5. POF와 섬유의 통합
5.1소개
전기나 광학 시그널을 보낼 수 있는 전자 와어어나 Optical Fiber와 섬유의 통합은 섬유 산업에서의 중요한 트렌드이다. 이런 섬유들은 전기, 광학 디바이스가 합쳐지면 입을수 있는 전기제품이나 광학 서킷등으로 활용될 수 있다. 이런 테크놀러지는 전자장치들의 사이즈를 작게하고 옷에 이런 디바이스들을 다 장착시키는 것을 가능케 한다.
입을 수 있는 인터액티브 직물들과 연결된 핸드폰 디바이스들은 전자기기로 되어있다. 전기 와이어로 짜진 섬유는 섬유 제작 프로세스가 상당히 힘들기 때문에 아주 기초단계부터 시작되었다. 전기 와이어는 전기 기기의 오작동을 초래할 수 있는 전자기의 장애에 의한 문제들이 있다. 예) vital signals를 모니터하는 사람들에게는 전자기장이 매우 위험할 수 있다. 게다가 많은 사람들이 와이어를 몸에 감는 일을 싫어한다.
광섬유는 빛을 전송하고, 전자기장에 영향을 받지 않는다. 특히 플라스틱이나 폴리머로 된 섬유(POF)는 GOF에 비해 더 강하고, 보통의 제직 기계로 짤 수 있다.
Dr. S. Jayaraman – ”wearable motherboard”/ smart shirt
이 기술 혁신은 차후 flexible, 입을 수 있고, 여러가지 몸의 sign들을 모니터 할 수 있는 센서들이 부착된 편한 옷의 개발 가능성을 열어주었다. Jarayaman의 발명은 세계적으로 POF와 통합된 직물 리서치에 불을 지폈다. OF는 또한 light source, 연결선, 빛 탐지창치들과 쉽고 비싸지 않게 연결될 수 있다는 장점이 있다. POF는 전도성있는 금속보다 부드럽기 때문에 전기 와이어에 비해 사람들에게 훨씬 친근할 수 있다.
POF와 직물의 통합은 매우 참신한 접근 이지만, 상용화에는 아직 많은 문제점들이 있다.
Graham-Rowe(2006)이 지적한바에 따르면, 제일 큰 챌런지는 실질적 weaving, stitching, knitting이다. POF가 잘 부러지기 때문에 내구력에 문제가 있다. 아직 적용되는 연결 광학 디바이스가 적다.
POF의 기본 자질, 옆으로 빛을 내뿜는 POF, 직물과 POF의 통합, 그리고 POF와 통합된 직물의 적용 등을 살펴볼 것이다. POF와 통합된 직물의 전문용어는 아직 정의된 것이 없다. 여기에선 POF가 섬유에 같이 짜여져 있으며 빛을 내는 medium으로이 역할을 하는 것을“Photonic Textile” 이라 한다.
5.2 POF의 기본
5.2.1 Signal Transmitting Medium으로의 POF
5.2.1.1 구성과 소재
핵/피복 으로 구성
Figure 5.1 – 빛은 피복을 뚫지 못하지만, 핵의 표면에서의 조금의 손실을 막아준다. 표면의 오염을 막아주고, 기계적인 힘을 더한다. 빛을 핵 안에 유지시키기 위하여, 전체 내부 반사의 조건은 다음과 같다. ncore > ncladding
ncore 과 ncladding 이 각각의 핵과 피복의 굴절 지표 일 때
임계각 – 굴절률이 큰 물질에서 작은 물질로 빛이 입사할 때, 전반사가 일어나기 시작하는 OF의입사각. c=는 입사각θ과 내부 광선이 핵이나 피복으로의 핵의 굴절로 반사될지를 결정한다. >c 빛의 완전반사될 때이다. 임계각은 핵과 피복 재질간의 굴절 지표에서의 차이에 의해 결정된다.
=arcsin
임계각은 섬유의 수광각(광섬유에서 빛이 코어 내를 전송하기 위한 최대 수용 각도. 최대 입사각의 2배에 해당하는 것으로, 빛이 광섬유 코어 내에 전송되기 위해서는 최대 입사각 내에서 입사되어야 하며, 이 각도보다 큰 경우 코어와 클래딩의 경계면에서 전반사하지 않고 클래딩으로 굴절하여 누설되므로 멀리까지 도달할 수 없다.) 을 결정하는 수치. Numerical Aperture(NA)
Numerical aperture
광섬유 내의 빛의 전파(傳播)를 좌우하는 입사각을 결정하는 수치. 코어의 굴절률 n₁과 클래딩의 굴절률 n₂와의 비굴절률 차 에 의해 결정되며, 광섬유의 유형과 구조에 따라 다르다. 광섬유의 끝에서 빛을 입사하는 경우 중심축에서 어떤 각도 이하의 위치를 취하지 않으면 빛은 핵에서 밖으로 굴절하고 만다. 빛이 밖으로 굴절하지 않고 광섬유 내에서 전반사(全反射)하여 전파하는 최대 각도의 정현을 개구수(NA)라고 한다. 그림에서 각도 로 입사한 빛이 핵 내를 전반사하여 전파하는 조건을 구하면 sin＜sinmax＝n1 가 되는데, n1 가 NA이다. 비굴절률 차 가 클수록 NA가 커지고 max도 크게 된다. 즉 광섬유의 집광(集光) 능력이 커지고 광원과의 결합도 우수하다. 그러나 광섬유에서는 가 클수록(NA가 클수록) 빛의 손실이 커지고 분산도 커져서 결과적으로 전송할 수 있는 신호 대역이 좁아지기 때문에, 용도에 따라서 최적의 를 결정해 놓았다. 그림은 계단형 광섬유의 경우이고, 코어의 중심부에서 가장 크고 클래딩부에 접근할수록 적어지는 집속형 광섬유의 경우에는 굴절률 분포의 최댓값을 가지고 나 NA를 정의해 놓고 있다. 이와 같이 NA 값은 광섬유의 유형과 구조에 따라 다른데 코어 지름 50m의 다중 모드 광섬유의 NA 값은 0.200, 코어 지름 8.4m의 단일 모드 광섬유의 NA 값은 0.12 정도이다.
POF는 폴리머로 만들어진다. 핵으로 사용되는 재질은 거의 폴리이다. Fluoropolymer(불소중합체)는 PMMA core에서 피복 재질로 사용된다. 피복 재질의 화학적 구조의 디테일은 아직 잘 알려지지 않았지만, 불소함유가 증가되면 굴절률이 감소된다.(Lekishvili 2002) 불소중합체의 굴절률은 불소원자함유에 달려있다. Polystyrene폴리스타이린(PS, n=1.59)는 PMMA나 styrene-methyl methacrylate메타크리레이트 copolymers (공중합체. 이제까지 합성수지나 섬유는 같은 종류의 단량체를 대량으로 섞어서 고분자로 중합시키는 것이 중심이 되었지만 최근에는 각기 다른 종류의 단량체들을 여러가지 형태로 결합시키는 공중합체 수지가 주목을 받고 있다. 공중합체의 개발로 품질•강도•외관 등의 다양성도 갖출 수 있게 되었다. 아크릴로 니트릴, 부타디엔, 스티렌 등 3계통의 공중합수지로 철보다도 단단한 ABS 수지가 그 예이다.) 의 피복과 함께 핵으로 사용될 수 있다.
폴리스타이린-핵 POF는 PMMA에 비해 가늘게하기 힘들지만, 약하고 장식요소로만 쓰인다.
노출된POF는 환경적인 damage에 민감하기 때문에, polyethylene, poly(vinyl chloride) polyamiderkx은 jacketing 재질로 쌓여진다. 보통 2.2mm거나 더 크다.
5.2.1.2 빛의손실과 대역폭
Attenuation은 섬유를 통과하는 빛의 강도안의 조금씩의 손실이다. 그래서 광학시그널이 이동할 수 있는 거리를 컨트롤한다. Attenuation은 데시벨(dB)로 재어진다. POF의 attenuation은 재질자체 성질에 의한 손실과 제작과정에서의 손실로 나뉘어진다. POF는 섬유의 길이가 몇십미터식 길 필요가 없는 입을 수 있는photonic textile에서 충분이 사용될 수 있다.
OF의 Bandwidth는 인포메이션 운반 수용력이다. 광학분산과도 밀접한 관계가 있다.빠른 스피드의 시그날을 전송할 수 있는 섬유의 역량을 재는데는 대역폭 x 길이 가 사용된다.
두꺼운 POF의 경우 대역폭의 한계는 분산을 최대한 막는것이다. 지금까지는 step-index POF와 650nm의 LED의 조합이 낮은 대역폭이지만 가장 경제적이다. 높은 광역폭의 섬유는 Gigabit ethernet과 digital video interface 등의 application에만 적합하기 때문에 photonic textile application에는 맞지 않을것이다.
5.2.1.3 기계적/물리적 속성
POF는 직물 제작 프로세스중에 끊어지면 안된다. 직물 조직으로 통합되어도 광학속성은 그대로 유지되어야한다. 직물 조직으로 제작되어 지고 나면, DATA COMMUNICATION을위한 코드나 케이블때와는 아주 다른 환경이 된다. 섬유에 의한 손상은 광학 손실이 생기게하고, POF를 약하게 하여, 결국 끊어지게 될수도 있다. POF를 직물에 성공적으로 통합하기위해서는 장력 강도, 마찰에 의한 상처, 구부림, 약화 등이 고려되어 져야 한다.
Figure 5.2은 포토닉 직물에 쓰이는 0.3mm 피복없는 POF를 위한 폴리에스테르 실의 장력이다. POF의 두께는 폴리에스테르 실보다 거의 2배이다. 비교분석을 위하여 기계적인 흠집을 낸 POF의 그래프도 있다. 이 그래프에서 피복없는 POF는 보통 기계로 짜거나 뜨는데 무리가 없음을 보여준다. 피복벗긴 POF에 비해 긁은 POF는 약간 약함을 보인다. 아무래도 기계로 긁은 POF는 크랙이 더 빨리 많이 생길 수 있기 때문에 약한 구조임이 보인다.
피복 레이어는 매우 얇기 때문에 이런 상처들과 다른 요소들을 피해갈 수 없다. 이런 상처들은 대량생산을 할 수 없게 막는 요인이다.
Figure 5.3은 1mm PMMA 섬유의 열에의한 수축도이다. 섭씨 90도시, 유리전이온도 바로 전, 폴리머 채인의 완화로, 빠른 수축 작용을 한다. 이 분석에서 여유분을 생각한다면, 섭씨 70도시 정도가 최고이다. 이밖에도 POF의 여러가지 기계적 성질은 Asahi-Kasei2009; Mitsubishi Rayon 2003; Toray 2008의 웹사이트등에서 찾아볼 수 있다.
5.1의 도표는 제조사에 따른 POF의 기본 성질이다.
5.2.2 빛을내는 기법으로서의 POF
POF는 90% 이상이 핵이기 때문에, GOF에 비해 더 많은 빛을 운반할 수 있다. 이런 장점 때문에, image guide나 바깥 lighting에 잘 쓰인다. 유연성과 빛 source로의 쉬운 연결도 또다른 장점이다. 빛을 끝에만 전달하는 end-lighting POF와는 달리, side-illuminating POF는 neon lighting처럼 섬유 전체에 빛을 발할 수 있게 한다. Fabric display, 2d lighting, health monitoring sensors등에 활용된다.
옆으로 빛을 발산하는 POF는 옆에 특정한 상처를 더하거나 POF에 형광물질을 입혀 만드는 여러가지 방법이 있다.
5.2.2.1 핵과 피복 경계면의 기계적 손상
구조상의 불규칙, 핵과 피복 경계면이나 핵안의 결함등은 빛의 전파를 방해하고, 빛을 새게한다. 기계로 긁을 때, 상처나 샌드블라스팅 에의해 생길 수 있다. 직물을 짜는동안 갑작스럽게 상처가 생길 수도 있다. 샌드블라스팅빼고는 고르지않은 빛의 방출이 생긴다. Figure 5.2에서와 같이 물리적 손상은 POF를 약하게 하고, 직물로 짜기 힘들게한다.이 문제에 대한 한가지 해결책은 직물로 만든 후에 기계적 상처를 주는것이다. 빛의 효율을 극대화하기 위하여, 이런경우엔 POF가 직물 표면에 노출되는 구조의 직물 디자인이 중요하다.
5.2.2.2 Fiber axis의 구부림
OF들은 구부림에 민감하다. 그 민감도는 섬유의 두께와 NA에따라 다르다.
(Numerical Aperture)현미경의 해상력을 결정하는 수이다. 대물렌즈를 통과한 빛과 광축이 이루는 최대각과 대물렌즈와 시료 사이의 매질의 굴절률을 이용하여 정의된다. 이 값이 클수록 현미경으로 분별가능한 최소의 길이는 작아진다.
Bending radii가 줄면 빛의 손실이 늘고, 큰NA는 같은 bending radii에서 더 손실이 많다. POF의 두께, 밀도와 짜는 패턴에따라 여러가지 구부림이 소개된다.
5.2.3 POF 광링크의 중요한 요소들
Laser Diodes나 LEDs와 달리 POF는 자체발광하지 않는다. 그렇게 때문에 형광 OFs 빼고는 광학 요소와 함께 사용되어야 한다. 5.4는 기본 광링크의 도식 다이어그램이다. TRANSMITTER는 LED, LD나 VCSEL-electrical current를 광학시그널로 바꾸는 빛의 source를 포함한다. POF를 위해 특별히 디자인된 빛의 source가 발전되어왔다. LD로 된 높은 빛 source는 사람의 눈이나 피부를 손상시킬 수 있기에 주위해야한다. 포토닉 텍스타일이 의학용도로 쓰일 때 laser의 등급과 파장, 빛 source의 종류 등이 고려되어야한다.
Receiver는 감광성의 반도체 다이오드나 PIN photodiode-빛을 전기 시그널로 바꾸는- 를 포함한다. Fiber-optic cable은 그 사이에서 광학 시그널을 운반한다. POF가 빛을 발하는 요소로 쓰일때는 리시버가 필요없다. Optical transmission channel에 연결선이나 splitter가 포함되어질 수 있다.
여러가지 연결 시스템이 발전되어왔고, 기계적 안정성에따라 가능하다. 그것의 목적성에 맞게 디자인되고 제작되어야 할 것이다. 장력이나 진동을 이용한 옷은 디자인이 고려되어야한다. GOF와는 달리, POF 연결은 싼 가격에 빨리 설치할 수 있다. 갈고, 닦고 철판을 이용하여, 면도날로 잘릴 수 있는 POF의 부드러운 끝부분을 만들 수 있다.
Sunday, March 28, 2010
Monday, March 15, 2010
Planning & Designing for Smart Clothing Development
2.2 Planning & Designing for Smart Clothing Development
연세대의 Smart Wear Research(SWR) 에서 MP3 playing Jacket, Photonic clothing 그리고 bio-monitoring cloth (몸의 필요한 사인들을 체크할 수 있는) 만들었다. 이번 챕터에서는 새로 개발된 smart clothing과 테크놀러지의 설계와 디자인에대해 살펴본다.
MP3-Playing Jacket
옷의 안쪽이나 바깥쪽에 달린 컨트롤러로 MP3를 플레이할 수 있는 entertainment smart clothing이다. Beaucre Merchandising 회사와 SWR에서 기본적인 요소들을 고려하여, 상업화 된 모델의 MP3- playing jacket 을 발표하였다.
MP3-Playing Jacket의 기본 요소들에는,
MP3-player,(자켓에 박히거나 부착된), 컨트롤러, 시그널 전송 라인, 이어폰, 이어폰라인, 그리고 자켓이 있다. MP3 player 와 컨트롤러 사이의 커넥션 보드도 필요에따라 더해질 수 있다. 이런 자켓을 시스템적인 측면에서 봤을때, MP3 player function은 CPU, controller는 인풋유닛, 이어폰은 아웃풋 유닛, 이어폰 선과 컨트롤러 커넥션은 서로의 연결선, 그리고 자켓은 플랫폼으로서의 기능을 갖는다.
대부분의 MP3 자켓의 컨트롤러 연결의 시그널 전송라인은 전도성 천이나 비교적 전도성이 낮은 실로 만들어진다. MP3 파일의 소리 시그널은 대부분 낮은 진동수인 200~250 MHz 안에 있기 때문에, 굳이 높은 그레이드의 신호 전송라인을 쓰지 않아도 소리의 질적인 측면에서는 그리 큰 차이를 못느낀다.
MP3-Playing Jacket의 종류
최근, 세계적으로 개발된 MP3 player jacket 은 두 가지 타입이 있다. 옷에 내재되어 있는 MP3 Player jacket 과 옷에서 분리될 수 있는 MP3 player이다.
1.MP3player가 내재되어있는 옷(일체형)
독일의 Infinion Technologies 와 Munich의 디자인 학교에서 공동으로 waterproof MP3 player를 개발하였다. 마이크로 컨트롤러가 MP3기능을 컨트롤하고, 최대한 전력을 작게 사용하는 사운드 프로세싱 칩, 멀티미디어 카드, 배터리, 이어폰, 그리고 유연성이 있는 센서 키보드는 전도될 수 있는 섬유재질을 통해 연결된다. 마이크로 컨트롤러와 사운드 프로세싱 칩은 방수되는 커버안에 들어가고 옷에 내장된다. 이 자켓은 빨 수 있으며, 보통 옷과 비교해 겉모습에서는 거의 차이를 느낄 수 없다. 소형화 된 반도체의 사용으로, 를 뗏다 붙였다 하지 않고도, 메모리카드를 바꿀 수 있기때문에, MP3사운드는 저장될 수도 있고, 교체될 수도 있다.
2.MP3 player를 떼었다 붙였다 할 수 있는 옷
이 자켓의 핵심 테크놀러지는 엘렉슨이란 영국회사에 의해 개발되었다. ElekTex라는 핵심 테크놀러지로, 전자 전도성 스마트 직물 터치패드를 개발하였다. 가볍고 유연성있는 직물을 인풋 장치로 사용함으로, 오래가고, 세탁 가능하고, MP3 기능을 조정할 수 있는 5개의 버튼이 있다. 애플사의 MP3 player 인 iPod를부착할 수 있는 디자인이며, 인터페이스박스안의 커넥션보드는 “아이팟 컨트롤러”라고 알려져있다. 업로드하거나, 충전이나 세탁을 할때는 이어폰과 아이팟 컨트롤러는 띄어야한다. 섬유 터치패드와 섬유로 만들어진 시그널 전송 라인은 옷과 함께 세탁이 가능하다. 세계 여러나라의 명성있는 의류 회사들에서 이런 섬유에 기반을 둔 터치패드 테크놀러지가 여러 다른 프로덕트들에 적용되어 상품화되고있다.
2.2.1.3 MP3-playing jacket의 상품화된 모델의 발전 사례
SWR Lab에서는 한국의 Beaucre Merchandizing Inc.와 함께 MP3 스마트자켓 W.α.. 2007년 11월, 이 라인은 동시에 두가지 스타일로 70W. 라는 샵을 통해 한국, 차이나, 타이완, 베트남에 소개되었다.
W.α는 애플의 라이센스 협약으로 아이팟 호환에 이르고, 탈부착 타입의 MP3 기능 의류 테크놀러지의 상품화된 프로덕트 라인으로, 예상되었다. 옷의 겉쪽에 달린 키패드가 커넥터로 아이팟과 연결되어 옷의 바깥쪽에서 조작이 가능하도록 디자인되었다. 주머니나 가방에서 연결되어있는 아이팟을 꺼내지 않아도 자켓의 키패드로 조작할 수 있다. 그리고 키패드와 신호 전송라인 부품들이 직물로 되어있기 때문에, 코넥터 박스와 아이팟만 떼어네고 세탁기에서 세탁이 가능하다.
2.2.2 포토닉 의류
포토닉 의상은 전통적인 의류의 특성을 보전하면서 조명과 빛을 내뿜는 전자 컨트롤기가 박혀있거나 분리될 수 있는 의류를 일컫는다 (2006 Lee).
의류 재질의 화학적 고유의 성질 때문에, 현존하는 의류들은 온도와 주변환경의 빛에의한 변색이 일어난다. 이와 반대로 포토닉 의류는 입는사람으로 하여금 빛을내뿜는 컨트롤 디바이스로 밝기 조정이 가능하게한다.
2.2.2.1 포토닉 의류의 종류
지금까지 개발된 포토닉 의류는 조명에 따라 두가지 타입으로 분류된다. 하나는 플라스틱 광학 섬유 (POF)이다. 이런 종류의 포토닉 의류는 POF로 짜여진 직물 표면에 LED로 만들어져 반사된 색이있다. 또다른 종류는 전기장 발광이 조명이되어 빛을 표현한다. 이밖에도 각각의 조명물질의 특성에 기반을 둔 포토닉 섬유를 의류에 다르게 적용한 방법들도 있다.
POF-based photonic의류:
-POF-based photonic의류 테크놀러지는 광섬유의 부분 조직의 굴절률을 조작함으로 빛의 전달을 가능하게 한다. 광섬유는 아주쉽게 엄청난 데이터를 즉시 전달할 수 있다. 구리선보다 가볍고, 한무더기로 데이터를 전송하는 동안 적은양의 정보 손실이 있다.한 0.1mm 굵기의 머리카락 한가닥 정도의 굵기로, 여러가지 다양한 종류의 섬유를 싸는 케이블 안에 짜여질 수 있다. (Cho 2004)
-광섬유는 두가지 종류로 나뉜다: 순수한 석영유리로 만들어진 유리광섬유(GOF)와 플라스틱 광섬유이다(POF). 유리광섬유는 성능은 우수하나 비싸다. POF는 성능은 유리광섬유에비해 약간 떨어지지만 비싸지 않고, 핸들링하기 쉽다는 잇점이 있다. 많은 양의 정보를 최소한의 빛 손실로 전송할 수 있는 능력이 있기 때문에 광섬유는 대부분 텔레커뮤니케이션을 위해 사용되었다. 빛을 전송하는 작동은 장식적인 조명, 전자 득점 게시판, 컨덴서들, 그리고 optical receivers의 상품에 적용되어왔다.
-광섬유 단면을 살펴보면, 주 구조적 요소들을 볼 수 있다. 빛을 전송하는 핵심과 핵심을 싸고있는 빛을 차단하는 피복, 이 둘이 더블 원통을 형성한다. 핵심은 높은 빛 굴절률의 투명한 재질이지만 피복은 비교적 낮은 빛굴절률을 가진 원통이다. 빛이 어떤 포인트에서 다른 어떤곳을 비출 때, 만약 빛이 어떤 각도로 두 재질을 다른 굴절률로 비추면 토탈 인터날 반사라는 현상이 일어나고 이에 의해 광섬유가 생긴다.
-세계적으로 광섬유-베이스의 포토닉 의류는 시그널 전송과 디지털 칼라 의류 생산을 위해 발전되어 왔다. GOF의 시그널 송신을 위한 포토닉 의류는 재질의 지름을 구부리는데 물질적 제한이 있기 때문에, 다른실과 섞인 직물의 생산을 방해하였다. 반면에 디지털 컬러 의류는 대부분 POF이다. 자동 컬러 실현의 기본은 다음과 같다.: 이런 종류의 포토닉 의류는 빛의 근원을 미디엄 빛 전송과 함께 합치는것에 의해 만들어진다. 말하자면, 전자 시그널을 통해 조명으로부터 뿜어진 빛은 에칭된 표면을 통해 새어나온다.
-EL이 적용된 포토닉 의류.
전기 발광- 발전된 generation 디스플레이를 위한 미래의 테크놀러지이다. 현존하는 organic EL 그리고 다른 organic하지 않은 EL은 모두 EL technology 안에 포함된다.
-탄소의 포함에 따라, EL은 유기농과 무기농 타입으로 나뉜다. 유기농 EL은 수소, 질소와산소의 탄소 베이스 화학적 복합체이다. 무기농 EL은 탄소를 갖고있지 않다. 유기농 EL은 혼자 자란다. 전체 면에서 빛을 내뿜는다. 그래서 관점을 달리하여도, 밝기가 지속된다. 일반 back light가 달린 LED 보다 더 가볍고 유연성있는 Organic EL은 핸드폰과 PDA같은 작은 사이즈의 장치의 LCD back light에쓰인다. LED보다 적은 파워가든다. 특질상, 그러나, 바깥노출은 라이프 사이클을 감소시킨다. 물기에는 약하기 때문에, 표면 코팅이나 블로킹이 필요하다. 라이프 사이클 문제 때문에 유기농 EL은 장시간 켜져있어야 하는 장비들에는 안쓰여진다. 반면에 무기농 EL은 습도와 대기에 안전하기 때문에 변질되거나 하지 않는다. 회복력 있고, 긴 life cycle을 가지고 있다. 높은 열에 강하고, 적은 열을 뿜어낸다. LED보다 1/3 적은 파워가 든다. 새로 개발된 inorganic EL은 organic EL보다 더 밝다. 대낮에도 선명하게 빛난다. EL은 ITO film과 각 레이어의 실크 스크린에 의해 색소와 함께 만들어졌다.
-전기에의해 발광하는 Inorganic EL은 핸드폰 키패드와 적은 레벨의 파워가 드는 다른 인테리어 프로덕트에 사용되어왔다. 깨지고 구부려지기 쉽고, 습도에 약해서 의류와 백을 포함한 household goods 안에서 제한된 적용이 있었다. 근래 테크놀러지의 발전에 감사하고, inorganic EL은 많은 다른 방법의 포토닉 의상의 다양한 적용이 가능해졌다.
2.2.2.2. 스마트 포토닉 의류의 발전
포토닉 의류의 핵심 발전은 광섬유 의류의 제조 기술이다.
-광섬유 직조, 빛 뿜는 다이오드, 연결, 모듈발전
지금은 상업화된 모델의 포토닉 의상은 리서치하는 사람들과 콜라보래이션이 촉진되고 있다.
1. 색이 바뀌는 포토닉 의상
기능적 스포츠 의상, 안전의복
2. 색에 반응하는 포토닉 의상
아무 다른 색에 컬러센서를 대면 그 색이 센서에 인식되면서 광섬유 의상은 그 색으로 바뀐다.
3. 소리 반응 포토닉 의상
겉의 소리 바이브레이션에 따른(혹은 소리 크기에 따른) 옷의 색상이나 빛의 밝기 조정 가능.(RGB LED)
4. 입는 사람의 안전을 위한 inorganic EL의 적용
Visibility range=> EL embedded
2.2.3 Bio-Monitoring Clothing
2.2.3.1 건강을 위한 스마트 의류
바이오테크놀러지 + 인포메이션 테크놀러지 + 패션
몸안의 필요한 사인들을 체크하고 전자 시그널로 바꿔 건강 management와 원격 처치가 가능
여러가지 우리 몸의 사인을 재고 분석하고 전달
“second generation smart group”: 좀 더 복잡한 노이즈 컨트롤 테크놀러지 연구
“well-being” “고령화”에 초점
라이프스타일이 더 다양히재고 웰빙에 초점이 맞춰지면서 이런 health-monitoring 스마트 의류는 늘어날것으로 예상되고 있다.
2.2.3.2 바이오 모니터링 의류 디자인의 고려사항
스마트의류는 옷과 기계를 합치는 신품종이다.
센서 시그날의 정확성과 안정성이 강조되어져야 한다.
센서가 베이스되는 스마트 의류는 다른 스마트 의류와 다른 디자인 어프로치가 필요하다.왜냐하면 박혀져있는 센서에서 생명 징후를 측정하기 때문이다. 입는 사람이 최대한 느끼지 못하게 하는것도 중요하다.
필요조건
1. 피부아 맏닿아야 한다. 하지만 움직임이 바이탈 사인 측정을 영향을 주어선 안된다.
2. 모션 임팩트 완화 (모션에의해 발생된 노이즈를 최소화)
3. 부드러운 생명 징후의 측정을 위해 센서달린 옷을 입은사람들에게 옷 이외의 것을 느끼지 못하게 만들어야한다.
4. 입는 사람이 언제라도 모니터링을 원치 않으면 언제든지 중단시킬 수 있어야한다.
5. 빨기 쉽고 보통 옷같이 다룰 수 있게 디자인되어야한다.
2.2.3.3. 바이오 모니터링 의류 프로토타입
SWRL 은 바이오 모니터링 스마트 의류 프로토타입을 개발했다. ECG 센서사용
ECG, pilse and breathing
프로토타입은 지나치게 야단스럽지 않은 외형을 가져야하고, 다양한 리서치를 통해 파생된 입는사람의 요구를 충족시켜야한다.
Metal Plated Fabric (MPF)-based ECG 센서와 기기는 안감에 새겨진다. 시그널 전송라인은 textile-based이고, 기기는 떼어낼수도 있다.
ECG signs는 무선으로 입는사람의 PDA, PC 그리고 핸드폰으로 전송한다. 위급상황에 RFID TAG로 환자나 위급상황에 처한 사람의 개인적인 인포메이션이 전송된다.
ECG module, ECG electrodes, temperature sensor, velocity sensor, communication module for wireless communication, 그리고 파워 밧데리.
이 스마트 의류를 구성하는 센서와 기기의 4가지 요소
센서, 산술, 소통, 그리고 파워소스유닛
스마트 카-레이싱 웨어 (by Smart Wear Research Lab)
Temperature sensor,
A galvanic skin response (GSR)
Main sensor module
GSR 측정기는 감정 의식의 상태를 나타낸다. 갑작스런 위험한 상황을 막기위해 디자인되었다.(온도체인지, 땀흘리는 전도) 여기서 측정된 데이터는 wireless로 PDA나 컴퓨터로 옮겨진다. 정신적 육체적 컨디션을 체크할 수 있다. 겉보기에는 보통의 카레이싱옷과 다르지 않다.속옷과 겉옷으로 구성되어있다. 위의 4가지 구성요소들은 모두 탈 부착이 가능하며 메인센서와 인터페이스는 Zigbee-based wireless communication으로 시그널을 송신하도록 디자인 되었다. 겉옷에 부착된 모듈과 배터리를 떼어내면 이너웨어, 겉옷 모두 세탁 가능하다.
연세대의 Smart Wear Research(SWR) 에서 MP3 playing Jacket, Photonic clothing 그리고 bio-monitoring cloth (몸의 필요한 사인들을 체크할 수 있는) 만들었다. 이번 챕터에서는 새로 개발된 smart clothing과 테크놀러지의 설계와 디자인에대해 살펴본다.
MP3-Playing Jacket
옷의 안쪽이나 바깥쪽에 달린 컨트롤러로 MP3를 플레이할 수 있는 entertainment smart clothing이다. Beaucre Merchandising 회사와 SWR에서 기본적인 요소들을 고려하여, 상업화 된 모델의 MP3- playing jacket 을 발표하였다.
MP3-Playing Jacket의 기본 요소들에는,
MP3-player,(자켓에 박히거나 부착된), 컨트롤러, 시그널 전송 라인, 이어폰, 이어폰라인, 그리고 자켓이 있다. MP3 player 와 컨트롤러 사이의 커넥션 보드도 필요에따라 더해질 수 있다. 이런 자켓을 시스템적인 측면에서 봤을때, MP3 player function은 CPU, controller는 인풋유닛, 이어폰은 아웃풋 유닛, 이어폰 선과 컨트롤러 커넥션은 서로의 연결선, 그리고 자켓은 플랫폼으로서의 기능을 갖는다.
대부분의 MP3 자켓의 컨트롤러 연결의 시그널 전송라인은 전도성 천이나 비교적 전도성이 낮은 실로 만들어진다. MP3 파일의 소리 시그널은 대부분 낮은 진동수인 200~250 MHz 안에 있기 때문에, 굳이 높은 그레이드의 신호 전송라인을 쓰지 않아도 소리의 질적인 측면에서는 그리 큰 차이를 못느낀다.
MP3-Playing Jacket의 종류
최근, 세계적으로 개발된 MP3 player jacket 은 두 가지 타입이 있다. 옷에 내재되어 있는 MP3 Player jacket 과 옷에서 분리될 수 있는 MP3 player이다.
1.MP3player가 내재되어있는 옷(일체형)
독일의 Infinion Technologies 와 Munich의 디자인 학교에서 공동으로 waterproof MP3 player를 개발하였다. 마이크로 컨트롤러가 MP3기능을 컨트롤하고, 최대한 전력을 작게 사용하는 사운드 프로세싱 칩, 멀티미디어 카드, 배터리, 이어폰, 그리고 유연성이 있는 센서 키보드는 전도될 수 있는 섬유재질을 통해 연결된다. 마이크로 컨트롤러와 사운드 프로세싱 칩은 방수되는 커버안에 들어가고 옷에 내장된다. 이 자켓은 빨 수 있으며, 보통 옷과 비교해 겉모습에서는 거의 차이를 느낄 수 없다. 소형화 된 반도체의 사용으로, 를 뗏다 붙였다 하지 않고도, 메모리카드를 바꿀 수 있기때문에, MP3사운드는 저장될 수도 있고, 교체될 수도 있다.
2.MP3 player를 떼었다 붙였다 할 수 있는 옷
이 자켓의 핵심 테크놀러지는 엘렉슨이란 영국회사에 의해 개발되었다. ElekTex라는 핵심 테크놀러지로, 전자 전도성 스마트 직물 터치패드를 개발하였다. 가볍고 유연성있는 직물을 인풋 장치로 사용함으로, 오래가고, 세탁 가능하고, MP3 기능을 조정할 수 있는 5개의 버튼이 있다. 애플사의 MP3 player 인 iPod를부착할 수 있는 디자인이며, 인터페이스박스안의 커넥션보드는 “아이팟 컨트롤러”라고 알려져있다. 업로드하거나, 충전이나 세탁을 할때는 이어폰과 아이팟 컨트롤러는 띄어야한다. 섬유 터치패드와 섬유로 만들어진 시그널 전송 라인은 옷과 함께 세탁이 가능하다. 세계 여러나라의 명성있는 의류 회사들에서 이런 섬유에 기반을 둔 터치패드 테크놀러지가 여러 다른 프로덕트들에 적용되어 상품화되고있다.
2.2.1.3 MP3-playing jacket의 상품화된 모델의 발전 사례
SWR Lab에서는 한국의 Beaucre Merchandizing Inc.와 함께 MP3 스마트자켓 W.α.. 2007년 11월, 이 라인은 동시에 두가지 스타일로 70W. 라는 샵을 통해 한국, 차이나, 타이완, 베트남에 소개되었다.
W.α는 애플의 라이센스 협약으로 아이팟 호환에 이르고, 탈부착 타입의 MP3 기능 의류 테크놀러지의 상품화된 프로덕트 라인으로, 예상되었다. 옷의 겉쪽에 달린 키패드가 커넥터로 아이팟과 연결되어 옷의 바깥쪽에서 조작이 가능하도록 디자인되었다. 주머니나 가방에서 연결되어있는 아이팟을 꺼내지 않아도 자켓의 키패드로 조작할 수 있다. 그리고 키패드와 신호 전송라인 부품들이 직물로 되어있기 때문에, 코넥터 박스와 아이팟만 떼어네고 세탁기에서 세탁이 가능하다.
2.2.2 포토닉 의류
포토닉 의상은 전통적인 의류의 특성을 보전하면서 조명과 빛을 내뿜는 전자 컨트롤기가 박혀있거나 분리될 수 있는 의류를 일컫는다 (2006 Lee).
의류 재질의 화학적 고유의 성질 때문에, 현존하는 의류들은 온도와 주변환경의 빛에의한 변색이 일어난다. 이와 반대로 포토닉 의류는 입는사람으로 하여금 빛을내뿜는 컨트롤 디바이스로 밝기 조정이 가능하게한다.
2.2.2.1 포토닉 의류의 종류
지금까지 개발된 포토닉 의류는 조명에 따라 두가지 타입으로 분류된다. 하나는 플라스틱 광학 섬유 (POF)이다. 이런 종류의 포토닉 의류는 POF로 짜여진 직물 표면에 LED로 만들어져 반사된 색이있다. 또다른 종류는 전기장 발광이 조명이되어 빛을 표현한다. 이밖에도 각각의 조명물질의 특성에 기반을 둔 포토닉 섬유를 의류에 다르게 적용한 방법들도 있다.
POF-based photonic의류:
-POF-based photonic의류 테크놀러지는 광섬유의 부분 조직의 굴절률을 조작함으로 빛의 전달을 가능하게 한다. 광섬유는 아주쉽게 엄청난 데이터를 즉시 전달할 수 있다. 구리선보다 가볍고, 한무더기로 데이터를 전송하는 동안 적은양의 정보 손실이 있다.한 0.1mm 굵기의 머리카락 한가닥 정도의 굵기로, 여러가지 다양한 종류의 섬유를 싸는 케이블 안에 짜여질 수 있다. (Cho 2004)
-광섬유는 두가지 종류로 나뉜다: 순수한 석영유리로 만들어진 유리광섬유(GOF)와 플라스틱 광섬유이다(POF). 유리광섬유는 성능은 우수하나 비싸다. POF는 성능은 유리광섬유에비해 약간 떨어지지만 비싸지 않고, 핸들링하기 쉽다는 잇점이 있다. 많은 양의 정보를 최소한의 빛 손실로 전송할 수 있는 능력이 있기 때문에 광섬유는 대부분 텔레커뮤니케이션을 위해 사용되었다. 빛을 전송하는 작동은 장식적인 조명, 전자 득점 게시판, 컨덴서들, 그리고 optical receivers의 상품에 적용되어왔다.
-광섬유 단면을 살펴보면, 주 구조적 요소들을 볼 수 있다. 빛을 전송하는 핵심과 핵심을 싸고있는 빛을 차단하는 피복, 이 둘이 더블 원통을 형성한다. 핵심은 높은 빛 굴절률의 투명한 재질이지만 피복은 비교적 낮은 빛굴절률을 가진 원통이다. 빛이 어떤 포인트에서 다른 어떤곳을 비출 때, 만약 빛이 어떤 각도로 두 재질을 다른 굴절률로 비추면 토탈 인터날 반사라는 현상이 일어나고 이에 의해 광섬유가 생긴다.
-세계적으로 광섬유-베이스의 포토닉 의류는 시그널 전송과 디지털 칼라 의류 생산을 위해 발전되어 왔다. GOF의 시그널 송신을 위한 포토닉 의류는 재질의 지름을 구부리는데 물질적 제한이 있기 때문에, 다른실과 섞인 직물의 생산을 방해하였다. 반면에 디지털 컬러 의류는 대부분 POF이다. 자동 컬러 실현의 기본은 다음과 같다.: 이런 종류의 포토닉 의류는 빛의 근원을 미디엄 빛 전송과 함께 합치는것에 의해 만들어진다. 말하자면, 전자 시그널을 통해 조명으로부터 뿜어진 빛은 에칭된 표면을 통해 새어나온다.
-EL이 적용된 포토닉 의류.
전기 발광- 발전된 generation 디스플레이를 위한 미래의 테크놀러지이다. 현존하는 organic EL 그리고 다른 organic하지 않은 EL은 모두 EL technology 안에 포함된다.
-탄소의 포함에 따라, EL은 유기농과 무기농 타입으로 나뉜다. 유기농 EL은 수소, 질소와산소의 탄소 베이스 화학적 복합체이다. 무기농 EL은 탄소를 갖고있지 않다. 유기농 EL은 혼자 자란다. 전체 면에서 빛을 내뿜는다. 그래서 관점을 달리하여도, 밝기가 지속된다. 일반 back light가 달린 LED 보다 더 가볍고 유연성있는 Organic EL은 핸드폰과 PDA같은 작은 사이즈의 장치의 LCD back light에쓰인다. LED보다 적은 파워가든다. 특질상, 그러나, 바깥노출은 라이프 사이클을 감소시킨다. 물기에는 약하기 때문에, 표면 코팅이나 블로킹이 필요하다. 라이프 사이클 문제 때문에 유기농 EL은 장시간 켜져있어야 하는 장비들에는 안쓰여진다. 반면에 무기농 EL은 습도와 대기에 안전하기 때문에 변질되거나 하지 않는다. 회복력 있고, 긴 life cycle을 가지고 있다. 높은 열에 강하고, 적은 열을 뿜어낸다. LED보다 1/3 적은 파워가 든다. 새로 개발된 inorganic EL은 organic EL보다 더 밝다. 대낮에도 선명하게 빛난다. EL은 ITO film과 각 레이어의 실크 스크린에 의해 색소와 함께 만들어졌다.
-전기에의해 발광하는 Inorganic EL은 핸드폰 키패드와 적은 레벨의 파워가 드는 다른 인테리어 프로덕트에 사용되어왔다. 깨지고 구부려지기 쉽고, 습도에 약해서 의류와 백을 포함한 household goods 안에서 제한된 적용이 있었다. 근래 테크놀러지의 발전에 감사하고, inorganic EL은 많은 다른 방법의 포토닉 의상의 다양한 적용이 가능해졌다.
2.2.2.2. 스마트 포토닉 의류의 발전
포토닉 의류의 핵심 발전은 광섬유 의류의 제조 기술이다.
-광섬유 직조, 빛 뿜는 다이오드, 연결, 모듈발전
지금은 상업화된 모델의 포토닉 의상은 리서치하는 사람들과 콜라보래이션이 촉진되고 있다.
1. 색이 바뀌는 포토닉 의상
기능적 스포츠 의상, 안전의복
2. 색에 반응하는 포토닉 의상
아무 다른 색에 컬러센서를 대면 그 색이 센서에 인식되면서 광섬유 의상은 그 색으로 바뀐다.
3. 소리 반응 포토닉 의상
겉의 소리 바이브레이션에 따른(혹은 소리 크기에 따른) 옷의 색상이나 빛의 밝기 조정 가능.(RGB LED)
4. 입는 사람의 안전을 위한 inorganic EL의 적용
Visibility range=> EL embedded
2.2.3 Bio-Monitoring Clothing
2.2.3.1 건강을 위한 스마트 의류
바이오테크놀러지 + 인포메이션 테크놀러지 + 패션
몸안의 필요한 사인들을 체크하고 전자 시그널로 바꿔 건강 management와 원격 처치가 가능
여러가지 우리 몸의 사인을 재고 분석하고 전달
“second generation smart group”: 좀 더 복잡한 노이즈 컨트롤 테크놀러지 연구
“well-being” “고령화”에 초점
라이프스타일이 더 다양히재고 웰빙에 초점이 맞춰지면서 이런 health-monitoring 스마트 의류는 늘어날것으로 예상되고 있다.
2.2.3.2 바이오 모니터링 의류 디자인의 고려사항
스마트의류는 옷과 기계를 합치는 신품종이다.
센서 시그날의 정확성과 안정성이 강조되어져야 한다.
센서가 베이스되는 스마트 의류는 다른 스마트 의류와 다른 디자인 어프로치가 필요하다.왜냐하면 박혀져있는 센서에서 생명 징후를 측정하기 때문이다. 입는 사람이 최대한 느끼지 못하게 하는것도 중요하다.
필요조건
1. 피부아 맏닿아야 한다. 하지만 움직임이 바이탈 사인 측정을 영향을 주어선 안된다.
2. 모션 임팩트 완화 (모션에의해 발생된 노이즈를 최소화)
3. 부드러운 생명 징후의 측정을 위해 센서달린 옷을 입은사람들에게 옷 이외의 것을 느끼지 못하게 만들어야한다.
4. 입는 사람이 언제라도 모니터링을 원치 않으면 언제든지 중단시킬 수 있어야한다.
5. 빨기 쉽고 보통 옷같이 다룰 수 있게 디자인되어야한다.
2.2.3.3. 바이오 모니터링 의류 프로토타입
SWRL 은 바이오 모니터링 스마트 의류 프로토타입을 개발했다. ECG 센서사용
ECG, pilse and breathing
프로토타입은 지나치게 야단스럽지 않은 외형을 가져야하고, 다양한 리서치를 통해 파생된 입는사람의 요구를 충족시켜야한다.
Metal Plated Fabric (MPF)-based ECG 센서와 기기는 안감에 새겨진다. 시그널 전송라인은 textile-based이고, 기기는 떼어낼수도 있다.
ECG signs는 무선으로 입는사람의 PDA, PC 그리고 핸드폰으로 전송한다. 위급상황에 RFID TAG로 환자나 위급상황에 처한 사람의 개인적인 인포메이션이 전송된다.
ECG module, ECG electrodes, temperature sensor, velocity sensor, communication module for wireless communication, 그리고 파워 밧데리.
이 스마트 의류를 구성하는 센서와 기기의 4가지 요소
센서, 산술, 소통, 그리고 파워소스유닛
스마트 카-레이싱 웨어 (by Smart Wear Research Lab)
Temperature sensor,
A galvanic skin response (GSR)
Main sensor module
GSR 측정기는 감정 의식의 상태를 나타낸다. 갑작스런 위험한 상황을 막기위해 디자인되었다.(온도체인지, 땀흘리는 전도) 여기서 측정된 데이터는 wireless로 PDA나 컴퓨터로 옮겨진다. 정신적 육체적 컨디션을 체크할 수 있다. 겉보기에는 보통의 카레이싱옷과 다르지 않다.속옷과 겉옷으로 구성되어있다. 위의 4가지 구성요소들은 모두 탈 부착이 가능하며 메인센서와 인터페이스는 Zigbee-based wireless communication으로 시그널을 송신하도록 디자인 되었다. 겉옷에 부착된 모듈과 배터리를 떼어내면 이너웨어, 겉옷 모두 세탁 가능하다.
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