KR102480234B1 - 센서 패키지 - Google Patents

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KR102480234B1
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오정훈
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쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

실시 예는 케이스; 상기 케이스 내에 배치되는 회로기판; 상기 회로기판상에 배치되는 발광소자 패키지; 및 상기 회로기판상에 배치되는 제1수광소자를 포함하고, 상기 발광소자 패키지는, 캐비티를 포함하는 몸체, 상기 캐비티내에 배치되는 발광소자, 및 상기 캐비티내에 배치되는 제2수광소자를 포함하고, 상기 제2수광소자는 상기 발광소자에서 출사된 제1광을 검출하고, 상기 제1수광소자는 외부에서 입사된 제2광을 검출하고, 상기 회로기판은 상기 제1수광소자가 배치되는 제1기판과 상기 발광소자 패키지가 배치되는 제2기판을 포함하고, 상기 제1기판과 상기 제2기판이 이루는 경사 각도는 100보다 크고 180도보다 작은 센서 패키지를 개시한다.

Description

센서 패키지{DETECTIVE SENSOR PACKAGE}
실시 예는 센서 패키지를 개시한다.
일반적으로,　미생물 감지 장치는 대상물에 자외선을 조사함으로써 대상물에 존재하는 미생물이 발생하는 형광을 통해 미생물의 존재 유무 및 존재량을 분석할 수 있다. 대상물은 음료, 식수, 공기 등의 유체나 식기 등의 용기 등을 포함하는 다양한 종류로 이루어질 수 있다. 그리고 미생물은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다.
미생물 감지 장치는 자외선 광을 조사하는 발광소자와, 미생물이 방출하는 형광 스펙트럼을 검출하는 수광소자를 포함할 수 있다. 또한, 발광소자에서 출사되는 광을 모니터링하는 모니터링 수광소자를 더 포함할 수 있다. 그러나, 모니터링 수광소자에 발광소자에서 출사되는 광 이외에 간섭광이 수광되어 정확히 발광소자의 상태를 측정하기 어려운 문제가 있다.
실시 예는 발광소자의 광을 정확히 측정할 수 있는 센서 패키지를 제공한다.
또한, 발광소자와 수광소자가 일체화된 센서 패키지를 제공한다.
또한, 감도가 개선된 센서 패키지를 제공한다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지는, 케이스; 상기 케이스 내에 배치되는 회로기판; 상기 회로기판상에 배치되는 발광소자 패키지; 및 상기 회로기판상에 배치되는 제1수광소자를 포함하고, 상기 발광소자 패키지는, 캐비티를 포함하는 몸체, 상기 캐비티내에 배치되는 발광소자, 및 상기 캐비티내에 배치되는 제2수광소자를 포함하고, 상기 제2수광소자는 상기 발광소자에서 출사된 제1광을 검출하고, 상기 제1수광소자는 외부에서 입사된 제2광을 검출하고, 상기 회로기판은 상기 제1수광소자가 배치되는 제1기판과 상기 발광소자 패키지가 배치되는 제2기판을 포함하고, 상기 제1기판과 상기 제2기판이 이루는 경사 각도는 100도보다 크고 180도보다 작다.
상기 발광소자의 중심축은 상기 제1수광소자의 중심축과 교차하고, 상기 제1광 및 제2광은 자외선 파장대의 광이고, 상기 발광소자 패키지는, 상기 캐비티 상에 배치되는 반사층을 포함하고, 상기 반사층은 상기 발광소자에서 출사되는 지향각과 상기 제2수광소자의 수광각이 교차하는 지점에 배치될 수 있다.
상기 몸체는 제1몸체, 제2몸체, 및 제3몸체를 포함하고, 상기 발광소자는 상기 캐비티의 바닥면에 배치되고, 상기 제1몸체와 상기 제2몸체에 전기적으로 연결되고, 상기 제2수광소자는 상기 캐비티의 측벽에 배치되고, 상기 제2몸체 및 상기 제3몸체에 전기적으로 연결되고, 상기 제1몸체, 제2몸체, 및 제3몸체는 서로 전기적으로 절연될 수 있다.
상기 발광소자상에 배치되는 제1 렌즈; 및 상기 제1수광소자상에 배치되는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 중심은 상기 발광소자의 중심과 어긋나게 배치되고 상기 제2 렌즈의 중심은 상기 제1수광소자의 중심과 어긋나게 배치되고, 상기 제1 렌즈의 중심과 상기 제2 렌즈의 중심 사이의 거리는 상기 발광소자의 중심과 상기 제1수광소자의 중심 사이의 거리보다 가까울 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 패키지는, 케이스; 상기 케이스 내에 배치되는 회로기판; 상기 회로기판상에 배치되는 발광소자; 상기 회로기판상에 배치되는 제1수광소자; 상기 회로기판상에 배치되는 제2수광소자; 상기 발광소자상에 배치되는 제1 렌즈; 및 상기 제1수광소자상에 배치되는 제2 렌즈를 포함하고, 상기 제1 렌즈의 중심과 상기 제2 렌즈의 중심 사이의 거리는 상기 발광소자의 중심과 상기 제1수광소자의 중심 사이의 거리보다 가깝고, 상기 제1 렌즈의 중심은 상기 발광소자의 중심과 어긋나게 배치되고, 상기 제1 렌즈의 중심과 상기 발광소자의 중심과 어긋난 거리는 상기 제1 렌즈의 반지름의 10% 내지 80%이다.
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실시 예에 따르면, 모니터링 소자의 노이즈가 줄어들어 발광소자의 광 세기를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 발광소자와 수광소자가 일체화된 소형화된 센서 패키지를 제작할 수 있다.
또한, 회로기판에 부품을 실장한 상태에서 절곡할 수 있어 제작이 간편해질 수 있다.
또한, 발광소자와 수광소자의 광 출사 각도를 조절하여 감지 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 사시도이고,
도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이고,
도 3은 도 1의 분해 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 개념도이고,
도 5는 도 4의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이고,
도 7은 도 6의 단면도이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이고,
도 9는 도 8의 단면도이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 패키지의 개념도이고,
도 11은 도 10의 회로기판을 절곡시키기 위한 하부 금형이고,
도 12는 도 10의 회로기판을 절곡시키기 위한 상부 금형이고,
도 13a 및 도 13b는 회로기판을 절곡시키는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 발광소자의 발광면적과 수광수자의 수광면적의 중첩 영역을 보여주는 도면이고,
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 패키지의 발광소자의 발광면적과 수광수자의 수광면적의 중첩 영역을 보여주는 도면이고,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서 패키지의 발광소자의 발광면적과 수광수자의 수광면적의 중첩 영역을 보여주는 도면이고,
도 17은 도 16의 변형예이고,
도 18은 발광소자와 렌즈의 중심축이 어긋나게 배치되는 경우 입광 효율을 측정한 표이고,
도 19는 발광소자와 렌즈의 중심이 어긋나게 배치되는 경우 광의 출사 경로를 보여주는 시뮬레이션 결과이고,
도 20은 수광소자와 볼록 렌즈의 중심이 어긋나게 배치되는 경우 광의 입사 경로를 보여주는 시뮬레이션 결과이고,
도 21은 수광소자와 오목 렌즈의 중심이 어긋나게 배치되는 경우 광의 입사 경로를 보여주는 시뮬레이션 결과이고,
도 22는 실시 예에 따른 전자 제품을 도시한 개념도이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 방향 단면도이고, 도 3은 도 1의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 센서 패키지는 제1 하우징(10), 제2 하우징(20), 제1 렌즈(31), 제2 렌즈(32), 발광소자(100), 수광소자(200), 및 회로 기판(40)을 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 센서 패키지는 발광소자(100), 수광소자(200), 제1 렌즈(31), 및 제2 렌즈(32)가 기판(40)상에 배치될 수 있다. 발광소자(100)는 외부로 광(L1)을 방출할 수 있다. 또한, 수광소자(200)는 외부 광(L2)을 수신할 수 있다.
외부 공기 중에는 다양한 미생물(microorganism, 1)이 존재할 수 있다. 미생물(1)은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다. 즉, 미생물(1)은 먼지와 같은 비생물 입자와 구분될 수 있다. 미생물(1)은 강한 에너지를 흡수할 경우 특유의 형광을 발생할 수 있다.
미생물(1)은 발광소자(100)로부터 발생한 자외선 파장대의 광(L1)을 흡수하고 형광(L2)을 방출할 수 있다. 이때, 미생물이 방출한 형광 스펙트럼(L2)은 흡수한 자외선 광(L1)의 파장보다 장파장대의 광일 수 있다. 예시적으로 트립토판(tryptophan)의 경우 약 280nm의 광을 흡수하여 약 350nm의 형광 스펙트럼을 방출할 수 있다. 트립토판은 단백질을 구성하는 아미노산의 일종이다.
수광소자(200)는 미생물(1)이 방출한 형광 스펙트럼(L2)을 검출할 수 있다. 미생물(1)은 각자 방출하는 형광 스펙트럼(L2)이 상이하므로, 미생물(1)이 방출하는 형광 스펙트럼을 조사하면 미생물(1)의 종류 및 농도를 알 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자(100)는 자외선 발광다이오드일 수 있고, 수광소자(200)는 자외선 포토 다이오드일 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 하우징(10) 및 제2 하우징(20)은 내부에 발광소자(100), 수광소자(200), 및 기판(40)이 배치될 수 있다. 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)의 크기 및 형상은 특별히 제한되지 않는다.
제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)의 재질은 특별히 한정되지 않으나 열 방출이 우수한 재질로 제작될 수 있다. 또한, 전자파 간섭(EMI)를 개선하기 위해 절연 재질로 제작될 수도 있다. 예시적으로 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)은 산화 알루미늄, AlN, 또는 세라믹일 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
또한, 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)은 열 전달 효율이 높은 금속재질로 제작하고 외면에 별도의 절연 처리를 할 수도 있다. 예시적으로 제1 하우징(10)과 제2 하우징(20)은 알루미늄으로 제작하고, 외면은 산화시켜 산화 알루미늄 층을 형성할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 알루미늄 하우징의 외면에 별도의 절연 코팅을 할 수도 있다.
제1 하우징(10)은 상부에 형성된 홈(11)을 포함할 수 있다. 또한, 홈(11)의 바닥면에는 제1홀(11a)과 제2홀(11b)이 배치될 수 있다. 발광소자(100)는 제1홀(11a)을 통해 외부로 광을 출력할 수 있다. 또한, 수광소자(200)는 제2홀(11b)을 통해 외부 광을 수신할 수 있다. 제1홀(11a)에는 제1 렌즈(31)가 배치되어 출사되는 광을 제어할 수 있고, 제2홀(11b)에는 제2 렌즈(32)가 배치되어 입사되는 광을 제어할 수 있다.
제2 하우징(20)은 내부에 수용홈(20a)이 형성되고, 수용홈(20a)의 측벽에서 돌출된 결합부(22)를 포함할 수 있다. 결합부(22)에는 기판(40)과 나사 결합되는 결합홈이 형성될 수 있다.
제2 하우징(20)은 수용홈(20a)의 측벽에서 돌출된 제1돌출턱(21)을 포함할 수 있다. 제1돌출턱(21)은 기판(40)에 배치된 발광소자(100)를 지지할 수 있다. 제1돌출턱(21)의 높이는 결합부(22)의 높이와 동일할 수 있으나 반드시 이에 한정하지 않는다.
제1 렌즈(31)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 렌즈(31)는 발광소자(100)로부터 방출된 광의 지향각을 넓힐 수 있다. 제2 렌즈(32)는 오목 렌즈를 포함할 수 있다. 따라서, 제2 렌즈(32)는 수광소자(200)의 수광각을 넓힐 수 있다.
발광소자(100)는 제1 하우징(10) 외부로 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 발광소자(100)는 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 방출할 수 있다. 자외선 파장대는 발광소자의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다. 예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)는 320nm 내지 420nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 파장을 가질 수 있다.
수광소자(200)는 제1 하우징(10)의 외부에 존재하는 미생물이 방출하는 형광을 수광할 수 있다. 수광소자(200)는 미생물(1)로부터 방출되는 형광 스펙트럼의 광을 수광하기 위해 소정의 파장 대역의 광을 필터링하는 필터층을 포함할 수 있다. 또한, 필터층은 Al을 포함할 수 있으며, 미생물(1)로부터 방출되는 광의 파장대역에 따라 Al 조성이 다양할 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 수광소자(200)의 필터층은 320nm 이하의 광은 흡수하도록 Al 조성을 조절할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 320nm보다 큰 파장의 광은 필터층을 통과하여, 수광소자(200)는 미생물(1)로부터 방출된 광을 수광하여 전류를 생성할 수 있다. 따라서, 320nm 이하의 파장대를 출사하는 발광소자의 광은 차단할 수 있다.
커넥터부(70)는 제2 하우징(20) 내에 배치될 수 있다. 커넥터부(70)는 기판(40) 하부에 배치되고, 기판(40)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 하우징(20)은 커넥터부(70)와 외부 소자와 연결하기 위하여, 커넥터부(70)가 배치된 영역에 형성된 관통홀을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 전기적 연결을 위한 패턴이 제2 하우징(20)에 형성될 수도 있다.
기판(40)은 일면에 발광소자(100)와 수광소자(200)가 배치되고, 내부에 회로 패턴이 배치될 수 있다. 기판(40)은 내부에 제어모듈(미도시) 및/또는 통신모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 센서의 사이즈를 소형화할 수 있다. 제어모듈은 발광소자(100)와 수광소자(200)에 전원을 인가하거나, 수광소자(200)가 검출한 신호를 증폭하거나, 검출한 신호를 외부로 전송할 수 있다. 제어모듈은 FPGA 또는 ASIC일 수 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(40)은 결합부(22)와 제1돌출턱(21)에 지지되어 제2 하우징(20)의 바닥면과 이격될 수 있다. 따라서, 기판(40)의 후면에도 복수 개의 전자 부품(예: 증폭기)을 실장할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 개념도이고, 도 5는 도 4의 단면도이다.
발광소자 패키지(50)는 개구부를 포함하는 몸체(51), 몸체(51)에 배치되는 발광소자(100), 및 발광소자(100)에서 출사되는 광을 측정하는 모니터용 소자(300)를 더 포함할 수 있다. 모니터용 소자(300)는 발광소자(100)에서 출력되는 광의 파장 및/또는 세기를 측정할 수 있다.
발광소자(100)는 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 예시적으로 발광소자(100)의 반도체 구조물은 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수 도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 출력할 수 있다. 파장범위는 반도체 구조물의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다.
예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)는 320nm 내지 420nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 파장을 가질 수 있다.
제1 도전형 반도체층(124)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(124)은 Inx1Aly1Ga1 -x1-y1N(0≤x1≤1, 0≤y1≤1, 0≤x1+y1≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN 등에서 선택될 수 있다. 그리고, 제1도펀트는 Si, Ge, Sn, Se, Te와 같은 n형 도펀트일 수 있다. 제1도펀트가 n형 도펀트인 경우, 제1도펀트가 도핑된 제1 도전형 반도체층(124)은 n형 반도체층일 수 있다.
활성층(126)은 제1 도전형 반도체층(124)과 제2 도전형 반도체층(127) 사이에 배치될 수 있다. 활성층(126)은 제1 도전형 반도체층(124)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 제2 도전형 반도체층(127)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층(126)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 자외선 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
활성층(126)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층(126)의 구조는 이에 한정하지 않는다.
제2 도전형 반도체층(127)은 활성층(126) 상에 배치되며, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(127)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 도전형 반도체층(127)은 Inx5Aly2Ga1 -x5- y2N (0≤x5≤1, 0≤y2≤1, 0≤x5+y2≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2 도전형 반도체층(127)은 p형 반도체층일 수 있다.
제1전극(142)과 제2전극(146)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 또는 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Sn, In, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이러한 재료에 한정되는 않는다.
모니터링 소자(300)는 제1 도전형 반도체층, 광흡수층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 광 흡수층은 발광소자(100)에서 출사된 광을 흡수할 수 있도록 발광소자(100)의 활성층과 대응되는 조성을 가질 수 있다.
몸체(51)는 서로 전기적으로 절연된 제1몸체(51a), 제2몸체(51b), 및 제3몸체(51c)를 포함할 수 있다. 제2몸체(51b)와 제3몸체(51c)의 캐비티의 일 측벽을 형성할 수 있다.
발광소자(100)는 몸체(51)의 캐비티(54)의 바닥면(54a)에 배치될 수 있고, 모니터링 소자(300)는 캐비티의 측벽(54b)에 배치될 수 있다. 예시적으로 발광소자(100)는 제1몸체(51a)와 제2몸체(51b)에 배치되고, 모니터링 소자(300)는 캐비티의 일 측벽(54b)을 구성하는 제2몸체(51b)와 제3몸체(51c)에 배치될 수 있다. 따라서, 모니터링 소자(300)는 캐비티의 측벽(54b)을 향해 출사되는 광을 수광할 수 있다. 발광소자(100)의 광 출력이 상대적으로 강하고 모니터링 소자(300)는 발광소자(100)의 인접 위치에 배치되므로 캐비티의 측벽(54b)을 향해 출사되는 광량으로 센싱이 가능할 수 있다.
또한, 외부에서 입사된 광(L2)이 모니터링 소자(300)의 수광면(301)에 잘 입사되지 않아 발광소자(100)에서 출사되는 광에 대한 모니터링이 보다 정확해질 수 있다.
실시 예에 따른 몸체(51)는 알루미늄으로 제작되어 전도성 재질을 갖고, 외면은 비절도성 재질을 가질 수 있다. 예시적으로 몸체(51)는 상면, 하면(56), 및 복수 개의 측면(57)을 가질 수 있으며, 캐비티 영역을 제외한 상면의 가장자리(55)와 측면(57)은 절연층을 가질 수 있다. 절연층은 알루미늄 외면을 산화시켜 형성할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 몸체(51)의 외주면에 별도의 절연 코팅을 할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면 별도의 리드 프레임을 생략할 수 있다. 또한, 캐비티는 자외선 광의 반사율이 높아 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이고, 도 7은 도 6의 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 몸체(51)의 상부에는 발광소자(100)에서 출사된 광을 출사시키는 투광층(52) 및 외부에서 출사된 광을 차단하는
(53)을 포함할 수 있다. 반사층(53)은 투광층(52)상에 배치될 수 있다. 예시적으로 몸체(51)의 상부에는 투광층(52)이 배치되고 반사층(53)은 일부분에 반사물질을 코팅하여 형성할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되지 않는다.
투광층(52)은 유리, 쿼츠와 같이 자외선 파장대의 광을 투과시키는 재질이면 특별히 한정하지 않는다. 반사층(53)은 Al, Ag와 같이 자외선 및/또는 가시광 파장대의 광을 반사할 수 있는 다양한 반사물질을 포함할 수 있다.
반사층(53)은 적어도 발광소자(100)에서 출사되는 지향각(P1)과 모니터링 소자(300)의 수광각(P2)이 교차하는 중첩 영역(P3)에 배치될 수 있다. 반사층(53)이 중첩 영역(P3)에 배치되지 않으면 발광소자(100)에서 출사된 광이 반사되어 모니터링 소자(300)에 입사되기 어려울 수 있다. 중첩 영역(P3) 이외의 지점에서 반사된 광은 모니터링 소자(300)의 수광각(P2)을 벗어나기 때문에 센싱이 어려울 수 있다.
발광소자(100)는 제1몸체(51a)와 제2몸체(51b)에 배치되고, 모니터링 소자(300)는 제2몸체(51b)와 제3몸체(51c)에 배치될 수 있다. 이때, 제1몸체(51a)와 제3몸체(51c)는 동일 극성일 수 있다. 실시 예에 따른 제1몸체(51a), 제2몸체(51b), 및 제3몸체(51c)는 캐비티를 구성하는 내면은 전도성 재질을 갖고, 외면은 비전도성 재질을 가질 수 있다. 예시적으로 제1몸체(51a), 제2몸체(51b), 및 제3몸체(51c)는 알루미늄으로 제작되어 내주면 및 바닥면은 전도성을 갖고 몸체(51)의 외주면(측면 및 상면)에는 산화층이 형성되어 비전도성을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 평면도이고, 도 9는 도 8의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 투광층(52) 대신 전체적으로 반사층(54)을 배치하고 발광소자(100)의 지향각(P1)에 대응하는 부분에는 개구부(54a)를 형성할 수 있다. 이때, 반사층(54)은 적어도 발광소자(100)에서 출사되는 지향각과 모니터링 소자(300)의 수광각(P2)이 교차하는 중첩 영역(P3)에 배치된 돌출부(54b)를 더 포함할 수 있다. 반사층(53)이 중첩 지점에 배치되지 않으면 발광소자(100)에서 출사된 광이 반사되어 모니터링 소자에 입사되기 어려울 수 있다. 따라서, 돌출부(54b)의 구성이 없다면 개구부(54a)를 통해 발광소자(100)의 광이 대부분 출사되어 센싱이 어려울 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 패키지의 개념도이고, 도 11은 도 10의 회로기판을 절곡시키기 위한 하부 금형이고, 도 12는 도 10의 회로기판을 절곡시키기 위한 상부 금형이고, 도 13a 및 도 13b는 회로기판을 절곡시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 실시 예에 따른 기판(40)은 수광소자(200)가 배치되는 제1기판(40a) 및 발광소자(100)가 배치되는 제2기판(40b)을 포함할 수 있다. 이때, 제2기판(40b)은 제1기판(40a)을 기준으로 경사질 수 있다.
이러한 구성에 의하면 발광소자(100)의 광축이 수광소자(200)를 향해 기울어지므로 발광소자(100)의 지향각과 수광소자(200)의 수광각의 중첩영역이 증가할 수 있다. 따라서, 발광소자(100)는 수광소자(200) 근처에 있는 미생물에 광을 더 많이 조사할 수 있다. 따라서, 수광소자(200)는 주변의 미생물이 방출한 광을 더 많이 수신하여 감도가 향상될 수 있다.
제1기판(40a)과 제2기판(40b) 사이의 경사 각도(θ1)는 100도 보다 크고 180도 보다 작을 수 있다. 경사 각도(θ1)가 180도 이상인 경우에는 발광소자(100)의 광축이 수광소자(200)에서 멀어지는 방향으로 기울어지므로 중첩 영역이 작아질 수 있다. 또한, 경사 각도(θ1)가 100도보다 작아지는 경우 발광소자(100)의 광축이 수광소자(200)를 향해 과도하게 기울어져 중첩 면적이 작아질 수 있다.
기판(40)을 절곡하는 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예시적으로 도 11과 같은 하부 금형(2)과 도 12와 같은 상부 금형(3)을 배치하고, 도 13a와 같이 하부 금형(2)의 상면에 기판(40)을 배치할 수 있다. 이때, 기판(40)에는 발광소자 패키지(50), 수광소자 패키지(60), 및 다양한 전자 제품이 기판(40)의 상, 하면에 배치될 수 있다. 실시 예에 따르면, 하부 금형(2)에 도피홈(2b, 2c)이 배치되어 기판(40)의 하면에 배치된 전자 부품(48)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 13b와 같이 상부 금형(3)으로 하부 금형(2)을 가압하면 하부 금형의 홈(2a)에 상부 금형(3)의 끝단부가 삽입되는 과정에서 기판(40)이 절곡될 수 있다. 이때, 상부 금형(3)에는 도피홈(3a)이 배치되어 발광소자 패키지(50)가 상부 금형(3)에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 기판(40)에 전자 부품을 미리 실장한 후 절곡하므로 부품의 실장이 용이하며, 기판(40)의 절곡시 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 센서 패키지의 발광소자의 발광면적과 수광수자의 수광면적의 중첩 영역을 보여주는 도면이고, 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서 패키지의 발광소자의 발광면적과 수광수자의 수광면적의 중첩 영역을 보여주는 도면이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서 패키지의 발광소자의 발광면적과 수광수자의 수광면적의 중첩 영역을 보여주는 도면이고, 도 17은 도 16의 변형예이고, 도 18은 발광소자와 렌즈의 중심축이 어긋나게 배치되는 경우 입광 효율을 측정한 표이다.
도 14를 참조하면, 발광소자(100)의 지향각(P11)과 수광소자(200)의 수광각(P21)이 교차하는 중첩 영역(P31)은 미생물을 측정하는 타겟 영역일 수 있다. 발광소자(100)에서 출사된 광 중에서 중첩 영역(P31)을 벗어난 광은 해당 영역에 존재하는 미생물이 흡수하여 발광 스펙트럼을 방출하여도 수광소자(200)가 센싱하기 어렵다. 따라서, 중첩 영역(P31)을 넓게 조절하는 경우 측정 가능 면적을 늘릴 수 있고 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
발광소자(100)의 지향각(P11) 및 수광소자(200)의 수광각(P21)을 증가시키면 중첩 영역은 향상될 수 있으나 별도의 부품이 더 필요하거나 소자의 제작에 많이 비용이 소요될 수 있다. 따라서, 동일한 발광소자(100)와 수광소자(200)를 이용하여 중첩 영역을 증가시키는 것이 효율적일 수 있다.
도 15를 참조하면, 발광소자(100)를 수광소자(200)측으로 기울어지게 배치하는 경우 중첩 영역(P32)은 증가할 수 있다. 따라서, 동일한 발광소자(100)와 수광소자(200)를 이용하면서도 센싱 면적을 넓힐 수 있다. 또한, 센싱 감도도 향상시킬 수 있다.
발광소자(100)를 수광소자(200)측으로 기울어지게 배치하는 구성은 도 10과 같이 발광소자(100)가 배치된 기판(40)을 구부려 제작할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 발광소자(100)의 광축을 기울일 수 있는 다양한 구조가 모두 적용될 수 있다.
도 16을 참조하면, 발광소자(100)를 기울이지 않고 발광소자(100)에서 출사되는 광의 광축을 기울여 중첩 영역을 넓힐 수 있다. 예시적으로 발광소자(100)의 중심과 제1 렌즈(31)의 중심을 오프셋(d1)시켜 발광소자(100)에서 출사된 광의 지향각(P13)을 기울일 수 있다. 이러한 구성에 의하면 기판을 가공하지 않아도 중첩 영역(P33)을 확대할 수 있어 제조가 유리할 수 있다.
도 17을 참조하면, 발광소자(100)의 중심과 제1 렌즈(31)의 중심을 오프셋(d1)시켜 발광소자(100)에서 출사된 광의 지향각(P13)을 기울일 수 있다. 또한, 수광소자(200)의 중심과 제2 렌즈(32)의 중심을 오프셋(d2)시켜 수광각(P24)을 기울일 수 있다. 이러한 구조에 의하면 중첩 영역(P34)을 더욱 넓힐 수 있다.
따라서, 제1 렌즈(31)의 중심을 수광소자(200)측으로 오프셋시키고 제2 렌즈(32)의 중심을 발광소자(100)측으로 오프셋시키므로 제1 렌즈(31)의 중심과 제2 렌즈(32)의 중심 사이의 거리(L1)는 발광소자(100)의 중심과 수광소자(200)의 중심 사이의 거리(L2)보다 짧게 형성될 수 있다.
도 18을 참조하면, 렌즈가 없는 경우의 발광소자(100)는 입광 효율이 14.5%이고 균일도가 19.6%이나 렌즈를 오프셋 배치하는 경우 입광 효율이 25.6%로 높아졌으며 균일도 역시 30.5%로 높아졌음을 알 수 있다.
오프셋 거리는 렌즈 반지름의 10% 내지 80%의 범위일 수 있다. 오프셋 거리가 렌즈 반지름의 10%보다 작은 경우에는 렌즈를 출사하는 광의 굴절이 약해 중첩 면적을 향상시키기 어려울 수 있으며, 렌즈 반지름의 80%보다 커지는 경우에는 발광소자에서 출사되는 광 중에서 일부 광이 렌즈에 입사되지 않을 수 있다. 따라서, 중첩 면적이 줄어들 수 있다. 예시적으로 도 18에서는 6mm의 반지름을 갖는 렌즈에서 -2mm 오프셋된 상태로 실험하였다.
도 19는 발광소자와 렌즈의 중심축이 어긋나게 배치되는 경우 광의 출사 경로를 보여주는 시뮬레이션 결과이고, 도 20은 수광소자와 볼록 렌즈의 중심축이 어긋나게 배치되는 경우 광의 입사 경로를 보여주는 시뮬레이션 결과이고, 도 21은 수광소자와 오목 렌즈의 중심축이 어긋나게 배치되는 경우 광의 입사 경로를 보여주는 시뮬레이션 결과이다.
도 19를 참조하면, 발광소자(100)와 볼록 렌즈의 중심이 어긋나게 배치된 경우 대부분의 광이 수광소자(200)측으로 기울어져 방출되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 20과 같이 볼록렌즈인 제2 렌즈(32)의 중심이 수광소자(200)의 중심과 오프셋(d2) 배치된 경우에도 수광각(P2)이 기울어진 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 21과 같이 제2 렌즈(32)가 오목 렌즈인 경우에도 동일한 결과를 확인할 수 있다.
도 22는 실시 예에 따른 전자 제품을 도시한 개념도이다.
도 22를 참고하면, 실시 예에 따른 전자 제품은, 케이스(2), 케이스(2) 내에 배치되는 센서 패키지(1000), 제품의 기능을 수행하는 기능부(4000) 및 제어부(2000)를 포함한다.
전자 제품은 다양한 가전 기기 등을 포함하는 개념일 수 있다. 예시적으로, 전자 제품은 냉장고, 공기 청정기, 에어컨, 정수기, 가습기 등과 같이 전원을 공급받아 소정의 역할을 수행하는 가전 가기일 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전자 제품은 자동차와 같이 소정의 밀폐 공간을 갖는 제품을 포함할 수도 있다. 즉, 전자 제품은 미생물(1)의 존재를 확인할 필요가 있는 다양한 제품을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
기능부(4000)는 전자 제품의 주기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 전자 부품이 에어컨인 경우, 기능부(4000)는 공기의 온도를 제어하는 부분일 수 있다. 또한, 전자 부품이 정수기인 경우, 기능부(4000)는 물을 정수하는 부분일 수 있다.
제어부(2000)는 기능부(4000) 및 센서 패키지(1000)와 통신할 수 있다. 제어부(2000)는 케이스(2) 내부로 유입된 미생물의 존재 및 종류를 탐지하기 위해 센서 패키지(1000)를 동작시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 실시 예에 따른 센서 패키지(1000)는 모듈 형태로 소형화가 가능하므로 다양한 사이즈의 전자 제품에 장착될 수 있다.
제어부(2000)는 센서 패키지(1000)에서 검출된 신호를 미리 저장된 데이터와 비교하여 미생물의 농도 및 종류를 검출할 수 있다. 미리 저장된 데이터는 룩-업 테이블 형식으로 메모리에 저장될 수 있으며, 주기적으로 갱신될 수 있다.
제어부(2000)는 검출 결과, 미생물의 농도 등이 미리 설정된 기준값 이상인 경우 세척 시스템을 구동시키거나, 디스플레이부(3000)에 경고 신호를 출력할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내에 배치되는 회로기판;
    상기 회로기판상에 배치되는 발광소자 패키지; 및
    상기 회로기판상에 배치되는 제1수광소자를 포함하고,
    상기 발광소자 패키지는,
    캐비티를 포함하는 몸체,
    상기 캐비티의 바닥면에 배치되는 발광소자, 및
    상기 캐비티의 측벽에 배치되는 제2수광소자를 포함하고,
    상기 제2수광소자는 상기 발광소자에서 출사된 제1광을 검출하고,
    상기 제1수광소자는 외부에서 입사된 제2광을 검출하고,
    상기 회로기판은 상기 제1수광소자가 배치되는 제1기판과, 상기 발광소자 패키지가 배치되며 상기 제1기판에 대해 경사를 갖는 제2기판을 포함하고,
    상기 제1기판과 상기 제2기판이 이루는 경사 각도는 100도보다 크고 180도보다 작은 센서 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자의 중심축은 상기 제1수광소자의 중심축과 교차하고,
    상기 제1광 및 제2광은 자외선 파장대의 광이고,
    상기 발광소자 패키지는,
    상기 캐비티 상에 배치되는 반사층을 포함하고,
    상기 반사층은 상기 발광소자에서 출사되는 지향각과 상기 제2수광소자의 수광각이 교차하는 지점에 배치되는 센서 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 제1몸체, 제2몸체, 및 제3몸체를 포함하고,
    상기 발광소자는 상기 제1몸체와 상기 제2몸체에 전기적으로 연결되고,
    상기 제2수광소자는 상기 제2몸체 및 상기 제3몸체에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1몸체, 제2몸체, 및 제3몸체는 서로 전기적으로 절연된 센서 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자상에 배치되는 제1 렌즈; 및
    상기 제1수광소자상에 배치되는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 중심은 상기 발광소자의 중심과 어긋나게 배치되고
    상기 제2 렌즈의 중심은 상기 제1수광소자의 중심과 어긋나게 배치되고,
    상기 제1 렌즈의 중심과 상기 제2 렌즈의 중심 사이의 거리는 상기 발광소자의 중심과 상기 제1수광소자의 중심 사이의 거리보다 가까운 센서 패키지.
  5. 케이스;
    상기 케이스 내에 배치되는 회로기판;
    상기 회로기판상에 배치되는 발광소자;
    상기 회로기판상에 상기 발광소자로부터 이격되어 배치되는 제1수광소자;
    상기 발광소자상에 배치되는 제1 렌즈; 및
    상기 제1수광소자상에 배치되는 제2 렌즈를 포함하고,
    상기 제1 렌즈의 중심과 상기 제2 렌즈의 중심 사이의 거리는 상기 발광소자의 중심과 상기 제1수광소자의 중심 사이의 거리보다 가깝고,
    상기 제1 렌즈의 중심은 상기 발광소자의 중심과 어긋나게 배치되고,
    상기 제1 렌즈의 중심과 상기 발광소자의 중심과 어긋난 거리는 상기 제1 렌즈의 반지름의 10% 내지 80%인 센서 패키지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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