(57)【要約】【課題】静電気放電による過電流から発光ダイオードを持続的に保護することが可能な静電気放電保護を機能させる。【解決手段】静電気保護機能をもつ発光ダイオードパッケージは、上面に第１及び第２電極パターンが形成されたサブマウント；ｎ側電極及びｐ側電極を有し、上記第１及び第２電極パターンにｎ側電極及びｐ側電極が各々連結され上記サブマウント上に装着された発光ダイオード；第１導電板221と、第１導電板の所定領域と垂直方向で重畳されるように所定間隔で離隔された領域を有し弾性を有する第２導電板222を含み、第１導電板は第１及び第２電極パターンの一方に連結され、第２導電板は残る他方の電極パターンに連結されサブマウント上に配置されたＭＥＭＳスイッチ22を含み、第１−第２電極パターン間に臨界電圧以上の電圧が印加された際、静電力により第１及び第２導電板が接触する。【選択図】図２
2006270045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に第１及び第２電極パターンが形成されたサブマウント；
ｎ側電極及びｐ側電極を有し、上記第１及び第２電極パターンに上記ｎ側電極及びｐ側電極が各々電気的に連結され上記サブマウント上に装着された発光ダイオード；及び
第１導電板と、上記第１導電板の所定領域と垂直方向に重畳されるよう上記第１導電板から所定間隔が離隔された領域を有し弾性を有する第２導電板を含み、上記第１導電板は上記第１及び第２電極パターン中一つの電極パターンに電気的に連結され、上記第２導電板は残り一つの電極パターンに電気的に連結され上記サブマウント上に配置されたＭＥＭＳスイッチを含み、
上記第１及び第２電極パターンの間に臨界電圧以上の電圧が印加される場合、静電力により上記第２導電板が第１導電板に接触することを特徴とする静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項２】
上記サブマウントは、
シリコン基板；及び
上記シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２薄膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項３】
上記ＭＥＭＳスイッチは、
上記第１導電板と第２導電板がサブマウントと一体型に形成され、上記第１導電板と第２導電板はサブマウント上の導電パターンを通じ上記第１及び第２電極パターンと連結されたことを特徴とする請求項２に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項４】
上記サブマウントは、
その上面に形成され、上記第１導電板を上記第１及び第２電極パターン中一つの電極パターンに電気的に連結し、上記第２導電板を残り一つの電極パターンに電気的に連結する導電パターンをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項５】
上記第１及び第２導電板は金属材質からなることを特徴とする請求項１に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項６】
上記第１及び第２導電板はＡｌからなることを特徴とする請求項５に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項７】
上記第２導電板はポリシリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項８】
上記臨界電圧は３０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【請求項９】
上記サブマウント上の上記発光ダイオードの周りに形成され、上記発光ダイオードから放出される光を上部に反射する反射手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電気放電による発光ダイオードの破損を防止することが可能な発光ダイオードパッケージに関するものであり、より詳細には発光ダイオードを装着した発光ダイオードパッケージに静電力(ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｅ)により動作するＭＥＭＳスイッチを具備することにより静電気放電による過電流から発光ダイオードを持続的に保護することが可能な静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近来、ＧａＮを始めとする窒化物を利用した窒化物半導体はその優秀な物理、化学的特性に起因し現在光電材料及び電子素子の核心素材として脚光を浴びている。特に、窒化物半導体発光素子は緑、青及び紫外領域までの光りを生成することが可能で、技術発展によりその輝度が飛躍的に向上されることにより総天然色電光板、照明装置等の分野にも適用されている。
【０００３】
一般的に、窒化物半導体発光素子はＧａＰまたはＧａＡｌＡｓのような他の化合物半導体に比べ静電気に非常に弱いという短所を有している。例えば、窒化物半導体発光素子は順方向に約数百ボルト(１００Ｖ以上)の静電圧に破壊されることがあり得、逆方向には約数十ボルト(３０Ｖ以上)の静電圧に破壊されることがあり得る。
【０００４】
このような静電圧の特性は、静電気に非常に弱い窒化物半導体発光素子の取扱い時に、その半導体発光素子を破損させる原因となる。従って、窒化物半導体発光素子の静電気に弱いという短所を克服するための多様な研究がなされており、これに関する従来技術として下記特許文献１は単一基板上に窒化物半導体発光素子とツェナーダイオードを結合した構造の発光ダイオードパッケージを開示している。
【０００５】
図１の(ａ)は特許文献１が開示する従来の発光ダイオードパッケージを図示した。図１の(ａ)を参照すると、特許文献１が開示する発光ダイオードパッケージ１０は、発光ダイオード１１のｎ側電極１１１とツェナーダイオード１２のｐ側電極１２１を導電性 バンプ１５１を通じ連結し、発光ダイオード１１のｐ側電極１１２を導電性バンプ１５２を通じ導電性放熱構造物１４と連結し、上記導電性放熱構造物１４及び上記ツェナーダイオード１２のｎ側電極１２２を基板１３に付着し相互電気的に連結させた構造を有する。
【０００６】
前記の従来の発光ダイオードパッケージ１０の構造は図１の(ｂ)のような回路構造を有する。すなわち、発光ダイオード１１のアノード(ａｎｏｄｅ)がツェナーダイオード１２のカソード(ｃａｔｈｏｄｅ)と連結され、発光ダイオード１１のカソードがツェナーダイオード１２のアノードと連結された並列連結の構造を有する。従って、発光ダイオード１１の両電極に逆方向の電圧が印加されるとツェナーダイオード１２には順方向の電圧が印加された状態になるため、電流は発光ダイオード１１を通じて流れず、ツェナーダイオード１２を通じて流れるようになる。
【０００７】
また、発光ダイオード１１の両電極に順方向の電圧が印加される場合、ツェナーダイオード１２のブレークダウン(ｂｒｅａｋｄｏｗｎ)電圧より小さい電圧が印加されると発光ダイオード１１に電流が流れるようになり発光が行われ、ツェナーダイオード１２のブレークダウン電圧より大きい電圧が印加されるとツェナーダイオード１２が導通状態になり電流はツェナーダイオード１２を通じ全て流れるようになる。このように、従来の発光ダイオードパッケージはツェナーダイオード１２を利用し、静電気により順方向及び逆方向に印加される過電圧による電流の流れを発光ダイオード１１を通じて流れないようにすることにより静電気による発光ダイオードの破損を防止することが可能となる。
【０００８】
しかし、従来の静電気放電から発光ダイオードを保護する発光ダイオードパッケージはツェナーダイオード１１を使用するため、上記ツェナーダイオード１１を通じ過電流が流れた以後には上記ツェナーダイオード１１が作動することが不可能になり、静電気放電保護機能を遂行することが不可能となる問題がある。すなわち、従来の静電気保護機能を有する発光ダイオードパッケージはただ１回の静電気保護機能を遂行することが可能で、反復的に静電気保護機能を遂行することが不可能なため、発光ダイオードが静電気放電による過電流に露されてしまう問題がある。
【特許文献１】米国登録特許６、８６１、６７７号公報  (名称：Ｐａｃｋａｇｅ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｗｉｔｈ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ、出願人：Ｕｎｉｔｅｄ  Ｅｐｉｔａｘｙ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は前記の従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は静電気放電による過電流から発光ダイオードを持続的に保護することが可能な静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための技術的構成として、本発明は、上面に第１及び第２電極パターンが形成されたサブマウント；ｎ側電極及びｐ側電極を有し、上記第１及び第２電極パターンに上記ｎ側電極及びｐ側電極が各々電気的に連結され上記サブマウント上に装着された発光ダイオード；及び第１導電板と、上記第１導電板の所定領域と垂直方向に重畳されるよう上記第１導電板から所定間隔が離隔された領域を有し弾性を有する第２導電板を含み、上記第１導電板は上記第１及び第２電極パターン中一つの電極パターンに電気的に連結され、上記第２導電板は残り一つの電極パターンに電気的に連結され上記サブマウント上に配置されたＭＥＭＳスイッチを含み、上記第１及び第２電極パターンの間に臨界電圧以上の電圧が印加される場合、静電力により上記第２導電板が第１導電板に接触することを特徴とする静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージを提供する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態において、上記サブマウント(ｓｕｂｍｏｕｎｔ)は、シリコン基板；及び上記シリコン基板上に形成されたＳｉＯ2薄膜を含むことが可能である。上記サブマウントの材質としてシリコン基板を使用するとＭＥＭＳ工程を適用することが可能なため、ＭＥＭＳスイッチを別途に製作しサブマウントに付着する工程の追加無しでサブマウントと一体型でＭＥＭＳスイッチを製作することが可能である。
【００１２】
すなわち、サブマウントでシリコン基板を採用した場合、上記第１導電板と第２導電板がサブマウントと一体型で形成されることが可能である。一方、シリコン基板は導電性を有するため電気的絶縁が必要な複数の電極を形成するためシリコン基板上にＳｉＯ2薄膜を形成することが好ましい。
【００１３】
本発明の一実施形態において、上記二つの導電板と第１及び第２電極パターンを電気的に連結するため、上記サブマウントは、その上面に形成され、上記第１導電板を上記第１及び第２電極パターン中一つの電極パターンに電気的に連結し、上記第２導電板を残り一つの電極パターンに電気的に連結する導電パターンをさらに含むことが可能である。
【００１４】
本発明の一実施形態において、上記第１及び第２導電板は金属材質からなることが可能で、特にＡｌからなることが好ましい。また、弾性を有する上記第２導電板はポリシリコンからなることが可能である。上記第１導電板と第２導電板が静電力により接触するようになる上記臨界電圧は３０Ｖ以下であることが好ましい。
【００１５】
本発明の一実施形態は、上記サブマウント上の上記発光ダイオードの周りに形成され、上記発光ダイオードから放出される光りを上部に反射する反射手段をさらに追加することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージによると、静電気による過電流が発光ダイオードに印加されることを防止するためＭＥＭＳスイッチを利用することにより、反復的に静電気放電から上記発光ダイオードを保護することが可能な効果がある。
【００１７】
本発明によると、サブマウントでシリコン基板を使用することによってＭＥＭＳスイッチを一体型に製作できるので、別個のＭＥＭＳスイッチを用意して追加的に付着するというような工程を省略することができ、小型パッケージを製作することが可能という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照し本発明による静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージについてより詳細に説明する。
【００１９】
図２の(ａ)は本発明の一実施形態による静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージの断面図である。図２の(ａ)を参照すると、本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージ２０は、上面に第１及び第２電極パターン２４１、２４２が形成されたサブマウント２３；ｎ側電極２１１及びｐ側電極２１２を有し、上記第１及び第２電極パターン２４１、２４２に上記ｎ側電極２１１及びｐ側電極２１２が各々電気的に連結され上記サブマウント２３上に装着された発光ダイオード２１；及び第１導電板２２１と、上記第１導電板２２１の所定領域と垂直方向に重畳されるように上記第１導電板２２１から所定間隔が離隔された領域を有し弾性を有する第２導電板２２２を含み、上記第１導電板２２１は上記第１及び第２電極パターン２４１、２４２中一つと電気的に連結され、上記第２導電板２２２は残りの一つと電気的に連結され上記サブマウント上に配置されたＭＥＭＳスイッチ２２を含む。ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（微小化電子機械システム）
【００２０】
本実施形態は、上記サブマウント２３上の上記発光ダイオード２１の周りに形成され、上記発光ダイオード２１から放出される光を上部に反射する反射手段２５をさらに具備する。
【００２１】
上記発光ダイオード２１は、ＧａＮのような窒化物半導体発光ダイオードだけではなく、ＧａＰまたはＧａＡｌＡｓのような他の化合物の発光ダイオードを全て含むことが可能である。
【００２２】
図２の(ａ)はＧａＮのような窒化物半導体発光ダイオードが適用された一例を図示しているが、本発明は窒化物半導体発光ダイオードに限定されるものではない。通常、窒化物半導体発光素子は結晶成長のための格子整合条件を満足するサファイア基板等の絶縁性基板を利用し製造されるため、ｐ型及びｎ型窒化物半導体層に各々連結されたｐ側電極２１２及びｎ側電極２１１が発光構造の上面にほぼ水平に配列される水平構造を取るようになる。
【００２３】
勿論、上記窒化物半導体発光素子は、ＳｉＣのような導電性基板を使用し発光ダイオードの上下面に各々ｐ側電極とｎ側電極が形成された垂直構造を有することも可能であるが、本発明では水平構造の窒化物半導体発光ダイオードを一例として説明する。このように水平構造の窒化物半導体発光ダイオードを採用する場合、図２の(ａ)のように、上記窒化物半導体発光ダイオードのｎ側電極２１１及びｐ側電極２１２は導電性バンプ２６を利用しフリップチップ(ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ)構造でサブマウント２３上の第１電極パターン２４１及び第２電極パターン２４２と各々連結されることが可能である。
【００２４】
フリップチップ構造のボンディング方式はワイヤを使用しないためワイヤによる光損失を減少させることが可能で、発光ダイオードから発生する熱をより容易に放出することが可能という点から金属ワイヤを利用したワイヤボンディング方式に比べ好ましいボンディング方式である。
【００２５】
上記サブマウント２３は発光ダイオード２１とＭＥＭＳスイッチ２２を支持するための支持体として使用される。その上面には第１電極パターン２４１及び第２電極パターン２４２が形成されることが可能で、ＭＥＭＳスイッチの第１導電板２２１及び第２導電板２２２と上記第１及び第２電極パターン２４１、２４２を連結するための導電パターン(図示せず)が形成され得る。この場合、上記第１導電板２２１と第１電極パターン２４１、第２導電板２２２と第２電極パターン２４２が連結されることも可能で、上記第１導電板２２１と第２電極パターン２４２、第２導電板２２２と第１電極パターン２４１が連結されることも可能である。
【００２６】
好ましくは、上記サブマウント２３はシリコン基板２３１及び上記シリコン基板２３１上に形成されたＳｉＯ2薄膜２３２を含むことが可能である。上記ＳｉＯ2薄膜２３２はシリコン基板２３１を酸素雰囲気で熱処理することによりシリコン基板２３１の表面に形成されることが可能である。
【００２７】
上記サブマウント２３の材質としてシリコン基板２３１を使用するとＭＥＭＳ工程を適用することが可能なため、ＭＥＭＳスイッチ２２をサブマウント２３上に一体型で製作することが可能である。すなわち、ＭＥＭＳ工程を利用しＭＥＭＳスイッチ２２の第１導電板２２１と第２導電板２２２をサブマウント２３上に一体型で製作することが可能である。
【００２８】
従って、別途のＭＥＭＳスイッチ２２を製作しサブマウント２３に付着する追加工程を省略することが可能なため工程上の利点を有する。一方、シリコン基板２３１は導電性を有するため電気的な絶縁が必要な複数の電極を形成するためシリコン基板２３１上にＳｉＯ2薄膜２３２を形成することが好ましい。
【００２９】
上記ＭＥＭＳスイッチ２２はＭＥＭＳ工程を利用して製作され、第１導電板２２１と第２導電板２２２を含む。第１導電板２２１と第２導電板２２２は垂直方向に重畳される領域を有し、上記第２導電板２２２の一部領域は上記第１導電板２２１の上部に所定間隔が離隔され配置される。
【００３０】
図２の(ａ)には上記第２導電板２２２が第１電極パターン２４１と電気的に連結され、第１導電板２２１が第２電極パターン２４２と電気的に連結された一例を図示しているが、上記第１導電板２２１が第１電極パターン２４１と連結され、第２導電板２２２が第２電極パターン２４２と連結されても構わない。
【００３１】
また、図２の(ａ)には第２導電板２２２の一側がサブマウント２３上に固定され、折曲により上記第１導電板２２１の上部に一部領域が位置する構造が図示されている。上記第２導電板２２２は弾性を有し、上記第１導電板２２１の上部に位置した第２導電板２２２の領域が上下に移動することが可能であるよう形成される。これで、上記第１電極パターン２４１及び第２電極パターン２４２の間に臨界電圧以上の電圧が印加される場合、上記第２導電板２２２は静電力(ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｆｏｒｃｅ)により上記第１導電板２２１と接触し導通状態(スイッチＯＮ状態)になる。
【００３２】
上記第１電極パターン２４１及び第２電極パターン２４２の間に電圧が印加されないか、または臨界電圧未満の電圧が印加される場合には第１導電板２２１と第２導電板２２２は所定間隔に離隔され開放状態(スイッチＯＦＦ状態)になる。
【００３３】
上記第１及び第２導電板２２１、２２２は金属材質（材料）からなることが可能で、好ましくはＡｌからなることが可能である。また、弾性を有する上記第２導電板２２２はポリシリコンからなることが可能である。
【００３４】
本発明において、上記臨界電圧は上記発光ダイオードが破損されることが可能な最小電圧より小さいことが好ましい。例えば、上記発光ダイオードが、順方向に１００Ｖ、逆方向には約３０Ｖの静電圧により破損されるとすると、上記ＭＥＭＳスイッチの臨界電圧は３０Ｖ以下であることが好ましく、２０Ｖ以下であることがより好ましい。
【００３５】
上記ＭＥＭＳスイッチ２２の臨界電圧は上記第２導電板２２２の弾性係数、上記第１導電板２２１と第２導電板２２２の間の間隔、上記第１導電板２２１と第２導電板２２２が垂直方向に重畳される領域の面積等を調節することにより所望の値に決定することが可能である。
【００３６】
また、上記ＭＥＭＳスイッチ２２のスイッチング時間は印加される電圧の大きさによって決定される。高圧の電圧が印加されるほど上記ＭＥＭＳスイッチ２２のスイッチ時間が減少される特徴がある。
【００３７】
上記ＭＥＭＳスイッチ２２は当技術分野で知られた多様な構造のＭＥＭＳスイッチを適用することが可能で、図２の(ａ)に図示された構造のＭＥＭＳスイッチに限定されることではない。
【００３８】
本実施形態は上記サブマウント２３上の上記発光ダイオード２１の周りに形成され、上記発光ダイオード２１から放出される光を上部に反射する反射手段２５を具備する。上記反射手段２５は上記発光ダイオード２１の側面部を囲む塀形状に形成されることが可能で、上記発光ダイオード２１側に位置した塀面は発光ダイオード２１側に傾斜を形成し、発光ダイオード２１の側面に放出される光を上部に反射し発光ダイオードパッケージから放出される光の輝度及び直進性の向上を図ることが可能である。
【００３９】
図２の(ｂ)は前述した本発明の一実施形態による発光ダイオードパッケージの等価回路図である。図２の(ａ)に図示された発光ダイオードパッケージは図２の(ｂ)に図示したような回路構造を有する。図２の(ｂ)を参照すると、発光ダイオード２１のアノード(図２(ａ)のｐ側電極２１２がＭＥＭＳスイッチ２２の第１導電板(図２(ａ)の第１導電板２２１)と電気的に連結され、発光ダイオード２１のカソード(図２(ａ)のｎ側電極２１１)がＭＥＭＳスイッチ２２の第２導電板(図２(a)の第２導電板２２２)と連結された並列連結構造を有する。上記発光ダイオード２１の電極と第１及び第２導電板の連結関係は相互変更されても構わない。
【００４０】
従って、発光ダイオード２１の両電極の間に順方向または逆方向に静電気による高圧の電圧が印加されると静電力により上記ＭＥＭＳスイッチ２２の第１導電板と第２導電板が短絡(スイッチＯＮ)され、全ての電流はＭＥＭＳスイッチ２２を通じて流れるようになるため、高電流による上記発光ダイオード２１の破損を防止することが可能となる。
【００４１】
また、従来のツェナーダイオードは１回の静電気放電による過電流が流れた後静電気保護用として再度使用することが不可能であるが、本発明に適用された上記ＭＥＭＳスイッチ２２は静電気による高電圧が印加された以後は弾性により再び第１導電板と第２導電板が離隔(スイッチＯＦＦ状態)になり、以後再び静電気による高電圧が印加される場合反復的に静電気放電から上記発光ダイオードを保護することが可能である。
【００４２】
本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることが可能で、本発明の範囲が以上に説明された実施形態に限定されることではない。本発明の実施形態は本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するため提供されるのである。従って、図面に図示された構成要素らの形状及び大きさ等はより明確な説明のため誇張されることもあり得る。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】(ａ)は従来の静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージを図示した断面図であり、(ｂ)は(ａ)に図示された発光ダイオードパッケージの回路図である。
【図２】(ａ)は本発明による静電気放電保護機能を有する発光ダイオードパッケージを図示した断面図であり、(ｂ)は(ａ)に図示された発光ダイオードパッケージの回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
２１    発光ダイオード
２２    ＭＥＭＳスイッチ
２３    サブマウント
２５    反射手段
２１１    ｎ側電極
２１２    ｐ側電極
２２１    第１導電板
２２２    第２導電板
２３１    シリコン基板
２３２    ＳｉＯ2薄膜
２４１    第１電極パターン
２４２    第２電極パターン
【図１】
2006270045.tif 000003
【図２】
2006270045.tif 000004