 경우 LED 소자의 발광 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 초소형 LED 소자의 직경은 바람직하게는 100nm 내지 5㎛일 수 있다. 초소형 LED 소자의 형상은 로드(rod) 형상일 수 있고, 구체적으로 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있고, 바람직하게는 원기둥 형상일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다.
이하, 초소형 LED 소자의 설명에서 ‘위’, ‘아래’, ‘상’, ‘하’, ‘상부’ 및 ‘하부’는 초소형 LED 소자에 포함된 각 층을 기준으로 하여 수직의 상, 하 방향을 의미한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자의 사시도로써, 제1 도전성 반도체층(20b), 상기 제1 도전성 반도체층(20b)상에 형성된 활성층(20c) 및 상기 활성층(20c)상에 형성된 제2 도전성 반도체층(20d)을 나타낸다.
먼저, 제1 도전성 반도체층(20b)에 대해 설명한다.
상기 제1 도전성 반도체층(20b)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(20b)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(20b)상에 형성되는 활성층(20c)에 대해 설명한다.
상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(20c)은 상기 제 1도전성 반도체층(20b) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(20c)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(20c)으로 이용될 수 있음은 물론이다. 이러한 활성층(20c)에서는 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다. 바람직하게 상기 활성층(20c)의 두께는 10 ~ 200 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 활성층(20c)의 위치는 LED 종류에 따라 다양하게 위치하여 형성될 수 있다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 활성층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로, 상기 활성층(20c)상에 형성되는 제2 도전성 반도체층(20d)에 대해 설명한다.
상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(20c) 상에는 제 2도전성 반도체층(20d)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 제1도전성 반도체층(20b), 상기 활성층(20c), 상기 제 2도전성 반도체층(20d)을 최소 구성 요소로 포함하며, 각 층의 위/아래에 또 다른 형광체층, 활성층, 반도체층 및/또는 전극층을 더 포함할 수도 있다. 바람직하게 상기 제2 도전성 반도체층(20d)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.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 하부에 형성된 제1 전극층 및 제2 도전성 반도체층 상부에 형성된 제2 전극층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4에서 제1 도전성 반도체층(20b) 하부에 형성된 제1 전극층(20a) 및 제2 도전성 반도체층(20d) 상부에 형성된 제2 전극층(20e)을 나타낸다.
상기 제1 전극층(20a) 및 제2 전극층(20e)은 통상의 LED 소자의 전극으로 사용되는 금속 또는 금속산화물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 각각 독립적으로 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), ITO 및 이들의 산화물 또는 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 제1 전극층(20a)의 두께 및 제2 전극층(20e)의 두께는 각각 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 초소형 LED 소자에 제1 전극층(20a) 및 제2 전극층(20e)을 포함할 경우 제1 도전성 반도체층(20b) 및/또는 제2 도전성 반도체층(20d);과 전극라인의 연통부위에 금속오믹층을 형성하는 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도로 금속오믹층을 형성 시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 초소형 LED 소자의 외부면에는 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 코팅될 수 있다.
절연피막(20f)은 초소형 LED 소자에 포함된 활성층(20c)이 전극과 접촉 시에 발생하는 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 또한, 절연피막(20f)은 초소형 LED 소자의 활성층(20c) 및 반도체층을 포함한 소자 외부 표면을 보호함으로써 초소형 LED 소자의 발광 효율 저하를 막을 수 있다.
구체적으로 도 4에서 절연피막(20f)은 활성층(20c)의 외부면을 포함하여 초소형 LED 소자의 외부면에 코팅되어 있다. 상기와 같은 절연피막(20f)은 전기적 단락을 더욱 방지하고, 반도체층의 외부 표면 손상에 따른 초소형 LED 소자의 내구성, 광추출 효율 저하를 방지하기 위해 제1 반도체층(20b) 및 제2 반도체층(20d) 중 어느 하나 이상에도 절연피막(20f)이 코팅될 수 있다. 다만, 광추출 효율의 저하를 논하기 앞서 전기적 단락이 발생시에는 초소형 LED 소자가 발광조차 되지 않는 치명적 문제점이 발생할 수 있기 때문에, 상기 초소형 LED 소자(20)의 외부면에는 적어도 활성층(20c) 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막(20f)이 코팅될 수 있다.
상기 전기적 단락의 문제가 발생할 수 있는 원인은 나노 단위의 초소형의 서로 다른 전극에 나노 단위의 초소형 LED 소자를 일일이 수동 또는 자동으로 배치 및 연결시키기 어렵기 때문이다. 이러한 초소형 LED 소자의 배치 및 연결 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 발명자는 서로 다른 전극에 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 한번에 자기정렬 시켜 서로 다른 두 전극에 연결시키는 방법을 사용했으나 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킬 때 초소형 LED 소자는 서로 다른 두 전극 사이를 이동, 정렬 등의 위치변경을 하게 되며, 이 과정에서 초소형 LED 소자의 활성층(20c)이 전극라인에 접촉 및 활성층(20c) 부분이 전극에 연결될 수 있어 전기적 단락이 빈번히 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 종래에 초소형 LED 소자를 전극에 실장하는 방법으로 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세우고, 상기 소자의 상부에 다른 전극을 배치시킬 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 경우이므로 소자를 서로 다른 두 전극에 전기적으로 연통시키지 못한 문제가 있을 뿐, 전기적 단락의 문제는 발생하지 않을 수 있다. 구체적으로 도 5는 종래의 초소형 전극 어셈블리의 수직단면도로써, 제1 전극라인(61)상에 제1 초소형 LED 소자(71)의 제1 반도체층(71a)이 연통되어 있고, 제2 반도체층(71c)이 제2 전극라인(62)에 연통되어 있으며, 제1 초소형 LED 소자(71)가 상하로 위치하는 두 전극(61, 62)에 직립하여 연통되고 있음을 확인할 수 있다. 도 5와 같은 전극어셈블리에서는 상기 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 않는다.
이에 반하여, 도 5에서 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 소자(72)가 제1 전극(61) 및 제2 전극(62)에 각각 연결 되지 않은 것이 문제될 뿐 전기적 단락은 문제되지 않는다.
따라서, 도 5와 같은 전극과 초소형 LED 소자의 연결구조를 갖는 초소형 LED 전극어셈블리에서 도 5의 제1 초소형 LED 소자(71)의 제1 도전성 반도체층(71a), 활성층(71b) 및 제2 도전성 반도체층(71c)의 외부면에 피막이 코팅되어 있더라도, 상기 피막은 초소형 LED 소자 외부 표면의 손상 방지를 통한 발광효율 감소의 목적 및 효과만 가질 수 있고 전기적 단락방지의 목적과 효과는 가지지 않는다.
그러나 본 발명에 따른 복합섬유집합체는 도 5와 같은 종래의 초소형 전극 어셈블리와 다르게 서로 다른 두 전극에 초소형 LED 소자를 눕힌 상태로 연결시키는데 이용됨에 따라 본 발명에 따른 복합섬유집합체에 포함된 초소형 LED 소자는 종래의 초소형 전극 어셈블리에서는 발생하지 않았던 초소형 LED 소자의 활성층과 전극간의 접촉 및/또는 연결에 따른 전기적 단락 문제가 필연적으로 발생할 수 밖에 없다. 이에 따라 이를 방지하기 위해 초소형 LED 소자의 외부면에는 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자와 같이 제1 도전성 반도체층, 활성층, 제2 도전성 반도체층이 순차적으로 수직하여 배열되는 구조의 초소형 LED 소자에서 활성층은 반드시 외부에 노출될 수 밖에 없다. 나아가, 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 밖에 없다. 따라서 전극과 활성층의 접촉을 방지하기 위해 활성층 부분의 외부면 전체를 덮어 코팅된 절연피막을 포함하는 초소형 LED 소자는 전기적 단락 없이 전극에 연결되어 발광하는데 있어서 절연피막이 소자의 외부면에 코팅되지 않은 LED 소자 보다 본 발명의 목적을 달성하는데 더 유리한 이점이 있다.
구체적으로 도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유를 통해 초소형 LED 소자를 제1 전극과 제2 전극에 연결시킨 초소형 LED 전극어셈블리의 평면도 및 수직단면도를 나타낸다. 도 6에서 확인할 수 있듯이 초소형 LED 소자는 전극면에 평행하게 누워서 서로다른 두 전극에 연결됨을 확인할 수 있다. 그러나 A-A 단면도와 같이 제1 초소형 LED 소자(121a, 121b, 121c) 중 활성층(121b)은 제1 초소형 LED 소자(121)의 중앙부에 위치하지 않고 왼쪽으로 많이 치우쳐 있으며, 이 경우 활성층(121b)의 일부가 전극(111)에 접촉될 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 활성층을 포함하는 외주연에 절연피막이 코팅될 수 있으며, 상기 절연피막으로 인해 도 6의 제1 초소형 LED 소자(121)와 같이 활성층(121b)이 전극에 연결되어 있어도 단락은 발생하지 않을 수 있다.
상기 절연피막(20f)은 바람직하게는 질화규소(Si3N4), 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(20f)의 역할을 하는 동시에 절연피막을 코팅함으로써 만일하나 발생할 수 있는 발광효율의 감소를 최소화할 수 있다.
다만, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 절연피막(20f)은 초소형 LED 소자의 제1 전극층(20a) 및 제2 전극층(20e) 중 어느 하나 이상의 전극층에는 절연피막이 코팅되지 않을 수 있고, 보다 바람직하게는 두 전극층(20a, 20e) 모두 절연피막이 코팅되지 않을 수 있다. 이는 상기 두 전극층(20a, 20e)과 서로 다른 전극간에는 전기적으로 연통이 되어야 하는데 만일 두 전극층(20a, 20e)에 절연피막(20f)이 코팅되는 경우 전기적 연통을 방해할 수 있어 초소형 LED의 발광이 감소되거나 전기적으로 연통되지 않아 발광 자체가 되지 않을 수 있는 문제점이 있다. 다만, 두 전극층(20a, 20e)과 서로 다른 전극간에 전기적 연통되면 문제가 없으므로 상기 절연피막(20f)은 초소형 LED 소자의 제1 전극층(20a) 및 제2 전극층(20e)이 전극과 접촉할 수 있는 부분(예를 들어 전극층의 끝단부)을 제외한 나머지 제1 전극층(20a) 및 제2 전극층(20e)의 부분에는 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 소자 상호간 응집을 방지하기 위하여 초소형 LED 소자의 절연피막 외부면에 코팅된 소수성 피막을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 4에서 절연피막(20f) 외주연에 코팅된 소수성 피막(20g)을 확인할 수 있다. 상기 소수성 피막(20g)은 초소형 LED 소자의 표면에 소수성 특성을 갖게 하여 LED 소자들 간에 응집현상을 방지하기 위한 것으로서 초소형 LED 소자에 섬유형성성분과 함께 방사되어 복합섬유를 제조할 때, 초소형 LED 소자간에 응집을 최소화 하여 복합섬유 내에서 응집되지 않고 열을 지어 정렬 배치시킬 수 있는데 보다 유리할 수 있다. 또한, 복합섬유에서 섬유형성성분을 제거한 후 초소형 LED 소자들이 전극상에 응집된 상태로 남아 있는 경우 전극라인에 이동 및 위치정렬하기 어려운 문제점이 있는데, 상기 소수성 피막은 이러한 문제점을 제거함에 따라 보다 용이하게 전극라인에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킬 수 있다.
상기 소수성 피막(20g)은 절연피막 상에 형성될 수 있고, 초소형 LED 소자들 간에 응집현상을 방지할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 옥타데실트리크로로실리란(octadecyltrichlorosilane, OTS)과 플루오로알킬트리크로로실란(fluoroalkyltrichlorosilane), 퍼플루오로알킬트리에톡시실란(perfluoroalkyltriethoxysilane) 등과 같은 자기조립 단분자막(SAMs, self-assembled monolayers)과 테프론(teflon), Cytop 등과 같은 플루오로 폴리머 (fluoropolymer) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이상으로 상술한 복합섬유에 포함되는 섬유형성성분 및 초소형 LED 소자는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 섬유형성성분 100 중량부에 대해 초소형 LED 소자를 30 ~ 90 중량부로 포함할 수 있다. 만일 섬유형성성분에 대해 초소형 LED 소자를 30 중량부 미만으로 포함하는 경우 복합섬유 단위부피당 포함되는 초소형 LED 소자의 개수가 적어 일정한 전극면적에 복합섬유집합체를 통해 배치할 수 있는 초소형 LED 소자의 개수가 현저히 저하될 수 있고, 더 많은 초소형 LED 소자를 배치시키기 위해 더 많은 양의 복합섬유집합체를 포함시켜야 되며, 이 경우 후술하는 (2) 단계에서 섬유형성성분의 제거에 소요되는 시간 및 제거에 필요한 비용이 상승할 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 만일 초소형 LED 소자가 90 중량부를 초과하여 포함할 경우 복합섬유의 단위부피당 포함시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수는 증가할 수 있으나 복합섬유 내 초소형 LED 소자간의 상하좌우 간격이 짧아지고 어떤 경우 초소형 LED 소자가 뭉쳐서 배열될 수 있으며, 소자간의 접촉이 빈번히 발생 및/또는 소자가 복합섬유의 외부표면에 노출되어 소자의 외부 표면 손상이 일어나기 쉬운 문제점이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 복합섬유는 도 2와 같이 섬유형성성분(10) 및 복수개의 초소형 LED 소자(20)를 포함하고, 상기 복수개의 초소형 LED 소자(20)는 섬유형성성분(10)의 내부에 위치하여 포함되는 것이 보다 바람직하다.
구체적으로 도 2의 복합섬유(30A)에 포함된 초소형 LED 소자(20)는 섬유형성성분(10)의 내부에 위치하는데, 만일 초소형 LED 소자(20)가 섬유형성성분(10)의 내부에 위치하지 않고, 섬유형성성분(10)의 외부표면에 노출될 경우 복합섬유의 보관, 이동, 취급과정에서 초소형 LED 소자의 외부표면의 손상 가능성이 있고, 초소형 LED 소자의 외부표면 손상은 광추출 효율을 현저히 저하시킬 수 있어 품질이 저하된 제품이 구현될 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 이에 따라 초소형 LED 소자는 섬유형성성분 내부에 위치하는 것이 보다 바람직하다.
다만, 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체가 전극에 배치되고, 후술할 (2) 단계에서 섬유형성성분이 제거되고 난 뒤 전극상에 남게 되는 초소형LED 소자의 배치정렬 상태를 향상시키기 위해 바람직하게는 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 복합섬유 내부에 배열되어 포함될 수 있다.
구체적으로 도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체에 포함되는 복합섬유의 사시도로써, 복합섬유(30B)는 섬유형성성분(10) 및 복수개의 초소형 LED 소자(20)를 포함하고, 상기 초소형 LED 소자(10)는 복합섬유의 길이방향으로 제1 열(P1) 및 제2 열(P2)을 지어 복합섬유 내부에 배열되어 있다. 이러한 복합섬유(30B)가 포함된 복합섬유집합체가 전극에 배치될 경우 후술할 (2) 단계에서 섬유형성성분(10)이 제거되고 난 뒤 전극상에 남게 되는 초소형 LED 소자(20)는 상기 소자의 길이방향으로 서로 다른 두 전극과 수직에 가깝도록 배치 정렬시킬 수 있고, 이를 통해 전극에 전원을 인가할 때 초소형 LED 소자는 전극에 연결될 때까지 최소의 이동거리를 이동함과 동시에 일정한 전극 영역에 전극과 연결시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 있다.
구체적으로 도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체에 포함되는 복합섬유집합체를 통해 전극상에 초소형 LED 소자를 연결시킨 초소형 LED 전극어셈블리의 평면도로써, 도 2와 같이 복합섬유(30A) 내부에 방향성 없이 복수개의 초소형 LED 소자(20)가 배열된 복합섬유(30A)를 포함하는 복합섬유집합체를 이용할 경우 섬유형성성분이 제거된 후 전극에 남게 되는 초소형 LED 소자 역시 전극상에 방향성 없이 무질서하게 배치될 수 있고, 전극(110, 130)에 전원을 인가 시에 전극에 연결되는 초소형 LED 소자(20')도 도 8과 같이 방향성 없이 서로 다른 두 전극(110, 130)에 연결될 수 있다. 도 8과 같이 일정한 방향성 없이 초소형 LED 소자가 서로 다른 전극에 연결될 경우 한 개의 초소형 LED 소자가 다른 초소형 LED 소자의 전극연결을 막으면서 서로 다른 두 전극을 차지하는 면적이 증가함에 따라 일정한 전극면적에 연결되는 초소형 LED 소자의 개수가 감소되는 등의 문제점이 있을 수 있다. 구체적으로 도 8에서 전극에 비스듬히 누워 연결된 제1 초소형 LED 소자(20')가 다른 초소형 LED 소자의 전극연결을 막으면서 서로 다른 두 전극을 차지하는 면적(Q)은 소자의 길이방향이 전극에 최대한 수직에 가깝게 누워 연결된 제2 초소형 LED 소자(21')가 서로 다른 두 전극을 차지하는 면적(R)보다 현저히 크다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 복합섬유집합체는 후술한 (2) 단계에서 섬유형성성분이 제거되고 난 뒤 전극상에 남게 되는 초소형LED 소자의 배치정렬 상태를 더욱 향상시키고 섬유형성성분의 제거를 더욱 용이하게 하기 위하여, 상기 복합섬유는 복수개의 초소형 LED 소자가 일렬로 열을 지어 형성된 심부; 및 섬유형성성분이 상기 심부를 감싸 형성된 초부;를 포함하는 심초형의 복합섬유를 포함할 수 있다.
구체적으로 도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체에 포함되는 복합섬유의 사시도로써, 도 5의 복합섬유(30C)는 복수개의 초소형 LED 소자(20)가 일렬로 열(P3)을 지어 형성된 심부 및 상기 섬유형성성분(10)이 상기 심부를 감싸 형성된 초부를 포함하고 있다.
상기 도 9와 같은 복합섬유(30C)를 포함하는 복합섬유집합체는 도 7과 같이 복합섬유(30B)내 복수개의 초소형 LED 소자가 2개의 열을 지어 배열된 복합섬유(30B)를 포함하는 복합섬유집합체에 비해 후술할 (2) 단계를 통해 섬유형성성분을 제거했을 때 전극에 남게 되는 초소형 LED 소자의 배치정렬이 서로 다른 두 전극에 수직에 가깝도록 배치되기 보다 더 용이할 수 있다.
구체적으로 도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 나타낸 모식도로써, 섬유형성성분(210a, 220a) 내부에 복수개의 초소형 LED 소자(210b, 220b)가 일렬로 열을 지어 배열된 도 9와 같은 복합섬유(210, 220, 230)를 3개 포함하는 복합섬유 집합체를 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 상에 위치시키는 공정을 나타낸다. 도 10a에서 확인할 수 있듯이, 도 9와 같은 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체는 후술할 (2) 단계를 통해 섬유형성성분을 제거했을 때 전극에 남게 되는 초소형 LED 소자의 배치정렬이 서로 다른 두 전극에 수직에 가깝도록 도 10b와 같이 배치시키기에 더 유리할 수 있다.
이에 반하여, 도 7과 같은 복합섬유(30B)를 포함하는 복합섬유집합체는 복합섬유(30B)내 포함된 복수개의 초소형 LED 소자로 이루어진 제1 열(P1) 및 제2 열(P2)이 상호 교번하는 서로 다른 두 전극에 수직에 가깝도록 전극상에 배치되더라도 두 전극을 포함하는 전극평면을 기준으로 상기 2개의 열이 전극평면에 수직하여 복합섬유(30B)내에서 상하로 배치되는 복합섬유를 포함할 수 있다. 이러한 복합섬유는 섬유형성성분이 제거되었을 때, 상기 전극평면에 가깝게 위치하는 제1 열(P1)에 포함된 복수개의 초소형 LED 소자는 도 10b와 같이 전극상에 가지런히 수직에 가깝게 배치될 수 있으나, 상기 전극평면을 기준으로 제1 열(P1)보다 상부에 배치된 제2 열(P2)에 포함된 복수개의 초소형 LED 소자는 섬유형성성분이 제거되는 과정에서 도 8과 같이 방향성을 상실한 채로 전극에 배치될 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 도 7과 같은 복합섬유(30B)는 도 9와 같은 복합섬유(30C)에 비해 복합섬유의 직경이 커질 수밖에 없고, 이는 복합섬유의 횡단면에서 초소형LED 소자를 제외한 나머지 섬유형성성분의 면적이 더 커진다는 것을 의미하는 것으로써, 초소형 LED 소자를 전극상에 배치시키기 위해 후술할 (2) 단계에서 섬유형성성분을 제거하는데 더 많은 제거 시간 및/또는 더 많은 제거용매 등이 요구될 수 있다.
상기 도 9와 같은 심초형 복합섬유는 직경(도 9의 a)이 초소형 LED 소자 단축길이(도 9의 b)의 1.2 ~ 8.0배인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.2 ~ 6.0배일 수 있다. 이를 통해 초소형 LED 소자가 복합섬유의 외부 표면에 노출되지 않고 포함될 수 있으며, 후술할 (2) 단계에서의 섬유형성성분의 제거시간 단축, 제거용매의 투입량 절감 등에 이점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 초소형 LED 소자를 자기정렬 시켜 전극에 연결하기 전에 전극상에 배치되는 초소형 LED 소자의 개수를 증가시키기 위해 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 복수개의 열을 지어 배열될 수 있다. 구체적으로 도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유집합체에 포함된 복합섬유의 사시도로써, 복합섬유(30D)내 복수개의 초소형 LED 소자(21, 22, 23)가 5개의 열을 지어 배열됨으로써, 후술할 (2) 단계에서 섬유형성성분을 제거했을 때 전극에 남게 되는 초소형 LED 소자의 배치정렬이 서로 다른 두 전극에 수직에 가깝도록 배치될 수 있는 동시에 섬유형성성분(10)을 제거했을 때 일정면적의 서로 다른 두 전극영역에 남게 되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
이상으로 상술한 복합섬유는 하기의 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 다만, 후술되는 제조방법은 일실시예일 뿐이며, 후술되는 제조방법의 기재에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 복합섬유를 제조하는 방법은 통상적인 섬유를 제조하는 방법을 이용할 수 있으며, 구체적으로 화학방사 또는 전기방사에 의할 수 있고, 상기 화학방사는 구체적으로 용융방사, 습식방사, 건식방사, 건습식 방사 등 중 선택된 어느 하나 이상 방법에 의할 수 있다. 본 발명에 따른 복합섬유는 사용되는 섬유형성성분의 구체적 종류, 목적하는 복합섬유의 직경 등을 고려하여 상기 방사 방법 중 적절한 방법을 선택 및 변경하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 복합섬유의 제조방법 일예시로 화학방사 중 용융방사법에 의한 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유의 제조방법에 대해 설명한다.
먼저 (a) 단계로써, 초소형 LED 소자를 포함하는 방사용액을 제조할 수 있다.
상기 방사용액은 섬유형성성분을 용융 및/또는 용해시켜 용액상태로 만든 후 초소형 LED 소자를 혼합하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 방사용액은 사용하는 구금이나 복합섬유 형상에 따라 제1 방사용액 및 제2 방사용액으로 제조할 수 있다. 이때, 상기 제1 방사용액은 제1 섬유형성성분을 용융 및/또는 용해시켜 용액상태로 만들어 제조할 수 있고, 상기 제2 방사용액은 초소형 LED소자를 아세톤 등의 용매에 포함시켜 제조하거나 초소형 LED 소자를 제2 섬유형성성분이 용융 및/또는 용해된 용해액에 포함시켜 제조될 수 있다. 상기 섬유형성성분의 용융온도 또는 상기 용매는 구체적으로 사용되는 섬유형성성분을 고려하여 결정될 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상기 방사용액은 방사기에 투입되기 전 별도로 제조되어 방사기에 투입될 수 있거나 통상적인 방사기에 포함된 호퍼에 섬유형성성분을 투입하고 용융부를 거쳐 용융된 섬유형성성분에 초소형 LED 소자를 혼합하여 당업계의 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 이때 상기 방사용액의 고유점도는 방사용이성을 고려하여 결정될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 2.0 cps일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 1.2 cps있으며, 이를 통해 방사 후 절사되는 복합섬유의 양을 현저히 감소시킬 수 있고, 방사 후 복합섬유의 형태 안정성을 유지할 수 있는 측면에서 유리한 이점이 있다. 다만, 상기 고유점도는 사용되는 섬유형성성분의 종류, 사용되는 방사기의 종류, 구금의 설계에 따라 변경될 수 있다.
다음으로 (b) 단계로써 상기에서 제조된 방사용액을 방사하여 복합섬유를 제조할 수 있다.
방사용액의 방사에 사용되는 구금의 경우 도 2와 같은 복합섬유(30A)를 제조할 때에는 단일관형 방사노즐을 갖는 방사구금을 사용할 수 있으나 도 6과 같이 복합섬유(30C)의 내부에 초소형 LED 소자가 일렬로 열을 지어 배열될 경우 상기 방사노즐은 이중 관형 방사노즐일 수 있고, 구체적으로 도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 복합섬유 제조시 사용되는 2중 관현 방사노즐(5)의 단면도로써, 이중 관형 방사 노즐(5)의 외부관(2)으로는 상술한 (1) 단계의 제1 방사용액을 토출하고, 내부관(1)으로는 상술한 (a) 단계의 제2 방사용액을 토출할 수 있다. 다만, 도 9와 같은 복합섬유(30 C)는 단일관형 방사노즐에서 노즐의 직경을 조정할 경우 단일관형 방사노즐을 통해서도 제조될 수 있어 반드시 이중관형 방사노즐을 통해서만 제조될 수 있는 것은 아니다. 상기와 같이 노즐을 통해 방사된 복합섬유는 스테이플사 또는 필라멘트사일 수도 있으며 상기 필라멘트사의 필라멘트수는 구금에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
상기 (b) 단계를 통해 방사된 복합섬유는 섬유의 강도를 향상시키고 복합섬유 내부에 포함된 초소형 LED 소자의 배열을 섬유길이 방향으로 보다 더 정렬시키게 하기 위해 부분연신 또는 연신 공정을 더 거칠 수 있다. 상기 연신 또는 부분연신의 구체적 방법은 당업계의 공지공용의 방법에 의할 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
한편, 상술한 방법을 통해 제조되는 복합섬유의 직경은 바람직하게는 200nm ~ 15㎛일 수 있다. 다만, 마이크로 단위 또는 나노 단위의 복합섬유 제조를 위해서는 당업계에서 널리 사용되는 전기방사법을 이용하거나 화학방사법에 의한 해도형의 섬유를 제조하고 이후 해성분을 제거하여 복합섬유를 제조할 수도 있다.
상기 전기방사법에 의할 경우 상술한 (a) 단계에서와 같이 2종의 방사용액 및 2개의 노즐을 통해 복합섬유를 제조하거나 1개의 방사용액 및 1개의 노즐을 통해 복합섬유를 제조할 수 있고, 이때 노즐의 직경은 방사용액에 포함되는 초소형 LED 소자의 장축 또는 단축의 길이를 고려하여 변경될 수 있고, 전기방사시 팁과 콜렉터까지의 거리, 전압은 사용되는 섬유형성성분의 종류, 방사용액의 점도, 복합섬유의 직경 등을 고려하여 변경될 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않으며, 구체적인 전기방사방법은 당업계 통상의 방법을 이용할 수 있다.
다음으로 해도형의 섬유를 통해 복합섬유를 제조하는 방법은 해성분으로 섬유형성성분과 상이한 이종의 고분자 화합물을 포함하는 방사용액을 방사하고, 도성분으로 섬유형성성분 및 초소형 LED 소자를 포함하는 방사용액을 방사하여 제조할 수 있다. 구체적으로 도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따라 제조된 해도형 섬유(30E)의 횡단면 사시도로써, 해도형 섬유(30E)는 도성분(30C1, 30C2, 30C3) 및 해성분(40)을 포함하고, 상기 도성분(30C1)은 섬유형성성분(10) 및 초소형 LED 소자(20)를 포함한다.
상기와 같은 해도형 섬유(30E)의 해성분(40)은 섬유형성성분을 용해시키기 어려운 용매(예를 들어 알칼리 용액)에 의해 용해될 수 있는 당업계의 통상적인 알칼리 이용해성 코폴리머일 수 있다. 이에 따라 제조된 해도형 섬유(30E)를 알칼리 등의 용액에 처리하여 해성분(40)을 제거할 경우 도성분인 복합섬유(30C1, 30C2, 30C3)를 수득할 수 있다.
본 발명에 따른 (1) 단계에서 전극에 배치되는 복합섬유집합체는 상술한 제조방법에 따라 제조된 복합섬유를 포함한다.
상기 복합섬유집합체는 실, 직물, 편성물 및 부직포 중 어느 하나의 형상일 수 있다.
먼저, 복합섬유 집합체는 실의 형상일 수 있다. 상기 실은 스테이플사 및/또는 필라멘트사일 수 있고, 한올의 모노필라멘트사 및/또는 멀티필라멘트사일 수 있다. 또는 상기 스테이플사가 방적된 방적사일 수 있고, 상기 방적사 및 필라멘트사가 복수개로 합쳐진 합연사일 수도 있다. 다만 실의 형상인 경우 구체적 형상이 상기 기재에 한정되는 것은 아니고, 당업계의 공지된 실의 형태는 모두 가능할 수 있다.
또한, 복합섬유집합체가 실의 형상이라는 것은 복합섬유를 섬유형상 그대로 포함한다는 것을 의미하며, 이때 복합섬유간 또는 하나의 복합섬유내 각기 다른 부위간에 어떠한 물리적(예를 들어 열)/화학적 접착(예를 들어 이종의 접착제 사용)이 있는 부직포 또는 제직 등에 의한 원단의 형상이 아닌 것을 의미할 수 있다.
다음으로 복합섬유집합체는 직물 또는 편성물의 원단형상을 가질 수 있다.
상기 직물 또는 편성물의 원단형상을 갖는 복합섬유집합체는 복합섬유를 상기 직물 또는 편성물을 제직 또는 편성할 때 사용되는 원사로 포함할 수 있다. 이 경우 상기 복합섬유집합체는 복합섬유를 단독의 원사로 포함하거나 또는 복합섬유와 이종의 원사를 사용하여 직물 또는 편성물의 경사 또는 위사로 복합섬유를 포함할 수 있다.
상기 직물의 조직은 평직, 능직, 수자직 및 이중직 중 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 이중직은 경사 또는 위사의 어느 한쪽이 2중으로 되어있거나 양쪽이 모두 2중으로 된 직물의 조직을 의미한다. 상기 직물의 조직에 따른 구체적 제직방법은 당업계에 공지된 제직방법일 수 있다. 다만, 상기 직물은 구체적 직물조직의 기재에 한정되지 않으며, 제직에서의 경위사 밀도의 경우 특별하게 한정하지 않는다.
또한 상기 편성물은 복합섬유를 원사로 포함하여 위편성 또는 경편성의 방법에 의할 수 있으며, 상기 위편성과 경편성의 구체적인 방법은 통상적인 위편성 또는 경편성의 편성방법에 의할 수 있다.
구체적으로 도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체의 평면도로써, 도 14의 복합섬유집합체는 복수개의 초소형 LED 소자(20) 및 섬유형성성분(10)을 포함하는 복합섬유(30)가 위사(또는 경사)로 포함되어 평직으로 제직된 직물이다. 이때 상기 원단에 포함된 복합섬유(30) 이외의 다른 이종의 원사(50)는 복합섬유(30)에 포함된 섬유형성성분(10)과 동일한 방법에 의해 후술할 (2) 단계에서 쉽게 제거될 수 있는 고분자화합물을 포함하는 원사일 수 있으며, 섬유형성성분(10)과 동종 또는 이종의 화합물을 포함할 수 있다.
만일 도 14와 같이 직물 또는 편성물의 형상을 가지는 복합섬유집합체가 경사 또는 위사 중 어느 하나로만 복합섬유를 포함할 경우 서로 다른 두 전극이 상호 교번하여 일렬로 배치되는 전극어셈블리에 초소형 LED 소자를 배치하는데 있어 초소형 LED 소자의 길이방향으로 상기 두 전극에 초소형 LED 소자를 수직에 가깝게 배치시킬 수 있는 이점이 있다.
구체적으로 도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법을 나타낸 모식도이다.
먼저, 도 15a는 섬유형성성분(310a, 320a) 내부에 복수개의 초소형 LED 소자(310b, 320b)가 일렬로 열을 지어 배열된 복합섬유(310, 320, 330)를 위사(또는 경사)로 포함하고, 상기 섬유형성성분과 동일한 고분자화합물을 포함하는 원사(310', 320')를 경사(또는 위사)로 포함한 원단을 제1 전극(301) 및 제2 전극(302)상에 위치시키는 공정을 나타낸다. 이후 후술할 (2) 단계와 같이 섬유형성성분(310a, 320a) 및 원사(310', 320')를 제거할 경우 도 13b와 같이 초소형 LED 소자(310b, 320b)가 상호 교번하여 나란히 배열되는 제1 전극 및/또는 제2 전극 상에 초소형 LED 소자의 길이방향으로 수직에 가깝게 배치될 수 있다.
다음으로 복합섬유집합체는 복합섬유를 포함하여 부직포의 형상을 가질 수 있다.
부직포의 형상을 가지는 복합섬유집합체는 복합섬유집합체의 단위부피당 포함되는 복합섬유의 양을 직물의 형상의 복합섬유집합체에 비해 더 많이 포함시킬 수 있고, 이를 통해 일정면적의 전극상에 배치시킬 수 있는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 부직포 형상의 복합섬유집합체는 당업계 공지된 방법으로 복합섬유를 이용해 제조할 수 있으며, 구체적으로 멜트-블로운(melt-blown)법, 플래쉬-익스트루젼(flash-extrusion)법, 슈퍼-드로우(super-draw)법 등 중 어느 하나의 방법에 의할 수 있고, 상기 방법의 구체적인 공정은 당업계 공지된 것에 의할 수 있다.
본 발명에 따른 (1) 단계는 이상으로 상술한 복합섬유집합체를 전극상에 투입시키는 단계로써, 먼저, 전극에 대해 설명한다.
상기 전극은 바람직하게는 후술할 (2) 단계에서 복합섬유집합체에 포함된 섬유형성성분이 제거된 후 남게 되는 초소형 LED 소자가 실장되는 전극을 의미하고, 전극에 전원을 인가 시에 초소형 LED 소자가 발광할 수 있도록 서로 다른 두 전극라인을 포함할 수 있고, 상기 두 전극라인의 구체적인 배치는 목적에 따라 달리 설계 변경될 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
다만, 본 발명에 따라 배치되는 초소형 LED 소자는 전극면과 평행하게 누워서 서로 다른 두 전극에 연결되므로 상기 초소형 LED 소자가 최종적으로 서로 다른 두 전극라인에 실장되는 전극영역에 포함된 서로 다른 두 전극은 동일평면상에 위치할 수 있다.
구체적으로 도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 전극에 대한 사시도로써, 도 16의 전극라인은 베이스기판(400) 상에 형성된 제Ⅰ 전극(411);, 상기 제Ⅰ 전극(411)을 포함하여 베이스기판(400) 상에 형성된 절연층(420);, 상기 절연층(420) 상에 형성되는 제1 전극 및 상기 제1 전극(413)과 동일평면상에 이격하여 상호 교번적으로 형성된 제2 전극(412);, 상기 제2 전극과 연결된 제Ⅱ 전극(421); 및 상기 제1 전극과 제Ⅰ 전극(411)을 연결하는 연결전극(412);을 포함하고 있다.
도 16과 같은 구조의 전극라인의 경우 제Ⅰ 전극(411)과 제Ⅱ 전극(421)이 서로 다른 평면상에 위치할 수 있지만 초소형 LED 소자가 실질적으로 실장될 수 있는 영역(S)에 포함된 제1 전극(413) 및 제2 전극(421)은 동일평면상에 형성될 수 있고, 이를 통해 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 및 제2 도전성 반도체층을 연결하는 축이 상기 동일평면과 평행하게 소자가 누운 상태로 전극상에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 (1) 단계에 포함되는 전극은 목적에 따라 구현 가능한 형상, 구조가 다양함에 따라 전극의 두께 및 폭 역시 다양하게 구현될 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다. 다만, 초소형 LED 소자가 최종적으로 실장되는 전극영역에 포함되는 전극의 경우 폭은 100 nm ~ 50㎛일 수 있고, 두께는 0.1 내지 10 ㎛일 수 있다. 상기 전극의 재질은 통상적으로 당업계에서 사용되는 공지의 전극 재질을 사용할 수 있고, 바람직하게는 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 전극이 2 종 이상의 물질을 포함하는 경우 바람직하게는 2종 이상의 물질이 적층된 구조일 수 있고 보다 더 바람직하게는 타이타늄/골드의 적층 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 것과 같은 전극에 복합섬유집합체를 투입하는 방법은 복합섬유 집합체에 포함된 복합섬유를 직접 전극상에 전기방사 등을 통해 제조함으로써 전극상에 복합섬유집합체의 형성 및 배치를 동시에 할 수 있다. 또는 별도로 제조된 복합섬유집합체를 목적하는 전극영역에 다양한 방법으로 올려놓아 배치시킬 수도 있음에 따라 본 발명에서 복합섬유집합체를 전극에 배치시키는 구체적 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로써, (1) 단계에서 복합섬유집합체에 포함된 복합섬유의 섬유형성성분을 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 (2) 단계를 통해 복합섬유의 섬유형성성분이 제거되면 전극상에 초소형 LED 소자만 남아 있게 되며, 구체적으로 도 10a에서 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)상에 배치된 복합섬유집합체에 포함된 복합섬유(210, 220, 230)의 섬유형성성분(210a, 220a)이 제거되면 도 10b와 같이 초소형 LED 소자(210b, 220b)들이 서로 다른 두 전극(201, 202) 상에 남게 되어 전극상에 초소형 LED 소자가 배치될 수 있다.
또한, 구체적으로 도 15a와 같이, 제1 전극(301) 및 제2 전극(302)상에 섬유형성성분(310a, 320a) 내부에 복수개의 초소형 LED 소자(310b, 320b)가 일렬로 열을 지어 배열된 복합섬유(310, 320, 330)를 위사(또는 경사)로 포함하고, 상기 섬유형성성분과 동일한 고분자화합물을 포함하는 원사(310', 320')를 경사(또는 위사)로 포함한 원단을 위치시킨다. 이후 섬유형성성분(310a, 320a) 및 원사(310', 320')를 제거할 경우 도 15b와 같이 초소형 LED 소자(310b, 320b)가 상호 교번하여 나란히 배열되는 제1 전극 및/또는 제2 전극 상에 초소형 LED 소자의 길이방향으로 수직에 가깝게 배치될 수 있다.
상기 (2) 단계에서 복합섬유의 섬유형성성분을 제거하는 구체적인 방법은 복합섬유에 포함된 섬유형성성분의 구체적 종류에 따라 달라질 수 있고, 만일 상기 섬유형성성분이 열에 의해 쉽게 제거되는 물질인 경우 (2) 단계에서 가열공정을 거쳐 섬유형성성분을 제거할 수 있으며, 이때 구체적 온도는 사용되는 섬유형성성분의 종류에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
또한, 만일 상기 섬유형성성분이 용매에 의해 쉽게 제거되는 물질인 경우 (2) 단계에서 용매를 복합섬유집합체에 투입하여 섬유형성성분을 녹여 초소형 LED 소자를 전극상에 남아 있게 할 수 있다. 이때 상기 용매는 사용되는 섬유형성성분의 종류에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 아세톤, 톨루엔, 클로로포름 및 이소프로필알코올 중 어느 하나 이상에 의할 수 있다. 또한, 섬유형성성분의 구체적 종류에 따라 상기 (2) 단계는 가열 및 용매를 사용하여 섬유형성성분을 제거할 수도 있다.
이하, 상기 (2) 단계를 통해 섬유형성성분이 제거되고 전극상에 초소형 LED 소자만이 남아있게 된 이후 초소형 LED 소자를 서로 다른 두 전극에 자기정렬 시켜 연결시키는 과정에 대해 설명한다.
구체적으로 도 10b(또는 도 15b)는 전극상에 초소형 LED 소자(210b, 220b)들이 서로 다른 두 전극상에 배치된 상태로, 이 상태는 초소형 LED 소자가 전극상에 위치된 상태일 뿐, 초소형 LED 소자의 제1 도전성 반도체층 및 제2 도전성 반도체층 각각이 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202)에 동시에 연결된 상태가 아니다. 초소형 LED 소자가 발광될 수 있는 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리를 구현하기 위해서는 초소형 LED 소자의 제1 도전성 반도체층을 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202)에 연결시키고, 제2 도전성 반도체층을 제1 도전성 반도체층이 연결된 전극과 다른 전극에 연결시키는 공정이 요구된다. 이러한 공정은 도 10c와 같이 서로 다른 두 전극(201, 202)에 전원을 인가함을 통해 가능하며, 전극에 인가된 전원에 의해 초소형 LED 소자의 외부표면에는 양전하, 음전하가 하전되는 분극현상이 발생하고, 정전기적 인력에 의해 초소형 LED 소자가 이동하여 도 10d와 같이 서로 다른 두 전극에 연결될 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 있고, 바람직하게 초소형 LED 소자는 5 내지 120 초 동안 전원을 인가함으로써 서로 다른 두 전극에 동시에 연결될 수 있다.
한편, 바람직하게는 상기 전원을 인가하여 초소형 LED 소자를 자기정렬시키는 공정(도 10c)에서 용매를 투입할 수 있다. 상기 용매는 초소형 LED 소자가 쉽게 전극에 이동하여 연결될 수 있도록 하는 이동상으로 기능을 담당할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 (2) 단계에서 섬유형성성분이 열에 의해 제거되는 경우 전원인가 단계에서 용매를 투입하는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
상기 용매를 전극라인에 투입하는 시점은 전극라인에 전원을 인가하는 시점과 동일하거나 순서에 관계없이 상이할 수 있으며, 바람직하게는 동일할 수 있다.
한편, 본 발명은 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극상에 배치되고, 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체;를 포함하는 복합섬유 집합체를 포함하는 전극어셈블리를 포함한다.
복합섬유집합체를 포함하는 전극어셈블리는 복합섬유에 포함된 섬유형성성분을 제거하고, 서로 다른 두 전극상에 전원을 인가 시에 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극에 연결된 초소형 LED 소자를 포함하는 전극어셈블리를 구현할 수 있기 때문에 제조시간의 감축에 양산성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 베이스기판; 상기 베이스기판 상에 형성되는 복수의 전극; 및 섬유형성성분을 포함한 복합섬유로 상기 복수의 전극상에 투입된 후, 상기 섬유형성성분이 제거됨으로써 상기 복수의 전극상에 위치되는 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함하는 전극어셈블리를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 복합섬유에 포함되며, 상기 복합 섬유가 복수의 전극상에 투입된 후, 복합섬유의 섬유형성성분이 제거됨으로써 복수개의 초소형 LED 소자는 복수의 전극상에 적어도 하나 이상의 열을 지어 위치할 수 있고, 이 경우 초소형 LED 소자가 자기정렬 전에 이미 목적하는 전극상에 일렬로 위치정렬함에 따라 자기정렬에 소요되는 시간 및 자기정렬된 개개의 초소형 LED 소자의 전극상 위치정렬성을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 보다 바람직하게는 상기 복합섬유는 복수개의 초소형 LED 소자가 심부를 형성하고, 섬유형성성분이 초부를 형성한 복합섬유일 수 있고, 상기와 같은 구조의 심초형 복합섬유가 전극상에 투입된 후 섬유형성성분이 제거됨으로써, 복수개의 초소형 LED 소자는 복수의 전극상에 적어도 하나 이상의 열을 지어 위치할 수 있다.
Claims (19)
- (1) 섬유형성성분 및 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 복합섬유를 포함하는 복합섬유집합체;를 전극상에 투입시키는 단계; 및
(2) 상기 복합섬유의 섬유형성성분을 제거하는 단계;를 포함하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복합섬유 집합체는 실, 직물, 편성물 및 부직포 중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 내부에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 배열되는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제4항에 있어서, 상기 복합섬유는
복수개의 초소형 LED 소자가 일렬로 열을 지어 형성된 심부; 및
섬유형성성분이 상기 심부를 감싸 형성된 초부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제5항에 있어서,
상기 복합섬유의 직경은 초소형 LED 소자 단축길이의 1.2 ~ 8.0배인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 복수개의 열을 지어 배열되는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 섬유형성성분은 PMMA (Poly(methyl methacrylate)), PS (polystyrene), PVC (polyvinyl chloride), PVA (polyvinyl acetate), PE (polyethylene), PET (Polyethylene terephthalate), PP (polypropylene)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복합섬유는 섬유형성성분 100 중량부에 대해 초소형 LED 소자를 30 ~ 90 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 초소형 LED 소자는 로드(rod) 형상이며, 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 인 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 초소형 LED 소자는
제1 도전성 반도체층;
상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및
상기 활성층 상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층 하부에 형성된 제1 전극층; 및 제2 도전성 반도체층 상부에 형성된 제2 전극층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 초소형 LED 소자의 외부면에는 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 코팅된 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 (2) 단계는 섬유형성성분을 열 또는 용매 중 적어도 하나 이상을 처리하여 제거시키는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 용매는 아세톤, 톨루엔 및 이소프로필알코올로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 LED 소자를 전극어셈블리에 배치시키는 방법. - 삭제
- 베이스기판;
상기 베이스기판 상에 형성되는 복수의 전극; 및
섬유형성성분을 포함한 복합섬유로 상기 복수의 전극상에 투입된 후, 상기 섬유형성성분이 제거됨으로써 상기 복수의 전극상에 위치되는 복수개의 초소형 LED 소자;를 포함하는 전극어셈블리. - 제17항에 있어서,
상기 복수개의 초소형 LED 소자는 복합섬유의 길이방향으로 적어도 하나 이상의 열을 지어 복합섬유에 포함되며,
상기 복합 섬유가 복수의 전극상에 투입된 후, 복합섬유의 섬유형성성분이 제거됨으로써 복수개의 초소형 LED 소자는 복수의 전극상에 적어도 하나 이상의 열을 지어 위치되는 것을 특징으로 하는 전극어셈블리. - 제18항에 있어서,
상기 복수개의 초소형 LED 소자는 섬유형성성분으로 형성된 초부에 대하여 그 내부에 하나 이상의 열을 지은 심부 형상으로 복합섬유에 포함되며,
상기 복합섬유가 복수의 전극상에 투입된 후, 복합섬유의 초부가 제거됨으로써 복수개의 초소형 LED 소자는 복수의 전극상에 적어도 하나 이상의 열을 지어 위치되는 것을 특징으로 하는 전극어셈블리.
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