压电器件、压电传感器和可穿戴装置的制造方法
【专利摘要】公开一种压电器件、使用其的压电传感器和具有其的可穿戴装置。在一方面，压电器件包括由压电材料形成的压电层和形成在压电层上方并具有碳纳米结构的第一层。
【专利说明】
压电器件、压电传感器和可穿戴装置[0001 ] 本专利申请要求于2015年3月23日提交的第10-2015-0040271号韩国专利申请的 优先权，该韩国专利申请的内容通过引用全部包含于此。
技术领域
[0002]本公开总体上涉及一种包括碳纳米管的压电器件和使用该压电器件的压电传感器。【背景技术】
[0003]通常，制造压电器件使得当金属或半导体材料变形时金属或半导体材料的电阻改变。然而，当压电器件使用金属材料制造时，其压电电阻特性可能不适于某些应用。为了补偿给定的金属的压电电阻特性，正在进行的研究涉及使用结晶硅来制造压电器件。然而，利用结晶硅制造的压电器件是不透明的并具有高制造成本。
[0004]近年来，对压电器件的制造的研究已涉及利用当具有压电特性的聚乳酸(PLA)基树脂伸展时产生的电能量的变化的压电器件。使用PLA制造的压电器件是透明的，然而，PLA 难以适用于制造复杂的压电器件(例如多通道装置)，因为PLA在被置于壳体中之后凝固。此夕卜，使用PLA制造的压电器件难以大量生产。
【发明内容】
[0005]—个发明方面是具有优异的电特性和柔性的压电器件。
[0006]另一方面是具有该压电器件的压电传感器。
[0007]另一方面是具有该压电传感器的可穿戴装置。
[0008]另一方面是压电器件，所述压电器件包括:压电层，包括压电材料；以及第一层，形成在压电层上方并具有碳纳米结构。
[0009]压电材料可包括氧化锌(ZnOx)。[〇〇1〇]第一层可包括碳纳米管或石墨烯。
[0011]压电器件还可包括改善压电层的可结晶性的形成在压电层下方的第二层。
[0012]第二层可包括第一辅助层和第二辅助层，第一辅助层包括铬，第二辅助层包括氧化铬(CrOx)。[〇〇13]压电器件还可包括形成在第一层上方并包括氧化钼(M〇0X)的第三层。[〇〇14]第一层、第二层和第三层以及压电层可以是透明的或半透明的。
[0015]另一方面是压电器件，所述压电器件包括:第一层，包括碳纳米管;压电层，包括氧化锌(ZnOx);以及第二层，包括铬(Cr)和氧化铬(CrOx)。
[0016]第二层可包括第一辅助层和第二辅助层，第一辅助层包括铬，第二辅助层包括氧化铬。
[0017]压电器件还可包括:第三层，包括氧化钼(M〇0X)。[〇〇18]第一层、第二层和第三层以及压电层可以是透明的或半透明的。
[0019]另一方面是一种压电传感器，所述压电传感器包括:具有柔性的第一膜和第二膜； 第一电极和第二电极；以及布置在第一电极和第二电极之间的至少一个压电器件。压电器件可包括:压电层，包括压电材料;以及形成在压电层上方并具有碳纳米结构的第一层。
[0020]压电层可包括氧化锌(ZnOx)，第一层可包括碳纳米管或石墨烯。
[0021]压电器件还可包括改善压电层的可结晶性的形成在压电层下方的第二层。第二层可包括第一辅助层和第二辅助层，第一辅助层包括铬，第二辅助层包括氧化铬(CrOx)。[〇〇22]压电器件还可包括形成在第一层上方并包括氧化钼(M〇0X)的第三层。
[0023]压电器件可以是透明的或半透明的。
[0024]第一电极和第二电极中的每个可具有蜿蜒结构。[〇〇25]第一膜和第二膜可包括聚酰亚胺并具有蜿蜒结构。
[0026]另一方面是可穿戴装置，所述可穿戴装置包括:压电传感器，感测在可穿戴装置上的用户的输入；以及处理器，与压电传感器通信以检测用户的输入并执行与检测的用户的输入对应的指令。压电传感器可包括:具有柔性的第一膜和第二膜;第一电极和第二电极； 以及至少一个压电器件，包括压电层和第一层并布置在第一电极和第二电极之间，压电层包括压电材料，第一层具有碳纳米结构。
[0027]压电层可包括氧化锌(ZnOx)，第一层可包括碳纳米管或石墨烯。
[0028]压电器件还可包括改善压电层的可结晶性的形成在压电层下方的第二层。第二层可包括第一辅助层和第二辅助层，第一辅助层包括铬，第二辅助层包括氧化铬(CrOx)。[〇〇29]压电器件还可包括形成在第一层上方并包括氧化钼(M〇0X)的第三层。
[0030]压电器件是透明的或者半透明的。
[0031]第一电极和第二电极中的每个可具有蜿蜒结构。[〇〇32]第一膜和第二膜可包括聚酰亚胺并具有蜿蜒结构。[〇〇33]用户的输入可以是姿势输入。
[0034]另一方面是压电器件，所述压电器件包括:由压电材料形成的压电层；以及形成在压电层上方并具有碳纳米结构的第一层。
[0035]在示例性实施例中，压电材料包括氧化锌(Zn0x)。第一层可由碳纳米管或石墨烯形成。压电器件还可包括形成在压电层下方的第二层。第二层还可包括由铬形成的第一辅助层和由氧化铬(Cr0x)形成的第二辅助层。压电器件还可包括形成在第一层上方并由氧化钼M〇0X形成的第三层。第一层、第二层和第三层以及压电层可以是透明的或半透明的。
[0036]另一方面是压电器件，所述压电器件包括:由碳纳米管形成的第一层；由氧化锌 (Zn0x)形成的压电层；以及由铬(Cr)和氧化铬(Cr0x)形成的第二层。
[0037]在示例性实施例中，第二层包括:由铬形成的第一辅助层；以及由氧化铬形成的第二辅助层。压电器件还可包括由氧化钼(M〇0X)形成的第三层。第一层、第二层和第三层以及压电层可以是透明的或半透明的。
[0038]另一方面是压电传感器，所述压电传感器包括:柔性的第一膜和第二膜;第一电极和第二电极；以及至少一个压电器件，布置在第一电极和第二电极之间，压电器件包括:由压电材料形成的压电层；以及形成在压电层上方并具有碳纳米结构的第一层。
[0039]在示例性实施例中，压电层由氧化锌(Zn0x)形成，第一层由碳纳米管或者石墨烯形成。压电器件还可包括形成在压电层下的第二层，其中第二层可包括由铬形成的第一辅助层和由氧化铬(CrOx)形成的第二辅助层。
[0040]在示例性实施例中，压电器件还包括形成在第一层上方并由氧化钼(M〇0X)形成的第三层。压电器件可以是透明的或半透明的。第一电极和第二电极中的每个可具有蜿蜒结构。第一膜和第二膜可由聚酰亚胺形成并可具有蜿蜒结构。
[0041]另一方面是可穿戴装置，所述可穿戴装置包括:压电传感器，被构造为感测施加到可穿戴装置的用户的输入；以及处理器，被构造为:i)与压电传感器通信以接收指示用户的输入的信号;和ii)执行与用户的输入对应的指令，其中，压电传感器包括:柔性的第一膜和第二膜;第一电极和第二电极；以及至少一个压电器件，包括:1)由压电材料形成的压电层； 和ii)具有碳纳米结构的第一层，其中，压电器件布置在第一电极和第二电极之间。
[0042]在示例性实施例中，压电层由氧化锌(ZnOx)形成，第一层由碳纳米管或石墨烯形成。压电器件还可包括形成在压电层下方的第二层，第二层可包括:由铬形成的第一辅助层；以及由氧化铬(CrOx)形成的第二辅助层。
[0043]在示例性实施例中，压电器件还包括形成在第一层上方并由氧化钼(M〇0X)形成的第三层。第一电极和第二电极中的每个可具有蜿蜒结构。第一膜和第二膜可由聚酰亚胺形成并具有蜿蜒结构。用户的输入可以是姿势输入。
[0044]根据至少一个实施例，压电器件可具有优异的电性质和改善的感测能力。
[0045]另外，压电器件可以以低成本大量地生产。
[0046]此外，压电器件可以是柔性的并且是透明的或半透明的。【附图说明】
[0047]通过下面结合附图考虑时的详细描述，本公开的以上和其他优点将变得显而易见。
[0048]图1是示出根据本公开的示例性实施例的压电传感器的剖视图。[〇〇49]图2A至图2C是示出根据本公开的示例性实施例的压电器件的剖视图。
[0050]图3A是示出压电传感器的分解透视图。[〇〇51]图3B是示出图3A中示出的压电传感器的平面图。[〇〇52]图4A是示出通过使用X射线衍射光谱分析压电层获得的结果的图。[〇〇53]图4B是示出通过利用X射线光电子光谱分析压电层获得的结果的图。[〇〇54]图4C是通过原子力显微镜(AFM)拍摄的涂覆有第一层的压电层的AFM图像。[0〇55]图5是示出由于外部应变(external strain)导致的压电传感器的电特性的变化的图。
[0056]图6A是示出通过有限元分析(FEA)测量的在压电传感器中的应变分布的图。
[0057]图6B是示出当外部应变的强度继续地增大时压电传感器的信号的变化的图。[〇〇58]图6C是通过校准图6B中示出的图所获得的图。
[0059]图7A是示出通过FEA测量的压电传感器的应变分布的图。
[0060]图7B是示出当外部应变的强度继续地增大时压电传感器的信号的变化的图。
[0061]图7C是示出作为压力的函数的信号变化的图。
[0062]图8是示出包括多个压电器件的压电传感器的电路图。
[0063]图9是示出包括压电传感器的皮肤安装式可穿戴装置的图。
[0064]图10A至图10D是示出当穿戴皮肤安装式可穿戴装置的用户移动他/她的手腕时输出信号的曲线图。
[0065]图11是示出包括压电传感器的智能手表的示例的图。[〇〇66]图12是示出包括压电传感器的轮椅的示例的图。【具体实施方式】
[0067]提供参照附图的以下描述以有助于全面理解如由权利要求及其等同物限定的本公开的各种实施例。以下描述包括各种具体细节以有助于该理解，但是这些各种具体细节将被视为仅仅示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可以做出在此描述的各种实施例的各种改变和修改。另外，为了清楚和简明， 可省略众所周知的功能和构造的描述。[〇〇68]在以下描述和权利要求中使用的术语和词语仅用于能够清楚地且一致地理解本公开。因此，对于本领域技术人员应当明显的是，本公开的各种实施例的以下描述仅以示例目的提供的，而不是出于限制如由所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
[0069]在下文中，将参照附图详细解释描述的技术。
[0070]图1是示出根据示例性实施例的压电传感器30的剖视图。[〇〇71] 参照图1，压电传感器30包括压电器件20、分别形成在压电器件20的相对侧上的第一电极E1和第二电极E2以及分别形成在第一电极E1和第二电极E2的相对侧上的第一膜P1 和第二膜P2。详细地，压电传感器30包括第一膜P1、形成在第一膜P1上的第一电极E1、形成在第一电极E1上的压电器件20、形成在压电器件20上的第二电极E2和形成在第二电极E2上的第二膜P2。[〇〇72]第一膜P1和第二膜P2包括透明或半透明材料，诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚芳基化合物(PAR)或它们的组合。在下文中，为了便于解释，包括PI的第一膜P1和第二膜P2将作为典型示例来描述。[〇〇73]第一膜P1和第二膜P2被图案化为具有蜿蜒形状，以改善压电传感器30的柔性。当第一膜P1和第二膜P2具有蜿蜒形状时，压电传感器30的柔性增加，因此防止压电传感器30 因外部应变而受损。[〇〇74] 第一膜P1和第二膜P2包封第一电极E1和第二电极E2以及压电器件20，以支持压电传感器30的结构并基本上同时防止第一电极E1和第二电极E2以及压电器件20的结构受损。 因此，可通过包括第一膜P1和第二膜P2来改善压电传感器30的可靠性。[〇〇75]第一电极E1和第二电极E2包括透明或半透明材料。例如，第一电极E1和第二电极 E2可包括氧化铟锡(IT0)、氧化铟锌(IZ0)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锡锌(ITZ0)或它们的组合。 在下文中，为了便于解释，包括IT0的第一电极E1和第二电极E2将作为典型示例进行描述。 [〇〇76]为了改善压电传感器30的柔性和可靠性，第一电极E1和第二电极E2被图案化，从而具有与第一膜P1和第二膜P2的蜿蜒形状类似的蜿蜒形状。[〇〇77]将参照图3A和图3B详细地描述均具有蜿蜒形状的第一膜P1和第二膜P2以及第一电极E1和第二电极E2的详细描述。
[0078]压电器件20包括具有因外部应变而改变的电特性的压电材料。在下文中，将参照图2A至图2C详细描述压电器件20。[〇〇79]图2A至图2C是示出根据本公开的示例性实施例的压电器件的剖视图。[〇〇8〇] 参照图2A，压电器件20-1包括压电层10和第一层L1，压电层10包括压电材料，第一层L1具有碳纳米结构。第一层L1形成在压电层10的一侧(例如，上侧)处。
[0081]压电层10是透明的或半透明的，并包括具有压电性质的压电材料。例如，压电层10 可包括作为压电材料的氧化锌(ZnOx)。由于压电层10能够在未被施以来自外部能源的能量的情况下产生电能量，所以利用压电层10制造的压电器件20具有低功耗的优点。
[0082]第一层L1具有碳纳米结构。更详细地讲，第一层L1可包括均具有碳纳米结构的各种材料。例如，第一层L1可包括碳纳米管、石墨烯或它们的组合。这里，碳纳米管可具有单壁结构、双壁结构或多壁结构。在下文中，为了便于解释，包括具有单壁结构(SWNT)的碳纳米管的第一层L1将作为典型示例进行详细描述。[〇〇83]第一层L1用于改善压电层10的压电性质。更详细地讲，第一层L1使压电层10的表面钝化以防止压电性质因压电层10的表面上的缺陷而劣化。当压电层10的表面未被第一层 L1钝化时，羟基(-0H)可结合到压电层10的表面，并且会发生电荷的传递。由于该传递现象， 由压电器件20产生的信号的电压电平(在下文中，称为强度)降低，因此压电器件20的压电性质劣化。第一层L1使压电层10的表面钝化以防止羟基结合到压电层10的表面，由此改善压电层10的压电性质。[〇〇84] 参照图2B，图2A中示出的压电器件20-1可进一步包括第二层L2。第二层L2形成在压电层10的另一侧(例如，下侧)上。因此，第一层L1和第二层L2被布置为彼此相对，使得压电层10置于第一层L1和第二层L2之间。
[0085]第二层L2执行改善压电层10的可结晶性的作用。因此，为了改善压电层10的可结晶性，第二层L2包括各种材料。例如，第二层L2可包括铬(Cr)和氧化铬(CrOx)。
[0086]第二层L2包括多个辅助层L2-1和L2-2。作为示例，第二层L2具有包括铬的第一辅助层L2-1和包括氧化铬的第二辅助层L2-2。第一辅助层L2-1和第二辅助层L2-2顺序地堆置。
[0087]然而，包括在第二层L2中的用于改善压电层10的可结晶性的材料不应局限于此或受此限制。[〇〇88] 参照图2C，图2B中示出的压电器件20-2可进一步包括第三层L3。第三层L3形成在第一层L1的一侧(例如，上侧)上。第三层L3可包括氧化钼(M〇0X)。
[0089]包括在压电器件20中的层具有相对薄的厚度，例如，若干微米或纳米的厚度。例如，第一层L1可具有等于或小于大约1.2微米的厚度，第二层L2可具有等于或小于大约5纳米的厚度，压电层10可具有等于或小于大约700纳米的厚度，第三层L3可具有等于或小于大约20纳米的厚度。因此，包括上述层的压电器件20具有相对薄的厚度。
[0090]此外，压电器件20的每层是透明的或半透明的。因此，包括上述层的压电器件20是透明的或半透明的。
[0091]图3A是示出压电传感器的分解透视图，图3B是示出图3A中示出的压电传感器的平面图。[〇〇92] 参照图3A和图3B，压电传感器30包括第一膜P1和第二膜P2、第一电极E1和第二电极E2以及压电器件20。第一膜P1和第二膜P2以及第一电极E1和第二电极E2具有蜿蜒结构，压电器件20被第一电极El和第二电极E2钝化，第一电极El和第二电极E2被第一膜P1和第二膜P2钝化。[〇〇93] 压电传感器30包括至少一个压电器件20。当压电传感器30包括多个压电器件时， 压电器件形成在活性区R中并通过具有蜿蜒结构的第一膜P1和第二膜P2以及第一电极E1和第二电极E2彼此连接。[〇〇94]图4A是示出通过利用X射线衍射光谱分析压电层获得的结果的图。图4A示出了通过分析使用第二层L2沉积的压电层10获得的结果图和通过分析在未使用第二层L2的情况下独立沉积的压电层10获得的结果图。[〇〇95] 参照图4A，沉积在第二层L2上的压电层10的衍射峰高于已经独立沉积的压电层10 的衍射峰。衍射峰指示待测量目标的可结晶性的程度，随着衍射峰增加，目标的可结晶性增加。当将结果图的衍射峰彼此比较时，使用第二层L2沉积的压电层10的可结晶性大于独立沉积的压电层10的可结晶性。[〇〇96]图4B是示出通过利用X射线光电子光谱分析压电层获得的结果的图，图4C是通过原子力显微镜(AFM)拍摄的涂覆有第一层的压电层的AFM图像。[〇〇97]图4B示出通过分析涂覆有第一层L1的压电层10获得的结果图和通过分析未涂覆有第一层L1的压电层10获得的结果图。[〇〇98]参照图4B，与当压电层10未涂覆有第一层L1时相比，当压电层10涂覆有第一层L1 时，化学吸附的氧的结合能已经减小。具体地，由于第一层L1形成在压电层10上，所以在结合能为大约531eV时吸附的氧的结合能已经减小。这是因为，涂覆在压电层10的表面上的第一层L1补偿压电层10的表面上的缺陷。[〇〇99]参照图4C，涂覆有第一层L1的压电层10具有通过第一层L1的碳纳米结构而提高的表面密度，因此涂覆有第一层L1的压电层10可被肉眼识别。因此，包括涂覆有第一层L1的压电层10的压电器件20可具有改善的压电性质。
[0100]图5是示出由于外部应变导致的压电传感器的电性质的变化的图。更详细地，图5 示出使用压电层10制造的第一压电传感器的信号变化作为时间的函数的图、示出使用形成在第二层L2上的压电层10制造的第二压电传感器的信号变化作为时间的函数的图和示出使用形成在第二层L2上并涂覆有第一层L1的压电层10制造的第三压电传感器的信号变化作为时间的函数的图。通过将大约〇%至大约5.8%的相同百分比的外部应变(在下文中，称为强度)施加到第一压电传感器、第二压电传感器和第三压电传感器来测量第一压电传感器、第二压电传感器和第三压电传感器的信号变化。
[0101] 参照图5,压电性质以第一压电传感器、第二压电传感器和第三压电传感器的次序渐增地令人满意。更详细地，当将相同强度的外部应变施加到第一压电传感器、第二压电传感器和第三压电传感器时，第一压电传感器输出被放大至最大值为大约5mV的信号，第二压电传感器输出被放大至最大值为大约60mV的信号，第三压电传感器输出被放大至最大值为大约750mV的信号。因此，当压电传感器进一步包括第一层L1和/或第二层L2时，改善了信噪比(SNR)。
[0102]在只利用压电层制造的传统压电传感器中，输出信号的强度极小，因此施加到压电传感器的外部应变和噪声未完全地彼此区分开。然而，因为根据本示例性实施例的压电传感器进一步包括第一层L1和/或第二层L2并且信号被放大，因此施加到压电传感器的外部应变和噪声彼此区分开且能够被感测。另外，当压电传感器的信号被放大时，因为不需要单独的信号放大器或能源，所以可降低压电传感器的制造成本和功耗。
[0103]图6A是示出通过有限元分析(FEA)测量的在压电传感器中的应变分布的图，图6B 是示出当外部应变的强度持续地增大时压电传感器的信号变化的图，图6C是基于图6B中示出的图通过校准而获得的图。
[0104]参照图6A，因为压电传感器30由于蜿蜒结构的形成而具有额外的柔性，所以压电传感器30可以伸展。因此，包括在压电传感器30中的元件由于外部应变而接收应力。具体地，最大的应力施加到蜿蜒结构，蜿蜒结构由于应力而伸展。压电器件20的电性质通过伸展的蜿蜒结构而改变，压电器件20产生并输出与蛇形结构的伸展量对应的电信号。
[0105]参照图6B和图6C，随着施加到压电传感器30的外部应变的强度增加，从压电传感器30输出的信号的强度增强。在本实施例中，施加到压电传感器30的外部应变的强度在从大约0.6%到大约7.0%的范围内逐渐增加。具体地，当由图6B中示出的图表示的结果被校准为x轴表示外部应变的强度(％ )且y轴表示信号的强度(V)的图时，外部应变的强度和信号的强度呈基本上线性形式。
[0106]图7A是示出通过FEA测量的压电传感器的应变分布的图，图7B是示出当外部应变的强度持续增加时压电传感器的信号变化的图，图7C是示出作为压力的函数的信号变化的图。
[0107]与图6A至图6C中示出的实施例相比，图7A至图7C示出了利用均匀的外部力按压压电传感器30的实施例。因此，与图6A至图6C中的情况类似，来自压电传感器30的输出信号的强度与外部应变的强度的增加成比例地增加。
[0108] 因此，如图6A至图6C和图7A至图7C所示，压电传感器30具有这样的性质，S卩，输出信号的强度与外部应变的强度成比例地增加并根据外部应变的种类输出不同的输出信号。 可利用该压电性质制造精确地感测具有各种大小的外部应变的压电传感器30。
[0109]图8是示出包括多个压电器件的压电传感器的电路图。
[0110]参照图8,压电传感器30包括多个压电器件21和分别连接到压电器件21的多个开关器件TR。压电器件21——对应地对应于开关器件TR。每个压电器件21的一端连接到相应的开关器件TR的源端子。
[0111]每个开关器件TR的漏端子电连接到相应的位线BL，每个压电器件21的一端电连接到相应的源线SL。每个开关器件TR的栅极端子电连接到相应的字线WL。每个开关器件TR响应于通过字线WL提供的接通信号而导通，在图8的实施例中，连接到开关器件TR的漏端子和源端子的位线BL、压电器件21和源线SL彼此电连接。因此，由压电器件21产生的信号通过电连接到压电器件21的位线BL和/或源线SL从压电传感器30输出。
[0112]连接到一条字线的开关器件基本上同时被导通，连接到不同字线的开关器件彼此在不同的时间被导通。因此，如相对于连接到开关器件TR的字线WL所看到的，开关器件Tim 分组成多个组，并且开关器件组被顺序地驱动。
[0113]为了精确地且快速地感测外部应变，包括压电器件21的多通道压电传感器30是所需要的。当压电器件21以阵列或矩阵布置时，在压电器件21之间发生信号干扰。为了防止发生信号干扰，压电器件21连接到开关器件TR以顺序地被驱动，因此可以减小在压电器件21 之间发生的信号干扰。
[0114]监测每个压电器件21的输出信号以获得与施加到压电传感器30的外部应变的强度和压电传感器30的被施以外部应变的位置的坐标有关的信息。然而，压电传感器30的电路构造不应限于此或受此限制。
[0115]如上所述，根据本示例性实施例的压电传感器30是柔性的、透明的或半透明的，并具有薄的厚度和优异的感测能力。因此，压电传感器30可应用于最近备受关注的可穿戴装置。
[0116]在本示例性实施例中，可穿戴装置通常是指接触或穿戴在用户身体的一部分上的任何电子装置。例如，可穿戴装置包括诸如头戴式显示器、皮肤安装式可穿戴装置、智能手表、智能环、轮椅等的各种装置。在下文中，作为可穿戴装置的实施例，将详细描述均应用了压电传感器30的皮肤安装式可穿戴装置、智能手表和轮椅。
[0117]图9是示出应用了压电传感器的皮肤安装式可穿戴装置D1的图。
[0118]参照图9,通过使用压电传感器30来制造皮肤安装式可穿戴装置D1。换句话说，通过将压电传感器30附着到具有粘附强度和柔性的透明或半透明基板(未示出)来制造皮肤安装式可穿戴装置D1。[〇119]皮肤安装式可穿戴装置D1包括显示图像并具有柔性的柔性显示器F以及控制柔性显示器F和压电传感器30的处理器。处理器从压电传感器30获取与施加到皮肤安装式可穿戴装置D1的外部应变有关的信息并执行对应于与外部应变有关的信息的指令。处理器使用来自压电传感器30的与外部应变有关的信息来检测用户的姿势并执行与每个姿势对应的指令。
[0120]因为皮肤安装式可穿戴装置D1具有薄的厚度并附着到皮肤，所以皮肤安装式可穿戴装置D1可精确地感测用户的姿势的变化。
[0121]图10A至图10D是示出当穿戴皮肤安装式可穿戴装置的用户移动他/她的手腕时输出信号的曲线图。
[0122]具体地，当皮肤安装式可穿戴装置D1附着到用户的手腕时，通过测量压电传感器 30的信号根据用户的手腕的移动的变化来获得在图10A至图10D中示出的曲线图。对于与曲线图相关的实验，用户在将皮肤安装式可穿戴装置D1穿戴在他或她的手腕上的同时，通过沿上下方向移动他或她的手腕以伸展和放松手腕来重复地履行第一手势。图10A示出当用户作出第一手势一次时从压电传感器30输出的输出信号，图10B示出当用户作出第一手势两次时从压电传感器30输出的输出信号，图10C示出当用户作出第一手势三次时从压电传感器30输出的输出信号，图10D示出当用户作出第一手势四次时从压电传感器30输出的输出信号。
[0123]参照图10A至图10D，根据用户手腕的姿势，输出连续地出现负峰和正峰的信号。更详细地，当用户的手腕伸展时，检测到具有负值的电压信号，当用户的手腕放松时，检测到具有正值的电压信号。
[0124]处理器接收从压电传感器30输出的信号。处理器实时地根据时间流逝监测来自压电传感器30的输出信号的强度、极性和变化以检测用户的姿势。当检测到与预定的姿势对应的信号时，处理器执行与预定的姿势对应的指令。
[0125]例如，再参照图9,在皮肤安装式可穿戴装置D1上发生来电事件之后，处理器可检测用户的手腕在预定的时间段内向下伸展的姿势。处理器可响应于检测到的姿势执行指令以接受来电事件。相反，当处理器检测到用户的手腕向上伸展的姿势时，处理器执行指令以拒绝来电事件。然而，处理器响应于用户的姿势执行的指令不限于此或受此限制。
[0126]从压电传感器30输出的信号根据用户的姿势的方向具有彼此不同的极性，因此处理器可基于从压电传感器30输出的信号的极性来检测用户的姿势的方向。
[0127]处理器和压电传感器30可以应用于下面描述的可穿戴装置，因此将省略其细节以避免冗余。
[0128]图11是示出包括压电传感器30的智能手表D2的示例的图。
[0129]参照图11，智能手表D2包括压电传感器30和处理器并执行对应于与用户的手势相关的姿势的各种指令。压电传感器30布置在智能手表D2与用户的手腕接触的区域中(S卩，在智能手表D2的后表面上)，以精确地检测用户的手腕的姿势。由于压电传感器30是透明的或半透明的，所以即使压电传感器30形成在智能手表D2的表面上，压电传感器30也不对智能手表D2的外观产生影响。[〇13〇]处理器执行与用户的手腕的姿势对应的各种指令。例如，处理器响应于用户的手腕向下伸展的姿势来执行指令以向下滚动由智能手表D2显示的内容。另外，当处理器检测到用户的手腕向上伸展的姿势时，处理器响应于该姿势执行指令以向上滚动由智能手表D2 显示的内容。由智能手表D2的处理器执行的指令不限于此或受此限制。
[0131]图12是示出包括压电传感器30的轮椅D3的示例的图。
[0132]参照图12,轮椅D3包括压电传感器30和处理器，并执行与用户的姿势对应的各种指令。压电传感器30附着到坐在轮椅D3上的用户的身体的一部分，并根据压电传感器30所附着到的用户的身体的姿势输出各种信号。作为另一方式，处理器从压电传感器30接收信号并执行与信号对应的指令。
[0133]作为示例，压电传感器30可附着到用户的手腕，并且处理器可响应于用户的手腕的姿势来控制轮椅D3的移动。轮椅D3还可包括移动控制器(例如，马达)以自动地移动轮椅 D3。移动控制器与压电传感器30和处理器通信，并由处理器控制。
[0134]例如，当处理器检测到用户的手腕向下伸展的姿势时，处理器响应于该姿势将关于向前移动指令的信号传输到移动控制器，并且移动控制器响应于向前运动指令使轮椅D3 向前移动。相反，当处理器检测到用户的手腕向上伸展的姿势时，处理器响应于该姿势将关于向后移动指令的信号传输到移动控制器，并且移动控制器响应于向后移动指令使轮椅D3 向后移动。
[0135]处理器可响应于用户的各种姿势来控制轮椅D3的移动，由处理器执行的指令不应限于此或受此限制。
[0136]如上所述，因为压电传感器30具有优异的压电性质并附着于用户的皮肤，所以可精确地检测用户的姿势。因此，用户(即，残疾人)可容易地并稳定地控制轮椅D3。
[0137]尽管已描述了本发明技术的示例性实施例，但是理解的是，本发明不局限于这些示例性实施例，本领域普通技术人员可在如要求保护的本发明技术的精神和范围内做出各种改变和修改。
【主权项】
1.一种压电器件，所述压电器件包括:压电层，包括压电材料；以及第一层，形成在所述压电层上方并具有碳纳米结构。2.根据权利要求1所述的压电器件，其中，所述压电材料包括ZnOx。3.—种压电器件，所述压电器件包括:第一层，包括碳纳米管；压电层，包括ZnOx;以及第二层，包括Cr和CrOx。4.根据权利要求3所述的压电器件，其中，所述第二层包括:第一辅助层，包括Cr;以及第二辅助层，包括CrOx。5.—种压电传感器，所述压电传感器包括:第一膜和第二膜，所述第一膜和所述第二膜是柔性的；第一电极和第二电极；以及至少一个压电器件，布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述压电器件包括:压 电层，包括压电材料;以及第一层，形成在所述压电层上方并具有碳纳米结构。6.根据权利要求5所述的压电传感器，其中，所述压电层包括ZnOx，所述第一层包括碳纳 米管或石墨烯。7.根据权利要求5所述的压电传感器，其中，所述第一膜和所述第二膜包括聚酰亚胺并 具有蜿蜓结构。8.—种可穿戴装置，所述可穿戴装置包括:压电传感器，被构造为感测施加到所述可穿戴装置的用户的输入；以及处理器，被构造为:i)与所述压电传感器通信以接收指示所述用户的输入的信号:以及 ii)执行与所述用户的输入对应的指令，其中，所述压电传感器包括:第一膜和第二膜，所述第一膜和所述第二膜是柔性的；第 一电极和第二电极；以及至少一个压电器件，包括:i)压电层，包括压电材料；以及ii)第一 层，具有碳纳米结构，其中，所述压电器件布置在所述第一电极和所述第二电极之间。9.根据权利要求8所述的可穿戴装置，其中，所述压电层包括ZnOx，所述第一层包括碳纳 米管或石墨烯。10.根据权利要求9所述的可穿戴装置，其中，所述压电器件还包括形成在所述压电层 下方的第二层，其中，所述第二层包括:第一辅助层，包括Cr;以及第二辅助层，包括CrOx。
【文档编号】H01L41/18GK105990513SQ201610157171
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】洪钟昊, 朴源祥, 林载翊, 秋惠容, 金大亨, 金在旻, 都敬植, 朴玟俊
【申请人】三星显示有限公司, 首尔大学校产学协力团