(57)【要約】  本発明は、変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールに関し、本発明の一実施例に係る変形センサユニットは、貫通孔が形成され、基板の一方の面に貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；前記第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；及び前記第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が形成され、基板の一方の面に貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；
前記第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；及び
前記第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含むことを特徴とする変形センサユニット。
【請求項２】
前記圧電素子は、圧電半導体であることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項３】
前記圧電抵抗は、ナノクラック−制御基盤の金属圧電抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項４】
前記圧電素子と前記圧電抵抗との間の接触面に、非晶質酸化物半導体からなる界面層が更に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項５】
前記基板には、５０〜１５０μｍの複数の通気孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項６】
前記複数の通気孔間の間隔は、５０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の変形センサユニット。
【請求項７】
前記複数の通気孔は、前記貫通孔を構成することを特徴とする請求項５に記載の変形センサユニット。
【請求項８】
前記基板は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む物質からなることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項９】
前記基板の一方の面に対向する他方の面には、皮膚への密着のための複数のマイクロ吸い込みカップがパターニングされることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項１０】
複数の貫通孔が形成され、基板の一方の面にそれぞれの貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；
それぞれの第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；
それぞれの第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含むことを特徴とするスキンセンサモジュール。
【請求項１１】
前記圧電素子は、圧電半導体であることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１２】
前記圧電抵抗は、ナノクラック−制御基盤の金属圧電抵抗素子であることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１３】
前記圧電素子と前記圧電抵抗との間の接触面に、非晶質酸化物半導体からなる界面層が更に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１４】
前記基板には、５０〜１５０μｍの複数の通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１５】
前記複数の通気孔間の間隔は、５０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１４に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１６】
前記複数の通気孔の全部又は一部は、前記複数の貫通孔を構成することを特徴とする請求項１４に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１７】
前記基板は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む物質からなることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１８】
前記基板の一方の面に対向する他方の面には、皮膚への密着のための複数のマイクロ吸い込みカップがパターニングされることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１９】
変形センサユニットは、前記基板上に形成される一つの貫通孔を中心に配置される前記第１電極と、前記第２電極、及び前記圧電素子と圧電抵抗とからなる変形感知構造物と、を含み、
前記基板上には、複数の変形センサユニットが形成され、
前記複数の変形センサユニットは、前記基板上に放射アレイ構造、直線状アレイ構造、曲線状アレイ構造、交差状アレイ構造、円形アレイ構造、矩形状アレイ構造、及び多角形アレイ構造のうちの一つ以上のアレイ構造で配置されることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項２０】
変形センサユニットの製造方法であって、
犠牲層上に基板の貫通孔の一方側から内側に延在する圧電抵抗を含む基板層を積層するステップ；
圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップ；
前記転写構造物を分離させるステップ；及び
前記圧電素子層において前記圧電抵抗の全部又は一部を覆いながら前記貫通孔の他方側に延在して圧電素子に対応する領域を除いた領域と、前記犠牲層を除去し、前記基板の一方の面において前記貫通孔の一方側と他方側に前記圧電素子及び前記圧電抵抗をそれぞれ覆うように第１電極と第２電極を形成するステップを含むことを特徴とする変形センサユニットの製造方法。
【請求項２１】
マイクロ柱が形成されたモールド上に予め設定された厚さの弾性重合体を成形するステップ；及び
成形された前記弾性重合体を分離させて基板を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の変形センサユニットの製造方法。
【請求項２２】
前記圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップは、
エピタキシャルグラフェン上に圧電素子層を搭載するステップ；
前記圧電素子層上にストレッサー層を搭載するステップ；
前記ストレッサー層上にテープ層を搭載するステップ；及び
前記テープ層、ストレッサー層、及び圧電素子層を分離させて前記基板層上に転写させるステップを含むことを特徴とする請求項２０に記載の変形センサユニットの製造方法。
【請求項２３】
スキンセンサモジュールの製造方法であって、
犠牲層上に基板の複数の貫通孔のそれぞれに一方側から内側に延在する圧電抵抗を含む基板層を積層するステップ；
圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップ；
前記転写構造物を分離させるステップ；及び
前記圧電素子層においてそれぞれの圧電抵抗の全部又は一部を覆いながら前記貫通孔の他方側に延在して圧電素子に対応する領域を除いた領域と、前記犠牲層を除去し、基板の一方の面において前記複数の貫通孔の一方側と他方側に前記圧電素子及び前記圧電抵抗をそれぞれ覆うように第１電極と第２電極を形成するステップを含むことを特徴とするスキンセンサモジュールの製造方法。
【請求項２４】
複数のマイクロ柱が形成されたモールド上に予め設定された厚さの弾性重合体を成形するステップ；及び
成形された前記弾性重合体を分離させて基板を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項２３に記載のスキンセンサモジュールの製造方法。
【請求項２５】
前記圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップは、
エピタキシャルグラフェン上に圧電素子層を搭載するステップ；
前記圧電素子層上にストレッサー層を搭載するステップ；
前記ストレッサー層上にテープ層を搭載するステップ；及び
前記テープ層、ストレッサー層、及び圧電素子層を分離させて前記基板層上に転写させるステップを含むことを特徴とする請求項２３に記載のスキンセンサモジュールの製造方法。
【請求項２６】
複数の貫通孔とテストしたい刺激が加えられるテストポイントが形成され、基板の一方の面にそれぞれの貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；
それぞれの第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；
それぞれの第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含むことを特徴とするスキンセンサモジュールを含むことを特徴とするスキン変形感知装置。
【請求項２７】
前記テストポイントは、テストしたい物質が注入される注入開口又は予め設定された大きさ又は周期の振動が加えられる圧入ポイントであることを特徴とする請求項２６に記載のスキン変形感知装置。
【請求項２８】
前記複数の貫通孔は、前記テストポイントを中心に放射アレイ構造で配置されることを特徴とする請求項２６に記載のスキン変形感知装置。
【請求項２９】
前記スキンセンサモジュールに連結されて被験者の腕又は脚をくるむように形成された固定バンドを更に含むことを特徴とする請求項２６に記載のスキン変形感知装置。
【請求項３０】
前記スキンセンサモジュールは、皮膚特性算出部に連結され、
前記スキンセンサモジュールは、前記テストポイントに加えられる圧力による波動特性を測定し、
前記皮膚特性算出部で測定された波動特性による皮膚物性に基づいて皮膚弾性度を算出することを特徴とする請求項２６に記載のスキン変形感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着用して生理学的な皮膚の動きをリアルタイムでモニタリングできる変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールに係り、自立型の変形感知構造物を用いてインターフェース設計が可能な変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
洗顔後又は乾燥した大気環境で皮膚がつっぱる感じをしばしば経験することがある。この場合、皮膚が乾燥していると評価しており、これを定量的に測定するための様々な試みがなされたことがある。
【０００３】
皮膚つっぱりの測定のために皮膚の弾性係数を測定する試みがなされたことがあり、皮膚の弾性係数は種々の技術によって測定された。従来は、圧力基盤の吸い込み、ねじり、牽引力、ナノ押込（ｎａｎｏ−Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ）、弾性超音波（ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）などの技術を用いて皮膚の弾性係数を測定していたが、弾性係数だけでは皮膚の機械的変形である変形挙動に関する情報が得られなかった。
【０００４】
そして、皮膚の油分又は水分を測定して皮膚乾燥度を測定しようとする試みがあった。皮膚の水分を測定するために、皮膚の表面に所定の機器を接触させてインピーダンス又はキャパシタンスといった電気的特性を測定する方法を用いていた。皮膚の油分を測定するために、半透明の脂質吸収テープを用いたり、光学的反射原理を用いる方法を用いたりしていた。
【０００５】
また、表皮水分蒸発量を測定して皮膚乾燥度を測定しようとする試みがあった。湿度センサ及び温度センサを活用して１ｃｍ直径のシリンダ域で発生する水分の蒸発量を測定する方法を試みたことがある。
【０００６】
そして、皮膚の形態又は機械的物性を測定して皮膚乾燥度を測定しようとする試みもあった。弾力を測定するために、皮膚への吸着後、経時的な皮膚復元力を測定した。光学的分析によって、数十μｍの解像度で、可視光線によって肌のキメ、毛穴、しわ、角質などを測定し、紫外線によって皮脂、毛穴、トラブル、にきびなどを測定し、偏光を用いて色素沈着、シミ、細かいできものなどを測定した。
【０００７】
生体外（ｅｘ−ｓｉｔｕ）方式に基づく皮膚分析法では、湿度や温度、細塵などのような皮膚への様々な環境因子に影響を受けるという不具合や、皮膚つっぱりがどの位の速度にどの程度変化するかについての測定が困難であったため、その原因を正確に究明し難いという問題があった。
【０００８】
皮膚又は乾状状態を測定するためにウエラブル感知装置を使用することもあった。ウエラブルセンサは動作感知基盤のコントローラであって、筋肉の動きや特許文献１のように心拍数、痙攣の有無などを測定又は診断した。そして、部位毎の最大変形率を測定するようにセンサの構造を調節した。
【０００９】
特許文献１のようなウエラブルセンサ装置の場合、広い範囲（ｃｍ２面積）で発生する機械的変形率だけが測定可能であって、機械的耐久性（最大変化率）に焦点が合わせられていて、極めて細かい変化（ｓｔｒａｉｎ＜１％）の感知は困難であった。また、周囲環境と皮膚との接触を遮断して測定するものであるため、筋肉の動きや心拍数の測定を主な目的とし、且つ、当該装置が皮膚を覆うため、外部環境への露出による皮膚変化の観察又は測定が困難であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】韓国登録特許第１０-１７４６４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するためのものであって、皮膚の変形を測定できる変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールを提供することを目的とする。
【００１２】
また、着用型構造であって、センサユニット又はセンサモジュールを着用した状態で測定が可能であり、且つ、着用が皮膚状態に影響を及ぼすことなく、皮膚の生理学的な挙動による皮膚の変形を測定できる変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施例に係る変形センサユニットは、貫通孔が形成され、基板の一方の面に貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；前記第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；及び前記第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含む。
【００１４】
前記圧電素子は、圧電半導体であってよい。
【００１５】
前記圧電抵抗は、ナノクラック−制御基盤の金属圧電抵抗素子であってよい。
【００１６】
前記圧電素子と前記圧電抵抗との間の接触面に、非晶質酸化物半導体からなる界面層が更に形成されてよい。
【００１７】
前記基板には、５０〜１５０μｍの複数の通気孔が形成されてよい。
【００１８】
前記複数の通気孔間の間隔は、５０〜１５０μｍであってよい。
【００１９】
前記複数の通気孔は、前記貫通孔を構成してよい。
【００２０】
前記基板は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む物質からなるものであってよい。
【００２１】
前記基板の一方の面に対向する他方の面には、皮膚への密着のための複数のマイクロ吸い込みカップがパターニングされていてよい。
【００２２】
本発明の他の実施例に係るスキンセンサモジュールは、複数の貫通孔が形成され、基板の一方の面にそれぞれの貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；それぞれの第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；それぞれの第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含む。
【００２３】
前記圧電素子は、圧電半導体であってよい。
【００２４】
前記圧電抵抗は、ナノクラック−制御基盤の金属圧電抵抗素子であってよい。
【００２５】
前記圧電素子と前記圧電抵抗との間の接触面に、非晶質酸化物半導体からなる界面層が更に形成されてよい。
【００２６】
前記基板には、５０〜１５０μｍの複数の通気孔が形成されてよい。
【００２７】
前記複数の通気孔間の間隔は、５０〜１５０μｍであってよい。
【００２８】
前記複数の通気孔の全部又は一部は、前記複数の貫通孔を構成してよい。
【００２９】
前記基板は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む物質からなるものであってよい。
【００３０】
前記基板の一方の面に対向する他方の面には、皮膚への密着のための複数のマイクロ吸い込みカップがパターニングされていてよい。
【００３１】
変形センサユニットは、前記基板上に形成される一つの貫通孔を中心に配置される前記第１電極と、前記第２電極、及び前記圧電素子と圧電抵抗とからなる変形感知構造物と、を含み、前記基板上には、複数の変形センサユニットが形成され、前記複数の変形センサユニットは、前記基板上に放射アレイ構造、直線状アレイ構造、曲線状アレイ構造、交差状アレイ構造、円形アレイ構造、矩形状アレイ構造、及び多角形アレイ構造のうちの一つ以上のアレイ構造で配置されてよい。
【００３２】
本発明の他の実施例に係る変形センサユニットの製造方法は、犠牲層上に基板の貫通孔の一方側から内側に延在する圧電抵抗を含む基板層を積層するステップ；圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップ；前記転写構造物を分離させるステップ；及び前記圧電素子層において前記圧電抵抗の全部又は一部を覆いながら前記貫通孔の他方側に延在して圧電素子に対応する領域を除いた領域と、前記犠牲層を除去し、前記基板の一方の面において前記貫通孔の一方側と他方側に前記圧電素子及び前記圧電抵抗をそれぞれ覆うように第１電極と第２電極を形成するステップを含む。
【００３３】
マイクロ柱が形成されたモールド上に予め設定された厚さの弾性重合体を成形するステップ；及び成形された前記弾性重合体を分離させて基板を形成するステップを更に含んでよい。
【００３４】
前記圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップは、エピタキシャルグラフェン上に圧電素子層を搭載するステップ；前記圧電素子層上にストレッサー層を搭載するステップ；前記ストレッサー層上にテープ層を搭載するステップ；及び前記テープ層、ストレッサー層、及び圧電素子層を分離させて前記基板層上に転写させるステップを含んでよい。
【００３５】
本発明の他の実施例に係るスキンセンサモジュールの製造方法は、犠牲層上に基板の複数の貫通孔のそれぞれに一方側から内側に延在する圧電抵抗を含む基板層を積層するステップ；圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップ；前記転写構造物を分離させるステップ；及び前記圧電素子層においてそれぞれの圧電抵抗の全部又は一部を覆いながら前記貫通孔の他方側に延在して圧電素子に対応する領域を除いた領域と、前記犠牲層を除去と、前記基板の一方の面において前記複数の貫通孔の一方側と他方側に前記圧電素子及び前記圧電抵抗をそれぞれ覆うように第１電極と第２電極を形成するステップを含む。
【００３６】
複数のマイクロ柱が形成されたモールド上に予め設定された厚さの弾性重合体を成形するステップ；及び成形された前記弾性重合体を分離させて基板を形成するステップを更に含んでよい。
【００３７】
前記圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップは、エピタキシャルグラフェン上に圧電素子層を搭載するステップ；前記圧電素子層上にストレッサー層を搭載するステップ；前記ストレッサー層上にテープ層を搭載するステップ；及び前記テープ層、ストレッサー層、及び圧電素子層を分離させて前記基板層上に転写させるステップを含んでよい。
【００３８】
本発明の他の実施例に係るスキン変形感知装置は、複数の貫通孔とテストしたい刺激が加えられるテストポイントが形成され、基板の一方の面にそれぞれの貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板；それぞれの第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；それぞれの第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含むことを特徴とするスキンセンサモジュールを含む。
【００３９】
前記テストポイントは、テストしたい物質が注入される注入開口又は予め設定された大きさ又は周期の振動が加えられる圧入ポイントであってよい。
【００４０】
前記複数の貫通孔は、前記テストポイントを中心に放射アレイ構造で配置されてよい。
【００４１】
前記スキンセンサモジュールに連結されて被験者の腕又は脚をくるむように形成された固定バンドを更に含んでよい。
【００４２】
前記スキンセンサモジュールは、皮膚特性算出部に更に連結されてよく、前記スキンセンサモジュールは、テストポイントに加えられる圧力による波動特性を測定し、前記皮膚特性算出部で測定された波動特性によって導出される皮膚物性に基づいて皮膚弾性度を算出する。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の一実施例によれば、皮膚の変形を測定できる変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールを提供することができる。
【００４４】
また、着用型構造として、センサユニット又はセンサモジュールを着用した状態で測定が可能であり、着用が皮膚状態に影響を及ぼすことなく、皮膚の生理学的な挙動による皮膚の変形を測定できる変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る被験者に着用されたスキンセンサモジュールを概略的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る変形センサユニットを概略的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に係る変形センサユニットの断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係る変形センサユニットの回路図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットにおいて界面層の有無による電位の変化を示すグラフである。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットにおいて界面層の有無による電位の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、界面層による電気的特性の変化を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施例に係るフレキシブル接着基板の製造過程を概略的に示す図である。
【図８ａ】図８ａは、本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールの製造過程を概略的に示す図である。
【図８ｂ】図８ｂは、本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールの製造過程を概略的に示す図である。
【図８ｃ】図８ｃは、本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールの製造過程を概略的に示す図である。
【図８ｄ】図８ｄは、本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールの製造過程を概略的に示す図である。
【図９ａ】図９ａは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットで皮膚変化量を測定する過程を概略的に示す図である。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットで皮膚変化量を測定する過程を概略的に示す図である。
【図９ｃ】図９ｃは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットで皮膚変化量を測定する過程を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例に係る変形センサモジュールで測定された経時的な皮膚変化量を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施例に係るスキンセンサモジュールを概略的に示す図である。
【図１２】図１２は、図１１のスキンセンサモジュールの断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例に係るスキン変形感知装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本実施例は多様な変換を加えることができ且つ種々の実施例を有し得るところ、特定の実施例を図面に例示して詳細に説明することにする。なお、これは特定の実施形態に対して範囲を限定するためのことではなく、開示された思想や技術範囲に含まれるすべての変換、均等物乃至代替物を含むことと理解すべきである。実施例を説明するに際して、関連する公知技術についての具体的な説明が要旨を曖昧にし得ると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
実施例において「モジュール」或いは「部」は、少なくとも一つの機能や動作を遂行し、ハードウェア又はソフトウェアで具現され又はハードウェアとソフトウェアとの結合で具現され得る。また、複数の「モジュール」或いは複数の「部」は、特定のハードウェアで具現される必要がある「モジュール」或いは「部」を除いては、少なくとも一つのモジュールに一体化されて少なくとも一つのプロセッサ（図示せず）で具現され得る。
【００４８】
以下、実施例を添付した図面を参照して詳しく説明することにし、添付の図面を参照して説明するに際して、同一又は対応する構成要素には同じ図面符号を付し、それについて重複する説明は省略することにする。
【００４９】
図１は、本発明の一実施例に係る被験者Ｔに着用されたスキンセンサモジュールを概略的に示す図である。
【００５０】
本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールは、皮膚に付着されて皮膚の機械的変化を測定するように構成されてよい。一実施例に係るスキンセンサモジュールＳは、複数の通気性（ａｉｒ  ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）貫通孔Ｈが形成された基板２０と、前記基板に形成された複数の変形センサユニット１０を含む。
【００５１】
前記基板２０は、皮膚に密着して接着できるように形成され、前記変形センサユニット１０は、前記通気性貫通孔Ｈ上に自立（ｆｒｅｅ  ｓｔａｎｄｉｎｇ）型で形成された変化感知構造物から構成される。貫通孔Ｈ上に自立型で付着されて、皮膚に付着された貫通孔Ｈの大きさの変化に応じて変化感知構造物上に加えられる圧力の変化を感知して皮膚変化を感知するように構成されてよい。
【００５２】
図２は、本発明の一実施例に係る変形センサユニット１０を概略的に示す図であり、図３は、本発明の一実施例に係る変形センサユニット１０の断面図である。
【００５３】
図２及び図３を参照すると、本発明の一実施例に係る変形センサユニット１０は、貫通孔Ｈが形成され、基板の一方の面に貫通孔Ｈの一方側と他方側に形成された第１電極１５と第２電極１７を含む基板２０、前記第１電極１５から引き出されて前記貫通孔Ｈの内部を延在する圧電素子１１、及び前記第２電極１７から引き出されて前記貫通孔Ｈの内部を延在し前記圧電素子１１の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗１３を含む。
【００５４】
一実施例によれば、前記変化感知構造物は、圧電素子１１と圧電抵抗１３とから構成されてよい。変化感知構造物は、貫通孔Ｈの両側に亘って延在するように形成され、その長さ変化に応じて前記変化感知構造物上での圧力が変化するように形成されてよい。それにより、変化感知構造物は、圧電素子と圧電抵抗を介して圧力変化を感知して皮膚変化を測定するように形成されてよい。
【００５５】
前記圧電素子１１は、機械的な圧力によって電気的信号を発生させ得る素子であって、一実施例によれば、圧電半導体であってよい。
【００５６】
前記圧電抵抗１３は、ナノメートルスケールの皮膚の変形に応じて抵抗が変化する素子であって、一実施例によれば、ナノメートルスケールのクラックの断接によってクラックが形成された金属の抵抗が変化するように形成され、皮膚の変形をナノメートルスケールで測定できるナノクラック−制御基盤の金属圧電抵抗素子であってよい。
【００５７】
一例として、前記圧電抵抗１３は、ポリイミド上に形成された銀（Ａｇ）薄膜が形成されて金属粒子（ｇｒａｉｎｓ）が形成され、クラックの断接による抵抗変化を誘導できる圧電抵抗素子であってよい。
【００５８】
一実施例によれば、前記圧電素子１１と圧電抵抗１３との接触面上に界面層１９を更に含んでよい。一例として、前記界面層１９は、低欠陥（ｌｏｗ−ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ）の非晶質酸化物半導体（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｙｅｒ）であってよく、転写印刷した圧電素子１１の下に配置されてよい。
【００５９】
図３の一部拡大図を参照すると、圧電抵抗１３と圧電素子１１との間の接触面に形成された界面層１９は、一例として、Ｇａ化学量論−制御式非晶質酸化界面層から構成され、室温蒸着工程下でも低欠陥ショットキーバリアを形成でき、変形センサの感度を改善できる。
【００６０】
非晶質構造によって、１次元的及び２次元的欠陥は存在せず、一定のコンタクトが形成できる。さらには、Ｇａは酸素欠乏のような０次元的欠陥を抑制し、理想的なショットキー熱イオン伝導（ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）を誘導する。結果的に、電気抵抗は圧電ポテンシャルの増加に対して変化するようになり、すなわち、センサの敏感度が増加する。
【００６１】
図４は、本発明の一実施例に係る変形センサユニットの回路図である。
【００６２】
図４を参照すると、一実施例に係る変形センサユニットは、圧電半導体形態の圧電素子１１と可変抵抗形態の圧電抵抗１３とが接続され、それらの間に可変ショットキーダイオード（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  ｄｉｏｄｅ）１２が形成される構造を有してよい。
【００６３】
図５ａ及び図５ｂは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットにおいて界面層の有無によるエネルギーバンドダイヤグラムを示すグラフである。
【００６４】
図５ａは、圧電素子１１と圧電抵抗１３とが接続された実施例の変形センサユニットのエネルギーバンドダイヤグラムに関するものであり、図５ｂは、界面層１９を更に含む実施例のエネルギーバンドダイヤグラムに関するものである。
【００６５】
図５ａを参照すると、Ｆ１及びＦ３の力が加えられて引張力が印加された場合、バリアの高さが高くなり、圧電抵抗１３の抵抗が大きくなる。
【００６６】
そして、Ｆ２及びＦ４の力が加えられて圧力が印加された場合、バリアの高さが低くなり、圧電抵抗１３の抵抗が小さくなる。
【００６７】
すなわち、変形センサユニットが付着された皮膚につっぱりが生じたり（Ｆ１、Ｆ３）、たるみが生じたりした場合（Ｆ２、Ｆ４）、フェルミエネルギー準位（Ｆｅｒｍｉ  ｅｎｅｒｇｙ  ｌｅｖｅｌ）に対するショットキーバリアの調整がなされて皮膚のつっぱりやたるみを感知するように形成されてよい。
【００６８】
それにより、変形センサユニットの敏感度は、圧電素子１１と圧電抵抗１３の一連の相互接続を通じて非常に強化できる。結局、ナノメートルスケールの皮膚変化を感知できる変形センサユニットを提供できる。
【００６９】
図５ｂを参照すると、非晶質酸化物界面層１９の追加によって界面での１次元的及び２次元的欠陥を除去し、ショットキーバリアの高さに係わらず発生するトンネリング（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）伝導を抑制し理想的なショットキー熱イオン伝導を形成することが分かる。
【００７０】
図６は、非晶質酸化物界面層による電気的特性の変化を示すグラフである。非晶質酸化物の化学量論（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）を調節することによってショットキー熱イオン伝導変数値が変り、最適の化学量論を設定して理想的なショットキー熱イオン伝導特性を作り出せることが分かる。
【００７１】
本発明の他の実施例に係るスキンセンサモジュールは、複数の変形センサユニットから構成され、予め設定された範囲内の皮膚領域での皮膚の物理的変化を感知するように形成されてよい。
【００７２】
一実施例に係るスキンセンサモジュールは、複数の貫通孔が形成され、基板の一方の面にそれぞれの貫通孔の一方側と他方側に形成された第１電極と第２電極を含む基板、それぞれの第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子、それぞれの第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成される圧電抵抗を含む。
【００７３】
言い換えれば、スキンセンサモジュールにおいて変形センサユニットは、前記基板上に形成される一つの貫通孔を中心に配置される前記第１電極、前記第２電極、及び前記圧電素子と圧電抵抗とから構成される変形感知構造物を含む一つの単位体であって、一箇所の皮膚変形を感知するように構成されてよい。
【００７４】
前記基板上に形成される複数の変形センサユニットは、前記基板上に放射アレイ構造、直線状アレイ構造、曲線状アレイ構造、交差状アレイ構造、円形アレイ構造、矩形状アレイ構造、及び多角形アレイ構造のうちの一つ以上のアレイ構造で配置されてよい。
【００７５】
本明細書において変形センサユニットに係る内容はスキンセンサモジュールにも適用できることは勿論である。逆の場合でも同様である。重複する内容の記載は省略することにする。
【００７６】
以下では、変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールの製造方法についてより具体的に述べることにする。
【００７７】
以下の説明は、複数の変形センサユニットを含むスキンセンサモジュールに関する製造方法を基準にしているが、必ずしもこれに制限されるものではなく、一つの変形センサユニットの製造方法にも適用できることは言うまでもない。
【００７８】
図７は、本発明の一実施例に係るフレキシブル接着基板の製造過程を概略的に示す図である。
【００７９】
一般的な皮膚の毛穴の大きさは約１００μｍ程度であり、隣接している毛穴との間隔は約１００μｍである。全体的に２〜４百万個が存在し、約１１．４個／ｃｍ２の密度で皮膚に分布している。皮膚の蒸散作用（ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ）によって皮膚から放出される水蒸気の径は約２〜５μｍとなり、主な成分は水（Ｈ２Ｏ）が９９％で、Ｎａ、Ｃｌ、Ｋ、Ｎなどの成分が含まれる。そして、毎日約７００ｍｌが放出される。
【００８０】
本発明の一実施例に係るフレキシブル接着基板２０には、約１００μｍ（５０μｍ〜１５０μｍ）の径ｄ１を有し、間の間隔ｄ２が約１００μｍ（５０μｍ〜１５０μｍ）である複数の通気孔Ｐが配置されてよい。径ｄ１と間隔ｄ２が５０μｍ未満である場合、フレキシブル接着基板が皮膚に密着して皮膚からの水分などの放出を妨害することがあり、また１５０μｍを超える場合、所望の程度の耐久性を確保し難い。
【００８１】
複数の通気孔がフレキシブル接着基板に形成されているため、フレキシブル接着基板のブリーザビリティ（ｂｒｅａｔｈａｂｉｌｉｔｙ）を確保できる。すなわち、フレキシブル接着基板によって皮膚の蒸散作用に及ぼす影響を最小化して、実際に外部環境への露出によって発生する皮膚乾燥を精度よく測定できる。
【００８２】
一実施例によれば、前記通気孔Ｐが円形形状を有すると図示しているが、必ずしもこれに制限されるものではなく、四角形又は多角形などの多様な形状を有してもよいことは言うまでもない。
【００８３】
一実施例によれば、前記通気孔Ｐは、変形センサユニットの貫通孔Ｈとして用いられてもよい。別途の貫通孔Ｈを設けることなく、前記通気孔Ｐ上に変形感知構造物を配置し皮膚変化を感知するように形成されてよい。しかし、必ずしもこれに制限されるものではなく、通気孔Ｐと貫通孔Ｈとを別に設けて用いることもできることは言うまでもない。
【００８４】
図７のフロー図中の一番目の図を参照すると、まず、複数のマイクロ柱が形成されたモールド３１を用意する。前記モールド３１に形成されたマイクロ柱は貫通孔Ｈに対応するサイズと形状を有するように形成される。
【００８５】
図７の二番目の図を参照すると、前記モールド３１上に基板２０を構成する物質を形成してよい。一例として、予め設定された厚さの弾性重合体を前記モールド３１上に成形してよい。前記弾性重合体は、一実施例によれば、皮膚に対する影響を最小化し且つ皮膚へ密着できるポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）（ＰＤＭＳ）を含む材料であって前記基板２０を構成してよい。
【００８６】
次いで、図７の三番目の図を参照すると、モールド３１から前記基板２０を分離させ、複数の通気孔Ｐが形成された基板２０を形成してよい。
【００８７】
図７の四番目の図を参照すると、本発明の他の実施例に係る前記基板２０は、四角形の複数の通気孔Ｐを含み、通気孔Ｐは、変形センサユニットのための貫通孔Ｈを構成するように形成されてよい。それにより、それぞれの貫通孔Ｈに変形センサユニットが搭載され、スキンセンサモジュールを形成することができる。
【００８８】
そして、前記基板２０の下面には複数のマイクロ吸い込みカップ２１がパターニングされてよい。その結果、皮膚により密着して皮膚変形を測定できるスキンセンサモジュールを提供することができる。
【００８９】
図８ａ、図８ｂ、図８ｃ、図８ｄは、本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールの製造過程を概略的に示す図である。図８ａ、図８ｂ、図８ｃ、図８ｄを参照して、前記のように形成された基板２０上に変形センサユニットを搭載する製造過程を説明することにする。
【００９０】
図８ａを参照すると、犠牲層１０１上に基板２０を積層し、前記基板の貫通孔Ｈの一方側から内側に延在する圧電抵抗１３を積層して基板層１２０を形成する。必ずしもこれに制限されるものではなく、犠牲層１０１上に基板の一方側から内側に延在する圧電抵抗１３を含む基板層１２０を積層してもよい。
【００９１】
図８ｂを参照すると、圧電素子１１０を転写構造物に付着して基板層１２０上に転写させてよい。
【００９２】
一実施例によれば、圧電素子層１１０をエピタキシャルグラフェン（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｇｒａｐｈｅｎｅ）（一例としてＳｉＣ層）上に搭載し、次いで、圧電素子層１１０上にストレッサー層１３０（一例としてＮｉ層）を形成し、その上にテープ層１４０を形成してよい。それにより、圧電素子層１１０を転写させるためにその上にストレッサー層１３０とテープ層１４０の転写構造物を形成することができる。
【００９３】
すなわち、高性能且つ単結晶圧電半導体（ＡｌＮ、ＧａＮ）のような圧電素子１１０を、グラフェンベースの転写印刷（Ｇｒａｐｈｅｎｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｌａｙｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）（ＧＢＬＴ）を用いて約９０℃で基板層１２０上に転写することができる。
【００９４】
本発明の一実施例によれば、電位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）、結晶粒界面（Ｇｒａｉｎ  Ｂｏｕｎｄａｒｙ）のような欠陥の減少と好適な結晶配向の変調によって圧電変形センサの感知性能が改善することができる。
【００９５】
図８ｃを参照すると、転写構造物であるストレッサー層１３０とテープ層１４０を引き剥がすことで、圧電素子層１１０、圧電抵抗１３が形成された基板層１２０及び犠牲層１１０が順に積層された積層体が残るようになる。
【００９６】
そして、エッチングのような過程を通じて犠牲層１０１と圧電素子層１１０から圧電素子１１に対応しない残りの部分を除去することができる。そして、印刷などの過程を通じて第１電極１５と第２電極１７を印刷し、図８ｄに示すように、複数の変形センサユニットが形成されたスキンセンサモジュールを形成することができる。
【００９７】
図９ａ、図９ｂ、図９ｃは、本発明の一実施例に係る変形センサユニットで皮膚変化量を測定する過程を概略的に示す図である。
【００９８】
図９ａ〜９ｃを参照すると、本発明の一実施例に係る変形センサユニット１０は、皮膚Ｔｓ、Ｔｄ上に着脱自在に付着することができる。前記皮膚は、角質層Ｔｓと真皮層Ｔｄを含む。変形センサユニット１０は、角質層Ｔｓの表面に密着して、貫通孔Ｈの変化を測定するように形成されてよい。
【００９９】
本発明の一実施例に係る前記基板２０はマイクロサイズの孔を含んでいることから、皮膚の生理学的活動に影響を及ぼさず且つ皮膚乾燥を妨害しないため、皮膚のブリーザビリティを提供することができる。
【０１００】
変化感知構造物（圧電素子１１及び圧電抵抗１３）は、基板のブリーザビリティを提供するホールに自立型でぶら下げられているため、機械的応力によって誘導される皮膚変形によって効果的に曲げられるように形成されてよい。
【０１０１】
特に角質層の、皮膚の機械的変化は、薄膜メカニズムに基づいて分析されてよい。皮膚は、約２０μｍまでは角質層で、約２ｍｍまでは表皮層と真皮層で構成される。それにより、真皮層を器材で見ると、角質層は真皮層に対して約１／１００の割合で薄膜構造を有するようになる。それにより、皮膚乾燥が発生すると、相対的に薄膜形態である角質層の体積収縮が誘導される。
【０１０２】
そして、乾燥が発生すると、初期は角質層の水分が減少して収縮するが、真皮層は相対的に乾燥し難いため真皮層が角質層を引っ張ることで引張応力が発生するようになる。しかし、持続的に乾燥が発生すると角質層の弾性係数が増加していき、角質層Ｔｓにクラックに発生して保護機能の損失をもたらすようになる。そして、クラックが発生すると、引張応力が減少してたるむようになる。
【０１０３】
したがって、角質層の機械的挙動に対する持続的なモニタリングは、皮膚健康を確認するうえで非常に重要な役割を果たし得る。
【０１０４】
本明細書において皮膚変化率を、予め設定された区域の皮膚の最初長さＬ０とｔ時間後の長さＬｔに対し、次の［式１］のように定義することができる。
【０１０５】
【数１】
2021502179.tif 000003
【０１０６】
すなわち、変化感知構造物（圧電素子１１及び圧電抵抗１３）の長さ変化を算出することで皮膚変化率を定量的な数値で提供することができる。
【０１０７】
図９ａの開始段階を参照すると、何らの圧力が加えられない状態における変化感知構造物（圧電素子１１及び圧電抵抗１３）はｄ３の長さを有する。
【０１０８】
図９ｂの初期段階を参照すると、時間が経て水分を含む物質が皮膚から放出されて角質層が先に乾燥していくと、角質層に引張応力Ｆ５、Ｆ６が発生するようになる。この場合、変化感知構造物（圧電素子１１及び圧電抵抗１３）はｄ４の長さを有し、ｄ４はｄ３に比べて長い長さを有するようになる。そして、このとき、被験者の皮膚つっぱりが発生したと判断することができる。
【０１０９】
図９ｃの後期段階を参照すると、持続的に乾燥が発生していくと、角質層にクラックＣが発生して変化感知構造物（圧電素子１１及び圧電抵抗１３）上に加えられる引張応力は減少するようになり、このとき、ｄ５の長さを有する。ｄ５はｄ４に比べて短い長さを有するようになる。
【０１１０】
前記のような方式で、変化感知構造物（圧電素子１１及び圧電抵抗１３）上に加えられる圧力又は変化感知構造物の長さに基づいて皮膚変化量を測定することができる。
【０１１１】
図１０は、本発明の一実施例に係る変形センサモジュールで測定された経時的な皮膚変形率を示すグラフである。
【０１１２】
図９ａの開始段階は図１０のグラフ中の露出開始時間に該当し、図９ｂの初期段階では、角質層の乾燥によって引張応力が増加していき、持続的に皮膚変形が増加するようになる。
【０１１３】
次いで、図９ｃの後期段階では、角質層へのクラックの形成によって引張応力が減少することで前記変形が初期状態と同一又は類似の状態に戻るようになる。
【０１１４】
図１１は、本発明の他の実施例に係るスキンセンサモジュールを概略的に示す図である。
【０１１５】
皮膚経由薬物及び化粧品伝達の拡散力学は、蛍光光学顕微鏡（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｐｈｏｔｏｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ）を使用して皮膚断面のイメージを調査したり、漸進的テープストリッピング（ｔａｐｅ  ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）を用いたり、皮膚透過装置（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｅｌｌｓ）を用いたりして生体外（ｉｎ−ｖｉｔｒｏ）テストを用いた。これらの方法はいずれも皮膚に損傷をもたらすことがあり、テスト過程に非常に手間がかかり且つ結果の不連続性によって薬物又は化粧品の拡散を導出することが極めて難しい。
【０１１６】
図１１を参照すると、本発明の一実施例に係るスキン変形感知装置はスキンセンサモジュールを含み、前記スキンセンサモジュールは、基板２２０と、前記基板２２０上に形成されたテストしたい刺激が加えられるテストポイントと、該テストポイントに対応して配置された複数の変形センサユニット２１０とから構成される。
【０１１７】
前記テストポイントは、拡散テストのためにテストしたい物質が注入される注入開口２３０又は圧入テストのために予め設定された大きさの振動が皮膚に加えられる圧入ポイントであってよい。そして、前記複数の変形センサユニット２１０は、前記テストポイントを中心に放射状アレイ構造で配置されてよい。
【０１１８】
具体的に、一実施例によれば、前記スキンセンサモジュールは、基板２２０と、前記基板２２０上に形成された注入開口２３０と、これを中心に放射状に配置された、すなわち、放射アレイ構造で配置された、複数の変形センサユニット２１０とから構成される。
【０１１９】
変形センサユニット２１０は、３６０度の放射状のアレイで配置され、前記スキン変形感知装置は、注入開口２３０にテストしたい物質（例えば、薬物又は化粧品）を注入して拡散度などを測定するのに用いられてよい。
【０１２０】
また他の実施例によれば、前記スキンセンサモジュールは、基板２２０と、前記基板２２０上に形成された圧入ポイント（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）（図示せず）と、これを中心に放射状に配置された、すなわち３６０度の放射アレイ構造で配置された複数の変形センサユニット２１０とから構成されてよい。
【０１２１】
前記圧入ポイントを中心に予め設定された大きさ又は周期の振動を皮膚上に誘発してよい。そして、圧入ポイントを中心に配置された複数の変形センサユニット２１０でこのような振動が皮膚に伝達される速度及び／又は波形を分析して被験者の表皮及び／又は真皮層の弾性、粘弾性、又はこれらの両方の特徴を測定することができる。
【０１２２】
前記圧入ポイントは、図１１において注入開口２３０に対応する位置に配置されてよく、開口形態又は圧入基準点を示すマーク形態で配置されて一定の大きさの振動圧力が加えられる基準点を表示することができる。必ずしもこれに制限されるものではなく圧入基準点を表示するための多様な形態を有してよい。
【０１２３】
本発明の一実施例によれば、スキンセンサモジュールを用いて、簡単、且つ非外科的な、生体内（ｉｎ−ｖｉｖｏ）方式で薬物又は化粧品の拡散度を測定することができる。放射状で配置された変形センサユニット２１０を用いての皮膚変形測定を通じて注入開口２３０を中心に側方向拡散と拡散長さを測定することができる。また、拡散の温度依存性測定を通じて拡散のアレニウス活性化エネルギーの導出が可能である。
【０１２４】
図１２は、図１１のスキンセンサモジュールの断面図である。図１２を参照すると、本発明の一実施例に係るスキンセンサモジュールを用いて拡散長さと拡散速度を下記のように測定することができる。
【０１２５】
具体的に、スキンセンサモジュールを皮膚に装着する。次いで、注入開口２３０にテストしたい薬物又は化粧品を注入する。
【０１２６】
複数の変形センサユニットは、注入開口２３０からそれぞれＲ１箇所、Ｒ２箇所、Ｒ３箇所、Ｒ４箇所に配置されてよい。そして、各センサの変化感知構造物の長さｄ６、ｄ７、ｄ８及びｄ９の算出を通じて拡散長さと拡散速度を測定することができる。
【０１２７】
注入開口２３０に薬物又は化粧品が注入された後から、各箇所の変形センサユニットで変化を感知した時間と当該箇所の位置を測定する。次いで、開口から変形が感知された箇所の位置と時間に基づいて、拡散距離及び拡散速度を算出することができる。
【０１２８】
図１２を参照すると、注入開口２３０から中心に配置されるＲ１箇所の長さであるｄ６の変化率が最も大きくて、順にＲ２及びＲ３箇所での長さであるｄ７及びｄ８の長さ変化率は次第に小さくなり、Ｒ４箇所以降の変形センサユニットでは化粧料による変形が感知されないこともある。この場合、略Ｒ３箇所まで化粧料が拡散したと決定することができる。
【０１２９】
薬物又は化粧品の皮膚拡散の場合、深さ方向への拡散速度及びその効果を測定することは皮膚を損傷させない限り難しい。したがって、皮膚を損傷させることなく拡散速度とその効果を測定するために側方方向（左・右方向）への拡散速度と効果を測定して拡散速度及び効果を算出することができる。
【０１３０】
図１３は、一実施例に係るスキン変形感知装置を示す図である。
【０１３１】
本発明の一実施例に係るスキン変形感知装置は、スキンセンサモジュール２２０とこれに固定された固定バンド２４０を具備して提供されてよく、そのため、被験者の腕ＴＨに装着されて皮膚拡散を測定するのに用いられてよい。すなわち、皮膚を損傷させることなく生体内（ｉｎ−ｖｉｖｏ）テストが可能である。そして、リアルタイムで皮膚変化をモニタリングして皮膚変化を観察することができる皮膚センサモジュールを提供することができる。
【０１３２】
本発明によれば、基板上にマイクロサイズの孔を形成して高いブリーザビリティ又は通気性を有する変形センサユニットを提供することができる。その結果、（例えば、乾燥のような）皮膚の生理学的活動に影響を及ぼすことなく皮膚に対する機械的変形をリアルタイムで測定することができる変形センサユニット又はこれを含むスキンセンサモジュールを提供することができる。
【０１３３】
本発明に係る変形センサユニットの変化感知構造物は、自立型構造物であって基板の孔上にぶら下がっているように形成されてよく、皮膚変形を誘導する機械的な応力によって効率的に曲げられて皮膚変形を測定することができる。
【０１３４】
また、圧電半導体は、低い欠陥密度を有する単結晶で構成されるため、優れた感度性能を示すことができる。そして、ショットキー接触における界面欠陥密度もまた非晶質酸化界面層によって減少され得る。
【０１３５】
スキンセンサモジュールで皮膚経由薬物及び化粧品の拡散特性を注入開口からの皮膚変形を測定して算出することで、拡散特性に対する非外科的、生体内、リアルタイムテストを行うことができる。
【０１３６】
また、本発明の多様な実施例に係る変形センサユニット、これを含むスキンセンサモジュール、及びスキン変形感知装置は、皮膚つっぱりを測定するのに用いることができるだけでなく、皮膚の弾力を測定するのに活用することができる。
【０１３７】
一実施例によれば、スキンセンサモジュール２２０は、皮膚特性算出部に更に接続され、多様な皮膚特性を算出するのに用いることができる。皮膚に物理的圧力をかけて皮膚変形させるとき、性別、年齢、及び皮膚状態に応じて皮膚弾性度が異なることから皮膚変形程度に差異が出る。すなわち、センサのアレイ中央部に圧力をかけたとき、皮膚特性に応じて異なって発生する（波長、波動形状、周期、電波速度などのような）波動特性の差異に応じて皮膚が変形する程度を測定して、皮膚の物性を導出することができる。そしてから、皮膚物性に基づいて皮膚弾性度の差異を測定することができる。
【０１３８】
一例として、前記スキンセンサモジュールでテストポイントに加えられる圧力による波動特性を測定し、前記皮膚特性算出部で測定された波長特性によって導出される皮膚物性に基づいて皮膚弾性度を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明によれば、皮膚の変形を測定できる変形センサユニット及びこれを含むスキンセンサモジュールを提供することができる。
また、前記変形センサ及びこれを含むスキンセンサモジュールは着用型構造であって、センサユニット又はセンサモジュールを着用した状態で測定が可能であり、着用が皮膚状態に影響を及ぼすことなく、皮膚の生理学的な挙動による皮膚の変形を測定でき、皮膚関連産業への活用度が限りないと見込まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１０：変形センサユニット
１１：圧電素子
１３：圧電抵抗
１５：第１電極
１７：第２電極
１９：界面層
２０：基板
【図１】
2021502179.tif 000004
【図２】
2021502179.tif 000005
【図３】
2021502179.tif 000006
【図４】
2021502179.tif 000007
【図５ａ】
2021502179.tif 000008
【図５ｂ】
2021502179.tif 000009
【図６】
2021502179.tif 000010
【図７】
2021502179.tif 000011
【図８ａ】
2021502179.tif 000012
【図８ｂ】
2021502179.tif 000013
【図８ｃ】
2021502179.tif 000014
【図８ｄ】
2021502179.tif 000015
【図９ａ】
2021502179.tif 000016
【図９ｂ】
2021502179.tif 000017
【図９ｃ】
2021502179.tif 000018
【図１０】
2021502179.tif 000019
【図１１】
2021502179.tif 000020
【図１２】
2021502179.tif 000021
【図１３】
2021502179.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月9日(2020.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔、第１電極及び第２電極を有する基板であって、前記第１電極は基板の一方の面に貫通孔の一方側に形成され、前記第２電極は基板の一方の面に貫通孔の他方側に形成された基板；
前記第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在する圧電素子；及び
前記第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成されている圧電抵抗を含むことを特徴とする変形センサユニット。
【請求項２】
前記圧電素子は、圧電半導体であることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項３】
前記圧電抵抗は、ナノクラック−制御基盤の金属圧電抵抗素子であることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項４】
前記圧電素子と前記圧電抵抗との間の接触面に、非晶質酸化物半導体からなる界面層が更に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項５】
前記基板には、５０〜１５０μｍの複数の通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項６】
前記複数の通気孔間の間隔は、５０〜１５０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の変形センサユニット。
【請求項７】
前記複数の通気孔は、前記貫通孔を構成することを特徴とする請求項５に記載の変形センサユニット。
【請求項８】
前記基板は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含む物質からなることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項９】
前記基板の一方の面に対向する他方の面には、皮膚への密着のための複数のマイクロ吸い込みカップがパターニングされることを特徴とする請求項１に記載の変形センサユニット。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の複数の変形センサユニットを含むスキンセンサモジュールであって、
それぞれの第１電極は、基板の一方の面の上のそれぞれの貫通孔の一方側に形成され、
それぞれの第２電極は、基板の一方の面の上のそれぞれの貫通孔の他方側に形成され、
それぞれの圧電素子は、それぞれの第１電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し、
それぞれの圧電抵抗は、それぞれの第２電極から引き出されて前記貫通孔の内部を延在し前記圧電素子の一部又は全部と重なるように形成されていることを特徴とするスキンセンサモジュール。
【請求項１１】
前記複数の通気孔の全部又は一部は、前記複数の貫通孔を構成することを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１２】
前記複数の変形センサユニットは、前記基板上に放射アレイ構造、直線状アレイ構造、曲線状アレイ構造、交差状アレイ構造、円形アレイ構造、矩形状アレイ構造、及び多角形アレイ構造のうちの一つ以上のアレイ構造で配置されることを特徴とする請求項１０に記載のスキンセンサモジュール。
【請求項１３】
変形センサユニットの製造方法であって、
犠牲層上に基板の貫通孔の一方側から内側に延在する圧電抵抗を含む基板層を積層するステップ；
圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップ；
前記転写構造物を分離させるステップ；及び
前記圧電素子層において前記圧電抵抗の全部又は一部を覆いながら前記貫通孔の他方側に延在して圧電素子に対応する領域を除いた領域と、前記犠牲層を除去し、前記基板の一方の面において前記貫通孔の一方側と他方側に前記圧電素子及び前記圧電抵抗をそれぞれ覆うように第１電極と第２電極を形成するステップを含むことを特徴とする変形センサユニットの製造方法。
【請求項１４】
マイクロ柱が形成されたモールド上に予め設定された厚さの弾性重合体を成形するステップ；及び
成形された前記弾性重合体を分離させて基板を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の変形センサユニットの製造方法。
【請求項１５】
前記圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップは、
エピタキシャルグラフェン上に圧電素子層を搭載するステップ；
前記圧電素子層上にストレッサー層を搭載するステップ；
前記ストレッサー層上にテープ層を搭載するステップ；及び
前記テープ層、ストレッサー層、及び圧電素子層を分離させて前記基板層上に転写させるステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の変形センサユニットの製造方法。
【請求項１６】
スキンセンサモジュールの製造方法であって、
犠牲層上に基板の複数の貫通孔のそれぞれに一方側から内側に延在する圧電抵抗を含む基板層を積層するステップ；
圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップ；
前記転写構造物を分離させるステップ；及び
前記圧電素子層においてそれぞれの圧電抵抗の全部又は一部を覆いながら前記貫通孔の他方側に延在して圧電素子に対応する領域を除いた領域と、前記犠牲層を除去し、基板の一方の面において前記複数の貫通孔の一方側と他方側に前記圧電素子及び前記圧電抵抗をそれぞれ覆うように第１電極と第２電極を形成するステップを含むことを特徴とするスキンセンサモジュールの製造方法。
【請求項１７】
複数のマイクロ柱が形成されたモールド上に予め設定された厚さの弾性重合体を成形するステップ；及び
成形された前記弾性重合体を分離させて基板を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載のスキンセンサモジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記圧電素子層を転写構造物に付着して基板層上に転写させるステップは、
エピタキシャルグラフェン上に圧電素子層を搭載するステップ；
前記圧電素子層上にストレッサー層を搭載するステップ；
前記ストレッサー層上にテープ層を搭載するステップ；及び
前記テープ層、ストレッサー層、及び圧電素子層を分離させて前記基板層上に転写させるステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載のスキンセンサモジュールの製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の変形センサモジュールを含むスキン変形感知装置であって、
前記基板は、テストしたい刺激が加えられるテストポイントが形成されることを特徴とするスキン変形感知装置。
【請求項２０】
前記テストポイントは、テストしたい物質が注入される注入開口又は予め設定された大きさ又は周期の振動が加えられる圧入ポイントであることを特徴とする請求項１９に記載のスキン変形感知装置。
【請求項２１】
前記複数の貫通孔は、前記テストポイントを中心に放射アレイ構造で配置されることを特徴とする請求項１９に記載のスキン変形感知装置。
【請求項２２】
前記スキンセンサモジュールに連結されて被験者の腕又は脚をくるむように形成された固定バンドを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載のスキン変形感知装置。
【請求項２３】
前記スキンセンサモジュールは、皮膚特性算出部に連結され、
前記スキンセンサモジュールは、前記テストポイントに加えられる圧力による波動特性を測定し、
前記皮膚特性算出部で測定された波動特性による皮膚物性に基づいて皮膚弾性度を算出することを特徴とする請求項１９に記載のスキン変形感知装置。
【国際調査報告】
2021502179.tif 000023
2021502179.tif 000024
2021502179.tif 000025
2021502179.tif 000026