KR101973290B1 - 투명유연압력센서 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

투명유연압력센서 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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고승환
김권규
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Abstract

베이스층 및 상기 베이스층의 일면에 전도성 나노와이어가 방사되어 형성된 나노와이어층을 포함하는 제1몸체; 및 나노와이어층과 압력에 의해 접촉될 수 있도록 배치되고, 바디부, 상기 바디부 상에 마련되는 한 쌍의 전극 및 한 쌍의 전극으로부터 서로 평행한 방향으로 각각 연장되는 복수 개의 소결부를 포함하는 제2몸체;를 포함하고, 소결부는, 레이저 소결(laser sintering)에 의해 형성되되, 레이저 소결에 의해 누적되는 높이는 평행한 방향으로 연장되는 구간에 대하여 상이하도록 비정형 또는 정형적으로 형성되어, 소결부의 소결면이 압력에 따라 나노와이어층과 접촉되는 면적이 달라짐으로써 압력을 검지 또는 센싱할 수 있는, 투명유연압력센서가 제공된다.

Description

투명유연압력센서 및 이를 제조하는 방법{TRANSPARENT FRLEXIBLE PRESSURE SENSOR AND METHOD THE SAME}
본 발명은 투명유연압력센서 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 유연압력센서는 압력이 가해지는 여부 및 압력이 가해지는 정도를 감지할 수 있으며, 많은 분야에서 사용되고 있다. 일 예로써, 디스플레이에 적용되는 터치스크린 기술은 크게 감압식과 정전식 방식으로 나눌 수 있는데 최근 정전식 터치스크린이 멀티터치와 감도가 우수하고 강화유리 패널을 쓸 수 있는 장점으로 인해 널리 쓰이고 있다. 하지만 정전식 터치스크린은 사람의 손가락과 같은 유전체의 입력만 받을 수 있으며 장갑을 낀 상태에서는 동작을 하지 못하는 단점을 갖는다. 또한 스타일러스 펜과 같이 끝이 뾰쪽하여 스크린과 접촉 면적이 작을 경우 터치에 의한 전하량 변화가 미미하기 때문에 검출하기 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 기술로 종래에는 전자기유도 방식의 펜터치 입력 방식을 사용하기도 하지만 손가락과 펜 입력을 동시에 받기 위해 각각 다른 방식의 입력 방식을 사용하기 때문에 불필요한 전력소모, 제조비용의 상승을 초래한다. 또한 전자기유도 방식의 터치는 압력까지 구분가능하나, 펜에 디스플레이로부터 감지될 수 있는 장치(예를 들어, 코일 등)가 달려야 하므로 특정 펜의 입력만 받을 수 있는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제 2013-0124822 호 (2013. 11. 15)
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 전기저항(전기전도도)의 변화가 발생하고 전기저항(전기전도도)의 변화에 따른 압력을 감지할 수 있는 투명유연압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 외부로부터 압력이 가해지는 여부를 감지할 수 있으며, 압력이 가해지는 여부에 따라 전원공급이 결정되는 투명유연압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 두 전도체의 접촉면적을 달리할 수 있도록 적어도 하나의 전도체는 굴곡이 형성되도록 마련되는 투명유연압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 굴곡진 전도체를 마련하고 굴곡진 전도체를 레이저 소결(laser sintering)을 통해 형성하는 투명유연압력센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 전기저항(전기전도도)의 변화가 발생하고 전기저항(전기전도도)의 변화에 따른 압력을 감지할 수 있는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 외부로부터 압력이 가해지는 여부를 감지할 수 있으며, 압력이 가해지는 여부에 따라 전원공급이 결정되는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 두 전도체의 접촉면적을 달리할 수 있도록 적어도 하나의 전도체는 굴곡이 형성되도록 마련되는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 굴곡진 전도체를 마련하고 굴곡진 전도체를 레이저 소결(laser sintering)을 통해 형성하는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
베이스층 및 상기 베이스층의 일면에 전도성 나노와이어가 방사되어 형성된 나노와이어층을 포함하는 제1몸체; 및 나노와이어층과 압력에 의해 접촉될 수 있도록 배치되고, 바디부, 상기 바디부 상에 마련되는 한 쌍의 전극 및 한 쌍의 전극으로부터 서로 평행한 방향으로 각각 연장되는 복수 개의 소결부를 포함하는 제2몸체;를 포함하고, 소결부는, 레이저 소결(laser sintering)에 의해 형성되되, 레이저 소결에 의해 누적되는 높이는 평행한 방향으로 연장되는 구간에 대하여 상이하도록 비정형 또는 정형적으로 형성되어, 소결부의 소결면이 압력에 따라 나노와이어층과 접촉되는 면적이 달라짐으로써 압력을 검지 또는 센싱할 수 있는, 투명유연압력센서가 제공된다.
그리고, 소결부 및 나노와이어층의 접촉에 의해 전원이 공급될 수 있다.
또한, 나노와이어의 크기는 길이가 40 내지 70 마이크로미터, 직경이 10 내지 40 나노미터의 범위 내에서 형성될 수 있다.
또한, 하나의 소결부는, 연장된 길이방향을 기준으로 폭이 10 내지 30 마이크로미터의 범위 내에서 형성될 수 있다.
또한, 소결부는 인접한 다른 소결부와의 간격은 130 내지 150 마이크로미터의 범위 내에서 연장될 수 있다.
또한, 하나의 소결부는 레이저 소결 과정에서 연장되는 길이방향으로 복수 회 레이저 소결되어 형성될 수 있다.
또한, 복수 회는, 첫번째로 소결부가 연장되는 길이방향으로 레이저 소결되고, 이후에는 소결부의 폭방향으로 레이저 소결되어 소결부의 폭이 증가하되, 첫번째 레이저 소결되는 과정에서 형성된 소결의 높이는 이후에 레이저 소결된 소결의 높이와 상이할 수 있다.
또한, 접촉되는 면적에 따라 달라지는 전기저항(전기전도도) 및 압력의 관계를 통해 압력을 감지할 수 있다.
또한, 소결부의 높이 방향으로의 누적에 의해 소결부는 높이 방향으로 산형(山形) 및 반구형(半球形) 중 하나 이상의 형상으로 상기 나노와이어층을 향해 마주할 수 있다.
투명하고 유연한 바디부의 양단에 전극이 각각 배치되고 상기 전극으로부터 연장되는 소결부를 레이저 소결(laser sintering)을 통해 형성하여 제1몸체를 구성하고, 투명하고 유연한 베이스층의 일면에 전도성의 나노와이어를 방사하여 나노와이어층이 마련된 제2몸체를 구성하고, 나노와이어층 및 소결부가 마주하도록 제1몸체 및 제2몸체를 결합하되, 가해지는 압력에 의해 나노와이어층 및 소결부가 접촉될 수 있도록 결합하되, 레이저 소결에 의해 누적되는 소결부의 높이는 연장되는 방향으로 가면서 상이하도록 비정형 또는 정형적으로 형성되는, 투명유연압력센서의 제조방법이 제공된다.
그리고, 소결부 및 나노와이어층의 접촉에 의해 전원이 공급되도록 제1몸체 및 제2몸체를 결합시킬 수 있다.
또한, 나노와이어는 진공전사에 의해 베이스층에 방사되는 나노와이어층을 형성할 수 있다.
또한, 레이저 소결을 통해 소결부 간의 거리 및 소결부의 폭을 조절하여 민감도 및 투명도를 결정할 수 있다.
또한, 하나의 소결부는 레이저 소결 과정에서 연장되는 길이방향으로 복수 회 레이저 소결되어 형성될 수 있다.
또한, 복수 회는, 첫번째로 소결부가 연장되는 길이방향으로 레이저 소결되고, 이후에는 소결부의 폭방향으로 레이저 소결되어 소결부의 폭이 증가하되, 첫번째 레이저 소결되는 과정에서 형성된 소결의 높이는 이후에 레이저 소결된 소결의 높이와 상이할 수 있다.
접촉되는 면적에 따라 달라지는 전기저항(전기전도도)과 압력과의 관계를 통해 압력을 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 전기저항(전기전도도)의 변화가 발생하고 전기저항(전기전도도)의 변화에 따른 압력을 감지할 수 있는 투명유연압력센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 외부로부터 압력이 가해지는 여부를 감지할 수 있으며, 압력이 가해지는 여부에 따라 전원공급이 결정되는 투명유연압력센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 두 전도체의 접촉면적을 달리할 수 있도록 적어도 하나의 전도체는 굴곡이 형성되도록 마련되는 투명유연압력센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 굴곡진 전도체를 마련하고 굴곡진 전도체를 레이저 소결(laser sintering)을 통해 형성하는 투명유연압력센서를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 전기저항(전기전도도)의 변화가 발생하고 전기저항(전기전도도)의 변화에 따른 압력을 감지할 수 있는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 외부로부터 압력이 가해지는 여부를 감지할 수 있으며, 압력이 가해지는 여부에 따라 전원공급이 결정되는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 가해지는 압력의 정도에 따라 두 전도체의 접촉면적을 달리할 수 있도록 적어도 하나의 전도체는 굴곡이 형성되도록 마련되는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 굴곡진 전도체를 마련하고 굴곡진 전도체를 레이저 소결(laser sintering)을 통해 형성하는 투명유연압력센서를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연압력센서의 분해사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연압력센서의 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인접한 소결부 간의 배치를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어층을 나타내는 도면,
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1압력이 가해지는 유연압력센서를 나타낸 도면, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2압력이 가해지는 유연압력센서를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결부를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결부 간의 거리정보를 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 인접한 소결부 간에 형성되는 간격에 의해 다르게 조성되는 유연압력센서의 민감도를 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연압력센서의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연압력센서의 제1몸체(100) 및 제2몸체(200)의 분리 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유연압력센서는 제1몸체(100) 및 제2몸체(200)를 포함한다. 전도성 부재를 포함하는 제1몸체(100) 및 제2몸체(200)의 결합에 의해 외부로부터 가해지는 압력으로 인한 전원의 연결 또는 압력의 정도를 감지할 수 있다.
구체적으로, 제1몸체(100)는 바디부(110), 전극(120) 및 소결부(130)를 포함할 수 있다. 바디부(110)는 투명하고 유연한 필름의 형태일 수 있다. 상기 외부로부터 가해지는 압력을 받으면서 일부 휘어질 수 있는 소재가 될 수 있다. 예를 들면, 바디부(110)는 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있다. PET는 투명도가 높고 단열성 및 열가소성을 지닌 소재이다. 절연체로도 다양한 분야에서 채용되고 있다. 이하에서는 바디부(110)를 PET로 가정하고 후술하도록 한다.
바디부(110)의 양단에는 단자(120)가 마련될 수 있고 상기 단자(120)로부터 연장되는 소결부(130)가 서로 마주하는 방향으로 연장될 수 있다. 여기서 연장되는 소결부(130)는 레이저 소결(laser sintring)에 의해 소결될 수 있고, 단자(120)와 연결되어 형성될 수 있다. 기존에 준비된 단자(120)에 소결부(130)만 레이저 소결을 통해 형성될 수도 있으나 단자(120)도 레이저 소결을 통해 형성될 수도 있다. 소결부(130)가 단자(120)와 별도로 마련될 때에도, 단자(120)와 전도 가능하도록 형성될 수 있다. 즉, 단자(120)와 연결되는 소결부(130)도 전도성일 수 있다. 예를 들면, 소결부(130)는 전도성을 띄는 은나노 파티클이 레이저 소결되어 형성될 수 있다. 이하에서는, 전도성을 띄는 소재 중에서도 은나노 파티클의 소결을 예로 하여 후술하기로 한다.
우선, 레이저 소결을 통해 은나노 파티클을 소결처리하기 전에 바디부(110)에 나노잉크를 스핀코팅(spin-coating) 처리를 통해 도포할 수 있다. 나노잉크의 스핀코팅은 레이저 소결과정의 전처리과정이 될 수 있다.
한편, 소결부(130)는 레이저 소결을 통해 일방향으로 연장되며 복수 개가 형성될 수 있고, 상기 일방향은 바디부(110)의 양단에 각각 위치한 한 쌍의 단자부(120)로부터 서로 마주하는 방향일 수 있다. 다만, 마주하는 방향으로 연장되되, 소결부는 서로 접촉되지 않도록 연장될 수 있다. 즉, 소결부(130)의 연장만으로 한 쌍의 단자부(120)가 전기적으로 연결되지 않도록 마련될 수 있다.
소결부(130)의 연장의 예로서, 연장방향은 마주하는 방향이고, 복수 개의 이웃한 소결부(130)는 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 소결부(130)는 마주하는 방향으로 연장되되, 접촉되지 않도록 엇갈리게 연장될 수 있다. 물론, 앞서 설명한 바와 같이 전기적인 연결이 되지 않도록 마련되야 하므로, 연장되는 소결부(130)의 단부는 마주하는 단자(120)와의 접촉이 이루어지지 않도록 형성될 수 있다.
그리고 도 1 및 도 2에 도시된 소결부(130)는 가시적으로 형상 및 구조가 드러나도록 확대하여 표시한 것으로 실제 크기는 이하의 도면을 통해 수치와 함께 구체적으로 설명하도록 한다.
상술한 제1몸체(100)와 결합될 제2몸체(200)는 베이스층(210) 및 나노와이어층(220)을 포함할 수 있다. 여기서 베이스층(210)은 투명하고 유연한 재질로 형성되어 외부로부터 가해지는 압력을 국부적으로 전달가능하다. 예를 들면, 베이스층(210)은 PUA(polyurethane　acrylate)일 수 있다. 이하에서의 베이스층(210)은　PUA(polyurethane　acrylate)을 예로 하여 후술하도록 한다.
여기서, 나노섬유는 제1몸체(100)와 접촉되어 평행하게 이격배치된 이웃한 소결부(130) 간을 전기적으로 연결시키는 기능을 하는데, 이를 위해 전도성을 띄는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 나노섬유는 은나노 와이어일 수 있다. 즉, 은나노 와이어가 방사되어 베이스층(210)과 결합되는 나노와이어층(220)이 형성될 수 있다. 이하의 나노와이어층(220)은 은나노와이어로 형성된 은나노와이어층으로 가정하고 후술하도록 한다.
상술한 바와 같이 나노와이어층(220) 및 베이스층(210)이 결합된 제2몸체(200)가 마련되면 제1몸체(100)와 적어도 일부가 결합될 수 있다. 상기 결합된 상태에서는 제1몸체(100)의 소결부(130) 및 제2몸체(200)의 나노와이어층(220)의 통전여부는 선택적으로 결정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인접한 소결부(130) 간의 배치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 한 쌍의 전극(120)으로부터 마주하되 엇갈리게 연장되는 두 개의 소결부(130)의 단부가 도시되어 있다. 소결부(130)는 맞은편 단자(120)를 향해 연장되고, 이웃한 소결부(130)와는 평행하게 기 결정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 후에 설명할 내용에 포함되지만, 이웃한 소결부(130) 간에 서로 평행되지 않도록 배치될 경우에는 외부로부터 가압되는 압력에 의해 균일한 반응이 출력되기 어려우므로, 평행하되 기 결정된 간격을 두고 인접한 소결부(130)는 한 쌍의 단자(120)로부터 연장되어 교호배치될 수 있다.
한편, 레이저 소결 과정을 통해 형성된 소결부(130)는 바디부(110)로부터 은나노 파티클이 누적되어 높이가 형성될 수 있다. 상기 높이의 방향은 레이저 소결 과정에서 레이저가 방출되는 방향이 될 수 있다. 여기서 소결부(130)는 레이저의 출력 등에 따라 누적되는 은나노 파티클의 양(즉, 누적된 높이)이 달라질 수 있다. 즉, 레이저 출력 등의 요인을 변경시켜서 소결부(130)가 연장방향으로 이어지도록 레이저 소결을 수행하되, 소결부(130)의 높이를 달리 형성할 수 있다.
상기 소결부 높이(h)는 레이저 소결에 의해 형성된 소결부(130)의 높이방향의 굴곡에 따른 상부와 저부의 높이차를 의미하며, 이러한 소결부 높이(h)가 균일하도록 형성되는 소결부(130)는 정형적으로 레이저 소결이 수행된 예이다. 다른 예로써는, 소결부 높이(h)가 비정형적으로 형성되어 각각 다를 수 있다.
한편, 소결부(130)의 폭은 10 내지 30 마이크로미터 범위 내에서 형성될 수 있다. 또한, 이웃한 소결부(130) 간의 간격은 130 내지 150 마이크로미터 범위 내에서 형성될 수 있다. 이러한 범위 형성은 바디부(110)에 형성된 소결부(130)의 수가 감소하고 이웃한 소결부(130) 간의 간격이 커질수록 민감도가 저하될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 상기의 범위 내에서 형성될 수 있다. 반면에 바디부(110)에 형성된 소결부(130)의 수가 증가하고 이웃한 소결부(130) 간의 간격이 좁아질수록 투명도가 저하될 수 있다. 따라서, 이는 선택적인 사항으로써, 요구되는 기능에 부합하도록 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어층(220)을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 나노와이어층(220)을 구성하는 나노와이어를 확인할 수 있다. 도시된 나노와이어층(220)은 이해를 돕기 위해 나노와이어의 밀도를 극단적으로 낮게 표현한 것임을 고려해야 한다.
나노와이어층(220)을 구성하는 나노와이어의 크기는 직경이 10 내지 40 나노미터의 범위 내에서 형성될 수 있고, 길이는 40 내지 70 마이크로미터 내에서 형성될 수 있다. 직경이 10 마이크로미터 미만일 경우에는 외부로부터 가압되는 압력에 의해, 압축에 의한 접촉면적 증가를 기대하기 어렵고 40 나노미터를 초과할 경우에는 섬유형태의 나노와이어가 소결부(130)에 접촉되는 면적의 증가를 기대하기 어려울 수 있다. 나노와이어는 형상의 특성상 소결부(130)와 점접촉 또는 선접촉을 하게 되는데 이러한 접촉유형은 직경이 증가한다고 해서 증가될 수 있는 요인은 아니기 때문이며, 증가된 직경은 부피가 증가하여 접촉가능한 나노와이어의 밀도를 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
또한, 길이는 40 마이크로미터 미만일 경우에는 나노와이어의 결을 의도한 바대로 형성하기 어려우며 70 마이크로미터를 초과할 때는 베이스층(210) 상에 균일하게 분사되기 어려울 수 있다. 바람직하게는 나노와이어의 크기가 직경이 20 내지 30 나노미터로 형성되고, 길이는 50내지 60 마이크로미터로 형성될 수 있다.
이러한 나노와이어층(220)은 앞서 설명한 소결부(130)와의 가압에 의한 접촉으로 접촉면적을 형성할 수 있는데, 접촉면적은 가압력이 높을수록 가압력을 받는 면적에 대하여 증가할 수 있다. 이에 대하여 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1압력이 가해지는 유연압력센서를 나타낸 도면, 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2압력이 가해지는 유연압력센서를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1압력(P1)과 제1압력(P1)보다 상대적으로 낮은 압력인 제2압력(P2)이 가해지는 것을 각각 도시하였다. 각각의 압력(P1, P2)에 따라 유연한 필름형의 제1몸체(100) 및 제2몸체(200)는 탄성변형되어 접촉될 수 있는데, 가해지는 압력이 더 강할수록 탄성변형의 정도가 보다 커져서 서로 접촉되는 면적이 증가될 수 있다.
도 5에서는 가해지는 압력에 따라 접촉면적이, 앞서 설명한 소결부(130)의 소결면(131)의 굴곡을 요인으로 증가되는 것을 설명하기 위하여 나노와이어층(220)의 휘어짐은 표현하지 않았을 뿐, 나노와이어층(220) 및 이를 포함하는 제2몸체(200) 또한 유연한 필름형으로 탄성변형이 가능한 소재임은 당연하다.
도 5(a)에서 제1압력(P1)이 가해졌을 때 나노와이어층(220) 및 소결부(130) 간의 제1접촉면접(A1)은 도 5(b)에서 제2압력(P2)이 가해졌을 때 나노와이어층(220) 및 소결부(130) 간의 제2접촉면적(A2)보다 넓을 수 있다. 여기서 접촉면적은 통전정보와 관련이 있다. 통전정보란 한 쌍의 전극(120)이 서로 통전되는 것을 의미한다. 한 쌍의 전극(120)으로부터 연장되는 소결부(130)가 서로 연결되지 않고 기 결정된 간격 이격되어 배치된 소결부(130)끼리, 나노와이어층(220)이 압력에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결부(130)를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소결부(130) 간의 거리정보를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 소결부(130)를 보다 자세하게 설명할 수 있다. 도 6은 실험값을 이미지화 하였을 때 나타난 이미지미므로 이를 참조하여 X축 방향에서 볼 때의 단면을 나타낸 도 7을 참조하면, 소결부(130)의 Z방향으로의 굴곡면을 소결면(131)이라고 하고 정형적으로 동일한 굴곡(파장)이 반복된다고 할 때, 소결면(131)에서 가장 높은 지점인 상사점으로부터 가장 낮은 지점인 하사점 간의 Z축방향의 길이를 소결부의 높이차(Y)라고 하고 상사점과 인접한 상사점과의 거리를 소결부의 간격(X)이라고 할 때, 소결부의 높이차(Y)/소결부의 간격(X)이 7*10^-3이 될 수 있다. 물론 이 비율은 다양한 예 중 하나이며, 각각의 크기는 소결부의 높이차(Y)가 350 나노미터, 소결부의 간격(X)이 50 마이크로미터가 될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 인접한 소결부 간에 형성되는 간격에 의해 다르게 조성되는 유연압력센서의 민감도를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 앞서 설명한 투명도 및 민감도에서 민감도를, 전기저항(전기전도도) 크기와 관련하여 설명할 수 있다. 소결부(130) 간의 간격이 좁아지게 되면, 민감도가 증가되게 되는데 도시된 바와 같이 30 마이크로미터, 55 마이크로미터 및 100 마이크로미터의 경우 중에 압력(가로축; 단위 Pa) 대비 전기저항(전기전도도)(세로축)을 비교할 수 있다. 압력이 증가될수록 기 결정된 구간 이후에는 비례적으로 전기저항(전기전도도)이 증가 되는데 증가폭이 30 마이크로미터 간격으로 소결부(130)가 배치된 경우가 가장 크게 나타나고, 100 마이크로미터 간격으로 소결부(130)가 배치된 경우가 가장 낮게 나타났다. 이는 압력센서로서의 기능이 앞서 설명했던 민감도와 관련한 내용을 보충할 수 있다. 그러므로, 앞선 설명에 따르면 투명도는 소결부(130)의 폭이 30 마이크로미터인 경우에 가장 낮았고, 100 마이크로미터인 경우에 가장 높을 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 제1몸체
110 : 바디부
120 : 전극
130 : 소결부
131 : 소결면
200 : 제2몸체
210 : 베이스층
220 : 나노와이어층
w1 : 소결부 폭
w2 : 소결부 간의 폭
h : 소결부 높이
l : 은나노와이어 길이
d : 은나노와이어 지름
P1 : 제1압력
A1 : 제1접촉면적
P2 : 제2압력
A2 : 제2접촉면적
X : 소결부의 간격
Y : 소결부의 높이차

Claims (16)

  1. 베이스층 및 상기 베이스층의 일면에 전도성 나노와이어가 방사되어 형성된 나노와이어층을 포함하는 제1몸체; 및
    상기 나노와이어층과 압력에 의해 접촉될 수 있도록 배치되고,
    바디부, 상기 바디부 상에 마련되는 한 쌍의 전극 및 상기 한 쌍의 전극으로부터 서로 평행한 방향으로 각각 연장되는 복수 개의 소결부를 포함하는 제2몸체;를 포함하고,
    상기 소결부는,
    레이저 소결(laser sintering)에 의해 형성되되, 레이저 소결에 의해 누적되는 높이는 상기 평행한 방향으로 연장되는 구간에 대하여 상이하도록 비정형 또는 정형적으로 형성되어, 상기 소결부의 소결면이 상기 압력에 따라 상기 나노와이어층과 접촉되는 면적이 달라짐으로써 상기 압력을 검지 또는 센싱할 수 있는, 투명유연압력센서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소결부 및 상기 나노와이어층의 접촉에 의해 전원이 공급되는, 투명유연압력센서.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노와이어의 크기는 길이가 40 내지 70 마이크로미터, 직경이 10 내지 40 나노미터의 범위 내에서 형성되는, 투명유연압력센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    하나의 상기 소결부는, 연장된 길이방향을 기준으로 폭이 10 내지 30 마이크로미터의 범위 내에서 형성되는, 투명유연압력센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소결부는 인접한 다른 상기 소결부와 의 간격은 130 내지 150 마이크로미터의 범위 내에서 연장되는, 투명유연압력센서.
  6. 청구항 1에 있어서,
    하나의 상기 소결부는 상기 레이저 소결 과정에서 연장되는 길이방향으로 복수 회 레이저 소결되어 형성되는, 투명유연압력센서.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수 회는, 첫번째로 상기 소결부가 연장되는 길이방향으로 레이저 소결되고, 이후에는 상기 소결부의 폭방향으로 상기 레이저 소결되어 상기 소결부의 폭이 증가하되, 첫번째 레이저 소결되는 과정에서 형성된 소결의 높이는 이후에 레이저 소결된 소결의 높이와 상이한, 투명유연압력센서.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 접촉되는 면적에 따라 달라지는 전기저항(전기전도도) 및 압력의 관계를 통해 압력을 감지하는, 투명유연압력센서.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 소결부의 높이 방향으로의 누적에 의해 소결부는 높이 방향으로 산형(山形) 및 반구형(半球形) 중 하나 이상의 형상으로 상기 나노와이어층을 향해 마주하는, 투명유연압력센서.
  10. 투명하고 유연한 바디부의 양단에 전극이 각각 배치되고 상기 전극으로부터 연장되는 소결부를 레이저 소결(laser sintering)을 통해 형성하여 제1몸체를 구성하고,
    투명하고 유연한 베이스층의 일면에 전도성의 나노와이어를 방사하여 나노와이어층이 마련된 제2몸체를 구성하고,
    상기 나노와이어층 및 상기 소결부가 마주하도록 제1몸체 및 상기 제2몸체를 결합하되, 가해지는 압력에 의해 상기 나노와이어층 및 상기 소결부가 접촉될 수 있도록 결합하되,
    상기 레이저 소결에 의해 누적되는 상기 소결부의 높이는 연장되는 방향으로 가면서 상이하도록 비정형 또는 정형적으로 형성되는, 투명유연압력센서의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 소결부 및 상기 나노와이어층의 접촉에 의해 전원이 공급되도록 제1몸체 및 상기 제2몸체를 결합시키는, 투명유연압력센서의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 나노와이어는 진공전사에 의해 상기 베이스층에 방사되어 상기 나노와이어층을 형성하는, 투명유연압력센서의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 레이저 소결을 통해 상기 소결부 간의 거리 및 상기 소결부의 폭을 조절하여 민감도 및 투명도를 결정할 수 있는, 투명유연압력센서의 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    하나의 상기 소결부는 상기 레이저 소결 과정에서 연장되는 길이방향으로 복수 회 레이저 소결되어 형성되는, 투명유연압력센서의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 복수 회는, 첫번째로 상기 소결부가 연장되는 길이방향으로 레이저 소결되고, 이후에는 상기 소결부의 폭방향으로 상기 레이저 소결되어 상기 소결부의 폭이 증가하되, 첫번째 레이저 소결되는 과정에서 형성된 소결의 높이는 이후에 레이저 소결된 소결의 높이와 상이한, 투명유연압력센서의 제조방법.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 접촉되는 면적에 따라 달라지는 전기저항(전기전도도)과 압력과의 관계를 통해 압력을 감지하는, 투명유연압력센서의 제조방법.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614377B2 (en) 2020-03-24 2023-03-28 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Transparent and highly sensitive pressure sensor with improved linearity and pressure sensitivity

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120000667A (ko) * 2010-06-28 2012-01-04 한양대학교 산학협력단 센서 소자 및 이를 제조하는 방법
KR20130124822A (ko) 2012-05-07 2013-11-15 한국표준과학연구원 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린을 이용한 힘 측정방법
KR20150028125A (ko) * 2013-09-05 2015-03-13 삼성전자주식회사 압저항(piezo-resistive) 전극을 구비한 저항성 압력 센서
JP2015197300A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 感圧素子およびその製造方法、並びに感圧素子を備えたタッチパネルおよびその製造方法
KR20160095068A (ko) * 2013-12-02 2016-08-10 엠-솔브 리미티드 그래핀 및 금속 나노와이어를 포함하는 전도성 박막의 제조
CN106840476A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 东南大学 三维碳纳米材料场效应柔性力敏传感元件及制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120000667A (ko) * 2010-06-28 2012-01-04 한양대학교 산학협력단 센서 소자 및 이를 제조하는 방법
KR20130124822A (ko) 2012-05-07 2013-11-15 한국표준과학연구원 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린을 이용한 힘 측정방법
KR20150028125A (ko) * 2013-09-05 2015-03-13 삼성전자주식회사 압저항(piezo-resistive) 전극을 구비한 저항성 압력 센서
KR20160095068A (ko) * 2013-12-02 2016-08-10 엠-솔브 리미티드 그래핀 및 금속 나노와이어를 포함하는 전도성 박막의 제조
JP2015197300A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 感圧素子およびその製造方法、並びに感圧素子を備えたタッチパネルおよびその製造方法
CN106840476A (zh) * 2017-01-25 2017-06-13 东南大学 三维碳纳米材料场效应柔性力敏传感元件及制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614377B2 (en) 2020-03-24 2023-03-28 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Transparent and highly sensitive pressure sensor with improved linearity and pressure sensitivity

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