KR101934432B1 - A force sensor using conductive polymer material - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서를 공개한다. 이 장치는 내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판; 하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선; 스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 전도성 고분자 물질; 및 하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 전도성 고분자 물질의 상부면에 적층되는 보호층;을 포함하고, 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 전도성 고분자 물질의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 가해지는 힘의 측정이 빈번하거나 연속적인 경우나 측정 대상물이 자유 곡면 형상을 가지고 변형량이 큰 경우에도, 유연성이 확보되어 대면적 구현이 가능하고 소모 에너지 및 생산 비용을 절감할 수 있다. The present invention discloses a force sensor using a conductive polymer material. The apparatus comprises: a plastic substrate having an inner region and an outer region on both sides; A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate; A conductive polymer material having a pattern portion and connecting portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of the inner region of the metal wiring; And a protection layer on the lower surface of the upper surface of the conductive polymer material and a top surface of the first outer region of the outer region of the pair of metal wirings and the upper surface of the conductive polymer material, And the upper surface of the second outer region where the layers are not laminated is exposed for measuring the resistance upon deformation of the conductive polymer material. According to the present invention, even when the force applied is frequently or continuously measured, or when the measured object has a free-form surface shape and the amount of deformation is large, flexibility can be ensured and a large area can be realized, can do.

Description

전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서{A force sensor using conductive polymer material}A force sensor using a conductive polymer material,

본 발명은 힘 센서에 관한 것으로서, 특히 웨어러블 기기나 플렉시블 기기에 장착되어 가해지는 힘의 측정이 빈번하거나 연속적인 경우 또는 측정 대상물이 자유 곡면 형상을 가지고 변형량이 큰 경우에도 유연성을 구비함으로써, 가해지는 힘이 변화될 때 정밀하게 감지할 수 있는 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서를 제공한다.
The present invention relates to a force sensor, and more particularly, it relates to a force sensor which has flexibility in the case where the force applied to the wearable device or the flexible device is frequently or continuously measured, or even when the measured object has a free- Provided is a force sensor using a conductive polymer material that can be precisely sensed when a force is changed.

교량, 댐, 고압선, 고층빌딩 등을 포함한 사회기반시설의 구조적 상태를 파악 및 진단하기 위해서는 해당 구조물의 변형과 표면 압력을 측정할 필요가 있다. In order to identify and diagnose structural conditions of infrastructure including bridges, dams, high-voltage lines and high-rise buildings, it is necessary to measure deformation and surface pressure of the structure.

또한, 최근 각광을 받고 있는 착용형(wearable) 컴퓨터, 인공관절, 외골격 및 외근육형 재활 보조 기구 등과 같은 응용분야에서도 특정 부재에 대한 변형 혹은 표면 압력을 측정할 필요성이 있다. In addition, in applications such as wearable computers, artificial joints, exoskeletons and external muscular rehabilitation aids, which are currently in the limelight, there is a need to measure strain or surface pressure on specific members.

일반적으로 센서는 인간의 오감에 해당하는 온도, 소리, 압력과 같은 힘, 빛, 냄새 등의 물리 화학적 신호를 전기적 신호로 변환시켜주는 일련의 장치로서, 현재 인간의 감각 기관을 구현하기 위한 여러 센서들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. Generally, a sensor is a series of devices that convert physicochemical signals such as temperature, sound, and pressure, such as force, light, and smell, into electrical signals corresponding to human senses. Currently, sensors Researches are being actively carried out.

이 중 인간의 시각, 청각, 후각 등을 대체할 센서에 관한 연구는 가시적 결과를 보이는 반면, 인간이 느끼는 압력이나 촉각을 대신할 센서에 대한 연구는 아직 미비한 상황이다. Among these, studies on sensors that replace human vision, hearing, and olfactory have visible results, but research on sensors that replace human senses of pressure or tactile sensation is still insufficient.

특히, 센서를 장착한 대상물의 변형 혹은 표면 압력을 감지하는 변형력 센서는 측정 대상물의 변형 범위보다 더 큰 범위에서 정상적인 동작이 가능하여야 하므로, 측정 대상물보다 기계적 신축성이 우수한 소재로 만들어져야 한다. In particular, a deformation force sensor for detecting a deformation or a surface pressure of an object to which a sensor is attached should be made of a material having superior mechanical stretchability than the object to be measured, since the deformation force sensor must be able to operate normally within a range larger than the deformation range of the object to be measured.

또한, 측정 대상물의 변형 혹은 표면 압력을 반복적으로 측정할 필요가 있는 경우에는 변형력 센서의 탄성 변형 영역이 측정 대상물의 변형 범위보다 커서, 측정 중 변형력 센서의 영구 소성 변형이나 이력 현상이 발생하지 아니하여야 한다.When it is necessary to repeatedly measure the deformation or surface pressure of the measurement object, the elastic deformation area of the deformation force sensor is larger than the deformation range of the measurement object, so that permanent plastic deformation or hysteresis of the deformation force sensor do.

이에 더하여 부착된 변형력 센서가 측정 대상물의 기능에 제한을 주지 말아야 한다. In addition, the attached strain sensor should not limit the function of the object to be measured.

따라서, 변형력 센서는 측정 대상물의 예상 변형량, 크기, 표면 상태, 사용 시간, 변형 특성(동적/정적 변형), 사용 환경 등을 고려하여 설계 및 제작되어야 한다.Therefore, the strain sensor should be designed and manufactured considering the anticipated deformation amount, size, surface condition, use time, deformation characteristics (dynamic / static deformation), and environment of use.

특히, 구조물 헬스 모니터링, 착용형 컴퓨터, 인공 관절, 재활 보조 기구 등에 사용되는 변형력 센서는 측정 대상물의 표면이 곡률을 가지거나 측정 대상 표면적이 매우 큰 경우도 있으며, 측정 변형률이 100% 이상인 경우도 발생하므로, 이러한 요구 조건을 충족시킬 수 있는 변형 측정용 유연성 센서의 개발이 필요하다.In particular, the strain sensor used in structural health monitoring, wearable computers, artificial joints, and rehabilitation aids may have a curvature on the surface of the object to be measured or a surface to be measured having a very large surface area. Therefore, it is necessary to develop a flexible sensor for measuring strain, which can satisfy these requirements.

종래의 변형 측정용 센서로는 측정 대상물의 변형을 레버 및 다이얼 게이지로 측정하는 기계식 센서, 빛과 광섬유를 매개로 측정하는 광학식 센서, 강선과 전기 코일을 이용한 진동 현식 센서, 변형량에 상응하는 전기 저항의 변화를 측정하는 전기 저항식 센서 등이 있다.Conventional sensors for deformation measurement include mechanical sensors for measuring the deformation of a measurement object with a lever and a dial gauge, optical sensors for measuring light and optical fiber mediated sensors, vibration sensor using a steel wire and an electric coil, And an electric resistance type sensor for measuring the change of the resistance value.

종래의 변형 측정용 센서로는 측정 대상물의 변형을 레버 및 다이얼 게이지로 측정하는 기계식 센서, 빛과 광섬유를 매개로 측정하는 광학식 센서, 강선과 전기 코일을 이용한 진동 현식 센서, 변형량에 상응하는 전기 저항의 변화를 측정하는 전기 저항식 센서 등이 있다.Conventional sensors for deformation measurement include mechanical sensors for measuring the deformation of a measurement object with a lever and a dial gauge, optical sensors for measuring light and optical fiber mediated sensors, vibration sensor using a steel wire and an electric coil, And an electric resistance type sensor for measuring the change of the resistance value.

전기 저항식 센서에는 임의의 면에 수직으로 작용하는 물체에 의한 힘을 측정하여 전기적 신호 또는 기계적 신호로 바꾸는 힘 센서(force Sensor)가 포함된다. An electric resistance sensor includes a force sensor that measures the force of an object perpendicular to an arbitrary plane and converts it into an electrical signal or a mechanical signal.

그런데, 기계식 센서의 경우에는 계측자에 의한 수동 계측을 필요로 하므로, 빈번하거나 연속적인 측정이 필요한 경우 또는 측정 환경이 열악한 경우에 적합하지 않다는 문제점이 있다.However, in the case of a mechanical sensor, manual measurement by a measurer is required. Therefore, there is a problem in that it is not suitable for frequent or continuous measurement or when the measurement environment is poor.

또한, 광학식 센서의 경우에는 온도 변화에 대한 보정을 필요로 하고 소모되는 에너지가 크며 가격이 비싸다. In addition, in the case of an optical sensor, it requires a correction for a temperature change, consumes a large amount of energy, and is expensive.

특히, 자유 곡면 형상을 가지는 측정 대상물에 부착 및 설치가 용이하지 않다는 문제점이 있다.Particularly, there is a problem in that it is not easy to attach and install to a measurement object having a free-form surface shape.

그리고, 진동 현식 센서 역시 자유 곡면 형상에 적용하기 어렵고 출력 신호가 비선형이며 측정 대상물의 변형량이 큰 경우 적용이 힘들다는 문제점이 있다.Also, there is a problem that it is difficult to apply the vibrating horn sensor to a free curved surface shape, and when the output signal is non-linear and the amount of deformation of the measurement object is large, it is difficult to apply.

한편, 전기 저항식 센서는 그 사용법이 간단하고 가격이 저렴하여 널리 사용되는 장점이 있으나, 그 재료가 주로 금속이나 세라믹이기 때문에 변형량이 크거나 자유 곡면 형상 내지 상대적으로 넓은 면적을 가지는 측정 대상물에는 적용이 어렵다는 한계가 있다. On the other hand, the electric resistance type sensor is advantageous because it is simple in use and low in price, but it is widely used. However, since the material is mainly metal or ceramic, it is applied to a measurement object having a large deformation amount or a free- There is a limit to this difficulty.

이는 전기 저항식 센서는 기본적으로 측정 가능한 변형률이 1 내지 5 % 정도에 지나지 않고, 양산되는 센서의 크기는 정해져 있으며, 기본적으로 평면 형상을 가지기 때문이다. This is because the electric resistance type sensor basically has a measurable strain of only 1 to 5%, the size of the sensor to be mass-produced is determined, and the sensor has basically a planar shape.

또한, 전기 저항식 센서 중 현재까지 개발된 실리콘 기반의 힘 센서는 분해능이 뛰어나고 성능이 우수한 장점이 있는 반면, 실리콘 재료의 깨짐이나 유연하지 않은 특성 때문에 내구성이 약한 단점이 있었다. In addition, among the electric resistance type sensors, the silicon-based force sensor developed up to now has the advantages of excellent resolution and excellent performance, but has a disadvantage that the durability is weak due to the cracking and the inflexible characteristics of the silicon material.

이러한 이유로 유연 소자로서 대면적 구현이 가능하고 유연성을 확보할 수 있는 폴리머 기반의 힘 센서에 대한 개발의 필요성이 대두되었다.For this reason, there has been a need to develop a polymer-based force sensor capable of realizing a large area as a flexible device and securing flexibility.

특히, 기계적으로 굽힘이 자유로운 힘 센서가 지금까지는 특별한 용도로 사용되기 위해 제작되어 왔으나, 최근에 웨어러블 기기나 플렉시블 기기가 보편화되는 추세에 따라 앞으로는 일상 생활에 자주 등장하는 센서의 유형이 될 전망이다. Particularly, a mechanical bending-free force sensor has been produced so far to be used for a special purpose, but it is expected to become a type of sensor frequently appearing in everyday life in the future due to the trend of wearable devices and flexible devices becoming common.

이에, 본 발명자들은 최근에 보편화되어 가고 있는 웨어러블 기기나 플렉시블 기기에 장착되어 가해지는 힘의 측정이 빈번하거나 연속적인 경우 또는 측정 대상물이 자유 곡면 형상을 가지고 변형량이 큰 경우에도 유연성을 구비함으로써, 가해지는 힘이 변화될 때 정밀하게 감지하여 대면적 구현이 가능하고 소모 에너지 및 생산 비용을 절감할 수 있는 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서를 착안하기에 이르렀다.
Accordingly, the present inventors have found that when the force applied to a wearable device or a flexible device, which has become popular in recent years, is frequently or continuously measured, or when the measurement object has a free-form surface shape and a large amount of deformation, The force sensor using the conductive polymer material capable of realizing a large area and reducing the consumed energy and the production cost was precisely detected when the losing force was changed.

KR 10-1440674 B1KR 10-1440674 B1

본 발명의 목적은 웨어러블 기기나 플렉시블 기기에 장착되어 가해지는 힘이 변화될 때 저항의 변화율을 측정하여 가해지는 힘을 정확하게 감지할 수 있는 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a force sensor using a conductive polymer material capable of accurately measuring a force applied to a wearable device or a flexible device by measuring a rate of change of a resistance when a force applied thereto is changed.

또한, 힘 센서를 장착한 기계 등의 고장이나 안전 사고를 미연에 방지하고, 기계 사용자로 하여금 돌발 상황을 신속하게 인식하여 대응할 수 있는 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서를 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a force sensor using a conductive polymer material capable of preventing a failure or a safety accident of a machine equipped with a force sensor and promptly recognizing and responding to an unexpected situation by a machine user.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서는 내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판; 하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선; 스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 전도성 고분자 물질; 및 하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 전도성 고분자 물질의 상부면에 적층되는 보호층;을 포함하고, 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 전도성 고분자 물질의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a force sensor using a conductive polymer material according to the present invention comprises a plastic substrate having an inner region and outer regions on both sides; A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate; A conductive polymer material having a pattern portion and connecting portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of the inner region of the metal wiring; And a protection layer on the lower surface of the upper surface of the conductive polymer material and a top surface of the first outer region of the outer region of the pair of metal wirings and the upper surface of the conductive polymer material, And the upper surface of the second outer region where the layers are not laminated is exposed for measuring the resistance upon deformation of the conductive polymer material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 한 쌍의 금속 배선의 증착은 캐스팅, 라미네이팅 및 스퍼터링 중 어느 한 방식을 포함하는 것을 특징으로 한다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서는 상기 패턴부 및 상기 한 쌍의 금속 배선이 복수개인 경우, 상기 보호층은 상기 패턴부 사이의 단락 및 상기 금속 배선 사이의 단락을 방지하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a force sensor using a conductive polymer material, wherein when a plurality of the pattern units and the pair of metal wires are present, the protective layer includes a short circuit between the pattern units, .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 플라스틱 기판은 상기 열 압착 필름 소재인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the plastic substrate of the force sensor using the conductive polymer material of the present invention is the thermo-compression film material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 전도성 고분자 물질은 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the conductive polymer material of the force sensor using the conductive polymer material according to the present invention comprises a semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS).

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 금속 배선의 재질은 구리, 은 및 금 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the material of the metal wiring of the force sensor using the conductive polymer material according to the present invention includes any one of copper, silver and gold.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 보호층은 열용융형 접착제를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the protective layer of the force sensor using the conductive polymer material of the present invention comprises a thermally fusible adhesive.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 열용융형 접착제는 썰린을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the hot melt adhesive of the force sensor using the conductive polymer material of the present invention is characterized in that the hot melt adhesive includes thinner.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 보호층은 열 압착 필름 소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the protective layer of the force sensor using the conductive polymer material of the present invention comprises a thermally compressed film material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 열 압착 필름 소재는 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the thermally compressed film material of the force sensor using the conductive polymer material of the present invention includes polyimide.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 상기 전도성 고분자 물질은 힘이 가해지면 양측에 경사진 단차가 형성되어 길이가 증가되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the conductive polymer material of the force sensor using the conductive polymer material of the present invention is formed with inclined steps on both sides when a force is applied, thereby increasing the length.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서는 내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판; 하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선; 스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 반도체 고농도 전도성 고분자; 및 하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 상부면에 적층되는 보호층;을 포함하고, 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되며, 상기 반도체 고농도 전도성 고분자는 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT)과 수용성 고분자 성분(PSS)으로 구성되어, 상기 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT) 간의 거리에 따라 저항 값이 변화되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a force sensor using a conductive polymer material according to the present invention comprises a plastic substrate having an inner region and outer regions on both sides; A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate; A semiconductor high concentration conductive polymer having a pattern portion and connection portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of an inner region of the metal wiring as a stripe shape; And a protection layer on the lower surface of the semiconductor high concentration conductive polymer stacked on the upper surface of the first outer region of the outer region of the pair of metal wirings and on the upper surface of the semiconductor high concentration conductive polymer, The semiconductor high concentration conductive polymer is composed of a semiconductor polymer chain component (PEDOT) and a water soluble polymer component (PSS). The semiconductor high concentration conductive polymer is exposed to measure the resistance of the semiconductor high concentration conductive polymer when the semiconductor high concentration conductive polymer is not stacked. And the resistance value is changed according to the distance between the semiconductor polymer chain components (PEDOT).

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서는 내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판; 하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선; 스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 반도체 고농도 전도성 고분자; 및 하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 상부면에 적층되는 보호층;을 포함하고, 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되며, 상기 플라스틱 기판에 힘이 가해지는 경우, 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 길이가 증가하고, 상기 반도체 고농도 전도성 고분자 내 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT) 간의 간격이 증가하면서 증가된 저항을 통해 상기 가해지는 힘이 인식되는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a force sensor using a conductive polymer material according to the present invention comprises a plastic substrate having an inner region and outer regions on both sides; A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate; A semiconductor high concentration conductive polymer having a pattern portion and connection portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of an inner region of the metal wiring as a stripe shape; And a protection layer on a lower surface of the semiconductor high concentration conductive polymer, the protection layer being laminated on the upper surface of the first outer region of the outer side of the pair of metal wirings and the upper surface of the semiconductor high concentration conductive polymer, The upper surface of the second outer region where the layers are not laminated is exposed for the resistance measurement when the semiconductor high concentration conductive polymer is deformed, and when the force is applied to the plastic substrate, the length of the semiconductor high concentration conductive polymer increases, Characterized in that the applied force is recognized through the increased resistance as the distance between the semiconductor polymer chain components (PEDOT) in the high concentration conductive polymer increases.

기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the " Detailed Description of the Invention "and the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention and the manner of achieving them will be apparent by reference to various embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
However, the present invention is not limited to the configurations of the embodiments described below, but may be embodied in various other forms, and each embodiment disclosed in this specification is intended to be illustrative only, It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

본 발명에 의할 경우, 가해지는 힘의 측정이 빈번하거나 연속적인 경우 또는 측정 대상물이 자유 곡면 형상을 가지고 변형량이 큰 경우에도, 유연성이 확보되어 대면적 구현이 가능하고 소모 에너지 및 생산 비용을 절감할 수 있다. According to the present invention, even when the force applied is frequently or continuously measured, or even when the measured object has a free-form surface shape and a large amount of deformation, flexibility is secured and a large area can be realized, can do.

또한, 보호층을 통해 습도 및 환경으로부터의 영향을 최소화하고, 전도성 고분자 물질의 패턴부 또는 한 쌍의 금속 배선이 복수개인 경우, 보호층이 절연체로서 패턴부 사이의 단락 및 금속 배선 사이의 단락을 방지하여 힘 센서의 오작동을 방지함으로써 제품의 신뢰도가 향상된다.
In addition, when the pattern portion of the conductive polymer material or a plurality of pairs of metal wiring lines are provided, the influence of humidity and the environment is minimized through the protection layer, and the protection layer functions as a short circuit between the pattern portions and the short- Thereby preventing malfunction of the force sensor, thereby improving the reliability of the product.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 힘 센서를 푸시-풀 게이지(push-pull gauge) 및 디지털 멀티 미터를 이용하여 실험하는 사진(a) 및 힘이 가해지는 상태의 확대 사진(b)이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 실험 결과, 가하는 힘의 변화에 따른 저항 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 실험 결과, 가하는 힘의 변화에 따른 저항 변화율을 나타낸 표이다.1 is a plan view of a force sensor using a conductive polymer material according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a force sensor using a conductive polymer material according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a photograph (a) of the force sensor of the present invention shown in Fig. 1, using a push-pull gauge and a digital multimeter, and an enlarged view (b) .
FIG. 4 is a view illustrating a principle of operation of a force sensor using the conductive polymer material according to the present invention shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing a rate of change in resistance according to a change in applied force as a result of an experiment of a force sensor using the conductive polymer material according to the present invention shown in FIG.
FIG. 6 is a table showing the rate of resistance change according to a change in applied force as a result of an experiment of a force sensor using the conductive polymer material according to the present invention shown in FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, terms and words used herein should not be construed as being unconditionally limited in a conventional or dictionary sense, and the inventor of the present invention should not be interpreted in the best way It is to be understood that the concepts of various terms can be properly defined and used, and further, these terms and words should be interpreted in terms of meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are used only to describe preferred embodiments of the present invention, and are not intended to specifically limit the contents of the present invention, It should be noted that this is a defined term.

또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.Also, in this specification, the singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise, and it should be understood that they may include singular do.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.Where an element is referred to as "comprising" another element throughout this specification, the term " comprises " does not exclude any other element, It can mean that you can do it.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Further, when it is stated that an element is "inside or connected to" another element, the element may be directly connected to or in contact with the other element, A third component or means for fixing or connecting the component to another component may be present when the component is spaced apart from the first component by a predetermined distance, It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, it should be understood that there is no third component or means when an element is described as being "directly connected" or "directly connected" to another element.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions that describe the relationship between the components, such as "between" and "immediately", or "neighboring to" and "directly adjacent to" .

또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In this specification, terms such as "one side", "other side", "one side", "other side", "first", "second" Is used to clearly distinguish one element from another element, and it should be understood that the meaning of the element is not limited by such term.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.It is also to be understood that terms related to positions such as "top", "bottom", "left", "right" in this specification are used to indicate relative positions in the drawing, Unless an absolute position is specified for these positions, it should not be understood that these position-related terms refer to absolute positions.

더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Furthermore, in the specification of the present invention, the terms "part", "unit", "module", "device" and the like mean a unit capable of handling one or more functions or operations, Or software, or a combination of hardware and software.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In this specification, the same reference numerals are used for the respective components of the drawings to denote the same reference numerals even though they are shown in different drawings, that is, the same reference numerals throughout the specification The symbols indicate the same components.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to the present specification, the size, position, coupling relationship, and the like of each constituent element of the present invention may be partially or exaggerated or omitted or omitted for the sake of clarity of description of the present invention or for convenience of explanation May be described, and therefore the proportion or scale may not be rigorous.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
Further, in the following description of the present invention, a detailed description of a configuration that is considered to be unnecessarily blurring the gist of the present invention, for example, a known technology including the prior art may be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 평면도로서, 플라스틱 기판(100), 한 쌍의 금속 배선(200) 및 전도성 고분자 물질(300)을 구비한다. FIG. 1 is a plan view of a force sensor using a conductive polymer material according to an embodiment of the present invention, and includes a plastic substrate 100, a pair of metal wires 200, and a conductive polymer material 300.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 단면도로서, 플라스틱 기판(100), 전도성 고분자 물질(300), 한 쌍의 금속 배선(200) 및 보호층(400)을 구비한다. 2 is a cross-sectional view of a force sensor using a conductive polymer material according to an embodiment of the present invention. The plastic substrate 100, the conductive polymer material 300, the pair of metal wires 200, Respectively.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 각 구성요소의 구조 및 기능을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. The structure and function of each component of the force sensor using the conductive polymer material according to the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

플라스틱 기판(100)은 150 ℃ 이상의 내열성을 가진 폴리이미드(polyimide, PI)와 같은 열 압착 공정이 가능한 필름 소재가 사용된다.The plastic substrate 100 is made of a film material capable of thermocompression process such as polyimide (PI) having heat resistance of 150 ° C or more.

한 쌍의 금속 배선(200)은 플라스틱 기판(100)의 양측에 증착되어 저항 측정 신호 추출용 전극으로서 작용한다. A pair of metal wirings (200) are deposited on both sides of the plastic substrate (100) and serve as electrodes for extracting resistance measurement signals.

증착 방식은 캐스팅, 라미네이팅, 스퍼터링 방식 등을 포함하고, 금속 배선(200)의 재질로는 구리, 은 및 금 중 어느 하나일 수 있다.The deposition method includes casting, laminating, sputtering and the like, and the material of the metal wiring 200 may be any one of copper, silver and gold.

전도성 고분자 물질(300)은 스트라이프 형상으로서, 중앙부분에 금속 배선(200)으로 증착되지 않아 노출된 플라스틱 기판(100) 상부면 및 금속 배선(200)의 내측 영역(220) 상부면에 인쇄된다. The conductive polymer material 300 is in the form of a stripe printed on the upper surface of the exposed plastic substrate 100 and the upper surface of the inner region 220 of the metal wiring 200 without being deposited with the metal wiring 200 at the central portion.

전도성 고분자 물질(300)로는 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)가 포함되고, 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)는 P 타입의 전도성 고분자 물질(300)로서, 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT)과 수용성 고분자 성분(PSS)으로 구성된다.The semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) is a P type conductive polymer material (300), and the semiconductor polymer chain component (PEDOT) and water soluble And a polymer component (PSS).

전도성 고분자 물질(300)에 힘이 가해지면 전도성 고분자 물질(300)의 양측에 경사진 단차가 형성되어 전도성 고분자 물질(300)의 길이가 증가하고, 이에 따라 변화되는 저항을 측정함으로써 힘 센서에 가해진 힘이 감지된다.When a force is applied to the conductive polymer material 300, an inclined step is formed on both sides of the conductive polymer material 300 to increase the length of the conductive polymer material 300, Force is detected.

보호층(400)은 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 상부면 및 한 쌍의 금속 배선(200)의 외측 영역 중 제1 외측 영역(212) 상부면에 열 압착 공정 또는 열처리 공정을 통해 적층되어, 외부 수분이 침투하거나 외부 환경으로부터의 영향을 방지한다.
The protective layer 400 is formed on the upper surface of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) and the upper surface of the first outer region 212 of the outer region of the pair of metal wirings 200 through a thermal compression process or a heat treatment process Thereby preventing external moisture from penetrating or from influencing the external environment.

도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 힘 센서를 푸시-풀 게이지(push-pull gauge) 및 디지털 멀티 미터를 이용하여 실험하는 사진(a) 및 힘이 가해지는 상태의 확대 사진(b)이다.Fig. 3 is a photograph (a) of the force sensor of the present invention shown in Fig. 1, using a push-pull gauge and a digital multimeter, and an enlarged view (b) .

도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 구성도이다.FIG. 4 is a view illustrating a principle of operation of a force sensor using the conductive polymer material according to the present invention shown in FIG.

도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 실험 결과, 가하는 힘의 변화에 따른 저항 변화율을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing a rate of change in resistance according to a change in applied force as a result of an experiment of a force sensor using the conductive polymer material according to the present invention shown in FIG.

도 6은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 실험 결과, 가하는 힘의 변화에 따른 저항 변화율을 나타낸 표이다.FIG. 6 is a table showing the rate of resistance change according to a change in applied force as a result of an experiment of a force sensor using the conductive polymer material according to the present invention shown in FIG.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 힘 센서의 동작 원리 및 실험 결과를 설명하면 다음과 같다.The operation principle and experimental result of the force sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 as follows.

도 3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 힘 센서에 푸시-풀 게이지를 이용하여 힘을 가하여 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 변형되는 길이에 따라 저항 변화를 측정한다. As shown in FIG. 3, a force is applied to the force sensor of the present invention using a push-pull gauge to measure the change in resistance according to the strain length of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS).

즉, 본 발명의 푸시-풀 게이지를 유리판 위에 고정하고, 전도성 고분자 물질(300)의 패턴부(320) 위에 푸시-풀 게이지 팁(50)을 위치시켜서 수직 방향으로 힘을 가했을 때 힘 센서 양단에 위치한 한 쌍의 금속 배선(200)의 외측 영역 중 보호층(400)이 적층되지 않는 제2 외측 영역(214) 상부면을 통해 저항을 측정한다. That is, when the push-pull gauge of the present invention is fixed on a glass plate and a push-pull gauge tip 50 is placed on the pattern portion 320 of the conductive polymer material 300, The resistance is measured through the upper surface of the second outer region 214 where the protective layer 400 is not laminated among the outer regions of the pair of metal wires 200 located.

반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)는 P 타입의 전도성 고분자 물질(300)로서, 반도체 폴리머 체인인 PEDOT 성분과 수용성 고분자 PSS 성분으로 구성되어 있는데, PEDOT 간의 거리에 따라 저항 값이 변화한다. Semiconductor High Concentration Conductive Polymer (PEDOT: PSS) is a P-type conductive polymer material (300) composed of a PEDOT component as a semiconductor polymer chain and a PSS component as a water-soluble polymer.

즉, 일반적으로 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)에 압력을 가하게 되면 전도성 물질인 PEDOT와 PEDOT 간의 거리가 가까워져 저항이 감소하는 원리를 가진다. That is, generally, when a pressure is applied to a semiconductor high-concentration conductive polymer (PEDOT: PSS), the distance between the conductive material PEDOT and the PEDOT approaches and the resistance decreases.

하지만, 본 발명에서처럼 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 두께(예를 들면, 0.36 m)가 플라스틱 기판(100)의 두께(예를 들면, 25 m)보다 현저하게 얇을 경우, 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)에 압력을 가하게 되면 플라스틱 기판(100)과 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 양측에는 영역(A)와 같이 경사진 단차가 형성되는 거리 변형(distance deformation)이 발생한다.However, when the thickness (for example, 0.36 m) of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) is significantly thinner than the thickness (for example, 25 m) of the plastic substrate 100 as in the present invention, (PEDOT: PSS), a distance deformation is generated on both sides of the plastic substrate 100 and the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS).

이와 같은 거리 변형은 경사진 단차 영역(A)에서 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 길이가 증가하게 되고, 이에 따라 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 내부의 PEDOT 간의 간격도 증가하면서 저항이 증가한다.Such a distance deformation increases the length of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) in the inclined step region (A), thereby increasing the distance between the PEDOTs in the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) .

즉, 저항이 변화되는 원인이 도포된 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)에 직접적으로 가해진 압력의 영향에 의해 PEDOT과 PEDOT간의 거리 감소의 결과로 저항이 줄어드는 현상보다, 플라스틱 기판(100)에 가해지는 압력에 의해 플라스틱 기판(100)이 눌려질 때 도 4에서 보는 바와 같이, 플라스틱 기판(100) 상부에 인쇄된 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)가 간접적으로 늘어나는 길이의 영향이 더 크기 때문에, 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 내 PEDOT 간의 간격이 증가하면서 결국 최종적으로 저항이 증가하게 된다. That is, as compared with a phenomenon in which resistance is reduced as a result of a decrease in the distance between PEDOT and PEDOT due to the influence of the pressure directly applied to the semiconductor high-concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) As shown in FIG. 4, when the plastic substrate 100 is pressed down due to the low pressure, the influence of the length of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) printed on the upper surface of the plastic substrate 100 indirectly increases, As the distance between the PEDOTs in the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) increases, the resistance finally increases.

실제로 푸시-풀 게이지를 이용하여 본 발명의 힘 센서에 1 ~ 20 kgf의 범위로 변화를 주며 가하는 힘의 변화에 따른 저항 특성 변화를 측정한 결과, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 힘 센서에 가해지는 힘이 증가함에 따라 출력 저항이 증가하는 것을 확인할 수 있다. As a result of measuring the change of resistance characteristic according to the change of the applied force in the range of 1 to 20 kgf to the force sensor of the present invention by using a push-pull gauge, as shown in FIGS. 5 and 6, The output resistance increases as the applied force increases.

즉, 본 발명의 힘 센서는 도 6에서 보는 바와 같이, 가하는 힘의 변화에 따라 저항 변화율(R/R0)이 0.1 %씩 변화했으며, 99.1 %의 선형성을 나타내는 것으로 확인되어 힘 센서로서 우수한 동작 특성을 가짐을 알 수 있다.
That is, as shown in FIG. 6, the force sensor according to the present invention showed a change in resistance change ratio (R / R 0 ) by 0.1% according to a change in applied force, and showed a linearity of 99.1% And the like.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서의 각 구성요소들 간의 유기적인 구조 및 기능을 상세하게 설명하면 다음과 같다. The organic structure and function of each component of the force sensor using the conductive polymer material according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.

플라스틱 기판(100)은 양측에서 한 쌍의 금속 배선(200)이 증착되는 외측 영역(110)과 전도성 고분자 물질(300)이 도포되는 내측 영역(120)을 포함한다.The plastic substrate 100 includes an outer region 110 where a pair of metal wirings 200 are deposited on both sides and an inner region 120 to which the conductive polymer material 300 is applied.

전도성 고분자 물질(300)은 플라스틱 기판(100)의 내측 영역(120) 상부면에 도포되고, 양측에서 한 쌍의 금속 배선(200)과 전기적으로 연결되어 가해지는 힘에 따라 저항값이 변화된다. The conductive polymer material 300 is applied to the upper surface of the inner region 120 of the plastic substrate 100 and the resistance value is changed according to the force applied to the pair of metal wires 200 on both sides.

따라서, 본 발명의 힘 센서가 부착된 대상체에 힘이 가해질 경우, 전도성 고분자 물질(300)의 저항이 변화하게 됨으로써 대상체에 가해진 힘이 감지될 수 있다.Therefore, when a force is applied to a target object to which the force sensor of the present invention is applied, the resistance of the conductive polymer material 300 changes, so that a force applied to the target object can be sensed.

전도성 고분자 물질(300)은 스트라이프 형상으로서 연결부(310) 및 패턴부(320)로 구성되는데, 연결부(310) 및 패턴부(320)는 길이 방향인 제1 방향으로 연장되고, 연결부(310)는 패턴부(320)의 양측에 한 쌍의 금속 배선(200)과 전기적으로 연결되는 양측 영역으로 정의된다. The conductive polymer material 300 includes a connecting portion 310 and a pattern portion 320 in the form of a stripe. The connecting portion 310 and the pattern portion 320 extend in the first longitudinal direction, Is defined as both side regions electrically connected to the pair of metal wirings (200) on both sides of the pattern portion (320).

연결부(310)는 패턴부(320)가 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 수축하거나 팽창하는 것을 억제하여 패턴부(320)가 제1 방향으로 균일하게 수축 또는 팽창할 수 있도록 하는 기능도 한다. The connection part 310 also functions to prevent the pattern part 320 from contracting or expanding in the second direction perpendicular to the first direction so that the pattern part 320 can be uniformly contracted or expanded in the first direction .

한편, 전도성 고분자 물질(300)은 플라스틱 기판(100) 상부면에 잉크젯 프린팅 기법으로 인쇄되어 도포된다.On the other hand, the conductive polymer material 300 is printed on the upper surface of the plastic substrate 100 by inkjet printing.

여기에서, 잉크젯 프린팅 기법은 100-120 μm 크기의 미세 잉크 방울을 원하는 위치에 기판의 손상 없이 패턴의 형태로 인쇄를 하는 공정 기술로서, 소량의 도포를 통해 재료의 낭비를 줄일 수 있는 비 접촉식 공정 방식이다. Here, the inkjet printing technique is a process technology for printing fine ink droplets of 100-120 μm size in a desired pattern in the form of a pattern without damaging the substrate. It is a noncontact type inkjet printer which can reduce the waste of materials through a small amount of application Process.

본 발명에서는 센서의 패턴 제작을 위해 잉크젯 프린팅 기법 중 압전(Piezoelectric) 방식을 사용한다. In the present invention, a piezo-electric method is used as an ink-jet printing method for patterning a sensor.

또한, 잉크젯 프린팅에 사용되는 잉크 소재는 적당한 점도를 위해 유기 태양전지에 주로 사용되는 P형 전도성 고분자 물질(300)인 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)에 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol)과 에탄올(Ethanol)을 혼합하여 제조하고, 인쇄 수단으로는 감지 패턴의 인쇄를 위하여 잉크젯 프린터를 사용한다.In addition, the ink material used for inkjet printing is a mixture of ethylene glycol (Ethylene glycol) and ethanol (PEDOT: PSS), which is a P-type conductive high molecular material (300) ), And an ink jet printer is used as a printing means for printing the detection pattern.

본 발명에 사용하는 잉크젯 프린터는 50 μm 크기의 노즐을 이용하여 방향 인식형 변형 감지체인 전도성 고분자 물질(300)을 형성한다. The ink jet printer used in the present invention forms a conductive polymer material 300 having a directionally recognizable strain sense by using a nozzle having a size of 50 mu m.

프린터 노즐은 -18 V(600 Hz)의 전압을 인가받아, 2 m/s의 속도로 잉크를 분사하며, 액적의 분사 간격(Drop space)은 60 μm로 최적화함으로써, 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 패턴을 8 mm의 길이로 유연성(flexible) 기판(200) 상부면에 스트라이프 형태로 도포하여 인쇄한다.The printer nozzles receive a voltage of -18 V (600 Hz) and inject ink at a speed of 2 m / s. By optimizing the droplet injection space to 60 μm, the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) pattern is applied in the form of stripes on the upper surface of the flexible substrate 200 with a length of 8 mm.

한 쌍의 금속 배선(200)은 도 2에서 보는 바와 같이, 제1 외측 영역(212), 제2 외측 영역(214) 및 내측 영역(220)으로 구성되는데, 하부면이 플라스틱 기판(100)의 외측 영역(110)의 상부면과 전기적으로 연결된다.2, the pair of metal wirings 200 includes a first outer region 212, a second outer region 214, and an inner region 220, And is electrically connected to the upper surface of the outer region 110.

또한, 금속 배선(200)의 외측 영역 중 보호층(400)이 적층되지 않는 제2 외측 영역(214) 상부면은 본 발명의 힘 센서에 가해지는 힘으로 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)가 변형될 때 변화되는 저항을 측정하는 신호 추출용 전극으로 기능한다.The upper surface of the second outer region 214 in which the protective layer 400 is not laminated is formed by a force applied to the force sensor of the present invention so that the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) And functions as an electrode for extracting a signal for measuring a resistance which is changed when deformed.

반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 패턴이 스트라이프 형태로 인쇄되므로 도 2에서 보는 바와 같이, 양측의 연결부(310)가 금속 배선(200)의 내부 면(220)과 중첩되어 전기적으로 연결되게 된다. Since the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) pattern is printed in a stripe form, the connection portions 310 on both sides are overlapped and electrically connected to the inner surface 220 of the metal wiring 200, as shown in FIG.

보호층(400)은 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 상부면 및 한 쌍의 금속 배선(200)의 외측 영역 중 제1 외측 영역(212) 상부면에 적층된다.The protective layer 400 is stacked on the upper surface of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) and the upper surface of the first outer region 212 of the outer region of the pair of metal wirings 200.

이때, 보호층(400)은 수분의 침투가 용이한 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)로의 습도 및 외부에 의한 영향을 최소화하기 위한 것으로서, 폴리이미드와 같은 플라스틱 필름이 사용될 경우, 열 압착 공정을 통해 보호층(400)을 압착시키고, 썰린(surlyn)과 같은 열용융형 접착제가 사용될 경우, 열판(hot plate)에서 소정의 온도 및 소정의 시간 동안 열처리하여 보호층(400)을 용융시킨다.In this case, the protective layer 400 is provided to minimize the influence of moisture and external influence on the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) which can easily permeate water. When a plastic film such as polyimide is used, And the protective layer 400 is then thermally treated at a predetermined temperature and for a predetermined time in a hot plate to melt the protective layer 400 when a thermally meltable adhesive such as a surlyn is used.

여기에서, 썰린은 에틸렌과 메타크릴산의 랜덤 공중합체 카르복실기를 아연 또는 나트륨 등의 금속으로 부분적 중화한 수지로서, 금속이나 에폭시 등에 쉽게 접착되고 저온에서도 유연하여 충격을 잘 견디는 소재이기 때문에 본 발명의 힘 센서의 재료로 쓰기에 적합하다.Here, Sullein is a resin obtained by partially neutralizing a carboxyl group of a random copolymer of ethylene and methacrylic acid with a metal such as zinc or sodium. Since it is a material which is easily adhered to metal or epoxy and is flexible even at a low temperature to withstand impact, Suitable for use as a material for force sensors.

썰린의 물리적 물성은 중화된 금속에 따라 결정이 되는데, 나트륨 이온형은 투명성, 내유성, 용융 접착성 등이 우수하고, 아연 이온형은 공압출시에 접착성을 좋게 한다.The physical properties of thinner are determined according to the neutralized metal. The sodium ion type is excellent in transparency, oil resistance, and melt adhesion, and the zinc ion type improves adhesion to the pneumatic launch.

또한, 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 패턴부(320) 또는 한 쌍의 금속 배선(200)이 복수개인 경우, 보호층(400)은 절연체로서 패턴부들 사이의 단락 및 금속 배선들 사이의 단락을 방지하는 기능도 할 수 있다. When the pattern portion 320 of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) or the pair of metal wirings 200 are plural, the protective layer 400 is an insulator, which is a short circuit between the pattern portions, It is also possible to prevent a short circuit.

즉, 본 발명의 힘 센서의 구동 중 습기가 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 패턴부들 사이에 흡착되어 패턴들 사이를 전기적으로 연결시킴으로써 힘 센서의 오작동을 유발할 수 있다. That is, moisture during driving of the force sensor of the present invention is adsorbed between the pattern portions of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS) to electrically connect the patterns, thereby causing a malfunction of the force sensor.

이때, 보호막은 반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 패턴부들 사이에 절연 기능을 수행함에 따라 본 발명의 힘 센서의 오작동을 방지할 수 있다.
At this time, since the protective film performs the insulating function between the pattern portions of the semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS), it is possible to prevent the malfunction of the force sensor of the present invention.

이와 같이, 본 발명은 웨어러블 기기나 플렉시블 기기에 장착되어 가해지는 힘이 변화될 때 저항의 변화율을 측정하여 가해지는 힘을 정확하게 감지할 수 있는 전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서를 제공한다.As described above, the present invention provides a force sensor using a conductive polymer material capable of accurately detecting a force applied to a wearable device or a flexible device by measuring a change rate of a resistance when a force applied to the wearable device or a flexible device is changed.

이를 통하여, 가해지는 힘의 측정이 빈번하거나 연속적인 경우나 측정 대상물이 자유 곡면 형상을 가지고 변형량이 큰 경우에도, 유연성이 확보되어 대면적 구현이 가능하고 소모 에너지 및 생산 비용을 절감할 수 있다. Thus, even when the force applied is frequently or continuously measured, or when the measured object has a free curved surface and the amount of deformation is large, the flexibility can be ensured and the large area can be realized, and the consumed energy and production cost can be reduced.

또한, 힘 센서를 장착한 기계 등의 고장이나 안전 사고를 미연에 방지하고, 기계 사용자로 하여금 돌발 상황을 신속하게 인식하여 대응할 수 있다. In addition, it is possible to prevent malfunctions or safety accidents of machines equipped with force sensors, and to promptly recognize and respond to an unexpected situation of a machine user.

또한, 보호층을 통해 습도 및 환경으로부터의 영향을 최소화하고, 전도성 고분자 물질의 패턴부 또는 한 쌍의 금속 배선이 복수개인 경우, 보호층이 절연체로서 패턴부 사이의 단락 및 금속 배선 사이의 단락을 방지하여 힘 센서의 오작동을 방지함으로써 제품의 신뢰도가 향상된다.
In addition, when the pattern portion of the conductive polymer material or a plurality of pairs of metal wiring lines are provided, the influence of humidity and the environment is minimized through the protection layer, and the protection layer functions as a short circuit between the pattern portions and the short- Thereby preventing malfunction of the force sensor, thereby improving the reliability of the product.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
In addition, since the present invention can be embodied in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to be a complete description of the present invention, It will be understood by those of ordinary skill in the art that the present invention is only provided to fully inform the person skilled in the art of the scope of the present invention and that the present invention is only defined by the claims of the claims.

100 : 플라스틱 기판
200 : 금속 배선
300 : 전도성 고분자 물질
400 : 보호층100: plastic substrate
200: metal wiring
300: Conductive polymer material
400: protective layer

Claims (13)

내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판;
하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선;
스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 전도성 고분자 물질; 및
하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 전도성 고분자 물질의 상부면에 적층되는 보호층;
을 포함하고,
상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 전도성 고분자 물질의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되며,
상기 보호층은
상기 패턴부 및 상기 한 쌍의 금속 배선이 복수개인 경우, 상기 패턴부 사이의 단락 및 상기 금속 배선 사이의 단락을 방지하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
A plastic substrate having an inner region and outer regions on both sides;
A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate;
A conductive polymer material having a pattern portion and connecting portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of the inner region of the metal wiring; And
A lower layer being stacked on the upper surface of the first outer region of the outer region of the pair of metal wirings and the upper surface of the conductive polymer material;
/ RTI >
The upper surface of the second outer region where the protective layer is not laminated among the outer regions of the pair of metal wirings is exposed for the resistance measurement at the time of deformation of the conductive polymer material,
The protective layer
Wherein when the pattern portion and the pair of metal wirings are plural, a short circuit between the pattern portions and a short circuit between the metal wirings is prevented.
Force sensor using conductive polymer material.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 금속 배선의 증착은
캐스팅, 라미네이팅 및 스퍼터링 중 어느 한 방식을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The deposition of the pair of metal wirings
Casting, laminating, and sputtering. ≪ RTI ID = 0.0 >
Force sensor using conductive polymer material.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 플라스틱 기판은
열 압착 필름 소재인 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The plastic substrate
Characterized in that it is a thermo-compression film material.
Force sensor using conductive polymer material.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자 물질은
반도체 고농도 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The conductive polymer material
Characterized in that it comprises a semiconductor high concentration conductive polymer (PEDOT: PSS)
Force sensor using conductive polymer material.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 배선의 재질은
구리, 은 및 금 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The material of the metal wiring is
Copper, silver, and gold.
Force sensor using conductive polymer material.
제 1 항에 있어서,
상기 보호층은
열용융형 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The protective layer
Characterized in that it comprises a hot melt type adhesive.
Force sensor using conductive polymer material.
제 7 항에 있어서,
상기 열용융형 접착제는
썰린을 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
8. The method of claim 7,
The hot melt adhesive
≪ / RTI >
Force sensor using conductive polymer material.
제 1 항에 있어서,
상기 보호층은
열 압착 필름 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The protective layer
Characterized in that it comprises a thermo-compression film material.
Force sensor using conductive polymer material.
제 9 항에 있어서,
상기 열 압착 필름 소재는
폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
10. The method of claim 9,
The thermally compressed film material
≪ RTI ID = 0.0 > polyimide < / RTI >
Force sensor using conductive polymer material.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 고분자 물질은
힘이 가해지면 양측에 경사진 단차가 형성되어 길이가 증가되는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
The method according to claim 1,
The conductive polymer material
Characterized in that an inclined step is formed on both sides when a force is applied to increase the length.
Force sensor using conductive polymer material.
내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판;
하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선;
스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 반도체 고농도 전도성 고분자; 및
하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 상부면에 적층되는 보호층;
을 포함하고,
상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되며,
상기 반도체 고농도 전도성 고분자는 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT)과 수용성 고분자 성분(PSS)으로 구성되어, 상기 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT) 간의 거리에 따라 저항 값이 변화되며,
상기 보호층은
상기 패턴부 및 상기 한 쌍의 금속 배선이 복수개인 경우, 상기 패턴부 사이의 단락 및 상기 금속 배선 사이의 단락을 방지하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.
A plastic substrate having an inner region and outer regions on both sides;
A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate;
A semiconductor high concentration conductive polymer having a pattern portion and connection portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of an inner region of the metal wiring as a stripe shape; And
A protective layer on the lower surface of which is stacked on the upper surface of the first outer region of the outer region of the pair of metal wirings and on the upper surface of the semiconductor highly concentrated conductive polymer;
/ RTI >
The upper surface of the second outer region where the protective layer is not laminated among the outer regions of the pair of metal wirings is exposed for the resistance measurement of the semiconductor high concentration conductive polymer,
The semiconductor high concentration conductive polymer is composed of a semiconductor polymer chain component (PEDOT) and a water soluble polymer component (PSS), and the resistance value is changed according to the distance between the semiconductor polymer chain components (PEDOT)
The protective layer
Wherein when the pattern portion and the pair of metal wirings are plural, a short circuit between the pattern portions and a short circuit between the metal wirings is prevented.
Force sensor using conductive polymer material.
내측 영역 및 양측의 외측 영역을 구비한 플라스틱 기판;
하부면이 상기 플라스틱 기판의 상기 외측 영역 상부면에 증착되는 한 쌍의 금속 배선;
스트라이프 형상으로서, 패턴부 및 양측의 연결부를 구비하고 상기 플라스틱 기판의 상기 내측 영역 상부면 및 상기 금속 배선의 내측 영역 상부면에 도포되는 반도체 고농도 전도성 고분자; 및
하부면이 상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 중 제1 외측 영역 상부면 및 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 상부면에 적층되는 보호층;
을 포함하고,
상기 한 쌍의 금속 배선의 외측 영역 중 상기 보호층이 적층되지 않는 제2 외측 영역 상부면은 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 변형시 저항 측정을 위하여 노출되며,
상기 플라스틱 기판에 힘이 가해지는 경우, 상기 반도체 고농도 전도성 고분자의 길이가 증가하고, 상기 반도체 고농도 전도성 고분자 내 반도체 폴리머 체인 성분(PEDOT) 간의 간격이 증가하면서 증가된 저항을 통해 상기 가해지는 힘이 인식되며,
상기 보호층은
상기 패턴부 및 상기 한 쌍의 금속 배선이 복수개인 경우, 상기 패턴부 사이의 단락 및 상기 금속 배선 사이의 단락을 방지하는 것을 특징으로 하는,
전도성 고분자 물질을 이용한 힘 센서.A plastic substrate having an inner region and outer regions on both sides;
A pair of metal lines on which a lower surface is deposited on the upper surface of the outer region of the plastic substrate;
A semiconductor high concentration conductive polymer having a pattern portion and connection portions on both sides and being applied to a top surface of the inner region of the plastic substrate and a top surface of an inner region of the metal wiring as a stripe shape; And
A lower surface of which is stacked on the upper surface of the first outer region of the outer side of the pair of metal wirings and the upper surface of the semiconductor high concentration conductive polymer;
/ RTI >
The upper surface of the second outer region where the protective layer is not laminated among the outer regions of the pair of metal wirings is exposed for the resistance measurement of the semiconductor high concentration conductive polymer,
When the force is applied to the plastic substrate, the length of the semiconductor high concentration conductive polymer is increased, and the gap between the semiconductor polymer chain components (PEDOT) in the semiconductor high concentration conductive polymer is increased, And,
The protective layer
Wherein when the pattern portion and the pair of metal wirings are plural, a short circuit between the pattern portions and a short circuit between the metal wirings is prevented.
Force sensor using conductive polymer material.
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