KR101364804B1 - 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터 및 그의 제조방법 - Google Patents

집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

집광 유도 렌즈를 포토 디텍터에 접착시켜 센싱 효율을 높일 수 있도록 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터 및 그 제조방법이 개시된다.
상기 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터는 일측에 광을 감지하기 위하여 형성된 포토 디텍터 및 일단이 상기 포토 디텍터와 접착되며 외부로부터의 빛을 집광하여 상기 포토 디텍터에 유도시키기 위한 집광 유도 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 접착 방식은 빠른 경화 가능한 접착방식을 사용함으로써 고정밀 광학 구조 구현을 위한 고비용이 발생되는 종래의 동등 성능의 고비용의 제품보다 더욱 저렴한 비용으로 감지 성능을 높게 구현할 수 있고, 렌즈, 센서, 후단 회로 개별 구조 설계로 인한 기구적인 제약 발생 및 제품 생산 공정이 복잡해지는 문제를 해소할 수 있는 효과가 있다.

Description

집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터 및 그의 제조방법{Photodector using induction condensing lens and manufacturing method for the photodetector}
본 발명은 포토 딕텍터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집광 유도 렌즈를 사용하여 포토 디텍터의 감도를 높일 수 있도록 하는 것으로 광학식 빔(레이져다이오드, 광소자(LED)) 형태의 신호를 가지고 있는 것에 대한 감지체의 전반적인 분야에 적용이 가능한 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 광학식 빔은 신호의 직진성과 원거리 전송을 위한 고주파 발진으로 인해 포토트랜지스터나 포토달링턴 구조의 내부 증폭기능이 있는 센서의 사용이 불가할 뿐만 아니라, 포토다이오드 형태의 센서를 사용하는 경우 역시 감도 개선을 위해서는 포토다이오드의 수광 면적(BARE CHIP의 사이즈)을 크게 해야 한다.
하지만, 수광 면적이 커지면 정션 캐패시턴스(Junction Capacitance)의 증가로 인한 응답 속도가 지연되어 신호를 분석하기 어려워지는 문제가 발생하는 반비례 상관관계가 있어 부품의 사용에 많은 제약이 있었다. 또한, 포토 디텍터 자체적으로 렌즈 구조를 가지고 있는 제품이 있으나, 이 또한 렌즈의 크기에 대한 제약이 있기 때문에 요구하는 개선 효과는 미약한 수준이었다.
이런 제한적인 환경에서 감도 개선이 가능한 방법이 부가적인 광학 렌즈 구조를 채택하는 것인데, 종래의 기술은 기구적인 구조를 사용하여 포토 디텍터 앞에 볼록 렌즈를 거치하여 입사되는 빛을 일정 구역으로 모아주는 형식의 구조를 사용하였다.
하지만, 이러한 구조를 사용했을 경우에는 고감도 구현을 위해서 정밀한 렌즈와 기구 조립 환경을 적용해야 하기 때문에 많은 비용이 발생되는 반면에 감도 개선의 효과가 미미한 단점이 있었다.
또한, 포토다이오드의 저전류 출력으로 인한 민감한 노이즈 특성 때문에 후단의 증폭 및 로직 회로의 설계나 회로의 기구적 배치에도 많은 제약이 있었다.
또한, 종래의 기술로는 광학 렌즈와 포토 디텍터 간에는 광학 포커스 위치에 고정하거나, 밀착하는 기구적 조립 방식을 대부분 사용하였으나, 이러한 기구적 조립방식을 사용하게 되면 오차가 크게 발생하여 광학적인 손실이 불가피하게 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 집광 유도 렌즈를 사용하여 광학 구조를 1차로 제공하고, 상기 집광 유도 렌즈와 포토 디텍터간의 접합 제조 공정을 통하여 포토 디텍터의 수신 성능의 개선과 광학 필터링 효과를 제공할 수 있는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터를 제공하는 것이다.
또한, 레이져 신호를 수신하는 전반적인 용도의 제품에 적용이 가능하며, 종래의 저비용의 간단한 광학 구조의 시스템이 가지고 있는 감지 성능의 한계를 개선하기 위하여 복잡, 고정밀, 고비용이 요구되던 제약을 포토 디텍터에 최적화된 집광 유도 렌즈 설계와 포토 디텍터의 접합 제조 공정을 통하여 비교적 저렴한 비용으로 포토 디텍터의 감지 성능을 높이게 할 수 있게 하고, 기구적인 제약점을 해소할 수 있도록 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
본 발명에 의한 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터는 일측에 광을 감지하기 위하여 형성된 포토 디텍터와, 일단이 상기 포토 디텍터와 접착되며, 외부로부터의 빛을 집광하여 상기 포토 디텍터에 유도시키기 위한 집광 유도 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 집광 유도 렌즈는 상단에 형성된 볼록 렌즈 및 상기 볼록 렌즈의 하단으로부터 디텍터까지 빛을 유도할 수 있도록 형성되어 있으며 끝단이 상기 포토 디텍터와 접착되는 유도관을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 유도관은 상기 볼록 렌즈에서 포토 디텍터 쪽으로 내려갈수록 좁아지도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 집광 유도 렌즈와 포토 디텍터는 UV 조사 접착방식을 사용하여 접착될 수 있다.
또한, 상기 볼록 렌즈의 수평 단면은 원형 또는 다각형의 형태를 가질 수 있다.
한편, 상기 집광 유도 렌즈의 유도관 및 포토 디텍터를 감싸는 몰딩부를 더 포함함으로써 상기 집광 유도 렌즈와 포토 디텍터의 접착부를 더욱 견고하게 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조 방법은 상단부는 볼록 렌즈가 형성되고, 하단부는 유도관이 형성되는 집광 유도 렌즈를 제작하는 단계(a)와, 상기 집광 유도 렌즈의 유도관을 현미경을 사용하여 포토 디텍터의 센서부에 맞추는 단계(b)와, 상기 집광 유도 렌즈의 유도관과 포토 디텍터를 접착하는 단계(c)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 (c)단계는 UV 조가 접착방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조 방법은 접착이 완료되면 집광 유도 렌즈의 유도관과 포토 디텍터의 접착부를 몰딩 처리하여 고정시키는 단계(d)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터는 고정밀 광학 구조 구현을 위한 고비용이 발생되는, 종래의 동등 성능의 고비용의 제품보다 더욱 저렴한 비용으로 감지 성능을 높게 구현할 수 있다.
또한, 렌즈, 센서, 후단 회로 개별 구조 설계로 인한 기구적인 제약 발생 및 제품 생산 공정이 복잡해지는 문제를 해소할 수 있다.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 몰딩부를 포함하는 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2와는 다른 형태의 몰딩부를 포함하는 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 디텍터의 제조방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 5는 도 4의 제조방법에 몰딩부를 제조하는 과정을 더 포함하는 포토 디텍터의 제조방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 6은 본 발명인 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 접착 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명인 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 몰딩 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7과는 다른 형태의 몰딩부를 형성하는 몰딩 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명인 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 동작 예를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예인 몰딩부를 포함하는 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2와는 다른 형태의 몰딩부를 포함하는 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 포토 디텍터(100)와 집광 유도 렌즈(200)를 포함할 수 있다.
상기 포토 디텍터(100)는 일측에 광을 감지하기 위하여 형성된 것으로, 포토다이오드(110)의 PN접합부에 빛을 조사하면 기전력이 발생되는 현상을 이용하여 빛을 감지할 수 있도록 하는 것이다. 상기 포토 디텍터(100)는 포토다이오드(110)에서 발생되는 기전력을 전달할 수 있도록 포토다이오드(110) 하단부에 기판(120)을 형성할 수 있다.
상기 집광 유도 렌즈(200)는 일단이 상기 포토 디텍터(100)와 접착되며, 외부로부터의 들어오는 빛의 신호를 집광하여 상기 포토 디텍터(100)에 유도시키기 위한 것이다. 예를 들면, 상기 집광 유도 렌즈(200)는 볼록 렌즈(210)와 유도관(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 볼록 렌즈(210)는 빛을 많이 받아들일 수 있도록 하기 위한 것으로, 주변의 빛을 집광시킬 수 있다. 상기 볼록 렌즈(210)는 상단으로 볼록한 형상을 가지며 형성될 수 있다. 또한, 상기 볼록 렌즈(210)의 수평 단면은 원형 또는 다각형의 형태를 가질 수 있다.
상기 유도관(220)은 상기 볼록 렌즈(210)의 하단으로부터 포토 디텍터(100)까지 연장되어 있으며, 상기 볼록 렌즈(210)로부터 집광되는 빛을 포토 디텍터(100)까지 유도할 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 유도관(220)은 상기 볼록 렌즈(210)에서 포토 디텍터(100) 쪽으로 내려갈수록 좁아지도록 형성될 수 있다. 즉, 볼록 렌즈(210)의 크기를 포토 디텍터(100)의 센서 크기보다 크게 제작하여 빛을 많이 집광할 수 있도록 하여 포토 디텍터(100)로 집중되는 빛의 양을 많게 함으로써 포토 디텍터(100)의 감도를 높일 수 있도록 하는 것이다.
한편, 도 1을 참조하면, 상기 집광 유도 렌즈(200)와 상기 포토 디텍터(100) 사이에 접착부(300)를 형성함으로써 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)를 접착시켜 고정시킬 수 있다.
이때, 상기 접착부(300)는 UV 조사 접착방식을 사용하여 형성할 수 있다. UV 조사 접착방식은 접착제에 광개시제(Photo Initiator)를 함유시켜 특정파장(200~400nm)영역의 자외선(UV) 또는 가시광선(Visible)의 조사를 받는 경우 접착제가 급격하게 경화되는 원리를 이용한 접착 방식이다. 접착부(300)를 형성하는데 사용되는 UV 접착제는 기존 아크릴, 실린콘, 에폭시, 순간접착제, 우레탄 접착제를 기본 베이스에 광개시제를 추가하여 기존 접착제의 특징은 그대로 가져가면서 경화속도를 빠르게 하는 것이다. 또한, 자외선을 투과시키는 유리나 플라스틱의 접착에서 가열 경화, 혐기 경화, 2액 경화, 습기 경화, 등의 복합 경화 기능을 가진 UV 접착제가 개발되어 그 응용분야가 확대되고 있다.
상기와 같은 UV 조사 접착방식을 사용하는 경우 경화시간이 빠르기 때문에 빠른 시간 안에 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)를 접착시킬 수 있으며, 열 경화 방식과 같이 열이 필요하지 않기 때문에 열이 포토 디텍터(100)에 영향을 주지 않으면서 접착이 가능하다. 또한, 컨베이어 시스템에 UV 램프만 거치하면 되므로 작업 효율을 높일 수 있다. 또한, UV 조사가 이루어질 때만 경화가 이루어지므로 작업자가 경화 타이밍을 임의로 조절할 수 있다.
한편, 상기와 같은 UV 조사 접착방식을 본 발명에 적용할 경우 집광 유도 렌즈가 투명하고, 접착 부위가 복잡하지 않아 바로 적용이 가능하다.
한편, 상기 UV 조사 접착방식은 하나의 바람직한 예를 든 것으로, 포토 디텍터로 빛이 유도되는 것을 방해하거나, 포토 디텍터에 직접적인 영향을 주지 않는 접착방식이라면, 다양한 접착방식을 적용하는 것이 가능하다.
이와 같은 집광 유도 렌즈(200)를 활용하게 되면, 집광 유도 렌즈를 설치하기 위한 구조물을 설치하지 않아도 되기 때문에 제조하는 비용은 적게 들면서 감지 성능은 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 다른 기구적인 구조 없이 포토 디텍터(100)에 바로 집광 유도 렌즈(200)를 접착하기 때문에 따로 기구적인 구조를 설계하여 제작하지 않아도 되므로 기구적인 제약이 발생하지 않으며, 이로 인하여 제품 생산 공정이 단순해지는 이점이 있다.
한편, 상기와 같이 집광 유도 렌즈(200)의 유도관(220)과 포토 디텍터(100)를 접착시킬 경우, 집광 유도 렌즈(200)의 충격에 의해 접착된 부분이 파손될 수 있다. 이러한 파손을 막기 위하여 상기 집광 유도 렌즈(200)의 유도관(200)부터 포토 디텍터(100) 모두를 감싸는 몰딩부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 몰딩부(400)는 상기 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)를 결합한 후에 이를 몰딩액에 담구고 굳혀서 사용할 수 있다. 이때, 몰딩액은 유도관(220) 부분부터 포토 디텍터(100)의 기판(120) 까지 모두 감싸도록 하고, 볼록 렌즈(210)는 외부로 돌출될 수 있도록 할 수 있다.
도 2내지 도 3에는 몰딩부(400)를 형성한 다양한 예를 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 집광 유도 렌즈(200)의 유도관(220)과 포토 디텍터(100)를 코팅하듯이 감싸 고정시킨 상태를 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, 집광 유도 렌즈(200)의 볼록 렌즈(210)를 제외하고 모두를 감싸되, 일정한 틀을 가지는 몰딩부(400)를 형성시켜 고정시킨 상태를 나타내고 있다.
상기와 같이, 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)의 접착부(300)를 강화시키기 위하여 몰딩을 실시함으로써, 개별적으로 강화 구조를 설계하거나 제작해야 하는 기구적인 제약 없이 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)의 접착부(300)를 강화시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조방법을 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 디텍터의 제조방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 5는 도 4의 제조방법에 몰딩부를 제조하는 과정을 더 포함하는 포토 디텍터의 제조방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 상단부는 볼록 렌즈가 형성되고, 하단부는 유도관이 형성되는 집광 유도 렌즈를 제작하는 단계(a)와, 상기 집광 유도 렌즈의 유도관을 현미경을 사용하여 포토 디텍터의 센서부에 맞추는 단계(b)와, 상기 집광 유도 렌즈의 유도관과 포토 디텍터를 접착하는 단계(c)를 포함하여 이루어질 수 있다.
(a)단계는 집광 유도 렌즈를 제작하는 단계를 나타낸 것으로, 외부의 빛을 많이 받아들여 센서가 풍부한 빛을 받아들일 수 있도록 하는 렌즈를 제작한다. 상기 집광 유도 렌즈(200)는 빛을 받아서 모아주는 볼록 렌즈(210)와, 상기 볼록 렌즈(210)를 통해 모아진 빛을 포토 디텍터(100)로 유도할 수 있는 유도관(220)이 형성되어 있다.
(b)단계는 상기 집광 유도 렌즈(200)를 포토 디텍터(100)의 포토다이오드(110)의 중심에 맞도록 조절하는 것으로, 집광 유도 렌즈(200) 및 포토 디텍터(100)의 크기가 작기 때문에 현미경을 사용하여 포토다이오드(110)의 중심에 맞도록 하여 최대의 감도를 가질 수 있도록 집광 유도 렌즈(200)의 위치를 조절하는 단계이다.
(c)단계는 상기 집광 유도 렌즈(200)와 상기 포토 디텍터(100)를 접합하는 단계이다. 즉, (b)단계에서 포토다이오드(100)의 중심과 맞도록 조절한 후 집광 유도 렌즈(200)의 유도관(220)과 포토 디텍터(100)를 접합하는 것이다.
바람직하게, 상기 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)의 접합 방식은 UV 조사 접착 방식을 사용할 수 있다. 즉, UV 접착제를 상기 집광 유도 렌즈(200)의 유도관(220) 끝단과 포토 디텍터(100)가 만나는 부분에 도포한 후 UV 광을 조사하여 바로 경화시킴으로써 빠른 시간 내에 접착할 수 있다.
한편, 상기 접합방식은 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 사용되는 UV 조사 접착 방식 역시 다양한 실시예 중 한가지 인 것은 자명하다.
상기와 같이 포토 디텍터를 제조하였을 경우, 집광 유도 렌즈를 포토 디텍터에 맞추고 고정시키기 위한 구조물을 따로 설계하지 않고 바로 접착하기 때문에 제조 공정이 단순화 될 수 있다.
한편, 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 (c)단계를 통하여 접착이 완료되면, 집광 유도 렌즈(200)의 유도관(220)과 포토 디텍터(100)의 접착부(300)를 몰딩 처리하여 고정시키는 단계(d)를 더 포함할 수 있다. 이는 접착만으로는 충격에 약할 수 있기 때문에 다른 기구적 구조물을 사용하지 않고 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100) 및 접착부(300)를 모두 몰딩시키는 방식을 사용하여 견고하게 고정시킬 수 있다.
바람직하게, 상기 몰딩 처리하는 방식은 몰딩액에 유도관(210) 및 포토 디텍터(100)가 잠길 정도로 담궜다가 빼내어 굳힘으로써 보다 단단하게 고정될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 일정한 틀에 몰딩액을 채운 후 유도관(210) 및 포토 디텍터(100)가 잠길 정도로 넣은 후 몰딩액이 굳으면 틀에서 빼내어 일정한 형태를 가지도록 할 수 있다. 한편, 상기 몰딩 방식은 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 언급한 몰딩 방식 역시 다양한 실시예 중 한가지 인 것은 자명하다.
상기와 같이 (d)단계를 더 포함함으로써 접착만으로 약할 수 있는 본 발명의 구조를 보완하여 더욱 견고하게 제작할 수 있으며, 접착부(300)를 강화하기 위한 구조물을 따로 설계하거나 제작하지 않고 몰딩을 통한 강화를 실시하기 때문에 강화단계 역시 공정을 단순화 시킬 수 있는 이점을 가진다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터를 제조하는 과정과, 상기 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터를 사용하여 센싱하는 과정 및 작용 효과에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명인 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 접착 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터를 제조하기 위해서는, 먼저 집광 유도 렌즈(200)를 제작한다. 상기 집광 유도 렌즈(200)는 상단이 볼록 렌즈(210) 형상을 하고 있으며, 상기 볼록 렌즈(210) 하단부로는 유도관(220)이 형성되도록 제작한다.
상기 유도관(220)은 상기 볼록 렌즈(210)로부터 집광되는 빛을 최대한 포토다이오드(110)로 유도하기 위한 것으로, 볼록 렌즈(210)의 크기 및 포토다이오드(110)의 크기에 따라 형태가 달라지게 제작할 수 있다. 예를 들면, 볼록 렌즈(210)는 많은 빛의 신호를 받아 이를 포토다이오드(110)에 집중시키기 위하여 포토다이오드(110)보다 크게 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 볼록 렌즈(210)의 하단부로부터 포토 디텍터(100)쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상으로 제작될 수 있다. 하지만, 상기 유도관(220)의 형태는 사용 여견에 따라 자유롭게 변형이 가능하다.
상기와 같이 집광 유도 렌즈(200)를 제작한 후에는 상기 집광 유도 렌즈(200)와 포도 디텍터(100)를 접착시킨다. 이때, 접착하는 방식은 다양한 방법이 사용될 수 있는데, 가장 바람직한 방식은 빠른 시간안에 접착제를 경화시킬 수 있는 접착 방식을 사용하는 것이다.
바람직하게, 상기와 같이 빠른 경화가 가능한 접착방식은 UV 조사 접착방식이 있을 수 있다. UV 조사 접착방식을 사용하여 집광 유도 렌즈(200)와 포토 디텍터(100)가 만나는 부분에 UV 접착제를 도포하여 접착부(300)를 형성한 후, UV 조사부(310)를 이용하여 상기 접착부(300)에 UV광을 조사하여 바로 UV 접착제를 경화시켜 접착을 완료한다.
상기와 같이 접착을 완료한 경우, 보다 많은 집광을 위하여 볼록 렌즈(210)를 크게 제작함으로써 유도관(220)이 볼록 렌즈(210)에서 포토 디텍터(100)쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상일 경우에는 포토 디텍터(100)와 접착되는 접착부(300)가 충격에 약할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 접착부위를 강화시킬 필요가 있는데, 몰딩 처리를 통하여 강화할 수 있다.
도 7은 본 발명인 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 몰딩 과정을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 8은 도 7과는 다른 형태의 몰딩부를 형성하는 몰딩 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 상기 몰딩 처리하는 방식은 유도관(220)과 포토 디텍터(100)를 몰딩액(410)에 담궜다가 빼내어 굳힘으로써 보다 단단하게 고정될 수 있도록 할 수 있다. 이 몰딩 방식을 사용하면 유도관(220) 및 포토 디텍터의 주변이 코팅되어 충격에 더욱 강하게 할 수 있다.
한편, 도 8은 도 7과는 다른 형태의 몰딩부를 형성하는 몰딩 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 몰딩 처리하는 방식은 일정한 틀에 몰딩액(410)을 넣고, 그 안에 볼록 렌즈(210)를 제외한 모든 부분이 잠길 수 있도록 넣는다. 이후 몰딩액(410)이 굳으면 틀을 제거하여 일정한 형상을 갖는 포토 디텍터를 형성할 수 있다. 이때는 몰딩부(400)를 통하여 균일한 형상을 가지는 포토 디텍터를 제조할 수 있는 이점이 있으며, 코팅을 실시할 때보다 더욱 강한 강도를 가질 수 있다.
한편, 상기 몰딩 방식은 다양한 방식이 사용될 수 있으며, 본 발명에서 언급한 몰딩 방식 역시 다양한 실시예 중 한가지 인 것을 자명하다.
한편, 도 9는 본 발명인 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 동작 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하여 상세하게 설명하면, 외부로부터 직선으로 들어오는 빛을 볼록 렌즈(210)를 통하여 굴절시켜 유도관(220)에 진입시키게 되면, 유도관(220) 내부에서 빛이 반사하면서 포토다이오드(110)를 향해 빛이 유도되게 된다.
상기와 같이 빛이 포토다이오드(110)를 향하여 바로 유도되기 때문에 감도가 향상될 수 있게 된다.
또한, 집광 유도 렌즈(200)를 고정시키기 위한 구조물이 필요 없이 바로 접착을 실시하였기 때문에 제조공정이 단순해지며, 추가적인 구조물을 설계하고 제조하지 않아도 되는 매우 유용한 이점을 가진다.
즉, 상기와 같이 제조된 집광 렌즈를 활용한 포토 디텍터는 빛을 이용한 신호를 볼록 렌즈를 통해 받아들인 후 상기 빛이 유도관 내에서 반사하면서 포토 디텍터 방향으로 유도된다. 따라서, 볼록 렌즈가 집광한 빛의 손실이 거의 없이 포토 디텍터로 들어감으로써 효율이 좋아지는 이점을 가질 수 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
(100): 포토 디텍터 (110): 포토다이오드
(120): 기판 (200): 집광 유도 렌즈
(210): 볼록 렌즈 (220): 유도관
(300): 접착부 (310): UV 접착제
(320): UV 조사부 (400): 몰딩부
(410): 몰딩액

Claims (9)

  1. 일측에 광을 감지하기 위하여 형성된 포토 디텍터;
    일단이 상기 포토 디텍터와 접착되며, 외부로부터의 빛을 집광하여 상기 포토 디텍터에 유도시키기 위한 집광 유도 렌즈를 포함하고,
    상기 집광 유도 렌즈는,
    상단에 형성된 볼록 렌즈; 및
    상기 볼록 렌즈의 하단으로부터 디텍터까지 빛을 유도할 수 있도록 형성되어 있으며, 끝단이 상기 포토 디텍터와 접착되는 유도관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유도관은 상기 볼록 렌즈에서 포토 디텍터 쪽으로 내려갈수록 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 집광 유도 렌즈와 포토 디텍터는 UV 조사 접착방식을 사용하여 접착되는 것을 특징으로 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 볼록 렌즈의 수평 단면은 원형 또는 다각형의 형태인 것을 특징으로 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 집광 유도 렌즈의 하단부 및 포토 디텍터를 감싸는 몰딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터.
  7. (a) 상단부는 볼록 렌즈가 형성되고, 하단부는 유도관이 형성되는 집광 유도 렌즈를 제작하는 단계;
    (b) 상기 집광 유도 렌즈의 유도관을 현미경을 사용하여 포토 디텍터의 센서부에 맞추는 단계;
    (c) 상기 집광 유도 렌즈의 유도관과 포토 디텍터를 접착하는 단계;
    를 포함하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (c)단계는
    UV 조사 접착방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    (d) 접착이 완료되면 집광 유도 렌즈의 유도관과 포토 디텍터의 접착부를 몰딩 처리하여 고정시키는 단계;를 더 포함하는 집광 유도 렌즈를 활용한 포토 디텍터의 제조방법.
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