KR101414050B1 - 광센서의 외란광 영향을 제거하기 위한 패키지 구조체 및 방법 - Google Patents

광센서의 외란광 영향을 제거하기 위한 패키지 구조체 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관은, 발광소자(11), 수광소자(12) 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자(13)를 포함하는 광센서 구조체에서, 보상소자(13)로부터 발산되는 빛을 수광소자(12)에 유도하는 광 도파관(100)에 있어서, 보상소자(13)가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층(15)이 도포되는 제 1 광도파관부(A); 수광소자(12)가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층(15')이 도포되는 제 2 광도파관부(B); 상기 제 1 광도파관부(A)와 상기 제 2 광도파관부(B) 사이에 배치되며, 상기 제 1 광도파관부와 제 2 광도파관부를 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽(14)을 포함하며, 상기 보상소자(13)로부터 발산되는 빛이 상기 차폐벽(14) 상부의 광통로를 통하여 입사되어 상기 제 2 투광성수지층(15')에서 전반사되어 상기 수광소자(12)로 유도된다.
본 발명에 따른 광 도파관을 이용하면, 보상소자로부터 수광소자로 조사되는 보상용 빛이 외부로 유출되지 않고 전달될 수 있어서, 동작감지센서의 동작을 보다 정확하게 제어할 수 있는 효과가 얻어질 수 있다.

Description

광센서의 외란광 영향을 제거하기 위한 패키지 구조체 및 방법{STRUCTURE AND METHOD FOR ELIMINATING IMPACT OF AMBIENT LIGHT FOR OPTICAL SENSORS}
본 발명은 광 도파관에 관한 것으로서, 모바일 기기, 차량용 기기, 가전기기 등을 비접촉식으로 제어하는 광센서에 대한 외란광의 영향을 제거할 수 있는 광 도파관에 관한 것이다.
전자통신기술의 발달에 따라, 이동전화단말기, PDA, Tablet PC 등의 모바일 기기가 일상 생활 또는 직무 수행에서 필수품으로 자리를 잡아가고 있으며, 이러한 모바일 기기는 기본적인 전화통화기능 이외에도 인터넷 접속기능, 데이타 입력 및 저장기능, 정보검색기능, 음성 녹음 및 재생기능, 영상 촬영 및 재생기능 등 다양한 부가기능을 제공하고 있으며, 이러한 모바일 기기의 다양한 기능은 키버튼 또는 스크린 터치를 통하여 선택 및 제어될 수 있다.
그러나, 모바일 기기의 키버튼 또는 스크린에 손가락을 직접 접촉하여 모바일 기기를 조작하기 불편한 상태에 있는 경우에는 모바일 기기의 조작에 제약이 뒤따르게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 모바일 기기의 키버튼 또는 스크린을 직접 접촉하지 않고 사용자의 모바일 기기 조작 동작을 감지하여 모바일 기기의 동작을 제어할 수 있는 동작감지센서 기술이 개발되어 왔다.
이러한 동작감지센서들의 경우 적외선 또는 가시광선의 광원을 발광소자로 하여 투과형 또는 반사형 형태로 수신기를 배치하여, 발광소자로부터 발산된 빛이 반사체(예를 들어, 사용자의 손가락)에 반사되는 것을 수신기가 인식하는 형태이다. 수광소자인 수신기는 일반적으로 포토다이오드, 포토트랜지스터 등을 사용하고 있으며, 수신기가 빛을 감지하면 전류를 발생시키고, 수신기에서 발생된 전류는 동작신호가 되어 제어부에 전달되어, 사용자가 원하는 모바일 기기의 동작을 제어하게 된다.
그러나, 상기와 같은 수광소자는 모든 파장영역의 빛에 반응을 하기 때문에, 주변환경에 다른 광원들이 존재하게 되면 수광소자의 출력에 영향을 미치게 된다. 이러한 문제점으로 인하여, 외부광원이 밝은 장소에서 비접촉식의 동작감지센서를 적용하는데 어려움이 있다.
이에 따라, 동작감지센서에 대한 외부의 광원의 영향을 줄이기 위하여, 발광하는 광원에 주파수를 실어 보내거나 또는 일정한 영역대의 파장을 사용하여 필터링하는 방법 등을 사용하였다. 그러나, 이러한 방법에서도 외부의 광원이 너무 강하게 되면 동작감지센서의 기능이 저하되는 문제가 발생한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 외란광의 영향을 제거하여 수광소자에 보상용 빛을 조사하는 보상소자를 사용하는 기술이 개발되었다. 이러한 보상소자(3)는 도1에 도시된 바와 같이 수광소자(2)의 측면에 배치되어 수광소자(2)에 빛을 조사함으로써, 발광소자(1)로부터 발산되어 반사체(9)에 반사된 빛에 의해 상기 수광소자(2)에 발생된 동작신호를 보정하게 된다. 상기 보상소자(3)는 별도로 장착된 센서(미도시)가 감지하는 주위환경의 밝기에 따라 수광소자(2)가 일정한 양의 빛을 감지하도록 빛을 발산하게 된다. 즉, 야외 날씨, 터널, 실내 조명의 강약 등과 같은 주위환경의 변화는 반사체(9)에 반사되어 수광소자(2)에 도달되는 빛의 강도를 수광소자(2)가 정확하게 감지하는데에 영향을 미치기 때문에, 수광소자(2)가 주위환경의 변화에 관계없이 반사체(9)에 반사되어 수광소자(2)에 도달되는 빛을 강도를 정확히 감지할 수 있도록 보상소자(3)가 제어부(미도시)의 제어에 의해 외부 빛의 양에 따라 수광소자(2)에 보상용 빛을 조사하게 된다.
그런데, 상기와 같이, 외란광의 영향을 제거하기 위하여 보상소자가 수광소자에 보상용 빛을 조사함으로써 수광소자(2)의 동작신호를 보정하는 경우에도, 보상소자(3)로부터 조사되는 빛이 수광소자(2)의 외부로 유출되거나 유출된 빛이 다른 반사체에 반사되어 되돌아 오는 경우에는 수광소자(2)의 동작신호를 정확하게 제어하기 어렵게 될 수 있다. 특히, 수광소자(2)는 반사체(9)에 반사된 빛을 받아들여야 하므로, 수광소자(2)의 상부는 빛이 투과할 수 있는 구조로 형성되어야 하는데, 보상소자(3)는 수광소자(2)에 인접하여 빛을 조사하기 때문에 보상소자(3)로부터 수광소자(2)를 향하여 조사된 빛의 일부가 수광소자(2)의 상부로 유출될 수 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여, 본 발명에 따르면, 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하는 광센서 구조체에서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관에 있어서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 외부로 유출시키지 않고 수광소자를 향하여 조사할 수 있는 광 도파관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관은, 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하는 광센서 구조체에서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관에 있어서, 보상소자가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층이 도포되는 제 1 광도파관부; 수광소자가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층이 도포되는 제 2 광도파관부; 상기 제 1 광도파관부와 상기 제 2 광도파관부 사이에 배치되며, 상기 제 1 광도파관부와 제 2 광도파관부를 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽을 포함하며, 상기 보상소자로부터 발산되는 빛이 상기 차폐벽 상부의 광통로를 통하여 입사되어 상기 제 2 투광성수지층에서 전반사되어 상기 수광소자로 유도된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서는, 제 1 투광성수지층 및 제 2 투광성수지층은 실리콘층으로 이루어질 수 있으며, 실리콘의 굴절율은 약 1.41이며, 임계각은 약 45.17°로 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서는, 차폐벽은 상기 보상소자로부터 발산되는 빛 중 입사각이 약 47°인 빛이 제 2 투광성수지층(15')의 상단면에 서 반사되어 도달하는 위치에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서는, 보상소자로부터 발산되는 빛 중 입사각이 55°이하의 빛만 수광소자에 도달되도록 차폐벽의 높이가 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서는, 제 1 투광성수지층의 높이 및 제 2 투광성수지층의 높이는 보상소자의 높이의 약 2배이고, 차폐벽의 높이는 보상소자의 높이의 약 1.5배로 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광 도파관에서는, 제 1 광도파관부의 제 1 투광성수지층 상부에 흡수형수지층이 도포될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광 도파관에서는, 제 1 광도파관부의 제 1 투광성수지층 상부에 불투명층이 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광 도파관에서는, 휴대단말기의 디스플레이부 상부에 설치되며, 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하며, 휴대단말기의 동작을 제어하는 광센서 구조체에서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관에 있어서, 상기 휴대단말기의 디스플레이부 상부에 장착되는 베이스부; 상기 베이스부에 장착되는 보상소자가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층이 도포되는 제 1 광도파관부; 상기 베이스부에 장착되는 수광소자가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층이 도포되는 제 2 광도파관부; 상기 제 1 광도파관부와 상기 제 2 광도파관부 사이에 배치되며, 상기 제 1 광도파관부와 제 2 광도파관부를 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽을 포함하며, 상기 보상소자로부터 발산되는 빛이 상기 차폐벽 상부의 광통로를 통하여 입사되어 상기 제 2 투광성수지층에서 전반사되어 상기 수광소자로 유도될 수 있다.
본 발명에 따른 광 도파관을 이용하면, 보상소자로부터 수광소자로 조사되는 보상용 빛이 외부로 유출되지 않고 전달될 수 있어서, 동작감지센서의 동작을 보다 정확하게 제어할 수 있는 효과가 얻어질 수 있다.
도 1은 종래 기술에서의 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하는 광센서 구조체를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하는 광센서 구조체의 평면도이다.
도 3은 도 2의 광센서 구조체의 측면도이다.
도 4는 도 3에서의 보상소자와 수광소자 사이의 광 도파관의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 밀한매질(n1)과 소한매질(n2) 사이의 광 유도 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서의 광 유도 경로를 나타내는 도면이다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 출원의 명세서에서 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 출원의 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 또는 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원의 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하는 광센서 구조체의 평면도이며; 도 3은 도 2의 광센서 구조체의 측면도이며; 도 4는 도 3에서의 보상소자와 수광소자 사이의 광 도파관의 구조를 나타내는 도면이며; 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서의 광 유도 경로를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관이 적용될 수 있는 발광소자, 수광소자 및 보상소자를 포함하는 광센서 구조체에 대하여 설명한다.
발광소자는, 예를 들어 적외선 다이오드를 사용할 수 있으며, 평행광을 사용하는 것이 바람직하다. 수광소자인 수신기는 일반적으로 포토다이오드, 포토트랜지스터 등을 사용하고 있으며, 수신기가 빛을 감지하면 전류를 발생시키고, 수신기에서 발생된 전류는 동작신호가 되어 제어부에 전달되어, 사용자가 원하는 모바일 기기의 동작을 제어하게 된다.
이동전화, PDA, Tablet PC 등의 모바일 기기의 동작을 비접촉으로 제어하기 위한 광센서 구조체는 적어도 하나 이상의 발광소자(11)와 하나의 수광소자(12)로 이루어지며, 수광소자(12)의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자(12)에 보상용 빛을 발산하는 보상소자(13)가 수광소자(12)에 인접하여 배치될 수 있다.
모바일 기기에 장착된 광센서 구조체의 발광소자(11)로부터 빛이 지속적으로 발산되며, 이 빛이 사용자의 신체 등(예들 들어, 사용자의 손가락)에 반사되어 반사된 빛을 수광소자(12)가 인식하게 되면, 수광소자(12)는 전류를 발생시키고, 수광소자(12)에서 발생된 전류는 동작신호가 되어 제어부(미도시)로 전달된다. 여기서, 발광소자(11)로부터 발산되는 광은, 예를 들어 적외선 870nm의 광을 적용할 수 있으며, 수광소자(12)는 포토다이오드, 포토트랜지스터 등이 이용될 수 있다.
그리고, 주변환경에 다른 광원들이 존재하게 되면 수광소자(12)의 출력에 영향을 미치게 되므로, 외란광의 영향을 제거하기 위하여 수광소자(12)에 보상용 빛을 조사하는 보상소자(13)가 이용되며, 수광소자(12)의 측면에 배치된다. 상기 보상소자(13)는 별도로 장착된 센서(미도시)가 감지하는 주위환경의 밝기에 따라 수광소자(12)가 일정한 양의 빛을 감지하도록 빛을 발산하게 된다. 즉, 야외 날씨, 터널, 실내 조명의 강약 등과 같은 주위환경의 변화에 관계없이 발광소자(11)에 발산된 빛이 반사체(미도시)에 반사되어 수광소자(2)에 도달되는 빛을 강도를 정확히 감지할 수 있도록 보상소자(13)가 제어부(미도시)의 제어에 의해 외부 빛의 양에 따라 수광소자(12)에 보상용 빛을 조사하게 된다.
본 발명에서는, 보상소자(13)로부터 조사되는 보상용 빛이 외부로 유출되지 않고 수광소자(12)에 안내될 수 있도록 보상소자(13)와 수광소자(12) 사이에 광 도파관(100)이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관(100)은, 발광소자(11), 수광소자(12) 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자(13)를 포함하는 광센서 구조체에서, 보상소자(13)로부터 발산되는 빛을 수광소자(12)에 유도하는 광 도파관(100)으로 이루어진다. 상기 광 도파관(100)은 제 1 광도파관부(A)와 제 2 광도파관부(B)를 포함하며, 상기 제 1 광도파관부(A)와 제 2 광도파관부(B) 사이에 배치되며 이들 제 1 및 제 2 광도파관부들(A, B)을 서로 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽(14)을 포함한다. 상기 제 1 광도파관부(A)에는 보상소자(13)가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층(15)이 도포된다. 상기 제 2 광도파관부(B)에는 수광소자(12)가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층(15')이 도포된다.
상기와 같이 제 1 광도파관부(A) 및 제 2 광도파관부(B)를 투광성 수지층으로 도포할 경우, 투광성 수지층의 상부는 투광성 수지층 보다는 소한매질인 공기층이므로, 보상소자(13)로부터 발산된 빛의 수지층을 향한 입사각이 수지층의 임계각(θc) 보다 클 때는 내부전반사(TIR : Total Internal Reflection)에 의해 외부로 유출되지 않고 내부로 반사된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 굴절율이 높은 매질(n1)에서 굴절율이 낮은 매질(n2)로 광이 진행할 때, 일정 각도 이상으로 입사되면 제 1 매질에서 제 2 매질로 광이 이동하지 못하고 제 1 매질로 되돌아 가는 '내부전반사(TRI)' 현상이 발생되며, 내부 전반사가 발생되기 시작하는 광의 입사각도를 임계각(Critical Angle : θc)이라 한다.
임계각(θc)과 굴절율의 관계는 아래의 식으로 주어진다.
θc = arcsin(n2/n1)
여기서, n1은 밀한매질의 굴절율이고, n2는 소한매질의 굴절율이다.
본 발명에 적용된 상기 제 1 투광성수지층(15) 및 제 2 투광성수지층(15')에는 굴절율이 약 1.41이며, 임계각이 약 45.17인 실리콘이 적용되었다. 또한, 상기 제 1 투광성수지층(15) 및 제 2 투광성수지층(15')에는 에폭시가 이용될 수 있으며, 투광성이 있는 다른 수지도 이용될 수 있다. 상기 제 1 투광성수지층(15) 및 제 2 투광성수지층(15')은 동일한 수지층으로 형성될 수도 있지만, 서로 다른 수지층으로 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 보상소자(13)로부터 수광소자(12)로 직접적으로 조사되는 빛의 세기가 너무 강하면 오히려 주위환경 변화에 따라 수광소자(12)의 동작신호를 보정하는 보상소자(13)의 기능이 저하될 수 있으므로, 보상소자(13)로부터 수광소자(12)로 빛이 직접 조사되지 않도록 상기 제 1 광도파관(A)과 상기 제 2 광도파관(B) 사이에 상단부가 개구되어 광통로가 형성된 소정 높이의 차폐벽(14)을 설치한다.
상기 차폐벽(14)은 보상소자(13)로부터 발산되는 빛 중 제 1 투광성수지층(15)의 임계각(θc) 보다 큰, 47°의 입사각을 가진 빛이 제 2 투광성수지층(15')의 상단면에서 반사되는 도달하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 보상소자(13)로부터 발산되는 빛 중 입사각이 55°이하의 빛만 상기 수광소자(12)에 유도되도록 차폐벽(14)의 높이(h4), 보상소자(13)와 차폐벽(14) 사이의 거리 등이 설정되는 것이 바람직하다. 보상소자(13)로부터 발산되는 빛 중 입사각이 55°이상의 빛이 수광소자(12)로 유도되는 경우에는 보상용 빛이 너무 강하게 되어 주위환경 변화에 따라 수광소자(12)의 동작신호를 보정하는 보상소자(13)의 기능이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관에서는, 상기 차폐벽(14)은 상기 보상소자(13)로부터 상기 보상소자의 폭만큼 떨어져서 위치되며, 상기 제 1 투광성수지층(A)의 높이(h3 + t3) 및 제 2 투광성수지층(B)의 높이(h2 + t2)는 상기 보상소자의 높이(h3)의 약 2배이고, 상기 차폐벽(14)의 높이(h4)는 상기 보상소자(13)의 높이(h3)의 약 1.5배로 설정될 수 있다. 이와 같이 차폐벽(14), 제 1 투광성수지층(A) 및 제 2 투광성수지층(B)의 치수를 설정할 경우, 보상소자(13)로부터 발산되는 빛 중 입사각이 약 47°~ 55°의 빛이 수광소자(12)로 유도될 수 있다.
또한, 상기 제 1 투광성수지층(15)에서 상기 보상소자(13)에서 발산되는 빛 중 임계각(θc) 보다 작은 각도의 빛은 상기 제 1 투광성수지층(15)을 통과하여 외부로 유출되므로, 이러한 임계각((θc) 이하의 각도로 입사되는 빛이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 제 1 투광성수지층(15) 상부면에 불투명층이 설치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 투광성수지층(15) 상부면을 불투명재질로 코팅하거나 상부면에 불투명커버를 설치할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 도파관에서는, 제 1 광도파관부(A)의 제 1 투광성수지층(15) 상부에 흡수형수지층(16)이 도포될 수 있다. 이와 같이, 제 1 투광성수지층(15)의 상부에 흡수형수지층(16)을 도포하면, 제 1 투광성수지층(15)과 흡수형수지층(16)의 두매질의 굴절율이 동일하게 되어 임계각(θc)이 90°가 되어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 투광성수지층(15)의 상단면을 향하여 발산되는 모든 광이 흡수형수지층(16)으로 흡수되어 버리게 된다. 이에 따라, 보상소자(13)에서 발산되는 임계각(θc) 이하의 빛이 제 1 투광성수지층(15)을 통과하여 외부의 물체에 반사되어 수광소자(12)로 입사되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 상기 흡수형수지층에는 실리콘, 에폭시 등의 수지가 이용될 수 있다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관(100)의 작용을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관(100)에서는, 제 1 광도파관부(A) 및 제 2 광도파관부(B)를 투광성 수지층으로 도포하므로, 제 1 투광성 수지층(15) 및 제 2 투광성 수지층(15')의 상부는 소한매질인 공기층이므로, 보상소자(13)로부터 발산된 빛의 수지층을 향한 입사각이 수지층의 임계각(θc) 보다 클 때는 내부전반사(TIR : Total Internal Reflection)에 의해 외부로 유출되지 않고 내부로 반사된다. 이에 따라, 보상소자(13)로부터 발산되는 빛의 일부가 제 1 투광성수지층(15)을 통과하여 외부의 물체에 반사되어 수광소자(12)로 입사되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관(100)에서, 상기 차폐벽(14)은 보상소자(13)로부터 발산되는 빛 중 제 1 투광성수지층(15)의 임계각(θc) 보다 큰, 47°의 입사각을 가진 빛이 제 2 투광성수지층(15')의 상단면에서 반사되는 돌아오는 위치에 설치된다. 이 경우에, 제 1 투광성수지층(15)이 도포된 제 1 광도파관부(A)에서 보상소자(13)로부터 빛이 발산하면, 제 2 광도파관부(B)에서 제 2 투광성수지층(15')에서 내부전반사된 다음, 상기 차폐벽(14)의 상단면에서 반사된 다음 다시 제 2 투광성수지층(15')에서 내부전반사되어 되어 수광소자(12)로 유도된다. 이때, 상기 제 2 광도파관부(B)에서, 보상소자(13)로부터 조사된 빛이 제 2 투광성수지층(15')에서 내부전반사를 일으킨 다음, 차폐벽(14)의 상단부를 경유하지 않고 바로 수광소자(12)로 안내될 수도 있다.
또한, 상기 제 1 광도파관부(A)에서는 제 1 투광성수지층(15)의 상부에 흡수형수지층(16)이 도포될 수 있다. 이 경우, 제 1 투광성수지층(15)과 흡수형수지층(16)의 두매질의 굴절율이 동일하게 되어 임계각(θc)이 90°가 되어, 제 1 투광성수지층(15)의 상단면을 향하여 발산되는 모든 광이 흡수형수지층(16)으로 흡수되어 버리게 되며, 이에 따라, 보상소자(13)로부터 발산되는 빛의 일부가 제 1 투광성수지층(15)을 통과하여 외부의 물체에 반사되어 수광소자(12)로 입사되는 현상을 방지할 수 있게 된다.
이어서, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관의 제조 방법을 설명한다.
먼저 수광소자(12)와 보상소자(13)를 둘러싸는 격벽(18)이 제공되며, 보상소자(13)가 배치되는 제 1 광도파관부(A)와 수광소자(12)가 배치되는 제 2 광도파관부(B) 사이에 차폐벽(14)이 제공되는 베이스(17)를 준비한다. 다음에, 상기 베이스(17)의 상면에 수광소자(12) 및 보상소자(13)를 장착한다. 여기서, 수광소자(12) 및 보상소자(13)를 베이스(17)에 장착하는 기술은 공지의 기술을 이용할 수 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 상기 베이스(17)의 상면에서 상기 수광소자(12) 및 보상소자(13)를 둘러싸는 격벽(18)의 높이는 상기 보상소자(13)의 높이(h3)의 약 2배로 설정될 수 있으며, 상기 차폐벽(14)의 높이(h4)는 상기 보상소자(13)의 높이(h3)의 약 1.5배로 설정될 수 있다. 다음에, 상기 보상소자(13)의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층(15)을 도포하고, 상기 수광소자(12)의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층(15')을 도포한다. 제 1 투광성수지층(15)과 제 2 투광성수지층(15')은 동시에 형성되는 것이 바람직하다. 제 1 투광성수지층(15)과 제 2 투광성수지층(15')의 도포시에, 차폐벽(14)의 상부에도 투광성수지층이 함께 도포된다.
본 발명에 따른 광 도파관을 이용하면, 종래의 광센서의 외란광 영향을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 이론상으로 200,000 lux까지 동작될 수 있는 광학센서의 설계가 가능하며, 미세공정의 적용을 통하여 광센서구조체의 소형화가 가능하게 될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 도파관은 스마트폰, 터치폰과 같은 이동전화단말기, PDA, Tablet PC 등의 모바일 기기에 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 휴대단말기의 디스플레이부(미도시) 상부에 설치되며, 발광소자(11), 수광소자(12) 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자(13)를 포함하며, 휴대단말기의 동작을 제어하는 광센서 구조체에서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관에 있어서, 상기 휴대단말기의 디스플레이부 상부에 장착되는 베이스부(17), 상기 베이스부에 장착되는 보상소자(13)가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층(15)이 도포되는 제 1 광도파관부(A); 상기 베이스부에 장착되는 수광소자(12)가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층(15')이 도포되는 제 2 광도파관부(B); 및 상기 제 1 광도파관부(A)와 상기 제 2 광도파관부(B) 사이에 배치되며, 상기 제 1 광도파관부와 제 2 광도파관부를 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽(14)을 포함하며, 상기 보상소자로부터 발산되는 빛이 상기 차폐벽 상부의 광통로를 통하여 입사되어 상기 제 2 투명실리콘층에서 전반사되어 상기 수광소자로 유도될 수 있다.
상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 도파관의 기본 구성, 작용 및 제조방법은 앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파관(100)의 기본 구성과 작용 및 제조 방법이 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 최근에는 차량용 계기장치, 내비게이션, 공조기 조절장치, 오디오 및 동영상 재생장치 등의 차량용 기기에 첨단 IT 기술이 접목되면서 차량용 기기의 동작을 비접촉식으로 제어할 수 있는 광센서 구조체가 많이 적용되고 있으며, 주거 또는 사무용 건물내의 가전장치, 공조기 조절장치, 보안장치 등에도 동작을 비접촉식으로 제어할 수 있는 광센서 구조체가 많이 적용되고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광센서 구조체에서 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관은 상기와 같은 차량용 기기 및 주거 또는 사무용 건물내의 가전장치, 공조기 조절장치, 보안장치 등의 동작을 제어할 수 있는 제어장치에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 광도파관은 보상소자로부터 조사되는 빛이 외부로 유출되지 않고 전량 수광소자로 유도할 수 있는 광학시스템 뿐아니라, 하나의 발광소자로부터 조사되는 빛을 전량 다른 수광소자로 유도할 필요가 있는 광학시스템에도 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1, 11 : 발광소자 2, 12 : 수광소자
3, 13 : 보상용 광원 7, 17 : 베이스
8, 18, 20 : 격벽 9 : 반사체
14 : 차폐벽 15, 15' : 광투광성 수지층
16 : 광흡수형 수지층 100 : 광 도파관
A : 제 1 광도파관부 B : 제 2 광도파관부
h2 : 수광소자의 높이 h3 : 보상용 광원의 높이
h4 : 차폐벽의 높이 t2 : 수광소자 상부수지층 두께
t3 : 보상용 광원 상부의 수지층 두께 w4 : 차폐벽의 폭
n1, n2 : 굴절율

Claims (8)

  1. 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하는 광센서 구조체에서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관에 있어서,
    보상소자가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층이 도포되는 제 1 광도파관부;
    수광소자가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층이 도포되는 제 2 광도파관부;
    상기 제 1 광도파관부와 상기 제 2 광도파관부 사이에 배치되며, 상기 제 1 광도파관부와 제 2 광도파관부를 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽을 포함하며,
    상기 보상소자로부터 발산되는 빛이 상기 차폐벽 상부의 광통로를 통하여 입사되어 상기 제 2 투광성수지층에서 전반사되어 상기 수광소자로 유도되는 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투광성수지층 및 제 2 투광성수지층의 실리콘의 굴절율은 1.41이며, 임계각은 45.17°인 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차폐벽은 상기 보상소자로부터 발산되는 빛 중 입사각이 47°인 빛이 제 2 투광성수지층의 상단면에서 반사되어 도달하는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보상소자로부터 발산되는 빛 중 입사각이 55°이하의 빛만 상기 수광소자에 도달되도록 상기 차폐벽의 높이가 설정되는 것을 특징으로 하는 광도파관.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 투광성수지층의 높이 및 제 2 투광성수지층의 높이는 상기 보상소자의 높이의 2배이고, 상기 차폐벽의 높이는 상기 보상소자의 높이의 1.5배인 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광도파관부의 상기 제 1 투광성수지층 상부에 흡수형수지층이 도포되는 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광도파관부의 상기 제 1 투광성수지층 상부에 불투명층이 설치되는 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  8. 휴대단말기의 디스플레이부 상부에 설치되며, 발광소자, 수광소자 및 수광소자의 동작신호를 보정하기 위하여 수광소자에 빛을 발산하는 보상소자를 포함하며, 휴대단말기의 동작을 제어하는 광센서 구조체에서, 보상소자로부터 발산되는 빛을 수광소자에 유도하는 광 도파관에 있어서,
    상기 휴대단말기의 디스플레이부 상부에 장착되는 베이스부;
    상기 베이스부에 장착되는 보상소자가 배치되며, 상기 보상소자의 상부면 및 측면에 제 1 투광성수지층이 도포되는 제 1 광도파관부;
    상기 베이스부에 장착되는 수광소자가 배치되며, 상기 수광소자의 상부면 및 측면에 제 2 투광성수지층이 도포되는 제 2 광도파관부; 및
    상기 제 1 광도파관부와 상기 제 2 광도파관부 사이에 배치되며, 상기 제 1 광도파관부와 제 2 광도파관부를 연통시키는 광통로가 상부에 형성된 차폐벽을 포함하며,
    상기 보상소자로부터 발산되는 빛이 상기 차폐벽 상부의 광통로를 통하여 입사되어 상기 제 2 투광성수지층에서 전반사되어 상기 수광소자로 유도되는 것을 특징으로 하는 광 도파관.
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