은나노와이어·전도성고분자 하이브리드 필름을 이용한 유연 투명 정전용량형 압력 센서 :Flexible transparent capacitive pressure sensor using agNW/PEDOT:PSS hybrid film

안영석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안영석 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 좌성훈

발행연도: 2016

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수16

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

은나노와이어·전도성고분자 하이브리드 필름을 이용한 유연 투명 정전용량형 압력 센서

안영석 나노·IT융합프로그램 2016.01 학위논문

은나노와이어·전도성고분자 하이브리드 필름을 이용한유연 투명 정전용량형 압력 센서의 특성

안영석 , 김원효 , 오해관 외 3명 마이크로전자 및 패키징학회지 2016.01 학술저널

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최근 다양한 디지털 기기들에 터치스크린패널(touch screen panel, TSP)이 적용되고 있다. 터치스크린패널이란 사용자가 손가락이나 펜 등을 스크린에 접촉하면, 그 위치를 인지하여 시스템에 전달하는 입력장치로써 직관적이고 단순한 인터페이스를 제공하며 사용자의 접근성이 높은 장점이 있다. 터치스크린패널은 단순한 on/off식 입력 기능에서부터 유저인터페이스(user interface, UI), 사용자 경험(user experience, UX)을 통한 감정과 경험까지 구현 가능한 다양한 형태의 기술들이 개발되고 있다. 압력 인식이 가능한 터치스크린패널도 그러한 예라고 볼 수 있다. 최근 애플과 화웨이는 압력이 인식 가능한 스마트폰을 출시하여 기존의 X, Y축을 활용한 멀티 터치 기술에서 더 나아가 압력의 세기에 따른 다양한 기능을 구현하였다. 이러한 기술의 개발과 유저 인터페이스 및 사용자 경험의 발전에 따라 앞으로 압력 인식이 가능한 터치 기술은 새로운 터치스크린 인터페이스로 자리매김할 것으로 예측된다.
한편, 플렉서블 디바이스(flexible device)를 비롯한 유연전자소자에 관한 기술 개발 또한 활발히 진행중이다. 유연전자소자는 내구성, 디자인, 휴대성, 저비용 등의 다양한 이점을 가지고 있다. 유연전자소자 산업은 플렉서블 디바이스에 관한 연구개발을 시작으로 벤더블(bendable), 스트레처블(stretchable), 롤러블(rollable), 웨어러블(wearable) 등 다양한 형태의 소자가 출현할 것으로 예측되고 있다. 이를 위해서는 유연한 성질을 갖는 투명 전극 물질이 필수적인데 가장 보편적으로 사용되는 전극인 ITO(indium tin oxide)는 기계적인 유연성이 좋지 않아 유연전자소자에 적용하기에 적합하지 않다. 따라서 ITO를 대체하기 위한 여러 가지 투명 전극이 개발되고 있고 이러한 물질들의 장점을 합친 하이브리드 투명 전극 물질 개발이 활발히 연구되고 있는 실정이다.
본 논문에서는 유연 기판 위에 투명 전극 물질인 은나노와이어(Ag nanowire)·전도성 고분자(poly 3,4-ethylenedioxythiophene:polystyrene sulfonate, PEDOT:PSS) 하이브리드 전극을 제작한 뒤 다양한 측정을 통해 ITO의 대체 전극 물질로써의 가능성을 확인하고, 이를 이용해 사용자의 터치 압력을 인식하는 유연 투명 정전용량형 압력 센서를 제작하여 그 특성에 대한 평가를 수행하였다.

Touch screen panel is an input device that allows sensing the position in direct contact with the finger or a pen on the screen. Recently, touch screen panel has been applied to a variety of digital devices because there has been increasing interest in touch screen panel as user friendly interface and experience.
Technology development on a flexible device is also actively in progress. Flexible device has a number of advantages such as durability, design, low cost and etc. It is expected to stretchable, rollable, wearable device appears from flexible device.
For this purpose, it is indispensable to develop alternative transparent electrode materials and hybrid electrode materials replacing ITO that is most commonly used.
In this paper, we fabricated a flexible transparent capacitive pressure sensor that is possible to apply a force based touch screen which is not only recognized to X and Y coordinates of existing touch screen but also the size of force at the same time. It consisted of two substrates patterned transparent electrodes and dielectric layer. The flexible transparent capacitive pressure sensor is designed with 5 inch sensitive area. AgNW/PEDOT:PSS was used for top and bottom transparent electrode. When it subjected to applied touch force, the distance between two electrodes was changed. And this change induced capacitance change between two electrodes. AgNW/PEDOT:PSS film and flexible transparent capacitive pressure sensor were evaluated in optical, bending, environmental reliability and capacitance properties. Transmissivity of AgNW/PEDOT:PSS film was 90% and it was damaged by bending test in 2.5 ㎜ bending radius. Moreover, it shows the change in the resistance wihin 20% in both high temperature and high humidity test and thermal shock environmental reliability test. Transmissivity of flexible transparent capacitive pressure sensor was 85%, and it was confirmed that multi-touch and multi-force touch were possible.

I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 3
II. 이론적 고찰 4
1. 터치스크린패널 4
2. 하이브리드 투명 전극 8
III. 유연 투명 정전용량형 압력 센서 제작 10
1. 은나노와이어·전도성고분자 하이브리드 필름 제작 10
2. 유연 투명 정전용량형 압력 센서 제작 12
1) 구조 및 전극 설계 12
2) 제작 공정 14
IV. 유연 투명 정전용량형 압력 센서의 특성 평가 18
1. 은나노와이어·전도성고분자 하이브리드 필름 특성 18
1) 면 저항 특성 18
2) 광학 특성 19
3) 굽힘 특성 21
4) 환경 신뢰성 특성 23
2. 유연 투명 정전용량형 압력 센서 특성 25
1) 광학 특성 25
2) 정전용량 특성 26
3) 굽힘 특성 29
V. 결 론 31
참고문헌 32
영문초록 36

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