溫度感測(cè)裝置、使用其的溫度傳感器和可穿戴裝置的制造方法
【專利摘要】提供了一種溫度感測(cè)裝置、使用其的溫度傳感器和具有其的可穿戴裝置。在一方面，溫度感測(cè)裝置包括由溫度感測(cè)材料形成的第一層。溫度感測(cè)材料的電阻被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度的變化而改變。溫度感測(cè)裝置還包括第二層和第三層，第二層包括銀納米顆粒，第三層由溫度感測(cè)材料形成。第二層設(shè)置在第一層和第三層之間。
【專利說(shuō)明】溫度感測(cè)裝置、使用其的溫度傳感器和可穿戴裝置
[0001 ] 本專利申請(qǐng)要求于2015年3月23日提交的第10-2015-0040276號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)的 優(yōu)先權(quán)，該韓國(guó)專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用全部包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本公開(kāi)總體上設(shè)及溫度感測(cè)裝置和使用此溫度感測(cè)裝置的溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0003] 通常，使用銷、金、單晶娃等制造溫度傳感器。如此，溫度傳感器的制造相對(duì)昂貴， 且運(yùn)些傳感器不是透明的。
[0004] 當(dāng)將標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器制造為透明的時(shí)，其設(shè)及將有機(jī)材料誘鑄到模具中并使有機(jī) 材料干燥。因此，難于減小標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器的尺寸且難W大量生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器。為了克 服運(yùn)些缺點(diǎn)，已經(jīng)研發(fā)使用氧化物材料形成的溫度感測(cè)裝置。氧化物材料在等于或大于大 約300攝氏度的溫度下具有良好的特性，從而難W在柔性裝置中使用該材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -個(gè)發(fā)明方面是具有改善的溫度感測(cè)能力的溫度感測(cè)裝置。
[0006] 另一方面是包括銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置W改善溫度感測(cè)能力。
[0007] 另一方面是具有柔性且是透明或半透明的溫度感測(cè)裝置。
[000引另一方面是具有溫度感測(cè)裝置的溫度傳感器。
[0009] 另一方面是具有溫度傳感器的可穿戴裝置。
[0010] 另一方面是一種溫度感測(cè)裝置，所述溫度感測(cè)裝置包括:第一層，包括電阻根據(jù)溫 度而改變的溫度感測(cè)材料;第二層，包括銀納米顆粒；W及第=層，包括溫度感測(cè)材料。第二 層可W設(shè)置在第一層和第=層之間。
[0011] 溫度感測(cè)材料可W包括用氧化侶(Ab化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。
[0012] 溫度感測(cè)材料可W包括用大約Iwt%的氧化侶滲雜的氧化鋒(ZnOx)。
[0013] 第二層可W包括用恒定的稀釋比稀釋的銀納米顆粒。
[0014] 第二層的銀納米顆?？蒞用大約1000:1至大約10:1的稀釋比稀釋。
[0015] 第一層、第二層和第=層中的每個(gè)可W是透明的或半透明的。
[0016] 另一方面是一種溫度傳感器，所述溫度傳感器包括:第一膜，具有柔性;第一電極， 形成在第一膜上；第二電極，形成在第一膜上并與第一電極分隔開(kāi)；至少一個(gè)溫度感測(cè)裝 置，形成在第一膜、第一電極和第二電極上；W及第二膜，形成在溫度感測(cè)裝置上。溫度感測(cè) 裝置可W包括:第一層，包括電阻根據(jù)溫度而改變的溫度感測(cè)材料;第二層，包括銀納米顆 粒；W及第=層，包括溫度感測(cè)材料。第二層可W設(shè)置在第一層和第=層之間。
[0017] 溫度感測(cè)材料可W包括用氧化侶(Ab化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。
[0018] 溫度感測(cè)材料可W包括用大約Iwt%的氧化侶滲雜的氧化鋒(ZnOx)。
[0019] 第二層可W包括用恒定的稀釋比稀釋的銀納米顆粒。
[0020] 第二層的銀納米顆?？蒞用大約1000:1至大約10:1的稀釋比稀釋。
[0021] 第一電極和第二電極可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。
[0022] 第一膜和第二膜可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。
[0023] 溫度感測(cè)裝置可W是透明的或半透明的。
[0024] 另一方面是一種可穿戴裝置，所述可穿戴裝置包括感測(cè)溫度的溫度傳感器和使用 溫度傳感器檢測(cè)溫度并執(zhí)行與溫度對(duì)應(yīng)的指令的控制器。溫度傳感器可W包括:第一膜，具 有柔性;第一電極，形成在第一膜上;第二電極，形成在第一膜上并與第一電極分隔開(kāi);第一 層，形成在第一膜、第一電極和第二電極上并包括電阻根據(jù)溫度而改變的溫度感測(cè)材料;第 二層，形成在第一層上并包括銀納米顆粒;第=層，形成在第二層上并包括溫度感測(cè)材料； W及第二膜，形成在第=層上。
[0025] 溫度感測(cè)材料可W包括用氧化侶(Ab化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。
[0026] 溫度感測(cè)材料可W包括用大約Iwt%的氧化侶滲雜的氧化鋒(ZnOx)。
[0027] 第二層可W包括用恒定的稀釋比稀釋的銀納米顆粒。
[0028] 第二層的銀納米顆?？蒞用大約1000:1至大約10:1的稀釋比稀釋。
[0029] 第一電極和第二電極可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。
[0030] 第一膜和第二膜可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。
[0031] 溫度感測(cè)裝置可W是透明的或半透明的。
[0032] 可穿戴裝置還可W包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部件。當(dāng)使用溫度傳感器檢測(cè)的溫度在正 常范圍內(nèi)時(shí)，控制器可W控制存儲(chǔ)部件W允許存儲(chǔ)部件按時(shí)間存儲(chǔ)檢測(cè)的溫度。
[0033] 可穿戴裝置還可W包括與外部裝置通信的通信部件。當(dāng)使用溫度傳感器檢測(cè)的溫 度不在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制器可W通過(guò)通信部件與外部裝置通信。
[0034] 另一方面是溫度感測(cè)裝置，所述溫度感測(cè)裝置包括：第一層，由溫度感測(cè)材料形 成，其中，溫度感測(cè)材料的電阻被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度的變化而改變;第二層，包括銀納米顆 粒；W及第=層，由溫度感測(cè)材料形成，其中，第二層設(shè)置在第一層和第=層之間。
[0035] 在示例性實(shí)施例中，溫度感測(cè)材料包括用氧化侶(Ab化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。溫 度感測(cè)材料的氧化鋒(ZnOx)可WW大約Iwt%用氧化侶滲雜。第二層的銀納米顆?？蒞用 基本恒定的稀釋比稀釋。第二層的銀納米顆?？蒞用大約1000:1至大約10:1的稀釋比稀 釋。第一層、第二層和第=層中的每個(gè)可W是透明的或半透明的。
[0036] 另一方面是溫度傳感器，所述溫度傳感器包括:柔性的第一膜;第一電極，形成在 第一膜上方;第二電極，形成在第一膜上方并與第一電極分隔開(kāi);至少一個(gè)溫度感測(cè)組件， 形成在第一膜、第一電極和第二電極上方；W及第二膜，形成在溫度感測(cè)組件上方，其中，溫 度感測(cè)組件包括:第一層，由溫度感測(cè)材料形成，其中，溫度感測(cè)材料的電阻被構(gòu)造為響應(yīng) 于溫度的變化而改變;第二層，包括銀納米顆粒；W及第=層，由溫度感測(cè)材料形成，其中， 第二層設(shè)置在第一層和第=層之間。
[0037] 在示例性實(shí)施例中，溫度感測(cè)材料包括用氧化侶(Ab化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。溫 度感測(cè)材料的氧化鋒(ZnOx)可WW大約Iwt%用氧化侶滲雜。第二層的銀納米顆?？蒞用 基本恒定的稀釋比稀釋。第二層的銀納米顆粒可W用大約1000:1至大約10:1的稀釋比稀 釋。第一電極和第二電極可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。第一膜和第二膜可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。溫度感測(cè) 裝置可W是透明的或半透明的。
[0038] 另一方面是可穿戴裝置，所述可穿戴裝置包括:溫度傳感器，被構(gòu)造為感測(cè)溫度； W及控制器，被構(gòu)造為：i)使用溫度傳感器檢測(cè)溫度;和ii)執(zhí)行與感測(cè)的溫度對(duì)應(yīng)的指令， 其中，溫度傳感器包括:柔性的第一膜;第一電極，形成在第一膜上方;第二電極，形成在第 一膜上方并與第一電極分隔開(kāi);第一層，形成在第一膜、第一電極和第二電極上方，其中，第 一層由溫度感測(cè)材料形成，其中，溫度感測(cè)材料的電阻被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度的變化而改變； 第二層，形成在第一層上方并包括銀納米顆粒;第=層，形成在第二層上方并由溫度感測(cè)材 料形成；W及第二膜，形成在第=層上方。
[0039] 在示例性實(shí)施例中，溫度感測(cè)材料包括用氧化侶(Ab化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。溫 度感測(cè)材料的氧化鋒(ZnOx)可WW大約Iwt%用氧化侶滲雜。第二層的銀納米顆?？蒞用 基本恒定的稀釋比稀釋。第二層的銀納米顆?？蒞用大約1000:1至大約10:1的稀釋比稀 釋。第一電極和第二電極可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。第一膜和第二膜可W具有婉艇結(jié)構(gòu)。溫度感測(cè) 裝置可W是透明的或半透明的。
[0040] 在示例性實(shí)施例中，可穿戴裝置還包括被構(gòu)造為存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，其中，控 制器還被構(gòu)造為：當(dāng)使用溫度傳感器檢測(cè)的溫度在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)檢測(cè) 的隨時(shí)間變化的溫度。
[0041] 在示例性實(shí)施例中，可穿戴裝置還包括被構(gòu)造為與外部裝置通信的通信接口，其 中，控制器還被構(gòu)造為：當(dāng)使用溫度傳感器檢測(cè)的溫度不在正常范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)通信接口與 外部裝置通信。
[0042] 根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，溫度感測(cè)裝置和溫度傳感器可W具有優(yōu)異的溫度感測(cè)能 力。
[0043] 另外，溫度感測(cè)裝置和溫度傳感器可W W較低的成本大量生產(chǎn)。
[0044] 此外，溫度感測(cè)裝置和溫度傳感器可W具有柔性并可W是透明的或半透明的。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 通過(guò)參考下面結(jié)合附圖考慮時(shí)的詳細(xì)描述，本公開(kāi)的上述和其他優(yōu)點(diǎn)將變得更加 明顯。
[0046] 圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的溫度感測(cè)裝置的剖視圖。
[0047] 圖2是示出包括圖1中示出的溫度感測(cè)裝置的溫度傳感器的剖視圖。
[0048] 圖3是示出圖2中示出的溫度傳感器的分解透視圖。
[0049] 圖4A是溫度感測(cè)裝置的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
[0050] 圖4B是包括銀納米顆粒的第二層的TEM圖像。
[0051] 圖5A示出包括不同稀釋比下的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的原子力顯微鏡(AFM) 圖像。
[0052] 圖5B是示出包括不同稀釋比下的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的電阻變化隨溫度 變化的曲線圖。
[0053] 圖5C是通過(guò)使用紫外光電子能譜化PS)和紫外光譜(UVS)分析包括不同稀釋比下 的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置所獲得的結(jié)果圖。
[0054] 圖6A是通過(guò)外部應(yīng)變拉伸的溫度傳感器的有限元分析圖像。
[0055] 圖6B是示出通過(guò)外部應(yīng)變拉伸的溫度傳感器和未被施W外部應(yīng)變的溫度傳感器 的電阻特性隨溫度變化而變化的曲線圖。
[0056] 圖7A是示出使用熱槍將熱施加到溫度傳感器的實(shí)驗(yàn)的圖。
[0057] 圖7B是圖7A中示出的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果圖。
[0058] 圖8A是通過(guò)紅外相機(jī)拍攝的根據(jù)其區(qū)域具有不同溫度的加熱器的圖。
[0059] 圖8B是示出圖8A的溫度傳感器的感測(cè)結(jié)果的圖。
[0060] 圖8C是示出多通道溫度傳感器的電路圖。
[0061] 圖9是示出使用溫度傳感器制造的皮膚安裝式可穿戴裝置的圖。
[0062] 圖10是示出圖9中示出的皮膚安裝式可穿戴裝置的框圖。
[0063] 圖11是示出穿戴皮膚安裝式可穿戴裝置達(dá)一天的急性腦卒中患者的體溫變化的 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 提供參照附圖進(jìn)行的W下描述來(lái)有助于全面理解如由權(quán)利要求及其等同物限定 的本公開(kāi)的各種實(shí)施例。其包括各種具體細(xì)節(jié)W促進(jìn)理解，但是運(yùn)些僅被視為示例性的。因 此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本公開(kāi)的范圍和精神的情況下，可W對(duì)運(yùn)里 描述的各種實(shí)施例做出各種改變和修改。另外，為了清楚和簡(jiǎn)潔，可W省略公知的功能和構(gòu) 造的描述。
[0065] 在下面的描述和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)和詞語(yǔ)僅用于能夠清楚地且一致地理解 本公開(kāi)。因此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明顯的是，提供本公開(kāi)的各種實(shí)施例的W下描述 僅是出于說(shuō)明目的，而不是出于限制由所附權(quán)利要求及其等同物所限定的本公開(kāi)的目的。
[0066] 在下文中，將參照附圖詳細(xì)地解釋所描述的技術(shù)。
[0067] 圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性實(shí)施例的溫度感測(cè)裝置10的剖視圖。
[0068] 參照?qǐng)D1，溫度感測(cè)裝置或溫度感測(cè)組件10包括第一層Ll、第二層L2和第S層L3， 每層包括溫度感測(cè)材料。溫度感測(cè)裝置10具有第一層Ll至第=層L3順序堆疊的結(jié)構(gòu)。
[0069] 第一層Ll至第=層L3包括其電阻根據(jù)溫度改變的溫度感測(cè)材料。第一層Ll和第= 層L3包括作為溫度感測(cè)材料的用氧化侶(A12化)滲雜的氧化鋒(ZnOx)。在圖1的實(shí)施例中，W 大約Iwt%利用氧化侶滲雜氧化鋒(ZnOx)。在下文中，為了便于解釋，將W大約Iwt%滲雜了 氧化侶的氧化鋒(ZnOx)稱為侶滲雜的氧化鋒(AZO)。
[0070] 第二層L2設(shè)置在第一層Ll與第S層L3之間并包括銀納米顆粒(AgNP)。銀納米顆粒 (AgNP)用基本恒定的稀釋比稀釋并被包括在第二層L2中。運(yùn)里，稀釋比表示第二層L2中的 銀納米顆粒（AgNP)的稀釋度。在本示例性實(shí)施例中，包括在第二層L2中的銀納米顆粒 (AgNP)的稀釋比可W在大約1000:1至大約10:1的范圍內(nèi)。
[0071] 第一層Ll至第=層L3可W是透明的或半透明的。另外，第一層Ll和第=層L3可W 具有大約300nm或更小的厚度，包括在第二層L2中的每個(gè)銀納米顆粒(AgNP)可W具有大約 IOnm或更小的直徑。第一層Ll至第=層L3可W通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)微加工技術(shù)的薄膜沉積工藝來(lái) 形成。因此，溫度感測(cè)裝置10可W W低制造成本大量生產(chǎn)。
[0072] 包括第二層L2的溫度感測(cè)裝置10具有優(yōu)異的溫度感測(cè)能力，其中，用基本恒定的 稀釋比稀釋的銀納米顆粒(AgNP)被包括在第二層L2中。稍后將參照?qǐng)D5B和圖5C對(duì)此進(jìn)行詳 細(xì)描述。
[0073] 圖2是示出包括圖I中示出的溫度感測(cè)裝置10的溫度傳感器20的剖視圖。
[0074] 參照?qǐng)D2,溫度傳感器20包括第一膜Pl和第二膜P2、第一電極El和第二電極E2 W及 溫度感測(cè)裝置10。
[0075] 第一膜Pl和第二P2包括透明或半透明材料，諸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚對(duì)苯 二甲酸乙二醋(PET)、聚偏二氣乙締(PVDF)、聚酸諷(PES)、聚苯乙締(PS)、聚碳酸醋(PC)、聚 酷亞胺(PI)、聚糞二甲酸乙二醋(PEN)、多芳基化合物(PAR)或它們的組合。在下文中，為了 便于解釋，作為典型示例，將描述包括PI的第一膜Pl和第二膜P2。
[0076] 第一膜Pl和第二膜P2被圖案化為具有婉艇(Se巧entine)形狀。當(dāng)?shù)谝荒l和第二 膜P2具有婉艇形狀時(shí)，溫度傳感器20是柔性的，因此，即使當(dāng)溫度傳感器20因外部應(yīng)變而彎 折或彎曲時(shí)，也可W防止溫度傳感器20受損。
[0077] 第一膜Pl和第二膜P2將第一電極El和第二電極E2W及溫度感測(cè)裝置10包封W支 持溫度傳感器20的結(jié)構(gòu)并基本同時(shí)防止第一電極El和第二電極E2W及溫度感測(cè)裝置10的 結(jié)構(gòu)受損。因此，通過(guò)第一膜Pl和第二膜P2改善了溫度傳感器20的可靠性。
[0078] 第一電極El和第二電極E2形成在第一膜Pl上W彼此分隔開(kāi)。
[0079] 第一電極E1和第二電極E2包括透明或半透明材料。例如，第一電極E1和第二電極 E2可W包括氧化銅錫（ITO)、氧化銅鋒（IZO)、氧化鋒(ZnO)、氧化銅錫鋒（ITZO)或它們的組 合。在下文中，為了便于解釋，作為典型示例，將描述包括ITO的第一電極El和第二電極E2。
[0080] 為了改善溫度傳感器20的柔性和可靠性，第一電極El和第二電極E2被圖案化為具 有與第一膜Pl和第二膜P2的婉艇形狀相似的婉艇形狀。
[0081] 將參照?qǐng)D3詳細(xì)地描述均具有婉艇形狀的第一膜Pl和第二膜P2W及第一電極El和 第二電極E2。
[0082] 溫度感測(cè)裝置10形成在第一電極El和第二電極E2W及第一膜Pl上且第二膜P2形 成在溫度感測(cè)裝置10上。參照?qǐng)D1詳細(xì)地描述了溫度感測(cè)裝置10。
[0083] 如上所述，因?yàn)榘ㄔ跍囟葌鞲衅?0中的元件是透明的或半透明的，所W溫度傳 感器20可W是透明的或半透明的，且由于均具有婉艇結(jié)構(gòu)的元件而是柔性的。
[0084] 圖3是示出圖2中示出的溫度傳感器20的分解透視圖。
[0085] 參照?qǐng)D3,具有婉艇結(jié)構(gòu)的第一電極El和第二電極E2形成在具有婉艇結(jié)構(gòu)的第一 膜Pl上，溫度感測(cè)裝置10形成在第一膜Pl W及第一電極El和第二電極E2上，具有婉艇結(jié)構(gòu) 的第二膜P2形成在溫度感測(cè)裝置10上。因此，溫度感測(cè)裝置IOW及第一電極El和第二電極 E2由第一膜Pl和第二膜P2純化。
[0086] 溫度傳感器20包括至少一個(gè)溫度感測(cè)裝置10。當(dāng)溫度傳感器20包括多個(gè)溫度感測(cè) 裝置時(shí)，溫度感測(cè)裝置可W通過(guò)均具有婉艇結(jié)構(gòu)的第一膜Pl和第二膜P2W及第一電極El和 第二電極E2彼此連接。
[0087] 圖4A是溫度感測(cè)裝置的透射電子顯微鏡(TEM)圖像，圖4B是包括銀納米顆粒的第 二層的TEM圖像。
[0088] 參照?qǐng)D4A，可W識(shí)別出第一層至第S層順序堆疊在其上的溫度感測(cè)裝置的剖面結(jié) 構(gòu)。
[0089] 參照?qǐng)D4B，銀納米顆粒AgNP可W在第二層上成排地布置并具有基本相同的尺寸。 如上所述，因?yàn)殂y納米顆粒AgNP基本均勻地布置并具有基本均勻的尺寸，所W即使當(dāng)使用 溫度感測(cè)裝置來(lái)制造溫度傳感器時(shí)，溫度傳感器也可W具有均勻性得W改善的結(jié)構(gòu)。
[0090] 圖5A示出包括不同稀釋比下的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的原子力顯微鏡(AFM) 圖像。圖5B是示出包括不同稀釋比下的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的電阻變化隨溫度變化 的曲線圖。圖5C是通過(guò)使用紫外光電子能譜(UPS)和紫外光譜化VS)分析包括不同稀釋比下 的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置所獲得的結(jié)果圖。
[0091] 參照?qǐng)D5A，第一圖像AZO示出不包括銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的AFM圖像，第二 圖像(1000:1)示出包括W大約1000:1的稀釋比稀釋的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的AFM圖 像，第=圖像(300:1)示出包括W大約300:1的稀釋比稀釋的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的 AFM圖像，第四圖像（100:1)示出包括W大約100:1的稀釋比稀釋的銀納米顆粒的溫度感測(cè) 裝置的AFM圖像。如由AFM圖像所表示的，包括在每個(gè)溫度感測(cè)裝置中的銀納米顆粒的濃度 隨著包括在每個(gè)溫度感測(cè)裝置中的銀納米顆粒的稀釋比減小而增大。
[0092] 參照?qǐng)D5B，曲線的斜率隨著在每個(gè)溫度感測(cè)裝置中包括的銀納米顆粒的濃度的增 大而增大。例如，關(guān)于不包括銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的曲線的斜率是大約0.096(%/ °C)，關(guān)于包括W大約100:1的稀釋比稀釋的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置的曲線的斜率是大 約 0.69(%/。〇。
[0093] 目P，隨著在每個(gè)溫度感測(cè)裝置中包括的銀納米顆粒的濃度增大，溫度感測(cè)裝置關(guān) 于溫度的靈敏度增加。因此，為了制造可W精確地感測(cè)溫度的溫度感測(cè)裝置，可W增大在溫 度感測(cè)裝置中包括的銀納米顆粒的濃度。
[0094] 溫度感測(cè)裝置的電阻根據(jù)溫度的改變?cè)O(shè)及載流子密度。隨著溫度感測(cè)裝置的載流 子密度增大，電阻減小，隨著溫度感測(cè)裝置的載流子密度減小，電阻增大。即，溫度感測(cè)裝置 的載流子密度與溫度感測(cè)裝置的電阻成反比。
[00M]通過(guò)下面的式1獲得溫度感測(cè)裝置的載流子密度。
[0096] 式 1
[0097]
[0098] 在式1中，V'表示載流子密度，"Ne"表示導(dǎo)帶中的狀態(tài)函數(shù)的有效密度，表示 導(dǎo)帶的最低能級(jí)/枯"表示費(fèi)米能級(jí)，"k"表示玻爾茲曼常數(shù)，叩'表示溫度。
[0099] 根據(jù)式1，Ec-虹對(duì)載流子密度產(chǎn)生影響。具體地，隨著Ec-虹的值增大，載流子密度 (n)根據(jù)溫度(T)變化的變化程度增大。
[0100] 參照?qǐng)D5C，當(dāng)銀納米顆粒的稀釋比減小時(shí)，Ec-Ef的值(eV)增大。
[0101] 根據(jù)式1和圖5C中示出的分析結(jié)果，當(dāng)銀納米顆粒的密度增大時(shí)，Ec-Ef的值(eV)增 大，因此，隨溫度變化的載流子密度極大地改變。即，當(dāng)包括在溫度感測(cè)裝置中的銀納米顆 粒的密度增大時(shí)，溫度感測(cè)裝置的靈敏度增大。
[0102] 為了便于解釋，圖5A至圖5C示出通過(guò)分析銀納米顆粒分別W大約1000:1、300:1和 100:1的稀釋比稀釋的溫度感測(cè)裝置所獲得的圖，但是它們不應(yīng)限于此或受此限制。即，通 過(guò)考慮溫度傳感器的使用、制造工藝和制造成本，可W將溫度感測(cè)裝置制造成具有各種稀 釋比。
[0103] 在下文中，為了便于解釋，作為典型示例，將詳細(xì)描述包括W大約100:1的稀釋比 稀釋的銀納米顆粒的溫度感測(cè)裝置。
[0104] 圖6A是通過(guò)外部應(yīng)變（external S化ain)拉伸的溫度傳感器的有限元分析圖像， 圖6B是示出通過(guò)外部應(yīng)變拉伸的溫度傳感器和未被施W外部應(yīng)變的溫度傳感器的電阻特 性隨溫度變化而變化的圖。
[0105] 參照?qǐng)D6A，溫度傳感器20包括其中包括溫度感測(cè)裝置的活性區(qū)域AR和其中不包括 溫度感測(cè)裝置的非活性區(qū)域。非活性區(qū)域包括具有婉艇結(jié)構(gòu)的第一電極和第二電極W及第 一膜和第二膜。非活性區(qū)域的婉艇結(jié)構(gòu)提高溫度傳感器20的柔性，并基本上同時(shí)緩解由外 部應(yīng)變引起的應(yīng)力。因此，由外部應(yīng)變引起的應(yīng)力沒(méi)有施加到其中布置了溫度感測(cè)裝置的 活性區(qū)域AR。因此，盡管外部應(yīng)變施加到溫度傳感器20,但仍防止布置在活性區(qū)域中的溫度 感測(cè)裝置易于受損，因此改善了溫度傳感器20的耐久性和可靠性。
[0106] 為了測(cè)試溫度傳感器20的耐久性和可靠性，在溫度傳感器20通過(guò)在大約0.6 %至 大約30%的范圍內(nèi)的外部應(yīng)變拉伸時(shí)，執(zhí)行測(cè)量電阻根據(jù)溫度變化的變化的實(shí)驗(yàn)。
[0107] 參照?qǐng)D6B，在通過(guò)外部應(yīng)變拉伸的溫度傳感器與未被施W外部應(yīng)變的溫度傳感器 之間，溫度感測(cè)能力沒(méi)有顯著差異。因此，根據(jù)本示例性實(shí)施例的溫度傳感器可W應(yīng)用于具 有各種形狀和高柔性的可穿戴裝置而不受限制。
[0108] 圖7A是示出使用熱槍將熱施加到溫度傳感器的實(shí)驗(yàn)的圖，圖7B是圖7A中示出的實(shí) 驗(yàn)的結(jié)果圖。
[0109] 參照?qǐng)D7A，通過(guò)周期性地操作熱槍(參照?qǐng)D7A中示出的左側(cè)圖像），溫度傳感器20 被重復(fù)地加熱和冷卻。當(dāng)打開(kāi)熱槍來(lái)加熱溫度傳感器20時(shí)，溫度傳感器20和穿戴著溫度傳 感器20的手腕的溫度升至大約40°C?？蒞通過(guò)紅外線相機(jī)來(lái)監(jiān)測(cè)溫度傳感器20和手腕的溫 度的升高(參照?qǐng)D7B中的右側(cè)圖像）。
[0110] 參照?qǐng)D7B，當(dāng)打開(kāi)熱槍時(shí)，在溫度傳感器20被加熱的同時(shí)，由溫度傳感器20感測(cè)的 溫度升高，當(dāng)關(guān)閉熱槍時(shí)，在溫度傳感器20冷卻的同時(shí)，由溫度傳感器20感測(cè)的溫度降低。 另外，從溫度傳感器20被加熱的時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始，在相對(duì)快速的響應(yīng)時(shí)段內(nèi)，溫度傳感器20可W 感測(cè)與紅外線相機(jī)監(jiān)測(cè)的溫度相同的溫度。
[0111] 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，溫度傳感器20可W具有快速反應(yīng)速度，并可W精確地感測(cè)溫度。
[0112] 圖8A是由紅外線相機(jī)拍攝的根據(jù)其區(qū)域具有不同溫度的加熱器的圖像。圖8B是示 出圖8A的溫度傳感器的感測(cè)結(jié)果的圖。圖8C是示出多通道溫度傳感器的電路圖。
[0113] 在設(shè)及圖8A和圖8B的實(shí)驗(yàn)中，具有3X3陣列多通道的溫度傳感器被構(gòu)造為包括多 個(gè)溫度感測(cè)裝置。
[0114] 參照?qǐng)D8A，加熱器的具有不同溫度的區(qū)域由紅外線相機(jī)監(jiān)測(cè)。
[0115] 參照?qǐng)D8B，布置在圖8A中示出的加熱器上方的溫度傳感器通過(guò)通道感測(cè)不同的溫 度。另外，由紅外線相機(jī)通過(guò)加熱器的區(qū)域獲得的溫度基本上等于由溫度傳感器通過(guò)通道 感測(cè)的溫度。
[0116] 因此，制造商可W根據(jù)制造目的、制造應(yīng)用、制造環(huán)境等通過(guò)增加溫度傳感器的通 道的數(shù)量來(lái)改善溫度傳感器根據(jù)溫度傳感器的區(qū)域的溫度感測(cè)能力。
[0117] 參照?qǐng)D8C，溫度傳感器可W具有多通道構(gòu)造，并包括多個(gè)溫度感測(cè)裝置11和分別 連接到溫度感測(cè)裝置11的多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置TR(例如，晶體管）。圖8C中示出的電路圖示出具有3 X 3陣列多通道的溫度傳感器20，但是溫度傳感器20不應(yīng)限于3 X 3陣列多通道。
[0118] 溫度感測(cè)裝置11W-對(duì)一的對(duì)應(yīng)方式對(duì)應(yīng)于溫度傳感器20。每個(gè)溫度感測(cè)裝置11 的第一端連接到開(kāi)關(guān)裝置TR中的對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)裝置TR的源極端子。
[0119] 每個(gè)開(kāi)關(guān)裝置TR的漏極端子電連接到對(duì)應(yīng)的位線化，每個(gè)溫度感測(cè)裝置11的第二 端電連接到對(duì)應(yīng)的源極線化。每個(gè)開(kāi)關(guān)裝置TR的柵極端子電連接到對(duì)應(yīng)的字線WL。響應(yīng)于 通過(guò)字線WL提供的導(dǎo)通信號(hào)，每個(gè)開(kāi)關(guān)裝置TR被導(dǎo)通，因此連接到開(kāi)關(guān)裝置TR的漏極端子 的位線化電連接到溫度感測(cè)裝置11和與開(kāi)關(guān)裝置TR的源極端子連接的源極線化。結(jié)果，由 溫度感測(cè)裝置11產(chǎn)生的信號(hào)從溫度感測(cè)裝置11通過(guò)連接到溫度感測(cè)裝置11的位線化和/或 源極線化輸出。
[0120] 連接到同一字線WL的開(kāi)關(guān)裝置TR基本同時(shí)被導(dǎo)通，連接到不同字線的開(kāi)關(guān)裝置TR 在不同時(shí)間點(diǎn)被導(dǎo)通。因此，開(kāi)關(guān)裝置T財(cái)良據(jù)連接到其的字線WL而分組，且開(kāi)關(guān)裝置組順序 地操作。
[0121] 為了正確地和精確地感測(cè)溫度，需要制造包括溫度感測(cè)裝置11的多通道溫度傳感 器20。當(dāng)溫度感測(cè)裝置11W簡(jiǎn)單的陣列形式或矩陣布置時(shí)，在溫度感測(cè)裝置11之間發(fā)生信 號(hào)干擾。為了防止信號(hào)干擾發(fā)生，溫度感測(cè)裝置11連接到開(kāi)關(guān)裝置TR并且順序地操作，因 此，可W使溫度感測(cè)裝置11之間的信號(hào)干擾最小化。
[0122] 由溫度傳感器20感測(cè)的與每個(gè)通道的溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)可W通過(guò)監(jiān)測(cè)來(lái)自每個(gè)溫 度感測(cè)裝置11的輸出信號(hào)來(lái)確定。然而，溫度傳感器20不應(yīng)限于圖8C中示出的電路圖。
[0123] 如上所述，溫度傳感器20是柔性的和透明的或半透明的，并具有優(yōu)異的溫度感測(cè) 能力。因此，根據(jù)本示例性實(shí)施例的溫度傳感器20可W應(yīng)用于最近備受關(guān)注的可穿戴裝置。
[0124] 在本示例性實(shí)施例中，可穿戴裝置通常指的是接觸用戶身體的一部分或穿戴在用 戶身體的一部分上的任何電子裝置。例如，可穿戴裝置包括諸如頭盎式顯示器、皮膚安裝式 可穿戴設(shè)備、智能手表、智能環(huán)和輪椅等的各種裝置。在下文中，作為可穿戴裝置的實(shí)施例， 將詳細(xì)描述均應(yīng)用了溫度傳感器的皮膚安裝式可穿戴裝置、智能手表和輪椅。
[0125] 圖9是示出使用溫度傳感器制造的皮膚安裝式可穿戴裝置100的圖。
[0126] 參照?qǐng)D9,通過(guò)將溫度傳感器附著到具有粘合強(qiáng)度且是柔性的透明或半透明基底 (例如聚二甲基硅氧烷(PDMS))來(lái)制造皮膚安裝式可穿戴裝置100?？蒞使用皮膚安裝式可 穿戴裝置100作為實(shí)時(shí)地測(cè)量用戶的體溫的裝置。
[0127] 具體地，皮膚安裝式可穿戴裝置100對(duì)測(cè)量急性腦卒中患者的體溫是有益的。因?yàn)?可W通過(guò)皮膚安裝式可穿戴裝置100快速地監(jiān)測(cè)急性腦卒中患者的預(yù)兆(征兆）（例如突然 的體溫下降），所W急性腦卒中患者可W盡可能快地接受適當(dāng)?shù)尼t(yī)療治療。
[0128] 另外，因?yàn)槠つw安裝式可穿戴裝置100是透明的或半透明的且難于被人眼識(shí)別，因 此皮膚安裝式可穿戴裝置100對(duì)隱藏用戶是病人的事實(shí)是有益的。
[0129] 為此，皮膚安裝式可穿戴裝置100可W包括附加的元件，將參照?qǐng)D10詳細(xì)地描述附 加的元件。
[0130] 圖10是示出圖9中示出的皮膚安裝式可穿戴裝置100的框圖。
[0131] 參照?qǐng)D10,皮膚安裝式可穿戴裝置100包括溫度傳感器20、存儲(chǔ)部件或存儲(chǔ)器40、 通信接口的通信部件50和控制部件或控制器30。
[0132] 溫度傳感器20感測(cè)環(huán)境溫度，其細(xì)節(jié)如之前描述的。
[0133] 存儲(chǔ)部件40存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。例如，存儲(chǔ)部件40可W是但不限于可編程只讀存儲(chǔ)器 (PROM)、可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器化PROM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器化EPROM)、動(dòng)態(tài)隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)或非易失性存儲(chǔ)器。具體地，根據(jù)本示例 性實(shí)施例的存儲(chǔ)部件40可W與其他元件通信W接收并存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。例如，存儲(chǔ)部件40從 控制器30或溫度傳感器20接收與由溫度傳感器20感測(cè)的溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地存儲(chǔ)與 溫度有關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0134] 通信部件50可W通過(guò)各種協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠垦b置和從外部裝置接收數(shù)據(jù)。通 信部件50可W通過(guò)有線通信系統(tǒng)或無(wú)線通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)來(lái)將各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠垦b置 和從外部裝置接收各種數(shù)據(jù)。
[0135] 控制部件30可W與溫度傳感器20、存儲(chǔ)部件40和通信部件50通信W控制溫度傳感 器20、存儲(chǔ)部件40和通信部件50。具體地，控制部件30可W使用溫度傳感器20來(lái)感測(cè)溫度并 基于感測(cè)的溫度來(lái)執(zhí)行各種指令。
[0136] 例如，控制部件30可W使用溫度傳感器20來(lái)監(jiān)測(cè)穿戴著皮膚安裝式可穿戴裝置 100的用戶的體溫?？刂撇考?0可W檢查由溫度傳感器20感測(cè)的體溫是否在正常范圍內(nèi)。正 常范圍可W根據(jù)患者的疾病、患者的情況等而改變。例如，當(dāng)穿戴著皮膚安裝式可穿戴裝置 100的用戶是急性腦卒中患者時(shí)，控制部件30可W基于在預(yù)確定的時(shí)間段期間用戶的體溫 的快速變化來(lái)確定感測(cè)的體溫是否在正常范圍內(nèi)。
[0137] 當(dāng)感測(cè)的體溫在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制部件30可W將與用戶的體溫有關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸 到存儲(chǔ)部件40, W允許存儲(chǔ)部件40按時(shí)間存儲(chǔ)用戶的體溫。
[0138] 然而，當(dāng)感測(cè)的體溫不在正常范圍內(nèi)時(shí)，控制部件30可W控制通信部件50 W允許 通信部件50與外部裝置通信并傳輸與用戶的當(dāng)前體溫有關(guān)的數(shù)據(jù)。因此，外部裝置可W是 但不限于安裝在醫(yī)院、消防站等中的通信單元。如上所述，控制部件30可W實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)用戶 的體溫，并且當(dāng)控制部件30感測(cè)到來(lái)自用戶的警示信號(hào)時(shí)立即與外部裝置通信，因此用戶 可W盡可能快地接受適當(dāng)?shù)尼t(yī)療治療。
[0139] 同時(shí)，圖10中示出的皮膚安裝式可穿戴裝置100的元件20、30、40和50彼此分隔開(kāi)， 但是皮膚安裝式可穿戴裝置100的元件20、30、40和50可W根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)則集成在單個(gè)忍片或 多個(gè)忍片中。
[0140] 圖11是示出穿有皮膚安裝式可穿戴裝置的急性腦卒中患者的體溫的一天的變化。
[0141] 為了精確地監(jiān)測(cè)患者的體溫，將皮膚安裝式可穿戴裝置附著到與患者的榜動(dòng)脈對(duì) 應(yīng)的皮膚。另外，用戶的體溫通過(guò)紅外線相機(jī)實(shí)時(shí)地測(cè)量，W驗(yàn)證皮膚安裝式可穿戴裝置是 否精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)用戶的體溫。
[0142] 參照?qǐng)D11，通過(guò)皮膚安裝式可穿戴裝置記錄的用戶的體溫的變化與由紅外線相機(jī) 測(cè)量的用戶的體溫的變化幾乎對(duì)應(yīng)。另外，精確地監(jiān)測(cè)用戶的體溫的小變化，且反應(yīng)速度與 溫度變化相比非?？?。
[0143] 在本示例性實(shí)施中，將皮膚安裝式可穿戴裝置描述為典型示例，但只要可穿戴裝 置附著到用戶身體的一部分或附著到快速地且精確地感測(cè)溫度變化所需的各種溫度測(cè)量 裝置，溫度傳感器可W應(yīng)用于各種可穿戴裝置。
[0144] 盡管已經(jīng)描述了發(fā)明技術(shù)的示例性實(shí)施例，但理解的是，本發(fā)明不應(yīng)限于運(yùn)些示 例性實(shí)施例，而是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在要求保護(hù)的發(fā)明技術(shù)的精神和范圍內(nèi)可W做出各 種改變和修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度感測(cè)裝置，所述溫度感測(cè)裝置包括： 第一層，包括溫度感測(cè)材料，其中，所述溫度感測(cè)材料的電阻被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度的變 化而改變； 第二層，包括銀納米顆粒；以及 第三層，包括所述溫度感測(cè)材料， 其中，所述第二層設(shè)置在所述第一層和所述第三層之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測(cè)裝置，其中，所述溫度感測(cè)材料包括用氧化鋁摻雜的 氧化鋅。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度感測(cè)裝置，其中，所述第二層的所述銀納米顆粒用恒定的 稀釋比稀釋。4. 一種溫度傳感器，所述溫度傳感器包括： 第一膜，所述第一膜是柔性的； 第一電極，形成在所述第一膜上方； 第二電極，形成在所述第一膜上方并與所述第一電極分隔開(kāi)； 至少一個(gè)溫度感測(cè)組件，形成在所述第一膜、所述第一電極和所述第二電極上方；以及 第二膜，形成在所述溫度感測(cè)組件上方， 其中，所述溫度感測(cè)組件包括:第一層，包括溫度感測(cè)材料，其中，所述溫度感測(cè)材料的 電阻被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度的變化而改變;第二層，包括銀納米顆粒；以及第三層，包括所述 溫度感測(cè)材料，其中，所述第二層設(shè)置在所述第一層與所述第三層之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度傳感器，其中，所述溫度感測(cè)材料包括用氧化鋁摻雜的氧 化鋅。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度傳感器，其中，所述溫度感測(cè)組件是透明的或半透明的。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度傳感器，其中，所述第二層的所述銀納米顆粒用恒定的稀 釋比稀釋。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度傳感器，其中，所述第一電極和所述第二電極具有蜿蜒結(jié) 構(gòu)。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度傳感器，其中，所述第一膜和所述第二膜具有蜿蜒結(jié)構(gòu)。10. -種可穿戴裝置，所述可穿戴裝置包括： 溫度傳感器，被構(gòu)造為感測(cè)溫度；以及 控制器，被構(gòu)造為：1)使用所述溫度傳感器檢測(cè)所述溫度；以及2)執(zhí)行與感測(cè)的溫度對(duì) 應(yīng)的指令， 其中，所述溫度傳感器包括： 第一膜，所述第一膜是柔性的； 第一電極，形成在所述第一膜上方； 第二電極，形成在所述第一膜上方并與所述第一電極分隔開(kāi)； 第一層，形成在所述第一膜、所述第一電極和所述第二電極上方，其中，所述第一層包 括溫度感測(cè)材料，其中，所述溫度感測(cè)材料的電阻被構(gòu)造為響應(yīng)于溫度的變化而改變； 第二層，形成在所述第一層上方并包括銀納米顆粒；以及 第三層，形成在所述第二層上方并包括所述溫度感測(cè)材料；以及 第二膜，形成在所述第三層上方。
【文檔編號(hào)】G01K7/16GK105987767SQ201610164380
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年3月22日
【發(fā)明人】洪鐘昊, 樸源祥, 林載翊, 秋惠容, 金大亨, 金在旻, 都敬植, 樸玟俊
【申請(qǐng)人】三星顯示有限公司, 首爾大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)