WO2019083066A1 - 레이저를 이용하는 빔프로젝터모듈 - Google Patents

레이저를 이용하는 빔프로젝터모듈

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WO2019083066A1
WO2019083066A1 PCT/KR2017/011971 KR2017011971W WO2019083066A1 WO 2019083066 A1 WO2019083066 A1 WO 2019083066A1 KR 2017011971 W KR2017011971 W KR 2017011971W WO 2019083066 A1 WO2019083066 A1 WO 2019083066A1
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WO
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cathode
diffuser
light source
conductive pad
wiring
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/011971
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English (en)
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Inventor
이준엽
강영규
서정화
Original Assignee
주식회사 나무가
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    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N9/12—Picture reproducers
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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1401—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack comprising clamping or extracting means
    • H05K7/1402—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack comprising clamping or extracting means for securing or extracting printed circuit boards

Definitions

  • the present invention relates to a beam projector module.
  • Laser is an abbreviation of "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", which can output light intensively and condensed. Also, lasers can have a monochromaticity and a directivity, and because of this characteristic, lasers are widely utilized in the field of optical sensor technology.
  • the laser can be used as a light source of a distance measuring device and as a light source of a 3D depth camera.
  • the distance measuring apparatus of the time of flight (ToF) method measures the traveling distance of the pulse light output from the light source reflected by the object through the phase difference, and calculates the distance
  • the structure light (SL) or the hybrid stereo type can extract distance information by forming a regular or irregular pattern through a diffuser using a laser light source as a source.
  • lasers are used as a source of distance measurement and 3D depth cameras.
  • the high output characteristic of the laser can be recognized as an advantage in that the flying distance of the light is increased and the output of the returned light can be maintained more than a certain level, but it can be recognized as a disadvantage in terms of safety. If high power light is irradiated directly to a person's eye, it may damage the eye and, in extreme cases, cause blindness. Accordingly, when using a laser as a light source, a safety problem must always be considered.
  • each country has an eye safety standard so that the intensity of light output from the apparatus is adjusted to be less than a reference value.
  • One of the methods of controlling the intensity of the output light is to place a diffuser which can reduce the intensity of light on the output path of the light. Since the diffuser disperses the concentrated light to a constant field of view (FOV) required by the system by the effects of refraction and diffraction using the property of light, the intensity of light passing through the diffuser is reduced per unit area.
  • FOV field of view
  • This new structure of the beam projector module can achieve the purpose of providing an eye-safety function, lowering the manufacturing cost of the beam projector module, or lowering the power loss.
  • the present invention provides, in one aspect, a cathode (cathode), which is made of a conductive material or coated with a conductive material and is in contact with a cathode wiring on a printed circuit board Conductive pad; A first frame part which is made of a non-conductive material and has one side abutting on the PCB and an opening formed on the anode wiring of the PCB; A cathode electrode connected to the other side of the cathode conductive pad, and an anode electrode connected to the anode wiring through at least one electric wire penetrating the opening; A diffuser for dispersing light output from the light source; And a second frame part for supporting the diffuser such that the diffuser is spaced a predetermined distance from the light source.
  • the diffuser may be attached to the second frame part, and the first frame part and the second frame part may be integrated.
  • the at least one electric wire may be arranged to cross a part of the first frame part.
  • the cathode conductive pad is bonded to the cathode wiring by a conductive epoxy or SMT (surface mounter technology) process, and the at least one electric wire can be connected to the anode wiring by wire bonding.
  • the width of the conductive pad may be wider than the width of the cathode electrode of the light source, and the width of the cathode wiring may be wider than the width of the conductive pad.
  • the light source may include a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • VCSEL vertical cavity surface-emitting laser
  • a light receiving unit for sensing reflected light reflected by the diffuser among light output from the light source; And a processor that stops power supply to the cathode wiring or the anode wiring when the luminous intensity of the reflected light measured by the light receiving unit is lower than a reference value.
  • the processor periodically feeds a change in the position of the diffuser to an external device using reflected light sensed by the light receiving unit, or recognizes a change in the position of the diffuser and determines whether the laser included in the light source is malfunctioning.
  • a collimator lens or a filter lens may be disposed between the light source and the diffuser.
  • the present invention provides a semiconductor device, comprising: a cathode conductive pad formed of a conductive material or coated with a conductive material, the cathode conductive pad being in contact with a cathode wiring on a printed circuit board (PCB)
  • the cathode electrode is in contact with the other side of the conductive pad, and the anode electrode is connected to the anode wiring of the PCB via at least one electric wire.
  • a diffuser for dispersing light output from the light source And a frame which is composed of a non-conductive material and which surrounds the light source and supports the diffuser so that the diffuser is spaced a distance from the light source.
  • the substrate on which the cathode conductive pad is formed may be made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the cathode conductive pad is adhered to the cathode conductive pad through a conductive adhesive or a SMT (surface mounter technology) process, and the cathode electrode of the light source is adhered to the cathode conductive pad through a conductive adhesive, SMT process or eutectic bonding , A part or the whole of the anode wiring is exposed and the at least one electric wire can be wire-bonded to the exposed part of the anode wiring.
  • a diaphragm coupled to the frame portion, wherein the diaphragm is disposed between the wire and the PCB, and the diaphragm breaks the wire when the diaphragm vibrates or impacts.
  • the beam projector module may further include a light-receiving unit and a processor, wherein the light-receiving unit can sense reflected light reflected by the diffuser among the light output from the light source, and when the lightness of the reflected light measured at the light- The power supply to the wiring or the anode wiring can be stopped, and the malfunction of the laser and the VCSEL can be fed back.
  • the present invention it is possible to provide an eye safety function in the beam projector module, and to apply one of the anode / cathode conductive pads to the substrate and the remaining conductive pads to supply power directly to the PCB
  • the manufacturing cost of the beam projector module can be lowered and the power loss in the beam projector module can be lowered.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an exemplary configuration of a beam projector module.
  • FIG. 2 is a top perspective view of a PCB configuration of a beam projector module according to one embodiment.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a beam projector module according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a front view of a beam projector module according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a bottom perspective view of a beam projector module according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a beam projector module according to another embodiment.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements.
  • the beam projector module according to the following embodiments can provide an eye-safety function from a safety problem due to detachment of the diffuser due to an external impact.
  • the beam projector module according to the following embodiments can be directly connected to the power supply part of the PCB, thereby lowering the electrical resistance and realizing the low power consumption required in a portable device such as a cellular phone. In addition, .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an exemplary configuration of a beam projector module.
  • the beam projector module 10 includes an anode conductive pad 16 and a cathode conductive pad 17 disposed on a PCB 14 and a light source 13 disposed on the cathode conductive pad 17 And a frame portion 11 for supporting the diffuser 12 is disposed on the anode conductive pad 16 and the cathode conductive pad 17.
  • the anode conductive pad 16 may be formed on one side or front side of the first substrate 15a and the cathode conductive pad 17 may be formed on one side or the front side of the second substrate 15b. have.
  • the anode wiring 20 and the cathode wiring 21 may be formed on the PCB 14 such that the anode wiring 20 is electrically connected to the anode conductive pad 16 and the cathode wiring 21 is electrically connected to the cathode conductive pad 16 17, respectively, and can supply power to the respective conductive pads 16 and 17.
  • the cathode conductive pad 17 can be bonded to a cathode electrode disposed on the bottom surface of the light source 13 and the anode conductive pad 16 can be connected to the anode electrode exposed on the top surface of the light source 13 and the electric wire 19 And can be electrically connected. By this bonding, electric power is supplied to the light source 13, and light output can be generated in the light source 13.
  • the light output from the light source 13 is dispersed in the diffuser 12, and the intensity of the scattered light becomes low per unit area, thereby satisfying the eye safety criterion.
  • the diffuser 12 and the light source 13 are coupled to the PCB 14 and the conductive pads 16 and 17 through different paths.
  • the diffuser 12 is detached from the frame 11 or the frame portion 11 including the diffuser 12 is mounted on the PCB 14 or the conductive pad 16 And 17 may occur.
  • the diffuser 12 is coupled to the PCB 14 via a substrate portion 11, a substrate 15 including an anode conductive pad 16 / a cathode conductive pad 17, and the light source 13 is connected to a cathode
  • the frame portion 11 is detached from the conductive pads 16 and 17 of the PCB 14 or the substrate 15 in the coupling structure
  • the light source 12 is detached from the PCB 14 or the conductive pads 16 and 17 together with the frame portion 11 while the light source 13 is continuously connected to the PCB 14 or the conductive pads 16 and 17 A state can be created.
  • the conductive pads 16 and 17, which may be formed by coating on one side of the substrate or using the connection structure 18 with a predetermined area, may be formed on the anode wiring and the cathode wiring on the PCB 14, A method using a melting point between the cathode of the light source 13 and the same kind of eutectic, SMT (surface mounter technology), or conductive epoxy which has low electrical resistance and high bonding strength.
  • SMT surface mounter technology
  • conductive epoxy which has low electrical resistance and high bonding strength.
  • the frame portion 11 and the diffuser 12 are made of a nonconductive material, the joining force is low due to the inter-species coupling using only one section of the frame, and when the stress such as vibration or external impact occurs, There is a high possibility.
  • the light source 13 continuously outputs high output light.
  • the diffuser 12 since the diffuser 12 is not positioned on the output path of the light, the high output light may be directly scanned on the human body.
  • the anode electrode of the light source 13 is electrically connected to the anode conductive pad 16 via the connection structure 18 and the anode conductive pad 16 is again located on the PCB 14
  • a voltage required for light emission can be supplied to the anode electrode of the light source 13 while being electrically connected to the anode wiring 20 and the cathode electrode of the light source 13 is also connected to the cathode conductive pad 17, (Not shown).
  • the structure shown in Fig. 1 has a disadvantage in terms of manufacturing cost. Since the anode conductive pad 16 and the cathode conductive pad 17 are required to have an insulating layer for separating the two pads, the connecting structure 18 is inserted between the substrate 15 and the anode conductive pad 16 And the cathode conductive pad 17 is located on the other side. In this process, component costs are increased due to the use of two non-single substrates 15 to form an insulating layer or the use of additional connection structures 18 and a localized conductive coating, .
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a beam projector module according to an embodiment
  • FIG. 4 is a front view of a beam projector module according to an embodiment
  • FIG. 5 is a bottom perspective view of a beam projector module according to one embodiment.
  • the beam projector module 200 embodied on the PCB 220 may include a PCB configuration 202 disposed on the PCB 220.
  • the PCB 220 and the PCB configuration 202 may be separately manufactured and then combined.
  • the PCB structure 202 may be referred to as a beam projector module because the PCB structure 202 may be distributed as a separate product.
  • the beam projector module 200 and the PCB structure (202) will be described separately.
  • the cathode wiring 222 and the anode wiring 224 may be located on the PCB 220.
  • a cathode voltage may be supplied to the cathode wiring 222 and an anode voltage may be supplied to the anode wiring 224.
  • the cathode voltage may, for example, be equal to the ground voltage.
  • the anode voltage may be a specific voltage required for driving the light source 230.
  • the cathode voltage supplied to the cathode wiring 222 is transmitted to the cathode electrode of the light source 230 and the anode voltage supplied to the anode wiring 224 is supplied to the light source 230 through the light source 230.
  • the PCB configuration 202 disposed on the PCB 220 may include a frame 210, a light source 230, a cathode conductive pad 240, a substrate 241, a diffuser 510, and the like.
  • Light source 230 may include a laser, for example, a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL).
  • the diffuser 510 can disperse the light output from the light source 230. Light passing through the diffuser 510 may satisfy the eye safety criteria, but light that has not passed through the diffuser 510 may have a greater light intensity than the eye safety reference.
  • VCSEL vertical cavity surface-emitting laser
  • the cathode conductive pad 240 may be coated with a predetermined area on one side or all sides of the substrate 241, or may be formed of a conductive material.
  • the cathode conductive pad 240 may be partially or wholly contacted with the cathode wiring 222.
  • the other side of the conductive pad 240 may be in contact with the cathode electrode of the light source 230.
  • the cathode conductive pad 240 may be formed on the substrate 241 by a plating process, a deposition process, or a lithography process.
  • the cathode conductive pad 240 may be positioned on the cathode wiring 222 of the PCB 220 and the light source 230 may be located on the cathode conductive pad 240.
  • the cathode conductive pad 240 may be formed of a conductive material having a low electrical resistance and a material having a high thermal conductivity.
  • the cathode conductive pad 240 is bonded to the cathode wiring 222 of the PCB 220 by a method using a melting point of the same kind such as a low electrical resistance and high bonding strength, such as a yutetite, a surface mounter technology, a conductive epoxy, can do.
  • the cathode conductive pad 240 electrically connects the cathode wiring 222 to the cathode electrode of the light source 230 and forms a supporting plate on which the light source 230 can be seated, .
  • the width of the cathode wiring 222 is wider than the width of the cathode conductive pad 240, and the cathode conductive pad 240 can be located in a region where the cathode wiring 222 is located.
  • the width of the cathode conductive pad 240 is wider than the width of the cathode electrode of the light source 230 and the cathode electrode of the light source 230 may be positioned in the upper surface of the cathode conductive pad 240.
  • the cathode conductive pad 240 may be adhered to the cathode wiring 222 with a conductive epoxy, e.g., Ag-epoxy, which is a conductive adhesive.
  • a conductive epoxy e.g., Ag-epoxy
  • the cathode electrode of the light source 230 may also be adhered to the cathode conductive pad 240 through a conductive epoxy, for example, Ag-epoxy, SMT, eutectic process or the like.
  • the cathode conductive pad 240 may be coated on the substrate 241 with a metal having low electrical resistance on one side or front side, or may be formed by plating or vapor deposition.
  • the substrate 241 is made of aluminum .
  • the cathode conductive pad 240 can be manufactured only by a cutting process for a single metal plate so that the process of inserting the connection structure of the insulating layer (see 18 in FIG. 1) between the two aluminum plates as in FIG. 1 is not required .
  • One or a plurality of holes 242 may be formed in the cathode conductive pad 240.
  • the frame 210 may be made of a non-conductive material and may surround the light source 230 in a side direction in which light is emitted.
  • the frame 210 may be made of a material having good moldability or workability, such as plastic or aluminum, and may exhibit nonconductivity depending on the characteristics of the material or the insulating material surrounding the material.
  • the frame 210 can support the diffuser 510 so that the diffuser 510 located in the light output path is spaced from the light source 230 by a predetermined distance.
  • the frame 210 may be divided into a first frame portion 316, a second frame portion 314, and a third frame portion 312.
  • the first frame portion 316 may be disposed side by side with the PCB 220 while one side-wide side is in contact with the PCB 220.
  • the first frame portion 316 may be in contact with the PCB 220 in a region where the conductive pad 240 is not disposed and the opening portion 212 may be formed on the anode wiring 224 so that a portion of the anode wiring 224 All of which can be exposed.
  • the anode electrode of the light source 230 may be connected to the exposed portion of the anode wiring 224 using a wire 332 passing through the opening 212.
  • the electric wires 332 may be composed of one or a plurality of wires, and may be connected to the anode wiring 224 on the PCB 220 by wire bonding. Compared to the cathode electrode, the cathode electrode is fixed to the PCB 220 through face bonding while the anode electrode is directly connected to the PCB 220 through point bonding using the electric wire 332, .
  • the cathode electrode of the light source 230 may be bonded to the conductive pad 240 by the lowest melting point bonding method between the bonding metals such as conductive epoxy or eutectic bonding.
  • the electric wire 332 can be disposed across a portion of the first frame portion 316.
  • the first frame portion 316 may include a structure of a barrier rib 318 located between the opening 212 and the light source 230 when viewed from above.
  • the diaphragm 318 may be positioned as part of the first frame portion 316 or as a separate structure and may be positioned between the wire 332 and the PCB 220 in position.
  • the wire 332 may then be arranged to traverse the diaphragm 318.
  • the diaphragm 318 may be detached together when the first frame portion 316 is detached from the PCB 220 with vibration or an external force where the wire 332 is disposed across the diaphragm 318
  • the disconnected diaphragm 318 may force the wire 332 to break the wire 332 or disconnect the wire 332 from the anode wire 224.
  • the electric wire 332 is cut off, the anode voltage is not supplied to the anode electrode of the light source 230, and the light emission of the light source 230 is stopped.
  • the adhesive force of the wire bonding can be adjusted by adjustable process conditions such as the number of wires, bonding pressure, temperature, and time.
  • the height of the diaphragm 318 - the height in the direction in which light is emitted - may be less than the height of the cathode conductive pad 240.
  • the height of the portion of the first frame portion 316 excluding the diaphragm 318 may be equal to or less than a height of the cathode conductive pad 240.
  • the diaphragm 318 may be formed with a step lower than the other portion in the first frame portion 316.
  • the electric wire 332 can be connected to the anode wiring 224 with a natural inclination at the anode electrode of the light source 230.
  • the diaphragm 318 may be omitted depending on the embodiment.
  • the entire first frame portion 316 may be omitted together with the diaphragm portion 318, and even when the first frame portion 316 is included in the embodiment, the opening portion 212 may be formed in the cathode conductive pad 240 So that no other configuration is inserted between the opening 212 and the cathode conductive pad 240.
  • the second frame part 314 may stand in a direction perpendicular to the PCB 220 and may support the diffuser 510 such that the diffuser 510 is spaced from the light source 230 by a predetermined distance.
  • the second frame portion 314 may have a bottom surface contacting the PCB 220 and another bottom surface contacting the conductive pad 240.
  • a diffuser 510 may be attached to the upper surface of the second frame part 314.
  • the third frame portion 312 can support the diffuser 510 laterally while forming the outermost portion of the frame 210.
  • the height of the third frame part 312 may be higher than the height of the second frame part 314 by the thickness of the diffuser 510.
  • the second frame portion 314 supports the lower surface of the diffuser 510 and the third frame portion 312 can support the side surface of the diffuser 510.
  • the third frame portion 312 may have an inward portion 313 formed in the inner line when viewed from above.
  • a minute gap may be formed between the diffuser 510 and the third frame part 312 by the protrusion 313, which facilitates the process of bonding the diffuser 510.
  • the protrusion 313 may be formed at the four corners of the third frame part 312 formed like a quadrangle.
  • the first frame portion 316, the second frame portion 314, and the third frame portion 312 may be integrally formed by a single injection. Accordingly, when the frame 210 is detached, the diffuser 510 and the diaphragm 318 are detached together. When the diffuser 510 is detached, it may be a problem if the light source 230 continuously outputs high output light. According to one embodiment, the diaphragm 318 is connected to the electric wire 332 and the anode wiring 224, So that the light source 230 can no longer emit light.
  • the beam projector module may be connected to an anode electrode of a light source and an anode wiring of a PCB by a single or a plurality of electric wires.
  • a drag force greater than a bonding force of a wire is generated due to internal vibration stress or external impact, The power supply to the beam projector module is cut off and the problem of the eye safety can be improved by physically disconnecting the electric wire along with the detachment of the frame part.
  • the anode conductive pad shown in FIG. 1 is removed, thereby reducing the manufacturing cost and the power loss due to the anode conductive pad. Since the anode electrode of the light source 230 is directly connected to the anode wiring 224 through the electric wire 332, the power loss can be reduced and the manufacturing cost can be lowered.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a beam projector module according to another embodiment.
  • the beam projector module 600 includes a frame 210, a substrate 241, at least one anode conductive pad 224-1, 224-2, at least one cathode conductive pad 222-1 A light source 230 and a diffuser 510 and may further include a light receiving unit 610 and a processor 620.
  • the diffuser 510 may function to lower the intensity of light by injecting light output from the light source 230.
  • the light receiving unit 610 and the processor 620 check whether the diffuser 510 is in the proper position and stop supplying power to the light source 230 when it is determined that the diffuser 510 is in an inappropriate position, As shown in FIG.
  • the light receiving unit 610 may sense the reflected light 630 reflected by the diffuser 510 among the light output from the light source 230. When the diffuser 510 is in the proper position, the light receiving unit 610 can receive the reflected light 630 having the light intensity or the light quantity of the reference value or more.
  • the light receiving unit 610 Since the reflected light 630 'generated by the diffuser 510' at an inappropriate position is output in a direction different from that of the light receiving unit 610, the light receiving unit 610 receives light having a light intensity or a light amount lower than the reference value, It may not receive the data 630 '.
  • the processor 620 stops power supply to the cathode wiring or the anode wiring disposed in the substrate 241, It is possible to prevent light from being outputted from the light source.
  • the diffuser 510 may be attached to the frame 210 that stands upright on the substrate 241. When an external force is applied to the diffuser 510, ), And the assembled angles of horizontal and vertical movements may be changed. In addition to the eyepiece problem, it may cause optical degradation problems such as homogeneity and intensity of the final beam passing through the diffuser, pattern sharpness, contrast, etc. Therefore, feedback to the system is required through continuous confirmation of the diffuser assembly state Through the present invention, it is possible to continuously check the state of the eye safe and the diffuser, and confirm whether the laser is malfunctioning or not.
  • the eye safety function in the beam projector module it is possible to provide the eye safety function in the beam projector module, to feed back the performance deviation according to the assembled state of the sensitive diffuser, to check whether there is a malfunction of the laser,
  • the cost can be lowered, and the power loss in the beam projector module can be lowered.

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Abstract

본 발명은 캐소드배선 및 애노드배선이 위치하는 PCB; 도전성물질로 구성되고 일측면의 일부 혹은 전부가 상기 캐소드배선에 접하는 도전패드; 비도전성물질로 구성되고 일측면이 상기 PCB에 접하며 상기 애노드배선 상에 개구부가 형성되는 제1프레임부; 캐소드전극은 상기 도전패드의 타측면에 접하고, 애노드전극은 상기 개구부를 관통하는 적어도 하나 이상의 전선을 통해 상기 애노드배선과 연결되는 광원; 상기 광원에서 출력되는 광을 분산시키는 디퓨저; 및 상기 디퓨저가 상기 광원으로부터 일정 거리 이격되도록 상기 디퓨저를 지지하는 제2프레임부를 포함하는 빔프로젝터모듈을 제공한다.

Description

레이저를 이용하는 빔프로젝터모듈
본 발명은 빔프로젝터모듈에 관한 것이다.
레이저(LASER)는 "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"의 약자로서, 집중적이고 응축적으로 광을 출력할 수 있다. 또한, 레이저는 단색성 및 지향성을 가질 수 있는데, 이러한 특성으로 인해 레이저는 광학적 센서 기술분야에서 다양하게 활용되고 있다.
예를 들어, 레이저는 거리측정장치의 광원으로 활용될 수 있고, 3차원 뎁스 카메라(3D Depth Camera)의 광원으로 활용될 수 있다. ToF(Time of Flight) 방식의 거리측정장치는 광원에서 출력된 펄스(pulse) 형태의 광파가 물체에 반사되어 돌아오는 이동거리를 위상차이를 통해 측정하고 이러한 위상차이와 주파수의 정보를 통해 거리를 측정하며, 구조광(SL: Structure Light) 또는 하이브리드 스테레오 타입(hybrid stereo type)은 레이저 광원을 소스로 하여 디퓨저를 통하여 규칙 또는 비규칙적인 패턴을 형성함으로써 거리정보를 추출할 수 있다.
레이저는 고출력 및 지향성의 특성으로 인해 거리측정 및 3차원 뎁스 카메라의 광원으로 활용되고 있다.
한편, 레이저의 고출력 특성은 광의 비행거리를 증가시키고, 되돌아 온 광의 출력도 일정 이상을 유지시킬 수 있다는 측면에서 장점으로 인식될 수 있으나, 안전의 측면에서는 단점으로 인식될 수 있다. 고출력의 광이 사람의 안구로 직접 조사되는 경우, 안구에 손상을 주고, 극단적인 경우 실명을 초래할 수도 있다. 이에 따라, 레이저를 광원으로 사용하는 경우에는 항상 안전상의 문제가 고려되어야 한다.
일반적으로 각국에는 아이세이프티(eyesafety) 기준이 있어서, 장치에서 출력되는 광의 세기는 기준값이하로 조절된다.
출력되는 광의 세기를 조절하는 방법 중 하나는 광의 출력경로 상에 광의 세기를 줄여줄 수 있는 디퓨저(diffuser)를 배치하는 것이다. 디퓨저는 집중되어 있는 광을 빛의 속성을 이용하여 굴절 및 회절 등의 효과로 시스템에서 요구되는 일정 FOV(field of view)로 분산시키기 때문에 디퓨저를 통과한 광은 단위 면적당의 세기가 줄어들게 된다.
그런데, 이렇게 디퓨저를 이용하여 광의 세기를 조절하는 장치에서, 디퓨저가 탈착되는 경우, 고출력의 광이 그대로 출력되기 때문에 안전상으로 문제가 될 수 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 새로운 구조의 빔프로젝터모듈에 대한 기술을 제공하는 것이다.
이러한 새로운 구조의 빔프로젝터모듈은 아이세이프티(eye-safety) 기능을 제공하거나, 빔프로젝터모듈의 제조비용을 낮추거나, 전력손실을 낮추는 목적을 달성할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 일 측면으로, 도전성물질로 구성되거나 도전성물질로 코팅되며, 일측면의 일부 혹은 전부가 전원을 공급하는 PCB(printed circuit board) 상의 캐소드배선에 접하는 캐소드도전패드; 비도전성물질로 구성되고 일측면이 상기 PCB에 접하며 상기 PCB의 애노드배선 상에 개구부가 형성되는 제1프레임부; 캐소드전극은 상기 캐소드도전패드의 타측면에 접하고, 애노드전극은 상기 개구부를 관통하는 적어도 하나 이상의 전선을 통해 상기 애노드배선과 연결되는 광원; 상기 광원에서 출력되는 광을 분산시키는 디퓨저; 및 상기 디퓨저가 상기 광원으로부터 일정 거리 이격되도록 상기 디퓨저를 지지하는 제2프레임부를 포함하는 빔프로젝터모듈을 제공한다.
상기 디퓨저는 상기 제2프레임부에 부착되고, 상기 제1프레임부와 상기 제2프레임부는 일체형일 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 전선은 상기 제1프레임부의 일부를 가로지르도록 배치될 수 있다.
상기 캐소드도전패드는 전도성 에폭시 혹은 SMT(surface mounter technology) 공정으로 상기 캐소드배선에 접착되고, 상기 적어도 하나 이상의 전선은 와이어본딩에 의해 상기 애노드배선과 연결될 수 있다.
상기 도전패드의 넓이는 상기 광원의 캐소드전극의 넓이보다 넓고, 상기 캐소드배선의 넓이는 상기 도전패드의 넓이보다 넓을 수 있다.
상기 광원은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함할 수 있다.
상기 광원에서 출력되는 광 중 상기 디퓨저에 의해 반사되는 반사광을 센싱하는 수광부; 및 상기 수광부에서 측정되는 상기 반사광의 광도가 기준값보다 낮은 경우, 상기 캐소드배선 혹은 상기 애노드배선으로의 전력 공급을 중단시키는 프로세서를 더 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 수광부에서 센싱되는 반사광을 이용하여 상기 디퓨저의 위치 변화를 외부의 장치로 주기적으로 피드백하거나 상기 디퓨저의 위치 변화를 인식하고 상기 광원에 포함된 레이저의 오동작 유무를 판단할 수 있다.
상기 광원과 디퓨저 사이에 콜리메이터 렌즈 혹은 필터 렌즈가 배치될 수 있다.
본 발명은, 다른 측면으로, 도전성물질로 구성되거나 도전성물질로 코팅되며, 일측면의 일부 혹은 전부가 전원을 공급하는 PCB(printed circuit board) 상의 캐소드배선에 접하는 캐소드도전패드; 캐소드전극은 상기 도전패드의 타측면에 접하고, 애노드전극은 적어도 하나 이상의 전선을 통해 상기 PCB의 애노드배선과 연결되는 광원; 상기 광원에서 출력되는 광을 분산시키는 디퓨저; 및 비도전성물질로 구성되고 상기 광원을 둘러싸고 상기 디퓨저가 상기 광원으로부터 일정 거리 이격되도록 상기 디퓨저를 지지하는 프레임을 포함하는 빔프로젝터모듈을 제공한다.
상기 캐소드도전패드가 형성되는 서브스트레이트는 알루미늄이나 알루미늄합금으로 구성될 수 있다.
상기 캐소드도전패드는 도전성 접착제 혹은 SMT(surface mounter technology) 공정을 통해 상기 캐소드배선의 영역 내에 접착되고, 상기 광원의 캐소드전극은 도전성 접착제, SMT 공정 혹은 유테틱 본딩을 통해 상기 캐소드도전패드에 접착되며, 상기 애노드배선의 일부 혹은 전부가 노출되고 상기 적어도 하나 이상의 전선은 상기 애노드배선의 노출된 부분으로 와이어본딩될 수 있다.
상기 프레임부에 결합되어 형성되는 가로막대부를 포함하고, 상기 가로막대부는 상기 전선과 상기 PCB의 사이에 배치되고, 진동 혹은 외부 충격 시 상기 가로막대부가 상기 전선을 끊을 수 있다.
빔프로젝터모듈은 수광부 및 프로세서를 더 포함할 수 있는데, 수광부는 광원에서 출력되는 광 중 디퓨저에 의해 반사되는 반사광을 센싱할 수 있고, 프로세서는 수광부에서 측정되는 반사광의 광도가 기준값보다 낮은 경우, 캐소드배선 혹은 애노드배선으로의 전력 공급을 중단할 수 있고, 레이저 및 VCSEL의 오동작을 피드백 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 빔프로젝터모듈에서 아이세이프티 기능을 제공할 수 있고, 애노드/캐소드 도전패드 중 하나의 도전패드를 서브스트레이트에 적용하고 전원공급을 위한 나머지 도전패드는 PCB와 직접적으로 연결되므로 빔프로젝터모듈의 제조비용을 낮출 수 있으며, 빔프로젝터모듈에서의 전력손실을 낮출 수 있다.
도 1은 빔프로젝터모듈의 일 예시 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 PCB상 구성의 상측 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 정면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 하측 사시도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
하기의 실시예에 따른 빔프로젝터모듈은 외부 충격에 의한 디퓨저의 탈착으로 인한 안전상의 문제로부터 아이세이프티(eye-safety) 기능을 제공할 수 있다. 그리고, 하기의 실시예에 따른 빔프로젝터모듈은 PCB의 전원 공급부와 직접 연결됨으로써 전기적 저항을 낮추고 휴대폰과 같은 포터블(portable) 디바이스에서 요구되어지는 저전력의 소비전력을 구현할 수 있으며, 더불어, 광효율도 증대시킬 수 있다.
이외에도 하기의 실시예에 따른 빔프로젝터모듈에 의하면 여러 가지 기능적인 장점이 구현될 수 있는데, 이러한 장점들은 통상의 기술자에 의해 쉽게 확인될 수 있는 것으로 구체적인 내용은 후술하거나 생략하도록 한다.
도 1은 빔프로젝터모듈의 일 예시 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 빔프로젝터모듈(10)은 PCB(14) 상에 애노드도전패드(16) 및 캐소드도전패드(17)가 배치되고, 캐소드도전패드(17) 상에 광원(13)이 배치되며, 디퓨저(12)를 지지하는 프레임부(11)가 애노드도전패드(16) 및 캐소드도전패드(17) 상에 배치되는 구조를 가질 수 있다.
애노드도전패드(16)는 제1서브스트레이트(15a)의 일측면 혹은 전측면에 형성될 수 있고, 캐소드도전패드(17)는 제2서브스트레이트(15b)의 일측면 혹은 전측면에 형성될 수 있다.
PCB(14) 상에는 애노드배선(20) 및 캐소드배선(21)이 형성될 수 있는데, 애노드배선(20)은 애노드도전패드(16)와 전기적으로 연결되고, 캐소드배선(21)은 캐소드도전패드(17)와 전기적으로 연결되면서, 각각의 도전패드(16 및 17)로 전원을 공급할 수 있다.
캐소드도전패드(17)는 광원(13)의 바닥면에 배치되는 캐소드전극과 접합할 수 있고, 애노드도전패드(16)는 광원(13)의 상면으로 노출되는 애노드전극과 전선(19)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 접합에 의해 광원(13)으로 전력이 공급되고, 광원(13)에서 광출력이 발생할 수 있다.
이러한 구조에서 광원(13)에서 출력된 광은 디퓨저(12)에서 분산되는데, 분산된 광은 단위 면적당의 세기가 낮아지면서 아이세이프티 기준을 만족시킬 수 있게 된다.
한편, 디퓨저(12)와 광원(13)은 서로 다른 경로를 통해 PCB(14) 및 도전패드(16 및 17)와 결합된다. 광원(13)은 캐소드도전패드(17)에 부착되어 있는 상태에서 디퓨저(12)는 프레임(11)으로부터 탈착되거나 디퓨저(12)를 포함한 프레임부(11)가 PCB(14) 혹은 도전패드(16 및 17)으로부터 탈착되는 상황이 발생할 수 있다.
구체적으로, 디퓨저(12)는 프레임부(11), 애노드도전패드(16)/ 캐소드도전패드(17)를 포함한 서브스트레이트(15)를 통해 PCB(14)에 결합되고, 광원(13)은 캐소드도전패드(16)를 통해 PCB(14)에 결합되는데, 이러한 결합 구조에서, 프레임부(11)가 PCB(14) 혹은 서브스트레이트(15)의 도전패드(16 및 17)에서 탈착되는 경우, 디퓨저(12)는 프레임부(11)와 함께 PCB(14) 혹은 도전패드(16 및 17)에서 탈착되지만, 광원(13)은 지속적으로 PCB(14) 혹은 도전패드(16 및 17)에 연결되어 있는 상태가 만들어질 수 있다.
서브스트레이트(substrate)의 일측 혹은 연결구조(18)을 이용한 전측면에 일정한 면적을 가지고 코팅되어 형성될 수 있는 도전패드(16 및 17)는 PCB(14) 상의 애노드배선 및 캐소드배선과, 그리고, 광원(13)의 캐소드전극과, 전기적 저항성이 낮고 결합력이 높은 유테틱, SMT(surface mounter technology), 전도성 에폭시 등의 동종간의 용융점을 이용한 방법으로 접할될 수 있다. 이에 반해, 프레임부(11) 및 디퓨저(12)는 비전도성 재질로 구성되고 테두리의 일구간만을 이용하여 이종간 결합을 이루기 때문에 접합력이 낮고, 진동이나 외부 충격 등의 스트레스 발생 시, 이탈 또는 탈착될 가능성이 높다.
이러한 상태가 되면, 광원(13)은 지속적으로 고출력의 광을 출력하는데, 광의 출력 경로 상에 디퓨저(12)가 위치하지 않아 고출력의 광이 그대로 인체에 주사되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 구조에서 광원(13)의 애노드전극은 연결구조(18)를 통해 애노드도전패드(16)에 전기적으로 연결되고 애노드도전패드(16)는 다시 PCB(14)에 위치하는 애노드배선(20)과 전기적으로 연결되면서 광원(13)의 애노드전극으로 발광에 필요한 전압이 공급될 수 있으며, 광원(13)의 캐소드전극 역시 캐소드도전패드(17), PCB(14) 상의 캐소드배선(21)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
그런데, 이러한 전기적인 연결 구조에서는 전력이 흘러가는 경로에 서브스트레이트(15) 상의 애노드도전패드(16)가 위치하기 때문에 애노드도전패드(15)에서의 저항에 의한 전력손실이 발생할 수 있다.
도 1에 도시된 구조는 제조비용적인 측면에서도 불리한 측면이 있다. 애노드도전패드(16)와 캐소드도전패드(17)는 두 패드를 구분하기 위한 절연층 구현이 필요하므로 서브스트레이트(15) 사이에 연결구조(18)을 삽입하여 일측으로 애노드도전패드(16)가 위치하고 타측으로 캐소드도전패드(17)가 위치하도록 구현하는 공정에 따라 제조될 수 있다. 이러한 공정에서는 하나가 아닌 두 개의 서브스트레이트(15)를 사용하여 절연층을 형성한다거나 추가적인 연결구조(18)를 사용하고 국부적인 도전코팅을 해야 하기 때문에 부품 비용이 증가하고, 공정 비용 및 관리 비용이 증가한다.
도 2는 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 PCB상 구성의 상측 사시도이고, 도 3은 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 단면도이며, 도 4는 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 정면도이며, 도 5는 일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 하측 사시도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, PCB(220) 상에 구현된 빔프로젝터모듈(200)은 PCB(220) 상에 배치되는 PCB상 구성(202)을 포함할 수 있다. PCB(220)과 PCB상 구성(202)은 별도로 제조된 후 결합될 수 있다. 그리고, PCB상 구성(202)은 별도의 제품처럼 유통될 수도 있어서 PCB상 구성(202) 자체를 빔프로젝터모듈로 호칭할 수도 있으나 아래에서는 설명의 편의를 위해 빔프로젝터모듈(200)과 PCB상 구성(202)을 구별하여 설명한다.
PCB(220)에는 캐소드배선(222) 및 애노드배선(224)이 위치할 수 있다. 캐소드배선(222)으로는 캐소드전압이 공급되고, 애노드배선(224)으로는 애노드전압이 공급될 수 있다. 캐소드전압은 일 예로서, 그라운드전압과 같을 수 있다. 그리고, 애노드전압은 광원(230)의 구동에 필요한 특정 전압일 수 있다. 광원(230)에는 캐소드전극과 애노드전극이 형성될 수 있는데, 캐소드배선(222)으로 공급되는 캐소드전압은 광원(230)의 캐소드전극으로 전달되고, 애노드배선(224)으로 공급되는 애노드전압은 광원(230)의 애노드전극으로 전달될 수 있다.
PCB(220) 상에 배치되는 PCB상 구성(202)은 프레임(210), 광원(230), 캐소드도전패드(240), 서브스트레이트(241) 및 디퓨저(510) 등을 포함할 수 있다.
광원(230)은 레이저, 일 예로서, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함할 수 있다. 그리고, 디퓨저(510)는 광원(230)에서 출력되는 광을 분산시킬 수 있다. 디퓨저(510)를 통과한 광은 아이세이프티 기준을 만족시킬 수 있으나 디퓨저(510)를 통과하지 않은 광은 아이세이프티 기준보다 광의 세기가 클 수 있다.
캐소드도전패드(240)는 서브스트레이트(241)의 일측 혹은 전측면에 일정한 면적을 가지고 코팅되거나, 도전성물질로 구성될 수 있다. 그리고, 캐소드도전패드(240)는 일측면의 일부 혹은 전부가 캐소드배선(222)에 접할 수 있다. 그리고, 도전패드(240)의 타측면은 광원(230)의 캐소드전극에 접할 수 있다.
혹은 캐소드도전패드(240)는 서브스트레이트(241)에 도금 및 증착, 리소그라피(lithography) 공정으로 형성될 수 있다.
광이 출력되는 방향을 상측이라고 할 때, PCB(220)의 캐소드배선(222) 상에 캐소드도전패드(240)가 위치하고, 캐소드도전패드(240) 상에 광원(230)이 위치할 수 있다.
캐소드도전패드(240)는 전기적 저항이 낮은 도전성물질 및 열전도도가 좋은 재질로 구성될 수 있다. 그리고, 캐소드도전패드(240)는 전기적 저항성이 낮고 결합력이 높은 유테틱, SMT(surface mounter technology), 전도성 에폭시 등의 동종간의 용융점을 이용한 방법으로 PCB(220)의 캐소드배선(222) 상에 결합할 수 있다.
캐소드도전패드(240)는 캐소드배선(222)과 광원(230)의 캐소드전극을 전기적으로 연결시켜 주고, 광원(230)이 안착될 수 있는 지지판을 형성해 주며, 광원(230)에서 발생한 열을 발산시켜 줄 수 있다.
이러한 측면에서, 캐소드배선(222)의 넓이가 캐소드도전패드(240)의 넓이보다 넓으며, 캐소드도전패드(240)는 캐소드배선(222)이 위치하는 영역 내에 위치할 수 있다. 그리고, 캐소드도전패드(240)의 넓이가 광원(230)의 캐소드전극의 넓이보다 넓으며, 캐소드도전패드(240)의 상면 내에 광원(230)의 캐소드전극이 위치할 수 있다.
접착력과 전기전도도를 높이기 위해, 캐소드도전패드(240)는 도전성 접착제인 전도성 에폭시-예를 들어, Ag-에폭시-로 캐소드배선(222)에 접착될 수 있다. 그리고, 광원(230)의 캐소드전극도 도전성 접착제인 전도성 에폭시-예를 들어, Ag-에폭시-, SMT, 유테틱 공정 등을 통해 캐소드도전패드(240)에 접착될 수 있다.
캐소드도전패드(240)는 서브스트레이트(241) 상에 일측면 혹은 전측면으로 전기적 저항이 낮은 금속으로 코팅되거나 도금되거나 증착으로 구현될 수 있는데, 일 예로서, 서브스트레이트(241) 는 알루미늄으로 구성될 수 있다. 캐소드도전패드(240)는 단일 금속판에 대한 절삭공정만으로 제조될 수 있어서, 도 1에서와 같은 두 개의 알루미늄판 사이에 절연층의 연결구조(도 1의 18 참조)를 삽입하는 공정이 불필요하게 된다.
캐소드도전패드(240)에는 하나 혹은 복수의 홀(242)이 형성될 수 있다.
프레임(210)는 비도전성물질로 구성되고 광이 출사되는 방향의 측면으로 광원(230)을 둘러쌀 수 있다. 프레임(210)는 플라스틱 혹은 알루미늄과 같은 성형성이나 가공성이 좋은 물질로 구성될 수 있으며, 재질의 특성에 의해 혹은 재질을 둘러싸는 절연 물질에 의해 비전도성을 나타낼 수 있다.
그리고, 프레임(210)는 광의 출사 경로에 위치하는 디퓨저(510)가 광원(230)으로부터 일정 거리 이격되도록 디퓨저(510)를 지지할 수 있다.
프레임(210)는 제1프레임부(316), 제2프레임부(314) 및 제3프레임부(312)로 구분될 수 있다.
제1프레임부(316)는 일측면-넓은 면-이 PCB(220)에 접하면서 PCB(220)과 나란하게 배치될 수 있다. 제1프레임부(316)는 도전패드(240)가 배치되지 않는 영역에서 PCB(220)과 접할 수 있는데, 애노드배선(224) 상에 개구부(212)가 형성되면서 애노드배선(224)의 일부 혹은 전부를 노출시킬 수 있다.
광원(230)의 애노드전극은 개구부(212)를 관통하는 전선(332)을 이용하여 애노드배선(224)의 노출된 부분으로 연결될 수 있다.
전선(332)는 한 개 혹은 복수 개로 구성될 수 있는데, 와이어본딩에 의해 PCB(220) 상의 애노드배선(224)에 연결될 수 있다. 캐소드전극과 비교할 때, 캐소드전극은 면접착을 통해 PCB(220)에 고정되는데 반해, 애노드전극은 전선(332)을 이용한 점접착을 통해 PCB(220)과 직접 연결되어 상대적으로 접착력이 약한 연결 관계를 가진다. 광원(230)의 캐소드전극은 전도성 에폭시 혹은 유테틱본딩(eutectic bonding)과 같은 접합면의 함금 금속간 최저 융점 접합 방법으로 도전패드(240)에 접합될 수 있다.
한편, 개구부(212)가 제1프레임부(316)의 내측에 위치하는 경우, 전선(332)은 제1프레임부(316)의 일부를 가로질러 배치될 수 있다. 일 예로서, 제1프레임부(316)에는 상측면에서 볼 때, 개구부(212)와 광원(230) 사이에 위치하는 가로막대부(318)의 구조가 포함될 수 있다. 가로막대부(318)는 제1프레임부(316)의 일부로 형성되거나 별도의 구조물로 구성되면서, 위치상으로는 전선(332)과 PCB(220) 사이에 위치할 수 있다. 그리고, 전선(332)은 가로막대부(318)를 가로지르도록 배치될 수 있다.
가로막대부(318)는 제1프레임부(316)가 진동이나 외력으로 PCB(220)에서 탈착될 때, 함께 탈착될 수 있는데, 이때, 전선(332)이 가로막대부(318)를 가로질러 배치되기 때문에 탈착되는 가로막대부(318)가 전선(332)에 힘을 가해 전선(332)이 끊어지거나 전선(332)과 애노드배선(224)의 연결이 끊어지게 할 수 있다. 전선(332)이 끊어지면 광원(230)의 애노드전극으로 애노드전압이 공급되지 않아 광원(230)의 발광은 중단되게 된다.
한편, 와이어 본딩의 접착력은 와이어의 개수 및 본딩 압력, 온도, 시간 등의 조절 가능한 공정상의 조건으로 접착력 조절이 가능하다.
가로막대부(318)의 높이-광이 출사되는 방향으로의 높이-는 캐소드도전패드(240)의 높이 보다 낮을 수 있다. 그리고, 제1프레임부(316)에서 가로막대부(318)를 제외한 부분의 높이는 캐소드도전패드(240)의 높이와 같거나 일정 범위 이내의 차이를 가질 수 있다.
다른 측면에서, 가로막대부(318)는 제1프레임부(316)에서 다른 부분보다 낮게 단차져서 형성될 수 있다. 이러한 구조에 따라 전선(332)은 광원(230)의 애노드전극에서 자연스러운 경사를 가지고 애노드배선(224)으로 연결될 수 있다.
가로막대부(318)는 실시예에 따라 생략될 수도 있다. 이때, 가로막대부(318)와 더불어 제1프레임부(316) 전체가 생략될 수도 있으며, 제1프레임부(316)가 실시예에 포함되는 경우에도 개구부(212)가 캐소드도전패드(240)와 연속되도록-개구부(212)와 캐소드도전패드(240) 사이에 다른 구성이 삽입되지 않도록- 형성될 수도 있다.
제2프레임부(314)는 PCB(220)에 수직되는 방향으로 기립하여 위치하며, 디퓨저(510)가 광원(230)으로부터 일정 거리 이격되도록 디퓨저(510)를 지지할 수 있다.
제2프레임부(314)는 일부 바닥면은 PCB(220)에 접하고 다른 일부 바닥면은 도전패드(240)에 접할 수 있다. 제2프레임부(314)의 상측면으로는 디퓨저(510)가 부착될 수 있다.
제3프레임부(312)는 프레임(210)의 최외곽을 구성하면서 디퓨저(510)를 측면으로 지지할 수 있다. 제3프레임부(312)는 제2프레임부(314)보다 디퓨저(510)의 두께만큼 높이가 더 높을 수 있다. 이러한 높이 차이로 제2프레임부(314)는 디퓨저(510)의 하면을 지지하고, 제3프레임부(312)는 디퓨저(510)의 측면-옆면-을 지지할 수 있다.
제3프레임부(312)는 상측에서 봤을 때, 내측라인에 돌입부(313)가 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 돌입부(313)에 의해 디퓨저(510)와 제3프레임부(312) 사이에 미세한 간극이 형성될 수 있는데, 이러한 간극은 디퓨저(510)의 결합공정이 용이하게 진행되도록 한다.
돌입부(313)는 사각형과 같이 형성되는 제3프레임부(312)의 네 귀퉁이에 형성될 수 있다.
제1프레임부(316), 제2프레임부(314) 및 제3프레임부(312)는 단일 사출에 의해 일체형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 프레임(210)가 탈착될 때, 디퓨저(510) 및 가로막대부(318)가 함께 탈착되게 된다. 디퓨저(510)가 탈착될 때, 광원(230)이 지속적으로 고출력의 광을 출력하면 문제가 될 수 있는데, 일 실시예에 의하면, 가로막대부(318)가 전선(332)과 애노드배선(224) 사이의 연결을 끊음으로써 광원(230)이 더 이상 발광하지 않도록 할 수 있다.
일 실시예에 따른 빔프로젝터모듈은 단수 혹은 복수의 전선으로 광원의 애노드전극과 PCB의 애노드배선과 연결될 수 있는데, 내부의 지속적인 진동 스트레스 혹은 외부 충격에 의해 전선의 접합력보다 큰 항력이 발생하면 디퓨저 및 프레임부의 탈착과 함께 전선도 물리적으로 단절됨으로써 빔프로젝터모듈로의 전원 공급이 차단되고 아이세이프티에 대한 문제를 개선할 수 있게 된다.
또한, 일 실시예에서는 도 1에 도시된 애노드도전패드가 제거되면서 애노드도전패드에 의한 제조비용 증가의 문제 및 전력손실의 문제가 줄어들게 된다. 광원(230)의 애노드전극은 전선(332)을 통해 애노드배선(224)에 직접 연결되기 때문에 전력손실이 줄어들고, 제조비용이 낮아질 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 빔프로젝터모듈의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 빔프로젝터모듈(600)은 프레임(210), 서브스트레이트(241), 적어도 하나의 애노드도전패드(224-1, 224-2), 적어도 하나의 캐소드도전패드(222-1, 222-2), 광원(230) 및 디퓨저(510)를 포함하고, 수광부(610) 및 프로세서(620) 등을 더 포함할 수 있다.
디퓨저(510)는 광원(230)에서 출력되는 광을 분사시켜 광의 세기를 낮추는 기능을 수행할 수 있다.
수광부(610) 및 프로세서(620)는 디퓨저(510)가 적합한 위치에 있는지 확인하고 디퓨저(510)가 적합하지 않은 위치에 있다고 판단되면 광원(230)으로의 전력 공급을 중단시켜 불안전한 광이 인체로 출력되지 않도록 할 수 있다.
수광부(610)는 광원(230)에서 출력되는 광 중에서 디퓨저(510)에 의해 반사되는 반사광(630)을 센싱할 수 있다. 디퓨저(510)가 적합한 위치에 있는 경우, 수광부(610)에서는 기준값 이상의 광도 혹은 광량을 가지는 반사광(630)을 수신할 수 있게 된다.
그런데, 적합하지 않은 위치에 있는 디퓨저(510')에서 생성되는 반사광(630')은 수광부(610)와 다른 방향으로 출력되기 때문에 수광부(610)에서는 기준값보다 낮은 광도 혹은 광량의 광을 수신하거나 반사광(630')을 수신하지 못할 수 있다.
이러한 원리에 따라, 프로세서(620)는 수광부(610)에서 측정되는 광의 광도 혹은 광량이 기준값보다 낮은 경우, 서브스트레이트(241)에 배치되는 캐소드배선 혹은 애노드배선으로의 전력 공급을 중단시켜 광원(230)에서 광이 출력되지 않게 할 수 있다.
또한, 디퓨저(510)는 기본적으로 서브스트레이트(241) 상에 기립하여 위치하는 프레임부(210)에 부착되어 있을 수 있는데, 이러한 디퓨저(510)에 외력이 가해지면 디퓨저(510)가 프레임(210)에서 분리되거나 적합하지 않은 위치로 이동 및 수평수직의 조립된 각도가 변경 될 수 있다. 이는 아이세프티 문제 외에도 디퓨저를 통과한 최종 빔의 균질도 및 세기, 패턴의 샤프니스, 콘트라스트 등, 광학적 성능저하 문제를 발생시킬 수 있으므로 디퓨저의 조립상태에 대한 지속적인 확인을 통해 시스템에 피드백이 필요하며 본 발명을 통하여 아이세프티 및 디퓨져의 상태를 지속적으로 확인 및 레이저의 오동작 유무를 시스템에서 확인 할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명한 다른 실시예는 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 일 실시예와 결합되어 실시될 수도 있고 독립적으로 실시될 수도 있다.
이상에서 설명한 실시예들에 의하면, 빔프로젝터모듈에서 아이세이프티 기능을 제공할 수 있고, 민감한 디퓨져의 조립상태에 따른 성능편차를 피드백 할 수 있으며, 레이저의 오동작 유무를 확인하고, 빔프로젝터모듈의 제조비용을 낮출 수 있으며, 빔프로젝터모듈에서의 전력손실을 낮출 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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Claims (13)

  1. 도전성물질로 구성되거나 도전성물질로 코팅되며, 일측면의 일부 혹은 전부가 전원을 공급하는 PCB(printed circuit board) 상의 캐소드배선에 접하는 캐소드도전패드;
    비도전성물질로 구성되고 일측면이 상기 PCB에 접하며 상기 PCB의 애노드배선 상에 개구부가 형성되는 제1프레임부;
    캐소드전극은 상기 캐소드도전패드의 타측면에 접하고, 애노드전극은 상기 개구부를 관통하는 적어도 하나 이상의 전선을 통해 상기 애노드배선과 연결되는 광원;
    상기 광원에서 출력되는 광을 분산시키는 디퓨저; 및
    상기 디퓨저가 상기 광원으로부터 일정 거리 이격되도록 상기 디퓨저를 지지하는 제2프레임부
    를 포함하는 빔프로젝터모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디퓨저는 상기 제2프레임부에 부착되고,
    상기 제1프레임부와 상기 제2프레임부는 일체형인 빔프로젝터모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 전선은 상기 제1프레임부의 일부를 가로지르도록 배치되는 빔프로젝터모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드도전패드는 전도성 에폭시 혹은 SMT(surface mounter technology) 공정으로 상기 캐소드배선에 접착되고,
    상기 적어도 하나 이상의 전선은 와이어본딩에 의해 상기 애노드배선과 연결되는 빔프로젝터모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전패드의 넓이는 상기 광원의 캐소드전극의 넓이보다 넓고, 상기 캐소드배선의 넓이는 상기 도전패드의 넓이보다 넓은 빔프로젝터모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface-emitting laser)를 포함하는 빔프로젝터모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원에서 출력되는 광 중 상기 디퓨저에 의해 반사되는 반사광을 센싱하는 수광부; 및
    상기 수광부에서 측정되는 상기 반사광의 광도가 기준값보다 낮은 경우, 상기 캐소드배선 혹은 상기 애노드배선으로의 전력 공급을 중단시키는 프로세서를 더 포함하는 빔프로젝터모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 수광부에서 센싱되는 반사광을 이용하여 상기 디퓨저의 위치 변화를 외부의 장치로 주기적으로 피드백하거나 상기 디퓨저의 위치 변화를 인식하고 상기 광원에 포함된 레이저의 오동작 유무를 판단하는 빔프로젝터모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광원과 디퓨저 사이에 콜리메이터 렌즈 혹은 필터 렌즈가 배치되는 빔프로젝터모듈.
  10. 도전성물질로 구성되거나 도전성물질로 코팅되며, 일측면의 일부 혹은 전부가 전원을 공급하는 PCB(printed circuit board) 상의 캐소드배선에 접하는 캐소드도전패드;
    캐소드전극은 상기 도전패드의 타측면에 접하고, 애노드전극은 적어도 하나 이상의 전선을 통해 상기 PCB의 애노드배선과 연결되는 광원;
    상기 광원에서 출력되는 광을 분산시키는 디퓨저; 및
    비도전성물질로 구성되고 상기 광원을 둘러싸고 상기 디퓨저가 상기 광원으로부터 일정 거리 이격되도록 상기 디퓨저를 지지하는 프레임
    를 포함하는 빔프로젝터모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캐소드도전패드가 형성되는 서브스트레이트는 알루미늄이나 알루미늄합금으로 구성되는 빔프로젝터모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 캐소드도전패드는 도전성 접착제 혹은 SMT(surface mounter technology) 공정을 통해 상기 캐소드배선의 영역 내에 접착되고,
    상기 광원의 캐소드전극은 도전성 접착제, SMT 공정 혹은 유테틱 본딩을 통해 상기 캐소드도전패드에 접착되며,
    상기 애노드배선의 일부 혹은 전부가 노출되고 상기 적어도 하나 이상의 전선은 상기 애노드배선의 노출된 부분으로 와이어본딩되는 빔프로젝터모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프레임부에 결합되어 형성되는 가로막대부를 포함하고,
    상기 가로막대부는 상기 전선과 상기 PCB의 사이에 배치되고, 진동 혹은 외부 충격 시 상기 가로막대부가 상기 전선을 끊는 빔프로젝터모듈.
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