KR102462995B1 - 수광 모듈 및 그를 포함하는 먼지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 신호를 조사하는 발광부, 광 신호의 광 경로 상에 위치하여 광 신호를 집중시키는 집광부, 집중된 광 신호가 먼지에 조사되어 경로가 변경된 산란광을 수신하는 수광부를 포함하고, 수광부는, 집광부에 의해 집중된 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점에 개구가 형성되어 광 신호가 투과하는 먼지 센서 및 수광 모듈에 관한 것이다.

Description

수광 모듈 및 그를 포함하는 먼지 센서 {Light receiving module and Dust sensor including thereof}
본 발명은 광 신호를 조사하는 발광부, 광 신호의 광 경로 상에 위치하여 광 신호를 집중시키는 집광부, 집중된 광 신호가 먼지에 조사되어 경로가 변경된 산란광을 수신하는 수광부를 포함하고, 수광부는, 집광부에 의해 집중된 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점에 개구가 형성되어 광 신호가 투과하는 먼지 센서 및 수광 모듈에 관한 것이다.
삭제
스마트 단말기, 휴대폰, 모니터, TV 등 여러 전자 장치의 터치 패널에 사용하는 센서에는 여러 가지 종류가 있으며, 최근에는 빛을 발생하는 발광부와 빛을 감지하는 수광부를 포함하는 광센서를 이용하여 여러 기능을 구현하고 있다.
특히, 도 1을 참조하면, 광 소자를 이용하여 공기 중에 포함되는 먼지(121)의 크기, 농도, 수량 등 여러 정보들을 확인하는 먼지 센서가 사용되고 있다. 종래의 먼지 센서의 경우, 도 1과 같이 발광부(110)로부터 조사되는 광 신호가 집광부(120)를 통과한 후, 먼지(121)에 의해 경로가 변경되어 수광부(130)에 도달하도록 하는 방식을 사용하고 있었다.
이 때, 종래의 먼지 센서의 경우, 수광부(130)가 먼지 센서의 한쪽 면에만 존재하고 있었으며, 특히 먼지 센서의 먼지 센싱 공간 중심점을 기준으로 90도 영역에 수광부가 위치하여 먼지 센서를 구현하였다.
그러나, 선행 테스트 및 시뮬레이션을 진행하면, 90도 영역에 수광부가 위치할 때는 산란광의 세기가 충분히 크지 않은 문제점이 존재하였으며, 실질적으로 산란광의 세기가 가장 큰 지점은 20도 내지 60도 영역에 위치하므로, 종래의 먼지 센서는 충분한 산란광을 수신하지 못하므로 감도가 상대적으로 감소하게 되는 문제점이 존재하였다.
따라서, 종래의 수광부는 산란광의 흡수량이 미약하고 이로 인하여 산란광 신호를 증폭하기 위한 회로 설계비용이 증대되는 문제점이 존재하고 있었다.
삭제
본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 먼지 센서가 가지고 있는 단점을 해소하기 위하여, 수광부에 개구가 형성되어 광 신호의 일정한 수광 각도를 설정하는 먼지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.
삭제
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 광 신호를 조사하는 발광부, 상기 광 신호의 광 경로 상에 위치하여 광 신호를 집중시키는 집광부, 집중된 광 신호가 먼지에 조사되어 경로가 변경된 산란광을 수신하는 수광부를 포함하고, 상기 수광부는, 상기 집광부에 의해 집중된 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점에 개구가 형성되어 광 신호가 투과하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 상기 발광부가 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 적외선 발광 다이오드(Infrared Emitting Diode), 레이저 다이오드(Laser Diode) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 상기 수광부가 곡률을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 상기 수광부가 상기 집중된 광 신호의 광 경로 중심축을 기준으로 20도 내지 60도 사이에 수광 영역이 형성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 상기 수광부 및 상기 배선이 형성된 유연 기판, 상기 유연 기판 상의 제어부, 상기 제어부가 형성된 인쇄회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 유연 기판은, 투명 재질로 구현되어, 상기 산란광이 통과하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 내부에 공간을 가지는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서는, 상기 수광부가 상기 유연 기판 상에 적층된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 적층된 활성화 층, 상기 활성화 층 상에 적층된 제2 전극, 상기 활성화 층 및 상기 제1 전극 사이에 적층된 버퍼층을 포함하는 유기 박막 포토다이오드인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 모듈은, 유연 기판, 상기 유연 기판 상의 제 1 전극 및 제 2 전극을 가지는 적어도 하나의 수광부를 포함하고, 상기 수광부는, 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점에 개구가 형성되어 광 신호가 투과하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 모듈은, 상기 수광부가 상기 개구에 의하여 제1 수광 영역 및 제2 수광 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 먼지 센서는 먼지 센서의 광 경로가 연장된 지점에서 일정한 크기의 개구가 형성되어 센싱 각도를 설정하여, 산란광의 크기가 최대가 되는 지점에서 수광부를 설치하여 먼지 센싱 감도를 증가할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 먼지 센서는 광 경로를 잇는 중심선을 기준으로 상부 및 하부 대칭으로 산란되므로 두 영역의 산란광을 감지하는 경우 먼지 센서의 감도 향상이 가능하다.
또한, 본 발명의 먼지 센서는 수광부를 투명 기판 상에 형성되는 유기 박막 포토다이오드로 형성하여, 면적과 형상의 제약이 없는 수광부의 구조 설계가 가능하다. 특히, 종래에는 포토다이오드 모듈을 실리콘 웨이퍼 상에 각각 실장하여 제작하였으나, 유기 박막 포토다이오드의 경우 인쇄 공정을 통하여 한번에 만들 수 있으므로 제작 시간 및 공정이 단축될 수 있는 효과가 있다.
삭제
도 1은 종래 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서를 나타내는 구성도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 산란각에 따른 산란광 세기를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서를 나타내는 구성도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 수광 모듈을 나타내는 예시도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 수광부가 굴절되어 구성됨을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 수광부가 유기 박막 포토다이오드로 구성되는 것을 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '수광 모듈 및 그를 포함하는 먼지 센서'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
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도 1은 종래 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 광 소자를 이용하여 공기 중에 포함되는 먼지(121)의 크기, 농도, 수량 등 여러 정보들을 확인하는 먼지 센서가 사용되고 있다. 종래의 먼지 센서의 경우, 발광부(110), 집광부(120), 수광부(130), 거울(122)을 이용하여 먼지를 감지하고 있다.
이 때, 종래의 먼지 센서의 경우, 수광부(130)가 먼지 센서의 한쪽 면에만 존재하고 있었으며, 특히 먼지 센서의 먼지 센싱 공간 중심점을 기준으로 90도 영역에 수광부가 위치하여 먼지 센서를 구현하였다.
그러나, 선행 테스트 및 시뮬레이션을 진행하면, 90도 영역에 수광부가 위치할 때는 산란광의 세기가 충분히 크지 않은 문제점이 존재하였으며, 실질적으로 산란광의 세기가 가장 큰 지점은 20도 내지 60도 영역에 위치하므로, 종래의 먼지 센서는 충분한 산란광을 수신하지 못하므로 감도가 상대적으로 감소하게 되는 문제점이 존재하였다.
따라서, 작은 면적의 수광 소자는 산란광의 흡수량이 미약하고 이로 인하여 산란광 신호를 증폭하기 위한 회로 설계비용이 증대되는 문제점이 존재하고 있었다. 또한, 종래의 먼지 센서의 경우, 센싱 감도를 증가시키기 위하여 수광부를 크게 형성하게 되므로, 먼지 센서 및 수광 모듈 자체의 크기도 커지게 되는 문제점이 있었다.
도 2a를 참조하면, 산란광의 크기는 광원의 진행방향과 90도일 때 그 크기가 높지 않으며, 오히려 20도 내지 60도 영역에서 산란광의 크기가 최대임을 확인할 수 있다. 또한, 도 2b를 참조하면, 산란각에 따른 산란광 세기의 변화를 확인할 수 있다. 산란각은 도 4b에 나타난 바와 같이 집광부에 의해 집중된 광 경로(221)를 꼭지점으로 하고, 광 신호의 광 경로를 중심축(211)으로 하여 먼지가 산란되는 각도(222, 223)를 말한다. 이 때, 산란각이 30도일 때는 산란각이 90도일 때 대비하여 약 10배의 강도가 나타남을 확인할 수 있다.
더 구체적으로, 도 2c를 참조하면, 산란각에 따른 산란광 및 수광부의 광전류 신호의 세기를 실험으로 통하여 그래프로 확인할 수 있다. 산란각이 10도에서 20도로 급변하는 경우 생성된 광전류 신호가 급증하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 산란각을 수직으로 구현하지 않고 최대가 될 수 있는 적절한 각도를 매칭하여야 한다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3 내지 도 5을 참조하기로 한다.
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도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서를 나타내는 구성도이며, 도 4a, 도 4c, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 수광 모듈을 나타내는 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 먼지 센서는, 발광부(210), 집광부(220), 수광부(230)를 포함할 수 있다. 이 때, 본 발명의 먼지 센서는 발광부, 집광부, 수광부를 포함하는 하우징 역할의 광학 챔버(201)로 구현될 수 있다.
발광부(210)는 광 신호를 조사한다. 이 때, 발광부는 기본적으로 모든 방향으로 빛을 조사하는 기능을 하며, 특히 집광부 방향으로 광 경로를 형성하여 광 신호를 조사할 수 있다. 이렇게 조사된 빛은 먼지 센서 내부에 들어온 먼지에 의해 산란된다. 이 때, 발광부는 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 적외선 발광 다이오드(Infrared Emitting Diode), 레이저 다이오드(Laser Diode) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 발광부(210)는 먼지 센서가 포함하는 전자 장치로부터 전력을 공급받아, 받은 에너지를 특정 파장의 빛으로 방출하며, 나아가 상기 발광부(210)는 조사하는 광 신호의 파장을 필요에 따라 변경하기 위하여 다양한 재료를 사용할 수 있다.
집광부(220)는 광 신호의 광 경로상에 위치하여 발광부가 조사하는 광 신호를 집중시킨다. 집광부의 형태는 광 신호를 집중시킬 수 있는 여러 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 볼록 렌즈, 반볼록 렌즈, 오목 렌즈, 오목 거울 등 일반적으로 사용될 수 있는 다양한 집광 소자가 적용될 수 있다.
수광부(230)는 집중된 광 신호가 먼지에 조사되어 경로가 변경된 산란광을 수신한다. 수광부는 기판 또는 유연 기판 상에 형성되며, 발광부가 조사하는 광 신호가 집광부에 의해 집중된 후, 먼지에 조사되어 산란되는 산란광을 수신한다. 이 때, 수광부(230)는 산란광을 수신하고 광전류 신호를 생성한다.
또한, 수광부(230)는 광 다이오드(Photodiode), 광 전자 증배관, 광 트랜지스터(Phototransistor) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 특히, 수광부(230)는 유기 박막 포토다이오드로 이루어지는 것이 바람직하다. 수광부 재료가 유기 박막 포토다이오드로 이루어지는 경우, 면적과 형상의 제약이 없이 수광부의 구조 설계가 가능하게 된다.
유기 박막 포토다이오드는 유기 재료를 기반으로 하며, 광 검지기를 대체할 수 있는 소자이다. 이러한 유기 박막 포토다이오드는 카메라 등 전자 장치의 광 민감도를 향상시키며, 균일한 색상 조성으로 디스플레이가 될 수 있는지 조사할 때 사용될 수 있다. 또한, 유기 박막 포토다이오드는 무기 물질들과 비교하여 매우 가볍고, 생산하는데 비용이 적게 들며, 유연한 응용분야에 사용될 수 있는 장점을 가진다.
유기 재료는 특히, 유기 재료의 소재에 따라서 특별한 파장 영역(ex; 적색 광, 녹색 광, 청색 광 등)에서만 민감성을 가질 수 있으므로, 사용처에 대한 적절한 재료를 선택하여 광학 센서의 스펙트럼 민감도를 조절할 수 있다. 또한, UV로부터 IR까지 흡수 스펙트럼이 좋은 특징을 가지며, 높은 photogeneration yield, 무기 재료와 비교하여 상대적으로 낮은 온도의 공정 능력을 통한 거의 대부분의 기판 공정 수용이 가능한 점 등 많은 장점을 가진다. 수광부의 유기 박막 포토다이오드 구성에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하기로 한다.
또한, 복수의 수광부는, 상기 광 신호의 광 경로(211)와 수직한 방향에 위치할 수 있다. 먼지에 의해 산란된 산란광은 여러 방향으로 산란될 수 있으나, 광 경로와 수직하게 위치하는 경우 산란광의 세기가 낮으며, 적절한 산란각에 의하여 수광부를 위치하는 것이 산란광의 세기가 최대가 될 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4a 내지 도 4c를 참조하기로 한다.
배선(241, 242, 243, 244, 245, 246)은 수광부가 생성한 광전류 신호를 제어부에 송신한다. 배선은 각 구성 부품 상호간을 접속하여 회로 또는 회선을 구성하기 위한 도선으로 구현되며, 일반적으로 사용되는 모든 도전체를 이용하여 배선을 구현할 수 있다.
이 때, 배선은 수광부와 상기 제어부를 연결하는 (+)배선(241, 243, 245)과 (-)배선(242, 244, 246)을 포함할 수 있다. 수광부는 제1 전극과 제2 전극으로 나뉘어 있으며, 제1 전극은 (+)신호를 제2 전극은 (-)신호를 수신하게 된다. 따라서, (+)배선과 (-)배선으로 각각 (+)신호와 (-)신호를 제어부에 송신하여 분석하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 수광부(230)는, 기판 또는 유연 기판에 밀착하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 바람직한 실시예로서 상기 수광부(230)는 박막 형태로 기판 또는 유연 기판의 상면 또는 하면에 밀착하여 형성될 수 있다. 수광부(230)가 기판 또는 유연 기판의 상면에 형성되는 일 실시예로서, 상기 수광부는 페이스트 상태의 물질을 소성 공정에 의해 소결시키는 방식으로 기판 또는 유연 기판의 상면에 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 수광부는 면 형태(231, 232)로 형성될 수 있고, 수광부 면에 대한 수직 방향이 광 경로의 중심축(211)과 평행하거나 일정한 예각을 가지고 배치될 수 있다. 더 구체적으로 도 3을 참조하면, 수광부(231, 232)는 집광부(220)에 의해 집중된 광 신호가 만나는 지점(221)을 기준으로, 먼지에 산란되어 그 산란광이 수광부(231, 232)에 도달하게 되는데, 수광부는 광 경로의 중심축(211)과 수직하게 배치될 수도 있고 산란각에 유리하도록 일정한 각도를 가지고 배치될 수도 있다.
도 3에서는 수광부가 중심축에 수직하게 나타나고 있지만, 산란각의 조절과 산란 거리의 조절을 위하여 먼지(221)에서 먼 쪽을 더 가깝게 당겨 수광부 단면과 중심축과의 각도가 0~90도 사이의 각도를 가지고 형성할 수도 있다. 이 때, 수광부는 광 신호를 투과하는 개구와, 개구를 제외한 부분에 먼지에 의해 산란된 광 신호를 수신하는 수광 영역이 형성될 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 도 4a, 도 4b를 참조하기로 한다.
더 구체적으로, 상기 수광부는 진공증착법, CVD, 인쇄공법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 상기 기판 또는 유연 기판의 상면에 밀착하여 형성될 수 있다. 이와 같이 진공 증착이나 패터닝 등을 이용하여 기판 또는 유연 기판 위에 매우 얇은 피박인 박막을 형성하는 경우 센서를 포함하는 전자 장치 자체의 두께를 얇게 하며 무게를 가볍게 만들 수 있는 장점이 있다.
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도 4a를 참조하면, 본 발명의 수광부는 집광부에 의해 집중된 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점에 일정한 크기의 개구(233)가 형성되어, 개구 위쪽의 제1 수광 영역(231)과 개구 아래쪽의 제2 수광 영역(232)으로 구현될 수 있다. 개구 위쪽의 제1 수광 영역(231)은 먼지(221)에 의해 산란된 위쪽 광신호를 수신하며, 개구 아래쪽의 제2 수광 영역(232)은 먼지에 의해 산란된 아래쪽 광신호를 수신할 수 있다. 종래에는 하나의 수광부만 광 경로와 수직인 방향으로 형성되어 산란광의 감지 세기가 낮았으나, 본 발명은 수광부에 개구를 형성하고 위쪽 수광부와 아래쪽 수광부로 나뉘어 수광 영역을 효율적으로 사용할 수 있어, 센싱감도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 수광부는 개구를 기준으로 위쪽이 제1 수광 영역(234), 아래쪽이 제2 수광 영역(235)으로 분리되며, 제1 수광 영역(234)과 제2 수광 영역(235)는 도 4a와 같이 이어져 있을 수도 있고, 도 4c와 같이 개구에 의해 서로 단절될 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 4c를 참조하기로 한다.
도 4b는 도 4a의 수광부를 측면에서 바라본 단면도이다. 수광부에 개구를 형성하여, 집광부에 의해 집중된 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 선(211)을 기준으로 20도 내지 60도 사이에 수광 영역을 형성할 수 있다. 이 때, 제1 산란각(222)은 광 경로와 개구의 최대 거리 까지를 말하며, 제2 산란각(223)은 광 경로와 수광 영역의 최대 거리까지를 말한다. 또한, 먼지(221)의 위치는 먼지 센서 내부에서 이곳 저곳으로 흩어져 산개할 수 있으므로, 먼지 센싱 공간(202)의 중심점과 집광부에 의해 집중된 광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점이 만나는 부분에 위치하는 먼지(221)를 가정하고 그 먼지를 꼭지점으로 산란각을 측정하도록 한다.
예를 들어, 수광 영역은 개구에 의하여 2개로 나뉘어진 위쪽 수광부(231)와 아래쪽 수광부(232)를 포함할 수 있다. 0도 내지 20도의 산란각이 개구에 의해 제거되며, 산란각이 20도 내지 60도에서 위쪽 수광부 또는 아래쪽 수광부에 수광 영역이 형성될 수 있다. 본 발명의 수광부는 개구가 형성됨으로써, 배선이 필요한 수광부를 2개 이상 복수로 형성하지 않더라도 효율적으로 수광 효율을 증가할 수 있다.
도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수광부이다. 도 4c의 수광부는 개구의 폭이 수광 영역의 폭보다 더 넓어져, 수광부의 수광 영역이 제1 수광 영역(234)과 제2 수광 영역(235)으로 분리된다. 도 4a의 수광부는 위쪽 수광 영역 및 아래쪽 수광 영역이 결국 이어져 있기 때문에 배선이 1쌍(241, 242)만 필요하지만, 도 4c의 수광부는 개구(236)에 의하여 제1 수광 영역(234)과 제2 수광 영역(235)으로 분리되어, 각각의 수광 영역에 이어지는 2쌍의 배선(243, 244, 245, 246)이 필요하게 된다.
개구를 크게 하여 수광 영역을 분리시키는 경우, 각각의 수광 영역에서 센싱 신호를 별도로 수신하므로, 먼지 센서가 먼지를 감지할 때 감지하는 위치를 좀 더 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다. 도 4a의 수광 모듈은 위쪽에서 산란광이 도달하든 아래쪽에서 산란광이 도달하든 동일한 배선으로 제어부에 송신되지만, 도 4c의 수광 모듈은 제1 수광 영역과 제2 수광 영역에서 산란광이 도달하는 경우 각각 다른 위치에서 감지되었음을 제어부가 확인할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 수광부에 형성되는 개구는, 수광부에 실제로 구멍을 뚫어 형성할 수도 있고, 투명 재질의 유연 기판(252) 상에 수광부를 형성할 때 개구만큼을 제외한 수광부의 모양을 형성할 수도 있다. 구멍을 뚫어 기판과 수광부를 모두 제거하는 경우 수광부를 통과한 빛이 Light trap까지 진행하게 된다. 투명 재질의 유연 기판 상에 개구를 제외한 수광부를 형성하는 경우, 광 신호는 유연 기판을 통과하여 Light trap까지 진행하게 된다.
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유연 기판(252)은 수광부 및 배선이 형성되며, 구부린 형태를 가진다. 본 발명의 복수의 수광부는 일체형 구조의 수광 모듈로 구현되기 때문에, 유연 기판 상에 모든 복수의 수광부와 배선이 형성될 수 있다. 본 발명의 수광부 및 배선은 일반 기판으로 형성할 수도 있지만, 일체형 수광 모듈을 구현하기 위하여 벤디드 특성이 구현 가능한 유연 기판을 특히 사용할 수 있다. 유연 기판 상에 형성되는 수광부 및 배선의 수광 모듈에 대한 상세한 설명은 도 3 내지 도 2b를 참조하기로 한다.
또한, 유연 기판(252)은 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 예를 들어, 상기 유연 기판은 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 자세하게, 유연 기판은 소다라임유리(soda lime glass) 또는 알루미노실리케이트유리 등의 화학 강화/반강화유리를 포함하거나, 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG) 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유연 기판은 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 유연 기판은 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유연 기판은 부분적으로 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 즉, 기판은 부분적으로는 평면을 가지고, 부분적으로는 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 자세하게, 상기 투명 기판의 끝단이 곡면을 가지면서 휘어지거나 Random한 곡률을 포함한 표면을 가지며 휘어지거나 구부러질 수 있다. 또한, 상기 유연 기판은 복곡면을 가지는 유연한(Flexible) 기판으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 유연 기판은 유연한 특성을 가지는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 또한, 상기 유연 기판은 커브드(curved) 또는 벤디드(bended) 기판일 수 있다.
인쇄회로기판(251)은 제어부가 형성된다. 인쇄회로기판(251)은 유연 기판(252)에서 연장되어 형성될 수도 있고, 유연 기판 상에 다른 층으로 형성될 수도 있다. 이러한 인쇄회로기판은 전자제품의 부품 간 회로를 연결할 때 보드에 회로를 그려 전기를 통할 수 있게 만든 것으로, 일반적인 전자 제품에 널리 사용된다.
또한, 인쇄회로기판 상에 형성되는 제어부는 수광부가 생성한 광전류 신호를 수신하여, 광전류 신호를 분석한다. 이 때, 기 설정된 조건에 따라 광전류 신호를 분석할 수 있다. 또한, 제어부는 센서를 포함하는 전자 장치의 목적 및 사용 방법에 따라서 광전류 신호를 용도에 맞는 적절한 분석을 수행할 수 있다. 이러한 제어부는 바람직하게는 기판에 구비된 집적회로(ASIC. Application Specific Integrated Circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
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도 5를 참조하면, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 수광부는 곡률을 가질 수 있다. 상술하는 바와 같이 유연 기판 자체가 구부러진 형태로 구현될 수 있으며, 유연 기판 상에 형성되는 수광부 역시 곡률을 가지고 구부러진 형태로 구현될 수 있다. 이 때, 수광부의 곡률은 0.5 ~ 10R의 범위를 가지고 형성될 수 있으며, 산란광 중심에서 수광부까지의 거리는 0.5 ~ 10mm 의 간격을 가지고 형성될 수 있다.
이 때, 유연 기판은 U자 형태, ㄷ자 형태, 사다리꼴 형태, 삼각형 형태, V자 형태 등 수광부를 형성할 수 있는 모든 형태가 사용될 수 있다. 다만, 유연 기판이 각진 형태로 구현되는 경우, 유연 기판 상의 수광부 또는 배선이 손상될 가능성이 존재하기 때문에, 수광부와 배선을 모두 플렉서블 소자로 구현하고, 유연 기판은 U자 형태로 구부러진 형상을 가지는 것이 바람직하다.
유연 기판 및 수광부의 형상 변형(bending)을 통하여 수평형 또는 곡면형 수광부를 적용할 수 있으며, 특히 곡면형 적용을 통하여 위치별 센싱 감도의 편차를 개선할 수 있다. 산란각이 커질수록 먼지와 수광부의 거리가 멀어지게 되는데, 수광부를 오목하게 형성하는 경우 도 5와 같이 먼지가 수광부까지 도달하게 되는 거리를 비슷하게 보정시킬 수 있다. 따라서, 산란각이 커짐에 따른 산란광의 세기가 줄어드는 현상을 개선시킬 수 있다.
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도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 먼지 센서의 수광부가 유기 박막 포토다이오드로 구성되는 것을 나타내는 예시도이다. 수광부가 유기 박막 포토다이오드로 구성되는 경우, 종래의 수광부 대비하여 더 얇은 두께를 가질 수 있고, 종래 수광부 대비 더 작은 면적으로도 효율적인 수광부를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 6을 참조하면, 유기 박막 포토다이오드로 구성되는 수광부(300)는 상기 기판 상에 적층된 제1 전극(305), 활성화 층(304), 제2 전극(303, 307)를 포함할 수 있으며, 활성화 층 및 제1 전극 사이에 적층된 버퍼층(306) 또는 제2 전극 상에 적층된 보호층(302)을 더 포함할 수도 있다.
수광부(300)는 발광부가 형성되는 유연 기판(252)에 적층되는 것이 바람직하나, 별도의 기판을 유연 기판(252) 위에 형성하여 수광부의 제1 전극, 활성화 층, 버퍼층, 제2 전극, 보호층을 형성할 수도 있다. 이 때, 유기 박막 포토다이오드를 형성하는 방법은, 유연 기판 상에 제1 전극을 형성하고, 표면 처리 후 버퍼층과 활성화 층을 형성하고, 제2 전극을 형성하게 된다.
또한, 제2 전극(303, 307)은 하나의 전극으로 이루어질 수도 있으며, 제1 서브 전극(303), 제2 서브 전극(307)을 포함하여 이루어질 수도 있다. 이 때, 제1 서브 전극(303)은 제1 전극(305)과 같이 글라스 위에 형성될 수 있으며, 제2 서브 전극(307)은 제1 서브 전극(303)과 연결되어 전극의 역할을 수행함과 동시에, 제1 서브 전극(303)을 산화/부식 등으로부터 보호하는 역할을 수행한다. 또한, 제2 서브 전극은 이 때, 제1 서브 전극(303)과 제2 서브 전극(307)의 일함수 차이가 큰 물질을 포함할 수 있도록 형성될 수 있으며, 제1 서브 전극(303)은 LiF, 제2 서브 전극(307)은 칼슘(Ca), 알루미늄(Al)등의 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
먼저, ITO 패턴을 설계하고 마스크를 제작하여 기판 또는 유리(Glass) 위에 제1 전극(305)을 형성한다. ITO(Indium Tin Oxide)는 인듐 주석 산화물을 말하는 것으로, 보편적으로 사용되는 도전성 투명 전극이다. 이러한 ITO는 가시광선 영역에서는 투광 영역이 나타나며, 적외선 영역에서는 반사 특성이 우수하며 낮은 전기저항을 갖는 산화물이다. 또한, ITO 패터닝 시, 레이저 프린트(Laser Writer) 패터닝, 마스크(Mask) 적용 패터닝의 방법을 사용할 수 있다.
이어, 제1 전극(305)의 표면을 세정하고 친수 처리한다. 이 때, 아세톤과 알코올을 이용하여 세정하고, 플라스마(Plasma) 처리하여 코팅성을 확보할 수 있다. 이 때, i)세제(detergent)와 증류수를 혼합한 용액에 음파처리(sonication)하고, ii)아세톤(Acetone) 용액에 가열(heating)하며, iii)IPA 용액에 가열하며, iv)자외선-오존(UV-ozone) 처리한다.
또한, 제1 전극(305) 위에 버퍼층(306)를 형성할 수 있다. 버퍼층은 제1 전극 위에 PEDOT:PSS(PolyEthylene DiOxy Thiophene:PolyStyrene Sulfonate)을 코팅하여 형성할 수 있으며, PEDOT층은 전도성이 높은 고분자 물질로 내열성과 내광성 등의 화학안정성이 뛰어나다. 또한, 버퍼층을 형성하는 인쇄 공정에서 스핀 코팅(Spin Coating)을 사용할 수 있다. 이 때, i)스핀 코팅을 실시하고, ii)Hot Plate 에서 열처리(baking)한다.
이어, 활성화 층(304)을 형성할 수 있다. 이 때, 활성화 층에 사용되는 유기물을 합성하고 활성화 층을 코팅한다. 활성화 층은 빛을 직접적으로 흡수하여 감지하는 층으로, 스핀 코팅(Spin Coating), 잉크젯 프린팅(Ink Jet Printing), 슬롯 다이 코팅(Slot Die Coating) 등의 인쇄 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 활성화 층(304)은 플로렌 계열의 고분자 물질을 사용할 수도 있고, PC60BM, PC70BM 등 여러 물질을 사용할 수 있다.
이 때, i)스핀 코팅을 실시하고, ii)Hot Plate 에서 열처리(baking)한다. iii)이어, 활성화 영역 이외의 부분을 아세톤(Acetone)을 이용하여 제거한다. 활성화 층 용액을 제조하는 경우, P3HT와 PC60BM을 1/0.7 중량비와 ODCB(1, 2-dichlorobenzene)로 용해한 후 교반한다.
활성화 층(304) 형성 이후, 제2 전극(303, 307)을 형성할 수 있다. 제2 전극을 증착하고 형성하여 마이크로전극을 제작할 수 있으며, 증착시에는 섀도우 마스크(Shadow Mask)를 사용하여 증착할 수 있으며, 제2 전극의 재료에는 Ag, Ca/Ag, Al 등 전극에 사용될 수 있는 모든 재료가 가능하다. 이어, 캡슐화된 글래스층을 형성할 수 있다. 이 때, 자외선 타입 레진인 에폭시 계열 레진을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 제1 전극(303, 307)은 하나의 전극으로 이루어질 수도 있으며, 제1 서브 전극(303), 제2 서브 전극(307)을 포함하여 이루어질 수도 있다.
제2 전극을 형성하는 경우, i)LiF층, Al층을 금속 용착(metal deposition)하고, ii)어닐링(Annealing)하며, iii)글래스층에 배리어 시트(Barrier Sheet)를 장착하고 자외선 레진(UV resin)을 글래스층에 바른 후 자외선(UV) 처리를 실행한다. 또한, 제2 전극이 제1 서브 전극 및 제2 서브 전극으로 이루어지는 경우, 제1 서브 전극(303)은 LiF층, 제2 서브 전극(307)은 칼슘(Ca)층 또는 알루미늄(Al)층의 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
이 때, 제1 전극은 양극으로, 제2 전극은 음극으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 전극을 구성하는 재료의 일함수 차이가 0.5 내지 1.5 eV 인 것을 특징으로 한다. 제1 전극과 제2 전극을 구성하는 재료의 일함수 차이가 크면 클수록 효율이 높아진다.
삭제
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 모듈은, 광 신호가 먼지에 조사되어 경로가 변경된 산란광을 수신하는 수광부. 상기 수광부가 생성한 광전류 신호를 제어부에 송신하는 배선. 상기 제어부가 형성된 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 수광부는, 광 경로가 연장된 지점에서 일정한 크기의 개구가 형성되어 광 신호가 투과하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 모듈은, 상기 수광부가 상기 광 경로와 먼지를 기준으로 20도 내지 60도 사이에 수광 영역이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수광 모듈은, 상기 수광부가 상기 개구에 의하여 제1 수광 영역 및 제2 수광 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제1 수광 영역 및 상기 제2 수광 영역은 서로 분리된 것을 특징으로 한다.
삭제
위에서 설명된 본 발명의 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
삭제
100: 종래 먼지 센서 110: 종래 발광부
120: 종래 집광부 121: 종래 먼지
122: 종래 거울 130: 종래 수광부
140: 종래 차광부
200: 먼지 센서 201: 광학 챔버
202: 먼지 센싱 공간 210: 발광부
211: 광 경로
220: 집광부 221: 먼지
222: 제1 산란각 223: 제2 산란각
230: 수광부
233, 236: 개구 231, 234: 제1 수광영역
232, 235: 제2 수광영역 237, 238: 굴절률 있는 수광부
241, 243, 245: (+)배선 242, 244, 246: (-)배선
251: 인쇄회로기판 252: 유연 기판
300: 유기 박막 포토다이오드
301: 유연 기판 302: 보호층
303: 제2 전극 제1 서브 전극 304: 활성화층
305: 제1 전극 306: 버퍼층
307: 제2 전극 제2 서브 전극

Claims (10)

  1. 광을 방출하여 산란 공간으로 출사하는 발광부;
    상기 발광부에서 방출되어 상기 산란 공간에서 입자에 의해 산란된 산란광의 세기가 최대인 영역에 배치되며 상기 산란광을 입사하여 광 전류 신호를 생성하는 수광부;
    상기 수광부가 배치되는 기판;
    상기 수광부에서 생성된 상기 광 전류 신호를 이용하여 상기 입자에 대한 정보를 분석하는 제어부; 및
    상기 수광부에서 생성된 상기 광 전류 신호를 상기 제어부로 전송하는 배선을 포함하고,
    상기 산란광의 세기가 최대인 영역은
    상기 발광부의 광축을 기준으로 20° 내지 60° 산란 각도 범위의 제1 산란 영역; 및
    상기 발광부의 광축은 기준으로 -20° 내지 -60°산란 각도 범위의 제2 산란 영역을 포함하고,
    상기 수광부는
    상기 발광부에서 방출되어 상기 산란 공간을 경유한 광을 투과시키는 개구부;
    상기 개구부의 주변에서 상기 제1 산란 영역에 배치된 제1 수광 영역; 및
    상기 개구부의 주변에서 상기 제2 산란 영역에 배치된 제2 수광 영역을 포함하고,
    상기 기판 상에 상기 수광부와 상기 배선이 배치되고,
    상기 기판은 유연 기판을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 수광 영역은 상기 유연 기판 위에서 상기 개구부 주위에 배치되어 상기 개구부를 정의하는 먼지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광부의 광축에 배치되어 상기 발광부로부터 방출된 광을 집중시키는 집광부를 더 포함하는 먼지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수광 영역은 상기 광축과 교차하는 방향으로 상기 개구부의 상측과 하측에 각각 배치된 먼지 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 수광 영역은 일체인 먼지 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광축과 교차하는 방향으로, 상기 개구부의 폭은 상기 제1 및 제2 수광 영역의 폭보다 크고,
    상기 제1 및 제2 수광 영역은 상기 광축과 교차하는 방향으로 서로 분리된 먼지 센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 수광부는,
    상기 유연 기판 상에 적층된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 적층된 활성화 층;
    상기 활성화 층 상에 적층된 제2 전극; 및
    상기 활성화 층 및 상기 제1 전극 사이에 적층된 버퍼층을 더 포함하는 유기 박막 포토다이오드인 먼지 센서.
  9. 유연 기판; 및
    상기 유연 기판 상의 제 1 전극 및 제 2 전극을 가지는 적어도 하나의 수광부를 포함하고,
    상기 수광부는,
    광 신호의 광 경로 중심축이 연장된 지점에 개구가 형성되어 광 신호가 투과하고,
    상기 개구의 주변에 배치된 제1 수광 영역;과
    상기 개구의 주변에 상기 제1 수광 영역과 이웃하여 배치된 제2 수광 영역을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 수광 영역은 상기 광 경로 중심축과 교차하는 방향으로 상기 개구의 상측과 하측에 각각 배치되고,
    상기 광 경로 중심축과 교차하는 방향으로, 상기 개구의 폭은 상기 제1 및 제2 수광 영역의 폭보다 크고,
    상기 제1 및 제2 수광 영역은 상기 광 경로 중심축과 교차하는 방향으로 서로 분리되는 수광 모듈.
  10. 삭제
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