KR20090103140A - 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서 - Google Patents

압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서

Info

Publication number
KR20090103140A
KR20090103140A KR1020080028543A KR20080028543A KR20090103140A KR 20090103140 A KR20090103140 A KR 20090103140A KR 1020080028543 A KR1020080028543 A KR 1020080028543A KR 20080028543 A KR20080028543 A KR 20080028543A KR 20090103140 A KR20090103140 A KR 20090103140A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
pressure
elastic layer
filler particles
conductive
Prior art date
Application number
KR1020080028543A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101210937B1 (ko
Inventor
백종후
이영진
정영훈
엄종학
Original Assignee
한국세라믹기술원
센서텍(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원, 센서텍(주) filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020080028543A priority Critical patent/KR101210937B1/ko
Publication of KR20090103140A publication Critical patent/KR20090103140A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101210937B1 publication Critical patent/KR101210937B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

본 발명은 전자 및 전기제품, 부품, 자동차, 기계 등의 외장 또는 내장용으로 제품에 부착되어 평상시에는 절연막으로 기능하고 일정 이상의 압력이나 충격이 가해질 경우에는 전도성막으로 바뀌어 통전 기능을 하도록 하는 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각센서에 관한 것으로, 제 1 전극 및 제 2 전극과, 그 사이에 충진되는 비전도성 탄성층과, 탄성 고분자 물질층에 분사되는 도전성 필러 입자들을 포함하는 압력 감응 소자를 제공하되, 도전성 필러 입자들의 배열 및 함량을 조절함으로써, 종래의 압력 센서보다 더 우수하고, 외부 충격에 의한 예방 기능을 더 용이하게 수행할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서{Pressure Sensitive Device And Tactile Sensors Using The Same}
본 발명은 평상시 절연막으로 기능하다 일정 이상의 압력이나 충격이 가해질 경우 전도성막으로 바뀌어 통전 기능을 하게 되는 압력 감응 소자 및 그를 이용하여 형성한 촉각 센서 관한 것이다.
종래의 압력센서는 크게 기계식 압력센서와 전기식 압력센서, 그리고 반도체식 압력센서가 있다.
기계식 압력센서로는 주로 탄성을 이용하는 방법으로 밀폐된 관의 탄성을 이용한 풀돔(Full dome)관과 가스의 압력과 스프링의 반발력 변화를 이용한 벨로즈(Bellows), 그리고 얇은 격막을 이용하는 다이어프램(Diaphragm)등이 있다.
전기식 압력센서로는 대부분 기계적인 변위를 전기 신호로 변환하는 것으로 2개의 전극간의 정전용량 변화로부터 그 사이의 변위를 측정하는 정전용량식과 측정 압력에 비례하여 발생하는 힘과 외부에서 전자적으로 만들어지는 힘이 평형이 되게 하여 측정 압력을 전류와 전압 등으로 측정하는 역평형식 압력센서 등이 있다.
반도체식 압력센서는 히스테리시스(Hysteresis)현상이 없고 직선성이 우수하고 소형 경량으로 진동에도 매우 강한 것이 특징이며, 기계식 보다 고감도, 고신뢰성이며 양산성이 우수하여 최근 점차로 사용 비중이 커지고 있다.
이러한 반도체식 압력센서에는 단결정 실리콘을 화학적으로 에칭(Etching)하여 다이어프램을 형성하고, 다이어프램에서 발생하는 응력을 전기적 신호로 변환하여 압력을 측정하는 방법으로 다이어프램 위에 저항을 만들어 물질이 가지는 물리적 특성중의 하나인 압저항 효과(Piezo-resistive effect : 물질이 외부의 응력을 받아 그 고유 저항값이 변하는 현상)를 이용하여 압력을 측정하는 압저항형과 서로 마주보고 있는 전극판의 간격이 외부로부터의 압력에 의하여 변화되어 전극간의 정전용량을 변화시켜 압력을 측정하는 정전용량형이 있다.
상기한 압력센서들은 냉장고, 에어컨 등의 각종 가전제품과 자동차용 부품이나 일반 산업용 장치, 그리고 웨이퍼 흡착압 감지 등의 반도체 제조용이나 인공 심장과 같은 의료기기 등의 분야에 다양하게 응용되고 있다.
그러나 상기한 기계식 압력센서와 전기식 압력센서, 그리고 반도체식 압력센서들은 압력에 대한 정밀도나 압력의 크기에 대해 범용적이지 못하여 각각의 사용 용도에 맞추어 구별하여 사용하는 불편함이 있다.
또한, 사용분야가 점차로 늘어남에 따라 시장의 요구도 다양해져서 더욱 고감도, 고신뢰성의 압력센서가 요구되고 있으나 이에 대응하는 서로 다른 방식의 압력 센서를 각각 상이하게 개발하는 데에는 한계가 있다.
또한, 종래의 MEMS 구조 촉각센서는 구조가 복잡하고, 가격이 비싸며, 사용상의 제한 때문에 다양한 분야에 적용하고 대량 생산이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 서로 이격되어 구비되는 제 1 전극 및 제 2 전극 사이의 영역에 비전도성 탄성층을 충진시키고, 비전도성 탄성층 내부에 도전성 필러 입자들을 분산시킴으로써, 제 1 또는 제 2 전극에 압력이 인가되는 경우 도전성 필러 입자들이 접속되어 전기적 터널링 효과(electrical tunneling effect)를 발생시킬 수 있도록 한다. 이때, 제 1 전극 및 제 2 전극에 미세한 구동 전압을 인가하면 비전도성 탄성층에 가해지는 압력의 유무와 크기에 따라서 전류와 저항의 변화가 용이하게 측정될 수 있도록, 비전도성 탄성층 내부의 전도성 필러 입자들을 효율적으로 분산시킴으로써, 고감도 및 고신뢰성을 실현할 수 있는 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 압력 감응 소자는 내부에 도전성 필러 입자들이 분포되어 있는 비전도성 탄성층 및 상기 비전도성 탄성층의 양면에 각각 형성되는 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하되, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 구동 전압을 인가한 상태에서 외력이 가해지지 않는 경우에는 상기 도전성 필러 입자들이 서로 이격된 상태를 유지하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 절연된 상태를 유지하도록 하고, 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 외력이 가해지는 경우에는 상기 외력이 가해지는 방향으로 상기 비전도성 탄성층이 압축되고, 압축된 영역의 상기 도전성 필러 입자들 간에 전기적 터널링 효과가 발생하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전류가 흐르도록 하되, 상기 외력의 증가에 비례하여 상기 상기 전류도 증가될 수 있도록 하는 배열을 갖는 상기 도전성 필러 입자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 0.1㎛ ~ 5㎜의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 플렉서블(Flexible)한 도전성 소재를 사용하여 필름형 또는 다각형 기둥을 포함하는 입체형으로 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 플렉서블(Flexible)한 도전성 소재는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 이들이 혼합된 물질 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 비전도성 탄성층은 0.1㎛ ~ 5㎜의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 비전도성 탄성층은 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 고 밀도 폴리에틸렌(high density PE), 저 밀도 폴리에틸렌(low density PE), 베이클라이트(bakelite), 네오프렌(neoprene), 나일론(nylon), 폴리 염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 초고분자량 폴리에틸렌(ultra-high molecular weight polyethylene; UHMWPE), 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinylacetate; EVA), 폴리비닐부틸랄(polyvinyl butyral; PVB), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리사풀루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene) 및 이들이 혼합된 물질 중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하고, 상기 도전성 필러 입자들은 10㎚ ~ 100㎛의 크기를 갖는 구형, 막대형 또는 침상형 물질인 것을 특징으로 하고, 상기 도전성 필러 입자들은 상기 비전도성 탄성층의 중량 대비 0.05 ~ 95 중량% 만큼 첨가되는 것을 특징으로 하고, 상기 도전성 필러 입자들은 Ag, Au, Al, Cu, Pt, Ni 및 C(Carbon-black) 중 선택된 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 인가되는 상기 구동 전압은 1㎷ ~ 100V 것을 특징으로 하고, 상기 전기적 터널링 효과에 의하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 흐르는 전류 1mA ~ 100A 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 센서는 상기 압력 감응 소자를 이용하여 형성한 것을 특징으로 하되, 상기 압력 감응 소자를 단독으로 구비하여 압력의 세기를 측정하거나, 상기 압력 감응 소자를 복수개로 구비하여 압력이 가해지는 면적을 측정하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서는 상기 압력 감응 소자로 구비되며, 상기 제 1 전극은 압력이 가해지는 수신부로 작용하도록 전면 전극으로 구비되고, 상기 제 2 전극은 상기 압력의 위치 및 크기 정보를 실시간으로 파악할 수 있도록 복수개의 패턴 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전자 및 전기제품, 부품, 자동차, 기계 등의 외장 또는 내장용으로 제품에 부착되어 평상시에는 절연막으로 기능하고 일정 이상의 압력이나 충격이 가해질 경우, 크기에 비례하여 전류량이 선형적 또는 비선형적으로 변화하는 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각센서에 관한 것으로, 압력에 감응하는 비전도성 탄성층 또는 도전성 필러 입자들의 종류와 강도, 크기 등 물리적 특성을 제어하되, 특히 탄성 고분자 물질층 내에 분산되는 도전성 필러 입자들의 크기 및 배열을 제어함으로써, 종래의 압력 센서보다 더 우수하고, 용이하게 외부 충격에 의한 제품 내부의 합선을 방지할 수 있고 전류를 원하는 방향으로 접지 또는 확산시켜 제품의 손상을 방지하게 되며, 폭발과 화재를 미리 감지하고 예방할 수 있는 효과를 제공한다. 또한 이러한 발명은 기존 촉각센서에 비해서 제조공정이 간단하고 생산단가를 낮출 수 있으며, 대면적의 유연성을 가지는 센서제작이 가능하기 때문에 다양한 응용분야에 적용할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 압력 감응 소자의 단면을 도시한 단면도들.
도 2는 압력의 변화에 따른 압전 감응 소자의 저항률의 변화를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 센서를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압력 센서를 도시한 개략도.
본 발명에서는 종래의 압력 센서 장치 개념을 탈피하여 신 개념의 압력 감응 소자를 제공하기 위하여 비전도성으로 탄성력이 우수한 고분자 소재의 내부에 전도성 필러 입자들을 크기, 종류 및 함량에 따라 적절하게 분산시킨 조성물 (이하 '반도성 고분자 조성물')을 이용한다.
반도성 고분자 조성물은 기본적으로 결정성 고분자 수지에 도전성 물질이 잘 분산되어져 있어 상온 및 정상 상태에서는 부도체로 작용하는 물질이다.
본 발명에서는 반도성 고분자 조성물이 정상 상태에서는 절연막 기능을 수행하고 있다가, 외부에서 충격이 가해지거나 일정 이상의 압력이 가해질 경우 전도성막으로 바뀌어 통전 기능을 수행하도록 한다. 따라서 위험이 발생하면 이를 감지하는 압력센서로서 작용할 수 있도록 한다.
아울러, 본 발명에서 제공되는 압력 감응 소자의 반도성 고분자 조성물을 제어함으로써, 압력의 세기 및 압력이 가해지는 면적 등을 전류 또는 저항과 같은 전기적 신호로 변화하여 정확하게 측정할 수 있는 촉각 센서 또는 압력 센서로도 작용할 수 있도록 한다.
이하에서는 기타 실시예들의 구체적인 사항들을 첨부 도면들을 참조하여 설명하는 것으로 한다.
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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 압력 감응 소자의 단면을 도시한 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(140)이 소정 이격 간격을 두고 구비된다.
이때, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(140)은 압력 감응 소자의 용도 및 사용 기능에 따라서 상이할 수 있으나, 각각 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 이들이 혼합된 물질 중 선택된 어느 하나를 포함하는 플렉서블(Flexible)한 도전성 소재를 이용하여 0.1㎛ ~ 5㎜의 두께로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(140)은 시트(sheet) 성형기로 형성된 판형 또는 필름형으로 구비될 수 있고, 주형기로 형성된 입체형을 포함한 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
다음에는, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극 사이(140)의 영역에 비전도성 탄성층(100)이 충진되어 구비된다. 이때, 비전도성 탄성층(100) 내부에 도전성 필러 입자(Conductive Filler Particle; 120)들이 포함된다.
여기서, 비전도성 탄성층(100)은 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 고 밀도 폴리에틸렌(high density PE), 저 밀도 폴리에틸렌(low density PE), 베이클라이트(bakelite), 네오프렌(neoprene), 나일론(nylon), 폴리 염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 초고분자량 폴리에틸렌(ultra-high molecular weight polyethylene; UHMWPE), 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinylacetate; EVA), 폴리비닐부틸랄(polyvinyl butyral; PVB), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리사풀루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene) 및 이들이 혼합된 물질 중 선택된 어느 하나로 구비되며, 0.1㎛ ~ 5㎜의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 도전성 필러 입자(120)들은 Ag, Au, Al, Cu, Pt, Ni 및 C(Carbon-black) 중 선택된 하나 이상 포함하고, 10㎚ ~ 100㎛의 크기를 갖는 구형, 막대형 또는 침상형 물질이며, 비전도성 탄성층(100) 과의 중량 대비 0.05 ~ 95 중량% 만큼 첨가되는 것이 바람직하며, 이때 도전성 필러 입자(120) 서로 다른 크기 또는 서로 다른 종류의 입자들이 동시에 혼합될 수 있다.
이와 같이 구비되는 압력 감응 소자의 제 1 전극(130) 또는 상기 제 2 전극(140)에 압력(150)이 가해질 수 있는데, 도 1b에서는 제 1 전극(130)에 압력(150)이 가해지는 경우를 나타낸다.
압력(150)에 의해서 제 1 전극(130) 및 비전도성 탄성층(100)이 압착되고, 제 1 전극(130)의 압착된 지점과 제 2 전극(140) 사이의 영역에 분산되어 있는 도전성 필러 입자(120)들 사이의 간격이 줄어들고, 서로 접속되는 경우가 발생한다. 이때, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(140)에 1㎷ ~ 100V의 구동전압을 걸어주면, 서로 접속된 도전성 필러 입자(120)들 사이에서 전기적 터널링 효과(160)가 발생하고, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(140) 사이에 1mA ~ 100A의 전류가 흐르게 된다.
그리고, 압력(150)의 세기가 증가함에 따라서 압착된 지점의 제 1 전극(130)과 제 2 전극(140) 사이의 영역이 축소되므로 이 영역에서의 전계와 전기적 터널링 효과(160)가 증가하여 전류는 증가하고 저항은 감소하게 된다.
반면에, 제 1 전극(130)을 압축하는 힘이 감소되거나 제거되면 비전도성 탄성층(100)의 복원력에 의하여 제 1 전극(130)의 압축되는 지점과 제 2 전극(140) 사이의 간격은 다시 늘어나게 되며, 이 영역에 존재하는 전계 효과와 도전성 필러 입자(120)의 밀도가 모두 감소함에 따라 전기적 터널링 효과는 다시 감소하게 된다. 전기적 터널링 효과가 감소하면 전류의 양이 감소하며 저항은 전류의 양에 반비례하여 증가하게 된다.
상술한 바와 같이 변화하는 전류 또는 저항을 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(140)을 통하여 측정하고, 비전도성 탄성층(100)의 탄성 계수와 같은 데이터를 조합하여 압력(150)의 세기 또는 면적을 정확하게 계산해 낼 수 있다.
도 2는 압력의 변화에 따른 압전 감응 소자의 저항률의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 압력(Pressure)의 크기에 따라서 전기적 터널링 효과가 증가하게 되고, 전기적 터널링 효과가 증가하면 전류의 양이 증가하여 저항률(Resistivity)이 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 또한, 필러의 함량(Filler Amount)에 따라서도 저항률에 차이가 발생하는데, 표시된 바와 같이 선형적 또는 비선형적인 변화를 갖으며 본 발명에서는 'A' 영역에 해당하는 상태를 활용하여 촉각 센서 또는 압력 센서로 활용할 수 있다. 여기서 표시된 필러의 함량(%)는 비전도성 탄성층과 도전성 필러 입자들의 총 중량에 대한 필러의 중량을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 촉각 센서를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 규칙적으로 배열되는 도전성 필러 입자(220)들을 포함하는 비전도성 탄성층(200)과, 그 상부 및 하부에 각각 제 1 전극(230) 및 제 2 전극(240)이 구비된 압력 감응 소자를 단위 크기로 제작하여 압력의 세기를 감지하는 촉각 센서로 작용하도록 한다.
촉각 센서의 제 1 전극(230)에 소정의 압력(270)이 가해지면, 그에 따라서 압력 감응 소자의 전류 또는 저항이 변화하게 되고, 그 변화과정은 제 1 연결부(260) 및 제 2 연결부(265)를 통하여 측정장치(280) 내에서 모니터링 되고, 모니터링 된 결과를 조합하여 압력(270)의 세기를 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 촉각 센서를 도시한 개략도이다.
도 4를 참조하면, 규칙적으로 배열되는 도전성 필러 입자(320)들을 포함하는 비전도성 탄성층(300)과, 그 상부 및 하부에 각각 제 1 전극(330) 및 제 2 전극(340)이 구비된 압력 감응 소자를 단위 크기로 제작하고, 각각의 단위 압력 감응 소자에 넘버링을 수행한다.
다음에는, 1번 내지 16번 단위 압력 감응 소자를 매트릭스 형태로 배열하여 결함함으로써, 압력의 세기 및 압력이 가해지는 면적을 감지하는 촉각 센서(400)로 작용하도록 한다.
촉각 센서(400)의 제 1 전극(330)들이 결합된 부분에 소정의 면적을 갖는 압력이 가해지면, 그에 따라서 소정 개수의 단위 압력 감응 소자들의 전류 또는 저항이 변화하게 되고, 그 변화과정은 제 1 연결부(360) 및 제 2 연결부(365)를 통하여 측정장치(380) 내에서 모니터링 되고, 모니터링 된 결과를 조합하여 압력(370)이 가해지는 면적 및 세기를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압력 센서를 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 중심부에 도전성 필러 입자들을 포함하는 비전도성 탄성층(410)이 구비되고, 비전도성 탄성층의 양면에 각각 상부 전극(430) 및 하부 전극(440)이 구비된다. 이때, 상부 전극(430)은 압력이 가해지는 수신부로 작용하도록 전면 전극으로 구비되고, 하부 전극(440)은 압력의 위치 및 크기 정보를 실시간으로 파악할 수 있도록 복수개의 패턴으로 형성된다. 여기서, 상부 전극(430) 및 하부 전극(440)은 전기 전도도 및 유연성을 고려하여 Ag 인쇄박막으로 형성할 수 있다.
다음으로, 하부 전극(440)이 복수개의 패턴으로 구비되는 경우 하부 전극(440)이 비전도성 탄성층(410)에 균일하게 접속될 수 있도록 PCB 기판(450)에 올려질 수 있다. 그리고, PCB 기판(450)은 비전도성 탄성층(410)의 외각으로 연장될 수 있으며, 그 연장된 PCB 기판(450) 상에 연결부(460)가 더 구비된다.
마지막으로, 상부 전극(430) 및 PCB 기판(450) 표면에는 상부보호 필름(470) 및 하부보호 필름(480)이 구비된다.
이와 같이 구비되는 압력 센서(500)는 총 두께(t)를 5.5 ~ 2mm로 형성하여 혈압측정센서, 침입감지센서, 교통량 분석 센서, 자동차 좌석 모니터링 센서 또는 터치스크린(Touch Screen) 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 내부에 도전성 필러 입자들이 분포되어 있는 비전도성 탄성층; 및
    상기 비전도성 탄성층의 양면에 각각 형성되는 제 1 전극과 제 2 전극을 포함하되,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 구동 전압을 인가한 상태에서 외력이 가해지지 않는 경우에는 상기 도전성 필러 입자들이 서로 이격된 상태를 유지하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 절연된 상태를 유지하도록 하고,
    상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 외력이 가해지는 경우에는 상기 외력이 가해지는 방향으로 상기 비전도성 탄성층이 압축되고, 압축된 영역의 상기 도전성 필러 입자들 간에 전기적 터널링 효과가 발생하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전류가 흐르도록 하되, 상기 외력의 증가에 비례하여 상기 상기 전류도 증가될 수 있도록 하는 배열을 갖는 상기 도전성 필러 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 각각 0.1㎛ ~ 5㎜의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 플렉서블(Flexible)한 도전성 소재를 사용하여 필름형 또는 다각형 기둥을 포함하는 입체형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플렉서블(Flexible)한 도전성 소재는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrole), 폴리아닐린(polyaniline) 및 이들이 혼합된 물질 중 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비전도성 탄성층은 0.1㎛ ~ 5㎜의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비전도성 탄성층은 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 고 밀도 폴리에틸렌(high density PE), 저 밀도 폴리에틸렌(low density PE), 베이클라이트(bakelite), 네오프렌(neoprene), 나일론(nylon), 폴리 염화비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리스티렌(polystyrene; PS), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 초고분자량 폴리에틸렌(ultra-high molecular weight polyethylene; UHMWPE), 에틸렌 비닐아세테이트(ethylene vinylacetate; EVA), 폴리비닐부틸랄(polyvinyl butyral; PVB), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리사풀루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene) 및 이들이 혼합된 물질 중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필러 입자들은 10㎚ ~ 100㎛의 크기를 갖는 구형, 막대형 또는 침상형 물질인 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필러 입자들은 상기 비전도성 탄성층의 중량 대비 0.05 ~ 95 중량% 만큼 첨가되는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필러 입자들은 Ag, Au, Al, Cu, Pt, Ni 및 C(Carbon-black) 중 선택된 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 인가되는 상기 구동 전압은 1㎷ ~ 100V 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기적 터널링 효과에 의하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 흐르는 전류 1mA ~ 100A 것을 특징으로 하는 압력 감응 소자.
  12. 청구항 1에 기재된 압력 감응 소자를 이용하여 형성한 것을 특징으로 하는 촉각 센서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 압력 감응 소자를 단독으로 구비하여 압력의 세기를 측정하는 것을 특징으로 하는 촉각 센서.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 압력 감응 소자를 복수개로 구비하여 압력이 가해지는 면적을 측정하는 것을 특징으로 하는 촉각 센서.
  15. 청구항 제 1 항에 기재된 압력 감응 소자로 구비되며, 상기 제 1 전극은 압력이 가해지는 수신부로 작용하도록 전면 전극으로 구비되고, 상기 제 2 전극은 상기 압력의 위치 및 크기 정보를 실시간으로 파악할 수 있도록 복수개의 패턴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 혈압측정센서, 침입감지센서, 교통량 분석 센서, 자동차 좌석 모니터링 센서 또는 터치스크린(Touch Screen)에 적용 하는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
KR1020080028543A 2008-03-27 2008-03-27 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서 KR101210937B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080028543A KR101210937B1 (ko) 2008-03-27 2008-03-27 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080028543A KR101210937B1 (ko) 2008-03-27 2008-03-27 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090103140A true KR20090103140A (ko) 2009-10-01
KR101210937B1 KR101210937B1 (ko) 2012-12-11

Family

ID=41532706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080028543A KR101210937B1 (ko) 2008-03-27 2008-03-27 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101210937B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130098311A (ko) * 2010-08-02 2013-09-04 나노메이드 컨셉 터치 표면 및 이러한 표면을 제조하는 방법
WO2013168955A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Korea Research Institute Of Standards And Science Carbon nanotube composite having improved pressure-resistance sensitivity, method for manufacturing the carbon nanotube composite, and pressure sensor including carbon nanotube composite
WO2013168956A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Korea Research Institute Of Standards And Science Crabon nabotube composite including micro pillars having vertical shapes, method for manufacturing the crabon nabotube composite, and tactile sensor including the crabon nabotube composite
KR20140114918A (ko) * 2013-03-18 2014-09-30 삼성전자주식회사 촉각 측정 장치 및 방법
KR20170054087A (ko) * 2015-11-09 2017-05-17 엘지이노텍 주식회사 압력 감지 의자
JP2018500963A (ja) * 2014-11-24 2018-01-18 タルケット・ゲーデーエル フロアカバー内に圧力センサを備えたモニタリングシステム

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101650827B1 (ko) * 2015-04-16 2016-08-25 한국세라믹기술원 압저항 특성을 갖는 전도성 복합체 조성물 및 이를 이용한 압저항 소자
KR101696377B1 (ko) * 2015-10-26 2017-01-16 한국세라믹기술원 디스플레이 기능을 갖는 휴대용 치아교합 측정 장치
KR101868221B1 (ko) 2016-03-14 2018-06-15 고려대학교 산학협력단 이온 채널 압력 센서 및 이의 제조방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130098311A (ko) * 2010-08-02 2013-09-04 나노메이드 컨셉 터치 표면 및 이러한 표면을 제조하는 방법
WO2013168955A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Korea Research Institute Of Standards And Science Carbon nanotube composite having improved pressure-resistance sensitivity, method for manufacturing the carbon nanotube composite, and pressure sensor including carbon nanotube composite
WO2013168956A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Korea Research Institute Of Standards And Science Crabon nabotube composite including micro pillars having vertical shapes, method for manufacturing the crabon nabotube composite, and tactile sensor including the crabon nabotube composite
KR101412623B1 (ko) * 2012-05-10 2014-07-01 한국표준과학연구원 압저항 센싱감도가 향상된 탄소나노튜브 복합체 및 그 제조방법, 이 탄소나노튜브 복합체를 갖는 압력감응센서
KR20140114918A (ko) * 2013-03-18 2014-09-30 삼성전자주식회사 촉각 측정 장치 및 방법
JP2018500963A (ja) * 2014-11-24 2018-01-18 タルケット・ゲーデーエル フロアカバー内に圧力センサを備えたモニタリングシステム
KR20170054087A (ko) * 2015-11-09 2017-05-17 엘지이노텍 주식회사 압력 감지 의자

Also Published As

Publication number Publication date
KR101210937B1 (ko) 2012-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101210937B1 (ko) 압력 감응 소자 및 이를 이용한 촉각 센서
US11371961B2 (en) Method for assembling conductive particles into conductive pathways and sensors thus formed
CN106768520B (zh) 压力传感器及其制备方法
CN101088134B (zh) 受力开关及传感器的粘性薄膜
CN101292312B (zh) 叉指型力开关和传感器
US20100288635A1 (en) Flexible deformation sensor
Costa et al. Mechanical vs. electrical hysteresis of carbon nanotube/styrene–butadiene–styrene composites and their influence in the electromechanical response
KR101650827B1 (ko) 압저항 특성을 갖는 전도성 복합체 조성물 및 이를 이용한 압저항 소자
EP2040053A1 (en) Torsion and/or tension and/or pressure textile sensor
EP3194918B1 (en) Sensing system including a sensing structure
US8471719B2 (en) Pressure control switch, method for using the same and alarm system using the same
KR20160053913A (ko) 슬라이드 마찰식 발전기, 발전 방법 및 벡터 변위 센서
US20110250393A1 (en) Self-assembled films and processes thereof
JP2007225315A (ja) センサー用複合体
US11959819B2 (en) Multi-axis strain sensor
US10794779B2 (en) Pressure sensor
CN106293285A (zh) 触摸屏及显示装置
JP2011257217A (ja) センサ用材料およびこれを備えた感圧センサ
US20220252471A1 (en) A capacitive touch and pressure sensor
JP2011226852A (ja) 感圧センサの製造方法、感圧センサ、および弾性組成物
CN218411508U (zh) 柔性纺织压力传感器、压力识别装置以及压力识别系统
KR20240038604A (ko) 자기장을 이용한 압력 센서
Jin et al. Flexible Centralized Tri-Axis Force Sensor based on Capacitance and Intrinsic Resistance of Bump Structure
KR20230042991A (ko) 탄성 촉각 센서 및 그 제조 방법
KR20230011028A (ko) Cnt 섬유를 이용한 위치 센서 및 압력 센서

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151201

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161201

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181204

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191204

Year of fee payment: 8