KR101904619B1 - 단층의 텍스타일형 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

단층의 텍스타일형 센서 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 단층의 텍스타일형 센서는 섬유 원단; 상기 섬유 원단의 제1 표면에 형성되는 전극부; 및 상기 제1 표면과 반대쪽 표면인 상기 섬유 원단의 제2 표면에 형성되는 감지부;를 포함하되, 상기 전극부의 반대쪽 위치에 상기 감지부가 형성된다.

Description

단층의 텍스타일형 센서 및 그 제조방법{Single layer textile type sensor and method for manufacturing thereof}
본 발명의 실시예들은 유연성을 확보할 수 있고, 얇으며, 공기 투과도가 높은 단층의 텍스타일형 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 건강 및 여가 활동에 대한 관심이 높아짐에 따라 인체 정보를 진단하여 피드백 할 수 있는 스마트 웨어러블 디바이스의 수요가 늘어나고 있다.
종래의 스마트 웨어러블 디바이스는 필름형 전자 소자들을 주로 사용한다. 특히, 종래의 필름형 센서 일례로, 압력 센서는 전극층, 공기층(spacer), 감지층의 구조로 이루어져 있다.
그러나, 종래의 필름형 센서는 3층 이상의 서로 다른 필름층으로 구성되어 있다. 따라서, 종래의 필름형 센서는 두께가 두껍고, 유연성이 떨어지기 때문에, 스마트 의복 및 텍스타일 소재 제품(인테리어용 제품 등)에 적용하기가 용이하지 않는 단점이 있다.
즉, 종래의 필름형 센서는 전도성 섬유를 적층시켜 구현한 것으로서, 실질적으로 의류에 적용하는 경우, 유연성 및 신축성 등의 문제로 인해 의류 소재와 일체화가 힘든 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 유연성을 확보할 수 있고, 얇으며, 공기 투과도가 높은 단층의 텍스타일형 센서 및 그 제조방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 텍스타일형 센서에 있어서, 섬유 원단; 상기 섬유 원단의 제1 표면에 형성되는 전극부; 및 상기 제1 표면과 반대쪽 표면인 상기 섬유 원단의 제2 표면에 형성되는 감지부;를 포함하되, 상기 전극부의 반대쪽 위치에 상기 감지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서가 제공된다.
상기 섬유 원단은 경사(經絲)와 위사(緯絲)로 구성되고, 상기 경사와 상기 위사 사이에 형성되는 직사각형 형태의 기공(氣孔)의 가로 및 세로 각각의 길이는 10~500μm일 수 있다.
상기 전극부는 상기 제1 표면에 제1 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 형성될 수 있다.
상기 제1 전도성 잉크는 10-6Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료가 함유될 수 있다.
상기 감지부는 상기 제2 표면에 제2 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 형성될 수 있다.
상기 제2 전도성 잉크는 10-1~10-6Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료가 함유될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 텍스타일형 센서의 제조 방법에 있어서, 섬유 원단의 제1 표면에 제1 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 전극부를 형성하는 단계; 및 상기 섬유 원단의 제2 표면에 제2 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 감지부를 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 전극부의 반대쪽 위치에 상기 감지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 단층의 텍스타일형 센서는 유연성을 확보할 수 있고, 얇으며, 공기 투과도가 높은 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층의 텍스타일형 센서의 제조 방법의 흐름도를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층의 텍스타일형 센서의 구성 요소들을 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층의 텍스타일형 센서의 단면도를 도시한 도면
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층의 텍스타일형 센서의 제조 방법의 흐름도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단층의 텍스타일형 센서의 구성 요소들을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단층의 텍스타일형 센서의 단면도를 도시한 도면이다.
한편, 단층의 텍스타일형 센서는 압력 센서일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 3를 참조하여 단층의 텍스타일형 센서 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 단계(110)에서는 섬유 원단을 제조한다.
도 3의 (a)에서는 섬유 원단의 개략적인 형태를 도시하고 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 섬유 원단(210)은 복수의 경사(經絲, 날실)(211)과 복수의 위사(緯絲, 씨실)(212)로 구성되며, 인접하는 2개의 경사(211)와 인접하는 2개의 위사(212) 사이에는 기공(氣孔)(213)이 형성된다. 이 때, 경사(211) 및 위사(212) 각각은 절연성 섬유 재질일 수 있다. 이 때, 기공(213)은 직사각형 형태일 있으며, 기공(213)의 가로 및 세로의 길이는 10~500μm일 수 있다.
한편, 섬유 원단은 기 제조된 섬유 원단을 사용할 수 있으며, 이 경우 단계(110)는 생략될 수 있다.
다음으로, 단계(120)에서는 섬유 원단(210)의 제1 표면에 제1 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 전극부(220)를 형성한다.
도 3의 (b)에서는 전극부(220)의 개략적인 형태를 도시하고 있다.
여기서, 제1 표면은 섬유 원단(210)의 위쪽 표면 또는 아래쪽 표면 중 하나일 수 있으며, 도 1 및 도 2에서는 전극부(220)가 섬유 원단(210)의 아래쪽 표면에 형성되어 있는 것으로 도시하였다.
그리고, 제1 전도성 잉크는 10-6Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료가 함유될 수 있다. 일례로, 제1 전도성 잉크는 은(silver)이 함유되어 있는 잉크일 수 있다.
이 때, 전극부(220)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 shunt pattern 형태를 가질 수 있다. shunt 형태의 전극은 전극간 간격이 좁을수록 압력 분해능이 높다. 다만, 전극 사이에 10μm 이상의 간격이 유지되는 것이 바람직하다.
계속하여, 단계(130)에서는 섬유 원단(210)의 제2 표면에 제2 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 감지부(230)를 형성한다.
도 3의 (c)에서는 감지부(230)의 개략적인 형태를 도시하고 있다.
여기서, 제2 표면은 섬유 원단(210)의 위쪽 표면 또는 아래쪽 표면 중 하나일 수 있으며, 도 1 및 도 2에서는 감지부(220)가 섬유 원단(210)의 위쪽 표면에 형성되어 있는 것으로 도시하였다. 그리고, 전극부(220)의 반대쪽 위치에 감지부(230)가 형성되어 있다.
또한, 제2 전도성 잉크는 10-1~10-6 Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료가 함유될 수 있다. 일례로, 제2 전도성 잉크는 흑연(graphite)이 함유되어 있는 잉크일 수 있다.
이 때, 감지부(230)는 사각형 형상으로 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 단계(130)는 단계(120) 전에 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 단계(130)가 먼저 수행된 후에 단계(120)가 수행될 수도 있다.
요컨대, 본 발명에 따른 단층의 텍스타일형 센서(200)는 압력 센서일 수 있으며, 외부 압력에 의해 전극부(220)와 감지부(230)간 접촉 면적 또는 감지부(230)의 전도성 입자간의 간격이 변하게 됨으로 전기 저항의 변화가 일어나게 되고, 이를 통해 압력이 감지된다.
이 때, 일반적인 압력 센서는 전극층, 공기층(spacer), 감지층의 구조로 이루어져 있으며, 종래의 필름형 섬유 센서는 3층 이상의 서로 다른 필름층으로 구성되어 있는바, 두께가 두껍고, 유연성이 떨어지기 때문에, 스마트 의복 및 텍스타일 소재 제품(인테리어용 제품 등)에 적용하기가 용이하지 않다.
그러나, 본 발명의 단층의 텍스타일형 센서(200)의 경우, 원단 소재의 단일층(1 layer)에 전극부(220), 공기부와 대응되는 절연성 소재의 섬유 원단(210) 및 감지부(230)가 모두 포함되어 있다. 따라서, 종래의 필름형 센서에 비하여 유연성을 확보할 수 있고, 얇으며, 공기 투과도가 높아 텍스타일 소재로 구성된 스마트 의복 등의 스마트 기기에 적용이 용이한 장점이 있다.
한편, 일반적인 센서는 압력 감응 범위, 압력 분해능, 정확도 및 내구성 등이 중요한 성능 지표로서 사용되며, 센서를 구성하고 있는 전극부, 공기부, 감지부의 구조에 따라 성능이 결정된다.
이 때, 본 발명의 경우, 비저항이 낮은 재료(10-6 Ωm 이하의 비저항)로 전극부(220)는 형성하고 있으므로, 분해능 및 내구성이 우수하며, shunt 형태의 전극 간 간격을 조절함으로써(10μm 이상의 간격 유지 필요) 높은 압력 분해능을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 경우, 10-1~10-6Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료를 통해 감지부(230)를 형성하고 있으므로, 전도성 입자 간의 변화폭이 커서 높은 압력 분해능을 얻을 수 있다.
그리고, 공기층와 대응되는 섬유 원단(210) 내의 기공(213)은 전극부(220)와 감지부(230)간 접촉 면적이 압력에 의하여 달라져야 하며, 본 발명의 경우, 기공(213)의 가로 및 세로의 길이는 10~500μm일 수 있다. 즉, 기공(213)의 가로 및 세로의 길이가 10μm 이하로 작으면 전극부(220)와 감지부(230)간 접촉이 불량하고, 500μm 이상일 경우 전극부(220)와 감지부(23)가 항상 접촉되는바, 기공(213)의 가로 및 세로의 길이가 10~500μm인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 경우, 감지된 압력과 대응되는 저항 변화를 전극부(220)와 연결되는 MCU(Micro Controller Unit) 및 무선 통신 모듈을 이용하여 연동되는 스마트 기기로 전송할 수 있으며, 이를 통해 실시간으로 외부 자극에 대한 정보를 알려줄 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 압력을 감지하는 텍스타일형 센서에 있어서,
    경사, 위사 및 상기 경사와 상기 위사 사이에 형성되는 직사각형 형태의 기공으로 이루어진 섬유 원단;
    상기 섬유 원단의 제1 표면에 형성되며, 전도성 입자를 포함하는 전극부; 및
    상기 제1 표면과 반대쪽 표면인 상기 섬유 원단의 제2 표면에서 상기 전극부의 반대쪽 위치에 형성되며, 전도성 입자를 포함하는 감지부;를 포함하되,
    외부 압력이 상기 전극부와 상기 감지부 중 적어도 일부에 인가되는 경우, 상기 기공을 통해서 상기 전극부와 상기 감지부가 접촉되고 상기 접촉의 면적이 변화하여 상기 외부 압력이 감지되거나 상기 감지부 내의 전도성 입자의 거리가 변화하여 상기 외부 압력이 감지되며,
    상기 기공의 가로 및 세로 각각의 길이는 10~500μm인 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 제1 표면에 제1 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전도성 잉크는 10-6Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 제2 표면에 제2 전도성 잉크를 스크린프린팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전도성 잉크는 10-1~10-6Ωm 이하의 비저항을 가지는 재료가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 센서.
  7. 삭제
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