KR102002699B1 - 하나의 터치 전극을 포함하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치 - Google Patents

하나의 터치 전극을 포함하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치 Download PDF

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Abstract

하나의 터치 전극을 포함하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치가 개시된다. 개시된 텍스타일형 하이브리드 제어 장치는 절연성 섬유와 하나의 전도성 섬유가 원단 일체로 형성되되, 상기 전도성 섬유에 의해 하나의 터치 전극이 형성되고, 사용자의 입력 수단이 상기 하나의 터치 전극에 접촉되어 터치를 감지하는 제1 레이어; 상기 제1 레이어의 하부에 위치하고, 상기 입력 수단의 접촉에 의한 저항 변화를 감지하여 압력을 감지하는 제2 레이어; 상기 제2 레이어의 하부에 위치하고, 전극부 원단인 제3 레이어; 및 상기 전도성 섬유 및 상기 전극부 원단과 도선을 통해 각각 연결되는 회로부;를 포함하되, 상기 제2 레이어는, 다수 개의 층으로 적층된 다수 개의 압력 센서를 포함하고, 상기 다수 개의 압력 센서 각각의 압력 탄성 계수는 서로 다를 수 있다.

Description

하나의 터치 전극을 포함하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치 {TEXTILE TYPE HYBRID CONTROLLER INCLUDEING ONE TOUCH ELECTRODE}
본 발명의 실시예들은 텍스타일형(textile type) 하이브리드 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 터치 전극을 이용하여 의복 형태로 구현된 웨어러블 컴퓨터(wearable computer) 등의 전기전자 장치를 제어하는 장치에 관한 것이다.
유비쿼터스 시대가 도래하면서 사용자가 항상 신체에 휴대하여 언제나 사용 가능한 컴퓨팅 기기에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 PDA와 같이 손에 들고 사용하는 장치가 보편화되었으며, 더욱 나아가서 사람들의 생활에 가장 밀접한 위치를 차지하는 의류에 컴퓨팅 기능을 통합하려는 시도들이 나타나고 있다. 이미 시장에는 MP3 재킷과 같은 단순한 기능의 제품들이 출시되었으며, 더욱 높은 컴퓨팅 능력을 가지고 생활 보조 및 건강 기능 모니터링 등의 역할을 담당하는 의류의 개발이 진행 중이다.
웨어러블 컴퓨터(wearable computer) 등의 웨어러블 장치는 사용자가 이동 환경에서 자유자재로 컴퓨터를 사용하기 위하여 소형화, 경량화 하여 신체 또는 의복에 착용할 수 있도록 제작된 컴퓨터이다. 웨어러블 장치의 가장 두드러진 특징은 사용자가 어떤 활동을 하고 있을 때에도 항상 사용자와 같이 있고, 사용자가 언제라도 사용을 할 수 있으며, 실시간으로 명령을 수행하여 사용자에게 그 내용을 제공하는 것을 말한다. 웨어러블 장치는 반도체 칩의 소형화 및 전도성 섬유의 출현으로 의복 형태로 구현하는 것이 가능하게 되었다(이하, 의복 형태로 구현된 웨어러블 컴퓨터를 '의류형 웨어러블 장치'라 칭함).
현재 미국을 비롯한 유럽, 일본 등이 주도적으로 기술을 개발하여 MP3 재킷, 건강 관리용 의류 등을 선보이고 있으며, 국내에서도 건강 관리용과 작업용 위주의 특수 의복을 개발하고 있다. 현재까지 상용화 가능한 웨어러블 장치는 의복과 탈착할 수 있는 형태로 구성되며, 별도의 커넥터를 이용하여 연결된다.
한편, 의류형 웨어러블 장치에는 기존의 데스크 톱에서 널리 사용되는 키보드 및 마우스와 같은 입력 장치를 장착할 수 없다. 또한 의류형 웨어러블 장치들은 사용자의 착용감을 고려한다면 간단한 스위치 하나도 의류에 특화된 직물 형태의 새로운 제품을 사용해야만 한다.
그러나, 의류형 웨어러블 장치를 제어하기 위한 종래의 장치의 경우 필름형 소자를 이용한 제어 장치를 응용하는 사례가 대부분이었다. 일부 텍스타일 재료를 응용한 제어 장치 사례가 있으나, 이 역시 드레이프성(drape property)이 떨어지고 주로 부착형이었기 때문에 이질감이 느껴지는 등 착용 품질이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 의류형 웨어러블 장치를 제어하기 위한 종래의 장치는 사용자의 신체에 의한 제어(예를 들어 터치 등)가 아닌 사물에 의한 접촉으로 인해 의도하지 않은 동작이 발생하거나, 의복 내에서 발생할 수 있는 물리적인 힘(예를 들어 직물의 구부러짐 등)에 의해 오동작이 발생하는 문제점이 있다. 그리고, 원단 제조 과정이 연속적으로 이루어지지 못해 제품의 일체성이 떨어지며 적용 제품의 가격이 상승하는 원인이 되는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 부착형이 아닌 의류 원단과 일체형으로 형성되며 의류형 웨어러블 장치의 제어 시 정확도를 높이고 다양한 제어를 가능하게 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 하나의 터치 전극을 사용함으로써 디자인 및 공간활용 측면에서 자유롭고, 생산과정에서도 작업하기 용이한 텍스타일형 하이브리드 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 절연성 섬유와 하나의 전도성 섬유가 원단 일체로 형성되되, 상기 전도성 섬유에 의해 하나의 터치 전극이 형성되고, 사용자의 입력 수단이 상기 하나의 터치 전극에 접촉되어 터치를 감지하는 제1 레이어; 상기 제1 레이어의 하부에 위치하고, 상기 입력 수단의 접촉에 의한 저항 변화를 감지하여 압력을 감지하는 제2 레이어; 상기 제2 레이어의 하부에 위치하고, 전극부 원단인 제3 레이어; 및 상기 전도성 섬유 및 상기 전극부 원단과 도선을 통해 각각 연결되는 회로부;를 포함하되, 상기 제2 레이어는, 다수 개의 층으로 적층된 다수 개의 압력 센서를 포함하고, 상기 다수 개의 압력 센서 각각의 압력 탄성 계수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치가 제공된다.
상기 다수 개의 압력 센서의 압력 탄성 계수가 큰 순서부터 상기 다수 개의 압력 센서가 적층될 수 있다.
상기 다수 개의 압력 센서는 텍스타일 재질을 가지되, 연속 공정을 통해 상기 적층되는 다수 개의 압력 센서부가 제조될 수 있다.
상기 적층되는 다수 개의 압력 센서는 하나의 공정을 통해 각 층 마다 상이한 밀도로 짠 절연성 섬유에 전도성 입자를 함침하여 생성될 수 있다.
상기 적층되는 다수 개의 압력 센서는 하나의 공정을 통해 각 층 마다 상이한 밀도로 짠 전도성 섬유의 재질일 수 있다.
상기 다수 개의 압력 센서 중에서, 최하층의 압력 센서의 상면, 최상층의 압력 센서의 하면 및 상기 최하층의 압력 센서와 상기 최상층의 압력 센서를 제외한 나머지 압력 센서의 상면 및 하면에는 요철이 형성될 수 있다.
상기 다수 개의 압력 센서는 제1 압력 센서 및 상기 제1 압력 센서의 상부에 적층되는 제2 압력 센서를 포함하되, 상기 제1 압력 센서의 상면에 형성된 요철은 적어도 하나의 제1 볼록 영역 및 적어도 하나의 제1 오목 영역을 포함하고, 상기 제2 압력 센서의 하면에 형성된 요철은 적어도 하나의 제2 볼록 영역 및 적어도 하나의 제2 오목 영역을 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 볼록 영역 각각은 대응되는 상기 적어도 하나의 제2 오목 영역에 삽입되고, 상기 적어도 하나의 제2 볼록 영역 각각은 대응되는 상기 적어도 하나의 제1 오목 영역에 삽입될 수 있다.
상기 적어도 하나의 제1 볼록 영역 및 상기 적어도 하나의 제2 볼록 영역 각각의 사이즈는 서로 다를 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 절연성 섬유와 하나의 전도성 섬유가 원단 일체로 형성되되, 상기 전도성 섬유에 의해 하나의 터치 전극이 형성되고, 사용자의 입력 수단이 상기 하나의 터치 전극에 접촉되는 제1 레이어; 상기 제1 레이어의 하부에 위치하고, 상기 입력 수단의 접촉에 의한 저항 변화를 감지하는 제2 레이어; 상기 제2 레이어의 하부에 위치하고, 전극부 원단인 제3 레이어; 및 상기 전도성 섬유 및 상기 전극부 원단과 도선을 통해 각각 연결되는 회로부;를 포함하되, 상기 회로부는, 상기 입력 수단의 접촉에 의해 발생하는 터치를 감지하고, 상기 저항 변화에 기반하여 상기 입력 수단의 터치에 의한 압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 터치 및 압력을 동시에 감지할 수 있으며, 이를 통하여 의류형 웨어러블 장치의 다양한 제어가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 텍스타일형 하이브리드 제어 장치는 부착형이 아닌 의류 원단과 일체형이므로 착용감이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 텍스타일형 하이브리드 제어 장치는 캐패시티브 타입의 동작 원리를 이용하여 감도가 뛰어나며, 의류형 웨어러블 장치를 제어 시 정확도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 텍스타일형 하이브리드 제어 장치는 연속형 제품을 제조하는 공정이 가능하여 가격 및 보급화 측면에서 유리한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 텍스타일형 하이브리드 제어 장치는 연속형 하나의 터치 전극을 사용함으로써 디자인 및 공간활용 측면에서 자유롭고, 생산과정에서도 작업하기 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의류형 웨어러블 장치를 제어하기 위한 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 의류형 웨어러블 장치의 터치 감지의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 의류형 웨어러블 장치를 제어하기 위한 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 레이어의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 제2 레이어가 2개의 층으로 구성된 경우, 적층 텍스타일을 일체로 생성하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4에 따른 제2 레이어의 동작 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 4에 따른 제2 레이어의 다른 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 레이어의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 도 8에 따른 제2 레이어가 2개의 층으로 구성된 경우, 적층 텍스타일을 일체로 생성하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 8에 따른 제2 레이어의 동작 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 8에 따른 제2 레이어의 다른 구성을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 의류형 웨어러블 장치를 제어하기 위한 장치(이하, '웨어러블 제어 장치'라 칭함)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 제어 장치(100)는 제1 레이어(110), 제2 레이어(120), 제3 레이어(130) 및 회로부(140)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 상세하게 설명하기로 한다.
제1 레이어(110)는 사용자의 터치를 감지할 수 있으며, 이를 위해 절연성 섬유 및 하나의 전도성 섬유를 포함할 수 있다. 이 때, 하나의 전도성 섬유는 하나의 터치 전극과 대응된다. 즉, 하나의 전도성 섬유에 의해 하나의 터치 전극이 형성된다.
여기서, 전도성 섬유와 절연성 섬유는 제직(weaving) 또는 니팅(knitting) 공법을 통해 일체화될 수 있으며, 실시예에 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 공정을 통해서, 띠 형상의 하나의 전도성 섬유가 사각형 형태의 2개의 절연성 섬유의 사이에 위치할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 전도성 섬유 및 2개의 절연성 섬유가 다양한 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 도 2를 참조하면, 사용자의 손가락과 같은 입력 수단이 제1 레이어(110)의 하나의 전도성 섬유에 접촉되면, 하나의 전도성 섬유 및 캐패시터의 역할을 하는 손가락의 접촉에 여부에 따라 발신된 신호의 위상 변화를 수신하여 정전 용량 변화를 측정하여 사용자의 터치를 감지할 수 있다. 전도성 섬유 즉, 전극이 하나만 존재하므로, 디자인 및 공간활용 측면에서 자유롭고, 생산과정에서도 작업하기 용이하다.
제2 레이어(120)는 제1 레이어(110)의 하부에 위치할 수 있으며, 제1 레이어(110)에 가해진 사용자의 터치에 의한 압력을 감지할 수 있다. 즉, 제1 레이어(110)에 가해진 사용자의 터치에 의한 압력으로 인해 제2 레이어(120)의 원단 섬유 조직의 거동이 변하게 되고, 이에 기초하여 저항 변화를 감지할 수 있다.
다시 말해, 제2 레이어(120)는 외력(사용자의 터치)이 가해지지 않는 상태에서는 일정한 크기의 저항 값을 가지고 있다가 외력이 가해지면 해당 외력의 세기에 따라서 저항 값이 감소 또는 증가되는 성질인 압전 효과를 가지며, 이를 통해 외력의 세기뿐만 아니라 외력이 가해진 위치도 함께 감지할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 레이어(120)는 피에조 레지스티브 타입의 원단을 포함할 수 있다. 여기서, 피에조 레지스티브 타입의 원단은 탄소나노튜브(Carbon NanoTube;CNT), 은(Ag) 등의 금속성 입자 또는 금속성 섬유를 포함할 수 있다.
제3 레이어(130)는 제2 레이어(120)의 하부에 위치할 수 있으며, 전도성 섬유를 포함하는 전극부 원단일 수 있다.
회로부(140)는 제1 레이어(110)를 통해 입력된 사용자의 접촉에 의한 정전 용량의 변화와, 제2 레이어(120)를 통해 감지된 사용자의 터치에 의한 압력에 기반하여 터치 및 압력 세기 중 하나 이상을 감지할 수 있으며, 그 발생 위치를 검출할 수 있다.
이를 위해, 회로부(140)는 제1 레이어(110)에 형성된 하나의 전도성 섬유 및 제3 레이어(130)의 전극부 원단과 도선을 통해 각각 연결될 수 있으며, 각 전도성 섬유로 특정 주파수를 가지는 전기 신호를 인가할 수 있다.
여기서, 특정 주파수는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 제어 장치(100)의 고유한 전기 신호에 해당하는 특정 주파수로 설정될 수 있다. 사용자의 입력 수단(손가락 등)이 제1 레이어(110)의 전도성 섬유에 접촉(터치) 시 상기 특정 주파수를 가지는 전기 신호가 발생되며, 회로부(140)는 이에 따른 정전 용량의 변화를 감지할 수 있다.
이 때, 회로부(140)는 제1 레이어(110)에 인가되는 전기 신호를 검출하고 해당 전기 신호의 적합성(상기 특정 주파수로 설정된 전기 신호인지 여부)을 판단할 수 있다.
이를 위해, 회로부(140)는 소정의 오차 범위를 설정하고, 오차 범위 내의 주파수를 갖는 전기 신호는 적합한 것으로 판단할 수 있으며, 전기 신호의 크기와는 관계없이 해당 전기 신호의 주파수만으로 적합성 여부를 판단할 수도 있다.
즉, 설정된 주파수를 가지는 전기 신호에 대해서만 사용자의 접촉 여부와 그 위치 및 압력의 세기를 산출함으로써, 사물에 의해서 의도하지 않은 동작 또는 접촉이 없어도 직물의 구부러짐 등 의복 내에 발생할 수 있는 물리적인 힘에 의해 오동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 참고로, 압력의 세기가 특정 값 이상인 경우 해당 입력을 사용자의 접촉에 의한 것으로 판단할 수도 있다.
또한, 회로부(140)는 제2 레이어(120)에서 감지된 저항 변화, 즉, 제1 레이어(110)에 가해진 사용자의 터치에 의한 압력으로 인해, 제2 레이어(120)의 원단 섬유 조직의 거동이 변하면서 발생되는 저항 변화에 기반하여 사용자의 터치에 의한 압력(압력 세기)을 감지하고, 이를 통해 사용자의 접촉 위치를 판단할 수 있다.
그리고, 회로부(140)는 정전 용량 변화와 저항 변화에 기반한 터치 위치와 압력의 세기 및 그에 해당하는 제어 명령을 포함하는 DB와 연결될 수 있다. 또한, 제1 레이어(110)에 사용자의 접촉이 입력되면, 회로부(140)는 상기에서 설명한 하나의 전도성 섬유 및 손가락에 의한 정전 용량 변화와, 사용자의 접촉에 의한 압력에 의해 제2 레이어(120)에 발생하는 저항 변화를 감지하고, 그에 해당하는 제어 명령을 상기 DB로부터 추출하여 회로부(140)와 연결된 액추에이터를 제어할 수 있다. 이를 위해, 회로부(140)는 마이크로 컴퓨터 유닛, 배터리 및 기타 다양한 소자 등과 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 제어 장치(100)는 터치 감지는 캐패시티브(capacitive) 원리를 사용하고, 압력 감지는 레지스티브(resistive) 원리를 사용한 two-type 하이브리드형 복합 구조를 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 제어 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 제어 장치(300)는 제1 레이어(310), 제2 레이어(320), 제3 레이어(330) 및 회로부(340)를 포함할 수 있다.
여기서, 웨어러블 제어 장치(300)의 구성 요소 중 제2 레이어(320), 제3 레이어(330) 및 회로부(340)는 도 1에 도시된 웨어러블 제어 장치(100)와 동일할 수 있다. 따라서, 제1 레이어(310)를 중심으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨어러블 제어 장치(300)를 설명한다.
제1 레이어(310)는 자수 공정을 이용하여 전도성 섬유를 절연성 원단 상에 캐패시터(capacitor) 형태로 형성하는 방법으로 제조된 직물 또는 니트 등의 텍스타일형 소자일 수 있다.
이와 같은 제1 레이어(310)를 포함하는 웨어러블 제어 장치(300)는 햅틱(haptic) 기능을 제공하는 제품에 적용될 수 있으며, 자수 공정에 의해 제조됨으로써 소자의 질감이 표현될 수 있다.
한편, 웨어러블 제어 장치(100, 300)에 포함되는 제2 레이어(120, 320)는 상기에서 설명한 바와 같이 피에조 레지스티브 타입의 원단을 사용할 수도 있지만, 다수 개의 압력 센서가 적층되어 사용될 수 있다. 즉, 제1 레이어(110, 310)의 하부에 위치하는 제2 레이어(120, 320)는 다수 개의 압력 센서가 적층된 구조를 가질 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 레이어(120, 320)의 구조에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 레이어(120, 320)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 레이어(120, 320)는 제1 압력 센서(410) 및 제2 압력 센서(420)를 포함한다.
제1 압력 센서(410)는 단층의 압력 센서로서, 제2 레이어(120, 320)의 제1 층에 배치된다. 이 때, 제1 압력 센서(410)는 제직, 편성 및 자수 중 하나의 방법을 이용하여 생성된 텍스타일 형태의 재질의 단층의 압력 센서일 수 있으며, 텍스타일을 구성하는 섬유는 전도성 섬유이거나, 또는 절연성 섬유에 전도성 입자를 함침하여 생성될 수 있다.
그리고, 제2 압력 센서(420) 역시 단층의 압력 센서로서, 제2 레이어(120, 320)의 제2 층에 배치된다. 이 때, 제2 압력 센서(420) 역시 제직, 편성 및 자수 중 하나의 방법을 이용하여 생성된 단층의 텍스타일 형태의 재질일 수 있으며, 텍스타일을 구성하는 섬유는 전도성 섬유이거나, 또는 절연성 섬유에 전도성 입자를 함침하여 생성될 수 있다.
즉, 제2 레이어(120, 320)는 서로 다른 2개의 압력 센서(410, 420)가 서로 적층되어 있는 구조를 가진다. 이 때, 제1 압력 센서(410) 및 제2 압력 센서(420)는 동일한 높이를 가질 수 있다. 그리고, 제1 압력 센서(410) 및 제2 압력 센서(420) 각각은 서로 별도로 생성된 후 적층될 수도 있고, 텍스타일 재질을 사용하는 경우 제1 압력 센서(410) 및 제2 압력 센서(420)가 연속 공정을 통해 적층된 구조로 한번에 제조될 수도 있다.
도 5에서는 2개의 층으로 적층된 텍스타일을 연속 공정을 통해 일체로 생성하는 개념을 설명하고 있다. 도 5를 참조하면, 각 층 마다 상이한 밀도로 섬유실을 짠다. 이 때, 제직, 편성 및 자수 중 하나의 방법이 이용될 수 있다. 따라서, 다수의 층으로 적층된 텍스타일을 하나의 공정으로 생성할 수 있다.
한편, 제1 압력 센서(410) 및 제2 압력 센서(420)가 텍스타일 재질인 경우, 텍스타일에 포함된 전도성 입자의 양을 조절함으로써 제1 압력 센서(410) 및 제2 압력 센서(420) 각각의 압력 탄성 계수(모듈러스)의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 전도성 입자를 많이 함침시키는 경우 압력 탄성 계수(모듈러스)가 낮고 드레이프성이 높으며, 전도성 입자를 적게 함침시키는 경우 압력 탄성 계수(모듈러스)가 높고 드레이프성이 낮다.
이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 압력 센서(410)의 압력 탄성 계수(모듈러스)와 제2 압력 센서(420)의 압력 탄성 계수(모듈러스)는 서로 다른 것이 바람직하다. 이를 통해 제2 레이어(120, 320)의 감지 압력의 범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 압력 센서(410)는 제1 크기의 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지는 단층의 압력 센서이고, 제2 압력 센서(420)는 제1 크기보다 작은 제2 크기의 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지는 단층의 압력 센서일 수 있다. 즉, 제1 압력 센서(410)의 압력 탄성 계수(모듈러스)는 제2 압력 센서(420)의 압력 탄성 계수(모듈러스) 보다 클 수 있다.
다시 말해, 도 6를 참조하면, 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)를 갖는 압력 센서를 상부에, 큰 압력 탄성 계수(모듈러스)를 갖는 압력 센서를 하부에 적층하여 다층의 압력 센서부를 구성하는 경우에 있어(도 6의 (a)), 최소의 압력을 압력 센서부에 가하면 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)의 압력 센서(제2 압력 센서(420)) 내의 전도성 입자 간 거리가 변화하여 최소 압력에도 센서가 반응하며(도 6의 (b)), 최대의 압력을 압력 센서부에 가하면 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)의 압력 센서(제2 압력 센서(420))와 큰 압력 탄성 계수(모듈러스)의 압력 센서(제1 압력 센서(410)) 내의 전도성 입자간 거리가 변화하여 저항의 변화가 일어난다(도 6의 (c)). 따라서, 제2 레이어(120, 320)는 최소 압력 및 최대 압력을 모두 감지할 수 있게 되며(멀티 센서), 단층의 압력 센서보다 감지 압력의 범위가 넓은 장점이 있다.
즉, 서로 다른 성능을 갖는 단층의 압력 센서를 적층하여 하나의 압력 센서로 제작하면 최소의 압력에도 저항이 변화하면서 최대의 압력에도 저항이 변화하는 고효율의 센서를 제작할 수 있다. 또한, 단층의 압력 센서를 사용자가 필요한 성능 범위에 따라 적층하여 커스터마이징된 압력 센서를 제작할 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 내용은 3 이상의 단층의 압력 센서를 적층하는 압력 센서, 즉 제2 레이어(120, 320)의 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 도 7에서는 N개(N는 2 이상이 정수임)의 층으로 적층된 N개의 압력 센서를 포함하는 제2 레이어(120, 320)를 도시하고 있다.
도 7를 참조하면, N개의 압력 센서 각각의 압력 탄성 계수(모듈러스)는 서로 다를 수 있다. 이 경우, N개의 압력 센서는 압력 탄성 계수(모듈러스)의 크기를 기준으로 하여 적층 순서가 결정될 수 있다. 일례로, 도 7에서는 다수 개의 압력 센서의 압력 탄성 계수가 큰 순서부터 다수 개의 압력 센서를 적층하는 일례를 도시하고 있다. 즉, N개의 압력 센서 중 최고층의 압력 센서는 가장 높은 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지고, 다수 개의 압력 센서 중 최저층의 압력 센서는 가장 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지며, 최고층의 압력 센서를 기준으로 하여, 압력 탄성 계수(모듈러스)의 내림 차순으로 다수 개의 압력 센서가 적층될 수 있다.
또한, N개의 압력 센서 각각의 재질은 제직, 편성 및 자수 중 하나의 방법을 이용하여 생성된 텍스타일 재질일 수 있으며, N개의 압력 센서 각각의 텍스타일을 구성하는 섬유는 전도성 섬유이거나, 또는 절연성 섬유에 전도성 입자를 함침하여 생성될 수 있다. 이 경우, N개의 압력 센서 각각은 서로 별도로 생성된 후 적층될 수도 있고, 바람직하게는 N개의 압력 센서는 연속 공정을 통해 적층된 구조로 한번에 제조될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 레이어(120, 320)의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제2 레이어(120, 320)는 제1 압력 센서(810) 및 제2 압력 센서(820)를 포함한다.
제1 압력 센서(810)는 단층의 압력 센서로서, 압력 센서(800)의 제1 층에 배치된다. 그리고, 제2 압력 센서(820) 역시 단층의 압력 센서로서, 압력 센서(800)의 제2 층에 배치된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 레이어(120, 320) 역시 서로 다른 2개의 압력 센서(810, 820)가 적층되어 있는 구조를 가진다.
여기서, 제1 압력 센서(810) 및 제2 압력 센서(820)는 전도성 입자를 포함하는 고무의 재질일 수 있다. 이 때, 고무에 포함된 전도성 입자의 양을 조절함으로써 제1 압력 센서(810) 및 제2 압력 센서(820) 각각의 압력 탄성 계수(모듈러스)의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 전도성 입자를 많이 포함시키는 경우 압력 탄성 계수(모듈러스)가 낮고 드레이프성이 높으며, 전도성 입자를 적게 포함시키는 경우 압력 탄성 계수(모듈러스)가 높고 드레이프성이 낮다.
이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 압력 센서(810)의 압력 탄성 계수(모듈러스)와 제2 압력 센서(820)의 압력 탄성 계수(모듈러스)는 서로 다른 것이 바람직하다. 이를 통해, 압력 센서(800)의 감지 압력의 범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.
보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 압력 센서(810)는 제1 크기의 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지는 단층의 압력 센서이고, 제2 압력 센서(820)는 제1 크기보다 작은 제2 크기의 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지는 단층의 압력 센서일 수 있다. 즉, 제1 압력 센서(810)의 압력 탄성 계수(모듈러스)는 제2 압력 센서(820)의 압력 탄성 계수(모듈러스) 보다 클 수 있다.
다시 말해, 도 9를 참조하면, 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)를 갖는 압력 센서를 상부에, 큰 압력 탄성 계수(모듈러스)를 갖는 압력 센서를 하부에 적층하여 다층의 압력 센서(800)를 구성하는 경우에 있어(도 9의 (a)), 최소의 압력을 압력 센서(800)에 가하면 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)의 압력 센서(제2 압력 센서(820)) 내의 전도성 입자 간 거리가 변화하여 최소 압력에도 센서가 반응하며(도 9의 (b)), 최대의 압력을 압력 센서(800)에 가하면 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)의 압력 센서(제2 압력 센서(820))와 큰 압력 탄성 계수(모듈러스)의 압력 센서(제1 압력 센서(810)) 내의 전도성 입자간 거리가 변화하여 저항의 변화가 일어난다(도 9의 (c)). 따라서, 제2 레이어(120, 320)는 최소 압력 및 최대 압력을 모두 감지할 수 있게 되며(멀티 센서), 단층의 압력 센서보다 감지 압력의 범위가 넓은 장점이 있다. 즉, 서로 다른 성능을 갖는 단층의 압력 센서를 적층하여 하나의 압력 센서로 제작하면 최소의 압력에도 저항이 변화하면서 최대의 압력에도 저항이 변화하는 고효율의 센서를 제작할 수 있다. 또한, 단층의 압력 센서를 사용자가 필요한 성능 범위에 따라 적층하여 커스터마이징된 압력 센서를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명이 일 실시예에 따르면, 제1 압력 센서(810)의 상면 및 제2 압력 센서(820)의 하면에는 요철이 형성될 수 있다. 이는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같다.
보다 상세하게, 제1 압력 센서(810)의 상면에 형성된 요철은 적어도 하나의 제1 볼록 영역(811) 및 적어도 하나의 제1 오목 영역(812)을 포함하고, 제2 압력 센서(820)의 하면에 형성된 요철은 적어도 하나의 제2 볼록 영역(821) 및 적어도 하나의 제2 오목 영역(822)을 포함한다. 이 때, 적어도 하나의 제1 볼록 영역(811) 각각은 대응되는 적어도 하나의 제2 오목 영역(822)에 삽입되고, 적어도 하나의 제2 볼록 영역(821) 각각은 대응되는 적어도 하나의 제1 오목 영역(812)에 삽입될 수 있다.
한편, 적어도 하나의 제1 볼록 영역(811) 각각의 사이즈(즉, 길이, 폭, 높이) 및 이와 대응되는 적어도 하나의 제2 오목 영역(822)는 동일할 수도 있지만 서로 다를 수도 있다. 마찬가지로, 적어도 하나의 제2 볼록 영역(821) 각각의 사이즈(즉, 길이, 폭, 높이) 및 이와 대응되는 적어도 하나의 제1 오목 영역(812)는 동일할 수도 있지만 서로 다를 수도 있다. 이는 도 10에 도시된 바와 같다.
상기와 같이 접하는 면에 동일 또는 상이한 요철이 형성된 압력 센서(810, 220)를 적층함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서(800)는 센서의 성능을 조절할 수 있는 장점이 있다.
즉, 압력 센서(800)에 압력을 인가할 때, 제1 압력 센서(810)에 형성된 요철과 제2 압력 센서(820)에 형성된 요철의 크기가 일정한 경우, 요철이 존재하지 않는 2개의 압력 센서가 적층된 압력 센서와 동일한 성능을 가질 수도 있다. 그러나, 제1 압력 센서(810) 및 제2 압력 센서(820)에 형성된 요철이 서로 다른 형상을 가지는 경우, 요철이 존재하지 않는 2개의 압력 센서가 적층된 압력 센서와 다른 범위의 압력을 측정할 수 있다. 일례로, 제1 압력 센서(810)에 형성된 요철이 길거나 얇으면 일정한 사이즈를 가지는 요철보다 변형이 잘 일어나게 되고, 요철이 넓고 굵게 되어 있으면 변형이 잘 일어나지 않으므로, 요철의 형상에 따라 다른 압력 범위를 측정할 수 있다. 따라서, 요철의 형상을 조절하여 원하는 성능의 압력 센서(800)를 수요자가 필요한 성능 범위에 따라 제작할 수 있게 된다(커스터마이징된 압력 센서).
한편, 상기에서 설명한 내용은 3 이상의 단층의 압력 센서, 즉 제2 레이어(120, 320)의 경우에도 적용될 수 있다.
도 11에서는 N개(N는 3 이상이 정수임)의 층으로 적층된 N개의 압력 센서를 포함하는 제2 레이어(120, 320)를 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, N개의 압력 센서 각각의 압력 탄성 계수(모듈러스)는 서로 다를 수 있다. 이 경우, N개의 압력 센서는 압력 탄성 계수(모듈러스)의 크기를 기준으로 하여 적층 순서가 결정될 수 있다. 일례로, 도 11에서는 다수 개의 압력 센서의 압력 탄성 계수가 큰 순서부터 다수 개의 압력 센서를 적층하는 일례를 도시하고 있다. 즉, N개의 압력 센서 중 최고층의 압력 센서는 가장 높은 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지고, 다수 개의 압력 센서 중 최저층의 압력 센서는 가장 낮은 압력 탄성 계수(모듈러스)를 가지며, 최고층의 압력 센서를 기준으로 하여, 압력 탄성 계수(모듈러스)의 내림 차순으로 다수 개의 압력 센서가 적층될 수 있다.
또한, N개의 압력 센서 중에서 최하층의 압력 센서의 상면, 최상층의 압력 센서의 하면 및 최하층의 압력 센서와 최상층의 압력 센서를 제외한 나머지 압력 센서의 상면 및 하면에는 요철이 형성될 수 있다.
요컨대, 본 발명에 따르면, 제2 레이어(120, 320)는 다수의 압력 센서가 적층된 구조를 가질 수 있으며, 이 경우 제2 레이어(120, 320)를 통해 다양한 감지 성능을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 절연성 섬유와 하나의 전도성 섬유가 원단 일체로 형성되되, 상기 전도성 섬유에 의해 하나의 터치 전극이 형성되고, 사용자의 입력 수단이 상기 하나의 터치 전극에 접촉되어 터치를 감지하는 제1 레이어;
    상기 제1 레이어의 하부에 위치하고, 상기 입력 수단의 접촉에 의한 저항 변화를 감지하여 압력을 감지하는 제2 레이어;
    상기 제2 레이어의 하부에 위치하고, 전극부 원단인 제3 레이어; 및
    상기 전도성 섬유 및 상기 전극부 원단과 도선을 통해 각각 연결되는 회로부;를 포함하되,
    상기 제2 레이어는, 다수 개의 층으로 적층된 다수 개의 압력 센서를 포함하고, 상기 다수 개의 압력 센서 각각의 압력 탄성 계수는 서로 다르며,
    상기 다수 개의 압력 센서 중에서, 최하층의 압력 센서의 상면, 최상층의 압력 센서의 하면 및 상기 최하층의 압력 센서와 상기 최상층의 압력 센서를 제외한 나머지 압력 센서의 상면 및 하면에는 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 압력 센서의 압력 탄성 계수가 큰 순서부터 상기 다수 개의 압력 센서가 적층되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 압력 센서는 텍스타일 재질을 가지되, 연속 공정을 통해 상기 적층되는 다수 개의 압력 센서부가 제조되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적층되는 다수 개의 압력 센서는 하나의 공정을 통해 각 층 마다 상이한 밀도로 짠 절연성 섬유에 전도성 입자를 함침하여 생성되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 적층되는 다수 개의 압력 센서는 하나의 공정을 통해 각 층 마다 상이한 밀도로 짠 전도성 섬유의 재질인 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수 개의 압력 센서는 제1 압력 센서 및 상기 제1 압력 센서의 상부에 적층되는 제2 압력 센서를 포함하되,
    상기 제1 압력 센서의 상면에 형성된 요철은 적어도 하나의 제1 볼록 영역 및 적어도 하나의 제1 오목 영역을 포함하고, 상기 제2 압력 센서의 하면에 형성된 요철은 적어도 하나의 제2 볼록 영역 및 적어도 하나의 제2 오목 영역을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 제1 볼록 영역 각각은 대응되는 상기 적어도 하나의 제2 오목 영역에 삽입되고, 상기 적어도 하나의 제2 볼록 영역 각각은 대응되는 상기 적어도 하나의 제1 오목 영역에 삽입되는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 볼록 영역 및 상기 적어도 하나의 제2 볼록 영역 각각의 사이즈는 서로 다른 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
  9. 절연성 섬유와 하나의 전도성 섬유가 원단 일체로 형성되되, 상기 전도성 섬유에 의해 하나의 터치 전극이 형성되고, 사용자의 입력 수단이 상기 하나의 터치 전극에 접촉되는 제1 레이어;
    상기 제1 레이어의 하부에 위치하고, 상기 입력 수단의 접촉에 의한 저항 변화를 감지하는 제2 레이어;
    상기 제2 레이어의 하부에 위치하고, 전극부 원단인 제3 레이어; 및
    상기 전도성 섬유 및 상기 전극부 원단과 도선을 통해 각각 연결되는 회로부;를 포함하되,
    상기 제2 레이어는, 다수 개의 층으로 적층된 다수 개의 압력 센서를 포함하고, 상기 다수 개의 압력 센서 각각의 압력 탄성 계수는 서로 다르되, 상기 다수 개의 압력 센서 중에서, 최하층의 압력 센서의 상면, 최상층의 압력 센서의 하면 및 상기 최하층의 압력 센서와 상기 최상층의 압력 센서를 제외한 나머지 압력 센서의 상면 및 하면에는 요철이 형성되며,
    상기 회로부는, 상기 입력 수단의 접촉에 의해 발생하는 터치를 감지하고, 상기 저항 변화에 기반하여 상기 입력 수단의 터치에 의한 압력을 감지하는 것을 특징으로 하는 텍스타일형 하이브리드 제어 장치.
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