WO2019112282A1 - 지문인식 기능을 구비한 디스플레이 - Google Patents

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WO2019112282A1
WO2019112282A1 PCT/KR2018/015225 KR2018015225W WO2019112282A1 WO 2019112282 A1 WO2019112282 A1 WO 2019112282A1 KR 2018015225 W KR2018015225 W KR 2018015225W WO 2019112282 A1 WO2019112282 A1 WO 2019112282A1
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WO
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prism
light
microlens
image sensor
dam
Prior art date
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PCT/KR2018/015225
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English (en)
French (fr)
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남동욱
민병일
박광수
김봉석
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주식회사 비욘드아이즈
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Publication date
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Priority to US16/769,834 priority patent/US11080508B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00

Definitions

  • the present invention relates to a display.
  • the fingerprint sensor captures an image of the fingerprint and converts it into an electric signal.
  • a conventional optical fingerprint sensor has an optical system for irradiating a fingerprint to reflect light.
  • an optical system such as a prism, a reflection mirror, and a lens generally has a considerable volume, an electronic device equipped with an optical fingerprint sensor is difficult to miniaturize.
  • the number and types of electronic devices equipped with fingerprint sensors are increasing, especially in portable electronic devices such as mobile phones and tablets.
  • the sensing portion of the fingerprint sensor contacting the fingerprint must be exposed to the outside. Therefore, when the entire front surface of the electronic device is covered with a protective medium such as a cover glass or a transparent film in order to protect the design or the display panel, a fingerprint sensor such as a capacitive sensing method It is difficult to mount on the front. In addition, it is difficult to place the fingerprint sensor under the display panel.
  • the electronic circuits formed on the silicon wafer are divided into chips and then packaged.
  • Packaging allows the chip to be electrically connected to the outside while protecting the chip.
  • the package has mounted a single semiconductor chip.
  • it has become necessary to mount or stack a plurality of semiconductor chips in one package or to stack a non-semiconductor structure on a semiconductor chip. Since the conventional package has a structure in which one semiconductor chip is embedded, it is not suitable to further laminate a semiconductor chip or a non-semiconductor structure.
  • the package cover To seal a package to protect stacked semiconductor chips or non-semiconductor structures, the package cover must be adhesively secured to the package substructure. Applying pressure to the package cover after application of the adhesive, a small amount of adhesive may be introduced into the stacked semiconductor chip or non-semiconductor structure. If the non-semiconductor structure is a fine optical structure, a problem may arise in that it can not be operated properly even with a small amount of adhesive.
  • a display capable of generating a fingerprint image by using the display panel as a light source in an environment in which the ambient light is very low and generating a fingerprint image using only ambient light in other environments is provided.
  • the ambient light or the panel light is diffused through the skin of the finger.
  • the ridge of the fingerprint on the finger skin contacts the cover glass, but the fingerprint does not contact the cover glass. Since the difference in the refractive index between the skin and the cover glass is relatively smaller than the difference in the refractive index between the air and the cover glass, the range of the incident angle of the light directly incident from the ridge of the fingerprint into the inside of the cover glass, Is different from the incident angle range of light incident on the light source.
  • a fingerprint image can be generated using only light that can not come out of the fingerprint using the principle that the angle of light incident to the inside of the cover glass is limited due to the difference in refractive index.
  • An embodiment according to one aspect of the present invention provides a display having a fingerprint recognition function.
  • a display having a fingerprint recognition function has a bottom surface formed with a prism surface including an upper surface coupled to a cover glass and an alternately arranged prism mountain and a prism bone, and a display device having various incidence angles And an image sensor layer disposed at a lower portion of the display panel and detecting a detection subject light having an incident angle of the detection object among the lights having various incident angles to generate a fingerprint image .
  • the image sensor layer includes a microlens array disposed in the prism valley and refracting light having various incident angles refracted by the prism surface, a light path extending layer disposed under the microlenses, And an image sensor disposed at a lower portion of the optical path extending layer and detecting light refracted by the micro lens and outputting a pixel current, wherein the optical path through which the detection target light travels from the microlens to the image sensor It can be inclined.
  • the imaging device further includes an alignment bar formed on the top surface of the optical path extending layer to extend in the longitudinal direction of the prism bone, wherein the alignment bar is formed spaced from the microlens array, And may be received in the prism valley when coupled to the panel.
  • more than one alignment bar may be formed with the microlens array interposed therebetween.
  • the microlens array and the alignment bar may be formed by reflowing at the same time.
  • the prism surface may be formed by attaching a prism sheet to a lower surface of the display panel.
  • the display panel includes a substrate on which pixels are formed, and the prism surface may be formed on a lower surface of the substrate.
  • the prism mountains and the prism valleys are formed by a first inclined plane and a second inclined plane alternately arranged, and the first inclined plane is a light beam having the detection object incidence angle among the lights having the various incidence angles And the inclination angle of the first inclined surface and the inclination angle of the second inclined surface may be the same.
  • the prism mountains and the prism valleys are formed by a first inclined plane and a second inclined plane alternately arranged, and the first inclined plane is a light beam having the detection object incidence angle among the lights having the various incidence angles And the inclination angle of the first inclined surface and the inclination angle of the second inclined surface may be different from each other.
  • an upper end of the first inclined surface is connected to an upper end of the second inclined surface, and a lower end of the first inclined surface and a lower end of the second inclined surface are respectively connected to both ends of a lower surface extending in parallel.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention provides a semiconductor package having a self-aligned structure.
  • a semiconductor package includes a semiconductor chip or an image sensor or a fingerprint image sensor having an active region and at least one margin region located in the periphery of the active region and having a longitudinally extending alignment bar formed on the margin region, Or an upper structure disposed on the image sensor or on the upper surface of the fingerprint image sensor, the upper structure extending in the longitudinal direction and having grooves formed on the lower surface thereof to receive the alignment bar.
  • At least two of the alignment bars may be formed in the margin region.
  • the alignment bars may be formed in margin regions opposite to each other with the active region interposed therebetween.
  • the alignment bar may include at least two bar segments disposed in the same line.
  • the micro-lens array may further include a microlens array formed on the active region and composed of a plurality of microlenses.
  • the device further comprises a light path extension layer disposed on the top surface of the semiconductor chip, the light path extension layer covering the entire active region and at least a portion of the margin region, As shown in FIG.
  • the microlens array and the alignment bar may be formed by reflowing at the same time.
  • the alignment bar may be formed in the margin region by n times (n is a natural number) of the microlens pitch.
  • two or more alignment bars formed in the same margin region may be spaced the same distance as the lens pitch of the microlens array.
  • two or more alignment bars formed in the same margin region may be spaced a distance different from the lens pitch of the microlens array.
  • the height of the micro lens and the height of the alignment bar may be different.
  • the diameter of the micro lens and the width of the alignment bar may be the same.
  • the upper structure is a prism sheet including a plurality of first inclined surfaces and a plurality of second inclined surfaces alternately arranged to form prism mountains and prism valleys, and the grooves may be the prism valleys.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention provides a semiconductor package having a self-aligned structure.
  • a semiconductor package includes: a semiconductor chip including an active region and at least one margin region located in the periphery of the active region; a semiconductor chip disposed on an upper surface of the semiconductor chip to cover at least a part of the active region and the margin region; An optical path extending layer in which a microlens array formed of a plurality of microlenses is formed in a corresponding first region and the alignment bar is formed in a second region corresponding to the marginal region, And an upper structure formed in the longitudinal direction on the lower surface of the groove in which the alignment bar is accommodated.
  • At least two of the alignment bars may be formed on the second region.
  • the alignment bar may be formed on a second region facing each other with the first region interposed therebetween.
  • the microlens array and the alignment bar may be formed by reflowing at the same time.
  • the alignment bar may be formed on the second region by n times the microlens pitch, where n is a natural number.
  • two or more alignment bars formed in the same second region may be spaced the same distance as the lens pitch of the microlens array.
  • two or more alignment bars formed in the same second region may be spaced a distance different from the lens pitch of the microlens array.
  • the upper structure is a prism sheet including a plurality of first inclined surfaces and a plurality of second inclined surfaces alternately arranged to form prism mountains and prism valleys, and the grooves may be the prism valleys.
  • the upper structure is a prism sheet including a plurality of first inclined surfaces and a plurality of second inclined surfaces alternately arranged to form prism valleys, and the upper end of the first inclined surface is a top surface of the upper surface of the second inclined surface And a lower end of the first inclined surface and a lower end of the second inclined surface are respectively connected to both ends of a lower surface extending in parallel, and the groove may be the prismatic groove.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor package having a self-aligned structure.
  • a method of manufacturing a semiconductor package having a self-aligned structure includes the steps of forming a plurality of microlens patterns and alignment bar patterns on an upper surface of a light path extending layer, forming the plurality of microlens patterns and the alignment Forming a microlens array and an alignment bar by reflowing the bar pattern; disposing the optical path extending layer on an upper surface of the semiconductor chip including an active region and at least one margin region located in the periphery of the active region; And disposing an upper structure formed on the lower surface of the groove in which the alignment bar is accommodated in the longitudinal direction, above the light path extending layer.
  • the plurality of microlens patterns and the alignment bar pattern may be formed of the same material.
  • the plurality of microlens patterns are formed in a first region of the upper surface of the optical path extending layer corresponding to the active region, and the alignment bar pattern is formed on the upper surface of the optical path extending layer corresponding to the margin region May be formed on the second region.
  • An embodiment according to another aspect of the present invention provides a semiconductor package having a self-aligned structure.
  • a semiconductor package includes: a semiconductor chip including an active region; a plurality of micro-lenses arranged on a top surface of the semiconductor chip to cover at least a part of the active region, the first region corresponding to at least a part of the active region, A light path extension layer in which the alignment bar is formed in at least one second area formed with a lens array and in contact with the periphery of the first area; And an upper structure formed in the longitudinal direction.
  • At least two of the alignment bars may be formed on the second region.
  • the alignment bar may be formed on a second region facing each other with the first region interposed therebetween.
  • the microlens array and the alignment bar may be formed by reflowing at the same time.
  • the alignment bar may be formed on the second region by n times the microlens pitch, where n is a natural number.
  • two or more alignment bars formed in the same second region may be spaced the same distance as the lens pitch of the microlens array.
  • two or more alignment bars formed in the same second region may be spaced a distance different from the lens pitch of the microlens array.
  • a semiconductor package including a prism sheet on which a dam is formed.
  • the semiconductor package has a case including a wall portion surrounding a space in which the semiconductor chip is mounted, a prism surface including a prism mountain and a valley, and a plane opposed to the prism surface, the prism surface facing the semiconductor chip,
  • a dam may be formed on the prism surface in a direction extending from the extending direction of the prism mountain.
  • the extending direction of the dam may be perpendicular to the extending direction of the prism mountain.
  • the dam may be formed in the prism valley.
  • the dam may be formed close to the side surface of the prism sheet.
  • the height of the dam may be the same as the height of the prism mountain.
  • the cross section of the dam may be triangular.
  • the cross section of the dam may be rectangular.
  • the extension direction length of the dam may be shorter than the prism sheet.
  • the semiconductor chip may be an image sensor.
  • the semiconductor device may further include a light path extension layer disposed on an upper surface of the semiconductor chip and a microlens array formed on an upper surface of the light path extension layer.
  • the prism mountains and the prism valleys are formed by a first inclined plane and a second inclined plane alternately arranged, and the inclination angle of the first inclined plane and the inclination angle of the second inclined plane may be different.
  • FIG. 1 is an exemplary view schematically showing a display of an electronic device incorporating a display having a fingerprint recognition function.
  • 2A and 2B are views schematically showing a concept of generating a diffusion type fingerprint image using panel light or ambient light.
  • Figs. 3A, 3B, 3C and 3D are diagrams illustrating a process of fingerprint recognition in an electronic device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a display having a fingerprint recognition function according to I-I 'of FIG.
  • FIG. 5 illustrates an exemplary method of aligning an image sensor layer and a display panel in the process of assembling the display of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross section of a display panel according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross section of an image sensor layer bonded to a display panel.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross section of a display panel according to another embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross section of an image sensor layer bonded to a display panel.
  • Fig. 10 is an exemplary view showing a semiconductor chip having a horizontal alignment bar for alignment of an upper structure to be stacked.
  • FIG. 11 is a view showing an example of an active region and a margin region of the semiconductor chip shown in Fig.
  • Figs. 12A and 12B are views for explaining a manner of forming the alignment bar shown in Fig. 10 by way of example.
  • 13A, 13B, 13C, and 13D illustrate reflow of the microlens pattern and alignment bar pattern shown in FIG. 12 by way of example.
  • Figs. 14A and 14B are views showing, by way of example, the semiconductor chip shown in Fig. 10 and the upper structure disposed on the semiconductor chip.
  • 15A, 15B, 15C, and 15D are views showing an exemplary alignment bar generated by the alignment bar pattern.
  • 16A, 16B, and 16C illustrate alignment errors caused by microlens spacing.
  • 17A and 17B are views showing an exemplary microarray structure by alignment bars.
  • FIG. 18 is a view exemplarily showing a semiconductor chip having a vertical alignment bar for alignment of a superstructure.
  • Fig. 19 is a diagram exemplarily showing a semiconductor package to which a prism sheet having a dam structure is applied.
  • FIG. 20 is an exemplary view showing an example of a prism sheet having a dam structure.
  • 21 is a view showing an example of a dam structure of a prism sheet.
  • FIGS. 22A and 22B are views illustrating a process of attaching the prism sheet shown in FIG. 20 to a case of a semiconductor package.
  • Fig. 23 is a view exemplarily showing another example of a prism sheet having a dam structure.
  • 24A, 24B and 24C are views showing a process of attaching the prism sheet shown in Fig. 23 to the case of the semiconductor package.
  • 25 is a view exemplarily showing a prism sheet mold.
  • 26A, 26B, and 26C are views showing another example of a prism sheet having a dam structure.
  • " substantially ", " substantially ", " approximately ", and the like are used in the present specification to express a margin to be applied in actual implementation or a possible error.
  • " substantially 90 degrees " should be interpreted to mean an angle that can be expected to have the same effect as the effect at 90 degrees.
  • "little” should be interpreted to mean something negligible even if something is negligible.
  • " side " or " horizontal " refers to the left and right direction of the drawing, and " vertical " refers to the up and down direction of the drawing.
  • angles, incident angles, etc. are based on a hypothetical straight line perpendicular to the horizontal plane shown in the drawing.
  • FIG. 1 is an exemplary view schematically showing an electronic device to which a display having a fingerprint recognition function is coupled.
  • the electronic device includes a display 20 and an image sensor layer 10 or a fingerprint image sensor (10 'in Fig. 10) and the like.
  • the image sensor layer 10 or the fingerprint image sensor 10 'photographs the fingerprint of the finger 50 located in the upper cover glass 30 to generate a fingerprint image.
  • the display 20 includes a display panel 21 having a prism surface 22.
  • the image sensor layer 10 may be formed or attached to at least a portion or all of the prism surface 22 to produce a fingerprint image at any location.
  • the fingerprint image sensor 10 ' is disposed on the lower surface of the display panel 21 and is capable of generating a fingerprint image at the placement position.
  • the image sensor layer 10 and the fingerprint image sensor 10 ' differ only in the area occupied by the lower surface of the display panel 21, the position capable of generating a fingerprint image and / or the attachment method, The image sensor layer 10 will be described first.
  • Fig. 1 shows a smart phone in which a cover glass 30 is attached on the front surface, as an example of an electronic device.
  • a cover glass 30 On the lower surface of the cover glass 30, upper and lower coating areas 32a and 32b defining an area for exposing the display 20 are formed.
  • left and right coating regions (not shown) may be connected to both ends of the upper and lower coating regions 32a and 32b, respectively.
  • the front of the electronic device may be arranged with a display 20 occupying a relatively large area and a speaker, camera, and / or light sensor occupying a relatively small area.
  • the cover glass 30 covers the entire display 20 and may cover a part or whole of the front surface of the electronic device depending on the type of electronic device.
  • the display 20 is located at the bottom of the cover glass 30 and the image sensor layer 10 is located at the bottom of the display 20.
  • the image sensor layer 10 may generate a fingerprint image using light generated by the display panel 21 (hereinafter referred to as panel light) and / or ambient light.
  • the ambient light may be direct light other than the panel light, for example, direct sunlight or reflected light by the sun, or direct light or reflected light irradiated from artificial light.
  • the ambient light may include light having a wavelength of red or more, for example, a wavelength in the red to near-IR band, which may be diffused in the finger skin as in the panel light.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically illustrating a concept of generating a diffusion type fingerprint image using panel light or ambient light.
  • the diffusion method generates a fingerprint image by using the phenomenon that the panel light 34 or the ambient light 33 generated by the display panel 21 is diffused through the skin .
  • Light diffused into the skin can be irradiated into the cover glass 30 from the contact point of the cover glass-ridge when the ridge of the fingerprint contacts the cover glass 30.
  • the contact point of the cover glass-ridge acts as an infinite point light source.
  • the light irradiated from the fingerprint is incident into the cover glass 30 through the air-cover glass 30 interface, so that the light is refracted at a limited angle.
  • the detection object incident angle can be selected from the incident angles within the range not overlapping. Since the light irradiated from the ridges of the fingerprint is detected, the ridges of the fingerprints appear relatively bright in the diffusion type fingerprint image, and the fingerprints appear relatively dark. The principle of generating the diffusion type fingerprint image will be described in detail below with reference to Figs. 3 and 6 to 8.
  • the light source that generates the panel light 34 necessary to generate the fingerprint image may be the display panel 21.
  • the display panel 21 can turn on the combination of R, G, and B pixels to generate the panel light 34 that is irradiated toward the finger.
  • the panel light 34 is, for example, a visible light, and may be white light or red light.
  • 2 illustrates a panel light 34 that is incident substantially vertically toward the finger 50. This is for the sake of brevity and does not limit the direction of the panel light 34 to a vertical direction .
  • a combination of R, G, and B pixels located at the bottom of the fingerprint acquisition area 31 and / ) A combination of R, G, and B pixels may be turned on.
  • the display in an environment in which the amount of light necessary for generation of a fingerprint image from the ambient light 33 is sufficiently provided, for example, outdoors, the display can generate the fingerprint image with only the ambient light 33.
  • [ 2 illustrates the ambient light 33 that is incident substantially vertically toward the finger 50. This is for the sake of brevity and does not limit the direction of the ambient light 33 to a vertical direction .
  • the display driver for driving the display panel 21 and / or the application processor of the electronic device receives a measurement value indicative of ambient brightness from the ambient light sensor 12 and can use it to determine whether to use the display panel 21 as a light source have.
  • the application processor of the display driver and / or the electronic device can obtain a combination of R, G, and B pixels or fingerprint acquisition
  • the combination of the R, G, and B pixels located under the region other than the region 31 may not be turned on.
  • Figs. 3A, 3B, 3C, and 3D are schematic views showing a principle of generating a fingerprint image in a diffusion manner, and a part of the fingerprint acquisition area 31 of Fig. 1 is enlarged.
  • the image sensor layer 10 only light having a detection object incident angle among light incident into the image sensor layer 10 due to the ridge of the fingerprint reaches the light receiving portion of the image sensor layer 10 , And the light having an angle other than the angle of incidence to be detected does not reach the light-receiving unit. That is, when light is incident on the skin, the light acts as an infinite point light source in the skin of the finger 50.
  • the ridge of the fingerprint for example, a portion of the fingerprint that does not contact the cover glass 30, for example, And irradiates the inside of the cover glass 30 with light having different incident angle ranges.
  • the light irradiated from the fingerprint of the finger passes through the air interposed between the skin and the cover glass 30, and then enters the cover glass 30. Therefore, due to the difference in refractive index between the air and the cover glass 30, the incident angle range of the light irradiated from the fingerprints is relatively larger than the incident angle range of the light directly irradiated to the inside of the cover glass 30 from the ridge of the fingerprint narrow.
  • the light emitted from the ridge of the fingerprint and the light irradiated from the bone have the same incident angle range except for the light and the incident angle that can be irradiated only from the ridge of the fingerprint, Can be generated.
  • this principle will be described in detail with reference to FIGS. 3B to 3D.
  • the fingerprint is composed of ridges and valleys, and the ridges contact the upper surface of the cover glass 30, but the ridges do not contact the upper surface of the cover glass 30.
  • the protective medium is a visually transparent medium through which light can be transmitted and prevents the outer surface of the electronic device from being damaged.
  • a protective medium is a cover glass 30 attached to the front surface of the mobile phone to protect the display panel 21.
  • the cover glass 30 will be described as an example of a protective medium.
  • the ridges and valleys of the fingerprint serve as multiple light sources for irradiating light from the upper surface of the cover glass 30 toward the light receiving portion of the image sensor layer 10.
  • a point A where the ridgeline contacts the upper surface of the cover glass 30 acts as a light source to irradiate light in all directions and irradiate light from the upper surface of the cover glass 30 into the inside of the cover glass 30.
  • the light irradiated from the valleys not in contact with the upper surface of the cover glass 30 reaches the point B on the upper surface of the cover glass 30 through the air between the valley and the cover glass 30, do. Therefore, although the cover glass incident angle?
  • R of the light incident on the inside of the cover glass 30 at the point A may fall within a range of about 0 degree to about 180 degrees
  • the incident angle of the cover glass of the light &thetas; v can fall within a relatively narrow range as compared with the cover glass incident angle &thetas; r due to the difference between the air refractive index and the cover glass refractive index.
  • the angle of incidence of the cover glass on the left side of the cover glass 30 substantially horizontally is 0 degrees
  • the angle of incidence of the cover glass incident on the upper surface of the cover glass 30 is substantially 90 degrees
  • the angle of incidence of the cover glass on the right side of the glass 30 substantially horizontally is 180 degrees.
  • the angle of light incident into the cover glass 30 is referred to as a cover glass incidence angle.
  • the image sensor layer 10 is bonded to the lower surface of the display panel 21.
  • an AMOLED display does not require an additional structure because a unit pixel directly generates light.
  • the electrodes and / or wires that occupy a significant portion of the unit pixel area of the display panel 21 may be formed of a material that blocks light, such as metal, but may be formed of an optically transparent medium for electrical insulation, IMD, or the like. Thereby, a region through which light can pass exists between the electrode and / or the wiring.
  • the display panel 21 interposed between the cover glass 30 and the image sensor layer 10 can provide an extended light path through which the light incident from the cover glass 30 can pass.
  • substantially the same result as forming the image sensor layer 10 on the lower surface of the cover glass which is thicker than the normal cover glass can be expected.
  • the image sensor layer 10 has a structure capable of selecting an incident angle of light to be detected. Therefore, even if a light incident by the interposed display panel 21 is refracted to some degree, at least one condition for selecting the incident angle of light is adjusted, so that light having an incident angle of light to be detected in the lower portion of the display panel 21 Can be detected.
  • the image sensor layer 10 is bonded to the prism surface 22 is a cover glass 30 - display panel 21 is a predetermined detection subject incident angle of the light incident on the upper surface of the pass through the image sensor layer (10) ⁇ 1 Lt; / RTI >
  • the prism surface 22 and the microlens 11 form a light selective structure.
  • 3C shows light having an incident angle? R ' to be selected by the light selecting structure among lights incident on the upper surface of the image sensor layer 10
  • FIG. 3D finally shows light having an incident angle? R ' And a detection subject incident angle? 1 reaching the light receiving section of the light receiving section 13.
  • the light selection structure selects light having a detection target incidence angle such that light having a predetermined incident angle is directed to the lower portion of the image sensor layer 10 where the light receiving portion is located.
  • light having the detection subject incident angle? 1 is referred to as detection target light.
  • the light selection structure blocks light incident in the left direction of the points A and B among the light incident into the image sensor layer 10, and additionally, And blocks light having the same incident angle as the incident angle of the light incident on the right side of the point B.
  • light with an incident angle [theta] r ' can be selected.
  • the cover glass incident angle? R falls within a range of about 0 degree to about 180 degrees and the cover glass incident angle? V falls within a range of about 42 degrees to about 132 degrees
  • the incident angle? R ' 140 degrees is merely an example, and it goes without saying that it may vary depending on the characteristics of the optical selective structure.
  • light having a detection object incident angle? 1 to be incident on the light receiving portion of light selected by the light selection structure can be selected.
  • the light having the detection object incidence angle? 1 is refracted while passing through the light selection structure, and the angle? When the light finally enters the light receiving portion may be different from the detection object incidence angle? 1 .
  • 3C and FIG. 3D illustrate a structure for generating a fingerprint image by blocking light incident on the left side of the point A. However, even in a structure for blocking light incident to the right side of the point A, substantially the same fingerprint image Can be generated.
  • the display having the fingerprint recognition function according to the present invention has a structure for detecting at least a part of light generated by ridges in the light generated by the contact surface of the fingerprint, A relatively high fingerprint image can be generated.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a display having a fingerprint recognition function according to I-I 'of FIG.
  • the image sensor layer 10 includes a microlens 11, a light path extension layer 12, and an image sensor 13.
  • the display 20 includes a prism surface 22, And a display panel 21.
  • the cover glass (30) is attached to the upper surface of the display panel (21).
  • the lower surface of the display panel 21 is a prism surface 22 formed by alternating prism troughs and prism mountains.
  • the upper surface of the display panel 21 is attached to the cover glass 30 and the light generated by the pixels of the display panel 21 passes through the cover glass 30 and goes out.
  • the prism valley and the prism mountain of the prism surface 22 are formed by the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222.
  • the prism valley faces the cover glass 30, and the prism mountain faces the microlens 11.
  • the inclination angles of the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222 may be substantially the same or different.
  • the image sensor layer 10 includes an image sensor 13, a light path extension layer 12 disposed on top of the image sensor 13, and a plurality of micro lenses 11 ).
  • the microlens 11 refracts the primary refracted light by the prism surface 22 and advances it to the light receiving portion 131 of the image sensor 13.
  • the optical selection structure includes a prism surface 22 of the display panel 21 and a microlens 11 formed on an upper portion of the image sensor layer 10.
  • the light having the incident angle of incidence can reach the light-receiving portion of the image sensor 13, but the light having the other incident angle can not reach the light-receiving portion.
  • the prism surface 22 and the microlens 11 are located in a region where light can pass through since the area of the display panel 21 where the light can pass therethrough is relatively larger than the area through which the light can pass do. That is, when the prism surface 22 does not correspond to a region through which light can pass, light may hardly be incident on the image sensor 13. [ Therefore, a light selective structure must be formed in an area where light can pass through.
  • the prism surface 22 may be formed by attaching a prism sheet to the lower surface of the display panel 21 during the display panel manufacturing process.
  • the prism sheet is first attached to the lower surface of the display panel 21 and then the microlens 11 is disposed inside the prism valley of the prism sheet to complete the light selection structure.
  • This method is more advantageous than the method in which the upper surface of the prism sheet is attached to the lower surface of the display panel 21 in a state where the prism sheet and the microlens are combined.
  • the prism sheet is attached during the display panel manufacturing process, it is very easy to align the prism valley and / or the prism acid of the prism sheet in a region through which light can pass.
  • the prism surface 22 may be formed on the lower surface of the display panel 22.
  • the prism surface 22 includes prism arrays and prism arrays arranged in an alternate manner.
  • the display panel 21 includes a substrate on which pixels are formed.
  • the prism mountains and the prism valleys may be formed by etching the lower surface of the substrate on which pixels are not formed.
  • the prism surface 22 may be formed on at least a part of the lower surface of the display panel 21 or the entire surface. Particularly, when the prism surface 22 is formed on the entire lower surface of the display panel 21, the image sensor layer 10 can be bonded to the prism surface 22 at an arbitrary position.
  • the display panel 21 having the prism surface 22 has an advantage that the cost for implementing the fingerprint recognition function on the display can be reduced.
  • Existing technologies for implementing the fingerprint recognition function had to change the pixel structure of the display panel.
  • the packaged fingerprint recognition device does not need to change the structure of the display panel, but it needs to be aligned to attach to the display panel, and may not operate properly if not properly aligned. Further, due to the packaging cost, the manufacturing cost of the display panel is increased.
  • FIG. 5 illustrates an exemplary method of aligning an image sensor layer and a display panel in the process of assembling the display of FIG. 4.
  • the display panel 21 and the prism surface 22 should be aligned so that the detection target light can be incident on the image sensor 13.
  • the prism surface 22 of the prism sheet includes prism mountains / valleys extending in one direction, and the display panel 21 has a complicated structure that is horizontal or vertical to the prism mountains / valleys and can affect the progress of light, For example, have wiring. Therefore, the image sensor 13 can generate a clear fingerprint image only when the display panel 21 and the prism surface 22 are properly aligned.
  • the prism sheet including the prism surface 22 can be attached to the lower surface of the display panel 21 using an optically transparent adhesive such as a transparent epoxy or the like.
  • an optically transparent adhesive such as a transparent epoxy or the like.
  • the alignment state between the display panel 21 and the prism surface 22 can be determined to be a moiré pattern formed on the prism surface 22 in a state where the two are optically coupled.
  • the alignment image can be obtained by photographing the entire prism surface 22 or a part of the prism surface area 22a with the camera 35 connected to the processing equipment (not shown).
  • the process equipment moves the prism sheet by rotating or horizontally / vertically depending on the characteristics of the moiré pattern appearing in the obtained alignment image, and when the moire pattern disappears in the alignment image photographed by the camera 35, For example, the minimum value of the pattern interval and / or the pattern width).
  • the aligned image 22a1 generated by photographing the prism surface 22 in a substantially unaligned state represents a moire pattern in which the pattern with the narrowest width is relatively repeated at the relatively shortest interval.
  • the process equipment can move the prism sheet clockwise / counterclockwise or horizontally / vertically.
  • the alignment images 22a2 and 22a3 taken during rotation / movement or rotation / movement in the direction in which the display panel 21 and the prism surface 22 are aligned the interval between patterns and the width of the pattern may increase.
  • the aligned image 22a4 indicates that the moiré pattern may disappear with the display panel 21 and prism surface 22 ideally aligned.
  • Fig. 6 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross-section of a display panel according to an embodiment
  • Fig. 7 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross-section of an image sensor layer bonded to a display panel.
  • the image sensor layer 10 includes a microlens 11, a light path extending layer 12, and an image sensor 13.
  • the optical selection structure includes a prism surface 22 and a microlens 11 formed or bonded to the display panel 21.
  • the prism surface 22 and the microlens 11 pass through the cover glass 30 and the display panel 21 and select the light to be detected from the light incident at various incidence angles toward the inside of the image sensor layer 10.
  • the prism surface 22 includes a first inclined surface 221 and a second inclined surface 222.
  • the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222 alternately arranged form a prism mountain and a prism valley.
  • the prism mountain faces the microlens 11, and the prism valley faces the display.
  • the first inclined surface 221 of the prism surface 22 refracts light 40, 41 and 42 incident from the upper left to the lower right and the second inclined surface 222 inclines to the lower left direction from the upper right Refract light.
  • the first inclined surface 221 is inclined between the prism mountain 223a and the prism trough 224b and the second inclined surface 222 is inclined between the prism mountain 223a and the prism trough 224a .
  • the inclination angle of the first inclined surface 221 is? P1
  • the inclination angle of the second inclined surface 222 is? P2 .
  • ? P1 and? P2 are expressed differently, but? P1 and? P2 may be substantially the same.
  • the internal angle of the prism mountains formed by the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222 is ⁇ P1 + ⁇ P2 , and the internal angle ⁇ P1 + ⁇ P2 or the prism pitch (ie, the prism mountain 223a-
  • the incident angle to be detected which can be incident on the light receiving unit 131 can be determined according to the distance between the prism trough 223a and the prism trough 224a.
  • the second inclined surface 222 can block light incident in the lower left direction from the upper right side.
  • a light absorbing layer including a light absorbing material may be formed on the surface of the second inclined surface 222.
  • the light absorbing layer formed on the surface of the second inclined surface 222 absorbs light incident in the lower left direction from the upper right portion. As a result, light having an angle other than the angle of incidence of the detection object can not reach the light receiving section 131.
  • the microlens 11 refracts light passing through the prism surface 22 and directs it to the lower portion of the image sensor layer 10, that is, the image sensor 13.
  • the optical path extending layer 12 may be interposed between the microlens 11 and the image sensor 13 in order to enhance the incident angle selectivity by the microlens 11.
  • the thickness of the optical path extending layer 12 may be about 5 times or more the thickness of the central portion of the microlens 11 but this is merely an example and the thickness of the optical path extending layer 12 may vary depending on a variety of factors such as the spherical aberration of the microlens 11, It can be increased or decreased by factors.
  • the refractive indexes of the microlens 11 and the optical path extending layer 12 may be substantially the same.
  • a light absorbing layer 121 including a light absorbing material may be formed on a part of the upper surface of the light path extending layer 12 where the microlenses 11 are not formed.
  • the light absorbing layer 121 can block light having an incident angle other than the incident angle of the detection target from passing through the inside of the optical path extending layer 12 and entering the image sensor 13.
  • the image sensor layer 10 may be provided with a microlens 11 for the purpose of allowing only a specific angle of light to be incident on the light receiving portion 131, instead of the general use of a microlens for increasing the light amount of light incident on the light receiving portion 131 .
  • the microlens 11 is located below the prism surface 22 and is spaced from the prism surface 22. Thereby, a material having refractive index different from that of the prism surface 22 or the microlens 11, for example, air, can be interposed between the prism surface 22 and the microlens 11.
  • the light to be detected among the light irradiated from the upper surface of the cover glass 30 is allowed to pass through the appropriately designed optical path by using the difference of the refractive index between the prism surface and the air and the difference of the refractive index between the air and the microlens, So that the light having no light can be deviated from the optical path.
  • the image sensor 13 includes a light receiving portion 131 formed on the substrate 130 and a metal layer 132 formed on the upper or lower portion of the light receiving portion 131.
  • the light receiving unit 131 detects the incident light and generates a pixel current.
  • the generated pixel current can be outputted to the outside by the metal layer.
  • the center of the microlens 11 and the center of the light receiving portion 131 may not coincide in order to improve the incident angle selectivity.
  • the light receiving portion 131 is located on the lower right side of the microlens 11.
  • the position of the light receiving unit 131 is a position at which the detection target light refracted by the microlens 11 can reach, and the position of the detection target incident angle, the refractive index of the microlens 11, the height of the optical path extending layer 12 And the like.
  • the width of the light receiving portion 131 may be formed to be relatively narrow as compared with the width of the microlens 11).
  • the width of the light receiving portion 131 is large, light having an angle other than the incident angle to be detected can also be detected. Accordingly, when the light receiving unit 131 is formed at a position that can be reached when the detection target light is refracted by the optical selection structure, light having an angle other than the incident angle of the detection target is incident on the substrate 130 on which the light receiving unit 131 is not formed. As shown in FIG.
  • a metal layer 132 for electrical wiring may be formed on the light receiving part 131 (BSI (Back Surface Illumination) structure).
  • the metal layer formed on the lower part of the light receiving unit 131 can only function as an electric wiring (FSI (Front Surface Illumination) structure).
  • a plurality of metal lines constituting the metal layer 132 transmit control signals to the light receiving unit 131 or form electrical wirings for drawing the pixel current generated by the light receiving unit 131 to the outside.
  • the plurality of metal lines may be electrically insulated from each other by an IMD (Inter Metal Dielectric) or the like.
  • the optical path 133 defined by a plurality of metal lines may also be formed as an IMD.
  • the light path may also be formed to be inclined.
  • the optical path 133 may be formed to have a relatively narrow cross-sectional area than a general CIS (CMOS Image Sensor) optical path.
  • the light path 133 defined by the plurality of metal lines may be formed perpendicular to the upper surface of the light receiving portion 131.
  • a light path having a relatively narrow cross-sectional area is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0048646, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
  • FIG. 7 illustrates light 40, 41, 42 that reaches a different position in the horizontal direction according to the incident angle?.
  • the incident angle refers to an angle between a traveling direction of light when entering the prism surface 22 of the display panel 21 and a straight line perpendicular to the upper surface of the display panel 21.
  • the light 40 having the incident angle? Larger than the detection object incident angle? 1 is refracted in the clockwise direction by the first inclined surface 221 of the prism surface 22 and the microlens 11.
  • the detection subject incident angle? 1 is substantially the same as the incident angle of the cover glass when the cover glass 30 is irradiated.
  • the ratio of the light 40 having the incident angle? Larger than the detection object incident angle? 1 is refracted by the first inclined surface 221 and incident on the microlens 11 is lower than that of the other light 41 and 42.
  • the light 40 can enter between the point f of the first inclined surface 221 and the valley 224b of the prismatic surface, which travels from the point f toward the mountain 223a of the first inclined surface 221 This is because the light 40 is blocked by the valleys 224a of the prism surface 22 located on the left side of the first inclined surface 221.
  • the light 40 incident between the point d of the first inclined plane 221 and the valley 224b of the prism plane is refracted and directed to the area between the adjacent microlenses 11.
  • the light absorbing layer 121 is formed in the region, the refracted light 401 is blocked by the light absorbing layer 121.
  • the incident light 40 from the point e to the point d is refracted and directed toward the microlens 11 but the angle of incidence from the point g to the microlens 11 increases sharply.
  • the refracted light 401 toward the right side of the incident light 401 is substantially reflected. Therefore, only the light 40 incident from the point f to the point e on the first inclined surface 221 is refracted by the microlens 11 and directed to the image sensor 13.
  • the light 402 that is refracted by the first inclined surface 221 and the microlens 11 is incident on the point between the point f and the point e of the first inclined surface 221 but faces the point f 4 , .
  • the light 41 having the detection object incident angle? 1 is refracted in the clockwise direction from the first inclined surface 221 toward the microlens 11.
  • the refractive index of the prism surface 22 is relatively larger than the refractive index of the air
  • the refraction angle at the first inclined surface 221 is relatively larger than the incident angle.
  • the light 411 emerging from the first inclined surface 221 is refracted toward the image sensor 13 from the microlens 11.
  • the spherical aberration of the microlens 11 is determined to be directed to the light receiving unit 131 when the light 41 having the detection object incident angle? 1 is refracted by the first inclined surface 221 and is incident.
  • the angle of incidence of the refracted light 411 with respect to the microlens 11 may be substantially 20 degrees or less.
  • the normal line at the point a of the microlens 11 is substantially equal to the incident angle of the refracted light 411 so that the light 411 is directed to the light receiving portion 131 without being refracted.
  • the angle between the normal line and the light 411 increases toward the left side of the normal line, that is, counterclockwise from the point a to the point b, and the angle between the normal line and the light 411 increases toward the right side of the normal line That is, clockwise.
  • the light 411 is refracted in the clockwise direction at the point b to be directed to the image sensor 13 and the light 411 is refracted in the counterclockwise direction at the point c to be directed to the image sensor 13.
  • the incident angle of the light 411 incident on the right side at the point b is sharply increased at the incidence angle to the microlens 11 so that the refracted light 411 directed to the right side of the microlens 11 beyond the point b is substantially reflected .
  • the refraction angle by the microlens 11 is smaller than the angle of incidence with respect to the microlens 11 It is relatively small.
  • the light 42 having an incident angle? Smaller than the detection object incident angle? 1 is refracted toward the microlens 11 from the first inclined surface 221.
  • the incident angle? Of the light 42 becomes smaller, the incident angle with respect to the first inclined surface 221 becomes larger.
  • the incident angle with respect to the first inclined surface 221 is larger than the total reflection angle, the light 42 is totally reflected by the first inclined surface.
  • the light 421 refracted by the first inclined surface 221 is directed to the left side of the microlens 11 as the incidence angle? Of the light 42 becomes smaller.
  • the light 421 incident on the left side of the microlens 11 is refracted by the microlens 11 and directed toward the image sensor 13.
  • the refracted light by the microlens 11, 422 is blocked by the points f 3 in the direction, but the metal layer 132.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross section of a display panel according to another embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view exemplarily showing a cross-section of an image sensor layer bonded to a display panel. Description of components substantially the same as or similar to those of Figs. 6 and 7 will be omitted and differences will be mainly described.
  • the image sensor layer 10 includes a microlens 11, a light path extending layer 12, and an image sensor 13.
  • the optical selection structure includes the prism surface 22b of the display panel 21 and the microlens 11.
  • the prism surface 22b and the microlens 11 pass through the cover glass 30 and the display panel 21 to select the detection target light among the light incident at various incident angles toward the inside of the image sensor layer 10.
  • the prism surface 22b has a self-aligning and self-supporting structure. Compared with the prism surface 22 in Fig. 6, the prism surface 22b has a structure in which the tip portion of the prism mountain is removed. More specifically, the upper end 221a of the first inclined surface 221 is coupled to the upper end 222a of the second inclined surface 222 to form a prism valley. The upper end 221a of the first inclined surface 221 is disposed in a lateral direction substantially parallel to the upper surface of the display panel 21 Both ends of the extended lower surface 225 connect the lower end 221b of the first inclined surface 221 and the lower end 222b of the second inclined surface 222.
  • the width of the lower surface 225 may be substantially equal to or smaller than the distance between two adjacent micro lenses 11.
  • the prism surface 22b and the microlens 11 can be aligned only by disposing the lower surface 225 of the prism surface 22b between the microlenses 11. [ Further, since the prism surface 22b can be supported by the substantially flat lower surface 225, a separate structure for supporting or fixing the prism surface 22b may not be required.
  • FIG. 10 is an exemplary view showing a semiconductor chip having an alignment bar for coupling to an upper structure
  • FIG. 11 is a view showing an exemplary active area and a margin area of the semiconductor chip shown in FIG.
  • the superstructure is, for example, a display 20 including a prism surface 22 or a display 20 including a prism sheet and a display panel 21, and the semiconductor chip may be, for example, an image sensor 13) or the fingerprint image sensor 10 ', but the present invention is not limited thereto.
  • the fingerprint image sensor 10 'to be coupled to the prism surface 22 includes alignment bars 110t and 110b formed thereon.
  • Alignment bars 110t and 110b may be formed on the image sensor 13 or on the light path extension layer 12.
  • Alignment bars 110t and 110b are formed simultaneously with the microlens array 11 '.
  • the optical path extension layer 12 may be a planarization layer formed directly on the top surface of the image sensor 13 for planarizing the top surface of the image sensor 13 or may be an optically transparent Or may be a substrate.
  • CMOS image sensor CIS
  • the image sensor 13 is composed of an active region 134, a margin region 135, and a pad region 136.
  • the active area 134 is a region in which pixels including the light receiving unit are disposed.
  • the margin region 135 is located around the active region 134.
  • the margin region 135 is an area where driving / processing circuits for driving pixels of the active area 134 or processing signals output from the pixels are disposed or unlike the active area 134, pixels are not arranged.
  • the margin region 135 can be divided into one or more sub-margin regions according to positions, and four sub-margin regions 135l, 135r, 135t, and 135b are illustrated in FIG. Here, some of the two submargin regions perpendicular to each other may overlap.
  • the active region 134 is a region in which the pixel array is disposed, and the margin region 135 may be an area in which pixels surrounding the pixel array are not disposed.
  • the pad region 136 is an outer region of the image sensor 13 and is a region in which a plurality of metal pads for electrical connection with the outside are disposed.
  • the margin area 135 may be very small or absent.
  • the optical path extension layer 12 when the optical path extension layer 12 is independently fabricated and coupled to the image sensor 13, the optical path extension layer 12 may be formed of a material, One or more second regions 12l, 12r, 12t, 12b corresponding to the first region 12a and the margin region 135 of the image sensor 13.
  • a microlens array 11 'composed of a plurality of microlenses 11 is formed in a first region 12a and an alignment bar 110t is formed in a second region 12l, 12r, 12t, Is formed in the region 12t.
  • the microlens 11 includes a convex surface that is circular when viewed from above and does not contact the upper surface of the light path extending layer 12 and a plane that is in contact with the upper surface of the light path extending layer 12.
  • the microlens 11 may have a semi-cylindrical shape
  • Two or more alignment bars 110t may be formed in the second region 12t.
  • two or more alignment bars 110b may be further formed in the second region 12b.
  • one alignment bar 110t, 110b may be composed of at least two bar segments formed on the same line. The number of alignment bars 110t and / or 110b formed in the same area may vary depending on the width of the formed area and / or the lens pitch of the microlens array 11 '.
  • the first region 12a of the optical path extending layer 12 and the active region 134 of the image sensor 13 may or may not coincide.
  • the first region 12a is located in the vertical upper portion of the active region 134, and may have the same area and shape as the active region 134. [ Thus, the first region 12a can cover the entire active region 134.
  • the first region 12a is located vertically above a portion of the active region 134, and may have a different area and / or shape from the active region 134.
  • the first region 12a may cover a portion of the active region 134.
  • the second regions 12l, 12r, 12t, 12b of the light path extension layer 12 and the margin region 135 of the image sensor 13 may or may not coincide.
  • the first area 12a covers only a portion of the active area 134 or the margin area 135 does not exist in the image sensor 13
  • the second area of the light path extension layer 12 12l, 12r, 12t, 12b may be located vertically above a portion of the active region 134.
  • the pair of alignment bars 110t may be aligned with the sub- Region 135t.
  • a pair of alignment bars 110b may be further formed in the sub-margin region 135b of the image sensor 13.
  • FIGS. 12A and 12B are views for explaining a method of forming the alignment bar shown in FIG. Fig.
  • the alignment bars 110t and 110b are formed at the same time as the microlens array 11 ', the height deviation of the upper surface of the image sensor 13 or the upper surface of the optical path extending layer 12 may not occur.
  • the fingerprint image sensor 10 When the height of the alignment bars 110t and 110b is changed, the fingerprint image sensor 10 'can be inclined when it is coupled to the lower portion of the display panel 21, and it needs to be corrected again. In contrast, when the alignment bars 110t and 110b and the microlens array 11 'are formed through the same patterning-reflow-curing process, the upper surface of the image sensor 13 or the entire upper surface of the optical path extending layer 12 The variation can be minimized.
  • the microlens pattern 11 '' and the alignment bar pattern 110 ' are formed on the upper surface of the image sensor 13 or the upper surface of the optical path extending layer 12 by the same patterning process do.
  • the microlens pattern 11 '' is formed in the active region 134 or the first region 12a and the alignment bar pattern 110t 'is formed in the sub-margin region 135t or the second region 12t.
  • the microlens pattern 11 &quot is formed in a substantially cylindrical shape, and the alignment bar pattern 110t 'is formed in a rectangular parallelepiped.
  • the thicknesses of the microlens pattern 11 '' and the alignment bar pattern 110t ' may be the same.
  • the diameter of the microlens pattern 11 " and the width of the alignment bar pattern 110t ' may be substantially the same.
  • the microlens 11 and the alignment bar 110t are formed by reflowing the microlens pattern 11 '' and the alignment bar pattern 110t '. Applying heat to the solid state microlens pattern 11 '' and the alignment bar pattern 110t 'causes the microlens pattern 11' 'and alignment bar pattern 110t' to melt and liquefy. At this time, the shape of the lower surface of the pattern 11 '' and 110t 'contacting the upper surface of the image sensor 13 or the upper surface of the optical path extending layer 12 is maintained, but the liquefied upper surface forms a curved surface by surface tension do.
  • the liquefied microlens pattern 11 &quot has a spherical shape due to the surface tension. Depends on the diameter and thickness of the microlens pattern 11 ", but since the center of the circle is typically below the interface of the pattern-top surface, the center of the liquefied microlens pattern 11 " . That is, the convex surface of the lens is formed by the surface tension radially acting on the surface of the liquefied micro lens pattern 11 ".
  • the height of the alignment bar 110t is greater than the height of the alignment bar pattern 110t' 11).
  • the height and width (diameter of the microlens pattern) of the microlens pattern 11 '' and the alignment bar pattern 110t ' are substantially the same.
  • the surface of the liquefied alignment bar pattern 110t ' is also subjected to surface tension to form a curved surface.
  • the lower surface of the alignment bar pattern 110t ' is rectangular, the surface tension acting in the lateral direction perpendicular to the longitudinal direction is much larger than the surface tension acting in the longitudinal direction. Accordingly, the center of the liquefied alignment bar pattern 110t 'becomes higher than the periphery, and the height of the center of the alignment bar 110t becomes larger than the height of the center of the microlens 11.
  • the alignment bars 110t and 110b are coupled to the prism valleys.
  • the prismatic surface of the prism surface 22 is disposed in the region between the microlenses 11 and the microlens 11 and the alignment bars 110t and 110b are positioned inside the prism valley. Accordingly, the fingerprint image sensor 10 'can be coupled to the prism surface 22 without alignment.
  • microlens array 11 'and the alignment bar can be simultaneously formed by imprinting on the upper surface of the extension layer 12.
  • the microlens array and the alignment bar can be simultaneously formed by various methods, for example, an etching method using a laser pulse, a dry etching method, a glass surface processing method using a laser, or laser deposition of a polymer.
  • FIG. 14A and 14B are views illustrating a semiconductor chip and an upper structure disposed on the semiconductor chip shown in FIG. 10, wherein FIG. 14A is a sectional view of a state in which an upper structure is disposed, FIG. 14B is an enlarged view of a portion A to be.
  • the superstructure may include a display panel 21 or a cover 350 (see FIG. 19) to which a display panel 21 or a prism sheet 22 '(see FIG. 19) with a prism surface 22 is attached, ,
  • the semiconductor chip may be, for example, an image sensor 13 or a fingerprint image sensor 10 ', but is not limited thereto.
  • the prism surface 22 may be one surface of the prism sheet.
  • the prism surface 22 includes a first inclined surface 221 and a second inclined surface 222.
  • the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222 alternately arranged form a prism mountain and a prism valley.
  • the prism acid is directed to the microlens 11 and the prism valley is directed to the upper surface 226 of the prism surface 22.
  • the prism surface 22 may have a self-supporting structure.
  • the upper end 221a of the first inclined surface 221 is coupled to the upper end 222a of the second inclined surface 222 to form a prism valley and is arranged in a lateral direction substantially parallel to the upper surface 226 of the prism surface 22
  • Both ends 225a and 225b of the extended lower surface 225 can connect the lower end of the first inclined surface 221 and the lower end of the second inclined surface 222.
  • the width of the lower surface 225 may be substantially equal to or smaller than the distance between the adjacent two micro lenses 11.
  • a separate structure for supporting or fixing the prism surface 22 is not required since the prism surface 22 can be supported by the substantially horizontal lower surface 225.
  • the inclination angle of the first inclined surface 221 and the inclination angle of the second inclined surface 222 may be the same or different.
  • the inclination angle is an angle between a straight line perpendicular to the upper surface 226 of the prism surface 22 and the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222.
  • the horizontal alignment bar 110t may be formed to be spaced apart from the lens pitch P of the microlens array 11 'by n times (where n is a natural number). Further, when two or more horizontal alignment bars 110t are formed, the pitch of the horizontal alignment bar 100t may be equal to the lens pitch P or n times the lens pitch P.
  • the lens pitch P is defined as the center-to-center distance of the microlens 11, and may be equal to or smaller than the prism pitch (prism bone-prism bone distance).
  • the diameter (or width) W lens of the microlens 11 and the width W dam of the horizontal alignment bar 110t are substantially the same and may be equal to or less than the prism pitch.
  • the prism surface 22 can be disposed on the upper surface of the image sensor 13 or the optical path extending layer 12 without any deformation or processing by separating the horizontal alignment bar 110t by n times the lens pitch P.
  • the horizontal alignment bar 110t is formed of the same material as the microlens 11, if it is formed close to the microlens 11, interference may be caused. Therefore, the microlens 11 may not be disposed between the microlens 11 and the horizontal alignment bar 110t located at the outermost of the microlens array 11 '.
  • 15A, 15B, 15C, and 15D are views showing an exemplary alignment bar generated by the alignment bar pattern.
  • the height H dam can be increased while maintaining the width W dam of the horizontal alignment bar 110t.
  • the height H dam of the horizontal alignment bar pattern 110t ' is formed to be larger than the height of the microlens pattern 11 "by dh'.
  • the diameter of the microlens pattern 11 '' and the width of the horizontal alignment bar pattern 110t ' are substantially the same, and the horizontal alignment bar pattern 110t' is located at the outermost of the microlens array 11 ' And is spaced from the microlens 11 by n times the lens pitch P.
  • the pitch between the plurality of horizontal alignment bar patterns 110t ' is substantially equal to the lens pitch P.
  • the height H dam of the horizontal alignment bar 110t may be larger than the height H lens of the microlens 11 by dh. As the height H dam of the horizontal alignment bar 110t increases, the effect of fixing the prism surface 22 can be increased.
  • the height H dam of the horizontal alignment bar 110t can be made equal to the height H lens of the microlens 11.
  • the height H dam of the horizontal alignment bar pattern 110t ' is formed to be smaller than the height of the microlens pattern 11''bydh'.
  • the diameter of the microlens pattern 11 '' and the width of the horizontal alignment bar pattern 110t ' are substantially the same, and the horizontal alignment bar pattern 110t' is located at the outermost of the microlens array 11 ' And is spaced from the microlens 11 by n times the lens pitch P.
  • the pitch between the plurality of horizontal alignment bar patterns 110t ' is substantially equal to the lens pitch P.
  • the structure shown in the case where the height and / or the inclination angle of the prism valley is appropriate for accommodating the microlens 11 but not suitable for accommodating the horizontal alignment bar 110t having a different height can be applied.
  • the height H dam of the horizontal alignment bar 110t can be made equal to the height H lens of the microlens 11.
  • the width W dam 'of the horizontal alignment bar pattern 110t' is formed to be smaller than the width of the microlens pattern 11 ''.
  • the height of the microlens pattern 11 '' and the height H dam 'of the horizontal alignment bar pattern 110t' are substantially the same, and the horizontal alignment bar pattern 110t 'is the height of the microlens array 11' And is spaced apart from the microlens 11 located at the outer periphery by a predetermined distance.
  • the pitch P 2 of the plurality of horizontal alignment bar patterns 110t ' is different from the lens pitch P 1 .
  • the pitch P 2 may be greater than the lens pitch P 1 such that the first horizontal alignment bar 110ta is in contact with the second inclined surface and the second horizontal alignment bar 110tb is in contact with the first inclined surface.
  • the pitch P 2 may be smaller than the lens pitch P 1 such that the first horizontal alignment bar 110ta is in contact with the first inclined surface and the second horizontal alignment bar 110tb is in contact with the second inclined surface.
  • the height H dam , the width W dam, and the pitch P 2 of the horizontal alignment bar 110t can be made different from the height H lens , the width W lens, and the pitch P 1 of the microlens 11 ' .
  • the width W dam 'of the horizontal alignment bar pattern 110t' is smaller than the width of the microlens pattern 11 "and the height H dam 'is larger than the height of the microlens pattern 11" 2 is formed to be different from the lens pitch P 1 .
  • the horizontal alignment bar pattern 110t ' is spaced a predetermined distance from the microlens 11 located at the outermost of the microlens array 11'.
  • the pitch P 2 may be larger than the lens pitch P 1 so that the first horizontal alignment bar 110ta is in contact with the second inclined surface and the second horizontal alignment bar 110tb is in contact with the first inclined surface.
  • the pitch P 2 may be smaller than the lens pitch P 1 so that the first horizontal alignment bar 110ta is in contact with the first inclined surface and the second horizontal alignment bar 110tb is in contact with the second inclined surface.
  • FIGS. 16A, 16B, and 16C illustrate alignment errors caused by the interval between the microlenses.
  • FIG. 16A shows a state in which the prism surface 22 is aligned at the midpoint between the microlenses 11
  • 16B shows a state in which the prism surface 22 is obliquely arranged
  • FIG. 16C shows a state in which the prism surface 22 is aligned close to the microlens 11.
  • Figs. 17A and 17B illustrate a microarray structure by alignment bars, and show cross sections of Fig. 16C.
  • the width W support of the lower surface 225 of the prism surface 22 is smaller than the distance D lens between the microlenses 11.
  • the microlens array 11 'and the prism surface 22 formed or disposed on the image sensor 13 serve to set the optical path of the light incident on the image sensor 13. Therefore, even if the distance D lens between the microlenses 11 is several to several tens of micrometers, it is necessary to be very precisely aligned. In particular, as the inclination angles of the first and second inclined surfaces 221 and 222 of the prism sheet 22 are different or the interval D lens between the microlenses 11 is larger than the width W support of the lower surface 225, May be required.
  • FIG. 16A shows a state in which the lower surface 225 of the prism sheet 22 is disposed at the midpoint between the microlenses 11 by the horizontal alignment bar 110t, Is aligned close to the microlens 11 by the horizontal alignment bar 110t. (a) and (c) are normally aligned. (a), various types of horizontal alignment bars 110t described in Figs. 15A to 15D can be applied.
  • Fig. 16B shows alignment errors in which the prism sheet 22 is arranged obliquely with respect to the direction of arrangement of the microlenses 11.
  • Fig. Alignment errors include all cases where the lower surface 225 of the prism sheet 22 is not disposed at a position that matches the design, as well as when the prism sheet 22 is arranged at an angle. Alignment errors can degrade the quality of the image produced by the image sensor.
  • the prism sheet 22 can be moved by a distance d in the lateral direction by the horizontal alignment bars 110ta, 110tb.
  • the lateral movement of the prism sheet 22 may be necessary to determine the optical path between the prism sheet 22 and the microlenses 11.
  • the arrangement position of the prism sheet 22 can be adjusted by the horizontal alignment bars 110ta, 110tb.
  • the pitch P 2 of the horizontal alignment bars 110ta, 110tb may be larger or smaller than the lens pitch P 1 . That is, the pitch P 2 may be larger than the lens pitch P 1 so that the first horizontal alignment bar 110ta is in contact with the second inclined surface and the second horizontal alignment bar 110tb is in contact with the first inclined surface.
  • the pitch P 2 may be smaller than the lens pitch P 1 so that the first horizontal alignment bar 110ta is in contact with the first inclined surface and the second horizontal alignment bar 110tb is in contact with the second inclined surface.
  • the distance between the lens pitch P 1 between the microlens horizontal alignment of the microlens with a pair located on the outermost of the array 11 bar (110ta, 110tb) of the microlens array 11 nearest horizontal alignment bar (110ta) in n It may not be a ship. That is, the horizontal alignment bars 110ta, 110tb may be generated at positions shifted by d in the lateral direction.
  • FIG. 18 is a view exemplarily showing a semiconductor chip having a vertical alignment bar for alignment of a superstructure.
  • the fingerprint image sensor 10 'to which the prism surface 22 is to be coupled includes a vertical alignment bar 1101 formed thereon.
  • the vertical alignment bar 110l may be formed by replacing the horizontal alignment bar 110t or may be formed simultaneously with the horizontal alignment bar 110t.
  • the vertical alignment bar 110l may be formed on the image sensor 13 or on the optical path extending layer 12 simultaneously with the microlens array 11 '.
  • the vertical alignment bar 1101 can be used to rotate the extending direction of the prism bone (or prism mountain) of the prism surface 22 by 90 degrees or 270 degrees.
  • the vertical alignment bar 110l is formed with the horizontal alignment bar 110t and can be used to adjust the placement position of the prism face 22 two-dimensionally. In this case, horizontal grooves and vertical grooves for receiving the horizontal alignment bar 110t and the vertical alignment bar 1101 are formed on the lower surface of the prism surface 22, respectively.
  • the vertical alignment bar 110l may be formed on the margin area 135l of the image sensor 13 or on the second area 12l of the light path extension layer 12, Two or more vertical alignment bars 11010 may be formed on the same margin region 1351 or the second region 121.
  • a vertical alignment bar 110r may be further formed on the first region 135r or the second region 12r.
  • Fig. 19 is a diagram exemplarily showing a semiconductor package to which a prism sheet having a dam structure is applied.
  • the semiconductor package includes a case 300 (see FIG. 19) in which a semiconductor chip, for example, an image sensor 13 or a fingerprint image sensor 10 '(hereinafter collectively referred to as an image sensor 13) ).
  • the case 300 is formed of, for example, a synthetic resin.
  • a lead frame (not shown) made of an electrically conductive material, for example, a metal or a metal alloy, is disposed inside the case 300.
  • the lead frame has a plurality of leads, and the plurality of leads extend to the outside of the case 300.
  • On the upper surface and / or the lower surface of the image sensor 13, a plurality of metal pads for receiving an electrical signal from the outside or for outputting an electrical signal to the outside are formed.
  • the image sensor 13 is fixed on the lead frame, and at least a part of the plurality of metal pads is electrically connected to at least a part of the plurality of leads.
  • the superstructure may include a display panel 21 or a cover 350 (see FIG. 19) to which a display panel 21 or a prism sheet 22 '(see FIG. 19) with a prism surface 22 is attached,
  • the semiconductor chip may be, for example, an image sensor 13 or a fingerprint image sensor 10 ', but is not limited thereto.
  • the semiconductor package may further include a cover 350 coupled to the case 300.
  • the cover 350 is formed of, for example, a synthetic resin.
  • the cover 350 prevents foreign matter from flowing into the case 300.
  • the cover 350 may be formed of an optically transparent synthetic resin.
  • the prism sheet 22 'with the dam structure formed thereon can be attached to the lower surface of the cover 350.
  • the prism sheet 22 ' includes a prism surface on which a prism mountain / valley and a dam structure are formed, and a plane opposed to the prism surface.
  • the plane of the prism sheet 22 ' is attached to the lower surface of the cover 350, and the prism surface on which the dam structure is formed is disposed to face the image sensor 40.
  • a prism surface on which a dam structure is formed may be formed on the lower surface of the cover 350.
  • the semiconductor package may be coupled to the bottom of the display panel 21, for example.
  • a prism sheet 22 'having a prism surface on which a dam structure is formed is coupled to a lower surface of the display panel 21.
  • the prism surface on which the dam structure is formed faces the image sensor 40.
  • the case 300 in which the image sensor 13 is disposed can be coupled to the prism surface on which the dam structure is formed.
  • the prism sheet 22 ' can be adhered to the case 300 by a liquid adhesive. Since the prism surface of the prism sheet 22 'is formed by extending the prism mountains / valleys, the liquid adhesive can flow to the upper portion of the image sensor 13 through the prism valleys. On the other hand, if a clearance is generated in the joint portion where the prism sheet and the case 300 are coupled by the adhesive, foreign matter such as dust can be introduced into the semiconductor package. In the case where the semiconductor chip is the image sensor 13, the image sensor 13 may fail or the image sensor 13 may generate an image normally due to foreign substances adhering to the interior of the prism surface and / I will not.
  • the dam formed on the side of the prism surface perpendicular to the extending direction of the prism mountain can prevent the adhesive and / or foreign matter from entering the inside of the semiconductor package.
  • the optical structure (60) is disposed on the image sensor (13).
  • the optical structure 60 includes a microlens array 11 'including, for example, an optically transparent optical path extending layer 12 and a plurality of microlenses 11 formed on the top surface of the optical path extending layer 12, . ≪ / RTI >
  • the illustrated optical structure 60 can select the light incident on the image sensor 13.
  • FIG. 20 is an exemplary view showing an example of a prism sheet having a dam structure.
  • a prism sheet 22 'having a dam structure includes a prism surface formed by extending prism mountains 260 in the horizontal direction.
  • the prism mountains 260 are formed by the first inclined plane 221 and the second inclined plane 222.
  • the inclination angles of the first inclined surface 221 and the second inclined surface may be the same or different.
  • the inclination angle is an angle between the plane of the prism sheet 22 'and each inclined plane.
  • the prism mountain 260 is formed by connecting the upper end of the first inclined surface 221 and the upper end of the second inclined surface 222 and the prism trough is formed by connecting the lower end of the first inclined surface 221 and the upper end of the second inclined surface 222 And a lower end is connected.
  • the prism valley is a passage through which the gas or the liquid can communicate in the extending direction.
  • the dam 270 is formed on the side surface of the prism sheet 22 ', substantially perpendicular to the extending direction of the prism mountain 260.
  • the prism sheet 22 ' is attached to the wall portion 310 of the case 300 with the prism surface facing the image sensor 13.
  • the wall portion 310 is disposed around the case 300 and the upper surface of the wall portion 310 may be substantially parallel to the lower surface of the case 300.
  • the outer surface of the wall portion 310 forms a side surface of the case 300 and the inner surface of the wall portion 310 forms a space in which the image sensor 13 is mounted.
  • the dam 270 may be formed in a region between a side of the prism sheet 22 'and a distance d w corresponding to the inner side of the wall portion 310.
  • the dam 270 may be formed close to a position corresponding to the inner surface of the wall portion 310.
  • the dimensions, e.g., width and length, of the prism sheet 22 ' may be less than the dimensions of the wall 310, and the dam 270 may be formed proximate the side of the prism sheet 22' .
  • the dam 270 may be formed in a region between the distance corresponding to the side of the side surface or the image sensor 13 of the optical structure (60), d max, the center of the prism sheet 22 ' Is not formed in an area exceeding the distance dmax in the direction of the arrow D2 .
  • the dam 270 is formed in the prism valley.
  • the prism valleys extend between both side surfaces of the prism sheet 22 '. Accordingly, the gas or liquid can move through the prism valley, and the foreign matter can also enter the inside of the semiconductor package through the prism valley.
  • the dam 270 formed in the prismatic valley prevents liquid or foreign matter that may affect the operation of the image sensor 13 from entering the inside of the semiconductor package.
  • the dam 270 may be formed in the prismatic bone to be substantially the same height as the height of the prism mountain 260. When formed at the same height as the prism mountains 260, the dam 270 makes the prism valleys not fluid and / or gas communicable.
  • the dam 270 may be formed higher than the height of the prism mountain 260. The position of the dam 270 may be close to the side of the upper structure 20 or the position corresponding to the side of the image sensor 13. [ In another embodiment, the dam 270 may be formed to be lower than the prism mountain 260.
  • the dam 270 is formed in a direction substantially perpendicular to the prism mountains / valleys.
  • the dam 270 can extend from the upper side to the lower side of the prism sheet 22 '.
  • the dam 270 may extend from a point close to the top side of the prism sheet 22 'to a point near the bottom side. That is, the longitudinal length of the dam may be smaller than the longitudinal length of the prism sheet 22 '.
  • FIG. 21 is an enlarged view of an area D of FIG. 20, illustrating a dam structure of a prism sheet, and a vertical section and a horizontal section of the prism sheet 22 'are shown together.
  • the prism sheet 22 'includes a prism surface and a plane opposed to the prism surface.
  • the prism surfaces are formed by alternately arranging the prism mountains 260 and the prism troughs 261 by the first inclined surface 221 and the second inclined surface 222 arranged alternately.
  • the inclination angle of the first inclined surface 221 and the inclination angle of the second inclined surface 222 may be substantially the same or different.
  • the inclination angle of the first inclined surface 221 is smaller than the inclination angle of the second inclined surface 222.
  • the prism valleys 261 are not located at the same distance P / 2 from the two consecutive prism mountains 260.
  • the prism trough 261 is located at the same distance P / 2 from the two consecutive prism mountains 260.
  • the dam 270 may be formed at a distance d from the side surface of the prism sheet 22 ', for example, the right side surface.
  • the distance d may be greater than or equal to 0 and less than or equal to the maximum d w .
  • d w is the thickness in the horizontal direction of the wall portion 310.
  • the distance d may be greater than or equal to zero and less than or equal to the maximum d max .
  • d max is the distance from the side surface of the case 300 to the side surface of the image sensor 13.
  • the dam 270 includes two triangle sides sharing a single C 1 -C 2 plane (270l, 270r).
  • the two triangular surfaces 270l and 270r extend from the center line 270c to the prism valley 261.
  • the center line 270c is substantially perpendicular to the extending direction of the prism mountains 260 or the prism valleys 261.
  • the contact points of the two consecutive prism mountains 260 and the center line 270c are the two vertexes C 1 and C 2 of the triangular surfaces 270l and 270r and the remaining vertexes C 1 and C r are respectively located in the prism troughs 124 .
  • the distance between the vertices C 1 and C r is w d
  • the distance from the center line 270 c to the vertices C 1 and C r may be w d / 2.
  • the cross section of the prism sheet 22 'along the prism valley 261 includes the cross section of the isosceles triangular dam 270 with the base at the prism valley 261.
  • the cross section of the prism sheet 22 'along the prism mountain 260 (line C-C') is rectangular.
  • the distance from the centerline 110c to the vertices C l , C r may be substantially different.
  • FIGS. 22A and 22B are views showing a process of attaching the case of the semiconductor package to the prism sheet shown in FIG. 20 by way of example.
  • Fig. 22A the case 300 is attached to the prism sheet 22 'using a liquid adhesive 70.
  • Fig. A certain amount of adhesive 70 is applied to wall portion 310 of case 300.
  • the prism sheet 22 ' moves downward toward the wall portion 310.
  • Fig. 22B when the prism surface of the prism sheet 22 'and the adhesive 70 are in contact with each other, the adhesive 70 pressed by the prism surface is spread in the horizontal direction.
  • the adhesive 70 fills the prism valley, and a part of the adhesive 70 moves along the prism valley toward the center of the prism sheet 22 '.
  • the dam 270 prevents the adhesive 70 from moving toward the center of the prism sheet 22 'along the prism valley. Therefore, the prism grooves located on the right side of the dam 270 are filled at least partially with the adhesive 70, but the adhesive 70 is not introduced into the prism grooves located on the left side of the dam 270. Thereafter, for example, when UV or heat is applied, the adhesive 70 is cured to fix the prism sheet 22 'to the case 300.
  • the adhesive 70 may flow along the prism sheet in the direction of the center of the prism sheet 22 '.
  • the flowing adhesive 70 can affect the operation of the image sensor 13.
  • the prism sheet 22 'having the dam 270 formed therein can prevent the adhesive 70 from flowing into the inside, and can seal the semiconductor package almost completely. Therefore, foreign matter may not flow into the semiconductor package.
  • FIG. 23A and 23B illustrate another example of a prism sheet having a dam structure.
  • Figs. 24A, 24B and 24C illustrate a process of attaching the prism sheet shown in Fig. 23 to the case of the semiconductor package FIG.
  • the parts described in Fig. 20 are omitted, and different parts are mainly described.
  • the wall portion 315 of the case 300 has a first upper surface 315a and a second upper surface 315b.
  • the first upper surface 315a and the second upper surface 315b are parallel to each other in the horizontal direction and the first upper surface 315a is higher than the second upper surface 315b.
  • the step between the first upper surface 315a and the second upper surface 315b is at least equal to the thickness of the prism sheet 22 ', for example, the distance from the prism mountain to the plane of the prism sheet 22' Or larger than this.
  • the width of the first upper surface (315a) is the width w 1 of the second upper surface (315b) is w 2.
  • the horizontal length of the prism sheet 22 ' is smaller than the horizontal length of the cover 350.
  • the right side of the prism sheet 22 ' is located at least a distance d 1 to the left of the right side of the cover 350. Therefore, (the area corresponding to the words, the width w 1) the area between the right side surface of the prism sheet 22 'from the right side surface of the cover 350 when the cover 350 includes a first upper surface of the wall portion (315) (315a And an area from the right side to the left side of the prism sheet 22 'of the prism sheet 22' from the right side to the left side to the width w 2 is in contact with the second upper surface 315b of the wall 315 .
  • a predetermined amount of adhesive 70 is applied to the first upper surface 315a of the case 300.
  • FIG. The prism sheet 22 'attached to the lower surface of the cover 350 and the cover 350 moves downward toward the wall portion 315.
  • the adhesive 70 may be applied only to the second upper surface 315b, or to both the first upper surface 315a and the second upper surface 315b.
  • the adhesive 70 pressed by the lower surface of the cover 350 is spread in the horizontal direction.
  • a part of the adhesive 70 pressed by the lower surface of the cover 350 can move in the horizontal direction and reach the second upper surface 315b.
  • the first portion 71 of the adhesive 70 spreads out at the first upper surface 315a by the lower surface of the cover 350 and the second portion 72 spreads at the second upper surface 315b by the prism surface.
  • the second portion 72 of the adhesive 70 fills the prism valley and part of it moves along the prism valley in the direction of the center of the prism sheet 22 '.
  • the dam 270 prevents the second portion 72 of the adhesive 70 from moving toward the center of the prism sheet 22 'along the prism valley.
  • the prismatic bone located on the right side of the dam 270 is filled at least partially by the second portion 72 of the adhesive 70, The second portion 72 of the adhesive 70 does not enter. Thereafter, for example, when UV or heat is applied, the adhesive 70 is hardened and the cover 350 and the prism sheet 22 'are fixed to the case 300.
  • 25 is a view exemplarily showing a prism sheet mold.
  • the prism sheet mold 22 '' for manufacturing a prism sheet having a dam structure is formed with a negative-tone mold 265 of a prism surface along the extending direction (first direction) of prism mountains / And a negative dent mold 275 of the dam is formed along a direction (second direction) perpendicular to the extending direction of the prism mountain / valley.
  • the depressed mold 275 of the dam can be formed by removing a part of the depressed portion of the depressed mold 265 of the prism surface along the second direction.
  • 26A, 26B, and 26C are views showing another example of a prism sheet having a dam structure.
  • a plurality of dams 110a and 100b may be formed on the prism surface.
  • the plurality of dams 270a and 270b are formed to be substantially perpendicular to the extending direction of the prism mountains / valleys, and may be spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the heights of the plurality of dams 270a and 270b may be substantially the same or different.
  • the distances between the dams may be substantially the same or different.
  • the cross section of the dam 271 may be formed in a polygonal shape, for example, a rectangular shape, and in Fig. 26C, the cross section of the dam 272 may be formed in a semi-cylindrical shape.
  • the structure of Figs. 26B and 26C can be determined by the cross section of the dam negative mold 275 shown in Fig. Compared with the dam 270 shown in Fig. 20, the upper surface of the dam 271 can be in the form of a thin band substantially perpendicular to the extending direction of the prism mountains / valleys.
  • the top surface of the dam 271 may be formed substantially horizontal to the plane of the prism sheet 22 '.
  • the upper surface of the dam 271 may be formed as an inclined surface.
  • a groove extending from the upper surface of the dam 271 toward the inside can be formed in the dam 271.

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Abstract

반도체 패키지는, 반도체 칩이 실장되는 공간을 둘러싸는 벽부를 포함하는 케이스 및 프리즘 산 및 골을 포함하는 프리즘 면 및 상기 프리즘 면에 대향하는 평면을 가지고, 상기 프리즘 면은 상기 반도체 칩을 향하고 상기 평면은 커버에 부착되며, 상기 프리즘 면에는 상기 프리즘 산의 연장 방향과 상이한 연장 방향으로 댐이 형성될 수 있다.

Description

지문인식 기능을 구비한 디스플레이
본 발명은 디스플레이에 관한 것이다.
지문센서는 지문의 이미지를 촬영하여 전기 신호로 변환한다. 지문이미지 촬영을 위해서, 종래의 광학식 지문센서는 지문에 빛을 조사하여 반사시키는 광학계를 구비한다. 그러나, 프리즘, 반사 미러, 렌즈와 같은 광학계는 일반적으로 상당한 체적을 가지기 때문에, 광학식 지문센서를 구비한 전자장치는 소형화가 어렵다.
한편, 휴대 전화나 태블릿 등과 같은 휴대용 전자장치를 중심으로 지문센서를 장착한 전자장치의 종류와 수가 증가하고 있다. 전자장치의 전면에 지문센서를 장착하기 위해서는 지문과 접촉하는 지문센서의 센싱부가 외부로 노출되어야 한다. 따라서 디자인 또는 디스플레이 패널을 보호하기 위해서 전자장치의 전면 전체를 보호 매체, 예를 들어, 커버 글라스나 투명 필름 등으로 덮는 경우에는 정전용량 변화를 감지하는 커패시티브 방식과 같은 지문센서를 전자장치의 전면에 장착하기 어렵다. 또한, 디스플레이 패널 하부에 지문센서를 위치시키기도 어렵다.
실리콘 웨이퍼에 형성된 전자 회로들은 칩으로 분할된 후 패키징된다. 패키징은 칩이 외부와 전기적으로 연결되도록 하며 동시에 칩을 보호한다. 전통적으로, 패키지는 하나의 반도체 칩을 실장하여 왔다. 최근 들어, 복수의 반도체 칩을 하나의 패키지 내에 실장 또는 적층하거나 비반도체 구조물을 반도체 칩 위에 적층해야 할 필요가 생겼다. 종래의 패키지는, 하나의 반도체 칩을 내장하는 구조이므로, 반도체 칩 또는 비반도체 구조물을 추가로 적층하기에 적합하지 않다.
적층된 반도체 칩 또는 비반도체 구조물을 보호하기 위해 패키지를 밀폐시키려면, 패키지 커버를 패키지 하부 구조물에 접착제로 고정시켜야 한다. 접착제를 적용한 후 패키지 커버에 압력을 가하면, 소량의 접착제가 적층된 반도체 칩 또는 비반도체 구조물에 유입될 수 있다. 비반도체 구조물이 미세한 광학 구조물인 경우, 소량의 접착제에 의해서도 제대로 동작할 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 비반도체 구조물의 경우, 하부에 위치한 반도체 칩에 정렬될 필요가 있는 경우가 있다. 머신 비전 등을 이용하면 수 십 마이크로 오차 범위 내에서 정렬할 수 있지만, 머신 비전을 이용할 수 없는 구조이거나 적층과 동시에 밀폐되어야 하는 구조에서는 정렬이 쉽지 않다.
주변광의 밝기가 매우 낮은 환경에서는 디스플레이 패널을 광원으로 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있고 그 외 환경에서는 주변광 만으로도 지문이미지를 생성할 수 있는 디스플레이가 제공된다. 여기서, 주변광 또는 패널광은 손가락의 피부를 통해 확산된다.
손가락 피부에 있는 지문의 융선은 커버 글라스와 접촉하지만 지문의 골은 커버 글라스에 비접촉하게 된다. 피부-커버 글라스간 굴절률의 차이는 공기-커버 글라스간 굴절률의 차이보다 상대적으로 작기 때문에, 지문의 융선으로부터 커버 글라스 내부로 직접 입사하는 빛의 입사각 범위는, 지문의 골로부터 공기를 거쳐 커버 글라스 내부로 입사하는 빛의 입사각 범위와 다르게 된다. 굴절률 차이로 인해 커버 글라스 내부로 입사하는 빛의 각도가 제한되는 원리를 이용하여 지문의 골로부터 나올 수 없는 빛만을 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 실시예는 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 제공한다. 지문인식 기능을 구비한 디스플레이는, 커버 글라스에 결합되는 상면 및 교번하여 배치된 프리즘 산과 프리즘 골을 포함하는 프리즘 면이 형성된 하면을 가지며, 상기 커버 글라스에 접촉한 손가락의 융선 및 골을 나타내는 다양한 입사각을 갖는 빛을 굴절시키는 디스플레이 패널, 및 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되며, 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 검출 대상 빛을 검출하여 지문이미지를 생성하는 이미지 센서층을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 이미지 센서층은, 상기 프리즘 골에 배치되며, 상기 프리즘 면에 의해 굴절된 다양한 입사각을 갖는 빛을 굴절시키는 마이크로 렌즈 어레이, 상기 마이크로 렌즈 하부에 배치된 광 경로 연장층 및 상기 광 경로 연장층의 하부에 배치되며, 상기 마이크로 렌즈에 의해 굴절된 빛을 검출하여 화소 전류를 출력하는 이미지 센서를 포함하되, 상기 검출 대상 빛이 상기 마이크로 렌즈로부터 상기 이미지 센서까지 진행하는 광 경로는 경사질 수 있다.
일 실시예로, 상기 프리즘 골의 길이 방향으로 연장되게 상기 광 경로 연장층의 상면에 형성된 정렬 바를 더 포함하되, 상기 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이로부터 이격되어 형성되며, 상기 이미지 센서층이 상기 디스플레이 패널에 결합될 때 상기 프리즘 골에 수용될 수 있다.
일 실시예로, 둘 이상의 정렬 바는, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 사이에 두고 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 정렬 바는 동시에 리플로우되어 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 프리즘 면은, 상기 디스플레이 패널의 하면에 프리즘 시트를 부착하여 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 디스플레이 패널은, 화소가 형성된 기판을 포함하며, 상기 프리즘 면은 상기 기판의 하면에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 프리즘 산 및 상기 프리즘 골은, 교번하여 배치된 제1 경사면 및 제2 경사면에 의해 형성되고, 상기 제1 경사면은 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 제1 각도로 굴절시키며, 상기 제1 경사면의 경사각과 상기 제2 경사면의 경사각은 동일할 수 있다.
일 실시예로, 상기 프리즘 산 및 상기 프리즘 골은, 교번하여 배치된 제1 경사면 및 제2 경사면에 의해 형성되고, 상기 제1 경사면은 상기 다양한 입사각을 갖는 빛 중에서 상기 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 제1 각도로 굴절시키며, 상기 제1 경사면의 경사각과 상기 제2 경사면의 경사각은 상이할 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 경사면의 상단은 상기 제2 경사면의 상단에 연결되며, 상기 제1 경사면의 하단과 상기 제2 경사면의 하단은 평행하게 연장된 하면의 양단에 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 실시예는 자기 정렬 구조를 갖는 반도체 패키지를 제공한다. 반도체 패키지는, 액티브 영역 및 상기 액티브 영역의 주변에 위치한 하나 이상의 마진 영역을 포함하며, 상기 마진 영역의 상부에 길이 방향으로 연장된 정렬 바가 형성된 반도체 칩 또는 이미지 센서 또는 지문 이미지 센서, 및 상기 반도체 칩 또는 상기 이미지 센서 또는 상기 지문 이미지 센서의 상부에 배치되며, 상기 길이 방향으로 연장되며 상기 정렬 바가 수용되는 홈이 하면에 형성된 상부 구조물을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 적어도 둘 이상의 상기 정렬 바가 상기 마진 영역에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 상기 액티브 영역을 사이에 두고 서로 대향하는 마진 영역에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 동일선상에 배치된 적어도 둘 이상의 바 세그먼트를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 액티브 영역의 상부에 형성되며 복수의 마이크로 렌즈로 구성된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있따.
일 실시예로, 상기 반도체 칩의 상면에 배치되어 상기 액티브 영역 전체 및 상기 마진 영역의 적어도 일부를 커버하는 광 경로 연장층을 더 포함하되, 상기 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 정렬 바는 상기 광 경로 연장층의 상면에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 정렬 바는 동시에 리플로우되어 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 피치의 n배(여기서, n은 자연수)만큼 이격되어 상기 마진 영역에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 동일한 마진 영역에 형성된 둘 이상의 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 피치와 동일한 거리로 이격될 수 있다.
일 실시예로, 동일한 마진 영역에 형성된 둘 이상의 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 피치와 상이한 거리로 이격될 수 있다.
일 실시예로, 상기 마이크로 렌즈의 높이와 상기 정렬 바의 높이는 상이할 수 있다.
일 실시예로, 상기 마이크로 렌즈의 직경과 상기 정렬 바의 폭은 동일할 수 있다.
일 실시예로, 상기 상부 구조물은, 프리즘 산과 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하는 프리즘 시트이며, 상기 홈은 상기 프리즘 골일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시예는 자기 정렬 구조를 갖는 반도체 패키지를 제공한다. 반도체 패키지는, 액티브 영역 및 상기 액티브 영역의 주변에 위치한 하나 이상의 마진 영역을 포함하는 반도체 칩, 상기 반도체 칩의 상면에 배치되어 상기 액티브 영역 및 상기 마진 영역의 적어도 일부를 커버하며, 상기 액티브 영역에 대응하는 제1 영역에 복수의 마이크로 렌즈로 구성된 마이크로 렌즈 어레이가 형성되며 상기 마진 영역에 대응하는 제2 영역에 상기 정렬 바가 형성되는 광 경로 연장층, 및 상기 광 경로 연장층의 상부에 배치되며, 상기 정렬 바가 수용되는 홈이 하면에 상기 길이 방향으로 형성된 상부 구조물을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 적어도 둘 이상의 상기 정렬 바가 상기 제2 영역상에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 상기 제1 영역을 사이에 두고 대향하는 제2 영역상에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 정렬 바는 동시에 리플로우되어 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 피치의 n배(여기서, n은 자연수)만큼 이격되어 상기 제2 영역상에 형성 될 수 있다.
일 실시예로, 동일한 제2 영역에 형성된 둘 이상의 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 피치와 동일한 거리로 이격될 수 있다.
일 실시예로, 동일한 제2 영역에 형성된 둘 이상의 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 피치와 상이한 거리로 이격될 수 있다.
일 실시예로, 상기 상부 구조물은, 프리즘 산과 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하는 프리즘 시트이며, 상기 홈은 상기 프리즘 골일 수 있다.
일 실시예로, 상기 상부 구조물은, 프리즘 골을 형성하도록 교번하여 배치된 복수의 제1 경사면 및 복수의 제2 경사면을 포함하는 프리즘 시트이고, 상기 제1 경사면의 상단은 상기 제2 경사면의 상단에 연결되고, 상기 제1 경사면의 하단과 상기 제2 경사면의 하단은 평행하게 연장된 하면의 양단에 각각 연결되며, 상기 홈은 상기 프리즘 골일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시예는 자기 정렬 구조를 갖는 반도체 패키지를 제조하는 방법을 제공한다. 자기 정렬 구조를 갖는 반도체 패키지를 제조하는 방법은, 광 경로 연장층의 상면에 복수의 마이크로 렌즈 패턴 및 정렬 바 패턴을 형성하는 단계, 상기 광 경로 연장층상에 형성된 상기 복수의 마이크로 렌즈 패턴 및 상기 정렬 바 패턴을 리플로우하여 마이크로 렌즈 어레이 및 정렬 바를 형성하는 단계, 액티브 영역 및 상기 액티브 영역의 주변에 위치한 하나 이상의 마진 영역을 포함하는 반도체 칩의 상면에 상기 광 경로 연장층을 배치하는 단계, 및 상기 정렬 바가 수용되는 홈이 하면에 상기 길이 방향으로 형성된 상부 구조물을 상기 광 경로 연장층 상부에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 마이크로 렌즈 패턴 및 상기 정렬 바 패턴은 동일한 물질로 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 복수의 마이크로 렌즈 패턴은 상기 액티브 영역에 대응하는 상기 광 경로 연장층 상면의 제1 영역에 형성되며, 상기 정렬 바 패턴은 상기 마진 영역에 대응하는 상기 광 경로 연장층 상면의 제2 영역상에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시예는 자기 정렬 구조를 갖는 반도체 패키지를 제공한다. 반도체 패키지는, 액티브 영역을 포함하는 반도체 칩, 상기 반도체 칩의 상면에 배치되어 상기 액티브 영역의 적어도 일부를 커버하며, 상기 액티브 영역의 적어도 일부에 대응하는 제1 영역에 복수의 마이크로 렌즈로 구성된 마이크로 렌즈 어레이가 형성되며 상기 제1 영역의 주변에 접한 하나 이상의 제2 영역에 상기 정렬 바가 형성되는 광 경로 연장층, 및 상기 광 경로 연장층의 상부에 배치되며, 상기 정렬 바가 수용되는 홈이 하면에 상기 길이 방향으로 형성된 상부 구조물을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 적어도 둘 이상의 상기 정렬 바가 상기 제2 영역상에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 상기 제1 영역을 사이에 두고 대향하는 제2 영역상에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 마이크로 렌즈 어레이와 상기 정렬 바는 동시에 리플로우되어 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 피치의 n배(여기서, n은 자연수)만큼 이격되어 상기 제2 영역상에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 동일한 제2 영역에 형성된 둘 이상의 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 피치와 동일한 거리로 이격될 수 있다.
일 실시예로, 동일한 제2 영역에 형성된 둘 이상의 정렬 바는 상기 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈 피치와 상이한 거리로 이격될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 실시예는 댐이 형성된 프리즘 시트를 포함하는 반도체 패키지를 제공한다. 반도체 패키지는, 반도체 칩이 실장되는 공간을 둘러싸는 벽부를 포함하는 케이스 및 프리즘 산 및 골을 포함하는 프리즘 면 및 상기 프리즘 면에 대향하는 평면을 가지고, 상기 프리즘 면은 상기 반도체 칩을 향하고 상기 평면은 커버에 부착되며, 상기 프리즘 면에는 상기 프리즘 산의 연장 방향과 상이한 연장 방향으로 댐이 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐의 연장 방향은 상기 프리즘 산의 연장 방향에 수직할 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐은, 상기 프리즘 골에 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐은, 상기 프리즘 시트의 측면에 가깝게 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐의 높이는, 상기 프리즘 산의 높이와 동일할 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐의 단면은, 삼각형일 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐의 단면은, 사각형일 수 있다.
일 실시예로, 상기 댐의 연장 방향 길이는, 상기 프리즘 시트보다 짧을 수 있다.
일 실시예로, 상기 반도체 칩은 이미지 센서일 수 있다.
일 실시예로, 상기 반도체 칩의 상면에 배치되는 광 경로 연장층 및 상기 광 경로 연장층의 상면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 프리즘 산 및 상기 프리즘 골은, 교번하여 배치된 제1 경사면 및 제2 경사면에 의해 형성되되, 상기 제1 경사면의 경사각과 상기 제2 경사면의 경사각은 상이할 수 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명된다. 이해를 돕기 위해, 첨부된 전체 도면에 걸쳐, 동일한 구성 요소에는 동일한 도면 부호가 할당되었다. 첨부된 도면에 도시된 구성은 본 발명을 설명하기 위해 예시적으로 구현된 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위를 이에 한정하기 위한 것은 아니다. 특히, 첨부된 도면들은, 발명의 이해를 돕기 위해서, 일부 구성 요소를 다소 과장하여 표현하고 있다. 도면은 발명을 이해하기 위한 수단이므로, 도면에 표현된 구성 요소의 폭이나 두께 등은 실제 구현시 달라질 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 지문인식 기능을 구비한 디스플레이가 결합된 전자장치의 디스플레이를 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 2a 및 2b는 패널광 또는 주변광을 이용하여 확산방식 지문이미지 생성 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a, 3b, 3c, 및 3d는 전자장치에서 지문인식하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 I-I'을 따른 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 디스플레이를 조립하는 과정에서 이미지 센서층과 디스플레이 패널을 정렬하는 방법을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 디스플레이 패널에 결합된 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 디스플레이 패널의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 디스플레이 패널에 결합된 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 10은 적층되는 상부 구조물의 정렬을 위한 수평 정렬 바를 구비한 반도체 칩을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 반도체 칩의 액티브 영역과 마진 영역을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 12a 및 12b는 도 10에 도시된 정렬 바를 형성하는 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 13a, 13b, 13c 및 13d는 도 12에 도시된 마이크로 렌즈 패턴 및 정렬 바 패턴의 리플로우를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 및 14b는 도 10에 도시된 반도체 칩 및 그 상부에 배치된 상부 구조물을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 정렬 바 패턴에 의해 생성되는 정렬 바를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 16a, 16b 및 16c는 마이크로 렌즈간 간격으로 인해 발생하는 정렬 오류를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 17a 및 17b는 정렬 바에 의한 미세 정렬 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 18은 상부 구조물의 정렬을 위한 수직 정렬 바를 구비한 반도체 칩을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 19는 댐 구조를 갖는 프리즘 시트가 적용된 반도체 패키지를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 20은 댐 구조를 갖는 프리즘 시트의 일 예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 21은 프리즘 시트의 댐 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 22a 및 22b는 도 20에 도시된 프리즘 시트를 반도체 패키지의 케이스에 부착하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 23은 댐 구조를 갖는 프리즘 시트의 다른 예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 24a, 24b 및 24c는 도 23에 도시된 프리즘 시트를 반도체 패키지의 케이스에 부착하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 25는 프리즘 시트 몰드를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 26a, 26b 및 26c는 댐 구조를 갖는 프리즘 시트의 또 다른 예를 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 기능, 특징, 실시예들은, 단독으로 또는 다른 실시예와 결합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위가 첨부된 도면에 도시된 형태에만 한정되는 것이 아님을 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 중 “실질적으로”, “거의”, “약” 등과 같은 표현은 실제 구현시 적용되는 마진이나 발생가능한 오차를 고려하기 위한 표현이다. 예를 들어, “실질적으로 90도”는 90도일 때의 효과와 동일한 효과를 기대할 수 있는 각도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다. 다른 예로, “거의 없는”은 무엇인가가 미미하게 존재하더라도 무시할 수 있는 정도까지 포함하는 의미로 해석되어야 한다.
한편, 특별한 언급이 없는 한, “측면”, 또는 “수평”은 도면의 좌우 방향을 언급하기 위한 것이며, “수직”은 도면의 상하 방향을 언급하기 위한 것이다. 또한, 특별히 정의되지 않는 한, 각도, 입사각 등은 도면에 표시된 수평면에 수직한 가상의 직선을 기준으로 한다.
첨부된 도면 전체에 걸쳐서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 도면 부호를 사용하여 인용된다.
도 1은 지문인식 기능을 구비한 디스플레이가 결합된 전자장치를 개략적으로 도시한 예시도이다.
전자장치는, 디스플레이(20) 및 이미지 센서층(10) 또는 지문 이미지 센서(도 10의 10') 등을 포함한다. 이미지 센서층(10) 또는 지문 이미지 센서(10')는 상부의 커버 글라스(30)에 위치한 손가락(50)의 지문을 촬영하여 지문이미지를 생성한다. 디스플레이(20)는, 프리즘 면(22)을 가진 디스플레이 패널(21)을 포함한다. 이미지 센서층(10)은 프리즘 면(22)의 적어도 일부 또는 전체에 형성되거나 부착되어 임의의 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있다. 지문 이미지 센서(10')는 디스플레이 패널(21)의 하면에 배치되며, 배치 위치에서 지문이미지를 생성할 수 있다. 이미지 센서층(10)과 지문 이미지 센서(10')는 디스플레이 패널(21)의 하면에서 차지하는 면적, 지문이미지를 생성할 수 있는 위치 및/또는 부착 방법만 상이할 뿐 동작 원리와 구조는 실질적으로 동일하므로, 이하에서는 이미지 센서층(10)을 먼저 설명한다.
도 1은 전자장치의 일 예로, 전면에 커버 글라스(30)가 부착된 스마트폰을 도시하고 있다. 커버 글라스(30)의 하면에는 디스플레이(20)를 노출하기 위한 영역을 정의하는 상부 및 하부 코팅 영역(32a, 32b)이 형성된다. 한편, 전자장치의 종류에 따라 좌우 코팅 영역(미도시)이 상부 및 하부 코팅 영역(32a, 32b)의 양단에 각각 연결될 수 있다. 전자장치의 전면은 상대적으로 큰 면적을 차지하는 디스플레이(20) 및 상대적으로 작은 면적을 차지하는 스피커, 카메라, 및/또는 조도 센서가 배치될 수 있다. 커버 글라스(30)는 디스플레이(20) 전체를 덮으며, 전자장치의 종류에 따라 전자장치의 전면 일부 또는 전체를 덮을 수도 있다. 디스플레이(20)는 커버 글라스(30)의 하부에 위치되며, 이미지 센서층(10)은 디스플레이(20)의 하부에 위치된다.
이미지 센서층(10)은, 디스플레이 패널(21)이 생성한 빛(이하 패널광이라 함) 및/또는 주변광을 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있다. 여기서, 주변광은, 패널광 이외의 빛으로서, 예를 들어, 태양에 의한 직사광이나 반사광, 또는 인공조명으로부터 조사된 직사광이나 반사광일 수 있다. 주변광은, 패널광과 마찬가지로 손가락 피부에서 확산될 수 있는, 적색 이상의 파장, 예를 들어, 적색부터 근적외선 대역의 파장을 갖는 빛을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 패널광 또는 주변광을 이용하여 확산방식 지문이미지 생성 개념을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 함께 참조하면, 확산방식은, 디스플레이 패널(21)이 생성한 패널광(34) 또는 주변광(33)이 피부를 통해 확산되는 현상을 이용하여 지문이미지를 생성하는 방식이다. 피부 내부로 확산된 빛은, 지문의 융선이 커버 글라스(30)에 접촉할 때, 커버 글라스-융선의 접촉 지점으로부터 커버 글라스(30) 내부로 조사될 수 있다. 여기서, 커버 글라스-융선의 접촉 지점은 무한 점광원의 역할을 한다. 반면에, 지문의 골에서 조사된 빛은, 공기-커버 글라스(30) 계면을 통해 커버 글라스(30) 내부로 입사되므로, 제한된 각도로 굴절된다. 따라서, 융선에 의해 조사된 빛의 입사각과 골에 의해 굴절된 빛의 입사각 사이에는 중복되지 않는 범위가 존재하며, 중복되지 않는 범위의 입사각 중에서 검출 대상 입사각이 선택될 수 있다. 지문의 융선으로부터 조사된 빛을 검출하기 때문에, 확산방식 지문이미지에서 지문의 융선은 상대적으로 밝게 나타나며, 지문의 골은 상대적으로 어둡게 나타난다. 확산방식 지문이미지를 생성하는 원리는 이하에서 도 3 및 6 내지 8을 참조하여 상세히 설명한다.
일 실시예로, 지문이미지를 생성하는데 필요한 패널광(34)을 생성하는 광원은 디스플레이 패널(21)일 수 있다. 디스플레이 패널(21)은 R, G, B 화소의 조합을 턴온하여 손가락을 향해 조사되는 패널광(34)을 생성할 수 있다. 여기서, 패널광(34)은, 예를 들어, 가시광선이며, 백색광 또는 적색광일 수 있다. 한편, 도 2는 손가락(50)을 향해 실질적으로 수직으로 입사하는 패널광(34)을 예시하고 있으나, 이는 간략한 표현을 위한 것일 뿐이며, 패널광(34)의 방향을 수직 방향으로 한정하는 것은 아니다. 손가락(50)이 전자장치의 디스플레이 패널(21) 상의 지문 획득 영역(31)에 위치하면, 지문 획득 영역(31)의 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합 및/또는 지문 획득 영역(31) 이외의 영역 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합이 턴온될 수 있다.
다른 실시예로, 주변광(33)으로부터 지문이미지 생성에 필요한 광량이 충분히 제공되는 환경, 예를 들어, 실외에서는 디스플레이는 주변광(33)만으로 지문이미지를 생성할 수 있다. 한편, 도 2는 손가락(50)을 향해 실질적으로 수직으로 입사하는 주변광(33)을 예시하고 있으나, 이는 간략한 표현을 위한 것일 뿐이며, 주변광(33)의 방향을 수직 방향으로 한정하는 것은 아니다. 디스플레이 패널(21)을 구동하는 디스플레이 드라이버 및/또는 전자장치의 어플리케이션 프로세서는 조도 센서(12)로부터 주변 밝기를 나타내는 측정값을 수신하며, 이를 이용하여 디스플레이 패널(21)을 광원으로 사용할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 주변광(33)만으로 지문이미지를 생성할 수 있다면, 디스플레이 드라이버 및/또는 전자장치의 어플리케이션 프로세서는 지문 획득 영역(31)의 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합 또는 지문 획득 영역(31) 이외의 영역 하부에 위치한 R, G, B 화소의 조합을 턴온시키지 않을 수 있다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 확산방식으로 지문이미지를 생성하는 원리를 개략적으로 도시한 예시도로서, 도 1의 지문 획득 영역(31)의 일부를 확대하여 나타내고 있다.
도 3a를 참조하면, 이미지 센서층(10)은, 지문의 융선에 의해 이미지 센서층(10)의 내부로 입사된 빛 중에서 검출 대상 입사각을 갖는 빛만이 이미지 센서층(10)의 수광부에 도달하며, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부에 도달하지 않는 구조를 가진다. 즉, 피부로 입사하면, 빛은 손가락(50)의 피부에서 무한 점광원으로 작용하게 된다. 손가락을 커버 글라스(30)에 위치하게 되면, 커버 글라스(30)에 접촉하는 부분, 예를 들어, 지문의 융선과, 커버 글라스(30)에 접촉하지 않는 부분, 예를 들어, 지문의 골은 각각 상이한 입사각 범위를 갖는 빛을 커버 글라스(30) 내부로 조사한다. 상세하게, 지문의 골에서 조사된 빛은 피부와 커버 글라스(30) 사이에 개재된 공기를 통과한 후 커버 글라스(30)로 입사하게 된다. 따라서, 공기와 커버 글라스(30)간 굴절률의 차이로 인해서, 지문의 골에서 조사된 빛의 입사각 범위는, 지문의 융선에서 커버 글라스(30)의 내부로 직접 조사된 빛의 입사각 범위보다 상대적으로 좁다. 지문의 융선으로부터 조사된 빛과 골로부터 조사된 빛 중에서, 공통되는 입사각 범위에 빛은 제외하고, 지문의 융선으로부터만 조사될 수 있는 입사각, 즉, 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 이용하여 지문이미지를 생성할 수 있다. 이하에서 도 3b 내지 도 3d를 참조하여 본 원리를 상세히 설명한다.
도 3b를 참조하면, 지문은 융선과 골로 구성되며, 융선은 커버 글라스(30)의 상면에 접촉하지만, 골은 커버 글라스(30)의 상면에 접촉하지 않는다. 보호 매체는 빛이 투과할 수 있는 시각적으로 투명한 매체로서 전자장치의 외면이 손상되는 것을 방지한다. 이러한 보호 매체의 일 예는 휴대 전화의 전면에 부착되어 디스플레이 패널(21)을 보호하는 커버 글라스(30)이다. 이하에서는 커버 글라스(30)를 보호 매체의 일 예로 설명한다.
지문의 융선과 골은 커버 글라스(30)의 상면에서 이미지 센서층(10)의 수광부를 향해 빛을 조사하는 다중 광원의 역할을 한다. 융선과 커버 글라스(30)의 상면이 접촉하는 지점 A는 광원으로 작용하여 모든 방향으로 빛을 조사하게 되며, 커버 글라스(30)의 상면에서 커버 글라스(30)의 내부로 빛을 조사한다. 한편, 커버 글라스(30)의 상면에 접촉하지 않은 골에서 조사된 빛은 골과 커버 글라스(30) 사이의 공기를 거쳐 커버 글라스(30) 상면의 지점 B에 도달하므로, 빛은 지점 B에서 굴절된다. 따라서, 지점 A에서 커버 글라스(30)의 내부로 입사된 빛의 커버 글라스 입사각 θr은, 약 0도 내지 약 180도의 범위 내에 속할 수 있지만, 지점 B에서 커버 글라스(30)의 내부로 입사된 빛의 커버 글라스 입사각 θv는, 공기 굴절률과 커버 글라스 굴절률간 차이로 인해 커버 글라스 입사각 θr에 비해 상대적으로 좁은 범위 내에 속할 수 있다. 여기서, 커버 글라스(30)의 상면에 실질적으로 수평하게 왼쪽을 향하는 빛의 커버 글라스 입사각을 0도, 커버 글라스(30)의 상면에 실질적으로 수직으로 입사한 빛의 커버 글라스 입사각을 90도, 커버 글라스(30)의 상면에 실질적으로 수평하게 오른쪽을 향하는 빛의 커버 글라스 입사각을 180도라고 가정한다. 이하에서 커버 글라스(30) 내부로 입사된 빛의 각도를 커버 글라스 입사각이라 한다.
이미지 센서층(10)은 디스플레이 패널(21)의 하면에 결합된다. 디스플레이 패널(21)의 하면에 백라이트, 반사판 등과 같이 빛을 생성하기 위한 추가 구조가 필요한 LCD와 달리, AMOLED 디스플레이 등은 단위 화소가 빛을 직접 생성하기 때문에 추가 구조를 필요로 하지 않는다. 한편, 이러한 디스플레이 패널(21)의 단위 화소 면적의 상당 부분을 차지하는 전극 및/또는 배선은 메탈 등과 같이 빛을 차단하는 물질로 형성될 수 있지만, 전기적 절연을 위해 광학적으로 투명한 매체, 예를 들어, IMD 등에 의해 서로 이격되거나 적층되어 형성된다. 이로 인해서 전극 및/또는 배선 사이에는 빛이 통과할 수 있는 영역이 존재한다. 따라서, 커버 글라스(30)와 이미지 센서층(10) 사이에 개재된 디스플레이 패널(21)은 커버 글라스(30)로부터 입사된 빛이 통과할 수 있는 연장된 광경로를 제공할 수 있다. 다시 말해, 일반적인 커버 글라스보다 두꺼운 커버 글라스의 하면에 이미지 센서층(10)을 형성하는 것과 실질적으로 동일한 결과를 기대할 수 있다. 이하에서 상세히 설명되겠지만, 이미지 센서층(10)은 검출하고자 하는 빛의 입사각을 선택할 수 있는 구조를 가지고 있다. 따라서, 개재된 디스플레이 패널(21)에 의해 입사된 빛이 어느 정도 굴절되는 현상이 발생하더라도 빛의 입사각을 선택하는 하나 이상의 조건을 조정함으로써 디스플레이 패널(21)의 하부에서도 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 검출할 수 있다.
프리즘 면(22)에 결합된 이미지 센서층(10)은, 커버 글라스(30)-디스플레이 패널(21)을 통과하여 이미지 센서층(10)의 상면에 입사하는 빛 중 소정의 검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛을 선택한다. 프리즘 면(22) 및 마이크로 렌즈(11)는 광 선택 구조를 형성한다. 도 3c는, 이미지 센서층(10)의 상면에 입사하는 빛 중에서, 광 선택 구조에 의해 선택될 입사각 θr '을 갖는 빛을 나타내며, 도 3d는 입사각 θr '을 갖는 빛 중에서 최종적으로 이미지 센서(13)의 수광부에 도달하는 검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛을 나타낸다. 즉, 광 선택 구조는, 소정의 입사각을 가진 빛이 수광부가 위치한 이미지 센서층(10)의 하부를 향하도록 하여 검출 대상 입사각을 갖는 빛을 선택한다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛은 검출 대상 빛이라고 한다.
상세하게, 도 3c에서, 광 선택 구조는 이미지 센서층(10) 내부로 입사되는 빛 중 지점 A 와 B의 좌측 방향으로 입사되는 빛을 차단하며, 추가적으로, 지점 A의 우측 방향으로 입사되는 빛 중 지점 B의 우측 방향으로 입사되는 빛의 입사각과 동일한 입사각을 갖는 빛을 차단한다. 이를 통해서, 입사각 θr '을 갖는 빛이 선택될 수 있다. 예를 들어, 커버 글라스 입사각 θr 이 약 0도 내지 약 180도의 범위에 속하고, 커버 글라스 입사각 θv가 약 42도 내지 약 132도의 범위에 속하는 경우, 입사각 θr '은 약 132도 내지 약 140도의 범위에 속할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐, 광 선택 구조의 특성에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
아울러, 도 3d에서, 광 선택 구조에 의해 선택된 빛 중 수광부로 입사될 검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛이 선택될 수 있다. 예를 들어, 입사각 θr '이 132도 내지 140도의 범위에 속하는 경우, 검출 대상 입사각 θ1은 135도 내지 140도의 범위에 속할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐, 마이크로 렌즈의 위치, 구경, 크기 등과 같은 광 선택 구조의 특성에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛은 광 선택 구조를 거치면서 굴절되며, 최종적으로 수광부에 입사될 때의 각도 θ은 검출 대상 입사각 θ1과 다를 수 있다. 또한, 도 3c 및 도 3d는 지점 A의 좌측 방향으로 입사되는 빛을 차단하여 지문이미지를 생성하는 구조를 예시하고 있으나, 지점 A의 우측 방향으로 입사되는 빛을 차단하는 구조에서도 실질적으로 동일한 지문이미지가 생성될 수 있다.
검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛은 지문의 융선에 의해서 생성된 빛만이 가질 수 있는 각도이므로, 이를 이용하여 컨트라스트비가 상대적으로 높은 지문이미지를 생성할 수 있다. 도 3b에 도시된 것처럼, 지문이 커버 글라스(30) 위에 위치하면, 융선에 의한 빛뿐만 아니라 골에 의한 빛도 함께 커버 글라스 내부로 들어간다. 종래의 광학식 지문센서는, 수직으로 입사되는 빛을 검출하는 구조를 가지고 있기 때문에, 융선으로부터 수광부의 상면을 향해 실질적으로 수직으로 입사한 빛뿐 아니라 골로부터 수광부의 상면을 향해 실질적으로 수직으로 입사한 빛도 검출한다. 따라서 지문의 융선과 골 사이의 경계가 선명하지 않은, 컨트라스트비가 상대적으로 낮은 지문이미지를 생성한다. 이에 반해, 본 발명에 따른 지문인식 기능을 구비한 디스플레이는, 지문의 접촉면에 의해 생성된 빛 중에서 융선에 의해 생성된 빛의 적어도 일부만을 검출하는 구조를 가지고 있기 때문에, 종래의 광학식 지문센서보다 컨트라스트비가 상대적으로 높은 지문이미지를 생성할 수 있다.
도 4는 도 1의 I-I'을 따른 지문인식 기능을 구비한 디스플레이를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서층(10)은, 마이크로 렌즈(11), 광 경로 연장층(12) 및 이미지 센서(13)를 포함하며, 디스플레이(20)는, 프리즘 면(22)을 가진 디스플레이 패널(21)을 포함한다. 커버 글라스(30)는 디스플레이 패널(21)의 상면에 부착된다.
디스플레이 패널(21)의 하면은 프리즘 골과 프리즘 산이 교번하여 형성된 프리즘 면(22)이다. 디스플레이 패널(21)의 상면은 커버 글라스(30)에 부착되며, 디스플레이 패널(21)의 화소가 생성한 빛은 커버 글라스(30)를 통과해서 외부로 나간다. 프리즘 면(22)의 프리즘 골 및 프리즘 산은, 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(222)에 의해 형성된다. 프리즘 골은 커버 글라스(30)를 향하며, 프리즘 산은 마이크로 렌즈(11)를 향한다. 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(222)의 경사각은 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다.
이미지 센서층(10)은, 이미지 센서(13), 이미지 센서(13)의 상부에 배치된 광 경로 연장층(12), 및 광 경로 연장층(12)의 상부에 형성된 복수의 마이크로 렌즈(11)를 포함한다. 마이크로 렌즈(11)는 프리즘 면(22)에 의해 1차 굴절된 빛을 2차 굴절시켜서 이미지 센서(13)의 수광부(131)로 진행시킨다.
광 선택 구조는, 디스플레이 패널(21)의 프리즘 면(22)과 이미지 센서층(10)의 상부에 형성된 마이크로 렌즈(11)를 포함한다. 광 선택 구조에 의해서, 검출 대상 입사각을 갖는 빛은 이미지 센서(13)의 수광부에 도달할 수 있지만, 그 외의 입사각을 갖는 빛은 수광부에 도달할 수 없다. 디스플레이 패널(21)은, 빛이 통과할 수 있는 영역보다 빛이 통과할 수 없는 영역이 상대적으로 크기 때문에, 프리즘 면(22) 및 마이크로 렌즈(11)는 빛이 통과할 수 있는 영역에 위치하여야 한다. 즉, 프리즘 면(22)이 빛이 통과할 수 있는 영역에 대응하지 않는 경우, 이미지 센서(13)로 빛이 거의 입사하지 않을 수 있다. 따라서, 빛이 통과할 수 있는 영역에 광 선택 구조가 형성되어야 한다.
일 실시예로, 프리즘 면(22)은, 디스플레이 패널 제조 공정 중에 디스플레이 패널(21)의 하면에 프리즘 시트를 부착하여 형성될 수 있다. 디스플레이 패널(21)의 하면에 프리즘 시트를 먼저 부착한 후, 마이크로 렌즈(11)를 프리즘 시트의 프리즘 골 내부에 배치함으로써, 광 선택 구조가 완성된다. 이 방식은, 프리즘 시트와 마이크로 렌즈가 결합된 상태에서 프리즘 시트의 상면을 디스플레이 패널(21)의 하면에 부착하는 방식보다 공정적으로 유리하다. 프리즘 시트를 디스플레이 패널 제조 공정 중에 부착하면, 프리즘 시트의 프리즘 골 및/또는 프리즘 산을 빛이 통과할 수 있는 영역에 정렬시키기 매우 용이하다.
다른 실시예로, 프리즘 면(22)은, 디스플레이 패널(22)의 하면에 형성될 수 있다. 프리즘 면(22)은 교번하여 배치된 프리즘 산과 프리즘 골을 포함한다. 디스플레이 패널(21)은, 화소가 형성된 기판을 포함한다. 프리즘 산과 프리즘 골은 화소가 형성되지 않은 기판의 하면을 식각하여 형성될 수 있다. 프리즘 면(22)은, 디스플레이 패널(21)의 하면의 적어도 일부 영역 또는 전체에 형성될 수 있다. 특히, 프리즘 면(22)이 디스플레이 패널(21)의 하면 전체에 형성된 경우, 이미지 센서층(10)은, 임의의 위치에서 프리즘 면(22)에 결합될 수 있다.
프리즘 면(22)을 가진 디스플레이 패널(21)은, 디스플레이에 지문인식 기능을 구현하기 위한 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다. 지문 인식 기능을 구현하기 위한 기존 기술들은, 디스플레이 패널의 화소 구조를 변경해야 했다. 한편, 패키징된 지문 인식 장치는, 디스플레이 패널의 구조를 변경할 필요는 없지만, 디스플레이 패널에 부착하기 위해서 정렬이 필요하며, 올바르게 정렬되지 않은 경우, 제대로 동작하지 않을 수도 있다. 또한, 패키징 비용으로 인해서, 디스플레이 패널의 제조 비용이 상승하게 된다.
도 5는 도 4의 디스플레이를 조립하는 과정에서 이미지 센서층과 디스플레이 패널을 정렬하는 방법을 예시적으로 도시한 도면이다.
디스플레이 패널(21)과 프리즘 면(22)은, 검출 대상 빛이 이미지 센서(13)에 입사할 수 있도록, 정렬되어야 한다. 프리즘 시트의 프리즘 면(22)은 일 방향으로 연장된 프리즘 산/골을 포함하며, 디스플레이 패널(21)은 프리즘 산/골에 수평 또는 수직하며 빛의 진행에 영향을 줄 수 있는 복잡한 구조, 예를 들어, 배선을 가지고 있다. 따라서 디스플레이 패널(21)과 프리즘 면(22)이 적절하게 정렬되어야만, 이미지 센서(13)가 선명한 지문 이미지를 생성할 수 있다.
예를 들어, 프리즘 면(22)을 포함하는 프리즘 시트는, 투명 에폭시 등과 같은 광학적으로 투명한 접착제를 이용하여, 디스플레이 패널(21)의 하면에 부착될 수 있다. 접착제를 경화시키기 전, 예를 들어, 디스플레이 패널(21)의 상면측에서 빛을 비추면, 디스플레이 패널(21) 및 프리즘 시트를 통과한 빛이 프리즘 면(22)으로부터 나온다. 프리즘 면(22)에서 나오는 빛은, 디스플레이 패널(21)과 프리즘 면(22)간 정렬 상태에 따라 서로 다른 모아레 패턴을 나타낸다.
디스플레이 패널(21)과 프리즘 면(22)간 정렬 상태는, 이 둘이 광학적으로 결합된 상태에서 프리즘 면(22)에 형성된 모아레 패턴으로 결정될 수 있다. 정렬 이미지는, 프리즘 면(22) 전체 또는 프리즘 면의 일부 영역(22a)을, 공정 장비(미도시)에 연결된 카메라(35)로 촬영하여 획득될 수 있다. 공정 장비는, 획득된 정렬 이미지에 나타난 모아레 패턴 특성에 따라 프리즘 시트를 회전 또는 수평/수직으로 이동하며, 카메라(35)로 촬영된 정렬 이미지에서 모아레 패턴이 사라지거나 패턴 특성이 미리 설정된 조건(예를 들어, 패턴 간격 및/또는 패턴 폭의 최소값 등)을 만족할 때까지 프리즘 시트를 회전 또는 이동시킨다. 예를 들어, 실질적으로 정렬되지 않은 상태에서 프리즘 면(22)을 촬영하여 생성된 정렬 이미지(22a1)는, 상대적으로 가장 짧은 간격으로 상대적으로 가장 좁은 폭의 패턴이 반복된 모아레 패턴을 나타낸다. 이 상태에서, 공정 장비는 프리즘 시트를 시계/반시계 방향 회전 또는 수평/수직 방향 이동시킬 수 있다. 디스플레이 패널(21)과 프리즘 면(22)이 정렬되는 방향으로 회전/이동 도중 또는 회전/이동 후 촬영된 정렬 이미지(22a2, 22a3)에서, 패턴간 간격 및 패턴의 폭은 증가할 수 있다. 정렬 이미지(22a4)는, 디스플레이 패널(21)과 프리즘 면(22)이 이상적으로 정렬된 상태에서 모아레 패턴이 사라질 수 있음을 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이며, 도 7은 디스플레이 패널에 결합된 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 이미지 센서층(10)은 마이크로 렌즈(11), 광 경로 연장층(12) 및 이미지 센서(13)를 포함한다. 광 선택 구조는, 디스플레이 패널(21)에 형성 또는 결합된 프리즘 면(22) 및 마이크로 렌즈(11)를 포함한다. 프리즘 면(22) 및 마이크로 렌즈(11)는, 커버 글라스(30)-디스플레이 패널(21)을 통과하여 이미지 센서층(10) 내부를 향해 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다.
도 6에서, 프리즘 면(22)은 제1 경사면(221)과 제2 경사면(222)을 포함한다. 교번하게 배치된 제1 경사면(221)과 제2 경사면(222)은 교번하게 프리즘 산과 프리즘 골을 형성한다. 프리즘 산은 마이크로 렌즈(11)를 향하며, 프리즘 골은 디스플레이를 향한다.
프리즘 면(22)의 제1 경사면(221)은 좌측 상부에서 우측 하부 방향으로 입사한 빛(40, 41, 42)을 굴절시키며, 제2 경사면(222)은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 굴절시킨다. 이를 위해, 제1 경사면(221)은 프리즘 산(223a)과 프리즘 골(224b) 사이에 경사지게 형성되며, 제2 경사면(222)는 프리즘 산(223a)과 프리즘 골(224a) 사이에 경사지게 형성된다. 도 6에서, 제1 경사면(221)의 경사각은 θP1이며, 제2 경사면(222)의 경사각은 θP2이다. 첨부된 도면에 도시된 실시예는 θP1과 θP2가 상이하게 표현되어 있으나, θP1과 θP2은 실질적으로 동일할 수도 있다. 첨부된 도면에 도시된 실시예에서, θP1은 약 15도 내지 약 20도이며, θP2는 약 30도 내지 50도인 것으로 가정한다. θP2가 클수록 수광부(131)로 입사하는 검출 대상 빛의 광량이 증가할 수 있다. 제1 경사면(221)과 제2 경사면(222)에 의해 형성된 프리즘 산과 프리즘 골의 내각은 θP1+θP2이며, 내각 θP1+θP2 또는 프리즘 피치(즉, 프리즘 산(223a)-프리즘 산(223b) 간격 또는 프리즘 골(224a)-프리즘 골(224b) 간격)에 따라 수광부(131)에 입사할 수 있는 검출 대상 입사각이 결정될 수 있다.
제2 경사면(222)은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 차단할 수 있다. 이를 위해, 제2 경사면(222)의 표면에는 흡광 물질을 포함하는 흡광층이 형성될 수 있다. 제2 경사면(222)의 표면에 형성된 흡광층은 우측 상부에서 좌측 하부 방향으로 입사한 빛을 흡수한다. 그 결과, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부(131)에 도달하지 못한다.
도 7에서, 마이크로 렌즈(11)는 프리즘 면(22)을 통과한 빛을 굴절시켜 이미지 센서층(10)의 하부, 즉, 이미지 센서(13)를 향하게 한다. 마이크로 렌즈(11)에 의한 입사각 선택성을 높이기 위해서, 마이크로 렌즈(11)와 이미지 센서(13) 사이에 광 경로 연장층(12)이 개재될 수 있다. 광 경로 연장층(12)의 두께는, 예를 들어, 마이크로 렌즈(11)의 중심부 두께의 약 5배 이상일 수 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 마이크로 렌즈(11)의 구면 수차, 검출 대상 입사각 등 다양한 요인에 의해 증가하거나 감소할 수 있다. 여기서, 마이크로 렌즈(11)와 광 경로 연장층(12)의 굴절률은 실질적으로 동일할 수 있다. 한편, 광 경로 연장층(12) 상면 중 마이크로 렌즈(11)가 형성되지 않은 일부 영역에는 흡광 물질을 포함하는 흡광층(121)이 형성될 수 있다. 흡광층(121)은 검출 대상 입사각 이외의 입사각을 갖는 빛이 광 경로 연장층(12) 내부를 통과하여 이미지 센서(13)로 입사하는 것을 차단할 수 있다.
수광부(131)로 입사하는 빛의 광량을 증가시키기 위한 마이크로 렌즈의 일반적인 용도 대신에, 본 이미지 센서층(10)에서는 특정각의 빛만 수광부(131)에 입사시키기 위한 용도로 마이크로 렌즈(11)를 이용한다. 마이크로 렌즈(11)는 프리즘 면(22)의 하부에 위치하며 프리즘 면(22)으로부터 이격된다. 이로 인해서, 프리즘 면(22) 또는 마이크로 렌즈(11)의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 물질, 예를 들어, 공기가 프리즘 면(22)과 마이크로 렌즈(11) 사이에 개재될 수 있다. 프리즘 면-공기간 굴절률의 차이 및 공기-마이크로 렌즈간 굴절률의 차이를 이용하여, 커버 글라스(30)의 상면에서 조사된 빛 중 검출 대상 빛은 적절하게 설계된 광 경로를 통과하도록 하며, 검출 대상 입사각을 갖지 않는 빛은 광 경로를 벗어나도록 할 수 있다.
이미지 센서(13)는 기판(130)에 형성된 수광부(131) 및 수광부(131)의 상부 또는 하부에 형성되는 메탈층(132)을 포함한다. 수광부(131)는 입사한 빛을 검출하여 화소 전류를 생성한다. 생성된 화소 전류는 메탈층에 의해 외부로 출력될 수 있다.
입사각 선택성을 향상시키기 위해서, 마이크로 렌즈(11)의 중심 및 수광부(131)의 중심은 일치하지 않을 수 있다. 도 7에서, 수광부(131)는 마이크로 렌즈(11)의 우측 하부에 위치한다. 여기서, 수광부(131)의 위치는 마이크로 렌즈(11)에 의해 굴절된 검출 대상 빛이 도달할 수 있는 위치이며, 검출 대상 입사각, 마이크로 렌즈(11)의 굴절률, 광 경로 연장층(12)의 높이 등과 같은 다양한 요인에 의해 결정될 수 있다. 이러한 배치를 통해서, 이미지 센서층(10)의 입사각 선택성이 향상될 수 있다.
한편, 입사각 선택성을 향상시키기 위해서, 수광부(131)의 폭은 마이크로 렌즈(11))의 폭에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 수광부(131)의 폭이 큰 경우에, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛도 검출될 수 있다. 따라서, 검출 대상 빛이 광 선택 구조에 의해 굴절될 때 도달할 수 있는 지점에 수광부(131)가 형성되면, 검출 대상 입사각 이외의 각도를 갖는 빛은 수광부(131)가 형성되지 않은 기판(130)의 하면에 도달하게 된다.
광 경로를 형성하며 전기 배선을 위한 메탈층(132)은 수광부(131)의 상부에 형성(BSI(Back Surface Illumination) 구조)될 수 있다. 한편, 수광부(131)의 하부에 형성된 메탈층은 전기 배선의 역할(FSI(Front Surface Illumination) 구조)만을 할 수 있다. 메탈층(132)을 구성하는 복수의 메탈 라인은 수광부(131)에 제어 신호를 전달하거나 수광부(131)가 생성한 화소 전류를 외부로 인출하기 위한 전기 배선을 형성한다. 복수의 메탈 라인은 IMD(Inter Metal Dielectric) 등에 의해 상호간에 전기적으로 절연될 수 있다. 또한, 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로(133)도 IMD로 형성될 수 있다. 일 예로, 마이크로 렌즈(11)에 의해 선택된 빛은 수광부(131)의 표면에 경사지게 입사하므로, 광 경로 역시 경사지게 형성될 수 있다. 한편, 광 경로(133)는 일반적인 CIS(CMOS Image Sensor)의 광 경로보다 상대적으로 좁은 단면적을 가지도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 복수의 메탈 라인에 의해 정의된 광 경로(133)는 수광부(131)의 상면에 수직으로 형성될 수도 있다. 참고로, 상대적으로 좁은 단면적을 가진 광 경로는 한국 특허공개공보 제10-2016-0048646호에 개시되어 있으며, 여기에 일체로서 참조된다.
이하에서는, 이미지 센서층(10)으로의 입사각에 따라 검출 대상 빛이 선택되는 방식을 설명한다.
도 7은 입사각 θ에 따라 수평 방향으로 상이한 위치에 도달하게 되는 빛(40, 41, 42)을 예시하고 있다. 이하에서, 입사각은, 디스플레이 패널(21)의 프리즘 면(22)에 입사될 때의 빛의 진행 방향과 디스플레이 패널(21)의 상면에 수직한 직선 사이의 각도를 의미한다.
검출 대상 입사각 θ1보다 큰 입사각 θ를 갖는 빛(40)은 프리즘 면(22)의 제1 경사면(221) 및 마이크로 렌즈(11)에 의해 시계 방향으로 굴절된다. 여기서, 검출 대상 입사각 θ1은 커버 글라스(30)에서 조사될 때의 커버 글라스 입사각과 실질적으로 동일하다. 검출 대상 입사각 θ1보다 큰 입사각 θ를 갖는 빛(40)이 제1 경사면(221)에서 굴절되어 마이크로 렌즈(11)로 입사되는 비율은 다른 빛(41, 42)에 비해 낮다. 기본적으로, 빛(40)은 제1 경사면(221) 중 지점 f부터 프리즘 면의 골(224b) 사이로 입사할 수 있는데, 이는 지점 f부터 제1 경사면(221)의 산(223a)을 향해 진행하는 빛(40)은 제1 경사면(221)의 좌측에 위치한 프리즘 면(22)의 골(224a)에 의해 차단되기 때문이다. 그러나, 제1 경사면(221) 중 지점 d와 프리즘 면의 골(224b) 사이로 입사한 빛(40)은 굴절되어 인접한 마이크로 렌즈(11) 사이의 영역을 향하게 된다. 그 영역에 흡광층(121)이 형성된 경우, 굴절된 빛(401)은 흡광층(121)에 의해 차단된다. 또한, 지점 e부터 지점 d 사이로 입사한 빛(40)은 굴절되어 마이크로 렌즈(11)를 향하지만, 지점 g에서 마이크로 렌즈(11)로의 입사각이 급격히 증가하므로, 지점 g를 지나서 마이크로 렌즈(11)의 우측을 향하는 굴절된 빛(401)은 실질적으로 반사된다. 따라서 제1 경사면(221)의 지점 f부터 지점 e 사이로 입사하는 빛(40)만이 마이크로 렌즈(11)에 의해 굴절되어 이미지 센서(13)를 향하게 된다. 제1 경사면(221)의 지점 f부터 지점 e 사이로 입사하여 제1 경사면(221) 및 마이크로 렌즈(11)에 의해 굴절된 빛(402)은 지점 f4를 향하지만, 메탈층(132)에 의해 차단된다.
검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛(41)은 제1 경사면(221)에서 마이크로 렌즈(11)를 향해 시계 방향으로 굴절된다. 여기서, 프리즘 면(22)의 굴절률이 공기의 굴절률보다 상대적으로 크기 때문에, 제1 경사면(221)에서의 굴절각이 입사각보다 상대적으로 크다.
제1 경사면(221)으로부터 나온 빛(411)은 마이크로 렌즈(11)에서 이미지 센서(13)를 향해 굴절된다. 마이크로 렌즈(11)의 구면 수차는, 검출 대상 입사각 θ1을 갖는 빛(41)이 제1 경사면(221)에 의해 굴절되어 입사될 때, 수광부(131)를 향할 수 있도록 결정된다. 이 때, 굴절된 빛(411)의 마이크로 렌즈(11)에 대한 입사각은 실질적으로 20도 이하일 수 있다. 마이크로 렌즈(11)의 지점 a에서의 법선은 굴절된 빛(411)의 입사각과 실질적으로 동일하므로, 빛(411)은 굴절되지 않은 채로 수광부(131)를 향하게 된다. 지점 a로부터 지점 b로 갈수록 법선과 빛(411) 사이 각은 법선의 좌측 방향, 즉, 반시계 방향으로 증가하며, 지점 a로부터 지점 c로 갈수록 법선과 빛(411) 사이 각은 법선의 우측 방향, 즉, 시계 방향으로 증가한다. 따라서 빛(411)은 지점 b에서 시계 방향으로 굴절되어 이미지 센서(13)를 향하게 되며, 빛(411)은 지점 c에서 반시계 방향으로 굴절되어 이미지 센서(13)를 향하게 된다. 지점 b에서 우측으로 입사하는 빛(411)의 입사각은 마이크로 렌즈(11)로의 입사각이 급격히 커지므로, 지점 b를 지나서 마이크로 렌즈(11)의 우측을 향하는 굴절된 빛(411)은 실질적으로 반사된다. 여기서, 빛(411)은 공기를 통해 마이크로 렌즈(11)로 입사하며 공기의 굴절률이 마이크로 렌즈의 굴절률보다 상대적으로 작기 때문에, 마이크로 렌즈(11)에 의한 굴절각은 마이크로 렌즈(11)에 대한 입사각보다 상대적으로 작다.
검출 대상 입사각 θ1보다 작은 입사각 θ를 갖는 빛(42)은 제1 경사면(221)에서 마이크로 렌즈(11)를 향해 굴절된다. 빛(42)의 입사각 θ가 작아지면, 제1 경사면(221)에 대한 입사각이 커지게 된다. 제1 경사면(221)에 대한 입사각이 전반사각보다 커지면, 빛(42)는 제1 경사면에서 전반사된다. 빛(42)의 입사각 θ가 작아질수록 제1 경사면(221)에 의해 굴절된 빛(421)은 마이크로 렌즈(11)의 좌측을 향하게 된다. 마이크로 렌즈(11)의 좌측에 입사한 빛(421)은 마이크로 렌즈(11)에 의해 굴절되어 이미지 센서(13)를 향하게 된다. 마이크로 렌즈(11)에 의해 굴절된 빛(422)은 지점 f3를 향하지만, 메탈층(132)에 의해 차단된다.
도 8은 다른 실시예에 따른 디스플레이 패널의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이며, 도 9는 디스플레이 패널에 결합된 이미지 센서층의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 6 및 도 7과 실질적으로 동일 또는 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 이미지 센서층(10)은 마이크로 렌즈(11), 광 경로 연장층(12) 및 이미지 센서(13)를 포함한다. 광 선택 구조는, 디스플레이 패널(21)의 프리즘 면(22b) 및 마이크로 렌즈(11)를 포함한다. 프리즘 면(22b) 및 마이크로 렌즈(11)는, 커버 글라스(30)-디스플레이 패널(21)을 통과하여 이미지 센서층(10) 내부를 향해 다양한 입사각으로 입사한 빛 중에서 검출 대상 빛을 선택한다.
도 8에서, 프리즘 면(22b)은 자기 정렬(self-align) 및 자기 지지(self-support) 구조를 가진다. 도 6의 프리즘 면(22)과 비교할 때, 프리즘 면(22b)은 프리즘 산의 첨단부가 제거된 구조이다. 상세하게, 제1 경사면(221)의 상단(221a)은 제2 경사면(222)의 상단(222a)에 결합되어 프리즘 골을 형성하며, 디스플레이 패널(21)의 상면과 실질적으로 평행하게 측면 방향으로 연장된 하면(225)의 양단이 제1 경사면(221)의 하단(221b)과 제2 경사면(222)의 하단(222b)을 연결한다. 하면(225)의 폭은 인접한 두 개의 마이크로 렌즈(11)간 거리와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다. 따라서 프리즘 면(22b)의 하면(225)을 마이크로 렌즈(11) 사이에 배치하는 것만으로 프리즘 면(22b)과 마이크로 렌즈(11)가 정렬될 수 있다. 또한, 실질적으로 평평한 하면(225)에 의해 프리즘 면(22b)이 지지될 수 있으므로, 프리즘 면(22b)을 지지 또는 고정하기 위한 별도의 구조가 요구되지 않을 수 있다.
도 10은 상부 구조물에 결합하기 위한 정렬 바를 구비한 반도체 칩을 예시적으로 도시한 도면이며, 도 11은 도 10에 도시된 반도체 칩의 액티브 영역과 마진 영역을 예시적으로 도시한 도면이다. 여기서, 상부 구조물은, 예를 들어, 프리즘 면(22)이 형성된 디스플레이(20) 또는 프리즘 시트와 디스플레이 패널(21)을 포함하는 디스플레이(20)이며, 반도체 칩은, 예를 들어, 이미지 센서(13) 또는 지문 이미지 센서(10')일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10 및 도 11을 함께 참조하면, 프리즘 면(22)에 결합될 지문 이미지 센서(10')는 그 상부에 형성된 정렬 바(110t, 110b)를 포함한다. 정렬 바(110t, 110b)는 이미지 센서(13)상에 또는 광 경로 연장층(12)상에 형성될 수 있다. 정렬 바110t, 110b)는 마이크로 렌즈 어레이(11')와 동시에 형성된다. 광 경로 연장층(12)은 이미지 센서(13)의 상면을 평탄화하기 위해서 이미지 센서(13)의 상면에 직접 형성된 평탄화층이거나, 독립적으로 제조되어 이미지 센서(13)의 상면에 결합된 광학적으로 투명한 기판일 수도 있다. 이하에서는, CIS(CMOS Image Sensor)를 이미지 센서(13)의 일 예로 설명하지만, 이에 한정되지 않는다.
이미지 센서(13)는, 액티브 영역(134), 마진 영역(135) 및 패드 영역(136)으로 구성된다. 액티브 영역(134)은, 수광부를 포함하는 화소가 배치된 영역이다. 마진 영역(135)은 액티브 영역(134)의 주변에 위치한다. 마진 영역(135)은, 액티브 영역(134)의 화소를 구동하거나 화소로부터 출력된 신호를 처리하는 구동/처리 회로가 배치되거나, 액티브 영역(134)과 달리 화소가 배치되지 않은 영역이다. 마진 영역(135)은 위치에 따라 하나 이상일 서브 마진 영역으로 구분될 수 있으며, 도 10에는 4개의 서브 마진 영역(135l, 135r, 135t, 135b)이 예시되어 있다. 여기서, 서로 수직하는 두 서브 마진 영역의 일부는 중첩될 수 있다. CIS의 경우, 액티브 영역(134)은 화소 어레이가 배치된 영역이며, 마진 영역(135)은 화소 어레이를 둘러싸는 화소가 배치되지 않은 영역일 수 있다. 패드 영역(136)은, 이미지 센서(13)의 외곽 영역으로, 외부와의 전기적 연결을 위한 복수의 금속 패드가 배치된 영역이다. 이미지 센서(13)의 종류에 따라 마진 영역(135)이 매우 작거나 존재하지 않을 수도 있다.
일 실시예로, 광 경로 연장층(12)이 독립적으로 제조되어 이미지 센서(13)에 결합되는 경우, 광 경로 연장층(12)은 이미지 센서(13)의 액티브 영역(134)에 대응하는 제1 영역(12a) 및 이미지 센서(13)의 마진 영역(135)에 대응하는 하나 이상의 제2 영역(12l, 12r, 12t, 12b)으로 구성된다. 복수의 마이크로 렌즈(11)로 구성된 마이크로 렌즈 어레이(11')는 제1 영역(12a)에 형성되며, 정렬 바(110t)는 복수의 제2 영역(12l, 12r, 12t, 12b) 중 제2 영역(12t)에 형성된다. 마이크로 렌즈(11)는, 위에서 봤을 때 원형이며, 광 경로 연장층(12) 상면에 접하지 않는 볼록면 및 광 경로 연장층(12) 상면에 접하는 평면을 포함한다. 한편, 마이크로 렌즈(11)는 반원통 형상을 가질 수도 있다
2개 이상의 정렬 바(110t)가 제2 영역(12t)에 형성될 수 있다. 한편, 2개 이상의 정렬 바(110b)가 제2 영역(12b)에 더 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만, 하나의 정렬 바(110t, 110b)는 동일선상에 형성된 적어도 둘 이상의 바 세그먼트로 구성될 수 있다. 동일한 영역에 형성된 정렬 바(110t 및/또는 110b)의 개수는 형성된 영역의 폭 및/또는 마이크로 렌즈 어레이(11')의 렌즈 피치에 따라 달라질 수 있다.
여기서, 광 경로 연장층(12)의 제1 영역(12a)과 이미지 센서(13)의 액티브 영역(134)은 일치하거나 일치하지 않을 수 있다. 상세하게, 제1 영역(12a)은 액티브 영역(134)의 수직 상부에 위치하며, 액티브 영역(134)과 동일한 면적 및 형태를 가질 수 있다. 따라서 제1 영역(12a)은 액티브 영역(134) 전체를 커버할 수 있다. 한편, 제1 영역(12a)은 액티브 영역(134) 일부의 수직 상부에 위치하며, 액티브 영역(134)과는 상이한 면적 및/또는 형태를 가질 수도 있다. 따라서 제1 영역(12a)은 액티브 영역(134)의 일부를 커버할 수 있다.
이와 유사하게, 광 경로 연장층(12)의 제2 영역(12l, 12r, 12t, 12b)과 이미지 센서(13)의 마진 영역(135)은 일치하거나 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(12a)이 액티브 영역(134)의 일부만을 커버하거나 이미지 센서(13)에 마진 영역(135)이 존재하지 않는 경우, 광 경로 연장층(12)의 제2 영역(12l, 12r, 12t, 12b)은 액티브 영역(134) 일부의 수직 상부에 위치할 수도 있다.
다른 실시예로, 광 경로 연장층(12)이 이미지 센서(13)의 일부(예를 들어, 평탄화층)이거나 생략된 경우, 한 쌍의 정렬 바(110t)는 이미지 센서(13)의 서브 마진 영역(135t)에 형성된다. 추가적으로, 한 쌍의 정렬 바(110b)는 이미지 센서(13)의 서브 마진 영역(135b)에 더 형성될 수 있다.
도 12a 및 12b는 도 10에 도시된 정렬 바를 형성하는 방식을 예시적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 13a, 13b, 13c 및 13d는 도 11에 도시된 마이크로 렌즈 패턴 및 정렬 바 패턴의 리플로우를 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 및 12b를 함께 참조하면, 프리즘 면(22)을 가진 디스플레이 패널(21)의 하부에 결합될 때, 지문 이미지 센서(10')의 정렬에 이용되는 정렬 바(110t, 110b)는, 마이크로 렌즈 어레이(11')와 동시에 형성된다. 정렬 바(110t, 110b)를 마이크로 렌즈 어레이(11')와 동시에 형성하면, 이미지 센서(13) 상면 또는 광 경로 연장층(12) 상면의 높이 편차가 발생하지 않을 수 있다. 정렬 바(110t, 110b)와 마이크로 렌즈 어레이(11')를 개별적으로 형성할 경우, 이미지 센서(13) 상면 또는 광 경로 연장층(12)의 상면은 에칭 및/또는 경화에 의해 그 높이가 불균일해질 수 있다. 이로 인해 정렬 바(110t, 110b)의 높이가 달라질 수 있다. 정렬 바(110t, 110b)의 높이가 달라지면, 디스플레이 패널(21)의 하부에 결합될 때, 지문 이미지 센서(10')가 기울어질 수 있고, 이를 다시 보정해야 한다. 이에 반해, 정렬 바(110t, 110b)와 마이크로 렌즈 어레이(11')를 동일한 패터닝-리플로우-경화 공정을 통해 형성하면, 이미지 센서(13) 상면 또는 광 경로 연장층(12) 상면 전체의 평탄도 변화가 최소화될 수 있다.
도 13a 및 13b를 함께 참조하면, 이미지 센서(13)의 상면 또는 광 경로 연장층(12)의 상면에 마이크로 렌즈 패턴(11'') 및 정렬 바 패턴(110t')이 동일한 패터닝 공정에 의해 형성된다. 마이크로 렌즈 패턴(11'')은 액티브 영역(134) 또는 제1 영역(12a)에 형성되며, 정렬 바 패턴(110t')은 서브 마진 영역(135t) 또는 제2 영역(12t)에 형성된다. 마이크로 렌즈 패턴(11'') 및 정렬 바 패턴(110t')을 형성하는데 사용되는 소재는 동일하며, 광학적으로 투명할 수 있다.
마이크로 렌즈 패턴(11'')은 실질적으로 원통으로 형성되며, 정렬 바 패턴(110t')은 직육면체로 형성된다. 동일한 패터닝 공정에 의해 형성되므로, 마이크로 렌즈 패턴(11'') 및 정렬 바 패턴(110t')의 두께는 동일할 수 있다. 한편, 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 직경과 정렬 바 패턴(110t')의 폭은 실질적으로 동일할 수 있다.
도 13c 및 13d를 함께 참조하면, 마이크로 렌즈(11) 및 정렬 바(110t)는 마이크로 렌즈 패턴(11'') 및 정렬 바 패턴(110t')을 리플로우(reflow)하여 형성된다. 고체 상태의 마이크로 렌즈 패턴(11'') 및 정렬 바 패턴(110t')에 열을 가하면 마이크로 렌즈 패턴(11'') 및 정렬 바 패턴(110t')은 용융되어 액상화된다. 이 때 이미지 센서(13)의 상면 또는 광 경로 연장층(12)의 상면에 접하고 있는 패턴(11'' 및 110t') 하면의 형상은 유지되지만, 액상화된 상부는 표면 장력에 의해 곡면을 형성하게 된다.
원통형인 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 체적과 마이크로 렌즈(11)의 체적이 같다고 가정할 때, 마이크로 렌즈(11)의 높이는 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 높이보다 크다. 액상화된 마이크로 렌즈 패턴(11'')은 표면 장력에 의해 원구 형상을 갖게 된다. 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 직경 및 두께에 따라 달라지지만, 원구의 중심은 통상적으로 패턴-상면의 계면보다 아래쪽에 있으므로, 액상화된 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 중심은 주변보다 높아지게 된다. 즉, 액상화된 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 표면에 방사상으로 작용하는 표면 장력에 의해 렌즈의 볼록면이 형성되게 된다.
유사하게, 직육면체인 정렬 바 패턴(110t')의 체적과 정렬 바(110t)의 체적이 같다고 가정할 때, 정렬 바(110t)의 높이는 정렬 바 패턴(110t')의 높이보다 크며, 마이크로 렌즈(11)의 높이보다도 높을 수 있다. 여기서, 마이크로 렌즈 패턴(11'')과 정렬 바 패턴(110t')의 높이와 폭(마이크로 렌즈 패턴의 직경)은 실질적으로 동일하다고 가정한다. 액상화된 정렬 바 패턴(110t')의 표면 역시 표면 장력이 작용되어 곡면을 형성하게 된다. 마이크로 렌즈 패턴(11'')과 달리, 정렬 바 패턴(110t')은 하면이 직사각형상이므로, 길이 방향에 수직한 측면 방향으로 작용하는 표면 장력은 길이 방향으로 작용하는 표면 장력보다 매우 크다. 이로 인해, 액상화된 정렬 바 패턴(110t')의 중심은 주변보다 높아지게 되며, 정렬 바(110t) 중심의 높이는 마이크로 렌즈(11) 중심의 높이보다 커지게 된다.
지문 이미지 센서(10')는, 디스플레이 패널(21)의 프리즘 면(22)에 부착될 때 자기 정렬될 수 있다. 정렬 바(110t, 110b)는 프리즘 골에 결합된다. 마이크로 렌즈 어레이(11')를 구성하는 복수의 마이크로 렌즈(11)는 서로 일정한 거리만큼 이격되어 형성된다. 따라서 프리즘 면(22)의 프리즘 산은 마이크로 렌즈(11)간 영역에 배치되며, 마이크로 렌즈(11) 및 정렬 바(110t, 110b)는 프리즘 골 내부에 위치하게 된다. 따라서 정렬 작업 없이도, 지문 이미지 센서(10')를 프리즘 면(22)에 결합시킬 수 있다.
이상에서는, 리플로우 방식에 의해 마이크로 렌즈 어레이와 정렬 바를 동시에 형성하는 방식을 설명하였으나, 음각 형태의 마이크로 렌즈 어레이와 정렬 바가 형성된 템플릿을 이용하여 사출 성형한 후 지문 이미지 센서(10') 또는 광 경로 연장층(12)의 상면에 전사(imprint)하는 방식으로도 마이크로 렌즈 어레이(11')와 정렬 바를 동시에 형성할 수 있다. 이외에도 다양한 방식, 예를 들어, 레이저 펄스를 이용한 에칭 방식, 건식 에칭 방식, 레이저를 이용한 유리 표면 가공 방식, 폴리머의 레이저 증착 등에 의해 마이크로 렌즈 어레이와 정렬 바를 동시에 형성할 수 있다.
도 14a 및 14b는 도 10에 도시된 반도체 칩 및 그 상부에 배치된 상부 구조물을 예시적으로 도시한 도면으로, 도 14a는 상부 구조물이 배치된 상태의 단면도이며, 도 14b는 A 부분의 확대도이다. 여기서, 상부 구조물은, 예를 들어, 프리즘 면(22)이 형성된 디스플레이 패널(21) 또는 프리즘 시트(22'; 도 19 참조)가 부착된 디스플레이 패널(21) 또는 커버(350; 도 19 참조)이며, 반도체 칩은, 예를 들어, 이미지 센서(13) 또는 지문 이미지 센서(10')일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 14a 및 도 14b를 함께 참조하면, 프리즘 면(22)은 프리즘 시트의 일 면일 수 있다. 프리즘 면(22)은 제1 경사면(221)과 제2 경사면(222)을 포함한다. 교번하게 배치된 제1 경사면(221)과 제2 경사면(222)은 교번하게 프리즘 산과 프리즘 골을 형성한다. 프리즘 산은 마이크로 렌즈(11)를 향하며, 프리즘 골은 프리즘 면(22)의 상면(226)을 향한다.
프리즘 면(22)은 자기 지지(self-support) 구조를 가질 수 있다. 제1 경사면(221)의 상단(221a)은 제2 경사면(222)의 상단(222a)에 결합되어 프리즘 골을 형성하며, 프리즘 면(22)의 상면(226)과 실질적으로 평행하게 측면 방향으로 연장된 하면(225)의 양단(225a, 225b)이 제1 경사면(221)의 하단과 제2 경사면(222)의 하단을 연결할 수 있다. 하면(225)의 폭은 인접한 두 개의 마이크로 렌즈(11)간 이격 거리와 실질적으로 동일하거나 작을 수 있다. 실질적으로 수평한 하면(225)에 의해 프리즘 면(22)이 지지될 수 있으므로, 프리즘 면(22)를 지지 또는 고정하기 위한 별도의 구조가 요구되지 않는다.
한편, 제1 경사면(221)의 경사각과 제2 경사면(222)의 경사각이 동일하거나 상이할 수 있다. 경사각은, 프리즘 면(22)의 상면(226)에 수직한 직선과 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(222) 사이의 각이다. 경사각이 증가하면, 경사각이 큰 경사면을 통해 입사할 수 있는 빛의 양이 증가하게 된다.
수평 정렬 바(110t)는 마이크로 렌즈 어레이(11')의 렌즈 피치 P의 n 배(여기서, n은 자연수)만큼 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 둘 이상의 수평 정렬 바(110t)가 형성되는 경우, 수평 정렬 바(100t)의 피치는 렌즈 피치 P와 동일하거나 렌즈 피치 P의 n 배일 수 있다. 여기서, 렌즈 피치 P는 마이크로 렌즈(11)의 중심간 거리로 정의되며, 프리즘 피치(프리즘 골-프리즘 골 거리)와 같거나 작을 수 있다. 마이크로 렌즈(11)의 직경(또는 폭) Wlens와 수평 정렬 바(110t)의 폭 Wdam은 실질적으로 동일하며, 프리즘 피치와 같거나 작을 수 있다. 수평 정렬 바(110t)를 렌즈 피치 P의 n배만큼 이격시킴으로써, 프리즘 면(22)을 아무런 변형이나 가공 없이 그대로 이미지 센서(13) 또는 광 경로 연장층(12)의 상면에 배치시킬 수 있다.
한편, 수평 정렬 바(110t)는 마이크로 렌즈(11)와 동일한 소재로 형성되므로, 마이크로 렌즈(11)에 가깝게 형성되면 간섭을 유발할 가능성이 있다. 따라서 마이크로 렌즈 어레이(11')의 최외곽에 위치한 마이크로 렌즈(11)와 수평 정렬 바(110t) 사이에는 마이크로 렌즈(11)가 배치되지 않을 수 있다.
도 15a, 15b, 15c 및 15d는 정렬 바 패턴에 의해 생성되는 정렬 바를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 15a를 참조하면, 수평 정렬 바(110t)의 폭 Wdam은 유지하면서 높이 Hdam을 증가시킬 수 있다. 이를 위해서, 수평 정렬 바 패턴(110t')의 높이 Hdam'을 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 높이보다 dh'만큼 크게 형성한다. 여기서, 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 직경과 수평 정렬 바 패턴(110t')의 폭은 실질적으로 동일하며, 수평 정렬 바 패턴(110t')은 마이크로 렌즈 어레이(11')의 최외곽에 위치한 마이크로 렌즈(11)로부터 렌즈 피치 P의 n 배만큼 이격된다. 한편, 복수의 수평 정렬 바 패턴(110t')간 피치는 렌즈 피치 P와 실질적으로 동일하다. 이 경우, 수평 정렬 바(110t)의 높이 Hdam은 마이크로 렌즈(11)의 높이 Hlens보다 dh만큼 커질 수 있다. 수평 정렬 바(110t)의 높이 Hdam이 증가할수록 프리즘 면(22)을 고정하는 효과가 증가될 수 있다.
도 15b를 참조하면, 수평 정렬 바(110t)의 높이 Hdam를 마이크로 렌즈(11)의 높이 Hlens와 동일하게 할 수 있다. 이를 위해서, 수평 정렬 바 패턴(110t')의 높이 Hdam'을 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 높이보다 dh'만큼 작게 형성한다. 여기서, 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 직경과 수평 정렬 바 패턴(110t')의 폭은 실질적으로 동일하며, 수평 정렬 바 패턴(110t')은 마이크로 렌즈 어레이(11')의 최외곽에 위치한 마이크로 렌즈(11)로부터 렌즈 피치 P의 n 배만큼 이격된다. 한편, 복수의 수평 정렬 바 패턴(110t')간 피치는 렌즈 피치 P와 실질적으로 동일하다. 프리즘 골의 높이 및/또는 경사각이 마이크로 렌즈(11)를 수용하기에는 적절하지만 높이가 다른 수평 정렬 바(110t)를 수용하기에는 적절하지 않은 경우에 도시된 구조가 적용될 수 있다.
도 15c를 참조하면, 수평 정렬 바(110t)의 높이 Hdam을 마이크로 렌즈(11)의 높이 Hlens와 동일하게 할 수 있다. 이를 위해서, 수평 정렬 바 패턴(110t')의 폭 Wdam'을 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 폭보다 작게 형성한다. 여기서, 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 높이와 수평 정렬 바 패턴(110t')의 높이 Hdam'은 실질적으로 동일하며, 수평 정렬 바 패턴(110t')은 마이크로 렌즈 어레이(11')의 최외곽에 위치한 마이크로 렌즈(11)로부터 일정 거리만큼 이격된다. 한편, 복수의 수평 정렬 바 패턴(110t')의 피치 P2는 렌즈 피치 P1과 상이하다. 수평 정렬 바(110t)의 폭 Wdam은 수평 정렬 바 패턴(110t')의 폭 Wdam'과 실질적으로 동일하므로, 피치 P2를 렌즈 피치 P1과 동일하게 하면 정렬 바가 프리즘 면(22)을 정렬하는 기능을 상실할 수 있다. 따라서 피치 P2는, 제1 수평 정렬 바(110ta)가 제2 경사면에 접하며 제2 수평 정렬바(110tb)가 제1 경사면에 접하도록 렌즈 피치 P1보다 클 수 있다. 한편, 도시되진 않았지만, 피치 P2는, 제1 수평 정렬 바(110ta)는 제1 경사면에 접하며 제2 수평 정렬바(110tb)는 제2 경사면에 접하도록 렌즈 피치 P1보다 작을 수 있다.
도 15d를 참조하면, 수평 정렬 바(110t)의 높이 Hdam, 폭 Wdam 및 피치 P2를 마이크로 렌즈(11')의 높이 Hlens, 폭 Wlens 및 피치 P1과 상이하게 형성할 수 있다. 이를 위해서, 수평 정렬 바 패턴(110t')의 폭 Wdam'을 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 폭보다 작고, 높이 Hdam'은 마이크로 렌즈 패턴(11'')의 높이보다 크며, 피치 P2는 렌즈 피치 P1과 상이하게 형성한다. 여기서, 수평 정렬 바 패턴(110t')은 마이크로 렌즈 어레이(11')의 최외곽에 위치한 마이크로 렌즈(11)로부터 일정 거리만큼 이격된다. 여기서, 피치 P2는, 제1 수평 정렬 바(110ta)가 제2 경사면에 접하며 제2 수평 정렬바(110tb)가 제1 경사면에 접하도록 렌즈 피치 P1보다 클 수 있다. 한편, 도시되진 않았지만, 피치 P2는, 제1 수평 정렬 바(110ta)가 제1 경사면에 접하며 제2 수평 정렬바(110tb)가 제2 경사면에 접하도록 렌즈 피치 P1보다 작을 수 있다.
도 16a, 16b 및 16c는 마이크로 렌즈간 간격으로 인해 발생하는 정렬 오류를 예시적으로 도시한 도면으로, 도 16a는 프리즘 면(22)이 마이크로 렌즈(11) 사이 중간 지점에 정렬된 상태이고, 도 16b는 프리즘 면(22)이 비스듬하게 배치된 상태이며, 도 16c는 프리즘 면(22)이 마이크로 렌즈(11)에 가깝게 정렬된 상태를 나타낸다. 도 17a 및 17b는 정렬 바에 의한 미세 정렬 구조를 예시적으로 도시한 도면으로, 도 16c의 단면을 나타낸다.
도 16a 내지 도 17b를 함께 참조하면, 프리즘 면(22)의 하면(225)의 폭 Wsupport는 마이크로 렌즈(11)간 간격 Dlens보다 작다. 이미지 센서(13)의 상부에 형성 또는 배치되는 마이크로 렌즈 어레이(11') 및 프리즘 면(22)은 이미지 센서(13)로 입사하는 빛의 광 경로를 설정하는 역할을 한다. 따라서 마이크로 렌즈(11)간 간격 Dlens이 수 내지 수십 마이크로미터이더라도 매우 정밀하게 정렬될 필요가 있다. 특히, 프리즘 시트(22)의 제1 및 제2 경사면(221, 222)의 경사각이 상이하거나 마이크로 렌즈(11)간 간격 Dlens이 하면(225)의 폭 Wsupport보다 상대적으로 클수록 더욱 정밀한 정렬이 요구될 수 있다.
도 16a는, 프리즘 시트(22)의 하면(225)이 수평 정렬 바(110t)에 의해 마이크로 렌즈(11) 사이 중간 지점에 배치된 상태이며, 도 16c는 프리즘 시트(22)의 하면(225)이 수평 정렬 바(110t)에 의해 마이크로 렌즈(11)에 가깝게 정렬된 상태를 나타낸다. (a)와 (c) 모두 정상적으로 정렬된 상태이다. (a)의 경우, 도 15a 내지 도 15d에서 설명된 다양한 형태의 수평 정렬 바(110t)가 적용될 수 있다.
이에 반해, 도 16b는 프리즘 시트(22)가 마이크로 렌즈(11)의 배열 방향에 대해 비스듬하게 배치된 정렬 오류를 나타낸다. 정렬 오류는, 프리즘 시트(22)가 비스듬하게 배치된 경우뿐 아니라, 프리즘 시트(22)의 하면(225)이 설계에 부합하는 위치에 배치되지 않은 모든 경우를 포함한다. 정렬 오류는, 이미지 센서가 생성하는 이미지의 품질을 열화시킬 수 있다.
도 16c 및 도 17b에 도시된 바와 같이, 프리즘 시트(22)는 수평 정렬 바(110ta, 110tb)에 의해 측면 방향으로 거리 d만큼 이동할 수 있다. 프리즘 시트(22)의 측면 방향 이동은, 프리즘 시트(22)-마이크로 렌즈(11) 사이의 광 경로를 결정하기 위해 필요할 수 있다. 프리즘 시트(22)의 배치 위치는 수평 정렬 바(110ta, 110tb)에 의해 조정될 수 있다. 이를 위해 수평 정렬 바(110ta, 110tb)의 피치 P2는 렌즈 피치 P1보다 크거나 작을 수 있다. 즉, 피치 P2는, 제1 수평 정렬 바(110ta)가 제2 경사면에 접하며 제2 수평 정렬바(110tb)가 제1 경사면에 접하도록 렌즈 피치 P1보다 클 수 있다. 한편, 도시되진 않았지만, 피치 P2는, 제1 수평 정렬 바(110ta)가 제1 경사면에 접하며 제2 수평 정렬바(110tb)가 제2 경사면에 접하도록 렌즈 피치 P1보다 작을 수 있다. 또한 마이크로 렌즈 어레이(11)의 최외곽에 위치한 마이크로 렌즈와 한 쌍의 수평 정렬 바(110ta, 110tb) 중 마이크로 렌즈 어레이(11)에 가까운 수평 정렬 바(110ta) 사이의 거리는 렌즈 피치 P1의 n배가 아닐 수 있다. 즉, 수평 정렬 바(110ta, 110tb)는 측면 방향으로 d만큼 이동한 위치에 생성될 수 있다.
도 18은 상부 구조물의 정렬을 위한 수직 정렬 바를 구비한 반도체 칩을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 18을 참조하면, 프리즘 면(22)이 결합될 지문 이미지 센서(10')는 그 상부에 형성된 수직 정렬 바(110l)를 포함한다. 수직 정렬 바(110l)는 수평 정렬 바(110t)를 대체하여 형성되거나 수평 정렬 바(110t)와 동시에 형성될 수 있다. 수직 정렬 바(110l)는 마이크로 렌즈 어레이(11')와 동시에 이미지 센서(13)상에 또는 광 경로 연장층(12)상에 형성될 수 있다. 일 실시예로, 수직 정렬 바(110l)는 프리즘 면(22)의 프리즘 골(또는 프리즘 산)의 연장 방향을 90도 또는 270도 회전시켜 배열하는데 이용될 수 있다. 다른 실시예로, 수직 정렬 바(110l)는 수평 정렬 바(110t)와 함께 형성되며, 프리즘 면(22)의 배치 위치를 2차원상에서 조정하는데 이용될 수 있다. 이 경우, 프리즘 면(22)의 하면에는 수평 정렬 바(110t) 및 수직 정렬 바(110l)를 수용하는 수평 홈 및 수직 홈이 각각 형성된다.
수평 정렬 바(110t)와 유사하게, 수직 정렬 바(110l)는 이미지 센서(13)의 마진 영역(135l) 또는 광 경로 연장층(12)의 제2 영역(12l)상에 형성될 수 있으며, 둘 이상의 수직 정렬 바(110l0가 동일한 마진 영역(135l) 또는 제2 영역(12l)상에 형성될 수 있다. 한편, 액티브 영역(134) 또는 제1 영역(12a)을 사이에 두고 대향하는 마진 영역(135r) 또는 제2 영역(12r)상에 수직 정렬 바(110r)가 더 형성될 수 있다.
도 19는 댐 구조를 갖는 프리즘 시트가 적용된 반도체 패키지를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 19를 참조하면, 반도체 패키지는, 반도체 칩, 예를 들어, 이미지 센서(13) 또는 지문 이미지 센서(10')(이하 이미지 센서(13)로 총칭함)가 그 내부에 배치된 케이스(300)를 포함한다. 케이스(300)는, 예를 들어, 합성 수지로 형성된다. 전기 전도성 물질, 예를 들어, 금속 또는 금속 합금으로 제작된 리드 프레임(미도시)은, 케이스(300)의 내부에 배치된다. 리드 프레임은 복수의 리드를 가지며, 복수의 리드는 케이스(300)의 외부로 연장된다. 이미지 센서(13)의 상면 및/또는 하면에는, 전기적 신호를 외부로부터 입력받거나, 전기적 신호를 외부로 출력하기 위한 복수의 금속 패드가 형성된다. 이미지 센서(13)은 리드 프레임 상에 고정되며, 복수의 금속 패드 중 적어도 일부는, 복수의 리드 중 적어도 일부에 전기적으로 연결된다.
여기서, 상부 구조물은, 예를 들어, 프리즘 면(22)이 형성된 디스플레이 패널(21) 또는 프리즘 시트(22'; 도 19 참조)가 부착된 디스플레이 패널(21) 또는 커버(350; 도 19 참조)이며, 반도체 칩은, 예를 들어, 이미지 센서(13) 또는 지문 이미지 센서(10')일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예로, 반도체 패키지는, 케이스(300)에 결합되는 커버(350)를 더 포함할 수 있다. 커버(350)는, 예를 들어, 합성 수지로 형성된다. 커버(350)는, 케이스(300) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지한다. 여기서, 반도체 칩이 이미지 센서(13)인 경우, 커버(350)는, 광학적으로 투명한 합성 수지로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 댐 구조가 형성된 프리즘 시트(22')는, 커버(350)의 하면에 부착될 수 있다. 프리즘 시트(22')는, 프리즘 산/골 및 댐 구조가 형성된 프리즘 면 및 프리즘 면에 대향하는 평면을 포함한다. 프리즘 시트(22')의 평면은 커버(350)의 하면에 부착되며, 댐 구조가 형성된 프리즘 면은 이미지 센서(40)를 향하도록 배치된다. 한편, 다른 실시예로, 댐 구조가 형성된 프리즘 면이 커버(350)의 하면에 형성될 수도 있다.
다른 실시예로, 반도체 패키지는, 예를 들어, 디스플레이 패널(21)의 하부에 결합될 수 있다. 댐 구조가 형성된 프리즘 면을 갖는 프리즘 시트(22')는 디스플레이 패널(21)의 하면에 결합되어 있다. 댐 구조가 형성된 프리즘 면은 이미지 센서(40)를 향한다. 이미지 센서(13)가 배치된 케이스(300)는, 댐 구조가 형성된 프리즘 면에 결합될 수 있다.
상술한 실시예들에서, 프리즘 시트(22')는, 액상의 접착제에 의해 케이스(300)에 접착될 수 있다. 프리즘 시트(22')의 프리즘 면은, 프리즘 산/골이 연장되어 형성되므로, 액상의 접착제가 프리즘 골을 통해 이미지 센서(13)의 상부까지 흘러 들어갈 수 있다. 한편, 프리즘 시트와 케이스(300)가 접착제에 의해 결합될 결합 부분에 틈새가 발생하면, 먼지 등과 같은 이물질이 반도체 패키지 내부로 유입될 수 있다. 반도체 칩이 이미지 센서(13)일 경우, 프리즘 면을 타고 흘러 들어온 접착제로 및/또는 내부로 유인된 이물질로 인해서, 이미지 센서(13)가 고장나거나 이미지 센서(13)가 정상적으로 이미지를 생성할 수 없게 된다. 프리즘 산의 연장방향에 수직하며, 프리즘 면의 측면쪽에 형성된 댐은, 접착제 및/또는 이물질이 반도체 패키지 내부로 들어오는 것을 방지할 수 있다.
광학 구조물(60)은, 이미지 센서(13)의 상면에 배치된다. 광학 구조물(60)은, 예를 들어, 광학적으로 투명한 광 경로 연장층(12) 및 광 경로 연장층(12)의 상면에 형성된 복수의 마이크로 렌즈(11)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이(11')를 포함할 수 있다. 예시된 광학 구조물(60)은, 이미지 센서(13)으로 입사하는 빛을 선택할 수 있다.
도 20은 댐 구조를 갖는 프리즘 시트의 일 예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 20을 참조하면, 댐 구조를 갖는 프리즘 시트(22')는, 프리즘 산(260)이 수평 방향으로 연장되어 형성된 프리즘 면을 포함한다. 프리즘 산(260)은, 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(222)에 의해 형성된다. 제1 경사면(221)과 제2 경사면의 경사각은 동일하거나 상이할 수 있다. 여기서, 경사각은, 프리즘 시트(22')의 평면과 각 경사면 사이의 각도이다. 프리즘 산(260)은, 제1 경사면(221)의 상단과 제2 경사면(222)의 상단이 연결되어 형성되며, 프리즘 골은, 제1 경사면(221)의 하단과 제2 경사면(222)의 하단이 연결되어 형성된다. 댐이 형성되지 않은 프리즘 시트에서, 프리즘 골은, 그 연장 방향으로 기체나 액체가 연통할 수 있는 통로가 된다.
댐(270)은, 프리즘 산(260)의 연장 방향에 실질적으로 수직하며, 프리즘 시트(22')의 측면쪽에 형성된다. 프리즘 시트(22')는, 프리즘 면이 이미지 센서(13)을 향하는 상태로 케이스(300)의 벽부(310)에 부착된다. 벽부(310)는, 케이스(300)의 둘레에 배치되며, 벽부(310)의 상면은 케이스(300)의 하면에 실질적으로 평행할 수 있다. 벽부(310)의 외측면은 케이스(300)의 측면을 형성하며, 벽부(310)의 내측면은 이미지 센서(13)가 실장되는 공간을 형성한다. 일 실시예로, 댐(270)은, 프리즘 시트(22')의 측면으로부터 벽부(310)의 내측면에 대응하는 거리 dw 사이의 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 댐(270)은, 벽부(310)의 내측면에 대응하는 위치에 가깝게 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 프리즘 시트(22')의 치수, 예를 들어, 가로 및 세로 길이는 벽부(310)의 치수보다 작을 수 있으며, 댐(270)은 프리즘 시트(22')의 측면에 가깝게 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로, 댐(270)은, 광학 구조물(60)의 측면 또는 이미지 센서(13)의 측면에 대응하는 거리 dmax 사이의 영역에 형성될 수 있으나, 프리즘 시트(22')의 중심 방향으로 거리 dmax를 넘는 영역에 형성되지는 않는다.
댐(270)은, 프리즘 골 내에 형성된다. 프리즘 골은, 프리즘 시트(22')의 양측면 사이에서 연장된다. 따라서 기체 또는 액체는, 프리즘 골을 통해 이동할 수 있으며, 이물질 역시 프리즘 골을 통해 반도체 패키지 내부로 들어올 수 있다. 프리즘 골 내에 형성된 댐(270)은, 이미지 센서(13)의 동작에 영향을 줄 수 있는 액체 또는 이물질이 반도체 패키지 내부로 들어오는 것을 방지한다. 일 실시예로, 댐(270)은, 프리즘 산(260)의 높이와 실질적으로 동일한 높이가 되도록 프리즘 골 내에 형성될 수 있다. 프리즘 산(260)과 동일한 높이로 형성된 경우, 댐(270)은, 프리즘 골을 유체 및/또는 기체 연통 가능하지 않게 한다. 다른 실시예로, 댐(270)은, 프리즘 산(260)의 높이보다 높게 형성될 수 있다. 프리즘 산(260)보다 높게 형성된 경우, 댐(270)의 위치는, 상부 구조물(20)의 측면 또는 이미지 센서(13)의 측면에 대응하는 위치에 가까울 수 있다. 또 다른 실시예로, 댐(270)은, 프리즘 산(260)보다 낮게 형성될 수 있다.
댐(270)은, 프리즘 산/골에 실질적으로 수직한 방향으로 형성된다. 일 실시예로, 댐(270)은, 프리즘 시트(22')의 상측면으로부터 하측면까지 연장될 수 있다. 다른 실시예로, 댐(270)은, 프리즘 시트(22')의 상측면에 가까운 지점부터 하측면에 가까운 지점까지 연장될 수 있다. 즉, 댐의 세로 방향 길이는, 프리즘 시트(22')의 세로 방향 길이보다 작을 수 있다.
도 21은 프리즘 시트의 댐 구조를 예시적으로 도시한 도면으로, 도 20의 영역 D가 확대되어 도시되어 있으며, 프리즘 시트(22')의 수직 방향 단면 및 수평 방향 단면이 함께 도시되어 있다.
도 21을 참조하면, 프리즘 시트(22')는, 프리즘 면 및 프리즘 면에 대향하는 평면을 포함한다. 프리즘 면은, 교번하여 배치된 제1 경사면(221) 및 제2 경사면(222)에 의해 프리즘 산(260) 및 프리즘 골(261)이 교번하여 배치되어 형성된다. 상술한 바와 같이, 제1 경사면(221)의 경사각과 제2 경사면(222)의 경사각은 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 도 21에 예시된 구조에서, 제1 경사면(221)의 경사각은, 제2 경사면(222)의 경사각보다 작다. 프리즘 산(260) 사이의 거리를 P라고 할 때, 프리즘 골(261)은, 연속된 두 프리즘 산(260)으로부터 동일 거리 P/2에 위치하지 않는다. 도시되진 않았지만, 제1 경사면(221)의 경사각과 제2 경사면(222)의 경사각이 동일한 경우, 프리즘 골(261)는, 연속된 두 프리즘 산(260)으로부터 동일 거리 P/2에 위치한다.
댐(270)은, 프리즘 시트(22')의 측면, 예를 들어, 우측면으로부터 거리 d만큼 이격되어 형성될 수 있다. 일 실시예로, 거리 d는, 0 이상이며 최대 dw 이하일 수 있다. 여기서, dw는 벽부(310)의 수평 방향 두께이다. 다른 실시예로, 거리 d는, 0이상이며 최대 dmax이하일 수 있다. 여기서, dmax는, 케이스(300)의 측면으로부터 이미지 센서(13)의 측면까지의 거리이다.
댐(270)은, 하나의 변 C1-C2을 공유하는 두 개의 삼각면(270l, 270r)을 포함한다. 두 개의 삼각면(270l, 270r)은, 중심선(270c)로부터 프리즘 골(261)까지 연장된다. 중심선(270c)은, 프리즘 산(260) 또는 프리즘 골(261)의 연장 방향에 실질적으로 수직한다. 연속된 두 프리즘 산(260)과 중심선(270c)의 접점은 삼각면(270l, 270r)의 두 꼭지점 C1, C2이며, 나머지 꼭지점 Cl, Cr은 프리즘 골(124)에 각각 위치한다. 일 실시예로, 꼭지점 Cl, Cr은 사이의 거리는 wd이며, 중심선(270c)으로부터 꼭지점 Cl, Cr까지의 거리는 wd/2일 수 있다. 따라서, 프리즘 골(261; 선 B-B')을 따른 프리즘 시트(22')의 단면은, 프리즘 골(261)에 밑변이 위치한 이등변 삼각형 댐(270)의 단면을 포함한다. 한편, 프리즘 산(260, 선 C-C')을 따른 프리즘 시트(22')의 단면은, 직사각형이다. 다른 실시예로, 중심선(110c)으로부터 꼭지점 Cl, Cr까지의 거리는 실질적으로 상이할 수 있다.
도 22a 및 22b는 도 20에 도시된 프리즘 시트에 반도체 패키지의 케이스를 부착하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 22a에서, 케이스(300)는 액상의 접착제(70)를 이용하여 프리즘 시트(22')에 부착된다. 일정량의 접착제(70)는 케이스(300)의 벽부(310)에 인가된다. 프리즘 시트(22')는, 벽부(310)를 향해 아래로 이동한다.
도 22b에서, 프리즘 시트(22')의 프리즘 면과 접착제(70)가 접촉하면, 프리즘 면에 의해 눌린 접착제(70)는 수평 방향으로 펼쳐진다. 접착제(70)는 프리즘 골을 충진하며, 일부는 프리즘 골을 따라 프리즘 시트(22')의 중심 방향으로 이동한다. 댐(270)은, 접착제(70)가 프리즘 골을 따라 프리즘 시트(22')의 중심 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 따라서, 도면을 기준으로, 댐(270)의 우측에 위치한 프리즘 골은 접착제(70)에 의해 적어도 일부가 충진되지만, 댐(270)의 좌측에 위치한 프리즘 골로는 접착제(70)가 들어가지 않는다. 이후, 예를 들어, UV 또는 열이 인가되면, 접착제(70)가 경화되어 프리즘 시트(22')가 케이스(300)에 고정된다.
댐(270)이 형성되지 않은 프리즘 시트의 경우, 접착제(70)가 프리즘 골을 따라 프리즘 시트(22')의 중심 방향으로 흘러 들어갈 수 있다. 흘러 들어온 접착제(70)는, 이미지 센서(13)의 동작에 영향을 줄 수 있다. 이에 반해, 댐(270)이 형성된 프리즘 시트(22')는, 접착제(70)가 내부로 흘러 들어오는 것을 방지할 뿐 아니라, 반도체 패키지를 거의 완벽하게 밀봉할 수 있다. 따라서, 이물질이 반도체 패키지 내부로 유입되지 않을 수 있다.
도 23은 댐 구조를 갖는 프리즘 시트의 다른 예를 예시적으로 도시한 도면이며, 도 24a, 24b 및 24c는 도 23에 도시된 프리즘 시트를 반도체 패키지의 케이스에 부착하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 20에서 설명된 부분은 생략하며, 상이한 부분을 중심으로 설명한다.
도 23을 참조하면, 케이스(300)의 벽부(315)는, 제1 상면(315a)과 제2 상면(315b)을 가진다. 제1 상면(315a)과 제2 상면(315b)은, 수평 방향으로 평행하며, 제1 상면(315a)은 제2 상면(315b)보다 높다. 제1 상면(315a)과 제2 상면(315b) 사이의 단차는, 적어도 프리즘 시트(22')의 두께, 예를 들어, 프리즘 산부터 프리즘 시트(22')의 평면까지의 거리와 실질적으로 같거나 이보다 클 수 있다. 여기서, 제1 상면(315a)의 폭은 w1이며 제2 상면(315b)의 폭은 w2이다. 한편, 프리즘 시트(22')의 수평 방향 길이는, 커버(350)의 수평 방향 길이보다 작다. 도시된 예에서, 프리즘 시트(22')의 우측면은, 커버(350)의 우측면보다 적어도 거리 d1만큼 왼쪽에 위치한다. 따라서, 커버(350)의 하면 중 커버(350)의 우측면부터 프리즘 시트(22')의 우측면 사이의 영역(즉, 폭 w1 에 대응하는 영역)은, 벽부(315)의 제1 상면(315a)에 접하도록 배치되며, 프리즘 시트(22')의 프리즘 면 중 프리즘 시트(22')의 우측면부터 좌측으로 폭 w2까지의 영역은, 벽부(315)의 제2 상면(315b)에 접하도록 배치될 수 있다.
도 24a를 참조하면, 일정량의 접착제(70)는 케이스(300)의 제1 상면(315a)에 인가된다. 커버(350) 및 커버(350)의 하면에 부착된 프리즘 시트(22')는, 벽부(315)를 향해 아래로 이동한다. 도시되진 않았지만, 접착제(70)는, 제2 상면(315b)에만 인가되거나, 제1 상면(315a) 및 제2 상면(315b) 모두에 인가될 수도 있다.
도 24b 및 도 24c를 함께 참조하면, 커버(350)의 하면과 접착제(70)가 접촉하면, 커버(350)의 하면에 의해 눌린 접착제(70)는 수평 방향으로 펼쳐진다. 커버(350)의 하면에 의해 눌려진 접착제(70)의 일부는, 수평 방향으로 이동하여 제2 상면(315b)에 도달할 수 있다. 접착제(70)의 제1 부분(71)은, 커버(350)의 하면에 의해 제1 상면(315a)에서 펼쳐지며, 제2 부분(72)은 프리즘 면에 의해 제2 상면(315b)에서 펼쳐진다. 접착제(70)의 제2 부분(72)은, 프리즘 골을 충진하며, 일부는 프리즘 골을 따라 프리즘 시트(22')의 중심 방향으로 이동한다. 댐(270)은, 접착제(70)의 제2 부분(72)이 프리즘 골을 따라 프리즘 시트(22')의 중심 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 따라서, 제2 상면(315b)에서, 댐(270)의 우측에 위치한 프리즘 골은 접착제(70)의 제2 부분(72)에 의해 적어도 일부가 충진되지만, 댐(270)의 좌측에 위치한 프리즘 골로는 접착제(70)의 제2 부분(72)이 들어가지 않는다. 이후, 예를 들어, UV 또는 열이 인가되면, 접착제(70)가 경화되어, 커버(350) 및 프리즘 시트(22')가 케이스(300)에 고정된다.
도 25는 프리즘 시트 몰드를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 25를 참조하면, 댐 구조를 갖는 프리즘 시트를 제조하기 위한 프리즘 시트 몰드(22'')에는, 프리즘 산/골의 연장 방향(제1 방향)을 따라 프리즘 면의 음각 몰드(265)가 형성되며, 프리즘 산/골의 연장 방향에 수직한 방향(제2 방향)을 따라 댐의 음각 몰드(275)가 형성된다. 댐의 음각 몰드(275)는, 프리즘 면의 음각 몰드(265) 중 양각 부분 중 일부를 제2 방향을 따라 제거하여 형성될 수 있다.
도 26a, 26b 및 26c는 댐 구조를 갖는 프리즘 시트의 또 다른 예를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 26a에서, 복수의 댐(110a, 100b)이 프리즘 면에 형성될 수 있다. 복수의 댐(270a, 270b)은, 프리즘 산/골의 연장 방향에 실질적으로 수직하게 형성되되, 서로 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 여기서, 복수의 댐(270a, 270b)의 높이는 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 3 이상의 댐이 형성되는 경우, 댐 사이의 거리는 실질적으로 동일하거나 상이할 수 있다.
도 26b에서, 댐(271)의 단면은, 다각형상, 예를 들어, 사각형상으로 형성될 수 있으며, 도 26c에서, 댐(272)의 단면은 반원통형으로 형성될 수 있다. 도 26b와 도 26c의 구조는, 도 25에 도시된 댐 음각 몰드(275)의 단면에 의해 결정될 수 있다. 도 20에 도시된 댐(270)과 비교하면, 댐(271)의 상면은 프리즘 산/골의 연장 방향에 실질적으로 수직한 얇은 띠 형태가 될 수 있다. 일 실시예로, 댐(271)의 상면은, 프리즘 시트(22')의 평면에 실질적으로 수평하게 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 댐(271)의 상면은, 경사면으로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예로, 댐(271)의 상면으로부터 내부를 향해 연장된 홈이 댐(271)에 형성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 반도체 칩이 실장되는 공간을 둘러싸는 벽부를 포함하는 케이스; 및
    프리즘 산 및 골을 포함하는 프리즘 면 및 상기 프리즘 면에 대향하는 평면을 가지고, 상기 프리즘 면은 상기 반도체 칩을 향하고 상기 평면은 커버에 부착되며, 상기 프리즘 면에는 상기 프리즘 산의 연장 방향과 상이한 연장 방향으로 댐이 형성된 프리즘 시트를 포함하는 반도체 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 댐의 연장 방향은 상기 프리즘 산의 연장 방향에 수직하는 반도체 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 댐은, 상기 프리즘 골에 형성되는 반도체 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 댐은, 상기 프리즘 시트의 측면에 가깝게 형성되는 반도체 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 댐의 높이는, 상기 프리즘 산의 높이와 동일한 반도체 패키지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 댐의 단면은, 삼각형인 반도체 패키지.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 댐의 단면은, 사각형인 반도체 패키지.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 댐의 연장 방향 길이는, 상기 프리즘 시트보다 짧은 반도체 패키지.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 반도체 칩은 이미지 센서인 반도체 패키지.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 반도체 칩의 상면에 배치되는 광 경로 연장층 및 상기 광 경로 연장층의 상면에 형성된 마이크로 렌즈 어레이를 더 포함하는 반도체 패키지.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 프리즘 산 및 상기 프리즘 골은, 교번하여 배치된 제1 경사면 및 제2 경사면에 의해 형성되되, 상기 제1 경사면의 경사각과 상기 제2 경사면의 경사각은 상이한 반도체 패키지.
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