KR20230025544A - 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법 - Google Patents

2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230025544A
KR20230025544A KR1020210106479A KR20210106479A KR20230025544A KR 20230025544 A KR20230025544 A KR 20230025544A KR 1020210106479 A KR1020210106479 A KR 1020210106479A KR 20210106479 A KR20210106479 A KR 20210106479A KR 20230025544 A KR20230025544 A KR 20230025544A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dimensional film
electronic device
type electronic
angle
stress
Prior art date
Application number
KR1020210106479A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102582147B1 (ko
Inventor
김태일
정찬호
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020210106479A priority Critical patent/KR102582147B1/ko
Publication of KR20230025544A publication Critical patent/KR20230025544A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102582147B1 publication Critical patent/KR102582147B1/ko

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6844Monitoring or controlling distance between sensor and tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0531Measuring skin impedance
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/251Means for maintaining electrode contact with the body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/263Bioelectric electrodes therefor characterised by the electrode materials
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/25Bioelectric electrodes therefor
    • A61B5/276Protection against electrode failure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6832Means for maintaining contact with the body using adhesives
    • A61B5/6833Adhesive patches
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/684Indicating the position of the sensor on the body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/12Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A61B2562/125Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/16Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
    • A61B2562/164Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/16Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
    • A61B2562/166Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted on a specially adapted printed circuit board

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

본원은 피검물 상에 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 있어서, 상기 전자 소자는 기재 및 상기 기재 상에 형성된 신호 측정부를 포함하고, 상기 전자 소자는 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치되고, 상기 소정의 각도는 상기 전자 소자에 수평 방향으로 작용하는 응력이 0 이 되는 각도인 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 관한 것이다.

Description

2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법 {METHOD FOR MOUNTING ELECTRO DEVICE OF 2 DIMENSIONAL FILM TYPE}
본원은 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 관한 것이다.
전자 소자(Electro device)는 전자 회로를 구성하기 위해 사용되는 부품을 의미한다. 이러한 전자 소자는 내부 구조와 구성 물질의 화학적 구성에 따라 특정 목적을 갖고 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 압력센서, 엑츄에이터 등의 디바이스들은 내부 구조체의 변형을 통하여 신호의 변화를 발생시키고, 생화학 센서(bio-chemical sensor), 저항, 캐패시터, 등의 디바이스들은 구성 물질 자체를 통해 신호의 변화를 발생시킬 수 있다.
그러나 전자 소자의 내부 구조체에 예상치 못한 변형이 발생할 경우, 작동 메커니즘의 효율 변화로 잘못된 신호가 출력될 수 있다. 따라서 내부 구조의 변화를 통해 신호를 출력하는 전자 소자는 필요한 상황에서만 구조의 변화가 일어나야 하고, 그렇지 않은 경우 내부 구조체의 변화를 최대한 억제해야 한다. 이와 관련하여, 의도하지 않은 않는 내부 구조체의 변화는 주변 동적 환경에 의해서 발생할 수 있다.
구체적으로, 과거의 전자 소자들은 크기가 크고 경질이었기 때문에, 주변 환경에 의해 완전히 파손될지언정 주변 환경에 의한 영향없이 특정 기능만을 수행하였다. 그러나, 최근의 전자 소자는 소형화되고 유연성을 가지면서 주변 동적 환경, 예를 들어 압축, 인장, 굽힘, 온도 등의 영향을 받아 동적 잡음이 발생할 수 있다.
본원의 배경이 되는 기술인 일본 공개특허공보 제2020-171368호는 인체 장착형 센서 장치, 생체 정보 측정 장치, 생체 정보 측정 시스템 및 인체 장착형 센서 장치의 제어 방법에 대한 것이다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 전자 소자에 인가되는 동적 잡음을 최소화하기 위해 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법을 이용하여, 동적 잡음을 최소화하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 피검물 상에 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 있어서, 상기 전자 소자는 기재 및 상기 기재 상에 형성된 신호 측정부를 포함하고, 상기 전자 소자는 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치되고, 상기 소정의 각도는 상기 전자 소자에 수평 방향으로 작용하는 응력이 0 이 되는 각도인 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 대한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 각도는 하기 수학식 1 에 따라 산출된 각도 θ 에 따라 결정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(수학식 1 에서, ν 는 기재의 푸아송비(Poisson's ratio)를 의미함).
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 각도는 상기 각도 θ 의 80% 내지 120% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재의 푸아송비는 0 초과 0.5 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음에 의한 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 상기 피검물과 소정의 각도를 이루도록 상기 피검물 상에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 소자에 가해지는 응력은, 인장 응력, 압축 응력, 굽힘 응력(bending stress), 전단 응력, 비틀림 응력, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 응력을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 신호 측정부는 그래핀, 전이금속 칼코게나이드, 흑린, h-BN, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 이차원 필름을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 PET (Polyethylene terephthalate), PE (Polyethylene), PUA (polyurethaneacrylate), PA (Polyamide), PP (Polypropylene), PBT (Polybutylene terephthalate), PTT (polytrimethylene terephthalate), PI (Polyimide), PU (poly urethane), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PDMS (Polydimethylsiloxane), PB (Polybutadiene), PUA (polyurethane-acrylate), SBR (Styrene Butadiene Rubber), PVDF-TrFE (Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 피검물은 피부, 인공 피부, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원의 제 2 측면은, 피검물과 소정의 각도를 이루도록 2 차원 필름형 전자 소자를 포함하고, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음에 의한 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치된 것이고, 상기 2차원 필름형 전자 소자로부터 발생하는 전자 신호를 분석하는 것인, 동적 잡음 최소화 시스템을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 동적 잡음 최소화 시스템은 압력 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 진동 센서, 유속 센서, 열 센서, 저항, 커패시터, 트랜지스터, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것에 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
종래의 벌크형 전자 소자들이 소형화되고 유연해지면서, 생체 삽입 디바이스, 피부 부착 디바이스, 웨어러벌 디바이스, 소프트 로보틱스 등 다양한 동적 환경에서 전자 소자를 활용하는 경우가 증가하였다. 그러나, 이러한 동적 환경은 수축, 인장, 밴딩 등 동적 잡음을 유발하여 전자 소자의 작동에 악영향을 끼칠 수 있는 문제가 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법은, 동적 잡음이 발생하는 공간과 독립적인 차원 갖는 공간에 전자 소자를 배치함으로써, 상기 전자 소자의 작동에 동적 잡음의 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 본원에 따른 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법은 디바이스와 디바이스가 배치된 환경과의 상관관계를 통해 동적 잡음의 영향을 최소화하는 것으로서, 기 발명된 소자에도 적용할 수 있다.
또한, 본원에 따른 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법은, 동적 잡음에 의한 대미지로부터 소자의 손상 및 노후화를 방지하여 전자 소자의 수명을 연장할 수 있다.
또한, 본원에 따른 동적 잡음 최소화 시스템은, 뇌파, 심전도, 맥박, 호흡 등의 생체 신호를 실시간으로 모니터링하면서 종래의 기술에 비해 동적 잡음에 의한 영향이 적어 정확도가 높다.
또한, 본원에 따른 동적 잡음 최소화 시스템은 가상현실 게임, 재활 치료 기술에 사용가능하다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 종래의 전자 소자에서 발생하는 신호를 모사한 그림이다.
도 2 는 응력 변환 이론(stress transformation)에 대한 그림이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화의 모식도이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화를 시뮬레이션한 그림이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화를 시뮬레이션한 그림이다.
도 6 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도와 인장에 의해 발생하는 노이즈 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도와 압축에 의해 발생하는 노이즈 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 각도와 구조 변화 정도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도와 굽힘에 의해 발생하는 노이즈 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 각도별 노이즈에 대한 민감도를 표현한 그래프이다.
도 11 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 노이즈를 가하는 그림이고, (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 가해진 노이즈와 발생하는 신호 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 12 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 노이즈를 가하는 그림이고, (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 가해진 노이즈와 발생하는 신호 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하에서는 본원의 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 방법에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 피검물 상에 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 있어서, 상기 전자 소자는 기재 및 상기 기재 상에 형성된 신호 측정부를 포함하고, 상기 전자 소자는 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치되고, 상기 소정의 각도는 상기 전자 소자에 수평 방향으로 작용하는 응력이 0 이 되는 각도인 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 대한 것이다.
종래의 벌크형 전자 소자가 소형화되고 유연해지면서 소형 전자 소자가 개발되었다. 이러한 소형 전자 소자는 동적 환경에서 사용가능한 피부 부착 디바이스, 웨어러벌 디바이스, 소프트 로보틱스 등 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 상기 동적 환경에 위치한 전자 소자들은 동적 환경에 의해 형태가 변화하여, 종래의 벌크형 전자 소자에 비해 신호의 세기가 불규칙적으로 변화하는 문제가 존재한다.
도 1 은 종래의 전자 소자에서 발생하는 신호를 모사한 그림이다. 구체적으로 도 1 의 (a) 는 동적 잡음가 없는 환경에서 전자 소자가 발생시키는 신호를 의미하고, (b) 는 동적 잡음이 존재하는 환경에서 전자 소자가 발생시키는 신호를 의미한다. 도 1 을 참조하면, 동일한 전자 소자라도 동적 잡음의 발생에 의해 고르지 못한 신호가 발생할 수 있기 때문에, 이러한 동적 잡음를 최소화하기 위한 연구가 필요하다.
본원은 소형화된 전자 소자로서, 피부 부착 디바이스, 웨어러벌 디바이스, 소프트 로보틱스 등으로서 사용될 수 있는 2 차원 필름형 전자 소자를 피검물에 배치하는 방법을 제공함으로써 상술한 문제를 해결할 수 있는 방법을 제공한다.
본원에 따른 동적 잡음은, 전자 소자의 형상을 변화시키는 힘, 속도, 가속도, 유속, 진동 등을 의미하는 것으로서, 본원에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에서 발생하는 신호에 오차를 제공할 수 있다. 구체적으로, 2 차원 전자 소자는, 소자의 변형을 통해 신호를 측정하는 2 차원 필름형 소자와, 소자의 변형과 무관하게 신호를 측정하는 2 차원 필름형 소자로 분류될 수 있다.
소자의 변형을 통해 신호를 측정하는 2 차원 필름형 소자는 관측 대상에 의해 형상이 변화되어 타겟이 되는 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 동적 잡음과 타겟 신호가 혼합된 신호가 인가될 경우, 상기 동적 잡음을 응력 변환하면 상기 동적 잡음에 의한 힘이 2차원 필름에 수평 또는 수직한 방향으로 작용하고, 상기 타겟 신호는 상기 2 차원 필름에 90° 로 인가되어 형태 변화를 유발할 수 있다. 그러나, 상기 동적 잡음에 의한 힘이 상기 2 차원 필름의 형태를 변화시킬 경우, 상기 2차원 필름형 전자 소자에서 측정된 신호에 오차가 발생할 수 있다.
한편, 소자의 변형과 무관하게 신호를 측정 또는 발생시키는 2 차원 필름형 소자의 경우, 소자의 형상 변화에 의해 측정 또는 발생된 신호에 오차가 발생할 수 있다.
예를 들어, 벌크형 압력 센서에 압력을 인가할 때 벌크형 압력 센서의 형상이 변하지 않으면 상기 벌크형 압력 센서는 인가된 압력 만을 측정할 수 있다. 그러나, 본원의 2 차원 필름형 전자 소자와 같이 소형화되고 유연한 전자 소자인 유연 압력 센서에 압력을 인가하면, 인가된 압력에 의해 유연 압력 센서의 형상이 변화할 수 있고, 이에 따라 상기 유연 압력 센서는 인가된 압력에 대한 신호 뿐만 아니라 소자의 형태 변화에 따른 신호도 같이 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 소자의 형태 변화에 따른 신호를 최소화할 필요가 있다.
이와 관련하여, 상기 동적 잡음이 힘으로서 전자 소자에 인가될 경우, 상기 전자 소자에 인가되는 힘은 응력 변환 이론에 따라 분해될 수 있다.
도 2 는 응력 변환 이론(stress transformation)에 대한 그림이다.
도 2 를 참조하면, xy 평면 상에 기울어지지 않고 배치된 물체와 달리, xy 평면 상에 기울여져서 배치된 물체는 x' 축 방향의 힘과 y' 축 방향의 힘을 받고, 상기 x' 축 방향의 힘과 y' 축 방향의 힘은 각각 x 축 방향의 힘과 y 축 방향의 힘의 조합으로 표현될 수 있다. 이 때 특정 조건을 만족하면, 상기 xy 평면 상에 기울여져서 배치된 물체는 기울어진 각도에 따라 x'축 또는 y' 축 방향의 힘을 최소화할 수 있다.
도 2 에서는 기재되지 않았으나, 상기 물체의 양측 말단에만 y 축 방향의 힘이 작용하고, 상기 물체의 중앙에 y 축 방향에 힘이 작용하지 않을 경우, 상기 물체는 굽힘될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 각도는 하기 수학식 1 에 따라 산출된 각도 θ 에 따라 결정될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[수학식 1]
Figure pat00002
(수학식 1 에서, ν 는 기재의 푸아송비(Poisson's ratio)를 의미함).
본원에 따른 푸아송비는 특정 물체가 인장력의 작용에 따라 그 방향으로 늘어날 때 가로 방향 변형도와 세로 방향 변형도 사이의 비율을 의미한다.
후술하겠지만, 상기 소정의 각도는 상기 수학식 1 에 따라 산출된 각도뿐만 아니라, 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 작동 대상(예를 들어 인장, 압축, 굽힘, 온도, 속도, 유속 등)에 따라 정해질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 각도는 상기 각도 θ 의 80% 내지 120% 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재의 푸아송비는 0 초과 0.5 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 각도는 30° 내지 90° 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 피검물의 푸아송비가 0.45 내지 0.5 이고, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 상기 피검물에 의한 압축 노이즈만 작용하는 경우, 상기 소정의 각도는 30° 에 가까울수록 바람직하고, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 상기 피검물에 의한 인장 노이즈만이 작용하는 경우 상기 소정의 각도는 70° 에 가까울수록 바람직하며, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 상기 피검물에 의한 압축 노이즈 및 인장 노이즈가 동시에 작용하여 두 노이즈에 의한 방해를 받는 경우 상기 소정의 각도는 50° 내지 70° 일 수 있다.
이와 관련하여, 압축 노이즈에 의해서만 신호를 발생시키는 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 80°를 초과하거나, 인장 노이즈에 의해서만 신호를 발생시키는 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 20° 미만인 경우, 버클링 효과(Buckling Effect)가 발생하여 압축 또는 인장에 의해 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 형상이 과도하게 변형되어 신호 측정부에서 신호가 발생되지 못하거나 소자가 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
본원에 따른 버클링 효과는, 특정 물체가 내/외부에서 인가되는 힘을 견디지 못하고 원래의 모습에서 변형되는 것을 의미한다.
예를 들어, 인장에 의해서만 신호를 발생시키는 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 평행에 가까울 경우, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 수평 방향으로 작용하는 응력에 의해 상기 신호 측정부가 인장될 수 있고, 상기 신호 측정부의 인장에 의해 상기 신호 측정부에서 발생하는 신호가 왜곡될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 인장 센서형 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도를 크게 할수록 상기 수평 방향으로 작용하는 응력이 작아져 상기 신호 측정부의 인장 변형 정도(strain)가 작아져 상기 신호 측정부가 인장에 의한 신호만을 측정할 수 있다. 그러나, 상기 각도가 80° 를 초과할 경우 버클링 효과가 발생하여 인장 도중 전단력(shear stress)에 의해 상기 신호 측정부가 파손될 수 있다.
또 한 예를 들어, 압축에 의해서만 신호를 발생시키는 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 수직에 가까울 경우, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 수직 방향으로 작용하는 응력에 의해 상기 신호 측정부가 압축될 수 있고, 상기 신호 측정부의 압축에 의해 상기 신호 측정부에서 발생하는 신호가 왜곡될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 상기 압축 센서형 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도를 작게 할수록 수직 방향으로 작용하는 응력이 작아져 상기 신호 측정부의 압축 변형 정도(strain)가 작아져 상기 신호 측정부가 압축에 의한 신호만을 측정할 수 있다. 그러나, 상기 각도가 20° 미만일 경우 버클링 효과가 발생하여 압축 도중 전단력(shear stress)에 의해 상기 신호 측정부가 파손될 수 있다.
압축과 인장 양측에 의해 신호를 발생시키는 2 차원 필름형 전자 소자의 경우, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도는 압축에 의한 영향과 인장에 의한 영향을 모두 고려하여 결정될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음에 의한 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 상기 피검물과 소정의 각도를 이루도록 상기 피검물 상에 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음은, 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 형상을 변화시키기 위해 힘의 형태를 가질 수 있다. 이 때, 상기 피검물에 가해지는 힘은 응력으로 변환되어 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 인가될 수 있고, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 형상이 최소한으로 변화될 필요가 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 신호 측정부는 크랙을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화의 모식도이고, 도 4 및 도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화를 시뮬레이션한 그림이다. 이와 관련하여, 도 3 내지 도 5 는 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화를 위해 크랙을 포함하는 것이며, 크랙의 변화를 관찰함으로써 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 2 차원 필름형 전자 소자의 구조 변화에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
도 3 을 참조하면, 도 3 은 2 차원 필름형 전자 소자가 배치된 피검물에 인장력을 가할 때, 상기 전자 소자와 피검물 사이의 각도와 2 차원 필름형 전자 소자의 크랙 사이의 관계를 나타낸 것이다 (도 3 의 좌측 하단). 이 때 상기 전자 소자가 수직하게 위치한 경우(도 3 의 좌측 상단)와 달리, 상기 전자 소자가 비스듬히 위치한 경우(도 3 의 우측 상단) 및 상기 전자 소자가 피검물과 평행하기 위치한 경우(도 3 의 우측 하단)는 크랙의 폭이 넓어지는 문제가 발생한다.
또한 도 4 를 참조하면, 상기 피검물에 인장력을 가할 때, 상기 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 작을 경우 크랙의 폭이 넓어지고, 각도가 커질수록 크랙의 폭이 변형없는 각도를 지나 폭이 다시 좁아지고 있다. 또한, 도 5 를 참조하면 각도가 작으면 폭이 좁아지다가, 각도가 커질수록 크랙의 폭에 변형이 발생하지 않는 지점을 거쳐 폭이 커지게 되며, 상기 피검물에 압축력을 가하면 상기 전자 소자와 피검물 사이의 각도에 따라 상기 크랙이 변형되는 문제가 발생한다.
본원의 일 구현예에 다르면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는, 상기 동적 잡음이 발생하는 공간과 독립적인 차원을 갖는 공간에 배치된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치된 것이다. 이 때, 상기 소정의 각도에 의해, 상기 동적 잡음이 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 신호 측정부에 미치는 영향이 제거 또는 최소화된다. 즉, 상기 동적 잡음이 발생하는 공간과 상기 2 차원 필름형 전자 소자가 배치된 공간은 서로 독립적인 차원을 가지는 것으로 해석할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전자 소자에 가해지는 응력은, 인장 응력, 압축 응력, 굽힘 응력(bending stress), 전단 응력, 비틀림 응력, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 응력을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 피검물에서 동적 잡음이 발생하여 상기 전자 소자에 힘이 가해질 경우, 상기 전자 소자의 중심과 힘이 이루는 각도에 따라 상기 전자 소자는 인장 응력, 압축 응력, 굽힘 응력, 전단 응력, 비틀림 응력 등의 응력이 작용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 신호 측정부는 그래핀, 전이금속 칼코게나이드, 흑린, h-BN, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 이차원 필름을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 신호 측정부는 Pt, Au, Cr, Cu, Mg, Ti, Al, Mo, C, Si, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 신호 측정부는 센서로서 활용될 수 있는 물질을 모두 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 PET (Polyethylene terephthalate), PE (Polyethylene), PUA (polyurethaneacrylate), PA (Polyamide), PP (Polypropylene), PBT (Polybutylene terephthalate), PTT (polytrimethylene terephthalate), PI (Polyimide), PU (poly urethane), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PDMS (Polydimethylsiloxane), PB (Polybutadiene), PUA (polyurethane-acrylate), SBR (Styrene Butadiene Rubber), PVDF-TrFE (Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 기재는 상기 신호 측정부와 동일한 재질의 이차원 필름을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는, 고분자 기판 및 상기 고분자 기판 상에 형성된 이차원 필름을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 피검물은 피부, 인공 피부, 생체 조직, PDMS, ecoflex, 하이드로겔, 테가덤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 피검물은 피부, 생체 조직, 인공 피부, 겔, 및 반창고 등을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 신호 측정부에서 측정되는 신호는 상기 2 차원 필름형 전자 소자 또는 상기 신호 측정부에서 측정되는 저항, 전류, 전압, 커패시터, 임피던스, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것으로 표현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 소자의 변형을 통해 타겟 신호를 측정하는 소자와, 소자의 변형과 무관하게 타겟 신호를 측정하는 소자로 나뉠 수 있다. 상기 2 차원 필름형 전자 소자가 소자의 변형과 무관하게 타겟 신호를 측정하는 소자의 경우 온도, 조도, 케미컬 센서 등이 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 센서는 온도가 높아지면 물질의 2 차원 필름형 전자 소자의 전기 전도도가 달라지는 현상을 이용해 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 2 차원 필름형 전자 소자가 소자의 변형을 통해 타겟 신호를 측정하는 소자인 경우 타겟 신호(예를 들어 압력, 힘, 속도, 가속도, 유속, 진동 등)에 의해 상기 전자 소자의 물리적 형상이 변화되어 상기 타겟 신호는 저항, 전류, 전압, 커패시터, 임피던스 등의 형태로 측정될 수 있다.
이와 관련하여, 상기 신호는 전자 소자가 측정하고자 하는 대상 뿐만 아니라, 전자 소자의 주변 환경에서 발생하는 변화에 의해서도 발생할 수 있다. 일반적으로 주변 환경의 변화에 의해 발생하는 신호는 전자 소자가 측정하고자 하는 대상에 의해 발생하는 신호보다 작을 수 있으나, 상기 환경 변화에 의해 상기 전자 소자의 내부 구조가 변화함으로써 상기 전자 소자에서 잘못된 신호가 발생할 수 있다. 본원은 이러한 문제를 방지하기 위해 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도를 조절하는 것이다.
상기 2 차원 필름형 전자 소자는 측정 대상(예를 들어 인장, 압축, 굽힘, 온도, 속도, 유속 등)에 의해 저항이 변화되고, 상기 저항이 변화됨으로써 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 흐르는 전류가 변화하여 신호의 세기가 약해지거나 강해지기 때문에, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에서 발생하는 신호의 세기는 상기 2 차원 필름형 전자 소자 또는 상기 신호 측정부의 저항 또는 상기 신호 측정부에서 흐르는 전류의 세기로 표현될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 트랜지스터 또는 2 차원 박막일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 2 차원 필름형 전자 소자가 트랜지스터와 같이 전극을 포함할 경우, 이차원 필름을 포함하는 신호 측정부에 흐르는 전류의 변화를 측정할 수 있다. 반면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자가 단순한 2 차원 박막일 경우. 상기 2 차원 박막은 외부의 전원과 연결되어 저항 또는 전류의 세기가 측정될 수 있다.
또한, 본원의 제 2 측면은, 피검물과 소정의 각도를 이루도록 2 차원 필름형 전자 소자를 포함하고, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음에 의한 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치된 것이고, 상기 2차원 필름형 전자 소자로부터 발생하는 전자 신호를 분석하는 것인, 동적 잡음 최소화 시스템을 제공한다.
본원의 제 2 측면에 따른 동적 잡음 최소화 시스템에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 동적 잡음 최소화 시스템은 압력 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 진동 센서, 열 센서, 유속 센서, 저항, 커패시터, 트랜지스터, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것에 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 동적 잡음 최소화 시스템은 뇌파, 심전도, 맥박, 호흡 등의 생체 신호를 모니터링할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 동적 잡음은 전자 소자의 형상을 변화시키는 힘, 온도, 속도, 유속 등을 포함할 수 있는 것으로서, 상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 동적 잡음의 영향을 최소화하기 위해 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치된 것이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
[실시예 1-1] : 2차원 필름형 전자 소자의 제조
6 μm 두께의 PET 상에 PUA 를 도포하고, 상기 PUA 를 경화하였다. 이어서, 섀도우 마스크를 사용하여 상기 PUA 상에 20 nm 두께의 Pt 를 증착하고, 밴딩을 통해 상기 Pt 상에 크랙을 형성한 후, 섀도우 마스크를 사용해 얼라이닝하고 Cr-Au 전극을 증착하였다.
[실시예 1-2] : 2 차원 필름형 전자 소자를 배치
상기 실시예1-1 의 2 차원 필름형 전자 소자를 피검물에 배치하였다. 이어서, 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도를 조절하면서, 동시에 상기 피검물 또는 2 차원 필름형 전자 소자를 압축, 인장, 또는 굽힘시키며 상기 2 차원 필름형 전자 소자에서 발생하는 신호의 세기 등을 분석하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1 에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 압축 또는 인장을 가하며, 발생하는 신호의 세기를 분석하였다.
도 6 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도와 인장에 의해 발생하는 노이즈 사이의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 7 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도와 압축에 의해 발생하는 노이즈 사이의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 8 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 각도와 구조 변화 정도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 8 은 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 압축 및 인장을 동시에 가할 때의 그래프이다.
도 6 을 참조하면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 상기 피검물 사이의 각도가 0° 에 가까울수록 저항이 커지고, 70° 에 가까울수록 저항이 작아지고 있다. 이는 상기 2차원 필름형 전자 소자가 인장에 의해 모양이 변형되기 때문에 저항이 변화되는 것으로서, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 상기 피검물 사이의 각도가 0° 인 경우 상기 2 차원 필름형 전자 소자를 통해 인장을 측정하기 어려울 수 있다.
또한 도 7 을 참조하면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 상기 피검물 사이의 각도가 90° 에 가까울수록 저항이 커지고, 30° 에 가까울수록 저항이 작아지고 있다. 이는 상기 2차원 필름형 전자 소자가 압축에 의해 모양이 변형되기 때문에 저항이 변화되는 것으로서, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 상기 피검물 사이의 각도가 90° 인 경우 상기 2 차원 필름형 전자 소자를 통해 압축을 측정하기 어려울 수 있다.
상기 2 차원 필름형 전자 소자와 상기 피검물 사이의 각도가 80° 이상일 때 인장을 가하거나, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 상기 피검물 사이의 각도가 20° 이하일 때 압축을 가할 경우 버클링 현상이 발생하여 상기 2 차원 전자 소자가 파손되어 변형(strain)이 일어나지 않을 수 있다
도 8 을 참조하면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도가 작은 경우, 상기 2 차원 필름형 전자 소자에 가해지는 응력(Crack stress)는 작으나 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 변형(Crack Gap)이 클 수 있다. 상기 각도가 커질수록 응력이 증가하고 변형이 작아질 수 있으며, 이론적으로는 변형과 응력 양측의 영향이 최소가 되는 약 55° 이다. 그러나, 실제로는 상기 압축 및 인장에 의해 상기 2 차원 필름형 전자 소자가 굽힘되는 등의 문제가 발생할 수 있기 때문에 약 70° 에서 변형과 응력 양측의 영향이 최소가 될 수 있다.
[실험예 2]
상기 실시예 1 에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 굽힘을 가하며, 발생하는 신호의 세기를 분석하였다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도와 굽힘에 의해 발생하는 노이즈 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 9 의 좌측은 인장 및 압축에 대한 민감도이고, 우측은 굽힘에 대한 민감도이다.
도 9 를 참조하면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도가 90° 에 가까울수록 굽힘에 의한 영향이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 3]
도 10 은 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자의 각도별 노이즈에 대한 민감도를 표현한 그래프이다.
도 10 을 참조하면, 상기 2 차원 필름형 전자 소자의 배치 각도가 커질수록 인장 및 굽힘에 의한 민감도가 감소하나 압축에 의한 민감도가 커짐을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 2 차원 필름형 전자 소자와 피검물 사이의 각도는, 압축 및 인장의 영향이 유사한 50° 내지 60° 일 수 있다.
[실험예 4]
도 11 및 12 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 노이즈를 가하는 그림이고, (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 2 차원 필름형 전자 소자에 가해진 노이즈와 발생하는 신호 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 11 의 (a) 의 좌측은 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도가 0° 일 때 피검물을 인장시킨 것이고 (도 11 의 (b) 의 0° 에 대응), 우측은 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도가 57° 일 때 피검물을 인장시킨 것이고 (도 11 의 (b) 의 57° 에 대응), 도 12 의 (a) 의 좌측은 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도가 0° 일 때 피검물을 굽힘한 것이고 (도 12 의 (b) 의 0° 에 대응), 우측은 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도가 57° 일 때 피검물을 굽힘한 것이다 (도 12 의 (b) 의 57° 에 대응).
도 11 및 도 12 를 참조하면, 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도가 0° 인 경우 이론값(expectation, 점선)과 측정값(measured, 실선) 사이의 오차가 매우 큼을 확인할 수 있다. 그러나, 피검물과 2 차원 필름형 전자 소자 사이의 각도가 57° 인 경우, 이론값과 측정값 사이의 오차가 작아졌음을 확인할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 피검물 상에 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법에 있어서,
    상기 전자 소자는 기재 및 상기 기재 상에 형성된 신호 측정부를 포함하고,
    상기 전자 소자는 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치되고,
    상기 소정의 각도는 상기 전자 소자에 수평 방향으로 작용하는 응력이 0 이 되는 각도인 것인,
    2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 각도는 하기 수학식 1 에 따라 산출된 각도 θ 에 따라 결정되는 것인,
    2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법:
    [수학식 1]
    Figure pat00003

    (수학식 1 에서, ν 는 기재의 푸아송비(Poisson's ratio)를 의미함).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소정의 각도는 상기 각도 θ 의 80% 내지 120% 인 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기재의 푸아송비는 0 초과 0.5 이하인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음에 의한 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 상기 피검물과 소정의 각도를 이루도록 상기 피검물 상에 배치된 것인, 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 소자에 가해지는 응력은, 인장 응력, 압축 응력, 굽힘 응력(bending stress), 전단 응력, 비틀림 응력, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 응력을 포함하는 것인, 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 측정부는 그래핀, 전이금속 칼코게나이드, 흑린, h-BN, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 이차원 필름을 포함하는 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 PET (Polyethylene terephthalate), PE (Polyethylene), PUA (polyurethaneacrylate), PA (Polyamide), PP (Polypropylene), PBT (Polybutylene terephthalate), PTT (polytrimethylene terephthalate), PI (Polyimide), PU (poly urethane), PVDF (Polyvinylidene fluoride), PDMS (Polydimethylsiloxane), PB (Polybutadiene), PUA (polyurethane-acrylate), SBR (Styrene Butadiene Rubber), PVDF-TrFE (Polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene) 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 피검물은 피부, 인공 피부, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 2차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법.
  10. 피검물과 소정의 각도를 이루도록 2 차원 필름형 전자 소자를 포함하고,
    상기 2 차원 필름형 전자 소자는 상기 피검물에 가해지는 동적 잡음에 의한 신호의 세기 변화를 최소화하기 위해 피검물과 소정의 각도를 이루도록 배치된 것이고,
    상기 2차원 필름형 전자 소자로부터 발생하는 전자 신호를 분석하는 것인,
    동적 잡음 최소화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 동적 잡음 최소화 시스템은 압력 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 유속 센서, 열 센서, 진동 센서, 저항, 커패시터, 트랜지스터, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것에 적용되는 것인, 동적 잡음 최소화 시스템.

KR1020210106479A 2021-08-12 2021-08-12 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법 KR102582147B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210106479A KR102582147B1 (ko) 2021-08-12 2021-08-12 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210106479A KR102582147B1 (ko) 2021-08-12 2021-08-12 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230025544A true KR20230025544A (ko) 2023-02-22
KR102582147B1 KR102582147B1 (ko) 2023-09-25

Family

ID=85329675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210106479A KR102582147B1 (ko) 2021-08-12 2021-08-12 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102582147B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010210357A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Kyowa Electron Instr Co Ltd ひずみゲージ式荷重変換器
JP2011053132A (ja) * 2009-09-03 2011-03-17 Yamatake Corp 薄膜抵抗温度センサ
KR20200061584A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 성균관대학교산학협력단 건식 점착성 피부 패치
KR102183309B1 (ko) * 2019-05-21 2020-11-26 성균관대학교산학협력단 다타입 압력 센서

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010210357A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Kyowa Electron Instr Co Ltd ひずみゲージ式荷重変換器
JP2011053132A (ja) * 2009-09-03 2011-03-17 Yamatake Corp 薄膜抵抗温度センサ
KR20200061584A (ko) * 2018-11-26 2020-06-03 성균관대학교산학협력단 건식 점착성 피부 패치
KR102183309B1 (ko) * 2019-05-21 2020-11-26 성균관대학교산학협력단 다타입 압력 센서

Also Published As

Publication number Publication date
KR102582147B1 (ko) 2023-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xin et al. The use of polyvinylidene fluoride (PVDF) films as sensors for vibration measurement: A brief review
Kim et al. Piezoresistive graphene/P (VDF-TrFE) heterostructure based highly sensitive and flexible pressure sensor
Roh et al. A solution‐processable, omnidirectionally stretchable, and high‐pressure‐sensitive piezoresistive device
Li et al. A supersensitive, multidimensional flexible strain gauge sensor based on Ag/PDMS for human activities monitoring
Peng et al. Flexible microtactile sensor for normal and shear elasticity measurements
Ji et al. Highly sensitive and stretchable piezoelectric strain sensor enabled wearable devices for real-time monitoring of respiratory and heartbeat simultaneously
Cao et al. Performance of self-powered, water-resistant bending sensor using transverse piezoelectric effect of polypropylene ferroelectret polymer
Yamamoto et al. All-printed, planar-type multi-functional wearable flexible patch integrated with acceleration, temperature, and ECG sensors
Hu et al. A triangular wavy substrate-integrated wearable and flexible piezoelectric sensor for a linear pressure measurement and application in human health monitoring
US9972768B2 (en) Actuator structure and method
KR20190121652A (ko) 광범위 압력 감지를 위한 다층 플렉서블 압력 센서
Farman et al. All-polydimethylsiloxane-based highly flexible and stable capacitive pressure sensors with engineered interfaces for conformable electronic skin
Cholleti et al. Studying the creep behaviour of strechable capacitive sensor with barium titanate silicone elastomer composite
Lin et al. Investigation of resonant and energy harvesting characteristics of piezoelectric fiber composite bimorphs
US11566952B2 (en) Tensile force detecting device with elastic elements
Tao et al. Design and performance testing of a dielectric elastomer strain sensor
KR20230025544A (ko) 2 차원 필름형 전자 소자를 배치하는 방법
Elnemr et al. Multi-Transduction-Mechanism Technology, an Emerging Approach to Enhance Sensor Performance
Verma et al. Design and Fabrication of Flexible Carbon Fabric PDMS Based Strain Sensor for Human Motion Monitoring
Yahud et al. Experimental validation of a polyvinylidene fluoride sensing element in a tactile sensor
Zhao et al. A tri-axial touch sensor with direct silicon to PC-board packaging
Heracleous et al. Development of a low-profile planar sensor for the detection of normal and shear forces
Chen et al. A piezoelectric based sensor system designed for in vivo skin biomechanical measurements
Ye et al. Robust control of dielectric elastomer diaphragm actuator for replicating human pulse
Murakami et al. Feasibility of novel four degrees of freedom capacitive force sensor for skin interface force

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant