KR20170003101A - Pressure sensing sensor and pressure sensing apparatus comprising the same - Google Patents

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KR20170003101A
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

A pressure sensor according to an embodiment of the present invention comprises: a first electrode made of a fabric including conductive fibers; a second electrode made of a fabric including conductive fibers; and an intermediate layer disposed between the first electrode and the second electrode, the intermediate layer being elastic and having a higher resistance than the first electrode and the second electrode.

Description

압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치{PRESSURE SENSING SENSOR AND PRESSURE SENSING APPARATUS COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a pressure sensing sensor and a pressure sensing device including the pressure sensing sensor.

본 발명은 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직물형 압력 감지 센서에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure sensing sensor and a pressure sensing device including the same, and more particularly, to a fabric type pressure sensing sensor.

가정용 안전 장치뿐만 아니라 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야에서 압력을 감지하기 위한 센서가 요구된다. There is a need for a sensor for sensing pressure in a variety of applications utilizing home pressure safety as well as pressure distribution.

일반적인 압력 감지 센서는 하부 전극, 하부 전극 상에 배치된 유전층, 그리고 유전층 상에 배치된 상부 전극을 포함한다. 이러한 압력 감지 센서는 단단하며, 파손의 위험이 있다. 또한, 유연성이 없으므로, 구부리는 반경에 제약이 있으며, 복곡면의 구현이 어려운 문제가 있다.A typical pressure sensitive sensor includes a lower electrode, a dielectric layer disposed on the lower electrode, and an upper electrode disposed on the dielectric layer. Such a pressure sensing sensor is hard and there is a risk of breakage. Further, since there is no flexibility, there is a restriction in the radius of bending, and there is a problem that it is difficult to realize a double curved surface.

한편, 압력 감지 센서가 생활 기기 또는 웨어러블 기기 등에 다양하게 적용됨에 따라, 유연성을 가진 압력 감지 센서에 대한 니즈가 커지고 있다. 이를 위하여, 직물형 압력 감지 센서가 등장하고 있다.On the other hand, as the pressure sensing sensor is widely applied to a living appliance or a wearable appliance, a need for a flexible pressure sensing sensor is increasing. To this end, a fabric type pressure sensing sensor is emerging.

도 1은 직물형 압력 감지 센서의 일 예이며, 도 2는 도 1의 단면도이다.1 is an example of a fabric type pressure sensing sensor, and Fig. 2 is a sectional view of Fig.

도 1 내지 2를 참조하면, 직물형 압력 감지 센서(100)는 날실(110)과 씨실(120)이 서로 아래위로 교차하여 짜여진다. 날실(110)과 씨실(120)은 각각 금속 코어(112, 122) 및 금속 코어(112, 122)의 표면 상에 피복된 섬유층(114, 124)을 포함한다. 날실(110)의 금속 코어(112)와 씨실(120)의 금속 코어(122)는 각각 전극의 역할을 수행하며, 이들의 접점 상에 압력이 가해진 경우 섬유층(114, 124)의 두께(D)는 줄어들게 된다. 섬유층(114, 124)의 두께(D)가 줄어들면, 날실(110)의 금속 코어(112)와 씨실(120)의 금속 코어(122) 간의 저항 또는 유전율이 변화하게 된다. 이에 따라, 직물형 압력 감지 센서(100)는 압저항 또는 정전용량을 감지할 수 있다. 다만, 날실(110)과 씨실(120)의 섬유층(114, 124)의 두께는 수 마이크로 단위이므로, 날실(110)과 씨실(120)의 접점 상에 압력이 가해지더라도 두께의 변화량은 매우 작을 수 있다. 또한, 금속 코어(112, 122)를 둘러싸는 섬유층(114, 124)은 주변의 수분을 흡수하는 경향이 있다. 따라서, 직물형 압력 감지 센서의 압력 감지 오차가 크며, 신뢰도가 떨어지는 문제가 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the fabric type pressure sensing sensor 100 is formed by crossing the warp yarns 110 and the weft yarns 120 so as to cross each other. The warp yarns 110 and the weft yarns 120 include fibrous layers 114 and 124 coated on the surfaces of the metal cores 112 and 122 and the metal cores 112 and 122, respectively. The metal core 112 of the warp yarn 110 and the metal core 122 of the weft yarn 120 serve as electrodes and the thickness D of the fiber layers 114 and 124 when pressure is applied on the contacts, Is reduced. The resistance or permittivity between the metal core 112 of the warp yarn 110 and the metal core 122 of the weft yarn 120 changes as the thickness D of the fiber layers 114 and 124 decreases. Accordingly, the fabric type pressure sensing sensor 100 can sense the piez resistance or the capacitance. Since the thicknesses of the warp yarns 110 and the fiber layers 114 and 124 of the weft yarn 120 are several micro-units, even if pressure is applied on the contact points between the warp yarns 110 and the weft yarn 120, have. In addition, the fibrous layers 114 and 124 surrounding the metal cores 112 and 122 tend to absorb moisture around them. Therefore, there is a problem that the pressure sensing error of the fabric type pressure sensing sensor is large and the reliability is low.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력 및 위치를 감지하는 압력 감지 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pressure sensing device for sensing a pressure and a position according to an applied weight.

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제1 전극, 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 탄성이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극보다 저항이 큰 중간층을 포함한다.A pressure sensor according to an embodiment of the present invention includes a first electrode made of a fabric including conductive fibers, a second electrode made of a fabric including conductive fibers, and a second electrode disposed between the first electrode and the second electrode And an intermediate layer which is elastic and has a higher resistance than the first electrode and the second electrode.

상기 제1 전극은 제1 방향으로 형성된 제1 전도 영역을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 형성된 제2 전도 영역을 포함하며, 상기 제1 전도 영역 및 상기 제2 전도 영역은 각각 전도성 섬유로 짜여질 수 있다.Wherein the first electrode includes a first conductive region formed in a first direction and the second electrode includes a second conductive region formed in a second direction that is different from the first direction, The second conductive regions may each be woven with conductive fibers.

상기 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 섬유일 수 있다.The conductive fiber may be a metal wire or a fiber-coated metal film on the surface.

상기 중간층은 섬유 기재, 그리고 상기 섬유 기재 내에 분산된 전도성 복합체를 포함할 수 있다.The intermediate layer may comprise a fibrous substrate, and a conductive composite dispersed within the fibrous substrate.

상기 전도성 복합체는 Au, Ag, Cu, Ni, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀 및 세라믹 필러로 이루어진 그룹에서 선택된 하나와 전도성 고분자를 포함할 수 있다.The conductive composite may include one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, CNT (Carbon Nano Tube), graphene, and ceramic filler, and a conductive polymer.

상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)을 포함할 수 있다.The conductive polymer may include polyaniline or polypyrrole.

상기 섬유 기재는 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유를 포함할 수 있다.The fiber substrate may comprise synthetic fibers or natural fibers comprising one selected from the group consisting of polyurethane, nylon, polyethylene terephthalate and polyester.

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제1 전극, 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 탄성이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극보다 저항이 큰 중간층을 포함하는 압력 감지 센서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 압저항 또는 정전용량에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고 상기 제어 신호를 출력하는 출력부를 포함한다.A pressure sensing device according to an embodiment of the present invention includes a first electrode made of a fabric including conductive fibers, a second electrode made of a fabric including conductive fibers, and a second electrode disposed between the first electrode and the second electrode A pressure sensing sensor having elasticity and including an intermediate layer having a resistance higher than that of the first electrode and the second electrode; a control unit for generating a control signal according to the piezoresistance or capacitance between the first electrode and the second electrode; And an output unit for outputting the control signal.

상기 제어부는 상기 압저항 또는 상기 정전용량에 따라 상기 압력 감지 센서 상에 가해진 무게를 측정하고, 측정한 무게 및 위치에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다.The controller may measure the weight applied on the pressure sensor according to the piezoresistance or the capacitance, and generate a control signal according to the measured weight and position.

본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치는 가해진 무게에 따라 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치는 대면적화가 가능하다. The pressure sensing device according to the embodiment of the present invention can precisely sense the pressure according to the applied weight and accurately detect the pressure distribution. Further, the pressure sensing device according to the embodiment of the present invention can be made larger.

도 1은 직물형 압력 감지 센서의 일 예이며,
도 2는 도 1의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 사시도이며,
도 4는 도 3의 압력 감지 센서의 일부의 사시도이고,
도 5는 도 3의 압력 감지 센서의 일부의 단면도이며,
도 6은 도 3의 압력 감지 센서 상에 압력이 가해진 경우의 단면도이고,
도 7 내지 8은 도 3의 압력 감지 센서의 제1 전극 및 제2 전극의 확대도이며,
도 9 내지 10은 도 3의 압력 감지 센서의 제1 전극 및 제2 전극의 전도성 섬유의 한 예이고,
도 11은 도 3의 압력 감지 센서의 중간층의 확대도이며,
도 12는 도 3의 압력 감지 센서의 중간층에 포함되는 섬유의 한 예이고,
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서가 적용되는 압력 감지 장치의 블록도이며,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치가 적용되는 예를 나타낸다.1 is an example of a fabric type pressure sensing sensor,
Fig. 2 is a sectional view of Fig. 1,
3 is a perspective view of a pressure sensing sensor according to an embodiment of the present invention,
4 is a perspective view of a portion of the pressure sensor of FIG. 3,
5 is a cross-sectional view of a portion of the pressure sensor of FIG. 3,
6 is a sectional view when pressure is applied on the pressure sensor of FIG. 3, and FIG.
FIGS. 7 to 8 are enlarged views of the first electrode and the second electrode of the pressure sensor of FIG. 3,
9 to 10 are examples of the conductive fibers of the first electrode and the second electrode of the pressure sensor of FIG. 3,
11 is an enlarged view of an intermediate layer of the pressure sensor of Fig. 3,
Fig. 12 is an example of fibers included in the intermediate layer of the pressure sensor of Fig. 3,
13 is a block diagram of a pressure sensing device to which a pressure sensing sensor according to an embodiment of the present invention is applied,
14 shows an example in which the pressure sensing device according to the embodiment of the present invention is applied.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. 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.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 사시도이고, 도 4는 도 3의 압력 감지 센서의 일부의 사시도이다. 그리고, 도 5는 도 3의 압력 감지 센서의 일부의 단면도이고, 도 6은 도 3의 압력 감지 센서 상에 압력이 가해진 경우의 단면도이다. 그리고, 도 7 내지 8은 도 3의 압력 감지 센서의 제1 전극 및 제2 전극의 확대도이고, 도 9 내지 10은 도 3의 압력 감지 센서의 제1 전극 및 제2 전극의 전도성 섬유의 한 예이다. 그리고, 도 11은 도 3의 압력 감지 센서의 중간층의 확대도이고, 도 12는 도 3의 압력 감지 센서의 중간층에 포함되는 섬유의 한 예이다.FIG. 3 is a perspective view of a pressure sensing sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a portion of the pressure sensing sensor of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of the pressure sensor of FIG. 3, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the pressure sensor of FIG. 3 when pressure is applied thereto. 7 to 8 are enlarged views of the first electrode and the second electrode of the pressure sensing sensor of FIG. 3, and FIGS. 9 to 10 are views showing the first and second electrodes of the pressure sensing sensor of FIG. Yes. FIG. 11 is an enlarged view of an intermediate layer of the pressure sensing sensor of FIG. 3, and FIG. 12 is an example of fibers included in an intermediate layer of the pressure sensing sensor of FIG.

도 3 내지 6을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서(300)는 제1 커버층(310), 제1 전극(320), 중간층(330), 제2 전극(340) 및 제2 커버층(350)을 포함한다.3 to 6, the pressure sensor 300 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a first cover layer 310, a first electrode 320, an intermediate layer 330, a second electrode 340, And a second cover layer (350).

제1 커버층(310) 및 제2 커버층(350)은 제1 전극(320), 중간층(330) 및 제2 전극(340)을 감싸며, 이를 지지한다.The first cover layer 310 and the second cover layer 350 surround and support the first electrode 320, the intermediate layer 330, and the second electrode 340.

제1 전극(320) 및 제2 전극(340)은 각각 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진다. 이때, 제1 전극(320)은 제1 방향으로 형성된 제1 전도 영역(322)을 포함하고, 제2 전극(340)은 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 형성된 제2 전도 영역(342)을 포함할 수 있다. 그리고, 중간층(330)은 제1 전극(320) 및 제2 전극(340) 사이에 배치되며, 탄성이고, 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)보다 저항이 크다. 이때, 중간층(330)도 섬유 기재를 포함할 수 있다.The first electrode 320 and the second electrode 340 are each made of a fabric including conductive fibers. The first electrode 320 includes a first conductive region 322 formed in a first direction and the second electrode 340 includes a second conductive region 342 formed in a second direction different from the first direction ). The intermediate layer 330 is disposed between the first electrode 320 and the second electrode 340 and is resilient and has a higher resistance than the first electrode 320 and the second electrode 340. At this time, the intermediate layer 330 may also include a fiber substrate.

이와 같이, 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)이 직물이고, 중간층(330)이 섬유 기재를 포함하는 경우, 압력 감지 센서(300)가 유연하여 파손의 위험이 적으며, 구부리는 반경에 제약이 없고, 복곡면을 구현할 수 있다. 이에 따라, 생활 기기 또는 웨어러블 기기 등에 다양하게 적용될 수 있다. Thus, when the first electrode 320 and the second electrode 340 are fabric and the intermediate layer 330 includes a fibrous substrate, the pressure sensing sensor 300 is flexible, so that the risk of breakage is small, There is no restriction on the radius, and it is possible to realize a complex surface. Accordingly, it can be variously applied to a living appliance or a wearable appliance.

또한, 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)이 서로 다른 방향으로 형성된 전도 영역을 포함하는 경우, 제1 전도 영역(322)과 제2 전도 영역(342) 간의 중첩 지점에 따른 좌표 인식이 가능하므로, 가압 위치를 정확하게 감지할 수 있다. 이에 따라, 하나의 압력 감지 센서(300) 내에 복수의 센서 노드가 포함될 수 있으며, 대면적 스캐닝이 가능하다.In addition, when the first electrode 320 and the second electrode 340 include a conductive region formed in different directions, the coordinate recognition according to the overlapping point between the first conductive region 322 and the second conductive region 342 So that the pressing position can be accurately detected. Accordingly, a plurality of sensor nodes may be included in one pressure sensing sensor 300, and large area scanning is possible.

또한, 중간층(330)이 탄성인 경우, 도 6과 같이 가압 지점에서 중간층(330)의 두께(D')가 줄어들게 된다. 중간층(330)의 저항이 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)의 저항보다 큰 경우, 예를 들어 중간층(330)의 저항이 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)의 저항의 10배 이상, 바람직하게는 100배 이상, 더욱 바람직하게는 1000배 이상인 경우, 정상 상태에서는 중간층(330)이 절연 기능을 한다. 다만, 압력 감지 센서(300) 상에 압력이 가해진 경우, 중간층(330)의 두께(D')는 줄어들게 되어, 저항 또는 유전율이 변화하며, 이에 따라, 압저항 또는 정전용량을 용이하고 신뢰성있게 감지할 수 있다.Also, when the intermediate layer 330 is elastic, the thickness D 'of the intermediate layer 330 is reduced at the pressing point as shown in FIG. When the resistance of the intermediate layer 330 is greater than the resistance of the first electrode 320 and the second electrode 340, for example, the resistance of the intermediate layer 330 is higher than the resistance of the first electrode 320 and the second electrode 340. [ When the resistance is 10 times or more, preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more of the resistance, the intermediate layer 330 has an insulating function in a steady state. However, when pressure is applied on the pressure sensing sensor 300, the thickness D 'of the intermediate layer 330 is reduced, and the resistance or permittivity is changed, thereby easily and reliably detecting the piezoresistance or capacitance can do.

보다 구체적으로, 도 7 내지 8을 참조하면, 제1 전극(320)의 제1 전도 영역(322) 및 제2 전극(340)의 제2 전도 영역(342)은 각각 전도성 섬유로 짜여지며, 제1 전극(320)의 제1 비전도 영역(324) 및 제2 전극(340)의 제2 비전도 영역(344)은 각각 일반 섬유로 짜여질 수 있다. 또는, 제1 전극(320)의 제1 전도 영역(322) 및 제2 전극(340)의 제2 전도 영역(342)은 각각 일반 섬유와 전도성 섬유가 교차하여 짜여질 수도 있다. 7 to 8, the first conductive region 322 of the first electrode 320 and the second conductive region 342 of the second electrode 340 are each woven with conductive fibers, The first non-conductive region 324 of the first electrode 320 and the second non-conductive region 344 of the second electrode 340 may be woven into common fibers. Alternatively, the first conductive region 322 of the first electrode 320 and the second conductive region 342 of the second electrode 340 may be interwoven with common fibers and conductive fibers, respectively.

이때, 제1 전도 영역(322) 및 제2 전도 영역(342)에 포함되는 전도성 섬유는 도 9와 같은 금속 와이어(900) 또는 도 10과 같이 표면 상에 금속 막(1010)이 피복된 일반 섬유(1000)일 수 있다. 도시되지 않았으나, 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. The conductive fibers included in the first conductive region 322 and the second conductive region 342 may be formed of a metal wire 900 as shown in FIG. 9 or a metal wire 1010 as shown in FIG. 10, (1000). Although not shown, the conductive fibers may be ordinary fibers in which metal particles are dispersed.

도 9를 참조하면, 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)에 포함되는 전도성 섬유가 금속 와이어(900)인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 500㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 500㎛를 초과하면 금속 와이어의 강성이 높아 직물의 유연성이 떨어질 수 있으므로, 직물의 가공 시 설비에 데미지를 줄 수 있고, 사용자가 이질감을 느끼기 쉽다. 이때, 금속 와이어는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있다. 스테인레스 합금은, 예를 들면 마르텐사이트계 스테인레스 합금, 페라이트계 스테인레스 합금, 오스테나이트계 스테인레스 합금, 2상계 스테인레스 합금, 석출경화계 스테인레스 합금 등일 수 있다. 금속 와이어가 스테인레스 합금인 경우, 압력 감지 센서(300)의 내부식성을 높일 수 있다.Referring to FIG. 9, when the conductive fibers included in the first electrode 320 and the second electrode 340 are metal wires 900, the diameter of the metal wires may be 10 μm to 500 μm. If the diameter of the metal wire is less than 10 mu m, the strength of the metal wire may be too weak to process the fabric. If the diameter of the metal wire exceeds 500 mu m, the rigidity of the metal wire may be high, It can damage the equipment, and the user is likely to feel a sense of heterogeneity. At this time, the metal wire may be Cu, Ni, or a stainless steel alloy. The stainless alloy may be, for example, a martensitic stainless alloy, a ferritic stainless alloy, an austenitic stainless alloy, a two-phase stainless alloy, a precipitation hardening stainless alloy, or the like. When the metal wire is a stainless steel alloy, corrosion resistance of the pressure sensor 300 can be increased.

도 10을 참조하면, 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)에 포함되는 전도성 섬유가 표면 상에 금속 막(1010)이 피복된 일반 섬유(1000)인 경우, 금속 막(1010)은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유(1000)의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막(1010)의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막(1010)의 두께가 1㎛ 미만이면 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막(1010)의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유(1000)의 표면에서 금속 막(1010)이 쉽게 이탈될 수 있다.10, when the conductive fiber included in the first electrode 320 and the second electrode 340 is a general fiber 1000 having a metal film 1010 coated on the surface thereof, And the metal particles are coated on the surface of the ordinary fiber 1000 by a plating method or a vapor deposition method. At this time, the metal particles may be Cu, Ni, or a stainless alloy, and the thickness of the metal film 1010 may be 1 to 50 탆. If the thickness of the metal film 1010 is less than 1 占 퐉, the conductivity may be low, which may cause a loss in signal transmission. If the thickness of the metal film 1010 exceeds 50 占 퐉, Can be easily separated.

다음으로, 도 11 내지 12를 참조하면, 중간층(330)은 섬유 기재 및 전도성 복합체를 포함한다. 도 11에서는 섬유 기재가 섬유로 짜여진 직물인 것으로 예시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 섬유 기재는, 예를 들어 발포폼, 부직포, 나노웹 등의 랜덤한 섬유 배열을 가질 수 있다. 이때, 섬유 기재에 포함되는 섬유는 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유일 수 있으며, 섬유 기재의 두께는 1mm이상일 수 있다. 이에 따라, 중간층(330)에는 미세 기공이 존재하며, 탄성이 있다. 섬유 기재의 두께가 1mm 미만인 경우, 정상 상태, 예를 들어 외력이 가해지지 않은 상태에서 절연 기능을 유지하기 어려울 수 있으며, 외력이 가해진 경우 두께의 변화량이 작으므로 저항 또는 유전율의 변화량이 작을 수 있다. 이에 따라, 압력 감지 효율이 낮아질 수 있다. Next, referring to Figs. 11 to 12, the intermediate layer 330 includes a fibrous substrate and a conductive composite. In FIG. 11, the fiber base material is exemplified as a fabric woven with fibers, but the present invention is not limited thereto. The fibrous substrate may have a random fiber arrangement, such as, for example, foamed foam, nonwoven fabric, nanoweb, and the like. In this case, the fibers included in the fiber substrate may be synthetic fibers or natural fibers including one selected from the group consisting of polyurethane, nylon, polyethylene terephthalate and polyester, and the thickness of the fiber substrate may be 1 mm or more. Accordingly, the intermediate layer 330 has minute pores and is elastic. When the thickness of the fibrous substrate is less than 1 mm, it may be difficult to maintain the insulating function in a steady state, for example, in a state in which no external force is applied, and the amount of change in resistance or permittivity may be small since an amount of change in thickness is small when an external force is applied . Accordingly, the pressure sensing efficiency can be lowered.

한편, 중간층(330)에 포함되는 전도성 복합체는 섬유 기재를 이루는 섬유의 표면 상에 피복되거나, 섬유 기재 내에 분산될 수 있다. 도 12에서는 섬유(1200)의 표면 상에 전도성 복합체(1210)가 피복되어 있는 구조를 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the conductive composite included in the intermediate layer 330 may be coated on the surface of the fiber constituting the fiber base material or dispersed in the fiber base material. 12 illustrates a structure in which the conductive composite body 1210 is covered on the surface of the fiber 1200, but the present invention is not limited thereto.

이에 따라, 중간층(330)은 정상 상태에서 저항이 1kΩ이상으로 절연 특성을 가지나, 중간층(330)의 주변에 물리적인 변화가 발생한 경우, 예를 들어 중간층(330) 상에 외력이 가해진 경우, 중간층(330)의 두께가 0.001 배 내지 0.5배로 줄어들거나, 저항이 100Ω 이상 변화하거나, 정전용량이 10pF 이상 변화하게 된다. 이에 따라, 압력 감지 센서(300)에 물리적인 변화가 가해진 경우, 압저항 또는 정전용량이 변화하게 된다. Accordingly, when the intermediate layer 330 has a physical property change in the periphery of the intermediate layer 330, for example, when an external force is applied to the intermediate layer 330, The thickness of the conductive film 330 may be reduced by 0.001 to 0.5 times, the resistance may be changed by 100? Or more, or the capacitance may be changed by 10 pF or more. Accordingly, when a physical change is applied to the pressure sensing sensor 300, the piezoresistance or the capacitance changes.

이를 위하여, 전도성 복합체는 전도성 고분자 및 전도성 분말을 포함할 수 있다. 전도성 복합체는 섬유 기재의 1 내지 10wt%로 포함될 수 있다. 전도성 복합체가 섬유 기재의 10wt%를 초과하여 포함되면, 섬유 자체의 물성 저하로 인하여 직물 가공이 어려워질 수 있다. 이때, 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)을 포함할 수 있다. 그리고, 전도성 분말은 Au, Ag, Cu, Ni, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀 및 세라믹 필러로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 전도성 분말은 전도성 복합체의 0.1wt% 내지 10wt%로 포함될 수 있다. 전도성 분말이 전도성 복합체의 0.1wt% 미만으로 포함되면 전도율이 낮아 성능 구현이 어려우며, 10wt%를 초과하여 포함되면 인장 강도 등 섬유의 물성이 낮아지므로, 직물 구현에 한계가 있다. 전도성 분말이 세라믹 필러를 포함하는 경우, 유전율이 높아지므로, 정전용량의 변화를 용이하게 감지할 수 있다. 여기서, 세라믹 필러는, 예를 들어 100㎛ 이하의 직경을 가지는 마이크로 카본 코일 바륨티타네이트일 수 있다.To this end, the conductive composite may comprise a conductive polymer and a conductive powder. The conductive composite may comprise from 1 to 10 wt% of the fiber substrate. If the conductive composite contains more than 10 wt% of the fiber substrate, the fabric may be difficult to process due to the lowering of the physical properties of the fiber itself. At this time, the conductive polymer may include polyaniline or polypyrrole. The conductive powder may include one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, carbon nanotube (CNT), graphene, and ceramic filler. Here, the conductive powder may be contained in an amount of 0.1 wt% to 10 wt% of the conductive composite. When the conductive powder is contained in an amount of less than 0.1 wt% of the conductive composite, performance is difficult to achieve because the conductivity is low. If the conductive powder is contained in an amount exceeding 10 wt%, the physical properties of the fiber such as tensile strength are lowered. When the conductive powder includes a ceramic filler, the dielectric constant is increased, so that the change in the capacitance can be easily detected. Here, the ceramic filler may be, for example, microcarbon coil barium titanate having a diameter of 100 mu m or less.

이때, 전도성 분말의 직경은 10nm 내지 500㎛일 수 있고, 구형, 침상형 또는 판상형일 수 있다. 전도성 분말의 직경이 10nm 미만이면 전도성 고분자 내 분산이 어려우며 입자간 계면 저항이 높아 섬유 전체의 저항이 낮아지게 된다. 그리고, 전도성 분말의 직경이 500㎛를 초과하면 섬유의 표면이 매끄럽지 못하여 마찰력이 증가하고, 이로 인하여 직물 가공 중 섬유의 손상을 유발할 수 있다.In this case, the diameter of the conductive powder may be 10 nm to 500 탆, and may be spherical, acicular or plate-like. If the diameter of the conductive powder is less than 10 nm, dispersion in the conductive polymer is difficult and resistance of the entire fiber becomes low due to high interface resistance between particles. If the diameter of the conductive powder is more than 500 mu m, the surface of the fiber is not smooth and the frictional force is increased, which may cause damage of the fiber during fabric processing.

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 가정용 안전 장치뿐만 아니라 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야, 웨어러블 기기, 생활 기기 등에 적용될 수 있다. The pressure sensing device according to an embodiment of the present invention can be applied not only to a home safety device but also to various application fields using wear pressure distribution, wearable devices, living devices, and the like.

도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서가 적용되는 압력 감지 장치의 블록도이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치가 적용되는 예를 나타낸다. FIG. 13 is a block diagram of a pressure sensing device to which a pressure sensing sensor according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 14 shows an example in which a pressure sensing device according to an embodiment of the present invention is applied.

도 13을 참조하면, 압력 감지 장치(1300)는 압력 감지 센서(1310), 제어부(1320) 및 출력부(1330)를 포함한다.13, the pressure sensing device 1300 includes a pressure sensing sensor 1310, a control unit 1320, and an output unit 1330.

압력 감지 센서(1310)는 도 1 내지 12에서 설명한 압력 감지 센서를 나타낸다. 즉, 압력 감지 센서(1330)는 제1 커버층(310), 제1 전극(320), 중간층(330), 제2 전극(340) 및 제2 커버층(350)을 포함한다.The pressure sensing sensor 1310 represents the pressure sensing sensor described in Figs. That is, the pressure sensing sensor 1330 includes a first cover layer 310, a first electrode 320, an intermediate layer 330, a second electrode 340, and a second cover layer 350.

제1 커버층(310) 및 제2 커버층(350)은 제1 전극(320), 중간층(330) 및 제2 전극(340)을 감싸며, 이를 지지한다.The first cover layer 310 and the second cover layer 350 surround and support the first electrode 320, the intermediate layer 330, and the second electrode 340.

제1 전극(320) 및 제2 전극(340)은 각각 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진다. 이때, 제1 전극(320)은 제1 방향으로 형성된 제1 전도 영역(322)을 포함하고, 제2 전극(340)은 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 형성된 제2 전도 영역(340)을 포함할 수 있다. 그리고, 중간층(330)은 제1 전극(320) 및 제2 전극(340) 사이에 배치되며, 탄성이고, 제1 전극(320) 및 제2 전극(340)보다 저항이 크다. 이때, 중간층(330)도 섬유 기재를 포함할 수 있다.The first electrode 320 and the second electrode 340 are each made of a fabric including conductive fibers. The first electrode 320 includes a first conductive region 322 formed in a first direction and the second electrode 340 includes a second conductive region 340 formed in a second direction different from the first direction ). The intermediate layer 330 is disposed between the first electrode 320 and the second electrode 340 and is resilient and has a higher resistance than the first electrode 320 and the second electrode 340. At this time, the intermediate layer 330 may also include a fiber substrate.

제어부(1320)는 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 간의 압저항 또는 정전용량에 따라 제어 신호를 생성한다. 이때, 제어부(1320)는 압저항 또는 정전용량에 따라 압력 감지 센서(1310) 상에 가해진 무게 및 위치를 측정하고, 측정한 무게 및 위치에 따라 제어 신호를 생성할 수 있다. 이때, 제어 신호는 알람 신호 또는 잠금 신호일 수 있다.The controller 1320 generates a control signal according to the piezoresistance or capacitance between the first electrode 110 and the second electrode 120. At this time, the controller 1320 may measure the weight and position applied on the pressure sensor 1310 according to the piezoresistance or the capacitance, and generate a control signal according to the measured weight and position. At this time, the control signal may be an alarm signal or a lock signal.

그리고, 출력부(1320)는 제어 신호를 출력한다.The output unit 1320 outputs a control signal.

예를 들어, 압력 감지 센서(1310)는 도 14의 매트 내에 포함되며, 제어부(1320) 및 출력부(1330)는 별도의 장치 내에 포함될 수 있다. 어린이가 매트 상에 올라간 경우, 매트 내에 포함되는 압력 감지 센서(1310)는 압저항 또는 정전용량의 변화량을 감지하며, 제어부(1320)는 감지된 압저항 또는 정전용량의 변화량에 기초하여 매트 상에 가해진 무게를 측정할 수 있다. 매트 상에 가해진 무게가 어린이의 무게인 것으로 추정되는 경우, 제어부(1320)는 매트 주변의 가전 기기 또는 가스레인지 등을 잠그도록 하거나, 알람을 출력하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 출력부(1230)가 제어 신호를 출력하면, 매트 주변의 가전 기기 또는 가스레인지는 자동으로 잠기거나, 부저 등의 알람이 출력될 수 있다. For example, the pressure sensing sensor 1310 may be included in the mat of FIG. 14, and the control unit 1320 and the output unit 1330 may be included in separate devices. When the child is placed on the mat, the pressure sensor 1310 included in the mat senses the amount of change in the piezoresistance or capacitance, and the controller 1320 controls the amount of change in the capacitance The applied weight can be measured. If it is assumed that the weight applied to the mat is the weight of the child, the controller 1320 may lock the household appliances or the gas range around the mat, or generate a control signal for outputting an alarm. When the output unit 1230 outputs a control signal, the appliance or gas range around the mat may be automatically locked, or an alarm such as a buzzer may be output.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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 present invention as defined by the following claims It can be understood that

300: 압력 감지 장치
320: 제1 전극
330: 중간층
340: 제2 전극300: Pressure sensing device
320: first electrode
330: middle layer
340: second electrode

Claims (9)

전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제1 전극,
전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제2 전극, 그리고
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 탄성이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극보다 저항이 큰 중간층
을 포함하는 압력 감지 센서.A first electrode comprised of a fabric comprising conductive fibers,
A second electrode comprised of a fabric comprising conductive fibers, and
An intermediate layer disposed between the first electrode and the second electrode and having elasticity higher than that of the first electrode and the second electrode,
. 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 제1 방향으로 형성된 제1 전도 영역을 포함하고,
상기 제2 전극은 상기 제1 방향과 다른 방향인 제2 방향으로 형성된 제2 전도 영역을 포함하며,
상기 제1 전도 영역 및 상기 제2 전도 영역은 각각 전도성 섬유로 짜여진 압력 감지 센서.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode comprises a first conducting region formed in a first direction,
Wherein the second electrode includes a second conductive region formed in a second direction that is different from the first direction,
Wherein the first conductive region and the second conductive region are each woven with conductive fibers. 제2항에 있어서,
상기 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 섬유인 압력 감지 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the conductive fiber is a metal wire or a metal film coated fiber on the surface. 제2항에 있어서,
상기 중간층은 섬유 기재, 그리고 상기 섬유 기재 내에 분산된 전도성 복합체를 포함하는 압력 감지 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the intermediate layer comprises a fibrous substrate, and a conductive composite dispersed within the fibrous substrate. 제4항에 있어서,
상기 전도성 복합체는 Au, Ag, Cu, Ni, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀 및 세라믹 필러로 이루어진 그룹에서 선택된 하나와 전도성 고분자를 포함하는 압력 감지 센서.5. The method of claim 4,
Wherein the conductive composite comprises one selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Ni, CNT (Carbon Nano Tube), graphene, and ceramic filler, and a conductive polymer. 제5항에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)을 포함하는 압력 감지 센서.6. The method of claim 5,
Wherein the conductive polymer comprises polyaniline or polypyrrole. 제4항에 있어서,
상기 섬유 기재는 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유를 포함하는 압력 감지 센서.5. The method of claim 4,
Wherein the fiber substrate comprises synthetic fibers or natural fibers comprising one selected from the group consisting of polyurethane, nylon, polyethylene terephthalate and polyester. 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제1 전극, 전도성 섬유를 포함하는 직물로 이루어진 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 탄성이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극보다 저항이 큰 중간층을 포함하는 압력 감지 센서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 간의 압저항 또는 정전용량에 따라 제어 신호를 생성하는 제어부, 그리고
상기 제어 신호를 출력하는 출력부
를 포함하는 압력 감지 장치.A first electrode made of a fabric including conductive fibers, a second electrode made of a fabric including conductive fibers, and a second electrode disposed between the first electrode and the second electrode, the first electrode being elastic, A pressure sensor including an intermediate layer having a resistance higher than that of the electrode,
A control unit for generating a control signal according to the piezoresistance or capacitance between the first electrode and the second electrode, and
And an output unit
. 제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 압저항 또는 상기 정전용량에 따라 상기 압력 감지 센서 상에 가해진 무게를 측정하고, 측정한 무게 및 위치에 따라 제어 신호를 생성하는 압력 감지 장치.9. The method of claim 8,
Wherein the control unit measures the weight applied on the pressure sensing sensor according to the piezoresistance or the capacitance, and generates a control signal according to the measured weight and position.
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