KR102214226B1 - 압저항 방식의 적층형 rlc로 구성된 다기능 유연 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본원은 제 1 유연 기판 상에 형성된 인덕터 및 커패시터; 및 상기 인덕터 및 상기 커패시터 상에 형성된 절연층을 포함하는 제 1 적층체; 및 패터닝된 미세 구조를 포함하는 제 2 유연 기판; 및 상기 미세 구조 상에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층을 포함하는 제 2 적층체를 포함하고, 상기 제 1 적층체의 상기 인덕터 및 상기 커패시터와 상기 제 2 적층체의 상기 저항층이 대향하여 배치되고, 상기 커패시터 및 상기 저항층을 연결하는 제 1 전극, 및 상기 인덕터 및 상기 저항층을 연결하는 제 2 전극을 포함하는, 다기능 유연 센서에 관한 것이다.
Description
본원은 압저항 방식의 적층형 RLC로 구성된 다기능 유연 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
로봇용 전자 피부는 궁극적으로 로봇에게 사람 닮은 피부를 제공할 목적으로 설계된 소자이다. 전자 피부를 형성하는 터치 센서는 기기와 인간이 소통할 수 있는 사용자 인터페이스에 이용된다. 이러한 터치를 감지하는 전자 소자의 네트워크로 이루어진 전자 피부는 피부에 부착하는 고성능 웨어러블 전자기기에 활용될 수 있다. 온도 및 압력 구배 감지 기능 이외에도 유연성을 가지는 터치 센서는 차세대 기술로서, 모바일 기기 및 차세대 웨어러블 컴퓨터의 사용자 인터페이스에도 적용될 수 있다.
그리고, 전자 피부는 지능형 로봇과 재활 의학에 적용되는 생체모방 보철 장치에 활용될 수 있다. 또한, 나아가 전자 피부는 원격 의료 로봇 등의 인터페이스에 활용될 수 있다.
본원의 배경이 되는 기술인 한국공개특허공보 제10-2013-0044642호는 생체용 압력 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신체 내부에 내장시켜 신체 내부의 압력을 외부에서 무선으로 측정할 수 있는 생체용 압력 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상기 종래기술(10-2013-0044642)의 정전용량형 압력 센서는 응답속도가 빠르고, 출력이 압력과 습도 변화에 덜 민감하며, 정압과 동압(dynamic pressure) 모두 측정이 가능한 장점이 있다. 그러나 작동 영역이 협대역이고, 제조 공정이 복잡하며, 고주파대역에서 사용할 경우 반도체의 저항 성분 및 고주파 기생 성분의 영향이 커져 사용에 어려움이 있다.
한국공개특허공보 제10-2016-0087670호는 커패시턴스 변화에 따른 공진주파수의 변화를 이용하여 혈관내 혈류량을 측정할 수 있는 혈관 압력센서의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 굴곡진 스텐트에 유연하게 부착가능하고, 커패시터 제 1 전극과 커패시터 제 2 전극간의 별도의 정렬 공정이 필요 없어 제작 수율을 향상시킬 수 있는 혈관 압력센서의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 혈관압력센서 및 상기 혈관 압력센서가 구비된 혈관용 스텐트에 관한 것이다. 상기 종래기술(10-2016-0087670)은 약물 용출형 스텐트는 스텐트 시술시 혈관 내 재협착증을 방지하기 위한 약물을 스텐트 표면에 일정한 두께로 코팅하여 제작된다. 혈관 내 스텐트 삽입시 휴지기 상태의 평활근 세포(smooth muscle cell)는 세포 성장을 시작하여 세포 분열 및 분화가 야기되어 재협착이 발생되며, 이때 약물 용출형 스텐트의 표면에 코팅되어 있던 약물이 재협착 부위에 작용하여 세포의 성장 및 분화를 억제시켜 재협착을 방지하는 효과를 지닌다. 하지만, 종래의 약물 용출형 스텐트의 경우에도 약물 방출 기간이 약 3 개월로 한정되어 있으며, 3 개월 이후부터는 스텐트에 재협착이 발생하게 된다. 이에 따라, 종래의 스텐트들을 사용하는 경우에는 재협착이 일어나는 시점과 재협착이 발생한 양을 확인할 수 없으므로 주기적으로 병원을 방문해야 하거나, 약물을 지속적으로 복용해야하는 문제점이 있다.
등록공고 제10-1040090호는 나노와이어를 이용하는 압저항 방식의 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것으로, 실리콘 나노와이어의 압저항 효과(Piezoresistive effect)를 이용하는 고감도 마이크로폰의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 종래기술(10-1040090)은 마이크로폰의 센싱 방식은 음압에 대해 두 평행판 전극의 간격이 변하게 되며 이로 인해 평행판 전극의 정전용량(capacitance)이 변화하게 되는데 이 변화를 감지함으로써 음압의 크기를 알 수 있다. 그러나, 얇은 멤브레인(membrane) 위에 텅 비어 있는 평행판 전극 구조를 제작하기 위해 희생층 공정 등 매우 까다로운 제조 공정이 필요하고, 정전용량의 변화를 이용하는 마이크로폰의 회로는 압저항 방식의 마이크로폰보다 복잡하고, 제조공정이 까다로운 문제점이 있다.
한편, 센서는 자기, 변위, 진동, 가속도, 회전수, 온도 등 다양한 물리량을 측정하기 위한 소자를 의미한다. 센서는 정보를 감지하는 센서부, 센서부에서 감지한 정보를 아날로그 또는 디지털의 전기적 신호로 변환하는 신호처리부, 및 소프트웨어를 사용하여 전기적 신호를 다른 기기로 전송 또는 사람이 알 수 있게 파악하는 제어부 등으로 구성되어 있다.
예를 들어, 압력을 측정하는 압력 센서의 경우, 압력을 가하면 저항층이 전극에 접촉하는 면적이 변화하는 것을 통해 압력을 측정할 수 있다. 구체적으로, 저항층이 접촉에 접촉하는 면적이 증가하면, 저항층의 저항이 감소하여 상기 압력 센서의 회로에 흐르는 전류가 증가할 수 있다. 이러한 정보는 신호처리부, 제어부 및 컴퓨터를 통하여, 사용자는 압력 센서를 통해 해당 압력이 어느 정도의 크기인지 파악할 수 있다.
센서의 성능은 민감도, 정확도, 반복성, 에너지 소모량, 신뢰성 등에 의해 좌우되는 경향이 있다. 그러나, 민감도의 경우, 민감도가 지나치게 높으면 물리량의 측정 값이 지속적으로 변동되기 때문에 한 순간의 정확한 측정이 난해하고, 민감도가 낮으면 물리량을 측정하는 시간이 많이 소요될 수 있다.
일반적으로 센서는 전자 디바이스 내부에 설치되어, 상기 전자 디바이스의 컴퓨터를 통해 센서가 감지한 정보를 분석할 수 있다. 종래의 전자 디바이스는 플라스틱 기판 또는 유리 기판을 사용하였으므로, 유연성이 떨어져 응용 범위에 한계가 존재하였다. 따라서, 최근 플라스틱 기판 또는 유리 기판 대신 플렉서블 기판을 사용하여 구부러질 수 있도록 제조된 플렉서블 디바이스가 개발되면서, 플렉서블 디바이스에 사용될 수 있는 센서에 관련된 연구가 진행되고 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다기능 유연 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 제 1 유연 기판 상에 형성된 인덕터 및 커패시터; 및 상기 인덕터 및 상기 커패시터 상에 형성된 절연층을 포함하는 제 1 적층체; 및 패터닝된 미세 구조를 포함하는 제 2 유연 기판; 및 상기 미세 구조 상에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층을 포함하는 제 2 적층체를 포함하고, 상기 제 1 적층체의 상기 인덕터 및 상기 커패시터와 상기 제 2 적층체의 상기 저항층이 대향하여 배치되고, 상기 커패시터 및 상기 저항층을 연결하는 제 1 전극, 및 상기 인덕터 및 상기 저항층을 연결하는 제 2 전극을 포함하는, 다기능 유연 센서를 제공한다.
또한, 본원의 제 2 측면은 제 1 유연 기판 상에 형성된 인덕터; 및 상기 인덕터 상에 형성된 절연층을 포함하는 제 1 적층체 및 제 2 유연 기판; 상기 제 2 유연 기판 상에 형성된 제 3 전극, 상기 제 3 전극 상에 형성된, 미세 구조를 포함하는 커패시터층, 및 상기 커패시터층의 일부 영역에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층을 포함하는 제 2 적층체를 포함하고, 상기 제 1 적층체의 상기 인덕터와 상기 제 2 적층체의 상기 저항층 및 상기 커패시터층이 대향하여 배치되고, 상기 인덕터, 상기 커패시터층 및 상기 저항층을 연결하는 제 1 전극, 및 상기 인덕터 및 상기 저항층을 연결하는 제 2 전극을 포함하는, 다기능 유연 센서를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서의 주변 환경에 따라 상기 저항층의 저항이 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 저항층, 상기 커패시터, 및 상기 인덕터는 직렬 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서의 주변 환경에 따라 상기 저항층의 저항 및 상기 커패시터층의 커패시턴스가 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 저항층 및 상기 커패시터층은 병렬 연결되고, 상기 인덕터와 상기 병렬 연결된 상기 저항층 및 상기 커패시터층은 직렬 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서는 상기 인덕터를 통하여 무선으로 전력을 공급받을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 물질은 전도성 고분자, 금속 나노 와이어, 카본 블랙, 흑연, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS, 폴리아닐린 (Polyaniline), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (Polypyrrole) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전도성 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 와이어는 Ag, Pt, Ti, Au, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 유연 기판은 폴리이미드 (Polyimide), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리에테르이미드 (Polyether imide), 폴리에테르술폰 (Polyehtersulfone), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 유연 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 유연 기판은 폴리이미드 (Polyimide), PDMS (Polydimethylsiloxane), 에코 플렉스 (Ecoflex), 실비온 (Silbione), 실리콘 고무 (Silicone rubber), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 유연 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극, 및 상기 제 3 전극은 각각 독립적으로 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 절연층은 폴리이미드 (Polyimide), 폴리메타크릴산메틸 (polymethyl metacrylate), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리비닐피로리돈 (polyvinylpyrrolidone), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서는 상기 제 1 유연 기판 하부에 경질 기판을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 경질 기판은 ITO, Si, SiO2, SiC, Ga, SiGe, FTO, Al2O3, InAs, GaAs, InP, GaN, InGaAs, InAlAs, GaSb, AlSb, AlP, GaP, Ge2O3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 다기능 유연 센서는 미세 구조를 가진 유연 기판 상에 저항, 인덕터, 및 커패시터의 적층형 구조를 가졌기 때문에, 소형으로 제조될 수 있다.
또한, 본원에 따른 다기능 유연 센서는 경질 기판이 아닌, 유연 기판을 사용하였기 때문에, 곡면인 영역에도 부착할 수 있다.
또한, 본원에 따른 다기능 유연 센서는 전도성 물질을 포함하고 있다. 이에 따라, 외부 환경에 의해 상기 전도성 물질의 저항 또는 유연 기판의 커패시턴스가 변화되어 상기 다기능 유연 센서에 입력되는 압력 또는 온도의 변화를 측정할 수 있다.
더욱이, 본원에 따른 다기능 유연 센서는 유연 기판 상의 인덕터를 통하여 무선 전력 전송 모듈로부터 전력을 공급받을 수 있기 때문에, 기존의 센서와 달리 전력 공급 문제로부터 자유로울 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서의 단면도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 제 1 적층체의 단면도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 제 2 적층체의 단면도이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 회로도이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 모식도이다.
도 6 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 모식도이다.
도 8 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 평면도이다.
도 9 는 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서의 단면도이다.
도 10 은 본원의 일 구현예에 따른 제 1 적층체의 단면도이다.
도 11 은 본원의 일 구현예에 따른 제 2 적층체의 단면도이다.
도 12 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 회로도이다.
도 13 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 모식도이다.
도 14 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 15 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 모식도이다.
도 16 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 평면도이다.
도 17 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 무선 전력 통신 시스템이다.
도 18 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서의 동작 메커니즘을 나타내는 순서도이다.
도 19 는 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가할 경우 임피던스 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 20 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서의 동작 메커니즘을 나타내는 순서도이다.
도 21 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가할 경우 공진 주파수 및 임피던스 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 제 1 적층체의 단면도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 제 2 적층체의 단면도이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 회로도이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 모식도이다.
도 6 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 모식도이다.
도 8 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 평면도이다.
도 9 는 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서의 단면도이다.
도 10 은 본원의 일 구현예에 따른 제 1 적층체의 단면도이다.
도 11 은 본원의 일 구현예에 따른 제 2 적층체의 단면도이다.
도 12 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 회로도이다.
도 13 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 모식도이다.
도 14 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 15 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 모식도이다.
도 16 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 평면도이다.
도 17 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 무선 전력 통신 시스템이다.
도 18 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서의 동작 메커니즘을 나타내는 순서도이다.
도 19 는 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가할 경우 임피던스 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 20 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서의 동작 메커니즘을 나타내는 순서도이다.
도 21 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가할 경우 공진 주파수 및 임피던스 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 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 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하에서는 본원의 다기능 유연 센서에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
도 1 은 본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서의 단면도이다.
구체적으로, 도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 제 1 적층체(100)의 단면도이고, 도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 제 2 적층체(200)의 단면도이며, 도 2 및 도 3 을 결합함으로써 도 1 의 상기 다기능 유연 센서를 제조할 수 있다. 도 4 는 상기 다기능 유연 센서의 회로도이고, 도 5 는 상기 다기능 유연 센서의 모식도이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은, 제 1 유연 기판(110) 상에 형성된 커패시터(120) 및 인덕터(130); 및 상기 커패시터(120) 및 상기 인덕터(130) 상에 형성된 절연층(140)을 포함하는 제 1 적층체(100); 및 패터닝된 미세 구조를 포함하는 제 2 유연 기판(210); 및 상기 미세 구조 상에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층(220)을 포함하는 제 2 적층체(200)를 포함하고, 상기 제 1 적층체(100)의 상기 커패시터(120) 및 상기 인덕터(130)와 상기 제 2 적층체(200)의 상기 저항층(220)이 대향하여 배치되고, 상기 커패시터(120) 및 상기 저항층(220)을 연결하는 제 1 전극(150), 및 상기 인덕터(130) 및 상기 저항층(220)을 연결하는 제 2 전극(160)을 포함하는, 다기능 유연 센서를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서의 주변 환경에 따라 상기 저항층(220)의 저항이 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 저항층(220), 상기 커패시터(120), 및 상기 인덕터(130)는 직렬 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 유연 기판(210)은 포토리소그래피에 의해 패터닝된 미세 구조를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 미세 구조는 원뿔 구조, 피라미드 구조, 타원형 반구, 프리즘 구조, 사각기둥 구조, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 회로도이다.
도 4 를 참조하면 상기 다기능 유연 센서는 상기 저항층(220), 상기 커패시터(120), 및 상기 인덕터(130)에 의해 직렬 RLC 구조를 형성하는 것을 확인할 수 있다.
본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서는, 상기 제 2 유연 기판(210)에 열 또는 압력을 가하면, 상기 열 또는 상기 압력에 의해 상기 저항층(220)의 저항(resistance)이 변화되는 현상을 이용한 것이다.
상기 저항층(220)은 상기 패터닝된 미세 구조가 포함된 제 2 유연 기판(210) 상에, 상기 전도성 물질을 코팅함으로써 형성된 것이다. 이 때, 상기 제 2 유연 기판(210)에 압력을 가하면, 상기 저항층(220) 상에 형성된 상기 전도성 물질이 상기 제 1 전극(150) 과 접촉하는 면적이 변화되기 때문에, 상기 전도성 물질의 저항(resistance)이 변화되어 상기 저항층(220)의 상기 저항이 변화될 수 있다.
또한, 상기 제 2 유연 기판(210)에 열을 가하면, 상기 전도성 물질의 저항이 변화됨으로써, 상기 저항층(220)의 상기 저항(resistance)이 변화될 수 있다.
상기 내용을 종합하면, 상기 다기능 유연 센서는 상기 커패시터(120), 상기 인덕터(130) 및 상기 저항층(220)이 직렬 연결되어 있다. 또한, 후술하겠지만 상기 인덕터(130)에 의하여, 상기 직렬 구조를 가진 상기 다기능 유연 센서에 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 상기 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가하면, 상기 저항층(220)의 저항이 변화될 수 있다.
구체적으로, 상기 다기능 유연 센서가 포함하는 상기 제 2 적층체(200)에 상기 열을 가하면, 상기 저항층(220) 상에 형성된 상기 전도성 물질의 저항이 상기 열에 의해 변화될 수 있다. 또한, 상기 제 2 적층체(200)에 상기 압력을 가하면, 상기 압력에 의해 상기 저항층(220) 상에 형성된 상기 전도성 물질이 상기 제 1 전극(150)과 접촉하는 면적이 변화됨으로써, 상기 제 2 적층체(200)의 저항이 변화될 수 있다.
상기 제 2 적층체(200)의 저항이 변화되면, 상기 다기능 유연 센서의 공진 주파수의 크기인 임피던스에 변화가 발생한다. 상기 다기능 유연 센서는 상기 임피던스의 크기 변화를 감지함으로써 상기 다기능 유연 센서에 가해진 상기 열 또는 상기 압력을 정밀하게 측정할 수 있다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 모식도이다. 구체적으로, 도 5 는 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)가 결합하기 전의 상기 다기능 유연 센서를 표현한 모식도이다.
도 6 및 도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도 및 모식도이다.
도 6 및 도 7 을 참조하여 상기 다기능 유연 센서를 제조하기 위해, 먼저 경질 기판(170) 상에 상기 제 1 유연 기판(110)을 형성한다. 상기 제 1 유연 기판(110)은, 상기 경질 기판(170) 상에 고분자 용액을 스핀 코팅하거나, 상기 고분자 용액 상에 상기 경질 기판(170)을 함침함으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이어서, 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 상기 커패시터(120) 및 상기 인덕터(130)를 형성한다. 예를 들어, 전기 도금 방식에 의해, 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 상기 커패시터(120) 및 상기 인덕터(130)를 형성 할 수 있다.
이어서, 상기 커패시터(120) 및 상기 인덕터(130) 상에 상기 절연층(140)을 형성하고, 패터닝한다. 구체적으로, 상기 절연층(140)을 상기 커패시터(120) 및 상기 인덕터(130) 상에 형성한 후, 상기 커패시터(120)의 일부 영역 상에 위치한 상기 절연층(140)을 패터닝하여 제 1 영역을 형성하고, 상기 인덕터(130)의 일부 영역 상에 위치한 상기 절연층(140)을 패터닝하여 제 2 영역을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 패터닝된 절연층(140) 상에 상기 제 1 전극(150), 및 상기 제 2 전극(160)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(150)은 상기 절연층(140) 상에 형성되고, 상기 제 1 영역을 통해 상기 커패시터(120)와 접촉할 수 있고, 상기 제 2 전극(160)은 상기 제 2 영역 상에 형성되어 상기 인덕터(130)와 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 제 2 전극(160)은 상기 절연층(140) 및 상기 제 1 전극(150)과 접촉하지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이어서, 상기 경질 기판(170)을 제거함으로써 상기 제 1 적층체(100)가 형성될 수 있다.
이어서, 패터닝된 미세 구조를 포함하는 상기 제 2 유연 기판(210) 상에 전도성 물질을 코팅하여 상기 저항층(220)을 형성함으로써 상기 제 2 적층체(200)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 유연 기판(210)은, 포토리소그래피에 의해 상기 미세 구조가 형성된 몰드를 이용함으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 저항층(220)을 형성하는 과정은, 예를 들어, 상기 전도성 물질을 액상 형태로 만들고, 상기 제 2 유연 기판(210) 상의 패터닝된 미세 구조를 상기 전도성 물질 용액에 의해 스프레이 코팅 또는 딥 코팅함으로써, 상기 저항층(220)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제 2 적층체(200)를 형성하는 단계는 상기 제 1 적층체(100)을 형성하는 단계와 별개로 진행될 수 있다.
이어서, 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)를 적층하는 단계를 포함하는 공정에 의해 본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서를 제조할 수 있다.
이 때, 상기 경질 기판(170)을 제거하는 단계는, 상기 절연층(140) 상에 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 2 전극(160)을 형성하기 전, 상기 절연층(140) 상에 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 2 전극(160)을 형성한 후, 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)를 적층하기 전, 또는 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)를 적층한 후에 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 평면도이다.
도 8 을 참조하면, 상기 제 1 적층체(100)는, 상기 커패시터(120), 상기 인덕터(130), 및 상기 절연층(140)을 포함하는 것을 확인할 수 있다.
상기 인덕터(130)는 나선형으로 형성되어 있어 상기 커패시터(120)의 일부는 상기 인덕터(130)와 얇은 선에 의해 연결되어 있다. 또한, 상기 커패시터(120)의 나머지 일부는 상기 인덕터(130)와 연결되지 않으며, 상기 커패시터(120)의 일부 및 상기 커패시터(120)의 나머지 일부는 깍지형 형태(interdigitated)를 이루는 것을 확인할 수 있다.
후술하겠지만, 상기 커패시터(120)는 도체로 형성되어 있고, 상기 절연층(140)은 절연체로 형성되어 있다. 그러므로, 상기 도체와 상기 절연체가 깍지형 형태(interdigitated)를 이루는 부분은 전극-절연체-전극의 구조를 가짐으로써, 커패시터로서의 역할을 발현될 수 있기 때문에 상기 도체를 상기 커패시터(120)로 칭할 수 있다.
도 9 는 본원의 일 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서의 단면도이다.
구체적으로, 도 10 은 본원의 일 구현예에 따른 제 1 적층체(100)의 단면도이고, 도 11 은 본원의 일 구현예에 따른 제 2 적층체(200)의 단면도이며, 도 10 및 도 11 을 결합함으로써 도 9 의 상기 다기능 유연 센서를 제조할 수 있다. 도 12 는 상기 다기능 유연 센서의 회로도이고, 도 13 은 상기 다기능 유연 센서의 모식도이다.
본원의 제 2 측면은, 제 1 유연 기판(110) 상에 형성된 인덕터(130); 및 상기 인덕터(130) 상에 형성된 절연층(140)을 포함하는 제 1 적층체(100) 및 제 2 유연 기판(210), 상기 제 2 유연 기판 상에 형성된 제 3 전극(211), 상기 제 3 전극(211) 상에 형성된, 미세 구조를 포함하는 커패시터층(212), 및 상기 커패시터층(212)의 일부 영역에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층(220)을 포함하는 제 2 적층체(200)를 포함하고, 상기 제 1 적층체(100)의 상기 인덕터(130)와 상기 제 2 적층체(200)의 상기 저항층(220) 및 상기 커패시터층(212)이 대향하여 배치되고, 상기 인덕터(130), 상기 커패시터층(212) 및 상기 저항층(220)을 연결하는 제 1 전극(150), 및 상기 인덕터(130) 및 상기 저항층(220)을 연결하는 제 2 전극(160)을 포함하는, 다기능 유연 센서를 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서의 주변 환경에 따라 상기 저항층(220)의 저항 및 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스가 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 저항층(220) 및 상기 커패시터층(212)은 병렬 연결되고, 상기 인덕터(130)와 상기 병렬 연결된 상기 저항층(220) 및 상기 커패시터층(212)은 직렬 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 커패시터층(212)은 포토리소그래피에 의해 패터닝된 미세 구조를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 미세 구조는 원뿔 구조, 피라미드 구조, 타원형 반구, 프리즘 구조, 사각기둥 구조, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 포토리소그래피에 의해 미세구조가 형성된 몰드에 의해, 상기 커패시터층(212)은 미세 구조를 포함된 채로 형성될 수 있다.
도 12 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 회로도이다.
도 12 를 참조하면, 상기 다기능 유연 센서 상의 상기 저항층(220)과 상기 커패시터층(212)은 병렬 구조체를 형성하고, 상기 저항층(220) 및 상기 커패시터층(212)의 상기 병렬 구조체와 상기 인덕터(130)가 직렬 연결된 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 다기능 유연 센서는 직병렬 RLC 구조를 형성하는 것을 확인할 수 있다.
본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서는, 상기 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가하면, 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)의 간격 및 상기 저항층(220)의 형상이 상기 압력에 의해 변형되어 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스 및 상기 저항층(220)의 저항이 변화되는 현상, 또는 상기 열에 의해 상기 저항층(220)의 저항이 변화되는 현상을 이용함으로써 상기 열 또는 상기 압력을 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 저항층(220)은 상기 커패시터층(212) 상의 상기 패터닝된 미세 구조의 일부 영역에 상기 전도성 물질을 코팅함으로써 형성된 것이다. 따라서, 상기 제 2 유연 기판(210)에 압력을 가하면, 상기 저항층(220)이 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 2 전극(160)과 접촉하는 면적이 변화되면서 상기 저항층(220)의 저항이 변화될 수 있다.
또한, 상기 저항층(220)은 상기 전도성 물질을 포함하고, 상기 전도성 물질은 열에 의해 저항이 변화될 수 있기 때문에, 상기 다기능 유연 센서에 열을 가하면 상기 저항층(220)의 저항이 변화될 수 있다.
더욱이, 후술하겠지만, 상기 커패시터층(212)은 절연체를 포함할 수 있다. 상기 절연체는 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 3 전극(211) 사이에 위치하기 때문에, 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 3 전극(211)에 의해 상기 절연체 상에 전하가 축적되어 커패시터의 역할을 수행할 수 있으므로, 상기 절연체를 상기 커패시터층(212)으로 칭할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서에 압력을 가할 경우, 상기 압력에 의해 상기 커패시터층(212)과 상기 제 1 적층체(100) 사이의 간격이 감소하여, 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스가 변화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 내용을 종합하면, 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서는, 상기 커패시터층(212)과 상기 저항층(220)은 병렬 연결되어 병렬 구조체를 형성하고, 상기 인덕터(130)와, 상기 커패시터층(212) 및 상기 저항층(220)을 포함하는 상기 병렬 구조체는 직렬 연결된 회로도를 가질 수 있다. 또한, 후술하겠지만 상기 인덕터(130)에 의하여, 상기 직병렬 구조를 가진 상기 다기능 유연 센서에 전류가 흐를 수 있다. 이 때, 상기 제 2 유연 기판(210)에 열 또는 압력을 가하면, 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스 또는 상기 저항층(220)의 저항이 변화될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 2 적층체(200)에 상기 열을 가하면, 상기 저항층(220) 상에 형성된 상기 전도성 물질의 저항이 상기 열에 의해 변화될 수 있다. 또한, 상기 제 2 적층체(200)에 상기 압력을 가하면, 상기 압력에 의해 상기 커패시터층(212) 및 상기 저항층(220) 상에 형성된 전도성 물질이 상기 제 1 전극(150)과 접촉하는 면적 및 상기 커패시터층(212)과 상기 제 1 적층체(100) 사이의 간격이 변화되어 상기 제 2 적층체(200)의 저항 및 커패시턴스가 변화될 수 있다.
상기 제 2 적층체(200)의 저항 및 캐퍼시턴스가 변화되면, 상기 다기능 유연 센서의 공진주파수 및 상기 공진 주파수의 임피던스 크기에 변화가 발생할 수 있다. 상기 공진주파수 및 상기 공진 주파수의 임피던스 크기의 변화를 감지함으로써, 상기 다기능 유연 센서는 상기 다기능 유연 센서에 가해진 상기 열 또는 상기 압력을 정밀하게 측정할 수 있다.
도 13 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 모식도이다. 구체적으로, 도 13 은 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)가 결합하기 전의 상기 다기능 유연 센서를 표현한 모식도이다.
도 14 및 도 15 는 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 제조 방법을 나타낸 순서도 및 모식도이다.
도 14 및 도 15 를 참조하여 상기 다기능 유연 센서를 제조하기 위해, 먼저 경질 기판(170) 상에 상기 제 1 유연 기판(110)을 형성한다. 상기 제 1 유연 기판(110)은, 상기 경질 기판(170) 상에 고분자 용액을 스핀 코팅하거나, 상기 고분자 용액 상에 상기 경질 기판(170)을 함침함으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이어서, 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 상기 인덕터(130)를 형성한다. 예를 들어, 상기 인덕터(130)은 전기 도금 방식에 의해 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
이어서, 상기 인덕터(130) 상에 상기 절연층(140)을 형성한다. 이 때, 상기 절연층(140)은 건식 식각에 의해 패터닝됨으로써, 상기 절연층(140) 상에 제 1 영역 및 제 2 영역이 형성될 수 있고, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역은 서로 이격되어 형성될 수 있다. 이어서, 상기 절연층(140) 상에 상기 제 1 전극(150), 및 상기 제 2 전극(160)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(150)은 상기 절연층(140) 상에 형성되고, 상기 제 1 영역 상을 통해 상기 인덕터(130)의 일부 영역과 직접 접촉할 수 있고, 상기 제 2 전극(160)은 상기 절연층(140)의 상기 제 2 영역 상에 형성되어 상기 인덕터(130)의 일부 영역과 직접 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 제 2 전극(160)은 상기 절연층(140) 및 상기 제 1 전극(150)과 접촉하지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이어서, 상기 경질 기판(170)을 제거하여 상기 제 1 적층체(100)를 형성할 수 있다.
또한, 패터닝된 미세 구조를 포함하는 커패시터층(212)을 형성한다. 예를 들어, 포토리소그래피 공정을 통해 상기 패터닝된 미세 구조를 형성할 수 있는 몰드를 제조한 후, 상기 몰드를 사용하여 상기 커패시터층(212)을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 커패시터층(212)의 미세 구조가 형성되지 않은 일측면과, 상기 제 3 전극(211)이 형성된 상기 제 2 유연 기판(210)의 상기 제 3 전극(211)을 결합한다. 이어서, 상기 커패시터층(212)의 미세 구조가 형성된 일측면의 일부 영역에 전도성 물질을 코팅함으로써 상기 저항층(220)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 상기 커패시터층(212) 상에 형성된, 패터닝된 미세 구조는 제 3 영역 및 제 4 영역으로 분리될 수 있다. 이 때, 상기 전도성 물질을 액상형태로 만들고, 상기 제 3 영역은 상기 전도성 물질 용액에 의해 스프레이 코팅 또는 딥 코팅 됨으로써, 상기 커패시터층(212) 상에 상기 저항층(220)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제 4 영역은 상기 전도성 물질 용액에 의해 스프레이 코팅 또는 딥 코팅되지 않음으로써, 커패시터의 역할을 수행할 수 있다.
상기 과정을 통해, 상기 제 2 유연 기판(210), 상기 제 2 유연 기판(210) 상에 형성된 상기 제 3 전극(211), 상기 제 3 전극(211) 상에 형성된 상기 커패시터층(212), 및 상기 커패시터층(212)의 일부 영역에 형성된 상기 저항층(220)을 포함하는, 상기 제 2 적층체(200)를 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 적층체(200)를 형성하는 단계는 상기 제 1 적층체(100)을 형성하는 단계와 별개로 진행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)을 적층하는 단계를 포함하는 공정에 의해 본원의 제 2 측면에 따른 상기 다기능 유연 센서가 제조될 수 있다.
이 때, 상기 경질 기판(170)을 제거하는 단계는, 상기 절연층(140) 상에 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 2 전극(160)을 형성하기 전, 상기 절연층(140) 상에 상기 제 1 전극(150) 및 상기 제 2 전극(160)을 형성한 후, 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)를 적층하기 전, 또는 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)를 적층한 후에 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 16 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 평면도이다.
도 16 을 참조하면, 상기 제 1 적층체(100)는, 상기 절연층(140) 및 상기 인덕터(130)를 포함하는 것을 확인할 수 있다.
본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서와 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서는 커패시터의 역할을 수행하는 상기 커패시터(120) 또는 상기 커패시터층(212)이 형성되는 위치에 따라 동작 메커니즘이 상이할 수 있다. 예를 들어, 본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서의 상기 커패시터(120)는 상기 제 1 적층체(100)에 위치하였기 때문에, 상기 외부의 환경의 변화와 무관한, 고정된 커패시턴스를 가질 수 있다. 반면, 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서의 상기 커패시터층(212)은 상기 제 2 적층체(200)에 위치하였기 때문에, 상기 외부의 환경의 변화에 따라 변동되는 커패시턴스를 가질 수 있다.
상기 내용을 종합하면, 본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서 또는 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서에 상기 열 또는 상기 압력을 가하면, 상기 제 2 적층체(200)와 상기 제 1 적층체(100)의 상호 작용에 의해 상기 다기능 유연 센서의 공진주파수 및 임피던스가 변화되기 때문에, 상기 다기능 유연 센서에 흐르는 전류의 값에 변화가 발생하여 상기 열 또는 상기 압력을 정밀하게 측정할 수 있다.
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 다기능 유연 센서 및 본원의 제 2 측면에 따른 다기능 유연 센서에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서는 상기 인덕터(130)를 통하여 무선으로 전력을 공급받을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 17 은 본원의 일 구현예에 따른 다기능 유연 센서의 무선 전력 통신 시스템이다.
구체적으로, 외부에서 무선으로 전력을 공급하는 외부의 코일에 전류가 흐르면, 상기 전류에 의한 자기장이 상기 다기능 유연 센서의 상기 인덕터(130) 상에 발생한다. 결과적으로, 상기 외부의 코일에서 발생한 상기 자기장에 의해 상기 인덕터(130) 상에 새로운 전류가 발생하기 때문에, 상기 인덕터(130)는 상기 다기능 유연 센서의 외부로부터 무선으로 전력을 공급받을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 커패시터(120) 및 커패시터층(212)은 상기 인덕터(130)를 통해 공급받은 전기 에너지를 저장할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일반적으로, 인덕터 및 커패시터는 회로에서 에너지를 저장하는 역할을 수행할 수 있으나, 상기 인덕터는 자기(magnetism)를 저장하고, 상기 커패시터는 전기(electricity)를 저장하는 점에서 차이를 갖는다. 구체적으로, 상기 인덕터는 전선에 전류를 가하면 자기장이 발생되고, 상기 전류의 공급이 차단되면 상기 자기장이 조금씩 전류로 변화하는 현상을 이용하여 에너지를 저장할 수 있다.
또한, 상기 커패시터의 일측면에는 음전하가, 다른 일측면에는 양전하가 저장될 수 있으며, 상기 커패시터에 저항을 연결할 경우, 상기 커패시터에 저장되었던 상기 음전하 및 상기 양전하가 방전되면서 전기 에너지가 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 인덕터(130), 상기 커패시터(120), 및 상기 커패시터층(212)은, 상기 다기능 유연 센서에 흐르는 전류의 급격한 변화를 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 커패시터(120)는 고정된 커패시턴스를 갖기 때문에 주변 환경의 변화와 무관할 수 있다. 그러나, 상기 다기능 유연 센서 상의 상기 저항층(220)의 저항 및 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스는 주변 환경의 변화에 의해 변화될 수 있기 때문에, 상기 다기능 유연 센서의 임피던스 및 공진 주파수가 변화되어 상기 다기능 유연 센서 상에 흐르는 전류의 값은 변동될 수 있다.
도 4, 도 12, 및 도 17 을 참조하면, 상기 다기능 유연 센서는 직렬 또는 직병렬 RLC 구조의 회로를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 다기능 유연 센서가, 상기 인덕터(130)에 의해 무선으로 전력을 공급받으면, 상기 전력은 상기 커패시터(120) 또는 상기 커패시터층(212) 상에 저장되거나, 상기 인덕터(130) 상에 자기(magnetism)의 형태로 저장될 수 있다. 이 때 상기 저항층(220)의 저항 또는 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스가 외부의 영향에 의해 변경될 경우, 상기 커패시터(120) 또는 상기 커패시터층(212) 상에 저장되었던 상기 전력, 및 상기 인덕터(130)에 저장되었던 상기 자기(magnetism)에 의해 상기 직렬 또는 상기 직병렬 RLC 구조의 회로가 작동할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 커패시터(120), 상기 커패시터층(212) 및 상기 인덕터(130)의 저항은 0 이 아니기 때문에, 상기 커패시터(120), 상기 커패시터층(212) 및 상기 인덕터(130)의 전기 전도성이 무한하지 않다. 따라서, 상기 저항층(220)의 저항이 급격히 변경되어도 상기 커패시터(120), 상기 커패시터층(212) 및 상기 인덕터(130)에 의해, 상기 회로에 흐르는 전류는 상기 저항 또는 상기 커패시턴스의 변화와 시간적인 간격을 두고 완만하게 변화될 수 있다.
일반적으로, 임피던스란 교류 회로에서 전압이 가해졌을 때 전류의 흐름을 방해하는 값으로서, 교류 회로의 전압과 전류의 비로 나타나고, 일반적으로 교류 전압의 공진 주파수에 의존하는 값이다.
또한, 공진 주파수는 본원과 같은 R(저항)-L(인덕터)-C(커패시터) 회로 상에서, 상기 회로에 가장 센 전류가 흐를 때의 주파수를 의미한다. 상기 저항층(220)의 저항이 변화되면 상기 공진 주파수 역시 변동될 수 있고, 상기 R-L-C 회로와 같은 교류 회로 상에서 상기 공진 주파수의 변화는 상기 교류 회로 상의 전류 또는 전압의 변화와 연관될 수 있다.
상기 내용을 종합하면, 상기 제 2 적층체(200)에 압력이 가해질 경우, 상기 커패시터층(212) 또는 저항층(220)과, 상기 제 1 전극(150)이 접촉하는 면적이 변화됨으로써, 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스 또는 상기 저항층(220)의 저항이 급격히 변화할 수 있다. 또한, 상기 제 2 적층체(200)에 열을 가할 경우, 상기 저항층(220) 상에 형성된 상기 전도성 물질의 저항이 변화됨으로써, 상기 저항층(220)의 저항이 변화될 수 있다.
상기 커패시턴스 또는 상기 저항의 변화에 의해 상기 공진 주파수 또는 상기 임피던스가 변경되면, 상기 다기능 유연 센서 상에 흐르는 전류는 급격히 변화될 수 있다. 그러나, 상기 다기능 유연 센서는 상기 인덕터(130), 상기 커패시터(120), 및 상기 커패시터층(212)에 의해 상기 다기능 유연 센서 상에 흐르는 전류는 급격히 변화되지 않기 때문에, 상기 커패시터층(212)의 상기 커패시턴스의 변화 또는 상기 저항층(220)의 상기 저항의 급격한 변화에 의하여 상기 다기능 유연 센서가 손상될 가능성이 감소하고, 상기 압력 또는 열을 측정할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 적층체(100)는 상기 다기능 유연 센서의 임피던스 및/또는 공진주파수의 변화를 감지할 수 있는 센서를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 커패시터(120)는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 커패시터(120)는 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 전기 도금함으로써 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 커패시터(120)는 도체를 포함할 수 있다. 도 8 을 참조하면, 상기 제 1 전극(150)과 직접적으로 접촉하는 상기 도체, 상기 절연층(140), 및 상기 제 1 전극(150)과 직접적으로 접촉하지 않는 상기 도체는 커패시터의 역할을 수행할 수 있기 때문에, 상기 도체들을 상기 커패시터(120)로 칭할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 인덕터(130)는 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 인덕터(130)는 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 전기 도금함으로써 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8 또는 도 16 을 참조하면, 상기 인덕터(130)은 상기 제 1 유연 기판(110) 상에 전기 도금된 구리일 수 있다. 이 때, 외부에서 발생한 자기장에 의해 상기 전기 도금된 구리에 전류가 흐를 수 있고, 상기 구리는 인덕터의 역할을 수행할 수 있기 때문에, 상기 전기 도금된 도체를 상기 인덕터(130)로 칭할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 유연 기판(110)은 폴리이미드 (Polyimide), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리에테르이미드 (Polyether imide), 폴리에테르술폰 (Polyehtersulfone), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 유연 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 다기능 유연 센서는 피부를 비롯한 다양한 설치 장소에 부착되는 것을 목표로 하고 있기 때문에, 상기 제 1 유연 기판(110)은 유연하고, 상기 열 또는 상기 압력에 대한 저항성이 높으며, 투수성(water permeability)이 낮을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 1 전극(150), 상기 제 2 전극(160), 및 상기 제 3 전극(211)은 각각 독립적으로 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 1 전극(150)은 상기 저항층(220) 및 상기 커패시터층(212)과 접촉함으로써 상기 저항층(220)의 저항 및 상기 커패시터층(212)의 커패시턴스의 변화를 유발하는 역할을 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 전극(160)은 상기 제 1 적층체(100) 및 상기 제 2 적층체(200)를 연결하는 역할을 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 3 전극(211)은, 상기 제 1 전극(150), 상기 커패시터층(212), 및 상기 제 3 전극(211)이 연결되면, 상기 커패시터층(212)이 포함하는 절연체가 커패시터의 역할을 수행할 수 있도록 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 절연층(140)은 폴리이미드 (Polyimide), 폴리메타크릴산메틸 (polymethyl metacrylate), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리비닐피로리돈 (polyvinylpyrrolidone), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 절연층(140)은 외부의 자기장을 차폐하기 위한 차폐막을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때, 상기 차폐막은 무선 전력 전송을 위해 고유전율(high permittivity)을 갖는 Ni Zn 페라이트 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다기능 유연 센서는 상기 제 1 유연 기판(110) 하부에 경질 기판(170)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 경질 기판(170)은 ITO, Si, SiO2, SiC, Ga, SiGe, FTO, Al2O3, InAs, GaAs, InP, GaN, InGaAs, InAlAs, GaSb, AlSb, AlP, GaP, Ge2O3, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 경질 기판(170)은 상기 제 1 적층체(100)를 형성하기 위한 지지대 역할을 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 경질 기판(170)은 상기 제 1 적층체(100)를 제조하는 과정에서 상기 제 1 유연 기판(110)과 분리될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 유연 기판(210)은 폴리이미드 (Polyimide), PDMS (Polydimethylsiloxane), 에코 플렉스 (Ecoflex), 실비온 (Silbione), 실리콘 고무 (Silicone rubber), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 유연 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제 2 유연 기판(210)은 투습성(water permeability)이 낮은 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 투습성이 높은 물질을 사용할 경우, 상기 제 2 유연 기판(210)을 통해 수분이 침투하여 상기 저항층(220) 상에 형성된 상기 전도성 물질이 제거되어 상기 다기능 유연 센서의 성능이 악화될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제 2 유연 기판(210)은 외부의 압력 또는 열에 의해 변형이 발생하지 않을 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본원의 제 1 측면에 따른 상기 다기능 유연 센서를 제조할 때 또는 본원의 제 2 측면에 따른 상기 다기능 유연 센서를 제조할 때의 공정 온도는 최고 100℃이므로, 상기 제 2 유연 기판(210)은 100℃ 이상의 온도에 내성을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 2 유연 기판(210)은 포토리소그래피에 의해 형성된 패터닝된 미세 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원의 제 1 측면에 따른 상기 제 2 유연 기판(210)의 경우, 포토리소그래피 공정을 통해 직접적으로 상기 제 2 유연 기판(210) 상에 상기 미세 구조를 형성하거나, 포토리소그래피 공정을 통해 몰드를 제작한 후, 상기 몰드를 사용하여 상기 미세 구조를 가진 상기 제 2 유연 기판(210)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 본원의 제 2 측면에 따른 상기 제 2 적층체(200)의 경우, 포토리소그래피 공정을 통해 몰드를 제작한 후, 상기 몰드를 사용하여 상기 미세 구조를 가진 상기 커패시터층(212)을 제조하고, 상기 커패시터층(212) 상의 상기 미세 구조가 형성되지 않은 일 측면 상에 상기 제 2 유연 기판(210) 및 상기 제 3 전극(211)이 형성된 필름을 부착함으로써, 상기 제 2 유연 기판(210) 상에 미세 구조를 형성할 수 있다. 이 때, 상기 커패시터층(212)의 상기 미세 구조가 형성되지 않은 일 측면과 상기 제 3 전극(211)이 부착될 수 있다.
상기 패터닝된 미세 구조는 원뿔 구조, 피라미드 구조, 타원형 반구, 프리즘 구조, 사각기둥 구조, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 물질은 전기 전도도 및 온도저항계수(TCR)가 높은 물질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전도성 물질은 상기 온도저항계수가 높기 때문에, 온도 변화에 따른 저항 변화가 클수록 온도 센싱 능력이 높아질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 물질은 전도성 고분자, 금속 나노 와이어, 카본 블랙, 흑연, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS, 폴리아닐린 (Polyaniline), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (Polypyrrole) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전도성 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 나노 와이어는 Ag, Pt, Ti, Au, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 물질이 상기 제 2 유연 기판(210) 상의 상기 패터닝된 미세 구조 영역에 코팅됨으로써, 상기 제 2 유연 기판(210) 상의 일부 영역 또는 전체 영역은 상기 저항층(220)의 역할을 수행할 수 있다.
상기 제 2 유연 기판(210)에 가해진 압력 또는 열에 의해, 상기 저항층(220)과 상기 제 1 전극(150) 또는 상기 제 2 전극(160)이 접촉하는 면적은 변화될 수 있다. 상기 면적 변화에 의해 상기 저항층(220)의 저항 변화가 발생함으로써, 상기 다기능 유연 센서에 흐르는 전류가 변화될 수 있다.
또한, 상기 제 2 유연 기판(210) 상의 패터닝된 미세 구조 영역 중 상기 전도성 물질에 의해 코팅되지 않은 영역은 상기 커패시터층(212)의 역할을 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 제 3 전극(211) 상에 형성된 미세 구조는 절연체를 포함하기 때문에, 상기 제 3 전극(211) 상의 패터닝된 미세 구조 영역 중 상기 전도성 물질에 의해 코팅되지 않은 영역은 상기 제 3 전극(211) 및 상기 제 1 전극(150) 사이에 위치됨으로써, 상기 커패시터층(212)은 커패시터의 역할을 수행할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1] 직렬 구조의 다기능 유연 센서의 제조
유리 기판 상에 폴리이미드 기판을 형성하였다. 이 후, 상기 폴리이미드 기판 상에 인덕터의 역할을 수행하는 구리 및 커패시터의 역할을 수행하는 구리를 전기 도금을 통해 형성하였고, 상기 폴리이미드 기판, 상기 인덕터, 및 상기 커패시터 상에 폴리이미드층을 형성한 후, 상기 폴리이미드층 상의 상기 인덕터의 일부 영역 및 상기 폴리이미드층 상의 상기 커패시터의 일부 영역을 건식 식각하여, 상기 폴리이미드층 상에 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 형성하였고, 상기 인덕터 상에 형성된 상기 제 1 전극층에 제 1 금 전극을 형성하였고, 상기 커패시터 상에 형성된 제 2 전극층에 제 2 금 전극을 형성하였다.
이어서, 포토리소그래피 공정을 사용하여 미세 구조가 형성된 몰드를 제작하였고, 상기 몰드를 사용함으로써 일 측면에 패터닝 된 미세구조가 형성된 PDMS 기판을 형성하였다. 이 후, 상기 미세 구조에 잉크 형태의 PEDOT:PSS 를 스프레이 코팅함으로써 상기 PDMS 기판 상에 저항층을 형성하였다.
이어서, 상기 PDMS 기판의 상기 저항층과, 상기 폴리이미드 기판 상의 상기 제 1 금 전극 및 상기 제 2 금 전극이 대향되어 배치되도록 결합하였고, 물을 사용하여 상기 폴리이미드 기판을 상기 유리 기판으로부터 분리함으로써, 직렬 구조를 가진 다기능 유연 센서를 제조하였다.
[실시예 2] 직병렬 구조의 다기능 유연 센서의 제조
유리 기판 상에 폴리이미드 기판을 형성하였다. 이 후, 상기 폴리이미드 기판 상에 인덕터 역할을 수행하는 구리를 전기 도금하였고, 상기 폴리이미드 기판, 상기 인덕터 상에 폴리이미드층을 형성한 후, 상기 인덕터 상의 폴리이미드층 상에서 서로 일정 간격만큼 격리된 제 1 영역 및 제 2 영역을 선정하였다. 이 후, 상기 폴리이미드층 상의 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역을 건식 식각하여 상기 폴리미이드층 상에 제 1 전극층 및 제 2 전극층을 형성하였고, 상기 제 1 전극층에 제 금 1 전극을 형성하였고, 상기 제 2 전극층에 제 2 금 전극을 형성하였다.
이어서, 포토리소그래피 공정을 사용함으로써 패터닝된 미세 구조가 형성된 몰드를 제조하였고, 상기 몰드를 사용함으로써 일 측면에 패터닝된 미세 구조가 형성된 PDMS 기판을 형성하였다. 이 후, 상기 PDMS 기판의, 패터닝된 미세 구조를 포함하지 않는 다른 측면과, 금 및 폴리이미드 필름의 금(Au) 층이 접촉하도록 부착하였다. 이어서, 상기 PDMS 기판 상의 패터닝된 미세 구조의 일부 영역에 PEDOT:PSS 용액을 스핀 코팅함으로써 저항층을 형성하였다.
이어서, 상기 폴리이미드층 상의 상기 저항층과, 상기 폴리이미드 기판 상의 상기 제 1 금 전극 및 상기 제 2 금 전극이 대향되어 배치되도록 결합하였고, 물을 사용하여 상기 폴리이미드 기판을 상기 유리 기판으로부터 분리함으로써, 직병렬 구조를 가진 다기능 유연 센서를 제조하였다.
[실험예 1]
도 18 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서의 동작 메커니즘을 나타내는 순서도이다.
도 19 는 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가할 경우 임피던스 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 18 및 도 19 를 참조하면, 본원의 일 실시예 1 에 따른 상기 직렬 구조의 다기능 유연 센서를 인체에 부착할 경우, 상기 직렬 구조의 다기능 유연 센서에 가해지는 체온에 의한 열 및 맥박에 의한 압력에 의해 상기 직렬 구조의 다기능 유연 센서의 저항이 변화될 수 있다. 상기 저항 변화에 의해 임피던스의 크기가 변화되고, 상기 임피던스의 크기 변화를 감지함으로써 체온 또는 맥박을 측정할 수 있다.
도 19 를 참조하면, 상기 직렬 구조의 다기능 유연 센서에 열을 가하여 온도가 T1 에서 T2 로 변화하면, 상기 다기능 유연 센서의 임피던스의 크기가 R1 에서 R3 로 또는 R2 에서 R4 로 변화될 수 있다. 또한, 상기 직렬 구조의 다기능 유연 센서에 압력을 주기적으로 가하면, 상기 직렬 구조의 다기능 유연 센서의 임피던스의 크기는 R1 또는 R2, 또는 R3 또는 R4 라는 값을 갖도록 변화될 수 있다. 상기 임피던스의 변화에 따른 상기 다기능 유연 센서에 흐르는 전류의 변화를 감지함으로써, 상기 다기능 유연 센서에 가해지는 상기 열 또는 상기 압력을 측정할 수 있다.
도 20 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서의 동작 메커니즘을 나타내는 순서도이다.
도 21 은 본원의 일 실시예에 따른 다기능 유연 센서에 열 또는 압력을 가할 경우, 공진 주파수 및 임피던스 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 20 및 도 21 을 참조하면, 본원의 일 실시예 2 에 따른 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서를 인체에 부착할 경우, 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서에 가해지는 체온에 의해 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서의 저항이 변화되고, 상기 저항 변화에 의해 임피던스의 크기가 변화되어 상기 체온을 측정할 수 있다. 또한, 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서에 가해지는 맥박에 의해 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서의 저항 또는 커패시턴스가 변화될 수 있다. 상기 저항 또는 상기 커패시턴스의 변화에 의해 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서의 공진 주파수가 변화되고, 상기 공진 주파수의 변화에 의해 임피던스의 크기가 변화되면, 상기 공진주파수 및 상기 임피던스의 크기 변화를 감지함으로써 맥박을 측정할 수 있다.
도 21 을 참조하면, 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서에 열을 가하여 온도가 T1 에서 T2 로 변화하면, 상기 직병렬 구조의 상기 다기능 유연 센서의 임피던스 값은 R1C1 내지 R3C3 사이의 값 또는 R2C2 내지 R4C4 사이의 값으로 변화될 수 있다. 또한, 상기 직병렬 구조의 다기능 유연 센서에 압력을 주기적으로 가하면, 상기 다기능 유연 센서의 공진주파수는 f01 또는 f02 가 되고, 임피던스의 크기는 R1C1 또는 R2C2, 또는 R3C3 또는 R4C4 라는 값을 갖도록 변화될 수 있다. 상기 임피던스 또는 상기 공진 주파수의 변화에 따른 상기 다기능 유연 센서에 흐르는 전류의 변화를 감지함으로써, 상기 다기능 유연 센서에 가해지는 상기 열 또는 상기 압력을 측정할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 제 1 적층체
110 : 제 1 유연 기판
120 : 커패시터
130 : 인덕터
140 : 절연층
150 : 제 1 전극
160 : 제 2 전극
170 : 경질 기판
200 : 제 2 적층체
210 : 제 2 유연 기판
211 : 제 3 전극
212 : 커패시터층
220 : 저항층
110 : 제 1 유연 기판
120 : 커패시터
130 : 인덕터
140 : 절연층
150 : 제 1 전극
160 : 제 2 전극
170 : 경질 기판
200 : 제 2 적층체
210 : 제 2 유연 기판
211 : 제 3 전극
212 : 커패시터층
220 : 저항층
Claims (16)
- 제 1 유연 기판 상에 형성된 인덕터 및 커패시터; 및 상기 인덕터 및 상기 커패시터 상에 형성된 절연층을 포함하는 제 1 적층체; 및
패터닝된 미세 구조를 포함하는 제 2 유연 기판; 및 상기 미세 구조 상에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층을 포함하는 제 2 적층체
를 포함하고,
상기 제 1 적층체의 상기 인덕터 및 상기 커패시터와 상기 제 2 적층체의 상기 저항층이 대향하여 배치되고,
상기 커패시터 및 상기 저항층을 연결하는 제 1 전극, 및 상기 인덕터 및 상기 저항층을 연결하는 제 2 전극을 포함하는,
다기능 유연 센서.
- 제 1 유연 기판 상에 형성된 인덕터; 및 상기 인덕터 상에 형성된 절연층을 포함하는 제 1 적층체 및
제 2 유연 기판; 상기 제 2 유연 기판 상에 형성된 제 3 전극, 상기 제 3 전극 상에 형성된, 미세 구조를 포함하는 커패시터층, 및 상기 커패시터층의 일부 영역에 형성된 전도성 물질을 포함하는 저항층을 포함하는 제 2 적층체
를 포함하고,
상기 제 1 적층체의 상기 인덕터와 상기 제 2 적층체의 상기 저항층 및 상기 커패시터층이 대향하여 배치되고,
상기 인덕터, 상기 커패시터층 및 상기 저항층을 연결하는 제 1 전극, 및 상기 인덕터 및 상기 저항층을 연결하는 제 2 전극을 포함하는,
다기능 유연 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다기능 유연 센서의 주변 환경에 따라 상기 저항층의 저항이 변화되는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 저항층, 상기 커패시터, 및 상기 인덕터는 직렬 연결된 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 2 항에 있어서,
상기 다기능 유연 센서의 주변 환경에 따라 상기 저항층의 저항 및 상기 커패시터층의 커패시턴스가 변화되는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 2 항에 있어서,
상기 저항층 및 상기 커패시터층은 병렬 연결되고, 상기 인덕터와 상기 병렬 연결된 상기 저항층 및 상기 커패시터층은 직렬 연결된 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다기능 유연 센서는 상기 인덕터를 통하여 무선으로 전력을 공급받을 수 있는, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전도성 물질은 전도성 고분자, 금속 나노 와이어, 카본 블랙, 흑연, 그래핀, 탄소 나노 튜브, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 8 항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 PEDOT-PSS, 폴리아닐린 (Polyaniline), 폴리티오펜 (polythiophene), 폴리피롤 (Polypyrrole) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 전도성 고분자를 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 8 항에 있어서,
상기 금속 나노 와이어는 Ag, Pt, Ti, Au, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 유연 기판은 폴리이미드 (Polyimide), 폴리카보네이트 (Polycarbonate), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리에테르이미드 (Polyether imide), 폴리에테르술폰 (Polyehtersulfone), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethyleneterephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (Polyethylene naphthalate), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 유연 기판인 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 유연 기판은 폴리이미드 (Polyimide), PDMS (Polydimethylsiloxane), 에코 플렉스 (Ecoflex), 실비온 (Silbione), 실리콘 고무 (Silicone rubber), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 유연 기판인 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극은 각각 독립적으로 Au, Pt, Ti, Ag, Ni, Zr, Ta, Zn, Nb, Cr, Co, Mn, Fe, Al, Mg, Si, W, Cu, 란탄계 금속, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 절연층은 폴리이미드 (Polyimide), 폴리메타크릴산메틸 (polymethyl metacrylate), 폴리스티렌 (polystyrene), 폴리비닐피로리돈 (polyvinylpyrrolidone), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 다기능 유연 센서는 상기 제 1 유연 기판 하부에 경질 기판을 추가 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
- 제 15 항에 있어서,
상기 경질 기판은 ITO, Si, SiO2, SiC, Ga, SiGe, FTO, Al2O3, InAs, GaAs, InP, GaN, InGaAs, InAlAs, GaSb, AlSb, AlP, GaP, Ge2O3 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 물질을 포함하는 것인, 다기능 유연 센서.
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