KR20150135612A - 기체 압력 기반 보안 센서 장치와 기체 압력 기반 사용자 인증 방법 - Google Patents

기체 압력 기반 보안 센서 장치와 기체 압력 기반 사용자 인증 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기체 압력 기반 보안 센서 장치 및 기체 압력 기반 사용자 인증 방법으로서, 기체 압력 기반 보안 센서 장치는 단말기의 사용자 인증을 수행하기 위한 보안 센서를 구비한 장치에 있어서, 외부로부터의 기체 압력을 감지하는 압력 감지부와 압력 감지부에서 감지된 기체 압력 패턴을 분석하는 패턴 분석부와, 패턴 분석부에서 분석된 검출 패턴을 기 설정된 패턴과 비교하여 사용자 인증을 수행하는 사용자 인증부를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 터치화면을 사용하지 않고도 미세한 기체 압력 패턴을 이용하여 잠금 해제와 같은 보안 기능에 적용함으로써 사용자의 비밀번호 조작 및 패턴 터치 흔적이 남지 않기 때문에 보안성을 향상시킬 수 있다.

Description

기체 압력 기반 보안 센서 장치와 기체 압력 기반 사용자 인증 방법{APPARATUS FOR SECURITY SENSORS BASED ON GAS PRESSURE AND METHOD FOR AUTHENTICATION BASED ON GAS PRESSURE}
본 발명은 보안 센서 장치와 사용자 인증 방법에 관한 것으로서, 특히 사용자에 의해 가해지는 미세한 기체 압력 패턴을 검출하고 이를 기 설정된 패턴과 비교하여 사용자의 인증을 수행하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치와 기체 압력 기반 사용자 인증 방법에 관한 것이다.
스마트폰을 비롯한 이동통신 단말기는 각종 정보를 디스플레이 하기 위한 LCD 혹은 AMOLED을 구비하고 스마트폰의 경우 터치스크린을 이용하여 디스플레이에 표시되어 있는 버튼을 손가락이나 터치펜으로 접촉하여 단말기의 기능을 제어하는 방식으로 사용되고 있다.
휴대 단말기들이 모바일 컴퓨터화 되면서 단말기 내에 모든 개인 정보가 들어 있어 보안 강화가 요구되고 있고, 이러한 보안을 위하여 기존에는 비밀번호 또는 패턴을 입력하는 방식이나, 지문을 입력하는 방식 등이 적용되고 있다.
그런데, 비밀번호 또는 패턴 입력 방식의 경우 보안 기능이 취약하기 때문에 개인의 프라이버시를 침해 또는 개인 정보의 노출 가능성이 높다.
더욱이 기존의 터치 패널을 이용한 보안 방식에서는 사용자의 비밀번호 조작 및 패턴 터치 흔적이 남기 때문에 보안에 더욱 취약한 문제가 있다.
또한, 최근에 스마트폰에 적용되고 있는 지문 입력 방식은 센서에 손가락을 가져다 대는 것만으로도 휴대폰의 잠금 상태를 해제하고 앱스토어나 아이튠스 등의 결제를 할 수 있는 기능을 갖고 있다.
그런데, 스마트폰 보안 방식으로 단순히 잠금 해제 기능에만 적용하는 차원에서 그치지 않고, 지문 인식을 통한 결제 시스템까지 적용하게 될 경우 지문 정보까지 개인 정보 유출 전력이 있는 각종 기업에 넘겨줄 수 있게 되므로, 자신의 생체 정보인 지문 정보에 대한 유출 가능성이 발생하게 된다.
아울러, 종래의 스마트폰과 같은 전자 기기는 예를 들어, 화상 표시를 구현하기 위한 액정표시(LCD; Liquid Crystal Display) 장치를 제조한 후, 사용자의 입력을 감지하기 위한 터치 패널을 별도로 제작하여 액정표시 장치와 결합하는 방식에 의하여 제조된다. 이러한 기존의 방식은 터치 패널에 의하여 액정표시 장치의 화질과 밝기를 떨어뜨리고, 터치 패널의 두께만큼 스마트폰의 두께를 증가시키며, 제조 공정의 비용과 제조 단가를 높이는 단점을 갖는다.
한편, 종래의 인공 감지 디바이스는 어느 정도 높은 압력의 직접적인 접촉에 의해 동작하거나, 스마트폰의 터치 패널과 같이 압력에 따른 정전 용량의 변화에 의해 동작하는 방식으로, 민감한 접촉을 감지하지 못하며, 종래의 인공감지 디바이스는 무기 반도체로 제조되기 때문에, 휴머노이드 로봇을 포함한 다양한 응용 분야에서 인공 감각 피부로 적용하기에 충분한 유연성을 갖지 못한다.
한국공개특허 제2013-0104682호 이동통신 단말기에서 디스플레이 화면 및 터치 자동 잠금 장치 및 그 방법 한국등록특허 제2014-0027579호 “단말기의 사용자인증 수행 장치 및 방법”
배경기술의 단점을 해소하기 위한 본 발명은 사용자에 입김이나 콧바람과 같은 미세한 기체 압력에 대한 패턴을 감지하고, 감지된 기체 압력 패턴을 기 설정된 패턴과 비교하여 잠금 해제 등의 보안 정보로 활용하기 위한 기체 압력 기반 보안 센서 장치 및 이를 이용한 기체 압력 기반 사용자 인증 방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기체 압력 기반 보안 센서 장치는 단말기의 사용자 인증을 수행하기 위한 보안 센서를 구비한 장치에 있어서, 외부로부터의 기체 압력을 감지하는 압력 감지부, 압력 감지부에서 감지된 기체 압력 패턴을 분석하는 패턴 분석부, 패턴 분석부에서 분석된 검출 패턴을 기 설정된 패턴과 비교하여 사용자 인증을 수행하는 패턴 인증부를 포함한다.
여기서, 기체 압력의 패턴은 기체의 흐름 방향, 기체 흐름 회수, 기체 압력 세기 중 적어도 하나 이상의 신호 패턴일 수 있다.
또한, 압력감지부는 기판 상에 상호 이격 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 기판 상에서 절연층에 의해 소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 절연되도록 형성된 게이트 전극, 소스 전극과 드레인 전극 간을 전기적으로 연결하도록 형성된 채널층 및 채널층 상에, 채널층과 직접 접촉되도록 형성되는 감지층을 포함한다.
또한, 압력감지부는 기체 압력의 세기를 검출하는 압력 검출부를 더 포함할 수 있고, 압력 검출부는 감지층의 표면에 가해지는 기체 압력에 기초하여 감지층에 가해지는 기체 압력의 세기를 검출하며, 드레인 전극과 소스 전극 간의 전류 값을 검출한다.
또, 감지층은 기체에 의해 가해지는 압력에 따라 분자 배향이 변화되는 액정 분자 및 고유전성 물질을 포함하고, 액정 분자는 네마틱(nematic) 액정 분자로 이루어질 수 있다.
또한, 감지층 상에 감지 보조층을 더 형성될 수 있고, 채널층은 유기 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 기체 압력 기반 사용자 인증 방법은 사용자에 의해 입력되는 기체 압력 보안 패턴을 기준 보안 패턴 정보로 설정하는 단계, 사용자에게 인증을 위한 보안 패턴 입력 화면을 제공하는 단계, 사용자 조작에 따른 기체 압력을 검출하는 단계, 검출된 기체 압력에 대한 분석을 통하여 기체 압력 패턴을 추출하는 단계 및 추출된 기체 압력 패턴을 기 설정된 기준 보안 패턴과 비교하여 사용자의 인증을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 터치화면을 사용하지 않고도 미세한 기체 압력 패턴을 이용하여 잠금 해제와 같은 보안 기능에 적용함으로써 사용자의 비밀번호 조작 및 패턴 터치 흔적이 남지 않기 때문에 보안성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치에서 검출하는 기체 압력 패턴 유형 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 기체 압력 기반 사용자 인증 방법을 순차로 나타낸 플로우 차트.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치의 압력 감지부에 적용되는 감지 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치의 압력 감지부에 적용되는 감지 디바이스를 보여주는 단면도.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 감지 디바이스의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.
도 7은 채널층 위에 감지층을 형성하지 않은 비교 예(비교예1)에 따른 유기 전계효과 트랜지스터에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프.
본 발명에 관한 설명은 구조적 또는 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명에서 구성 A가 구성 'B 상'에 형성된다는 것은 다른 물질이 개재되지 않은 채로 B의 상면에 직접 접촉되도록 A가 형성되는 것은 물론, A와 B 사이에 하나 또는 복수의 다른 물질이 개재된 채로 형성되는 것을 포함하는 의미일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치에서 검출하는 기체 압력 패턴 유형 예시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치는 스마트폰이나 태블릿 PC 등에 일체화되어 잠금 화면 상태에서 잠금을 해제하거나, 슬립 모드에서 웨이크업 모드로 전환 등 보안이 요구되는 기능에 적용된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치는 압력 감지부(10), 패턴 분석부(20), 패턴 인증부(30), 패턴 저장부(40) 및 표시부(50)를 포함한다.
여기서, 압력 감지부(10)는 후술하는 감지 디바이스(100, 도 4 참조)에 해당하는 것으로서, 기체 압력의 세기를 감지하고 이를 검출한다. 이때, 압력 감지부(10)는 감지층(170, 도 4참조)의 표면에 가해지는 기체 압력에 기초하여 감지층에 가해지는 기체 압력의 세기를 검출하는 것으로서, 감지층(170, 도 4 참조) 표면에 기체 압력이 발생하면 액정 분자의 분자 배열의 변화에 따라 변화하는 드레인 전극과 소스 전극 간의 전류 값의 검출을 통해 압력을 감지하는 감지 디바이스로 이루어진다.
이때, 기체 압력은 입김, 콧바람, 손바닥 바람 등의 다양한 방법으로 입력이 가능하다.
패턴 분석부(20)는 압력 감지부에서 감지한 기체 압력 패턴을 분석하는 것으로서, 패턴 분석부(20)는 기체의 흐름 방향, 기체 흐름 회수, 기체 압력 세기 중 적어도 하나 이상의 신호 패턴을 분석할 수 있다.
즉, 도 2 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 기체 압력의 세기는 y축의 전류의 세기 ID(㎂)로 검출되며, 기체의 흐름 회수는 움직임 패턴이 x축의 시간 흐름에 따라 다르게 나타나는 주기 정보를 이용하여 검출 할 수 있게 된다.
패턴 인증부(30)는 패턴 저장부(40)에 사용자기 미리 설정하여 저장한 보안 패턴과 입력되는 기체 압력 패턴을 상호 비교하여 사용자의 인증을 수행한다.
패턴 저장부(40)는 사용자가 설정한 보안 정보 즉, 기체 압력 패턴을 입력받아 이를 저장하는 것으로서, 사용자는 예를 들어 입김을 불어 넣거나 손바닥을 움직여 보안을 위한 기에 압력 패턴을 입력하게 된다.
표시부(40)는 스마트폰 단말과 같은 장치의 표시 장치로서 잠금 상태, 기체 압력 패턴 입력을 위한 대기 화면 또는 기체 압력 패턴 입력 결과에 따른 상태 등을 표시한다.
이하, 기체 압력 기반 보안 센서 장치를 이용한 기체 압력 기반 사용자 인증 방법을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 기체 압력 기반 사용자 인증 방법을 순차로 나타낸 플로우 차트로서, 우선 기준 보안 패턴 정보를 설정한다(S100).
기준 보안 패턴 정보 설정을 위하여 사용자는 단말기의 기체 압력 보안 센서 장치에 입김을 불거나 손바닥을 움직여 원하는 패턴의 기체 압력을 발생시킨다.
이에 따라, 기체 압력 기반 보안 센서 장치는 사용자가 입력한 기체 압력을 검출 및 분석하고, 패턴을 추출하여 저장한다.
이후에 화면의 잠금 화면 등이 필요한 경우 단말기의 화면에 사용자에게 인증을 위한 보안 패턴 입력 화면을 제공한다(S102).
그러면, 사용자는 잠금 화면 해제를 위하여 기체 압력 보안 센서 장치에 입김을 불거나 손바닥을 움직여 기체 압력을 발생시킨다(S104).
이에 따라, 기체 압력 보안 센서 장치는 사용자가 발생시킨 기체 압력을 검출한다(S106).
이때, 기체 압력 검출을 다음과 같이 이루어진다.
사용자가 기체 압력 보안 센서 장치의 감지층(170, 도 1참조)에 기체 압력을 가하면, 감지층의 액정 분자들의 쌍극자 배향이 집단적으로 변화되고, 그에 따라 감지층과 접촉하는 채널층의 상부 영역에서의 유도 전하 밀도가 증가하여 드레인 전류가 증가하게 되므로, 드레인 전류의 검출을 통하여 기체 압력을 검출할 수 있다.
이어서, 검출된 기에 압력에 대한 분석을 통하여 사용자가 입력한 기체 압력 패턴을 추출한다(S108).
이때, 기체 압력 패턴은 드레인 전류의 크기나 전류 변화의 주기 정보로부터 알 수 있다.
이후, 추출된 기체 압력 패턴을 기 설정된 기준 보안 패턴과 비교하여 사용자의 인증을 수행한다(S110).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치의 압력 감지부에 적용되는 감지 디바이스를 보여주는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 감지 디바이스(100)는 기판(110), 게이트 전극(120), 절연층(130), 소스 전극(140), 드레인 전극(150), 채널층(160), 감지층(170) 및 감지보조층(180)을 포함한다. 기판(110)은 실리콘 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등으로 제공될 수 있다. 플라스틱 기판은 예시적으로, 폴리이미드(polyimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등의 고분자 화합물로 형성될 수 있다.
게이트 전극(120)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 게이트 전극(120)은 도전성 재질로 형성될 수 있다. 게이트 전극(120)은 예시적으로, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 물질로 형성되거나, 인듐-주석 산화물과 같은 도전성의 비금속 물질, 또는 황화 텅스텐과 같은 투명 전극 등으로 형성될 수 있다. 게이트 전극(120)은 소스 전극(140), 드레인 전극(150) 및 채널층(160)과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다.
절연층(130)은 기판(110)과 게이트 전극(120) 상에 형성되어 게이트 전극(120)을 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)과 전기적으로 절연되도록 하는 것으로서, 절연층(130)은 기판(110) 상에서 게이트 전극(120)을 덮도록 형성될 수 있다. 절연층(130)은 예시적으로, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 물질, 혹은 산화알루미늄/폴리스티렌(Al2O3/PS)과 같은 무기물/유기물의 혼성 절연성 물질 등으로 형성될 수 있다.
소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 기판(110)과 절연층(130) 상에 형성될 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 서로 이격되어 형성되며 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 금속, 금속화합물 또는 전도성 유기고분자를 포함할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 예시적으로, 금(Au), 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 인듐주석산화물(ITO), 카본나노튜브(carbon nano tube), 폴리머 등의 도전성 물질, 페이스트(paste) 또는 잉크(ink), 혹은 황화 텅스텐과 같은 투명 전극 등으로 형성될 수 있다.
채널층(160)은 절연층(130) 상에 형성되되 채널층(160)은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 전기적으로 연결하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이에 채널층(160)이 형성되며, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 채널층(160)에 전기적으로 연결된다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 형성되는 전압에 의하여 채널층(160)에 채널 영역이 형성될 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 채널층(160)에 직접 접촉하도록 형성될 수도 있고, 도전성을 갖는 하나 이상의 다른 물질을 매개로 간접적으로 채널층(160)에 연결될 수도 있다. 채널층(160)은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 덮을 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 전압이 인가되면, 채널층(160) 내에 채널이 형성될 수 있다. 채널층(160)은 유기 반도체층, 무기 반도체층 또는 유무기 혼합 반도체층을 포함할 수 있다. 유기 반도체층은 폴리머 활성층을 포함할 수 있다. 채널층(160)을 잘 구부러지고 유연성을 갖는 유기 반도체층으로 형성하는 것은, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)를 휴머노이드 로봇의 인공 감각 피부로 구현하기에 적합하다.
유기 반도체층은 예시적으로, 폴리-3-헥실티오핀(P3HT, (poly(3-hexylthiophene))), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 안트라센(anthracene), 나프탈렌(naphthalene), 루브렌(rubrene), 코로넨(coronene), 페릴렌(perylene), 루브렌(rubrene), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 혹은 이들의 유도체, 티오펜(thiophene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체, 폴리-9,9-디옥틸플루오리네코-바이티오핀(F8T2, (poly(9,9-dioctylfluoreneco-bithiophene))), 폴리-3,3-디도데실쿼터-티오핀(PQT-12, (poly(3,3-didodecylquarter-thiophene))) 또는 폴리-2,5-비스-3-테트라에실티오핀-2-일-티에노-3,2-b-티오핀(PBTTT, (poly (2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno(3,2-b)thiophene)), 플루오렌(fluorene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체 중 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.
감지층(170)은 채널층(160) 상에, 채널층(160)과 직접 접촉하도록 형성될 수 있다. 즉, 감지층(170)과 채널층(160)은 서로 간에 분리된 층으로 형성되며, 감지층(170)은 채널층(160)의 상면에 직접 접촉한다. 감지층(170)은 이의 표면상에 가해지는 기체 압력(physical stimulation)에 따라 분자 배향이 변화되는 액정(LC; Liquid Crystal) 분자들 및 5~12 범위의 높은 유전상수를 가지는 물질들을 포함할 수 있다. 기체 압력은 감지층(170)의 표면에 가해지는 자극, 예를 들어, 기체 흐름 접촉, 터치 입력, 압력, 그 밖의 자극일 수 있다. 감지층(170)은 예시적으로, 네마틱(nematic) 액정 분자들 또는 콜레스테릭 액정 분자들을 포함할 수 있다.
감지층(170)의 액정은 예시적으로, 1-트랜스-4-헥실시클로헥실-4-이소티오시아네이토벤젠(1-(trans-4-hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene), 4'-옥틸-4-비페닐카르보니트릴(4'-octyl-4-biphenylcarbonitrile), 4'-헥실옥시-4-비페닐카르보니트릴(4'-(hexyloxy)-4-biphenylcarbonitrile), 4-트랜스-4-펜틸시클로헥실벤조니트릴(4-(trans-4-pentylcyclohexyl)benzonitrile), 1-트랜스-4-헥실시클로헥실-4-이소티오시아네이토벤젠(1-(trans-4-hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene), 4-헵틸옥시벤조산(4-(heptyloxy)benzoic acid), 콜렉스테릴헤미숙시네이트(cholesterylhemisuccinate), 콜레스테릴롤일 카보네이트(cholesteryloleyl carbonate), 콜레스테릴 아세테이트(cholesteryl acetate), 또는 4-부틸-N-4-메톡시페닐메틸렌벤젠아민(4-butyl-N-[(4-methoxyphenyl)methylene]-Benzenamine) 등을 포함할 수 있다.
감지보조층(180)은 감지층(170)을 보호하고 감지층(170)에 가해지는 감도를 조절하기 위한 것으로서, 감지층(170)의 상면에 형성될 수 있다. 감지보조층(180)은 두께가 너무 두꺼울 경우 감지층(170)의 감도를 급격히 저하시키고, 두께가 너무 얇을 경우 감지층(170)의 민감도가 높아 압력 신호 검출시 노이즈가 혼입될 가능성이 높아질 수 있는 단점이 있으므로 100nm~100um 의 두께로 형성할 수 있다. 이때, 감지 보조층(180)을 두껍게 형성할 경우에는 압력 검출 감도를 높이기 위한 압력 증폭 소자를 적용할 수도 있다. 감지보조층(170)은 예시적으로, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 물질, 혹은 산화알루미늄/폴리스티렌(Al2O3/PS)과 같은 무기물/유기물의 혼성 절연성 물질 등으로 형성될 수 있다.
감지 디바이스(100)는 드레인 전류 값에 기초하여 기체 압력의 세기를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 검출부는 감지층(170)의 표면에 가해지는 기체 압력에 따라 변화되는 드레인 전류 값을 검출하고, 검출한 전류 값에 기초하여 기체 압력을 감지할 수 있다. 채널층(160)을 통해 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간에 흐르는 전류(이하, '드레인 전류'로 칭할 수 있음) 값은 기체 압력의 세기에 따라 가변적일 수 있다. 채널층(160)의 유도 전하 밀도는 기체 압력에 의한 감지층(170)의 분자 배향 변화에 따라 변화할 수 있다. 즉, 감지층(170)에 기체 압력이 가해지면, 감지층(170)의 액정 분자들의 쌍극자 배향이 집단적으로 변화되고, 그에 따라 감지층(170)과 접촉하는 채널층(160)의 상부 영역에서의 유도 전하 밀도가 증가하여 드레인 전류가 증가할 것이다. 감지 디바이스(100)는 예시적으로, 드레인 전류 값의 변화량, 단위시간당 변화율 등에 기초하여 기체 압력의 세기나 기체 압력의 지속 시간 등을 검출할 수 있다. 이때, 정확한 측정을 위하여, 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간의 전압과, 드레인 전극(150)과 게이트 전극(120) 간의 전압은 미리 설정된 값으로 유지될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 기체 압력에 의한 감지층(170)의 액정 분자들의 집단적 거동과, 채널층(160) 간의 시너지(synergy) 효과에 따른 드레인 전류의 변화를 통해, 기체의 압력을 감지할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 0(sccm) 초과, 2(sccm) 이하의 기체 압력을 감지할 수 있다. 2(sccm) 이하의 기체 압력은 개인 편차에 따라 인간이 느낄 수 있는 최소 자극의 세기이거나 인간이 느낄 수 없는 미세 자극 세기이다. 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 0(sccm) 초과, 0.7(sccm) 이하의 기체 압력을 감지할 수 있다. 0.7(sccm) 이하의 기체 압력은 인간의 촉각으로는 느낄 수 없는 극미세 수준의 자극 세기이다. 액정 분자들은 액정 상태에서 강한 쌍극자 배향을 가지며, 기체 압력에 대해 집단적인 분자 이동 거동을 보인다. 감지층(170) 표면에 미세한 기체 압력을 가할 때, 감지층(170)의 액정 분자들의 분자 배향은 집단적으로 변화하며, 액정 분자들의 강한 쌍극자 효과와 분자 배향의 변화에 기인하여, 외부 기체 압력의 세기에 따라 채널층(160)의 드레인 전류는 민감하게 변화한다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 기체 압력 기반 보안 센서 장치의 압력 감지부에 적용되는 감지 디바이스의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 기판(110) 상에 게이트 전극(120)을 형성하되, 기판(100) 상에 도전막(미도시함)을 증착한 후에 이에 대한 패터닝을 수행하거나, 마스크 패턴을 이용하여 도전막(미도시함)을 증착하는 방식으로 형성할 수 있다. 도전막(미도시함)을 증착하기 위한 방식으로는 열 증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(E-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering), 마이크로 컨택 프린팅(micro contact printing) 또는 나노 임프린팅(nano imprinting) 등의 방법이 적용될 수 있다. 게이트 전극(120)은 예시적으로, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 물질로 형성되거나, 도전성이 있는 비금속 물질, 예를 들면 인듐-주석 산화물 등으로 형성될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 게이트 전극(120)이 형성된 기판(110) 상에 게이트 전극(120)을 전기적으로 절연시킬 수 있도록 절연층(130)을 형성한다. 절연층(130)은 예시적으로, 스핀 코팅(spin coating) 방식 또는 디스펜서(dispenser)를 이용한 분사(dispensing) 방식으로 절연성 물질을 형성한 후, 열 경화(heat curing)나 자외선 경화(ultraviolet-ray curing) 등의 방식에 의해 경화하거나 절연층의 높이를 평탄화하기 위한 연마 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 절연층(130)은 예시적으로, 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 물질, 혹은 산화알루미늄/폴리스티렌(Al2O3/PS)과 같은 무기물/유기물의 혼성 절연성 물질 등으로 형성될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 절연층(130) 상에 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 서로 이격되도록 형성한다. 이때, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 게이트 전극(120) 형성 방법과 같이 도전막(미도시함)을 증착한 후에 이에 대한 패터닝을 수행하거나, 마스크 패턴을 이용하여 도전막(미도시함)을 증착하는 방식으로 형성할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 금속, 금속화합물 또는 전도성 유기고분자를 포함할 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 예시적으로, 금(Au), 은(Ag), 아연(Zn), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 인듐주석산화물(ITO), 카본나노튜브(carbon nano tube), 폴리머 등의 도전성 물질, 페이스트(paste) 또는 잉크(ink)를 포함할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 절연층(130) 상에 채널층(160)을 형성한다. 이에 따라, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이에 채널층(160)이 형성되며, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 채널층(160)에 전기적으로 연결된다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 형성되는 전압에 의하여 채널층(160)에 채널 영역이 형성될 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)은 채널층(160)에 직접 접촉하도록 형성될 수도 있고, 도전성을 갖는 하나 이상의 다른 물질을 매개로 간접적으로 채널층(160)에 연결될 수도 있다. 채널층(160)은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 덮을 수 있다. 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 전압이 인가되면, 채널층(160) 내에 채널이 형성될 수 있다. 채널층(160)은 스핀 코팅, 잉크젯 프린팅 또는 진공 증착 등의 공정을 통해 형성될 수 있다. 채널층(160)은 유기 반도체층, 무기 반도체층 또는 유무기 혼합 반도체층을 포함할 수 있다. 유기 반도체층은 폴리머 활성층을 포함할 수 있다.
유기 반도체층은 예시적으로, 폴리-3-헥실티오핀(P3HT, (poly(3-hexylthiophene))), 펜타센(pentacene), 테트라센(tetracene), 안트라센(anthracene), 나프탈렌(naphthalene), 루브렌(rubrene), 코로넨(coronene), 페릴렌(perylene), 루브렌(rubrene), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 혹은 이들의 유도체, 티오펜(thiophene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체, 폴리-9,9-디옥틸플루오리네코-바이티오핀(F8T2, (poly(9,9-dioctylfluoreneco-bithiophene))), 폴리-3,3-디도데실쿼터-티오핀(PQT-12, (poly(3,3-didodecylquarter-thiophene))) 또는 폴리-2,5-비스-3-테트라에실티오핀-2-일-티에노-3,2-b-티오핀(PBTTT, (poly (2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno(3,2-b)thiophene)), 플루오렌(fluorene)을 포함하는 공액계 고분자 유도체 중 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.
도 5e를 참조하면, 채널층(160) 상에 감지층(170)을 형성한다. 감지층(170)과 채널층(160)은 서로 간에 분리된 층으로 형성되며, 감지층(170)은 채널층(160)의 상면에 직접 접촉한다. 감지층(170)은 이의 표면상에 가해지는 기체 압력(physical stimulation)에 따라 분자 배향이 변화되는 액정(LC; Liquid Crystal) 분자들 및 5~12 범위의 높은 유전상수를 가지는 물질들을 포함할 수 있다. 기체 압력은 감지층(170)의 표면에 가해지는 자극, 예를 들어, 기체 흐름 접촉, 터치 입력, 압력, 그 밖의 자극일 수 있다. 감지층(170)은 예시적으로, 네마틱(nematic) 액정 분자들 또는 콜레스테릭 액정 분자들을 포함할 수 있다.
감지층(170)은 예시적으로, 1-트랜스-4-헥실시클로헥실-4-이소티오시아네이토벤젠(1-(trans-4-hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene), 4'-옥틸-4-비페닐카르보니트릴(4'-octyl-4-biphenylcarbonitrile), 4'-헥실옥시-4-비페닐카르보니트릴(4'-(hexyloxy)-4-biphenylcarbonitrile), 4-트랜스-4-펜틸시클로헥실벤조니트릴(4-(trans-4-pentylcyclohexyl)benzonitrile), 1-트랜스-4-헥실시클로헥실-4-이소티오시아네이토벤젠(1-(trans-4-hexylcyclohexyl)-4-isothiocyanatobenzene), 4-헵틸옥시벤조산(4-(heptyloxy)benzoic acid), 콜렉스테릴헤미숙시네이트(cholesterylhemisuccinate), 콜레스테릴롤일 카보네이트(cholesteryloleyl carbonate), 콜레스테릴 아세테이트(cholesteryl acetate), 또는 4-부틸-N-4-메톡시페닐메틸렌벤젠아민(4-butyl-N-[(4-methoxyphenyl)methylene]-Benzenamine) 등을 포함할 수 있다.
아울러, 감지층(170)의 상면에 감도 조절을 위한 감지 보조층(180)을 형성한다. 감지 보조층(180)은 스핀 코팅(spin coating) 방식 또는 디스펜서(dispenser)를 이용한 분사(dispensing) 방식으로 절연성 물질을 형성한 후, 열 경화(heat curing)나 자외선 경화(ultraviolet-ray curing) 등의 방식에 의해 경화에 의해 형성할 수 있다. 감지보조층(180)은 예시적으로, 메틸메타크릴레이트(methyl methacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알콜(polyvinylalcohol), 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 물질, 혹은 산화알루미늄/폴리스티렌(Al2O3/PS)과 같은 무기물/유기물의 혼성 절연성 물질 등으로 형성될 수 있다.
감지 디바이스(100)는 드레인 전류 값에 기초하여 기체 압력의 세기를 검출하는 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 검출부는 감지층(170)의 표면에 가해지는 기체 압력에 따라 변화되는 드레인 전류 값을 검출하고, 검출한 전류 값에 기초하여 기체 압력을 감지할 수 있다. 채널층(160)을 통해 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간에 흐르는 전류(이하, '드레인 전류'로 칭할 수 있음) 값은 기체 압력의 세기에 따라 가변적일 수 있다. 채널층(160)의 유도 전하 밀도는 기체 압력에 의한 감지층(170)의 분자 배향 변화에 따라 변화할 수 있다. 즉, 감지층(170)에 기체 압력이 가해지면, 감지층(170)의 액정 분자들의 쌍극자 배향이 집단적으로 변화되고, 그에 따라 감지층(170)과 접촉하는 채널층(160)의 상부 영역에서의 유도 전하 밀도가 증가하여 드레인 전류가 증가할 것이다. 감지 디바이스(100)는 예시적으로, 드레인 전류 값의 변화량, 단위시간당 변화율 등에 기초하여 기체 압력의 세기나 기체 압력의 지속 시간 등을 검출할 수 있다. 이때, 정확한 측정을 위하여, 드레인 전극(150)과 소스 전극(140) 간의 전압과, 드레인 전극(150)과 게이트 전극(120) 간의 전압은 미리 설정된 값으로 유지될 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 감지 디바이스의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 6a를 참조하면, 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)를 작동시키기 위해 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 사이에 전압을 가하면, 감지층(170)의 액정 분자들은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 방향으로 쌍극자 (+,-) 배열을 하게 된다. 감지층(170) 중의 하층부(171)에 배열된 액정 분자들의 강한 쌍극자 효과에 기인하여, 채널층(160) 중의 전하 유도 영역(161), 즉 감지층(170)과 접하는 채널층(160)의 상층부에 유도 전하가 생성된다.
도 6b를 참조하면, 감지층(170) 위에 기체 압력을 가하면 감지층(170)의 분자 배열, 즉 쌍극자 (+,-) 방향이 변하면서, 채널층(160)의 유도 전하 밀도를 변화시키게 된다. 변화된 유도 전하 밀도에 의하여 전계효과 트랜지스터의 전류 값이 변하므로 기체 압력을 감지할 수 있다. 즉, 도 6b의 화살표로 도시된 바와 같이 기체 압력이 감지층(170) 또는 감지 보조층(180) 표면에 가해지면, 감지층(170) 상층부의 일부 액정 분자들의 분자 배향이 변화되고, 규칙 상태의 액정 분자들의 집단적 거동으로 인한 쌍극자 재배열 효과에 기인하여, 자극을 받은 액정 분자들을 따라 인접한 다수의 액정 분자들에서 집단적으로 액정 배향이 변화된다. 이에 따라 감지층(170)의 상층부와 채널층(160)에 접하는 감지층(170)의 하층부 사이의 전체 영역(172)에 걸쳐서 액정 분자들의 분자 배향이 집단적으로 변화한다. 그러면, 액정 분자들의 강한 쌍극자에 의해 채널층(160)에 유도된 전하의 밀도가 액정 분자들의 배향 변화로 인해 변화한다. 결과적으로, 채널층(160)의 유도 전하 밀도가 변화하는 동시에 기체 압력을 가하기 이전보다 넓은 전하 유도 영역(162)이 형성되고, 그에 따라 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 흐르는 드레인 전류가 증가한다.
감지층(170)의 액정 분자들은 기체 압력에 대한 증감제(sensitizer)로 동작하며, 채널층(160)은 액정 분자들의 배향 변화에 의해 야기되는 전기적 신호를 생성/증폭하는 기능을 수행한다. 이러한 원리에 의해, 감지층(170)의 표면에 미세한 기체 압력이 가해지는 경우에도, 감지 디바이스(100)의 드레인 전류는 증가한다. 이와 같이, 감지층(170)의 표면에 가해지는 기체 압력에 의하여 감지층(170)의 분자 배향이 집단적으로 변화하는 것에 따라 채널층(160)에서 추가적인 전하 이동이 형성되며, 액정 분자 배향의 회복에 기인하여 기체 압력을 중단한 이후에도 일정 시간 동안 드레인 전류 값은 줄어들지 않고 인간의 잔류 감각과 유사한 특성을 보인다.
소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간에 일정한 전압이 인가되는 조건 하에서 채널층(160) 표면에 감지층(170)이 형성될 때, 감지층(170)이 형성되지 않은 경우에 비해 드레인 전류는 상당히 증가한다. 채널층(160) 표면에 감지층(170)이 형성되는 경우, 게이트 전압이 0(V)인 경우에서조차 감지층(170)이 형성되지 않은 경우에 비해 드레인 전류 값은 증가한다. 감지층(170)은 액정 분자들의 강한 쌍극자 모멘트(dipole moments)로 인하여 채널층(160)에 양전하(positive charge)를 유도한다. 채널층(160)을 갖지 않고 감지층(170)만을 갖는 경우, 이러한 특징은 나타나지 않는다. 이는 액정 분자들 스스로 전하를 이동시키지는 못하기 때문이다.
채널층(160) 표면상의 액정 분자들과, 채널층(160)에서 액정에 의해 전하 유도된 영역은 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간의 전압에 의해 영향받으며, 드레인 전류는 게이트 전압에 의해 강하게 영향받는다. 따라서, 소스 전극(140)과 드레인 전극(150) 간의 전압과 게이트 전극(120)과 소스 전극(140) 간의 전압을 조절하여, 검출할 기체 압력의 세기 범위를 조절할 수도 있다. 다수의 감지 디바이스(100)를 기판상에 형성하는 것에 의해, 넓은 면적의 인공 감각 피부를 형성할 수 있다. 일 실시 예로, 각각의 감지 디바이스(100)에는 동일한 드레인 전압(드레인-소스 간 전압)과 게이트 전압(게이트-소스 간 전압)이 인가될 수 있다. 다른 일 실시 예로, 서로 다른 감지 디바이스(100)에 서로 다른 드레인 전압 혹은 서로 다른 게이트 전압을 인가하여, 영역별로 서로 다른 기체 압력을 감지하는 것도 가능하다.
< 실시 예 1 >
인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide) 코팅된 유리 기판(glass substrate)을 패터닝하는 것에 의해, 기판(110) 상에 가로 1mm x 세로 12mm 게이트 전극(120)을 형성한 후, 아세톤(acetone)과 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)을 이용해 세정하였다. 패터닝된 ITO 유리 기판을 28mW/cm2 세기로 20분 동안 자외선-오존(ultraviolet-ozone) 처리하고, ITO 유리 기판 상부에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, 평균 분자량 120kDa, 다분산지수(polydispersity index) 2.2, Sigma-Aldrich) 층을 450nm 두께로 스핀 코팅(spin-coating)한 후, 90℃ 온도로 60분간 소프트 베이킹(soft-baking)하여 절연층(130)을 형성하였다. 이어서, 진공 챔버에서 저항식 증착(resistive evaporation) 기술을 이용하여 섀도우 마스크를 통해 PMMA 층 위에 은(Ag)으로 소스 전극(140)과 드레인 전극(150)을 증착하였다. 은 증착된 기판을 진공 챔버에서 꺼낸 후, 폴리-3-헥실티오핀(P3HT 폴리머, 평균 분자량 70kDa, 다분산지수 1.8, 지역규칙성(regioregularity) 96%, Rieke Metals) 층을 스핀 코팅하고, 60℃ 온도에서 15분간 소프트 베이킹(soft baking)하여 채널층(160)을 형성하였다. 최종적으로, P3HT 층의 상부에 4-시아노-4'-펜틸바이페닐(5CB, 4-cyano-4'-pentylbiphenyl)(순도 98%, Sigma-Aldrich) 층을 형성하여 감지층(170)을 형성하는 것에 의하여 액정-유기 전계효과 트랜지스터(Liquid Crystal Organic Field Effect Transistor; LC-OFET) 감지 디바이스를 제조하였다.
이와 같이 제조된 감지 디바이스에 기체 압력으로서 미량의 질소 기체를 인가하고, 그에 따른 감지 디바이스의 드레인 전류의 변화를 관찰하였다. 본 발명의 실시 예와의 비교를 위해, 채널층 위에 감지층을 형성하지 않은 유기 전계효과 트랜지스터와, 채널층을 형성하지 않고 감지층을 형성한 디바이스를 제조하였으며, 이를 각각 비교예 1과 비교예 2로 하였다. 트랜지스터 특성은 반도체 파라미터 분석기(semiconductor parameter analyzer)(4200CS, Keithley)를 이용하여 측정하였다. 프로브 스테이션(probe station)(PS-CPSN2, MODU-SYSTEMS), 편광 광학 마이크로스코프 유닛(polarized optical microscope unit)(FPG-30.2-4.3, CVI Melles-Griot), 마이크로가스 컨트롤 유닛(micro gas control unit)(TSC-210, NF System) 및 외부 컨트롤러(external controller)(KRO-4000S, NF System)를 구비한 특수 촉각 센서 측정 시스템(specialized tactile sensor measurement system) 내에 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스를 설치하여 드레인 전류를 측정하고, 광학 사진 등을 관찰하였다.
도 7은 채널층 위에 감지층을 형성하지 않은 비교 예(비교예1)에 따른 유기 전계효과 트랜지스터에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 채널층 위에 감지층을 형성하지 않은 유기 전계효과 트랜지스터는 도 7에 도시된 바와 같이 통상적인 트랜지스터의 드레인 전류(ID) 값을 갖는다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스에 대해 질소 기체가 인가되지 않은 상태에서 게이트 전압(VG)별로 드레인 전압(VD)을 변화시키면서 그에 따른 드레인 전류(ID) 값을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 8에서 보여지는 바와 같이, 채널층(160)의 표면에 감지층(170)을 형성한 본 발명의 실시 예의 경우, 채널층 상에 감지층을 형성하지 않은 경우(도 7 참조)에 비하여, 드레인 전류(ID) 값이 수~수십 배로 비약적으로 증가한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 감지 디바이스(100)는 전계효과 트랜지스터의 채널층(160) 표면에 감지층(170)을 구비한 것으로, 감지층(170)에 기체 압력을 가하면 액정의 분자 배향이 바뀌면서 쌍극자 방향(힘)이 변하여 궁극적으로 유기트랜지스터의 전기적 신호에 영향을 주어 센싱하는 원리를 가진다. 전계효과 트랜지스터의 드레인 전류는 감지층(170)을 형성하고 게이트 전압을 인가하여 증폭시키는 것에 의하여 상당히 향상된다. 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스(100)의 감지층(170)에 질소 기체 흐름이 접촉되면, 액정 분자들의 집단적 이동에 의한 쌍극자 재배열에 기인하여, 적용된 질소 기체 흐름의 시간과 강도에 따라 드레인 전류가 크게 변화한다. 특히, 액정-유기 전계효과 트랜지스터 감지 디바이스는 인간 피부에 의해 느낄 수 없는 초미세 수준의 질소 기체 흐름을 감지할 수 있다. 이와 같이, 초미세 기체 압력에 대해 높은 민감도를 얻는 것은 액정 분자들의 집단적 행동, 즉 자극된 하나의 액정 분자에 의해 다수의 이웃하는 액정 분자들이 이동하는 현상과, 그에 따라 전계효과 트랜지스터 디바이스의 채널층(160)에서 국부적으로 쌍극자가 민감하게 생성/변동하는 현상 때문이다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여 미치는 것임을 이해하여야 한다.
100: 감지 디바이스 110: 기판
120: 게이트 전극 130: 절연층
140: 소스 전극 150: 드레인 전극
160: 채널층 170: 감지층
180: 감지보조층

Claims (11)

  1. 단말기의 사용자 인증을 수행하기 위한 보안 센서를 구비한 장치에 있어서,
    외부로부터의 기체 압력을 감지하는 압력 감지부;
    상기 압력 감지부에서 감지된 기체 압력 패턴을 분석하는 패턴 분석부;
    상기 패턴 분석부에서 분석된 검출 패턴을 기 설정된 패턴과 비교하여 사용자 인증을 수행하는 패턴 인증부를 포함하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기체 압력의 패턴은 기체의 흐름 방향, 기체 흐름 회수, 기체 압력 세기 중 적어도 하나 이상의 신호 패턴인 것을 특징으로 하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 압력감지부는;
    기판 상에 상호 이격 형성된 소스 전극과 드레인 전극;
    상기 기판 상에서 절연층에 의해 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 전기적으로 절연되도록 형성된 게이트 전극;
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간을 전기적으로 연결하도록 형성된 채널층 및
    상기 채널층 상에, 상기 채널층과 직접 접촉되도록 형성되는 감지층을 포함하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 압력감지부는;
    상기 기체 압력의 세기를 검출하는 압력 검출부를 더 포함하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 압력 검출부는;
    상기 감지층의 표면에 가해지는 기체 압력에 기초하여 상기 감지층에 가해지는 상기 기체 압력의 세기를 검출하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압력 검출부는 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 간의 전류 값을 검출하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 감지층은 기체에 의해 가해지는 압력에 따라 분자 배향이 변화되는 액정 분자 및 고유전성 물질을 포함하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 감지층은 네마틱(nematic) 액정 분자들을 포함하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 감지층 상에 감지 보조층을 형성된 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 채널층은 유기 반도체층을 포함하는 기체 압력 기반 보안 센서 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10항의 기체 압력 기반 보안 센서 장치를 이용한 기체 압력 기반 사용자 인증 방법에 있어서,
    사용자에 의해 입력되는 기체 압력 보안 패턴을 기준 보안 패턴 정보로 설정하는 단계;
    사용자에게 인증을 위한 보안 패턴 입력 화면을 제공하는 단계;
    사용자 조작에 따른 기체 압력을 검출하는 단계;
    검출된 기체 압력에 대한 분석을 통하여 기체 압력 패턴을 추출하는 단계;
    상기 추출된 기체 압력 패턴을 기 설정된 기준 보안 패턴과 비교하여 사용자의 인증을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 압력 기반 사용자 인증 방법.
KR1020140061665A 2014-05-22 2014-05-22 기체 압력 기반 보안 센서 장치와 기체 압력 기반 사용자 인증 방법 KR20150135612A (ko)

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