KR20180092377A - 고정된 도전볼 폴리머 필름층을 포함하는 압력센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성 물질이 접촉하는 기판; 도전볼을 앵커링 하고, 외부에서 전달되는 압력을 수용하는 폴리머; 및 기판에 전기적으로 연결되며, 폴리머로부터 전달되는 압력의 변화량을 저항 변화 또는 정전용량 변화로 측정하는 도전볼을 포함하고, 기판은 여러 위치의 압력을 동시에 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유기물과 도전볼 두 물질의 변형을 최소화할 수 있고, 도전선 물질의 이동이 최소화되므로 압력 센서의 재형성을 용이하게 확보할 수 있는 이점이 있다. 필름 타입뿐만 아니라 섬유를 구성하는 파이버의 여러 가닥중의 일부로 형성될 수 있으므로 섬유형태로의 압력센서의 제작이 가능하다. 이에 따라, active matrix type으로 제작하여 전자피부처럼 여러 위치의 압력을 동시에 읽을 수 있는 이점이 있다.

Description

고정된 도전볼 폴리머 필름층을 포함하는 압력센서{PRESSURE SENSOR COMPRISING FIXED CONDUCTIVE BALL POLYMER FILM LAYER}

본 발명은 고정된 도전볼 폴리머 필름층을 포함하는 압력센서에 관한 것이다.

IoT 시대의 도래와 함께 사람의 신체 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 헬스 모니터링 혹은 헬스케어용 센서가 급속히 발달하고 있다. 신체 상태는 가스, 습도, 온도, 혹은 압력등의 변화로써 모니터링이 가능한데 그 중 압력은 자연에 아주 흔하게 존재하는 신호로서 인간의 중요한 생체신호이기도 하여 맥박, 심장의 상태 등을 확인할 수 있는 중요한 측정 대상이다. 또한, 사람의 피부가 느끼는 중요한 감각중의 하나이기도 하다.

이를 센싱하는 압력센서는 주로 세라믹 혹은 폴리머 압전물질 및 elastomer 등을 이용하여 다양한 형태로 개발되었다. 압력센서의 형태는 섬유에 임베디드 된 상태, 파이버 타입, 필름 타입 등 다양한 형태로 개발되고 있다. 압력을 센싱하는 방법으로는 정전 용량의 변화, 저항의 변화를 측정하는 방법 등이 있다.

한편, 압력센서에 관한 종래 기술로서 대한민국공개특허 제10-2016-0128536호(이하 '선행기술'이라 약칭함)가 있다. 선행기술은 디스플레이 혹은 반도체등의 소자 전극과 구동부와의 전기적 연결에 사용하는 이방 전도성 필름(ACF)을 변형하여 전극과 전극을 연결하는데에 이용하였다. 선행기술은 PVDF와 폴리머-구에 코팅된 도전성 볼을 섞어서 파이버 형태로 제작한 것을 ACF bonding 에 사용한 것이다. 선행기술의 도전성 볼은 파이버 내에서 이동이 최소화되도록 PVDF 파이버내에 앵커링 되어있다. 이에 본원 발명자는 종래의 기술보다 폴리머에 포획되는 도전볼의 농도를 조절하여 다양한 압력양의 변화를 저항 변화와 정전용량 변화의 두가지 방법으로 모두 측정할 수 있는 압력센서를 고안하게 되었다.

대한민국공개특허 제10-2016-0128536호

본 발명의 목적은 외부에서 가해지는 저항 또는 정전용량의 변화를 통하여 압력을 센싱할 수 있는 소자를 제공하는 것이다. 특히, 한 위치에서의 압력 센싱 이외에도 다이오드 혹은 트랜지스터와의 집적을 통하여 여러 위치의 압력을 한꺼번에 측정할 수 있는 압력센싱 소자를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도전성 물질이 접촉하는 기판; 도전볼을 앵커링 하고, 외부에서 전달되는 압력을 수용하는 폴리머; 및 기판에 전기적으로 연결되며, 폴리머로부터 전달되는 압력의 변화량을 저항 변화 또는 정전용량 변화로 측정하는 도전볼을 포함하고, 기판은 여러 위치의 압력을 동시에 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 저항의 변화 및 정전용량의 변화를 통해 압력 변화량을 측정하는 압력센서에 있어서, 압력센서의 바닥면을 정의하는 제1 기판; 제1 기판의 상면에 접촉되고, 패턴이 형성된 제1 도전물질; 볼형상이며 도전물질과 높이차를 두고 이격된 도전볼; 제1 도전물질과 도전볼 사이의 이격된 공간에 위치하며, 도전볼을 앵커링하는 볼형상의 폴리머; 도전볼과 폴리머에 결선되는 파이버; 도전볼의 상단에 접촉한 상태로 위치하며, 패턴이 형성된 제2 도전물질; 및 압력센서의 상부면을 정의하고, 제2 도전물질과 상접한 제2 기판을 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유기물과 도전볼 두 물질의 변형을 최소화할 수 있고, 도전선 물질의 이동이 최소화되므로 압력 센서의 재형성을 용이하게 확보할 수 있는 이점이 있다.

또한, 압력을 제거한 이후 변형된 물질이 빠르게 회복하게 되므로 사용 횟수를 늘릴 수 있는 이점이 있다.

또한, 필름 타입뿐만 아니라 섬유를 구성하는 파이버의 여러 가닥중의 일부로 형성될 수 있으므로 섬유형태로의 압력센서의 제작이 가능하다. 이에 따라, active matrix type으로 제작하여 전자피부처럼 여러 위치의 압력을 동시에 읽을 수 있는 이점이 있다.

또한, 두 전극 사이에 도전볼을 포함하지 않은 상태로 전기방사된 PVDF 파이버만을 활용한 센서를 제작하여, 센서의 부피를 소형화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정된 도전볼 폴리머 필름층을 포함하는 압력센서를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고정된 도전볼 폴리머 필름층을 포함하는 압력센서(1)를 나타낸다. 도 1을 참조하면 압력센서(1)는 기판(11), 도전물질(12), 도전볼(13), 폴리머(14) 및 파이버(15)를 포함할 수 있다. 압력센서(1)는 저항의 변화 또는 정전용량의 변화를 통해 압력 변화량을 측정할 수 있다.

기판(11)은 도전성 물질이 접촉할 수 있다. 기판(11)은 제1 기판(11a)과 제2 기판(11b)을 포함할 수 있다.

제1 기판(11a)은 압력센서(1)의 바닥면을 정의할 수 있다.

제2 기판(11b)은 압력센서(1)의 상부면을 정의하고, 제2 도전물질(12a)과 상접할 수 있다.

기판(11)은 여러 위치의 압력을 동시에 측정할 수 있다.

도전물질(12)은 제1 도전물질(12a)과 제2 도전물질(12b)을 포함할 수 있다.

제1 도전물질(12a)은 제1 기판(11a)의 상면에 접촉되고 패턴이 형성될 수 있다.

제2 도전물질(12b)은 도전볼(13)의 상단에 접촉한 상태로 위치하며, 패턴이 형성될 수 있다.

도전볼(13)은 기판(1)에 전기적으로 연결되며, 폴리머(14)로부터 전달되는 압력의 변화량을 저항 변화 또는 정전용량 변화로 측정할 수 있다.

도전볼(13)은 볼형상이며 도전물질(12)과 높이차를 두고 이격되어 위치할 수있다.

폴리머(14)는 도전볼(13)을 앵커링 하고, 외부에서 전달되는 압력을 수용할 수 있다.

폴리머(14)는 제1 도전물질(12a)과 도전볼(13) 사이의 이격된 공간에 위치하며, 도전볼(13)을 앵커링 할 수 있다.

파이버(15)는 도전볼(13)과 폴리머(14)에 결선될 수 있다. 파이버(15)는 도전물질(12)과 도전볼(13)을 섞은 후 전기방사하여 획득할 수 있다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

1: 압력센서
11: 기판
11a: 제1 기판
11b: 제2 기판
12: 도전물질
12a: 제1 도전물질
12b: 제2 도전물질
13: 도전볼
14: 폴리머
15: 파이버

Claims (2)

1. 도전성 물질이 접촉하는 기판;
   하기의 도전볼을 앵커링 하고, 외부에서 전달되는 압력을 수용하는 폴리머; 및
   상기 기판에 전기적으로 연결되며, 상기 폴리머로부터 전달되는 압력의 변화량을 저항 변화 또는 정전용량 변화로 측정하는 도전볼을 포함하고,
   상기 기판은 여러 위치의 압력을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
   
2. 저항의 변화 및 정전용량의 변화를 통해 압력 변화량을 측정하는 압력센서에 있어서,
   상기 압력센서의 바닥면을 정의하는 제1 기판;
   상기 제1 기판의 상면에 접촉되고, 패턴이 형성된 제1 도전물질;
   볼형상이며 상기 도전물질과 높이차를 두고 이격된 도전볼;
   상기 제1 도전물질과 상기 도전볼 사이의 이격된 공간에 위치하며, 상기 도전볼을 앵커링하는 볼형상의 폴리머;
   상기 도전볼과 상기 폴리머에 결선되는 파이버;
   상기 도전볼의 상단에 접촉한 상태로 위치하며, 패턴이 형성된 제2 도전물질; 및
   상기 압력센서의 상부면을 정의하고, 상기 제2 도전물질과 상접한 제2 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서.
   

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