WO2017116102A1 - 센서 및 이를 포함하는 레인 감지 장치 - Google Patents

센서 및 이를 포함하는 레인 감지 장치 Download PDF

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WO2017116102A1
WO2017116102A1 PCT/KR2016/015279 KR2016015279W WO2017116102A1 WO 2017116102 A1 WO2017116102 A1 WO 2017116102A1 KR 2016015279 W KR2016015279 W KR 2016015279W WO 2017116102 A1 WO2017116102 A1 WO 2017116102A1
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carbon
substrate
sensor
carbon fine
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PCT/KR2016/015279
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이선화
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엘지이노텍 주식회사
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    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven
    • B60S1/0818—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like
    • B60S1/0822—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven including control systems responsive to external conditions, e.g. by detection of moisture, dirt or the like characterized by the arrangement or type of detection means
    • B60S1/0825—Capacitive rain sensor
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/02—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with propagation of electric current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/16—Printed circuits incorporating printed electric components, e.g. printed resistor, capacitor, inductor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity

Definitions

  • the present invention relates to a sensor, and more particularly, to a sensor including a carbon micro coil (CMC) and a rain detection apparatus using the same.
  • CMC carbon micro coil
  • a windshield wiper is installed on the front windshield of the vehicle to overcome a clock obstacle caused by rain in the rain, and the wiper has a stepwise control of the wiper according to the degree of rainwater dropping.
  • the speed control system of the wiper is adjusted in only a few steps, the driver cannot move the wiper at a desired speed according to the amount of rainwater.
  • the circuit board equipped with the light source and the sensor which is a light receiving element, is inclined with respect to the surface of the wind shield, thereby minimizing the influence of light reflected from the surface of the wind shield, while receiving only the optical signal reflected by the raindrop itself.
  • the light reflected directly from the wind shield falls outside the light receiving range of the light receiving element and is reflected by the wind shield to minimize the amount of light received by the light receiving element, while receiving only the amount of light reflected from the raindrops on the light receiving element.
  • the circuit board including the light source and the light receiving element is disposed to be inclined at an angle with respect to the windshield surface so as to detect only the diffuse reflection signal.
  • the light emitted from the light source may be directly absorbed by the light receiving element even in a product in which the light source and the light receiving element are inclined with respect to the windshield surface of the vehicle by the circuit board as described above, in terms of the efficiency of rain sensing It is somewhat incomplete and lacking. That is, the light emitted from the light source is spread over a certain angle range, even if the light source and the light receiving element is inclined with respect to the surface of the wind shield, some of the light is directly emitted toward the light receiving element, in addition to the light falling out of the wind shield. Due to the interference light absorbed by the light-receiving element, there is no problem that the raindrop detection efficiency is somewhat reduced, and thus, there is a rather insufficient surface for perfection in terms of rain sensing efficiency.
  • Embodiments according to the present invention provide a sensor and a rain detection apparatus including the same that can detect a minute change to the external environment by dispersing the carbon fine coil in the reaction layer.
  • the embodiment according to the present invention provides a rain detection apparatus that can minimize the performance deviation by regularly arranging the carbon fine coil in the reaction layer.
  • an embodiment according to the present invention provides a sensor and a rain detection apparatus including the same that can perform an accurate sensing function from the front as well as the side by adjusting the arrangement angle of the carbon fine coil.
  • the substrate A sensing electrode disposed on the substrate; And a reaction layer disposed on the substrate and filling the sensing electrode, wherein the reaction layer includes a plurality of carbon fine coils, wherein the plurality of carbon fine coils are regularly distributed with the same directivity in the reaction layer. . That is, the arrangement direction and the arrangement angle of each of the plurality of carbon fine coils are the same.
  • the reaction layer may include an alignment film, the plurality of carbon fine coils dispersed in the alignment film, and a protective layer disposed on the alignment film and covering the surface of the alignment film in which the plurality of carbon fine coils are dispersed.
  • a plurality of grooves having the same direction and angle are formed on the surface of the alignment film, and the plurality of carbon fine coils are respectively inserted into the plurality of grooves.
  • the sensing electrode obtains a sensing signal according to the change amount of the impedance value of the reaction layer.
  • the sensing electrode detects a change in the negative imaginary part of the impedance generated in the reaction layer according to a change in the positive imaginary part and the dielectric constant of the impedance by an object approaching the surface of the reaction layer.
  • the carbon micro coil has a diameter of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m and a length of 5 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the carbon fine coil is composed of at least one of carbon, carbon-oxygen compounds, and carbon-oxygen-nitrogen compounds.
  • the sensing electrode may include a first sensing electrode disposed on the substrate and having a positive characteristic, and a second sensing electrode disposed on the substrate, spaced apart from the first sensing electrode at a predetermined interval, and having a negative characteristic. .
  • the arrangement direction and the arrangement angle of the first sensing electrode and the second sensing electrode on the substrate are determined by the arrangement direction and the arrangement angle of the carbon fine coil.
  • the first sensing electrode and the second sensing electrode are disposed in a vertical direction on the substrate, and when the arrangement direction of the carbon micro coils is a vertical direction, the first The sensing electrode and the second sensing electrode are disposed in a horizontal direction on the substrate, and when the arrangement direction of the carbon micro coils is inclined at an angle to the left, the first sensing electrode and the second sensing electrode are disposed on the substrate.
  • the first sensing electrode and the second sensing electrode are inclined at a predetermined angle to the left on the substrate when the carbon fine coils are arranged at an angle to the right and the arrangement direction of the carbon fine coils is inclined to the right. Deployed in a true state.
  • the rain detection apparatus the front glass; A sensor unit attached to the first surface of the windshield and whose impedance value changes by an object approaching the second surface of the windshield; And a controller configured to receive a sensing signal according to an amount of change in an impedance value of the sensor unit and to output a wiper driving signal based on the received sensing signal, wherein the sensor unit includes a plurality of sensor units arranged in the same direction and angle. Carbon micro coils.
  • the sensor unit may include a substrate, a sensing electrode disposed on the substrate, and a plurality of carbon micro coils disposed on the substrate to fill the sensing electrode, and having the same direction and angle therebetween. It includes a reaction layer.
  • reaction layer is disposed on an alignment film having a plurality of grooves having the same direction and angle on the surface, the plurality of carbon micro coils respectively inserted into the plurality of grooves of the alignment film, and disposed on the alignment film, And a protective layer covering a surface of the alignment layer in which a plurality of carbon fine coils are dispersed.
  • the arrangement direction and the arrangement angle of the sensing electrode on the substrate are determined by the arrangement direction and the arrangement angle of the carbon fine coil.
  • an arrangement direction of the sensing electrode and the carbon fine coil is different from each other depending on a position where the sensor unit is mounted in the first surface of the windshield.
  • the 1st surface of the said windshield is bent from the 1st area
  • the carbon micro coils are arranged, and the carbon micro coils are arranged in the third region in an inclined angle in a second direction.
  • the manufacturing method of the sensor according to the embodiment preparing a substrate; Forming a sensing electrode on the substrate; Embedding the sensing electrode on the substrate and forming an alignment layer including a carbon fine coil material; Forming a plurality of grooves having the same direction and angle on the surface of the formed alignment layer; And forming a plurality of carbon fine coils in the formed plurality of grooves, respectively. And forming a protective layer on the alignment layer on which the carbon fine coils are formed, wherein the plurality of carbon fine coils are arranged with the same direction and angle to each other in the alignment layer by the plurality of grooves.
  • the forming of the sensing electrode may include forming a first sensing electrode having a positive characteristic on the substrate, spaced apart from the first sensing electrode at a predetermined interval on the substrate, and forming a second sensing electrode having a negative characteristic. Forming a step.
  • the method may further include determining an arrangement direction and an arrangement angle of the first sensing electrode and the second sensing electrode formed on the substrate, wherein the arrangement direction and the arrangement angle of the first and second sensing electrodes may include the carbon fine. It is determined by the arrangement direction and the angle of arrangement of the coils.
  • the first sensing electrode and the second sensing electrode are disposed in a vertical direction on the substrate, and when the arrangement direction of the carbon micro coils is a vertical direction, the first The sensing electrode and the second sensing electrode are disposed in a horizontal direction on the substrate, and when the arrangement direction of the carbon micro coils is inclined at an angle to the left, the first sensing electrode and the second sensing electrode are disposed on the substrate.
  • the first sensing electrode and the second sensing electrode are inclined at a predetermined angle to the left on the substrate when the carbon fine coils are arranged at an angle to the right and the arrangement direction of the carbon fine coils is inclined to the right. Deployed in a true state.
  • the driver when a rainfall occurs, the driver may immediately improve the driver's convenience in the rain by driving the wiper under a driving condition according to the rainfall in response to the rainfall.
  • a rain sensor by using the carbon microcoil device to determine whether the rainfall and rainfall, compared to the conventional optical method of the characteristics (response characteristics, precision, accuracy, power consumption, miniaturization, etc.) A rain sensor can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 5 are views for explaining an arrangement feature of the carbon micro coil 232 according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 10 are views for explaining the prior art compared to the present invention.
  • 11 to 14 are views illustrating a manufacturing method of a sensor according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing processes.
  • 15 to 18 are views for explaining the structure of the sensing electrode 22 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a side view illustrating a state in which a rain detection apparatus is mounted on a front glass of a vehicle according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a rain detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 21 and 22 are diagrams for describing driving conditions of a wiper according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a flowchart for explaining a method of operating a rain sensor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • 24 and 25 illustrate a structure of a rain sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Combinations of each block and each step of the flowchart in the accompanying drawings may be performed by computer program instructions.
  • These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment such that the instructions executed by the processor of the computer or other programmable data processing equipment are executed in each block or flowchart of the figure. It will create means for performing the functions described in the steps.
  • These computer program instructions may be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing equipment to implement functionality in a particular manner, and thus the computer usable or computer readable memory.
  • Instructions stored therein may produce an article of manufacture containing instruction means for performing the functions described in each step of each block or flowchart of the figure.
  • Computer program instructions may also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, such that a series of operating steps may be performed on the computer or other programmable data processing equipment to create a computer-implemented process to create a computer or other programmable data. Instructions for performing the processing equipment may also provide steps for executing the functions described in each block of the figures and in each step of the flowchart.
  • each block or step may represent a portion of a module, segment or code that includes one or more executable instructions for executing a specified logical function (s).
  • a specified logical function s.
  • the functions noted in the blocks or steps may occur out of order.
  • the two blocks or steps shown in succession may in fact be executed substantially concurrently, or the blocks or steps may sometimes be performed in the reverse order, depending on the functionality involved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a detailed structure of a sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the senor 20 includes a substrate 21, a sensing electrode 22, and a reaction layer 23.
  • the sensor 20 as described above detects a change in impedance depending on whether moisture or moisture is generated and generates a control signal according to the detection result.
  • the substrate 21 is a base substrate on which the sensing electrode 22 and the reaction layer 23 are disposed.
  • the sensing electrode 22 is disposed on the substrate 21.
  • the sensing electrode 22 is disposed on the upper surface of the substrate 21 while being embedded by the reaction layer 23.
  • the sensing electrode 22 senses an impedance change generated in the reaction layer 23 by a material approaching the surface of the reaction layer 23, and outputs the sensed value.
  • the sensing electrode 22 is formed in plural. That is, the sensing electrode 22 includes a first sensing electrode 221 having a positive polarity and a second sensing electrode 222 having a negative polarity.
  • the reaction layer 23 is disposed on the substrate 21 and fills the upper surface of the substrate 21 and the sensing electrode 22.
  • the reaction layer 23 has a predetermined thickness and is formed on the substrate 21 on which the sensing electrode 22 is disposed.
  • the reaction layer 23 is formed of a conductive material and has a property of changing impedance according to a change in force or dielectric constant generated by an external material.
  • CMCs carbon micro coils having a spring shape are dispersed in the reaction layer 23.
  • the reaction layer 23 is formed by depositing at least one of a hydrocarbon aqueous system, that is, acetylene, methane, propane and benzene on the substrate 21 by a chemical vapor deposition (CVD) process.
  • a hydrocarbon aqueous system that is, acetylene, methane, propane and benzene
  • reaction layer 23 may be formed using a metal catalyst based on nickel or nickel-iron.
  • the carbon micro coil may have a shape that is curled like a pig tail rather than a straight line, and is an amorphous carbon fiber having a unique structure that the fiber material may not have. And, the carbon micro coil has a super elasticity that extends to a length of 10 times or more of the original coil length.
  • the carbon micro coil has a different property from that of the carbon nanotubes. That is, the carbon nanotubes have a form in which carbon is connected in a hexagon in the form of nanotubes.
  • the carbon fine coil in the present invention has a form in which carbon is grown into coils of micro units using a catalyst rather than structural forms of carbon.
  • the carbon nanotubes as described above obtain specific measurement values by changing the impedance from the conductor to the non-conductor by using the characteristics of the conductor and the non-conductor according to the form of bonding of the elements themselves.
  • the carbon micro coil itself has a property of a conductor, but since the hardener and epoxy resin as described above have intrinsic properties of the insulator, the carbon micro coil has an inherent capacitance value internally. When the distance between the coils changes, the characteristics of the capacitance value change accordingly.
  • the reaction layer 23 is preferably disposed on the alignment layer 231 including a carbon fine coil material, the carbon fine coil 232 existing in the alignment layer 231, and disposed on the alignment layer 231. And a protective layer 233 that protects the surface of the 231 and the carbon fine coil 232.
  • the carbon fine coil 232 is disposed in the alignment layer 231 with a directivity.
  • the carbon micro coils 232 are regularly arranged in plural.
  • the carbon micro coils 232 applied to the existing sensor are generally arranged irregularly.
  • the orientation in which the carbon fine coil 232 is disposed in the alignment layer 231 is unified.
  • the arrangement direction and the arrangement angle of the carbon fine coils 232 are unified so as to be arranged in the alignment layer 231, respectively.
  • a plurality of carbon fine coils 232 are disposed in the alignment layer 231, and the arrangement direction and the arrangement angle of the plurality of carbon fine coils 232 are the same.
  • the carbon fine coil 232 is concentrated only in a specific region, it is possible to solve a situation in which impedance change cannot be detected in a specific region, and thus have a uniform sensing characteristic in all regions. .
  • the carbon micro coil 232 has a diameter satisfying the range of 1 ⁇ m ⁇ 10 ⁇ m, length of 5 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m, and has a round circular coil shape.
  • the carbon fine coil 232 is made of any one material of carbon, carbon-oxygen compound, and carbon-oxygen-nitrogen compound.
  • FIGS. 2 to 5 are views for explaining an arrangement feature of the carbon micro coil 232 according to an embodiment of the present invention.
  • the carbon micro coil 232 may be disposed in the horizontal direction in the alignment layer 231. That is, all the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed in the horizontal direction in the same direction with respect to the upper surface of the alignment layer 231.
  • the carbon micro coil 232 may be disposed in the vertical direction in the alignment layer 231. That is, all of the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed in the vertical direction in the same direction with respect to the top surface of the alignment layer 231.
  • the carbon micro coil 232 may be disposed in the alignment layer 231 at an angle inclined to the left. That is, all of the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed at an angle to the left side with respect to the upper surface of the alignment layer 231.
  • the carbon fine coil 232 may be disposed in the alignment film 231 at a predetermined angle to the right. That is, all of the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed at an angle to the right side with respect to the upper surface of the alignment layer 231.
  • the carbon fine coil 232 is formed in the entire region of the alignment layer 231 by making the arrangement direction and the alignment angle of all the carbon fine coils 232 disposed in the alignment layer 231 the same. It can be arranged uniformly, thereby eliminating dead zones that are unable to detect impedance changes in specific areas.
  • the morphology (Morphology) of the reaction layer 23 has a 3D-helical (spiral) / spiral (spiral) structure, the crystal structure may be amorphous (amorphous).
  • the reaction layer 23 as described above is formed by growing carbon fibers in a coil shape, and thus the reaction layer 23 has a cross-sectional structure in which carbon fibers are grown in a coil shape.
  • the impedance of the reaction layer 23 is generated by the force applied when a specific material contacts the surface of the sensor 20 or the dielectric constant of the specific material.
  • the sensing electrode 22 senses an impedance change of the reaction layer 23 and accordingly transmits a sensing signal according to the impedance change to a driver (not shown).
  • the driving unit (not shown) is disposed on the bottom surface of the substrate 21, and thus detects the presence and amount of the specific material according to a detection signal transmitted through the detection electrode 22, and detects the result. Outputs the control value according to the
  • REAL TERM of impedance is made of resistance
  • POSITIVE IMAGINARY TERM is made of inductance
  • NEGATIVE IMAGINARY TERM is made of capacitance, and the resistance, inductance, and capacitance are summed up.
  • the rain sensor 20 also has a pair of sensing electrodes 22, that is, the first sensing electrode 221 to sense the impedance change occurring in the reaction layer 23. And a second sensing electrode 222.
  • the sensing electrode 22 serves to connect the reaction layer 23 and the driver (not shown) while optimizing the sensing characteristics of the reaction layer 23.
  • the sensed impedance value is the sum of the resistance value, the inductance value, and the capacitance. Accordingly, the impedance value decreases linearly according to the degree of force or permittivity applied to the surface.
  • the sensing electrode 22 is disposed on the substrate 21 having an array direction and an array angle corresponding to the array direction and the array angle of the carbon fine coil 232.
  • the relationship between the arrangement direction and the arrangement angle of the sensing electrode 22 and the carbon fine coil 232 will be described in more detail below.
  • the driving unit (not shown) is provided with an analog front end (AFE), the sensing electrode 22 is connected to the AFE.
  • AFE analog front end
  • the AFE performs a differential amplification function, and there is a difference in the state of impedance change according to generation of the specific material depending on whether the differential amplification is positive or negative amplification.
  • the driving unit detects a change state of the impedance value based on a reference value according to the differential amplification state, and when the degree of the change state is out of a threshold value, Output a control signal.
  • the sensor 20 may be a rain sensor. Accordingly, the driving unit (not shown) determines whether the rainfall and the rainfall are based on the change state of the impedance value, and based on this, whether the wiper is driven and the driving speed is determined. Determine.
  • 6 to 10 are views for explaining the prior art compared to the present invention.
  • the carbon fine coil 232 is irregularly disposed in the alignment layer 231, and thus the carbon fine coil 232 is disposed in the alignment layer 231 in a random direction instead of a predetermined direction.
  • the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 are arranged in a state in which they are aggregated in a specific region.
  • the plurality of carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 are arranged in different directions, not in the same direction, and arranged in the same direction. Even if the array angles are different.
  • the carbon micro coils 232 are clustered in a specific region, and thus have a shape as shown in FIG. 8. Accordingly, in the conventional sensor, as the carbon fine coil 232 is not uniformly dispersed in a specific region, a difference in content of the carbon fine coil 232 occurs, and a performance deviation occurs accordingly.
  • the above-described performance deviation can be solved by making the arrangement direction and the arrangement angle of all the carbon fine coils 232 disposed in the alignment layer 231 equal to each other.
  • the performance deviation means that the sensitivity of the carbon fine coil 232 of the sensor does not show the uniformity and the effect.
  • 11 to 14 are views illustrating a manufacturing method of a sensor according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing processes.
  • a substrate 21 is prepared, and a first sensing electrode 221 and a second sensing electrode 222 are formed on the prepared substrate 21.
  • the substrate 21 is a base substrate for mounting the components constituting the sensor. That is, the substrate 21 may be a support substrate of the sensor in which a single circuit pattern is formed, and may mean a specific insulating layer in which one circuit pattern is formed among substrates having a plurality of stacked structures.
  • the circuit pattern may include the sensing electrode 22.
  • the substrate 21 may be a thermosetting or thermoplastic polymer substrate, a ceramic substrate, an organic-inorganic composite material substrate, or a glass fiber impregnated substrate.
  • the substrate 21 may include a polymer resin
  • the substrate 21 may include an epoxy-based insulating resin.
  • Polyimide resin may also be included.
  • the substrate 21 is a plate on which an electric circuit for changing wiring is organized, and may include all of a printed circuit board, an insulation board, and an insulation board made of an insulation material capable of forming a conductor pattern on the surface of the insulation board. .
  • the substrate 21 may be rigid or flexible.
  • the substrate 21 may include glass or plastic.
  • the substrate 21 may include chemically strengthened / semi-hardened glass such as soda lime glass or aluminosilicate glass, or may be polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET). It may include reinforced or soft plastics such as propylene glycol (PPG) polycarbonate (PC) or sapphire.
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PPG propylene glycol
  • PC propylene glycol
  • the substrate 21 may include an optically isotropic film.
  • the substrate 21 may include a cyclic olefin copolymer (COC), a cyclic olefin polymer (COP), an isotropic polycarbonate (PC), or an isotropic polymethyl methacrylate (PMMA).
  • COC cyclic olefin copolymer
  • COP cyclic olefin polymer
  • PC isotropic polycarbonate
  • PMMA isotropic polymethyl methacrylate
  • the substrate 21 may be bent while having a partially curved surface. That is, the substrate 21 may be curved while partially having a plane and partially having a curved surface. In detail, an end of the substrate 21 may have a curved surface and may have a surface including a curved or random curvature and may be curved or bent.
  • the substrate 21 may be a flexible substrate having flexible characteristics.
  • the substrate 21 may be a curved or bent substrate.
  • substrate 21 can represent the electrical wiring which connects a circuit component based on a circuit design by wiring figure, and can reproduce an electrical conductor on an insulator.
  • the sensing electrode 22 is disposed on the surface of the substrate 21.
  • the sensing electrode 22 is an additive process, a subtractive process, a modified semi additive process (MSAP), a semi additive process (SAP) process, or the like, which is a conventional manufacturing process of a printed circuit board. Possible details are omitted here.
  • the arrangement direction of the sensing electrode 22 is determined by the direction in which the carbon fine coil 232 is arranged in the reaction layer 23 to be formed later. That is, the sensing electrode 22 has a structure for optimally detecting the impedance change according to the carbon micro coil 232 according to the arrangement direction of the carbon micro coil 232. This will be described in detail later.
  • an alignment layer 231 is formed on the substrate 21.
  • the alignment layer 231 is formed of a thin film, and the sensing electrode 22 is embedded in the alignment layer 231 on the substrate 21.
  • an alignment liquid for forming the alignment layer 231 is prepared.
  • the alignment liquid may include a carbon fine coil material.
  • the alignment liquid may include only a carbon fine coil material, and alternatively, a resin and a dispersant may be further added.
  • the dispersant may be mixed in the alignment liquid to uniformly disperse the carbon fine coil 232 in the alignment layer 231.
  • the carbon fine coil material and the resin are added and mixed in the plating bath, and the dispersant is further added and dispersed therein.
  • the dispersant is formed to maintain uniformity of the thickness of the alignment layer 231 by uniformly dispersing the alignment liquid on the substrate 21 in addition to the reasons described above.
  • the alignment layer 231 may be formed by placing a mold in an edge region of the substrate 21 and injecting the alignment liquid into the mold.
  • the curing process may be performed, and the curing process may be performed at a temperature of 120 for 30 minutes.
  • a plurality of grooves having the same direction and the same angle are formed on the surface of the alignment layer 231 through a rubbing process.
  • the rubbing process may be performed with a roller A having protrusions corresponding to the plurality of grooves, and the roller A has a plurality of protrusions arranged in the same direction.
  • the carbon fine coil 232 material in the liquid form or the paste form is injected into the groove to form the carbon fine coil 232 arranged corresponding to the shape and arrangement direction of the groove.
  • a process of finely adjusting the arrangement angle of the carbon fine coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be further performed.
  • the carbon micro coil 232 is formed by the injection of the carbon micro coil 232 material as described above, and is not yet completely hardened immediately after the protective layer 233 is formed.
  • the carbon fine coil 232 is a metal material, and accordingly a voltage may be applied to the carbon fine coil 232 to finely adjust the arrangement angle of the carbon fine coil 232.
  • the direction of the applied voltage and the magnitude of the voltage may be determined according to the angle to be adjusted.
  • the angle change of the carbon fine coil 232 that changes according to the direction of the applied voltage and the magnitude of the voltage, and accordingly the angle change and the carbon fine coil to be adjusted in the The direction of the voltage to be applied and the magnitude of the voltage are determined based on the angle of 232.
  • the voltage is applied to the carbon micro coil 232 so that the angle of the carbon micro coil 232 is adjusted according to the applied voltage.
  • the carbon fine coil 232 is specified according to the applied voltage in the groove. Direction of rotation is achieved.
  • 15 to 18 are views for explaining the structure of the sensing electrode 22 according to an embodiment of the present invention.
  • the sensing electrode 22 includes a first sensing electrode 221 and a second sensing electrode 222.
  • the shape of the first sensing electrode 221 and the second sensing electrode 222 is determined by the arrangement direction of the carbon fine coil 232 included in the reaction layer 23.
  • the arrangement direction of the carbon micro coil 232 is determined by the arrangement form of the first sensing electrode 221 and the second sensing electrode 222.
  • the carbon micro coil 232 may be disposed in the horizontal direction in the alignment layer 231. That is, all the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed in the horizontal direction in the same direction with respect to the upper surface of the alignment layer 231.
  • the first sensing electrode 221 and the second sensing electrode 222 should be located in an area where both ends of the carbon fine coil 232 are disposed.
  • the first sensing electrode 221 may be disposed to extend in the front-rear direction in a left region of the upper surface of the substrate 21, and the second sensing electrode 222 may be disposed on the substrate 21. It may be disposed in a shape extending in the front and rear direction in the right region of the upper surface of the.
  • the carbon micro coil 232 may be disposed in the vertical direction in the alignment layer 231 as shown in (a). That is, all of the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed in the vertical direction in the same direction with respect to the top surface of the alignment layer 231.
  • the first sensing electrode 221 and the second sensing electrode 222 should be located in an area where both ends of the carbon fine coil 232 are disposed.
  • the first sensing electrode 221 may be disposed in a shape extending in a left and right direction in the front region of the upper surface of the substrate 21, and the second sensing electrode 222 may be disposed in the substrate 21. It may be arranged in a shape extending in the left and right direction in the rear region of the upper surface of the.
  • the carbon fine coil 232 may be disposed at an angle to the left side in the alignment layer 231. That is, all of the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed at an angle to the left side with respect to the upper surface of the alignment layer 231.
  • the first sensing electrode 221 may be disposed at a predetermined angle to the right side of the left side of the upper surface of the substrate 21, and the second sensing electrode 222 may be disposed on the substrate 21. It may be disposed in an inclined state to the right in the right region of the upper surface of the.
  • the carbon fine coil 232 may be disposed at an angle to the right side in the alignment layer 231. That is, all of the carbon micro coils 232 disposed in the alignment layer 231 may be disposed at an angle to the right side with respect to the upper surface of the alignment layer 231.
  • the impedance change according to the carbon fine coil 232 can be efficiently In order to sense, the first sensing electrode 221 and the second sensing electrode 222 should be located in an area where both ends of the carbon fine coil 232 are disposed.
  • the first sensing electrode 221 may be disposed at an angle to the left side of the upper surface of the substrate 21 at a predetermined angle
  • the second sensing electrode 222 may be disposed on the substrate 21. It may be disposed in an inclined state to the left in the right region of the upper surface of the.
  • the driver when a rainfall occurs, the driver may immediately improve the driver's convenience in the rain by driving the wiper under a driving condition according to the rainfall in response to the rainfall.
  • a rain sensor by using the carbon microcoil device to determine whether the rainfall and rainfall, compared to the conventional optical method of the characteristics (response characteristics, precision, accuracy, power consumption, miniaturization, etc.) A rain sensor can be provided.
  • FIG. 19 is a side view illustrating a state in which a rain detection apparatus is mounted on a front glass of a vehicle according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the sensor 20 may be a rain sensor, and the rain sensor 20 is disposed on the windshield 10 of the vehicle.
  • the rain sensor 20 is installed to face the windshield 10 of the vehicle, and detects the presence of raindrops falling on the windshield 10 or a change in impedance according to the amount of raindrops.
  • the rain sensor 20 forms a sensing region at a predetermined position of the windshield 10 of the vehicle, and thus detects information according to a state of raindrops generated in the sensing region.
  • the sensing electrode 22 is embedded in the reaction layer 23 made of a plurality of carbon fine coils 232 arranged in the same direction with a predetermined rule constituting the rain sensor.
  • the sensing electrode 22 is connected to a driver (not shown) mounted under the substrate 21 through a via (not shown).
  • the reaction layer 23 may determine whether or not rainfall and rainfall according to the impedance change amount by itself, the measurement sensitivity is also changed depending on the shape of the sensing electrode (22). Accordingly, in the embodiment, the sensing electrode 22 is formed in the shape determined according to the arrangement direction of the carbon fine coil 232 while having the planar shape as described above.
  • the impedance includes a real part and an imaginary part
  • the imaginary part comprises a positive imaginary part and a negative imaginary part
  • the carbon micro coil is included.
  • the rain sensor 20 measures by using two characteristic changes of the positive imaginary part (inductive) and the negative imaginary part (capacitive).
  • the force applied to the windshield 10 of the vehicle varies according to the amount of rain, and the amount of water (raindrops) present in the windshield 10 also varies.
  • carbon micro coils (CMC: Carbon Micro Coil) is made of a very fine coil group as its name, it is also a dielectric having a dielectric constant.
  • the force is measured through the change of the inductive component, that is, the characteristic change of the carbon fine coil, and the amount of water present on the windshield 10 is measured by the capacitive change caused by the change in dielectric constant.
  • each layer constituting the rain sensor 20 serves as a dielectric having a specific dielectric constant. If it rains as described above, a new dielectric, water, is present at the electrode, resulting in a capacitive change. .
  • the real part can be adjusted according to the area of the reaction layer 23, and when it rains, the impedance value changes due to the inductive and capacitive value changes as described above.
  • the rain value and the rainfall are determined by detecting the change in the impedance value according to the inductive and capacitive value changes of the rain sensor 20 as described above.
  • the rain sensor 20 as described above forms an adhesive member (not shown) such as silicon inside the windshield 10 and is mounted on a specific inner region of the windshield 10 by the adhesive member. do.
  • the rain sensor 20 detects a change in impedance in consideration of the dielectric constant of the adhesive member.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a rain detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor unit 20 includes a sensor unit 20, a memory 30, a wiper 40, a motor 50, a wiper driver 60, and a controller 70.
  • the sensor unit 20 refers to the rain sensor, and detects a change in impedance generated according to the rainfall, and transmits sensing information on the amount of change in impedance to the controller 70.
  • the memory 30 stores information for controlling various components of the vehicle.
  • the memory 30 includes driving condition information of the wiper according to the amount of impedance change detected by the sensor unit 20.
  • the driving condition information may include whether the wiper is driven and driving speed information of the wiper.
  • the wiper 40 is mounted on the outside of the windshield 10 of the vehicle and removes water such as raindrops present on the windshield 10.
  • the motor 50 drives the wiper 40 according to a preset condition.
  • the wiper driver 60 provides the motor 50 with condition information for driving the wiper 40.
  • the condition information may be information of driving power to be supplied to the wiper 40 through the motor 50.
  • the controller 70 receives the sensing information about the impedance change amount obtained through the sensor unit 20.
  • the controller 70 sets driving conditions for driving the wiper 40 based on the received sensing information.
  • 21 and 22 are diagrams for describing driving conditions of a wiper according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the controller 70 checks whether sensing information corresponding to the threshold A is received.
  • the controller 70 causes the operation of the wiper 40 to be started when the impedance change amount exceeds the threshold.
  • the controller 70 determines the driving speed of the wiper 40 according to the magnitude of the impedance change amount.
  • the controller 70 increases the driving speed of the wiper 40 in proportion to the impedance change amount.
  • the embodiment by determining whether the rainfall and rainfall by using a carbon micro coil device, it provides a rain sensor of the characteristics (response characteristics, precision, accuracy, power consumption, miniaturization, etc.) differentiated from the conventional optical method can do.
  • FIG. 23 is a flowchart for explaining a method of operating a rain sensor according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the rain sensor 20 detects a change in impedance according to whether or not rainfall occurs in the windshield 10 of the vehicle (step 10).
  • the rain sensor 20 transmits the sensing information on the sensed impedance change to the controller 70.
  • the control unit 70 receives the sensing information indicating the impedance change, and determines whether the rainfall and rainfall according to the impedance change amount (step 20).
  • the controller 70 determines whether the rainfall exceeds a threshold (step 30). Whether the threshold is exceeded may be determined by whether the impedance change amount exceeds the threshold.
  • the controller 70 determines the driving speed of the wiper 40 to be driven according to the rainfall (step 40).
  • controller 70 causes the wiper 40 to be driven at the determined driving speed (step 50).
  • 24 and 25 illustrate a structure of a rain sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the windshield of the vehicle has a certain curvature. Accordingly, when the arrangement direction of the carbon micro coils 232 is fixed in one direction, an optimum impedance change may be detected in a specific region, but a detection performance of the impedance change may deteriorate in a specific region.
  • the senor may be installed in the front region A, the left region B and the right region C of the windshield of the vehicle, respectively.
  • the arrangement direction of the carbon micro coils 232 of the sensors installed in the front region A, the left region B, and the right region C of the windshield of the vehicle are unified in the vertical direction
  • the sensor disposed in the front region A of the windshield may exhibit the optimal sensing performance, but in the left region B and the right region C, the first dead where the impedance change is not detected by the curved surface.
  • Zone DZ1 and second dead zone DZ2 appear.
  • the first dead zone is an area between the front area A and the left area B
  • the second dead zone is an area between the front area A and the right area C.
  • the arrangement direction of the carbon fine coil 232 included in the reaction layer 23 is determined according to the mounting position of the sensor 20.
  • the sensor installed in the front area A of the windshield of the vehicle allows the carbon fine coils 232 to be arranged in the vertical direction
  • the sensor installed in the left area B may be the carbon fine coil
  • the 232 is arranged to have a predetermined inclination angle in the right direction
  • the sensor installed in the right region C allows the carbon fine coil 232 to be arranged to have a predetermined inclination angle in the left direction.
  • the normal impedance change can be detected in the region D between the front region A and the left region B, and also the region E between the front region A and the right region C. Even normal impedance changes can be detected.
  • the driver when a rainfall occurs, the driver may immediately improve the driver's convenience in the rain by driving the wiper under a driving condition according to the rainfall in response to the rainfall.
  • a rain sensor by using the carbon microcoil device to determine whether the rainfall and rainfall, compared to the conventional optical method of the characteristics (response characteristics, precision, accuracy, power consumption, miniaturization, etc.) A rain sensor can be provided.

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Abstract

실시 예에 따른 센서는, 기판; 상기 기판 위에 배치되는 감지 전극; 및 상기 기판 위에 배치되어 상기 감지 전극을 매립하며, 내부에 복수의 탄소 미세 코일을 포함하는 반응층을 포함하며, 상기 복수의 탄소 미세 코일은, 상기 반응층 내에 서로 동일한 방향성을 가지며 규칙적으로 분산된다. 즉, 상기 복수의 탄소 미세 코일의 각각의 배열 방향 및 배열 각도는 동일하다. 또한, 상기 반응층은, 배향막과, 상기 배향막 내에 분산되는 상기 복수의 탄소 미세 코일과, 상기 배향막 위에 배치되어, 상기 복수의 탄소 미세 코일이 분산된 상기 배향막의 표면을 덮는 보호층을 포함한다.

Description

센서 및 이를 포함하는 레인 감지 장치
본 발명은 센서에 관한 것으로 특히, 탄소 미세 코일(CMC: Carbon Micro Coil)을 포함하는 센서 및 이를 이용한 레인 감지 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 전면 윈드 실드에는 우천시 빗물 때문에 발생하는 시계장애를 극복하고자 와이퍼가 설치되고, 이러한 와이퍼는 빗물이 떨어지는 정도에 따라 와이퍼의 간헐속도 제어가 단계별로 이루어진다. 그러나, 이러한 와이퍼의 속도 제어 시스템은 몇 개의 단계만으로 조절되기 때문에 빗물의 양에 따라 운전자가 원하는 속도로 와이퍼를 움직이게 할 수 없는 단점이 있다.
이러한 점을 극복하기 위해 광원과 수광소자인 센서를 탑재한 회로기판을 윈드 실드 표면에 대해 경사지게 배치함으로 인하여, 윈드 실드 표면에서 반사되는 광의 영향을 최소하는 반면, 빗방울 자체에서 반사되는 광신호만을 수신하여 레인 센싱 효율을 높일 수 있도록 구성한 것이 있다. 즉, 윈드 실드에서 직접 반사되는 광은 수광소자의 수광 범위 바깥으로 빠져서 윈드 실드에 반사되어 수광소자에 의해 수신되는 광량을 최소화시키는 반면, 빗방울에서 반사되는 광량만을 수광소자에 수신하므로, 빗방울로부터의 난반사 신호만을 감지할 수 있도록 광원과 수광소자가 구비된 회로기판이 윈드 실드 표면에 대하여 일정 각도 경사지게 배치한 것이다.
그런데, 상기와 같이 광원과 수광소자를 회로기판에 의해 차량의 윈드 실드 표면에 대해 경사지게 배치한 제품의 경우에도 광원에서 방사되는 빛이 수광소자로 직접 흡수되는 경우가 있기 때문에, 레인 센싱 효율면에서 다소 불완전하고 미흡한 점이 없지 않다. 즉, 광원에서 방사되는 빛은 일정 각도 범위로 퍼지게 되는데, 광원과 수광소자를 윈드 실드 표면에 대해 경사지게 배치하였다 하더라도 윈드 실드 밖으로 빠지는 빛 이외에 일부의 빛이 수광소자 쪽으로 직접 비춰지기 때문에, 이러한 광원에서 수광소자로 흡수되는 간섭적인 빛으로 인하여 빗방울 감지 효율을 다소 저하시키는 문제가 없지 않으며, 이로 인하여 레인 센싱 효율면에서 완전성을 기하기에는 다소 미흡한 면이 있는 것이다.
상기와 같은 주위 통행 차량의 헤드라이트 광 등에 의한 주변 간섭광을 극소화시키고자 설계하는 경우에도 불가피하게 차단되지 못하는 간섭광은 생기게 마련이고, 광 감지 레인 센서 자체는 매우 민감한 센서 제품이라서 이처럼 미처 차단하지 못하는 미량의 주변광의 영향을 받을 수밖에 없는 것이라서 고도의 정밀한 레인 센싱 효과를 내기에는 한계를 가질 수밖에 없으며, 아울러, 상기와 같은 주변광의 영향을 극소화시키기 위한 구조를 구현하기 위해서는 다소 복잡한 구조를 가질 수밖에 없어서 생산성에서 다소 효율적이지 못하고 제품 코스트도 다소 높아지는 등의 한계를 가지는 것이 불가피한 실정이다.
본 발명에 따른 실시 예에서는 반응층 내에 탄소 미세 코일을 분산시켜 외부 환경에 대한 미세한 변화를 감지할 수 있는 센서 및 이를 포함하는 레인 감지 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 반응층 내에 탄소 미세 코일을 규칙적으로 배열하여 성능 편차를 최소화할 수 있는 레인 감지 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 탄소 미세 코일의 배열 각도를 조절하여 정면에서뿐 아니라 측면에서도 정확한 감지 기능을 수행할 수 있는 센서 및 이를 포함하는 레인 감지 장치를 제공한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예에 따른 센서는, 기판; 상기 기판 위에 배치되는 감지 전극; 및 상기 기판 위에 배치되어 상기 감지 전극을 매립하며, 내부에 복수의 탄소 미세 코일을 포함하는 반응층을 포함하며, 상기 복수의 탄소 미세 코일은, 상기 반응층 내에 서로 동일한 방향성을 가지며 규칙적으로 분산된다. 즉, 상기 복수의 탄소 미세 코일의 각각의 배열 방향 및 배열 각도는 동일하다. 또한, 상기 반응층은, 배향막과, 상기 배향막 내에 분산되는 상기 복수의 탄소 미세 코일과, 상기 배향막 위에 배치되어, 상기 복수의 탄소 미세 코일이 분산된 상기 배향막의 표면을 덮는 보호층을 포함한다.
또한, 상기 배향막의 표면에는, 서로 동일한 방향 및 각도를 가지는 복수의 홈이 형성되며, 상기 복수의 탄소 미세 코일은, 상기 복수의 홈 내에 각각 삽입된다.
또한, 상기 감지 전극은, 상기 반응층의 임피던스 값의 변화량에 따른 감지 신호를 획득한다.
또한, 상기 감지 전극은, 상기 반응층의 표면에 접근하는 물체에 의한 임피던스의 양의 허수부 및 유전 상수 변화에 따라 상기 반응층에 발생하는 상기 임피던스의 음의 허수부의 변화를 감지한다.
또한, 상기 탄소 미세 코일은, 직경이 1㎛~10㎛ 범위를 만족하며, 길이가 5㎛~300㎛를 만족한다.
또한, 상기 탄소 미세 코일은, 탄소, 탄소-산소 화합물 및 탄소-산소-질소 화합물 중 적어도 어느 하나로 구성된다.
또한, 상기 감지 전극은, 상기 기판 위에 배치되며, 포지티브 특성을 가지는 제 1 감지 전극과, 상기 기판 위에 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격되어 배치되며, 네거티브 특성을 가지는 제 2 감지 전극을 포함한다.
또한, 상기 기판 상에서의 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극의 배열 방향 및 배열 각도는, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도에 의해 결정된다.
또한, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 수평 방향이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 수직 방향으로 배치되고, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 수직 방향이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 수평 방향으로 배치되며, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되고, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치된다.
한편, 실시 예에 따른 레인 감지 장치는, 전면 유리; 상기 전면 유리의 제 1 면에 부착되며, 상기 전면 유리의 제 2 면에 접근하는 물체에 의해 임피던스 값이 변화하는 센서부; 및, 상기 센서부의 임피던스 값의 변화량에 따른 감지 신호를 수신하고, 상기 수신한 감지 신호를 토대로 와이퍼 구동 신호를 출력하는 제어부를 포함하며, 상기 센서부는, 서로 동일한 방향 및 각도를 가지고 배열되는 복수의 탄소 미세 코일을 포함한다.
또한, 상기 센서부는, 기판과, 상기 기판 위에 배치되는 감지 전극과, 상기 기판 위에 배치되어 상기 감지 전극을 매립하며, 내부에 상기 서로 동일한 방향 및 각도를 가지고 분산된 복수의 탄소 미세 코일을 포함하는 반응층을 포함한다.
또한, 상기 반응층은, 표면에 서로 동일한 방향 및 각도를 가지는 복수의 홈이 형성된 배향막과, 상기 배향막의 상기 복수의 홈 내에 각각 삽입되는 상기 복수의 탄소 미세 코일과, 상기 배향막 위에 배치되어, 상기 복수의 탄소 미세 코일이 분산된 상기 배향막의 표면을 덮는 보호층을 포함한다.
또한, 상기 기판 상에서의 상기 감지 전극의 배열 방향 및 배열 각도는, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도에 의해 결정된다.
또한, 상기 감지 전극 및 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향은, 상기 전면 유리의 제 1 면 중 상기 센서부가 장착되는 위치에 따라 서로 다르다.
또한, 상기 전면 유리의 제 1 면은, 중앙 영역에 대응하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역으로부터 굴곡되고, 좌측 영역에 대응하는 제 2 영역과, 상기 제 1 영역으로부터 굴곡되고, 우측 영역에 대응하는 제 3 영역을 포함하며, 상기 제 1 영역에는, 수평 방향 및 수직 방향 중 어느 하나의 배열 방향으로 상기 탄소 미세 코일이 배열되고, 상기 제 2 영역에는, 제 1 방향으로 일정 각도 기울어진 상태로 상기 탄소 미세 코일이 배열되며, 상기 제 3 영역에는, 제 2 방향으로 일정 각도 기울어진 상태로 상기 탄소 미세 코일이 배열된다.
한편, 실시 예에 따른 센서의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 위에 감지 전극을 형성하는 단계; 상기 기판 위에 상기 감지 전극을 매립하며, 탄소 미세 코일 물질을 포함하는 배향막을 형성하는 단계; 상기 형성된 배향막의 표면에 서로 동일한 방향 및 각도를 가지는 복수의 홈을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 복수의 홈 내에 복수의 탄소 미세 코일을 각각 형성하는 단계; 및 상기 탄소 미세 코일이 형성된 상기 배향막 위에 보호층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 복수의 탄소 미세 코일은, 상기 복수의 홈에 의해 상기 배향막 내에서 서로 동일한 방향 및 각도를 가지고 배열된다.
또한, 상기 감지 전극을 형성하는 단계는, 상기 기판 위에 포지티브 특성을 가지는 제 1 감지 전극을 형성하는 단계와, 상기 기판 위에 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격되어, 네거티브 특성을 가지는 제 2 감지 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 기판 위에 형성되는 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극의 배열 방향 및 배열 각도를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 및 2 감지 전극의 배열 방향 및 배열 각도는, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도에 의해 결정된다.
또한, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 수평 방향이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 수직 방향으로 배치되고, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 수직 방향이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 수평 방향으로 배치되며, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되고, 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치된다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 강우가 발생하는 경우, 이에 즉각적으로 반응하여 강우량에 따른 구동 조건으로 와이퍼를 구동시킴으로써, 우천시에 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 탄소미세코일 소자를 이용하여 강우여부 및 강우량을 판단함으로써, 기존의 광학 방식에 대비하여 차별화된 특성(응답특성, 정밀, 정확도, 소비전력, 소형화 등)의 레인 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 센서 내에 탄소 미세 코일을 규칙적으로 배열함으로써, 상기 탄소 미세 코일이 불규칙적으로 배열됨에 따라 발생하는 센서마다의 성능 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 센서의 부착 위치에 따라 상기 센서 내에 배치되는 탄소 미세 코일의 배열 각도를 결정함으로써, 편평한 정면에서뿐 아니라, 굴곡진 측면에서도 최적의 감지 성능을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 각도에 따라 감지 전극의 배열 구조를 변경함으로써, 상기 탄소 미세 코일의 배열에 따른 최적의 감지 신호를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 상세 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일(232)의 배열 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 대비되는 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 제조 방법을 제조 공정순으로 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 전극(22)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전면 유리에 레인 감지 장치가 장착된 상태를 보여주는 측면도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 레인 감지 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 와이퍼의 구동 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 23을 본 발명의 실시 예에 따른 레인센서의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 레인 센서의 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 있달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 상세 구조를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 센서(20)는 기판(21), 감지 전극(22) 및 반응층(23)을 포함한다.
상기와 같은 센서(20)는 수분이나 습기 등의 발생 여부에 따른 임피던스 변화를 감지하여, 상기 감지 결과에 따른 제어신호를 발생한다.
기판(21)은 감지 전극(22) 및 반응층(23)이 배치되는 베이스 기판이다.
감지 전극(22)은 상기 기판(21) 위에 배치된다. 상기 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)에 의해 매립되면서, 상기 기판(21)의 상면 위에 배치된다.
상기 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)의 표면에 접근하는 물질에 의해 상기 반응층(23)에서 발생하는 임피던스 변화를 감지하고, 상기 감지한 감지 값을 출력한다.
이를 위해, 상기 감지 전극(22)은 복수 개로 형성된다. 즉, 상기 감지 전극(22)은 포지티브 극성을 가지는 제 1 감지 전극(221)과, 네거티브 극성을 가지는 제 2 감지 전극(222)을 포함한다.
반응층(23)은 상기 기판(21) 위에 배치되며, 상기 기판(21)의 상면 및 상기 감지 전극(22)을 매립한다. 바람직하게, 상기 반응층(23)은 소정의 두께를 가지고 상기 감지 전극(22)이 배치되어 있는 기판(21) 위에 형성된다.
상기 반응층(23)은 전도성 물질로 형성되며, 외부의 물질에 의해 발생하는 힘이나 유전율에 변화에 따라 임피던스가 변화하는 성질을 가진다.
이를 위해, 상기 반응층(23)의 내부에는 스프링 형상을 갖는 탄소 미세 코일(CMC: Carbon Micro Coil)이 분산되어 있다.
상기 반응층(23)은 탄화 수수계, 즉 아세틸렌, 메탄, 프로판 및 벤젠 중 적어도 하나를 상기 기판(21) 위에 화학 기상 증착법(CVD) 공정으로 증착하여 형성된다.
또한, 이와 다르게, 상기 반응층(23)은 니켈이나 니켈-철 등을 토대로 금속 촉매를 이용하여 형성될 수 있다.
상기와 같은, 탄소 미세 코일은 직선 모양이 아닌 돼지 꼬리처럼 말려져 있는 형상을 가질 수 있으며, 섬유 소재가 가질 수 없는 독특한 구조를 지닌 비정질 탄소 섬유이다. 그리고, 탄소 미세 코일은 원래 코일 길이의 10배 이상의 길이로 늘어나는 초탄력성을 가진다.
여기에서, 상기 탄소 미세 코일은 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube)와는 다른 성질을 가진다. 즉, 상기 탄소 나노 튜브는, 나노 튜브의 형태로 육각형으로 탄소가 연결된 형태를 가진다.
그러나, 본 발명에서의 탄소 미세 코일은 탄소끼리의 구조 형태가 아닌 촉매를 이용하여 탄소를 마이크로 단위의 코일로 성장시킨 형태를 가진다.
상기와 같은 탄소 나노 튜브는 원소 자체의 결합의 형태에 따른 도체와 부도체가 되는 특성을 이용해 도체에서 부도체로 임피던스가 변하는 것을 이용해 특정 측정 값을 획득하게 된다.
그러나, 탄소 미세 코일의 경우, 마이크로단위의 탄소로 제작된 코일의 형태로, 힘이나 유전율 변화에 의해 코일이 늘어나고 수축함에 따라 달라지는 L의 특성 및 각각의 탄소 미세 코일 간의 거리에 의한 C의 특성 등에 의해, 상기 탄소 미세 코일 간의 상호 작용에 따라 임피던스가 변하는 특성을 갖는다.
즉, 탄소 미세 코일 자체는, 도체의 성질을 지니지만 상기와 같은 경화제나 에폭시 레진 등은 부도체의 특성을 지니기 때문에 내부적으로 고유의 커패시턴스 값을 가지고, 상기와 같은 힘이나 유전율 변화에 의해 상기 탄소 미세 코일 간의 거리가 변할 경우 그에 따른 커패시턴스 값의 특성이 변하게 된다.
이때, 상기 반응층(23)은 바람직하게 탄소 미세 코일 물질을 포함하는 배향막(231)과, 상기 배향막(231) 내에 존재하는 탄소 미세 코일(232)과, 상기 배향막(231) 위에 배치되어 상기 배향막(231)의 표면과 상기 탄소 미세 코일(232)을 보호하는 보호층(233)을 포함한다.
이때, 상기 배향막(231) 내에는 상기 탄소 미세 코일(232)이 방향성을 가지며 배치된다. 다시 말해서, 상기 탄소 미세 코일(232)은 규칙적으로 일정한 방향성을 가지며 다수 개 배치된다.
즉, 기존의 센서에 적용된 탄소 미세 코일(232)은 일반적으로 불규칙적으로 배열된다. 그러나, 본 발명에서는 상기 배향막(231) 내에 상기 탄소 미세 코일(232)이 배치되는 방향성을 통일시킨다. 다시 말해서, 본 발명에서는 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도가 통일되어, 상기 배향막(231) 내에 각각 배치되도록 한다.
즉, 상기 배향막(231) 내에는 다수의 탄소 미세 코일(232)이 배치되는데, 상기 다수의 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도는 모두 동일하다.
이에 따라, 본 발명에서는 특정 영역에만 상기 탄소 미세 코일(232)이 집중됨에 따라 특정 영역에서 임피던스 변화를 감지할 수 없는 상황을 해결하도록 하고, 그에 따라 모든 영역에서 균일한 감지 특성을 가질 수 있도록 한다.
또한, 상기 탄소 미세 코일(232)은 직경이 1㎛~10㎛ 범위를 만족하며, 길이가 5㎛~300㎛를 만족하며, 둥근 원형의 코일 형태를 가진다.
그리고, 상기 탄소 미세 코일(232)은 탄소, 탄소-산소 화합물 및 탄소-산소-질소 화합물 중 어느 하나의 재료에 의해 구성된다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소 미세 코일(232)의 배열 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 수평 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 서로 동일한 방향인 수평 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 수직 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 서로 동일한 방향인 수직 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 모든 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도가 서로 동일하다면, 상기 좌측으로 기울어진 각도나 우측으로 기울어진 각도는 변경될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에서는 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도를 동일하게 함으로써, 상기 배향막(231)의 전체 영역에 상기 탄소 미세 코일(232)이 균일하게 배치될 수 있도록 하고, 그에 따라 특정 영역에서 임피던스 변화를 감지할 수 없는 데드 존(dead zone)을 없앨 수 있도록 한다.
한편, 상기 반응층(23)의 모폴로지(Morphology)는 3D- 헬리컬(helical)/스파이럴(spiral) 구조를 가지며, 크리스털 구조는 비결정질(amorphous)일 수 있다.
다시 말해서, 상기와 같은 반응층(23)은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시키는 것에 의해 형성되며, 이에 따라 상기 반응층(23)은 탄소 섬유를 코일 모양으로 성장시킨 형태의 단면 구조를 가진다.
즉, 상기 반응층(23)은 센서(20)의 표면에 특정 물질이 접촉함에 따라 가해지는 힘이나, 상기 특정 물질의 유전율에 의해 상기 반응층(23)의 임피던스 변화가 발생한다.
그리고, 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)의 임피던스 변화를 감지하고, 그에 따라 상기 임피던스 변화에 따른 감지 신호를 구동부(도시하지 않음)로 전달한다. 상기 구동부(도시하지 않음)는 상기 기판(21)의 하면에 배치되며, 그에 따라 상기 감지 전극(22)을 통해 전달되는 감지 신호에 따라 상기 특정 물질의 존재 여부 및 양을 감지하고, 상기 감지 결과에 따른 제어 값을 출력한다.
즉, 일반적으로 임피던스의 REAL TERM은 저항, POSITIVE IMAGINARY TERM은 인덕턴스, 그리고 NEGATIVE IMAGINARY TERM은 커패시턴스로 이루어지며, 상기 저항, 인덕턴스 및 커패시턴스의 합산으로 이루어진다.
따라서, 일반적인 저항, 인덕터 및 커패시터와 같이 상기 레인 센서(20)도 상기 반응층(23)에서 발생하는 임피던스 변화를 감지하기 위해 한쌍의 감지 전극(22), 다시 말해서, 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)이 필요하다. 상기 감지 전극(22)은 상기 반응층(23)의 감지 특성을 최적화시키면서, 상기 반응층(23)과 상기 구동부(도시하지 않음) 사이를 연결하는 역할을 한다.
여기에서, 상기 센서(20)의 표면에 특정 힘이 가해지거나, 특정 유전율을 가지는 물질이 접촉하는 경우, 상기 반응층(23)의 커패시턴스는 증가하게 되며, 이에 따라 저항값과 인덕턴스 값은 상기 커패시턴스와 반대로 감소하게 된다.
이때, 상기 감지되는 임피던스 값은 상기 저항 값, 인덕턴스 값 및 커패시턴스를 모두 합한 값이 되며, 이에 따라 표면에 가해지는 힘이나 유전율의 정도에 따라 상기 임피던스 값은 선형적으로 감소하게 된다.
이때, 상기 감지 전극(22)은 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도에 대응하는 배열 방향 및 배열 각도를 가지고 상기 기판(21) 위에 배치된다. 상기 감지 전극(22)과 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도의 관계에서 대해서는 하기에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 구동부(도시하지 않음)는 AFE(Analog Front End)가 구비되며, 상기 AFE에는 상기 감지 전극(22)이 연결된다.
이때, 상기 AFE는 차동 증폭 기능을 수행하는데, 상기 차동 증폭을 Positive 증폭으로 할 것인지, 아니면 Negative 증폭으로 할 것인지에 따라 상기 특정 물질의 발생에 따른 임피던스의 변화 상태에 차이가 있다.
따라서, 상기 구동부(도시하지 않음)는 상기 차동 증폭 상태에 따라 기준 값을 기준으로 상기 임피던스 값의 변화 상태를 감지하며, 상기 변화 상태의 정도가 임계 값을 벗어나는 경우에는 상기 특정 물질의 발생에 따른 제어 신호를 출력한다. 예를 들어, 상기 센서(20)는 레인 센서일 수 있으며, 이에 따라 상기 구동부(도시하지 않음)는 상기 임피던스 값의 변화 상태에 따라 강우 여부 및 강우량을 판단하고 이를 토대로 와이퍼의 구동 여부 및 구동 속도를 결정한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명에 대비되는 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 종래에는 상기 배향막(231) 내에 탄소 미세 코일(232)이 불규칙적으로 배치되며, 이에 따라 상기 탄소 미세 코일(232)는 일정 방향이 아닌 랜덤한 방향으로 상기 배향막(231) 내에 배치된다.
이에 따라, 종래의 센서는 도 6에 도시된 바와 같이 소자 표면에 컬(curl)이 발생하게 된다.
또한, 종래의 센서는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(231) 내에 배치된 다수의 탄소 미세 코일(232) 중 특정 탄소 미세 코일(232)에서 깨짐 현상이 발생한다.
또한, 종래의 센서는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(231) 내에 배치된 탄소 미세 코일(232)이 특정 영역에 응집된 상태로 배치되게 된다.
또한, 종래의 센서는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(231) 내에 배치된 다수의 탄소 미세 코일(232)은 각각 서로 동일한 방향이 아닌 서로 다른 방향으로 배열되어 있으며, 동일 방향으로 배열되었다 하더라도, 배열 각도가 서로 다르게 나타난다.
상기와 같이, 종래의 센서는 탄소 미세 코일(232)이 특정 영역에 군집하게 되어 상기 도 8에 도시된 바와 같은 형태를 가진다. 이에 따라, 종래의 센서는 특정 영역 내에서 상기 탄소 미세 코일(232)가 균일하게 분산되지 않음에 따라 탄소 미세 코일(232)의 함량 차이가 발생하며, 그에 따른 성능적 편차가 발생한다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 10개의 샘플을 가지고 각각의 성능을 개별 분석한 결과, 각각의 센서에서 나타나는 ADC 값에 편차가 발생하였다. 그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 상기 배향막(231) 내에 배치되는 모든 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향 및 배열 각도를 서로 동일하게 함으로써, 상기와 같은 성능 편차를 해결할 수 있다. 상기에서, 성능 편차는 센서가 가지는 탄소 미세 코일(232)의 감도 영향 및 균일한 특성을 보이지 않음을 의미한다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 센서의 제조 방법을 제조 공정순으로 나타낸 도면이다.
이하에서는, 도 11 내지 도 14를 참조하여, 상기 센서(20)의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 11을 참조하면, 기판(21)을 준비하고, 상기 준비된 기판(21) 위에 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)을 형성한다.
기판(21)은 센서를 구성하는 구성요소들을 장착하기 위한 베이스 기판이다. 즉, 상기 기판(21)은 단일 회로 패턴이 형성되는 상기 센서의 지지 기판일 수 있으며, 복수의 적층 구조를 가지는 기판 중 어느 하나의 회로 패턴이 형성된 특정 절연층을 의미할 수도 있다. 여기에서, 상기 회로 패턴은 상기 감지 전극(22)을 포함할 수 있다.
상기 기판(21)은 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 유리 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
즉, 상기 기판(21)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.
상기 기판(21)은 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(21)은 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 기판(21)은 소다라임유리(soda lime glass) 또는 알루미노실리케이트유리 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.
또한, 상기 기판(21)은 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 기판(21)은 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판(21)은 부분적으로 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 즉, 기판(21)은 부분적으로는 평면을 가지고, 부분적으로는 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 자세하게, 상기 기판(21)의 끝단이 곡면을 가지면서 휘어지거나 랜덤(Random)한 곡률을 포함한 표면을 가지며 휘어지거나 구부러질 수 있다.
또한, 상기 기판(21)은 유연한 특성을 가지는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다.
또한, 상기 기판(21)은 커브드(curved) 또는 벤디드(bended) 기판일 수 있다. 이 때, 기판(21)은, 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 고정시켜줄 수 있다.
상기 기판(21)의 표면에는 감지 전극(22)이 배치된다.
상기 감지 전극(22)은 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티브 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 가능하며 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
이때, 상기 감지 전극(22)의 배열 방향은 추후 형성될 반응층(23) 내에서 탄소 미세 코일(232)가 배열되는 방향에 의해 결정된다. 즉, 상기 감지 전극(22)은 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향에 따라 상기 탄소 미세 코일(232)에 따른 임피던스 변화를 최적으로 감지하기 위한 구조를 가진다. 이에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 상기 기판(21) 위에 배향막(231)을 형성한다. 상기 배향막(231)은 박막으로 형성되며, 상기 기판(21) 위에 감지 전극(22)은 상기 배향막(231) 내에 매립된다.
이때, 상기 배향막(231)을 형성하기 위한 배향액을 제조한다. 상기 배향액은 탄소 미세 코일 물질을 포함할 수 있다. 이때, 상기 배향액은 탄소 미세 코일 물질만을 포함할 수 있으며, 이와 다르게 수지 및 분산제가 더 첨가될 수 있다. 상기 분산제는 상기 배향막(231) 내에 상기 탄소 미세 코일(232)을 균일하게 분산시키기 위하여 상기 배향액 내에 혼합될 수 있다.
이를 위해, 도금조 내에 탄소 미세 코일 물질과 수지를 첨가하여 혼합시키고, 여기에 상기 분산제를 추가 첨가하여 분산시킨다. 상기 분산제는 상기 설명한 이유 이외에도 상기 기판(21) 위에 상기 배향액 균일하게 분산시켜 상기 배향막(231)의 두께의 균일성을 유지하기 위해 형성된다.
상기 배향액이 제조되면, 상기 기판(21)의 가장 자리 영역에 틀을 배치하고, 그에 따라 상기 틀 내에 상기 배향액을 투입하여 상기 배향막(231)을 형성할 수 있다. 상기 배향액이 투입되면, 경화 과정을 거칠 수 있으며, 상기 경화 과정은 120의 온도에서 30분 동안 수행될 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 러빙 과정을 거쳐 상기 배향막(231)의 표면에 서로 동일한 방향 및 동일한 각도를 가지는 다수의 홈을 형성한다. 상기 러빙 과정은, 상기 다수의 홈에 대응하는 돌기가 형성된 롤러(A)를 가지고 수행될 수 있으며, 상기 롤러(A)에는 서로 동일한 방향으로 배열된 다수의 돌기가 형성되어 있다.
다음으로, 상기 홈이 형성되면, 상기 홈 내에 액상 형태 또는 페이스트 형태의 탄소 미세 코일(232) 물질을 주입하여, 상기 홈의 형상 및 배열 방향에 대응하게 배열되는 탄소 미세 코일(232)을 형성한다.
그리고, 도 14를 참조하면, 상기 탄소 미세 코일(232) 물질이 주입되면, 상기 배향막(231) 위에 보호층(233)을 형성한다.
한편, 상기 보호층(233)이 형성되면, 상기 배향막(231) 내에 배치된 탄소 미세 코일(232)의 배열 각도를 미세하게 조정하는 공정을 추가로 진행할 수 있다.
이때, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기와 같은 탄소 미세 코일(232) 물질의 주입에 의해 형성되며, 상기 보호층(233)이 형성된 직후에는 아직 완전히 굳지 않은 상태이다.
이때, 상기 탄소 미세 코일(232)는 금속물질이며, 이에 따라 상기 탄소 미세 코일(232)에 전압을 인가하여 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 각도를 미세하게 조정할 수 있다.
이때, 상기 인가되는 전압의 방향 및 전압의 크기는, 상기 조정하고자 하는 각도에 따라 결정될 수 있다.
이를 위해, 우선적으로 상기 인가되는 전압의 방향 및 전압의 크기에 따라 변화하는 상기 탄소 미세 코일(232)의 각도 변화를 실험하고, 그에 따라 상기 나타는 각도 변화 및 상기에서 조정하고자 하는 상기 탄소 미세 코일(232)의 각도를 토대로 상기 인가될 전압의 방향 및 전압의 크기를 결정한다.
그리고, 상기 전압의 방향 및 전압의 크기가 결정되면, 상기 탄소 미세 코일(232)에 상기 전압을 인가하여, 상기 인가된 전압에 따라 상기 탄소 미세 코일(232)의 각도가 조정되도록 한다.
이때, 상기 탄소 미세 코일(232)의 크기는 미세하고, 상기 홈의 크기는 상기 탄소 미세 코일(232)보다 크므로, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 홈 내에서 상기 인가되는 전압에 따라 특정 방향으로 회전하여 상기 배열 각도의 조정이 이루어지게 된다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 감지 전극(22)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
감지 전극(22)은 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)을 포함한다.
이때, 상기 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)의 형태는, 상기 반응층(23) 내에 포함된 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향에 의해 결정된다.
다시 말해서, 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향은 상기 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)의 배열 형태에 의해 결정된다.
도 15를 참조하면, (a)에 나타난 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 수평 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 서로 동일한 방향인 수평 방향으로 배치될 수 있다.
그리고, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일(232)이 상기와 같이 수평 방향으로 배치되면, 상기 탄소 미세 코일(232)에 따른 임피던스 변화를 효율적으로 감지하기 위해, 상기 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)은 각각 상기 탄소 미세 코일(232)의 양단이 배치된 영역에 위치해야 한다.
이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(221)은 상기 기판(21)의 상면 중 좌측 영역에 전후 방향으로 길게 연장된 형상으로 배치될 수 있고, 상기 제 2 감지 전극(222)은 상기 기판(21)의 상면 중 우측 영역에 전후 방향으로 길게 연장된 형상으로 배치될 수 있다.
또한, 도 16을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 수직 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 서로 동일한 방향인 수직 방향으로 배치될 수 있다.
그리고, 도 16의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일(232)이 상기와 같이 수직 방향으로 배치되면, 상기 탄소 미세 코일(232)에 따른 임피던스 변화를 효율적으로 감지하기 위해, 상기 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)은 각각 상기 탄소 미세 코일(232)의 양단이 배치된 영역에 위치해야 한다.
이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(221)은 상기 기판(21)의 상면 중 전방 영역에 좌우 방향으로 길게 연장된 형상으로 배치될 수 있고, 상기 제 2 감지 전극(222)은 상기 기판(21)의 상면 중 후방 영역에 좌우 방향으로 길게 연장된 형상으로 배치될 수 있다.
또한, 도 17을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다.
그리고, 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일(232)이 상기와 같이 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되면, 상기 탄소 미세 코일(232)에 따른 임피던스 변화를 효율적으로 감지하기 위해, 상기 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)은 각각 상기 탄소 미세 코일(232)의 양단이 배치된 영역에 위치해야 한다.
이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(221)은 상기 기판(21)의 상면 중 좌측 영역에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있고, 상기 제 2 감지 전극(222)은 상기 기판(21)의 상면 중 우측 영역에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다.
또한, 도 18을 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 상기 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231) 내에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다. 즉, 상기 배향막(231) 내에 배치된 모든 탄소 미세 코일(232)은 상기 배향막(231)의 상면에 대하여 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다.
그리고, 도 18의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 미세 코일(232)이 상기와 같이 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되면, 상기 탄소 미세 코일(232)에 따른 임피던스 변화를 효율적으로 감지하기 위해, 상기 제 1 감지 전극(221) 및 제 2 감지 전극(222)은 각각 상기 탄소 미세 코일(232)의 양단이 배치된 영역에 위치해야 한다.
이에 따라, 상기 제 1 감지 전극(221)은 상기 기판(21)의 상면 중 좌측 영역에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있고, 상기 제 2 감지 전극(222)은 상기 기판(21)의 상면 중 우측 영역에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 강우가 발생하는 경우, 이에 즉각적으로 반응하여 강우량에 따른 구동 조건으로 와이퍼를 구동시킴으로써, 우천시에 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 탄소미세코일 소자를 이용하여 강우여부 및 강우량을 판단함으로써, 기존의 광학 방식에 대비하여 차별화된 특성(응답특성, 정밀, 정확도, 소비전력, 소형화 등)의 레인 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 센서 내에 탄소 미세 코일을 규칙적으로 배열함으로써, 상기 탄소 미세 코일이 불규칙적으로 배열됨에 따라 발생하는 센서마다의 성능 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 센서의 부착 위치에 따라 상기 센서 내에 배치되는 탄소 미세 코일의 배열 각도를 결정함으로써, 편평한 정면에서뿐 아니라, 굴곡진 측면에서도 최적의 감지 성능을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 각도에 따라 감지 전극의 배열 구조를 변경함으로써, 상기 탄소 미세 코일의 배열에 따른 최적의 감지 신호를 획득할 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 전면 유리에 레인 감지 장치가 장착된 상태를 보여주는 측면도이다.
도 19를 참조하면, 상기 센서(20)는 레인 센서일 수 있으며, 차량의 전면 유리(10)에는 상기 레인 센서(20)가 배치된다.
이에 따라 레인 센서(20)는 차량의 전면 유리(10)와 마주하도록 설치되며, 상기 전면 유리(10)에 떨어지는 빗방울의 존재 여부나 상기 빗방울의 양에 따른 임피던스의 변화를 감지한다.
상기 레인 센서(20)는 차량의 전면 유리(10)의 일정 위치에 감지 영역을 형성하고, 그에 따라 상기 감지 영역 내에서 발생하는 빗방울의 상태에 따른 정보를 감지한다.
이때, 상기 레인 센서를 구성하는 일정 규칙을 가지고 동일 방향으로 배열된 다수의 탄소 미세 코일(232)로 이루어진 반응층(23) 내에는 감지 전극(22)이 매립된다. 그리고, 상기 감지 전극(22)은 비아(도시하지 않음)를 통해 기판(21)의 하부에 장착된 구동부(도시하지 않음)와 연결된다.
이때, 상기 반응층(23)은 그 자체로도 임피던스 변화량에 따른 강우 여부 및 강우량을 판단할 수 있으며, 상기 감지 전극(22)의 형상에 따라서도 그 측정 감도가 달라진다. 이에 따라, 실시 예에서는 상기와 같은 평면 형상을 가지면서 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향에 따라 결정된 형태로 상기 감지 전극(22)을 형성한다.
따라서, 실시 예에서는 탄소 미세 코일의 함량비 조절에 의한 조성, 최적화된 전극 형상 및 구동부 장착 위치 등과 같은 다양한 요소의 최적화가 중요하다.
또한, 상기 설명한 바와 같이 임피던스는 실수(real)부와 허수(reactace)부로 구성되며, 허수부는 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부 (capacitive)로 구성되는데, 이때 상기 탄소 미세 코일을 포함하는 레인 센서(20)는 상기 양의 허수부(inductive)와 음의 허수부(capacitive)의 두가지 특성 변화를 이용하여 측정한다.
즉, 비가 올 때, 비의 양에 따라 차량의 전면 유리(10)에 가해지는 힘(force)가 달라지고, 또한 상기 전면 유리(10)에 존재하는 물(빗방울)의 양도 달라진다.
이때, 탄소 미세 코일(CMC:Carbon Micro Coil)은 그 이름과 같이 아주 미세한 코일 집단으로 이루어져 있으며, 유전상수를 가지고 있는 유전체이기도 하다.
이때, 상기 힘(force)은 이 inductive 성분의 변화, 즉 탄소 미세 코일의 특성 변화를 통해 측정하고, 상기 전면 유리(10) 위에 존재하는 물의 양은 유전상수 변화에 의한 capacitive 변화에 의해 측정된다.
즉, 상기 레인 센서(20)를 구성하는 각각의 층은 특정 유전상수를 가진 유전체 역할을 하는데, 상기와 같이 비가 온다면 전극 입장에서는 물이라는 유전체가 새로 존재하게 되며, 이에 따른 capacitive 변화가 생기게 된다.
이때, 상기 반응층(23)의 면적에 따라 실수(real)부는 조절이 가능하고, 비가 올때 위의 설명과 같이 inductive와 capacitive값 변화에 의해 임피던스 값 변화가 생긴다.
따라서, 실시 예에서는 상기와 같은 레인 센서(20)의 inductive와 capacitive 값 변화에 따른 임피던스 값 변화를 감지하여 강우 여부 및 강우량을 판단한다.
한편, 상기와 같은 레인 센서(20)은 전면유리(10)의 안쪽에 실리콘과 같은 접착 부재(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 접착 부재에 의해 상기 전면 유리(10)의 특정 내부 영역에 장착된다.
이때, 상기 레인 센서(20)는 상기 접착 부재가 가지는 유전 상수까지 고려하여 임피던스 변화를 감지한다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 레인 감지 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 20을 참조하면, 센서부(20), 메모리(30), 와이퍼(40), 모터(50), 와이퍼 구동부(60) 및 제어부(70)를 포함한다.
센서부(20)는 상기 레인 센서를 의미하며, 상기 강우 여부에 따라 발생하는 임피던스 변화를 감지하고, 그에 따른 임피던스 변화량에 대한 감지 정보를 제어부(70)로 전달한다.
메모리(30)에는 차량의 각종 구성요소를 제어하기 위한 정보가 저장된다.
특히, 메모리(30)에는 상기 센서부(20)를 통해 감지된 임피던스 변화량에 따른 와이퍼의 구동 조건 정보를 포함한다.
상기 구동 조건 정보는, 와이퍼의 구동 여부 및 이에 따른 와이퍼의 구동 속도 정보를 포함할 수 있다.
와이퍼(40)는 차량의 전면 유리(10)의 외부에 장착되며, 상기 전면 유리(10)에 존재하는 빗방울과 같은 물기를 제거한다.
모터(50)는 기설정된 조건에 따라 상기 와이퍼(40)를 구동시킨다.
와이퍼 구동부(60)는 상기 와이퍼(40)를 구동시키기 위한 조건 정보를 모터(50)에 제공한다.
상기 조건 정보는, 상기 모터(50)를 통해 상기 와이퍼(40)로 공급될 구동 전원의 정보일 수 있다.
제어부(70)는 상기 센서부(20)를 통해 획득된 임피던스 변화량에 대한 감지 정보를 수신한다.
그리고, 제어부(70)는 상기 수신한 감지 정보를 토대로 상기 와이퍼(40)를 구동시키기 위한 구동 조건을 설정한다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 와이퍼의 구동 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 21을 참조하면, 제어부(70)는 상기 설명한 바와 같이, 임계점(A)에 해당하는 감지 정보가 수신되었는지를 확인한다.
다시 말해서, 상기 강우 발생에 따른 임피던스 변화량이 임계점을 초과하였는지를 판단한다. 그리고, 제어부(70)는 상기 임피던스 변화량이 상기 임계점을 초과하는 경우에 상기 와이퍼(40)의 동작이 개시되도록 한다.
이때, 도 22를 참조하면, 제어부(70)는 상기 임피던스 변화량의 크기에 따라 상기 와이퍼(40)의 구동 속도를 결정한다.
즉, 제어부(70)는 임피던스 변화량에 비례하게 상기 와이퍼(40)의 구동 속도를 증가시킨다.
실시 예에 따르면, 강우가 발생하는 경우, 이에 즉각적으로 반응하여 강우량에 따른 구동 조건으로 와이퍼를 구동시킴으로써, 우천시에 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시 예에 의하면 탄소미세코일 소자를 이용하여 강우여부 및 강우량을 판단함으로써, 기존의 광학 방식에 대비하여 차별화된 특성(응답특성, 정밀, 정확도, 소비전력, 소형화 등)의 레인 센서를 제공할 수 있다.
도 23을 본 발명의 실시 예에 따른 레인센서의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 23을 참조하면, 레인 센서(20)는 차량의 전면 유리(10)에서 발생하는 강우 여부에 따른 임피던스 변화를 감지한다(10단계).
그리고, 레인 센서(20)는 상기 감지한 임피던스 변화에 대한 감지 정보를 제어부(70)에 전달한다.
제어부(70)는 상기 임피던스 변화를 나타내는 감지 정보를 수신하고, 이를 토대로 임피던스 변화량에 따른 강우 여부 및 강우량을 판단한다(20단계).
이어서, 제어부(70)는 상기 강우가 발생하였다면, 강우량이 임계점을 초과하였는지 여부를 판단한다(30단계). 상기 임계점의 초과 여부는 상기 임피던스 변화량이 임계점을 초과하였는지 여부에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 제어부(70)는 상기 강우량이 임계점을 초과하였다면, 상기 강우량에 따라 구동될 와이퍼(40)의 구동 속도를 결정한다(40단계).
이어서, 제어부(70)는 상기 결정된 구동 속도로 상기 와이퍼(40)의 구동이 이루어지도록 한다(50단계).
도 24 및 도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 레인 센서의 구조를 보여주는 도면이다.
도 24를 참조하면, 상기 차량의 전면 유리는 일정 굴곡을 가진다. 이에 따라, 상기 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향이 일 방향으로 고정되면, 특정 영역에서는 최적의 임피던스 변화를 감지할 수 있으나, 특정 영역에서는 상기 임피던스 변화의 감지 성능이 떨어질 수 있다.
예를 들어, 도 24에서, 센서는, 차량의 전면 유리의 전방 영역(A), 좌측 영역(B) 및 우측 영역(C)에 각각 설치될 수 있다. 그리고, 상기 차량의 전면 유리의 전방 영역(A), 좌측 영역(B) 및 우측 영역(C)에 각각 설치된 센서의 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향이 수직 방향으로 통일된 경우, 상기 차량의 전면 유리의 전방 영역(A)에 배치된 센서에서는 최적의 감지 성능을 보일 수 있지만, 상기 좌측 영역(B) 및 우측 영역(C)에서는 굴곡진 표면에 의해 상기 임피던스 변화가 감지되지 않는 제 1 데드존(DZ1) 및 제 2 데드존(DZ2)이 나타난다.
상기 제 1 데드존은 상기 전방 영역(A)과 좌측 영역(B)의 사이 영역이고, 상기 제 2 데드존은 상기 전방 영역(A) 및 우측 영역(C)의 사이 영역이다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기 센서(20)의 장착 위치에 따라 상기 반응층(23) 내에 포함된 탄소 미세 코일(232)의 배열 방향을 결정한다.
예를 들어, 차량의 전면 유리의 전방 영역(A)에 설치되는 센서는 상기 탄소 미세 코일(232)이 수직 방향으로 배열되도록 하고, 상기 좌측 영역(B)에 설치되는 센서는 상기 탄소 미세 코일(232)이 우측 방향으로 일정 경사각을 가지고 배열되도록 하며, 상기 우측 영역(C)에 설치되는 센서는 상기 탄소 미세 코일(232)이 좌측 방향으로 일정 경사각을 가지고 배열되도록 한다.
따라서, 상기 전방 영역(A)과 좌측 영역(B)의 사이 영역(D)에서도 정상적인 임피던스 변화가 감지될 수 있도록 하고, 또한 상기 전방 영역(A) 및 우측 영역(C)의 사이 영역(E)에서도 정상적인 임피던스 변화가 감지될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 강우가 발생하는 경우, 이에 즉각적으로 반응하여 강우량에 따른 구동 조건으로 와이퍼를 구동시킴으로써, 우천시에 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 탄소미세코일 소자를 이용하여 강우여부 및 강우량을 판단함으로써, 기존의 광학 방식에 대비하여 차별화된 특성(응답특성, 정밀, 정확도, 소비전력, 소형화 등)의 레인 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 센서 내에 탄소 미세 코일을 규칙적으로 배열함으로써, 상기 탄소 미세 코일이 불규칙적으로 배열됨에 따라 발생하는 센서마다의 성능 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 센서의 부착 위치에 따라 상기 센서 내에 배치되는 탄소 미세 코일의 배열 각도를 결정함으로써, 편평한 정면에서뿐 아니라, 굴곡진 측면에서도 최적의 감지 성능을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 각도에 따라 감지 전극의 배열 구조를 변경함으로써, 상기 탄소 미세 코일의 배열에 따른 최적의 감지 신호를 획득할 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 배치되는 감지 전극; 및
    상기 기판 위에 배치되어 상기 감지 전극을 매립하며, 내부에 복수의 탄소 미세 코일을 포함하는 반응층을 포함하며,
    상기 복수의 탄소 미세 코일은,
    상기 반응층 내에 방향성을 가지며 배치되는
    센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 탄소 미세 코일은,
    상기 반응층 내에 서로 동일한 방향성을 가지며 배치되는
    센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도는,
    서로 동일한
    센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반응층은,
    배향막과,
    상기 배향막 내에 분산되는 상기 복수의 탄소 미세 코일과,
    상기 배향막 위에 배치되어, 상기 복수의 탄소 미세 코일이 분산된 상기 배향막의 표면을 덮는 보호층을 포함하는
    센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 배향막의 표면에는,
    규칙적인 방향성을 가지며 배치된 복수의 홈이 형성되며,
    상기 복수의 탄소 미세 코일은,
    상기 복수의 홈 내에 각각 삽입되는
    센서.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 전극은,
    상기 반응층의 임피던스 값의 변화량에 따른 감지 신호를 획득하는
    센서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 감지 전극은,
    상기 반응층의 표면에 접근하는 물체에 의한 임피던스의 양의 허수부 및 유전 상수 변화에 따라 상기 반응층에 발생하는 상기 임피던스의 음의 허수부의 변화를 감지하는
    센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소 미세 코일은,
    1㎛~10㎛ 범위의 직경 및 5㎛~300㎛ 범위의 길이를 만족하는
    센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소 미세 코일은,
    탄소, 탄소-산소 화합물 및 탄소-산소-질소 화합물 중 적어도 어느 하나로 구성되는
    센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 전극은,
    상기 기판 위에 배치되며, 포지티브 특성을 가지는 제 1 감지 전극과,
    상기 기판 위에 상기 제 1 감지 전극과 일정 간격 이격되어 배치되며, 네거티브 특성을 가지는 제 2 감지 전극을 포함하는
    센서.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기판 상에서의 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극의 배열 방향 및 배열 각도는,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도에 의해 결정되는
    센서.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 수평 방향이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 수직 방향으로 배치되고,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 수직 방향이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 수평 방향으로 배치되며,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태이면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되고,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향이 우측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되면, 상기 제 1 감지 전극 및 상기 제 2 감지 전극은 상기 기판 위에 좌측으로 일정 각도 기울어진 상태로 배치되는
    센서.
  13. 전면 유리;
    상기 전면 유리의 제 1 면에 부착되며, 상기 전면 유리의 제 2 면에 접근하는 물체에 의해 임피던스 값이 변화하는 센서부; 및,
    상기 센서부의 임피던스 값의 변화량에 따른 감지 신호를 수신하고, 상기 수신한 감지 신호를 토대로 와이퍼 구동 신호를 출력하는 제어부를 포함하며,
    상기 센서부는,
    방향성을 가지며 배치되는 복수의 탄소 미세 코일을 포함하는
    레인 감지 장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 센서부는,
    기판과,
    상기 기판 위에 배치되는 감지 전극과,
    상기 기판 위에 배치되어 상기 감지 전극을 매립하며, 내부에 규칙적인 방향성을 가지며 분산된 상기 복수의 탄소 미세 코일을 포함하는 반응층을 포함하는
    레인 감지 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 방향성은,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도를 포함하는
    레인 감지 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 반응층은,
    표면에 서로 동일한 배열 방향 및 배열 각도를 가지는 복수의 홈이 형성된 배향막과,
    상기 배향막의 상기 복수의 홈 내에 각각 삽입되는 상기 복수의 탄소 미세 코일과,
    상기 배향막 위에 배치되어, 상기 복수의 탄소 미세 코일이 분산된 상기 배향막의 표면을 덮는 보호층을 포함하는
    레인 감지 장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 기판 상에서의 상기 감지 전극의 배열 방향 및 배열 각도는,
    상기 탄소 미세 코일의 배열 방향 및 배열 각도에 의해 결정되는
    레인 감지 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 감지 전극 및 상기 탄소 미세 코일의 배열 방향은,
    상기 전면 유리의 제 1 면 중 상기 센서부가 장착되는 위치에 따라 서로 다른
    레인 감지 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 전면 유리의 제 1 면은,
    중앙 영역에 대응하는 제 1 영역과,
    상기 제 1 영역으로부터 굴곡되고, 좌측 영역에 대응하는 제 2 영역과,
    상기 제 1 영역으로부터 굴곡되고, 우측 영역에 대응하는 제 3 영역을 포함하며,
    상기 제 1 영역에는,
    수평 방향 및 수직 방향 중 어느 하나의 배열 방향으로 상기 탄소 미세 코일이 배열되고,
    상기 제 2 영역에는,
    제 1 방향으로 일정 각도 기울어진 상태로 상기 탄소 미세 코일이 배열되며,
    상기 제 3 영역에는,
    제 2 방향으로 일정 각도 기울어진 상태로 상기 탄소 미세 코일이 배열되는
    레인 감지 장치.
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