KR20110011468A

KR20110011468A - The method of surface roughening on light emitting diode

Info

Publication number: KR20110011468A
Application number: KR1020090069141A
Authority: KR
Inventors: 우성묵; 김정선; 유인선; 우선영; 김태원; 유재면; 이현숙
Original assignee: 우성묵; 유재면; 이현숙; 우선영; 김태원; 김정선; 유인선
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-08

Abstract

PURPOSE: A method for forming the curved structure on the surface of a light emitting diode is provided to etch a part of the surface of the light emitting diode to form the curved structure using an island shaped gold structure as a mask. CONSTITUTION: A gold-based thin film is deposited on the surface of a light emitting diode(100). The thickness of the thin film is 100nm or less. The thin film is thermal treated to form an island shaped gold structure(210). The thermal treatment is implemented at temperature between 400 and 700 degrees Celsius. The surface of the light emitting diode is etched using the gold structure as a mask. A curved structure(110) is formed on the surface of the light emitting diode surface.

Description

{The method of surface roughening on light emitting diode}

본 발명은 발광다이오드의 표면에 굴곡구조를 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광다이오드 표면에 얇은 두께의 금을 증착하고 열처리를 수행함으로써 섬형태의 금구조물을 형성하고 이를 마스크로 하여 발광다이오드의 표면을 식각함으로써 발광다이오드의 표면에 굴곡구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a bent structure on the surface of a light emitting diode, and more particularly, to form a gold structure in the form of islands by depositing a thin thickness of gold on the surface of the light emitting diode and performing heat treatment to emit light using the mask as a mask. A method of forming a curved structure on the surface of a light emitting diode by etching the surface of the diode.

일반적으로 고출력 발광다이오드에서는 반도체 내부에서 발생한 빛이 반도체 외부로 나오는 광추출 효율이 높아야 효율이 좋은 발광 소자를 만들 수 있다. 반도체 내부에서 발생하는 빛은 특정한 방향성이 없이 모든 방향으로 방출된다. 임계각보다 큰 각도로 표면 경계면에 입사되는 빛은 전반사되어 외부로 방출되지 못하고 발광다이오드 내에서 반복적으로 반사되다가 결함 부분에서 재흡수되어 광으로서의 생명을 다하고 열로 바뀌어 발광소자의 특성에 나쁜 영향을 미치게 된다. GaN와 공기면에서의 임계각은 약 17도가 되며 이 각도보다 작은 각도로 표면에 입사되어 외부로 방출될 수 있는 빛은 전체 발생된 빛의 4%에 불과하므로 광추출 효율이 매우 낮다.In general, in high output light emitting diodes, light extraction efficiency from which light generated inside the semiconductor is emitted to the outside of the semiconductor is high to make a light emitting device having high efficiency. Light generated inside the semiconductor is emitted in all directions without any specific direction. Light incident on the surface boundary at an angle greater than the critical angle is totally reflected and is not emitted to the outside, but is repeatedly reflected in the light emitting diodes and reabsorbed in the defective part to end up as a light and turn into heat, which adversely affects the characteristics of the light emitting device. . The critical angle in the GaN and air planes is about 17 degrees, and the light extraction efficiency is very low since only 4% of the total generated light is incident on the surface at an angle smaller than this angle.

따라서 광추출 효율을 높일 수 있는 구조를 만들어 주면 고효율 발광 소자에 아주 유용하게 쓰일 수 있다.Therefore, if the structure to increase the light extraction efficiency can be used very useful for high efficiency light emitting device.

이러한 구조 중의 하나는 경계면에 무반사막을 형성하는 것이다. 이 방법은 무반사막을 형성하기 위하여 두께를 정확히 제어하여야 하는 문제점이 있다.One such structure is to form an antireflection film at the interface. This method has a problem in that the thickness must be precisely controlled to form the antireflective film.

또 다른 광추출 효율을 증가시킬 수 있는 구조는 방출면 혹은 반사면에 굴곡구조를 형성함으로써 반사시 반사각을 바꾸어 주어 전반사가 반복적으로 일어나지 못하도록 하는 구조이다.Another structure that can increase the light extraction efficiency is a structure that prevents total reflection repeatedly by changing the angle of reflection upon reflection by forming a curved structure on the emitting surface or the reflective surface.

이러한 목적을 달성하기 위하여 기판에 렌즈 형태의 굴곡구조를 만들고 박막을 성장하는 방법이 사용되고 있다. 이 구조를 제작하기 위해서는 기판위에 리소그래피(lithography) 공정을 통하여 디스크 형태의 패턴을 형성하고 식각 공정을 수행하여야 한다. 디스크의 크기나 식각후의 렌즈의 형태, 식각된 깊이 등에 따라 민감하게 영향을 받으므로 공정상의 어려움이 있고 굴곡구조가 있는 기판에 발광소자의 박막을 성장하게 되므로 박막의 특성이 나빠지는 문제점이 있다.In order to achieve this purpose, a method of forming a curved structure in the form of a lens on a substrate and growing a thin film is used. In order to fabricate this structure, a disk-shaped pattern is formed through a lithography process on the substrate and an etching process is performed. Since it is sensitively affected by the size of the disk, the shape of the lens after etching, the etched depth, etc., there is a problem in the process and the thin film of the light emitting device is grown on the substrate having the curved structure.

또 다른 방법은 표면에 굴곡구조를 형성함으로써 전반사가 반복되는 것을 막아주어 광추출 효율을 높일 수 있다. 이렇게 굴곡구조를 형성하는 방법은 여러 가지가 있다. 발광소자의 박막을 성장하는 마지막 단계에서 기판 온도를 낮추어 성장함으로써 표면에 굴곡이 생기게 하는 방법, 박막을 모두 성장한 다음 리소그래피, 레이저 홀로그래피, 나노임플란트, 혹은 양극산화알루미늄으로 형성된 마스크를 사용하여 식각을 하는 방법, 레이저 리프트 오프(Laser lift off, LLO) 후 식각하는 방법 등의 다양한 방법이 있다. 그러나 이러한 방법들은 복잡한 공정을 거치거나 많은 시간을 소요하거나 공정 단가를 높이거나 대면적화에 어려움이 있거나 하는 문제점들이 있다.Another method can increase the light extraction efficiency by forming a curved structure on the surface to prevent the total reflection is repeated. There are several ways to form this bent structure. In the last step of growing a thin film of a light emitting device, the substrate temperature is lowered to grow, which causes the surface to bend. The thin film is grown, and then etched using a mask formed of lithography, laser holography, nano implants, or anodized aluminum. There are a variety of methods, such as etching after laser lift off (LLO). However, these methods have a problem of going through a complicated process, consuming a lot of time, increasing the cost of the process, or having a large area.

본 발명은 발광다이오드 표면에 금 박막을 증착하고 열처리를 통하여 증착된 박막을 자연적으로 뭉치게 함으로써 섬형태의 금구조물을 형성하고 형성된 금구조물을 마스크로 활용하여 발광다이오드의 표면의 일부를 식각함으로써 발광다이오드의 표면에 굴곡구조를 형성하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention forms a gold structure in the form of an island by depositing a thin film of gold on the surface of the light emitting diode and heat-aggregates the thin film deposited through heat treatment, and uses a formed gold structure as a mask to etch a part of the surface of the light emitting diode. It is an object of the present invention to provide a method of forming a curved structure on the surface of a diode.

본 발명은 발광다이오드의 표면을 식각하여 굴곡구조를 형성하는 발광다이오드에 있어서, 발광다이오드의 표면에 얇은 두께의 금을 증착하는 단계, 얇은 두께의 금이 증착된 발광다이오드를 가열하여 섬형태의 금구조물을 형성하는 단계, 상기 섬형태의 금구조물을 마스크로 하여 발광다이오드를 식각하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.The present invention provides a light emitting diode in which a surface of the light emitting diode is etched to form a bent structure. Forming the structure, characterized in that consisting of the step of etching the light emitting diode using the island-like gold structure as a mask.

본 발명은 열증착(thermal evaporation), 이온빔증착(ion beam evaporation), 스퍼터링(sputtering)과 같은 방법을 통하여 대면적의 기판에 용이하게 금 박막을 증착할 수 있으며, 증착 장치 내에서 금 박막이 증착된 기판을 가열함으로써 간단하게 섬형태의 금구조물을 형성할 수 있다. 이러한 구조물을 마스크로 사용하여 건식 식각 방법이나 습식 식각 방법에 의하여 발광다이오드의 표면을 식각함으로써 발광다이오드의 표면에 굴곡구조를 형성할 수 있다. 특히 건식 식각 방법을 사용할 경우 증착기 내에서 식각을 수행할 수도 있다. 형성된 굴곡구조 는 반도체 발광다이오드나 유기 발광다이오드의 광추출 효율을 증대시킬 수 있다.The present invention can easily deposit a thin gold film on a large area substrate through a method such as thermal evaporation, ion beam evaporation, sputtering, the gold thin film is deposited in the deposition apparatus By heating the substrate, the island-like gold structure can be easily formed. By using the structure as a mask, the surface of the light emitting diode may be etched by a dry etching method or a wet etching method to form a curved structure on the surface of the light emitting diode. In particular, when using a dry etching method, the etching may be performed in the evaporator. The formed curved structure may increase light extraction efficiency of the semiconductor light emitting diode or the organic light emitting diode.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에서와 같이 발광다이오드(100)의 표면에 100나노미터 이하 두께의 금 박막(200)을 증착한 후 열처리를 하면 섬형태의 금구조물(210)이 형성된다. 열 처리 온도는 400도에서 700도 사이에서 수행한다.As shown in FIG. 1, when the gold thin film 200 having a thickness of 100 nanometers or less is deposited on the surface of the light emitting diode 100, heat treatment is performed to form an island-shaped gold structure 210. The heat treatment temperature is carried out between 400 and 700 degrees.

도 2에서와 같이 섬형태로 형성된 금구조물(210)을 마스크로 사용하여 식각을 수행하여 발광다이오드(100) 표면에 굴곡구조(110)를 형성하면 굴곡구조에 의하여 반사되는 빛의 반사각을 용이하게 변화시켜 줄 수 있으므로 광추출 효율을 높일 수 있다. 또한 굴곡된 면에서는 입사각이 바뀌므로 투과 확률을 높일 수도 있다.As shown in FIG. 2, when the bending structure 110 is formed on the surface of the light emitting diode 100 by etching using the gold structure 210 formed in an island shape as a mask, the reflection angle of light reflected by the bending structure is easily facilitated. It can change the light extraction efficiency can be improved. In addition, since the angle of incidence is changed in the curved surface, the transmission probability may be increased.

대면적을 갖는 유기 발광다이오드에서는 반복적인 전반사가 더 심각한 문제를 갖고 있다.In organic light emitting diodes having a large area, repeated total reflection has a more serious problem.

소자의 상부와 하부면에 비하여 측면은 거친 구조를 가지므로 소자에서 전반사를 거쳐 측면에 도달한 빛은 방출 가능성이 높아진다. 대면적을 가질 경우 더 많은 전반사 경로를 거쳐야 측면에 도달하므로 그 과정에서 손실이 많이 발생할 수 있으며 측면에서 상대적으로 많은 빛이 방출된다. 대면적 소자의 경우 표면으로 방출되는 빛만 유용한 빛이 된다.Compared to the upper and lower surfaces of the device, the side has a rough structure, so that the light reaching the side through the total reflection in the device is more likely to be emitted. Larger areas have more total reflection paths to reach the sides, which can result in more losses, and more light is emitted from the sides. For large area devices, only light emitted to the surface becomes useful light.

유기 발광다이오드는 유리기판위에 투명전극을 형성하고 그 위에 유기 발광물질을 증착하게 된다. 도 3에서와 같이 유리기판(100)의 표면에 섬형태로 형성된 금 구조물을 마스크로 사용하여 식각을 수행하여 기판의 표면에 굴곡구조(110)를 형성한 후 투명전극(300)을 형성한 후 발광물질을 증착하여 유기발광다이오드를 제작하면 소자의 면 방향으로 광추출 효율을 증대시킬 수 있다. 이러한 구조에서는 기판에 형성된 굴곡구조(110)가 투명전극(300)상에도 남아 있으므로 광추출 효율을 증대하는데 부가적으로 기여할 수 있다.The organic light emitting diode forms a transparent electrode on a glass substrate and deposits an organic light emitting material thereon. After forming the curved structure 110 on the surface of the substrate by etching using a gold structure formed in an island shape on the surface of the glass substrate 100 as a mask as shown in Figure 3 after forming a transparent electrode 300 When the organic light emitting diode is manufactured by depositing a light emitting material, light extraction efficiency may be increased in the plane direction of the device. In this structure, since the curved structure 110 formed on the substrate remains on the transparent electrode 300, it may additionally contribute to increasing the light extraction efficiency.

또한 도 4에서와 같이 유리기판(100) 위에 투명전극(300)을 형성한 후 투명전극의 표면에 섬형태의 금구조물(310)을 형성하면 비슷한 효과를 얻을 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, after forming the transparent electrode 300 on the glass substrate 100, a similar gold structure 310 may be formed on the surface of the transparent electrode.

상기한 방법에 의하여 형성되는 굴곡구조는 상기에 언급한 면에 한하여 형성될 필요는 없으며 굴절률 차이가 존재하는 경계면에서는 어디에 형성하더라도 비슷한 효과를 얻을 수 있다.The curved structure formed by the above method need not be formed only in the above-mentioned surface, and similar effects can be obtained wherever it is formed at the interface where the refractive index difference exists.

도 1은 발광다이오드 표면에 금박막을 증착하고 열처리를 통하여 섬형태의 금구조물을 형성하는 과정을 나타낸 단면도. 1 is a cross-sectional view illustrating a process of depositing a gold thin film on a surface of a light emitting diode and forming an island-shaped gold structure through heat treatment.

도 2는 금구조물을 마스크로 사용하여 발광다이오드의 표면에 굴곡구조를 형성하는 과정을 나타낸 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a process of forming a curved structure on the surface of the light emitting diode using a gold structure as a mask.

도 3은 기판의 표면에 굴곡구조를 형성하고 투명전극을 형성하는 과정을 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing a process of forming a curved structure and a transparent electrode on the surface of the substrate.

도 4는 기판 위에 투명전극을 증착하고 투명전극 위에 굴곡구조를 형성하는 과정을 나타낸 단면도.4 is a cross-sectional view illustrating a process of depositing a transparent electrode on a substrate and forming a bent structure on the transparent electrode.

Claims

In the light emitting diode to form a curved structure on the surface to increase the light extraction efficiency,

Depositing a gold thin film of 100 nanometers or less on the surface of the light emitting diode,

After the step of performing a heat treatment at a temperature of 400 to 700 degrees to form an island-shaped gold structure,

Method for forming a curved structure of the surface of the light emitting diode, characterized in that for etching the surface of the light emitting diode using the gold structure formed in the step as a mask

In the organic light emitting diode to form a curved structure on the substrate to increase the light extraction efficiency,

Depositing a gold thin film of 100 nanometers or less on the surface of the substrate,

Etching the surface of the substrate using the gold structure formed in the step as a mask,

Removing the gold structure through the melting process after the step,

Forming a transparent electrode on the curved structure formed in the step;

Method of forming a curved structure of the organic light emitting diode substrate, characterized in that after the step of the step of depositing an organic light emitting material on the transparent electrode

In the organic light emitting diode to form a curved structure in the transparent electrode to increase the light extraction efficiency,

Depositing a transparent electrode on the surface of the substrate,

Depositing a gold thin film of 100 nanometers or less on the surface of the transparent electrode after the step;

Etching the surface of the transparent electrode using the gold structure formed in the step as a mask,

Removing the gold structure through dissolution after the step,

Method of forming a curved structure of the organic light emitting diode transparent electrode, characterized in that the step of depositing an organic light emitting material on the transparent electrode having the curved structure after the step