KR20180022931A - 일체화된 광 센서를 가지는 차량 복합 스크린 - Google Patents

일체화된 광 센서를 가지는 차량 복합 스크린 Download PDF

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클라우스 쉬말부크
디르크 볼파일
데틀레프 뒤르코프
귀도 쉬빙에스
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Abstract

본 발명은, 열가소성 중간층(3)을 통해 서로 결합된 외부 페인(1) 및 내부 페인(2)을 적어도 포함하고, 회로 기판(5) 상에 위치한 하나 이상의 포토다이오드(4)가 외부 페인(1)과 내부 페인(2) 사이에 배열되고, 상기 포토다이오드(4)는 SMD 부품인, 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인에 관한 것이다.

Description

일체화된 광 센서를 가지는 차량 복합 스크린
본 발명은 일체형 광 센서를 갖는 차량 복합 페인(pane)과 그것을 제조하는 방법 및 그 용도에 관한 것이다.
사용 가능한 일광의 양을 판정하기 위해 차량에 광 센서를 장착하고, 이를 기초로 필요에 따라 차량의 헤드라이트(headlight)를 작동시키는 것은 공지되어 있다. 종래의 광 센서는 추가 부품으로서, 특히 백미러(rearview mirror) 영역과 같은 전면 유리의 내부 측 표면에 설치된다.
EP2100722A2에서, 전면 유리에 적층되어 있는, 즉 열가소성 중간층으로 서로 결합된 전면 유리의 외부 페인과 내부 페인 사이에 배열되어 있는 광센서는 공지되어있다. 따라서, 전면 유리에는 일체화된 광 센서가 컴팩트하게(compactly) 제공될 수 있다; 후속하는 광 센서의 장착은 생략된다. 광 센서는 회로 기판상의 플립칩(flip-chip) 포토다이오드의 형태로 구현된다.
본 발명의 목적은 더욱 개선된, 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따른 청구항 제1항의 차량 복합 페인에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항들로부터 나타난다.
본 발명에 따른 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인은 열가소성 중간층을 통해 서로 결합된 외부 페인 및 내부 페인을 적어도 포함한다. 차량 복합 페인은 차량 내부를 차량 외부 환경으로부터 분리하기 위해 제공된다. 따라서 차량 복합 페인은 차량 새시의 창 개구부에 삽입되거나, 그 목적으로 의도된 창 페인이다. 본 발명에 따른 차량 페인은, 특히, 모터 차량의 전면 유리다. "내부 페인"이라는 용어는 설치된 위치에서 차량의 내부를 향하는 페인을 지칭한다. "외부 페인"이라는 용어는 설치된 위치에서 차량의 외부 환경을 향하는 페인을 지칭한다. 열가소성 중간층은 통상 하나 이상의 열가소성 필름으로 구성된다.
설치된 위치에서 차량 외부 환경을 향하는 각 페인의 표면은 "외부 측 표면"으로 지칭된다. 설치된 위치에서 차량 내부를 향하는 각 페인의 표면은 "내부 측 표면"으로 지칭된다. 외부 페인의 내부 측 표면은 내부 페인의 외부 측 표면과 열가소성 중간층을 통해 결합되어 있다. 통상, 외부 페인의 외부 측 표면은 "사이드 I"으로 지칭되고, 외부 페인의 내부 측 표면은 "사이드 II"로 지칭되며, 내부 페인의 외부 측 표면은 "사이드 III"로 지칭되고, 내부 페인의 내부 측 표면은 "사이드 IV"로 지칭된다.
회로기판 상에 위치된 하나 이상의 포토다이오드는 외부 페인과 내부 페인 사이에 배열된다. 포토다이오드를 구비한 회로 기판은 광 센서로 기능한다. 대응하는 차량의 평가 전자 장치에 연결되었을 때 주변 광량을 감지하는 것에 적합하다. 측정된 주변 광에 따라, 헤드라이트의 스위칭 상태는, 예를 들어, 평가 및 제어 전자 장치에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 따라서, 차량 운전자의 편의성이 향상되어, 차량 운전자가 더 이상 헤드라이트를 수동으로 온오프하지 않아도 된다. 다른 용도들은, 예를 들어, 전체 페인 또는 페인의 한 영역의 투과 특성을 자동으로 전기적 스위칭을 하는 것과 차량 내부의 디스플레이 요소의 밝기를 제어하는 것이다.
본 발명에서, "광 센서" 또는 "광 센서 요소"라는 용어는 하나 이상의 포토 다이오드가 배열된 회로 기판을 의미한다.
바람직한 실시예에서, 포토다이오드는 SMD 부품이다. 일반적으로 당업자에게 알려진 바와 같이, SMD는 표면 장착 기기(surface-mount device)의 약어이다. SMD 부품은 전선 연결을 가지지 않으나, 대신 납땜 가능한 연결 패드를 이용하여 회로 기판 상에 직접적으로 납땜된다. 종래의 부품은 장착 구멍을 통해 배선되어야 하고 회로 기판 후면에 납땜 되어야 한다. 이는 SMD 부품에 의해 생략된다. 따라서, 매우 밀도 있는 장착이 가능하게 되어, 공간 요구조건이 줄어든다. 공정기술의 견지에서 유리하게도, 회로 기판에 구멍을 드릴링(drilling)하는 것이 생략된다. 더 작은 부품과 연결 전선의 생략을 통해 무게가 줄어든다. SMD 기술은 또한 자동 장착(포토다이오드의 자동 선택과 배치, 자동 납땜)에 특히 적합하므로, 산업 대량 생산에 특히 유리하다. SMD 포토다이오드는 통상 실제 칩(chip) 주변에 하우징(housing), 특히 플라스틱 하우징을 가지고 있으며, 하우징은, 예를 들어, 플립칩 포토다이오드로부터 SMD 포토다이오드를 분리한다.
포토다이오드는 가시 스펙트럼 범위에서 민감해야 한다. 바람직하게는, 측정된 광량이 차량 탑승자가 감지하는 광량과 가능한 한 잘 일치하도록, 스펙트럼 감도 분포는 인간 눈의 감도 분포에 맞추어 조정되어야 한다. 광 센서로서 오직 단일 포토다이오드를 사용하는 경우에도, 인간이 관련 있다고 느끼지 않는 방사에 의해 발생되는 원치 않는 스위칭 동작을 피할 수 있다. 포토다이오드가 500 nm 내지 600 nm 사이의 전체 스펙트럼 범위에서 감도를 가진다면 유리한 적응이 존재하는데, 이는 포토다이오드의 최대 감도의 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상에 대응한다. 최대 감도는 450 nm 내지 600 nm의 범위, 특히 490 nm 내지 570 nm의 범위에 있어야 한다. 감도는 또한 검출 효율로 지칭될 수 있으며, 포토다이오드에 영향을 미치는 각 파장에서 전체 광자 수에 대한 검출된 광자의 비율로 정량화 될 수 있다. 바람직한 스펙트럼 감도는 이상적으로는 포토다이오드의 활성 물질의 유형에 따라 영향을 받는다. 그러나, 대안으로서, 바람직한 스펙트럼 감도를 달성하기 위해 광학 필터, 예를 들어, 포토다이오드 외부에 배치된 필터 필름이 사용될 수 있다.
회로 기판은 또한 카드, 인쇄 회로 또는 인쇄 회로 기판(PCB)으로도 지칭된다. 회로 기판은 회로 기판 위에 배열 된 포토다이오드의 기계적 부착 및 전기적 연결 기능을 수행한다. 회로 기판은 전기 절연 재료, 특히 플라스틱으로 만들어지며, 전도성 접속부(콘덕터 트랙)가 회로 기판 위에 부착되어 있다. 콘덕터 트랙은 부품의 납땜 패드 역할을 하는 국부적인 폭부(widening)를 가질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 회로 기판은 플렉스보드(flexboard)로도 알려져 있는 유연성 회로 기판이다. 이러한 회로 기판은 예를 들어, 폴리이미드 필름과 같은 유연하고 굽힘 가능한 폴리머 필름으로 구성된다. 회로 기판은 바람직하게는 0.38 ㎛ 미만 및 50 ㎛ 초과, 특히 바람직하게는 120 ㎛ 내지 180 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 조건에서, 한편으로는 유연성 측면에서, 다른 한편으로는 안정성이라는 점에서 특히 좋은 결과를 달성할 수 있다. 유연성과 낮은 두께로 인해, 유연성 회로 기판은 복합 페인, 특히 만곡된 복합 페인에 적층되는 것에 특히 적합하다.
만약 포토다이오드가 SMD 부품이라면, 편의상 SMD 회로 기판이 사용된다.
회로 기판은 페인 중 하나, 특히 내부 페인의 외부 측 표면의 포토다이오드로부터 멀리 향하는 측면에 직접적으로 배열될 수 있다. 물리적으로 제한된 회로 기판의 존재는 적층판의 안정성의 실질적 감소를 초래하지 않는다는 것이 입증되었다. 그러나 회로 기판은 2개의 열가소성 층, 즉 2겹의 열가소성 중간층 사이에 배열될 수도 있다.
회로 기판은 외부 전기 접촉을 위한 2개의 연결 패드(애노드 및 캐소드)를 가진다. 이 연결 패드는 평가 및 제어 전자 장치에 빛이 입사할 때 포토다이오드에 의해 생성된 전류 펄스를 전달하기 위해, 연결 케이블을 통해 회로 기판을 외부 평가 및 제어 전자 장치에 연결하는 역할을 한다. 연결 패드의 접촉은 바람직하게는 전기 전도성 필름 및 연결 지점에서 개구를 가져야 하는 선택사양적 폴리머 덮개를 포함하는 평판 도체(평판 스트립 도체 또는 필름 도체라고도 함)로 수행된다. 바람직하게는, 평판 도체는 예를 들어, 납땜 화합물 또는 전기 전도성 접착제를 통해 회로 기판의 연결 지점에 연결된다. 바람직하게는, 각각의 극이 연결 패드에 연결된 2극 평판 도체가 사용된다. 그러나, 대안으로서, 별개의 평판 도체가 각각의 연결 패드에 사용될 수 있다. 평판 도체는 바람직하게는 회로 기판으로부터 멀리 있는 단부에 차량 전기 시스템의 추가 케이블에 연결하기 위한 플러그 커넥터(플러그 또는 커플링)를 가진다.
회로 기판은 바람직하게는 복합 페인의 내부에 완전히 배열되고 사이드 에지를 넘어 복합 페인의 외부로 연장되는 평판 도체에 의해 접촉된다. 평판 도체에 의한 회로 기판의 접촉이 복합 페인의 제조 전에 수행되고, 그 다음에, 회로 기판이 복합 스택에 배열되어 페인의 영역 내에 완전히 배열된다. 이는 평판 도체보다 일반적으로 손상에 더 민감한 회로 기판의 파손 위험을 감소시키는 데 장점이 있다.
대안으로서, 복합 페인 내부에 배열된 포토다이오드 및 복합 페인의 바깥에 배열된 연결 케이블을 위한 연결 패드를 사용하여, 회로 기판은 그 사이드 에지를 넘어 복합 페인 내부로부터 연장될 수도 있다. 그러면 연결 케이블에 의한 회로 기판의 접촉은 복합 페인의 제조 이후에 수행될 수 있다. 따라서, 일체형 광 센서를 가지는 복합 페인은, 예를 들어, 연결 케이블 없이 자동차 제조업체에 판매될 수 있으며, 자동차 제조업체는 복합 페인의 설치 전에 접촉을 수행한다. 물론, 평판 도체는 미리 회로 기판에 연결될 수도 있고 일체형 광 센서를 가지는 복합 페인은 연결된 평판 도체와 함께 제공된다.
회로 기판과 평판 도체를 플러그 커넥터와 일체로 형성하여 평판 도체가, 말하자면, 공통 폴리머 덮개를 가지는 회로 기판의 일체형 부품이 되도록 하는 것도 고려할 수 있다.
회로 기판 또는 연결된 평판 도체가 연장되는 사이드 에지는 본 발명에서, 회로 기판 또는 광 센서와 관련된 사이드 에지로 지칭된다.
바람직한 실시예에서, 복수의 포토다이오드, 바람직하게는 4개 이상의 포토다이오드, 특히 바람직하게는 6개 이상의 포토다이오드가 회로 기판에 배열된다. 복수의 포토다이오드에 기초한 광 센서에 의해 감도가 증가될 수 있다. 또한, 측정 오차는 리던던시(redundancy)에 의해 감소될 수 있고, 복수의 포토다이오드의 사용은 검출된 광의 방사 방향의 측정을 가능하게도 한다. 모든 포토다이오드는 회로 기판의 같은 면에 배열된다.
포토다이오드는 바람직하게는 병렬 접속된 포토다이오드들의 직렬 접속 그룹의 형태로 회로 기판 상에 배열되고, 이는 회로 기판 상의 콘덕터 트랙의 적절한 배열에 의해 달성된다. 특히 바람직하게는, 2개의 포토다이오드는 각 경우에 병렬로 쌍으로 연결되고, 2개 이상의 이러한 쌍, 특히 3개 이상의 이러한 쌍이 직렬로 연결된다. 이는 특히 광 센서 시스템의 감도 및 리던던시와 관련하여 유리하다. 그룹 내에서 병렬 접속을 이용하면, 전체 그룹이 가려지지 않는 한, 광 센서의 부분 음영에도 신호를 계속 측정할 수 있다. 또한, 광 센서는 예를 들어, 가로등에 의해 유발되는 잘못된 신호를 피할 수 있도록 일종의 공간 해상도를 가진다. 광 센서의 감도가 증가된다. 또한, 광 센서는 그룹 당 하나 이상의 포토다이오드가 기능적인 한, 개별 포토다이오드의 고장 발생시에도 안전하게 유지된다.
특히 바람직한 실시예에서, 포토다이오드는 행과 열을 갖는 매트릭스 형태로 배열된다. 행들은 바람직하게는 관련된 사이드 에지에서 실질적으로 평행하게 이어지고, 열들은 관련된 사이드 에지에 실질적으로 수직이다. 따라서, 병렬 접속된 포토다이오드들 중 일 그룹의 포토다이오드들은 모두 매트릭스의 한 열에 배열되지도, 모두 매트릭스의 한 행에 배열되지도 않는다. 이는 유리한 리던던시를 제공한다: 병렬로 연결된 포토다이오드가 회로 기판 위에 분포되고, 회로 기판의 부분 음영(예를 들어, 회로 기판의 우측 부분 또는 회로 기판의 하부)이 병렬로 연결된 포토다이오드 중 일부만을 가리므로, 신호가 여전히 측정될 수 있다.
행의 인접한 포토다이오드들 간의 거리는 바람직하게는 5 cm이상이다. 따라서, 부분 음영에 관한 리던던시 측면에서 특히 좋은 결과가 달성된다.
최대 폭이 약 6 cm인 적절한 회로 기판을 구현할 수 있다. 회로 기판은, 바람직한 실시예에서, 15 cm 이상, 바람직하게는 20 cm이상의 최대 폭을 가진다. 본 발명에서 "폭"은 광 센서와 관련된 사이드 에지에 실질적으로 평행한 치수를 지칭한다. 폭이 일정하지 않은 경우, 최대 폭은 회로 기판의 전체 길이를 따라 발생하는 가장 큰 폭이다. 바꾸어 말하면, 바람직하게는 회로 기판은 15 cm이상, 특히 바람직하게는 20 cm이상의 폭을 갖는 하나 이상의 섹션을 갖는다. 회로 기판이 이러한 폭의 섹션을 갖는 경우, 복수의 포토다이오드는 유리하게 배열될 수 있고 높은 감도가 보장될 수 있다. 또한, 포토다이오드는 그 사이에 충분히 큰 거리를 가져, 광 센서의 부분 음영이 있는 경우에도 신호가 여전히 전달될 수 있다.
포토다이오드는 바람직하게는, 특히 전술된 매트릭스 형태의 배열에서 최소 폭이 15 cm인 상기 섹션에 배열된다.
최대 폭은, 예를 들어 최대 40 cm 또는 30 cm이다. 그러나, 원칙적으로, 특히 에지 영역이 그 전체 폭을 따라 회로 기판을 가리는 연속적인 불투명한 마스킹 프린트를 가지고 있는 경우, 관련된 사이드 에지의 길이에 의해, 또는 회로 기판 제조의 기술적인 한계에 의해서만 폭이 제한된다.
바람직한 실시예에서, 회로 기판의 길이는 최대 15 cm, 바람직하게는 최대 10 cm, 특히 바람직하게는 최대 8 cm이다. 본 발명에서, "길이"는 광 센서와 관련된 사이드 에지에 실질적으로 수직인 치수를 지칭한다. 이러한 최대 길이를 갖는 경우에도, 회로 기판은 유리하게도 공간을 거의 필요로 하지 않으며 통상적인 폭의 불투명한 마스킹 프린트 뒤에 가려질 수 있다.
바람직한 실시예에서, 회로 기판은 엔드 섹션과 리드 섹션을 가지며, 리드 섹션은 엔드 섹션보다 작은 폭을 가진다. 포토다이오드는 엔드 섹션에 배열되고, 연결 케이블을 위한 연결 패드는 리드 섹션에서, 특히 엔드 섹션으로부터 먼 쪽을 향하는 리드 섹션의 말단 부근에 배열된다. 리드 섹션은 관련된 사이드 에지로부터 엔드 섹션보다 가까이 있고, 바람직하게는 사이드 에지를 넘어 복합 페인 밖으로 연장된다. 이러한 회로 기판은 T-형상으로 구현되며, 횡단 막대(엔드 섹션임)가 관련된 사이드 에지로부터 등지고 있다(turned away). 리드 섹션의 길이는 바람직하게는 1 cm내지 12 cm, 특히 바람직하게는 2 cm 내지 8 cm이다. 리드 섹션의 폭은 바람직하게는 2 cm내지 15 cm, 특히 바람직하게는 3 cm내지 10 cm이다. 엔드 섹션의 길이는 바람직하게는 0.5 cm내지 3 cm, 특히 바람직하게는 1 cm내지 2 cm이다. 엔드 섹션의 폭은 바람직하게는 15 cm내지 40 cm, 특히 바람직하게는 20 cm내지 30 cm이다. 이러한 회로 기판으로, 효율과 공간 절약 설계 측면에서 특히 우수한 결과가 얻어진다.
포토다이오드는 바람직하게는 회로 기판의 엔드 섹션, 특히 전술한 매트릭스 형 배열로 배열된다.
바람직한 실시예에서, 복합 페인은 복수의 광 센서, 즉 각각의 경우 하나 이상의 포토다이오드를 갖는 복수의 회로 기판을 포함한다. 이것은 한편으로는 리던던시의 장점을 제공한다. 하나의 광 센서가 고장 나는 경우에도, 하나 이상의 다른 광 센서로 인해 기능은 보장된다. 다른 한 편으로는, 복합 페인 상에 분포되어 있는 다수의 광 센서의 존재는 가로등과 같은 국부적이고 사실상 점 형태인 방사원과 주변 광을 구별하는 것을 가능하게 한다. 따라서 평가 및 제어 전자 장치에 의한 잘못된 해석을 피할 수 있다. 예를 들어, 가로등이 밝은 주변 광으로 잘못 해석되는 것을 피할 수 있고, 결과적으로 차량 조명이 밤에 꺼지는 것을 피할 수 있다. 또한 여러 광 센서로 측정된 강도의 비교를 통해 입사 방사의 방향 의존성 결정이 가능하다.
검출된 광의 입사 방향은 회로 기판의 복수의 포토다이오드 또는 복합 페인의 복수의 광 센서 소자의 사용에 의해 판정될 수 있다. 방향 의존성은 여러 포토다이오드 또는 광 센서의 신호 측정의 강도 차이에 의해 유도된다. 따라서, 예를 들어, 태양의 현재 위치가 판정될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각 포토다이오드의 폭은 2 mm 미만이다. 여기서, "폭"이라는 용어는 회로 기판에 평행한 면에서의 최대 가로 치수를 의미한다. 이러한 바람직하게 작은 포토다이오드를 사용하여, 광 센서는 눈에 띄지 않게 복합 페인에 일체화 될 수 있다. 광 센서를 가릴 마스킹 프린트에 필요할 수도 있는 구멍이 작고 눈에 띄지 않게 설계될 수 있다. 포토다이오드의 높이(회로 기판에 수직인 치수)는 바람직하게는 0.7 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.6 mm 미만이다. 그러면 포토다이오드는 0.76 mm 의 열가소성 중간층의 표준 두께를 사용하면서 복합 페인에 일체화 될 수 있다.
내부 페인 및 외부 페인은 바람직하게는 유리, 특히 바람직하게는 창 유리 용으로 입증 된 소다 석회(soda lime) 유리로 만들어진다. 그러나, 페인은 또한, 예를 들어 붕규산염 유리 또는 알루미노규산염 유리로 만들어질 수도 있다. 원칙적으로, 페인들은 대안으로서 플라스틱, 특히 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)로 만들어질 수도 있다.
페인의 두께는 매우 다양할 수 있으며, 따라서 개별 상황의 요구에 이상적으로 적용될 수 있다. 바람직하게는, 외부 페인의 두께는 0.5 mm 내지 10 mm, 특히 바람직하게는 1 mm 내지 5 mm, 가장 특히 바람직하게는 1.2 mm 내지 3 mm 이다.
외부 페인, 내부 페인 또는 중간층은 투명하고 무색일 수 있으나, 착색되거나, 반투명해지거나, 채색될 수 있다. 복합 페인을 통한 총 투과율은, 바람직한 실시예에서, 특히 복합 페인이 전면 유리인 경우, 70%를 초과한다. "총 투과율"이라는 용어는 ECE-R 43, 부속서 3, §9.1에 명시된 모터 차량 창의 광 투과성 실험을 위한 프로세스를 기반으로 한다. 외부 페인 및 내부 페인은 비 프리스트레스(prestressed), 부분적 프리스트레스 또는 프리스트레스 유리로 만들어질 수 있다.
차량 페인은 바람직하게는 약 10 cm 내지 약 40 m 범위의 전형적인 곡률 반경을 갖는, 모터 차량 페인에 통상적인, 하나 또는 복수의 공간 방향으로 만곡된다. 그러나, 복합 유리는, 예를 들어, 버스, 기차 또는 트랙터용 페인으로 제공될 때 평평할 수도 있다.
중간층은 하나 이상의 열가소성 폴리머, 바람직하게는 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral, PVB), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 또는 이들의 혼합물 또는 공중합체 또는 유도체, 특히 바람직하게는 PVB를 함유한다. 중간층은 하나 이상의 열가소성 필름으로 형성된다. 열가소성필름의 두께는 바람직하게는 0.2 mm내지 2 mm, 특히 바람직하게는 0.3 mm 내지 1 mm, 예를 들어 0.38 mm 또는 0.76 mm이다. 중간층은 노이즈 감쇄 효과를 갖는, 소위 "음향 필름"으로 구현될 수도 있다. 이러한 필름은 전형적으로 3개 이상의 층으로 이루어지며, 예를 들어, 상이한 가소제 함량의 결과로서, 중간층은 이를 둘러싸고 있는 외부 층보다 높은 가소성 또는 탄성을 가진다.
회로 기판은 바람직하게는 복합 유리 페인의 불투명한 영역에 배열되어 거의 보이지 않거나 전혀 보이지 않게 된다. 이 영역에서는, 페인을 통한 시야가 불투명한 요소로 인해 차단된다. 이 경우, 모터 차량 섹터에서는 하나 또는 양 쪽 페인 상의 불투명한 마스킹 프린트가 통상적이다. 그러나, 이와 달리, 페인을 통한 시야는, 예를 들어, 중간층의 채색된 열가소성 필름 또는 불투명한 삽입 요소에 의해서도 차단될 수도 있다. 바람직하게는, 불투명한 요소는 광 센서에 대해 내부 측 표면에 배열되고, 따라서 내부 페인의 내부로부터 또는 내부 측 표면으로부터 광 센서보다 더 작은 거리를 가진다. 그러면, 광 센서가 내부에서 보이지 않지만, 빛이 외부로부터 광 센서에 부딪히는 동안 광 센서가 그 기능을 수행할 수 있다. 시야 방향으로 회로 기판 전방 및 후방에 불투명 요소가 장착되는 것이 특히 바람직할 수 있는데, 즉, 불투명 요소는, 각각의 경우, 광 센서에 대해 내부 측 및 외부 측에 장착되는 것이 바람직하다. 그러면, 회로 기판은 외부에서도 내부에서도 보이지 않는다. 광 센서가 그 기능을 수행할 수 있도록, 불투명한 요소는 당연히, 포토다이오드의 위치에 개구를 가져야 하는데, 그렇지 않으면 광 검출이 불가능할 것이기 때문이다. 광 센서에 대해 내부 측에 배열된 불투명한 요소는 바람직하게는 내부 페인 상의 마스킹 프린트에 의해 실현되며, 광 센서에 대해 외부 측에 배열된 불투명한 요소는 외부 페인 상의 마스킹 프린트에 의해 실현된다. 마스킹 프린트는 추가 부품을 가리거나, 모터 차량 페인이 차체에 결합되도록 하는 접착제를 자외선으로부터 보호하기 위해, 모터 차량 페인의 경우 중앙 시야 영역 밖에 있는 것이 일반적이다. 마스킹 프린트는 일반적으로 스크린 프린팅 프로세스에 적용되고 소성된(fired) 검은색 또는 어두운 에나멜로 구성된다.
또한, 본 발명에 다른 광 센서를 다른 센서와 결합할 수 있으므로 공간 절약 구성을 가능하게 하는 이점도 있다. 광 센서는 예를 들어, 레인 센서, 특히 하나 이상의 전극의 용량 변화에 의해 페인 상의 수분 존재를 판정하는 용량성 레인 센서와 결합될 수 있다. 전극으로 기능하는 전도성 구조물은, 예를 들어, 회로 기판 상에 또는 내부 페인 상에 배열될 수 있다. 레인 센서와 광 센서는 바람직하게는 서로 공간적으로 근접하게 배열되거나 공간적으로 중첩되어, 공간을 절약하는 결합 센서 소자의 실현을 가능하게 한다.
본 발명은 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인을 제조하는 더 방법을 포함한다. 여기서, 첫 번째로, 외부 페인, 내부 페인, 하나 이상의 열가소성 필름 및 회로 기판 상에 위치된 하나 이상의 포토다이오드는 스택으로서 배열되어 필름과 포토다이오드는 외부 페인과 내부 페인 사이에 배열된다. 물론, 2개의 페인과 그 사이에 위치한 필름 또는 필름들은 서로의 면 위에 실질적으로 일치되게 배열된다. 하나 이상의 포토다이오드를 갖는 회로 기판 - 또는 복수의 그러한 회로 기판 - 은 이 스택의 영역에 삽입된다. 스택은 후속적으로 복합 페인을 제조하는 통상적인 방법이 적용된다. 외부 페인은 하나 이상의 열가소성 필름으로부터 공정 중에 형성되는 열가소성 중간층을 통해 적층에 의해 내부 페인에 결합된다. 이는 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 통상적인 방법 그 자체, 예를 들어, 오토클레이브(autoclave) 방법, 진공 백 방법, 진공 링 방법, 캘린더 방법(calendar methods), 진공 라미네이터(vacuum laminators) 또는 이들의 조합을 사용하여 수행된다. 외부 페인과 내부 페인의 결합은 통상적으로 열, 진공 및/또는 압력의 작용 하에 수행된다.
바람직하게는, 회로 기판은 평판 도체에 미리 연결되고, 그 후에 단지 스택에 배열된다. 바람직하게는, 회로 기판이 페인의 영역 안에 완전히 배열되고, 평판 도체가 그 사이드 에지를 넘어 연장되도록 배열된다. 회로 기판의 평판 도체와 연결 패드 사이의 연결은, 예를 들어, 납땜 또는 전기 전도성 접착제에 의해 수행된다.
만약 차량 복합 페인이 특히 자동차 용으로 통상적인 만곡을 갖는다면, 페인은 적층 이전에 굽힘 공정, 예를 들어 중력 굽힘, 석션 굽힘 및/또는 압력 굽힘 공정이 적용된다. 전형적인 굽힘 온도는 500°C 내지 700°C이다.
바람직하게는, 적층 이전과 선택사양적 굽힘 이전에 불투명 마스킹 프린트가 외부 페인 및 내부 페인의 에지 영역에 적용된다. 이를 위해, 전형적으로, 검은색 또는 어두운 에나멜이 스크린 프린팅에 의해 적용되고, 적층 이전, 특히 굽힘 이전 또는 굽힘 과정 중에 소성처리 된다.
회로 기판은 페인 중 하나에, 특히 내부 페인의 외부 측 표면 상의 포토다이오드로부터 멀리 향하는 면에 직접 배치될 수 있다. 그러면, 중간층의 모든 필름은 회로 기판의 한 면에 배열된다. 그러나, 이와 달리, 회로 기판은 샌드위치와 유사한 방식으로 회로 기판을 둘러싸는 2개의 열가소성 필름 사이에 삽입될 수도 있다.
사전에 더 처리되지 않은 열가소성 필름이 사용될 수 있다. 적층 동안, 가열되고 유동성 있는 열가소성 물질은 포토다이오드와 회로 기판 주변 공간으로 흘러 안정한 복합체가 보장된다.
복합 페인의 광학 품질을 향상시키기 위해, 광 센서용 함몰부를 제공함으로써 열가소성 필름(또는 복수의 필름을 사용하는 경우 하나 이상의 열가소성 필름)을 준비하는 것이 유리할 수 있다.
회로 기판 전체가 삽입되는 큰 구멍이 필름에 생성될 수 있다. 그러면, 바람직하게는, 회로 기판은 회로 기판과 필름 사이의 높이 차를 보상하고 복합체의 접착을 보장하기 위하여 2개의 비교적 얇은 필름 섹션에 의해 샌드위치 형태로 둘러싸인다.
이와 달리, 바람직한 실시예에서, 열가소성 필름은 적층 전에 구멍 또는 함몰부가 제공된다. 이 구멍 또는 함몰부는 하나 이상의 포토다이오드에 따라 크기, 위치 및 배열이 조정된다. 이것은 구멍 또는 함몰부의 측방향 치수가 포토다이오드의 치수와 실질적으로 대응하거나 또는 약간 더 크다는 것을 의미하며, 특히 포토다이오드 치수의 최대 150% 또는 최대 120%이다. 구멍 또는 함몰부의 위치는 제조될 복합 페인의 광 센서의 바람직한 위치에 대응한다. 복수의 포토다이오드가 사용되는 경우, 구멍 또는 함몰부의 서로에 대한 배열은 포토다이오드의 서로에 대한 배열과 대응한다. 한편으로는 구멍과 함몰부, 다른 한편으로는 포토 다이오드가 있으므로, 말하자면, 서로 열쇠와 열쇠구멍의 관계이다. 적층을 위한 스택을 배열할 때, 포토다이오드는 구멍 또는 함몰부에 삽입된다. 따라서, 포토다이오드는 중간층에 효과적으로 매립된다. 더욱이, 포토다이오드의 위치는 생산 과정에서 정의되어 대량 생산 측면에서 유리하다. 구멍 또는 함몰부는 적층 직전에 생성될 수 있다. 그러나, 정의된 구멍 또는 함몰부를 가지는 필름은 대량으로 준비되거나 심지어 이러한 형태로 필름 공급자에게서 조달될 수도 있다.
필름에 관통 구멍(through-hole)을 만들 수도 있다. 필름이 포토다이오드의 높이보다 더 큰 두께를 가진다면, 바람직하지 못한 구멍이 남는다. 이는, 선택적으로, 예를 들어, 열가소성 필름의 작은 컷아웃(cutout)으로 채워진다. 보다 바람직하게는, 공정 기술의 견지에서 더 단순하기 때문에, 필름에 관통 구멍 대신에 깊이가 포토다이오드의 높이와 실질적으로 대응하는 함몰부를 만들 수 있다. 따라서 필요한 제작 후 공정(necessary postproduction work) 없이 바람직하지 못한 구멍을 회피할 수 있다. 함몰부는, 예를 들어, 스탬핑에 의해 도입된다.
제작 중에 회로 기판은 개별 포토다이오드와 관련된 구멍 또는 함몰부에 의해 열가소성 필름 위에 고정된다. 결과적으로, 예를 들어 접착 테이프를 사용하는 부가적인 결착은 불필요하며, 바람직하게는 실행되지 않는다.
본 발명은 차량, 바람직하게는 모터 차량, 특히 자동차의 전면 유리로서 일체형 광 센서를 가지는 본 발명에 따른 차량 복합 페인의 용도를 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 포토다이오드는 차량의 평가 및 제어 전자 장치에 연결된다. 하나 이상의 포토다이오드에 의해 측정되는 주변광의 함수로서, 다음의 하나 이상의 스위칭 상태가 제어된다.
- 차량 조명(특히 헤드라이트, 테일라이트 및 사이드 마커 라이트)의 스위칭 상태: 사전 정의 된 임계값 이하로 떨어지면, 조명이 켜진다; 사전 정의된 임계값을 초과하면, 조명이 꺼진다.
- 전기적으로 스위칭 가능하거나 제어 가능한 기능성 요소를 구비한 복합 페인 영역의 투과율 특성. 상기 페인 영역은 특히 페인의 위 쪽 3분의 1("쉐이디드 밴드"라고도 알려짐)에 있는 스위칭 가능하거나 제어 가능한 눈부심 방지 장치이다. 스위칭 상태는 주변광의 절대량의 함수 또는 복수의 포토다이오드 또는 광 센서 소자로 위치 의존 측정으로 유도된 태양의 위치의 함수로서 제어 가능하다. 특히, 태양의 위치가 낮은 경우 눈부심 방지 장치가 필요하다. 제어 가능한 기능적 요소는 예를 들어, SPD 요소(부유 입자 디바이스) 또는 LC 요소(액정) 또는 전기변색 요소이다.
- 차량 내부의 디스플레이 요소, 예를 들어, LED 디스플레이 요소 또는 OLED 디스플레이 요소의 강도(밝기). 디스플레이 요소는, 예를 들어, 경고등 또는 정보 디스플레이, 특히 픽토그램 또는 영숫자 지표의 형태이다.
또한, 본 발명은 전면 유리/평가 및 제어 전자 장치로서 본 발명에 따른 복합 페인을 갖는, 차량, 바람직하게는 모터 차량, 특히, 자동차를 포함하고, 전면 유리/평가 및 제어 전자 장치는 한편으로는 포토다이오드에 연결되고, 다른 한편으로는,
- 하나 이상의 포토다이오드로 측정된 주변 광의 함수로서 차량 조명의 스위칭 상태를 조절하는 차량 조명;
- 하나 이상의 포토다이오드에 의해 측정된 주변광의 함수로서 상기 영역의 투과율 특성을 제어하기 위한 복합 페인의 영역에 배열된 전기적으로 스위칭 가능하거나 제어 가능한 기능적 요소(상기 영역은 페인의 위 쪽 3분의 1에 있는 바람직하게는 스위칭 가능하고 제어 가능한 눈부심 방지 장치임); 및/또는
- 하나 이상의 포토다이오드에 의해 측정된 주변광의 함수로서 그 강도(밝기)를 제어하기 위한 차량 내부의 디스플레이 요소에 연결된다.
하기 도면 및 예시적 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도면은 개략적인 표현이며 실제 비율과 일치하지 않는다. 도면은 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1. 본 발명에 따른 차량 복합 페인의 실시예의 평면도,
도 2. 도 1의 세부 영역 Z의 확대도,
도 3. 도 1의 차량 복합 페인을 관통하는 A-A'를 따른 단면,
도 4. 본 발명에 따른 방법의 실시예의 흐름도.
도 1, 도 2 및 도 3은 일체형 광 센서를 가지는 본 발명에 따른 차량 복합 페인의 세부 사항을 각각 도시한다. 복합 페인은 열가소성 중간층(3)을 통해 서로 면이 결합되는 외부 측 표면(I)과 내부 측 표면(II)을 가지는 외부 페인(1)과 외부 측 표면(III)과 내부 측 표면(IV)을 가지는 내부 페인(2)로 이루어진다. 외부 페인(1)과 내부 페인(2)는 소다 석회 유리로 만들어지고, 예를 들어 2.1 mm의 두께를 가진다. 중간층(3)은 폴리비닐부티랄(PVB)로 만들어진 0.76 mm 두께를 가지는 필름으로 형성된다. 복합 페인은 모터 차량의 전면 유리로 의도된다.
복합 페인은 4개의 광 센서를 구비한다. 각각의 광 센서는 각각의 경우 6개의 SMD 포토다이오드(4)를 구비한 유연성 회로 기판(5)으로 이루어진다. 각각의 광 센서는 예로서, 복합 페인의 코너 영역에 배열되고, 복합 페인의 상부 에지(O)에 2개의 광 센서가 관련되고, 하부 에지(U)에 2개의 광 센서가 관련된다. 회로 기판(5)는 복합 페인 내부에 완전히 배열된다. 회로 기판은 내부 페인(2)의 외부 측 표면(III) 바로 위에 위치 되고, 중간층(3)을 통해 외부 페인과 결합된다. 회로 기판(5)은 각각의 경우 연결 케이블(6)로서 2극 평판 도체의 한 극에 납땜된 2개의 전기적 연결 패드(도시되지 않음)를 가진다. 연결 케이블(6)은 각각의 관련 에지(O,U)를 넘어 복합체 밖으로 연장된다. 연결 케이블(6)은 차량 온보드 전자 장치의 일부로서 추가 커넥터 케이블(전형적으로 둥근 케이블)을 통해 평가 및 제어 전자 장치를 회로 기판(5)에 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 평가 및 제어 전자 장치는 광 센서의 신호를 분석하여, 예를 들어, 평가 및 제어 전자 장치는 광 센서에 의해 판정된 주변 광량의 함수에 따라 차량 조명을 켜고 끌 수 있다.
복수의 광 센서의 결과로서, 시스템은 실질적으로 동일한 강도의 모든 광 센서로 측정된 주변 광과 분포된 광 센서를 통해 뚜렷하게 상이한 강도로 측정되는 가로등과 같은 국부 광원을 구별할 수 있다. 태양의 위치를 결정하는 데 적합한 평가 전자 장치를 통해 강도의 상당히 작은 차이가 고려될 수 있다 : 한편으로는 상부 에지(O) 상의 광 센서와 다른 한편으로는 하부 에지(U) 상의 광 센서에 의해 검출되는 광 강도의 비율은 태양의 위치, 즉, 태양 방사가 복합 페인에 부딪히는 각도에 의존한다.
포토다이오드(4)로 적합한 것은, 예를 들어, Avago Technologies사의 APDS-9005 타입 포토다이오드이다. 위 포토다이오드는 유리하게 작은 치수들(높이 0.55 mm, 폭 1.6 mm, 깊이 1.5 mm)과 인간의 눈의 스펙트럼 감도 분포를 매우 가깝게 모방한 스펙트럼 감도 분포를 가진다. 최대 감도는 약 500 nm이며, 500 nm 내지 600 nm의 전체 영역에서, 감도는 500 nm에서 최대 값의 60% 초과이다. 이는 광 센서로 측정된 광량이 또한 인간에 의해 적절한 것으로 고려되는 광량과 부합함을 보장한다.
회로 기판(5)는 유연성 회로 기판이며, 약 150 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름 및 그 위에 인쇄된 콘덕터 트랙(8)을 포함한다. 각각의 회로 기판(5)는 T-형상으로 설계되고, 더 얇은 리드 섹션과 넓은 엔드 섹션("T의 크로스바"에 대응)을 가지며, 리드 섹션이 관련된 에지(O,U)를 마주본다. 리드 섹션은, 예를 들어, 50 mm의 폭과 65 mm의 길이를 가진다. 엔드 섹션은, 예를 들어, 200 mm의 폭과 15 mm의 길이를 가진다. 회로 기판의 모든 포토다이오드(4)는 엔드 섹션에 배열되고, 반면에 리드 섹션은 연결 케이블(6)과 연결하는 역할을 한다. 콘덕터 트랙(8) 시스템의 2개의 극에 대응하고, 2극 연결 케이블(6)의 하나의 극에 각각 납땜된 2개의 연결 패드(도시되지 않음)은 리드 섹션의 단부에 배열된다.
각 회로 기판(5)는 6개의 포토다이오드(4)를 구비한다. 포토다이오드는 2행 3열의 매트릭스 형태로 배열된다. 포토다이오드(4)는 회로 기판(5) 상의 콘덕터 트랙(8)으로 서로 연결된다. 각 포토다이오드(4)는 2개의 연결 패드(인/아웃)을 가지며, 각각의 경우 연결 패드는 콘덕터 트랙(8) 상에 납땜 된다.
각 경우, 2개의 포토다이오드(4)는 병렬로 연결되고, 3개의 병렬 연결된 쌍들은 직렬로 연결된다. 도시 된 예에서, 포토다이오드(4.1 및 4.2)가 병렬 연결되고, 포토다이오드(4.3 및 4.4)가 병렬 연결되고, 포토다이오드(4.5 및 4.6)가 병렬 연결된다. 병렬 연결된 쌍의 2개의 포토다이오드는, 각 경우, 매트릭스의 다른 행 및 열에 배열된다. 이는, 예를 들어, 포토다이오드(4.2 및 4.5)가 있는 우측 영역의 회로 기판에 부분 음영이 생기더라도, 각 쌍 중 하나 이상의 포토다이오드에 광이 비추어지므로, 부분 음영에도 불구하고, 광 신호가 전체적으로 측정된다. 예를 들어, 행 내의 인접한 포토다이오드(4) 사이의 거리는 9cm이고 열의 경우에는 예를 들어, 1 cm이다.
복합 페인은 전면 유리에 통상적인 바와 같이, 프레임 형태의 불투명한 마스킹 프린트(7)을 가진다. 마스킹 프린트(7)는 외부 페인(1) 및 내부 페인(2)의 내부 측 표면(II 및 IV)에 인쇄 및 소성된 검은색 에나멜로서 구현된다. 회로 기판(5)는 마스킹 프린트(7) 영역에 배열되어, 외부에서도 내부에서도 보이지 않게 된다. 외부 페인(1)의 외부 마스킹 프린트(7)는 포토다이오드(4)의 위치에 구멍을 가지고 있어서, 광이 포토다이오드(4)에 닿을 수 있고 광 센서가 그 기능을 수행할 수 있다.
도 4는 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법의 예시적 실시예의 흐름도를 도시한다.
도면 부호 목록
(1) 외부 페인
(2) 내부 페인
(3) 열가소성 중간층
(4) 포토다이오드
(4.1), (4.2), (4.3), (4.4), (4.5), (4.6) 포토다이오드
(5) 회로 기판(인쇄 회로 기판, PCB)
(6) 연결 케이블/평판 도체
(7) 불투명 마스킹 프린트
(8) 콘덕터 트랙
(O) 복합 페인의 상부 에지
(U) 복합 페인의 하부 에지
(I) 외부 페인(1)의 외부 측 표면
(II) 외부 페인(1)의 내부 측 표면
(III) 내부 페인(2)의 외부 측 표면
(IV) 내부 페인(2)의 내부 측 표면
A-A' 단면 라인
Z 확대된 세부영역

Claims (15)

  1. 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인으로서, 적어도 열가소성 중간층(3)으로 서로 결합된 외부 페인(1) 및 내부 페인(2)을 포함하고,
    회로 기판(5) 상에 위치한 하나 이상의 포토다이오드(4)가 상기 외부 페인(1)과 상기 내부 페인(2) 사이에 배열되고,
    상기 포토다이오드(4)는 SMD 부품인,
    차량 복합 페인.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회로 기판(5)은 유연성 회로 기판으로 구현된 차량 복합 페인.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 포토다이오드(4), 바람직하게는 4개 이상의 포토다이오드(4), 특히 바람직하게는 6개 이상의 포토다이오드(4)가 회로 기판(5) 상에 배열된 차량 복합 페인.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 포토다이오드(4)는 병렬로 연결된 포토다이오드(4)의 그룹이 직렬로 연결되어 회로 기판 상에 배열되며,
    바람직하게는 각 경우 2개의 포토다이오드(4)가 병렬 연결로 연결되고, 2개 이상의 이러한 쌍이, 특히 바람직하게는 3개 이상의 이러한 쌍이 직렬로 연결되는, 차량 복합 페인.
  5. 제4항에 있어서, 상기 포토다이오드(4)는 행 및 열을 가지는 매트릭스로 배열되고 병렬로 연결된 포토다이오드(4)들이 모두 한 열이나 모두 한 행에 배열되는 것은 아닌 차량 복합 페인.
  6. 제5항에 있어서, 행의 인접한 포토다이오드(4)들 사이 거리가 5 cm 이상인 차량 복합 페인.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로 기판(5)은 15 cm 이상, 바람직하게는 20 cm 이상의 폭을 갖는 섹션을 가지는 차량 복합 페인.
  8. 제7항에 있어서, 상기 포토다이오드(4)는 상기 회로 기판(5)의 상기 섹션에 배열된 차량 복합 페인.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포토다이오드(4)는 500 nm 내지 600 nm의 전체 스펙트럼 영역에서 최대 감도의 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상에 대응하는 감도를 가지는 차량 복합 페인.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합 페인은 복수의 회로 기판(5)을 가지고, 복수의 회로 기판은 각각의 경우 하나 이상의 포토다이오드(4)를 가지는 차량 복합 페인.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포토다이오드(4)는 2 mm 미만의 폭을 가지는 차량 복합 페인.
  12. 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인을 제조하는 방법으로서, (a) 외부 페인(1), 내부 페인(2), 하나 이상의 열가소성 필름 및 회로 기판(5) 상에 위치한 하나 이상의 포토다이오드(4)를 스택으로 배열하고, 필름 및 포토다이오드(4)를 외부 페인(1) 및 내부 페인(2) 사이에 배열하고, (b) 외부 페인(1)을 내부 페인(2)에 하나 이상의 열가소성 필름으로부터 형성된 중간층(3)을 통해 적층에 의해 결합하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 단계(a) 이전에 하나 이상의 포토다이오드(4)에 따라 크기, 위치 및 배열이 조정된 구멍 또는 함몰부를 필름에 생성하고, 단계(a) 동안 하나 이상의 포토다이오드(4)를 구멍 또는 함몰부에 삽입하는 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인을 제조하는 방법.
  14. 차량, 바람직하게는 모터 차량의 전면 유리로서 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 일체형 광 센서를 가지는 차량 복합 페인의 용도.
  15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 포토다이오드가 차량의 평가 또는 제어 전자 장치에 연결되고, 차량 조명의 스위칭 상태, 페인 영역의 투과율 특성 및/또는 차량 내부의 디스플레이 요소의 강도가 하나 이상의 포토다이오드(4)에 의해 측정된 주변광의 함수로서 제어되는 차량 복합 페인의 용도.
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