KR100900525B1 - 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100900525B1 KR100900525B1 KR1020050100691A KR20050100691A KR100900525B1 KR 100900525 B1 KR100900525 B1 KR 100900525B1 KR 1020050100691 A KR1020050100691 A KR 1020050100691A KR 20050100691 A KR20050100691 A KR 20050100691A KR 100900525 B1 KR100900525 B1 KR 100900525B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light emitting
- emitting diode
- polymer film
- polymer
- fine pattern
- Prior art date
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims abstract description 66
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 17
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims description 16
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 10
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 claims description 9
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 2
- -1 gallium nitride compound Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 29
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 29
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 1-methoxypropan-2-ol Chemical compound COCC(C)O ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- UBOXGVDOUJQMTN-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-trichloroethane Chemical compound ClCC(Cl)Cl UBOXGVDOUJQMTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CFXQEHVMCRXUSD-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-Trichloropropane Chemical compound ClCC(Cl)CCl CFXQEHVMCRXUSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLLIQLLCWZCATF-UHFFFAOYSA-N 2-methoxyethyl acetate Chemical compound COCCOC(C)=O XLLIQLLCWZCATF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N Cyclopentane Chemical compound C1CCCC1 RGSFGYAAUTVSQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N cyclopentanone Chemical compound O=C1CCCC1 BGTOWKSIORTVQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- RYNQKSJRFHJZTK-UHFFFAOYSA-N (3-methoxy-3-methylbutyl) acetate Chemical compound COC(C)(C)CCOC(C)=O RYNQKSJRFHJZTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UOCLXMDMGBRAIB-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trichloroethane Chemical compound CC(Cl)(Cl)Cl UOCLXMDMGBRAIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical compound ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxyethane Chemical compound CCOCCOCC LZDKZFUFMNSQCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VPBZZPOGZPKYKX-UHFFFAOYSA-N 1,2-diethoxypropane Chemical compound CCOCC(C)OCC VPBZZPOGZPKYKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LEEANUDEDHYDTG-UHFFFAOYSA-N 1,2-dimethoxypropane Chemical compound COCC(C)OC LEEANUDEDHYDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWNUSVWFHDHRCJ-UHFFFAOYSA-N 1-butoxypropan-2-ol Chemical compound CCCCOCC(C)O RWNUSVWFHDHRCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JOLQKTGDSGKSKJ-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxypropan-2-ol Chemical compound CCOCC(C)O JOLQKTGDSGKSKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIPRQQHINVWJCH-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxypropan-2-yl acetate Chemical compound CCOCC(C)OC(C)=O LIPRQQHINVWJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxyethoxy)ethanol Chemical compound COCCOCCO SBASXUCJHJRPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJCYDDALXPHSHR-UHFFFAOYSA-N 2-(2-propoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCOCCOCCO DJCYDDALXPHSHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SVONRAPFKPVNKG-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethyl acetate Chemical compound CCOCCOC(C)=O SVONRAPFKPVNKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCAHUFWKIQLBNB-UHFFFAOYSA-N 3-(3-methoxypropoxy)propan-1-ol Chemical compound COCCCOCCCO QCAHUFWKIQLBNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QMYGFTJCQFEDST-UHFFFAOYSA-N 3-methoxybutyl acetate Chemical compound COC(C)CCOC(C)=O QMYGFTJCQFEDST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VATRWWPJWVCZTA-UHFFFAOYSA-N 3-oxo-n-[2-(trifluoromethyl)phenyl]butanamide Chemical compound CC(=O)CC(=O)NC1=CC=CC=C1C(F)(F)F VATRWWPJWVCZTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LDMRLRNXHLPZJN-UHFFFAOYSA-N 3-propoxypropan-1-ol Chemical compound CCCOCCCO LDMRLRNXHLPZJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M Methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Natural products CCC(C)C(C)=O UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical compound ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 1
- HPFVBGJFAYZEBE-XNBTXCQYSA-N [(8r,9s,10r,13s,14s)-10,13-dimethyl-3-oxo-1,2,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl] 3-cyclopentylpropanoate Chemical compound C([C@H]1[C@H]2[C@@H]([C@]3(CCC(=O)C=C3CC2)C)CC[C@@]11C)CC1OC(=O)CCC1CCCC1 HPFVBGJFAYZEBE-XNBTXCQYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QHIWVLPBUQWDMQ-UHFFFAOYSA-N butyl prop-2-enoate;methyl 2-methylprop-2-enoate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.COC(=O)C(C)=C.CCCCOC(=O)C=C QHIWVLPBUQWDMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol monoethyl ether Chemical compound CCOCCOCCO XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000203 droplet dispensing Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- BHXIWUJLHYHGSJ-UHFFFAOYSA-N ethyl 3-ethoxypropanoate Chemical compound CCOCCC(=O)OCC BHXIWUJLHYHGSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002070 germicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013007 heat curing Methods 0.000 description 1
- DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N heptamethylene Natural products C1CCCCCC1 DMEGYFMYUHOHGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N n-Propyl acetate Natural products CCCOC(C)=O YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940090181 propyl acetate Drugs 0.000 description 1
- LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N propylene glycol methyl ether acetate Chemical compound COCC(C)OC(C)=O LLHKCFNBLRBOGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/52—Encapsulations
- H01L33/56—Materials, e.g. epoxy or silicone resin
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/58—Optical field-shaping elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 (a) 발광다이오드부; 및 (b) 상기 발광다이오드부의 발광면 상에 투광성을 조절하는 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 구비하는 것이 특징인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법, 상기 발광다이오드 소자를 포함하는 발광 장치를 제공한다.
본 발명은 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층으로 발광다이오드부 표면 구조를 조절함으로써, 발광다이오드부 표면의 광추출 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
발광다이오드, 미세 패턴, 임프린트, 광추출
Description
도 1은 저출력용 질화 갈륨계 발광다이오드 소자의 단면 구조도이다.
도 2는 고출력용 플립칩 질화 갈륨계 발광다이오드 소자의 단면 구조도이다.
도 3는 레이저 리프트 오프에 의한 질화 갈륨계 발광다이오드 소자의 제작 과정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 종래 레이저 리프트 오프된 LED의 발광면에서 광 경로를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따라 삼각뿔, 사각뿔 혹은 원뿔 형태의 임프린트 미세 패턴을 갖는 고분자 필름층을 이용한 경우 광 경로를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따라 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름을 제조하는 일련의 공정을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 소자 및 그 제조방 법에 관한 것이다.
발광다이오드(light emitting diode ; LED) 소자는 PN접합에 순방향으로 전류를 흐르게 함으로써 빛을 발생시키는 반도체 소자이다.
반도체를 이용한 발광다이오드 소자는 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 효율이 높고 수명이 5~10년 이상으로 길며 전력 소모와 유지 보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명 기기 응용 분야에서 주목 받고 있다.
일반적으로 LED는 사파이어 기판(10) 상에 n형층, 활성층(일명 발광층), p형층을 차례로 성장시켜 형성된다. 이때, 상기 n형층, 활성층, p형층은 당업계에 알려진 통상적인 III-V족 화합물, 예컨대 GaAs, GaP, GaN, InP, InAs, GaAIN, InGaN, InAlGaN 또는 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성시킬 수 있다.
이와 같이, LED 제조를 위한 III-V족 화합물 반도체의 성장에는 주로 사파이어 기판이 이용된다. 사파이어 기판은 절연체이므로 LED의 양극과 음극 전극은 웨이퍼의 전면에 형성된다.
일반적으로 저출력 질화 갈륨계 LED는 결정 구조가 성장된 사파이어 기판을 리드프레임에 올린 후 두개의 전극을 상부에 연결하는 방식으로 제작된다(도 1 참조). 이때 열 방출 효율을 개선하기 위하여 사파이어 기판을 약 100 마이크론 이하의 두께로 얇게 하여 리드프레임에 붙이게 된다. 사파이어 기판의 열전도도는 약 50 W/m·K으로 두께를 100 마이크론 정도로 하더라도 열저항이 매우 크다.
반면, 고출력 질화 갈륨계 LED의 경우는 열방출 특성을 보다 개선하기 위하여 플립칩 본딩 방식이 주로 사용되는 추세이다. 플립칩 본딩 방식은 LED 구조가 만들어진 칩을 열전도도가 우수한 실리콘 웨이퍼(150 W/mK)나 AlN 세라믹(약 180 W/mK) 기판 등의 서브마운트에 뒤집어 붙이는 것이다(도 2 참조). 플립칩 구조의 경우 서브마운트 기판을 통하여 열이 방출되므로 사파이어 기판을 통하여 열을 방출하는 경우보다는 열방출 효율이 개선된다. 그러나, 플립칩 본딩 공정으로도 열방출 문제를 완전히 해결하지는 못하고 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 레이저 리프트 오프에 의한 LED 제작이 주목 받고 있다. 레이저 리프트 오프에 의한 LED 제작은 레이저를 LED 구조가 성장된 사파이어 기판에 조사하여 GaN LED 결정구조로부터 사파이어 기판을 제거한 후 패키징하는 기술로서(도 3 참조), 열방출 효율이 가장 우수한 구조로 알려져 있으며 제작 공정이 획기적으로 줄어들고 발광 면적이 칩의 크기와 같으므로 (플립칩의 경우는 발광면적이 칩 크기의 약 60% 정도임) 보다 우수한 특성의 LED를 제작할 수 있다.
그러나, 레이저 리프트 오프에 의해 제작된 LED는 기존 기술을 이용한 LED에 비해 낮은 광추출 효율을 보이는데 그 이유는 다음과 같다. 사파이어 기판이 레이저 리프트 오프된 LED 구조에 에폭시와 같은 몰딩재 또는 형광체가 혼합된 몰딩재를 씌워서 발광다이오드 제작이 완료되는데, 이때, GaN 와 몰딩재 간의 큰 굴절률 차에 의하여 LED 구조에서 발생된 빛의 상당 부분이 외부로 방출되지 않고 전반사되어 다시 LED 구조쪽으로 진행하여 소멸하게 된다. GaN의 경우 굴절률을 약 2.6, 몰딩재의 굴절률을 약 1.5 정도로 가정할 경우 두 물질의 접합면에서 전반사되는 빛의 양은 약 91% 정도로 광추출 효율의 많은 개선이 요구된다.
이를 해결하기 위해서 레이저로 사파이어 기판을 제거하고 전극 배선을 형성하기 전 혹은 후의 단계에서 노출된 n-형 GaN 층의 표면에 요철을 주는 방법에 대한 연구가 수행되고 있다. n-형 GaN의 표면에 요철을 주는 구체적인 방법으로는 습식 식각에 의하여 n-형 GaN 표면을 원뿔 모양으로 형성시키는 것이다 (T. Fujii et al. Appl. phys. Lett., 2004, 84, 855, Y. Gao et al. Jap. J. Appl. Phys., 2004, 43, L637 참조). 이 경우 광추출 효율이 2 배 정도 향상되는 것이 확인되었다.
도 4는 종래 레이저 리프트 오프된 LED에서 발생한 광의 경로를 나타낸 것으로, 도 4a는 레이저 리프트 오프된 LED의 표면에서 발생하는 전반사에 의해 광 중 일부만 LED를 빠져 나오는 것을 나타낸 개략도이고, 도 4b는 레이저 리프트 오프 후 표면을 거칠게 하여 LED의 광추출 효율을 증가시키는 것을 나타낸 개략도이다.
그러나, 이와 같이 표면에 요철을 주는 공정은 추가적인 습식 식각 과정이 요구되며, 요철의 깊이는 n-형 GaN 두께에 한정되는 단점이 있다.
본 발명은 LED의 낮은 광추출 효율을 증가시키고 요철 깊이 한계가 있는 습식 식각에 의한 요철 형성의 단점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
이에, 본 발명은 미세패턴이 임프린트된 투광성 고분자 필름층으로 발광다이오드부 표면 구조를 조절함으로써, 광추출 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 발광다이오드 소자 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 (a) 발광다이오드부; 및 (b) 상기 발광다이오드부의 발광면 상에 투광성을 조절하는 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 구비한 것이 특징인 발광다이오드 소자 및 상기 발광다이오드 소자를 포함하는 발광 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 기판 위에 UV 또는 열경화성 고분자 슬러리를 도포하는 단계; (b) 미세 패턴이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상기 고분자 슬러리가 도포된 기판 면을 가압하는 단계; (c) 자외선 또는 열로 경화하여 고분자 슬러리를 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름으로 성형하는 단계: (d) 상기 스탬프로부터 상기 임프린트된 고분자 필름을 분리하는 단계; 및 (e) 상기 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름을 발광다이오드부의 발광면에 부착하는 단계를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.
추가적으로, 본 발명은 (a) UV 또는 열경화성 고분자 기판을 준비하는 단계; (b) 미세 패턴이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상기 고분자 기판 면을 가압하는 단계; (c) 자외선 또는 열로 경화하여 고분자 기판 일면을 미세 패턴이 임프린트 되도록 성형하는 단계; 및 (d) 상기 미세 패턴이 임프린트된 고분자 기판을 발광다이오드부의 발광면에 부착하는 단계를 포함하는 발광다이오드 소자의 제조 방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은 (a) 발광다이오드부 표면 구조를 조절하기 위해 사용되는 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름 또는 기판; 및 (b) 미세 패턴이 형성되어 있지 아니한 고분자 필름 또는 기판의 일면에 점착제를 통해 적층된 보호필름을 포함하는 고분자 필름 또는 기판을 제공한다.
이하, 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명은 미세 패턴이 임프린트된 투광성 고분자 필름층에 의해 발광다이오드부 표면 구조를 조절함으로써, 발광다이오드부로부터 발생하는 빛의 추출 효율을 보다 효과적으로 향상시키는 것을 특징으로 한다.
굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 입사할 때 굴절각은 입사각보다 크며, 어떤 입사각에서는 굴절각이 90°가 된다. 이때의 입사각을 임계각이라 하며, 입사각이 임계각을 넘게 되면 빛은 그 경계면에서 전부 반사하게 된다. 그리고 굴절률 차가 클수록 상기 임계값이 작아져 전반사되는 빛의 양이 증대된다.
따라서, 본 발명은 발광다이오드부의 표면부와 상기 발광다이오드부의 주변부, 예컨대 몰딩재와의 큰 굴절률 차에 의해 전반사되는 빛의 양을 감소시키기 위해, 미세패턴이 임프린트된 투광성 고분자 필름층으로 발광다이오드부 표면 구조를 조절함으로써, 상기 발광다이오드부의 표면을 개질하는 것이다.
종래 발광다이오드부의 발광면이 평평한(flat)한 경우 발광다이오드부, 예컨대 GaN(굴절률: 2.6)과 몰딩재(예, 에폭시의 굴절률: 1.5)의 큰 굴절률 차이에 의하여 LED 구조로부터 발생된 빛의 약 91% 정도가 외부로 방출되지 못하고 내부로 전반사되었다(도 4a 참조). 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래 발광다이오드부의 표면에 습식 식각법을 수행하여 요철을 형성하려는 시도가 있었으나 실제로 요철 형성 공정 이후 전극을 구성하는 금속이 부식되어 없어지거나 또는 전극의 표면 상태의 변화가 발생하여 성능 저하가 초래될 뿐만 아니라, 요철의 깊이가 n형 GaN의 두께에 한정되는 문제점이 발생하였다.
이에 비해, 본 발명에서는 내부로 전반사되는 빛의 양을 줄이기 위해서, 종래 평평한 발광면 대신 발광다이오드부의 발광면 상에 요철 형상의 미세 패턴이 형성된 고분자 필름층을 도입함으로써 발광다이오드부로부터 발생하는 빛의 추출 효율 향상을 도모할 수 있다. 특히, 발광 파장의 1/2(λ/2) 보다 큰 크기, 예컨대 마이크로 단위의 미세 패턴이 도입될 경우 산란(scattering)에 의해 외부로 방출되는 빛의 효율을 상승시킬 수 있다.
또한, 요철 형성을 위해 전극의 물리적 및 화학적 변화를 초래하는 식각 공정을 수행하는 대신, 일정 형태를 갖는 고분자 필름층을 도입함으로써 식각 공정에 의해 발생하는 종래 문제점을 근본적으로 해결할 수 있다.
추가적으로, 요철 깊이의 한계가 없어 원하고자 하는 광추출 효율 증대를 최적화할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 발광다이오드부의 발광면 상에 미세 패턴이 임프린트된 투광성 고분자 필름층을 형성시킨 경우 광 경로를 보여주고 있다.
발광다이오드 표면과 굴절률이 동일하거나(도 5a 참조) 굴절률이 큰(도 5b 참조) 고분자 필름층을 사용한 경우는 발광다이오드부 표면에서 전반사되는 빛은 없으며, 이어서 상기 고분자 필름과 상기 주변부(예, 몰딩재)의 굴절률 차에 의해 전반사될 수 있는 빛은 고분자 필름 상에 형성된 임프린트된 미세 패턴에 의해 감소시킬 수 있다.
한편, 발광다이오드부의 발광부 보다 굴절률이 작고 주변부(예, 몰딩재) 보다 굴절률이 큰 고분자 필름을 사용하는 경우는(도 5c 참조), 발광다이오드부 표면 부와 주변부와의 굴절률 차에 비해 발광다이오드부 표면부와 고분자 필름과의 굴절률 차가 감소하여 전반사되는 빛의 양을 감소시킬 수 있고 이어서 상기 고분자 필름과 상기 주변부(예, 몰딩재)의 굴절률 차에 의해 전반사될 수 있는 빛은 고분자 필름 상에 형성된 임프린트된 미세 패턴에 의해 감소시킬 수 있다.
이와 같이 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 사용하는 경우는 종래의 n형층을 바로 식각하여 요철을 형성하는 방법에 비해 다음과 같은 장점이 있다.
우선 n형층을 식각하는 경우 UV를 조사하면서 식각하므로 장치가 복잡하고 시간이 오래 걸리며 식각된 깊이는 n형층 두께에 한정된다. 또한 n형층의 결정 방향을 따라 식각이 되므로 원하는 형태의 미세 패턴을 형성할 수 없다.
이에 반해, 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름은 대형화 제작이 가능하며, 미세 패턴의 균일성을 확보할 수 있고, 미세패턴 각 요소의 선폭 및/또는 깊이 및 고분자 필름 두께를 임의적으로 용이하게 조절할 수 있다 따라서, 본 발명은 상기 고분자 필름층을 사용하여, 발광다이오드부 표면에 다양한 형태 및 크기의 요철을 부여함으로써 발광다이오드 표면의 전반사되는 빛의 양을 감소시켜 광 추출 효과를 월등하게 높일 수 있다.
또한, 미세패턴 형성 공정이 상기 발광다이오드부 표면상에서 수행되지 아니하고 발광다이오드부와는 별도로 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름을 발광다이오드부의 발광면에 부착함으로써, n형층 식각에 비해 공정이 단순하며 가공 시간을 줄일 수 있는 잇점이 있다.
본 발명에서 고분자 필름층은 기판상에 도포된 고분자 슬러리를 임프린트하 여 형성할 수도 있고, 고분자 기판을 직접 임프린트하여 형성할 수도 있다.
상기 고분자 필름층은 발광다이오드부 표면과 동일 또는 상이한 굴절률을 가질 수 있으나, 가능하면 몰딩부의 굴절률 보다 높은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 발광다이오드 소자 중 몰딩부의 굴절율 < I ≤ 발광다이오드부의 굴절율 ± 0.8 범위이다. 특히, 상기 임프린트된 고분자 필름층은 몰딩재의 굴절률보다 높은 굴절률을 가져야 광추출 효율 증가가 가능하므로 굴절률이 1.6 이상인 것을 사용할 수 있다.
상기 고분자 필름층의 광추출 효율 증가 특성은 필름층 두께에 영향을 받으며 두께가 너무 얇을 경우 내부 전반사 횟수가 상대적으로 늘어나 광추출을 증가시키는 효과가 부족하며 필름 형성 및 발광다이오드에의 부착이 어려우므로, 상기 고분자필름층은 1,000 nm 이상의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
상기 고분자 필름층을 구성하는 미세 패턴은 원뿔 또는 사면체(삼각뿔) 이상의 다면체 형태일 수 있다. 특히 광추출 효율을 증가시키기 위해서는 발광다이오드 전면에 광추출 증대 효과를 줄 수 있는 사각뿔 형태가 유리하다.
상기 고분자 필름층 중 미세 패턴 크기는 특별한 제한이 없으나, 가능하면 10nm 내지 100㎛ 범위인 것이 바람직하다. 특히, 산란을 통해 방출광의 효율을 높일 수 있도록, 발광 파장의 1/2(λ/2) 보다 큰 것, 예컨대 마이크로 단위의 크기를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
미세패턴 각 요소의 선폭(w)과 깊이(d)의 비율(d/w)은 유효 임계각이 커져 광추출 효율이 높아질 수 있도록 클수록 바람직하고, 충분한 광추출 향상 효과를 얻기 위해서는 1 이상인 것이 바람직하다.
고분자 필름층은 UV 또는 열 경화가 가능한 고분자 물질이 경화되어 형성되며, UV 또는 열 경화 가능한 고분자 물질의 비제한적인 예로는 에폭시 수지, 우레아 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지 등이 있다.
또한, 고분자 필름층은 상기 고분자 물질에 청색, 녹색, 황색 혹은 적색 형광물질을 1종 혹은 다종을 혼합한 후 경화하여 형성할 수도 있다.
본 발명에 따라 발광다이오드부의 발광면 상에 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 구비한 발광다이오드 소자의 제조 방법은 당 업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 수행 가능하나, 이의 바람직한 일 실시예를 들면, (a) 기판 위에 UV 또는 열경화성 고분자 슬러리를 도포하는 단계; (b) 미세 패턴이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상기 고분자 슬러리가 도포된 기판 면을 가압하는 단계; (c) 자외선 또는 열로 경화하여 고분자 슬러리를 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름으로 성형하는 단계: (d) 상기 스탬프로부터 상기 임프린트된 고분자 필름을 분리하는 단계; 및 (e) 상기 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름을 발광다이오드부의 발광면에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 다른 제조방법의 일 실시예를 들면, (a) UV 또는 열경화성 고분자 기판을 준비하는 단계; (b) 미세 패턴이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상기 고분자 기판 면을 가압하는 단계; (c) 자외선 또는 열로 경화하여 고분자 기판 일면을 미세 패턴이 임프린트 되도록 성형하는 단계; 및 (d) 상기 미세 패턴이 임프린트된 고분자 기판을 발광다이오드부의 발광면에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
스탬프는 자외선이 투과할 수 있는 소재 또는 열전도성이 큰 소재를 사용한다. 자외선 투과 가능한 소재로는 수정(quartz), 유리, 사파이어(sapphire), 다이아몬드 등이 있다. 열전도성이 큰 소재로는 실리콘계 등이 있다.
기판상에 도포되는 고분자 슬러리는 PMMA(Polymethly Methacrylate)와 같은 고분자 물질과 용매를 함유한다.
상기 용매는 고분자 슬러리에 코팅성을 부여하기 위하여 다른 성분들을 용해시키는 것으로서, 사용량에 따라 점도를 조절할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 용매의 비제한적인 예로는 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 테트라 히드로 퓨란, 1,4-디옥산, 에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 프로필렌글리콜 디메틸 에테르, 프로필렌글리콜 디에틸에테르, 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로 에탄, 1,1,1-트리클로로 에탄, 1,1,2-트리클로로 에탄, 1,1,2-트리클로로 에텐, 1,2,3-트리클로로 프로탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 시클로펜탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 프로판올, 부탄올, 제삼 부탄올, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜 모노프로필에테르, 프로필렌글리콜 모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜 디메틸에테르, 디프로필렌글리콜 디에틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 메틸 카비톨, 에틸 카비톨, 프로필 카비톨, 부틸 카비톨, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 메틸에테르 프로피오네이트, 3-메톡시부틸 아세테이트, 3-메틸-3-메톡시 부틸 아세테이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 에틸 셀로솔브아세테이트, 메틸 셀로솔브아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 에틸 아세테이트 등이 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 점도 조절을 고려해 상기 용매의 사용량은 고분자 슬러리 총 100 중량부에 대하여 바람직하게는 60 ~ 90 중량부, 보다 바람직하게는 65 ~ 85 중량부이다.
고분자 슬러리의 도포 방법으로는 스핀 코팅(spin coating) 방식, 액적 도포(droplet dispensing) 방식, 분사(spray) 방식 등이 있다.
한편, 임프린트될 UV 또는 열경화성 고분자 기판의 비제한적인 예로는, PET(Polyethylene Terephthalate), PC(polycarbonate), PES(Polyethersulfone), PEN(polyethylenenaphthalate) 등이 있다.
UV 투과성 또는 열 경화성 스탬프로부터 제작되는 고분자 필름층을 예컨대 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 위에서 임프린트된 박막의 필름으로 제작하는 경우, 박막 필름의 두께가 너무 얇아서 취급하기가 어려운 단점이 있다. 따라서, 고분자 박막 대신에 고분자 기판을 이용하는 경우, 실리콘 기판이 필요 없기 때문에 실리콘 기판 위에 고분자 필름을 코팅하고 임프린트 후 필름을 기판으로부터 제거하는 일련의 공정이 필요 없게 되므로, 대량 생산 측면에서 유리하다.
UV 경화 또는 열 경화 후 스탬프가 쉽게 분리되도록 실리콘계 이형제와 같은 점착 방지물질을 스탬프의 요철부분에 처리하는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조된 임프린트 패턴된 고분자 필름이나 기판은 점착제와 보호필름까지 도포된 형태로 롤이나 기판 형태로 LED 제조 업체에 공급이 가능하다. 필름 이나 기판을 공급받은 업체는 필요한 크기로 제단한 후 보호필름을 제거하고 제조된 LED 상부에 필름이나 기판을 부착하게 된다. 필요에 따라서는 제단까지 끝난 필름이나 기판을 공급할 수도 있다.
본 발명에 따라 발광다이오드부의 발광면 상에 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 구비한 발광다이오드 소자는, 저출력용, 고출력 플립형, 레이저 리프트-오프 방식 또는 그 외 발광다이오드에 제한 없이 적용 가능하며, 특히 레이저 리프트-오프형이 바람직하다.
본 발명에 따라 발광다이오드부의 발광면 상에 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 구비한 발광다이오드 소자는, 발광다이오드부 표면에 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 형성하는 것을 제외하고는, 당 업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 이의 일 실시예 형태로 레이저 리프트 오프 방식을 사용한 경우에 대해 자세히 설명하고자 한다(도 3 참조). 상기 레이저 리프트 오프 방식의 발광다이오드 소자의 제조방법은 하기 단계를 포함할 수 있다.
(1) 사파이어 기판 상 발광다이오드부 성장 단계
금속유기화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition: MOCVD), 액상에피텍셀법(LPE), 분자빔에피텍셜법(MBE) 등의 방법을 사용하여 사파이어 기판 상에 n형층, 발광 활성층, p형층을 차례로 성장시켜 발광다이오드부를 형성한다. 이때, 상기 n형층, 활성층, p형층은 당업계에 알려진 통상적인 III-V족 화합물, 예컨대 GaAs, GaP, GaN, InP, InAs, GaAIN, InGaN, InAlGaN 또는 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성시킬 수 있다. 상기 p형층 및 n형층은 각각 p형 및 n형 도펀트가 도 핑되어 있지 않아도 무방하나, 가능하면 도핑되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 활성층은 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물구조(multiple quantum well: MQW)일 수 있다. 전술한 p형층, 활성층, n형층 이외에 다른 버퍼층을 포함할 수도 있다. 상기 III-V족 화합물의 성분을 조절함으로써 장파장에서부터 단파장까지의 발광다이오드를 자유롭게 제작할 수 있으며, 이를 통해 460nm를 갖는 청색 질화물계 발광다이오드에 국한되지 않고 모든 발광다이오드에 적용할 수 있다.
(2) p-형 오믹 접촉 형성 단계
사파이어 기판에 발광다이오드 구조(예, 질화갈륨계)가 성장된 웨이퍼를 초기 세정한 후 웨이퍼의 상부 p-형 표면(예, p-형 GaN)에 진공 증착으로 p-형 오믹 접촉 금속을 형성시킨 후 열처리를 수행하여 p-형 오믹 접촉을 완성한다.
(3) 사파이어 기판면의 폴리싱 단계
일반적으로 발광다이오드의 결정 구조는 430 마이크론 정도의 두께를 지니는 사파이어 기판에 성장된다. 그것을 소자로 만들기 위해서 랩핑(lapping) /폴리싱(polishing) 공정을 통하여 사파이어 기판의 두께를 약 80-100 마이크론 정도로 얇게 만든다.
(4) 서브마운트 기판 접합 단계
필요한 경우, 예컨대 고출력 발광다이오드의 경우, 열방출 효율을 향상시키기 위해 서브마운트 기판을 사용할 수 있다. 즉, 폴리싱 처리된 사파이어 기판을 서브마운트 기판에 폴리싱 처리된 사파이어 기판이 위로 올라오도록 뒤집고, 접합재를 사용하여 발광다이오드의 p-형 오믹 접촉 금속면을 서브마운트 기판에 접합시 킨다.
(5) 단위칩 형성 단계
필요한 경우, 서브마운트 기판과 발광다이오드 결정 구조를 단위 발광다이오드 칩으로 자를 수 있다(dicing).
(6) 리드 프레임 접합 단계
상기 단위칩을 리드 프레임에 붙인다. 이때, 서브마운트 기판 접합 단계 및/또는 단위칩 형성 단계를 생략하고, AuSn과 같은 접합재를 사용하여 발광다이오드의 p-형 오믹 접촉 금속면을 리트 프레임에 접합시킬 수도 있다.
(7) 레이저 조사 단계
사파이어 기판을 제거하기 위하여 엑시머 등의 레이저를 조사한다. 이때, 레이저광의 파장은 365nm 이하인 것이 바람직하다. 예컨대, 사파이어 기판을 투과한 레이저 빛이 질화갈륨에 흡수되어 사파이어와 질화갈륨의 계면 영역의 질화갈륨이 분해되어 금속 갈륨과 질소 가스가 생성됨으로써 사파이어 기판은 발광다이오드 결정 구조와 분리된다.
(8) n-형 오믹 접촉 금속 형성 단계
필요할 경우 사파이어 기판이 제거되면서 드러난 n-형 표면(예, n-형 GaN)에 n-형 오믹접촉 금속을 증착시킨다.
(9) 본 발명에 따른 발광다이오드부 표면 상 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층 형성 단계
앞서 설명한 방법에 따라, 본 발명에 따라 발광다이오드부 표면에 미세패턴 이 임프린트된 고분자 필름층을 형성한다. 상기 고분자 필름 형성 단계는 하기 와이어 본딩 단계 이후에 수행할 수도 있다.
(10) 와이어 본딩 단계
상기 고분자 필름을 일부 노출시킨 n-형 표면 및/또는 p-형 표면에 금(gold) 와이어 본딩을 수행한다.
(11) 몰딩재 처리 단계
에폭시와 같은 몰딩재 또는 형광체가 혼합된 몰딩재를 씌워서 발광다이오드 제작을 완료한다. 이때 상기 몰딩재로는 에폭시, 실리콘 및 아크릴 등이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 구조 또는 상기와 같은 방법에 따라 제조되는 발광다이오드 소자를 구비하는 발광 장치를 제공한다. 상기 발광 장치는 발광다이오드 소자를 구비하는 모든 발광 장치를 포함하며, 일례로 조명 장치, 표시부, 살균 램프, 디스플레이부 등이 있다.
본 발명의 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하나, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
GaN 계 LED 구조가 성장된 사파이어 기판을 초기 세정한 후 p-형 GaN 표면에 니켈과 은을 전자빔 증착하여 오믹접촉 금속을 형성하였다. 증착된 금속은 오믹 접촉을 이루기 위한 급속 열처리 공정을 실시하였으며 레이저 리프트 오프를 위해 사파이어 기판을 100 마이크론 두께로 lapping 후 polishing 하였다. 이렇게 준비된 기판을 1 mm x 1 mm 크기로 잘라서 은 페이스트를 이용하여 리드 프레임에 붙인 후 KrF 레이저를 이용하여 248 nm 파장의 빛을 600 mJ/cm2의 세기로 조사하였다. 이렇게 레이저가 조사되면 LED에서 사파이어 기판이 제거되며 사파이어 기판이 제거되어 노출된 GaN 표면에 금 와이어를 본딩하였다. 제작된 LED의 300 mA의 전류에서의 밝기를 측정하였으며 측정된 결과는 26.1 mW 였다.
실리콘 웨이퍼 위에 도 6과 같이 임프린트된 고분자 폴리머 패턴을 제작하였다. 선폭은 수십 나노에서 수백 나노 미터, 높이도 수십에서 수백 나노 미터로 가변시켜 최적 조건을 얻고자 하였다.
제작된 임프린트 고분자 필름은 웨이퍼 가공 장치인 스크라이빙, 브레이킹 장비를 이용하여 LED 소자 크기로 자른 후, flip chip bonding 장치를 이용하여 LED 소자 위에 에폭시 접착을 실시하였다. 이와 같이 제작된 LED 소자는 300 mA의 전류에서 밝기를 측정하였으며 측정된 결과는 35.5 mW로 임프린트된 고분자 박막을 형성하지 않았을 때의 26.1 mW 보다 약 36% 향상되었다.
실시예
2
임프린트 고분자 필름 대신 임프린트 고분자 기판을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 LED를 제작하여 광출력을 비교하였으며, 300 mA의 전류에서의 밝기는 32 mW를 나타내었다. 이와 같은 결과는 실시예 1과 매우 유사한 것으로, 실시예 2에 따라 고분자 기판을 사용하는 경우 실시예 1 보다 대량 생산 측면에서는 보다 유리하다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 임프린트된 고분자 물질로 발광다이오드부 표면 구조를 조절함으로써, 발광다이오드부 표면의 광추출 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
Claims (17)
- (a) 발광다이오드부; 및(b) 상기 발광다이오드부의 발광면 상에 투광성을 조절하는 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름층을 구비하는 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 고분자 필름층의 미세 패턴 크기는 10nm 내지 100㎛ 범위인 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 2항에 있어서, 상기 고분자 필름층의 미세 패턴 크기는 발광 파장의 1/2(λ/2) 보다 큰 것인 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 미세 패턴은 원뿔 또는 사면체(삼각뿔) 이상의 다면체 형태인 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 미세 패턴은 선폭(w)과 깊이(d)의 비율(d/w)이 1 이상인 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 고분자 필름층의 굴절률은 발광다이오드부의 몰딩부 보다 큰 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 6항에 있어서, 상기 고분자 필름층의 굴절율(I)은 발광다이오드 소자 중 몰딩부의 굴절율 < I ≤ 발광다이오드부의 굴절율 ± 0.8 범위인 발광다이오드 소자.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 고분자 필름층은 UV 또는 열 경화성 고분자 물질을 경화시켜 형성된 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 9항에 있어서, 상기 UV 또는 열 경화성 고분자 물질은 에폭시 수지, 우레아 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 아크릴 수지로 구성된 군에서 1종 이상 선택된 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 9항에 있어서, 상기 고분자 필름층은 형광체(phosphor) 입자를 함유한 고분자 물질을 경화시켜 형성된 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 발광다이오드부는 질화갈륨계 화합물을 포함하는 것 인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 발광다이오드부는 레이저 리프트-오프(Laser Lift-Off) 방식에 의해 형성된 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- 제 1항에 있어서, 상기 발광다이오드부는 p형층, 발광층, n형층을 포함하고, 상기 고분자 필름층이 n형층 상부에 형성된 것이 특징인 발광다이오드 소자.
- (a) 기판 위에 UV 또는 열경화성 고분자 슬러리를 도포하는 단계;(b) 미세 패턴이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상기 고분자 슬러리가 도포된 기판 면을 가압하는 단계;(c) 자외선 또는 열로 경화하여 고분자 슬러리를 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름으로 성형하는 단계:(d) 상기 스탬프로부터 상기 임프린트된 고분자 필름을 분리하는 단계; 및(e) 상기 미세패턴이 임프린트된 고분자 필름을 발광다이오드부의 발광면에 부착하는 단계를 포함하는 제 1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 발광다이오드 소자의 제조 방법.
- (a) UV 또는 열경화성 고분자 기판을 준비하는 단계;(b) 미세 패턴이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상기 고분자 기판 면을 가압하는 단계;(c) 자외선 또는 열로 경화하여 고분자 기판 일면을 미세 패턴이 임프린트 되도록 성형하는 단계; 및(d) 상기 미세 패턴이 임프린트된 고분자 기판을 발광다이오드부의 발광면에 부착하는 단계를 포함하는 제 1항 내지 제7항 및 제9항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 발광다이오드 소자의 제조 방법.
- (a) 발광다이오드부 표면 구조를 조절하기 위해 사용되는 미세 패턴이 임프린트된 고분자 필름; 및(b) 미세 패턴이 형성되어 있지 아니한 고분자 필름의 일면에 점착제를 통해 적층된 보호필름을 포함하는 고분자 필름.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050100691A KR100900525B1 (ko) | 2005-08-19 | 2005-10-25 | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 |
| US11/488,183 US20070018186A1 (en) | 2005-07-19 | 2006-07-18 | Light emitting diode device having advanced light extraction efficiency and preparation method thereof |
| PCT/KR2006/002817 WO2007011154A1 (en) | 2005-07-19 | 2006-07-19 | Light emitting diode device having advanced light extraction efficiency and preparation method thereof |
| TW095126338A TW200717867A (en) | 2005-07-19 | 2006-07-19 | Light emitting diode device having advanced light extraction efficiency and preparation method thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050076336 | 2005-08-19 | ||
| KR1020050100691A KR100900525B1 (ko) | 2005-08-19 | 2005-10-25 | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20070021875A KR20070021875A (ko) | 2007-02-23 |
| KR100900525B1 true KR100900525B1 (ko) | 2009-06-02 |
Family
ID=41349390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050100691A KR100900525B1 (ko) | 2005-07-19 | 2005-10-25 | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100900525B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100849807B1 (ko) * | 2007-03-26 | 2008-07-31 | 삼성전기주식회사 | 발광 다이오드 패키지 제조방법 |
| KR101364722B1 (ko) * | 2012-05-02 | 2014-02-20 | 포항공과대학교 산학협력단 | 나노 임프린트 몰드 제조 방법, 그것에 의해 제조된 나노 임프린트 몰드 및 그것을 이용한 발광 다이오드 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001041225A2 (en) * | 1999-12-03 | 2001-06-07 | Cree Lighting Company | Enhanced light extraction in leds through the use of internal and external optical elements |
-
2005
- 2005-10-25 KR KR1020050100691A patent/KR100900525B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001041225A2 (en) * | 1999-12-03 | 2001-06-07 | Cree Lighting Company | Enhanced light extraction in leds through the use of internal and external optical elements |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20070021875A (ko) | 2007-02-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20070018186A1 (en) | Light emitting diode device having advanced light extraction efficiency and preparation method thereof | |
| US7781242B1 (en) | Method of forming vertical structure light emitting diode with heat exhaustion structure | |
| US8071401B2 (en) | Method of forming vertical structure light emitting diode with heat exhaustion structure | |
| US8709845B2 (en) | Solid state lighting devices with cellular arrays and associated methods of manufacturing | |
| KR100649769B1 (ko) | 반도체 발광 다이오드 및 그 제조 방법 | |
| KR100798863B1 (ko) | 질화갈륨계 발광 다이오드 소자 및 그 제조방법 | |
| JP2007059418A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
| EP2940741B1 (en) | Reversely-installed photonic crystal led chip and method for manufacturing same | |
| JP2007294972A (ja) | 発光素子及びその製造方法 | |
| US20130009167A1 (en) | Light emitting diode with patterned structures and method of making the same | |
| JP2007168066A (ja) | ナノ構造物が形成された基板の製造方法及び発光素子並びにその製造方法 | |
| JP5306779B2 (ja) | 発光素子及びその製造方法 | |
| JP2010534943A (ja) | Ｐ型表面を有する発光ダイオード | |
| KR20080040359A (ko) | 수직형 발광 소자 및 그 제조방법 | |
| KR100906722B1 (ko) | 반도체 발광소자, 화상표시장치 및 조명장치와 그 제조방법 | |
| WO2011030789A1 (ja) | 発光装置 | |
| WO2007136065A1 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| KR100958590B1 (ko) | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 | |
| JP2005268734A (ja) | 発光ダイオードおよびその製造方法 | |
| US20070082418A1 (en) | Method for manufacturing a light emitting device and light emitting device made therefrom | |
| KR100697829B1 (ko) | 발광 소자의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 발광 소자 | |
| KR20070011041A (ko) | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 | |
| US8697463B2 (en) | Manufacturing method of a light-emitting device | |
| KR101165258B1 (ko) | 발광 소자 및 이의 제조 방법 | |
| KR100900525B1 (ko) | 광추출 효율을 높인 발광다이오드 소자 및 이의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120327 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150520 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |