KR102361875B1 - 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 제1 전극에 연결되는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전극층을 포함하며, 상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며, 각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함한다.

Description

압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치{PRESSURE SENSING SENSOR AND PRESSURE SENSING APPARATUS COMPRISING THE SAME}

본 발명은 압력 감지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력을 감지하는 센서 및 장치에 관한 것이다.

가정용 안전 장치뿐만 아니라 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야에서 압력을 감지하기 위한 장치가 요구된다.

압력 감지 장치는 하부 전극, 하부 전극 상에 배치된 중간층, 그리고 중간층 상에 배치된 상부 전극을 포함한다. 중간층은 탄성을 가지며, 전도성 필러를 포함할 수 있다. 이러한 압력 감지 장치의 성능은 중간층의 탄성 복원력, 전도 성능 등에 의하여 영향을 받을 수 있다.

일반적으로, 중간층은 폼 형태의 탄성의 기재를 전도성 용액에 침지한 후, 세정 및 건조를 거치는 과정으로 제작될 수 있다. 이러한 폼 형태의 탄성의 기재에 장기적으로 압력이 반복하여 가해지는 경우 탄성 복원력이 낮아지게 되어 기공이 원상태로 회복되지 않아 압저항 소재로써의 기능을 상실하기 쉬운 문제가 있다.

한국공개특허공보 제10-2016-0129470호(2016.11.09) 일본공개특허공보 특개2016-008882호(2016.01.18) 한국공개특허공보 제10-2016-0088908호(2016.07.26)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력을 감지하는 압력 감지 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 제1 전극에 연결되는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전극층을 포함하며, 상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며, 각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함한다.

상기 유연 기재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 평행하는 방향으로 복수 회 접힐 수 있다.

상기 유연 기재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 수직하는 방향으로 복수 회 접힐 수 있다.

상기 유연 기재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 소정 각도로 경사지는 방향으로 복수 회 접힐 수 있다.

상기 도전성 입자는 상기 유연 기재 내에 분산될 수 있다.

상기 도전성 입자는 상기 유연 기재의 표면에 분산될 수 있다.

상기 유연 기재는 PDMS(polydimethylsiloxane) 기재, 실리콘 고무 기재, 아크릴 고무 기재, TPU(thermoplastic poly urethane) 기재 및 PU(poly urethane) 기재로 이루어진 그룹에서 선택되고, 상기 도전성 입자는 카본계 물질 및 금속 물질로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서는 제1 전극에 연결되는 제1 전도 영역을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층과 수평면 상에 이격되어 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전도 영역을 포함하는 제2 전극층, 그리고 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 상에 배치되는 중간층을 포함하며, 상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며, 각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 압력 감지 센서, 상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 그리고 상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 압력 감지 센서는 제1 전극에 연결되는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 배치되는 중간층, 그리고 상기 중간층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며, 각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치는 가해진 무게에 따른 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 내구성이 높으면서도, 가변저항의 범위가 큰 중간층을 얻을 수 있다. 이에 따라, 신뢰성 있는 압력 감지 성능을 가지는 압력 감지 장치를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 센싱 포인트 별로 독립적으로 압력을 감지하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 중간층의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중간층에 포함되는 센싱 영역을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 중간층의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중간층의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중간층의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서가 적용되는 압력 감지 인솔의 한 예를 나타낸다.
도 11은 런닝 시 분포되는 족압(kPa)을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서가 적용되는 압력 감지 인솔의 다른 예를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 사시도이다.

도 1 내지 2를 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제2 전극층(120), 그리고 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 사이에 배치되는 중간층(130)을 포함한다. 제1 전극층(110)은 제1 전극(미도시)에 연결되고, 제2 전극층(120)은 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극(미도시)에 연결될 수 있다. 도시되지 않았으나, 제1 전극 및 제2 전극은 리지드(rigid) 인쇄회로기판 또는 연성(flexible) 인쇄회로기판을 통해 연결될 수 있다. 중간층(130)은 도전성 입자가 분산된 탄성체일 수 있다.

이때, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 도금 전극 또는 프린팅 전극일 수 있으며, 유연하고 신축성을 가지는 전극일 수 있다. 이를 위하여, 도금 전극 또는 프린팅 전극은 유연하고 신축성을 가지는 베이스 기재 상에 형성될 수 있으며, 베이스 기재는, 예를 들어 에스테르계 직물 또는 우레탄계 필름일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.

또는, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 도전성 섬유를 포함할 수도 있다. 여기서, 도전성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 도전성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 도전성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 500㎛를 초과하면 금속 와이어의 강성이 높아 직물의 유연성이 떨어질 수 있으므로, 직물의 가공 시 설비에 데미지를 줄 수 있고, 사용자가 이질감을 느끼기 쉽다. 이때, 금속 와이어는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있다. 스테인레스 합금은, 예를 들면 마르텐사이트계 스테인레스 합금, 페라이트계 스테인레스 합금, 오스테나이트계 스테인레스 합금, 2상계 스테인레스 합금, 석출경화계 스테인레스 합금 등일 수 있다. 금속 와이어가 스테인레스 합금인 경우, 압력 감지 센서(100)의 내부식성을 높일 수 있다. 도전성 섬유가 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유인 경우, 금속 막은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막의 두께가 1㎛ 미만이면 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유의 표면에서 금속 막이 쉽게 이탈될 수 있다.

도 1과 같이, 제1 전극층(110)의 전체가 제1 전도 영역을 이루고, 제2 전극층(120)의 전체가 제2 전도 영역을 이룰 수 있다.

또는, 도 2와 같이, 제1 전극층(110)은 제1 전도 영역(112)을 포함하고, 제2 전극층(120)은 제2 전도 영역(122)을 포함할 수도 있다. 이때, 제1 전도 영역(112) 및 제2 전도 영역(122)은 베이스 기재 상에 형성된 도금 전극 또는 프린팅 전극일 수 있다. 또는, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 직물로 이루어지며, 제1 전도 영역(112) 및 제2 전도 영역(122)은 도전성 섬유를 포함하는 직물로 이루어질 수도 있다. 여기서, 직물은 날실과 씨실이 서로 아래 위로 교차하여 짜여진 천을 의미하며, 날실과 씨실이 규칙적으로 짜여진 천뿐만 아니라 부정형으로 배치된 부직포도 함께 포함할 수 있다.

여기서, 제1 전극층(110)의 제1 전도 영역(112)과 제2 전극층(120)의 제2 전도 영역(122)은 서로 다른 방향으로 형성될 수 있으며, 제1 전도 영역(112) 및 제2 전도 영역(122)이 교차하는 지점은 하나의 센싱 포인트로 작용할 수 있다.

이에 따라, 센싱 포인트를 가압하면, 제1 전도 영역(112)과 제2 전도 영역(122) 간의 간격, 즉 중간층(130)의 두께는 줄어들게 된다. 가해지는 힘이 클수록 중간층(130)의 두께 및 체적 중 적어도 하나는 줄어들게 되며, 중간층(130)의 단위 체적 당 도전 물질의 밀도가 높아지고, 도전 물질 간 거리가 가까워질 수 있다. 이에 따라, 중간층(130)은 정상 상태에서 절연 특성을 가지나, 중간층(130)의 주변에 물리적인 변화가 발생한 경우, 예를 들어 중간층(130) 상에 압력이 가해진 경우, 중간층(130)의 두께 또는 체적 중 적어도 하나의 변화에 의하여, 압저항이 낮아지게 된다. 중간층(130)의 압저항이 낮아지게 되면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서(100)는 압저항의 변화량에 따라 무게를 감지할 수 있다.

도시되지 않았으나, 제1 전도 영역(112)은 제2 전도 영역(122)보다 크게 형성되며, 하나의 제1 전도 영역(112) 상에 복수의 제2 전도 영역(122)이 배치되도록 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 중간층의 구조를 변경하여 중간층의 가변 저항의 범위 및 내구성을 동시에 높이고자 한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 중간층의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중간층에 포함되는 센싱 영역을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 중간층의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중간층의 단면도이며, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중간층의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 중간층(130)은 지지기재(300) 및 지지기재(300) 내에 분산되어 배치되는 복수의 센싱 영역(310)을 포함한다. 복수의 센싱 영역(310)은 제1 전극층(110)의 전도 영역과 제2 전극층(120)의 전도 영역이 교차하는 센싱 포인트에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 지지기재(300)는 탄성체, 예를 들어 폴리우레탄 소재, EVA(Ethylene Vinyl Acetate Copolymer) 소재, EPDM(Ethylene propylene diene monomer) 소재 등일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.

도 4를 참조하면, 각 센싱 영역(310)은 규칙적인 패턴으로 접힌 유연 기재(400) 및 유연 기재(400)에 분산된 도전성 입자(410)를 포함한다. 여기서, 유연 기재(400)는 PDMS(polydimethylsiloxane) 기재, 실리콘 고무 기재, 아크릴 고무 기재, TPU(thermoplastic poly urethane) 기재 및 PU(poly urethane) 기재로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 이와 같은 유연 기재(400)는 부드러우므로, 원하는 형상으로 변형이 가능하다. 이에 따라, 유연 기재(400)는 소정의 패턴에 따라 접히는 것이 용이하다. 유연 기재(400)의 두께는 0.1 내지 2mm, 바람직하게는 0.5 내지 1.5mm, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 1.2mm일 수 있으며, 유연 기재는 1 내지 10회, 바람직하게는 2 내지 5회, 더욱 바람직하게는 3 내지 4회 접힐 수 있다. 유연 기재(400)가 이상의 수치 범위의 두께 및 접힘 횟수를 만족하는 경우, 접힘이 용이하며, 높은 탄성력을 가질 수 있다. 소정의 패턴 또는 주름 구조를 가지는 틀 상에서 틀의 표면을 따라 유연 기재(400)를 배치한 후, 틀을 제거하는 방법에 의하여 유연 기재(400)를 접을 수 있다. 이때, 틀을 제거하기 전에 열을 가하여 유연 기재(400)의 주름 형상을 고정시킬 수도 있다.

그리고, 도전성 입자(410)는 카본계 물질 및 금속 물질로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 카본계 물질은 탄소나노튜브, 그래핀, 그라파이트, 카본화이버 및 카본 블랙으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 그리고, 금속 물질은 Au, Ag, Cu 및 Ni로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도전성 입자(410)는 유연 기재(400) 내에 분산될 수 있다. 이를 위하여, 유연 기재(400)의 제조 시 도전성 입자(410)를 혼합하여 컴포지트 형태로 제작할 수 있다. 이에 따라, 도전성 입자(410)는 유연 기재(400)의 표면 및 내부에 배치될 수 있으며, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)에는 중간층(130)을 통하여 전기가 흐를 수 있다.

이때, 도전성 입자(410)는 중간층(130)의 1 내지 10wt%로 포함될 수 있다. 도전성 입자(410)가 중간층(130)의 1wt% 미만으로 포함되면, 가압 시 압저항의 변화가 둔감하게 일어날 수 있다. 그리고, 도전성 입자(410)가 중간층(130)의 10wt%를 초과하여 포함되면, 압력이 가해지지 않은 상태에서 중간층(130)의 절연 특성을 보장하기 어려워지며, 도전성 입자(410)가 중간층(130) 내에서 고르게 분산되지 않고 뭉쳐지게 된다.

한편, 도전성 입자(410)는 전기전도도가 상이한 이종의 도전성 입자를 포함할 수도 있다. 이와 같이, 유연 기재(400)에 전기전도도가 상이한 이종의 도전성 입자가 분산되는 경우, 압력에 따라 가변하는 저항 값의 범위가 넓어질 수 있다. 이에 따라, 감지할 수 있는 압력의 범위가 넓어질 수 있으며, 압력 감지의 정밀도가 높아질 수 있다.

예를 들어, 제1 도전성 입자는 비결정성 카본이고, 제2 도전성 입자는 결정성 카본일 수 있다. 결정성 카본은 비결정성 카본에 비하여 전기전도도가 높다. 예를 들어, 제1 도전성 입자는 카본 블랙을 포함하고, 제2 도전성 입자는 탄소나노튜브, 그래핀 및 그라파이트로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.

이와 같이, 중간층(130)에 포함되는 도전성 입자(410)가 비결정성 카본뿐만 아니라 결정성 카본을 포함하면 비결정성 카본에 의하여 가변하는 저항 값의 범위뿐만 아니라 결정성 카본에 의하여 가변하는 저항 값의 범위도 커버할 수 있으므로, 압력에 따라 가변하는 저항 값의 범위가 넓어질 수 있다.

이때, 제2 도전성 입자 10 중량부에 대하여 제1 도전성 입자는 20 중량부 이상 100 중량부 미만, 바람직하게는 20 중량부 이상 50 중량부 미만, 더욱 바람직하게는 20 중량부 이상 30 중량부 미만으로 포함될 수 있다. 제2 도전성 입자 10 중량부에 대하여 제1 도전성 입자가 20 중량부 미만으로 포함되거나, 100 중량부를 초과하여 포함되면, 가변하는 저항 값의 범위가 넓게 나타나지 않을 수 있다.

한편, 도전성 입자(410)는 유연 기재(400)의 표면에 더 분산될 수도 있다. 이를 위하여, 도전성 입자(410)는 유연 기재(400)의 표면 상에 분사될 수 있다. 이때, 도전성 입자(410)가 전기전도도가 상이한 이종의 도전성 입자를 포함하는 경우, 전기전도도가 높아 낮은 저항 값 범위를 커버하는 제2 도전성 입자가 유연 기재(400) 내에 분산되고, 전기전도도가 상대적으로 낮아 높은 저항 값 범위를 커버하는 제1 도전성 입자가 유연 기재(400)의 표면에 분산될 수도 있다. 이에 따르면, 중간층에 대한 가압 횟수가 늘어나더라도 제2 도전성 입자는 제1 도전성 입자에 비하여 이탈될 확률이 낮으며, 반복된 사용에도 넓은 범위의 저항 값 변화를 유지하는 성능은 유지될 수 있다. 이를 위하여, 제2 도전성 입자는 유연 기재(400)의 제조 시 유연 기재(400)를 이루는 재료와 함께 혼합되고, 제1 도전성 입자는 유연 기재(400)의 표면 상에 분사될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 유연 기재(400)는 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)과 평행하는 방향으로 복수 회 접히는 구조를 가질 수 있다.

또는, 도 6을 참조하면, 유연 기재(400)는 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)과 수직하는 방향으로 복수 회 접히는 구조를 가질 수도 있다.

또는, 도 7을 참조하면, 유연 기재(400)는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 소정 각도로 경사지는 방향으로 복수 회 접히는 구조를 가질 수도 있다.

이때, 지지기재(300)와 센싱 영역(310)에 포함되는 유연 기재(400)는 접착제를 이용하여 접착되거나, 바느질에 의하여 접합될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 지지기재(300)와 유연 기재(400)는 오버로크 또는 자수 등의 기법에 의하여 서로 접합되거나, 핫멜트 필름, 수용성 접착제 등에 의하여 서로 접합될 수 있다. 이때, 도 5 내지 6에서 도시된 바와 같이, 지지기재(300)와 접힌 상태의 유연 기재(400)는 복수의 지점에서 접합될 수 있다. 예를 들어, 지지기재(300)의 측벽 상부 및 접힘 상태의 유연 기재(400)의 상부가 서로 접합(C1)되고, 지지기재(300)의 측벽 하부 및 접힘 상태의 유연 기재(400)의 하부가 서로 접합(C2)될 수 있다. 이와 같이, 지지기재(300)의 측벽(W) 전체가 접힘 상태의 유연 기재(400)와 접합되지 않을 경우, 유연 기재(400)의 자유도를 높여 주므로, 유연 기재(400)의 탄성이 증가될 수 있다. 다만, 반복적인 사용 후에도 유연 기재(400)의 접힘 상태를 유지하기 위하여, 지지기재(300)의 측벽 중간부가 접힘 상태의 유연 기재(400)의 중간부에서 한번 더 접합될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 중간층(130)은 제1 전극층(110)과 제1 접착층(140)에 의하여 접착되고, 제2 전극층(120)과 제2 접착층(142)에 의하여 접착될 수 있다. 이때, 제1 접착층 및 제2 접착층은 센싱 영역(310)에는 적용되지 않고, 지지기재(300)에만 적용될 수 있다. 이에 따라, 센싱 영역(310)과 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120) 사이에 접착층이 배치되지 않게 되어, 센싱 영역(310)의 가변 저항 값에 영향을 미치지 않을 수 있다.

한편, 도 5 내지 7과 같이, 중간층의 센싱 영역에 배치되는 유연 기재가 규칙적인 패턴으로 복수 회 접히는 주름 구조를 가지는 경우, 폼 구조의 가변 저항층에 비하여 탄성 복원력이 우수하여, 가변 저항의 범위가 확대될 수 있고, 공극을 규칙적으로 제어할 수 있어 신뢰성 있는 저항 변화 값을 얻을 수 있다.

특히, 도 5와 같이, 도전성 입자(410)가 분산된 유연 기재(400)가 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)과 평행한 방향으로 접히는 경우, 가해지는 압력이 커질수록 유연 기재(400)의 평평한 면과 제1 전극층(110)이 닿는 면적 또는 유연 기재(400)의 평평한 면과 제2 전극층(120)이 닿는 면적이 커지게 되며, 이에 따라 가변 저항의 범위가 확대될 수 있다.

또한, 도 6 내지 7과 같이, 도전성 입자(410)가 분산된 유연 기재(400)가 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)과 수직하는 방향으로 접히거나, 소정 각도로 경사지는 방향으로 접히는 경우, 가해지는 압력이 커질수록 유연 기재(400)의 접히는 면과 제1 전극층(110)이 닿는 면적 또는 유연 기재(400)의 접히는 면과 제2 전극층(120)이 닿는 면적이 커지게 되며, 이에 따라 가변 저항의 범위가 확대될 수 있다.

이와 함께, 도 5 내지 7과 같이 규칙적인 패턴으로 복수 회 접히는 구조의 유연 기재가 사용되는 경우, 폼 타입의 기재에 비하여 탄성 복원력이 우수하다. 또한, 유연 기재가 접히는 패턴, 접히는 횟수 등을 조절함으로써 센싱 영역(310) 내의 기공을 조절하기 용이하며, 이에 따라 가변 저항의 범위를 조절하는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다. 도 1 내지 7과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.

도 8을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전도 영역을 포함하는 제1 전극층(110), 제2 전도 영역을 포함하는 제2 전극층(120), 그리고 중간층(130)을 포함한다.

제2 전극층(120)은 제1 전극층(110)과 수평면 상에 이격되어 배치되며, 중간층(130)은 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다.

이로써, 하나의 층에서 접지 연결이 가능하며, 추가 접지 전극을 설치할 필요가 없으므로, 압력 감지 센서(100)의 재료비 및 제작 비용이 절감되며, 압력 감지 센서(100)의 두께도 줄일 수 있다.

한편, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)은 접착층(140)을 통하여 중간층(130)과 접착될 수 있다. 이때, 접착층(140)은 절연체를 포함하며, 제1 전극층(110)의 한 영역 및 제2 전극층(120)의 한 영역과 중간층(130) 사이에 배치될 수 있다.

그리고, 접착층(140)은 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)과 같이 이격 배치될 수도 있다. 또한, 접착층(140)은 필름의 양면 상에 절연 접착제가 코팅된 구조일 수 있다. 이때, 접착층(140)은 중간층(130)의 센싱 영역(310)을 제외한 지지기재(300) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 접착층(140)은 제1 전극층(110)의 일부 영역 및 제2 전극층(120)의 일부 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 접착층(140)은 제1 전극층(110)의 가장자리 및 제2 전극층(120)의 가장자리를 제외한 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 압력 감지 센서 상에 압력이 가해진 경우, 제1 전극층(110)의 가장자리는 중간층(130)에 직접 접촉하고, 제2 전극층(120)의 가장자리는 중간층(130)에 직접 접촉할 수 있으며, 접착층(140)에 의한 오차 없이 중간층(130)을 통하여 전류가 흐를 수 있다.

압력 감지 센서(100) 상에 압력(F)이 가해지면, 탄성이 있는 중간층(130)의 두께가 변화한다. 중간층(130)의 두께 변화로 인해, 이격 배치된 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)이 중간층(130)을 통하여 연결되어 전기가 통하게 된다. 그리고 발생된 전기 신호로부터 압력의 정도를 감지하게 된다. 여기서, 중간층(130)은 도 1 내지 7을 통하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 압력 감지 장치에 포함될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치의 블록도이다.

도 9를 참조하면, 압력 감지 장치(200)는 압력 감지 센서(100), 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)를 포함할 수 있다. 압력 감지 센서(100)는 본 발명의 실시예에 따른 중간층(130)의 두께 및 체적 중 적어도 하나의 변화에 따른 저항 변화에 의한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)의 전기 신호는 신호 처리부(210)로 전달된다. 이를 위하여, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)과 신호 처리부(210)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)에 의하여 연결될 수 있다.

신호 처리부(210)는 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(120)으로부터 수신한 전기 신호를 처리하여 제어부(220)로 전달하며, 제어부(220)는 신호 처리부(210)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 한 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 압력 감지 장치(200)의 온오프를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 진단 정보를 생성할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(100)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 사용자를 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다.

그리고, 통신부(230)는 제어부(220)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다.

이때, 압력 감지 센서(100)는 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)와 독립적인 공간에 배치되고, FPCB를 통하여 연결될 수 있다. 또는, 압력 감지 센서(100)는 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)와 동일한 공간 내에 배치되고, FPCB를 통하여 연결될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 압력 감지 인솔, 압력 감지 장갑, 압력 감지 매트, 압력 감지 의자, 가정용 안전 장치 등 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서가 적용되는 압력 감지 인솔의 한 예를 나타내며, 도 11은 런닝 시 분포되는 족압(kPa)을 나타내고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서가 적용되는 압력 감지 인솔의 다른 예를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 복수의 센싱 영역(310)은 압력 감지 인솔(1100)에 분산되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 워킹 또는 런닝 시 발바닥에 가해지는 압력이 감지될 수 있다.

한편, 도 11을 참조하면, 런닝 시 특정 영역, 예를 들어 발 뒤꿈치, 발 앞꿈치, 엄지 발가락 등에 압력이 집중될 수 있다. 이에 따라, 도 12에서 도시한 바와 같이, 압력 감지 인솔(1300)을 복수의 영역(1310, 1320, 1330)으로 구분하고, 각 영역에 배치되는 센싱 영역의 구조를 다르게 할 수 있다. 즉, 한 영역(1310)에 배치되는 센싱 영역(310)의 유연 기재(400)의 종류, 유연 기재(400)에 분산되는 도전성 입자(410)의 종류 또는 함량, 유연 기재(400)가 접히는 패턴, 곡률 또는 횟수 등은 다른 영역(1320, 1330)에 배치되는 센싱 영역(310)의 유연 기재(400)의 종류, 유연 기재(400)에 분산되는 도전성 입자(410)의 종류 또는 함량, 유연 기재(400)가 접히는 패턴, 곡률 또는 횟수 등과 상이할 수 있다. 이에 따라, 압력 감지 인솔(1300)의 내구성을 높이는 것이 가능하며, 영역에 따른 가변 저항의 범위를 조절하는 것이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 폼된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 압력 감지 센서
110: 제1 전극층
120: 제2 전극층
130: 중간층

Claims (11)

1. 제1 전극에 연결되는 제1 전극층,
   상기 제1 전극층 상에 배치되는 중간층, 그리고
   상기 중간층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전극층을 포함하며,
   상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며,
   각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 복수 회 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함하는 압력 감지 센서.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 유연 기재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 평행하는 방향으로 복수 회 접힌 압력 감지 센서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유연 기재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 수직하는 방향으로 복수 회 접힌 압력 감지 센서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유연 기재는 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층과 소정 각도로 경사지는 방향으로 복수 회 접힌 압력 감지 센서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 도전성 입자는 상기 유연 기재 내에 분산된 압력 감지 센서.
6. 제1항에 있어서,
   상기 도전성 입자는 상기 유연 기재의 표면에 분산된 압력 감지 센서.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유연 기재는 PDMS(polydimethylsiloxane) 기재, 실리콘 고무 기재, 아크릴 고무 기재, TPU(thermoplastic poly urethane) 기재 및 PU(poly urethane) 기재로 이루어진 그룹에서 선택되고,
   상기 도전성 입자는 카본계 물질 및 금속 물질로 이루어진 그룹에서 선택되는 압력 감지 센서.
8. 제1 전극에 연결되는 제1 전도 영역을 포함하는 제1 전극층,
   상기 제1 전극층과 수평면 상에 이격되어 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전도 영역을 포함하는 제2 전극층, 그리고
   상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층 상에 배치되는 중간층을 포함하며,
   상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며,
   각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 복수 회 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함하는 압력 감지 센서.
9. 압력 감지 센서,
   상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 그리고
   상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부
   를 포함하며,
   상기 압력 감지 센서는
   제1 전극에 연결되는 제1 전극층,
   상기 제1 전극층 상에 배치되는 중간층, 그리고
   상기 중간층 상에 배치되며, 상기 제1 전극과 반대의 극성을 가지는 제2 전극에 연결되는 제2 전극층을 포함하고,
   상기 중간층은 지지기재 및 상기 지지기재에 분산되어 배치되고, 가해지는 압력에 따라 저항이 달라지는 복수의 센싱 영역을 포함하며,
   각 센싱 영역은 규칙적인 패턴으로 복수 회 접힌 유연 기재 및 상기 유연 기재에 분산된 도전성 입자를 포함하는 압력 감지 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 지지기재 및 상기 유연 기재는 복수의 지점에서 서로 접합되는 압력 감지 센서.
11. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 입자는 제1 도전성 입자 및 상기 제1 도전성 입자보다 전기전도도가 높은 제2 도전성 입자를 포함하고,
    상기 제1 도전성 입자는 상기 유연 기재의 표면에 분산되고, 상기 제2 도전성 입자는 상기 유연 기재의 내부에 분산된 압력 감지 센서.

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