KR101222028B1 - 신축성 촉각센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신축성 있는 전극층을 구비함으로써 촉각센서가 유연한 신축성 촉각센서와 그 제조방법에 관한 것이다. 이를 위해 외부의 작용힘(Fin)이 인가되며, 신축성을 갖는 제 1 고분자층(110); 제 1 고분자층(110) 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120); 제 1 신호선(120)과 연결되어 전극을 형성하는 제 1 전극층(130); 및 제 1 전극층(130)의 일면에 증착되어 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140);으로 이루어진 하판(100); 제 1 고분자층(110)과 대향하는 방향에 구비되어 신축성을 갖는 제 2 고분자층(210); 제 2 고분자층(210) 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220); 제 2 신호선(220)과 연결되어 전극을 형성하는 제 2 전극층(230); 및 제 2 전극층(230) 일면에 증착되어 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240);으로 이루어진 상판(200); 및 하판(100)과 상판(200)을 결합하는 결합층(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서가 개시된다.
Description
본 발명은 신축성 촉각센서와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉각센서의 유연성을 증가시켜 곡률 반경이 작은 다차원 곡률 또는 임의의 곡면에 부착할 수 있는 신축성 촉각센서와 그 제조방법에 관한 것이다.
접촉을 통한 주변 환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 획득하는 촉각기능은 차세대 정보수집 매체로 인식되고 있다. 촉각 감각을 대체할 수 있는 생체 모방형 촉각센서는 혈관 내의 미세수술, 암진단 등의 각종 의료진단 및 시술에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상환경 구현기술에서 중요한 촉각제시 기술에 적용될 수 있기 때문에 그 중요성이 더해지고 있다.
생체모방형 촉각센서는 이미 산업용 로봇의 손목에 사용되고 있는 6자유도의 힘/토크 센서와 로봇의 그립퍼(gripper)용으로 접촉 압력 및 순간적인 미끄러짐을 감지할 수 있으나, 이는 감지부의 크기가 비교적 큰 관계로 민감도가 낮은 문제점이 있었다.
한편, 미소기전집적시스템(MEMS) 제작기술을 이용하여 촉각센서의 개발 가능성을 보연준 바 있으나, 이는 실리콘웨이퍼 등으로 센서를 개발하였기 때문에 유연성을 가지지 못하는 문제점이 있었다.
도 1a는 종래 기술에 따른 촉각센서의 일예를 나타낸 도면으로, 일본 동경대에서 2005년 타카오 솜야(Takao Someya) 그룹이 발표한 것이다. 이 기술에 따르면 촉각센서를 단일 필름을 이용하여 펀칭 공정으로 제작하여 유연성과 확장성을 일부 구현하였다. 그러나 펀칭 공정에 의해 제작된 촉각센서는 유연성을 주기 위해 한 장의 필름을 펀칭하였기 때문에 유연성을 극대화하지 못하였다. 따라서 원기둥이나 곡률 반경이 큰 구형에는 적용할 수 있으나, 사람 피부와 같은 부드러움은 부족해 인간형 로봇의 손가락과 같은 기관이나 아주 작은 구형에는 적용하기에는 문제점이 있어왔다.
한편, 도 1b는 종래 기술에 따른 촉각센서의 다른 예를 나타낸 도면으로서, 프리스톤 대학의 와그너(Wagner) 그룹에 의해 2005년 발표된 것이다. 이 기술에 따르면, PDMS(polydimethylsiloxane, 10) 기판상에 메탈라인(11)을 형성하고 메탈라인(11) 사이에 고정형 셀(13)을 형성한다. 그러나 메탈라인(11)과 기판상 사이에 박리가 일어나거나 약간의 변형에 의해 메탈라인(11)에 금이 발생하는 문제점이 있었으며, 지속적인 접촉에 따라 마모되는 문제점이 있어왔다.
따라서 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 휘어짐 및 복원력이 우수하고 유연성 및 신축성이 뛰어난 신축성 촉각센서와 그 제조방법의 개발을 요하고 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 신축성 있는 전극층을 구비하여 유연성이 뛰어난 촉각센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유연성이 뛰어난 촉각센서를 제공하여 곡률을 갖는 물체 또는 임의의 곡면에 촉각센서 부착이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 촉각센서를 물결무늬 패턴으로 형성하여 모든 방향에 대하여 인장/압축 변형 능력을 증가시킴으로써 미세 곡률 반경을 가지는 물체에 적용할 수 있도록 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 외부의 작용힘(Fin)이 인가되며, 신축성을 갖는 제 1 고분자층(110); 제 1 고분자층(110) 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120); 제 1 신호선(120)과 연결되어 전극을 형성하는 제 1 전극층(130); 및 제 1 전극층(130)의 일면에 증착되어 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140);으로 이루어진 하판(100); 제 1 고분자층(110)과 대향 하는 방향에 구비되어 신축성을 갖는 제 2 고분자층(210); 제 2 고분자층(210) 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220); 제 2 신호선(220)과 연결되어 전극을 형성하는 제 2 전극층(230); 및 제 2 전극층(230) 일면에 증착되어 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240);으로 이루어진 상판(200); 및 하판(100)과 상판(200)을 결합하는 결합층(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 복수로 구비되어 매트릭스 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 전극층(130)은 그래핀 소재 또는 CNT 소재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 전극층(230)은 그래핀 소재 또는 CNT 소재를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 고분자층(110)은 신축성 있는 PDMS 소재, 고무 소재 및 실리콘 소재 중 어느 하나로 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 고분자층(210)은 신축성 있는 PDMS 소재, 고무 소재 및 실리콘 소재 중 어느 하나로 증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 저항층(140)은 불투명 고분자 또는 카본 입자인 불투명 저항체이거나, 혹은 투명 고분자 또는 투명 저항입자인 투명 저항체인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 저항층(240)은 불투명 고분자 또는 카본 입자인 불투명 저항체이거나, 혹은 투명 고분자 또는 투명 저항입자인 투명 저항체인 것이 바람직하다.
또한, 투명 고분자는 PDMS 소재, 고무 소재 및 실리콘 소재 중 어느 하나이고, 투명 저항입자는 ITO, Zinc oxide, Tin oxide 및 CNT 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 결합층(300)은 PDMS 소재, 고무 소재 및 실리콘 소재 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 신축성을 갖도록 물결무늬 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 제 1 저항층(140) 또는 제 2 저항층(240)은 절연층으로 형성하는것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 금속시트를 이용하여 제 1 금속층(150)을 생성하는 제 1 단계(S110); 제 1 금속층(150)의 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120) 및 전극을 형성하는 제 1 전극층(130)을 생성하는 제 2 단계(S120); 제 1 전극층(130)의 일면에 신축성 있는 제 1 고분자층(110)을 증착하는 제 3 단계(S130); 제 1 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 4 단계(S140);제 1 전극층(130)을 패터닝 하는 제 5 단계(S150); 및 패터닝 된 제 1 전극층(130)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140)을 증착하는 제 6 단계(S160);로 이루어지는 하판(100) 제조단계(S100); 금속시트를 이용하여 제 2 금속층(250)을 생성하는 제 7 단계(S210); 제 2 금속층(250)의 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220) 및 전극을 형성하는 제 2 전극층(230)을 생성하는 제 8 단계(S220); 제 2 전극층(230)의 일면에 신축성 있는 제 2 고분자층(210)을 증착하는 제 9 단계(S230); 제 2 금속층(250)을 식각하여 필름을 제거하는 제 10 단계(S240); 제 2 전극층(230)을 패터닝 하는 제 11 단계(S250); 및 패터닝 된 제 2 전극층(230)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240)을 증착하는 제 12 단계(S260);로 이루어지는 상판(200) 제조단계(S200); 및 상판(200)과 하판(100)을 결합층(300)에 의해 결합하는 제 13 단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 하판(100) 제조단계(S100)와 상판(200) 제조단계(S200)는 순서를 바꾸어서 수행할 수 있다.
또한, 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 신축성을 갖도록 물결무늬 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 복수로 구비되어 매트릭스 배열되는 것이 바람직하다.
그리고, 제 5 단계(S150) 또는 제 11 단계(S250)는 02 플라즈마를 이용한 노광공정을 통해 Graphene 패터닝 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은 금속시트를 이용하여 생성된 제 1 금속층(150)을 패터닝하여 생성하는 제 1 단계(S410); 제 1 금속층(150)의 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120) 및 전극을 형성하는 제 1 전극층(130)을 생성하는 제 2 단계(S420); 제 1 전극층(130)의 일면에 신축성 있는 제 1 고분자층(110)을 증착하는 제 3 단계(S430); 제 1 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 4 단계(S440); 제 1 전극층(130)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140)을 증착하는 제 5 단계(S450);로 이루어지는 하판(100)제조단계(S400); 금속시트를 이용하여 생성된 제 2 금속층(250)을 패터닝하여 생성하는 제 6 단계(S510); 제 2 금속층(250)의 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220) 및 전극을 형성하는 제 2 전극층(230)을 생성하는 제 7 단계(S520); 제 2 전극층(230)의 일면에 신축성 있는 제 2 고분자층(210)을 증착하는 제 8 단계(S530); 제 2 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 9 단계(S540);제 2 전극층(230)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240)을 증착하는 제 10 단계(S550);로 이루어지는 상판(200) 제조단계(S500); 및 상판(200)과 하판(100)을 결합층(300)에 의해 결합하는 제 11 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 하판(100) 제조단계(S400)와 상판(200) 제조단계(S500)는 순서를 바꾸어서 수행할 수 있다.
또한, 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 신축성을 갖도록 물결무늬 패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 복수로 구비되어 매트릭스 배열되는 것이 바람직하다.
그리고, 금속시트는 Cu 필름 또는 Ni 필름을 이용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 본 발명의 저항형 촉각센서와 그 제조방법에 의하면 신축성 있는 전극층을 구비함으로써 촉각센서가 유연한 효과가 있다.
또한, 유연성이 뛰어난 촉각센서를 제공하여 곡률을 갖는 물체 또는 임의의 곡면에 촉각센서 부착이 가능한 효과가 있다.
그리고, 촉각센서를 물결무늬 패턴으로 형성하여 모든 방향에 대하여 인장/압축 변형 능력을 증가시킴으로써 미세 곡률 반경을 가지는 물체에 적용할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는 종래 기술에 따른 촉각센서의 일실시예를 나타낸 도면,
도 1b는 종래 기술에 따른 촉각센서의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 하판의 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 상판의 평면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 상판과 하판을 결합한 평면도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 물결모양 촉각센서의 평면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 9a 내지 도 9n은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도,
도 10a 내지 도 10l은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 1a는 종래 기술에 따른 촉각센서의 일실시예를 나타낸 도면,
도 1b는 종래 기술에 따른 촉각센서의 다른 실시예를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 하판의 평면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 상판의 평면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 상판과 하판을 결합한 평면도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 물결모양 촉각센서의 평면도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도,
도 9a 내지 도 9n은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도,
도 10a 내지 도 10l은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
(제 1
실시예의
구성)
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 하판의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 상판의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 상판과 하판을 결합한 평면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 신축성 촉각센서는 대략 제 1 고분자층(110), 제 1 신호선(120), 제 1 전극층(130) 및 제 1 저항층(140)으로 이루어진 하판(100)과 제 2 고분자층(210), 제 2 신호선(220), 제 2 전극층(230) 및 제 2 저항층(240)으로 이루어진 상판(200)으로 구성할 수 있으며, 이에 더하여 하판(100)과 상판(200)을 결합시키는 결합층(300)을 더 부가하여 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 신축성 촉각센서의 구성을 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하판(100)의 구성에 있어서, 제 1 고분자층(110)은 복원력이 우수하며 휘어짐이 좋은 높은 유연성 및 신축성을 가지는 고분자이다. 예를 들어 PDMS 소재, 고무 소재, 실리콘 소재, 폴리우레탄 등의 각종 고분자 재료 등으로 증착하여 형성할 수 있다. 이 경우 PDMS의 경우 마모에 취약하므로 내마모성과 복원력이 우수한 폴리우레탄을 이용함이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 제 1 신호선(120)은 후술할 제 2 신호선(220)과 서로 수직하게 상호 교차시킬 수 있다. 이 경우 제 1 신호선(120)은 제 1 방향으로 배치할 수 있고, 제 2 신호선(220)은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 배치할 수 있다. 제 1 신호선(120)은 제 1 전극층(130)의 생성시 형성되며, Graphene 소재 또는 CNT 소재 등을 고온에 넣어 형성할 수 있다. 제 1 신호선(120)은 상술한 제 1 고분자층(110)의 일면에 일정 간격 이격되어 복수로 배열하여 구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제 1 전극층(130)은 전술한 제 1 신호선(120)과 연결되어 전극을 형성할 수 있다. 제 1 전극층(130)은 그래핀(Graphene) 소재 또는 탄소나노튜브(CNT) 소재 등을 고온에 넣어 형성할 수 있다. 또한, 제 1 전극층(130)은 제 1 고분자층(110)의 일면에 제 1 신호선(120)과 연결되어 일정 간격 이격되어 매트릭스 배열을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제 1 저항층(140)은 상술한 제 1 전극층(130)의 일면에 불투명 고분자 또는 카본 입자인 불투명 저항체를 이용하여 증착시켜 형성할 수 있다. 또한, 투명 고분자 또는 투명 저항입자인 투명 저항체를 이용하여 증착시켜 형설 할 수도 있다. 이 경우 투명 고분자는 PDMS 소재, 고무 소재, 실리콘 소재일 수 있고, 투명 저항입자는 ITO, 산화아연(Zinc oxide), 산화주석(Tin oxide), 및 CNT 중 어느 하나를 선택하여 형성할 수도 있다. 제 1 저항층(140) 및 제 2 저항층(240)은 제 1 전극층(140)과 제 2 전극층(240)을 절연하기 위하여 절연층으로 형성할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 상판(200)의 구성에 있어서, 제 2 고분자층(210), 제 2 신호선(220), 제 2 전극층(230), 및 제 2 저항층(240)은 상술한 하판(100)의 구성과 동일하므로 이에 갈음하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 결합층(300)은 PDMS 소재, 고무 소재, 실리콘 소재를 이용하여 도 3의 하판(100)과 도 4의 상판(200)을 접착할 수 있다. 이때 하판(100)의 제 1 고분자층(110)과 상판(200)의 제 2 고분자층(210)을 서로 접착할 수 있으며, 하판(100)과 상판(200)의 접착된 도면은 도 5에 도시된 바와 같다.
(제 2
실시예의
구성)
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예로서 하판(100) 및 상판(200)의 각각 구성요소는 물결무늬 패턴으로 구성할 수도 있다. 이와 같이 물결무늬 패턴을 형성하는 경우 유연성 및 신축성이 더욱더 증가하여 곡률 반경이 아주 작은 다차원 곡률 물체 또는 임의의 곡면에 부착이 가능할 수 있다.
(제 1
실시예의
제조방법)
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도, 도 9a 내지 도 9n은 본 발명의 일실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 신축성 촉각센서의 제조단계는 S110 단계 내지 S300 단계의 제 13 단계로 구분할 수 있으며, 대략 금속시트를 이용하여 제 1 금속층(150)을 생성하는 제 1 단계(S110), 제 1 금속층(150)의 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120) 및 전극을 형성하는 제 1 전극층(130)을 생성하는 제 2 단계(S120), 제 1 전극층(130)의 일면에 신축성 있는 제 1 고분자층(110)을 증착하는 제 3 단계(S130), 제 1 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 4 단계(S140), 제 1 전극층(130)을 패터닝 하는 제 5 단계(S150), 및 패터닝 된 제 1 전극층(130)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140)을 증착하는 제 6 단계(S160)로 이루어지는 하판(100) 제조단계(S100), 금속시트를 이용하여 제 2 금속층(250)을 생성하는 제 7 단계(S210), 제 2 금속층(250)의 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220) 및 전극을 형성하는 제 2 전극층(230)을 생성하는 제 8 단계(S220), 제 2 전극층(230)의 일면에 신축성 있는 제 2 고분자층(210)을 증착하는 제 9 단계(S230), 제 2 금속층(250)을 식각하여 필름을 제거하는 제 10 단계(S240), 제 2 전극층(230)을 패터닝 하는 제 11 단계(S250), 및 패터닝 된 제 2 전극층(230)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240)을 증착하는 제 12 단계(S260)로 이루어지는 상판(200) 제조단계(S200), 및 상판(200)과 하판(100)을 결합층(300)에 의해 결합하는 제 13 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하 도 9a 내지 도 9n을 참조하여 신축성 촉각센서의 제조방법을 설명한다.
먼저, 하판(100)의 제조방법에 있어서(S100), 도 9a에 도시된 바와 같이, 금속시트를 이용하여 제 1 금속층(150)을 생성할 수 있다. 이 경우 후술할 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)을 생성하기 위하여, 제 1 금속층(150)은 Ni 필름 또는 Cu 필름으로 형성할 수 있다. 제 1 금속층(150)은 후술할 제 1 고분자층(110)을 증착한 후 식각을 통해 제거할 수 있다.
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)의 제조는 전술한 제 1 금속층(150)을 생성한 후, 제 1 금속층(150)의 상부면에 Graphene 소재 또는 CNT 소재를 고온에 넣어 생성할 수 있다. 이때 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)은 물결무늬 패턴을 형성하여 촉각센서의 유연성 및 신축성을 증가시켜 임의의 곡면에 부착하도록 할 수 있다. 또한, 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)은 일정간격 이격되어 복수로 배열하여 제조할 수 있으며, 제 1 전극층(130)은 매트릭스 배열을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 제 1 고분자층(110)은 전술한 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)을 생성한 후, 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)의 상부면에 신축성 있는 PDMS 또는 실리콘 등의 고분자 소재를 증착하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9d에 도시된 바와 같이, 제 1 고분자층(110)을 생성한 후, 전술한 제 1 금속층(150)을 식각하여 Ni 필름 또는 Cu 필름 등을 제거할 수 있다.
다음으로, 도 9e (가)에 도시된 바와 같이, 제 1 금속층(150)을 식각한 후, 02 플라즈마를 이용한 노광공정을 통해 Graphene 패터닝 할 수 있다. 여기서 Graphene 패터닝을 한 후에는 도 9e (나)에 도시된 바와 같이 형성할 수 있다.
마지막으로, 도 9f에 도시된 바와 같이, 노광공정을 통해 Graphene 패터닝 후, 전술한 제 1 전극층(130)의 상부면에 제 1 저항층(140)을 증착하여 형성할 수 있다. 이때 스크린 인쇄 기법에 의하여 제 1 저항층(140)을 생성할 수 있다. 제 1 저항층(140)은 물결무늬 패턴을 형성하여 촉각센서의 유연성 및 신축성을 증가시켜 임의의 곡면에 부착할 수 있다.
한편, 상판(100)의 제조방법에 있어서(S200), 상판(100)의 제조는 전술한 하판(100)의 제조 순서와 동일하므로 하판(100)의 제조 순서에 갈음하기로 한다.
다음으로, 도 9m 및 도 9n에 도시된 바와 같이 하판(100) 및 상판(200)을 제조한 후, 결합층(300)에 의해 접착하는 단계를 수행할 수 있다(S300). 이 경우 결합층(300)은 실리콘 소재 또는 PDMS 소재 등의 고분자 소재를 이용하여 하판(100)의 제 1 고분자층(110) 및 상판(200)의 제 2 고분자층(210)을 접착할 수 있다. 이때 하판(100)과 상판(200)의 결합시 제 1 신호선(120)과 제 2 신호선(220)은 서로 수직하게 상호 교차하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 하판(100)의 제조단계(S100)와 상판(200)의 제조단계(S200)는 그 순서를 바꾸어서 제조할 수도 있다.
(제 2
실시예의
제조방법)
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이고, 도 10a 내지 도 10l은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각센서의 제조방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 신축성 촉각센서의 제조단계는 S410 단계 내지 S600 단계의 제 11 단계로 구분할 수 있으며, 대략 금속시트를 이용하여 생성된 제 1 금속층(150)을 펀칭공정 또는 식각에 의해 패터닝하여 생성하는 제 1 단계(S410), 제 1 금속층(150)의 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120) 및 전극을 형성하는 제 1 전극층(130)을 생성하는 제 2 단계(S420), 제 1 전극층(130)의 일면에 신축성 있는 제 1 고분자층(110)을 증착하는 제 3 단계(S430), 제 1 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 4 단계(S440), 제 1 전극층(130)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140)을 증착하는 제 5 단계(S150)로 이루어지는 하판(100) 제조단계(S400), 금속시트를 이용하여 생성된 제 2 금속층(250)을 펀칭공정 또는 식각에 의해 패터닝하여 생성하는 제 6 단계(S510), 제 2 금속층(250)의 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220) 및 전극을 형성하는 제 2 전극층(230)을 생성하는 제 7 단계(S520), 제 2 전극층(230)의 일면에 신축성 있는 제 2 고분자층(210)을 증착하는 제 8 단계(S530), 제 2 금속층(250)을 식각하여 필름을 제거하는 제 9 단계(S540), 및 제 2 전극층(230)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240)을 증착하는 제 10 단계(S550)로 이루어지는 상판(200) 제조단계(S500), 및 상판(200)과 하판(100)을 결합층(300)에 의해 결합하는 제 11 단계(S600)를 포함할 수 있다. 이하 도 10a 내지 도 10n을 참조하여 신축성 촉각센서의 제조방법을 설명한다. 이때 상술한 제 1 실시예에서와 다른점만을 아래와 같이 설명하기로 한다.
먼저, 도 10a의 (가)에 도시된 바와 같이, 하판(100)의 제조방법에 있어서(S400), 금속시트를 이용하여 제 1 금속층(150)을 생성할 수 있다. 이때 도 10a의 (나)에 도시된 바와 같이, 상술한 제 1 실시예에서와 다른점은 제 1 금속층(150)의 생성시에 펀칭공정 또는 식각에 의해 패터닝을 하여 제 1 실시예에서와 같은 노광공정(S150, S250)을 생략할 수 있다. 이렇게 노광공정을 생략함으로써 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각센서의 제조단계를 단축할 수 있다.
마지막으로 패터닝 된 제 1 금속층(150)의 상부면에 Graphene 소재 또는 CNT 소재를 고온에 넣어 제 1 신호선(120) 및 제 1 전극층(130)을 생성할 수 있으며, 이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉각센서의 제조단계는 전술한 제 1 실시예의 순서에 갈음하기로 한다.
한편, 상판(200)의 제조단계는(S500) 전술한 하판(100)의 제조단계와 순서가 동일하므로 하판(100)의 제조단계 순서에 갈음하기로 한다.
다음으로, 도 10k 및 도 10l에 도시된 바와 같이 하판(100) 및 상판(200)을 제조한 후, 결합층(300)에 의해 접착하는 단계를 수행할 수 있다(S600). 이 경우 결합층(300)은 실리콘 소재 또는 PDMS 소재 등의 고분자 소재를 이용하여 하판(100)의 제 1 고분자층(110) 및 상판(200)의 제 2 고분자층(210)을 접착할 수 있다. 이때 하판(100)과 상판(200)의 결합시 제 1 신호선(120)과 제 2 신호선(220)은 서로 수직하게 상호 교차하도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 하판(100)의 제조단계(S400)와 상판(200)의 제조단계(S500)는 그 순서를 바꾸어서 제조할 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
100 : 하판
110 : 제 1 고분자층
120 : 제 1 신호선
130 : 제 1 전극층
140 : 제 1 저항층
150 : 제 1 금속층
200 : 상판
210 : 제 2 고분자층
220 : 제 2 신호선
230 : 제 2 전극층
240 : 제 2 저항층
250 : 제 2 금속층
300 : 결합층
110 : 제 1 고분자층
120 : 제 1 신호선
130 : 제 1 전극층
140 : 제 1 저항층
150 : 제 1 금속층
200 : 상판
210 : 제 2 고분자층
220 : 제 2 신호선
230 : 제 2 전극층
240 : 제 2 저항층
250 : 제 2 금속층
300 : 결합층
Claims (22)
- 금속시트를 이용하여 제 1 금속층(150)을 생성하는 제 1 단계(S110);
상기 제 1 금속층(150)의 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120) 및 전극을 형성하는 제 1 전극층(130)을 생성하는 제 2 단계(S120);
상기 제 1 전극층(130)의 일면에 신축성 있는 제 1 고분자층(110)을 증착하는 제 3 단계(S130);
상기 제 1 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 4 단계(S140);
상기 제 1 전극층(130)을 패터닝 하는 제 5 단계(S150); 및
상기 패터닝 된 제 1 전극층(130)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140)을 증착하는 제 6 단계(S160);로 이루어지는 하판(100) 제조단계(S100);
상기 금속시트를 이용하여 제 2 금속층(250)을 생성하는 제 7 단계(S210);
상기 제 2 금속층(250)의 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220) 및 전극을 형성하는 제 2 전극층(230)을 생성하는 제 8 단계(S220);
상기 제 2 전극층(230)의 일면에 신축성 있는 제 2 고분자층(210)을 증착하는 제 9 단계(S230);
상기 제 2 금속층(250)을 식각하여 상기 필름을 제거하는 제 10 단계(S240);
상기 제 2 전극층(230)을 패터닝 하는 제 11 단계(S250); 및
상기 패터닝 된 제 2 전극층(230)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240)을 증착하는 제 12 단계(S260);로 이루어지는 상판(200) 제조단계(S200); 및
상기 상판(200)과 상기 하판(100)을 결합층(300)에 의해 결합하는 제 13 단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 하판(100) 제조단계(S100)와 상기 상판(200) 제조단계(S200)는 순서를 바꾸어서 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극층(130) 또는 상기 제 2 전극층(230)은 신축성을 갖도록 물결무늬 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 복수로 구비되어 매트릭스 배열되는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 5 단계(S150) 또는 상기 제 11 단계(S250)는 O2 플라즈마를 이용한 노광공정을 통해 Graphene 패터닝 하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 금속시트를 이용하여 생성된 제 1 금속층(150)을 패터닝하여 생성하는 제 1 단계(S410);
상기 제 1 금속층(150)의 일면에 신호선을 형성하는 제 1 신호선(120) 및 전극을 형성하는 제 1 전극층(130)을 생성하는 제 2 단계(S420);
상기 제 1 전극층(130)의 일면에 신축성 있는 제 1 고분자층(110)을 증착하는 제 3 단계(S430);
상기 제 1 금속층(150)을 식각하여 필름을 제거하는 제 4 단계(S440);
상기 제 1 전극층(130)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 1 저항층(140)을 증착하는 제 5 단계(S450);로 이루어지는 하판(100)제조단계(S400);
상기 금속시트를 이용하여 생성된 제 2 금속층(250)을 패터닝하여 생성하는 제 6 단계(S510);
상기 제 2 금속층(250)의 일면에 신호선을 형성하는 제 2 신호선(220) 및 전극을 형성하는 제 2 전극층(230)을 생성하는 제 7 단계(S520);
상기 제 2 전극층(230)의 일면에 신축성 있는 제 2 고분자층(210)을 증착하는 제 8 단계(S530);
상기 제 2 금속층(150)을 식각하여 상기 필름을 제거하는 제 9 단계(S540);
상기 제 2 전극층(230)의 일면에 외부의 작용힘(Fin)의 변화에 따라 저항값이 변하는 제 2 저항층(240)을 증착하는 제 10 단계(S550);로 이루어지는 상판(200) 제조단계(S500); 및
상기 상판(200)과 상기 하판(100)을 결합층(300)에 의해 결합하는 제 11 단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 하판(100) 제조단계(S400)와 상기 상판(200) 제조단계(S500)는 순서를 바꾸어서 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극층(130) 또는 상기 제 2 전극층(230)은 신축성을 갖도록 물결무늬 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극층(130) 또는 제 2 전극층(230)은 복수로 구비되어 매트릭스 배열되는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법.
- 제 1 항, 제 2 항, 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속시트는 Cu 필름 또는 Ni 필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 신축성 촉각센서의 제조방법. - 삭제
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