KR101708113B1 - 고감도 압력 센서 - Google Patents
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Abstract
고감도 압력 센서가 개시된다. 고감도 압력 센서는 기판; 상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층; 상기 나노 구조체층 위에 형성되는 전도층; 및 상기 전도층의 위에 형성되는 전극을 포함한다.
Description
본 발명은 고감도 압력 센서에 관한 것이다.
로봇용 전자 피부는 궁극적으로 로봇에게 사람 닮은 피부를 제공할 목적으로 설계된 소자로써, 이를 이루는 촉각 센서는 기기와 인간이 소통할 수 있는 공감, 감성 기반의 사용자 인터페이스를 제공한다.
촉각을 감지하는 전자 소자의 네트워크로 이루어진 전자 피부는 나노 물질 및 기존에 존재하는 반도체 기술을 통해 피부에 부착하는 고성능 웨어러블 기기에 활용될 수 있다.
따라서, 전자 피부 구현을 위해서, 아주 작은 외력을 감지하는 고감도 센서의 성능뿐만 아니라 매우 넓은 압력 구간에서 힘을 감지할 수 있는 센서에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 서로 다른 크기, 형상, 구조체 간 간격이 다른 나노 마이크로 구조체를 기반으로 고감도 및 넓은 압력 구간에서 민감도를 갖는 고감도 압력 센서를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 다른 크기, 형상, 구조체 간 간격이 다른 나노 마이크로 구조체를 기반으로 고감도 및 넓은 압력 구간에서 민감도를 갖는 고감도 압력 센서가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층; 상기 나노 구조체층 위에 형성되는 전도층; 및 상기 전도층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판; 상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층; 상기 나노 구조체층 위에 형성되는 제1 전도층; 상기 제1 전도층 위에 형성되는 제2 기판; 및 상기 제2 기판 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 전도층; 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층; 및 상기 압전체층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 제1 전도층; 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층; 상기 압전체층 위에 형성되는 직물층; 상기 직물층 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
상기 복수의 나노 마이크로 구조는 각각 형성, 크기 및 각 나노 마이크로 구조가 배치된 간격 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
상기 나노 구조체층은 실리콘 계열 또는 폴리 우레탄의 유연 재질로 형성될 수 있다.
상기 압전체층은 P(VED-TrFF), BaTiO3 및 PbZrTiO3 중 적어도 하나의 압전체 물질로 형성될 수 있다.
상기 직물층은 Wooven으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서를 제공함으로써, 서로 다른 크기, 형상, 구조체 간 간격이 다른 나노 마이크로 구조체를 기반으로 고감도 및 넓은 압력 구간에서 민감도를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서를 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 마이크로 구조체를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구성을 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 마이크로 구조체를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구성을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서를 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 마이크로 구조체를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서는, 기판(110), 나노 구조체층(120), 전도층(130) 및 전극(140)을 포함하여 구성된다.
기판(110) 위에 나노 구조체층(120)이 형성된다.
나노 구조체층(120)은 복수의 나노 마이크로 구조를 포함한다. 여기서, 복수의 나노 마이크로 구조의 형상은 원 기둥, 다발 기둥, 복합 기둥, 나노 헤어, 피라미드, 라인(삼각형 라인, 사각형 라인), 원뿔, 격자 패턴 등과 같이 매우 다양할 수 있다.
또한, 나노 구조체층(120)에 포함되는 복수의 나노 마이크로 구조는 각각 동일 형상으로 형성될 수도 있으며, 각각 상이한 형상으로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 복수의 나노 마이크로 구조 중 일부는 피라미드 형상일 수 있으며, 나머지 일부는 사각 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 복수의 나노 마이크로 구조는 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 그 크기가 상이할 수 있다.
또한, 복수의 나노 마이크로 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 동일 형상이되, 각각의 나노 마이크로 구조 배치 간격이 상이할 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 나노 마이크로 구조는 동일 형상이되, 그 크기가 각각 상이하고, 각 나노 마이크로 구조가 배치된 간격이 상이할 수도 있다.
나노 구조체층(120)은 유연 재질로 형성되며, 서로 다른 크기, 형상, 서로 다른 간격으로 나노 마이크로 구조체가 형성될 수 있다.
예를 들어, 나노 구조체층(120)은 실리콘 계열 또는 폴리 우레탄 등으로 형성될 수 있다. 기판(110)은 예를 들어, PET로 형성될 수 있다.
나노 구조체층(120) 위에 전도층(130)이 형성된다. 여기서, 전도층(130)은 금속층일 수 있다.
또한, 전도층(130) 위에 전극(140)을 캐핑(capping)한다.
이를 통해, 외부의 물리적 자극에 따라 나노 구조체층(120)이 변형되면, 압력에 따른 저항 변화와 같은 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 나노 구조체층(120)에 포함되는 나노 마이크로 구조의 크기, 형상 및 간격을 각각 상이하게 형성하는 이유는 필요에 따라 각 나노 마이크로 구조 하나 하나를 피부의 통점 역할을 하는 고감도 압력 감지가 가능하도록 하고, 더불어 크기, 형상, 간격을 상이하게 형성함으로써 동시에 넓은 영역에서 민감도를 갖도록 하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서는 제1 기판(110), 나노 구조체층(120), 제1 전도층(130), 제2 기판(440) 및 제2 전도층(450)을 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 기판(110), 나노 구조체층(120), 제1 전도층(130)은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4의 고감도 압력 센서는 정전용량 방식에 기반한 것으로, 외부 물리적 자극(압력)에 따라 나노 구조체층(120)이 변형되면, 압력에 따른 정전 용량 변화를 감지하는 방식으로, 제1 전도층(130)과 제2 전도층(450)이 직접 접촉하는 것을 피하기 위해 제1 전도층(130)과 제2 전도층(450) 사이에 제2 기판(440)이 형성된다.
여기서, 제2 기판(440)은 제1 기판(110)과 동일 재질로 형성될 수 있다.
이를 통해, 이를 통해, 외부의 물리적 자극에 따라 나노 구조체층(120)이 변형되면, 압력에 따른 정전용량 변화와 같은 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서는 기판(510), 제1 전도층(520), 압전체층(530), 직물층(540) 및 제2 전도층(550)을 포함하여 구성된다.
기판(510) 위에 제1 전도층(520)이 형성된다.
이어, 제1 전도층(520) 위에 복수의 나노 마이크로 구조체를 포함하는 압전체층(530)이 형성된다.
여기서, 압전체층(530)은 압력이 가해지는 경우, 전위차(전압)이 발생되는 압전체 물질로 형성된다. 여기서, 압전체층(530)은 수정, 로셀염, 티탄산바륨(BaTiO3), 인공세라믹(PZT), 전기석, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민, 불소계 공중합체(P(VDF-TrFE)), PbZrTiO3 등일 수 있다.
외부 물리적 자극에 따라 나노 마이크로 구조체를 포함하는 압전체층(530)이 변형되면, 그 힘에 비례하는 전하가 발생할 수 있다.
압전체층(530) 위에 직물층(540)이 형성되고, 직물층(540) 위에 제2 전도층(550)이 형성된다. 여기서, 제1 전도층(520)과 제2 전도층(550)은 동일 물질로 형성될 수도 있으며, 각각 상이한 금속으로 형성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구성을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서는 기판(610), 전도층(620), 압전체층(630) 및 전극(640)을 포함하여 구성된다.
기판(610)의 상면에 전도층(620)이 형성된다. 여기서, 기판(610) 및 전도층(620)은 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
전도층(620)의 상위에, 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 압전체층(630)이 형성된다. 압전체층(630)은 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
압전체층(630)의 상위에 전극(640)을 캐핑(capping)한다.
이를 통해, 외부의 물리적 자극에 따라 나노 구조체층(6)이 변형되면, 압력에 따른 압전 및 정전기 특정에 따른 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 기판
120: 나노 구조체층
130: 전도층
140: 전극
120: 나노 구조체층
130: 전도층
140: 전극
Claims (8)
- 기판;
상기 기판 위에 형성되며, 각 나노 마이크로 구조의 크기, 형상 및 배치 간격 중 적어도 하나가 서로 상이한 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층;
상기 나노 구조체층 위에 형성되는 전도층; 및
상기 전도층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서.
- 제1 기판;
상기 기판 위에 형성되며, 각 나노 마이크로 구조의 크기, 형상 및 배치 간격 중 적어도 하나가 서로 상이한 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층;
상기 나노 구조체층 위에 형성되는 제1 전도층;
상기 제1 전도층 위에 형성되는 제2 기판;
상기 제2 기판 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서.
- 기판;
상기 기판 위에 형성되는 전도층;
각 나노 마이크로 구조의 크기, 형상 및 배치 간격 중 적어도 하나가 서로 상이한 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층; 및
상기 압전체층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서.
- 기판;
상기 기판 위에 형성되는 제1 전도층;
각 나노 마이크로 구조의 크기, 형상 및 배치 간격 중 적어도 하나가 서로 상이한 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층;
상기 압전체층 위에 형성되는 직물층; 및
상기 직물층 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서.
- 삭제
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 나노 구조체층은 실리콘 계열 또는 폴리 우레탄의 유연 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
- 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 압전체층은 P(VED-TrFF), BaTiO3 및 PbZrTiO3 중 적어도 하나의 압전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
- 제4 항에 있어서,
상기 직물층은 Wooven으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
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