WO2017052254A1 - 웨어러블 디바이스 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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WO2017052254A1
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서인용
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주식회사 아모그린텍
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Definitions

  • the present invention relates to a wearable device, and more particularly, a wearable device capable of improving flexibility, resilience, waterproofness, and breathability by using a wearable flexible printed circuit board having a circuit pattern formed on a fibrous web in which fibers are accumulated. And a method for producing the same.
  • the wearable device may be worn on a body while performing a smart function and is a general term for electronic devices that input, output, and process information.
  • the wearable device is implemented as a form worn on the body because it is not enough to carry it by hand, and can be applied to products that can be part of the body, and basically wearable accessories such as shirts, pants, glasses, bracelets, watches, It can be applied to various products such as shoes.
  • Typical smart watches and smart glasses include smart watches, which perform the functions of a watch worn on the wrist, enable phone functions as a mobile phone, and implement various smart functions such as text messages, email, and web surfing.
  • Smart glasses include glasses, cameras and video viewing.
  • the wearable device is an electronic device, a wearable printed circuit board is required and its performance affects product characteristics.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2015-0089283 includes a communication unit for communicating with at least one external device; A memory for storing at least one of a captured image and a detected sound; A biometric information detection unit detecting biometric information from a user's body; A wearable terminal is disclosed that includes a control unit for controlling the communication unit to transmit at least one of the stored image and sound to the external device according to the detected biometric information, but electrically connects a communication unit, a biometric information detection unit, and a control unit. There is no specific description of a printed circuit board.
  • Korean Patent Publication No. 10-1139970 discloses a step of forming a circuit pattern on a seed layer formed on a flexible insulating substrate; Applying a first photosensitive material on the circuit pattern; Exposing and developing the first photosensitive material to form a protective pattern on the circuit pattern; Etching the seed layer; And a fifth step of peeling the protective pattern, wherein the first photosensitive material is a flexible printed circuit board as a method of manufacturing a flexible printed circuit board. Since the member is a flexible insulating substrate such as a polyimide film, there is no restoring property of being folded or folded and then unfolded, and it may not have breathability and may have inconvenience in wearing, thereby lowering the characteristics of the wearable device.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a wearable device which can be worn on a body using a wearable flexible printed circuit board having excellent elasticity, and a method of manufacturing the same.
  • Another object of the present invention is a wearable device having excellent flexibility, resilience, waterproofness and breathability by using a wearable flexible printed circuit board having a circuit pattern formed on a fibrous web having a plurality of pores formed by accumulating nano-sized fibers in a device. It is to provide a manufacturing method.
  • a wearable device includes: a wearable flexible printed circuit board having a circuit pattern formed on a base substrate having flexibility, breathability, and waterproof characteristics; And a function module mounted on the wearable flexible printed circuit board.
  • the wearable flexible printed circuit board may include a base substrate formed of a fibrous web formed by being integrated by spun polymer fibers; And a circuit pattern formed on the base substrate.
  • the fibrous web may have a plurality of pores.
  • the circuit pattern may be formed on polymer fibers and pores of the fibrous web or on fibers of the fibrous web.
  • the circuit pattern may be a conductive paste printed on the fibrous web, and the conductive paste may be an Ag paste or a Cu paste.
  • the porosity of the fiber web is 40 to 80%, the diameter of the polymer fiber may be 3 ⁇ m or less.
  • the circuit patterns formed on the upper and lower surfaces may not be energized with each other. .
  • the base substrate has a thickness of 5 to 20 ⁇ m, and the circuit pattern formed on the base substrate may be electrically energized up and down.
  • the fibrous web has a three-layered fibrous web structure consisting of an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer, and the fibrous web in the intermediate layer may be thinner than the upper layer and the lower layer, or may be a web of inorganic pores.
  • the fibrous web may be in a non-porous state.
  • the base substrate is a support for strength reinforcement; And a fibrous web laminated on one or both sides of the support.
  • the function module may include at least one of a physical condition measurement function, a wireless communication function, an electronic device control function, an illumination function, a vibration detection function, an ambient sound detection function, a position detection function, a black box function, a heating function, and a motion sensing function. Can be done.
  • the functional module may include at least one active element and at least one passive element.
  • the function module includes a sensor unit; A near field communication module having an antenna pattern and used for near field communication; And a control unit for processing a sensing signal sensed by the sensor unit and wirelessly transmitting the signal to a terminal using a short range communication module.
  • the sensor unit may include at least one of a biosensor for detecting a user's physical condition and an environmental sensor for sensing a surrounding environment.
  • the passive element may be a heater pattern.
  • the wearable device may further include a power module electrically connected to the wearable flexible printed circuit board and applying power to the function module.
  • Method of manufacturing a wearable device for achieving another object of the present invention preparing a functional module; Preparing a wearable flexible printed circuit board including a fiber web formed by accumulating fibers obtained by electrospinning a spinning solution mixed with a polymer and a solvent and a circuit pattern formed on the fiber web; And electrically connecting the functional module to the wearable flexible printed circuit board.
  • the preparing of the wearable flexible printed circuit board may include: forming a base substrate made of a fibrous web by accumulating fibers having a plurality of pores obtained by electrospinning a spinning solution containing a polymer and a solvent; Printing a conductive paste on the fibrous web to form a circuit pattern; And curing the printed conductive paste.
  • the circuit pattern may be formed on the fibers and pores of the fibrous web, or on the fibers of the fibrous web.
  • the spinning solution may be electrospun in a humidity environment of 60 to 80% to accumulate the corrugated fibers to form a base substrate made of a fibrous web.
  • the spinning solution may be electrospun in a humidity environment of 60% or less to accumulate the linear fibers to form a base substrate made of a fibrous web.
  • a wearable device capable of improving wearability of a body by using a wearable flexible printed circuit board having excellent elasticity may be implemented.
  • a wearable flexible printed circuit board included in a wearable device is formed by forming a circuit pattern on a fibrous web formed by accumulating fibers, and has excellent bending characteristics as compared to a polyimide film used in a general flexible printed circuit board.
  • the polyimide film may have restoring properties that are not present in the polyimide film (which can be returned to its original flat state even when folded or wrinkled).
  • a wearable flexible printed circuit board having a circuit pattern formed on a fibrous web having a plurality of pores formed by accumulating nano-sized fibers is applied to a wearable device, thereby improving flexibility, waterproofness, resilience, and breathability of the device. Can be.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a wearable device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram of a wearable device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view of a smart garment equipped with a wearable device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view of a smart glasses equipped with a wearable device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the coupled state of the wearable device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a coupled state of a wearable device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of another coupling state of the wearable device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart of a method of manufacturing a wearable device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart of a method of manufacturing a wearable device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a conceptual cross-sectional view for explaining a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual cross-sectional view for explaining a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual cross-sectional view illustrating a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a wearable device implemented using a wearable flexible printed circuit board according to the present invention
  • FIG. 14 is a schematic view illustrating an electrospinning apparatus for manufacturing a fibrous web used in a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention
  • 15 is a flow chart of a manufacturing method of a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention.
  • 16A and 16B are conceptual cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention
  • FIG. 17 is a schematic view for explaining a state in which a circuit pattern is formed in a fiber web according to the present invention.
  • 19 is a view for explaining a method for forming a fibrous web having pleated fibers applied to a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention
  • 20 is a SAM photograph of a fiber web having a pleated fiber applied to a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention
  • 21 is a sample photograph of a wearable flexible heater implemented using a wearable flexible printed circuit board according to the present invention.
  • 22 is a cross-sectional view showing a base substrate that can be applied to a wearable flexible printed circuit board according to the present invention
  • FIG. 23 is a SAM photograph showing an enlarged view of a wearable flexible printed circuit board according to the present invention.
  • FIG. 24 is a SAM photograph showing an enlarged portion of a conductive circuit pattern printed on a wearable flexible printed circuit board according to the present invention.
  • 25 is a SAM photograph showing a magnified image of a conductive circuit pattern printed on a wearable flexible printed circuit board according to the present invention.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a laminated structure when a wearable flexible printed circuit board according to the present invention is applied to a smart garment.
  • the wearable device 400 may, for example, measure a physical condition, a wireless communication function, an electronic device control function, an illumination function, a vibration detection function, and an ambient sound detection function.
  • the function module 70 may include at least one active electronic component and at least one passive electronic component according to a function of the module, and may include only passive electronic components.
  • the circuit pattern formed on the fibrous web of the printed circuit board 100 serves to interconnect the active electronic components and the passive electronic components. Details thereof will be described later.
  • the wearable device of the present invention may be equipped with a wearable flexible printed circuit board 100 having excellent elasticity to improve body wear characteristics, and may be integrated with clothing, hats, shoes, and the like.
  • the wearable flexible printed circuit board 100 performs a function of a base board or a connector in which electrical wires for input / output of signals and power supply inside and outside the function module 70 are formed.
  • the wearable device is, for example, smart shirts, polo tech shirts, smart socks, smart suits, navigation jackets, smart shoes, body size measuring clothing, hug jackets, beautiful baby monitors, lifetech jackets, fever jackets, fever insoles, cycles. It can be applied as a device for driving a wearable article such as a jacket.
  • the wearable device of the present invention is not limited to the example described above, and may be applied to all cases using the wearable flexible printed circuit board 100.
  • the wearable device includes a wearable flexible printed circuit board 100 having a circuit pattern 120 formed on a fibrous web 110 having a plurality of pores formed by accumulating nano-sized fibers, thereby providing flexibility, waterproofness, resilience, and breathability. This excellent device can be implemented.
  • the function module 70 may include, for example, a physical state measurement function, a vibration detection function, an ambient sound detection function, a motion sensing function, an environmental sensing function for sensing an ambient environment such as temperature, humidity, gas, illuminance, wireless communication function, This module performs one of NFC tag function, electronic device control function, lighting function, heat generation function, position sensing function, black box function, or a combination thereof.
  • the function module 70 of the present invention is not limited to the above example, but may be applied to various cases using the wearable flexible printed circuit board 100.
  • the smart shirt is a shirt that can measure the heart rate, body temperature, blood pressure, respiration, heart rate, electrocardiogram, etc., can be implemented using a functional module having a physical state measuring function of the present invention
  • the polo tech shirt of the wearer A shirt that measures movement, heart rate, breathing, energy output, and stress levels and transmits them to a smartphone via Bluetooth.It is equipped with a function module including a body state measuring function and a wireless communication function of the wearable device to perform the function of the shirt. can do.
  • smart socks are socks that can calculate the number of steps, speed, calories burned by analyzing the degree of load on the foot, and smart suit inserts NFC tag inside the suit pocket.
  • a suit that can automatically control the operation of the phone, such as screen unlock, etiquette mode, business card transfer, access control, etc.
  • the navigation jacket is a jacket that tells the way with LED and vibration
  • the smart shoes is a navigation shoe that shows the way with vibration
  • the body size measuring clothing is a garment that measures the body value when worn and the body size that is collected. It's a garment that helps you make the right shopping, and the Hug Jacket is a jacket that gives your connected jacket a swell like a balloon when you touch a dedicated app.
  • the beauty baby monitor is a device that monitors not only the baby's breathing but also skin temperature, posture, and activity status, and transmits the sound and environmental information of the child and surroundings together. It is a jacket with a heating function, a black box function, a distress signal transmission function, etc. for the purpose of maintaining the body by overcoming the external situation, the heating jacket and insole are the heat-generating jacket and insole, and the cycle jacket is the direction to lift the arm The jacket can control the blinking indicator.
  • the wearable device of the present invention may be applied to implement such a wearable article.
  • the wearable device 500 includes a function module 70; A power module 300 for applying power to the function module 70; And a wearable flexible printed circuit board 100 electrically connecting the function module 70 and the power module 300 to each other.
  • an electrical connection structure may be implemented in which the function module 70 and the power module 300 are mounted on the wearable flexible printed circuit board 100, or the wearable flexible printed circuit board 100 may be connected to the function module 70 and the power module.
  • An electrical connection structure fixed to 300 may be achieved.
  • the power module 300 may apply a flexible battery having a thin structure.
  • the smart clothing 600 (FIG. 3) and the smart glasses 700 (FIG. 4) may also be implemented by applying the wearable devices 400 and 500 of the first and second embodiments.
  • the functional module 70 may be mounted and integrated on the wearable flexible printed circuit board 100 in the wearable device of the first embodiment, and in the wearable device of the second embodiment, the function module is integrated.
  • the 70 and / or the power module 300 may be mounted on the wearable flexible printed circuit board 100 to be integrated, and the function module 70 and the power module 300 may be formed on the wearable flexible printed circuit board 100. Electrical connection may be made via conductive vias (not shown).
  • the wearable flexible printed circuit board 100 may be formed on the fiber web 110 serving as the base substrate and the electronic components formed on the fiber web 110 to form the functional module 70. It consists of a circuit pattern 120.
  • At least one functional module 70 is coupled to one surface of the fibrous web 110 of the wearable flexible printed circuit board 100 and functions by a circuit pattern 120 as shown in FIG. 5.
  • Module 70 may be implemented in a coupling structure electrically connected.
  • the power module 300 is coupled to the fiber web 110 of the wearable flexible printed circuit board 100, and the circuit pattern 120 and the power module 300 are electrically conductive vias. It may be implemented as a coupling structure electrically connected by (not shown), or as shown in Figure 7, the functional module 70 is coupled to one surface of the fiber web 110 of the wearable flexible printed circuit board 100 and the fiber web 110 Power module 300 is coupled to the other surface of the) and can be implemented in a coupling structure electrically connected to the function module 70 and the power module 300 by the circuit pattern 120.
  • a functional module 70 is prepared (S300), and the spinning solution obtained by mixing the fiber-forming polymer material and the solvent is electrospun.
  • a wearable flexible printed circuit board 100 including a fibrous web 110 formed by accumulating polymer fibers and serving as a base substrate and a circuit pattern 120 formed on the fibrous web is prepared (S310). Thereafter, a process of electrically connecting the functional module to the wearable flexible printed circuit board (S320) is performed.
  • a functional module 70 and a power module 300 for supplying power to the functional module are prepared 100, and wearable flexible printing.
  • the wearable flexible printed circuit board 100 applied to the present invention includes a fibrous web 110 in which fibers obtained by electrospinning a spinning solution mixed with a fiber-forming polymer material and a solvent are accumulated and used as a base substrate. ); And a circuit pattern 120 formed on the fiber web 110.
  • the fibrous web 110 is made by accumulating polymer fibers, the fiber web 110 has superior bending characteristics as compared to polyimide films used in general flexible printed circuit boards (FPCBs), and is not folded or wrinkled in polyimide films. There is a recovery characteristic that can be returned to its original flat state.
  • FPCBs general flexible printed circuit boards
  • the wearable flexible printed circuit board 100 of the present invention since the circuit patterns 120 and 121 are formed on the surface of the fiber 210 constituting the fiber web 110, each fiber As shown in FIG. 11, when the fibrous web 110 is bent due to the superior flexibility of the 210 and the portion where the circuit patterns 120 and 121 are not formed, the circuit pattern 120 formed on the fiber is also bent and flexible. Will have In addition, the printed circuit board 100 of the present invention may have a minimum recovery characteristic required for the wearable flexible printed circuit board 100 after being folded or creased because a plurality of fibers 210 are randomly accumulated.
  • the fibrous web 110 is a web-shaped sheet formed by accumulating the fibers obtained by electrospinning, the thickness t of the fibrous web 110 can be formed to be as thin as possible, so that the ultra-thin device, the wearable device, and the like. Applicable for future-oriented devices.
  • the fibrous web 110 is a sheet of a web structure formed by accumulating fibers obtained by electrospinning a spinning solution in which a fiber moldable polymer material and a solvent are mixed, the thickness t of the fibrous web 110 is as thin as possible.
  • the fiber web 110 can be used as a base substrate of the wearable flexible printed circuit board 100, and thus can be applied to futuristic devices such as ultra-thin devices and wearable devices.
  • the wearable device may be applied to health care clothing, entertainment clothing, environmental clothing, military special clothing, and the like.
  • the fibrous web 110 may be obtained by electrospinning the spinning solution to have a diameter of, for example, 400 nm to 3 ⁇ m, and the thickness of the fibrous web 110 is 0.005 mm to 5 mm, preferably. Preferably it may be implemented in the range of 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the fibrous web 110 may be formed in a state having a plurality of pores or in an inorganic pore state by the fibers obtained by electrospinning falling and accumulating.
  • the fibrous web 110 may be formed in a porous membrane state or a non-porous film state having a plurality of fine pores 211, as the fibers obtained by electrospinning are dropped and accumulated, as shown in FIGS. 17 and 18.
  • the fibrous web 110 has a plurality of pores 211, it is possible to impart breathability to the wearable flexible printed circuit board, so that the wearable flexible printed circuit board may be worn on the human body and various parts of the electronic device. It has the optimal function and structure to be applied to the printed circuit board required to configure the circuit by interconnecting the circuits.
  • the wearable flexible printed circuit board of the present invention having a breathable to pass the vapor evaporated from the sweat Since it can be released to the outside, it is a printed circuit board having all the flexibility, breathability, and waterproof functions required for a wearable printed circuit board as compared to a conventional flexible printed circuit board without any breathability.
  • the fiber diameter of the fiber of the fiber web 110 can be implemented in a nano size of 3 ⁇ m or less by the electrospinning, the pore size of the fiber web 110 becomes fine, the fiber web 110 is a gas as shown in FIG. Since the liquid passing through and not passing through the liquid may be waterproof and breathable, the wearable flexible printed circuit board of the present invention may be applied to future devices to which the waterproof function is provided.
  • the porosity of the fibrous web 110 according to the invention is preferably 40 to 80%, for example. However, the porosity of the fibrous web 110 may vary greatly depending on the occupancy rate of the conductive circuit patterns 120 and 121 printed on the fibrous web 110.
  • the wearable flexible printed circuit board applied to the present invention has flexibility and breathability, has characteristics of being folded or folded and then restored, and has excellent properties that can be applied to a device to be manufactured in the future by being waterproof. have.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a wearable device implemented using a wearable flexible printed circuit board according to the present invention, wherein the fibrous web 110 is a flat sheet, and the conductive material is formed on the fibrous web 110.
  • the circuit pattern 120 may be formed by patterning the patterns in various patterns.
  • the wearable device of the present invention has a structure in which at least one functional module 70 is mounted on the wearable flexible printed circuit board 100.
  • the function module 70 has a signal processing function, a sensing function, a wireless communication function, and a heating function.
  • the wearable device of the present invention is a wearable flexible printed circuit board having a circuit pattern 120 formed on the fiber web 110, a control unit 130 for performing signal processing and wireless communication functions, and a user used for telemedicine.
  • Sensor unit 140a including at least one of an electrocardiogram and electrocardiogram sensor, a blood glucose / blood pressure sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, a gas sensor, an illuminance sensor, and an infrared sensor to measure heart rate and respiration ,
  • a short range communication module 140b used for short range wireless communication, an antenna pattern 160 used for wireless communication, and a heater pattern 150 for generating heat according to an external environment.
  • Two power terminal terminals Vcc and GND are disposed at one end of the control unit 130 to apply driving power Vcc, and the power terminal terminals Vcc and GND are driven to the rear of the wearable flexible printed circuit board.
  • the power supply module 300 for supplying the power Vcc may be integrally provided.
  • the control unit 130 may be applied to a variety of signal processing apparatus according to the required signal processing amount. Accordingly, since the control unit 130 requires a compact configuration, the control unit 130 may include a RAM temporarily storing data under signal processing and a memory device storing various programs and data, or may be provided separately.
  • control unit 130 performs a wireless communication function for transmitting to the terminal carried by the user when receiving the environmental information sensed by the sensor unit (140a) or bio information about the user's body used for telemedicine do.
  • control unit 130 has a communication function for performing near field communication using the near field communication module 140b and the antenna pattern 160.
  • the terminal carried by the user serves as a repeater for transmitting the bio information to a remote server through the mobile communication network.
  • the control unit 130 supplies temperature to the heater pattern 150 based on the detected temperature detected by the temperature sensor to supply power to the heater pattern 150 and maintain a constant temperature. It can play the role of controlling.
  • the wearable device When the wearable device is attached to and used in the garment worn by the user as shown in FIG. 3, the wearable device configures the smart garment 600.
  • various electronic components such as the control unit 130, the sensor unit 140a, and the near field communication module 140b are connected to the conductive circuit pattern 120 of the printed circuit board, and the antenna pattern 160 and the heater pattern.
  • 150 is directly formed using a method of printing a conductive paste on the fibrous web 110.
  • Short range communication technology applied to the near field communication module 140b may include Near Field Communication (NFC), Bluetooth Communication, Radio Frequency Identification (RFID) Communication, and Infrared Data Association (IrDA).
  • NFC Near Field Communication
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB Ultra Wideband communication and ZigBee communication may be used.
  • the wearable device may include an active electronic component in a wearable flexible printed circuit board as shown in FIG. 13, and may include only a passive electronic component without the active electronic component.
  • a heater pattern 150 is formed by printing a conductive paste on a fibrous web 110 using a screen printing process, and a pair of power terminals are provided at both terminals of the heater pattern 150.
  • the terminal can be attached using a conductive adhesive.
  • the wearable flexible heater implemented in this way can be designed in the size and pattern required by the user and embedded in the garment.
  • the wearable flexible heater is inserted into the wearable flexible printed circuit board 100 of the present invention between the lining 300 and the fabric 310 by heating the winter clothing for lamination You can sew.
  • a pair of conductive sensing patterns are formed at intervals by printing a printed circuit board to include a passive electronic component without an active electronic component and form a predetermined region with a conductive paste on the fibrous web 110.
  • the printed circuit board including the sensing pattern may be applied as a biosensor for sensing the heart rate of the user by sewing the inside of the sports wear to contact the user's body.
  • the circuit pattern 120 may be formed with other types of patterns as necessary.
  • the circuit pattern 120 is formed on the fibrous web 110 using various printing methods.
  • the conductive paste may be Ag paste or Cu paste.
  • the fibrous web 110 may be implemented in a single layer structure, or may be implemented in a three-layer fiber web structure consisting of an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer.
  • the fibrous web in the middle layer may be embodied as a web having a thinner diameter than the upper layer and the lower layer, or a web of inorganic pores.
  • the conductive paste when the conductive paste is printed on the upper layer to form the circuit pattern 120, the conductive paste may penetrate into the pores of the upper layer, wherein the relatively small pores defined by the small diameter fibers of the fibrous web of the intermediate layer.
  • the conductive paste penetrated in the upper layer can be prevented from penetrating into the lower layer.
  • the intermediate layer is an inorganic web, it is possible to completely prevent penetration into the lower layer.
  • middle layer is 400-500 nm, and it is preferable that the fiber diameter of an upper layer and a lower layer exceeds 500 nm.
  • the printed conductive paste does not pass from one side of the fibrous web 110 to the other side, it is preferable to have a thickness of about 20 to 100, and in this case, different circuit patterns on the upper side and the lower side. It is possible to form 120.
  • the printed conductive paste passes from one side to the other side to allow up and down energization.
  • the circuit pattern 120 used for a medical patch it is preferable to use a top-down energizing structure.
  • the conductive paste used for the up-and-down energization requires relatively low concentration of the paste, and the conductive Ag and Cu powder need to have a large particle size.
  • Flexible printed circuit boards using a conventional polyimide film as a substrate may not implement a vertical conduction type substrate.
  • FIG. 14 is a schematic view for explaining an electrospinning apparatus for manufacturing a fibrous web applied to a wearable flexible printed circuit board applied to the present invention.
  • a stirring tank 20 for supplying a stirred spinning solution is connected to the spinning nozzle 40 and spaced apart from the spinning nozzle 40.
  • a grounded collector 50 having a conveyor shape moving at a constant speed is disposed, and the spinning nozzle 40 is connected to the high voltage generator.
  • the fiber-forming polymer material and the solvent are mixed with the stirrer 30 to form a spinning solution.
  • the stirrer 30 without mixing in the stirrer 30, it is possible to use a pre-mixed spinning solution before being put into the electrospinning apparatus.
  • the spinning nozzle 40 turns the spinning solution into the ultrafine fibers 210 and spins them onto the collector 50.
  • a plurality of fibers 210 are accumulated to form a nonwoven web of fibers 110.
  • the spinning solution discharged from the spinning nozzle 40 is discharged to the fiber 210 while passing through the spinning nozzle 40 charged by the high voltage generator, so that the conveyor-like grounded collector moves at a constant speed.
  • the fiber 210 is sequentially stacked on top of the 50 to form the fibrous web 110.
  • a fiber web 110 having a desired thickness by accumulating and calendering the fibers 210 obtained by electrospinning a spinning solution mixed with a polymer material and a solvent Forming a base substrate consisting of (S100), by printing a conductive paste on the fiber web to form a circuit pattern (120, 121) (S110). Then, the printed conductive paste is cured (S120).
  • the curing temperature is approximately 150 to 420 ° C., so that the melting point of the polymer constituting the fiber may be considered according to the curing temperature range of the printed conductive paste.
  • a single polymer or a mixed polymer capable of withstanding the curing temperature of the printed conductive paste may be applied.
  • PU polyurethane
  • PAN polyacrylonitrile
  • PES Polyether sulfone
  • FIG. 23 is a SAM photograph of a 3000 times magnification of a fibrous web applied to a wearable flexible printed circuit board of the present invention
  • FIG. 24 is a circuit pattern obtained by screen printing Ag paste on a fibrous web and then sintered at 120 to be disposed on both sides.
  • the spinning solution discharged from the spinning nozzle 40 is discharged to the fiber 210 while passing through the spinning nozzle 40 charged by the high voltage generator, and moves at a constant speed.
  • the fiber web 110 of the S100 process can be formed.
  • the base substrate constituting the wearable flexible printed circuit board is insufficient in strength only with a single layer of the fibrous web 110, as shown in FIG. 26, a nonwoven fabric is used as a support for strength reinforcement, and the first and second sides of the support 110c may be disposed on one or both sides of the support 110c.
  • the second fibrous webs 110a and 110b may be stacked to form a multilayer structure.
  • the conductive paste is printed on the fibrous web 110 to form the circuit pattern 120.
  • the circuit pattern 120 is printed on the fibrous web 110.
  • the conductive paste may be filled in the fibers 210 and the pores 211 of the fibrous web 110 to form a circuit pattern 121.
  • the fibrous web 110 may be The circuit pattern 121 may be formed only on the fiber 210.
  • the radius of rotation of the fibers 210 emitted from this spinning nozzle 40 is related to the humidity environment of electrospinning and the polymer concentration in the spinning solution.
  • the volatilization of the solvent in the fiber 210 discharged from the spinning nozzle 40 is faster, the diameter of the fiber 210 becomes thicker, and is dropped and accumulated with a small rotation radius, thereby forming a corrugated shape. Fiber 210 is accumulated to form a fibrous web 110.
  • the high humidity environment may be set to 60 to 80% of humidity.
  • the low humidity environment may be set to an environment where the humidity is 60% or less, preferably the humidity is 45% or more, less than 60%.
  • the solvent concentration contained in the fiber 210 discharged from the spinning nozzle 40 is low, so that the corrugated fiber 210 is formed, and conversely, when the polymer concentration is low, the fiber The solvent concentration contained in 210 is increased to form a straight fiber 210.
  • the present invention can be applied to a wearable device capable of improving flexibility, resilience, waterproofness, and breathability by applying a wearable flexible printed circuit board having a circuit pattern formed on a fibrous web formed by accumulating fibers.

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Abstract

본 발명은 웨어러블 디바이스 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 웨어러블 디바이스는, 가요성, 통기성 및 방수성 특성을 갖는 베이스 기재에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판; 및 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 실장되는 기능모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨어러블 디바이스 및 그의 제조 방법
본 발명은 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 섬유가 축적되어 형성된 섬유 웹에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 사용하여, 가요성, 복원성, 방수성 및 통기성을 향상시킬 수 있는 웨어러블 디바이스 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 전자업계에서 스마트폰 후속 제품으로 웨어러블 디바이스가 부각되고 있다.
웨어러블 디바이스는 스마트 기능을 수행하면서 신체에 착용이 가능하며, 정보를 입력, 출력, 처리하는 전자기기를 총칭한다.
현재, 세계 웨어러블 디바이스 시장은 초기 단계에 있으나, 관련 연구개발이 가속화되고 글로벌 기업들도 신제품이 속속 출시되고 있으며, 향후 본격적인 시장이 형성되고 급성장할 것으로 예측하고 있다.
웨어러블 디바이스는 손에 들고 다니는 것도 모자라 신체에 착용하는 형태로 구현되는 것으로, 신체의 일부화가 될 수 있는 제품에 적용될 수 있으며, 기본적으로 입을 수 있는 셔츠, 바지, 안경, 팔찌, 시계와 같은 액세서리, 신발 등 다양한 제품으로 적용될 수 있다.
대표적으로 스마트 워치, 스마트 글래스 등을 들 수 있는데, 스마트 워치는 손목에 착용하는 시계의 기능을 수행하며, 휴대폰처럼 전화 기능이 가능하고, 문자 메시지, 이메일, 웹서핑 등 다양한 스마트 기능을 구현할 수 있다. 스마트 글래스는 안경 기능, 카메라 기능 및 영상 시청 기능을 포함하고 있다.
한편, 웨어러블 디바이스는 전자기기이므로, 착용가능한 인쇄회로기판이 요구되고 이의 성능이 제품 특성에 영향을 준다.
한국 공개특허공보 제10-2015-0089283호에는 적어도 하나의 외부기기와 통신을 위한 통신부와; 촬영되는 영상 및 감지되는 소리 중 적어도 하나를 저장하는 메모리와; 사용자의 신체로부터 생체정보를 검출하는 생체정보 검출부와; 상기 검출되는 생체정보에 따라 상기 저장된 영상 및 소리 중 적어도 하나를 상기 외부기기에 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 제어부를 포함하는 웨어러블 단말기가 개시되어 있으나, 통신부, 생체정보 검출부, 제어부 등을 전기적으로 연결하는 인쇄회로기판에 대한 구체적인 기술이 제시되어 있지 않다.
한국 등록특허공보 제10-1139970호에는 연성의 절연기판 상에 형성된 시드층 상에 회로패턴을 형성하는 1단계; 상기 회로패턴 상에 제1감광물질을 도포하는 2단계; 상기 제1감광물질을 노광, 현상하여 상기 회로패턴 상에 보호패턴을 형성하는 3단계; 상기 시드층을 에칭하는 4단계; 및 상기 보호패턴을 박리하는 5단계를 포함하며, 상기 제1감광물질은 액상 또는 필름형 감광제인 것을 특징으로 하는 플렉서블 인쇄회로기판의 제조방법으로 가요성이 있는 인쇄회로기판을 구현할 수 있으나, 베이스 부재가 폴리이미드 필름과 같은 연성의 절연기판이므로, 접히거나 구겨진 후 다시 펴지는 복원 특성이 존재하지 않고, 통기성을 가지지 못하여 착용시 불편함을 가질 수 있으므로, 웨어러블 디바이스의 특성을 저하시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 신축성이 우수한 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 이용하여 신체에 착용할 수 있는 웨어러블 디바이스 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 나노 사이즈의 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 가지는 섬유 웹에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 디바이스에 사용하여 가요성, 복원성, 방수성 및 통기성이 우수한 웨어러블 디바이스 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 웨어러블 디바이스는, 가요성, 통기성 및 방수성 특성을 갖는 베이스 기재에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판; 및 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 실장되는 기능모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은 방사된 고분자 섬유에 의해 집적되어 형성된 섬유 웹으로 이루어진 베이스 기재; 및 상기 베이스 기재에 형성된 회로 패턴;을 포함할 수 있다.
상기 섬유 웹은 다수의 기공을 가질 수 있다.
상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹의 고분자 섬유 및 기공 상에 형성되거나 상기 섬유 웹의 섬유에 형성될 수 있다.
또한, 상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹에 프린팅된 전도성 페이스트이고, 상기 전도성 페이스트는 Ag 페이스트 또는 Cu 페이스트일 수 있다.
상기 섬유 웹의 기공도는 40 내지 80%이고, 상기 고분자 섬유의 직경은 3㎛ 이하일 수 있다.
상기 베이스 기재의 두께가 20 내지 100㎛로 형성되며, 상기 회로 패턴이 베이스 기재의 상측면과 하측면에 각각 형성될 때, 상측면과 하측면에 형성된 회로 패턴은 서로 통전이 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 상기 베이스 기재의 두께가 5 내지 20㎛로 형성되며, 상기 베이스 기재에 형성되는 회로 패턴은 상하 통전이 이루어질 수 있다.
더욱이, 상기 섬유 웹은 상층, 중간층 및 하층으로 이루어진 3층의 섬유 웹 구조이며, 상기 중간층에 있는 섬유 웹은 상층 및 하층보다 섬유의 직경이 가늘거나, 또는 무기공의 웹일 수 있다.
상기 섬유 웹은 무기공 상태일 수 있다.
또한, 상기 베이스 기재는 강도 보강용 지지체; 및 상기 지지체의 일면 또는 양면에 적층되는 섬유 웹;을 포함할 수 있다.
상기 기능모듈은 신체 상태 측정기능, 무선통신기능, 전자기기 제어기능, 조명기능, 진동감지기능, 주변 음향감지기능, 위치감지기능, 블랙박스기능, 발열기능, 모션센싱기능 중 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 기능모듈은 적어도 하나의 능동소자와 적어도 하나의 수동소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기능모듈은 센서유닛; 안테나 패턴을 구비하고 근거리 무선 통신에 사용되는 근거리 통신 모듈; 및 상기 센서유닛이 감지한 센싱 신호를 신호처리한 후 근거리 통신 모듈을 이용하여 단말기에 무선으로 전송하는 제어유닛;을 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 센서유닛은 사용자의 신체 상태를 검출하기 위한 바이오 센서와 주변환경을 감지하기 위한 환경감지센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수동소자는 히터 패턴일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 웨어러블 디바이스는, 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 기능모듈에 전원을 인가하는 전원모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 웨어러블 디바이스의 제조방법은, 기능모듈을 준비하는 단계; 고분자 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 섬유가 축적되어 형성된 섬유 웹 및 상기 섬유 웹에 형성된 회로 패턴을 포함하는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 준비하는 단계; 및 상기 기능모듈을 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 준비하는 단계는, 고분자 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 다수의 기공을 가지는 섬유를 축적하여 섬유 웹으로 이루어진 베이스 기재를 형성하는 단계; 상기 섬유 웹에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 프린팅된 전도성 페이스트를 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 섬유 웹에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹의 섬유 및 기공 상에 형성하거나, 또는 상기 섬유 웹의 섬유에 형성할 수 있다.
또, 상기 베이스 기재를 형성하는 단계에서, 상기 방사용액을 60 ~ 80%의 습도 환경에서 전기방사하여 상기 주름진 형상의 섬유를 축적하여 섬유 웹으로 이루어진 베이스 기재를 형성할 수 있다.
또한, 상기 베이스 기재를 형성하는 단계에서, 상기 방사용액을 60% 이하의 습도 환경에서 전기방사하여 상기 직선 형상의 섬유를 축적하여 섬유 웹으로 이루어진 베이스 기재를 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 신축성이 우수한 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 이용하여 신체의 착용 특성을 우수하게 할 수 있는 웨어러블 디바이스를 구현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 웨어러블 디바이스에 포함된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은 섬유가 축적되어 형성된 섬유 웹에 회로 패턴을 형성한 것으로, 일반적인 플렉서블 인쇄회로기판에 사용되는 폴리이미드 필름에 비해 휘어짐 특성이 우수하고, 폴리이미드 필름에 존재하지 않는 복원 특성(접거나 구겨지더라도 원래의 편평한 상태로 복귀할 수 있는 특성)을 가질 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서는 나노 사이즈의 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 가지는 섬유 웹에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 웨어러블 디바이스에 적용하여, 디바이스의 가요성, 방수성, 복원성 및 통기성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 구성도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 웨어러블 디바이스가 장착된 스마트 의류의 도면,
도 4는 본 발명에 따른 웨어러블 디바이스가 장착된 스마트 안경의 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 결합 상태의 단면도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 결합 상태의 단면도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 다른 결합 상태의 단면도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제조방법의 흐름도,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제조방법의 흐름도,
도 10은 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 11은 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 12는 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 이용하여 구현되는 웨어러블 디바이스를 설명하기 위한 개념적인 구성도,
도 14는 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 사용되는 섬유 웹을 제조하기 위한 전기 방사 장치를 설명하기 위한 모식적인 도면,
도 15는 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판의 제조 방법의 흐름도,
도 16a 및 도 16b는 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판의 제조 방법을 설명하기 위한 개념적인 단면도,
도 17은 본 발명에 따라 섬유 웹에 회로 패턴이 형성된 상태를 설명하기 위한 일부 모식적인 도면,
도 18은 본 발명에 따라 섬유 웹에 회로패턴이 다른 상태로 형성된 것을 설명하기 위한 일부 모식적인 도면
도 19는 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 적용된 주름진 섬유를 가지는 섬유 웹을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 20은 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 적용된 주름진 섬유를 가지는 섬유 웹을 촬영한 SAM 사진,
도 21은 본 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 이용하여 구현된 웨어러블 플렉서블 히터의 샘플 사진,
도 22는 본 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 적용될 수 있는 베이스 기재를 나타낸 단면도,
도 23은 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 확대 촬영한 SAM 사진,
도 24는 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 전도성 회로 패턴이 프린트된 부분을 확대 촬영한 SAM 사진,
도 25는 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에서 프린트된 전도성 회로 패턴을 확대 촬영한 SAM 사진,
도 26은 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 스마트 의류에 적용할 때 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 디바이스(400)는 예를 들어, 신체 상태 측정기능, 무선통신기능, 전자기기 제어기능, 조명기능, 진동감지기능, 주변 음향감지기능, 위치감지기능, 블랙박스기능, 발열기능, 모션센싱기능 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 기능모듈(70); 및 고분자 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 섬유가 축적되어 형성된 섬유 웹 및 상기 섬유 웹에 형성된 회로 패턴을 포함하며, 상기 기능모듈(70)과 전기적으로 연결되어 있는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100);을 포함한다.
상기 기능모듈(70)은 모듈의 기능에 따라 적어도 하나의 능동형 전자부품과 적어도 하나의 수동형 전자부품을 포함할 수 있고, 수동형 전자부품만으로 구성될 수 있다. 인쇄회로기판(100)의 섬유 웹에 형성된 회로 패턴은 능동형 전자부품과 수동형 전자부품을 상호 연결하는 역할을 한다. 이에 대한 상세한 사항은 후술한다.
본 발명의 웨어러블 디바이스는 신축성이 우수한 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 구비하여 신체 착용 특성을 우수하게 할 수 있어, 의류, 모자, 신발 등 착용물품과 일체화될 수 있다.
웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)은 기능모듈(70)의 내외부의 신호 입출력 및 전원공급 등을 위한 전기적인 배선이 형성되어 있는 베이스 기판 또는 커넥터의 기능을 수행한다.
웨이러블 디바이스는 예를 들어, 스마트 셔츠, 폴로 테크셔츠, 스마트 양말, 스마트 수트, 내비게이션 재킷, 스마트 신발, 신체치수 측정의류, 허그재킷, 미모 베이비 모니터, 라이프텍 재킷, 발열 재킷, 발열 깔창, 싸이클 자켓 등의 웨이러블 물품을 구동시키기 위한 디바이스로 적용될 수 있다. 본 발명의 웨어러블 디바이스는 상기한 예에 한정되지 않고 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 사용하는 모든 경우에 적용될 수 있다.
웨이러블 디바이스는 나노 사이즈의 섬유가 축적되어 형성된 다수의 기공을 가지는 섬유 웹(110)에 회로 패턴(120)이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 구비하여, 가요성, 방수성, 복원성 및 통기성이 우수한 디바이스를 구현할 수 있다.
기능모듈(70)은 예를 들어, 신체 상태 측정기능, 진동감지기능, 주변 음향감지기능, 모션센싱기능, 온도, 습도, 가스, 조도 등의 주변 환경을 센싱하는 환경센싱기능, 무선통신기능, NFC 태그기능, 전자기기 제어기능, 조명기능, 발열기능, 위치감지기능, 블랙박스기능 중 하나의 기능 또는 이들의 혼용기능을 수행하는 모듈이다. 본 발명의 기능모듈(70)은 상기한 예에 한정되지 않고 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 사용하는 다양한 경우에 적용될 수 있다.
여기서, 스마트 셔츠는 심장박동, 체온, 혈압, 호흡, 심박수, 심전도 등을 측정할 수 있는 셔츠로, 본 발명의 신체 상태 측정기능을 갖는 기능모듈을 이용하여 구현할 수 있고, 폴로 테크셔츠는 착용자의 움직임, 심박수, 호흡, 에너지 출력, 스트레스 수준을 측정하고 블루투스를 통해 스마트폰에 전송하는 셔츠이며, 이 셔츠의 기능을 수행하도록 웨어러블 디바이스의 신체 상태 측정기능 및 무선통신기능을 포함하는 기능모듈을 장착할 수 있다.
또한, 스마트 양말은 발에 하중이 실리는 정도를 분석해서 걸음걸이를 교정, 걸음걸이의 수, 속도, 소모된 칼로리 계산할 수 있는 양말이고, 스마트 수트는 수트의 포켓 내부에 NFC 태그를 삽입하여 휴대폰을 포켓에 넣었다 빼면 자동으로 화면 잠금 해제, 에티켓 모드, 명함전송, 출입통제 등 휴대폰의 동작을 제어할 수 있는 수트이다.
내비게이션 재킷은 LED와 진동으로 길을 알려주는 재킷이고, 스마트 신발은 진동으로 길을 알려주는 네비게이션 신발이고, 신체치수 측정의류는 입으면 신체의 수치가 측정되는 의류, 수집한 신체치수를 이용하여 몸에 맞는 쇼핑을 할 수 있도록 도와주는 의류이며, 허그재킷은 전용 앱을 터치하면 연결된 재킷이 풍선처럼 부풀어올라 껴안는 느낌을 주는 재킷이다.
미모 베이비 모니터는 아기의 호흡뿐만 아니라 피부온도, 자세, 활동상태를 함께 모니터링, 아이와 주변의 소리와 환경 정보를 함께 전송하는 장치이고, 라이프텍 재킷은 최악의 상황이나 조난을 당했을 때, 구조시까지 외부의 상황을 극복하여 신체를 유지하는 것을 목적으로, 발열기능, 블랙박스기능, 조난신호전송기능 등이 있는 재킷이며, 발열 재킷 및 깔창은 발열 가능한 재킷 및 깔창이고, 사이클 재킷은 팔을 들어 방향지시 깜박이를 제어할 수 있는 재킷이다. 이러한 웨이러블 물품을 구현하기 위해 본 발명의 웨어러블 디바이스가 적용될 수 있는 것이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 디바이스(500)는 기능모듈(70); 상기 기능모듈(70)에 전원을 인가하는 전원모듈(300); 및 상기 기능모듈(70)과 상기 전원모듈(300)을 전기적으로 연결하는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100);을 포함한다.
여기서, 기능모듈(70) 및 전원모듈(300)을 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)에 실장한 전기적 연결구조를 구현하거나, 또는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 기능모듈(70) 및 전원모듈(300)에 고정시킨 전기적 연결구조를 달성할 수 있다.
전원모듈(300)은 박형 구조의 플렉서블 배터리를 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 제1 및 제2실시예의 웨어러블 디바이스(400,500)를 적용하여 스마트 의류(600)(도 3) 및 스마트 안경(700)(도 4)도 구현할 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에서는 제1실시예의 웨어러블 디바이스에서는 기능모듈(70)을 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)에 실장하여 일체화시킬 수 있고, 제2실시예의 웨어러블 디바이스에서는 기능모듈(70) 및/또는 전원모듈(300)을 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)에 실장하여 일체화시킬 수 있고, 기능모듈(70)과 전원모듈(300)을 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)에 형성된 도전성 비아(도시되지 않음)를 통하여 전기적으로 연결할 수 있다.
후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 베이스 기재 역할을 하는 섬유 웹(110) 및 섬유 웹(110)에 형성되어 기능모듈(70)을 형성하는 전자 부품들을 상호 연결하는 회로 패턴(120)으로 구성한다.
그러므로, 제1실시예의 웨어러블 디바이스는 도 5와 같이, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)의 섬유 웹(110)의 일면에 적어도 하나의 기능모듈(70)이 결합되고 회로 패턴(120)에 의해 기능모듈(70)이 전기적으로 연결된 결합 구조로 구현할 수 있다.
제2실시예의 웨어러블 디바이스는 도 6과 같이, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)의 섬유 웹(110)에 전원모듈(300)이 결합되고 회로 패턴(120)과 전원모듈(300)이 도전성 비아(미도시)에 의해 전기적으로 연결된 결합 구조로 구현할 수 있거나, 또는 도 7과 같이, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)의 섬유 웹(110)의 일면에 기능모듈(70)이 결합되고 섬유 웹(110)의 타면에 전원모듈(300)이 결합되며 회로 패턴(120)에 의해 기능모듈(70) 및 전원모듈(300)이 전기적으로 연결된 결합 구조로 구현할 수 있다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제조방법은 기능모듈(70)을 준비하고(S300), 섬유 성형성 고분자 물질 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 고분자 섬유가 축적되어 형성되고 베이스 기재로 역할을 하는 섬유 웹(110) 및 상기 섬유 웹에 형성된 회로 패턴(120)을 포함하는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 준비한다(S310). 그 후, 상기 기능모듈을 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 전기적으로 연결하는 공정(S320)을 수행한다.
그리고, 도 9와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 웨어러블 디바이스의 제조방법은 기능모듈(70) 및 상기 기능모듈에 전원을 인가하는 전원모듈(300)을 준비하고100), 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 준비하며(S110), 그 다음에, 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 이용하여, 상기 기능모듈(70)과 상기 전원모듈(300)을 전기적으로 연결하는 공정(S120)을 수행한다.
도 10을 참고하면, 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)은 섬유 성형성 고분자 물질과 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 섬유가 축적 형성되어 베이스 기재로 사용되는 섬유 웹(110); 및 상기 섬유 웹(110)에 형성된 회로 패턴(120);을 포함하여 구성된다.
섬유 웹(110)은 고분자 섬유가 축적되어 만들어진 것이므로, 일반적인 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)에 사용되는 폴리이미드(polyimide) 필름에 비해 휘어짐 특성이 월등히 우수하고, 폴리이미드 필름에는 존재하지 않는 접거나 구겨지더라도 원래의 편평한 상태로 복귀할 수 있는 복원 특성이 있다.
즉, 본 발명의 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)은, 도 17 및 도 18과 같이, 섬유 웹(110)을 구성하는 섬유(210)의 표면에 회로 패턴(120,121)이 형성되어 있기에, 각 섬유(210)의 우월한 가요성과 회로 패턴(120,121)이 형성되지 않은 부분에 의해 도 11과 같이, 섬유 웹(110)이 휘어질 때, 섬유에 형성된 회로 패턴(120)도 함께 휘어짐이 발생되어 가요성을 갖게 된다. 또한, 본 발명의 인쇄회로기판(100)은 다수의 섬유(210)가 랜덤하게 축적되어 이루어진 것이므로 접히거나 구겨진 다음 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)에 요구되는 최소한의 복원 특성을 가질 수 있는 것이다.
또한, 섬유 웹(110)은 전기방사하여 얻어진 섬유를 축적시켜 형성된 웹 형상의 시트이므로, 섬유 웹(110)의 두께(t)를 최대한 박형으로 형성할 수 있으므로, 초경박한 장치, 웨어러블한 장치 등 미래 지향적인 디바이스에 적용할 수 있다.
또한, 섬유 웹(110)은 섬유 성형성 고분자 물질과 용매가 혼합된 방사용액을 전기방사하여 얻어진 섬유를 축적시켜 형성된 웹 구조의 시트이므로, 섬유 웹(110)의 두께(t)를 최대한 박형으로 형성할 수 있으며, 그 결과 섬유 웹(110)은 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)의 베이스 기재로 사용할 수 있어, 초경박한 장치, 웨어러블 디바이스 등 미래 지향적인 디바이스에 적용할 수 있다.
웨어러블 디바이스는 예를 들어, 의류인 경우 헬스 케어 의류, 엔터테인먼트 의류, 환경감응 의류, 군사용 특수 용도 의류 등에 적용할 수 있다.
이 경우, 섬유 웹(110)은 방사용액을 전기방사하여 섬유의 직경이, 예를 들어, 400㎚ 내지 3㎛ 범위로 얻어질 수 있고, 섬유 웹(110)의 두께는 0.005mm 내지 5mm, 바람직하게는 5㎛ 내지 100㎛ 범위로 구현될 수 있다.
섬유 웹(110)은 전기방사로 수득된 섬유가 낙하되어 축적됨으로써, 다수의 기공을 가지는 상태 또는 무기공 상태로 형성될 수 있다.
섬유 웹(110)은 전기방사로 수득된 섬유가 낙하되어 축적됨으로써, 도 17 및 도 18과 같이, 다수의 미세한 기공(211)을 가지는 다공성 막 상태 또는 무기공 필름 상태로 형성될 수 있다.
여기서, 섬유 웹(110)이 다수의 기공(211)을 가지는 경우, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 통기성을 부여할 수 있으므로, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은 인체에 착용할 수 있는 의복 및 전자 장치의 각종 부품을 상호 연결하여 회로를 구성하는 데 필요한 인쇄회로기판으로 적용되기에 최적의 기능 및 구조를 가진다.
즉, 인체에서는 외부 환경에 따라 체온 조절을 위해 땀이 발생되고, 이 땀은 증발되어 수증기 상태로 외부로 방출되는데, 통기성을 가지는 본 발명의 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은 땀에서 증발된 수증기를 통과시켜 외부로 방출시킬 수 있어, 기존의 통기성이 전혀 없는 플렉서블 인쇄회로기판과 대비하여 웨어러블 인쇄회로기판에 요구되는 가요성, 통기성, 방수성 기능을 모두 갖는 인쇄회로기판이 되는 것이다.
특히, 전기방사로 섬유 웹(110)의 섬유의 섬경을 3㎛ 이하의 나노 사이즈로 구현할 수 있으므로, 섬유 웹(110)의 기공 사이즈가 미세하게 되어 섬유 웹(110)은 도 12와 같이 기체는 통과하고 액체는 통과하지 않은 방수성 및 통기성을 가질 수 있으므로, 본 발명의 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은 방수 기능이 부여된 미래형 디바이스에도 응용될 수 있다.
본 발명에 따른 섬유 웹(110)의 기공도는 예를 들어, 40 내지 80%인 것이 바람직하다. 그러나, 섬유 웹(110)의 기공도는 섬유 웹(110)에 프린팅되는 전도성 회로 패턴(120,121)의 점유율에 따라 크게 다를 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은 가요성 및 통기성을 가지고, 접히거나 구겨진 다음 복원되는 특성을 가지며, 방수가 가능하여 미래에 제작될 디바이스에 기판으로 적용 가능한 우수한 물성을 가지는 장점이 있다.
도 13은 본 발명에 따른 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 이용하여 구현되는 웨어러블 디바이스를 설명하기 위한 개념적인 구성도로서, 섬유 웹(110)은 평판 형상의 시트이고, 이 섬유 웹(110)에 전도성 물질을 다양한 패턴으로 패터닝하여 회로 패턴(120)을 형성할 수 있다.
본 발명의 웨어러블 디바이스는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)에 적어도 하나의 기능모듈(70)이 실장된 구조를 갖는다.
도 13에는 상기 기능모듈(70)이 신호처리 기능, 센싱 기능, 무선 통신 기능 및 히팅 기능을 갖는 웨어러블 디바이스를 예를 들어 나타낸 것이다.
본 발명의 웨어러블 디바이스는 섬유 웹(110)에 회로 패턴(120)이 형성되어 있는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판, 신호처리와 무선 통신 기능 등을 수행하기 위한 제어유닛(130), 원격 진료에 이용되는 사용자의 심박과 호흡을 측정하기 위한 심전도와 근전도 센서, 혈당/혈압 센서, 주변환경 요소를 감지하기 위한 온도센서, 습도센서, 가스센서, 조도센서, 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서유닛(140a), 근거리 무선 통신에 사용되는 근거리 통신 모듈(140b), 무선 통신에 사용되는 안테나 패턴(160) 및 외부 환경에 따라 발열시키기 위한 히터 패턴(150)을 포함하고 있다.
제어유닛(130)의 일단에는 구동 전원(Vcc)을 인가하기 위한 2개의 전원 터미널 단자(Vcc,GND)가 배치되어 있으며, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판의 배면에는 전원 터미널 단자(Vcc,GND)에 구동 전원(Vcc)을 공급하기 위한 전원모듈(300)이 일체로 구비될 수 있다.
상기 제어유닛(130)은 요구되는 신호처리량에 따라 다양한 신호처리장치가 적용될 수 있다. 이에 따라, 상기 제어유닛(130)은 콤팩트한 구성이 요구되므로, 신호처리중인 데이터를 일시적으로 보관하는 RAM과 각종 프로그램과 데이터를 저장하는 메모리장치를 일체로 구비하거나 별도로 구비할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛(130)은 센서유닛(140a)에서 센싱된 주변환경 정보나 원격 진료에 이용되는 사용자 신체에 관한 바이오 정보가 수신되면, 사용자가 휴대하고 있는 단말기에 전송하는 무선 통신 기능을 수행한다. 이를 위해 상기 제어유닛(130)은 근거리 통신 모듈(140b)과 안테나 패턴(160)을 이용하여 근거리 무선 통신을 수행하기 위한 통신 기능을 갖는다.
무선 통신에 의해 전송되는 정보가 바이오 정보인 경우, 사용자가 휴대하고 있는 단말기는 이동통신망을 통하여 원격지의 서버에 바이오 정보를 전송하기 위한 중계기 역할을 한다.
본 발명의 웨어러블 디바이스는 히터 패턴(150)을 구비하는 경우, 상기 제어유닛(130)은 히터 패턴(150)에 전력을 공급하고 일정한 온도를 유지하도록 온도센서로부터 검출된 검출온도에 기초하여 온도를 제어하는 역할을 담당할 수 있다. 이러한 웨어러블 디바이스가 도 3과 같이 사용자가 착용하고 있는 의류에 부착되어 사용되면 스마트 의류(600)를 구성하게 된다.
이 경우, 제어유닛(130), 센서유닛(140a), 근거리 통신 모듈(140b) 등의 각종 전자 부품은 인쇄회로기판의 전도성 회로 패턴(120)과 연결되어 있으며, 안테나 패턴(160) 및 히터 패턴(150)은 섬유 웹(110)에 전도성 페이스트를 프린팅 방법을 이용하여 직접 형성된다.
상기 근거리 통신 모듈(140b)에 적용되는 근거리 통신(short range communication) 기술로서는 NFC(Near Field Communication) 통신, 블루투스(Bluetooth) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband) 통신 및 지그비(ZigBee) 통신 등이 이용될 수 있다.
웨어러블 디바이스는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 도 13과 같이 기능모듈이 능동형 전자 부품을 포함할 수 있고, 능동형 전자 부품 없이 수동형 전자 부품만 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 21을 참고하면, 섬유 웹(110)에 스크린 프린팅 프로세스를 이용하여 전도성 페이스트를 프린팅함에 의해 히터 패턴(150)을 형성하고, 히터 패턴(150)의 양 단자에 한쌍의 전원 터미널 단자를 전도성 접착제를 사용하여 부착할 수 있다. 이렇게 구현되는 웨어러블 플렉서블 히터는 사용자가 필요한 크기와 패턴으로 설계하여 의류에 내장시킬 수 있다.
예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이, 웨어러블 플렉서블 히터가 형성된 본 발명의 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판(100)을 안감(300)과 것감(310) 사이에 삽입하여 합지된 원단으로 동계용 난방 의류를 봉제할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판에 능동형 전자 부품 없이 수동형 전자 부품만 포함하는 예로서 섬유 웹(110)에 전도성 페이스트로 소정 영역을 형성하도록 프린팅함에 의해 한쌍의 전도성 센싱패턴을 간격을 두고 형성하고, 한쌍의 전도성 센싱패턴이 포함된 인쇄회로기판을 사용자의 신체에 접촉하도록 스포츠 웨어의 내측에 봉제함에 의해 사용자의 심박수 등을 센싱하는 바이오 센서로서 적용할 수 있다.
더욱이, 회로 패턴(120)은 안테나 패턴(160) 및 히터 패턴(150) 이외에 필요에 따라 다른 형태의 패턴이 형성될 수 있다.
이때, 회로 패턴(120)은 전도성 페이스트를 섬유 웹(110)에 다양한 프린팅 방법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 전도성 페이스트는 Ag 페이스트 또는 Cu 페이스트일 수 있다.
섬유 웹(110)은 단일층 구조로 구현할 수 있고, 또는 상층, 중간층 및 하층으로 이루어진 3층의 섬유 웹 구조로 구현할 수 있다. 세부적으로 설명하면, 중간층에 있는 섬유 웹은 상층 및 하층보다 섬유의 직경이 가늘거나, 또는 무기공의 웹으로 구현으로 구현할 수 있다.
즉, 상층에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴(120)을 형성하는 경우, 전도성 페이스트가 상층의 기공으로 침투될 수 있는데, 이때, 중간층의 섬유 웹의 작은 직경의 섬유로 정의된 상대적으로 작은 기공은 상층에서 침투된 전도성 페이스트가 통과되어 하층으로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 중간층이 무기공 웹인 경우, 하층으로 침투되는 것을 완전히 방지할 수 있는 것이다.
여기서, 중간층의 섬유 직경은 400 ~ 500㎚인 것이 바람직하고, 상층과 하층의 섬유 직경은 500㎚ 초과하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 프린팅된 전도성 페이스트가 섬유 웹(110)의 일측면으로부터 타측면으로 통과하지 않는 경우는 약 20 내지 100 두께를 갖는 것이 바람직하며, 이 경우는 상측면과 하측면에 서로 다른 회로 패턴(120)을 형성하는 것이 가능하다.
섬유 웹(110)이 약 5 내지 20 두께를 갖는 경우는 프린팅된 전도성 페이스트가 일측면으로부터 타측면으로 통과하여 상하 통전이 이루어지게 된다. 예를 들어, 의료용 패치에 사용되는 회로 패턴(120)인 경우는 상하 통전형 구조를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 상하 통전용으로 사용되는 전도성 페이스트는 페이스트의 농도를 상대적으로 묽게 하고 전도성 Ag, Cu 분말은 입자 크기를 크게 설정하는 것이 필요하다.
종래의 폴리이미드 필름을 기재로 사용하는 플렉서블 인쇄회로기판은 상하 통전형 기판을 구현할 수 없다.
도 14는 본 발명에 적용된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 적용된 섬유 웹을 제조하기 위한 전기 방사 장치를 설명하기 위한 모식적인 도면이다.
도 14를 참고하면, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 제조하기 위한 전기 방사 장치는 교반된 방사 용액을 공급하는 교반탱크(20)가 방사 노즐(40)에 연결되어 있고, 방사 노즐(40)과 이격된 하부에는 일정한 속도로 이동하는 컨베이어 형상의 접지된 콜렉터(50)가 배치되어 있고, 방사 노즐(40)은 고전압 발생기와 연결되어 있다.
여기서, 섬유 성형성 고분자 물질 및 용매를 교반기(30)로 혼합하여 방사 용액을 만든다. 이때, 교반기(30)에서 혼합하지 않고, 전기 방사 장치에 투입되기 전에 미리 혼합된 방사 용액을 사용할 수 있다.
그 후, 콜렉터(50)와 방사 노즐(40) 사이에 고전압 정전기력을 인가하면, 방사 노즐(40)에서 방사 용액을 초극세 섬유(210)로 만들어 콜렉터(50)에 방사하고, 콜렉터(50)에는 다수의 섬유(210)가 축적되어 부직포 형태의 섬유 웹(110)이 형성된다.
더 세부적으로 설명하면, 방사 노즐(40)로부터 토출되는 방사 용액은 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사 노즐(40)을 통과하면서 섬유(210)로 방출되어, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형상의 접지된 콜렉터(50) 상부에 섬유(210)가 순차적으로 적층되어 섬유 웹(110)이 형성되는 것이다.
도 15를 참고하면, 본 발명의 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판의 제조 방법은 고분자 물질 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 섬유(210)를 축적하고 캘린더링하여 원하는 두께의 섬유 웹(110)으로 이루어진 베이스 기재를 형성하고(S100), 상기 섬유 웹에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴(120,121)을 형성한다(S110). 그 다음, 상기 프린팅된 전도성 페이스트를 경화시킨다(S120).
여기서, 프린팅된 전도성 페이스트가 Ag 페이스트인 경우, 경화되는 온도가 대략 150 ~ 420℃ 이므로, 프린팅된 전도성 페이스트의 경화시키는 온도 범위에 따라 섬유를 구성하는 고분자의 융점을 고려할 수 있다.
즉, 이와 같이 프린팅된 전도성 페이스트의 경화 온도에 견딜 수 있는 단독 고분자 또는 혼합 고분자를 적용할 수 있는데, 예컨대, PU(polyurethane)는 200℃이하의 저온 경화시 적용할 수 있고, PAN(polyacrylonitrile) 및 PES(polyether sulfone)은 200℃를 초과하는 고온 경화시 적용될 수 있다.
도 23에는 본 발명의 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 적용되는 섬유 웹을 3000배로 확대 촬영한 SAM 사진, 도 24에는 Ag 페이스트를 섬유 웹에 스크린 프린팅한 후, 120에서 소결하여 얻어진 회로 패턴이 양측에 배치된 부분을 200배로 확대 촬영한 SAM 사진, 도 25에는 회로 패턴 부분을 3000배로 확대 촬영한 SAM 사진을 나타내었다.
도 14의 방사 장치 및 도 16a를 참고하면, 방사 노즐(40)로부터 토출되는 방사 용액이 고전압 발생기에 의하여 하전된 방사 노즐(40)을 통과하면서 섬유(210)로 방출되어, 일정 속도로 이동하는 컨베이어 형상의 접지된 콜렉터(50) 상부에 섬유(210)를 순차적으로 적층함으로써, 상기 S100 공정의 섬유 웹(110)을 형성할 수 있다.
또한, 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 구성하는 베이스 기재가 섬유 웹(110) 단층만으로는 강도가 부족한 경우는 도 26과 같이 부직포를 강도 보강용 지지체로 사용하여 지지체(110c)의 일측 또는 양측에 제1 및 제2 섬유 웹(110a,110b)을 적층하여 다층 구조로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 S110 공정은 도 16b와 같이, 섬유 웹(110)에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴(120)을 형성하는 것이다.
이러한 공정을 수행하면, 섬유 웹(110)에 회로 패턴(120)이 프린트된다. 이때, 도 17과 같이, 섬유 웹(110)의 섬유(210) 및 기공(211)에 전도성 페이스트가 충진되어 회로 패턴(121)이 형성될 수 있으며, 도 18과 같이, 섬유 웹(110)의 섬유(210)에만 회로 패턴(121)이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 실질적인 주름진 섬유를 가지는 섬유 웹을 적용하여 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판의 가요성을 극대화할 수 있다.
즉, 도 19와 같이, 전기 방사에 의해, 방사 노즐(40)에서 방출되는 섬유(210)의 회전 반경이 작아지면, 도 20의 SEM 사진과 같은 실질적인 주름진 형상의 섬유가 축적되어 섬유웹을 형성하게 된다. 여기서, 방사 노즐(40)에서 토출되는 섬유(210)의 회전반경이 크면 직선 형상을 가지는 섬유(210)가 축적된다.
이런 방사 노즐(40)에서 방출되는 섬유(210)의 회전반경은 전기 방사의 습도 환경 및 방사 용액에서의 고분자 농도와 관련이 있다.
먼저, 고습도 환경에서 전기 방사하면, 방사 노즐(40)에서 토출된 섬유(210)에서 용매의 휘발성이 빨라져서 섬유(210)의 직경이 굵어지고, 작은 회전 반경을 가지고 낙하되어 축적됨으로써, 주름진 형상의 섬유(210)가 축적되어 섬유웹(110)이 형성된다. 본 발명에서는 고습도 환경을 습도가 60 ~ 80%인 것으로 설정할 수 있다.
다르게 표현하면, 방사 노즐(40)에서 토출된 섬유(210)에서 용매 농도가 낮아지면 주름진 형상의 섬유(210)가 축적되는 것이다.
이와 반대로, 저습도 환경하에, 방사 노즐(40)에서 방출된 섬유(210)에서 용매의 휘발성은 늦어져 섬유(210)의 직경이 얇아지고, 큰 회전 반경을 가지고 낙하되어 축적된다. 그러므로, 대략적으로 직선 형상의 섬유(210)가 축적되어 섬유웹(110)이 형성된다. 이때, 저습도 환경은 습도가 60% 이하인 환경으로 설정할 수 있으며, 바람직하게는 습도가 45% 이상이고, 60% 미만이다.
아울러, 방사 용액에서 고분자 농도가 높으면, 방사 노즐(40)에서 방출된 섬유(210)에 포함된 용매 농도가 낮아 주름진 형상의 섬유(210)가 만들어지고, 역으로, 고분자 농도가 낮으면, 섬유(210)에 포함된 용매 농도가 높아져 직선 형상의 섬유(210)가 만들어진다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 섬유가 축적되어 형성된 섬유 웹에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 적용하여, 가요성, 복원성, 방수성 및 통기성을 향상시킬 수 있는 웨어러블 디바이스에 적용할 수 있다.

Claims (23)

  1. 가요성, 통기성 및 방수성 특성을 갖는 베이스 기재에 회로 패턴이 형성된 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판; 및
    상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 실장되는 기능모듈;을 포함하는 웨어러블 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판은
    방사된 고분자 섬유에 의해 집적되어 형성된 섬유 웹으로 이루어진 베이스 기재; 및
    상기 베이스 기재에 형성된 회로 패턴;을 포함하는 웨어러블 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 섬유 웹은 다수의 기공을 가지는 웨어러블 디바이스.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹의 고분자 섬유 및 기공 상에 형성되는 웨어러블 디바이스.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹의 섬유에 형성된 웨어러블 디바이스.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹에 프린팅된 전도성 페이스트인 웨어러블 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 페이스트는 Ag 페이스트 또는 Cu 페이스트인 웨어러블 디바이스.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 섬유 웹의 기공도는 40 내지 80%인 웨어러블 디바이스.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고분자 섬유의 직경은 3㎛ 이하인 웨어러블 디바이스.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 기재의 두께가 20 내지 100㎛로 형성되며,
    상기 회로 패턴이 베이스 기재의 상측면과 하측면에 각각 형성될 때, 상측면과 하측면에 형성된 회로 패턴은 서로 통전이 이루어지지 않는 웨어러블 디바이스.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 기재의 두께가 5 내지 20㎛로 형성되며,
    상기 베이스 기재에 형성되는 회로 패턴은 상하 통전이 이루어지는 웨어러블 디바이스.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 섬유 웹은 상층, 중간층 및 하층으로 이루어진 3층의 섬유 웹 구조이며,
    상기 중간층에 있는 섬유 웹은 상층 및 하층보다 섬유의 직경이 가늘거나, 또는 무기공의 웹인 웨어러블 디바이스.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 섬유 웹은 무기공 상태인 웨어러블 디바이스.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기재는
    강도 보강용 지지체; 및
    상기 지지체의 일면 또는 양면에 적층되는 섬유 웹;을 포함하는 웨어러블 디바이스.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기능모듈은 신체 상태 측정기능, 무선통신기능, 전자기기 제어기능, 조명기능, 진동감지기능, 주변 음향감지기능, 위치감지기능, 블랙박스기능, 발열기능, 모션센싱기능 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 웨어러블 디바이스.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 기능모듈은 적어도 하나의 능동소자와 적어도 하나의 수동소자를 포함하는 웨어러블 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기능모듈은
    센서유닛;
    안테나 패턴을 구비하고 근거리 무선 통신에 사용되는 근거리 통신 모듈; 및
    상기 센서유닛이 감지한 센싱 신호를 신호처리한 후 근거리 통신 모듈을 이용하여 단말기에 무선으로 전송하는 제어유닛;을 포함하는 웨어러블 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 센서유닛은 사용자의 신체 상태를 검출하기 위한 바이오 센서와 주변환경을 감지하기 위한 환경감지센서 중 적어도 하나를 포함하는 웨어러블 디바이스.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 수동소자는 히터 패턴인 웨어러블 스마트 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 기능모듈에 전원을 인가하는 전원모듈을 더 포함하는 웨어러블 디바이스.
  21. 기능모듈을 준비하는 단계;
    고분자 물질 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 고분자 섬유가 축적되어 형성된 섬유 웹 및 상기 섬유 웹에 형성된 회로 패턴을 포함하는 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 준비하는 단계; 및
    상기 기능모듈을 상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 웨어러블 디바이스의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 웨어러블 플렉서블 인쇄회로기판을 준비하는 단계는,
    고분자 물질 및 용매를 혼합한 방사용액을 전기방사하여 얻어진 다수의 기공을 가지는 고분자 섬유를 축적하여 섬유 웹으로 이루어진 베이스 기재를 형성하는 단계;
    상기 섬유 웹에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 프린팅된 전도성 페이스트를 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨어러블 디바이스의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 섬유 웹에 전도성 페이스트를 프린팅하여 회로 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 회로 패턴은 상기 섬유 웹의 섬유 및 기공 상에 형성하거나, 또는 상기 섬유 웹의 섬유에 형성하는 웨어러블 디바이스의 제조방법.
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