KR20170044486A - 탄소마이크로코일(carbon micro coil)시트를 포함하는 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 물체가 센서(100)의 감지시트(130)에 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 센서(100)의 감지시트(130)를 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 임피던스가 변화하는 특성을 이용한 센서(100) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 전극부(110), 상기 전극부(110)에 인가되는 교류에 대하여 임피던스 소자로서 기능하는 감지시트(130), 상기 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120), 상기 감지시트(130)와 상기 전극부(110)가 형성되어 있는 상기 기판(120) 사이에 위치하여, 상기 감지시트(130)와 상기 기판(120)을 상호 접착하는 기능을 구비하는 접착층(140)을 포함하여 이루어지고, 상기 감지시트(130)는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서(100)를 제공한다.

Description

탄소마이크로코일(carbon micro coil)시트를 포함하는 센서 및 그 제조방법{A sensor comprising a carbon micro coil sheet and a manufacturing method thereof}

본 발명은, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)시트를 포함하는 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 물체가 센서의 감지시트에 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 센서의 감지시트를 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)의 임피던스가 변화하는 특성을 이용한 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 탄소섬유를 코일모양으로 성장시킨 형태로서 주로 CVD방식을 응용하여 합성된다. 이러한 탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 VGCF나 탄소나노튜브에 비하여 성장속도가 매우 느리기 때문에, 일반적으로 기판법을 이용하여 촉매, 반응조건, 장치조건을 최적화해야만 합성할 수 있다.

그러나 탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 최대 15배까지 늘어나는 초탄력성을 가지고 있고, 코일(coil)의 신축에 따라 전기저항이 변화하며, 온도 증가에 따라 저항이 감소하는 반도체적 성질을 가지는 등 독특한 특성을 가지고 있어 폭넓은 응용이 기대된다.

또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)이 포함된 물질은 전원을 인가하였을때, 생체 인지 능력이 뛰어나고, 응답속도가 빠르며, 소비전력이 낮다고 알려져 있어 센서소자로서의 가능성도 시사하고 있다.

한편, 근접센서는 종래의 마이크로스위치, 리미트스위치의 기계적인 접촉에 의한 검출방식이 아니라, 검출면에 접근하는 물체가 센서별로 정해진 검출거리 내로 들어오면, 전자계의 힘을 이용하여 기계적인 접촉 없이 ON/OFF 출력을 내보내는 센서다. 근접센서는 접촉식의 스위치보다 수명이 길고 활용도 또한 상당히 높기 때문에 산업자동화 등에 매우 광범위하게 사용되고 있으며, 자기 근접센서, 광학 근접센서, 초음파 근접센서, 유도성 근접센서, 용량성 근접센서, 와전류 근접센서 등과 같은 여러 형태의 근접센서가 있다.

여기서, 자기 근접센서는 자성체를 가까이해야 기동된다는 점, 광학 근접센서는 물체가 센서에 너무 가까우면 방사기에서 방출된 빛을 수신기가 제대로 받을 수 없다는 점, 초음파 근접센서는 음파를 반사하지 못하는 고무나 거품 같은 표면에는 사용할 수 없다는 점, 유도성 근접센서는 금속의 표면 검출에만 사용된다는 점, 와전류 근접센서는 전도성 물질의 검출에만 사용된다는 점에서 한계가 있다.

그에 비해, 용량성 근접센서는 나무, 액체, 종이, 유리, 화학재료 등의 대부분의 비금속을 검출할 수 있고, 일본 공개특허 2001-035327호(발명의 명칭 : 정전용량형 근접센서, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는 검지면을 검지 대상물과 대면시키는 검출 전극과 상기 검지면의 측방에 있어서 검출 전극으로부터 검지 대상물을 향할 방향을 따라 설치되어 상기 검지면의 측방에 있어서 검출 전극과 검지 대상물 사이의 소정 부분을 차폐함과 동시에, 이 차폐부분이 가변이 되도록 설치된 실드 전극을 구비한 것을 특징으로 하는 정전용량형 근접센서가 개시되어 있다.

한편, 접촉센서는 물리적인 접촉 유무를 검출하여 이에 대한 신호를 만들어 내는 장치이고, 촉각센서는 접촉 유무를 검출하는 기능뿐만 아니라 접촉물체에 대한 부가적인 정보까지도 제공할 수 있는 접촉센서의 조합이다. 이 부가적인 정보들은 접촉물체의 모양, 크기 또는 접촉물체의 압력 등이 될 수 있다. 대학민국 등록특허 10-0855603호(발명의 명칭 : 촉각센서 및 제조방법, 이하 종래기술2라 한다.)에서는 과대 접촉력 파손방지 기둥을 포함하면서, 외부 접촉력에 의하여 변형되는 다이아프램, 상기 다이아프램으로부터 발생한 응력을 감지하기 위한 압저항이 형성된 SOI기판부, 상기 SOI기판부에 형성된 상기 다이아프램이 변형될 수 있도록 형성된 공동과 상기 압저항에서 발생한 전기신호를 하기 유연회로 기판부로 출력하기 위한 도전성 전기 배선금속이 형성된 유리 기판부 및 상기 유리 기판부에 형성된 상기 도전성 전기 배선금속과 연결되어 상기 전기신호를 외부로 출력하기 위한 유연회로 기판부를 포함하는 촉각센서가 개시되어 있다.

일본 공개특허 2001-035327호 대한민국 등록특허 10-0855603호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래기술1 및 종래기술2가 그 구조가 복잡하여 다양한 응용분야에 효율적으로 활용하기 어렵다는 제1문제점, 종래기술1 및 종래기술2는 소형화시키는 것에 한계가 있다는 제2문제점, 종래기술1은 근접센서에 관한 것이고, 종래기술2는 촉각센서에 관한 것이지만, 종래기술1 및 종래기술2는 근접센서와 촉각센서의 기능을 모두 가지지는 못한다는 제3문제점을 해결하려 하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위해 안출되는 본 발명은, 전극부, 상기 전극부에 인가되는 교류에 대하여 임피던스 소자로서 기능하는 감지시트, 상기 전극부가 형성되어 있는 기판 및 상기 감지시트와 상기 전극부가 형성되어 있는 상기 기판 사이에 위치하여, 상기 감지시트와 상기 기판을 상호 접착하는 기능을 구비하는 접착층을 포함하여 이루어지고, 상기 감지시트는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서를 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 감지시트는 상기 물체가 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 상기 임피던스가 변화하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 감지시트는 전체 100중량부에 대하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)이 2 내지 10중량부만큼 혼합되는 것을 특징으로 할 수 있다.mm

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 탄소마이크로코일(carbon micro coil)은 3차원적인 나선 형상으로 직경 1 내지 10μm, 길이 0.01 내지 0.8mm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경이 0.01 내지 1μm인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 접착층은 탄소마이크로코일(carbon micro coil)을 포함하는 접착층 및 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film) 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 전극부는 제1전극, 제2전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은, 상기 감지시트 및 상기 접착층을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 상기 전극부를 형성하는 단계 및 상기 감지시트 및 상기 전극부가 형성된 상기 기판을 상기 접착층을 이용하여 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 센서의 제조방법을 제공한다.

본 발명은, 상기 센서, 상기 전극부에 상기 교류가 인가되는 경우에 상기 감지시트 및 상기 접착층의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 임피던스측정부, 상기 임피던스측정부로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 상기 물체에 대한 관련정보를 생성하는 기능을 구비하는 프로세서부, 상기 임피던스신호와 상기 감지시트로부터 상기 물체까지의 거리 간의 관계 또는 상기 임피던스신호와 상기 물체의 하중 간의 관계를 기록하고 있는 기준데이터표, 상기 기준데이터표가 기록되는 저장부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서모듈을 제공한다.

본 발명은 상기 센서모듈 및 상기 프로세서부로부터 수신된 상기 물체에 대한 상기 관련정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부를 포함하여 이루어지고, 상기 정보제공부는 상기 관련정보를 사용자에게 시각적, 청각적 또는 촉각적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 센서시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 단순한 구조를 가지는 센서의 제조가 가능하다는 제1효과, 마이크로스케일의 직경을 가진 탄소마이크로코일(carbon micro coil)을 이용하기 때문에 센서의 충분한 소형화가 가능하다는 제2효과, 기존의 근접 또는 촉각센서와 달리 하나의 센서가 근접, 접촉 및 압력을 동시에 인지할 수 있다는 제3효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명인 센서의 일실시예를 나타내는 정면도.
도 2는 본 발명인 센서의 제조에 있어, 전극부를 매립하는 일실시예를 나타내는 정면도.
도 3은 도 2의 일실시예에 있어, 전극부를 매립하는 공정이 원활하지 않아 전극부가 기판에 함입된 일실시예를 나타내는 정면도.
도 4는 본 발명인 센서의 제조에 있어, 접착층을 전극부 높이만큼만 형성하고, 전극부 위에는 접착층을 형성하지 않는 일실시예를 나타내는 정면도.
도 5는 본 발명인 센서의 일실시예를 나타내는 사시도.
도 6은 일실시예로서, 물체의 접근, 접촉 또는 이격에 따른 감지시트의 임피던스의 실수부 변화를 나타내는 그래프.
도 7은 일실시예로서, 물체의 하중의 증가에 따른 감지시트의 인덕턴스 변화를 나타내는 그래프.
도 8은 일실시예로서, 교류 인가 시 임피던스 소자로서 기능하는 감지시트의 등가회로도.
도 9는 일실시예로서, 본 발명인 센서의 금속 감지 정도를 나타내는 그래프.
도 10은 일실시예로서, 본 발명인 센서의 아크릴 감지 정도를 나타내는 그래프.
도 11은 일실시예로서, 본 발명인 센서의 무생명체 감지 정도를 나타내는 그래프.
도 12는 일실시예로서, 본 발명인 센서의 생명체 감지 정도를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명인 센서모듈의 일실시예를 나타내는 블록도.
도 14는 본 발명인 센서시스템의 일실시예를 나타내는 블록도.
도 15는 본 발명인 센서시스템의 일실시예로서, 프로세서부의 기능을 세분화 한 블록도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "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.

본 발명의 센서(100)는 근접센서, 촉각센서 및 근접촉각겸용센서로 분류할 수 있고, 이하 각 분류별로 상술하기로 한다.

[실시예 1 - 근접센서]

본 발명의 센서(100)는 전극부(110), 감지시트(130), 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120), 감지시트(130)와 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120) 사이에 위치하는 접착층(140)을 포함하여 이루어진다.

이하, 센서(100)를 이루는 각 구성요소별로 상술하기로 한다.

감지시트(130)는 소정의 직경, 길이 등을 갖춘 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하고, 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 제조할 수 있지만, 그 제조방법을 제한하는 것은 아니다.

감지시트(130)는 물체가 접근, 접촉 또는 이격함에 따라 임피던스가 변화한다.

도6에 도시된 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가하고, 물체를 감지시트(130)에 접근시켰을 때, 감지시트(130)의 임피던스의 실수부가 증가하였고, 물체가 감지시트(130)에 접촉하였을 때, 감지시트(130)의 임피던스의 실수부는 최대값을 가졌다. 또한, 물체가 감지시트(130)로부터 이격하였을 때, 감지시트(130)의 임피던스의 실수부가 감소하였다.

도6과 같은 결과는 감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)로 인한 것인데, 이 같은 결과로부터, 감지시트(130)는 인가되는 교류에 대하여, 비록 커패시터, 인덕터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적일 가능성은 있지만, 결국 임피던스 소자로서 기능한다고 할 수 있고, 감지시트(130)를 도8에 도시된 일실시예에서와 같이 소정의 커패시턴스(C), 인덕턴스(L) 및 저항(R)을 포함하는 등가회로로 고려할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 특성을 가지는 감지시트(130)를 포함하는 본 발명의 센서(100)는 접근 또는 이격하는 물체를 감지하는 근접센서로서의 기능을 가진다고 할 것이다.

다만, 본 발명의 센서(100)가 모든 물체를 감지할 수 있는 것은 아니다. 비록 도11 및 도12의 각 일실시예에서 무생명체와 생명체 모두를 감지할 수 있었으나, 무생명체를 종류별로 나누어 실험한 도9 및 도10의 각 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가했을 때, 감지시트(130)는 구리 같은 금속물질은 잘 감지하였으나, 아크릴 같은 폴리머를 포함하는 부도체 소재에 대해서는 감지시트(130)의 감도가 떨어졌다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 전체 100중량부에 대하여 2 내지 4중량부만큼 포함되는 것을 제안한다. 비교예에 따르면, 2중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 접근 또는 이격하는 물체에 대하여 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 미미했고, 4중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 근접센서뿐만 아니라 촉각센서의 특성도 함께 나타났기 때문이다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 0.01 내지 0.8mm인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 길이가 길수록 감지시트(130)의 감도는 증가하지만, 감지시트(130) 내 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 직경은 1 내지 10μm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1μm인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

접착층(140)은 감지시트(130)와 기판(120)을 상호 접착하는 기능을 구비한다. 접착층(140)이 절연성이 있을 경우, 감지시트(130)로부터 출력되는 전기적 신호의 출력이 감소할 뿐만 아니라 잡음도 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 접착층(140)은 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 또는 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 및 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)은 전극부(110)와 감지시트(130)를 점접착하고, 전기적 신호가 전극부(110), 접착층(140) 및 감지시트(130) 간에 원활하게 전달될 수 있게 한다.

접착층(140)이 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 경우, 감지시트(130)와 마찬가지로, 접착층(140)에 교류 인가 시, 임피던스 소자로서 기능한다(도6 및 도8 참조). 이때, 접착층(140)을 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성은 다음 두 가지를 제안한다.

(가1) 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성을 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 동일하게 할 수 있다. 이 경우, 물체의 접근, 접촉 또는 이격에 따른 감지시트(130)의 임피던스 측정결과(도6)를 접착층(140)과 감지시트(130)가 접착되어 있는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

(가2) 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성을 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 다르게 할 수 있다. 접착층(140)의 접착성을 구비하기 위해 감지시트(130)의 유기비히클(132)의 조성과 다른 조성의 유기비히클(132)을 접착층(140)에 적용하는 경우, 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성이 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 달라질 수 있다. 이 경우, 감지시트(130)의 임피던스와 접착층(140)의 임피던스가 병렬연결된 것으로 해석할 수 있으므로, 이를 고려하여 감지시트(130) 및 접착층(140)의 임피던스를 측정해야 한다.

접착층(140)이 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)인 경우, 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)은 하나의 축에 대하여는 전도성이 있으므로, 감지시트(130)와 전극부(110)를 절연되지 않게 하여, 전기적 신호가 원활하게 감지시트(130)를 통과할 수 있게 함으로써, 감지시트(130)의 임피던스 변화를 명확히 측정하게 하는 결과, 순조롭게 센서(100)의 기능을 발휘하게 할 수 있다. 다만, 이 경우도 감지시트(130)의 임피던스와 접착층(140)의 임피던스가 병렬연결된 것으로 해석할 수 있으므로, 이를 고려하여 감지시트(130) 및 접착층(140)의 임피던스를 측정해야 한다.

전극부(110)는 도5와 같이 제1전극(111), 제2전극(112)을 포함하여 구성할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 전압을 인가할 양극과 음극이 있어야 하므로 2개의 전극이 필요하지만, 구현하고자 하는 회로구성에 따라 전극이 더 필요할 수 있다. 전극부(110)의 소재는 전기전도도가 좋은 구리, 금, 은 또는 이들의 합금 등을 고려할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

전극부(110)의 전극은 전자인쇄(electronic printing) 공정을 통해 기판(120)에 전도성 잉크를 사용하여 전극을 인쇄하거나, 전도성 소재를 압착해서 기판(120)에 부착하는 방법으로 형성할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다. 전도성 소재를 압착해서 기판(120)에 부착하는 경우, 볼트, 너트, 리벳 등을 사용하여 부착하거나, 에폭시 등의 접착제를 사용하여 부착할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.

또한, 기판(120)에서 전극부(110)를 형성할 부분을 에칭(etching)한 다음, 상기와 같이 전극을 기판(120)에 인쇄하거나 부착하여, 도2와 같이 전극부(110)와 기판(120)을 일체화할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.

전극부(110)를 도1과 같이 형성할 경우, 감지시트(130)와 기판(120) 간 간극이 발생하지 않도록 접착층(140)을 형성해야 하며, 전극의 절곡부에서 파단이 일어나지 않도록 감지시트(130)의 유기비히클(132)의 조성을 결정하여 감지시트(130)의 연성을 조절하여야 한다.

전극부(110)를 도2와 같이 기판(120)에 완전히 매립할 경우, 접착층(140)이 기판(120)과 평행하게 형성될 수 있고, 감지시트(130)는 구부러지거나 파단되지 않고 기판(120)과 밀착될 수 있다. 다만, 전극부(110)를 매립하는 공정이 원활하지 않을 경우, 도3과 같이 전극부(110)가 기판(120) 내부로 함입될 수 있는데, 이 경우, 전극부(110)가 함입된 부분의 접착층(140)을 전극부(110)가 함입되지 않은 부분의 접착층(140)보다 두껍게 형성하여, 기판(120)과 감지시트(130) 간 간극이 발생하지 않도록 하여야 한다.

도4는 접착층(140)과 전극부(110)의 높이를 동일하게 하여 접착층(140)과 전극부(110)를 형성하고, 전극부(110) 상단에는 접착층(140)을 형성하지 않아서, 감지시트(130)와 전극부(110) 간 간극이나 감지시트(130)의 휘어짐 없이 기판(120)에 밀착될 수 있는 형태이다. 이 경우, 감지시트(130)와 전극부(110)의 접착성, 감지시트(130)와 전극부(110)의 전기적 접촉성 등을 고려할 필요가 있지만, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다.

기판(120)은 상기 감지시트(130), 상기 접착층(140), 상기 전극부(110)를 기판(120) 위에 위치시켜, 이들을 지지하고 회로를 구성할 수 있게 하지만, 이들 외에도 구성하고자 하는 시스템에 따라 기판(120) 위에 사용자가 필요한 기능을 포함하는 금속패턴 등을 형성할 수 있다.

또한, 기판(120)은 인쇄회로기판(printed circuit board) 또는 연성회로기판(flexible printed circuit board)이 가능하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서(100)의 제조방법을 이하 각 단계별로 상술하기로 한다.

첫째, 감지시트(130) 및 접착층(140)을 준비한다.

상기 감지시트(130)는 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 형성할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 감지시트(130)의 제조방법은 다음과 같다.

(1-1) 테이프캐스팅 또는 캐스팅을 하는 경우

(1-1-1) 유기비히클(132)을 준비한다.

유기비히클(132)은 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상과 소정의 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 용매는 유기용매에 한정되는 것은 아니다. 유기비히클(132)의 성분은 유기비히클(132)과 후술할 슬러리(slurry)의 점도, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말의 분산성, 제조될 감지시트(130)의 연성, 경도, 제조될 감지시트(130)와 전극부(110) 또는 접착층(140)과의 접착성을 고려하여 선택하여야 하나, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다. 유기비히클(132)의 점도가 적절하지 않아서 슬러리(slurry)의 점도가 적절하지 않은 경우, 감지시트(130)의 두께의 편차가 생기거나, 감지시트(130)에 핀홀(pin hole) 또는 줄무늬가 발생하는 등의 문제가 생길 수 있고, 그 결과, 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말의 분산성이 낮을 경우, 슬러리(slurry)의 유동성이 낮아서 후술할 테이프캐스팅에 적절하지 않고, 슬러리(slurry)를 구성하는 성분의 균일한 분산이 이루어지지 않아 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 도1의 일실시예에서와 같이 감지시트(130)가 전극부(110)의 절곡부에서 휘어질 필요가 있는 경우, 유기비히클(132)의 성분이 적절하지 않아 감지시트(130)의 연성이나 경도가 적절하지 않다면, 감지시트(130)는 전극부(110)의 절곡부에서 파단될 수 있다.

(1-1-2) 상기 (1-1-1)단계에서의 유기비히클(132) 내에 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말을 분산하여 혼합시킴으로써 슬러리(slurry)를 형성한다.

(1-1-3-1) 테이프캐스팅을 하는 경우, 캐리어필름 상에 닥터블레이드의 틈새로 슬러리를 흘려보낸다. 캐리어필름이 소정의 일정한 속도로 이동하면서, 닥터블레이드는 원하는 일정한 두께의 시트를 형성할 수 있도록 스퀴즈(squeeze)한다. 그 다음, 시트를 건조시켜 용매를 휘발시킨 다음, 소결 등을 통해 경화한다. 테이프캐스팅은 성형 도중 가압하기 어려워 다른 성형공정에 비해 상대적으로 성형밀도가 낮을 수 있다.

(1-1-3-2) 캐스팅을 하는 경우, 상기 슬러리(slurry)를 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등과 함께 주형의 내부에 투입하고, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(1-2) 사출성형을 하는 경우

(1-2-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(1-2-2) 상기 (1-2-1)에서 호퍼에 투입한 물질을 사출실린더 내에서 용융시킨 다음, 고압으로 주형으로 사출시킨다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 주형으로 사출된 물질을 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(1-3) 압출성형을 하는 경우

(1-3-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(1-3-2) 상기 (1-3-1)단계에서 호퍼에 투입한 물질을 압출실린더 내에서 용융시킨 다음, 주형을 통과시켜 밀어낸다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 주형을 통과한 물질을 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(1-4) 압축성형을 하는 경우

(1-4-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 주형의 하형의 내부에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 투입할 수 있다.

(1-4-2) 상형을 닫은 다음, 열과 압력을 가한다.

(1-4-3) 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 주형에 투입한 물질을 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

제조된 감지시트(130)는 사용 목적에 따라 원하는 크기로 재단하는 등의 공정을 거칠 수도 있다. 감지시트(130)를 절단할 때는 감지시트(130)가 파단되지 않도록 주의하여야 한다.

상기 감지시트(130)를 형성함에 있어, 상기 감지시트(130)를 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성, 직경, 길이, 코일을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경을 고려해야 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 전체 100중량부에 대하여 2 내지 4중량부만큼 포함되는 것을 제안한다. 비교예에 따르면, 2중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 접근 또는 이격하는 물체에 대하여 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 미미했고, 4중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 근접센서뿐만 아니라 촉각센서의 특성도 함께 나타났기 때문이다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 0.01 내지 0.8mm인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 길이가 길수록 감지시트(130)의 감도는 증가하지만, 감지시트(130) 내 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 직경은 1 내지 10μm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1μm인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

접착층(140)이 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 경우, 그 접착층(140)의 제조방법은 감지시트(130)의 제조방법과 동일하고 다만, 접착성을 발휘할 수 있도록 유기비히클(132)의 성분을 조절해야 한다.

둘째, 기판(120) 상에 전극부(110)를 형성한다.

전극 형성방법이나 전극을 형성하는 형태와 관련하여 고려할 점에 대하여는 전술하였다.

셋째, 감지시트(130) 및 상기 전극부(110)가 형성된 기판(120)을 상기 접착층(140)을 이용하여 접합한다.

감지시트(130)를 접착층(140)과 결합시킨 후, 감지시트(130) 및 접착층(140)을 기판(120)과 결합시킬 수도 있고, 기판(120) 위에 접착층(140)을 먼저 형성한 후, 그 접착층(140) 위에 감지시트(130)를 붙일 수도 있다.

접착층(140)은 감지시트(130)가 이탈하지 않도록 감지시트(130)보다 길게 형성하는 것을 고려할 수 있다. 전극부(110)의 형태에 따라 접착층(140) 및 감지시트(130)를 형성할 때 고려할 점에 대하여는 전술하였다.

본 발명의 센서모듈은 센서(100), 임피던스측정부(200), 프로세서부(300), 기준데이터표(410), 저장부(400)를 포함하여 이루어진다(도13).

이하, 센서모듈을 이루는 각 구성요소 별로 상술하기로 한다.

도13에서의 일실시예에 따르면, 센서(100)는 센서(100)의 용도, 센서모듈을 이루는 다른 요소와의 관계, 센서(100)를 구성하는 소재를 고려하여 센서(100)의 크기를 결정하여야 하지만, 센서(100)를 결정하는 요소나 그 요소에 영향을 미치는 요소를 한정하는 것은 아니다.

임피던스측정부(200)는 전극부(110)에 교류가 인가되는 경우에 감지시트(130) 및 접착층(140)의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비한다.

감지시트(130) 및 접착층(140)을 이루는 성분의 조성에 따라, 전극부(110)에 교류 인가 시, 감지시트(130) 및 접착층(140)에서 인덕터, 커패시터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적으로 나타날 수 있다. 임피던스측정부(200)는 감지시트(130) 및 접착층(140)에서 인덕터의 특성이 지배적일 때는 인덕턴스를 측정하고, 커패시터의 특성이 지배적일 때는 커패시턴스를 측정하고, 저항의 특성이 지배적일 때는 저항을 측정하고, 인덕터와 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 측정하고, 인덕터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 저항을 측정하고, 커패시터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시턴스와 저항을 측정하며, 인덕터, 커패시터 및 저항의 특성이 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 지배적일 때는 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 연결된 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 측정한다. 다만, 이러한 측정결과를 토대로 만들어내는 임피던스신호는 (ㄱ) 감지시트(130) 및 접착층의 등가회로도를 구성하는 각 소자에 관한 것일 수도 있고, (ㄴ) 감지시트(130) 및 접착층의 등가회로도의 전체 임피던스를 측정하여 출력된 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 임피던스의 실수부, 리액턴스, 어드미턴스의 크기, 어드미턴스의 위상각, 컨덕턴스 및 서셉턴스 중 하나 이상에 관한 것일 수도 있다. 상기 (ㄱ)의 경우, 후술할 프로세서부(300)에서 상기 (ㄴ)과 같은 값으로 환산하는 기능을 구비하여야 할 것이다.

프로세서부(300)는 상기 임피던스측정부(200)로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.

프로세서부(300)는 임피던스신호로부터 후술할 기준데이터표(410)를 참조하여 물체에 대한 관련정보를 생성하는데, 상기 관련정보는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부가 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

기준데이터표(410)는 임피던스신호와 감지시트(130)로부터 물체까지의 거리 간의 관계를 기록하고 있다.

저장부(400)는 기준데이터표(410)가 기록되는 부분이다.

저장부(400)는 HDD 및 FLASH MEMORY를 사용할 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서시스템은 센서모듈, 프로세서부(300)로부터 수신된 물체에 대한 관련정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부(500)를 포함하여 이루어진다(도14).

정보제공부(500)는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부(이에 한정하지 않음)를 사용자에게 시각적으로 전달하는 경광등이나 그래픽인터페이스(TFT-LCD, PDP, OLED, LED가 있으나, 한정하지 않음)를 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부를 사용자에게 청각적으로 전달하는 사운드인터페이스를 포함할 수 있다. 사운드인터페이스는 스피커를 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부를 사용자에게 촉각적으로 전달하는 바이브레이터(vibrator) 를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 기초로 센서(100)와 관련된 기기를 제어할 수도 있다. 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 기초로 센서(100)와 관련된 기기를 작동 또는 차단하거나, 센서(100)와 관련된 기기에 시간대 별로 근접, 이격 또는 접촉한 물체의 기록을 남기는 기능을 구비할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서모듈 또는 센서시스템은 신호변환부(310), 증폭부(320), 디지털변환부(330)를 더 포함하여 이루어질 수 있다(도15).

신호변환부(310)는 임피던스측정부(200)로부터 수신된 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하는 기능을 구비한다.

증폭부(320)는 신호변환부(310)로부터 수신된 상기 전압아날로그신호 또는 상기 전류아날로그신호를 증폭하는 기능을 구비한다. 임피던스신호가 미약하지 않다면 증폭부(320)가 필수적인 것은 아니다.

디지털변환부(330)는 증폭부(320)로부터 증폭된 전압아날로그신호 또는 증폭된 전류아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 기능을 구비한다.

프로세서부(300)는 디지털변환부(330)로부터 수신된 상기 디지털신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.

즉, 도13 및 도14와 같은 경우 프로세서부(300)에서 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하고, 이를 증폭한 다음, 디지털신호로 변환하는 기능을 구비하는 것을 고려하여야 한다.

[실시예 2 - 촉각센서]

본 발명의 센서(100)는 전극부(110), 감지시트(130), 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120), 감지시트(130)와 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120) 사이에 위치하는 접착층(140)을 포함하여 이루어진다.

이하, 센서(100)를 이루는 각 구성요소별로 상술하기로 한다.

감지시트(130)는 소정의 직경, 길이 등을 갖춘 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하고, 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 제조할 수 있지만, 그 제조방법을 제한하는 것은 아니다.

감지시트(130)는 물체의 하중이 증가 또는 감소함에 따라 임피던스가 변화한다.

도7에 도시된 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가하고, 감지시트(130)에 접촉해 있는 물체의 하중을 증가시켰을 때, 감지시트(130)의 인덕턴스가 증가하였다. 도6과 달리, 감지시트(130)의 임피던스가 아닌 인덕턴스를 측정한 것은 감지시트(130)에서 커패시터, 인덕터 및 저항 중 인덕터의 특성이 지배적이었기 때문이다.

도7과 같은 결과는 감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)로 인한 것인데, 이 같은 결과로부터, 감지시트(130)는 인가되는 교류에 대하여, 비록 커패시터, 인덕터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적일 가능성은 있지만, 결국 임피던스 소자로서 기능한다고 할 수 있고, 감지시트(130)를 도8에 도시된 일실시예에서와 같이 소정의 커패시턴스(C), 인덕턴스(L) 및 저항(R)을 포함하는 등가회로로 고려할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 특성을 가지는 감지시트(130)를 포함하는 본 발명의 센서(100)는 물체의 하중을 감지하는 촉각센서로서의 기능을 가진다고 할 것이다.

다만, 본 발명의 센서(100)가 모든 물체를 감지할 수 있는 것은 아니다. 비록 도11 및 도12의 각 일실시예에서 무생명체와 생명체 모두를 감지할 수 있었으나, 무생명체를 종류별로 나누어 실험한 도9 및 도10의 각 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가했을 때, 감지시트(130)는 구리 같은 금속물질은 잘 감지하였으나, 아크릴 같은 폴리머를 포함하는 부도체 소재에 대해서는 감지시트(130)의 감도가 떨어졌다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 전체 100중량부에 대하여 6 내지 10중량부만큼 포함되는 것을 제안한다. 비교예에 따르면, 6중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 촉각센서의 특성 뿐만 아니라 근접센서의 특성도 나타났으며, 10중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는, 물체의 하중을 조금만 증가시켜도 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 너무 커서 물체의 하중변화를 감지하는 촉각센서로서의 기능을 제대로 발휘할 수 없었기 때문이다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 0.01 내지 0.8mm인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 길이가 길수록 감지시트(130)의 감도는 증가하지만, 감지시트(130) 내 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 직경은 1 내지 10μm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1μm인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

접착층(140)은 감지시트(130)와 기판(120)을 상호 접착하는 기능을 구비한다. 접착층(140)이 절연성이 있을 경우, 감지시트(130)로부터 출력되는 전기적 신호의 출력이 감소할 뿐만 아니라 잡음도 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 접착층(140)은 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 또는 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 및 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)은 전극부(110)와 감지시트(130)를 점접착하고, 전기적 신호가 전극부(110), 접착층(140) 및 감지시트(130) 간에 원활하게 전달될 수 있게 한다.

접착층(140)이 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 경우, 감지시트(130)와 마찬가지로, 접착층(140)에 교류 인가 시, 임피던스 소자로서 기능한다(도7 및 도8 참조). 이때, 접착층(140)을 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성은 다음 두 가지를 제안한다.

(나1) 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성을 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 동일하게 할 수 있다. 이 경우, 물체의 하중 증가에 따른 감지시트(130)의 임피던스 측정결과(도7)를 접착층(140)과 감지시트(130)가 접착되어 있는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

(나2) 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성을 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 다르게 할 수 있다. 접착층(140)의 접착성을 구비하기 위해 감지시트(130)의 유기비히클(132)의 조성과 다른 조성의 유기비히클(132)을 접착층(140)에 적용하는 경우, 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성이 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 달라질 수 있다. 이 경우, 감지시트(130)의 임피던스와 접착층(140)의 임피던스가 병렬연결된 것으로 해석할 수 있으므로, 이를 고려하여 감지시트(130) 및 접착층(140)의 임피던스를 측정해야 한다.

접착층(140)이 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)인 경우, 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)은 하나의 축에 대하여는 전도성이 있으므로, 감지시트(130)와 전극부(110)를 절연되지 않게 하여, 전기적 신호가 원활하게 감지시트(130)를 통과할 수 있게 함으로써, 감지시트(130)의 임피던스 변화를 명확히 측정하게 하는 결과, 순조롭게 센서(100)의 기능을 발휘하게 할 수 있다. 다만, 이 경우도 감지시트(130)의 임피던스와 접착층(140)의 임피던스가 병렬연결된 것으로 해석할 수 있으므로, 이를 고려하여 감지시트(130) 및 접착층(140)의 임피던스를 측정해야 한다.

전극부(110)는 도5와 같이 제1전극(111), 제2전극(112)을 포함하여 구성할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 전압을 인가할 양극과 음극이 있어야 하므로 2개의 전극이 필요하지만, 구현하고자 하는 회로구성에 따라 전극이 더 필요할 수 있다. 전극부(110)의 소재는 전기전도도가 좋은 구리, 금, 은 또는 이들의 합금 등을 고려할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

전극부(110)의 전극은 전자인쇄(electronic printing) 공정을 통해 기판(120)에 전도성 잉크를 사용하여 전극을 인쇄하거나, 전도성 소재를 압착해서 기판(120)에 부착하는 방법으로 형성할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다. 전도성 소재를 압착해서 기판(120)에 부착하는 경우, 볼트, 너트, 리벳 등을 사용하여 부착하거나, 에폭시 등의 접착제를 사용하여 부착할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.

또한, 기판(120)에서 전극부(110)를 형성할 부분을 에칭(etching)한 다음, 상기와 같이 전극을 기판(120)에 인쇄하거나 부착하여, 도2와 같이 전극부(110)와 기판(120)을 일체화할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.

전극부(110)를 도1과 같이 형성할 경우, 감지시트(130)와 기판(120) 간 간극이 발생하지 않도록 접착층(140)을 형성해야 하며, 전극의 절곡부에서 파단이 일어나지 않도록 감지시트(130)의 유기비히클(132)의 조성을 결정하여 감지시트(130)의 연성을 조절하여야 한다.

전극부(110)를 도2와 같이 기판(120)에 완전히 매립할 경우, 접착층(140)이 기판(120)과 평행하게 형성될 수 있고, 감지시트(130)는 구부러지거나 파단되지 않고 기판(120)과 밀착될 수 있다. 다만, 전극부(110)를 매립하는 공정이 원활하지 않을 경우, 도3과 같이 전극부(110)가 기판(120) 내부로 함입될 수 있는데, 이 경우, 전극부(110)가 함입된 부분의 접착층(140)을 전극부(110)가 함입되지 않은 부분의 접착층(140)보다 두껍게 형성하여, 기판(120)과 감지시트(130) 간 간극이 발생하지 않도록 하여야 한다.

도4는 접착층(140)과 전극부(110)의 높이를 동일하게 하여 접착층(140)과 전극부(110)를 형성하고, 전극부(110) 상단에는 접착층(140)을 형성하지 않아서, 감지시트(130)와 전극부(110) 간 간극이나 감지시트(130)의 휘어짐 없이 기판(120)에 밀착될 수 있는 형태이다. 이 경우, 감지시트(130)와 전극부(110)의 접착성, 감지시트(130)와 전극부(110)의 전기적 접촉성 등을 고려할 필요가 있지만, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다.

기판(120)은 상기 감지시트(130), 상기 접착층(140), 상기 전극부(110)를 기판(120) 위에 위치시켜, 이들을 지지하고 회로를 구성할 수 있게 하지만, 이들 외에도 구성하고자 하는 시스템에 따라 기판(120) 위에 사용자가 필요한 기능을 포함하는 금속패턴 등을 형성할 수 있다.

또한, 기판(120)은 인쇄회로기판(printed circuit board) 또는 연성회로기판(flexible printed circuit board)이 가능하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서(100)의 제조방법을 이하 각 단계별로 상술하기로 한다.

첫째, 감지시트(130) 및 접착층(140)을 준비한다.

상기 감지시트(130)는 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 형성할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 감지시트(130)의 제조방법은 다음과 같다.

(2-1) 테이프캐스팅 또는 캐스팅을 하는 경우

(2-1-1) 유기비히클(132)을 준비한다.

유기비히클(132)은 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상과 소정의 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 용매는 유기용매에 한정되는 것은 아니다. 유기비히클(132)의 성분은 유기비히클(132)과 후술할 슬러리(slurry)의 점도, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말의 분산성, 제조될 감지시트(130)의 연성, 경도, 제조될 감지시트(130)와 전극부(110) 또는 접착층(140)과의 접착성을 고려하여 선택하여야 하나, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다. 유기비히클(132)의 점도가 적절하지 않아서 슬러리(slurry)의 점도가 적절하지 않은 경우, 감지시트(130)의 두께의 편차가 생기거나, 감지시트(130)에 핀홀(pin hole) 또는 줄무늬가 발생하는 등의 문제가 생길 수 있고, 그 결과, 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말의 분산성이 낮을 경우, 슬러리(slurry)의 유동성이 낮아서 후술할 테이프캐스팅에 적절하지 않고, 슬러리(slurry)를 구성하는 성분의 균일한 분산이 이루어지지 않아 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 도1의 일실시예에서와 같이 감지시트(130)가 전극부(110)의 절곡부에서 휘어질 필요가 있는 경우, 유기비히클(132)의 성분이 적절하지 않아 감지시트(130)의 연성이나 경도가 적절하지 않다면, 감지시트(130)는 전극부(110)의 절곡부에서 파단될 수 있다.

(2-1-2) 상기 (2-1-1)단계에서의 유기비히클(132) 내에 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말을 분산하여 혼합시킴으로써 슬러리(slurry)를 형성한다.

(2-1-3-1) 테이프캐스팅을 하는 경우, 캐리어필름 상에 닥터블레이드의 틈새로 슬러리를 흘려보낸다. 캐리어필름이 소정의 일정한 속도로 이동하면서, 닥터블레이드는 원하는 일정한 두께의 시트를 형성할 수 있도록 스퀴즈(squeeze)한다. 그 다음, 시트를 건조시켜 용매를 휘발시킨 다음, 소결 등을 통해 경화한다. 테이프캐스팅은 성형 도중 가압하기 어려워 다른 성형공정에 비해 상대적으로 성형밀도가 낮을 수 있다.

(2-1-3-2) 캐스팅을 하는 경우, 상기 슬러리(slurry)를 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등과 함께 주형의 내부에 투입하고, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(2-2) 사출성형을 하는 경우

(2-2-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(2-2-2) 상기 (2-2-1)에서 호퍼에 투입한 물질을 사출실린더 내에서 용융시킨 다음, 고압으로 주형으로 사출시킨다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(2-3) 압출성형을 하는 경우

(2-3-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(2-3-2) 상기 (2-3-1)단계에서 호퍼에 투입한 물질을 압출실린더 내에서 용융시킨 다음, 주형을 통과시켜 밀어낸다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(2-4) 압축성형을 하는 경우

(2-4-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 주형의 하형의 내부에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(2-4-2) 상형을 닫은 다음, 열과 압력을 가한다.

(2-4-3) 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

제조된 감지시트(130)는 사용 목적에 따라 원하는 크기로 재단하는 등의 공정을 거칠 수도 있다. 감지시트(130)를 절단할 때는 감지시트(130)가 파단되지 않도록 주의하여야 한다.

상기 감지시트(130)를 형성함에 있어, 상기 감지시트(130)를 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성, 직경, 길이, 코일을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경을 고려해야 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 전체 100중량부에 대하여 6 내지 10중량부만큼 포함되는 것을 제안한다. 비교예에 따르면, 6중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 촉각센서의 특성뿐만 아니라 근접센서의 특성도 나타났으며, 10중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는, 물체의 하중을 조금만 증가시켜도 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 너무 커서 물체의 하중변화를 감지하는 촉각센서로서의 기능을 제대로 발휘할 수 없었기 때문이다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 0.01 내지 0.8mm인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 길이가 길수록 감지시트(130)의 감도는 증가하지만, 감지시트(130) 내 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 직경은 1 내지 10μm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1μm인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

접착층(140)이 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 경우, 그 접착층(140)의 제조방법은 감지시트(130)의 제조방법과 동일하고 다만, 접착성을 발휘할 수 있도록 유기비히클(132)의 성분을 조절해야 한다.

둘째, 기판(120) 상에 전극부(110)를 형성한다.

전극 형성방법이나 전극을 형성하는 형태와 관련하여 고려할 점에 대하여는 전술하였다.

셋째, 감지시트(130) 및 상기 전극부(110)가 형성된 기판(120)을 상기 접착층(140)을 이용하여 접합한다.

감지시트(130)를 접착층(140)과 결합시킨 후, 감지시트(130) 및 접착층(140)을 기판(120)과 결합시킬 수도 있고, 기판(120) 위에 접착층(140)을 먼저 형성한 후, 그 접착층(140) 위에 감지시트(130)를 붙일 수도 있다.

접착층(140)은 감지시트(130)가 이탈하지 않도록 감지시트(130)보다 길게 형성하는 것을 고려할 수 있다. 전극부(110)의 형태에 따라 접착층(140) 및 감지시트(130)를 형성할 때 고려할 점에 대하여는 전술하였다.

본 발명의 센서모듈은 센서(100), 임피던스측정부(200), 프로세서부(300), 기준데이터표(410), 저장부(400)를 포함하여 이루어진다(도13).

이하, 센서모듈을 이루는 각 구성요소 별로 상술하기로 한다.

도13에서의 일실시예에 따르면, 센서(100)는 센서(100)의 용도, 센서모듈을 이루는 다른 요소와의 관계, 센서(100)를 구성하는 소재를 고려하여 센서(100)의 크기를 결정하여야 하지만, 센서(100)를 결정하는 요소나 그 요소에 영향을 미치는 요소를 한정하는 것은 아니다.

임피던스측정부(200)는 전극부(110)에 교류가 인가되는 경우에 감지시트(130) 및 접착층(140)의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비한다.

감지시트(130) 및 접착층(140)을 이루는 성분의 조성에 따라, 전극부(110)에 교류 인가 시, 감지시트(130) 및 접착층(140)에서 인덕터, 커패시터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적으로 나타날 수 있다. 임피던스측정부(200)는 감지시트(130) 및 접착층(140)에서 인덕터의 특성이 지배적일 때는 인덕턴스를 측정하고, 커패시터의 특성이 지배적일 때는 커패시턴스를 측정하고, 저항의 특성이 지배적일 때는 저항을 측정하고, 인덕터와 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 측정하고, 인덕터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 저항을 측정하고, 커패시터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시턴스와 저항을 측정하며, 인덕터, 커패시터 및 저항의 특성이 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 지배적일 때는 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 연결된 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 측정한다. 다만, 이러한 측정결과를 토대로 만들어내는 임피던스신호는 (a) 감지시트(130) 및 접착층의 등가회로도를 구성하는 각 소자에 관한 것일 수도 있고, (b) 감지시트(130) 및 접착층의 등가회로도의 전체 임피던스를 측정하여 출력된 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 임피던스의 실수부, 리액턴스, 어드미턴스의 크기, 어드미턴스의 위상각, 컨덕턴스 및 서셉턴스 중 하나 이상에 관한 것일 수도 있다. 상기 (a)의 경우, 후술할 프로세서부(300)에서 상기 (b)와 같은 값으로 환산하는 기능을 구비하여야 할 것이다.

프로세서부(300)는 상기 임피던스측정부(200)로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.

프로세서부(300)는 임피던스신호로부터 후술할 기준데이터표(410)를 참조하여 물체에 대한 관련정보를 생성하는데, 상기 관련정보는 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

기준데이터표(410)는 임피던스신호와 물체의 하중 간의 관계를 기록하고 있다.

저장부(400)는 기준데이터표(410)가 기록되는 부분이다.

저장부(400)는 HDD 및FLASH MEMORY를 사용 할 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서시스템은 센서모듈, 프로세서부(300)로부터 수신된 물체에 대한 관련정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부(500)를 포함하여 이루어진다(도14).

정보제공부(500)는 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중(이에 한정하지 않음)을 사용자에게 시각적으로 전달하는 경광등이나 그래픽인터페이스(TFT-LCD, PDP, OLED, LED가 있으나, 한정하지 않음)를 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중(이에 한정하지 않음)을 사용자에게 청각적으로 전달하는 사운드인터페이스를 포함할 수 있다. 사운드인터페이스는 스피커를 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중(이에 한정하지 않음)을 사용자에게 촉각적으로 전달하는 바이브레이터(vibrator) 를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 기초로 센서(100)와 관련된 기기를 제어할 수도 있다. 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 기초로 센서(100)와 관련된 기기를 작동 또는 차단하거나, 센서(100)와 관련된 기기에 시간대 별로 하중작용한 물체의 기록을 남기는 기능을 구비할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서모듈 또는 센서시스템은 신호변환부(310), 증폭부(320), 디지털변환부(330)를 더 포함하여 이루어질 수 있다(도15).

신호변환부(310)는 임피던스측정부(200)로부터 수신된 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하는 기능을 구비한다.

증폭부(320)는 신호변환부(310)로부터 수신된 상기 전압아날로그신호 또는 상기 전류아날로그신호를 증폭하는 기능을 구비한다. 임피던스신호가 미약하지 않다면 증폭부(320)가 필수적인 것은 아니다.

디지털변환부(330)는 증폭부(320)로부터 증폭된 전압아날로그신호 또는 증폭된 전류아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 기능을 구비한다.

프로세서부(300)는 디지털변환부(330)로부터 수신된 상기 디지털신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.

즉, 도13 및 도14와 같은 경우 프로세서부(300)에서 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하고, 이를 증폭한 다음, 디지털신호로 변환하는 기능을 구비하는 것을 고려하여야 한다.

[실시예 3 - 근접촉각겸용센서]

본 발명의 센서(100)는 전극부(110), 감지시트(130), 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120), 감지시트(130)와 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120) 사이에 위치하는 접착층(140)을 포함하여 이루어진다.

이하, 센서(100)를 이루는 각 구성요소별로 상술하기로 한다.

감지시트(130)는 소정의 직경, 길이 등을 갖춘 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하고, 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 제조할 수 있지만, 그 제조방법을 제한하는 것은 아니다.

감지시트(130)는 물체의 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용에 따라 임피던스가 변화한다.

도6에 도시된 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가하고, 물체를 감지시트(130)에 접근시켰을 때, 감지시트(130)의 임피던스의 실수부가 증가하였고, 물체가 감지시트(130)에 접촉하였을 때, 감지시트(130)의 임피던스의 실수부는 최대값을 가졌다. 또한, 물체가 감지시트(130)로부터 이격하였을 때, 감지시트(130)의 임피던스의 실수부가 감소하였다.

도7에 도시된 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가하고, 감지시트(130)에 접촉해 있는 물체의 하중을 증가시켰을 때, 감지시트(130)의 인덕턴스가 증가하였다. 도6과 달리, 감지시트(130)의 임피던스가 아닌 인덕턴스를 측정한 것은 감지시트(130)에서 커패시터, 인덕터 및 저항 중 인덕터의 특성이 지배적이었기 때문이다.

도6 및 도7과 같은 결과는 감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)로 인한 것인데, 이 같은 결과로부터, 감지시트(130)는 인가되는 교류에 대하여, 비록 커패시터, 인덕터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적일 가능성은 있지만, 결국 임피던스 소자로서 기능한다고 할 수 있고, 감지시트(130)를 도8에 도시된 일실시예에서와 같이 소정의 커패시턴스(C), 인덕턴스(L) 및 저항(R)을 포함하는 등가회로로 고려할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 특성을 가지는 감지시트(130)를 포함하는 본 발명의 센서(100)는 접근 또는 이격하는 물체를 감지하는 근접센서로서의 기능과 물체의 접촉 유무와 물체의 하중을 감지하는 촉각센서로서의 기능을 모두 가진다고 할 것이다.

다만, 본 발명의 센서(100)가 모든 물체를 감지할 수 있는 것은 아니다. 비록 도11 및 도12의 각 일실시예에서 무생명체와 생명체 모두를 감지할 수 있었으나, 무생명체를 종류별로 나누어 실험한 도9 및 도10의 각 일실시예에 따르면, 감지시트(130)에 교류를 인가했을 때, 감지시트(130)는 구리 같은 금속물질은 잘 감지하였으나, 아크릴 같은 폴리머를 포함하는 부도체 소재에 대해서는 감지시트(130)의 감도가 떨어졌다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 전체 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부만큼 포함되는 것을 제안한다. 일실시예 및 비교예에 따르면, 감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)이 4 내지 6중량부일 때, 근접센서와 촉각센서의 특성이 모두 나타났고, 4 중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때, 근접센서의 특성이 증가하였지만, 2중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 접근 또는 이격하는 물체에 대하여 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 미미했기 때문이다. 또한, 6중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는, 촉각센서의 특성이 증가하였지만, 10중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는, 물체의 하중을 조금만 증가시켜도 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 너무 커서 물체의 하중변화를 감지하는 촉각센서로서의 기능을 제대로 발휘할 수 없었기 때문이다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 0.01 내지 0.8mm인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 길이가 길수록 감지시트(130)의 감도는 증가하지만, 감지시트(130) 내 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 직경은 1 내지 10μm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1μm인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

접착층(140)은 감지시트(130)와 기판(120)을 상호 접착하는 기능을 구비한다. 접착층(140)이 절연성이 있을 경우, 감지시트(130)로부터 출력되는 전기적 신호의 출력이 감소할 뿐만 아니라 잡음도 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 접착층(140)은 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 또는 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 및 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)은 전극부(110)와 감지시트(130)를 점접착하고, 전기적 신호가 전극부(110), 접착층(140) 및 감지시트(130) 간에 원활하게 전달될 수 있게 한다.

접착층(140)이 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 경우, 감지시트(130)와 마찬가지로, 접착층(140)에 교류 인가 시, 임피던스 소자로서 기능한다(도6 내지 도8 참조). 이때, 접착층(140)을 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성은 다음 두 가지를 제안한다.

(다1) 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성을 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 동일하게 할 수 있다. 이 경우, 물체의 접근, 접촉 또는 이격에 따른 감지시트(130)의 임피던스 측정결과(도6)나, 물체의 하중 증가에 따른 감지시트(130)의 임피던스 측정결과(도7)를 접착층(140)과 감지시트(130)가 접착되어 있는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

(다2) 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성을 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 다르게 할 수 있다. 접착층(140)의 접착성을 구비하기 위해 감지시트(130)의 유기비히클(132)의 조성과 다른 조성의 유기비히클(132)을 접착층(140)에 적용하는 경우, 접착층(140)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성이 감지시트(130)의 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성과 달라질 수 있다. 이 경우, 감지시트(130)의 임피던스와 접착층(140)의 임피던스가 병렬연결된 것으로 해석할 수 있으므로, 이를 고려하여 감지시트(130) 및 접착층(140)의 임피던스를 측정해야 한다.

접착층(140)이 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)인 경우, 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film)은 하나의 축에 대하여는 전도성이 있으므로, 감지시트(130)와 전극부(110)를 절연되지 않게 하여, 전기적 신호가 원활하게 감지시트(130)를 통과할 수 있게 함으로써, 감지시트(130)의 임피던스 변화를 명확히 측정하게 하는 결과, 순조롭게 센서(100)의 기능을 발휘하게 할 수 있다. 다만, 이 경우도 감지시트(130)의 임피던스와 접착층(140)의 임피던스가 병렬연결된 것으로 해석할 수 있으므로, 이를 고려하여 감지시트(130) 및 접착층(140)의 임피던스를 측정해야 한다.

전극부(110)는 도5와 같이 제1전극(111), 제2전극(112)을 포함하여 구성할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 전압을 인가할 양극과 음극이 있어야 하므로 2개의 전극이 필요하지만, 구현하고자 하는 회로구성에 따라 전극이 더 필요할 수 있다. 전극부(110)의 소재는 전기전도도가 좋은 구리, 금, 은 또는 이들의 합금 등을 고려할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

전극부(110)의 전극은 전자인쇄(electronic printing) 공정을 통해 기판(120)에 전도성 잉크를 사용하여 전극을 인쇄하거나, 전도성 소재를 압착해서 기판(120)에 부착하는 방법으로 형성할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다. 전도성 소재를 압착해서 기판(120)에 부착하는 경우, 볼트, 너트, 리벳 등을 사용하여 부착하거나, 에폭시 등의 접착제를 사용하여 부착할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.

또한, 기판(120)에서 전극부(110)를 형성할 부분을 에칭(etching)한 다음, 상기와 같이 전극을 기판(120)에 인쇄하거나 부착하여, 도2와 같이 전극부(110)와 기판(120)을 일체화할 수 있으나, 다른 방법을 배제하는 것은 아니다.

전극부(110)를 도1과 같이 형성할 경우, 감지시트(130)와 기판(120) 간 간극이 발생하지 않도록 접착층(140)을 형성해야 하며, 전극의 절곡부에서 파단이 일어나지 않도록 감지시트(130)의 유기비히클(132)의 조성을 결정하여 감지시트(130)의 연성을 조절하여야 한다.

전극부(110)를 도2와 같이 기판(120)에 완전히 매립할 경우, 접착층(140)이 기판(120)과 평행하게 형성될 수 있고, 감지시트(130)는 구부러지거나 파단되지 않고 기판(120)과 밀착될 수 있다. 다만, 전극부(110)를 매립하는 공정이 원활하지 않을 경우, 도3과 같이 전극부(110)가 기판(120) 내부로 함입될 수 있는데, 이 경우, 전극부(110)가 함입된 부분의 접착층(140)을 전극부(110)가 함입되지 않은 부분의 접착층(140)보다 두껍게 형성하여, 기판(120)과 감지시트(130) 간 간극이 발생하지 않도록 하여야 한다.

도4는 접착층(140)과 전극부(110)의 높이를 동일하게 하여 접착층(140)과 전극부(110)를 형성하고, 전극부(110) 상단에는 접착층(140)을 형성하지 않아서, 감지시트(130)와 전극부(110) 간 간극이나 감지시트(130)의 휘어짐 없이 기판(120)에 밀착될 수 있는 형태이다. 이 경우, 감지시트(130)와 전극부(110)의 접착성, 감지시트(130)와 전극부(110)의 전기적 접촉성 등을 고려할 필요가 있지만, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다.

기판(120)은 상기 감지시트(130), 상기 접착층(140), 상기 전극부(110)를 기판(120) 위에 위치시켜, 이들을 지지하고 회로를 구성할 수 있게 하지만, 이들 외에도 구성하고자 하는 시스템에 따라 기판(120) 위에 사용자가 필요한 기능을 포함하는 금속패턴 등을 형성할 수 있다.

또한, 기판(120)은 인쇄회로기판(printed circuit board) 또는 연성회로기판(flexible printed circuit board)이 가능하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서(100)의 제조방법을 이하 각 단계별로 상술하기로 한다.

첫째, 감지시트(130) 및 접착층(140)을 준비한다.

상기 감지시트(130)는 테이프캐스팅, 캐스팅, 사출성형, 압출성형, 압축성형하여 형성할 수 있으나, 이에 제한하는 것은 아니다. 감지시트(130)의 제조방법은 다음과 같다.

(3-1) 테이프캐스팅 또는 캐스팅을 하는 경우

(3-1-1) 유기비히클(132)을 준비한다.

유기비히클(132)은 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상과 소정의 용매를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 용매는 유기용매에 한정되는 것은 아니다. 유기비히클(132)의 성분은 유기비히클(132)과 후술할 슬러리(slurry)의 점도, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말의 분산성, 제조될 감지시트(130)의 연성, 경도, 제조될 감지시트(130)와 전극부(110) 또는 접착층(140)과의 접착성을 고려하여 선택하여야 하나, 다른 요소를 배제하는 것은 아니다. 유기비히클(132)의 점도가 적절하지 않아서 슬러리(slurry)의 점도가 적절하지 않은 경우, 감지시트(130)의 두께의 편차가 생기거나, 감지시트(130)에 핀홀(pin hole) 또는 줄무늬가 발생하는 등의 문제가 생길 수 있고, 그 결과, 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말의 분산성이 낮을 경우, 슬러리(slurry)의 유동성이 낮아서 후술할 테이프캐스팅에 적절하지 않고, 슬러리(slurry)를 구성하는 성분의 균일한 분산이 이루어지지 않아 센서(100)의 특성이 저하될 수 있다. 또한, 도1의 일실시예에서와 같이 감지시트(130)가 전극부(110)의 절곡부에서 휘어질 필요가 있는 경우, 유기비히클(132)의 성분이 적절하지 않아 감지시트(130)의 연성이나 경도가 적절하지 않다면, 감지시트(130)는 전극부(110)의 절곡부에서 파단될 수 있다.

(3-1-2) 상기 (3-1-1)단계에서의 유기비히클(132) 내에 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말을 분산하여 혼합시킴으로써 슬러리(slurry)를 형성한다.

(3-1-3-1) 테이프캐스팅을 하는 경우, 캐리어필름 상에 닥터블레이드의 틈새로 슬러리를 흘려보낸다. 캐리어필름이 소정의 일정한 속도로 이동하면서, 닥터블레이드는 원하는 일정한 두께의 시트를 형성할 수 있도록 스퀴즈(squeeze)한다. 그 다음, 시트를 건조시켜 용매를 휘발시킨 다음, 소결 등을 통해 경화한다. 테이프캐스팅은 성형 도중 가압하기 어려워 다른 성형공정에 비해 상대적으로 성형밀도가 낮을 수 있다.

(3-1-3-2) 캐스팅을 하는 경우, 상기 슬러리(slurry)를 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등과 함께 주형의 내부에 투입하고, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(3-2) 사출성형을 하는 경우

(3-2-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(3-2-2) 상기 (3-2-1)단계에서 호퍼에 투입한 물질을 사출실린더 내에서 용융시킨 다음, 고압으로 주형으로 사출시킨다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(3-3) 압출성형을 하는 경우

(3-3-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 호퍼에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(3-3-2) 상기 (3-3-1)단계에서 호퍼에 투입한 물질을 압출실린더 내에서 용융시킨 다음, 주형을 통과시켜 밀어낸다. 그 다음, 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

(3-4) 압축성형을 하는 경우

(3-4-1) 실리콘 고무, 아크릴 수지, 아미드계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리우레탄 수지, 니트릴-부타디엔계 고무, PVC(이에 한정하지 않는다.) 같은 폴리머 수지 중의 어느 하나 이상, 소정의 용매(유기용매에 한정하지 않는다.) 및 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131) 분말(또는 펠릿)을 주형의 하형의 내부에 투입한다. 이때, 필요에 따라 안정제, 경화촉진제, 가소제, 충전제 등도 함께 호퍼에 투입할 수 있다.

(3-4-2) 상형을 닫은 다음, 열과 압력을 가한다.

(3-4-3) 사용한 경화촉진제의 종류 또는 사용한 폴리머 수지의 종류에 따라 상온 또는 소정의 온도에서 경화시킨다.

제조된 감지시트(130)는 사용 목적에 따라 원하는 크기로 재단하는 등의 공정을 거칠 수도 있다. 감지시트(130)를 절단할 때는 감지시트(130)가 파단되지 않도록 주의하여야 한다.

상기 감지시트(130)를 형성함에 있어, 상기 감지시트(130)를 구성하는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 조성, 직경, 길이, 코일을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경을 고려해야 하지만, 이에 한정하는 것은 아니다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 전체 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부만큼 포함되는 것을 제안한다. 일실시예 및 비교예에 따르면, 감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)이 4 내지 6중량부일 때, 근접센서와 촉각센서의 특성이 모두 나타났고, 4중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때, 근접센서의 특성이 증가하였지만, 2중량부 미만으로 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는 접근 또는 이격하는 물체에 대하여 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 미미했기 때문이다. 또한, 6중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는, 촉각센서의 특성이 증가하였지만, 10중량부를 초과하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함시켰을 때는, 물체의 하중을 조금만 증가시켜도 감지시트(130)의 임피던스의 변화가 너무 커서 물체의 하중변화를 감지하는 촉각센서로서의 기능을 제대로 발휘할 수 없었기 때문이다.

감지시트(130)에 포함된 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 길이 0.01 내지 0.8mm인 것이 바람직하다. 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 길이가 길수록 감지시트(130)의 감도는 증가하지만, 감지시트(130) 내 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 분산성이 감소하기 때문이다. 또한, 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)의 직경은 1 내지 10μm, 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경은 0.01 내지 1μm인 것이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.

접착층(140)이 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 경우, 그 접착층(140)의 제조방법은 감지시트(130)의 제조방법과 동일하고 다만, 접착성을 발휘할 수 있도록 유기비히클(132)의 성분을 조절해야 한다.

둘째, 기판(120) 상에 전극부(110)를 형성한다.

전극 형성방법이나 전극을 형성하는 형태와 관련하여 고려할 점에 대하여는 전술하였다.

셋째, 감지시트(130) 및 상기 전극부(110)가 형성된 기판(120)을 상기 접착층(140)을 이용하여 접합한다.

감지시트(130)를 접착층(140)과 결합시킨 후, 감지시트(130) 및 접착층(140)을 기판(120)과 결합시킬 수도 있고, 기판(120) 위에 접착층(140)을 먼저 형성한 후, 그 접착층(140) 위에 감지시트(130)를 붙일 수도 있다.

접착층(140)은 감지시트(130)가 이탈하지 않도록 감지시트(130)보다 길게 형성하는 것을 고려할 수 있다. 전극부(110)의 형태에 따라 접착층(140) 및 감지시트(130)를 형성할 때 고려할 점에 대하여는 전술하였다.

본 발명의 센서모듈은 센서(100), 임피던스측정부(200), 프로세서부(300), 기준데이터표(410), 저장부(400)를 포함하여 이루어진다(도13).

이하, 센서모듈을 이루는 각 구성요소 별로 상술하기로 한다.

도13에서의 일실시예에 따르면, 센서(100)는 센서(100)의 용도, 센서모듈을 이루는 다른 요소와의 관계, 센서(100)를 구성하는 소재를 고려하여 센서(100)의 크기를 결정하여야 하지만, 센서(100)를 결정하는 요소나 그 요소에 영향을 미치는 요소를 한정하는 것은 아니다.

임피던스측정부(200)는 전극부(110)에 교류가 인가되는 경우에 감지시트(130) 및 접착층(140)의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비한다.

감지시트(130) 및 접착층(140)을 이루는 성분의 조성에 따라, 전극부(110)에 교류 인가 시, 감지시트(130) 및 접착층(140)에서 인덕터, 커패시터 및 저항 중 하나 이상의 특성이 지배적으로 나타날 수 있다. 임피던스측정부(200)는 감지시트(130) 및 접착층(140)에서 인덕터의 특성이 지배적일 때는 인덕턴스를 측정하고, 커패시터의 특성이 지배적일 때는 커패시턴스를 측정하고, 저항의 특성이 지배적일 때는 저항을 측정하고, 인덕터와 커패시터의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 커패시턴스를 측정하고, 인덕터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 인덕턴스와 저항을 측정하고, 커패시터와 저항의 특성이 직렬 또는 병렬로 지배적일 때는 직렬 또는 병렬로 연결된 커패시턴스와 저항을 측정하며, 인덕터, 커패시터 및 저항의 특성이 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 지배적일 때는 직렬, 병렬 또는 직·병렬 혼합된 형태로 연결된 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 측정한다. 다만, 이러한 측정결과를 토대로 만들어내는 임피던스신호는 (i) 감지시트(130) 및 접착층의 등가회로도를 구성하는 각 소자에 관한 것일 수도 있고, (ii) 감지시트(130) 및 접착층의 등가회로도의 전체 임피던스를 측정하여 출력된 임피던스의 크기, 임피던스의 위상각, 임피던스의 실수부, 리액턴스, 어드미턴스의 크기, 어드미턴스의 위상각, 컨덕턴스 및 서셉턴스 중 하나 이상에 관한 것일 수도 있다. 상기 (i)의 경우, 후술할 프로세서부(300)에서 상기 (ii)와 같은 값으로 환산하는 기능을 구비하여야 할 것이다.

프로세서부(300)는 상기 임피던스측정부(200)로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.

프로세서부(300)는 임피던스신호로부터 후술할 기준데이터표(410)를 참조하여 물체에 대한 관련정보를 생성하는데, 상기 관련정보는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부, 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중이 될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

기준데이터표(410)는 임피던스신호와 감지시트(130)로부터 물체까지의 거리 간의 관계 또는 임피던스신호와 물체의 하중 간의 관계를 기록하고 있다.

저장부(400)는 기준데이터표(410)가 기록되는 부분이다.

저장부(400)는 HDD 및 FLASH MEMORY를 사용할 수 있지만 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서시스템은 센서모듈, 프로세서부(300)로부터 수신된 물체에 대한 관련정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부(500)를 포함하여 이루어진다(도14).

정보제공부(500)는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부, 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중(이에 한정하지 않음)을 사용자에게 시각적으로 전달하는 경광등이나 그래픽인터페이스(TFT-LCD, PDP, OLED, LED가 있으나, 한정하지 않음)를 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부, 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중(이에 한정하지 않음)을 사용자에게 청각적으로 전달하는 사운드인터페이스를 포함할 수 있다. 사운드인터페이스는 스피커를 포함하지만 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 물체의 접근 여부, 물체의 이격 여부, 물체와 센서(100)와의 거리, 물체의 접촉 여부, 접촉한 상태의 물체의 크기, 접촉한 상태의 물체의 형태, 접촉한 상태의 물체의 하중(이에 한정하지 않음)을 사용자에게 촉각적으로 전달하는 바이브레이터(vibrator)를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 기초로 센서(100)와 관련된 기기를 제어할 수도 있다. 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 기초로 센서(100)와 관련된 기기를 작동 또는 차단하거나, 센서(100)와 관련된 기기에 시간대 별로 근접, 이격, 접촉 또는 하중작용한 물체의 기록을 남기는 기능을 구비할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 센서모듈 또는 센서시스템은 신호변환부(310), 증폭부(320), 디지털변환부(330)를 더 포함하여 이루어질 수 있다(도15).

신호변환부(310)는 임피던스측정부(200)로부터 수신된 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하는 기능을 구비한다.

증폭부(320)는 신호변환부(310)로부터 수신된 상기 전압아날로그신호 또는 상기 전류아날로그신호를 증폭하는 기능을 구비한다. 임피던스신호가 미약하지 않다면 증폭부(320)가 필수적인 것은 아니다.

디지털변환부(330)는 증폭부(320)로부터 증폭된 전압아날로그신호 또는 증폭된 전류아날로그신호를 디지털신호로 변환하는 기능을 구비한다.

프로세서부(300)는 디지털변환부(330)로부터 수신된 상기 디지털신호를 처리하여 물체에 대한 관련정보를 생성한다.

즉, 도13 및 도14와 같은 경우 프로세서부(300)에서 임피던스신호를 전압아날로그신호 또는 전류아날로그신호로 변환하고, 이를 증폭한 다음, 디지털신호로 변환하는 기능을 구비하는 것을 고려하여야 한다.

본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.

100 : 센서
110 : 전극부
111 : 제1전극
112 : 제2전극
120 : 기판
130 : 감지시트
131 : 탄소마이크로코일(carbon micro coil)
132 : 유기비히클
140 : 접착층
200 : 임피던스측정부
300 : 프로세서부
310 : 신호변환부
320 : 증폭부
330 : 디지털변환부
400 : 저장부
410 : 기준데이터표
500 : 정보제공부

Claims (12)

1. 접근 또는 이격하는 물체를 감지, 물체의 접촉을 감지 또는 물체의 하중을 감지하는 기능을 구비하는 센서(100)에 있어서,
   전극부(110);
   상기 전극부(110)에 인가되는 교류에 대하여 임피던스 소자로서 기능하는 감지시트(130);
   상기 전극부(110)가 형성되어 있는 기판(120);
   상기 감지시트(130)와 상기 전극부(110)가 형성되어 있는 상기 기판(120) 사이에 위치하여, 상기 감지시트(130)와 상기 기판(120)을 상호 접착하는 기능을 구비하는 접착층(140);
   을 포함하여 이루어지고,
   상기 감지시트(130)는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 감지시트(130)는 상기 물체가 접근, 이격, 접촉 또는 하중작용함에 따라 상기 임피던스가 변화하는 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 감지시트(130)는 전체 100중량부에 대하여 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)이 2 내지 10중량부만큼 혼합되는 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 직경 1 내지 10μm, 길이 0.01 내지 0.8mm인 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경이 0.01 내지 1μm인 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 접착층(140)은 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)을 포함하는 접착층(140) 및 이방성 전도 접착층(anisotropic conductive film) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극부(110)는 제1전극(111), 제2전극(112)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서(100).
   
8. 청구항 1의 센서(100)의 제조방법에 있어서,
   (I) 상기 감지시트(130) 및 상기 접착층(140)을 준비하는 단계;
   (II) 상기 기판(120) 상에 상기 전극부(110)를 형성하는 단계;
   (III) 상기 감지시트(130) 및 상기 전극부(110)가 형성된 상기 기판(120)을 상기 접착층(140)을 이용하여 접합하는 단계;
   를 포함하여 이루어지고,
   상기 (I)단계에서의 감지시트(130)는 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)이 전체 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부만큼 혼합되는 것을 특징으로 하는 센서(100)의 제조방법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 3차원적인 나선 형상으로 직경 1 내지 10μm, 길이 0.01 내지 0.8mm인 것을 특징으로 하는 센서(100)의 제조방법.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 탄소마이크로코일(carbon micro coil)(131)은 코일(coil)을 이루는 탄소섬유(carbon fiber)의 직경이 0.01 내지 1μm인 것을 특징으로 하는 센서(100)의 제조방법.
    
11. 청구항 1의 센서(100);
    상기 전극부(110)에 상기 교류가 인가되는 경우에 상기 감지시트(130) 및 상기 접착층(140)의 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항 중 하나 이상의 것을 측정하여 임피던스신호를 생성하는 기능을 구비하는 임피던스측정부(200);
    상기 임피던스측정부(200)로부터 수신된 상기 임피던스신호를 처리하여 상기 물체에 대한 관련정보를 생성하는 기능을 구비하는 프로세서부(300);
    상기 임피던스신호와 상기 감지시트(130)로부터 상기 물체까지의 거리 간의 관계 또는 상기 임피던스신호와 상기 물체의 하중 간의 관계를 기록하고 있는 기준데이터표(410);
    상기 기준데이터표(410)가 기록되는 저장부(400);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서모듈.
    
12. 청구항 11의 센서모듈;
    상기 프로세서부(300)로부터 수신된 상기 물체에 대한 상기 관련정보를 사용자에게 제공하는 정보제공부(500);
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 정보제공부(500)는 상기 관련정보를 사용자에게 시각적, 청각적 또는 촉각적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 센서시스템.
    

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