KR101130360B1 - 발광 다이오드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 제조방법은 (a) 제1 기판(110), 제1 도전형을 갖는 제1 반도체층(130), 활성층(140), 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 갖는 제2 반도체층(150). 및 투명 전극층(160)을 순차적으로 적층시키는 단계; 및 (b) 투명 전극층(160) 상에 나노 임프린팅법을 이용하여 다공성층(170)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 높은 광 추출 효율을 가지는 발광 다이오드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
질화갈륨(GaN) 계열의 발광 다이오드는 전력 소모가 적고 수명이 길며 고휘도의 특성을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 질화갈륨 계열의 발광 다이오드는 LCD(Liquid Crystal Display) 백라이트(backlight), 차량용 조명, 교통 신호등 등 다양한 조명용 광원으로 널리 이용되고 있다. 그러나, 아직까지 발광 다이오드의 효율은 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있으며, 이에 발광 다이오드의 효율을 개선하기 위한 노력이 계속되고 있다.
발광 다이오드의 효율을 개선하기 위한 노력은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 결정질(crystal quality) 및 에피층 구조에 의해 결정되는 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 개선시키기 위한 노력이고, 둘째는 광 추출 효율(light extraction efficiency)을 개선시키기 위한 노력이다. 내부 양자 효율은 현재 70 내지80%의 수준에 이르고 있어 개선의 여지가 많지 않으나, 광 추출 효율은 개선의 여지가 많다.
광 추출 효율 개선을 위한 방법으로는 열 방출 구조 및 거칠어진 표면을 채용하여 내부 광 손실을 제거하는 방법이 주로 이용되고 있다. 이 중에서도, 거칠어진 표면은 발광 다이오드와 그 주변(예를 들면, 대기)의 굴절률 차이에 따른 전반사를 방지하기 위해서 발광 다이오드의 구성요소에 채용된다.
일반적으로 질화갈륨 계열의 반도체 물질은 높은 굴절률을 가지고 있으므로 임계각이 상대적으로 크다. 임계각 이하의 각으로 표면에 입사된 광은 전반사되어 다시 발광 다이오드 내부로 되돌아 가는데, 이러한 광은 다시 반사되어 외부로 방출되기도 하나, 일부는 발광 다이오드 내부 또는 전극들에서 흡수되어 열로 손실된다. 발광 다이오드의 거칠어진 표면은 표면에 입사된 광이 전반사에 의해 발광 다이오드 내부로 돌아가는 것을 방지하여 광을 외부로 방출시키는 역할을 할 수 있다.
이러한 점에 착안하여 근래에 들어 발광 다이오드에 거칠어진 표면을 형성하는 여러 가지 기술들이 소개되고 있다. 그러나, 아직까지 발광 다이오드의 광 추출 효율은 만족할 만한 수준에 이르지 못하고 있으며, 광 추출 효율을 보다 효과적으로 개선할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 광 추출 효율이 높은 발광 다이오드 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법은 (a) 제1 기판, 제1 도전형을 갖는 제1 반도체층, 활성층, 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 갖는 제2 반도체층. 및 투명 전극층을 순차적으로 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 투명 전극층 상에 나노 임프린팅법을 이용하여 다공성층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다공성층은 SiO2, ITO, Si3N4, AZO, ZnO, TiO2 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
상기 (b) 단계는, 소정의 패턴을 가지는 몰드를 이용하여 제2 기판 상에 패턴층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층과 상기 패턴층을 대응시키는 단계; 및 상기 투명 전극층 상에 상기 패턴층을 전사시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 패턴층은 상기 제2 기판 상에 형성된 희생층 상에 형성되고, 상기 희생층이 제거됨으로써 상기 패턴층이 상기 투명 전극층 상에 전사될 수 있다.
상기 희생층은 열가소성 고분자 물질로 구성될 수 있다.
상기 투명 전극층 상에 상기 패턴층을 전사하기 이전에 상기 투명 전극층 상에 산소 플라즈마 처리 공정, 세정 공정, 자외선 공정, 접착층을 형성하는 공정 중에 적어도 하나의 공정을 수행할 수 있다.
상기 접착층은 패턴층과 동일한 물질로 구성될 수 있다.
상기 몰드의 상기 패턴의 크기를 제어하여 상기 다공성층의 미세 기공 크기를 제어할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 순차적으로 적층된 제1 기판, 제1 도전형을 갖는 제1 반도체층, 활성층, 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 갖는 제2 반도체층, 및 투명 전극층을 포함하고, 나노 임프린팅법을 이용하여 상기 투명 전극층 상에 형성된 다공성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 투명 전극층 상에 다공성층 형성함으로써 발광 다이오드의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 의하면, 나노 임프린팅 기법을 이용한 간단한 공정만으로 다공성층을 형성할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 의하면, 나노 임프린팅 기법을 이용하여 대면적의 기판에도 용이하게 다공성층을 형성할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 의하면, 발광 다이오드의 패키징 공정을 수행한다 하더라도 다공성층이 가지는 광의 전반사 방지 기능을 그대로 유지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다공성층을 구비함에 따라 발생할 수 있는 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다공성층을 구비함에 따라 발생할 수 있는 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상부 발광형 발광 다이오드(100)를 형성하기 위한 기본적인 구성 요소들을 준비할 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 발광형 발광 다이오드(100)를 형성하기 위한 제1 기판(110), u형 반도체층(120), 제1 반도체층(130), 활성층(140), 제2 반도체층(150), 투명 전극층(160)을 순차적으로 적층시킬 수 있다.
제1 기판(110)은 발광 다이오드(100)의 구성 요소들이 성장되기 위한 기초 부재로서의 역할을 수행할 수 있다. 제1 기판(110)으로는 사파이어 기판을 이용하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
u형 반도체층(120), 제1 반도체층(130), 활성층(140), 및 제2 반도체층(150)은 외부로부터 전압을 인가 받아 광을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다. 여기서, u형 반도체층(120)은 불순물이 도핑되지 아니한 반도체층이고, 제1 반도체층(130)은 제1 도전형인 n형의 도전형을 가지는 반도체층이며, 활성층(140)은 다중양자우물(MQW) 구조의 활성층(140)이고, 제2 반도체층(150)은 제1 도전형과 반대의 제2 도전형인 p형의 도전형을 가지는 반도체층일 수 있다. 또한, u형 반도체층(120), 제1 반도체층(130), 활성층(140), 및 제2 반도체층(150) 모두는 질화갈륨을 기본적으로 포함하여 구성될 수 있다.
투명 전극층(160)은 기본적으로 전극으로서의 역할을 수행할 수 있으며 활성층(140)에서 방출된 광이 투과될 수 있는 경로로서의 역할을 수행할 수 있다. 이러한 의미에서 투명 전극층(160)은 일정 이상의 광 투과도와 전기 전도성을 가지는 물질로 구성될 수 있다. 이를 테면, 투명 전극층(160)은 ITO(Indium-Tin-Oxide)로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 투명 전극층(160) 상에는 다공성층(170)을 형성할 수 있다. 여기서 다공성층(170)이란 다수의 미세 기공(172)을 포함하여 구성되는 소정의 층을 의미할 수 있다. 다공성층(170)은 투명 전극층(160) 상에 형성되어 투명 전극층(160)을 투과하는 광의 전반사를 효과적으로 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 다공성층(170)은 투명 전극층(160)과 굴절률이 유사한 물질로 구성되는 것이 바람직한데, 이러한 의미에서, 다공성층(170)을 구성하는 물질은 SiO2, ITO, Si3N4, AZO, ZnO, TiO2 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명은 다공성층(170)을 나노 임프린팅 기법으로 형성시키는 것을 하나의 중요한 구성상의 특징으로 한다. 나노 임프린팅 기법은 나노 패턴을 가지는 몰드(10)를 이용하여 나노 구조물을 형성시키는 방법으로서 경제적이고도 효과적으로 나노 구조물을 형성시킬 수 있기 때문에 근래에 들어 널리 각광받고 있는 기술 중에 하나이다. 나노 임프린팅 기법을 이용하여 다공성층(170)을 형성할 수 있다면 다공성층(170)의 구체적인 형성 방법은 특별하게 한정되지 아니하나 바람직하게는 이하에서 설명되는 방법이 이용될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성층(170)의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 제2 기판(210) 상에 소정의 패턴을 가지는 몰드(10)를 이용하여 패턴층(230)을 형성할 수 있다.
여기서, 제2 기판(210)은 패턴층(230) 및 이하에서 설명되는 희생층(220)을 형성시키기 위하여 사용되는 기판으로서, 발광 다이오드(100)의 기초 부재로서 사용되는 제1 기판(110)과는 구별될 수 있다. 제2 기판(210)으로는 글래스 기판과 같은 투명 기판을 이용할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
몰드(10)는 소정의 패턴[바람직하게는, 나노 크기의 패턴]이 형성되어 있는 구조체로서, PDMS, h-PDMS, PVC등의 고분자 등을 이용하여 제조될 수도 있으나, 바람직하게는 실리콘, 유리 등을 이용하여 제조될 수 있다.
패턴층(230)은 다공성층(170)을 형성하기 위하여 사용되는 구조체이다. 따라서, 패턴층(230)은 다공성층(170)과 동일한 물질, 이를 테면, SiO2, ITO, Si3N4, AZO, ZnO, TiO2 중 어느 하나의 물질을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
도 3을 더 참조하면, 패턴층(230)은 패턴층(230)의 상부를 구성하는 요철 패턴(234)과 패턴층(230)의 하부를 구성하는 잔여층(232)으로 구분될 수 있다. 후술하는 바와 같이 패턴층(230)은 투명 전극층(160) 상에 그대로 전사되어 다공성층(170)을 형성할 수 있어야 하기 때문에 연속적인 층 형태의 잔여층(232)을 포함하여 구성될 필요가 있다. 패턴층(230)을 이용한 다공성층(170)의 형성에 관해서는 이후에 더 후술하도록 하겠다.
도 4 및 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 제2 기판(210) 상에 패턴층(230)을 형성하는 방법에 대해서 도시하고 있다.
먼저, 도 4를 참조하면, 제2 기판(210) 상에 요철 패턴(234)이 형성되지 아니한 물질층(236)을 형성할 수 있다. 물질층(236)을 형성하기 위해서 공지의 증착 방법인 스퍼터링법 또는 스핀 코팅법이 이용될 수 있다. 스핀 코팅법을 이용하는 경우에는, 졸(sol) 상태의 용액, 나노 입자 용액, 나노 입자 용액이 분산된 고분자 레진 혼합물 등이 스핀 코팅되는 물질로서 이용될 수 있다. 여기서, 나노 입자는 SiO2, ITO, Si3N4, AZO, ZnO, TiO2 등의 나노 입자를 의미할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 몰드(10)를 물질층(236)에 대응시킨 후에 몰드(10)를 물질층(236)에 압착시켜서 요철 패턴(234)과 잔여층(232)으로 구성되는 패턴층(230)을 형성할 수 있다. 몰드(10)를 물질층(236)에 압착시킬 때에는 몰드(10)의 압착 정도를 조절하여 잔여층(232)이 남겨질 수 있도록 하는 것이 중요하게 고려될 수 있을 것이다. 또한, 패턴층(234)이 형성된 이후에는 200 내지 500℃의 온도 범위에서 패턴층(234)을 가열하여 패턴층(234)에 잔존하는 고분자 또는 용액 성분을 제거할 수도 있다.
한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 패턴층(230)이 제2 기판(210) 상에 형성된 희생층(220) 상에 형성되는 모습을 확인할 수 있다. 이처럼, 패턴층(230)은 제2 기판(210) 상에 형성된 희생층(220) 상에 형성되는 것이 바람직한데, 이는 제2 기판(210)과 패턴층(230)을 용이하게 분리시키기 위함이다. 이러한 의미에서, 희생층(220)은 폴리비닐알코올(PVA)과 같은 열가소성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 후술하는 바와 같이 패턴층(230)을 투명 전극층(160)에 접촉시킨 상태에서 소정의 가열을 수행하여 패턴층(230)과 제2 기판(210)을 용이하게 분리할 수 있게 된다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 패턴층(230)과 투명 전극층(160)을 대응시킬 수 있다. 이때에 패턴층(230)의 정확한 전사를 위해서 소정의 정렬(alignment) 과정이 더 수행될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 투명 전극층(160) 상에 패턴층(230)을 전사시킬 수 있다. 여기서 패턴층(230)이 투명 전극층(160) 상에 전사된다 함은 패턴층(230)이 투명 전극층(160) 상으로 이동되는 것을 의미할 수 있다. 패턴층(230)의 원활한 전사를 위하여, 패턴층(230)과 투명 전극층(160)과의 접촉이 유지된 상태에서 제2 기판(210)의 상부로부터 소정의 압력[바람직하게는, 1 내지 10bar의 압력]이 가해질 수도 있으며, 패턴층(230)과 투명 전극층(160) 사이의 공간에 진공 분위기가 조성될 수도 있다. 또한, 경우에 따라서는 패턴층(230)과 투명 전극층(160)을 100 내지 200℃의 온도 범위 내에서 가열할 수도 있다.
이와 같이 투명 전극층(160) 상에 패턴층(230)을 전사시킴에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 투명 전극층(160) 상에는 다공성층(170)이 형성될 수 있게 된다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상술한 바와 같이 패턴층(230)의 상부는 요철 패턴(234)으로, 패턴층(230)의 하부는 잔여층(232)으로 구성될 수 있다. 이러한 경우, 임의의 요철 패턴(234), 임의의 요철 패턴(234)에 이웃하는 요철 패턴들(234), 및 잔여층(232)은 상면이 개방된 3차원의 구조(P)를 형성하게 된다. 패턴층(230)[보다 정확하게는, 패턴층(230)의 요철 패턴(234)]과 투명 전극층(160)을 대응시킨 상태에서 패턴층(230)을 투명 전극층(160) 상에 전사시키는 경우 상기 3차원의 구조(P)의 상면은 투명 전극층(160)에 의하여 차단되게 되며, 이에 따라 상기 3차원의 구조(P)는 전면이 차단된 미세 기공(172)이 될 수 있게 된다. 이러한 미세 기공(172)의 형성은 패턴층(230)의 모든 요철 패턴(234)에서 이루어지게 되며, 이에 따라 투명 전극층(160) 상에는 다수의 미세 기공(172)을 포함하는 다공성층(170)이 형성될 수 있게 된다.
이러한 미세 기공(172)의 형성 과정으로부터 요철 패턴(234)의 크기는 미세 기공(172)의 크기를 결정한다는 것을 알 수 있다. 요철 패턴(234)의 크기는 결국 몰드(10)의 패턴 크기에 의하여 결정되기 때문에, 몰드(10)의 패턴 크기를 조절하는 경우 미세 기공(172)의 크기를 조절할 수 있다는 결과를 도출해낼 수 있다. 작업자는 이러한 사실을 적극적으로 이용하여 몰드(10)의 패턴 크기를 적절하게 조절함으로써 형성되는 다공성층(170)의 미세 기공(172)의 크기를 원하는 대로 조절할 수 있을 것이다.
한편, 상술한 희생층(220)의 사용은 패턴층(230)의 전사가 용이하게 이루어지도록 도와줄 수 있다. 다시 말하여, 제2 기판(210) 및 희생층(220) 상에 형성된 패턴층(230)을 투명 전극층(160)과 접촉시킨 상태에서 소정의 가열을 수행하여 희생층(220)을 제거함으로써 제2 기판(210)과 패턴층(230)을 분리시키고, 이러한 분리 과정에 의하여 패턴층(230)이 투명 전극층(160) 상에 용이하게 전사되도록 할 수 있다.
또한, 패턴층(230)의 전사가 용이하게 이루어지도록 하기 위하여, 투명 전극층(160) 상에 패턴층(230)을 전사하기 이전에, 투명 전극층(160) 상에 산소 플라즈마 처리 공정, 세정 공정, 자외선 공정, 접착층(162)을 형성하는 공정 중에 적어도 하나의 공정이 더 수행될 수도 있다.
도 8에서는 상술한 여러 가지 공정 중에서 투명 전극층(160) 상에 접착층(162)을 형성하는 공정이 수행된 모습을 도시하고 있다. 이때에, 바람직하게는 접착층(162)은 패턴층(230)과 동일한 물질, 이를 테면, SiO2, ITO, Si3N4, AZO, ZnO, TiO2 중 어느 하나의 물질을 사용하여 제조될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 투명 전극층(160)을 형성한 이후에는 p형 전극(180)과 n형 전극(190)을 더 형성하여 발광 다이오드(100)를 제조할 수 있다. 이하에서는 도 9 내지 도 12를 참조하며, p형 전극(180) 및 n형 전극(190)을 형성하는 방법에 대해서 살펴보기로 한다.
먼저, 도 9를 참조하면, 메사(mesa) 구조를 형성하기 위하여 다공성층(170) 상부 일측에 제1 포토레지스트(20) 패턴을 형성한 후에, 제1 포토레지스트(20) 패턴을 마스크로 이용하여 다공성층(170), 투명 전극층(160), 제2 반도체층(150) 활성층(140), 및 제1 반도체층(130)을 식각한다. 이때에, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 반도체층(130)은 일부만 식각될 수 있다. 식각 방법은 특별하게 한정되지 아니하며, 질산 또는 염산 등을 이용한 습식 식각 방법 및 산소 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 방법이 두루 이용될 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 잔존하는 제1 포토레지스트(20) 패턴을 제거하고, p형 전극(180) 및 n형 전극(190)이 형성될 영역의 상부에 제2 포토레지스트(30) 패턴을 형성한다.
다음으로, 도 11을 참조하면, 제2 포토레지스트(30) 패턴을 이용하여 투명 전극층(160) 상부에 p형 전극(180)을, 제1 반도체층(130) 상부에 n형 전극(190)을 형성한다. 이때에, p형 전극(180)으로는 Ni/Au 전극이 사용될 수 있으며, n형 전극(190)으로는 Ti/Al 전극이 사용될 수 있다.
마지막으로, 도 11을 참조하면, 잔존하는 제2 포토레지스트(30) 패턴을 제거하여 발광 다이오드(100)의 제조를 완료할 수 있다.
이렇게 제조된 발광 다이오드(100)는 활성층(140)에서 발광된 광이 제2 반도체층(150) 및 투명 전극층(160)을 투과하여 외부로 빠져나가면서 외부로 빛을 발광할 수 있게 된다. 이때에, 투명 전극층(160)을 빠져나가는 일부의 광은 소위 전반사 현상[굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 광이 입사할 때 반사되는 현상]에 의해서 발광 다이오드(100) 내부로 유입될 수 있다. 투명 전극층(160)을 투과하지 못하고 전반사되는 광은 발광 다이오드(100) 내부에서 손실되게 되므로, 발광 다이오드(100)의 광 추출 효율을 개선하기 위해서는 광의 전반사를 최소화하고 발광 다이오드(100)의 외부로 방출되는 광의 양을 증가시키는 것이 필요하다.
본 발명의 발광 다이오드(100)는 투명 전극층(160) 상에 다공성층(170)을 구비함에 따라 투명 전극층(160)을 투과하는 광의 전반사를 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 도 13은 이와 같은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 보다 구체적으로, 도 13의 (a)에서는 다공성층(170)이 형성되지 아니한 투명 전극층(160)을 투과하여 광이 진행하는 모습을 나타내고 있으며, 도 13의 (b)에서는 다공성층(170)이 형성된 투명 전극층(160)을 투과하여 광이 진행하는 모습을 나타내고 있다.
도 13의 (a)에서 광(R1)은 임계각(θ)보다 작은 각(θ1)을 가지고 입사하기 때문에 굴절되어 외부로 빠져나갈 수 있다. 그러나, 광(R2)는 임계각(θ)보다 큰 각(θ2)을 가지고 입사하기 때문에 외부로 빠져나가지 못하고 전반사될 수 있다. 전반사되어 발광 다이오드 내부로 유입되는 광(R2)이 많아지게 되는 경우 발광 다이오드의 광 추출 효율이 저하되게 된다.
도 13의 (b)를 도 13의 (a)와 비교하여 봤을 때, 광(R1)의 경로는 변하지 않았지만, 광(R2)은 외부로 빠져나가게 된다. 보다 구체적으로, 광(R2)의 입사각(θ3)이 임계각(θ)보다 작기 때문에. 즉 광에 대한 전반사 조건이 깨졌기 때문에 광(R2)이 외부로 빠져나가게 된다. 이와 같이, 다공성층(170)에 의하여 외부로 빠져나가는 광이 증가함에 따라, 발광 다이오드(100)의 광 추출 효율은 향상될 수 있게 된다.
이외에도, 다공성층(170)은 그 내부에서 광을 포획할 수 있기 때문에 다공성층(170)을 투과하지 못하는 광[이를 테면, 수평 방향으로 진행되는 광]을 포획하여 외부로 방출되도록 할 수 있다. 또한, 다공성층(170)은 발광 다이오드(100) 내부에서 다공성층(170)을 향하여 진행하는 광을 산란(scattering)시키는 기능을 수행하여 보다 많은 양의 광이 외부로 방출되도록 할 수 있다. 결과적으로 다공성층(170)을 포함하는 본 발명의 발광 다이오드(100)는 매우 높은 광 추출 효율을 나타내게 된다.
더욱이, 발광 다이오드(100)는 에폭시 수지를 이용한 패키징(packaging) 과정을 거쳐서 제품화되는 것이 일반적이다. 만약 투명 전극층(160) 상에 일반적인 요철 형태의 패턴이 형성되는 경우에는, 에폭시 수지가 요철 형태의 패턴 사이에 유입되게 되면서 요철 형태의 패턴이 가지는 광의 전반사 방지 효과가 저하되게 되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에 따른 발광 다이오드(100)는 에폭시 수지를 이용한 패키징 공정을 수행한다 하더라도 상술한 문제점이 발생하지 않기 때문에, 다공성층(170)이 가지는 광의 전반사 방지 효과를 그대로 유지할 수 있게 되어 발광 다이오드(100)의 광 추출 효율을 극대화할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 몰드
20: 제1 포토레지스트
30: 제2 포토레지스트
100: 발광 다이오드
110: 제1 기판
120: u형 반도체층
130: 제1 반도체층
140: 활성층
150: 제2 반도체층
160: 투명 전극층
162: 접착층
170: 다공성층
172: 미세 기공
180: p형 전극
190: n형 전극
210: 제2 기판
220: 희생층
230: 패턴층
232: 잔여층
234: 요철 패턴
236: 물질층
20: 제1 포토레지스트
30: 제2 포토레지스트
100: 발광 다이오드
110: 제1 기판
120: u형 반도체층
130: 제1 반도체층
140: 활성층
150: 제2 반도체층
160: 투명 전극층
162: 접착층
170: 다공성층
172: 미세 기공
180: p형 전극
190: n형 전극
210: 제2 기판
220: 희생층
230: 패턴층
232: 잔여층
234: 요철 패턴
236: 물질층
Claims (9)
- (a) 제1 기판, 제1 도전형을 갖는 제1 반도체층, 활성층, 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 갖는 제2 반도체층. 및 투명 전극층을 순차적으로 적층시키는 단계; 및
(b) 상기 투명 전극층 상에 나노 임프린팅법을 이용하여 다공성층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 다공성층은 SiO2, ITO, Si3N4, AZO, ZnO, TiO2 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
소정의 패턴을 가지는 몰드를 이용하여 제2 기판 상에 패턴층을 형성하는 단계;
상기 투명 전극층과 상기 패턴층을 대응시키는 단계; 및
상기 투명 전극층 상에 상기 패턴층을 전사시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 패턴층은 상기 제2 기판 상에 형성된 희생층 상에 형성되고, 상기 희생층이 제거됨으로써 상기 패턴층이 상기 투명 전극층 상에 전사되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 희생층은 열가소성 고분자 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 투명 전극층 상에 상기 패턴층을 전사하기 이전에 상기 투명 전극층 상에 산소 플라즈마 처리 공정, 세정 공정, 자외선 공정, 접착층을 형성하는 공정 중에 적어도 하나의 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 접착층은 패턴층과 동일한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 다이오드의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 몰드의 상기 패턴의 크기를 제어하여 상기 다공성층의 미세 기공 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드의 제조방법. - 순차적으로 적층된 제1 기판, 제1 도전형을 갖는 제1 반도체층, 활성층, 상기 제1 도전형과 반대의 제2 도전형을 갖는 제2 반도체층, 및 투명 전극층을 포함하고, 나노 임프린팅법을 이용하여 상기 투명 전극층 상에 형성된 다공성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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Citations (4)
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2010
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