WO2018012697A1 - 광 감지 소자 및 광 감지 장치 - Google Patents

광 감지 소자 및 광 감지 장치 Download PDF

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shielding layer
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박재완
이상훈
장기철
김승진
이정기
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LG Innotek Co Ltd
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    • G01J2003/2816—Semiconductor laminate layer

Definitions

  • the present invention relates to a photosensitive device and a photosensitive device, and to a photosensitive device and a photosensitive device for detecting a wearing state in a capacitive manner.
  • Conventional light sensing devices use infrared light to detect that the light sensing device is worn on the wrist.
  • the optical sensing device is worn on the wrist, when it is not recognized, a problem arises in that an application such as a mobile payment service performed by the optical sensing device cannot be used.
  • Wear detection on the wrist needs to be made in a capacitive manner, rather than an optical method using infrared light.
  • the light output from the light emitting unit may be reflected on the surface of the skin and absorbed by the light receiving unit or scattered inside the glass substrate and absorbed by the light receiving unit. Accordingly, it is necessary to arrange the shielding layer that can adjust the field of view (FOV) of the light emitting unit so that the light emitted from the light emitting unit is reflected only in the blood vessels of the human body to be absorbed by the light receiving unit.
  • FOV field of view
  • One problem to be solved by the proposed invention is to make the wear detection on the wrist by capacitive method, not the optical method using infrared light, so that the wear detection on the tattooed wrist can be easily performed. .
  • Another problem to be solved by the proposed invention is to further miniaturize the light sensing device by not using the infrared LED used for the detection of wearing by the optical method.
  • the light output from the light emitting unit can be reflected by the surface of the skin and absorbed by the light receiving unit or scattered inside the glass substrate and absorbed by the light receiving unit.
  • the shielding layer By arranging the shielding layer, light emitted from the light emitting unit is reflected only by the blood vessels inside the human body to be absorbed by the light receiving unit.
  • Another problem to be solved by the proposed invention is to improve the pulse intensity index (PI, Perfusion Index) of the pulse sensor by adjusting the interval of the shielding layer to reach the optimal light amount.
  • PI pulse intensity index
  • the light sensing device includes: a substrate including a light transmitting area and a light receiving area surrounding the light transmitting area; A shielding layer including an opening on the light transmitting area; A first electrode on the light receiving area; A diode layer on the first electrode; And a second electrode on the diode layer, wherein the first electrode surrounds the shielding layer and is coplanar with the shielding layer.
  • the light sensing device comprises a lower substrate; A substrate including a light transmitting area and a light receiving area; A light emitting part including a shielding layer including an opening on the light transmitting area, spaced apart from the shielding layer on the light transmitting area, and disposed on a lower substrate; A first electrode on the light receiving area; A diode layer on the first electrode; A second electrode on the diode layer; And the first electrode surrounds the shielding layer on the substrate and is coplanar with the shielding layer.
  • the first electrode comprises: an optical signal transmission portion in contact with the diode layer; Protrusions protruding about an outer circumference of the diode layer; It includes.
  • the first electrode comprises: an optical signal transmission portion in contact with the diode layer; And an internal extension exposed about the inner perimeter of the diode layer.
  • the first electrode is disposed toward the lower substrate.
  • At least one of the first electrode, the second electrode and the shielding layer is electrically connected to a driver for capacitive sensing.
  • one of the first electrode, the second electrode, and the shielding layer is connected to a transmitting part of the driving part, and one of the other two is connected to a receiving part of the driving part.
  • the shielding layer is connected to the transmitter.
  • the shielding layer area is greater than the diode layer area.
  • a dummy layer is disposed surrounding the light receiving area.
  • the dummy layer is coplanar with the shielding layer.
  • the shielding layer is made of any one of gallium aluminum zinc oxide (GAZO), gallium dope zinc oxide (GZO), indium tin oxide (ITO).
  • GAZO gallium aluminum zinc oxide
  • GZO gallium dope zinc oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the outer circumferential radius of the shielding layer is between 500um and 1500um.
  • the outer circumferential radius of the opening is between 50um and 500um.
  • the thickness of the first electrode is 350nm ⁇ 450nm.
  • the outer circumferential radius of the diode layer is between 1000um and 2000um.
  • the thickness of the second electrode is 350nm ⁇ 450nm.
  • the proposed invention enables the wear detection on the wrist in a capacitive manner, rather than an optical method using infrared light, so that the wear detection on the tattooed wrist can be easily performed.
  • the proposed invention further miniaturizes the light sensing device by not using the infrared LED used for the optical sensing of the wear method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a diode layer according to one embodiment.
  • FIG 3 is a perspective view of a first electrode according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a perspective view of a first electrode according to another embodiment.
  • FIG 5 is a perspective view of a second electrode according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view of a first electrode, a diode layer, and a second electrode according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to another embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to one embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a diode layer according to an embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a light sensing element according to another embodiment.
  • a signal means an electric quantity such as a voltage or a current.
  • blocks configured to change or plug-in a system of hardware or software that is, a unit or block that performs a specific function in hardware or software.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to an embodiment.
  • 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to another embodiment.
  • the light sensing device may include a substrate 100 including a light transmitting area 120 and a light receiving area 110, and a light emitting part spaced apart from the substrate 100 on the light transmitting area 120.
  • a substrate 100 including a light transmitting area 120 and a light receiving area 110, and a light emitting part spaced apart from the substrate 100 on the light transmitting area 120.
  • 500 a first electrode 200 on the light receiving region 110, a diode layer 300 on the first electrode 200, a second electrode 400 and the first electrode on the diode layer 300, and
  • a driver 900 electrically connected to at least one of the second electrodes to sense capacitance between at least one of the first electrode and the second electrode and the object that change as the object is positioned below the substrate.
  • the substrate 100 includes a light transmitting region 120 and a light receiving region 110.
  • the substrate is for example a cover substrate.
  • the substrate 100 may be used as the base substrate 100 on which components constituting the light sensing device are located.
  • the transmissive area 120 is an area through which light output by a light emitting device to be described later is transmitted to the outside of the substrate 100.
  • the light receiving region 110 is a region where the light output from the light emitting element is reflected and incident on the substrate 100.
  • the substrate 100 is made of glass, silicon wafer or plastic.
  • the thickness of the substrate 100 is 0.4 to 0.6 mm.
  • the upper surface of the substrate is square in shape, and the width and length are 4 mm.
  • the light emitting unit 500 is disposed on the light-transmitting region 120 spaced apart from the shielding layer and disposed on the lower substrate.
  • the light emitting unit 500 outputs light of a specific wavelength band according to the light emission control signal.
  • the light emitting unit 500 is, for example, a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), an infrared emitting diode (Infrared Emitting Diode), or a laser diode (Laser Diode).
  • the light emitting unit 500 outputs green light, for example.
  • the light emitter 500 may irradiate light in one or all directions.
  • the light emitted from the light emitter 500 is reflected by an object positioned on the substrate 100 and received by the diode layer 300.
  • the light emitting unit 500 may be disposed on the lower substrate 100 to be described later.
  • the first electrode 200 is located on the light receiving region 110.
  • the first electrode is disposed toward the lower substrate.
  • the first electrode is for example a transparent electrode or a metal electrode.
  • the first electrode 200 may be integrally formed in the entire light receiving region 110, and may be divided into a plurality of first electrodes 200.
  • the first electrode 200 is deposited on the substrate 100.
  • the first electrode 200 is positioned on a path through which light emitted from the light emitting element is reflected.
  • the first electrode 200 is, for example, a first electrode.
  • the first electrode is made of a transparent conductive material that transmits incident light and through which a current can flow.
  • the first electrode 200 may be formed of, for example, any one of gallium aluminum zinc oxide (GAZO), gallium dope zinc oxide (GZO), and indium tin oxide (ITO).
  • GAZO gallium aluminum zinc oxide
  • GZO gallium dope zinc oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the thickness of the first electrode 200 is 350 to 450 nm.
  • the current output by the diode layer 300 flows to the device electrically connected to the first electrode 200 through the first electrode 200.
  • the diode layer 300 is located on the first electrode 200.
  • the diode layer 300 is positioned on a path through which light emitted from the light emitting device is reflected.
  • the diode layer 300 converts incident light into electrical energy and outputs the electrical energy.
  • the diode layer 300 is circular in shape and has an outer circumferential radius of 1000 um to 2000 um.
  • the outer circumferential radius is the radius of the outer circle of the donut-shaped diode layer.
  • the outer circumferential radius is c shown in FIG. 7.
  • the area of the diode layer is 1 mm 2 to 5 mm 2.
  • the second electrode 400 is located on the diode layer 300.
  • the second electrode 400 is positioned on a path through which light emitted from the light emitting device is reflected.
  • the current output from the diode layer 300 flows to the device electrically connected to the second electrode 400 through the second electrode 400.
  • the second electrode 400 includes a metal having a high reflectance such that light passing through the first electrode 200 and the diode layer 300 can be re-reflected and resorbed by the diode layer 300.
  • the second electrode is for example a transparent electrode or a metal electrode.
  • the second electrode 400 includes, for example, aluminum (Al) or silver (Ag).
  • the thickness of the second electrode 400 is 350 to 450 nm.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 described above are sequentially stacked on the surface of the substrate 100.
  • shapes of the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 may be variously modified.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 are positioned within a predetermined distance from the center axis 700 of the light emitting part 500 to the left and right.
  • the light emitting unit 500 includes a passage area through which light output can pass.
  • the diode layer 300 is formed in a thin film form on the substrate 100 by vacuum deposition.
  • the light receiving region 110 surrounds the light transmitting region 120.
  • the light transmitting region 120 is positioned at the center of the substrate 100, and the light receiving region 110 is positioned at the edge of the substrate 100 relative to the light transmitting region.
  • At least one of the transparent electrode, the metal electrode and the shielding layer is electrically connected to the driver 900 for capacitive sensing.
  • the driving unit senses an increase in capacitance when an object is adjacent to the light sensing device in a self capacitance manner.
  • one of the transparent electrode, the metal electrode and the shielding layer is connected to the transmission unit of the driver, one of the other two is connected to the receiver of the driver.
  • the driving unit senses capacitance between both electrodes TX and RX that decrease when an object is adjacent to the optical sensing device in a mutual capacitance manner.
  • the shielding layer is connected to the transmitter.
  • the transmitter of the driver is connected to the shielding layer and the receiver of the driver is connected to the first electrode or the second electrode.
  • the driver 900 may be implemented as a signal processing element in the form of an integrated circuit mounted below the lower substrate.
  • the driver 900 detects a capacitance between at least one of the first electrode 200 and the second electrode 400 and the object. That is, the driving unit 900 is connected to at least one of the first electrode 200 and the second electrode 400 to output a capacitance detection signal output by at least one of the first electrode 200 and the second electrode 400. Receive.
  • the driving unit 900 continuously receives the capacitance detection signal output by at least one of the first electrode 200 and the second electrode 400, and in real time, the driving unit 900 receives one of the first electrode 200 and the second electrode 400. Measure the capacitance between at least one and the object. When the capacitance reaches a predetermined value or more, a signal indicating that the light sensing device is worn is output. For example, it outputs to the display unit of the light sensing device.
  • the driver 900 also receives a photocurrent signal output from the diode layer when the light emitted from the light emitter 500 is reflected on an object and incident on the diode layer.
  • the driver 900 analyzes the received photocurrent signal and measures the number of pulses.
  • the capacitive sensing signal output from the first electrode 200 and the photocurrent signal output from the diode layer are alternately received at predetermined time intervals. do.
  • the light sensing device further includes a lower substrate 600.
  • the lower substrate 600 is a plate on which an electric circuit for changing wiring is knitted, and may include all of a printed circuit board, an insulating board, and an insulating substrate made of an insulating material capable of forming a conductor pattern on an insulating substrate surface.
  • the lower substrate 600 may be rigid or flexible.
  • the lower substrate 600 may include glass or plastic.
  • the lower substrate 600 may include chemically strengthened / semi-hardened glass such as soda lime glass or aluminosilicate glass, or may be polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET). ), Propylene glycol (PPG) polycarbonate (PC), such as reinforced or soft plastics, or may include sapphire.
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC Propylene glycol
  • reinforced or soft plastics or may include sapphire.
  • the lower substrate 600 may include an optically isotropic film.
  • the lower substrate 600 may include a cyclic olefin copolymer (COC), a cyclic olefin polymer (COP), an isotropic polycarbonate (PC) or an isotropic polymethyl methacrylate (PMMA), or the like. have.
  • COC cyclic olefin copolymer
  • COP cyclic olefin polymer
  • PC isotropic polycarbonate
  • PMMA isotropic polymethyl methacrylate
  • the lower substrate 600 may be bent while having a partially curved surface. That is, the lower substrate 600 may be partially curved and partially curved. In detail, an end of the lower substrate 600 may have a curved surface, or may have a curved surface or a surface including a random curvature.
  • the lower substrate 600 of the present invention may be made of a PCB (printed circuit board) or a ceramic substrate.
  • the PCB substrate represents the electrical wiring connecting the circuit components based on the circuit design in a wiring diagram, and can reproduce the electrical conductor on the insulator.
  • the substrate 100 is formed under the lower substrate 600.
  • the substrate 100 may be directly formed under the lower substrate 600.
  • the substrate 100 may be supported and fixed by a partition wall formed under the lower substrate 600.
  • the partition wall blocks light emitted by the light emitting part 500 from reaching the diode layer before passing through the substrate 100.
  • the partition wall is positioned between the substrate 100 and the lower substrate 600 to form a space in which the light emitting part 500 or the diode layer may be disposed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a diode layer 300 according to an embodiment.
  • diode layer 300 includes a P layer 310, a silicon layer 320, and an N layer 330.
  • the P layer 310, the silicon layer 320, and the N layer 330 are stacked on the substrate 100 in a vertical direction.
  • the P layer 310 is disposed on the first electrode 200.
  • the P layer 310 includes any one of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
  • the silicon layer 320 is disposed above the P layer 310.
  • the silicon layer 320 includes any one of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
  • the N layer 330 is disposed over the silicon layer 320.
  • the N layer 330 includes any one of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
  • FIG 3 is a perspective view of the first electrode 200 according to an embodiment.
  • the first electrode 200 includes an optical signal transmitting unit 210 and a protrusion 220.
  • the optical signal transmitting unit 210 transmits the optical signal.
  • the optical signal transmitting unit 210 transmits the light reflected from the object located near the substrate 100.
  • the transmitted light is received by the diode layer 300.
  • the first electrode 200 may be wider than the diode layer 300.
  • the first electrode 200 may include a protrusion 220 so that the first electrode may protrude more than an outer circumference of the diode layer 300.
  • the protrusion 220 is exposed to the outside without contacting the diode layer 300.
  • the protrusion 220 may be formed to protrude more than the outer periphery of the diode layer 300.
  • the protrusion 220 is electrically connected to an electric circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600. Electrical energy output from the light incident by the diode layer 300 is transmitted to the electrical circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600 through the protrusion 220.
  • the optical signal transmitting unit 210 is directly connected to the diode layer 300, and the protrusion 220 is indirectly connected to the diode layer 300 through the optical signal transmitting unit 210.
  • the protrusion 220 is characterized in that at least a portion is formed in an angular form.
  • the protruding portion 220 is reduced in area as the distance from the optical signal transmitting portion 210 increases, so that one end is formed in an angular form.
  • the shape of the protruding portion 220 is not limited thereto, and the shape of the protrusion 220 is not limited thereto.
  • FIG 4 is a perspective view of a first electrode 200 according to another embodiment.
  • the internal extension 230 is characterized in that the donut shape.
  • the internal extension is exposed with respect to the inner perimeter of the diode layer.
  • the internal extension 230 is formed in a donut shape in the region inside the optical signal transmission unit 210. Light emitted by the light emitting part 500 may pass through the opening provided in the internal extension part 230.
  • the optical signal transmitter 210 is directly connected to the diode layer 300, and the internal extension 230 is indirectly connected to the diode layer 300 through the optical signal transmitter 210.
  • the internal extension 230 is electrically connected to an electrical circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600.
  • FIG 5 is a perspective view of a second electrode 400 according to an embodiment.
  • the second electrode 400 may be wider than the diode layer 300.
  • the second electrode 400 may include a connection portion, and the second electrode 400 may protrude more than an outer circumference of the diode layer 300.
  • the second electrode 400 is characterized in that it comprises a connecting portion 410, at least a portion of which is formed in an angular form.
  • the connection part 410 is electrically connected to an electric circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600. Electrical energy output from the light incident by the diode layer 300 is transmitted to the electrical circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600 through the connection portion 410.
  • FIG. 6 is a perspective view of the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 according to an embodiment.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 are stacked up and down while the central axis 700 coincides.
  • the central axis 700 is the central axis 700 in a state where the substrate 100 is vertically viewed from the top surface.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 are formed in a donut shape. That is, openings that are transmissive regions are formed in the centers of the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400.
  • the light emitted from the light emitter 500 is output to the outside of the substrate 100 through the opening.
  • the light receiving unit may include a predetermined predetermined region.
  • the light receiver may transmit region information, which receives the absorbed or reflected optical signal, to the driver 900.
  • the driver 900 may receive the area information and check the position of the light signal receiving unit of the light receiver.
  • the user may divide the light receiving unit into an appropriate shape by control using the driving unit 900.
  • the donut-shaped light-receiving portion may be divided into three, or may be appropriately divided into four divisions, five divisions, two divisions, and the like.
  • the light receiver may be divided into a predetermined region, and may be divided into a light receiver upper layer, a light receiver lower side, a light receiver left, and a light receiver right.
  • area information indicating that the light receiver is detected is transmitted to the driver 900, and the driver 900 receives the light signal on the light receiver upper layer. It can be confirmed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to another embodiment.
  • the substrate 100 is positioned below the first electrode 200.
  • the light receiving region 110 of the substrate 100 is positioned under the first electrode 200.
  • the light sensing device further includes a shielding layer 800 including an opening on the substrate 100.
  • the shielding layer is located on the transmissive area and includes an opening.
  • the shielding layer 800 is positioned on the substrate 100 at a predetermined distance from the first electrode 200 to be electrically separated from the first electrode 200. The interval is 80 ⁇ 120um.
  • the shielding layer 800 may be formed of any one of gallium aluminum zinc oxide (GAZO), gallium dope zinc oxide (GZO), and indium tin oxide (ITO).
  • the shielding layer 800 may include the second electrode 400. It can be formed in the process of manufacturing. When the diode layer 300 is formed on the substrate 100, the second electrode 400 and the shielding layer 800 are simultaneously generated by depositing metal on the entire surface of the substrate 100 and removing unnecessary portions by the etching process. .
  • the shielding layer area is greater than the diode layer area.
  • the shielding layer area is wider than the diode layer area because the TX electrode needs to be large.
  • the outer circumference radius of the shielding layer is 500um to 1500um.
  • the outer circumferential radius is the radius of the outer circle of the donut shaped shielding layer.
  • the outer circumferential radius is a, shown in FIG.
  • the outer circumferential radius of the opening is between 50um and 500um.
  • the outer circumferential radius is the radius of the opening.
  • the outer circumferential radius is b shown in FIG. 7.
  • the dummy layer 1000 is disposed surrounding the light receiving area.
  • the dummy layer 1000 prevents the diode layer from being viewed and the internal circuit of the photosensitive device is not visible from the outside.
  • the dummy layer 1000 is spaced apart from the first electrode and positioned outside the first electrode.
  • the dummy layer may be spaced apart from the first electrode within 10um to 200um. When spaced below 10 um, a short may occur between the first electrode and the dummy layer, and when spaced above 200 um, the diode layer may be viewed.
  • the first electrode 200 surrounds the shielding layer 800 on the substrate 100 and is spaced apart from the shielding layer 800 in the same plane.
  • the shielding layer may be spaced apart from the first electrode within 10um ⁇ 200um. When spaced below 10 ⁇ m, a short may occur between the first electrode and the shielding layer, and when spaced above 200 ⁇ m, the diode layer may be viewed.
  • the shielding layer 800 is located in an opening formed in the first electrode 200 to reduce a field of view (FOV) of light emitted from the light emitting unit 500.
  • FOV field of view
  • the driving unit 900 is electrically connected to the shielding layer is characterized in that for detecting the capacitance between the shielding layer and the object that changes as the object is positioned below the substrate.
  • the driver 900 continuously receives the capacitance detection signal output from the shielding layer, and measures the capacitance between the shielding layer and the object in real time. When the capacitance reaches a predetermined value or more, a signal indicating that the light sensing device is worn is output. For example, it outputs to the display unit of the light sensing device.
  • the driver 900 When the driver 900 is connected to both the shielding layer and the first electrode, the driver 900 alternately receives the capacitance sensing signal output from the first electrode and the photocurrent signal output from the diode layer at predetermined time intervals. The capacitive sensing signal output from the shielding layer and the photocurrent signal output from the diode layer are simultaneously received.
  • the light sensing device may include a substrate including a light transmitting area and a light receiving area, a light emitting part spaced apart from the substrate on the light transmitting area, a first electrode on the light receiving area, and a diode layer on the first electrode. And a driving unit 900 electrically connected to a shielding layer including an opening on the substrate, a second electrode on the diode layer, and a shielding layer to detect capacitance between the shielding layer and the object that changes as the object is positioned below the substrate. ).
  • the driver 900 may simultaneously receive the capacitance sensing signal output from the shielding layer and the photocurrent signal output from the diode layer.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light sensing device according to one embodiment.
  • the photosensitive device includes a substrate 100 including a light transmitting region 120 and a light receiving region 110, a first electrode 200 on the light receiving region 110, and the first electrode 200. And a second electrode 400 on the diode layer 300, wherein the light receiving region 110 surrounds the light transmitting region 120 and the diode layer 300 comprises amorphous silicon. do.
  • the substrate 100 includes a light transmitting region 120 and a light receiving region 110.
  • the substrate 100 may be used as the base substrate 100 on which components constituting the light sensing device are located.
  • the transmissive area 120 is an area through which light output by a light emitting device to be described later is transmitted to the outside of the substrate 100.
  • the light receiving region 110 is a region where the light output from the light emitting element is reflected and incident on the substrate 100.
  • the substrate 100 is made of glass, silicon wafer or plastic.
  • the thickness of the substrate 100 is 0.4 to 0.6 mm.
  • the first electrode 200 is located on the light receiving region 110.
  • the first electrode 200 is deposited on the substrate 100.
  • the first electrode 200 is positioned on a path through which light emitted from the light emitting element is reflected.
  • the first electrode 200 is, for example, a first electrode.
  • the first electrode is made of a transparent conductive material that transmits incident light and through which a current can flow.
  • the first electrode 200 may be formed of, for example, any one of gallium aluminum zinc oxide (GAZO), gallium dope zinc oxide (GZO), and indium tin oxide (ITO).
  • GAZO gallium aluminum zinc oxide
  • GZO gallium dope zinc oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the thickness of the first electrode 200 is 350 to 450 nm.
  • the current output by the diode layer 300 flows to the device electrically connected to the first electrode 200 through the first electrode 200.
  • the diode layer 300 is located on the first electrode 200.
  • the diode layer 300 is positioned on a path through which light emitted from the light emitting device is reflected.
  • the diode layer 300 converts incident light into electrical energy and outputs the electrical energy.
  • the second electrode 400 is located on the diode layer 300.
  • the second electrode 400 is positioned on a path through which light emitted from the light emitting device is reflected.
  • the current output from the diode layer 300 flows to the device electrically connected to the second electrode 400 through the second electrode 400.
  • the second electrode 400 includes a metal having a high reflectance such that light passing through the first electrode 200 and the diode layer 300 can be re-reflected and resorbed by the diode layer 300.
  • the second electrode 400 includes, for example, aluminum (Al) or silver (Ag).
  • the thickness of the second electrode 400 is 350 to 450 nm.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 described above are sequentially stacked on the surface of the substrate 100.
  • shapes of the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 may be variously modified.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 are positioned within a predetermined distance from the center axis 700 of the light emitting part 500 to the left and right.
  • the light emitting unit 500 includes a passage area through which light output can pass.
  • the diode layer 300 is formed in a thin film form on the substrate 100 by vacuum deposition.
  • the light receiving region 110 surrounds the light transmitting region 120.
  • the light transmitting region 120 is positioned at the center of the substrate 100, and the light receiving region 110 is positioned at the edge of the substrate 100.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a structure of a diode layer 300 according to an embodiment.
  • diode layer 300 includes a P layer 310, a silicon layer 320, and an N layer 330.
  • the P layer 310, the silicon layer 320, and the N layer 330 are stacked on the substrate 100 in a vertical direction.
  • the P layer 310 is disposed on the first electrode 200.
  • the P layer 310 includes any one of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
  • the silicon layer 320 is disposed above the P layer 310.
  • the silicon layer 320 includes any one of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
  • the N layer 330 is disposed over the silicon layer 320.
  • the N layer 330 includes any one of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
  • the first electrode 200 includes an optical signal transmitting unit 210 and a protrusion 220.
  • the optical signal transmitting unit 210 transmits the optical signal.
  • the optical signal transmitting unit 210 transmits the light reflected from the object located near the substrate 100.
  • the transmitted light is received by the diode layer 300.
  • the first electrode 200 may be wider than the diode layer 300.
  • the first electrode 200 may include a protrusion 220 so that the first electrode may protrude more than an outer circumference of the diode layer 300.
  • the protrusion 220 is exposed to the outside without contacting the diode layer 300.
  • the protrusion 220 may be formed to protrude more than the outer periphery of the diode layer 300.
  • the protrusion 220 is electrically connected to an electric circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600. Electrical energy output from the light incident by the diode layer 300 is transmitted to the electrical circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600 through the protrusion 220.
  • the optical signal transmitting unit 210 is directly connected to the diode layer 300, and the protrusion 220 is indirectly connected to the diode layer 300 through the optical signal transmitting unit 210.
  • the protrusion 220 is characterized in that at least a portion is formed in an angular form.
  • the protruding portion 220 is reduced in area as the distance from the optical signal transmitting portion 210 increases, so that one end is formed in an angular form.
  • the shape of the protruding portion 220 is not limited thereto, and the shape of the protrusion 220 is not limited thereto.
  • the protrusion 220 is characterized in that the donut shape.
  • the protrusion 220 is formed in a donut shape at an inner region of the optical signal transmitting part 210. Light irradiated by the light emitter 500 may pass through the opening provided in the protrusion 220.
  • the optical signal transmitting unit 210 is directly connected to the diode layer 300, and the protrusion 220 is indirectly connected to the diode layer 300 through the optical signal transmitting unit 210.
  • the protrusion 220 is electrically connected to an electric circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600.
  • the second electrode 400 is characterized in that it comprises a connecting portion 410, at least a portion of which is formed in an angular form.
  • the connection part 410 is electrically connected to an electric circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600. Electrical energy output from the light incident by the diode layer 300 is transmitted to the electrical circuit formed on the substrate 100 or the lower substrate 600 through the connection portion 410.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 are stacked up and down while the central axis 700 coincides.
  • the central axis 700 is the central axis 700 in a state where the substrate 100 is vertically viewed from the top surface.
  • the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400 are formed in a donut shape. That is, openings that are transmissive regions are formed in the centers of the first electrode 200, the diode layer 300, and the second electrode 400.
  • the light emitted from the light emitter 500 is output to the outside of the substrate 100 through the opening.
  • the light receiving unit may include a predetermined predetermined region.
  • the light receiver may transmit region information, which receives the absorbed or reflected optical signal, to the driver 900.
  • the driver 900 may receive the area information and check the position of the light signal receiving unit of the light receiver.
  • the user may divide the light receiving unit into an appropriate shape by control using the driving unit 900.
  • the donut-shaped light-receiving portion may be divided into three, or may be appropriately divided into four divisions, five divisions, two divisions, and the like.
  • the light receiver may be divided into a predetermined region, and may be divided into a light receiver upper layer, a light receiver lower side, a light receiver left, and a light receiver right.
  • area information indicating that the light receiver is detected is transmitted to the driver 900, and the driver 900 receives the light signal on the light receiver upper layer. It can be confirmed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a light sensing element according to another embodiment.
  • the substrate 100 is positioned below the first electrode 200.
  • the light receiving region 110 of the substrate 100 is positioned under the first electrode 200.
  • the photosensitive device further comprises a shielding layer 800 comprising an opening on the substrate 100.
  • the shielding layer 800 is positioned on the substrate 100 at a predetermined distance from the first electrode 200 to be electrically separated from the first electrode 200.
  • the interval is 80 ⁇ 120um.
  • the shielding layer 800 is made of metal and the metal is, for example, aluminum (Al).
  • the shielding layer 800 may be formed in the process of manufacturing the second electrode 400.
  • the second electrode 400 and the shielding layer 800 are simultaneously generated by depositing metal on the entire surface of the substrate 100 and removing unnecessary portions by the etching process. .
  • the first electrode 200 surrounds the shielding layer 800 on the substrate 100 and is spaced apart from the shielding layer 800 in the same plane.
  • the shielding layer 800 is located in an opening formed in the first electrode 200 to reduce a field of view (FOV) of light emitted from the light emitting unit 500.
  • FOV field of view

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Abstract

광 감지 장치에 관한 것으로 정전용량 방식으로 착용 상태를 감지하는 광 감지 장치를 제공한다. 제안된 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 적외선 광을 이용하는 광학 방식이 아닌, 정전 용량 방식으로 손목에서의 착용 감지가 이루어지도록 하여, 문신이 새겨진 손목에서의 착용 감지도 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다. 일 양상에 있어서, 광 감지 장치는 투광영역 및 수광영역을 포함하는 기판; 상기 투광영역 상에 상기 기판과 이격하여 배치되는 발광부; 상기 수광영역 상의 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상의 다이오드층; 상기 다이오드 층 상의 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어, 상기 기판 하부에 대상물이 위치함에 따라 변화하는 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나와 대상물 간의 정전 용량을 감지하는 구동부;를 포함한다.

Description

광 감지 소자 및 광 감지 장치
광 감지 소자 및 광 감지 장치에 관한 것으로 정전용량 방식으로 착용 상태를 감지하는 광 감지 소자 및 광 감지 장치를 제공한다.
종래의 광 감지 장치는 손목에 광 감지 장치가 착용되어 있음을 감지하기 위해 적외선 광을 이용하였다.
적외선 광을 통해 착용 상태를 감지 하는 방식의 경우에는, 손목에 문신이 새겨져 있는 등 손목의 색이 살색이 아닌 색으로 바뀌어져 있는 경우 착용 감지가 되지 않는 문제가 생긴다.
광 감지 장치가 손목에 착용되어 있음에도 불구하고, 이를 인식하지 못하는 경우, 광 감지 장치가 수행하는 모바일 결제 서비스 등의 어플리케이션을 이용할 수 없는 문제 또한 발생한다.
적외선 광을 이용하는 광학 방식이 아닌, 정전 용량 방식으로 손목에서의 착용 감지가 이루어질 필요가 있다.
또한, 광학 방식에 의한 착용 감지를 위해 사용하던 적외선 엘이디의 미사용으로 광 감지 장치를 더욱 소형화 시킬 필요가 있다.
더 나아가, 발광부에서 출력되는 광은 피부 표면에서 반사되어 수광부로 흡수되거나 유리 기판 내부에서 산란되어 수광부로 흡수 될 수 있다. 이에 따라 발광부의 FOV(field of view)를 조절할 수 있는 차폐층을 배치하여 발광부에서 조사된 광이 오로지 사람의 인체 내부 혈관에서만 반사되어 수광부로 흡수되게 할 필요가 있다.
더 나아가, 차폐층의 간격을 조절하여 최적의 광량이 수광부에 도달하게 함으로서, 맥박 센서의 맥박강도지수(PI, Perfusion Index)를 향상시킬 필요가 있다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 적외선 광을 이용하는 광학 방식이 아닌, 정전 용량 방식으로 손목에서의 착용 감지가 이루어지도록 하여, 문신이 새겨진 손목에서의 착용 감지도 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 광학 방식에 의한 착용 감지를 위해 사용하던 적외선 엘이디의 미사용으로 광 감지 장치를 더욱 소형화 시키는 것이다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 발광부에서 출력되는 광은 피부 표면에서 반사되어 수광부로 흡수되거나 유리 기판 내부에서 산란되어 수광부로 흡수 될 수 있는데 발광부의 FOV(field of view)를 조절할 수 있는 차폐층을 배치하여 발광부에서 조사된 광이 오로지 사람의 인체 내부 혈관에서만 반사되어 수광부로 흡수되게 하는 것이다.
제안된 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 차폐층의 간격을 조절하여 최적의 광량이 수광부에 도달하게 함으로서, 맥박 센서의 맥박강도지수(PI, Perfusion Index)를 향상시키는 것이다.
일 양상에 있어서, 광 감지 소자는 투광영역 및 상기 투광영역을 둘러싸는 수광영역을 포함하는 기판; 상기 투광영역 상의 개구를 포함하는 차폐층; 상기 수광영역 상의 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상의 다이오드층; 및 상기 다이오드 층 상의 제 2 전극;을 포함하고 상기 제 1 전극은 상기 차폐층을 둘러싸고, 상기 차폐층과 이격되어 동일 평면에 위치한다.
일 양상에 있어서, 광 감지 장치는 하부 기판; 투광영역 및 수광영역을 포함하는 기판; 상기 투광영역 상의 개구를 포함하는 차폐층을 포함하고, 상기 투광영역 상에 상기 차폐층과 이격하여 배치되고, 하부 기판에 배치되는 발광부; 상기 수광영역 상의 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상의 다이오드층; 상기 다이오드 층 상의 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극은 상기 기판상의 상기 차폐층을 둘러싸고, 상기 차폐층과 이격되어 동일 평면에 위치한다.
일 양상에 있어서, 상기 다이오드층은, 상기 제 1 전극 상부에 배치되는 P층; 상기 P층 상부에 배치되는 실리콘층; 상기 실리콘층 상부에 배치되는 N층; 을 포함한다.
일 양상에 있어서, 상기 제 1 전극은, 상기 다이오드 층과 접촉하는 광 신호 투과부; 상기 상기 다이오드 층의 외부 둘레에 대하여 돌출되어있는 돌출부; 를 포함한다.
일 양상에 있어서, 상기 제 1 전극은, 상기 다이오드 층과 접촉하는 광 신호 투과부; 상기 다이오드 층의 내부 둘레에 대하여 노출되어있는 내부 확장부;를 포함 한다.
일 양상에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 하부기판을 향하여 배치된다.
일 양상에 있어서, 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 차폐층 중 적어도 하나는 정전용량 감지를 위한 구동부와 전기적으로 연결된다.
일 양상에 있어서, 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 차폐층 중 하나는 상기 구동부의 송신부로 연결되고, 나머지 두 개중 하나는 상기 구동부의 수신부로 연결된다.
일 양상에 있어서, 상기 차폐층은 상기 송신부와 연결된다.
일 양상에 있어서, 상기 차폐층 면적은 상기 다이오드 층 면적보다 더 크다.
일 양상에 있어서, 상기 수광영역을 둘러싸며 배치되는 더미층을 포함한다.
일 양상에 있어서, 상기 더미층은 상기 차폐층과 동일 평면에 배치된다.
일 양상에 있어서, 상기 차폐층은 갈륨 알루미늄 산화아연(GAZO,), 갈륨 도프 산화아연(GZO), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중 어느 하나로 이루어 진다.
일 양상에 있어서, 상기 차폐층의 외부 둘레 반경은 500um~1500um이다.
일 양상에 있어서, 상기 개구의 외부 둘레 반경은 50um~500um이다.
일 양상에 있어서, 상기 제 1 전극의 두께는 350nm~450nm이다.
일 양상에 있어서, 상기 다이오드 층의 외부 둘레 반경은 1000um~2000um이다.
일 양상에 있어서, 상기 제 2 전극의 두께는 350nm~450nm이다.
제안된 발명은 적외선 광을 이용하는 광학 방식이 아닌, 정전 용량 방식으로 손목에서의 착용 감지가 이루어지도록 하여, 문신이 새겨진 손목에서의 착용 감지도 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.
제안된 발명은 광학 방식에 의한 착용 감지를 위해 사용하던 적외선 엘이디의 미사용으로 광 감지 장치를 더욱 소형화 시킨다.
도 1은 일 실시예에 따른 광 감지 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 다이오드 층의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 제 1 전극의 사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 제 1 전극의 사시도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제 2 전극의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 제 1 전극, 다이오드 층 및 제 2 전극의 사시도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 광 감지 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 광 감지 소자의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 다이오드 층의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 광 감지 소자의 구조를 도시하는 단면도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 나아가 제안된 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 명세서 전체에서 신호는 전압이나 전류 등의 전기량을 의미한다.
명세서에서 기술한 부란, "하드웨어 또는 소프트웨어의 시스템을 변경이나 플러그인 가능하도록 구성한 블록"을 의미하는 것으로서, 즉 하드웨어나 소프트웨어에 있어 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 광 감지 장치의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 7은 다른 실시예에 따른 광 감지 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
일 실시예에 있어서, 광 감지 장치는 투광 영역(120) 및 수광 영역(110)을 포함하는 기판(100), 상기 투광 영역(120) 상에 상기 기판(100)과 이격하여 배치되는 발광부(500), 상기 수광 영역(110) 상의 제 1 전극(200), 상기 제 1 전극(200) 상의 다이오드 층(300) 및 상기 다이오드 층(300) 상의 제 2 전극(400) 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어, 상기 기판 하부에 대상물이 위치함에 따라 변화하는 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나와 대상물 간의 정전 용량을 감지하는 구동부(900)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 기판(100)은 투광 영역(120) 및 수광 영역(110)을 포함한다. 기판은 예를 들어 커버 기판이다. 기판(100)은 광 감지 장치를 구성하는 구성요소들이 위치하기 위한 베이스 기판(100)으로 사용될 수 있다. 투광 영역(120)은 후술할 발광 소자가 출력하는 광이 기판(100) 외부로 투과되는 영역이다. 수광 영역(110)은 발광 소자가 출력한 광이 반사되어 기판(100)으로 입사되는 영역이다.
기판(100)은 유리, 실리콘 웨이퍼 또는 플라스틱으로 이루어진다. 기판(100)의 두께는 0.4~0.6mm 이다. 기판의 상부면은 정사각형 형상으로 가로 세로는 각각 4mm이다.
일 실시예에 있어서, 발광부(500)는 상기 투광 영역(120) 상에 상기 차폐층과 이격하여 배치되고 하부 기판에 배치된다. 발광부(500)는 발광 제어신호에 따라 특정 파장대의 광을 출력한다. 발광부(500)는 예를 들어, 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 적외선 발광 다이오드(Infrared Emitting Diode), 레이저 다이오드(Laser Diode)이다. 발광부(500)는 예를 들어 녹색 광을 출력한다.
발광부(500)는 어느 한 방향 또는 모든 방향으로 광을 조사할 수 있다. 발광부(500)가 조사한 빛은 기판(100) 상에 위치하는 대상물에 반사되어 다이오드 층(300)이 수신한다. 발광부(500)응 후술할 하부 기판(100) 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제 1 전극(200)은 수광 영역(110) 상에 위치한다. 제 1 전극은 상기 하부기판을 향하여 배치된다. 제 1 전극은 예를 들어 투명 전극 또는 금속 전극이다. 제 1 전극(200)은 수광영역(110) 전체에 일체로 형성될 수 있으며, 복수개로 나뉘어 형성될 수 있다. 제 1 전극(200)은 기판(100)의 상에 증착된다. 제 1 전극(200)은 발 광 소자가 출력한 광이 반사되어 입사하는 경로 상에 위치한다. 제 1 전극(200)은 예를 들어 제 1 전극이다. 제 1 전극은 입사된 광을 투과시키고, 전류가 흐를 수 있는 투명 전도성 물질로 구성된다.
제 1 전극(200)은 예를 들어, 갈륨 알루미늄 산화아연(GAZO,), 갈륨 도프 산화아연(GZO), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(200)의 두께는 350~450nm 이다.
다이오드 층(300)이 출력한 전류는 제 1 전극(200)을 통해 제 1 전극(200)과 전기적으로 연결된 소자로 흐르게 된다.
일 실시예에 있어서, 다이오드 층(300)은 제 1 전극(200)상에 위치한다. 다이오드 층(300)은 발광 소자가 출력한 광이 반사되어 입사하는 경로 상에 위치한다. 다이오드 층(300)은 입사되는 광을 전기적 에너지로 변환하여 출력한다. 다이오드 층(300)은 원형 형상으로 외부 둘레 반경은 1000um~2000um이다. 외부 둘레 반경은 도넛 형상의 다이오드 층의 바깥쪽 원의 반지름이다. 외부 둘레 반경은 도 7에 도시된 c이다. 다이오드 층의 면적은 1mm2 ~ 5mm2이다.
일 실시예에 있어서, 제 2 전극(400)은 다이오드 층(300) 상에 위치한다. 제 2 전극(400)은 발광 소자가 출력한 광이 반사되어 입사하는 경로 상에 위치한다. 다이오드 층(300)이 출력한 전류는 제 2 전극(400)을 통해 제 2 전극(400)과 전기적으로 연결된 소자로 흐르게 된다.
제 2 전극(400)은 제 1 전극(200)과 다이오드 층(300)을 통과한 빛이 재 반사되어 다이오드 층(300)에서 재흡수될수 있도록 반사율이 높은 금속을 포함한다. 제 2 전극은 예를 들어 투명 전극 또는 금속 전극이다. 제 2 전극(400)은 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)를 포함한다.
제 2 전극(400)의 두께는 350~450nm 이다.
전술한 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 기판(100)의 표면에 순차적으로 적층된다. 이때 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)의 형상을 다양하게 변형할 수 있다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 발광부(500)의 중심축(700)으로부터 좌우로 기설정된 거리 이내에 위치 한다. 발광부(500)가 출력하는 광이 통과할 수 있는 통과 영역을 포함한다.
다이오드 층(300) 기판(100) 상부에 진공증착법으로 박막 형태로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 수광 영역(110)은 투광 영역(120)을 둘러싼다. 투광 영역(120)은 기판(100)의 중심부에 위치하고, 수광 영역(110)은 투광영역에 대하여 상대적으로 기판(100)의 가장자리에 위치한다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 전극, 금속 전극 및 차폐층 중 적어도 하나는 정전용량 감지를 위한 구동부(900)와 전기적으로 연결된다. 구동부는 셀프 정전용량(Self capacitance) 방식으로 대상물이 광 감지 장치에 인접할 때 증가하는 정전용량을 감지한다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 전극, 금속 전극 및 차폐층 중 하나는 상기 구동부의 송신부로 연결되고, 나머지 두 개중 하나는 상기 구동부의 수신부로 연결된다. 구동부는 상호 정전용량(mutual capacitance)방식으로 대상물이 광 감지 장치에 인접할 때 감소하는 양 전극(TX, RX) 간의 정전용량을 감지한다.
일 실시예에 있어서, 상기 차폐층은 상기 송신부와 연결된다. 구동부의 송신부는 차폐층과 연결되고 수신부는 제 1 전극 또는 제 2 전극과 연결된다.
구동부(900)는 신호처리 소자로 후술할 하부 기판 하부에 실장되는 직접회로의 형태로 구현될 수 있다. 구동부(900)는 제 1 전극(200) 및 제 2 전극(400) 중 적어도 하나와 대상물 간의 정전 용량을 감지한다. 즉, 구동부(900)는 제 1 전극(200) 및 제 2 전극(400) 중 적어도 하나와 연결되어 제 1 전극(200) 및 제 2 전극(400) 중 적어도 하나가 출력하는 정전 용량 감지 신호를 수신한다.
구동부(900)는 지속적으로 제 1 전극(200) 및 제 2 전극(400) 중 적어도 하나가 출력하는 정전 용량 감지 신호를 수신하여, 실시간으로 제 1 전극(200) 및 제 2 전극(400) 중 적어도 하나와 대상물 간의 정전용량을 측정한다. 정전 용량이 기설정된 수치 이상이 되면, 광 감지 장치가 착용되었다는 신호를 출력한다. 예를 들어 광 감지 장치의 디스플레이부로 출력한다.
구동부(900)는 또한, 발광부(500)가 조사한 광이 대상물에 반사되어 다이오드 층에 입사되는 경우, 다이오드 층이 출력하는 광전류 신호를 수신한다. 구동부(900)는 수신된 광전류 신호를 분석하여 맥박 횟수를 측정한다.
구동부(900)가 제 1 전극(200)과만 연결되어 있는 경우, 일정 시간 간격으로 제 1 전극(200)이 출력하는 정전 용량 감지 신호 및 다이오드 층이 출력하는 광전류 신호를 번갈아 가며 수신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 광 감지 장치는 하부 기판(600)을 더 포함한다. 하부 기판(600)은 배선을 변경할 수 있는 전기 회로가 편성되어 있는 판으로, 절연기판 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연 재료로 만들어진, 프린트, 배선판 및 절연기판을 모두 포함할 수 있다.
하부 기판(600)은 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 예를 들어, 하부 기판(600)은 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 자세하게, 하부 기판(600)은 소다라임유리(soda lime glass) 또는 알루미노실 리케이트유리 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.
하부 기판(600)은 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 하부 기판(600)은 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크 릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
하부 기판(600)은 부분적으로 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 즉, 하부 기판(600)은 부분적으로는 평면을 가지고, 부분적으로는 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 자세하게, 상기 하부 기판(600)의 끝단이 곡면을 가지면서 휘어지거나 Random한 곡률을 포함한 표면을 가지며 휘어지거나 구부러질 수 있다.
한편, 본 발명의 하부 기판(600)은 PCB(인쇄 회로 기판; printed circuitboard) 또는 세라믹 기판으로 이루어질 수 있다. 이 때, PCB 기판은 회로 설계를 근거로 회로부품을 접속하는 전기배선을 배선 도형으로 표현하며, 절연물 상에 전기도체를 재현할 수 있다. 또한 전기부품을 탑재하고 이들을 회로적으로 연결하는 배선을 형성할 수 있으며, 부품의 전기적 연결기능 외의 부품들을 기계적으로 고정 시켜줄 수 있다.
기판(100)은 하부 기판(600) 하부에 형성된다. 기판(100)은 하부 기판(600) 하부에 바로 형성될 수 있다. 기판(100)은 하부 기판(600) 하부에 형성되는 격벽에 의해 지지되어 고정될 수 있다. 격벽은 발광부(500)에 의해 조사되는 빛이 기판(100)을 투과하기 전에 다이오드 층으로 도달하는 것을 차단한다. 또한 격벽은 기판(100)과 하부 기판(600) 사이에 위치하여 발광부(500) 또는 다이오드 층이 배치될 수 있는 공간을 형성 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 다이오드 층(300)의 구조를 도시하는 단면도이다.
일 실시예에 있어서, 다이오드 층(300)은 P층(310), 실리콘층(320) 및 N층(330)을 포함한다. P층(310), 실리콘층(320) 및 N층(330)은 기판(100)상에 수직 방향으로 적층된다.
일 실시예에 있어서 P층(310)은 제 1 전극(200) 상부에 배치된다. P층(310)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 실리콘층(320)은 P층(310) 상부에 배치된다. 실리콘층(320)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, N층(330)은 실리콘층(320) 상부에 배치된다. N층(330)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
도 3은 일 실시예에 따른 제 1 전극(200)의 사시도이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극(200)은 광 신호 투과부(210) 및 돌출부(220)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 광 신호 투과부(210)는 광 신호를 투과 시킨다. 광 신호 투과부(210)는 기판(100) 인근에 위치한 대상물로부터 반사된 광을 투과 시킨다. 투과된 광은 다이오드 층(300)이 수신한다.
일 실시예에 있어서, 제 1 전극(200)은 다이오드 층(300)보다 더 넓을 수 있다. 제 1 전극(200)은 돌출부(220)를 포함하여 제 1 전극은 다이오드 층(300)의 외부 둘레보다 돌출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 돌출부(220)는 상기 다이오드 층(300)과 접촉하지 않고 외부로 노출된다. 자세하게, 돌출부(220)는 다이오드 층(300)의 외부 둘레보다 더 돌출되어 형성될 수 있다. 돌출부(220)는 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로와 전기적으로 연결된다. 다이오드 층(300)이 입사되는 광으로부터 출력하는 전기적 에너지는 돌출부(220)를 통해 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로로 전달된다.
광 신호 투과부(210)는 다이오드 층(300)과 직접적으로 연결되고, 돌출부(220)는 광 신호 투과부(210)를 통해 간접적으로 다이오드 층(300)과 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 돌출부(220)는 적어도 일부가 각진 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 돌출부(220)는 광 신호 투과부(210)와 거리가 멀어질수록 면적이 줄어들어 일단이 각진 형태로 구성된다. 돌출부(220)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니고 광 신호 투과부(210) 바깥쪽 영역으로 형성되는 형태라면 그 제한이 없다.
도 4는 다른 실시예에 따른 제 1 전극(200)의 사시도이다.
일 실시예에 있어서, 상기 내부 확장부(230)는 도넛 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 내부 확장부는 다이오드 층의 내부 둘레에 대하여 노출되어 있다. 내부 확장부(230)는 광 신호 투과부(210) 안쪽 영역에 도넛 형태로 형성된다. 내부 확장부(230)에 구비된 개구를 통해 발광부(500)가 조사하는 광이 통과할 수 있다. 광 신호 투과부(210)는 다이오드 층(300)과 직접적으로 연결되고, 내부 확장부(230)는 광 신호 투과부(210)를 통해 간접적으로 다이오드 층(300)과 연결된다. 내부 확장부(230)는 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로와 전기적으로 연결된다.
도 5는 일 실시예에 따른 제 2 전극(400)의 사시도이다.
일 실시예에 있어서, 제 2 전극(400)은 다이오드 층(300)보다 더 넓을 수 있다. 제 2 전극(400)은 연결부를 포함하여 제 2 전극(400)은 다이오드 층(300)의 외부 둘레보다 돌출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 전극(400)은 적어도 일부가 각진 형태로 형성되는 연결부(410)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 연결부(410)는 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로와 전기적으로 연결된다. 다이오드 층(300)이 입사되는 광으로부터 출력하는 전기적 에너지는 연결부(410)를 통해 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로로 전달된다.
도 6은 일 실시예에 따른 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)의 사시도이다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 중심축(700)이 일치하는 상태에서 상하로 적층된다. 중심축(700)은 기판(100)을 상면에서 수직으로 내려 다 본 상태에서의 중심축(700)이다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 도넛 형태로 형성된다. 즉, 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)의 중심부에는 투과 영역인 개구가 형성된다. 발광부(500)가 조사하는 광은 개구를 통해 기판(100) 외부로 출력 된다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)이 상하로 적층된 상태를 수광부라고 하면, 수광부는 분할된 기 설정된 일정 영역을 포함할 수 있다. 수광부는 흡수 또는 반사된 광 신호를 수신한 영역 정보를 구동부(900)로 전송할 수 있다.
구동부(900)는 상기 영역 정보를 수신하고, 상기 수광부의 광 신호 수신 위치를 확인할 수 있다. 이 때, 수광부가 기 설정된 일정 영역으로 분할되는 경우, 사용자가 구동부(900)를 이용한 제어로, 수광부를 적절한 모양으로 나눌 수 있다. 예를 들어, 도넛 모양의 수광부를 3분할할 수도 있고, 4분할, 5분할, 2분할 등 적절하게 분할할 수 있다.
예를 들어, 수광부를 기 설정된 영역으로 나누어, 수광부 상층, 수광부 하측, 수광부 좌측, 수광부 우측으로 나눌 수 있다. 발광부(500)로부터 조사된 광 신호가 대상물에 반사되어 수광부 상층에 감지되는 경우, 수광부 상층에 감지되었음을 나타내는 영역 정보를 구동부(900)로 전송하고, 구동부(900)는 수광부 상층에 광신호가 수신되었음을 확인할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 광 감지 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
일 실시예에 있어서, 기판(100)은 제 1 전극(200) 하부에 위치한다. 자세하게 기판(100)의 수광 영역(110)이 제 1 전극(200) 하부에 위치한다.
일 실시예에 있어서, 광 감지 장치는 상기 기판(100) 상의 개구를 포함하는 차폐층(800)을 더 포함한다. 차폐층은 투광영역 상에 위치하여 개구를 포함한다. 차폐층(800)은 제 1 전극(200)과 일정 간격 떨어져서 기판(100) 상에 위치하여 제 1 전극(200)과 전기적으로 분리된다. 일정 간격은 80~120um이다. 차폐층(800)은 갈륨 알루미늄 산화아연(GAZO,), 갈륨 도프 산화아연(GZO), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중 어느 하나로 이루 진다.공정상으로 차폐층(800)은 제 2 전극(400)을 제작하는 과정에서 형성될 수 있다. 기판(100) 상부에 다이오드 층(300)이 형성되면 기판(100) 상부 전면에 금속을 증착하고 에칭 공정으로 필요없는 부분을 제거하면 제 2 전극(400) 및 차폐층(800)이 동시에 생성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 차폐층 면적은 상기 다이오드 층 면적보다 더 크다. 구동부의 송신부가 차폐층과 연결되고 상호 커패시턴스 방식으로 정전용량을 감지하는 경우 TX 전극의 면적이 넓어야 할 필요가 있기에 차폐층 면적은 상기 다이오드 층 면적보다 넓다.
일 실시예에 있어서, 상기 차폐층의 외부 둘레 반경은 500um~1500um이다. 외부 둘레 반경은 도넛 형상의 차폐층의 바깥쪽 원의 반지름이다. 외부 둘레 반경은 도 7에 도시된 a이다.
일 실시예에 있어서, 상기 개구의 외부 둘레 반경은 50um~500um이다. 외부 둘레 반경은 개구의 반지름이다. 외부 둘레 반경은 도 7에 도시된 b이다.
일 실시예에 있어서, 더미층(1000)은 상기 수광영역을 둘러싸며 배치된다. 더미층(1000)은 다이오드층이 시인되지 않도록 하고 광 감지 장치의 내부 회로가 외부에서 보이지 않도록 한다. 더미층(1000)은 제 1 전극과 이격되어 제 1 전극 외곽에 위치한다. 상기 더미층은 제 1 전극과 10um~200um 이내로 이격되어 위치할 수 있다. 10um 미만으로 이격되는 경우 제 1 전극과 더미층 간의 쇼트가 발생할 수 있고, 200um를 초과하여 이격되는 경우 다이오드 층이 시인될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극(200)은 상기 기판(100)상의 상기 차폐층(800)을 둘러싸고, 상기 차폐층(800)과 이격되어 동일 평면에 위치하는 것을 특징으로 한다. 상기 차폐층은 제 1 전극과 10um~200um 이내로 이격되어 위치할 수 있다. 10um 미만으로 이격되는 경우 제 1 전극과 차폐층 간의 쇼트가 발생할 수 있고, 200um를 초과하여 이격되는 경우 다이오드 층이 시인될 수 있다. 차폐층(800)은 제 1 전극(200)에 형성된 개구안에 위치하여 발광부(500)가 조사하는 광의 시야(FOV, Field of View)를 축소 시킨다.
일 실시예에 있어서, 상기 구동부(900)는 차폐층과 전기적으로 연결되어 상기 기판 하부에 대상물이 위치함에 따라 변화하는 차폐층과 대상물 간의 정전 용량을 감지하는 것을 특징으로 한다.
구동부(900)는 지속적으로 차폐층이 출력하는 정전 용량 감지 신호를 수신하여, 실시간으로 차폐층과 대상물 간의 정전용량을 측정한다. 정전 용량이 기설정된 수치 이상이 되면, 광 감지 장치가 착용되었다는 신호를 출력한다. 예를 들어 광 감지 장치의 디스플레이부로 출력한다.
구동부(900)가 차폐층 및 제 1 전극과 모두 연결되어 있는 경우, 구동부(900)는 일정 시간 간격으로 제 1 전극이 출력하는 정전 용량 감지 신호 및 다이오드 층이 출력하는 광전류 신호를 번갈아 가며 수신하되, 차폐층이 출력하는 정전 용량 감지 신호 및 다이오드 층이 출력하는 광전류 신호는 동시에 수신하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 광 감지 장치는 투광영역 및 수광영역을 포함하는 기판, 상기 투광영역 상에 상기 기판과 이격하여 배치되는 발광부, 상기 수광영역 상의 제 1 전극, 상기 제 1 전극 상의 다이오드층, 상기 기판 상의 개구를 포함하는 차폐층, 상기 다이오드 층 상의 제 2 전극 및 차폐층과 전기적으로 연결되어 상기 기판 하부에 대상물이 위치함에 따라 변화하는 차폐층과 대상물 간의 정전 용량을 감지하는 구동부(900)를 포함한다.
구동부(900)는 차폐층이 출력하는 정전 용량 감지 신호 및 다이오드 층이 출력하는 광전류 신호를 동시에 수신하는 것을 특징으로 한다.
도 8은 일 실시예에 따른 광 감지 소자의 구조를 도시하는 단면도이다.
일 실시예에 있어서, 광 감지 소자는 투광 영역(120) 및 수광 영역(110)을 포함하는 기판(100), 상기 수광 영역(110) 상의 제 1 전극(200), 상기 제 1 전극(200) 상의 다이오드 층(300), 및 상기 다이오드 층(300) 상의 제 2 전극(400)을 포함하고 상기 수광 영역(110)은 상기 투광 영역(120)을 둘러싸고 상기 다이오드 층(300)은 비정질 실리콘을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 기판(100)은 투광 영역(120) 및 수광 영역(110)을 포함한다. 기판(100)은 광 감지 장치를 구성하는 구성요소들이 위치하기 위한 베이스 기판(100)으로 사용될 수 있다. 투광 영역(120)은 후술할 발광 소자가 출력하는 광이 기판(100) 외부로 투과되는 영역이다. 수광 영역(110)은 발광 소자가 출력한 광이 반사되어 기판(100)으로 입사되는 영역이다.
기판(100)은 유리, 실리콘 웨이퍼 또는 플라스틱으로 이루어진다. 기판(100)의 두께는 0.4~0.6mm 이다.
일 실시예에 있어서, 제 1 전극(200)은 수광 영역(110) 상에 위치한다. 제 1 전극(200)은 기판(100)의 상에 증착된다. 제 1 전극(200)은 발 광 소자가 출력한 광이 반사되어 입사하는 경로 상에 위치한다. 제 1 전극(200)은 예를 들어 제 1 전극이다. 제 1 전극은 입사된 광을 투과시키고, 전류가 흐를 수 있는 투명 전도성 물질로 구성된다.
제 1 전극(200)은 예를 들어, 갈륨 알루미늄 산화아연(GAZO,), 갈륨 도프 산화아연(GZO), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제 1 전극(200)의 두께는 350~450nm 이다.
다이오드 층(300)이 출력한 전류는 제 1 전극(200)을 통해 제 1 전극(200)과 전기적으로 연결된 소자로 흐르게 된다.
일 실시예에 있어서, 다이오드 층(300)은 제 1 전극(200)상에 위치한다. 다이오드 층(300)은 발광 소자가 출력한 광이 반사되어 입사하는 경로 상에 위치한다. 다이오드 층(300)은 입사되는 광을 전기적 에너지로 변환하여 출력한다.
일 실시예에 있어서, 제 2 전극(400)은 다이오드 층(300) 상에 위치한다. 제 2 전극(400)은 발광 소자가 출력한 광이 반사되어 입사하는 경로 상에 위치한다. 다이오드 층(300)이 출력한 전류는 제 2 전극(400)을 통해 제 2 전극(400)과 전기적으로 연결된 소자로 흐르게 된다.
제 2 전극(400)은 제 1 전극(200)과 다이오드 층(300)을 통과한 빛이 재 반사되어 다이오드 층(300)에서 재흡수될수 있도록 반사율이 높은 금속을 포함한다. 제 2 전극(400)은 예를 들어 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)를 포함한다.
제 2 전극(400)의 두께는 350~450nm 이다.
전술한 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 기판(100)의 표면에 순차적으로 적층된다. 이때 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)의 형상을 다양하게 변형할 수 있다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 발광부(500)의 중심축(700)으로부터 좌우로 기설정된 거리 이내에 위치 한다. 발광부(500)가 출력하는 광이 통과할 수 있는 통과 영역을 포함한다.
다이오드 층(300) 기판(100) 상부에 진공증착법으로 박막 형태로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 수광 영역(110)은 투광 영역(120)을 둘러싼다. 투광 영역(120)은 기판(100)의 중심부에 위치하고, 수광 영역(110)은 기판(100)의 가장자리에 위치한다.
도 9는 일 실시예에 따른 다이오드 층(300)의 구조를 도시하는 단면도이다.
일 실시예에 있어서, 다이오드 층(300)은 P층(310), 실리콘층(320) 및 N층(330)을 포함한다. P층(310), 실리콘층(320) 및 N층(330)은 기판(100)상에 수직 방향으로 적층된다.
일 실시예에 있어서 P층(310)은 제 1 전극(200) 상부에 배치된다. P층(310)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 실리콘층(320)은 P층(310) 상부에 배치된다. 실리콘층(320)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, N층(330)은 실리콘층(320) 상부에 배치된다. N층(330)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극(200)은 광 신호 투과부(210) 및 돌출부(220)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 광 신호 투과부(210)는 광 신호를 투과 시킨다. 광 신호 투과부(210)는 기판(100) 인근에 위치한 대상물로부터 반사된 광을 투과 시킨다. 투과된 광은 다이오드 층(300)이 수신한다.
일 실시예에 있어서, 제 1 전극(200)은 다이오드 층(300)보다 더 넓을 수 있다. 제 1 전극(200)은 돌출부(220)를 포함하여 제 1 전극은 다이오드 층(300)의 외부 둘레보다 돌출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 돌출부(220)는 상기 다이오드 층(300)과 접촉하지 않고 외부로 노출된다. 자세하게, 돌출부(220)는 다이오드 층(300)의 외부 둘레보다 더 돌출되어 형성될 수 있다. 돌출부(220)는 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로와 전기적으로 연결된다. 다이오드 층(300)이 입사되는 광으로부터 출력하는 전기적 에너지는 돌출부(220)를 통해 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로로 전달된다.
광 신호 투과부(210)는 다이오드 층(300)과 직접적으로 연결되고, 돌출부(220)는 광 신호 투과부(210)를 통해 간접적으로 다이오드 층(300)과 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 돌출부(220)는 적어도 일부가 각진 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 돌출부(220)는 광 신호 투과부(210)와 거리가 멀어질수록 면적이 줄어들어 일단이 각진 형태로 구성된다. 돌출부(220)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니고 광 신호 투과부(210) 바깥쪽 영역으로 형성되는 형태라면 그 제한이 없다.
일 실시예에 있어서, 상기 돌출부(220)는 도넛 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 돌출부(220)는 광 신호 투과부(210) 안쪽 영역에 도넛 형태로 형성된다. 돌출부(220)에 구비된 개구를 통해 발광부(500)가 조사하는 광이 통과할 수 있다. 광 신호 투과부(210)는 다이오드 층(300)과 직접적으로 연결되고, 돌출부(220)는 광 신호 투과부(210)를 통해 간접적으로 다이오드 층(300)과 연결된다. 돌출부(220)는 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로와 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 2 전극(400)은 적어도 일부가 각진 형태로 형성되는 연결부(410)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 연결부(410)는 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로와 전기적으로 연결된다. 다이오드 층(300)이 입사되는 광으로부터 출력하는 전기적 에너지는 연결부(410)를 통해 기판(100) 또는 하부 기판(600)에 형성된 전기 회로로 전달된다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 중심축(700)이 일치하는 상태에서 상하로 적층된다. 중심축(700)은 기판(100)을 상면에서 수직으로 내려 다 본 상태에서의 중심축(700)이다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)은 도넛 형태로 형성된다. 즉, 제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)의 중심부에는 투과 영역인 개구가 형성된다. 발광부(500)가 조사하는 광은 개구를 통해 기판(100) 외부로 출력 된다.
제 1 전극(200), 다이오드 층(300) 및 제 2 전극(400)이 상하로 적층된 상태를 수광부라고 하면, 수광부는 분할된 기 설정된 일정 영역을 포함할 수 있다. 수광부는 흡수 또는 반사된 광 신호를 수신한 영역 정보를 구동부(900)로 전송할 수 있다.
구동부(900)는 상기 영역 정보를 수신하고, 상기 수광부의 광 신호 수신 위치를 확인할 수 있다. 이 때, 수광부가 기 설정된 일정 영역으로 분할하는 경우, 사용자가 구동부(900)를 이용한 제어로, 수광부를 적절한 모양으로 나눌 수 있다. 예를 들어, 도넛 모양의 수광부를 3분할할 수도 있고, 4분할, 5분할, 2분할 등 적절하게 분할할 수 있다.
예를 들어, 수광부를 기 설정된 영역으로 나누어, 수광부 상층, 수광부 하측, 수광부 좌측, 수광부 우측으로 나눌 수 있다. 발광부(500)로부터 조사된 광 신호가 대상물에 반사되어 수광부 상층에 감지되는 경우, 수광부 상층에 감지되었음을 나타내는 영역 정보를 구동부(900)로 전송하고, 구동부(900)는 수광부 상층에 광신호가 수신되었음을 확인할 수 있다.
도 10은 다른 실시예에 따른 광 감지 소자의 구조를 도시하는 단면도이다.
일 실시예에 있어서, 기판(100)은 제 1 전극(200) 하부에 위치한다. 자세하게 기판(100)의 수광 영역(110)이 제 1 전극(200) 하부에 위치한다.
일 실시예에 있어서, 광 감지 소자는 상기 기판(100) 상의 개구를 포함하는 차폐층(800)을 더 포함한다. 차폐층(800)은 제 1 전극(200)과 일정 간격 떨어져서 기판(100) 상에 위치하여 제 1 전극(200)과 전기적으로 분리된다. 일정 간격은 80~120um이다. 차폐층(800)은 금속으로 이루어져 있고 금속은 예를 들어 알루미늄(Al)이다. 공정상으로 차폐층(800)은 제 2 전극(400)을 제작하는 과정에서 형성될 수 있다. 기판(100) 상부에 다이오드 층(300)이 형성되면 기판(100) 상부 전면에 금속을 증착하고 에칭 공정으로 필요없는 부분을 제거하면 제 2 전극(400) 및 차폐층(800)이 동시에 생성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 제 1 전극(200)은 상기 기판(100)상의 상기 차폐층(800)을 둘러싸고, 상기 차폐층(800)과 이격되어 동일 평면에 위치하는 것을 특징으로 한다. 차폐층(800)은 제 1 전극(200)에 형성된 개구안에 위치하여 발광부(500)가 조사하는 광의 시야(FOV, Field of View)를 축소 시킨다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명에 따른 광 감지 소자 및 광 감지 장치는 먼지 센서, 가스 센서, 컬러 센서 등에 사용될 수 있음은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다. 전술한 센서에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해 져야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 기판
110: 수광 영역
120: 투광 영역
200: 제 1 전극
210: 광 신호 투과부
220: 돌출부
230: 내부 확장부
300: 다이오드층
310: P층
320: 실리콘층
330: N층
400: 제 2 전극
410: 연결부
500: 발광부
600: 하부 기판
700: 중심축
800: 차폐층
900: 구동부
1000: 더미층

Claims (10)

  1. 투광영역 및 상기 투광영역을 둘러싸는 수광영역을 포함하는 기판;
    상기 투광영역 상의 개구를 포함하는 차폐층;
    상기 수광영역 상의 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상의 다이오드층; 및
    상기 다이오드 층 상의 제 2 전극;을 포함하고
    상기 제 1 전극은 상기 차폐층을 둘러싸고, 상기 차폐층과 이격되어 동일 평면에 위치하는,
    광 감지 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이오드층은,
    상기 제 1 전극 상부에 배치되는 P층;
    상기 P층 상부에 배치되는 실리콘층;
    상기 실리콘층 상부에 배치되는 N층; 을 포함하고
    광 감지 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 하부기판을 향하여 배치되는
    광 감지 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 차폐층 중 적어도 하나는 정전용량 감지를 위한 구동부와 전기적으로 연결되는 광 감지 소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 차폐층 중 하나는 상기 구동부의 송신부로 연결되고, 나머지 두 개중 하나는 상기 구동부의 수신부로 연결되는 광 감지 소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 차폐층은 상기 송신부와 연결되는
    광 감지 소자
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 차폐층 면적은 상기 다이오드 층 면적보다 더 큰
    광 감지 소자
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수광영역을 둘러싸며 배치되는 더미층을 포함하고,
    상기 더미층은 상기 차폐층과 동일 평면에 배치되는
    광 감지 소자
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐층의 외부 둘레 반경은 500um~1500um이고,
    상기 개구의 외부 둘레 반경은 50um~500um이며,
    상기 제 1 전극의 두께는 350nm~450nm이고,
    상기 다이오드 층의 외부 둘레 반경은 1000um~2000um이며,
    상기 제 2 전극의 두께는 350nm~450nm인
    광 감지 소자.
  10. 하부 기판;
    투광영역 및 수광영역을 포함하는 기판;
    상기 투광영역 상의 개구를 포함하는 차폐층을 포함하고,
    상기 투광영역 상에 상기 차폐층과 이격하여 배치되고, 하부 기판에 배치되는 발광부;
    상기 수광영역 상의 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상의 다이오드층;
    상기 다이오드 층 상의 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극은 상기 기판상의 상기 차폐층을 둘러싸고, 상기 차폐층과 이격되어 동일 평면에 위치하는
    광 감지 장치.
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