CN108139310A - 颗粒感测装置 - Google Patents

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Abstract

根据实施例的颗粒感测装置包括：光发射单元，发射光以输出该光到散射空间中；以及光接收单元，设置在最大散射角度区域中，并使得散射光被入射以产生光电流信号，在该最大散射角度区域中，从发光单元发射并被散射空间中的颗粒散射的散射光的强度最大。

Description

颗粒感测装置
技术领域
实施例涉及一种颗粒感测装置。
背景技术
在智能终端、手机、监视器、电视机等各种电子装置的触摸面板中使用有各种传感器。近来，利用包括用于发光的光发射器和用于感测光的光接收器的光学传感器已经实现了许多功能。
在下文中，将参照附图描述典型的灰尘传感器。
图1是示意性示出了典型的灰尘传感器100的横截面图。
图1所示的灰尘传感器100可以包括光源110、透镜120、反射镜122、光接收器130和遮光罩140。
在图1所示的典型灰尘传感器100中，从光源110发射的光在穿过透镜120之后被灰尘121散射。然后，散射光入射在光接收器130上。这样，典型的灰尘传感器100利用光检测各种信息，例如包含在空气中的灰尘121的大小、浓度和数量。在典型的灰尘传感器100中，光接收器130仅布置在散射光的空间的一侧上。具体而言，光接收器130位于在围绕感测到灰尘121的空间的中心90°的区域中。
如图1所示，根据预先进行的测试和模拟的结果，当光接收器130设置在围绕感测灰尘的空间的中心的90°的区域中时，由灰尘121散射的并且入射到光接收器130上的散射光的强度不够高。因此，典型的灰尘传感器100可能会不准确地接收散射光，并且因此可能由于低感测灵敏度而无法获取关于灰尘121的正确信息。特别是，由于光接收器130的面积非常小，当散射光的吸收量不足时，成本可能因设计用于放大散射光的单独电路的而增加。此外，在典型的灰尘传感器100的情况下，由于光接收器130的体积被增大以提高感测灵敏度，灰尘传感器100的尺寸可能增大。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种颗粒感测装置，该颗粒感测装置由于其优异的感测灵敏度而能够准确地获取关于颗粒的信息，具有小体积，并可以降低制造成本。
技术方案
在一个实施例中，颗粒感测装置可以包括：光发射器，被配置为发射并输出光到散射空间中；以及光接收器，被设置在最大散射角度区域中，该最大散射角度区域是获得当从光发射器发射的光被散射空间中的颗粒散射时形成的散射光的最大强度的区域，光接收器被配置为接收入射在其上的散射光并产生光电流信号。
例如，光发射器可以包括光源部以及设置在所述光源部的光轴上以会聚从所述光源部发射的光的聚光器。
例如，最大散射角度区域可以包括相对于所述光发射器的光轴在10°至60°(例如15°至45°，优选地20°至30°，更优选地20°至60°)的散射角度范围内的第一散射区域以及相对于所述光发射器的光轴在-10°至-60°(例如-15°至-45°，优选-20°至-30°，更优选为-20°至-60°)的散射角度范围内的第二散射区域。
例如，光接收器可以包括：开口，允许从所述光发射器发射并穿过所述散射空间的光传输通过所述开口；第一光接收区域，设置在所述最大散射角度区域的在所述开口的周边的第一散射区域中；以及第二光接收区域，设置在所述最大散射角度区域的在所述开口的周边的第二散射区域中。
例如，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域可以在与所述光轴相交的方向上分别设置在所述开口的上侧和下侧。
例如，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域可以彼此形成为一体。
例如，在与所述光轴相交的方向上，所述开口的宽度大于所述第一光接收区域和所述第二光接收区域的宽度。在这种情况下，在与所述光轴相交的方向上，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域可以彼此分离。
例如，所述光接收器可以为具有恒定曲率的凹形横截面形状。
例如，所述颗粒感测装置可以进一步包括基板，所述光接收器设置在所述基板上。例如，所述光接收器可以包括有机薄膜光电二极管。例如，所述有机薄膜光电二极管可以包括设置在所述基板上的第一电极、设置在所述第一电极上的有源层以及包括第一子电极和第二子电极中的至少一个的第二电极，其中，所述第一子电极可以设置在所述基板上，并且所述第二子电极可以设置在所述有源层上并且连接到所述第一子电极。例如，所述有机薄膜光电二极管还可以包括设置在所述第一电极和所述有源层之间的缓冲层以及设置在所述第二子电极上的保护层。
例如，所述颗粒感测装置可以进一步包括：控制器，被配置为利用由所述光接收器产生的所述光电流信号来分析关于所述颗粒的信息；以及导线，设置成将由所述光接收器产生的所述光电流信号传输到所述控制器。
例如，所述颗粒感测装置可以进一步包括印刷电路板，控制器设置在在所述印刷电路板上。
例如，所述光接收器和所述导线可以设置在所述基板上，其中所述基板可以包括柔性(pliable)基板，其中所述第一光接收区域和所述第二光接收区域可以设置在所述柔性基板上的所述开口周边以限定所述开口。
例如，所述柔性基板的与所述开口对应的部分可以是透光的。或者，所述柔性基板的于所述开口对应的部分可以具有通孔的形状。
例如，所述颗粒感测装置可以进一步包括光阱部，所述光阱部被配置为捕获已经通过与所述光接收器的所述开口对应的所述通孔的光。
例如，所述颗粒感测装置可以进一步包括被配置为容纳所述光发射器和所述光接收器并形成所述散射空间的外壳。
有益效果
根据实施例，由于具有布置在散射光的强度最大化的最大散射角度范围内的光接收器，颗粒感测装置可以提高颗粒的感测灵敏度，并且由于具有对称地设置在光发射器的光轴的上侧和下侧的第一光接收区域和第二光接收区域，颗粒感测装置可以进一步提高感测散射光的感测灵敏度。此外，该颗粒感测装置可以降低设计用于放大信号的电路的成本，因为它可能不需要，或者该颗粒感测装置可以简化由于对散射光的低接收强度而设置放大信号的单独电路。当光接收器在基板上被实施为薄膜的形式时，包括颗粒感测装置的整个电子装置的厚度可以降低，并因此变得轻质。
由于形成在透明基板上的有机薄膜光电二极管被用作光接收器，光接收器的设计可以不受其面积和形状的限制。另外，与将光电二极管模块安装在硅晶片上的常规情况相比，可以通过印刷工艺一次制造有机薄膜光电二极管，并且因此可以缩短制造时间和工艺。此外，由于在光接收器的侧面上不需要单独的聚光器来会聚散射光，制造成本可以进一步降低，并且可以实现紧凑的设计。
附图说明
图1是示意性示出典型的灰尘传感器的剖视图；
图2是示意性示出根据实施例的颗粒感测装置的剖视图；
图3a至3c示出了最大散射角度区域；
图4是图2所示的光接收器的放大剖视图；
图5是示出图2所示的光接收器的实施例的左视图；
图6是示出图2所示的光接收器的另一实施例的左视图；
图7是示意性示出根据另一实施例的颗粒感测装置的剖视图；
图8和图9是示意性示出根据实施例的有机薄膜光电二极管的外部透视图；
图10是示出根据另一实施例的颗粒感测装置的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述实施例以促进对本公开内容的技术精神的理解，并且不是旨在限制本公开内容。另外，提供附图中示出的细节以容易地描述本公开内容的实施例，并且可以不同于在其实现中实际采取的形式。
还应该注意，下文描述的每个组成部分仅仅是用于实现本公开内容的示例。因此，在本公开内容的其他实施方式中，在不偏离本公开内容的精神和范围的情况下可以采用其他组成部分。
另外，表述“包括”是仅指示元件的存在的开放式短语，并且不应被理解为排除任何另外的元件。
另外，诸如“第一”和“第二”之类的表述仅用于将多个元件彼此区分开的目的，并且不限制元件的顺序或其他特征。
在实施例的描述中，应该理解，当层(膜)、区域、图案或结构被描述为在基板、层(膜)、区域、焊盘或图案“上”或“下”时，术语“在...上”和“在...下”在概念上包括“直接地”或“具有插入其间的另一层”。在说明书中，基于附图定义“在...上”或“在...下”。
当说明一个部分与另一个“连接”时，应该理解，这不仅包括一个部分与另一部分“直接连接”的情况，而且还包括用置于其间的另一构件将该一个部分与该另一部分连接的情况。另外，当说明部件“包括”元件时，这意味着该部件可以进一步具有其他元件，而不是排除其他元件，除非另有特别说明。
在下文中，将参考附图描述根据实施例的颗粒感测装置200A、200B和200C。为了简单起见，将使用笛卡尔坐标系(x轴、y轴和z轴)来描述颗粒感测装置200A、200B和200C，但是应当注意，也可以使用其他坐标系来描述该装置。
图2是示意性示出根据实施例的颗粒感测装置200A的剖视图。
图2中所示的颗粒感测装置200A可以包括外壳201、光发射器210、光阱部220、光接收器230、印刷电路板251和控制器(未示出)。
光发射器210用于发射光(或产生光信号)并将该光输出(或辐射)到散射空间202中。外壳201用于容纳光发射器210和光接收器230，并且对应于光学腔。例如，如图2所示，散射空间202可以由外壳201形成。这里，散射空间202可以被定义为光被颗粒221散射的空间。这里，颗粒221可以是漂浮在空气中的灰尘或烟雾，并且实施例不限于特定类型的颗粒221。
光发射器210可以包括光源部212和聚光器214。
总的来说，光源部212可以全方位地辐射光。具体地，光源部212可以沿着在指向聚光器214的方向(例如，y轴方向)上形成的光路发射光。从光发射器210辐射到散射空间202的光可以被引入到颗粒感测装置200A中的颗粒221散射。
例如，光源部212可以包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、红外发光二极管或激光二极管中的至少一种，但是实施例不限于此。
另外，光源部212可以被供应有来自电子装置(未示出)的电力，所述电子装置可以被包括在颗粒感测装置200A中或包括颗粒感测装置200A，并且光源部212可以以具有特定波长的光的形式发射所供应的能量。此外，光源部212可以根据需要使用各种材料来改变所辐射的光的波长。
聚光器214设置在沿从光源部212发射的光行进的光路上，从而用于会聚由光源部212辐射的光。也就是说，聚光器214可以设置在光发射器210(或光源部212)的光轴211上。
聚光器214可以实施为各种形式，以会聚从光源部212发射的光。例如，聚光器214可以包括凸透镜、平凸透镜、凹透镜或凹面反射镜中的至少一种，但实施例不限于此。可以应用各种其他常用的聚光元件来实现聚光器214。
接下来，在从光源部212发射的光被聚光器214会聚并且被辐射到散射空间202中之后，当光被颗粒221散射时其路径被改变而形成散射光，并且所形成的散射光可以入射到光接收器230(或被光接收器230接收)。然后，光接收器230可以利用入射的散射光生成光电流信号。光接收器230可以形成在光轴211上以更精确地接收散射光。更优选地，光接收器230的开口233可以形成在光轴211上，以允许通过聚光器214会聚的光线中未被散射的光线从其中通过，从而可以更精确地接收散射光。
根据实施例，光接收器230可以布置在“最大散射角度区域”中。这里，“最大散射角度区域”可以指当从光发射器210发射的光被散射空间202中的颗粒221散射时形成的光(在下文中称为“散射光”)的强度为最大的区域。
图3a至3c示出最大散射角度区域。
图3a示出了当从光源(部)212发射的光被光轴211上的颗粒221散射时形成的散射光的角度θ。图3b是描绘针对每个散射角度θ的光强度的曲线图，其中横轴对应于散射参数，竖轴对应于相对散射。图3c是描绘根据散射角度θ的光电流信号的变化的曲线图，其中横轴对应于散射角度θ，竖轴对应于光电流信号。
参考3a，可以看出，在相对于从光源(部)212发射的光的行进方向(即，光轴的方向)转过90°的点(θ＝90°)处，散射光的强度不高。相反，可以看出，在相对于光轴211的20°至60°的角度范围内的区域中的散射角度θ处，散射光的强度最大。
图4是图2所示的光接收器230的放大截面图。
参考图4，散射角度θ可以指下述角度222A、222B、223A和223B：当被聚光器214会聚的光与光轴211上的颗粒221相遇的点被作为顶点且光的路径被作为中心轴(即，光轴)211时，光以角度222A、222B、223A和223B被颗粒221散射。颗粒221的位置可以散布在颗粒感测装置200A中。因此，可以通过将由聚光器214会聚的光与位于光路的中心轴(或光轴)211的延长线上的点处的颗粒221会合处的点作为顶点来测量散射角度。顶点可以是感测空间202的中心点。
另外，参考图3b，可以看到的散射光的强度根据散射角度θ的变化。可以看出，散射角度θ为30°处的散射光的强度(或光强)约为散射角度θ为90°处的射光的强度(或亮度)的10倍。
更具体地说，从实验可以看出，如图3c的曲线图所示，由光接收器230产生的光电流信号的强度根据散射角度θ而变化。参考图3c，可以看出，当散射角度θ从10°迅速变化到20°时，光电流信号的强度急剧增加。因此，可以将光接收器230设置在散射光的强度可以最大化的最大散射角度区域中，使得光电流的强度可以最大化。
根据实施例，最大散射角度区域可以包括第一散射区域和第二散射区域。
参考图4，第一散射区域可以是相对于光发射器210的光轴211在10°至60°(例如15°至45°，优选地20°至30°，更优选地20°至60°)的散射角度范围内的区域，在下文中，将属于具有20°的散射角度222A和60°的散射角度223A的范围的区域描述为与第一散射区域对应，但实施例不限于此。
第二散射区域可以是相对于光发射器210的光轴211在-10°至-60°(例如-15°至-45°，优选地-20°至-30°，更优选地-20°至-60°)的散射角度范围内的区域。在下文中，将属于具有-20°的散射角度222A和-60°的散射角度223B的范围的区域描述为与第二散射区域对应，但实施例不限于此。
光接收器230可以包括开口233以及第一光接收区域231和第二光接收区域232。
开口233可以是光接收器230的一部分，其允许从光发射器210发射并且穿过散射空间202的光通过该开口。第一光接收区域231可以布置在最大散射角度区域的在开口233的周边的第一散射区域中。第二光接收区域232可以布置在最大散射角度区域的在开口233的周边的第二散射区域中。
第一光接收区域231和第二光接收区域232可对称地布置在与光轴211垂直的方向(例如，z轴方向)上，但实施例不限于此。通过由颗粒221散射而形成的散射光可以在多个方向上散射。在这种情况下，在与光路211垂直的z轴方向上将第一光接收区域231和第二光接收区域232分别布置在第一散射区域和第二散射区域中，可以使由光接收器230接收的散射光的强度最大化。也就是说，第一光接收区域231和第二光接收区域232中的每一个是接收由颗粒221散射的光的区域，并且将光接收区域分别布置在第一散射区域和第二散射区域中可以增加光电流的强度。
此外，第一光接收区域231和第二光接收区域232可以形成为平面形状。
在图2的情况下，第一光接收区域231和第二光接收区域232被示出为在z轴方向上直线排列。也就是说，光接收器230可以被布置为使得与光接收器230的表面垂直的方向平行于作为光路的中心轴的光轴211。然而，实施例不限于此。
也就是说，根据另一实施例，第一光接收区域231和第二光接收区域232可以分别设置在第一散射区域和第二散射区域中，以便以有利于接收由颗粒221散射的光的某一角度的倾斜。例如，第一光接收区域231和第二光接收区域232可以被布置为在由图4中所示的箭头指示的方向A1和A2上倾斜。也就是说，光接收器230可以倾斜，使得与光接收器230的表面垂直的方向相对于作为光路的中心轴的光轴211形成某一锐角。
尽管图2示出了光接收器230的第一光接收区域231和第二光接收区域232布置在在与光轴211垂直的方向(例如，z轴方向)上，但是实施例不限于此。为了调节散射角度和散射距离，光接收器230与颗粒221间隔较远的部分可以被置于更接近颗粒221的位置，使得光接收器230的横截面与光轴211之间形成的角度可以在0°与90°之间。
图5是示出图2所示的光接收器230的实施例230A的左视图，图6是示出图2所示的光接收器230的另一实施例230B的左视图。这里，“231A”和“231B”对应于图2所示的实施例的第一光接收区域231，“232A”和“232B”对应于图2所示的实施例的第二光接收区域232，并且“233A”和“233B”对应于图2所示的实施例的开口233。
参考图2、5和6所示，开口233A、233B可以形成在由聚光器214会聚的光的光路的中心轴的延长线上的一点处，并且具有某一尺寸。也就是说，开口233A、233B可以形成在光接收器230A、230B的与光轴211会合的一点处。第一光接收区域231A、231B可以在与光轴211相交的方向(例如，z轴方向)上布置在开口233A、233B的上方(即，在开口233A、233B的上侧)，并且第二光接收区域232A、232B可以在与光轴211相交的方向(例如，z轴方向)上布置在开口233A、233B的下方(即，在开口233A、233B的下侧)。
布置在开口233A、233B上方的第一光接收区域231A、231B可以接收由颗粒221的散射形成的散射光的上部，并且布置在开口233A、233B下方的第二光接收区域232A、232B可以接收由颗粒221的散射形成的散射光的下部。
当仅在开口233A、233B的上侧和下侧之一上形成光接收区域时，散射光的感测强度可能较低。另一方面，如图2、4、5和6所示，当开口233(233A、233B)设置在光接收器230(230A、230B)中时，第一光接收区域231A、231B布置在开口233(233A、233B)上方，并且第二光接收区域232A、232B布置在开口233(233A、233B)的下方，即，光接收区域231和232布置在开口233A、233B的上侧和下侧两侧，接收到的散射光的量可以被最大化，并因此可以进一步改善感测灵敏度。
在一个实施例中，如图5所示，第一光接收区域231A和第二光接收区域232A可以彼此一体连接。
或者，如图6所示，第一光接收区域231B和第二光接收区域232B可以在与光轴211相交的方向(例如，z轴方向)上被开口233B分开和隔离。由于在与光轴211相交的方向(例如，x轴方向)上，开口233B的宽度大于第一光接收区域231B和第二光接收区域232B的宽度，第一光接收区域231B和第二光接收区域232B可以通过开口233B彼此分离。
如上所述，第一光接收区域231A、231B设置在相对于光轴211具有20°至60°的散射角度范围的第一散射区域中，并且第二光接收区域232A、232B设置在相对于光轴211具有-20°至-60°的散射角度范围的第二散射区域中。由此，在0°至20°和0°至-20°的散射角度θ范围内入射的散射光可以通过开口233A、233B。
通过分析由光接收器230(230A、230B)产生的光电流信号，控制器(未示出)可以获得关于颗粒的信息(例如，关于颗粒的尺寸、浓度或数量中的至少一种的信息)。在该操作中，控制器可以根据预定条件分析光电流信号。另外，控制器可以根据包括传感器的电子装置的用途和用法来恰当地分析光电流信号。控制器可以以设置在基板252上的专用集成电路(ASIC)的形式来实现。
颗粒感测装置200A可以进一步包括用于将由光接收器230(230A、230B)生成的光电流信号传输到控制器的导线。
光接收器230可以通过开口233分成多个光接收区域231和232。因此，即使均需要导线的多个光接收器230未被分别布置在第一散射区域和第二散射区域中，光接收器230也可以有效地提高光接收效率。
另外，由于上侧的第一光接收区域231A和下侧的第二光接收区域232A一体地连接，图5所示的光接收器230A可以仅通过一对导线241、242将光电流信号传输至控制器。相反，由于第一光接收区域231B和第二光接收区域232B通过开口233B彼此分开，图6所示的光接收器230B可以通过分别连接到第一光接收区域231B和第二光接收区域232B的两对导线241、242、243和244将光电流信号传输到控制器。
如图6所示，如果第一光接收区域231B和第二光接收区域232B通过增加开口233B的面积而被分开，则可以分别从光接收区域231B和232B中的每一个接收光电流信号(或感测信号)，并且因此颗粒感测装置200A可以更精确地识别感测到颗粒221的位置。这是因为当散射光入射在第一光接收区域231B上时，图6的光接收器230B允许光电流信号通过一些导线241和242而被传输到控制器，并且当散射光入射到第二光接收区域232B上时，图6的光接收器230B允许光电流信号通过其他导线243和244传输到控制器，然而不管散射光是入射到第一光接收区域231A还是入射到第二光接收区域232A，图5的光接收器230A都将光电流信号通过相同的导线241和242传输到控制器。
如图5和图6所示的导线241、242、243和244可以使用用于使各个组件彼此接触以形成电路或线路的导线来实现，并且可以使用通常使用的任何导体来实现。
参考图5和6，导线可以包括连接光接收器230A、230B和控制器的正(+)导线241、243和负(-)导线242、244。光接收器230A、230B可以包括第一电极和第二电极。第一电极可以被配置为发送/接收正(+)信号，并且第二电极可以被配置为发送/接收负(-)信号。因此，光接收器230A、230B可以通过正(+)导线241、243将正(+)光电流信号传输到控制器，并且通过负(-)导线242、244将负(-)光电流信号传输到控制器。
另外，根据实施例的颗粒感测装置200A可以进一步包括基板252。根据实施例，如图5和图6所示，光接收器230A、230B和导线241、242、243、244可全部设置在基板252上。
光接收器230A、230B可以设置成与基板252(例如，柔性基板)紧密接触。根据一个实施例，光接收器230A、230B可以设置为与基板252的上表面或下表面紧密接触的薄膜的形式。例如，光接收器230A、230B可以通过经塑性加工来烧结膏体材料而设置在基板252的上表面上。或者，也可以利用真空蒸镀法、CVD法或印刷法中的至少一种将光接收器230A、230B形成为与基板252(例如，柔性基板)的上表面紧密接触。当使用真空沉积、图案化等方法在基板252(例如，柔性基板)上形成非常薄的膜时，具有包括颗粒感测装置200A的电子装置可以变得薄且轻的优点。
第一光接收区域231A、231B和第二光接收区域232A、232B可以设置在基板252上的开口233A、233B周围，以限定开口233A、233B。
这里，基板252可以是柔性基板。柔性基板252可以具有弯曲形状。第一光接收区域231A、231B，第二光接收区域232A、232B和导线241、242、243、244可以设置在典型的基板上。或者，为了实现集成的光接收模块，第一光接收区域231A、231B，第二光接收区域232A、232B和导线241、242、243、244可以设置在能够实现弯曲特性的柔性基板252上。
此外，柔性基板252可以是具有柔性的柔性基板。在一个实施例中，柔性基板252可以是弯曲或弯折的基板。例如，柔性基板252可以包括玻璃或塑料。具体地，柔性基板252可以包括化学增强/半钢化玻璃，例如钠钙玻璃或铝硅酸盐玻璃，柔性基板252可以包括强化塑料或软塑料，例如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙二醇(PPG)或聚碳酸酯(PC)，或者柔性基板252可以包括蓝宝石。
此外，柔性基板252可以包括光学各向同性膜。例如，柔性基板252可以包括环烯烃共聚物(COC)、环烯烃聚合物(COP)、光学各向同性聚碳酸酯(PC)或光学各向同性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
此外，基板252可以被弯曲以部分地具有弯曲表面。也就是说，基板252可以以部分地具有平坦表面并且部分地具有弯曲表面的方式弯曲。具体而言，透明基板252的末端可以被弯曲以具有曲面，或者可以被弯曲或弯折以具有包括随机曲率的表面。在一个实施例中，柔性基板252可以被配置为具有双曲面的柔性基板。
另外，颗粒感测装置200A还可以包括印刷电路板251，控制器设置在印刷电路板251上。印刷电路板251可以从基板252延伸或可以形成在基板252上以作为另一层。在将电子产品的部件与电路连接时通过在电路板上绘制电路而形成为导电的印刷电路板251被广泛用于典型的电子产品中。
另外，柔性基板252的对应于开口233A、233B的一部分可以是透光的。也就是说，具有如图5和6所示形状的第一光接收区域231A、231B和第二光接收区域232A、232B可以形成在透明材料制成的柔性基板252的除了开口233A、233B之外的部分上，以限定具有透光性的开口233A、233B。
或者，柔性基板252的与开口233A、233B对应的一部分可以具有通孔形状。也就是说，实际上可以在基板252中切割孔以形成开口233A、233B。
图7是示意性示出根据另一实施例的颗粒感测装置200B的剖视图。
参考图7，根据另一实施例的颗粒感测装置200B可以包括外壳201、光发射器210、光阱部220、光接收器230C、印刷电路板251和控制器。这里，在图7所示的颗粒感测装置200B中，与图2所示的颗粒感测装置200A的部分相同的部分被指定相同的附图标记，并且将省略对它们的重复描述。因此，图2中所示的颗粒感测装置200A的描述可应用于图7所示的颗粒感测装置200B，除非另有特别说明。
与图2所示的光接收器230不同，根据另一实施例的光接收器可以具有恒定的曲率。例如，如图7所示，光接收器230C可以是具有恒定曲率的凹形横截面形状。除了光接收器230C具有与图2所示的光接收器230不同的形状之外，如图7所示的颗粒感测装置200B与图2所示的颗粒感测装置200A相同。
在基板252是如上所述的柔性基板的情况下，柔性基板可以被实施为弯曲形状，并且形成在柔性基板上的光接收器230C也可以被实施为具有曲率的弯曲形状。在这种情况下，光接收器230C的曲率可以在0.5R至10R的范围内，但是实施例不限于此。另外，从散射空间202的中心(例如，颗粒221所位于的点)到光接收器230C的距离可以是0.5mm至10mm，但是实施例不限于此。
为了实现具有曲率的光接收器230C，柔性基板252可以包括U形、方括弧形状、梯形形状、三角形形状或V形形状中的至少一种，但是实施例不限于此。然而，在柔性基板252实施为有角的形状的情况下，设置在柔性基板252上的光接收器230C或导线有可能被损坏。因此，光接收器230C和导线都可以使用柔性元件来实现，并且柔性基板252可以弯曲成U形形状。
通过基板252和光接收器230C的形状变形(弯曲)，颗粒感测装置可以包括平坦或弯曲的光接收器230C。具体地，利用弯曲的光接收器230C，可以改善根据颗粒221的位置的感测灵敏度的变化。随着散射角度θ增加，颗粒221与光接收器之间的距离增加。当光接收器230C形成为如图7所示的凹形时，由颗粒221散射到光接收器230C的光的距离可以被校正为彼此相近。因此，可以解决随着散射角度θ的增加而导致的散射光的强度降低的问题。
由于光接收器230(230A、230B)设置在根据上述实施例的颗粒检测装置200A、200B的散射光的强度最大化的部分处，所接收的散射光的强度高。因此，可以省去或简化由于接收弱散射光而导致的用来放大信号的单独部分，并且可以减少用于设计放大信号的电路的成本。
接下来，图2和7所示的颗粒感测装置200A和200B的光阱部220形成光轴211上，并用于捕获通过光接收器230的开口233的光。例如，当在基板220上切出孔以形成通孔，或者第一光接收区域231A、231B和第二光接收区域232A、232B形成在透明材料制成的柔性基板252的除了开口233A、233B之外的部分上，通过透明材料的柔性基板252上的通孔或开口233A、233B的光可行进到光阱部220。
再次参照图2和图7，光接收器230、230C可以使用光电二极管、光电倍增器或光电晶体管中的至少一种来实现。特别地，光接收器230、230C可以使用有机薄膜光电二极管来实现。当使用有机薄膜光电二极管来实现光接收器230、230C时，光接收器230、230C的结构设计可以不受其面积和形状的限制。
有机薄膜光电二极管是可以代替光电探测器的基于有机材料的元件。有机薄膜光电二极管可以提高诸如照相机等电子装置的光敏度，并且可以用于检查显示器是否可以以均匀的颜色组分来实现。
另外，与无机材料相比，有利的是有机薄膜光电二极管非常轻并且生产成本较低，并且可用于柔性应用。
由于有机材料根据其物质可以仅对特定波段(例如红光、绿光、蓝光等)敏感，光学传感器的光谱灵敏度可以通过根据应用选择合适的材料来进行调节。另外，与无机材料相比，有机材料具有许多优点，例如从UV到IR的良好吸收光谱、高光生成率以及通过相对低温度的加工能力来适应几乎所有基板处理的能力。
在下文中，将参照附图描述用于体现根据实施例的颗粒感测装置200A、200B的光接收器230、230C的有机薄膜光电二极管。
图8和图9是示意性示出根据实施例的有机薄膜光电二极管300的外部透视图。
图8和图9所示的有机薄膜光电二极管300包括：第一电极305；有源层304；以及第二电极303、307。图2、5、6和7所示的光接收器230、230A、230B和230C可以实施为如图8和图9所示的那样，但是实施例不限于此。
参考图8，第一电极305、有源层304和第二电极303、307可以堆叠在基板301上。
有机薄膜光电二极管300可以层压在柔性基板252上，但是实施例不限于此。根据另一个实施例，单独的基板可以设置在柔性基板252上，并且有机薄膜光电二极管300可以设置在该单独的基板上。因此，图8中所示的基板301可以对应于图5和6中所示的基板252或单独的基板，但实施例不限于此。例如，基板301可以是透明基板。
第一电极305可以设置在基板301上。有源层304可以设置在第一电极305上。第二电极可以包括第一子电极303或第二子电极307中的至少一个。第一子电极303可以设置在基板301上，第二子电极307可以设置在有源层304上并且连接到第一子电极303。
另外，如图8和图9所示，有机薄膜光电二极管300还可以包括缓冲层306和保护层302。
缓冲层306可以设置在第一电极305和有源层304之间。保护层302可以设置在第二子电极307上。
在下文中，描述了制造图8和图9所示的有机薄膜光电二极管的方法。
首先，可以在柔性基板301上形成第一电极305，然后可以在表面处理后形成缓冲层306和有源层304。随后，可以形成第二电极303、307。
另外，第二电极可以被配置为单个电极，或者可以包括第一子电极303和第二子电极307。
第一子电极303和第一电极305可以形成在基板301上，基板301可以采取玻璃形式。
第二子电极307可以连接到第一子电极303以用作第二电极并且保护第一子电极303免受氧化/腐蚀。此外，第二子电极307可以形成为包括与第一子电极303的材料相比具有较大的逸出功(work function)差异的材料。例如，第一子电极303可以使用LiF来形成，第二子电极电极307可以使用诸如钙(Ca)或铝(Al)的材料形成。
设计铟锡氧化物(ITO)图案并且制造掩模以在基板301(或玻璃)上形成第一电极305。ITO(表示铟锡氧化物)是常用的导电透明电极。ITO是在可见光区表现为透光区域并且在红外光范围内表现为具有高反射特性和低电阻的氧化物。此外，在执行ITO图案化时，可以使用激光印字机图案化或掩模应用图案化的方法。
此后，清洁第一电极305的表面并进行亲水处理。例如，可以使用丙酮和乙醇进行清洁操作，并且可以执行等离子体处理以确保可涂布性。在该操作中，可以执行含有去污剂和蒸馏水的溶液的超声处理的第一步骤，在丙酮溶液中加热的第二步骤，在IPA溶液中加热的第三步骤和UV-臭氧处理的第四步骤。
此后，可以在第一电极305上形成缓冲层306。可以通过将PEDOT：PSS(聚乙烯硫代酚：聚磺苯乙烯)的涂层涂覆到第一电极305上来形成缓冲层306。PEDOT层是高导电性的聚合物材料，并具有诸如耐光性、耐热性等的优异的化学稳定性。另外，可以在用于形成缓冲层306的印刷工艺中使用旋转涂布。在这种情况下，可以执行旋转涂布的第一步骤和在热板(hot plate)上进行烘焙的第二步骤。
随后，可以形成有源层304。在该操作中，可以合成用于有源层304的有机材料并且可以用其涂覆有源层304。有源层304可以是直接吸收和感测光的层，并且可以使用诸如旋转涂布、喷墨印刷或狭缝模具式涂布等的印刷工艺形成。另外，有源层304可以使用芴基聚合物材料或各种其他材料(例如PC60BM和PC70BM)形成。
在该操作中，可以执行旋转涂布的第一步骤，在热板上烘烤的第二步骤，以及使用丙酮去除有源区域之外的部分的第三步骤。在制备有源层溶液的情况下，P3HT和PC60BM可以在ODCB(1,2-二氯苯)中以1至0.7的重量比溶解，然后搅拌。
在形成有源层304之后，可以形成第二电极303、307。第二电极303、307可以通过沉积形成以形成微电极。沉积可以使用荫罩(shadow mask)进行。第二电极303、307可以使用可用于电极的任何材料(例如，Ag、Ca/Ag或Al)来形成。随后，可以形成封装的玻璃层。在此操作中，可以使用紫外线型树脂的环氧树脂。另外，如上所述，第二电极可以被配置为单个电极或者可以包括第一子电极303和第二子电极307。
当形成第二电极时，可以进行LiF层和Al层的金属沉积的第一步骤,退火的第二步骤，以及在玻璃层上设置阻挡层并将紫外(UV)树脂涂覆到玻璃层上并进行UV处理的第三步骤。另外，在第二电极包括第一子电极303和第二子电极307的情况下，第一子电极303可以使用LiF来形成，并且第二子电极307可以使用诸如钙(Ca)或铝(Al)的材料来形成。
在这种情况下，第一电极305可以用作正电极，并且第二电极303、307可以用作负电极。另外，构成第一电极305和第二电极303、307的材料的逸出功的差可以是0.5eV至1.5eV。构成第一电极305和第二电极303、307的材料之间的逸出功的差越大，效率越高。
图10是示出根据另一实施例的颗粒感测装置200C的剖视图。
图10中所示的颗粒感测装置200C可以包括光发射器410、基板420和光接收器430。
除非另有特别说明，上文给出的颗粒感测装置200A和200B的描述可以应用于图10所示的颗粒感测装置200C。
图10中所示的光发射器410可以执行与图2中所示的光发射器210相同的功能。另外，光发射器410可以包括光源部412和聚光器414。这里，光源部412和聚光器414可以分别执行与图2所示的光源部212和聚光器214相同的功能。因此，对图10所示的光发射器410、光源部412和聚光器414的重复描述将被省略。
光接收器430也起到与图2所示的光接收器230相同的作用，并因此将省略其重复描述。具体地，光接收器430可以被实施为有机光电二极管或印刷光电二极管以及有机薄膜光电二极管。当使用有机光电二极管作为光接收器430的材料时，光接收器的结构设计可以不受其面积和形状的限制。
在光接收器430形成为与基板420紧密接触的情况下，到目标物体的感测距离变短，并且因此可以增强光接收器430的灵敏度。另外，由于与常规情况相比，在预定的驱动电压下可以提高感测效率，可以在低驱动电压下实现与常规情况下相同的性能。
此外，在光接收器430没有使用有机薄膜光电二极管实施的情况下，可能需要用于会聚散射光的单独的聚光器。但是，根据一个实施例，在图10的情况下，光发射器410包括聚光器414，而光接收器430不包括单独的聚光器。这是因为在透明基板420上设置为光接收器430的有机光电二极管可以执行相同的功能。
优选地，光接收器的面积是聚光器面积的1.5倍。由于在光接收器中没有单独的聚光器，可以尽可能多地增加光接收器的面积以接收散射光，从而进一步提高灵敏度的效率。
另外，基板420对应于图8所示的基板301，并且执行相同的功能，因此将省略其重复描述。基板420可以是透明基板并且可以设置在目标物体和光接收器430之间。光接收器430可以通过透明基板420接收散射光并且感测目标物体。通过形成透明基板420，可以防止光接收器430由于与外部的直接接触而被消耗或污染。因此，可以提高对由目标物体引起的散射光的感测程度，并且可以进一步有利于对光接收器430的维护。基板420可以是柔性的或刚性的。
类似于图2的情况，图10所示的颗粒感测装置200C可以向颗粒221发射和辐射光，并且光接收器430可以通过基板420接收由颗粒221散射的光，并且利用接收的光获取关于颗粒221的信息。
如上所述，当使用有机薄膜光电二极管来实现光接收器230、230A、230B、230C、430时，可以获得以下效果。
与常规光接收器的厚度相比，接收器的厚度可以减小，并且可以以比常规光接收器小的面积实现高效光接收器。
此外，光接收器的结构设计可以不受其面积和形状的限制。
另外，与每个光电二极管模块安装在硅晶片上的常规情况不同，当如在实施例中那样使用有机薄膜光电二极管来实施光接收器时，可以通过印刷工艺一次制造光接收器，因此制造时间和工艺会缩短。
此外，由于在光接收器的侧面上不需要单独的聚光器来会聚由颗粒221散射的光，可以降低制造成本并且可以实现紧凑的设计。
根据上述实施例的颗粒感测装置200A、200B和200C可以应用于家用和工业用空气净化器、空气纯化器、空气清洗机、空气冷却器或空调机，或者可以应用于用于建筑物空气质量管理系统、用于车辆的室内/室外空调系统或用于车辆的室内空气质量测量装置。然而，应该注意的是，根据实施例的颗粒感测装置200A和200B不限于这些应用，并且可以应用于各种领域。
上面描述的本公开内容的实施例是为了说明的目的而公开的，并且本公开内容不限于此。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在本公开内容中进行各种修改和变化。这些修改和变化应该被理解为在本公开内容的范围内。
[发明的实施例]
用于执行本公开内容的模式已经在“具体实施方式”中被充分描述。
[工业适用性]
根据实施例的颗粒感测装置可以应用于家用和工业用空气净化器、空气纯化器、空气清洗机、空气冷却器或空调机，或者可以用来用于建筑物的空气质量管理系统和用于车辆的室内/室外空调系统或用于车辆的室内空气质量测量装置。

Claims (20)

1.一种颗粒感测装置，包括：
光发射器，被配置为发射并输出光到散射空间中；以及
光接收器，设置在最大散射角度区域中，所述最大散射角度区域是获得散射光的最大强度的区域，所述散射光是当从所述光发射器发射的光被在所述散射空间中的颗粒散射时形成的光，所述光接收器被配置为接收入射在其上的所述散射光并产生光电流信号。
2.根据权利要求1所述的颗粒感测装置，其中，所述光发射器包括：
光源部；以及
聚光器，设置在所述光源部的光轴上以会聚从所述光源部发射的光。
3.根据权利要求1所述的颗粒感测装置，其中，所述最大散射角度区域包括：
第一散射区域，所述第一散射区域相对于所述光发射器的光轴在20°至60°的散射角度范围内；以及
第二散射区域，所述第二散射区域相对于所述光发射器的所述光轴在-20°至-60°的散射角度范围内。
4.根据权利要求3所述的颗粒感测装置，其中，所述光接收器包括：
开口，所述开口允许从所述光发射器发射并通过所述散射空间的光传输通过所述开口；
第一光接收区域，设置在所述最大散射角度区域的在所述开口的周边的所述第一散射区域中；以及
第二光接收区域，设置在所述最大散射角度区域的在所述开口的周边的所述第二散射区域中。
5.根据权利要求4所述的颗粒感测装置，其中，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域在与所述光轴相交的方向上分别设置在所述开口的上侧和下侧。
6.根据权利要求4所述的颗粒感测装置，其中，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域彼此形成为一体。
7.根据权利要求4所述的颗粒感测装置，其中，在与所述光轴相交的方向上，所述开口的宽度大于所述第一光接收区域和所述第二光接收区域的宽度。
8.根据权利要求4所述的颗粒感测装置，其中，在与所述光轴相交的方向上，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域彼此分离。
9.根据权利要求1所述的颗粒感测装置，其中，所述光接收器为具有恒定曲率的凹形横截面形状。
10.根据权利要求4所述的颗粒感测装置，进一步包括：基板，所述光接收器设置在所述基板上。
11.根据权利要求10所述的颗粒感测装置，其中，所述光接收器包括有机薄膜光电二极管。
12.根据权利要求11所述的颗粒感测装置，其中，所述有机薄膜光电二极管包括：
第一电极，设置在所述基板上；
有源层，设置在所述第一电极上；以及
第二电极，包括第一子电极和第二子电极中的至少一个，
其中，所述第一子电极设置在所述基板上，并且
所述第二子电极设置在所述有源层上并且连接到所述第一子电极。
13.根据权利要求12所述的颗粒感测装置，其中，所述有机薄膜光电二极管进一步包括：
缓冲层，设置在所述第一电极和所述有源层之间；以及
保护层，设置在所述第二子电极上。
14.根据权利要求10所述的颗粒感测装置，进一步包括：
控制器，被配置为利用由所述光接收器产生的所述光电流信号来分析关于所述颗粒的信息；以及
导线，布置为将由所述光接收器产生的所述光电流信号传输到所述控制器。
15.根据权利要求14所述的颗粒感测装置，进一步包括：印刷电路板，所述控制器设置在所述印刷电路板上。
16.根据权利要求14所述的颗粒感测装置，其中，所述光接收器和所述导线设置在所述基板上，
其中，所述基板包括柔性基板，
其中，所述第一光接收区域和所述第二光接收区域设置在所述柔性基板上的所述开口周围以限定所述开口。
17.根据权利要求16所述的颗粒感测装置，其中，所述柔性基板的与所述开口对应的部分是透光的。
18.根据权利要求16所述的颗粒感测装置，其中，所述柔性基板的与所述开口对应的部分具有通孔的形状。
19.根据权利要求18所述的颗粒感测装置，进一步包括：光阱部，被配置为捕获已经通过与所述光接收器的所述开口对应的所述通孔的光。
20.根据权利要求1所述的颗粒感测装置，进一步包括被配置为容纳所述光发射器和所述光接收器并形成所述散射空间的外壳。
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