KR20060070569A - 방사 검출기 - Google Patents

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KR20060070569A
KR20060070569A KR1020067006197A KR20067006197A KR20060070569A KR 20060070569 A KR20060070569 A KR 20060070569A KR 1020067006197 A KR1020067006197 A KR 1020067006197A KR 20067006197 A KR20067006197 A KR 20067006197A KR 20060070569 A KR20060070569 A KR 20060070569A
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radiation detector
radiation
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detector
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하인츠 하아스
프랑크 묄머
미하엘 슈빈트
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 미리 주어진 파장(λ0)에서 감도 최대값을 갖는 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포(14)에 따라 방사를 검출하기 위한 방사 검출기에 관한 것으로, 상기 방사 검출기는 바람직하게 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 함유하고, 특히 바람직하게 적어도 하나의 반도체 칩(1) 및 상기 반도체 칩(1) 다음에 배치된 적어도 하나의 광학 필터를 포함하며, 상기 반도체 칩은 적어도 하나의 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 함유하고, 상기 광학 필터는 상기 감도 최대값의 파장(λ0)보다 큰 파장을 갖는 방사를 흡수한다.

Description

방사 검출기 {RADIATION DETECTOR}
본 발명은 청구항 1 또는 청구항 3의 전제부에 따른 방사 검출기에 관한 것이다.
미리 주어진 파장(λ0)에서 최대값을 갖는 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포에 따라 방사를 검출하기 위해서는, 예를 들어 간섭 필터 또는 단색화 장치와 같이 특별하게 적응된 필터 장치를 구비한 방사 검출기가 자주 사용된다. 이와 같은 유형의 검출기는 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포에 대한 매우 우수한 적응을 특징으로 하지만, 상기와 같은 검출기의 취급 및 제조는 대부분 비교적 복잡하고 비용 집약적이다. 또한 상기와 같은 검출기가 높은 공간 필요도를 갖는 경우가 많음으로써, 상기 검출기는 작은 공간에 적용될 수 없거나 또는 다만 제한적으로만 이용될 수 있다.
상기 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포가 사람 눈의 감도 분포인 경우에는, 상기와 같은 감도로 입사되는 방사를 검출하기 위하여 실리콘-포토 다이오드가 자주 이용된다.
포토 다이오드의 감도는 다른 무엇보다도 입사되는 방사의 파장에 의존한다. 한계 파장보다 큰 파장에 대해서는 감도가 적어도 거의 0인데, 그 이유는 상기 파 장 영역에서 입사되는 방사를 위하여 다이오드의 기능 재료 - 예컨대 Si - 의 에너지 갭이 입사되는 방사의 에너지보다 커서, 상기 방사 에너지가 전자-홀-쌍을 형성하기에 충분치 않기 때문이다. 다른 한편으로, 파장이 작아지는 영역에서는 감도가 감소하는데, 그 이유는 파장이 낮아짐에 따라 예를 들어 표면 재조합으로 인하여 형성되는 전자-홀-쌍의 개수가 증가되어 더 이상 광전류에 기여하지 않기 때문이다. 중간 영역에서는 다이오드의 감도가 최대값을 갖는데, 상기 최대값은 실리콘-포토다이오드의 경우에는 거의 800 nm이다.
상기와 같은 실리콘-포토 다이오드를 약 555 nm에서 감도 최대값을 갖고 밝기에 적응된 사람 눈의 스펙트럼 감도 분포를 갖는 검출기로서 사용하는 것은 추가의 비용을 필요로 하는데, 그 이유는 감도 최대값의 파장이 서로 심하게 상이하고, 그로 인해 상기 2개의 스펙트럼 감도 분포의 상호 적응이 비교적 열악하기 때문이다. 검출기의 감도를 사람 눈의 감도 분포에 적응시키는 것은 다수의 복잡한 필터에 의해서 개선될 수 있다. 총합적으로는, 사람 눈의 감도가 결과적으로 얻어진다.
본 발명의 목적은, 가급적 간단하고 저렴하게 제조될 수 있고, 미리 제공된 스펙트럼 감도 분포, 특히 사람 눈의 감도 분포에 우수하게 적응되는 전술한 방식의 방사 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명의 범위 안에서는, 검출기 감도가 미리 제공된 감도에 대체로 상응하는 것이 우수한 적응을 위하여 충분한 것으로 간주될 수 있다. 감도의 완전한 일치는 반드시 필요한 것은 아니다. 오히려 미리 제공된 감도에 대한 가급적 우수한 적응은 가급적 적은 비용으로 달성되어야 한다.
상기 목적은 청구항 1 또는 청구항 3의 특징을 갖는 방사 검출기에 의해서 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속항들의 대상이다.
미리 제공된 파장(λ0)에서 감도 최대값을 갖는 미리 제공된 스펙트럼 감도 분포에 따라 방사를 검출하기 위한 방사 검출기는 본 발명에 따라 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 함유하는 적어도 하나의 반도체 칩을 포함한다.
바람직하게 본 발명의 반도체 칩은 종래의 LED에 적용하기 위한 방사 이미터로서 제공된 LED-칩이다. 이와 같은 사실은 방사 검출기의 저렴한 구현을 가능케 하는데, 그 이유는 방사 이미터로서의 기능을 위해 제공된 LED-칩이 방사 검출기의 반도체 칩으로서 사용될 수 있고, 목적한 바대로 방사 검출기에 적응된 반도체 칩의 제조 복잡성이 회피될 수 있기 때문이다.
상기 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료는 바람직하게 반도체 칩, 특히 LED-칩의 기능 재료를 포함하고, 및/또는 상기 반도체 칩의 감도가 미리 제공된 스펙트럼 감도 분포의 영역 안에서는 0과 상이하도록 선택되었다. 이 경우 칩의 감도는 광전류의 세기에 의해서 결정되며, 상기 광전류는 반도체 칩으로 입사되는 방사로부터 전자-홀-쌍의 발생에 의하여 기능 재료 내에서 형성된다. 상기 광전류의 전류 세기는 입사되는 방사 출력 및 입사되는 방사의 파장에 의존하고, 통상적으로는 nA의 크기에 있다. 그렇기 때문에, 광전류는 바람직하게 신호 처리 또는 신호 검출의 개선을 목적으로 연산 증폭기(operational amplifier)를 통과한다.
특히 바람직하게 반도체 칩, 특히 LED-칩은 미리 제공된 파장(λ0)과 가급적 적게 상이한 파장(λ1)에서 감도 최대값을 갖는다. 상기 파장(λ0)은 바람직한 방식으로 LED-칩의 방출 파장 - 예컨대 피크 파장 혹은 우세한 파장 - 의 영역에 있으며, 상기 LED-칩은 방사 이미터로서 작동할 때에 상기 방출 파장을 방출한다.
물론, 상기 파장(λ1)이 반드시 반도체 칩, 특히 LED-칩의 감도 최대값에 상응해야만 한다는 내용이 언급될 수 있다. 만약에 예를 들어 상기와 같은 의미에서 거의 충분하게 λ0에 있는 λ1의 감도 최대값을 갖는 적합한 반도체 재료가 전혀 존재하지 않는다면, 오히려 반도체 칩의 감도가 λ1에서 충분히 높은 값을 취하는 것으로 충분할 수 있다.
바람직하게 상기 파장 λ0과 λ1의 차는 양에 따라서 50 nm 미만, 특히 바람직하게는 15 nm 미만이다. 따라서, 방사 검출기는 사전에 LED-칩 또는 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 적절히 선택함으로써 미리 주어진 감도에 사전 적응될 수 있다.
미리 주어진 스펙트럼 감도 분포는, 상기 감도 분포가 파장(λ0)에서 1 또는 100 %의 값을 취하도록 지시되는 경우가 많다. 광전류에 의존하는 상기 반도체 칩, 특히 LED-칩의 감도는 입사되는 방사 출력의 와트당 암페어로 지시되는 경우가 많다.
그렇기 때문에, 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포와 검출기 감도를 비교하기 위해서는, λ0에서 미리 주어진 감도 및 λ1에서의 검출기 감도가 각각 100 %의 값 을 취하도록 (상대적인 감도) 상기 두 가지 감도 분포를 상호 적응시키는 것이 바람직하다. 본 명세서는 다른 내용이 기술되지 않는 한 상대적인 감도와 관련이 있다.
본 발명에서는, Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 기능 재료로서 포함하는 통상적인 LED에 사용되는 것과 같은 LED-칩이 검출기 감도를 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포에 사전 적응할 목적으로 사용될 수 있음이 제안된다. 그럼으로써, 바람직하게는 검출기를 위한 새로운 반도체 칩의 특별한 제조를 야기하는 복잡성 및 그와 연관된 비용이 회피될 수 있다.
파장(λ0)에 따라서는, 예를 들어 InxGayAl1 -x- yP, InxGayAl1 -x- yN 또는 InxGayAl1 -x-yAs(각각 0≤x≤1, 0≤y≤1 및 x+y≤1)를 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료로서 함유하는 반도체 칩, 특히 LED-칩이 사용될 수 있다. Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료는 간단히 달성될 수 있는 바람직하게 높은 내부 양자 효율을 특징으로 한다. 특별히 이와 같은 특징은 상기 파장(λ0)이 선호되는 가시 스펙트럼 영역에서 적용된다. 상기 스펙트럼 영역을 위해서는, 특히 재료 시스템 InxGayAl1 -x- yP 또는 InxGayAl1 -x- yN으로 이루어진 반도체 재료들이 매우 적합하다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 반도체 칩, 특히 LED-칩 다음에 적어도 하나의 광학 필터가 배치되며, 상기 광학 필터는 미리 주어진 감도 분포에 대한 검출기 감도의 적응을 개선한다. 이와 같은 개선은 예를 들어 반도체 칩, 특히 LED-칩의 감도가 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포의 감도보다 높은 입사 광선으로부터 파장들을 흡수함으로써 이루어진다.
상기와 같은 유형의 필터는 바람직하게 λ0보다 큰 파장을 흡수하고, 반도체 칩, 특히 LED-칩을 적어도 부분적으로 둘러싸는 피복부 내부에, 외부에 및/또는 피복부 상에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 피복부 재료 자체가 광학 필터를 형성하거나 또는 상기 필터의 일부분일 수도 있다.
상기 광학 필터는 바람직하게 다수의 필터 입자들을 포함하며, 상기 필터 입자들은 특히 바람직하게 피복부 내에 배치되어 있고, 예를 들어 유기 색소를 함유한다.
상기 광학 필터는 또한 예를 들어 필터 박막 또는 필터 재료의 형태로 피복부 상에 및/또는 상기 피복부 외부에 있는 필터 구조물 상에 제공될 수도 있다.
피복부 재료의 예는 반응 수지, 바람직하게는 아크릴-, 에폭시드- 혹은 실리콘 수지이거나 또는 상기 재료들의 혼합물이다.
상기와 같은 유형의 재료들은 반도체 기술에서 대체로 반도체 칩, 특히 LED-칩을 피복할 목적으로 이용된다. 종래의 방사 이미터로서 형성된 LED의 경우에는, 상기 LED-칩의 피복부 재료가 방출된 광선에 대하여 대체로 투과성을 갖는다. 그러나 본 발명의 범위 안에서는 광선 검출기가 전술한 유형의 필터 장치를 포함할 수 있으며, 상기 필터 장치는 LED-칩에 의하여 기능상 방사 이미터로서 형성될 직선 파장을 흡수한다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서는 반도체 칩, 특히 LED-칩이 적어도 하나 의 필터층을 포함한다. 상기 필터층은 바람직하게 칩의 표면, 특히 방사 유입측 표면에 배치되어 있다. 바람직하게는 상기 필터층이 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포의 파장(λ0)보다 작은 파장을 흡수함으로써, 특별히 단파 측에서의 미리 주어진 감도 분포에 대한 검출기 감도의 적응이 전반적으로 개선된다.
바람직하게 상기 필터층은 예를 들어 이미 통상적인 LED-칩에 포함되었거나 또는 통합된 패시베이션-, 커버- 및/또는 보호층의 형태로 구현되었다. 이 경우 필터층은, λ0보다 작은 파장을 갖는 입사 방사가 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포에 대한 검출기 감도의 적응을 더욱 개선하는 방식으로 흡수되도록 구현되었다. 이와 같은 유형의 층들은 일반적으로 LED-칩의 활성 구역의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는다. 상기 층들은 LED-칩에 의해 발생되는 방사에 대하여 대체로 투과적이고, 기능 재료를 예를 들어 단점적인 외부 영향들로부터 보호한다.
경우에 따라서는 필터층이 예를 들어 성장 기판상에서 에피택셜 성장 방식으로, 반도체 칩을 위한 반도체 바디와 함께 제조됨으로써, 상기 필터층은 반도체 칩, 특히 LED-칩 내부에 모놀리식 통합될 수 있다.
이 경우에는 바람직하게 검출기의 감도가 필터층에 의해 영향을 받음으로써, λ0보다 작은 임의의 한 파장에서는 상기 검출기 감도와 미리 주어진 감도의 차가 25 %보다 작고, 특히 바람직하게는 15 %보다 작다.
특히 바람직하게, λ0보다 작은 파장을 위해서는 검출기의 감도가 반도체 칩, 특히 LED-칩 외부에 배치된 광학 필터에 의해 미리 주어진 감도에 대하여 추가로 적응될 필요가 더 이상 없게 된다. 상기 적응은 오히려 반도체 칩, 특히 LED-칩 내부에 포함된 필터층에 의해서 이루어질 수 있다.
λ0보다 작은 파장을 위한 필터링은 전술한 방식의 광학 필터에 의해서도 달성될 수 있는데, 상기 필터는 반도체 칩, 특히 LED-칩 외부에서 예를 들어 피복부 내에 배치되어 있다. 그러나 전술한 유형의 하나의 필터층이 반도체 칩, 특히 LED-칩 내부에 미리 제공되면, 방사 검출기의 제조 복잡성 및 제조 비용이 바람직하게 감소된다.
본 발명의 한 추가의 바람직한 개선예에서는, 임의의 한 파장에서 검출기의 감도와 미리 주어진 감도의 차가 40 %보다 작고, 바람직하게는 25 %보다 작다. 이를 위해서는 LED-칩 상에 있거나 또는 상기 칩 내부에 통합된 필터층과 상기 필터층 다음에 배치된 전술한 유형의 광학 필터의 조합이 특히 바람직하다. 이와 같은 유형의 검출기는 다른 검출기와 비교할 때 공간을 적게 차지하고, 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포에 대하여 우수하게 적응된다.
특히 바람직하게, 특히 임의의 한 파장에서 미리 주어진 감도의 최대값(λ0)을 갖는 스펙트럼 영역에서는 검출기 감도와 상기 미리 주어진 감도의 차가 15 %보다 작다.
감도의 적응을 위하여, 아래와 같은 조치가 취해질 수 있다. 제일 먼저 LED-칩이 선택됨으로써, 상기 칩의 감도는 미리 주어진 감도에 대하여 우수하게 사전 적응된다.
이와 같은 사전 적응은 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포의 플랭크(flank) - λ0보다 크거나 또는 작은 파장 영역 - 또는 상기 플랭크의 최대값과 관련하여, 예를 들어 적합한 LED-칩을 선택함으로써 이루어질 수 있다.
추가의 적응을 위해서는, 특히 LED-칩이 미리 주어진 감도 분포보다 높은 감도를 갖는 파장 영역에서 흡수 작용하는 필터 - LED-칩 다음에 배치된 광학 필터 또는 필터층 - 가 이용된다.
LED-칩이 대체로 자신의 방출 파장 영역에서 최고의 감도를 갖기 때문에, 종래의 LED에서는 상기와 같은 필터가 방사 이미터로서 기능하여 방사 수율을 감소시킬 것이다. 이와 같은 내용은 특히 LED-칩의 피복부에 배치된 광학 필터에 적용된다. 따라서, 상기와 같은 유형의 피복부는 방사 이미터로서 기능하는 종래의 LED-칩의 피복부와는 비교하기 어렵다.
바람직하게, 검출기 감도의 값과 미리 주어진 감도의 값 사이의 차는 감도값을 위해 미리 주어진 파장에서는 50 %보다 크고 25 %보다 작으며, 특히 바람직하게는 15 %보다 작다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 상기 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포는 파장(λ0')에서 최대값을 갖는 사람 눈의 감도 분포이다. 상기 파장은 통상적으로 밝음에 적응된 눈(주간 관찰)을 위해서는 대략 555 nm이고, 어두움에 적응된 눈(심야 관찰)을 위해서는 대략 500 nm이다.
특히 적색의 가시 스펙트럼 영역에서 방출 파장을 갖는 LED-칩은 상기 미리 주어진 감도에 특히 적합한데, 그 이유는 상기 LED-칩이 자신의 적색 방출 파장에도 불구하고 전술한 파장에서 높은 감도를 가질 수 있기 때문이다. 밝음에 적응된 눈의 감도 분포를 위해 바람직한 반도체 재료는 InxGayAl1 -x- yP인데, 그 이유는 상기 재료를 기재로 하는 LED-칩이 정확한 조성에 따라서, 전술한 파장 영역에 있는 감도 최대값을 가질 수 있기 때문이다. 전술한 유형의 광학 필터 및 필터층에 의해서는, 검출기의 감도가 눈의 감도에 더욱 적응될 수 있다.
방사 검출기는 또한 표면 장착 가능한 구성 요소로서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 방사 검출기는 바람직하게, 상기 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포와 연관된 기능 방식, 기능 주기, 감지 및/또는 적용예를 갖는 장치를 제어하고/제어하거나 상기 장치에 영향을 미치기 위하여 사용된다.
상기와 같은 기능의 예로서는 조명 장치 및 디스플레이의 명도 제어, 그리고 조명 장치들의 스위치-온 및/또는 스위치-오프 시점의 제어가 있다. 상기와 같은 조명 장치들은 주택, 도로 또는 자동차를 위한 실내- 및 실외 조명으로서 그리고 핸디 디스플레이, 자동차 디스플레이 또는 LCD-스크린과 같은 디스플레이의 후방 조명 장치로서 구현될 수 있다. 마지막으로 언급된 적용예를 위해서는, 방사 검출기의 낮은 공간 수요도가 특히 중요하다.
본 발명의 전술한 사용예에서, 미리 주어진 감도는 바람직하게 사람 눈의 감도에 의해서 주어졌다. 따라서, 전술한 조명 장치들의 명도는 대략 - 명도의 상승 또는 저하에 의해서 - 바람직하게는 감지에 상응하게 사람 눈에 의하여 제어될 수 있다.
추가의 적용 분야는 상기와 같은 유형의 방사 검출기를 주변 광센서로서 사용하는 것이다. 미리 주어진 감도는 이 경우에도 바람직하게 사람 눈의 감도에 의해서 주어졌다.
본 발명의 추가의 특징, 장점 및 합목적성은 도면들을 참조하여 아래에서 기술되는 실시예들의 상세한 설명으로부터 얻을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 방사 검출기의 제 1 실시예의 개략적인 단면도 그리고 본 발명에 따른 방사 검출기의 제 2 실시예의 일부분의 개략적인 단면도이며;
도 2는 다양한 광학 필터를 구비한 본 발명에 따른 방사 검출기의 제 3 실시예의 검출기 감도의 스펙트럼 분포 및 감도값과 관련하여 칩의 감도와 관련이 있는, 밝음에 적응된 사람 눈의 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포를 개략적으로 도시한 개략도이다.
동일한 유형의 요소들 및 동일하게 작용하는 요소들은 도면에서 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1a에는 본 발명에 따른 방사 검출기에서 사용될 수 있는, LED-칩(1)의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 칩(1)은 기능 재료로 이루어진 기능층(2)을 가지며, 상기 층은 예를 들어 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료 InGaAlP를 함유하고 제한층(confinement layer)에 의해서 한정된다. 상기와 같은 유형의 반도체 재료는 예를 들어 F 1998 A의 타입명(제조자; Osram Opto Semiconductors GmbH)을 갖는 다이오 드와 같은 발광 다이오드에서 자주 이용된다. 상기 LED는 적색 스펙트럼 영역에서 대략 630 nm의 방출 파장을 갖는다.
상기 기능층(2) 다음에는 필터층(3)이 배치되어 있는데, 상기 필터층은 상기 기능층(2)의 에너지 갭에 상응하는 파장보다 작은 파장을 갖는 입사 방사를 흡수한다. 상기 필터층은 F 1998 A에서 사용되는 바와 같은 LED-칩에서 이미 제공되었고, 그곳의 LED에서는 방사 이미터로서의 기능에서 예를 들어 LED-칩에 대한 유해한 외부 영향들을 예방할 수 있는 보호- 및/또는 커버층의 기능을 갖는다.
도 1b는 본 발명에 따른 방사 검출기의 한 실시예의 일부분의 개략적인 단면도를 보여준다. 도 1a의 LED-칩(1)은 반응 수지를 함유하는 피복부(4) 내부에 배치되어 있다. 상기 반응 수지에는 바람직하게 유기 색소 입자(5)가 제공되어 있으며, 상기 입자는 입사 광선의 스펙트럼 부분 영역을 흡수할 수 있음으로써 광학 필터로서 작용한다. 또한, 상기 LED-칩에는 LED-칩을 전기 접촉하기 위한 본딩 패드(6) 및 전극(7)이 제공된다. 상기 전극(7)에 연결된 외부 전기 단자(8) 및 본딩 와이어(9)에 연결되고 도 1b에는 도시되지 않은 추가의 외부 단자를 통해서는, 입사 방사에 의해 기능층 내부에서 형성된 광전류가 상황에 따라서는 연산 증폭기를 통해 측정될 수 있다. 입사되는 방사 출력 및 상기 방사의 파장에 대한 상기 광전류의 의존도는 필터층(3)을 포함하는 LED-칩(1) 및 그 내부에 색소 입자(5)가 배치되어 있는 피복부(4)를 갖는 형태의 구조를 결정한다.
상기와 같은 유형의 방사 검출기는 저렴하게 제조될 수 있는데, 그 이유는 방사 이미터로서 형성된 종래의 LED에서 이용되는 바와 같은 LED-칩들이 사용되기 때문이다. 상기 검출기와 LED 간의 차이점은 피복 재료의 성질에 있다. LED의 경우에는 피복 재료가 발생된 방사에 대하여 투과적인 반면, LED-칩을 구비한 방사 검출기의 경우에는, 미리 주어진 감도에 대한 검출기 감도의 적응을 바람직하게 개선하기 위하여, 필터 입자(5)를 갖는 피복부(4)가 LED-칩이 방출 기능을 하게 될 영역으로부터 파장을 흡수하는 것이 바람직할 수 있다.
도 2에서는, 검출기의 감도가 광학 필터링에 의해서, 예를 들면 LED-칩의 피복부 내에서 사람 눈의 스펙트럼 감도 분포에 적응되는 방식이 명확해진다.
도 2에는, 다양한 광학 필터를 구비한 본 발명에 따른 방사 검출기의 상대적인 검출기 감도(10, 11 및 12)의 스펙트럼 분포 및 입사되는 방사의 파장(λ)에 따라 밝음에 적응된 사람 눈의 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포(14)가 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우 감도(S)는 백분율로 지시되었다.
방사 검출기는 예를 들어 LED F 1998 A(제조자; Osram Opto Semiconductors GmbH)에서 사용되는 바와 같은 LED-칩을 포함한다. 상기 LED-칩은 대략 630 nm의 적색 스펙트럼 영역의 방출 파장을 가지며, InGaAlP를 기능 재료로서 함유한다. 검출기의 도시된 상대적인 감도 분포(10, 11 및 12)는 도 1a 또는 1b에 도시된 바와 같이 LED-칩(1)의 기능층(2) 다음에 배치된 필터층(3)의 측면으로부터의 광입사를 위해 제공되었다. 검출기 감도의 모든 곡선 프로파일(10, 11 및 12)은 λ1
Figure 112006022332552-PCT00001
560 nm에서 감도 최대값(13)을 갖는다. 상기 곡선들에 상응하는 검출기들은 LED-칩(1) 뒤에 배치된 광학 필터 장치가 상이하다. 상기 감도 분포(10)에 상응하는 검출기 는 LED-칩(1) 뒤에 배치된 필터 장치 없이 구현된 한편, 분포(11 및 12)의 경우에는 1 mm 내지 2 mm 두께의 필터링 피복부가 LED-칩 주변에 제공되었다. 상기 필터링 피복부는 예를 들어 도 1b에서와 같이 예컨대 녹색의 유기 색소를 포함하는 반응 수지이다.
밝음에 적응된 사람 눈의 상대적인 스펙트럼 감도 분포는 λ0
Figure 112006022332552-PCT00002
555 nm에서 최대이고, 도 2에는 점 곡선(14)으로 도시되어 있다. 본 발명의 범위 안에서 눈의 감도 분포가 상응하는 DIN에 따라 이용될 수 있을지는 정확하지 않다.
또한 도 2에는 도시된 감도 분포의 다양한 영역들을 표시하는 파장들(λa, λb, λc, λd 및 λe)이 도시되어 있다.
대략 λa와 λ1 사이의 파장 영역에서는 감도(10, 11 및 12)가 이미 사람 눈의 감도(14)와 제대로 일치하며, 이와 같은 일치는 상기 파장 영역에서 입사 방사를 흡수할 수 있음으로써 사람 눈의 감도(14)에 대한 검출기 감도(10, 11, 12)의 적응에 바람직한 영향을 미치는 필터층(3)에 의해서 달성된다.
검출기 감도 및 눈의 감도는 그들의 파장과 관련하여 상기 파장 영역에서 감도의 값이 공통인 경우에는 바람직하게 30 nm 미만만큼, 특히 바람직하게는 15 nm 미만만큼 서로 차이가 난다.
또한 상기 영역에서 파장이 미리 주어진 경우에는 눈의 감도와 검출기 감도의 감도값의 차가 15 %보다 작다.
물론 λ < λa에 대해서는 검출기의 감도(10, 11, 12)가 눈의 감도(14)보다 훨씬 더 심하게 떨어지고, 대략 λb보다 작은 파장에 대하여 이미 적어도 거의 0이다. 그 원인은 전자-홀-쌍의 표면 재조합일 수 있는데, 그 이유는 상기 쌍이 더 이상 광전류에 기여할 수 없기 때문이다. 대략 λc보다 큰 파장에 대해서도 검출기 감도는 눈의 감도보다 더 심하게 떨어지는데, 그 이유는 λc보다 큰 파장을 위해 입사되는 방사 에너지가 전자-홀-쌍의 발생을 위해서는 더 이상 충분치 않기 때문이다.
곡선 10은 감도 최대값(13) 외에 추가의 국부적인 최대값(151 및 161)을 더 보여준다. 상기 최대값들은 대략 630 nm의 LED-칩의 방출 파장 주변 영역에 위치한다. 곡선 10에서 알 수 있는 바와 같이, λ > λ0에 대한 검출기 감도는 전체 파형에서 더 상대적으로 심하게 - 상기 감도값들의 최대 편차는 대략 70 %에 달함 - 눈의 감도로부터 벗어난다.
상기와 같은 유형의 방사 검출기의 다수의 적용예, 특히 λ0보다 작은 파장을 겨냥한 적용예를 위해서는, 눈의 감도에 대한 상기 적응이 이미 충분할 수 있다. 이와 같은 내용은, 특히 검출기가 작은 공간에 적용할 목적으로 제공되었고, 상대적으로 두꺼운 필터링 피복부가 부품의 크기를 단점적으로 상승시키는 경우에 장점이 된다.
상기와 같은 유형의 적응은 전술된 바와 같이 반도체 재료 또는 LED-칩을 미 리 적절하게 선택함으로써 성취될 수 있다.
눈의 감도에 대한 검출기 감도의 적응을 개선하기 위하여, 곡선 11 및 12에 상응하는 검출기의 경우에는, 입사 방사로부터 555 nm보다 큰 파장 - 특히 상기 국부 최대값(151)의 적색 스펙트럼 영역에서 대략 630 nm인 파장 - 을 흡수하는 피복부가 제공되었다.
상기 피복부의 두께는 자신 안에서 흡수되는, 입사 방사의 방사 출력을 결정하고 그와 더불어 발생되는 광전류 및 검출기 감도를 결정한다.
검출기 감도(10)와 비교할 때, 눈의 감도(14)에 대한 적응은 도시된 검출기 감도(11)에서 알 수 있는 바와 같이 1 mm 두께의 녹색 피복부에 의해서 더 확실하게 개선된다. 상기 곡선 10의 국부적 최대값(151)은 곡선 11의 어깨(152)에 상응하고, 피복부 내에서의 흡수에 의해 심하게 평탄하다. 상기 국부적 최대값(161)은, 피복부 내에서의 흡수로 인해 상기 국부적 최대값(161) 보다 적은 감도값을 갖는 최대값(162)의 형태로 더 존재한다.
2 mm 두께의 녹색 피복부가 제공되면, 눈의 감도(14)에 대한 상응하는 검출기 감도(12)의 적응은 흡수된 보다 높은 방사 출력으로 인해 더욱 개선되었다. 이 경우에도 상기 국부적 최대값(162)은 최대값(163)의 형태로 유지된다. 원래의 최대값(151)이 153에서 심하게 평탄함으로써, 상기 최대값은 더 이상 검출될 수 없다.
이 경우 파장이 미리 주어진 경우에는, 상응하는 검출기 감도값 및 눈 감도값의 편차가 25 %보다 작다.
대략 50 %보다 큰 감도(S)의 값에 대해서는, 검출기가 눈의 감도에 매우 잘 적응되었고, 검출기 감도값 및 눈 감도값의 편차는 대략 10 % 미만이다. 이와 같은 방식의 눈의 감도에 대한 적응은 적용예들을 위해 충분할 수 있는데, 그 이유는 상기 영역이 바로 눈이 가장 민감한 영역이기 때문이다.
대략 λe 와 λc 사이에서는 검출기 감도(12)가 상대적으로 더 심하게 눈의 감도(14)로부터 벗어난다. 국부적 최대값(163, 162 또는 161)에 상응하는 파장 영역에서 흡수하는 추가의 필터 장치가 방사 검출기 내에 제공되면, 상기 영역에서 눈의 감도(13)에 대한 적응은 경우에 따라 더욱 개선될 수 있다.
본 발명은 눈의 감도에만 한정되지 않으며, 오히려 파장(λ0)에서 최대값을 갖고 LED-칩을 포함하는 방사 검출기의 감도가 적응될 수 있는 미리 주어진 모든 스펙트럼 감도에 적용 가능한 것으로 간주될 수 있다. 상기 LED-칩의 감도가 다수의 파장 영역에서 미리 주어진 감도보다 작아야 한다면, 특별히 미리 주어진 감도에 대한 검출기 감도의 적응에 바람직한 작용을 미치는 광학 증폭 장치도 제공될 수 있다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원서 DE 103 45 410.1호를 우선권으로 청구하며, 상기 독일 특허 출원서의 전체 공개 내용은 인용에 의하여 명시적으로 본 특허 출원서에 수용된다.
본 발명은 실시예들을 참조한 설명에 의해서 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 상기 특징 또는 상기 특징들의 조합 자체가 특허청구범위 또는 실시예에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도, 상기 특징들의 각각의 조합은 특허청구범위에 포함된 것으로 간주된다.

Claims (21)

  1. 미리 주어진 파장(λ0)에서 감도 최대값을 갖는 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포(14)에 따라 방사를 검출하기 위한 방사 검출기로서,
    상기 방사 검출기가 적어도 하나의 반도체 칩(1) 및 상기 반도체 칩(1) 다음에 배치된 적어도 하나의 광학 필터를 포함하며,
    상기 반도체 칩이 적어도 하나의 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 함유하고;
    상기 광학 필터가 상기 감도 최대값의 파장(λ0)보다 큰 파장을 갖는 방사를 흡수하는,
    방사 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포(14)가 사람 눈의 감도인 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  3. 적어도 하나의 반도체 칩(1)을 포함하고, 사람 눈의 스펙트럼 감도 분포(14)에 따라 방사를 검출하기 위한 방사 검출기로서,
    상기 반도체 칩(1)이 적어도 하나의 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료를 함유하는,
    방사 검출기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방사 검출기가 반도체 칩(1) 다음에 배치된 적어도 하나의 광학 필터를 포함하고, 상기 광학 필터가 사람 눈의 감도 최대값의 파장(λ0')보다 큰 파장을 갖는 방사를 흡수하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 칩이 LED-칩인 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 칩(1)의 감도가 파장(λ1)에서 적어도 하나의 최대값(13)을 가지며, 상기 파장은 50 nm를 초과하지 않는 만큼, 바람직하게는 15 nm를 초과하지 않는 만큼 상기 파장(λ0) 또는 상기 파장(λ0)으로부터 벗어나는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기가 상기 반도체 칩(1)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 피복부(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 피복부(4)가 수지, 바람직하게는 반응 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 광학 필터가 적어도 부분적으로 상기 피복부(4) 내부에, 외부에 및/또는 피복부(4) 상에 배치되고/배치되거나 상기 피복부 재료 자체가 필터를 형성하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 필터가 다수의 필터 입자(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 칩(1)이 필터층(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터층(3)이 λ0 또는 λ0'보다 작은 파장을 흡수하는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사 검출기가 검출기 감도(12)를 포함하며, 임의의 파장에서는 상기 검출기 감도(12)에 상응하는 값과 상기 미리 주어진 감도(14)에 상응하는 값의 편차가 40 % 미만, 바람직하게는 25 % 미만인 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ⅲ-Ⅴ-반도체 재료가 InxGayAl1 -x- yP, InxGayAl1 -x- yN 또는 InxGayAl1 -x- yAs(각각 0≤x≤1, 0≤y≤1 및 x+y≤1)인 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  15. 제 5 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LED-칩(1)의 방출 파장이 적색 스펙트럼 영역에 있는 것을 특징으로 하는,
    방사 검출기.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 방사 검출기를 주변 광센서로서 사용하는,
    방사 검출기의 용도.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 방사 검출기를 미리 주어진 스펙트럼 감도 분포와 연관된 기능 방식, 기능 주기, 감지 및/또는 적용예를 갖는 장치에 미치는 영향을 제어하기 위하여 사용하는,
    방사 검출기의 용도.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 방사 검출기를 조명 장치의 밝기를 조절하기 위하여 사용하는,
    방사 검출기의 용도.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 방사 검출기를 LCD-스크린의 배경 조명의 밝기를 조절하기 위하여 사용하는,
    방사 검출기의 용도.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 방사 검출기를 디스플레이의 밝기를 조절하기 위하여 사용하는,
    방사 검출기의 용도.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 방사 검출기를 조명 장치의 스위치-온 시점 또는 스위치-오프 시점을 조절하기 위하여 사용하는,
    방사 검출기의 용도.
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