KR20240065488A - 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법 - Google Patents

구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법 Download PDF

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유영은
김관오
강도현
장원석
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 구조색을 이용한 센서는 유연 기판에 형성되며 미세패턴에 의해 구조색을 발생시키는 구조색 센서부를 포함하는 센서 모듈, 상기 구조색 센서부를 촬영하여 컬러 영상을 획득하는 영상 모듈 및 상기 유연 기판이 신장될 때 상기 구조색 센서부의 미세패턴의 간격이 바뀌어 구조색이 바뀌는데, 상기 컬러 영상으로부터 구조색을 분석하여 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 판단 모듈을 포함하는데, 상기 판단 모듈은 광원의 각 또는 상기 영상 모듈의 관찰각에 따라 달라지는 상기 유연 기판이 인장되기 전 초기 구조색을 파악하고, 상기 초기 구조색을 기초로 상기 유연 기판의 신장에 따른 상기 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법{SENSOR USING STRUCTURE COLOR AND SENSING METHOD OF THE SENSOR}
본 발명은 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조색을 형성하는 미세패턴이 형성된 유연 기판이 인장될 때 미세패턴의 변화로 발생하는 구조색의 변화로부터 기판의 인장 정도를 파악하는 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법에 관한 것이다.
구조색은 수컷 공작새의 깃털과 나비의 날개 등에서 나타나는 색으로, 표면의 마이크로 또는 나노 스케일의 미세패턴 구조로 인해 빛이 반사, 산란, 회절되면서 만들어진다. 보통 색소나 염료로 만드는 색은 색소 분자가 특정 색만 반사하고 나머지를 흡수해서 나타나는데, 이와 같이 화학 성분에 의해 색을 내는　'화학색'이라 한다.　한편, 구조색은 물리적 구조가 빛에 영향을 끼쳐 색이 만들어지는　'물리색'이다
구조색을 이용하여 물리양의 변화를 감지하는 구조색 센서가 알려져 있다. 구조색 센서는 인장력이 가해질 때 변형되거나 온도 또는 습도와 같이 외부 환경 조건이 달라졌을 때 변형되는 유연 기판의 표면에 규칙적인 미세패턴이 형성되는 형태로 형성된다. 기판이 변형될 때 미새패턴의 간격에 변화가 발생하고, 그에 따라 구조색이 바뀌게 되는데, 구조색 센서는 이를 이용하여 기판의 인장을 감지한다.
기판이 온도에 따라 변형되는 경우 구조색 센서는 온도 센서로 사용될 수 있고, 기판이 습도에 따라 변형되는 경우 구조색 센서는 습도 센서로 사용될 수 있으며, 기판이 인장력에 의해 변형되는 되는 경우 구조색 센서는 스트레인 센서로 사용될 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 것과 같이 구조색은 카메라 또는 사람의 눈으로 구조색을 관찰하는 관찰각(viewing angle, Θ2)에 따라 변하며, 광원으로부터 미세패턴에 조사되는 가시광선의 입사각인 광원의 각(incident angle, Θ1)에 따라서도 변하는 것으로 알려져 있다.
따라서, 미세패턴을 이용한 구조색 센서에서 상기 관찰각 및 광원의 각 변화에 따른 색의 변형을 최소화하거나 이를 보완하는 기술이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-2408045호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조색을 형성하는 미세패턴이 인장되기 전에 광원의 각 또는 관찰각에 따라 달라지는 초기 구조색을 파악하고, 초기 구조색을 기초로 유연 기판의 신장에 따른 구조색 센서의 구조색 변화로부터 유연 기판의 인장 정도를 파악할 수 있도록 하여, 광원의 각 또는 관찰각의 변화에도 센싱 정확도를 높일 수 있는 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유연 기판에 형성되며 미세패턴에 의해 구조색을 발생시키는 구조색 센서부를 포함하는 센서 모듈; 상기 구조색 센서부를 촬영하여 컬러 영상을 획득하는 영상 모듈; 및 상기 유연 기판이 신장될 때 상기 구조색 센서부의 미세패턴의 간격이 바뀌어 구조색이 바뀌는데, 상기 컬러 영상으로부터 구조색을 분석하여 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 판단 모듈을 포함하는데, 상기 판단 모듈은 광원의 각 또는 상기 영상 모듈의 관찰각에 따라 달라지는 상기 유연 기판이 인장되기 전 초기 구조색을 파악하고, 상기 초기 구조색을 기초로 상기 유연 기판의 신장에 따른 상기 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 가시광선을 발생시켜 상기 구조색 센서부에 입사하도록 설치된 광원 모듈을 더 포함할 수 있다.
여기서, 비유연 기판에 형성되며 상기 구조색 센서부와 동일한 미세패턴이 형성된 기준 센서부를 포함하는 기준 센서 모듈을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 판단 모듈은 상기 기준 센서부의 구조색으로부터 상기 초기 구조색을 파악할 수 있다.
여기서, 상기 유연 기판에는 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부가 형성되고, 상기 판단 모듈은 상기 유연 기판이 신장됨에 따라서 미세패턴의 간격이 큰 구조색 센서에서 미세패턴의 간격이 작은 구조색 센서의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 판단 모듈은 상기 구조색 센서의 미세패턴 간격(d)이 a ≤ d ≤ b 일 때 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는데, 상기 복수의 구조색 센서 중 미세패턴의 간격이 가장 큰 구조색 센서의 미세패턴 간격(d0)은 a ≤ d0 ≤ b 사이에 있고, 나머지 구조색 센서의 미세패턴 간격(dn)은 dn ≤ a 일 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 유연 기판에 형성되며 미세패턴에 의해 구조색을 발생시키는 구조색 센서부를 포함하는 센서 모듈이 인장되기 전, 광원의 각 또는 상기 영상 모듈의 관찰각에 따라 달라지는 초기 구조색을 파악하는 단계; 및 상기 유연 기판이 신장될 때 구조색 센서부의 미세패턴의 간격이 바뀌어 구조색이 바뀌는데, 상기 초기 구조색을 기초로 상기 유연 기판의 신장에 따른 상기 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 비유연 기판에 형성되며 상기 구조색 센서부와 미세패턴 간격이 동일한 미세패턴이 형성된 기준 센서부에 대하여, 상기 기준 센서부의 구조색으로부터 상기 초기 구조색을 파악할 수 있다.
여기서, 상기 유연 기판에는 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부가 형성되고, 상기 유연 기판이 신장됨에 따라서 미세패턴의 간격이 큰 구조색 센서부에서 미세패턴의 간격이 작은 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법에 따르면 광원의 각 또는 관찰각의 변화에도 센싱 정확도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조색을 이용한 센서의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 관찰각에 따라서 구조색이 변함을 보여주는 실험 사진이다.
도 3은 소정의 미세패턴에 대하여 관찰각 및 광원의 각에 따른 초기 구조색 및 초기 구조색에 따라 미세패턴에 인장력이 가해졌을 때의 구조색의 변화를 함께 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1과 다른 실시예의 센서 모듈 및 기준 센서 모듈을 도시하고, 도 5는 이에 따라 실제 실험을 위해 제작된 실물 사진이다.
도 6은 도 5에서 초기 구조색 및 유연 기판에 인장력이 가해졌을 때의 구조색의 변화를 실험한 결과를 도시한다.
도 7은 도 1과 또 다른 실시예의 센서 모듈의 실물 사진 및 인장력에 의한 구조색의 변화를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법의 순서도이다.
도 9는 도 7과 같이 복수의 구조색 센서부가 형성된 센서 모듈에 대하여 센싱 순서를 도시하는 도면이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 구조색을 이용한 센서 및 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조색을 이용한 센서의 개략적인 구성을 도시하는 도면이고, 도 2는 관찰각에 따라서 구조색이 변함을 보여주는 실험 사진이고, 도 3은 소정의 미세패턴에 대하여 관찰각 및 광원의 각에 따른 초기 구조색 및 초기 구조색에 따라 미세패턴에 인장력이 가해졌을 때의 구조색의 변화를 함께 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1과 다른 실시예의 센서 모듈 및 기준 센서 모듈을 도시하고, 도 5는 이에 따라 실제 실험을 위해 제작된 실물 사진이고, 도 6은 도 5에서 초기 구조색 및 유연 기판에 인장력이 가해졌을 때의 구조색의 변화를 실험한 결과를 도시하고, 도 7은 도 1과 또 다른 실시예의 센서 모듈의 실물 사진 및 인장력에 의한 구조색의 변화를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구조색을 이용한 센서는 센서 모듈, 영상 모듈(110), 판단 모듈(130)을 포함할 수 있다. 또한, 광원 모듈(120)을 더 포함할 수 있다.
센서 모듈은 외부에서 가해지는 힘, 열, 습도, 등의 물리량의 변화에 의해 늘어나거나 수축하며 변형되는 유연성을 갖는 유연 기판(100)에 구조색 센서부(105)가 형성된 형태로 형성될 수 있다. 구조색 센서부(105)는 유연 기판(100)의 표면에 소정의 주기를 갖는 미세패턴으로 형성되되, 상기 미세패턴에 의해 구조색을 발생시킨다. 구조색을 발생시키는 미세패턴의 간격(d)은 대략 300nm ≤ d ≤ 800nm로 알려져 있다.
미세패턴은 일정한 간격의 격자 형태로 배치된 다수의 나노 또는 마이크로 스케일의 홈 또는 일정한 간격의 격자 형태로 배치된 다수의 돌출된 나노 또는 마이크로 스케일의 구조체일 수 있으나, 구조색을 발생시킬 수 있다면 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유연 기판(100)은 고분자 기판일 수 있다. 일 예로, 유연 기판(100)은 PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), PET(Polyethylene Terephthalate), 하이드로겔(hydrogel) 및 에코플렉스(ecoflex) 중 적어도 하나를 포함하는 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
유연 기판(100)은 외력 또는 외부 환경에 의해 변형될 수 있고, 예를 들어 제1 방향 및 제2 방향 중 적어도 하나의 방향으로 변형될 수 있다. 즉, 유연 기판(100)은 제1 방향, 예를 들어 X방향으로만 변경되거나, 제2 방향, 예를 들어 Y방향으로만 변경되거나, 또는 제1 방향 및 제2 방향으로 동시에 변형될 수 있다. 이때, 제1 방향 및 제2 방향은 동일 편면상에 서로 교차하는 방향으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 유연 기판(100)의 일부분은 제1 방향의 양의 방향, 예를 들어 X축 좌표에서 오른쪽 방향으로 스트레인이 인가되고, 상기 유연 기판(100)의 다른 부분은 제1 방향의 음의 방향, 예를 들어 X축 좌표에서 왼쪽 방향으로 스트레인이 인가되어, 상기 유연 기판(100)에는 전단 변형(shear deformation)이 가해질 수도 있다.
구조색 센서부(105)는 유연 기판(100)에 일체로 형성될 수 있다. 또는, 유연 기판(100)과 별도로 제작되어 유연 기판(100)에 고정될 수도 있다. 단, 구조색 센서부(105)가 별도로 제작되어 유연 기판(100)에 고정되는 경우 유연 기판(100)이 신장될 때 구조색 센서부(105)도 함께 신장되어야 한다.
구조색 센서부(105)는 유연 기판(100)의 상측면 일부에 형성될 수도 있고, 유연 기판(100) 상측 전체면에 형성될 수도 있다.
구조색 센서부(105)는 미세패턴 사이의 간격의 변화에 의해 구조색의 색상이 변한다. 따라서, 구조색의 색상을 측정하여 유연 기판(100)을 신장 또는 수축시키는 물리력을 센싱할 수 있다.
유연 기판(100)이 외부의 온도에 따라서 신장 또는 수축 된다면 본 발명에 따른 센서는 온도 센서로 사용될 수 있고, 유연 기판(100)이 외부의 습도에 따라서 신장 또는 수축된다면 본 발명에 따른 센서는 습도 센서로 사용될 수 있고, 유연 기판(100)이 외부의 힘에 의해 신장 또는 수축된다면 본 발명에 따른 센서는 스트레인 센서로 사용될 수 있다.
영상 모듈(110)은 센서 모듈 상측에 배치되어 구조색을 발생시키는 구조색 센서부(105)를 촬영하여 컬러 영상을 획득한다. 영상 모듈(110)은 촬영된 영상을 디지털 이미지로 생성하는 디지털 카메라일 수 있다. 영상 모듈(110)에서 촬영된 영상 이미지는 판단 모듈(130)로 전송되어 분석될 수 있다.
광원 모듈(120)은 센서 모듈 상측에 배치되어 가시광선을 발생시켜 구조색 센서부(105)를 향하여 조사할 수 있다.
판단 모듈(130)은 영상 모듈(110)이 획득한 컬러 영상으로부터 구조색의 색상을 분석하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단한다. 판단 모듈(130)은 연장 장치, 저장 장치, 메모리 등으로 구성된 마이크로 프로세서 또는 컴퓨터일 수 있다.
구조색은 규칙적인 미세패턴을 이용하여 염료나 색소 없이도 색을 구현하는 것인데, 일반적으로 미세패턴의 간격(주기)에 의해 구조색의 색상이 결정된다. 따라서, 유연 기판(100)이 변형되어 미세패턴의 주기가 바뀌어 구조색이 바뀌는 것을 감지하여 인장력 등과 같이 유연 기판(100)의 변형 요인이 되는 물리력을 센싱할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 동일한 미세패턴에 대해서 관찰각에 따라서 구조색의 색상이 달라진다. 또한, 광원 모듈(120)에 의해 구조색 센서부(105)를 향하여 가시광선이 조사되는 각도인 광원의 각에 따라서도 구조색의 색상이 달라진다.
보다 자세히는, 상기 구조색이 달라지는 것은 아래의 식에 의해 두 각의 sine 값의 함에 의해 결정된다.
△λ = nd(sinΘ1 + sinΘ2)
여기서, λ는 구조색의 파장, n은 패턴의 굴절율, d는 미세패턴의 간격(주기)이다.
이에, 본 발명에서 판단 모듈(130)은 구조색 센서부(105)를 향하여 빛이 조사되는 광원의 각 또는 영상 모듈(110)의 관찰각에 따라 달라지는 구조색의 변화를 고려하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단하도록 하여 센싱 정확도를 더욱 높일 수가 있다.
소정의 패턴 주기를 가지는 구조색 센서부(105)에 대하여 광원의 각과 관찰각 및 인장에 따른 구조색 색상의 변화는 해석적 또는 실험적으로 도 3에 도시된 것과 같이 구할 수 있다.
유연 기판(100)의 인장이 없을 경우 각도(보다 구체적으로는 sinΘ1 + sinΘ2)에 따른 변화는 도 3에서 X 축 선상이 변화를 보여준다. 임의의 각도(sinΘ1 + sinΘ2)에 따른 초기 구조색이 정해지면 유연 기판(100)이 인장되어 구조색 센서부(105)의 미세패턴이 변형될 때 초기 구조색 지점에서 Y축 방향으로 구조색의 색상이 변한다. 예를 들어, 도 3에서 임의의 각도(sinΘ1 + sinΘ2)에 따른 초기 구조색이 A와 B의 교차지점의 색깔이라면, 이후 유연 기판(100)이 인장될 때 구조색의 변화는 A와 B의 교차지점에서 B 방향으로 구조색의 색상이 점차로 변하게 된다. 따라서, 판단 모듈(130)은 도 3과 같은 구조색 색상 분포에 관한 데이터를 가지고 초기 구조색 색상을 고려하여 유연 기판이 인장될 때의 구조색의 변화에 따른 유연 기판(100)의 인장 정도를 파악할 수 있다.
본 발명에서는 관찰각과 광원의 각이 각각 정확하게 몇 도인지 파악하지 않고서도, 유연 기판(100)이 변형되지 않았을 때의 초기 구조색을 파악하여, 관찰각 또는 광원의 각에 따라 바뀌는 구조색의 영향을 반영하도록 하여, 센싱 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구조색을 이용한 센서는 비유연 기판(200)에 형성되며 구조색 센서부(105)와 동일한 간격의 미세패턴이 형성된 기준 센서부(205)를 포함하는 기준 센서 모듈을 더 포함할 수 있다. 기준 센서 모듈은 센서 모듈 일측에 형성되거나 구조색 센서부(105)가 형성되지 않은 유연 기판(100) 상측에 형성될 수 있는데, 기준 센서부(205)는 인장력 등에 의해 변형되지 않는 비유연 기판(200)에 형성되므로, 유연 기판(100)이 신장되어 변형되는 것과 상관 없이 기준 센서부(205)의 미세패턴은 변형되지 않는다. 따라서, 영상 모듈(110)은 기준 센서부(205)의 영상과 구조색 센서부(105)의 영상을 각각 촬영하고, 판단 모듈(130)은 기준 센서부(205)의 영상으로부터 초기 구조색을 파악하고, 구조색 센서부(105)의 영상의 구조색으로부터 도 3에 따라 초기 구조색이 반영된 인장의 정도를 센싱할 수가 있다.
여기서, 비유연 기판(200)은 실리콘 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6의 우측은 도 5의 센서 모듈 및 기준 센서 모듈에 대하여 인장력이 가해졌을 때의 구조색의 변화를 도시한다.
삼각형 모양의 구조색 센서부(105) 양측에 11자 형태의 기준 센서부(205)가 형성된다. 이때, 구조색 센서부(105)가 변형되기 전 구조색 센서부(105)의 미세패턴과 기준 센서부(205)의 미세패턴을 동일하다. 따라서, 인장력이 0%인 X 축 상에 도시된 결과에서는 구조색 센서부(105)의 구조색과 기준 센서부(205)의 구조색이 동일함을 확인할 수 있다. 단, X축상의 위치에 따라서 관찰각 또는 광원의 각이 다르게 하여 구조색을 측정한 것이므로 보라색, 하늘색, 초록색, 노란색 순으로 구조색의 색깔이 달라짐을 확인할 수 있다.
관찰각 및 광원의 각이 고정된 상태에서 유연 기판(100)을 신장하더라도 비유연 기판(200)에 형성된 기준 센서부(205)는 변형되지 않으므로 Y축 방향으로 기준 센서부(205)의 구조색은 동일함을 확인할 수 있다. 또한, 임의의 관찰각 및 광원의 각이 고정된 상태에서 유연 기판(100)을 신장하면, Y축 방향으로 삼각형 모양의 구조색 센서부(105)의 구조색이 바뀜을 확인할 수 있다. 상기 기준 센서부(205) 및 구조색 센서부(105)의 구조색의 변화는 우측에 도시된 그래프의 색상과 일치함을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 모듈을 도시한다. 본 실시예에서는 유연 기판(100)에 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)가 형성된다. 예를 들어, 도면에서는 삼각형, 원형, 사각형의 3 개의 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)가 구분 형성되는데, 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)의 모양 및 개수는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 복수의 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)는 모두 미세패턴의 간격이 다르게 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 7에서는 삼각형의 구조색 센서부(105a)의 미세패턴 간격이 가장 크고, 다음 원형의 구조색 센서부(105b), 사각형의 구조색 센서부(105c)의 순으로 미세패턴의 간격이 작아지게 형성된다.
이 경우, 유연 기판(100)이 인장됨에 따라서 판단 모듈(130)은 삼각형, 원형, 사각형의 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)의 구조색을 순차적으로 분석하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단한다.
미세패턴의 간격(d)이 소정의 범위 내(a ≤ d ≤ b)에 있을 때에만 판단 모듈(130)이 구조색을 이용하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단할 수 있다. 즉, d < a 이거나, b < d 인 경우에는 자외선 또는 적외선 파장의 구간이어서 구조색이 발생되지 않거나 구조색으로부터 유연 기판(100)의 인정 정도를 식별하기가 불가능한 구간일 수 있다.
이에, 삼각형의 구조색 센서부(105a)의 미세패턴의 간격(d0)은 (a ≤ d ≤ b)에 있도록 하여 유연 기판(100)이 신장되어 미세패턴의 간격이 커지더라도 미세패턴의 간격이 b 보다 작은 구간에서는 삼각형의 구조색 센서부(105a)의 구조색을 분석하여 인장 정도를 판단한다. 유연 기판(100)이 신장함에 따라서 원형의 구조색 센서부(105b)의 미세패턴의 간격도 삼각형의 구조색 센서부(105a)와 함께 커지게 되는데, 최초 a보다 작은 크기의 간격을 가진 원형의 구조색 센서부(105b)의 미세패턴의 간격은 a에 도달하게 되고, 이후 판단 모듈(130)은 삼삭형의 구조색 센서부(105a)가 아닌 원형의 구조색 센서부(105b)의 구조색을 분석하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단할 수 있다. 동일한 원리로, 유연 기판(100)이 더욱 신장됨에 따라서 원형의 구조색 센서부(105b)의 미세패턴의 간격은 b 보다 커지게 되고, 이때 최초 가장 작은 미세패턴 간격을 가진 사각형의 구조색 센서부(105c)의 미세패턴 간격이 a에 도달하게 되어, 이후 사각형의 구조색 센서부(105)의 구조색을 이용하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단할 수 있다.
이와 같이, 유연 기판(100)에 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)를 형성시키고, 판단 모듈(130)은 유연 기판(100)이 신장됨에 따라서 미세패턴의 간격이 큰 구조적 센서부(105a)에서 미세패턴의 간격이 작은 구조색 센서부(105b, 105c)의 순으로 순차적으로 구조색을 분석하여 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단하도록 하여, 인장 정도를 판단할 수 있는 범위, 즉 센싱 범위를 확대시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법의 순서도이고, 도 9는 도 7과 같이 복수의 구조색 센서부(105)가 형성된 센서 모듈에 대하여 센싱 순서를 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법은 유연 기판(100)에 형성되며 미세패턴에 의해 구조색을 발생시키는 구조색 센서부(105)를 포함하는 센서 모듈이 인장되기 전, 판단 모듈(130)이 광원의 각 또는 상기 영상 모듈(110)의 관찰각에 따라 달라지는 초기 구조색을 파악하는 단계(S310) 및 유연 기판(100)이 신장될 때 상기 초기 구조색을 기초로 상기 유연 기판(100)의 신장에 따른 상기 구조색 센서부(105)의 구조색 변화로부터 유연 기판(100)의 인장 정도를 판단하는 단계(S320)를 포함할 수 있다.
이때, 도 4 내지 도 6을 참조로 설명한 것과 같이 비유연 기판(200)에 형성되며 구조색 센서부(105)와 미세패턴 간격이 동일한 미세패턴이 형성된 기준 센서부(205)에 대하여, 기준 센서부(205)의 구조색으로부터 초기 구조색을 파악할 수 있다.
또한, 도 7에서와 같이 유연 기판(100)에는 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부(105a, 105b, 105c)가 형성되는 경우, 유연 기판(100)이 점차적으로 인장됨에 따라서 판단 모듈(130)은 유연 기판(100)이 인장되는 최초 소정의 범위에서는 미세패턴의 간격이 가장 큰 제1 구조색 센서부(105)의 구조색으로부터 인장 정도를 판단하고(S410), 유연 기판(100)이 인장되는 다음 소정의 범위에서는 제1 구조색 센서부(105)보다 미세패턴의 간격이 작은 제2 구조색 센서부(105)의 구조색으로부터 인장 정도를 판단하고(S420), 유연 기판(100)이 인장되는 그 다음 소정의 범위에서는 제2 구조색 센서부(105)보다 미세패턴의 간격이 작은 제3 구조색 센서부(105)의 구조색으로부터 인장 정도를 판단(S430)하도록 하여, 센싱 범위를 확대시킬 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 유연 기판
105: 구조색 센서부
110: 영상 모듈
120: 광원 모듈
130: 판단 모듈
200: 비유연 기판
205: 기준 센서부

Claims (9)

  1. 유연 기판에 형성되며 미세패턴에 의해 구조색을 발생시키는 구조색 센서부를 포함하는 센서 모듈;
    상기 구조색 센서부를 촬영하여 컬러 영상을 획득하는 영상 모듈; 및
    상기 유연 기판이 신장될 때 상기 구조색 센서부의 미세패턴의 간격이 바뀌어 구조색이 바뀌는데, 상기 컬러 영상으로부터 구조색을 분석하여 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 판단 모듈을 포함하는데,
    상기 판단 모듈은 광원의 각 또는 상기 영상 모듈의 관찰각에 따라 달라지는 상기 유연 기판이 인장되기 전 초기 구조색을 파악하고, 상기 초기 구조색을 기초로 상기 유연 기판의 신장에 따른 상기 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    가시광선을 발생시켜 상기 구조색 센서부에 입사하도록 설치된 광원 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    비유연 기판에 형성되며 상기 구조색 센서부와 동일한 미세패턴이 형성된 기준 센서부를 포함하는 기준 센서 모듈을 더 포함하는 구조색을 이용한 센서.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 판단 모듈은 상기 기준 센서부의 구조색으로부터 상기 초기 구조색을 파악하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 유연 기판에는 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부가 형성되고,
    상기 판단 모듈은 상기 유연 기판이 신장됨에 따라서 미세패턴의 간격이 큰 구조색 센서에서 미세패턴의 간격이 작은 구조색 센서의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 판단 모듈은 상기 구조색 센서의 미세패턴 간격(d)이 a ≤ d ≤ b 일 때 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는데,
    상기 복수의 구조색 센서 중 미세패턴의 간격이 가장 큰 구조색 센서의 미세패턴 간격(d0)은 a ≤ d0 ≤ b 사이에 있고, 나머지 구조색 센서의 미세패턴 간격(dn)은 dn ≤ a 인 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서.
  7. 유연 기판에 형성되며 미세패턴에 의해 구조색을 발생시키는 구조색 센서부를 포함하는 센서 모듈이 인장되기 전, 광원의 각 또는 상기 영상 모듈의 관찰각에 따라 달라지는 초기 구조색을 파악하는 단계; 및
    상기 유연 기판이 신장될 때 구조색 센서부의 미세패턴의 간격이 바뀌어 구조색이 바뀌는데, 상기 초기 구조색을 기초로 상기 유연 기판의 신장에 따른 상기 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    비유연 기판에 형성되며 상기 구조색 센서부와 미세패턴 간격이 동일한 미세패턴이 형성된 기준 센서부에 대하여, 상기 기준 센서부의 구조색으로부터 상기 초기 구조색을 파악하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 유연 기판에는 미세패턴의 간격이 다른 복수의 구조색 센서부가 형성되고,
    상기 유연 기판이 신장됨에 따라서 미세패턴의 간격이 큰 구조색 센서부에서 미세패턴의 간격이 작은 구조색 센서부의 구조색 변화로부터 상기 유연 기판의 인장 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 구조색을 이용한 센서의 센싱 방법.
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