KR20140053515A - 발광소자 패키지 - Google Patents
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Abstract
실시예는 적어도 일부분에 상부가 개방된 캐비티가 형성된 패키지 몸체; 상기 캐비티의 개방된 영역을 통하여 광을 방출하도록 상기 캐비티에 배치되는 발광소자; 및 상기 패키지 몸체의 적어도 일부 상에 위치하여 광의 세기를 측정하는 광센서를 포함하고, 상기 광센서는 상기 패키지 몸체와 일체로 형성된 발광소자 패키지를 제공한다.
Description
실시 예는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Ligit Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 도면이다.
발광소자 패키지(100)는 패키지 몸체(110)에 캐비티 구조가 형성되고, 캐비티의 바닥 면에 발광소자(10)가 배치되고, 패키지 몸체(110)의 하부에는 방열부(미도시)가 배치될 수 있다.
패키지 몸체에는 제1 리드 프레임(121)과 제2 리드 프레임(122)이 배치되는데, 제1,2 리드 프레임(121, 122)은 캐비티의 바닥면에 연장되어 배치되어 발광소자(10)와 전기적으로 연결될 수 있다.
발광소자(10)는 제1 리드 프레임(121)과 도전성 접착제(130)로 전기적으로 연결될 수 있고, 제2 리드 프레임(122)과는 와이어(140)로 연결될 수 있다.
캐비티의 내부에는 형광체(150)를 포함하는 몰딩부(160)가 채워져서 발광소자(10)와 와이어(140) 등을 외력으로부터 보호할 수 있고, 발광소자(10)로부터 방출되는 제1 파장 영역의 광에 의하여 형광체(150)가 여기되어 제2 파장 영역의 광이 방출될 수 있다.
그러나, 종래의 발광소자 패키지는 다음과 같은 문제점이 있다.
발광소자에서 방출되는 빛의 양은 공급되는 전압이나 발광소자의 조성 등에 따라 상이할 수 있으며, 동일한 스펙으로 제조되는 발광소자라도 방출되는 광량이 조금씩 상이할 수 있다. 또한, 발광소자 패키지가 배치되는 장소의 밝기 등 외부 환경에 따라 발광소자 패키지의 광량을 조절해야 할 때도 있다.
따라서, 발광소자 또는 주변의 광량을 측정하여, 발광소자 패키지의 광량을 조절할 필요가 있다.
실시예는 내부의 발광소자 또는 주변의 광량을 측정하여 발광소자 패키지의 광량을 조절할 수 있는 발광소자 패키지를 제공하고자 한다.
실시예는 적어도 일부분에 상부가 개방된 캐비티가 형성된 패키지 몸체; 상기 캐비티의 개방된 영역을 통하여 광을 방출하도록 상기 캐비티에 배치되는 발광소자; 및 상기 패키지 몸체의 적어도 일부 상에 위치하여 광의 세기를 측정하는 광센서를 포함하고, 상기 광센서는 상기 패키지 몸체와 일체로 형성된 발광소자 패키지를 제공한다.
캐비티는 상기 패키지 몸체의 적어도 일부분이 함몰된 형태를 가지며, 상기 패키지 몸체는 상기 캐비티의 개방된 영역의 외곽에 배치된 돌출부를 포함하고, 상기 광센서는 상기 돌출부 상에 배치될 수 있다.
광센서는, 광센서 몸체와 상기 광센서 몸체의 제1 면과 제2 면에 배치된 제1 절연막과 제2 절연막, 및 전극층을 포함할 수 있다.
광센서는 광센서 몸체와 상기 전극층을 전기적으로 연결하는 광감지부를 포함할 수 있다.
광감지부는 티타늄으로 이루어지고, 25 나노미터 내지 100 나노미터의 두께를 가질 수 있다.
전극층은 알루미늄으로 이루어지고, 100 나노미터 내지 500 나노미터의 두께를 가질 수 있다.
제1 절연막 또는 제2 절연막 중 적어도 하나는 Si3N4를 포함하고, 30 나노미터 내지 100 나노미터의 두께를 가질 수 있다.
광센서 몸체는 폴리 실리콘을 포함하고, 0.5 마이크로 미터 내지 5 마이크로 미터의 두께를 가질 수 있다.
전극층은 서로 마주보는 평행한 복수 개의 라인 형상으로 배치될 수 있다.
광센서는 상기 패키지 몸체와 접촉하는 제1 영역과 상기 캐비티의 바닥면과 마주보는 제2 영역을 포함할 수 있다.
광센서의 제2 영역에서, 상기 전극층은 서로 마주보는 평행한 복수 개의 라인 형상으로 배치될 수 있다.
광센서는 크기가 50 마이크로 미터 내지 150 마이크로 미터일 수 있다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 얇은 막(membrane) 형상의 광센서가 패키지 몸체의 제조공정과 일체로 간편히 형성되어, 발광소자나 주변의 광 감지에 유리할 수 있다.
도 1은 종래의 발광소자 패키지를 나타낸 도면이고,
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예의 구성을 나타낸 블럭도이고,
도 3a 내지 도 3c는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4c는 각각 도 3a의 A-A'선과 B-B'선과 C-C'선을 따른 단면도이고,
도 5a 및 도 5b는 도 3a의 광센서를 상세히 나타낸 도면이고,
도 6a 내지 도 6d는 광센서의 제조 공정을 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광소자 패키지가 배치된 조명장치의 일실시 예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자 패키지가 배치된 영상표시장치의 일실시 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예의 구성을 나타낸 블럭도이고,
도 3a 내지 도 3c는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4c는 각각 도 3a의 A-A'선과 B-B'선과 C-C'선을 따른 단면도이고,
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도 6a 내지 도 6d는 광센서의 제조 공정을 나타낸 도면이고,
도 7은 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,
도 8은 발광소자 패키지가 배치된 조명장치의 일실시 예를 나타낸 도면이고,
도 9는 발광소자 패키지가 배치된 영상표시장치의 일실시 예를 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향 뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 발광소자 패키지의 일실시예의 구성을 나타낸 블럭도이다.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 하나의 웨이퍼로 제조된 패키지 내에 발광소자와, 상술한 웨이퍼와 일체로 형성된 광센서(Photo sensor)와 제어 회로(Control circuit)를 배치할 수 있다. 패키지 몸체를 이루는 웨이퍼와 일체로 광센서를 형성하면, 후술하는 바와 같이 패키지 몸체의 일부에 광센서가 배치되어 발광소자 패키지의 광량에 영향이 적고 제조 비용과 시간도 줄일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 발광소자 패키지의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 4a 내지 도 4c는 각각 도 3a의 A-A'선과 B-B'선과 C-C'선을 따른 단면도이다. 이하에서, 도 3a 내지 도 4c를 참조하여 발광소자 패키지의 일실시예를 설명한다.
도시된 바와 같이, 실시예에 따른 발광소자 패키지(200)는 패키지 몸체(210)에 발광소자(10)와 광센서(300)가 배치된다. 패키지 몸체(210)는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)로 이루어질 수 있으며, 일부분에 상부가 개방된 캐비티(cavity)가 형성되어 있을 수 있다. 캐비티는 패키지 몸체(200)를 이루는 실리콘 웨이퍼 상에 광센서(300)의 증착 내지 형성한 후에 실리콘 웨이퍼를 식각하여 형성할 수 있다. 그리고, 도시되지는 않았으나 캐비티의 내부에는 형광체 등을 포함하는 레진 등이 몰딩부를 이루어, 발광소자와 와이어 등을 보호하고 발광소자에서 방출된 제1 파장 영역의 광에 의하여 형광체가 여기되어 제2 파장 영역의 광을 방출할 수 있다.
패키지 몸체(210)가 직육면체의 형상으로 도시되어 있으나, 패키지 몸체(210)는 임의의 다면체의 형태를 가질 수 있다.
패키지 몸체(210)의 가운데 부분이 함몰되어 캐비티가 형성되어 캐비티의 바닥면에 발광소자(10)가 배치되며, 캐비티의 바닥면에는 측벽이 형성되고, 바닥면과 측벽으로 이루어지는 캐비티의 외곽에서 패키지 몸체(210)가 상대적으로 높게 배치되어 돌출부를 이룰 수 있으며, 상기 돌출부 상에 광센서(300)가 배치될 수 있다.
캐비티의 표면형상은 도시된 형상 외에, 다각형, 원형 또는 타원형 등이 될 수 있으며 바닥면의 면적보다 윗 부분의 면적이 넓은 형상일 수 있다. 캐비티는 패키지 몸체(210)에 대한 건식 식각이나 습식 식각 공정 외에, 다른 방식의 공정에 의해서도 형성될 수 있다.
절연층(215)은 패키지 몸체(210)를 감싸며 형성될 수 있는데, 반도체 물질인 실리콘 등으로 패키지 몸체(210)가 이루어질 경우 패키지 몸체(210)를 발광소자(10)나 광센서(300) 또는 제1 전극층(221) 및 제2 전극층(222) 등과 전기적으로 절연시킬 수 있다.
절연층(215)은 SiO2 등의 실리콘 산화물이나, Si3N4 등의 실리콘 질화물이나, 질화 알루미늄(AlN) 또는 탄화 규소(SiC) 등의 절연 물질로 형성될 수 있다.
발광 소자(10)로 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)가 이용될 수 있으며, 방출하는 빛의 파장 영역에 따라 청색 발광 다이오드 또는 자외선이나 심자외선을 방출하는 발광 다이오드일 수 있고, 형상이나 전극 배치에 따라 수평형 발광소자나 수직형 발광소자 또는 플립 칩 타입의 발광소자일 수 있으며, 2개 이상의 발광소자가 배치될 수도 있다.
발광소자(10)가 발광 다이오드일 때, 제1 도전형 반도체층과 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 발광 구조물을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 3족-5족 또는 2족-6족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 또한, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층이 n형 반도체층인 경우, 상기 제1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 도전형 반도체층은 제1 도전형 반도체층으로만 형성되거나, 상기 제1 도전형 반도체층 아래에 언도프트 반도체층을 더 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 언도프트 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층의 결정성 향상을 위해 형성되는 층으로, 상기 n형 도펀트가 도핑되지 않아 상기 제1 도전형 반도체층에 비해 낮은 전기전도성을 갖는 것을 제외하고는 상기 제1 도전형 반도체층과 같을 수 있다.
제1 도전형 반도체층 상에 활성층이 형성될 수 있다. 활성층은 제1 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 전자와 이후 형성되는 제2 도전형 반도체층을 통해서 주입되는 정공이 서로 만나서 활성층(발광층) 물질 고유의 에너지 밴드에 의해서 결정되는 에너지를 갖는 빛을 방출하는 층이다.
상기 활성층은 이중 접합 구조(Double Hetero Junction Structure), 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 양자선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층은 트리메틸 갈륨 가스(TMGa), 암모니아 가스(NH3), 질소 가스(N2), 및 트리메틸 인듐 가스(TMIn)가 주입되어 다중 양자 우물 구조가 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 활성층의 우물층/장벽층은 예를 들어, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 우물층은 상기 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기 활성층의 위 또는/및 아래에는 도전형 클래드층(미도시)이 형성될 수 있다. 도전형 클래드층은 활성층의 장벽층의 밴드갭보다 더 넓은 밴드갭을 갖는 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도전형 클래드층은 GaN, AlGaN, InAlGaN 또는 초격자 구조를 포함할 수 있다. 또한, 도전형 클래드층은 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있다.
그리고, 활성층 상에 제2 도전형 반도체층이 형성될 수 있다. 제2 도전형 반도체층은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 제2 도전형 도펀트가 도핑된 3족-5족 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 상기 제2 도전형 반도체층은 예를 들어, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 도전형 반도체층이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있으나 이에 한정하지 않는다.
여기서, 상술한 바와 다르게, 제1 도전형 반도체층이 p형 반도체층을 포함하고 상기 제2 도전형 반도체층이 n형 반도체층을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 제1 도전형 반도체층 상에는 n형 또는 p형 반도체층을 포함하는 제3 도전형 반도체층이 형성될 수도 있는데, 이에 따라 상술한 발광소자는 n-p, p-n, n-p-n, p-n-p 접합 구조 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
발광소자(10)는 캐비티의 바닥면에 배치되며, 제1 전극층(221) 및 제2 전극층(222)과 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 본 실시예에서 발광소자(10)는 제1 전극층(221)과 도전성 접착제(미도시)로 전기적으로 연결되고, 제2 전극층(222)과는 와이어(240)로 전기적으로 연결되고 있다.
제1 전극층(221)과 제2 전극층(222)은 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 구체적으로 금속 또는 도전성 합금 등일 수 있으며, 보다 상세하게는 구리(Cu)나 알루미늄(Al) 또는 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다. 제1 전극층(221)과 제2 전극층(222)은 절연층(215)을 사이에 두고 패키지 몸체(210)와 전기적으로 분리될 수 있고, 도시된 바와 같이 제1 전극층(221)과 제2 전극층(222)은 패키지 몸체(210)의 아랫면과 캐비티의 바닥면에서 전기적으로 분리될 수 있다.
제1 전극층(221)과 제2 전극층(222)은 도시된 단층 구조 외에 다층 구조로 이루어질 수도 있다. 제1 전극층(221)과 제2 전극층(222)은 도시된 발광소자 패키지가 회로 기판 등에 표면실장기술(SMT: Surface Mount Technology) 공정 등으로 실장될 때, 기판 배선에 전기적이나 기계적으로 결합될 수 있다.
광센서(300)는 광전도체, 반도체 접합 측정 소자 및 금속-반도체 접합 측정 소자 중 어느 하나 일 수 있으며, 광센서(300)는 광전도체(photoconductor), PN구조 광다이오드(PN type photodiode), PIN 구조 광다이오드, APD(Avalanche photodiode) 또는 MSM(Metal Semiconductor Metal) 구조 광 다이오드 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
광센서(300)는 상술한 바와 같이 패키지 몸체(210)의 돌출부 상에 배치되어 발광소자(10)로부터 방출되는 빛의 광량 내지 세기를 측정할 수 있으며 발광소자 패키지(200)가 배치되는 장소의 광량을 측정할 수도 있고, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 패키지 몸체(210)의 성장 공정에서 일체로 형성될 수 있다. 광센서(300)은 상술한 돌출부 상에 배치되되, 일부는 캐비티에 노출되어 발광소자(10)로부터 방출되는 빛을 감지할 수 있다.
광센서(300)는 패키지 몸체(200) 위에 절연층(215)을 사이에 두고 배치될 수 있으며, 일부는 돌출부에 고정되고 일부는 캐비티에 노출되는 외팔보 형상일 수 있고, 캐비티에 광센서(300)의 일부가 노출되면 발광소자(10)로부터의 광량을 정확히 측정할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 3a의 광센서를 상세히 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 도 6d는 광센서의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 이하에서 도 5a 내지 도 6b를 참조하여 광센서를 상세히 설명한다.
광센서(300)는 패키지 몸체와 일체로 형성될 수 있는데, 여기서 일체로 형성된다 함은 별개로 제조되어 패키지 몸체에 접합되지 않고 패키지 몸체의 제조 공정에서 함께 형성된다는 의미이다. 광센서(300) 전체의 크기가 50 마이크로 미터 내지 150 마이크로 미터일 수 있는데, 크기가 너무 작으면 후술하는 전극층의 라인 형상의 배치 등에 충분하지 않을 수 있고, 크기가 너무 크면 광흡수에 의한 광감지에는 유리하나 빛의 흡수가 증가될 수 있다. 여기서, 광센서(300)의 크기는 광센서(300)가 사각형일 경우 한 변의 크기를 뜻한다.
광센서(300)는 패키지 몸체 상에 절연층을 사이에 두고 접착되며, 제1 절연막(315)과 광센서 몸체(330)와 제2 절연막(335)과 광감지부(340) 및 전극층(360)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 절연막(315)과 제2 절연막(335)은 광센서 몸체(330)의 서로 다른 방향의 제1 면과 제2 면에 배치되고 있고, Si3N4 등의 실리콘 질화물로 이루어질 수 있으며, 기타 SiO2 등의 실리콘 산화물이나, 질화 알루미늄(AlN) 또는 탄화 규소(SiC) 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 제1 절연막(315)과 제2 절연막(335)은 30 나노미터 내지 100 나노미터의 두께로 증착될 수 있으며, 60 나노미터의 두께일 수 있다. 제1 절연막(315)과 제2 절연막(335)의 두께(t4)가 너무 얇으면 절연 효과가 충분하지 않을 수 있고, 너무 두꺼우면 재료비의 증가 내지 빛의 차단 효과가 있을 수 있다.
광센서 몸체(330)는 광흡수가 뛰어난 물질로 이루어질 수 있고, 구체적으로 반도체 물질일 수 있으며, 빛의 파장 대역에 따라 해당 파장 대역의 광 흡수율이 높은 물질이 사용될 수 있고, 구체적으로는 실리콘(silicon), 다결정 실리콘(poly-silicon) 또는 비정질 실리콘(Amorphous silicon)과 같은 실리콘 반도체와 GaN과 같은 질화물 반도체 등을 포함할 수 있다.
광센서 몸체(330)는 0.5 마이크로 미터 내지 5 마이크로 미터의 두께일 수 있으며, 1 마이크로의 두께일 수 있다. 광센서 몸체(330)의 두께(t3)가 너무 얇으면 빛의 흡수가 충분히 이루어지지 않아서 광센서(300)의 동작에 충분하지 않을 수 있고, 너무 두꺼우면 광이 일부 흡수되어 발광소자 패키지에서 광센서(300)가 배치된 방향으로 방출되는 빛이 줄어들 수 있다.
광감지부(340)는 광감성이 우수한 물질로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다. 광감지부(340)는 광센서 몸체(330)로 흡수된 빛을 감지하고 전극층(360)으로 전달할 수 있으며, 광센서 몸체(330)와 전극층(360)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 광감지부(340)는 25 나노미터 내지 100 나노미터의 두께를 가질 수 있으며, 50 나노미터의 두께로 이루어질 수 있다. 광감지부(340)의 두께가 너무 얇으면 광감지에 충분하지 않을 수 있고, 너무 두꺼우면 재료비가 증가되거나 진행하는 빛을 차단할 수 있다. 여기서, 광감지부(340)의 두께는 패터닝되지 않은 부분의 두께(t2)이거나 전체의 두께일 수도 있다.
전극층(360)은 광센서(300)에 흐르는 전류를 감지할 수 있으며, 도전성 물질로 이루어지고, 상세하게는 금속 또는 반도체 물질일 수 있으며, 보다 상세하게는 알루미늄(Al)일 수 있다. 전극층(360)은 300 나노미터의 두께를 가질 수 있으며, 100 나노미터 내지 500 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 전극층(360)은 증착 공정으로 형성되며 너무 얇으면 고른 증착이 어려우므로 100 나노미터의 두께로 증착되면 충분하고, 전극층(360)의 두께(t1)가 너무 두꺼우면 하부에서 진행한 빛을 반사시킬 수 있으므로 500 나노미터의 두께로 증착되면 충분하며, 패키지 몸체에 배치되는 제1,2 전극층(221, 222)와 함께 증착될 수 있다.
도 6d에서 광감지부(340) 또는 제2 절연막(335)가 패터닝되어, 광감지부(340)가 일부 영역에서 광센서 몸체(330)와 연결되어 빛에 의하여 전류가 광감지부(340)에 흐를 수 있다.
전극층(330)은 도 5a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이 서로 마주보는 복수 개의 라인 형상으로 배치되면, 광감지부(240)에 인가된 전류가 전극층(360)으로 고루 전달될 수 있다. 그리고, 본딩 패드(bonding pad)는 전극층(360)과 양끝단에서 접촉하며 배치될 수 있으며, 본딩 패드 양끝단에 전압을 가하면 광센서가 동작할 수 있다.
도 5b에서 전극층(300) 중 액티브 영역(300a)를 상세히 도시하고 있는데, 여기서 액티브 영역(300a)은 광감지부(340)로부터 전류를 전달받는 영역을 뜻한다. 액티브 영역(300a)에서 전극층은 복수 개의 서로 마주보는 라인(Al1, Al2,...,Aln -1, Aln)으로 이루어져 있고, 각각의 라인(Al1, Al2,...,Aln -1, Aln)은 복수 개의 연결부(C1, C2,...Cn -1, Cn)로 연결될 수 있으며, 복수 개의 연결부(C1, C2,...Cn -1, Cn)는 상술한 각각의 라인(Al1, Al2,...,Aln -1, Aln의 양 끝에 서로 교번하여 배치될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이 광센서(300)는 패키지 몸체와 접촉하는 제1 영역과 캐비티의 바닥면과 마주보는 제2 영역을 포함하며, 제2 영역에서 전극층이 배치되어 발광소자에서 방출된 빛을 감지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d에서 광센서의 제조 공정이 간략히 도시되어 있다.
도 6a에서 패키지 몸체(210)가 p-타입의 실리콘 웨이퍼 등으로 성장되고, 도 6b에서 절연층(215)이 증착되고 이어서 제1 절연막(315)이 LPCVD 등의 방법으로 증착되어, 후에 실리콘 웨이퍼 등을 식각할 때 마스크로 작용할 수 있다. 여기서, 실리콘 웨이퍼의 식각은 상술한 캐비티의 형성공정일 수 있다.
도 6c에서 제1 절연막(315) 위에 폴리 실리콘 등으로 광센서 몸체(330)을 증학하고, 제2 절연막(335)을 형성하는데 광센서 몸체(330)의 패시베이션(passivation) 층으로 작용할 수 있다. 그리고, 도 6d에서 광감지부(340) 및 전극층(360)을 증착하고 패터닝할 수 있다.
상술한 발광소자 패키지는 얇은 막(membrane) 형상의 광센서가 패키지 몸체의 제조공정과 일체로 간편히 형성되어, 발광소자나 주변의 광 감지에 유리할 수 있다.
도 7은 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
본 실시예는 광센서(300)가 돌출부가 아닌 캐비티의 바닥면에 배치된 점에서 상술한 실시예와 상이하며, 공정 상으로 실리콘 웨이퍼 등의 패키지 몸체에 캐비티를 식각하여 형성한 후에 광센서를 형성하는 점에서 차이가 있다.
본 실시예에서 캐비티의 바닥면에 광센서를 형성하는데, 발광소자의 바로 아래에 형성할 수도 있으며, 이때 수직형 발광소자의 경우 도전성 기판(metal support)의 일부를 제거하고, 상술한 제거된 영역에 광센서의 광센서 몸체 등을 배치하면 광 감지에 유리할 수 있다. 또한, 광센서의 크기는 1 마이크로 미터 정도일 수 있으므로, 발광소자 패키지의 몰딩부 위에 배치되어도 광차단 효과는 매우 작으면서도 광감지에 유리할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는 복수 개가 회로 기판 상에 어레이되며, 상기 발광소자 패키지의 광 경로 상에 광학 부재인 도광판, 프리즘 시트, 확산 시트 등이 배치될 수 있다. 이러한 발광소자 패키지, 기판, 광학 부재는 라이트 유닛으로 기능할 수 있다. 또 다른 실시 예는 상술한 실시 예들에 기재된 반도체 반도체 소자 또는 발광소자 패키지를 포함하는 표시 장치, 지시 장치, 조명 시스템으로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 조명 시스템은 램프, 가로등을 포함할 수 있다. 이하에서는 상술한 발광소자 패키지가 배치된 조명 시스템의 일실시 예로서, 헤드 램프와 백라이트 유닛을 설명한다.
도 8은 발광소자 패키지를 포함하는 헤드 램프의 일실시 예를 나타낸 도면이다.
실시 예에 따른 헤드 램프(400)는 발광소자 패키지가 배치된 발광소자 모듈(401)에서 방출된 빛이 리플렉터(402)와 쉐이드(403)에서 반사된 후 렌즈(404)를 투과하여 차체 전방을 향할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 발광소자 모듈(401)에 사용되는 발광소자 패키지는 얇은 막(membrane) 형상의 광센서가 패키지 몸체의 제조공정과 일체로 간편히 형성되어, 발광소자나 주변의 광 감지에 유리할 수 있으며, 특히 헤드 램프의 광량을 주변의 밝기에 따라서 조절할 수 있다.
도 9는 발광소자 패키지를 포함하는 영상 표시장치의 일실시 예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 영상표시장치(500)는 광원 모듈과, 바텀 커버(510) 상의 반사판(520)과, 상기 반사판(520)의 전방에 배치되며 상기 광원모듈에서 방출되는 빛을 영상표시장치 전방으로 가이드하는 도광판(540)과, 상기 도광판(540)의 전방에 배치되는 제1 프리즘시트(550)와 제2 프리즘시트(560)와, 상기 제2 프리즘시트(560)의 전방에 배치되는 패널(570)과 상기 패널(570)의 전반에 배치되는 컬러필터(580)를 포함하여 이루어진다.
광원 모듈은 회로 기판(530) 상의 발광소자 패키지(535)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 회로 기판(530)은 PCB 등이 사용될 수 있고, 발광소자 패키지(535)는 상술한 바와 같다.
바텀 커버(510)는 영상표시장치(500) 내의 구성 요소들을 수납할 수 있다. 반사판(520)은 본 도면처럼 별도의 구성요소로 마련될 수도 있고, 도광판(540)의 후면이나, 상기 바텀 커버(510)의 전면에 반사도가 높은 물질로 코팅되는 형태로 마련되는 것도 가능하다.
반사판(520)은 반사율이 높고 초박형으로 사용 가능한 소재를 사용할 수 있고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephtalate; PET)를 사용할 수 있다.
도광판(540)은 발광소자 패키지 모듈에서 방출되는 빛을 산란시켜 그 빛이 액정 표시 장치의 화면 전영역에 걸쳐 균일하게 분포되도록 한다. 따라서, 도광판(530)은 굴절률과 투과율이 좋은 재료로 이루어지는데, 폴리메틸메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate; PMMA), 폴리카보네이트(PolyCarbonate; PC), 또는 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 형성될 수 있다. 또한, 도광판(540)이 생략되면 에어 가이드 방식의 표시장치가 구현될 수 있다.
상기 제1 프리즘 시트(550)는 지지필름의 일면에, 투광성이면서 탄성을 갖는 중합체 재료로 형성되는데, 상기 중합체는 복수 개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층을 가질 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 패턴은 도시된 바와 같이 마루와 골이 반복적으로 스트라이프 타입으로 구비될 수 있다.
상기 제2 프리즘 시트(560)에서 지지필름 일면의 마루와 골의 방향은, 상기 제1 프리즘 시트(550) 내의 지지필름 일면의 마루와 골의 방향과 수직할 수 있다. 이는 광원 모듈과 반사시트로부터 전달된 빛을 상기 패널(570)의 전방향으로 고르게 분산하기 위함이다.
본 실시 예에서 상기 제1 프리즘시트(550)과 제2 프리즘시트(560)가 광학시트를 이루는데, 상기 광학시트는 다른 조합 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이로 이루어지거나 확산시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 또는 하나의 프리즘 시트와 마이크로 렌즈 어레이의 조합 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패널(570)은 액정 표시 패널(Liquid crystal display)가 배치될 수 있는데, 액정 표시 패널(560) 외에 광원을 필요로 하는 다른 종류의 디스플레이 장치가 구비될 수 있다.
상기 패널(570)은, 유리 바디 사이에 액정이 위치하고 빛의 편광성을 이용하기 위해 편광판을 양 유리바디에 올린 상태로 되어있다. 여기서, 액정은 액체와 고체의 중간적인 특성을 가지는데, 액체처럼 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열된 상태를 갖는 것으로, 상기 분자 배열이 외부 전계에 의해 변화되는 성질을 이용하여 화상을 표시한다.
표시장치에 사용되는 액정 표시 패널은, 액티브 매트릭스(Active Matrix) 방식으로서, 각 화소에 공급되는 전압을 조절하는 스위치로서 트랜지스터를 사용한다.
상기 패널(570)의 전면에는 컬러 필터(580)가 구비되어 상기 패널(570)에서 투사된 빛을, 각각의 화소마다 적색과 녹색 및 청색의 빛만을 투과하므로 화상을 표현할 수 있다.
본 실시 예에 따른 영상표시장치에 배치된 발광소자 패키지는 얇은 막(membrane) 형상의 광센서가 패키지 몸체의 제조공정과 일체로 간편히 형성되어, 발광소자나 주변의 광 감지에 유리할 수 있으며, 특히 백라이트 유닛의 광량을 주변의 밝기에 따라서 조절할 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 발광소자 패키지 110a, 110b, 110c: 패키지 몸체
120: 세라믹층 130, 230: 방열부
140, 240a, 240b: 발광소자 150, 250: 몰딩부
160, 260: 형광체
210a, 210b, 210c, 210d: 제1 세라믹층
220: 제2 세라믹층 245a, 245b: 와이어
270: 크랙 방지부
281a~284a: 제1 전극 패턴
281b~284b: 제2 전극 패턴
285a: 제1 본딩 패드 285b: 제2 본딩 패드
286a, 286b: 도전성 접착층
291a~294a, 291b~294b: 연결 전극
120: 세라믹층 130, 230: 방열부
140, 240a, 240b: 발광소자 150, 250: 몰딩부
160, 260: 형광체
210a, 210b, 210c, 210d: 제1 세라믹층
220: 제2 세라믹층 245a, 245b: 와이어
270: 크랙 방지부
281a~284a: 제1 전극 패턴
281b~284b: 제2 전극 패턴
285a: 제1 본딩 패드 285b: 제2 본딩 패드
286a, 286b: 도전성 접착층
291a~294a, 291b~294b: 연결 전극
Claims (12)
- 적어도 일부분에 상부가 개방된 캐비티가 형성된 패키지 몸체;
상기 캐비티의 개방된 영역을 통하여 광을 방출하도록 상기 캐비티에 배치되는 발광소자; 및
상기 패키지 몸체의 적어도 일부 상에 위치하여 광의 세기를 측정하는 광센서를 포함하고,
상기 광센서는 상기 패키지 몸체와 일체로 형성된 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 캐비티는 상기 패키지 몸체의 적어도 일부분이 함몰된 형태를 가지며, 상기 패키지 몸체는 상기 캐비티의 개방된 영역의 외곽에 배치된 돌출부를 포함하고, 상기 광센서는 상기 돌출부 상에 배치되는 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서, 상기 광센서는,
광센서 몸체와 상기 광센서 몸체의 제1 면과 제2 면에 배치된 제1 절연막과 제2 절연막, 및 전극층을 포함하는 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 광센서 몸체와 상기 전극층을 전기적으로 연결하는 광감지부를 더 포함하는 발광소자 패키지. - 제4 항에 있어서,
상기 광감지부는 티타늄으로 이루어지고, 25 나노미터 내지 100 나노미터의 두께를 가지는 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 전극층은 알루미늄으로 이루어지고, 100 나노미터 내지 500 나노미터의 두께를 가지는 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 절연막 또는 제2 절연막 중 적어도 하나는 Si3N4를 포함하고, 30 나노미터 내지 100 나노미터의 두께를 가지는 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 광센서 몸체는 폴리 실리콘을 포함하고, 0.5 마이크로 미터 내지 5 마이크로 미터의 두께를 가지는 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 전극층은 서로 마주보는 평행한 복수 개의 라인 형상으로 배치된 발광소자 패키지. - 제3 항에 있어서,
상기 광센서는 상기 패키지 몸체와 접촉하는 제1 영역과 상기 캐비티의 바닥면과 마주보는 제2 영역을 포함하는 발광소자 패키지. - 제10 항에 있어서,
상기 광센서의 제2 영역에서, 상기 전극층은 서로 마주보는 평행한 복수 개의 라인 형상으로 배치된 발광소자 패키지. - 제1 항에 있어서,
상기 광센서는 크기가 50 마이크로 미터 내지 150 마이크로 미터인 발광소자 패키지.
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| KR1020120119536A KR20140053515A (ko) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | 발광소자 패키지 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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-
2012
- 2012-10-26 KR KR1020120119536A patent/KR20140053515A/ko not_active Application Discontinuation
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