KR102402740B1 - Patch type wearable device - Google Patents

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송영민
강민형
이길주
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광주과학기술원
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Abstract

패치형 웨어러블 기기가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기는, 발광 소자 및 수광 소자를 포함하는 회로 층, 상기 회로 층에 장착되고 다른 기기와 통신하는 무선 통신기, 및, 상기 회로 층의 상부층을 구성하며 수동 복사 특성을 나타내는 수동 복사 층을 포함한다.A patch-type wearable device is disclosed. A patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention comprises a circuit layer including a light emitting element and a light receiving element, a wireless communication device mounted on the circuit layer and communicating with other devices, and an upper layer of the circuit layer and has passive radiation characteristics It includes a passive radiation layer representing

Description

패치형 웨어러블 기기 {PATCH TYPE WEARABLE DEVICE}Patch-type wearable device {PATCH TYPE WEARABLE DEVICE}

본 발명은, 가시광 반사 효과 및 열 방출 효과를 향상시키고, 광 효율을 향상시킬 수 있는 패치형 웨어러블 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a patch-type wearable device capable of improving a visible light reflection effect and a heat dissipation effect, and improving light efficiency.

최근 웨어러블 기기를 이용하여 사용자의 건강을 판단하는 기술이 나타나고 있다.Recently, a technology for judging a user's health using a wearable device has emerged.

예를 들어 웨어러블 기기는 LED와 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 그리고 LED에서 조사된 광이 피부를 통과한 후 포토 다이오드에 도달하면, 포토 다이오드에서 획득되는 데이터를 이용하여 산소 포화도, 심박수 등의 정보를 획득할 수 있다. 다른 예를 들어 웨어러블 기기에 온도 센서를 장착하여, 사용자의 온도를 측정할 수 있다.For example, the wearable device may include an LED and a photodiode. In addition, when the light irradiated from the LED reaches the photodiode after passing through the skin, information such as oxygen saturation and heart rate may be obtained using data obtained from the photodiode. As another example, the wearable device may be equipped with a temperature sensor to measure the user's temperature.

한편 웨어러블 기기에서는 열이 발생할 수 있으며, 사용자의 피부로부터 열이 전달될 수도 있다. 그리고 열은 웨어러블 기기에서 획득되는 데이터의 부정확성을 야기한다. 특히 야외에서 웨어러블 기기가 사용되는 경우에는 태양광의 흡수로 인하여 열이 더욱 많이 발생하게 되기 때문에, 정확한 데이터를 획득하는 것이 매우 어렵다.Meanwhile, heat may be generated in the wearable device, and heat may be transferred from the user's skin. And heat causes inaccuracies in data obtained from wearable devices. In particular, when the wearable device is used outdoors, since more heat is generated due to absorption of sunlight, it is very difficult to obtain accurate data.

또한 사용자가 열이 발생하는 웨어러블 기기를 장기간 사용하는 경우에는, 사용자의 피부에 경미한 화상을 유발할 수도 있다.Also, when a user uses a wearable device that generates heat for a long period of time, it may cause a slight burn on the user's skin.

따라서 웨어러블 기기의 열을 효과적으로 제거할 수 있는 수단이 필요하다.Therefore, there is a need for a means for effectively removing the heat of the wearable device.

Kim, Jeonghyun, et al "Battery-free, stretchable optoelectronic systems for wireless optical characterization of the skin" Science advances 28 (2016): e1600418Kim, Jeonghyun, et al "Battery-free, stretchable optoelectronic systems for wireless optical characterization of the skin" Science advances 28 (2016): e1600418 Xu, Yadong, et al "Multiscale porous elastomer substrates for multifunctional on-skin electronics with passive-cooling capabilities" Proceedings of the National Academy of Sciences 1171 (2020): 205Xu, Yadong, et al "Multiscale porous elastomer substrates for multifunctional on-skin electronics with passive-cooling capabilities" Proceedings of the National Academy of Sciences 1171 (2020): 205 Mandal, Jyotirmoy, et al "고효율 패시브 주간 복사 냉각을 위한 계층적 다공성 폴리머 코팅." 과학 3626412 (2018): 315-319Mandal, Jyotirmoy, et al "Hierarchical porous polymer coatings for high-efficiency passive diurnal radiative cooling." Science 3626412 (2018): 315-319

본 발명은, 가시광 반사 효과 및 열 방출 효과를 향상시키고, 광 효율을 향상시킬 수 있는 패치형 웨어러블 기기를 제공하기 위함이다.An object of the present invention is to provide a patch-type wearable device capable of improving a visible light reflection effect and a heat dissipation effect, and improving light efficiency.

본 발명의 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기는, 발광 소자 및 수광 소자를 포함하는 회로 층, 상기 회로 층에 장착되고 다른 기기와 통신하는 무선 통신기, 및, 상기 회로 층의 상부층을 구성하며 수동 복사 특성을 나타내는 수동 복사 층을 포함한다.A patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention comprises a circuit layer including a light emitting element and a light receiving element, a wireless communication device mounted on the circuit layer and communicating with other devices, and an upper layer of the circuit layer and has passive radiation characteristics It includes a passive radiation layer representing

이 경우 패치형 웨어러블 기기는, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 사이에 배치되어 내부 광 잡음을 차단하는 봉지층을 더 포함할 수 있다.In this case, the patch-type wearable device may further include an encapsulation layer disposed between the light emitting device and the light receiving device to block internal optical noise.

이 경우 상기 봉지층은, 상기 회로 층의 하부층을 구성하고, 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 상기 회로 층의 하면에 장착될 수 있다.In this case, the encapsulation layer may constitute a lower layer of the circuit layer, and the light emitting device and the light receiving device may be mounted on a lower surface of the circuit layer.

이 경우 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 수평으로 배치되고, 상기 봉지층은, 상기 발광 소자의 사이드 및 상기 수광 소자의 사이드에 위치할 수 있다.In this case, the light emitting element and the light receiving element may be arranged horizontally, and the encapsulation layer may be located on a side of the light emitting element and a side of the light receiving element.

한편 패치형 웨어러블 기기는, 상기 발광 소자가 광을 조사하도록 상기 발광 소자를 제어하고, 상기 수광 소자를 통하여 획득된 데이터를 상기 무선 통신기를 통하여 상기 다른 기기에 전송하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the patch-type wearable device may further include a controller that controls the light emitting device so that the light emitting device emits light, and transmits data obtained through the light receiving device to the other device through the wireless communication device.

이 경우 상기 무선 통신기는, NFC 통신기이고, 상기 NFC 통신기는, 코일 및 NFC 프로세서를 포함하고, 상기 다른 기기가 접근하면 상기 코일을 통하여 유도된 전력을 상기 컨트롤러에 공급할 수 있다.In this case, the wireless communicator is an NFC communicator, and the NFC communicator may include a coil and an NFC processor, and when the other device approaches, power induced through the coil may be supplied to the controller.

한편 상기 데이터는, 산소 포화도 및 심박수 중 적어도 하나를 결정하는데 사용되는 데이터일 수 있다.Meanwhile, the data may be data used to determine at least one of oxygen saturation and heart rate.

한편 상기 수동 복사층은, 다공성 폴리머로 구성되며, 수동 복사 특성을 나타낼 수 있다.Meanwhile, the passive radiation layer may be made of a porous polymer and exhibit passive radiation characteristics.

이 경우 상기 다공성 폴리머는, Cellulose acetate, PMMA, SEBS, P(VdF-HFP), Polystyrene, Ethly-cellulose, PLA, PLCL, PCL 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 2개 이상의 다공성 폴리머가 적층된 형태의 수동복사 층이 사용될 수 있다.In this case, the porous polymer may include at least one of cellulose acetate, PMMA, SEBS, P(VdF-HFP), polystyrene, ethly-cellulose, PLA, PLCL, and PCL. For example, a passive layer in which two or more porous polymers are laminated may be used.

한편 상기 수동 복사층은, 금속 방열판을 포함하지 않을 수 있다.Meanwhile, the passive radiation layer may not include a metal heat sink.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 수동 복사 층(200)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다공성 폴리머를 도시한 도면이다.
도 5는 용매(solvent), 비용매(non-solvent) 및 폴리머(polymer)의 비율을 도시한 도면이다.
도 6은 다공성 폴리머의 수동 복사 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 회로층의 하부를 도시한 도면이다.
도 8은 패치형 웨어러블 기기의 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 패치형 웨어러블 기기와, 외부 광 잡음의 차단을 위해 흑색 봉지층으로 덮힌 웨어러블 기기를 비교한 실험 결과이다.
도 11은 광 효율의 향상 효과를 도시한 도면이다.
1 is a view for explaining a patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining the configuration of a patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a method of manufacturing the passive radiation layer 200 .
4 is a view showing a porous polymer.
5 is a diagram illustrating the ratio of a solvent, a non-solvent, and a polymer.
6 is a view for explaining the passive radiation characteristics of the porous polymer.
7 is a diagram illustrating a lower portion of a circuit layer.
8 is a cross-sectional view of a patch-type wearable device.
9 and 10 are experimental results comparing the patch-type wearable device according to the present invention and the wearable device covered with a black encapsulation layer to block external optical noise.
11 is a diagram illustrating an effect of improving light efficiency.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하의 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the following embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily change other embodiments included within the scope of the same idea by adding, changing, deleting, and adding components. It may be suggested, but this will also be included within the scope of the present invention.

첨부 도면은 발명의 사상을 이해하기 쉽게 표현하기 위하여 전체적인 구조를 설명함에 있어서는 미소한 부분은 구체적으로 표현하지 않을 수도 있고, 미소한 부분을 설명함에 있어서는 전체적인 구조는 구체적으로 반영되지 않을 수도 있다. 또한, 설치 위치 등 구체적인 부분이 다르더라도 그 작용이 동일한 경우에는 동일한 명칭을 부여함으로써, 이해의 편의를 높일 수 있도록 한다. 또한, 동일한 구성이 복수 개가 있을 때에는 어느 하나의 구성에 대해서만 설명하고 다른 구성에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고 그 설명을 생략한다. In the accompanying drawings, in describing the overall structure in order to easily understand the spirit of the invention, minute parts may not be specifically expressed, and in describing the minute parts, the overall structure may not be specifically reflected. In addition, even if specific parts such as an installation location are different, when the action is the same, the same name is assigned to improve the convenience of understanding. In addition, when there are a plurality of identical configurations, only one configuration will be described, and the same description will be applied to other configurations, and the description will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention.

패치형 웨어러블 기기(100)는 얇은 패치 형태를 가질 수 있으며, 도 1a에서 도시하는 바와 같이 피부에 부착되어 사용될 수 있다.The patch-type wearable device 100 may have a thin patch shape, and may be used by being attached to the skin as shown in FIG. 1A .

또한 도 1b에서 도시하는 바와 같이, 피부에 부착되기 위하여 패치형 웨어러블 기기(100)는 플렉서블한 특성을 가질 수 있으며, 하면의 일부에는 접착력을 가지는 접착 성분이 도포될 수도 있다.Also, as shown in FIG. 1B , in order to be attached to the skin, the patch-type wearable device 100 may have a flexible characteristic, and an adhesive component having an adhesive force may be applied to a portion of the lower surface thereof.

또한 도 1c에서 도시하는 바와 같이 웨어러블 기기(100)의 하면(101)에는 발광 소자 및 수광 소자가 노출될 수 있으며, 발광 모듈 및 수광 모듈을 통해 산소 포화도 심박수 등과 관련된 생체 데이터가 획득될 수 있다.Also, as shown in FIG. 1C , a light emitting element and a light receiving element may be exposed on the lower surface 101 of the wearable device 100, and biometric data related to oxygen saturation and heart rate may be obtained through the light emitting module and the light receiving module.

또한 웨어러블 기기(100)의 하면에는 온도 감지 소자가 노출될 수 있으며, 온도 감지 소자를 통하여 온도와 관련된 데이터가 획득될 수 있다.In addition, a temperature sensing element may be exposed on the lower surface of the wearable device 100 , and data related to temperature may be acquired through the temperature sensing element.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기의 구성을 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining the configuration of a patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 패치형 웨어러블 기기는 복수의 층으로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2 , the patch-type wearable device according to an embodiment of the present invention may be composed of a plurality of layers.

패치형 웨어러블 기기(100)는 상부층, 중간층 및 하부층으로 구성될 수 있다. 여기서 상부층은 수동 복사 층(100)을, 중간층은 회로 층(300)을, 하부 층은 봉지 층(400)을 포함할 수 있다.The patch-type wearable device 100 may include an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer. Here, the upper layer may include the passive radiation layer 100 , the middle layer may include the circuit layer 300 , and the lower layer may include the encapsulation layer 400 .

봉지 층(400)은 회로 층(300)의 하부를 구성하며 사용자의 피부에 부착될 수 있다. 또한 봉지 층(400)에는 홀이 형성될 수 있으며, 홀에는 센싱 소자가 삽입될 수 있다.The encapsulation layer 400 constitutes a lower portion of the circuit layer 300 and may be attached to the user's skin. Also, a hole may be formed in the encapsulation layer 400 , and a sensing element may be inserted into the hole.

또한 봉지 층(400)은 검은 색상의 표면을 가질 수 있다. 이를 위해 봉지층(400)은 PDMS에 검정색 염료를 섞거나 검정색 염료를 도포함으로써 생성될 수 있다.Also, the encapsulation layer 400 may have a black surface. To this end, the encapsulation layer 400 may be created by mixing black dye with PDMS or applying black dye.

회로 층(300)은 봉지층(400)의 상부 및 수동 복사 층(200)의 하부에 마련될 수 있다.The circuit layer 300 may be provided above the encapsulation layer 400 and below the passive radiation layer 200 .

또한 회로 층(300)은 회로 기판(310)을 포함할 수 있다. 여기서 회로 기판(310)은 인쇄 회로 기판일 수 있으며, 이 경우 웨어러블 기기(100)의 동작을 위한 회로 구성은 인쇄 회로 기판 상에 패터닝 될 수 있다. 또한 웨어러블 기기(100)의 동작을 위한 회로 구성은 인쇄 회로 기판의 하면에 패터닝 될 수 있다.Also, the circuit layer 300 may include a circuit board 310 . Here, the circuit board 310 may be a printed circuit board, and in this case, a circuit configuration for the operation of the wearable device 100 may be patterned on the printed circuit board. In addition, a circuit configuration for operation of the wearable device 100 may be patterned on the lower surface of the printed circuit board.

한편 회로 층(300)은 코일(320)을 포함할 수 있다. 그리고 코일(320)은 회로 기판(310) 상에 배치될 수 있다. Meanwhile, the circuit layer 300 may include a coil 320 . In addition, the coil 320 may be disposed on the circuit board 310 .

도 2에서는 코일(320)이 회로 기판(310)의 상면에 장착되는 것으로 도시하였으나 이에 한정되지 않는다.In FIG. 2 , the coil 320 is illustrated as being mounted on the upper surface of the circuit board 310 , but the present invention is not limited thereto.

예를 들어 코일은 상부 코일 및 하부 코일을 포함하고, 상부 코일은 회로 기판(310)의 상면에, 하부 코일은 회로 기판(310)의 하면에 장착될 수 있다.For example, the coil may include an upper coil and a lower coil, the upper coil may be mounted on the upper surface of the circuit board 310 , and the lower coil may be mounted on the lower surface of the circuit board 310 .

한편 회로 층(300)은 하나 이상의 센싱 소자(330)를 포함할 수 있다. 여기서 센싱 소자(330)는 발광 소자, 수광 소자 및 온도 감지 소자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, the circuit layer 300 may include one or more sensing elements 330 . Here, the sensing element 330 may include at least one of a light emitting element, a light receiving element, and a temperature sensing element.

한편 센싱 소자(330)는 회로 층의 하면에 장착될 수 있다. 이 경우 센싱 소자(330)는 봉지 층(400)에 형성되는 홀에 삽입될 수 있다. 따라서 센싱 소자(330)는 사용자의 피부에 직접 접촉하거나, 사용자의 피부와 직접 대향하여 배치될 수 있다.Meanwhile, the sensing element 330 may be mounted on the lower surface of the circuit layer. In this case, the sensing element 330 may be inserted into a hole formed in the encapsulation layer 400 . Accordingly, the sensing element 330 may be disposed to directly contact the user's skin or directly face the user's skin.

한편 회로 층(300)은 폴리이미드 층(340)을 포함할 수 있다. 여기서 폴리이미드(polyimide) 층은 코일이 서로 연결되는 것을 방지할 수 있다.Meanwhile, the circuit layer 300 may include a polyimide layer 340 . Here, the polyimide layer may prevent the coils from being connected to each other.

한편 수동 복사 층(200)은 회로 층(300)의 상부에 마련될 수 있다. 또한 수동 복사 층(200)은 수동 복사 특성을 나타낼 수 있다.Meanwhile, the passive radiation layer 200 may be provided on the circuit layer 300 . The passive radiation layer 200 may also exhibit passive radiation properties.

도 3은 수동 복사 층(200)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a method of manufacturing the passive radiation layer 200 .

도 4는 다공성 폴리머를 도시한 도면이다.4 is a view showing a porous polymer.

일정한 비율로 투입된 용매(solvent), 비용매(non-solvent) 및 폴리머(polymer)를 하나의 용기에서 장시간 섞으면, 폴리머(polymer)는 용해(dissolving)될 수 있다.When a solvent, a non-solvent, and a polymer added in a constant ratio are mixed in one container for a long time, the polymer may be dissolved.

그리고 용액을 도포한 후 시간이 흐르면 혼합된 용액에서는 증발(evaporating)이 일어나게 된다. 이 경우 용액은 응고(solidification)될 수 있으며, 용매(solvent)가 증발하면서 수많은 기공(pore)(마이크로 스케일의 기공 또는 나노 스케일의 기공)이 생성되게 된다. And when time passes after applying the solution, evaporating occurs in the mixed solution. In this case, the solution may be solidified, and as the solvent evaporates, numerous pores (micro-scale pores or nano-scale pores) are generated.

그리고 이와 같이 생성된 다공성 폴리머는 수동 복사 특성을 나타낼 수 있으며, 따라서 수동 복사 층으로 사용될 수 있다.And the porous polymer thus produced can exhibit passive radiation properties, and thus can be used as a passive radiation layer.

도 5는 용매(solvent), 비용매(non-solvent) 및 폴리머(polymer)의 비율을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating the ratio of a solvent, a non-solvent, and a polymer.

폴리머(polymer)에는, Cellulose acetate, PMMA, SEBS, P(VdF-HFP), Polystyrene, Ethly-cellulose, PLA, PLCL, PCL 중 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다. 예를 들어 2개 이상의 다공성 폴리머가 적층된 형태의 수동복사 층이 사용될 수 있다.At least one of cellulose acetate, PMMA, SEBS, P(VdF-HFP), Polystyrene, Ethly-cellulose, PLA, PLCL, and PCL may be used for the polymer. For example, a passive layer in which two or more porous polymers are laminated may be used.

그리고 각 폴리머(polymer)에는 상응하는 용매(acetone, Chloroform, tetrahydrofuran, ethanol 중 하나)가 사용될 수 있으며, 비용매(non-solvent)로는 Water와 IPA가 사용될 수 있다.In addition, a corresponding solvent (one of acetone, chloroform, tetrahydrofuran, and ethanol) may be used for each polymer, and water and IPA may be used as non-solvents.

또한 폴리머와 용매와 비용매의 비율은 1:10:1일 수 있다.Also, the ratio of the polymer to the solvent and the non-solvent may be 1:10:1.

한편 위와 같이 기공을 형성하는 과정이 없는 경우, 폴리머(polymer)는 투명한 색을 가질 수 있다. 다만 위와 같은 공정을 통하여 다량의 기공이 형성되는 경우, 기공들은 빛을 산란시킬 수 있다. 이에 따라 다공성 폴리머(porous polymer)는 하얀색을 가질 수 있으며, 빛에 대한 높은 반사율을 가질 수 있다. 또한 다공성 폴리머는 장 적외선 대에서 높은 방사율을 나타낼 수 있다.On the other hand, if there is no process of forming pores as described above, the polymer may have a transparent color. However, when a large amount of pores are formed through the above process, the pores may scatter light. Accordingly, the porous polymer may have a white color and may have a high reflectance with respect to light. Porous polymers can also exhibit high emissivity in the long infrared band.

도 6은 다공성 폴리머의 수동 복사 특성을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining the passive radiation characteristics of the porous polymer.

수동 복사 구조는 외부 전원 공급 없이 온도를 낮추기 위한 기구물로서, 전력소모를 최소화하여 온도를 낮출 수 있기 때문에 초절전/친환경 기술로 주목받고 있다. The passive radiation structure is a mechanism for lowering the temperature without external power supply, and since it can lower the temperature by minimizing power consumption, it is attracting attention as an ultra-power-saving/eco-friendly technology.

수동 복사 냉각 구조는 열평형을 유도하는 전도 및 대류방식과는 확연히 구분되는 기술로서, 특히 최근에는 야간뿐 아니라 주간에도 사용할 수 있는 수동 복사 냉각 구조에 대한 연구가 선진국에서 활발히 이루어지고 있다.Passive radiative cooling structure is a technology that is distinctly different from conduction and convection methods that induce thermal equilibrium. Recently, research on passive radiative cooling structures that can be used not only at night but also during daytime is being actively conducted in developed countries.

주간 활용을 위한 수동형 복사 냉각 구조는 태양광은 강하게 반사시키고, 내부 열은 전자기파의 형태로 외부공간으로 효과적으로 방출해야 한다. 따라서 이상적 복사 냉각 구조는 1) 태양 스펙트럼(Solar Spectrum) 내 파장의 빛은 최대한 반사시키고, 2) 대기의 창을 포함하는 장적외선 대역(약 4 ~ 20μm)의 전자기파는 최대한 방출시켜야 한다. The passive radiation cooling structure for daytime use should strongly reflect sunlight and effectively radiate internal heat to the outside space in the form of electromagnetic waves. Therefore, the ideal radiation cooling structure should 1) reflect light of a wavelength within the solar spectrum as much as possible, and 2) emit electromagnetic waves in the long infrared band (about 4 to 20 μm) including the window of the atmosphere as much as possible.

그리고 본 발명에 따른 수동 복사 층은, 장적외선 대역(약 4 ~ 20μm)(특히 대기의 창(Atmosphere window))에서 주변 대역에 비하여 높은 방사율(Emissivity)을 가지고, 태양 스펙트럼(Solar Spectrum)에서 주변 대역에 비하여 높은 반사율(Reflectance)을 가지는 수동 복사 특성을 가질 수 있다.And the passive radiation layer according to the present invention, has a high emissivity (Emissivity) compared to the peripheral band in the long infrared band (about 4 ~ 20 μm) (especially the atmospheric window (Atmosphere window)), the solar spectrum (Solar Spectrum) surrounding It may have a passive radiation characteristic having a high reflectance compared to the band.

그리고 본 발명에 따른 수동 복사 층은, 가시광 영역에서 100%에 가까운 반사율을 가지고, 장적외선 대역에서도 매우 높은 방사율(약 80프로 이상)을 가짐으로써 효과적으로 열을 방출할 수 있다.In addition, the passive radiation layer according to the present invention has a reflectance close to 100% in the visible light region, and has a very high emissivity (about 80% or more) even in the long infrared band, thereby effectively dissipating heat.

또한 본 발명에 따른 수동 복사 층은, 금속 박막 방열판의 전도에 의한 소자 냉각 없이 수동 복사를 통해 냉각 특성을 가질 수 있다.In addition, the passive radiation layer according to the present invention may have cooling properties through passive radiation without device cooling by conduction of the thin metal heat sink.

구체적으로 소자 냉각을 위하여 금속 방열판을 사용하는 경우, 하부에 배치되는 코일에 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 금속을 박막으로 형성하여 전도를 통해 소자 냉각 특성을 발휘하는 것 없이, 다공성 폴리머를 형성하는 방식으로 수동 복사를 통해 냉각 특성을 나타낼 수 있다. 이에 따라 NFC 주파수의 성능 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.Specifically, when a metal heat sink is used for device cooling, it may cause interference to a coil disposed below. Therefore, in the present invention, the cooling properties can be exhibited through passive radiation in a manner of forming a porous polymer without exhibiting the device cooling properties through conduction by forming the metal as a thin film. Accordingly, it is possible to prevent the performance degradation of the NFC frequency from occurring.

도 7은 회로층의 하부를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a lower portion of a circuit layer.

회로층(300)은, 무선 통신기, 하나 이상의 센싱 소자 및 컨트롤러를 포함할 수 있다.The circuit layer 300 may include a wireless communicator, one or more sensing elements, and a controller.

무선 통신기는 회로 층에 장착되어 다른 기기와 통신을 수행하여 데이터를 송/수신할 수 있다.The wireless communicator may be mounted on the circuit layer to communicate with other devices to transmit/receive data.

무선 통신기는 블루투스, 와이파이 등의 통신 방식으로 다른 기기와 통신할 수 있다. 이 경우 패치형 웨어러블 기기는 무선 통신기에 전력을 공급하기 위한 배터리를 포함할 수 있다.The wireless communication device may communicate with other devices through a communication method such as Bluetooth or Wi-Fi. In this case, the patch-type wearable device may include a battery for supplying power to the wireless communication device.

한편 무선 통신기는 NFC(Near Field Communication) 통신기일 수 있으며, 이 경우 무선 통신기는 외부기기와 근거리 무선 통신을 수행할 수 있다. Meanwhile, the wireless communication device may be an NFC (Near Field Communication) communication device, and in this case, the wireless communication device may perform short-range wireless communication with an external device.

여기서 NFC 통신기는 코일(320) 및 NFC 프로세서(321)를 포함할 수 있다.Here, the NFC communicator may include a coil 320 and an NFC processor 321 .

한편 NFC 통신기는 외부 기기로부터 전력을 공급받을 수 있다. 구체적으로 무선 전력 전송을 수행하는 다른 기기가 접근하면, NFC 통신기는 코일을 통하여 유도된 전력을 컨트롤러(322)에 공급할 수 있다.Meanwhile, the NFC communicator may receive power from an external device. Specifically, when another device performing wireless power transmission approaches, the NFC communicator may supply power induced through the coil to the controller 322 .

또한 한편 NFC 통신기는 외부 기기로 데이터를 전송할 수 있다. 구체적으로 컨트롤러(322)는 발광소자를 구동할 수 있으며, 센싱 소자에서 획득되는 데이터는 NFC 통신기로 전달될 수 있다. 이 경우 NFC 통신기는 근거리 무선 통신으로 데이터를 외부 기기에 전송할 수 있다. 여기서 외부 기기는 스마트 폰 등의 이동 단말기일 수 있다.Meanwhile, the NFC communicator may transmit data to an external device. Specifically, the controller 322 may drive the light emitting device, and data obtained from the sensing device may be transmitted to the NFC communicator. In this case, the NFC communicator may transmit data to an external device through short-range wireless communication. Here, the external device may be a mobile terminal such as a smart phone.

한편 하나 이상의 센싱 소자는, 발광 소자(331, 332), 수광 소자(333) 및 온도 감지 소자(334)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the one or more sensing elements may include light emitting elements 331 and 332 , a light receiving element 333 , and a temperature sensing element 334 .

여기서 하나 이상의 발광 소자(331, 332)는 광을 조사하는 소자로, 예를 들어 LED일 수 있다.Here, the one or more light emitting devices 331 and 332 are devices that emit light, and may be, for example, LEDs.

또한 수광 소자(333)는 발광 소자(331, 332)에서 조사된 빛을 수광하는 소자로, 예를 들어 포토 다이오드일 수 있다.In addition, the light receiving device 333 is a device that receives the light irradiated from the light emitting devices 331 and 332, and may be, for example, a photodiode.

또한 온도 감지 소자(334)는 피부의 온도를 감지할 수 있는 소자로, 예를 들어 서미스터(thermistor)일 수 있다.In addition, the temperature sensing element 334 is an element capable of sensing the temperature of the skin, and may be, for example, a thermistor.

한편 전력이 공급되는 경우, 컨트롤러(322)는 발광 소자가 광을 조사하도록 발광 소자를 제어하고, 수광 소자를 통하여 획득된 데이터를 무선 통신기를 통하여 다른 기기에 전송할 수 있다. 여기서 획득되는 데이터는 산소 포화도 및 심박수를 결정하는데 사용되는 데이터일 수 있다.Meanwhile, when power is supplied, the controller 322 may control the light emitting device so that the light emitting device emits light, and transmit data obtained through the light receiving device to another device through a wireless communication device. The data obtained here may be data used to determine oxygen saturation and heart rate.

또한 전력이 공급되는 경우, 컨트롤러(322)는 온도 감지 소자(334)에서 획득된 데이터를 무선 통신기를 통하여 다른 기기에 전송할 수 있다. 여기서 획득된 데이터는 피부의 온도를 결정하는데 사용되는 데이터일 수 있다.In addition, when power is supplied, the controller 322 may transmit data obtained from the temperature sensing element 334 to another device through a wireless communication device. The data obtained here may be data used to determine the temperature of the skin.

도 8은 패치형 웨어러블 기기의 단면도이다.8 is a cross-sectional view of a patch-type wearable device.

봉지층(400)의 일부 또는 전부는, 발광 소자(LED) 및 수광 소자(PD) 사이에 배치되어 내부 광 잡음을 차단할 수 있다.A part or all of the encapsulation layer 400 may be disposed between the light emitting device LED and the light receiving device PD to block internal optical noise.

구체적으로 산소 포화도, 심박수 등의 생체 정보를 획득하기 위해서는, 발광 소자(LED)에서 조사된 빛이 피부 내부를 통과하여 수광 소자(LED)로 들어가야 한다.Specifically, in order to obtain biometric information such as oxygen saturation and heart rate, light irradiated from the light emitting device (LED) must pass through the inside of the skin to enter the light receiving device (LED).

다만 발광 소자(LED)에서 조사된 빛이 피부를 통과하지 않고 수광 소자(LED)로 이동하는 경우(예를 들어 빛이 발광 소자(LED)에서 수광 소자(LED)로 일직선으로 이동하거나, 수동 복사 층(200)에서 반사된 후 수광 소자(LED)로 이동하는 경우)에는, 데이터의 정확성이 떨어질 수 있다. 이와 같이 피부를 통과하지 않고 수광 소자(PD)로 이동하는 빛을 광 잡음이라 명칭할 수 있다.However, when the light irradiated from the light emitting element (LED) moves to the light receiving element (LED) without passing through the skin (for example, light moves from the light emitting element (LED) to the light receiving element (LED) in a straight line, or passive radiation In the case of moving to the light receiving element (LED) after being reflected from the layer 200), the accuracy of data may be deteriorated. As described above, light that does not pass through the skin and moves to the light receiving element PD may be referred to as optical noise.

따라서 봉지층(400)의 일부 또는 전부는, 발광 소자(LED) 및 수광 소자(PD)의 사이에 배치되어 내부 광 잡음(발광 소자(LED)에서 수광 소자(PD)로 직선으로 이동하는 빛, 수동 복사 층(200)에서 반사되어 수광 소자(PD)로 이동하는 빛)을 흡수할 수 있다. 그리고 빛 흡수의 효율을 높이기 위하여, 봉지층(400)은 검은색으로 형성될 수 있다.Accordingly, a part or all of the encapsulation layer 400 is disposed between the light emitting element LED and the light receiving element PD and internal optical noise (light moving in a straight line from the light emitting element LED to the light receiving element PD, The light reflected from the passive radiation layer 200 and moved to the light receiving element PD) may be absorbed. And in order to increase the efficiency of light absorption, the encapsulation layer 400 may be formed in a black color.

한편 발광 소자(LED)와 수광 소자(PD)는 모두 회로 기판의 하면에 장착될 수 있으며, 따라서 발광 소자(LED)와 수광 소자(PD)는 수평으로 배치될 수 있다. 따라서 봉지층은(400) 발광 소자(LED)의 사이드 및 수광 소자(PD)의 사이드에 배치되고, 발광 소자(LED)와 수광 소자(PD)의 사이에 배치되어, 내부 광 잡음을 효과적으로 차단할 수 있다.Meanwhile, both the light emitting device LED and the light receiving device PD may be mounted on the lower surface of the circuit board, and thus the light emitting device LED and the light receiving device PD may be horizontally disposed. Accordingly, the encapsulation layer 400 is disposed on the side of the light emitting device LED and the side of the light receiving device PD, and disposed between the light emitting device LED and the light receiving device PD, to effectively block internal optical noise. have.

한편 봉지 층(400)은 발광 소자(LED)와 수광 소자(PD)의 사이뿐만 아니라, 회로 층(300)의 하부에 전체적으로 형성될 수 있다. 이 경우 봉지 층(400)에는 하나 이상의 홀이 형성될 수 있으며, 하나 이상의 홀에는 하나 이상의 센싱 소자가 각각 삽입될 수 있다.Meanwhile, the encapsulation layer 400 may be formed not only between the light emitting device LED and the light receiving device PD but also under the circuit layer 300 as a whole. In this case, one or more holes may be formed in the encapsulation layer 400 , and one or more sensing elements may be respectively inserted into the one or more holes.

한편 수동 복사 층은 가시광 대역에서 높은 반사율을 가진다고 앞서 설명한 바 있다. 그리고 이러한 특성은 외부 광(810)에 의한 잡음을 차단하는데 효과적일 수 있다.On the other hand, it has been previously described that the passive radiation layer has a high reflectance in the visible light band. And this characteristic may be effective in blocking noise caused by the external light 810 .

즉 수동 복사 층(200)은 외부 광(810)을 반사시킴으로써, 외부 광(810)이 수광 소자로 들어가서 데이터가 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.That is, the passive radiation layer 200 reflects the external light 810, thereby preventing the external light 810 from entering the light receiving element and data being distorted.

또한 수동 복사 층(200)은 발광 소자(LED)에서 조사된 가시광에 대해서도 높은 반사율을 가질 수 있다. 이에 따라 수동 복사 층(200)은 광 손실을 줄이고 광 효율을 높이는 역할을 수행할 수 있다.In addition, the passive radiation layer 200 may have a high reflectance with respect to visible light irradiated from the light emitting device (LED). Accordingly, the passive radiation layer 200 may serve to reduce light loss and increase light efficiency.

구체적으로 발광 소자(LED)와 봉지층(400) 사이에는 공간(891)이 형성될 수 있다. 그리고 발광 소자(LED)에서 조사된 빛은 높은 반사율을 가지는 수동 복사 층(200)에서 반사되어 피부로 이동하고, 피부를 통과하여 수광 소자(PD)에 인입될 수 있다. Specifically, a space 891 may be formed between the light emitting device LED and the encapsulation layer 400 . In addition, the light irradiated from the light emitting device (LED) may be reflected from the passive radiation layer 200 having a high reflectance, move to the skin, pass through the skin, and enter the light receiving device (PD).

즉 봉지 층(400)과 수동복사 층(200)은 내부 광 잡음 및 외부 광 잡음을 차단하고, 광 손실을 줄일 수 있다. 이에 따라 광 전자를 이용한 웨어러블 기기의 측정 성능이 향상될 수 있다.That is, the encapsulation layer 400 and the passive radiation layer 200 may block internal optical noise and external optical noise and reduce optical loss. Accordingly, measurement performance of a wearable device using optoelectronics may be improved.

한편 수동 복사 층(200)은 외부 가시 광(810)을 높은 반사율로 반사시켜서 외부 광 흡수에 의한 발열을 방지할 수 있다. 또한 수동 복사 층(200)은, 높은 방사율로 웨어러블 기기와 피부 사이에 발생하는 열(820)을 외부로 효과적으로 방출할 수 있다.Meanwhile, the passive radiation layer 200 reflects external visible light 810 with a high reflectance to prevent heat generation due to external light absorption. In addition, the passive radiation layer 200 may effectively radiate heat 820 generated between the wearable device and the skin with a high emissivity to the outside.

또한 수동 복사의 특성 상, 냉각을 위해 배터리가 사용되지 않는다. 따라서 본 발명은 배터리를 사용하지 않는 웨어러블 기기에서도 효과적으로 쿨러의 역할을 수행할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 패치형 웨어러블 기기의 경량화 및 소형화에 기여할 수 있는 장점이 있다.Also, due to the nature of passive radiation, no battery is used for cooling. Therefore, the present invention has the advantage of being able to effectively perform the role of a cooler even in a wearable device that does not use a battery. Accordingly, there is an advantage that can contribute to the weight reduction and miniaturization of the patch-type wearable device.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 패치형 웨어러블 기기와, 외부 광 잡음의 차단을 위해 흑색 봉지층으로 덮힌 웨어러블 기기를 비교한 실험 결과이다.9 and 10 are experimental results comparing the patch-type wearable device according to the present invention and the wearable device covered with a black encapsulation layer to block external optical noise.

외부 광 잡음을 차단하기 위하여 흑색 봉지층으로 덮힌 웨어러블 기기(black encapsulation)는, 흑색 봉지층이 외부 빛을 흡수하기 때문에 웨어러블 기기의 온도가 상승할 수 있다. 이에 따라 온도가 최대 45도까지 상승하는 것이 확인되었으며, 피부가 벌겋게 달아오른 것이 확인되었다.In a wearable device covered with a black encapsulation layer to block external light noise, the temperature of the wearable device may increase because the black encapsulation layer absorbs external light. As a result, it was confirmed that the temperature rose to a maximum of 45 degrees, and it was confirmed that the skin became hot.

다만 본 발명에 따른 패치형 웨어러블 기기(Radiative Cooler)는, 동 시간 대의 흑색 봉지층으로 덮힌 웨어러블 기기(black encapsulation)에 비하여 섭씨 9도 낮은 온도를 나타내었으며, 주변 피부(bare skin)의 온도에 비해서도 더 낮은 온도를 나타내는 것이 확인되었다.However, the patch-type wearable device (Radiative Cooler) according to the present invention exhibited a temperature 9 degrees Celsius lower than that of the wearable device (black encapsulation) covered with a black encapsulation layer of the same time period, and was higher than the temperature of the surrounding skin (bare skin). It was confirmed that it exhibited a low temperature.

도 11은 광 효율의 향상 효과를 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating an effect of improving light efficiency.

수동 복사층과 봉지층을 포함하는 패치형 웨어러블 기기(PPRC)는, 단순히 검은 색상의 PDMS로 봉지층을 구성한 웨어러블 기기(Black PDMS)에 비하여 높은 광 향상 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.It can be seen that a patch-type wearable device (PPRC) including a passive radiation layer and an encapsulation layer exhibits a higher light improvement effect than a wearable device (Black PDMS) in which an encapsulation layer is simply formed of black PDMS.

이와 같이 본 발명에 따르면, 데이터 측정의 정확도가 높으면서도 사이즈가 작고, 가벼운 패치형 웨어러러블 기기를 구현할 수 있다. 그리고 외부 기기(휴대폰 등)을 가까이 대는 간단한 동작 만으로도, 생체 신호(산소 포화도, 심박수, 체온 등)을 손쉽게 측정할 수 있으며, 측정의 신뢰도 역시 향상될 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to implement a patch-type wearable device that is small in size and lightweight while having high data measurement accuracy. In addition, with a simple operation of bringing an external device (cell phone, etc.) close, bio-signals (oxygen saturation, heart rate, body temperature, etc.) can be easily measured, and the reliability of the measurement can also be improved.

이에 따라 휴대성이 증대되고, 웨어러블 기기의 부착에 따른 불편함을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Accordingly, there is an advantage in that portability is increased and inconvenience caused by attachment of the wearable device can be reduced.

또한 실외에서 장시간 노출 시 발생하는 기기 발열에 의한 피부 손상 및 기기 열화 문제 방지할 수 있으며, 실내·외 온도 측정 오차 감소되고, 온도 센서 체온 측정의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.In addition, it is possible to prevent skin damage and device deterioration problems caused by device heat generated during prolonged exposure outdoors, reduce indoor and outdoor temperature measurement errors, and increase the reliability of temperature sensor body temperature measurement.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered as illustrative. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

100: 패치형 웨어러블 기기100: patch-type wearable device

Claims (10)

발광 소자 및 수광 소자를 포함하는 회로 층;
상기 회로 층에 장착되고 다른 기기와 통신하는 무선 통신기;
상기 회로 층의 상부층을 구성하며 수동 복사 특성을 나타내는 수동 복사 층; 및
상기 회로 층의 하부층을 구성하며 사용자의 피부에 부착되는 봉지층을 포함하고,
상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는 상기 회로 층의 하면에 장착되고,
상기 봉지층에는 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자가 삽입되기 위한 홀이 형성되며,
상기 발광 소자가 삽입되는 홀의 측면과 상기 발광 소자의 사이에는, 상기 발광 소자로부터 조사된 빛이 상기 수동 복사 층에서 반사되어 상기 사용자의 피부를 향해 이동할 수 있는 공간이 형성되는
패치형 웨어러블 기기.
a circuit layer including a light emitting element and a light receiving element;
a wireless communicator mounted on the circuit layer and communicating with other devices;
a passive radiation layer constituting an upper layer of the circuit layer and exhibiting passive radiation characteristics; and
and an encapsulation layer that constitutes a lower layer of the circuit layer and is attached to the user's skin,
The light emitting element and the light receiving element are mounted on the lower surface of the circuit layer,
A hole for inserting the light emitting element and the light receiving element is formed in the encapsulation layer,
Between the side of the hole into which the light emitting element is inserted and the light emitting element, a space is formed in which the light irradiated from the light emitting element is reflected from the passive radiation layer and moves toward the skin of the user.
A patchable wearable device.
제 1항에 있어서,
상기 봉지층은 상기 발광 소자 및 상기 수광 소자 사이에 배치되어 내부 광 잡음을 차단하는
패치형 웨어러블 기기.
The method of claim 1,
The encapsulation layer is disposed between the light emitting device and the light receiving device to block internal optical noise.
A patchable wearable device.
삭제delete 제 2항에 있어서,
상기 발광 소자 및 상기 수광 소자는, 수평으로 배치되고,
상기 봉지층은, 상기 발광 소자의 사이드 및 상기 수광 소자의 사이드에 위치하는
패치형 웨어러블 기기.
3. The method of claim 2,
The light emitting element and the light receiving element are arranged horizontally,
The encapsulation layer is located on the side of the light emitting element and the side of the light receiving element.
A patchable wearable device.
제 1항에 있어서,
상기 발광 소자가 광을 조사하도록 상기 발광 소자를 제어하고, 상기 수광 소자를 통하여 획득된 데이터를 상기 무선 통신기를 통하여 상기 다른 기기에 전송하는 컨트롤러를 더 포함하는
패치형 웨어러블 기기.
The method of claim 1,
Further comprising a controller for controlling the light emitting element so that the light emitting element irradiates light, and transmitting data obtained through the light receiving element to the other device through the wireless communication device
A patchable wearable device.
제 5항에 있어서,
상기 무선 통신기는, NFC 통신기이고,
상기 NFC 통신기는,
코일 및 NFC 프로세서를 포함하고,
상기 다른 기기가 접근하면 상기 코일을 통하여 유도된 전력을 상기 컨트롤러에 공급하는
패치형 웨어러블 기기.
6. The method of claim 5,
The wireless communication device is an NFC communication device,
The NFC communicator,
a coil and an NFC processor;
When the other device approaches, the power induced through the coil is supplied to the controller.
A patchable wearable device.
제 5항에 있어서,
상기 데이터는,
산소 포화도 및 심박수 중 적어도 하나를 결정하는데 사용되는 데이터인
패치형 웨어러블 기기.
6. The method of claim 5,
The data is
data used to determine at least one of oxygen saturation and heart rate
A patchable wearable device.
제 1항에 있어서,
상기 수동 복사층은,
다공성 폴리머로 구성되며, 수동 복사 특성을 나타내는
패치형 웨어러블 기기.
The method of claim 1,
The passive radiation layer,
It is composed of a porous polymer and exhibits passive radiation properties.
A patchable wearable device.
제 8항에 있어서,
상기 다공성 폴리머는,
Cellulose acetate, PMMA, SEBS, P(VdF-HFP), Polystyrene, Ethly-cellulose, PLA, PLCL, PCL 중 적어도 하나 이상을 포함하는
패치형 웨어러블 기기.
9. The method of claim 8,
The porous polymer is
Cellulose acetate, PMMA, SEBS, P(VdF-HFP), Polystyrene, Ethly-cellulose, PLA, PLCL, containing at least one of PCL
A patchable wearable device.
제 8항에 있어서,
상기 수동 복사층은,
금속 방열판을 포함하지 않는
패치형 웨어러블 기기.
9. The method of claim 8,
The passive radiation layer,
Not including metal heat sink
A patchable wearable device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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