KR20210133608A - 광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기 - Google Patents

광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기 Download PDF

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KR20210133608A
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Abstract

본 발명은 전자기기 내부에 탑재되어 근접센서, 조도 센서 및 인디케이터 등으로 사용될 수 있는 광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광모듈은 앞면에 광소자가 실장되는 기판; 및 기판 앞면에 위치하고 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측에 광제어면을 포함한다.

Description

광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기{OPTICAL MODULE, METHOD FOR MENUFACTURNG THE SAME AND ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 전자기기 내부에 탑재되어 근접센서, 조도 센서 및 인디케이터 등으로 사용될 수 있는 광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기에 관한 것이다.
디스플레이를 가지는 전자기기는 디자인적 요소를 고려하여 점점 베젤을 초슬림화하거나 베젤이 거의 없는 베젤리스 방향으로 개발되고 있다. 여기서, 전자장치는 휴대용 단말기, TV 등을 포함한다. 휴대용 단말기는 테블릿 PC, 노트북, 스마트폰 등을 포함한다. 베젤의 초슬림화를 위해, 기존에 전자장치 전면에 노출되는 근접센서, 조도 센서, 인디케이터 등과 같은 광모듈은 디스플레이 후면에 설치될 필요가 있다. 광모듈이 디스플레이 후면에 설치되는 경우, 광모듈에서 수광 또는 발광되는 광의 경로 상에 위치한 디스플레이에 의해, 광모듈의 감도 및 광 전달 특성이 감소될 수 있다. 그리고, 광모듈을 디스플레이 내측에 배치할 때, 전자기기 내부에서 광모듈의 설치 공간 상에 한계가 존재한다.
1. 한국공개특허 제10-2015-0033311호 (공개일 : 2015.04.01., 명칭 : 이동 단말기 및 광가이드부 제조방법)
본 발명은 디스플레이 후면에 설치되면서 기능을 유지할 수 있는 광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 소형 전자기기 내부에도 설치가 용이한 광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광모듈은 앞면에 광소자가 실장되는 기판; 및 기판 앞면에 위치하고 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측에 광제어면을 포함한다.
여기서, 상기 기판의 하면과 상기 기판의 뒷면이 교차하는 모서리 영역에 단자홀이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 렌즈는 광전송부 및 광제어부를 포함하고, 상기 광전송부와 광제어부는 일체로 형성되고, 상기 기판의 상면, 광전송부의 상면 및 광제어부의 상면은 서로 평행할 수 있다.
또한, 상기 기판의 하면 및 상기 광전송부의 하면은 서로 평행할 수 있다.
또한, 상기 렌즈의 굴절율은 공기 보다 높을 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 단일 경사면, 복수 경사면, 라운드면, 복수 라운드면 및 경사면과 라운드면의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 반사 작용을 포함하고, 상기 광제어면은 집광, 광경로 변경 및 확산 중 적어도 하나의 작용을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 기판 상의 발광소자와 반대측으로 볼록한 라운드면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 두 개 이상의 경사각으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 제 1 광제어면 및 제 2 광제어면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면의 경사각은 45도 미만이고, 상기 제 2 광제어면의 경사각은 45도를 초과할 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함하고, 상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함하고, 상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판 측으로 연장되며 라운드진 면을 포함하고, 상기 라운드진 면은 상기 렌즈의 외측을 향해 돌출될 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 라운지진 면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면의 라운드진 면은 렌즈의 외측을 향해 돌출되며, 상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 기판 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 라운지진 면을 포함하고, 상기 제 1 광제어면의 라운드진 면은 상기 렌즈의 외측을 향해 돌출되고, 상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판 측으로 연장되며 라운드진 면을 포함하고, 상기 제 2 광제어면의 라운드진 면은 상기 렌즈 내측을 향해 돌출될 수 있다.
또한, 상기 기판에 발광소자와 수광소자가 실장되고, 상기 발광소자용 렌즈와 수광소자용 렌즈가 별도로 구비되며, 상기 발광소자용 렌즈의 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측에 광제어면을 포함하고, 상기 수광소자용 렌즈의 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측은 광제어면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈는 블랙 EMC(Black EMC)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광소자용 렌즈와 수광소자용 렌즈는 기 설정된 간격으로 이격될 수 있다.
또한, 상기 발광소자용 렌즈와 수광소자용 렌즈의 상부는 연결부에 의해 일체로 연결될 수 있다.
또한, 상기 광소자는 발광소자 및 수광소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광모듈은 전자기기의 디스플레이 하부에 설치될 수 있다.
상기 광모듈은 커팅 라인을 따라, 기판 후면에 단자홀이 형성된 기판이 준비되는 단계; 기판의 상면에 광소자가 실장되고 기판 상의 도전 패턴에 광소자가 와이어 본딩되는 단계; 광소자를 내부에 내장하도록 렌즈가 기판 상부에 몰딩되는 단계; 및 커터를 이용해, 커팅 라인을 따라, 커팅하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제작될 수 있다.
본 발명은 다양한 광제어면의 형상을 통해, 디스플레이 후면에 설치되더라고 광모듈 본연의 기능이 유지되게 할 수 있다. 여기서, 광모듈 본연의 기능을 근접센서, 조도 센서 및 인디케이터 기능일 수 있다.
그리고, 본 발명은 직립형 타입으로 광모듈을 전자기기에 실장할 수 있게 설계되어, 소형 전자기기 내부에도 설치가 용이할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광센서의 상부 사시도를 나타낸다.
도 1b는 도 1a의 광센서를 하면이 노출되도록 180도 회전한 상태에서의 상부 사시도를 나타낸다.
도 2a는 도 1의 A-A’선에 따른 단면도를 나타낸다.
도 2b는 도 1의 B-B’선에 따른 단면도를 나타낸다.
도 3a는 광제어면이 단일 경사면으로 형성되고 광모듈이 발광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 3b는 광제어면이 단일 경사면으로 형성되고 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 4a는 단일 라운드면으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 발광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 4b는 두 개 이상의 경사각으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 발광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5a는 단일 라운드면으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5b는 두 개 이상의 경사각으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 6a는 단일 곡면으로 광제어면이 형성되고, 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예를 시뮬레이션 한 결과이다.
도 6b는 두 개 이상의 경사각으로 광제어면이 형성되고, 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예를 시뮬레이션 한 결과이다.
도 7a는 도 1의 광제어면에 다양한 기능을 부여한 제 1 실시예를 나타낸다.
도 7b는 도 1의 광제어면에 다양한 기능을 부여한 제 2 실시예를 나타낸다.
도 7c는 도 1의 광제어면에 다양한 기능을 부여한 제 3 실시예를 나타낸다.
도 7d는 도 1의 광제어면에 다양한 기능을 부여한 제 4 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 광모듈을 근접센서로 적용한 실시예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 광모듈을 근접센서로 적용한 실시예 중 광제어면을 경사면으로 한 실시예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 광모듈을 근접센서로 적용한 실시예 중 광제어면을 곡면으로 한 실시예를 나타낸다.
도 11a는 수광파트의 렌즈와 발광파트의 렌즈가 지지부에 의해 일체로 연결되는 제 1 실시예를 나타낸다.
도 11b는 도 11a의 광센서를 하면이 노출되도록 180도 회전한 상태에서의 상부 사시도를 나타낸다.
도 12는 도 11의 C-C’라인에 따른 단면도를 나타낸다.
도 13a는 수광파트와 발광파트가 지지부에 의해 일체로 연결되는 제 2 실시예를 나타낸다.
도 13b는 도 13a의 광센서를 하면이 노출되도록 180도 회전한 상태에서의 상부 사시도를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 광모듈이 전자기기에 설치된 상태의 제 1 실시예에 따른 단면도를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 광모듈이 전자기기에 설치된 상태의 제 2 실시예에 따른 단면도를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 광모듈이 전자기기에 설치된 상태의 제 3 실시예에 따른 단면도를 나타낸다.
도 17는 본 발명의 광모듈의 제조공정에 대한 플로우차트이다.
도 18은 도 17의 S1에서 준비되는 기판의 저면도이다.
도 19는 도 17의 다이 & 와이어 본딩 단계를 나타낸다.
도 20은 도 17의 몰딩 단계를 나타낸다.
도 21은 도 17의 세퍼레이팅 단계를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 광모듈의 제조공정의 완료 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 광모듈에 대하여 설명한다. 본발명의 요지를 명확히 하기 위해, 종래 주지된 사항에 대한 설명은 생략하거나 간단히 한다.
본 발명에 따른 광모듈은 광소자로서 발광소자를 내장하고, 인디케이터로서 사용될 수 있다. 여기서, 인디케이터는 신호의 수신 등과 같은 이벤트가 정상적으로 수행되었음을 외부에 알리는 광부품일 수 있다. 이와 달리, 본 발명에 따른 광모듈은 광소자로서 수광소자를 내장하고, 조도 센서로서 사용될 수 있다. 여기서, 조도 센서는 외부 광을 수집하는 광부품일 수 있다. 이와 달리, 본 발명에 따른 광모듈은 광소자로서 수광소자와 발광소자를 모두 내장하고, 근접센서로서 사용될 수도 있다.
도 1a를 참조하면, 광모듈(1)은 기판(100), 렌즈(200)를 포함할 수 있다.
기판(100)은 육면체 형상일 수 있다. 이하, 기판(100)에서, 도 1a의 z 축을 기준으로 상부에 위치한 면은 기판의 상면(110), 도 1a의 z 축을 기준으로 하부에 위치한 면은 기판의 하면(120), 도 1a의 y 축을 기준으로 앞에 위치한 면은 기판의 앞면(130), y 축을 기준으로 뒤에 위치한 면은 기판의 뒷면(140)으로 지칭한다. 기판(100)은 PCB 기판(Printed Circuit Board)일 수 있다. 기판의 앞면(130)에 광소자(300)가 탑재될 수 있다. 광소자(300)는 수광소자 및 발광소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 발광소자로서, 레이저 다이오드(laser diode; LD), 표면 발광 레이저 다이오드(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL) 및 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 등이 사용될 수 있다. 이때, 직직성이 좋은 표면 발광 레이저 다이오드(vertical cavity surface emitting laser; VCSEL)가 발광소자로서 바람직할 수 있다. 수광소자로서, 포토다이오드(Photo Diode)나 포토트랜지스터(Photo-Transistor) 등과 같이 광학적 신화를 전기적 신호로 전환되어 센서로 활용할 수 있는 소자가 사용될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 기판의 하면(120)과 기판의 뒷면(140)이 교차하는 모서리 영역에 단자홀(120a, 120b)이 형성될 수 있다. 단자홀(120a, 120b)은 기판의 하면(120)에서 상부로 돌출된 중공형의 홀 형상일수 있다. 단자홀(120a, 120b)의 내부면에 도전체(C1, C2)가 구비될 수 있다. 도전체(C1, C2)는 단자홀(120a, 120b)의 내부면을 도전매질(예를 들어, 구리)로 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 기판의 하면(120)을 전자기기의 기판에 안착시키고, 단자홀(120a, 120b)에 용접매질이 주입되어 융착되도록 하는 것에 의해 광모듈의 기판(100)을 전자기기의 기판에 안정적으로 고정할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 단자홀(120b)이 기판의 하면(120)과 기판의 뒷면(140)이 교차하는 모서리 영역에 구비될 수 있다. 그리고, 단자홀(120b)의 내부면에 도전체(C2)가 구비될 수 있다. 광소자가 발광소자인 경우, 단자홈(120a, 120b)을 통해 광소자의 구동을 위한 전원이 광소자에게 공급될 수 있다. 광소자가 수광소자인 경우, 단자홈(120a, 120b)을 통해 광소자의 출력이 외부로 출력될 수 있다.
다시, 도 1a를 참조하면, 렌즈(200)는 기판의 앞면(130) 측에 위치할 수 있다. 렌즈(200)의 일측은 기판 앞면(130)에 밀착 고정될 수 있다. 렌즈(200)의 일측 내부에 광소자(300)가 위치할 수 있다. 렌즈(200)는 상기 일측과 반대되는 방향인 타측으로 기 설정된 길이 만큼 연장될 수 있다. 렌즈(200)의 타측은 후술하는 광제어면(220a, 도 2a 참조)을 포함할 수 있다. 렌즈(200)는 공기 보다 굴절률이 높은 매질로 형성될 수 있다. 렌즈(200)는 후술하는 바와 같이, 광소자(300)를 내부에 수용하도록 일정한 형상으로 기판(200) 앞면에 몰딩하는 것에 의해 형성될 수 있다. 렌즈(200) 소재는 EMC(Epoxy Molding Compound)일 수 있다. 렌즈(200)의 굴절률은 예를 들어, 1.58일 수 있다.
도 2a를 참조하면, 렌즈(200)는 광전송부(210) 및 광제어부(220)를 포함할 수 있다. 광전송부(210) 및 광제어부(220)는 일체로 형성될 수 있다. 광제어부(220)의 상면은 광전송부(210)의 상면과 평행하게 또는 광전송부(210) 상면의 아래에 위치하도록 설계될 수 있다. 광제어부(220)의 하면은 광전송부(210)의 하면과 평행하게 또는 광전송부(210) 하면의 위에 위치하도록 설계될 수 있다. 이는 후술하는 몰딩 공정에서 몰딩 프레임이 몰딩 공정 완료 후 제거될 때, 광제어부(220)에 걸리는 현상을 방지하기 위함이다. 기판의 상면(100), 광전송부의 상면(210b) 및 광제어부(220)의 상면을 서로 동일 평면상에 위치할 수 있다. 달리 표현하면, 기판의 상면(100), 광전송부의 상면(210b) 및 광제어부(220)의 상면은 동일 커팅 라인을 통해 커팅되어 제조될 수 있다.
광전송부(210)는 렌즈(200)에서 기판의 앞면(130) 측에 위치한 영역을 의미한다. 광전송부(210)는 기판의 앞면(130)에서 소정의 길이로 연장될 수 있다. 광전송부(210)의 일측은 기판의 앞면(130)에 고정되고, 그 내부에 광소자(300)를 수용할 수 있다. 이하, 광전송부(210)의 타측은 기판의 앞면(130)의 반대되는 방향에 위치하는 것으로 한다. 광전송부(210)의 상면(210b)은 기판의 상면(110)과 평행할 수 있다. 광모듈(1)이 발광 기능을 가지는 경우, 광전송부(210)는 광소자(300)가 출사한 광을 광제어부(220)로 전송할 수 있다. 광모듈(1)이 수광 기능을 가지는 경우, 광전송부(210)는 광제어부(220)로 진입한 광모듈(1) 외부의 광이 광제어부(220)에 의해 경로가 광전송부(210) 측으로 변경되었을 때, 그 경로가 변경된 광을 광소자(300)에 제공할 수 있다. 광전송부(210)는 공기 보다 높은 유전률(또는, 굴절률)을 가지는 것에 의해 광전송부(210)의 측부 외측으로 광이 누수되는 것을 감소시키거나 방지할 수 있다. 광전송부(210)의 하면(210a)은 기판의 하면(120)과 평행할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 기판의 하면(120)과 광전송부(210)의 하면(210a)은 전자기기의 기판 상면에 안착되어 고정될 수 있다. 이때, 기판의 하면(120)과 광전송부(210)의 하면은 전자기기의 기판 상면에 밀착될 수 있어, 구조적으로 매우 안정적으로 광모듈(1)이 전자기기의 기판 상면에 고정될 수 있다. 아울러, 기판의 하면(120)과 광전송부(210)의 하면(210a)이 평행한 것은 광모듈의 제조 공정을 단순화하는데 기여할 수 있다. 또는, 기판의 하면(120)과 광전송부(210)의 하면이 평행한 것은 특유의 광모듈 제조 공정에 기인한 결과일 수도 있다. 이에 대한 구체적인 사항은 후술한다.
광제어부(220)는 광전송부(210)의 타측에서 외측으로 연장되는 영역일 수 있다. 광제어부(220)의 일측은 광전송부(210)의 타측과 일체를 이룰 수 있다. 광제어부(220)의 상면(220b)은 광전송부(210)의 상면(210b)과 평행할 수 있다. 광제어부(220)의 타측은 광제어부(220)의 일측과 반대되는 방향에 위치할 수 있다. 광제어부(220)의 타측은 광제어면(220a)을 포함할 수 있다. 광제어면(220a)은 광제어부(220)와 광제어부(220) 외부 간의 경계면일 수 있다. 광제어면(220a)은 경사(slope) 및 라운드(round) 중 적어도 하나를 가질 수 있다. 광제어면(220a)은 경사 및 라운드를 통해 광제어면(220a)을 향해 진입한 광의 경로 변경, 반사, 분산, 집중(focusing) 등의 기능을 수행할 수 있다. 용도에 따라, 광제어면(220a)에 단일 경사면, 복수 경사면, 라운드면, 복수 라운드면 및 경사면과 라운드면의 조합 중 어느 하나를 선택적으로 적용하는 것에 의해, 광제어면(220a)을 향해 진입한 광의 경로 변경, 반사, 분산, 집중(focusing) 등의 기능을 광제어면(220a)에 부여할 수 있다. 그리고, 기판(100) 상에 설치되는 광소자(300)의 위치가 상부와 하부 사이에서 가변되는 상황 및 광전송부(210)의 길이가 가변되는 상황 등을 감안하여 집광되는 위치를 가변하기 위해, 광제어면(220a)에 단일 경사, 복수 경사, 라운드, 경사와 다운드의 조합 중 어느 하나가 적절하게 도입될 수 있다.
이하, 광제어부(220)의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3a는 광제어면이 단일 경사면으로 형성되고 광모듈이 발광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 3a는 렌즈의 굴절률(Reflective Index)가 1.58인 경우이다.
이하, “경사각”이란 용어는 광제어면(220a)과 광제어부(220)의 상면(220b) 사이각을 의미하는 것으로 한다. 여기서, 광제어부(220)의 상면(220b)은 광전송로의 상면(210b)과 평행한 영역일 수 있다. 도 3a에서 기판(100, 도 2a 참조) 상의 발광소자(300, 도 2a 참조)에서 출사된 광은 광전송부(210)를 통과해 광제어면(220a)에 다다를 수 있다. 이때, 광제어면(220a)에서 반사된 광은 광제어부(220)의 상면 측으로 조사될 수 있다. 그리고, 광제어면(220a)에 조사된 광의 일부는 광제어면(220a)을 관통할 수 있다. 광제어면(220a)을 관통하는 광은 광모듈의 기능(인디케이팅, 근접센서의 발광파트 등) 관점에서 손실일 수 있다. 다양한 경사각(28 Degree, 45 Degree, 50 Degree)로 시뮬레이션을 한 결과, 경사각이 28도(degree)를 초과하고 50도를 넘지 않을 때, 광제어면(220a)에 조사된 광이 허용되는 손실 범위 안에서 또는 손실없이, 광제어면(220a)에 입사되는 광의 경로에 반사되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 45도일 경우, 수직으로 반사되어 더 이상적이다. 즉, 광모듈(1)을 발광 용도로 사용하고자 하는 경우, 경사각이 45 도인 것이 가장 바람직함을 알 수 있다. 물론, 설계자에 따라 발광 소자의 경우 28도에서 50도의 경사각을 선택할 수 있을 것이다.
도 3b는 광제어면이 단일 경사면으로 형성되고 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 3a는 렌즈의 굴절률(Reflective Index)가 1.58인 경우이다.
도 3b에서 광제어부의 상면(220b)을 통해 광제어면(220a)에 조사된 광은 광제어면(220a)에서 반사되어 기판(100, 도 2a 참조) 상의 수광소자(300, 도 2a 참조)로 조사될 수 있다. 그리고, 광제어면(220a)에 조사된 광의 일부는 광제어면(220a)을 관통할 수 있다. 광제어면(220a)을 관통하는 광은 광모듈의 기능(조도센서의 수광 기능, 근접센서의 수광파트 등) 관점에서 손실일 수 있다. 다양한 경사각(40 Degree, 45 Degree, 72 Degree)로 시뮬레이션을 한 결과, 경사각이 40도보다 크고 72도보다 작을 경우, 광제어면(220a)에 입사하는 광이 허용되는 손실범위 안에서 또는 손실없이 반사되는 것을 확인할 수 있다. 특히 45 degree(도) 일 때, 광제어면(220a)에 조사된 광이 손실없이 수직으로 반사되어 더 이상적이다. 즉, 광모듈(1)을 수광 용도로 사용하고자 하는 경우, 경사각이 45 도인 것이 가장 바람직함을 알 수 있다. 물론, 설계자에 따라 수광 소자의 경우 40도에서 72도의 경사각을 선택할 수 있을 것이다.
도 4a는 단일 라운드면으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 발광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 4a는 렌즈의 굴절률(Reflective Index)가 1.58인 경우이다.
도 4a에서 광제어면(220a)은 기판(100) 상의 발광소자(300, 도 2a 참조)와 반대측으로 볼록한 라운드면을 포함할 수 있다. 도 4a와 달리, 광제어면(220a)에서 발광소자와 대향하며 발광소자에서 조사된 광이 조사되는 일부 영역 만이 라운드면으로 형성될 수도 있다. 이 같은 구조에서 광제어면(220a)에 조사된 광은 포커싱되어 상부로 조사될 수 있다. 이때, 라운드되는 면은 포커싱과 반사라는 두 가지 작용을 병행한다. 따라서, 라운드를 형성하는 원호의 양단을 연결하는 선(L)과 광제어부(220)의 상면(220b) 사이각이 45 도인 것이 가장 바람직하다. 이에 의해, 발광소자에서 출사되어 광제어면(220a)에 입사된 광이 직상방으로 포커싱되어 조사될 수 있다. 앞서 도 3a에서 본 바와 같이, 발광소자의 빛의 강도를 고려해 경사각은 45 도 +/- 10% 범주에서 선택될 수 있음은 물론이다. 도 4a는 라운드를 형성하는 원호의 양단을 연결하는 선(L)과 광제어부(220)의 상면(220b) 사이각이 45 도인 라운드면으로 광제어면(220a)을 형성한 경우에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 4a의 구조는 광모듈이 수광소자를 내장한 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 이때, 광제어면(200a)에 조사된 평행광은 포커싱되어 수광소자에 반사될 수 있다. 이에 의해, 수광소자의 감도가 개선될 수 있다.
도 4b는 두 개 이상의 경사각으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 발광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
광제어면(220a)은 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)을 포함할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)과 제 2 광제어면(220a-2)은 경사각이 상이할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)의 경사각은 45도 미만이고, 제 2 광제어면(220a-2)의 경사각은 45도를 초과할 수 있다. 이에 의해, 제 1 광제어면(220a-1)에 조사된 광은 제 2 경로(②)를 따라 광제어부의 상면(220b)의 상부로 출사되고, 제 2 광제어면(220a-2)에 조사된 광은 제 1 경로(①)를 따라 광제어부의 상면(220b) 상부로 출사될 수 있다. 45도 미만인 경사각에 의해 제 1 광제어면(220a-1)에서 출사된 광은 도 4b에서, 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)의 교차점(X)을 기준으로 우측으로 반사되고, 45도 초과인 경사각에 의해 제 2 광제어면(220a-2)에서 출사된 광은 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)의 교차점(X)을 기준으로 좌측으로 반사될 수 있다. 도 4b에서 광제어면(220a)은 반사, 광경로 변경 및 확산의 작용을 할 수 있다. 도 4b의 구조는 광모듈이 수광소자를 내장한 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 이때, 광제어면(200a)에 조사된 평행광은 두 경사면 모두에서 수광소자에 반사될 수 있다. 이에 의해, 수광소자의 감도가 개선될 수 있다.
도 4b와 같이, 두 개 이상의 경사각 형태(달리 표현하면, 다각형)으로 광제어면이 형성되는 경우, 광모듈(1) 외부로 출사되는 광의 폭을 넓일 수 있다. 이 같은 구조는 광모듈(1)이 근접센서로 활용되는 경우, 전자기기 외부에 위치한 물체를 센싱하는 커버리지를 확장시킬 수 있다.
도 5a는 단일 라운드면으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 5a는 렌즈의 굴절률(Reflective Index)가 1.58인 경우이다.
도 5a에서 광제어면(220a)은 기판(200) 상의 수광소자(300, 도 2a 참조)와 반대측으로 볼록한 라운드면을 포함할 수 있다. 도 5a와 달리, 광제어면(220a)에서 수광소자와 대향하며 상부에서 조사되는 광이 조사되는 일부 영역 만이 라운드면으로 형성될 수도 있다. 이 같은 구조에서 상부에서 광제어면(220a)에 조사된 광은 포커싱되어 수광소자(300, 도 2a 참조)로 조사될 수 있다. 이때, 라운드되는 면은 포커싱과 반사라는 두 가지 적용을 병행한다. 따라서, 라운드를 형성하는 원호의 양단을 연결하는 선(L)과 광제어부의 상면(220b) 사이각이 45 도인 것이 가장 바람직하다. 이에 의해, 상부에서 광제어면(220a)에 입사된 광이 수직으로 수광소자 측으로 포커싱되어 조사될 수 있다. 앞서 도 3a에서 본 바와 같이, 발광소자의 빛의 강도를 고려해 경사각은 45 도 +/- 10% 범주에서 선택될 수 있음은 물론이다. 도 5a는 라운드를 형성하는 원호의 양단을 연결하는 선(L)과 광제어부(220)의 상면(220b) 사이각이 45 도인 라운드면으로 광제어면(220a)을 형성한 경우에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 5a의 광제어부는 도 4a의 광제어부와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 광제어면(220a)에 광이 조사되는 위치가 동일하고 수광소자의 위치가 도 5a 대비 하부에 위치하는 경우, 포커싱되는 영역을 하부로 내리기 위해, 원호의 양단을 연결하는 선(L)과 광제어부(220)의 상면(220b) 사이각이 45 도를 초과하도록 조정될 수 있음은 물론이다. 광제어면(220a)에 광이 조사되는 위치가 동일하고 수광소자의 위치가 도 5b 대비 상부에 위치하는 경우, 포커싱되는 영역을 상부로 올리기 위해, 원호의 양단을 연결하는 선(L)과 광제어부(220)의 상면(220b) 사이각이 45 도 미만이 되도록 조정될 수 있음은 물론이다.
도 5b는 두 개 이상의 경사각으로 광제어면이 형성되고 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
광제어면(220a)은 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)을 포함할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)과 제 2 광제어면(220a-2)은 경사각이 상이할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)의 경사각은 45도 미만이고, 제 2 광제어면(220a-2)의 경사각은 45도를 초과할 수 있다. 이에 의해, 상부에서 제 1 광제어면(220a-1)에 조사된 광의 입사각은 제 2 광제어면(220a-2)에 입사된 광의 입사각 보다 클 수 있다. 이에 따라, 상부에서 제 1 광제어면(220a-1)에 조사된 광의 반사각은 제 2 광제어면(220a-2)에 입사된 광의 반사각 보다 클 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서 본 바와 같이, 경사각이 45 도인 경우, 입사되는 광은 입사되는 방향을 기준으로 90도의 각도로 반사된다. 이 같은 원리에 따라, 제 1 광제어면(220a-1)에 조사된 광은 입사되는 방향에 90도인 방향에서 상부로 치우치는 방향으로 반사되고, 제 2 광제어면(2200a)에 조사된 광은 입사되는 방향에 90도인 방향에서 하부로 치우치는 방향으로 반사될 수 있다. 이때, 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)에서 반사된 광이 모두 수광소자(300)로 집중되게 하면 수광소자의 감도를 높일 수 있다. 즉, 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)의 상호 작용에 의한 제 1 광제어면(220a-1) 및 제 2 광제어면(220a-2)의 포커싱 기능을 통해 수광소자의 감도를 높일 수 있다.
도 6a는 단일 곡면으로 광제어면이 형성되고, 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예를 시뮬레이션 한 결과이다. 도 6a에서 광제어면은 도 5a에서와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 도 6a는 도 3 내지 도 5 보다 광전송로의 길이가 길게 형성된 실시예이다. 시뮬레이션을 한 결과, 광전송로의 길이가 길더라도, 도 5a에서 본 것과 같은 광제어면에서의 포커싱 작용을 통해 감도 저하가 거의 없음을 확인할 수 있었다. 도 6a 구조는 광모듈이 발광소자를 내장한 경우에도 동일하게 적용돌 수 있다.
도 6b는 두 개 이상의 경사각으로 광제어면이 형성되고, 광모듈이 수광소자를 내장한 경우의 실시예 및 그 실시예를 시뮬레이션 한 결과이다. 도 6b에서 광제어면은 도 5b에서와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 도 6b는 도 3 내지 도 5 보다 광전송로의 길이가 길게 형성된 실시예이다. 시뮬레이션을 한 결과, 광전송로의 길이가 길더라도, 도 5b에서 본 바와 같은 광제어면에서의 포커싱 작용을 통해 감도 저하가 거의 없음을 확인할 수 있었다.
도 7a 내지 도 7d는 상하로 배치된 두 개의 광제어면을 통해 다양한 광 제어 특성을 가지는 광제어부의 실시예이다.
먼저, 도 7a를 참고하면, 광제어면(220a)은 하부에 위치하는 제 1 광제어면(220a-1) 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면(220a-2)을 포함할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)은 하부에서 상부로 연장되고 기판과 반대되는 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함할 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 하부에서 상부로 연장되고 기판 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함할 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 제 2 광제어면(220a-2) 상부에서 조사된 광을 일정 각도로 굴절시켜서 제 1 광제어면(220a-1)에 조사시킬 수 있다. 이때, 제 1 광제어면(220a-1)은 조사되는 광을 수광소자(300, 도 2a 참조)를 향해 반사시킬 수 있다. 이와 같이, 제 2 광제면(220a-1) 및 제 1 광제면(220a-2)을 통한 경로 변경 작용 및 반사 작용을 통해, 수광소자의 상하 위치에 관계없이 수광소자의 감도가 확보될 수 있다.
도 7b를 참고하면, 광제어면(220a)은 하부에 위치하는 제 1 광제어면(220a-1) 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면(220a-2)을 포함할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)은 하부에서 상부로 연장되고 기판과 반대되는 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함할 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 하부에서 상부로 연장되고 기판 측으로 연장되며 라운드진 면을 포함할 수 있다. 라운드진 면은 렌즈(200) 외측을 향해 돌출될 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 제 2 광제어면(220a-2) 상부에서 조사된 광을 포커싱하여 제 1 광제어면(220a-1)에 조사시킬 수 있다. 이때, 제 1 광제어면(220a-1)은 조사되는 광을 수광소자(300, 도 2a 참조)를 향해 반사시킬 수 있다. 이와 같이, 제 2 광제면(220a-1) 및 제 1 광제면(220a-2)을 통한 포커싱 및 반사 작용을 통해, 렌즈에 수광되는 광량에 관계없이 수광소자의 감도가 확보될 수 있다.
도 7c를 참고하면, 광제어면(220a)은 하부에 위치하는 제 1 광제어면(220a-1) 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면(220a-2)을 포함할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)은 하부에서 상부로 연장되고 기판과 반대되는 측으로 연장되며 라운지진 면을 포함할 수 있다. 라운드진 면은 렌즈(200) 외측을 향해 돌출될 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 하부에서 상부로 연장되고 기판 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함할 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 제 2 광제어면(220a-2) 상부에서 조사된 광을 일정 각도로 굴절시켜서 제 1 광제어면(220a-1)에 조사시킬 수 있다. 이때, 제 1 광제어면(220a-1)은 조사되는 광을 포커싱하여 수광소자(300, 도 2a 참조)를 향해 반사시킬 수 있다. 이와 같이, 제 2 광제면(220a-1) 및 제 1 광제면(220a-2)을 통한 포커싱, 경로변경 및 반사 작용을 통해, 수광소자의 상하 위치 및 렌즈에 수광되는 광량에 관계없이 수광소자의 감도가 확보될 수 있다.
도 7d를 참고하면, 광제어면(220a)은 하부에 위치하는 제 1 광제어면(220a-1) 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면(220a-2)을 포함할 수 있다. 제 1 광제어면(220a-1)은 하부에서 상부로 연장되고 기판과 반대되는 측으로 연장되며 라운지진 면을 포함할 수 있다. 라운드진 면은 렌즈(200) 외측을 향해 돌출될 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 하부에서 상부로 연장되고 기판 측으로 연장되며 라운드진 면을 포함할 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)의 라운드진 면은 렌즈(200) 내측을 향해 돌출될 수 있다. 제 2 광제어면(220a-2)은 제 2 광제어면(220a-2) 상부에서 조사된 광을 확산시켜서 제 1 광제어면(220a-1)에 조사시킬 수 있다. 도 7c 실시예 대비, 확산 후 포커싱하는 작용을 통해, 포커싱되는 광의 조사 면적을 넓게 확보할 수 있어 수광소자의 상하 배치 면에서 충분한 설계 마진을 확보할 수 있다.
도 1 내지 도 7d의 광모듈은 2개가 융합된 광모듈의 형태로 제작되어 근접센서를 형성할 수도 있다. 이하, 도 1 내지 도 7d의 실시예가 근접센서에 적용된 실시예에 대하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 단일 기판(100‘상에 발광파트(11)와 수광파트(12)가 구비될 수 있다.
발광파트(11)는 도 1(a) 내지 도 3(a), 도 4(a) 및 도 4(b), 도 6(a) 및 도 6(b) 중 어느 하나의 구조와 동일할 수 있다.
수광파트(12)는 도 1(a) 내지 도 2(b), 도 3(b), 도 4(a) 내지 도 7(d) 중 어느 하나의 구조와 동일할 수 있다.
발광파트(11)와 수광파트(12)에서의 기판은 도 8에서와 같이 일체로 형성될 수 있다. 이때, 발광파트(11)와 수광파트(12)는 기 설정된 간격(d) 만큼 이격될 수 있다.
발광파트(11)에서 출사하는 광은 렌즈를 진행하면서 측부로 누수될 수 있다. 다만, 본 발명은 공기 보다 굴절율이 높은 렌즈에 발광소자를 내장하여 렌즈 내부에서 측부로 광이 누수되는 것이 방지될 수 있다. 그리고, 상기와 같이 기 설정된 간격(d) 만큼 수광파트(12)가 발광파트(11)에서 이격되어 설치되므로 발광파트(11)에서 출사되는 광이 수광파트(12)에 직접 전달되는 상황은 방지될 수 있다. 정리하면, 이 같은 구조를 통해, 발광파트(11)와 수광파트(12) 간의 크로스 토크(cross talk)가 방지될 수 있다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 발광파트(11)와 수광파트(12) 모두 도 1b에서와 같이, 단일 경사면으로 형성된 광제어면을 가지는 타입일 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 발광파트(11)와 수광파트(12) 모두 도 4a에서와 같이, 단일 라운드면으로 형성된 광제어면을 가지는 타입일 수 있다.
발광파트(11)와 수광파트(12)는 도 1a 내지 도 7d에서 선택된 적어도 하나의 타입으로 형성될 수 있다. 도 9 및 도 10과 달리 상이한 구조의 광제어면으로 발광파트(11)와 수광파트(12) 각각의 광제어면이 형성될 수도 있다.
도 11a 내지 도 12를 참고하면, 수광파트의 렌즈와 발광파트의 렌즈가 연결부에 의해 일체로 연결될 수도 있다. 수광파트의 렌즈와 발광파트의 렌즈 각각은 도 2a에서 본 렌즈 구조와 동일할 수 있다. 도 12를 기준으로 수광파트의 렌즈의 상부와 발광파트의 렌즈의 상부가 연결부(400)에 의해. 일체로 연결될 수 있다. 이때, 수광파트 렌즈의 상부면, 발광파트 렌즈의 상부면, 연결부(400)의 상부면이 일치하도록 할 수 있다. 연결부(400)의 일측은 기판(100')에 밀착 고정될 수 있다. 연결부(400)에 의해 수광파트 렌즈와 발광파트 렌즈가 상호 연결되고 연결부(400)의 일측이 기판(100')에 밀착 고정되는 것에 의해, 수광파트와 발광파트가 구조적으로 안정적으로 기판에 고정될 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 수광파트의 렌즈와 발광파트의 렌즈 각각은 도 4a에서 본 렌즈 구조와 동일할 수 있다. 도 13a를 기준으로 수광파트의 렌즈의 상부와 발광파트의 렌즈의 상부가 연결부(400)에 의해. 일체로 연결될 수 있다. 이때, 수광파트 렌즈의 상부면, 발광파트 렌즈의 상부면, 연결부(400)의 상부면이 일치하도록 할 수 있다. 연결부(400)의 일측은 기판(100')에 밀착 고정될 수 있다. 연결부(400)에 의해 수광파트 렌즈와 발광파트 렌즈가 상호 연결되고 연결부(400)의 일측이 기판(100')에 밀착 고장되는 것에 의해, 수광파트와 발광파트가 구조적으로 안정적으로 기판(100')에 고정될 수 있다. 크로스 토크를 최소화할 수 있게, 발광파트의 광소자와 수광파트의 광소자는 연결부(400)의 하부에 위치하는 것이 바람직하다.
도 9a 내지 도 13b와 달리, 도 1 내지 도 7d에 따른 광모듈 중 수광모듈과 도 1 내지 도 7d에 따른 광모듈 중 발광모듈이 각각 별개로 제작되어 전자기기 기판 상에 설치되는 타입으로 근접센서를 구현할 수도 있음은 물론이다.
도 1 내지 도 13b에 따른 광모듈은 전자기기 내부에 실장되어, 근접센서, 조도 센서 및 인디케이터 기능을 수행할 수 있다. 이하, 본 발명의 광모듈이 전자기기에 실장된 실시예에 대하여 설명한다.
도 14를 참조하면, 전자기기(1000)는 하우징(1100), 디스플레이(1200) 및 기판부(1300)를 포함할 수 있다. 하우징(1100)은 내부에 내장된 부품을 보호하면서 디자인적 요소를 가질 수 있다. 하우징(1100)의 개구된 영역에 디스플레이(1200)가 배치될 수 있다. 도 14를 기준으로 디스플레이(1200) 상부에 디스플레이(1200)를 보호하기 위한 보호 패널(1220)이 구비될 수 있다. 그리고, 디스플레이(1200) 하부에 디스플레이(1200) 구동을 위한 디스플레이 내부 소자 패널(1210)이 구비될 수 있다. 그리고, 기판부(1300)에 전자기기 구동을 위한 부품 및 소자(1310)가 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이(1200) 에지(edge)와 하우징(1100)은 소정 간격으로 이격될 수 있다. 이하, 이 이격되는 영역을 오픈 스페이스(Open Space, OS)라 칭한다. 오픈 스페이스(OS) 상부는 보호 패널(1220)에 의해 기밀이 유지될 수 있다. 보호 패널(1220)은 그 소재에 따른 특정 광투과 특성을 가질 수 있다. 풀 스크린을 위해, 오픈 스페이스는 매우 작은 폭을 가질 수 있다. 본 발명의 광모듈은 이러한 작은 폭의 오픈 스페이스(OS)를 활용해 근접센서, 조도 센서 및 인디케이터 기능을 수행할 수 있다. 본 발명이 적용되는 전자기기는 스마프폰, 테블릿 PC, 노브북, TV 등 디스플레이를 가지는 모든 전자기기에 적용될 수 있다.
광모듈은 도 1 내지 도 13b에 따른 광모듈 중 적어도 어느 하나가 적용될 수 있다.
본 발명의 광모듈을 전자기기에 적용할 때, 광모듈은 기판부(1300)에 장착될 수 있다. 이때, 광모듈은 기판(100)이 기판부(1300) 측에 위치하고, 광제어면(222a)이 오픈 스페이스(OS)에 대향할 수 있다. 기판의 하면(120) 및 광전송부의 하면(210a)는 기판부(1300)의 상부면에 밀착되고, 단자홀(120a, 120b)을 기판에 용접하는 것에 의해 광모듈이 기판부(1300)에 고정될 수 있다. 기판의 하면(120) 및 광전송부의 하면(210a)이 평행하여 기판부(1300)의 상부면에 광모듈이 안정적으로 고정될 수 있다. 그리고, 직립형(Vertical Type)으로 기판(100)이 고정되는 것에 의해, 기판부(1300)에서 기판(100)의 설치 공간에 대한 제약이 약할 수 있다.
광소자(300)는 발광소자일 수 있다. 이때, 도 1 내지 도 13b에서 설명한 바와 같이, 발광소자가 출사한 광이 광제어면(220a)의 반사, 집광(포커싱) 및 경로 변경 등과 같은 작용을 통해 오픈스페이스(OS)를 경유하여 외부로 전송될 수 있다. 광소자(300)는 수광소자일 수 있다. 이때, 도 1 내지 도 13b에서 설명한 바와 같이, 오픈스페이스(OS)를 경유해 광제어면(220a)에 조사된 광이 광제어면(220a)의 반사, 집광(포커싱) 및 경로 변경 등과 같은 작용을 통해 수광소자에 조사될 수 있다.
도 8 내지 도 13b와 같은 광모듈이 전자기기에 탑재되는 경우, 오픈스페이스(OS)를 통과한 광을 수광하는 동작 및 오픈스페이스를 통해 광을 외부로 전송하는 동작이 모두 광모듈 상에서 수행될 수 있다.
도 15를 참조하면, 기판부(1300)의 에지와 하우징(1100) 간의 거리가 도 14보다 클 수 있다. 이때, 본 발명의 광모듈은 광전송부(210)의 길이를 길게 하는 것에 의해 설계적으로 유연하게 대처할 수 있다.
도 16을 참조하면, 도 14 대비 디스플레이(1200) 에지와 하우징(1100) 간의 간격이 매우 작을 수 있다. 즉, 오픈 스페이스(OS) 폭이 매우 작을 수 있다.
이 경우, 오픈 스페이스(OS)를 통한 광의 출사량 및 수광량이 감소할 수 있다. 이때, 본 발명의 광모듈은 광제어부(220a)에 집광(포커싱) 기능을 부여하는 것에 의해 수광소자의 감도가 저하되는 것을 방지하고 오픈 스페이스를 통해 출사되는 발광소자의 광량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 13b에서의 광모듈이 제작되는 방법에 대하여 설명한다.
도 17을 참조하면, 총 4 단계로 진행될 수 있다.
- 광소자 및 기판 준비 단계 (S1) -
본 단계에서, 광소자와 기판이 준비될 수 있다. 기판은 PCB 기판일 수 있다. 도 18을 참조하면, 커팅 라인(SL1)을 따라, PCB 기판 후면에 단자홀(120a, 120b)이 형성될 수 있다.
- 다이 & 와이어 본딩 단계 (S2) -
기판의 상면에 광소자가 실장되고 기판 상의 도전 패턴에 광소자가 와이어 본딩될 수 있다. 이때, 수광용(예를 들어, 조도센서 용) 광모듈을 제작하고자 하는 경우, 광소자로 수광소자가 기판에 실장될 수 있다. 이와 달리, 발광용(예를 들어, 인디케이터용) 광모듈을 제작하고자 하는 경우, 광소자로 발광소자가 기판에 실장될 수 있다. 이와 달리, 수광과 발광 기능 겸용(예를 들어, 근접센서용) 광모듈을 제작하고자 하는 경우, 광소자로 발광소자와 수광소자가 모두 기판에 실장될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 19는 S2에서 수광과 발광 기능 겸용(예를 들어, 근접센서용) 광모듈을 제작하는 경우를 예시한다. 도 19에서와 같이, 발광소자(300a)와 수광소자(300b)가 쌍을 이루어 기판에 실장될 수 있다. 수광용 광모듈 만 제작하는 경우라면, 도 19에서 수광 소자 만이 기판에 실장되고, 기판 상의 도전 패턴에 와이어 본딩될 수 있다. 발광용 광모듈 만 제작하는 경우라면, 도 19에서 발광 소자 만이 기판에 실장되고, 기판 상의 도전 패턴에 와이어 본딩될 수 있다.
- 몰딩 단계 (S3) -
도 20을 참조하면, 광소자(300a, 300b)를 내부에 내장하도록 렌즈(200)가 기판 상부에 몰딩될 수 있다. 이때, 렌즈(200)는 광제어면(220a)을 포함할 수 있다. 몰딩 공정은 EMC(Epoxy Molding Compound) 몰딩 방식으로 진행될 수 있다. 이때, 사용되는 EMC의 경우 가시광선을 포함한 대부분의 파장 통과할 수 있는 클리어 타입(clear type)의 EMC를 사용할 수 있다. 광모듈이 근접센서로 사용되어 적외선의 특성을 활용할 경우(달리 표현하면, 적외선 파장대의 광을 전자기기 외측으로 조사하고 외측에 있는 사람 또는 물건에서 반사되는 적외광을 수광하여 사람 또는 물건의 근접을 감지하는 경우), 가시광이 차단되고 적외선만 통과하는 EMC를 사용할 수도 있다. 즉, 센서의 사용 목적에 따라 광학 필터(optical filter)의 기능이 포함되거나 포함되지 않는 EMC 선정하는 하는 것이 용이하다. 이러한, EMC로서 Nitto 사에서 제공하는 NT-8523, NT-324와 같은 블랙 EMC(Black EMC)가 사용될 수 있다. 여기서, 블랙 EMC는 적외광 대역의 빛을 투과하고 적외광 대역 외의 빛은 차단하는 밴드 패스 필터 특성을 가지는 물질을 통칭하는 개념일 수 있다. 본 발명의 광모듈이 근접센서로 사용되는 경우, 수광파트의 렌즈는 블랙 EMC(Black EMC)를 포함하여 제작될 수 있다.
- 세퍼레이팅 단계 (S4) -
도 21을 참조하면, 커터(3)를 이용해, 커팅 라인(SL1, SL2)을 따라, 커팅을 할 수 있다. 이에 의해, 도 21에서와 같이, 광모듈이 제공될 수 있다. 수광용 광모듈 만을 제작하는 경우라면, S4에서 제작되는 형태는 도 1(a) 내지 도 2(b), 도 3(b), 도 4(a) 내지 도 7(d)의 광모듈 형상을 가질 수 있다. 발광용 광모듈 만을 제작하는 경우라면, S4에서 제작되는 형태는 도 1(a) 내지 도 3(a), 도 4(a) 및 도 4(b), 도 6(a) 및 도 6(b)의 광모듈 형상을 가질 수 있다. 세퍼레이팅 단계를 통해, 단자홀(120a, 120b)이 커팅되어, 도 22과 같은 중공형의 반원통형 형상의 단자홀(120a, 120b)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 세퍼레이팅 단계에서 커터에 의해 동일 평면 상에서 기판(100)과 렌즈(200)가 커팅될 수 있다. 커팅되는 면은 도 2를 기준으로, 기판의 하면(120)과 렌즈의 하면(210a)이다. 그리고, 커팅되는 면은 도 2를 기준으로 기판의 상면(110)과 렌즈의 상면(210b, 220b)이다. 기판의 하면(120)과 렌즈의 하면(210a)은 동시에 커팅될 수 있다. 기판의 상면(110)과 렌즈의 상면(210b, 220b)은 동시에 커팅될 수 있다. 이 같은 제조 과정에서 기판의 하면(120)과 광전송로의 하면(210a)은 상호 평행하게 커팅되기 때문에, 도 14에서와 같이 광모듈을 기판부(1300) 상면에 안착시킬 때 기판의 하면(120)과 광전송로의 하면(210a)이 기판에 의해 안정적으로 지지될 수 있다. 이에 의해, 광제어면(220a)과 오픈 스페이스(OS)와의 시준이 정확해질 수 있다. 그리고, 광모듈의 제작이 보다 간소화될 수 있다.
1 : 광모듈
100 : 기판
200 : 렌즈
210 : 광전송부
220 : 광제어부
220a : 광제어면
300 : 광소자

Claims (21)

  1. 앞면에 광소자가 실장되는 기판; 및
    기판 앞면에 위치하고 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측에 광제어면을 포함하는 렌즈를 포함하는 광모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 하면과 상기 기판의 뒷면이 교차하는 모서리 영역에 단자홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 광전송부 및 광제어부를 포함하고,
    상기 광전송부와 광제어부는 일체로 형성되고,
    상기 기판의 상면, 광전송부의 상면 및 광제어부의 상면은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 광모듈.
  4. 제 1 항에 잇어서,
    상기 기판의 하면 및 상기 광전송부의 하면은 서로 평행한 것을 특징으로 하는 광모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈의 굴절율은 공기 보다 높은 것을 특징으로 하는 광모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 단일 경사면, 복수 경사면, 라운드면, 복수 라운드면 및 경사면과 라운드면의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 반사 작용을 포함하고,
    상기 광제어면은 집광, 광경로 변경 및 확산 중 적어도 하나의 작용을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 기판 상의 발광소자와 반대측으로 볼록한 라운드면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 두 개 이상의 경사각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 제 1 광제어면 및 제 2 광제어면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면의 경사각은 45도 미만이고, 상기 제 2 광제어면의 경사각은 45도를 초과하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함하고,
    상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함하고,
    상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판 측으로 연장되며 라운드진 면을 포함하고,
    상기 라운드진 면은 상기 렌즈의 외측을 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 라운지진 면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면의 라운드진 면은 렌즈의 외측을 향해 돌출되며,
    상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 기판 측으로 연장되며 일정 경사를 가지는 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광제어면은 하부에 위치하는 제 1 광제어면 및 상부에 위치하는 제 2 광제어면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판과 반대되는 측으로 연장되며 라운지진 면을 포함하고,
    상기 제 1 광제어면의 라운드진 면은 상기 렌즈의 외측을 향해 돌출되고,
    상기 제 2 광제어면은 하부에서 상부로 연장되고 상기 기판 측으로 연장되며 라운드진 면을 포함하고,
    상기 제 2 광제어면의 라운드진 면은 상기 렌즈 내측을 향해 돌출되는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 발광소자와 수광소자가 실장되고,
    상기 발광소자용 렌즈와 수광소자용 렌즈가 별도로 구비되며,
    상기 발광소자용 렌즈의 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측에 광제어면을 포함하고
    상기 수광소자용 렌즈의 일측은 상기 기판의 앞면에 밀착 고정되고 타측은 광제어면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 블랙 EMC(Black EMC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자용 렌즈와 수광소자용 렌즈는 기 설정된 간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광소자용 렌즈와 수광소자용 렌즈의 상부는 연결부에 의해 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 광소자는 발광소자 및 수광소자 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 광모듈이 디스플레이 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  21. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 광모듈을 제작하는 방법에 있어서,
    커팅 라인을 따라, 기판 후면에 단자홀이 형성된 기판이 준비되는 단계;
    기판의 상면에 광소자가 실장되고 기판 상의 도전 패턴에 광소자가 와이어 본딩되는 단계;
    광소자를 내부에 내장하도록 렌즈가 기판 상부에 몰딩되는 단계;
    커터를 이용해, 커팅 라인을 따라, 커팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광모듈 제작 방법.

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