KR102382756B1 - 유연 온도 센서 모듈 - Google Patents

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KR102382756B1
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박용국
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한국전자기술연구원
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Abstract

본 발명은 피부에 부착하여 체온을 측정하는 유연 온도 센서 모듈에 관한 것으로, 체온 측정 시 열영향 인자로 인한 오차 발생을 억제하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은 유연한 베이스 필름, 내부 온도 센서 및 외부 온도 센서를 포함한다. 베이스 필름은 제1 베이스 필름과, 제1 베이스 필름에 연결되어 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비한다. 내부 온도 센서는 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정한다. 그리고 외부 온도 센서는 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정한다. 본 발명에 따르면, 측정된 체온에서 외부 온도를 차감하여 실제 체온에 근접한 보정된 체온을 산출할 수 있다.

Description

유연 온도 센서 모듈{Flexible temperature sensor module }
본 발명은 온도 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피부에 부착하여 장시간에 걸쳐 체온을 측정할 수 있는 유연 온도 센서 모듈에 관한 것이다.
최근 편리한 체온 측정을 지원하기 위한 웨어러블 기기들이 많이 개발되고 있다. 이러한 체온 측정용 웨어러블 기기는 시계, 안경, 목걸이 타입 등 다양한 형태로 구현되고 있다.
하지만 정밀한 체온 측정을 목적으로 하는 경우에는, 전술된 바와 같은 타입의 웨어러블 기기는 피부와 접촉 강도가 높지 않아서 정밀한 체온 측정이 불가능하다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서, 피부에 밀착하여 체온을 측정하는 패치 타입의 웨어러블 기기가 소개되고 있다.
패치 타입의 웨어러블 기기는 단시간 부착하여 상온 상태가 유지되는 환경에서 체온을 측정하는 경우 정밀한 체온 측정이 가능하다.
하지만 패치 타입의 웨이어블 기기를 피부에 부착한 상태로 일상 생활을 하는 환경에서 장시간에 걸쳐 체온을 측정하는 경우, 패치 타입의 웨어러블 기기에 작용하는 주변의 다양한 열영향 인자에 의해 측정한 체온의 정밀도가 떨어질 수 있다. 여기서 다양한 열영향 인자는 태양빛, 태양열, 실외 온도, 건물 내 냉난방 시설, 의류, 침구 등 다양하며, 이러한 열영향 인자는 패치 타입의 웨이어블 기기로 측정한 체온과 실제 체온과는 오차가 발생하게 된다.
이와 같이 패치 타입의 웨이어블 기기를 피부에 부착한 후 일상 생활을 하면서 장시간 체온을 측정 기록해야 하는 경우, 피할 수 없이 발생하는 문제점이다.
등록특허공보 제10-1631666호 (2016.06.20. 공고)
따라서 본 발명의 목적은 피부에 부착하여 장시간에 걸쳐 체온을 보다 정확하게 측정할 수 있는 유연 온도 센서 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 체온 측정 시 열영향 인자로 인한 오차 발생을 억제할 수 있는 유연 온도 센서 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 체온 측정 시 열영향 인자로 발생된 온도를 차감하여 체온을 보다 정확하게 측정할 수 있는 유연 온도 센서 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부 온도 센서가 실장될 실장 영역을 구비하고, 상기 실장 영역으로의 열전도를 차단하는 열전도 차단 슬롯이 형성되어 있는 유연한 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름의 실장 영역에 실장되며 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서;를 포함하는 유연 온도 센서 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은, 상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역에서 이격된 상기 베이스 필름에 형성된 접지층; 및 상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역에서 이격된 상기 베이스 필름에 실장된 발열 가능 소자;를 더 포함한다.
상기 베이스 필름은, 상기 내부 온도 센서와 상기 접지층이 형성되는 하부면; 및 상기 하부면에 반대되며, 상기 접지층이 형성된 상기 하부면 위에 상기 방열 가능 소자가 실장되는 상부면;을 포함한다.
상기 열전도 차단 슬롯은, 상기 내부 온도 센서의 둘레를 따라서 상기 베이스 필름에 형성된 가드 슬롯; 및 상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역과 상기 접지층이 형성된 영역의 경계 부분에 형성된 경계 슬롯; 중에 적어도 하나를 포함한다.
상기 내부 온도 센서는 백금 소재 기반의 저항막 방식의 온도 센서일 수 있다.
상기 내부 온도 센서는, 피부에 접촉하여 체온을 측정하는 내부 센서부; 및 상기 내부 센서부에 연결되어 측정된 체온을 전달하며, 상기 접지층 및 상기 발열 가능 소자를 향하여 뻗어 있는 복수의 내부 전극부;를 포함한다.
상기 가드 슬롯은 상기 내부 센서부를 둘러싸는 형태로 형성되되, 상기 내부 전극부가 형성된 부분이 개방되어 있다.
상기 경계 슬롯은, 상기 접지층에 근접한 상기 베이스 필름에 형성되며, 상기 내부 전극부를 중심으로 양쪽에 형성된 제1 경계 슬롯; 및 상기 내부 온도 센서에 근접한 상기 접지층 부분과 상기 베이스 필름을 관통하여 형성되는 제2 경계 슬롯; 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발열 가능 소자는, 관리 단말과 통신을 수행하는 통신부; 상기 내부 온도 센서에서 측정된 체온을 저장하는 저장부; 상기 통신부를 통하여 상기 내부 온도 센서에서 측정된 체온 또는 상기 저장부에 저장되어 있는 측정된 체온을 상기 관리 단말로 전송하는 제어부; 및 상기 내부 온도 센서, 상기 통신부, 상기 저장부 및 상기 제어부로 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 하부면과, 상기 하부면에 반대되는 상부면을 구비하는 유연한 베이스 필름; 상기 베이스 필름 하부면의 일측에 실장되며 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서; 상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 베이스 필름의 영역에서 이격되게 상기 베이스 필름의 하부면에 형성된 접지층; 및 상기 접지층이 형성된 상기 베이스 필름의 하부면에 반대되는 상기 베이스 필름의 상부면에 실장된 발열 가능 소자;를 포함하는 유연 온도 센서 모듈을 제공한다.
상기 베이스 필름에는, 상기 내부 온도 센서 주위의 상기 베이스 필름에 상기 내부 온도 센서로의 열전도를 차단하는 가드 슬롯이 형성되어 있고, 상기 내부 온도 센서가 실장된 베이스 필름 영역과 상기 접지층이 형성된 영역의 경계 부분에 상기 내부 온도 센서로의 열전도를 차단하는 경계 슬롯이 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름; 상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서; 및 상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서;를 포함하는 유연 온도 센서 모듈을 제공한다.
상기 제2 베이스 필름은 상기 제1 베이스 필름에 대해서 쉽게 벤딩될 수 있도록, 상기 제1 베이스 필름 보다는 폭이 좁게 형성될 수 있다.
상기 제1 베이스 필름은, 하부면에 상기 내부 온도 센서가 실장되는 실장 영역을 구비하고, 상기 실장 영역으로의 열전도를 차단하는 열전도 차단 슬롯이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은 상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역에서 이격된 상기 제1 베이스 필름에 형성된 접지층; 및 상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역에서 이격된 상기 제1 베이스 필름에 실장된 발열 가능 소자;를 더 포함한다.
상기 발열 가능 소자는 관리 단말과 통신을 수행하는 통신부; 상기 내부 온도 센서 및 상기 외부 온도 센서에서 측정한 온도를 저장하는 저장부; 상기 통신부를 통하여 상기 내부 온도 센서 및 외부 온도 센서에서 측정된 온도 또는 상기 저장부에 저장된 온도를 상기 관리 단말로 전송하는 제어부; 및 상기 내부 온도 센서, 상기 외부 온도 센서, 상기 통신부, 상기 저장부 및 상기 제어부로 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 체온에서 상기 외부 온도와, 상기 유연 온도 센서 모듈의 보온 열영향 인자에 따른 열보온 보정값을 차감하여 보정된 체온을 산출하여 전송할 수 있다.
본 발명은 또한, 제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름; 상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서; 상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서; 및 상기 내부 온도 센서가 부착된 제1 베이스 필름의 영역에서 이격되게 상기 제1 베이스 필름에 실장되며, 상기 내부 온도 센서로부터 측정된 체온을 수신하고, 상기 외부 온도 센서로부터 측정된 외부 온도를 수신하고, 상기 측정된 체온에서 상기 외부 온도를 차감하여 보정된 체온을 산출하는 제어부;를 포함하는 유연 온도 센서 모듈을 제공한다.
그리고 상기 제어부는 상기 측정된 체온에서 상기 외부 온도와, 상기 유연 온도 센서 모듈의 보온 열영향 인자에 따른 열보온 보정값을 차감하여 보정된 체온을 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유연 온도 센서 모듈은 자체에서 발생되는 열, 즉 내부 열영향 인자가 온도 센서에 영향을 주는 것을 다음과 같이 억제할 수 있다. 즉 온도 센서 주위의 베이스 필름에 슬롯을 형성함으로써, 베이스 필름을 타고 온도 센서로 열이 전달되는 것을 억제할 수 있다. 온도 센서가 부착된 베이스 필름의 영역에서 이격되게 접지층을 형성함으로써, 접지층을 통하여 온도 센서로 열이 전달되는 것을 억제할 수 있다. 그리고 베이스 필름에 온도 센서를 포함한 부품을 실장할 때, 온도 센서를 다른 부품들과 이격되게 배치함으로써, 다른 부품들에서 발생된 열이 온도 센서에 전달되는 것을 억제할 수 있다.
이로 인해 본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은 내부 열영향 인자에 의한 영향을 무시할 수 있다.
본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은 피부에 부착되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서와, 피부 외측의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서를 구비하기 때문에, 내부 온도 센서와 외부 온도 센서에 측정된 온도를 이용하여 실제 체온에 근접한 보정된 체온을 산출할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈은 열영향 인자 중 열보온 인자에 따른 열보온 보정값을 적용함으로써, 측정된 체온에서 외부 온도 및 열보온 보정값을 차감하여 실제 체온에 보다 근접한 보정된 체온을 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체온을 측정하는 유연 온도 센서 모듈을 포함하는 생체정보 모니터링 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 유연 온도 센서 모듈의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈의 하부면을 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈의 상부면을 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈을 보여주는 단면도로서, 제1 베이스 필름 위에 제2 베이스 필름이 벤딩된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈을 패치 타입으로 제조한 후 인체의 피부에 부착하여 측정된 체온 및 외부 온도를 보여주는 테이블 및 그래프이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[생체정보 모니터링 시스템]
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 체온을 측정하는 유연 온도 센서 모듈을 포함하는 생체정보 모니터링 시스템을 보여주는 블록도이다. 도 2는 도 1의 유연 온도 센서 모듈의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 생체정보 모니터링 시스템은 유연 온도 센서 모듈(100)과 관리 단말(200)을 포함한다. 유연 온도 센서 모듈(100)은 체온 측정이 필요한 객체의 피부에 부착되어 체온을 측정한다. 그리고 관리 단말(200)은 유연 온도 센서 모듈(100)과 통신을 수행하며, 유연 온도 센서 모듈(100)로부터 측정된 체온 또는 보정된 체온을 수집하여 체온 변화를 모니터링하고, 모니터링 결과를 기반으로 객체의 건강관리, 치료 등에 필요한 정보를 제공한다.
여기서 관리 단말(200)은 유연 온도 센서 모듈(100)과 무선 통신 방식으로 통신을 수행한다. 무선 통신 방식으로는 근거리 무선 통신 방식이 사용될 수 있다. 근거리 무선 통신 방식으로는 블루투스(Bluetooth), 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy; BLE), 와이파이(WiFi), 지그비(Zig bee) 또는 NFC(Near Field Communication) 등이 사용될 수 있다.
이러한 관리 단말(200)은 관리자가 사용하는 통신 단말로서, 예컨대 PC, 스마트폰, 노트북, 태블릿 PC, 전용 단말, 서버 등이 될 수 있다.
한편 본 실시예에서는 관리 단말(200)이 직접 유연 온도 센서 모듈(100)과 통신을 수행하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 관리 단말(200)과 유연 온도 센서 모듈(100) 사이에 개재된 엑세스 포인트를 이용하여 통신을 수행할 수 있다.
그리고 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 베이스 필름(10,30)을 기반으로 하여 피부에 밀착하여 사용되는 패치 타입으로 구현될 수 있다. 이러한 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 베이스 필름(10,30)과, 베이스 필름(10,30)에 실장되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서(50), 내부 온도 센서(50)를 피부에 점착시키는 피부 점착층, 및 내부 온도 센서(50)와 베이스 필름(10)을 외부 환경으로부터 보호하는 보호층(80)을 포함할 수 있다. 유연 온도 센서 모듈(100)은 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서(60)를 더 포함할 수 있다.
이러한 유연 온도 센서 모듈(100)을 피부에 장시간 부착하여 체온을 측정하는 경우 열영향 인자로 인해서, 수학식 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 측정된 체온은 실제 체온과 차이가 발생한다.
Figure 112020032374847-pat00001
Hm : 측정된 체온
H1 : 실제 체온(보정된 체온)
H2 : 내부 열영향 인자
H3 : 외부 열영향 인자
H4 : 보온 열영향 인자
여기서 Hm은 내부 온도 센서(50)로 측정한 체온을 나타낸다.
H1은 피부의 실제 체온으로서, 본 실시예에서 산출하고자 하는 보정된 체온이다.
H2는 내부 열영향 인자로서, 유연 온도 센서 모듈(100)을 구성하는 소자의 구동에 의해 내부 온도 센서(50)로 전도되는 열에 따른 온도를 의미한다.
H3은 외부 열영향 인자로서, 태양빛, 태양열, 실외 온도, 건물 내 냉난방 시설, 의류, 침구 등에 의해서 외부 온도 센서(60)에 작용하는 외부 온도를 의미한다.
그리고 H4는 유연 온도 센서 모듈(100)에 있어서, 온도 센서를 패키징하는 소재의 보온 효과에 따른 열에 따른 온도를 의미한다.
수학식 1을 아래의 수학식 2로 변경하면, 실제 체온(H1)을 산출할 수 있다.
Figure 112020032374847-pat00002
즉 실제 체온(H1)은 내부 온도 센서(50)로 측정된 체온(Hm)에서 열영향 인자(H2,H3,H4)에 따른 성분을 차감하여 산출할 수 있다. 산출된 실제 체온(H1)은 측정된 체온(Hm)을 기반으로 하는 보정된 체온(H1)이다.
이와 같이 유연 온도 센서 모듈(100)이 피부에 부착되어 체온을 측정하는 경우, 측정된 체온에는 열영향 인자(H2,H3,H4)가 노이즈처럼 추가되어 정확히 실제 체온을 측정할 수 없다. 이때 유연 온도 센서 모듈(100)을 피부에 부착하여 단시간 체온을 측정하는 경우에는 열영향 인자(H2,H3,H4)에 따른 영향이 상대적으로 미미하여 무시할 수 있다. 하지만 하루 이상 장시간 부착하여 체온을 측정하는 경우에는 열영향 인자(H2,H3,H4)에 따른 영향이 크게 작용하기 때문에, 측정된 체온은 실제 체온과 크게 차이가 발생할 수 있다.
따라서 본 실시예에서는 열영향 인자(H2,H3,H4) 중 측정할 수 있는 인자는 측정하고, 산출할 수 있는 인자는 산출하고, 값을 알기 어려운 인자는 영향을 최소화하여 해당 인자를 제거함으로써, 실제 체온에 근접한 보정된 체온을 산출하고자 한다. 즉 열영향 인자(H2,H3,H4) 중, 외부 열영향 인자(H3) 및 보온 열영향 인자(H4)는 수치적으로 산출이 가능하다. 반면에 내부 열영향 인자(H2)는 수치적으로 산출이 어려운 속성을 갖는다.
본 실시예에서는 내부 열영향 인자(H2)에 따른 영향을 최소화하여 해당 값을 제거할 수 있는 방법을 적용하고, 외부 열영향 인자(H3) 및 보온 열영향 인자(H4)는 산출하여 방법을 적용함으로써, 최종적으로 수학식 2를 이용하여 보정된 체온(H1)을 산출하고자 한다.
[유연 온도 센서 모듈(100)]
본 실시예에서는 내부 열영향 인자(H2)를 제거하고 외부 열영향 인자(H3)를 측정하기 위해서, 도 2 내지 도 5에 도시된 유연 온도 센서 모듈(100)을 구현하였다.
도 2는 도 1의 유연 온도 센서 모듈(100)의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 베이스 필름(10,30) 및 내부 온도 센서(50)를 포함한다. 베이스 필름(10,30)은 내부 온도 센서(50)가 실장될 실장 영역(15)을 구비하고, 실장 영역(15)으로의 열전도를 차단하는 열전도 차단 슬롯(17,19)이 형성되어 있다. 그리고 내부 온도 센서(50)는 베이스 필름(10,30)의 실장 영역(15)에 실장되며 피부에 접촉되어 체온(Hm)를 측정한다. 그 외 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 외부 온도 센서(60), 접지층(40), 발열 가능 소자(70)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 내부 온도 센서(50) 주위에 열전도 차단 슬롯(17,19)을 형성함으로써, 베이스 필름(10,30)을 타고 내부 온도 센서(50)로 열전도가 이루어지는 것을 차단할 수 있다. 즉 열전도 차단 슬롯(17,19)으로 내부 열영향 인자(H2)의 영향을 줄일 수 있다.
먼저 내부 열영향 인자(H2)에 대해서 살펴보면, 베이스 필름(10,30)을 포함하는 인쇄회로기판에서의 열전도 영향은 인쇄회로기판 내의 접지층(40)이나 전극층을 통해 내부 온도 센서(50) 주변의 피부와 발열 가능 소자(70)의 구동 중 발생되는 열들이 내부 온도 센서(50)로 전도되어 측정된 체온에 영향을 줄 수 있다.
따라서 이러한 내부 열영향 인자(H2)에 따른 열영향을 차단하기 위해서, 본 실시예에서는 열전도 차단 슬롯(17,19)을 형성하였다.
열전도 차단 슬롯(17,19)은 내부 온도 센서(50)의 둘레를 따라서 베이스 필름(10,30)에 형성된 가드 슬롯(17)과, 내부 온도 센서(50)가 실장된 실장 영역(15)과 접지층(40)이 형성된 영역의 경계 부분에 형성된 경계 슬롯(19) 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 경계 슬롯(19)은 베이스 필름(10,30)에 형성되는 제1 경계 슬롯(21)과, 접지층(40)에 형성되는 제2 경계 슬롯(23) 중에 적어도 하나를 포함한다. 본 실시예에서는 가드 슬롯(17)과 경계 슬롯(19)이 함께 형성되고, 제1 및 제2 경계 슬롯(21,23)이 함께 형성된 예를 개시하였다.
베이스 필름(10,30)은 제1 베이스 필름(10)과 제2 베이스 필름(30)을 포함한다. 제2 베이스 필름(30)은 제1 베이스 필름(10)에 연결되어 제1 베이스 필름(10) 위로 벤딩된다.
여기서 제1 베이스 필름(10)에는 내부 온도 센서(50), 접지층(40) 및 발열 가능 소자(70)가 형성된다. 그리고 제2 베이스 필름(30)에는 외부 온도 센서(60)가 형성된다.
내부 온도 센서(50)는 제1 베이스 필름(10)의 일측에 실장된다.
접지층(40)은 내부 온도 센서(50)가 실장된 실장 영역(15)에서 이격된 제1 베이스 필름(10)에 형성된다.
발열 가능 소자(70)는 내부 온도 센서(50)가 실장된 실장 영역(15)에서 이격된 제1 베이스 필름(10)에 형성된다. 이때 발열 가능 소자(70)는 접지층(40)이 형성된 영역에 형성될 수 있다.
여기서 발열 가능 소자(70)는 유연 온도 센서 모듈(100)에 포함되는 소자들로서, 내부 온도 센서(50)에 내부 열영향 인자(H2)에 따른 영향을 줄 수 있는 소자들을 의미한다. 이러한 발열 가능 소자(70)는 통신부(71), 저장부(73), 제어부(75) 및 전원공급부(77)를 포함할 수 있다.
통신부(71)는 관리 단말(200)과 통신을 수행한다. 통신부(71)는 관리 단말(200)과의 통신 방식으로 근거리 무선 통신 방식을 사용할 수 있다.
저장부(73)는 내부 온도 센서(50)에서 측정한 체온 또는 외부 온도 센서(60)에서 측정한 외부 온도를 저장한다. 저장부(73)는 보온 열영향 인자(H4)에 따른 열보온 보정값을 저정할 수 있다. 저장부(73)는 보정된 체온 산출에 필요한 실행 프로그램을 저장할 수 있다.
제어부(75)는 전반적인 유연 온도 센서 모듈(100)의 동작을 제어하는 마이크로프로세서이다. 여기서 제어부(75)는 통신부(71)를 통하여 내부 온도 센서(50) 및 외부 온도 센서(60)에서 측정한 온도 또는 저장부(73)에 저장된 온도를 관리 단말(200)로 전송한다. 제어부(75)는 내부 온도 센서(50) 및 외부 온도 센서(60)에서 측정한 온도를 기반으로 보정된 체온을 산출하여 관리 단말(200)로 전송할 수 있다. 예컨대 제어부(75)는 측정된 체온에서 외부 온도를 차감하여 실제 체온에 근접한 보정된 체온을 산출할 수 있다. 또는 제어부(75)는 측정된 체온에서 외부 온도와, 열보온 보정값을 차감하여 실제 체온에 보다 근접한 보정된 체온을 산출할 수 있다.
그리고 전원공급부(77)는 내부 온도 센서(50), 통신부(71), 저장부(73) 및 제어부(75)로 구동에 필요한 전원을 공급한다. 전원공급부(77)는 여러 번 충방전이 가능한 전기에너지 저장장치로서, 예컨대 이차전지 및 슈퍼커패시터 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전원공급부(77)는 유연 온도 센서 모듈(100)의 주변의 에너지, 예컨대 체온, 무선 신호 등을 수집하여 전기에너지로 발전하는 에너지 하베스팅부를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)에 대해서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)의 하부면을 보여주는 평면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)의 상부면을 보여주는 평면도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 보여주는 단면도로서, 제1 베이스 필름(10) 위에 제2 베이스 필름(30)이 벤딩된 상태를 보여주는 단면도이다.
본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 유연한 베이스 필름(10,30) 및 내부 온도 센서(50)를 포함하고, 외부 온도 센서(60), 접지층(40), 발열 가능 소자(70) 및 보호층(80)을 더 포함할 수 있다.
베이스 필름(10,30)은 유연한 플라스틱 소재의 절연 필름이다. 이러한 베이스 필름(10,30)의 소재로는 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르술폰(polyethersulphone; PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate; PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate; PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate; CTA) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate; CAP) 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이러한 베이스 필름(10,30)은 제1 베이스 필름(10)과 제2 베이스 필름(30)을 포함한다. 제1 및 제2 베이스 필름(10,30)은 각각 상부면(13,33)과, 상부면(13,33)에 반대되는 하부면(11,31)을 구비한다. 여기서 제2 베이스 필름(30)은 벤딩되어 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 위치하기 때문에, 도 3 및 도 4의 평면도에서는, 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)과 제2 베이스 필름(30)의 상부면(33)이 같은 면에 위치하고, 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)과 제2 베이스 필름(30)의 하부면(31)이 같은 면에 위치하게 된다.
제1 베이스 필름(10)은 하부면(11)에 내부 온도 센서(50)와 접지층(40)이 형성된다. 내부 온도 센서(50)와 접지층(40)은 서로 이격되게 형성된다. 제1 베이스 필름(10)은 상부면(13)에 발연 가능 소자가 실장된다.
제2 베이스 필름(30)은 상부면(33)에 외부 온도 센서(60)가 형성된다. 제2 베이스 필름(30)은, 제1 베이스 필름(10)에 대해서 쉽게 밴딩되어 제1 베이스 필름(10)의 위에 위치할 수 있도록, 제1 베이스 필름(10)보다는 폭이 좁게 형성된다.
제1 베이스 필름(10)에 대해서 제2 베이스 필름(30)을 벤딩할 때, 내부 온도 센서(50)가 실장된 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)이 피부 쪽을 향하고, 외부 온도 센서(60)가 외부를 향할 수 있도록 벤딩된다. 즉 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11) 및 제2 베이스 필름(30)의 상부면(33)이 아래를 향하게 위치시킨 후, 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13) 위로 제2 베이스 필름(30)의 하부면(31)이 위치할 수 있도록 벤딩된다.
접지층(40)은 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)에 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 접지층(40)은 제1 베이스 필름(10)의 내부에 형성될 수 있다.
내부 온도 센서(50)는 백금 소재 기반의 저항막 방식의 온도 센서로서, 내부 센서부(51)와 내부 전극부(53)를 포함한다. 내부 센서부(51)는 접촉된 피부의 체온을 측정한다. 그리고 내부 전극부(53)는 내부 센서부(51)에 연결되며 측정한 체온(Hm)을 저장부(73) 또는 제어부(75)로 전달한다. 내부 전극부(53)는 복수의 라인으로 형성될 수 있으며, 복수의 라인 중 하나는 접지층(40)에 연결되고, 다른 하나는 측정한 체온을 전달할 저장부(73) 또는 제어부(75)에 연결될 수 있다.
가드 슬롯(17)은 내부 온도 센서(50)의 주위의 제1 베이스 필름(10)을 관통하여 형성된다. 가드 슬롯(17)은 내부 온도 센서(50)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 내부 전극부가 형성된 부분에는 형성되지 않는다. 즉 가드 슬롯(17)은 내부 센서부(51)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 내부 센서부(51)에서 내부 전극부(53)가 연결되어 인출되는 부분은 오픈되어 있다.
경계 슬롯(19)은 제1 경계 슬롯(21)과 제2 경계 슬롯(23)을 포함한다. 제1 경계 슬롯(21)은 내부 전극부(53)를 기준으로 양쪽에 형성될 수 있다. 제2 경계 슬롯(23)은 내부 온도 센서(50) 쪽을 향하는 제어부(75) 쪽을 가리는 형태로 접지층(40)에 형성될 수 있다. 제2 경계 슬롯(23)은 접지층(40)과 제1 베이스 필름(10)을 관통하여 형성된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 내부 온도 센서(50) 주위에 가드 슬롯(17) 또는 경계 슬롯(19)을 형성함으로써, 베이스 필름(10,30)을 타고 내부 온도 센서(50)로 열전도가 이루어지는 것을 차단할 수 있다. 즉 내부 온도 센서(50)에서 측정되는 체온에서 가드 슬롯(17) 또는 경계 슬롯(19)으로 내부 열영향 인자(H2)의 영향을 줄일 수 있다.
발열 가능 소자(70)는 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 실장된다. 발열 가능 소자(70)는 접지층(40)이 형성된 제1 베이스 필름(10)의 하부면(11)에 반대되는 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 실장된다.
보호층(80)은 발열 가능 소자(70)를 외부 환경으로 보호한다. 보호층(80)은 발열 가능 소자(70)가 실장된 제1 베이스 필름(10)의 상부면(13)에 플라스틱 수지의 보호필름을 합지하여 형성할 수 있다. 또는 보호층(80)은 액상의 플라스틱 수지를 도포하거나 성형하여 형성할 수 있다. 이러한 보호층(80)의 소재로는 제1 베이스 필름(10)에 유연성을 제공할 수 있는 플라스틱 소재가 사용될 수 있으며, 예컨대 베이스 필름(10,30)의 소재 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다.
제1 베이스 필름(10) 위로 벤딩된 제2 베이스 필름(30)은 보호층(80) 위에 부착될 수 있다.
그리고 외부 온도 센서(60)는 제2 베이스 필름(30)의 상부면(33)에 실장된다. 외부 온도 센서(60)는 백금 소재 기반의 저항막 방식의 온도 센서로서, 외부 센서부(61)와 외부 전극부(63)를 포함한다. 외부 센서부(61)는 피부와 반대 쪽을 향하여 유연 온도 센서 모듈(100)로 인가되는 외부 온도를 측정한다. 그리고 외부 전극부(63)는 외부 센서부(61)에 연결되며 측정한 외부 온도를 저장부(73) 또는 제어부(75)로 전달한다. 외부 전극부(63)는 복수의 라인으로 형성될 수 있으며, 복수의 라인 중 하나가 접지층(40)에 연결되고, 다른 하나가 측정한 외부 온도를 전달할 저장부(73) 또는 제어부(75)에 연결될 수 있다.
이와 같이 외부 온도 센서(60)는 외부 열영향 인자(H3)에 따른 외부 온도를 측정한다.
본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 패치 타입으로 제조한 후 실제 인체의 피부에 부착하여 체온과 외부 온도를 측정한 결과는 도 6 및 도 7과 같다. 여기서 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 패치 타입으로 제조한 후 인체의 피부에 부착하여 측정된 체온 및 외부 온도를 보여주는 테이블 및 그래프이다. 여기서 도 6 및 도 7은 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 통하여 1분 단위로 24시간 측정한 결과를 동기화한 테이블 및 그래프이다. 도 6에서 세로축은 시간을 나타내고, 가로축은 온도를 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 피부에서 측정된 체온(주황색 그래프)은 외부 온도(파란색 그래프)에 의해 크게 영향을 받는 것을 확인할 수 있다.
따라서 보정된 체온(H1) 산출 시, 측정된 체온(Hm)을 외부 온도로 보정함으로써, 외부 열영향 인자(H3)에 따른 영향을 제거할 수 있다.
마지막으로 보온 열영향 인자(H4)는, 도 6에 도시된 테이블을 통해서, 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)에 적용할 수 있는 열보온 보정값으로 설정할 수 있다. 시퀀스 값은 온도를 측정하는 시간 순으로 순차적으로 지정된다. 예컨대 시퀀스 값은 0, 1, 2, 3,…N(N은 0과 자연수)으로 표시될 수 있다.
도 6을 참조하면, 파란색 박스로 표시된 부분처럼 온도 변화가 급격히 발생하는 시점에서의 소요 시간을 빨간색 박스로 표시된 스퀀스 값과 연계하여 열보온 보정값을 산출할 수 있다. 즉 사전에 테스트 단계에서 온도 변화를 고정값으로 유지하고, 시간이 지남에 따라, 즉 시퀀스 값이 증가함에 따라 유연 온도 센서 모듈(100)의 구조에 따른 보온 효과를 열보온 보정값으로 산출할 수 있다.
열보온 보정값을 산출하여 시퀀스 값에 따른 측정된 체온(Hm)에 대한 온도 보정을 적용함으로써, 유연 온도 센서 모듈(100)의 구조에 따른 보온 효과로 발생하는 보온 열영향 인자를 제거할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 자체에서 발생되는 열, 즉 내부 열영향 인자가 온도 센서에 영향을 주는 것을 다음과 같이 억제할 수 있다.
먼저 내부 열영향 인자(H2)에 따른 영향은 아래와 같이 최소화할 수 있다. 내부 온도 센서(50) 주위의 제1 베이스 필름(10)에 가드 슬롯(17) 또는 경계 슬롯(19)을 형성함으로써, 제1 베이스 필름(10)을 타고 내부 온도 센서(50)로 열이 전달되는 것을 억제할 수 있다. 내부 온도 센서(50)가 부착된 제1 베이스 필름(10)의 영역에서 이격되게 접지층(40)을 형성함으로써, 접지층(40)을 통하여 내부 온도 센서(50)로 열이 전달되는 것을 억제할 수 있다. 그리고 제1 베이스 필름(10)에 내부 온도 센서(50)를 포함한 부품을 실장할 때, 내부 온도 센서(50)를 발열 가능 소자(70)와 이격되게 배치함으로써, 발열 가능 소자(70)에서 발생된 열이 내부 온도 센서(50)에 전달되는 것을 억제할 수 있다.
이로 인해 본 발명에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)에서 측정된 체온에서 내부 열영향 인자(H2)에 의한 영향을 무시할 수 있다.
본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 피부에 부착되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서(50)와, 피부 외측의 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서(60)를 구비하기 때문에, 측정된 체온에서 외부 온도를 차감하여 실제 체온에 근접한 보정된 체온(H1)을 산출할 수 있다. 이때 외부 온도는 외부 열영향 인자(H3)에 따른 온도이다.
본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 열영향 인자 중 열보온 인자에 따른 열보온 보정값을 적용함으로써, 측정된 체온에서 외부 온도 및 열보온 보정값을 차감하여 실제 체온에 보다 근접한 보정된 체온(H1)을 산출할 수 있다.
본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 부착한 대상자는 일반적인 생활을 수행하면서도 유연 온도 센서 모듈을 통하여 장시간 체온 측정 및 기록이 가능하기 때문에, 의료진이 대상자에 대해 더욱 정확히 건강 상태를 판단할 수 있도록 정보를 제공할 수 있다.
본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)은 체온과 외부 온도를 동기화하여 측정함으로써, 추후 많은 대상자에 대한 누적된 생체 정보 빅데이터 확보가 가능하다. 누적된 생체 정보 빅데이터를 활용하여 추후 일반화할 수 있는 특성 상관 관계 도출이 가능해져, 개발되거나 개발될 인체에 더욱 편안한 공간 최적화 관리 서비스에 활용이 가능할 것으로 판단된다.
그리고 본 실시예에 따른 유연 온도 센서 모듈(100)을 활용할 경우, 최근 코로나 전염병 등과 같은 사회적 혼란 시기에 본인이나 대상자에 대한 장시간 체온 측정 기록이 가능하기 때문에, 의료진의 전염을 방지하면서 확진 판단에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
10 : 제1 베이스 필름
11, 31 : 하부면
13, 33 : 상부면
15 : 실장 영역
17 : 가드 슬롯
19 : 경계 슬롯
21 : 제1 경계 슬롯
23 : 제2 경계 슬롯
30 : 제2 베이스 필름
40 : 접지층
50 : 내부 온도 센서
51 : 내부 센서부
53 : 내부 전극부
60 : 외부 온도 센서
61 : 외부 센서부
63 : 외부 전극부
70 : 발열 가능 소자
71 : 통신부
73 : 저장부
75 : 제어부
77 : 전원공급부
80 : 보호층
100 : 유연 온도 센서 모듈
200 : 관리 단말

Claims (8)

  1. 제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름;
    상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서;
    상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서;
    상기 내부 온도 센서가 실장된 실장 영역에서 이격된 상기 제1 베이스 필름에 형성된 접지층; 및
    상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역에서 이격된 상기 제1 베이스 필름에 실장된 발열 가능 소자;를 포함하고,
    상기 제1 베이스 필름은, 하부면에 상기 내부 온도 센서가 실장되는 실장 영역을 구비하고, 상기 실장 영역으로의 열전도를 차단하는 열전도 차단 슬롯이 형성되어 있고,
    상기 열전도 차단 슬롯은,
    상기 내부 온도 센서의 둘레를 따라서 상기 제1 베이스 필름에 형성된 가드 슬롯; 및
    상기 내부 온도 센서가 실장된 실장 영역과 상기 접지층이 형성된 영역의 경계 부분에 형성된 경계 슬롯;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 베이스 필름은 상기 제1 베이스 필름에 대해서 쉽게 벤딩될 수 있도록, 상기 제1 베이스 필름 보다는 폭이 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경계 슬롯은,
    상기 경계 부분을 따라서 상기 제1 베이스 필름에 불연속적으로 형성되는 제1 경계 슬롯; 및
    상기 경계 부분을 따라서 상기 접지층에 형성되되, 상기 제1 경계 슬롯과 마주보게 형성되며, 상기 제1 경계 슬롯의 불연속적인 부분을 가리는 형태로 형성되는 제2 경계 슬롯;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접지층은 상기 제1 베이스 필름의 하부면에 형성되고,
    상기 발열 가능 소자는 상기 제1 베이스 필름의 상부면에 실장되되, 상기 접지층이 형성된 영역 위에 실장되는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 발열 가능 소자는
    관리 단말과 통신을 수행하는 통신부;
    상기 내부 온도 센서 및 상기 외부 온도 센서에서 측정한 온도를 저장하는 저장부;
    상기 통신부를 통하여 상기 내부 온도 센서 및 외부 온도 센서에서 측정된 온도 또는 상기 저장부에 저장된 온도를 상기 관리 단말로 전송하는 제어부; 및
    상기 내부 온도 센서, 상기 외부 온도 센서, 상기 통신부, 상기 저장부 및 상기 제어부로 구동에 필요한 전원을 공급하는 전원공급부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 측정된 체온에서 상기 외부 온도와, 상기 유연 온도 센서 모듈의 보온 열영향 인자에 따른 열보온 보정값을 차감하여 보정된 체온을 산출하여 전송하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  7. 제1 베이스 필름과, 상기 제1 베이스 필름에 연결되어 상기 제1 베이스 필름 위로 벤딩되는 제2 베이스 필름을 구비하는 유연한 베이스 필름;
    상기 제1 베이스 필름의 하부면에 실장되며, 피부에 접촉되어 체온을 측정하는 내부 온도 센서;
    상기 제2 베이스 필름의 상부면에 실장되며, 외부 온도를 측정하는 외부 온도 센서;
    상기 내부 온도 센서가 실장된 실장 영역에서 이격된 상기 제1 베이스 필름에 형성된 접지층; 및
    상기 내부 온도 센서가 실장된 상기 실장 영역에서 이격된 상기 제1 베이스 필름에 실장된 발열 가능 소자;를 포함하고,
    상기 제1 베이스 필름은, 하부면에 상기 내부 온도 센서가 실장되는 실장 영역을 구비하고, 상기 실장 영역으로의 열전도를 차단하는 열전도 차단 슬롯이 형성되어 있고,
    상기 열전도 차단 슬롯은,
    상기 내부 온도 센서의 둘레를 따라서 상기 제1 베이스 필름에 형성된 가드 슬롯; 및
    상기 내부 온도 센서가 실장된 실장 영역과 상기 접지층이 형성된 영역의 경계 부분에 형성된 경계 슬롯;을 포함하고,
    상기 발열 가능 소자는,
    상기 내부 온도 센서로부터 측정된 체온을 수신하고, 상기 외부 온도 센서로부터 측정된 외부 온도를 수신하고, 상기 측정된 체온에서 상기 외부 온도를 차감하여 보정된 체온을 산출하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 체온에서 상기 외부 온도와, 상기 유연 온도 센서 모듈의 보온 열영향 인자에 따른 열보온 보정값을 차감하여 보정된 체온을 산출하는 것을 특징으로 하는 유연 온도 센서 모듈.
KR1020200037571A 2020-03-27 2020-03-27 유연 온도 센서 모듈 KR102382756B1 (ko)

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