KR101962611B1 - 힘감지 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 힘감지 장치는 제1 봉지층, 상기 제1 봉지층 상에 형성된 힘 측정부, 상기 힘 측정부 상에 형성된 제2 봉지층을 포함하고, 상기 제1 봉지층 및 제2 봉지층이 접착제를 매개로 상기 힘 측정부를 밀봉하도록 형성된다.

Description

힘감지 장치 및 이를 제조하는 방법{FORCE SENSITIVE TRANSDUCER AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 힘감지 장치 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

힘감지 장치는 적용되는 힘 크기의 변화를 전기적 신호로 변환시키는 장치로써, 힘의 감지가 필요한 다양한 분야에 적용된다.

최근에는 키보드, 모바일 기기 등에서 유효 터치를 구분하기 위한 방법으로 힘감지 장치가 적용되고, 특히 로봇이 감각 센서로 힘감지 장치를 적용하기 위한 많은 연구가 지속되고 있다. 이를 위해 힘감지 장치의 유연성 및 박형화 특성이 요구되고 있다.

그러나, 종래의 힘감지 장치는 전도성 납이 프린트 된 비전도성 기판과 힘 인식 잉크가 프린트된 기재를 스페이서로 결합된 방식으로, 이는 두께가 두껍고, 유연성이 없어 3차원 입체적인 표면이나, 플렉서블(flexible) 장치에 적용하는 데는 한계가 있었다. 따라서, 유연하고, 박형화가 가능한 힘감지 장치가 필요한 실정이다.

이와 관련한 선행 기술은 국내공개특허 제1996-0001962호에 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 휨 특성, 방습 및 방수 효과가 우수하고, 두께가 얇은 힘감지 장치 및 이를 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 힘감지능이 우수하고, 제조공정이 간단한 힘감지 장치 및 이를 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명의 하나의 관점인 힘감지 장치는 제1 봉지층; 상기 제1 봉지층 상에 형성된 힘 측정부; 상기 힘 측정부 상에 형성된 제2 봉지층을 포함하고, 상기 제1 봉지층 및 제2 봉지층이 접착제를 매개로 상기 힘 측정부를 밀봉하도록 형성된다.

상기 힘 측정부는 전극절연체 복합층; 및 상기 전극절연체 복합층 상에 형성된 저항층;을 포함할 수 있다.

상기 전극절연체 복합층은, 전극층과 절연체를 포함하고, 상기 전극층은 제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극; 제1 버스바 전극; 및 상기 제1 분지전극을 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극을 포함하는 제1 전극부; 및 제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극; 제2 버스바 전극; 및 상기 제2 분지전극을 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극을 포함하는 제2 전극부를 포함하고, 상기 제1 분지전극 및 제2 분지전극은 제2 방향에 대해 번갈아 형성되어 있으며, 상기 절연체는 제2 방향으로 형성된 복수의 절연바를 포함하고, 상기 절연바는 상기 전극층과 상기 저항층을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키는 것일 수 있다.

상기 제2 봉지층은 제1 및 제2 버스바전극이 외부와 전기적으로 연결되는 윈도우가 형성 된 것일 수 있다.

상기 전극절연체 복합층은 공기셀을 포함할 수 있다.

상기 힘감지 장치는 제2 봉지층 상에 형성된 접착층을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 또는 제2 봉지층은 에폭시계 수지, 올레핀계 수지 및 우레탄계 수지 중 하나 이상을 포함하는 봉지층용 조성물로 형성된 것일 수 있다.

상기 전극층은 전도성 페이스트 및 전도성 고분자 중 하나 이상을 포함하는 전극층용 조성물로 형성된 것일 수 있다.

상기 저항층은 ITO 나노입자 및 레진을 포함하는 압력인식 재료를 포함하는 저항층용 조성물로 형성된 것일 수 있다.

본 발명의 다른 관점인 힘감지 장치의 제조방법은 제1 이형부재 상에 제1 봉지층을 형성하는 단계; 상기 제1 봉지층 상에 전극절연체 복합층을 형성하는 단계; 제2 이형부재 상에 제2 봉지층을 형성하는 단계; 상기 제2 봉지층 상에 저항층을 형성하는 단계; 및 상기 전극절연체 복합층이 형성된 제1 봉지층과 상기 저항층이 형성된 제2 봉지층을 접착제를 매개로 상기 전극절연체 복합층 및 상기 저항층을 밀봉하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 전극절연체 복합층을 형성하는 단계는, 제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 전극부 및 제2 전극부를 형성하는 단계 및 상기 제1 전극부 및 제2 전극부와 저항층을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키도록, 복수의 절연바를 제2 방향으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극; 제1 버스바 전극; 및 상기 제1 분지전극을 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극을 포함하고, 상기 제2 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극; 제2 버스바 전극; 및 상기 제2 분지전극을 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극을 포함할 수 있다.

상기 제2 봉지층은 제1 및 제2 버스바전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 윈도우가 형성된 것일 수 있다.

상기 전극절연체 복합층은 공기 셀을 포함할 수 있다.

상기 힘감지 장치의 제조방법은 상기 제2 봉지층 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 봉지층, 제1 전극부 및 제2 전극부, 절연바, 저항층 및 제2 전극부 중 하나 이상이 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성되는 것일 수 있다.

본 발명은 휨 특성, 방습 및 방수 효과가 우수하고, 두께가 얇고, 힘감지가 우수하고 제조공정이 간단한 힘감지 장치 및 이를 제조방법을 제공하는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 단면을 간단히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 전극층 및 절연체의 구조를 각각 일부 절단된 사시도로 간단히 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 제1 봉지층을 형성하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 전극층(제1 전극부 및 제2 전극부)을 형성하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 절연바를 형성하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 제2 봉지층 상에 저항층을 형성하는 단계를 간단히 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 전극절연체 복합층을 밀봉하기 위해 형성된 접착제층을 간단히 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 제1 봉지층과 제2 봉지층을 밀봉하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다.
도 9은 도 8의 A-A'를 절단한 단면도를 간단히 도시한 것이다.
도 10는 본 발명의 일 구체예에 따른 힘과 전도도의 관계를 도시한 것이다.

본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해 일부 용어들을 하기와 같은 의미로 사용하기로 한다.

본 발명에서 '전극절연체 영역'은 도 4의 제1 봉지층 상에 1로 표시되는 영역으로, 전극층 및 절연바가 형성되는 영역을 의미한다.

본 발명에서 '제1 방향'은 분지전극의 길이방향으로써, 도 4에 표시된 제1 방향을 의미한다.

본 발명에서 '제2 방향'은 핑거전극의 길이방향으로써, 도 4에 표시된 제2 방향을 의미한다.

본 발명에서 '절연체'는 복수의 절연바를 의미할 수 있다. 또한 경우에 따라 '절연체'는 유전체를 의미할 수 있고, 이 경우 절연바는 유전체바를 의미할 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 줄 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다.

전체적으로 도면 설명 시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 상부에 또는 하부에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '상'에 또는 '하'에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다'등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것에 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도 1을 참고하여 본 발명 일 구체예의 힘감지 장치를 설명한다.

힘감지 장치

도 1을 참조하면, 일 구체예의 힘감지 장치는 제1 봉지층(20); 상기 제1 봉지층(20) 상에 형성된 힘 측정부(5); 상기 힘 측정부(5) 상에 형성된 제2 봉지층(70)을 포함하고, 상기 제1 봉지층(20) 및 제2 봉지층(70)이 접착제(50)를 매개로 상기 힘 측정부(5)를 밀봉하도록 형성된다.

본 발명의 힘감지 장치는 기재를 포함하지 않는다. 기존의 힘감지 장치가 기재 상에 형성됨으로써, 두께가 두껍고 유연성이 부족하여 플렉서블(flexible) 장치에 적용하는 것에 한계가 있었다. 본 발명의 힘감지 장치는 기재를 포함하지 않고 제1 및 제2 봉지층(20, 70)으로 밀봉되는 구조를 가짐으로써, 두께를 100㎛ 이하로 할 수 있고, 휨 특성이 우수하다. 따라서, 플렉서블(flexible) 장치뿐만 아니라 표면이 입체적인 곳에 적용할 수 있는 장점이 있다.

제1 봉지층(20)은 제2 봉지층(70)과 함께 힘 측정부(5)와 외부 사이에 물질 이동을 막도록 힘 측정부(5)를 밀봉하는 동시에, 힘 측정부(5)가 형성될 수 있는 공간을 제공한다.

제1 봉지층(20)은 에폭시계 수지, 올레핀계 수지 및 우레탄계 수지 중 하나 이상을 포함하는 조성물로 형성된 것일 수 있다. 상기의 조성물을 적용함으로써 제1 봉지층(20)은 유연성이 우수하여 플렉서블(flexible) 장치에 적용할 수 있는 장점이 있다. 상기 봉지층용 조성물은 상업적으로 구매 가능한 가교성 중합체를 사용할 수 있다. 예를 들어 아사히社의 CR-18T를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제2 봉지층(70)은 상기 제1 봉지층(20)과 실질적으로 동일하나, 다만 제1 및 제2 버스바전극이 외부와 전기적으로 연결되는 윈도우가 형성 될 수 있다. 예를 들어, 윈도우는 오픈(open)된 형태로 형성될 수 있다. 제2 봉지층(70)에 윈도우가 형성됨으로써, 외부에서 제1 및 제2 버스바 전극(36, 37)의 비저항 차이를 이용하여, 장치에 인가된 힘의 크기를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 힘감지 장치는 제1 봉지층(20) 및 제2 봉지층(70)이 힘 측정부(5)를 밀봉하는 구조를 적용함으로써, 방습 및 방수 효과가 우수하다.

도시되지 않았지만, 힘감지 장치는 제1 및 제2 버스바전극의 비저항 차이를 측정하는 비저항 측정부, 이로부터 장치에 인가된 힘의 크기를 계산하는 연산부 및 정보를 표시하는 디스플레이부 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 접착제는 유연성이 있고, 제1 및 제2 봉지층(20, 70)을 접착할 수 있는 것이면 사용 가능하다. 구체적으로, 자외선 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 3M社의 7555 제품을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

제1 봉지층 및 제2 봉지층은 3㎛ 내지 15㎛, 구체적으로 5㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기의 범위에서 힘감지 장치를 밀봉하여 방습 및 방수 효과가 우수하며, 또한 박형화가 가능하다.

힘 측정부(5)는 전극절연체 복합층(30) 및 상기 전극절연체 복합층(30) 상에 형성된 저항층(60)을 포함할 수 있다.

이하, 도 2를 참고하여 본 발명 일 구체예의 전극절연체 복합층(30)을 설명한다.

도 2를 참조하면, 일 구체예의 전극절연체 복합층(30)은, 전극층과 절연체를 포함하고, 상기 전극층은 제1 봉지층(20) 상의 전극절연체 영역에 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극(32); 제1 버스바 전극(36); 및 상기 제1 분지전극(32)을 상기 제1 버스바 전극(36)과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극(34)을 포함하는 제1 전극부; 및 제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극(33); 제2 버스바 전극(37); 및 상기 제2 분지전극(33)을 상기 제2 버스바 전극(37)과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극(35)을 포함하는 제2 전극부를 포함하고, 상기 제1 분지전극(32) 및 제2 분지전극(33)은 제2 방향에 대해 번갈아 형성되어 있으며, 상기 절연체는 제2 방향으로 형성된 복수의 절연바(38)를 포함하고, 상기 절연바(38)는 상기 전극층과 상기 저항층(60)을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키는 것일 수 있다.

상기 제1 및 제2 분지전극 및 제1 및 제2 핑거전극은 폭이 3㎛ 내지 500㎛, 구체적으로 5㎛ 내지 100㎛, 더욱 구체적으로 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 또한 상기 제1 및 제2 분지전극 및 제1 및 제2 핑거전극은 두께가 3㎛ 내지 15㎛, 구체적으로 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 상기의 범위에서 힘감지 장치의 반응 속도가 우수하고, 박형화가 가능할 뿐만 아니라, 플렉시블 특성이 우수하다.

보다 상세하게, 도 9을 참조하여 전극절연체 복합층(30)을 설명한다. 도 9은 도 8의 A-A'를 절단한 단면을 간단히 도시한 것이다.

절연바(38)는 전극층(제1 및 제2 분지전극, 제1 및 제2 핑거전극)을 저항층(60)과 서로 이격시키기 위해 전극층보다 두껍게 형성된다. 구체적으로 절연바(38)의 두께는 전극층 두께의 1.1 내지 6배, 구체적으로 1.1 내지 4배, 더욱 구체적으로 1.5 내지 2.5배로 형성될 수 있다. 또한 절연바(38)의 두께는 3.3㎛ 내지 90㎛, 구체적으로 3.3㎛ 내지 60㎛, 더욱 구체적으로 4.5㎛ 내지 40㎛가 될 수 있다. 상기의 범위에서 힘감지 장치의 감지력이 우수할 뿐만 아니라, 내구성도 우수하다.

전극층보다 두꺼운 절연바(38)에 의해, 제1 및 제2 분지전극(32, 33), 제1 및 제2 핑거전극(34, 35) 상에는 절연바(38) 및 저항층(60)으로 둘러싸인 공기 셀이 형성될 수 있다.

또한 절연바(38)는 전극층이 접착층(50)을 통해 외부와 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위해, 전극층보다 넓은 범위에 형성될 수 있다. 구체적으로 제1 봉지층(20) 상에서 접착제(50)와 전극층 사이에 절연바(38)가 형성되도록 할 수 있다.

절연체 복합층(30)이 상기의 구조를 형성함으로써, 장치에 힘이 인가되지 않았을 때에는 상기 저항층(60)이 상기 전극층과 전기적으로 접촉되지 않는다. 이 후 장치에 힘이 인가되어 상기 저항층(60)이 상기 전극층(분지전극(32, 33))과 전기적으로 접촉되면 핑거전극(34, 35)와 연결된 버스바 전극(36, 37)은 비저항의 변화가 생기게 되고, 이 비저항의 변화량으로부터 상기 장치에 인가된 힘의 크기를 계산할 수 있다.

상기 전극층은 전도성 페이스트 및 전도성 고분자 중 하나 이상을 포함하는 전극층용 조성물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극층은 실버 페이스트로 형성될 수 있다. 상기의 조성물을 적용함으로써 전극층(제1 및 제2 분지전극, 제1 및 제2 핑거전극, 제1 및 제2 버스바 전극)은 유연성이 우수하여 플렉서블(flexible) 장치에 적용할 수 있는 장점이 있다.

상기 절연바(38)는 전극층과 저항층(60)을 절연시킬 수 있는 것이면 사용할 수 있다. 예를 들어, 절연바는 유전체로 형성될 수 있다.

도 2에서 버스바 전극(36, 37)은 제1 및 제2 분지전극(32, 33)과 인접한 곳에 형성된 힘감지 장치를 도시하였지만, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 힘이 인가되는 전극절연 영역과 제1 및 제2 버스바 전극(36, 37)은 이격되게 구성할 수 있다. 이런 경우 버스바 전극 및 이와 연결된 측정부, 연산부, 디스플레이부 등이 힘감지 장치에 가해지는 힘에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

저항층(60)은 힘감지 장치에 힘이 가해지지 않는 경우에는, 절연바(38)에 의해 전극층과 이격되어 있다. 힘감지 장치에 힘이 인가되는 경우 저항층(60)은 전극층과 전기적으로 접촉하여 버스바 전극(36, 37)의 비저항을 변화시켜, 이로부터 장치에 인가된 힘을 판단할 수 있다.

또한, 저항층(60)은 ITO 나노입자 및 레진을 포함하는 압력인식 재료를 포함하는 저항층용 조성물로 형성될 수 있다. 상기 압력인식 재료는 장치에 가해지는 힘이 커질수록, 버스바 전극(36, 37)의 비저항을 더 크게 변화시킬 수 있어 이로부터 장치에 인가된 힘을 판단할 수 있다. 상기 레진은 ITO 나노입자와 저항층을 형성할 수 있는 것이면 제한되지 않는다.-

구체예에서, 상기 저항층용 조성물은, ITO 나노입자, 반도체 파우더, 레진, 카본 파우더 및 실리콘 카바이드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 조성물로 형성되는 저항층은 감지력이 우수한 장점이 있다.

저항층은 0.5㎛ 내지 10㎛, 구체적으로 1㎛ 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기의 범위에서 힘감지능이 우수하고, 박형화가 가능하다.

다른 구체예에서 힘감지 장치는 상기 제2 봉지층(70) 상에 접착층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 힘감지 장치는 휨 특성이 우수하여, 입체적인 굴곡이 있는 표면 등에도 적용할 수 있으며, 이를 위해 상기 접착층을 형성하여, 이를 매개로 피착면에 접착시킬 수 있다.

상기 접착층은 유연성이 있는 것이면 사용 가능하다. 구체적으로, 자외선 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 3M社의 9705 제품을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참고하여 본 발명 일 구체예의 힘감지 장치의 제조방법을 설명한다.

힘감지 장치의 제조방법

본 발명의 다른 관점인 힘감지 장치의 제조방법은 제1 이형부재 상에 제1 봉지층을 형성하는 단계; 상기 제1 봉지층 상에 전극절연체 복합층을 형성하는 단계; 제2 이형부재 상에 제2 봉지층을 형성하는 단계; 상기 제2 봉지층 상에 저항층을 형성하는 단계; 상기 전극절연 복합층이 형성된 제1 봉지층과 상기 저항층이 형성된 제2 봉지층을 접착제를 매개로 상기 전극절연체 복합층 및 상기 저항층을 밀봉하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 전극절연체 복합층을 형성하는 단계는, 제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 전극부 및 제2 전극부를 형성하는 단계 및 상기 제1 전극부 및 제2 전극부와 저항층을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키도록, 복수의 절연바를 제2 방향으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극; 제1 버스바 전극; 및 상기 제1 분지전극을 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극을 포함하고, 상기 제2 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극; 제2 버스바 전극; 및 상기 제2 분지전극을 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극을 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 제1 봉지층을 형성하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다. (제1 이형부재는 미도시)

제1 이형부재 상에 제1 봉지층을 형성하는 단계는 이형부재 상에 제1 봉지층용 조성물을 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성할 수 있다. 상기 봉지층용 조성물을 사용함으로써, 코팅 또는 프린팅 등의 간단한 공정으로 제1 봉지층을 형성할 수 있는 장점이 있다. 상기 제1 봉지층용 조성물은 본 발명의 힘감지 장치에 기재된 것과 실질적으로 동일하다.

상기 제1 이형부재는 이형능력이 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 필름, HDPE, 또는 3M社의 이형필름 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 제1 이형부재는 50 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 전극층(제1 전극부 및 제2 전극부)을 형성하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다.

전극층(제1 전극부 및 제2 전극부)을 형성하는 단계는 제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 전극부 및 제2 전극부를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 제1 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극; 제1 버스바 전극; 및 상기 제1 분지전극을 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극을 포함하고, 상기 제2 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극; 제2 버스바 전극; 및 상기 제2 분지전극을 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극을 포함할 수 있다.

제1 봉지층 상에 전극층(제1 전극부 및 제2 전극부)을 형성하는 단계는 제1 봉지층 상에 전극층용 조성물을 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성할 수 있다. 상기 전극층용 조성물을 사용함으로써, 코팅 또는 프린팅 등의 간단한 공정으로 전극층을 형성할 수 있는 장점이 있다. 상기 전극층용 조성물은 본 발명의 힘감지 장치에 기재된 것과 실질적으로 동일하다.

도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 절연바를 형성하는 단계를 간단히 도시한 것이다.

절연바를 형성하는 단계는 상기 제1 전극부 및 제2 전극부와 저항층을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키도록, 복수의 절연바를 제2 방향으로 형성한다. 예를 들어, 절연바는 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성할 수 있고, 성분은 본 발명의 힘감지 장치에 기재된 것과 실질적으로 동일하다.

절연바는 전극층이 외부와 전기적으로 연결되지 않도록, 전극층의 너비보다 넓은 영역에 형성될 수 있다. 구체적으로 제1 봉지층 상에서 접착제와 전극층 사이에 절연바가 형성되도록 할 수 있다.

구체예에서, 상기 절연바는 제1 및 제2 분지전극, 제1 및 제2 핑거전극 보다 두껍게 형성할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 제2 봉지층 상에 저항층을 형성하는 단계를 간단히 도시한 것이다.

저항층을 형성하기 위한 제2 봉지층은 제2 이형부재 상에 형성할 수 있다. 구체적인 방법은 상기 제1 이형부재 상에 제1 봉지층을 형성한 것과 실질적으로 동일하다.

저항층(60)은 제2 봉지층(70) 상에 형성된다. 저항층을 절연바 상에 형성하는 경우 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅이 용이하지 않다. 따라서, 저항층은 제2 봉지층 상에 저항층용 조성물로 형성되고, 구체적으로 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성될 수 있다. 상기 저항층용 조성물을 사용함으로써, 코팅 또는 프린팅 등의 간단한 공정으로 전극층을 형성할 수 있는 장점이 있다.

상기 저항층이 형성된 제2 봉지층은 접착층(50)을 매개로 제1 봉지층(20)과 접착되고, 상기 전극층, 절연바 및 저항층을 밀봉시킬 수 있다.

또한 제2 봉지층은 제1 및 제2 버스바 전극이 외부와 전기적으로 연결될 수 있도록 윈도우(36, 37)를 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 윈도우는 오픈(open)된 형태로 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 전극절연체 복합층을 밀봉하기 위해 형성된 접착제층를 도시한 것이다.

접착층은 제1 봉지층의 전극절연 영역 외의 부분, 및 제1 버스바, 제2 버스바 전극 둘레에 형성되어, 제1 봉지층과 제2 봉지층을 접착함으로써, 힘감지 장치의 외부와 물질이동을 차단하도록 밀봉하는 역할을 한다. (전극절연 영역(1) 외의 영역에는 전극층 및 절연바가 형성되지 않는다) 상기 제1 버스바 및 제2 버스바 둘레의 접착층에 의해, 제1 버스바 및 제2 버스바가 제2 봉지층의 윈도우를 통해 외부와 전기적으로 연결되는 동시에 윈도우도 제1 버스바 및 제2 버스바 외의 부분은 밀봉되도록 할 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 힘감지 장치는 방습 및 방수 효과가 우수하다.

도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른 힘감지 장치의 제조방법의 제1 봉지층과 제2 봉지층을 밀봉하는 단계의 평면도를 간단히 도시한 것이다.

상기 전극층과 절연바를 포함하는 전극절연 복합층이 형성된 제1 봉지층과 저항층이 형성된 제2 봉지층은 상기 도 7과 같이 형성된 접착제층을 매개로, 전극절연 복합층과 저항층을 밀봉할 수 될 수 있다. 본 발명의 제조방법으로 제조된 힘감지 장치는 기재를 포함하지 않고 제1 및 제2 봉지층(20, 70)으로 밀봉되는 구조를 가짐으로써, 두께를 100㎛ 이하로 할 수 있고, 휨 특성이 우수하다. 따라서, 플렉서블(flexible) 장치뿐만 아니라 표면이 입체적인 곳에 적용할 수 있는 장점이 있다.

도 3 내지 도 8에서 제1 및 제2 버스바 전극(36, 37)은 제1 및 제2 분지전극과 인접한 곳에 형성되는 힘감지 장치의 제조방법을 도시하였지만, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 힘이 인가되는 전극절연 영역과 제1 및 제2 버스바 전극(36, 37)은 이격되게 구성할 수 있다. 이런 경우 버스바 전극이 힘감지 장치에 가해지는 힘에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

다른 구체예에서, 힘감지 장치의 제조방법은 상기 제2 봉지층 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 접착층은 UV 경화형 접착제를 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성할 수 있다. 상기 접착층의 성분은 본 발명의 힘감지 장치에 기재된 것과 실질적으로 동일하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

실시예

두께 50 ㎛의 이형 필름 상에 에폭시 수지, 폴리에틸렌 및 폴리우레탄을 포함하는 봉지층용 조성물을 코팅하여 5 ㎛ 두께의 제1 봉지층을 형성하고, 상기 제1 봉지층 상에 실버 페이스트를 제1 방향으로 5 ㎛의 두께로 인쇄하였다. 그리고, 유전체로 형성된 절연바를 제2 방향으로 15 ㎛의 두께로 형성하였다.

별도의 두께 50 ㎛의 이형 필름 상에 에폭시 수지, 폴리에틸렌 및 폴리우레탄을 포함하는 봉지층용 조성물을 코팅하여 5 ㎛ 두께의 제2 봉지층을 형성하고, 상기 제2 봉지층 상에 FSR(ITO 나노입자와 레진을 포함하는 압력인식 재료)를 포함하는 저항층용 조성물을 1 ㎛의 두께로 코팅하였다.

이를 접착제를 사용하여 전극층, 절연바, 저항층을 밀봉되도록 상기 제1 및 제2 봉지층을 합지하고, 이형 필름을 제거하여, 힘감지 장치를 제조하였다.

상기에서 제조된 힘감지 장치는 두께가 116 ㎛이고, 1 m 깊이의 물에서 24 시간 동안에도 방수 및 방습을 유지하였다.

상기 힘감지 장치의 힘 감지력을 알아보기 위해, 힘감지 장치에 인가되는 무게를 0g부터 1000g까지 변화시키면서 무게에 따른 전도도를 측정하고 도 10의 그래프에 도시하였다. 도 10의 X축의 단위는 g이고, Y축의 단위는 (1/Ω) 이다.

본 발명의 힘감지 장치는 두께가 116 ㎛로 얇고, 1 m 깊이의 물에서 24 시간 동안에도 방수 및 방습을 유지할 수 있어 방수 및 방습 효과도 뛰어날 뿐만 아니라, 도 10에 나타난 바와 같이 넓은 범위에서 힘 증가에 따른 전도도 변화가 일정하여, 힘 감지력도 우수한 것을 알 수 있다.

이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

5: 힘 측정부 20: 제1 봉지층 30: 전극절연체 복합층 32: 제1 분지전극 33: 제2 분지전극 34: 제1 핑거전극 35: 제2 핑거전극 36: 제1 버스바 전극 37: 제2 버스바 전극 38: 절연바 50: 접착층 60: 저항층 70: 제2 봉지층

Claims (15)

1. 제1 봉지층;
   상기 제1 봉지층 상에 형성된 힘 측정부;
   상기 힘 측정부 상에 형성된 제2 봉지층을 포함하고,
   상기 제1 봉지층 및 제2 봉지층이 접착제를 매개로 상기 힘 측정부를 밀봉하도록 형성된 힘감지 장치로서,
   상기 힘 측정부는
   전극절연체 복합층; 및
   상기 전극절연체 복합층 상에 형성된 저항층;
   을 포함하고,
   상기 전극절연체 복합층은
   전극층과 절연체를 포함하고,
   상기 전극층은,
   제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극; 제1 버스바 전극; 및 상기 제1 분지전극을 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극을 포함하는 제1 전극부; 및
   제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극; 제2 버스바 전극; 및 상기 제2 분지전극을 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극을 포함하는 제2 전극부를 포함하고,
   상기 제1 분지전극 및 제2 분지전극은 제2 방향에 대해 번갈아 형성되어 있으며,
   상기 절연체는,
   제2 방향으로 형성된 복수의 절연바를 포함하고,
   상기 절연바는 상기 전극층과 상기 저항층을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키고,
   상기 절연바는 상기 전극층보다 두껍고 상기 전극층보다 넓은 범위에 형성되는 것인, 힘감지 장치.
   
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4. 제1항에 있어서, 상기 제2 봉지층은 제1 및 제2 버스바 전극이 외부와 전기적으로 연결되는 윈도우가 형성된 것인 힘감지 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 전극절연체 복합층은 공기 셀을 포함하는 힘감지 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 힘감지 장치는 상기 제2 봉지층 상에 형성된 접착층을 더 포함하는 힘감지 장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 봉지층은 에폭시계 수지, 올레핀계 수지 및 우레탄계 수지 중 하나 이상을 포함하는 봉지층용 조성물로 형성된 것인 힘감지 장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 전극층은,
   전도성 페이스트 및 전도성 고분자 중 하나 이상을 포함하는 전극층용 조성물로 형성된 것인 힘감지 장치.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 저항층은 ITO 나노입자 및 레진을 포함하는 압력인식 재료를 포함하는 저항층용 조성물로 형성된 것인 힘감지 장치.
   
10. 제1 이형부재 상에 제1 봉지층을 형성하는 단계;
    상기 제1 봉지층 상에 전극절연체 복합층을 형성하는 단계;
    제2 이형부재 상에 제2 봉지층을 형성하는 단계;
    상기 제2 봉지층 상에 저항층을 형성하는 단계; 및
    상기 전극절연체 복합층이 형성된 제1 봉지층과 상기 저항층이 형성된 제2 봉지층을 접착제를 매개로 상기 전극절연체 복합층 및 상기 저항층을 밀봉하는 단계;를 포함하고,
    상기 전극절연체 복합층을 형성하는 단계는,
    제1 봉지층 상의 전극절연체 영역에 제1 전극부 및 제2 전극부를 포함하는 전극층을 형성하는 단계 및
    상기 제1 전극부 및 제2 전극부를 포함하는 상기 전극층과 저항층을 서로 이격시켜 전기적으로 절연시키도록, 복수의 절연바를 제2 방향으로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제1 분지전극; 제1 버스바 전극; 및 상기 제1 분지전극을 상기 제1 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제1 핑거전극을 포함하고,
    상기 제2 전극부는 제1 방향으로 형성된 복수의 제2 분지전극; 제2 버스바 전극; 및 상기 제2 분지전극을 상기 제2 버스바 전극과 전기적으로 연결하도록 제2 방향으로 형성된 제2 핑거전극을 포함하고,
    상기 절연바는 상기 전극층보다 두껍고 상기 전극층보다 넓은 범위에 형성되는 것인, 힘감지 장치의 제조방법.
    
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12. 제10항에 있어서, 상기 제2 봉지층은 제1 및 제2 버스바전극이 외부와 전기적으로 연결되도록 윈도우가 형성된 것인 힘감지 장치의 제조방법.
    
13. 제10항에 있어서, 상기 전극절연체 복합층은 공기 셀을 포함하는 힘감지 장치의 제조방법.
    
14. 제10항에 있어서, 상기 제2 봉지층 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 힘감지 장치의 제조방법.
    
15. 제10항에 있어서, 상기 제1 봉지층, 제1 전극부 및 제2 전극부, 절연바 저항층 및 제2 전극부 중 하나 이상이 코팅(coating), 오프셋(offset) 프린팅 또는 스크린 프린팅의 방법으로 형성되는 것인 힘감지 장치의 제조방법.
    
    

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