KR20180001898A - 압력 감지 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 형성되며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 형성되는 유전층, 그리고 상기 유전층 상에 형성되며, 그라운드(ground)와 연결되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 절연층 및 상기 제1 전극층은 서로 접촉하며, 상기 제1 절연층 및 상기 유전층은 접착층에 의하여 접착되고, 상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 5% 미만이다.

Description

압력 감지 센서{SENSOR FOR DETECTING PRESSRUE}
본 발명은 압력 감지 센서 및 이를 포함하는 압력 감지 장치에 관한 것이다.
최근, 전자 기술과 정보 통신 기술의 발전으로 헬스 케어(Health Care) 분야가 급속하게 발전하고 있다. 즉, 생체 정보를 이용하여 사람의 몸 상태를 측정할 수 있는 건강 관리 시스템이 요구되고 있으며, 특히 일상 생활에서 주로 사용하는 의자를 이용하여 생체 정보를 획득하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 의자 내에 압력을 감지하는 센서를 장착하여 착석자의 무게, 연령대, 자세 등을 파악하고자 하는 기술이 요구되고 있다.
일반적인 압력 감지 센서는 하부 전극, 탄성 유전층 및 상부 전극이 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 압력 감지 센서는 상부 전극 상에 가해지는 압력의 변화에 따라 탄성 유전층의 두께가 변화하게 되며, 탄성 유전층의 두께 변화에 따라 캐패시턴스가 변화하게 되고, 캐패시턴스의 변화량에 따라 상부 전극 상에 가해지는 압력을 산출하게 된다.
그런데, 이러한 압력 감지 센서 상에 인체가 터치되는 경우, 실질적으로 압력이 가해지지 않았음에도 불구하고, 압력 감지 센서의 캐패시턴스가 변화하게 된다. 이와 같이, 인체의 터치는 압력 감지 센서의 노이즈로 작용할 수 있다.
또한, 압력 감지 센서 내 배선부에 압력이 가해진 경우, 배선부에 대한 캐패시턴스가 변화하게 되어, 노이즈로 작용하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가해진 무게에 따른 압력을 감지하는 압력 감지 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 형성되며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 형성되는 유전층, 그리고 상기 유전층 상에 형성되며, 그라운드(ground)와 연결되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 절연층 및 상기 제1 전극층은 서로 접촉하며, 상기 제1 절연층 및 상기 유전층은 접착층에 의하여 접착되고, 상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 5% 미만이다.
상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 1% 미만일 수 있다.
상기 제1 전극층의 두께는 0.5㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
상기 제1 전극층의 두께는 1㎛ 내지 35㎛일 수 있다.
각 배선 전극의 폭은 0.5㎛ 내지 50㎛일 수 있다.
각 배선 전극의 폭은 1㎛ 내지 35㎛일 수 있다.
상기 제1 전극층은 상기 제1 절연층 상에 프린트된 전도성 페이스트로 이루어지고, 상기 제2 전극층은 전도성 섬유로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 페이스트는 Au, Ag, Cu, Ni, 카본블랙 및 그라파이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극층 상에 형성되는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층의 경도는 상기 제2 절연층의 경도보다 클 수 있다.
상기 제1 절연층은 PET(PolyEthylene Terapphthalate) 수지, PP(PolyPropylene) 수지, PI(PolyImide) 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전극층의 두께는 상기 제1 전극층의 두께의 2 내지 20배일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치는 압력 감지 센서, 상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 그리고 상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 압력 감지 센서는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 상에 형성되며, 제1 영역에 배치되는 복수의 신호 전극 및 제2 영역에 배치되며 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 형성되는 유전층, 그리고 상기 유전층 상에 형성되며, 그라운드(ground)와 연결되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 절연층 및 상기 제1 전극층은 서로 접촉하며, 상기 제1 절연층 및 상기 유전층은 접착층에 의하여 접착되고, 상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 5% 미만이다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 가해진 무게에 따른 압력을 정밀하게 감지할 수 있으며, 압력 분포를 정확하게 감지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 인체의 터치로 인한 노이즈 또는 배선 전극 상에 가해진 압력으로 인한 노이즈를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 특정 포인트를 감지하는 것이 아니고, 면 단위로 감지하므로, 자세 판단에 유리하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 대면적화가 가능하며, 사용자에게 이물감이 느껴지지 않는다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 고해상도를 가지면서도 모듈화가 간단하다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 7은 도 6의 압력 감지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 비교예에 따른 압력 감지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치가 압력 감지 의자에 적용된 예를 도시한다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치가 압력 감지 매트에 적용된 예를 도시한다.
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.
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.
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.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 하면도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 상면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 압력 감지 센서(100)는 제1 전극층(110), 제1 전극층(110) 상에 배치되는 탄성 유전층(120), 탄성 유전층(120) 상에 배치되는 제2 전극층(130), 그리고 인쇄회로기판(140)이 포함될 수 있다.
여기서, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130)은 전도 물질을 포함한다. 그리고, 탄성 유전층(120)은 외부로부터 압력이 가해지는 경우 탄성 변형이 되며, 압력이 해제되는 경우 원래의 형상으로 돌아가는 복원력을 가지는 재질의 유전체이다. 탄성 유전층(120)은, 예를 들어, 발포폼, 부직포, 나노웹 등의 랜덤한 섬유 배열을 가지는 섬유 기재, 폴리우레탄, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에스터로 이루어진 그룹에서 선택된 하나를 포함하는 합성섬유 또는 천연 섬유, 엘라스토머, 고무, 우레탄 등을 포함할 수 있다.
이와 같이, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 사이에 탄성 유전층(120)이 배치되는 경우, 제2 전극층(130) 상에 압력이 가해지면 탄성 유전층(120)의 두께(d)가 감소하며, 제1 전극층(120) 및 제2 전극층(130) 간의 캐패시턴스가 변화하게 된다. 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서(100) 및 이를 포함하는 압력 감지 장치는 커패시턴스의 변화량에 기초하여 제2 전극층(130) 상에 가해진 압력을 감지할 수 있다.
이때, 제1 전극층(110)은 제1 영역(10)에 배치되는 복수의 신호 전극(112) 및 제2 영역(20)에 배치되며 복수의 신호 전극(112)과 연결되는 복수의 배선 전극(114)을 포함한다. 여기서, 압력을 감지하기 위한 영역은 복수의 신호 전극(112)이 배치되는 영역, 즉 제1 영역(10)이므로, 본 명세서에서 제1 영역(10)은 센싱 영역과 혼용될 수 있고, 제2 영역(20)은 비센싱 영역과 혼용될 수 있다.
이때, 각 배선 전극(114)은 인쇄회로기판(140)의 구리 배선을 통하여 신호 처리부(미도시)의 신호 전극에 연결되며, 제2 전극층(130)으로부터 인출된 배선은 인쇄회로기판(140)의 그라운드(ground)를 통하여 신호 처리부(미도시)의 그라운드 전극에 연결될 수 있다. 압력 감지의 대상, 예를 들어 인체는 제2 전극층(130) 상에 배치되도록 설정될 수 있다. 여기서, 인쇄회로기판(140)은 리지드(rigid) 인쇄회로기판 또는 연성(flexible) 인쇄회로기판일 수 있다. 이때, 인쇄회로기판(140)은 제1 전극층(110)이 배치되는 면 상에서 연장되며, 제2 전극층(130)으로부터 인출되는 배선은 탄성 유전층(120)을 관통하여 인쇄회로기판(140)의 그라운드에 연결될 수 있다. 또는, 인쇄회로기판(140)은 제2 전극층(130)이 배치되는 면 상에서 연장되며, 제1 전극층(110)의 복수의 배선 전극(114)은 탄성 유전층(120)을 관통하여 인쇄회로기판(140)의 구리 배선에 연결될 수도 있다. 또는, 인쇄회로기판(140)은 탄성 유전층(120)의 측면에 배치되며, 제1 전극층(110)의 복수의 배선 전극(114)은 인쇄회로기판(140)의 한 면의 구리 배선에 연결되고, 제2 전극층(130)으로부터 인출되는 배선은 인쇄회로기판(140)의 다른 면의 그라운드에 연결될 수도 있다.
이와 같이, 제2 전극층(130)이 그라운드와 연결되면, 인체가 제2 전극층(130)을 살짝 스치더라도, 제2 전극층(130) 상에 실질적으로 압력이 가해지지는 않으므로, 제1 전극층(110) 및 제2 전극층(130) 간의 캐패시턴스가 변화하지 않게 된다. 이에 따라, 인체의 터치로 인한 노이즈를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 신호 전극(112)은 소정 간격으로 이격되며, 각 신호 전극(112)은 각 배선 전극(114)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 신호 전극 별로 캐패시턴스의 변화량을 얻을 수 있으며, 압력 감지 센서(100) 상 캐패시턴스 변화량의 분포를 얻을 수 있다. 즉, 각 신호 전극은 하나의 센싱 포인트로 작용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 전극층(130)은 전체적으로 연결되되, 제2 전극층(130)에는 제1 전극층(110)의 복수의 신호 전극(112)의 배열과 매칭되는 패턴(132)이 형성될 수 있다. 이때, 패턴(132)에 의하여 제2 전극층(130)이 복수 개로 서로 분리되는 것은 아니다. 제2 전극층(130)에 형성된 패턴(132)으로 인하여 제2 전극층(130)의 일부에 빈 공간이 형성되거나, 형성된 빈 공간이 절연 물질로 채워질 수 있다. 이와 같이, 제2 전극층(130)의 패턴(132)이 제1 전극층(110)의 복수의 신호 전극(112)의 배열과 매칭되는 경우, 신호 전극 별로 압력 감지의 민감도가 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4 내지 5에 도시하는 바와 같이, 제1 전극층(110)의 각 신호 전극(112)에는 패턴(112-1)이 형성되며, 제2 전극층(130)에는 제1 전극층(110)의 각 신호 전극(112)에 형성되는 패턴과 매칭되는 패턴(132-1)이 더 형성될 수도 있다. 여기서, 제1 전극층(110)에 형성되는 패턴(112-1)으로 인하여 제1 전극층(110)의 일부에 빈 공간이 형성되거나, 형성된 빈 공간이 절연 물질로 채워질 수 있다. 이와 같이, 각 신호 전극(112)에 패턴(112-1)이 형성되고, 각 신호 전극(112)에 형성된 패턴(112-1)과 매칭되도록 제2 전극층(130)에도 패턴(132-1)이 형성되는 경우, 캐패시턴스 변화량을 세분화하여 감지할 수 있으므로, 압력 감지의 민감도 및 분해능이 더욱 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서를 더욱 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 압력 감지 센서(600)는 제1 전극층(610), 탄성 유전층(620), 그리고 제2 전극층(630)을 포함한다.
제1 전극층(610)은 복수의 신호 전극(612) 및 복수의 신호 전극(612)과 각각 연결되는 복수의 배선 전극(614)을 포함한다.
탄성 유전층(620)은 제1 전극층(610) 상에 배치된다.
그리고, 제2 전극층(630)은 탄성 유전층(620) 상에 형성되며, 그라운드(ground)와 연결된다.
제1 전극층(610), 탄성 유전층(620) 및 제2 전극층(630)에 대한 구체적인 구성은 도 1 내지 5에 기술한 제1 전극층(110), 탄성 유전층(120) 및 제2 전극층(130)과 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서(600)는 제1 절연층(640)을 더 포함할 수 있다. 제1 전극층(610)은 제1 절연층(640) 상에 형성되며, 제1 절연층(640) 및 제1 전극층(610)은 서로 접촉한다. 즉, 제1 절연층(640)과 제1 전극층(610) 사이에는 접착층이 형성되지 않으며, 제1 절연층(640)과 제1 전극층(610)은 서로 직접 접촉할 수 있다.
이를 위하여, 제1 절연층(640)은 PET(PolyEthylene Terapphthalate) 수지, PP(PolyPropylene) 수지, PI(PolyImide) 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기재이고, 제1 전극층(610)은 제1 절연층(640) 상에 프린트된 전도성 페이스트로 이루어질 수 있다. 이때, 전도성 페이스트는 Au, Ag, Cu, Ni, 카본블랙 및 그라파이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극층(610)은 접착층없이 제1 절연층(640) 상에 직접 형성될 수 있다.
이와 같이, 전도성 페이스트를 프린트하는 방법으로 제1 전극층(610)을 형성하면, 제1 전극층(610)의 두께(D)는 0.5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 35㎛일 수 있으며, 각 배선 전극(614)의 폭(W)은 0.5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 35㎛일 수 있다.
제1 전극층(610)의 두께 및 각 배선 전극(614)의 폭이 이러한 수치 범위 내이면, 배선 전극(614) 상에 압력이 가해지더라도 캐패시턴스가 변화하지 않을 수 있다. 이에 따라, 배선 전극(614) 상에 가해진 압력에 따른 노이즈 발생을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 절연층(640) 및 탄성 유전층(620)은 접착층(650)에 의하여 접착된다. 이때, 제1 전극층(610)의 두께(D)가 0.5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 35㎛이므로, 제1 절연층(640) 및 탄성 유전층(620) 간의 접착층(650)의 두께도 0.5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 35㎛로 형성될 수 있으며, 접착층(650) 내 공극이 최소화될 수 있다. 예를 들어, 접착층(650)의 공극은 접착층(650)의 면적의 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만일 수 있다. 접착층(650)의 공극이 줄어들수록 압력 감지 센서(600)의 센싱 성능을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 전극층(630)은 전도성 섬유로 이루어질 수 있다. 제2 전극층(630)은 전도성 섬유로 직조된 전도성 직물로 이루어질 수 있다. 전도성 섬유는 금속 와이어 또는 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유일 수 있다. 전도성 섬유는 금속 입자가 분산된 일반 섬유일 수도 있다. 전도성 섬유가 금속 와이어인 경우, 금속 와이어의 직경은 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 금속 와이어의 직경이 10㎛ 미만이면 금속 와이어의 강도가 약하여 직물 가공이 어려울 수 있으며, 금속 와이어의 직경이 100㎛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 센서의 내부식성을 높일 수 있다.
전도성 섬유가 표면 상에 금속 막이 피복된 일반 섬유인 경우, 금속 막은 금속 입자가 도금 방식 또는 증착 방식으로 일반 섬유의 표면 상에 피복되는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 이때, 금속 입자는 Cu, Ni, 또는 스테인레스 합금일 수 있으며, 금속 막의 두께는 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 금속 막의 두께가 1㎛ 미만이면 전도율이 낮으므로 신호 전송 시에 손실을 유발할 수 있으며, 금속 막의 두께가 50㎛ 를 초과하면 섬유의 표면에서 금속 막이 쉽게 이탈될 수 있다.
이에 따라, 제2 전극층(630)의 두께는 제1 전극층(610)의 두께의 2 내지 20배일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제2 전극층(630) 상에는 제2 절연층(660)이 형성될 수 있으며, 제1 절연층(640)의 경도는 제2 절연층(660)의 경도보다 클 수 있다. 제1 절연층(640)의 경도가 크면, 배선 전극(614)이 배치되는 영역에 압력이 가해지더라도, 캐패시턴스의 변화가 최소화되어, 노이즈 발생을 방지할 수 있다.
그리고, 탄성 유전층(620)과 제2 전극층(630) 및 제2 전극층(630)과 제2 절연층(660)은 각각 접착층(670, 680)에 의하여 접착될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
도 7은 도 6의 압력 감지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 도면이고, 도 8은 비교예에 따른 압력 감지 센서를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 탄성 유전층 상에 배치되는 제2 전극층 및 제2 절연층에 관한 내용은 설명을 생략한다.
도 7(a)를 참조하면, 제1 절연층(640), 예를 들어 PET 기재 상에 전도성 페이스트로 프린트된 신호 전극(612) 및 배선 전극(614)을 마련한다.
도 7(b)를 참조하면, 탄성 유전층(620)의 한 면에 접착층(650)을 도포한다.
도 7(c)를 참조하면, 제1 절연층(640) 상에 프린트된 신호 전극(612) 및 배선 전극(614)과 탄성 유전층(620) 상에 도포된 접착층(650)이 마주보도록 배치한 후 가압한다.
이에 따라, 도 7(d)가 형성될 수 있다.
한편, 도 8(a)와 같이, 절연층(810) 상에 접착층(820)을 마련하고, 도 8(b)와 같이 탄성 유전층(830) 상에 접착층(840)을 마련한 후, 전도성 섬유로 이루어진 신호 전극(852) 및 배선 전극(854)을 마련한다. 그리고, 도 8(c)와 같이 절연층(810) 상에 마련된 접착층(820) 및 탄성 유전층(830) 상에서 접착층(840)에 의하여 접착된 신호 전극(852)과 배선 전극(854)이 마주보도록 배치한 후 가압한다.
또는, 도 8(d)와 같이, 절연층(810) 상에 접착층(820)을 마련한 후, 전도성 섬유로 이루어진 신호 전극(852) 및 배선 전극(854)을 마련하고, 도 8(e)와 같이, 탄성 유전층(830) 상에 접착층(840)을 마련한다. 그리고, 도 8(f)와 같이 절연층(810) 상에서 접착층(820)에 의하여 접착된 신호 전극(852)과 배선 전극(854)이 탄성 유전층(830) 상에 마련된 접착층(840)과 마주보도록 배치한 후 가압한다.
도 8(a) 내지 (c) 또는 도 8(d) 내지 (f)에 따라, 도 8(g), 도 8(h), 도 8(i)가 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 도 7(d)를 참조하면, 제1 절연층(640) 상에 두께가 얇은 신호 전극(612) 및 배선 전극(614)이 직접 형성되어 있으므로, 접착층(650)에 의한 공극이 거의 형성되지 않으나, 도 8(g), 도 8(h), 도 8(i)를 참조하면, 도 7(d)에 비하여 신호 전극(852) 및 배선 전극(854)의 두께가 두꺼우므로, 접착층(820)에 의한 공극이 형성될 가능성이 커지게 된다. 공극이 커질수록 압력 감지의 민감도가 낮아질 수 있다.
표 1은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 압력 감지 센서의 캐패시턴스 변화량을 측정한 결과이다.
구분 배선 사이즈
(mm*mm)		 배선 두께
(mm)		 캐패시턴스(pF)
0g 100g
실시예 100*0.001 0.001 0.0 0.0
비교예 100*1 0.1 0.9 2.2
여기서, 실시예에 따른 압력 감지 센서는 도 7의 방법에 따라 제조된 압력 감지 센서이며, 비교예에 따른 압력 감지 센서는 도 8의 방법에 따라 제조된 압력 감지 센서이다.
배선 전극에 각각 0g 및 100g의 무게를 가한 결과, 실시예에서는 캐패시턴스 변화량이 없었으나, 비교예에서는 1.3pF로 나타났다. 이는 비교예에 따른 압력 감지 센서의 경우, 배선 전극에 가해진 무게가 노이즈로 작용할 수 있으나, 실시에에 따른 압력 감지 센서의 경우, 배선 전극에 무게가 가해지더라도 노이즈가 발생하지 않음을 의미한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 절연층 및 제1 전극층이 반전되어 탄성 유전층에 접착될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 감지 센서의 단면도이다. 도 6과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 압력 감지 센서(600)는 제1 전극층(610), 탄성 유전층(620), 그리고 제2 전극층(630)을 포함한다.
제1 전극층(610)은 복수의 신호 전극(612) 및 복수의 신호 전극(612)과 각각 연결되는 복수의 배선 전극(614)을 포함한다. 탄성 유전층(620)은 제1 전극층(610) 상에 배치된다.
그리고, 제2 전극층(630)은 탄성 유전층(620) 상에 형성되며, 그라운드(ground)와 연결된다.
이때, 제1 전극층(610)과 탄성 유전층(620) 사이에는 제1 절연층(640) 및 접착층(650)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이를 위하여, 제1 절연층(640)의 한 면 상에 전도성 페이스트를 이용하여 제1 전극층(610)을 프린트한 후, 제1 절연층(640)의 다른 면에 접착층(650)을 형성하여 탄성 유전층(620)과 접착시킬 수 있다. 이때, 제1 절연층(640)은 도 6과 마찬가지로 PET(PolyEthylene Terapphthalate) 수지, PP(PolyPropylene) 수지, PI(PolyImide) 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나를 포함하는 기재일 수 있으며, 제1 전극층(610)의 두께는 0.5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 35㎛일 수 있으며, 각 배선 전극(614)의 폭은 0.5㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 35㎛일 수 있다.
이와 같이, 제1 전극층(610)의 두께 및 각 배선 전극(614)의 폭이 이러한 수치 범위 내이고, 제1 전극층(610)이 리지드한 제1 절연층(640)과 서로 접촉하면, 배선 전극(914) 상에 압력이 가해지더라도 캐패시턴스가 변화하지 않을 수 있다. 이에 따라, 배선 전극(614) 상에 가해진 압력에 따른 노이즈 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예와 같이 제1 절연층(640)의 양면 중 제1 전극층(610)이 형성되지 않은 면이 접착층(650)에 의하여 탄성 유전층(620)과 접착되면, 제1 절연층(640)과 탄성 유전층(620)은 안정적으로 접착될 수 있으며, 접착층(650) 내에 공극이 발생할 가능성이 거의 없어지게 된다.
이때, 제1 전극층(610)의 신호 전극(612) 및 배선 전극(614) 사이는 절연 물질(690_로 채워질 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 압력 감지 장치에 포함될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 장치의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 압력 감지 장치(200)는 압력 감지 센서(600), 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)를 포함할 수 있다. 압력 감지 센서(600)는 탄성 유전층(620)의 두께 및 체적 중 적어도 하나의 변화에 따른 저항 변화에 의한 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 제1 전극층(610) 및 제2 전극층(630)의 전기 신호는 신호 처리부(210)로 전달된다. 이를 위하여, 제1 전극층(610) 및 제2 전극층(630)과 신호 처리부(210)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)에 의하여 연결될 수 있다.
신호 처리부(210)는 제1 전극층(610) 및 제2 전극층(630)으로부터 수신한 전기 신호를 처리하여 제어부(220)로 전달하며, 제어부(220)는 신호 처리부(210)에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 한 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(600)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 압력 감지 장치(200)의 온오프를 제어할 수 있다. 다른 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(600)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 진단 정보를 생성할 수 있다. 또 다른 예로, 제어부(220)는 압력 감지 센서(600)에 의하여 감지된 신호를 처리한 결과를 이용하여 사용자를 위한 알람 신호 등을 생성할 수도 있다.
그리고, 통신부(230)는 제어부(220)에 의하여 생성된 제어 신호를 외부 장치로 송신한다.
이때, 압력 감지 센서(600)는 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)와 독립적인 공간에 배치되고, FPCB를 통하여 연결될 수 있다. 또는, 압력 감지 센서(600)는 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)와 동일한 공간 내에 배치되고, FPCB를 통하여 연결될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서는 압력 감지 인솔, 압력 감지 장갑, 압력 감지 매트, 압력 감지 의자, 가정용 안전 장치 등 체압 분포를 이용하는 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치가 압력 감지 의자에 적용된 예를 도시한다.
도 11을 참조하면, 압력 감지 의자(1200)는 좌판(1210), 팔걸이(1220), 등받이(1230), 그리고 다리(1240) 등을 포함한다. 좌판(1210)에 사람이 착석하면, 압력 감지 의자(1200)에 내장된 압력 감지 장치(200)는 사람의 착석 여부를 감지하고, 착석에 따른 상대적 압력 분포를 측정할 수 있다. 압력 감지 장치(200)는 측정한 압력 분포에 따라 무게, 연령대, 앉은 자세 등을 검출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 센서(600)는 좌판(1210) 내에 설치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 감지 장치가 압력 감지 매트에 적용된 예를 도시한다.
도 12를 참조하면, 압력 감지 센서(600)는 매트(1300) 내에 포함되며, 압력 감지 장치(200)의 신호 처리부(210), 제어부(220) 및 통신부(230)는 별도의 공간 내에 배치될 수 있다. 어린이가 매트(1300) 상에 올라간 경우, 매트(1300) 내에 포함되는 압력 감지 센서(600)는 압저항의 변화량을 감지하며, 제어부(220)는 감지된 압저항의 변화량에 기초하여 매트(1300) 상에 가해진 무게를 측정할 수 있다. 매트(1300) 상에 가해진 무게가 어린이의 무게인 것으로 추정되는 경우, 제어부(220)는 매트 주변의 가전 기기 또는 가스레인지 등을 잠그도록 하거나, 알람을 출력하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
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.
600: 압력 감지 센서
610: 제1 전극층
620: 탄성 유전층
630: 제2 전극층
640: 제1 절연층
650: 접착층

Claims (13)

  1. 제1 절연층,
    상기 제1 절연층 상에 배치되는 제1 전극층,
    상기 제1 전극층 상에 배치되는 유전층, 그리고
    상기 유전층 상에 배치되는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제 1 전극층은 복수의 신호 전극 및 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하며,
    상기 제1 절연층 및 상기 제1 전극층은 서로 접촉하며,
    상기 제1 전극층 및 상기 유전층은 접착층에 의하여 접착되고,
    상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 5% 미만인 압력 감지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 1% 미만인 압력 감지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 두께는 0.5㎛ 내지 50㎛인 압력 감지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 두께는 1㎛ 내지 35㎛인 압력 감지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    각 배선 전극의 폭은 0.5㎛ 내지 50㎛인 압력 감지 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    각 배선 전극의 폭은 1㎛ 내지 35㎛인 압력 감지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극층은 상기 제1 절연층 상에 프린트된 전도성 페이스트로 이루어지고, 상기 제2 전극층은 전도성 섬유로 이루어지는 압력 감지 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전도성 페이스트는 Au, Ag, Cu, Ni, 카본블랙 및 그라파이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 압력 감지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층 상에 형성되는 제2 절연층을 더 포함하는 압력 감지 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 절연층의 경도는 상기 제2 절연층의 경도보다 큰 압력 감지 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 PET(PolyEthylene Terapphthalate) 수지, PP(PolyPropylene) 수지, PI(PolyImide) 수지 및 에폭시 수지 중 적어도 하나를 포함하는 압력 감지 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 두께는 상기 제1 전극층의 두께의 2 내지 20배인 압력 감지 센서.
  13. 압력 감지 센서,
    상기 압력 감지 센서와 연결되며, 상기 압력 감지 센서에서 발생한 전기 신호를 처리하는 신호 처리부, 그리고
    상기 신호 처리부와 연결되며, 상기 신호 처리부에 의하여 처리된 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 제어부
    를 포함하며,
    상기 압력 감지 센서는
    제1 절연층,
    상기 제1 절연층 상에 배치되는 제1 전극층,
    상기 제1 전극층 상에 배치되는 유전층, 그리고
    상기 유전층 상에 배치되는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제 1 전극층은 복수의 신호 전극 및 상기 복수의 신호 전극과 연결되는 복수의 배선 전극을 포함하며,
    상기 제1 절연층 및 상기 제1 전극층은 서로 접촉하며,
    상기 제1 전극층 및 상기 유전층은 접착층에 의하여 접착되고,
    상기 접착층의 공극은 상기 접착층의 면적의 5% 미만인 압력 감지 장치.
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JP2015045623A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 バンドー化学株式会社 静電容量型センサシート及び静電容量型センサ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012076421A (ja) * 2010-10-05 2012-04-19 Sumitomo Bakelite Co Ltd 接着体
JP2015045623A (ja) * 2013-08-29 2015-03-12 バンドー化学株式会社 静電容量型センサシート及び静電容量型センサ

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