KR20160139661A - Highly sensitive pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고감도 압력 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a high sensitivity pressure sensor.
로봇용 전자 피부는 궁극적으로 로봇에게 사람 닮은 피부를 제공할 목적으로 설계된 소자로써, 이를 이루는 촉각 센서는 기기와 인간이 소통할 수 있는 공감, 감성 기반의 사용자 인터페이스를 제공한다.The electronic skin for robots is ultimately designed to provide human-like skin to robots, and the tactile sensor that provides them provides emotional and emotional-based user interfaces that human beings can communicate with.
촉각을 감지하는 전자 소자의 네트워크로 이루어진 전자 피부는 나노 물질 및 기존에 존재하는 반도체 기술을 통해 피부에 부착하는 고성능 웨어러블 기기에 활용될 수 있다.Electronic skin, consisting of a network of electronic devices sensing tactile sensation, can be applied to high performance wearable devices that attach to the skin through nanomaterials and existing semiconductor technologies.
따라서, 전자 피부 구현을 위해서, 아주 작은 외력을 감지하는 고감도 센서의 성능뿐만 아니라 매우 넓은 압력 구간에서 힘을 감지할 수 있는 센서에 대한 연구가 필요한 실정이다.
Therefore, in order to realize electronic skin, it is necessary to study a sensor capable of detecting a force in a very wide pressure range as well as a performance of a high sensitivity sensor that detects a very small external force.
본 발명은 서로 다른 크기, 형상, 구조체 간 간격이 다른 나노 마이크로 구조체를 기반으로 고감도 및 넓은 압력 구간에서 민감도를 갖는 고감도 압력 센서를 제공하기 위한 것이다.
The present invention is to provide a high-sensitivity pressure sensor having sensitivity at a high sensitivity and a wide pressure range based on nano-microstructures having different sizes, shapes, and structures.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 다른 크기, 형상, 구조체 간 간격이 다른 나노 마이크로 구조체를 기반으로 고감도 및 넓은 압력 구간에서 민감도를 갖는 고감도 압력 센서가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high-sensitivity pressure sensor having sensitivity at a high sensitivity and a wide pressure range based on nano-microstructures having different sizes, shapes, and structures.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층; 상기 나노 구조체층 위에 형성되는 전도층; 및 상기 전도층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, A nanostructure layer including a plurality of nano-microstructures formed on the substrate; A conductive layer formed on the nanostructure layer; And a pressure sensor including an electrode formed on the conductive layer.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 기판; 상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층; 상기 나노 구조체층 위에 형성되는 제1 전도층; 상기 제1 전도층 위에 형성되는 제2 기판; 및 상기 제2 기판 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a liquid crystal display comprising: a first substrate; A nanostructure layer including a plurality of nano-microstructures formed on the substrate; A first conductive layer formed on the nano structure layer; A second substrate formed on the first conductive layer; And a second conductive layer formed on the second substrate.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 전도층; 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층; 및 상기 압전체층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate; A conductive layer formed on the substrate; A piezoelectric layer including a plurality of nano-microstructures, the piezoelectric layer being formed on the conductive layer; And a pressure sensor including an electrode formed on the piezoelectric layer.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 위에 형성되는 제1 전도층; 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층; 상기 압전체층 위에 형성되는 직물층; 상기 직물층 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서가 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate; A first conductive layer formed on the substrate; A piezoelectric layer including a plurality of nano-microstructures, the piezoelectric layer being formed on the conductive layer; A fabric layer formed on the piezoelectric layer; And a second conductive layer formed on the fabric layer.
상기 복수의 나노 마이크로 구조는 각각 형성, 크기 및 각 나노 마이크로 구조가 배치된 간격 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.The plurality of nanomicrostructures may differ in at least one of formation, size, and spacing in which each nanomicrostructure is disposed.
상기 나노 구조체층은 실리콘 계열 또는 폴리 우레탄의 유연 재질로 형성될 수 있다.The nanostructure layer may be formed of a silicon-based material or a polyurethane flexible material.
상기 압전체층은 P(VED-TrFF), BaTiO3 및 PbZrTiO3 중 적어도 하나의 압전체 물질로 형성될 수 있다.The piezoelectric layer may be formed of at least one piezoelectric material selected from P (VED-TrFF), BaTiO3, and PbZrTiO3.
상기 직물층은 Wooven으로 형성될 수 있다.
The fabric layer may be formed of a woven fabric.
본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서를 제공함으로써, 서로 다른 크기, 형상, 구조체 간 간격이 다른 나노 마이크로 구조체를 기반으로 고감도 및 넓은 압력 구간에서 민감도를 제공할 수 있다.
By providing the high-sensitivity pressure sensor according to one embodiment of the present invention, sensitivity can be provided in a high sensitivity and a wide pressure range based on nano-microstructures having different sizes, shapes, and structures spacing.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서를 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 마이크로 구조체를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구성을 도시한 도면.1 illustrates a high-sensitivity pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 and FIG. 3 illustrate a nanomicro-structure according to an embodiment of the present invention. FIG.
4 is a view showing the structure of a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing the structure of a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
6 is a view showing a configuration of a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서를 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 마이크로 구조체를 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a high-sensitivity pressure sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are views showing a nano-microstructure according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고감도 압력 센서는, 기판(110), 나노 구조체층(120), 전도층(130) 및 전극(140)을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a high-sensitivity pressure sensor according to an embodiment of the present invention includes a
기판(110) 위에 나노 구조체층(120)이 형성된다.A
나노 구조체층(120)은 복수의 나노 마이크로 구조를 포함한다. 여기서, 복수의 나노 마이크로 구조의 형상은 원 기둥, 다발 기둥, 복합 기둥, 나노 헤어, 피라미드, 라인(삼각형 라인, 사각형 라인), 원뿔, 격자 패턴 등과 같이 매우 다양할 수 있다.The
또한, 나노 구조체층(120)에 포함되는 복수의 나노 마이크로 구조는 각각 동일 형상으로 형성될 수도 있으며, 각각 상이한 형상으로 형성될 수도 있다.The plurality of nanomicrostructures included in the
예를 들어, 복수의 나노 마이크로 구조 중 일부는 피라미드 형상일 수 있으며, 나머지 일부는 사각 형상으로 형성될 수도 있다.For example, some of the plurality of nanomicrostructures may be pyramid-shaped, and some of the plurality of nanomicrostructures may be formed in a rectangular shape.
또한, 복수의 나노 마이크로 구조는 도 3에 도시된 바와 같이, 각각 그 크기가 상이할 수 있다. In addition, the plurality of nano-microstructures may have different sizes, as shown in Fig.
또한, 복수의 나노 마이크로 구조는 도 2에 도시된 바와 같이, 동일 형상이되, 각각의 나노 마이크로 구조 배치 간격이 상이할 수도 있다.Also, the plurality of nano-microstructures have the same shape as shown in Fig. 2, and the arrangement intervals of the respective nano-microstructures may be different.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 나노 마이크로 구조는 동일 형상이되, 그 크기가 각각 상이하고, 각 나노 마이크로 구조가 배치된 간격이 상이할 수도 있다.Also, as shown in FIG. 3, the plurality of nano-microstructures have the same shape, the sizes are different from each other, and the intervals at which the nano-microstructures are arranged may be different.
나노 구조체층(120)은 유연 재질로 형성되며, 서로 다른 크기, 형상, 서로 다른 간격으로 나노 마이크로 구조체가 형성될 수 있다.The
예를 들어, 나노 구조체층(120)은 실리콘 계열 또는 폴리 우레탄 등으로 형성될 수 있다. 기판(110)은 예를 들어, PET로 형성될 수 있다.For example, the
나노 구조체층(120) 위에 전도층(130)이 형성된다. 여기서, 전도층(130)은 금속층일 수 있다.A
또한, 전도층(130) 위에 전극(140)을 캐핑(capping)한다.In addition, the
이를 통해, 외부의 물리적 자극에 따라 나노 구조체층(120)이 변형되면, 압력에 따른 저항 변화와 같은 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.Accordingly, if the
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 나노 구조체층(120)에 포함되는 나노 마이크로 구조의 크기, 형상 및 간격을 각각 상이하게 형성하는 이유는 필요에 따라 각 나노 마이크로 구조 하나 하나를 피부의 통점 역할을 하는 고감도 압력 감지가 가능하도록 하고, 더불어 크기, 형상, 간격을 상이하게 형성함으로써 동시에 넓은 영역에서 민감도를 갖도록 하기 위함이다.
As shown in FIGS. 2 and 3, the size, shape, and spacing of the nano-microstructures included in the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면이다.4 is a view showing the structure of a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서는 제1 기판(110), 나노 구조체층(120), 제1 전도층(130), 제2 기판(440) 및 제2 전도층(450)을 포함하여 구성된다.4, a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention includes a
여기서, 제1 기판(110), 나노 구조체층(120), 제1 전도층(130)은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Here, the
도 4의 고감도 압력 센서는 정전용량 방식에 기반한 것으로, 외부 물리적 자극(압력)에 따라 나노 구조체층(120)이 변형되면, 압력에 따른 정전 용량 변화를 감지하는 방식으로, 제1 전도층(130)과 제2 전도층(450)이 직접 접촉하는 것을 피하기 위해 제1 전도층(130)과 제2 전도층(450) 사이에 제2 기판(440)이 형성된다.The high-sensitivity pressure sensor of FIG. 4 is based on a capacitance type. When the
여기서, 제2 기판(440)은 제1 기판(110)과 동일 재질로 형성될 수 있다.Here, the
이를 통해, 이를 통해, 외부의 물리적 자극에 따라 나노 구조체층(120)이 변형되면, 압력에 따른 정전용량 변화와 같은 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
Accordingly, when the
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구조를 도시한 도면이다.5 is a view showing the structure of a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서는 기판(510), 제1 전도층(520), 압전체층(530), 직물층(540) 및 제2 전도층(550)을 포함하여 구성된다.5, a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention includes a
기판(510) 위에 제1 전도층(520)이 형성된다.A first
이어, 제1 전도층(520) 위에 복수의 나노 마이크로 구조체를 포함하는 압전체층(530)이 형성된다.Next, a
여기서, 압전체층(530)은 압력이 가해지는 경우, 전위차(전압)이 발생되는 압전체 물질로 형성된다. 여기서, 압전체층(530)은 수정, 로셀염, 티탄산바륨(BaTiO3), 인공세라믹(PZT), 전기석, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민, 불소계 공중합체(P(VDF-TrFE)), PbZrTiO3 등일 수 있다. Here, the
외부 물리적 자극에 따라 나노 마이크로 구조체를 포함하는 압전체층(530)이 변형되면, 그 힘에 비례하는 전하가 발생할 수 있다.When the
압전체층(530) 위에 직물층(540)이 형성되고, 직물층(540) 위에 제2 전도층(550)이 형성된다. 여기서, 제1 전도층(520)과 제2 전도층(550)은 동일 물질로 형성될 수도 있으며, 각각 상이한 금속으로 형성될 수도 있다.
A
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서의 구성을 도시한 도면이다.6 is a view showing a configuration of a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고감도 압력 센서는 기판(610), 전도층(620), 압전체층(630) 및 전극(640)을 포함하여 구성된다.6, a high-sensitivity pressure sensor according to another embodiment of the present invention includes a
기판(610)의 상면에 전도층(620)이 형성된다. 여기서, 기판(610) 및 전도층(620)은 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.A
전도층(620)의 상위에, 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 압전체층(630)이 형성된다. 압전체층(630)은 도 5에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.On the upper side of the
압전체층(630)의 상위에 전극(640)을 캐핑(capping)한다.And the
이를 통해, 외부의 물리적 자극에 따라 나노 구조체층(6)이 변형되면, 압력에 따른 압전 및 정전기 특정에 따른 전기적 특성 변화를 감지할 수 있다.
Accordingly, when the nanostructure layer 6 is deformed according to an external physical stimulus, it is possible to detect a change in electrical characteristics due to the piezoelectricity and static electricity according to the pressure.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
110: 기판
120: 나노 구조체층
130: 전도층
140: 전극110: substrate
120: nano structure layer
130: conductive layer
140: electrode
Claims (8)
상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층;
상기 나노 구조체층 위에 형성되는 전도층; 및
상기 전도층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서.
Board;
A nanostructure layer including a plurality of nano-microstructures formed on the substrate;
A conductive layer formed on the nanostructure layer; And
And an electrode formed on the conductive layer.
상기 기판 위에 형성되는 복수의 나노 마이크로 구조를 포함하는 나노 구조체층;
상기 나노 구조체층 위에 형성되는 제1 전도층;
상기 제1 전도층 위에 형성되는 제2 기판;
상기 제2 기판 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서.
A first substrate;
A nanostructure layer including a plurality of nano-microstructures formed on the substrate;
A first conductive layer formed on the nano structure layer;
A second substrate formed on the first conductive layer;
And a second conductive layer formed on the second substrate.
상기 기판 위에 형성되는 전도층;
복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층; 및
상기 압전체층 위에 형성되는 전극을 포함하는 압력 센서.
Board;
A conductive layer formed on the substrate;
A piezoelectric layer including a plurality of nano-microstructures, the piezoelectric layer being formed on the conductive layer; And
And an electrode formed on the piezoelectric layer.
상기 기판 위에 형성되는 제1 전도층;
복수의 나노 마이크로 구조를 포함하며, 상기 전도층 위에 형성되는 압전체층;
상기 압전체층 위에 형성되는 직물층;
상기 직물층 위에 형성되는 제2 전도층을 포함하는 압력 센서.
Board;
A first conductive layer formed on the substrate;
A piezoelectric layer including a plurality of nano-microstructures, the piezoelectric layer being formed on the conductive layer;
A fabric layer formed on the piezoelectric layer;
And a second conductive layer formed on the fabric layer.
상기 복수의 나노 마이크로 구조는 각각 형성, 크기 및 각 나노 마이크로 구조가 배치된 간격 중 적어도 하나가 상이한 것을 특징으로 하는 압력 센서.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the plurality of nano-microstructures are different from each other in at least one of formation, size, and spacing in which each nano-microstructure is arranged.
상기 나노 구조체층은 실리콘 계열 또는 폴리 우레탄의 유연 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the nanostructure layer is formed of a flexible material such as silicone or polyurethane.
상기 압전체층은 P(VED-TrFF), BaTiO3 및 PbZrTiO3 중 적어도 하나의 압전체 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
The method according to claim 3 or 4,
Wherein the piezoelectric layer is formed of at least one piezoelectric material selected from the group consisting of P (VED-TrFF), BaTiO3, and PbZrTiO3.
상기 직물층은 Wooven으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
5. The method of claim 4,
Wherein the fabric layer is formed of a woven fabric.
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