KR20110082465A - 복합 기능 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

복합 기능 센서 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

복합 기능 센서에 관한 기술이 개시(disclosure)된다. 일 실시 예에 있어서, 복합 기능 센서는 전도성 입자가 내부에 분산되어 있으며 일면에 홈을 포함하는 폴리머 기판, 상기 폴리머 기판의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들 및 상기 폴리머 기판의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들을 포함한다. 상기 기판은 상기 일면에 상기 홈에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 제1 전극들 중 일부는 상기 돌출부에 배치되고, 상기 제1 전극들 중 나머지 일부는 상기 함몰부에 배치된다. 상기 전도성 입자는 상기 복수의 제1 전극들을 대응하는 상기 복수의 제2 전극들과 전기적으로 연결하며, 상기 전도성 입자의 전기적 특성은 상기 폴리머 기판의 변형에 따라 변화한다.

Description

복합 기능 센서 및 그 제조방법 {multi-functional sensor and method for manufacturing the same}
본 명세서는 대체로 복합 기능 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복합 기능 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에, 지능형 로봇의 감지 시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 주제로 인조 피부의 설계 및 제조가 있는데, 주로 실제 인간의 피부의 촉각을 모사하는 데 대부분의 연구가 이루어지고 있다.
이러한 연구의 일 예로서, Tajima 등은 Advanced Robotics, Vol. 16, pp. 381-397, 2002, 에서 MEMS 기술에 의해 연성 물질로 집적된 다층 촉각 센서를 발표하였으며, 또, 다른 예로서, Engel 등은 Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 13, pp.359-366, 2003, 에서 로봇 애플리케이션을 위한 연성 및 가요성을 가지는 접촉 센서를 개시하였다.
한편, 인간 피부와 같은 감지 기능을 구현하기 위해서는 상술한 촉각 뿐만 아니라, 압력, 온도, 통증 등과 같은 다양한 감각을 감지할 수 있어야 한다. 하지만, 상술한 센서 연구의 대부분이 압력 또는 온도 중 어느 하나의 외부 환경 변화만 감지 가능한 센서 소자를 다루거나, 또는 서로 다른 외부 환경을 감지하는 복수의 센서들을 결합시키는 구성에 대해서 주로 이루어지고 있다.
본 출원이 이루고자 하는 기술적 과제는 압력 및 온도의 외부 환경 변화를 함께 감지하는 복합 기능 센서를 제공하는 것이다.
본 출원이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기의 복합 기능 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 있어서, 복합 기능 센서가 개시된다. 상기 복합 기능 센서는 전도성 입자가 내부에 분산되어 있으며 일면에 홈을 포함하는 폴리머 기판, 상기 폴리머 기판의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들 및 상기 폴리머 기판의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들을 포함한다. 상기 폴리머 기판은 상기 일면에 상기 홈에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 제1 전극들 중 일부는 상기 돌출부에 배치되고, 상기 제1 전극들 중 나머지 일부는 상기 함몰부에 배치된다. 상기 전도성 입자는 상기 복수의 제1 전극들을 대응하는 상기 복수의 제2 전극들과 전기적으로 연결하며, 상기 전도성 입자의 전기적 특성은 상기 폴리머 기판의 변형에 따라 변화한다.
다른 실시 예에 있어서, 복합 기능 센서 제조방법이 개시된다. 상기 복합 기능 센서 제조방법은 내부에 전도성 입자가 분산되어 있으며 일면에 홈을 포함하는 폴리머 기판을 제공하는 과정, 상기 폴리머 기판의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들을 형성하는 과정 및 상기 폴리머 기판의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들을 형성하는 과정을 포함한다. 상기 폴리머 기판은 상기 일면에 상기 홈에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 제1 전극들 중 일부는 상기 돌출부에 형성되고, 상기 제1 전극들 중 나머지 일부는 상기 함몰부에 형성된다. 상기 전도성 입자는 상기 복수의 제1 전극들을 대응하는 상기 복수의 제2 전극들과 전기적으로 연결한며, 상기 전도성 입자의 전기적 특성은 상기 폴리머 기판의 변형에 따라 변화한다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
본 출원에 따르는 복합 기능 센서는 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 기판을 포함한다. 상기 폴리머 기판은 외부 환경으로부터의 외력 및 열의 변화에 대응하여 전기적 특성을 변화시킬 수 있으며, 이러한 변화를 관측함으로써 상기 외부 환경의 압력 및 온도 변화를 모두 감지할 수 있는 복합 기능 센서를 제공할 수 있다.
본 출원에 따르는 복합 기능 센서는 전도성 입자가 내부에 분산된 폴리머 기판을 돌출부 및 함몰부를 포함하도록 형성할 수 있다. 이로서, 상기 돌출부 및 함몰부의 전기적 특성 변화를 관측함으로써, 외부 환경으로부터의 외력 및 열의 변화를 감지할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 외력 및 열을 측정하는 복합 기능 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서 제조방법을 설명하는 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서 제조방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "을(과) 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 “열”은 기준온도보다 높은 온도를 가지는 열을 의미하는 경우는 물론, 상기 기준온도보다 낮은 온도를 가지는 열을 포함하는 개념으로 사용될 수 있다. 상기 기준온도는 예로서 상온일 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서를 나타내는 도면이다. 도 1의 (a) 및 (b)는 각각 복합 기능 센서의 사시도 및 단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 복합 기능 센서(100)는 폴리머 기판(110), 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)을 포함한다.
폴리머 기판(110)은 내부에 전도성 입자(120)가 분산되어 있으며, 일면에 홈(130)을 포함한다. 폴리머 기판(110)으로서 다양한 종류의 기판이 사용될 수 있다. 폴리머 기판(110)은 예로서 경화된 광경화성 수지 또는 경화된 열경화성 수지일 수 있다. 상기 광경화성 수지는 예로서 포토레지스트일 수 있다. 상기 열경화성 수지는 예로서 에폭시(epoxy), PDMS(polydimethylsiloane) 등일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서, 상기한 예시 이외에도 폴리머 기판(110)의 재료로서 다양한 종류의 경화 가능한 수지가 사용될 수 있다. 일 실시 예로서, 내부에 전도성 입자(120)가 분산되어 있는 폴리머 기판(110)은 상기 광경화성 수지 또는 상기 열경화성 수지에 전도성 입자(120)를 분산시킨 후 상기 광경화성 수지 또는 상기 열경화성 수지를 경화하여 얻을 수 있다.
전도성 입자(120)는 폴리머 기판(110) 내부에 분산되어 있다. 전도성 입자(120)로서 다양한 종류의 입자가 사용될 수 있다. 전도성 입자(120)는 예로서 자성체일 수 있다. 자성을 지니는 전도성 입자(120)은 예로서 전도성 상자성체, 전도성 강자성체, 전도성 반자성체 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 전도성 강자성체는 예로서 니켈일 수 있다. 자성을 지니는 전도성 입자(120)는 외부에서 가해지는 자계에 의하여 폴리머 기판(110) 내에서 정렬될 수 있다. 상기 자계에 의하여 정렬된 전도성 입자(120)는 제1 전극(140A 또는 140B)과 제2 전극(150) 사이에서 일종의 전도성 통로로서의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 상기 자계에 의하여 정렬된 전도성 입자(120)는 제1 전극(140A 또는 140B) 와 제2 전극(150) 사이에서 전류를 흐르게 하거나 전압을 인가하는 채널(channel)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 채널은 일 예로서, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 전극(140A)와 제2 전극(150) 사이에서 소정의 길이(160A) 및 폭(160B)를 가질 수 있다. 또다른 예로서, 제1 전극(140B)와 제2 전극 사이(150)에서 소정의 길이(160C) 및 폭(160D)를 가질 수 있다.
일례로, 전도성 입자(120)는 상기 자계에 의하여 상기 전극들에 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 전도성 입자(120)의 정렬 방향, 밀도 등은 전도성 입자(120)에 가해지는 상기 자계의 세기, 방향, 상기 자계를 가하는 시간 등에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 전도성 입자(120)에 의해 형성되는 채널(160A 또는 160B)의 단면적은 전도성 입자(120)에 가해지는 상기 자계의 면적을 조절하여 조절될 수 있다. 도면에는 전도성 입자(120)가 서로 전기적으로 연결된 예가 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도성 입자(120) 중 적어도 일부는 전도성 입자(120) 중 적어도 다른 일부와 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 전도성 입자(120) 중 상기 적어도 일부는 전도성 입자(120) 중 상기 적어도 다른 일부와 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 서로 이격되어 배치되는 전도성 입자(120)를 획득하는 방법은 일 예로서, 서로 이격 배치된 자석을 이용하여 전도성 입자(120)에 자계를 가하여 전도성 입자(120)들을 서로 분리시킴으로써 이루어질 수 있다.
홈(130)은 폴리머 기판(110)의 상기 일면에 배치된다. 폴리머 기판(110)의 상기 일면은 홈(130)에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함한다. 홈(130)은 폴리머 기판(110)의 상기 일면에 다양한 수 또는 형태로 배치될 수 있다. 도면에는 홈(130)으로서 폴리머 기판(110)의 상기 일면에 횡방향(이하 X축 방향이라 함)으로 주기적으로 배열된 홈이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 홈(130)은 X축 방향, 종방향(이하 Y축 방향이라 함) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 한 방향으로 주기적으로 배열될 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 홈(130)은 폴리머 기판(110)의 상기 일면에 X축 방향, Y축 방향 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 한 방향으로 비주기적으로 배열될 수 있다. 또한, 도면에는 홈(130)으로서 사각형의 홈이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 홈(130)으로서 삼각형, 역삼각형, 쐐기형, 원형, 다각형 등 다양한 형태의 홈이 사용될 수 있다. 또한, 도면에는 홈(130)으로서 동일한 깊이를 가지는 홈이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 홈(130)으로서 적어도 둘 이상의 서로 다른 깊이를 가지는 홈이 사용될 수 있다.
복수의 제1 전극들(140A, 140B)은 폴리머 기판(110)의 상기 일면에 배치된다. 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 중 일부는 상기 돌출부에 배치되고, 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 중 나머지 일부는 상기 함몰부에 배치된다.
복수의 제2 전극들(150)은 폴리머 기판(120)의 타면에 배치된다. 일 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 전극들(150)은 복수의 제1 전극들(140A, 140B)과 교차되도록 배치될 수 있다. 도면에는 복수의 제1 전극들(140A, 140B)과 수직 교차 배치된 복수의 제2 전극들(150)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 복수의 제2 전극들(150)은 다양한 각도로 복수의 제1 전극들(140A, 140B)과 교차 배치될 수 있다. 복수의 제2 전극들(150)이 복수의 제1 전극들(140A, 140B)과 교차 배치되는 한 상기 각도에는 제한이 없다.
도면을 다시 참조하면, 전도성 입자(120)는 복수의 제1 전극들(140A, 140B)을 대응하는 복수의 제2 전극들(150)과 전기적으로 연결한다. 도면에는 서로 전기적으로 연결된 전도성 입자(120)가 일 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도성 입자(120) 중 적어도 일부는 전도성 입자(120) 중 적어도 다른 일부와 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 전도성 입자(120) 중 상기 적어도 일부는 전도성 입자(120) 중 상기 적어도 다른 일부와 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 서로 이격되어 배치되는 전도성 입자(120)는 상기한 바와 같이 이격 배치된 자계를 통하여 얻을 수 있다.
복합 기능 센서(100)는 외력을 측정하는 센서로서 사용될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 상기 외력이 복합 기능 센서(100)에 가해지는 경우에 상기 돌출부는 변형될 수 있다. 상기 외력은 예로서 상기 돌출부에 가해지는 압축력, 신장력 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 본 명세서에서는 상기 외력은 힘 이외에 단위면적당 작용하는 힘인 압력을 포함하는 개념으로 사용된다. 상기 외력에 의하여 상기 돌출부는 압축, 신장 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 형태로 구조가 변형될 수 있다. 상기 돌출부의 구조 변형은 예로서 상기 돌출부의 단면적, 길이 등의 변형을 포함한다. 상기 돌출부의 상기 구조 변형은 전도성 입자(120)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 변화되는 상기 전기적 특성은 예로서 저항일 수 있다. 일례로, 상기 돌출부는 인장력에 의하여 신장될 수 있다. 이 경우, 상기 돌출부의 체적은 일정하게 유지되므로, 상기 외력에 의하여 상기 돌출부의 단면적은 감소하고 길이는 늘어나게 된다. 상기 돌출부의 단면적의 감소와 길이의 증가는 상기 채널 내에서 Z 방향으로의 전기적 저항의 증가를 가져올 수 있다. 상기 채널 내에서 Z 방향의 전기적 저항의 증가는 상기 돌출부의 상기 단면적의 감소와 상기 길이의 증가에 따른 전도성 입자(120) 간의 거리 증가와 같은 전도성 입자(120) 간의 배열 변화, 상기 채널의 전도 방향으로의 단면적 감소 등에 기인하는 것으로 예측된다. 다른 예로, 상기 돌출부는 압축력에 의하여 압축될 수 있다. 이 경우, 상기 돌출부의 단면적은 증가하고 길이는 감소하게 된다. 상기 돌출부의 단면적의 증가와 길이의 감소는 상기 채널 내에서 Z방향의 전기적 저항의 감소를 가져올 수 있다. 상기 채널 내에서 Z방향의 전기적 저항의 감소는 상기 돌출부의 상기 단면적의 증가와 상기 길이의 감소에 따른 전도성 입자(120) 간의 거리 감소, 상기 채널의 전도 방향으로의 단면적 증가 등에 기인하는 것으로 예측된다. 폴리머 기판(110)의 재료, 전도성 입자(120)의 종류, 밀도, 이종의 전도성 입자간의 혼합비 등의 구성을 달리하면, 동일한 외력에 대하여 다양한 저항 변화를 보이는 복합 기능 센서(100)를 구현할 수 있다. 상기 외력에 의한 상기 저항 변화는 상기 돌출부에 배치된 복수의 제1 전극들(140A) 및 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전도성 입자(120)는 복수의 제1 전극들(140A) 및 복수의 제2 전극들(150)을 연결하는 채널의 기능을 수행할 수 있다. 상기 채널은 상기 외력에 의하여 전기적 특성이 변화될 수 있다. 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성은 상기 돌출부에 배치된 복수의 제1 전극들(140A) 및 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 이를 통하여 복합 기능 센서(100)는 상기 외력을 측정하는 센서로서의 기능을 수행할 수 있다.
복합 기능 센서(100)는 외부 환경의 열을 측정하는 센서로서 사용될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 열이 가해지는 환경에 놓인 복합 기능 센서(100)는 상기 열에 의해 구조적으로 변형될 수 있다. 복합 기능 센서(100)의 상기 구조적 변형은 폴리머 기판(110), 전도성 입자(120), 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)의 구조적 변형에 기인한다. 복합 기능 센서(100)의 상기 구조적 변형의 가장 큰 변형은 폴리머 기판(110)의 구조적 변형에 기인하는 것으로 예측된다. 상기 열에 의한 복합 기능 센서(100)의 상기 구조적 변형은 복합 기능 센서(100)의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 변화되는 상기 전기적 특성은 예로서 저항일 수 있다. 일례로, 열의 증가는 폴리머 기판(110)의 부피를 팽창시킬 수 있다. 폴리머 기판(110)의 상기 부피팽창은 전도성 입자(120)간의 거리 증가를 가져올 수 있다. 전도성 입자(120)간의 상기 거리 증가는 상기 채널 내에서 Z방향의 전기적 저항의 증가를 가져올 수 있다. 다른 예로, 열의 감소는 폴리머 기판(110)의 부피를 수축시킬 수 있다. 폴리머 기판(110)의 상기 부피수축은 전도성 입자(120)간의 거리 감소를 가져올 수 있다. 전도성 입자(120)간의 상기 거리 감소는 상기 채널 내에서 Z방향의 전기적 저항의 감소를 가져올 수 있다. 이를 통해 복합 기능 센서(100)의 상기 전기적 특성이 변화할 수 있다. 폴리머 기판(110)의 재료, 전도성 입자(120)의 종류, 밀도, 혼합비 등의 구성을 달리하면, 동일한 열에 대하여 다양한 저항 변화를 보이는 복합 기능 센서(100)를 구현할 수 있다. 일 실시 예로서, 상기 열에 의한 상기 저항 변화는 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전도성 입자(120)는 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)을 연결하는 채널의 기능을 수행할 수 있다. 상기 채널은 상기 열에 의하여 전기적 특성이 변화될 수 있다. 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성은 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 일례로, 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성은 상기 돌출부에 배치된 복수의 제1 전극들(140A) 및 이에 대응하는 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 이 경우, 상기 돌출부는 상기 외력 및 상기 열 모두를 측정할 수 있다. 다른 예로, 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성은 상기 함몰부에 배치된 복수의 제1 전극들(140B) 및 이에 대응하는 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 또 다른 예로, 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성을 측정하는 데 있어서, 상기 돌출부는 상기 외력에 의한 상기 압력을 측정하고, 상기 함몰부는 상기 외부 환경의 상기 열을 측정하도록 구성할 수 있다. 이 경우, 전도성 입자(120)은 상기 돌출부 및 상기 함몰부에서 발생하는 저항 변화를 각각 별도로 감지할 수 있도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 전극(140A)와 제2 전극 사이의 채널과 제1 전극(140B)와 제2 전극 사이의 채널은 서로 전기적으로 분리되도록 배치된다. 이를 위해, 상술한 바와 같이, 서로 물리적으로 이격 배치된 자석을 이용하여 전도성 입자(120)에 자계를 인가하여 전도성 입자(120)들을 서로 분리시키는 공정을 수행할 수 있다. 이를 통하여 복합 기능 센서(100)는 상기 외력 및 상기 열을 측정하는 복합 기능 센서로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 압력 및 열을 측정하는 복합 기능 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 복합 기능 센서(200)의 단면도를 나타내며, 도 2의 (b), (c) 및 (d)는 복합 기능 센서(200) 중 일부를 확대한 도면이다. 도 2의 (b)는 상기 외력 및 상기 열에 의한 변형 전의 복합 기능 센서(200)를 나타낸다. 도 2의 (c)는 상기 외력에 의한 변형 후의 복합 기능 센서(200)를 나타낸다. 도 2의 (d)는 상기 열에 의한 변형 후의 복합 기능 센서(200)를 나타낸다.
도 2의 (a)를 참조하면, 복합 기능 센서(200)는 폴리머 기판(110), 전도성 입자(120), 홈(130), 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)을 포함한다. 도면에는 외력인 F1, F2, F3 및 F4가 각각 가해지는 4개의 돌출부와 이에 대응하는 3개의 함몰부를 가지는 폴리머 기판(110)을 포함하는 복합 기능 센서(200)가 예로서 표현되어 있다. 또한, 도면에는 상기 폴리머 기판(110)을 포함하는 복합 기능 센서(200)에 열이 가해지는 예가 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 폴리머 기판(110)은 다양한 수의 돌출부 및 함몰부를 포함할 수 있다. 상기 돌출부에 가해지는 상기 외력은 서로 다른 크기를 가지거나, 서로 같은 크기를 가질 수 있다. 또한, 도면에는 상기 외력으로서 상기 돌출부에 수직한 방향으로 가해지는 압축력이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 상기 외력은 다양한 방향으로 상기 돌출부에 가해지는 압축력이거나, 다양한 방향으로 상기 돌출부에 가해지는 인장력일 수 있다. 또한, 도면에는 서로 이격되어 배치된 전도성 입자(120)이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시된 바와 달리, 전도성 입자(120)의 적어도 일부는 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 서로 이격되어 배치되는 전도성 입자(120)는 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 서로 이격 배치된 자계를 이용하여 구현될 수 있다. 일례로, 서로 이격되어 배치되는 전도성 입자(120)는 상기 자계에 의하여 상기 전극들에 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 전도성 입자(120)의 정렬 방향, 밀도 등은 전도성 입자(120)에 가해지는 상기 자계의 세기, 방향, 상기 자계를 가하는 시간 등에 의하여 조절될 수 있다. 도 1과 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 자계에 의하여 정렬된 전도성 입자(120)는 채널의 역할을 할 수 있으며, 전도성 입자(120)에 가해지는 상기 자계의 세기가 커질수록 전도성 입자(120)의 밀도는 증가될 수 있다. 전도성 입자(120)의 밀도가 증가할수록 상기 채널의 전도특성은 향상될 수 있다.
도 2의 (b) 및 (c)를 참조하면, 상기 돌출부는 상기 외력인 F2에 의하여 구조가 변형될 수 있다. 간결하게 기술하기 위하여, 이하에서는 상기 돌출부에 수직한 방향으로 가해지는 상기 외력을 이용하여 설명하기로 한다. 하지만, 이러한 설명이 복합 기능 센서(200)의 기능을 특정한 유형에 한정하는 것은 아니다. 상기 돌출부에 상기 외력인 F2가 가해지는 경우, 상기 돌출부의 체적은 일정하게 유지될 수 있으므로, 상기 외력에 의하여 상기 돌출부의 단면적은 S에서 S+△S1(△S1은 양수임)로 증가하고, 길이는 L에서 L-△L1(△L1은 양수임)으로 감소하게 된다. 상기 돌출부의 상기 구조 변형은 전도성 입자(120) 상호간의 거리 감소, 접촉 면적 증가, 전도성 입자(120)에 의해 형성되는 채널의 단면적 증가를 야기할 수 있다. 이를 통해 전도성 입자(120)에 의해 형성되는 상기 채널의 저항이 감소될 수 있다. 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성은 상기 돌출부에 배치된 복수의 제1 전극들(140A) 및 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 이를 통하여 복합 기능 센서(200)는 상기 외력을 측정하는 센서로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 2의 (b) 및 (d)를 참조하면, 복합 기능 센서(200)는 상기 열에 의하여 구조가 변형될 수 있다. 상기 열에 의한 복합 기능 센서(200)의 구조 변형은 도 1과 관련하여 상술한 열에 의한 복합 기능 센서(100)의 구조 변형으로부터 유추할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다. 도면에는 상기 열에 의해 부피가 수축되는 복합 기능 센서(200)가 예로서 표현되어 있다. 상기 열에 의해 폴리머 기판(110)의 단면적은 S에서 S-△S2(△S2는 양수임)로 감소하고, 길이는 L에서 L-△L2(△L2는 양수임)으로 감소하게 된다. 폴리머 기판(110)의 상기 구조 변형은 전도성 입자(120) 상호간의 거리 감소, 접촉 면적 증가를 야기할 수 있다. 이를 통해 전도성 입자(120)에 의해 형성되는 상기 채널의 저항이 감소될 수 있다. 변화되는 상기 채널의 상기 전기적 특성은 폴리머 기판(110)의 상기 돌출부에 배치된 복수의 제1 전극들(140A) 및 복수의 제2 전극들(150)을 사용하여 측정할 수 있다. 도면에서는 폴리머 기판(110)의 상기 돌출부를 이용한 열을 측정하는 센서로서의 복합 기능 센서(200)를 예로서 설명하고 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 복합 기능 센서(200)는 폴리머 기판(110)의 상기 함몰부를 이용하여 상기 열을 측정할 수 있다. 또 다른 실시 예로서, 복합 기능 센서(200)는 폴리머 기판(110)의 상기 돌출부 및 상기 함몰부를 함께 이용하여 상기 열을 측정할 수도 있다. 이를 통하여 복합 기능 센서(200)는 상기 열을 측정하는 센서로서의 기능을 수행할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 상술한 바와 같이 복합 기능 센서(200)는 상기 외력 및 상기 열을 측정할 수 있다. 복합 기능 센서(200)는 상기 외력 및 상기 열을 각각 따로 측정하거나, 동시에 측정할 수 있다. 즉, 일 실시 예로서, 상기 돌출부 및 상기 함몰부를 이용하여, 시간 차를 두고 상기 외력 및 상기 열을 순차적으로 측정하거나, 다른 실시 예로서, 폴리머 기판(110)의 상기 돌출부를 이용하여 상기 외력을 측정하고, 상기 함몰부를 이용하여 상기 열을 측정하므로써 상기 외력과 상기 열을 동시에 측정할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 도면에는 내부에 전도성 입자(120)가 분산되어 있으며, 일면에 홈(130)을 포함하는 폴리머 기판(110)이 표현되어 있다. 홈(130)으로서 폴리머 기판(110)의 상기 일면에 X축 방향으로 주기적으로 배열된 홈이 예로서 표현되어 있다. 폴리머 기판(110)의 상기 일면에는 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들(140A, 140B)이 배치되어 있다. 폴리머 기판(110)의 상기 타면에는 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들(150)이 배치되어 있다. 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 각각은 전도성 입자(120)를 통하여 대응하는 복수의 제2 전극들(150)과 전기적으로 연결된다. 이 경우, 전도성 입자(120)를 통하여 연결되는 각각의 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(120)은 센서 픽셀(pixel)의 기능을 수행할 수 있다. 즉, 복수의 제1 전극들(140A, 140B), 전도성 입자(120) 및 복수의 제2 전극들(150)을 포함하는 복합 기능 센서(100)는 이차원 센서 어레이로서의 기능을 수행할 수 있다. 일례로, 복수의 제1 전극들(140A, 140B)은 상기 이차원 센서 어레이의 종렬 라인(column line)의 기능을 수행할 수 있다. 복수의 제2 전극들(150)은 상기 이차원 센서 어레이의 횡렬 라인(row line)의 기능을 수행할 수 있다. 다른 예로, 복수의 제1 전극들(140A, 140B)은 상기 이차원 센서 어레이의 횡렬 라인의 기능을 수행할 수 있다. 복수의 제2 전극들(150)은 상기 이차원 센서 어레이의 종렬 라인의 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예로서, 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150)은 전원부(미도시) 및 계측부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전원부는 상기 센서 픽셀에 소정의 크기를 가지는 전류 또는 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 상기 계측부는 복수의 제1 전극들(140A, 140B) 및 복수의 제2 전극들(150) 양단의 전기적인 특성을 측정할 수 있다. 상기 전기적인 특성은 예로서 전류 또는 저항일 수 있다. 일례로, 복합 기능 센서(100)에 외력이 가해지는 경우, 도 1 및 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 외력은 전도성 입자(120)에 의해 형성되는 상기 채널의 저항값을 변화시킨다. 상기 계측부를 이용하여 상기 외력이 인가되기 전의 상기 채널의 저항값과 상기 외력에 의하여 변화된 상기 채널의 저항값을 측정할 수 있다. 이를 통하여 상기 외력에 의한 상기 채널의 저항값 변화를 측정할 수 있다. 측정된 상기 채널의 상기 저항값 변화로부터 상기 센서 픽셀에 인가되는 상기 외력의 크기를 판단할 수 있다. 복합 기능 센서(100)의 각 센서 픽셀에는 서로 다른 크기의 외력이 인가될 수 있다. 상술한 과정을 통하여, 복합 기능 센서(100)의 각 센서 픽셀에 인가되는 상기 외력의 크기, 분포 등을 판단할 수 있다. 이 경우, 이차원 평면에 가해지는 외력의 크기, 분포 등에 대한 정보를 얻을 수 있다. 다른 예로, 복합 기능 센서(100)는 열을 감지할 수 있다. 이 경우, 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 상기 열은 전도성 입자(120)에 의하여 형성되는 상기 채널의 저항값을 변화시킨다. 상기 채널의 상기 저항값의 변화로부터 복합 기능 센서(100)의 각 센서 픽셀에 가해지는 상기 열의 크기, 분포 등에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이 경우, 이차원 평면에 가해지는 열의 크기 분포 등에 대한 정보를 얻을 수 있다. 도면에는 홈(130)으로서 동일한 깊이를 가지는 홈이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 홈(130)으로서 서로 다른 깊이를 가지는 홈이 이용될 수 있다. 상기 외력 및 상기 열을 측정할 수 있는 복합 기능 센서(100)는 인공피부에 적용될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서 제조방법을 설명하는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 복합 기능 센서 제조방법은 310 블록에서 시작된다. 310 블록에서, 내부에 전도성 입자가 분산되어 있으며, 일면에 홈을 포함하는 폴리머 기판을 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 폴리머 기판을 제공하는 과정은 상기 전도성 입자가 분산된 폴리머를 제공하는 과정 및 상기 폴리머 및 상기 홈에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 주형(mold)을 사용하여 상기 폴리머 기판을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 전도성 입자는 예로서 전도성 상자성체, 전도성 강자성체 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 폴리머 기판을 제공하는 과정은 상기 전도성 입자가 분산된 폴리머를 제공하는 과정, 상기 홈에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 주형에 상기 폴리머를 도입하는 과정 및 상기 폴리머를 자계 내에서 경화시키는 과정을 포함할 수 있다. 상기 전도성 입자는 상기 자계에 의해 상기 자계와 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 320 블록에서, 상기 폴리머 기판의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들을 형성한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 제1 전극들을 형성하는 과정은 상기 폴리머 기판의 상기 일면에 금속층을 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 금속층은 상기 돌출부 및 상기 함몰부 사이의 단차에 의하여 서로 이격되어 형성되어 상기 제1 전극들을 형성할 수 있다. 330 블록에서, 상기 폴리머 기판의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들을 형성한다. 상기 기판은 상기 일면에 상기 홈에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 제1 전극들 중 일부는 상기 돌출부에 형성되고, 상기 제1 전극들 나머지 일부는 상기 함몰부에 형성되며, 상기 전도성 입자는 상기 복수의 제1 전극들을 대응하는 상기 복수의 제2 전극들과 전기적으로 연결한다. 이하 도 4 내지 도 6을 참조하여, 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서 제조방법을 상술하기로 한다.
도 4 내지 도 6은 일 실시 예에 따른 복합 기능 센서 제조방법을 나타내는 도면이다. 도 4의 (a) 내지 (e)를 참조하면, 내부에 전도성 입자(420)가 분산되어 있으며, 일면에 홈(430)을 포함하는 폴리머 기판(410)을 제공한다. 폴리머 기판(410)은 상기 일면에 홈(430)에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함한다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 일 실시 예에 따른 폴리머 기판(410)을 제공하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 4의 (a)를 참조하면, 전도성 입자(420)가 분산되어 있는 폴리머(410A)가 담겨있는 용기(460) 및 일면에 패턴(430A)이 형성되어 있는 주형(470)을 준비한다. 폴리머(410A)는 예로서 광경화성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있다. 상기 광경화성 수지는 예로서 포토레지스트일 수 있다. 상기 열경화성 수지는 예로서 에폭시, PDMS 등일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서, 상기한 예시 이외에도 폴리머(410A)의 재료로서 다양한 종류의 경화 가능한 수지가 사용될 수 있다. 주형(470)으로서 다양한 종류의 재료가 사용될 수 있다. 주형(470)은 예로서, 패턴(430A)이 형성되어 있는 경화된 폴리머일 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 주형(470)에 전도성 입자(420)가 분산되어 있는 폴리머(410A)를 채운다. 폴리머(410A)는 다양한 방법에 의하여 경화될 수 있다. 폴리머(410A)는 예로서 UV광에 의하여 경화되어 폴리머 기판(410)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 폴리머(410A)는 열에 의하여 경화되어 폴리머 기판(410)을 형성할 수 있다.
도 4의 (c)를 참조하면, 주형(470)으로부터 폴리머 기판(410)을 분리한다. 이를 통하여, 내부에 전도성 입자(420)가 분산되어 있으며, 일면에 홈(430)을 포함하는 폴리머 기판(410)을 얻을 수 있다. 폴리머 기판(410)은 경화된 폴리머(410A)에 해당한다. 전도성 입자(420)는 도 1과 관련하여 상술한 전도성 입자(120)과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
도 4의 (d) 및 (e)는 다른 실시 예에 따른 폴리머 기판(410)을 제공하는 과정을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 4의 (a) 및 (b)와 실질적으로 동일한 방법으로 전도성 입자(420)가 분산되어 있는 폴리머(410A)가 채워진 주형(470)을 준비한다.
도 4의 (d)를 참조하면, 주형(470)에 자계를 가하여 폴리머(410A)에 분산되어 있는 전도성 입자(420)를 정렬한다. 이 경우, 전도성 입자(420)로서 자성을 지니는 전도성 입자가 사용된다. 자성을 지니는 전도성 입자(420)은 예로서 전도성 상자성체, 전도성 강자성체, 전도성 반자성체 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. 자성을 지니는 전도성 입자(420)는 외부에서 가해지는 자계에 의하여 폴리머(410A) 내에서 정렬될 수 있다. 일례로, 자성을 지니는 전도성 입자(420)는 상기 자계에 평행한 방향으로 정렬될 수 있다. 자성을 지니는 전도성 입자(420)의 정렬 방향, 밀도 등은 전도성 입자(420)에 가해지는 상기 자계의 세기, 방향, 상기 자계를 가하는 시간 등에 의하여 조절될 수 있다. 또한, 전도성 입자(420)에 의해 형성되는 상기 채널의 단면적은 자성을 지니는 전도성 입자(420)에 가해지는 상기 자계의 면적을 조절하여 조절될 수 있다. 도면에는 외부에서 가해지는 자계에 의하여 폴리머(410A) 내에서 수직으로 정렬된 전도성 입자(420)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 전도성 입자(420)는 다양한 방향으로 정렬될 수 있다. 전도성 입자(420)의 정렬 방향은 상기 자계의 방향을 조절하여 조절될 수 있다. 상기 자계는 예로서 서로 다른 극성을 가지는 영구자석(490A) 및 영구자석(490B)에 의하여 제공될 수 있다. 일 실시 예로서, 상기 자계는 강자성체 구조물(480)에 의하여 전도성 입자(420)에 가해질 수 있다. 이 경우, 강자성체 구조물(480)의 배치, 단면적 등의 조절을 통하여 전도성 입자(420)에 가해지는 상기 자계의 방향, 면적, 밀도 등을 용이하게 조절할 수 있다. 강자성체 구조물(480)의 재료로서 다양한 강자성체 재료가 사용될 수 있다. 강자성체 구조물(480)의 재료는 예로서 철일 수 있다. 전도성 입자(420)가 강자성체 구조물(480)에 부착되는 것을 방지하기 위하여 폴리머(410A)가 주입된 주형(470) 위에 보호층(482)을 배치할 수도 있다. 보호층(482)으로서 다양한 종류의 재료가 사용될 수 있다. 보호층(482)은 예로서 폴리머 필름일 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서, 상기 자계를 전도성 입자(420)에 제공할 수 있는 한 보호층(482)의 재료에는 제한이 없다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 상기 자계는 전자석(미도시)에 의하여 전도성 입자(420)에 가해질 수 있다. 상기 전자석의 배치, 상기 전자석의 크기, 상기 전자석에 가해지는 전류 또는 전압 등을 조절하면, 전도성 입자(420)에 가해지는 상기 자계의 방향, 면적, 세기 등을 용이하게 조절할 수 있다. 폴리머(410A)는 다양한 방법에 의하여 경화될 수 있다. 폴리머(410A)는 예로서 UV광에 의하여 경화되어 폴리머 기판(410)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 폴리머(410A)는 열에 의하여 경화되어 폴리머 기판(410)을 형성할 수 있다.
도 4의 (e)를 참조하면, 주형(470)으로부터 폴리머 기판(410)을 분리한다. 이를 통하여, 내부에 정렬된 전도성 입자(420)가 분산되어 있으며, 일면에 홈(430)을 포함하는 폴리머 기판(410)을 얻을 수 있다.
도 5를 참조하면, 폴리머 기판(410)의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들(440A, 440B)을 형성한다. 복수의 제1 전극들(440A, 440B) 중 일부(440A)는 상기 돌출부에 형성되고, 복수의 제1 전극들(440A, 440B) 중 나머지 일부(440B)는 상기 함몰부에 형성된다. 도면에는 폴리머 기판(410)으로서 도 4의 (a) 내지 (c)와 관련하여 상술한 방법으로 얻어진 폴리머 기판이 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 폴리머 기판(410)은 도 4의 (d) 및 (e)와 관련하여 상술한 방법으로 얻어진 폴리머 기판이 사용될 수도 있다. 간결하게 기술하기 위하여, 이하에서는 폴리머 기판(410)으로서 도 4의 (a) 내지 (c)와 관련하여 상술한 방법으로 얻어진 폴리머 기판을 사용하여 설명하기로 한다. 하지만, 이러한 설명이 복합 기능 센서 제조방법을 특정한 유형에 한정하는 것은 아니다.
복수의 제1 전극들(440A, 440B)은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자(이하 당업자라 함)에게 잘 알려져 있는 여러 공정들 중 어느 하나가 적용되어 폴리머 기판(410)의 상기 일면에 형성될 수 있다. 상기 공정들은 예로서 프린팅(printing) 방식, 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition) 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 복수의 제1 전극들(440A, 440B)은 상기 공정들 중 어느 하나를 이용하여 금속층을 폴리머 기판(410)의 상기 일면에 형성한 후, 노광 및 식각 공정을 포함하는 공지의 반도체 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 다른 실시 예로서, 복수의 제1 전극들(440A, 440B)은 스퍼터링 증착법을 이용하여 금속층을 폴리머 기판(410)의 상기 일면에 부분적으로 형성하는 공정만으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 금속층은 폴리머 기판(410)의 홈(430)에 의해 형성되는 상기 돌출부 및 상기 함몰부 간의 단차에 의하여 폴리머 기판(410)의 측벽에는 상기 금속층이 형성되지 않음으로써, 서로 분리되어 형성된다. 이를 통하여, 폴리머 기판(410)의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들(440A, 440B)을 얻을 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서, 상기한 예시 이외에도 낮은 단차피복(step coverage) 특성을 가지는 다양한 증착법이 복수의 제1 전극들(440A, 440B)을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 복합 기능 센서 제조방법에 있어서, 상기 단차 및 스퍼터링 증착법의 특성을 이용하는 방법을 사용하여 복수의 제1 전극들(440A, 440B)을 형성하는 경우, 공정 과정 감축과 비용절감의 효과를 얻을 수 있다.
도 6을 참조하면, 폴리머 기판(410)의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들(450)을 형성한다. 복수의 제2 전극들(450)은 전도성 입자(420)에 의하여 대응하는 복수의 제1 전극들(440A, 440B)과 전기적으로 연결된다. 일 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 전극들(450)은 복수의 제1 전극들(440A, 440B)과 교차되도록 배치될 수 있다. 도면에는 복수의 제1 전극들(440A, 440B)과 수직 교차 배치된 복수의 제2 전극들(450)이 예로서 표현되어 있다. 다른 실시 예로서, 도면에 도시된 바와 달리, 복수의 제2 전극들(450)은 다양한 각도로 복수의 제1 전극들(440A, 440B)과 교차 배치될 수 있다. 복수의 제2 전극들(450)이 복수의 제1 전극들(440A, 440B)과 교차 배치되는 한 상기 각도에는 제한이 없다. 복수의 제2 전극들(450)은 당업자에게 잘 알려져 있는 여러 공정들 중 어느 하나가 적용되어 폴리머 기판(410)의 상기 타면에 형성될 수 있다. 상기 공정들은 예로서 프린팅 방식, 화학적 기상 증착법, 물리적 기상 증착법 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 복수의 제2 전극들(450)은 상기 공정들 중 어느 하나를 이용하여 금속층을 폴리머 기판(410)의 상기 타면에 형성한 후, 노광 공정을 포함하는 일반적인 반도체 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
이하에서는 상술한 본 출원에 개시된 기술의 구성을 보다 명확히 설명하는 실시예를 기재한다.
[실시예]
전도성 고분자 복합재료의 제조
전도성 고분자 복합재료의 제조를 위하여 고분자 재료로서 PDMS는 DOW CORNING 사의 SYLGARD-184를 사용하였다. 전도성 충전제로는 지름 5μm를 가지는 흑연 분말과 지름 2μm를 가지는 니켈 분말을 각각 사용하여 비교하였다.
전도성 고분자 복합재료의 제조 방법은 다음과 같다. 먼저 고분자 재료인 상기 SYLGARD-184의 베이스와 경화제를 10:1의 질량비로 섞는다. 상기 베이스와 상기 경화제가 섞인 고분자 재료에 상기 전도성 충전제를 혼합한다. 상기 전도성 충전제가 혼합된 재료는 진공 상태에서 기포를 모두 빼낸 뒤, 150°C 로 유지된 핫플레이트에서 10분간 가열해 완전히 경화시킨다. 전도성 충전제의 비율은 흑연 분말 및 니켈 분말 각각에 대하여 30 wt%로 고정하였다. 또한, 니켈 분말을 자기장에 노출시켜 상기 전도성 고분자 복합재료를 제조하는 경우는 니켈 분말의 비율을 15wt%로 충전하고 전극방향의 자기장 속에서 10분간 노출시킨 뒤 경화시켜 형성하였다.
[실험예]
흑연분말 30wt%, 니켈분말 15wt% 및 니켈분말 30wt%가 분산된 각각의 전도성 고분자 복합재료에 대하여 5mm x 3mm x 4.5mm 크기의 직육면체 형태의 시편을 제작하였다. 상기 시편의 위 아래면에 전극을 부착한 후 저항을 측정하였다.
[평가]
도 7은 외부 온도 및 외력 변화에 따른 비저항의 변화를 측정한 그래프이다. 도 7의 (a)는 니켈 분말 30wt% 가 분산된 경우 (b)는 흑연 분말 30wt%가 분산된 경우이며, (c)는 니켈 분말 15wt%가 분산된 경우를 각각 가리킨다. 니켈 분말이 분산된 전도성 고분자 복합재료는 외부 온도와 외력 변화에 따라 비저항이 일관성 있게 변화하는 것을 보여준다. 즉, 각각의 온도에서 외력이 압축 응력으로 작용하는 경우, 저항이 낮아지는 경향을 보여 준다. 이에 반하여, 도 7의 (b)의 흑연 분말을 충전한 경우, 온도가 90℃ 일때, 외력이 압축 응력으로 작용할 때 오히려 저항이 증가하는 것으로 관측되어 센서 소자로서 좋지 않은 특성을 보이고 있다. 도 7의 (c)를 참조하면, 니켈 분말 15wt%가 분산된 경우로서, 일정 방향의 자기장에 노출시켜 제조하였다. 이 경우, 도 7의 (a)에 비하여 니켈 분말의 함량이 절반에 해당하지만 오히려 전기적 저항과 같은 전도 특성이 상대적으로 우수한 것을 알 수 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
100, 200 : 복합 기능 센서,
110, 410: 폴리머 기판, 120, 420: 전도성 입자, 130: 홈, 140A,140B,440A, 440B: 복수의 제1 전극들, 150, 450: 복수의 제2 전극들, 160A,160C: 길이, 160B, 160D: 폭,
410A: 폴리머, 430A: 패턴, 460: 용기, 470: 주형, 480: 강자성체 구조물, 482: 보호층, 490A,490B: 영구자석.

Claims (15)

  1. 복합 기능 센서에 있어서,
    내부에 전도성 입자가 분산되어 있으며, 일면에 홈을 포함하는 폴리머 기판;
    상기 폴리머 기판의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들; 및
    상기 폴리머 기판의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들을 포함하되,
    상기 폴리머 기판은 상기 일면에 상기 홈에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 제1 전극들 중 일부는 상기 돌출부에 배치되고, 상기 제1 전극들 중 나머지 일부는 상기 함몰부에 배치되며,
    상기 전도성 입자는 상기 복수의 제1 전극들을 대응하는 상기 복수의 제2 전극들과 전기적으로 연결하며, 상기 전도성 입자의 전기적 특성은 상기 폴리머 기판의 변형에 따라 변화하는 복합 기능 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 서로 교차되도록 배치되는 복합 기능 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 돌출부에 배치되는 상기 제1 전극을 상기 제2 전극과 전기적으로 연결하는 상기 전도성 입자의 일부분은, 상기 함몰부에 배치되는 상기 제1 전극을 상기 제2 전극과 전기적으로 연결하는 상기 전도성 입자의 다른 일부분과 서로 전기적으로 분리되는 복합 기능 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 기판의 변형은 외력 또는 열에 의해 발생하고, 상기 전도성 입자의 전기적 특성 변화를 계측함으로써 상기 외력 또는 상기 열을 감지하는 복합 기능 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 외력에 의한 상기 폴리머 기판의 변형은 상기 돌출부에서 계측되며, 상기 열에 의한 상기 폴리머 기판의 변형은 상기 함몰부에서 계측되는 복합 기능 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 입자는 전도성 상자성체, 전도성 강자성체 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 복합 기능 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 입자는 자계에 의하여 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들에 수직한 방향으로 배열되는 복합 기능 센서.
  8. 복합 기능 센서 제조방법에 있어서,
    내부에 전도성 입자가 분산되어 있으며, 일면에 홈을 포함하는 폴리머 기판을 제공하는 과정;
    상기 폴리머 기판의 상기 일면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제1 전극들을 형성하는 과정; 및
    상기 폴리머 기판의 타면에 서로 이격되어 배치되는 복수의 제2 전극들을 형성하는 과정을 포함하되,
    상기 폴리머 기판은 상기 일면에 상기 홈에 의해 형성되는 돌출부 및 함몰부를 포함하며, 상기 제1 전극들 중 일부는 상기 돌출부에 형성되고, 상기 제1 전극들 나머지 일부는 상기 함몰부에 형성되며,
    상기 전도성 입자는 상기 복수의 제1 전극들을 대응하는 상기 복수의 제2 전극들과 전기적으로 연결하되 상기 전도성 입자의 전기적 특성이 상기 폴리머 기판의 변형에 따라 변화하는 복합 기능 센서 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴리머 기판의 변형은 외력 또는 열에 의해 발생하고, 상기 전도성 입자의 전기적 특성 변화를 계측함으로써 상기 외력 또는 상기 열을 감지하는 복합 기능 센서 제조방법
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외력에 의한 상기 폴리머 기판의 변형은 상기 돌출부에서 계측되며, 상기 열에 의한 상기 폴리머 기판의 변형은 상기 함몰부에서 계측되는 복합 기능 센서 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 폴리머 기판을 제공하는 과정은
    상기 전도성 입자가 분산된 폴리머를 제공하는 과정;
    상기 폴리머 및 상기 홈에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 주형(mold)에 상기 폴리머를 도입하는 과정; 및
    상기 주형에 도입된 폴리머를 경화시켜 상기 폴리머 기판을 형성하는 과정을 포함하는 복합 기능 센서 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 주형에 도입된 상기 폴리머를 경화시키는 과정은 UV광 또는 열에 의해 상기 폴리머를 경화시키는 과정을 포함하는 복합 기능 센서 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 입자는 전도성 상자성체, 전도성 강자성체 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 복합 기능 센서 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 폴리머 기판을 제공하는 과정은
    상기 전도성 입자가 분산된 폴리머를 제공하는 과정;
    상기 홈에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 주형에 상기 폴리머를 도입하는 과정; 및
    상기 폴리머를 자계 내에서 경화시키는 과정을 포함하되,
    상기 전도성 입자는 상기 자계에 의해 상기 자계와 평행한 방향으로 배열되는 복합 기능 센서 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 폴리머를 자계 내에서 경화시키는 과정은
    상기 폴리머가 도입된 주형의 상부 및 하부에 강자성체 구조물을 배치하는 과정; 및
    상기 강자성체 구조물 상에 자석을 배치하여 자력을 인가하는 단계를 포함하는
    복합 기능 센서 제조방법.
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