CN101911380A - 用于无线通信的导电硅酮护腕 - Google Patents

Abstract

一种柔韧的护腕，包括导电硅酮橡胶回路和绝缘橡胶部分。导电硅酮橡胶回路是彼此平行地形成的，并且实质上限定了护腕的周界。导电硅酮回路通过射频识别(RFID)集成电路封装来连接以形成回路天线。绝缘硅酮橡胶部分是与导电硅酮橡胶回路平行地形成的，将导电硅酮橡胶回路分开并在导电贿赂中提供绝缘断点。RIFD集成电路封装包括多个端子，所述多个端子分别连接至导电硅酮橡胶回路以创建回路天线，使得RFID集成电路封装可以通过回路天线来发送数据。

Description

用于无线通信的导电硅酮护腕

技术领域

本发明属于无线电通信技术领域，更具体地，涉及以导电硅酮橡胶制成的具有集成电路和回路天线的护腕。

背景技术

无线技术和微处理器已经结合以使得可以在相对短的距离上交换和处理信息。例如，已根据包括国际标准化组织(ISO)标准在内的多种标准将射频识别(RFID)技术开发为用于各种服务的电子识别系统。通常，将远程无线装置(例如，RFID标签)附着到人、产品或其他。远程无线装置具有集成电路(IC)，所述集成电路(IC)具有用于存储信息(例如，标识数据)的存储器和应答器以及用于向读取器发送信息和从读取器接收信息的天线。RFID标签可以例如通过广播或响应于输入信号直接向读取器离散地发送该RFID标签的标识数据，以加速识别过程。

传统上，典型地RFID标签被制成信用卡形式或行李标签形状。也有版本打印在可以缠绕在人手腕上的塑料纸带上，用于典型地出于访问事件或进入建筑物的目的的后续识别。例如，RFID标签护腕可以用于公共运输通道、娱乐场所入口、以及进入受限场所的团体或政府识别。

目前，尽管典型地RFID标签很轻薄，这对于单次使用的、抗干扰的应用来说是可接受的，然而对于鲁棒的可重用的应用来说不可接受。RFID标签护腕也容易因诸如潮湿和热之类的环境条件而发生故障。例如，RFID标签可以包含在塑料纸护腕上，可以例如在可以缠绕在手腕上的塑料纸带上用导电墨水来印刷RFID标签的天线。然而，这种配置并不适于用在例如水上乐园，并且有可能在相对短的时间段内停止工作。此外，这样的装置典型地很轻薄并且不适于长期佩戴情况(例如，允许进入公寓大楼)，所以必须频繁更换RFID标签和/或护腕。尽管诸如橡胶之类的更耐久的衬底可以用于护腕，然而仍然将天线单独打印在护腕上或插入护腕中，从而提高了故障的可能性。

此外，传统的RFID护腕佩戴起来不美观也不吸引人并且缠绕在手腕上不舒服。在需要长时间佩戴RFID护腕时，例如在工作中(例如，以便指示允许佩戴者在特定场所内)或在长时间的受限访问事件期间，这尤为成问题。传统的RFID护腕是突出的实用ID徽章，而不是精致时尚的配饰。同样，诸如索带或带夹上的徽章之类的大多数备选形式甚至更显著，因此更不被希望长期使用。

发明内容

相应地，希望提供一种使用在耐久橡胶护腕内或护腕上形成的装置来无线传送诸如标识数据之类的电子数据的方法和系统。还希望这种护腕外观美观。

本发明的一个方面提供了一种护腕，包括：至少一个导电硅酮橡胶部分，实质上围绕护腕的周界形成回路；以及至少一个绝缘硅酮橡胶部分，将导电硅酮橡胶部分分开。所述至少一个绝缘硅酮橡胶部分在由所述至少一个导电硅酮橡胶部分所形成的每个回路的相应末端之间创建断点。包括与所述至少一个导电硅酮橡胶部分相接触的多个端子在内的无线通信装置使用所述至少一个导电硅酮橡胶部分作为天线来发送和/或接收数据。例如，天线可以是回路天线，所述至少一个导电硅酮橡胶部分可以包括形成回路天线的至少一个相应的架空线。

本发明的另一方面提供了一种电子识别设备，包括具有由导电弹性体形成的天线的护腕以及与回路天线的导电弹性体直接接触的无线通信装置。无线通信装置被配置为使用回路天线来通信。

本发明的另一方面提供了一种护腕，包括两个导电硅酮橡胶回路以及绝缘硅酮橡胶部分。两个导电硅酮橡胶回路是彼此平行地形成的，实质上限定了护腕的周界，导电硅酮回路通过射频识别(RFID)集成电路来连接以形成回路天线。绝缘硅酮橡胶部分是与导电硅酮橡胶回路平行地形成的，绝缘硅酮橡胶部分将导电硅酮橡胶回路分开。RFID集成电路封装包括分别连接至导电硅酮橡胶回路的多个端子，使得RFID集成电路封装可以通过回路天线来发送数据。以色彩、轧花或装饰图案来装饰(enhance)这两个导电硅酮橡胶回路。

附图说明

图1A是导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的透视图。

图1B是图1A所示的导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的另一透视图。

图2A是导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的框图。

图2B是附着到图2A的导电硅酮橡胶护腕的集成电路(IC)封装的示例实施例的框图。

图2C是图2A的导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的电路图。

图3是导电硅酮橡胶护腕和IC封装的示例实施例的透视图。

图4A是导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的透视图。

图4B是图4A的导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的另一透视图。

具体实施方式

在以下详细描述中，出于说明而非限制性目的，产生了公开特定细节的示例实施例以便提供对根据本发明实施例的更全面理解。然而，对于得益于本公开的本领域技术人员来说显而易见的是，偏离本文所公开的特定细节的根据本发明的其他实施例仍然在所附权利要求的范围之内。此外，可以省略已知设备和方法的描述，以便不模糊示例实施例的描述。这样的方法和设备显然在本发明的范围之内。

图1A是根据实施例的示例导电硅酮橡胶护腕的透视图。图1B是图1A所示的导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的另一透视图，根据实施例，示出了从位置“X.”角度看的透视图。

图1A示出了示例护腕100，如以下所讨论的，护腕100通常由弹性橡胶材料制成。护腕100实质上是环形的，护腕100的大小被适当地设置为使得佩戴者可以将护腕100穿过手滑到手腕上。换言之，护腕100的直径D就足够大了和/或硅酮橡胶110、120足够有弹性以至于可以被舒服地划过平均大小的佩戴者的手，还足够小以至于可以防止护腕100不故意滑落。护腕100可以具有不同的尺寸以适合不同的手和/或手腕大小。同样，在实施例中，可以修改护腕100以佩戴在佩戴者身体的其他部位，如踝部。

护腕100可以由硅酮橡胶模制而成，包括两个组件：导电硅酮橡胶部分或带110a、110b，以及绝缘硅酮橡胶部分或带120。如以下讨论的，导电带110a、110b被配置为两个导电回路或架空线，这两个导电回路或架空线一起形成回路天线以使得所附着的电子装置(如，RFID标签或IC芯片(图1A或1B中未示出))可以进行无线通信。导电带110a、110b的示例包括掺有石墨或银的硅酮，但也可以使用通常具有硅酮橡胶的导电/绝缘和弹性特性的其他类型的导电和/或绝缘材料。例如，不同其他类型的导电填充物可以包括银/镍、空心陶瓷或玻璃微球上镀银等等，这些导电填充物可以掺入硅酮或其他弹性体中以使弹性体导电。

导电带110a、110b和绝缘带120可以通过包括目前工业上已知的技术在内的任何合适技术模制而成，或如以下图4A和4B中指示的装配/接合而成。此外，导电带110a、110b和绝缘带120可以是装饰性的以便吸引消费者。例如，导电带110a、110b和绝缘带120可以是多彩的，例如，由染色的母材制成或通过任何其他合适的着色技术制成。然而，作为颜料的备选(或除了颜料以外还另外地)，导电带110a、110b与导电材料(例如，石墨或银金属)混合或掺有导电材料。

如图1A和1B所示，护腕100的模制可以包括三个带，例如，包括两个导电硅酮橡胶带110a、110b以及绝缘带120。将理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，护腕100可以包括多于两个导电带110a、110b(以及将导电带110a、110b分开的相应的绝缘带120)。例如，可以调整导电带110a、110b的数目，以针对任何具体情况提供唯一的好处或满足不同的设计需求。

如图1A和1B所示，三个带通常可以彼此平行延伸，限定了护腕100的周界，两个导电带110a、110b被绝缘带120分开。此外，形成护腕100，使得导电带110a、110b具有由绝缘部分122指示的断点，从而每个导电带110a、110b不单独形成连续回路。相反，导电带可以例如通过所附着的电子装置或IC封装相互连接，以形成针对RFID集成电路封装的回路天线电路。绝缘部分122可以由于绝缘带120相同的材料制成，但也可以使用不同的绝缘材料。

在备选实施例中，护腕100可以仅包括单个导电带，该导电带形成了单个回路或架空线作为护腕100的周界。当存在单个导电带时，不再需要在护腕100周围创建平行回路以将多个导电带分开的绝缘带(例如，绝缘带120)。然而，护腕100仍会包括绝缘部分122以将导电带的两端彼此分开，从而创建断点。其他实施例包括被多个绝缘带彼此分开的多于两个的导电带。例如，如果护腕100具有三个导电带(例如，形成三个回路或架空线)，则这三个导电带被两个中间绝缘带分开。

图2A是导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的框图。图2B是与图2的导电硅酮橡胶护腕相连的IC封装的示例实施例的功能框图，图2C示出了根据实施例的与图2A的导电硅酮橡胶护腕相对应的示例电路图。

图2A示出了由天线回路210以及连接至天线回路210的IC封装220构成的电路200。回路210包括第一回路(架空线)210a和第二回路(架空线)210b，第一回路(架空线)210a和第二回路(架空线)210b通过IC封装220彼此串联，以形成两匝回路(即，天线回路210)。第一和第二回路210a和210b分别于之前关于图1A而讨论的导电带110a和110b相对应。IC封装220可以是RFID集成电路，并且被配置为连接至第一和第二回路210a和210b以形成回路天线。在备选实施例中，IC封装220可以包括能够起到回路天线作用的各种其他无线通信装置。

参考图2A和图2B，IC封装220经由连接器222连接至第一回路210a以及经由连接器224连接至第二回路210b，连接器222和连接器224位于IC封装220的基板的斜对角上。交叉连接228经由连接器221和223来链接IC封装220的另外两个角。连接形成了两匝回路，如图2C的回路210的等效电路图所示。

IC封装220还包括两端子集成电路(IC)225，所示两端子集成电路(IC)225例如可以是RFID标签。IC 225包括针对通信和识别过程的基本驱动器和协议。例如，当IC封装220是RFID装置时，IC 225包括与RFID标准相关联的驱动器和协议。例如，IC 225可以包括应答器或收发器(未示出)，应答器或收发器为IC 225提供经由天线回路210与其他无线装置通信的功能。其他无线装置可以包括例如用于使用适当的标准协议对IC 225的标识(以及从而对穿戴着的身份)加以验证的接收机和读取器。例如，传统的RF标签读取器或在人体功率学上针对基于手腕的标签而设计的读取器(如，访问控制门中的读取器空腔(例如，该读取器空腔提供“将手放入墙上的孔中以进入”))，可以读取RFID标签。如上所述，IC 225经由IC封装220的端子222和224连接至例如由导电硅酮橡胶制成的、形成射频天线的导电回路210。

IC 225通常从天线回路感生的能量中获取电力，但IC 255也可以包括外部电池(未示出)和附加存储器。例如，RFID标签可以包括制度存储器、现场可编程非易失性存储器或更多功能的读写存储器。IC225还可以包括处理器(未示出)，所述处理器被配置为与存储器相结合执行一个或多个软件算法以提供IC封装220的功能。处理器可以包括其自己的存储器(例如，非易失性存储器)以存储：使所述处理器可以执行IC封装220的不同功能的可执行软件代码，或可以存储在外部存储器内指定的存储器位置中的可执行代码。此外，IC 225可以具有除了与读取器通信之外还与(例如，在其他护腕中的)其他IC通信的能力。

再次参考图1A，图2A和2C所示的形成天线回路210的导电带110a、110b可以由导电硅酮橡胶制成。硅酮橡胶将具有相当于导电材料的、相对低的电阻率，例如，电阻率(ρ)在对于掺有银的材料来说的10^-2Ωcm与对于掺有碳的材料来说的1Ωcm之间。在说明性而非限制性的实施例中，例如，护腕100可以具有1.2cm的总宽度(W)、0.2cm的厚度(T)、以及6.8cm的内径(D)。如图1A所示，宽度(W)包括两个导电带110a、110b和绝缘带120的每个宽度(w)的和。尽管导电带110a、110b和绝缘带120各自都被指示为具有近似相同的宽度，然而情况并不必须如此。例如，在示例中，绝缘带120可以具有0.1cm的宽度，在这种情况下，每个导电带110a、110b具有.55cm的宽度(w)。例如，实际宽度依赖于所使用的相应导电和绝缘特性。在不同实施例中，可以调整这些特性和尺寸，以针对具体情况提供唯一的好处或满足不同的设计需求。

可以通过等式R＝NρL/A来确定两匝天线回路210的总电阻，其中，N＝天线的匝数，R＝电阻，L＝天线回路210的长度(即，护腕的周长)，A是每个导电带110a、110b的横截面积。使用以上标识的说明性特性，例如针对掺有银的材料如下计算(形成天线回路210的)导电带110a、110b的电阻：

根据R＝NρL/A

R＝2ρ(πD)/(Tw)

R＝2(.01Ωcm(π(6.8cm)))/((.2cm)(.55cm))

R＝3.9Ω

图3是根据实施例的导电硅酮橡胶护腕以及IC封装的不同配置的实施例的透视图。如上所述，在断点122附近将IC封装220附着到护腕100。IC封装220包括四个连接，连接器221-224，这四个连接分别与跟导电带110a、110b相对应的回路210a、210b相连。例如，连接221-224使得IC封装220的IC 225可以经由图2A所示的天线回路210来通信。

图3描述了IC封装220的三个示例配置，这三个示例配置与将IC封装220附着到护腕110并连接至导电带110a、110b的三种方法相对应。第一示例配置由IC封装220A来指示，IC封装220A包括与连接器221-224相对应的四个刀片状端子。四个端子例如通过被压在护腕100的上表面上来刺入导电带110a、110b的导电硅酮橡胶。端子刺穿导电带110a、110b，从而实现电连接。可以添加粘合剂或其他涂层作为附加的支撑，以将IC封装220A保持在护腕100上的适当位置，以及对封装IC封装220A提供附加保护已提高耐久性。

第二示例配置由IC封装220B指示，IC封装220B包括与连接器221-224相对应的四个翼状端子。在制造过程中将机翼式端子模制到护腕100中。将端子塑造在导电带110a、110b内，从而实现电连接。备选地，可以在制造过程中将整个IC封装220B塑造成护腕100，其中端子与导电带110a、110b相接触。由于IC封装220和/或IC封装220的端子被塑造到硅酮橡胶中，所以这些端子完全被包在硅酮橡胶中，从而非常鲁棒并且耐久。

第三示例配置由IC封装220C指示，IC封装220C包括与连接器221-224相对应的四个类似平滑端板的端子。IC封装220C可以插入在护腕100中形成的凹槽中(例如，在制造过程中形成模型或在模型形成之后蚀刻)。然后将平板端子压在护腕100的导电带110的末端上以实现与导电带110a、110b的电连接。可以在所插入的IC封装220C的外露的顶部上分层布置粘合剂或其他涂层，以固定IC封装220C并提供保护。

图4A是根据另一实施例的示例导电硅酮橡胶护腕的透视图。图4B是图4A所示的导电硅酮橡胶护腕的示例实施例的另一透视图。

图4A示出了示例护腕400，示例护腕400与图1A的护腕100相类似，不同之处在于导电硅酮带410a、410b和绝缘带420没有被模制成单元。相反，如图4B所示，导电硅酮带410a、410b和绝缘带420是分开模制的带，接合在一起以形成总体上是环形的护腕400。接合可以使用粘合剂，所述粘合剂例如可以是任何类型的合适粘合剂。例如，粘合剂可以是基于谁的粘合剂，如，Chemical Innovations Limited提供的Cilbond 65W。如以上关于护腕100所讨论的，护腕400可以包括：被平行的绝缘带分开的一个或多个导电带，以及在每个导电带的末端之间的由绝缘部分422指示的断点。在实施例中，绝缘带420和绝缘部分422可以是一片。护腕400的其他特性和功能可以与护腕100的实质上相同。

不同实施例提高了无线通信(具体地，无线识别，如RFID标签系统提供的无线识别)的便利性。此外，由于护腕是由硅酮橡胶制成的并且回路天线的架空线回路与硅酮橡胶一体，所以可以使用色彩和设计的任何变化来将护腕制造得时尚。由于硅酮橡胶的表面平滑且柔韧所以护腕还对于佩戴者来说很舒服，并且护腕的生产成本相对低。

此外，硅酮橡胶护腕尤为鲁棒，尤其是在IC封装被模制到硅酮橡胶中或被保护材料所覆盖时。例如，与类似的传统装置尤其是可以缠绕在手腕上的基于打印纸/塑料带的那些传统装置相比，硅酮橡胶护腕防水并且更柔韧。本文所描述的硅酮橡胶护腕可以是电子ID标签的载体，由于硅酮橡胶护腕可以始终被佩戴并且不需要像传统卡式标签那样被放在口袋或包中或附着到索带，所以硅酮橡胶护腕更易于使用。

所公开的实施例具有多种应用。具体地，RFID技术可以用于加标签中的标记、通行卡以及其他。涉及标识的访问控制的可能应用包括：公共运输的票务(例如，公共汽车、火车等)、对娱乐和体育场所(例如，音乐会、电影院、展览会、球赛、游乐园等)的访问、对俱乐部(例如，游泳池、健身房等)、标识(例如，联系细节的传递、对受限区域的访问控制、对办公室或公寓大楼的访问控制等)、电子投票以及对电子设备(例如，计算机、网络等)的访问。在不同应用中RFID技术的使用可以包括发送/接收多种用途的数据，如，指示佩戴者何时(例如，对票或产品)进行了适当的支付的支付数据、先前存储的可以从其自动推演出支付的货币数据、指示佩戴者的当前隶属关系的隶属关系数据、指示佩戴者的访问清除的安全数据等等。

尽管本文描述了优选实施例，然而仍然在本发明的构思和范围之内的其他变型也是可能的。例如，如上所述，可以存在多于两个导电带，创建长度更长的回路。此外，具有与硅酮橡胶的特性(例如，柔韧性、导电性、耐久性)相类似的特性的其他材料可以用作导电带。本领域技术人员在阅读本文的说明书、附图和权利要求之后将清楚这些变型。因此，本发明仅限于所附权利要求的精神和范围之内，而不受任何其他限制。

Claims (20)

1.一种护腕，包括：

至少一个导电硅酮橡胶部分，实质上围绕护腕的周界形成回路；以及

至少一个绝缘硅酮橡胶部分，将导电硅酮橡胶部分分开，并且在由所述至少一个导电硅酮橡胶部分所形成的每个回路的相应末端之间创建断点，

其中，包括与所述至少一个导电硅酮橡胶部分相接触的多个端子的无线通信装置使用所述至少一个导电硅酮橡胶部分作为天线来发送和接收数据。

2.根据权利要求1所述的护腕，其中，所述天线包括回路天线，并且所述至少一个导电硅酮橡胶部分包括形成所述回路天线的至少一个相应的架空线。

3.根据权利要求2所述的护腕，其中，所述无线通信装置包括射频识别RFID芯片。

4.根据权利要求2所述的护腕，其中，所述至少一个导电硅酮橡胶部分包括掺有石墨的硅酮。

5.根据权利要求2所述的护腕，其中，所述导电硅酮橡胶部分包括掺有银的硅酮。

6.根据权利要求1所述的护腕，其中，所述无线通信装置被安装到护腕的表面，并且所述无线通信装置的所述多个端子插入所述至少一个导电硅酮橡胶部分中。

7.根据权利要求1所述的护腕，其中，所述无线通信装置被模制到护腕中，并且所述无线通信装置的所述多个端子被模制为与所述至少一个导电硅酮橡胶部分相接触。

8.根据权利要求1所述的护腕，其中，所述护腕在表面中限定凹槽，所述无线通信装置可插入凹槽中，并且所述无线通信装置的所述多个端子在凹槽内与所述至少一个导电硅酮橡胶部分相接触。

9.根据权利要求2所述的护腕，其中，形成所述至少一个导电硅酮橡胶部分的材料的电阻率ρ小于1.0Ωcm。

10.根据权利要求9所述的护腕，其中，所述回路天线的电阻的电阻R由公式R＝NρL/A计算，其中N是回路天线的匝数，L是所述至少一个架空线的长度，A是由所述至少一个导电硅酮橡胶部分的横截面所限定的面积。

11.一种电子识别设备，包括：

护腕，包括由导电弹性体形成的回路天线；以及

无线通信装置，与回路天线的导电弹性体直接接触，并且被配置为使用回路天线来通信。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述回路天线包括由导电弹性体形成的多个架空线回路，所述多个架空线回路通过无线通信装置交叉连接。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述无线通信装置包括射频识别RFID芯片。

14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述导电弹性体包括电阻率ρ小于1.0Ωcm的导电硅酮橡胶。

15.根据权利要求12所述的设备，其中，所述无线通信装置包括可插入护腕表面中的多个刀片状端子，每个刀片状端子接触所述多个架空线回路中的至少一个架空线回路。

16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述无线通信装置包括多个翼状端子，所述多个翼状端子中的每个端子被模制在与所述多个架空线回路中的至少一个架空线回路相接触的护腕内。

17.根据权利要求12所述的设备，其中，护腕在导电弹性体的至少一部分中限定凹槽，所述无线通信装置被置于凹槽内，并且所述无线通信装置的多个端子在凹槽内与所述多个架空线回路中的至少一个架空线回路相接触。

18.根据权利要求13所述的设备，其中，所述导电弹性体包括彩色颜料。

19.根据权利要求12所述的设备，其中，所述回路天线的电阻的电阻R由公式R＝NρL/A计算，其中N是多个架空线回路天线的数目，L是所述多个架空线回路之一的长度，以及A是由所述多个架空线回路之一的导电硅酮橡胶的横截面所限定的面积。

20.一种护腕，包括：

彼此平行地形成的两个导电硅酮橡胶回路，实质上限定了护腕的周界，所述导电硅酮橡胶回路通过射频识别RFID集成电路封装连接以形成回路天线；以及

与导电硅酮橡胶回路平行地形成的绝缘硅酮橡胶部分，所述绝缘硅酮橡胶部分将导电硅酮橡胶回路分开，

其中，所述RFID集成电路封装包括分别连接至导电硅酮橡胶回路的多个端子，使得RFDI集成电路封装能通过回路天线发送数据，并且

以色彩、轧花或装饰图案来装饰所述两个导电硅酮橡胶回路。

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