KR102404474B1 - 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법 - Google Patents
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Abstract
직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법이 제공된다. 상기 직물형 센서 어레이 구조체는, 제1 방향으로 연장되어 배치되고, 채널에 상응하는 복수의 제1 와이어, 및 상기 복수의 제1 와이어와 이격되어 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 배치되고, 게이트에 상응하는 복수의 제2 와이어를 포함하고, 상기 복수의 제1 와이어의 일단에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 상기 복수의 제2 와이어의 일단에는 서로 다른 게이트 전압이 제공되고, 소정의 전해액이 상기 복수의 제1 와이어와 상기 복수의 제2 와이어의 적어도 하나의 교차점에 제공됨으로써, 상기 적어도 하나의 교차점에서 유기 전기화학 트랜지스터가 정의되며, 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 소오스-드레인 전류를 이용하여, 상기 전해액이 제공된 위치와 자극의 강도가 감지된다.
Description
본 발명은 유기 전기화학 트랜지스터(Organic Electrochemical Transistors; OECT)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 전기화학 트랜지스터에 기초하는 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법에 관한 것이다.
최근 활성층(Active Layer)이 유기 반도체 물질로 제조되는 OFET(Organic Field Effect Transistor) 또는 OECT(Organic Electro Chemical Transistor)에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히, 직물형 소자의 제조를 위하여, OFET 또는 OECT를 이용한 모노필라멘트(Monofilament)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단하고 저비용으로 전기화학적 감지가 가능한 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 직물형 센서 어레이 구조체는, 제1 방향으로 연장되어 배치되고, 채널에 상응하는 복수의 제1 와이어, 및 상기 복수의 제1 와이어와 이격되어 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 배치되고, 게이트에 상응하는 복수의 제2 와이어를 포함하고, 상기 복수의 제1 와이어의 일단에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 상기 복수의 제2 와이어의 일단에는 서로 다른 게이트 전압이 제공되고, 소정의 전해액이 상기 복수의 제1 와이어와 상기 복수의 제2 와이어의 적어도 하나의 교차점에 제공됨으로써, 상기 적어도 하나의 교차점에서 유기 전기화학 트랜지스터가 정의되며, 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 소오스-드레인 전류를 이용하여, 상기 전해액이 제공된 위치와 자극의 강도가 감지된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 복수의 제1 와이어는 도전성 물질로 코팅된 섬유를 포함하고, 상기 복수의 제2 와이어는 금속 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 물질은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌 비닐렌(PPV), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌 설피드(PPS), 또는 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 교차점에서, 상기 전해액과 상기 제1 와이어의 오버래핑 영역이 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 채널로 기능하고, 상기 전해액과 접하는 상기 제2 와이어가 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 게이트로 기능할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 직물형 센서 어레이 구조체는, 제1 방향으로 연장되어 배치되고, 채널에 상응하는 복수의 제1 와이어 구조체, 및 상기 복수의 제1 와이어 구조체와 이격되어 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 배치되고, 게이트에 상응하는 복수의 제2 와이어를 포함하고, 상기 각각의 제1 와이어 구조체는 소오스 와이어, 드레인 와이어, 상기 소오스 와이어와 상기 드레인 와이어의 사이에 배치되고, 소정의 대상 물질 또는 광과 반응하여 채널을 제공하는 유기 반도체 물질층을 포함하고, 상기 복수의 제1 와이어 구조체의 일단에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 상기 복수의 제2 와이어의 일단에는 서로 다른 게이트 전압이 제공되고, 상기 대상 물질 또는 광이 상기 복수의 제1 와이어 구조체와 상기 복수의 제2 와이어의 적어도 하나의 교차점에 제공됨으로써, 상기 적어도 하나의 교차점에서 유기 전기화학 트랜지스터가 정의되며, 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 소오스-드레인 전류를 이용하여, 상기 대상 물질 또는 광이 제공된 위치와 자극의 강도가 감지된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 복수의 제1 와이어 구조체는 도전성 물질로 코팅된 섬유를 포함하고, 상기 복수의 제2 와이어는 금속 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 물질은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌 비닐렌(PPV), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌 설피드(PPS), 또는 PEDOT:PSS를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 적어도 하나의 교차점에서, 상기 유기 반도체 물질층이 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 채널로 기능하고, 상기 유기 반도체 물질층과 접하는 상기 제2 와이어가 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 게이트로 기능할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 직물 구조체는 상술한 직물형 센서 어레이 구조체들 중 어느 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 반도체 장치는 상술한 직물형 센서 어레이 구조체들 중 어느 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 전자 장치는 상술한 직물형 센서 어레이 구조체들 중 어느 하나를 포함한다.상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 웨어러블 장치는 상술한 직물형 센서 어레이 구조체들 중 어느 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 자동차 장치는 상술한 직물형 센서 어레이 구조체들 중 어느 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 면에 따른 감지 방법은 상술한 직물형 센서 어레이 구조체들 중 어느 하나를 이용한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기 본 발명의 직물형 센서 어레이 구조체에 의하면, 서로 교차하는 복수의 와이어의 배치와 소오스 전압 및 게이트 전압의 제어를 통해서, 상대적으로 간단하고 저비용으로 소정의 전해액, 대상 물질 또는 광에 대한 전기화학적 감지가 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체에 적용되는 섬유형 OECT를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체의 구동 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는 직물 구조체를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는 웨어러블 장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체의 구동 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는 직물 구조체를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는 웨어러블 장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체에 적용되는 섬유형 OECT를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체에 적용되는 섬유형 OECT(10)는 제1 와이어(11), 제2 와이어(12), 및 전해액(13)을 포함한다.
제1 와이어(11)와 제2 와이어(12)는 동일한 방향으로 연장되어 배치될 수 있다.
제1 와이어(11)는 도전성 고분자 물질로 코팅된 섬유(Fiber)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 와이어(11)는 면(Cotton) 등의 섬유 사(Yarn)를 PEDOT:PSS(Poly Ethylene Di Oxy Thiophene : Poly Styrene Sulfonate) 등의 도전성 고분자 물질 수용액에 소킹(Soaking)시키고, 이후 핫 플레이트 상에서 베이킹(Baking)하여 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 전도성을 증가시키고 가용성을 감소시키기 위하여, PEDOT:PSS 수용액에 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol) 및/또는 DBSA(Dodecyl Benzene Sulfonic Acid) 계면활성제 등이 추가될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 도전성 고분자 물질로 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌 비닐렌(PPV), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌 설피드(PPS) 등이 이용될 수도 있다. 제1 와이어(11)의 일단은 소오스 콘택과 연결되고, 제1 와이어(11)의 타단은 드레인 콘택과 연결될 수 있다. 소오스 콘택에는 소오스 전압이 제공되고, 드레인 콘택에는 드레인 전압이 제공될 수 있다. 전해액(13)과의 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 소오스 콘택과 드레인 콘택은 절연될 수 있다
제2 와이어(12)는 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 와이어(12)는 백금(Pt) 또는 은(Ag) 등의 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 제2 와이어(12)는 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속, 그 밖의 도전성 고분자 물질 또는 탄소계 물질 등을 이용하여 형성될 수도 있다. 제2 와이어(12)의 일단에는 게이트 전압이 제공될 수 있다.
전해액(13)은 제1 와이어(11)와 제2 와이어(12)의 사이에 배치된다. 예를 들어, 전해액(13)은 염화나트륨(NaCl)을 포함하는 염수일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전해액(13)은 제1 와이어(11)의 적어도 일부 및 제2 와이어(12)의 적어도 일부와 접할 수 있다. 전해액(13)은 제1 와이어(11)를 둘러쌀 수 있다. 전해액(13)과 제1 와이어(11)의 오버래핑(Overlapping) 영역이 OECT(10)의 채널로서 기능하고, 전해액(13)과 접하는 제2 와이어(12)가 OECT(10)의 게이트로 기능할 수 있다.
OECT(10)의 채널의 생성 및 소오스-드레인 전류의 이동은 본 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려져 있으며 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있으므로 생략한다.
도 1에서는 제1 와이어(11)와 제2 와이어(12)가 평행하게 배치되어 있으나, 제1 와이어(11)와 제2 와이어(12)가 교차하게 배치되도록 변형될 수 있다. 예를 들어, 제1 와이어(11)와 제2 와이어(12)가 서로 수직하게 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100)는 복수의 제1 와이어(110), 복수의 제2 와이어(120)를 포함한다.
복수의 제1 와이어(110)는 제1 방향(예를 들어, 도면 상의 세로 방향)으로 연장되어 배치될 수 있다. 복수의 제1 와이어(110)는 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 복수의 제1 와이어(110)는 도전성 고분자 물질로 코팅된 섬유를 포함할 수 있다. 복수의 제1 와이어(110)는 도 1을 참조하여 설명한 OECT(10)의 제1 와이어(11)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 각각의 제1 와이어(110)의 일단은 소오스 콘택과 연결되고, 각각의 제1 와이어(110)의 타단은 드레인 콘택과 연결될 수 있다. 소오스 콘택에는 소오스 전압이 제공되고, 드레인 콘택에는 드레인 전압이 제공될 수 있다. 그리고, 소오스 콘택과 드레인 콘택은 절연될 수 있다
복수의 제2 와이어(120)는 제2 방향(예를 들어, 도면 상의 가로 방향)으로 연장되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 복수의 제2 와이어(120)는 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 복수의 제2 와이어(120)는 금속 물질을 포함할 수 있다. 복수의 제2 와이어(120)는 도 1을 참조하여 설명한 OECT(10)의 제2 와이어(12)와 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다. 각각의 제2 와이어(120)의 일단에는 게이트 전압이 제공될 수 있다.
직물형 센서 어레이 구조체(100)의 구동을 위하여, 각각의 제1 와이어(110)에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 각각의 제2 와이어(120)에는 서로 다른 게이트 전압이 제공된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 네 개의 제1 와이어(110)에는 동일한 제1 내지 제4 소오스 전압(V_S1 = V_S2 = V_S3 = V_S4)이 각각 제공되고, 네 개의 제2 와이어(120)에는 순차적으로 증가하는 제1 내지 제4 게이트 전압(V_G1 < V_G2 < V_G3 < V_G4)이 각각 제공될 수 있다.
여기서, 소정의 전해액이 직물형 센서 어레이 구조체(100)에 제공되면, 구체적으로, 상기 전해액이 복수의 제1 와이어(110)와 복수의 제2 와이어(120)의 적어도 하나의 교차점에 제공되면, 상기 교차점에서 도 1을 참조하여 설명한 OECT(10)가 정의된다. 즉, 상기 전해액이 제1 와이어(110)와 제2 와이어(120)의 사이에 배치됨에 따라, 상기 전해액과 제1 와이어(110)의 오버래핑 영역이 상기 OECT의 채널로서 기능하고, 상기 전해액과 접하는 제2 와이어(120)가 상기 OECT의 게이트로 기능하게 된다.
직물형 센서 어레이 구조체(100)는 상기 OECT의 소오스-드레인 전류를 측정하여 상기 전해액이 제공된 위치를 감지할 수 있다. 복수의 제1 와이어(110)와 복수의 제2 와이어(120)의 교차점들이 좌표로 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전해액(131)에 의해 제공된 채널을 흐르는 전류(I_S2-D2)의 값이 기준 전류 Ia의 값과 동일하면, G1과 S2-D2의 교차점을 전해액의 제공 위치로 감지하고, 제2 전해액(132)에 의해 제공된 채널을 흐르는 전류(I_S3-D3)의 값이 기준 전류 Ib의 값과 동일하면, G3와 S3-D3의 교차점을 전해액의 제공 위치로 감지할 수 있다. 또한, 직물형 센서 어레이 구조체(100)는 상기 OECT의 소오스-드레인 전류의 크기에 기초하여 자극의 강도(예를 들어, 전해액의 농도 등)를 감지할 수도 있다.
도 2 에는 네 개의 제1 와이어(110)와 네 개의 제2 와이어(120)를 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 임의의 개수의 제1 와이어(110)와 제2 와이어(120)가 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100)를 이용하면, 인체의 내부 또는 외부에서 제공되는 전해액과 그 제공 위치, 그리고 자극의 강도의 전기화학적 감지가 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 개략적으로 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 도 2와 중복하는 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(200)는 복수의 제1 와이어 구조체(210), 복수의 제2 와이어(220)를 포함한다.
복수의 제1 와이어 구조체(210)는 제1 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 복수의 제1 와이어 구조체(210)는 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 복수의 제1 와이어 구조체(210)는 소오스 와이어(211), 드레인 와이어(212), 및 소오스 와이어(211)와 드레인 와이어(212)의 사이에 배치되는 유기 반도체 물질층(213)을 포함한다. 소오스 와이어(211)와 드레인 와이어(212)는 백금, 은, 구리 또는 알루미늄 등의 금속 물질, 도전성 고분자 물질로 코팅된 섬유 또는 탄소계 물질 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 유기 반도체 물질층(213)은 유기 반도체 물질을 포함할 수 있다. 유기 반도체 물질층(213)은 PEDOT:PSS 등의 도전성 고분자 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 유기 반도체 물질층(213)은 소정의 대상 물질(예를 들어, 고체, 기체, 액체 형태의) 또는 광에 대하여 노출되거나 이들이 침투함에 따라, 이들과 반응하여 채널을 제공할 수 있다. 구체적으로, 유기 반도체 물질층(213)이 상기 대상 물질 또는 광과 반응함으로써 채널 전류가 변화될 수 있다. 유기 반도체 물질층(213)은 소오스 와이어(211)와 드레인 와이어(212)의 적어도 일부와 접하거나, 이들을 둘러쌀 수 있다. 소오스 와이어(211), 드레인 와이어(212), 및 유기 반도체 물질층(213)이 서로 결합되어 하나의 어셈블리를 구성할 수 있다. 각각의 소오스 와이어(211)의 일단은 소오스 콘택과 연결되고, 각각의 드레인 와이어(212)의 일단은 드레인 콘택과 연결될 수 있다. 소오스 콘택에는 소오스 전압이 제공되고, 드레인 콘택에는 드레인 전압이 제공될 수 있다.
복수의 제2 와이어(220)는 제2 방향으로 연장되어 배치될 수 있다. 복수의 제2 와이어(220)는 소정의 간격을 두고 서로 이격되어 평행하게 배치될 수 있다. 복수의 제2 와이어(220)는 금속 물질을 포함할 수 있다. 각각의 제2 와이어(220)의 일단에는 게이트 전압이 제공될 수 있다.
직물형 센서 어레이 구조체(200)의 구동을 위하여, 각각의 제1 와이어 구조체(210)에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 각각의 제2 와이어(220)에는 서로 다른 게이트 전압이 제공된다.
여기서, 상기 대상 물질 또는 광이 직물형 센서 어레이 구조체(200)에 제공되면, 구체적으로, 상기 대상 물질 또는 광이 복수의 제1 와이어 구조체(210)와 복수의 제2 와이어(220)의 적어도 하나의 교차점에 제공되면, 상기 교차점에서 OECT가 정의된다. 즉, 상기 대상 물질 또는 광이 제1 와이어 구조체(210)와 제2 와이어(220)의 사이에 배치됨에 따라, 상기 대상 물질 또는 광과 반응한 유기 반도체 물질층(213)이 상기 OECT의 채널로서 기능하고, 상기 유기 반도체 물질층(213)과 접하는 제2 와이어(220)가 상기 OECT의 게이트로 기능하게 된다.
직물형 센서 어레이 구조체(200)는 상기 OECT의 소오스-드레인 전류를 측정하여 상기 대상 물질 또는 광이 제공된 위치를 감지할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 대상 물질(231) 및 유기 반도체 물질층(213)에 의해 제공된 채널을 흐르는 전류(I_S2-D2)의 값이 기준 전류 Ic의 값과 동일하면, G1과 S2-D2의 교차점을 대상 물질의 제공 위치로 감지하고, 제2 대상 물질(232) 및 유기 반도체 물질층(213)에 의해 제공된 채널을 흐르는 전류(I_S3-D3)의 값이 기준 전류 Id의 값과 동일하면, G3와 S3-D3의 교차점을 대상 물질의 제공 위치로 감지할 수 있다. 또한, 직물형 센서 어레이 구조체(200)는 상기 OECT의 소오스-드레인 전류의 크기에 기초하여 자극의 강도(예를 들어, 대상 물질의 농도 또는 광의 세기 등)를 감지할 수도 있다.
도 3 에는 네 개의 제1 와이어 구조체(210)와 네 개의 제2 와이어(220)를 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 임의의 개수의 제1 와이어 구조체(210)와 제2 와이어(220)가 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(200)를 이용하면, 인체의 내부 또는 외부에서 제공되는 고체, 기체, 액체 형태의 대상 물질 또는 광과 그 제공 위치, 그리고 자극의 강도의 전기화학적 감지가 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체의 구동 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 단계 S310에서, 복수의 제1 와이어(110 또는 210)에 동일한 소오스 전압이 제공된다.
이어서, 단계 S320에서, 복수의 제2 와이어(120 또는 220)에 서로 다른 게이트 전압이 제공된다.
이어서, 단계 S330에서, 소정의 전해액, 대상 물질 또는 광이 직물형 센서 어레이 구초제(100 또는 200)에 제공됨으로써, 복수의 제1 와이어(110 또는 210)와 복수의 제2 와이어(120 또는 220)의 적어도 하나의 교차점에 OECT가 정의되고, 상기 전해액과 제1 와이어(110)의 오버래핑 영역 또는 상기 대상 물질 또는 광과 반응한 유기 반도체 물질층(213)이 OECT의 채널로서 기능하게 된다.
이어서, 단계 S340에서, 상기 OECT의 소오스-드레인 전류를 측정하여 상기 전해액, 대상 물질 또는 광의 위치와 자극의 강도가 감지된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는 직물 구조체를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 직물 구조체는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100, 200)를 직물의 일부로 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100, 200)는 선형으로 연장될 수 있으며 유연성을 갖는 소재를 이용하여 형성될 수 있으므로, 직물 구조체를 제조하기 위한 직물의 일부로 이용될 수 있다.
또한, 부직물 구조체가 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100, 200)를 부직물의 일부로 포함할 수도 있다.
예를 들어, 직물 구조체 또는 부직물 구조체는 망(Net), 그리드(Grid), 부직(Nonwoven) 구조 등을 갖는 제직물 또는 니트 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는 웨어러블 장치를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 웨어러블 장치는 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100, 200)를 직물의 일부로 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100, 200)는 소정의 전해액, 대상 물질 또는 광을 감지할 수 있는 센서의 역할을 수행할 수 있으며, 그 구조 및 소재 특성상 웨어러블 장치를 구성하는 직물 구조체 또는 부직물 구조체를 제조하기 위한 직물의 일부로 이용될 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 장치는 의복의 형태로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
명확하게 도시하지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 직물형 센서 어레이 구조체(100, 200)는 반도체 장치, 전자 장치, 자동차 장치 등의 각종 장치의 일부 구성요소로 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법은 프로세서에 의해 수행되는 소프트웨어 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM, ROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200: 직물형 센서 어레이 구조체
110, 210: 제1 와이어
211: 소오스 와이어
212: 드레인 와이어
213: 유기 반도체 물질층
120, 222: 제2 와이어
131, 132: 전해액
231, 232: 대상 물질
110, 210: 제1 와이어
211: 소오스 와이어
212: 드레인 와이어
213: 유기 반도체 물질층
120, 222: 제2 와이어
131, 132: 전해액
231, 232: 대상 물질
Claims (14)
- 제1 방향으로 연장되어 배치되고, 채널에 상응하는 복수의 제1 와이어; 및
상기 복수의 제1 와이어와 이격되어 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 배치되고, 게이트에 상응하는 복수의 제2 와이어를 포함하고,
상기 복수의 제1 와이어의 일단에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 상기 복수의 제2 와이어의 일단에는 서로 다른 게이트 전압이 제공되고,
소정의 전해액이 상기 복수의 제1 와이어와 상기 복수의 제2 와이어의 적어도 하나의 교차점에 제공됨으로써, 상기 적어도 하나의 교차점에서 유기 전기화학 트랜지스터가 정의되며,
상기 유기 전기화학 트랜지스터의 소오스-드레인 전류를 이용하여, 상기 전해액이 제공된 위치와 자극의 강도가 감지되는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 와이어는 도전성 물질로 코팅된 섬유를 포함하고, 상기 복수의 제2 와이어는 금속 물질을 포함하는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제2항에 있어서,
상기 도전성 물질은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌 비닐렌(PPV), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌 설피드(PPS), 또는 PEDOT:PSS를 포함하는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 교차점에서, 상기 전해액과 상기 제1 와이어의 오버래핑 영역이 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 채널로 기능하고, 상기 전해액과 접하는 상기 제2 와이어가 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 게이트로 기능하는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제1 방향으로 연장되어 배치되고, 채널에 상응하는 복수의 제1 와이어 구조체; 및
상기 복수의 제1 와이어 구조체와 이격되어 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되어 배치되고, 게이트에 상응하는 복수의 제2 와이어를 포함하고,
상기 각각의 제1 와이어 구조체는 소오스 와이어, 드레인 와이어, 상기 소오스 와이어와 상기 드레인 와이어의 사이에 배치되고, 소정의 대상 물질 또는 광과 반응하여 채널을 제공하는 유기 반도체 물질층을 포함하고,
상기 복수의 제1 와이어 구조체의 일단에는 동일한 소오스 전압이 제공되고, 상기 복수의 제2 와이어의 일단에는 서로 다른 게이트 전압이 제공되고,
상기 대상 물질 또는 광이 상기 복수의 제1 와이어 구조체와 상기 복수의 제2 와이어의 적어도 하나의 교차점에 제공됨으로써, 상기 적어도 하나의 교차점에서 유기 전기화학 트랜지스터가 정의되며,
상기 유기 전기화학 트랜지스터의 소오스-드레인 전류를 이용하여, 상기 대상 물질 또는 광이 제공된 위치와 자극의 강도가 감지되는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제5항에 있어서,
상기 복수의 제1 와이어 구조체는 도전성 물질로 코팅된 섬유를 포함하고, 상기 복수의 제2 와이어는 금속 물질을 포함하는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제6항에 있어서,
상기 도전성 물질은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리페닐렌 비닐렌(PPV), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리페닐렌 설피드(PPS), 또는 PEDOT:PSS를 포함하는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 교차점에서, 상기 유기 반도체 물질층이 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 채널로 기능하고, 상기 유기 반도체 물질층과 접하는 상기 제2 와이어가 상기 유기 전기화학 트랜지스터의 게이트로 기능하는, 직물형 센서 어레이 구조체. - 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는, 직물 구조체.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는, 반도체 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는, 전자 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는, 웨어러블 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 직물형 센서 어레이 구조체를 포함하는, 자동차 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 직물형 센서 어레이 구조체를 이용하는, 감지 방법.
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| KR1020150167060A KR102404474B1 (ko) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법 |
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| KR1020150167060A KR102404474B1 (ko) | 2015-11-27 | 2015-11-27 | 직물형 센서 어레이 구조체, 이를 포함하는 직물 구조체 및 장치, 및 이를 이용하는 감지 방법 |
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2015
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